KR0153442B1 - 액정 디스플레이 소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 한쌍의 투명한 전극과 이 전극사이에 삽입되어 있는 합성박막으로 이

루어져 있되 상기 박막은 매트릭스 폴리머와 액정 및 비등점이 대기압하에서 150℃ 이상인 고비점의 액체가 액정에 대해 1 내지 30중량%로 이루어진 인가된 전압에 대한 반응이 개선된 액정디스플레이소자에 관한 것이다.

Description

액정 디스플레이 소자

제1도, 제2도 및 제3도는 실시예 1, 실시예 2, 비교예 1에 의해 제조된 액정디스플레이소자에 부여된 전압과 투과율과의 관계를 나타낸 그래프이다.

본 발명은 액정디스플레이소자에 관한 것으로서, 특히 TV셋트나, 워드프로세서 또는 워크스테이션과 같은 사무자동화장치등의 액정디스플레이에 사용될 수 있는 액정디스플레이소자에 관한 것이다.

종래, 액정디스플레이소자는 수 마이크로미터 간격으로 고정되어 있는 한쌍의 전극사이에다 액정물질을 쏟아 부어서 제조하였으므로 면적이 큰 디스플레이의 제조는 어려웠다. 더우기, 액정이 박혀 있는 유리판에 서로 수직방향으로 편광축이 있는 편광판이 부착되어 있어 면판(面板)의 광택과 가시각도가 충분치 못하였다.

최근, 액정디스플레이소자는 투명전극위에 있는 용매에다 매트릭스폴리머 용액과 액정물질을 적용시키고, 적용된 용액을 건조시켜 전극위에 폴리머/액정합성박막을 형성시킨 다음, 또 다른 투명한 전극을 상기 합성박막위에 적층시켜서 제조하였다 [Polymer Preprint, Japen, Vol. 37, No. 8(1988)].

상기 형태의 액정디스플레이소자에서 합성박막은 스폰지형구조의 폴리머매트릭스와 이 폴리머매트릭스의 공극을 채우고 있는 액정으로 이루어져 있는데, 무전압조건하에서 액정분자들은 공극내에서 랜덤하게 배양되어 있기 때문에 입사광이 분산되고 합성박막이 불투명하게 된다. 그리고, 합성박막이 끼워져 있고, 유전상수 이등방성Δε[=ε₁-ε_ㅗ여기서, ε₁는 분자축 방향의 유전상수이고, ε_ㅗ는 분자축의 수직방향의 유전상수이다. ]가 양성인 한쌍의 투명한 전극사이에 전압을 적용시키면 액정분자는 전기광학효과 때문에 전기장방향으로 배향되어 입사광이 분산되지 않고 합성박막을 통과하게 되므로서 이 합성박막이 투명하게 되는 것이다.

상기한 액정디스플레이소자를 볼때, 상기의 소자는 매트릭스폴리머의 용액과 액정물질을 적용하고 건조시켜 전기광학효과를 갖는 합성박막을 형성시켜서 제조하기 때문에 액정디스플레이소자를 확장시키기 쉽고, 게다가 매트릭스 폴리머종류의 선택에 따라 합성박막에 유연성도 부여하게 되고, 이 유연한 박막은 예를들면, 그위에 투명한 전도성박막을 형성시켜 전도성을 부여하여서 투명한 전극으로 사용할 수 있으므로 액정디스플레이소자에 유연성을 부여할 수 있다.

이와 유사한 액정디스플레이소자로서 미국의 탈리크사 (Taliq Corp.) 가 제조한 NCAP액정(상표명)가 상업적으로 사용되고 있다.

상기한 액정디스플레이소자들은 인가된 전압에 대한 반응이 불충분한 합성박막으로 이루어져 있기 때문에 그 반응속도가 느리고, 투과율의 변화가 적은 여러가지 단점이 있게 된다. 그리고, 이러한 액정디스플레이소자를 고정의 (high definition)와 고반응(high response)이 요구되는 매트릭스 구동형액정장치에 사용하기도 어려운 단점이 있다.

따라서, 투과율의 변화가 충분하게 되도록 하기 위해서는 구동전압을 상승시켜야 하고, 주변장치들이 고전압에 견디도록 해야만 한다.

이에 본 발명은 인가된 전압에 대해 높은 반응을 보이는 매트릭스 폴리머와 액정의 합성박막으로 이루어진 액정디스플레이소자를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 인가된 전압에 대해 높은 반응을 보이는 매트릭스 폴리머와 액정이 합성박막으로 이루어진 액정디스플레이소자의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 한쌍의 투명한 전극과 이 전극사이에 삽입되어 있는 합성박막으로 이루어져 있되 상기 박막은 매트릭스 폴리머와 액정 및 비등점이 대기압하에서 150℃ 이상인 고비점의 액체가 액정에 대해 1 내지 30중량%로 이루어진 액정디스플레이소자인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 한쌍의 투명한 전극의 한 표면위에다, 매트릭스 폴리머와 액정을 비점이 150℃ 이하인 용매와 비점이 150℃이상인 고비점액체의 혼합물에 용해 또는 분산시킨 코팅액체를 적용시키는 단계와, 상기 액체를 상기 고비점의 액체보다 낮은 비점의 온도에서 건조시켜 합성박막을 형성시키는 단계와, 상기 합성박막위에다 상기 한쌍의 투명한 전극중 다른하나를 적층시키는 단계로 이루어지는 액정디스플레이소자의 제조방법임을 그 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

본 발명자들은 종래의 액정디스플레이소자에 대한 단점을 해소시켜 보기 위하여 폴리머 매트릭스/액정합성박막에 남아있는 액체성분의 양과 인가되는 전압에 대한 액정의 반응관계를 시험하였는바, 종래의 합성박막에서는 이 합성박막을 형성시키기 위한 건조시간이 길어짐에 따라 인가된 전압에 대한 반응이 감소되었고, 구동시 요구되는 전압은 증가하는 경향이 있었다.

이렇게 되는 원인을 조사해 본 결과 합성박막에 코팅액체의 용매가 많이 남아 있을때 액정의 반응이 커지게 된다는 사실을 알게 되었지만 종래에 사용된 바 있는 용매들은 건조된 합성박막에 남아있지 않게 되는 저비점의 액체들이었다. 여기서 합성박막을 형성할 때 건조시간을 짧게 하면 많은 양의 용매를 남아 있게 할 수는 있지만 남아있게 되는 용매는 점차적으로 증발하게 되고 결국에는 합성박막에 용매는 하나도 없게 되기 때문에 액정의 반응은 시간이 지남에 따라 점점 소멸하게 된다.

이에 본 발명자들은 이에 대하여 예의 연구한 결과, 합성박막의 형성시나 그 후에도 거의 증발하지 않게 되는 고비점의 액체를 합성막에 첨가했을때 액정의 반응이 소멸하지 않게 된다는 사실을 알게 되어 본 발명에 이르게 되었다.

따라서, 본 발명의 액정디스플레이소자는 액정에 대하여 고비점의 액체를 1 내지 30중량% 함유하고, 본 발명에 따른 합성박막에 함유되게 되는 액정으로서는 TN(Twisted Nematic)액정과 같은 네마틱액정이 바람직하게 사용되며, 우수한 특성의 디스플레이를 얻기 위해서는 보다 큰 양성유전 상수이등방성Δε을 갖는 액정을 사용하는 것이 더욱 바람직하다.

그리고, 상기 합성박막의 한성분인 매트릭스 폴리머로서는 가시광선에 대해 투명성이 우수한 것이면 좋은데, 그 예로는 폴리메틸메타크릴레이트와 같은 아크릴 또는 메타크릴수지등이 바람직하다.

상기의 매트릭스 폴리머와 함께 접착제 또는 점착성부여폴리머등이 투명 전극에 대한 합성박막의 접착성을 개선시키고, 합성박막으로 부터 전극의 변위나 박리를 방지하고, 디스플레이 소자의 영역을 확장하기 수월하도록 하기 위해 사용될 수 있다. 상기의 접착제 또는 점착성부여폴리머로서는 상기의 매트릭스 폴리머와의 상용성이 우수한 것을 사용하는 것이 바람직하며, 아크릴수지를 매트릭스수지로 사용했을때 아크릴접착제나 점착성부여폴리머를 사용하는 것이 바람직하고, 본 발명의 액정디스플레이소자를 제조하는데 필요한 조건을 만족하는 한 어떠한 접착제나 점착성부여폴리머 또는 어떠한 접착제나 점착성부여폴리머와 매트릭스 폴리머의 혼합물을 사용할 수도 있다.

한편, 액정과 매트릭스 폴리머로 이루어진 합성박막에 함유되게 되는 고비점액체는 대기압하에서 150℃이상, 바람직하기로는 300℃이상의 고비점을 갖는바, 여기서 만일 고비점의 온도가 150℃이하일 경우에는 디스플레이소자의 사용시 합성박막으로 부터 액체가 점차적으로 증발하게 되어 오랜기간사용시 액정의 반응은 소멸하게 된다. 특히 고비점의 액체는 주위 환경에 따라 -30℃ 내지 0℃에서 얼지 않는 것이 바람직하다.

본 발명에서는 비점이 150℃이상인 어떠한 액체도 사용할 수 있고, 폴리머를 위한 가소제로써 일반적으로 사용되는 가소제를 사용하는 것도 바람직한데, 이들은 매트릭스 폴리머나 액정에 대해 어떤 역효과를 나타내지 않으며 쉽게 이용할 수 있고 경제적이기도 하다. 그러나, 알코올, 알데하이드아민, 강산 또는 강알카리들은 매트릭스 폴리머나 액정에 대해 역효과를 내며 안정성도 없으므로 바람직하지 못하다.

본 발명의 목적, 즉 결정상의 점도감소와 액정의 반응증가면에서 볼때 스폰지형의 구조를 갖는 매트릭스 폴리머내에서 보다는 액정상에 고비점의 액체를 많이 함유시키는 것이 바람직 한데, 만일 스폰지형의 구조를 갖는 매트릭스 폴리머에 고비점의 액체를 많이 함유시키면, 합성박막의 강도가 떨어지게 된다.

따라서, 고비점의 액체를 폴리머보다는 액정상에 많이 함유되도록 하기 위해서 매트릭스 폴리머 보다는 액정상과의 상용성이 우수한 고비점의 액체를 사용하는 것이 바람직하다. 예를들면 매트릭스 폴리머로는 아크릴수지를 액정으로는 TN형 네마틱액정을 사용할 때 네마틱액정과는 상용성이 우수하지만 아크릴수지(예를들면, 디-2-에틸헥실프탈레이트, 디이소데실프탈레이트, 디-2-에틸헥실아젤레이트등)와는 상용성이 약한 가소제를 단독 또는 혼합물형태로 사용하는 것이 바람직 하다.

본 발명에서 합성박막내의 고비점액체의 함량은 액정에 대해 1 내지 30중량%, 바람직하기로는 5 내지 20중량%, 더욱 바람직하기로는 약 10중량%로 하는 것이 좋다.

여기서 만일 고비점의 액체를 1중량% 이하로 하면, 인가된 전압에 대해 액정의 반응이 개선되지 않게 되며, 30중량% 이상으로 하면, 액정의 반응이 없어지게 된다. 더우기, 액정의 불투명도, 즉 전압이 인가되지 않을때 빛의 산란도가 감소하게 되며, 디스플레이가 선명하게 되지 않게 된다. 반응의 감소와 불투명도는 액정을 고비점액체로 과다하게 희석시켰기 때문이다.

그리고, 칼라액정디스플레이소자를 얻으려면 합성박막에다 염료를 첨가시키면 된다.

한편, 합성박막의 두께는 광산란형 액정디스플레이소자가 될 수 있도록 가시광선의 파장보다 두꺼워야 한다. 만일 합성박막의 두께가 너무 두꺼우면 소자의 구동전압이 너무 커지게 되는데, 합성박막의 두께는 20 내지 30 ㎛ 로 하는 것이 좋다.

상기 합성박막을 끼우고 있는 투명한 전극은 ITO(인듐/주석산화물) 나 SnO₂와 같은 전도성박막이 증착 또는 스펏터링에 의해 형성되어 있는 유리판이나 플라스틱필름 (예를들면, 폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET), 폴리에테르설폰(PES) 등) 과 같은 투명지지체로 이루어져 있으며, 한편으로는 투명한 전도성유리나 필름이 전극으로서 사용될 수도 있다.

본 발명에 따른 액정디스플레이소자는 여러가지 방법으로 제조될 수 있는바, 예를들면, 150℃ 이상의 고비점을 가지는 고비점액체, 매트릭스 폴리머와 액정을 150℃ 이하의 저비점을 갖는 저비점용매와 혼합시켜 코팅액체를 준비하고, 이 코팅액체를 투명한 전극에 적용시킨 다음 고비점 액체의 고비점 온도보다 낮은 온도에서 건조시키고 고형화시키는 방법이 있다. 본 발명의 방법에 따르면, 어떤 제조공정단계의 부가없이 종래의 공정과 같은 방법에 의해서도 인가된 전압에 대해 우수한 반응을 보이는 액정디스플레이소자를 제조할 수 있게 된다. 즉, 코팅액체를 한쌍의 투명한 전극중 하나에 적용하고, 건조 및 고화시켜 합성박막을 형성시킨 후 다른 전극을 합성박막에 적층시키고, 열로 처리하여 본 발명에 따른 액정디스플레이소자를 제조할 수 있다.

본 발명에서 저비점 용매로는 매트릭스 폴리머, 액정 및 고비점액체의 종류에 따라 150℃ 이하의 저비점을 갖는 여러가지 용매중에서 선택할 수 있으며, 가능한한 낮은 비점과 쉽게 증발(높은 증기압하에서)하는 저비점 용매를 사용하는 것도 바람직하다. 그 이유는 낮은 저비점 용매가 쉽게 증발하지 않고, 부여된 코팅액체를 건조하고 고형화하는데 오랜시간이 걸리게 한다면 액정이 스폰지형의 구조를 갖는 매트릭스 폴리머에 적당히 분산된 구조를 형성하지 못하게 되기 때문이다.

상기 저비점 용매에 첨가하고자 하는 성분들의 양은 본 발명에서 한정하지 않으며, 투명한 전극에 코팅액체의 적용방식과 합성박막의 두께등에 따라 달라지게 된다.

그리고, 코팅액체는 막대코팅, 분사코팅, 롤코팅, 흐름코팅등과 같은 종래의 코팅방식으로 투명한 전극상에 적용시킬 수 있다.

이와 같은 본 발명을 실시예에 의거 더욱 상세히 설명하면 다음과 같으며 실시예에서 부와 %는 별도의 표현이 없는 한 중량임을 의미한다.

[실시예 1]

매트릭스 폴리머인 폴리메틸메타크릴레이트 (Delpet, 아사히 케미칼사의 상표명) 80부와 아크릴 점착성부여 폴리머 (테이코꾸 가가꾸에서 제조) 20 부로 된 폴리머 혼합물과 이 혼합물에 대한 액정(일본의 Merck에 의한 Type E 63)의 중량비가 6 : 4 로 혼합된 것을 저비점 용매인 디클로로메탄에 용해시켜 전체 용질의 농도가 15%가 되도록 한다. 그리고 이 용액에 고비점액체인 디-2-에틸헥실아젤레이트(DOZ)를 액정에 대해 10% 첨가시켜 코팅액체를 만든다.

이렇게 준비된 코팅액체를 막대를 이용하여 투명한 전도성필름 (ITO-폴리에테르설폰 필름, 두께는 100㎛) 위에 코팅시키고, 실온에서 30분, 80℃에서 30분 동안 건조시켜 두께가 30 ㎛인 합성박막을 형성시킨다.

상기 합성박막위에다 상기 투명한 전도성필름을 적층하고 80℃에서 10분동안 가열하여 액정디스플레이소자를 얻는다.

[실시예 2]

매트릭스 폴리머인 폴리메틸메타크릴레이트 (Delpet, 아사히 케미칼사의 상표명) 80부와 아크릴 점착성부여 폴리머 (테이코꾸 가가꾸에서 제조) 20 부로 된 폴리머 혼합물과 이 혼합물에 대한 액정(일본의 Merck에 의한 Type E 63)의 중량비가 6 : 4 로 혼합된 것을 저비점 용매인 클로로포름에 용해시켜 전체 용질의 농도가 20%가 되도록 한다. 그리고 이 용액에 고비점액체인 디이소데실프탈레이트(DIDP)를 액정에 대해 13% 첨가시켜 코팅액체를 만든다.

이렇게 만든 코팅액체를 막대를 이용하여 투명한 전도성필름 (ITO-폴리에테르설폰 필름, 두께는 100㎛)위에 코팅시키고, 실온에서 30분, 70℃에서 30분 동안 건조시켜 두께가 20㎛인 합성박막을 형성시킨다.

상기 합성박막위에다 상기 투명한 전도성필름을 적층하고 70℃에서 10분 동안 가열하여 액정디스플레이소자를 얻는다.

[비교실시예 1]

상기 실시예 1에서 DOZ를 사용하지 않는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 코팅액체를 만든다.

이렇게 만든 코팅액체를 막대를 이용하여 투명한 전도성필름 (ITO-폴리에테르설폰 필름, 두께는 100㎛) 위에 코팅시키고, 실온에서 30분동안 건조시켜 두께가 30 ㎛인 합성박막을 형성시킨다.

상기 합성박막위에다 상기 투명한 전도성필름을 적층하고 80℃에서 10분동안 가열하여 액정디스플레이소자를 얻는다.

[전기광학반응 시험]

분광광도계 (시마쥬에서 제조한 Type UV-160)에 액정디스플레이소자를 놓고 60 Hz의 사인파교류를 투명전극사이에다 적용하여 인가된 전압과 여러 파장을 갖는 광선의 투과율과의 관계를 측정하나. 이에 대한 실시예 1, 실시예 2 및 비교실시예 1의 결과가 첨부도면 제1도, 제2도 및 제3도에 나타나 있다.

제1도, 제2도 및 제3도에서 투과율은 한쌍의 투명한 전극을 통해 흡수하기 위한 보정된 값을 나타내며, 전압(V)는 투명한 전극사이의 유효전압을 나타낸다. 흰색원(○), 검은색원(●), 흰색삼각형(△) 및 검은색삼각형(▲)은 파장이 700 ㎚, 600 ㎚, 500 ㎚ 및 400 ㎚인 광선에 대한 데이타이다.

제3도를 보면, 비교실시예 1로 부터 제조된 액정디스플레이소자는 인가된 전압의 변화에 대해 투과율의 변화가 완만하며, 투과율을 증가시키기 위해서는 보다 높은 전압이 요구됨을 알 수 있고, 투과율이 광선의 파장에 따라 많이 변화하고 있다. 특히, 단파장의 파장을 가지는 광선의 투과율 변화는 불충분하며, 90 V 전압까지는 투과율이 충분치 못하다.

반면, 제1도를 보면, 실시예 1에 의해 제조된 액정디스플레이소자에 대한 결과로서, 인가된 전압의 변화에 대한 투과율의 변화가 샤프하고, 파장간의 투과율차가 있으며, 30 V 전압에서 투과율은 전 범위의 가시광선에 걸쳐 100% 임을 볼 수 있다.

또, 제2도는 실시예 2에서 제조된 액정디스플레이소자에 대한 측정결과로서, 투과율의 변화가 실시예 1의 것에 비해 더 샤프함을 알 수 있고, 20 V의 전압에서 파장이 400 ㎚인 경우를 제외하곤 투과율은 모두 100%이다.

[실시예 3]

실시예 1에서 액정에 대해 DOZ를 1% 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 방식으로 실시하여 액정디스플레이소자를 제조하고, 실시예 1과 같은 방식으로 전기광학반응시험을 실시하였다. 인가된 전압이 270 V일때 투과율은 충분하였다.

[실시예 4]

실시예 1에서 액정에 대해 DOZ를 30% 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 방식으로 실시하여 액정디스플레이소자를 제조하고, 실시예 1과 같은 방식으로 전기광학반응시험을 실시하였다. 그 결과는 근본적으로 실시예 1과 같았으나 인가된 전압이 5 V또는 그 이하의 범위에서 투과율이 약간 개선되었다.

[비교실시예 2]

실시예 1에서 액정에 대해 DOZ를 50% 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 방식으로 실시하여 액정디스플레이소자를 제조하고, 실시예 1과 같은 방식으로 전기광학반응시험을 실시하였다. 이 소자는 어떤 전압에 대해서도 반응하지 않았으며, 투과율은 변하지 않았다.

[비교실시예 3]

실시예 1에서 액정에 대해 DOZ를 0.1%사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 방식으로 실시하여 액정디스플레이소자를 제조하고, 실시예 1과 같은 방식으로 전기 광학반응시험을 실시하였다. 그 결과는 근본적으로 DOZ가 사용되지 않은 비교실시예 1과 같았다.

Claims (6)

1. 한쌍의 투명한 전극과 이 전극 사이에 삽입되어 있는 매트릭스 폴리머와 액정으로 구성된 합성박막으로 이루어진 액정디스플레이소자에 있어서, 상기 박막은 비등점이 대기압하에서 150℃ 이상인 디-2-에틸헥실프탈레이트, 디이소데실프탈레이트 및 디-2-에틸헥실아젤레이트로 이루어진 그룹으로부터 적어도 하나 선택된 고비점 액체가 액정에 대해 1 내지30 중량% 추가되어서 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정디스플레이소자.
2. 제1항에 있어서, 상기 고비점 액체의 양은 액정에 대하여 약10중량%인 것을 특징으로 하는 액정디스플레이소자.
3. 제1항에 있어서, 상기 고비점 액체는 고비점이 300℃ 이상인 것을 특징으로 하는 액정디스플레이소자.
4. 제1항에 있어서, 상기 합성박막은 접착성 폴리머를 추가로 하여서 이루어진 것을 특징으로 하는 액정디스플레이소자.
5. 제1항에 있어서, 상기 합성박막은 두께가 20 내지 30㎛인 것을 특징으로 하는 액정디스플레이소자.
6. 한쌍의 투명한 전극의 한 표면위에다, 매트릭스 폴리머와 액정을 비등점이 150℃ 이하인 용매에 용해 또는 분산시킨 코팅 액체를 적용시키는 단계와, 상기 액체를 건조시켜 합성 박막을 형성시키는 단계와, 상기 합성 박막위에다 상기 한쌍의 투명한 전극중 다른 하나를 적층시키는 단계로 이루어진 액정 디스플레이소자의 제조방법에 있어서, 상기 코팅 액체로는 150℃ 이상인 고비점 액체가 추가로 혼합된 것을 사용하고, 상기 건조는 상기 고비점 액체보다 낮은 비등점의 온도에서 실시하여서 되는 것을 특징으로 하는 액정디스플레이소자의 제조방법.

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