WO2020149574A1 - 액정 배향제 조성물, 이를 이용한 액정 배향막의 제조 방법, 이를 이용한 액정 배향막 및 액정표시소자 - Google Patents

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crystal aligning
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구기철
박훈서
조정호
권순호
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    • G02F1/133788—Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers by treatment of the surface, e.g. embossing, rubbing or light irradiation by light irradiation, e.g. linearly polarised light photo-polymerisation

Definitions

  • the present invention has excellent film strength, excellent liquid crystal alignment, durability and electrical properties, and a liquid crystal aligning agent composition having excellent shielding power through high film density, a method of manufacturing a liquid crystal alignment film using the same, a liquid crystal alignment film and liquid crystal using the same It relates to a display element.
  • a liquid crystal alignment film plays a role of aligning a liquid crystal in a constant direction.
  • the liquid crystal alignment layer acts as a director in the arrangement of the liquid crystal molecules, so that the liquid crystal is moved by an electric field to form an image, so that an appropriate orientation is obtained.
  • it is essential to uniformly align the liquid crystal.
  • a rubbing method is used in which a polymer film such as polyimide is applied to a substrate such as glass, and this surface is rubbed in a certain direction using fibers such as nylon or polyester.
  • the rubbing method may cause fine dust or electrostatic discharge (ESD) when the fiber and the polymer film are rubbed, which may cause serious problems in manufacturing a liquid crystal panel.
  • polyimide is mainly used for good overall performance of the liquid crystal alignment film.
  • a polyimide is formed through a heat treatment process at a temperature of 200°C to 230°C, and light irradiation is performed thereon to perform orientation treatment.
  • the liquid crystal aligning agent may affect not only the basic characteristics of liquid crystal orientation, but also electrical characteristics such as afterimages and voltage retention caused by DC/AC voltage. Was discovered.
  • the present invention is to provide a liquid crystal aligning agent composition having excellent film strength, excellent liquid crystal alignment, durability and electrical properties, and excellent shielding power through high film density.
  • the present invention is to provide a method for producing a liquid crystal alignment film using the liquid crystal aligning agent composition.
  • the present specification is to provide a liquid crystal alignment film using the liquid crystal aligning agent composition and a liquid crystal display device including the same.
  • the first repeating unit including at least one selected from the group consisting of a repeating unit represented by the following formula (1), a repeating unit represented by the following formula (2) and a repeating unit represented by the following formula (3) and represented by the following formula (4)
  • a copolymer for a liquid crystal aligning agent including a second repeating unit including at least one selected from the group consisting of a repeating unit, a repeating unit represented by the following formula (5), and a repeating unit represented by the following formula (6); And it provides a liquid crystal aligning agent composition comprising a crosslinking agent compound represented by the formula (11).
  • R 1 and R 2 are each independently an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, the rest is hydrogen, at least one of R 3 and R 4 is an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and the rest is hydrogen.
  • X 1 to X 6 are each independently a tetravalent organic group represented by the following formula (7),
  • R 7 to R 12 are each independently hydrogen or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms
  • L 1 is a single bond, -O-, -CO-, -COO-, -S-, -SO-, -SO 2 -, -CR 13 R 14 -, -(CH 2 ) Z -, -O(CH 2 ) Z O-, -COO(CH 2 ) Z OCO-, -CONH-, or phenylene
  • R 13 and R 14 in L 1 are each independently hydrogen, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms or a haloalkyl group having 1 to 10 carbon atoms
  • z in L 1 is an integer of 1 to 10
  • Y 1 To Y 3 are each independently a divalent organic group represented by the formula (8),
  • At least one of Q 1 to Q 8 is nitrogen, the rest is carbon, and at least one of L 2 and L 4 is one of -CON(R 15 )-, -N(R 16 )CO- And the rest are direct bonds, L 3 is a direct bond or a divalent functional group, R 15 to R 16 are each independently an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms or hydrogen, n is an integer of 1 or more,
  • Y 4 to Y 6 are each independently a divalent organic group different from the divalent organic group represented by Formula 8,
  • a 1 is a monovalent to tetravalent functional group
  • j is an integer from 1 to 4
  • L 5 and L 6 is the same as or different from each other, and each independently is an alkylene group having 1 to 10 carbon atoms or an arylene group having 6 to 20 carbon atoms
  • R 17 and R 18 is a silicon-containing monovalent functional group each independently.
  • forming a coating film by applying the liquid crystal aligning agent composition to a substrate; Drying the coating film; Irradiating light to the coating film immediately after the drying step to perform alignment treatment; And a step of heat-treating and curing the alignment-treated coating film.
  • a method of manufacturing a liquid crystal alignment film is provided.
  • liquid crystal alignment film including an alignment hardened product of the liquid crystal aligning agent composition and a liquid crystal display device including the same are provided.
  • liquid crystal aligning agent composition according to a specific embodiment of the present invention, a method of manufacturing a liquid crystal aligning film using the same, and a liquid crystal aligning film and a liquid crystal display device using the same will be described in more detail.
  • substitution means that other functional groups are bonded in place of the hydrogen atom in the compound, and the position to be substituted is not limited to a position where the hydrogen atom is substituted, that is, a position where the substituent is substitutable, and is substituted by two or more. , 2 or more substituents may be the same or different from each other.
  • substituted or unsubstituted in this specification is deuterium; Halogen group; Cyano group; Nitro group; Hydroxy group; Carbonyl group; Ester groups; Imide group; Amide group; Amino group; Carboxy group; Sulfonic acid group; Sulfonamide groups; Phosphine oxide group; Alkoxy groups; Aryloxy group; Alkyl thioxy group; Arylthioxy group; Alkyl sulfoxy group; Aryl sulfoxyl group; Silyl group; Boron group; Alkyl groups; Cycloalkyl group; Alkenyl group; Aryl group; Aralkyl group; An alkenyl group; Alkyl aryl groups; Arylphosphine group; Or substituted or unsubstituted with one or more substituents selected from the group consisting of heterocyclic groups containing one or more of N, O and S atoms, or substituted or unsubstituted with two or more substituents among the group consisting of heterocyclic
  • the alkyl group may be linear or branched, and the number of carbon atoms is not particularly limited, but is preferably 1 to 10. According to another exemplary embodiment, the alkyl group has 1 to 6 carbon atoms.
  • Specific examples of the alkyl group are methyl, ethyl, propyl, n-propyl, isopropyl, butyl, n-butyl, isobutyl, tert-butyl, sec-butyl, 1-methyl-butyl, 1-ethyl-butyl, pentyl, n -Pentyl, isopentyl, neopentyl, tert-pentyl, hexyl, n-hexyl, 1-methylpentyl, 2-methylpentyl, 4-methyl-2-pentyl, 3,3-dimethylbutyl, 2-ethylbutyl, heptyl , n-heptyl, 1-methylhexyl,
  • the halo alkyl group means a functional group in which the halogen group is substituted with the aforementioned alkyl group, and examples of the halogen group include fluorine, chlorine, bromine or iodine.
  • the haloalkyl group may be substituted or unsubstituted.
  • an aryl group is a monovalent functional group derived from arene, and may be, for example, monocyclic or polycyclic.
  • the monocyclic aryl group may be a phenyl group, a biphenyl group, a terphenyl group, a stilbenyl group, but is not limited thereto.
  • the polycyclic aryl group may be a naphthyl group, anthryl group, phenanthryl group, pyrenyl group, perillynyl group, chrysenyl group, fluorenyl group, and the like, but is not limited thereto.
  • the aryl group may be substituted or unsubstituted.
  • Halogen may be fluorine (F), chlorine (Cl), bromine (Br) or iodine (I).
  • the alkylene group is a divalent functional group derived from alkane, and the number of carbon atoms is 1 to 20, or 1 to 10, or 1 to 5.
  • the number of carbon atoms is 1 to 20, or 1 to 10, or 1 to 5.
  • methylene group, ethylene group, propylene group, isobutylene group, sec-butylene group, tert-butylene group, pentylene group, hexylene group and the like can be used.
  • Each of the one or more hydrogen atoms contained in the alkylene group may be substituted with a substituent similar to that of the alkyl group.
  • the heteroalkylene group is an alkylene group containing oxygen (O), nitrogen (N) or sulfur (S) as a heteroatom, and has 1 to 10 carbon atoms or 1 to 5 carbon atoms.
  • it may be oxy alkylene.
  • One or more hydrogen atoms contained in the heteroalkylene group may be substituted with substituents similar to those of the alkyl group.
  • the cycloalkylene group is a divalent functional group derived from cycloalkane, and has 3 to 20 carbon atoms or 3 to 10 carbon atoms.
  • the cycloalkylene group may be substituted or unsubstituted.
  • the arylene group is a divalent functional group derived from arene, and may be monocyclic or polycyclic, and has 6 to 20 carbon atoms or 6 to 10 carbon atoms.
  • a phenylene group, a biphenylene group, a terphenylene group, a stilbenylene group, a naphthylenyl group, and the like but are not limited thereto.
  • Each of the at least one hydrogen atom contained in the arylene group may be substituted with a substituent similar to that of the alkyl group.
  • the heteroarylene group has 2 to 20 carbon atoms, or 2 to 10 carbon atoms, or 6 to 20 carbon atoms.
  • an heteroarylene-containing arylene group containing O, N, or S one or more hydrogen atoms contained in the heteroarylene group can be substituted with the same substituents as the alkyl group.
  • the copolymer means a composite polymer containing two or more repeating units.
  • the copolymer is used in a sense including all of random copolymers, block copolymers, graft copolymers, and the like.
  • the weight average molecular weight means the weight average molecular weight of polystyrene conversion measured by GPC method.
  • detectors and analytical columns such as a commonly known analytical device and a differential index detector, can be used, and the temperature is usually applied.
  • Conditions, solvents and flow rates can be applied.
  • the evaluation temperature is 40°C, dimethylformamide (DMF) and tetrahydrofuran (THF).
  • the flow rate was 1mL/min
  • the sample was prepared at a concentration of 10mg/10mL, then supplied in an amount of 200 ⁇ L, and the assay formed using a polystyrene standard
  • the value of Mw can be obtained using the curve.
  • the molecular weight of the standard polystyrene was 1,000 / 5,000 / 10,000 / 30,000 / 100,000.
  • a multivalent functional group is a residue in which a plurality of hydrogen atoms bound to an arbitrary compound are removed, for example, a divalent functional group, a trivalent functional group, and a tetravalent functional group.
  • a tetravalent functional group derived from cyclobutane refers to a residue in which any 4 hydrogen atoms attached to cyclobutane are removed.
  • a direct bond or a single bond means that there is no atom or atomic group at the corresponding position, and is connected by a bond line. Specifically, it means that a separate atom is not present in a portion represented by L 1 and L 2 in the chemical formula.
  • the liquid crystal aligning agent composition according to the present invention is characterized in that it comprises a copolymer for a liquid crystal aligning agent containing a repeating unit derived from a diamine having a specific structure containing an amide bond or the like.
  • the present invention including a copolymer for a liquid crystal aligning agent containing a repeating unit derived from a diamine having a specific structure containing an amide bond, etc., it has excellent liquid crystal alignment, can have a high voltage retention even at high temperatures and low frequencies, and has a contrast ratio. It is possible to improve the deterioration or afterimage phenomenon, and suppress the charge accumulation due to voltage asymmetry during AC driving and discharge the accumulated phone quickly to improve the electrical performance and improve the shielding power as the film density increases. Check through and completed the invention.
  • the copolymer for a liquid crystal aligning agent containing a repeating unit derived from a diamine having a specific structure containing an amide bond or the like, as two aromatic ring compounds have a chemical structural characteristic of binding through a functional group containing an amide bond.
  • As a reason for forming hydrogen bonds between repeating units it is possible to realize excellent shielding power as the film density is improved.
  • the crosslinking agent compound added together with the copolymer for liquid crystal aligning agent is represented by Chemical Formula 11, and the terminal of the crosslinkable functional group hydroxy group (-OH) is R 17 and When substituted with a specific functional group of R 18 , the alignment stability and alignment characteristics of the liquid crystal alignment layer prepared from the liquid crystal aligning agent composition were improved, and excellent dispersibility was realized through experiments and the invention was completed.
  • R 17 introduced at the end of the crosslinkable functional group of the crosslinker compound, and
  • the functional group of R 18 can suppress the crosslinking reaction by the crosslinkable functional group in the liquid crystal alignment agent composition, thereby minimizing the formation of unnecessary crosslinking structures, thereby improving the stability and reliability of the composition, and by heat treatment during drying or firing of the liquid crystal alignment layer.
  • the desorption is removed at a temperature of about 80° C. or higher, the hydroxy group at the end of the crosslinkable functional group is recovered, and a smooth crosslinking reaction can be performed to improve the mechanical properties of the alignment layer.
  • the structure of the crosslinker compound represented by Formula 11 is maintained, so that the crosslinking reaction between the polyimide or the precursor polymer thereof and the crosslinker compound represented by Formula 11 can be suppressed.
  • R 17 in the crosslinker compound represented by Formula 11 and As the functional group of R 18 is replaced with a hydrogen atom a crosslinking reaction between the polyimide or a precursor polymer thereof and the crosslinking agent compound represented by Chemical Formula 13 may proceed.
  • the liquid crystal aligning agent composition of the above embodiment can sufficiently improve the dispersibility of the crosslinking agent compound and the polyimide or precursor polymer thereof by inhibiting the crosslinking reactivity of the crosslinking agent compound added in the composition, and the liquid crystal aligning film to other embodiments described below.
  • the crosslinking reaction between the crosslinking agent compound and the polyimide or precursor polymer in the composition improves the strength of the alignment layer, and it is possible to realize excellent alignment characteristics and electrical characteristics in the final produced liquid crystal alignment cell.
  • the first repeating unit and the formula including at least one selected from the group consisting of the repeating unit represented by Formula 1, the repeating unit represented by Formula 2 and the repeating unit represented by Formula 3
  • a copolymer for a liquid crystal aligning agent including a second repeating unit including at least one selected from the group consisting of a repeating unit represented by 4, a repeating unit represented by Formula 5 and a repeating unit represented by Formula 6;
  • a liquid crystal aligning agent composition comprising a crosslinking agent compound represented by the formula (11).
  • the first repeating unit is a repeating unit represented by Formula 1, a repeating unit represented by Formula 2, one of repeating units represented by Formula 3, or a mixture of two of them, or these 3 Mixtures of all species.
  • the second repeating unit is a repeating unit represented by the formula (4), a repeating unit represented by the formula (5), one of the repeating units represented by the formula (6), or a mixture of two of them, or these three kinds It may include a mixture of all.
  • X 1 to X 6 may each independently represent a tetravalent organic group represented by Chemical Formula 7. That is, X 1 to X 3 may be a functional group derived from tetracarboxylic acid anhydride in a first repeating unit comprising a combination of a diamine containing a heteroaromatic ring and tetracarboxylic acid anhydride, and X 4 to X 6 May be a functional group derived from tetracarboxylic acid anhydride in a second repeating unit comprising a combination of diamine and tetracarboxylic acid anhydride containing two or more aromatic rings. More specifically, the X 1 to X 6 may be a functional group derived from a polyamic acid, polyamic acid ester, or tetracarboxylic dianhydride compound used in the synthesis of polyimide.
  • R 7 to R 12 are each independently hydrogen or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms
  • L 1 is a single bond, -O-, -CO-, -COO-, -S-, -SO-, -SO 2 -, -CR 13 R 14 -, -(CH 2 ) Z -, -O(CH 2 ) Z O-, -COO(CH 2 ) Z OCO-, -CONH-, or phenylene
  • R 13 and R 14 in L 1 are each independently hydrogen, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms or a haloalkyl group having 1 to 10 carbon atoms
  • z in L 1 is an integer of 1 to 10.
  • X 1 to X 6 are each independently an organic group represented by the following Chemical Formula 7-1 derived from cyclobutane-1,2,3,4-tetracarboxylic dianhydride, 1,3-dimethylcyclobutane- Tetrahydro-[3,3'-bifuran]-2,2',5,5'-tetraone, an organic group represented by the following formula 7-2 derived from 1,2,3,4-tetracarboxylic dihydrate
  • the organic group of the following formula 7-3 derived from, the organic group of the following formula 7-4 derived from the 1,2,4,5-cyclohexanetetracarboxylic acid anhydride, the following formula 7- derived from the pyromellitic acid dihydrate It may be an organic group of formula (7-6) derived from an organic group of 5, or 3,3',4,4'-biphenyltetracarboxylic acid dihydride.
  • the first repeating unit included in the polymer for the liquid crystal aligning agent in the liquid crystal aligning agent composition according to the embodiment is Y 1 to Y 3 in the repeating units of Formulas 1 to 3, each independently represented by Formula 8 It may be a pseudo organic group.
  • the first repeating unit may include a combination of a diamine containing a heteroaromatic ring and tetracarboxylic acid dianhydride
  • Y 1 to Y 3 are a combination of a diamine containing a heteroaromatic ring and tetracarboxylic acid anhydride. It may be a functional group derived from diamine containing a heteroaromatic ring in the first repeating unit containing water.
  • the diamine containing the heteroaromatic ring means a diamine containing a heteroarylene group.
  • the heteroarylene group means an arylene group containing O, N or S as a heteroatom.
  • the diamine containing the heteroaromatic ring may be a diamine containing an arylene group containing N as a heteroatom. More specifically, the diamine containing the heteroaromatic ring may include an arylene group derived from pyridine.
  • the diamine containing the heteroaromatic ring is not particularly limited, but may be, for example, a diamine represented by the following Chemical Formula 8'.
  • At least one of Q 1 to Q 8 is nitrogen, the rest is carbon, and at least one of L 2 and L 4 is one of -CON(R 15 )-, -N(R 16 )CO- And the rest are direct bonds, L 3 is a direct bond or a divalent functional group, R 15 to R 16 are each independently an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms or hydrogen, and n is an integer of 1 or more.
  • the diamine represented by Chemical Formula 8' may be a diamine represented by the following Chemical Formulas 8'-1 to 8'-2.
  • At least one of L 2 and L 4 is one of -CON(R 15 )-, -N(R 16 )CO-, and the other is a direct bond
  • L 3 is a direct bond or a divalent functional group
  • R 15 to R 16 are each independently an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms or hydrogen
  • n may be an integer of 1 or more.
  • diamine represented by Chemical Formula 8' may be a diamine represented by Chemical Formula 8'-a to Chemical Formula 8'-c.
  • the tetracarboxylic acid dianhydride may be represented by the following Chemical Formula 7'.
  • X may be a tetravalent functional group represented by Chemical Formula 7.
  • tetracarboxylic acid dianhydride is not particularly limited, for example, 1,3-dimethylcyclobutane-1,2,3,4-tetracarboxylic dianhydride represented by Chemical Formula 7'-1 or the following Chemical Formula It may be a pyromellitic acid di-anhydride represented by 7'-2.
  • the combination of the diamine containing the heteroaromatic ring and tetracarboxylic acid dianhydride is a compound in which the nitrogen atom of the amino group contained in the diamine containing the heteroaromatic ring and the carbon atom of the carbonyl group contained in the tetracarboxylic acid dianhydride are combined.
  • the orientation or afterimage characteristics as a liquid crystal alignment agent satisfies at least the same level, while the voltage retention is improved and the DC charging rate is fast, and the residual DC It is possible to implement excellent electrical properties such as lowering the content of.
  • the liquid crystal aligning agent composition when the functional group mediating the bond between the two aromatic ring compounds includes an amide functional group, contains a copolymer for a liquid crystal aligning agent including a first repeating unit, During the application, drying, alignment, and firing processes of the liquid crystal aligning agent composition, the amide functional group is maintained without being decomposed or deformed even by high temperature heat treatment, so that the above-described electrical property-related effects can be stably implemented in the alignment film and the alignment cell. have.
  • the functional group represented by Chemical Formula 8 has a chemical structural characteristic in which two aromatic ring compounds are mediated through a functional group including an amide bond, as a reason for forming hydrogen bonds between repeating units, as the film density improves Excellent shielding power can be achieved.
  • L 3 is a direct bond, -O-, -S-, -N(R 21 )-, -COO-, -CO(R 22 )-, -R 23 O-, -C( CF 3 ) 2 -, -O(R 24 )O-, an alkylene group having 1 to 20 carbon atoms, a halo alkylene group having 1 to 20 carbon atoms, a cycloalkylene group having 1 to 20 carbon atoms, or an arylene group having 1 to 30 carbon atoms
  • R 21 is an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms or hydrogen
  • R 22 to R 24 may each independently be a direct bond, an alkylene group having 1 to 20 carbon atoms, or a halo alkylene group having 1 to 20 carbon atoms.
  • At least one of Q 1 to Q 4 may be nitrogen and the rest may be carbon. More preferably, at least one of Q 2 and Q 4 in Formula 8 is nitrogen, the rest is carbon, and Q 1 and Q 3 may be carbon.
  • At least one of Q 5 to Q 8 is nitrogen, and the other may be carbon. More preferably, in Chemical Formula 8, at least one of Q 5 and Q 7 is nitrogen, the rest is carbon, and Q 6 and Q 8 may be carbon.
  • L 2 is -N(R 16 )CO-
  • L 4 is -CON(R 15 )- or a direct bond
  • L 3 is a direct bond
  • one of R 15 to R 16 are each independently an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms or hydrogen
  • n is 1 Can be
  • the formula (8) may include one of the functional groups represented by the following formulas 8-1 to 8-2.
  • At least one of L 2 and L 4 is one of -CON(R 15 )-, -N(R 16 )CO-, and the other is a direct bond
  • L 3 is a direct bond or a divalent functional group
  • R 15 to R 16 are each independently an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms or hydrogen
  • n may be an integer of 1 or more.
  • formula 8 may include functional groups represented by the following formulas 8-a to 8-c.
  • Y 4 to Y 6 are each independently arylene having 6 to 30 carbon atoms.
  • an imide-based aromatic divalent organic group containing an arylene group having 6 to 30 carbon atoms and an imide group may be included.
  • the second repeating unit is a combination of a diamine containing an arylene group having 6 to 30 carbon atoms and a tetracarboxylic acid dianhydride or a diamine containing an imide-based aromatic divalent organic group containing an imide group and a tetracarboxylic acid dianhydride. It may contain water.
  • the diamine containing an arylene group having 6 to 30 carbon atoms means a diamine containing an arylene group, and specifically, the arylene group may mean an aromatic divalent functional group that does not contain heteroatoms such as O, S, and N. have.
  • the diamine containing an arylene group having 6 to 30 carbon atoms is not particularly limited, but may be, for example, a diamine represented by the following Chemical Formula 10'.
  • R 19 and R 20 are each independently hydrogen, halogen, cyano, nitryl, alkyl having 1 to 10 carbons, alkenyl having 1 to 10 carbons, alkoxy having 1 to 10 carbons, or 1 to 10 carbons Fluoroalkyl of 10, or fluoroalkoxy having 1 to 10 carbon atoms, p and q are each independently an integer of 0 to 4, and A is a single bond, -O-, -CO-, -S-, -SO 2 -, -C(CH 3 ) 2 -, -C(CF 3 ) 2 -, -CONH-, -COO-, -(CH 2 ) y -, -O(CH 2 ) y O-, -O( CH 2 ) y -, -NH-, -NH(CH 2 ) y -NH-, -NH(CH 2 ) y O-, -OCH 2 -C(CH 3 )
  • the example of the diamine represented by Chemical Formula 10' is not particularly limited, but may be, for example, a diamine represented by Chemical Formula 10'-1 or Chemical Formula 10'-2.
  • D is CH 2 .
  • the tetracarboxylic acid dianhydride may be represented by the following Chemical Formula 7'.
  • X may be a tetravalent functional group represented by Chemical Formula 7.
  • tetracarboxylic acid dianhydride is not particularly limited, for example, 1,3-dimethylcyclobutane-1,2,3,4-tetracarboxylic dianhydride represented by Chemical Formula 7'-1 or the following Chemical Formula It may be a pyromellitic acid di-anhydride represented by 7'-2.
  • the combination of the diamine containing the aromatic ring and tetracarboxylic acid dianhydride is a compound in which the nitrogen atom of the amino group contained in the diamine containing the heteroaromatic ring and the carbon atom of the carbonyl group contained in the tetracarboxylic acid dianhydride are combined.
  • the Y 4 to Y 6 may be an aromatic divalent organic group containing an arylene group having 6 to 30 carbon atoms.
  • Y 4 to Y 6 may be a divalent organic group represented by the following Chemical Formula 10.
  • R 19 and R 20 are each independently hydrogen, halogen, cyano, nitryl, alkyl having 1 to 10 carbons, alkenyl having 1 to 10 carbons, alkoxy having 1 to 10 carbons, or 1 to 10 carbons Fluoroalkyl of, or fluoroalkoxy having 1 to 10 carbon atoms, p and q are each independently an integer of 0 to 4,
  • A is a single bond, -O-, -CO-, -S-, -SO 2 -, -C(CH 3 ) 2 -, -C(CF 3 ) 2 -, -CONH-, -COO-, -(CH 2 ) y -, -O(CH 2 ) y O-, -O(CH 2 ) y -, -NH-, -NH(CH 2 ) y -NH-, -NH(CH 2 ) y O-, -OCH 2 -C(CH 3 ) 2 -
  • hydrogen may be bonded to carbon not substituted with R 19 or R 20 , and p and q are each independently an integer of 0 to 4, or 1 to 4, or 2 to 4, and p or q.
  • R is an integer of 2 to 4
  • a plurality of R 19 or R 20 may be the same or different substituents.
  • k and m are each independently 0 to 3, preferably 0 to 1, and r may be an integer of 0 to 3, or 1 to 3.
  • the formula 10 may be a functional group represented by the following formula 10-1 or formula 10-2.
  • D is CH 2 .
  • the second repeating unit may include a combination of a diamine containing an imide group-containing aromatic divalent organic group and a tetracarboxylic acid dianhydride.
  • the diamine containing the imide aromatic divalent organic group is not particularly limited, but may be, for example, a diamine represented by the following Chemical Formula 9'.
  • T is a tetravalent organic group represented by the formula (8)
  • D 1 and D 2 are each independently an alkylene group having 1 to 20 carbon atoms, a heteroalkylene group having 1 to 10 carbon atoms, 3 to 20 carbon atoms It is any one selected from a cycloalkylene group, an arylene group having 6 to 20 carbon atoms or a heteroarylene group having 2 to 20 carbon atoms.
  • T may be a functional group represented by the following Chemical Formula 7-1 or a functional group represented by the following 7-2.
  • the example of the diamine represented by Chemical Formula 9' is not particularly limited, but may be, for example, a diamine represented by Chemical Formula 9'-1 or Chemical Formula 9'-2.
  • the Y 4 to Y 6 may be an imide-based aromatic divalent organic group.
  • Y 4 to Y 6 may be a divalent organic group represented by the following formula (9).
  • T is a tetravalent organic group represented by Chemical Formula 8
  • D 1 and D 2 are each independently an alkylene group having 1 to 20 carbon atoms, a heteroalkylene group having 1 to 10 carbon atoms, or 3 to 20 carbon atoms.
  • the anisotropy is directly irradiated with light without a high temperature heat treatment process after forming the coating film. Since the alignment layer can be completed by generating and subsequently performing heat treatment, not only the light irradiation energy can be greatly reduced, but also the orientation and stability are excellent, and the voltage is maintained even with a simple process including one heat treatment process. A liquid crystal alignment film excellent in preservation rate and electrical characteristics can also be produced.
  • T may be a functional group represented by the following Chemical Formula 7-1 or a functional group represented by the following 7-2.
  • the example of the organic group represented by Chemical Formula 9 is not particularly limited, but may be, for example, a functional group represented by Chemical Formula 9-1 or Chemical Formula 9-2.
  • repeating units represented by Chemical Formulas 4, 5, and 6, which are the second repeating units 5 mol% to 74 mol%, or 10 mol% to 60 mol, of the repeating units represented by Formula 4 with respect to all repeating units %.
  • the polymer for the liquid crystal aligning agent included in the liquid crystal aligning agent composition contains a certain amount of the imide repeating unit already imidized. Therefore, a high-temperature heat treatment process is omitted, and a liquid crystal alignment film having excellent alignment and stability can be manufactured even when light is directly irradiated.
  • repeating unit represented by Chemical Formula 4 is included less than the content range, it may not exhibit sufficient orientation characteristics, orientation stability may be deteriorated, and if the content of the repeating unit represented by Chemical Formula 4 exceeds the above range, coating is stable Difficult to produce an alignment solution may appear. Accordingly, it is preferable to include the repeating unit represented by Chemical Formula 4 in the above-described content range, because it is possible to provide a polymer for a liquid crystal aligning agent having excellent storage stability, electrical properties, alignment properties, and alignment stability.
  • repeating unit represented by the formula (5) or the repeating unit represented by the formula (6) may be included in an appropriate amount depending on the desired properties.
  • the repeating unit represented by Chemical Formula 5 may include 1 mol% to 60 mol%, preferably 5 mol% to 50 mol% with respect to the repeating units represented by Chemical Formulas 4 to 6.
  • the repeating unit represented by Chemical Formula 5 has a low rate of conversion to imide during a high temperature heat treatment process after light irradiation, and thus, when it exceeds the above range, a region interacting with a liquid crystal may be lowered, resulting in relatively low orientation. Therefore, the repeating unit represented by Chemical Formula 5 may provide a polymer for a liquid crystal aligning agent capable of realizing a high imidation rate while having excellent process characteristics within the above-described range.
  • the repeating unit represented by the formula (6) may be included 0 mol% to 95 mol%, preferably 10 mol% to 80 mol% with respect to the repeating units represented by the formulas 4 to 6. It is possible to provide a polymer for a liquid crystal aligning agent that exhibits excellent coating properties within such a range and has excellent process characteristics and can realize a high imidation rate.
  • the first repeating unit including at least one selected from the group consisting of a repeating unit represented by Formula 1, a repeating unit represented by Formula 2 and a repeating unit represented by Formula 3, and represented by Formula 4
  • the molar ratio between the repeating unit, the repeating unit represented by the formula (5) and the second repeating unit including at least one selected from the group consisting of the repeating unit represented by the formula (6) is 1:99 to 99:1, 1: 99 to 75:25, 1:99 to 50:50.
  • the liquid crystal aligning agent composition according to the embodiment may include a polymer for a liquid crystal aligning agent that contains the second repeating unit in an excess or the same amount as the first repeating unit.
  • the liquid crystal alignment film exhibits excellent coating properties, has excellent process characteristics, can realize a high imidation rate, and has excellent electrical characteristics such as afterimages and voltage retention caused by DC/AC voltage. It is possible to manufacture a liquid crystal alignment film having more excellent alignment and electrical properties at the same time.
  • the weight average molecular weight of each of the polymers for the liquid crystal aligning agent is not particularly limited, but may be, for example, 10000 g/mol to 200000 g/mol.
  • the liquid crystal aligning agent composition of the above embodiment may include a crosslinking agent compound in addition to the above-described copolymer for liquid crystal aligning agent, and the crosslinking agent compound may have a specific chemical structure represented by Formula 11 above.
  • the physical/chemical properties of the crosslinker compound appear to be due to the specific structure of Formula 11 above.
  • a 1 is a monovalent to tetravalent functional group
  • j may be an integer of 1 to 4.
  • the A 1 is a functional group located in the center of the cross-linking agent compound, and the terminal functional group contained in A 1 may be bound to j functional groups represented by braces “[]” in Formula 11.
  • a 1 is a monovalent functional group.
  • a 1 is a divalent functional group.
  • a 1 is a trivalent functional group.
  • a 1 is a tetravalent functional group.
  • j is 2, and A 1 may be an alkylene group having 1 to 10 carbon atoms, specifically, a butylene group.
  • L 5 And L 6 is the same as or different from each other, and each independently is one of an alkylene group having 1 to 10 carbon atoms or an arylene group having 6 to 20 carbon atoms, preferably L 5 and Each of L 6 may be an alkylene group having 1 to 5 carbon atoms independently, for example, an ethylene group.
  • R 17 And R 18 is a functional group substituted in place of a hydrogen atom at the terminal of the hydroxy group (-OH), which is a crosslinkable functional group of the crosslinking agent compound, to inhibit crosslinking reaction between the copolymer for liquid crystal aligning agent and the crosslinking agent compound represented by Formula 11 Can be.
  • the R 17 and R 18 undergoes a drying process, an exposure process, a curing process, and the like, in which a liquid crystal alignment layer is prepared from a liquid crystal aligning agent composition, and may be desorbed while being replaced with a hydrogen atom when elevated to a temperature of 80° C. or higher.
  • R 17 and R 18 may each independently be a silicon-containing monovalent functional group.
  • the silicon-containing monovalent functional group may be a functional group represented by the following Chemical Formula 12.
  • R 25 , R 26 and R 27 are each independently hydrogen or alkyl having 1 to 10 carbons. More specifically, in Chemical Formula 12, R 25 , R 26 and R 27 may be a methyl group or an ethyl group.
  • a 1 is an alkylene group having 1 to 10 carbon atoms, and j may be 2. That is, the crosslinker compound represented by Formula 11 may include a compound represented by Formula 11-1.
  • A' is an alkylene group having 1 to 10 carbon atoms
  • L 7 to L 10 is each independently an alkylene group having 1 to 5 carbon atoms
  • R 28 to R 31 may each independently be a silicon-containing monovalent functional group
  • A' is a butylene group having 4 carbon atoms
  • L 7 to L 10 are all ethylene groups having 2 carbon atoms
  • R 22 to R 25 is a compound represented by the following Chemical Formula 12-2, which is a functional group represented by Chemical Formula 12 (R 19 , R 20 and R 21 are methyl groups).
  • crosslinking agent compound represented by Formula 11-1 A'is a butylene group having 4 carbon atoms, and L 7 to L 10 are all ethylene groups having 2 carbon atoms, and R 22 to All of R 25 are compounds represented by the following Chemical Formula 12-3, which are functional groups represented by Chemical Formula 12 (R 19 , R 20 and R 21 being an ethyl group).
  • the content of the crosslinking agent compound is too large, the flexibility of the polymer may decrease as the degree of crosslinking of the copolymer for the liquid crystal aligning agent increases excessively.
  • the content of the cross-linking agent compound is too small, the effect of improving the mechanical strength and electrical properties due to the increase in the cross-linking degree of the polymer for the liquid crystal alignment agent may be difficult to be sufficiently implemented.
  • the mixture solution added by adding the crosslinking agent compound represented by Chemical Formula 11 to an organic solvent is at room temperature (25°C) and 400 nm wavelength using a quartz cell, JASCO Asia Portal V-770 UV-VIS-NIR Spectrophotometer equipment
  • the rate of change in permeability before and after addition of the mixed solution calculated through Equation 1 below may be 10% or less.
  • Permeability change rate (%) Permeability of solvent-Permeability of mixed solution.
  • organic solvent examples include N,N-dimethylformamide, N,N-dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, N-methylcaprolactam, 2-pyrrolidone, and N-ethylpyrrolid Don, N-vinylpyrrolidone, dimethylsulfoxide, tetramethylurea, pyridine, dimethylsulfone, hexamethylsulfoxide, ⁇ -butyrolactone, 3-methoxy-N,N-dimethylpropanamide, 3-ethoxy -N,N-dimethylpropanamide, 3-butoxy-N,N-dimethylpropanamide, 1,3-dimethyl-imidazolidinone, ethyl amyl ketone, methylnonyl ketone, methyl ethyl ketone, methyl isoamyl ketone , Methyl isopropyl ketone, cyclohexanone, ethylene carbonate
  • applying the liquid crystal aligning agent composition to a substrate to form a coating film step 1
  • Drying the coating film step 2
  • Orienting the coating film by irradiating light or rubbing step 3
  • a method for producing a liquid crystal alignment film comprising a step (step 4) of curing by heat treatment of the alignment-treated coating film.
  • Step 1 is a step of forming a coating film by applying the above-described liquid crystal aligning agent composition to a substrate.
  • the contents of the liquid crystal aligning agent composition include all of the contents described above in one embodiment.
  • the method of applying the liquid crystal aligning agent composition to the substrate is not particularly limited, and for example, methods such as screen printing, offset printing, flexo printing, and inkjet may be used.
  • the liquid crystal aligning agent composition may be dissolved or dispersed in an organic solvent.
  • organic solvent include N,N-dimethylformamide, N,N-dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, N-methylcaprolactam, 2-pyrrolidone, and N-ethylpyrrolid Don, N-vinylpyrrolidone, dimethylsulfoxide, tetramethylurea, pyridine, dimethylsulfone, hexamethylsulfoxide, ⁇ -butyrolactone, 3-methoxy-N,N-dimethylpropanamide, 3-ethoxy -N,N-dimethylpropanamide, 3-butoxy-N,N-dimethylpropanamide, 1,3-dimethyl-imidazolidinone, ethyl amyl ketone, methylnonyl ketone, methyl ethyl ketone, methyl isoamyl ketone , Meth
  • the liquid crystal aligning agent composition may further include other components in addition to the organic solvent.
  • the liquid crystal aligning agent composition when applied, it improves the uniformity or surface smoothness of the film thickness, or improves the adhesion between the liquid crystal aligning film and the substrate, or changes the dielectric constant or conductivity of the liquid crystal aligning film.
  • an additive that can increase the density of the liquid crystal alignment layer may be further included. Examples of such additives include various solvents, surfactants, silane-based compounds, dielectric or crosslinkable compounds, and the like.
  • Step 2 is a step of drying the coating film formed by applying the liquid crystal aligning agent composition to a substrate.
  • the step of drying the coating film may use a method such as heating or vacuum evaporation of the coating film, and is preferably performed at 50°C to 150°C or 60°C to 140°C.
  • the step 3 is a step of performing alignment treatment by irradiating light to the coating film.
  • the coating film in the alignment treatment step may refer to a coating film immediately after the drying step, or may be a coating film after heat treatment after the drying step.
  • the "coating film immediately after the drying step” means that light is irradiated immediately without proceeding to the heat treatment at a temperature higher than the drying step after the drying step, and other steps other than the heat treatment can be added.
  • a step of irradiating light after essentially performing a high temperature heat treatment for imidization of the polyamic acid is performed.
  • the alignment film is not cured by directly irradiating light and then subjecting the alignment treatment to heat treatment to harden the alignment film. Can be produced.
  • light irradiation may be to irradiate polarized ultraviolet light having a wavelength of 150 nm to 450 nm.
  • the intensity of the exposure depends on the type of the polymer for the liquid crystal aligning agent, and energy of 10 mJ/cm 2 to 10 J/cm 2, preferably energy of 30 mJ/cm 2 to 2 J/cm 2 can be irradiated.
  • a polarizing device using a substrate coated with a dielectric anisotropic material on the surface of a transparent substrate such as quartz glass, soda-lime glass, soda-lime-free glass, or a polarizing plate on which aluminum or metal wires are deposited, or quartz glass
  • the alignment treatment is performed by irradiating polarized ultraviolet rays selected from polarized ultraviolet rays by passing or reflecting a Brewster polarizer or the like by reflection.
  • the polarized ultraviolet light may be irradiated perpendicularly to the substrate surface, or may be irradiated by tilting the incident angle at a specific angle.
  • the alignment ability of the liquid crystal molecules is imparted to the coating film.
  • the rubbing treatment in the alignment treatment step may use a method using a rubbing cloth. More specifically, the rubbing treatment may rub the surface of the coating film after the heat treatment step in one direction while rotating the rubbing roller having a cloth of rubbing cloth attached to the metal roller.
  • the step 4 is a step of curing by heat-treating the coated film.
  • a crosslinking agent compound represented by Chemical Formula 13 may be included in the alignment-treated coating film.
  • a 1 , j, L 5 and L 6 is as defined in Chemical Formula 14 of the above embodiment.
  • crosslinking agent compound represented by Chemical Formula 13 When the crosslinking agent compound represented by Chemical Formula 13 is included in the liquid crystal aligning agent composition of the above embodiment, it is difficult for the crosslinking agent compound to be evenly dispersed in the composition as some crosslinking reactions proceed from within the composition.
  • the present invention suppresses the crosslinking reaction in the composition by adding the crosslinking agent compound represented by the formula (11) in the liquid crystal aligning agent composition, and then displays the formula (11) in the step of heat-treating and curing the alignment-treated coating film.
  • the step of heat-treating and curing the alignment-treated coating film is a step performed after irradiation with light even in a method of manufacturing a liquid crystal alignment film using a polymer for a liquid crystal aligning agent containing a polyamic acid or a polyamic acid ester. It is distinguished from the heat treatment step applied to the substrate, prior to irradiating light, or to imidize the liquid crystal aligning agent while irradiating light.
  • the heat treatment may be performed by heating means such as a hot plate, a hot air circulation path, an infrared furnace, and is preferably performed at 150 °C to 300 °C, or 200 °C to 250 °C.
  • step 2 may further include the step of heat-treating the coating film immediately after the drying step at a temperature equal to or higher than the drying step.
  • the heat treatment may be performed by heating means such as a hot plate, a hot air circulation furnace, an infrared furnace, and is preferably performed at 150°C to 250°C.
  • the liquid crystal aligning agent can be imidized.
  • the method of manufacturing the liquid crystal alignment film comprises the steps of applying the above-described liquid crystal alignment agent to a substrate to form a coating film (step 1); Drying the coating film (step 2); Heat-treating the coating film immediately after the drying step at a temperature equal to or higher than the drying step (step 3);
  • the heat-treated coating film may be irradiated with light or subjected to rubbing treatment to perform alignment treatment (step 4) and heat-curing the orientation-treated coating film (step 5).
  • the present invention provides a liquid crystal alignment film prepared according to the method for manufacturing a liquid crystal alignment film described above.
  • the liquid crystal alignment layer may include an alignment cured product of the liquid crystal aligning agent composition of the embodiment.
  • the alignment cured product means a material obtained through an alignment process and a curing process of the liquid crystal aligning agent composition of the embodiment.
  • the copolymer for the liquid crystal aligning agent As described above, the copolymer for the liquid crystal aligning agent; And using a liquid crystal aligning agent composition comprising a crosslinking agent compound represented by the formula (11), stability is enhanced, it is possible to prepare a liquid crystal alignment film exhibiting excellent electrical properties.
  • the thickness of the liquid crystal alignment layer is not particularly limited, but can be freely adjusted within a range of 0.01 ⁇ m to 1000 ⁇ m, and may be, for example, 0.01 ⁇ m to 0.3 ⁇ m.
  • the thickness of the liquid crystal alignment layer is increased or decreased by a specific value, physical properties measured in the liquid crystal alignment layer may also be changed by a certain value.
  • the liquid crystal alignment layer may have a film strength of 0.10% or less, or 0.01% or more and 0.10% or less, 0.01% or more, and 0.05% or less, or 0.01% or more and 0.04% or less, or 0.02% or more and 0.04% or less, calculated by Equation 2 below. .
  • Film strength haze of the liquid crystal aligning film after rubbing treatment-haze of the liquid crystal aligning film before rubbing treatment.
  • the rubbing treatment for the liquid crystal alignment layer may be performed using a rubbing treatment method while rotating the alignment layer surface at 1000 rpm using a Sindo engineering rubbing machine, and a haze value may be measured using a hazemeter.
  • the liquid crystal alignment film has a film density of 1.25 g/cm 3 or more, or 1.25 g/cm 3 or more, measured by PANalytical X'Pert PRO MRD XRD at 45 kV, 40 mA Cu K ⁇ radiation (wavelength: 1.54 ⁇ ).
  • the liquid crystal alignment layer of the above embodiment satisfies the above-described range as the film density measured by PANalytical X'Pert PRO MRD XRD at the 45 kV, 40 mA Cu K ⁇ radiation (wavelength: 1.54 ⁇ ) condition is 1.25 g/cm 3 or more. By doing so, the film strength is increased and the shielding force by the lower film elution gas is improved, so that the effect of maintaining the alignment reliability for a long time can be realized.
  • the present invention provides a liquid crystal display device comprising the above-described liquid crystal alignment film.
  • the liquid crystal alignment layer may be introduced into a liquid crystal cell by a known method, and the liquid crystal cell may be introduced into a liquid crystal display device by a known method.
  • the liquid crystal alignment layer is manufactured from the liquid crystal alignment agent composition of the above embodiment, and can realize excellent stability along with excellent physical properties. Specifically, it can have a high voltage preservation rate at high temperature and low frequency, and thus has excellent electrical characteristics, reduced performance of contrast ratio or image sticking (afterimage), and also has excellent film strength. Can provide.
  • the liquid crystal display device has a voltage retention of 90% or more, or 93% or more and 99% or less, or 94% or more and 99% or less, measured using TOYO corporation's 6254C equipment at a temperature of 1V, 1Hz, 60°C, or It may be 94% or more and 98% or less.
  • the voltage retention rate measured by using TOYO Corporation's 6254C equipment at a temperature of 1V, 1Hz, and 60°C of the liquid crystal alignment display device decreases to less than 90%, it is difficult to implement a liquid crystal display device having high-quality driving characteristics at low power. Can lose.
  • the liquid crystal display device is attached to the upper and lower plates so that the polarizers are perpendicular to each other, and then attached to a backlight of 7,000 cd/m 2 and the initial luminance (L0), which is the luminance of the black state measured using PR-880 equipment, and room temperature.
  • L1 the luminance of the black state measured using PR-880 equipment
  • room temperature the luminance of the black state measured using PR-880 equipment
  • the luminance fluctuation rate is 10%. May be less than.
  • a liquid crystal aligning agent composition having excellent film strength, excellent liquid crystal alignment, durability and electrical properties, and having excellent shielding power through high film density, a method for manufacturing a liquid crystal alignment film using the same, and liquid crystal using the same An alignment film and a liquid crystal display device are provided.
  • CBDA cyclobutane-1,2,3,4-tetracarboxylic acid anhydride, compound 1
  • 4-nitroaniline 4-nitroaniline
  • DMF Dimethylformamide
  • the mixture was reacted at about 80° C. for about 12 hours to prepare an amic acid of Compound 2 .
  • the amic acid was dissolved in DMF, acetic anhydride and sodium acetate were added to prepare a mixture.
  • the amic acid contained in the mixture was imidized at about 90° C. for about 4 hours to obtain Compound 3.
  • Diamine DA1-1 was prepared by reducing it for about 20 hours under a hydrogen pressure of about 45° C. and about 6 bar.
  • DMCBDA (1,3-dimethylcyclobutane-1,2,3,4-tetracarboxylic acid anhydride
  • CBDA cyclobutane-1,2,3,4-tetracarboxylic acid anhydride
  • 5-nitropicolinoyl chloride (5-Nitropicolinoyl chloride, compound 7) was dissolved in 18.65 g (0.1 mol) and triethylamine 11.13 g (0.11 mol) in dioxane (450 mL), and then 5-nitropyridine-2- 13.91 g (0.1 mol) of amine (5-Nitropyridin-2-amine, compound 5) was added and stirred at 60° C. for 1 hour. When the reaction was completed, the reactant was slowly added to a container containing water (1000 mL) and stirred for 1 hour.
  • N,N,N',N'-tetrakis(2-hydroxyethyl)adipamide N,N,N',N'-Tetrakis (2-hydroxyethyl)adipamide
  • chlorotrimethylsilane Chlorotrimethylsilane 10.2 g (94 mmol) was added to Chloroform (150 ml), potassium carbonate (K2CO3, 17.3 g, 125 mmol) was added and the mixture was stirred for 10 hours under a nitrogen atmosphere at 0 °C.
  • a polymer for a liquid crystal aligning agent was synthesized using the reactants shown in Table 1 below.
  • the specific synthesis conditions of each of Synthesis Examples 1 to 7 are listed in Table 1 or below.
  • DMCBDA 1,3-dimethyl-cyclobutane-1,2,3,4-tetracarboxylic acid anhydride
  • DMCBDA 1,3-dimethyl-cyclobutane-1,2,3,4-tetracarboxylic acid anhydride
  • a solution obtained by dissolving a polymer for a liquid crystal aligning agent with a composition as shown in Table 2 below in a mixed solvent of NMP, GBL, and 2-butoxyethanol was obtained. Then, N1,N1,N6,N6-tetrakis(2-(trimethylsilyloxy)ethyl)adipamide obtained in Preparation Example 6 was added as a crosslinking agent to the solution at 5% by weight based on the total solution, followed by stirring at 25°C for 16 hours.
  • a liquid crystal aligning agent composition was prepared by pressure filtration through a filter having a pore size of 0.1 ⁇ m made of poly(tetrafluorene ethylene).
  • Liquid crystal aligning agent by spin coating on the upper and lower substrates for the voltage retention ratio (VHR) patterned with ITO electrodes with a thickness of 60 nm and an area of 1 cm X 1 cm on a square glass substrate having a size of 2.5 cm X 2.7 cm The composition was applied. Subsequently, the substrate coated with the liquid crystal aligning agent was placed on a hot plate at about 80° C. and dried for 3 minutes to evaporate the solvent.
  • VHR voltage retention ratio
  • ultraviolet rays at 254 nm were irradiated with an exposure amount of about 0.1 to 1 J/cm 2 using an exposure machine with a linear polarizer attached to each of the upper and lower plates. Thereafter, the alignment-treated upper/lower plates were fired (cured) in an oven at about 230° C. for 30 minutes to obtain a liquid crystal alignment film having a film thickness of 0.1 ⁇ m.
  • a sealing agent impregnated with a ball spacer having a size of 4.5 ⁇ m was applied to the edge of the top plate except for the liquid crystal injection hole. And, after aligning the liquid crystal alignment films formed on the upper and lower plates facing each other and aligning the alignment directions to each other, an empty cell was manufactured by bonding the upper and lower plates and UV and heat curing the sealing agent. Then, liquid crystal was injected into the empty cell and the injection hole was sealed with a sealing agent to prepare a liquid crystal alignment cell.
  • a liquid crystal aligning agent composition, a liquid crystal aligning film, and a liquid crystal aligning cell were prepared in the same manner as in Example 1, except that the crosslinking agent of Preparation Example 6 was not added.
  • the polarizing plates were attached to the upper and lower plates of the prepared liquid crystal alignment cell to be perpendicular to each other. Then, a liquid crystal alignment cell with a polarizing plate was placed on a backlight having a brightness of 7,000 cd/m 2, and light leakage was observed with the naked eye. At this time, if the alignment characteristics of the liquid crystal alignment film are excellent and the liquid crystals are well arranged, light is not transmitted through the upper and lower polarizing plates vertically attached to each other, and dark without defects. The orientation characteristic in this case was evaluated as'good', and when light leakage such as liquid crystal marks or bright spots was observed, it was evaluated as'poor', and the results are shown in Table 3 below.
  • VHR voltage holding ratio
  • VHR 60° 1 Hz n-LC condition The measurement results of the voltage retention (VHR) of the liquid crystal alignment cell are shown in Table 3 below.
  • the polarizing plates were attached to the upper and lower plates of the prepared liquid crystal alignment cell to be perpendicular to each other.
  • the liquid crystal cell to which the polarizing plate was attached was attached to a backlight of 7,000 cd/m 2 and the luminance of the black state was measured using PR-788 equipment, which is a luminance brightness measuring device. Then, the liquid crystal cell was driven at room temperature at an AC voltage of 7 V for 120 hours. Subsequently, the luminance of the black state was measured in the same manner as described above while the voltage of the liquid crystal cell was turned off.
  • the difference between the initial luminance (L0) measured before driving of the liquid crystal cell and the later luminance (L1) measured after driving was divided by the initial luminance (L0) value and multiplied by 100 to calculate the luminance fluctuation rate.
  • the calculated luminance variation rate means that the closer to 0%, the better the orientation stability.
  • the residual image level was evaluated under the following criteria through the measurement result of the luminance change rate. It is desirable to minimize the AC afterimage, and it is evaluated as'excellent' when the luminance fluctuation rate is less than 10%,'normal' when the luminance fluctuation rate is 10% or more and less than 20%, and'bad' when the luminance fluctuation rate exceeds 20%. The results are shown in Table 3 below.
  • Permeability change rate (%) Permeability of solvent-Permeability of mixed solution.
  • liquid crystal alignment film 45 kV, current 40 mA Cu K ⁇ radiation (wavelength: 1.54 ⁇ ) conditions, using a PANalytical X'Pert PRO MRD XRD equipment, the sample was fixed to the sample holder with a magnet for measurement After mounting on the sample stage. After aligning z->omega->z align for Align, for XRR measurement, it was measured in 0.1° ⁇ 2 ⁇ 1° in step size 0.002°, time per step 1 second. For precise measurement, the sample was measured and then rotated 90 degrees to measure it once more.
  • the surface of the liquid crystal alignment film was rubbed while rotating at 1000 rpm using a rubbing machine manufactured by Sindo engineering, and then a haze value was measured using a hazemeter, as shown in Equation 2 below.
  • the film strength was evaluated by calculating the difference from the haze value before rubbing. The smaller the haze change value, the better the film strength.
  • Film strength haze of the liquid crystal aligning film after rubbing treatment-haze of the liquid crystal aligning film before rubbing treatment.
  • the alignment film obtained from the liquid crystal aligning agent composition of Comparative Example 1, which does not contain the crosslinking agent of Production Example 6, had a haze change value before and after rubbing increased to 0.12%, resulting in very poor film strength and a voltage retention of 74%. It was confirmed that the electrical characteristics were poor due to a sharp decrease.
  • the alignment film obtained from the liquid crystal aligning agent composition of Comparative Example 2 containing the crosslinking agent of Comparative Preparation Example 1 instead of the crosslinking agent of Production Example 6 had a film density of 1.21 g/cm 3 , which was not only poor compared to the present example, It was confirmed that it has a remarkably poor solubility compared to the crosslinking agent of Preparation Example 6.

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Abstract

본 발명은 디아민 유래 작용기 종류에 따라 구분되는 2종의 반복단위를 포함하는 액정 배향제용 공중합체 및 특정 구조의 보호기가 도입된 가교제 화합물을 포함하는 액정 배향제 조성물, 이를 이용한 액정 배향막의 제조 방법, 이를 이용한 액정 배향막 및 액정 표시소자에 관한 것이다.

Description

액정 배향제 조성물, 이를 이용한 액정 배향막의 제조 방법, 이를 이용한 액정 배향막 및 액정표시소자
관련 출원(들)과의 상호 인용
본 출원은 2019년 1월 17일자 한국특허출원 제 10-2019-0006421호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원들의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 우수한 막강도를 가지면서도, 액정 배향성, 내구성 및 전기적 특성이 우수하며, 높은 막밀도를 통해 우수한 차폐력을 갖는 액정 배향제 조성물, 이를 이용한 액정 배향막의 제조 방법, 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. 이에, 폴리아믹산 또는 폴리아믹산 에스테르와 같은 전구체 형태로 코팅을 한 후 200 ℃ 내지 230 ℃의 온도에서 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 필요하며, 패널의 대형화로 인해 제조공정상 칼럼 스페이스(Coum space, CS)의 쓸림 현상이 발생하면서, 액정 배향막 표면에 헤이즈가 발생하고, 이로 인해 은하수 불량이 야기되어 패널의 성능이 충분히 구현되지 못하는 한계가 있었다.
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 되었다.
이에, 디스플레이 분야에서 요구되는 높은 막강도의 액정 배향막을 제조하기 위해 다양한 가교제를 액정 배향제 조성물에 첨가하는 방안이 제안되었으나, 가교제 화합물의 단순 첨가로 인해 고온, 저주파수에서의 전기적 특성이 감소하게 되어 고성능/저전력 디스플레이에 적용 가능한 액정 배향막을 제조하기 어려움이 있었다.
이에, 높은 막강도를 갖는 배향막을 제조하면서도, 배향막의 배향특성과 전기적 특성을 높일 수 있는 조성물의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 우수한 막강도를 가지면서도, 액정 배향성, 내구성 및 전기적 특성이 우수하며, 높은 막밀도를 통해 우수한 차폐력을 갖는 액정 배향제 조성물 을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 상기의 액정 배향제 조성물을 이용한 액정 배향막의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 명세서에서는 또한, 상기 액정 배향제 조성물을 이용한 액정 배향막과 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 1종 이상을 포함한 제1 반복 단위 및 하기 화학식 4로 표시되는 반복 단위, 하기 화학식 5로 표시되는 반복 단위 및 하기 화학식 6으로 표시되는 반복 단위로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함한 제2 반복 단위를 포함한 액정 배향제용 공중합체; 및 하기 화학식 11로 표시되는 가교제 화합물을 포함하는, 액정 배향제 조성물이 제공된다.
[화학식 1]
Figure PCTKR2020000407-appb-img-000001
[화학식 2]
Figure PCTKR2020000407-appb-img-000002
[화학식 3]
Figure PCTKR2020000407-appb-img-000003
[화학식 4]
Figure PCTKR2020000407-appb-img-000004
[화학식 5]
Figure PCTKR2020000407-appb-img-000005
[화학식 6]
Figure PCTKR2020000407-appb-img-000006
상기 화학식 1 내지 6에서, R 1 및 R 2 중 적어도 하나는 탄소수 1 내지 10의 알킬기이고, 나머지는 수소이며, R 3 및 R 4 중 적어도 하나는 탄소수 1 내지 10의 알킬기이고, 나머지는 수소이며, X 1 내지 X 6는 각각 독립적으로 하기 화학식7로 표시되는 4가의 유기기이며,
[화학식 7]
Figure PCTKR2020000407-appb-img-000007
상기 화학식 7에서, R 7 내지 R 12은 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 6의 알킬기이고, L 1는 단일결합, -O-, -CO-, -COO-, -S-, -SO-, -SO 2-, -CR 13R 14-, -(CH 2) Z-, -O(CH 2) ZO-, -COO(CH 2) ZOCO-, -CONH-, 또는 페닐렌 중에서 선택된 어느 하나이며, 상기 L 1에서 R 13 및 R 14는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 10의 알킬기 또는 탄소수 1 내지 10의 할로알킬기이고, 상기 L 1에서 z는 1 내지 10의 정수이며, 상기 Y 1 내지 Y 3은 각각 독립적으로 하기 화학식 8로 표시되는 2가의 유기기이고,
[화학식8]
Figure PCTKR2020000407-appb-img-000008
상기 화학식 8에서, Q 1 내지 Q 8 중 적어도 1 이상이 질소이고, 나머지는 탄소이며,L 2 및 L 4 중 적어도 하나가 -CON(R 15)-, -N(R 16)CO- 중 하나이고, 나머지는 직접결합이며, L 3는 직접결합 또는 2가의 작용기이고, R 15 내지 R 16 은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 20 의 알킬기 또는 수소이며, n 은 1 이상의 정수이고,
상기 Y 4 내지 Y 6은 각각 독립적으로 상기 화학식 8로 표시되는 2가의 유기기와는 상이한 2가의 유기기이고,
[화학식 11]
Figure PCTKR2020000407-appb-img-000009
상기 화학식11에서, A 1는 1가 내지 4가의 작용기이며, j는 1 내지 4의 정수이고, L 5 및 L 6는 서로 동일하거나 상이하며, 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기 또는 탄소수 6 내지 20의 아릴렌기이며, R 17 및 R 18는 각각 독립적으로 규소 함유 1가 작용기이다.
본 명세서에서는 또한, 상기 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 방법이 제공된다.
본 명세서에서는 또한, 상기 액정 배향제 조성물의 배향 경화물을 포함하는, 액정 배향막과 이를 포함하는 액정 표시소자가 제공된다.
이하 발명의 구체적인 구현예에 따른 액정 배향제 조성물, 이를 이용한 액정 배향막의 제조 방법, 이를 이용한 액정 배향막 및 액정표시소자에 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 PCTKR2020000407-appb-img-000010
, 또는
Figure PCTKR2020000407-appb-img-000011
는 다른 치환기에 연결되는 결합을 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. 상기 알킬기는 치환 또는 비치환될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 할로 알킬기는 상술한 알킬기에 할로겐기가 치환된 작용기를 의미하며, 할로겐기의 예로는 불소, 염소, 브롬 또는 요오드가 있다. 상기 할로알킬기는 치환 또는 비치환될 수 있다.
본 명세서에서, 아릴기는 아렌(arene)으로부터 유래한 1가의 작용기로, 예를 들어, 단환식 또는 다환식일 수 있다. 구체적으로, 단환식 아릴기로는 페닐기, 바이페닐기, 터페닐기, 스틸베닐기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 다환식 아릴기로는 나프틸기, 안트릴기, 페난트릴기, 파이레닐기, 페릴레닐기, 크라이세닐기, 플루오레닐기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 아릴기는 치환 또는 비치환될 수 있다.
할로겐(halogen)은 불소(F), 염소(Cl), 브롬(Br) 또는 요오드(I)일 수 있다.
본 명세서에서, 알킬렌기는, 알케인(alkane)으로부터 유래한 2가의 작용기로, 탄소수는 1 내지 20, 또는 1 내지 10, 또는 1 내지 5 이다. 예를 들어, 직쇄형, 분지형 또는 고리형으로서, 메틸렌기, 에틸렌기, 프로필렌기, 이소부틸렌기, sec-부틸렌기, tert-부틸렌기, 펜틸렌기, 헥실렌기 등이 될 수 있다. 상기 알킬렌기에 포함되어 있는 하나 이상의 수소 원자는 각각 상기 알킬기의 경우와 마찬가지의 치환기로 치환가능하다.
본 명세서에서, 헤테로 알킬렌기는, 이종원자로 산소(O), 질소(N) 또는 황(S)을 함유한 알킬렌기로, 탄소수는 1 내지 10, 또는 1 내지 5 이다. 예를 들어 옥시 알킬렌 등이 될 수 있다. 상기 헤테로 알킬렌기에 포함되어 있는 하나 이상의 수소 원자는 각각 상기 알킬기의 경우와 마찬가지의 치환기로 치환가능하다.
본 명세서에서, 시클로알킬렌기는, 시클로알케인(cycloalkane)으로부터 유래한 2가의 작용기로, 탄소수는 3 내지 20, 또는 3 내지 10 이다. 예를 들어, 시클로프로필렌, 시클로부틸렌, 시클로펜틸렌, 3-메틸시클로펜틸렌, 2,3-디메틸시클로펜틸렌, 시클로헥실렌, 3-메틸시클로헥실렌, 4-메틸시클로헥실렌, 2,3-디메틸시클로헥실렌, 3,4,5-트리메틸시클로헥실렌, 4-tert-부틸시클로헥실렌, 시클로헵틸렌, 시클로옥틸렌 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다. 상기 시클로알킬렌기는 치환 또는 비치환될 수 있다.
본 명세서에서, 아릴렌기는, 아렌(arene)으로부터 유래한 2가의 작용기로, 단환식 또는 다환식일 수 있고, 탄소수는 6 내지 20, 또는 6 내지 10이다. 예를 들어, 페닐렌기, 바이페닐렌기, 터페닐렌기, 스틸베닐렌기, 나프틸레닐기 등이 될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 아릴렌기에 포함되어 있는 하나 이상의 수소 원자는 각각 상기 알킬기의 경우와 마찬가지의 치환기로 치환가능하다.
본 명세서에서, 헤테로 아릴렌기는, 탄소수는 2 내지 20, 또는 2 내지 10, 또는 6 내지 20 이다. 이종원자로 O, N 또는 S를 함유한 아릴렌기로, 상기 헤테로 아릴렌기에 포함되어 있는 하나 이상의 수소 원자는 각각 상기 알킬기의 경우와 마찬가지의 치환기로 치환가능하다.
본 명세서에서, 공중합체는 2종 이상의 반복단위를 함유한 복합중합체를 의미한다.
본 명세서에서, 공중합체는 랜덤공중합체, 블록공중합체, 그라프트공중합체 등을 모두 포함하는 의미로 사용된다.
본 명세서에서, 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) 등의 검출기 및 분석용 컬럼을 사용할 수 있으며, 통상적으로 적용되는 온도 조건, 용매, flow rate를 적용할 수 있다. 상기 측정 조건의 구체적인 예를 들면, Polymer Laboratories PLgel MIX-B 300mm 길이 칼럼을 이용하여 Waters PL-GPC220 기기를 이용하여, 평가 온도는 40 ℃이며, 디메틸포름아마이드(DMF) 및 테트라하이드로퓨란(THF)을 50wt%:50wt%의 중량비로 혼합하여 용매로서 사용하였으며 유속은 1mL/min의 속도로, 샘플은 10mg/10mL의 농도로 조제한 다음, 200 μL 의 양으로 공급하며, 폴리스티렌 표준을 이용하여 형성된 검정 곡선을 이용하여 Mw 의 값을 구할 수 있다. 폴리스티렌 표준품의 분자량은 1,000 / 5,000 / 10,000 / 30,000 / 100,000 의 5종을 사용하였다.
본 명세서에 있어서, 다가 작용기(multivalent functional group)는 임의의 화합물에 결합된 복수의 수소 원자가 제거된 형태의 잔기로 예를 들어 2가 작용기, 3가 작용기, 4가 작용기를 들 수 있다. 일 예로, 사이클로부탄에서 유래한 4가의 작용기는 사이클로부탄에 결합된 임의의 수소 원자 4개가 제거된 형태의 잔기를 의미한다.
본 명세서에서, 직접결합 또는 단일결합은 해당 위치에 어떠한 원자 또는 원자단도 존재하지 않아, 결합선으로 연결되는 것을 의미한다. 구체적으로, 화학식 중 L 1, L 2로 표시되는 부분에 별도의 원자가 존재하지 않은 경우를 의미한다.
본 발명에 따른 액정 배향제 조성물은, 아마이드 결합 등을 함유하는 특정 구조의 디아민으로부터 유래된 반복단위를 포함하는 액정 배향제용 공중합체를 포함하는 것을 주요 특징으로 한다.
본 발명에서는 아마이드 결합 등을 함유하는 특정 구조의 디아민으로부터 유래된 반복단위를 포함하는 액정 배향제용 공중합체를 포함하여, 액정 배향성이 우수하며, 고온, 저주파수에서도 높은 전압유지율을 가질 수 있고, 콘트라스트 비율의 저하나 잔상 현상을 개선할 수 있으며, 교류구동시 전압의 비대칭화에 의한 전하 축척을 억제하고 축적된 전화를 빠르게 방전시켜 전기적 성능이 향상되고, 막밀도가 높아짐에 따라 차폐력이 향상됨을 실험을 통해 확인하고 발명을 완성하였다.
구체적으로, 아마이드 결합 등을 함유하는 특정 구조의 디아민으로부터 유래된 반복단위를 포함하는 액정 배향제용 공중합체는 2개의 방향족 고리 화합물이 아마이드 결합을 포함한 작용기를 매개로 결합하는 화학구조적 특징을 가짐에 따라, 반복단위간 수소결합을 형성하는 이유로, 막밀도가 향상됨에 따라 우수한 차폐력을 구현할 수 있다.
또한, 상기 일 구현예의 액정 배향제 조성물은 액정 배향제용 공중합체와 함께 첨가되는 가교제 화합물이 상기 화학식 11에 나타난 바와 같이, 가교성 작용기인 히드록시기(-OH)의 말단을 R 17 및 R 18의 특정 작용기로 치환시킬 경우, 액정 배향제 조성물로부터 제조되는 액정 배향막의 배향 안정성 및 배향 특성이 개선된 뿐만 아니라, 우수한 분산성이 구현됨을 실험을 통해 확인하고 발명을 완성하였다.
또한, 본 발명자들은 상기 일 가교성 작용기인 히드록시기(-OH)의 말단을 R 17 및 R 18의 규소 함유 작용기로 치환시킬 경우, 규소 함유 작용기를 포함함에 따라 기존 히드록시기(-OH) 말단의 가교제보다 초기 건조 공정에서의 가교제의 반응성이 줄어들고, 배향을 위한 노광공정 후 가교반응이 시작되어 가교제에 의한 초기배향 저하를 줄여줌믈 확인하였다. 또한, 배향을 위한 노광 후 이미드화가 진행되는 과정에서 이미드화 전환율이 높아지면서 재배열율이 증가해 배향성이 증가되는 기술적 효과가 얻어짐을 실험을 통해 확인하고 발명을 완성하였다.
상기 가교제 화합물의 가교성 작용기 말단에 도입된 R 17 및 R 18의 작용기는, 액정배향제 조성물 내에서는 가교성 작용기에 의한 가교반응을 억제시켜 불필요한 가교구조 형성을 최소화하여 조성물의 안정성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있고, 액정배향막의 건조 또는 소성시 열처리에 의해 대략 80 ℃ 이상의 온도에서 탈착되어 제거되면서 가교성 작용기 말단의 히드록시기가 회복되어 원활한 가교반응을 진행하여 배향막의 기계적 물성을 향상시킬 수 있다.
즉, 액정 배향제 조성물 내에서는 상기 화학식 11로 표시되는 가교제 화합물의 구조가 유지되어, 폴리이미드 또는 이의 전구체 중합체와 상기 화학식 11로 표시되는 가교제 화합물 간의 가교반응이 억제될 수 있다. 그리고, 액정 배향제 조성물로부터 액정배향막을 제조하는 건조 공정, 노광 공정, 경화 공정 등을 거치며, 열처리에 의해 온도가 상승시 상기 화학식 11로 표시되는 가교제 화합물에서 R 17 및 R 18의 작용기가 수소원자로 치환되면서, 폴리이미드 또는 이의 전구체 중합체와 후술하는 화학식13으로 표시되는 가교제 화합물 간의 가교반응이 진행될 수 있다.
따라서, 상기 일 구현예의 액정배향제 조성물은 조성물 내에 첨가되는 가교제 화합물의 가교반응성을 억제하여 가교제 화합물과 폴리이미드 또는 이의 전구체 중합체의 분산성을 충분히 향상시킬 수 있으며, 후술하는 다른 구현에의 액정배향막 제조과정 중에 조성물 내에서 가교제 화합물과 폴리이미드 또는 이의 전구체 중합체간 가교반응을 통해 배향막의 강도가 향상되며, 최종 제조된 액정 배향셀에서 우수한 배향특성 및 전기적 특성을 구현할 수 있게 된다.
1. 액정 배향제 조성물
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 1종 이상을 포함한 제1 반복 단위 및 상기 화학식 4로 표시되는 반복 단위, 상기 화학식 5로 표시되는 반복 단위 및 상기 화학식 6으로 표시되는 반복 단위로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함한 제2 반복 단위를 포함한 액정 배향제용 공중합체; 및 상기 화학식 11로 표시되는 가교제 화합물를 포함하는 액정 배향제 조성물이 제공될 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 반복 단위는 상기 화학식 1로 표시되는 반복 단위, 상기 화학식 2로 표시되는 반복 단위, 상기 화학식 3으로 표시되는 반복 단위 중 1종, 또는 이들 중 2종의 혼합, 또는 이들 3종 모두의 혼합을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 반복 단위는 상기 화학식 4로 표시되는 반복 단위, 상기 화학식 5로 표시되는 반복 단위, 상기 화학식 6으로 표시되는 반복 단위 중 1종, 또는 이들 중 2종의 혼합, 또는 이들 3종 모두의 혼합을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 일 구현예에 따른 액정 배향제 조성물에 포함되는 제1 반복 단위 및 제2 반복 단위에 있어서, X 1 내지 X 6는 각각 독립적으로 상기 화학식 7로 표시되는 4가의 유기기일 수 있다. 즉, 상기 X 1 내지 X 3 은 헤테로 방향족 고리를 포함하는 디아민과 테트라카복시산 무수물의 결합물을 포함하는 제1 반복 단위에서 테트라카복시산 무수물로부터 유래한 작용기일 수 있으며, 상기 X 4 내지 X 6 은 2개 이상의 방향족 고리를 포함하는 디아민과 테트라카복시산 무수물의 결합물을 포함하는 제2 반복 단위에서 테트라카복시산 무수물로부터 유래한 작용기일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 X 1 내지 X 6는 폴리아믹산, 폴리아믹산에스테르, 또는 폴리이미드 합성시 사용되는 테트라카르복시산디무수물 화합물로부터 유래한 작용기일 수 있다.
상기 화학식 7에서, R 7 내지 R 12은 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 6의 알킬기이고, L 1는 단일결합, -O-, -CO-, -COO-, -S-, -SO-, -SO 2-, -CR 13R 14-, -(CH 2) Z-, -O(CH 2) ZO-, -COO(CH 2) ZOCO-, -CONH-, 또는 페닐렌 중에서 선택된 어느 하나이며, 상기 L 1에서 R 13 및 R 14는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 10의 알킬기 또는 탄소수 1 내지 10의 할로알킬기이고, 상기 L 1에서 z는 1 내지 10의 정수이다.
보다 바람직하게는 상기 X 1 내지 X 6는 각각 독립적으로 시클로부탄-1,2,3,4-테트라카르복실릭디무수물로부터 유래한 하기 화학식 7-1의 유기기, 1,3-디메틸시클로부탄-1,2,3,4-테트라카르복실릭디무수물로부터 유래한 하기 화학식 7-2의 유기기, 테트라하이드로-[3,3'-바이퓨란]-2,2',5,5'-테트라온으로부터 유래한 하기 화학식 7-3의 유기기, 1,2,4,5-시클로헥산테트라카르복시산 디무수물로부터 유래한 하기 화학식 7-4의 유기기, 피로멜리틱산 디무수물로부터 유래한 하기 화학식 7-5의 유기기, 또는 3,3',4,4'-바이페닐테트라카복실산 디무수물로부터 유래한 하기 화학식 7-6의 유기기일 수 있다.
[화학식 7-1]
Figure PCTKR2020000407-appb-img-000012
[화학식 7-2]
Figure PCTKR2020000407-appb-img-000013
[화학식 7-3]
Figure PCTKR2020000407-appb-img-000014
[화학식 7-4]
Figure PCTKR2020000407-appb-img-000015
[화학식 7-5]
Figure PCTKR2020000407-appb-img-000016
[화학식 7-6]
Figure PCTKR2020000407-appb-img-000017
한편, 상기 일 구현예에 따른 액정 배향제 조성물 중 액정 배향제용 중합체에 포함되는 제1 반복 단위는 상기 화학식 1 내지 3의 반복 단위에서 Y 1 내지 Y 3이 각각 독립적으로 상기 화학식 8로 표시되는 2가의 유기기일 수 있다.
즉, 상기 제1 반복 단위는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 디아민과 테트라카복시산 이무수물의 결합물을 포함할 수 있으며, 상기 Y 1 내지 Y 3은 헤테로 방향족 고리를 포함하는 디아민과 테트라카복시산 무수물의 결합물을 포함하는 제1 반복 단위에서 헤테로 방향족 고리를 포함하는 디아민부터 유래한 작용기일 수 있다.
상기 헤테로 방향족 고리를 포함하는 디아민이란, 헤테로 아릴렌기를 포함하는 디아민을 의미한다. 상기 헤테로 아릴렌기란 이종원자로 O, N 또는 S를 함유한 아릴렌기를 의미한다.
구체적으로, 상기 헤테로 방향족 고리를 포함하는 디아민은 이종원자로 N을 함유한 아릴렌기를 포함하는 디아민일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 헤테로 방향족 고리를 포함하는 디아민은 피리딘으로부터 유래한 아릴렌기를 포함할 수 있다.
상기 헤테로 방향족 고리를 포함하는 디아민은 크게 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 하기 화학식 8'로 표시되는 디아민 일 수 있다.
[화학식 8']
Figure PCTKR2020000407-appb-img-000018
상기 화학식 8'에서 Q 1 내지 Q 8 중 적어도 1 이상이 질소이고, 나머지는 탄소이며, L 2 및 L 4 중 적어도 하나가 -CON(R 15)-, -N(R 16)CO- 중 하나이고, 나머지는 직접결합이며, L 3는 직접결합 또는 2가의 작용기이고, R 15 내지 R 16 은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 20 의 알킬기 또는 수소이며, n 은 1 이상의 정수이다.
구체적으로, 상기 화학식 8'로 표시되는 디아민은 하기 화학식8'-1 내지 화학식 8'-2로 표시되는 디아민일 수 있다.
[화학식8'-1]
Figure PCTKR2020000407-appb-img-000019
[화학식8'-2]
Figure PCTKR2020000407-appb-img-000020
상기 화학식 8'-1 내지 화학식 8'-2에서, L 2 및 L 4 중 적어도 하나가 -CON(R 15)-, -N(R 16)CO- 중 하나이고, 나머지는 직접결합이며, L 3는 직접결합 또는 2가의 작용기이고, R 15 내지 R 16은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 20 의 알킬기 또는 수소이며, n 은 1 이상의 정수일 수 있다.
보다 구체적으로는 상기 화학식 8'로 표시되는 디아민은 하기 화학식 8'-a 내지 화학식8'-c로 표시되는 디아민일 수 있다.
[화학식8'-a]
Figure PCTKR2020000407-appb-img-000021
[화학식8'-b]
Figure PCTKR2020000407-appb-img-000022
[화학식8'-c]
Figure PCTKR2020000407-appb-img-000023
상기 테트라카복시산 이무수물은 하기 화학식 7'로 표시될 수 있다.
[화학식 7']
Figure PCTKR2020000407-appb-img-000024
상기 화학식 7'에서 X는 상기 화학식 7로 표시되는 4가의 작용기일 수 있다.
상기 테트라카복시산 이무수물의 종류가 크게 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 하기 화학식 7'-1 로 표시되는 1,3-디메틸시클로부탄-1,2,3,4-테트라카르복실릭디무수물 또는 하기 화학식 7'-2로 표시되는 피로멜리틱산 디무수물일 수 있다.
[화학식7'-1]
Figure PCTKR2020000407-appb-img-000025
[화학식7'-2]
Figure PCTKR2020000407-appb-img-000026
상기 헤테로 방향족 고리를 포함하는 디아민과 테트라카복시산 이무수물의 결합물이란, 상기 헤테로 방향족 고리를 포함하는 디아민에 포함되는 아미노기의 질소 원자와 상기 테트라카복시산 이무수물에 포함되는 카보닐기의 탄소원자가 결합한 화합물을 의미할 수 있다.
상기 화학식 8로 표시되는 유기기를 함유한 제1 반복 단위를 포함함에 따라, 액정배향제로서의 배향성이나 잔상특성은 동등 수준이상을 만족하면서도, 전압보유율이 높게 향상되고, DC charging 속도가 빨라 잔류하는 DC의 함량이 낮아지는 등의 우수한 전기적 특성을 구현할 수 있다.
상기 화학식 8에서, 2개의 방향족 고리 화합물간 결합을 매개하는 작용기가 아마이드 작용기를 포함하는 경우, 일 구현예에 따른 액정 배향제 조성물이 제1 반복 단위를 포함하는 액정 배향제용 공중합체를 함유하여, 액정 배향제 조성물의 도포, 건조, 배향, 소성 공정을 거치는 동안 고온의 열처리에 의해서도 상기 아마이드 작용기가 분해 또는 변형되지 않고 유지되어, 상술한 전기적 특성 관련 효과가 배향막과 배향셀에서도 안정적으로 구현될 수 있다.
또한, 상기 화학식 8로 표시되는 작용기는 2개의 방향족 고리 화합물이 아마이드 결합을 포함한 작용기를 매개로 결합하는 화학구조적 특징을 가짐에 따라, 반복단위간 수소결합을 형성하는 이유로, 막밀도가 향상됨에 따라 우수한 차폐력을 구현할 수 있다.
구체적으로, 상기 화학식 8에서 L 3은 직접결합, -O-, -S-, -N(R 21)-, -COO-, -CO(R 22)-, -R 23O-, -C(CF 3) 2-, -O(R 24)O-, 탄소수 1 내지 20의 알킬렌기, 탄소수 1 내지 20의 할로 알킬렌기, 탄소수 1 내지 20의 시클로알킬렌기, 탄소수 1 내지 30의 아릴렌기 중 하나이고, R 21는 탄소수 1 내지 20 의 알킬기 또는 수소이고, R 22 내지 R 24 는 각각 독립적으로 직접결합, 탄소수 1 내지 20의 알킬렌기, 탄소수 1 내지 20의 할로 알킬렌기 중 하나일 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 화학식 8로 표시되는 유기기에서, Q 1 내지 Q 4 중 적어도 하나는 질소이고, 나머지는 탄소일 수 있다. 보다 바람직하게는, 상기 화학식 8에서 Q 2 및 Q 4 중 적어도 하나가 질소이고, 나머지는 탄소이며, Q 1 및 Q 3은 탄소일 수 있다.
또한, 상기 화학식 8로 표시되는 유기기에서, Q 5 내지 Q 8 중 적어도 하나는 질소이고, 나머지는 탄소일 수 있다. 보다 바람직하게는, 상기 화학식 8에서, Q 5 및 Q 7 중 적어도 하나가 질소이고, 나머지는 탄소이며, Q 6 및 Q 8은 탄소일 수 있다.
이처럼, 상기 화학식 8로 표시되는 작용기에서, 아마이드 결합을 포함한 작용기를 매개로 결합하는 2개의 방향족 고리 화합물 중 적어도 하나, 또는 둘다가 헤테로 방향족 고리 화합물인 경우, 액정배향성 내지 전기적특성 향상효과가 극대화됨과 동시에, 아민과 산무수물의 반응으로 형성되는 폴리아믹산 또는 폴리아믹산 에스터에 대해 이미드화 반응을 진행시(예를들어, 230 ℃ 열처리를 통해) 충분한 수준의 높은 이미드화율을 확보할 수 있다.
한편, 상기 화학식 8에서, L 2 은 -N(R 16)CO-이고, L 4 는 -CON(R 15)- 또는 직접결합이고, L 3는 직접결합, 탄소수 1 내지 20의 알킬렌기, 탄소수 1 내지 20의 할로 알킬렌기, 탄소수 1 내지 20의 시클로알킬렌기, 탄소수 1 내지 30의 아릴렌기 중 하나이고, R 15 내지 R 16 는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 20 의 알킬기 또는 수소이며, n 은 1일 수 있다.
구체적으로, 상기 화학식 8는 하기 화학식8-1 내지 화학식 8-2로 표시되는 작용기 중 하나를 포함할 수 있다.
[화학식8-1]
Figure PCTKR2020000407-appb-img-000027
[화학식8-2]
Figure PCTKR2020000407-appb-img-000028
상기 화학식 8-1 내지 화학식 8-2에서, L 2 및 L 4 중 적어도 하나가 -CON(R 15)-, -N(R 16)CO- 중 하나이고, 나머지는 직접결합이며, L 3는 직접결합 또는 2가의 작용기이고, R 15 내지 R 16은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 20 의 알킬기 또는 수소이며, n 은 1 이상의 정수일 수 있다.
보다 구체적으로는 상기 화학식 8는 하기 화학식 8-a 내지 화학식8-c로 표시되는 작용기를 들 수 있다.
[화학식8-a]
Figure PCTKR2020000407-appb-img-000029
[화학식8-b]
Figure PCTKR2020000407-appb-img-000030
[화학식8-c]
Figure PCTKR2020000407-appb-img-000031
한편, 상기 일 구현예에 따른 액정 배향제 조성물 중 액정 배향제용 중합체에 포함되는 제2 반복 단위는 상기 화학식 4 내지 6의 반복 단위에서 Y 4 내지 Y 6이 각각 독립적으로 탄소수 6 내지 30의 아릴렌기를 포함하는 방향족 2가 유기기; 또는 탄소수 6 내지 30의 아릴렌기 및 이미드기를 함유한 이미드계 방향족 2가 유기기를 포함할 수 있다.
즉, 상기 제2 반복 단위는 탄소수 6 내지 30의 아릴렌기를 포함하는 디아민과 테트라카복시산 이무수물의 결합물 또는 이미드기를 함유한 이미드계 방향족 2가 유기기를 포함하는 디아민과 테트라카복시산 이무수물의 결합물을 포함할 수 있다.
상기 탄소수 6 내지 30의 아릴렌기를 포함하는 디아민이란, 아릴렌기를 포함하는 디아민을 의미하며, 구체적으로 상기 아릴렌기는 O,S,N 등의 이종원자를 포함하지 않는 방향족 2가 작용기를 의미할 수 있다.
상기 탄소수 6 내지 30의 아릴렌기를 포함하는 디아민은 크게 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 하기 하기 화학식 10'로 표시되는 디아민 일 수 있다.
[화학식 10']
Figure PCTKR2020000407-appb-img-000032
상기 화학식 10'에서, R 19 및 R 20는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 시아노, 나이트릴, 탄소수 1 내지 10의 알킬, 탄소수 1 내지 10의 알케닐, 탄소수 1 내지 10의 알콕시, 탄소수 1 내지 10의 플루오로알킬, 또는 탄소수 1 내지 10의 플루오로알콕시이고, p 및 q는 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수이고, A은 단일결합, -O-, -CO-, -S-, -SO 2-, -C(CH 3) 2-, -C(CF 3) 2-, -CONH-, -COO-, -(CH 2) y-, -O(CH 2) yO-, -O(CH 2) y-, -NH-, -NH(CH 2) y-NH-, -NH(CH 2) yO-, -OCH 2-C(CH 3) 2-CH 2O-, -COO-(CH 2) y-OCO-, 또는 -OCO-(CH 2) y-COO-이며, y는 1 내지 10의 정수이고, k 및 m은 각각 독립적으로 0 내지 3의 정수이고, r은 0 내지 3의 정수이다.
상기 화학식 10'로 표시되는 디아민의 예가 크게 한정되는 것은 아니나, 예를 들어 하기 화학식 10'-1 또는 화학식 10'-2로 표시되는 디아민일 수 있다.
[화학식 10'-1]
Figure PCTKR2020000407-appb-img-000033
[화학식 10'-2]
Figure PCTKR2020000407-appb-img-000034
상기 화학식 10'-2에서, D는 CH 2이다.
상기 테트라카복시산 이무수물은 하기 화학식 7'로 표시될 수 있다.
[화학식 7']
Figure PCTKR2020000407-appb-img-000035
상기 화학식 7'에서 X는 상기 화학식 7로 표시되는 4가의 작용기일 수 있다.
상기 테트라카복시산 이무수물의 종류가 크게 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 하기 화학식 7'-1 로 표시되는 1,3-디메틸시클로부탄-1,2,3,4-테트라카르복실릭디무수물 또는 하기 화학식 7'-2로 표시되는 피로멜리틱산 디무수물일 수 있다.
[화학식7'-1]
Figure PCTKR2020000407-appb-img-000036
[화학식7'-2]
Figure PCTKR2020000407-appb-img-000037
상기 방향족 고리를 포함하는 디아민과 테트라카복시산 이무수물의 결합물이란, 상기 헤테로 방향족 고리를 포함하는 디아민에 포함되는 아미노기의 질소 원자와 상기 테트라카복시산 이무수물에 포함되는 카보닐기의 탄소원자가 결합한 화합물을 의미할 수 있다.
즉, 상기 Y 4 내지 Y 6는 탄소수 6 내지 30의 아릴렌기를 포함하는 방향족 2가 유기기일 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 Y 4 내지 Y 6 은 하기 화학식 10으로 표시되는 2가의 유기기일 수 있다.
[화학식 10]
Figure PCTKR2020000407-appb-img-000038
상기 화학식 10에서, R 19 및 R 20는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 시아노, 나이트릴, 탄소수 1 내지 10의 알킬, 탄소수 1 내지 10의 알케닐, 탄소수 1 내지 10의 알콕시, 탄소수 1 내지 10의 플루오로알킬, 또는 탄소수 1 내지 10의 플루오로알콕시이고, p 및 q는 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수이고, A은 단일결합, -O-, -CO-, -S-, -SO 2-, -C(CH 3) 2-, -C(CF 3) 2-, -CONH-, -COO-, -(CH 2) y-, -O(CH 2) yO-, -O(CH 2) y-, -NH-, -NH(CH 2) y-NH-, -NH(CH 2) yO-, -OCH 2-C(CH 3) 2-CH 2O-, -COO-(CH 2) y-OCO-, 또는 -OCO-(CH 2) y-COO-이며, y는 1 내지 10의 정수이고, k 및 m은 각각 독립적으로 0 내지 3의 정수이고, r은 0 내지 3의 정수이다.
상기 화학식 10에서, R 19 또는 R 20로 치환되지 않은 탄소에는 수소가 결합될 수 있으며, p 및 q는 각각 독립적으로 0 내지 4, 또는 1 내지 4, 또는 2 내지 4의 정수이고, p 또는 q가 2 내지 4의 정수일 때 복수의 R 19 또는 R 20는 동일하거나 서로 상이한 치환기일 수 있다.
그리고, 상기 화학식 10에서 k 및 m은 각각 독립적으로 0 내지 3, 바람직하게는 0 내지 1 이고, r은 0 내지 3, 또는 1 내지 3의 정수일 수 있다.
바람직하게는, 상기 화학식 10는 하기 화학식 10-1 또는 화학식 10-2로 표시되는 작용기일 수 있다.
[화학식 10-1]
Figure PCTKR2020000407-appb-img-000039
[화학식 10-2]
Figure PCTKR2020000407-appb-img-000040
상기 화학식 10-2에서, D는 CH 2이다.
또는, 상기 제2 반복 단위는 이미드기를 함유한 이미드계 방향족 2가 유기기를 포함하는 디아민과 테트라카복시산 이무수물의 결합물을 포함할 수 있다.
상기 이미드계 방향족 2가 유기기를 포함하는 디아민은 크게 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 하기 화학식 9'로 표시되는 디아민일 수 있다.
[화학식9']
Figure PCTKR2020000407-appb-img-000041
상기 화학식 9'에서, T는 상기 화학식 8로 표시되는 4가의 유기기이고, D 1 및 D 2는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 20의 알킬렌기, 탄소수 1 내지 10의 헤테로 알킬렌기, 탄소수 3 내지 20의 시클로알킬렌기, 탄소수 6 내지 20의 아릴렌기 또는 탄소수 2 내지 20의 헤테로아릴렌기 중에서 선택된 어느 하나이다.
구체적으로, 상기 화학식 9'에서, T는 하기 화학식 7-1로 표시되는 작용기 또는 하기 7-2로 표시되는 작용기일 수 있다.
[화학식 7-1]
Figure PCTKR2020000407-appb-img-000042
[화학식 7-2]
Figure PCTKR2020000407-appb-img-000043
보다 구체적으로, 상기 화학식 9'로 표시되는 디아민의 예가 크게 한정되는 것은 아니나, 예를 들어 하기 화학식 9'-1 또는 화학식 9'-2로 표시되는 디아민일 수 있다.
[화학식 9'-1]
Figure PCTKR2020000407-appb-img-000044
[화학식 9'-2]
Figure PCTKR2020000407-appb-img-000045
즉, 상기 Y 4 내지 Y 6 은 이미드계 방향족 2가 유기기일 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 Y 4 내지 Y 6 은 하기 화학식 9로 표시되는 2가의 유기기일 수 있다.
[화학식9]
Figure PCTKR2020000407-appb-img-000046
상기 화학식 9에서, T는 상기 화학식 8로 표시되는 4가의 유기기이고, D 1 및 D 2는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 20의 알킬렌기, 탄소수 1 내지 10의 헤테로 알킬렌기, 탄소수 3 내지 20의 시클로알킬렌기, 탄소수 6 내지 20의 아릴렌기 또는 탄소수 2 내지 20의 헤테로아릴렌기 중에서 선택된 어느 하나이다.
상기 일 구현예에 따른 액정 배향제 조성물에 포함되는 액정 배향제용 중합체가 이미 이미드화된 이미드 반복 단위를 함유한 디아민으로부터 합성되는 경우, 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 우수할 뿐만 아니라, 전압유지 보전율과 전기적 특성 또한 뛰어난 액정 배향막을 제조할 수 있다.
구체적으로, 상기 화학식 9에서, T는 하기 화학식 7-1로 표시되는 작용기 또는 하기 7-2로 표시되는 작용기일 수 있다.
[화학식 7-1]
Figure PCTKR2020000407-appb-img-000047
[화학식 7-2]
Figure PCTKR2020000407-appb-img-000048
보다 구체적으로, 상기 화학식 9로 표시되는 유기기의 예가 크게 한정되는 것은 아니나, 예를 들어 하기 화학식 9-1 또는 화학식 9-2로 표시되는 작용기일 수 있다.
[화학식 9-1]
Figure PCTKR2020000407-appb-img-000049
[화학식 9-2]
Figure PCTKR2020000407-appb-img-000050
상기 제2 반복단위인 상기 화학식 4, 화학식 5 및 화학식 6으로 표시되는 반복 단위 중에서, 화학식 4로 표시되는 반복 단위를 전체 반복 단위에 대하여 5 몰% 내지 74몰%, 또는 10 몰% 내지 60몰% 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 화학식 4로 표시되는 이미드 반복 단위를 특정 함량 포함하는 중합체를 이용하면, 상기 액정 배향제 조성물에 포함되는 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 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 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 반복 단위에 대하여 1 몰% 내지 60 몰%, 바람직하게는 5 몰% 내지 50몰% 포함될 수 있다. 상기 화학식 5로 표시되는 반복 단위는 광 조사 후 고온 열처리 공정 중 이미드로 전환되는 비율이 낮기 때문에, 상기 범위를 넘어서는 경우 액정과의 상호작용하는 영역이 낮아지게 되어 상대적으로 배향성이 저하될 수 있다. 따라서, 상기 화학식 5로 표시되는 반복 단위는 상술한 범위 내에서 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 반복 단위에 대하여 0 몰% 내지 95몰%, 바람직하게는 10 몰% 내지 80몰% 포함될 수 있다. 이러한 범위 내에서 우수한 코팅성을 나타내 공정 특성이 우수하면서도 높은 이미드화율을 구현할 수 있는 액정 배향제용 중합체를 제공할 수 있다.
이때, 상기 화학식 1로 표시되는 반복 단위, 상기 화학식 2로 표시되는 반복 단위 및 상기 화학식 3로 표시되는 반복 단위로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 제1반복 단위와, 상기 화학식 4로 표시되는 반복 단위, 상기 화학식 5로 표시되는 반복 단위 및 상기 화학식 6로 표시되는 반복 단위로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 제2반복 단위간의 몰비율은 1:99 내지 99:1, 1:99 내지 75:25, 1:99 내지 50:50 일 수 있다. 즉, 상기 일구현예에 따른 액정 배향제 조성물은 상기 제2 반복 단위를 제1 반복단위와 비교하여 과량 또는 동량으로 포함하는 액정 배향제용 중합체를 포함할 수 있다.
이와 같은 특징을 갖는 상기 제1 반복단위와 제2 반복 단위를 상기 몰비율을 만족하도록 사용하는 경우, 제1 반복단위가 갖는 우수한 액정 배향성 및 전기적 특성에 제2 반복 단위가 갖는 우수한 보관 안정성 및 배향 안정성을 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.
상기 액정 배향제용 중합체 각각의 중량평균 분자량(GPC측정)이 크게 한정되는 것은 아니나, 예를 들어, 10000 g/mol 내지 200000 g/mol일 수 있다.
상기 일 구현예의 액정 배향제 조성물은 상술한 액정 배향제용 공중합체 이외에, 가교제 화합물을 포함할 수 있고, 상기 가교제 화합물은 상기 화학식 11로 표시되는 특정의 화학 구조를 가질 수 있다. 상기 가교제 화합물의 물리/화학적 특성은 상술한 화학식 11의 특정 구조에 기인한 것으로 보인다.
상기 화학식 11에서, A 1는 1가 내지 4가의 작용기이며, j은 1 내지 4의 정수일 수 있다. 상기 A 1는 가교제 화합물의 중심에 위치하는 작용기이고, A 1에 포함된 말단 작용기에 화학식 11에서 중괄호"[]"로 표시된 작용기가 j개만큼 결합할 수 있다.
즉, 상기 화학식 11에서, j가 1이면, A 1는 1가 작용기이다. 또한, j가 2이면, A 1는 2가 작용기이다. 또한, j가 3이면, A 1는 3가 작용기이다. 또한, j가 4이면, A 1는 4가 작용기이다. 바람직하게는, 상기 화학식11에서, j는 2이며, A 1는 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기, 구체적으로 부틸렌기일 수 있다.
상기 화학식 11에서, L 5 및 L 6는 서로 동일하거나 상이하며, 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기 또는 탄소수 6 내지 20의 아릴렌기 중 하나이고, 바람직하게는 L 5 및 L 6 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 5의 알킬렌기, 예를 들어 에틸렌기일 수 있다.
상기 화학식 11에서, R 17 및 R 18는 상기 가교제 화합물의 가교성 작용기인 히드록시기(-OH)의 말단에서 수소원자를 대신하여 치환된 작용기로서, 상기 액정 배향제용 공중합체와 상기 화학식 11로 표시되는 가교제 화합물 간의 가교반응을 억제시킬 수 있다.
후술하는 바와 같이, 상기 R 17 및 R 18는 액정 배향제 조성물로부터 액정배향막을 제조하는 건조 공정, 노광 공정, 경화 공정 등을 거치며, 80 ℃ 이상의 온도로 상승시 수소원자로 치환되면서 탈착될 수 있다.
상기 R 17 및 R 18는 각각 독립적으로 규소 함유 1가 작용기일 수 있다.
구체적으로, 상기 규소 함유 1가 작용기는 하기 화학식 12로 표시되는 작용기일 수 있다.
[화학식 12]
Figure PCTKR2020000407-appb-img-000051
상기 화학식 12에서, R 25, R 26 및 R 27는 각각 독립적으로 수소, 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬이다. 보다 구체적으로, 상기 화학식 12에서, R 25, R 26 및 R 27는 메틸기 또는 에틸기일 수 있다.
상기 화학식 11에서, A 1는 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기이며, j는 2일 수 있다. 즉, 상기 화학식 11로 표시되는 가교제 화합물은 하기 화학식 11-1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식11-1]
Figure PCTKR2020000407-appb-img-000052
상기 화학식11-1에서, A'는 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기이며, L 7 내지 L 10는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 5의 알킬렌기이며, R 28 내지 R 31는 각각 독립적으로 규소 함유 1가 작용기일 수 있다
보다 구체적으로 상기 화학식11-1로 표시되는 가교제 화합물의 예로는, A'는 탄소수 4의 부틸렌기이며, L 7 내지 L 10는 모두 탄소수 2의 에틸렌기이며, R 22 내지 R 25는 모두 상기 화학식12로 표시되는 작용기(R 19, R 20 및 R 21이 메틸기)인 하기 화학식12-2로 표시되는 화합물을 들 수 있다.
[화학식12-2]
Figure PCTKR2020000407-appb-img-000053
또한 상기 화학식11-1로 표시되는 가교제 화합물의 다른 예로는, A'는 탄소수 4의 부틸렌기이며, L 7 내지 L 10는 모두 탄소수 2의 에틸렌기이며, R 22 내지 R 25는 모두 상기 화학식12로 표시되는 작용기(R 19, R 20 및 R 21이 에틸기)인 하기 화학식12-3로 표시되는 화합물을 들 수 있다.
[화학식12-3]
Figure PCTKR2020000407-appb-img-000054
상기 화학식11로 표시되는 가교제 화합물은, 상기 액정 배향제 조성물 전체 중량을 기준으로 1 중량% 내지 30 중량%, 또는 2 중량% 내지 25 중량%, 또는 3 중량% 내지 15 중량%, 또는 4 중량% 내지 10 중량% 로 함유될 수 있다. 상기 가교제 화합물의 함량이 지나치게 많아지면, 상기 액정배향제용 공중합체의 가교도가 지나치게 증가함에 따라, 상기 중합체의 유연성이 감소할 수 있다.
반면, 상기 가교제 화합물의 함량이 지나치게 작아지면, 상기 액정배향제용 중합체의 가교도 증가에 의한 기계적 강도 및 전기적 특성 향상 효과가 충분히 구현되기 어려울 수 있다.
또한, 상기 화학식 11로 표시되는 가교제 화합물을 유기용매에 첨가하여 혼합한 혼합용액을 석영셀을 이용하여 상온(25℃), 400nm 파장 조건에서, JASCO Asia Portal V-770 UV-VIS-NIR Spectrophotometer 장비를 사용하여 하기 수학식1를 통해 계산한 혼합용액 첨가 전/후의 투과도 변화율이 10% 이하일 수 있다.
[수학식1]
투과도 변화율(%) = 용매의 투과도 - 혼합용액의 투과도.
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.
2. 액정 배향막의 제조 방법
발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 액정 배향제 조성물을 기판에 도포하여 도막을 형성하는 단계(단계 1); 상기 도막을 건조하는 단계(단계 2); 상기 도막에 광을 조사하거나 러빙 처리하여 배향 처리하는 단계(단계 3); 및 상기 배향 처리된 도막을 열처리하여 경화하는 단계(단계 4)를 포함하는, 액정 배향막의 제조 방법을 제공한다.
상기 단계 1은, 상술한 액정 배향제 조성물을 기판에 도포하여 도막을 형성하는 단계이다. 상기 액정 배향제 조성물에 관한 내용은 상기 일 구현예에서 상술한 내용을 모두 포함한다.
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 도막에 광을 조사하여 배향 처리하는 단계이다.
상기 배향 처리 단계에서의 도막은 건조단계 직후의 도막을 의미할 수도 있고, 상기 건조단계 이후 열처리를 거친 후의 도막일 수도 있다. 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 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, 석영유리, 소다라임 유리, 소다라임프리 유리 등의 투명 기판 표면에 유전이방성의 물질이 코팅된 기판을 이용한 편광 장치, 미세하게 알루미늄 또는 금속 와이어가 증착된 편광판, 또는 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.
또한, 상기 배향 처리하는 단계에서 러빙 처리는 러빙천을 이용하는 방법을 사용할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 러빙 처리는 금속 롤러에 러빙천의 옷감을 붙인 러빙 롤러를 회전시키면서 열처리 단계 이후의 도막의 표면을 한 방향으로 러빙할 수 있다.
상기 단계 4는, 상기 배향 처리된 도막을 열처리하여 경화하는 단계이다.
상기 배향 처리된 도막을 열처리하여 경화하는 단계에서, 상기 배향 처리된 도막에서 상기 화학식11로 표시되는 가교제 화합물의 R 17 및 R 18 작용기가 수소원자로 치환되면서 탈착될 수 있고, 액정 배향제용 공중합체간의 가교반응이 진행될 수 있다.
구체적으로, 상기 배향 처리된 도막을 열처리하여 경화하는 단계에서, 상기 배향 처리된 도막에 하기 화학식13으로 표시되는 가교제 화합물이 포함될 수 있다.
[화학식13]
Figure PCTKR2020000407-appb-img-000055
상기 화학식 13에서, A 1, j, L 5 및 L 6는 상기 일 구현예의 화학식14에서 정의한 바와 같다.
상기 일 구현예의 액정 배향제 조성물에 상기 화학식 13으로 표시되는 가교제 화합물이 포함될 경우, 조성물 내에서부터 일부 가교반응을 진행함에 따라 가교제 화합물이 조성물 내에 고르게 분산되기 어렵다.
반면, 본 발명은 액정 배향제 조성물 내에서는 상기 화학식 11로 표시되는 가교제 화합물을 첨가하여 조성물 내에서의 가교반응을 억제하였다가, 상기 배향 처리된 도막을 열처리하여 경화하는 단계에서 상기 화학식 11로 표시되는 가교제 화합물이 화학식 13으로 표시되는 가교제 화합물로 전환되도록 유도할 수 있다. 이에 따라, 조성물에서는 가교제 화합물의 분산성 및 안정성을 높일 수 있고, 배향막에서는 가교구조 형성을 통해 막강도 향상 효과를 구현할 수 있다.
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.
3. 액정 배향막
또한, 본 발명은 상술한 액정 배향막의 제조 방법에 따라 제조된 액정 배향막을 제공한다. 구체적으로, 상기 액정 배향막은 상기 일 구현예의 액정 배향제 조성물의 배향 경화물을 포함할 수 있다. 상기 배향 경화물이란, 상기 일 구현예의 액정 배향제 조성물의 배향공정 및 경화공정을 거쳐 얻어지는 물질을 의미한다.
상술한 바와 같이, 상기 액정 배향제용 공중합체; 및 화학식 11로 표시되는 가교제 화합물을 포함하는 액정 배향제 조성물을 이용하면, 안정성이 강화되고, 우수한 전기적 특성을 나타내는 액정 배향막을 제조할 수 있다.
상기 액정 배향막의 두께가 크게 한정되는 것은 아니나, 0.01 ㎛ 내지 1000 ㎛ 범위내에서 자유롭게 조절 가능하며, 예를 들어, 0.01 ㎛ 내지 0.3 ㎛일 수 있다. 상기 액정 배향막의 두께가 특정 수치만큼 증가하거나 감소하는 경우 액정 배향막에서 측정되는 물성 또한 일정 수치만큼 변화할 수 있다.
상기 액정 배향막은 하기 수학식2로 계산되는 막강도가 0.10 % 이하, 또는 0.01 % 이상 0.10 % 이하, 0.01 % 이상 0.05 % 이하, 또는 0.01 % 이상 0.04 % 이하, 또는 0.02 % 이상 0.04 % 이하일 수 있다.
[수학식2]
막강도 = 러빙처리 후 액정 배향막의 헤이즈 - 러빙처리 전 액정 배향막의 헤이즈.
상기 액정배향막에 대한 러빙처리는 배향막 표면을 sindo engineering사의 rubbing machine을 이용하여 1000 rpm으로 회전시키면서 러빙처리하는 방법을 사용할 수 있으며, 헤이즈 값은 헤이즈미터(hazemeter)를 사용하여 측정할 수 있다.
또한, 상기 액정 배향막은 45 kV, 40 mA Cu Kα radiation (파장:1.54 Å) 조건에서 PANalytical X'Pert PRO MRD XRD 에 의해 측정한 막밀도가 1.25 g/cm 3 이상, 또는 1.25 g/cm 3 이상 1.50g/cm 3 이하, 또는 1.26 g/cm 3 이상 1.50g/cm 3 이하, 또는 1.26 g/cm 3 이상 1.40g/cm 3 이하, 또는 1.26 g/cm 3 이상 1.35g/cm 3 이하, 또는 1.26 g/cm 3 이상 1.34g/cm 3 이하 일 수 있다.
상기 일 구현예의 액정 배향막이 상기 45 kV, 40 mA Cu Kα radiation (파장:1.54 Å) 조건에서 PANalytical X'Pert PRO MRD XRD 에 의해 측정한 막밀도가 1.25 g/cm 3 이상으로 상술한 범위를 만족하게 되면, 막강도가 상승하고 하부막 용출 가스에 의한 차폐력이 향상되어, 배향신뢰성이 장시간 유지되는 효과를 구현할 수 있다.
4. 액정 표시 소자
또한, 본 발명은 상술한 액정 배향막을 포함하는 액정 표시소자를 제공한다.
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 일 구현예의 액정배향제 조성물로부터 제조되어 우수한 제반 물성과 함께 뛰어난 안정성을 구현할 수 있다. 구체적으로, 고온, 저주파수에서 높은 전압보전율을 가질 수 있어 전기적 특성이 우수하며, 콘트라스티 비(contrast ratio)의 성능 저하나 이미지 스티킹(잔상) 현상이 감소하며, 막강도 또한 우수한 액정 표시소자를 제공할 수 있다.
구체적으로, 상기 액정 표시소자는 1V, 1Hz, 60 ℃ 온도에서 TOYO corporation의 6254C 장비를 이용하여 측정한 전압 보유율이 90% 이상, 또는 93% 이상 99% 이하, 또는 94% 이상 99% 이하, 또는 94% 이상 98% 이하 일 수 있다. 상기 액정 배향표시소자의 1V, 1Hz, 60 ℃ 온도에서 TOYO corporation의 6254C 장비를 이용하여 측정한 전압 보유율이 90% 미만으로 감소할 경우, 저전력에서 고품위의 구동특성을 갖는 액정 표시소자의 구현이 어려워질 수 있다.
또한, 상기 액정 표시소자는 상판 및 하판에 편광판을 서로 수직이 되도록 부착한 후, 7,000 cd/㎡의 백라이트 위에 부착하고 PR-880 장비를 이용해 측정한 블랙 상태의 휘도인 초기 휘도(L0)와 상온에서 교류전압 5V로 24시간 구동한 후 측정한 블랙상태의 휘도인 나중 휘도(L1) 간의 차이를 초기 휘도(L0) 값으로 나누고 100을 곱한 값인 휘도변동율이 상기 액정 표시소자의 휘도변동율이 10% 미만일 수 있다.
본 발명에 따르면, 우수한 막강도를 가지면서도, 액정 배향성, 내구성 및 전기적 특성이 우수하며, 높은 막밀도를 통해 우수한 차폐력을 갖는 액정 배향제 조성물, 이를 이용한 액정 배향막의 제조 방법, 및 이를 이용한 액정 배향막 및 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 PCTKR2020000407-appb-img-000056
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 PCTKR2020000407-appb-img-000057
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 DA2-1의 합성
Figure PCTKR2020000407-appb-img-000058
4-나이트로벤조일 클로라이드(4-Nitrobenzoyl chloride, 화합물 4) 18.5g(0.1mol)와 트리에틸아민 11.13 g(0.11mol)을 다이옥산(450mL)에 녹인 후, 5-나이트로피리딘-2-아민(5-Nitropyridin-2-amine, 화합물 5) 13.91g(0.1mol)을 첨가하고, 60 ℃에서 1시간동안 교반하였다. 반응이 종결되면 반응물을 물(1000mL)이 담긴 용기에 천천히 투입하여, 1시간동안 교반하였다. 이를 여과하여 얻은 고체를 초순수(200mL)로 세척하여 4-나이트로-N-(5-나이트로피리딘-2-일)벤즈아마이드(4-Nitro-N-(5-nitropyridin-2-yl)benzamide, 화합물6) 24.54g을 제조하였다.(수율:85%)
Figure PCTKR2020000407-appb-img-000059
상기 4-나이트로-N-(5-나이트로피리딘-2-일)벤즈아마이드(4-Nitro-N-(5-nitropyridin-2-yl)benzamide, 화합물6) 를 THF (100mL)에 녹인 후, Pd/C(2.5g)을 투입하고, 수소환경 하에서 12시간동안 교반하였다. 반응 종료 후 셀라이트패트에 여과한 여액을 농축하여 디아민 DA2-1을 제조하였다(수율: 84%).
제조예 4: 디아민 DA2-2의 합성
Figure PCTKR2020000407-appb-img-000060
5-나이트로피콜리노일 클로라이드(5-Nitropicolinoyl chloride, 화합물 7) 18.65 g(0.1mol)와 트리에틸아민 11.13 g(0.11mol)의 을 다이옥산(450mL)에 녹인 후, 5-나이트로피리딘-2-아민(5-Nitropyridin-2-amine, 화합물 5) 13.91 g(0.1mol)을 첨가하고, 60 ℃에서 1시간동안 교반하였다. 반응이 종결되면 반응물을 물(1000mL)이 담긴 용기에 천천히 투입하여, 1시간동안 교반하였다. 이를 여과하여 얻은 고체를 초순수(200mL)로 세척하여 5-니트로-N-(5-니트로피리딘-2-일)피콜린아마이드(5-Nitro-N-(5-nitropyridin-2-yl)picolinamide, 화합물8) 25.68 g을 제조하였다. (수율: 88.79%)
Figure PCTKR2020000407-appb-img-000061
상기 5-나이트로-N-(5-니트로피리딘-2-일)피콜린아마이드(5-Nitro-N-(5-nitropyridin-2-yl)picolinamide, 화합물 8) 를 THF (100mL)에 녹인 후, Pd/C(1.5g)을 투입하고, 수소환경 하에서 12시간동안 교반하였다. 반응 종료 후 셀라이트패트에 여과한 여액을 농축하여 디아민 DA2-2를 제조하였다(수율: 90.7%).
제조예 5: 디아민 DA2-3의 합성
Figure PCTKR2020000407-appb-img-000062
5-나이트로피콜리노일 클로라이드(5-Nitropicolinoyl chloride, 화합물 9) 18.65 g(0.1mol)와 트리에틸아민 11.13 g(0.11mol)의 을 다이옥산(450mL)에 녹인 후, 4-니트로아닐린(4-Nitroaniline, 화합물 10) 13.81 g(0.1mol)을 첨가하고, 60℃에서 1시간동안 교반하였다. 반응이 종결되면 반응물을 물(1000mL)이 담긴 용기에 천천히 투입하여, 1시간동안 교반하였다. 이를 여과하여 얻은 고체를 초순수(200mL)로 세척하여 5-니트로-N-(4-니트로페닐)피콜린아마이드 (5-Nitro-N-(4-nitrophenyl)picolinamide, 화합물 11) 24.41g을 제조하였다.(수율: 84.69%)
Figure PCTKR2020000407-appb-img-000063
상기 5-니트로-N-(4-니트로페닐)피콜린아마이드 (5-Nitro-N-(4-nitrophenyl)picolinamide, 화합물11)를 THF (100mL)에 녹인 후, Pd/C(1.5g)을 투입하고, 수소환경 하에서 12시간동안 교반하였다. 반응 종료 후 셀라이트패트에 여과한 여액을 농축하여 디아민 DA2-3를 제조하였다(수율: 89.48%).
제조예 6: 가교제의 제조
Figure PCTKR2020000407-appb-img-000064
N,N,N',N'-테트라키스(2-히드록시에틸)아디프아마이드(N,N,N',N'-Tetrakis (2-hydroxyethyl)adipamide) 5g (15.6mmol)와 클로로트리메틸실란 (Chlorotrimethylsilane) 10.2 g(94 mmol)를 Chloroform(150 ml)에 투입한 후, 탄산칼륨 (K2CO3, 17.3 g, 125 mmol)을 첨가하고 0 ℃ 질소환경 하에서 10시간 동안 교반하였다. 반응 종료 후 셀라이트 패트에 여과한 여액을 농축하여 N1,N1,N6,N6-테트라키스(2-(트리메틸실릴옥시)에틸)아디프아마이드(N1,N1,N6,N6-tetrakis(2-(trimethylsilyloxy)ethyl)adipamide) 7.3 g(수율 77 %)을 제조하였다.
비교제조예1: 가교제의 제조
상기 제조예 6의 반응물인 N,N,N',N'-테트라키스(2-히드록시에틸)아디프아마이드(N,N,N',N'-Tetrakis(2-hydroxyethyl)adipamide)을 비교제조예1의 가교제로 사용하였다.
<합성예 >
하기 표1에 기재된 반응물을 이용하여 액정 배향제용 중합체를 합성하였다. 각각의 합성예1 내지 7의 구체적인 합성조건은 표1 이하에 기재하였다.
합성예 제1 디아민(몰%) 제2 디아민(몰%) 산무수물(몰%)
합성예1(P-1) 제조예3(10) p-PDA(90) DMCBDA(100)
합성예2(P-2) 제조예3(10) MDA(90) DMCBDA(100)
합성예3(P-3) 제조예3(10) MDA(90) DMCBDA(50)PMDA(50)
합성예4(P-4) 제조예3(10) 제조예2(90) DMCBDA(100)
합성예5(P-5) 제조예3(50) 제조예2(50) DMCBDA(100)
합성예6(P-6) 제조예3(50) 제조예2(50) DMCBDA(100)
합성예7(R-1) p-PDA(100) DMCBDA(100)
합성예8(R-2) 제조예2(100) DMCBDA(100)
<합성예 1 내지 8: 액정 배향제용 중합체 합성>
합성예 1: 액정 배향제용 중합체 P-1의 제조
상기 제조예 3에서 제조한 DA2-1 2.28 g(0.01 mol) 과 p-페닐렌디아민 (p-phenylenediamine, p-PDA) 9.337 g (0.0086 mol)을 무수 N-메틸피롤리돈 (anhydrous N-methyl pyrrolidone, NMP) 177.128 g에 완전히 녹였다.
그리고, ice bath 하에서 1,3-디메틸-사이클로부탄-1,2,3,4-테트라카복실산 디무수물(DMCBDA) 20.0g (0.089 mol)을 상기 용액에 첨가하여 상온에서 16 시간 동안 교반하여 액정배향제용 중합체 P-1을 제조하였다.
합성예 2: 액정 배향제용 중합체 P-2의 제조
상기 제조예 3에서 제조한 DA2-1 2.28 g(0.01 mol) 과 4,4'-메틸렌디아닐린(4,4'-Methylenedianiline,MDA) 17.119 g (0.086 mol)을 무수N-메틸피롤리돈 (anhydrous N-methyl pyrrolidone: NMP) 221.225 g에 완전히 녹였다.
그리고, ice bath 하에서 1,3-디메틸-사이클로부탄-1,2,3,4-테트라카복실산 디무수물(DMCBDA) 20.0g (0.089 mol)을 상기 용액에 첨가하여 상온에서 16 시간 동안 교반하여 액정배향제용 중합체 P-2을 제조하였다.
합성예 3: 액정 배향제용 중합체 P-3의 제조
상기 제조예 3에서 제조한 DA2-1 2.28 g(0.01 mol) 과 4,4'-메틸렌디아닐린(4,4'-Methylenedianiline,MDA) 17.119 g (0.086 mol)을 무수N-메틸피롤리돈 (anhydrous N-methyl pyrrolidone: NMP) 221.225 g에 완전히 녹였다.
그리고, ice bath 하에서 1,3-디메틸-사이클로부탄-1,2,3,4-테트라카복실산 디무수물(DMCBDA) 10.0g (0.045 mol)와 피로멜리틱산 디무수물(pyromellitic dianhydride, PMDA) 9.73 g(0.045 mol)을 상기 용액에 첨가하여 상온에서 16 시간 동안 교반하여 액정배향제용 중합체 P-3을 제조하였다.
합성예 4: 액정 배향제용 중합체 P-4의 제조
상기 제조예 3에서 제조한 DA2-1 2.28 g(0.01 mol) 과 상기 제조예 2에서 제조한 DA1-2 34.918 g (0.089 mol)을 무수 N-메틸피롤리돈 (anhydrous N-methyl pyrrolidone: NMP) 322.091 g에 완전히 녹였다.
그리고, ice bath 하에서 1,3-디메틸-사이클로부탄-1,2,3,4-테트라카복실산 디무수물(DMCBDA) 20.0g (0.089 mol)을 상기 용액에 첨가하여 상온에서 16 시간 동안 교반하여 액정배향제용 중합체 P-4를 제조하였다.
합성예 5: 액정 배향제용 중합체 P-5
상기 제조예 3에서 제조한 DA2-1 8.211 g(0.036 mol) 과 상기 제조예 2에서 제조한 DA1-2 14.549 g (0.036 mol)을 무수 N-메틸피롤리돈 (anhydrous N-methyl pyrrolidone: NMP) 208.269 g에 완전히 녹였다.
그리고, ice bath 하에서 1,3-디메틸-사이클로부탄-1,2,3,4-테트라카복실산 디무수물(DMCBDA) 15.0g (0.067 mol)을 상기 용액에 첨가하여 상온에서 16 시간 동안 교반하여 액정배향제용 중합체 P-5을 제조하였다
합성예 6: 액정 배향제용 중합체 P-6
상기 제조예 3에서 제조한 DA2-1 10.948 g(0.048 mol) 과 상기 제조예 2에서 제조한 DA1-2 19.399 g (0.048 mol)을 무수 N-메틸피롤리돈 (anhydrous N-methyl pyrrolidone: NMP) 276.163 g에 완전히 녹였다.
그리고, ice bath 하에서 1,3-디메틸-사이클로부탄-1,2,3,4-테트라카복실산 디무수물(DMCBDA) 10.0g (0.045 mol)을 상기 용액에 첨가하여 상온에서 16 시간 동안 교반하여 액정배향제용 중합체 P-6을 제조하였다
합성예 7: 액정 배향제용 중합체 R-1
p-페닐렌디아민 (p-phenylenediamine, p-PDA) 19.211 g (0.0096 mol)을 무수 N-메틸피롤리돈 (anhydrous N-methyl pyrrolidone, NMP) 222.194 g에 완전히 녹였다.
그리고, ice bath 하에서 1,3-디메틸-사이클로부탄-1,2,3,4-테트라카복실산 디무수물(DMCBDA) 20.0g (0.089 mol)을 상기 용액에 첨가하여 상온에서 16 시간 동안 교반하여 액정배향제용 중합체 R-1을 제조하였다.
합성예 8: 액정 배향제용 중합체 R-2
상기 제조예 2에서 제조한 DA1-2 29.099 g (0.072 mol)을 무수 N-메틸피롤리돈 (anhydrous N-methyl pyrrolidone: NMP) 249.893 g에 완전히 녹였다.
그리고, ice bath 하에서 1,3-디메틸-사이클로부탄-1,2,3,4-테트라카복실산 디무수물(DMCBDA) 15.0g (0.067 mol)을 상기 용액에 첨가하여 상온에서 16 시간 동안 교반하여 액정배향제용 중합체 R-2을 제조하였다.
<실시예 및 비교예 : 액정 배향제 조성물, 액정배향막, 액정배향셀의 제조>
실시예 1 내지 6
(1) 액정 배향제 조성물의 제조
NMP, GBL, 2-부톡시에탄올의 혼합 용매에 하기 표 2에 나타낸 바와 같은 조성으로 액정배향제용 중합체를 녹여서 얻어진 용액을 얻었다. 그리고, 상기 용액에 가교제로 상기 제조예 6에서 얻어진 N1,N1,N6,N6-tetrakis(2-(trimethylsilyloxy)ethyl)adipamide를 전체 용액을 기준 5 중량%로 첨가한 후 25 ℃에서 16시간 교반하였다. 폴리(테트라플루오렌에틸렌) 재질의 기공 사이즈가 0.1㎛인 필터로 가압 여과하여 액정 배향제 조성물을 제조하였다.
(2) 액정배향막의 제조
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 80℃의 핫플레이트 위에 두어 3분간 건조하여 용매를 증발시켰다.
이렇게 얻어진 도막을 배향 처리하기 위해, 상/하판 각각의 도막에 선 편광자가 부착된 노광기를 이용하여 254 nm의 자외선을 약 0.1~1 J/㎠의 노광량으로 조사하였다. 이후, 배향 처리된 상/하판을 약 230 ℃의 오븐에서 30분간 소성(경화)하여 막 두께 0.1 ㎛의 액정 배향막을 얻었다.
(3) 액정배향셀의 제조
4.5 ㎛ 크기의 볼 스페이서가 함침된 실링제(sealing agent)를 액정 주입구를 제외한 상판의 가장자리에 도포하였다. 그리고, 상판 및 하판에 형성된 액정 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.
비교예 1
상기 제조예 6의 가교제를 첨가하지 않은 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 액정 배향제 조성물, 액정배향막, 액정배향셀을 제조하였다.
비교예 2
상기 제조예 6의 가교제 대신, 비교제조예1의 N,N,N',N'-Tetrakis(2-hydroxyethyl)adipamide을 첨가한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 액정 배향제 조성물, 액정배향막, 액정배향셀을 제조하였다.
구분 액정배향제용 중합체 가교제
종류 투입량 (중량%)
실시예1 합성예1(P-1) 제조예 6 5
실시예2 합성예2(P-2) 제조예 6 5
실시예3 합성예3(P-3) 제조예 6 5
실시예4 합성예4(P-4) 제조예 6 5
실시예5 합성예5(P-5) 제조예 6 5
실시예6 합성예6(P-6) 제조예 6 5
비교예1 합성예1(P-1) - -
비교예2 합성예1(P-1) 비교제조예1 5
<실험예 >
1) 액정 배향성 평가
상기 제조한 액정 배향셀의 상판 및 하판에 편광판을 서로 수직이 되도록 부착하였다. 그리고, 편광판이 부착된 액정 배향셀을 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 편광판에 의해 빛이 통과되지 않고 불량 없이 어둡게 관찰된다. 이러한 경우의 배향 특성을 '양호'로, 액정 흐름 자국이나 휘점과 같은 빛샘이 관찰되면 '불량'으로 평가하였으며, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
2) 전압 보유율(voltage holding ratio, VHR) 측정
상기 제조한 액정 배향셀의 전기적 특성인 전압 보유율(voltage holding ratio, VHR)를 TOYO corporation의 6254C 장비를 이용하여 측정하였다. 전압 보유율(VHR)은 1 Hz, 60 ℃ 온도에서 측정했다(VHR 60도 1 Hz n-LC 조건). 상기 액정 배향셀의 전압 보유율(VHR)에 대한 측정 결과는 하기 표 3에 나타내었다.
3) 배향안정성 평가(AC 잔상)
상기 제조한 액정 배향셀의 상판 및 하판에 편광판을 서로 수직이 되도록 부착하였다. 상기 편광판이 부착된 액정셀을 7,000 cd/㎡의 백라이트 위에 부착하고 블랙 상태의 휘도를 휘도 밝기 측정 장비인 PR-788 장비를 이용해 측정하였다. 그리고, 상기 액정셀을 상온에서 교류전압 7 V로 120 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% 이상 20% 이하이면 '보통', 휘도 변동율이 20%를 초과하면 '불량'으로 평가하였으며, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
4) 용해성
상기 실시예 및 비교예의 액정 배향제 조성물에서 각각 사용된 가교제에 대하여, 상기 표2의 가교제 첨가량을 만족하도록 용매(γ-부티로락톤)에 첨가한 후 10초간 혼합한 혼합용액을 제조하고, 석영셀을 이용하여 상온(25℃), 400nm 파장 조건에서, JASCO Asia Portal V-770 UV-VIS-NIR Spectrophotometer 장비를 사용하여 혼합용액 첨가 전/후의 투과도 변화율을 하기 수학식1를 통해 계산하였다.
[수학식1]
투과도 변화율(%) = 용매의 투과도 - 혼합용액의 투과도.
우수 : 투과도 변화율이 10% 이하
보통 : 투과도 변화율이 10% 초과 20% 이하
불량 : 투과도 변화율이 20% 초과
5) 막밀도
상기 액정 배향막에 대하여, 45 kV, 전류 40 mA Cu Kα radiation (파장:1.54 Å) 조건에서, PANalytical X'Pert PRO MRD XRD 장비를 이용하여, 측정을 위해 시료를 sample holder에 자석을 이용해서 고정시킨 후 sample stage에 mounting 하였다. Align을 위해 z->omega->z align을 한 후 XRR측정을 위해서 0.1°≤2θ≤1° 범위에서step size 0.002°, time per step 1초로 측정하였다. 정밀한 측정을 위해 샘플을 측정 후 90도 회전하여 한번 더 측정하였다.
6) 막강도
상기 제조한 액정 배향막에 대하여, 상기 액정 배향막 표면을 sindo engineering사의 rubbing machine을 이용하여 1000 rpm으로 회전시키면서 러빙처리한 후 헤이즈미터(hazemeter)를 사용하여 헤이즈 값을 측정하고, 하기 수학식2와 같이 러빙처리 전의 헤이즈 값과의 차이를 계산하여 막강도를 평가하였다. 상기 헤이즈 변화값이 작을수록 막강도가 우수한 것이다.
[수학식2]
막강도 = 러빙처리 후 액정 배향막의 헤이즈 - 러빙처리 전 액정 배향막의 헤이즈.
구분 액정배향성 배향안정성 VHR(%) 용해성 막밀도(g/cm 3) 막강도(%)
실시예1 양호 우수 95 우수 1.34 0.02
실시예2 양호 우수 94 우수 1.34 0.02
실시예3 양호 우수 98 우수 1.33 0.03
실시예4 양호 우수 94 우수 1.31 0.02
실시예5 양호 우수 97 우수 1.26 0.04
실시예6 양호 우수 95 우수 1.28 0.03
비교예1 양호 우수 74 - 1.14 0.12
비교예2 양호 우수 94 불량 1.21 0.04
상기 표 3에 나타난 바와 같이, 2종의 디아민으로부터 유래한 2종의 반복단위를 포함하는 폴리이미드계 공중합체와 함께 제조예 6의 가교제가 함유된 실시예 1 내지 6의 경우, 우수한 액정배향성, 배향안정성과 함께 94% 내지 98%의 높은 전압보유율을 나타냄을 확인할 수 있었다. 또한, 1.26 g/cm 3 내지 1.34g/cm 3 의 높은 막밀도와 동시에, 러빙처리 전후 헤이즈 변화값이 0.02 % 내지 0.04 %로 매우 낮아 뛰어난 막강도를 나타냄을 확인할 수 있었다.
한편, 제조예 6의 가교제가 함유되지 않은 비교예 1의 액정 배향제 조성물로부터 얻어진 배향막은 러빙처리 전후 헤이즈 변화값이 0.12%로 급증하여 막강도가 매우 불량할 뿐만 아니라, 전압보유율이 74%로 급감하여 전기적 특성이 불량함을 확인할 수 있었다.
또한, 제조예 6의 가교제 대신 비교제조예 1의 가교제을 함유하는 비교예 2의 액정 배향제 조성물로부터 얻어진 배향막은, 막밀도가 1.21 g/cm 3로 나타나 본원 실시예와 비교하여 불량할 뿐만 아니라, 제조예 6의 가교제와 비교하여 현저히 불량한 용해성을 가짐을 확인할 수 있었다.

Claims (18)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 반복 단위, 하기 화학식 2로 표시되는 반복 단위 및 하기 화학식 3으로 표시되는 반복 단위로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함한 제1 반복 단위 및 하기 화학식 4로 표시되는 반복 단위, 하기 화학식 5로 표시되는 반복 단위 및 하기 화학식 6으로 표시되는 반복 단위로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함한 제2 반복 단위를 포함한 액정 배향제용 공중합체; 및
    하기 화학식 11로 표시되는 가교제 화합물을 포함하는, 액정 배향제 조성물:
    [화학식 1]
    Figure PCTKR2020000407-appb-img-000065
    [화학식 2]
    Figure PCTKR2020000407-appb-img-000066
    [화학식 3]
    Figure PCTKR2020000407-appb-img-000067
    [화학식 4]
    Figure PCTKR2020000407-appb-img-000068
    [화학식 5]
    Figure PCTKR2020000407-appb-img-000069
    [화학식 6]
    Figure PCTKR2020000407-appb-img-000070
    상기 화학식 1 내지 6에서,
    R 1 및 R 2 중 적어도 하나는 탄소수 1 내지 10의 알킬기이고, 나머지는 수소이며,
    R 3 및 R 4 중 적어도 하나는 탄소수 1 내지 10의 알킬기이고, 나머지는 수소이며,
    X 1 내지 X 6는 각각 독립적으로 하기 화학식7로 표시되는 4가의 유기기이며,
    [화학식 7]
    Figure PCTKR2020000407-appb-img-000071
    상기 화학식 7에서,
    R 7 내지 R 12은 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 6의 알킬기이고,
    L 1는 단일결합, -O-, -CO-, -COO-, -S-, -SO-, -SO 2-, -CR 13R 14-, -(CH 2) Z-, -O(CH 2) ZO-, -COO(CH 2) ZOCO-, -CONH-, 또는 페닐렌 중에서 선택된 어느 하나이며,
    상기 L 1에서 R 13 및 R 14는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 10의 알킬기 또는 탄소수 1 내지 10의 할로알킬기이고,
    상기 L 1에서 z는 1 내지 10의 정수이며,
    상기 Y 1 내지 Y 3은 각각 독립적으로 하기 화학식 8로 표시되는 2가의 유기기이고,
    [화학식8]
    Figure PCTKR2020000407-appb-img-000072
    상기 화학식 8에서,
    Q 1 내지 Q 8 중 적어도 1 이상이 질소이고, 나머지는 탄소이며,
    L 2 및 L 4 중 적어도 하나가 -CON(R 15)-, -N(R 16)CO- 중 하나이고, 나머지는 직접결합이며,
    L 3는 직접결합 또는 2가의 작용기이고,
    R 15 내지 R 16 은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 20 의 알킬기 또는 수소이며,
    n 은 1 이상의 정수이고,
    상기 Y 4 내지 Y 6은 각각 독립적으로 상기 화학식 8로 표시되는 2가의 유기기와는 상이한 2가의 유기기이고,
    [화학식 11]
    Figure PCTKR2020000407-appb-img-000073
    상기 화학식11에서,
    A 1는 1가 내지 4가의 작용기이며,
    j는 1 내지 4의 정수이고,
    L 5 및 L 6는 서로 동일하거나 상이하며, 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기 또는 탄소수 6 내지 20의 아릴렌기이며,
    R 17 및 R 18는 각각 독립적으로 규소 함유 1가 작용기이다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 Y 4 내지 Y 6는, 탄소수 6 내지 30의 아릴렌기를 포함하는 방향족 2가 유기기; 또는 탄소수 6 내지 30의 아릴렌기 및 이미드기를 함유한 이미드계 방향족 2가 유기기를 포함하는, 액정 배향제 조성물.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 이미드계 방향족 2가 유기기는 하기 화학식 9로 표시되는 2가의 유기기인, 액정 배향제 조성물:
    [화학식9]
    Figure PCTKR2020000407-appb-img-000074
    상기 화학식 9에서,
    T는 상기 화학식 7로 표시되는 4가의 유기기이고,
    D 1 및 D 2는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 20의 알킬렌기, 탄소수 1 내지 10의 헤테로 알킬렌기, 탄소수 3 내지 20의 시클로알킬렌기, 탄소수 6 내지 20의 아릴렌기 또는 탄소수 2 내지 20의 헤테로아릴렌기 중에서 선택된 어느 하나이다.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 방향족 2가 유기기는 하기 화학식 10으로 표시되는 2가의 유기기인, 액정 배향제 조성물:
    [화학식 10]
    Figure PCTKR2020000407-appb-img-000075
    상기 화학식 10에서,
    R 19 및 R 20는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 시아노, 나이트릴, 탄소수 1 내지 10의 알킬, 탄소수 1 내지 10의 알케닐, 탄소수 1 내지 10의 알콕시, 탄소수 1 내지 10의 플루오로알킬, 또는 탄소수 1 내지 10의 플루오로알콕시이고,
    p 및 q는 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수이고,
    A은 단일결합, -O-, -CO-, -S-, -SO 2-, -C(CH 3) 2-, -C(CF 3) 2-, -CONH-, -COO-, -(CH 2) y-, -O(CH 2) yO-, -O(CH 2) y-, -NH-, -NH(CH 2) y-NH-, -NH(CH 2) yO-, -OCH 2-C(CH 3) 2-CH 2O-, -COO-(CH 2) y-OCO-, 또는 -OCO-(CH 2) y-COO-이며,
    y는 1 내지 10의 정수이고,
    k 및 m은 각각 독립적으로 0 내지 3의 정수이고,
    r은 0 내지 3의 정수이다.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 8에서,
    L 3은 직접결합, -O-, -S-, -N(R 21)-, -COO-, -CO(R 22)-, -R 23O-, -C(CF 3) 2-, -O(R 24)O-, 탄소수 1 내지 20의 알킬렌기, 탄소수 1 내지 20의 할로 알킬렌기, 탄소수 1 내지 20의 시클로알킬렌기, 탄소수 1 내지 30의 아릴렌기 중 하나이고,
    R 21는 탄소수 1 내지 20 의 알킬기 또는 수소이고,
    R 22 내지 R 24 는 각각 독립적으로 직접결합, 탄소수 1 내지 20의 알킬렌기, 탄소수 1 내지 20의 할로 알킬렌기 중 하나인, 액정 배향제 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 8에서,
    Q 2 및 Q 4 중 적어도 하나가 질소이고, 나머지는 탄소이며,
    Q 1 및 Q 3은 탄소인, 액정 배향제 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 8에서,
    Q 5 및 Q 7 중 적어도 하나가 질소이고, 나머지는 탄소이며,
    Q 6 및 Q 8은 탄소인, 액정 배향제 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 8로 표시되는 2가의 유기기는 하기 화학식8-1 내지 화학식 8-2로 표시되는 작용기 중 하나를 포함하는, 액정 배향제 조성물:
    [화학식8-1]
    Figure PCTKR2020000407-appb-img-000076
    [화학식8-2]
    Figure PCTKR2020000407-appb-img-000077
    상기 화학식 8-1 내지 화학식 8-2에서,
    L 2 내지 L 4는 제1항에서 정의한 바와 같다.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 화학식 9에서, T는 하기 화학식 7-1로 표시되는 작용기 또는 하기 7-2로 표시되는 작용기인, 액정 배향제 조성물:
    [화학식 7-1]
    Figure PCTKR2020000407-appb-img-000078
    [화학식 7-2]
    Figure PCTKR2020000407-appb-img-000079
    .
  10. 제1항에 있어서,
    상기 액정 배향제용 공중합체에 포함된 제1반복 단위와 제2반복 단위간의 몰비율은 1:99 내지 99:1인, 액정 배향제 조성물.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 반복단위는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 디아민과 테트라카복시산 이무수물의 결합물을 포함하는, 액정 배향제 조성물.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제2 반복단위는 방향족 고리를 포함하는 디아민과 테트라카복시산 이무수물의 결합물을 포함하는, 액정 배향제 조성물.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 11에서,
    A 1는 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기이며,
    j는 2이고,
    L 5 및 L 6는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 5의 알킬렌기이고,
    R 17 및 R 18는 각각 독립적으로 규소 함유 1가 작용기인, 액정배향제 조성물.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 규소 함유 1가 작용기는 하기 화학식 12로 표시되는, 액정배향제 조성물:
    [화학식 12]
    Figure PCTKR2020000407-appb-img-000080
    상기 화학식 12에서, R 25, R 26 및 R 27는 각각 독립적으로 수소, 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬이다.
  15. 제1항의 액정 배향제 조성물을 기판에 도포하여 도막을 형성하는 단계;
    상기 도막을 건조하는 단계;
    상기 도막에 광을 조사하거나 러빙 처리하여 배향 처리하는 단계; 및
    상기 배향 처리된 도막을 열처리하여 경화하는 단계;를 포함하는, 액정 배향막의 제조 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 배향 처리된 도막을 열처리하여 경화하는 단계에서, 상기 배향 처리된 도막에 하기 화학식13으로 표시되는 가교제 화합물이 포함되는, 액정 배향막의 제조 방법:
    [화학식13]
    Figure PCTKR2020000407-appb-img-000081
    상기 화학식 13에서,
    A 1, j, L 5 및 L 6는 제1항에서 정의한 바와 같다.
  17. 제1항의 액정 배향제 조성물의 배향 경화물을 포함하는, 액정 배향막.
  18. 제17항의 액정 배향막을 포함하는 액정 표시소자.
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