KR100874049B1 - 액정 디스플레이 장치 - Google Patents

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Abstract

한 쌍의 전극이 형성된 2개의 평행 기판 사이에, 2개의 배향 제어막, 액정과, 광, 열 또는 이들의 조합에 의해 중합될 수 있는 중합성 화합물을 함유하는 액정 조성물을 배치하고, 그 후에 상기 중합성 화합물을 중합시킴으로써 본 액정 디스플레이 장치가 획득된다. 사용될 액정이 음의 유전률 이방성을 가진 것이면, 배향 제어막은 러빙 방향이 상호 평행하게 되도록 러빙 공정을 거친 수직 배향 제어막이며, 전압이 인가되지 않은 경우에, 화소 내의 특정 영역의 액정 분자만이 스프레이 배향을 나타낸다. 본 발명에 따르면, 고속 응답성을 갖는 액정 디스플레이 장치가 구현될 수 있다.
액정 디스플레이 장치, 중합성 화합물, 스프레이 배향, 벤드 배향

Description

액정 디스플레이 장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}
본 발명은 액정 디스플레이 장치에 관한 것이다.
TV에 대한 액정 장치의 애플리케이션이 증대함에 따라, 동영상을 처리하도록 고속에서 응답하는 액정 디스플레이 장치에 대한 요구가 점점 커지고 있다. 고속 응답성 액정 디스플레이 장치 일부는 강유전성 액정을 사용한다. 그러나 강유전성 액정은 안정적인 층 구조를 유지함에 있어서의 곤란함을 포함하여 많은 문제점들이 있다.
네마틱 액정을 이용해서 고속응답을 실현하는 모드는 OCB(Optically Compensated Bend)모드 및 OCS(Optically Compensated Splay)모드를 포함한다. 이러한 모드에 따르면, 양쪽 기판의 러빙(rubbing) 방향이 같고, 액정 분자의 배향은 수평 배향에서는 스프레이(splay)가 더 낮은 에너지 상태가 되고, 수직 배향에서는 벤드 상태가 더 낮은 에너지 상태가 되도록 형성되고, 이러한 에너지 상태는 소정의 전압 Vcr 이상을 인가함으로써 각각 역전된다. 즉, 전압이 인가되지 않은 경우에 액정 분자가 수평으로 배향된다면, 전압을 인가함으로써 벤드(OCB) 상태가 구현되고, 전압이 인가되지 않은 경우에 액정 분자가 수직으로 배향된다면 전압을 인가 함으로써 스프레이(OCS) 상태가 구현된다. 이러한 모드에서, 액정 분자가 OCB 또는 OCS로 유지되어 있으면, 그 후의 액정 분자의 배향 변화 속도가 크고, 따라서 디스플레이의 응답 시간이 감소하여 극도로 짧게 될 수 있다.
이러한 방식으로, OCB 및 OCS 모드는 모든 계조의 변화에서 응답 시간이 매우 짧은 특징을 갖고, TV에 대한 애플리케이션에서 높은 기대를 나타낸다. 그러나, 이러한 배향 상태는, 전압이 Vcr보다 낮다면，액정 분자가 에너지적으로 안정된 원래의 배향 상태로 복귀한다. 이러한 원래 배향으로부터, 액정 분자의 배향 변화 속도가 감소하여, 디스플레이에 대한 응답 시간이 감소될 수 없다.
따라서, 액정 디스플레이 장치가 사용되는 동안에는, 배향이 원래의 배향으로 복귀하지 않도록, 소정의 전압 Vcr 이상의 전압이 계속 인가되어야 한다. 혹은, 디스플레이 장치가 턴 온 되는 때에 필요로 하는 배향으로 신속하게 배향이 시프트되어야 한다.
이러한 문제를 해결하는 방법은, 액정에 광중합성 모노머를 첨가하고, 액정 분자의 배향 상태를 바꾸기 위해(이하, 배향 상태를 바꾸는 것을 "배향 전이" 라고도 함) Vcr 이상의 전압을 인가한 후에, 자외선을 조사함으로써 배향 상태를 고정화시키는 것이다(예를 들어, 일본 특허 출원 공개 공보 2003-43734호 (청구범위)).
이 방법을 도 1a, 도 1b 및 도 1c를 참조하여 설명한다. 도 1a는 한 쌍의 기판(1) 상에 한 쌍의 수직 배향 제어막(2)이 형성되고, 러빙 방향이 상호 평행하게 되도록 러빙된 후, 그 사이에, 음의 유전률 이방성을 갖는 액정(3)과 광, 열 또 는 이들의 조합에 의해 중합될 수 있는 중합성 화합물(4)을 함유하는 액정 조성물이 충전된 경우에, 액정 디스플레이 패널을 측면에서 본 단면도이다. 도 1a에서, 화살표는 러빙 방향을 나타낸다. 이 경우에, 기판(1) 사이에 전압이 인가되지 않는다. 이 상태에서, 액정 분자(3)는 도 1a에 도시한 바와 같이 벤드 상태에 있다.
이 상태에서 Vcr 이상의 전압이 인가되면, 도 1b에 도시한 바와 같이, 액정 분자(3)는 스프레이 상태로 변한다. 따라서, 이 상태를 유지한 채(즉, 전압이 계속 인가된 채), 도 1c에 도시한 바와 같이, 예를 들어 자외선이 조사되면, 폴리머로 이루어진 수지막(5)이 형성되어, 액정 분자(3)의 배향 상태가 고정화된다.
도 2a, 2b 및 2c는 양(+)의 유전률 이방성을 갖는 액정인 경우를 도시한다. 도 2a는, 한 쌍의 기판(1) 상에 한 쌍의 수평 배향 제어막(2)이 형성되고, 러빙 방향이 상호 평행하게 되도록 러빙된 후에, 그 사이에 양(+)의 유전률 이방성을 갖는 액정(3)과 광, 열 또는 이들의 조합에 의해 중합될 수 있는 중합성 화합물(4)을 함유하는 액정 조성물이 충전된 경우에, 액정 디스플레이 패널을 측면으로부터 본 단면도이다. 도 2a에서, 화살표는 러빙 방향을 나타낸다. 이 경우에, 기판(1) 사이에 전압이 인가되지 않는다. 그리고 이 상태에서는 액정 분자(3)는 도 2a에 도시한 바와 같이 스프레이 상태에 있다.
이 상태에서 Vcr 이상의 전압이 인가되면, 도 2b에 도시한 바와 같이, 액정 분자(3)는 벤드 상태로 변한다. 따라서, 이 상태를 유지한 채(즉, 전압이 계속 인가된 채), 도 2c에 도시한 바와 같이, 예를 들어 자외선이 조사되면, 폴리머로 이 루어진 수지막(5)이 형성되어, 액정 분자(3)의 배향 상태가 고정화된다.
그러나, 배향 전이 후에 배향을 고정화시키기 위해서 대량의 모노머가 첨가되어야 하고, 모노머가 액정에 충분히 용해되지 않고, 중합시에 응집이 발생하는 현상들을 포함하는 문제점들이 있어, 디스플레이 품질을 저하시키지 않고 전이 후에 배향을 고정화시키는 것이 곤란하다. 또한, 이러한 방법에 있어서 지연(retardation)이 변화될 수 있는 범위가 작고, 인가 전압의 변화에 대한 투과율의 변화가 작다.
<발명의 개요>
본 발명의 목적은 이러한 문제를 해결하고 고속 응답성을 제공할 수 있는 액정 디스플레이 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적 및 이점은 이하의 설명으로부터 명백해질 것이다.
본 발명의 일 양태는 한 쌍의 전극이 형성된 2개의 평행 기판 사이에, 2개의 배향 제어막, 액정과, 광, 열 또는 이들의 조합에 의해 중합될 수 있는 중합성 화합물을 함유하는 액정 조성물을 배치하고, 그 후에 중합성 화합물을 중합시킴으로써 획득되는 액정 디스플레이 장치를 제공하며, 액정은 음(-)의 유전률 이방성을 가지고, 배향 제어막은 러빙 방향이 상호 평행하게 되도록 러빙 공정을 거친 수직 배향 제어막이며, 전압이 인가되지 않은 경우에, 화소 내의 특정 영역의 액정 분자만이 스프레이 배향을 나타낸다.
소정의 전압을 인가함으로써, 전압 무인가 시의 액정 분자의 벤드 배향이 스프레이 배향으로 전이한 단계에서, 화소 내의 특정 영역에 대해서만 중합이 수행되 는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 양태는, 한 쌍의 전극이 형성된 2개의 평행 기판 사이에, 2개의 배향 제어막, 액정과, 광, 열 또는 이들의 조합에 의해 중합될 수 있는 중합성 화합물을 함유하는 액정 조성물을 배치하고, 그 후에 중합성 화합물을 중합시킴으로써 획득되는 액정 디스플레이 장치를 제공하고, 액정은 양의 유전률 이방성을 가지고, 배향 제어막은 러빙 방향이 상호 평행하게 되도록 러빙 공정을 거친 수평 배향 제어막이며, 전압이 인가되지 않은 경우에, 화소 내의 특정 영역의 액정 분자만이 벤드 배향을 나타낸다.
소정의 전압을 인가함으로써, 전압 무인가 시의 액정 분자의 스프레이 배향이 벤드 배향으로 전이한 단계에서, 화소 내의 특정 영역에 대해서만 중합이 수행되는 것이 바람직하다.
전술한 본 발명의 양태들에서, 고속 응답성을 갖는 액정 디스플레이 장치가 구현될 수 있다.
전술한 양태들 모두에서, 전술한 중합 후에, 특정 영역 이외의 영역에 대하여, 광, 열 또는 이들의 조합에 의해 중합이 수행되고, 특정 영역은 화상이 디스플레이되지 않는 영역이고, 화상 디스플레이부 상의 특정 영역은 점 및/또는 선의 형태이고, 특정 영역은 블랙 매트릭스 상에 있고, 액정의 배향을 제어하기 위한 돌기 또는 전극 슬릿이 존재하지 않고, 중합성 화합물은 2개 이상의 관능을 갖는 다관능 중합성 화합물이고, 중합성 화합물은 메타크릴산 모노머(methacrylate monomer)를 함유하고, 중합성 화합물은 트리메틸올 프로판 트리메타크릴산(trimethylol propane trimethacrylate)을 함유하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 고속 응답성을 갖는 액정 디스플레이 장치가 구현될 수 있다.
도 1a는 액정 디스플레이 패널에서의 벤드 상태의 액정 분자를 도시하는 개략적인 횡단면도이다.
도 1b는 액정 디스플레이 패널에서의 스프레이 상태의 액정 분자를 도시하는 개략적인 횡단면도이다.
도 1c는 스프레이 상태의 액정 분자를 고정하기 위해 자외선이 조사되고, 그 결과 수지막이 형성된 상태의 액정 디스플레이 패널을 도시하는 개략적인 횡단면도이다.
도 2a는 액정 디스플레이 패널에서의 스프레이 상태의 액정 분자를 도시하는 개략 횡단면도이다.
도 2b는 액정 디스플레이 패널에서의 벤드 상태의 액정 분자를 도시하는 개략 횡단면도이다.
도 2c는 벤드 상태의 액정 분자를 고정하기 위해 자외선이 조사되고, 그 결과 수지막이 형성된 상태의 액정 디스플레이 패널을 도시하는 단면도이다.
도 3은 특정 영역에 대해서만 벤드 상태의 액정 분자를 고정하기 위해, 마스크를 사용해서 자외선을 조사하고, 수지막이 형성되는 상태의 액정 디스플레이 패널을 도시하는 개략 단면도이다.
도 4a는 화소가 4개(A, B, C, D)로 구획되고, 특정 영역으로서 하나(D)의 구획 상에 자외선이 조사되고, 전압이 인가되지 않은 상태로 1OV의 전압이 인가된 후 1초가 경과된 경우의 화소의 상태를 도시하는 개략도이다.
도 4b는 화소가 4개(A,B,C,D)로 구획되고, 특정 영역으로서 하나(D)의 구획 상에 자외선이 조사되고, 전압이 인가되지 않은 상태로 1OV의 전압이 인가된 후 10초가 경과된 경우의 화소의 상태를 도시하는 개략도이다.
도 5는 특정 영역에 대해서만 벤드 상태의 액정 분자를 고정하기 위해, 마스크를 사용해서 자외선이 조사되어, 수지막이 형성된 상태의 액정 디스플레이 패널을 도시하는 개략 횡단면도이다.
도 6은 화소를 도시하는 개략 평면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 특정 영역을 도시하는 화소의 예를 도시하는 개략 평면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 특정 영역을 도시하는 화소의 예를 도시하는 개략 평면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 특정 영역을 도시하는 화소의 예를 도시하는 개략 평면도이다.
<바람직한 실시예의 설명>
이하, 본 발명의 실시예를 도면 및 예를 참조하여 설명한다. 이러한 도면, 실시예 및 설명은 본 발명의 예들을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 범위를 한정하려는 것이 아니다. 물론, 본 발명의 본질적인 특징에 합치하는 한 다른 실시예 도 본 발명의 범위에 속한다. 도면에서, 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 나타낸다. 수직 배향 제어막과 수평 배향 제어막 모두에 대해서 같은 부호가 사용된다. 마찬가지로, 음의 유전률 이방성을 갖는 액정(또는, 액정 분자)과 양의 유전률 이방성을 갖는 액정(또는, 액정 분자)에 대해서도 같은 부호가 사용된다.
본 발명에 따른 액정 디스플레이 장치는, 한 쌍의 전극이 그 위에 형성된 2개의 평행 기판 사이에, 2개의 배향 제어막, 및 액정과, 광, 열 또는 이들의 조합에 의해 중합될 수 있는 중합성 화합물을 함유하는 액정 조성물을 배치한 후에 중합성 화합물을 중합시킴으로써 획득된다.
이 때, 양의 유전률 이방성을 갖는 액정이 사용되는 경우에, 배향 제어막은 러빙 방향이 상호 평행하게 되도록 러빙 공정을 거친 수평 배향 제어막이며, 전압이 인가되지 않은 경우에, 화소 내의 특정 영역의 액정 분자만이 벤드 배향을 나타낸다.
이러한 구조를 구현하기 위하여, 러빙 방향이 상호 평행하게 되도록 러빙 공정을 거친 수평 배향 제어막이 배향 제어막으로서 사용되고, 소정의 전압을 인가함으로써, 전압 무인가 시의 액정 분자의 스프레이 배향이 벤드 배향으로 시프트한 단계에서, 화소 내의 특정 영역에 대해서만 전술한 중합이 수행된다. 소정의 전압은, 전압 무인가 시의 액정 분자의 스프레이 배향이 벤드 배향으로 시프트하는 전압에서 실제 상황에 따라 임의로 선택될 수 있다.
배향 제어막의 재료로서는, 임의의 공지된 재료가 사용될 수도 있지만, 러빙 방향은 상호 평행해야 한다. 상호 직교하는 것과 같이 러빙 방향이 평행하지 않거 나, 역평행(러빙 방향이 반대 방향으로 평행)이라면, 원하는 초기 액정 배향을 달성할 수 없다.
전술한 중합은, 광, 열 또는 이들의 조합에 의해 수행되지만, 광을 사용하는 것이 바람직하고, 자외선이 특히 바람직하다. 이하, 자외선을 조사하는 경우를 설명할 것이다.
전압 무인가 시의 액정 분자의 스프레이 배향이 벤드 배향으로 시프트했는지 여부는, 미리 실험 등에 의해 용이하게 판정될 수 있다. 중합의 정도는 특히 제한되지 않고, 실제 상황에 따라 임의로 결정될 수 있다. 자외선의 파장, 조사 에너지, 및 조사 시간 등과 같은 인자를 통해 바람직한 조사 조건이 용이하게 선택될 수 있으므로 자외선 조사가 유리하다.
자외선은 예를 들어, 도 3에 도시한 바와 같이 마스크(31)를 사용해서 조사된다. 도 3은 전압을 인가함으로써, 액정 분자가 벤드 상태로 설정되고, 자외선으로 조사되는 상태를 도시한다. 자외선을 사용하는 경우에, 도 3에 도시한 바와 같이, 컬러 필터(CF)(34) 및 블랙 매트릭스(BM)(32)와 같은, 자외선을 흡수하는 층을 갖지 않는 기판면측으로부터 조사가 수행된다. 또한，도 3의 부호 33은 박막 트랜지스터(TFT)를 나타낸다. 배향 제어막은 부호 2로 나타낸다.
이러한 방식으로, 화소 내의 특정 영역에 대해서만 중합을 수행함으로써, 이러한 영역의 액정 분자는, 전압이 Vcr 이하이더라도(예를 들어, 전압 무인가 상태) 벤드 배향을 유지할 수 있다. 그 후에，다른 영역의 액정 분자가 스프레이 배향이 더라도, 전압이 인가될 때, 벤드 배향으로의 시프트가 이 영역을 배향 전이의 핵으로서 이용하여 진행함으로써, 고속 응답성을 갖는 액정 디스플레이 장치가 구현될 수 있다．
또는, 화소 내의 특정 영역은 프리틸트된(pre-tilted) 상태 또는 프리틸트가 다른 영역보다 더 큰 상태로 설정될 수도 있다(이러한 영역을 "하이(high) 프리틸트 영역"이라 칭하기도 함). 이 경우에서도, 배향 변화 속도가 크게 될 수 있고, 고속 응답성을 갖는 액정 디스플레이 장치가 구현될 수 있다. 이하의 설명에서，화소 내의 특정 영역만을 중합하는 효과는 단지 "벤드 배향(또는 스프레이 배향)을 유지"하는 것으로 주로 간략하게 설명되지만, 하이 프리틸트 영역의 특성을 갖는 경우 또는 하이 프리틸트 영역 및 벤드(스프레이) 배향이 유지된 영역의 양자의 특성을 갖는 경우가 본 발명의 효과로서 또한 간주될 수 있다. 액정 분자가 초기에 스프레이 배향이라면(전압 무인가 시), 기판면에 대하여 이루어지는 액정 분자의 각이 더 작아짐에 따라 프리틸트 각은 더 커지고, 액정 분자가 초기에 벤드 배향이라면(전압 무인가 시), 기판면에 수직인 방향에 대하여 이루어지는 액정 분자의 각이 더 작아짐에 따라(즉, 기판면에 대하여 이루어지는 액정 분자의 각이 더 커짐에 따라), 프리틸트 각은 더 커진다.
액정으로서 음의 유전률 이방성을 갖는 액정이 사용된다면, 배향 제어막은, 러빙 방향이 상호 평행하게 되도록 러빙 공정을 거친 수직 배향 제어막이며, 전압이 인가되지 않은 경우에, 화소 내의 특정 영역의 액정 분자만이 스프레이 배향을 나타내야만 한다.
이러한 구조는, 배향 제어막으로서 러빙 방향이 상호 평행하게 되도록 러빙 공정이 수행된 수직 배향 제어막을 사용하고, 소정의 전압의 인가에 의해, 전압 무인가 시의 액정 분자의 벤드 배향이 스프레이 배향으로 시프트할 때, 전술한 중합을 화소 내의 특정 영역에 대해서만 수행함으로써 획득될 수 있다.
배향 제어막의 러빙 방향, 중합 조건, 및 자외선 조사 조건은 액정으로서 양의 유전률 이방성을 갖는 액정을 사용하는 경우와 마찬가지이다. 배향 제어막의 재료로서, 수직 배향 제어막용이라면 임의의 공지된 재료가 선택될 수 있다.
화소 내의 특정 영역에 대해서만 중합을 수행함으로써, 이러한 영역에서는 Vcr 이하(예를 들어, 전압 무인가 상태)의 전압에서도 액정 분자가 스프레이 배향을 유지할 수 있다. 또는 하이 프리틸트 영역이 생성될 수 있다. 이렇게 하면，다른 영역의 액정 분자가 벤드 배향이더라도, 이러한 영역을 배향 전이의 핵으로서 이용함으로써 스프레이 배향으로의 시프트가 진행되어, 고속 응답성을 갖는 액정 디스플레이 장치가 구현될 수 있다.
전술한 경우에서, 화소 내의 특정 영역은 본 발명의 본질적인 특성 내에 있는 한, 임의로 결정될 수 있다. 여기에서, "화소"는 도 6에 도시한 바와 같이 게이트 버스 라인(61), 데이터 버스 라인(62), TFT(33), 및 보조 용량 전극(63)과 같은 논(non) 디스플레이 영역 상의 부분을 포함한다.
중합이 수행된 영역에서, 액정 분자가 다른 영역과는 다른 배향 거동(alignment behavior)을 나타내고, 컬러 등이 다르게 보일 수 있으므로, 눈에 띄 지 않는 위치에 이러한 특정 영역이 생성되는 것이 바람직하다. 이것은 이러한 특정 영역이 논-디스플레이 영역의 일부인 것이 바람직하다는 것을 의미한다. 예를 들어, COT(Color filter On thin film Transistor)의 경우에, CF가 TFT와 같은 측에 종종 형성되고, BM이 TFT 상에 형성되므로, BM 상에 이러한 특정 영역이 형성되고, CF가 존재하지 않는 기판측으로부터 자외선이 조사된다면, 화소의 개구율(aperture rate)을 저하시키지 않고, 본 발명의 구조가 용이하게 구현될 수 있다．이 경우의 특정 영역의 형태는 특히 제한되지 않고, 선 또는 점과 같은 임의의 형태일 수 있다.
이러한 특정 영역이 화상 디스플레이부 상에 있는 경우, 또는 화상 디스플레이부 상의 영역을 포함할 경우에, 중합된 영역의 컬러 등이 다른 영역과 다르게 보일 수 있으므로, 눈에 띄지 않도록 이러한 영역이 점 및/또는 선으로 형성되는 것이 바람직하다. 점의 크기, 선의 굵기, 점 및/또는 선의 개수는 액정 디스플레이 장치의 화질에 미치는 영향을 고려하여 임의로 결정될 수 있다.
도 7 내지 도 9는 예들을 도시한다. 도면에서, 검게 채워진 부분이 설명에서 언급되는 특정 영역이다.
본 발명의 구성에 있어서, MVA(Multi-domain Vertical Alignment)방식에 사용되는 액정의 배향을 제어하기 위한 돌기(protrusion) 및/또는 전극 슬릿을 형성하는 것은 불필요하다. 필요하다면 이러한 돌기 및 슬릿이 형성될 수도 있지만, 돌기 및 전극 슬릿 근방의 부분을 피해서 특정 영역을 형성하는 것이 바람직하다. 이것은 컬러의 차이 등이 보다 쉽게 눈에 띄기 때문이다.
점 및/또는 선이 허용가능한지 여부 및 돌기 및 전극용 슬릿의 근방에 특정 영역이 존재하지 않는지 여부는, 실제로 액정 디스플레이 패널을 조립하고, 화질을 체크함으로써 확인될 수 있다.
중합을 수행한 후에, 액정층의 조성을 안정화시키기 위하여 특정 영역 이외의 영역에 존재하는 중합성 화합물이 액정 분자의 배향 거동에 대하여 작은 영향을 미치는 상태에서 중합되는 것이 바람직하다. 특정 영역 이외의 영역에 존재하는 중합성 화합물이 중합되지 않고 방치되면, 자연 상태에서 중합이 진행되는데, 이는 디스플레이 패널의 화질에 영향을 미칠 수 있다.
특정 영역 이외의 영역에 존재하는 중합성 화합물을 중합시킴에 있어서, 액정 분자의 배향 거동에 대하여 작은 영향을 미치는 방법이라면 임의의 방법이 사용될 수 있다. 액정 분자의 배향 거동에 대하여 사용된 방법이 작은 영향을 미치는지 여부는 액정 디스플레이 패널의 화질이 영향받지 않는지를 체크함으로써 확인될 수 있다.
구체적으로, 전압이 인가되지 않는 상태 또는 인가된 전압이 이전에 인가된 전압보다 낮은 상태에서 광, 열 또는 이들의 조합에 의해 중합을 수행하는 방법이 있다. 이 경우에, 자외선의 조사 강도를 감소시키거나 조사 시간을 감소시키는 것과 같은 조건이 선택될 수 있다.
특정 영역 이외의 영역에서 중합을 수행하기 위해서는, 마스크를 사용해도 되지만, 마스크를 사용하지 않고 디스플레이 패널의 전체면에 대하여 중합이 수행될 수도 있다. 이 경우에, 광을 조사하지 않고, 열을 사용함으로써 중합이 용이하 게 수행될 수 있다. 광이 조사되는 경우에도, 사전에 가열 처리를 수행함으로써 미반응의 중합성 화합물을 이미 반응한 영역(즉, 특정 영역)으로 분산시키는 것이 몇몇 경우에 유용할 수도 있다.
전체면을 중합하는 것이 특정 영역의 중합 전에, 또는 후에, 또는 전후에 수행될 수도 있지만, 특정 영역의 중합의 효과를 고려할 때, 특정 영역을 중합한 후에 중합을 수행하는 것이 가장 효과적이다. 전체면 중합이 특정 영역을 중합하기 전에 수행되든지 또는 후에 수행되든지간에, 전체면을 중합하는 것이 액정층에 전압을 인가하지 않고 수행될 수도 있지만, 소정의 전압을 액정층에 인가한 상태에서 전체면 중합이 수행된다면, 배향의 변화 속도가 더욱 크게 될 수 있고, 고속 응답성을 갖는 액정 디스플레이 장치가 구현될 수 있다.
본 발명에 따른 액정 조성물은 전술한 액정과 중합성 화합물을 함유한다. 또한, 액정 조성물은 중합 개시제 또는 증감제를 함유할 수도 있다.
본 발명에 따른 액정 조성물로 사용되는 액정은 구체적으로 제한되지 않고, 본 발명의 본질적인 특성에 합치되는 한, 임의의 공지된 액정이 사용될 수 있다. 바람직한 액정의 예로서 네마틱 액정이 있다.
본 발명에 따른 액정 조성물로 사용되는 중합성 화합물은 광, 열 또는 이들의 조합에 의해 중합될 수 있는 중합성 관능기를 갖는 한 구체적으로 제한되지 않고, 액정 패널에서 액정과 함께 사용될 수 있는 임의의 공지된 중합성 화합물이 사용될 수도 있다. 모노머 및 올리고머(oligomer)가 사용될 수 있다.
중합성 관능기로서는, 아크릴산기, 메타크릴산기, 에폭시기, 비닐기, 알릴기 및 불포화 이중 결합과 같은 광 관능성을 갖는 기들이 열거될 수 있다.
전압이 인가된 경우에 액정 분자의 획득을 용이하게 하기 위해서, 이러한 중합성 화합물이 액정 분자의 디렉터 방향을 제어할 수 있는 분자 구조를 갖는 것이 바람직하다. 이러한 분자 구조로서 알킬 쇄(alkyl chain)가 사용될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 중합성 화합물로서는, 예를 들면, 아크릴산 에스테르, 메타크릴산 에스테르 등의 아크릴산기 및 메타크릴산기, 에폭시기, 비닐기 및 알릴기와 같은 중합성 관능기를 갖는 화합물이 예로서 사용될 수 있다.
일반적으로는, 본 발명에 따른 액정 조성물이 2개의 관능 이상의 다관능 중합성 화합물을 함유하는 것이 바람직하다. 가교 구조가 생성되어, 전압 인가시의 액정 분자의 배향 상태가 강고하게 유지될 수 있기 때문이다.
본 발명에 따른 중합성 화합물로서, 보다 구체적으로는 액정에 대한 높은 용해도를 갖는 메타크릴산 모노머가 바람직하다. 예로서는 디메타크릴산 모노머 및 트리메틸올 프로판 트리메타크릴산이 있다. 액정에 대한 용해도가 수 중량%인 트리메틸올 프로판 트리메타크릴산(TMPT)이 가장 바람직하다.
이러한 중합성 화합물이 중합되고 폴리머로 이루어진 수지막이 액정층에 접하게 형성되는 경우에, 이러한 수지막이 액정 분자의 배향 상태를 제어하는 역할을 담당하는 것으로 생각된다.
이러한 방식으로, 액정에서의 중합성 화합물의 석출이나 중합시 응집을 일으키지 않고, 전이 후의 액정 분자의 배향이 균일하게 고정화될 수 있다.
<실시예>
이하, 본 발명의 실시예를 설명한다.
<제1 실시예>
제1 실시예는 TFT 타입 액정 디스플레이 장치에 대한 본 발명의 응용이다. 액정으로서, 양의 유전률 이방성을 갖는 네마틱 액정이 사용된다. 배향 제어막은 수평 배향 제어막이다. 1.5 중량%의 TMPT가 액정 조성물에 첨가되어 있다. 20V 교류 전압이 패널 전체면에 인가된 상태에서, 소정의 시간이 경과되고, 액정 분자의 배향이 스프레이 상태로부터 벤드 상태로 시프트된다. 이러한 상태에서, 도 3에 도시한 바와 같이 자외선이 TFT(33)측으로부터, 마스크(31)를 통해서 조사된다. 대향 기판측은 CF(34)를 가지므로, 이러한 대향기판 측으로부터 조사하는 것은 본 발명의 목적으로는 부적절하다.
그 후, 마스크를 사용하지 않고, 전압이 인가되지 않은 상태에서, 액정 디스플레이 패널의 전체면 상으로 자외선이 조사된다. 이러한 방식으로, 화소 중의 특정 영역에만 액정 분자의 벤드 상태가 유지되는 구조가 구현될 수 있다.
<제2 실시예>
음의 유전률 이방성을 갖는 네마틱 액정을 액정으로서 사용하여 제1 실시예와 같은 실험을 수행한 결과, 1.5 중량%의 TMPT가 첨가되면, 자외선이 조사된 영역에서는 2주 후에도 액정 분자의 OCS상태가 유지되는 것이 확인되었다.
<제3 실시예>
화소를 4개(A,B,C,D)로 구획하고, 제2 실시예와 동일한 공정이 특정 영역으로서 하나(D) 상에 수행된다. 그 후에, 전압이 인가되지 않은 상태에서 1OV의 전 압이 인가된 결과로, 도 4a의 사선으로 도시한 바와 같이, 1초 후에 D 부분만이 소정의 컬러를 나타내고, 도 4b의 사선으로 도시한 바와 같이, 10초 후에 다른 부분도 소정의 컬러를 나타내었다.
<제4 실시예>
본 실시예는, 도 5에 도시한 바와 같이, OCB 방법이 사용되고, CF(34)가 TFT(33)와 같은 측에 설치되고, BM(32)이 TFT(33)와 겹치게 형성된, 소위 "COT 구조"이다. 이 경우에, 차광 부재가 없으므로 대향 기판측에서 자외선이 조사될 수 있다.
마스크(31)에 의해 디스플레이부가 마스킹되고, 소정의 전압이 인가된 상태에서, BM(32) 상의 TMPT 상으로 자외선이 조사된다. 그 후에, 전압 무인가에서 마스크를 사용하지 않고 액정 디스플레이 패널의 전체면 상으로 자외선이 조사된다. 이러한 방식으로, 화소 중의 특정 영역에만, 액정 분자의 벤드 상태가 유지된 구조가 구현될 수 있다.
이러한 방식으로, 액정 패널이 시동될 때, 논 디스플레이부의 액정 분자의 벤드 상태를 배향 전이의 핵으로서 사용하여, 스프레이 상태의 다른 액정 분자들이 신속하게 변화되고, 고속 응답성이 실현된다. 이와 동시에, 액정 분자의 움직임이 중합에 의해 형성된 폴리머에 의해 제어되므로, 논 디스플레이부에서 지연 변화가 작아지지만, 이것은 논 디스플레이부이므로, 실제 디스플레이는 영향받지 않고, 디스플레이부에서 충분히 큰 지연 변화가 구현될 수 있다.
<제5 실시예>
스프레이 배향을 검토한다. 마스크를 이용하여 특정 영역 상에 중합(화소 내의 특정 영역에서만 수행되는 중합)을 수행함으로써, 배향 전이의 핵으로서의 역할을 할 수 있는 하이 프리틸트 영역을 화소의 특정 위치에 형성한 후에, 마스크가 제거되고, 전압이 인가된 상태에서 액정 디스플레이 패널의 전체면 상에 자외선이 조사되어 전체면 중합을 수행한다.
이에 의해, 패널 내의 잔존 모노머를 저감시킬 수 있고, 디스플레이부의 전체 영역의 프리틸팅이 다소 증가한다. 그 결과, 벤드 배향의 성장 속도가 증가하고, 핵에서 발생한 벤드 배향이 신속하게 화소의 전체 영역으로 확산될 수 있다. 구체적으로， 벤드 전이 시간이 실온에서 3초, ―30℃에서 15초가 되었다. 벤드 전이 시간은 1cm2의 단일 화소가 6V를 인가함으로써 전체 영역에서 배향 전이를 완료할 때의 시간이다. 통상적인 OCB의 경우에서, 실온에서는 60초, ―30℃에서는 200초가 요구된다.
<제6 실시예>
스프레이 배향을 검토한다. 마스크를 이용한 특정 영역 중합을 수행함으로써, 배향 전이의 핵이 될 하이 프리틸트 영역을 화소의 특정 위치에 형성시키기 전에, 마스크가 사용되지 않고 전압이 인가된 상태에서 전체면이 중합된다.
이에 의해, 패널 내의 잔존 모노머를 미리 감소시킬 수 있고, 디스플레이부의 전체 영역에서의 프리틸팅이 다소 증가한다. 결과적으로, 벤드 배향의 성장 속도가 증가하고, 핵에서 발생한 벤드 배향이 신속하게 화소의 전체 영역 전반으로 확산될 수 있다.
벤드 배향에 대해서도 제5 실시예 및 제6 실시예와 마찬가지의 효과가 획득될 수 있었다.

Claims (20)

  1. 한 쌍의 전극이 형성된 2개의 평행 기판 사이에, 2개의 배향 제어막과,
    액정과, 광, 열 또는 이들의 조합에 의해 중합될 수 있는 중합성 화합물을 함유하는 액정 조성물을 배치하고, 그 후에 상기 중합성 화합물을 중합시킴으로써 획득되는 액정 디스플레이 장치로서,
    상기 중합은 소정의 전압을 인가함으로써, 전압 무인가 시의 액정 분자의 벤드 배향이 스프레이 배향으로 전이한 단계에서, 화소 내의 표시부분을 포함하는 특정 영역에 대해서만 수행되고,
    상기 액정은 음의 유전률 이방성을 갖는 액정이고,
    상기 배향 제어막은 러빙(rubbing) 방향이 상호 평행하게 되도록 러빙 공정을 거친 수직 배향 제어막이며,
    전압이 인가되지 않은 경우에, 화소 내의 상기 특정 영역 위의 액정 분자만이 스프레이 배향(splay alignment), 또는 프리-틸트된(pre-tilted) 상태, 또는 프리-틸트가 다른 영역보다 더 큰 상태를 나타내는 액정 디스플레이 장치.
  2. 삭제
  3. 한 쌍의 전극이 형성된 2개의 평행 기판 사이에, 2개의 배향 제어막, 및 액정과, 광, 열 또는 이들의 조합에 의해 중합될 수 있는 중합성 화합물을 함유하는 액정 조성물을 배치하고, 그 후에 상기 중합성 화합물을 중합시킴으로써 획득되는 액정 디스플레이 장치로서,
    상기 중합은 소정의 전압을 인가함으로써, 전압 무인가 시의 액정 분자의 벤드 배향이 스프레이 배향으로 전이한 단계에서, 화소 내의 표시부분을 포함하는 특정 영역에 대해서만 수행되고,
    상기 액정은 양의 유전률 이방성을 갖는 액정이고,
    상기 배향 제어막은 러빙 방향이 상호 평행하게 되도록 러빙 공정을 거친 수평 배향 제어막이며,
    전압이 인가되지 않은 경우에, 화소 내의 상기 특정 영역 상의 액정 분자만이 벤드 배향, 또는 프리-틸트된 상태, 또는 프리-틸트가 다른 영역보다 더 큰 상태를 나타내는 액정 디스플레이 장치.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 중합 전에, 또는 후에, 또는 전후에, 상기 특정 영역 이외의 영역에 대하여, 광, 열 또는 이들의 조합에 의해 중합이 수행되는 액정 디스플레이 장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 중합 전에, 또는 후에, 또는 전후에, 상기 특정 영역 이외의 영역에 대하여, 광, 열 또는 이들의 조합에 의해 중합이 수행되는 액정 디스플레이 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    소정의 전압을 인가함으로써 배향이 전이된 상태에서 하나의 전체 화소를 중합하는 전체면 중합이 상기 특정 영역만에 대한 상기 중합과 병행하여 수행되는 액정 디스플레이 장치.
  8. 제 3 항에 있어서,
    소정의 전압을 인가함으로써 배향이 전이된 상태에서 하나의 전체 화소를 중합하는 전체면 중합이 상기 특정 영역만에 대한 상기 중합과 병행하여 수행되는 액정 디스플레이 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 전체면 중합은 상기 특정 영역에 대한 중합 전에, 또는 후에, 또는 전후에 수행되는 액정 디스플레이 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 전체면 중합은 상기 특정 영역에 대한 중합 전에, 또는 후에, 또는 전후에 수행되는 액정 디스플레이 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 특정 영역은 화상이 디스플레이되지 않는 부분 상에도 있는 액정 디스플레이 장치.
  12. 제 3 항에 있어서,
    상기 특정 영역은 화상이 디스플레이되지 않는 부분 상에도 있는 액정 디스플레이 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 특정 영역은 화상 디스플레이부 상에 있고, 점 및/또는 선의 형태인 액정 디스플레이 장치.
  14. 제 3 항에 있어서,
    상기 특정 영역은 화상 디스플레이부 상에 있고, 점 및/또는 선의 형태인 액정 디스플레이 장치.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 특정 영역은 블랙 매트릭스 상에도 있는 액정 디스플레이 장치.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 특정 영역은 블랙 매트릭스 상에도 있는 액정 디스플레이 장치.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정 디스플레이 장치는 액정의 배향성을 제어하기 위한 돌기 또는 전극 슬릿을 갖지 않는 액정 디스플레이 장치.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 중합성 화합물은 2개 이상의 관능을 갖는 다관능 중합성 화합물을 함유하는 액정 디스플레이 장치.
  19. 제 12 항에 있어서,
    상기 중합성 화합물은 메타크릴산 모노머(methacrylate monomer)를 함유하는 액정 디스플레이 장치.
  20. 제 13 항에 있어서,
    상기 중합성 화합물은 트리메틸올 프로판 트리메타크릴산(trimethylol propane trimethacrylate)을 함유하는 액정 디스플레이 장치.
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