KR100895363B1 - 액정 표시 장치 및 그의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 액정층이 액정 기판에 의해 지지되고, 액정 기판의 표면에 배향-제어층이 형성되어 액정층에서 액정 분자의 배향을 소정의 방향으로 제어하며, 배향-제어층이 액정에 첨가된 혼입 첨가제에 의해 형성되는 것인, 액정 표시 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치, 액정층, 배향-제어층, 배향, 첨가제
Description
도 1은 통상의 액정 표시 패널을 제조하는 단계를 설명하는 흐름도이다.
도 2a 내지 2c는 통상적인 광 배향법을 개략적으로 순서대로 설명하는 단면도이다.
도 3은 액정에 첨가된 첨가제가 액정 기판 부재의 표면에 의해 흡착된 상태의 본 발명의 액정 표시 장치를 개략적으로 설명하는 도면이다.
도 4a는 통상의 액정 표시 장치를 개략적으로 설명하는 단면도이다.
도 4b는 본 발명에 따른 액정 표시 장치를 개략적으로 설명하는 단면도이다.
도 5a 내지 5c는 자외선 조사에 의해 첨가제가 첨가된 액정을 수직으로 배향하는 단계를 개략적으로 설명하는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시태양에 따라 유리판의 표면에 2종의 배향-제어층이 형성된 상태를 개략적으로 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시태양에 따른 액정 표시 장치를 개략적으로 설명하는 단면도이다.
도 8은 도 7의 액정 표시 장치에서 제2 유리 기판상에서 배향막의 작동을 개략적으로 설명하는 단면도이다.
도 9는 도 7의 제2 유리 기판에서 픽셀 전극상에서 배향막을 설명하는 평면도이다.
도 10은 액정 표시 장치가 완성된 상태에서 도 9의 화살표 A의 방향에서 본 액정의 프리틸트각 (pretilt angle)을 설명하는 도표이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시태양에 따른 액정 표시 장치를 개략적으로 설명하는 단면도이다.
도 12는 도 11의 실시태양에 따른 제1 및 제2 유리 기판을 개략적으로 설명하는 도표이다.
도 13은 도 12의 B 부분을 확대하여 설명하는 도표이다.
도 14는 제2 유리 기판의 변형예를 설명하는 평면도이다.
도 15a는 애슁 (ashing) 전의 구조를 설명하는 도표이다.
도 15b는 애슁 후의 구조를 설명하는 도표이다.
도 16은 본 발명의 제3 실시태양에 따른 액정 표시 장치에서 제2 유리 기판을 개략적으로 설명하는 단면도이다.
도 17은 본 발명의 제4 실시태양에 따른 액정 표시 장치를 개략적으로 설명하는 단면도이다.
도 18은 도 17의 액정 표시 장치의 작동을 개략적으로 설명하는 단면도이다.
도 19는 본 발명의 제5 실시태양을 따른 액정 표시 장치를 개략적으로 설명하는 단면도이다.
도 20은 본 발명에 다른 천연색 (full color) TFT 액정 표시 장치의 주요 구 성을 설명하는 단면도이다.
도 21은 도 20의 액정 표시 장치에서 수지층의 상태를 개략적으로 설명하는 단면도이다.
도 22는 도 21의 수지층 근방에서 액정 분자의 배향 상태를 개략적으로 설명하는 단면도이다.
도 23은 본 발명에 따른 액정 표시 패널의 제조 단계를 설명하는 흐름도이다.
도 24a 내지 24b는 본 발명에 따른 수지층의 형성 단계를 순서대로 설명하는 단면도이다.
도 25a 및 25b는 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 별도의 2개의 실시태양을 설명하는 단면도이다.
도 26a 및 26b는 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 또다른 실시태양을 설명하는 단면도이다.
도 27은 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 또다른 실시태양을 설명하는 단면도이다.
도 28은 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 또다른 실시태양을 설명하는 단면도이다.
도 29는 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 또다른 실시태양을 설명하는 단면도이다.
도 30은 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 또다른 실시태양을 설명하는 단면 도이다.
도 31은 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 또다른 실시태양을 설명하는 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
2 경화성 첨가제 3 액정 분자
10 액정 표시 장치 11, 12 유리 기판
12 기판 13 액정층
14 절연층 15 픽셀 전극
16, 17 수지층 18 칼라 필터
19 공통 전극 21, 22 편광판
23 액정과 경화성 첨가제의 혼합물 24 데이타 버스 라인
31 밀봉재 32 스페이서재
33 패드 전극 36 수지층
51 절연 기판 52 배향막
56 액정 분자 101 유리 기판
102 투명 전극 103 수직 배향막
104 뱅크형 구조 105 액정층
105a 액정 분자 110 액정 표시 장치
112, 114 유리 기판 116 액정층
118 공통 전극 120 배향막
122 픽셀 전극 124 배향막
124V 제1 배향 영역 124H 제2 배향 영역
132 구조물 201 첨가제
202 배향-제어층 301 액정
302 자외선 401 제1 배향-제어층
402 제2 배향-제어층
본 발명은 액정 표시 장치, 더욱 구체적으로는 기판상의 액정 분자의 배향이 개선되어 고품질의 표시를 보장하는 액정 표시 장치, 및 그의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 영화 표시에서 필드-연속 구동과 같은 고속으로 작동가능한 액정 표시 장치, 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 퍼스널 컴퓨터, 액정 TV, 자동차 네비게이션 시스템, 디지탈 카메라, 비디오 카메라 및 휴대전화에서 널리 사용된다. 또한, 노트북 PC 및 액정 TV에서 화면 크기의 대형화를 충족시키기 위해 시각 각도의 다각화, 즉, 시각 특성의 향상 및 화상 정밀도의 개선을 매우 필요로 해왔다. 액정 표시 장치는 일반적으로 한 쌍의 절연 기판 (예, 유리 기판)사이에 액정을 그의 액정 분자가 소정의 방향으로 배향되는 방식으로 밀봉하고, 각 기판상의 액정측에 배향막이 형성되는 구조를 갖고 있다. 배향막의 재료에는 보통 폴리이미드 또는 폴리아믹산이 사 용된다 (예, 일본 공개 특허 공보 제64-4720호 참조). 절연 기판상에 형성된 배향막을 배향 처리하여 액정 분자와 절연 기판상의 접촉각인 프리틸트각을 설정함으로써 액정 분자의 배향성을 높인다. 또한, 시각 특성 및 스크린 정밀도를 개선시키기 위해 상이한 배향 방향을 갖는 다수의 액정 분자를 포함하는 분할 배향 패널 구조가 제안되어 왔다.
통상적인 액정 표시 장치는 보통 도 1의 흐름도에 도식적으로 설명된 바와 같이, 배향막을 형성하는 단계, 배향 처리 단계, 기판 조립 단계 및 액정 밀봉 단계를 통해 제조된다. 이러한 제조 단계들을 더 설명할 것이다. 첫번째로, 배향막 재료를 세정된 절연 기판에 도포하고 소성시켜 배향막을 형성한다. 그 후, 배향막의 표면을 버핑 천 (buffing cloth)으로 러빙 (rubbing)함으로써 러빙을 수행하여 프리틸트각을 설정한다. 러빙에 의해 형성된 먼지와 오물 및 정전기를 세정 및 건조에 의해 제거함으로써 배향 처리를 수행한다. 배향 처리의 완료 후, 밀봉재 (보통 접착제)을 소자 기판에 인쇄한 후, 스페이서재를 살포하여 필터 기판과의 간극을 형성한다. 다음, 소자 기판 및 필터 기판을 함께 접합시켜 액정 기판을 조립한다. 이어서, 상기 기재된 바와 같이 얻어진 절연 기판의 주입구를 통해 액정을 주입하고 주입구를 밀봉한다. 필터 기판상에 편광판을 부착하여 배향막을 갖는 한 쌍의 기판 사이에 액정이 밀봉된 액정 패널을 완성한다. 이러한 일련의 단계를 완료한 후, 액정 패널 주위에 소정의 회로를 조립하고 노트북 퍼스널 컴퓨터와 같은 제품을 완성한다.
상기 일련의 제조 단계 중, 액정 분자와 절연 기판간의 접촉각인 프리틸트각 을 설정하기 위한 배향 처리 단계에서 배향막의 표면을 버핑 천으로 러빙하는 러빙법을 사용한다. 따라서, 물리적 접촉 및 마찰에 의해 먼지 및 오물이 발생되고, 배향막이 손상되고, 정전기로 인해 액정층의 표면이 오염되고, 절연 기판상에 형성된 박막 트랜지스터 (TFT)가 정전 파괴되고, 제조 수율이 저하된다. 그러나, 이러한 문제점들을 해결하기 위해, 후-처리, 예를 들어 세정 및 건조를 수행하여야만 하므로, 처리 단계의 수가 부득이하게 증가된다. 또한, 스크린 크기의 대형화에 따라 한 조각의 절연 기판에 형성되는 액정 패널의 개수는 오직 하나 또는 두 개에 지나지 않기 때문에, 제조 수율은 결함의 존재 여부에 따라 0 ％와 100 ％의 오직 2개의 값, 또는 0 ％, 50 ％와 100 ％의 오직 3개의 값으로 주어진다. 또한, 높은 등급의 화상 정밀도가 요구되기 때문에, 액정 패널상에 형성된 표시 소자의 개수는 예를 들어 640 x 480 도트가 된다. 3색 표시의 경우에는, 도트는 920,000 소자에 해당될 수 있으며 결함 발생으로 인한 수율의 저하가 심각한 문제점이 될 수 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 배향막 표면과의 물리적인 접촉에 의해 프리틸트각을 설정하는 러빙법에 의존하지 않고, 광에 의해 배향막에서 프리틸트각을 설정하는 광 배향법이 제안되어 왔다 (예, 일본 공개 특허 공보 제9-5747호 참조). 상기 기재된 바와 같이, 프리틸트각은 절연 기판과 액정 분자간의 접촉각을 나타낸다. 따라서, 프리틸트각이 설정되는 방향은 보통 틸트 방향이라고 한다.
광 배향법의 한 예를 도 2a 내지 도 2c를 참조하여 설명할 것이다.
도 2a를 참조하여, 폴리이미드 또는 폴리아믹산과 같은 배향막 재료를 절연막 (51) (예, 유리판)에 도포하고 소성시켜 배향막 (52)를 형성한다. 이어서, 수 직 방향으로 편광된 자외선 (54a)을 절연 기판 (51)에 대해 수직으로 조사하여 예비노광시키고 배향막 재료의 물리적 특성을 조절한다. 다음으로, 도 2b에 도시된 바와 같이, 편광 방향을 90 도 변환한 자외선 (54b)를 절연 기판 (51)에 대하여 소정각 α°로 조사하고, 이로 인해 자외선의 조사 방향으로 기울어진 프리틸트각 α가 배향막 (52)에 설정되고, 도 2c에 도시된 바와 같이 액정 분자 (56)이 프리틸트각과 동일한 방향 및 동일한 각으로 배향된다. 광 배향법을 기재로 한 상기 배향 처리에 따르면, 러빙, 세정 및 건조의 단계가 필요치 않으며, 상기 언급된 문제점을 해결할 수 있다.
그러나, 이러한 광 배향법에는 여전히 문제점이 있다. 예를 들어, 상기 광 배향법을 적용함으로써 액정 패널의 시각 특성 및 스크린의 화상 정밀도를 개선시킬 수 있는 분할 배향 패널 구조를 실현시키기 위해서는, 액정 분자의 배향 방향에 따라 배향막의 각 영역에서 조사 방향과 상이한 방향으로 편광된 자외선으로 조사하여 다수의 프리틸트각을 설정하여야 한다. 이러한 동일한 배향막에 다수의 프리틸트각을 설정하기 위해서는, 편광 자외선을 투과 및 차단하기 위한 여러 종류의 광학 마스크를 제조하고, 각 광학 마스크를 사용하여 상이한 조사각을 갖는 편광된 자외선을 여러번 조사하는 것이 필요하며, 배향 처리에 매우 긴 시간이 필요하다.
또한, 기판상에 배향막을 형성하는 경우, 제조 단계의 수를 증가시켜야 하는 것 뿐만 아니라 배향막 재료를 인쇄하기 위한 인쇄기 및 배향막을 위한 소성 장치와 같은 대형 제조 장치를 설치해야만 하며, 제조 현장이 확장되고 제조 비용도 크게 증가하게 된다.
또한, 제조 단계의 개수를 감소시키고 수율을 증가시키기 위해서, 일본 공개 특허 공보 제11-95221호에는 유리 기판 사이의 액정셀에 광경화성 고분자 수지의 배향 조제를 함유하는 액정 조성물을 밀봉하고, 액정 조성물을 정치시키고, 유리 기판의 표면 에너지에 의해 배향 조제를 기판 표면에 흡착시키고 배향막을 형성함으로써 액정 표시 소자를 제조하는 방법도 또한 제안되었다.
통상적인 액정 표시 장치의 구조로 돌아가서, 활성 매트릭스를 사용한 액정 표시 (LCD)가 제안되었고, 이와 같은 LCD로는 포지티브 유전 이방성을 갖는 액정 재료가 기판 표면에 어두운 상태로 수평으로 배향되고 마주보는 기판에 대해 90 도 뒤틀린 TN 방식의 액정 표시 장치가 널리 사용된다.
TN 방식의 액정 표시 장치는 불량한 시각 특성과 같은 문제점이 있으며, 시각 특성을 개선시키기 위한 연구가 광범위하게 수행되었다. 대안적인 시스템으로, MVA (멀티-도메인 수직 정렬) 시스템이 개발되었고, 이를 따르면 네가티브 유전 이방성을 갖는 액정 재료가 수직으로 배향되고, 배향막을 러빙하지 않고도 기판 표면에 형성된 융기 및 슬릿을 사용함으로써 전압이 인가될 때 액정 분자의 경사 방향이 여러 방향으로 조절되어 시각 특성이 크게 개선된다.
그러나, TN 방식의 액정 표시 장치에서 뿐만 아니라 MVA 시스템에서도 또한, 액정 재료를 수직 배향 (수평 배향)하기 위해서는 폴리이미드 등에 의해 배향막을 형성하는 것이 필수적이다. 배향막 형성은 인쇄 단계, 소성 단계, 소성 단계 등을 필요로 하고, 이들은 제조 단계의 감소 및 비용의 감소를 방해하는 주된 요인이다.
또한, 활성 매트릭스를 사용한 액정 표시 장치로 네마틱 (nematic) 액정을 사용한 액정 표시 장치가 널리 사용되어 왔다. 최근에는, 영화 표시에 적합한 필드 연속 구동형과 같은 액정 표시 장치를 제공하는 것이 필요하다. 이러한 액정 표시 장치는 액정 분자의 고속 전환을 필요로 한다. 따라서, 높은 반응 속도를 갖는 액정 표시 장치를 제공하는 것이 주목되었다.
네마틱 액정을 사용한 액정 표시 장치에서, 셀 두께를 감소시키고 프리틸트각을 증가시키는 것은 액정의 반응 속도를 상승시키는데 효과적이다. 액정의 프리틸트는 보통 폴리이미드 또는 폴리아믹산의 유기 배향막과 같은 유기 배향막을 천으로 러빙함으로써 실현된다. 그러나, 균일하고 큰 프리틸트각은 러빙에 의해 얻기가 어렵다. 일반적으로, 약 6 내지 7 도의 프리틸트각이 상한이다. 또한, 러빙은 먼지 및 오물을 발생시켜 정전기로 인해 소자가 손상된다는 문제점이 있다. 따라서, 활성 기판에서는 러빙 이외의 방법에 의해 배향 처리를 행하는 것이 특히 바람직하다.
또한, 알킬기를 대량으로 함유하는 유기 배향막을 사용하여 배향막의 표면상에 알킬기의 밀도를 증가시킴으로써 큰 프리틸트각이 효과적으로 얻어질 수 있다. 그러나, 상기 방법에 의해 큰 프리틸트각을 얻으려는 경우, 평면상의 프리틸트각에서 분산액으로 인한 셰이딩 (shading)이 현저해지며, 러빙으로 인한 줄무늬가 현저해진다는 문제점이 발생한다.
러빙 이외의 배향 방법으로, 배향막의 표면상에 뱅크 구조를 제공하는 방법 및 도 2a 내지 2c와 관련하여 상기 기재된 바와 같은 광 배향법이 제안되었다. 배향막의 표면상에 뱅크 구조를 제공하는 방법에 따라, 제1 줄무늬 뱅크가 하나의 기 판상의 배향막에 형성되고, 제2 줄무늬 뱅크가 제1 줄무늬 뱅크와 평행하지만 제1 줄무늬 뱅크로부터 벗어나게 다른 기판상의 배향막에 형성된다. 제1 줄무늬 뱅크와 제2 줄무늬 뱅크 사이의 액정 분자가 상기 줄무늬 뱅크에 대해 수직으로 배향된다는 특성을 갖는다는 사실을 이용함으로써 전체 액정 분자의 배향이 제어된다.
그러나, 뱅크 구조를 제공하는 방법은 수직 배향형 액정 표시 장치에 사용되지만 TN형 액정 표시 장치에는 사용되지 않는다. 또한, 광 배향법에 따라, 폴리이미드 또는 폴리아믹산의 배향막을 자외선으로 조사하여 배향막의 표면에 이방성을이 부가함으로써 액정 분자를 배향한다. 그러나, 광 배향법을 사용하면, 배향을 제한하는 힘이 약하며 큰 프리틸트각을 실현시키기 어렵다. 광 배향법을 사용하면, 프리틸트각은 예를 들어 약 1 도이다.
또한, 액정 표시 장치의 배향을 제어하는 기술에 대해, 일본 공개 특허 공 제5-173138호에는 배향의 분할이 교시되어 있고, 일본 공개 특허 공보 제9-146096호에는 배향막이 교대로 배열된 줄무늬 수직 배향 영역 및 줄무늬 수평 배향 영역을 포함하고, 수직 배향 영역 및 수평 배향 영역에 대해 수직 방향으로 러빙되는 액정 표시 장치가 개시되어 있다.
상기 기재한 바와 같이, 통상의 액정 표시 장치에는 여전히 해결해야할 문제점들이 있다. 본 발명은 이러한 문제점들을 해결하기 위한 것이다.
첫번째로, 본 발명은 제조 단계, 제조 비용 및 재료의 감소를 달성하면서 배향막을 별도로 제공하지 않고도 액정 분자의 배향 (예, 수직 배향 또는 수평 배향) 을 조절함으로써 고품질의 표시 특성을 실현시키기 위한 액정 표시 장치, 및 그의 제조 방법을 제공하는 목적을 갖는다.
두번째로, 본 발명은 활성 매트릭스 구조가 있는 기판을 러빙하지 않고도 뛰어난 반응 속도를 특징으로 하는 액정 표시 장치를 제공하는 목적을 갖는다.
이러한 목적들 이외에, 본 발명은 액정 표시 장치를 구성하는 한 쌍의 기판의 각각에 배향막을 형성해야 하고 그의 표면을 러빙 처리 또는 광학 배향 처리해야 하며 제조 단계, 제조 비용 및 단계 관리에서 많은 문제점들을 포함하는, 통상의 액정 표시 장치에서의 많은 문제점들을 해결하기 위한 목적을 갖는다.
따라서, 본 발명의 목적은 기판의 액정측에 배향막을 형성하는 단계를 필요로 하지 않는 액정 표시 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 구성 및 제조가 간단하며, 비용 절감이 가능한 액정 표시 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 고성능의 액정 표시 장치를 간단한 방식으로 양호한 수율을 갖도록 제조하는 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 상기 및 다른 목적들은 본 발명의 하기 상세한 설명으로부터 쉽게 이해될 것이다.
본 발명의 제1면은, 액정에 첨가된 혼입 첨가제에 의해 형성된 배향-제어층이 액정 기판의 표면상에 형성되어 액정층에서 액정 분자의 배향을 소정 방향으로 제어하는 것을 특징으로 하는, 액정층이 액정 기판에 의해 지지되는 액정 표시 장 치에 관한 것이다.
이와 관련하여, 본 발명은 또한 액정 기판 사이에 액정 분자의 배향을 소정 방향으로 제어하는 특성을 갖는 첨가제가 첨가된 액정을 주입하여 상기 액정 기판의 표면층 상에 액정층을 형성하고, 상기 액정층은 상기 첨가제로 구성된 배향-제어층을 갖는 것을 특징으로 하는, 액정층이 액정 기판에 의해 지지되는 액정 표시 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
그의 제2면에서, 본 발명은 한 쌍의 마주보는 기판, 상기 한 쌍의 기판 상에 형성된 배향 제어층, 상기 한 쌍의 기판 사이에 배열된 액정층, 및 상기 액정층에 전기장을 인가하기 위한 전극을 포함하고, 여기서 상기 기판 중 적어도 하나 상에 형성된 배향 제어층이 액정 분자를 기판 표면에 대해 거의 수직으로 배향시키는 다수의 긴 제1 배향 영역 및 액정 분자를 기판 표면에 거의 평행으로 배열하는 다수의 긴 제2 배향 영역을 포함하고, 상기 제1 배향 영역 및 상기 제2 배향 영역이 교대로 배열되고, 상기 제1 배향 영역에 위치한 액정의 일부 및 상기 제2 배향 영역에 위치한 액정의 일부가 연속적으로 배향된 액정 표시 장치에 관한 것이다.
이러한 구성에 따라, 제1 배향 영역에 위치한 액정의 일부 및 제2 배향 직역에 위치한 액정의 일부가 서로에 의해 영향을 받아 연속적으로 배향되고, 큰 프리틸트각 및 높은 반응 속도를 갖는 액정 표시 장치가 실현된다.
그의 제3면에서, 본 발명은 서로 마주보게 배열된 한 쌍의 기판 및 상기 기판들사이에 밀봉된 액정을 포함하는 패널 구조를 갖고, 여기서 상기 액정 및 상기 액정과 접촉된 액정 패널-구성 요소 사이의 계면에, 일관능성 단량체 및 다관능성 단량체를 포함하는 경화성 첨가제를 경화시킴으로써 형성된 수지층이 주입되고, 상기 수지층의 표면에서 상기 경화성 첨가제에 함유된 단량체의 수직 배향-발현 관능기가 파생되는 것인 액정 표시 장치에 관한 것이다.
이와 관련하여, 본 발명은
서로 마주보게 배열된 한 쌍의 기판 사이에 액정과 일관능성 단량체 및 다관능성 단량체를 포함하는 경화성 첨가제의 혼합물을 주입하는 단계,
에너지를 인가하여 상기 경화성 첨가제를 경화시키고 상기 액정 및 상기 액정과 접촉하는 액정 패널-구성 요소 사이의 계면에 수지층을 선택적으로 형성하고, 상기 수지층의 표면에서 상기 경화성 첨가제내 함유된 단량체의 수직 배향-발현 관능기가 파생되는 단계
를 포함하는, 서로 마주보게 배열된 한 쌍의 기판 및 상기 기판들 사이에 밀봉된 액정을 포함하는 패널 구조를 갖는 액정 표시 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 액정 표시 장치 및 그의 제조 방법에서, 경화성 첨가제는 다양한 종류의 에너지의 인가에 의해 경화되고, 바람직하게는 광-경화성, 열경화성 또는 전자빔 경화성 단량체, 올리고머 등이다.
<바람직한 실시태양의 설명>
본 발명의 각 면에 따른 액정 표시 장치 및 제조 방법은 본 발명의 범위내의 다양한 실시태양으로 바람직하게 실시될 수 있다. 이제, 본 발명의 바람직한 실시태양을 첨부된 도면을 참조하여 설명할 것이다. 그러나, 본 발명을 하기 실시태양 만으로 제한하려는 것이 아니다.
본 발명의 제1면
본 발명의 제1면에서, 액정 표시 장치는 액정층이 액정 기판에 의해 지지되는 장치이다. 액정층은 액정으로 혼입 첨가제를 포함하고, 그의 표면상에 형성된 액정 분자의 배향을 소정의 방향으로 제어하기 위한 배향-제어층을 갖는다.
바람직하게는, 액정 표시 장치는 액정층이 액정 기판에 의해 지지되는 장치이고, 액정층이 액정 분자의 배향을 소정의 방향으로 조절하는 특성을 갖는 첨가제 C가 첨가된 액정 B를 포함하고, 하기 수학식 1, 더욱 바람직하게는 수학식 2의 관계를 충족시킨다.
상기 식중,
νAB는 표면 A가 액정 B로 습윤될 때 표면 A의 표면 에너지의 변화량이고,
νAC는 표면 A가 첨가제 C로 습윤될 때 표면 A의 표면 에너지의 변화량이고,
νBC는 액정 B가 첨가제 C와 접촉할 때 액정 B의 표면 에너지의 변화량이다.
<본 발명의 기본 요점>
우선, 본 발명의 기본 요점을 하기에 설명한다.
배향막을 도포 및 형성하지 않고 통상적인 배향막의 작용과 유사한 작용을 얻는 것을 기재로 하여, 본 발명자들은 액정 분자의 배향을 소정 방향으로 제어할 수 있는 첨가제를 액정으로 혼입하는 것을 시도하였고, 상기 액정을 사용함으로써 액정층을 형성하는 것에 도달하였다. 따라서, 통상적인 액정 표시 장치에서 필수 요건이었던 배향막의 도포 및 형성없이 액정층의 형성과 거의 동시에 액정층의 표면상에 통상적인 배향막과 실질적으로 동일한 작용을 갖는 배향-제어층을 자동적으로 형성할 수 있었다.
혼입 첨가제를 함유하는 액정을 주입하여 배향-제어층을 액정층의 표면상에 형성하기 위해, 상기 기재된 바와 같이 첨가제는 액정층의 표면 부분에 국소적으로 존재하여야만 하고, 액정 기판의 표면은 첨가제로 습윤되어야 하고, 따라서 첨가제는 상기 표면으로 흡착되어야만 한다. 이어서, 상기 본 발명의 요점을 실현하기 위해, 본 발명자들은 액정 기판의 표면과 첨가제의 관계, 액정 기판의 표면과 액정과의 관계, 및 액정과 첨가제와의 관계를 분석하였고, 하기 기재된 바와 같이 상기 관계에서의 소위 정성적인 조건식을 연구하였다.
본 발명자들은 하기 관계를 충족시킬 때 액정 기판의 표면에 의해 액정으로 혼입 첨가제가 흡착됨을 알게 되었다.
<수학식 1>
(νAB - νAC)/νBC > -1
상기 식 중,
νAB는 표면 A가 액정 B로 습윤될 때 표면 A의 표면 에너지의 변화량이고,
νAC는 표면 A가 첨가제 C로 습윤될 때 표면 A의 표면 에너지의 변화량이고,
νBC는 액정 B가 첨가제 C와 접촉할 때 액정 B의 표면 에너지의 변화량이다.
구체적인 예가 도 3에 예시되어 있고, 여기서 액정 기판이 투명 전극 (102)이고 혼입 첨가제 (201)이 투명 전극 (102)의 표면에 의해 흡착된다.
또한 하기 관계를 충족시킬 때 액정 기판의 표면에 의해 첨가제가 더욱 적합하게 흡착되고 확산됨을 알게 되었다.
<수학식 2>
(νAB - νAC)/νBC > 1
첨가제가 2종 이상의 재료를 포함하는 경우, 임의의 흥미있는 재료를 선택하여 상기 조건식에 적용할 수 있다.
첨가제에 바람직한 구체적인 특성은, 적어도 첨가제의 일부가 수직 배향 특성을 나타내고 액정 기판의 표면에 화학적으로 결합하는 특성, 첨가제가 액정 기판의 표면에 물리적으로 흡착되고 상기 표면에 화학적으로 결합하는 특성, 첨가제가 액정 기판의 표면에 물리적으로 흡착되고 첨가제 사이에 화학적으로 결합하는 특성, 및 첨가제가 단량체 물질을 포함하고 액정 기판의 표면에 물리적으로 흡착되고 배향-제어층으로서 중합체 구조를 형성하는 특성을 포함한다.
<실시태양에 대한 구체적인 설명>
상기 본 발명의 기본 요점을 기재로 하여 구체적인 실시태양을 하기 기재한다.
이제, 실시태양을 특히 액정층의 형성시에 배향-제어층의 형성에 초점을 맞추어 상세히 설명할 것이다. 실시태양에서, 액정 기판의 표면, 액정 및 첨가제의 표면 에너지에서의 변화량은 모두 상기 수학식 1 및 2를 충족시킨다.
(제1 실시태양)
도 4a 및 4b는 실시태양에 따른 액정 표시 장치를 통상의 액정 표시 장치와 비교하면서 개략적으로 설명하는 단면도이며, 도 4a는 통상적인 장치를 설명하고 도 4b는 본 발명의 실시태양을 설명하고, 공통된 참조 번호는 동일한 구성 부재를 나타낸다.
도 4a에 도시된 바와 같은 통상적인 액정 표시 장치에서, ITO의 투명 전극막 (102)은 한 쌍의 유리 기판 (101)의 표면에 형성된다. 투명 전극막 (102)상에는 배향을 제어하는 배향 구조물, 즉 높이 1.5 ㎛ 및 폭 10 ㎛의 뱅크형 구조 (104)가 더 형성된다. 뱅크간의 간격은 25 ㎛이다.
배향 구조물로는, 뱅크 구조 (104) 이외에 또는 이를 대신하여 투명 전극막 (102)에 형성된 슬릿 또는 미세 슬릿을 사용할 수 있다 (일본 특허 출원 제2000-295266호; 문헌 [S. Kataoka et al., Digest of SID01, p. 1066 (2001); A. Tanaka et al., Digest of SID99, p. 206 (1999); A. Takeda et al., Digest DIS98, p. 1077 (1998)] 참조).
수직 배향막 (103)을 뱅크형 구조 (104) 상에 형성한다. 예를 들어 약 4 ㎛ 의 두께를 갖고 네가티브 액정을 포함하는 액정층 (105)를 수직 배향막 (103) 사이에 고정하고, 액정 분자 (105a)를 뱅크형 구조 (104)에 의해 θp 방향으로 경사지게 한다.
한편, 도 4b에 도시된 바와 같은 본 발명의 실시태양에 따른 액정 표시 장치에서는, 첨가제 (201)을 첨가한 액정을 사용하여 수직 배향막 (103)을 형성하지 않고 액정층 (105)을 형성한다. 이 경우, 배향-제어층 (202)를 액정층 (105)의 표면에 형성하여 안정한 수직 배향을 효과적으로 실현시킨다. 이러한 경우, 뱅크형 구조 (104) (또는 슬릿 또는 미세 슬릿)은 배향-제어층 (202) 이외의 배향 구조로 제공되어 액정 분자의 배향을 θp로 조절한다.
이러한 실시태양에서, 액정은 네가티브형이고, 혼입되는 첨가제는 예를 들어 액정 골격을 갖는 이관능성 아크릴레이트 단량체이다. 액정에는 자외선 중합 개시제가 더 첨가된다. 액정에 자외선을 조사할 때 첨가제 (201)이 투명 전극막 (102)의 표면에 접착될 때, 중합체 구조는 액정층 (105)의 표면상에서 배향-제어층 (202)로 형성된다. 접착된 이관능성 아크릴레이트 단량체의 일부가 유리 기판 (101)에 화학적으로 결합한다고 여겨진다. 이러한 실시태양에서, 액정 기판의 표면은 투명 전극막 (102)이지만, SiN 또는 유리 기판과 같은 최종 보호막으로 대체될 수 있다. 또한, 이러한 경우 수평 배향은 또한 단량체의 특성을 변화시킴으로써 실현될 수 있다. 또한, 수직 배향기를 갖는 일관능성 아크릴레이트 단량체와 그래프트-중합하여 브러시형 중합체를 형성하고, 이로써 안정하고 효과적인 배향을 실현시킬 수 있다.
도 5a 내지 5c는 자외선 조사시에 첨가제가 첨가된 액정을 수직 배향시키는 단계를 개략적으로 설명하는 단면도이다.
자외선 (302)의 조사시, 액정 분자 (105a)는 첨가제가 첨가된 액정 (301)이 밀봉된 도 5a에 도시된 초기 상태로부터 수직 배향된 상태로 점차적으로 접근하고, 도 5b에 도시된 바와 같이 배향-제어층 (202)의 형성이 시작된다. 이어서, 액정 분자 (105a)는 수직 배향되고, 배향-제어층 (202)는 도 5c에 도시한 바와 같이 거의 균질하게 형성된다.
여기서, 이관능성 아크릴레이트 단량체의 중합시 액정에 소정의 전압을 인가함으로써 액정 분자의 배향을 더 안정화시킬 수 있다.
또한, 액정 기판의 표면을 산소 플라즈마 또는 엑시머 UV를 사용함으로써 미리 변형시킬 수 있으므로, 첨가제가 더욱 효과적으로 흡착될 수 있다. 예를 들어, 액정 기판의 표면을 500 와트의 산소 플라즈마로 1 분 동안 처리한다.
또한, 액정 기판의 표면을 알칼리성 계면활성제와 같은 친수성 약품으로 미리 변형시킬 수 있으므로, 첨가제가 더욱 효과적으로 흡착된다. 대표적인 계면활성제는 알코녹스 (Alkonox) 및 다른 기판 세정제를 포함한다.
(제2 실시태양)
이 실시태양에서, 혼입되는 첨가제는 이관능성 아크릴로일기의 단량체, 및 직쇄 알킬을 갖는 일관능성 메타크릴로일기의 단량체의 혼합물이다. 액정에 자외선 중합 개시제가 더 첨가된다.
도 6에 도시된 바와 같이 액정에 자외선을 조사시, 반응성이 높은 아크릴로 일 단량체가 먼저 유리 기판 (101)에 의해 흡착되어 제1 배향-제어층 (401)이 형성된다. 이어서, 제1 배향-제어층 (401) 상에 반응성이 낮은 메타크릴로일기로 구성된 제2 배향-제어층 (402)이 형성된다. 액정 분자는 표면상에 형성된 직쇄 알킬로 인해 수직으로 배향된다.
(제3 실시태양)
이 실시태양에서, 액정은 네가티브형이고, 혼입되는 첨가제는 직쇄 알킬을 갖는 규소 할로겐화물이다. 이러한 경우, 전기적으로 전도성인 투명막상에 존재하는 OH기가 할로겐과 반응한다. 유리 기판상에서 실란이 산소에 화학적으로 결합하기 때문에, 직쇄 알킬이 액정 기판의 표면상에 형성되고, 액정 분자가 수직으로 배향된다.
(제4 실시태양)
이 실시태양에서, 첨가제는 카오 코. (Kao Co.)에 의해 제조된 비이온성 계면활성제인 소르비탄 모노올리에이트 (제품명, 레오돌 (Reodol) SP-O10)이다. SP-O10를 액정에 2 중량％의 양으로 첨가한다. 계면활성제는 유리 기판의 표면에 의해 물리적으로 흡착되고, 액정 분자는 수직으로 배향된다. SP-O10는 비이온성 계면활성제이고 양호한 전기 특성을 나타낸다.
물리적 흡착의 경우, 액정 분자의 배향은 비교적 불안정해진다. NI (네마틱 등방성) 점 가까이에서 어닐링을 수행함으로써, 액정의 배향은 손상되지 않고 안정화된다.
(제5 실시태양)
이 실시태양에서, 아크릴로일기를 소르비탄과 같은 극성기에 첨가함으로써 얻어진 SP-O10 (카오, 코.의 제품)을 2 중량％의 양으로 액정에 첨가한다. 이어서, 광중합 개시제를 총량을 기준으로 약 1 중량％의 양으로 첨가한다. 자외선으로 조사시, 아크릴로일기 사이 및 아크릴로일기와 액정 기판의 표면 사이에 화학적 결합이 발생한다. 액정에 전압을 인가하면서 자외선으로 조사시, 단량체는 액정의 배향에 따라 중합되고 배향이 안정화된다.
(제6 실시태양)
이 실시태양에서, 첨가제로서 액정 골격을 갖는 이관능성 아크릴레이트 단량체를 0.3 중량％의 양으로 액정에 첨가한다. 광중합 개시제를 이관능성 아크릴레이트 단량체에 대해 약 2 중량％의 양으로 첨가한다. SP-O10 (카오, 코.의 제품명)을 첨가제로서 2 중량％의 양으로 첨가한다. 첨가제의 첨가시, 액정은 수직으로 배향된다. 액정에 전압을 인가하면서 자외선으로 조사시, 단량체는 액정의 배향에 따라 중합되고 배향이 안정화된다.
(제7 실시태양)
이 실시태양에서, 액정 골격을 갖는 일관능성 아크릴레이트 단량체 및 3개 이상의 관능기를 갖는 아크릴레이트 단량체를 액정으로 혼합한다. 이어서, 광중합 개시제를 전체량을 기준으로 약 1 중량％의 양으로 첨가한다. 삼관능성 아크릴레이트 단량체로 인해 배향이 안정화된다. 액정에 전압을 인가하면서 자외선으로 조사시, 단량체는 액정의 배향에 따라 중합되고 배향이 안정화된다.
(제8 실시태양)
이 실시태양에서, 액정에 알킬을 측쇄로서 첨가하고 산 무수물을 주쇄로 첨가하고, 상기 둘 다를 액정내에서 중합시킨다. 상기는 액정 분자를 안정하게 배향시킨다. 또한, 액정과 혼화성인 알킬을 측쇄로 함유하고 주쇄로 산 무수물을 함유하는 중합체는 액정 기판의 표면에 의해 흡착되어 액정 분자를 더욱 안정하게 배향시킨다.
상기 기재된 본 발명의 실시태양에 따라, 별도로 배향막을 제공하지 않고 제조 단계, 제조 비용 및 재료의 양을 감소시킬 수 있으며 높은 표시 특성을 실현시키면서, 액정 분자의 수직 배향 또는 액정 분자의 수평 배향과 같은 액정의 제어를 얻을 수 있다.
발명의 효과:
상기로부터 이해되는 바와 같이, 본 발명에 따라 별도로 배향막을 제공하지 않고 제조 단계, 제조 비용 및 재료의 양을 감소시킬 수 있으며 높은 표시 특성을 실현시키면서, 액정 분자를 수직으로 배향하거나 액정 분자를 수평으로 배향하는 것과 같이 배향을 제어할 수 있는 액정 표시 장치가 제공된다.
본 발명의 제2면
본 발명의 제2면에서, 액정 표시 장치는 한 쌍의 마주보는 기판, 한 쌍의 기판 중 적어도 하나상에 형성된 배향 제어층, 한 쌍의 기판 사이에 배열된 액정층, 및 액정층에 전기장을 인가하기 위한 전극을 포함하고, 여기서 배향 제어층은 액정 분자를 기판 표면에 거의 수직으로 배향하는 다수의 긴 제1 배향 영역, 및 액정 분자를 기판 표면에 거의 평행으로 배향하는 다수의 긴 제2 배향 영역을 포함하고, 제1 배향 영역 및 제2 배향 영역은 교대로 배열되고, 제1 배향 영역에 위치한 액정의 일부 및 제2 배향 영역에 위치한 액정의 일부가 연속적으로 배항된다.
도 7은 본 발명의 제1 실시태양에 따른 액정 표시 장치의 기본적인 구성을 개략적으로 설명하는 단면도이다. 액정 표시 장치 (110)은 한 쌍의 마주보는 투명 유리 기판 (112 및 114), 및 한 쌍의 유리 기판 (112 및 114) 사이에 삽입된 액정층 (116)을 포함한다. 제1 유리 기판 (112)는 공통 전극 (118) 및 배향막 (배향 제어층) (120)을 갖는다. 제2 유리 기판 (114)는 픽셀 전극 (122) 및 배향막 (배향 제어층) (124)를 갖는다. 제2 유리 기판 (114)는 활성 매트릭스 구조를 포함한다.
도 8은 도 7의 액정 표시 장치의 제2 유리 기판 (114)상의 배향막 (124)의 작동을 개략적으로 설명하는 단면도이다. 도 9는 도 7의 제2 유리 기판 (114)에서 픽셀 전극 (122)상의 배향막 (124)의 일부를 개략적으로 설명한 도표이다. 도 9에서, 표시 픽셀 영역에서 배향막 (124)은 액정 분자가 기판 표면에 거의 수직으로 배향하는 다수의 긴 제1 배향 영역 (124V), 및 액정 분자가 기판 표면에 거의 평행으로 배향된 다수의 긴 제2 배향 영역 (124H)를 포함한다. 제1 배향 영역 (124V) 및 제2 배향 영역 (124H)는 각각 직선 줄무늬 형상을 갖고, 서로에게 평행하게 교대로 배열된다.
도 10은 액정 표시 장치 (110)이 완성된 상태에서 도 9의 화살표 A의 방향에서 본 액정의 프리틸트각을 설명하는 도표이다. 도 10에서, 제1 배향 영역 (124V) 에서 액정 분자의 프리틸트각은 θv로 표시되고, 제2 배향 영역 (124H)의 액정 분자의 프리틸트각은 θh로 표시된다. θv은 기판 표면에 대해 거의 수직이고 θh
는 기판 표면에 대해 거의 평행하다. 또한, 액정층 (116)의 벌크부 (배향막 (120 및 124)와 접촉하는 액정부를 제외한 배향막 (120 및 124)사이에서 액정층 (116)의 주요부)에서의 틸트각은 θb로 표시된다. 본 발명에서, 액정층 (116)의 벌크부에서의 액정은 θh < θb < θv의 관계를 유지하면서 거의 균일하게 배향된다.
도 8에서, 배향막 (120)의 제1 배향 영역 (124V)에 위치한 액정에서 제1 배향 영역 (124V)와 접촉하고 있는 액정의 부분 (116Va)이 기판 표면에 거의 수직으로 배향한다. 배향막 (120)의 제1 배향 영역 (124V)상에 위치한 액정에서, 제1 배향 영역 (124V)로부터 떨어진 벌크부에 위치한 액정의 부분 (116Vb)는 기판 표면에 대해 비스듬히 배향한다. 한편, 배향막 (120)의 제2 배향 영역 (124H)에 위치한 액정에서 제2 배향 영역 (124H)와 접촉하고 있는 액정의 부분 (116Ha)는 기판 표면에 거의 평행하게 배향한다. 이러한 경우, 액정은 지역 (124V 및 124H)의 종방향에 평행인 방향으로 배향한다. 배향막 (120)의 제2 배향 영역 (124H)에 위치한 액정에서 제2 배향 영역 (124H)로부터 떨어진 벌크 부분에 위치한 액정의 부분 (116Hb)은 기판 표면에 대해 비스듬히 배향된다.
본 발명에서, 제1 배향 영역 (124V)의 벌크부에 위치한 액정의 부분 (116Vb) 및 제2 배향 영역 (124H)의 벌크부에 위치한 액정의 부분 (116Hb)은 서로에게 영향을 미쳐 액정층 (116)의 벌크부에서 배향이 평균화되고, 제1 배향 영역 (124V) 및 제2 배향 영역 (124H)에 위치한 액정의 부분들 (116Vb, 116Hb)는 연속적으로 및 거의 균일하게 배향된다.
이러한 경우, 제1 배향 영역 (124V) 및 제2 배향 영역 (124H)의 한쪽면 또는 양쪽면이 비교적 큰 폭을 갖는 경우, 그 영역의 중심부에 위치한 액정의 부분은 인접 영역에 위치한 액정의 부분에 의해 덜 영향을 받는다. 따라서, 배향은 액정층 (116)의 벌크부에서의 배향이 평균화되지 않으며, 액정은 그 영역 전체에서 수직으로 또는 수평으로 배향한다. 따라서, 제1 배향 영역 (124V) 및 제2 배향 영역 (124H)의 폭이 매우 좁아야만 벌크 부분에 위치한 액정의 부분이 서로 영향을 미친다. 제1 배향 영역 (124V) 및 제2 배향 영역 (124H)는 10 ㎛ 이하, 바람직하게는 5 ㎛ 이하의 폭을 갖는 것이 바람직하다.
따라서, 본 발명에 따라 활성 매트릭스 구조가 있는 기판은 러빙할 필요가 없고 큰 프리틸트각을 실현시키고, 뛰어난 반응 속도를 갖는 액정 표시 장치를 실현시킬 수 있게 한다. 또한, 생산 공정의 수율 및 처리량을 개선시킬 수 있다. 또한, 좁은 간격과의 조합에 적합한 필드-연속 구동용 액정 표시 장치를 제공할 수 있다.
상기 구성에서, 제1 배향 영역 (124V) 및 제2 배향 영역 (124H)는 별도의 배향막 재료로 제조될 수 있다. 다르게는, 제1 배향 영역 (124V) 및 제2 배향 영역 (124H)는 단일 배향막 재료로 제조될 수 있으며, 선택적으로 처리될 수 있다. 이러한 경우, 배향막 (124) 형성 재료로 직쇄 알킬 구조를 화합물을 사용하고, 제2 배향 영역 (124H)는 제1 배향 영역 (124V)보다 덜 조밀한 알킬 구조를 가질 수 있 다. 조밀한 알킬 구조를 갖는 지역을 형성하기 위해, 덜 조밀해져야하는 지역에서 알킬이 반발되거나, 또는 후처리를 통해 알킬을 감소시켜야 한다. 구체적으로, 하기 수단을 사용할 수 있다.
(a) 구조물을 제1 배향 영역 (124H)에 형성한 후, 제2 기판 (114)의 전체 표면에 수직 배향막의 재료를 도포하여 배향막 (124)를 형성한다. 수직 배향막의 재료가 구조물에 거의 접착하지 않도록, 즉 구조물이 수직 배향막의 재료에 대해 반발하도록 상기 구조물을 선택한다. 구조물이 없는 지역에 수직 배향막의 재료를 증가량으로 도포하고, 구조물이 있는 지역에 수직 배향막의 재료를 감소량으로 도포함으로써 제1 배향 영역 (124V) 및 제2 배향 영역 (124H)를 규정한다. 바람직하게는, 구조물은 50 mN/m 이하의 표면 에너지를 갖고 수직 배향막의 재료에 반발하도록 형성된다. 구조물은 배향막의 일부에 대해 반발하여 알킬을 덜 조밀하게 만들고 배향막을 다른 지역과 구분한다. 구조물의 높이는 유의한 의미를 갖지 않으며, 1 ㎛ 이하일 수 있다. 구조물의 설치로 인해 배향막의 표면이 불균일하게 되지만, 배향막 재료의 유동에 의해 편평하게 된다 (도 15a 및 15b 참조).
(b) 배향막 (124)를 형성한 후, 제2 배향 영역 (124H)에 자외선을 조사하여 알킬을 절단하고 수평 배향을 부가한다.
(c) 직쇄 알킬을 갖는 화합물이 첨가된 액정을 기판 사이에 주입하여 2개의 기판에 의해 화합물을 흡착시킨다. 흡착된 화합물의 층들은 수직 배향 작용을 나타내고 배향 제어층으로 작용하여 배향막의 도포 및 형성 공정을 생략할 수 있다. 이러한 경우, 안정성의 면에서 직쇄 알킬을 갖는 화합물이 광 반응기를 갖는 것이 바람직하다. 직쇄 알킬을 갖는 화합물을 함유하는 액정을 주입한 후, 화합물을 제1 배향 영역 (124V) 또는 제2 배향 영역 (124H)에 (또는 한쪽 영역에 더 많은 양으로) 선택적으로 흡착시킬 수 있다. 역시, 이러한 경우에도 구조물을 형성하여 기판상에 상이한 편광 지역을 형성하거나, 또는 자외선에 의한 선택적 조사를 사용할 수 있다.
도 11은 본 발명의 제2 실시태양에 따른 액정 표시 장치 (110)을 개략적으로 설명하는 단면도이다. 도 8에서, 액정의 배향을 제2 유리 기판 (114) 상의 배향막 (124)에 대한 관계에만 의존하여 설명하고 있다. 이것은 제1 유리 기판 (112) 상의 배향막 (120)이 다양한 방법으로 구성될 수 있음을 교시하고 있다. 도 11에서는, 액정의 배향을 제1 유리 기판 (112)상의 배향막 (120)과 제2 유리 기판 (114) 상의 배향막 (124)의 관계를 기초로 설명하고 있다.
도 11에 도시되어 있는 액정 표시 장치 (110)은 도 7에 도시된 액정 표시 장치 (110)과 기본적으로 동일한 구조이다. 즉, 액정 표시 장치 (110)은 한쌍의 마주보는 투명 유리 기판 (112 및 114), 및 한쌍의 유리 기판 (112 및 114) 사이에 삽입된 액정층 (116)을 포함한다. 제1 유리 기판 (112)는 공통 전극 (118) 및 배향막 (배향 제어층)(120)를 갖는다. 제2 유리 기판 (114)는 픽셀 전극 (122) 및 배향막 (배향 제어층) (124)를 갖는다. 제2 유리 기판 (114)는 또한 활성 매트릭스 구조를 포함한다.
도 11에서, 구조물 (132)는 픽셀 전극 (122)와 배향막 (124) 사이에 배열된다. 구조물 (132)는 도 9에서 제2 배향 영역 (124H)와 마찬가지로 줄무늬 형상으 로 연장되고, 배향막 (124)로 덮혀진다. 상기 기재된 바와 같이, 구조물 (132)는 수직 배향막의 재료가 그에 거의 부착되지 않도록 선택되고, 수직 배향막의 재료에 반발하는 작용을 한다. 바람직하게는, 구조물 (132)는 50 mN/m 이하의 표면 에너지를 갖는다. 따라서, 배향막 (124)는 제2 구조물 (132) 사이의 간극에 배치된 제1 배향 영역 (124V) 및 구조물 (132) 상에 배치된 제2 배향 영역 (124H)를 포함한다. 제1 배향 영역 (124V) 및 제2 배향 영역 (124H)는 도 7 내지 10을 참조하여 상기 설명한 바와 동일한 작용을 나타낸다.
도 12는 도 11에 설명된 실시태양의 제1 및 제2 유리 기판 (112 및 114)를 개략적으로 설명하는 도표이다. 도 13은 도 12의 B 부분을 확대하여 설명하는 도표이다. 도 12는 제1 유리 기판 (112) 및 제2 유리 기판 (114)를 설명하고 있다. 제2 유리 기판 (114)는 픽셀 전극 (122)를 갖는다. 도 13을 참고로 하여, 각 픽셀 전극 (122) 상에 제1 배향 영역 (124V) 및 제2 배향 영역 (124H)가 형성된다. 즉, 다수의 긴 구조물 (132)가 각 픽셀 전극 (122) 상에 형성된다. 제1 배향 영역 (124V)는 액정 분자를 기판 표면에 거의 수직으로 배향시키는 작용을 하고, 제2 배향 영역 (124H)는 액정 분자를 기판 표면에 거의 평행하게 배향시키는 작용을 한다.
제1 유리 기판 (112) 상의 배향막 (120)을 화살표 (R)의 방향으로 러빙한다. 러빙 방향 (R)은 제2 유리 기판 (114) 상의 구조물 (132)의 종방향 (제1 배향 영역 (124V) 및 제2 배향 영역 (124H)의 종방향)에 대해 85 도에 가깝도록 선택된다. 여기서, 러빙 방향은 또한 구조물 (132)에 대해 직각이 되도록 선택될 수도 있다.
도 14는 제2 유리 기판 (114)의 변형예를 설명하는 평면도이다. 도 14에서, 제2 유리 기판 (114)는 픽셀 전극 (122), 게이트 버스 라인 (126), 데이타 버스 라인 (128) 및 TFT (130)을 포함한다. 배향막 (124)는 제1 배향 영역 (124V) 및 제2 배향 영역 (124H)를 포함한다. 제1 배향 영역 (124V) 및 제2 배향 영역 (124H)는 직선 줄무늬의 형상으로 형성되고, 서로 평행하도록 교대로 배열된다. 제1 배향 영역 (124V) 및 제2 배향 영역 (124H)는 게이트 버스 라인 (126) 및 데이타 버스 라인 (128)에 대하여 거의 45 도의 각으로 형성된다. 픽셀 전극 (122)의 폭은 약 50 ㎛이고, 제1 배향 영역 (124V) 및 제2 배향 영역 (124H)의 폭은 약 6 내지 7 ㎛이다. 화살표 (R)은 제1 유리 기판 (112)에서 배향막 (120)을 러빙하는 방향을 표시한다. 제1 배향 영역 (124V) 및 제2 배향 영역 (124H)는 러빙 방향 (R)에 대해 거의 직각으로 형성된다.
다음으로, 도 11의 액정 표시 장치 (110)의 제조 방법 및 그의 작용을 하기 설명한다. 제2 유리 기판 (114)의 ITO의 픽셀 전극 (122) 상에 폭 5 ㎛의 구조물 (132)를 레지스트 (Resist) S1808 (쉽플레이 코. (Shipley Co.))을 사용하여 동일한 간극 폭을 유지하면서 형성하였다. 여기서, 구조물 (132)의 높이는 0.7 ㎛였다. 구조물 (132)를 포함하는 제2 유리 기판 (114) 상에 수직 배향막의 재료인 JALS-2004 (JSR CO.)를 도포하여 배향막 (124)를 형성하였다.
제1 유리 기판 (112)에 수평 배향막의 재료인 AL-3046 (JSR Co.)을 도포하여 배향막 (120)을 형성하였다. 배향막 (120)을 화살표 (R)로 표시된 방향으로 러빙하였다. 이 경우, 러빙 방향은 마주보는 기판 (114)상에 형성된 구조물 (132)의 종방향에 대해 85 도가 되도록 선택되었다. 2개의 유리 기판 (112 및 114)를 함께 접합시키고, 포지티브형 액정 (포지티브 유전 이방성)을 그 안에 주입하여 액정 셀을 제작하였다.
동일한 구조를 갖지만 구조물 (132)의 폭이 다른 4종류의 액정 셀 샘플을 제조하였다. 구조물 (132)의 폭은 5 ㎛, 7.5 ㎛, 10 ㎛ 및 12.5 ㎛였다. 2개의 구조물 (132) 간의 간극은 구조물 (132)의 폭과 동일하였다.
이러한 액정 셀의 배향을 관찰하여 폭이 5 ㎛ 및 7.5 ㎛인 구조물 (132)를 갖는 액정 표시 장치 (110)에서 구조물 (132)를 형성하는 영역에 트위스티드 네마틱 (TN) 모드의 배향이 형성되었음을 밝혔다. 한편, 구조물 (132) 중의 간극 (제1 배향 영역 (124V))에는 하이브리드 (HAN) 모드의 배향이 형성되었다.
폭이 10 ㎛ 및 12.5 ㎛인 구조물 (132)를 갖는 액정 표시 장치 (110)는 구조물 (132)을 형성하는 지역 (제2 배향 영역 (124H))에서 수평 배향과 구조물 (132) 중의 간극 (제1 배향 영역 (124H))에서 하이브리드 배향의 교대 배열을 가졌다.
폭이 5 ㎛인 구조물 (132)를 갖는 액정 표시 장치 (110)에서 결정 회전 방법을 기재로 한 프리틸트 측정 장치를 사용함으로써 그의 프리틸트각을 측정하여 프리틸트각이 약 10 도임을 알았다. 또한, 폭이 12.5 ㎛인 구조물을 갖는 액정 표시 장치 (110)에서 수평 배향된 지역에서 그의 프리틸트각을 측정하여 프리틸트각이 약 2 도임을 알았다.
다음으로, 도 11의 액정 표시 장치 (110)의 변형예를 하기에 설명한다. 도 11의 액정 표시 장치 (110)과 동일한 구성을 갖는 액정 표시 장치 (110)을 제작하 였다. 이러한 변형예에서, 수직 배향막 재료는 수직 배향막의 재료인 JALS-2004 (JSR Co.)와 동일한 분자 구조를 가졌지만, 수직 배향 성분은 액정을 수직으로 세울 수 있는 하한까지 감소되었다. 이렇게 제조된 액정 셀의 배향을 관찰하여 폭이 5 ㎛, 7.5 ㎛ 및 10 ㎛인 구조물 (132)을 갖는 액정 표시 장치 (110)에서 구조물 (132)를 형성하는 영역 (제2 배향 영역 (124H))에 트위스티드 네마틱 (TN) 모드의 배향이 형성되었음을 밝혔다. 한편, 구조물 (132) 중의 간극 (제1 배향 영역 (124V))에는 하이브리드 (HAN) 모드의 배향이 형성되었다.
폭이 12.5 ㎛인 구조물 (132)를 갖는 액정 표시 장치 (110)은 구조물 (132)를 형성하는 지역 (제2 배향 영역 (124H))에서 수평 배향과 구조물 (132) 중의 간극 (제1 배향 영역 (124V))에서 하이브리드 배향의 교대 배열을 가졌다.
도 11의 액정 표시 장치 (110)의 또다른 변형예를 하기에 설명한다. 도 11의 액정 표시 장치 (110)과 동일한 구성을 갖는 액정 표시 장치 (110)을 제작하였다. 그러나, 이러한 변형예에서는 구조물 (132)를 형성한 후, 제2 유리 기판 (114)를 플라즈마 애슁 처리하고 구조물 (132)의 표면 장력을 변화시켰다. 이어서, 수직 배향막의 재료를 그 위에 도포하였다.
도 15a 및 15b는 애슁 전 및 애슁 후의 구조물 (132)를 설명하는 도표이다. 도 15a는 애슁 전의 구조물 (132)를 설명하고 있으며, 도 15b는 애슁 후의 구조물 (132)를 설명하고 있다. 애슁 후의 구조물 (132)는 거친 표면을 갖고 애슁전의 구조물 (132) 보다 더 큰 표면 장력을 나타낸다. 애슁전의 구조물 (132)의 표면 장력은 42 mN/m이고, 포화시는 65 mN/m이다. 이렇게 얻어진 액정 셀의 배향을 관찰 하여 표면 장력이 50 mN/m 이하일 때 트위스티드 네마틱 (TN) 모드가 형성되고 표면 장력이 50 mN/m 이상일 때 하이브리드 배향이 형성됨을 밝혔다.
도 16은 본 발명의 제3 실시태양에 따른 액정 표시 장치에서 제2 유리 기판 (114)를 개략적으로 설명하는 단면도이다. 상기 실시태양에서, 구조물 (132)를 형성하는 대신 배향막 (124)에 선택적으로 자외선을 조사하였다. 제2 유리 기판 (114) 상의 픽셀 전극 (122) 상에 수직 배향막의 재료인 JALS-2004 (JSR Co.)를 도포하여 배향막 (124)를 형성하였다. 배향막 (124)에 폭이 5 ㎛, 7.5 ㎛, 10 ㎛ 및 12.5 ㎛인 슬릿 패턴을 형성하는 마스크 (124)를 배치한 후, 자외선으로 조사하였다. 자외선으로 조사한 영역에서, 알킬이 절단되어 수직 배향이 약해졌다. 제1 유리 기판 (112)상에 수평 배향막의 재료인 AL-3046 (JSR Co.)을 도포하여 배향막 (120)을 형성한 후, 러빙하였다. 러빙 방향을 마스크 (134)에서 슬릿 패턴에 대하여 85 도이도록 선택하였다. 2개의 유리 기판 (112 및 114)를 함께 접합시키고, 포지티브형 액정 (포지티브 유전 이방성)을 그 안에 주입하여 액정 셀을 제작하였다.
액정 셀의 배향을 관찰하여 도 11의 실시태양과 같이 트위스티드 네마틱 (TN) 모드의 배향이 형성되었음을 밝혔다.
도 17은 본 발명의 제4 실시태양에 따른 액정 표시 장치를 설명하는 단면도이다. 상기 실시태양에서는, 도 11의 실시태양에서와 같이, 구조물 (132)를 픽셀 전극 (122) 및 배향막 (124) 사이에 배열한다. 또한, 구조물 (136)을 제1 유리 기판 (112) 상의 픽셀 전극 (118) 및 배향막 (120) 사이에 배열한다. 구조물 (136) 이 구조물 (132)와 동일한 패턴을 갖도록 형성하고, 구조물 (132)에 대해 직각 또는 85도로 배열한다. 이러한 경우, 제1 유리 기판 (112)를 러빙하지 않는다.
상기 설명된 액정 표시 장치의 제조에서, 제1 및 제2 유리 기판 (112 및 114)의 전극 (118 및 122) 상에 폭 5 ㎛의 구조물 (132 및 136)을 레지스트 S1808 (쉽플레이 코.)을 사용하여 동일한 간극 폭을 유지하도록 형성하였다. 여기서, 구조물 (132 및 136)의 높이는 0.7 ㎛였다. 이어서, 수직 배향막의 재료인 JALS-2004 (JSR CO.)를 구조물 (132 및 136)을 덮도록 도포하여 배향막 (120 및 124)를 형성하였다. 2개의 유리 기판 (112 및 114)를 함께 접합시키고, 그 사이에 키랄-함유 포지티브 액정을 주입하여 액정 셀을 제작하였다.
도 18은 도 17의 액정 표시 장치 (110)의 작동을 개략적으로 설명하는 단면도이다. 액정 셀의 작동을 관찰하여 구조물 (132, 136) (제2 배향 영역 (124H))을 형성하는 영역에 트위스티드 네마틱 (TN) 모드의 배향이 형성되었음을 밝혔다. 한편, 구조물 (132 및 136) 사이의 간극 (제1 배향 영역 (124V))에는 수직 배향 (VA)이 형성되었다.
도 19는 본 발명의 제5 실시태양의 액정 표시 장치를 개략적으로 설명하는 도면이다. 도 19에서는, 도 17의 실시태양과 같이, 제1 및 제2 유리 기판 (112 및 114)상에 폭 5 ㎛의 구조물 (132 및 136)을 레지스트 S1808 (쉽플레이 코.)을 사용하여 동일한 간극 폭을 유지하고 패턴의 종방향이 서로 85 도이도록 형성하였다. 구조물 (132 및 136)의 높이는 0.7 ㎛였다. 상기 실시태양에서, 배향막 (120 및 124)를 도포하지 않았지만, 대신 제1 및 제2 유리 기판 (112 및 114)를 함께 접합 시켰다. 이어서, 알킬-함유 화합물이 첨가된 액정을 상기와 같이 접합된 셀에 주입한 후 자외선으로 조사하였다. 액정에 첨가된 화합물은 하기 아크릴레이트 단량체 A 및 B를 15:1 비율로 포함한다.
단량체 A:
CH2:COO(CH2)17CH3
단량체 B:
CH2:CHCOO(CH2)9OCOH:CH2
화합물에서 수직 배향 성분은 제1 및 제2 유리 기판 (112 및 114)에 의해 흡착되어 배향 제어층 (138 및 140)을 형성하였다. 배향 제어층 (138 및 140)을 구성하는 요소로 직쇄 알킬 구조를 갖는 화합물을 사용하였고, 액정 분자가 거의 수평으로 배향하는 제2 배향 영역 (124H)는 액정 분자가 거의 수직으로 배향하는 제1 배향 영역 (124V) 보다 덜 조밀한 직쇄 알킬 구조를 가졌다.
상기 설명한 바와 같이, 직쇄 알킬-함유 화합물이 첨가된 액정이 제1 및 제2 유리 기판 (112 및 114) 사이에 주입한 후, 상기 화합물을 제1 및 제2 유리 기판 (112 및 114)에 의해 흡착시킨다. 흡착된 화합물의 층들은 수직 배향 작용을 나타내고 배향 제어층 (138 및 140)으로 작용하여 배향막 (120 및 124)의 도포 및 형성 공정을 생략할 수 있다. 상기의 경우 안정성의 면에서, 직쇄 알킬을 갖는 화합물은 광반응기를 갖는 것이 바람직하다. 직쇄 알킬을 갖는 화합물을 함유하는 액정을 주입한 후, 화합물을 제1 배향 영역 (124V) 또는 제2 배향 영역 (124H)에 의해 (또는 한쪽 영역에 의해 더 많은 양으로) 선택적으로 흡착시킬 수 있다. 역시, 이러한 경우에도 구조물 (132 및 136)을 형성하여 기판 (112 및 114)상에 상이한 편광 지역을 형성하거나, 또는 자외선을 사용한 선택적 조사를 사용하여 극성을 변경할 수 있다. 구조물 (132 및 136)은 화합물의 흡착을 적게하여 제2 배향 지역 (124H)를 규정한다. 광반응기를 갖는 화합물을 사용하는 경우, 주입후 및 자외선 조사후의 기판의 극성에 따라 제1 배향 영역 (124V) 및 제2 배향 영역 (124H)가 형성된다. 이렇게 얻어진 액정 셀의 배향을 관찰하여 자외선이 조사된 지역 (제2 배향 영역 (124H))에 트위스티드 네마틱 (TN) 모드의 배향이 형성됨을 밝혔다. 한편, 자외선이 조사된 영역 중 간극 (제1 배향 영역 (124V))에는 수직 배향 (VA)이 형성되었다.
발명의 효과:
상기로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따라 활성 매트릭스가 있는 적어도 하나의 기판상에는 러빙을 수행하지 않고도 큰 프리틸트각이 얻어진다. 이는 뛰어난 반응 속도를 갖는 액정 표시 장치를 실현시킨다. 이는 생산 공정의 수율 및 작업량을 개선시키면서 고품질의 액정 표시 장치를 제공할 수 있도록 한다. 또한 알킬, 및 특히 아크릴레이트기를 갖는 재료를 갖는 화합물을 사용함으로써 배향막을 도포 및 형성하지 않고도 (물론 시스템을 러빙하지 않고) 큰 프리틸트각을 얻을 수 있게 된다.
본 발명의 제3면
상기 기재된 바와 같은 제1면 및 제2면과 같이, 본 발명의 제3면에 따른 액 정 표시 장치는 기본적으로 통상적으로 사용되는 다양한 유형의 액정 표시 장치와 동일한 구조를 가질 수 있다. 그러나, 제3면의 액정 표시 장치는 배향막 또는 배향층을 갖지 않는 대신 액정의 주입 후 광조사에 의해 형성된 경화성 첨가제층을 갖는다는 것을 특징으로 한다. 예를 들어, 본 발명의 액정 표시 장치는 표시 방식에 따라 분류할 때 투과형, 반사형 또는 투사형 중 어느 하나일 수 있다. 예를 들어, 투과형의 액정 표시 장치는 액정 표시 패널의 뒷면에서 백라이트의 강도를 조정함으로써 화상을 표시할 수 있다.
도 20은 본 발명에 따른 투과형 액정 표시 장치인 천연색 TFT (박막 트랜지스터) 액정 표시 장치의 주된 구성을 설명하는 단면도이다. 이러한 액정 표시 장치는 TFT 기판 및 CF (칼라 필터) 기판을 함께 쌓음으로써 얻어진 액정 표시 패널을 포함한다.
액정 표시 장치 (10)은 소정의 간극을 유지하면서 서로 마주보는 한 쌍의 절연 기판 (이 경우 투명 유리 기판을 사용함) (11 및 12), 및 이러한 기판들 사이에 고정된 액정층 (13)을 포함한다. 액정층 (13)을 구성하는 액정 재료는 본 발명을 실시하는데 가장 적합한 임의의 액정 재료일 수 있으며, 여러 공지된 액정 재료로부터 선택될 수 있다. 사용할 수 있는 액정 재료는 네마틱 액정, 수퍼트위스티드 (supertwisted) 네마틱 액정, 키랄 네마틱 액정 (콜레스테릭 액정) 또는 스메틱 액정일 수 있다.
TFT 기판을 형성하는 한쪽의 투명 유리 기판 (11) 상에 절연층 (14)를 통해 다수의 픽셀 전극 (15)를 형성하고, 픽셀 전극 (15)을 덮도록 본 발명에 특이적인 수지층 (16)을 형성한다. 수지 (16)을 액정으로 함침시킬 수 있다. 절연층 (14)를 예를 들어 실리콘 규소막 등으로 형성될 수 있고, 픽셀 전극 (15)는 예를 들어 ITO (산화 인듐주석)막 등으로 형성될 수 있다.
다른쪽 투명 유리 기판 (12) 상에 칼라 필터 (18), 공통 전극 (19) 및 본 발명에 따른 수지층 (17)이 순서대로 적층되어 CF 기판을 구성한다. 수지층 (17)을 액정으로 함침시킬 수 있다. 칼라 필터 (18)은 예를 들어 염료와 같은 색재를 인쇄함으로써 형성될 수 있다. 또한, 공통 전극 (19)는 예를 들어 ITO 막으로 형성될 수 있다.
투명 유리 기판 (11 및 12)의 외부측에는 편광판 (21 및 22)를 부착한다. 편광판 (21 및 22)는 편광 필터 또는 편광막일 수 있다. 픽셀 전극 (15)는 활성 매트릭스와 함께 형성된다. 설명된 실시태양은 활성 매트릭스의 데이타 버스 라인 (24)을 도시하고 있다. 전극은 한쪽 기판 상에만 형성될 수 있다 (예를 들어 IPS 모드의 경우).
본 명세서에 설명하지는 않았지만, 기판 사이에는 스페이서재가 삽입되어 기판 사이의 간극을 일정하게 유지하고 액정을 주입하기 위한 균일한 공간을 유지한다. 또한, 기판의 주변 연부를 둘러싸도록 밀봉재를 공급하여 밀봉된 기판 사이에 주입된 액정이 누출되지 않게 유지한다.
도 20의 액정 표시 장치에서, 액정층 (13), 및 액정 패널-구성 요소인 투명 기판 (11) 사이에 수지 층 (16 (17))이 삽입된다. 그러나, 본 발명의 액정 표시 장치에서, 액정 패널-구성 요소는 기판에만 제한되지 않는다. 즉, 액정 패널-구성 요소는 액정을 밀봉하는 밀봉 부재, 기판 사이의 간극을 일정하게 유지하는 스페이서재, 기판상에 형성된 전극 또는 기판 이외의 임의의 다른 부재를 포함한다. 수지층은 액정과 이들 부재중 하나와의 계면에 삽입될 수 있거나, 또는 액정과 2개 이상의 부재 중의 계면에 삽입될 수 있다. 본 발명에서 중요한 것은 그에 포함된 수지층이 통상적인 배향막에서와 동일한 방식으로 작용한다는 점이다. 게다가, 배향막에서 필요로 하는 러빙 또는 광 배향과 같은 복잡한 처리를 포함하지 않고도 상기 작용을 쉽게 나타낼 수 있다. 지금까지 사용된 배향막은 본 발명을 실시하는데 필요치 않다. 특히, 본 발명은 인쇄 방법 및 기타 등에 의한 배향막의 형성이 필요치 않으므로, 두께가 얇은 수지층을 형성할 수 있고, 유기 용매가 수지층에 혼합되지 않도록 방지할 수 있으며, 인쇄시 망상과 같은 패턴의 형성을 방지할 수 있는 등의 많은 이점을 얻을 수 있으며, 이를 하기에 구체적으로 설명할 것이다.
수지층은 액정 표시 패널의 중간 제품에 액정을 주입한 후, 일관능성 단량체 및 다관능성 단량체를 함께 포함하는 경화성 첨가제의 경화시 수지층이 형성되며,망상 또는 그물구조를 갖고 액정 패널-구성 요소의 표면을 덮도록 형성되고, 수지층의 표면에서 경화성 첨가제를 구성하는 분자의 수직 배향-발현 관능기가 예를 들어 기판의 표면에 대해 거의 일정한 각으로 기울어져 파생되는 것을 특징으로 한다. 여기서, "경화성 첨가제"는 임의의 종류의 에너지의 인가에 의해 경화될 수 있는 첨가제로서 임의의 화합물, 예를 들어 광경화성, 열광화성, 전자 빔 경화성 단량체, 올리고머 및 기타 화합물을 의미한다. 광경화성 화합물이 특히 유용하다.
수지의 상기 특징들은 도 21에 개략적으로 설명되어 있다. 즉, 기판 (11 (12))의 위에 그 표면을 덮어 망상 구조를 갖는 수지층 (16(17))이 형성되어 있다. 상기 수지층 (16 917))의 망상 구조는 주로 경화성 첨가제로 사용된 다관능성 단량체의 가교를 기재로 형성된다. 또한, 망상 구조의 존재는 액정으로 함침된 상태를 야기한다. 간단하게, 도면에서는 기판과 직접 접촉하고 있는 수지층을 예시하고 있다. 그러나, 기판과 수지층 사이에 보통 절연층, 칼라 필터 또는 전극과 같은 액정 패널-구성 요소가 삽입된다. 또한, 수지 층 (16(17)의 표면에는 수직 배향-발현 관능기 (A)가 돌출되어 있다. 수직 배향-발현 관능기 (A)는 경화성 첨가제에 포함된 단량체 분자내에 포함된다. 바람직하게는, 수직 배향-발현 관능기 (A)는 하기 기재된 바와 같은 일관능성 단량체에 포함된다. 예시된 실시태양에서, 수직 배향-발현 관능기 (A)는 기판 (11(12))의 표면에 대해 거의 소정의 각으로 기울어져 파생하고 있다. 수직 배향-발현 관능기 (A)는 상기 기재된 바와 같이 액정층과 접촉하여 존재하기 때문에, 본 발명의 액정 표시 장치는 도 22에서 개략적으로 설명된 바와 같이 안정성을 유지하면서 액정 분자 (3)을 수직으로 배향하는 작용을 한다. 수직 배향-발현 관능기 (A)는 기판 (11(12))의 표면에 수직으로 파생될 수 있거나, 또는 경사진 파생 및 수직 파생이 혼합되어 존재할 수 있다.
본 발명의 실시에서, 경화성 첨가제는 첨가제 재료의 조성에 따라 가열에 의해, 즉 다양한 종류의 광, 예를 들어 자외선의 조사, 또는 전자 빔의 조사에 의해 경화되고, 임의의 방법으로도 수지층을 형성할 수 있다. 경화에 적합한 광원은 실시의 용이성의 면에서 자외선이다. 따라서, 특히 자외선 경화성 첨가제를 참고로 하여 본 발명을 하기에 설명한다.
경화성 첨가제의 성분으로 사용한 일관능성 단량체 및 다관능성 단량체는 중합 화학에서 일반적으로 사용되는 다양한 단량체일 수 있다. 본 발명의 실시에 적합한 단량체는 카르복실산, 예를 들어 (메트)아크릴산, 올레핀, 예를 들어 에틸렌 및 프로필렌, 및 염화비닐, 스티렌 등일 수 있다. 이들 중, 경화성 및 경화의 제어능의 면에서 (메트)아크릴산 단량체가 본 발명의 실시에 적합하다.
특히 제한되지는 않지만, 본 발명의 실시에 유용한(메트)아크릴산 일관능성 단량체는 바람직하게는 하기 화학식 1에 의해 표시된다.
상기 식에서, R1은 수소 원자 또는 저급 알킬기, 예를 들어 메틸기 또는 에틸기이고, A는 관능기, 특히 액정 패널에 사용시 액정 분자의 수직 배향을 발현할 수 있는 관능기 (즉, 본 발명에서 수직 배향-발현 관능기라 언급된 관능기), 또는 상기 관능기를 포함하는 단위 (부분이라고도 할 수 있음)이다.
관능기 A는 바람직하게는 식 -OR2 (식 중, R2는 알킬기, 바람직하게는 장쇄의 알킬기, 알콕실기, 또는 할로겐 원자, 바람직하게는 불소 원자임)에 의해 표시된다. 장쇄의 알킬기는 바람직하게는 식 -CmH2m+1 (식 중, m은 보통 약 8 내지 약 18, 바람직하게는 약 10 내지 약 15의 정수임)에 의해 표시된다. 일관능성 단량체는 단독으로 또는 2종 이상의 단량체와 함께 사용될 수 있다.
소정량의 자외선과 같은 광으로 조사시, 화학식 1의 (메트)아크릴산 일관능성 단량체는 하기 화학식 2의 폴리(메트)아크릴레이트로 변화된다.
상기 식에서, R1 및 A는 상기 정의된 바와 같고, l은 바람직하게는 약 20 내지 약 200의 정수이다. 경화성 첨가제는 그의 측쇄 부분에 수직 배향-발현 관능기 A를 가지며, 도 22를 참고하여 상기 설명한 바와 같이 액정 분자를 기판에 대해 수직으로 배향시킬 수 있다.
상기 화학식에 의해 표시되는 일관능성 단량체는 예를 들어 하기 단량체들을 포함한다.
경화성 첨가제에서, 상기 기재된 일관능성 단량체와 조합된 다관능성 단량체가 사용된다. 다관능성 단량체를 사용하는 주된 목적은, 경화성 첨가제 중 경화시킨 경우, 상기 언급된 망상 구조를 기판상에 형성하여 일관능성 단량체로부터의 경화성 첨가제를 확실히 지지할 뿐만 아니라, 기판 및 다른 액정 패널-구성 요소의 표면을 확실하게 및 효과적으로 덮기 위한 것이다. 따라서, 다관능성 단량체는 그의 분자내에 수직 배향-관능기를 가질 필요가 없지만, 아크릴로일기 또는 메타크릴로일기와 같은 경화에 기여하는 관능기 2개 이상을 가져야만 한다. 바람직한 다관능성 단량체는 통상 하기 설명하는 것과 같은 이관능성 단량체, 삼관능성 단량체 및 사관능성 단량체를 포함한다. 다관능성 단량체는 상기 일관능성 단량체와 같이 단독으로 또는 2종 이상의 단량체와 조합하여 사용될 수 있다. 2종 이상의 다관능성 단량체는 함께 혼합하여 사용하는 경우, 단량체를 혼합하는 비율에 대한 제한은 없다.
특히 한정되지는 않지만, 본 발명의 실시에 유용한 (메트)아크릴산 이관능성 단량체는 바람직하게는 하기 화학식 3에 의해 표시된다.
상기 식에서, R1 및 R2는 동일하거나 상이할 수 있으며, 수소 원자 또는 저급 알킬기, 예를 들어 메틸기 또는 에틸기이고, B는 얻어진 경화성 첨가제에서 그의 골격을 규정할 수 있는 단위 (또는 부분 또는 커플링기라고도 함), 예를 들어 치환 또는 비치환의 직쇄 알킬기이다. 이관능성 단량체는 그와 함께 사용되는 일관능성 단량체의 작용과는 별개의 작용을 나타낸다. 그러므로, 이관능성 단량체의 분자를 구성하는 단위 B는 일관능성 단량체에서 필수적인 수직 배향-발현 관능기를 함유하지 않는다.
화학식 3의 이관능성 단량체는 바람직하게는 하기 화학식 3a에 의해 표시될 수 있다.
상기 식에서, R1 및 R2는 동일하거나 상이할 수 있으며, 수소 원자 또는 저급 알킬기, 예를 들어 메틸기 또는 에틸기이고, R1 및 R2는 동일하거나 상이할 수 있으며, 저급 알킬렌기, 예를 들어 에틸렌기, 프로필렌기 또는 부틸렌기이고, R은 직쇄 또는 분지형 지방족 탄화수소기, 치환 또는 비치환의 방향족 탄화수소기, 또는 치환 또는 비치환의 지환족 탄화수소기이고, m 및 n은 서로 독립적으로 0 내지 4의 정수이다.
상기 화학식 3a로 표시되는 이관능성 단량체는 하기 단량체를 포함한다.
또한, 화학식 3의 이관능성 단량체는 바람직하게는 하기 화학식 3b로도 표시될 수 있다.
상기 식에서, R1 및 R2는 동일하거나 상이할 수 있으며, 수소 원자 또는 저급 알킬기, 예를 들어 메틸기 또는 에틸기이고, R1은 저급 알킬렌기, 예를 들어 에틸렌기, 프로필렌기 또는 부틸렌기이고, n은 0 내지 12의 정수이다.
상기 화학식 3b로 표시되는 이관능성 단량체는 예를 들어 하기 단량체를 포함한다.
또한, 화학식 3의 이관능성 단량체는 바람직하게는 하기 화학식 3c로 표시될 수도 있다.
상기 식에서, R1 및 R2는 동일 또는 상이할 수 있으며, 수소 원자 또는 저급 알킬기, 예를 들어 메틸기 또는 에틸기이고, R, R' 및 R"는 동일 또는 상이할 수 있으며, 직쇄 또는 분지쇄 지방족 탄화수소기, 치환 또는 비치환의 방향족 탄화수소기, 또는 치환 또는 비치환의 지환족 탄화수소기이고, m 및 n은 서로 독립적으로 0 또는 1이다.
상기 화학식 3c로 표시되는 이관능성 단량체는 예를 들어 하기 단량체를 포 함한다.
특히 한정되지는 않지만, 본 발명의 실시에 유용한 (메트)아크릴산 삼관능성 단량체는 바람직하게는 하기 화학식 4에 의해 표시된다.
상기 식에서, R1, R2 및 R3은 동일 또는 상이할 수 있으며, 수소 원자 또는 저급 알킬기, 예를 들어 메틸기 또는 에틸기이고, R1, R2 및 R3은 동일 또는 상이할 수 있으며, 저급 알킬렌기, 예를 들어 에틸렌기, 프로필렌기 또는 부틸렌기이고, R은 직쇄 또는 분지쇄 지방족 탄화수소기, 치환 또는 비치환의 방향족 탄화수소기, 또는 치환 또는 비치환의 지환족 탄화수소기이고, l, m 및 n은 서로 독립적으로 0 내지 3의 정수이다.
상기 화학식 4로 표시되는 삼관능성 단량체는 예를 들어 하기 단량체를 포함한다.
특히 한정되지는 않지만, 본 발명의 실시에 유용한 (메트)아크릴산 사관능성 단량체는 바람직하게는 하기 화학식 5에 의해 표시된다.
상기 식에서, R1, R2, R3 및 R4는 동일 또는 상이할 수 있으며, 수소 원자 또는 저급 알킬기, 예를 들어 메틸기 또는 에틸기이고, R1, R2, R3 및 R4
는 동일 또는 상이할 수 있으며, 저급 알킬렌기, 예를 들어 에틸렌기, 프로필렌기 또는 부틸렌기이고, R은 직쇄 또는 분지쇄 지방족 탄화수소기, 치환 또는 비치환의 방향족 탄화수소기, 또는 치환 또는 비치환의 지환족 탄화수소기이고, k, l, m 및 n은 서로 독립적으로 0 내지 2의 정수이다.
상기 화학식 5로 표시되는 사관능성 단량체는 예를 들어 하기 단량체를 포함 한다.
수지층의 형성에 사용한 경화성 첨가제에서, 일관능성 단량체 및 다관능성 단량체는 수직 배향-발현 관능기의 원하는 분포 및 원하는 효과에 따른 다양한 비율로 함께 혼합함으로서 사용될 수 있다. 일관능성 단량체를 보통 다관능성 단량체의 몰량과 거의 동일한 양, 또는 보다 많은 몰량으로 사용하는 것이 바람직하다. 일관능성 단량체의 양이 다관능성 단량체의 양보다 적거나, 달리 말하자면 다관능성 단량체의 양이 일관능성 단량체의 양보다 많은 경우, 수직 배향-발현 관능기를 목적하는 바와 같이 더 이상 분포시킬 수 없게 되므로, 충분한 각도의 수직 배향을 발현하기 어려워진다. 일관능성 단량체와 다관능성 단량체의 분자량 비율은 약 1:1 내지 약 50:1의 범위, 더욱 바람직하게는 약 5:1 내지 약 50:1의 범위인 것이 바람직하다.
수지층은 상기 경화성 첨가제로부터 유래하는 경화된 수지에 의해 단독으로 구성되고, 필요하다면 임의의 다른 추가 수지, 예를 들어 광-경화성 재료로부터의 광-경화된 수지, 열경화성 재료로부터의 열경화성 첨가제, 또는 임의의 다른 수지를 함유할 수 있다. 바람직한 추가의 수지는 예를 들어 디펜타에리트리톨 헥사아크릴레이트 (DPHA) 등일 수 있다. 이러한 수지가 첨가되는 경우, 망상 구조의 강화, 반응 시간의 단축 등의 효과를 예상할 수 있다. 특히 한정되지는 않지만, 추가적인 수지의 첨가량은 보통 경화된 수지의 총량을 기준으로 약 1 내지 약 10 중량％의 범위이다.
또한, 수지층은 경화성 첨가제의 경화에 의해 형성되므로, 통상적인 배향막의 두께보다 얇은 두께를 갖고, 또한 두께의 감소에도 불구하고 통상의 배향막보다 동일하거나 더욱 뛰어난 성능을 나타낸다. 사실, 배향막의 두께는 보통 약 80 nm이다. 한편, 본 발명의 수지층의 두께는 보통 상기 두께의 0.5 배 또는 0.5 배 이하, 즉 약 5 내지 약 40 nm의 범위, 바람직하게는 약 10 내지 약 40 nm의 범위이다.
또한, 통상의 배향막의 형성에는 용매의 사용이 필수적이지만, 이제 수지층을 무-용매 조건하에서 형성할 수 있다. 용매를 사용하지 않기 때문에, 환경 오염의 문제점을 방지하고, 비용을 절감할 뿐만 아니라 액정과 용매간의 원치않은 반응을 방지할 수 있다.
또한, 통상적인 배향막과는 달리, 수지층은 인쇄에 의해 기판의 표면에 형성되지 않는다. 즉, 수지층은 단계수 및 설비 규모의 증가를 가져오는 막-형성 단계를 거치지 않고도, 기존 설비를 사용하는 간단한 방법을 통해 형성될 수 있다. 수지층은 바람직하게는 액정 및 경화성 첨가제의 혼합물을 기판 사이에 주입하고 여 기에 자외선 조사와 같은 에너지를 인가함으로써 형성된다.
액정 및 경화성 첨가제의 혼합물을 기판 사이에 주입하는 경우, 액정 및 경화성 첨가제의 조성에 따라 액정 및 경화성 첨가제의 비율을 광범위하게 변경할 수 있다. 액정 및 경화성 첨가제의 비율은 보통 약 10:1 내지 약 400:1, 바람직하게는 약 20:1 내지 약 200:1의 범위이다. 액정의 비율이 상기 범위보다 작거나 큰 경우, 얻어진 액정 표시 패널은 만족스러운 표시 기능을 발현하지 못한다.
서로 마주보는 기판 사이에 배열된 액정층을 하기에 설명한다. 액정층을 구성하는 액정 재료는 특히 한정되지 않으며, 당 기술 분야에 잘 공지된 여러가지 액정 재료로부터 시스템을 구동하는데 가장 적합한 임의의 것 및 액정 표시 장치의 유사한 것을 선택할 수 있다. 특히, 본 발명의 실시에서, 네가티브 유전 이방성을 나타내고 전압이 인가되지 않았을 때 액정 분자의 장축이 기판에 거의 수직으로 배향되는 액정 재료를 유리하게 사용할 수 있다. 본 발명에서 중요한 것은 액정층이 비용을 증가시키는 통상적으로 사용되는 고분자량 분산형 액정을 사용할 필요없이 액정 재료에 의해 단독으로 구성될 수 있다는 점이다. 즉, 본 발명은 고분자량의 비분산형 액정을 사용한다.
일반적으로, 액정층의 형성에 적합한 액정 재료는 네마틱 액정, 수퍼트위스티드 네마틱 액정, 키랄 네마틱 액정 (콜레스테릭 액정), 스메틱 액정, 디스코틱 액정 및 고분자량 액정일 수 있다. 상기 액정 재료들을 화합물명으로 나타내자면 에스테르계, 비페닐계, 시클로헥산계, 페닐피리미딘계 및 디옥산계 화합물이다.
상기 액정 재료는 단독으로 또는 2종 이상 조합하여 사용될 수 있다. 본 발 명의 실시에 사용할 수 있는 액정 재료에 대한 더욱 상세한 설명이 필요하다면, 예를 들어 일본 공개 특허 공보 제6-211710호 및 제11-116512호를 참조하면 된다.
본 발명은 또한, 서로 마주보게 배열된 한 쌍의 기판, 및 상기 기판 사이에 밀봉된 액정을 포함하는 패널 구조를 갖는 액정 표시 장치 이외에, 상기 액정 표시 장치의 제조 방법에 관한 것이다. 즉, 본 발명의 액정 표시 장치의 제조 방법은,
기판 사이에 액정과 일관능성 단량체 및 다관능성 단량체를 포함하는 경화성 첨가제의 혼합물을 주입하는 단계; 및
에너지를 외측로부터 인가하여 경화성 첨가제를 경화시키는 단계, 예를 들어 광 경화성 첨가제인 경우 소정량의 파장을 첨가제의 경화에 충분한 기간의 시간 동안 조사시키는 단계
를 포함한다. 이렇게 경화성 첨가제를 경화시키면, 상기 도 21을 참고로 하여 설명한 바와 같이 액정과 상기 액정과 접촉하고 있는 액정 패널 구성 요소의 계면상에 망상 구조를 갖는 수지층을 선택적으로 형성할 수 있다. 역시 도 21에 도시된 바와 같이, 이러한 수지층은 또한 경화성 첨가제를 구성하는 분자의 수직 배향-발현 관능기가 수지층의 표면으로부터 기판의 표면에 거의 일정각으로 기울어져파생된다. 또한, 상기 설명한 바와 같이 수직 배향-발현 관능기도 또한 수지층의 표면에서 수직으로 또는 기타 방향으로 파생할 수 있다.
본 발명에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법은 보통 도 23에 도시된 공정에 따라 유리하게 수행될 수 있다. 즉, 본 발명의 제조 방법은 하기 단계에 따라 유리하게 수행된다:
(1) 기판의 세정 및 건조;
(2) 밀봉재 (밀봉 접착제)의 인쇄;
(3) 스페이서재의 도포;
(4) 필터 (CF) 기판의 접합;
(5) 액정 및 경화성 첨가제의 혼합물의 주입;
(6) 액정 주입구의 밀봉;
(7) 경화용 에너지의 인가; 및
(8) 편광판의 부착.
편광판을 부착하여 액정 표시 패널을 완성한 후, 액정 표시 패널의 주변에 소정의 회로를 제작하여 목적하는 액정 표시 장치를 완성시킨다. 여기서, 본 발명에 언급된 액정 표시 장치는 평면형의 다양한 표시 장치를 포함한다. 하기 나열된 것에 한정되지는 않지만, 그 대표적인 예는 퍼스널 컴퓨터 (데스트탑 PC 및 노트북 PC), 액정 TV, 자동차 네비게이션 시스템, 디지탈 카메라, 비디오 카메라 및 휴대전화의 표시 장치를 포함한다.
본 발명의 실시에서, 먼저 한 쌍의 기판을 제조한다. 여기서, 기판은 바람직하게는 투명한 절연 기판이다. 적합한 절연 기판은 예를 들어 유기 기판, 시리콘 기판 등을 포함한다. 필요하다면, 플라스틱 기판을 사용할 수 있다.
기판을 통상적으로 세정 및 건조시켜 먼지 및 오물, 피지 및 오일과 같은 오염 물질을 제거하는 것이 필요하다. 예를 들어, 세정 단계는 세제 및 순수한 물을 사용한 초음파 세정 및 이소프로필 알코올과 같은 유기 용매를 사용한 침지 세정일 수 있다. 건조 단계는 압축 건조 공기 또는 기체의 송풍과 같은 강제 건조에 의해 수행될 수 있다.
다음으로, 기판상에 전극을 형성한다. 여기에 형성된 전극은 예를 들어 공통 전극 및 픽셀 전극이다. 전극의 종류에는 공통 전극과 픽셀 전극을 함께 전기적으로 연결하는 것과 같은, 전극을 함께 전기적으로 연결하는 콘택트 전극 및 트랜스퍼 전극도 포함된다. 이러한 전극은 보통 바람직한 두께를 유지하면서 바람직한 패턴의 ITO, 산화인듐 (IO) 또는 산화주석 (NESATM)을 사용함으로써 원하는 패턴 및 두께로 형성된다. 스퍼터링법 또는 증착법을 이용하여 막을 형성한다.
다음으로, 액정을 액정 패널에 주입한 후 액정 밀봉 수단으로 기판의 액정 주입구를 제외한 주변 연부상에 밀봉 부재를 인쇄한다. 여기에 사용한 밀봉 부재는 통상적으로 접착제를 포함하므로, 밀봉 접착제라고 할 수 있다. 밀봉 접착제는 보통 에폭시 수지를 포함한다. 밀봉 접착제를 기판의 소정 영역에 인쇄하기 위해서, 스크린 인쇄와 같은 인쇄 방법을 유리하게 사용한다. 밀봉 접착제의 인쇄를 완결한 후, 스페이서재를 기판 사이에 살포에 의해 도포하여 소자 기판 (예, TFT 기판) 및 CF 기판 사이의 간극을 유지한다. 스페이서재는 예를 들어 수지, 유리 또는 실리카일 수 있다. 스페이서재는 보통 소형 비드 또는 막대와 같은 다양한 형태로 사용될 수 있다.
계속해서, 기판끼리 쌓아올리고, 예를 들어 소자 기판(예를 들면, TFT 기판)과 CF 기판을 정확하게 배치하여 쌓아올리고, 이미 인쇄되어 있는 밀봉 접착재로 함께 접합시킨다. 또한, 기판들을 함게 강하게 접합시키기 위해 가열을 수행하는 것이 바람직하다. 따라서, 액정을 주입하기 위한 패널 구조물 ("액정 패널의 전구체"라고 함)이 완성된다.
그 후, 이렇게 얻어진 패널 구조물에 액정 주입구를 통해 액정과 경화성 첨가제의 혼합물을 주입한다. 여기에 사용되는 액정/경화성 첨가제 (혼합물)은 상기 기재한 바와 같이 다양한 종류 및 조성의 혼합물을 포함한다. 또한, 주입 수단으로는 다양한 장치를 사용할 수 있다. 특히, 주입량을 정확하게 제어할 수 있다는 점에서, 적하식 주입기를 유리하게 사용할 수 있다. 진공하에서 이러한 주입 처리를 행하는 것이 바람직하다.
상기한 바와 같이 액정/경화성 첨가제 (혼합물)의 주입이 완료된 후, 패널 구조물의 열려있는 액정 주입구를 밀봉한다. 적합한 밀봉 수단은 상기 사용된 밀봉 접착재 또는 임의의 다른 접착재, 또는 기타 접착성 수지일 수 있다.
이어서, 패널 구조물의 기판 사이에 주입된 액정/경화성 첨가제 (혼합물)에 도 24a에 도시한 바와 같이, 첨가제 경화용 에너지를 외부에서 적용한다. 설명한 실시태양에서는 광경화성 단량체를 수지층 형성용으로 사용하기 때문에, 광에너지 hυ를 조사한다. 도시된 바와 같이, 패널 구조물은 서로 마주보는 2개의 기판 (11 및 12), 및 그 사이에 경화성 첨가제 (2)와 액정 (3)을 포함하는 액정/경화성 첨가제 (혼합물) (23)이 배열되어 있다. 에너지 적용 전 단계에서, 경화성 첨가제 (2)와 액정 (3)이 랜덤한 방식으로 분산되어 있다.
에너지를 인가하는 경우, 경화성 첨가제의 경화 반응이 수행된다. 여기서, 상세한 메카니즘은 알려지지 않았지만, 놀랍게도 형성되는 경화된 수지가 기판의 계면을 향해서 이동해가고, 도 24b에 나타낸 바와 같이, 기판 (11 및 12)상에 수지층 (16 및 17)로서 침착된다. 이들 수지층 (16 및 17)은 박막의 형태로 각각의 기판에 강하게 결합되어 있고, 망상 구조를 갖는다. 따라서, 그의 간극 부분에 액정 (3)으로 함침되어 있다. 또한, 수지층 (16 및 17)은 각각 그 표면상에 수직배향 발현성기 A가 배열되어 있다.
상기 기재된 바와 같이 수지층을 형성한 후, 패널 구조물의 기판의 외부측에 편광판, 편광막, 편광 필터등의 편광 소자를 형성한다.
본 발명의 액정 표시 장치에 있어서, 경화성 첨가제의 경화에 의해 형성된 수지층은 본 발명의 범위내에서 다양한 형태를 취할 수 있다. 수지층은 상기에 도 21을 참조하여 설명한 바와 같이 단일층의 형태를 취할 수 있다. 또한, 단일 수지층의 경우에라도, 실질적으로 2개 층으로 분리된 형태로 수지층을 구성할 수 있다. 즉, 예를 들면 도 25a에 도시된 바와 같이, 수지층 (16)은 액정층 (13)과의 계면 영역에서 수직 배향-발현 관능기를 갖는 제1 수지 "a"가 우선적으로 분포되어 있고, 기판 (11 (12))과의 계면 영역에 망상 구조를 갖는 제2 수지 "b"가 우선적으로 분포되어 있을 수 있다.
또한, 도 25b에 도시된 바와 같이, 수지층 (16)(또는 (17))은 액정층 (13)과 접촉하여 형성되고 수직 배향-발현 관능기를 갖는 제1 수지를 포함하는 제1 수지층 (16a)(또는 (17a))와 기판 (11)(또는 12)와 접촉하여 형성되고 망상 구조를 갖는 제2 수지를 포함하는 제2 수지층 (16b)(또는 (17b))를 포함하는 2층 구조로 구성되 어 있을 수도 있다.
2층 구조를 갖는 수지층에 대해서 더욱 설명할 것이다. 상기 수지층은 2종 이상의 경화성 첨가제로 형성되는 것이 바람직하고, 한쪽 경화성 첨가제는 유리 기판과 같은 기판에 대한 습윤성이 양호하고, 다른쪽 경화성 첨가제는 기판에 대한 습윤성이 불량한 것이 바람직하다. 또한, 기판에 대한 습윤성이 양호한 경화성 첨가제는 다관능성 재료이고, 수지 골격 단위 및 그에 결합된 직쇄 알킬기를 갖고(갖거나) 수평 배향 특성을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 기판에 대한 습윤성이 불량한 경화성 첨가제는 액정의 배향을 결정하는 액정 배향 제어성을 갖고 있는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 수직 배향 발현성을 갖는다. 이러한 경화성 첨가제는 바람직하게는, 알킬 또는 알콕실 측쇄, 또는 불소기를 수직 배향 발현성 단위로 갖는다. 이러한 경화성 첨가제를 적어도 2종 사용함으로써, 대표적으로 도 25b에 도시된 바와 같은 2층 구조를 갖는 수지층 (16)(또는 (17))을 얻을 수 있다.
상기 설명한 바와 같이, 수지층은 액정층과 접촉하는 한쪽면, 및 하나 이상의 액정 패널 구성 요소, 예를 들어 기판, 액정을 밀봉하는 밀봉재, 기판사이의 간극을 일정하게 유지하는 스페이서재, 및 기판상에 설치된 전극과 접촉하는 다른 한쪽 면을 갖는 것이 필요하다. 여기에서, 하기 기재된 바에만 한정되는 것은 아니지만 수지층과 액정 패널 구성 요소가 바람직한 접촉 관계를 유지할 수 있는 액정 패널은 하기를 포함한다.
(1) 상하로 서로 마주보는 기판들 전체 주표면에 형성된 수지층을 갖는 액정 패널,
(2) 액정 패널의 내벽 전체 면에 형성된 수지층을 갖는 액정 패널,
(3) 액정 패널의 상하 기판 사이의 간극을 밀봉하는 밀봉재의 측면에 형성된 수지층을 갖는 액정 패널,
(4) 액정 패널의 상하 기판 사이의 간극을 일정하게 유지하도록 살포된 스페이서재의 표면에 형성된 수지층을 갖는 액정 패널,
(5) 액정 패널의 전극 표면에 형성된 수지층을 갖는 액정 패널, 예를 들어 마주보는 기판의 공통 전압을 얻고 소자 기판측의 전극과의 전기적인 접속을 달성하기 위해 형성된 접속용 패드 전극 (소위, 트랜스퍼 전극)의 측면에 형성된 수지층을 갖는 액정 패널 등을 포함한다.
도 26a 및 26b는 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 바람직한 한 실시태양을 설명하고 있고, 도 26a는 액정 표시 장치의 밀봉재의 평면도이고, 도 26b는 도 26a의 선분 B-B에 따른 단면도이다. 도 26a에서 이러한 액정 표시 장치에서 밀봉재 (31)는 그 측면 전체에 걸쳐 도포된 수지층 (36)을 갖는 것으로 이해될 것이다. 또한, 도 26b로부터 수지층 (36)은 액정 패널에서 액정층 (13)을 규정하는 내벽 전체, 즉, 기판 (11 및 12)의 표면, 밀봉재 (31)의 측면 및 스페이서재 (32)의 표면을 완전히 덮고 있는 것으로 이해될 것이다.
따라서, 설명된 액정 패널에 있어서, 수지층은 기판의 전체 표면에 형성되어 있기 때문에, 그 존재를 표시하는 경계를 갖지 않는다. 통상의 배향막의 경우에는, 배향막 형성 재료를 인쇄 또는 도포에 의해 적용한 결과, 배향막의 단부가 기판상에서 단차형 경계를 규정한다. 단차상의 경계는 액정 표시 장치의 표시 특성 에 악영향을 미치는 우려가 크다. 따라서, 본 발명의 액정 표시 장치의 경우, 액정 패널의 내벽전체 면에 걸쳐 균일하게 배향을 규제할 수 있다.
도 27은 본 발명의 액정 표시 장치의 또다른 바람직한 실시태양을 나타낸 것이다. 이 액정 표시 장치의 경우, TFT 기판 (12)의 대향 전극 (19)의 전압을 공통 전압으로 하기 위해, 대향 전극과 소자 기판 (11)의 공통 전극 (15)을 전기적으로 접속하기 위한 패드 전극 (소위, 트랜스퍼 전극) (33)이 형성된다. 또한, 기판 (11 및 12)의 표면 전체를 덮은 수지층 (36)이 패드 전극 (33)의 측면에도 형성된다. 이렇게 전체 표면에 형성된 수지층 (36)은 액정 패널의 내벽 전체 면에 걸쳐서 균일하게 액정 배향을 규제할 수 있고, 따라서 종래의 장치에서 현저하게 발생되는 배향 이상을 방지할 수 있다. 즉, 배향막을 구비한 통상의 액정 표시 장치에서는 도시하지 않지만 패드 전극의 측면에 배향막이 형성되어 있지 않고, 또한 패드 전극의 기초부 (기판과의 접속부)에 있어서도 배향막이 존재하지 않기 때문에, 인쇄된 배향막의 연부도 포함하여 배향 이상의 원인이 되어 왔기때문이다.
또한, 본 발명의 액정 패널 전체에 대해서도 적용할 수 있지만, 블랙 매트릭스 또는 TFT 버스 등의 내면에서, 수지층의 두께를 다른 영역에 비해 상대적으로 얇게 하거나 또는 수지량을 다른 영역에 비해 상대적으로 적게 할 수 있다. 즉, 이러한 부분에서 경화 수지의 존재 확률이 상대적으로 낮아진다.
본 발명의 액정 표시 장치는 또한, 본 발명의 범위내에서 다양한 개량이나 변경을 부가할 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 액정 표시 장치에서는 그 기판상에 볼록 패턴(소위 뱅크 구조물) 및 오목 패턴(소위 슬릿 구조물)을 단독 또는 조합하 여 형성하는 것이 바람직하다. 이러한 볼록 패턴이나 오목 패턴으로 하나의 픽셀 영역을 2개 이상의 영역으로 분할하고, 이에 의해 액정 분자의 배향이 다른 다수개의 영역을 설치함으로써, 개선된 시각 특성을 갖는 것으로 대표되는 현저한 작용 효과를 얻을 수 있다.
예를 들면, 뱅크 구조물은 삼각형, 골 모양 또는 사다리꼴 등의 단면을 갖는 산모양 돌기 또는 임의의 다른 돌기 형태로 기판상에 형성될 수 있다. 이러한 뱅크 구조물은 예를 들어 포토레지스트 등의 감광성 재료를 기판상에 도포하고, 포토리소그래피법에 의해서 노광한 후, 현상 및 인쇄함으로써 유리하게 형성할 수가 있다. 뱅크 구조물의 크기는, 광범위하게 변경할 수가 있지만, 보통 폭이 약 5 내지 20 ㎛이고 높이가 약 0.5 내지 3 ㎛이다. 이러한 뱅크 구조물을 기판상에 설치하면, 그 볼록 패턴이 기판상의 수지층의 표면에서 재현되어, 소정의 배향 분할이 달성된다.
이러한 뱅크 구조물에 있어서, 배향 분할은 하기 기재된 바와 같이 달성된다. 본 발명의 액정 패널에서, 기판의 표면에 수지층이 형성되어 기판 사이에 보유된 액정층의 액정 분자를 기판에 대하여 수직으로 배향시킬 수 있다. 기판상에 뱅크 구조물이 설치된 위치에서 액정 분자는 뱅크 구조물에 대하여 수직의 배향하여, 기판에 대하여는 비스듬히 배향하게 된다. 뱅크 구조물은, 그 양측에 경사진 측면을 갖는다. 따라서, 뱅크 구조물의 한쪽 측면에 대하여 수직으로 배향하는 액정 분자의 배향 방향은 동일한 뱅크 구조물의 반대쪽 측면에 대하여 수직으로 배향하는 액정 분자의 배향 방향과는 반대가 된다. 이것에 의해서, 하나의 픽셀 영역내 에서 배향 분할을 달성할 수 있다.
또한, 슬릿 구조물은 기판 표면에 줄무늬형 또는 임의의 형태의 홈에 의해 형성할 수 있다. 뱅크 구조물과는 대조적으로, 홈은 역삼각형, 역사다리꼴 등의 단면, 또는 전극을 슬릿형으로 패터닝하는 의미에서 사각 형태의 단면으로 하는 것이 일반적이다. 슬릿 구조물은 기판상에 전극을 형성하기 위해 패터닝하는 것과 동시에, 또는 그 후에 형성하는 것이 유리하다. 슬릿 구조물의 크기는 광범위하게 변경할 수 있지만, 통상 약 5 내지 20 ㎛의 폭 및 약 0.02 내지 3 ㎛의 깊이를 갖는다. 이러한 슬릿 구조물을 기판상에 형성하면 슬릿 패턴이 기판상에서 액정으로 함침된 수지층의 표면에서 재현되어, 목적하는 배향 분할이 달성된다. 배향 분할의 메카니즘은 기본적으로, 상기한 뱅크 구조물과 동일하거나 또는 전극으로부터 슬릿을 향하여 형성되는 수평 전기장에 의한 배향이다.
도 28 내지 도 30은 상술한 방법에 따라서 액정-함침된 수지층의 표면을 배향 분할을 위해 개선한 본 발명에 의한 액정 표시 장치의 바람직한 형태를 설명하고 있다.
도 28의 액정 패널에서는, 소자 기판 (11) 측에 슬릿 (26)이 형성된다. 슬릿 (26)은 소자 기판 (11)상의 픽셀 전극 (15)에 미리 형성된 줄무늬형 홈으로부터 유래하는 것이다. 픽셀 전극 (15)상의 수지층 (16)은 오목 패턴을 재현하고, 슬릿 (26)을 규정하고 있다. 소자 기판 (11)과 마주보는 CF 기판 (12) 측에는 2개의 슬릿 (26) 사이의 중간 위치에 거의 삼각형 단면을 갖는 뱅크 구조물 (25)이 설치된다. 뱅크 구조물 (25)은 보통 소자 기판 (11)의 데이타 버스 라인에 상응하는 위 치에 평행하게 설치된다. 뱅크 구조물 (25)은 CF 기판 (12)상의 공통 전극 (19)에 형성된것이고, 공통 전극 위에 액정-함침 수지층 (17)이 삼각형 볼록 패턴을 재현하고 있다.
도 29의 액정 패널에서는 도 28의 액정 패널과 동일하게 소자 기판 (11) 측에 슬릿 (26)이 형성된다. 슬릿 (26)은 소자 기판 (11)상의 픽셀 전극 (15)에 미리 형성된 줄무늬형 홈으로부터 유래하는 것이다. 픽셀 전극 (15) 상의 수지층 (16)이 오목 패턴을 재현하고, 슬릿 (26)을 규정하고 있다. 소자 기판 (11)과 마주보는 CF 기판 (12) 측에는 슬릿도 뱅크 구조물도 설치되지 않는다. 즉, CF 기판 (12) 위에는 공통 전극 (19)가 형성되고, 공통 전극 (19) 위에는 수지층 (17)이 형성된다.
도 30의 액정 패널에서는 도 28 및 도 29의 액정 패널과 동일하게 소자 기판 (11) 측에 슬릿 (26)이 형성된다. 슬릿 (26)은 소자 기판 (11) 상의 픽셀 전극 (15)에 미리 형성된 줄무늬형 홈으로부터 유래하는 것이다. 픽셀 전극 (15)상의 수지층 (16)이 오목 패턴을 재현하고, 슬릿 (26)을 규정하고 있다. 소자 기판 (11)과 마주보는 CF 기판 (12) 측에는 슬릿 (26)이 설치되어 있다. 상기 슬릿 (26)은 소자 기판 (11)의 2개의 슬릿 (26)의 중간 위치에 위치한다.
또한, 통상의 액정 패널의 경우, CF 기판과 소자 기판, 예를 들어 TFT 기판은 마주보게 배열되지만, 소자 기판 측에 이전에는 대향 기판 측에 있어야 하는 칼라 필터를 조립할 수도 있다.
도 31은 이러한 액정 표시 장치의 대표적인 예를 도시한 것이다. 액정 표시 장치 (10)는 소정의 간극을 유지하면서 서로 마주보는 한쌍의 절연 기판 (투명 유리 기판)(11 및 12), 및 상기 기판들 사이에 보유된 액정층 (13)을 포함한다. TFT 기판을 구성하는 한쪽 투명 유리 기판 (11) 위에는 도시한 바와 같이 칼라 필터 (18) 및 픽셀 전극 (15)가 순서대로 형성되고, 또한 본 발명에 의한 수지층 (16)이 픽셀 전극 (15)을 덮도록 형성된다.
상기 액정 표시 장치의 경우, 마주보는 기판 위에 CF 또는 블랙 매트릭스 (BM)를 형성하는 것이 불필요하다. 따라서, 다른쪽 투명 유리 기판 (12) 위에는 본 발명에의한 수지층 (17)이 액정층 (13) 측에 설치되어 있을 뿐이다. 따라서, 수지층 (16 및 17)을 형성하기 위해 광 조사의 형태로 에너지를 인가하는 경우, 유리 기판 (12)를 통해 투과한 광이 아무런 방해없이 기판 (11 및 12) 사이로 안내될 수 있고, 즉 더욱 효과적으로 및 균일하게 수지층 (16 및 17)을 형성할 수 있다. 또한, 이와 같이 형성된 경우에는, 액정 표시시에 표시광이 쉐이딩되는 현상을 방지할 수 있고 보다 균일한 표시를 실현할 수 있다.
발명의 효과:
상기로부터 이해되는 바와 같이, 본 발명에 따르면 통상의 액정 표시 장치에서 필수적이었던 배향막을 사용하지 않고도 고성능의 액정 표시 장치가 제공되고, 성막 단계, 배향 (러빙, 광 배향 등) 단계, 및 소성 단계의 생략으로부터 유래되는 많은 이점들, 즉 제조 단계 수 및 시간의 큰 감소, 제조 비용의 절감, 단계 관리 및 수율에서의 개선과 같은 특징을 갖는다.
또한, 본 발명의 수지층은 배향막과는 달리 인쇄 또는 코팅에 의존하지 않고 형성되고, 그의 표면상에 목적하지 않은 패턴의 형성, 예를 들어 망상 패턴 (사용된 스크린으로 인한 것)이 수반되지 않으므로 그의 특성에 악영향을 미치지 않는다.
또한, 본 발명에 따른 액정 표시 장치에서, 수직 배향은 수지층으로부터 유래하고, 손상되지 않고 균일하고 안정하게 유지된다.
<실시예>
이어서, 본 발명을 실시예를 참조하여 설명한다. 또한, 본 발명은 이러한 실시예에 의해 한정되는 것이 아님을 알아야 한다. 또한, 하기의 실시예에서는 설명을 간략화하기 위해 사용하지 않지만 필요하다면 경화성 첨가제에 폴리이미드 및 폴리아믹산 등을 적량 배합할 수도 있거나, 또는 이들은 경화성 첨가제의 구조물로 일부 도입될 수도 있다.
<실시예 1>
2매의 유리 기판 (상품명 "OA-2", 일본 전기 유리사 (Nihon Denki Garasu Co.) 제조)를 준비하고, 각각의 기판의 표면을 IPA로 세정하고, 건조하였다. 한쪽 기판서, 한쪽 표면의 주변 연부 영역에 밀봉재 (상품명 "XN-21F", 미쓰이 화학 (Mitsui Kagaku Co.) 제조)를 도포하여 밀봉 패턴을 형성하였다. 다른 기판의 한쪽 면에는, 직경 4 ㎛의 구형 실리카 스페이서재 (세키스이 파인 케미칼사 (Sekisui Fine Chemicals Co.) 제조)를 에탄올로 습윤하여 살포하였다. 이어서, 밀봉재가 부착된 기판과 스페이서재가 부착된 기판을 밀봉재와 스페이서재가 안으로 들어가도록 함께 접합시켜, 진공하에서 팩킹한 후 130 ℃에서 소성하였다. 소 성을 90분 동안 수행하였다. 2매의 유리 기판이 함께 중첩되어 그 사이에 액정 주입용 공간을 구비한 빈 패널이 얻어졌다.
화학식 CH2=CHCOO-C12H25에 의해 표시되는 일관능성 단량체 (상품명 "SR-335", 닛본 가야꾸 제조) 및 화학식 CH2=CHCOO-(CH2)6-OCOCH=CH2에 의해 표시되는 이관능성 단량체 (1,6-헥산디올디아크릴레이트 (상품명 "HDDA", 닛본 가야꾸사 제조))를 15:1의 혼합비로 혼합하였다. 네가티브 유전 이방성을 갖는 네마틱 액정(상품명 "MLC 2002", 머크사 (Merch Co.) 제조)에 2 중량％의 얻어진 단량체 혼합물을 혼합하였다. 또한, 액정과 단량체의 혼합물에 광중합 개시제 (상품명 "이르가큐어 (Irgacure) 184", 시바 스페셜리티 케미칼스 코. (Ciba Speciality Chemicals Co.) 제조)를 단량체의 전체량에 대하여 1 중량％의 양으로 혼합하였다.
얻어진 혼합물을 밀봉재의 개구부에서 빈 패널에 주입하였다. 개구부를 에폭시수지로 밀봉하였다. 이어서, 액정과 단량체의 혼합물을 내부에 밀봉한 패널에 10 mW의 자외선 (파장: 300 내지 450 nm)를 3분 동안 조사하였다. 자외선 조사는 실온에서 수행하였다.
얻어진 액정 표시 패널의 액정층을 관찰하여, 상기 언급한 2종의 단량체의 중합에 의해 박막(약 40 nm)형 수지층이 형성되어 있는 것을 확인하였다. 또한, 액정층내에서의 액정 분자의 상태를 관찰하여 자외선 조사 이전에는 액정 분자 중에 단량체 분자가 분산되어 있으며 각각의 액정 분자가 기판 표면에 대하여 거의 평행하게 배향하고 있는 것을 밝혔다. 그러나, 자외선 조사 후에는 단량체의 중합 의 결과로 액정층이 오로지 액정 분자만으로 구성되고 액정 분자가 기판 표면에 대하여 거의 수직으로 배향하게 되었다. 또한, 이와 같이 제조된 액정 표시 패널은 구동 특성 및 시각 특성이 우수하고, 섬세한 칼라 화상을 양호하게 표시할 수 있었다.
<실시예 2>
상기 실시예 1에 기재된 방법을 반복하였다. 본 실시예에서는, 일관능성 단량체와 이관능성 단량체의 혼합비를 15:1에서 1:1로 변경하였다.
얻어진 액정 표시 패널의 액정층을 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 관찰하여 각 기판과 액정층 사이의 계면에 박막 (약 40 nm)형 수지층이 형성되었음을 확인하였다. 또한, 자외선 조사 이전에는 액정층내의 각 액정 분자가 기판 표면에 대하여 거의 평행하게 배향하고 있는 것을 확인하였다. 그러나, 자외선의 조사 후에 액정 분자는 각각 기판 표면에 대하여 거의 수직으로 배향하게 되었다. 또한, 액정 표시 패널은 구동 특성 및 시각 특성이 우수하고, 섬세한 칼라 화상을 양호하게 표시할 수 있었다.
<실시예 3>
상기 실시예 1에 기재된 방법을 반복하였다. 본 실시예에서는, 일관능성 단량체와 이관능성 단량체의 혼합비를 15:1에서 50:1로 변경하였다.
얻어진 액정 표시 패널의 액정층을 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 관찰하여 각 기판과 액정층 사이의 계면에 박막 (약 40 nm)형 수지층이 형성되었음을 확인하였다. 또한, 자외선 조사 이전에는 액정층내의 각 액정 분자가 기판 표면에 대하여 거의 평행하게 배향하고 있는 것을 확인하였다. 그러나, 자외선 조사 후에 액정 분자는 각각 기판 표면에 대하여 거의 수직으로 배향하게 되었다. 또한, 액정 표시 패널은 구동 특성 및 시각 특성이 우수하고, 섬세한 칼라 화상을 양호하게 표시할 수 있었다.
<비교예 1>
상기 실시예 1에 기재된 방법을 반복하였다. 본 비교예에서는 비교를 위해 일관능성 단량체와 이관능성 단량체의 혼합비를 15:1에서 1:2로 변경하였다.
얻어진 액정 표시 패널의 액정층을 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 관찰하여 각 기판과 액정층 사이의 계면에 수지층이 형성되었지만, 실시예 1에 형성된 것과 같은 명료한 박막은 아니었다. 또한, 자외선 조사 전에 액정층내의 각 액정 분자가 기판 표면에 대해 거의 평행하게 배향함을 확인하였다. 하지만, 자외선 조사 후에 있어서도 변화는 없었고, 액정 분자는 수평 배향 그대로였다. 액정 분자가 수직으로 배향하지 않았기 때문에, 액정 표시 패널을 구동하더라도 목적한 화상을 표시할 수 없었다.
<비교예 2>
상기 실시예 1에 기재된 방법을 반복하였다. 본 비교예에서는 비교를 위해 일관능성 단량체와 이관능성 단량체의 혼합비를 15:1에서 60:1로 변경하였다.
얻어진 액정 표시 패널의 액정층을 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 관찰하여 각 기판과 액정층 사이의 계면에 수지층이 형성되었지만, 실시예 1에 형성된 것과 같은 명료한 박막은 아니었다. 또한, 자외선 조사 전에 액정층 내의 각 액정 분자가 기판 표면에 대하여 거의 평행하게 배향하고 있음을 확인하였다. 그러나, 자외선 조사 후에 있어서도 변화는 없었고, 액정 분자는 수평 배향 그대로였다. 액정 분자가 수직으로 배향하지 않았기 때문에, 액정 표시 패널을 구동하더라도 목적한 화상을 표시할 수 없었다.
<실시예 4>
상기 실시예 1에 기재된 방법을 반복하였다. 본 실시예에서는 이관능성 단량체로서, 1,6-헥산디올디아크릴레이트를 대신하여 하기 화학식에 의해 표시되는 이관능성 단량체 (상품명 "카야라드 (KAYARAD) R-684", 닛본 가야꾸사 제조)를 사용하였다:
일관능성 단량체와 이관능성 단량체의 혼합비는 15:1로 유지하였다.
얻어진 액정 표시 패널의 액정층을 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 관찰하여 각 기판과 액정층 사이의 계면에 박막 (약 40 nm)형 수지층이 형성되었음을 확인하였다. 또한 자외선 조사 이전에는 액정층내의 각 액정 분자가 기판의 표면에 대하여 거의 평행하게 배향하고 있었지만, 자외선 조사 후에 액정 분자는 각 기판의 표면에 대하여 거의 수직으로 배향하도록 되었음을 확인하였다. 또한, 액정 표시 패널은 구동 특성 및 시각 특성이 우수하고, 섬세한 칼라 화상을 양호하게 표시할 수 있었다.
<실시예 5>
상기 실시예 1에 기재된 방법을 반복하였다. 본 실시예에서는 이관능성 단량체로서 1,6-헥산디올디아크릴레이트를 대신하여 하기 화학식에 의해 표시되는 이관능성 단량체(상품명 "카야라드 R-268", 닛본 가야꾸사 제조)를 사용하였다:
일관능성 단량체와 이관능성 단량체의 혼합비는 15:1로 유지하였다.
얻어진 액정 표시 패널의 액정층을 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 관찰하여 각 기판과 액정층 사이의 계면에 박막 (약 40 nm)형 수지층이 형성되었음을 확인하였다. 또한, 자외선의 조사 이전에는 액정층내의 각 액정 분자가 기판 표면에 대하여 거의 평행하게 배향하고 있지만, 자외선 조사 후에 액정 분자는 각 기판의 표면에 대하여 거의 수직으로 배향하게 되었음을 확인하였다. 또한, 액정 표시 패널은 구동 특성 및 시각 특성이 우수하고 섬세한 칼라 화상을 양호하게 표시할 수 있었다.
<실시예 6>
상기 실시예 1에 기재된 방법을 반복하였다. 본 실시예에서는 이관능성 단량체로서, 1,6-헥산디올디아크릴레이트를 대신하여 하기 화학식에 의해 표시되는 이관능성 단량체(상품명 "카야라드 R-526", 닛본 가야꾸사 제조)를 사용하였다:
일관능성 단량체와 이관능성 단량체의 혼합비는 15:1로 유지하였다.
얻어진 액정 표시 패널의 액정층을 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 관찰하여 각 기판과 액정층 사이의 계면에 박막 (약 40 nm)형 수지층이 형성되었음을 확인하였다. 또한, 자외선 조사 이전에는 액정층내의 각 액정 분자가 기판 표면에 대하여 거의 평행하게 배향하고 있었지만, 자외선 조사 후에 액정 분자는 각 기판 표면에 대하여 거의 수직으로 배향하게 되었음을 확인하였다. 또한, 액정 표시 패널은 구동 특성 및 시각 특성이 우수하고, 섬세한 칼라 화상을 양호하게 표시할 수 있었다.
<실시예 7>
상기 실시예 1에 기재된 방법을 반복하였다. 본 실시예에서는 다관능성 단량체로서, 이관능성 단량체(1,6-헥산디올디아크릴레이트)를 대신하여 하기 화학식에 의해 표시되는 삼관능성 단량체 (상품명 "카야라드 SR-502", 닛본 가야꾸사 제조)를 사용하였다:
일관능성 단량체와 삼관능성 단량체의 혼합비는 15:1로 유지하였다.
얻어진 액정 표시 패널의 액정층을 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 관찰하여, 각 기판과 액정층 사이의 계면에 박막 (약 40 nm)형 수지층이 형성되었음을 확인하였다. 또한, 자외선 조사 이전에는 액정층내의 각 액정 분자가 기판 표면에 대하여 거의 평행하게 배향하고 있었지만, 자외선 조사 후에 액정 분자는 각 기판 의 표면에 대하여 거의 수직으로 배향하게 되었음을 확인하였다. 또한, 액정 표시 패널은 구동 특성 및 시각 특성이 우수하고, 섬세한 칼라 화상을 양호하게 표시할 수 있었다.
<실시예 8>
상기 실시예 1에 기재된 방법을 반복하였다. 본 실시예에서는 다관능성 단량체로서, 이관능성 단량체(1,6-헥산디올디아크릴레이트)를 대신하여, 하기 화학식에 의해 표시되는 사관능성 단량체 (상품명 "카야라드 SR-295", 닛본 가야꾸사 제조)를 사용하였다:
일관능성 단량체와 사관능성 단량체의 혼합비는 15:1로 유지하였다.
얻어진 액정 표시 패널의 액정층을 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 관찰하여, 각 기판과 액정층 사이의 계면에 박막 (약 40 nm)형 수지층이 형성되었음을 확인하였다. 또한, 자외선의 조사 전에는 액정층내의 각 액정 분자가 기판 표면에 대하여 거의 평행하게 배향하고 있었지만, 자외선 조사 후에 액정 분자는 각 기판 표면에 대하여 거의 수직으로 배향하게 되었음을 확인하였다. 또한, 액정 표시 패널은 구동 특성 및 시각 특성이 우수하고, 섬세한 칼라 화상을 양호하게 표시할 수 있었다.
<실시예 9>
상기 실시예 1에 기재된 방법을 반복하였다. 본 예에서는 다관능성 단량체로서, 이관능성 단량체(1,6-헥산디올디아크릴레이트)를 대신하여 이 이관능성 단량체와 상기 실시예 7에 기재된 삼관능성 단량체 (카야라드 SR-502)의 1:1 혼합물을 사용하였다. 일관능성 단량체와 다관능성 단량체 (이관능성 및 삼관능성 단량체의 혼합물)의 혼합비는 15:1로 유지하였다.
얻어진 액정 표시 패널의 액정층을 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 관찰하여, 각 기판과 액정층 사이의 계면에 박막 (약 40 nm)형 수지층이 형성되었음을 확인하였다. 또한, 자외선의 조사 이전에는 액정층내의 각 액정 분자가 기판 표면에 대하여 거의 평행하게 배향하고 있었지만, 자외선 조사 후에 액정 분자는 각 기판의 표면에 대하여 거의 수직으로 배향하게 되었음을 확인하였다. 또한, 액정 표시 패널은 구동 특성 및 시각 특성이 우수하고, 섬세한 칼라 화상을 양호하게 표시할 수 있었다.
<실시예 10>
본 실시예에서는 도 26a 및 26b에 개략적으로 도시한 바와 같은 액정 표시 패널을 상기 실시예 1에 기재된 방법에 의해 제조하였다.
ITO 전극 (15)가 부착된 유리 기판 (11)을 제조하고 그 한쪽 면의 주변 연부 영역에 밀봉재 (상품명 "XN-21F", 미쓰이 화학 제조)를 도포하고, 밀봉 패턴 (31)을 형성하였다. ITO 전극 (19)이 부착된 또다른 유리 기판 (12)의 한쪽 면에 직경 4 ㎛의 구형 실리카 스페이서재 (세키스이 파인 케미컬사 제조) (32)를 에탄올로 습윤하여 살포하였다. 이어서, 밀봉재가 부착된 기판 (11)과 스페이서재가 부착된 기판 (12)을 밀봉재와 밀봉재와 스페이서재가 안으로 들어가도록 함께 접합시켜, 진공하에서 팩킹한 후 130 ℃에서 소성하였다. 소성을 90 분 동안 수행하였다. 2매의 유리 기판 (11 및 12)가 함께 중첩되어 그 사이에 액정 주입용 공간을 갖는 빈 패널이 얻어졌다.
이어서, 일관능성 단량체(SR-335) 및 이관능성 단량체(HDDA)를 15:1의 혼합비로 혼합한 후, 네가티브 유전 이방성을 갖는 네마틱 액정 (MLC2002)에 3 중량％의 얻어진 단량체 혼합물을 혼합하였다. 또한, 액정과 단량체의 혼합물에 광중합 개시제 (이르가큐어 184)를 단량체의 전체량에 대하여 1 중량％의 양으로 혼합하였다.
얻어진 혼합물을 밀봉재의 개구부를 통해 빈 패널에 주입하였다. 개구부를 에폭시 수지로 밀봉하였다. 이어서, 액정과 단량체의 혼합물을 내부에 밀봉한 패널에 10 mW의 자외선 (파장: 300 내지 450 nm)를 3분 동안 조사하였다. 자외선 조사는 실온에서 수행하였다.
얻어진 액정 표시 패널의 액정층 (13)을 관찰하여, 도 26b에 도시된 바와 같이 각각의 기판 (11 (12))과 액정층 (13)의 사이의 계면, 밀봉재 (31)와 액정층 (13)의 계면, 및 스페이서재 (32)와 액정층 (13)의 계면에 상기한 2종의 단량체의 중합에 의해 박막(약 30 nm)형 수지층 (36)이 형성되었음을 확인하였다.
상기 설명한 바와 같이, 지금까지는 액정층과 직접 접촉했던 밀봉재 (31)의 측면에 수지층 (36)을 형성할 수 있기 때문에, 밀봉재 (31)의 근방에서 액정 분자의 배향을 안정화시킬 수 있다. 따라서, 밀봉재 (31)과 표시 픽셀 (도시하지 않 음)와의 간극을 0.5 mm 이하로 감소시킬 수 있다. 또한, 밀봉재 (31)의 측면 이외에 스페이서재 (32)의 측면에도 수지층 (36)을 형성할 수 있기 때문에 스페이서재 (32)의 표면에서의 액정 분자의 배향도 조절할 수 있다.
또한, 더 나아가 본 실시예의 액정 표시 패널에서는 본 발명의 기타 액정 표시 패널에 대해서도 동일하게 적용되지만, 종래의 액정 표시 패널에 필요했던 배향막 (예, 폴리이미드 배향막)을 인쇄법 (예, 평판 인쇄법, 철판 인쇄법)으로 형성하는 단계를 생략함으로써 유래하는 주목할만한 여러 이점들을 얻을 수 있었다.
우선, 인쇄법을 사용하지 않기 때문에, 액정 배향에 악영향을 미치는 망상 등의 인쇄에 수반되는 패턴이 수지층 표면에 형성되지 않는다.
또한, 인쇄법을 사용하지 않기 때문에, 기판 표면에 인쇄 패턴의 말단 또는 경계가 단차형으로 생성되지 않았다. 따라서, 형성 단계로 인한 배향 이상이 방지될 수 있고, 스크린 전체에 있어서 액정 분자가 양호하게 배향되었다.
또한, 인쇄법을 사용하지 않기 때문에, 얻어진 용액의 점도 조절이 어려웠던, 배향막의 재료를 유기 용매에 용해하는 번거로운 작업이 불필요하다. 또한, 유기 용매를 사용하지 않기 때문에, 환경 보호면에서도 유리하고, 수지층 중에 유기 용제가 잔존하는 경우의 결점도 방지할 수 있다.
또한, 통상적인 인쇄법에서는 배향막의 두께를 얇게 하는 것이 기술적으로 곤란하였다. 이와는 대조적으로 본 발명은, 액정층내에서 단량체를 기판측에 이동시켜 중합에 의해 수지층을 형성하는 획기적인 방법을 사용하였기 때문에, 수지층의 두께를 매우 얇게 할 수 있게 되었다. 특히, 통상적인 인쇄법으로는 실현될 수 없었던 40 nm 이하, 특히 30 nm 이하의 두께를 쉽고도 균일하게 실현할 수 있게 된다. 수지층을 이러한 얇은 두께로 형성할 수 있기 때문에, 액정층에 더욱 증가된 전압을 인가할 수 있으므로 낮은 임계치 전압으로 액정 표시 패널을 구동할 수 있게 된다. 구체적으로는, 액정의 배향 상태를 변화시켜 얻는 임계치 전압을 0.5 V 정도 저하시킬 수 있다.
<실시예 11>
본 실시예에서는 도 27에 개략적으로 도시한 바와 같은 액정 표시 패널을 상기 실시예 1 및 상기 실시예 10에 기재된 방법에 따라서 제조하였다. 또한, 이 액정 패널에서도 밀봉재 및 스페이서재를 상기 실시예 10에 기재된 방법에 따라서 소정의 위치에 배열하지만, 설명의 간략화를 위해 도면에서는 생략되었다.
ITO 전극(공통 전극) (15)가 부착된 유리 기판(TFT 기판)(11)을 제조하고, 그 한쪽면의 주변 연부 영역에 밀봉재 (상품명 "XN-21 F", 미쓰이 화학 제조)를 도포하여, 밀봉 패턴을 형성하였다. ITO 전극 (대향 전극) (19)이 부착된 또다른 유리 기판(CF 기판) (12)의 한쪽 면에는 직경 4 ㎛의 구형 실리카 스페이서재 (세키스이 파인 케미컬사 제조)를 에탄올로 습윤하여 살포하였다. 또한, TFT 기판 (11)의 소정 위치에 트랜스퍼 전극 (33)을 형성하여 공통 전극 (15)를 CF 기판 (12)의 대향 전극 (19)에 전기적으로 접속하고, 따라서 대향 전극 (19)에 소정의 전압을 인가하였다. 트랜스퍼 전극(33)은 은 페이스트를 소정의 두께로 침착시키고 패터닝함으로써 형성하였다.
이어서, 밀봉재 및 트랜스퍼 전극이 부착된 기판 (11)과 스페이서재가 부착 된 CF 기판 (12)을 밀봉재와 스페이서재가 안으로 들어가도록 함께 접합시켜, 진공하에서 팩킹한 후 130 ℃에서 소성하였다. 소성을 90 분 동안 수행하였다. 2매의 기판 (11 및 12)가 함께 중첩되어 그 사이에 액정 주입용 공간을 갖는 빈 패널이 얻어졌다.
이어서, 일관능성 단량체(SR-335) 및 이관능성 단량체(HDDA)를 15:1의 혼합비로 혼합하였다. 네가티브 유전 이방성을 갖는 네마틱 액정 (N4l-C2O02)에 3 중량％의 얻어진 단량체 혼합물을 혼합하였다. 또한, 액정과 단량체의 혼합물에 광중합 개시제 (이르가큐어 184)를 단량체의 전체량에 대하여 1 중량％의 양으로 혼합하였다.
얻어진 혼합물을 밀봉재의 개구부를 통해 빈 패널에 주입하였다. 개구부를 에폭시 수지로 밀봉하였다. 이어서, 액정과 단량체의 혼합물을 내부에 밀봉한 패널에 10 mW의 자외선 (파장: 300 내지 450 nm)을 3분 동안 조사하였다. 자외선 조사는 실온에서 수행하였다.
얻어진 액정 표시 패널의 액정층 (13)을 관찰하여, 도 27에 도시된 바와 같이 각각의 기판 (11 (12))과 액정층 (13) 사이의 계면, 및 트랜스퍼 전극 (33)과 액정층 (13)의 계면에 상기한 2종의 단량체의 중합에 의해 박막 (약 30 nm)형 수지층 (36)이 형성되어 있는 것을 확인하였다. 또한, 도시하지 않지만, 밀봉재와 액정층의 계면이나 스페이서재와 액정층 사이의 계면에도 동일한 수지층이 균일한 두께의 박막으로 형성되어 있는 것을 확인하였다.
상기 설명한 바와 같이, 지금까지는 액정층과 직접 접촉했던 트랜스퍼 전극 (33)의 기초부 및 측면에 수지층 (36)을 형성할 수 있기 때문에, 트랜스퍼 전극 (33)의 근방에서 액정 분자의 배향을 안정화시킬 수 있다. 또한, 통상적인 방법에서는 기판상에 배향막을 형성하고, 그 일부를 선택적으로 제거하고, 노출된 전극 위에 트랜스퍼 전극을 형성하는 번거로운 작업이 필요하였다. 그러나, 본 실시예에서는 그와 같은 단계가 불필요하므로 제조 단계의 단순화 및 제조 비용의 저감에 크게 기여한다. 또한, 배향막을 선택적으로 제거하는 통상적인 방법으로는 배향 불량의 발생을 방지할 수 없었다. 그러나, 본 실시예에서는 그와 같은 배향 불량의 문제점이 발생하지 않는다.
이러한 이점 이외에도, 본 실시예에서는 상기 실시예 10에서 얻어진 이점, 즉 밀봉재와 액정층의 계면 및 스페이서재와 액정층의 계면에 있어서의 수지층의 형성에 의한 이점 뿐만 아니라 인쇄법을 사용하지 않음으로써 유래하는 이점도 얻어진다.
또한, 본 실시예의 액정 표시 패널은 구동 특성 및 시각 특성이 우수하고, 섬세한 칼라 화상을 양호하게 표시할 수 있었다.
<실시예 12 내지 14>
본 실시예에서는, 각각 도 28 내지 도 30에 개략적으로 도시한 바와 같은 뱅크 구조물 및(또는) 슬릿 구조물이 부착된 액정 표시 패널을 상기 실시예 1 및 상기 실시예 10에 기재된 방법에 의해 제조하였다. 또한, 이들 액정 패널에서도 밀봉재 및 스페이서재를 상기 실시예 10에 기재된 방법에 따라 소정 위치에 배열하여 동일한 작용 효과를 얻었지만, 설명의 간략화를 위해 도면에서는 생략되었다.
또한, 도시하지 않지만, 액정 표시 패널 중 어느 것에서도 상기 도 25b를 참조하여 설명한 바와 같이 수지층을 2층 구조로 형성할 수 있다. 2층 구조의 수지층은 예를 들어 하기 수지 (이미 상기에 설명한 것임)를 포함한다:
수지 1… 액정층 측에서 제1 수지층을 구성하는 수지, 예를 들어 직쇄 알킬에 측쇄 알킬이 결합된 수지. 예를 들어 (메트)아크릴레이트 수지.
수지 2… 기판 측에서 제2 수지층을 구성하는 수지, 예를 들어 직쇄 알킬이 결합되거나, 또는 골격이 형성된 수지. 예를 들어 (메트)아크릴레이트 수지.
이러한 수지를 함께 혼합하여 수지 혼합물을 얻는다. 이어서, 예를 들어 액정 (예, 네가티브 유전 이방성을 나타내는 네마틱 액정) 및 수지 혼합물을 98:2의 비율 (중량비)로 함께 혼합하고, 또한 수지에 5 중량％의 양의 중합 개시제를 첨가한다. 여기에서, 수직 배향성을 얻는데 적합한 수지 1 및 수지 2의 혼합비는 보통 1:1 내지 30:1의 범위이고, 또한 50:1 이하일 수도 있다.
도 28에 도시된 실시예 12에서는, ITO 전극 (15)가 부착된 TFT 기판 (11)과 ITO 전극 (19)가 부착된 CF 기판 (12) 사이에 액정층 (13)이 밀봉된다. 또한, TF T 기판 (11)의 위에는 ITO 전극 (15)에서의 단차로 인해 형성된 슬릿 구조물을 갖는 수지층 (16)이 적층된다. 수지층 (16)은 액정 중에 분산된 단량체의 중합에 의해서 형성된다. 한편, CF 기판 (12) 위에는 ITO 전극 (19) 및 수지층 (17)이 순서대로 형성된다. 수지층 (17)의 표면에는 ITO 전극 (19) 위에 미리 형성된 뱅크 구조물 (25)에 유래하는 볼록 패턴이 형성된다.
상기 구조의 액정 표시 패널에서, 액정층 (13)내의 액정 분자 (3)은 전압을 인가하지 않은 상태에서는 수직으로 배향한다. 액정층 (13)과 접촉하는 수지층 (16(17))이 액정 배향에 관여하기 때문이다. 이어서, 이 액정 표시 패널에 전압을 인가하면 전기장은 비스듬히 인가됨으로써 액정 분자 (3)이 두방향으로 틸티드되어 배향이 분할된다. 배향 분할은 반응 속도의 개선에 크게 기여한다.
도 29에 도시된 실시예 (13)에서도, ITO 전극 (15)가 부착된 TFT 기판(11)과 ITO 전극 (19)이 부착된 CF 기판 (12) 사이에 액정층 (13)이 밀봉된다. 또한, TFT 기판 (11) 위에는 ITO 전극 (15) 및 슬릿 구조물 (26)을 갖는 수지층 (16)이 순서대로 적층된다. 수지층 (16)은 상기한 바와 같이 액정 중에 분산된 단량체의 중합에 의해 형성된다. 한편, CF 기판 (12) 위에는 ITO 전극 (19) 및 수지층 (17)이 순서대로 형성된다. 그러나, 수지층 (17)의 표면에는 도 28의 액정 표시 패널 (실시예 12)의 경우과는 다른, 뱅크 구조물에 유래하는 볼록 패턴이 형성되지 않는다.
참고로 간단히 설명하자면, 도시된 액정 표시 패널은 상기한 2층 구조의 수지층을 형성하는 액정과 수지의 혼합물을 사용한 경우, 하기 기재된 방법으로 제조할 수 있다.
TFT 기판 (11) 및 CF 기판 (12)을 세정하고, 이들 기판 주위에 밀봉을 인쇄한 후 함께 접합시킨다. 이어서, 밀봉이 끊어진 부분(주입구)를 통해 액정과 수지와의 혼합물을 진공 주입한다. 혼합물의 주입 후, 주입구를 가시광으로 경화되는 유형의 수지로 밀봉한다. 다음으로, 상기 액정 패널 전체에 자외선을 조사한다. 조사원으로는 고압 수은램프를 사용한다. 유리를 통해서 자외선을 조사하게 되기 때문에, 단파장의 자외선은 제거된다. 그러므로, 중합 개시제의 흡수단도 유리 기 판을 투과하는 광에 반응하도록 설정한다. 구체적으로는, 중합 개시제의 흡수단이 300 nm보다 더 긴 파장측으로 설정한다. 주입 직후에는 수평 배향 또는 랜덤 배향에 가깝던 것이 자외선을 조사한 후에는 전체 표면상에서 수직 배향이 된다.
상기 구조의 액정 표시 패널에 있어서, 액정층 (13)내의 액정 분자 (3)은 전압을 인가하지 않은 상태에서 수직으로 배향한다. 액정층 (13)과 접촉하는 수지층 (16)(17)이 액정 배향에 관여하기 때문이다. 이어서, 이 액정 표시 패널에 전압을 인가하면 전기장은 비스듬히 인가됨으로써 액정 분자 (3)이 두방향으로 틸티드되어 배향이 분할된다. 배향 분할은 반응 속도의 개선에 크게 기여한다.
도 30에 나타내는 실시예 14에서도, ITO 전극 (15)가 부착된 TFT 기판 (11)과 ITO 전극 (19)가 부착된 CF 기판 (12)의 사이에 액정층 (13)이 밀봉된다. 또한, TFT 기판 (11)의 위에는 ITO 전극 (15) 및 슬릿 구조물 (26)을 갖는 수지층 (16)이 순서대로 적층된다. 수지층 (16)은 상기한 바와 같이 액정 중에 분산된 단량체의 중합에 의해 형성된다. 한편, CF 기판 (12) 위에는 ITO 전극 (19) 및 수지층 (17)이 순서대로 형성된다. 또한, 수지층 (17)의 표면에는 ITO 전극 (19)의 단차에 유래하여 형성된 슬릿 구조물 (26)이 존재한다.
상기 구조의 액정 표시 패널에 있어서, 액정층 (13)내의 액정 분자 (3)은 전압을 인가하지 않은 상태에서는 수직으로 배향한다. 액정층 (13)에과 접촉하는 수지층 (16(17))이 액정 배향에 관여하기 때문이다. 이어서, 이 액정 표시 패널에 전압을 인가하면 전기장은 비스듬히 인가됨으로써 액정 분자 (3)이 두방향으로 틸티드되어 배향이 분할된다. 배향 분할은 반응 속도의 개선에 크게 기여한다.
여기에서는 도시하지 않지만, 본 실시예를 포함한 본 발명의 액정 표시 패널을 한쌍의 원형 편광판 (또는 원형 편광막) 사이에 끼우는 것이 장려된다. 이는 밝기를 크게 개선할 수 있다. 본 발명자들의 지식에 따르면, 단순히 직교 니콜 (cross nicol) 사이에 끼워지는 구조의 액정 표시 패널과 비교한 경우, 밝기가 약 40 ％ 강화되었다.
<실시예 15>
본 실시예에서는 도 31에 개략적으로 도시한 바와 같은 액정 표시 장치를 상기 실시예 1 및 상기 실시예 10에 기재된 방법에 따라서 제조하였다. 또한, 이 액정 표시 패널에서도 밀봉재 및 스페이서재를 상기 실시예 10에 기재된 방법에 따라서 소정 위치에 배열하였지만, 설명의 간략화를 위해 도면에서는 생략되었다.
도시된 액정 표시 장치 (10)은 도 20을 참조하여 상기 본 발명의 액정 표시 장치와 TFT 기판 (11) 측에 배열된 칼라 필터 (18)의 면에서 구별된다.
더욱 설명하자면, 액정 표시 장치 (10)는 한쌍의 유리 기판, 즉 TFT 기판 (11) 및 대향 기판 (12)와 이들 기판 사이에 보유되는 액정층 (13)에 의해 구성된다. 액정층 (13)을 구성하는 액정은 네마틱 액정이다.
TFT 기판 (11) 위에는 도시된 바와 같이 게이트 전극 (41) 및 소스 전극 (42)에 의해 구성된 TFT 소자가 제조된다. TFT 소자는 TFT 기판에 있어서 종래 일반적으로 사용되었던 임의의 TFT 소자이다. 칼라 필터 (18)도 TFT 기판 (11) 상에형성된다. 또한, 칼라 필터 (18)의 위에는 픽셀 전극 (15)이 형성된다. 본 발명에 특이적인 수지층 (16)이 픽셀 전극 (15)을 덮도록 형성된다. 한편, 대향 기판 (12)의 위에는 본 발명에 의한 수지층 (17)이 적층된다. 편광판 (21) 및 (22)는 TFT 기판 (11) 및 대향 기판 (12)의 외측에 부착된다.
본 실시예는 TFT 기판 (11)과 마주보게 배열된 대향 기판 (12) 측에 칼라 필터(CF)나 블랙 매트릭스(BM)가 형성하지 않는 구성을 사용한다. 따라서, TFT 기판 (11)의 전체 면에 자외선을 균일하게 조사할 수 있다. 조사한 자외선이 CF 및 BM에 대응하여 그림자가 발생하지 않기 때문에, 균일한 화상이 표시된다. CF 기판상의 CF, BM 및 버스 라인은 자외선을 차단하기에 충분할 정도의 두께이다. 즉, 본 실시예는 TFT 기판의 버스 라인 근방 또는 CF 및 BM 근방에서의 자외선 차단에 의해 야기된 불편함을 방지한다.
본 발명의 액정 표시 장치는, 제조 단계, 제조 비용 및 재료의 감소를 달성하면서 배향막을 별도로 제공하지 않고도 액정 분자의 배향을 조절함으로써 고품질의 표시 특성을 실현시킬 수 있으며, 활성 매트릭스 구조가 있는 기판을 러빙하지 않고도 뛰어난 반응 속도를 나타낼 수 있는 것을 특징으로 한다.
Claims (60)
- 액정에 첨가된 혼입 첨가제에 의해 형성된 배향-제어층이 액정 기판의 표면상에 형성되어 상기 배향-제어층이 액정층 중 액정 분자의 배향을 소정 방향으로 제어하는 것을 특징으로 하며, 상기 액정 기판의 표면을 표면 A로, 상기 액정층내의 액정을 액정 B로, 상기 혼입 첨가제를 첨가제 C로 각각 표시할 때, 하기 수학식 1의 관계가 충족되는 액정 표시 장치.<수학식 1>(νAB - νAC)/νBC > -1상기 식중,νAB는 표면 A가 액정 B로 습윤될 때 표면 A의 표면 에너지의 변화량이고,νAC는 표면 A가 첨가제 C로 습윤될 때 표면 A의 표면 에너지의 변화량이고,νBC는 액정 B가 첨가제 C와 접촉할 때 액정 B의 표면 에너지의 변화량이다.
- 액정에 첨가된 혼입 첨가제에 의해 형성된 배향-제어층이 액정 기판의 표면상에 형성되어 상기 배향-제어층이 액정층 중 액정 분자의 배향을 소정 방향으로 제어하는 것을 특징으로 하며, 상기 액정 기판의 표면을 표면 A로, 상기 액정층내의 액정을 액정 B로, 상기 혼입 첨가제를 첨가제 C로 각각 표시할 때, 하기 수학식 2의 관계가 충족되는 액정 표시 장치.<수학식 2>(νAB - νAC)/νBC > 1상기 식중,νAB는 표면 A가 액정 B로 습윤될 때 표면 A의 표면 에너지의 변화량이고,νAC는 표면 A가 첨가제 C로 습윤될 때 표면 A의 표면 에너지의 변화량이고,νBC는 액정 B가 첨가제 C와 접촉할 때 액정 B의 표면 에너지의 변화량이다.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 첨가제가 상기 액정 기판의 표면에 화학적으로 결합되는 특성을 갖는 액정 표시 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 첨가제가 상기 액정 기판의 표면에 물리적으로 흡착된 후 상기 액정 기판의 표면에 화학적으로 결합되는 특성을 갖는 액정 표시 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 첨가제가 상기 액정 기판의 표면에 물리적으로 흡착된 후 상기 첨가제들이 서로 화학적으로 결합되는 특성을 갖는 액정 표시 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 첨가제가 상기 액정 기판의 표면에 물리적으로 흡착되는 특성을 갖는 비이온성 계면활성제인 것인 액정 표시 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 첨가제가 단량체 물질을 포함하고, 상기 액정 기판의 표면에 물리적으로 흡착된 후 상기 배향-제어층으로 중합체 구조를 형성하는 액정 표시 장치.
- 제7항에 있어서, 상기 첨가제가 반응도가 상이한 2종 이상의 관능기를 갖는 액정 표시 장치.
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- 액정 기판 사이에 액정 분자의 배향을 소정 방향으로 제어하는 특성을 갖는 첨가제가 첨가된 액정을 주입하여 상기 액정 기판의 표면층 상에 액정층을 형성하고, 상기 액정층은 상기 첨가제로 구성된 배향-제어층을 갖는 것을 특징으로 하며, 상기 액정 기판의 표면을 표면 A로, 상기 액정층내의 액정을 액정 B로, 상기 혼입 첨가제를 첨가제 C로 각각 표시할 때, 하기 수학식 1의 관계가 충족되는 액정 표시 장치의 제조 방법.<수학식 1>(νAB - νAC)/νBC > -1상기 식중,νAB는 표면 A가 액정 B로 습윤될 때 표면 A의 표면 에너지의 변화량이고,νAC는 표면 A가 첨가제 C로 습윤될 때 표면 A의 표면 에너지의 변화량이고,νBC는 액정 B가 첨가제 C와 접촉할 때 액정 B의 표면 에너지의 변화량이다.
- 액정 기판 사이에 액정 분자의 배향을 소정 방향으로 제어하는 특성을 갖는 첨가제가 첨가된 액정을 주입하여 상기 액정 기판의 표면층 상에 액정층을 형성하고, 상기 액정층은 상기 첨가제로 구성된 배향-제어층을 갖는 것을 특징으로 하며,상기 액정 기판의 표면을 표면 A로, 상기 액정층내의 액정을 액정 B로, 상기 혼입 첨가제를 첨가제 C로 각각 표시할 때, 하기 수학식 2의 관계가 충족되는 액정 표시 장치의 제조 방법.<수학식 2>(νAB - νAC)/νBC > 1상기 식중,νAB는 표면 A가 액정 B로 습윤될 때 표면 A의 표면 에너지의 변화량이고,νAC는 표면 A가 첨가제 C로 습윤될 때 표면 A의 표면 에너지의 변화량이고,νBC는 액정 B가 첨가제 C와 접촉할 때 액정 B의 표면 에너지의 변화량이다.
- 제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 첨가제가 상기 액정 기판의 표면에 화학적으로 결합되는 특성을 갖는 액정 표시 장치의 제조 방법.
- 제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 첨가제가 상기 액정 기판의 표면에 물리적으로 흡착된 후 상기 액정 기판의 표면에 화학적으로 결합되는 특성을 갖는 액정 표시 장치의 제조 방법.
- 제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 첨가제가 상기 액정 기판의 표면에 물리적으로 흡착된 후 상기 첨가제들이 서로 화학적으로 결합되는 특성을 갖는 액정 표시 장치의 제조 방법.
- 제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 첨가제가 상기 액정 기판의 표면에 물리적으로 흡착되는 특성을 갖는 비이온성 계면활성제인 것인 액정 표시 장치의 제조 방법.
- 제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 첨가제가 단량체 물질을 포함하고, 상기 액정 기판의 표면에 물리적으로 흡착된 후 상기 배향-제어층으로 중합체 구조를 형성하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
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- 서로 마주보게 배열된 한 쌍의 기판 및 상기 기판들사이에 밀봉된 액정을 포함하는 패널 구조를 갖고, 여기서 상기 액정 및 상기 액정과 접촉된 액정 패널-구성 요소 사이의 계면에, 일관능성 단량체 및 다관능성 단량체를 포함하는 경화성 첨가제를 경화시킴으로써 형성된 수지층이 주입되고, 상기 수지층의 표면에서 상기 경화성 첨가제에 함유된 단량체의 수직 배향-발현 관능기가 파생되는 것인, 액정 표시 장치.
- 제25항에 있어서, 상기 수직 배향-발현기가 알킬 또는 알콕실기 및(또는) 할로겐 원자인 것인 액정 표시 장치.
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- 제25항 또는 제26항에 있어서, 상기 경화성 첨가제 내에서 상기 일관능성 단량체 대 상기 다관능성 단량체의 몰 비가 1:1 내지 50:1의 범위인 액정 표시 장치.
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- 제25항 또는 제26항에 있어서, 상기 일관능성 단량체 및(또는) 상기 다관능성 단량체가 (메트)아크릴산 일관능성 단량체, 이관능성 단량체, 삼관능성 단량체 또는 사관능성 단량체인 것인 액정 표시 장치.
- 제30항에 있어서, 상기 (메트)아크릴산 일관능성 단량체가 하기 화학식 1에 의해 표시되는 액정 표시 장치.<화학식 1>
상기 식에서,R1은 수소 원자 또는 저급 알킬기이고,A는 액정 패널에 사용할 때 액정 분자의 수직 배향을 발현할 수 있는 관능기, 또는 상기 관능기를 함유하는 단위이다. - 제30항에 있어서, 상기 (메트)아크릴산 이관능성 단량체가 하기 화학식 3에 의해 표시되는 액정 표시 장치.<화학식 3>
상기 식에서,R1 및 R2는 동일하거나 상이할 수 있으며 수소 원자 또는 저급 알킬기이고,B는 얻어진 경화성 첨가제에서 그의 골격을 규정할 수 있는 단위이다. - 제30항에 있어서, 상기 (메트)아크릴산 이관능성 단량체가 하기 화학식 3a에 의해 표시되는 액정 표시 장치.<화학식 3a>
상기 식에서,R1 및 R2는 동일하거나 상이할 수 있으며 수소 원자 또는 저급 알킬기이고,R1 및 R2는 동일하거나 상이할 수 있으며 저급 알킬렌기이고,R은 직쇄 또는 분지쇄 지방족 탄화수소기, 치환 또는 비치환의 방향족 탄화수소기, 또는 치환 또는 비치환의 지환식 탄화수소기이고,m 및 n은 서로 독립적으로 0 내지 4의 정수이다. - 제30항에 있어서, 상기 (메트)아크릴산 이관능성 단량체가 하기 화학식 3b에 의해 표시되는 액정 표시 장치.<화학식 3b>
상기 식에서,R1 및 R2는 동일하거나 상이할 수 있으며 수소 원자 또는 저급 알킬기이고,R1은 저급 알킬렌기이고,n은 0 내지 12의 정수이다. - 제30항에 있어서, 상기 (메트)아크릴산 이관능성 단량체가 하기 화학식 3c에 의해 표시되는 액정 표시 장치.<화학식 3c>
상기 식에서,R1 및 R2는 동일하거나 상이할 수 있으며 수소 원자 또는 저급 알킬기이고,R, R' 및 R"은 동일하거나 상이할 수 있으며 직쇄 또는 분지쇄 지방족 탄화수소기, 치환 또는 비치환의 방향족 탄화수소기, 또는 치환 또는 비치환의 지환식 탄화수소기이고,m 및 n은 서로 독립적으로 0 또는 1이다. - 제30항에 있어서, 상기 (메트)아크릴산 삼관능성 단량체가 하기 화학식 4에 의해 표시되는 액정 표시 장치.<화학식 4>
상기 식에서,R1, R2 및 R3은 동일하거나 상이할 수 있으며 수소 원자 또는 저급 알킬기이고,R1, R2 및 R3은 동일하거나 상이할 수 있으며 저급 알킬렌기이고,R은 직쇄 또는 분지쇄 지방족 탄화수소기, 치환 또는 비치환의 방향족 탄화수소기, 또는 치환 또는 비치환의 지환식 탄화수소기이고,l, m 및 n은 서로 독립적으로 0 내지 3의 정수이다. - 제30항에 있어서, 상기 (메트)아크릴산 사관능성 단량체가 하기 화학식 5에 의해 표시되는 액정 표시 장치.<화학식 5>
상기 식에서,R1, R2, R3 및 R4는 동일하거나 상이할 수 있으며 수소 원자 또는 저급 알킬기이고,R1, R2, R3 및 R4는 동일하거나 상이할 수 있으며 저급 알킬렌기이고,R은 직쇄 또는 분지쇄 지방족 탄화수소기, 치환 또는 비치환의 방향족 탄화수소기, 또는 치환 또는 비치환의 지환식 탄화수소기이고,k, l, m 및 n은 서로 독립적으로 0 내지 2의 정수이다. - 삭제
- 제25항 또는 제26항에 있어서, 상기 수지층이 상기 액정 및 상기 경화성 첨가제의 혼합물을 상기 기판들 사이에 주입한 후 에너지를 인가함으로써 형성되는 액정 표시 장치.
- 제39항에 있어서, 상기 액정 대 상기 경화성 첨가제의 비율이 10:1 내지 400:1의 범위인 것인 액정 표시 장치.
- 제25항 또는 제26항에 있어서, 상기 액정이 네가티브성 유전 이방성을 나타내고, 전압이 인가되지 않았을 때 상기 액정 분자의 장축이 상기 기판에 수직으로 배향되는 액정 표시 장치.
- 제25항 또는 제26항에 있어서, 상기 수지층이 2개의 층으로 분리되고, 수직 배향-발현 관능기를 갖는 수지가 상기 액정층에 대한 계면 지역에 주로 분포되고, 망상 구조를 갖는 수지가 상기 기판에 대한 계면 지역에 주로 분포되는 액정 표시 장치.
- 제25항 또는 제26항에 있어서, 상기 수지층이 상기 액정층과 접촉하여 형성되고 상기 수직 배향-발현 관능기를 갖는 제1 수지의 제1 수지층, 및 상기 기판과 접촉하여 형성되고 망상 구조를 갖는 수지의 제2 수지층에 의해 구성되는 액정 표시 장치.
- 제25항 또는 제26항에 있어서, 뱅크 구조 및(또는) 슬릿 구조가 기판상에 형성되는 액정 표시 장치.
- 서로 마주보게 배열된 한 쌍의 기판 사이에 액정과 일관능성 단량체 및 다관능성 단량체를 포함하는 경화성 첨가제의 혼합물을 주입하는 단계,에너지를 인가하여 상기 경화성 첨가제를 경화시켜 상기 액정 및 상기 액정과 접촉하는 액정 패널-구성 요소 사이의 계면에 수지층을 선택적으로 형성하고, 상기 수지층의 표면에서 상기 경화성 첨가제내 함유된 단량체의 수직 배향-발현 관능기를 파생시키는 단계를 포함하는, 서로 마주보게 배열된 한 쌍의 기판 및 상기 기판들 사이에 밀봉된 액정을 포함하는 패널 구조를 갖는 액정 표시 장치의 제조 방법.
- 제45항에 있어서, 상기 경화성 첨가제에 함유된 단량체가 상기 수직 배향-발현기로서 알킬 또는 알콕실기 및(또는) 할로겐 원자를 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
- 제45항 또는 제46항에 있어서, 상기 액정 패널-구성 요소가 상기 기판, 상기 액정을 밀봉하는 밀봉재, 상기 기판들 사이의 간격을 일정하게 유지하는 스페이서재 및 상기 기판상에 형성된 전극으로 구성된 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 부재인 것인 액정 표시 장치의 제조 방법.
- 제45항 또는 제46항에 있어서, 상기 경화성 첨가제 내에서 상기 일관능성 단량체 대 상기 다관능성 단량체의 몰 비가 1:1 내지 50:1의 범위인 액정 표시 장치의 제조 방법.
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- 제45항 또는 제46항에 있어서, 상기 일관능성 단량체 및(또는) 상기 다관능성 단량체가 (메트)아크릴산의 일관능성 단량체, 이관능성 단량체, 삼관능성 단량체 또는 사관능성 단량체인 것인 액정 표시 장치의 제조 방법.
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- 제45항 또는 제46항에 있어서, 상기 액정 대 상기 경화성 첨가제가 10:1 내지 400:1의 비율로 함께 혼합되는 액정 표시 장치의 제조 방법.
- 제45항 또는 제46항에 있어서, 상기 액정이 네가티브성 유전 이방성을 나타내고, 전압이 인가되지 않았을 때 상기 액정 분자의 장축이 상기 기판에 수직으로 배향되는 액정 표시 장치의 제조 방법.
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