KR20210093158A - 모노-아조 이색성 염료 화합물, 이를 포함하는 편광판 조성물, 그로부터 형성된 편광판, 이를 구비하는 광학 소자 - Google Patents

모노-아조 이색성 염료 화합물, 이를 포함하는 편광판 조성물, 그로부터 형성된 편광판, 이를 구비하는 광학 소자 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 모노-아조 이색성 염료 화합물을 개시한다.
<화학식 1>
Figure pat00024

상기 화학식 1에서, R3는 탄소수가 1 내지 20인 치환 또는 비치환된 헤테로 고리기이다.
본 발명의 모노-아조 이색성 염료 화합물은 모노-아조 화합물로서 이색성이 양호하면서도 내열성 및 내광성이 우수하여 염료계 편광판에 유용하게 이용될 수 있다.

Description

모노-아조 이색성 염료 화합물, 이를 포함하는 편광판 조성물, 그로부터 형성된 편광판, 이를 구비하는 광학 소자 {MONO-AZO TYPED DICHROIC DYE COMPOUND, POLARIZING PLATE COMPOSITION CONTAINING THE SAME, POLARIZING PLATE FORMED THEREFROM AND OPTICAL DEVICE COMPRISING THE SAME}
본 발명은 액정 화합물과 혼합되어 편광판을 형성하는 이색성 염료 화합물, 이를 포함하는 편광판 조성물, 그로부터 형성된 편광판 및 이를 구비하는 광학소자에 관한 것이다.
액정 디스플레이나 유기 발광 다이오드와 같은 광학소자에는 광학 활성이나 복굴절성을 제어하거나 외광 반사 방지를 위해 편광판이 사용되고 있다.
편광판으로는 연신 배향된 폴리비닐 알코올 또는 그의 유도체로 제조된 편광막 기재에 편광 물질로 요오드를 흡착 및 배향시킨 판광판이나, 이색성 염료를 액정 화합물과 혼합하여 형성한 편광판이 일반적으로 사용된다.
편광판(편광소자)로서 요오드를 이용한 요오드계 편광판은 가시광 영역에서의 초기 편광성능은 우수하지만, 근자외선 영역에서는 편광성능이 상당히 저조할 뿐만 아니라, 물 및 열에 약하고, 고온, 고습(高濕)의 상태에서 장시간 사용할 경우에는 내구성에 문제가 있다.
이색성 염료 화합물을 편광 물질로 사용하는 염료계 편광판은 고온 및 고습도 조건에서 요오드계 편광판에 비해서 일반적으로 보다 우수한 내구성을 가지므로, 자동차 대시보드, 비행기, 액정 프로젝터 등의 높은 내열성, 내구성이 요구되는 부분에 사용되지만, 사용되는 염료와 고분자 물질에 따라 역시 한정된 내열성, 내구성을 갖는다.
한편, 염료계 편광판의 편광 물질로 사용되는 비스-아조계 염료 화합물은 합성 공정이 어려워서 수율도 낮다는 단점도 있다.
본 발명의 제1 과제는 이색성이 양호하면서도 내열성 및 내광성이 우수하여 염료계 편광판에 유용하게 사용될 수 있는 모노-아조 이색성 염료 화합물을 제공하는데 있다.
본 발명의 제2 과제는 전술한 특성을 갖는 편광판 조성물 및 그로부터 형성된 편광판을 제공하는데 있다.
본 발명의 제3 과제는 전술한 특성을 갖는 편광판을 구비한 광학 소자를 제공하는데 있다.
전술한 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 제1 구현예에 따르면, 하기 화학식 1로 표시되는 모노-아조 이색성 염료 화합물이 제공된다.
Figure pat00001
상기 화학식 1에서,
R1 및 R2는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 아릴기, 치환 또는 비치환된 헤테로 아릴기 및 치환 또는 비치환된 알킬기로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 탄소수가 1 내지 20인 기; NR4OH; NHR5; NR6; OR7; COOR8; OCOR9; SR10; 할로겐기; OH; CN; COOH; PO3; SO3; 및 NO2로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 기로서, R4 내지 R10은 탄소수는 1 내지 20이고 서로 독립적으로, 각각 수소 원자, 알콕시기 및 알콕시알킬기로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나; 할로겐 원자 또는 할로겐 원자를 포함하는 알킬기 중 어느 하나; 및 알콕시기, 알콕시알킬기 및 할로겐 및 알킬기로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상으로 치환 또는 비치환된, 헤테로 고리기 또는 아릴기 중 어느 하나;로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나이고,
X1 및 X2는 각각 독립적으로 N, S, O 및 C로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나이고,
Y1 및 Y2는 각각 독립적으로 C, S, O 및 N으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나이고,
R3는 탄소수가 1 내지 20인 치환 또는 비치환된 헤테로 고리기이다.
본 발명의 제2 구현예에 따르면, 상기 R1 및 R2는 제1항에 있어서,
상기 R1 및 R2는 각각 독립적으로 CN; OH; NHR5; NR6; OR7; 및 COOR8;로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나일 수 있다. 더욱 구체적으로는 상기 R1 및 R2는 각각 독립적으로 NHR5; NR6; OR7; 및 COOR8;로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나일 수 있다. 가장 구체적으로는, 상기 R1은 NR6; 또는 OR7;이고, R2는 OR7; 또는 COOR8;일 수 있다.
본 발명의 제3 구현예에 따르면, 상기 제1 구현예 또는 제2 구현예 중 어느 하나 이상의 구현예에 있어서 X1 및 X2는 각각 독립적으로 N 또는 C 중에서 선택된 것일 수 있다.
본 발명의 제4 구현예에 따르면, 상기 제1 내지 제3 구현예 중 어느 하나 이상의 구현예에 있어서 상기 Y1 및 Y2는 각각 독립적으로 S 또는 O 중에서 선택된 것일 수 있다.
본 발명의 제5 구현예에 따르면, 상기 제1 내지 제4 구현예 중 어느 하나 이상의 구현예에 있어서 상기 R3는 알킬기, 아릴알킬기, 아릴기, 할로겐기, 알콕시기, 알콕시알킬기, 알콕시아릴기, 니트로기, 시아노기, 카르복실기 및 아미드기로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상으로 치환 또는 비치환된, 바비튜릭 에시드; 히단토인; 3-싸이오히단토인; 1,3-인단디온; 및 디하이드로우라실로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나일 수 있다. 상기 R3는 보다 구체적으로, 알킬기, 아릴알킬기 및 아릴기로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 이상으로 치환 또는 비치환된, 바비튜릭 에시드; 히단토인; 및 3-싸이오히단토인으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나일 수 있다.
본 발명은 상기 제1 내지 제5 구현예 중 어느 하나 이상의 구현예인 모노-아조 이색성 염료 화합물이 액정 화합물과 혼합된 편광판 조성물 및 이 조성물이 경화되어 형성된 편광판을 제공한다. 이러한 편광판의 편광판의 이색비 (DO)는 19 내지 25일 수 있고, 편광판의 내열성 (Δintensity)는 6% 이하일 수 있고, 편광판의 내광성 (Δintensity)는 3% 이하일 수 있다.
또한, 이렇게 형성된 편광판을 구비한 광학 소자를 제공한다.
본 발명의 이색성 염료 화합물은 화학식 1로 표시되는 모노-아조 타입의 이색성 염료 화합물로서 이색성이 양호하면서도 내열성 및 내광성이 우수하여 가혹한 조건에서 제조 또는 사용시에도 내구성이 양호하다.
또한, 비스-아조 타입의 이색성 염료 화합물보다 합성이 용이하고 수율이 높다는 장점이 있다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명의 모노-아조 이색성 염료 화합물은 하기 화학식 1로 표시되며, 한쪽 부분에만 아조기를 갖는 모노-아조 화합물이다.
<화학식 1>
Figure pat00002
상기 화학식 1에서,
R1 및 R2는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 아릴기, 치환 또는 비치환된 헤테로 아릴기 및 치환 또는 비치환된 알킬기로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 탄소수가 1 내지 20인 기; NR4OH; NHR5; NR6; OR7; COOR8; OCOR9; SR10; 할로겐기; OH; CN; COOH; PO3; SO3; 및 NO2로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 기로서, R4 내지 R10은 탄소수는 1 내지 20이고 서로 독립적으로, 각각 수소 원자, 알콕시기 및 알콕시알킬기로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나; 할로겐 원자 또는 할로겐 원자를 포함하는 알킬기 중 어느 하나; 및 알콕시기, 알콕시알킬기 및 할로겐 및 알킬기로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상으로 치환 또는 비치환된, 헤테로 고리기 또는 아릴기 중 어느 하나;로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나이고,
X1 및 X2는 각각 독립적으로 N, S, O 및 C로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나이고,
Y1 및 Y2는 각각 독립적으로 C, S, O 및 N으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나이고,
R3는 탄소수가 1 내지 20인 치환 또는 비치환된 헤테로 고리기이다.
전술한 바와 같이, 비스-아조 타입의 이색성 염료 화합물은 합성 공정이 용이하지 않아 수율이 매우 낮다고 알려져 있다. 본 발명의 이색성 염료 화합물은 모노-아조 타입의 화합물이어서 합성 공정이 비교적 용이하며 수율도 개선된다. 또한, 모노-아조 타입의 화합물이면서도 이색성이 양호하고 내열성 및 내광성을 우수하다.
[화학식 1의 R1, R2]
R1 및 R2는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 아릴기, 치환 또는 비치환된 헤테로 아릴기 및 치환 또는 비치환된 알킬기로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 탄소수가 1 내지 20인 기; NR4OH; NHR5; NR6; OR7; COOR8; OCOR9; SR10; 할로겐기; OH; CN; COOH; PO3; SO3; 및 NO2로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 기로서, R4 내지 R10은 탄소수는 1 내지 20이고 서로 독립적으로, 각각 수소 원자, 알콕시기 및 알콕시알킬기로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나; 할로겐 원자 또는 할로겐 원자를 포함하는 알킬기 중 어느 하나; 및 알콕시기, 알콕시알킬기 및 할로겐 및 알킬기로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상으로 치환 또는 비치환된, 헤테로 고리기 또는 아릴기 중 어느 하나;로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나이다.
R1 및 R2 의 "치환 또는 비치환된 아릴기, 치환 또는 비치환된 헤테로 아릴기 및 치환 또는 비치환된 알킬기로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 탄소수가 1 내지 20인 기;"에 있어서, "치환"이란 용어는 아릴기, 헤테로 아릴기 또는 알킬기가 예를 들어 알콕시기, 알콕시알킬기 및 할로겐 및 알킬기로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상으로 치환되는 것을 포함하는 의미이다.
상기 R1 및 R2는 각각 독립적으로 CN; OH; NHR5; NR6; OR7; 및 COOR8;로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나일 수 있다.
더욱 구체적으로는 상기 R1 및 R2는 각각 독립적으로 NHR5; NR6; OR7; 및 COOR8;로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나일 수 있다.
가장 구체적으로는, 상기 R1은 NR6; 또는 OR7;이고, R2는 OR7; 또는 COOR8;일 수 있다.
[화학식 1의 X1 및 X2]
X1 및 X2는 각각 독립적으로 N, S, O 및 C로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나이다.
상기 X1 및 X2는 더욱 구체적으로는 각각 독립적으로 N 또는 C 중에서 선택된 것일 수 있다.
[화학식 1의 Y1 및 Y2]
Y1 및 Y2는 각각 독립적으로 C, S, O 및 N으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나이다.
상기 Y1 및 Y2는 더욱 구체적으로는 각각 독립적으로 S 또는 O 중에서 선택된 것일 수 있다.
[화학식 1의 R3]
R3는 탄소수가 1 내지 20인 치환 또는 비치환된 헤테로 고리기이다.
헤테로 고리는 강직한 구조이므로 화학식 1의 모노-아조 이색성 염료 화합물의 내열성 및 내광성 향상에 기여한다.
R3는 구체적으로는 알킬기, 아릴알킬기, 아릴기, 할로겐기, 알콕시기, 알콕시알킬기, 알콕시아릴기, 니트로기, 시아노기, 카르복실기 및 아미드기로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상으로 치환 또는 비치환된, 바비튜릭 에시드; 히단토인; 3-싸이오히단토인; 1,3-인단디온; 및 디하이드로우라실로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나일 수 있다. 상기 R3는 보다 구체적으로, 알킬기, 아릴알킬기 및 아릴기로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 이상으로 치환 또는 비치환된, 바비튜릭 에시드; 히단토인; 및 3-싸이오히단토인으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나일 수 있다.
화학식 1의 모노-아조 이색성 염료 화합물은 가장 구체적으로는 하기 식으로 표시되는 화합물 중 어느 하나일 수 있다:
Figure pat00003
Figure pat00004
전술한 화학식 1의 모노-아조 이색성 염료 화합물은 공지의 유기 합성 화학의 방법을 조합함으로서 합성할 수 있다.
예를 들어, Dichroic Dyes for Liquid Crystal Display (A.V. lvashchenko저, CRC사, 1994) 등의 텍스트북을 참조하여 공지의 방법을 이용하여 합성할 수 있다.
전술한 본 발명의 모노-아조 이색성 염료 화합물은 액정 화합물과 함께 편광판 조성물을 구성하고, 이 조성물을 경화시켜 편광판을 형성한다. 즉, 본 발명의 모노-아조 이핵성 염료 화합물과 액정 화합물을 조합함으로써, 이색성 염료 화합물의 석출을 억제하면서 이색성 염료 화합물을 높은 배향도로 배향시킬 수 있다.
본 발명의 편광판 조성물이 함유하는 액정 화합물로는 공지의 저분자 액정 화합물 및 고분자 액정 화합물을 모두 이용할 수 있다. 여기서 「저분자 액정 화합물」이란, 화학구조 중에 반복해 단위를 갖지 않는 액정 화합물을 말한다. 또한 「고분자 액정 화합물」이란, 화학구조 중에 반복해 단위를 가지는 액정 화합물을 말한다. 예를 들어, 이색성 염료 화합물의 배향성을 향상시키기 위해 경화성 액정 화합물을 사용할 수 있는데, 구체적으로는 4-(3-아크릴로일옥시-프로폭시)벤조산 O-톨릴 에스테르((4-(3-acryloyloxy-propoxy)benzoic acid o-tolyl ester)등을 들 수 있다.
본 발명의 편광판 조성물에 있어서, 화학식 1의 모노-아조 이색성 염료 화합물은 편광판 조성물의 고형분 전체 중량에 대하여 예를 들어 2 내지 40 중량% 함유될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
편광막 조성물 배합시, 필요에 따라, 붉은색을 나타내는 이색성 염료, 청색을 나타내는 이색성 염료 및 초록색을 나타내는 이색성 염료의 혼합물 또는 붉은색을 나타내는 이색성을 갖는 구조, 청색을 나타내는 이색성을 갖는 구조 및 초록색을 나타내는 이색성을 갖는 구조를 갖는 이색성 염료가 첨가될 수 있으며, 이러한 이색성 염료의 혼합물이 적용된 편광판은 가시광선 영역의 빛을 모두 선편광시킬 수 있다. 또한, 색 보정을 위해 붉은색, 초록색 및 청색 외의 다른 색깔의 이색성 염료 혹은 붉은색, 초록색 및 청색 외의 다른 색을 나타내는 이색성을 갖는 구조를 포함하는 이색성 염료가 편광판 조성물에 배합될 수 있다. 붉은색, 청색, 초록색, 색보정용 이색성 염료가 사용되는 경우, 이들은 물질의 흡수파장에 따라 어떠한 비율로 배합될 수 있으며, 배합비율을 한정하는 것은 아니다.
기타 첨가제의 예로는 이로써 한정하는 것은 아니나, 이 기술분야에 일반적으로 알려져 있는 촉매, 감응제, 안정화제, 사슬전이제, 억제제, 촉진제, 표면활성성분, 윤활제, 습윤제, 분산제, 소수화제, 접착제, 유동개선제, 기포형성 방지제, 희석제, 착색제, 염료 또는 안료등을 들 수 있으며, 필요에 따라 이들 성분이 적합하게 선택되어 배합될 수 있다.
편광판 조성물은 또한, 필요에 따라 예를 들어 경화제를 1-10중량부, 더욱 바람직하게는 2-7중량부로 포함할 수 있다. 즉, 편광판 조성물을 기재 위에 코팅하여 편광판으로 형성시, 전자선을 이용하여 경화하는 경우에는 편광판 조성물에 별도의 경화제를 배합할 필요가 없으나, 코팅 후에 광경화 혹은 열경화하여 편광판 조성물을 건조시킬 필요가 있는 경우에는 편광판 조성물에 별도의 경화제를 배합한다.
경화제로는 이 기술분야에서 일반적으로 사용되는 어떠한 것이 사용될 수 있으며, 자외선을 이용한 광중합 개시제로서는, 예를 들면 할로메틸옥사디아졸 화합물 및 할로메틸-s-트리아진 화합물로부터 선택되는 최소 하나의 활성 할로겐 화합물, 3-아릴 치환 쿠마린 화합물, 벤조페논 화합물, 아세토페논 화합물 및 그 유도체, 시클로펜타디엔-벤젠-철착체 및 그 염 및 옥심계 화합물로 구성되는 그룹으로부터 선택된 일종 이상이 사용될 수 있다. 할로메틸옥사디아졸 화합물인 활성 할로겐 화합물의 예로는 2-할로메틸-5-비닐-1,3,4-옥사디아졸 화합물, 2-트리클로로메틸-5-스티릴-1,3,4-옥사디아졸, 2-트리클로로메틸-5-(p-시아노스티릴)-1,3,4-옥사디아졸, 2-트리클로로메틸-5-(p-메톡시스티릴)-1,3,4-옥사디아졸 등을 들 수 있다. 할로메틸-s-트리아진계 화합물인 활성 할로겐 화합물의 예로는 비닐-할로메틸-s-트리아진 화합물, 2-(나프토-1-일)-4,6-비스-할로메틸-s-트리아진 화합물 및 4-(p-아미노페닐)-2,6-디-할로메틸-s-트리아진 화합물 등을 들 수 있다.
광중합 개시제로서는, 시바 스페셜티 케미컬즈사제의 일가큐아시리즈(예를 들면, 일가큐아651, 일가큐아184, 일가큐아500, 일가큐아1000, 일가큐아149, 일가큐아819, 일가큐아261), 다로큐아시리즈(예를 들면 다로큐아1173), 4,4'-비스(디에틸아미노)-벤조페논, 2-(O-벤조일옥심)-1-[4-(페닐티오)페닐]-1,2-옥탄디온, 1-(O-아세틸 옥심)-1-[9-에틸-6-(2-메틸벤조일)-9H-카르바졸-3-일]에타논, 2-벤질-2-디메틸아미노-4-모르폴리노부틸로페논, 2,2-디메톡시-2-페닐아세토페논, 2-(o-클로르페닐)-4,5-디페닐이미다졸릴 2량체, 2-(o-플루오로페닐)-4,5-디페닐이미다졸릴 2량체, 2-(o-메톡시페닐)-4,5-디페닐이미다졸릴 2량체, 2-(p-메톡시페닐)-4,5-디페닐이미다졸릴 2량체, 2-(p-디메톡시페닐)-4,5-디페닐이미다졸릴 2량체, 2-(2,4-디메톡시페닐) -4,5-디페닐이미다졸릴 2량체, 2-(p-메틸메르캅토페닐)-4,5-디페닐이미다졸릴 2량체, 벤조인이소프로필에테르 등을 들 수 있다. 상기 경화제는 단독으로 또는 혼합물로 사용될 수 있다.
편광판 조성물의 코팅을 위해 적합한 용매를 선택하여 모노-아조 이색성 염료 화합물 등의 각 성분을 배합할 수 있다. 용매 및 조성물에서의 고형분 함량 등은 특별히 한정하는 것은 아니며, 본 발명의 목적에 적합하도록 이 기술분야에 일반적으로 알려져 있는 바에 따라 용이하게 선택하여 적용될 수 있다.
편광판을 형성하기 위해 편광판 조성물을 코팅하는 기재로는 유리판 혹은 플라스틱 기재가 사용될 수 있다. 플라스틱 기재로는 이로써 특히 한정하는 것은 아니지만, 아크릴수지, 폴리카보네이트 수지, 에폭시수지 또는 폴리에스테르 수지로된 것 등이 사용될 수 있다.
편광판 조성물은 방사-코팅, 블레이드 코팅, 캐스팅 코팅 또는 롤 코팅 등과 같이 이 기술분야에서 일반적으로 사용되는 박막 코팅 방법으로 기재에 도포할 수 있다. 상기 편광판 조성물은 최종 경화된 편광판의 두께가 0.1 미크론 내지 10 미크론, 바람직하게는 0.3 미크론 내지 7 미크론이 되도록 코팅하는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 편광판 조성물을 기재에 코팅한 후 경화시의 경화방법은 전자선 경화, 열경화 혹은 자외선 경화와 같은 공지의 경화방법을 이용할 수 있으나 특별히 한정되지는 않는다.
한편, 이색성 염료를 이용하여 제조된 편광판을 LCD에 사용하는 경우, 코팅된 이색성 염료의 배향성이 중요시된다. 따라서, 이색성 염료의 배향성을 개선하기 위해, 기재 자체에 배향성을 부여하거나 혹은 별도의 배향막을 형성하여 배향성을 부여한 후에, 상기 편광판 조성물을 이용한 편광판을 코팅할 수 있다.
기재에 대한 배향성은 러빙법으로 기재 표면에 요철을 형성하여 도막을 형성하고 있는 분자에 방향성을 부여하므로서 얻어질 수 있다. 또한, 기재에 아조계열의 화합물, 폴리이미드, 폴리아미드, 신남산의 에스테르, 아믹산 등으로 된 별도의 배향막을 형성하고 상기 배향막에 러빙법 혹은 광배향법으로 배향성을 부여하는 방법이 사용될 수도 있다. 비접촉식 표면 처리방법으로써 편광판에 편광된 자외선을 조사하여 도막에 이방성을 부여하는 광배향막법이 또한 이용될 수 있다.
본 발명의 모노-아조 이색성 염료 화합물을 이용하여 형성된 편광판 표면은 필요에 따라 대전방지처리, 코로나처리, 하드코팅처리, 반사방지처리, 방현처리 등으로 후처리될 수 있다.
전술한 방법에 따라 얻은 편광판은 이색비가 양호하고 내열성 및 내광성 등 고온, 고습 상태에서의 내구성이 우수하여 변색이나 편광 성능의 저하를 잘 일으키지 않으므로 자동차 대시보드, 비행기, 액정 프로젝터 등의 높은 내열성, 내구성 및 편광성이 요구되는 광학 소자에 사용될 수 있다. 이러한 편광판의 편광판의 이색비 (DO)는 19 내지 25일 수 있고, 편광판의 내열성 (Δintensity)는 6% 이하일 수 있고, 편광판의 내광성 (Δintensity)는 3% 이하일 수 있다. 상기 편광판의 이색비 (DO), 편광판의 내열성 (Δintensity) 및 편광판의 내광성 (Δintensity)는 각각 후술하는 이색비 평가, 내열성 평가 및 내광성 평가 항목에 기재된 평가방법에 따라 측정된 값을 의미한다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어져서는 안된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다.
<화합물 구조의 확인>
LC mass spectrometer 측정에 의해 화합물의 구조를 확인하였다. 계측 대상의 화합물을 THF에 용해시켜 계측하였다. 측정한 피크를 분석하여 m/z 값을 확인하는 형태로 진행하였다.
<내광성 평가>
내광성 평가는 실시예 및 비교예로 제작한 편광판을 레드렌서 후레쉬 LED LENSER P7R(9408R)을 이용하여, 1000 lm 에서 1 시간 동안 노출시킨 후에 흡광도를 측정하였다. 초기 흡광도와 노출 후 흡광도의 차이로 내광성을 평가하였다.
내광성(ΔIntensity) = [(1000 lm, 1 시간 후 흡광도)-(초기 흡광도)]*100 (%)
<내열성 평가>
내열성 평가는 실시예 및 비교예로 제작한 편광판을 80 ℃ 항온항습기에서 250 시간을 유지한 후의 흡광도와 초기 흡광도와의 차이로 평가하였다.
내열성(ΔIntensity) = [(250시간 후 흡광도)-(초기 흡광도)] *100 (%)
<이색비 평가>
이색비는 광학 현미경의 광원 측에 직선 편광자를 삽입한 상태에서 실시예 및 비교예로 제작한 편광판을 다중채널분광기를 이용하여 550-700 nm 의 파장 영역의 흡광도를 측정하고 이하의 식으로 이색비를 산출하였다.
이색비(D0)=Az0/Ay0
상기 식에 있어서, Az0 은 광흡수 편광판의 흡수축 방향의 편광에 대한 흡광도를, Ay0은 편광판의 편광 축방향의 흡광도를 나타낸다.
< 합성예 >
중간체 1-1 합성
Figure pat00005
0 ℃, 질소 분위기 하에서 디엠에프(DMF) 10ml에 포스포릴 트리클로라이드 (1.27 g, 8.3 mmol)를 천천히 적가한 후에, 1시간 동안 교반하였다. 여기에 싸이에노[2,3-d]싸이아졸-2-아민(1 g, 6.4 mmol)을 투입하고 80 ℃로 가온하여 교반함으로서 반응을 진행시켰다. 이어서, 상온으로 온도를 낮추고 물 30ml를 넣어 반응을 종결시켰다. 생성된 고체에 1N NaOH 30 ml를 투입한 다음 클로로포름 50 ml를 다시 투입하여 용해시킨 후, 물로 2회 세척 후에 유기층을 분리한 다음, 무수황산마그네슘을 넣고 교반한 후 여과하여 여액을 감압 증류하였다. 농축한 화합물을 클로로포름과 에?K아세에이트를 이용하여 실리카 컬럼을 통해 정제하여 고체 중간체 1-1(0.91g, 77%, MS: [M+H]+ = 184.0)을 제조하였다.
중간체 1-2 합성
Figure pat00006
0 ℃에서, 중간체 1-1 (1 g, 5.4 mmol)를 아세트산 3 ml, 프로피온산 7 ml에 투입한 후 30분 동안 교반하였다. 아질산나트륨 (0.39 g, 5.7 mmol)을 황산 16 ml에 녹인 후 천천히 적가한 다음 5 ℃ 이하로 유지하면서 30분 동안 교반하였다. N,N-다이에틸아닐린 (1.2 g, 8.1 mmol)을 메탄올 5 ml에 용해시켜 천천히 적가한 후 2시간 동안 교반하였다. 이때 2N 소듐아세테이트 수용액으로 pH 5-7 사이로 유지될 수 있게 적정하였다. 반응 완료 후에 혼합물을 물과 메탄올로 2회 필터링하고 세척하여 고체 중간체 1-2 (1.4 g, 75%, MS: [M+H]+ = 345.1)을 제조하였다.
합성예 1
Figure pat00007
중간체 1-2 (0.5 g, 1.5 mmol)와 이미다졸린-2,4,-디온 (0.16 g, 1.6 mmol)을 아세틱에시드 20 ml에 투입하였다. 이 혼합물에 암모늄아세테이트 (0.2 g, 2.76 mmol) 를 첨가한 후에 6시간 동안 환류시켰다. 반응 혼합물의 온도를 상온으로 낮춘 후에 소듐바이카보네이트를 이용하여 반응을 종결하였다. 클로로포름 20 ml와 물 20 ml 를 사용하여 3회 추출하였다. 황산 마그네슘으로 물을 제거하고 용매를 증발시킨 후에 클로로포름과 에?K아세에이트를 이용하여 실리카 컬럼을 통해 정제하여 화합물 1 (0.31 g, 50%, MS: [M+H]+ = 426.1)을 제조하였다.
합성예 2
Figure pat00008
이미다졸린-2,4,-디온 대신 1,3-디메틸 이미다졸린-2,4,-디온 을 사용한 것을 제외하고 합성예 1과 동일하게 진행하여 화합물 2 (0.27 g, 41%, MS: [M+H]+ = 454.1)을 제조하였다.
합성예 3
Figure pat00009
이미다졸린-2,4,-디온 대신 1,3-디에틸 이미다졸린-2,4,-디온 을 사용한 것을 제외하고 합성예 1과 동일하게 진행하여 화합물 3 (0.34 g, 49%, MS: [M+H]+ = 482.2)을 제조하였다.
합성예 4
Figure pat00010
이미다졸린-2,4,-디온 대신 1-아세틸-2-싸이옥소-이미다졸린-4-온 을 사용한 것을 제외하고 합성예 1과 동일하게 진행하여 화합물 4 (0.33 g, 47%, MS: [M+H]+ = 487.1)을 제조하였다.
합성예 5
Figure pat00011
이미다졸린-2,4,-디온 대신 바비튜릭에시드를 사용한 것을 제외하고 합성예 1과 동일하게 진행하여 화합물 5 (0.29 g, 44%, MS: [M+H]+ = 454.1)을 제조하였다.
합성예 6
Figure pat00012
이미다졸린-2,4,-디온 대신 1,3-디메틸바비튜릭에시드를 사용한 것을 제외하고 합성예 1과 동일하게 진행하여 화합물 6 (0.37 g, 53%, MS: [M+H]+ = 483.1)을 제조하였다.
합성예 7
Figure pat00013
이미다졸린-2,4,-디온 대신 1,3-디에틸-2-싸이오바비튜릭에시드를 사용한 것을 제외하고 합성예 1과 동일하게 진행하여 화합물 7 (0.34 g, 45%, MS: [M+H]+ = 526.1)을 제조하였다.
합성예 8
Figure pat00014
이미다졸린-2,4,-디온 대신 1,3-인단디온을 사용한 것을 제외하고 합성예 1과 동일하게 진행하여 화합물 8 (0.31 g, 45%, MS: [M+H]+ = 472.1)을 제조하였다.
합성예 9
Figure pat00015
N,N-다이에틸아닐린 대신 1-헥실인돌린을 사용한 것을 제외하고 중간체 1-2 합성법과 동일하게 진행하여 중간체 9-1 (1.5 g, 69%, MS: [M+H]+ = 399.0)을 제조하였다.
Figure pat00016
중간체 1-2 대신 중간체 9-1을 사용한 것을 제외하고 합성예 1과 동일하게 진행하여 화합물 9 (0.28 g, 46%, MS: [M+H]+ = 480.1)을 제조하였다.
합성예 10
Figure pat00017
이미다졸린-2,4,-디온 대신 1,3-디페닐바비튜릭에시드를 사용한 것을 제외하고 합성예 9과 동일하게 진행하여 화합물 10 (0.55 g, 66%, MS: [M+H]+ = 660.2)을 제조하였다.
합성예 11
Figure pat00018
이미다졸린-2,4,-디온 대신 1-메틸-3-페닐바비튜릭에시드를 사용한 것을 제외하고 합성예 9과 동일하게 진행하여 화합물 11 (0.42 g, 56%, MS: [M+H]+ = 598.2)을 제조하였다.
합성예 12
Figure pat00019
4-부틸아닐린(2 g, 13.4 mmol)을 염산 10 ml에 첨가하고 아질산나트륨 (1.017 g, 14.7 mmol)의 수용액 5 ml를 적하한 후에 30분간 교반시킨 후에, 설파믹 에시드 0.08 g을 넣고 추가로 30분간 교반시켰다. 싸이에노[2,3-d]싸이아졸-2-아민(0.3 g, 6.7 mmol)를 메탄올 10 ml에 녹인 후에 천천히 적하한 후 2 시간 교반시켰다. 반응이 종결된 이후 메탄올 30 ml, 물 30 ml로 세척하여 필터하여 중간체 A-1을 제조하였다. 중간체 1-1 대신 A-1을 사용한 것을 제외하고, 중간체 1-2 합성법과 동일하게 진행하여 고체 화합물 A (0.28 g, 37%, MS: [M+H]+ = 476.2)를 제조하였다.
합성예 13
Figure pat00020
2-아미노-4-클로로싸이아졸-5-카르보알데하이드(2 g, 12.3 mmol)을 황산 10 ml에 첨가하고 아질산나트륨 (1.018 g, 14.8 mmol)의 황산수용액 5 ml를 적하한 후에 30분간 교반시킨 후에, 설파믹 에시드 0.08 g을 넣고 추가로 30분간 교반시켰다. N,N-다이에틸아닐린 (1.1 g, 7.4 mmol) 을 메탄올 10 ml에 녹인 후에 천천히 적하한 후 2 시간 교반시켰다. 반응이 종결된 이후 메탄올 30 ml, 물 30 ml로 세척하여 필터하여 중간체 B-1을 제조하였다. 중간체 1-2 대신 B-1을 사용한 것을 제외하고, 합성예 2의 합성법과 동일하게 진행하여 고체 화합물 B (1.33 g, 83%, MS: [M+H]+ = 521.2)를 제조하였다.
<편광판의 제조>
제조예 1
COP(사이클로 올레핀 폴리머) 필름에 2 중량%의 배향층 형성 용액(감광성 작용기로 메톡시메이트(MPN-Ci)를 곁가지로 가지고 있는 폴리아크릴레이트 2중량%를 사이클로펜타논(CPO) 98%)에 녹여서 사용)을 1000 rpm에서 10초동안 스핀 코팅을 한 후, 80℃에서 2분 동안 건조시킨 다음, UVB 250mJ에서 경화시켰다. 아래 표 1에 기재된 성분과 함량비에 따라 합성예 1의 이색성 염료 등을 혼합한 조성물을 상온에서 사이클로펜타논에 용해시켜 고형분이 26 중량%인 편광판 조성물 용액을 제조하였다. 반응성 액정 자체에 경화제 5 중량%가 포함되어 있으므로, 조성물에는 별도의 경화제를 첨가하지 않았다.
편광판 조성물 함량 (중량부)
경화성 액정 RSD-1 (중국 Sundia 사) 75
RSM-1 (LG화학 사) 25
이색성 염료 합성예 1 2.0
PI Irgacure 369 (Ciba Speciality Chemicals 사) 2.0
Surf. BYK-358N (BYK 사) 1.0
용제 사이클로펜타논
상기 편광판 조성물을 광 배향 처리된 배향층의 상부에 1000rpm으로 30초동안 스핀코팅시켰다. 이후, 스핀코팅된 편광막 형성 조성물을 120 ℃에서 2분 동안 건조시켰다. 액정 및 염료 성분들의 광가교 결합을 위해, 코팅층을 N2 가스 하에서 UVB램프에 250mJ 로 경화시켰다. 경화된 편광판 막의 두께는 0.9㎛였다.
제조예 2
합성예 1의 화합물 1 대신 합성예 2에서 합성한 화합물 2를 이용한 이외에는 제조예 1과 같은 방법으로 편광판 막을 제작했다.
제조예 3
합성예 1의 화합물 1 대신 합성예 3에서 합성한 화합물 3을 이용한 이외에는 제조예 1과 같은 방법으로 편광판 막을 제작했다.
제조예 4
합성예 1의 화합물 1 대신 합성예 4에서 합성한 화합물 4를 이용한 이외에는 제조예 1과 같은 방법으로 편광판 막을 제작했다.
제조예 5
합성예 1의 화합물 1 대신 합성예 5에서 합성한 화합물 5를 이용한 이외에는 제조예 1과 같은 방법으로 편광판 막을 제작했다.
제조예 6
합성예 1의 화합물 1 대신 합성예 6에서 합성한 화합물 6을 이용한 이외에는 제조예 1과 같은 방법으로 편광판 막을 제작했다.
제조예 7
합성예 1의 화합물 1 대신 합성예 7에서 합성한 화합물 7을 이용한 이외에는 제조예 1과 같은 방법으로 편광판 막을 제작했다.
제조예 8
합성예 1의 화합물 1 대신 합성예 8에서 합성한 화합물 8을 이용한 이외에는 제조예 1과 같은 방법으로 편광판 막을 제작했다.
제조예 9
합성예 1의 화합물 1 대신 합성예 9에서 합성한 화합물 9를 이용한 이외에는 제조예 1과 같은 방법으로 편광판 막을 제작했다.
제조예 10
합성예 1의 화합물 1 대신 합성예 10에서 합성한 화합물 10을 이용한 이외에는 제조예 1과 같은 방법으로 편광판 막을 제작했다.
제조예 11
합성예 1의 화합물 1 대신 합성예 11에서 합성한 화합물 11을 이용한 이외에는 제조예 1과 같은 방법으로 편광판 막을 제작했다.
비교예 1
합성예 1의 화합물 1 대신 합성예 12에서 합성한 화합물 A를 이용한 이외에는 제조예 1과 같은 방법으로 편광판 막을 제작했다.
비교예 2
합성예 1의 화합물 1 대신 합성예 13에서 합성한 화합물 B를 이용한 이외에는 제조예 1과 같은 방법으로 편광판 막을 제작했다.
상기 제조된 편광판에 대하여, 이색비, 내열성 및 내광성을 평가하여 하기 표 2에 나타내었다.
이색비 내열성 내광성
제조예 1 21.10 4.6% 2.2%
제조예 2 23.08 2.9% 1.9%
제조예 3 22.12 3.1% 2.7%
제조예 4 19.89 5% 2.4%
제조예 5 24.50 2.8% 1.9%
제조예 6 19.99 4.8% 2.6%
제조예 7 20.09 4.8% 2.7%
제조예 8 22.18 3.1% 2.1%
제조예 9 23.44 2.7% 2.8%
제조예 10 20.19 3.8% 2.7%
제조예 11 20.11 3.6% 2.8%
비교예 1 19.73 5% 3%
비교예 2 5.3 29.8% 24.1%
표 2로부터, 본 발명에 따른 제조예들의 편광판은 비교예보다 이색비, 내열성, 내광성 측면에서 양호함을 확인할 수 있다.

Claims (15)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 모노-아조 이색성 염료 화합물:
    <화학식 1>
    Figure pat00021

    상기 화학식 1에서,
    R1 및 R2는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 아릴기, 치환 또는 비치환된 헤테로 아릴기 및 치환 또는 비치환된 알킬기로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 탄소수가 1 내지 20인 기; NR4OH; NHR5; NR6; OR7; COOR8; OCOR9; SR10; 할로겐기; OH; CN; COOH; PO3; SO3; 및 NO2로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 기로서, R4 내지 R10은 탄소수는 1 내지 20이고 서로 독립적으로, 각각 수소 원자, 알콕시기 및 알콕시알킬기로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나; 할로겐 원자 또는 할로겐 원자를 포함하는 알킬기 중 어느 하나; 및 알콕시기, 알콕시알킬기 및 할로겐 및 알킬기로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상으로 치환 또는 비치환된, 헤테로 고리기 또는 아릴기 중 어느 하나;로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나이고,
    X1 및 X2는 각각 독립적으로 N, S, O 및 C로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나이고,
    Y1 및 Y2는 각각 독립적으로 C, S, O 및 N으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나이고,
    R3는 탄소수가 1 내지 20인 치환 또는 비치환된 헤테로 고리기이다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 R1 및 R2는 각각 독립적으로 CN; OH; NHR5; NR6; OR7; 및 COOR8;로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 모노-아조 이색성 염료 화합물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 R1 및 R2는 각각 독립적으로 NHR5; NR6; OR7; 및 COOR8;로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 모노-아조 이색성 염료 화합물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 R1은 NR6; 또는 OR7;이고, R2는 OR7; 또는 COOR8인 것을 특징으로 하는 모노-아조 이색성 염료 화합물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 X1 및 X2는 각각 독립적으로 N 또는 C 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 모노-아조 이색성 염료 화합물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 Y1 및 Y2는 각각 독립적으로 S 또는 O 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 모노-아조 이색성 염료 화합물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 R3는 알킬기, 아릴알킬기, 아릴기, 할로겐기, 알콕시기, 알콕시알킬기, 알콕시아릴기, 니트로기, 시아노기, 카르복실기 및 아미드기로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상으로 치환 또는 비치환된, 바비튜릭 에시드; 히단토인; 3-싸이오히단토인; 1,3-인단디온; 및 디하이드로우라실로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 모노-아조 이색성 염료 화합물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 R3는 알킬기, 아릴알킬기 및 아릴기로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 이상으로 치환 또는 비치환된, 바비튜릭 에시드; 히단토인; 및 3-싸이오히단토인으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 모노-아조 이색성 염료 화합물.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 모노-아조 이색성 염료 화합물은 하기 식으로 표시되는 화합물 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 모노-아조 이색성 염료 화합물:
    Figure pat00022

    Figure pat00023
  10. 액정 화합물과 이색성 염료 화합물을 포함하는 편광판 조성물에 있어서,
    상기 이색성 염료 화합물은 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 모노-아조 이색성 염료 화합물인 것을 특징으로 하는 편광판 조성물.
  11. 제10항의 편광판 조성물이 경화되어 형성된 편광판.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 편광판의 이색비 (DO)는 19 내지 25인 것을 특징으로 하는 편광판.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 편광판의 내열성 (Δintensity)는 6% 이하인 것을 특징으로 하는 편광판.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 편광판의 내광성 (Δintensity)는 3% 이하인 것을 특징으로 하는 편광판.
  15. 제11항의 편광판을 구비한 광학 소자.
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