KR100260628B1 - 진공 중합에 의한 액정표시소자용 고분자 배향막의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 진공 중합법을 이용하여 액정표시소자용 고분자 배향막을 제조하는 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 투명 전극이 코팅된 기판 위에 안하이드리드 화합물과 아조 화합물을 동시에 진공증착시킨 다음 이를 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 기판 온도의 제어를 통해 프리틸트각을 쉽게 조정할 수 있다.

Description

진공 중합에 의한 액정표시소자용 고분자 배향막의 제조방법
본 발명은 진공 중합법을 이용하여 프리틸트각의 조정이 가능한 액정표시소자용 고분자 배향막을 제조하는 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 틸트 각도를 조정하여 제작한다.
상기 방법에 의해 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 프리틸트각을 쉽게 조정할 수 있는 고분자 광배향막을 제조하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명에 따라 진공 중합에 의해 고분자 배향막을 증착시키기 위한 증착 챔버를 개략적으로 나타낸 도이고,
도 2a 및 2b는 증착에 사용되는 증착물질을 담는 용기의 종단면도 및 평면도를 나타내는 도이고,
도 3은 본 발명에 따라 제조된 고분자 배향막을 사용하여 제작한 TN 셀의 전압인가시의 액정배향 특성을 나타내는 사진이고,
도 4는 본 발명에서 벗어난 조건에 따라 제조된 고분자 배향막을 사용하여 제작한 TN 셀의 전압인가시의 액정배향 특성을 나타내는 사진이고,
도 5는 본 발명에 따라 제조된 고분자 배향막을 사용하여 제작한 네마틱 셀의 전압인가시의 액정배향 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: 용기(crucible)
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에서는, 투명 전극이 코팅된 기판 위에 안하이드리드 화합물과 아조 화합물을 동시에 기화시켜 진공증착시킨 다음 이를 열처리 및 노광시켜 고분자 배향막을 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자용 고분자 배향막의 제조 방법을 제공한다.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 액정표시소자용 고분자 배향막의 제조방법에 따르면, 우선, 통상적인 방법에 의해 유리판과 같은 기판에 투명 전극, 보통 산화 주석 인듐(ITO)을 코팅한 다음, 코팅된 투명전극 위에 아조 화합물과 안하이드리드 화합물을 동시에 진공증착에 의해 코팅시킨다.
상기 진공 증착에 사용되는 아조 화합물은 하기 화학식 1 내지 3의 화합물 중에서 선택되며, 화학식 3의 화합물 (디아조블랙 3BF)이 바람직하다.
Figure kpo00000
Figure kpo00001
Figure kpo00002
또한, 상기 안하이드리드 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-퍼릴렌테트라카복실릭 디안하이드리드, 4,4'-비프탈릭 안하이드리드, 3,3',4,4'-디페닐설폰테트라카복실릭 디안하이드리드, 4,4'-옥시디프탈릭 안하이드리드, 3,4,3',4'-벤조페논 테트라카복실릭 디안하이드리드가 있으며, 이들을 구조식으로 나타내면 각각 하기 화학식 4 내지 11과 같다.
Figure kpo00003
Figure kpo00004
Figure kpo00005
Figure kpo00006
Figure kpo00007
Figure kpo00008
Figure kpo00009
Figure kpo00010
상기 증착 공정은 상기 아조 화합물과 상기 안하이드리드 화합물이 1:1의 비율로 기화되도록 반응물이 담긴 용기의 온도를 조절하면서 0.1 내지 0.3 Å/초의 속도로 증착시키는데, 증착된 박막의 두께가 약 600 내지 700 Å 범위가 되도록 하는 것이 바람직하다. 상기 증착시의 기화되는 반응물 용기의 온도는 반응물 종류에 따라 다를 수 있는데, 예를 들어 상기 화학식 4의 파이로멜리트산 무수물의 경우는 약 280 ℃, 상기 화학식 3의 디아조블랙 3BF의 경우는 약 190 ℃로 하는 것이 좋다. 수득되는 고분자 배향막에서 틸트각을 형성시키기 위해서는 증착시 기판의 온도를 100 내지 120 ℃ 범위로 하여야 한다. 100 ℃ 이하의 기판 온도에서 증착을 수행하면 틸트각이 형성되지 않으며, 120 ℃ 이상에서는 박막 형성이 곤란하다.
이어서, 상기한 바와 같이하여 얻은 고분자 막을 통상의 방법에 의해 150 내지 250 ℃의 온도에서 30분 내지 1 시간 동안 열처리하여 이미드화한 후 편광되지 않은 자외광을 사용하여 노광시켜 본 발명에 따른 고분자 배향막을 제조할 수 있다. 자외선 노광시의 노광 각도는 0 내지 90°범위이다.
이하 실시예에 의해 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
실시예 1
도1에 도시한 장치에서 진공하에 ITO 전극이 코팅된 유리 기판을 110 ℃로 가열하였다. 도2에 도시한 바와 같은 각각의 용기에 들어있는 파이로멜리트산 무수물 (상기 화학식 4의 화합물) 0.01 g 및 디아조 블랙 3BF (TCI 사 제품, 상기 화학식 3의 화합물) 0.01 g을 용기의 온도를 각각 280 ℃ 및 190 ℃로 제어하고, 증착되는 막의 두께를 모니터(STM 100/MF)를 사용하여 측정하면서 0.1 내지 0.3 Å/초의 속도로 상기 화합물들이 기화되도록 진공증착을 수행하여 상기 기판위에 약 600 내지 700 Å 두께의 고분자 박막을 형성시켰다.
생성된 고분자 막을 230 ℃에서 1시간 열이미드화시킨 후 박막을 XPS(X-ray photoemission spectroscopy)법 (사용 장치: 퍼킨-엘머사의 5400 ESCA)에 의해 분석한 결과 하기 화학식 12의 구조를 가진 공중합체 박막인 것으로 확인되었다.
Figure kpo00011
상기와 같이하여 얻은 고분자 막을 60°의 각도로 편광되지 않은 자외선을 사용하여 노광시켰다.
이상에서 제조한 고분자 배향막을 사용하여 TN 셀 (Twisted Nematic Cell)을 제작한 다음 전압을 인가하여 액정 배향 특성을 시험하였으며, 그 결과를 도 3에 나타내었다. 도 3으로부터 상기 TN 셀의 액정 배향 상태가 찌그러짐 없이 매우 양호함을 알 수 있다.
비교예 1 및 2
상기 실시예 1에서 증착시의 기판 온도를 각각 40 ℃ 및 60 ℃로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였으며, 제작된 TN 셀의 액정 배향 특성을 도 4a 및 도 4b에 나타내었다. 도 4에서 알 수 있듯이, 본 발명 범위보다 낮은 기판 온도로 증착을 실시하여 고분자 배향막을 얻는 경우, 전압인가시 TN 셀의 액정 배향 상태가 찌그러짐이 발생하여 불량하다.
참조예
상기 비교예 1 및 2에 따라 기판 온도를 각각 40 ℃ 및 60 ℃로하여 제작한 고분자 배향막을 사용하여 네마틱 셀(Nematic cell)을 제작하였으며, 이를 편광현미경을 통해 회전시켜가며 액정 배향 상태를 시험한 결과를 도 5에 나타내었다. 도 5에서 알 수 있듯이, 네마틱 셀을 제조하는 경우는 고분자 배향막의 프리틸트각이 없어도 액정배향 상태가 찌그러짐이 없이 매우 양호하였다.
본 발명에 따라 고분자 배향막을 제조하면, 진공하에서 바로 고분자를 형성시키므로 기존의 고분자의 습식 합성 과정에서 발생할 수 있는 불순물 문제가 없고, 박막의 두께 조절이 자유로우며, 기재 형태에 대한 제약이 없고, 박막의 순도 및 밀도를 증대시킬 수 있고, 마찰 공정에 의해 발생할 수 있는 배향막의 손상을 막을 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 진공하에서 ITO 전극을 코팅한 후 이를 공기 중에 노출시키지 않고도 동일 반응계(in situ)에서 바로 고분자 배향막을 형성시킬 수 있으며, 진공 증착시의 기판 온도 제어에 의해 틸트각을 가진 고분자 배향막을 제작할 수 있다.

Claims (5)

  1. 투명 전극이 코팅된 기판 위에 안하이드리드 화합물과 아조 화합물을 동시에 진공증착에 의해 코팅시킨 다음 코팅된 기판을 열처리 및 노광시켜 고분자 배향막을 형성하는 것을 특징으로 하는, 액정표시소자용 고분자 배향막의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 아조 화합물이 하기 화학식 1 내지 3의 화합물 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
    화학식 1
    Figure kpo00012
    화학식 2
    Figure kpo00013
    화학식 3
    Figure kpo00014
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 안하이드리드 화합물이 하기 화학식 4 내지 11의 화합물들 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
    화학식 4
    Figure kpo00015
    화학식 5
    Figure kpo00016
    화학식 6
    Figure kpo00017
    화학식 7
    Figure kpo00018
    화학식 8
    Figure kpo00019
    화학식 9
    Figure kpo00020
    화학식 10
    Figure kpo00021
    화학식 11
    Figure kpo00022
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 증착을 상기 화학식 4의 안하이드리드 화합물 및 상기 화학식 3의 아조 화합물을 각각 280 ℃ 및 190 ℃의 기화 용기 온도에서 0.1 내지 0.3 Å/초의 증착 속도로 기화시킴으로써 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 증착시의 기판의 온도가 100 내지 120 ℃ 범위인 것을 특징으로 하는 방법.
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