KR100257095B1

KR100257095B1 - Ppn 층에서의 틸트각 생성방법

Info

Publication number: KR100257095B1
Application number: KR1019960030734A
Authority: KR
Inventors: 마르틴 샤트; 안드레아스 슈스터; 후베르트 자이베를레
Original assignee: 보러 롤란드; 롤리크 아게
Priority date: 1995-07-28
Filing date: 1996-07-27
Publication date: 2000-05-15
Also published as: KR970007445A; US6300991B1; CN1103456C; JPH09222605A; SG83086A1; JP2980558B2; CN1146561A; EP0756193A1; EP0756193B1; US6215539B1

Abstract

바람직한 방위 배향 방향과 틸트각을 갖는 단량체 또는 중합체 액정층의 배향층은 조사 기술로 제조하는데 직선 편광에 평행 배향되는 표면 감광성중합체에 대한 법선과 다른 각이 형성된다.

Description

PPN 층에서의 틸트각 생성방법

본 발명은 표면에 목적하는 방위 배향 방향(azimuthal orientation direction)과 틸트각을 갖는, 광 배향된 구조적 이방성 중합체 네트워크(PPN)의 제조방법, 이러한 방법으로 제조된 단량체 및 중합체 액정 배향용 배향층 및 이의 용도에 관한 것이다.

예를 들면, 폴리이미드와 같은 일축으로(uniaxially) 러빙된(rubbed) 중합체 배향층은 통상적으로 액정 디스플레이(LCD)에서 액정 분자를 배향시키는데 사용된다. 러빙 방향이 배향 방향을 결정하고 러빙 과정 동안에 중합체표면에 틸트각(tilt angle)이 형성된다.

액정을 이러한 표면과 접하도록 위치시킬 경우, 액정 분자는 표면에 평행이 아닌 경사지게 배열된다. 즉, 틸트각이 액정으로 이동된다. 틸트각의 크기는 러빙 변수(예: 공급 속도와 압력) 및 중합체의 화학적 구조에 의해 정해진다. 예를 들면, 동일하게 제조되고 러빙 변수가 동일해도, 틸트각이 완전히 달라지는 구조적으로 상이한 다수의 폴리이미드가 있다. 액정 디스플레이 제조를 위해서는 유형에 따라 1 내지 15° 의 틸트각이 필요하다. 특히, 소위 지문조직의 발생을 방지하기 위해서 수퍼트위스팅된 네마틱 (STN) LCD용으로 큰 틸트각이 요구된다 트위스팅된 네마틱(TN) 및 박막 트랜지스터 (TFT)-TN-LCD에 있어서, 역트위스트 및 역틸트 현상이 억제되도록 틸트각이 회전 방향과 경사 방향을 한정한다. "오프" 상태에서의 역트위스트는 트위스트 방향이 잘못된 영역을 발생시키는데, 이 현상은 디스플레이에 반점이 나타나는 것으로서 광학적으로 인식할 수 있으며, 한편 역틸트는 LCD가 작동하는 경우에 발생하는 것으로 액정이 상이한 방향으로 틸트되기 때문에 매우 혼란스런 광학 효과를 나타낸다. 또한, 역트위스트는 적합한 회전 방향의 키랄도우프로 액정 혼합물을 도우핑함으로써 억제할 수 있다. 그러나, 역틸트를 억제하기 위해서는 틸트각을 갖는 배향층을 사용하는 것 외에는 대안이 없다.

러빙된 중합체층이 LCD 제조에 있어서 액정 배향용으로 매우 만족스러운 것으로 입증되었지만 러빙에 관련된 다수의 중대한 단점이 있다. 광학적으로 불충분한 디스플레이 때문에, LCD 제조 수율이 불만족스러운데, 이는 러빙이 항상 분진의 발생과 관련되어 있고 중합체층에 정전하를 발생시켜, 예를 들면 TFT-TN LCD의 경우, 하부 박막 트랜지스터를 파괴시킬 수도 있고, 또한 표면에 분진을 추가로 유도할 수 있기 때문이다. 또 다른 중대한 단점은 넓은 면적을 러빙할 경우, 배향 방향이 국부적으로 변화될 수 없다는 것이다. 따라서, TN LCD의 시각 의존성(viewing angle dependency)을 향상시킬 실제적인 방법이 없다.

최근에, 선형 편광에 대한 노출에 의해 배향 방향이 정해질 수 있는 배향층이 알려졌다. 따라서,러빙에 내재하는 문제를 피할 수 있다. 배향 방향의 영역별 구분이라는 또 다른 가능성은, 액정 디스플레이 특성(예: TN LCD의 시각 의존성)을 최적화할 수 있는 완전히 새로운 가능성을 열었다.

US-A 제4 974 941호는 염료가 시스-트랜스-이성화 됨으로써 적합한 파장을 가진 선형 편광에의 노출에 대해 바람직한 방향이 유도되는, 게스트-호스트 시스템(guest-host system)에 기초한 방법을 기술하고 있다. 이렇게 노출된 표면과 접하고 있는 액정은 이러한 바람직한 방향에 따라서 배향된다. 배향 공정은 가역적이다 즉, 제2 편광 방향의 광에 층을 추가로 노출시킴으로써 이미 기입된 배향 방향이 다시 회전될 수 있다. 이러한 재배향 공정은 필요에 따라 자주 반복될 수 있고 높은 광 강도를 요하므로 이에 기초한 배향층은 LCD에서 사용하기에 덜 적합하다.

이러한 가역적 배향 방법에 비해서, US-A 제5 389 698호에 기술되어있는 광구조성 배향층의 경우에는, 비가역적 이방성 중합체 네트워크가 형성된다. 선형 편광에의 노출중 네트워크에 유도된 이방성 배향 특성은 광안정성이어서 더 이상의 노출에 의해 추가로 재배향시킬 수 없다. 따라서, 광배향된 중합체 네트워크(PPN)는 안정하고 구조화되거나 구조화되지 않은 액정 배향층이 필요한 경우에 특히 더 유용하다. 이러한 종류의 배향층은 LCD에 사용될 뿐아니라 비흡수성 색 필터, 선형 및 콜레스테릭 편광 필터, 광학 지연층등과 같은 기타 광학 부재(optical elements)의 제조에 유용하다.

보다 상세히 설명하면, LCD에 사용되기 위해서는, 이미 언급한 바와 같이, 배향층은 배향 방향 뿐만 아니라 틸트각도 반드시 이동시켜야 한다. 그러나, 지금까지 광구조성 배향층에 틸트각을 유도하려는 노력은 만족스럽지 못하였다. 지금까지 공지된 유일한 방법은 티. 하시모토 등이 문헌(Hashimoto, T. et al in SID 95 DIGEST, 877(1995))에 기재된 것인데, 여기에서는 상이한 조건에서의 두 번의 연속적인 노출로 틸트각이 형성될 수 있는것으로 되어 있다. 첫번째 노출은 광을 수직으로 입사시키는 반면, 두번째 노출에서의 광의 입사는 경사져서 지나가게 하고, 광의 편광 방향은 첫번째 노출에 대해서 90° 전환시키는 것에 의해 수행된다. 사용되는 폴리비닐 신나메이트 광중합체의 배향 방향은 UV 입사광의 편광 방향에 직각이다. 따라서,첫번째 노출에 의해서는 배향 방향만 정해지고, 대칭 때문에 틸트각에 대한 바람직한 방향은 수득될 수 없다. 입사광이 경사지고 오프세트 편광 방향이 90°인 두번째 노출에서, 배향은 앞서 행해진 배향에 직각으로 이루어지는데, 이는 물론 첫번째 방향의 배향능을 저하시킨다. 첫번째 노출에 의해 형성된 배향의 비대칭적 감소로 인해 틸트각이 발생한다. 따라서, 두번째 노출시에는 조정을 해야 하는데, 두 번째 노출 시간은 틸트각을 유도할 만큼 충분히 길어야 하는 반면 존재하는 배향을 전부 파괴하지 않을 만큼 충분히 짧아야 한다. 두번째 노출시키는 것이 가능하도록 하려면 PPN 재료는 첫번째 노출 종결 후에 반드시 광안정성이어서는 안된다. 결과적으로 사용되고 있는 폴리비닐 신나메이트는 광안정성은 아니지만, 열안정성이 만족스럽지 않기 때문에 LCD용으로 거의 유용하지 않다.

공지된 PPN 재료와 PPN 배향 공정에 있어서는, 표면에 대한 법선에 평행하게 입사된 선형 편광 UV 광을 조사함으로써, 편광 방향에 수직인 배향을 발생시킨다. 이러한 특성을 갖는 PPN 재료를 이하 수직 배향(perpendicularly orienting)이라고 하며, 동일한 조건에서 UV 광의 편광 방향에 평행하게 배향을 일으키는 PPN 재료를 평행 배향(parallel orienting)이라고 한다.

본발명의 목적은 노출 동안에 필요한 방위각과 함께 장기간 안정한 소정의 틸트각이 형성되도록 하는 간단한 방법과 적합한 광구조성 재료를 개발하는 것이다.

이러한 목적을 위해, 본 발명에서는 노출광의 편광 방향에 평행으로 배향되어 있는 PPN 재료를, 광의 입사 방향이 광배향층의 표면 법선에 대해 평행하지 않도록 노출시킨다. 이러한 방법에 의해 제조된 배향층의 두드러진 특성은 틸트각이 국부적으로 변한다는 것이다.

PPN 재료의 표면에 틸트각을 형성시키기 위해서는 이 표면에 대한 법선에 대해 비대칭성이 이루어져야 한다 이는, 예를 들면, 층을 제조하는 동안, 층의 도포과정에서 바람직한 방향을 형성함으로써 달성될 수 있다. 그러나, 이 경우에 PPN 층의 광 구조성 잇점이 상실될 수 있는데, 이는 러빙에서와 같이, 틸트각 방향이 큰 영역에 걸쳐 일정하게 나타날 것이기 때문이다. 그러므로, 광 구조성을 확실케하는 가장 유리한 방법은 층의 노출중에 비대칭성을 도입시키는 것이다. 이는 PPN 층을 경사진 입사광에 노출시킴으로써 달성될수 있다. 하지만, 공지된 PPN 재료의 배향 방향은 모든 경우에 입사광의 편광 방향에 직각이다. 그 결과로, 대칭성으로 인하여 경사되어 입사되는 입사광의 방향정보는 틸트각의 형성에 관한 한은 상실되고, 따라서 이들 시스템은 단순 노출에 의해 틸트각을 형성시키는데 사용될 수 없다.

놀랍게도, 공지된 PPN 재료와는 달리, 선형 편광된 UV 광에 직선으로 노출된 편광 방향에 직각이 아니라 평행인 PPN 재료에서 경사 노출에 의해 틸트각을 유도할 수 있는 것으소 입증되었다. 층의 노출시 광의 편광 빙향은 평면의 표면에 대한 법선과 입사광의 방향에 의해 기술된 평면에 배열된다. 경사 노출의 경우에, 광의 전기장 벡터가 표면에 대해 경사져 있어서, 광가교결합은 놀랍게도 표면의 평면에서가 아닌 바람직한 배향 방향의 중합체 표면의 표면에 대한 경사진 곳에서 일어난다. 틸트각의 크기는 입사각과 노출 시간과 같은 각종 물리적 변수에 의해 조절될 수 있다.

도 1은 PPN 층의 노출을 도시한 것이고,

도 2는 틸트각 패턴을 갖는 LC 층을 도시한 것이고,

도 3은 전극에 인가된 전압없이 및 전압을 인가하여 본 발명에 따라서 유도된 틸트각을 갖는 셀의 상을 나타내고,

도 4는 본 발명에 따라서 유도된 틸트각을 갖는 STN 셀의 투과 곡선을 나타낸다.

큰 틸트각을 갖는 배향층에 기초한 PPN 재료를 제조하는 한가지 가능한 방법은 우선 경사 노출에 의해 PPN 층에 틸트각을 유도한 다음, EP-A 제611981호에 기재된 바와 같이, 가교 결합성 액정층을 도포하는 것이다. 배향 및 틸트 방향은 PPN 층으로부터 액정으로 전달되고 후속 가교 결합에 의해 고정된다. 가교 결합성 액정 분자들을 적절히 선택하면 액정과 공기 사이의 계면에서 수직 배향을 띄는 경향을 가지는 혼합물이 현상되도록 하는 것이 가능하다. 그러나, 액정 경사는 매우 얇은 층에서는 두께에 따라 변하지 않지만 비교적 두꺼운 층에서는 표시에 대한 경사가 증가한다. 따라서, PPN 층에 의해 배향되고 틸트된 다음 가교결합된 액정층(LCP)은 액정용 배향층으로서 사용될 수 있고, LCP/대기 경계층에서의 틸트각의 크기는 LCP 층의 두께에 의해 광범위하게 조정될 수 있다.

이러한 효과를 나타내기에 적합한 PPN 재료는 틸트각을 형성시킬 수 있기 때문에, 여러 종류의 액정 디스플레이에서 러빙된 중합체 대신에 액정용 배향층으로서 사용될 수 있다. PPN 층의 구조화능(structurability)은 무접촉배향의 잇점을 제공하는 외에, 액정 디스플레이를 최대한 적합하게 하는 완전히 신규한 길을 열어주는 주된 효과를 갖는다. 예를 들면, 상이한 방위 배향방향과 소정의 틸트각을 가지는 수 mm의 인접 영역이 형성될 수 있다.

본 발명에 따라, 틸트각의 방향은 영역마다 달라질 수 있다. 틸트각의 크기는 상이한 방향으로부터의 노출에 의해 국부적으로도 변화할 수 있다. 예컨대, LCD의 인접 픽셀의 광학은 배향과 틸트각의 변이에 의해 변화될 수 있고, 또는 단일 픽셀의 광학은, 각각이 상이한 배향 방향 및/또는 틸트각 방향을 가지는 서브픽셀로 더욱 세분화되는 픽셀에 의해 변화할 수 있다. 이에의해 가능하게 된 멀티도메인 LCD는 보는 각도(viewing angle)의 의존성을 크게 향상시킨다. 케이. 에이치 양의 문헌 IDRC 91 DIGEST, 1991, 68에 기술되어 있고 폴리이미드층의 두 번의 러빙을 기본으로 하는 멀티도메인 LCD의 경우, 이것은 첫번째 러빙 후에 포토레지스트로 피복되고, 이로부터 패턴을 사진 석판적으로(photolithographically) 노출시킨 다음 제2 방향에서 러빙한다. 이렇게 공이 많이 들고 불확실한 절차와 대조적으로, PPN 층의 광배향은 작업 단계가 적고 무접촉 작업 단계이므로 생산성이 훨씬 높다.

TN-LCD의 경우에서와 같이, STN-LCD의 보는 각도 의존성은 각각의 픽셀을 둘 이상의 서브픽셀로 세분함으로써 향상시킬 수 있는데 이 때 두 배향층의 방위 배향 방향은 서브픽셀마다 상이하다. TN-LCD 보다 큰 틸트각을 필요로 하는 STN-LCD의 경우, 틸트각은 작동 및 전자 광학적 움직임에 있어서 TN-LCD의 경우보다 훨씬 큰 효과를 갖는다. 폴리이미드층의 다중러빙은 멀티도메인 LCD에 거의 무용한데, 이는 두번째 러빙시에 정확히 동일한 틸트각을 다른 방향으로 형성시키는 동시에 첫번째 러빙시에 형성된 틸트각을 제거하기가 거의 불가능하기 때문이다.

PPN 재료는 취급하기에 간단할 뿐만 아니라, 광마스크를 사용하는 구조로 인하여 각각의 서브픽셀이 단 한번만 노출되고 따라서 각각의 서브픽셀의 틸트각이 동일하므로, 멀티도메인 STN-LCD용 배향층으로서 특히 적합하다.

착색 STN 액정 디스플레이에 필요한 색 보상은,유리판 외부에 억제제 (retarder) 필름을 통상적으로 도포하는 방법으로는 멀티도메인 STN-LCD에 생성시킬 수 없는데 이는 억제제의 광학축이 액정의 배향 방향에 대해 소정의 각도로 존재해야 하기 때문이다. 따라서, 억제제의 광학축은 관계되는 특정 액정 배향에 따라 각각의 서브픽셀에 대해서 조정되어야 한다. 대신에, EP-A 제94101684.2호에 기술된 바와 같은 구조화된 억제제는 적합하므로, 억제제와 배향층을 이루는 층 구조물을 EP-A 제95108817.8호에 따라서 제조할 수 있다. 또한, PPN 층에는 관계되는 광학축의 요구되는 방향과 그 국부 배향이 일치하는 배향 패턴이 기입되어 있다. 그런 다음, 요구되는 광학 지연을 갖고 광학축이 아래에 있는 PPN 층의 배향 패턴에 따라서 국부적으로 변화하는 LCP 층을 PPN층에 도포한다. 시차를 피하기 위해서, LCD 안에 있는 구조화된 억제제 층은 유리판과 LC 배향층 사이에 배열되어야 한다.

LCD에 있어서는 액정의 배향 외에도, EP-A 제611 981호와 아직 미공개된 유럽특허원 제 95 108817.8호 및 제 95 108866.5호에 기술된 바와 같이 가교 결합된 액정(LCP)으로부터 무-도메인(domain-free) 층을 제조하는데 소정의 틸트각이 매우 유용하다. 이들 하이브리드 층(hybrid layers)은 광학 지연층, 편광 간섭 필터, 직선 편광자 및 환형 편광자 등의 제조용으로 사용될 수 있다. 광학적 이축 층(optically biaxial layers)은, 틸트된 광학층을 가지는 지연층을 집적함으로써 제조할 수 있다. 방위각 배향 및 틸트각은, 각각의 층에 대해서 개별적으로 픽셀 방식으로(pixel-wise) 조정할 수 있다. 광학 이축이거나 광학축이 표면에 대해서 경사져 있는 지연층은 특히 STN 액정 디스플레이의 시각 의존성을 더욱 향상시키는데 필요하다.

아직 미공개된 유럽 특허원 제95 108817.8호 및 제95 108866.5호에 기술된 바와 같은 PPN-배향 LCP 층을 기초로 하는 안전성 부재(safety elements)는 소정의 틸트각을 형성함으로써 생기는 또 다른 특성에 의해 더욱 개선될 수 있다. 텍스트, 패턴 또는 이미지 형태의 데이타는, 상이한 방위 배향에 의해 PPN-LCP 하이브리드 층에 기입될 수 있다. 1 또는 2개의 편광자를 사용하는 정보 판독은, LCP 층의 복굴절 또는 LCP 층에 배향된 이색 염료(dichroic dyes)의 이방성중 하나에 기초할 수 있다.

본 발명의 예시되는 양태는 첨부된 도면을 참조로 하여 이후에 기술될 것이다.

[실시예 1]

광구조화된 PPN 층의 제조

경사 노출에 의해 틸트각을 유도하기 위해서, 입사 UV 광의 편광 방향에 평행으로 액정을 배향시킬 수 있는 PPN 재료가 필요하다. 이러한 특성을 갖는 적합한 PPN 재료의 예는 하기 실시예에 사용되는 화학식 1의 감광성중합체이다.

[화학식 1]

각각의 경우에 PPN 재료를 농도가 5%로 되도록 NMP에 용해시킨다. 이 용액을 2000rpm의 스핀 피복으로 PPN 층을 유리판에 도포하는데 사용한다. 이 층을 열벤치상에서 130℃에서 2시간 동안 건조시키고 진공 중에서 130℃에서 4시간 동안 추가로 건조시킨다

[실시예 2]

틸트각을 형성시키기 위한 PPN 층의 노출

실시예 1에서와 같이, 감광성중합체 PPN 1의 층(2)을 유리판(1)위에 제조한 후, 도 1에 나타낸 바와 같이 층의 왼쪽 반을 200W Hg의 매우 높은 압력 램프로부터 수직으로 입사된 직선 편광에 노출시킨다. 이 노출 동안 오른쪽 반은 덮어둔다 PPN 피복된 판을 입사 방향(3)에 직각인 축 주위로 70°돌리고 층의 오른쪽 반을 편광된 UV 광에 3분 동안 노출시킨다. 이러한 경사 노출에 있어서, 편광 방향은 평면에서 판에 대해서 직각(4)으로, UV 광의 입사 방향에 의해 형성되도록 선택된다. 경사 노출의 증가된 노출시간은 판의 회전으로 인한 감소된 효과적인 입사 램프 강도를 고려한다. 네마틱 액정의 약 1mm 두께 층을 스핀 피복으로 노출된 PPN 층에 도포한다. 판을 직선 편광자 아래에서 볼 경우, 액정은 판 표면 전부에 걸쳐 사용되는 UV 편광 방향에 평행하게 배향된다. 그러나, 편광 현미경 아래에서 볼 경우, mm의 몇10배 크기의 다수 도메인이 판의 왼쪽 반에서 발견될 수 있는 반면에, 오른쪽반은 도메인이 없다. 판이 직선 편광자에 대해서 45° 배향 방향으로 정렬될 경우, 복굴절로 인하여 일관되게 밝다. 판이 배향 방향에 직각인 축 주위로 틸트될 경우, 판의 왼쪽 약 1/2 도메인은 더 밝아지고(복굴절 증가) 나머지 1/2은 더 어두워진다(복굴절 감소). 판이 반대 방향으로 틸트될 경우, 도메인은 밝은데서 어두운데로 및 역으로 변화한다. 판이 틸트될 경우에 복굴절의 비대칭적 변화는 액정 분자가 판 표면에 대해 틸트되는 것으로 나타난다. 판의 왼쪽 반의 노출시에 뚜렷한 방향이 나타나지 않으므로, 액정 분자의 바람직한 틸트가 기대되지 않으며, 따라서 틸트 방향에서 서로 상이한 도메인이 있다.

판의 오른쪽 반이 관찰될 때, 전체 표면은 한 방향으로 틸트될 경우에 더 밝게 되지만 반대 방향으로 틸트될 경우에는 더 어두워진다. 따라서, 경사노출이 이 영역에서 PPN 재료의 틸트각을 형성시켜 액정 분자를 이렇게 계획된 방향으로 일관되게 틸트시킨다.

[실시예 3]

틸트각 패턴을 갖는 LC 층

층을 실시예 1에 따라서 감광성중합체 PPN 2로부터 제조한다. 측면 길이가 3mm인 체커 패턴의 직사각형을 포함하는 크롬 마스크를 층 위에 위치시킨다. 마스크와 함께 PPN 피복된 판을 UV 램프의 입사광 방향에 +70° 각도로 위치시키고 마스크를 통해 노출시킨다. 실시예 2에서와 같이, 편광 방향을 판에 직각으로 UV 입사 방향에 의해 한정되는 평면에 배치한다. 마스크를 제거하고 PPN 판을 반대방향으로 돌려 판과 UV 입사 방향에 대한 법선이 -70° 각도로 형성되도록 한다. 이어지는 두번째 노출은 PPN 재료의 광안정성으로 인해 마스크없이 이루어질 수 있다.

노출 후에 가교결합성 네마틱 액정 혼합물을 아니솔에 용해시키고 스핀피복으로 PPN층에 도포한다 혼합물은 주로 대기와의 경계층 표면에 직각으로 위치하는 경향이 있는 강한 극성 시아노 말단 그룹을 갖는 분자들로 이루어져 있어서 존재하는 틸트각은 증가된다. 가교결합성은 화학식

의 디아크릴레이트분 5% 혼합물에 가함으로써 나타난다.

혼합물은 토한 시바(Ciba)가 제조한 2% 광개시제 IRGACURE 369를 함유한다. 액정층을 150W 크세논 램프의 등방성 광에 약 30분 동안 노출시킴으로써 가교결합시킨다.

직선 편광자하에서 액정 분자가 전영역에 걸쳐 한 방향으로 일관되게 배향되는 것을 볼 수 있다. 도 2의 왼쪽에 나타낸 바와 같이, 어떠한 패턴도 직각으로 볼 때는 알아볼 수 없다. 층이 편광자의 45° 각도로 액정의 배향 방향에 위치할 때, 복굴절은 최대이다. 도 2의 중앙에 나타낸 바와 같이, 판은 배향 방향에 직각인 축 주위로 틸트되어 있고, 밝은 체커보드 패턴과 어두운 영역을 분명히 알아볼 수 있게 된다. 판이 도 2의 오른쪽에 나타낸 바와 같이 반대 방향으로 틸트될 경우, 상보적인 체커보드 패턴이 나타난다. 즉, 밝은 평역과 어두운 영역이 뒤바뀐다. 액정 분자의 일정한 방위각 배향에도 불구하고 패턴의 외관은 두번의 경사 노출로 유도된 상이한 방향의 틸트각 때문이며, 후자의 각은 PPN 재료로부터 액정층으로 이동된 것이다. 틸트시키는데 있어서, 액정의 종축(광학축)이 시각 방향으로 경사져 있는 영역은 어두워지는 반면에, 광학축이 시각 방향으로부터 멀어지는 영역은 더 밝아져서 복굴절이 증가한다.

유도된 틸트각이 분명히 보이도록 하기 위해서, 당해 실시예에 사용되는 액정 혼합물은 주로 극성이 큰 비가교결합성 분자로 이루어져서 가교결합된 층의 기계적 안정성은 별로 높지 않다. 이 대신에, 물론 가교결합성 분자로만 이루어진 액정 혼합물을 사용할 수 있으며, 따라서 밀도가 높은 네트워크, 높은 기계적 안정성 및 열안정성을 성취할 수 있다. 비대칭적 시각 의존성을 갖는 이런 종류의 틸트각 패턴은 예를 들면, 신용카드, 신분 증명서 등의 안전부재로서 사용된다.

[실시예 4]

2개의 TN-LCD 도메인

ITO 전극을 가지며 PPN 3으로 피복된 유리판을 실시예 3에서와 같이 체커보드 패턴으로 노출시킨다. 영역의 반을 크롬 마스크를 통해서 첫번째 노출 과정에서 +70° 각도로 대각선으로 비추고 나머지 영역은 -70° 각도로 노출시킨다. 이 판과 러빙된 폴리이미드 배향층을 갖는 제2의 ITO 유리판으로 판이 10mm 분리된 셀을 제조한다. 폴리이미드 층의 러빙 방향은 PPN 판의 배향 방향에 직각이다. 이 셀을 혼합물의 투명점(clarification Point)보다 약간 높은 온도에서 액정 혼합물로 충전시킨 후, 서서히 냉각시킨다. 직선 편광자하에서 90° 의 트위스트와 영역에 따라 변하는 회전 방향을 갖는 회전 셀을 확인한다. 교호하는 왼쪽 회전 영역과 오른쪽 회전 영역에 기인하는 틸트각은 PPN 층의 노출시의 상이한 복사 방향에 의해 유도된다. TN-LCD에 있어서, 픽셀을 당해 실시예에서와 같이 회전 방향이 서로 상이한 서브픽셀로 세분하는 것은 소위 통상적인 TN-LCD와 비교되는 시각 의존성이 훨씬 향상된 2 도메인 TN-LCD를 제공할 수 있다.

광구조화된 배향층이 양쪽에 사용될 경우, 시각 의존성이 더 향상된 4-도메인 TN-LCD를 제조할 수 있다.

[실시예 5]

틸트각의 측정

PPN 1 층을 실시예 1에서와 같이 투명 ITO 전극으로 피복된 2개 유리판에 도포한다. 양 층을 전 표면에 걸쳐 경사지게 입사된 직선 편광된 UV광에 노출시킨다. 편광 방향은 판과 UV 입사 방향에 직각으로 접하고 있는 평면에 배열된다. 두개의 판을 조립하여 판 사이 간격이 20æm인 평행 셀을 형성시키고, 평행 셀을 흔합물의 투명점보다 약간 높은 온도에서 네마틱 액정혼합물로 충전시킨다. 셀을 서서히 냉각시킨 후, 전압을 두 전극에 인가할때, 이는 일정하게 변화한다. 역틸트는 관찰되지 않는다. 경사 노출시에 유도된 틸트각은 셀 내의 액정 분자로 이동한다. 액정의 틸트각을 결정 회전법에 의해 광학적으로 측정한다. 0.6° 의 틸트각이 나타난다.

[실시예 6]

틸트각 상의 입사각의 효과

2개 유리판을 실시예 5에서와 같이 PPN 4로 피복시킨다. 실시예 5와는 대조적으로, 층을 표면에 대한 법선에 70° 각도의 UV 입사광에 노출시킨다. 효과적인 조사시간은 실시예 5에서와 동일하며, 기하학 인자에 의해 수정되어야 하는 실제 조사시간은 88분이다. 2개의 판에 의해 형성된 평행 셀을 다시 롤릭 아게(ROLIC AG)의 액정 혼합물 7728로 충전시킨다. 이 경우에 액정의 틸트각은 1.4°이다.

[실시예 7]

노출 시간동안 틸트각의 변화

실시예 6에서와 같이, 2개의 ITO 피복된 유리판을 PPN 4로 피복시키고 70°의 각도로 비스듬하게 노출시킨다. 그러나, 이 경우 노출 시간은 12분이지 88분은 아니다. 실시예 5와 실시예 6에서와 같이, 평행 셀을 2개의 판으로부터 제조하고 롤릭 아게의 액정 혼합물 7728로 충전시킨다. 직선 편광자하에서, 액정은 더 이상 평면 배향을 갖지 않으며, 대신에 코노스코픽 상(도 3a)은 액정 분자가 실질적으로 배향층에 직각임을 보여줌을 알 수 있다. 그러나,이들이 표면에 대한 법선에 대해 약간 기울어져 있다는 사실은 2개의 ITO 전극에 6V의 전압 인가 후에 생성된 실제로 호메오트로픽 (homeotropic) 배향으로부터의 차이로부터 명백하며 따라서 코노스코픽 크로스는 중심으로 이동한다(도 3b). 틸트각의 후속 측정은 액정 분자의 종축이 판 표면에 86° 각도로 있음을 보여준다.

복사각과 조사시간의 변화는 틸트각이 0° 와 90° 사이의 어떠한 값으로조정될 수 있도록 한다.

[실시예 8]

LPP 배향된 STN 셀

2개의 ITO 피복된 유리판을 PPN 4로 피복시키고 60분 동안 70° 로 노출시킨다. 2개의 판을 합해서 좌선광성 240° STN셀을 제조한다. 판 사이 간극은 스페이서로 7mm로 되게 조절한다. 혼합물 7728을 롤릭 아게의 0.73%좌선광성 키랄 도우프 CM 9209F로 도우핑하고 셀에 충전시킨다. 전압이 인가될 때, 어떠한 지문조직도 발견되지 않는다. 셀의 투과 곡선(도 4)은V₉₀/V₁₀= 1.06의 가파름을 드러낸다. 이는 셀이 STN형으로 작동함을 나타낸다.

따라서, STN 셀에 대해서 충분한 틸트각을 갖는 배향층을 평행 배향된 PPN 재료를 노출시켜 제조할 수 있다.

본 발명에 따라서, LCP 층으로 퍼지고 심지어 증가하는 것이 가능한 소정의 틸트각이 PPN층의 노출시에 프로그래밍된다면, 비대칭 틸트 효과도 또한 생성된다. LCP분자가 표면에 대해서 기울어져 있기 때문에, 층의 평면에 위치하고 LCP 분자의 배향 방향에 수직인 축(광학 축)을 따라 이러한 층이 회전하는 경우, 광학 축과 관찰 방향 사이의 각은 회전 방향에 따라서 감소하거나 증가한다. 이러한 경우, 복굴절 층의 복굴절성은 감소하거나 증가하기 때문에, 300nm 이하의 광학 지연도(optical delay)를 가지는 층의 경우에 있어서는 비대칭적인 명암 효과가 결과되는 반면, 광학 지연도가 이것보다 큰 경우에는 가능한 2개의 회전 방향은 상이한 색상을 나타낸다.

이색 층의 경우에는, 2개의 상이한 방향으로 층이 기울어지면 각각 덜 흡수하거나 더 흡수하여, 콘트라스트의 비대칭적인 변이를 결과한다. 본 발명에 따라 틸트각의 방향이 국부적으로 변화될 수 있기 때문에, 방위 배향을 변화시키지 않으면서 단지 틸트각의 방향에 의해서만 정보를 암호화하는 것도 처음으로 가능해졌다. 이러한 경우에 정보는 처음에 수직으로 볼 때는 보이지 않고 층이 기울어질 때에만 나타난다. 이 경우, 층이 반대 방향으로 기울어질 때 영역이 상이한 휘도 또는 색상에 따라 변화하기 때문에-즉, 패턴이 역전되기 때문에 상은 다시 회전 방향체 따라 달라진다. 물론 층에서 방위배향과 틸트각의 방향을 둘 모두 국부적으로 변화시키는 것이 가능하다. 이 경우에, 동일한 방위 배향을 가지는 영역들은 틸트각의 방향에 있어서 다른 것들과 상이하다. 이러한 층을 수직으로 보는 경우 상이한 방위 배향에 의해 기입된 패턴이 관찰된다. 이 층이 기울어질 때 제2 패턴이 제1 패턴위에 겹쳐지고 반대 방향으로 기울게 함으로써 역전될 수 있다. 이러한 방법에 의해서 위조하기가 매우 어려운, 복합적이고 확실하게 입증할 수 있는 안정성 부재를 제조할 수 있다.

Claims

표면에 원하는 방위 배향과 결합된 원하는 틸트각을 갖는 광배향된 중합체 네트워크(PPN)의 제조방법에 있어서, 노출광의 편광 방향에_평행하게 배향되는 PPN 재료가_광의 입사 방향이 광배향층의 표면_법선에 대해 평행하지 않도록 노출됨을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 편광 방향이 노출되는 층의 표면에 대한 법선과 광의 입사 방향에 의해 한정되는 평면에 존재함을 특징으로 하는 방법.
제1항 또는 제2항의 방법으로 제조된 액정용 배향층.
틸트각이 다른 2개 이상의 영역이 존재함을 특징으로 하는, 제1항 또는제2항의 방법으로 제조된 액정용 배향층.
틸트각이 제1항 또는 제2항에 따르는 하나 이상의 영역에서 유도되는 반면에 한정된 틸트각이 하나 이상의 다른 영역에는 존재하지 않음을 특깅으로 하는 액정용 배향층.
상이한 방향으로부터의 조사에 의해 형성된 틸트각이 상이한 둘 이상의 영역이 존재함을 특징으로 하는, 제1항 또는 제2항의 방법에 따라서 제조된 액정용 배향층.
서로 상이한 조사 시간에 의해 형성된 틸트각이 상이한 둘 이상의 영역이 존재함을 특징으로 하는, 제1항 또는 제2항의 방법에 따라서 제조된 액정용 배향층.
배향의 방위각 방향이 국부적으로 변함을 특징으로 하는, 제1항 또는 제2항의 방법에 따라서 제조된 액정용 배향층
아직 결합되지 않은 액정 단량체가 제1항 또는 제2항에_따라_제조되고 가교결합된 PPN 배향층에 도포되어 있는 것을 특징으로 하는, 가교결합된 액정(LCP)을 포함하는 액정용 배향층.
LCP 층 표면상의 틸트각이 광배향된 PPN 층 하부의 틸트각과 상이함을 특징으로 하는, 제9항에 따르는 하이브리드 배향층.
액정 디스플레이에서 액정을 배향시키는데 사용되는 것을 특징으로 하는 제3항에 따른 배향층.
시각의존성이 향상된 멀티도메인 TN-LCD를 제조하는데 사용되는 것을 특징으로 하는, 방위각 배향 및 틸트각중 하나 이상이 국부적으로 상이한 제3항에 따르는 배향층.
시각의존성이 향상된 멀티도메인 STN-LCD를 제조하는데 사용되는 것을 특징으로 하는, 방위각 배향 및_틸트각중 하나 이상이 국부적으로 상이한 제3항에 따른 배향층.
필름 보상된 멀티도메인 STN-LCD 제조에 사용되는 층 구조물로서, 배향층의 배향 패턴에 따라서 광학축의 방향이 국부적으로 상이한 구조화된 지연층을 함유하는 층 구조물에 사용되는 것을 특징으로 하는, 방위각 배향 및 틸트각중 하나 이상이 국부적으로 상이한 제3항에 따른 배향층.
색 서브픽셀 적색, 녹색 및 청색 중 둘 이상에 대한 배향 방향이 서로 상이한 착색 STN-LCD에서 액정을 배향시키는데 사용되는 것을 특징으로 하는, 제3항에 따른 배향층.
색 서브픽셀 적색, 녹색 및 청색 중 둘 이상에 대한 트위스트가 이에 상응하게 상이한 방위 배향 방향에 의해 다양하게 조정된_착색 STN-LCD에서 액정을 배향시키는데 사용되는 것을 특징으로 하는, 제3항에 따른 배향층.
가교결합성 액정 단량체를 무-도메인 배향(domain-free orientation)시키는데 사용되는 것을 특징으로 하는 제3항에 따른 배향층.
LCP층에 있는 광학축의 경사 방향이 PPN 배향층의 틸트각의 방향에 의해 정해짐을 특징으로 하는, 제3항에 따른_배향층과 이 배향층에 의해 배향된LCD 층으로 이루어진 하이브리드층.
제18항에 있어서, LCP 층이 이색 염료(dichroic dye)를 함유함을 특징으로 하는 하이브리드층.
제18항에 따른 둘 이상의 하이브리드층 또는 하나 이상의 이러한 하이브리드층과 제3항에 따른 배향층이 중첩 배열되어 있음을 특징으로 하는 하이브리드층.
서로 중첩되어 있는 둘 이상의 층 중 하나 이상의 광학 축의 방위각 방향 또는 틸트각이 서로 상이한 영역이 하나 이상 존재함을 특징으로 하는, 제20항에 따르는 하이브리드층을 포함하는 광학 이축 층 구조물.
제18항 내지 제21항 중의 어느 한 항에 따르는 층 구조물로 이루어진 모조 방지(counterfeit-resistant) 광학 부재.
틸트각 방향은 서로 상이하지만 방위 배향 방향은 서로 동일한 둘 -이상의 영역이 존재함을 특징으로 하는, 제22항에 따르는 층 구조물로 이루어진 모조 방지 광학 부재.
광학 지연층으로서 사용되는 것을 특징으로 하는, 제18항 내지 제21항에 따른 층 구조물.
STN 액정 디스플레이의 색 보상용 광학 지연층으로 사용되는 것을 특징으로 하는, 제18항 내지 제21항 중의 어느 한 항에 따른 층 구조물.
구조화되거나 구조화되지 않은 선형 편광자의 제조에 사용되는 것을 특징으로 하는, 제19항에 따른 하이브리드층.
편광 간섭 필터의 제조에 사용되는 것을 특징으로 하는, 제18항 내지 제21항 중의 어느 한 항에 따른 층 구조물.
모조 및 복사 방지를 위해 사용되는 것을 특징으로 하는, 제22항에 따른 광학 부재.
신분증명서 사용되는 것을 특징으로 하는, 제22항에 따른 광학 부재.
신용카드에 사용되는 것을 특징으로 하는, 제22항에 따른 광학 부재.