KR20190044279A - 액정 배향제 조성물, 이를 이용한 액정 배향막의 제조 방법, 및 이를 이용한 액정 배향막 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배향성과 안정성이 강화되고, 높은 전압 유지율을 나타내는 액정 배향막을 제조하기 위한 액정 배향제 조성물, 이를 이용한 액정 배향막의 제조 방법, 및 이를 이용한 액정 배향막 및 액정 표시소자에 관한 것이다.

Description

액정 배향제 조성물, 이를 이용한 액정 배향막의 제조 방법, 및 이를 이용한 액정 배향막 {LIQUID CRYSTAL ALIGNMENT COMPOSITION, PROCESS FOR PREPARING LIQUID CRYSTAL ALIGNMENT FILM, AND LIQUID CRYSTAL ALIGNMENT FILM USING THE SAME}
본 발명은 액정 배향성과 안정성이 강화되고, 높은 전압 유지율을 나타내는 액정 배향막을 제조하기 위한 액정 배향제 조성물, 이를 이용한 액정 배향막의 제조 방법, 및 이를 이용한 액정 배향막 및 액정 표시소자에 관한 것이다.
액정 표시소자에 있어서, 액정 배향막은 액정을 일정한 방향으로 배향시키는 역할을 담당하고 있다. 구체적으로, 액정 배향막은 액정 분자의 배열에 방향자(director) 역할을 하여 전기장(electric field)에 의해 액정이 움직여서 화상을 형성할 때, 적당한 방향을 잡도록 해준다. 액정 표시소자에서 균일한 휘도(brightness)와 높은 명암비(contrast ratio)를 얻기 위해서는 액정을 균일하게 배향하는 것이 필수적이다.
종래 액정을 배향시키는 방법 중 하나로, 유리 등의 기판에 폴리이미드와 같은 고분자 막을 도포하고, 이 표면을 나일론이나 폴리에스테르 같은 섬유를 이용해 일정한 방향으로 문지르는 러빙(rubbing) 방법이 이용되었다. 그러나 러빙 방법은 섬유질과 고분자막이 마찰될 때 미세한 먼지나 정전기(electrical discharge: ESD)가 발생할 수 있어, 액정 패널 제조 시 심각한 문제점을 야기시킬 수 있다.
상기 러빙 방법의 문제점을 해결하기 위하여, 최근에는 마찰이 아닌 광 조사에 의해 고분자 막에 이방성(비등방성, anisotropy)을 유도하고, 이를 이용하여 액정을 배열하는 광 배향법이 연구되고 있다.
상기 광배향법에 사용될 수 있는 재료로는 다양한 재료가 소개되어 있으며, 그 중에서도 액정 배향막의 양호한 제반 성능을 위해 폴리이미드가 주로 사용되고 있다. 그러나, 폴리이미드는 용매 용해성이 떨어져 용액 상태로 코팅하여 배향막을 형성시키는 제조 공정 상에 바로 적용하기에는 어려움이 있다. 따라서, 용해성이 우수한 폴리아믹산 또는 폴리아믹산 에스테르와 같은 전구체 형태로 코팅을 한 후 고온의 열처리 공정을 거쳐 폴리이미드를 형성시키고 여기에 광조사를 실행하여 배향처리를 하게 된다. 그러나, 이러한 폴리이미드 상태의 막에 광조사를 하여 충분한 액정 배향성을 얻기 위해서는 많은 에너지가 필요해 실제 생산성 확보에 어려움이 생길 뿐 아니라, 광조사 후 배향 안정성을 확보하기 위해 추가적인 열처리 공정도 필요한 한계가 있다.
또한, 액정 표시 소자의 고품위 구동을 위해서는 높은 전압 유지율(voltage holding ratio; VHR)을 나타내어야 하는데, 폴리이미드 만으로는 이를 나타내는데 한계가 있다. 특히, 최근에는 저전력 디스플레이에 대한 요구가 증가함에 따라, 액정배향제는 액정의 배향성이라는 기본 특성뿐 아니라, 직류/교류전압에 의해 발생하는 잔상, 전압유지율과 같은 전기적인 특성에도 영향을 미칠 수 있음을 발견하게 되었고, 이에 우수한 액정 배향성과 전기적 특성을 동시에 구현할 수 있는 액정 배향재료에 대한 개발의 필요성이 커지고 있다.
이에, 액정 표시소자의 성능이 향상되고 저저력 디스플레이를 구현할 수 있도록, 고온환경에서도 우수한 액정 배향성 및 전기적 특성을 갖는 새로운 액정배향제에 대한 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 배향성과 안정성이 우수할 뿐만 아니라, 고온환경에서의 전압유지 보전율과 같은 전기적 특성 또한 강화된 액정 배향제 조성물을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 상기의 액정 배향제 조성물을 이용한 액정 배향막의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 상기의 제조방법으로 제조되는 액정 배향막 및 이를 포함하는 액정 표시소자를 제공하기 위한 것이다.
본 명세서에서는, 하기 화학식 1로 표시되는 반복 단위, 하기 화학식 2로 표시되는 반복 단위 및 하기 화학식 3으로 표시되는 반복 단위로 이루어진 군에서 선택된 2종 이상의 반복 단위를 포함하며, 하기 화학식 1 내지 3으로 표시되는 전체 반복 단위에 대하여 하기 화학식 1로 표시되는 반복 단위를 5 내지 74 몰% 포함하는 제1 액정 배향제용 중합체; 및
하기 화학식 4로 표시되는 반복 단위, 하기 화학식 5로 표시되는 반복 단위 및 하기 화학식 6으로 표시되는 반복 단위로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 반복 단위를 포함하는 제2 액정 배향제용 중합체;
를 포함하는, 액정 배향제 조성물가 제공된다.
[화학식 1]
Figure pat00001
[화학식 2]
Figure pat00002
[화학식 3]
Figure pat00003
[화학식 4]
Figure pat00004
[화학식 5]
Figure pat00005
[화학식 6]
Figure pat00006
상기 화학식 1 내지 6에서,
R1, R2, R3, 및 R4는 각각 독립적으로 수소 또는 C1-10 알킬이고, 단 R1 및 R2가 모두 수소는 아니며, R3 및 R4가 모두 수소는 아니고,
X1은 하기 화학식 7로 표시되는 4가의 유기기이고,
[화학식 7]
Figure pat00007
상기 화학식 7에서,
R5, R6, R7, 및 R8은 각각 독립적으로 수소, 또는 C1-6 알킬이고,
X2, X3, X4, X5, 및 X6은 각각 독립적으로 탄소수 4 내지 20의 탄화수소에서 유래한 4가의 유기기이거나, 혹은 상기 4가의 유기기 중 하나 이상의 H가 할로겐으로 치환되거나 또는 하나 이상의 -CH2-가 산소 또는 황 원자들이 직접 연결되지 않도록 -O-, -CO-, -S-, -SO-, -SO2- 또는 -CONH-로 대체된 4가의 유기기이고,
상기 화학식 1 내지 3에서,
Y1 내지 Y3은 각각 독립적으로 하기 화학식 8로 표시되는 2가의 유기기이고,
[화학식 8]
Figure pat00008
상기 화학식 8에서,
R9 및 R10은 각각 독립적으로 할로겐, 시아노, C1-10 알킬, C2-10 알케닐, C1-10 알콕시, C1-10 플루오로알킬, 또는 C1-10 플루오로알콕시이고,
p 및 q는 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수이고,
L1은 단일결합, -O-, -CO-, -S-, -SO2-, -C(CH3)2-, -C(CF3)2-, -CONH-, -COO-, -(CH2)z-, -O(CH2)zO-, -O(CH2)z-, -OCH2-C(CH3)2-CH2O-, -COO-(CH2)z-OCO-, 또는 -OCO-(CH2)z-COO-이며, 여기서, z는 1 내지 10의 정수이고,
k 및 m은 각각 독립적으로 1 내지 3의 정수이고,
n은 0 내지 3의 정수이고,
상기 화학식 4 내지 6에서,
Z1, Z2, 및 Z3는 각각 독립적으로 하기 화학식 9로 표시되는 2가의 유기기이고,
[화학식 9]
Figure pat00009
상기 화학식 9에서,
A1은 16족 원소이고,
R11은 수소, 또는 C1-10 알킬이며,
a는 0 내지 3의 정수이고,
A2, A3, A4, 및 A5는 질소 또는 탄소이며, 단 A2 내지 A5 중 적어도 하나는 질소이고, 나머지는 탄소이다.
이하 발명의 구체적인 구현예에 따른 액정 배향제 조성물과 이를 이용한 액정 배향막의 제조 방법, 및 이렇게 제조된 액정 배향막을 포함하는 액정 표시 소자에 대하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 명세서에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에서, "치환"이라는 용어는 화합물 내의 수소 원자 대신 다른 작용기가 결합하는 것을 의미하며, 치환되는 위치는 수소 원자가 치환되는 위치 즉, 치환기가 치환 가능한 위치라면 한정되지 않으며, 2 이상 치환되는 경우, 2 이상의 치환기는 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
본 명세서에서 "치환 또는 비치환된" 이라는 용어는 중수소; 할로겐기; 시아노기; 니트로기; 히드록시기; 카르보닐기; 에스테르기; 이미드기; 아미드기; 아미노기; 카르복시기; 술폰산기; 술폰아미드기; 포스핀옥사이드기; 알콕시기; 아릴옥시기; 알킬티옥시기; 아릴티옥시기; 알킬술폭시기; 아릴술폭시기; 실릴기; 붕소기; 알킬기; 시클로알킬기; 알케닐기; 아릴기; 아르알킬기; 아르알케닐기; 알킬아릴기; 아릴포스핀기; 또는 N, O 및 S 원자 중 1개 이상을 포함하는 헤테로고리기로 이루어진 군에서 선택된 1개 이상의 치환기로 치환 또는 비치환되거나, 상기 예시된 치환기 중 2 이상의 치환기가 연결된 치환 또는 비치환된 것을 의미한다. 예컨대, "2 이상의 치환기가 연결된 치환기"는 바이페닐기일 수 있다. 즉, 바이페닐기는 아릴기일 수도 있고, 2개의 페닐기가 연결된 치환기로 해석될 수도 있다.
본 명세서에서,
Figure pat00010
, 또는
Figure pat00011
는 다른 치환기에 연결되는 결합을 의미하고, 직접결합은 L 로 표시되는 부분에 별도의 원자가 존재하지 않은 경우를 의미한다.
본 명세서에서, 알킬기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나 1 내지 10인 것이 바람직하다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 알킬기의 탄소수는 1 내지 6이다. 알킬기의 구체적인 예로는 메틸, 에틸, 프로필, n-프로필, 이소프로필, 부틸, n-부틸, 이소부틸, tert-부틸, sec-부틸, 1-메틸-부틸, 1-에틸-부틸, 펜틸, n-펜틸, 이소펜틸, 네오펜틸, tert-펜틸, 헥실, n-헥실, 1-메틸펜틸, 2-메틸펜틸, 4-메틸-2-펜틸, 3,3-디메틸부틸, 2-에틸부틸, 헵틸, n-헵틸, 1-메틸헥실, 시클로펜틸메틸, 시클로헥틸메틸, 옥틸, n-옥틸, tert-옥틸, 1-메틸헵틸, 2-에틸헥실, 2-프로필펜틸, n-노닐, 2,2-디메틸헵틸, 1-에틸-프로필, 1,1-디메틸-프로필, 이소헥실, 2-메틸펜틸, 4-메틸헥실, 5-메틸헥실 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
탄소수 1 내지 10의 플루오로알킬기는 상기 탄소수 1 내지 10의 알킬기의 하나 이상의 수소가 불소로 치환된 것일 수 있고, 탄소수 1 내지 10의 플루오로알콕시기는 상기 탄소수 1 내지 10의 알콕시기의 하나 이상의 수소가 불소로 치환된 것일 수 있다.
할로겐(halogen)은 불소(F), 염소(Cl), 브롬(Br) 또는 요오드(I)일 수 있다.
16족 원소는 산소(O), 황(S), 셀레늄(Se), 텔루륨(Te) 또는 폴로늄(Po)일 수 있다.
질소 산화물은 질소 원자와 산소 원자가 결합한 화합물로서, 질소 산화물 작용기는 작용기 내에 질소 산화물을 포함한 작용기를 의미한다. 상기 질소 산화물 작용기의 예를 들면, 니트로기(-NO2) 등을 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 액정 배향제 조성물은, 부분 이미드화된 폴리이미드 전구체인 제1 액정 배향제용 중합체와 중심점 또는 중심선에 대해 비대칭을 이루는 특정 구조의 디아민으로부터 유래된 폴리이미드 전구체인 제2 액정 배향제용 중합체를 함께 포함하는 것을 주요 특징으로 한다.
기존의 폴리이미드를 액정 배향막으로 사용하는 경우, 용해성이 우수한 폴리이미드 전구체, 폴리아믹산 또는 폴리아믹산 에스테르를 도포하고 건조하여 도막을 형성한 후, 고온의 열처리 공정을 거쳐 폴리이미드로 전환시키고 여기에 광조사를 실행하여 배향처리를 하였다. 그러나, 이러한 폴리이미드 상태의 막에 광조사를 하여 충분한 액정 배향성을 얻기 위해서는 많은 광 조사 에너지가 필요할 뿐 아니라, 광조사 후 배향 안정성을 확보하기 위해 추가적인 열처리 공정도 거치게 된다. 이와 같은 많은 광 조사 에너지와 추가적인 고온 열처리 공정은 공정비용과, 공정시간 측면에서 매우 불리하므로 실제 대량 생산 공정에 적용하기에는 한계가 있었다.
이에 본 발명자들은, 상기와 같이 이미드기 등을 함유하는 특정 구조의 디아민 화합물을 포함한 반응물로부터 제조된 상기 화학식 1 내지 3의 반복 단위를 포함하는 제1 액정 배향제용 중합체를 이용하면, 이미 이미드화된 이미드 반복 단위를 일정 함량 포함하므로, 도막 형성 후 고온의 열처리 공정 없이 바로 광을 조사하여 이방성을 생성시키고, 이후에 열처리를 진행하여 배향막을 완성할 수 있기 때문에, 광 조사 에너지를 크게 줄일 수 있을 뿐 아니라, 1회의 열처리 공정을 포함하는 단순한 공정으로도 배향성과 안정성이 강화된 액정 배향막을 제조할 수 있음을 확인하였다.
또한, 본 발명자들은 상기 제1 액정 배향제용 중합체 이외에, 중심점 또는 중심선에 대해 비대칭을 이루는 특정 구조의 디아민 화합물을 포함한 반응물로부터 제조된 상기 화학식 4 내지 6의 반복 단위를 함께 포함하는 제2 액정 배향제용 중합체를 액정 배향제 조성물에 포함시킴으로써, 이로부터 제조되는 액정 배향막은 고온에서 높은 전압유지율을 가질 수 있고, 콘트라스트 비율의 저하나 잔상 현상을 개선할 수 있을 뿐만 아니라 열 스트레스에 의한 배향 안정성 및 배향막의 기계적 강도도 개선됨을 확인하였다.
발명의 일 구현예에 따르면 상기 화학식 1로 표시되는 반복 단위, 상기 화학식 2로 표시되는 반복 단위 및 상기 화학식 3으로 표시되는 반복 단위로 이루어진 군에서 선택된 2종 이상의 반복 단위를 포함하며, 상기 화학식 1 내지 3으로 표시되는 전체 반복 단위에 대하여 상기 화학식 1로 표시되는 반복 단위를 5 내지 74 몰% 포함하는 제1 액정 배향제용 중합체와, 상기 화학식 4로 표시되는 반복 단위, 상기 화학식 5로 표시되는 반복 단위 및 하기 화학식 6으로 표시되는 반복 단위로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 반복 단위를 포함하는 제2 액정 배향제용 중합체를 포함하는 액정 배향제 조성물이 제공될 수 있다.
구체적으로, 일 구현예에 따른 액정 배향제 조성물 중 제1 액정 배향제용 중합체 및 제2 액정 배향제용 중합체에 있어서, 상기 화학식 1 내지 6의 반복 단위에서 X1은 상기 화학식 7로 표시되는 4가의 유기기이고, X2, X3, X4, X5, 및 X6은 각각 독립적으로 탄소수 4 내지 20의 탄화수소에서 유래한 4가의 유기기이거나, 혹은 상기 4가의 유기기 중 하나 이상의 H가 할로겐으로 치환되거나 또는 하나 이상의 -CH2-가 산소 또는 황 원자들이 직접 연결되지 않도록 -O-, -CO-, -S-, -SO-, -SO2- 또는 -CONH-로 대체된 4가의 유기기일 수 있다.
일 예로, 상기 X2, X3, X4, X5, 및 X6은 각각 독립적으로 하기 화학식 10에 기재된 4가의 유기기일 수 있다.
[화학식 10]
Figure pat00012
상기 화학식 10에서, R5, R6, R7, 및 R8은 각각 독립적으로 수소, 또는 C1-6 알킬이고, R12 및 R13는 각각 독립적으로 수소, 또는 C1-10 알킬이고, L2는 단일 결합, -O-, -CO-, -S-, -SO-, -SO2-, -CR14R15-, -CONH-, -COO-, -(CH2)b-, -O(CH2)bO-, -COO-(CH2)b-OCO-, -HN-(CH2)b-NH-, -R14N-(CH2)b-NR15-, 페닐렌 또는 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이며, 여기서, R14 및 R15는 각각 독립적으로 수소, C1-10 알킬, 또는 C1-10 플루오로알킬이고, b는 각각 독립적으로 1 내지 10의 정수이다.
또한, 일 구현예에 따른 액정 배향제 조성물 중 제1 액정 배향제용 중합체는 상기 화학식 1 내지 3의 반복 단위에서 Y1, Y2, 및 Y3은 각각 독립적으로 상기 화학식 8로 표시되는 2가의 유기기일 수 있다.
상기 화학식 8에서, R9 또는 R10로 치환되지 않은 탄소에는 수소가 결합되어 있으며, p 또는 q가 2 내지 4의 정수일 때 복수의 R9 또는 R10는 동일하거나 서로 상이한 치환기일 수 있다. 그리고, 상기 화학식 8에서 k 및 m은 각각 독립적으로 0 내지 3, 또는 1 내지 3의 정수이고, n은 0 내지 3의 정수 혹은 0 또는 1의 정수일 수 있다.
상기 화학식 8은 액정 배향제용 중합체 형성에 사용되는 전구체인 이미드기 등을 함유하는 특정 구조의 디아민으로부터 유래한 반복 단위 중 일부분에 해당한다.
보다 구체적으로, 상기 화학식 8은 하기 화학식 11 또는 화학식 12일 수 있다.
[화학식 11]
Figure pat00013
[화학식 12]
Figure pat00014
상기 화학식 12에서, L3는 단일 결합, -O-, -SO2-, 또는 -CR16R17-이며, 여기서, R16 및 R17은 각각 독립적으로 수소, 또는 C1-10 알킬이다.
바람직하게는, 상기 화학식 11은 하기 화학식 11-1일 수 있다.
[화학식 11-1]
Figure pat00015
또한, 상기 화학식 12는 하기 화학식 12-1일 수 있다.
[화학식 12-1]
Figure pat00016
상기 화학식 12-1에서, L3는 O, 또는 CH2이다.
한편, 일 구현예에 따른 액정 배향제 조성물 중 제2 액정 배향제용 중합체는 상기 화학식 4 내지 6의 반복 단위에서 Z1, Z2, 및 Z3는 각각 독립적으로 상기 화학식 9로 표시되는 2가의 유기기일 수 있다. 상기 Z1, Z2, 및 Z3는 상기 화학식 4로 표시되는 2가의 유기기로 정의되어 상술한 효과를 발현할 수 있는 다양한 구조의 액정 배향제용 공중합체를 제공할 수 있다.
상기 화학식 9에서, A1는 16족 원소이고, 상기 16족 원소는 산소(O), 황(S), 셀레늄(Se), 텔루륨(Te) 또는 폴로늄(Po)일 수 있다. 상기 R11는 상기 A1에 결합하는 작용기로서, a로 표시되는 숫자의 개수만큼 A1 원소에 결합할 수 있다. 바람직하게는 상기 화학식 9에서, A1는 산소이고, a는 0인 에테르 작용기일 수 있다.
한편, 상기 화학식 9에서, A2 내지 A5 중 적어도 하나는 질소이고, 나머지는 탄소를 만족함에 따라, 상기 질소 원자에 의해 상기 화학식 9는 중심점 또는 중심선을 기준으로 대칭을 이루지 않는 비대칭 구조를 이룰 수 있다. 상기 화학식 9는 액정 배향제용 공중합체 형성에 사용되는 전구체인 중심점 또는 중심선에 대해 비대칭을 이루는 특정 구조의 디아민으로부터 유래한 반복 단위로서, 후술하는 바와 같이 비대칭 디아민을 사용함에 따른 것으로 보인다.
구체적으로, 상기 화학식 9로 표시되는 작용기는 에테르기를 매개로 2개의 방향족 고리 화합물, 바람직하게는 헤테로 방향족 고리 화합물 및 방향족 고리 화합물이 결합하는 구조적 특징이 있다. 이에 따라, 액정배향제로서의 배향성이나 잔상특성은 동등 수준이상을 만족하면서도, 전압보유율이 향상되어 우수한 전기적 특성을 구현할 수 있다.
반면, 상기 화학식 9로 표시되는 작용기는 2개의 방향족 고리 화합물, 바람직하게는 헤테로 방향족 고리 화합물 및 방향족 고리 화합물 각각에 아민기, 에테르기 및 수소만이 결합하고 있을 뿐, 이외의 다른 치환기가 도입되지 않는 것을 특징으로 하며, 헤테로 방향족 고리 화합물 또는 방향족 고리 화합물에 치환기, 예를 들어 플루오로알킬기가 도입될 경우, 치환기에 의한 배향성이 저하되는 기술적인 문제가 발생할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 화학식 9에서, A2 내지 A5 하나가 질소이고, 나머지는 탄소일 수 있고, 상기 화학식 9에서, A2 또는 A5 중 하나가 질소이고 나머지는 탄소이며, A3 및 A4는 탄소일 수 있다. 즉, 상기 화학식 9에서 A2 내지 A5가 포함된 방향족 고리는 피리딘(pyridine) 구조를 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 일 구현예의 액정 배향제용 공중합체가 적용된 액정디스플레이 소자가 높은 전압유지율 및 액정배향성을 구현할 수 있다.
또한, 상기 화학식 9는 하기 화학식 9-1, 화학식 9-2, 및 화학식 9-3으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 반복단위를 포함할 수 있다.
[화학식 9-1]
Figure pat00017
[화학식 9-2]
Figure pat00018
[화학식 9-3]
Figure pat00019
상기 화학식 9-1, 화학식 9-2, 및 화학식 9-3에서, A1, A2, A3, A4, A5, R11, 및 a에 대한 내용은 상기 화학식 9에서 상술한 내용을 포함한다.
이와 같이, 상기 화학식 9 반복단위가 화학식 9-1, 화학식 9-2, 및 화학식 9-3으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 반복 단위를 포함함에 따라, 보다 우수한 액정 배향성을 구현할 수 있다.
그리고, 일 구현예에 따른 액정 배향제 조성물 중 제1 액정 배향제용 중합체는 상기 화학식 1, 화학식 2 및 화학식 3으로 표시되는 반복 단위 중에서, 이미드 반복 단위인 화학식 1로 표시되는 반복 단위를 전체 반복 단위에 대하여 5 내지 74 몰% , 바람직하게는 10 내지 60 몰% 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 화학식 1로 표시되는 이미드 반복 단위를 특정 함량 포함하는 중합체를 이용하면, 상기 제1 액정 배향제용 중합체가 이미 이미드화된 이미드 반복 단위를 일정 함량 포함하므로, 고온의 열처리 공정을 생략하고, 바로 광을 조사하여도 배향성과 안정성이 우수한 액정 배향막을 제조할 수 있다.
만일 화학식 1로 표시되는 반복 단위가 상기 함량 범위보다 적게 포함되면 충분한 배향 특성을 나타내지 못하고, 배향 안정성이 저하될 수 있으며, 상기 화학식 1로 표시되는 반복 단위의 함량이 상기 범위를 초과하면 용해도가 낮아져 코팅 가능한 안정적인 배향액을 제조하기 어려운 문제가 나타날 수 있다. 이에 따라, 상기 화학식 1로 표시되는 반복 단위를 상술한 함량 범위로 포함하는 것이 보관 안정성, 전기적 특성, 배향 특성 및 배향 안정성이 모두 우수한 액정 배향제용 중합체를 제공할 수 있어 바람직하다.
또한, 상기 화학식 2로 표시되는 반복 단위 또는 화학식 3으로 표시되는 반복 단위는 목적하는 특성에 따라 적절한 함량으로 포함될 수 있다.
구체적으로, 상기 화학식 2로 표시되는 반복 단위는 상기 화학식 1 내지 3으로 표시되는 전체 반복 단위에 대하여 0 내지 40 몰%, 바람직하게는 0 내지 30 몰% 포함될 수 있다. 상기 화학식 2으로 표시되는 반복 단위는 광 조사 후 고온 열처리 공정 중 이미드로 전환되는 비율이 낮기 때문에, 상기 범위를 넘어서는 경우 전체적인 이미드화율이 부족하여 배향 안정성이 저하될 수 있다. 따라서, 상기 화학식 2로 표시되는 반복 단위는 상술한 범위 내에서 적절한 용해도를 나타내어 공정 특성이 우수하면서도 높은 이미드화율을 구현할 수 있는 액정 배향제용 중합체를 제공할 수 있다.
그리고, 상기 화학식 3으로 표시되는 반복 단위는 상기 화학식 1 내지 3으로 표시되는 전체 반복 단위에 대하여 0 내지 95 몰%, 바람직하게는 10 내지 90 몰% 포함될 수 있다. 이러한 범위 내에서 우수한 코팅성을 나타내 공정 특성이 우수하면서도 높은 이미드화율을 구현할 수 있는 액정 배향제용 중합체를 제공할 수 있다.
한편, 일 구현예에 따른 액정 배향제 조성물 중 제2 액정 배향제용 중합체는 상기 화학식 4, 화학식 5 및 화학식 6으로 표시되는 반복 단위 중에서, 이미드 반복 단위인 화학식 4로 표시되는 반복 단위를 전체 반복 단위에 대하여 0 몰% 내지 80 몰%, 바람직하게는 0.1 몰% 내지 65 몰% 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 화학식 4로 표시되는 이미드 반복 단위를 특정 함량 포함하는 중합체를 이용하면, 상기 중합체가 이미 이미드화된 이미드 반복 단위를 일정 함량 포함하므로, 고온의 열처리 공정을 생략하고, 바로 광을 조사하여도 배향성과 안정성이 우수한 액정 배향막을 제조할 수 있다.
만일 화학식 4로 표시되는 반복 단위가 상기 함량 범위보다 적게 포함되면 충분한 배향 특성을 나타내지 못하고, 배향 안정성이 저하될 수 있으며, 상기 화학식 4로 표시되는 반복 단위의 함량이 상기 범위를 초과하면 용해도가 낮아져 코팅 가능한 안정적인 배향액을 제조하기 어려운 문제가 나타날 수 있다. 이에 따라, 상기 화학식 4로 표시되는 반복 단위를 상술한 함량 범위로 포함하는 것이 보관 안정성, 전기적 특성, 배향 특성 및 배향 안정성이 모두 우수한 액정 배향제용 중합체를 제공할 수 있어 바람직하다.
또한, 상기 화학식 5로 표시되는 반복 단위 또는 화학식 6으로 표시되는 반복 단위는 목적하는 특성에 따라 적절한 함량으로 포함될 수 있다.
구체적으로, 상기 화학식 5로 표시되는 반복 단위는 상기 화학식 4 내지 6으로 표시되는 전체 반복 단위에 대하여 0 몰% 내지 50 몰%, 바람직하게는 0.1 몰% 내지 30 몰% 포함될 수 있다. 상기 화학식 5으로 표시되는 반복 단위는 광 조사 후 고온 열처리 공정 중 이미드로 전환되는 비율이 낮기 때문에, 상기 범위를 넘어서는 경우 전체적인 이미드화율이 부족하여 배향 안정성이 저하될 수 있다. 따라서, 상기 화학식 5로 표시되는 반복 단위는 상술한 범위 내에서 적절한 용해도를 나타내어 공정 특성이 우수하면서도 높은 이미드화율을 구현할 수 있는 액정 배향제용 중합체를 제공할 수 있다.
그리고, 상기 화학식 6으로 표시되는 반복 단위는 상기 화학식 4 내지 6으로 표시되는 전체 반복 단위에 대하여 10 몰% 내지 100 몰%, 바람직하게는 30 몰% 내지 99.8 몰% 포함될 수 있다. 이러한 범위 내에서 우수한 코팅성을 나타내 공정 특성이 우수하면서도 높은 이미드화율을 구현할 수 있는 액정 배향제용 중합체를 제공할 수 있다.
한편, 일 구현예에 따른 액정 배향제 조성물은 상기 제1 액정 배향제용 중합체와 제2 액정 배향제용 중합체는 약 5:95 내지 95:5, 바람직하게는 약 15:85 내지 85:15의 중량비로 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 제1 액정 배향제용 중합체는 이미 이미드화된 이미드 반복 단위를 일정 함량 포함하므로, 도막 형성 후 고온의 열처리 공정 없이 바로 광을 조사하여 이방성을 생성시키고, 이후에 열처리를 진행하여 배향막을 완성할 수 있는 특징이 있다. 이와 더불어, 제2 액정 배향제용 중합체는 중심점 또는 중심선에 대해 비대칭을 이루는 특정 구조의 디아민 화합물로 유래한 반복 단위를 포함하므로, 고온 환경에서도 높은 전압유지율을 가질 수 있고, 콘트라스트 비율의 저하나 잔상 현상을 개선시켜 전기적 특성을 향상시키는 특징이 있다. 이와 같은 특징을 갖는 상기 제1 액정 배향제용 중합체와 제2 액정 배향제용 중합체를 상기 중량비 범위로 혼합하여 사용하는 경우, 제1 액정 배향제용 중합체가 갖는 우수한 광반응 특성 및 액정 배향 특성에 제2 액정 배향제용 중합체가 갖는 우수한 전기적 특성을 상호 보완할 수 있으므로, 우수한 코팅성을 나타내 공정 특성이 우수하면서도 높은 이미드화율을 구현할 수 있을 뿐만 아니라, 직류/교류전압에 의해 발생하는 잔상, 전압유지율과 같은 전기적인 특성이 우수한 액정 배향막을 보다 우수한 배향성과 전기적 특성을 동시에 갖는 액정 배향막을 제조할 수 있다.
한편, 일 구현예에 따른 액정 배향제 조성물 중 상기 제2 액정 배향제용 중합체는, 하기 화학식 13으로 표시되는 반복 단위, 하기 화학식 14로 표시되는 반복 단위 및 하기 화학식 15로 표시되는 반복 단위로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 반복 단위를 더 포함할 수 있다.
[화학식 13]
Figure pat00020
[화학식 14]
Figure pat00021
[화학식 15]
Figure pat00022
상기 화학식 13 내지 15에서,
R18 및 R19 중 적어도 하나는 탄소수 1 내지 10의 알킬기이고, 나머지는 수소이며,
X7 내지 X9는 각각 독립적으로 4가의 유기기이고,
Z4 내지 Z6은 각각 독립적으로 하기 화학식 16으로 표시되는 2가의 유기기이고,
[화학식 16]
Figure pat00023
상기 화학식 16에서,
R20 및 R21은 각각 독립적으로 할로겐, 시아노, C1-10 알킬, C2-10 알케닐, C1-10 알콕시, C1-10 플루오로알킬, 또는 C1-10 플루오로알콕시이고,
p' 및 q'는 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수이고,
L4는 단일결합, -O-, -CO-, -S-, -SO2-, -C(CH3)2-, -C(CF3)2-, -CONH-, -COO-, -(CH2)z-, -O(CH2)zO-, -O(CH2)z-, -OCH2-C(CH3)2-CH2O-, -COO-(CH2)z-OCO-, 또는 -OCO-(CH2)z-COO-이며, 여기서, z는 각각 독립적으로 1 내지 10의 정수이고,
k' 및 m'은 각각 독립적으로 0 내지 3의 정수이고,
n'은 0 내지 3의 정수이다.
상기 화학식 16에서 R20 또는 R21로 치환되지 않은 탄소에는 수소가 결합될 수 있으며, p' 및 q'는 각각 독립적으로 0 내지 4, 또는 1 내지 4, 또는 2 내지 4의 정수이고, p' 또는 q'가 2 내지 4의 정수일 때 복수의 R20 또는 R21은 동일하거나 서로 상이한 치환기일 수 있다.
그리고, 상기 화학식 16에서 k' 및 m'은 각각 독립적으로 0 내지 3, 또는 1 내지 3의 정수일 수 있고, n'은 0 내지 3, 또는 1 내지 3의 정수일 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 화학식 16은 하기 화학식 17 또는 화학식 18일 수 있다.
[화학식 17]
Figure pat00024
[화학식 18]
Figure pat00025
상기 화학식 18에서,
L5는 단일 결합, -O-, -SO2-, 또는 -CR22R23-이며, 여기서, R22 및 R23은 각각 독립적으로 수소, 또는 C1-10 알킬이다.
바람직하게는, 상기 화학식 17은 하기 화학식 17-1일 수 있다.
[화학식 17-1]
Figure pat00026
또한, 상기 화학식 18은 하기 화학식 18-1일 수 있다.
[화학식 18-1]
Figure pat00027
상기 화학식 18-1에서, L5는 O, 또는 CH2이다.
상기 X7 내지 X9는 각각 독립적으로 탄소수 4 내지 20의 탄화수소에서 유래한 4가의 유기기이거나, 혹은 상기 4가의 유기기 중 하나 이상의 H가 할로겐으로 치환되거나 또는 하나 이상의 -CH2-가 산소 또는 황 원자들이 직접 연결되지 않도록 -O-, -CO-, -S-, -SO-, -SO2- 또는 -CONH-로 대체된 4가의 유기기일 수 있다.
일 예로, 상기 X7 내지 X9는 각각 독립적으로 하기 화학식 19에 기재된 4가의 유기기를 포함할 수 있다.
[화학식 19]
Figure pat00028
상기 화학식 19에서, R24, R25, R26, 및 R27은 각각 독립적으로 수소, 또는 C1-6 알킬이고, R28 및 R29는 각각 독립적으로 수소, 또는 C1-10 알킬이고, L6는 단일 결합, -O-, -CO-, -S-, -SO-, -SO2-, -CR30R31-, -CONH-, -COO-, -(CH2)b-, -O(CH2)bO-, -COO-(CH2)b-OCO-, -HN-(CH2)b-NH-, -R30N-(CH2)b-NR31-, 페닐렌 또는 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이며, 여기서, R30 및 R31는 각각 독립적으로 수소, C1-10 알킬, 또는 C1-10 플루오로알킬이고, b는 각각 독립적으로 1 내지 10의 정수이다.
이때, 상기 화학식 4로 표시되는 반복 단위, 상기 화학식 5로 표시되는 반복 단위 및 상기 화학식 6으로 표시되는 반복 단위로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 반복 단위와 상기 화학식 13으로 표시되는 반복 단위, 상기 화학식 14로 표시되는 반복 단위 및 상기 화학식 15로 표시되는 반복 단위로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 반복 단위간의 몰비율은 1:100 내지 100:1일 수 있다.
또한, 상기 제1 액정 배향제용 중합체 및 제2 액정 배향제용 중합의 중량평균 분자량이 1000 g/mol 내지 200,000 g/mol일 수 있다. 중량 평균 분자량은 GPC법에 의해 측정한 폴리스티렌 환산의 중량 평균 분자량을 의미한다. 상기 GPC법에 의해 측정한 폴리스티렌 환산의 중량 평균 분자량을 측정하는 과정에서는, 통상적으로 알려진 분석 장치와 시차 굴절 검출기(Refractive Index Detector) 또는 UV 검출기(UV-detector) 등의 검출기 및 분석용 컬럼을 사용할 수 있으며, 통상적으로 적용되는 온도 조건, 용매, flow rate를 적용할 수 있다. 상기 측정 조건의 구체적인 예로, 40 ℃의 온도, 디메틸포름아미드(DMF, dimethylformamide)/테트라하이드로퓨란(THF, tetrahydrofuran)의 혼합 용매 및 0.5 내지 1.0 mL/min의 flow rate를 들 수 있다.
한편, 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 액정 배향제 조성물을 이용한 액정 배향막의 제조 방법이 제공된다. 상기 액정 배향막의 제조 방법은 액정 배향제 조성물을 기판에 도포하여 도막을 형성하는 단계(단계 1); 상기 도막을 건조하는 단계(단계 2); 상기 건조 단계 직후의 도막에 광을 조사하여 배향 처리하는 단계(단계 3); 및 상기 배향 처리된 도막을 열처리하여 경화하는 단계(단계 4)를 포함한다.
상기 단계 1은, 상술한 액정 배향제 조성물을 기판에 도포하여 도막을 형성하는 단계이다.
상기 액정 배향제 조성물을 기판에 도포하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 예컨대 스크린 인쇄, 오프셋 인쇄, 플렉소 인쇄, 잉크젯 등의 방법이 이용될 수 있다.
그리고, 상기 액정 배향제 조성물은 유기 용매에 용해 또는 분산시킨 것일 수 있다. 상기 유기 용매의 구체적인 예로는 N,N-디메틸포름아미드, N,N-디메틸아세트아미드, N-메틸-2-피롤리돈, N-메틸카프로락탐, 2-피롤리돈, N-에틸피롤리돈, N-비닐피롤리돈, 디메틸술폭사이드, 테트라메틸우레아, 피리딘, 디메틸술폰, 헥사메틸술폭사이드, γ-부티로락톤, 3-메톡시-N,N-디메틸프로판아미드, 3-에톡시-N,N-디메틸프로판아미드, 3-부톡시-N,N-디메틸프로판아미드, 1,3-디메틸-이미다졸리디논, 에틸아밀케톤, 메틸노닐케톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소아밀케톤, 메틸이소프로필케톤, 사이클로헥사논, 에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이트, 디글라임, 4-하이드록시-4-메틸-2-펜타논, 에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트, 에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르, 에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르 아세테이트, 에틸렌 글리콜 모노프로필 에테르, 에틸렌 글리콜 모노프로필 에테르 아세테이트, 에틸렌 글리콜 모노이소프로필 에테르, 에틸렌 글리콜 모노이소프로필 에테르 아세테이트, 에틸렌 글리콜 모노뷰틸 에테르, 에틸렌 글리콜 모노뷰틸 에테르 아세테이트 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 사용될 수도 있고, 혼합하여 사용될 수도 있다.
또한, 상기 액정 배향제 조성물은 유기 용매 외에 다른 성분을 추가로 포함할 수 있다. 비제한적인 예로, 상기 액정 배향제 조성물이 도포되었을 때, 막 두께의 균일성이나 표면 평활성을 향상시키거나, 혹은 액정 배향막과 기판의 밀착성을 향상시키거나, 혹은 액정 배향막의 유전율이나 도전성을 변화시키거나, 혹은 액정 배향막의 치밀성을 증가시킬 수 있는 첨가제가 추가로 포함될 수 있다. 이러한 첨가제로는 각종 용매, 계면 활성제, 실란계 화합물, 유전체 또는 가교성 화합물 등이 예시될 수 있다.
상기 단계 2는, 상기 액정 배향제 조성물을 기판에 도포하여 형성된 도막을 건조하는 단계이다.
상기 도막을 건조하는 단계는 도막의 가열, 진공 증발 등의 방법을 이용할 수 있으며, 50 내지 150 ℃, 또는 60 내지 140 ℃에서 수행되는 것이 바람직하다.
상기 단계 3은, 상기 건조 단계 직후의 도막에 광을 조사하여 배향 처리하는 단계이다.
본 명세서에서 상기 "건조 단계 직후의 도막"은 건조 단계 이후에 건조 단계 이상의 온도로 열처리하는 단계의 진행 없이 바로 광 조사하는 것을 의미하며, 열처리 이외의 다른 단계는 부가가 가능하다.
보다 구체적으로, 기존에 폴리아믹산 또는 폴리아믹산에스테르를 포함하는 액정 배향제를 사용하여 액정 배향막을 제조하는 경우에는 폴리아믹산의 이미드화를 위하여 필수적으로 고온의 열처리를 진행한 후 광을 조사하는 단계를 포함하지만, 상술한 일 구현예의 액정 배향제를 이용하여 액정 배향막을 제조하는 경우에는 상기 열처리 단계를 포함하지 않고, 바로 광을 조사하여 배향 처리한 후, 배향 처리된 도막을 열처리하여 경화함으로써, 작은 광 조사 에너지 하에서도 충분한 배향성과 안정성이 강화된 액정 배향막을 제조할 수 있다.
그리고, 상기 배향 처리하는 단계에서 광 조사는 150 내지 450 ㎚ 파장의 편광된 자외선을 조사하는 것일 수 있다. 이 때, 노광의 세기는 액정 배향제용 중합체의 종류에 따라 다르며, 10 mJ/㎠ 내지 10 J/㎠의 에너지, 바람직하게는 30 mJ/㎠ 내지 2 J/㎠의 에너지를 조사할 수 있다.
상기 자외선으로는, ① 석영유리, 소다라임 유리, 소다라임프리 유리 등의 투명 기판 표면에 유전이방성의 물질이 코팅된 기판을 이용한 편광 장치, ② 미세하게 알루미늄 또는 금속 와이어가 증착된 편광판, 또는 ③ 석영유리의 반사에 의한 브루스터 편광 장치 등을 통과 또는 반사하는 방법으로 편광 처리된 자외선 중에서 선택된 편광 자외선을 조사하여 배향 처리를 한다. 이때 편광된 자외선은 기판면에 수직으로 조사할 수도 있고, 특정한 각으로 입사각을 경사하여 조사할 수도 있다. 이러한 방법에 의하여 액정분자의 배향 능력이 도막에 부여되게 된다.
상기 단계 4는, 상기 배향 처리된 도막을 열처리하여 경화하는 단계이다.
상기 배향 처리된 도막을 열처리하여 경화하는 단계는 기존에 폴리아믹산 또는 폴리아믹산 에스테르를 포함하는 액정 배향제용 중합체를 이용하여 액정 배향막을 제조하는 방법에서도 광 조사 이후에 실시하는 단계로, 액정 배향제를 기판에 도포하고, 광을 조사하기 이전에, 또는 광을 조사하면서 액정 배향제를 이미드화 시키기 위하여 실시하는 열처리 단계와는 구분된다.
이때, 상기 열처리는 핫 플레이트, 열풍 순환로, 적외선로 등의 가열 수단에 의해 실시될 수 있으며, 150 내지 300 ℃, 또는 200 내지 250 ℃에서 수행되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 도막을 건조하는 단계(단계 2) 이후에 필요에 따라, 상기 건조 단계 직후의 도막에 건조 단계 이상의 온도로 열처리하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 열처리는 핫 플레이트, 열풍 순환로, 적외선로 등의 가열 수단에 의해 실시될 수 있으며, 150 ℃ 내지 250 ℃에서 수행되는 것이 바람직하다. 이 과정에서 액정 배향제를 이미드화 시킬 수 있다.
즉, 상기 액정 배향막의 제조 방법은 상술한 액정 배향제를 기판에 도포하여 도막을 형성하는 단계(단계 1); 상기 도막을 건조하는 단계(단계 2); 상기 건조 단계 직후의 도막에 건조 단계 이상의 온도로 열처리하는 단계 (단계 3); 상기 열처리된 도막에 광을 조사하거나 러빙 처리하여 배향 처리하는 단계(단계 4) 및 상기 배향 처리된 도막을 열처리하여 경화하는 단계(단계 5)를 포함할 수 있다.
한편, 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상술한 액정 배향막의 제조 방법에 따라 제조된 액정 배향막이 제공된다.
상술한 바와 같이, 상기 화학식 1로 표시되는 반복 단위, 화학식 2로 표시되는 반복 단위 및 화학식 3으로 표시되는 반복 단위로 이루어진 군에서 선택된 2종 이상의 반복 단위를 포함하며, 특히 상기 반복 단위 중에서 화학식 1로 표시되는 이미드 반복 단위를 5 내지 74 몰% 포함하는 제1 액정 배향제용 중합체와, 하기 화학식 4로 표시되는 반복 단위, 하기 화학식 5로 표시되는 반복 단위 및 하기 화학식 6으로 표시되는 반복 단위로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 반복 단위를 포함하는 제2 액정 배향제용 중합체를 혼합하여 이용하면, 배향성과 안정성이 강화된 액정 배향막을 제조할 수 있다.
한편, 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상술한 액정 배향막을 포함하는 액정 표시소자가 제공된다.
상기 액정 배향막은 공지의 방법에 의해 액정셀에 도입될 수 있으며, 상기 액정셀은 마찬가지로 공지의 방법에 의해 액정 표시소자에 도입될 수 있다. 상기 액정 배향막은 상기 화학식 1로 표시되는 반복 단위를 특정 함량 포함하는 중합체로부터 제조되어 우수한 제반 물성과 함께 뛰어난 안정성을 구현할 수 있다. 이에 따라, 높은 신뢰도를 나타낼 수 있는 액정 표시소자를 제공하게 된다.
본 발명에 따르면, 액정 배향제 조성물을 기판에 도포 및 건조한 후 고온의 열처리 공정을 생략하고, 바로 광을 조사하여 배향 처리한 후, 이를 열처리하여 경화함으로써, 광 조사 에너지를 줄일 수 있을 뿐 아니라, 단순한 공정을 통해 배향성과 안정성이 우수하고 고온에서도 높은 전압유지율을 가지며 콘트라스트 비율의 저하나 잔상 현상을 개선시켜 전기적 특성 또한 뛰어난 액정 배향막을 제공할 수 있는 액정 배향막의 제조 방법, 액정 배향막 및 이를 포함하는 액정 표시소자가 제공된다.
발명을 하기의 실시예에서 보다 상세하게 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
< 제조예 >
제조예 1: 디아민 DA1-1의 제조
하기 반응식과 같이 제조하였다.
Figure pat00029
구체적으로, CBDA(사이클로부탄-1,2,3,4-테트라카복실산 디무수물, 화합물 1)과 4-니트로아닐린(4-nitroaniline)을 DMF(Dimethylformamide)에 용해시켜 혼합물을 제조하였다. 이어서, 상기 혼합물을 약 80 ℃에서 약 12 시간 동안 반응시켜 화합물 2의 아믹산을 제조하였다. 이후, 상기 아믹산을 DMF에 용해시키고, 아세트산 무수물 및 아세트산 나트륨을 첨가하여 혼합물을 제조하였다. 이어서, 상기 혼합물에 포함된 아믹산을 약 90 ℃에서 약 4 시간 동안 이미드화시켜 화합물 3을 얻었다. 이렇게 얻어진 화합물 3의 이미드를 DMAc(Dimethylacetamide)에 용해시킨 후, Pd/C를 첨가하고 혼합물을 제조하였다. 이를 약 45 ℃ 및 약 6 bar의 수소 압력 하에서 약 20 시간 동안 환원시켜 디아민 DA1-1을 제조하였다.
제조예 2: 디아민 DA1-2의 제조
Figure pat00030
CBDA(사이클로부탄-1,2,3,4-테트라카복실산 디무수물) 대신에 DMCBDA(1,3-디메틸사이클로부탄-1,2,3,4-테트라카복실산 디무수물)을 사용한 것을 제외하고는 상기 제조예 1과 동일한 방법으로 상기 구조를 갖는 DA1-2를 제조하였다.
제조예 3: 디아민 DA1-3의 합성
하기 반응식과 같이 제조하였다.
Figure pat00031
구체적으로, CBDA(사이클로부탄-1,2,3,4-테트라카복실산 디무수물, 화합물 1) 25 g을 250 mL의 메탄올에 넣고 1~2 방울의 염산을 첨가한 후 약 75 ℃에서 약 5 시간 동안 가열 환류하였다. 용매를 감압하여 제거한 후 에틸 아세테이트와 노르말헥산을 300 mL 첨가하여 고형화하였다. 생성된 고체를 감압 필터하고 약 40 ℃에서 감압 건조한 후 화합물 4, 32 g을 얻었다.
수득한 화합물 4, 34 g에 100 mL의 톨루엔을 첨가하고 상온에서 옥살릴 클로라이드(oxalyl chloride) 35 g을 적하하였다. 2~3 방울의 디메틸포름아마이드(DMF)를 적가하고 약 50 ℃에서 약 16 시간 동안 교반하였다. 상온으로 냉각한 후 용매와 잔류 옥살릴 클로라이드를 감압하여 제거하였다. 노란색 고체 생성물에 노르말헥산 300 mL 첨가한 후 약 80 ℃에서 가열 환류하였다. 가열된 반응 용액을 여과하여 노르말헥산에 녹지 않는 impurity를 제거하고 천천히 상온까지 냉각하여 생성된 흰 색의 결정을 여과한 후 약 40 ℃의 감압 오븐에서 건조하여 화합물 5, 32.6 g을 얻었다.
4-니트로아닐린(4-nitroaniline) 29.6 g과 트리에탄올아민(TEA) 21.7 g을 약 400 mL의 테트라하이드로퓨란(THF)에 넣고 상온에서 화합물 5, 32.6 g을 첨가하였다. 상온에서 약 16 시간 동안 교반한 후 생성된 침전물을 여과하였다. 여액에 디클로로메탄(Dichloro methane) 약 400 mL를 넣고 0.1 N 염산 수용액으로 세척한 후 다시 포화 탄산수소나트륨(NaHCO3) 수용액으로 세척해 주었다. 세척된 유기 용액을 감압 여과하여 고체 생성물을 얻고 다시 디클로로메탄으로 재결정하여 고체상의 디나이트로 화합물 6을 43 g으로 얻었다.
얻어진 디나이트로 화합물 6, 43 g을 고압 반응기에 넣은 후 THF 약 500 mL에 녹이고 10 wt%의 Pd/C, 2.2 g을 첨가한 후 3 기압의 수소기체(H2) 하에서 약 16 시간 동안 상온 교반하였다. 반응 후 celite 필터 여과를 이용해 Pd/C를 제거하고 여과한 뒤 여액을 감압 농축하여 에스테르화된 디아민 DA1-3, 37 g을 얻었다.
제조예 4: 디아민 DA2-1의 합성
Figure pat00032
17.1g(100mmol)의 2-클로로-5-니트로피리딘(2-chloro-5-nitropyridine, 화합물 7), 12.5 g(98.6 mmol)의 4-니트로페놀(4-nitrophenol, 화합물 8)를 200 mL의 디메틸술폭사이드(Dimethylsulfoxide, DMSO)에 완전히 녹인 후, 27.2 g (200 mmol)의 탄산칼륨(K2CO3)을 첨가하고 상온에서 약 16 시간 동안 교반하였다. 반응이 종결되면 반응물을 약 500 mL의 물이 담긴 용기에 투입하고 약 1 시간 동안 교반하였다. 이를 여과하여 얻은 고체를 약 200 mL의 물과 약 200 mL의 에탄올로 세척하여 16 g(61.3 mmol)의 디아민 화합물 9를 합성하였다(수율: 57%).
Figure pat00033
상기 화합물 9을 에틸아세테이트(ethyl acetate, EA)와 THF를 1:1로 혼합한 약 200 mL 용액에 녹인 후, 0.8 g의 팔라듐(Pd)/탄소(C)를 투입하고 수소 환경 하에서 약 12 시간 동안 교반하였다. 반응 종료 후 셀라이트 패드에 여과한 여액을 농축하여 11 g의 디아민 화합물 DA2-1(pODA)을 제조하였다(수율: 89%).
제조예 5: 디아민 DA2-2의 합성
Figure pat00034
상기 4-니트로페놀(4-nitrophenol, 화합물 8) 대신에 3-니트로페놀(3-nitrophenol)을 사용한 것을 제외하고는, 상기 제조예 4와 동일한 방법으로 디아민 화합물 DA2-2를 제조하였다.
제조예 6: 디아민 DA2-3의 합성
Figure pat00035
상기 2-클로로-5-니트로피리딘(2-chloro-5-nitropyridine, 화합물 7) 대신에 2-클로로-4-니트로피리딘(2-chloro-4-nitropyridine)을 사용한 것을 제외하고는, 상기 제조예 4와 동일한 방법으로 디아민 화합물 DA2-3을 제조하였다.
< 합성예 >
합성예 1 내지 4 및 비교 합성예 1 : 제1 중합체 합성
합성예 1: 액정 배향제용 중합체 P-1의 제조
상기 제조예 1에서 제조한 DA1-1, 5.0 g(13.3 mmol)과 무수 N-메틸 피롤리돈(NMP) 71.27 g에 완전히 녹였다. 그리고, ice bath 하에서 1,3-디메틸-사이클로부탄-1,2,3,4-테트라카복실산 디무수물(DMCBDA) 2.92 g(13.03 mmol)을 상기 용액에 첨가하고 약 16 시간 동안 상온에서 교반하여 액정 배향제용 중합체 P-1을 제조하였다.
GPC를 통해 상기 중합체 P-1의 분자량을 확인한 결과, 수평균분자량(Mn)이 15,500 g/mol이고, 중량평균분자량(Mw)이 31,000 g/mol이었다. 그리고, 중합체 P-1의 모노머 구조는 사용한 모노머의 당량비에 의해 정해지는 것으로, 분자 내 이미드 구조의 비율이 50.5%, 아믹산 구조의 비율이 49.5%이었다.
합성예 2: 액정 배향제용 중합체 P-2의 제조
상기 제조예 2에서 제조한 DA1-2, 5.376 g을 NMP 74.66 g에 먼저 녹인 후, 1,3-디메틸-사이클로부탄-1,2,3,4-테트라카복실산 디무수물(DMCBDA) 2.92 g을 첨가하고 약 16 시간 동안 상온에서 교반하였다. 이후, 상기 합성예 1과 동일한 방법으로 중합체 P-2를 제조하였다.
GPC를 통해 상기 중합체 P-2의 분자량을 확인한 결과, 수평균분자량(Mn)이 17,300 g/mol이고, 중량평균분자량(Mw)이 34,000 g/mol이었다. 그리고, 중합체 P-2는 분자 내 이미드 구조의 비율이 50.5%, 아믹산 구조의 비율이 49.5%이었다.
합성예 3: 액정 배향제용 중합체 P-3의 제조
상기 제조예 2에서 제조한 DA1-2, 5.0 g, 페닐렌디아민(p-phenylenediamine) 1.07 g를 NMP 89.81 g에 먼저 녹인 후, 사이클로부탄-1,2,3,4-테트라카복실산 디무수물(CBDA) 1.90 g과 옥시디프탈산 디무수물 3.00 g을 첨가하고 약 16 시간 동안 상온에서 교반하여 중합체 P- 3를 제조하였다.
GPC를 통해 상기 중합체 P-3의 분자량을 확인한 결과, 수평균분자량(Mn)이 17,000 g/mol이고, 중량평균분자량(Mw)이 33,000 g/mol이었다. 그리고, 중합체 P- 3는 분자 내 이미드 구조의 비율은 33.8%, 아믹산 구조의 비율은 66.2%이었다.
합성예 4: 액정 배향제용 중합체 P-4의 제조
상기 제조예 2에서 제조한 DA1-1, 5.0 g 및 상기 제조예 3에서 제조한 DA1-3 3.93 g을 NMP 127.94 g에 먼저 녹인 후, 사이클로부탄-1,2,3,4-테트라카복실산 디무수물(CBDA) 5.28 g를 첨가하고 약 16 시간 동안 상온에서 교반하여 액정 배향제용 중합체 P- 4을 제조하였다.
비교 합성예 1: 액정 배향제용 중합체 PR-1의 제조
페닐렌디아민(p-phenylenediamine) 6.00 g를 NMP 156.9 g에 먼저 녹인 후, 사이클로부탄-1,2,3,4-테트라카복실산 디무수물(CBDA) 5.34 g과 1,3-디메틸-사이클로부탄-1,2,3,4-테트라카복실산 디무수물(DMCBDA) 6.10 g을 첨가하고 약 16 시간 동안 상온에서 교반하여 중합체 PR-1을 제조하였다.
GPC를 통해 상기 중합체 PR-1의 분자량을 확인한 결과, 수평균분자량(Mn)이 15,000 g/mol이고, 중량평균분자량(Mw)이 28,000 g/mol이었다. 그리고, 중합체 PR-1의 모노머 구조를 분석한 결과, 분자 내 아믹산 구조의 비율이 100%이었다.
합성예 5 내지 25 및 비교 합성예 2 내지 7 : 제2 중합체 합성
합성예 5: 액정 배향제용 중합체 Q-1
상기 제조예 4에서 제조된 디아민 DA2-1, 19.840 g(0.099 mmol)을 무수 N-메틸피롤리돈 (anhydrous N-methyl pyrrolidone: NMP) 225.761 g에 완전히 녹였다.
그리고, ice bath 하에서 피로멜리틱산 디무수물(pyromellitic dianhydride, PMDA) 20.0 g (0.092 mmol)을 상기 용액에 첨가하여 상온에서 약 16 시간 동안 교반하여 액정 배향제용 중합체 Q-1을 제조하였다. GPC를 통해 상기 중합체 Q-1의 분자량을 확인한 결과, 중량평균분자량(Mw)이 27,000 g/mol이었다.
합성예 6: 액정 배향제용 중합체 Q-2
상기 제조예 4에서 제조된 디아민 DA2-1, 14.708 g (0.073 mmol) 을 무수 N-메틸피롤리돈 (anhydrous N-methyl pyrrolidone: NMP) 196.681 g에 완전히 녹였다.
그리고, ice bath 하에서 3,3',4,4'-바이페닐테트라카복실산 디무수물(3,3',4,4'-Biphenyl Tetracarboxylic Acid Dianhydride, BPDA) 20.0 g (0.068 mmol)을 상기 용액에 첨가하여 상온에서 약 16 시간 동안 교반하여 액정 배향제용 중합체 Q- 2을 제조하였다. GPC를 통해 상기 중합체 Q-2의 분자량을 확인한 결과, 중량평균분자량(Mw)이 23,000 g/mol이었다.
합성예 7: 액정 배향제용 중합체 Q-3
상기 제조예 4에서 제조된 디아민 DA2-1, 19.305 g (0.096 mmol)을 무수 N-메틸피롤리돈 (anhydrous N-methyl pyrrolidone: NMP) 222.726 g에 완전히 녹였다.
그리고, ice bath 하에서 1,2,4,5-시클로핵산테트라카복실산 디무수물(1,2,4,5-Cyclohexanetetracarboxylic Dianhydride, HPMDA) 20.0 g (0.089 mmol)을 상기 용액에 첨가하여 상온에서 약 16 시간 동안 교반하여 액정 배향제용 중합체 Q-3을 제조하였다. GPC를 통해 상기 중합체 Q-3의 분자량을 확인한 결과, 중량평균분자량(Mw)이 26,500 g/mol이었다.
합성예 8: 액정 배향제용 중합체 Q-4
상기 제조예 4에서 제조된 디아민 DA2-1, 1.984 g (0.01 mmol), p-페닐렌디아민 (p-phenylenediamine, p-PDA) 9.596 g(0.089 mmol)을 무수 N-메틸 피롤리돈(anhydrous N-methyl pyrrolidone: NMP) 178.952 g에 완전히 녹였다.
그리고, ice bath 하에서 피로멜리틱산 디무수물(pyromellitic dianhydride, PMDA) 20.0 g(0.092 mmol)을 상기 용액에 첨가하여 상온에서 약 16 시간 동안 교반하여 액정 배향제용 중합체 Q- 4을 제조하였다. GPC를 통해 상기 중합체 Q-4의 분자량을 확인한 결과, 중량평균분자량(Mw)이 24,000 g/mol이었다.
합성예 9: 액정 배향제용 중합체 Q-5
상기 제조예 4에서 제조된 디아민 DA2-1, 9.920 g (0.049 mmol) p-페닐렌디아민 (p-phenylenediamine, p-PDA) 5.331 g (0.049 mmol)을 무수 N-메틸피롤리돈(anhydrous N-methyl pyrrolidone: NMP) 199.756 g에 완전히 녹였다.
그리고, ice bath 하에서 피로멜리틱산 디무수물(pyromellitic dianhydride, PMDA) 20.0 g(0.092 mmol)을 상기 용액에 첨가하여 상온에서 약 16 시간 동안 교반하여 액정 배향제용 중합체 Q-5를 제조하였다. GPC를 통해 상기 중합체 Q-5의 분자량을 확인한 결과, 중량평균분자량(Mw)이 27,000 g/mol이었다.
합성예 10: 액정 배향제용 중합체 Q-6
상기 제조예 4에서 제조된 디아민 DA2-1, 1.984 g (0.01 mmol), 4,4'-옥시디아닐린(4,4'-oxydianiline, ODA) 17.768 g(0.089 mmol)을 무수 N-메틸피롤리돈 (anhydrous N-methyl pyrrolidone: NMP) 225.263 g에 완전히 녹였다.
그리고, ice bath 하에서 피로멜리틱산 디무수물(pyromellitic dianhydride, PMDA) 20.0 g (0.092 mmol)을 상기 용액에 첨가하여 상온에서 약 16 시간 동안 교반하여 액정 배향제용 중합체 Q-6을 제조하였다. GPC를 통해 상기 중합체 Q-6의 분자량을 확인한 결과, 중량평균분자량(Mw)이 27,000 g/mol이었다.
합성예 11: 액정 배향제용 중합체 Q-7
상기 제조예 4에서 제조된 디아민 DA2-1, 9.920 g (0.049 mmol) 4,4'-옥시디아닐린(4,4'-oxydianiline, ODA) 9.871 g (0.049 mmol)을 무수 N-메틸피롤리돈 (anhydrous N-methyl pyrrolidone: NMP) 225.484 g에 완전히 녹였다.
그리고, ice bath 하에서 피로멜리틱산 디무수물(pyromellitic dianhydride, PMDA) 20.0 g (0.092 mmol)을 상기 용액에 첨가하여 상온에서 약 16 시간 동안 교반하여 액정 배향제용 중합체 Q- 7를 제조하였다. GPC를 통해 상기 중합체 Q-7의 분자량을 확인한 결과, 중량평균분자량(Mw)이 27,500 g/mol이었다.
합성예 12: 액정 배향제용 중합체 Q-8
상기 제조예 4에서 제조된 디아민 DA2-1, 1.984 g (0.01 mmol), 4,4'-메틸렌디아닐린(4,4'-Methylenedianiline,MDA) 17.593 g(0.089 mmol)을 무수 N-메틸피롤리돈 (anhydrous N-methyl pyrrolidone: NMP) 224.272 g에 완전히 녹였다.
그리고, ice bath 하에서 피로멜리틱산 디무수물(pyromellitic dianhydride, PMDA) 20.0 g (0.092 mmol)을 상기 용액에 첨가하여 상온에서 약 16 시간 동안 교반하여 액정 배향제용 중합체 Q-8을 제조하였다. GPC를 통해 상기 중합체 Q-8의 분자량을 확인한 결과, 중량평균분자량(Mw)이 28,500 g/mol이었다.
합성예 13: 액정 배향제용 중합체 Q-9
상기 제조예 4에서 제조된 디아민 DA2-1, 9.920 g (0.049 mmol) 4,4'-메틸렌디아닐린(4,4'-Methylenedianiline,MDA) 9.774 g (0.049 mmol)을 무수 N-메틸피롤리돈 (anhydrous N-methyl pyrrolidone: NMP) 224.934 g에 완전히 녹였다.
그리고, ice bath 하에서 피로멜리틱산 디무수물(pyromellitic dianhydride, PMDA) 20.0g (0.092 mmol)을 상기 용액에 첨가하여 상온에서 약 16 시간 동안 교반하여 액정 배향제용 중합체 Q-9를 제조하였다. GPC를 통해 상기 중합체 Q-9의 분자량을 확인한 결과, 중량평균분자량(Mw)이 28,500 g/mol이었다.
합성예 14: 액정 배향제용 중합체 Q-10
상기 제조예 4에서 제조된 디아민 DA2-1, 1.471 g (0.007 mmol), p-페닐렌디아민(p-phenylenediamine, p-PDA) 7.114 g(0.066 mmol)을 무수 N-메틸 피롤리돈(anhydrous N-methyl pyrrolidone: NMP) 161.980 g에 완전히 녹였다.
그리고, ice bath 하에서 3,3',4,4'-바이페닐테트라카복실산 디무수물(3,3',4,4'-Biphenyl Tetracarboxylic Acid Dianhydride, BPDA) 20.0 g (0.068 mmol)을 상기 용액에 첨가하여 상온에서 16 시간 동안 교반하여 액정배향용 중합체 Q-10을 제조하였다. GPC를 통해 상기 중합체 Q-10의 분자량을 확인한 결과, 중량평균분자량(Mw)이 25,500 g/mol이었다.
합성예 15: 액정 배향제용 중합체 Q-11
상기 제조예 4에서 제조된 디아민 DA2-1, 1.471 g (0.007 mmol), 4,4'-옥시디아닐린(4,4'-oxydianiline, ODA) 13.172 g(0.066 mmol)을 무수 N-메틸피롤리돈 (anhydrous N-methyl pyrrolidone: NMP) 196.312 g에 완전히 녹였다.
그리고, ice bath 하에서 3,3',4,4'-바이페닐테트라카복실산 디무수물(3,3',4,4''-Biphenyl Tetracarboxylic Acid Dianhydride, BPDA) 20.0 g (0.068 mmol)을 상기 용액에 첨가하여 상온에서 약 16 시간 동안 교반하여 액정 배향제용 중합체 Q-11을 제조하였다. GPC를 통해 상기 중합체 Q-11의 분자량을 확인한 결과, 중량평균분자량(Mw)이 25,000 g/mol이었다.
합성예 16: 액정 배향제용 중합체 Q-12
상기 제조예 4에서 제조된 디아민 DA2-1, 1.471 g (0.007 mmol), 4,4'-메틸렌디아닐린(4,4'-Methylenedianiline,MDA) 13.043 g(0.066 mmol)을 무수 N-메틸피롤리돈 (anhydrous N-methyl pyrrolidone: NMP) 195.578 g에 완전히 녹였다.
그리고, ice bath 하에서 3,3',4,4'-바이페닐테트라카복실산 디무수물(3,3',4,4'-Biphenyl Tetracarboxylic Acid Dianhydride, BPDA) 20.0 g (0.068 mmol)을 상기 용액에 첨가하여 상온에서 약 16 시간 동안 교반하여 액정배향용 중합체 Q- 12을 제조하였다. GPC를 통해 상기 중합체 Q-12의 분자량을 확인한 결과, 중량평균분자량(Mw)이 26,000 g/mol이었다.
합성예 17: 액정 배향제용 중합체 Q-13
상기 제조예 4에서 제조된 디아민 DA2-1, 1.930 g (0.01 mmol), p-페닐렌디아민 (p-phenylenediamine, p-PDA) 9.337 g (0.086mmol)을 무수 N-메틸 피롤리돈(anhydrous N-methyl pyrrolidone: NMP) 177.181 g에 완전히 녹였다.
그리고, ice bath 하에서 1,2,4,5-시클로핵산테트라카복실산 디무수물(1,2,4,5-Cyclohexanetetracarboxylic Dianhydride, HPMDA) 20.0 g (0.089 mmol)을 상기 용액에 첨가하여 상온에서 약 16 시간 동안 교반하여 액정 배향제용 중합체 Q-13을 제조하였다. GPC를 통해 상기 중합체 Q-13의 분자량을 확인한 결과, 중량평균분자량(Mw)이 25,500 g/mol이었다.
합성예 18: 액정 배향제용 중합체 Q-14
상기 제조예 4에서 제조된 디아민 DA2-1, 1.930 g (0.01 mmol), 4,4'-옥시디아닐린(4,4'-oxydianiline, ODA) 17.289 g (0.086 mmol)을 무수 N-메틸피롤리돈 (anhydrous N-methyl pyrrolidone: NMP) 222.242 g에 완전히 녹였다.
그리고, ice bath 하에서 1,2,4,5-시클로핵산테트라카복실산 디무수물(1,2,4,5-Cyclohexanetetracarboxylic Dianhydride, HPMDA) 20.0 g (0.089 mmol)을 상기 용액에 첨가하여 상온에서 약 16 시간 동안 교반하여 액정 배향제용 중합체 Q- 14을 제조하였다. GPC를 통해 상기 중합체 Q-14의 분자량을 확인한 결과, 중량평균분자량(Mw)이 26,500 g/mol이었다.
합성예 19: 액정 배향제용 중합체 Q-15
상기 제조예 4에서 제조된 디아민 DA2-1, 1.930 g (0.01 mmol), 4,4'-메틸렌디아닐린(4,4'-Methylenedianiline,MDA) 17.119 g (0.086 mmol)을 무수 N-메틸 피롤리돈(anhydrous N-methyl pyrrolidone: NMP) 221.278 g에 완전히 녹였다.
그리고, ice bath 하에서 1,2,4,5-시클로핵산테트라카복실산 디무수물(1,2,4,5-Cyclohexanetetracarboxylic Dianhydride, HPMDA) 20.0 g (0.089 mmol)을 상기 용액에 첨가하여 상온에서 약 16 시간 동안 교반하여 액정 배향제용 중합체 Q- 15을 제조하였다. GPC를 통해 상기 중합체 Q-15의 분자량을 확인한 결과, 중량평균분자량(Mw)이 25,500 g/mol이었다.
합성예 20: 액정 배향제용 중합체 Q-16
상기 제조예 5에서 제조된 디아민 DA2-2, 1.984 g (0.01 mmol), p-페닐렌디아민 (p-phenylenediamine, p-PDA) 9.596 g(0.089 mmol)을 무수 N-메틸 피롤리돈(anhydrous N-methyl pyrrolidone: NMP) 178.952 g에 완전히 녹였다.
그리고, ice bath 하에서 피로멜리틱산 디무수물(pyromellitic dianhydride, PMDA) 20.0 g(0.092 mmol)을 상기 용액에 첨가하여 상온에서 약 16 시간 동안 교반하여 액정 배향제용 중합체 Q-16을 제조하였다. GPC를 통해 상기 중합체 Q-16의 분자량을 확인한 결과, 중량평균분자량(Mw)이 22,000 g/mol이었다.
합성예 21: 액정 배향제용 중합체 Q-17
상기 제조예 5에서 제조된 디아민 DA2-2, 1.984 g (0.01 mmol), 4,4'-옥시디아닐린(4,4'-oxydianiline, ODA) 17.768 g(0.089 mmol)을 무수 N-메틸피롤리돈 (anhydrous N-methyl pyrrolidone: NMP) 225.263 g에 완전히 녹였다.
그리고, ice bath 하에서 피로멜리틱산 디무수물(pyromellitic dianhydride, PMDA) 20.0 g (0.092 mmol)을 상기 용액에 첨가하여 상온에서 약 16 시간 동안 교반하여 액정 배향제용 중합체 Q-17을 제조하였다. GPC를 통해 상기 중합체 Q-17의 분자량을 확인한 결과, 중량평균분자량(Mw)이 26,500 g/mol이었다.
합성예 22: 액정 배향제용 중합체 Q-18
상기 제조예 5에서 제조된 디아민 DA2-2, 1.984 g (0.01 mmol), 4,4'-메틸렌디아닐린(4,4'-Methylenedianiline,MDA) 17.593 g(0.089 mmol)을 무수 N-메틸피롤리돈 (anhydrous N-methyl pyrrolidone: NMP) 224.272 g에 완전히 녹였다.
그리고, ice bath 하에서 피로멜리틱산 디무수물(pyromellitic dianhydride, PMDA) 20.0 g (0.092 mmol)을 상기 용액에 첨가하여 상온에서 약 16 시간 동안 교반하여 액정 배향제용 중합체 Q-18을 제조하였다. GPC를 통해 상기 중합체 Q-18의 분자량을 확인한 결과, 중량평균분자량(Mw)이 24,500 g/mol이었다.
합성예 23: 액정 배향제용 중합체 Q-19
상기 제조예 6에서 제조된 디아민 DA2-3, 1.984 g (0.01 mmol), p-페닐렌디아민 (p-phenylenediamine, p-PDA) 9.596 g(0.089 mmol)을 무수 N-메틸 피롤리돈(anhydrous N-methyl pyrrolidone: NMP) 178.952 g에 완전히 녹였다.
그리고, ice bath 하에서 피로멜리틱산 디무수물(pyromellitic dianhydride, PMDA) 20.0 g(0.092 mmol)을 상기 용액에 첨가하여 상온에서 약 16 시간 동안 교반하여 액정 배향제용 중합체 Q- 19을 제조하였다. GPC를 통해 상기 중합체 Q-19의 분자량을 확인한 결과, 중량평균분자량(Mw)이 22,500 g/mol이었다.
합성예 24: 액정 배향제용 중합체 Q-20
상기 제조예 6에서 제조된 디아민 DA2-3, 1.984 g (0.01 mmol), 4,4'-옥시디아닐린(4,4'-oxydianiline, ODA) 17.768 g(0.089 mmol)을 무수 N-메틸피롤리돈 (anhydrous N-methyl pyrrolidone: NMP) 225.263 g에 완전히 녹였다.
그리고, ice bath 하에서 피로멜리틱산 디무수물(pyromellitic dianhydride, PMDA) 20.0 g (0.092 mmol)을 상기 용액에 첨가하여 상온에서 약 16 시간 동안 교반하여 액정 배향제용 중합체 Q-20을 제조하였다. GPC를 통해 상기 중합체 Q-20의 분자량을 확인한 결과, 중량평균분자량(Mw)이 24,500 g/mol이었다.
합성예 25: 액정 배향제용 중합체 Q-21
상기 제조예 6에서 제조된 디아민 DA2-3, 1.984 g (0.01 mmol), 4,4'-메틸렌디아닐린(4,4'-Methylenedianiline,MDA) 17.593 g(0.089 mmol)을 무수 N-메틸피롤리돈 (anhydrous N-methyl pyrrolidone: NMP) 224.272 g에 완전히 녹였다.
그리고, ice bath 하에서 피로멜리틱산 디무수물(pyromellitic dianhydride, PMDA) 20.0 g (0.092 mmol)을 상기 용액에 첨가하여 상온에서 약 16 시간 동안 교반하여 액정 배향제용 중합체 Q-21을 제조하였다. GPC를 통해 상기 중합체 Q-21의 분자량을 확인한 결과, 중량평균분자량(Mw)이 26,000 g/mol이었다.
비교 합성예 2: 액정 배향제용 중합체 QR -1
p-페닐렌디아민 (p-phenylenediamine, p-PDA) 26.852 g(0.099 mmol)을 무수N-메틸 피롤리돈 (anhydrous N-methyl pyrrolidone: NMP) 265.496 g에 완전히 녹였다.
그리고, ice bath 하에서 피로멜리틱산 디무수물(pyromellitic dianhydride, PMDA) 20.0 g (0.092 mmol)을 상기 용액에 첨가하여 상온에서 약 16 시간 동안 교반하여 액정 배향제용 중합체 QR - 1를 제조하였다. GPC를 통해 상기 중합체 QR -1의 분자량을 확인한 결과, 중량평균분자량(Mw)이 26,000 g/mol이었다.
비교 합성예 3: 액정 배향제용 중합체 QR -2
4,4'-옥시디아닐린(4,4'-oxydianiline, ODA) 19.743 g(0.099 mmol)을 무수 N-메틸 피롤리돈 (anhydrous N-methyl pyrrolidone: NMP) 225.208 g에 완전히 녹였다.
그리고, ice bath 하에서 피로멜리틱산 디무수물(pyromellitic dianhydride, PMDA) 20.0 g (0.092 mmol)을 상기 용액에 첨가하여 상온에서 약 16 시간 동안 교반하여 액정 배향제용 중합체 QR -2를 제조하였다. GPC를 통해 상기 중합체 QR -2의 분자량을 확인한 결과, 중량평균분자량(Mw)이 21,000 g/mol이었다.
비교 합성예 4: 액정 배향제용 중합체 QR -3
4,4'-메틸렌디아닐린(4,4'-Methylenedianiline,MDA) 19.548 g(0.089 mmol)을 무수 N-메틸 피롤리돈 (anhydrous N-methyl pyrrolidone: NMP) 224.218 g 에 완전히 녹였다.
그리고, ice bath 하에서 피로멜리틱산 디무수물(pyromellitic dianhydride, PMDA) 20.0 g (0.092 mmol)을 상기 용액에 첨가하여 상온에서 약 16 시간 동안 교반하여 액정 배향제용 중합체 QR - 3를 제조하였다. GPC를 통해 상기 중합체 QR -3의 분자량을 확인한 결과, 중량평균분자량(Mw)이 23,000 g/mol이었다.
비교 합성예 5: 액정 배향제용 중합체 S-1
상기 제조예 4에서 제조된 디아민 DA2-1 대신 하기 화학식 A로 표시되는 2,6-비스(트리플루오로메틸)-4,4'-디아미노디페닐 에테르 [2,6-bis(trifluroromethyl)-4,4'-diaminodiphenyl ether]을 사용한 것을 제외하고는 상기 합성예 1과 동일한 방법으로 액정 배향제용 공중합체 S- 1를 제조하였다.
[화학식 A]
Figure pat00036
< 실시예 >
실시예 1: 액정 배향제 조성물의 제조
하기 표 1에 나타낸 바와 같은 조성으로, 상기 합성예 1에서 제조한 액정 배향제용 중합체 P-1, 10 g과 상기 합성예 4에서 제조한 액정 배향제용 중합체 Q-1, 10 g을 NMP 12.4 g과 n-부톡시에탄올 7.6 g (중량 비율 8:2)을 넣어 5 wt% 용액을 얻었다. 그리고, 얻어진 용액을 폴리(테트라플루오렌에틸렌) 재질의 기공 사이즈가 0.1 ㎛인 필터로 가압 여과하여 액정 배향제 조성물을 제조하였다.
실시예 2: 액정 배향제 조성물의 제조
하기 표 1에 나타낸 바와 같은 조성으로, 액정 배향제용 중합체 P-1 대신 액정 배향제용 중합체 P- 3를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 액정 배향제 조성물을 제조하였다.
실시예 3: 액정 배향제 조성물의 제조
하기 표 1에 나타낸 바와 같은 조성으로, 액정 배향제용 중합체 P-1 대신 액정 배향제용 중합체 P-4를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 액정 배향제 조성물을 제조하였다.
실시예 4 내지 23: 액정 배향제 조성물의 제조
하기 표 1에 나타낸 바와 같은 조성으로, 액정 배향제용 중합체 Q-1 대신 액정 배향제용 중합체 Q-2 내지 Q-21 중 하나를 각각 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 액정 배향제 조성물을 제조하였다.
실시예 24: 액정 배향제 조성물의 제조
하기 표 1에 나타낸 바와 같은 조성으로, 액정 배향제용 중합체 P-1 대신 상기 합성예 1-2에서 제조한 액정 배향제용 중합체 P-2를 사용하고, 액정 배향제용 중합체 Q-1 대신 액정 배향제용 중합체 Q-4를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 액정 배향제 조성물을 제조하였다.
실시예 25 내지 27: 액정 배향제 조성물의 제조
하기 표 1에 나타낸 바와 같은 조성으로, 액정 배향제용 중합체 Q-4 대신 액정 배향제용 중합체 Q-10 내지 Q-12 중 하나를 각각 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 24와 동일한 방법으로 액정 배향제 조성물을 제조하였다.
실시예 28: 액정 배향제 조성물의 제조
하기 표 1에 나타낸 바와 같은 조성으로, 액정 배향제용 중합체 P-2를 4 g으로, 액정 배향제용 중합체 Q-4를 16 g으로 투입한 것을 제외하고는, 상기 실시예 24와 동일한 방법으로 액정 배향제 조성물을 제조하였다.
실시예 29 내지 31: 액정 배향제 조성물의 제조
하기 표 1에 나타낸 바와 같은 조성으로, 액정 배향제용 중합체 Q-4 대신 액정 배향제용 중합체 Q-10 내지 Q-12 중 하나를 각각 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 28과 동일한 방법으로 액정 배향제 조성물을 제조하였다.
비교예 1: 액정 배향제 조성물의 제조
액정 배향제용 중합체 Q- 1를 사용하지 않고 액정 배향제용 중합체 P-1을 20 g 투입한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 액정 배향제 조성물을 제조하였다.
비교예 2: 액정 배향제 조성물의 제조
액정 배향제용 중합체 P- 1를 사용하지 않고 액정 배향제용 중합체 Q-1을 20 g 투입한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 액정 배향제 조성물을 제조하였다.
비교예 3: 액정 배향제 조성물의 제조
하기 표 1에 나타낸 바와 같은 조성으로, 액정 배향제용 중합체 P-1 대신 액정 배향제용 중합체 PR-1을 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 액정 배향제 조성물을 제조하였다.
비교예 4 내지 6: 액정 배향제 조성물의 제조
하기 표 1에 나타낸 바와 같은 조성으로, 액정 배향제용 중합체 Q-1 대신 액정 배향제용 중합체 QR -1 내지 QR -3을 각각 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 액정 배향제 조성물을 제조하였다.
비교예 7: 액정 배향제 조성물의 제조
하기 표 1에 나타낸 바와 같은 조성으로, 액정 배향제용 중합체 P-1 대신 액정 배향제용 중합체 P- 3를 사용한 것을 제외하고는, 상기 비교예 5와 동일한 방법으로 액정 배향제 조성물을 제조하였다.
비교예 8: 액정 배향제 조성물의 제조
하기 표 1에 나타낸 바와 같은 조성으로, 액정 배향제용 중합체 P-1 대신 액정 배향제용 중합체 P-4를 사용한 것을 제외하고는, 상기 비교예 6과 동일한 방법으로 액정 배향제 조성물을 제조하였다.
비교예 9: 액정 배향제 조성물의 제조
하기 표 1에 나타낸 바와 같은 조성으로, 액정 배향제용 중합체 Q-1 대신 액정 배향제용 중합체 S-1을 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 액정 배향제 조성물을 제조하였다.
실시예 1 내지 31 및 비교예 1 내지 9에 따른 액정 배향제 조성물의 중합체 조성은 하기 표 1에 나타낸 바와 같다.
제1 중합체 제2 중합체 제1 및 제2 중합체의 혼합중량비
종류 투입량
(g)		 종류 투입량
(g)
실시예 1 P-1 10 Q-1 10 50:50
실시예 2 P-3 10 Q-1 10 50:50
실시예 3 P-4 10 Q-1 10 50:50
실시예 4 P-1 10 Q-2 10 50:50
실시예 5 P-1 10 Q-3 10 50:50
실시예 6 P-1 10 Q-4 10 50:50
실시예 7 P-1 10 Q-5 10 50:50
실시예 8 P-1 10 Q-6 10 50:50
실시예 9 P-1 10 Q-7 10 50:50
실시예 10 P-1 10 Q-8 10 50:50
실시예 11 P-1 10 Q-9 10 50:50
실시예 12 P-1 10 Q-10 10 50:50
실시예 13 P-1 10 Q-11 10 50:50
실시예 14 P-1 10 Q-12 10 50:50
실시예 15 P-1 10 Q-13 10 50:50
실시예 16 P-1 10 Q-14 10 50:50
실시예 17 P-1 10 Q-15 10 50:50
실시예 18 P-1 10 Q-16 10 50:50
실시예 19 P-1 10 Q-17 10 50:50
실시예 20 P-1 10 Q-18 10 50:50
실시예 21 P-1 10 Q-19 10 50:50
실시예 22 P-1 10 Q-20 10 50:50
실시예 23 P-1 10 Q-21 10 50:50
실시예 24 P-2 10 Q-4 10 50:50
실시예 25 P-2 10 Q-10 10 50:50
실시예 26 P-2 10 Q-11 10 50:50
실시예 27 P-2 10 Q-12 10 50:50
실시예 28 P-2 4 Q-4 16 20:80
실시예 29 P-2 4 Q-10 16 20:80
실시예 30 P-2 4 Q-11 16 20:80
실시예 31 P-2 4 Q-12 16 20:80
비교예 1 P-1 20 - - 100:0
비교예 2 - - Q-1 20 0:100
비교예 3 PR-1 10 Q-1 10 50:50
비교예 4 P-1 10 QR-1 10 50:50
비교예 5 P-1 10 QR-2 10 50:50
비교예 6 P-1 10 QR-3 10 50:50
비교예 7 P-3 10 QR-2 10 50:50
비교예 8 P-4 10 QR-3 10 50:50
비교예 9 P-1 10 S-1 10 50:50
< 실험예 >
1) 액정 배향셀의 제조
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 액정 배향제 조성물을 이용하여 액정 배향셀을 제조하였다.
구체적으로, 2.5cm X 2.7cm의 크기를 갖는 사각형 유리기판 상에 두께 60 nm, 면적 1 cm X 1 cm의 ITO 전극이 패턴된 전압유지비율(VHR)용 상·하 기판 각각에 스핀 코팅 방식으로 액정 배향제 조성물을 도포하였다. 이어서, 액정 배향제가 도포된 기판을 약 70 ℃의 핫플레이트 위에 두어 3 분간 건조하여 용매를 증발시켰다. 이렇게 얻어진 도막을 배향 처리하기 위해, 상/하판 각각의 도막에 선 편광자가 부착된 노광기를 이용하여 254 nm의 자외선을 0.1~1.0 J/㎠의 노광량으로 조사하였다. 이후, 배향 처리된 상/하판을 약 230 ℃의 오븐에서 30분간 소성(경화)하여 막 두께 0.1 ㎛의 도막을 얻었다. 이후, 4.5 ㎛ 크기의 볼 스페이서가 함침된 실링제(sealing agent)를 액정 주입구를 제외한 상판의 가장자리에 도포하였다. 그리고, 상판 및 하판에 형성된 배향막이 서로 마주 보며 배향 방향이 서로 나란하도록 정열시킨 후, 상하판을 합착하고 실링제를 UV 및 열 경화함으로써 빈 셀을 제조하였다. 그리고, 상기 빈 셀에 액정을 주입하고 주입구를 실링제로 밀봉하여, 액정 배향셀을 제조하였다.
1) 액정 배향 특성 평가
상기와 같이 제조된 액정셀의 상판 및 하판에 편광판을 서로 수직이 되도록 부착하였다. 이때 하판에 부착된 편광판의 편광축은 액정셀의 배향축과 평행하도록 하였다. 그리고, 편광판이 부착된 액정셀을 밝기 7,000 cd/㎡ 의 백라이트 위에 놓고 육안으로 빛샘을 관찰하였다. 이때, 액정 배향막의 배향 특성이 우수해 액정을 잘 배열시킨다면 서로 수직으로 부착된 상, 하의 평광판에 의해 빛이 통과되지 않고 불량 없이 어둡게 관찰이 된다. 이러한 경우의 배향 특성을 '양호'로, 액정 흐름 자국이나 휘점과 같은 빛샘이 관찰되면 '불량'으로 표 1에 표시하였다.
2) 액정 배향 안정성 평가
상기 제조한 액정 배향셀의 상판 및 하판에 편광판을 서로 수직이 되도록 부착하였다. 상기 편광판이 부탁된 액정셀을 7,000 cd/㎡의 백라이트 위에 부착하고 블랙 상태의 휘도를 휘도 밝기 측정 장비인 PR-880 장비를 이용해 측정하였다. 그리고, 상기 액정셀을 상온에서 교류전압 5 V로 24 시간 구동하였다. 이후, 액정셀의 전압을 끈 상태에서 상술한 바와 동일하게 블랙 상태의 휘도를 측정하였다. 액정셀의 구동 전 측정된 초기 휘도(L0)와 구동 후 측정된 나중 휘도(L1) 간의 차이를 초기 휘도(L0) 값으로 나누고 100을 곱하여 휘도 변동율을 계산하였다. 이렇게 계산된 휘도 변동율은 0%에 가까울수록 배향 안정성이 우수함을 의미한다. 이러한 휘도 변화율의 측정 결과를 통해 다음 기준 하에 잔상 수준을 평가하였다. AC 잔상은 최소화하는 것이 바람직하며, 측정 결과에서 휘도 변동율이 10% 미만이면 '우수', 휘도 변동율이 10% 내지 20%이면 '보통', 휘도 변동율이 20%를 초과하면 '불량'으로 평가하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
3) 전압 보유율(voltage holding ratio, VHR ) 측정
상기 실시예 1 내지 31, 비교예 1 내지 9에서 제조한 액정 배향제를 이용하여 하기와 같은 방법으로 전압유지 보전율용 액정셀을 제조하였다.
2.5cm X 2.7cm의 크기를 갖는 사각형 유리기판 상에 두께 60 nm, 면적 1x1 cm의 ITO 전극이 패턴된 전압유지비율(VHR)용 상, 하 기판 각각에 스핀 코팅 방식을 이용하여 액정 배향제를 도포하였다.
이어서, 액정 배향제가 도포된 기판을 약 70 ℃의 핫플레이트 위에 두어 3 분간 건조하여 용매를 증발시켰다. 이렇게 얻어진 도막을 배향처리하기 위해 상, 하판의 각각의 도막에 선평광자가 부착된 노광기를 이용하여 254 nm의 자외선을 1 J/㎠ 노광량으로 조사하였다. 이후 배향 처리된 상, 하 기판을 230 ℃의 오븐에서 30 분간 소성 경화하여 막두께 0.1 ㎛의 도막을 얻었다. 이후 4.5 ㎛의 볼 스페이서가 함침된 실링제를 액정 주입구를 제외한 상, 하판 가장자리에 도포하였다. 그리고, 상판 및 하판에 배향처리 방향이 마주보며 나란하도록 정렬시킨 후 상, 하판을 합착하고 실링제를 UV 및 열 경화함으로서 빈 셀을 제조하였다. 그리고, 상기 빈 셀에 액정을 주입하고 주입구를 실링제로 밀봉하여 액정셀을 제조하였다.
상기와 같은 방법으로 제조된 액정셀의 전기적 특성인 전압 유지 보전율(VHR)을 TOYO 6254 장비를 이용하여 측정하였다. 전압 유지 보전율은 1 V, 1 Hz, 60 ℃의 가혹 조건에서 측정되었다. 전압 유지 보전율은 100%가 이상적인 값이며, 측정 결과가 70% 이상이면 '양호', 70% 미만이면 '불량'으로 평가하여 하기 표 2에 나타내었다.
액정배향특성 평가 액정배향안정성 평가 전압보유율 평가
실시예 1 양호 우수 양호
실시예 2 양호 우수 양호
실시예 3 양호 우수 양호
실시예 4 양호 우수 양호
실시예 5 양호 우수 양호
실시예 6 양호 우수 양호
실시예 7 양호 우수 양호
실시예 8 양호 우수 양호
실시예 9 양호 우수 양호
실시예 10 양호 우수 양호
실시예 11 양호 우수 양호
실시예 12 양호 우수 양호
실시예 13 양호 우수 양호
실시예 14 양호 우수 양호
실시예 15 양호 우수 양호
실시예 16 양호 우수 양호
실시예 17 양호 우수 양호
실시예 18 양호 우수 양호
실시예 19 양호 우수 양호
실시예 20 양호 우수 양호
실시예 21 양호 우수 양호
실시예 22 양호 우수 양호
실시예 23 양호 우수 양호
실시예 24 양호 우수 양호
실시예 25 양호 우수 양호
실시예 26 양호 우수 양호
실시예 27 양호 우수 양호
실시예 28 양호 우수 양호
실시예 29 양호 우수 양호
실시예 30 양호 우수 양호
실시예 31 양호 우수 양호
비교예 1 양호 보통 불량
비교예 2 불량 불량 양호
비교예 3 불량 불량 불량
비교예 4 양호 양호 불량
비교예 5 양호 양호 불량
비교예 6 양호 양호 불량
비교예 7 양호 양호 불량
비교예 8 양호 양호 불량
비교예 9 불량 불량 불량
* 액정 배향셀 제조시 노광량: 0.1~1.0 J/㎠
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 31의 액정 배향제 조성물은 부분 이미드화된 폴리이미드 전구체인 제1 액정 배향제용 중합체와 중심점 또는 중심선에 대해 비대칭을 이루는 특정 구조의 디아민으로부터 유래된 폴리이미드 전구체인 제2 액정 배향제용 중합체를 함께 포함함에 따라, 초기 열경화 과정 없이도 우수한 배향성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, AC 잔상 관련 휘도 변동율이 10% 미만으로 매우 우수하고, 고온환경에서의 전압 유지 보전율 또한 70% 이상으로 양호하여 전기적 특성 측면에서 우수한 효과를 발휘한 것을 확인하였다.
반면에, 비교예 1 내지 9의 액정 배향제 조성물은 부분 이미드화된 폴리이미드 전구체인 제1 액정 배향제용 중합체와 중심점 또는 중심선에 대해 비대칭을 이루는 특정 구조의 디아민으로부터 유래된 폴리이미드 전구체인 제2 액정 배향제용 중합체를 모두 포함하지 않거나 이러한 디아민 중 단일 성분만으로 이루어진 중합체만을 포함하여 액정셀의 전기적 특성이나 배향 특성이 현저히 저하됨을 알 수 있다. 특히, 비교예 1의 경우, 부분 이미드화된 폴리이미드 전구체인 제1 액정 배향제용 중합체만을 사용하여, 액정 배향막의 배향 특성에서는 문제가 없었으나 AC 잔상 관련 휘도 변동율이 10% 이상으로 나타나며 액정 배향 안정성이 저하되었을 뿐만 아니라, 전압 유지 보전율이 70% 미만으로 '불량'이 되는 문제가 나타났다. 비교예 2의 경우, 비대칭 피리딘 구조의 디아민으로부터 유래된 폴리이미드 전구체인 제2 액정 배향제용 중합체만을 사용하여, 전압 유지 보전율은 동등 수준으로 나타났으나 액정 배향막의 배향 특성 평가에서 액정 흐름 자국이나 휘점과 같은 빛샘이 관찰되면서 '불량'으로 나타났으며, AC 잔상 평가에서도 휘도 변동율이 20%를 초과하여 '불량'이 되는 문제가 나타났다. 비교예 3의 경우, 비대칭 피리딘 구조의 디아민으로부터 유래된 폴리이미드 전구체인 제2 액정 배향제용 중합체를 사용하기 하였으나, 제1 액정 중합체로 부분 이미드화된 폴리이미드 전구체인 대신에 파라페닐렌디아민(p-PDA) 등을 사용함으로써, 액정 배향 특성과 안정성 및 전압 유지 보전율 모두가 '불량'으로 나타났다. 비교예 4 내지 8의 경우에는, 부분 이미드화된 폴리이미드 전구체인 제1 액정 배향제용 중합체를 사용하긴 하였으나, 제2 액정 배향제용 중합체로 특정의 비대칭 구조의 디아민 대신에 파라페닐렌디아민(p-PDA), 옥시디아닐린(ODA), 메틸렌디아닐린(MDA) 등을 사용하여 제조한 중합체를 사용함으로써, 액정 배향 특성에는 문제가 없었으나 전압 유지 보전율이 70% 미만으로 '불량'이 되어 전기적 특성 측면에서 문제가 나타남을 알 수 있다. 또한, 비교예 9의 경우에는, 부분 이미드화된 폴리이미드 전구체인 제1 액정 배향제용 중합체를 사용하긴 하였으나, 제2 액정 배향제용 중합체로 2,6-비스(트리플루오로메틸)-4,4'-디아미노디페닐 에테르 화합물을 사용하여 제조한 중합체를 사용함으로써, 액정 배향 특성과 안정성 및 전압 유지 보전율 모두가 '불량'이 되는 문제가 나타남을 알 수 있다.

Claims (17)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 반복 단위, 하기 화학식 2로 표시되는 반복 단위 및 하기 화학식 3으로 표시되는 반복 단위로 이루어진 군에서 선택된 2종 이상의 반복 단위를 포함하며, 하기 화학식 1 내지 3으로 표시되는 전체 반복 단위에 대하여 하기 화학식 1로 표시되는 반복 단위를 5 내지 74 몰% 포함하는 제1 액정 배향제용 중합체; 및
    하기 화학식 4로 표시되는 반복 단위, 하기 화학식 5로 표시되는 반복 단위 및 하기 화학식 6으로 표시되는 반복 단위로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 반복 단위를 포함하는 제2 액정 배향제용 중합체;
    를 포함하는, 액정 배향제 조성물:
    [화학식 1]
    Figure pat00037

    [화학식 2]
    Figure pat00038

    [화학식 3]
    Figure pat00039

    [화학식 4]
    Figure pat00040

    [화학식 5]
    Figure pat00041

    [화학식 6]
    Figure pat00042

    상기 화학식 1 내지 6에서,
    R1, R2, R3, 및 R4는 각각 독립적으로 수소 또는 C1-10 알킬이고, 단 R1 및 R2가 모두 수소는 아니며, R3 및 R4가 모두 수소는 아니고,
    X1은 하기 화학식 7로 표시되는 4가의 유기기이고,
    [화학식 7]
    Figure pat00043

    상기 화학식 7에서,
    R5, R6, R7, 및 R8은 각각 독립적으로 수소, 또는 C1-6 알킬이고,
    X2, X3, X4, X5, 및 X6은 각각 독립적으로 탄소수 4 내지 20의 탄화수소에서 유래한 4가의 유기기이거나, 혹은 상기 4가의 유기기 중 하나 이상의 H가 할로겐으로 치환되거나 또는 하나 이상의 -CH2-가 산소 또는 황 원자들이 직접 연결되지 않도록 -O-, -CO-, -S-, -SO-, -SO2- 또는 -CONH-로 대체된 4가의 유기기이고,
    상기 화학식 1 내지 3에서,
    Y1 내지 Y3은 각각 독립적으로 하기 화학식 8로 표시되는 2가의 유기기이고,
    [화학식 8]
    Figure pat00044

    상기 화학식 8에서,
    R9 및 R10은 각각 독립적으로 할로겐, 시아노, C1-10 알킬, C2-10 알케닐, C1-10 알콕시, C1-10 플루오로알킬, 또는 C1-10 플루오로알콕시이고,
    p 및 q는 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수이고,
    L1은 단일결합, -O-, -CO-, -S-, -SO2-, -C(CH3)2-, -C(CF3)2-, -CONH-, -COO-, -(CH2)z-, -O(CH2)zO-, -O(CH2)z-, -OCH2-C(CH3)2-CH2O-, -COO-(CH2)z-OCO-, 또는 -OCO-(CH2)z-COO-이며, 여기서, z는 1 내지 10의 정수이고,
    k 및 m은 각각 독립적으로 1 내지 3의 정수이고,
    n은 0 내지 3의 정수이고,
    상기 화학식 4 내지 6에서,
    Z1, Z2, 및 Z3는 각각 독립적으로 하기 화학식 9로 표시되는 2가의 유기기이고,
    [화학식 9]
    Figure pat00045

    상기 화학식 9에서,
    A1은 16족 원소이고,
    R11은 수소, 또는 C1-10 알킬이며,
    a는 0 내지 3의 정수이고,
    A2, A3, A4, 및 A5는 질소 또는 탄소이며, 단 A2 내지 A5 중 적어도 하나는 질소이고, 나머지는 탄소이다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 X2, X3, X4, X5, 및 X6은 각각 독립적으로 하기 화학식 10에 기재된 4가의 유기기인, 액정 배향제 조성물:
    [화학식 10]
    Figure pat00046

    상기 화학식 10에서,
    R5, R6, R7, 및 R8은 각각 독립적으로 수소, 또는 C1-6 알킬이고,
    R12 및 R13는 각각 독립적으로 수소, 또는 C1-10 알킬이고,
    L2는 단일 결합, -O-, -CO-, -S-, -SO-, -SO2-, -CR14R15-, -CONH-, -COO-, -(CH2)b-, -O(CH2)bO-, -COO-(CH2)b-OCO-, -HN-(CH2)b-NH-, -R14N-(CH2)b-NR15-, 페닐렌 또는 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이며, 여기서, R14 및 R15는 각각 독립적으로 수소, C1-10 알킬, 또는 C1-10 플루오로알킬이고, b는 각각 독립적으로 1 내지 10의 정수이다.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 8은 하기 화학식 11 또는 화학식 12인, 액정 배향제 조성물:
    [화학식 11]
    Figure pat00047

    [화학식 12]
    Figure pat00048

    상기 화학식 12에서,
    L3는 단일 결합, -O-, -SO2-, 또는 -CR16R17-이며, 여기서, R16 및 R17은 각각 독립적으로 수소, 또는 C1-10 알킬이다.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 9에서, A2 내지 A5 중 하나가 질소이고, 나머지는 탄소인, 액정 배향제 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 9에서, A2 또는 A5 중 하나가 질소이고 나머지는 탄소이며, A3 및 A4는 탄소인, 액정 배향제 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 9에서, A1은 산소이고, a는 0인, 액정 배향제 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 9는 하기 화학식 9-1, 화학식 9-2 및 화학식 9-3으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 반복단위를 포함하는, 액정 배향제 조성물:
    [화학식 9-1]
    Figure pat00049

    [화학식 9-2]
    Figure pat00050

    [화학식 9-3]
    Figure pat00051

    상기 화학식 9-1 내지 9-3에서,
    A1 내지 A5, R11, a는 제1항에서 정의한 바와 같다.
  8. 제1항에 있어서,
    제1 액정 배향제용 중합체와 제2 액정 배향제용 중합체는 5:95 내지 95:5의 중량비로 포함되는, 액정 배향제 조성물.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2 액정 배향제용 중합체는 하기 화학식 13으로 표시되는 반복 단위, 하기 화학식 14로 표시되는 반복 단위 및 하기 화학식 15로 표시되는 반복 단위로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 반복 단위를 더 포함하는, 액정 배향제 조성물:
    [화학식 13]
    Figure pat00052

    [화학식 14]
    Figure pat00053

    [화학식 15]
    Figure pat00054

    상기 화학식 13 내지 15에서,
    R18 및 R19 중 적어도 하나는 탄소수 1 내지 10의 알킬기이고, 나머지는 수소이며,
    X7 내지 X9는 각각 독립적으로 4가의 유기기이고,
    Z4 내지 Z6은 각각 독립적으로 하기 화학식 16으로 표시되는 2가의 유기기이고,
    [화학식 16]
    Figure pat00055

    상기 화학식 16에서,
    R20 및 R21은 각각 독립적으로 할로겐, 시아노, C1-10 알킬, C2-10 알케닐, C1-10 알콕시, C1-10 플루오로알킬, 또는 C1-10 플루오로알콕시이고,
    p' 및 q'는 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수이고,
    L4는 단일결합, -O-, -CO-, -S-, -SO2-, -C(CH3)2-, -C(CF3)2-, -CONH-, -COO-, -(CH2)z-, -O(CH2)zO-, -O(CH2)z-, -OCH2-C(CH3)2-CH2O-, -COO-(CH2)z-OCO-, 또는 -OCO-(CH2)z-COO-이며, 여기서, z는 각각 독립적으로 1 내지 10의 정수이고,
    k' 및 m'은 각각 독립적으로 0 내지 3의 정수이고,
    n'은 0 내지 3의 정수이다.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 화학식 16은 하기 화학식 17 또는 화학식 18인, 액정 배향제 조성물:
    [화학식 17]
    Figure pat00056

    [화학식 18]
    Figure pat00057

    상기 화학식 18에서,
    L5는 단일 결합, -O-, -SO2-, 또는 -CR22R23-이며, 여기서, R22 및 R23은 각각 독립적으로 수소, 또는 C1-10 알킬이다.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 액정 배향제 조성물을 기판에 도포하여 도막을 형성하는 단계;
    상기 도막을 건조하는 단계;
    상기 건조 단계 직후의 도막에 광을 조사하여 배향 처리하는 단계; 및
    상기 배향 처리된 도막을 열처리하여 경화하는 단계;
    를 포함하는, 액정 배향막의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 액정 배향제 조성물은, 유기 용매에 용해 또는 분산시킨 것인, 액정 배향막의 제조 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 도막을 건조하는 단계는 50 내지 150 ℃에서 수행되는, 액정 배향막의 제조 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 배향 처리하는 단계에서 광 조사는 150 내지 450 ㎚ 파장의 편광된 자외선을 조사하는 것인, 액정 배향막의 제조 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 도막을 경화하는 단계에서 열처리 온도는 150 내지 300 ℃인, 액정 배향막의 제조 방법.
  16. 제11항의 액정 배향막의 제조 방법에 따라 제조된, 액정 배향막.
  17. 제16항의 액정 배향막을 포함하는 액정 표시소자.
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