KR20140024826A - 광학 이방성 필름 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광배향막을 이용해 액정층의 액정을 보다 효과적으로 배향시킬 수 있고, 우수한 액정 배향 안정성과, 액정층 및 광배향막 간의 뛰어난 결합력(interaction)을 나타낼 수 있는 광학 이방성 필름 및 이를 포함한 광학 소자에 관한 것이다.
상기 광학 이방성 필름은 소정의 식으로 정의되는 P(polarity)가 0.01 내지 0.35인 기재; 적어도 일부의 광반응기가 광배향된 광배향성 중합체를 포함하고, 상기 P(polarity)가 0.02 내지 0.28인 상기 기재 상의 광배향막; 및 상기 광배향막 상의 액정층을 포함하는 것이다.

Description

광학 이방성 필름 {OPTICAL ANISTROPIC FILM}
본 발명은 광학 이방성 필름에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 광배향막을 이용해 액정층의 액정을 보다 효과적으로 배향시킬 수 있고, 우수한 액정 배향 안정성과, 액정층 및 광배향막 간의 뛰어난 결합력(interaction)을 나타낼 수 있는 광학 이방성 필름 및 이를 포함한 광학 소자에 관한 것이다.
최근 액정 디스플레이가 대형화되면서 모바일폰이나 노트북 등의 개인용에서 점차 벽걸이 TV 등의 가정용으로 용도가 확장됨에 따라 액정 디스플레이에 대해서는 고화질, 고품위화 및 광시야각이 요구되고 있다. 특히 박막트랜지스터에 의해서 구동되는 박막트랜지스터 액정 디스플레이(TFT-LCD)는 개개의 화소를 독립적으로 구동시키기 때문에 액정의 응답속도가 매우 뛰어나 고화질의 동화상을 구현할 수 있어 점차 응용범위가 확장되고 있다.
이러한 TFT-LCD에서 액정이 광스위치로서 사용될 수 있기 위해서는 디스플레이 셀의 가장 안쪽의 박막트랜지스터가 형성된 층 위에 액정이 일정 방향으로 초기 배향되어야만 하는데, 이를 위해 배향막이 사용되고 있다. 특히 최근에는 UV와 같은 광에 의해 배향막을 배향시키는 광배향 방법의 적용이 널리 검토되고 있다.
통상, 이러한 광배향을 위해서는, 액정층 하부에 광배향성 중합체를 포함하는 광배향막을 형성하고, 이러한 광배향막에 선편광된 UV를 조사하여 광반응을 일으킨다. 그 결과, 광배향성 고분자의 주쇄가 일정 방향으로 배열하게 되는 광배향이 일어나며, 이렇게 배향된 광배향막의 영향으로 상부 액정층에 포함된 액정이 배향될 수 있다.
따라서, 광배향 방법을 이용해 액정층의 액정을 보다 효과적으로 배향시키기 위해서는, 광배향막 자체가 우수한 배향성을 나타내어야 할 뿐 아니라, 광배향막과 액정층 간의 결합력 또는 상호작용이 잘 일어날 필요가 있다. 또한, 일단 배향된 액정이 우수한 배향 안정성을 나타낼 필요가 있다.
이에 본 발명은 광배향막을 이용해 액정층의 액정을 보다 효과적으로 배향시킬 수 있고, 우수한 액정 배향 안정성과, 액정층 및 광배향막 간의 뛰어난 결합력(interaction)을 나타낼 수 있는 광학 이방성 필름을 제공하는 것이다.
본 발명은 또한, 상기 광학 이방성 필름을 포함하는 광학 소자를 제공하는 것이다.
본 발명은 하기 식 1로 정의되는 P(polarity)가 0.01 내지 0.35인 기재; 적어도 일부의 광반응기가 광배향된 광배향성 중합체를 포함하고, 하기 식 1로 정의되는 P(polarity)가 0.02 내지 0.28인 상기 기재 상의 광배향막; 및 상기 광배향막 상의 액정층을 포함하는 광학 이방성 필름을 제공한다:
[식 1]
P(polarity) = IFT(s, P)/IFT(s)
상기 식 1에서, IFT(s, P) 및 IFT(s)는 기재 또는 광배향막 표면에 10㎕의 물 방울 및 4㎕의 디요오도메탄(diiodomethane) 방울을 위치시켜 측정된 물 방울 및 디요오도메탄 방울의 접촉각을 Owens-Wendt-Rabel-Kaelble equation에 대입하여 산출된 값이다.
본 발명은 또한, 상기 광학 이방성 필름을 포함하는 광학 소자를 제공한다.
이하, 발명의 구현예에 따른 광학 이방성 필름 및 광학 소자에 대해 설명하기로 한다.
발명의 일 구현예에 따르면, 하기 식 1로 정의되는 P(polarity)가 0.01 내지 0.35인 기재; 적어도 일부의 광반응기가 광배향된 광배향성 중합체를 포함하고, 하기 식 1로 정의되는 P(polarity)가 0.02 내지 0.28인 상기 기재 상의 광배향막; 및 상기 광배향막 상의 액정층을 포함하는 광학 이방성 필름이 제공된다:
[식 1]
P(polarity) = IFT(s, P)/IFT(s)
상기 식 1에서, IFT(s, P) 및 IFT(s)는 기재 또는 광배향막 표면에 10㎕의 물 방울 및 4㎕의 디요오도메탄(diiodomethane) 방울을 위치시켜 측정된 물 방울 및 디요오도메탄 방울의 접촉각을 Owens-Wendt-Rabel-Kaelble equation에 대입하여 산출된 값이다.
본 발명자들의 연구 결과, 광배향막을 광배향시킨 후의 표면 에너지를 최적화함으로서, 광배향막으로 그 상부의 액정층 내의 액정 분자들을 보다 효과적으로 배향시킬 수 있고, 또, 상기 액정층 내의 액정 분자들이 보다 안정적으로 우수한 배향 상태를 유지할 수 있음이 확인되었다. 특히, 상기 표면 에너지 중에서도, 상기 식 1로 정의되는 극성도 P(polarity) 값을 최적화함으로서, 광배향막과, 액정층 간의 상호 작용 및 결합력을 보다 향상시킬 수 있고, 그 결과, 상기 액정층 내의 액정 분자들을 보다 효과적으로 배향시킬 수 있고, 배향된 액정 분자들이 보다 향상된 배향 안정성을 나타낼 수 있음이 확인되었다.
상기 극성도 P(polarity) 값은, 상기 식 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 기재 또는 광배향막 표면에서의 물 방울 및 디요오도메탄 방울의 접촉각을 Owens-Wendt-Rabel-Kaelble equation에 대입하여 산출한 IFT(s, P) 및 IFT(s)의 비로서 도출 및 측정할 수 있다. 이때, 상기 물 방울 및 디요오도메탄 방울의 접촉각은 약 15 내지 25℃의 상온에서, 상기 기재 또는 광배향막 표면에 약 10㎕의 물 방울 및 약 4㎕의 디요오도메탄 방울을 위치시킨 후(예를 들어, 각 액체 방울을 살짝 찍어서 기재 또는 광배향막 표면에 형성 및 위치시킨 후), 기재 또는 광배향막 표면과 각 액체 방울이 이루는 접촉 부분의 각을 Sessile drop 등의 방법으로 측정할 수 있다. 이때, 접촉각의 측정은 Drop Shape Analysis 측정 장치(DSA; 예를 들어, 상품명 DSA 100 등의 측정 장치)로 측정할 수 있다. 이러한 방법으로, 물 방울 및 디요오도메탄 방울의 접촉각을 측정하고, 그 측정값을 Owens-Wendt-Rabel-Kaelble equation에 대입하여 기재 또는 광배향막 표면에 관한 IFT(s, P) 및 IFT(s)의 특성 값을 산출할 수 있고, 이들 특성 값의 비율로서 상기 기재 또는 광배향막에 대한 극성도 P(polarity) 값을 도출할 수 있다.
이러한 극성도 P(polarity) 값은 상기 기재 또는 광배향막의 표면이 나타내는 극성 정도를 반영할 수 있다. 이러한 기재 및 광배향막 표면의 극성도 P(polarity) 값이 최적화됨에 따라, 액정층 하부 구조(즉, 기재 및 광배향막)의 표면 에너지가 최적화되어 액정층과 광배향막 간의 결합력이 보다 향상될 수 있고, 이는 광배향된 광배향성 중합체와 액정 분자들 간의 보다 향상된 상호 작용을 일으켜 상술한 우수한 액정 배향성 및 액정 배향 안정성을 나타낼 수 있음이 확인되었다.
상술한 액정층 하부 구조의 최적화된 표면 에너지는 약 0.01 내지 0.35의 최적화된 극성도 P(polarity) 값을 갖는 기재와, 약 0.02 내지 0.28의 적절한 극성도 P(polarity) 값을 갖는 광배향막을 조합함으로서, 달성될 수 있다. 보다 구체적인 예에서, 약 0.01 내지 0.03의 P(polarity) 값을 기재를 적용하였을 때, 약 0.06 내지 0.28의 P(polarity) 값을 갖는 광배향막을 조합하여 최적화된 표면 에너지를 달성할 수 있으며, 다른 예에서 약 0.30 내지 0.35의 P(polarity) 값을 기재를 적용하였을 때, 약 0.02 내지 0.2의 P(polarity) 값을 갖는 광배향막을 조합하여 최적화된 표면 에너지를 달성할 수 있다. 이에 따라, 상기 기재 및 광배향막을 포함하는 액정층 하부 구조의 표면 에너지가 최적화되어 상술한 우수한 액정 배향성 및 액정 배향 안정성을 나타낼 수 있다.
상기 기재 및 광배향막의 최적화된 P(polarity) 값은 각각 적절한 기재 및 광배향성 중합체의 선택, 광배향막에 추가 가능한 적절한 바인더 화합물의 선택 및 광배향성 중합체와 바인더 화합물의 적절한 조성비 등에 따라 달성될 수 있다.
이하, 상기 기재 및 광배향막의 최적화된 P(polarity) 값의 달성을 위한, 일 구현예의 광학 이방성 필름의 구성에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
먼저, 상기 적절한 P(polarity) 값을 나타내는 기재로는, 트리아세틸 셀룰로오스(triacetyl cellulose; TAC) 기재 등의 셀룰로오스계 기재, 환상 올레핀 중합체(cyclic olefin polymer; COC) 기재, PET 기재 또는 환상 올레핀 공중합체(cyclic olefin copolymer; COP) 기재 등으로 될 수 있다.
예를 들어, 상기 트리아세틸 셀룰로오스 기재 등의 셀룰로오스계 기재는 약 0.30 내지 0.35, 혹은 약 0.31 내지 0.32의 P(polarity) 값을 가질 수 있는데, 이러한 셀룰로오스계 기재를 사용하는 한편, 후술하는 적절한 광배향성 중합체 또는 바인더 화합물을 사용하거나, 광배향성 중합체와 바인더 화합물을 적절한 조성비로 혼합하는 등의 방법으로, 광배향막의 P(polarity) 값을 약 0.02 내지 0.2로 조절하여, 이미 상술한 최적화된 표면 에너지를 달성할 수 있다.
다른 예로서, 상기 환상 올레핀 중합체 또는 공중합체 기재나 PET 기재는 약 0.01 내지 0.03, 혹은 약 0.01 내지 0.02의 P(polarity) 값을 가질 수 있는데, 이러한 기재를 사용하고, 적절한 광배향성 중합체 또는 바인더 화합물을 사용하거나, 광배향성 중합체와 바인더 화합물을 적절한 조성비로 혼합하는 등의 방법으로, 광배향막의 P(polarity) 값을 약 0.06 내지 0.28로 조절하여, 이미 상술한 최적화된 표면 에너지를 달성할 수 있다. 상기 환상 올레핀 중합체 또는 공중합체 기재나 PET 기재 중에서도, 환상 올레핀 공중합체(cyclic olefin copolymer; COP) 기재를 적절히 사용하여 적절한 P(polarity) 값을 달성할 수 있다.
이미 상술한 바와 같이, 이러한 최적화된 표면 에너지를 달성함으로서, 일 구현예의 광학 이방성 필름이 우수한 액정 배향성 및 액정 배향 안정성을 나타낼 수 있다.
한편, 광배향막이 약 0.02 내지 0.28의 적절한 P(polarity) 값을 나타낼 수 있도록, 상기 광배향막은, 예를 들어, 하기 화학식 1 또는 2의 반복 단위를 포함하는 광배향성 중합체를 포함할 수 있다:
[화학식 1] [화학식 2]
Figure pat00001
Figure pat00002
상기 화학식 1 및 2에서,
n은 50 내지 5,000 이고,
p는 0 내지 4의 정수이고,
R1, R2, R3, 및 R4 중 적어도 하나는 하기 화학식 1a 내지 1e로 이루어진 군으로부터 선택된 라디칼이며, 나머지는 서로 같거나 다를 수 있고 각각 독립적으로, 수소; 할로겐; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 20의 알케닐; 치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 12의 시클로알킬; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴; 치환 또는 비치환된 탄소수 7 내지 15의 아르알킬; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 20의 알키닐; 또는 산소, 질소, 인, 황, 실리콘 및 보론으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 원소를 포함하는 비탄화수소 극성기(non-hydrocarbonaceous polar group)로 이루어진 군으로부터 선택되는 극성 작용기이고,
[화학식 1a]
Figure pat00003
[화학식 1b]
Figure pat00004
[화학식 1c]
Figure pat00005
[화학식 1d]
Figure pat00006
[화학식 1e]
Figure pat00007
상기 화학식 1a 내지 1e에서,
n1은 0 내지 4의 정수이며, n2는 0 내지 5의 정수이고, l은 0 또는 1이고,
A는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬렌, 카보닐, 카르복시, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴렌, 또는 단순 결합이며,
B는 단순결합; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬렌; 카보닐; 카르복시; 에스테르; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알콕실렌; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴렌; 및 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 헤테로아릴렌으로 이루어진 군에서 선택되고,
D 및 D'는 각각 독립적으로 단순결합; 산소; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬렌; 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 12의 시클로알킬렌; 및 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬렌옥사이드로 이루어진 군에서 선택되고,
E는 단순결합; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬렌; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴렌옥사이드이고,
X는 산소 또는 황이고,
Y 및 Z는 각각 독립적으로 수소; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬이고,
P는 단순결합; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬렌; 카보닐; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 20의 알케닐렌; 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 12의 시클로알킬렌; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지40의 아릴렌; 치환 또는 비치환된 탄소수 7 내지 15의 아르알킬렌; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 20의 알키닐렌; 및 치환 또는 비치환된 탄소수 4 내지 8의 시클로알킬렌으로 이루어진 군에서 선택되며,
R10, R11, R12, R13 및 R14는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 할로겐; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬; 치환 또는 비치환된 탄소수 4 내지 8의 시클로알킬; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알콕시; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴옥시; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아르알킬; 14족, 15족 또는 16족의 헤테로 원소를 포함하는 탄소수 6 내지 40의 헤테로아릴; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 알콕시아릴; 시아노; 니트릴; 니트로; 및 히드록시로 이루어진 군에서 선택되고,
R15는 1개 또는 2개의 치환기로서, 각각 독립적으로 수소; 할로겐; 시아노; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알콕시; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴옥시; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴; 14족, 15족 또는 16족의 헤테로 원소를 포함하는 탄소수 6 내지 40의 헤테로아릴; 및 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 알콕시아릴로 이루어진 군에서 선택된다.
이러한 광배향성 중합체는 노보넨계 주쇄 구조에, 하나 이상의 광반응기, 예를 들어, 신나메이트계 작용기, 챨콘계 작용기, 아조계 작용기 또는 쿠마린계 작용기 등이 결합된 구조를 갖는 것으로서, 우수한 광배향성을 나타낼 수 있으면서도, 노보넨계 주쇄의 말단에 광반응기가 결합된 구조와, 광반응기 자체의 종류 및 구조로 인해, 상술한 광배향막의 적절한 P(polarity) 값, 예를 들어, 약 0.02 내지 0.28의 P(polarity) 값의 달성을 가능케 한다.
일 예에서, 약 0.30 내지 0.35, 혹은 약 0.31 내지 0.32의 P(polarity) 값을 갖는 TAC 등 셀룰로오스계 기재가 적용될 경우, 상기 광배향성 중합체는 광반응기 말단에 알콕시 또는 알콕시아릴이 포함된 벌키한 작용기가 결합된 구조를 갖는 것, 예를 들어, 상기 화학식 1a 내지 1e의 광반응기에서, R10 내지 R14의 하나 이상이 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알콕시 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 알콕시아릴 등으로 되는 것으로 될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 광배향성 중합체는 상기 화학식 1a의 광반응기를 가지며, 말단 벤젠 고리의 4 번 위치, 즉, R14가 메톡시 등 탄소수 1 내지 5의 알콕시로 되는 화학식 1의 단일한 반복 단위만을 포함하는 단일 중합체로 될 수 있다. 이에 따라, 광배향막의 P(polarity) 값을 약 0.02 내지 0.2의 적절한 범위로 조절하기가 보다 용이해질 수 있다.
또한, 다른 예에서, 약 0.01 내지 0.03, 혹은 약 0.01 내지 0.02의 P(polarity) 값을 갖는 COC 또는 COP 등 환상 올레핀 중합체 또는 공중합체 기재나 PET 기재가 적용될 경우, 상기 광배향성 중합체는 광반응기 말단에 할로겐 또는 아르알킬이 포함된 벌키한 작용기가 결합된 구조를 갖는 것, 예를 들어, 상기 화학식 1a 내지 1e의 광반응기에서, R10 내지 R14의 하나 이상이 할로겐 또는 할로겐이 치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬 등으로 되거나, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아르알킬 등으로 되는 것으로 될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 광배향성 중합체는 상기 화학식 1a의 광반응기를 가지며, 말단 벤젠 고리의 4 번 위치, 즉, R14가 플루오로 등 할로겐으로 되고, D, D'는 단순 결합이고, l은 0으로 되는(즉, 화학식 1a의 광반응기와, 화학식 1의 주쇄 사이에 링커가 개재되지 않는) 화학식 1의 단일한 반복 단위만을 포함하는 단일 중합체로 될 수 있다. 이에 따라, 광배향막의 P(polarity) 값이 약 0.06 내지 0.28의 적절한 범위로 보다 용이하게 달성될 수 있다.
그 결과, 이미 상술한 액정층 하부 구조의 최적화된 표면 에너지가 달성되어, 일 구현예의 광학 이방성 필름이 우수한 액정 배향성 및 액정 배향 안정성을 나타낼 수 있다.
한편, 상술한 화학식 1 또는 2의 반복 단위를 포함하는 광배향성 중합체로는, 한국 등록 특허 공보 제 1002763 호, 제 0789247 호, 제 0671753 호, 제 0982394 호, 제 0946552 호, 제 0955569 호, 한국 공개 특허 공보 제 2009-0037740 호, 제 2009-0047720 호, 제 2012-0044883 호 등에 개시된 것을 사용할 수 있으며, 이들 문헌에 개시된 방법으로 당업자가 용이하게 제조할 수 있다.
그리고, 상기 화학식 1 및 2의 반복 단위에서, 상기 비탄화수소 극성기(non-hydrocarbonaceous polar group)는 하기 작용기로 이루어진 군에서 선택된 것으로 될 수 있으며, 이외에도 다양한 극성 작용기로 될 수 있다:
-OR6, -OC(O)OR6, -R5OC(O)OR6, -C(O)OR6, -R5C(O)OR6, -C(O)R6, -R5C(O)R6, -OC(O)R6, -R5OC(O)R6, -(R5O)k-OR6, -(OR5)k-OR6, -C(O)-O-C(O)R6, -R5C(O)-O-C(O)R6, -SR6, -R5SR6, -SSR6, -R5SSR6, -S(=O)R6, -R5S(=O)R6, -R5C(=S)R6-, -R5C(=S)SR6, -R5SO3R6, -SO3R6, -R5N=C=S, -N=C=S, -NCO, -R5-NCO, -CN, -R5CN, -NNC(=S)R6, -R5NNC(=S)R6, -NO2, -R5NO2,
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,
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Figure pat00070
,
Figure pat00071
,
Figure pat00072
,또는
Figure pat00073
;
상기 극성 작용기에서, R5는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 할로겐, 알킬, 알케닐, 알키닐, 할로알킬, 할로알케닐, 할로알키닐, 아릴, 할로아릴, 아르알킬, 할로아르알킬, 알콕시, 할로알콕시, 카보닐옥시, 할로카보닐옥시, 아릴옥시, 할로아릴옥시, 실릴 및 실록시 중에서 선택된 1 이상의 치환기로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 선형 또는 분지형 알킬렌; 할로겐, 알킬, 알케닐, 알키닐, 할로알킬, 할로알케닐, 할로알키닐, 아릴, 할로아릴, 아르알킬, 할로아르알킬, 알콕시, 할로알콕시, 카보닐옥시, 할로카보닐옥시, 아릴옥시, 할로아릴옥시, 실릴 및 실록시 중에서 선택된 1 이상의 치환기로 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 20의 선형 또는 분지형 알케닐렌; 할로겐, 알킬, 알케닐, 알키닐, 할로알킬, 할로알케닐, 할로알키닐, 아릴, 할로아릴, 아르알킬, 할로아르알킬, 알콕시, 할로알콕시, 카보닐옥시, 할로카보닐옥시, 아릴옥시, 할로아릴옥시, 실릴 및 실록시 중에서 선택된 1 이상의 치환기로 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 20의 선형 또는 분지형 알키닐렌; 할로겐, 알킬, 알케닐, 알키닐, 할로알킬, 할로알케닐, 할로알키닐, 아릴, 할로아릴, 아르알킬, 할로아르알킬, 알콕시, 할로알콕시, 카보닐옥시, 할로카보닐옥시, 아릴옥시, 할로아릴옥시, 실릴 및 실록시 중에서 선택된 1 이상의 치환기로 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 12의 시클로알킬렌; 할로겐, 알킬, 알케닐, 알키닐, 할로알킬, 할로알케닐, 할로알키닐, 아릴, 할로아릴, 아르알킬, 할로아르알킬, 알콕시, 할로알콕시, 카보닐옥시, 할로카보닐옥시, 아릴옥시, 할로아릴옥시, 실릴 및 실록시 중에서 선택된 1 이상의 치환기로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴렌; 할로겐, 알킬, 알케닐, 알키닐, 할로알킬, 할로알케닐, 할로알키닐, 아릴, 할로아릴, 아르알킬, 할로아르알킬, 알콕시, 할로알콕시, 카보닐옥시, 할로카보닐옥시, 아릴옥시, 할로아릴옥시, 실릴 및 실록시 중에서 선택된 1 이상의 치환기로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20 의 알콕실렌; 또는 할로겐, 알킬, 알케닐, 알키닐, 할로알킬, 할로알케닐, 할로알키닐, 아릴, 할로아릴, 아르알킬, 할로아르알킬, 알콕시, 할로알콕시, 카보닐옥시, 할로카보닐옥시, 아릴옥시, 할로아릴옥시, 실릴 및 실록시 중에서 선택된 1 이상의 치환기로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20 의 카보닐옥실렌이고, R6, R7 및 R8은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 할로겐; 할로겐, 알킬, 알케닐, 알키닐, 할로알킬, 할로알케닐, 할로알키닐, 아릴, 할로아릴, 아르알킬, 할로아르알킬, 알콕시, 할로알콕시, 카보닐옥시, 할로카보닐옥시, 아릴옥시, 할로아릴옥시, 실릴 및 실록시 중에서 선택된 1 이상의 치환기로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 선형 또는 분지형 알킬; 할로겐, 알킬, 알케닐, 알키닐, 할로알킬, 할로알케닐, 할로알키닐, 아릴, 할로아릴, 아르알킬, 할로아르알킬, 알콕시, 할로알콕시, 카보닐옥시, 할로카보닐옥시, 아릴옥시, 할로아릴옥시, 실릴 및 실록시 중에서 선택된 1 이상의 치환기로 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 20의 선형 또는 분지형 알케닐; 할로겐, 알킬, 알케닐, 알키닐, 할로알킬, 할로알케닐, 할로알키닐, 아릴, 할로아릴, 아르알킬, 할로아르알킬, 알콕시, 할로알콕시, 카보닐옥시, 할로카보닐옥시, 아릴옥시, 할로아릴옥시, 실릴 및 실록시 중에서 선택된 1 이상의 치환기로 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 20의 선형 또는 분지형 알키닐; 할로겐, 알킬, 알케닐, 알키닐, 할로알킬, 할로알케닐, 할로알키닐, 아릴, 할로아릴, 아르알킬, 할로아르알킬, 알콕시, 할로알콕시, 카보닐옥시, 할로카보닐옥시, 아릴옥시, 할로아릴옥시, 실릴 및 실록시 중에서 선택된 1 이상의 치환기로 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 12의 시클로알킬; 할로겐, 알킬, 알케닐, 알키닐, 할로알킬, 할로알케닐, 할로알키닐, 아릴, 할로아릴, 아르알킬, 할로아르알킬, 알콕시, 할로알콕시, 카보닐옥시, 할로카보닐옥시, 아릴옥시, 할로아릴옥시, 실릴 및 실록시 중에서 선택된 1 이상의 치환기로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴; 할로겐, 알킬, 알케닐, 알키닐, 할로알킬, 할로알케닐, 할로알키닐, 아릴, 할로아릴, 아르알킬, 할로아르알킬, 알콕시, 할로알콕시, 카보닐옥시, 할로카보닐옥시, 아릴옥시, 할로아릴옥시, 실릴 및 실록시 중에서 선택된 1 이상의 치환기로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알콕시; 또는 할로겐, 알킬, 알케닐, 알키닐, 할로알킬, 할로알케닐, 할로알키닐, 아릴, 할로아릴, 아르알킬, 할로아르알킬, 알콕시, 할로알콕시, 카보닐옥시, 할로카보닐옥시, 아릴옥시, 할로아릴옥시, 실릴 및 실록시 중에서 선택된 1 이상의 치환기로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 카보닐옥시이며, k는 각각 독립적으로 1 내지 10의 정수이다.
또한, 상기 화학식 1 및 2의 반복 단위에서, 상기 14족, 15족 또는 16족의 헤테로 원소가 포함된 탄소수 6 내지 40의 헤테로 아릴기, 또는 탄소수 6 내지 40의 아릴기는 하기 작용기로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상으로 될 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다:
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Figure pat00088
,
Figure pat00089
상기 화학식에서, R'10, R'11, R'12, R'13, R'14, R'15, R'16, R'17, 및 R'18 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알콕시이거나, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴옥시이고, 나머지는 서로 같거나 다를 수 있으며 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알콕시, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴옥시, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴이다.
상술한 광배향성 중합체는 화학식 1 또는 2의 반복 단위 등의 단일한 반복 단위로 이루어진 단일 중합체로 될 수도 있지만, 2종 이상의 반복 단위를 포함하는 공중합체로 될 수도 있다.
또, 상술한 광배향성 중합체의 구조에서, 각 치환기는 다음과 같이 정의될 수 있다:
먼저, "알킬"은 1 내지 20개, 바람직하게는 1 내지 10개, 보다 바람직하게는 1 내지 6개의 탄소 원자의 선형 또는 분지형 포화 1가 탄화수소 부위를 의미한다. 알킬기는 비치환된 것뿐 아니라 후술하는 일정한 치환기에 의해 더욱 치환된 것도 포괄하여 지칭할 수 있다. 알킬기의 예로서 메틸, 에틸, 프로필, 2-프로필, n-부틸, 이소-부틸, tert-부틸, 펜틸, 헥실, 도데실, 플루오로메틸, 디플루오로메틸, 트리플루오로메틸, 클로로메틸, 디클로로메틸, 트리클로로메틸, 요오도메틸, 브로모메틸 등을 들 수 있다.
"알케닐"은 1 이상의 탄소-탄소 이중 결합을 포함하는 2 내지 20개, 바람직하게는 2 내지 10개, 보다 바람직하게는 2 내지 6개의 탄소 원자의 선형 또는 분지형 1가 탄화수소 부위를 의미한다. 알케닐기는 탄소-탄소 이중 결합을 포함하는 탄소 원자를 통해 또는 포화된 탄소 원자를 통해 결합될 수 있다. 알케닐기는 비치환된 것뿐 아니라 후술하는 일정한 치환기에 의해 더욱 치환된 것도 포괄하여 지칭할 수 있다. 알케닐기의 예로서 에테닐, 1-프로페닐, 2-프로페닐, 2-부테닐, 3-부테닐, 펜테닐, 5-헥세닐, 도데세닐 등을 들 수 있다.
"시클로알킬"은 3 내지 12개의 고리 탄소의 포화된 또는 불포화된 비방향족 1가 모노시클릭, 바이시클릭 또는 트리시클릭 탄화수소 부위를 의미하며, 후술하는 일정한 치환기에 의해 더욱 치환된 것도 포괄하여 지칭할 수 있다. 예컨대, 시클로프로필, 시클로부틸, 시클로펜틸, 시클로펜테닐, 시클로헥실, 시클로헥세닐, 시클로헵틸, 시클로옥틸, 데카하이드로나프탈레닐, 아다만틸, 노르보닐 (즉, 바이시클로 [2,2,1] 헵트-5-에닐) 등을 들 수 있다.
"아릴"은 6 내지 40개, 바람직하게는 6 내지 12개의 고리 원자를 가지는 1가 모노시클릭, 바이시클릭 또는 트리시클릭 방향족 탄화수소 부위를 의미하며, 후술하는 일정한 치환기에 의해 더욱 치환된 것도 포괄하여 지칭할 수 있다. 아릴기의 예로서 페닐, 나프탈레닐 및 플루오레닐 등을 들 수 있다.
"알콕시아릴"은 상기 정의된 아릴기의 수소원자 1개 이상이 알콕시기로 치환되어 있는 것을 의미한다. 알콕시아릴기의 예로서 메톡시페닐, 에톡시페닐, 프로폭시페닐, 부톡시페닐, 펜톡시페닐, 헥톡시페닐, 헵톡시, 옥톡시, 나녹시, 메톡시바이페닐, 메톡시나프탈레닐, 메톡시플루오레닐 혹은 메톡시안트라세닐 등을 들 수 있다.
"아르알킬"은 상기 정의된 알킬기의 수소원자가 1개 이상이 아릴기로 치환되어 있는 것을 의미하며, 후술하는 일정한 치환기에 의해 더욱 치환된 것도 포괄하여 지칭할 수 있다. 예를 들면, 벤질, 벤즈하이드릴 및 트리틸 등을 들 수 있다.
"알키닐"은 1 이상의 탄소-탄소 삼중 결합을 포함하는 2 내지 20개의 탄소 원자, 바람직하게는 2 내지 10개, 보다 바람직하게는 2개 내지 6개의 선형 또는 분지형의 1가 탄화수소 부위를 의미한다. 알키닐기는 탄소-탄소 삼중 결합을 포함하는 탄소 원자를 통해 또는 포화된 탄소 원자를 통해 결합될 수 있다. 알키닐기는 후술하는 일정한 치환기에 의해 더욱 치환된 것도 포괄하여 지칭할 수 있다. 예를 들면, 에티닐 및 프로피닐 등을 들 수 있다.
"알킬렌"은 1 내지 20개, 바람직하게는 1 내지 10개, 보다 바람직하게는 1 내지 6개의 탄소 원자의 선형 또는 분지형의 포화된 2가 탄화수소 부위를 의미한다. 알킬렌기는 후술하는 일정한 치환기에 의해 더욱 치환된 것도 포괄하여 지칭할 수 있다. 알킬렌기의 예로서 메틸렌, 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌, 헥실렌 등을 들 수 있다.
"알케닐렌"은 1 이상의 탄소-탄소 이중 결합을 포함하는 2 내지 20개, 바람직하게는 2 내지 10개, 보다 바람직하게는 2 내지 6개의 탄소 원자의 선형 또는 분지형의 2가 탄화수소 부위를 의미한다. 알케닐렌기는 탄소-탄소 이중 결합을 포함하는 탄소 원자를 통해 및/또는 포화된 탄소 원자를 통해 결합될 수 있다. 알케닐렌기는 후술하는 일정한 치환기에 의해 더욱 치환된 것도 포괄하여 지칭할 수 있다.
"시클로알킬렌"은 3 내지 12개의 고리 탄소의 포화된 또는 불포화된 비방향족 2가 모노시클릭, 바이시클릭 또는 트리시클릭 탄화수소 부위를 의미하며, 후술하는 일정한 치환기에 의해 더욱 치환된 것도 포괄하여 지칭할 수 있다. 예컨대, 시클로프로필렌, 시클로부틸렌 등을 들 수 있다.
"아릴렌"은 6 내지 20개, 바람직하게는 6 내지 12개의 고리 원자를 가지는 2가 모노시클릭, 바이시클릭 또는 트리시클릭 방향족 탄화수소 부위를 의미하며, 후술하는 일정한 치환기에 의해 더욱 치환된 것도 포괄하여 지칭할 수 있다. 방향족 부분은 탄소 원자만을 포함한다. 아릴렌기의 예로서 페닐렌 등을 들 수 있다.
"아르알킬렌"은 상기 정의된 알킬기의 수소원자가 1개 이상이 아릴기로 치환되어 있는 2가 부위를 의미하며, 후술하는 일정한 치환기에 의해 더욱 치환된 것도 포괄하여 지칭할 수 있다. 예를 들면, 벤질렌 등을 들 수 있다.
"알키닐렌"은 1 이상의 탄소-탄소 삼중 결합을 포함하는 2 내지 20개의 탄소 원자, 바람직하게는 2 내지 10개, 보다 바람직하게는 2개 내지 6개의 선형 또는 분지형의 2가 탄화수소 부위를 의미한다. 알키닐렌기는 탄소-탄소 삼중 결합을 포함하는 탄소 원자를 통해 또는 포화된 탄소 원자를 통해 결합될 수 있다. 알키닐렌기는 후술하는 일정한 치환기에 의해 더욱 치환된 것도 포괄하여 지칭할 수 있다. 예를 들면, 에티닐렌 또는 프로피닐렌 등을 들 수 있다.
이상에서 설명한 치환기가 ＂치환 또는 비치환＂되었다 함은 이들 각 치환기 자체뿐 아니라, 일정한 치환기에 의해 더욱 치환된 것도 포괄됨을 의미한다. 본 명세서에서, 각 치환기에 더욱 치환될 수 있는 치환기의 예로는, 할로겐, 알킬, 알케닐, 알키닐, 할로알킬, 할로알케닐, 할로알키닐, 아릴, 할로아릴, 아르알킬, 할로아르알킬, 알콕시, 할로알콜시, 카보닐옥시, 할로카보닐옥시, 아릴옥시, 할로아릴옥시, 실릴 또는 실록시 등을 들 수 있다.
상술한 광배향성 중합체의 제조 방법은, 이미 상술한 바와 같이, 여러 광배향성 중합체가 개시된 다양한 문헌 등으로부터 당업자에게 자명하게 알려져 있다.
예를 들어, 상술한 광배향성 중합체가 화학식 1의 반복 단위를 포함하는 경우, 이러한 중합체는 10족의 전이금속을 포함하는 전촉매 및 조촉매를 포함하는 촉매 조성물의 존재 하에, 화학식 1a의 단량체를 부가 중합하여 화학식 1의 반복 단위를 형성하는 방법으로 제조될 수 있다:
[화학식 1a]
Figure pat00090
상기 화학식 3에서, p, R1, R2, R3, 및 R4는 화학식 1에서 정의된 바와 같다.
또, 상기 광배향성 중합체가 화학식 2의 반복 단위를 포함하는 경우, 이러한 중합체는 4족, 6족, 또는 8족의 전이금속을 포함하는 전촉매 및 조촉매를 포함하는 촉매 조성물의 존재 하에, 상기 화학식 1a의 단량체를 개환 중합하여 화학식 2의 반복 단위를 형성하는 단계를 포함하는 방법으로 제조될 수 있다. 선택 가능한 다른 방법으로서, 상기 화학식 2의 반복 단위를 포함하는 광배향성 중합체는, 상기 4족, 6족, 또는 8족의 전이금속을 포함하는 전촉매 및 조촉매를 포함하는 촉매 조성물의 존재 하에, 노보넨 메탄올 등의 노보넨 (알킬)올을 단량체로서 개환 중합하여 5각 환을 갖는 개환 중합체를 형성하고 나서, 이러한 개환 중합체에 광반응성 작용기를 도입하여 제조될 수도 있다. 이때, 상기 광반응성 작용기의 도입은 상기 개환 중합체를 화학식 1a 내지 1e에 대응하는 광반응성 작용기를 갖는 카르복시산 화합물 또는 아실 클로라이드 화합물과 축합 반응시키는 반응으로 진행될 수 있다.
상기 개환 중합 단계에서는 상기 화학식 1a의 단량체에 포함된 노보넨 고리 중의 이중 결합에 수소가 첨가되면 개환이 진행될 수 있고, 이와 함께 중합이 진행되어 상기 화학식 2의 반복 단위 및 이를 포함하는 광반응성 중합체가 제조될 수 있다.
다만, 상술한 광배향성 중합체의 제조를 위한 구체적 제조 공정 및 반응 조건은 당업자에게 널리 알려져 있으므로, 이에 대한 더 이상의 설명은 생략하기로 한다.
한편, 상술한 일 구현예의 광학 이방성 필름은 상기 광배향성 중합체와 함께, 바인더 화합물의 경화물을 더 포함할 수 있으며, 이러한 바인더 화합물의 경화물은 2관능 이상의 다가 아크릴레이트계 화합물을 포함하는 바인더 화합물을 광경화한 가교 중합체로 될 수 있다.
이때, 상기 바인더 화합물로는, 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트(pentaerythritol triacrylate; PETA), 트리(2-아크릴롤일옥시에틸)이소시누레이트(tris(2-acrylolyloxyethyl)isocynurate), 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트(trimethylolpropane triacrylate) 또는 디펜타에리트리톨 헥사아크릴레이트(dipentaerythritol hexaacrylate; DPHA) 등을 사용할 수 있고, 이들 중에 선택된 2종 이상을 함께 사용할 수도 있다.
또, 이러한 바인더 화합물의 경화물이 광학 이방성 필름에 포함될 경우, 상술한 광배향성 중합체 : 바인더 화합물의 경화물은 약 2 : 0 내지 2 : 3, 혹은 약 2 : 1 내지 2: 3의 중량비로 광배향막 내에 포함될 수 있다. 상술한 다가 아크릴레이트계 바인더 화합물을 광배향성 중합체와의 적절한 중량비로 적용함에 따라, 상술한 광배향막의 적절한 P(polarity) 값, 예를 들어, 약 0.02 내지 0.28의 P(polarity) 값을 보다 효과적으로 달성할 수 있게 된다.
일 예에서, 약 0.30 내지 0.35, 혹은 약 0.31 내지 0.32의 P(polarity) 값을 갖는 TAC 등 셀룰로오스계 기재가 적용될 경우, 상기 바인더 화합물로는 DPHA 및 PETA의 혼합물이 적절히 사용될 수 있고, 보다 구체적으로, 상기 DPHA 및 PETA가 약 2 : 1 내지 약 1 : 2의 중량비, 혹은 약 1 : 1의 중량비로 혼합된 혼합물이 적절히 사용될 수 있다. 또, 상기 광배향성 중합체 : 바인더 화합물의 경화물은 약 2 : 0 내지 2 : 3, 혹은 약 2 : 1 내지 2 : 3의 중량비로 광배향막 내에 포함될 수 있다. 이에 따라, 광배향막의 P(polarity) 값을 약 0.02 내지 0.2의 적절한 범위로 조절하기가 보다 용이해질 수 있다.
다른 예에서, 약 0.01 내지 0.03, 혹은 약 0.01 내지 0.02의 P(polarity) 값을 갖는 COC 또는 COP 등 환상 올레핀 중합체 또는 공중합체 기재나 PET 기재가 적용될 경우, 상기 바인더 화합물로는 DPHA가 적절히 사용될 수 있다. 또, 상기 광배향성 중합체 : 바인더 화합물의 경화물은 약 2 : 0 내지 2 : 3, 혹은 약 2 : 1 내지 2 : 2의 중량비로 광배향막 내에 포함될 수 있다. 이에 따라, 기재의 적절한 P(polarity) 값에 상응하는 광배향막의 적절한 P(polarity) 값의 범위, 예를 들어, 약 0.06 내지 0.28의 범위가 보다 용이하게 달성될 수 있다.
그 결과, 액정층 하부 구조의 최적화된 표면 에너지가 달성되어, 일 구현예의 광학 이방성 필름이 우수한 액정 배향성 및 액정 배향 안정성을 나타낼 수 있다.
한편, 상술한 광배향막 상의 액정층은 광학 이방성 필름에 사용 가능한 것으로 알려진 임의의 액정 화합물을 별다른 제한 없이 포함할 수 있다. 다만, 상술한 광배향성 중합체 등과의 보다 우수한 상호작용 등을 고려하여, 상기 액정층은 하기 화학식 3의 액정 화합물을 포함할 수 있다:
[화학식 3]
Figure pat00091
상기 화학식 3에서, P는 아크릴레이트, 메타크릴레이트 그룹 또는 에폭시 그룹을 포함하는 중합성 그룹이며, R20은 수소 또는 탄소수 1 내지 6의 알킬 그룹이며, n은 1 내지 10의 정수이다.
상술한 기재, 광배향막 및 액정층을 포함하는 광학 이방성 필름의 개략적인 구조의 일 례가 도 1에 도시되어 있다. 이러한 광학 이방성 필름에서, 상기 광배향막은 상술한 기재 상에, 광배향성 중합체, 바인더 화합물, 선택적으로 광개시제 및 유기 용매를 포함하는 광배향막용 조성물을 도포한 후, 선택적으로, 상기 도포된 조성물에 포함된 용매를 건조하고, 상기 도포된 조성물에 자외선(UV)을 조사하는 방법으로 형성할 수 있다.
이때, 상기 광 개시제는 UV 경화를 개시 및 촉진하는 것으로 알려진 임의의 개시제로 될 수 있고, 예를 들어, 상품명 Irgacure 907 또는 819 등으로 알려진 개시제를 사용할 수 있다.
또, 상기 유기 용매는 상술한 각 성분을 용해하기 위해 선택적으로 사용 가능한 것으로서, 이의 구체적인 예로는, 톨루엔(toluene), 아니솔(anisole), 클로로벤젠(chlorobenzene), 디클로로에탄(dichloroethane), 시클로헥산(cyclohexane), 시클로펜탄(cyclopentane) 또는 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 아세테이트(propylene glycol methyl ether acetate) 등을 들 수 있고, 이들 중에 선택된 2종 이상의 혼합 용매를 사용할 수도 있다. 이외에도, 각 성분의 종류에 따라 이들을 효과적으로 용해시켜 기판 상에 도포할 수 있는 임의의 용매를 사용할 수 있다.
상술한 각 성분을 포함하는 광배향막용 조성물을 기재 상에 도포한 후, 선택적으로 유기 용매를 제거하고 나서, 자외선을 조사하게 되면, 광배향성 중합체에 결합된 광반응기의 적어도 일부 또는 전부가 광배향될 수 있고, 바인더 화합물의 UV 중합 및/또는 경화가 일어날 수 있다. 그 결과, 적어도 일부의 광반응기가 광배향된 광배향성 중합체와, 선택적으로 바인더 화합물의 경화물을 포함하는 광배향막이 기재 상에 형성될 수 있다. 이때, 소정의 기재와, 광배향성 중합체, 바인더 화합물 및 이들의 적절한 중량비를 적용함으로서, 기재 및 광배향막이 각각 일 구현예에 따른 P(polarity) 값을 나타낼 수 있음은 이미 상술한 바와 같다.
이러한 광배향막의 형성 방법에서, 상기 조성물 도포 단계에서는 광배향성 중합체, 바인더 화합물 및 광 개시제 등의 구체적 종류에 따라, 용액의 농도, 용매의 종류 및 도포 방법을 결정할 수 있다. 다만, 상기 도포 방법은 롤 코팅법, 스핀 코팅법, 인쇄법, 잉크젯 분사법 또는 슬릿 노즐법 등으로 될 수 있고, 이러한 방법을 통해 기재의 표면에 광배향막용 조성물을 적절히 도포할 수 있다.
또, 상기 용매의 건조 단계에서는, 도막을 가열하거나, 진공 증발법 등을 통해 건조를 진행하여 용매를 제거할 수 있다. 이러한 건조 단계는 약 50 내지 250 ℃에서 약 20 내지 90분 동안 진행할 수 있다.
그리고, 상기 자외선 조사 단계에서는, 상기 건조된 도막면에, 파장 범위가 약 150 내지 450 ㎚ 영역의 편광된 자외선을 조사할 수 있다. 이때, 자외선의 조사 세기는 광배향성 중합체나 이에 결합된 광 반응성기의 종류에 따라 달라질 수 있지만, 약 50 mJ/㎠ 내지 10 J/㎠ 의 에너지, 바람직하게는 약 500 mJ/㎠ 내지 5 J/㎠ 의 에너지를 조사할 수 있다.
상술한 방법으로 형성된 광배향막은 약 10 내지 1000 ㎚, 혹은 약 30 내지 1000 ㎚의 두께를 가질 수 있다.
한편, 광배향막 형성 후에는, 이러한 광배향막 상에 액정층을 통상적인 방법으로 형성할 수 있고, 상기 광배향막을 이용해 액정층에 포함된 액정 분자들을 배향시킬 수 있다. 이로서, 일 구현예의 광학 이방성 필름이 제조될 수 있고, 이러한 광학 이방성 필름은 액정층 하부 구조의 표면 에너지가 최적화되어 우수한 액정 배향상 및 액정 배향 안정성을 나타낼 수 있다.
상술한 광학 이방성 필름은 액정 표시 소자와 같은 광학 조사 등에 적용 가능한 액정 배향 필름, 광학 필터, 위상차 필름, 패턴화된 위상차 필름, 편광자 또는 편광 발광체 등의 기능을 나타낼 수 있다.
본 발명에 따르면, 광배향막을 이용해 액정층의 액정을 보다 효과적으로 배향시킬 수 있고, 우수한 액정 배향 안정성과, 액정층 및 광배향막 간의 뛰어난 결합력(interaction) 및 상호 작용을 나타낼 수 있는 광학 이방성 필름이 제공될 수 있다. 이러한 광학 이방성 필름은 우수한 배향 특성 등으로 인해, 광학 조사의 액정 배향 필름, 광학 필터, 위상차 필름, 패턴화된 위상차 필름, 편광자 또는 편광 발광체 등으로 바람직하게 적용될 수 있다.
도 1은 기재, 광배향막 및 액정층을 포함하는 일 구현예의 광학 이방성 필름의 개략적인 구조를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 내지 3 및 비교예 1: 광학 이방성 필름의 제조
폴리[4-(1-페닐 퍼플루오로헵틸록시)-신나메이트-5-노보넨]의 광배향성 중합체 2.5 중량%을 사용하고, 다가 아크릴레이트계 화합물(펜타에리트리톨 트리아크릴레이트; PETA)의 바인더 화합물을 상기 광배향성 중합체 : 바인더 화합물의 중량비가 각각 2 : 0, 2 : 1, 2 : 2 및 2 : 4의 중량비로 되게 각각 사용하였다. 이들 광배향성 중합체 및 바인더 화합물과 함께, 광개시제(Ciba사 irgacure 907)의 0.1 중량%를 톨루엔 용매에 녹이고, 해당 용액을 약 100nm 두께로 TAC 필름 위에 떨어뜨려 바코팅하였다. 이후, 80℃에서 2분간 건조한 후, UV-B영역의 편광 UV를 1J/cm2로 조사하여, 실시예 1 내지 3 및 비교예 1의 광학 이방성 필름을 형성하였다.
실시예 4 내지 6 및 비교예 2: 광학 이방성 필름의 제조
TAC 필름 대신 기재로서 COP 필름을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1 내지 3 및 비교예 1과 동일한 방법으로, 실시예 4 내지 6 및 비교예 2의 광학 이방성 필름을 형성하였다.
실시예 7 내지 9 및 비교예 3: 광학 이방성 필름의 제조
TAC 필름 대신 기재로서 COC 필름을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1 내지 3 및 비교예 1과 동일한 방법으로, 실시예 7 내지 9 및 비교예 3의 광학 이방성 필름을 형성하였다.
실시예 10 내지 12 및 비교예 4: 광학 이방성 필름의 제조
TAC 필름 대신 기재로서 PET 필름을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1 내지 3 및 비교예 1과 동일한 방법으로, 실시예 10 내지 12 및 비교예 4의 광학 이방성 필름을 형성하였다.
실시예 13 내지 15 및 비교예 5: 광학 이방성 필름의 제조
폴리[4-(1-페닐 퍼플루오로헵틸록시)-신나메이트-5-노보넨]의 광배향성 중합체 대신 폴리[4-(4-메틸케톤 벤질록시)-신나메이트-5-노보넨]의 광배향성 중합체를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1 내지 3 및 비교예 1과 동일한 방법으로, 실시예 13 내지 15 및 비교예 5의 광학 이방성 필름을 형성하였다.
실시예 16 내지 18 및 비교예 6: 광학 이방성 필름의 제조
TAC 필름 대신 기재로서 COP 필름을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 13 내지 15 및 비교예 5와 동일한 방법으로, 실시예 16 내지 18 및 비교예 6의 광학 이방성 필름을 형성하였다.
실시예 19 내지 21 및 비교예 7: 광학 이방성 필름의 제조
TAC 필름 대신 기재로서 COC 필름을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 13 내지 15 및 비교예 5와 동일한 방법으로, 실시예 19 내지 21 및 비교예 7의 광학 이방성 필름을 형성하였다.
실시예 22 내지 24 및 비교예 8: 광학 이방성 필름의 제조
TAC 필름 대신 기재로서 PET 필름을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 13 내지 15 및 비교예 5와 동일한 방법으로, 실시예 22 내지 24 및 비교예 8의 광학 이방성 필름을 형성하였다.
실시예 25 내지 27 및 비교예 9: 광학 이방성 필름의 제조
폴리[4-(1-페닐 퍼플루오로헵틸록시)-신나메이트-5-노보넨]의 광배향성 중합체 대신 폴리[(3,4-디플루오로)-신나메이트-2-메틸5-노보넨]의 광배향성 중합체를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1 내지 3 및 비교예 1과 동일한 방법으로, 실시예 25 내지 27 및 비교예 9의 광학 이방성 필름을 형성하였다.
실시예 28 내지 30 및 비교예 10: 광학 이방성 필름의 제조
TAC 필름 대신 기재로서 COP 필름을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 25 내지 27 및 비교예 9와 동일한 방법으로, 실시예 28 내지 30 및 비교예 10의 광학 이방성 필름을 형성하였다.
실시예 31 내지 33 및 비교예 11: 광학 이방성 필름의 제조
TAC 필름 대신 기재로서 COC 필름을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 25 내지 27 및 비교예 9와 동일한 방법으로, 실시예 31 내지 33 및 비교예 11의 광학 이방성 필름을 형성하였다.
실시예 34 내지 36 및 비교예 12: 광학 이방성 필름의 제조
TAC 필름 대신 기재로서 PET 필름을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 25 내지 27 및 비교예 9와 동일한 방법으로, 실시예 34 내지 36 및 비교예 12의 광학 이방성 필름을 형성하였다.
실시예 37: 광학 이방성 필름의 제조
폴리[4-플루오로-신나메이트-5-노보넨]의 광배향성 중합체 2.0 중량%을 사용하고, 다가 아크릴레이트계 화합물(펜타에리트리톨 트리아크릴레이트; PETA)의 바인더 화합물을 상기 광배향성 중합체 : 바인더 화합물의 중량비가 각각 2 : 2의 중량비로 되게 각각 사용하였다. 이들 광배향성 중합체 및 바인더 화합물과 함께, 광개시제(Ciba사 irgacure 907)의 0.1 중량%를 시클로펜탄온(CPO) 용매에 녹이고, 해당 용액을 약 100nm 두께로 COP 필름 위에 떨어뜨려 바코팅하였다. 이후, 80℃에서 2분간 건조한 후, UV-B영역의 편광 UV를 1J/cm2로 조사하여, 실시예 35의 광학 이방성 필름을 형성하였다.
실시예 38: 광학 이방성 필름의 제조
폴리[4-메톡시-신나메이트-5-노보넨]의 광배향성 중합체 2.0 중량%을 사용하고, 다가 아크릴레이트계 화합물(PETA 및 DPHA를 1 : 1:의 중량비로 혼합한 혼합물)의 바인더 화합물을 상기 광배향성 중합체 : 바인더 화합물의 중량비가 각각 2 : 1의 중량비로 되게 각각 사용하였다. 이들 광배향성 중합체 및 바인더 화합물과 함께, 광개시제(Ciba사 irgacure 907)의 0.1 중량%를 톨루엔 용매에 녹이고, 해당 용액을 약 100nm 두께로 TAC 필름 위에 떨어뜨려 바코팅하였다. 이후, 80℃에서 2분간 건조한 후, UV-B영역의 편광 UV를 1J/cm2로 조사하여, 실시예 36의 광학 이방성 필름을 형성하였다.
시험예 1: P(polarity) 값의 측정 및 산출
상기 실시예 1 내지 38 및 비교예 1 내지 12의 광학 이방성 필름에 대하여, 다음의 방법으로 기재 및 광배향막의 P(polarity) 값을 산출하였다.
먼저, 약 25℃의 상온에서, 상기 기재 및 광배향막 표면에 약 10㎕의 물 방울 및 약 4㎕의 디요오도메탄 방울을 위치시킨 후(즉, 각 액체 방울을 살짝 찍어서 기재 또는 광배향막 표면에 형성 및 위치시킨 후), 기재 또는 광배향막 표면과 각 액체 방울이 이루는 접촉 부분의 각을 Sessile drop의 방법으로 측정하여, 상기 물 방울 및 디요오도메탄 방울에 대한 접촉각의 측정 값을 도출하였다. 이때, 접촉각의 측정은 Drop Shape Analysis 측정 장치(상품명 DSA 100)를 이용하여 진행하였다.
위와 같이 도출된 물 방울 및 디요오도메탄 방울의 접촉각을 Owens-Wendt-Rabel-Kaelble equation에 대입하여 기재 또는 광배향막 표면에 관한 IFT(s, P) 및 IFT(s)의 특성 값을 산출하였다. 식 1에 따라, P(polarity) = IFT(s, P)/IFT(s)의 값으로 상기 기재 및 광배향막에 대한 극성도 P(polarity) 값을 산출하였다. 이렇게 산출된 P(polarity) 값은 하기 표 1 내지 3에 정리하여 나타내었다.
시험예 2: 배향성 평가
실시예 1 내지 38 및 비교예 1 내지 12의 광학 이방성 필름의 광배향막 위에 A-plate용 액정을 코팅하고, 60℃에서 2분간 건조한 후 50mJ의 자외선을 조사하여 액정을 경화시켰다. 그리고, 편광판 사이에 필름을 넣고 배향의 정도를 확인하였다. 배향 정도 역시 1 내지 5의 정수로 나타내었으며, 다음의 기준으로 5에 가까울수록 배향성이 우수한 것으로 평가하였다. 이러한 배향성 평가 결과를 하기 표 1 내지 3에 정리하여 나타내었다.
5. 배향 정도가 매우 우수함;
4. 배향 정도가 우수함;
3. 배향성이 관찰되기는 하나, 실제 사용되기에 미흡함;
2. 배향성의 거의 관찰되지 않음;
1. 배향성이 전혀 관찰되지 않음.
기재 기재의 P(polarity) 광배향막의 P(polarity) 배향성
실시예 1 TAC 0.32 0.04 5
실시예 2 TAC 0.32 0.1 5
실시예 3 TAC 0.32 0.13 5
비교예 1 TAC 0.32 0.22 2
실시예 4 COP 0.01 0.08 4
실시예 5 COP 0.01 0.14 5
실시예 6 COP 0.01 0.22 4
비교예 2 COP 0.01 0.29 1
실시예 7 COC 0.01 0.09 4
실시예 8 COC 0.01 0.12 5
실시예 9 COC 0.01 0.23 4
비교예 3 COC 0.01 0.29 2
실시예 10 PET 0.03 0.09 4
실시예 11 PET 0.03 0.1 5
실시예 12 PET 0.03 0.2 4
비교예 4 PET 0.03 0.32 1
기재 기재의 P(polarity) 광배향막의 P(polarity) 배향성
실시예 13 TAC 0.32 0.08 5
실시예 14 TAC 0.32 0.1 5
실시예 15 TAC 0.32 0.12 5
비교예 5 TAC 0.32 0.21 2
실시예 16 COP 0.01 0.12 4
실시예 17 COP 0.01 0.15 5
실시예 18 COP 0.01 0.21 4
비교예 6 COP 0.01 0.3 1
실시예 19 COC 0.01 0.09 4
실시예 20 COC 0.01 0.13 5
실시예 21 COC 0.01 0.21 4
비교예 7 COC 0.01 0.29 1
실시예 22 PET 0.03 0.1 4
실시예 23 PET 0.03 0.13 5
실시예 24 PET 0.03 0.19 4
비교예 8 PET 0.03 0.3 2
기재 기재의 P(polarity) 광배향막의 P(polarity) 배향성
실시예 25 TAC 0.32 0.05 4
실시예 26 TAC 0.32 0.08 5
실시예 27 TAC 0.32 0.18 4
비교예 9 TAC 0.32 0.27 1
실시예 28 COP 0.01 0.08 4
실시예 29 COP 0.01 0.12 5
실시예 30 COP 0.01 0.23 4
비교예 10 COP 0.01 0.34 2
실시예 31 COC 0.01 0.06 4
실시예 32 COC 0.01 0.1 4
실시예 33 COC 0.01 0.22 4
비교예 11 COC 0.01 0.3 1
실시예 34 PET 0.03 0.09 5
실시예 35 PET 0.03 0.12 5
실시예 36 PET 0.03 0.22 4
비교예 12 PET 0.03 0.31 2
실시예 37 COP 0.01 0.13 5(가장 우수)
실시예 38 TAC 0.32 0.09 5(가장 우수)
상기 표 1 내지 3에 따르면, 적절한 P(polarity)을 갖는 기재와, 광배향막을 포함하는 실시예 1 내지 38의 광학 이방성 필름은 우수한 배향성을 나타냄이 확인되었다. 특히, 실시예 37 및 38의 광학 이방성 필름은 가장 우수한 배향성을 나타내는 것으로 확인되었다.
이에 비해, 기재의 P(polarity)에 적합한 P(polarity) 를 벗어나는 광배향막을 포함하는 비교예 1 내지 12의 광학 이방성 필름은 열악한 배향성을 나타냄이 확인되었다.

Claims (20)

  1. 하기 식 1로 정의되는 P(polarity)가 0.01 내지 0.35인 기재;
    적어도 일부의 광반응기가 광배향된 광배향성 중합체를 포함하고, 하기 식 1로 정의되는 P(polarity)가 0.02 내지 0.28인 상기 기재 상의 광배향막; 및
    상기 광배향막 상의 액정층을 포함하는 광학 이방성 필름:
    [식 1]
    P(polarity) = IFT(s, P)/IFT(s)
    상기 식 1에서, IFT(s, P) 및 IFT(s)는 기재 또는 광배향막 표면에 10㎕의 물 방울 및 4㎕의 디요오도메탄(diiodomethane) 방울을 위치시켜 측정된 물 방울 및 디요오도메탄 방울의 접촉각을 Owens-Wendt-Rabel-Kaelble equation에 대입하여 산출된 값이다.
  2. 제 1 항에 있어서, 기재의 P(polarity)는 0.01 내지 0.03이고, 광배향막의 P(polarity)는 0.06 내지 0.28인 광학 이방성 필름.
  3. 제 1 항에 있어서, 기재의 P(polarity)는 0.30 내지 0.35이고, 광배향막의 P(polarity)는 0.02 내지 0.2인 광학 이방성 필름.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 기재는 트리아세틸 셀룰로오스(triacetyl cellulose; TAC) 기재, 환상 올레핀 중합체(cyclic olefin polymer; COC) 기재 PET 기재 또는 환상 올레핀 공중합체(cyclic olefin copolymer; COP) 기재인 광학 이방성 필름.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 광배향성 중합체는 하기 화학식 1 또는 2의 반복 단위를 포함하는 광학 이방성 필름:
    [화학식 1] [화학식 2]
    Figure pat00092
    Figure pat00093

    상기 화학식 1 및 2에서,
    n은 50 내지 5,000 이고,
    p는 0 내지 4의 정수이고,
    R1, R2, R3, 및 R4 중 적어도 하나는 하기 화학식 1a 내지 1e로 이루어진 군으로부터 선택된 라디칼이며, 나머지는 서로 같거나 다를 수 있고 각각 독립적으로, 수소; 할로겐; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 20의 알케닐; 치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 12의 시클로알킬; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴; 치환 또는 비치환된 탄소수 7 내지 15의 아르알킬; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 20의 알키닐; 또는 산소, 질소, 인, 황, 실리콘 및 보론으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 원소를 포함하는 비탄화수소 극성기(non-hydrocarbonaceous polar group)로 이루어진 군으로부터 선택되는 극성 작용기이고,
    [화학식 1a]
    Figure pat00094

    [화학식 1b]
    Figure pat00095

    [화학식 1c]
    Figure pat00096

    [화학식 1d]
    Figure pat00097

    [화학식 1e]
    Figure pat00098

    상기 화학식 1a 내지 1e에서,
    n1은 0 내지 4의 정수이며, n2는 0 내지 5의 정수이고, l은 0 또는 1이고,
    A는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬렌, 카보닐, 카르복시, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴렌, 또는 단순 결합이며,
    B는 단순결합; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬렌; 카보닐; 카르복시; 에스테르; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알콕실렌; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴렌; 및 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 헤테로아릴렌으로 이루어진 군에서 선택되고,
    D 및 D'는 각각 독립적으로 단순결합; 산소; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬렌; 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 12의 시클로알킬렌; 및 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬렌옥사이드로 이루어진 군에서 선택되고,
    E는 단순결합; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬렌; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴렌옥사이드이고,
    X는 산소 또는 황이고,
    Y 및 Z는 각각 독립적으로 수소; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬이고,
    P는 단순결합; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬렌; 카보닐; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 20의 알케닐렌; 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 12의 시클로알킬렌; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지40의 아릴렌; 치환 또는 비치환된 탄소수 7 내지 15의 아르알킬렌; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 20의 알키닐렌; 및 치환 또는 비치환된 탄소수 4 내지 8의 시클로알킬렌으로 이루어진 군에서 선택되며,
    R10, R11, R12, R13 및 R14는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 할로겐; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬; 치환 또는 비치환된 탄소수 4 내지 8의 시클로알킬; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알콕시; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴옥시; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아르알킬; 14족, 15족 또는 16족의 헤테로 원소를 포함하는 탄소수 6 내지 40의 헤테로아릴; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 알콕시아릴; 시아노; 니트릴; 니트로; 및 히드록시로 이루어진 군에서 선택되고,
    R15는 1개 또는 2개의 치환기로서, 각각 독립적으로 수소; 할로겐; 시아노; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알콕시; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴옥시; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴; 14족, 15족 또는 16족의 헤테로 원소를 포함하는 탄소수 6 내지 40의 헤테로아릴; 및 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 알콕시아릴로 이루어진 군에서 선택된다.
  6. 제 1 항에 있어서, 바인더 화합물의 경화물을 더 포함하는 광학 이방성 필름.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 바인더 화합물의 경화물은 2관능 이상의 다가 아크릴레이트계 화합물의 가교 중합체를 포함하는 광학 이방성 필름.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 광배향성 중합체 : 바인더 화합물의 경화물은 2 : 0 내지 2 : 3의 중량비로 포함되는 광학 이방성 필름.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 액정층은 하기 화학식 3의 액정 화합물을 포함하는 광학 이방성 필름:
    [화학식 3]
    Figure pat00099

    상기 화학식 3에서, P는 아크릴레이트, 메타크릴레이트 그룹 또는 에폭시 그룹을 포함하는 중합성 그룹이며,
    R20은 수소 또는 탄소수 1 내지 6의 알킬 그룹이며,
    n은 1 내지 10의 정수이다.
  10. 제 2 항에 있어서, 광배향성 중합체는 광반응기 말단에 알콕시 또는 알콕시아릴이 포함된 작용기가 하나 이상 결합된 것인 광학 이방성 필름.
  11. 제 5 항에 있어서, 기재의 P(polarity)는 0.30 내지 0.35이고,
    광배향성 중합체는 상기 화학식 1a의 광반응기를 가지며, R14가 탄소수 1 내지 5의 알콕시로 되는 화학식 1의 단일 중합체인 광학 이방성 필름.
  12. 제 3 항에 있어서, 광배향성 중합체는 광반응기 말단에 할로겐 또는 아르알킬기 포함된 작용기가 하나 이상 결합된 것인 광학 이방성 필름.
  13. 제 5 항에 있어서, 기재의 P(polarity)는 0.01 내지 0.03이고,
    광배향성 중합체는 상기 화학식 1a의 광반응기를 가지며, R14가 할로겐으로 되고, D, D'는 단순 결합이고, l은 0으로 되는 화학식 1의 단일 중합체인 광학 이방성 필름.
  14. 제 6 항에 있어서, 기재의 P(polarity)는 0.01 내지 0.03이고, 상기 광배향성 중합체 : 바인더 화합물의 경화물은 2 : 1 내지 2 : 3의 중량비로 포함되는 광학 이방성 필름.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 바인더 화합물은 디펜타에리트리톨 헥사아크릴레이트(dipentaerythritol hexaacrylate; DPHA)인 광학 이방성 필름.
  16. 제 6 항에 있어서, 기재의 P(polarity)는 0.30 내지 0.35이고, 상기 광배향성 중합체 : 바인더 화합물의 경화물은 1 : 0 내지 1 : 2의 중량비로 포함되는 광학 이방성 필름.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 바인더 화합물은 디펜타에리트리톨 헥사아크릴레이트(dipentaerythritol hexaacrylate; DPHA) 및 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트(pentaerythritol triacrylate; PETA)의 혼합물인 광학 이방성 필름.
  18. 제 1 항에 있어서, 광배향막은 10 내지 1000 ㎚의 두께를 갖는 광학 이방성 필름.
  19. 제 1 항에 있어서, 액정 배향 필름, 광학 필터, 위상차 필름, 패턴화된 위상차 필름, 편광자 또는 편광 발광체의 기능을 갖는 광학 이방성 필름.
  20. 제 1 항의 광학 이방성 필름을 포함하는 광학 소자.
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