KR100262256B1

KR100262256B1 - 액정 표시 소자 및 그의 제조 방법

Info

Publication number: KR100262256B1
Application number: KR1019960004006A
Authority: KR
Inventors: 마꼬또 시오미; 고이찌 후지모리
Original assignee: 마찌다 가쯔히꼬; 샤프 가부시키가이샤
Priority date: 1995-02-17
Filing date: 1996-02-17
Publication date: 2000-07-15
Anticipated expiration: 2016-02-17
Also published as: TW360810B; JPH09105940A; KR960032054A; US6304306B1; JP3216869B2; US5784137A

Abstract

본 발명은 소정의 패턴으로 패턴화된 고분자층과, 이 고분자층에 의하여 적어도 일부가 포위되어 있는 액정층이 포함되어 있는 액정표시소자에 관한 것이다. 고분자층과 액정층은 대향하는 기판사이에 삽입되어 있다. 상기 고분자층은 적어도 부분적으로, 적어도 한쪽의 상기 기판의 배향 규제력에 의하여 액정성 중합 전구체의 분자들이 소정방향으로 배향된 상태에서, 액정성 중합 전구체를 중합시킴으로써 형성된다.

Description

액정표시소자 및 그의 제조방법

제1도는 본 발명의 액정표시소자의 일례를 나타낸 개략 단면도.

제2도는 본 발명의 액정표시소자의 제조방법에 있어서, 고분자층의 형성공정의 바람직한 일례를 나타낸 개략도.

제3a도 및 제3b도는 본 발명에 사용되는 액정성 중합 전구체의 중합전의 분자의 배향상태를 나타낸 개략도.

제3c도 및 제3d도는 액정성 중합 전구체의 중합후의 분자의 배향상태를 나 타낸 개략도.

제4도는 본 발명의 액정표시소자의 다른 일례를 나타낸 개략 단면도.

제5도는 본 발명의 액정표시소자의 또다른 일례를 나타낸 개략 단면도.

제6도는 본 발명의 액정표시소자의 또다른 일례를 나타낸 개략 단면도.

제7a도는 액정 재료와 액정성 중합 전구체 사이의 상분리가 곤란한 것을 나타낸, 액정재료와 중합 전구체 사이의 상분리를 설명하기 위한 개략도.

제7b도는 기판의 표면처리에 의하여 액정재료와 중합 전구체 사이의 상분리가 일어난 것을 나타낸, 액정 재료와 중합 전구체 사이의 상분리를 설명하기 위한 개략도.

제7c도는 서로 다른 유전이방성을 갖는 액정 재료와 중합 전구체에 전기장을 인가하는 것에 의하여 액정 재료와 중합 전구체 사이의 상분리가 일어난 것을 나타낸, 액정 재료와 중합 전구체 사이의 상분리를 설명하기 위한 개략도.

제8도는 실시에 9∼11에 있어서 밝기를 측정하기 위한 액정 셀의 양쪽에 배치되어 있는 상측 부재 및 하측 부재를 나타낸 개략도.

제9a도는 제8도의 판넬 상측 부재의 설치방향을 나타낸 도면.

제9b도는 제8도의 판넬 하측 부재의 설치방향을 나타낸 도면.

제10도는 본 발명의 액정표시소자에 있어서, 광학적 이방성을 갖는 수지층의 트위스트각과 밝기 사이의 관계를 나타낸 그래프.

제11a도는 실시예 11의 액정표시소자의 상측 부재의 설치방향을 나타낸 도면.

제11b도는 실시예 11의 액정표시소자의 하측 부재의 설치방향을 나타낸 도면.

제11c도는 실시예 11의 액정표시소자의 상측 기판의 러빙(rubbing) 방향을 나타낸 도면.

제11d도는 실시예 11의 액정표시소자의 하측 기판의 러빙 방향을 나타낸 도면.

제11e도는 실시예 11의 액정표시소자의 상측 기판에서 본 광학적 이방성을 갖는 수지층의 배향상태를 나타낸 도면.

제11f도는 실시예 11의 액정표시소자의 하측 기판에서 본 고찰된 광학적 이방성을 갖는 수지층의 배향상태를 나타낸 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1a, 1b : 기판 2a, 2b : 화소 전극

3a, 3b : 전기 절연막 4a, 4b : 배향막

5 : 고분자층 6 : 액정층

7a, 7b : 편광판 8a : 반사판

11 : 스페이서 12 : 포토마스크

본 발명은 액정표시소자 및 그의 제조방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 액정층과, 이 액정층과 같은 배향상태에서 복굴절성을 갖고 이 액정층의 적어도 일부를 포위하는 고분자층을 포함하는 액정표시소자 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.

현재, 다양한 표시 모드의 액정표시소자가 사용되고 있다. 예를들면, 전기 광학 효과를 이용하는 액정표시소자로서는, 네마틱 액정을 사용하는 트위스티드 네마틱(TN; twisted nematic) 모드, 수퍼 트위스티드 네마틱(STN; super-twisted nematic) 모드, 전기장 제어형 복굴절(ECB; electrically controlled birefringence) 모드, 강유전성 액정(FLC; ferroelectric liquid crystal) 모드와 같은 것들이 실용화되어 있다. 이들 모드는 편광을 이용하는 모드이므로, 통상 편광판을 필요로 한다. 이와 같은 편광판을 사용하는 액정표시소자의 시각 특성을 개선하는 방법으로서, 일본국 특허공개 (평)5-27242호 공보에는 액정재료와 고분자 재료(광경화 수지)와의 혼합물을 상분리시킴으로써 액정재료와 고분자재료(광경화 수지)의 복합재료를 제작하는 방법이 기재되어 있다. 이러한 상분리는 광경화 수지를 광중합시킬 때, 포토마스크 등을 사용하여 선택적으로 광조사의 강약을 제어함으로써 행할 수 있다.

한편, 편광판을 사용하지 않고 액정분자의 산란을 이용하는 액정표시소자로서는, 동적 산란(DS; dynamic scattering) 효과 및 상전이(PC; phase change) 효과를 이용하는 소자가 있다.

또한, 최근에는 편광판을 필요로 하지 않으면서 배향처리를 필요로 하지 않는 산란형의 액정표시소자로서, 액정의 복굴절률을 이용하고, 투명상태 또는 불투명 상태를 전기적으로 콘트롤하는 액정표시소자가 제안되었다. 이 액정표시 소자는 기본적으로 액정 분자의 보통광 굴절률과 지지 매체의 굴절률은 일치시킨 것이다. 보다 구체적으로, 이 액정표시소자는 전압의 인가에 의하여 액정분자가 전기장 방향으로 균일하게 배향될 때 투명상태를 표시하고, 전압이 인가되지 않을 때는 액정분자의 배향이 흐트러져서 일어난 광산란에 의하여 불투명 상태를 표시한다. 이와 같은 산란형의 액정표시소자의 제조방법으로서는, 예를들어 일본국 특허공고 (소)61-502128호 공보에 기재되어 있는 바와 같이, 액정재료와, 광경화성 수지 또는 열경화성 수지와 같은 고분자 재료를 혼합해서 고분자 재료를 경화시킴으로써, 액정 재료와 고분자 재료를 상분리시켜서, 고분자 재료중에 액정 소적을 형성시키는 방법이 알려져 있다.

일반적으로, 액정표시소자는 소자의 밝기와 콘트라스트가 중요한 인자(factor)이다. 밝기와 콘트라스트를 동시에 만족시키는 액정표시소자가 이상적이다. 그러나, 통상 반사형의 액정표시소자에 있어서는 밝기가 보다 중요하고, 투과형의 액정표시소자에 있어서는 콘트라스트가 보다 중요하다. 액정 재료와 고분자 재료사이의 상분리를 반사형의 액정표시소자에 이용하는 경우에는, 특히 내충격성 및 내압성을 향상시키기 위해 액정층을 고분자층으로 포위하는 폴리머 매트릭스 방식을 이용하는 경우에는, 고분자층으로 인하여 액정표시소자 전체가 어두어지는 문제가 발생한다.

이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 발명의 명칭이 「액정표시소자 및 그의 제조방법」인 일본국 특허출원 (평)6-172740호에서는, 고분자층을 액정층에서와 같은 방식으로 배향시킨 액정표시소자가 제안되었다. 그러나, 이방성을 갖는 고분자 재료를 배향시킨 채로, 고분자 재료와 액정재료 사이의 상분리에 의해 고분자층을 형성시켜서 고정시키는 수단에 대해서는 어떠한 것도 제안되어 있지 않다. 이와 같은 액정표시소자는 고분자 재료를 배향시킨 채로 고분자층을 형성하는 것이 곤란하므로, 밝은 액정표시소자를 얻기가 곤란하다. 또한, 이와같은 이방성을 갖는 고분자 재료는 견뢰성(堅牢性)이 부족하기 때문에, 뛰어난 내충격성 및 내압성을 갖는 액정표시소자를 얻는 것은 곤란하다.

상기한 바와 같이, 종래부터 사용되고 있는 액정표시소자는 다양한 문제점을 갖고 있다.

본 발명에 따른 액정표시소자는 대향하는 기판 사이에 삽입된, 소정의 패턴으로 패턴화된 고분자층과, 이 고분자층에 의하여 적어도 일부가 포위되어 있는 액정층을 포함한다. 상기 고분자층은 적어도 부분적으로, 적어도 한쪽의 상기 기판의 배향 규제력에 의하여 액정성 중합 전구체의 분자들이 소정 방향으로 배향된 상태에서, 액정성 중합 전구체를 중합시킴으로써 형성된다.

본 발명의 한 실시태양에서, 소정의 패턴은 매트릭스 형상이다.

본 발명의 다른 실시태양에서, 상기 액정성 중합 전구체의 복굴절률 Δn₁과 상기 액정층을 형성하는 액정 재료의 복굴절률 Δn₂의 차는 Δn₂의±15% 미만이다.

본 발명의 다른 측면에 따라서, 액정표시소자는 대향하는 기판 사이에 삽입된, 소정의 패턴으로 패턴화된 고분자층과, 이 고분자층에 의하여 적어도 일부가 포위되어 있는 액정층을 포함한다. 상기 고분자층은 적어도 한쪽의 상기 기판의 배향 규제력에 의하여 액정성 중합 전구체의 분자들이 소정방향으로 배향된 상태에서, 액정성 중합 전구체를 중합시킴으로써 형성된 광학적 이방성을 갖는 수지층과, 광학적 이방성을 갖지 않는 수지층이 적층되어서 이루어진 다층 형태이다.

본 발명의 한 실시태양에서, 상기 광학적 이방성을 갖는 수지층의 두께는 셀 갭(cell gap)의 20%∼80%이다.

본 발명의 다른 실시태양에서, 상기 소정의 패턴은 매트릭스 형상이다.

본 발명의 또다른 실시태양에서, 상기 소정의 패턴은 상기 기판의 전극이 형성되어 있지 않은 부분의 패턴에 일치한 스트라이프(stripe) 형상이고, 이 스트라이프 형상의 패턴이 서로 수직으로 교차하도록 상기 기판이 대향하여 접합되어 있다.

본 발명의 또다른 실시태양에서, 상기 광학적 이방성을 갖는 수지층의 분자 들은 60°∼100°의 각도로 트위스트 배향되어 있다.

본 발명의 한 실시태양에서, 상기 액정성 중합 전구체의 복굴절률 Δn₁과 상기 액정층을 형성하는 액정 재료의 복굴절률 Δn₂의 차는 Δn₂의 ±15% 미만이다.

본 발명의 다른 측면에 따라서, 대향하는 기판 사이에 삽입된, 소정의 패턴 으로 패턴화된 고분자층과, 이 고분자층에 의하여 적어도 일부가 포위되어 있는 액 정층이 포함되어 있는 액정표시소자의 제조방법은 적어도 한쪽의 상기 기판위에 액정성 중합 전구체를 미리 배치하고, 이 적어도 한쪽의 기판의 배향 규제력에 의하여 상기 액정성 중합 전구체의 분자들이 소정방향으로 배향된 상태에서, 이 액정성 중합 전구체를 중합시켜 소정의 패턴으로 패턴화된 고분자층을 형성하는 단계를 포함한다.

본 발명의 한 실시태양에서, 상기 액정성 중합 전구체는 캐스팅되어서 박막 을 형성하고, 이 박막이 마스크를 통하여 노광되어 중합됨으로써 고분자층이 형성 된다.

본 발명의 다른 실시태양에서, 상기 액정성 중합 전구체는 상기 기판에 소정의 패턴으로 인쇄에 의해 배치된 후, 이 전구체가 중합됨으로써 고분자층이 형성된다.

본 발명의 다른 측면에 따라서, 대향하는 기판 사이에 삽입된, 광학적 이방성을 갖는 수지층과 광학적 이방성을 갖지 않는 수지층이 적층되서 이루어진 소정의 패턴으로 패턴화된 고분자층과, 이 고분자층에 의하여 적어도 일부가 포위되어 있는 액정층이 포함되어 있는 액정표시소자의 제조 방법은, 적어도 한쪽의 상기 기판위에 액정성 중합전구체를 미리 배치하고, 이 적어도 한쪽의 기판의 배향 규제력에 의하여 상기 액정성 중합 전구체의 분자들이 소정 방향으로 배향된 상태에서, 이 액정성 중합 전구체를 중합시켜 소정의 패턴으로 패턴화되고 두께가 셀 갭보다 작은 광학적 이방성을 갖는 수지층을 형성하는 단계, 적어도 한쪽으로 상기 광학적 이방성을 갖는 수지층이 형성되어 있는 한쌍의 기판사이에, 상기 액정층을 형성하는 액정 재료와 광학적 이방성을 갖지 않는 고분자 재료를 함유하는 혼합물을 주입하는 단계, 및 상기 액정 재료와 상기 고분자 재료를 상기 광학적 이방성을 갖는 수지층의 패턴에 일치하게 상분리시켜서, 상기 광학적 이방성을 갖는 수지층과 고분자 재료로 이루어진 광학적 이방성을 갖지 않는 수지층을 적층시킴으로써, 소정의 패턴으로 패턴화된 고분자층을 형성시키는 단계를 포함한다.

본 발명의 한 실시태양에서, 상기 액정성 중합 전구체는 캐스팅되어서 박막을 형성하고, 이 박막이 마스크를 통하여 노광되어 중합됨으로써 광학적 이방성을 갖는 수지층이 형성된다.

본 발명의 다른 실시태양에서, 상기 액정성 중합 전구체는 상기 기판에 소정의 패턴으로 인쇄에 의해 배치된 후, 이 전구체가 중합됨으로써 광학적 이방성을 갖는 수지층이 형성된다.

본 발명의 또다른 실시태양에서, 상기 광학적 이방성을 갖는 수지층의 분자들은 60°∼100°의 각도로 트위스트 배향된다.

본 발명의 또다른 실시태양에서, 상기 광학적 이방성을 갖는 수지층은 상기 액정성 중합 전구체를 소정의 패턴으로 중합시킴으로써 형성된 후, 상기 기판위에 전사된다.

본 발명의 한 실시태양에서, 상기 광학적 이방성을 갖는 수지층의 분자들은 60°∼100°의 각도로 트위스트 배향된다.

본 발명의 다른 측면에 따라서, 액정표시소자는 대향하는 기판 사이에 삽입된, 소정의 패턴으로 패턴화된 고분자층과, 이 고분자층에 의하여 적어도 일부가 포위되어 있는 액정층을 포함한다. 상기 고분자층은 적어도 부분적으로, 적어도 한쪽의 상기 기판의 배향 규제력에 의하여 액정성 중합 전구체의 분자들이 소정 방향으로 배향된 상태에서 중합 전구체를 중합시킴으로써 형성된다. 상기 고분자층의 상기 소정의 패턴은 상기 기판에 가해진 표면처리의 패턴에 일치한다.

본 발명의 한 실시태양에서, 상기 표면처리는 상기 기판에 형성되어 있는 전극의 패턴에 대응하고 상기 기판 표면과는 표면 에너지가 다른 박막을 상기 기판의 표면위에 형성함으로써 행해진다.

본 발명의 다른 실시태양에서, 상기 중합 전구체는 액정성 중합 전구체와 비액정성 중합 전구체를 함유한다.

본 발명의 또다른 실시태양에서, 상기 중합 전구체의 액정 전이 온도는 상기 액정층을 형성하는 액정 재료의 전이 온도보다 20℃이상 낮다.

본 발명의 또다른 실시태양에서, 상기 중합 전구체와 상기 액정층을 형성하는 액정 재료의 혼합물은 10℃∼7O℃ 범위의 온도에서 액정상-등방상의 2상 영역이 존재한다.

본 발명의 한 실시태양에서, 상기 비액정성 중합 전구체는 아크릴레이트계 중합 전구체 및 메타크릴레이트계 중합 전구체로 이루어진 군으로부터 선택된다.

본 발명의 한 실시태양에서, 상기 중합 전구체의 복굴절률 Δn₁과 상기 액정층을 형성하는 액정 재료의 복굴절률 Δn₂의 차는 Δn₂의 ±15% 미만이다.

본 발명의 다른 측면에 따라서, 대향하는 기판 사이에 삽입된, 소정의 패턴으로 패턴화된 고분자층과, 이 고분자층에 의하여 적어도 일부가 포위되어 있는 액 정층이 포함되어 있는 액정표시소자의 제조방법은, 적어도 한쪽의 기판 표면에 이 기판 표면과는 표면 에너지가 다른 박막을 소정의 패턴으로 형성하는 단계, 적어도 한쪽에 상기 박막이 형성되어 있는 한쌍의 기판 사이에, 상기 액정층을 형성하는 액정 재료와 상기 고분자층을 형성하는 중합 전구체를 함유하는 혼합물을 주입하는 단계, 이 액정 재료와 중합 전구체를 상기 박막의 패턴에 대응하게 상분리시켜서, 액정층을 형성하는 단계, 및 적어도 한쪽의 기판의 배향 규제력에 의하여 상기 중합 전구체의 분자들이 소정 방향으로 배향된 상태에서, 상기 상분리된 중합 전구체를 중합시켜 소정의 패턴으로 패턴화된 고분자층을 형성하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 측면에 따라서, 액정표시소자는 대향하는 기판 사이에 삽입된, 소정의 패턴으로 패턴화된 고분자층과, 이 고분자층에 의하여 적어도 일부가 포위되어 있는 액정층을 포함한다. 상기 고분자는 적어도 부분적으로, 적어도 한쪽의 상기 기판의 배향 규제력에 의하여 중합 전구제의 분자들이 소정 방향으로 배향된 상태에서 중합 전구체를 중합시킴으로써 형성된다. 상기 중합 전구체는 적어도 음의 유전 이방성을 갖는 성분을 함유하고, 또한 전체로서 음의 유전 이방성을 갖는다.

본 발명의 한 실시태양에서, 상기 중합 전구체와 상기 액정층을 형성하는 액정 재료의 혼합물은 10℃-70℃ 범위의 온도에서 액정상-등방상의 2상 영역이 존재하며, 또한 전체로서 양의 유전 이방성을 갖는다.

본 발명의 다른 실시태양에서, 상기 중합 전구체의 복굴절률 Δn₁과 상기 액정층을 형성하는 액정 재료의 복굴절률 Δn₂의 차는 Δn₂의 ±15% 미만이다.

본 발명의 다른 측면에 따라서, 대향하는 기판사이에 삽입된, 소정의 패턴으로 패턴화된 고분자층과, 이 고분자층에 의하여 적어도 일부가 포위되어 있는 액정층이 포함되어 있는 액정표시소자의 제조방법은, 소정의 패턴으로 전극이 형성되어 있는 한쌍의 기판사이에, 상기 액정층을 형성하는 액정재료와 적어도 음의 유전 이방성을 갖는 성분을 함유하고, 또한 전체로서 음의 유전 이방성을 갖는 중합 전구체를 함유하는 혼합물을 주입하는 단계, 이 전극에 전기장을 인가함으로써, 상기 액정 재료와 중합 전구체를 상기 전극의 패턴에 일치하게 상분리시켜서, 액정층을 형성하는 단계, 및 적어도 한쪽의 기판의 배향 규제력에 의하여 상기 중합 전구체의 분자들이 소정 방향으로 배향된 상태에서, 상기 상분리된 중합 전구체를 중합시켜 소정의 패턴으로 패턴화된 고분자층을 형성하는 단계를 포함한다.

따라서, 본 발명은 (1) 밝은 표시의 액정표시소자를 제공하고, (2) 밝고 또한 뛰어난 내충격성 및 내압성을 갖는 액정표시소자를 제공하고, (3) 색조의 재현성이 뛰어난 액정표시소자를 제공하고, (4) 이와 같은 액정표시소자의 간편한 제조 방법을 제공하고, (5) 생산량이 우수한 액정표시소자의 제조방법을 제공하는 이점을 제공할 수 있다.

이들 이점 및 다른 이점들은 첨부하는 도면을 참조하여 이하의 발명의 상세한 설명을 읽고 이해한다면 당업자에게 명백하게 될 것이다.

[실시태양 1]

제1도는 본 발명에 따른 액정표시소자의 바람직한 일례를 나타낸 개략 단면도이다. 이 액정표시소자(100)은 액정 셀(10), 이 액정 셀 외측에 배치된 편광판 (7a, 7b), 및 이 편광판의 한쪽 외측에 배치된 반사판(8a)을 갖는다. 액정 셀(10)에는 한쌍의 기판(1a, 1b)가 대향해서 배치되고, 이 기판(1a, 1b)위에 소정의 패턴으로 패턴화된 화소 전극(2a, 2b)가 설치되어 있다. 필요하다면, 화소 전극(2a, 2b)를 덮어서 전기 절연막(3a, 3b)가 설치된다. 이 전기 절연막(3a, 3b)위에 배향막(4a, 4b)가 각각 설치되어 있다. 기판(1a, 1b)사이에는 소정의 패턴으로 패턴화된 고분자층(5)와 이 고분자층(5)에 의하여 적어도 일부가 포위되어 있는 표시 매체로서의 액정층(6)이 삽입되어 있다. 기판(1a, 1b)는 주연부의 실란트에 의해 접합되어 봉지되어 있다.

기판(1a, 1b)로는 유리, 플라스틱 등과 같은 공지의 견고한 재료가 사용될 수 있다. 기판의 두께는 바람직하게는 0.2∼2.0mm이다. 기판의 두께가 0.2mm 미만일때는 가공이 곤란한 경우가 많다. 두께가 2.0mm를 초과하면, 표면 반사가 일어나는 경우가 많다. 또한, 액정표시소자의 중량이 늘어나므로, 2.0mm를 초과하는 두께는 실용상 바람직하지 않다.

화소 전극(2a, 2b)로는 ITO(산화 주석 인듐; Indium Tin Oxide), Sno 등이 사용될 수 있다. 화소 전극(2a, 2b)는 증착, 스터터링 등에 의해 상기 기판(1a, 1b)에 소정의 두께로 형성되고, 에칭과 포토리소그래피와 같은 공지의 수법에 의해 소정의 형상으로 패턴화된다. 화소 전극(2a, 2b)는, 예를들면 다음과 같은 방법으로 형성된다. ITO를 증착시키고, 에칭에 의해 소정 폭의 화소 전극(2a, 2b)를 소정 간격으로 스트라이프 상으로 형성한다. 이 화소 전극(2a, 2b)는 기판(1a, 1b)의 법선 방향(normal direction)에서 바라볼 때 서로 수직으로 교차하도록 형성된다. 양 화소 전극(2a, 2b)가 겹쳐진 부분이 화상을 표시하는데에 기여하는 화소로 작용한다. 화소 전극의 폭은 바람직하게는 30∼400㎛이다. 화소 전극 사이의 간격은 바람직하게는 10-30㎛이다. 화소 전극의 두께는 바람직하게는 300∼2000Å이다.

전기 절연막(3a, 3b)로는 SiO₂및 SiN_x등의 공지된 전기 절연 재료가 사용 될 수 있다. 전기 절연막(3a, 3b)는 증착, 스퍼터링 등에 의해 소정의 두께로 형성된다. 전기 절연막의 두께는 바람직하게는 500∼10,000Å이다.

배향막(4a, 4b)로는 폴리이미드 수지 등이 사용될 수 있다. 배향막은 플렉소그래피 등의 수법을 사용해서 형성시킬 수 있다. 배향막의 두께는 바람직하계는 300-1000Å이다. 바람직하게는 배향막에는 나일론포를 사용하는 러빙 처리 등의 배향 처리가 행해질 수 있다. 예를들면, 러빙 처리는 상기 스트라이프상의 화소 전극(2a, 2b)가 직교하는 상태에서, 액정이 TN 배향 또는 SW 배향으로 되도록 행한다. 또한, 배향 처리는 고분자층의 위상차를 조정하기 위해서도 행해질 수 있다.

고분자층(5)는 기판의 배향 규제력에 의해 액정성 중합 전구체의 분자들이 소정 방향으로 배향된 상태에서 액정성 중합 전구체를 중합하는 것에 의해, 소정의 패턴으로 형성된다.

액정성 중합 전구체는 액정을 나타내는 부분(이하, 액정성 부분이라 함)과 중합 가능한 부분(이하, 모노머 부분이라 함)을 갖는 화합물이다. 모노머 부분은 바람직하게는 아크릴레이트기이다. 이 액정성 중합 전구체는 실온 부근에서 폭넓은 네마틱 상을 나타내는 것이 바람직하다. 이와 같은 화합물의 대표예로서는 하기 화학식으로 나타내는 화합물을 들 수 있다.

상기 식에서, R은 수소원자 또는 메틸기이고, R'는 1∼8개의 탄소원자를 갖는 비치환 또는 불소 치환의 직쇄상 알킬기, 분지쇄 알킬기 또는 알케닐이고; X는 F, Cl, CN, CF₃, CH₂F, CHF₂또는 OCF₃이고; n은 0∼4이고; 방향족환의 수소원자의 적어도 일부가 Cl 또는 F로 치환될 수 있다.

이러한 화합물은 예를들면 문헌[M. Portugall, H. Ringsdorf and R. Zentel, "Synthesis and Phase Behaviour of Liquid Crystalline Polyacrylates," Macromol. Chem., vol 183, 1982, pp 2311-2321]에 따라서 합성할 수 있다.

바람직하게는, 이와같은 화합물에 대해서, 불소원자, 염소원자, 모노플루오로메틸기, 디플루오로메틸기, 트리플루오로메틸기 등이 그에 도입될 수 있다. 이와 같은 원자 또는 기로 치환됨에 의해서, 굴절률, 전이온도 등이 적절히 조정될 수 있다.

액정성 중합 전구체는 바람직하게는 자외선 조사에 의해 중합되어, 목적하는 패턴의 고분자층이 형성될 수 있다. 자외선의 광원으로서는, 고압 수은 램프, 금속 할라이드 램프 등이 사용될 수 있다. 목적하는 패턴을 형성하는 방법으로서는, 액정성 중합 전구체를 캐스팅하여 박막을 형성한 후, 포토마스크 등을 사용하여 상기 박막에 선택적으로 자외선을 조사하여도 좋고, 인쇄 등에 의해 액정성 전구체를 목적하는 패턴으로 배치한 후, 자외선을 전면 조사하여도 좋다. 액정성 중합 전구체와 기판과의 밀착성, 두께의 제어 등을 고려하면, 캐스팅으로 박막을 형성하는 방법이 바람직하다. 자외선의 조사 강도는 바람직하게는 5∼12mW/㎤이고, 조사시간은 바람직하게는 30∼90초이다. 자외선의 조사량이 불충분한 경우에는, 전구체의 중합이 불충분해진다. 자외선의 조사량이 너무 많으면, 특히 포토마스크를 사용하여 선택적으로 자외선을 조사하는 경우에, 소망하지 않은 부분에 배치된 전구체가 중합되고, 그 결과 목적하는 패턴의 고분자층이 얻어지지 않는 경우가 있다. 게다가, 자외선 조사시의 온도는 액정성 중합 전구체의 전이온도보다 5℃이상 낮은 것이 바람직하다. 이 온도보다도 높은 온도에서 자외선을 조사하면 조사시의 온도 상승으로 액정성 전구체가 등방상으로 전이하는 경우가 있고, 그 결과 목적하는 배향 상태로 전구체가 중합되지 않는다.

필요에 따라, 광중합 개시제, 카이랄제(chiral agent) 등의 첨가제를 액정성 중합 전구체에 첨가할 수 있다. 카이랄제의 첨가량을 조정함으로써 고분자층의 위상차를 조정할 수 있다. 예를들어, 광중합 개시제로서 시바 가이기 코포레이숀(Ciba Geigy Corporation)에서 제조한 이루가큐어(Irugacure) 651을 사용할 수 있고, 카이랄제로서 머크사(Merck ＆ Co., Inc.)에서 제조한 S-811을 사용할 수 있다.

고분자층(5)는 약 60°∼약 100°의 각도로 트위스트 배향을 하고 있는 것이 바람직하다. 이와 같은 각도의 트위스트 배향을 함으로써 비화소부가 화소부보다 밝게 되고, 그 결과 액정표시소자가 전체적으로 밝아진다.

액정층(6)을 형성하는 액정 재료는 실온 부근에서 액정 거동을 나타내는 유기혼합물이라면, 공지되어 있는 재료가 사용될 수 있다. 액정형에는 네마틱 액정, 콜레스틱 액정, 스멕틱 액정, 강유전성 액정, 디스코틱 액정 등이 있다. 이러한 액정은 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 복굴절 및 편광을 이용한다면, 구동되는 액정 작동 모드에는 TN, STN, ECB, FLC 등과 같은 것이 있다. 액정 재료로는 예를들어 머크사(Merck ＆ Co., Inc.)에서 제조한 MLC-6069 및 ZLI-4427 을 사용할 수 있다. 필요에 따라 카이랄제를 액정 재료에 첨가할 수 있다.

편광판(7a, 7b) 및 반사판(8a)는 특별히 한정되지 않는다. 예를들어 반사판(8a)로는 알루미늄, 은 등을 증착한 통상적으로 이용되고 있는 반사판을 사용할 수 있다.

이와 같은 액정표시소자(100)은 통상적으로 고분자층을 형성한 후, 액정 재료를 주입하여 액정층을 형성함으로써 제조할 수 있다. 이와 같은 액정표시소자의 제조방법의 바람직한 일례는 하기와 같다.

기판(1a)위에 화소 전극(2a), 전기 절연막(3a) 및 배향막(4a)를 이 순서대로 형성시켜 전극 기판으로 한다. 다른 한편으로 기판(1c)위에 배향막(4c)를 형성시켜 자외선 조사용 기판으로 한다. 배향막(4a, 4c)에는 러빙(rubbing) 처리와 같은 배향처리를 행하는 것이 바람직하다.

그런 후, 제2도에 나타낸 것과 같이 전극 기판위에 액정성 중합 전구체를 캐스팅법 등에 의해 배치한다. 배치된 액정성 중합 전구체의 두께는 2∼6㎛가 바람직하다. 얻어진 고분자층을 TN 배향시키는 경우에는 배향막(4a, 4b)의 배향처리 방향이 서로 직교하도록 전극 기판 및 자외선 조사용 기판을 스페이서(11)을 통하여 접합시킨다. 배향막의 배향처리방향이 직교하도록 기판을 접합함으로써 중합 전구체부터 양호한 TN 배향의 액정층을 얻을 수 있다. 스페이서(11)의 직경은 용도에 따라 변할 수 있는데, 2∼6㎛가 바람직하다.

제2도에 나타낸 것처럼 자외선 조사용 기판의 외측에 포토마스크(12)를 배치시켜 포토마스크(12)를 통하여 자외선을 소정의 강도에서 소정의 시간동안 조사한다. 포토마스크의 재료는 특별히 한정되지 않는다. 포토마스크의 형상은 고분자층의 목적하는 패턴에 따라 변경될 수 있는데, 대표적으로 자외선 조사 부분이 액정표시소자의 비화소부에 일치한 매트릭스 형상이 있다.

자외선 조사 후, 자외선 조사용 기판을 전극 기판으로부터 벗겨서 제거한다. 자외선 조사용 기판은 이형제와 같은 것으로 표면 처리한 것이 바람직하다. 표면처리를 행함으로써 자외선 조사용 기판의 전극 기판으로부터 박리가 용이해진다. 그런 후에 전극 기판을 소정의 용매로 세정함으로써 목적하는 패턴의 고분자층(5)를 형성시킨 기판을 얻을 수 있다. 세정에 사용하는 용매로는 중합 전구체의 구조에 따라 에탄올, 이소프로판올과 같은 알콜 및 톨루엔, 헥산과 같은 탄화수소 등을 들 수 있다. 세정 시간은 용매의 종류에 따라 변하는데, 30초∼1분이 바람직하다. 용매 및 세정 시간을 적절하게 선택함으로써 기판의 배향처리(즉, 액정층의 액정 분자들의 배향)에 악영향을 주지 않는 목적하는 배향상태의 고분자층을 목적하는 패턴으로 얻을 수 있다.

그런 후에, 고분자층이 형성된 전극 기판에 액정 재료를 배치하고 진공까지 탈기한다. 이때, 액정 재료의 분자들이 소정의 피치에서 소정의 트위스트각으로 배향되도록 액정 재료에 카이랄제를 첨가하는 것이 바람직하다. 또한, 이 액정 재료가 배치된 전극 기판 및 기판위에 놓인 화소전극, 전기 절연막 및 배향막을 이러한 순서대로 형성시킨 대향 전극 기판을 화소전극이 기판의 법선 방향에서 보아서 서로 직교하도록 실란트를 통하여 접합시키고 봉지함으로써 액정 셀을 얻을 수 있다.

또한 액정 재료는 고분자층을 형성시킨 전극 기판 및 대향 기판을 접합시킨 후 기판 사이에 주입할 수도 있다.

마지막으로, 액정 셀의 외측에 편광판들을 배치하고, 추가로, 이 편광판들중의 한 편광판의 외측에 반사만을 배치한다. 이로써, 액정표시소자가 얻어진다.

액정성 중합 전구체의 중합에 의해 목적하는 배향 상태의 고분자층이 형성되는 메카니즘에 대해서 제3a도 및 제3b도를 이용하여 이하에 설명한다.

제3a도 및 제3b도는 액정성 중합 전구체의 중합 전의 분자의 배향 상태를 나타낸 개략도이다. 제3c도 및 제3d도는 액정성 중합 전구체의 중합후의 분자의 배향 상태를 나타낸 개략도이다. 제3a도 및 제3b도에 나타낸 바와 같이, 액정성 중합 전구체는 모노머성 부분 M 및 액정성 부분 L을 갖는다. 중합 전의 액정성 중합 전구체는 그의 분자의 대부분을 액정성 부분이 점유하기 때문에, 이 액정성 중합 전구체는 통상의 네마틱 액정과 실질적으로 동일한 특성을 나타낸다. 그 결과, 기판의 배향처리 또는 그의 피치를 조정함으로써, TN 모드 및 STN 모드와 같은 임의의 분자 배향이 용이하게 얻어질 수 있다. 더 구체적으로, 제3a도 및 제3b도에 나타낸 바와 같이, 중합 전의 액정성 중합 전구체에서, 전구체 분자의 액정성 부분은 액정표시소자의 두께 방향으로 소정의 각도로 트위스트되어 배향될 수 있다. 실제의 액정성 부분 L은 스틱형이지만, 트위스트 상태를 명료하게 하기 위한 목적에서 비대칭적으로 표현한 점에 유의해야 한다.

액정성 중합 전구체를 중합하면, 제3c도 및 제3d도에 나타낸 바와 같이, 모노머성 부분 M만이 중합되어 고분자 사슬 P를 형성한다. 모노머성 부분 M은 제3c도에 나타낸 바와 같이 기판에 대해 수직인 방향으로 증합되고, 제3d도에 나타낸 바와 같이 기판에 대해 평행인 방향으로 중합될 수 있다. 그러나, 전구체 분자의 액정성 부분 L의 배향 상태는 중합 전과후에 실질적으로 달라지지 않는다. 이것은 분자의 크기 및 강직성으로 인해서, 액정성 부분 L에 의한 규제 때문에, 모노머성 부분 M이 이동되지 않고, 그 모노머성 부분 M주위의 다른 모노머성 부분과 중합되기 때문이다. 그 결과, 액정성 중합 전구체는 액정성 부분의 배향상태를 유지하면서 중합되기 때문에, 목적하는 액정 배향 상태를 갖는 고분자층이 형성될 수 있다.

상기한 바와 같이 형성된 고분자층은 액정층과 동일한 상태의 복굴절성을 가질 수 있기 때문에, 고분자층과 액정층의 투과율은 상당히 유사하다. 따라서, 비화소부도 화소부와 동일하게 밝아지게 되고, 그 결과, 액정표시소자 전체가 밝아지게 된다.

다른 한편, 단지 복굴절성만을 갖는 비액정성 중합 전구체(즉, 중합후에는 고분자 액정으로서의 기능을 하지만, 전구체로서는 액정성을 나타내지 않는 화합물)를 중합하여 고분자층을 형성하더라도, 액정표시소자가 밝아지지는 않는다. 이것은 중합 전의 비액정성 중합 전구체의 분자의 배향상태가 등방성이고, 이에 따라, 중합에 의해 형성된 고분자층에 있어서도 목적하는 배향상태가 얻어질 수 없기 때문이다. 따라서, 중합에 의해 형성된 고분자층의 배향처리가 필요하다. 그러나, 이러한 배향처리는 극히 어렵다. 고분자층을 목적하는 패턴으로 형성하는 경우에는, 배향처리가 훨씬 더 어렵다. 그 결과, 목적하는 배향상태를 갖는 고분자층을 형성하는 것은 매우 어렵다. 따라서, 액정표시소자를 밝아지게 하는 것이 어렵다.

[실시태양 2]

제4도는 본 발명에 따른 액정표시소자의 또다른 한 예를 나타낸 개략 단면도이다. 액정표시소자(400)에서, 고분자층(5)는 광학적 이방성을 갖는 수지층(5')과 광학적 이방성을 갖지 않는 수지층(5")으로 이루어진 다층 형태이다.

실시태양 1과 동일하게, 광학적 이방성을 갖는 수지층(5')은 액정성 중합 전구체를 그의 분자들이 기판의 배향 규제력에 의해 소정의 방향으로 배향된 상태 에서 중합함으로써 소정의 패턴으로 형성된다.

광학적 이방성을 갖는 수지층(5')의 두께는 바람직하게는 셀 갭(배향막 4a 및 4B 사이의 거리)의 20∼80%이고, 더 바람직하게는 셀 갭의 40∼70%이다. 광학 적 이방성을 갖는 수지층(5')의 두께를 상기 범위로 설정함으로써, 진공 주입법과 같은 통상의 주입법에 의해 기판 사이에 액정 재료/고분자 재료 조성물을 주입하고, 액정 재료와 고분자 재료 사이에 상분리가 일어나게 함으로써 광학적 이방성을 갖지 않는 수지층(5")를 소정의 위치에(이 경우, 광학적 이방성을 갖는 수지층(5')과 기판 사이의 갭에) 형성하는 것이 가능하다. 광학적 이방성을 갖는 수지층(5')의 두께가 셀 갭의 80%를 초과하는 경우에는, 액정 재료/고분자 재료 조성물을 기판 사이에 주입하는 것이 어려울 것이다.

광학적 이방성을 갖는 수지층(5')의 분자는 약 60∼100˚의 각도로 트위스트 배향되는 것이 바람직하다. 이러한 배향에 의해, 비화소부가 화소부보다 더 밝아질 수 있다. 그 결과, 액정표시소자 전체가 밝아지게 된다.

광학적 이방성을 갖지 않는 수지층(5")은 액정 재료와 고분자 재료 사이에서 상분리를 일으킴으로써 형성된다. 고분자 재료로서, 광경화성수지, 열경화성수지 등이 사용될 수 있다. 수지층이 목적하는 패턴으로 용이하게 형성될 수 있다는 점에서 광경화성 수지가 바람직하다. 광경화성 수지는 광경화성 모노머를 공지 방법에 의해 중합함으로서 얻을 수 있다. 광경화성 모노머의 예로는 3개 이상의 탄소원자를 갖는 알킬기, 아릴기 및 시클로알킬기를 각각 함유하는 아크릴산, 메타크릴산, 및 그의 에스테르 및 그의 할라이드를 들 수 있다.

광학적 이방성을 갖는 수지층(5")을 형성하는 방법의 예를 특징적인 공정에 대해서만 설명한다(특히, 명시하지 않은 공정은 실시태양 1과 동일하다).

두쌍의 전극 기판과 자외선 조사용 기판을 제조한다. 각각의 전극 기판 위 에 액정성 중합 전구체를 배치하고, 전극 기판과 자외선 조사용 기판을 스페이서를 통하여 서로 접합시킨다. 이때, 스페이서의 직경은 얻고자 하는 액정표시소자의 셀 갭보다 약간 작은 것이 바람직하다(예를들면, 셀 갭이 5㎛인 경우에, 스페이서의 직경은 약 3㎛이다). 이어서, 포토마스크를 통해서 자외선을 소정의 조사 강도로 소정의 시간동안 조사하여 광학적 이방성을 갖는 수지층을 화소 전극의 패턴과 일치하는 스트라이프상으로 형성한다. 스트라이프상 수지층이 형성된 한쌍의 기판을, 기판의 법선 방향에서 볼때 한 기판위의 광학적 이방성을 갖는 수지층이 다른 한 기판 위의 수지층과 수직을 이루도록 스페이서를 이용하여 서로 접합시킨다. 이 때, 스페이서의 직경이 셀 갭과 동일하기 때문에, 수지층이 중첩되는 부분이 눌려서 뭉개지는 상태로 기판이 접합된다.

별법으로서, 적절히 배향 처리한 한쌍의 기판위에 액정성 중합 전구체를 배치하고, 스페이서를 이용하여 기판들을 서로 접합시킨다. 이때, 스페이서의 직경은 상기한 바와 동일하게 설정한다. 이어서, 포토마스크를 통해서 소정의 시간동안 소정의 조사 강도로 자외선을 조사하여 광학적 이방성을 갖는 수지층을 화소 전극이 형성되지 않은 부분의 패턴과 일치하는 스트라이프상으로 형성한다. 기판중의 하나를 박리시켜 화소 전극이 형성되지 않은 부분의 패턴과 일치하는 스트라이프상의 광학적 이방성을 갖는 수지층이 형성된 기판을 얻는다. 얻어진 기판을 화소 전극이 형성되지 않는 부분이 광학적 이방성을 갖는 수지층의 패턴과 일치하도록 전극 기판에 대향하도록 놓고, 압착해서 기판을 서로 접합시킨다. 이어서, 열처리하여 광학적 이방성을 갖는 수지층을 전극 기판위에 전사한다. 접합시 압력은 0.5-5kg/㎠인 것이 바람직하다. 열 처리 온도는 60∼80℃인 것이 바람직하다. 열처리시간은 1∼2시간인 것이 바람직하다. 이어서, 광학적 이방성을 갖는 수지층이 형성된 전극 기판쌍을 상기와 동일한 방식으로 서로 접합시킨다.

이어서, 액정 재료와 고분자 재료의 혼합물을 접합된 기판사이에 공지방법으로 주입한다. 혼합물중의 액정 재료가 등방성 액체로 전이하는 온도보다 높은 온도로 혼합물을 가열한다. 이 온도에서 자외선으로 혼합물을 조사한 후, 혼합물을 액정 재료의 전이온도보다 낮은 온도로 서서히 냉각시켜서 액정 재료와 고분자 재료 사이에 상분리를 일으킨다. 가열온도는 액정 재료의 전이온도에 따라 좌우되어 변하지만, 80∼110℃인 것이 바람직하다. 자외선의 조도는 5-12mW/㎠인 것이 바람직하고, 조사시간은 120∼240초인 것이 바람직하다. 자외선은 기판 전체에 조사하거나 또는 목적하는 부분에 선택적으로 조사할 수 있다. 냉각속도는 3∼15℃/시간인 것이 바람직하다. 이러한 조건하에서 가열, 자외선 조사 및 냉각을 수행함으로써, 액정 재료와 고분자 재료의 분자의 이동도가 상당히 큰 상태로 액정 재료와 고분자 재료 사이에 상분리를 일으킬 수 있다. 그 결과, 액정 재료와 고분자 재료가 명확하게 상분리한다. 또한, 상분리된 고분자 재료는 광학적 이방성을 갖는 수지층과의 만족스러운 습윤성 때문에 이 수지층이 형성된 부분에 집중된다. 따라서, 광학적 이방성을 갖는 수지층과 기판사이에 광학적 이방성을 갖지 않는 수지층이 형성된다. 따라서, 광학적 이방성을 갖는 수지층과 광학적 이방성을 갖지 않는 수지층이 적층되어 고분자층이 형성된다.

상기한 바와 같이 형성된 광학적 이방성을 갖지 않는 수지층은 현저하게 강직하기 때문에, 액정표시소자 전체의 견뢰성, 내충격성 및 내압성이 우수하다. 게다가, 광학적 이방성을 갖지 않는 수지층과 광학적 이방성을 갖는 수지층이 적층되기 때문에, 액정표시소자 전체의 밝기가 만족스럽게 유지된다.

[실시태양 3]

제5도는 본 발명에 따른 액정표시소자의 또다른 예를 나타낸 개략 단면도이다. 액정표시소자(500)에서는, 고분자층(5)의 적어도 일부가 기판의 배향 규제력에 의해 분자가 소정의 방향으로 배향된 상태에서 중합 전구체를 중합함으로써 소정의 패턴으로 형성된다. 또한, 액정표시소자(500)에서는, 기판(1a) 및 (또는)(1b)(즉, 배향막(4a) 및(또는)(4b))의 소정의 부분에 기판 표면과 다른 표면 에너지를 갖는 부분이 형성되도록 표면 처리를 수행한다. 예를들면, 액정표시소자(500)은 기판 (1a) 및(또는)(1b)(즉, 배향막(4a) 및(또는) (4b)) 위의 소정의 부분에 기판 표면 (즉, 배향막 표면)과 다른 표면 에너지를 갖는 표면 개질층(15)를 포함한다.

바람직하게는, 중합 전구체는 액정성 중합 전구체 및 비액정성 중합 전구체를 포함한다. 액정성 중합전구체는 실시태양 1에 기술되어 있다. 비액정성 중합 전구체의 예는 아크릴레이트, 메타크릴레이트 및 스티렌을 포함한다. 중합성, 액정층을 형성하는 액정 재료와의 상용성 및 열 안정성의 관점에서 볼 때, 일관능성 또는 이관능성 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트가 바람직하다. 중합전구체 중의 비액정성 중합전구체의 함량은 0중량%보다 많고 20중량%이하인 것이 바람직하고, 더 바람직하게는 2∼10중량%인 것이 바람직하다. 비액정성 중합 전구체를 중합 전구체에 함유시킴으로써, 중합 전구체와 액정층을 형성하는 액정재료사이의 상용성이 저하된다. 따라서, 중합 전구체와 액정 재료 사이의 상분리가 쉽게 일어날 수 있고, 이로써, 상분리만에 의해 고분자층이 형성되는 것이 가능하다. 그 결과, 이 사실은 고분자층을 미리 형성하여야 한다는 요건을 제거하기 때문에, 액정표시소자의 제조 공정이 상당히 단순해진다. 중합 전구체중의 비액정성 중합 전구체가 20중량%를 초과하면, 중합 전구체의 액정성이 지나치게 저하된다. 따라서, 목적하는 배향 상태의 고분자층이 형성되지 않을 것이다.

중합 전구체의 액정 전이온도는 액정층을 형성하는 액정 재료의 전이온도 보다 충분히 낮은 것이 바람직하다. 이 때문에, 중합 전구체와 액정 재료가 명확 히 상분리하는 것이 가능하다. 그 결과, 우수한 표시 특성을 갖는 액정표시소자를 얻을 수 있다. 더 구체적으로, 중합 전구체의 액정 전이온도는 액정층을 형성하는 액정 재료의 전이온도보다 20℃ 이상 낮은 것이 바람직하고, 30℃ 이상 낮은 것이 더 바람직하다.

또한, 중합 전구체와 액정 재료의 혼합물은 가능한 한 넓은 온도 범위에서 액정상 및 등방상의 2상 영역을 나타내는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 혼합물은 10∼40℃의 온도에서 2상 영역을 나타내는 것이 바람직하고, 특히 15∼25℃의 범위에서 2상 영역을 나타내는 것이 더 바람직하다. 중합 전구체와 액정 재료의 혼합물이 넓은 온도 범위에서 2상 영역을 나타내게 함으로써, 중합 전구체와 액정 재료의 상분리가 넓은 온도범위에서 가능하다. 따라서, 제조공정동안의 온도에 대한 제약이 상당히 완화되고, 이에 따라, 액정표시소자의 제조 공정이 단순화된다.

표면 개질층(15)에 사용되는 재료의 예로는 아크릴계 레지스트 및 고무계 레지스트와 같은 레지스트 재료; 폴리이미드 및 폴리에스테르와 같은 유기 고분자 재료; 및 실란계 커플링 재료를 들 수 있다. 이들 재료는 중합 전구체가 충분히 중합하여 목적하는 고분자층을 형성하도록 광투과성인 것이 바람직하다. 이들 재료는 중합 전구체(특히, 비액정성 중합 전구체)와의 습윤성에 따라 적절히 선택될 수 있지만, 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 수지가 비액정성 중합 전구체로 사용되는 경우에는, 레지스트 재료가 바람직하고, 아크릴계 레지스트가 더 바람직하다.

표면 개질층은 예를들면 스핀 코팅법에 의해 목적하는 두께의 막을 형성한 후, 이 막을 에칭에 의해 목적하는 패턴으로 패터닝함으로써 형성될 수 있다. 표면 개질층의 두께는 500-8000Å인 것이 바람직하다. 표면 개질층의 패턴은 목적에 따라 변화시킬 수 있고, 대표적으로는 비화소부에 일치하는 매트릭스 형상이다.

기판의 표면 에너지를 변화시키는 기술로서는 상기 표면 개질층을 형성하는 것 이외에, 스퍼터링, 전자 비임, 러빙 및 스팀 노출을 들 수 있다.

이 액정표시소자(500)은 미리 고분자층을 형성하지 않고 중합 전구체와 액정 재료의 상분리만에 의해 액정상을 형성함으로써 제조할 수 있다. 이 제조방법의 구체적인 예를 후술한다.

화소 전극, 전기 절연막 및 배향막이 이 순서대로 형성된 기판위에 아크릴계 레지스트를 스핀 코팅하여 두께 0.5㎛의 막을 형성한다. 이어서, 에칭에 의해 비화소부에 일치하는 매트릭스 형상으로 패터닝을 수행한다. 패터닝 후 배향처리를 수행하여 전극기판을 제조한다. 다른 한편, 화소 전극, 전기 절연막 및 배향막이 이 순서대로 형성된 기판을 배향 처리하여 대향 기판을 얻는다.

전극 기판과 대향 기판을 셀 갭이 6㎛이 되도록 서로 접합시킨다. 이어서, 전극 기판과 대향기판사이에 중합 전구체와 액정층을 형성하는 액정 재료의 혼합물을 진공 주입한다. 이어서, 주입구를 실란트(예: 에폭시 수지)로 봉지하여 액정 셀을 제조한다.

얻어진 액정 셀을 혼합물이 균일한 등방상을 나타내는 온도로 가열한다. 가열 온도는 중합 전구체 및 액정 재료의 종류에 따라 달라질 수 있지만, 80∼110℃인 것이 바람직하고, 특히 90∼100℃인 것이 더 바람직하다.

이어서, 액정 셀을 혼합물에서 상분리가 일어나는 온도로 서냉시키고, 이 온도 근처의 온도를 유지시킨다. 마지막으로, 액정 셀을 급냉시켜서 액정 재료와 중합 전구체를 명확하게 상분리시키고, 혼합물중의 분자들을 전체적으로 액정상으로 배향시킨다. 온도설정의 구체적인 예는 다음과 같다: 액정 셀을 70℃의 온도로 서냉시킨다. 냉각 속도는 5∼10℃/hr인 것이 바람직하다. 이 냉각에 의해, 셀중의 분자의 일부(실질적으로, 액정 재료의 분자)가 액정상을 나타내게 된다. 이어서, 액정 셀을 60℃로 방치하면, 화소의 중앙부에 액정상이, 화소의 주연부에 등방상이 집중한다. 또한, 이 액정 셀을 서냉하면, 액정상이 화소부와 거의 일치한다. 이 때, 액정 셀을 -20℃로 냉각시키면, 모든 분자가 액정상으로 배향한다.

또한, 액정 셀을 자외선으로 조사하면, 비화소부의 액정상(즉, 중합 전구체)이 중합하여 명확하게 상분리된 액정층과 고분자층이 형성된다. 자외선의 조사강도는 바람직하게는 5∼12mW/㎠이고, 조사 시간은 바람직하게는 4∼12분이다. 자외선은 액정 셀 전체에 조사할 수 있거나, 또는 액정 셀의 목적하는 부분에 선택적으로 조사할 수 있다. 자외선을 선택적으로 조사하는 방법의 예로는 포토마스크를 사용하는 방법, 화소 전극 자체를 마스크로 하는 셀프 얼라이먼트(self-alignment )법이 있다.

바람직하게는, 얻어진 액정 셀을 혼합물이 균일한 등방상을 나타내는 온도로 다시 가열한 후, 실온으로 서냉시켜서 더 만족스러운 배향상태를 갖는 액정 셀을 얻을 수 있다.

최종적으로, 액정 셀의 외측에 편광판을 배치하고, 편광판의 한쪽면의 외측에 또한 반사판을 배치시켜 액정표시소자를 얻는다.

중합 전구체 및 액정재료사이의 상분리에 의해 액정층 및 고분자층을 형성하는 메카니즘에 대해서 설명한다.

기판을 표면 처리시킴으로써(예를 들면, 기판에 표면 개질층을 형성함으로써) 표면 에너지를 변화시킨다. 또한, 표면처리방법(예를 들면, 표면 개질층의 재료 및 그의 형성방법)을 적절히 선택함으로써 표면 에너지를 조절할 수 있다.

그러므로, 기판의 표면 에너지를 조절함으로써, 액정재료 및 중합 전구체(바람직하게는 액정성 중합 전구체 및 비액정성 중합 전구체를 포함) 사이의 상분리에 의해서만 액정층 및 고분자층이 형성될 수 있다. 이하, 간단하게, 표면 개질층으로서 아크릴계 레지스트를 사용하는 경우와 비액정성 중합 전구제로서 아크릴 레이트계 중합 전구체가 사용되는 경우에 대해 설명할 것이다.

기판사이에 중합 전구체 및 액정재료의 혼합물이 주입된 액정 셀을 혼합물이 균일한 등방상을 나타내는 온도에서 혼합물이 등방상 및 액정상의 2상 영역을 나타내는 온도로 냉각시키면, 아크릴레이트계 중합 전구체는 아크릴계 레지스트에 비해 습윤성이 우수하기 때문에 기판의 레지스트 형성부분에 아크릴레이트계 중합 전구체가 집중되기 쉽다. 그 결과, 레지스트의 패턴에 일치하게 농도 구배가 발생(이를 테면, 레지스트 형성 부분에서의 아크릴레이트 농축물은 등방상을 나타내고 레지스트 비형성 부분에서의 액정재료 및 액정성 중합 전구체 농축물은 액정상을 나타냄)된다. 또한, 액정성 중합 전구체는 아크릴레이트계 중합전구체와 분자 구조상 유사하기 때문에, 액정성 중합 전구체는 등방상측(이를 테면, 아크릴레이트 계 중합 전구체측)으로 이동한다. 사용된 재료에 따라서 온도를 적절히 조절함으로써, 혼합물을 실질적으로 액정재료로 구성된 액정상 및 실질적으로 중합 전구체로 구성된 등방상으로 분리한다. 이 시점에서, 액정 셀을 급냉하게 되면, 등방상은 액정상 및 등방상의 분자를 이동시키지 않고도, 등방상이 액정상으로 변화하여 전체 분자가 액정상으로 존재하게 된다. 즉, 액정층 및 목적하는 상태로 배향된 실질적으로 액정성의 중합 전구체로 된 부분이 형성된다. 중합 전구체의 중합은 실시태양 1과 동일한 메카니즘으로 행한다. 그 결과, 목적하는 배향상태의 고분자층이 형성된다.

상술한 바와 같이 형성된 고분자층은 액정층과 동일한 배향상태의 복굴절성을 지닐 수 있기 때문에, 고분자층과 액정층의 광투과율은 매우 유사하다. 따라서, 액정표시소자는 전체적으로 밝아지게 된다.

[실시태양 4]

제6도는 본 발명에 따른 액정표시소자의 또다른 일례를 명시한 개략 단면도이다. 액정표시소자(600)과 관련하여, 고분자층(65)를 형성하는 중합 전구체는 음의 유전 이방성을 갖는 성분을 함유하며, 또한 이 중합 전구체는 전체적으로 음의 유전 이방성을 갖는다.

본 명세서에서, "양의 유전 이방성"이란 표현은 전기장을 인가할 때 분자가 전기장의 방향으로 배향함을 의미한다. "음의 유전 이방성"이란 표현은 전기장을 인가할 때 분자가 전기장과 수직 방향으로 배향함을 의미한다. "전체적으로 양의 유전 이방성"이란 표현은 혼합물의 유전 이방성이 혼합물중에 함유된 양의 유전 이방성을 갖는 재료에 의해 지배됨을 의미한다.

액정층을 형성하기 위해 사용된 액정 재료는 양의 유전 이방성을 갖는 재료이다. 음의 유전 이방성을 갖는 재료의 예로는 하기 일반식을 갖는 화합물을 들 수 있다. 바람직하게는, 중합 전구체 100중량부에 하기 일반식의 화합물 50∼90중량부가 함유된다.

바람직하게는, 중합 전구체 및 액정층(66)을 형성하는 액정 재료의 혼합물은 10∼70℃의 온도에서 액정상 및 등방상의 2상 영역을 나타내며 혼합물은 전체적으로 양의 유전 이방성을 나타낸다.

바람직하게는, 액정 재료로부터 보다 명백한 상분리를 일으키기 위해서, 비액정성 중합 전구체가 목적하는 유전 이방성이 유지되는 범위내의 중합 전구체중에 포함될 수 있다.

이러한 액정표시소자(600)에서는, 미리 고분자층을 형성하거나 또는 기판에 표면처리를 행함이 없이 중합 전구체와 액정재료사이의 상분리에 의해서만 액정층 및 고분자층을 형성할 수 있다. 이 실시태양에서 중합 전구체와 액정재료 사이의 상분리는 후술한다.

중합 전구체와 액정 재료의 혼합물이 액정상 및 등방상의 2상 영역을 나타내는 온도에서 전기장을 인가할 때는, 액정상은 전체로서 양의 유전 이방성을 갖기 때문에, 액정상 중의 분자(액정 재료의 분자 및 중합 전구체의 분자)는 전기장 방향(수직 방향)으로 배향된다. 음의 유전 이방성을 갖는 중합 전구체의 분자는 그 자신의 유전 이방성과 반대로 전기장 방향으로 배향되기 때문에, 그들은 이러한 상태에서는 에너지적으로 불안정하다. 따라서, 중합 전구체의 분자는 에너지적으로 안정한 등방상으로 이동한다. 그 결과, 액정 재료의 분자는 전기장이 인가되는 부분(즉, 화소부분)으로 집중되고, 음의 유전 이방성을 갖는 중합 전구체의 분자는 전기장이 인가되지 않는 부분(즉, 비화소 부분)으로 집중된다. 후속 중합 메카니즘은 상술한 바와 같다. 그 결과, 미리 고분자층을 형성하거나 또는 기판에 표면처리를 행함이 없이 중합 전구체와 액정재료 사이의 상분리에 의해서만 액정층 및 고분자층을 형성할 수 있다.

[실시태양 5]

상술한 실시태양 1내지 4중 어느 실시태양에서나, 중합 전구체의 복굴절률 Δn₁은 액정층을 형성하는 액정 재료의 복굴절률 Δn₂와 사실상 일치된다.(여기서, "중합 전구체"로서는 액정성 중합 전구체, 및 액정성 중합 전구체 및 비액정성 중합 전구체를 함유하는 중합 전구체가 포함된다.)

보다 구체적으로는, 중합 전구체의 복굴절률 Δn₁과 액정층을 형성하는 액정재료의 복굴절률 Δn₂와의 차는 복굴절률 Δn₂의 ±15% 미만이 바람직하다. 이로 인해 액정층의 복굴절률과 고분자층의 복굴절률과의 차를 보다 작게 하므로써, 보다 밝은 액정표시소자를 얻을 수 있다.

예를 들면, 실시태양 1에서와 같이 액정성 중합 전구체로부터 고분자층을 미리 형성하는 경우에는, 액정성 중합 전구체의 복굴절률 Δn₁및 액정층을 형성하는 액정 재료의 복굴절률 Δn₂를 조정함으로써 고분자층의 복굴절률 및 액정층의 복굴절률을 비교적 용이하게 조정할 수 있다.

예를 들면, 실시태양 3에서와 같이 액정 재료와 중합 전구체 사이의 상분리가 일어나는 경우에는, 중합 전구체의 복굴절률 Δn₁과 액정층을 형성하는 액정 재료의 복굴절률 Δn₂와의 차를 감소시키는 것이 중요하다. 이 경우는 후술한다.

액정 재료와 중합 전구체가 완전히 상분리되는 것이 이상적이지만, 완전한 상분리를 달성하는 것은 극도로 곤란하다. 이 때문에, 미량의 중합 전구체가 액정층 내에 잔존할 가능성이 있다(여기서, "미량의"란 용어는 액정의 응답속도 및 배향상태가 사실상 변화되지 않을 정도로 적은 양을 의미한다.) 복수개의 화합물들(예를 들면, 액정재료 및 중합 전구체)의 복굴절률의 평균치는 각각의 화합물들의 혼합물의 복굴절률에 대한 값이 된다. 따라서, 액정 재료의 복굴절률 Δn₂와 중합 전구체의 복굴절률 Δn₁과의 차가 큰 경우에는, 형성되는 액정층의 복굴절률을 제어하는 것이 극도로 곤란하다. 중합 전구체의 복굴절률 Δn₁과 액정층을 형성하는 액정 재료의 복굴절률 Δn₂와의 차가 복굴절률 Δn₂의 ±15% 미만인 경우에는, 액정 재료와 중합 전구체 사이의 상분리가 완전하지 않더라도, 형성되는 액정층의 복굴절률은 목적하는 값이 되도록 용이하게 제어할 수 있다. 그 결과, 얻어지는 액정표시소자의 색조는 콘트라스트가 유지될 수 있다. 또한, 액정 재료와 중합 전구체 사이의 상분리의 정도가 약간 상이할지라도, 액정표시소자의 전체 색조는 사실상 영향받지 않는다. 따라서, 액정표시소자의 색조의 재현성이 크게 향상된다.

여기서, 중합 전구체가 복수개의 화합물들의 혼합물인 경우에는, 각각의 화합물들의 복굴절률과 액정 재료의 복굴절률 Δn₂와의 차는 각각의 화합물들의 복굴절률의 ±15% 미만이 바람직하다. 예를 들면, 중합 전구체가 사실상 0의 복굴절률을 갖는 화합물 및 액정 재료의 복굴절률과 사실상 같은 복굴절률을 갖는 화합물의 혼합물인 경우에는, 중합 전구체의 복굴절률은 전체적으로 액정 재료의 복굴절률과 실질적으로 동일하게 된다. 그러나, 실질적으로 복굴절률이 0인 화합물이 다량으로 존재하는 경우, 액정층의 복굴절률을 조절하기가 곤란할 수 있다. 그러므로, 중합 전구체가 복수개의 화합물의 혼합물인 경우, 각각의 화합물들의 복굴절률과 액정 재료의 복굴절률 Δn₂와의 차를 가능한 한 적게 하는 것이 바람직하다.

액정 재료 및 중합 전구체 사이의 상분리가 일어나는 경우, 복굴절률의 구체적인 수치를 들어 설명할 것이다. 예를 들면, STN 표시 모드에 있어서, 셀 갭의 정밀도의 허용범위(이를테면, 균일한 색조가 얻어질 수 있는 허용 범위)는 (셀 갭) ±0.05(㎛)이다. 셀 갭이 6㎛이고 액정층의 복굴절률 Δn이 0.1인 경우, 상기와 같은 셀 갭의 정밀도의 허용범위에 대응하는 액정층의 복굴절률 Δn의 범위는 하기 부등식을 만족시킨다.

0.09917 ＜ Δn ＜ 0.10083

한편, 액정 재료의 복굴절률 Δn₂을 0.1이라 가정하면, 중합 전구체의 복굴절률 Δn₁은 액정 재료의 복굴절률에 1.15를 곱한 결과치인 0.115이며, 액정 재료 및 중합 전구체 사이의 상분리후 액정층에 중합 전구체의 5%가 잔류하게 되면, 액정층의 복굴절률 Δn은 0.10075가 된다. 이는 균일한 색조를 얻을 수 있는 액정층의 복굴절률의 허용 범위이다. 그러므로, 중합 전구체의 복굴절률 Δn₁과 액정층을 형성하는 액정 재료의 복굴절률 Δn₂의 차를 복굴절률 Δn₂의 ±15% 미만이 되도록 설정하면, 색조의 재현성이 우수한 액정표시소자를 얻을 수 있다.

액정 재료와 중합 전구체 사이의 상분리

액정 재료와 중합 전구체 사이의 상분리를 간략하게 기술하고자 한다. 제7a 도∼7c도는 액정 재료와 중합 전구체 사이의 상분리를 설명한 개략도이다. 제7a도는 액정 재료와 액정 중합 전구체 사이의 상분리가 곤란한 것을 나타낸 개략도이다. 제7b도는 액정 재료와 중합 전구체 사이의 상분리가 기판의 표면처리에 의해 일어난 것을 나타낸 개략도이다. 제7c도는 액정 재료와 중합 전구체 사이의 상분리가 서로 다른 유전 이방성을 갖는 액정 재료와 중합 전구체에 전기장을 인가함으로써 일어난 것을 나타낸 개략도이다.

제7a도에서 도시한 바와 같이, 액정 재료(71) 및 액정 중합 전구체(72)는 서로 우수한 상용성을 갖기 때문에, 일반적으로 상분리가 일어나기 어렵다. 그러므로, 본 발명의 일 실시태양에서 먼저 고분자층을 기판에 형성한 다음 액정 재료를 배치하여 액정표시소자를 얻는다(상기 실시태양 1 참조).

제7b도에 도시한 바와 같이, 기판을 표면처리(예를 들면, 기판 표면의 표면에너지와 상기한 표면 에너지를 갖는 박막을 기판의 소정부분에 형성함)하여, 표면 처리시킨 부분(73)에 중합 전구체(72)를 집중시킨다. 그러므로, 액정 재료(71)과 중합 전구체(72) 사이의 상분리를 행할 수 있다. 그 결과, 액정표시소자의 제조공정을 간략화시킬 수 있다(상기 실시태양 3 참조).

또한, 제7c도에 도시한 바와 같이, 상이한 유전 이방성을 갖는 액정 재료와 중합 전구체에 전기장을 인가하여 액정 재료와 중합 전구체 사이의 상분리가 유발되도록 한다. 보다 구체적으로, 액정 재료(71)을 전기장 인가 부분(74)에 집중시키고 중합 전구체(72)는 전기장 비인가 부분에 집중시킨다. 그 결과, 액정표시소자의 형성방법을 보다 더 간략화시킬 수 있다(상기 실시태양 4 참조).

[실시예]

이하, 본 발명을 실시예에 의해 구체적으로 설명한다. 그러나, 본 발명은 이 실시예에 한정되는 것은 아니다. 실시예에 표시된 부 및 %는 특별히 명기하지 않는 한 중량을 기준으로 한다.

[실시예 1]

유리기판위에 두께가 2000Å인 ITO 막을 스퍼터링에 의해 형성시킨 후, 포토리소그래피에 의해 가공하여 스트라이프상의 화소 전극을 형성하였다. 다음에, 화소 전극을 피복하기 위하여 SiO₂로 이루어진 전기 절연막을 두께 500Å으로 스퍼터링에 의해 형성하였다. 또한, 폴리이미드 수지로 이루어진 배향막을 두께 700Å으로 플렉소그래피에 의해 형성하였다. 액정층의 분자가 TN 배향이 되도록, 나일론포를 사용하여 이 배향막의 표면에 러빙처리를 시행하였다. 이러한 방식으로, 전극 기판을 얻었다. 한편, 유리기판위에 배향막만을 형성시켜 자외선 조사용 기판을 얻었다.

다음에, 전극기판위에, 액정성 중합 전구체로서 다음 표 1에 표시된 조성물 C-1을 캐스팅법으로 배치하였다. 배향막의 배향처리방향이 서로에 대하여 직교하도록 전극 기판과 자외선 조사용 기판을 직경 5㎛의 스페이서에 의해 서로 결합시켰다. 자외선 조사용 기판의 외측에는 화소 전극의 패턴에 일치하는 매트릭스 형상의 금속 포토마스크를 배치하였다. 이어서, 포토마스크에 의해 자외선을 조사 강도 10 mW/㎠로 60초동안 조사하였다. 조사 후, 자외선 조사용 기판을 전극 기판으로부터 박리시키고, 전극 기판의 표면을 에탄올로 30초동안 세정하였다. 이러한 방식으로, 고분자층이 형성된 전극 기판을 얻었다.

[표 1]

Tni : 전이 온도; Δn : 복굴절률

다음에, 고분자층이 형성된 전극 기판에, 카이랄제 S-811이 첨가된 액정 재료(Merck ＆ Co., Inc. 제품, ZLI-4427)를 배치하였다. 카이랄제 S-811은 액정 재료의 분자가 소정의 피치로 240°의 트위스트각에서 배향되도록 첨가하였다. 이어서, 진공으로 탈기시켰다. 상기 액정 재료가 배치된 전극기판 및 화소 전극, 전기 절연막 및 배향막이 나열 순서대로 형성된 대향 전극 기판을, 화소 전극이 기판의 법선 방향에서 볼 때 직교하도록 서로 접합시키고 실란트로 봉지시켰다. 그 결과, 액정 셀이 얻어졌다. 최종적으로, 액정 셀의 외측에 편광판을 배치하고, 편광판의 외측에 반사판을 배치하였다. 그 결과 액정표시소자가 얻어졌다.

이 액정표시소자에 전압 1OV 및 주파수 60Hz의 교류 전기장을 인가하였다. 이어서, 액정표시소자의 밝기를 측정하였다. 그 결과, 종래 액정표시소자와는 상이하게 비화소부가 어둡지 않으며, 전체적으로 밝은 액정표시소자가 얻어졌다는 것이 밝혀겼다.

[비교예 1]

비액정성 중합 전구체로 고분자층을 형성한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방식으로 액정표시소자를 제조하였다. 이어서, 액정표시소자의 밝기를 실시예 1과 동일하게 측정하였다.

그 결과, 고분자층이 형성된 비화소부는 어두웠고, 전체적으로 밝지 않은 액정표시소자가 얻어졌다. 이 액정표시소자는 실시예 1의 소자를 통하여 투과하는 광의 80%만큼만 투과한다.

[비교예 2]

액정 재료와 액정성 중합 전구체의 혼합물을 기판사이에 주입한 후, 자외선을 조사한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방식으로 액정표시소자를 제조하였다. 그러나, 액정 재료와 액정성 중합 전구체 사이에 상분리가 일어나지 않았다. 이는 액정 재료와 액정성 중합 전구체 사이의 상분리가 통상의 방법으로는 유발되기 어렵다는 것을 보여준다.

[실시예 2]

액정성 중합 전구체로서 표 1에 표시된 조성물 C-2를 조성물 C-1 대신에 사용하고, 자외선 조사용 기판에 이형제(Ashahi Glass Co., Ltd. 제품, Saitop)로 표면처리를 한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방식으로 액정표시소자를 제조하였다. 실시예 1과 동일하게 액정표시소자의 밝기를 측정하였다. 그 결과, 실시예 1과 동일하게 밝은 액정표시소자가 얻어졌다.

[실시예 3]

액정성 중합 전구체로서 표 1에 표시된 조성물 C-2를 조성물 C-1 대신에 사용하고, 액정성 중합 전구체를 인쇄하여 매트릭스 형상으로 배치한 후, 중합시킨 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방식으로 액정표시소자를 제조하였다. 실시예 1과 동일하게 액정표시소자의 밝기를 측정하였다. 그 결과, 실시예 1과 동일하게 밝은 액정표시소자가 얻어겼다.

[실시예 4]

실시예 1과 동일한 전극 기판을 2개 제조하였다. 각 전극 기판위에 액정성 중합 전구체로서 작용하도록 표 1에 표시된 조성물 C-3을 캐스팅법으로 배치시켰다. 실시예 2와 동일한 자외선 조사용 기판을, 3미크론의 스페이서에 의해 각 전극 기판에 결합시켰다. 스트라이프상의 포토마스크에 의해 자외선을 조사 강도 10 mW/㎠로 40초동안 조사하였다. 조사 후, 자외선 조사용 기판을 전극 기판으로부터 박리시키고, 전극 기판의 표면을 에탄올로 30초동안 세정하였다. 이러한 방식으로, 광학적 이방성을 갖는 수지층을 화소 전극이 형성되지 않은 부분의 패턴에 일치하는 스트라이프상으로 형성시킨 한쌍의 전극 기판을 제조하였다. 광학적 이방성을 갖는 수지층이 스트라이프상으로 형성된 한쌍의 전극 기판을, 한 기판위의 수지층과 다른 기판위의 수지층이 기판의 법선방향에서 볼 때 직교하도록 5미크론의 스페이서에 의해 결합시켰다.(즉, 수치층이 중첩된 부분이 분쇄되는 상태에서 기판을 서로 접합시켰다.)

다음에, 접합된 기판사이에 액정 재료와 고분자 재료의 혼합물을 주입시켜액정 셀을 얻었다. 액정 셀을 100℃로 가열하였다. 이어서, 액정 셀에 자외선을 조사 강도 5mW/㎠로 180초동안 조사하였다. 다음에, 액정 셀을 3℃/분의 냉각속도로 냉각시켜 액정 재료와 고분자 재료를 상분리시켰다. 이 상분리에 의해 광학적 이방성을 갖는 수지층과 기판사이의 스페이스에 광학적 이방성이 없는 수지층이 형성되며, 화소부에 액정층이 형성되었다. 그 결과, 광학적 이방성을 갖는 수지층과 광학적 이방성을 갖지 않는 수지층이 적층된 고분자층, 및 이 고분자층에 의해 포위된 액정층을 포함하는 액정 셀이 얻어졌다. 이어서, 실시예 1과 동일한 방식으로, 액정표시소자를 제조하였다. 그 결과, 실시예 1과 동일하게 밝은 액정표시소자가 얻어졌다. 또한, 이 액정표시소자를 직경 1mm의 평평한 펜 포인트로 압착시킬 경우, 액정 배향의 내압성은 약 2.0MPa이었고, 이는 매우 만족스러웠다.

[실시예 5]

유리기판대신에 플라스틱 기판을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 액정표시소자를 제조하였다. 실시예 1과 동일하게, 액정표시소자의 밝기를 측정하였다. 그 결과, 실시예 1과 동일하게 밝은 액정표시소자가 얻어졌다. 또한, 이 액정표시소자를 직경 1mm의 평평한 펜 포인트로 압착시킬 경우, 액정배향의 내압성은 약 1.0MPa이었고, 이는 매우 만족스러웠다.

[비교예 3]

고분자층을 형성시키지 않은 것을 제외하고는, 실시예 5와 동일한 방식으로 액정표시소자를 제조하였다. 이어서, 실시예 5와 동일하게 내압성을 측정하였다. 그 결과, 내압성은 약 20kPa로 작았다.

[실시예 6]

유리기판대신에 플라스틱 기판을 사용한 것을 제외하고는, 실시에 4와 동일한 방식으로 액정표시소자를 제조하였다. 실시예 4와 동일하게, 액정표시소자의 밝기를 측정하였다. 그 결과, 실시예 4와 동일하게 밝은 액정표시소자가 얻어졌다. 또한, 이 액정표시소자를 직경 1mm의 평평한 펜 포인트로 압착시킬 경우, 액정 배향의 내압성은 약 2.0Mpa이었고, 이는 매우 만족스러웠다.

[실시예 7]

다음 표 2에 표시된 중합 전구체 조성물 C-4 15중량부를 액정 재료(Merck ＆ Co., Inc. 제품, ZLI-4427) 85중량부와 혼합하였다. 또한, 이 혼합물에, 액정 재료의 분자가 액정 재료 단독인 경우의 피치로 240°의 트위스트각으로 배향되도록 카이랄제 S-811을 첨가하였다.

[표 2]

한편, 실시예 1과 동일하게, 유리기판위에, 화소 전극, 전기 절연막 및 배향막을 나열순서대로 형성시켰다. 또한, 이 기판에 아크릴계 레지스트 재료(Tokyo Ohka Co., Ltd. 제품, OMR-83)를 스핀 코팅시켜 두께가 0.5㎛인 막을 제조하였다. 이 막을 비화소부의 패턴에 일치하는 매트릭스상으로 가공하였다. 또한, 이 기판에 러빙처리를 행하여 표면 처리된 전극 기판을 얻었다.

유리기판위에 화소 전극, 전기 절연막 및 배향막을 나열순서대로 형성하고 통상의 러빙처리를 행하여 대향 기판을 제조하였다. 이 대향 기판과 전극 기판을 두께가 6㎛이고, 트위스트각이 240°가 되도록 서로 접합시켰다. 기판들 사이에 상기한 혼합물을 진공 주입시키고, 주입구를 에폭시 수지로 봉지하여 액정 셀을 얻었다.

이 액정 셀을 온도 조절 가능한 오븐중에서 100℃로 가열하였다. 이어서, 액정 셀을 냉각속도 6℃/시에서 70℃까지 천천히 냉각시켜 액정 셀중 액정상을 일부 석출시켰다. 면적의 약 1/2이 액정상이 되는 60℃에서 이 액정 셀을 방치하였다. 또한, 이 액정셀을, 액정상을 나타내는 면적이 화소부의 면적과 실질적으로 동일하게 될때까지 서서히 냉각시켰다. 액정상의 면적이 화소부의 면적과 실질적으로 동일하게 된 시점에서, 액정 셀을 -20℃로 급냉시켜 모든 분자들을 백정상으로 배향시켰다.

또한 액정 셀에 자외선을 8mW/㎠로 10분동안 조사하여 화소의 주위(즉, 비화소부)의 중합 전구체를 중합시켜 고분자층을 형성하였다. 또한 액정 셀을 다시 100℃로 가열한 후, 액정 셀을 실온으로 서서히 냉각시켰다. 따라서 보다 만족할만한 STN 배향성의 액정 셀을 얻었다. 마지막으로 편광판을 액정 셀 외측에 배치하고, 편광판 한쪽의 외측에 반사판을 추가로 배치하여 액정표시소자를 얻었다.

전압 10V 및 주파수 60Hz의 교류 전기장을 액정표시소자에 인가하였다. 그 후 액정표시소자의 밝기를 측정하였다. 그 결과 비화소부는 종래의 액정표시소자와는 달리 어둡지 않았고, 액정표시소자는 전체적으로 밝은 것을 발견하였다.

[비교예 4]

중합 전구체로서 조성물 C-4 대신에 표 2에 기재된 조성물 C-5을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 7과 동일한 방법으로 액정 셀을 제조하였다. 그 결과 액정 재료와 중합 전구체 사이의 상분리는 야기되지 않았다. 또한 액정 셀을 마스크를 통해 자외선 조사할 때, 중합 전구체의 중합화가 액정 셀의 임의의 부분에서 진행되었다. 그 결과 폴리머 분산형 액정 셀을 얻게 되었다. 그러므로 목적하는 액정 표시 소자를 얻을 수는 없었다.

이러한 사실은 비액정성 중합 전구체를 첨가하지 않는 경우에 액정 재료와 액정성 중합 전구체의 혼합물은 양호하게 상분리되지 않았음을 보여준다.

[실시예 8]

중합 전구체로서 조성물 C-4 대신에 표 2에 기재된 조성물 C-6을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 7과 동일한 방법으로, 액정 재료와 중합 전구체의 혼합물을 기판사이에 주입하여 액정 셀을 얻었다. 이 액정 셀을 실시예 7에서와 같이 가열하고 서서히 냉각할 때, 액정상은 50℃의 온도에서 액정 셀 면적의 약 절반을 차지하였다. 이 시점에서 60Hz 및 10V의 교류 전기장을 전극 사이에 인가할 때, 무작위로 존재하는 액정상이 전극위에 모이고, 그 후 액정상을 나타내는 면적이 증대되었다. 이 시점에서 액정 셀을 -20℃로 급냉시켜 모든 분자들이 액정상으로 배향되도록 하였다. 이하 실시예 7과 동일한 방법으로 액정표시소자를 얻었다. 그 후 수득한 액정표시소자의 밝기를 측정하였다. 그 결과 액정표시소자는 실시예 7의 소자와 동일한 정도의 밝기를 나타내었다.

[실시예 9]

고분자층의 트위스트각과 밝기 사이의 관계를 검사하였다.

두께가 3미크론인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 액정표시소자를 제조하였다. 또한 카이랄제의 양을 조절함으로써, 고분자층의 트위스트각이 0∼150℃에서 변화되는 액정표시소자를 제조하였다. 그 후 각 액정표시소자의 밝기를 측정하였다.

보다 구체적으로 액정표시소자들(여기에서는 액정 셀)의 밝기 측정은 하기 방법으로 행하였다: 제8도에 도시된 바와 같이, 상기에서 수득한 액정 셀(81)의 하측에 반사판(82) 및 편광판(83)을 포함하는 하측 부재(84)를 설치하였다. 액정 셀(81)의 상측에 편광판(85) 및 위상차판(86)과 (87)을 포함하는 상측 부재(88)을 설치하였다. 상측 부재(88)을 제9a도에 도시된 방향으로 설치하여 실선으로 표시한 편광판(85)의 흡수축의 방향에 의해 얻은 각이 기준측에 대해 5°이고, 점선으로 표시한 위상차판(86)과 (87)의 연신 방향에 의해 얻은 각이 기준축에 대해 각각 20°과 60°가 되도록 하였다. 하측 부재(84)는 제9b도에 도시된 방향으로 설치하여 실선 화살표로 표시한 편광판(83)의 흡수축의 방향에 의해 얻은 각이 기준축에 대해 10°가 되도록 하였다.

상기 방법에서 반사판(82)을 설치함으로써 반사형 액정표시소자의 밝기를 측정하였다. 밝기는 분광측정계(미놀타 카메라 주식회사제, CM-1000)를 사용하여 측정하고, 밝기를 표시하는 L^*값에 의해 평가하며, CIE 표색계에 의해 정의하였다.트위스트각과 고분자층(즉, 비화소부)의 밝기와의 관계는 제10도에 도시되어 있다.

제10도에서 명백하듯이, 고분자층은 트위스트각이 66°∼97°일때 액정층(화소부)의 밝기(L^*= 40.8)보다 밝고, 트위스트각이 실질적으로 75°일때 가장 밝았다.

상술한 바와 같이 고분자층의 트위스트각의 범위를 대략 60∼100°으로 설정함으로써 고분자층의 투과율은 액정층의 것과 동일하거나 그 이상이었다. 따라서 비화소부는 화소부보다 더 밝을 수 있다. 그 결과 고분자층으로 인한 액정표시소자의 밝기의 저하를 방지할 수 있을 뿐만 아니라 어떠한 고분자층도 갖지 않는 액정표시소자보다 더 밝은 액정표시소자를 얻을 수 있었다.

[실시예 10]

본 실시예에서는, 광학적 이방성을 갖는 수지 및 광학적 이방성을 갖지 않는 수지를 포함하는 고분자층을 측정하였다.

중합 전구체로서 조성물 C-3 대신에 표 1에 기재된 조성물 C-1을 사용하고, 광학적 이방성을 갖는 수지층의 트위스트각이 75°으로 설정되도록 카이랄제(S-811)을 첨가한 것을 제외하고는, 실시예 4와 동일한 방법으로 액정 셀을 제조하였다.

액정 셀의 밝기를 실시예 9에서와 동일한 방법으로 측정할 때, L^*= 38.9를 갖는 매우 밝은 액정 셀(즉, 액정표시소자)이 얻어짐을 발견하였다.

[실시예 11]

실시예 10과는 다른 제조방법에 의해 액정 셀을 제조하고, 광학적 이방성을 갖는 수지층의 배향상태를 변화시킨 점을 제외하고는 실시예 10과 동일한 방법으로 액정 셀을 제조하였다. 이하 제조방법을 구체적으로 설명한다.

한쌍의 적당한 배향처리를 행한 기판에, 상기 표 1에 기재된 조성물 C-1을 캐스팅시켰다. 이 한쌍의 기판을 3㎛의 스페이서를 통해 서로 접합시켰다. 화소 전극이 형성되지 않은 부분의 패턴과 일치한 스트라이프 형상을 갖는 포토마스크를 통해, 10mW/㎠의 조사 강도로 자외선을 120초동안 조사하였다. 조사 후, 기판중 하나를 박리하여, 화소 전극이 형성되지 않은 부분의 패턴과 일치한 스트라이프 형상의 광학적 이방성을 갖는 수지층이 형성된 기판을 제조하였다.

한편, 실시예 1에서와 동일한 방법으로 전극 기판을 제조하였다. 화소 전극이 형성되지 않은 부분의 패턴과 광학적 이방성을 갖는 수지층의 패턴을 일치시키기 위하여, 이 전극 기판과 광학적 이방성을 갖는 수지층이 형성된 기판을 접합시켜 압착시켰다. 그 후 압착된 기판을 70℃에서 1시간동안 가열처리하여 광학적 이방성을 갖는 수지층을 전극기판상으로 전사시키고, 전극기판위에 광학적 이방성을 갖는 수지층을 형성시켰다. 이하의 순서는 실시예 4와 동일하게 하여 액정 셀을 제조하였다.

제11a도에 도시된 설치방향으로 상기에서 수득한 액정 셀의 상측에 편광판 및 2개의 위상차판으로 구성된 상측 부재를 배치하였다. 제11b도에 도시된 설치방향으로 상기에서 수득한 액정 셀의 하측에 편광판 및 반사판으로 구성된 하측 부재를 배치하였다. 기판의 법선 방향에서 볼 때, 각각 제11c 및 11d도에 도시된 방향이 되도록 상측 및 하측기판에 대한 러빙처리를 행하였다. 이와 같이 수득한 반사형 액정표시소자의 광학적 이방성을 갖는 수지층의 배향상태는 제11e 및 11f도에 나타낸 바와 같았다.

상기 액정표시소자의 밝기를 실시예 9에서와 동일한 방법으로 측정할 때, L^*= 40.2인 매우 밝은 액정표시소자를 얻었음을 발견하였다.

[실시예 12]

한쌍의 전극 기판을 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다. 이러한 한쌍의 전극 기판은 기판의 법선방향에서 볼 때 화소 전극이 직교하도록 접합하고 실란트를 통해 봉지하여 액정 셀을 얻었다. 이 시점에서 셀 갭은 6㎛이었다.

한편, 복굴절률 Δn₂가 0.152인 STN용 액정 재료(Merck ＆ Co., Inc. 제조, MJ62690) 및 복굴절률 Δn₁이 0.152인 중합 전구체의 80:20 혼합물을 제조하였다.

여기에서, 중합 전구체는 하기 일반식(I) 및 (II)로 표시된 화합물의 50:50 혼합물(Dainippon Ink and Chemicals Inc. 제조)이었다.

상기 액정 재료와 중합 전구체의 혼합물 100중량부에, 광중합 개시제(Ciha Geiay Corporation제조, Irugacure 651) 0.5중량부를 가하고, 이 혼합물을 실시예 1과 동일한 방법으로 접합시킨 기판사이에 공지된 방법으로 주입하여, 액정 셀을 제조하였다. 이 액정 셀에, 매트릭스상의 포토마스크를 통해서 자외선을 2mW/㎠로 10분간 조사하여, 중합 전구체를 어느정도 중합시켜서, 매트릭스 형상의 어느정도 중합된 부분(즉, 매트릭스형으로 일부 형성된 고분자층)을 형성시켰다. 이하의 순서는 실시에 7과 동일하게 하여 액정 셀을 제조하였다.

수득한 액정표시소자의 밝기는 실시예 7과 동일한 방법으로 측정하였다. 그 결과, 종래의 액정표시소자와는 달리 비화소부가 어둡지 않았고, 전체적으로 밝은 액정표시소자가 얻어졌다. 또한 상기의 액정표시소자는 색조의 재현성이 매우 양호하였다.

더군다나 이 액정표시소자는 액정 단독의 콘트라스트, 응답성능등의 특성이 양호하였다. 액정층내에 잔존하는 중합 전구체의 양은 너무 작아서 액정의 신뢰성이 손상되지 않았음이 확인되었다. 즉, 중합 전구제가 액정층에 잔존해 있다할지라도, 액정 계면의 프레틸트는 변하지 않아 목적하는 응답 성능이 수득될 수 있었다. 또한, 이 액정표시소자는 고온 및 저온 보존등의 환경 시험에서도 액정배향은 양호하게 안정하였다.

[실시예 13]

상기 표 2에 기재된 화합물 H 10중량부를 조성물 C-1에 가한 점을 제외하고는 실시예 7과 동일한 방법으로 액정표시소자를 제조하였다.

비액정성 중합 전구체인 화합물 H는 액정성 중합 전구체와 실질적으로 전혀 상용성을 가지지 않기 때문에, 상기에서 수득한 액정표시소자의 액정층의 복굴절은 실질적으로 액정 재료의 복굴절률과 동일하였다. 또한, 액정표시소자는 밝았고 색조의 재현성이 우수하였다. 이 방법에서 액정 재료와 중합 전구체 사이의 상분리를 촉진시키는 화합물을 적당량 첨가함으로써, 액정표시소자의 특성을 저하시키지 않고 보다 간단한 방법으로 액정표시소자를 수득할 수 있었다.

[비교예 6]

액정 재료로서, 복굴절률 Δn₂가 0.1127인 STN용 액정 재료(Merck ＆ Co., Inc. 제조, ZLI-4427)를 사용하고, 중합 전구체로서 둘다 복굴절률 Δn₁이 실질적으로 0인 라우릴 아크릴레이트와 아다만틸 아크릴레이트의 5:2의 혼합물을 사용한 것을 제외하고는 실시예 12와 동일한 방법으로 액정표시소자를 제조하였다.

이 액정표시소자의 액정층의 복굴절률 Δn은 0.1068이었으며, 이는 액정 재료의 복굴절률 Δn₂0.1127과는 매우 상이하다. 이 사실은 액정층중에 남아 있는 중합 전구체에 의해 액정층의 복굴절률이 상당히 변화되었음을 나타낸 것이다. 상술한 바와 같이, 균일한 색조가 얻어질 수 있는 허용범위를 초과하여 복굴절률이 변화되면, 액정표시소자의 색조의 재현성이 양호해지지 않는 것이 확인되었다.

본 발명에 따르면, (1) 기판의 배향 규제력에 의해 액정성 중합 전구체의 분자들이 소정 방향으로 배향된 상태에서 액정성 중합 전구체를 중합시킴으로써, 액정층을 포위하는 고분자층이 목적하는 패턴으로 형성된다. 액정성 중합 전구체는 통상의 네마틱 액정과 실질적으로 동일한 특성을 나타낸다. 따라서, 중합 전의 액정성 중합 전구체에 있어서, 기판에 배향처리를 행함으로써 액정층과 동일한 분자배향이 용이하게 얻어진다. 더우기, 액정성 중합 전구체는 그의 분자 구조 때문에 액정성을 나타내는 부분의 배향상태를 유지한 채로 중합된다. 그 결과, 광학적 이방성을 갖는 고분자층을 쉽게 형성할 수 있다. 또한, 이 고분자층을 액정층과 동일한 배향 상태로 복굴절성을 가질 수 있으므로, 고분자층의 광투과율이 액정층의 광투과율과 매우 유사해진다. 이 때문에, 비화소부가 화소부만큼 밝아지게 된다. 그 결과, 액정표시소자는 전체적으로 밝아지게 된다. 특히, 반사형 액정표시소자에 있어서 밝기가 현저해진다.

(2) 고분자층이 광학적 이방성을 갖는 수지층과, 광학적 이방성을 갖지 않는 수지층이 적층되어서 이루어진 다층 형태이므로, 광학적 이방성을 갖지 않는 수지층은 대단히 강직해져서, 액정표시소자 전체의 견뢰성, 내충격성 및 내압성이 대단히 우수해진다. 더구나, 광학적 이방성을 갖는 수지층과 광학적 이방성을 갖지 않는 수지층이 적층되어 있으므로, 액정표시소자 전체의 밝기는 양호하게 유지된다. 따라서, 우수한 내충격성 및 내압성을 갖는 밝은 액정표시소자가 얻어진다.

더우기, 적어도 한쪽의 기판에, 두께가 셀 갭보다 작은 광학적 이방성을 갖는 수지층을 미리 형성시키고, 이 기판을 서로 접합시킨 후에 액정 재료와 고분자 재료의 혼합물을 주입함으로써, 강직한 고분자층이 액정 재료와 수지재료 사이의 상분리를 위한 통상의 방법으로 용이하게 형성된다. 그 결과, 제조공정이 증가되고 복잡하며 숙련을 요하는 작업이 필요하게 되는 것이 방지된다. 따라서, 우수한 내충격성과 내압성을 갖는 밝은 액정표시장치가 용이하게 제조된다.

별법으로, 다른 기판위에 미리 형성된 광학적 이방성을 갖는 수지층이 전극 기판상으로 전사된다. 이러한 과정에 의해, 편광판, 위상차판, 배향처리방향의 설정을 결정한 후에, 고분자층이 가장 밝게 되도록 설정시키는 것이 가능해진다. 이는 고분자층의 복굴절률 및 층두께에 적절한 트위스트각이 선택되기 때문이며, 트위스트각을 소자의 배향처리방향과 무관하게 설정될 수 있다.

(3) 바람직한 실시태양에 있어서는, 고분자층의 패턴은 비화소부의 패턴에 일치한 매트릭스상이다. 이렇게 함으로써, 액정표시소자로 입사하는 광을 효과적으로 이용할 수 있게 된다.

별법으로, 고분자층의 패턴은 기판의 전극이 형성되어 있지 않은 부분의 패턴에 일치한 스트라이프 형상이고, 이 스트라이프 형상의 패턴이 서로 직교되도록 상기 기판이 대향하여 접합된다. 이러한 방법으로, 화소 전극 자체를 마스크로 하는 자외선의 선택적 조사가 가능해지고, 비화소부에 일치하는 보다 정확한 패턴을 성하는 것이 가능해진다.

(4) 바람직한 실시태양에서, 고분자층(또는 광학적 이방성을 갖는 수지층)의 분자들이 약 60∼100°의 각도로 트위스트 배향되어 있다. 이와같은 각도로 트위스트 배향함으로써, 비화소부가 화소부보다 밝게 된다. 그 결과, 액정표시소자는 전체적으로 밝게 된다. 특히 반사형 판넬에 있어서 밝기가 현저해진다.

(5) 별법으로, 기판에는, 소정의 패턴으로 표면 에너지가 다른 부분을 갖도록 표면 처리가 행해진다.(예를 들면, 기판의 소정부분에 표면 개질층이 형성된다.) 이러한 과정에 의해, 종래에는 곤란하였던 액정 재료와 액정성 중합 전구체 사이의 상분리가 가능해진다. 그 결과, 고분자층을 미리 기판에 형성시키는 공정은 더 이상 필요치 않으며, 액정표시소자가 보다 간편하게 제조될 수 있다.

바람직한 실시태양에 있어서, 중합 전구체는 액정성 중합 전구체 및 비액정성 중합 전구체를 포함한다. 이에 의하여, 액정 재료와 중합 전구체 사이의 상분리가 보다 명확해진다.

바람직한 실시태양에 있어서, 중합 전구체의 액정 전이온도는 액정 재료의 액정 전이온도보다 20℃ 이상 낮다. 이에 의해, 액정 재료 및 중합 전구체 사이의 상분리가 보다 명확해진다. 또한, 중합 전구체 및 액정 재료의 혼합물은 10℃∼70℃ 범위의 온도에서 액정성과 등방상의 2상 영역이 존재한다. 그에 따라서, 액정 재료와 중합 전구체 사이의 상분리가 넓은 온도범위에서 가능해진다.

(6) 별법으로, 중합 전구체는 음의 유전 이방성을 갖는 성분을 가지며, 또한 전체로서 음의 유전 이방성을 갖는다. 더우기, 액정 재료의 중합 전구체의 혼합물은 전체로서 양의 유전 이방성을 갖는다. 이에 의하여, 기판에 미리 고분자층을 형성하거나 또는 기판에 표면처리를 행할 필요없이도, 종래에는 어려웠던 액정재료와 액정성 중합 전구체 사이의 상분리가 가능해진다. 그 결과, 액정표시소자의 제조공정이 상당히 간편화될 수 있다.

(7) 또다른 방법으로서, 중합 전구체의 복굴절률 Δn₁과 액정 재료의 복굴절률 Δn₂사이의 차는 복굴절률 Δn₂의 ±15% 미만이다. 복굴절률 Δn₁및 Δn₂가 그러한 관계를 갖도록 함으로써, 액정 재료 및 중합 전구체 사이의 상분리가 완전치 않은 경우일지라도 고분자층과 액정층 사이의 복굴절률의 차가 감소된다. 따라서, 보다 밝은 액정표시소자가 얻어진다. 또한, 액정층의 복굴절률이 쉽고 정착하게 조절될 수 있으므로, 액정표시소자의 색조의 재현성이 현저하게 향상될 수 있다. 그 결과, 액정표시소자의 제조수율이 상당히 향상된다.

(8) 본 발명의 액정표시소자는 퍼스널 컴퓨터, 액정TV장치, 휴대용 디스플레이 장치, 및 표시부 및 입력부가 펜 입력에 의해 일체화된 소자 등에 적합하게 사용된다.

본 발명의 범위 및 요지를 벗어남이 없이 다른 여러가지 변형법이 당분야 숙련가에게 자명하고 쉽게 이용될 수 있는 것이다. 따라서, 첨부된 특허청구범위의 범위는 본 명세서에 기재된 것으로 한정될 것이 아니라 보다 넓게 이해되어야 할 것이다.

Claims

대향하는 기판사이에 삽입된, 소정의 패턴으로 패턴화된 고분자층과, 이 고분자층에 의하여 적어도 일부가 포위되어 있는 액정층이 포함되어 있는 액정표시소자에 있어서, 상기 고분자층의 적어도 일부가, 적어도 한쪽의 상기 기판의 배향 규제력에 의하여 액정성 중합 전구체의 분자들이 소정방향으로 배향된 상태에서, 액정성 중합 전구체를 중합시킴으로써 형성된 것인 액정표시소자.
제1항에 있어서, 상기 소정의 패턴이 매트릭스 형상인 액정표시소자.
제1항에 있어서, 상기 액정성 중합 전구체의 복굴절률 Δn₁과 상기 액정층을 형성하는 액정 재료의 복굴절률 Δn₂의 차가 Δn₂의 ±15% 미만인 액정표시소자.
대향하는 기판사이에 삽입된, 소정의 패턴으로 패턴화된 고분자층과, 이 고분자층에 의하여 적어도 일부가 포위되어 있는 액정층이 포함되어 있는 액정표시소자에 있어서, 상기 고분자층이, 적어도 한쪽의 상기 기판의 배향 규제력에 의하여 액정성 중합 전구체의 분자들이 소정방향으로 배향된 상태에서, 액정성 중합전구체를 중합시킴으로써 형성된 광학적 이방성을 갖는 수지층과, 광학적 이방성을 갖지 않는 수지층이 적층되어서 이루어진 다층 형태인 액정표시소자.
제4항에 있어서, 상기 광학적 이방성을 갖는 수지층의 두께가 셀 갭(cell gap)의 20%∼80%인 액정표시소자.
제4항에 있어서, 상기 소정의 패턴이 매트릭스 형상인 액정표시소자.
제4항에 있어서, 상기 소정의 패턴이, 상기 기판의 전극이 형성되어 있지 않은 부분의 패턴에 일치한 스트라이프(stripe) 형상이고, 이 스트라이프 형상의 패턴이 서로 수직으로 교차하도록 상기 기판이 대향하여 접합되어 있는 액정 표시 소자.
제4항에 있어서, 상기 광학적 이방성을 갖는 수지층의 분자들이 60°∼100°의 각도로 트위스트 배향되어 있는 액정표시소자.
제4항에 있어서, 상기 액정성 중합 전구체의 복굴절률 Δn₁과 상기 액정층을 형성하는 액정 재료의 복굴절률 Δn₂의 차가 Δn₂의 ±15% 미만인 액정표시소자.
대향하는 기판사이에 삽입된, 소정의 패턴으로 패턴화된 고분자층과, 이 고분자층에 의하여 적어도 일부가 포위되어 있는 액정층이 포함되어 있는 액정표시소자의 제조 방법에 있어서, 적어도 한쪽의 상기 기판위에 액정성 중합 전구체를 미리 배치하고, 이 적어도 한쪽의 기판의 배향 규제력에 의하여 상기 액정성 중합 전구체의 분자들이 소정방향으로 배향된 상태에서, 이 액정성 중합 전구체를 증합시켜 소정의 패턴으로 패턴화된 고분자층을 형성하는 단계를 포함하는 액정표시소자의 제조방법.
제10항에 있어서, 상기 고분자층이, 상기 액정성 중합 전구체를 캐스팅시켜 서 박막을 형성하고, 이 박막을 마스크를 통하여 노광시켜 중합시킴으로써 형성되는 방법.
제10항에 있어서, 상기 고분자층이, 상기 액정성 중합 전구체를 상기 기판에 소정의 패턴으로 인쇄에 의해 배치한 후, 이 전구체를 중합시킴으로써 형성되는 방법.
대향하는 기판사이에 삽입된, 광학적 이방성을 갖는 수지층과 광학적 이방성을 갖지 않는 수지층이 적층되서 이루어진 소정의 패턴으로 패턴화된 고분자층과, 이 고분자층에 의하여 적어도 일부가 포위되어 있는 액정층이 포함되어 있는 액정표시소자의 제조 방법에 있어서, 적어도 한쪽의 상기 기판위에 액정성 중합 전구체를 미리 배치하고, 이 적어도 한쪽의 기판의 배향 규제력에 의하여 상기 액정성 중합 전구체의 분자들이 소정방향으로 배향된 상태에서, 이 액정성 중합 전구체를 중합시켜 소정의 패턴으로 패턴화되고 두께가 셀 갭보다 작은 광학적 이방성을 갖는 수지층을 형성하는 단계, 적어도 한쪽으로 상기 광학적 이방성을 갖는 수지층이 형성되어 있는 한쌍의 기판 사이에, 상기 액정층을 형성하는 액정 재료와 광학적 이방성을 갖지 않는 고분자 재료를 함유하는 혼합물을 주입하는 단계, 및 상기 액정 재료와 상기 고분자 재료를 상기 광학적 이방성을 갖는 수지층의 패턴에 일치하게 상분리시켜서, 상기 광학적 이방성을 갖는 수지층과 고분자 재료로 이루어진 광학적 이방성을 갖지 않는 수지층을 적층시킴으로써, 소정의 패턴으로 패턴화된 고분자층을 형성시키는 단계를 포함하는 액정표시소자의 제조방법.
제13항에 있어서, 상기 광학적 이방성을 갖는 수지층이, 상기 액정성 중합 전구체를 캐스팅시켜서 박막을 형성하고, 이 박막을 마스크를 통하여 노광시켜 중합시킴으로써 형성되는 방법.
제13항에 있어서, 상기 광학적 이방성을 갖는 수지층이, 상기 액정성 중합 전구체를 상기 기판에 소정의 패턴으로 인쇄에 의해 배치한 후, 이 전구체를 중합시킴으로써 형성되는 방법.
제13항에 있어서, 상기 광학적 이방성을 갖는 수지층을 60°∼100°의 각도로 트위스트 배향시키는 방법.
제13항에 있어서, 상기 광학적 이방성을 갖는 수지층이, 상기 액정성 중합 전구체를 소정의 패턴으로 중합시킴으로써 형성된 후, 상기 기판에 전사되는 방법.
제17항에 있어서, 상기 광학적 이방성을 갖는 수지층을 60°∼100°의 각도로 트위스트 배향시키는 방법.
대향하는 기판사이에 삽입된, 소정의 패턴으로 패턴화된 고분자층과, 이 고분자층에 의하여 적어도 일부가 포위되어 있는 액정층이 포함되어 있는 액정표시소자에 있어서, 상기 고분자층의 적어도 일부가, 적어도 한쪽의 상기 기판의 배향 규제력에 의하여 액정성 중합 전구체의 분자들이 소정방향으로 배향된 상태에서 중합 전구체를 중합시킴으로써 형성되고, 상기 고분자층의 상기 보정의 패턴이, 상기 기판에 가해진 표면처리의 패턴에 일치하는 액정표시소자.
제19항에 있어서, 상기 표면처리가, 상기 기판에 형성되어 있는 전극의 패턴에 대응하고 상기 기판 표면과는 표면 에너지가 다른 박막을 상기 기판의 표면위에 형성함으로써 행해진 액정표시소자.
제19항에 있어서, 상기 중합 전구체가 액정성 중합 전구체와 비액정성 중합 전구체를 함유하는 액정표시소자.
제21항에 있어서, 상기 중합 전구체의 액정 전이온도가, 상기 액정층을 형성하는 액정 재료의 전이온도보다 20℃ 이상 낮은 액정표시소자.
제21항에 있어서, 상기 중합 전구체와 상기 액정층을 형성하는 액정 재료의 혼합물이 10℃∼70℃ 범위의 온도에서 액정상-등방상의 2상 영역이 존재하는 것인 액정표시소자.
제21항에 있어서, 상기 비액정성 중합 전구체가 아크릴레이트계 중합 전구체 및 메타크릴레이트계 중합 전구체로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 액정표시소자.
제21항에 있어서, 상기 중합 전구체의 복굴절률 Δn₁과 상기 액정층을 형성하는 액정 재료의 복굴절률 Δn₁의 차가 Δn₂의 ±15% 미만인 액정표시소자.
대향하는 기판사이에 삽입된, 소정의 패턴으로 패턴화된 고분자층과, 이 고분자층에 의하여 적어도 일부가 포위되어 있는 액정층이 포함되어 있는 액정표시소자의 제조 방법에 있어서, 적어도 한쪽의 기판 표면에 이 기판 표면과는 표면 에너지가 다른 박막을 소정의 패턴으로 형성하는 단계, 적어도 한쪽에 상기 박막이 형성되어 있는 한쌍의 기판사이에, 상기 액정층을 형성하는 액정 재료와 상기 고분자층을 형성하는 중합 전구체를 함유하는 혼합물을 주입하는 단계, 이 액정 재료와 중합 전구체를 상기 박막의 패턴에 대응하게 상분리시켜서, 액정층을 형성하는 단계, 및 적어도 한쪽의 기판의 배향 규제력에 의하여 상기 중합 전구체의 분자들이 소정 방향으로 배향된 상태에서, 상기 상분리된 중합 전구체를 중합시켜 소정의 패턴으로 패턴화된 고분자층을 형성하는 단계를 포함하는 액정표시소자의 제조방법.
대향하는 기판사이에 삽입된, 소정의 패턴으로 패턴화된 고분자층과, 이 고분자층에 의하여 적어도 일부가 포위되어 있는 액정층이 포함되어 있는 액정표시소자에 있어서, 상기 고분자의 적어도 일부가, 적어도 한쪽의 상기 기판의 배향 규제력에 의하여 중합 전구체의 소정 방향으로 배향된 상태에서 중합 전구체를 중합시킴으로써 형성되어 있고, 상기 중합 전구체가 적어도 음의 유전 이방성을 갖는 성분을 함유하고, 또한 전체로서 음의 유전 이방성을 갖는 액정표시소자.
제27항에 있어서, 상기 중합 전구체와 상기 액정층을 형성하는 액정 재료의 혼합물이 10℃∼70℃ 범위의 온도에서 액정상-등방상의 2상 영역이 존재하며, 또한 전체로서 양의 유전 이방성을 갖는 것인 액정표시소자.
제27항에 있어서, 상기 중합 전구체의 복굴절률 Δn₁과 상기 액정층을 형성하는 액정 재료의 복굴절률 Δn₂의 차가 Δn₂의 ±15% 미만인 액정표시소자.
대향하는 기판사이에 삽입된, 소정의 패턴으로 패턴화된 고분자층과, 이 고분자층에 의하여 적어도 일부가 포위되어 있는 액정층이 포함되어 있는 액정표시소자의 제조방법에 있어서, 소정의 패턴으로 전극이 형성되어 있는 한쌍의 기판사이에, 상기 액정층을 형성하는 액정 재료와 적어도 음의 유전 이방성을 갖는 성분을 함유하고, 또한 전체로서 음의 유전 이방성을 갖는 중합 전구체를 함유하는 혼합물을 주입하는 단계, 이 전극에 전기장을 인가함으로써, 상기 액정 재료와 중합 전구체를 상기 전극의 패턴에 일치하게 상분리시켜서, 액정층을 형성하는 단계, 및 적어도 한쪽의 기판의 배향규제력에 의하여 상기 중합 전구체의 분자들이 소정방향으로 배향된 상태에서, 상기 상분리된 중합 전구체를 중합시켜 소정의 패턴으로 패턴화된 고분자층을 형성하는 단계를 포함하는 액정표시소자의 제조방법.