KR100629192B1 - Ｌｃｄ 제작용 폴리이미드 무함유 배향막 및 이의 제작 방법 - Google Patents

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Abstract

에폭시와 반응성 액정 물질의 혼합물을 포함하는 저렴한 폴리이미드 무함유 배향막은 액정 디스플레이(LCD)를 제작하는 데 사용된다. 배향막은 하부 층의 정렬을 파괴하지 않고 이미 정렬된 층 위로 캐스트하여, 필름 전달 적층 없이 보상기 스택을 모놀리식으로 제작할 수 있다.

Description

ＬＣＤ 제작용 폴리이미드 무함유 배향막 및 이의 제작 방법{POLYIMIDE-FREE ALIGNMENT LAYER FOR LCD FABRICATION AND METHOD}
본 발명은 액정 디스플레이(LCD)를 제작하기 위한 배향막에 관한 것이다.
액정 층을 통해 이동하는 편광은, 층을 통해 인가된 전압에 의해 변할 수 있는 층의 복굴절에 의해 영향을 받기 때문에 액정은 전자 디스플레이용으로 유용하다. 이러한 효과를 이용하여, 주변 빛을 비롯한 외부원으로부터의 빛의 투과 및 반사를, 다른 종류의 디스플레이에 사용된 발광 물질에 필요한 것보다 휠씬 적은 전력으로 제어할 수 있다. 따라서, 전기력의 소비가 매우 작아야 하거나 또는 환경이 경량이고 평면의 납작한 표면을 원하는 경우 디스플레이에서 액정 디스플레이(LCD) 디바이스의 중요성이 점점 커지고 있다. 그래서, LCD는 손목시계, 포켓 및 퍼스널 컴퓨터, 계산기, 항공기 조정석의 디스플레이 등과 같은 디스플레이 디바이스에 사용된다. 이들 용도에서는 중량이 매우 작고 전력 소비가 적다는 것과 함께 작동 수명이 매우 길다는 일부 LCD 기술의 장점이 강조된다. (LCD 기술에 대한 검토에 대해서는 미국 특허 5,612,801호 참조).
가장 단순한 형태로서, 전형적인 LCD 스택은 액정 셀, 편광기 및/또는 분석기 층을 포함한다. 또한, LCD 스택은 디스플레이의 시야각(viewing angle)과 콘트라스트를 개선하는 보상기(compensator) 필름을 포함하는 경우가 흔히 있다. 이러한 보상기의 사용은 미국 특허 5,196,953호 (Yeh 등), 5,504,603호 (Winker 등), 5,557,434호 (Winker 등), 5,589,963호 (Gunning, III 등), 5,619,352호 (Koch 등), 5,612,801호 (Winker) 및 5,638,197호 (Gunning, III 등)에 개시되어 있다.
LCD 편광기와 분석기 층들 사이의 여러 개소에 보상기를 배치할 수 있다. 하나 이상의 보상기 층을 부가하면, 보상기의 합해진 지연 효과가 액정 디스플레이 고유의 상 지연을 상쇄하기 때문에 보상기의 광학 축을 주의하여 배향시키면 광범위한 시야각에 걸쳐 콘트라스트비가 개선된다.
도 1은 액정과 복굴절 보상기 광학 축의 방향을 설명하는 데 사용되는 좌표계를 도시한다. 광선(116)은 x-축(104) 및 y-축(106)과 함께 오른손 좌표계를 형성하는 양의 z 방향(102)으로 관찰자(100)를 향해 전파된다. 극 경사각(polar tilt angle) Θ(108)는 x-y 면으로부터 측정되는 액정 분자 광학 축(c-축)(110)과 x-y면 사이의 각도로 정의된다. 방위각 Φ(112)는 광학 축의 x-y 면 상의 투영선(114)에 대해 x-축으로부터 측정한다.
잘 알려진 2가지 종류의 보상기는 O-플레이트와 A-플레이트 보상기이다. O-플레이트는 평균적으로 디스플레이면에 대해 실질적으로 사각으로 배향된 광학 축을 갖는 복굴절층이다. "실질적으로 사각(oblique)"이란 감지할 수 있을 정도로 0°보다 크고 90°보다 작은 각을 의미한다. A-플레이트는 디스플레이면에 대해 평형으로 배향된 광학 축을 갖는 복굴절 층이다. 또한, A-플레이트 및 O-플레이트의 광학 축은 평균적으로 방위각으로서 언급되는 일부 각으로 배향된다. (도 1 참조). 보상기의 광학 축은 배향막(alignment layer)을 사용하여 배향시킬 수 있다. 러빙된(rubbing) 중합체 필름, 즉 배향 방향과 경사각을 제어하는 필름의 사용은 모든 범주의 액정 디스플레이를 제조하는 데 사용되는 공정 기법의 특징이며, 폴리이미드는 오늘날 사용중인 가장 범용되는 배향 필름이다. (중합체 필름 그 자체의 배향은 특정 천으로 러빙하거나 또는 살짝 두드리면 유도된다.)
유감스럽게도, 폴리이미드는 고가이고, 이미 정렬된 보상기 층 위에 캐스트(cast)할 때 결함을 유발할 수 있다. 따라서, 보상기의 제작시에는 감압 접착제를 사용한 적층에 의한 필름의 다층 코팅 및 전달이 필요한 경우가 흔히 있다. 이 공정은 (유리와 같은) 기재를 배향막과, 이어서 보상기 층으로 코팅하여 보상기 광학 축의 배향을 유도하고, 정렬된 보상기를 LCD 또는 보상기 스택에 적층하여, 배향막으로부터 분리하는 것을 포함한다. 적층으로 보상기 스택 상에 추가의 보상기를 유사하게 부가할 수 있다. 전달하고자 하는 필름은 얇고(예, 1 μ), 면적이 크기 때문에(예, 약 43 ×43 cm), 이러한 필름의 적층은 응력 라인과 같은 결함을 유발할 수 있다. 따라서, 다층 필름 전달 적층을 요하는 제작은 비효율적이며, 노동 집약적이고, 비용이 많이 든다.
폴리비닐 알코올과 같은 단축 연신된 중합체 필름 또는 다른 적절하게 배향된 유기 복굴절 물질을 사용하여 A-플레이트를 제작할 수 있다. 불행히도, 이러한 종래 A-플레이트의 광학 성질의 품질 및 균일성은 일반적으로 불량하다. 또한, A-플레이트는 장력 하에 유지되어야 하고, 물질은 충분한 이방성을 얻기 위해 비교적 두꺼워야 한다. 다른 지연 필름(retardation film)과 A-플레이트의 적층은 고온에 노출시 응력 유도 복굴절을 산출하는 경우가 흔히 있다. (미국 특허 5,995,184호 참조).
폴리이미드는 보상기 필름에 대한 배향막으로서의 용도 이외에, 액정 셀 자체에서 배향막으로서 사용된다.
발명의 개요
본 발명은 UV 경화성 에폭시 및 반응성 액정 물질을 포함하는 폴리이미드 무함유 배향막을 제공한다. 폴리이미드 무함유 배향막은 저렴하고, O-플레이트 및 A-플레이트 보상기와 액정 셀을 비롯한 LCD의 각종 부품 제작을 위해 폴리이미드 대신에 사용할 수 있다. 폴리이미드 무함유 배향막은, 이미 정렬된 보상기 층을 파괴하지 않고 그 층상에 캐스트할 수 있어서, 적층 없이 복수의 인접 A-플레이트 및 O-플레이트 층을 모놀리식으로 제작할 수 있고 캡핑(capping) 층으로서 작용할 수 있기 때문에, O-플레이트 및 A-플레이트 보상기 제작에 가장 유용하다. 또한, 다른 배향막은 폴리이미드 무함유 배향막에 직접 캐스트하여, 필름 전달 적층없이 보상기 층에 대한 배향을 추가로 조정할 수 있다. (그러나, C-플레이트 보상기와 같은 LCD 스택의 다른 성분에 대해 폴리이미드 및 필름 전달 적층을 이용할 수 있다). 폴리이미드 및 필름 전달 적층에 대한 필요성을 없애거나 또는 줄이면 재료 및 노동력 비용을 상당히 절감할 수 있고, 필름 전달 적층에 의한 결함을 줄일 수 있으며, 따라서 생성 수율 및 생성 속도를 증가시킬 수 있다.
폴리이미드 무함유 배향막은 비복굴절성이고 투명하므로, LCD의 광학 성질에 영향을 주지 않고 목적하는 만큼 두껍게 할 수 있다. 폴리이미드 무함유 배향막은 그 에폭시 성분으로 인해 접착제로도 작용하기 때문에, 보상기 스택의 기계적 강도를 향상시킨다. 액정 셀에서 폴리이미드 대신에 폴리이미드 무함유 배향막을 사용할 수 있다.
본 발명의 이들 및 기타 특징과 장점은 하기 상세한 설명과 첨부 도면으로부터 당업자들에게는 자명할 것이다.
도 1은 본 발명의 설명에서 성분 방향을 특정하는 데 사용된 3차원 좌표계를 도시한다.
도 2는 폴리이미드 무함유 배향막을 제조하는 방법을 예시하는 플로우 챠트이다.
도 3은 보상기 스택을 포함하는 LCD 스택의 분해 조립도이다.
도 4는 본 발명의 배향막을 포함하는 도 3의 보상기 스택을 예시한 개략도이다.
도 5는 본 발명에 따라 제작된 LCD에서의 위치에 대한 명암 비율의 플롯이다.
도 6은 본 발명에 따른 액정 셀의 단면도이다.
신규한 폴리이미드 무함유 배향막은 UV 경화성 광학 에폭시와 반응성 메소겐(reactive mesogen, "RM")이라고 알려진 반응성 액정 물질을 포함한다. 폴리이미드 배향막과 유사하게, 신규한 폴리이미드 무함유 배향막은 액정 셀 및 A-플레이트와 O-플레이트 보상기 층을 비롯한 LCD 스택의 각종 성분을 배향하는 데 사용할 수 있다. 폴리이미드는 이미 정렬된 층을 파괴하지 않고 그 위로 캐스트할 수 없는 반면에, 폴리이미드 무함유 배향막은 이미 정렬된 보상기 층을 파괴하지 않고 그 층으로 캐스트할 수 있기 때문에 LCD 스택의 보상기 플레이트를 제작하는 데 특히 유용하다. 따라서, 폴리이미드 무함유 배향막은 이미 정렬된 층 상으로 캐스트될 때 캡핑 층으로서 작용하여, 층을 적층시킬 필요 없이 상부에 제2 층을 직접 제작할 수 있다.
도 2는 a) 용매 중에 에폭시 및 RM을 포함하는 혼합물을 용해시켜 에폭시/RM 혼합물을 형성하는 단계; b) 에폭시/RM 혼합물로 기재를 코팅하여 기재 상에 배향막을 형성하는 단계; c) 층으로부터 용매를 제거하고 층을 광중합시키는 단계; 및 d) 층 내에 분자의 목적하는 배향을 형성하는 단계를 포함하는, 폴리이미드 무함유 배향막을 제조하는 방법을 예시하는 플로우 차트이다.
이 층을, 이미 형성된 보상기 층 또는 액정 셀을 싼 기재를 포함하는 LCD 스택 중 이미 형성된 층 위에 코팅한다. 또한, 차후에 LCD에 부착할 수 있는(예, 고온 압축 또는 실리콘 겔을 이용한 겔화에 의해 부착 가능) 보상기 층 스택을 제작하기 위해서 LCD 외부 기재(예, ITO 유리 또는 플라스틱 기재)에 이 층을 코팅할 수 있다.
에폭시와 반응성 메소겐의 조성비는, 경화된 필름이 등방성이고 러빙한 후에 필름 내에 액정이 배향될 수 있도록 선택한다. 에폭시는 RM의 액정 분자가 무작위적으로 배향된 등방성 망(isotropic network)을 형성하는 것을 돕는다. 에폭시가 너무 많으면 러빙한 후에 분자가 균일하게 배향되지 않아서, 가역적인 경사 영역, 즉 슐리렌(Schlieren) 조직 결함을 유발한다. 어떤 경우에도 혼합물은 약 10∼약 80 중량% 에폭시를 포함할 수 있는 것으로 추정된다. 그러나, 정확한 양은 사용된 RM 및 에폭시의 종류에 따라 달라질 것이다. 에폭시 및 RM은 적절한 용매에 용해되어 에폭시/RM 혼합물을 형성한다. 또한, 광개시제가 (일반적으로 1∼5 중량%) 첨가되고, 경우에 따라 소량의 열 억제제가 첨가되어 원하지 않는 중합을 억제하고 혼합물의 저장 수명을 증가시킨다.
RM은 모노아크릴레이트 또는 디아크릴레이트인 단량체 또는 올리고머를 비롯한 임의 종류의 반응성 결정 물질일 수 있다. 여러 종류의 RM이 머크(Merck)와 같은 공급원으로부터 시판되고 있다. 성분을, 바람직하게는 시클로헥사논, 메틸에틸케톤(Methyl ethyl ketone, MEK)/아세톤/시클로펜타논, 톨루엔 또는 클로로벤젠과 같은 케톤 용매 중에서 혼합 및 용해시킨다. 용매는 실질적인 양의 RM을 용해시키고 그 아래 층의 정렬을 파괴하지 않도록 조심스럽게 선택해야 한다. 상기 언급한 케톤 용매 중에서, 클로로벤젠은 아래 층의 정렬을 파괴할 가능성이 있기 때문에 가장 덜 바람직하다.
성분이 일단 용해되면, 종래의 코팅 방법(예, 스핀 코팅, 메니스커스 코팅, 웨브 코팅)으로 기재에 코팅하여 층을 형성한다. 소규모 조작의 경우에는, 메니스커스 코팅이 양호한 균일성을 산출하기 때문에 바람직하다. 그러나, 대규모 공정에서는 웨브 코팅이 바람직하다. 층의 두께 범위는 미크론 이하부터 수 십 미크론일 수 있다. 층은 투명하고 비복굴절성이기 때문에 층의 두께는 LCD 스택의 광학 특성에 영향을 미치지 않을 것이다. 또한, 두께가 클수록 보상기 스택의 기계적 강도가 증가한다.
고온에서 층을 건조하여 용매를 증발시킨다. 온도 및 건조 시간은 사용된 용 매에 따라 좌우된다. 그러나, 너무 빨리 건조하거나 또는 너무 높은 온도를 사용하면 층에 바람직하지 않은 대류 패턴이 생길 수 있다.
건조 후에, 층을 UV 경화시켜 액정 분자를 중합시킨다. O2는 중합에 요구되는 가교 반응에 필요한 자유 라디칼을 소비할 수 있기 때문에, UV 경화는 N2 환경에서 실시하는 것이 바람직하다. 전형적인 UV 경화 기계는 N2 기체로 충전한 UV 챔버를 구비한다.
일단 층이 UV 경화되면, 보상기 층에 대해 목적하는 정렬에 따라서 층내 분자가 배향된다. A-플레이트 및 O-플레이트 보상기에서 극 경사각과 방위각은 광학 축의 방향을 정하는 2개의 성분이다(도 1 참조).
폴리이미드 무함유 배향막의 방위각은, 폴리이미드 필름을 정렬시키기 위한 러빙 공정에서와 유사하게 적절한 천으로 층을 러빙하여 배향시킬 수 있다.
한 방법에 따르면, 레이온과 같은 합성 직물 또는 면과 같은 러빙용 천을 보유한 원통형 롤러를 사용하여 폴리이미드 무함유 배향막을 러빙한다. 롤러를 폴리이미드 무함유 배향막에 압착하고, 균일한 방향으로 회전시킨다. 얻어진 실제 경사각은 표면 상의 중합체 정돈, 생성된 표면 에너지, 표면을 두드리는 데 사용된 천의 특성, 코팅된 표면에서의 롤러의 속도 및 거리, 및 두드리기 작업의 양과 관련이 있다. 러빙 후에 이소프로판올과 같은 알코올로 폴리이미드 무함유 배향막을 헹구어서 표면 상에 남아 있는 러빙 입자를 제거한다.
전술한 바와 같이, A-플레이트 보상기에서 경사각은 0°인 반면, O-플레이트 보상기에서 경사각은 사각(즉, 0∼90°)이다. 폴리이미드 무함유 배향막 자체는 고유의 사각(현재 생산되는 물질을 이용하여 1°범위 내)을 갖는다. 그러나, 대부분의 경우에 O-플레이트를 위한 이 각도는 너무 작다.
A-플레이트를 제작하기 위한 일 구체예에 따르면, A-플레이트에서의 광학 축은 고유 경사각을 작게 하기 위한 계면활성제와 같은 첨가제를 A-플레이트 층의 RM과 함께 포함시켜 디스플레이면과 평행하게 만들 수 있다(미국 특허 5,995,184호 참조). 층을 형성하는 혼합물("A-플레이트 혼합물")은 광개시제를 포함하는 것이 바람직하며, 저장 수명을 늘리기 위해서 열 억제제를 포함할 수 있다. 배향막에서와 같이, 성분을 케톤 용매와 같은 적절한 용매 중에 용해시키는 것이 바람직하다. A-플레이트 혼합물을 종래의 코팅법(예, 스핀 코팅)으로 배향막에 코팅한다. 배향막의 두께는 광범위하지만, A-플레이트 층(및 하기에 논의된 O-플레이트 층)의 두께는 LCD의 광학 성능에 영향을 미치기 때문에 사용된 물질의 복굴절율에 따라 제한된다. 그 다음, 폴리이미드 무함유 배향막을 제조하는 방법과 유사하게, A-플레이트 층을 건조하고, 바람직하게는 N2 환경 하에서 UV 경화시킨다. 따라서, 추가의 배향막 또는 적층 없이 A-플레이트 혼합물을 폴리이미드 무함유 배향막 상에서 직접 캐스트하여 A-플레이트 보상기를 제작할 수 있다.
O-플레이트 보상기를 제작하기 위한 일 구체예에 따르면, 적층 없이 폴리이미드 무함유 배향막에 직접 캐스트할 수 있는 고 선경사(pretilt) 층 (HPL)을 사용하여 광학 축 경사각을 조정할 수 있다. HPL은 배향막에 인접한 표면에서 낮고(솔리드 표면 경사라고 함) 대향 표면에서 높은 경사로 증가하는(네마틱 에어 경사라고 함), 점차로 증가하는 경사를 가진다. 따라서, 네마틱 에어 계면에서 정렬은 그 아래의 배향막에 따른 방위각 방향과 높은 경사를 가질 것이다.
일 구체예에 따르면, HPL("HPL 혼합물")을 형성하는 혼합물은 반응성 메소겐, 광개시제, 역 경사 결함을 제거 또는 감소시키기 위한 시클로헥산메틸아크릴레이트(CHM) 및 저장 수명을 증가시키기 위한 열 억제제를 포함한다. A-플레이트 및 배향막에서와 같이, 성분을 케톤 용매와 같은 적절한 용매 중에 용해시키는 것이 바람직하다. HPL을 종래의 코팅 방법으로 배향막에 코팅한다. HPL의 두께는 바람직하게는 0.1∼0.25 μ이다. 두께가 0.25 μ보다 크면 광학 성능이 손상되고, 0.1 μ보다 휠씬 작으면 네마틱 에어 경사에 영향을 준다. 코팅 후에, A-플레이트 및 배향막의 제조와 유사하게, HPL 층을 건조하고, 바람직하게는 N2 환경에서 UV 경화시킨다. 이 후, RM 층을 HPL 층의 상부에 캐스트하여 HPL의 정렬에 따라 배향된 O-플레이트를 제작한다.
일 구체예에 따라서, O-플레이트를 형성하는 혼합물("O-플레이트 혼합물")은 반응성 메소겐, 광개시제 및 저장 수명을 증가시키기 위한 열 억제제를 포함한다. 다른 층에서와 같이, 케톤형 용매와 같은 적절한 용매 중에 성분을 용해시킨다. 종래의 코팅법으로 O-플레이트 혼합물을 HPL에 코팅한다. A-플레이트에서와 같이, 물질의 복굴절에 따라서 O-플레이트 두께가 제한된다. 다른 층 제조에서와 유사하게, O-플레이트 층을 건조하고, 바람직하게는 N2 환경에서 UV 경화시킨다.
폴리이미드 무함유 배향막을 광-정렬로 배향시킬 수 있는 것으로 생각된다. (미국 특허 6,191,836호). 이 방법은 층 내의 분자를 차례로 배향하기 위해 편광 UV 광선으로 층을 UV 경화시키는 것을 포함한다. 이러한 기법은, A-플레이트를 위해 계면활성제를 사용하지 않거나, 또는 O-플레이트를 위해 추가의 HPL 층을 사용하지 않고 러빙 없이 층을 정렬하는 1 단계 방법을 제공한다.
폴리이미드 무함유 배향막을 사용한 플라이트 디스플레이 용도의 LCD 제작
도 3은 전방 편광기(302), 편광기(302) 후면의 C-플레이트(304), C-플레이트(304) 후면의 액정 셀(306), 액정 셀(306) 후면의 A-플레이트(308), A-플레이트(308) 후면의 제1 및 제2 O-플레이트(310, 312), O-플레이트(312) 후면의 후방 편광기(314)를 포함하는 플라이트 디스플레이 용도에 사용되는 LCD 스택(300)의 개략도이다. (Taber, Gray Scale and Contrast Compensator For LCDs Using obliquely Oriented Anisotropic Network", SPIE, Vol. 3363, p 164 참조). LCD는 도면에 도시된 바와 같이 제1 편광기를 통해 관찰된다.
층의 정확한 두께 및 방향은 다양할 수 있다. 이러한 예를 위한 목적으로 선택된 파라미터는 표 1에 제시되어 있다.
플라이트 디스플레이 LCD용 파라미터
전방 편광기 143°에서의 편광축
C-플레이트 두께 ×복굴절율 = -70 nm
액정 샤프 8 ×8 LCD, SLN1 LC
A-플레이트 두께 ×복굴절율 = 140 nm, 두께 = 0.9 μ, 43 °방위각 배향(azimuthal alignment)
제1 O-플레이트 두께 = 0.95 μ, 320 °방위각 배향, 40 °극 기울기
제2 O-플레이트 두께 = 1.1 μ, 235 °방위각 배향, 40 °극 기울기
후방 편광기 52°에서의 편광축
전술한 바와 같이 폴리이미드 무함유 배향막을 사용하여 LCD 제작을 예시하기 위해서, 본 실시예는 A-플레이트(308) 및 O-플레이트(310, 312)를 포함하는 스택 ("보상기 스택"으로서 언급됨)의 일부를 제작하는 데 초점을 맞출 것이다. 액정 셀(306), C-플레이트(304), 전방 편광기(302) 및 후방 편광기(314)를 샤프와 같은 공급원으로부터 구입할 수 있다. 겔화 및 고온 압축과 같은 종래의 방법으로 보상기 스택을 다른 LCD 성분과 조합할 수 있다. 또한, 액정 셀의 표면에서 스택을 직접 제작할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 구체예에 따라 제작된 배향막을 포함하는 보상기 스택의 개략도로서, 폴리이미드 무함유 배향막을 러빙하여 배향시킨다. 보상기 스택을 ITO 유리 기재(400)에서 제작하였다. 기재(400)에 코팅된 층은 제1 폴리이미드 무함유 배향막(402), 배향막(402)상의 RM("A-플레이트") 층(404), A-플레이트 층(404) 상의 제2 폴리이미드 무함유 배향막(406), 제2 폴리이미드 무함유 배향막(406) 상의 제1 HPL 층(408), HPL 층(408) 상의 RM("제1의 O-플레이트") 층(410), O-플레이트 층(410) 상의 제3 폴리이미드 무함유 배향막(412), 폴리이미드 무함유 배향막(412) 상의 제2 HPL 층(414) 및 HPL 층(414) 상의 RM("제2의 O-플레이트) 층(416)이다.
배향막(402)은 UV 경화 에폭시[NOA 68, Norland Optical Adhesive No.68 의 상표명, 노랜드 프로덕트(Norland Product, 미국 뉴저지주 크랜베리 소재)사 제조] 2.5 g, 반응성 메소겐[RM257, 상표명, 머크(Merck)사 제조] 7.5 g, 광개시제(Irgacure 651, 머크) 0.075 g, 및 열 억제제(4-에톡시페놀, 알드리지) 0.0075 g을 시클로헥사논 90 g 중에 용해시켜 제조하였다. 20초간 2600 rpm의 속도로 혼합물을 기재(400) 상에 스핀 코팅하였다. 층을 90초간 85℃의 온도에서 건조하고, 150초간 85℃의 온도에서 N2 환경 하에 UV 경화시켰다. 직경이 약 11.4 cm인 면 롤러를 사용하여 500 rpm의 속도로 반시계 방향으로 러빙하여 층을 배향하고, 층 표면에 가압하여 롤러를 0.5 mm 압축하였다. 43°에서 약 1 cm/초의 속도로 롤러에 층을 공급하였다. 그 다음 층을 이소프로판올로 세정하여 임의의 러빙 파편을 제거하였다. 생성된 배향막은 두께가 0.2 μ이며, 방위각은 43°(도 1 참조), 극 경사각은 약 1 °였다.
A-플레이트 층(404)은 반응성 메소겐[RM257, 상표명, 머크사 제조] 25 g, 계면활성제(PCHM (M.W. 20,000), 사이언티픽 프로덕츠) 0.0875 g, 광개시제(Irgacure 651, 머크) 0.25 g, 및 열 억제제(4-에톡시페놀, 알드리지) 0.025 g을 시클로헥사논 75 g 중에 용해시켜 제조하였다. 8초간 1750 rpm의 속도로 혼합물을 배향막(402) 상에 스핀 코팅하였다. 층을 120초간 85℃의 온도에서 건조하고, 150초간 85℃의 온도에서 N2 환경 하에 UV 경화시켰다. 생성된 층은 방위각 배향이 43°, 극 경사각이 약 0 °이며, 두께는 0.9 μ였다. 층에 대한 (복굴절율) ×(두께) 결과는 140 nm였다.
제1 배향막에서와 동일한 방식으로 제2 배향막(406)을 제조하고 A-플레이트 층(404) 상에 코팅하였다. 제1 배향막에서와 같이, 직경이 약 11.4 cm인 면 롤러를 사용하여 500 rpm의 속도로 반시계, 시계 방향으로 러빙하여 층(406)을 방위각 320°로 배향하고, 층 표면에 가압하여 롤러를 0.5 mm 압축하였다. 320°에서 약 1 cm/초의 속도로 층을 롤러에 공급하였다. 생성된 배향막은 두께가 0.2 μ였다.
제1 HPL 층(408)은 반응성 메소겐[RM257, 상표명, 머크사 제조] 10 g, 광개시제(Irgacure 651, 머크) 0.1 g, CHM(알드리지) 2 g 및 열 억제제(4-에톡시페놀, 알드리지) 0.001 g을 시클로헥사논 90 g 중에 용해시켜 제조하였다. 8초간 2600 rpm의 속도로 혼합물을 배향막(406) 상에 스핀 코팅하였다. 층을 90초간 85℃의 온도에서 건조하고, 150초간 85℃의 온도에서 N2 환경 하에 UV 경화시켰다. 생성된 층은 네마틱 에어 경사가 약 40°이고 두께는 0.15 μ였다.
제1의 O-플레이트 층(410)은, 반응성 메소겐[RM257, 상표명, 머크사 제조] 25 g, 광개시제(Irgacure 651, 머크) 0.25 g, 및 열억제제(4-에톡시페놀, 알드리지) 0.025 g을 시클로헥사논 75 g 중에 용해시켜 제조하였다. 8초간 1750 rpm의 속도로 혼합물을 HPL(408) 상에 스핀 코팅하였다. 생성된 층을 120초간 85℃의 온도에서 건조하고, 150초간 85℃의 온도에서 N2 환경 하에 UV 경화시켰다. 생성된 층은 방위각 배향이 320°이고, 극 경사가 40°이며, 두께가 0.95 μ였다.
제1 배향막에서와 동일한 방식으로 제3 배향막(412)을 제조하고 O-플레이트 층(410) 상에 코팅하였다. 처음 2개의 층에서와 같이 러빙하고, 235°에서 표면에 층을 공급하여 층(412)을 방위각 235°로 배향하였다. 생성된 배향막은 두께가 0.2 μ였다.
제1 HPL 층(408)에서와 동일한 방식으로, 제2 HPL 층(414)을 제조하고 제3 배향막(412)에 코팅하였다. 제1 HPL 층에서와 같이 네마틱 에어 경사는 약 40°이며, 두께는 0.15 μ였다.
제1 O-플레이트(410)에서와 동일한 방식으로, 제2 O-플레이트(416)를 제조하고 제2 HPL 층(414)에 코팅하였다. 단, 스핀 코팅은 1750 rpm 대신에 1720 rpm의 속도로 실시하여 두께가 1.1 μ인 O-플레이트를 제조하였다. 생성된 층은 방위각 배향이 235°이고 극 경사가 40°였다.
도 5는 상기 실시예에 따라서 폴리이미드 무함유 배향막을 사용하여 모놀리식으로 제작된 LCD로 달성되는 디스플레이의 이소콘트라스트 비(isocontrast ratio)의 플롯(plot)이다. 디스플레이 패널의 법선 방향은 x(수평) 축 및 y(수직) 축에 대해 (0,0) 좌표로 제시된다. 밝음 대 어둠의 비가 150, 100, 50 및 30인 등치선(isopleth)이 도면에 도시되어 있다. 제시된 값은 4.6 V 전압을 사용하고, 녹색 필터를 사용하지 않고 취한 것이다. 제시된 바와 같이, 도면에서 시야각이 크더라도 명암비는 꽤 높다.
당업자에게는 자명한 바와 같이, 신규한 폴리이미드 무함유 배향막은 임의 종류의 액정 셀을 포함하는 다수의 다른 종류의 LCD와 LCD 내에서 여러가지 상이한 배향을 나타낼 수 있는 각종 보상기 층(즉, A-플레이트, C-플레이트, 및 O-플레이트)을 제작하는 데 사용할 수 있다.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이 액정 셀은, 폴리이미드 대신에 전술한 바와 같은 폴리이미드 무함유 배향막을 사용하여 제작할 수 있다. 간단히 요약하면, 액정 셀은 대향면을 갖는 액정 층(600), 액정 층(600)의 대향면에 있는 전극 세트(602, 604) 및 각 전극 세트(602, 604)와 액정 층(600) 사이에 각각 배치된 배향막(606, 608)을 포함한다. 배향막을 보유하는 전극은 해당 파장에 대해 투과성인 각 기재(610, 612), 통상적으로 유리 또는 플라스틱으로 지지되어 있다. 액정 분자의 배향은 2개의 전극 지지 기재 내부의 평면에 대하여 특정 각으로 발생한다. (미국 특허 6,139,926호 참조). 종래의 폴리이미드 배향막을 신규한 폴리이미드 무함유 배향막으로 대체하면, 신규 층은 비용이 저렴하므로 생산 단가를 낮출 수 있다.
전술한 구체예에 따른 폴리이미드 무함유 배향막을 사용하여 제작된 LCD는 여러 종류의 작동 시스템으로 도입될 수 있다. 이러한 작동 시스템의 예로는, 위치 추적 시스템(GPS) 리시버 유닛; 랩톱 및 노트패드 유닛을 비롯한 컴퓨터; 개인 휴대정보 단말기; 계산기; 퍼스널 카렌더; 셀룰러폰; 휴대 시계 및 탁상 시계; 자동차, 항공기 및 보트 디스플레이 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일부 예시적인 구체예들이 제시 및 개시되어 있지만, 각종 변화 및 대안적인 구체예들이 당업자에게는 자명할 것이다. 이러한 변화 및 대안적인 구체예들을 고려할 수 있으며, 이들은 첨부되는 청구범위내에 정의된 본 발명의 취지 및 범위로부터 벗어나지 않고 만들어질 수 있다.

Claims (52)

  1. 경화성 광학 에폭시와 반응성 메소겐의 균질한 혼합물로부터 형성되는,
    등방성의 투명하고 비복굴절성인 경화된 중합체 필름을 포함하는 액정 디스플레이용 배향막(alignment layer)으로서,
    등방성의 투명하고 비복굴절성인 중합체 필름을 구성하는 상기 에폭시와 반응성 메소겐의 경화된 혼합물은 경화된 광학 에폭시 내에 무작위로 배향된 중합된 액정 분자를 포함하고, 등방성의 투명하고 비복굴절성인 중합체 필름의 노출 표면에서 상기 중합된 액정 분자가 후속 배향될 수 있는 것인 배향막.
  2. 제1항에 있어서, 혼합물이 폴리이미드를 함유하지 않는 것인 배향막.
  3. 제1항에 있어서, 에폭시가 UV 경화성인 것인 배향막.
  4. 제1항에 있어서, 혼합물이 광개시제를 더 포함하는 것인 배향막.
  5. 제4항에 있어서, 혼합물이 열 억제제를 더 포함하는 것인 배향막.
  6. 제1항에 있어서, 상기 에폭시가 등방성 배향막의 10∼80 중량%를 이루는 것인 배향막.
  7. 제1항에 있어서, 경화된 중합체 필름 내에 무작위로 배향된 액정 분자는, 필름을 러빙하면 방위각으로 배향될 수 있는 것인 배향막.
  8. 제1항에 있어서, 반응성 메소겐이 UV 경화성 모노아크릴레이트 또는 디아크릴레이트 단량체 또는 올리고머인 것인 배향막.
  9. 제1항에 있어서, 경화된 중합체 필름은, 액정 디바이스 상에 코팅된 다른 층을 손상시키지 않는 용매 중에 용해된 광학 에폭시 및 반응성 메소겐으로부터 형성되는 것인 배향막.
  10. 제9항에 있어서, 용매가 케톤인 것인 배향막.
  11. 제9항에 있어서, 용매는 시클로헥사논, 메틸에틸케톤, 아세톤, 시클로펜타논, 톨루엔 및 클로로벤젠으로 구성된 군에서 선택되는 것인 배향막.
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