KR100260627B1 - 액정표시소자용 고분자 배향막의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 진공 중합법을 이용하며 프리틸트 각도의 조정이 용이한 액정표시소자용 고분자 배향막의 제조 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 투명 전극이 코팅된 기판 위에 디안하이드리드 화합물과 디아조 화합물을 동일 속도로 기화시켜 함께 1차 진공증착시키고 이어서 상기 두 화합물과 하기 화학식 1의 화합물을 기화 속도를 조절하면서 함께 2차 진공증착시킨 다음 증착된 고분자 막을 열처리 및 노광시켜 고분자 배향막을 형성하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 방법에 따르면, 다양한 형태의 기판 위에 고분자 배향막을 고순도 및 고밀도로 제조할 수 있고, 막의 두께 조절이 용이할 뿐만 아니라, 단량체 사용량의 조절 또는 기판의 온도 조정을 통해 프리틸트각을 쉽게 조정할 수 있다.
Figure kpo00000
상기식에서, R은 (CH2)15CH3이다.

Description

액정표시소자용 고분자 배향막의 제조방법
본 발명은 프리틸트 각도의 조정이 가능한 액정표시소자용 고분자 배향막의 제조 방법에 관한 것이다.
액정표시소자, LCD(Liquid Crystal Display)는 전기 또는 열에 의해 분자배향이 변화되며 일정한 온도 영역에 있어서 복굴절성 등과 같은 결정으로서의 성질과 액체와 같은 유동성을 동시에 갖는 물질인 액정을 이용한 표시 소자로서, 저전압에서 동작하고 소비 전력이 적으며 표시 패턴의 크기도 자유로이 설계할 수 있어 형상을 얇게 구성할 수 있으므로 디지털 시계나 계산기 뿐만 아니라 휴대용 TV의 표시용으로서 널리 사용되고 있다.
그러나, LCD가 균일한 밝기와 균일한 콘트라스트 비율을 갖도록 하기 위해서는 액정 분자들을 일정한 방향으로 배열시켜야 하는데 이를 위해 기판과 액정 사이에 배향막이 형성되어야 하며, 액정은 액정 한 분자의 배열 방향이 근처 인접한 분자의 배열 방향에 영향을 주기 때문에 분자가 집단적으로 한 방향으로 정렬되어 배향이 가능해진다.
현재 가장 널리 쓰이고 있는 배향막은 폴리이미드와 같은 광기능성 고분자를 유기 합성한 후 용액 상태에서 스핀 코팅법, 롤 코팅법 또는 인쇄 기법에 의해 기판상에 코팅한 후 이를 기계적인 마찰(rubbing) 방법으로 마찰 강도의 조정을 통하여 프리틸트 각도를 조정하여 제작한다.
상기와 같이 제조되는 고분자 배향막은 마찰시 접촉에 의해 발생될 수 있는 불순물에 의한 오염과 정전기 발생에 따른 제품의 수율 감소, 콘트라스트 저하, 대면적화에 따른 균일한 배향의 어려움 등 여러 가지 문제점을 안고 있다.
이에 본 발명은 상술한 문제점을 해결하여, 진공중합법을 이용하여 광기능성 고분자를 진공하에서 증착시킴으로써 고분자 광배향막을 제조하며, 이때 고분자 형성에 사용되는 단량체의 사용량이나 기판의 온도를 조절함으로써 프리틸트 각도를 용이하게 조절할 수 있는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명에 따라 고분자 배향막을 증착시키기 위한 증착 챔버를 개략적으로 나타낸 도이고,
도 2a 및 2b는 증착에 사용되는 증착물질을 담는 용기의 종단면도 및 평면도를 나타내는 도이고,
도 3 및 도 4는 본 발명에 따라 형성된 고분자 배향막의 프리틸트각 데이터를 보여주는 그래프이고,
도 5는 본 발명에 따라 형성된 고분자 배향막을 사용하여 제작한 TN셀의 전압인가시의 액정 배향 특성을 보여주는 사진이고,
도 6a 및 6b는 본 발명에 따른 고분자 배향막을 사용하여 제작한 TN 셀의 인가 전압 변화에 따른 액정 배향 특성을 보여주는 사진이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 필라멘트(기판 히터) 2: 기판
3: 셔터 4: 증착용 단량체 공급원
5: 펌핑 라인 6: 홀 (hole)
7: 기화용 용기
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에서는, 투명 전극이 코팅된 기판 위에 디안하이드리드 화합물과 디아조 화합물을 동일 속도로 기화시켜 함께 1차 진공증착시키고 이어서 상기 두 화합물과 하기 화학식 1의 화합물을 기화 속도를 조절하면서 함께 2차 진공증착시킨 다음 증착된 고분자 막을 열처리 및 노광시켜 고분자 배향막을 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자용 고분자 배향막의 제조 방법을 제공한다:
화학식 1
Figure kpo00001
상기식에서, R은 (CH2)15CH3이다.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 액정표시소자용 고분자 배향막의 제조방법에 따르면, 우선, 통상적인 방법에 의해 유리 기판에 투명 전극, 보통 산화 주석 인듐(ITO)을 코팅한 다음, 코팅된 투명전극 위에 디아조 화합물과 디안하이드리드 화합물을 동시에 진공증착에 의해 1차 코팅시킨다.
1차 코팅에 사용되는 상기 디아조 화합물의 예로는 하기 화학식 2 내지 4의 화합물이 있다.
Figure kpo00002
Figure kpo00003
Figure kpo00004
또한, 상기 디안하이드리드 화합물의 구체적인 예로는 1,2,4,5-테트라카복실릭 벤젠 디안하이드리드(파이로멜리트산 무수물), 2,2-비스(3,4-디카복시페닐)헥사플루오로프로판 디안하이드리드, 3,4,3',4'-비페닐 테트라카복실릭 디안하이드리드, 3,4,9,10-퍼릴렌테트라카르복실릭 디안하이드리드, 4,4'-비프탈릭 안하이드리드, 3,3',4,4'-디페닐술폰테트라카르복실릭 디안하이드리드, 4,4'-옥시디프탈릭 안하이드리드, 3,4,3',4'-벤조페논 테트라카복실릭 디안하이드리드가 있으며, 이들을 구조식으로 나타내면 각각 하기 화학식 5 내지 12와 같다.
Figure kpo00005
Figure kpo00006
Figure kpo00007
Figure kpo00008
Figure kpo00009
Figure kpo00010
Figure kpo00011
Figure kpo00012
상기 1차 증착은 상기 디아조 화합물과 상기 디안하이드리드 화합물을 동일 속도로 기화되도록 각각의 화합물의 용기의 온도를 조절하면서 0.1 내지 0.2 Å/초의 증착 속도로 진공하에서 전체 두께가 약 600 내지 700 Å이 되도록 수행하고, 증착시의 기판 온도는 30 내지 90 ℃ 범위가 바람직하다.
이어서, 1차 고분자 코팅된 기판을, 상기 디안하이드리드 화합물 및 디아조 화합물과 함께 상기 화학식 1의 화합물을 동시에 기화시켜 진공증착에 의해 2차 코팅시킨다.
상기 2차 증착은 상기 화학식 1의 화합물의 기화 속도를 조절하면서 전체 두께가 약 600 내지 700 Å이 되도록 수행하는 것이 바람직하다. 본 발명에 따르면, 상기 화학식 1의 화합물의 기화 속도를 조절함으로써 고분자 배향막의 프리틸트 각도를 조절할 수 있는데, 상기 화학식 1 화합물의 기화 용기의 온도는 약 180 ℃가 적합하고 기화 속도는 보통 0.1 내지 0.2 Å/초 범위이다.
이어서, 상기한 바와 같이하여 얻은 고분자 막을, 150 내지 250 ℃ 범위의 온도에서 30분 내지 1 시간 동안 열처리 한 후, 통상의 방법에 의해 예를 들면 편광되지 않은 자외광을 사용하여 노광시켜 본 발명의 고분자 배향막을 수득하는데, 이때의 노광 각도는 0 내지 90 °범위이다.
이하 실시예에 의해 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
실시예 1
도 1에 도시한 장치에서 진공하에 ITO 전극이 코팅된 유리 기판에, 도 2에 도시한 바와 같은 각각의 용기에 들어있는 파이로멜리트산 무수물 (상기 화학식 5의 화합물) 0.01 g 및 디아조 블랙 3BF (TCI 사 제품, 상기 화학식 4의 화합물) 0.01 g을 사용하여 각각 약 280 ℃ 및 약 190 ℃의 용기 온도에서 기화 속도를 동일하게 0.1 내지 0.2 Å/초로하여 전체 두께가 약 700 Å이 되도록 진공증착을 수행하였다. 이어서, 그 위에, 도 2에 도시한 바와 같은 용기에 들어있는 상기 화학식 1의 화합물을 용기 온도 180 ℃에서 상기 두 화합물과 함께 기화 속도를 각각 0.1 내지 0.2 Å/초로 조절하면서 기화시킴으로써 진공증착시켜 약 700 Å 두께의 박막을 형성시켰다.
생성된 박막을 220 ℃에서 30 분간 열이미드화한 후 NMR 분석법에 의해 분석한 결과 하기 화학식 13의 구조를 가진 공중합체 박막인 것으로 확인되었다.
Figure kpo00013
상기와 같이하여 얻은 고분자 막을 편광되지 않은 자외선을 사용하여 60°의 각도로 노광시켰다. 배향된 고분자 막을 결정 회전 방법에 의하여 그의 프리틸트각을 측정하였다.
상기 과정에서 진공증착시의 기판 온도를 각각 45 ℃ 및 55 ℃로하여 제조된 고분자배향막의 프리틸트각 측정 그래프를 도 3 및 4에 나타내었다. 도 3 및 4에서 알 수 있듯이, 고분자 배향막의 프리틸트각은 약 2.6° 및 7.2°였다.
80℃의 기판 온도에서 제조한 고분자 배향막을 사용하여 TN 셀 (Twisted Nematic Cell)을 제작한 다음 전압을 인가하여 액정 배향 특성을 시험하였으며, 그 결과를 도 5에 나타내었다. 도 5로부터 상기 TN 셀의 액정 배향 상태가 찌그러짐 없이 매우 양호함을 알 수 있다.
또한, 상기 TN 셀의 인가전압변화에 따른 액정배향 특성 사진을 도6a (1V씩 변화) 및 도6b (0.5V씩 변화)에 나타내었다. 역시 액정배향 상태가 찌그러짐없이 매우 양호함을 알 수 있다.
본 발명에 따라 고분자 배향막을 제조하면 진공하에서 바로 고분자를 형성시키므로 불순물 문제가 없고 박막의 두께 조절이 자유로우며 기재 형태에 대한 제약이 없고 박막의 순도 및 밀도를 증대시킬 수 있고 러빙에 따른 배향막 손상을 막을 수 있을 뿐만 아니라 기판을 공기 중에 노출시키지 않고도 고분자 배향막을 형성시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 단량체의 사용량의 조절 또는 기판의 온도 제어를 통해 고분자 배향막의 프리틸트각을 쉽게 조정할 수 있다.

Claims (5)

  1. 투명 전극이 코팅된 기판 위에 디안하이드리드 화합물과 디아조 화합물을 동일 속도로 기화시켜 함께 1차 진공증착시키고 이어서 상기 두 화합물과 하기 화학식 1의 화합물을 기화 속도를 조절하면서 함께 2차 진공증착시킨 다음 증착된 고분자 막을 열처리 및 노광시켜 고분자 배향막을 형성하는 것을 특징으로 하는, 액정표시소자용 고분자 배향막의 제조 방법:
    화학식 1
    Figure kpo00014
    상기식에서, R은 (CH2)15CH3이다.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 디아조 화합물이 하기 화학식 2 내지 4의 화합물 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
    화학식 2
    Figure kpo00015
    화학식 3
    Figure kpo00016
    화학식 4
    Figure kpo00017
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 디안하이드리드 화합물이 하기 화학식 5 내지 12의 화합물들 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
    화학식 5
    Figure kpo00018
    화학식 6
    Figure kpo00019
    화학식 7
    Figure kpo00020
    화학식 8
    Figure kpo00021
    화학식 9
    Figure kpo00022
    화학식 10
    Figure kpo00023
    화학식 11
    Figure kpo00024
    화학식 12
    Figure kpo00025
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 1차 및 2차 증착을 30 내지 90 ℃ 범위의 기판 온도에서 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항, 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 디안하이드리드 화합물이 상기 화학식 5의 화합물이고 상기 디아조 화합물이 상기 화학식 4의 화합물이며, 이들 화합물을 각각 280 ℃ 및 190 ℃에서 0.1 내지 0.2 Å/초의 기화 속도로 증착시키고, 상기 화학식 1의 화합물을 180 ℃에서 0.1 내지 0.2 Å/초의 기화 속도로 증착시키는 것을 특징으로 하는 방법.
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