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KR100411922B1 - 중합체성필름 - Google Patents

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KR100411922B1
KR100411922B1 KR1019970705672A KR19970705672A KR100411922B1 KR 100411922 B1 KR100411922 B1 KR 100411922B1 KR 1019970705672 A KR1019970705672 A KR 1019970705672A KR 19970705672 A KR19970705672 A KR 19970705672A KR 100411922 B1 KR100411922 B1 KR 100411922B1
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KR
South Korea
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liquid crystal
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oligomer
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meth
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데이비드 코테스
시몬 그린필드
엠마 제인 졸리페
Original Assignee
메르크 파텐트 게엠베하
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Publication date
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Application filed by 메르크 파텐트 게엠베하 filed Critical 메르크 파텐트 게엠베하
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Abstract

본 발명은 (a) 각각의 단량체 또는 올리고머가 (메트)아크릴레이트 에스테르, 에폭시 및 비닐 에테르로 이루어진 그룹중에서 선택된 2 개 이상의 중합성 작용기를 갖는 하나이상의 상기 단량체 또는 올리고머, 및 (b) 각각의 단량체 또는 올리고머가 (메트)아크릴레이트 에스테르, 에폭시 및 비닐 에테르로 이루어진 그룹중에서 선택된 하나의 중합성 작용기 및 메소제닉 그룹을 갖는 하나이상의 상기 비키랄 액정 단량체 또는 올리고머를 포함하는 혼합물의 공중합에 의해 수득할 수 있는, 망상 중합체를 포함하는 가교결합된 합성 수지 조성물로부터 제조된 광학 이방성 물질로 구성된 중합체성 필름에 관한 것이다.

Description

중합체성 필름
유사한 디스플레이 장치가 유럽 특허 제 0 246 842 호에 기술되어 있다.
액정 물질에서의 키랄성은 분자들의 종방향 축에 수직인 방향에서 분자들의 회전을 유도한다. 소위 콜레스테릭(cholesteric) 상의 액정 물질의 경우에, 회전 피치는 0.1 내지 1 ㎛이다. 예를들어 다중 구동방식(multiplex drive)을 이용하는 데이타그래픽 디스플레이의 용도에 있어서, 보다 큰 피치의 쎌 두께 크기 정도 또는 디스플레이 장치에 대해서는 훨씬 더 큰 피치가 바람직하다. 이러한 피치(또한 키랄 네마틱 또는 콜레스테릭 LC와 관련하여서는 콜레스테릭 피치라 칭함)는 액정 화합물 자체일 수 있는 키랄 화합물을 도판트로서 네마틱 액정에 가함으로써 수득된다. 이러한 물질을 사용하여, 초 비틀린 네마틱(STN) 액정 디스플레이 장치를 제조하며, 이때 쎌에 대한 분자 축의 전체 비틀림 각도는 예를들어 180 내지 270° 이다. 이러한 디스플레이 장치는, 광학 성질이 빛의 파장에 크게 의존하는 단점을 가지며, 따라서 높은 콘트라스트 및 무색 영상(예를들어 청/황 대신에 흑/백)을 얻기 어렵다는 단점을 갖는다. 이러한 단점은 2 개의 동일한 쎌(하나는 좌선 액정 물질을 함유하고 다른 하나는 우선 액정 물질을 함유한다)의 조합을 사용함으로써 공지된 방식으로 극복될 수 있다. 상기 두번째 쎌 전방의 분자 축이 첫번째 쎌 후방의 분자 축에 수직으로 연장되는 경우, 광학 성질의 파장 의존성은 완전히 보상된다. 그러나, 이러한 두번째 쎌을 사용함으로써, 액정 디스플레이 장치는 보다 무거워지고 덜 컴팩트(compact)된다. 보다 단순한 변형 방법에 따라, 상기 적합한 복굴절률을 갖는 단일축 호일(foil)로 대체시킨다. 이 경우에, 파장 의존성의 보상이 완전하지 않으며, 그 결과 예를들어 무전압 상태에서 콘트라스트가 감소되고 특정한 색도를 나타내는 디스플레이 장치가 생성된다. 또다른 대안은 단일축 호일들의 비틀린 스택의 사용에 있다. 이러한 해결책의 경우 호일의 수를 증가시킴에 따라 이상적인 상황(비틀림 및 복굴절률이 초 비틀린 네마틱 액정 디스플레이 장치의 비틀림 및 복굴절률과 동일하다)에 보다 근접해진다. 그러나, 이는 상당히 복잡한 생산 공정을 야기한다. 한편으로, 호일 대신에, 적합한 기판상에 복굴절률 층을 사용하는 것도 가능하다. 유럽 특허 출원 제 91-0 007 574 호에는 공중합성 단량체 형태의 키랄 도판트를 갖는 액정 중합체 물질이 제공되어 있다. 이러한 중합체 물질은 선형이며 액정 성질을 나타내는 부수적인 기를 갖는다. 용액 또는 용융물로부터 박층을 제작하고, 이를 고무질 액정 상태로 배향시키며, 그 후에 유리전이온도 아래로 냉각시킨다. 이러한 층들은 종종 불량한 배향 정렬에 의해 야기된 굴절률의 국소적인 변동으로 인해 혼탁된다. 더욱이, 상기 물질을 유리전이온도보다 높은 온도로 가열하는 것은, 단지 1 회만 시행되는 경우에도, 영구적인 정렬 상실을 초래한다. 게다가, 상기 방법으로는 중합체 층의 피치 및 두께를 정확하게 조절할 수 없다.
미국 특허 제 5,210,630 호에, 키랄 도판트의 존재하에서 2 개 이상의 중합성 기를 갖는 단량체들의 혼합물을 중합시킴으로써 수득한, 디스플레이 장치용 중합체성 필름이 개시되어 있다. 그러나, 이러한 필름을 사용하여 디스플레이중의 저 분자량 액정의 광학 경로의 온도 의존성을 보상할 수 없다.
본 발명은
(a) 각각 (메트)아크릴레이트 에스테르, 에폭시 및 비닐 에테르로 이루어진 그룹중에서 선택된 2 개 이상의 중합성 작용기를 갖는 하나 이상의 단량체 또는 올리고머,
(b) 각각 (메트)아크릴레이트 에스테르, 에폭시 및 비닐 에테르로 이루어진 그룹중에서 선택된 하나의 중합성 작용기 및 메소제닉 기를 갖는 하나 이상의 비키랄 액정 단량체 또는 올리고머,
(c) 광개시제,
(d) 억제제 및 촉진제중에서 선택된 첨가제,
(e) 임의로, 하나 이상의 키랄 성분, 및
(f) 임의로, 하나 이상의 액정 모노-또는 디티올 화합물
을 포함하는 혼합물을 공중합시킴으로써 수득할 수 있는, 망상 중합체를 포함하는 가교결합된 합성 수지 조성물로부터 제조된 광학 이방성 물질로 구성된 중합체성 필름, 및 이러한 중합체성 필름을 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것이다.
본 발명의 목적들중 하나는 광학적으로 투명하고 높은 온도 저항성을 갖는액정 디스플레이 장치용 중합체성 필름을 제공하는 것이다. 본 발명의 또다른 목적은 높은 콘트라스트를 갖는 초 비틀린 네마틱 액정 디스플레이 장치를 제공하는 것으로서, 상기 장치는 무전압 상태에서 실질적으로 완전히 어둡고 무색인 상태이며, 전압이 인가된 상태에서는 대단히 투명한 상태이다. 본 발명의 또다른 목적은 TN, IPS, ASM 또는 유사한 LC 장치에 대한 보상 필름(compensation film)을 제공하는 것이다.
본 발명의 추가의 목적은 목적하는 정밀도로 제작가능한 필름을 단순한 방식으로 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 필름에 적합하게 사용될 수 있는 물질을 제공하는 것이다.
본 발명의 일반적인 목적은 광학 성질이 LC 쎌내의 LC의 광학 성질과 크게 다르지 않은 필름을 제공하는 것이다.
본 발명에 따라, 이들 목적은
(a) 각각 (메트)아크릴레이트 에스테르, 에폭시 및 비닐 에테르로 이루어진 그룹중에서 선택된 2 개 이상의 중합성 작용기를 갖는 하나 이상의 단량체 또는 올리고머,
(b) 각각 (메트)아크릴레이트 에스테르, 에폭시 및 비닐 에테르로 이루어진 그룹중에서 선택된 하나의 중합성 작용기 및 메소제닉 기를 갖는 하나 이상의 비키랄 액정 단량체 또는 올리고머,
(c) 광개시제,
(d) 억제제 및 촉진제중에서 선택된 첨가제,
(e) 임의로, 바람직하게는 액정 화합물이거나 또는 액정 상과 상용성인 하나 이상의 키랄 성분, 및
(f) 임의로, 하나 이상의 액정 모노-또는 디티올 화합물
을 포함하는 혼합물의 공중합에 의해 수득할 수 있음을 특징으로 하는,
서두에 기술한 바와 같은 중합체성 필름에 의해 성취된다.
상기 합성 수지 조성물은 키랄 도판트를 갖는 경화성 액정 조성물로부터 바람직하게 제조된다.
본 발명에 따른 중합체성 필름의 바람직한 실시태양에서, 2 개 이상의 아크릴레이트-에스테르 기를 갖는 화합물 (a) 및 하나의 아크릴레이트 에스테르 기를 갖는 화합물 (b)로 이루어진 액정 단량체 또는 올리고머의 혼합물을 경화시킴으로써 상기 합성 수지 조성물을 제조한다. 아크릴레이트 화합물 대신에, 에폭사이드, 비닐 에테르 및 티올렌 화합물을 액정 단량체로서 달리 만족스럽게 사용할 수 있다.
추가의 바람직한 실시태양은
a) 상기 단량체 또는 올리고머 (a)가 각각 2 개 이상의 (메트)아크릴레이트-에스테르 기를 갖고 상기 단량체 또는 올리고머 (b)가 각각 하나의 (메트)아크릴레이트-에스테르 기를 갖는 중합체성 필름,
b) 상기 광학적으로 이방성인 물질이 하나 이상의 메소제닉 키랄 첨가제 (e)를 포함하는 중합체성 필름,
c) 바람직하게 모노티올, 특히 액정 또는 액정형 티올인 티올(이들 티올 화합물은 생성된 중합체의 분자량을 제한하는 것을 목적으로 하며, 자유 라디칼 개시된 중합을 종결시킨다)을 함유하는 중합체성 필름,
d) 하나 이상의 단량체 또는 올리고머 (a), 하나 이상의 단량체 또는 올리고머 (b), 하나 이상의 UV 개시제 (c) 및 하나 이상의 키랄 첨가제 (e)를 포함하는 혼합물의 동일반응계 UV 공중합에 의해 수득될 수 있는 중합체성 필름,
e) 광학적으로 이방성인 물질이
-5 내지 50 중량%의 하나 이상의 단량체 또는 올리고머 (a),
-20 내지 95 중량%의 하나 이상의 단량체 또는 올리고머 (b),
-0.5 내지 5 중량%의 광개시제 (c),
-1 내지 20 중량%의 하나 이상의 키랄 첨가제 (e), 및
-1 내지 20 중량%의 하나 이상의 액정 모노티올 화합물 (f)를 포함하는 중합체성 필름, 및
f) 단량체 또는 올리고머 (a)가 각각 메소제닉 기를 갖는 중합체성 필름이다.
본 발명의 발명자들이 예의 연구해 본 바, 첫번째 접근 방법에서 부수적인 기를 갖는 LC 중합체의 가능한 이동 정도는 중합체의 분자량에 의존하는 것으로 밝혀졌다. "소" 중합체는 고 분자량[MWt]을 갖는 중합체보다 빠른 반응 시간을 갖는다.
열 변동과 관련하여 몰 질량이 작은 LC를 모사하기 위해서, LC 중합체상의부수적인 기들을 가능한 한 자유롭게 이동할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 이는 중합을 종결시키는 티올을 사용함으로써 수득되는 저 MWt 중합체를 사용함으로써 성취된다. 전형적으로, 목적하는 저 MWt 물질을 수득하기 위해서 상기와 같은 티올 10 내지 15%를 사용한다.
실제로, 통상적인 티올(즉, 옥틸티올 C8H17SH)은 중합체 전구체에 매우 가용성은 아니며 5% 또는 심지어 보다 낮은 농도에서도 상 분리된다. 그러나, 이러한 문제점은 액정 티올, 예를들어
Figure pct00001
또는 유사한 티올을 사용함으로써 극복된다.
본 발명에 따라 사용되는 전형적인 티올은 하기 화학식을 갖는다:
Figure pct00002
상기식에서,
n은 1 내지 6이고,
m은 0 내지 10이고,
e는 0 또는 1이고,
k는 0 또는 1이고,
Figure pct00003
는 각각 독립적으로
Figure pct00004
또는
Figure pct00005
이거나, R 및 F로부터 선택된 하나 이상의 측기(lateral group)를 또한 가질 수 있는 다른 6원의 1,4 이치환된 고리이고,
R은 탄소수 1 내지 9의 알킬, 알케닐, 옥시알킬 또는 옥시알케닐이다.
키랄 물질의 첨가로 인해 LC 쇄의 분자 축이 비틀린다. 이렇게 수득된 물질의 층은 나선형 구조를 갖는 네마틱 정렬(또한 콜레스테릭 정렬이라 칭함)을 나타낸다. 상기 혼합물의 본래 피치는 첨가되는 키랄 도판트의 유형 및 양에 따라 다르며, S-811(Merck KGaA, Germany)과 같은 전형적인 도판트인 경우 0.5 몰%에서는 대략 28 ㎛이고 6 몰%에서는 대략 2.5 ㎛이다.
경화성 합성 조성물을, 화학선 조사에 노출시키는 광중합으로 경화시킨다. 예를들어 2 내지 5 mW/cm2의 조사 강도를 갖는 50 ℃ 단-아크 수은 램프에 의해 경화되는 표면상에 전형적으로 3 분간의 자외선 광이 생성된다. 경화과정 동안 배향이 고정되고, 상기 층의 전체 회전각은 상수로 고정된다. 상기 회전각은 콜레스테릭 네마틱 상에서 나선형인 분자의 회전수의 척도이다. 이러한 이유로, 경화 과정 동안의 피치의 변화는 가능한 중합 수축의 결과로서 단지 층 두께의 변화에 따라 좌우된다.
중합 공정에서, 생성물의 d△ n(여기에서 d는 층 두께이고 △ n은 물질의 복굴절률률이다)은 실질적으로 변화되지 않는다. 물질이 중합과정동안 단지 한 방향으로만 수축되는 경우, 층 두께의 변화는 물질 밀도의 변화에 반비례하며, 상기 물질 밀도의 크기는 복굴절률의 정도에 비례한다.
이렇게 수득된 중합체 필름의 회전각은 실온 내지 250 ℃의 온도 범위에서 온도 의존성을 나타내지 않으며, 이는 가교결합에 의해 형성되는 망상 중합체 분자에 의해 발생하는 분자 재배향에 대해 완전한 저항성을 나타냄을 입증한다. 단량체는 부분적으로 분자당 2 개의 아크릴레이트-에스테르 기를 함유하므로, 가교결합이 매우 강해져 액정 분자의 고정부에서는 단지 작은 움직임만이 가능하다.
예를들어 측쇄에 키랄 기를 갖는 콜레스테릭 중합체와 비교시, 피치는 작은 온도 의존성을 갖는다.
특정한 한계내에서, 피치는 2 개의 기판간의 합성 수지 조성물의 경화에 의해 영향을 받을 수 있다. 마찰된 폴리이미드와 같은 배향 물질을 피복시키는 경우, 상기 폴리이미드 표면을 예를들어 벨벳천으로 단일축으로 문지른다. 피치는 2 개의 기판간의 거리(이 경우 6 ㎛) 및 폴리이미드 표면을 문지른 2 개의 방향간의 각도에 따라 변한다. 생성된 피치가 본래의 피치와 많이 다르지 않도록 분자 나선의 회전수 자체를 조정한다.
그러나, 매우 낮은 MWt LC 중합체는 유체 중합체로 용융되지만, 소량의 이작용성 물질로 짧은 저 MWt LCP를 가교결합시킴으로써 전체적인 MWt는 증가되나, 여전히 부수적인 기들은 빨리 또는 쉽게 이동한다.
본 발명에 이르러 필름을 형성하는 LC 중합체의 분자량이 광학 이방성의 파장 분산에 영향을 미치는 중합체의 유일한 변수가 아닐뿐아니라 심지어 가장 중요한 변수가 아닐 수도 있음을 추가로 발견하였다. 이러한 분산 및 그의 온도 의존성은 예를들어 평면내 스위칭(IPS) 또는 다른 LCD와 같이 예를들어 TN, STN 또는 또다른 모드일 수 있는 디스플레이의 능동(즉, 구동) LC 쎌에 사용되는 저 분자량 LC의 분산 및 의존성에 근접해야 하기 때문에, LC 중합체는 이들 저 분자량 LC와 유사한 특성 및 배향 정렬을 가져야 한다.
이러한 점에서 중합체 LC의 가장 결정적인 변수는 "평균 직쇄 길이"인 듯하며, 이는 예를들어 전구체의 형성에 사용되는 티올의 양으로부터 특히 그의 작용성 및 농도를 고려하여 구할 수 있다. 이 "평균 직쇄 길이"에 대한 검색은 다음과 같이 가시화될 수 있다: 저분자량 LC는 전형적인 LC 중합체에 비해 다소 자유롭게 이동가능하다. 예를들어 보다 쉽게 회전하고 이동하여 상이한 분산 및 상기 분산의 상이한 온도 의존성을 생성시킬 수 있다. 이는 LC 중합체의 LC 유니트의 고정에 기인하며, 상기 고정은 경우에 따라 보다 더 엄격하거나 덜 엄격할 수 있으나, 단량체성 LC보다 항상 더 엄격하다. 부수적인 기를 갖는 LC 중합체를 고려할때, 쇄 중앙의 LC 부수적인 기는 중합체 주쇄 및 양쪽의 다른 부수적인 기들에 의해, 또한 다른 중합체 쇄의 말단에 가까운 LC 부수적인 기보다 상기 쇄중의 유사한 기들에 의해 그의 이동이 훨씬 더 구속된다. 상기 쇄 말단의 이들 부수적인 기들은 상기와 같이 심각하게 구속되지 않으며 결과적으로 저분자량 LC 분자와 보다 유사하게 행동한다. 따라서, 부수적인 기가 쇄의 말단에 가깝게 배치될수록 상기 기는 본 발명에 바람직하게, 즉 저분자량 LC와 같이 행동한다.
새로운 보상 층의 복굴절률성 부수적인 기들은 LC 쎌, 예를들어 STN 쎌 또는 축방향으로 대칭적인 모드(ASM)의 쎌과 유사하게 행동하므로, 예를들어 5 내지 50 단위, 바람직하게 10 내지 30 단위, 가장 바람직하게 10 내지 20 단위 길이의 짧은 중합체 쇄가 필요하다. 이들은 사실상 보다 고 농도의 말단 기를 생성시킨다.
동일반응계의 광중합에 의해 생성된 당해분야의 중합체 쇄는 전형적으로 약200 내지 300 단위의 길이를 갖는다. 그러나, 본 발명에 바람직한 짧은 쇄 길이를 갖는 LC 중합체에서는 실용적으로 유용한 필름에 대해 바람직하지 못한 연화로 인해 문제가 흔히 발생한다. 이러한 문제점은 짧은 중합체 쇄들을 함께 가교결합 시킴으로써 감소되거나 또는 심지어 제거된다. 이는 중합체의 MWt는 증가시키지만 쇄의 유효 길이를 변화시키지 않으며, 따라서 말단 기 밀도를 변화시키지 않거나, 적어도 현저하게 변화시키지는 않는다.
따라서 단반응성인 티올이 바람직한 쇄 길이를 얻는데 유리하게 사용되고/되거나 적어도 이반응성인 티올이 단쇄 중합체의 가교결합에 유리하게 사용된다. 그러나, 가교결합은 예를들어 이반응성 아크릴레이트, 에폭사이드 또는 엔 화합물에 의해 바람직하게 성취된다.
따라서, 이러한 중합체는 예를들어 STN 및 TN, 평면내 스위칭, 축방향으로 대칭인 모드 및 다른 AM LCD에 대해 탁월한 보상 호일이다.
가장 바람직한 것은 STN 및 AM LCD이다. AM LCD의 바람직한 모드는 TN 모드이다. 또다른 실시태양에서, LC 모드는 예를들어 EP 0 509 026 및 EP 0 588 568에 개시된 바와 같은 "평면내 스위칭" 또는 IPS 모드이다. 또한 EP 0 568 355, EP 0 626 607 및 JP 6-301 015 A(공고, 공개 번호)에 기술된 바와 같은 "축방향으로 대칭적으로 정렬된 소자구" 또는 ASM 모드가 바람직하다.
이들 및 다른 모드들 모두 TN 및 STN 모드와 같이 직접 구동되는 디스플레이에 또한 사용될 수 있다.
정렬된 합성 수지 조성물을 예를들어 액정 단량체 혼합물을 배향시키고 상기배향을 감광성 개시제의 존재하에서 UV 광에 노출시켜 고정시킴으로써 수득할 수 있다(EP 0 445 629에 개시되어 있음).
키랄 성분(e), 예를들어 비대칭적으로 치환된 탄소 원자를 갖는 화합물을 단량체에 가할 수 있다. 이러한 도판트는 단량체 분자를 상기 분자의 종방향 축에 수직인 방향으로 회전시킨다. 상기 단량체를 2 개의 폴리이미드-코팅되고 마찰된 표면들 또는 다른 배향면들, 예를들어 비스듬히 침착된 SiO의 표면사이에 배열시킴으로써, 배향 또는 회전 정도를 본래 피치(상기와 같은 표면이 존재하지 않는 피치), 마찰면들간의 거리 및 상기 표면의 마찰 방향의 함수로서 조정할 수 있다. 후속적으로, UV 광의 영향 또는 전자를 사용한 조사하에서 반응성 말단 기들을 중합시킴으로써 여전히 액체인 단량체 조성물의 결정 회전을 고정시킨다. 목적하는 정렬이 신속히 얻어지며 거의 완전하여, 투명 필름 또는 박층이 수득된다. 2 개 이상의 작용기 (a)를 갖는 단량체와 단지 하나의 작용기 (b)를 갖는 단량체의 혼합물을 사용한 결과, 정렬된 망상 중합체가 매우 고온까지 유지된다.
중합체 전구체에 대한 키랄 도판트로서 적합한 화합물의 예는 하기와 같다:
Figure pct00006
Figure pct00007
다른 키랄 도판트들이 당해분야의 숙련가들에게 공지되어 있다. 본 발명의 바람직한 실시태양으로, 키랄 분자의 에난티오머 쌍이 도판트로서 사용되며, 이때 하나의 에난티오머는 LC 쎌의 저분자량 LC에 대해서, 반대 배위를 갖는 에난티오머인 그의 거울상 분자는 중합체 전구체에 대해서 도판트로서 사용된다. 이러한 쌍들은 당해분야의 숙련가들에게 공지되어 있다. 전형적인 예는 S-811 및 R-811(Merck KGaA, Germany)이며, 이때 S-811은 좌선 비틀림을 유발하는 네가티브 나선형 비틀림력을 갖는다. 또한 키랄 도판트들의 혼합물은 유리하게, 예를들어 피치의 온도 의존성의 감소에 사용된다.
본 발명에 따른 중합체성 필름을 수득하기 위한 단량체 또는 올리고머들의 혼합물은 대체로 비교적 저온의 융점을 갖는 광범위한 네마틱 또는 콜레스테릭 메조상을 나타내므로, 본 발명의 필름을 비교적 저온(100 ℃ 미만, 바람직하게 30 내지 80 ℃)의 조사에 의해 제조할 수 있다. 경우에 따라, 경화성 합성 수지 조성물은 다양한 올리고머 화합물들의 혼합물을 포함할 수도 있다. 그 밖에, 상기 합성 수지 조성물은 하나 이상의 다른 적합한 성분들, 예를들어 촉매, (감광성) 개시제, 안정제, 공-반응 단량체 및 표면 활성 화합물을 포함할 수 있다. 한편으로, 물질의 광학 성질을 조절하기 위해서 예를들어 50 중량% 이하량의 비중합성 액정 물질을 가할 수 있다.
적합한 화합물들(a)이 미국 특허 제 4,758,447 호에 공지되어 있다. 상기 출원에서 상기 화합물이 개시되어 있기는 하지만 나선형 정렬에 대한 연구는 수행되지 않았다. 적합한 화합물의 제조 방법이 유럽 특허 제 0 261 712 호에 기술되어 있다. 적합한 화합물 (a) 및 (b)가 예를들어 WO 93/22 397에 개시되어 있으며; 추가로 적합한 화합물 (b)는 예를들어 EP 0 590 376에 개시되어 있다.
조성물의 신속한 경화가 바람직하기 때문에, 경화 공정을 바람직하게 화학선조사에 의해 개시시킨다. 본 발명에서 "화학선 조사"라는 표현은 광, 특히 UV 광, X-선, 감마선을 사용한 조사, 또는 전자 또는 이온과 같은 고-에너지 입자를 사용하는 조사를 의미하는 것으로 이해된다. 디스플레이 장치, 특히 TN, STN, IPS 또는 ASM 장치의 기하학적 형태는 통상적이다.
본 발명에 따른 필름은, 예를들어 중합체 전구체의 조성 또는 층 두께(이들은 모두 광범위하게 가변적이다)를 변경시킴으로써, 보상하고자 하는 LC 쎌의 필름에 대한 광학적 감속도 d·△ n의 적응에 관하여 쉽게 변경된다. 상기 적응은 경우에 따라 활성 쎌의 온 상태 또는 오프 상태, 또는 중간의 부분 스위칭된 상태로 성취될 수 있다. 상기 보상 필름의 분자의 바람직한 비틀림 각도는 사용되는 키랄 도판트 및 그의 농도를 변경시킴으로써 성취될 수 있다. 단일 키랄 화합물이 특히 바람직하며, 이는 콜레스테릭 액정이거나 또는 상기 보상판의 중합체 필름의 액정 전구체와 상용성이다. 특히 바람직한 것은 단일의 키랄 화합물이며, 바람직하게는 2 개의 키랄 화합물의 혼합물이고, 덜 바람직하게는 2 개보다 많은 키랄 화합물의 혼합물이며, 이들은 중합체 전구체의 경화도중 매우 엄격한 온도 조절이 필요하지 않으므로 중합체 전구체의 콜레스테릭 피치의 온도 의존성이 작다. 이들은 또한 경화 및 가공 온도를, 생성된 피치에 영향을 미치지 않고 결과적으로 보상판의 비틀림에 영향을 미치지 않으면서 광범위한 온도에 걸쳐 쉽게 변화시킬 수 있다.
상기 필름은 경화를 위해 2 개의 기판사이에 함유시킬 필요는 없다. 바람직한 실시태양으로, 배향층을 갖는 하나의 기판에 의해 지지된 독립적으로 서 있는 박막을 경화시킨다.
실시예 1
경화성 조성물의 출발 혼합물을 하기 화학식 A의 모노 아크릴레이트 화합물 84 중량부, 하기 화학식 B의 디아크릴레이트 화합물 15 중량부, 및 감광성 개시제 [본 실시예에서는 2,2-디메톡시-2-페닐-아세토페논, 시바 가이기로(Ciba Geigy)부터 상표명 Irgacure(등록상표) 651(IRG 651)로 상업적으로 입수할 수 있다)을 사용한다] 1 중량부로부터 제조한다:
[화학식 A]
Figure pct00008
[화학식 B]
Figure pct00009
상기 디아크릴레이트 화합물의 제조 방법이 EP 0 261 712에 기술되어 있으며, 모노 아크릴레이트 화합물의 제조 방법은 EP 0 590 376에 기술되어 있다. 상기 출발 혼합물은 안정제, 예를들어 하이드로퀴논 모노메틸 에테르 100 ppm을 추가로 포함한다.
상기 출발 혼합물은 38.2 ℃의 융점을 갖는 조성물로, 상기 융점보다 높은 온도에서는 네마틱 상으로 존재하고, 이는 123.3 ℃의 온도에서 등방성 상으로 변한다. 상기 혼합물을 이들 두 온도사이의 온도에서 사용하고, 코팅시키고 경화시키며, 최고의 점도 및 최고의 분자량은 최저의 온도에서 수득된다.
상기 혼합물을 용매의 스핀코팅 및 증발후예 365 nm(±7 nm FWHM)에서 6 mW/cm2로 80 ℃에서 경화시킨다. 생성된 필름은 키랄 첨가제가 사용되지 않았기때문에 키랄 비틀림, 즉 무한 콜레스테릭 피치를 갖지 않는다.
실시예 2
본 실시예에 따라서, 상이한 양의 키랄 도판트, 예를들어 좌선 4-(4-헥실옥시-벤조일옥시)-벤조산-2-옥틸에스테르(메르크사로부터 S-811로 상업적으로 입수한다)를 출발 혼합물에 첨가할 수 있다. 키랄 도판트 자체는 액정 성질을 나타낼 필요가 없으며, 공중합 단량체 및 비중합성 화합물을 모두 가질 수 있다. 중합체에 비틀린 네마틱 정렬을 제공하기 위해서, 상기 화합물은 키랄인 것으로 충분하다. 키랄 도판트는 좌선 또는 우선성일 수 있다.
실시예 2에 대해서, 14%의 디아크릴레이트 B를 84.2%의 모노아크릴레이트 A, 1%의 광개시제 IRG 651 및 0.8%의 키랄 도판트 S-811과 함께 사용하였다(모든 농도는 질량%로 제공된다). 상기를 용매(톨루엔) 증발후에 370 nm(±10 nm)에서 5 mW로 10 분간 75 ℃의 온도에서 무수 질소하에서 경화시켰다. 결과를 하기 표 2에 나타낸다.
제조된 필름을 전형적인 STN 쎌들[이때 이들은 모두 180°, 240° 또는 270°의 적절한 비틀림 각도 및 5°의 표면 예비 경사각(180°의 비틀림에 대해 2°내지 3°)을 갖는다]에 적용시키며, 액정 혼합물 ZLI-2293(Merck KGaA, Germany 제품)을 충전시키고, 키랄 도판트 R-811, 즉 S-811의 에난티오머를 270° 비틀린 쎌에 대해 0.5 또는 0.55의 d/p 값으로 도핑시켰다. 필름 및 LC 쎌의 분산도를 개별적으로 측정하고 결합된 디스플레이 소자의 분산도를 측정함으로써 상기 분산도의 일치 및 불일치 모두를 관찰하였다. 실시예 1뿐아니라 실시예 2 및 3도 비교실시예로 볼 수 있다. 사용된 전구체 성분들을 표 1에 나타낸 반면, 결과는 표 2에 나타낸다.
실시예 3 내지 8
이들 실시예는 보상 필름의 LC 중합체의 MWt 및 평균 직쇄 길이를 제한하는 약간의 티올을 포함한다.
필름을 마찰된 폴리이미드 표면상에 용매 코팅, 즉 톨루엔중의 성분 용액을 스핀 코팅시키고, 후속적으로 승온에서 상기 용매를 증발시키고, 이어서 70 내지 80 ℃의 질소 분위기하에서 λ=360 내지 380 nm, 5 내지 20 mW/cm2으로 UV 노출시킴으로써 실시예 1과 유사하게 제조하였다.
[표 1]
중합체 전구체
Figure pct00010
[표 2]
실시예의 결과
Figure pct00011
이들 실시예는 당해분야의 숙련가들에 의해 쉽게 변경될 수 있다. 예를들어 보다 적은 농도의 키랄 도판트를 사용함으로써 보상 층의 비틀림을 전형적인 TN 장치에 일치되는 90°로 조정할 수 있다. 보상판의 광학적 및 키랄 성질을 다양한 유형의 LCD, 예를들어 특히 다른 IPS 및 ASM 장치에 적응시키는 것은 오프, 온 또는 임의의 부분 스위칭된 상태의 쎌의 개별적인 분자 배열로부터 숙련가들에게 명백하다.

Claims (12)

  1. (a) 각각 (메트)아크릴레이트 에스테르, 에폭시 및 비닐 에테르로 이루어진 그룹중에서 선택된 2 개 이상의 중합성 작용기를 갖는 하나 이상의 단량체 또는 올리고머,
    (b) 각각 (메트)아크릴레이트 에스테르, 에폭시 및 비닐 에테르로 이루어진 그룹중에서 선택된 하나의 중합성 작용기 및 메소제닉(mesogenic) 기를 갖는 하나 이상의 비키랄 액정 단량체 또는 올리고머,
    (c) 광개시제,
    (d) 임의로, 억제제 및 촉진제중에서 선택된 하나 이상의 첨가제,
    (e) 임의로, 하나 이상의 키랄 성분, 및
    (f) 하나 이상의 액정 또는 액정형 모노-또는 디티올 화합물
    을 포함하는 혼합물의 공중합에 의해 수득할 수 있는, 망상 중합체를 포함하는 가교결합된 합성 수지 조성물로부터 제조된 광학 이방성 물질로 구성된 중합체성 필름.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 단량체 또는 올리고머 (a)가 각각 2 개 이상의 (메트)아크릴레이트 에스테르 기를 갖고, 상기 단량체 또는 올리고머 (b)가 각각 하나의 (메트)아크릴레이트 에스테르 기를 갖는 중합체성 필름.
  3. 제 1 항 또는 2 항에 있어서,
    상기 광학 이방성 물질이 하나 이상의 메소제닉 키랄 첨가제 (e)를 포함하는 중합체성 필름.
  4. 제 1 항에 있어서,
    하나 이상의 단량체 또는 올리고머 (a), 하나 이상의 단량체 또는 올리고머 (b), 하나 이상의 UV 개시제 (c) 및 하나 이상의 키랄 첨가제 (e)를 포함하는 혼합물을 동일반응계에서 UV 공중합시켜 수득할 수 있는 중합체성 필름.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 이방성 물질이
    -5 내지 50 중량%의 하나 이상의 단량체 또는 올리고머 (a),
    -20 내지 95 중량%의 하나 이상의 단량체 또는 올리고머 (b),
    -0.5 내지 5 중량%의 광개시제 (c),
    -1 내지 20 중량%의 하나 이상의 키랄 첨가제 (e), 및
    -1 내지 20 중량%의 하나 이상의 액정 또는 액정형 모노티올 화합물 (f)를 포함하는 중합체성 필름.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 단량체 또는 올리고머 (a)가 각각 메소제닉 기를 갖는 중합체성 필름.
  7. 2 개의 전극 사이에 비틀린 네마틱 액정 물질이 배열된 액정 쎌 및 상기 액정 물질의 복굴절률을 보상하기 위한 필름을 포함하되, 상기 보상 필름이 제 1 항에 따른 중합체성 필름임을 특징으로 하는, 액정 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    TN, STN, 평면내 스위칭, 능동(active) 매트릭스 또는 ASM 액정 디스플레이임을 특징으로 하는 액정 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    중합성 혼합물이 하기 화학식의 액정 또는 액정형 티올 화합물을 하나 이상 포함하는 중합체성 필름:
    Figure pct00012
    상기식에서,
    n은 1 내지 6이고,
    m은 0 내지 10이고,
    e는 0 또는 1이고,
    k는 0 또는 1이고,
    Figure pct00013
    는 각각 독립적으로
    Figure pct00014
    또는
    Figure pct00015
    이거나, R 및 F로부터 선택된 하나 이상의 측기(lateral group)를 또한 가질 수 있는 다른 6원(6-membered)의 1,4-이치환된 고리이고,
    R은 탄소수 1 내지 9의 알킬, 알케닐, 옥시알킬 또는 옥시알케닐이다.
  10. (a) 각각 (메트)아크릴레이트 에스테르, 에폭시 및 비닐 에테르로 이루어진 그룹중에서 선택된 2 개 이상의 중합성 작용기를 갖는 하나 이상의 단량체 또는 올리고머,
    (b) 각각 (메트)아크릴레이트 에스테르, 에폭시 및 비닐 에테르로 이루어진 그룹중에서 선택된 하나의 중합성 작용기 및 메소제닉 기를 갖는 하나 이상의 비키랄 액정 단량체 또는 올리고머,
    (c) 광개시제,
    (d) 임의로, 억제제 및 촉진제중에서 선택된 하나 이상의 첨가제,
    (e) 임의로, 액정 화합물이거나 또는 액정 상과 상용성인 하나 이상의 키랄 성분, 및
    (f) 하나 이상의 액정 또는 액정형 모노-또는 디티올 화합물
    을 포함하는 중합성 혼합물.
  11. 하기 화학식의 모노티올 화합물:
    Figure pct00016
    상기 식에서,
    n은 1 내지 6이고,
    m은 0 내지 10이고,
    e는 0 또는 1이고,
    k는 0 또는 1이고,
    Figure pct00017
    는 각각 독립적으로
    Figure pct00018
    또는
    Figure pct00019
    이거나, R 및 F로부터 선택된 하나 이상의 측기를 또한 가질 수 있는 다른 6원의 1,4-이치환된 고리이고,
    R은 탄소수 1 내지 9의 알킬, 알케닐, 옥시알킬 또는 옥시알케닐이다.
  12. 제 10 항에 있어서,
    하기 화학식의 티올 화합물을 포함하는 중합성 혼합물.
    Figure pct00020
    상기식에서,
    n은 1 내지 6이고,
    m은 0 내지 10이고,
    e는 0 또는 1이고,
    k는 0 또는 1이고,
    Figure pct00021
    는 각각 독립적으로
    Figure pct00022
    또는
    Figure pct00023
    이거나, R 및 F로부터 선택된 하나 이상의 측기를 또한 가질 수 있는 다른 6원의 1,4-이치환된 고리이고,
    R은 탄소수 1 내지 9의 알킬, 알케닐, 옥시알킬 또는 옥시알케닐이다.
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