KR20120077469A - 액정 배향제, 이를 이용하여 제조한 액정 배향막 및 상기 액정 배향막을 포함하는 액정표시소자 - Google Patents

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동원석
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Abstract

화학식 1로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리아믹산, 화학식 2로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리이미드, 또는 이들의 조합을 포함하는 제1 고분자; 및 화학식 4로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리아믹산, 화학식 5로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리이미드, 또는 이들의 조합을 포함하는 제2 고분자를 포함하는 액정 배향제, 이를 이용하여 제조한 액정 배향막 및 상기 액정 배향막을 포함하는 액정표시소자를 제공한다.

Description

액정 배향제, 이를 이용하여 제조한 액정 배향막 및 상기 액정 배향막을 포함하는 액정표시소자{LIQUID CRYSTAL ALIGNMENT AGENT, LIQUID CRYSTAL ALIGNMENT FILM MANUFACTURED USING THE SAME, AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE INCLUDING THE LIQUID CRYSTAL ALIGNMENT FILM}
본 기재는 액정 배향제, 이를 이용하여 제조한 액정 배향막 및 상기 액정 배향막을 포함하는 액정표시소자에 관한 것이다.
액정표시소자(liquid crystal display device, LCD)는 액정 배향막을 사용하며, 상기 액정 배향막으로는 주로 고분자 물질을 사용한다. 상기 액정 배향막은 액정 분자의 배열에 방향자(director) 역할을 하여 전기장(electric field)에 의해 액정이 움직여서 화상을 형성할 때, 적당한 방향을 잡도록 해준다. 일반적으로 액정표시소자에서 균일한 휘도(brightness) 및 높은 명암비를 얻기 위해서는 액정을 균일하게 배향하는 것이 필수적이다.
최근 액정표시소자 시장의 성장에 따라 고품질의 액정표시소자에 대한 요구가 높아지고 있고, 액정표시소자의 대면적화가 진행되면서 생산성이 높은 액정 배향막에 대한 요구가 커지고 있다. 따라서 액정표시소자 생산공정에서 불량률이 적으며, 우수한 전기광학적 특성, 신뢰성 등을 발현할 수 있는 고성능의 액정 배향막을 제조하기 위한 액정 배향제에 대한 연구가 이루어지고 있다.
본 발명의 일 측면은 광조사에 대해 반응성을 갖는 관능기를 함유한 디아민을 사용하여 합성한 고분자를 포함함으로써, 투과율 및 응답속도를 개선할 수 있고, 전압유지율 및 잔류 DC와 같은 전기적 특성이 우수하고, 선경사각을 용이하게 제어할 수 있는 액정 배향제를 제공한다.
본 발명의 다른 일 측면은 상기 액정 배향제를 이용하여 제조된 액정 배향막을 제공한다.
본 발명의 또 다른 일 측면은 상기 액정 배향막을 포함하는 액정표시소자를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리아믹산, 하기 화학식 2로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리이미드, 또는 이들의 조합을 포함하는 제1 고분자; 및 하기 화학식 4로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리아믹산, 하기 화학식 5로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리이미드, 또는 이들의 조합을 포함하는 제2 고분자를 포함하는 액정 배향제를 제공한다.
[화학식 1]
Figure pat00001
[화학식 2]
Figure pat00002
상기 화학식 1 및 2에서,
X1 및 X2는 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 지환족 산이무수물 또는 방향족 산이무수물로부터 유도된 4가의 유기기이고,
Y1 및 Y2는 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 하기 화학식 3으로 표시되는 디아민으로부터 유도된 2가의 유기기를 포함한다.
[화학식 3]
Figure pat00003
상기 화학식 3에서,
R1은 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 지방족 유기기, 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 방향족 유기기이고,
n1은 0 내지 3의 정수이고,
A1은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬렌기이고,
A2는 단일결합, 치환 또는 비치환된 2가의 C1 내지 C20 지방족 유기기, 치환 또는 비치환된 2가의 C2 내지 C30 방향족 유기기, 또는 치환 또는 비치환된 2가의 C3 내지 C30 지환족 유기기이고,
Z1은 단일결합, 산소(O), 치환 또는 비치환된 2가의 C1 내지 C20 지방족 유기기, 치환 또는 비치환된 2가의 C2 내지 C30 방향족 유기기, 또는 치환 또는 비치환된 2가의 C3 내지 C30 지환족 유기기이고,
R2는 수소(H) 또는 메틸기(CH3)이다.
[화학식 4]
Figure pat00004
[화학식 5]
Figure pat00005
상기 화학식 4 및 5에서,
X3 및 X4는 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 지환족 산이무수물 또는 방향족 산이무수물로부터 유도된 4가의 유기기이고,
Y3 및 Y4는 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 디아민으로부터 유도된 2가의 유기기이다.
구체적으로는 상기 화학식 3으로 표시되는 디아민은 하기 화학식 6 내지 하기 화학식 10으로 표시되는 화합물 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.
[화학식 6] [화학식 7] [화학식 8] [화학식 9] [화학식 10]
Figure pat00006
Figure pat00007
Figure pat00008
Figure pat00009
Figure pat00010
또한, 상기 Y1 및 Y2는 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 하기 화학식 18 내지 21로 표시되는 방향족 디아민, 및 하기 화학식 22 내지 24로 표시되는 기능성 디아민으로 이루어진 군에서 선택되는 디아민으로부터 유도된 2가의 유기기의 적어도 1종을 더 포함할 수 있다.
[화학식 18]
Figure pat00011
[화학식 19]
Figure pat00012
[화학식 20]
Figure pat00013
[화학식 21]
Figure pat00014
상기 화학식 18 내지 21에서,
R15 내지 R24는 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 알킬기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이고, 상기 알킬기, 상기 아릴기 및 상기 헤테로아릴기는 -O-, -COO-, -CONH-, -OCO- 및 이들의 조합으로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 더 포함할 수 있으며,
A4 내지 A9는 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 단일결합, O, SO2 또는 C(R103)(R104)이고, 여기서, R103 및 R104는 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 수소, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C6 알킬기이며,
n5 내지 n14는 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수이다.
[화학식 22]
Figure pat00015
상기 화학식 22에서,
R25는 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기이고,
R26은 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기이고,
n15는 0 내지 3의 정수이다.
[화학식 23]
Figure pat00016
상기 화학식 23에서,
R27, R28 및 R29는 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 알킬기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이고,
A10은 단일결합, O, COO, CONH, OCO, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬렌기이고,
R30은 수소, 치환 또는 비치환된 알킬기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이고, 상기 알킬기, 상기 아릴기 및 상기 헤테로아릴기는 -O-, -COO-, -CONH-, -OCO- 및 이들의 조합으로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 더 포함할 수 있으며,
n16은 0 또는 3의 정수이고,
n17 및 n18은 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수이다.
[화학식 24]
Figure pat00017
상기 화학식 24에서,
R31 및 R32는 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 알킬기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이고,
n19 및 n20은 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수이고,
R33은 수소, 치환 또는 비치환된 알킬기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이고,
A11 및 A12는 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 단일결합, O 또는 COO이고,
A13은 단일결합, O, COO, CONH 또는 OCO이다.
상기 Y1 및 Y2가 각각 상기 화학식 3으로 표시되는 디아민 외에 상기 방향족 디아민 및 상기 기능성 디아민으로부터 유도되는 경우, 상기 Y1 및 Y2를 유도하는 디아민은 상기 Y1 및 Y2를 유도하는 디아민 총량에 대하여, 상기 화학식 3으로 표시되는 디아민을 1몰% 내지 70몰%, 상기 방향족 디아민을 5몰% 내지 80몰%, 그리고 상기 기능성 디아민을 1몰% 내지 50몰%을 포함할 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리아믹산 및 상기 화학식 2로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리이미드는 각각 10,000 g/mol 내지 300,000 g/mol의 중량평균 분자량(Mw)을 가질 수 있다.
상기 제1 고분자는 상기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리아믹산 및 상기 화학식 2로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리이미드를 1:99 내지 50:50의 중량비로 포함할 수 있다.
상기 화학식 4로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리아믹산 및 상기 화학식 5로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리이미드는 각각 10,000 g/mol 내지 300,000 g/mol의 중량평균 분자량을 가질 수 있다.
상기 제2 고분자는 상기 화학식 4로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리아믹산 및 상기 화학식 5로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리이미드를 1:99 내지 50:50의 중량비로 포함할 수 있다.
상기 액정 배향제는 상기 제1 고분자 및 상기 제2 고분자를 10:90 내지 90:10의 중량비로 포함할 수 있다.
상기 액정 배향제는 1 중량% 내지 30 중량%의 고형분 함량을 가질 수 있고, 3 cps 내지 30 cps의 점도를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면에 따르면 상기 액정 배향제를 기판에 도포하여 제조한 액정 배향막을 제공한다.
본 발명의 또 다른 일 측면에 따르면 상기 액정 배향막을 포함하는 액정표시소자를 제공한다.
기타 본 발명의 측면들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.
투과율, 응답속도, 액정 배향성 및 전기광학적 특성을 향상시킬 수 있고, 선경사각을 용이하게 조절할 수 있어 수직 배향형(vertical alignment mode, VA mode) 액정 배향막 및 꼬인 네마틱형(twisted nematic mode, TN mode) 액정 배향막을 제조하는데 사용할 수 있는 액정 배향제를 제공한다.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서에서 특별한 언급이 없는 한, "치환" 내지 "치환된"이란, 본 발명의 작용기 중의 하나 이상의 수소가 할로겐(F, Br, Cl 또는 I), 하이드록시기, 니트로기, 시아노기, 아미노기(NH2, NH(R100) 또는 N(R101)(R102)이고, 여기서 R100, R101 및 R102는 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 C1 내지 C10 알킬기임), 아미디노기, 하이드라진기, 하이드라존기, 카르복실기, 치환 또는 비치환된 알킬기, 치환 또는 비치환된 할로알킬기, 치환 또는 비치환된 알콕시기, 치환 또는 비치환된 지환족 유기기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 치환 또는 비치환된 알케닐기, 치환 또는 비치환된 알키닐기, 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기, 및 치환 또는 비치환된 헤테로사이클로알킬기로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 치환기로 치환된 것을 의미한다.
본 명세서에서 특별한 언급이 없는 한, "알킬기"란 C1 내지 C30 알킬기를 의미하고, 구체적으로는 C1 내지 C20 알킬기를 의미하며, "사이클로알킬기"란 C3 내지 C30 사이클로알킬기를 의미하고, 구체적으로는 C3 내지 C20 사이클로알킬기를 의미하며, "헤테로사이클로알킬기"란 C2 내지 C30 헤테로사이클로알킬기를 의미하고, 구체적으로는 C2 내지 C20 헤테로사이클로알킬기를 의미하며, "알킬렌기"란 C1 내지 C30 알킬렌기를 의미하고, 구체적으로는 C1 내지 C20 알킬렌기를 의미하며, "알콕시기"란 C1 내지 C30 알콕시기를 의미하고, 구체적으로는 C1 내지 C20 알콕시기를 의미하며, "사이클로알킬렌기"란 C3 내지 C30 사이클로알킬렌기를 의미하고, 구체적으로는 C3 내지 C20 사이클로알킬렌기를 의미하며, "헤테로사이클로알킬렌기"란 C2 내지 C30 헤테로사이클로알킬렌기를 의미하고, 구체적으로는 C2 내지 C20 헤테로사이클로알킬렌기를 의미하며, "아릴기"란 C6 내지 C30 아릴기를 의미하고, 구체적으로는 C6 내지 C20 아릴기를 의미하며, "헤테로아릴기"란 C2 내지 C30 헤테로아릴기를 의미하고, 구체적으로는 C2 내지 C18 헤테로아릴기를 의미하며, "아릴렌"기란 C6 내지 C30 아릴렌기를 의미하고, 구체적으로는 C6 내지 C20 아릴렌기를 의미하며, "헤테로아릴렌기"란 C2 내지 C30 헤테로아릴렌기를 의미하고, 구체적으로는 C2 내지 C20 헤테로아릴렌기를 의미하며, "알킬아릴기"란 C7 내지 C30 알킬아릴기를 의미하고, 구체적으로는 C7 내지 C20 알킬아릴기를 의미하며, "할로겐"이란 F, Cl, Br 또는 I를 의미한다.
또한 본 명세서에서 특별한 언급이 없는 한, 헤테로사이클로알킬기, 헤테로사이클로알킬렌기, 헤테로아릴기 및 헤테로아릴렌기는 각각 독립적으로 N, O, S, Si 또는 P의 헤테로 원자를 하나의 고리 내에 1개 내지 3개 함유하고, 나머지는 탄소인 사이클로알킬기, 사이클로알킬렌기, 아릴기 및 아릴렌기를 의미한다.
또한 본 명세서에서 특별한 언급이 없는 한, "지방족"이란 C1 내지 C30 알킬, C2 내지 C30 알케닐, C2 내지 C30 알키닐, C1 내지 C30 알킬렌, C2 내지 C30 알케닐렌, 또는 C2 내지 C30 알키닐렌을 의미하고, 구체적으로는 C1 내지 C20 알킬, C2 내지 C20 알케닐, C2 내지 C20 알키닐, C1 내지 C20 알킬렌, C2 내지 C20 알케닐렌, 또는 C2 내지 C20 알키닐렌을 의미하고, "지환족"이란 C3 내지 C30 사이클로알킬, C3 내지 C30 사이클로알케닐, C3 내지 C30 사이클로알키닐, C3 내지 C30 사이클로알킬렌, C3 내지 C30 사이클로알케닐렌, 또는 C3 내지 C30 사이클로알키닐렌을 의미하고, 구체적으로는 C3 내지 C20 사이클로알킬, C3 내지 C20 사이클로알케닐, C3 내지 C20 사이클로알키닐, C3 내지 C20 사이클로알킬렌, C3 내지 C20 사이클로알케닐렌, 또는 C3 내지 C20 사이클로알키닐렌을 의미하고, "방향족"이란 C6 내지 C30 아릴, C2 내지 C30 헤테로아릴, C6 내지 C30 아릴렌 또는 C2 내지 C30 헤테로아릴렌을 의미하고, 구체적으로는 C6 내지 C16 아릴, C2 내지 C16 헤테로아릴, C6 내지 C16 아릴렌 또는 C2 내지 C16 헤테로아릴렌을 의미한다.
본 명세서에서 별도의 정의가 없는 한, "조합"이란 일반적으로는 혼합 또는 공중합을 의미하며, 지환족 유기기 및 방향족 유기기에서는 2개 이상의 고리가 융합고리를 형성하거나, 2개 이상의 고리가 단일결합, O, S, C(=O), CH(OH), S(=O), S(=O)2, Si(CH3)2, (CH2)p(여기서, 1≤p≤2), (CF2)q(여기서, 1≤q≤2), C(CH3)2, C(CF3)2, C(CH3)(CF3) 또는 C(=O)NH의 작용기에 의해 서로 연결되어 있는 것을 의미한다. 여기서, "공중합"이란 블록 공중합 내지 랜덤 공중합을 의미하고, "공중합체"란 블록 공중합체 내지 랜덤 공중합체를 의미한다.
또한 본 명세서에서 "＊"는 동일하거나 상이한 원자 또는 화학식과 연결되는 부분을 의미한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 액정 배향제는 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리아믹산, 하기 화학식 2로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리이미드, 또는 이들의 조합을 포함하는 제1 고분자; 및 하기 화학식 4로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리아믹산, 하기 화학식 5로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리이미드, 또는 이들의 조합을 포함하는 제2 고분자를 포함한다.
[화학식 1]
Figure pat00018
[화학식 2]
Figure pat00019
상기 화학식 1 및 2에서,
X1 및 X2는 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 지환족 산이무수물 또는 방향족 산이무수물로부터 유도된 4가의 유기기이다. 상기 X1은 각각의 반복단위에서 동일하거나 서로 상이할 수 있고, 또한 상기 X2도 각각의 반복단위에서 동일하거나 서로 상이할 수 있다.
Y1 및 Y2는 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 하기 화학식 3으로 표시되는 디아민으로부터 유도된 2가의 유기기를 포함한다. 상기 Y1은 각각의 반복단위에서 동일하거나 서로 상이할 수 있고, 또한 상기 Y2도 각각의 반복단위에서 동일하거나 서로 상이할 수 있다.
[화학식 3]
Figure pat00020
상기 화학식 3에서,
R1은 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 지방족 유기기, 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 방향족 유기기이다.
n1은 0 내지 3의 정수이다.
A1은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬렌기이고, 구체적으로는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬렌기일 수 있고, 더욱 구체적으로는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C5 알킬렌기일 수 있다.
A2는 단일결합, 치환 또는 비치환된 2가의 C1 내지 C20 지방족 유기기, 치환 또는 비치환된 2가의 C2 내지 C30 방향족 유기기, 또는 치환 또는 비치환된 2가의 C3 내지 C30 지환족 유기기이고, 구체적으로는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 페닐렌기, 또는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 시클로알킬렌기일 수 있다.
Z1은 단일결합, 산소(O), 치환 또는 비치환된 2가의 C1 내지 C20 지방족 유기기, 치환 또는 비치환된 2가의 C2 내지 C30 방향족 유기기, 또는 치환 또는 비치환된 2가의 C3 내지 C30 지환족 유기기이고, 구체적으로는 단일결합, 산소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 페닐렌기, 또는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 시클로알킬렌기일 수 있으며, 더욱 구체적으로는 산소일 수 있다.
R2는 수소(H) 또는 메틸기(CH3)이다.
[화학식 4]
Figure pat00021
[화학식 5]
Figure pat00022
상기 화학식 4 및 5에서,
X3 및 X4는 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 지환족 산이무수물 또는 방향족 산이무수물로부터 유도된 4가의 유기기이다. 상기 X3은 각각의 반복단위에서 동일하거나 서로 상이할 수 있고, 또한 상기 X4도 각각의 반복단위에서 동일하거나 서로 상이할 수 있다.
Y3 및 Y4는 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 디아민으로부터 유도된 2가의 유기기이다. 상기 Y3은 각각의 반복단위에서 동일하거나 서로 상이할 수 있고, 또한 상기 Y4도 각각의 반복단위에서 동일하거나 서로 상이할 수 있다.
상기 화학식 3으로 표시되는 디아민은 말단에 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트로부터 유도되는 잔기를 포함하며, 상기 아크릴레이트로부터 유도되는 잔기 또는 상기 메타크릴레이트로부터 유도되는 잔기는 광조사에 대해 반응을 일으킨다. 따라서, 액정 배향제를 상기 화학식 3으로 표시되는 디아민을 이용하여 제조하는 경우, 상기 액정 배향제에 광조사를 실시할 때 액정의 분자배형을 한 방향으로 유도할 수 있어, 배향성을 효과적으로 개선할 수 있다.
구체적으로는 상기 화학식 3으로 표시되는 디아민은 하기 화학식 6 내지 하기 화학식 10으로 표시되는 화합물 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
[화학식 6] [화학식 7] [화학식 8] [화학식 9] [화학식 10]
Figure pat00023
Figure pat00024
Figure pat00025
Figure pat00026
Figure pat00027
상기 제2 고분자는 공정성 및 전기광학적 특성을 효과적으로 개선할 수 있다. 따라서, 상기 제1 고분자 및 상기 제2 고분자를 포함하는 액정 배향제는 균일한 도막을 형성할 수 있고, 우수한 인쇄성을 나타낼 수 있으며, 상기 액정 배향제를 사용하여 제조한 액정 셀은 빠른 응답속도를 가질 수 있다.
상기 제1 고분자에서 상기 화학식 1로 표시되는 폴리아믹산과 상기 화학식 2로 표시되는 폴리이미드는 단순 혼합되어 존재할 수도 있고, 공중합하여 존재할 수도 있다.
또한, 상기 제2 고분자에서 상기 화학식 4로 표시되는 폴리아믹산과 상기 화학식 5로 표시되는 폴리이미드는 단순 혼합되어 존재할 수도 있고, 공중합하여 존재할 수도 있다.
이하 각 구성 성분에 대하여 자세하게 설명하도록 한다.
고분자
상기 액정 배향제에 포함되는 고분자는 상기 제1 고분자 및 상기 제2 고분자를 포함한다.
이하, 상기 고분자를 제1 고분자 및 제2 고분자로 구분하여 설명한다.
제1 고분자
상기 제1 고분자는 상기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리아믹산, 상기 화학식 2로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리이미드, 또는 이들의 조합을 포함한다.
구체적으로는 상기 제1 고분자는 상기 화학식 2로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리이미드를 포함할 수 있다. 이 경우, 장기 신뢰성이 향상될 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리아믹산은 산이무수물과 디아민으로부터 합성할 수 있다. 상기 산이무수물과 상기 디아민을 공중합하여 폴리아믹산을 제조하는 방법은 폴리아믹산의 합성에 사용 가능한 것으로 알려진 방법은 제한되지 않고 적용될 수 있다.
상기 화학식 2로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리이미드는 상기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리아믹산을 이미드화하여 제조할 수 있다. 폴리아믹산을 이미드화하여 폴리이미드를 제조하는 방법은 당업계에서 잘 알려진 내용이므로 자세한 설명은 생략한다.
상기 산이무수물로는 지환족 산이무수물, 방향족 산이무수물 또는 이들을 1종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 Y1 및 Y2를 유도하는 디아민으로는 상기 화학식 3으로 표시되는 디아민을 사용할 수 있으며, 또한, 여기에 소정의 기능성 디아민 및 소정의 방향족 디아민 중 적어도 1 종을 더 혼합하여 사용할 수도 있다.
상기 지환족 산이무수물로는 1,2,3,4-사이클로부탄테트라카르복실산이무수물(CBDA), 5-(2,5-디옥소테트라하이드로퓨릴)-3-메틸사이클로헥센-1,2-디카르복실산무수물(DOCDA), 바이사이클로옥텐-2,3,5,6-테트라카르복실산이무수물(BODA), 1,2,3,4-사이클로펜탄테트라카르복실산이무수물(CPDA), 1,2,4,5-사이클로헥산테트라카르복실산이무수물(CHDA), 1,2,4-트리카르복시-3-메틸카르복시 사이클로펜탄이무수물, 1,2,3,4-테트라카르복시 사이클로펜탄이무수물, 또는 이들을 1종 이상 혼합하여 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 지환족 산이무수물로부터 유도되는 4가의 유기기는 하기 화학식 11 내지 15로 표시되는 작용기 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
[화학식 11]
Figure pat00028
[화학식 12]
Figure pat00029
[화학식 13]
Figure pat00030
[화학식 14]
Figure pat00031
[화학식 15]
Figure pat00032
상기 화학식 11 내지 15에서,
R3은 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 알킬기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이고,
n2는 0 내지 3의 정수이고,
R4 내지 R10은 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 알킬기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이다.
상기 n2가 2 이상의 정수인 경우, 상기 R3은 각각 동일하거나 서로 상이할 수 있다.
상기 방향족 산이무수물로는 피로멜리트산이무수물(PMDA), 비프탈산이무수물(BPDA), 옥시디프탈산이무수물(ODPA), 벤조페논테트라카르복시산이무수물(BTDA), 헥사플루오로이소프로필리덴디프탈산이무수물(6-FDA), 또는 이들을 1종 이상 혼합하여 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 방향족 산이무수물로부터 유도되는 4가의 유기기는 하기 화학식 16으로 표시되는 작용기 및 하기 화학식 17로 표시되는 작용기 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
[화학식 16]
Figure pat00033
[화학식 17]
Figure pat00034
상기 화학식 16 및 17에서,
R11 및 R12는 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 알킬기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이고,
R13 및 R14는 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 알킬기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이고,
n3 및 n4는 각각 독립적으로 0 내지 3의 정수이고,
A3은 단일결합, O, CO, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C6 알킬렌기(예를 들어 C(CF3)2), 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬렌기, 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로사이클로알킬렌기이다.
상기 n3이 2 이상의 정수인 경우, 상기 R13은 각각 동일하거나 서로 상이할 수 있다. 마찬가지로, 상기 n4가 2 이상의 정수인 경우, 상기 R14도 각각 동일하거나 서로 상이할 수 있다.
상기 방향족 디아민으로는 2,2'-디메틸-4,4'-비페닐디아민(2,2'-dimethyl-4,4'-biphenyldiamine), 파라페닐렌디아민(p-PDA), 4,4'-메틸렌디아닐린(MDA), 4,4-옥시디아닐린(ODA), 메타비스아미노페녹시디페닐설폰(m-BAPS), 파라비스아미노페녹시디페닐설폰(p-BAPS), 2,2-비스아미노페녹시페닐프로판(BAPP), 2,2-비스아미노페녹시페닐헥사플루오로프로판(HF-BAPP), 1,4-디아미노-2-메톡시벤젠, 또는 이들을 1종 이상 혼합하여 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 방향족 디아민으로는 하기 화학식 18 내지 21로 표시되는 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이때, 상기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리아믹산 및 상기 화학식 2로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리이미드는 상기 방향족 디아민으로부터 유도되는 2가의 유기기를 포함할 수 있다. 상기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리아믹산 및 상기 화학식 2로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리이미드가 상기 방향족 디아민으로부터 유도되는 2가의 유기기를 포함하는 경우, 액정 배향제 및 이로부터 형성되는 액정 배향막의 내화학성, 열적 안정성 및 기계적 특성을 개선할 수 있다.
[화학식 18]
Figure pat00035
[화학식 19]
Figure pat00036
[화학식 20]
Figure pat00037
[화학식 21]
Figure pat00038
상기 화학식 18 내지 21에서,
R15 내지 R24는 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 알킬기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이고, 상기 알킬기, 상기 아릴기 및 상기 헤테로아릴기는 -O-, -COO-, -CONH-, -OCO- 및 이들의 조합으로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 더 포함할 수 있으며,
A4 내지 A9는 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 단일결합, O, SO2 또는 C(R103)(R104), 예컨대 C(CF3)2이고, 여기서, R103 및 R104는 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 수소, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C6 알킬기이며,
n5 내지 n14는 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수이다.
상기 n5가 2 이상의 정수인 경우, 상기 R15는 각각 동일하거나 서로 상이할 수 있다. 마찬가지로, 상기 n6 내지 n14가 각각 2 이상의 정수인 경우, 상기 R16 내지 R24도 각각 동일하거나 서로 상이할 수 있다.
상기 기능성 디아민으로는 하기 화학식 22 내지 24로 표시되는 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이때, 상기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리아믹산 및 상기 화학식 2로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리이미드는 상기 기능성 디아민으로부터 유도되는 2가의 유기기를 포함할 수 있다. 상기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리아믹산 및 상기 화학식 2로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리이미드가 상기 기능성 디아민으로부터 유도되는 2가의 유기기를 포함하는 경우, 액정 배향성, 내화학성 및 전기광학적 특성을 개선할 수 있고, 선경사각을 용이하게 조절할 수 있으며, 높은 선경사각을 발현할 수 있어, 상기 액정 배향제를 수직 배향형 액정 배향막 및 꼬인 네마틱형 액정 배향막을 제조하기 위해 사용할 수 있다.
[화학식 22]
Figure pat00039
상기 화학식 22에서,
R25는 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기이고,
R26은 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기이고,
n15는 0 내지 3의 정수이다.
상기 n15가 2 이상의 정수인 경우, 상기 R26의 각각은 동일하거나 서로 상이할 수 있다.
[화학식 23]
Figure pat00040
상기 화학식 23에서,
R27, R28 및 R29는 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 알킬기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이고,
A10은 단일결합, O, COO, CONH, OCO, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬렌기이고,
R30은 수소, 치환 또는 비치환된 알킬기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이고, 상기 알킬기, 상기 아릴기 및 상기 헤테로아릴기는 -O-, -COO-, -CONH-, -OCO- 및 이들의 조합으로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 더 포함할 수 있으며,
n16은 0 또는 3의 정수이고,
n17 및 n18은 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수이다.
상기 n16이 2 이상의 정수인 경우, 상기 R27은 각각 동일하거나 서로 상이할 수 있다. 마찬가지로, 상기 n17 및 n18이 각각 2 이상의 정수인 경우, 상기 R28 및 R29도 각각 동일하거나 서로 상이할 수 있다.
[화학식 24]
Figure pat00041
상기 화학식 24에서,
R31 및 R32는 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 알킬기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이고,
n19 및 n20은 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수이고,
R33은 수소, 치환 또는 비치환된 알킬기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이고,
A11 및 A12는 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 단일결합, O 또는 COO이고,
A13은 단일결합, O, COO, CONH 또는 OCO이다.
상기 n19가 2 이상의 정수인 경우, 상기 R31은 각각 동일하거나 서로 상이할 수 있다. 마찬가지로, 상기 n20이 2 이상의 정수인 경우, 상기 R32도 각각 동일하거나 서로 상이할 수 있다.
상기 Y1 및 Y2를 유도하는 디아민으로는 상기 화학식 3으로 표시되는 디아민을 단독으로 사용할 수 있으며, 상기 화학식 3으로 표시되는 디아민 외에 상기 방향족 디아민, 상기 기능성 디아민 또는 이들의 조합을 병용하여 사용할 수도 있다.
상기 Y1 및 Y2를 유도하는 디아민이 상기 화학식 3으로 표시되는 디아민 외에 상기 방향족 디아민 및 상기 기능성 디아민을 포함하는 경우, 상기 Y1 및 Y2를 유도하는 디아민 총량에 대하여 상기 화학식 3으로 표시되는 디아민을 1몰% 내지 70몰%, 상기 방향족 디아민을 5몰% 내지 80몰%로 포함하고, 상기 기능성 디아민을 1몰% 내지 50몰%로 포함할 수 있다. 각각의 디아민의 사용량이 상기 범위 내인 경우, 선경사각의 조절 및 높은 선경사각의 발현을 효과적으로 수행할 수 있고, 또한 액정 배향성, 내화학성, 전기광학적 특성, 열적 안정성 및 기계적 특성을 효과적으로 개선할 수 있으며, 용해성을 증가시켜 공정성을 개선할 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리아믹산은 10,000 g/mol 내지 300,000 g/mol의 중량평균 분자량을 가질 수 있다. 또한, 상기 화학식 2로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리이미드는 10,000 g/mol 내지 300,000 g/mol의 중량평균 분자량을 가질 수 있다. 상기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리아믹산 및 상기 화학식 2로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리이미드의 중량 평균 분자량이 상기 범위 내인 경우 신뢰성과 전기광학적 특성을 효과적으로 개선할 수 있고, 우수한 내화학성을 가질 수 있으며, 액정표시소자의 구동 후에도 선경사각을 안정적으로 유지할 수 있다.
상기 제1 고분자가 상기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리아믹산 및 상기 화학식 2로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리이미드를 모두 포함하는 경우, 상기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리아믹산 및 상기 화학식 2로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리이미드는 1:99 내지 50:50의 중량비로 포함될 수 있다. 상기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리아믹산 및 상기 화학식 2로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리이미드가 상기 범위 내로 포함되는 경우 배향 안정성을 개선할 수 있다. 구체적으로는 상기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리아믹산 및 상기 화학식 2로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리이미드는 10:90 내지 50:50의 중량비로 포함될 수 있다.
제2 고분자
상기 제2 고분자는 상기 화학식 4로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리아믹산, 상기 화학식 5로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리이미드, 또는 이들의 조합을 포함한다.
상기 화학식 4로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리아믹산은 산이무수물과 디아민으로부터 합성할 수 있다. 상기 산이무수물과 상기 디아민을 공중합하여 폴리아믹산을 제조하는 방법은 폴리아믹산의 합성에 사용 가능한 것으로 알려진 방법은 제한되지 않고 적용될 수 있다.
상기 화학식 5로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리이미드는 상기 화학식 4로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리아믹산을 이미드화하여 제조할 수 있다. 폴리아믹산을 이미드화하여 폴리이미드를 제조하는 방법은 당업계에서 잘 알려진 내용이므로 자세한 설명은 생략한다.
상기 산이무수물로는 지환족 산이무수물, 방향족 산이무수물 또는 이들을 1종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
이하에서 달리 설명하지 않는 한, 상기 지환족 산이무수물, 상기 지환족 산이무수물로부터 유도된 4가의 유기기, 상기 방향족 산이무수물, 및 상기 방향족 산이무수물로부터 유도된 4가의 유기기에 대한 설명은 상기 제1 고분자에 대한 설명에서 상술한 바와 같다.
상기 디아민으로는 기능성 디아민, 방향족 디아민, 또는 이들의 조합을 사용할 수 있다.
이하에서 달리 설명하지 않는 한, 상기 기능성 디아민, 상기 기능성 디아민으로부터 유도된 2가의 유기기, 상기 방향족 디아민, 및 상기 방향족 디아민으로부터 유도된 2가의 유기기에 대한 설명은 상기 제1 고분자에 대한 설명에서 상술한 바와 같다.
상기 화학식 4로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리아믹산은 10,000 g/mol 내지 300,000 g/mol의 중량평균 분자량을 가질 수 있다. 또한 상기 화학식 5로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리이미드는 10,000 g/mol 내지 300,000 g/mol의 중량평균 분자량을 가질 수 있다. 상기 화학식 4로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리아믹산 및 상기 화학식 5로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리이미드의 중량 평균 분자량이 상기 범위 내인 경우 신뢰성과 전기광학적 특성을 효과적으로 개선할 수 있고, 우수한 내화학성을 가질 수 있으며, 액정표시소자의 구동 후에도 선경사각을 안정적으로 유지할 수 있다.
상기 제2 고분자가 상기 화학식 4로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리아믹산 및 상기 화학식 5로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리이미드를 모두 포함하는 경우, 상기 화학식 4로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리아믹산 및 상기 화학식 5로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리이미드는 1:99 내지 50:50의 중량비로 포함될 수 있다. 상기 화학식 4로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리아믹산 및 상기 화학식 5로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리이미드가 상기 범위 내로 포함되는 경우 배향 안정성을 개선할 수 있다. 구체적으로는 상기 화학식 4로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리아믹산 및 상기 화학식 5로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리이미드는 10:90 내지 50:50의 중량비로 포함될 수 있다.
상기 액정 배향제는 상기 제1 고분자 및 상기 제2 고분자를 10:90 내지 90:10의 중량비로 포함할 수 있다. 상기 제1 고분자 및 상기 제2 고분자의 함량이 상기 범위 내인 경우, 우수한 공정성 및 전기광학적 특성을 가질 수 있다. 구체적으로는 상기 액정 배향제는 상기 제1 고분자 및 상기 제2 고분자를 10:90 내지 50:50의 중량비로 포함할 수 있다.
상기 액정 배향제에서 상기 고분자는 1 중량% 내지 30 중량%로 포함될 수 있다. 고분자가 상기 범위 내로 포함되는 경우 인쇄성 및 액정 배향성을 개선할 수 있다. 구체적으로는 상기 고분자는 3 중량% 내지 20 중량%로 포함될 수 있다.
용매
본 발명의 일 구현예에 따른 액정 배향제는 상기 고분자를 용해시키기에 적절한 용매를 포함한다.
상기 고분자를 용해시키기에 적절한 용매의 예로는 N-메틸-2-피롤리돈; N,N-디메틸 아세트아미드; N,N-디메틸 포름아미드; 디메틸 설폭사이드; γ-부티로락톤; 테트라하이드로퓨란(THF); 및 메타 크레졸, 페놀, 할로겐화 페놀 등의 페놀계 용매를 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 용매는 2-부틸 셀로솔브(2-BC)를 더 포함할 수 있고, 이로써 인쇄성을 향상시킬 수 있다. 이때 상기 2-부틸 셀로솔브는, 2-부틸 셀로솔브를 포함하는 용매 총량에 대하여, 1 중량% 내지 60 중량%로 포함될 수 있다. 2-부틸 셀로솔브가 상기 범위 내로 포함되는 경우 인쇄성을 용이하게 향상시킬 수 있다. 구체적으로는 상기 2-부틸 셀로솔브는, 2-부틸 셀로솔브를 포함하는 용매 총량에 대하여, 10 중량% 내지 60 중량%로 포함될 수 있다.
또한, 상기 용매는 빈용매인 알콜류, 케톤류, 에스테르류, 에테르류, 탄화수소류,　또는 할로겐화 탄화수소류를 상기 가용성 고분자가 석출되지 않는 한도 내에서 적정 비율로 더 포함할 수 있다. 　상기 빈용매들은 액정 배향제의 표면에너지를 낮추어 도포시 퍼짐성과 평탄성을 향상시킬 수 있다.
상기 빈용매는, 빈용매를 포함하는 용매 총량에 대하여, 1　중량% 내지 90 중량%, 구체적으로는 1 중량% 내지 70 중량%로 포함될 수 있다.
상기 빈용매의 구체적인 예로는 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 사이클로헥산올, 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 1,4-부탄디올, 트리에틸렌글리콜, 아세톤, 메틸에틸케톤, 사이클로헥사논, 메틸아세테이트, 에틸아세테이트, 부틸아세테이트, 디에틸옥살레이트, 말론산 에스테르, 디에틸에테르, 에틸렌글리콜 모노메틸에테르, 에틸렌글리콜 디메틸에테르, 에틸렌글리콜 모노에틸에테르, 에틸렌글리콜 페닐에테르, 에틸렌글리콜 페닐메틸에테르, 에틸렌글리콜 페닐에틸에테르, 디에틸렌글리콜 디메틸에테르, 디에틸렌클리콜 에테르, 디에틸렌글리콜 모노메틸에테르, 디에틸렌글리콜 모노에틸에테르, 디에틸렌글리콜 모노메틸에테르 아세테이트, 디에틸렌글리콜 모노에틸에테르 아세테이트, 에틸렌글리콜 메틸에테르 아세테이트, 에틸렌글리콜 에틸에테르 아세테이트, 4-하이드록시-4-메틸-2-펜타논, 2-하이드록시 프로피온산 에틸, 2-하이드록시-2-메틸 프로피온산 에틸, 에톡시 초산 에틸, 하이드록시 초산 에틸, 2-하이드록시-3-메틸 부탄산 메틸, 3-메톡시 프로피온산 메틸, 3-메톡시 프로피온산 에틸, 3-에톡시 프로피온산 에틸, 3-에톡시 프로피온산 메틸, 메틸 메톡시 부탄올, 에틸 메톡시 부탄올, 메틸 에톡시 부탄올, 에틸 에톡시 부탄올, 테트라하이드로퓨란, 디클로로메탄, 1,2-디클로로에탄, 1,4-디클로로부탄, 트리클로로에탄, 클로로벤젠, o-디클로로벤젠, 헥산, 헵탄, 옥탄, 벤젠, 톨루엔, 크실렌, 또는 이들을 1종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 액정 배향제에서 상기 용매의 함량은 특별히 제한되지는 않으나, 상기 액정 배향제에서 고형분의 함량이　1　중량% 내지 30 중량%가 되도록 사용할 수 있다. 고형분의 함량이 상기 범위 내인 경우, 인쇄시에 기판 표면의 오염성에 영향을 덜 받음으로써 막의 균일도를 적절하게 유지할 수 있고, 적절한 점도를 유지할 수 있어, 인쇄시 높은 점도로 인한 막의 균일도 저하를 방지할 수 있고, 적절한 투과율을 나타낼 수 있다. 구체적으로는 상기 고형분의 함량은 3 중량% 내지 20 중량%일 수 있다.
상기 액정 배향제는 3 cps 내지 30 cps의 점도를 가질 수 있다. 액정 배향제의 점도가 상기 범위 내인 경우, 도막 균일성 및 도포성을 향상시킬 수 있다. 구체적으로는 상기 액정 배향제는 3 cps 내지 25 cps의 점도를 가질 수 있다.
기타 첨가제
본 발명의 일 구현예에 따른 액정 배향제는 기타 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 기타 첨가제로는 에폭시 화합물을 들 수 있다. 에폭시 화합물은 신뢰성 및 전기광학특성 향상을 위하여 사용하는 것으로서, 상기 에폭시 화합물은 2개 내지 8개의 에폭시기, 구체적으로는 2개 내지 4개의 에폭시기를 포함하는 에폭시 화합물을 1종 이상 사용할 수 있다.
상기 에폭시 화합물은 상기 고분자 100 중량부에 대하여 0.1 중량부 내지 50 중량부로 포함될 수 있다. 에폭시 화합물이 상기 범위 내로 포함되는 경우, 기판에 도포시 적절한 인쇄성 및 평탄성을 나타내면서, 신뢰성 및 전기광학적 특성을 용이하게 향상시킬 수 있다. 구체적으로는 에폭시 화합물은 상기 고분자 100 중량부에 대하여 1 중량부 내지 30 중량부로 포함될 수 있다.
상기 에폭시 화합물의 예로는 하기 화학식 25로 표시되는 화합물을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
[화학식 25]
Figure pat00042
상기 화학식 25에서,
A14는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C12 방향족 유기기, 또는 치환 또는 비치환된 2가의 C6 내지 C12 지환족 유기기, 또는 치환 또는 비치환된 2가의 C6 내지 C12 지방족 유기기이고, 구체적으로는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C6 알킬렌기일 수 있다.
상기 에폭시 화합물의 구체적인 예로는 N,N,N',N'-테트라글리시딜-4,4'-디아미노페닐메탄(TGDDM), N,N,N',N'-테트라글리시딜-4,4'-디아미노페닐에탄, N,N,N',N'-테트라글리시딜-4,4'-디아미노페닐프로판, N,N,N',N'-테트라글리시딜-4,4'-디아미노페닐부탄, N,N,N',N'-테트라글리시딜-4,4'-디아미노벤젠, 에틸렌글리콜디글리시딜에테르, 폴리에틸렌글리콜디글리시딜에테르, 프로필렌글리콜디글리시딜에테르, 트리프로필렌글리콜디글리시딜에테르, 폴리프로필렌글리콜디글리시딜에테르, 네오펜틸글리콜디글리시딜에테르, 1,6-헥산디올디글리시딜에테르, 글리세린디글리시딜에테르, 2,2-디브로모네오펜틸글리콜디글리시딜에테르, 1,3,5,6-테트라글리시딜-2,4-헥산디올, N,N,N',N'-테트라글리시딜-1,4-페닐렌디아민, N,N,N',N'-테트라글리시딜-m-크실렌디아민, N,N,N',N'-테트라글리시딜-2,2'-디메틸-4,4'-디아미노비페닐, 2,2-비스[4-(N,N-디글리시딜-4-아미노페녹시)페닐]프로판, N,N,N',N'-테트라글리시딜-4,4'-디아미노디페닐메탄, 1,3-비스(N,N-디글리시딜아미노메틸)사이클로헥산, 1,3-비스(N,N-디글리시딜아미노메틸)벤젠 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한 인쇄성을 향상시키기 위하여 적당한 계면활성제 또는 커플링제를 첨가제로 더욱 사용할 수도 있다.
본 발명의 다른 일 구현예에 따른 액정 배향막은 상기 액정 배향제를 이용하여 제조된다.
액정 배향막은 액정 배향제를 기판에 도포하여 형성시킬 수 있는데, 상기 액정 배향제를 상기 기판에 도포하는 방법으로는, 스핀 코트법, 플렉소 인쇄법, 잉크젯법 등을 들 수 있다. 그 중에서도 플렉소 인쇄법은 형성한 도막의 균일성이 우수하고, 대형화가 용이하므로, 일반적으로 사용될 수 있다.
상기 기판으로는 투명성이 높은 기판이라면 특별히 한정되지 않고 사용할 수 있으며, 유리 기판, 또는 아크릴 기판이나 폴리카보네이트 기판 등의 플라스틱 기판을 사용할 수 있다. 또한, 액정 구동을 위한 인듐-틴 옥사이드(indium-tin oxide, ITO) 전극 등이 형성된 기판을 사용하면, 제조 공정을 간소화할 수 있다.
상기 액정 배향제는 도막의 균일성을 높이기 위해 기판에 균일하게 도포한 후, 실온 내지 200℃의 온도로, 구체적으로는 30℃ 내지 150℃의 온도로, 더욱 구체적으로는 40℃ 내지 120℃의 온도로 1분 내지 100분 동안 가건조를 실시할 수 있다. 상기 가건조를 통하여, 액정 배향제의 각 성분의 휘발도를 조정함으로써, 균일하고 편차가 없는 도막을 얻을 수 있다.
그 후, 다시 80℃ 내지 300℃, 구체적으로는 120℃ 내지 280℃의 온도에서 5분 내지 300분 동안 소성을 실시하여 용매를 증발시킴으로써, 액정 배향막을 형성할 수 있다.
이어서, 상기 액정 배향막에 광조사를 실시하여 액정 배향을 시킬 수 있다. 구체적으로는 광조사는 상기 액정 배향막이 형성된 기판, 내지는 상기 액정 배향막이 적용되어 합착된 액정 셀 또는 패널에 실시할 수 있다. 상기 액정 셀 또는 패널에 실시되는 광조사의 경우, 보다 정밀한 선경사각 조절을 위해 액정 셀 또는 패널에 일정 크기의 전압을 인가한 채로 진행할 수 있으며, 구체적으로는 액정 셀 또는 패널에 5 V 내지 50 V의 전압을 인가한 후, 200 nm 이상의 파장을 가지는 UV 램프를 사용하여 1 J 내지 40 J의 에너지로 광을 조사하여 액정 배향막 표면의 액정 배향을 시킬 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 구현예에 따르면 상기 액정 배향막을 포함하는 액정표시소자를 제공한다.
실시예
이하에서 본 발명을 실시예　및 비교예를 통하여 보다 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예　및 비교예는 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
합성예 1: 폴리아믹산(PAA-1)의 제조
교반기, 온도조절장치, 질소가스주입 장치 및 냉각기가 장착된 4구 플라스크에 질소를 통과시키면서 하기 화학식 26으로 표시되는 2,2'-디메틸-4,4'-비페닐디아민(2,2'-dimethyl-4,4'-biphenyldiamine) 1 몰을 넣고, N-메틸-2-피롤리돈(NMP)을 넣어 혼합 용액을 제조하였다.
[화학식 26]
Figure pat00043
상기 혼합 용액에 고체 상태의 1,2,3,4-시클로부탄테트라카르복실산 이무수물 1.0 몰을 넣고 격렬하게 교반하였다. 이때의 고형분 함량은 20중량%이었다.
온도를 30℃ 내지 50℃로 유지하면서 10시간 동안 반응을 수행하여 폴리아믹산 수지를 제조하였다. 제조된 폴리아믹산 수지에 유기 용매인 N-메틸-2-피롤리돈 및 γ-부티로락톤의 혼합 유기 용매를 첨가하고, 상온에서 24 시간 동안 교반하여 폴리아믹산(PAA-1) 용액을 제조하였다. 상기 폴리아믹산(PAA-1)의 중량평균 분자량은 150,000이었다.
합성예 2: 폴리아믹산(PAA-2)의 제조
상기 화학식 26으로 표시되는 디아민을 대신하여 하기 화학식 27로 표시되는 4,4'-메틸렌 디아닐린(4,4'-methylene dianiline)을 사용한 것을 제외하고는 상기 합성예 1과 동일하게 폴리아믹산(PAA-2) 용액을 제조하였다. 상기 폴리아믹산(PAA-2)의 중량평균 분자량은 150,000이었다.
[화학식 27]
Figure pat00044
합성예 3: 폴리아믹산(PAA-3)의 제조
상기 화학식 26으로 표시되는 디아민을 대신하여 하기 화학식 28로 표시되는 파라페닐렌디아민(p-phenylene diamine)을 사용한 것을 제외하고는 상기 합성예 1과 동일하게 폴리아믹산(PAA-3) 용액을 제조하였다. 상기 폴리아믹산(PAA-3)의 중량평균 분자량은 150,000이었다.
[화학식 28]
Figure pat00045
합성예 4: 폴리이미드( SPI -1)의 제조
교반기, 온도조절장치, 질소가스주입 장치, 및 냉각기가 장착된 4구 플라스크에 질소를 통과시키면서 상기 화학식 26으로 표시되는 2,2'-디메틸-4,4'-비페닐디아민 1 몰을 넣고, N-메틸-2-피롤리돈(NMP)을 넣어 혼합 용액을 제조하였다.
상기 혼합 용액에 고체 상태의 1,2,3,4-시클로부탄테트라카르복실산 이무수물 1.0 몰을 넣고 격렬하게 교반하였다. 이때의 고형분 함량은 20중량%이었다.
온도를 30℃ 내지 50℃로 유지하면서 10시간 동안 반응을 수행하여 폴리아믹산 용액을 제조하였다. 제조된 폴리아믹산 용액에 아세트산무수물 3.0 몰 및 피리딘 5.0 몰을 첨가하고 80℃로 승온한 후, 6시간 동안 반응시키고, 진공 증류를 통해 촉매와 용매를 제거하여 고형분 함량 20%의 가용성 폴리이미드 수지를 제조하였다.
제조된 가용성 폴리이미드 수지에 유기 용매인 N-메틸-2-피롤리돈 및 γ-부티로락톤의 혼합 유기 용매를 첨가하고, 상온에서 24 시간 동안 교반하여 가용성 폴리이미드(SPI-1) 수지를 제조하였다. 상기 폴리이미드(SPI-1)의 중량평균 분자량은 150,000이었다.
합성예 5: 폴리이미드( SPI -2)의 제조
상기 화학식 26으로 표시되는 디아민을 대신하여 상기 화학식 27로 표시되는 디아민을 사용한 것을 제외하고는 상기 합성예 4와 동일하게 가용성 폴리이미드(SPI-2) 수지를 제조하였다. 상기 폴리이미드(SPI-2)의 중량평균 분자량은 150,000이었다.
합성예 6: 폴리이미드( SPI -3)의 제조
상기 화학식 26으로 표시되는 디아민을 대신하여 상기 화학식 27로 표시되는 디아민을 사용한 것을 제외하고는 상기 합성예 4와 동일하게 가용성 폴리이미드(SPI-3) 수지를 제조하였다. 상기 폴리이미드(SPI-3)의 중량평균 분자량은 150,000이었다.
합성예 7: 폴리이미드( PSPI -1)의 제조
교반기, 온도조절장치, 질소가스주입 장치, 및 냉각기가 장착된 4구 플라스크에 질소를 통과시키면서 상기 화학식 28로 표시되는 파라페닐렌디아민 0.3 몰, 하기 화학식 29로 표시되는 기능성 디아민인 3,5-디아미노페닐데실 석신이미드(3,5-diaminophenyl decyl succinimide) 0.2 몰, 및 하기 화학식 30으로 표시되는 4-(3,5-디아미노벤질옥시)페닐 메타크릴레이트(4-(3,5-diamino benzyloxy)phenyl methacrylate) 0.5 몰을 넣고, N-메틸-2-피롤리돈(NMP)을 넣어 혼합 용액을 제조하였다.
[화학식 29]
Figure pat00046
[화학식 30]
Figure pat00047
상기 혼합 용액에 고체 상태의 1,2,3,4-시클로부탄테트라카르복실산 이무수물 1.0 몰을 넣고 격렬하게 교반하였다. 이때의 고형분 함량은 20중량%이었다.
온도를 30℃ 내지 50℃로 유지하면서 10시간 동안 반응을 수행하여 폴리아믹산 수지를 제조하였다. 제조된 폴리아믹산 수지에 유기 용매인 N-메틸-2-피롤리돈 및 γ-부티로락톤의 혼합 유기 용매를 첨가하고, 상온에서 24 시간 동안 교반하여 폴리아믹산 용액을 제조하였다.
상기 제조된 폴리아믹산 용액에 아세트산무수물 3.0 몰 및 피리딘 5.0 몰을 첨가하고 80℃로 승온시킨 후, 6시간 동안 반응시키고, 진공증류를 통해 촉매와 용매를 제거하여 고형분 함량 20%의 가용성 폴리이미드 수지를 제조하였다.
제조된 가용성 폴리이미드 수지에 유기 용매인 N-메틸-2-피롤리돈 및 γ-부티로락톤의 혼합 유기 용매를 첨가하고, 상온에서 24 시간 동안 교반하여 가용성 폴리이미드(PSPI-1) 수지를 제조하였다. 상기 폴리이미드(PSPI-1)의 중량평균 분자량은 200,000이었다.
합성예 8: 폴리이미드( PSPI -2)의 제조
상기 화학식 29로 표시되는 기능성 디아민을 대신하여 하기 화학식 31로 표시되는 기능성 디아민을 사용한 것을 제외하고는 상기 합성예 7과 동일하게 가용성 폴리이미드(PSPI-2) 수지를 제조하였다. 상기 폴리이미드(PSPI-2)의 중량평균 분자량은 200,000이었다.
[화학식 31]
Figure pat00048
합성예 9: 폴리이미드( PSPI -3)의 제조
상기 화학식 29로 표시된 기능성 디아민을 대신하여 하기 화학식 32로 표시되는 기능성 디아민을 사용한 것을 제외하고는 상기 합성예 7과 동일하게 가용성 폴리이미드(PSPI-3) 수지를 제조하였다. 상기 폴리이미드(PSPI-3)의 중량평균 분자량은 200,000이었다.
[화학식 32]
Figure pat00049
합성예 10: 폴리이미드( PSPI -4)의 제조
상기 화학식 29로 표시되는 기능성 디아민을 사용하지 않고, 상기 화학식 30으로 표시되는 4-(3,5-디아미노벤질옥시)페닐 메타크릴레이트를 0.7몰 사용한 것을 제외하고는 상기 합성예 7과 동일하게 가용성 폴리이미드(PSPI-4) 수지를 제조하였다. 상기 폴리이미드(PSPI-4)의 중량평균 분자량은 200,000이었다.
실시예 1: 액정 배항제의 제조
교반기, 온도조절장치, 질소가스주입 장치, 및 냉각기가 장착된 4구 플라스크에 합성예 1에서 얻은 고형분 8 중량%의 폴리아믹산(PAA-1) 용액 70 g 및 합성예 7에서 얻은 고형분 8 중량%의 폴리이미드(PSPI-1) 용액 30 g을 넣은 후, 질소를 통과시키면서 24시간 동안 교반한다.
이어서, 입경 0.1 ㎛의 필터로 여과하여 고형분 8 중량%의 액정 배향제를 얻었다. 상기 제조한 액정 배향제의 점도는 20 cps이었다.
실시예 2: 액정 배항제의 제조
교반기, 온도조절장치, 질소가스주입 장치, 및 냉각기가 장착된 4구 플라스크에 합성예 4에서 얻은 고형분 8 중량%의 폴리이미드(SPI-1) 용액 70 g 및 합성예 7에서 얻은 고형분 8 중량%의 폴리이미드(PSPI-1) 용액 30 g을 넣은 후, 질소를 통과시키면서 24시간 동안 교반한다.
이어서, 입경 0.1 ㎛의 필터로 여과하여 고형분 8 중량%의 액정 배향제를 얻었다. 상기 제조한 액정 배향제의 점도는 20 cps이었다.
실시예 3: 액정 배항제의 제조
교반기, 온도조절장치, 질소가스주입 장치, 및 냉각기가 장착된 4구 플라스크에 합성예 1에서 얻은 고형분 8 중량%의 폴리아믹산(PAA-1) 용액 70 g, 합성예 4에서 얻은 고형분 8 중량%의 폴리이미드(SPI-1) 용액 20 g, 및 합성예 7에서 얻은 고형분 8 중량%의 폴리이미드(PSPI-1) 용액 10 g을 넣은 후 질소를 통과 시키면서 24시간 동안 교반한다.
이어서, 입경 0.1 ㎛의 필터로 여과하여 고형분 8 중량%의 액정 배향제를 얻었다. 상기 제조한 액정 배향제의 점도는 20 cps이었다.
실시예 4: 액정 배항제의 제조
교반기, 온도조절장치, 질소가스주입 장치, 및 냉각기가 장착된 4구 플라스크에 합성예 1에서 얻은 고형분 8 중량%의 폴리아믹산(PAA-1) 용액 50 g, 합성예 4에서 얻은 고형분 8 중량%의 폴리이미드(SPI-1) 용액 20 g, 및 합성예 7에서 얻은 고형분 8 중량%의 폴리이미드(PSPI-1) 용액 30 g을 넣은 후, 질소를 통과시키면서 24시간 동안 교반한다.
이어서, 입경 0.1 ㎛의 필터로 여과하여 고형분 8 중량%의 액정 배항제를 얻었다. 상기 제조한 액정 배향제의 점도는 20 cps이었다.
실시예 5: 액정 배항제의 제조
교반기, 온도조절장치, 질소가스주입 장치, 및 냉각기가 장착된 4구 플라스크에 합성예 1에서 얻은 고형분 8 중량%의 폴리아믹산(PAA-1) 용액 30 g, 합성예 4에서 얻은 고형분 8 중량%의 폴리이미드(SPI-1) 용액 20 g, 및 합성예 7에서 얻은 고형분 8 중량%의 폴리이미드(PSPI-1) 용액 50 g을 넣은 후, 질소를 통과 시키면서 24시간 동안 교반한다.
이어서, 입경 0.1 ㎛의 필터로 여과하여 고형분 8 중량%의 액정 배향제를 얻었다. 상기 제조한 액정 배향제의 점도는 20 cps이었다.
실시예 6: 액정 배항제의 제조
교반기, 온도조절장치, 질소가스주입 장치, 및 냉각기가 장착된 4구 플라스크에 합성예 1에서 얻은 고형분 8 중량%의 폴리아믹산(PAA-1) 용액 10 g, 합성예 4에서 얻은 고형분 8 중량%의 폴리이미드(SPI-1) 용액 20 g, 및 합성예 7에서 얻은 고형분 8 중량%의 폴리이미드(PSPI-1) 용액 70 g을 넣은 후, 질소를 통과 시키면서 24시간 동안 교반한다.
이어서, 입경 0.1 ㎛의 필터로 여과하여 고형분 8 중량%의 액정 배향제를 얻었다. 상기 제조한 액정 배향제의 점도는 20 cps이었다.
실시예 7: 액정 배항제의 제조
교반기, 온도조절장치, 질소가스주입 장치, 및 냉각기가 장착된 4구 플라스크에 합성예 1에서 얻은 고형분 8 중량%의 폴리아믹산(PAA-1) 용액 70 g, 합성예 4에서 얻은 고형분 8 중량%의 폴리이미드(SPI-1) 용액 20 g, 및 합성예 8에서 얻은 고형분 8 중량%의 폴리이미드(PSPI-2) 용액 10 g을 넣은 후, 질소를 통과시키면서 24시간 동안 교반한다.
이어서, 입경 0.1 ㎛의 필터로 여과하여 고형분 8 중량%의 액정 배향제를 얻었다. 상기 제조한 액정 배향제의 점도는 20 cps이었다.
실시예 8: 액정 배항제의 제조
교반기, 온도조절장치, 질소가스주입 장치, 및 냉각기가 장착된 4구 플라스크에 합성예 1에서 얻은 고형분 8 중량%의 폴리아믹산(PAA-1) 용액 50 g, 합성예 4에서 얻은 고형분 8 중량%의 폴리이미드(SPI-1) 용액 20 g, 및 합성예 8에서 얻은 고형분 8 중량%의 폴리이미드(PSPI-2) 용액 30 g을 넣은 후, 질소를 통과 시키면서 24시간 동안 교반한다.
이어서, 입경 0.1 ㎛의 필터로 여과하여 고형분 8 중량%의 액정 배향제를 얻었다. 상기 제조한 액정 배향제의 점도는 20 cps이었다.
실시예 9: 액정 배항제의 제조
교반기, 온도조절장치, 질소가스주입 장치, 및 냉각기가 장착된 4구 플라스크에 합성예 1에서 얻은 고형분 8 중량%의 폴리아믹산(PAA-1) 용액 30 g, 합성예 4에서 얻은 고형분 8 중량%의 폴리이미드(SPI-1) 용액 20 g, 및 합성예 8에서 얻은 고형분 8 중량%의 폴리이미드(PSPI-2) 용액 50 g을 넣은 후, 질소를 통과시키면서 24시간 동안 교반한다.
이어서, 입경 0.1 ㎛의 필터로 여과하여 고형분 8 중량%의 액정 배향제를 얻었다. 상기 제조한 액정 배향제의 점도는 20 cps이었다.
실시예 10: 액정 배항제의 제조
교반기, 온도조절장치, 질소가스주입 장치, 및 냉각기가 장착된 4구 플라스크에 합성예 1에서 얻은 고형분 8 중량%의 폴리아믹산(PAA-1) 용액 10 g, 합성예 4에서 얻은 고형분 8 중량%의 폴리이미드(SPI-1) 용액 20 g, 및 합성예 8에서 얻은 고형분 8 중량%의 폴리이미드(PSPI-2) 용액 70 g을 넣은 후, 질소를 통과시키면서 24시간 동안 교반한다.
이어서, 입경 0.1 ㎛의 필터로 여과하여 고형분 8 중량%의 액정 배향제를 얻었다. 상기 제조한 액정 배향제의 점도는 20 cps이었다.
실시예 11: 액정 배항제의 제조
교반기, 온도조절장치, 질소가스주입 장치, 및 냉각기가 장착된 4구 플라스크에 합성예 1에서 얻은 고형분 8 중량%의 폴리아믹산(PAA-1) 용액 50 g, 합성예 4에서 얻은 고형분 8 중량%의 폴리이미드(SPI-1) 용액 20 g, 및 합성예 9에서 얻은 고형분 8 중량%의 폴리이미드(PSPI-3) 용액 30 g을 넣은 후, 질소를 통과시키면서 24시간 동안 교반한다.
이어서, 입경 0.1 ㎛의 필터로 여과하여 고형분 8 중량%의 액정 배항제를 얻었다. 상기 제조한 액정 배향제의 점도는 20 cps이었다.
실시예 12: 액정 배항제의 제조
교반기, 온도조절장치, 질소가스주입 장치, 및 냉각기가 장착된 4구 플라스크에 합성예 2에서 얻은 고형분 8 중량%의 폴리아믹산(PAA-2) 용액 50 g, 합성예 5에서 얻은 고형분 8 중량%의 폴리이미드(SPI-2) 용액 20 g, 및 합성예 7에서 얻은 고형분 8 중량%의 폴리이미드(PSPI-1) 용액 30 g을 넣은 후, 질소를 통과시키면서 24시간 동안 교반한다.
이어서, 입경 0.1 ㎛의 필터로 여과하여 고형분 8중량%의 액정 배향제를 얻었다. 상기 제조한 액정 배향제의 점도는 20 cps이었다.
실시예 13: 액정 배항제의 제조
교반기, 온도조절장치, 질소가스주입 장치, 및 냉각기가 장착된 4구 플라스크에 합성예 3에서 얻은 고형분 8 중량%의 폴리아믹산(PAA-3) 용액 50 g, 합성예 6에서 얻은 고형분 8 중량%의 폴리이미드(SPI-3) 용액 20 g, 및 합성예 7에서 얻은 고형분 8 중량%의 폴리이미드(PSPI-1) 용액 30 g을 넣은 후, 질소를 통과시키면서 24시간 동안 교반한다.
이어서, 입경 0.1 ㎛의 필터로 여과하여 고형분 8 중량%의 액정 배향제를 얻었다. 상기 제조한 액정 배향제의 점도는 20 cps이었다.
실시예 14: 액정 배항제의 제조
교반기, 온도조절장치, 질소가스주입 장치, 및 냉각기가 장착된 4구 플라스크에 합성예 1에서 얻은 고형분 8 중량%의 폴리아믹산(PAA-1) 용액 70 g, 합성예 4에서 얻은 고형분 8 중량%의 폴리이미드(SPI-1) 용액 20 g, 및 합성예 10에서 얻은 고형분 8 중량%의 폴리이미드(PSPI-4) 용액 10 g을 넣은 후, 질소를 통과시키면서 24시간 동안 교반한다.
이어서, 입경 0.1 ㎛의 필터로 여과하여 고형분 8 중량%의 액정 배향제를 얻었다. 상기 제조한 액정 배향제의 점도는 20 cps이었다.
실시예 15: 액정 배항제의 제조
교반기, 온도조절장치, 질소가스주입 장치, 및 냉각기가 장착된 4구 플라스크에 합성예 2에서 얻은 고형분 8 중량%의 폴리아믹산(PAA-2) 용액 70 g, 합성예 5에서 얻은 고형분 8 중량%의 폴리이미드(SPI-2) 용액 20 g, 및 합성예 10에서 얻은 고형분 8 중량%의 폴리이미드(PSPI-4) 용액 10 g을 넣은 후, 질소를 통과시키면서 24시간 동안 교반한다.
이어서, 입경 0.1 ㎛의 필터로 여과하여 고형분 8 중량%의 액정 배향제를 얻었다. 상기 제조한 액정 배향제의 점도는 20 cps이었다.
비교예 1: 액정 배항제의 제조
교반기, 온도조절장치, 질소가스주입 장치, 및 냉각기가 장착된 4구 플라스크에 합성예 7에서 얻은 고형분 8 중량%의 폴리이미드(PSPI-1) 용액을 0.1 ㎛의 필터로 여과하여 고형분 8 중량%의 액정 배향제를 얻었다. 상기 제조한 액정 배향제의 점도는 20 cps이었다.
비교예 2: 액정 배항제의 제조
교반기, 온도조절장치, 질소가스주입 장치, 및 냉각기가 장착된 4구 플라스크에 합성예 8에서 얻은 고형분 8 중량%의 폴리이미드(PSPI-2) 용액을 0.1 ㎛의 필터로 여과하여 고형분 8 중량%의 액정 배향제를 얻었다. 상기 제조한 액정 배향제의 점도는 20 cps이었다.
비교예 3: 액정 배항제의 제조
교반기, 온도조절장치, 질소가스주입 장치, 및 냉각기가 장착된 4구 플라스크에 합성예 9에서 얻은 고형분 8 중량%의 폴리이미드(PSPI-3) 용액을 0.1 ㎛의 필터로 여과하여 고형분 8 중량%의 액정 배향제를 얻었다. 상기 제조한 액정 배향제의 점도는 20 cps이었다.
시험예 1: 인쇄성 평가
실시예 1 내지 15, 및 비교예 1 내지 3에서 제조한 액정 배향제를 10 cm × 10 cm 크기의 인듐-틴 옥사이드(indium-tin oxide, ITO)가 부착된 유리 기판 위에 도포하고, 스핀 코팅하여 0.1㎛ 두께로 균일하게 만든 다음, 핫 플레이트(hot plate) 위에서 70℃의 온도로 탈용매 과정을 거치고 210℃의 온도로 경화 과정을 거쳐 액정 배향막을 제조하였다.
육안과 광학 현미경을 통하여, 상기 제조된 액정 배향막의 퍼짐 특성과 말림특성을 관찰하여 액정 배향제의 인쇄성을 평가하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
<인쇄성 평가 기준>
양호: 핀홀 15개 미만
보통: 핀홀 15개 이상 30개 미만
불량: 핀홀 30개 이상
시험예 2: 액정 배향막의 수직 배향성 평가(표준 액정 셀과의 선경사각 차이(△ pretilt ) 측정)
액정 배향제의 수직 배향성을 평가하기 위하여 액정 셀을 제작하여 이용하였다. 상기 액정 셀의 제조는 다음과 같다.
규격화된 크기의 인듐-틴 옥사이드(indium-tin oxide, ITO)가 부착된 유리 기판에 15mm × 15mm 크기의 정사각형 ITO 모양과 전압 인가를 위한 전극 ITO 모양만을 남기고 다른 부분의 ITO를 제거하기 위해 포토리소그래피 공정을 이용하여 패턴화하였다.
패턴화한 ITO 기판에 실시예 1 내지 15, 및 비교예 1 내지 3에서 제조한 액정 배향제를 도포하고 스핀 코팅하여 0.1㎛ 두께로 만든 다음, 80℃와 220℃의 경화 과정을 거치게 하였다.
수직배향성을 측정하기 위해 러빙공정, 어셈블 공정 및 액정주입공정을 거쳐 테스트용 액정 셀을 제작하였다.
이와 같은 방법으로 만들어진 액정 셀의 수직 배향성을 직교 편광된 광학현미경을 이용하여 관찰하였다. 수직 배향성을 확인한 후, 수직 배향성이 양호한 액정 셀을 표준 액정 셀로 선택하고, 상기 표준 액정 셀의 선경사각(pretilt angle)을 90˚로 하였다. 이어서, 각각의 액정 셀에 전기장 인가 하에서 UV 에너지를 조사하고 결정회절법(crystal rotation method)을 이용하여 선경사각을 측정하여, 상기 각각의 액정 셀에 대하여 측정한 선경사각과 상기 표준 액정 셀의 선경사각과의 차이를 △pretilt로 하여 표 1에 나타내었다.
이때 수직 배향성 평가기준은 다음과 같다.
<수직 배향성 평가기준>
양호: 표준 액정 셀과의 선경사각 차이가 0.3˚ 내지 0.7˚인 경우
불량: 표준 액정 셀과의 선경사각 차이가 0.3˚미만 또는 0.7˚ 초과인 경우
시험예 3: 면잔상 평가
상기 시험예 2와 동일한 방법으로 4개(2행 2열)의 패턴이 있는 액정 셀을 제작하여 면잔상 평가에 이용하였다. 1행 2열과 2행 1열의 패턴에는 AC 6.5V + offset 0.5V의 전압을, 1행 1열과 2행 2열의 패턴에는 AC 2.0V의 전압을 168 시간 동안 인가한 후, 4개의 패턴에 동일한 전압을 인가한 경우 발생하는 휘도의 차이를 면잔상이라고 간주하였다. 상기 면잔상의 평가 기준은 휘도의 차이가 사라지는 전압의 크기로 분류하였다. 면잔상이 높으면, 보다 높은 전압에서 휘도의 차가 사라지고, 면잔상이 낮으면, 보다 낮은 전압에서 휘도의 차가 사라진다.
<면잔상 평가 기준(휘도의 차이가 사라지는 전압의 크기)>
양호: AC 3.0V 미만
보통: AC 3.0V 이상 3.5V 미만
불량: AC 3.5V 이상
시험예 4: 배향막의 응답 속도 평가
상기 시험예 2에서 제조한 각각의 테스트용 액정 셀에 AC 6.5V와 AC 0.1V의 전압을 교대로 인가하면서, 오실로스코프를 이용하여 투과도의 변화를 실시간으로 기록한다(AC 6.5V의 전압이 인가되는 순간, 0%에서 100%로 투과도가 상승하고, AC 0.1V의 전압이 걸리는 순간, 100%에서 0%로 투과도가 감소한다). 응답속도는 통상 투과도 10%에서 90%까지 도달하는데 걸리는 시간(rising time, Ton)과 투과도 90%에서 10%로 감소하는 시간(falling time, Toff)을 합친 것으로 말하는데, 여기서는 rising time(Ton)만을 측정하여 비교하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
시료 인쇄성 수직배향성
(△pretilt)		 면잔상 응답속도
(rising time, ms)
실시예 1 양호 양호(0.45) 양호 14
실시예 2 양호 양호(0.47) 양호 13
실시예 3 양호 양호(0.57) 양호 10
실시예 4 양호 양호(0.50) 양호 12
실시예 5 양호 양호(0.39) 양호 17
실시예 6 양호 양호(0.38) 양호 18
실시예 7 양호 양호(0.62) 양호 10
실시예 8 양호 양호(0.58) 양호 10
실시예 9 양호 양호(0.51) 양호 12
실시예 10 양호 양호(0.44) 양호 15
실시예 11 양호 양호(0.52) 양호 11
실시예 12 양호 양호(0.49) 양호 12
실시예 13 양호 양호(0.47) 양호 13
실시예 14 양호 양호(0.61) 양호 9
실시예 15 양호 양호(0.64) 양호 8
비교예 1 불량 불량(0.13) 양호 40
비교예 2 불량 불량(0.18) 양호 30
비교예 3 불량 불량(0.15) 양호 37
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 15에서 제조한 액정 배항제는 수직 배향성, 인쇄성 및 면잔상 특성이 우수하고, 이를 사용하여 제조한 액정 배향막을 포함하는 액정 셀은 빠른 응답 속도를 나타냄을 확인할 수 있다.
반면, 비교예 1 내지 3에서 제조한 액정 배향제는 면잔상 특성은 우수하나, 수직배향성 및 인쇄성이 불량하며, 이를 사용하여 제조한 액정 배향막을 포함하는 액정 셀은 응답 속도가 느림을 확인할 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

Claims (13)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리아믹산, 하기 화학식 2로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리이미드, 또는 이들의 조합을 포함하는 제1 고분자; 및
    하기 화학식 4로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리아믹산, 하기 화학식 5로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리이미드, 또는 이들의 조합을 포함하는 제2 고분자
    를 포함하는 액정 배향제:
    [화학식 1]
    Figure pat00050

    [화학식 2]
    Figure pat00051

    상기 화학식 1 및 2에서,
    X1 및 X2는 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 지환족 산이무수물 또는 방향족 산이무수물로부터 유도된 4가의 유기기이고,
    Y1 및 Y2는 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 하기 화학식 3으로 표시되는 디아민으로부터 유도된 2가의 유기기를 포함하고,
    [화학식 3]
    Figure pat00052

    상기 화학식 3에서,
    R1은 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 지방족 유기기, 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 방향족 유기기이고,
    n1은 0 내지 3의 정수이고,
    A1은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬렌기이고,
    A2는 단일결합, 치환 또는 비치환된 2가의 C1 내지 C20 지방족 유기기, 치환 또는 비치환된 2가의 C2 내지 C30 방향족 유기기, 또는 치환 또는 비치환된 2가의 C3 내지 C30 지환족 유기기이고,
    Z1은 단일결합, 산소(O), 치환 또는 비치환된 2가의 C1 내지 C20 지방족 유기기, 치환 또는 비치환된 2가의 C2 내지 C30 방향족 유기기, 또는 치환 또는 비치환된 2가의 C3 내지 C30 지환족 유기기이고,
    R2는 수소(H) 또는 메틸기(CH3)이고,
    [화학식 4]
    Figure pat00053

    [화학식 5]
    Figure pat00054

    상기 화학식 4 및 5에서,
    X3 및 X4는 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 지환족 산이무수물 또는 방향족 산이무수물로부터 유도된 4가의 유기기이고,
    Y3 및 Y4는 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 디아민으로부터 유도된 2가의 유기기이다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 3으로 표시되는 디아민은 하기 화학식 6 내지 하기 화학식 10으로 표시되는 화합물 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것인 액정 배향제:
    [화학식 6] [화학식 7] [화학식 8] [화학식 9] [화학식 10]
    Figure pat00055
    Figure pat00056
    Figure pat00057
    Figure pat00058
    Figure pat00059
    .
  3. 제1항에 있어서,
    상기 Y1 및 Y2는 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 하기 화학식 18 내지 21로 표시되는 방향족 디아민, 및 하기 화학식 22 내지 24로 표시되는 기능성 디아민으로 이루어진 군에서 선택되는 디아민으로부터 유도된 2가의 유기기를 더 포함하는 것인 액정 배향제:
    [화학식 18]
    Figure pat00060

    [화학식 19]
    Figure pat00061

    [화학식 20]
    Figure pat00062

    [화학식 21]
    Figure pat00063

    상기 화학식 18 내지 21에서,
    R15 내지 R24는 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 알킬기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이고, 상기 알킬기, 상기 아릴기 및 상기 헤테로아릴기는 -O-, -COO-, -CONH-, -OCO- 및 이들의 조합으로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 더 포함할 수 있으며,
    A4 내지 A9는 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 단일결합, O, SO2 또는 C(R103)(R104)이고, 여기서, R103 및 R104는 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 수소, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C6 알킬기이며,
    n5 내지 n14는 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수이고,
    [화학식 22]
    Figure pat00064

    상기 화학식 22에서,
    R25는 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기이고,
    R26은 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기이고,
    n15는 0 내지 3의 정수이고,
    [화학식 23]
    Figure pat00065

    상기 화학식 23에서,
    R27, R28 및 R29는 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 알킬기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이고,
    A10은 단일결합, O, COO, CONH, OCO, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬렌기이고,
    R30은 수소, 치환 또는 비치환된 알킬기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이고, 상기 알킬기, 상기 아릴기 및 상기 헤테로아릴기는 -O-, -COO-, -CONH-, -OCO- 및 이들의 조합으로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 더 포함할 수 있으며,
    n16은 0 또는 3의 정수이고,
    n17 및 n18은 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수이고,
    [화학식 24]
    Figure pat00066

    상기 화학식 24에서,
    R31 및 R32는 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 알킬기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이고,
    n19 및 n20은 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수이고,
    R33은 수소, 치환 또는 비치환된 알킬기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이고,
    A11 및 A12는 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 단일결합, O 또는 COO이고,
    A13은 단일결합, O, COO, CONH 또는 OCO이다.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 Y1 및 Y2를 유도하는 디아민은 상기 Y1 및 Y2를 유도하는 디아민 총량에 대하여, 상기 화학식 3으로 표시되는 디아민을 1몰% 내지 70몰%, 상기 방향족 디아민을 5몰% 내지 80몰%로 포함하고, 상기 기능성 디아민을 1몰% 내지 50몰%로 포함하는 것인 액정 배향제.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리아믹산 및 상기 화학식 2로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리이미드는 각각 10,000 g/mol 내지 300,000 g/mol의 중량평균 분자량을 가지는 것인 액정 배향제.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 고분자는 상기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리아믹산 및 상기 화학식 2로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리이미드를 1:99 내지 50:50의 중량비로 포함하는 것인 액정 배향제.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 4로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리아믹산 및 상기 화학식 5로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리이미드는 각각 10,000 g/mol 내지 300,000 g/mol의 중량평균 분자량을 가지는 것인 액정 배향제.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2 고분자는 상기 화학식 4로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리아믹산 및 상기 화학식 5로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리이미드를 1:99 내지 50:50의 중량비로 포함하는 것인 액정 배향제.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 액정 배향제는 상기 제1 고분자 및 상기 제2 고분자를 10:90 내지 90:10의 중량비로 포함하는 것인 액정 배향제.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 액정 배향제는 1 중량% 내지 30 중량%의 고형분 함량을 가지는 것인 액정 배향제.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 액정 배향제는 3 cps 내지 30 cps의 점도를 가지는 것인 액정 배향제.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 액정 배향제를 기판에 도포하여 제조한 액정 배향막.
  13. 제12항에 따른 액정 배향막을 포함하는 것인 액정표시소자.
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