KR100628261B1 - 폴리페닐렌프탈아미드계 물질로 이루어진 배향막을 구비한액정표시소자 및 그 제조방법 - Google Patents

폴리페닐렌프탈아미드계 물질로 이루어진 배향막을 구비한액정표시소자 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 제 1기판 및 제 2기판, 상기 제 1기판과 제 2기판 사이에 형성된 액정층, 및 상기 적어도 하나의 기판상에 형성된 폴리페닐렌프탈아미드계 물질로 이루어진 배향막을 포함하는 액정표시소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 잔상이 적고, 강한 앵커링에너지 및 높은 열안정성을 갖는 배향막을 구비한 액정표시소자를 제공한다.
배향막

Description

폴리페닐렌프탈아미드계 물질로 이루어진 배향막을 구비한 액정표시소자 및 그 제조방법{A liquid crystal display device having an alignment layer comprising polyphenylenphthalamide-based materials, and the method of manufacturing the same}
도 1은 본 발명에 따른 액정표시장치의 개괄적 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 광배향막을 형성하기 위한 광조사 장치의 개요도이다.
도 3은 본 발명에 따라 제조된 액정셀의 T-V(Transmittance-Voltage) 특성을 나타내는 그래프이다.
<도면의 주요부에 대한 설명>
1, 2 : 기판
4 : 액정
10 : 배향막
본 발명은 액정 표시소자에 관한 것으로, 보다 구체적으로 잔상이 적은 배향 막을 구비한 액정표시소자(liquid crystal display device : LCD) 및 그 제조방법에 관한 것이다.
액정(liquid crystal: LC)은 이방성(anisotropy) 분자로 이루어진 액체이다. 상기 분자 장축의 평균방향을 액정의 디렉터(director)라 부르는데, 액정 내에서 디렉터의 분포는 기판 위에서의 앵커링 에너지(anchoring energy)에 의해 결정되며, 액정의 표면에너지와 앵커링 에너지의 최소에 해당하는 디렉터의 배향축 방향에 의해 특징 지워진다.
이때, 외부에서 전계를 가하면 액정 표시 소자(LCD)에 의해 디렉터의 재배향이 이루어진다. 상기 액정 표시 소자의 기본 단위는 2개의 기판과 그 사이에 형성된 액정으로 구성된 액정셀(LC cell)로서, 액정 디스플레이에서 균일한 휘도(brightness)와 높은 콘트라스트비(contrast ratio)를 얻기 위해서는 셀내에서 액정의 수평배향(homogeneous alignment)이 요구된다.
따라서, 액정의 수평 배향을 위해서는 기판과 액정사이에 배향막이 형성되어야 하며, 그 배향막을 형성하는 물질은 많이 알려져 있다. 예로 우수한 품질, 일축성(uniaxial), 및 열안정성을 갖는 배향을 위한 물질로서 폴리이미드(polyimide), 폴리아미드(polyamide) 및 폴리실리콘(polysilicone) 고분자등을 들 수 있다(J.Cognard, Mol.Cryst.Liq.Cryst., Supp.1(1982)).
상기 고분자위에 액정의 모노도메인 평행배향(planar alignment)을 얻기 위해서는 그 고분자 표면에 특별한 기계적 처리, 예를 들면 스트레칭(stretching), 미세홈(microgroove) 형성, 기계적 러빙(mechanical rubbing)이 요구된다. 상기 러 빙 공정에 의해서 액정은 고품질의 강한 배향을 하게 되며, 그 러빙 방향에 따라 액정의 배향이 결정된다. 그러나, 상기 방법은 몇 가지 중대한 단점이 있다.
즉, 미세홈은 불균일한 위상왜곡(random phase distortion) 및 광산란(light scattering)을 발생시켜서 디스플레이의 특성을 저하시키는 본질적인 문제가 되며, 고분자 표면을 러빙하는 동안 발생하는 정전기(Static electricity)는 액티브 매트릭스 액정 표시 소자(active matrix LC displays)에 결함을 발생시키는 원인이 된다.
더욱이, 각각의 영역(domain, pixel region)에서 다른 배향을 형성하기 위해서 액정 표면의 선택된 영역을 국부적으로 배향하는 것이 매우 어렵게 된다.
따라서, 상기 문제를 해결하기 위해 표면에 기계적 처리를 하지 않는 방법이 요구되는데, 그 중 하나로 기판위에 무기 물질을 경사 증착하고(J.Cognard, Mol.Cryst.Liq.Cryst., Supp.1(1982)), 이방성 LB(Langmuir-Blodgett) 막을 사용하여, 자기장에서 액정 분자의 이방성 흡착을 이용하는 방법이 있다. 그러나, 이 방법은 양질의 수평배향을 제공하나, 배향의 낮은 신뢰성 및 처리의 복잡성으로 인해 액정 표시 소자의 양산에 부적합하다.
또 다른 비-기계적 배향방법으로 액정의 광배향 방법(photo alignment technology)이 있다. 이 방법에 따르면, 편광된 자외선하에 광화학반응으로 이방성 표면을 갖는 배향막에 의해 액정이 배향되는데, 액정은 조사된 표면위에서 단일방향으로 배향하며, 그 배향방향은 자외선의 편광 방향에 의해 결정된다.
상기 액정의 광배향을 위한 물질로 여러 가지가 연구되었는데, 그 예로, 폴 리비닐신나메이트(polyvinylcinnamates : PVCN)(M. Schadt et al., Jpn. J. Appl. Phys. 31, Part Ⅰ, 2155(1992)), 폴리실록산신나메이트(polysiloxancinnamates : PSCN), 셀룰로스신나메이트(cellulose cinnamates : CCN), 카우마린-함유 폴리아크릴레이트(coumarin-containing polyacrylates : CCP)(M.Schadt 및 H.Seiberle, J SIS 5/4 367), 폴리이미드(polyimides : PI)(J. Chen et al. Phys.Rev.E 54(2), 1599(1996))등이 있다.
이 방법은 배향막을 형성하는 광배향 물질이 자외선의 조사에 의해서 표면이 이방성을 갖게 됨으로써 배향성이 부여되는 것이다. 보다 구체적으로, 신나모일(cinnamoyl)-함유 고분자의 경우 크로스링킹(photo- crosslinking) 반응에 의해 이방성이 부여되는데, 이는 입사되는 편광된 광과 평행한 신나모일 단편(side cinnamoyl fragments)에서 가장 효과적이다. PIs의 경우는 PI 주쇄의 광-분해(photo-destruction)에 의해 이방성이 부여되는데, 이는 입사되는 편광된 광과 평행한 감광성 단편에서 가장 효과적이다.
이와 같이, 상기 광배향 물질은 트위스트(twist) 및 수직(vertical)-모드 액정표시소자 등에 있어서 표준 액정 혼합물이 양질의 수평 평행( homogeneous planar) 및 경사(tilted) 배향을 가능하게 함으로써, 표시소자의 액정 셀을 제조하는 데 사용된다(Dr,Kwon et al. reference for SID'97).
그러나, LCD 제조시에 있어서, 스크린에서 이미지 변화 후에 디스플레이에 이전 이미지가 남는 문제(잔상 효과)로 인해서, 상기 광배향 방법을 다양하게 응용할 수 없다는 단점이 있다.
보다 구체적으로, 신나모일-함유 물질의 경우에는 전기장에서 액정분자와 그의 재배향에 의해서 배향막을 구성하는 고분자 표면이 변화함으로써 잔상효과가 야기된다. 신나모일-함유 물질은 낮은 앵커링 에너지(anchoring energy)(W < 10-2 erg cm-2)를 제공하므로, 배향막 표면에서 디렉터는 반드시 재배향되고, 고분자의 유연한 단편(예로, 크로스링크되지 않은 신나모일 단편)이 전기장에서 디렉터 재배향을 하게 된다. 따라서, 액정셀에 외부 전기장을 인가하는 동안 부드러운 배향층위의 액정 축(easy axis)과 앵커링 에너지 모두 변화하여 잔상이 남는다.
또한, PI의 경우에 있어서, 일반적으로 PI 재료는 유연하지 않은 측쇄기(side groups)를 갖고 그 표면은 훨씬 더 단단함에도 불구하고, 이들 광배향 물질은 강한 잔상효과를 갖는다. 상기 잔상 효과는 광조사된 PI 표면 근처의 이중 전하층으로 인한 인가된 전기장의 스크린이 원인이 된다. 상기 이중 층은 자외선에 노출되는 동안 PI에 전하가 발생하기 때문에 나타난다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 잔상이 적고, 강한 앵커링 에너지 및 높은 열안정성을 갖는 감광성 물질을 배향막으로 사용하여 형성된 액정표시소자를 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해, 제 1기판 및 제 2기판, 상기 제 1기판과 제 2기판 사이에 형성된 액정층, 및 상기 양 기판 중 적어도 하나의 기판상에 형성된 폴리페닐렌프탈아미드계 물질로 이루어진 배향막을 포함하는 액정표시소자 및 그 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 액정표시소자의 배향막으로서 사용되는 폴리페닐렌프탈아미드(polyphenylenphthalamide : 3P)계 물질은 유연한 신나모일 기를 가지지 않고, 액정 셀에서 이중 전하층을 유도하지 않는 단단한 표면을 가진다. 따라서, 상기 3P계 물질위의 액정의 배향은 낮은 잔상, 강한 앵커링 에너지 및 높은 열안정성을 나타내므로, 네마틱 혼합물의 고 품질의 평행 배향 및 경사 배향을 제공할 수 있다.
상기 폴리페닐렌프탈아미드계 물질은 페닐렌디아민 또는 그 유도체, 및 프탈로일 클로라이드 또는 그 유도체와의 반응에 의해 합성될 수 있다.
이때, 상기 페닐렌디아민 또는 그 유도체는 1,3- 또는 1,4- 구조를 갖거나, 또는 1,3-이성체와 1,4-이성체가 다양한 비율로 혼합되어 형성될 수 있고, 바람직하게는 하기 화학식:
Figure 112001009441115-pat00001
과 같다. 이때, 치환체 X1은 다양한 위치와 양을 갖는 H, F, Cl, CN, CF3, OCF3, CnH2n+1, 또는 OCnH2n+1(n은 1 내지 10)이다.
상기 프탈로일 클로라이드 또는 그 유도체는 1,3- 또는 1,4- 구조를 갖거나, 또는 1,3-이성체와 1,4-이성체가 다양한 비율로 혼합되어 형성될 수 있고, 바람직 하게는 하기 화학식:
Figure 112001009441115-pat00002
과 같다. 이때, 치환체 X2는 다양한 위치와 양을 갖는 H, F, Cl, CN, CF3, OCF3, CnH2n+1, 또는 OCnH2n+1(n은 1 내지 10)이다.
또한, 프탈로일 클로라이드 또는 그 유도체는 하기와 같은 공정:
Figure 112001009441115-pat00003
을 통해 프탈산 또는 그 유도체로부터 생성될 수 있다.
본 발명에 따른 폴리페닐렌프탈아미드계 물질의 합성방법은 구체적으로 하기 식:
Figure 112001009441115-pat00004
(이때, 치환체 X1, X2는 다양한 위치와 양을 갖는 H, F, Cl, CN, CF3, OCF 3, CnH2n+1, 또는 OCnH2n+1(n은 1 내지 10)이고, m은 50 내지 500이다)
과 같다.
즉, 페닐렌디아민의 대응 유도체 및 프탈로일 클로라이드의 대응 유도체를 트리에틸아민(triethylamine), 피리딘(pyridine)등의 염기의 존재하 또는 부존재하에서, 디메틸포름아미드(dimethylformamide), 디메틸아세트아미드(dimethyacetamide), 디메틸술폭사이드(dimethylsulfoxide)등의 불활성 용매에서 반응시킨 후, 그 반응물을 메탄올로 희석하고, 여과하고, 진공에서 건조하고, 그후 진동밀에서 밀링하여 3P계 물질을 얻을 수 있다.
다른 방법으로는 트리에틸아민, 탄산칼륨(potassium carbonate) 또는 탄산나트륨(sodium carbonate)등의 염기의 존재하에 물-유기 용제 혼합물에서 페닐렌디아민의 대응 유도체 및 프탈로일 클로라이드 대응 유도체의 유상 축중합(emulsion polycondensation)하는 것이다. 여과, 세정, 진공에서 건조, 그후 진동밀에서 밀링하여 3P계 물질을 얻을 수 있다.
상기 방법에 의해 합성된 폴리페닐렌프탈아미드계 물질은 폴리[N,N'-(1,3-페닐렌)이소프탈아미드], 폴리[N,N'-(1,4-페닐렌)이소프탈아미드], 폴리[N,N'-(1,3-페닐렌)테레프탈아미드], 및 상기 고분자의 혼합물이 바람직하다.
이하, 도면을 참조로 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 전술한 방법에 의해 합성된 폴리페닐렌프탈아미드계 물질을 액정 표시소자의 배향막으로 사용하는 것을 특징으로 하는 것으로, 본 발명은 도 1과 같이, 제 1기판(1) 및 제 2기판(2), 상기 제 1기판(1)과 제 2기판(2) 사이에 형성된 액정층(4), 및 상기 적어도 하나의 기판상에 폴리페닐렌프탈아미드계 물질로 이루어진 배향막(10)을 포함하는 액정표시소자를 제공한다.
상기 기판(1, 2)은 액정셀을 제조하는 데 일반적으로 사용되는 유리, 석영 또는 플라스틱이거나, 실리콘과 같은 칩 제조에 사용되는 재료도 가능하고, 상기 기판(1, 2)상에 ITO 또는 SnO2와 같은 전극이 도포될 수 있다.
상기 양 기판(1, 2)사이의 거리는 2 내지 100 ㎛가 바람직하고, 스페이서(3)에 의해 분리될 수 있다. 상기 스페이서(3)는 고분자 스트라이프 뿐 아니라 유리 또는 고분자의 원통형 또는 구형일 수 있다. 또한, 패턴화된 스페이서(columned spacer)가 이용될 수도 있다.
상기 액정은 모세관 현상을 이용하여 액정의 등방성 상(isotropic phase)(일반적으로 상승된 온도에서)으로 또는 중간상(mesophase)(일반적으로 실온에서)으로 양 기판 사이에 주입될 수 있다. 또한, 상기 방법 외에, 기판위에 액정을 떨어뜨려 합착에 의해 액정층을 형성하는 디스펜싱(dispensing) 방법에 의해서도 형성될 수 있는데, 이 방법은 대면적화에 따라 액정층 형성시간을 단축시킬 수 있고, 점도가 높은 액정을 주입할 때에 특히 효과적이다.
본 발명은 또한, 제 1기판 및 제 2기판을 준비하는 단계; 상기 적어도 하나의 기판상에 폴리페닐렌프탈아미드계 물질의 배향막을 형성하는 단계; 및 상기 제 1기판 및 제 2기판 사이에 액정층을 형성하는 단계를 포함하는 액정표시소자의 제조방법을 제공한다.
상기 제 1기판상에는 박막트랜지스터를 형성하고, 그 위에 화소전극을 형성하는 것이 바람직하다. 상기 제 2기판상에는 블랙매트릭스를 형성하고, 그 위에 칼라필터층을 형성하는 것이 바람직하다.
상기 배향막에 광을 조사하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 그 광조사는 적어도 1회 이상 하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 광조사에 의해 상기 액정층의 배향방향과 프리틸트각을 결정할 수 있다.
상기 기판, 박막트랜지스터, 화소전극, 블랙매트릭스 및 칼라필터등의 재료와 제조방법 등은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 당업자에게 자명한 범위에서 변경사용 할 수 있다.
액정을 양 기판 사이에 형성시키는 방법은 상기와 같이 양 기판을 합착한 후 액정주입구를 만들어 액정을 주입시키는 방법과, 액정을 기판상에 떨어뜨린 후 양 기판을 합착하는 방법이 있음은 전술한 바와 같다.
본 발명의 특징인 폴리페닐렌프탈아미드계 물질로 이루어진 배향막의 형성방법은 다음과 같다.
(1) 전술한 방법에 의해 합성된 폴리페닐렌프탈아미드계 물질을 소정의 용제와 혼합하여 혼합용액을 생성.
상기 용제는 폴리페닐렌프탈아미드계 물질을 용해할 수 있으면 어떤 용제도 가능하다. 바람직하게는 디메틸-포름아미드(dimethyl-formamide), 디메틸아세트아 미드(dimethylacetamide), 테트라메틸우리아(tetramethyluria) 등과 같은 아미드, 디메틸-술폭사이드(dimethyl-sulfoxide), 술파란(sulphalane) 등과 같은 술폭사이드를 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
(2) 상기 용액을 양 기판중 적어도 하나의 기판 위에 증착한 후, 상기 용제를 제거하여 막을 형성.
상기 막을 증착하는 방법은 스핀코팅(spin coating) 방법이 바람직하다.
상기 용제를 제거하는 방법은 실온에서 또는 가열하여 증류시키는 것을 포함하여 당업계에 공지된 어떤 방법에 의해서도 가능하다.
(3) 상기 막위에 소정의 마스크를 위치시키고 편광된 광을 조사
본 발명에 따라 조사되는 광은 선형 편광 성분을 포함해야 한다. 즉 선형 편광 또는 타원 편광 또는 부분 편광되어야 하며, 가장 바람직하게는,선형 편광된 광에 의한다. 또한, 무편광, 비편광된 광을 사용할 수도 있다.
조사되는 광은 3P계 물질의 흡수밴드(absorption band)의 파장을 가지고 있어야 한다. 전형적으로 광은 3P계 화합물이 상기 범위의 흡수 피크를 갖고 있으므로 자외선의 범위이다. 바람직하게는, 상기 광은 약 200 내지 300 nm의 파장 범위을 갖고, 따라서, 가장 바람직한 광원은 수은(Hg) 또는 크세논(Xe) 램프이다.
구체적인 광조사 방법은 다음과 같다.
입사되는 광은 배향막 표면에 수직 또는 경사되게 조사될 수 있고, 다른 편광상태로 여러번 또는 한번 조사도 가능하다. 이 조사에 의해 배향막의 프리틸트 방향(pretilt direction)과 프리틸트 각(pretilt angle)을 결정할 수 있다.
액정의 축 방향은 조사되는 광의 편광 방향에 따라 결정된다(대부분의 경우에 축 방향은 조사되는 광의 편광에 수직이다). 따라서, 액정의 축 방향은 편광 방향을 0 내지 360°로 변경함으로써 배향층을 따라 국부적으로 변경될 수 있다. 앵커링 에너지는 조사광의 세기 및 노출시간에 의해 결정된다. 따라서, 앵커링 에너지는 편광 방향 및 노출시간을 변경함으로써 배향층을 따라서 국부적으로 변경될 수 있다. 전형적인 앵커링 에너지의 범위는 약 10-4 내지 10-2 erg/cm2 이다. 노출 시간 및 광의 세기는 사용되는 광원 및 재료에 따라 다양하고, 노출 시간은 수십초 내지 수시간 까지 다양하다.
광조사전, 상기 배향막위에 마스크를 위치시킨다. 상기 마스크는 배향막에 광조사된 후에 제거되는 것으로 배향막의 패턴을 형성하기 위한 소정의 형태를 갖는다.
그 외에, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 당업계에서 통상의 지식을 가진 당업자에게 자명한 것은 변경 사용할 수 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조로 설명한다.
실시예 1
5-메톡시이소프탈로일 클로라이드(5-methoxyisophthaloyl chloride)의 합성
0.05몰의 5-메톡시이소프탈산(methoxyisophthalic acid), 과량의 티오닐 클로라이드(thionyl chloride) 20 내지 40ml, 및 촉매 분량의 디메틸포름아미드(dimethylformamide) 0.2ml의 혼합물을 20℃에서 하루동안, 그후 80℃에서 6시간동안 방치했다. 과량의 티오닐 클로라이드를 증발시키고, 잉여물을 80℃에서 2시간동안 진공하(0.1mm Hg)에 방치했다. 5-메톡시이소프탈로일 클로라이드의 수율은 95%이었다.
상기와 같은 방법으로 다음의 클로로안하이드라이드(chloroanhydride)를 생산할 수 있다.
이소프탈로일 클로라이드(isophthaloyl chloride)
테레프탈로일 클로라이드(terephthaloyl chloride)
5-메톡시이소프탈로일 클로라이드(5-methoxyisophthaloyl chloride)
4-메톡시이소프탈로일 클로라이드(4-methoxyisophthaloyl chloride)
5-메틸이소프탈로일 클로라이드(5-methylisophthaloyl chloride)
5-클로로이소프탈로일 클로라이드(5-chloroisophthaloyl chloride)
5-플루오로이소프탈로일 클로라이드(5-fluoroisophthaloyl chloride)
4,5-디플루오로이소프탈로일 클로라이드(4,5-difluoroisophthaloyl chloride)
5-프로폭시이소프탈로일 클로라이드(5-propoxyisophthaloyl chloride)
5-펜톡시이소프탈로일 클로라이드(5-pentoxyisophthaloyl chloride)
4-메틸-5-메톡시이소프탈로일 클로라이드(4-methyl-5-methoxyisophthaloyl chloride)
5-헵틸옥시이소프탈로일 클로라이드(5-heptyloxyisophthaloyl chloride)
2-메톡시이소프탈로일 클로라이드(2-methoxyisophthaloyl chloride)
5-노닐옥시이소프탈로일 클로라이드(5-nonyloxyisophthaloyl chloride)
5-플루오로테레프탈로일 클로라이드(5-fluoroterephthaloyl chloride)
2-메틸테레프탈로일 클로라이드(5-methylterephthaloyl chloride)
실시예 2
폴리[N,N'-(1,3-페닐렌)-5-메톡시이소프탈아미드](poly[N,N'-(1,3-phenylene)-5-methoxyisophthalamide])의 합성
0.05몰의 5-메톡시이소프탈로일 클로라이드(실시예 1에 의해 제조된)를 50ml 디메틸아세트아미드의 용매하에 0.05몰의 1,3-페닐렌디아민 및 0.15몰의 트리에틸아민의 혼합물에 첨가하고 -10℃에서 10분간 교반했다. -10℃에서 1시간 후에 상기 반응 혼합물을 20℃까지 데우고 메탄올로 희석했다. 상기 반응 산물을 여과하고, 메탄올과 물로 완전히 세정하고, 진공에서 건조하고, 연속해서 진동밀에서 밀링했다. 최종 수율은 약 45 내지 82%이었다.
실시예 3
공중합[N,N'-(1,3-페닐렌)- 및 N,N'-(1,4-페닐렌)-5-펜톡시이소프탈아미드](co-poly[N,N'-(1,3-phenylene)-and N,N'-(1,4-phenylene)-5- pentoxy isophthalamide])의 합성
30ml의 테트라히드로푸란(tetrahydrofurane : THF)의 용매하에 0.04몰의 5-펜톡시이소프탈로일 클로라이드(실시예 2에서 제조된)의 용액을, 50ml의 물에 0.03몰의 1,3-페닐렌디아민, 0.01몰의 1,4-페닐렌디아민 및 0.2몰의 K2CO3의 혼합물에 첨가하고 5℃에서 1분동안 격렬하게 교반했다. 5℃에서 15분 후에 상기 반응 혼합물을 20℃까지 데우고, 그 반응물을 여과하고, 물과 메탄올로 완전히 세정하고, 진공에서 건조하고, 연속하여 진동밀에서 밀링했다. 최종 수율은 약 57 내지 89%이었다.
실시예 4
(1)고분자 배향막의 제조
폴리[N,N'-(1,3-페닐렌)-5-이소프탈아미드](실시예 2에서 합성된)을 디메틸포름아미드에서 용해시키고 여과시켰다. 상기 용액의 농도는 20g/l 이었다.
상기 용액을 피펫을 사용하여 ITO로 도포된 유리 기판의 중심에 방울씩 떨어뜨리고, 3000 rpm의 회전속도로 30초 동안 원심분리기를 이용하여 스핀-코팅(spin-coating)하였다. 스핀 코팅 직후 생성된 막을 160℃에서 1시간동안 미리 구웠다(pre-baking).
도 2는 상기 생성된 막에 광조사를 위한 시험 장치의 개요도로서, 배향막이 코팅된 (0.2 ×3 ×2)의 치수를 갖는 기판을 편광된 자외선 빔으로 조사했다. 상기 조사 영역은 평균 전력 500W, 파장이 lambda <365 nm인 수은(Hg) 램프(11) 및 렌즈 시스템(12)에 의해 형성되었다. 편광 글랜-톰슨 프리즘(Glan-Thompson prism)(13)을 통해 상기 기판에 광조사했다. 기판(1)위에 배향막(10)을 5mW/cm2의 전력 밀도에서 조사하였다. 상기 렌즈 시스템(12)과 글랜-톰슨 프리즘(13) 사이에 편광자를 추가적으로 배치하여 부분편광된 광을 형성할 수 있다. 상기 편광자는 석 영기판이 적층된 기판, 유리 기판이 적층된 기판, 무기막을 코팅한 다층막을 이용할 수 있으며, 글랜-톰슨 프리즘(13)과 배향막(10)사이에 구성하여도 된다. 또한, 상기 편광자는 적어도 하나 이상 구성할 수 있다.
상기 기판을 두 번 조사하였다. 첫 번째 조사는 25분이었고, 첫 번째 조사 동안 상기 기판을 입사되는 빔에 수직이 되도록 하였다. 자외선의 편광 방향은 빔의 입사면에 수직이었다. 두 번째 조사는 30초이었고, 두 번째 조사 동안 입사되는 각은 기판면 및 자외선 편광방향에 45°이었다. 자외선의 편광 방향은 빔의 입사면에 수평이었다.
(2)액정셀의 제조
내부면이 상기 배향막으로 도포된 두 개의 기판사이에 직경 5㎛의 고분자 원통형 스페이서를 개입시켜 상기 양 기판을 분리하도록 하였다. 이때, 상기 배향막의 광조사시 첫 번째 노출동안 기판에 입사되는 광의 편광방향은 기판면과 수평으로 하였다. 그후, 네마틱 상(nematic phase)인 액정 혼합물 ZLI-4801을 양 기판사이에 모세관 현상을 이용하여 실온에서 주입했다.
(3) 제조된 액정셀의 테스트
편광 현미경으로 상기 제조된 셀을 테스트한 결과, 형성된 배향막 표면의 액정 축 방향은 첫 번째 노출동안 편광 방향에 수직이었고, 액정은 고품질의 균일한 배향을 이루고 있었다.
회전 방법(rotation technique)[G.Baur, V.Wittner 및 D.W.Berreman, Physics Letters. 56A, No2, 142(1976)]에 의해 프리틸트 각(pretilt angle)을 측 정한 결과, 액정 배향의 프리틸트 각 φ는 (1±0.2)°이었다.
배향막에 의해 형성된 액정 배향의 안정성을 측정하기 위해, 광학 및 전기-광학 기술에 의해 배향의 품질을 측정했다. 첫째, 전기-광학 특성, 가교 및 수평 편광자 사이의 셀 투명도 및 배향 결함의 표면 밀도를 3P계 배향막을 포함하는 트위스트 셀에서 측정했다. 또한, 상기 셀을 약 120℃까지 가열하고, 이 온도에서 4시간 동안 방치했다. 상기 샘플을 실온까지 냉각한 후에도 특별한 특성 변화가 없었다.
잔상 효과를 측정하기 위해, 상기 트위스트 셀을 실시예 4에 의해 제조했다. 이때 기판은 첫 번째 노출동안 기판에 입사되는 편광방향이 기판과 수직이 되도록 하였다. 상기 셀을 수평 편광자 사이에 위치시키고, 블랙 모드(black mode)를 실현했다.
셀 테스트는 다음의 방법에 따랐다.
1. 셀을 1분 동안 단락(short-circuit)상태에 놓았다.
2. 교류-전기장(ac-electric field)(주파수 1000 Hz, 전압 0 내지 5V)에 대해 상기 셀의 투과율-전압(Transmittance-voltage : TV) 특성을 측정했다.
3. 30분 동안 교류-전압(진폭 5V, 주파수 1000 Hz)을 상기 셀에 인가했다.
4. 2번 단계를 반복했다.
5. 잔상 계수 S=△T / Tmax, (이때 Tmax은 첫 번째 TV-특성에서 상기 셀의 최대 투과도이고, △T는 첫 번째 및 두 번째 TV-특성 사이의 최대 차이)를 측정했다.
상기 방법에 따른 테스트 결과는 도 3과 같다. 잔상 계수 S=0.02이었다. 파라-플루오로 폴리비닐-신나메이트(para-fluoro polyvinyl-cinnamate) 및 4-펜톡시신나모일 셀룰로스 아세데이트(4-pentoxycinnamoil cellulose acetate)로 이루어진 배향층을 갖는 셀의 유사 측정한 결과, 각각 S=0.09 및 S=0.06이었다.
본 발명은 상기 구조에 의한 폴리페닐렌프탈아미드계 물질을 액정 배향을 위한 배향막으로 사용함으로써, 잔상이 적고, 강한 앵커링에너지 및 높은 열안정성을 갖는 배향막을 구비한 액정표시소자를 제공할 수 있다.

Claims (18)

  1. 제 1기판 및 제 2기판;
    상기 제1기판 상에 형성된 박막트랜지스터 및 화소전극;
    상기 제2기판 상에 형성된 블랙매트릭스 및 칼라필터층;
    상기 제 1기판과 제 2기판 사이에 형성된 액정층; 및
    상기 적어도 하나의 기판상에 형성된 폴리페닐렌프탈아미드계 물질로 이루어진 배향막을 포함하는 액정표시소자.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 폴리페닐렌프탈아미드계 물질은 페닐렌디아민 또는 그 유도체, 및 프탈로일 클로라이드 또는 그 유도체와의 반응에 의해 합성된 것임을 특징으로 하는 액정표시소자.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 페닐렌디아민 또는 그 유도체는 1,3- 또는 1,4- 구조를 갖거나, 또는 1,3-이성체와 1,4-이성체가 혼합되어 형성된 혼합물의 형태이고, H, F, Cl, CN, CF3, OCF3, CnH2n+1, 또는 OCnH2n+1(n은 1 내지 10)을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 프탈로일 클로라이드 또는 그 유도체는 1,3- 또는 1,4- 구조를 갖거나, 또는 1,3-이성체와 1,4-이성체가 혼합되어 형성된 혼합물의 형태이고, H, F, Cl, CN, CF3, OCF3, CnH2n+1, 또는 OCnH2n+1(n은 1 내지 10)을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 프탈로일 클로라이드 또는 그 유도체는 프탈산 또는 그 유도체로부터 형성된 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 프탈로일 클로라이드 또는 그 유도체는 이소프탈로일 클로라이드, 테레프탈로일 클로라이드, 5-메톡시이소프탈로일 클로라이드, 4-메톡시이소프탈로일 클로라이드, 5-메틸이소프탈로일 클로라이드, 5-클로로이소프탈로일 클로라이드, 5-플루오로이소프탈로일 클로라이드, 4,5-디플루오로이소프탈로일 클로라이드, 5-프로폭시이소프탈로일 클로라이드, 5-펜톡시이소프탈로일 클로라이드, 4-메틸-5-메톡시이소프탈로일 클로라이드, 5-헵틸옥시이소프탈로일 클로라이드, 2-메톡시이소프탈로일 클로라이드, 5-노닐옥시이소프탈로일 클로라이드, 5-플루오로테레프탈로일 클로라이드, 2-메틸테레프탈로일 클로라이드로 구성된 군에서 선택된 어느 하나 이상의 물질인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 폴리페닐렌프탈아미드계 물질은 폴리[N,N'-(1,3-페닐렌)이소프탈아미드], 폴리[N,N'-(1,4-페닐렌)이소프탈아미드], 폴리[N,N'-(1,3-페닐렌)테레프탈아미드], 및 상기 고분자의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 고분자인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  8. 제 1기판 및 제 2기판;
    상기 제1기판 상에 형성된 박막트랜지스터 및 화소전극;
    상기 제2기판 상에 형성된 블랙매트릭스 및 칼라필터층;
    상기 제 1기판과 제 2기판 사이에 형성된 액정층; 및
    상기 적어도 하나의 기판상에 형성된 하기 구조식:
    Figure 112006050509773-pat00005
    의 물질로 이루어진 배향막을 포함하고,
    이때, 치환체 X1, X2는 H, F, Cl, CN, CF3, OCF3, CnH2n+1, 또는 OCnH2n+1(n은 1 내지 10)이고;
    m은 50 내지 500인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  9. 제 1기판 및 제 2기판을 준비하는 단계;
    상기 제1기판 상에 박막트랜지스터를 형성하고, 그 위에 화소전극을 형성하는 단계;
    상기 제2기판 상에 블랙매트릭스를 형성하고, 그 위에 칼라필터층을 형성하는 단계;
    상기 적어도 하나의 기판상에 폴리페닐렌프탈아미드계 물질의 배향막을 형성하는 단계; 및
    상기 제 1기판 및 제 2기판 사이에 액정층을 형성하는 단계를 포함하는 액정표시소자의 제조방법.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 배향막에 광을 조사하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 광조사는 적어도 1회 이상 하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제 조방법.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 광조사에 의해 상기 액정층의 배향방향과 프리틸트각을 결정하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
  15. 제 9항에 있어서,
    상기 액정층을 형성하는 단계는 상기 제1기판 및 제2기판을 합착한 후 액정을 주입하여 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
  16. 제 9항에 있어서,
    상기 액정층을 형성하는 단계는 액정을 상기 제1기판 및 제2기판 중 어느 하나의 기판에 적하한 후 양 기판을 합착하여 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
  17. 제 9항에 있어서,
    상기 폴리페닐렌프탈아미드계 물질은 페닐렌디아민 또는 그 유도체, 및 프탈로일 클로라이드 또는 그 유도체와의 반응에 의해 합성된 것임을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 페닐렌디아민 또는 그 유도체, 및 프탈로일 클로라이드 또는 그 유도체는 1,3- 또는 1,4- 구조를 갖거나, 또는 1,3-이성체와 1,4-이성체가 혼합되어 형성된 혼합물의 형태이고, H, F, Cl, CN, CF3, OCF3, CnH2n+1, 또는 OCnH2n+1(n은 1 내지 10)을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
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