KR100484851B1

KR100484851B1 - 액정 표시 장치 및 광학소자, 및 이들의 제조방법

Info

Publication number: KR100484851B1
Application number: KR10-2002-0050162A
Authority: KR
Inventors: 미즈사키마사노부; 가와무라타다시; 후지이아키요시; 야마다유이치로
Original assignee: 샤프 가부시키가이샤
Priority date: 2001-09-11
Filing date: 2002-08-23
Publication date: 2005-04-22
Also published as: KR20030022691A; SG121723A1; US20030113484A1; US6852374B2; JP4274713B2; JP2003084286A

Abstract

본 발명의 액정표시장치는, 두 기판, 그 사이에 있는 액정층, 및 액정층을 대향하도록 기판들중 한 상대 표면에 제공되는 두 배향막을 포함한다. 이 장치는 다수의 화상 소자를 형성한다. 두 배향막중 적어도 하나는 주쇄, 화학선에 조사될 때 선택적으로 절단되는 결합을 갖는 원자단과 원자단을 통해 주쇄에 결합된 측쇄를 포함하는 고분자 재료로 형성된다.

측쇄를 갖는 고분자 재료는 액정분자에 85°초과 90°이하의 프리틸트각을 부여할 수 있다. 측쇄를 제거한 고분자 재료는 액정분자에 2°∼15°의 프리틸트각을 부여할 수 있다.

Description

액정 표시 장치 및 광학소자, 및 이들의 제조방법{Liquid Crystal Display Device, Optical Element, Method Of Fabricating The Liquid Crystal Display Device And Method Of Making The Optical Element}

본 발명은 액정표시장치(LCD), 광학소자 및 이들의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 LCD나 광학소자에 유용하게 사용될 수 있는 액정 배향막 재료에 관한 것이다.

LCD들은 셀룰라폰과 같은 휴대정보 단말, 퍼스날 컴퓨터, 워드프로세서, 어뮤즈먼트 기기, 텔레비전 등의 평면 디스플레이, 그들 액정층의 광학 셔터 효과를 이용한 표시판, 창문, 문, 벽 등에 널리 사용되고 있다.

LCD는 액정분자의 광학적 이방성을 이용하여 표시를 하므로, LCD에서 액정분자의 배향 방향이 제어되고 있다. 액정분자의 배향방향은 LCD의 표시모드(예컨대, TN 모드)에 따라, 여러 기술중 어느 하나에 의해 제어될 수 있다. 통상, 액정 분자의 배향 방향은 적어도 하나의 배향막에 의해 제어된다.

배향막으로서는, 러빙 처리된 폴리이미드나 폴리비닐 알코올 등의 고분자 재료로 형성된 막이나, 혹은 사방(斜方)증발법으로 증착된 이산화규소 막이 주로 사용되어 왔다. 다른 것들 중에서, 현재에는, 러빙 처리된 폴리이미드 막이 배향막으로 통상 사용된다. 그 이유는 러빙 기술이 대량 생산에 효과적으로 기여하고, 폴리이미드가 다른 재료에 비하여 화학적으로 안정하기 때문이다(즉, 액정층에 혼입하는 불순물의 양이 비교적 적음).

최근, 고속응답을 나타내는 액정디스플레이 개발의 요망을 만족하기 위해서, 종래의 트위스티드 네마틱(TN) 모드 대신에 여러 가지 배향 모드가 제안되었다. 다른 것들 중에서, 이들 고속응답을 나타내는 배향 모드로서, 광학 보상 복굴절(0CB: Optically Compensated Birefringence) 모드가 특히 활발하게 연구 및 개발되었다. 도7A 및 도7B는 OCB 모드에서 동작하는 LCD(400)(이하, "OCB-모드 LCD"라 함)의 예시적인 구조를 개략적으로 나타낸다. 도7A 또는 도7B에는 도시하지 않았지만, OCB-모드 LCD는 일반적으로 위상차 보상 소자를 더 구비하고 있다(예를 들면, 일본 특허출원 공개 제11-271759호 공보 참조).

OCB-모드 LCD(400)에서, 액정분자(12a)(유전 이방성이 정(正)인 액정재료)의 배향 상태는 한 쌍의 기판(lOa, 1Ob)의 내측 표면에 액정층(12)에 접하도록 제공되는 배향막(41a, 41b)에 의해 제어되지만, 전압은 액정층(12)에 인가되지 않는다. 이러한 상태에서, 액정분자(12a)는 도7A에 나타낸 바와 같이 스플레이 배향을 나타낸다. 한편, 특정 전압(Vcr) 이상의 전압이 기판(10a, l0b)의 내측 면 상의 전극(도시하지 않음)으로부터 액정층(12) 에 인가될 때, 액정분자(12a)는 도7B에 나타낸 바와 같이 벤드 배향 상태를 나타낸다. 액정분자(12a)가 벤드 배향 상태를 나타내고 있음과 동시에, LCD(400)는 수 밀리 초의 응답시간으로 표시를 할 수 있다.

그러나, OCB-모드 LCD(400)에서는, 표시 면의 전체에 걸쳐 모든 액정분자(12a)의 배향을 스플레이 배향 상태로부터 벤드 배향 상태로 균일하게 전이시키기가 어렵다.

이 전이 발생 용이성과 프리틸트각과의 사이에는 밀접한 관계가 있는 것으로 알려져 있다(예를 들면, N. Nagae et. al., "A novel method for high speed transition from splay to bend alignment in the OCB-mode LCD with fast response", IDRC 2000, p26. 참조). 특히, 액정분자의 프리틸트각이 45°미만인 경우에는 스플레이 배향 상태가 벤드 배향 상태보다 깁스(Gibbs) 자유에너지가 더 낮고 안정하다. 한편, 프리틸트각이 45°를 넘으면 벤드 배향 상태가 스플레이 배향 상태보다 더 안정하다. 스플레이 배향상태에서, 액정 분자의 프리틸트각이 작을 수록 액정 분자는 벤드 배향 상태로 덜 전이된다. 따라서, 이러한 상태에서, 액정 분자를 벤드 배향 상태로 전이시키기 위해서 액정층으로 높은 전압을 인가할 필요가 있다.

액정 분자를 더 낮은 전압에서 더욱 쉽게 벤드 배향 상태로 전이시키기 위해서, 기판상의 비표시부에 높은 프리틸트각 영역을 부여하는 방법이 제안되었다. 이 방법에 따라, 액정 분자는 동일한 기판 상에 표시부보다도 비표시부에서 더 큰 프리틸트각을 갖게 된다. 이 경우에, 비표시부의 액정 분자(즉, 고 프리틸트각 영역)가 표시부의 액정분자(즉, 저 프리틸트각 영역)보다도 낮은 전압에 응답하여 벤드 배향 상태로 전이한다. 그리고 고 프리틸트각 영역에서 벤드 배향 상태로 전이된 액정분자들은 저 프리틸트각 영역의 액정분자를 더욱 쉽게 벤드 배향 상태로 전이하기 위한 핵(core)으로서 사용될 수 있다.

예컨대, 일본 특허출원 공개 제2000-75299호 공보에 개시되어 있는 방법에 따라, 수직 배향막을 이용함으로써 고 프리틸트각 영역이 형성되고, 수평 배향막을 이용함으로써 저 프리틸트각 영역이 형성된다. 즉, 기판 표면의 나머지 부분에 도포된 것과 다른 배향막 재료를 기판 표면의 일부에 선택적으로 도포함으로써, 고 프리틸트각 영역과 저 프리틸트각 영역이 형성될 수 있다. 또한, 일본 특허출원 제2000-107910호는 수직 배향막의 일부에 245 nm의 파장을 갖는 자외선(이하, "딥 UV"라 함)을 조사함으로써, 수직 배향막의 일부에 수평배향 영역을 형성하는 방법을 개시하고 있다.

OCB 모드 LCD들 뿐만 아니라 전계 제어 벤드(ECB)-모드 일종인 하이브리드 배향 네마틱(HAN: hyrbrid aligned nematic) 모드에서 동작하는 LCD들도 활기있게 연구되고 있다. HAN 모드로 동작하는 LCD를, 이하 "HAN-모드 LCD"라 한다. HAN-모드 LCD는 액정 분자의 하이브리드 배향 상태를 이용하고 있기 때문에, 액정 분자의 트위스트 배향 상태를 이용하는 TN-모드 LCD에 비해서 HAN-모드 LCD는 고속응답성이 우수하다. 또한, OCB-모드 LCD와 달리, HAN-모드 LCD는 스플레이 배향 상태로부터 벤드 배향 상태로 액정 분자를 전이시킬 필요가 없다. 따라서, HAN-모드는 저 인가 전압에서 LCD를 구동시키는 표시 모드로 기대되고 있다.

도8은 HAN-모드 LCD(500)의 구조를 개략적으로 나타낸다. HAN-모드 LCD(500)에서, 기판(10a)의 표면에 수평 배향막(51a)이 제공되어 액정층(12)을 대향하고 있음과 동시에, 다른 기판(10b)의 표면에 수직 배향막(51b)이 제공되어 액정층(12)을 대향하고 있다. 도8에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 수직 배향막(51b)은 기판(10b)의 면법선 방향으로 연장된 측쇄(수직배향 성분)(51b')을 포함한다.

수평 배향막(51a)과 수직 배향막(51b)을 다른 재료로 형성한 경우, 이들 막(51a, 51b)은 서로 다른 전기적 특성(예, 분극 특성)을 나타낸다. 따라서, 액정층(l2)에 전압을 인가하여 LCD를 구동하는 반면, 배향막(5la, 51b)에 전하가 축적된다. 이 경우에, 액정층(12)에 인가된 전압에 응답하여, 소위 "DC 옵셋 전압"이 발생한다. 그 결과, 표시해야 할 화상이 때대로 회복되지 않으므로, 소위 "화상 응집"(image persistence) 문제를 일으킨다.

이러한 문제를 해결하기 위해서, 일본 특허출원 공개 제11-311788호 공보에는, 수직 배향막을 수평배향 처리함으로서 수평 배향막을 형성하는 방법이 개시되어 있다. 이 공보에는 수직 배향막이 10∼20 J/cm²의 조사 에너지로 230 nm∼400 nm의 파장 범위 내에 있는 편광 자외선에 노출되는 예시적인 수평 배향법이 개시되어 있다. 자외선은 상기 공보에 따라 240 nm∼330 nm의 파장 범위 내에 있는 것이 바람직하다.

그러나, 상기에 기재된 공지의 방법들은 다음 결함을 갖고 있다.

액정층을 대향하도록 고 프리틸트각 영역과 저 프리틸트각 영역이 한 기판의 표면에 다른 재료로 형성되는, 상기 일본 특허출원 공개 제2000-75299호 공보에 개시되어 있는 OCB-모드 LCD 제조 방법에 대해서, 추가적 배향막 재료를 도포 및 패터닝하는 공정이 실시되어야 하기 때문에, 필요한 제조 공정수를 증가시키고 처리능력(throughput)을 감소시킨다.

또한, 본 발명자가 실험으로 확인한 바에 의하면, 상기 일본 특허출원 제2000-l07910호에 기재되어 있는 바와 같이, 수직 배향막에 245 nm 파장의 자외선을 조사함으로써 수평배향 영역을 형성하는 방법에서는, 수평배향 영역의 배향 상태(예, 프리틸트각의 크기)가 불안정하게 되는 문제가 있다는 것이 밝혀졌다. 이와 유사한 문제는, 상기 일본 특허출원 공개 제11-311788호 공보에 개시되어 있는 바와 같이, 편광 자외선을 수직 배향막에 조사할 때도 발생한다.

본 발명의 목적은 상기 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 그 하나의 목적은 상기 0CB-모드 LCD나 HAN-모드 LCD와 같은 고 프리틸트각 영역(수직배향 영역)과 저 프리틸트각 영역(수평배향 영역)을 갖는 형태의 LCD의 성능과 생산성을 향상시키는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 고 프리틸트각 영역과 저 프리틸트각 영역을 안정되고 높은 효율로 형성하는 데 사용될 수 있는 액정 배향막 재료 및 그 재료로 이루어진 광학소자를 제공하는 데 있다.

본 발명의 양호한 실시예는 LCD를 제공한다. LCD는 두 기판, 상기 두 기판 사이에 있는 액정층, 및 상기 두 배향막을 포함하는 것이 바람직하다. 각각의 배향막은 액정층을 대향하도록 기판들중 상대 기판의 한 표면에 제공되는 것이 바람직하다. LCD는 복수의 화소를 바람직하게 형성한다. 이 LCD에서, 두 배향막중 적어도 하나는 고분자 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 고분자 재료는 주쇄, 화학선에 조사될 때 선택적으로 절단되는 결합을 갖는 원자단, 및 상기 원자단에 의해 주쇄에 결합되는 측쇄를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 측쇄를 갖는 상기 고분자 재료는 액정층의 액정 분자에 85°초과 90°이하의 프리틸트각을 부여할 수 있는 것이 바람직하다. 상기 측쇄를 갖지 않는 고분자 재료는 액정분자에 2°∼15°의 프리틸트각을 부여하는 것이 바람직할 수 있다.

본 발명의 한 바람직한 실시예에서, 상기 두 배향막중 적어도 하나는 상기 측쇄를 갖지 않는 상기 고분자 재료로 형성된 저 프리틸트각 영역을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 적어도 하나의 배향막은 상기 측쇄를 구비한 고분자 재료로 형성된 고 프리틸트각 영역을 더 포함할 수 있다.

이 특정의 바람직한 실시예에서, 두 배향막중 각각은 고 프리틸트각 영역과 저 프리틸트각 영역을 포함할 수 있다. 이 경우에, 액정층은 배향막들의 상기 고 프리틸트각 영역들 사이에 위치하고 액정분자가 전압 무인가 시 벤드 배향 상태를 나타내는 벤드 영역, 및 배향막들의 저 프리틸트각 영역들 사이에 위치하고 액정분자가 전압 무인가 시 스플레이 배향 상태를 나타내는 스플레이 영역을 포함하는 것이 바람직하다. 이 바람직한 실시예에서, LCD는 벤드 배향 상태를 이용함으로써 표시 배향을 하는 것이 바람직하다. 벤드 배향 상태를 이용하는 표시 모드는 OCB 모드가 바람직하다.

또 다른 바람직한 실시예에서, 두 배향막들중 하나는 고 프리틸트각 영역을 포함하고, 다른 배향막은 저 프리틸트각 영역을 포함할 수 있다. 이 경우에, 상기 액정층은 두 배향막들중 고 프리틸트각 영역과 저 프리틸트각 영역 사이에 위치하고 액정분자가 하이브리드 배향 상태를 나타내는 하이브리드 영역을 포함하는 것이 바람직하다. 이 바람직한 실시예에서, LCD는 HAN 모드에서 표시 동작을 하는 것이 바람직하다.

또 다른 바람직한 실시예에서, 원자단의 결합은 300 nm∼450 nm의 파장 범위에 있는 빛에 조사될 때 절단되는 것이 바람직하다. 특히 바람직하게는, 상기 결합은 350 nm∼4O0 nm 미만의 파장 범위에 있는 빛에 노출될 때 절단된다.

특히 바람직한 실시예에서, 상기 원자단은 과산화벤조일, 벤조일에테르 및 이들의 유도체로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 화합물을 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예는 두 기판과 상기 두 기판들과 두 배향막들 사이에 있는 액정층을 갖고, 이들 각각이 액정층을 대향하도록 기판들중 상대 기판의 한 표면에 제공되는 LCD의 제조방법을 제공한다. LCD는 복수의 화소를 형성하는 것이 바람직하다. 이 방법은 두 기판들을 제조하고 두 기판들중 적어도 하나의 표면에 고분자 재료의 두 배향막들중 적어도 하나를 형성하는 공정을 포함한다. 고분자 재료는 주쇄, 화학선에 조사될 때 선택적으로 절단되는 결합을 갖는 원자단, 및 상기 원자단에 의해 상기 주쇄에 결합되는 측쇄를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 측쇄를 갖는 고분자 재료는 액정층의 액정 분자에 85°초과 90°이하의 프리틸트각을 부여하는 것이 바람직하다. 또한, 이 방법은 배향막의 적어도 한 영역에 화학선을 조사시키고, 그에 따라 적어도 한 영역에서 고분자 재료의 원자단의 결합을 절단하고 측쇄를 제거하는 단계; 그리고 상기 배향막의 적어도 한 영역에 의해서 2°∼15°의 프리틸트각이 부여된 액정분자를 포함하는 액정층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 한 바람직한 실시예에서, 조사 단계는 복수의 화소를 형성하게 되는 배향막의 선택된 영역을 화학선에 조사하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 액정층을 형성하는 단계는 화학선에 조사되지 않은 배향막의 다른 비선택 영역에 의해 85°초과 90°이하의 프리틸트각이 부여된 액정분자를 포함하는 액정층을 형성하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에서, 조사 단계는 300 nm∼450 nm 파장 범위의 빛에 적어도 한 영역을 조사하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하기로는, 조사 단계는 350 nm∼400 nm 미만 파장 범위의 빛에 적어도 한 영역을 조사하는 단계를 포함하는 것이다.

또 다른 바람직한 실시예에서, 상기 원자단은 과산화벤조일, 벤조일에테르 및 이들의 유도체로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 화합물을 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예는 광학 소자를 제공한다. 광학 소자는 두 배향막들 사이에 있는 복굴절 매체층과 두 배향막을 포함하는 것이 바람직하다. 이 광학소자에서, 복굴절 매체층은 배향 상태가 두 배향막들에 의해 조절되는 액정 분자를 포함하는 것이 바람직하다. 두 배향막중 적어도 하나는 고분자 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 고분자 재료는 주쇄, 화학선에 조사될 때 선택적으로 절단되는 결합을 갖는 원자단, 및 상기 원자단에 의해 상기 주쇄에 결합되는 측쇄를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 측쇄를 갖는 고분자 재료는 액정 분자에 85°초과 90°이하의 프리틸트각을 부여하는 것이 바람직할 수 있다. 측쇄를 갖지 않는 고분자 재료는 액정 분자에 2°∼15°의 프리틸트각을 부여하는 것이 바람직할 수 있다.

본 발명의 한 바람직한 실시예에서, 두 배향막들중 적어도 하나는 측쇄를 갖지 않는 고분자 재료로 이루어진 저 프리틸트각 영역을 포함하는 것이 바람직하다. 적어도 한 배향막은 상기 측쇄를 갖는 고분자 재료로 형성된 고 프리틸트각 영역을 더 포함할 수 있다.

이 특히 바람직한 실시예에서, 두 배향막들의 각각은 고 프리틸트각 영역과 저 프리틸트각 영역을 포함할 수 있다. 이 경우에, 상기 복굴절 매체층은 상기 배향막들의 고 프리틸트각 영역 사이에 위치하는 제1 영역과, 상기 배향막들의 저 프리틸트각 영역의 사이에 위치하는 제2 영역을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 제1 영역과 상기 제2 영역은 서로 다른 리타데이션(retardation)을 갖는 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예는 두 배향막과, 이들 두 배향막들 사이에 위치하는 복굴절 매체층을 포함하는 광학 소자를 제조하는 방법을 제공한다. 이 방법은 고분자 재료의 두 배향막들중 적어도 하나를 형성하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. 고분자 재료는 주쇄, 화학선에 조사될 때 선택적으로 절단되는 결합을 갖는 원자단, 및 상기 원자단에 의해 주쇄에 결합되는 측쇄를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 측쇄를 갖는 고분자 재료는 복굴절 매체층의 액정분자에 85°초과 90°이하의 프리틸트각을 부여하는 것이 바람직하다. 이 방법은 배향막의 적어도 한 영역을 화학선에 노출시켜 적어도 한 영역에서 고분자 재료의 원자단의 결합을 절단하고 측쇄를 제거하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다. 이 방법은 상기 배향막의 적어도 한 영역에 의해서 2°∼15°의 프리틸트각이 부여된 액정분자를 포함하는 복굴절 매체층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 한 바람직한 실시예에서, 조사 단계는 배향막의 선택된 영역을 화학선에 조사하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 복굴절 매체층을 형성하는 단계는 화학선에 조사되지 않은 배향막의 다른 비선택 영역에 의해 85°초과 90°이하의 프리틸트각이 부여된 액정분자를 포함하는 복굴절 매체층을 형성하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예는 액정 배향막의 재료를 제공한다. 이 재료는 주쇄, 화학선에 조사될 때 선택적으로 절단되는 결합을 갖는 원자단, 및 상기 원자단에 의해 상기 주쇄에 결합되는 측쇄를 포함하는 고분자 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 측쇄를 갖는 고분자 재료는 액정 분자에 85°초과 90°이하의 프리틸트각을 부여하는 것이 바람직할 수 있다. 측쇄를 갖지 않는 고분자 재료는 액정 분자에 2°∼15°의 프리틸트각을 부여하는 것이 바람직할 수 있다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예는 액정 배향막의 또 다른 재료를 제공한다. 이 재료는 주쇄, 화학선에 조사될 때 선택적으로 절단되는 결합을 갖는 원자단, 및 상기 원자단에 의해 주쇄에 결합되는 측쇄를 포함하는 고분자 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 원자단은 과산화벤조일, 벤조일에테르 및 이들의 유도체로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 화합물을 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 기타 특성, 소자, 공정, 단계, 특징 및 장점들은 첨부 도면과 함께 본 발명의 양호한 실시예의 다음 상세한 설명으로부터 분명히 알 수 있다.

[발명의 실시의 형태]

본 발명자들은 배향막의 화학선 조사에 의한 구조변화와 배향특성과의 관계를 밝혀내고 본 발명의 기본 아이디어를 얻었다.

특히, 종래의 수직 배향막에 딥 UV광을 조사하면, 수직 배향성을 갖는 측쇄가 절단되고, 수평 배향성을 갖는 주쇄가 손상되어 배향막의 구조를 크게 전이시킨다. 그 결과, 수평 배향성이 크게 불안정하게 된다. 예를 들면, 프리틸트각은 종종 더 이상 정확하게 제어될 수 없고, 2°미만의 각도로 감소될 수 있다. 그 결과, 이 경우에는, 액정분자의 배향 전이가 일어나는 전압과 이러한 전이에 요하는 시간을 제어할 수 없거나, 혹은 한 위치에서 어떤 액정 분자의 배향 상태가 또 다른 위치에서 다른 액정 분자의 배향 상태와 다를 수 있다.

이에 반하여, 본 발명의 양호한 실시예에 따른 액정배향막 재료는 도1에 개략적으로 나타낸 바와 같은 구조를 갖는 고분자 재료(1)이다.

도1에 나타낸 바와 같이, 고분자 재료(1)는 주쇄(2), 화학선에 노출될 때 선택적으로 절단되는 결합을 갖는 원자단(3), 및 원자단(3)에 의해 주쇄(2)에 결합되는 측쇄(4)를 포함한다. 본 명세서에서는 원자단(3)을 "스페이서" 라고 부르고, 스페이서의 결합을 "스페이서 결합"이라고 부르는 경우가 있다.

주쇄(2)는 액정분자를 수평 배향시키는 성질을 갖고, 공지의 수평배향 재료로서 사용되는 고분자 재료와 동일한 골격(예, 폴리이미드 골격 및 폴리비닐 알코올)을 가질 수 있다. 측쇄(4)는 액정분자를 수직 배향시키는 성질을 갖고, 공지의 수직배향 재료로서 사용되고 있는 고분자 재료의 측쇄(예, 알킬 사슬이나 불소로 치환된 알킬 사슬)이어도 좋다. 측쇄(4)를 갖는 이 고분자 재료(1)는 액정분자에 85°초과 90°이하의 프리틸트각을 부여하는 성질을 갖는다. 한편, 측쇄(4)를 갖지 않는 고분자 재료(1)는 액정분자에 2°∼15°의 프리틸트각을 부여하는 성질을 갖는다.

고분자 재료(1)에 화학선을 조사함으로써, 스페이서 결합을 선택적으로 절단하고, 측쇄(4)를 주쇄(2)로부터 분리할 수 있다. 본 명세서에서 "선택적으로" 절단되는 스페이서 결합이란, 주쇄(2)를 형성하는 결합에 대하여 "선택적으로" 절단되는 스페이서 결합을 의미한다. 스페이서 결합뿐만 아니라 측쇄(4)의 결합의 일부가 화학선의 조사에 의해 절단될 지라도, 주쇄(2)에 포함되는 결합이 절단되지 않는 한, 고분자 재료(1)는 액정분자에 소정의 프리틸트각을 제공할 수 있다. 따라서, 배향성이 불안정해지지 않는다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 고분자 재료의 스페이서 결합은 고분자 재료를 화학선에 조사함으로써 선택적으로 절단된다. 한편, 열이나 화학 반응은 화학선의 조사 대신에 이용될 수 있다. 그러나, 화학선을 이용할 때, 열이나 화학반응을 이용하는 방법에 비하여, 기판 상에 형성된 배향막의 특정 부분으로부터 고분자 재료(1)의 측쇄(4)를 선택적으로 분리 및 제거하는 것이 더 쉽다. 따라서, 이 양호한 실시예의 방법은 LCD의 처리능력을 유리하게 향상시킬 수 있다.

도2는 종래의 수평 배향막의 재료로서 폴리이미드의 흡수 스펙트럼을 나타낸다. 이 스펙트럼으로부터 알 수 있는 바와 같이, 폴리이미드로의 흡수가 300 nm를 초과하는 파장 범위에서는 매우 약하다. 즉, 폴리이미드는 300 nm∼450 nm의 파장 범위에 있는 빛에 대하여 투명하고 화학적으로 안정하다. 따라서, 사용된 스페이서(3)는 300 nm∼450 nm의 파장 범위에 있는 빛에 조사될 때 절단되는 스페이서 결합을 포함하는 경우, 스페이서 결합은 선택적으로 해리될 수 있다. 또한, 그 결과 얻어진 배향막의 신뢰성을 충분히 얻기 위해서, 배향막은 가시광의 조사에 대하여 가능한 한 안정한 것이 바람직하다. 또한, 주쇄에 대한 손상을 감소시키기 위해서는, 화학선은 에너지가 낮은 빛이 바람직하다. 이러한 사실들을 고려할 때, 이용하는 화학선으로서는 350 nm 이상 400 nm 미만의 파장 범위의 빛이 바람직하다. 즉, 스페이서 결합은 상기 범위 내의 빛에 조사될 때 선택적으로 절단되고, 400 nm∼800 nm의 범위에 있는 가시광에 의해 절단되지 않는 것이 바람직하다. 이러한 형태를 갖는 바람직한 스페이서의 예로는 과산화벤조일기 또는 벤조일에테르기가 있다. 한편, 과산화벤조일 또는 벤조일에테르의 유도체를 이용해도 좋다.

본 발명의 양호한 실시예에서, 배향막은 종래의 배향막 재료 상에 실시되는 공지의 공정을 통해 상기 액정 배향막으로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 액정배향막 재료는 용액의 상태로 기판 상에 도포된 후, 소망의 열처리 공정을 거쳐 배향막을 형성한다. 폴리이미드 골격을 갖는 배향막 재료의 경우, 열가소성의 폴리이미드를 재료로서 사용할 수 있다. 한편, 폴리이미드의 전구체인 폴리암산이 기판 상에 부여된 후, 열처리에 의해 폴리이미드로 변할 수 있다.

이 방법으로 얻어진 배향막의 소정의 영역에 상기 파장 범위의 빛을 조사함으로써, 스페이서 결합을 선택적으로 절단한다. 그 다음, 예컨대 용매로 배향막을 세정함으로써, 주쇄로부터 절단된 측쇄를 제거할 수 있다. 필요에 따라, 용매를 제거하기 위해서 더 건조할 수 있다.

이 방법에서, 액정분자에 2°∼l5°의 프리틸트각을 부여하는 저 프리틸트각 영역이 배향막의 소정 영역에 형성된다. 이 배향막의 저 프리틸트각 영역에서, 배향막 재료의 주쇄는 화학선의 조사에 의해 손상되지 않는다. 따라서, 배향막 재료의 주쇄가 본래의 배향 특성을 나타낼 수 있다. 그 결과, 배향막의 저 프리틸트각 영역에서, 액정분자에는 소정의 프리틸트각이 안정된 방법으로 부여된다. 한편, 화학선에 조사되지 않은 배향막의 나머지 영역은 액정분자에 85°초과 90°이하의 프리틸트각을 부여하는 고 프리틸트각 영역이 된다.

상술한 액정배향막 재료를 사용하면, 예를 들면 도3에 나타낸 OCB-모드 LCD(l00)를 제조할 수 있다.

도3에 나타낸 바와 같이, LCD(l00)는 두 기판(10a, 10b), 기판(10a, 10b) 사이에 위치하는 액정층(12), 및 기판(10a, 10b)의 내면에 제공된 두 배향막(11a, 11b)을 포함하여 액정층(12)을 대향하도록 한다. LCD(100)는 복수의 화소를 형성한다. 도3에서는, 1개의 화소에 해당하는 LCD(100)의 일부를 개략적으로 나타내고 있다. 기판(10a, 1Ob)으로는 예컨대, 공지의 칼라필터 기판이나 액티브 매트릭스 기판 등을 사용할 수 있다. 도3에 도시하지 않았지만, 이들 기판(10a, 10b)은 액정층(12)에 전압을 인가하기 위한 전극, 전극에 전압을 공급하기 위한 배선, TFTs나 MIMs와 같은 스위칭 소자, 및 칼라표시를 위한 칼라필터층을 필요에 따라 포함할 수 있다.

배향막(11a, 11b) 각각은 주쇄, 화학선에 조사될 때 선택적으로 절단되는 결합을 갖는 원자단, 원자단에 의해 주쇄에 결합되어 있는 측쇄를 포함하는 상기 고분자 재료로 형성되어 있다. 도3에 나타낸 바와 같이, 배향막(11a, 11b) 각각은 측쇄를 갖지 않는 고분자 재료로 형성된 저 프리틸트각 영역(11L)과, 측쇄를 갖는 고분자 재료로 형성된 고 프리틸트각 영역(11H)을 포함한다. 저 프리틸트각영역(11L)은 화소들중 하나에 대응하여 형성되어 있다. 한편, 고 프리틸트각 영역(11H) 각각은 대상 화소 외부에, 예를 들면 저 프리틸트각 영역(11L)을 포위하도록 제공된다.

저 프리틸트각 영역(11L)의 고분자 재료는 액정분자(12a)에 2°∼15°의 프리틸트각(θL)을 부여하고 있다. 한편, 고 프리틸트각 영역(11H)의 고분자 재료는 액정분자(12a)에 85°초과 90°이하의 프리틸트각(θH)을 부여하고 있다.

액정분자(12a)에 대한 배향막(11a)에 의해 형성되는 프리틸트 방향은 액정분자(12a)에 대한 배향막(11b)에 의해 형성된 것과 동일하다. 즉, 동일한 배향 상태가 형성된다. 프리틸트 방향은, 예컨대 러빙 처리에 의해 형성되므로, 러빙 방향이 서로 평행해지도록 기판(1Oa, 1Ob)을 결합시킴으로써 균일한 셀을 형성할 수 있다. 또한, 기판(10a, 10b)은, 또한 배향막(11a, 11b))의 고 프리틸트각 영역(11H)이 서로 대향하고, 배향막(11a, 11b)의 저 프리틸트각 영역(11L)이 서로 대향하도록 결합된다.

액정층(12)에 전압이 인가되지 않은 상태에서는, 고 프리틸트각 영역들(11H) 사이에 위치하는 액정층(12)의 제1 영역(12H)에 있는 액정분자(12a)는 벤드 배향 상태를 나타내는 반면, 저 프리틸트각 영역들(11L) 사이에 위치하는 액정층(12)의 제2 영역(12L)에 있는 액정분자(12a)는 스플레이 배향 상태를 나타낸다. 한편, Vcr 이상의 전압이 액정층(12)의 제2 영역(12L)에 인가되면, 제2 영역(12L) 내의 액정분자(12a)는 스플레이 배향 상태로부터 벤드 배향 상태로 전이한다. 이 때, 제2 영역(12L)을 둘러싼 제1 영역(12H)에 존재하는 액정분자(12a)가 벤드 배향 상태를 나타낸다. 따라서, 제2 영역(12L)에 존재하는 액정분자(12a)는, 제1 영역(12H) 내의 액정분자(12a)에 의해 영향받으므로 스무스하게 벤드 배향 상태로 전이한다. 그 결과, LCD(100)의 모든 화소에 있어서, 액정층(12)의 액정분자(12a)가 균일하고 스무스하게 벤드 배향 상태로 전이한다.

즉, 본 발명의 양호한 실시예에 따른 LCD(l00)는, 상술한 일본 특허출원 제2000-107910호에 기재되어 있는 LCD보다도 훨씬 더 안정하게 동작하고 훨씬 더 좋은 성능을 발휘할 수 있다. 이와 같이 우수한 성능의 LCD(l00)를 얻기 위해서는, 저 프리틸트각 영역(11L)은 2°∼15°, 바람직하기로는 6°∼10°의 프리틸트각(θL)을 형성하는 반면, 고 프리틸트각 영역(11H)은 85°초과 90°이하의 프리틸트각(θH)을 형성하는 것이 바람직하다.

본 발명의 양호한 실시예에 따른 HAN-모드 LCD에 있어서는, 액정층을 사이에 제공되는 두 배향막이 상기 배향막 재료로 이루어진다. 두 배향막들중 하나는 고 프리틸트각 영역을 갖는 반면, 다른 배향막은 저 프리틸트각 영역을 갖는다. 액정층은 배향막들의 고 프리틸트각 영역과 저 프리틸트각 영역과의 사이에 위치하고 액정분자가 하이브리드 배향 상태를 나타내는 영역을 포함한다. 하이브리드 배향 영역은 적어도 화소에 대응하도록 형성될 수 있다. 그러나, 전형적으로는, 한 배향막의 거의 모든 표면이 고 프리틸트각 영역을 형성하는 반면, 다른 쪽 배향막의 거의 모든 표면이 저 프리틸트각 영역을 형성한다. 즉, 한 쌍의 기판의 내면에 상기 배향막 재료의 두 막이 형성될 수 있고, 두 막중 하나는 소정의 파장을 갖는 화학선에 거의 전체적으로 조사된 다음, 측쇄는 배향막 재료로부터 제거될 수 있다. 그 다음, 하이브리드 배향 영역을 형성하는 한 쌍의 배향막을 얻을 수 있다.

이들 두 배향막은 동일한 배향막 재료로 형성되어 있다. 따라서, LCD가 구동되기 시작될 때 DC 옵셋 전압이 저하되고, 그 결과 화상 응집 현상이 최소화된다. 또한, 배향막 재료로부터 측쇄가 선택적으로 제거되고, 주쇄는 손상을 받지 않는다. 그러므로, 저 프리틸트각 영역은 배향 특성을 안정하게 하고, 우수한 성능의 HAN-모드 LCD가 얻어질 수 있다.

본 발명의 양호한 실시예에 따른 배향막 재료는, OCB-모드 LCD와 HAN-모드 LCD 등과 같은 고 프리틸트각 영역과 저 프리틸트각 영역을 갖는 LCD뿐만 아니라 다른 형태의 광학소자를 형성하는 데 사용될 수 있다.

예를 들면, 배향막 재료는 복굴절 매체층을 포함하는 광학소자(위상차 판이나 선택 반사판 등)를 제조하는 데 사용될 수 있다. 상기 배향막으로 된 배향막들이 액정분자를 포함하고 액정분자의 배향 상태를 제어함으로써 복굴절율이 제어되는 복굴절 매체층을 형성하는 데 사용되면, 고 프리틸트각 영역과 저 프리틸트각 영역을 안정한 방법으로 형성할 수 있다. 또한, 고 프리틸트각 영역과 저 프리틸트각 영역을 특정한 위치에 선택적으로 형성할 수 있기 때문에, 복수 화소에 대하여 서로 다른 복굴절율을 갖는 복굴절 매체층을 형성할 수 있다. 또, 복굴절 매체층은 키랄 네마틱 재료와 광경화성 수지를 포함하는 혼합물로 이루어질 수 있다.

이하에, 본 발명에 의한 구체적인 실시예를 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되는 것이 아니다.

(실시태양 1)

수평배향성을 갖는 주쇄로서 폴리이미드 골격과 이 주쇄에 결합될 수직배향성을 갖는 측쇄로서 알킬기를 포함하는 고분자 재료를 배향막 재료로서 준비한다. 이 배향막 재료의 일반적인 분자 구조를 하기 화학식(1)으로 나타낸다:

상기 식에서,

X는 하기 화학식(2)로 나타내지는 5종류의 원자단중 하나 또는 이들의 혼합물(즉, 공중합체)이고:

Y는 바람직한 실시예에서 알킬 사슬이다. 알킬 사슬 Y는, 화학식(1)으로 나타낸 반복 단위마다 도입된다.

폴리이미드 주쇄와 알킬 측쇄를 결합하는 스페이서로서, 벤조일에테르기, 과산화벤조일기 및 아미드기를 포함하는 3형태의 열가소성 폴리이미드계 배향막 재료를 각각 준비하였다. 벤조일에테르기, 과산화벤조일기 및 아미드기는 각각 다음 화학식(3), (4) 및 (5)으로 나타내진다:

이 경우에, 각각 하기 일반식(6) 및 (7)으로 나타내지는 X1 및 Y1은 배향막 재료의 X 및 Y로서 각각 이용되었다:

이 배향막 재료는 공지 방법으로 합성될 수 있다. 양호한 제1 실시예의 다음 설명에서, 벤조일에테르기를 이용한 배향막 재료를 실시예1, 과산화벤조일기를 이용한 배향막 재료를 실시예2, 아미드기를 이용한 배향막 재료를 비교예1로 하였다.

실시예1, 실시예2 및 비교예1의 배향막 재료를 용매에 용해한 상태로 각각의 유리기판 상에 도포하였다. 30℃의 조건 하에서 감압법에 의해 용매를 제거하여 각각의 배향막을 얻었다.

다음에, 3 기판 상에 있는 3 형태의 배향막 한 셋트는, 각각 6.0 J/cm², 4.0 J/cm², 2.0 J/cm², 0.5 J/cm², 및 0.l J/cm²의 조사 강도로 250 nm, 300 nm, 350 nm, 450 nm, 및 50O nm의 파장을 갖는 빛에 약 5분 동안 조사되었다. 3 기판 상에 있는 3 형태의 배향막의 또 다른 셋트는 빛에 조사되지 않았다.

광 조사한 기판들은 해리한 저분자 화합물(즉, 절단된 측쇄)을 제거하기 위해서, 아세톤으로 증기 세정하였다.

모든 기판에 대해서 배향막에 러빙 처리를 하였다.

그 다음, 3 형태중 하나에 대한 배향막의 하나에 형성된 유리기판 한 쌍을 서로 결합시켜 동종의 셀을 얻었다. 그 다음, 각 셀에 액정재료 "ZLI-4792"(머크사 제)를 주입하였다.

이 방법으로 제조된 각 샘플에 대해서, 결정 회전법으로 액정분자의 프리틸트각을 평가하였다. 얻어진 결과를 다음 표1에 나타냈다:

표 1

	실시예 1	실시예 2	비교예 1
주쇄	폴리이미드	폴리이미드	폴리이미드
측쇄	알킬기	알킬기	알킬기
스페이서 원자단	벤조일에테르기	과산화벤조일기	아미드기
250 nm	1.0°	0.5°	0.9°
300 nm	5.9°	6.3°	78.8°
350 nm	6.8°	7.2°	83.1°
350nm＜,≤450nm	8.5°	8.6°	84.2°
500 nm	83.6°	82.7°	84.9°
비 조사	88.4°	87.6°	86.9°

빛에 조사되지 않을 때, 실시예1, 실시예2 및 비교예1의 모든 샘플은 85°를 초과하는 프리틸트각을 갖고, 양호한 수직 배향성을 나타냈다. 실시예1, 실시예2 및 비교예1의 배향막이 250 nm의 파장을 갖는 빛에 조사될 때, 이들 샘플의 모두는 1°이하의 프리틸트각을 나타냈다.

300 nm 이상의 파장의 빛을 조사한 경우에는, 비교예1의 샘플은 약 80°까지만 감소된 프리틸트각을 갖고, 수평 배향성을 부여할 수 없었다. 한편, 실시예l 및 실시예2의 샘플이 300 nm∼450 nm의 파장 범위 내에 있는 빛에 조사되었을 때, 프리틸트각은 약 6°∼9°의 범위이었다. 그리고, 실시예1 및 실시예2의 샘플이 350 nm∼450 nm의 파장 범위에 있는 빛에 조사되었을 때, 프리틸트각은 약 7°∼9°의 범위에 있었다. 그러나, 500 nm 이상의 파장을 갖는 빛에 조사될 때, 실시예1 및 실시예2의 샘플도 80°를 초과한 프리틸트각을 갖고, 수평 배향성을 부여할 수 없었다.

이들 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 250 nm의 파장을 갖는 빛에 조사될 때, 배향막 재료의 측쇄뿐만 아니라 주쇄도 분해되어, 스페이서의 형태에 관계없이 프리틸트각은 너무 작아졌다. 한편, 300 nm∼450 nm의 파장 범위에 있는 빛에 조사될 때, 그들의 스페이서로서 벤조일에테르기 및 과산화벤조일기를 사용한 배향막 재료(즉, 실시예1 및 2)는 좋은 수평 배향성을 나타냈다. 이는 스페이서 결합만이 절단되고, 측쇄가 선택적으로 제거되었기 때문이다. 그러나, 스페이서로서 아미드기를 사용한 배향막 재료(즉, 비교예1)가 300 nm∼450 nm의 파장 범위에 있는 빛에 조사될 때에도, 스페이서 결합은 절단되지 않고, 그 재료는 측쇄의 작용으로 인해 수직 배향성을 나타냈다. 스페이서로서 에스테르기를 사용한 경우도 마찬가지 결과를 얻었다. 500 nm의 파장의 광조사를 한 경우에는, 벤조일에테르기 또는 과산화벤조일기의 스페이서 결합은 거의 절단되지 않고, 배향막은 수직 배향성을 유지하였다.

그 다음, 본 발명의 또 다른 실시태양을 설명한다. 이 바람직한 실시태양에서는, 수평 배향성을 갖는 주쇄로서 하기 일반식(8)의 폴리비닐 알코올 골격을 갖는 배향막 재료를 사용하였다:

상기 식에서, Y는 측쇄이다.

상기 양호한 실시태양에서 처럼, 측쇄 Y로서 알킬 사슬을 사용하고, 측쇄의 도입율은 100%로 하였다. 이 바람직한 실시태양에서, 주쇄와 측쇄를 함께 연결하는 스페이서로서, 벤조일에테르기, 과산화벤조일기 및 아미드기를 포함하는 3 형태의 배향막 재료를 각각 실시예3, 실시예4 및 비교예2로서 제조하였다.

상기 양호한 실시태양에서처럼, 프리틸트각을 측정하기 위해 사용하는 샘플은 이들 배향막 재료를 사용함으로써 준비되었다. 그러나, 이러한 양호한 실시태양에서, 샘플은 350 nm의 파장을 갖는 자외선에만 약 5분 동안 조사되었다. 이들 샘플의 프리틸트각을 결정 회전법으로 평가하였다. 얻어진 결과를 다음 표2에 나타냈다.

표 2

	주쇄	측쇄	스페이서 원자단	프리틸트각(UV 비조사)	프리틸트각(UV 조사)
실시예 3	비닐 알코올	알킬기	벤조일에테르기	88.1°	2.1°
실시예 4	비닐 알코올	알킬기	과산화벤조일기	86.4°	2.5°
비교예 2	비닐 알코올	알킬기	아미드기	85.7°	82.4°

표2에 나타낸 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 주쇄가 폴리비닐 알코올인 경우에도, 스페이서로서 벤조일에테르기 및 과산화벤조일기를 갖는 배향막은 350 nm의 자외선에 조사될 때, 스페이서 결합이 절단되고, 측쇄가 선택적으로 제거되었다. 따라서, 주쇄가 거의 손상되지 않았다. 그러나, 일반적으로, 폴리비닐알코올은 폴리이미드보다도 덕 작은 프리틸트각을 제공하는 재료이므로, 폴리비닐알코올을 함유하는 자외선 조사된 배향막은 약 2°의 프리틸트각을 갖는다.

한편, 스페이서로서 아미드기를 포함하는 배향막 재료의 샘플(비교예2)는 프리틸트각이 거의 감소되지 않았고, 350 nm의 자외선에 조사되었을 때에도 수평 배향성을 부여할 수 없었다. 즉, 폴리이미드 주쇄를 포함하는 배향막 재료(비교예1)의 것과 동일한 결과를 얻었다.

(실시태양 2)

이하, 본 발명의 양호한 제2 실시태양을 설명한다. 양호한 제2 실시태양은 상기 본 발명의 양호한 실시예들중 어느 하나에 따른 배향막 재료를 사용함으로써 제조되는 LCD에 관한 것이다.

우선, OCB-모드 LCD(도3 참조)의 샘플을 본 발명의 두 특정 실시예1 및 2와 두 비교예1 및 2를 각각 나타내는 LCD(l), LCD(2), LCD(3) 및 LCD(4)로서 다음 방법으로 제조하였다.

실시예1을 나타내는 LCD(1)에 대해서는, 상기 양호한 제1 실시태양의 실시예2를 나타내는 배향막 재료(즉, 과산화벤조일 스페이서를 포함하는 폴리이미드계 배향막 재료)를 사용하였다.

실시예2를 나타내는 LCD(2)에 대해서는, 상기 양호한 제1 실시태양의 실시예4를 나타내는 배향막 재료(즉, 과산화벤조일 스페이서를 포함하는 폴리비닐 알코올계 배향막 재료)를 사용하였다.

비교예1을 나타내는 LCD(3)에 대해서는, 약 90°의 프리틸트각을 형성한 수직 배향막 "JALS- 204"(JSR 사제, 아미드 결합을 갖는 스페이서를 포함)을 사용하였다.

비교예2를 나타내는 LCD(4)에 대해서는, 약 7°의 프리틸트각을 형성한 수평 배향막 "JALS-212"(JSR 사제)을 사용하였다.

우선, 매트릭스에 화소전극이 배치된 TFT 기판과, 대향기판 4쌍을 준비하였다. 이들 기판은 공지방법에 의해 제조되었다. 그 다음, 4쌍의 기판에 대한 4종류의 배향막 재료를 사용함으로써 이들 기판의 표면 상에 배향막을 형성하였다.

그 다음, LCD(1), LCD(2) 및 LCD(3)용 기판 상의 배향막은, 도4에 나타낸 바와 같은 포토마스크(20)를 사용함으로써 자외선에 조사되었다. 도4에 나타낸 바와 같이, 포토마스크(20)는 무화소 부분이 자외선에 노출되지 않도록 제공된 화소와 차광부(20b)에 해당하는 다수의 개구부(20a)를 포함하였다. 따라서, 상기 노광 조작을 실시함으로써, 각 화소에 대응하는 각 배향막의 부분들을 자외선에 조사하였다.

LCD(1) 및 LCD(2)용 기판 상의 배향막을, 약 350 nm의 자외선에 5분간 조사하였다.

LCD(3)용 기판 상의 배향막이 약 350 nm의 자외선에 5분간 조사되었을 때에도, 그로부터 형성된 프리틸트각은 변화하지 않았다. 따라서, 본 발명자들은 250 nm의 딥 UV를 이용함으로써, 조사 에너지(J/cm²)와 프리틸트각의 관계를 조사하였다. 그 결과, 본 발명자들은 도5에 나타낸 바와 같이, 조사 에너지가 높을수록 프리틸트각이 낮아진다는 사실을 알아냈다. 이 결과에 근거하여, 프리틸트각이 약 7°로 되도록, LCD(3)용 기판 상의 배향막에, 파장이 약 250 nm인 딥 UV를 6J/cm²의 강도로 조사하였다.

LCD(4)용 기판 상의 배향막에는 자외선을 조사하지 않았다.

그 다음, 모든 기판 상의 배향막을 러빙 처리하였다. TFT 기판에 직경 6.5 ㎛의 플라스틱 비드를 살포하고, 동종의 배향 상태를 형성하도록 TFT 기판을 대향기판과 접합시켰다. 얻어진 액정 셀 각각에, 진공주입법에 의해 네마틱 액정 재료 "ZLI-4792"(머크사 제)을 주입한 다음, 주입구를 자외선 경화형 수지로 밀봉시켰다.

이와 같이 하여, 4종류의 배향막을 각각 포함하는 OCB-모드 LCD(1∼4)를 제조하였다. 이들 LCD(1∼4)의 벤드전이전압(Vcr) 및 전이시간을 평가한 결과를 하기 표3에 나타냈다. 각 표시부(즉, 화소에 대응하는 영역)의 프리틸트각을 결정 회전법에 의해 평가한 결과를 하기 표3에 함께 나타냈다.

표 3

	화소 영역의 프리틸트 각(°)	벤드전이전압(V)	벤드전이 시간(분)
LCD 1	6.8	1.3	3
LCD 2	2.2	2.1	5
LCD 3	7.1	전이 없음	-
LCD 4	7.5	1.4	6

수직 배향막 재료를 사용한 LCD(3)에는, 인가전압이 15V에 도달할 때까지 벤드전이는 일어나지 않았다. 한편, LCD(1), LCD(2) 및 LCD(4)에는, 표3에 나타낸 바와 같이 액정 분자들이 각각 인가전압 1.3V, 2.1V 및 1.4V에서 벤드 배향 상태로 전이되었다.

종래의 수직 배향막 재료를 사용한 LCD(3)는, 화소부(자외선에 조사된 영역)의 프리틸트각 7.1°를 가졌다. 또한, 더욱 화소부 주변에 수직 배향 영역이 존재할 지라도, LCD(3)에 벤드 전이가 일어나지 않았다. 그 원인은 아래와 같은 것으로 생각된다.

도6A에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 딥 UV 조사에 의해, 수직 배향막 재료(32)의 측쇄 알킬기(34)가 제거될 뿐만 아니라, 주쇄(36)의 일부도 분해해 버린다. 그 결과, 배향막의 대부분의 영역은 프리틸트각이 극히 낮은(약1°) 영역을 형성하고, 배향막의 일부만이 수직배향 영역이다. 따라서, 프리틸트각의 극히 낮은 대부분의 배향막은 벤드 전이할 수 없다. LCD(3)의 화소부의 프리틸트각의 측정치가 7.1°이며, 이는 약 1°의 저 프리틸트각과 수직배향 영역의 프리틸트각과의 평균이어야 한다.

한편, 수평 배향막을 사용한 LCD(4)의 화소부의 프리틸트각은 7.5°이었다. 수직배향 영역이 LCD(4)에 형성되지 않았을 지라도, LCD(4)에 벤드전이가 일어났다.

LCD(1)은 LCD(4)의 프리틸트각다도 작은 6.8°의 프리틸트각을 형성하였다. 그러나, 수직배향 영역이 벤드 전이 핵으로서 LCD(1)에 존재하였기 때문에, LCD(4)보다도 낮은 전압과 짧은 시간에 LCD(1)에 벤드전이가 완전히 일어났다.

또한, LCD(2)의 경우, 표시부의 프리틸트각은 2.2°로 작지만, 화소부 전체의 프리틸트각이 균일하기 때문에 벤드전이가 LCD(2)에 일어났다.

그 결과로부터, 액정 분자를 벤드 배향 상태로 스무스하고 균일하게 전이하기 위해서, 배향막 재료의 주쇄를 분해시키지 않도록 함으로써 프리틸트각을 정확히 조정하는 것이 중요하다는 것을 알았다.

본 발명의 양호한 실시태양의 특정 실시예를 나타내는 LCD(1) 및 LCD(2)는 비교적 낮은 인가전압과 비교적 짧은 시간에 액정 분자를 벤드 배향 상태로 전이시킬 수 있고, 우수한 성능을 나타낼 수 있다는 것을 알 수 있다.

다음에, 도8에 나타낸 HAN-모드 LCD의 샘플을, 본 발명의 또 다른 특정 실시예 3 및 4와 비교예 3 및 4를 각각 나타내는 LCD(5), LCD(6), LCD(7) 및 LCD(8)로서 다음 방법으로 제조하였다.

실시예3을 나타내는 LCD(5)에 대해서는, 상기 양호한 제1 실시태양의 실시예2의 배향막 재료(즉, 과산화벤조일 스페이서를 포함하는 폴리이미드계 배향막 재료)를 사용하였다. 두 기판중 하나의 배향막에 350 nm의 자외선을 5분간 조사하였다.

실시예4를 나타내는 LCD(6)에 대해서는, 상기 양호한 제1 실시태양의 실시예4의 배향막 재료(즉, 과산화벤조일 스페이서를 포함하는 폴리비닐 알코올계 배향막 재료)를 사용하였다. 두 기판중 하나의 배향막에 350 nm의 자외선을 5분간 조사하였다.

비교예3을 나타내는 LCD(7)에 대해서는, 수직 배향막 "JALS-204"(JSR 사 제)을 사용하였다. 두 기판중 하나의 배향막에 6 J/cm²의 강도를 갖는 250 nm의 자외선을 조사하였다.

비교예4를 나타내는 LCD(8)에 대해서는, 수평 배향막 "JALS-212"(JSR 사 제)와 수직 배향막 "JALS-204"(JSR 사 제)을 사용하였다.

이와 같이 하여, 4종류의 HAN-모드 LCD(5,6,7,8)를 제조하고, 각각에 대해서 DC 옵셋 전압을 25℃에서 플리커(flicker) 소거법에 의해 평가하였다. 그 결과를 표4에 나타냈다.

표 4

	DC 옵셋 전압(V)
LCD 5	0.22
LCD 6	0.21
LCD 7	0.35
LCD 8	1.05

2종류의 배향막 재료를 사용한 LCD(8)에는, 이들 막의 조성 차이 또는 표면 에너지 차이로 인해 이온이 어느 한 막에 끌리기 쉬워지며 전하 축적이 쉬워지기 때문에, 화상 응집 현상을 야기하는 DC 옵셋 전압이 1.05 V 발생하였다.

한편, LCD(7)에는, 배향막이 동일한 재료로 되었기 때문에, 훨씬 적은 양의 전하가 저장되고 DC 옵셋 전압은 0.35 V까지 저하하였다.

또한, 본 발명의 양호한 실시태양의 특정 실시예를 나타내는 LCD(5) 및 LCD(6)에서는, DC 옵셋 전압은 각각 0.22 V 및 0.21 V로 각각 저하되었다.

이와 같이, 스페이서로서 과산화벤조일기를 사용했을 때, 종래의 수직 배향막에 조사되는 자외선보다 낮은 에너지를 갖는 자외선에 배향막을 조사함으로써 수평 배향을 실현시켰다. 이와 같이, 주쇄는 훨씬 손상되지 않았고, 옵셋 전압은 LCD(7)보다도 더욱 저하되었다. 또한, LCD(5) 및 LCD(6)에서는, 주쇄의 손상이 적기 때문에, LCD(7)에 비해 수평배향 영역의 프리틸트각이 안정하였다.

그러므로, 본 발명자들은, 동일한 재료의 배향막이 한 쌍의 기판에 형성되고 프리틸트각이 배향막을 자외선에 조사시킴으로써 조절되는 방법에 의해 HAN 모드에서 DC 옵셋 전압이 효과적으로 감소될 수 있다는 것을 알아냈다. 본 발명자들은 자외선의 에너지가 낮을 수록, 옵셋 전압이 더 낮아진다는 것을 알아냈다.

상기 본 발명의 여러 바람직한 실시태양의 어느 하나에 따른 액정 배향막 재료에는, 화학선을 재료에 조사할 때 수직 배향막의 측쇄를 선택적으로 제거할 수 있고, 그 주쇄는 거의 손상되지 않는다. 그러므로, 고 프리틸트각 영역과 저 프리틸트각 영역을 안정하고 높은 효율로 형성할 수 있다.

또한, 본 발명은, OCB-모드 LCD나 HAN-모드 LCD와 같이, 고 프리틸트각 영역(수직배향 영역)과 저 프리틸트각 영역(수평배향 영역)을 갖는 형태의 액정표시장치의 성능과 생산성을 향상시킬 있다. 또한, 본 발명은 LCD 이외의 광학소자(예컨대, 위상차 판)의 성능이나 생산성을 향상시킬 수 있다.

본 발명은 양호한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 본 발명의 숙련자라면 여러 가지로 변형할 수 있다. 따라서, 본 출원의 특허청구범위는 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한, 본 발명의 모든 변형을 포함할 수 있다.

도 1은 본 발명의 양호한 실시예에 사용되는 배향막 재료의 구조를 나타낸 개략도.

도 2는 수평 배향성을 갖는 폴리이미드계 배향막 재료의 흡수 스펙트럼을 나타낸 그래프.

도 3은 본 발명의 양호한 실시예에 따른 OCB-모드 액정표시장치(LCD)(100)의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도.

도 4는 도3에 나타낸 OCB-모드 LCD(100)를 제조하는 데 사용되는 포토마스크의 구성을 개략적으로 나타낸 평면도.

도 5는 종래의 수직 배향막에 있어서 딥(deep) UV선의 조사 에너지에 대한 프리틸트각의 의존성을 나타낸 그래프.

도 6은 종래의 수직 배향막의 구조와 액정분자의 배향 상태가 딥 UV 조사에 의해 어떻게 변하는가를 나타낸 개략도.

도 7A 및 도 7B는, 각각 전압 무인가 시 및 전압 인가 시(Vcr 이상), OCB-모드 LCD에 있어서 액정분자가 어떻게 배향 되는가를 개략적으로 나타낸 도면.

도 8은 HAN-모드 LCD에 있어서의 액정분자의 배향을 개략적으로 나타낸 도면.

*도면 부호의 설명

1: 배향막 재료 2, 36: 주쇄 3: 스페이서

4: 측쇄 1O, 1Oa, 1Ob: 기판

11a, 1lb, 41a, 41b, 51a, 51b: 배향막

11H: 고 프리틸트각 영역 11L: 저 프리틸트각 영역

12: 액정층 12a: 액정분자

12H: 제1 영역(복굴절 배향 영역)

12L: 제2 영역(스플레이 배향 영역)

20: 포토마스크 2Oa: 개구부 20b: 차광부

32: 수직 배향막 재료 34: 측쇄 알킬기 400: OCB-모드 LCD

500: HAN-모드 LCD

Claims

두 기판; 상기 두 기판 사이에 있는 액정층; 및 상기 두 배향막을 포함하고, 각각의 배향막은 액정층을 대향하도록 기판들중 상대 기판의 한 표면에 제공되고, 복수의 화소를 형성하는 액정표시장치에 있어서,

두 배향막중 적어도 하나는 고분자 재료로 형성되고,

측쇄를 갖는 고분자 재료는 액정층의 액정 분자에 85°초과 90°이하의 프리틸트각을 부여할 수 있고, 그리고

측쇄를 갖지 않는 고분자 재료는 액정 분자에 2°∼15°의 프리틸트각을 부여할 수 있는 액정표시장치.
제 1항에 있어서, 상기 두 배향막중 적어도 하나는 측쇄를 갖지 않는 고분자 재료로 형성된 저 프리틸트각 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제 2항에 있어서, 상기 적어도 하나의 배향막이 측쇄를 갖는 고분자 재료로 형성된 고 프리틸트각 영역을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제 3항에 있어서, 두 배향막의 각각은 고 프리틸트각 영역과 저 프리틸트각 영역을 포함하고,

액정층은 배향막들의 고 프리틸트각 영역들 사이에 위치하고 액정분자가 전압 무인가 시 벤드 배향 상태를 나타내는 벤드 영역, 및 배향막들의 저 프리틸트각 영역들 사이에 위치하고 액정분자가 전압 무인가 시 스플레이 배향 상태를 나타내는 스플레이 영역을 포함하고, 그리고

벤드 배향 상태를 이용함으로써 표시 배향을 하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제 3항에 있어서, 두 배향막들중 하나는 고 프리틸트각 영역을 포함하고, 다른 배향막은 저 프리틸트각 영역을 포함하고,

상기 액정층은 두 배향막들중 고 프리틸트각 영역과 저 프리틸트각 영역 사이에 위치하고 액정분자가 하이브리드 배향 상태를 나타내는 하이브리드 영역을 포함하고, 그리고

HAN 모드에서 표시 동작을 하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제 1항에 있어서, 상기 원자단의 결합은, 300 nm∼450 nm의 파장의 빛에 조사될 때 절단되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제 6항에 있어서, 상기 원자단이 과산화벤조일, 벤조일에테르 및 이들의 유도체로 이루어지는 군으로부터 선택되는 화합물을 적어도 하나 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
두 기판; 상기 두 기판들 사이에 있는 액정층; 및 액정층을 대향하도록 기판들중 상대 기판의 한 표면에 제공되는 두 배향막을 포함하고, 복수의 화소를 형성하는 액정표시장치의 제조 방법에 있어서,

(a) 두 기판들을 준비하는 단계;

(b) 두 기판들중 적어도 하나의 표면에 고분자 재료의 두 배향막들중 적어도 하나를 형성하고, 상기 고분자 재료가 주쇄, 화학선에 조사될 때 선택적으로 절단되는 결합을 갖는 원자단, 및 상기 원자단에 의해 상기 주쇄에 결합되는 측쇄를 포함하고, 상기 측쇄를 갖는 고분자 재료는 액정층의 액정 분자에 85°초과 90°이하의 프리틸트각을 부여하는 단계;

(c) 배향막의 적어도 한 영역에 화학선을 조사시키고, 그에 따라 적어도 한 영역에서 고분자 재료의 원자단의 결합을 절단하고 측쇄를 제거하는 단계; 및

(d) 상기 배향막의 적어도 한 영역에 의해서 2°∼15°의 프리틸트각이 부여된 액정분자를 포함하는 액정층을 형성하는 단계를 포함하는 액정표시장치의 제조방법.
제 8항에 있어서, 단계(c)가 복수의 화소를 형성하는 배향막의 선택된 영역을 화학선에 조사시키는 단계를 포함하고, 단계(d)는 상기 화학선에 조사되지 않은 배향막의 비선택 영역에 의해 85°초과 90°이하의 프리틸트각이 부여된 액정분자를 포함하는 액정층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
제 8항에 있어서, 단계(c)가 300 nm∼450 nm 범위 파장의 빛에 적어도 하나의 영역을 조사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
제 8항에 있어서, 상기 원자단이 과산화벤조일, 벤조일에테르 및 이들의 유도체로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
두 배향막과 이 두 배향막들 사이에 있는 복굴절 매체층을 포함하는 광학소자에 있어서,

복굴절 매체층은 배향 상태가 두 배향막들에 의해 조절되는 액정 분자를 포함하고,

두 배향막중 적어도 하나는 고분자 재료로 형성되고, 고분자 재료는 주쇄, 화학선에 조사될 때 선택적으로 절단되는 결합을 갖는 원자단, 및 상기 원자단에 의해 상기 주쇄에 결합되는 측쇄를 포함하고,

상기 측쇄를 갖는 고분자 재료는 액정 분자에 85°초과 90°이하의 프리틸트각을 부여할 수 있고, 그리고

측쇄를 갖지 않는 고분자 재료는 액정 분자에 2°∼15°의 프리틸트각을 부여할 수 있는 광학소자.
제 12항에 있어서, 상기 두 배향막중 적어도 하나가, 측쇄를 갖지 않는 고분자 재료로 형성된 저 프리틸트각 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학소자.
제 13항에 있어서, 적어도 하나의 배향막이 측쇄를 갖는 고분자 재료로 형성된 고 프리틸트각 영역을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학소자.
제 14항에 있어서, 두 배향막들의 각각이 고 프리틸트각 영역과 저 프리틸트각 영역을 포함하고,

상기 복굴절 매체층은 상기 배향막들의 고 프리틸트각 영역들 사이에 위치하는 제1 영역, 및 상기 배향막들의 저 프리틸트각 영역의 사이에 위치하는 제2 영역을 포함하고, 상기 제1 영역과 상기 제2 영역이 서로 다른 리타데이션을 갖는 것을 특징으로 하는 광학소자.
두 배향막과, 이들 두 배향막들 사이에 위치하는 복굴절 매체층을 포함하는 광학 소자를 제조하는 방법에 있어서,

(a) 고분자 재료의 두 배향막들중 적어도 하나를 형성하고, 고분자 재료는 주쇄, 화학선에 조사될 때 선택적으로 절단되는 결합을 갖는 원자단, 및 상기 원자단에 의해 주쇄에 결합되는 측쇄를 포함하고, 상기 측쇄를 갖는 고분자 재료가 복굴절 매체층의 액정분자에 85°초과 90°이하의 프리틸트각을 부여하는 단계,

(b) 배향막의 적어도 한 영역을 화학선에 조사시킴으로써 적어도 한 영역에서 고분자 재료의 원자단의 결합을 절단하고 측쇄를 제거하는 단계, 및

(c) 상기 배향막의 적어도 한 영역에 의해서 2°∼15°의 프리틸트각이 부여된 액정분자를 포함하는 복굴절 매체층을 형성하는 단계를 포함하는 광학소자의 제조방법.
제 16항에 있어서, 단계(b)는 배향막의 선택된 영역을 화학선에 조사하는 단계를 포함하고, 그리고

단계(c)는 화학선에 조사되지 않은 배향막의 다른 비선택 영역에 의해 85°초과 90°이하의 프리틸트각이 부여된 액정분자를 포함하는 복굴절 매체층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학소자의 제조방법.
제 16항에 있어서, 단계(b)가 300 nm∼450 nm 범위 파장의 빛에 적어도 하나의 영역을 조사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학소자의 제조방법.
제 16항에 있어서, 상기 원자단이 과산화벤조일, 벤조일에테르 및 이들의 유도체로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학소자의 제조방법.
주쇄, 화학선에 조사될 때 선택적으로 절단되는 결합을 갖는 원자단, 및 상기 원자단에 의해 상기 주쇄에 결합되는 측쇄를 포함하는 고분자 재료로 이루어진 액정 배향막 재료에 있어서,

상기 측쇄를 갖는 고분자 재료는 액정 분자에 85°초과 90°이하의 프리틸트각을 부여할 수 있고, 그리고

측쇄를 갖지 않는 고분자 재료는 액정 분자에 2°∼15°의 프리틸트각을 부여할 수 있는 액정배향막 재료.
주쇄, 화학선에 조사될 때 선택적으로 절단되는 결합을 갖는 원자단, 및 상기 원자단에 의해 주쇄에 결합되는 측쇄를 포함하는 고분자 재료로 이루어지고, 상기 원자단은 과산화벤조일, 벤조일에테르 및 이들의 유도체로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 화합물을 포함하는 액정배향막 재료.