KR101021696B1 - 액정 표시 소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 단안정성을 나타내는 강유전성 액정을 사용한 액정 표시 소자에서, 강유전성 액정의 자발 분극의 방향을 제어하는 것이 가능한 액정 표시 소자를 제공하는 것을 주된 목적으로 한다. 본 발명은 제1 기재와, 상기 제1 기재 위에 형성된 제1 전극층과, 상기 제1 전극층 위에 형성된 제1 배향막을 갖는 제1 배향 처리 기판, 및 제2 기재와, 상기 제2 기재 위에 형성된 제2 전극층과, 상기 제2 전극층 위에 형성된 제2 배향막과, 상기 제2 배향막 위에 형성되며, 반응성 액정을 고정화하여 이루어지는 반응성 액정층을 갖는 제2 배향 처리 기판을, 상기 제1 배향막과 상기 반응성 액정층이 대향하도록 배치하고, 상기 제1 배향막과 상기 반응성 액정층의 사이에 강유전성 액정을 협지하여 이루어지는 액정 표시 소자이며, 상기 강유전성 액정이 단안정성을 나타내고, 상기 제2 전극층이 부극이 되도록 전압을 인가했을 때, 상기 강유전성 액정의 분자 방향이 상기 제1 배향 처리 기판면에 대하여 평행하게 상기 강유전성 액정의 틸트각의 약 2배 변화되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자를 제공함으로써, 상기 목적을 달성할 수 있다.
액정 표시 소자, 강유전성 액정, 반응성 액정층

Description

액정 표시 소자{LIQUID CRYSTAL DISPLAY ELEMENT}
본 발명은, 자발 분극을 갖는 단안정형의 강유전성 액정을 사용한 액정 표시 소자에 관한 것이다.
액정 표시 소자는 박형, 저소비 전력 등과 같은 특징으로부터, 대형 디스플레이부터 휴대 정보 단말기까지 그 용도가 확대되고 있으며, 그 개발이 활발히 행해지고 있다. 지금까지 액정 표시 소자는 TN 방식, STN의 멀티플렉스 구동, TN에 박층 트랜지스터(TFT)를 사용한 활성 매트릭스 구동 등이 개발되어 실용화되고 있지만, 이들은 네마틱 액정을 사용하고 있기 때문에, 액정 재료의 응답 속도가 수 ms 내지 수십 ms로 느리고, 동화상 표시에 충분히 대응한다고는 할 수 없다.
강유전성 액정(FLC)은 응답 속도가 μs 오더로 매우 짧기 때문에, 고속 디바이스에 적합한 액정이다. 강유전성 액정은 클락(Clark) 및 라거월(Lagerwall)에 의해 제창된 전압 무인가시에 안정 상태를 2개 갖는 쌍안정성인 것이 널리 알려져 있지만(도 12 상단), 명, 암의 2 상태에서의 스위칭으로 한정되며, 메모리성을 갖지만, 계조 표시를 행할 수 없다는 문제를 갖고 있다.
최근, 전압 무인가시의 액정층의 상태가 1개의 상태로 안정화되어 있는(이하, 이것을 "단안정"이라고 함) 강유전성 액정이 전압 변화에 따라 액정의 디렉터 (분자축의 경사)를 연속적으로 변화시켜 투과광도를 아날로그 변조함으로써, 계조 표시를 가능하게 하는 것으로서 주목받고 있다(하기 비특허 문헌 1 참조, 도 12 하단). 단안정성을 나타내는 액정으로서는, 일반적으로 강온 과정에서 콜레스테릭상(Ch)-카이럴스멕틱C(SmC*)상으로 상 변화하고, 스멕틱A(SmA)상을 경유하지 않는 강유전성 액정이 사용된다(도 11 상단).
한편, 강유전성 액정으로서는, 강온 과정에서 콜레스테릭상(Ch)-스멕틱A(SmA)상-카이럴스멕틱C(SmC*)상으로 상 변화하고, SmA상을 경유하여 SmC*상을 나타내는 재료가 있다. 현재 보고되어 있는 강유전성 액정 재료 중에서는, 전자의 SmA상을 경유하지 않는 재료에 비해, 후자의 SmA상을 경유하는 상 계열을 갖는 것이 대부분이다. 후자의 SmA상을 경유하는 상 계열을 갖는 강유전성 액정은, 통상적으로 1 층법선에 대하여 2개의 안정 상태를 갖고(도 11 하단), 쌍안정성을 나타낸다고 알려져 있다.
또한, 최근 컬러 액정 표시 소자의 개발이 활발히 행해지고 있다. 컬러 표시를 실현하는 방법으로서는, 일반적으로 컬러 필터 방식과 필드시퀀셜 컬러 방식이 있다. 컬러 필터 방식은, 백 라이트로서 백색 광원을 사용하여, RㆍGㆍB의 마이크로 컬러 필터를 각 화소에 수반시킴으로써 컬러 표시를 실현시키는 것이다. 이에 비해 필드시퀀셜 컬러 방식은, 백 라이트를 RㆍGㆍBㆍRㆍGㆍBㆍㆍㆍ로 시간 적으로 전환하고, 이에 동기(同期)시켜 강유전성 액정의 흑백 셔터를 개폐하여, 망막의 잔상 효과에 의해 색을 시간적으로 혼합시키고, 이에 따라 컬러 표시를 실현 시키는 것이다. 이 필드시퀀셜 컬러 방식은, 1 화소로 컬러 표시를 행할 수 있으며, 투과율이 낮은 컬러 필터를 사용하지 않아도 지장이 없기 때문에, 밝고 고정밀 미세한 컬러 표시가 가능해지며, 저소비 전력 및 저비용을 실현할 수 있다는 점에서 유용하다.
필드시퀀셜 컬러 방식은 1 화소를 시간 분할하는 것이기 때문에, 양호한 동화상 표시 특성을 얻기 위해서는 흑백 셔터로서의 액정이 고속 응답성을 가질 필요가 있다. 강유전성 액정을 사용하면 이 과제를 해결할 수 있다. 이때 사용되는 강유전성 액정으로서는, 상술한 바와 같이 아날로그 변조에 의한 계조 표시를 가능하게 하여, 고정밀 미세한 컬러 표시를 실현하기 위해, 단안정성을 나타내는 것이 특히 바람직하다.
여기서, 필드시퀀셜 컬러 방식에 따른 액정 표시 소자의 구동 시퀀스의 개념도를 도 13에 나타낸다. 도 13에서, 액정 표시 소자로의 인가 전압을 0 내지 ±V(V)로 하여 플러스 극성의 전압으로 데이터 기록 주사를 행하고, 마이너스 극성의 전압으로 데이터 소거 주사를 행한다. 그리고, 단안정성을 나타내는 강유전성 액정을 사용한다.
단안정성을 나타내는 강유전성 액정의 응답으로서는, 도 10에 예시한 바와 같이, 플러스 극성의 전압에 응답하여 명상태가 되는 경우(도 10(a))와, 마이너스 극성의 전압에 응답하여 명상태가 되는 경우(도 10(b))가 있다. 따라서, 도 13에 도시한 바와 같이, 도 10(a)의 응답(액정 응답 1)을 나타내는 강유전성 액정을 사용한 경우에는 플러스 극성의 전압을 인가했을 때 명상태가 되고, 도 10(b)의 응 답(액정 응답 2)을 나타내는 강유전성 액정을 사용한 경우에는 마이너스 극성의 전압을 인가했을 때 명상태가 된다.
필드시퀀셜 컬러 방식에서는 1 라인마다 주사하기 때문에, 1 내지 L 라인째까지 주사하는 경우, 1 라인째의 기록 주사(플러스 극성의 전압 인가)와, L 라인째의 기록 주사(플러스 극성의 전압 인가)가 시간적으로 어긋나고, 마찬가지로 1 라인째의 소거 주사(마이너스 극성의 전압 인가)와, L 라인째의 소거 주사(마이너스 극성의 전압 인가)가 시간적으로 어긋난다(도 13의 인가 전압 (1) 및 인가 전압 (L)).
또한, 도 13에서 +(R)이란 R(적색)의 백 라이트에 동기시켜 기록 주사(플러스 극성의 전압 인가)한 것을 나타내고, -(R)이란 R의 백 라이트에 동기시켜 소거 주사(마이너스 극성의 전압 인가)한 것을 나타낸다. 마찬가지로 +(G), -(G), +(B), -(B)에 대해서도, 각각 G(녹색), B(청색)의 백 라이트에 동기시켜 주사한 것을 나타낸다.
이와 같이 필드시퀀셜 컬러 방식에서는, 백 라이트의 RㆍGㆍBㆍㆍㆍ의 시간적인 전환에 동기시켜 기록 주사 및 소거 주사를 행하고, 강유전성 액정을 응답시키기 때문에, R의 백 라이트에 동기시켜 주사할 때에는, 액정 응답 1을 나타내는 강유전성 액정을 사용한 경우, 1 라인째의 기록 주사(+(R)) 및 L 라인째의 기록 주사(+(R)) 모두, R의 백 라이트의 점등 중에 명상태가 된다. 한편, 액정 응답 2를 나타내는 강유전성 액정을 사용한 경우에는, 1 라인째와 L 라인째에 기록 주사(+(R)) 및 소거 주사(-(R))가 시간적으로 어긋나기 때문에, R의 백 라이트에 동 기시킨 L 라인째의 소거 주사(-(R))에 의해, G의 백 라이트의 점등시에 명상태가 된다(도 13의 굵은 테두리). 또한, G의 백 라이트에 동기시켜 주사할 때에는, G의 백 라이트에 동기시킨 L 라인째의 소거 주사(-(G))에 의해, B의 백 라이트의 점등시에 명상태가 된다(도 13의 굵은 테두리).
또한, 도 13에서 명(R)이란 R(적색)의 백 라이트에 동기시킨 주사에 의해 명상태가 되는 것을 나타내고, 암이란 R(적색)ㆍG(녹색)ㆍB(청색) 각각의 백 라이트에 동기시킨 주사에 의해 암상태가 되는 것을 나타낸다. 또한, 마찬가지로 명(G),명(B)에 대해서도, 각각 G(녹색), B(청색)의 백 라이트에 동기시킨 주사에 의해 명상태가 되는 것을 나타낸다.
통상적으로, 플러스 극성의 전압 및 마이너스 극성의 전압 중 어느 하나로 기록 주사를 행하거나, 소거 주사를 행하는지는 결정되어 있기 때문에, 상술한 결점을 회피하기 위해서는, 단안정성을 나타내는 강유전성 액정의 응답성을 판별할 수 있는 것이 바람직하다. 이 강유전성 액정의 응답성에는 강유전성 액정의 자발 분극이 관계되며, 인가 전압의 극성에 의해 자발 분극의 방향이 변화된다. 그 때문에, 자발 분극의 방향을 알 수 있으면, 강유전성 액정의 응답성을 판별할 수 있다.
강유전성 액정은, 네마틱 액정에 비해 분자의 질서성이 높기 때문에 배향이 어렵다. 특히, SmA상을 경유하지 않는 강유전성 액정은, 층법선 방향이 상이한 2개의 영역(이하, 이것을 "더블 도메인"으로 칭함)이 발생한다(도 11 상단). 이러한 더블 도메인은 구동시에 흑백 반전된 표시가 되며, 큰 문제점이 된다. 이 때문 에, 다양한 배향 처리 방법이 검토되고 있다.
예를 들면, 더블 도메인을 개선하는 방법으로서, 액정셀을 콜레스테릭상 이상의 온도로 가열하고, 직류 전압을 인가한 상태에서 서서히 냉각하는 전계 인가 서냉법이 알려져 있다(하기 비특허 문헌 2 참조). 이 전계 인가 서냉법을 이용한 경우에는, 인가하는 전계의 방향에 따라 자발 분극의 방향을 제어할 수 있다. 그러나, 이 방법에서는, 재차 상전이점 이상으로 온도가 높아지면 배향 혼란이 발생하고, 화소 전극간의 전계가 작용하지 않는 부분에서 배향 혼란이 발생하는 등의 문제점이 있다.
또한, 예를 들면 단안정성을 갖지는 않지만, 상하의 배향막에 광 배향 처리를 실시한 후, 각각의 배향막 위에 네마틱 액정을 도포하여 배향시켜 고정화함으로써 네마틱 액정층을 형성하고, 이 네마틱 액정층을 배향막으로서 작용시킴으로써, 배향 결함을 발생하지 않고 강유전성 액정을 배향시키는 방법이 개시되어 있다(하기 특허 문헌 1 참조). 그러나, 이 방법에서는, 전계를 인가하지 않고 강유전성 액정을 배향시키기 때문에, 자발 분극의 방향을 제어할 수는 없다.
특허 문헌 1: 일본 특허 공표 제2002-532755호 공보
비특허 문헌 1: NONAKA, T., LI, J., OGAWA, A., HORNUNG, B., SCHMIDT, W., WINGEN, R., and DUBAL, H., 1999, Liq. Cryst., 26, 1599.
비특허 문헌 2: PATEL, J., and GOODBY, J. W., 1986, J. Appl. Phys., 59, 2355.
본 발명은, 상기 문제점에 감안하여 이루어진 것이며, 단안정성을 나타내는 강유전성 액정을 사용한 액정 표시 소자에서, 강유전성 액정의 자발 분극의 방향을 제어하는 것이 가능한 액정 표시 소자를 제공하는 것을 주된 목적으로 한다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해, 제1 기재와, 상기 제1 기재 위에 형성된 제1 전극층과, 상기 제1 전극층 위에 형성된 제1 배향막을 갖는 제1 배향 처리 기판, 및 제2 기재와, 상기 제2 기재 위에 형성된 제2 전극층과, 상기 제2 전극층 위에 형성된 제2 배향막과, 상기 제2 배향막 위에 형성되고, 반응성 액정을 고정화하여 이루어지는 반응성 액정층을 갖는 제2 배향 처리 기판을, 상기 제1 배향막과 상기 반응성 액정층이 대향하도록 배치하고, 상기 제1 배향막과 상기 반응성 액정층의 사이에 강유전성 액정을 협지(挾持)하여 이루어지는 액정 표시 소자이며, 상기 강유전성 액정이 단안정성을 나타내고, 상기 제2 전극층이 부극이 되도록 전압을 인가했을 때, 상기 강유전성 액정의 분자 방향이 상기 제1 배향 처리 기판면에 대하여 평행하게 상기 강유전성 액정의 틸트각의 약 2배 변화되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자를 제공한다.
본 발명에 따르면, 반응성 액정이 제2 배향막에 의해 배향되고 있으며, 반응성 액정층은 강유전성 액정을 배향시키는 배향막으로서 기능한다. 또한, 반응성 액정은, 강유전성 액정과 구조가 비교적 유사하기 때문에, 강유전성 액정과의 상호 작용이 강하고, 배향막만을 사용한 경우보다 효과적으로 배향을 제어할 수 있다. 따라서, 상하의 배향막의 한쪽에 반응성 액정층을 형성함으로써, 강유전성 액정의 배향의 단안정화가 가능하다.
또한, 반응성 액정층은, 일반적으로 액정 표시 소자에 사용되는 배향막, 예를 들면 광 배향막이나 러빙 배향막 등에 비해 플러스의 극성이 강한 경향이 있다고 생각된다. 이 때문에, 전압 무인가 상태에서는, 반응성 액정층측이 플러스 극성, 제1 배향막측이 마이너스 극성이 되기 때문에, 강유전성 액정의 자발 분극이 제1 배향막측을 향하게 된다. 따라서, 본 발명에서는, 강유전성 액정의 자발 분극의 방향을 제어하는 것이 가능하다. 본 발명에 사용되는 강유전성 액정은, 제2 전극층이 부극이 되도록 전압을 인가했을 때, 액정 분자의 방향이 틸트각의 약 2배 변화되기 때문에, 본 발명의 액정 표시 소자를 필드시퀀셜 컬러 방식에 의해 구동시킨 경우, 액정 분자의 자발 분극의 방향을 제어할 수 있게 됨에 따라, 상술한 배경 기술의 란에 기재한 바와 같은 결점을 회피할 수 있다.
상기 발명에서는, 상기 반응성 액정이 네마틱상을 발현하는 것이 바람직하다. 네마틱상은, 액정상 중에서도 배향 제어가 비교적 용이하기 때문이다.
또한, 본 발명에서는, 상기 반응성 액정이 중합성 액정 단량체를 함유하는 것이 바람직하다. 중합성 액정 단량체는, 다른 중합성 액정 재료, 즉 중합성 액정 올리고머나 중합성 액정 중합체에 비해, 보다 저온에서 배향이 가능하며, 배향시에 감도도 높고, 용이하게 배향시킬 수 있기 때문이다.
이때, 상기 중합성 액정 단량체가 모노아크릴레이트 단량체 또는 디아크릴레이트 단량체인 것이 바람직하다. 모노아크릴레이트 단량체 또는 디아크릴레이트 단량체는, 배향 상태를 양호하게 유지한 채로 용이하게 중합시킬 수 있기 때문이다.
또한, 이때 상기 디아크릴레이트 단량체가 하기 화학식 1로 표시되는 화합물인 것이 바람직하다.
Figure 112007090998646-pct00001
여기서, 식 중의 Z31 및 Z32는 각각 독립적으로 직접 결합하고 있는 -COO-, -OCO-, -O-, -CH2CH2-, -CH=CH-, -C≡C-, -OCH2-, -CH2O-, -CH2CH2COO-, -OCOCH2CH2-를 나타내고, R31, R32 및 R33은 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 5의 알킬을 나타내고, k 및 m은 0 또는 1을 나타내고, n은 2 내지 8의 범위 내의 정수를 나타낸다.
또한, 상기 디아크릴레이트 단량체가 하기 화학식 2로 표시되는 화합물인 것도 바람직하다.
Figure 112007090998646-pct00002
여기서, 식 중의 X는 수소, 탄소수 1 내지 20의 알킬, 탄소수 1 내지 20의 알케닐, 탄소수 1 내지 20의 알킬옥시, 탄소수 1 내지 20의 알킬옥시카르보닐, 포르밀, 탄소수 1 내지 20의 알킬카르보닐, 탄소수 1 내지 20의 알킬카르보닐옥시, 할로겐, 시아노 또는 니트로를 나타내고, m은 2 내지 20의 범위 내의 정수를 나타낸다.
또한, 본 발명에서는, 상기 제1 배향막 및 상기 제2 배향막이 광 배향막인 것이 바람직하다. 광 배향 처리는 비접촉 배향 처리이기 때문에 정전기나 먼지의 발생이 없고, 정량적인 배향 처리의 제어가 가능하기 때문이다.
이때, 상기 광 배향막의 구성 재료가, 광 반응을 발생함으로써 상기 광 배향막에 이방성을 부여하는 광 반응형의 재료이거나, 또는 광 이성화 반응을 발생함으로써 상기 광 배향막에 이방성을 부여하는 광 이성화 반응성 화합물을 포함하는 광 이성화형의 재료인 것이 바람직하다. 광 반응 및 광 이성화 반응을 이용함으로써, 광 배향막으로의 이방성의 부여가 용이해지기 때문이다.
또한, 본 발명에서는, 상기 제1 배향 처리 기판이, 상기 제1 기재 위에 형성된 박막 트랜지스터(TFT)를 갖는 TFT 기판이고, 상기 제2 배향 처리 기판이, 상기 제2 전극층이 공통 전극인 공통 전극 기판인 것이 바람직하다. 이러한 구성으로 함으로써, TFT 소자의 스위치가 오프일 때 게이트 전극 부근에서 광 누설이 발생하는 것을 방지할 수 있기 때문이다.
또한, 본 발명의 액정 표시 소자는, 박막 트랜지스터(TFT)를 사용한 활성 매트릭스 방식에 의해 구동되는 것이 바람직하다. TFT 소자를 사용한 활성 매트릭스 방식을 이용함으로써, 목적으로 하는 화소를 확실하게 점등, 소등할 수 있기 때문에, 고품질 디스플레이가 가능해지기 때문이다.
또한, 본 발명의 액정 표시 소자는, 필드시퀀셜 컬러 방식에 의해 구동시키 는 데 적합하다. 상기 강유전성 액정은 단안정성을 나타내기 때문에 계조 표시가 가능하고, 필드시퀀셜 컬러 방식에 의해 구동시킴으로써, 저소비 전력이면서도 저비용이며, 시야각이 넓을 뿐만 아니라, 밝고 고정밀 미세한 컬러 동화상 표시를 실현할 수 있다.
<발명의 효과>
본 발명에서는, 반응성 액정층이 제1 배향막보다 플러스의 극성이 강한 경향이 있는 것을 이용함으로써, 강유전성 액정의 자발 분극의 방향을 제어할 수 있다는 효과를 발휘한다.
[도 1] 본 발명의 액정 표시 소자의 일례를 나타내는 개략 단면도이다.
[도 2] 강유전성 액정의 배향 상태의 일례를 나타내는 모식도이다.
[도 3] 액정 분자의 거동을 나타내는 모식도이다.
[도 4] 강유전성 액정의 자발 분극을 나타내는 설명도이다.
[도 5] 강유전성 액정의 배향 상태의 다른 예를 나타내는 모식도이다.
[도 6] 필드시퀀셜 컬러 방식에 따른 액정 표시 소자의 구동 시퀀스를 나타내는 개념도이다.
[도 7] 본 발명의 액정 표시 소자의 일례를 나타내는 개략 사시도이다.
[도 8] 강유전성 액정의 자발 분극을 나타내는 설명도이다.
[도 9] 강유전성 액정의 배향 상태의 다른 예를 나타내는 모식도이다.
[도 10] 강유전성 액정의 인가 전압에 대한 투과율의 변화를 나타낸 그래프 이다.
[도 11] 강유전성 액정이 갖는 상 계열의 상위에 따른 배향의 차이를 나타낸 도면이다.
[도 12] 강유전성 액정의 인가 전압에 대한 투과율의 변화를 나타낸 그래프이다.
[도 13] 필드시퀀셜 컬러 방식에 따른 액정 표시 소자의 구동 시퀀스를 나타내는 개념도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>
1a…제1 기재
1b…제2 기재
2a…제1 전극층
2b…제2 전극층
3a…제1 배향막
3b…제2 배향막
4…반응성 액정층
5…액정층
8…액정 분자
d…배향 처리 방향
z…층법선
Ps…자발 분극
<발명을 실시하기 위한 최선의 형태>
이하, 본 발명의 액정 표시 소자에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 액정 표시 소자는 제1 기재와, 상기 제1 기재 위에 형성된 제1 전극층과, 상기 제1 전극층 위에 형성된 제1 배향막을 갖는 제1 배향 처리 기판, 및 제2 기재와, 상기 제2 기재 위에 형성된 제2 전극층과, 상기 제2 전극층 위에 형성된 제2 배향막과, 상기 제2 배향막 위에 형성되고, 반응성 액정을 고정화하여 이루어지는 반응성 액정층을 갖는 제2 배향 처리 기판을 상기 제1 배향막과 상기 반응성 액정층이 대향하도록 배치하고, 상기 제1 배향막과 상기 반응성 액정층 사이에 강유전성 액정을 협지하여 이루어지는 액정 표시 소자이며, 상기 강유전성 액정이 단안정성을 나타내고, 상기 제2 전극층이 부극이 되도록 전압을 인가했을 때, 상기 강유전성 액정의 분자 방향이 상기 제1 배향 처리 기판면에 대하여 평행하게 상기 강유전성 액정의 틸트각의 약 2배 변화되는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 액정 표시 소자에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다.
도 1은, 본 발명의 액정 표시 소자의 일례를 나타내는 개략 단면도이다. 도 1에 예시하는 액정 표시 소자에서는, 제1 기재 (1a) 위에 제1 전극층 (2a) 및 제1 배향막 (3a)가 순서대로 형성된 제1 배향 처리 기판 (11)과, 제2 기재 (1b) 위에 제2 전극층 (2b), 제2 배향막 (3b) 및 반응성 액정층 (4)가 순서대로 형성된 제2 배향 처리 기판 (12)가 대향하고 있고, 제1 배향 처리 기판 (11)의 제1 배향막 (3a)와 제2 배향 처리 기판 (12)의 반응성 액정층 (4) 사이에는 강유전성 액정이 협지되어, 액정층 (5)가 구성되어 있다.
반응성 액정층 (4)는 제2 배향막 (3b) 위에 형성되기 때문에, 반응성 액정층 (4)를 구성하는 반응성 액정은 상기 제2 배향막 (3b)에 의해 배향되고 있으며, 이 반응성 액정을, 예를 들면 자외선에 의해 중합시켜 반응성 액정의 배향 상태를 고정화함으로써 반응성 액정층 (4)가 형성된다. 이와 같이, 반응성 액정층 (4)는 반응성 액정의 배향 상태가 고정화되어 있기 때문에, 액정층 (5)를 구성하는 강유전성 액정을 배향시키는 배향막으로서 기능한다. 또한, 반응성 액정층을 구성하는 반응성 액정은, 강유전성 액정과 구조가 비교적 유사하기 때문에, 강유전성 액정과의 상호 작용이 강해져, 배향막만을 사용한 경우보다 효과적으로 배향을 제어할 수 있다.
본 발명에 사용되는 강유전성 액정의 배향 상태의 일례를 도 2에 나타낸다. 일반적으로 강유전성 액정을 사용한 액정 표시 소자에서, 대향하는 2개의 배향막은 각각의 배향 처리 방향이 평행해지도록 배치된다. 따라서, 도 2(b)에 예시한 바와 같이, 전압 무인가 상태에서 액정 분자 (8)은 제1 배향막 및 제2 배향막(반응성 액정층)의 배향 처리 방향 (d)에 따라 배향되며, 동일한 배향 상태가 된다. 이와 같이 상하의 배향막의 한쪽에 반응성 액정층을 형성함으로써, 배향 결함이 형성되지 않고, 강유전성 액정의 배향을 단안정화시킬 수 있다. 즉, 강유전성 액정은 단안정성을 나타내는 것이다. 또한, 전계 인가 서냉법을 이용하지 않고 배향막 및 반응성 액정층을 사용하여 배향 처리를 행하기 때문에, 상전이 온도 이상으로 승온시켜도 그 배향을 유지하고, 배향 결함의 발생을 억제할 수 있다는 이점을 갖는다.
강유전성 액정에서는 도 3에 예시한 바와 같이, 액정 분자 (8)이 층법선 (z) 로부터 기울어져 있으며, 층법선 (z)에 수직인 저면을 갖는 원추(콘)의 능선에 따라 회전한다. 이러한 원추(콘)에서, 액정 분자 (8)의 층법선 (z)에 대한 경사각을 틸트각 θ라고 한다.
또한, 본 발명에서 "단안정성을 나타낸다"란, 전압 무인가시의 강유전성 액정의 상태가 1개의 상태로 안정화되어 있는 상태를 말한다. 구체적으로 설명하면, 도 3에 나타낸 바와 같이, 액정 분자 (8)은 층법선 (z)에 대하여 틸트각 ±θ만큼 기울어진 2개의 상태 사이를 콘 위에 동작할 수 있지만, 전압 무인가시에 액정 분자 (8)이 상기 콘 위 중 어느 1개의 상태로 안정화되어 있는 상태를 말한다.
또한, 본 발명자들은, 인가 전압의 극성에 따른 강유전성 액정의 자발 분극의 방향에 대하여 조사하기 위해, 이하에 나타내는 실험을 행하였다.
우선, 광 배향막과 반응성 액정층 사이에 강유전성 액정이 협지된 액정 표시 소자를 제조하였다. 광 이량화 반응형의 광 배향막 재료(Rolic technologies사 제조, 상품명: ROP103)의 2 질량％ 시클로펜타논 용액을 ITO로 코팅된 2매의 유리 기판에 회전수 4000 rpm으로 30초간 스핀 코팅하였다. 핫 플레이트에서 130 ℃, 15분간 건조시킨 후, 편광 자외선을 25 ℃에서 100 mJ/㎠ 노광하였다. 또한, 한쪽 유리 기판에, 아크릴레이트 단량체를 함유하는 반응성 액정(Rolic technologies사 제조, 상품명: ROF-5101)의 2 질량％ 시클로펜타논 용액을 회전수 4000 rpm으로 30초간 스핀 코팅하여 적층하고, 55 ℃에서 3분간 건조시킨 후, 무편광 자외선을 55 ℃에서 1000 mJ/㎠ 노광하였다. 그 후, 한쪽 기판에 1.5 ㎛의 스페이서를 산포하고, 다른 한쪽 기판에 밀봉재를 밀봉 디스펜서로 도포하였다. 기판을 편광 자외선 조사 방향과 평행한 상태로 조립하고, 열 압착을 행하였다. 강유전성 액정은 "R2301"(AZ 일레트로닉 마테리알즈사 제조)을 사용하여 주입구 상부에 강유전성 액정을 부착하고, 오븐을 사용하여 네마틱상-등방상 전이 온도보다 10 ℃ 내지 20 ℃ 높은 온도에서 주입을 행하여 천천히 상온으로 되돌렸다. 반응성 액정층측의 전극층이 부극이 되도록 전압을 인가한 바, 강유전성 액정의 분자 방향이 틸트각의 약 2배 변화되었다. 강유전성 액정의 분자 방향이 틸트각의 약 2배 변화된 것은 전체의 약 75 ％였다.
또한, 광 배향막 재료 및 반응성 액정의 종류나 조합을 변경하여, 상기와 마찬가지로 광 배향막과 반응성 액정층 사이에 강유전성 액정이 협지된 액정 표시 소자를 제조한 바, 상기와 동일한 결과가 얻어졌다.
이어서, 한 쌍의 광 배향막 사이에 강유전성 액정이 협지된 액정 표시 소자를 제조하였다. 광 이량화 반응형의 광 배향막 재료(Rolic technologies사 제조, 상품명: ROP103)의 2 질량％ 시클로펜타논 용액을 ITO로 코팅된 2매의 유리 기판에 회전수 4000 rpm으로 30초간 스핀 코팅하였다. 핫 플레이트에서 130 ℃, 15분간 건조시킨 후, 편광 자외선을 25 ℃에서 100 mJ/㎠ 노광하였다. 그 후, 한쪽 기판에 1.5 ㎛의 스페이서를 산포하고, 다른 한쪽 기판에 밀봉재를 밀봉 디스펜서로 도포하였다. 기판을 편광 자외선 조사 방향과 평행한 상태로 조립하고, 열 압착을 행하였다. 강유전성 액정은 "R2301"(AZ 일렉트로닉 마테리알즈사 제조)을 사용하여 주입구 상부에 강유전성 액정을 부착하고, 오븐을 사용하여 네마틱상-등방상 전이 온도보다 10 ℃ 내지 20 ℃ 높은 온도에서 주입을 행하여 천천히 상온으로 되돌 렸다. 한쪽 전극층이 부극이 되도록 전압을 인가한 바, 일부 강유전성 액정의 분자 방향은 틸트각의 약 2배 변화되었지만, 일부 강유전성 액정의 분자 방향은 변화되지 않았다. 강유전성 액정의 분자 방향이 틸트각의 약 2배 변화된 것은 전체의 약 50 ％였다.
또한, 광 배향막 재료의 종류나 조합을 변경하여, 상기와 마찬가지로 한 쌍의 광 배향막 사이에 강유전성 액정이 협지된 액정 표시 소자를 제조한 바, 상기와 동일한 결과가 얻어졌다.
상술한 실험의 결과로부터, 반응성 액정층은 광 배향막에 비해 플러스의 극성이 강한 경향이 있다는 것을 알 수 있었다.
이와 같이, 반응성 액정층은 일반적으로 액정 표시 소자에 사용되는 배향막, 예를 들면 광 배향 처리나 러빙 처리를 실시한 배향막 등에 비해 플러스의 극성이 강한 경향이 있다고 생각된다. 이 때문에, 도 2(a)에 예시한 바와 같이, 전압 무인가 상태에서는, 반응성 액정층 (4)가 제1 배향막 (3a)보다 플러스의 극성이 강하기 때문에, 액정 분자 (8)의 자발 분극 (Ps)는 제1 배향막 (3a)측을 향한다.
또한, 액정 분자 (8)의 자발 분극 (Ps)는, 도 4에 나타낸 바와 같이 화살표의 선단이 플러스의 극성으로 되어 있다. 또한, 도 2(a) 중, 제1 배향 처리 기판의 제1 기재는 생략하며, 액정층으로는 액정 분자 (8)만을 나타내고 있다.
도 2(b)는, 도 2(a)의 상면으로부터의 액정 분자의 배향 상태를 나타내는 모식도이며, 액정 분자 (8)의 배향 상태는 동일하고, 그 자발 분극 (Ps)는 지면 앞으로부터 내측 방향을 향하고 있다(도 2(b) 중의 ×표).
본 발명에서의 전압 인가시의 강유전성 액정의 배향 상태의 일례를 도 5에 나타낸다. 도 5(a)에 예시한 바와 같이, 제1 전극층 (2a)가 정극(+), 제2 전극층 (2b)가 부극(-)이 되도록 전압을 인가하면, 인가 전압의 극성의 영향에 의해, 액정 분자 (8)의 자발 분극 (Ps)는 반응성 액정층 (4)측을 향하게 된다.
또한, 도 5(a) 중, 제2 배향 처리 기판의 제2 기재는 생략하며, 액정층으로는 액정 분자 (8)만을 나타내고 있다.
도 5(b)는, 도 5(a)의 상면으로부터의 액정 분자의 배향 상태를 나타내는 모식도이며, 액정 분자 (8)의 배향 상태는 동일하고, 그 자발 분극 (Ps)는 지면 내측으로부터 앞 방향을 향하고 있다(도 5(b) 중의 ●표).
또한, 제1 전극층이 부극(-), 제2 전극층이 정극(+)이 되도록 전압을 인가하면, 인가 전압의 극성의 영향에 의해, 도 2(a)에 예시한 바와 같이 액정 분자 (8)의 자발 분극 (Ps)는 제1 배향막 (3a)측을 향하게 된다. 이 경우, 액정 분자는 전압 무인가 상태와 동일한 배향 상태가 된다(도 2(b)).
전압 무인가 상태 또는 제2 전극층으로의 플러스 극성의 전압 인가 상태(도 2)로부터, 제2 전극층으로의 마이너스 극성의 전압 인가 상태(도 5)로 했을 때, 이 인가 전압의 마이너스의 극성과, 액정 분자의 자발 분극의 마이너스 극성의 반발에 의해, 도 4에 예시한 바와 같이 액정 분자 (8)이 각도 약 2 θ 회전한다. 즉, 제2 전극층이 부극이 되도록 전압을 인가했을 때, 강유전성 액정의 분자 방향이 제1 배향 처리 기판면에 대하여 평행하고, 강유전성 액정의 틸트각 θ의 약 2배 변화되는 것이다.
이와 같이 본 발명에서는, 반응성 액정층이 제1 배향막보다 플러스의 극성이 강한 경향이 있다는 것을 이용하여, 액정 분자의 자발 분극의 방향을 제어하는 것이 가능하다.
또한, 제2 전극층이 부극이 되도록 전압을 인가했을 때, 강유전성 액정의 분자 방향이 틸트각의 약 2배 변화되는 것이 80 ％ 이상 존재하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 90 ％ 이상, 가장 바람직하게는 95 ％ 이상이다. 상기 범위에 있으면, 양호한 콘트라스트비를 얻을 수 있기 때문이다.
또한, 상기한 비율은, 다음과 같이 하여 측정할 수 있다.
예를 들면 도 1에 나타낸 바와 같이, 제1 배향 처리 기판 (11) 및 제2 배향 처리 기판 (12)의 외측에 편광판 (6a) 및 (6b)를 설치하며, 편광판 (6a)측으로부터 빛이 입사되고, 편광판 (6b)측으로부터 빛이 출사되게 한다. 2매의 편광판 (6a) 및 (6b)는, 각각의 편광축이 대략 수직으로, 편광판 (6a)의 편광축과 제1 배향막 (3a)의 배향 처리 방향(액정 분자의 배향 방향)이 대략 평행해지도록 배치되어 있다. 전압 무인가 상태에서는, 편광판 (6a)를 투과한 직선 편광과 액정 분자의 배향 방향이 일치하기 때문에, 액정 분자의 굴절률 이방성이 발현되지 않고, 편광판 (6a)를 투과한 직선 편광은 그대로 액정 분자를 통과하며, 편광판 (6b)에 의해 차단되어 암상태가 된다. 한편, 전압 인가 상태에서는, 액정 분자가 콘 위를 이동하여, 편광판 (6a)를 투과한 직선 편광과 액정 분자의 배향 방향이 소정의 각도를 갖게 되기 때문에, 편광판 (6a)를 투과한 직선 편광은 액정 분자의 복굴절에 의해 타원 편광이 된다. 이 타원 편광 중, 편광판 (6b)의 편광축과 일치하는 직선 편광만 이 편광판 (6b)를 투과하여, 명상태가 된다.
이 때문에, 제2 전극층이 부극이 되도록 전압을 인가했을 때, 강유전성 액정의 분자 방향이 틸트각의 약 2배 변화되면 명상태가 얻어진다. 한편, 제2 전극층이 부극이 되도록 전압을 인가했을 때, 예를 들면 강유전성 액정의 분자 방향이 변화되지 않은 것이 부분적으로 존재하는 경우에는, 부분적으로 암상태가 얻어진다. 따라서, 전압 인가시에 얻어지는 흑백(명암) 표시의 백ㆍ흑의 면적비로부터, 제2 전극층이 부극이 되도록 전압을 인가했을 때 강유전성 액정의 분자 방향이 틸트각의 약 2배 변화되는 것의 비율을 산출할 수 있다.
본 발명에서는, 상술한 도 1에 예시한 바와 같이, 제1 배향 처리 기판 (11) 및 제2 배향 처리 기판 (12)의 외측에 편광판 (6a) 및 (6b)가 설치될 수도 있다. 이에 따라 입사광이 직선 편광이 되어 액정 분자의 배향 방향으로 편광된 빛만을 투과시킬 수 있다. 편광판 (6a) 및 (6b)는, 편광축이 90° 비틀어져 배치되어 있다. 이에 따라, 전압 무인가 상태와 전압 인가 상태에서의 액정 분자의 광축의 방향이나 복굴절률의 크기를 제어하고, 액정 분자를 흑백 셔터로서 사용함으로써, 명상태와 암상태를 형성할 수 있다. 예를 들면, 전압 무인가 상태에서는, 편광판 (6a)의 편광축을 액정 분자의 배향 방향(제1 배향막 (3a)의 배향 처리 방향)과 일치하도록 설치함으로써, 편광판 (6a)를 투과한 편광은 방향을 90° 회전할 수 없으며, 편광판 (6b)에 의해 차단되어 암상태가 된다. 이에 비해, 전압 인가 상태에서는, 액정 분자의 배향 방향이 편광판 (6a) 및 (6b)의 편광축에 대하여 각도 θ(바람직하게는 θ=45°)를 갖게 되기 때문에, 액정 분자에 의해 편광의 방향이 회전하 여 편광판 (6b)를 투과하여, 명상태가 된다. 이와 같이 본 발명의 액정 표시 소자는, 강유전성 액정을 흑백 셔터로서 사용하기 때문에, 응답 속도를 고속으로 할 수 있다는 이점을 갖는다. 그리고, 인가 전압에 의해 투과 광량을 제어함으로써, 계조 표시가 가능해진다.
이와 같이 편광판이 설치된 액정 표시 소자에서는, 전압 무인가 상태 및 제2 전극층으로의 마이너스 극성의 전압 인가 상태시에 암상태, 제2 전극층으로의 플러스 극성의 전압 인가 상태시에 명상태가 된다. 따라서, 액정 표시 소자를 필드시퀀셜 컬러 방식에 의해 구동한 경우에는, 도 6에 예시한 바와 같이, 예를 들면 G(녹색)의 백 라이트의 점등시에 R(적색)의 백 라이트에 동기시킨 주사에 의해 명상태가 되는 것을 회피하는 것이 가능하다.
또한, 도 6 중의 기호 등에 대해서는, 도 13에 나타낸 기호 등과 동일하다.
본 발명의 액정 표시 소자는, 박막 트랜지스터(TFT)를 사용한 활성 매트릭스 방식에 의해 구동할 수 있다. 이 경우, 제1 배향 처리 기판이 제1 기재 위에 형성된 TFT를 갖는 TFT 기판이고, 제2 배향 처리 기판이 제2 전극층이 공통 전극인 공통 전극 기판인 것이 바람직하다. 도 7에 TFT를 사용한 활성 매트릭스 방식의 액정 표시 소자의 일례를 나타내는 개략 사시도를 나타낸다.
도 7에 예시하는 액정 표시 소자 (20)은, 제1 기재 (1a) 위에 TFT 소자 (25)가 매트릭스상으로 배치된 TFT 기판(제1 배향 처리 기판) (21)과, 제2 기재 (1b) 위에 공통 전극 (23)이 형성된 공통 전극 기판(제2 배향 처리 기판) (22)를 갖는 것이다. 공통 전극 기판(제2 배향 처리 기판) (22)에는, 제2 배향막 (3b) 위에 반 응성 액정층 (4)가 형성되어 있다. 또한, TFT 기판(제1 배향 처리 기판) (21)에는, 게이트 전극 (24x), 소스 전극 (24y) 및 화소 전극 (24t)가 형성되어 있다. 게이트 전극 (24x) 및 소스 전극 (24y)는 각각 종횡으로 배열되어 있으며, 게이트 전극 (24x) 및 소스 전극 (24y)에 신호를 가함으로써 TFT 소자 (25)를 작동시켜, 강유전성 액정을 구동시킬 수 있다. 게이트 전극 (24x) 및 소스 전극 (24y)가 교차된 부분은, 도시하지 않았지만 절연층으로 절연되어 있고, 게이트 전극 (24x)의 신호와 소스 전극 (24y)의 신호는 독립적으로 동작할 수 있다. 게이트 전극 (24x) 및 소스 전극 (24y)에 의해 둘러싸인 부분은, 본 발명의 액정 표시 소자를 구동하는 최소 단위인 화소이고, 각 화소에는 적어도 1개 이상의 TFT 소자 (25) 및 화소 전극 (24t)가 형성되어 있다. 그리고, 게이트 전극 및 소스 전극에 차례로 신호 전압을 가함으로써, 각 화소의 TFT 소자를 동작시킬 수 있다. 또한, 도 7에서, 액정층 및 제1 배향막은 생략한다.
상기한 액정 표시 소자에서는, 예를 들면 게이트 전극을 30 V 정도의 고전위로 하면 TFT 소자의 스위치가 온이 되고, 소스 전극에 의해 신호 전압이 강유전성 액정에 가해지며, 게이트 전극을 -10 V 정도의 저전위로 하면 TFT 소자의 스위치가 오프가 된다. 스위치 오프 상태에서는 도 8에 예시한 바와 같이, 공통 전극 (23) 및 게이트 전극 (24x) 사이에는, 공통 전극 (23)측이 플러스가 되도록 전압이 인가된다. 이 스위치 오프 상태일 때, 강유전성 액정은 동작하지 않기 때문에, 그 화소는 암상태가 된다.
본 발명에서는, 상술한 바와 같이 전압 무인가 상태에서는, 극성 표면 상호 작용에 의해 액정 분자의 자발 분극이 제1 배향 처리 기판측을 향한다. 즉, 스위치 오프 상태일 때, 도 8에 예시한 바와 같이, 액정 분자 (8)의 자발 분극 (Ps)가 TFT 기판(제1 배향 처리 기판) (21)측을 향한다. 따라서, 자발 분극의 방향은, 공통 전극 (23) 및 게이트 전극 (24x) 사이에 인가된 전압의 영향을 받지 않는다.
한편, 예를 들면 전압 무인가 상태에 자발 분극이 공통 전극 기판(제2 배향 처리 기판)측을 향하는 경우에는, 스위치 오프 상태일 때 공통 전극 및 게이트 전극 사이에 인가된 전압의 영향에 의해, 게이트 전극이 설치되어 있는 영역 부근에서 자발 분극의 방향이 반전된다. 이렇게 하면, 게이트 전극이 설치되어 있는 영역 부근에서는, 스위치가 오프임에도 불구하고, 강유전성 액정이 동작하여 광 누설이 발생한다.
이에 비해, 상술한 바와 같이 본 발명에서는, 자발 분극의 방향은 공통 전극 및 게이트 전극 사이에 인가된 전압의 영향을 받지 않기 때문에, 광 누설이 발생하지 않는다. 따라서 본 발명에서는, 자발 분극의 방향을 제어하여, 반응성 액정층이 형성된 제2 배향 처리 기판을 공통 전극 기판으로 함으로써, 게이트 전극 부근의 광 누설을 방지할 수 있다.
이하, 본 발명의 액정 표시 소자의 각 구성 부재에 대하여 상세히 설명한다.
1. 액정층
본 발명에 사용되는 액정층은, 강유전성 액정을 반응성 액정층 및 제1 배향막 사이에 협지시킴으로써 구성되어 있다. 본 발명에 사용되는 강유전성 액정으로서는, 단안정성을 나타내며, 제2 전극층이 부극이 되도록 전압을 인가했을 때, 강 유전성 액정의 분자 방향이 제1 배향 처리 기판면에 대하여 평행하게 강유전성 액정의 틸트각의 약 2배 변화되는 것이면, 특별히 한정되지 않는다.
여기서, 제2 전극층이 부극이 되도록 전압을 인가했을 때, 강유전성 액정의 분자 방향이 제1 배향 처리 기판면에 대하여 강유전성 액정의 틸트각 θ의 약 2배 변화된다는 것은, 전압 무인가시에 액정 분자가 콘 위의 1개의 상태로 안정화되어 있으며, 제2 전극층이 부극이 되도록 전압을 인가했을 때, 액정 분자가 단안정화 상태로부터 콘 위의 한쪽 측으로 기울어지고, 제2 전극층이 정극이 되도록 전압을 인가했을 때, 액정 분자가 단안정화 상태를 유지하거나, 또는 단안정화 상태로부터 제2 전극층이 부극이 되도록 전압을 인가했을 때와는 역측으로 기울어져, 제2 전극층이 부극이 되도록 전압을 인가했을 때의 액정 분자의 단안정화 상태로부터의 경사각이 제2 전극층이 정극이 되도록 전압을 인가했을 때의, 액정 분자의 단안정화 상태로부터의 경사각보다 큰 것을 말한다.
도 9는, 단안정성을 나타내는 강유전성 액정의 배향 상태의 일례를 나타내는 모식도이다. 도 9(a)는 전압 무인가의 경우, 도 9(b)는 제2 전극층이 부극이 되도록 전압을 인가한 경우, 도 9(c)는 제2 전극층이 정극이 되도록 전압을 인가한 경우를 각각 나타낸다. 전압 무인가의 경우, 액정 분자 (8)은 콘 위의 1개의 상태로 안정화되어 있다(도 9(a)). 제2 전극층이 부극이 되도록 전압을 인가한 경우, 액정 분자 (8)은 안정화되어 있는 상태(파선)로부터 한쪽 측으로 기울어진다(도 9(b)). 또한, 제2 전극층이 정극이 되도록 전압을 인가했을 때, 액정 분자 (8)은, 안정화되어 있는 상태(파선)로부터 제2 전극층이 부극이 되도록 전압을 인가했을 때와는 역측으로 기울어진다(도 9(c)). 이때, 제2 전극층이 부극이 되도록 전압을 인가했을 때의 경사각 δ는, 제2 전극층이 정극이 되도록 전압을 인가했을 때의 경사각 ω보다 크다. 또한, 도 9에서 d는 배향 처리 방향, z는 층법선을 나타낸다.
제2 전극층이 부극이 되도록 전압을 인가했을 때, 액정 분자는 인가 전압의 크기에 따른 각도로, 단안정화 상태로부터 콘 위의 한쪽 측으로 기울어진다. 또한, 강유전성 액정에서는, 도 9(a)에 예시한 바와 같이 위치 A(액정 분자 (8)의 방향)와, 위치 B(배향 처리 방향 (d))와, 위치 (C)가 반드시 일치하지는 않는다. 그 때문에, 도 9(b)에 예시한 바와 같이, 제2 전극층이 부극이 되도록 전압을 인가했을 때의 최대의 경사각 δ는, 틸트각 θ의 약 2배(각도 2 θ)가 된다.
예를 들면 도 4에 나타낸 바와 같이, 액정 분자 (8)의 방향은, 제1 배향 처리 기판면에 대하여 평행하게 틸트각 θ의 약 2배(각도 2 θ) 변화되지만, 여기서 틸트각 θ의 약 2배 변화된다는 것은, 2 θ± 5° 변화되는 경우를 말한다.
또한, 상기 각도는 다음과 같이 하여 측정한 값이다. 우선, 편광판을 크로스니콜로 배치한 편광 현미경 및 액정 표시 소자를 한쪽 편광판의 편광축과 액정층의 액정 분자의 배향 방향이 평행해지도록 배치하고, 이 위치를 기준으로 한다. 전압을 인가하면 액정 분자가 편광축과 소정의 각도를 갖게 되기 때문에, 한쪽 편광판을 투과한 편광이 다른쪽 편광판을 투과하여 명상태가 된다. 이 전압을 인가한 상태에서 액정 표시 소자를 회전시켜 암상태로 한다. 그리고, 이때의 액정 표시 소자를 회전시킨 각도를 측정한다. 액정 표시 소자를 회전시킨 각도가 강유전성 액정의 분자 방향이 변화된 각도이다.
상술한 바와 같이, 제2 전극층이 부극이 되도록 전압을 인가했을 때, 액정 분자는 인가 전압의 크기에 따른 각도로 단안정화 상태로부터 콘 위의 한쪽 측으로 기울어지기 때문에, 실제로 액정 표시 소자의 구동시에, 제2 전극층이 부극이 되도록 전압을 인가했을 때, 액정 분자의 방향이 틸트각의 약 2배로 변화되지 않는다.
이러한 강유전성 액정으로서 구체적으로는, 예를 들면 도 10에 나타낸 바와 같은 양음 중 어느 하나의 전압을 인가했을 때에만 액정 분자가 동작하는, half-V shaped switching(이하, HV자형 스위칭으로 칭함) 특성을 나타내는 강유전성 액정이 사용된다. 이러한 HV자형 스위칭 특성을 나타내는 강유전성 액정을 사용하면, 흑백 셔터로서의 개구 시간을 충분히 길게 취할 수 있으며, 이에 따라 시간적으로 전환되는 각 색을 보다 밝게 표시할 수 있고, 밝은 컬러 표시의 액정 표시 소자를 실현할 수 있다.
또한, 본 발명에서 "HV자형 스위칭 특성"이란, 인가 전압에 대한 광 투과율이 비대칭인 전기 광학 특성을 말한다.
강유전성 액정의 상 계열은, 카이럴스멕틱C상(SmC*)을 발현하는 것이면 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 상 계열이 네마틱상(N)-콜레스테릭상(Ch)-카이럴스멕틱C상(SmC*)으로 상 변화되는 것, 네마틱상(N)-카이럴스멕틱C상(SmC*)으로 상 변화되는 것, 네마틱상(N)-스멕틱A상(SmA)-카이럴스멕틱C상(SmC*)으로 상 변화되는 것, 네마틱상(N)-콜레스테릭상(Ch)-스멕틱A상(SmA)-카이럴스멕틱C상(SmC*)으로 상 변화되는 것 등을 들 수 있다.
일반적으로, 도 11 하단에 예시한 바와 같은 SmA상을 경유하는 상 계열을 갖는 강유전성 액정은, 상 변화의 과정에서 스멕틱층의 층 간격이 줄어들고, 그 부피 변화를 보상하기 위해 스멕틱층이 기울어진 쉐브론 구조를 갖고, 이 기울어진 방향에 따라 액정 분자의 장축 방향이 상이한 도메인이 형성되고, 그 경계면에 지그재그 결함이나 헤어핀 결함으로 불리우는 배향 결함이 발생하기 쉽다. 또한, 일반적으로, 도 11 상단에 예시한 바와 같은 SmA상을 경유하지 않는 상 계열을 갖는 강유전성 액정은, 층법선 방향이 상이한 2개의 영역(더블 도메인)이 발생하기 쉽다. 본 발명에서는, 이러한 배향 결함을 발생시키지 않고, 강유전성 액정의 배향을 단안정화할 수 있다.
이러한 강유전성 액정으로서는, 일반적으로 알려진 액정 재료로부터 요구 특성에 따라 다양하게 선택할 수 있다.
특히, Ch상으로부터 SmA상을 경유하지 않고 SmC*상을 발현하는 액정 재료는, HV자형 스위칭 특성을 나타내는 것으로서 바람직하다. 구체적으로는, AZ 일렉트로닉 마테리알즈사 제조 "R2301"을 들 수 있다.
또한, SmA상을 경유하는 액정 재료로서는, 재료 선택의 폭이 넓기 때문에, Ch상으로부터 SmA상을 경유하여 SmC*상을 발현하는 것이 바람직하다. 이 경우, SmC* 상을 나타내는 단일 액정 재료를 사용할 수도 있지만, 저점도로 SmC상을 나타내기 쉬운 비카이럴인 액정(이하, 호스트 액정이라고 하는 경우가 있음)에, 그 자 체는 SmC상을 나타내지 않지만 큰 자발 분극과 적당한 나선 피치를 유도하는 광학 활성 물질을 소량 첨가함으로써, 상기한 바와 같은 상 계열을 나타내는 액정 재료가 저점도이고, 보다 빠른 응답성을 실현할 수 있기 때문에 바람직하다.
상기 호스트 액정으로서는, 넓은 온도 범위에서 SmC상을 나타내는 재료인 것이 바람직하고, 일반적으로 강유전성 액정의 호스트 액정으로서 알려져 있는 것이면 특별히 한정되지 않고 사용할 수 있다. 예를 들면, 하기 화학식 I로 표시되는 화합물을 사용할 수 있다. 호스트 액정으로서는, 상기 화합물을 1종 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
Ra-Q1-X1-(Q2-Y1)m-Q3-Rb
(식 중, Ra 및 Rb는 각각 직쇄상 또는 분지상의 알킬기, 알콕시기, 알콕시카르보닐기, 알카노일옥시기 또는 알콕시카르보닐옥시기이고, Q1, Q2 및 Q3은 각각 1,4-페닐렌기, 1,4-시클로헥실렌기, 피리딘-2,5-디일기, 피라진-2,5-디일기, 피리다진-3,6-디일기, 1,3-디옥산-2,5-디일기이고, 이들 기는 할로겐 원자, 수산기, 시아노기 등의 치환기를 가질 수도 있고, X1 및 Y1은 각각 -COO-, -OCO-, -CH2O-, -OCH2-, -CH2CH2-, -C≡C- 또는 단결합이고, m은 0 또는 1임)
상기 호스트 액정에 첨가하는 광학 활성 물질로서는, 자발 분극이 크고, 적당한 나선 피치를 유도하는 능력을 가진 재료이면 특별히 한정되지 않으며, 일반적 으로 SmC상을 나타내는 액정 조성물에 첨가하는 재료로서 알려진 것을 사용할 수 있다. 특히 소량의 첨가량으로도 큰 자발 분극을 유도할 수 있는 재료인 것이 바람직하다. 이러한 광학 활성 물질로서는, 예를 들면, 하기 화학식 II로 표시되는 화합물을 사용할 수 있다. 광학 활성 물질로서는, 상기 화합물을 1종 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
Rc-Q1-Za-Q2-Zb-Q3-Zc-Rd
(식 중, Q1, Q2, Q3은 상기 화학식과 동일한 의미를 나타내고, Za 및 Zb는 -COO-, -OCO-, -CH2O-, -OCH2-, -CH2CH2-, -C≡C-, -CH=N-, -N=N-, -N(→O)=N-, -C(=O)S- 또는 단결합이고, Rc는 비대칭 탄소 원자를 가질 수도 있는 직쇄상 또는 분지상의 알킬기, 알콕시기, 알콕시카르보닐기, 알카노일옥시기 또는 알콕시카르보닐옥시기이고, Rd는 비대칭 탄소 원자를 갖는 직쇄상 또는 분지상의 알킬기, 알콕시기, 알콕시카르보닐기, 알카노일옥시기 또는 알콕시카르보닐옥시기이고, Rc 및 Rd는 할로겐 원자, 시아노기, 수산기로 치환될 수도 있음)
SmA상을 경유하는 강유전성 액정으로서, 구체적으로는 AZ 일렉트로닉 마테리알즈사 제조 "FELIXM4851-100" 등을 들 수 있다.
단안정성을 나타내는 강유전성 액정을 사용한 액정 표시 소자에서, 투과율은 전압을 인가했을 때의 액정 분자의 경사각에 의존한다. 양음 중 어느 하나의 전압을 인가하면 액정 분자가 콘 위로 기울어지기 때문에, 예를 들면 도 10에 나타낸 바와 같이 인가 전압의 크기에 따라 액정 분자의 경사각이 변화되어 투과율이 변화된다. 이때, 액정 분자의 단안정 상태로부터의 경사각이 45°인 경우에 투과율이 최대가 된다.
따라서, 높은 투과율을 실현하기 위해서는, 실제 구동시에 제2 전극층이 부극이 되도록 전압을 인가한 경우, 액정 분자의 단안정 상태로부터의 경사각이 45°가 될 수 있는 강유전성 액정을 사용하는 것이 바람직하다.
예를 들면, 도 9에 나타낸 바와 같은 액정 분자의 단안정 상태로부터의 최대의 경사각 δ가 45°보다 큰 강유전성 액정을 사용한 경우에는, 실제로 액정 표시 소자의 구동시에, 제2 전극층이 부극이 되도록 전압을 인가했을 때, 액정 분자의 단안정 상태로부터의 경사각을 45°로 할 수 있다. 상술한 바와 같이, 실제 구동시에 제2 전극층이 부극이 되도록 전압을 인가한 경우, 액정 분자의 방향이 틸트각의 약 2배로 변화되지 않기 때문이다.
또한, 본 발명에서는, 강유전성 액정이 단안정성을 나타내기 때문에, 박막 트랜지스터(TFT)를 사용한 활성 매트릭스 방식에 의한 구동이 가능해진다. 또한, 전압 변조에 의해 계조 제어가 가능해진다. 이에 따라, 고정밀 미세하고 고품위인 표시를 실현할 수 있다.
상기 강유전성 액정으로 구성되는 액정층의 두께는, 1.2 ㎛ 내지 3.0 ㎛의 범위 내인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 1.3 ㎛ 내지 2.5 ㎛, 더욱 바람직하게는 1.4 ㎛ 내지 2.0 ㎛의 범위 내이다. 액정층의 두께가 지나치게 얇으면 콘트라스트가 저하될 우려가 있고, 반대로 액정층의 두께가 지나치게 두꺼우면 강유 전성 액정이 배향되기 어려워질 가능성이 있기 때문이다.
액정층의 형성 방법으로서는, 일반적으로 액정셀의 제조 방법으로서 사용되는 방법을 사용할 수 있다. 예를 들면, 미리 제1 배향 처리 기판 및 제2 배향 처리 기판을 제조한 액정셀에, 상기 강유전성 액정을 가온함으로써 등방성 액체로 하고, 모세관 효과를 이용하여 주입하며, 접착제로 봉쇄함으로써 액정층을 형성할 수 있다. 상기 액정층의 두께는, 비즈 등의 스페이서에 의해 조정할 수 있다.
2. 제2 배향 처리 기판
이어서, 본 발명에 사용되는 제2 배향 처리 기판에 대하여 설명한다. 본 발명에서의 제2 배향 처리 기판은, 제2 기재와, 제2 기재 위에 형성된 제2 전극층과, 제2 전극층 위에 형성된 제2 배향막과, 제2 배향막 위에 형성된 반응성 액정층을 갖는 것이다. 이하, 반응성 액정측 기판의 각 구성에 대하여 설명한다.
(1) 반응성 액정층
본 발명에 사용되는 반응성 액정층은 제2 배향막 위에 형성되고, 반응성 액정을 고정화하여 이루어지는 것이다. 반응성 액정은 제2 배향막에 의해 배향되고 있으며, 예를 들면 자외선을 조사하여 반응성 액정을 중합시키고, 그 배향 상태를 고정화함으로써 반응성 액정층이 형성된다. 이와 같이 반응성 액정층은, 반응성 액정의 배향 상태를 고정화하여 이루어지기 때문에, 강유전성 액정을 배향시키기 위한 배향막으로서 기능한다. 또한, 반응성 액정은 고정화되어 있기 때문에, 온도 등의 영향을 받지 않는다는 이점을 갖는다. 또한, 반응성 액정은, 강유전성 액정과 구조가 비교적 유사하고, 강유전성 액정과의 상호 작용이 강해지기 때문에, 배 향막만을 사용한 경우보다 효과적으로 강유전성 액정의 배향을 제어할 수 있다.
본 발명에 사용되는 반응성 액정으로서는, 네마틱상을 발현하는 것이 바람직하다. 네마틱상은, 액정상 중에서도 배향 제어가 비교적 용이하기 때문이다.
또한, 반응성 액정은, 중합성 액정 재료를 함유하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 반응성 액정의 배향 상태를 고정화하는 것이 가능해지기 때문이다. 중합성 액정 재료로서는, 중합성 액정 단량체, 중합성 액정 올리고머, 및 중합성 액정 중합체 중 어느 하나를 사용할 수 있지만, 이 중에서도 중합성 액정 단량체가 바람직하게 사용된다. 중합성 액정 단량체는 다른 중합성 액정 재료, 즉 중합성 액정 올리고머나 중합성 액정 중합체에 비해, 보다 저온에서 배향이 가능하며, 배향시의 감도도 높고, 용이하게 배향시킬 수 있기 때문이다.
상기 중합성 액정 단량체로서는, 중합성 관능기를 갖는 액정 단량체이면 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 모노아크릴레이트 단량체, 디아크릴레이트 단량체 등을 들 수 있다. 또한, 이들 중합성 액정 단량체는 단독으로 사용할 수도 있고, 2종 이상을 혼합하여 사용할 수도 있다.
모노아크릴레이트 단량체로서는, 예를 들면 하기 화학식으로 표시되는 화합물을 예시할 수 있다.
Figure 112007090998646-pct00003
상기 화학식에서, A, B, D, E 및 F는 벤젠, 시클로헥산 또는 피리미딘을 나타내고, 이들은 할로겐 등의 치환기를 가질 수도 있다. 또한, A 및 B 또는 D 및 E는 아세틸렌기, 메틸렌기, 에스테르기 등의 결합기를 통해 결합할 수도 있다. M1 및 M2는 수소 원자, 탄소수 3 내지 9의 알킬기, 탄소수 3 내지 9의 알콕시카르보닐기, 또는 시아노기 중 어느 하나일 수도 있다. 또한, 분자쇄 말단의 아크릴로일옥시기와 A 또는 D는, 탄소수 3 내지 6의 알킬렌기 등의 스페이서를 통해 결합할 수도 있다.
디아크릴레이트 단량체로서는, 예를 들면 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 들 수 있다.
<화학식 1>
Figure 112007090998646-pct00004
상기 화학식 1에서, Z31 및 Z32는 각각 독립적으로 직접 결합하고 있는 -COO-, -OCO-, -O-, -CH2CH2-, -CH=CH-, -C≡C-, -OCH2-, -CH2O-, -CH2CH2COO-, -OCOCH2CH2-를 나타내고, R31, R32 및 R33은 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 5의 알킬을 나타낸다. 또한, k 및 m은 0 또는 1을 나타내고, n은 2 내지 8의 범위 내의 정수를 나타낸다. R31, R32 및 R33은, k=1인 경우, 각각 독립적으로 탄소 수 1 내지 5의 알킬이고, k=0인 경우, 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 5의 알킬인 것이 바람직하다. 이 R31, R32 및 R33은 서로 동일할 수도 있다.
또한, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 구체예로서는, 하기 화학식으로 표시되는 화합물을 들 수 있다.
Figure 112007090998646-pct00005
상기 화학식에서, Z21 및 Z22는 각각 독립적으로 직접 결합하고 있는 -COO-, -OCO-, -O-, -CH2CH2-, -CH=CH-, -C≡C-, -OCH2-, -CH2O-, -CH2CH2COO-, -OCOCH2CH2-를 나타낸다. 또한, m은 0 또는 1을 나타내고, n은 2 내지 8의 범위 내의 정수를 나타낸다.
또한, 디아크릴레이트 단량체로서는, 예를 들면 하기 화학식 2 및 3으로 표시되는 화합물을 들 수 있다.
<화학식 2>
Figure 112007090998646-pct00006
Figure 112007090998646-pct00007
상기 화학식 2 및 3에서, X 및 Y는 수소, 탄소수 1 내지 20의 알킬, 탄소수 1 내지 20의 알케닐, 탄소수 1 내지 20의 알킬옥시, 탄소수 1 내지 20의 알킬옥시카르보닐, 포르밀, 탄소수 1 내지 20의 알킬카르보닐, 탄소수 1 내지 20의 알킬카르보닐옥시, 할로겐, 시아노 또는 니트로를 나타낸다. 또한, m은 2 내지 20의 범위 내의 정수를 나타낸다. 또한, 상기 화학식 2에서, X는 탄소수 1 내지 20의 알킬옥시카르보닐, 메틸 또는 염소인 것이 바람직하고, 이 중에서도 탄소수 1 내지 20의 알킬옥시카르보닐, 특히 CH3(CH2)4OCO인 것이 바람직하다.
본 발명에서는, 상기 중에서도 화학식 1 및 2로 표시되는 화합물이 바람직하게 사용된다. 특히 상기 화학식 1로 표시되는 화합물이 바람직하다. 구체적으로는, 아사히 덴까 고교 가부시끼가이샤 제조의 "아데카키라콜 PLC-7183", "아데카키라콜 PLC-7209" 등을 들 수 있다.
본 발명에서는, 중합성 액정 단량체 중에서도 디아크릴레이트 단량체가 바람직하다. 디아크릴레이트 단량체는, 배향 상태를 양호하게 유지한 채로 용이하게 중합시킬 수 있기 때문이다.
상술한 중합성 액정 단량체는, 그 자체가 네마틱상을 발현하지 않을 수도 있다. 이들 중합성 액정 단량체는, 상술한 바와 같이 2종 이상을 혼합하여 사용할 수도 있는 것이며, 이들을 혼합한 조성물, 즉 반응성 액정이 네마틱상을 발현하는 것일 수도 있기 때문이다.
또한, 본 발명에서는, 필요에 따라 상기 반응성 액정에 광 중합 개시제나 중 합 금지제 등을 첨가할 수도 있다. 예를 들면, 전자선 조사에 의해 중합성 액정 재료를 중합시킬 때에는, 광 중합 개시제가 불필요한 경우가 있지만, 일반적으로 사용되고 있는, 예를 들면 자외선 조사에 의한 중합의 경우에는, 통상적으로 광 중합 개시제가 중합 촉진을 위해 사용되기 때문이다.
본 발명에 사용할 수 있는 광 중합 개시제로서는, 예를 들면 벤질(비벤조일이라고도 함), 벤조인이소부틸에테르, 벤조인이소프로필에테르, 벤조페논, 벤조일벤조산, 벤조일벤조산메틸, 4-벤조일-4'-메틸디페닐술피드, 벤질메틸케탈, 디메틸아미노메틸벤조에이트, 2-n-부톡시에틸-4-디메틸아미노벤조에이트, p-디메틸아미노벤조산이소아밀, 3,3'-디메틸-4-메톡시벤조페논, 메티로벤조일포르메이트, 2-메틸-1-(4-(메틸티오)페닐)-2-모르폴리노프로판-1-온, 2-벤질-2-디메틸아미노-1-(4-모르폴리노페닐)-부탄-1-온, 1-(4-도데실페닐)-2-히드록시-2-메틸프로판-1-온, 1-히드록시시클로헥실페닐케톤, 2-히드록시-2-메틸-1-페닐프로판-1-온, 1-(4-이소프로필페닐)-2-히드록시-2-메틸프로판-1-온, 2-클로로티오크산톤, 2,4-디에틸티오크산톤2,4-디이소프로필티오크산톤, 2,4-디메틸티오크산톤, 이소프로필티오크산톤, 1-클로로-4-프로폭시티오크산톤 등을 들 수 있다. 또한, 광 중합 개시제 이외에 증감제를 본 발명의 목적이 손상되지 않는 범위에서 첨가하는 것도 가능하다.
이러한 광 중합 개시제의 첨가량으로서는, 일반적으로 0.01 내지 20 질량％, 바람직하게는 0.1 내지 10 질량％, 보다 바람직하게는 0.5 내지 5 질량％의 범위에서 상기 반응성 액정에 첨가할 수 있다.
반응성 액정층의 두께는, 목적으로 하는 이방성에 따라 적절하게 조정되며, 예를 들면 1 ㎚ 내지 1000 ㎚의 범위 내에서 설정할 수 있고, 바람직하게는 3 ㎚ 내지 100 ㎚의 범위 내이다. 반응성 액정층의 두께가 지나치게 두꺼우면 필요 이상의 이방성이 발생하고, 반응성 액정층의 두께가 지나치게 얇으면 소정의 이방성이 얻어지지 않는 경우가 있기 때문이다.
이어서, 반응성 액정층의 형성 방법에 대하여 설명한다. 반응성 액정층은, 제2 배향막 위에 상기 반응성 액정을 포함하는 반응성 액정층 형성용 도공액을 도포하여 배향 처리를 행하고, 상기 반응성 액정의 배향 상태를 고정화함으로써 형성할 수 있다.
또한, 반응성 액정층 형성용 도공액을 도포하지 않고, 건식 필름 등을 미리 형성하여, 이것을 제2 배향막 위에 적층하는 방법도 이용할 수 있다. 제조 공정의 간편함의 관점에서는, 반응성 액정을 용매에 용해시켜 반응성 액정층 형성용 도공액을 제조하고, 이것을 제1 배향막 위에 도포하여, 용매를 제거하는 방법을 이용하는 것이 바람직하다.
상기 반응성 액정층 형성용 도공액에 사용하는 용매로서는, 상기 반응성 액정 등을 용해할 수 있고, 제2 배향막의 배향능을 저해하지 않는 것이면 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 벤젠, 톨루엔, 크실렌, n-부틸벤젠, 디에틸벤젠, 테트랄린 등의 탄화수소류; 메톡시벤젠, 1,2-디메톡시벤젠, 디에틸렌글리콜디메틸에테르 등의 에테르류; 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 시클로헥사논, 2,4-펜탄디온 등의 케톤류; 아세트산에틸, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜모노에틸에테르아세테이트, γ-부티로락톤 등의 에스테르류; 2-피롤 리돈, N-메틸-2-피롤리돈, 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드 등의 아미드계 용매; t-부틸알코올, 디아세톤알코올, 글리세린, 모노아세틴, 에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 헥실렌글리콜 등의 알코올류; 페놀, 파라클로로페놀 등의 페놀류; 메틸셀로솔브, 에틸셀로솔브, 부틸셀로솔브, 에틸렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 등의 셀로솔브류; 등의 1종 또는 2종 이상이 사용 가능하다.
또한, 단일종의 용매를 사용하는 것만으로는, 상기 반응성 액정 등의 용해성이 불충분하거나, 상술한 바와 같이 제2 배향막이 침식되는 경우가 있다. 이 경우에는, 2종 이상의 용매를 혼합 사용함으로써 이 문제점을 회피할 수 있다. 상기한 용매 중에서 단독 용매로서 바람직한 것은, 탄화수소류 및 글리콜모노에테르아세테이트계 용매이고, 혼합 용매로서 바람직한 것은, 에테르류 또는 케톤류와 글리콜계용매의 혼합계이다.
반응성 액정층 형성용 도공액의 농도는, 반응성 액정의 용해성이나, 반응성 액정층의 두께에 의존하기 때문에 일률적으로는 규정할 수 없지만, 통상적으로 0.1 내지 40 질량％, 바람직하게는 1 내지 20 질량％의 범위에서 조정된다. 반응성 액정층 형성용 도공액의 농도가 상기 범위보다 낮으면, 반응성 액정이 배향되기 어려워지는 경우가 있으며, 반대로 반응성 액정층 형성용 도공액의 농도가 상기 범위보다 높으면, 반응성 액정층 형성용 도공액의 점도가 높아지기 때문에 균일한 도막을 형성하기 어려워지는 경우가 있기 때문이다.
또한, 상기 반응성 액정층 형성용 도공액에는, 본 발명의 목적을 손상하지 않는 범위 내에서, 하기에 나타낸 바와 같은 화합물을 첨가할 수 있다. 첨가할 수 있는 화합물로서는, 예를 들면 다가 알코올과 1염기산 또는 다염기산을 축합하여 얻어지는 폴리에스테르 예비 중합체에, (메트)아크릴산을 반응시켜 얻어지는 폴리에스테르(메트)아크릴레이트; 폴리올기와 2개의 이소시아네이트기를 갖는 화합물을 서로 반응시킨 후, 그 반응 생성물에 (메트)아크릴산을 반응시켜 얻어지는 폴리우레탄(메트)아크릴레이트; 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 노볼락형 에폭시 수지, 폴리카르복실산폴리글리시딜에스테르, 폴리올폴리글리시딜에테르, 지방족 또는 지환식 에폭시 수지, 아민 에폭시 수지, 트리페놀메탄형 에폭시 수지, 디히드록시벤젠형 에폭시 수지 등의 에폭시 수지와, (메트)아크릴산을 반응시켜 얻어지는 에폭시(메트)아크릴레이트 등의 광 중합성 화합물; 아크릴기나 메타크릴기를 갖는 광 중합성의 액정성 화합물; 등을 들 수 있다.
상기 반응성 액정에 대한 이들 화합물의 첨가량은, 본 발명의 목적이 손상되지 않는 범위에서 선택된다. 이들 화합물의 첨가에 의해, 반응성 액정의 경화성이 향상되고, 얻어지는 반응성 액정층의 기계 강도가 증대되며, 그 안정성이 개선된다.
이러한 반응성 액정층 형성용 도공액을 도포하는 방법으로서는, 예를 들면 스핀 코팅법, 롤 코팅법, 인쇄법, 딥 코팅법, 다이 코팅법, 캐스팅법, 바 코팅법, 블레이드 코팅법, 분무 코팅법, 그라비아 코팅법, 리버스 코팅법, 압출 코팅법 등을 들 수 있다.
또한, 상기 반응성 액정층 형성용 도공액을 도포한 후에는 용매를 제거하지만, 이 용매의 제거는, 예를 들면 감압 제거 또는 가열 제거, 나아가서는 이들을 조합한 방법 등에 의해 행해진다.
본 발명에서는, 상술한 바와 같이 도포된 반응성 액정을 제2 배향막에 의해 배향시켜 액정 규칙성을 갖는 상태로 한다. 즉, 반응성 액정에 네마틱상을 발현시킨다. 이것은, 통상적으로 N-I 전이점 이하에서 열 처리하는 방법 등의 방법에 의해 행해진다. 여기서, N-I 전이점이란, 액정상으로부터 등방상으로 전이되는 온도를 나타낸다.
상술한 바와 같이, 반응성 액정은 중합성 액정 재료를 갖고, 이러한 중합성 액정 재료의 배향 상태를 고정화하기 위해서는, 중합을 활성화하는 활성 방사선을 조사하는 방법이 이용된다. 여기서 말하는 활성 방사선이란, 중합성 액정 재료에 대하여 중합을 발생시키는 능력이 있는 방사선을 말하며, 필요하면 중합성 액정 재료 내에 광 중합 개시제가 포함될 수도 있다.
이러한 활성 방사선으로서는, 중합성 액정 재료를 중합시키는 것이 가능한 방사선이면 특별히 한정되지 않지만, 통상적으로 장치의 용이성 등의 관점에서 자외광 또는 가시광선이 사용되고, 파장이 150 내지 500 ㎚, 바람직하게는 250 내지 450 ㎚, 더욱 바람직하게는 300 내지 400 ㎚인 조사광이 사용된다.
본 발명에서는, 광 중합 개시제가 자외선에서 라디칼을 발생하고, 중합성 액정 재료가 라디칼 중합하는 중합성 액정 재료에 대하여, 자외선을 활성 방사선으로서 조사하는 방법이 바람직한 방법이라고 할 수 있다. 활성 방사선으로서 자외선을 사용하는 방법은 이미 확립된 기술이기 때문에, 사용하는 광 중합 개시제를 포함하여 본 발명으로의 응용이 용이하다.
이 조사광의 광원으로서는, 저압 수은 램프(살균 램프, 형광 케미컬 램프, 블랙 라이트), 고압 방전 램프(고압 수은 램프, 메탈 할라이드 램프), 쇼트 아크 방전 램프(초고압 수은 램프, 크세논 램프, 수은 크세논 램프) 등을 예시할 수 있다. 이 중에서도 메탈 할라이드 램프, 크세논 램프, 고압 수은 램프 등의 사용이 바람직하다. 또한, 조사 강도는, 반응성 액정의 조성이나 광 중합 개시제의 다소에 따라 적절하게 조정되어 조사된다.
이러한 활성 조사선의 조사는, 상기 중합성 액정 재료가 액정상이 되는 온도 조건으로 행할 수도 있고, 액정상이 되는 온도보다 낮은 온도에서 행할 수도 있다. 일단 액정상이 된 중합성 액정 재료는, 그 후 온도를 저하시켜도 배향 상태가 갑자기 흐트러지지 않기 때문이다.
또한, 중합성 액정 재료의 배향 상태를 고정화하는 방법으로서는, 상기한 활성 방사선을 조사하는 방법 이외에도, 가열하여 중합성 액정 재료를 중합시키는 방법도 이용할 수 있다. 이 경우 사용되는 반응성 액정으로서는, 반응성 액정의 N-I 전이점 이하에서, 반응성 액정에 함유되는 중합성 액정 단량체가 열 중합되는 것이 바람직하다.
(2) 제2 배향막
본 발명에 사용되는 제2 배향막으로서는, 상기 반응성 액정을 배향시킬 수 있으며, 상기 반응성 액정의 배향 상태를 고정화할 때 악영향을 미치지 않는 것이면 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면 러빙 처리, 광 배향 처리 등을 실시한 것을 사용할 수 있다. 이 중에서도, 광 배향 처리를 실시한 광 배향막을 사용하는 것이 바람직하다. 광 배향 처리는 비접촉 배향 처리이기 때문에 정전기나 먼지의 발생이 없고, 정량적인 배향 처리의 제어를 행할 수 있다는 점에서 유용하기 때문이다. 이하, 이러한 광 배향막에 대하여 설명한다.
(i) 광 배향막
광 배향막은, 후술하는 광 배향막의 구성 재료를 도포한 기판에 편광을 제어한 빛을 조사하고, 광 여기 반응(분해, 이성화, 이량화)을 발생시켜 얻어진 막에 이방성을 부여함으로써, 그 막 위의 액정 분자를 배향시키는 것이다.
본 발명에 사용되는 광 배향막의 구성 재료는, 빛을 조사하여 광 여기 반응을 발생함으로써, 강유전성 액정을 배향시키는 효과(광 배열성: photoaligning)를 갖는 것이면 특별히 한정되지 않으며, 이러한 재료로서는, 크고, 광 반응을 발생함으로써 광 배향막에 이방성을 부여하는 광 반응형의 재료와, 광 이성화 반응을 발생함으로써 광 배향막에 이방성을 부여하는 광 이성화형의 재료로 나눌 수 있다.
광 배향막의 구성 재료가 광 여기 반응을 발생하는 빛의 파장 영역은, 자외광 영역의 범위 내, 즉 10 ㎚ 내지 400 ㎚의 범위 내인 것이 바람직하고, 250 ㎚ 내지 380 ㎚의 범위 내인 것이 보다 바람직하다.
이하, 광 반응형의 재료 및 광 이성화형의 재료에 대하여 설명한다.
(광 반응형)
우선, 광 반응형의 재료에 대하여 설명한다. 상술한 바와 같이 광 반응형의 재료란, 광 반응을 발생함으로써 광 배향막에 이방성을 부여하는 재료이다. 본 발명에 사용되는 광 반응형의 재료로서는, 이러한 특성을 갖는 것이면 특별히 한정되 지 않지만, 광 이량화 반응 또는 광 분해 반응을 발생함으로써 상기 광 배향막에 이방성을 부여하는 재료인 것이 바람직하다.
여기서, 광 이량화 반응이란, 광 조사에 의해 편광 방향으로 배향된 반응 부위가 라디칼 중합되어 분자 2개가 중합되는 반응을 말하며, 이 반응에 의해 편광 방향의 배향을 안정화시켜, 광 배향막에 이방성을 부여할 수 있는 것이다. 또한, 광 분해 반응이란, 광 조사에 의해 편광 방향으로 배향된 폴리이미드 등의 분자쇄를 분해하는 반응을 말하며,이 반응에 의해 편광 방향에 수직인 방향으로 배향된 분자쇄를 잔존시켜, 광 배향막에 이방성을 부여할 수 있는 것이다. 본 발명에서는, 이들 광 반응형의 재료 중에서도 노광 감도가 높고, 재료 선택의 폭이 넓기 때문에, 광 이량화 반응에 의해 광 배향막에 이방성을 부여하는 재료를 사용하는 것이 보다 바람직하다.
이러한 광 이량화 반응을 이용한 광 반응형의 재료로서는, 광 이량화 반응에 의해 광 배향막에 이방성을 부여할 수 있는 재료이면 특별히 한정되지 않지만, 라디칼 중합성의 관능기를 갖고, 편광 방향에 따라 흡수를 달리하는 2색성을 갖는 광 이량화 반응성 화합물을 포함하는 것이 바람직하다. 편광 방향으로 배향된 반응 부위를 라디칼 중합함으로써, 광 이량화 반응성 화합물의 배향이 안정화되고, 광 배향막에 용이하게 이방성을 부여할 수 있기 때문이다.
이러한 특성을 갖는 광 이량화 반응성 화합물로서는, 측쇄로서 신남산에스테르, 쿠마린, 퀴놀린, 칼콘기 및 신나모일기로부터 선택되는 1종 이상의 반응 부위를 갖는 이량화 반응성 중합체를 들 수 있다.
이들 중에서도 광 이량화 반응성 화합물로서는, 측쇄로서 신남산에스테르, 쿠마린 또는 퀴놀린 중 어느 하나를 포함하는 이량화 반응성 중합체인 것이 바람직하다. 편광 방향으로 배향된 α, β 불포화 케톤의 이중 결합이 반응 부위가 되어 라디칼 중합됨으로써, 광 배향막에 용이하게 이방성을 부여할 수 있기 때문이다.
상기 이량화 반응성 중합체의 주쇄로서는, 중합체 주쇄로서 일반적으로 알려져 있는 것이면 특별히 한정되지 않지만, 방향족 탄화수소기 등의, 상기 측쇄의 반응 부위끼리의 상호 작용을 방해하는 π 전자를 다수 포함하는 치환기를 갖고 있지 않는 것이 바람직하다.
상기 이량화 반응성 중합체의 중량 평균 분자량은 특별히 한정되지 않지만, 5,000 내지 40,000의 범위 내인 것이 바람직하고, 10,000 내지 20,000의 범위 내인 것이 보다 바람직하다. 또한, 중량 평균 분자량은, 겔 투과 크로마토그래피(GPC)법에 의해 측정할 수 있다. 상기 이량화 반응성 중합체의 중량 평균 분자량이 지나치게 작으면, 광 배향막에 적절한 이방성을 부여할 수 없는 경우가 있다. 반대로 지나치게 크면, 광 배향막 형성시의 도공액의 점도가 높아져, 균일한 도막을 형성하기 어려운 경우가 있다.
이량화 반응성 중합체로서는, 하기 화학식으로 표시되는 화합물을 예시할 수 있다.
Figure 112007090998646-pct00008
상기 화학식에서, M11 및 M12는 각각 독립적으로 단독 중합체 또는 공중합체의 단량체 단위를 나타낸다. 예를 들면, 에틸렌, 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 2-클로로아크릴레이트, 아크릴아미드, 메타크릴아미드, 2-클로로아크릴아미드, 스티렌 유도체, 말레산 유도체, 실록산 등을 들 수 있다. M12로서는 아크릴로니트릴, 메타크릴로니트릴, 메타크릴레이트, 메틸메타크릴레이트, 히드록시알킬아크릴레이트 또는 히드록시알킬메타크릴레이트일 수도 있다. x 및 y는 공중합체로 한 경우의 각 단량체 단위의 몰비를 나타내며, 각각 0<x≤1, 0≤y<1이고, x+y=1을 만족하는 수이다. n은 4 내지 30,000의 정수를 나타낸다. D1 및 D2는 스페이서 단위를 나타낸다.
R1은 -A1-(Z1-B1)Z-Z2-로 표시되는 기이고, R2는 -A1-(Z1-B1)Z-Z3-으로 표시되는 기이다. 여기서, A1 및 B1은 각각 독립적으로 공유 단일 결합, 피리딘-2,5-디일, 피리미딘-2,5-디일, 1,4-시클로헥실렌, 1,3-디옥산-2,5-디일, 또는 치환기를 가질 수도 있는 1,4-페닐렌을 나타낸다. 또한, Z1 및 Z2는 각각 독립적으로 공유 단일 결합, -CH2-CH2-, -CH2O-, -OCH2-, -CONR-, -RNCO-, -COO- 또는 -OOC-를 나타낸다. R은 수소 원자 또는 저급 알킬기이고, Z3은 수소 원자, 치환기를 가질 수도 있는 탄소수 1 내지 12의 알킬 또는 알콕시, 시아노, 니트로, 할로겐이다. z는 0 내지 4의 정수이다. E1은 광 이량화 반응 부위를 나타내고, 예를 들면 신남산에스테르, 쿠마린, 퀴놀린, 칼콘기, 신나모일기 등을 들 수 있다. j 및 k는 각각 독립적으로 0 또는 1이다.
이러한 이량화 반응성 중합체로서는, 구체적으로 하기 화학식으로 표시되는 화합물을 들 수 있다.
Figure 112007090998646-pct00009
또한, 상기 이량화 반응성 중합체로서, 보다 구체적으로는 하기 화학식으로 표시되는 화합물 4 내지 7을 들 수 있다.
Figure 112007090998646-pct00010
Figure 112007090998646-pct00011
Figure 112007090998646-pct00012
Figure 112007090998646-pct00013
본 발명에서는, 광 이량화 반응성 화합물로서, 상술한 화합물로부터 요구 특성에 따라 광 이량화 반응 부위나 치환기를 다양하게 선택할 수 있다. 또한, 광 이량화 반응성 화합물은, 1종 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수도 있다.
또한, 광 이량화 반응을 이용한 광 반응형의 재료로서는, 상기 광 이량화 반응성 화합물 이외에 광 배향막의 광 배열성을 방해하지 않는 범위 내에서 첨가제를 포함할 수도 있다. 상기 첨가제로서는 중합 개시제, 중합 금지제 등을 들 수 있다.
중합 개시제 또는 중합 금지제는, 일반적으로 공지된 화합물로부터 광 이량화 반응성 화합물의 종류에 따라 적절하게 선택하여 사용할 수 있다. 중합 개시제 또는 중합 금지제의 첨가량은, 광 이량화 반응성 화합물에 대하여 0.001 질량％ 내지 20 질량％의 범위 내인 것이 바람직하고, 0.1 질량％ 내지 5 질량％의 범위 내인 것이 보다 바람직하다. 중합 개시제 또는 중합 금지제의 첨가량이 지나치게 작으면 중합이 개시(금지)되지 않는 경우가 있고, 반대로 지나치게 크면, 반응이 저해되는 경우가 있기 때문이다.
광 분해 반응을 이용한 광 반응형의 재료로서는, 예를 들면 닛산 가가꾸 고교(주) 제조의 폴리이미드 "RN1199" 등을 들 수 있다.
(광 이성화형)
이어서, 광 이성화형의 재료에 대하여 설명한다. 여기서 말하는 광 이성화형의 재료란, 상술한 바와 같이 광 이성화 반응을 발생함으로써 광 배향막에 이방성을 부여하는 재료이며, 이러한 특성을 갖는 재료이면 특별히 한정되지 않지만, 광 이성화 반응을 발생함으로써 상기 광 배향막에 이방성을 부여하는 광 이성화 반응성 화합물을 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 광 이성화 반응성 화합물을 포함함으로써, 광 조사에 의해 복수의 이성체 중 안정적인 이성체가 증가되고, 그에 따라 광 배향막에 용이하게 이방성을 부여할 수 있기 때문이다.
광 이성화 반응성 화합물로서는, 상기한 바와 같은 특성을 갖는 재료이면 특 별히 한정되지 않지만, 편광 방향에 따라 흡수를 달리하는 2 색성을 갖고, 광 조사에 의해 광 이성화 반응을 발생하는 것이 바람직하다. 이러한 특성을 갖는 광 이성화 반응성 화합물의 편광 방향으로 배향된 반응 부위의 이성화를 발생시킴으로써, 상기 광 배향막에 용이하게 이방성을 부여할 수 있기 때문이다.
이러한 광 이성화 반응성 화합물이 발생하는 광 이성화 반응으로서는, 시스-트랜스 이성화 반응인 것이 바람직하다. 광 조사에 의해 시스체 또는 트랜스체 중 어느 하나의 이성체가 증가되고, 그에 따라 광 배향막에 이방성을 부여할 수 있기 때문이다.
이러한 광 이성화 반응성 화합물로서는, 단분자 화합물 또는 빛 또는 열에 의해 중합하는 중합성 단량체를 들 수 있다. 이들은 사용되는 강유전성 액정의 종류에 따라 적절하게 선택할 수 있지만, 광 조사에 의해 광 배향막에 이방성을 부여한 후 중합체화함으로써, 그 이방성을 안정화할 수 있기 때문에, 중합성 단량체를 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 중합성 단량체 중에서도, 광 배향막에 이방성을 부여한 후, 그 이방성을 양호한 상태로 유지한 채로 용이하게 중합체화할 수 있기 때문에, 아크릴레이트 단량체, 메타크릴레이트 단량체인 것이 바람직하다.
상기 중합성 단량체는 단관능의 단량체일 수도 있고, 다관능의 단량체일 수도 있지만, 중합체화에 따른 광 배향막의 이방성이 보다 안정적이기 때문에, 2관능의 단량체인 것이 바람직하다.
이러한 광 이성화 반응성 화합물로서는, 구체적으로 아조벤젠 골격이나 스틸벤 골격 등의 시스-트랜스 이성화 반응성 골격을 갖는 화합물을 들 수 있다.
이 경우, 분자 내에 포함되는 시스-트랜스 이성화 반응성 골격의 수는 1개일 수도 있고, 2개 이상일 수도 있지만, 강유전성 액정의 배향 제어가 용이해지기 때문에, 2개인 것이 바람직하다.
상기 시스-트랜스 이성화 반응성 골격은, 액정 분자와의 상호 작용을 보다 높이기 위해 치환기를 가질 수도 있다. 치환기는, 액정 분자와의 상호 작용을 높일 수 있고, 시스-트랜스 이성화 반응성 골격의 배향을 방해하지 않는 것이면 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 카르복실기, 술폰산나트륨기, 수산기 등을 들 수 있다. 이들 구조는, 사용되는 강유전성 액정의 종류에 따라 적절하게 선택할 수 있다.
또한, 광 이성화 반응성 화합물로서는, 분자 내에 시스-트랜스 이성화 반응성 골격 이외에도, 액정 분자와의 상호 작용이 보다 높아지도록, 방향족 탄화수소기 등의 π 전자가 다수 포함되는 기를 가질 수도 있고, 시스-트랜스 이성화 반응성 골격과 방향족 탄화수소기는, 결합기를 통해 결합할 수도 있다. 결합기는, 액정 분자와의 상호 작용이 높아지는 것이면 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 -COO-, -OCO-, -O-, -C≡C-, -CH2-CH2-, -CH2O-, -OCH2- 등을 들 수 있다.
또한, 광 이성화 반응성 화합물로서 중합성 단량체를 사용하는 경우에는, 상기 시스-트랜스 이성화 반응성 골격을 측쇄로서 갖고 있는 것이 바람직하다. 상기 시스-트랜스 이성화 반응성 골격을 측쇄로서 가짐으로써, 광 배향막에 부여되는 이방성의 효과가 보다 커지고, 강유전성 액정의 배향 제어에 특히 바람직해지기 때문 이다. 이 경우, 상술한 분자 내에 포함되는 방향족 탄화수소기나 결합기는, 액정 분자와의 상호 작용이 높아지도록, 시스-트랜스 이성화 반응성 골격과 함께 측쇄에 포함되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 상기 중합성 단량체의 측쇄에는, 시스-트랜스 이성화 반응성 골격이 배향되기 쉬워지도록, 알킬렌기 등의 지방족 탄화수소기를 스페이서로서 가질 수도 있다.
상술한 바와 같은 단분자 화합물 또는 중합성 단량체의 광 이성화 반응성 화합물 중에서도, 본 발명에 사용되는 광 이성화 반응성 화합물로서는, 분자 내에 아조벤젠 골격을 갖는 화합물인 것이 바람직하다. 아조벤젠 골격은, π 전자를 다수 포함하기 때문에 액정 분자와의 상호 작용이 높고, 강유전성 액정의 배향 제어에 특히 적합하기 때문이다.
이하, 아조벤젠 골격이 광 이성화 반응을 발생함으로써 광 배향막에 이방성을 부여할 수 있는 이유에 대하여 설명한다. 우선, 아조벤젠 골격에 직선 편광 자외광을 조사하면, 하기 화학식으로 표시된 바와 같이, 분자 장축이 편광 방향으로 배향되고 있는 트랜스체의 아조벤젠 골격이 시스체로 변화된다.
Figure 112007090998646-pct00014
아조벤젠 골격의 시스체는 트랜스체에 비해 화학적으로 불안정하기 때문에, 열적으로 또는 가시광을 흡수하여 트랜스체로 되돌아가지만, 이때 상기 화학식 좌측의 트랜스체가 되거나 우측의 트랜스체가 되는 것은 동일한 확률로 발생한다. 그 때문에, 자외광을 계속 흡수하면 우측의 트랜스체의 비율이 증가하고, 아조벤젠 골격의 평균 배향 방향은 자외광의 편광 방향에 대하여 수직이 된다. 본 발명에서는 이 현상을 이용함으로써, 아조벤젠 골격의 배향 방향을 일치시키고, 광 배향막에 이방성을 부여하여, 그 막 위의 액정 분자의 배향을 제어할 수 있는 것이다.
이러한 분자 내에 아조벤젠 골격을 갖는 화합물 중 단분자 화합물로서는, 예를 들면 하기 화학식으로 표시되는 화합물을 들 수 있다.
Figure 112007090998646-pct00015
상기 화학식 중, R41은 각각 독립적으로 히드록시기를 나타낸다. R42는 -(A41-B41-A41)m-(D41)n-으로 표시되는 연결기를 나타내고, R43은 (D41)n-(A41-B41-A41)m-으로 표시되는 연결기를 나타낸다. 여기서, A41은 2가의 탄화수소기를 나타내고, B41은 -O-, -COO-, -OCO-, -CONH-, -NHCO-, -NHCOO- 또는 -OCONH-를 나타내고, m은 0 내지 3의 정수를 나타낸다. D41은 m이 0일 때 2가의 탄화수소기를 나타내고, m이 1 내지 3의 정수일 때 -O-, -COO-, -OCO-, -CONH-, -NHCO-, -NHCOO- 또는 -OCONH-를 나타내고, n은 0 또는 1을 나타낸다. R44는 각각 독립적으로 할로겐 원자, 카르복 시기, 할로겐화메틸기, 할로겐화메톡시기, 시아노기, 니트로기, 메톡시기 또는 메톡시카르보닐기를 나타낸다. 단, 카르복시기는 알칼리 금속과 염을 형성할 수도 있다. R45는 각각 독립적으로 카르복시기, 술포기, 니트로기, 아미노기 또는 히드록시기를 나타낸다. 단, 카르복시기 또는 술포기는 알칼리 금속과 염을 형성할 수도 있다.
상기 화학식으로 표시되는 화합물의 구체예로서는, 하기의 화합물을 들 수 있다.
Figure 112007090998646-pct00016
또한, 종래 상기 화학식으로 표시된 바와 같은 아조벤젠 골격을 갖는 단분자 화합물은, 액정 분자에 대한 배향 규제력이 높기 때문에, 광 배향막의 구성 재료로서 유용하지만, 안정성이 부족하다는 문제점으로부터 광 배향막의 재료로서 사용하 는 것은 곤란하였다. 본 발명에서는, 상기 반응성 액정층을 구성하는 반응성 액정이 아조벤젠 골격을 갖는 단분자 화합물을 안정화시킬 수 있기 때문에, 광 배향막 위에 상기 반응성 액정층을 적층함으로써, 광 배향막의 구성 재료로서 아조벤젠 골격을 갖는 단분자 화합물을 안정적으로 사용할 수 있다.
또한, 상기 아조벤젠 골격을 측쇄로서 갖는 중합성 단량체로서는, 예를 들면 하기 화학식으로 표시되는 화합물을 들 수 있다.
Figure 112007090998646-pct00017
상기 화학식 중, R51은 각각 독립적으로 (메트)아크릴로일옥시기, (메트)아크릴아미드기, 비닐옥시기, 비닐옥시카르보닐기, 비닐이미노카르보닐기, 비닐이미노카르보닐옥시기, 비닐기, 이소프로페닐옥시기, 이소프로페닐옥시카르보닐기, 이소프로페닐이미노카르보닐기, 이소프로페닐이미노카르보닐옥시기, 이소프로페닐기 또는 에폭시기를 나타낸다. R52는 -(A51-B51-A51)m-(D51)n-으로 표시되는 연결기를 나타내고, R53은 (D51)n-(A51-B51-A51)m-으로 표시되는 연결기를 나타낸다. 여기서, A51은 2가의 탄화수소기를 나타내고, B51은 -O-, -COO-, -OCO-, -CONH-, -NHCO-, -NHCOO- 또는 -OCONH-를 나타내고, m은 0 내지 3의 정수를 나타낸다. D51은 m이 0일 때 2가의 탄화수소기를 나타내고, m이 1 내지 3의 정수일 때 -O-, -COO-, -OCO-, -CONH-, -NHCO-, -NHCOO- 또는 -OCONH-를 나타내고, n은 0 또는 1을 나타낸다. R54는 각각 독립적으로 할로겐 원자, 카르복시기, 할로겐화메틸기, 할로겐화메톡시기, 시아노기, 니트로기, 메톡시기 또는 메톡시카르보닐기를 나타낸다. 단, 카르복시기는 알칼리 금속과 염을 형성할 수도 있다. R55는 각각 독립적으로 카르복시기, 술포기, 니트로기, 아미노기 또는 히드록시기를 나타낸다. 단, 카르복시기 또는 술포기는 알칼리 금속과 염을 형성할 수도 있다.
상기 화학식으로 표시되는 화합물의 구체예로서는, 하기의 화합물을 들 수 있다.
Figure 112007090998646-pct00018
본 발명에서는, 이러한 광 이성화 반응성 화합물로부터, 요구 특성에 따라 시스-트랜스 이성화 반응성 골격이나 치환기를 다양하게 선택할 수 있다. 또한, 이들 광 이성화 반응성 화합물은, 1종 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
본 발명에 사용되는 광 이성화형의 재료로서는, 상기 광 이성화 반응성 화합물 이외에, 광 배향막의 광 배열성을 방해하지 않는 범위 내에서 첨가제를 포함하할 수도 있다. 상기 광 이성화 반응성 화합물로서 중합성 단량체를 사용하는 경우에는, 첨가제로서 중합 개시제, 중합 금지제 등을 들 수 있다.
중합 개시제 또는 중합 금지제는, 일반적으로 공지된 화합물로부터 광 이성화 반응성 화합물의 종류에 따라 적절하게 선택하여 사용할 수 있다. 중합 개시제 또는 중합 금지제의 첨가량은, 광 이성화 반응성 화합물에 대하여 0.001 질량％ 내지 20 질량％의 범위 내인 것이 바람직하고, 0.1 질량％ 내지 5 질량％의 범위 내인 것이 보다 바람직하다. 중합 개시제 또는 중합 금지제의 첨가량이 지나치게 작으면 중합이 개시(금지)되지 않는 경우가 있고, 반대로 지나치게 크면, 반응이 저해되는 경우가 있기 때문이다.
(광 배향 처리 방법)
이어서, 광 배향 처리 방법에 대하여 설명한다. 우선, 제2 전극층이 설치된 제2 기재의 액정층과 대향하는 면 위에, 상술한 광 배향막의 구성 재료를 유기 용제로 희석한 도공액을 도포하여 건조시킨다. 이 경우, 도공액 중의 광 이량화 반응성 화합물 또는 광 이성화 반응성 화합물의 함유량은, 0.05 질량％ 내지 10 질량％의 범위 내인 것이 바람직하고, 0.2 질량％ 내지 2 질량％의 범위 내인 것이 보 다 바람직하다. 함유량이 상기 범위보다 적으면, 배향막에 적절한 이방성을 부여하는 것이 곤란해지고, 반대로 함유량이 상기 범위보다 많으면, 도공액의 점도가 높아지기 때문에 균일한 도막을 형성하기 어려워진다.
도포법으로서는, 예를 들면 스핀 코팅법, 롤 코팅법, 로드바 코팅법, 분무 코팅법, 에어 나이프 코팅법, 슬롯 다이 코팅법, 와이어바 코팅법 등을 이용할 수 있다.
상기 구성 재료를 도포함으로써 얻어지는 막의 두께는 1 ㎚ 내지 1000 ㎚의 범위 내인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 3 ㎚ 내지 100 ㎚의 범위 내이다. 막의 두께가 상기 범위보다 얇으면 충분한 광 배열성을 얻을 수 없게 될 가능성이 있고, 반대로 두께가 상기 범위보다 두꺼우면 비용적으로 불리해지는 경우가 있기 때문이다.
얻어진 막은 편광을 제어한 빛을 조사함으로써, 광 여기 반응을 발생시켜 이방성을 부여할 수 있다. 조사하는 빛의 파장 영역은, 사용되는 광 배향막의 구성 재료에 따라 적절하게 선택할 수 있지만, 자외 광역의 범위 내, 즉 100 ㎚ 내지 400 ㎚의 범위 내인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 250 ㎚ 내지 380 ㎚의 범위 내이다. 또한, 편광 방향은, 상기 광 여기 반응을 발생시킬 수 있는 것이면 특별히 한정되지 않는다.
또한, 광 배향막의 구성 재료로서, 상기한 광 이성화 반응성 화합물 중에서도 중합성 단량체를 사용한 경우에는, 광 배향 처리를 행한 후 가열함으로써 중합체화하여, 광 배향막에 부여된 이방성을 안정화시킬 수 있다.
(3) 제2 기재
본 발명에 사용되는 제2 기재는, 일반적으로 액정 표시 소자의 기재로서 사용되는 것이면 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 유리판, 플라스틱판 등을 바람직하게 들 수 있다.
(4) 제2 전극층
본 발명에 사용되는 제2 전극층은, 일반적으로 액정 표시 소자의 전극으로서 사용되고 있는 것이면 특별히 한정지 않지만, 제1 배향 처리 기판 및 제2 배향 처리 기판의 전극층 중 1개 이상이 투명 도전체로 형성되는 것이 바람직하다. 투명 도전체 재료로서는, 산화인듐, 산화주석, 산화인듐주석(ITO) 등을 바람직하게 들 수 있다. 본 발명의 액정 표시 소자를 TFT를 사용한 활성 매트릭스 방식의 액정 표시 소자로 하는 경우에는, 제1 배향 처리 기판 및 제2 배향 처리 기판의 전극층 중, 1개를 상기 투명 도전체로 형성되는 전면 공통 전극으로 하고, 다른 1개에는 게이트 전극과 소스 전극을 매트릭스상으로 배열하여, 게이트 전극과 소스 전극으로 둘러싸인 부분에 TFT 소자 및 화소 전극을 배치한다.
제2 전극층은, 제2 기재 위에 예를 들면 화학 증착(CVD)법이나, 스퍼터링법, 이온 플레이팅법, 진공 증착법 등의 물리 증착(PVD)법 등에 의해 투명 도전막을 형성할 수 있으며, 이것을 매트릭스상으로 패터닝함으로써 게이트 전극 및 소스 전극을 형성할 수 있다.
(5) 착색층
본 발명에서는, 제2 기재와 제2 전극층 사이에 착색층이 형성될 수도 있다. 착색층이 형성되어 있는 경우에는, 착색층에 의해 컬러 표시를 실현할 수 있다.
이 착색층은, 제2 배향 처리 기판에서의 제2 기재와 제2 전극층 사이에 형성될 수도 있고, 또는 후술하는 제1 배향 처리 기판에서의 제1 기재와 제1 전극층 사이에 형성될 수도 있다.
본 발명에 사용되는 착색층으로서는, 일반적으로 컬러 필터의 착색층으로서 사용되는 것이면 특별히 한정되지 않는다. 착색층에는, 예를 들면 통상적인 안료 분산법 등에 사용되는 적색, 청색 또는 녹색의 안료를 함유하는 감광성 수지 조성물을 사용할 수 있다.
3. 제1 배향 처리 기판
본 발명에 사용되는 제1 배향 처리 기판은 제1 기재와, 제1 기재 위에 형성된 제1 전극층과, 제1 전극층 위에 형성된 제1 배향막을 갖는 것이다.
또한, 제1 기재, 제1 전극층 및 제1 배향막에 대해서는, 상기 제2 배향 처리 기판의 제2 기재, 제2 전극층 및 제2 배향막이 각각 동일하기 때문에, 여기서의 설명은 생략한다.
4. 편광판
본 발명에 사용되는 편광판은, 빛의 파동 중 특정 방향만을 투과시키는 것이면 특별히 한정되지 않으며, 일반적으로 액정 표시 소자의 편광판으로서 사용되고 있는 것을 사용할 수 있다.
5. 액정 표시 소자의 구동 방법
본 발명의 액정 표시 소자는, 강유전성 액정의 고속 응답성을 이용할 수 있 기 때문에, 1 화소를 시간 분할하고, 양호한 동화상 표시 특성을 얻기 위해 고속 응답성을 특히 필요로 하는 필드시퀀셜 컬러 방식에 의한 구동이 적합하다. 본 발명에 따르면, 필드시퀀셜 컬러 방식에 의해 구동시킨 경우의 결점을 회피하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명의 액정 표시 소자의 구동 방법은, 필드시퀀셜 방식으로 한정되지 않으며, 상기 착색층을 사용하여 컬러 표시를 행할 수도 있다.
본 발명의 액정 표시 소자는, 박막 트랜지스터(TFT)를 사용한 활성 매트릭스 방식에 의해 구동시키는 것이 바람직하다. TFT 소자를 사용한 활성 매트릭스 방식을 이용함으로써, 목적으로 하는 화소를 확실하게 점등, 소등할 수 있기 때문에 고품질의 디스플레이가 가능해진다.
또한, 세그먼트 방식에 의한 구동도 가능하다.
6. 액정 표시 소자의 제조 방법
이어서, 본 발명의 액정 표시 소자의 제조 방법에 대하여 설명한다. 본 발명의 액정 표시 소자는, 액정 표시 소자의 제조 방법으로서 일반적으로 이용되는 방법에 의해 제조할 수 있다. 이하, 본 발명의 액정 표시 소자의 제조 방법의 일례로서, TFT 소자를 사용한 활성 매트릭스 방식의 액정 표시 소자의 제조 방법에 대하여 설명한다.
우선, 제2 기재 위에 진공 증착법에 의해 투명 도전막을 형성하고, 전면 공통 전극으로 한다. 또한, 공통 전극 위에 광 배향막 재료를 도포하고, 광 배향 처리를 실시하여 제2 배향막을 형성한다. 이 제2 배향막 위에 반응성 액정층 형성용 도공액을 도포하고, 반응성 액정을 배향시켜 고정화함으로써 반응성 액정층을 형성하며, 제2 배향 처리 기판으로 한다. 또한, 제1 기재 위에는, 투명 도전막을 매트릭스 위에 패터닝함으로써 게이트 전극 및 소스 전극을 형성하고, TFT 소자 및 화소 전극을 설치한다. 또한, 게이트 전극, 소스 전극, TFT 소자 및 화소 전극 위에 광 배향막 재료를 도포하고, 광 배향 처리를 실시하여 제1 배향막을 형성하며, 제1 배향 처리 기판으로 한다. 이어서, 제1 배향 처리 기판의 제1 배향막 위에 스페이서로서 비즈를 분산시키고, 주위에 밀봉제를 도포하여 제2 배향 처리 기판의 반응성 액정층과 제1 배향 처리 기판의 제1 배향막이 대향하도록 접합하며, 열 압착시킨다. 그리고, 주입구로부터 모세관 효과를 이용하여 강유전성 액정을 등방성 액체의 상태로 주입하고, 주입구를 자외선 경화 수지 등에 의해 봉쇄한다. 그 후, 강유전성 액정은 서냉함으로써 배향시킬 수 있다. 이와 같이 하여 얻어진 액정셀의 상하에 편광판을 접착함으로써, 본 발명의 액정 표시 소자를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 실시 형태로 한정되지 않는다. 상기 실시 형태는 예시이며, 본 발명의 특허 청구의 범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 갖고, 동일한 작용 효과를 발휘하는 것은, 어떠한 것도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
이하에 실시예 및 비교예를 나타내어 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
[실시예 1]
광 이량화 반응형의 광 배향막 재료(Rolic technologies사 제조, 상품명: ROP103)의 2 질량％ 시클로펜타논 용액을 ITO로 코팅된 2매의 유리 기판에 회전수 4000 rpm으로 30초간 스핀 코팅하였다. 핫 플레이트에서 130 ℃, 15분간 건조시킨 후, 편광 자외선을 25 ℃에서 100 mJ/㎠ 노광하였다. 또한, 한쪽 유리 기판에, 아크릴레이트 단량체를 함유하는 반응성 액정(Rolic technologies사 제조, 상품명: ROF-5101)의 2 질량％ 시클로펜타논 용액을 회전수 4000 rpm으로 30초간 스핀 코팅하여 적층하고, 55 ℃에서 3분간 건조시킨 후, 무편광 자외선을 55 ℃에서 1000 mJ/㎠ 노광하였다. 그 후, 한쪽 기판에 1.5 ㎛의 스페이서를 산포하고, 다른 한쪽 기판에 밀봉재를 밀봉 디스펜서로 도포하였다. 기판을 편광 자외선 조사 방향과 평행한 상태로 조립하고, 열 압착을 행하였다. 강유전성 액정은 "R2301"(AZ 일렉트로닉 마테리알즈사 제조)을 사용하여 주입구 상부에 강유전성 액정을 부착하고, 오븐을 사용하여 네마틱상-등방상 전이 온도보다 10 ℃ 내지 20 ℃ 높은 온도에서 주입을 행하여 천천히 상온으로 되돌렸다. 반응성 액정층측의 전극층이 부극이 되도록 전압을 인가한 바, 강유전성 액정의 분자 방향이 틸트각의 약 2배 변화되었다. 강유전성 액정의 분자 방향이 틸트각의 약 2배 변화된 것은 전체의 약 75 ％였다.
[비교예 1]
광 이량화 반응형의 광 배향막 재료(Rolic technologies사 제조, 상품명: ROP103)의 2 질량％ 시클로펜타논 용액을 ITO로 코팅된 2매의 유리 기판에 회전수 4000 rpm으로 30초간 스핀 코팅하였다. 핫 플레이트에서 130 ℃, 15분간 건조시킨 후, 편광 자외선을 25 ℃에서 100 mJ/㎠ 노광하였다. 그 후, 한쪽 기판에 1.5 ㎛ 의 스페이서를 산포하고, 다른 한쪽 기판에 밀봉재를 밀봉 디스펜서로 도포하였다. 기판을 편광 자외선 조사 방향과 평행한 상태로 조립하고, 열 압착을 행하였다. 강유전성 액정은 "R2301"(AZ 일렉트로닉 마테리알즈사 제조)을 사용하여 주입구 상부에 강유전성 액정을 부착하고, 오븐을 사용하여 네마틱상-등방상 전이 온도보다 10 ℃ 내지 20 ℃ 높은 온도에서 주입을 행하여 천천히 상온으로 되돌렸다. 한 쪽 전극층이 부극이 되도록 전압을 인가한 바, 일부 강유전성 액정의 분자 방향은 틸트각의 약 2배 변화되었지만, 일부 강유전성 액정의 분자 방향은 변화되지 않았다. 강유전성 액정의 분자 방향이 틸트각의 약 2배 변화된 것은 전체의 약 50 ％였다.
[실시예 2]
광 이량화 반응형의 광 배향막 재료(Rolic technologies사 제조, 상품명: ROP102)의 2 질량％ 시클로펜타논 용액을 ITO로 코팅된 2매의 유리 기판에 회전수 4000 rpm으로 30초간 스핀 코팅하였다. 핫 플레이트에서 130 ℃, 15분간 건조시킨 후, 편광 자외선을 25 ℃에서 100 mJ/㎠ 노광하였다. 또한, 한쪽 유리 기판에, 아크릴레이트 단량체를 함유하는 반응성 액정(Rolic technologies사 제조, 상품명: ROF-5101)의 2 질량％ 시클로펜타논 용액을 회전수 4000 rpm으로 30초간 스핀 코팅하여 적층하고, 55 ℃에서 3분간 건조시킨 후, 무편광 자외선을 55 ℃에서 1000 mJ/㎠ 노광하였다. 그 후, 한쪽 기판에 1.5 ㎛의 스페이서를 산포하고, 다른 한쪽 기판에 밀봉재를 밀봉 디스펜서로 도포하였다. 기판을 편광 자외선 조사 방향과 평행한 상태로 조립하고, 열 압착을 행하였다. 강유전성 액정은 "R2301"(AZ 일렉트로닉 마테리알즈사 제조)을 사용하여 주입구 상부에 강유전성 액정을 부착하고, 오븐을 사용하여 네마틱상-등방상 전이 온도보다 10 ℃ 내지 20 ℃ 높은 온도에서 주입을 행하여 천천히 상온으로 되돌렸다. 반응성 액정층측의 전극층이 부극이 되도록 전압을 인가한 바, 강유전성 액정의 분자 방향이 틸트각의 약 2배 변화되었다. 강유전성 액정의 분자 방향이 틸트각의 약 2배 변화된 것은 전체의 약 80 ％였다.
[비교예 2]
광 이량화 반응형의 광 배향막 재료(Rolic technologies사 제조, 상품명: ROP102)의 2 질량％ 시클로펜타논 용액을 ITO로 코팅된 2매의 유리 기판에 회전수 4000 rpm으로 30초간 스핀 코팅하였다. 핫 플레이트에서 130 ℃, 15분간 건조시킨 후, 편광 자외선을 25 ℃에서 100 mJ/㎠ 노광하였다. 그 후, 한쪽 기판에 1.5 ㎛의 스페이서를 산포하고, 다른 한쪽 기판에 밀봉재를 밀봉 디스펜서로 도포하였다. 기판을 편광 자외선 조사 방향과 평행한 상태로 조립하고, 열 압착을 행하였다. 강유전성 액정은 "R2301"(AZ 일렉트로닉 마테리알즈사 제조)을 사용하여 주입구 상부에 강유전성 액정을 부착하고, 오븐을 사용하여 네마틱상-등방상 전이 온도보다 10 ℃ 내지 20 ℃ 높은 온도에서 주입을 행하여 천천히 상온으로 되돌렸다. 한쪽 전극층이 부극이 되도록 전압을 인가한 바, 일부 강유전성 액정의 분자 방향은 틸트각의 약 2배 변화되었지만, 일부 강유전성 액정의 분자 방향은 변화되지 않았다. 강유전성 액정의 분자 방향이 틸트각의 약 2배 변화된 것은 전체의 약 50 ％였다.
[실시예 3]
광 이량화 반응형의 광 배향막 재료(Rolic technologies사 제조, 상품명: ROP102)의 2 질량％ 시클로펜타논 용액을 ITO로 코팅된 유리 기판에 회전수 4000 rpm으로 30초간 스핀 코팅하였다. 또한, 광 이량화 반응형의 광 배향막 재료(Rolic technologies사 제조, 상품명: ROP103)의 2 질량％ 시클로펜타논 용액을 ITO로 코팅된 유리 기판에 회전수 4000 rpm으로 30초간 스핀 코팅하였다. 양 기판을 핫 플레이트에서 130 ℃, 15분간 건조시킨 후, 편광 자외선을 25 ℃에서 100 mJ/㎠ 노광하였다. 또한, 광 배향막 재료 ROP102를 코팅한 기판에, 아크릴레이트 단량체를 함유하는 반응성 액정(Rolic technologies사 제조, 상품명: ROF-5101)의 2 질량％ 시클로펜타논 용액을 회전수 4000 rpm으로 30초간 스핀 코팅하여 적층하고, 55 ℃에서 3분간 건조시킨 후, 무편광 자외선을 55 ℃에서 1000 mJ/㎠ 노광하였다. 그 후, 한쪽 기판에 1.5 ㎛의 스페이서를 산포하고, 다른 한쪽 기판에 밀봉재를 밀봉 디스펜서로 도포하였다. 기판을 편광 자외선 조사 방향과 평행한 상태로 조립하고, 열 압착을 행하였다. 강유전성 액정은 "R2301"(AZ 일렉트로닉 마테리알즈사 제조)을 사용하여 주입구 상부에 강유전성 액정을 부착하고, 오븐을 사용하여 네마틱상-등방상 전이 온도보다 10 ℃ 내지 20 ℃ 높은 온도에서 주입을 행하여 천천히 상온으로 되돌렸다. 반응성 액정층측의 전극층이 부극이 되도록 전압을 인가한 바, 강유전성 액정의 분자 방향이 틸트각의 약 2배 변화되었다. 강유전성 액정의 분자 방향이 틸트각의 약 2배 변화된 것은 전체의 약 80 ％였다.
[실시예 4]
광 이량화 반응형의 광 배향막 재료(Rolic technologies사 제조, 상품명: ROP102)의 2 질량％ 시클로펜타논 용액을 ITO로 코팅된 유리 기판에 회전수 4000 rpm으로 30초간 스핀 코팅하였다. 또한, 광 이량화 반응형의 광 배향막 재료(Rolic technologies사 제조, 상품명: ROP103)의 2 질량％ 시클로펜타논 용액을 ITO로 코팅된 유리 기판에 회전수 4000 rpm으로 30초간 스핀 코팅하였다. 양 기판을 핫 플레이트에서 130 ℃, 15분간 건조시킨 후, 편광 자외선을 25 ℃에서 100 mJ/㎠ 노광하였다. 또한, 광 배향막 재료 ROP102를 코팅한 기판에, 아크릴레이트 단량체를 함유하는 반응성 액정(Rolic technologies사 제조, 상품명: ROF-5102)의 2 질량％ 시클로펜타논 용액을 회전수 4000 rpm으로 30초간 스핀 코팅하여 적층하고, 55 ℃에서 3분간 건조시킨 후, 무편광 자외선을 55 ℃에서 1000 mJ/㎠ 노광하였다. 그 후, 한쪽 기판에 1.5 ㎛의 스페이서를 산포하고, 다른 한쪽 기판에 밀봉재를 밀봉 디스펜서로 도포하였다. 기판을 편광 자외선 조사 방향과 평행한 상태로 조립하고, 열 압착을 행하였다. 강유전성 액정은 "R2301"(AZ 일렉트로닉 마테리알즈사 제조)을 사용하여 주입구 상부에 강유전성 액정을 부착하고, 오븐을 사용하여 네마틱상-등방상 전이 온도보다 10 ℃ 내지 20 ℃ 높은 온도에서 주입을 행하여 천천히 상온으로 되돌렸다. 반응성 액정층측의 전극층이 부극이 되도록 전압을 인가한 바, 강유전성 액정의 분자 방향이 틸트각의 약 2배 변화되었다. 강유전성 액정의 분자 방향이 틸트각의 약 2배 변화된 것은 전체의 약 88 ％였다.
[실시예 5]
광 이량화 반응형의 광 배향막 재료(Rolic technologies사 제조, 상품명: ROP102)의 2 질량％ 시클로펜타논 용액을 ITO로 코팅된 유리 기판에 회전수 4000 rpm으로 30초간 스핀 코팅하였다. 또한, 광 이량화 반응형의 광 배향막 재 료(Rolic technologies사 제조, 상품명: ROP103)의 2 질량％ 시클로펜타논 용액을 ITO로 코팅된 유리 기판에 회전수 4000 rpm으로 30초간 스핀 코팅하였다. 양 기판을 핫 플레이트에서 130 ℃, 15분간 건조시킨 후, 편광 자외선을 25 ℃에서 100 mJ/㎠ 노광하였다. 또한, 광 배향막 재료 ROP103을 코팅한 기판에, 아크릴레이트 단량체를 함유하는 반응성 액정(Rolic technologies사 제조, 상품명: ROF-5101)의 2 질량％ 시클로펜타논 용액을 회전수 4000 rpm으로 30초간 스핀 코팅하여 적층하고, 55 ℃에서 3분간 건조시킨 후, 무편광 자외선을 55 ℃에서 1000 mJ/㎠ 노광하였다. 그 후, 한쪽 기판에 1.5 ㎛의 스페이서를 산포하고, 다른 한쪽 기판에 밀봉재를 밀봉 디스펜서로 도포하였다. 기판을 편광 자외선 조사 방향과 평행한 상태로 조립하고, 열 압착을 행하였다. 강유전성 액정은 "R2301"(AZ 일렉트로닉 마테리알즈사 제조)을 사용하여 주입구 상부에 강유전성 액정을 부착하고, 오븐을 사용하여 네마틱상-등방상 전이 온도보다 10 ℃ 내지 20 ℃ 높은 온도에서 주입을 행하여 천천히 상온으로 되돌렸다. 반응성 액정층측의 전극층이 부극이 되도록 전압을 인가한 바, 강유전성 액정의 분자 방향이 틸트각의 약 2배 변화되었다. 강유전성 액정의 분자 방향이 틸트각의 약 2배 변화된 것은 전체의 약 99.7 ％였다.
[실시예 6]
광 이량화 반응형의 광 배향막 재료(Rolic technologies사 제조, 상품명: ROP102)의 2 질량％ 시클로펜타논 용액을 ITO로 코팅된 유리 기판에 회전수 4000 rpm으로 30초간 스핀 코팅하였다. 또한, 광 이량화 반응형의 광 배향막 재료(Rolic technologies사 제조, 상품명: ROP103)의 2 질량％ 시클로펜타논 용액을 ITO로 코팅된 유리 기판에 회전수 4000 rpm으로 30초간 스핀 코팅하였다. 양 기판을 핫 플레이트에서 130 ℃, 15분간 건조시킨 후, 편광 자외선을 25 ℃에서 100 mJ/㎠ 노광하였다. 또한, 광 배향막 재료 ROP103을 코팅한 기판에, 아크릴레이트 단량체를 함유하는 반응성 액정(Rolic technologies사 제조, 상품명: ROF-5102)의 2 질량％ 시클로펜타논 용액을 회전수 4000 rpm으로 30초간 스핀 코팅하여 적층하고, 55 ℃에서 3분간 건조시킨 후, 무편광 자외선을 55 ℃에서 1000 mJ/㎠ 노광하였다. 그 후, 한쪽 기판에 1.5 ㎛의 스페이서를 산포하고, 다른 한쪽 기판에 밀봉재를 밀봉 디스펜서로 도포하였다. 기판을 편광 자외선 조사 방향과 평행한 상태로 조립하고, 열 압착을 행하였다. 강유전성 액정은 "R2301"(AZ 일렉트로닉 마테리알즈사 제조)을 사용하여 주입구 상부에 강유전성 액정을 부착하고, 오븐을 사용하여 네마틱상-등방상 전이 온도보다 10 ℃ 내지 20 ℃ 높은 온도에서 주입을 행하여 천천히 상온으로 되돌렸다. 반응성 액정층측의 전극층이 부극이 되도록 전압을 인가한 바, 강유전성 액정의 분자 방향이 틸트각의 약 2배 변화되었다. 강유전성 액정의 분자 방향이 틸트각의 약 2배 변화된 것은 전체의 약 92.8 ％였다.
[실시예 7]
반응성 액정층의 액정 재료로서는, 하기 화학식으로 표시되는 화합물 A를 사용하였다.
Figure 112007090998646-pct00019
광 이량화 반응형의 광 배향막 재료(Rolic technologies사 제조, 상품명: ROP103)의 2 질량％ 시클로펜타논 용액을 ITO로 코팅된 2매의 유리 기판에 회전수 4000 rpm으로 30초간 스핀 코팅하였다. 오븐에서 180 ℃, 10분간 건조시킨 후, 편광 자외선을 25 ℃에서 100 mJ/㎠ 노광하였다. 또한, 한쪽 기판에, 시클로펜타논에 용해한 2 질량％의 화합물 A의 용액을 회전수 4000 rpm으로 30초간 스핀 코팅하여 적층하고, 55 ℃에서 3분간 건조시킨 후, 무편광 자외선을 55 ℃에서 1000 mJ/㎠ 노광하였다. 그 후, 한쪽 기판에 1.5 ㎛의 스페이서를 산포하고, 다른 한쪽 기판에 밀봉재를 밀봉 디스펜서로 도포하였다. 기판을 편광 자외선 조사 방향과 평행한 상태로 조립하고, 열 압착을 행하였다. 강유전성 액정은 "R2301"(AZ 일렉트로닉 마테리알즈사 제조)을 사용하여 주입구 상부에 강유전성 액정을 부착하고, 오븐을 사용하여 네마틱상-등방상 전이 온도보다 10 ℃ 내지 20 ℃ 높은 온도에서 주입을 행하여 천천히 상온으로 되돌렸다. 반응성 액정층측의 전극층이 부극이 되도록 전압을 인가한 바, 강유전성 액정의 분자 방향이 틸트각의 약 2배 변화되었다. 강유전성 액정의 분자 방향이 틸트각의 약 2배 변화된 것은 전체의 약 90 ％였다.
[실시예 8]
광 이량화 반응형의 광 배향막 재료(Rolic technologies사 제조, 상품명: ROP103)의 2 질량％ 시클로펜타논 용액을 ITO로 코팅된 2매의 유리 기판에 회전수 4000 rpm으로 30초간 스핀 코팅하였다. 오븐에서 130 ℃, 15분간 건조시킨 후, 편광 자외선을 25 ℃에서 100 mJ/㎠ 노광하였다. 또한, 한쪽 기판에, 아크릴레이트 단량체를 함유하는 반응성 액정(아사히 덴까 고교 가부시끼가이샤 제조, 상품명: 아데카키라콜 PLC-7209)의 2 질량％ 시클로펜타논 용액을 회전수 4000 rpm으로 30 초간 스핀 코팅하여 적층하고, 55 ℃에서 3분간 건조시킨 후, 무편광 자외선을 55 ℃에서 1000 mJ/㎠ 노광하였다. 그 후, 한쪽 기판에 1.5 ㎛의 스페이서를 산포하고, 다른 한쪽 기판에 밀봉재를 밀봉 디스펜서로 도포하였다. 기판을 편광 자외선 조사 방향과 평행한 상태로 조립하고, 열 압착을 행하였다. 강유전성 액정은 "R2301"(AZ 일렉트로닉 마테리알즈사 제조)을 사용하여 주입구 상부에 강유전성 액정을 부착하고, 오븐을 사용하여 네마틱상-등방상 전이 온도보다 10 ℃ 내지 20 ℃ 높은 온도에서 주입을 행하여 천천히 상온으로 되돌렸다. 반응성 액정층측의 전극층이 부극이 되도록 전압을 인가한 바, 강유전성 액정의 분자 방향이 틸트각의 약 2배 변화되었다. 강유전성 액정의 분자 방향이 틸트각의 약 2배 변화된 것은 전체의 약 90 ％였다.
[실시예 9]
광 이량화 반응형의 광 배향막 재료(Rolic technologies사 제조, 상품명: ROP103)의 2 질량％ 시클로펜타논 용액을 ITO로 코팅된 2매의 유리 기판에 회전수 4000 rpm으로 30초간 스핀 코팅하였다. 오븐에서 130 ℃, 15분간 건조시킨 후, 편광 자외선을 25 ℃에서 100 mJ/㎠ 노광하였다. 또한, 한쪽 기판에, 아크릴레이트 단량체를 함유하는 반응성 액정(아사히 덴까 고교 가부시끼가이샤 제조, 상품명: 아데카키라콜 PLC-7183)의 2 질량％ 시클로펜타논 용액을 회전수 4000 rpm으로 30초간 스핀 코팅하여 적층하고, 55 ℃에서 3분간 건조시킨 후, 무편광 자외선을 55 ℃에서 1000 mJ/㎠ 노광하였다. 그 후, 한쪽 기판에 1.5 ㎛의 스페이서를 산포하고, 다른 한쪽 기판에 밀봉재를 밀봉 디스펜서로 도포하였다. 기판을 편광 자외선 조사 방향과 평행한 상태로 조립하고, 열 압착을 행하였다. 강유전성 액정은 "R2301"(AZ 일렉트로닉 마테리알즈사 제조)을 사용하여 주입구 상부에 강유전성 액정을 부착하고, 오븐을 사용하여 네마틱상-등방상 전이 온도보다 10 ℃ 내지 20 ℃ 높은 온도에서 주입을 행하여 천천히 상온으로 되돌렸다. 반응성 액정층측의 전극층이 부극이 되도록 전압을 인가한 바, 강유전성 액정의 분자 방향이 틸트각의 약 2배 변화되었다. 강유전성 액정의 분자 방향이 틸트각의 약 2배 변화된 것은 전체의 약 95 ％였다.

Claims (11)

  1. 제1 기재와, 상기 제1 기재 위에 형성된 제1 전극층과, 상기 제1 전극층 위에 형성된 제1 배향막을 갖는 제1 배향 처리 기판, 및 제2 기재와, 상기 제2 기재 위에 형성된 제2 전극층과, 상기 제2 전극층 위에 형성된 제2 배향막과, 상기 제2 배향막 위에 형성되고, 반응성 액정을 고정화하여 이루어지는 반응성 액정층을 갖는 제2 배향 처리 기판을, 상기 제1 배향막과 상기 반응성 액정층이 대향하도록 배치하고, 상기 제1 배향막과 상기 반응성 액정층의 사이에 강유전성 액정을 협지하여 이루어지는 액정 표시 소자이며,
    상기 강유전성 액정이 단안정성을 나타내고,
    상기 강유전성 액정의 층법선에 대한 틸트각을 θ라고 하는 경우, 상기 강유전성 액정은, 상기 제1 배향 처리 기판면에 대하여 평행한 면에 투영된, 전압 무인가시의 상기 강유전성 액정의 분자 방향과 상기 제2 전극층이 부극이 되도록 전압을 인가했을 때의 상기 강유전성 액정의 분자방향이 이루는 각이 2 θ± 5°가 되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 반응성 액정이 네마틱상을 발현하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자.
  3. 제1항에 있어서, 상기 반응성 액정이 중합성 액정 단량체를 함유하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자.
  4. 제3항에 있어서, 상기 중합성 액정 단량체가 모노아크릴레이트 단량체 또는 디아크릴레이트 단량체인 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자.
  5. 제4항에 있어서, 상기 디아크릴레이트 단량체가 하기 화학식 1로 표시되는 화합물인 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자.
    <화학식 1>
    Figure 112007090998646-pct00020
    (여기서, 식 중의 Z31 및 Z32는 각각 독립적으로 직접 결합하고 있는 -COO-, -OCO-, -O-, -CH2CH2-, -CH=CH-, -C≡C-, -OCH2-, -CH2O-, -CH2CH2COO-, -OCOCH2CH2-를 나타내고, R31, R32 및 R33은 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 5의 알킬을 나타내고, k 및 m은 0 또는 1을 나타내고, n은 2 내지 8의 범위 내의 정수를 나타냄)
  6. 제4항에 있어서, 상기 디아크릴레이트 단량체가 하기 화학식 2로 표시되는 화합물인 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자.
    <화학식 2>
    (여기서, 식 중의 X는 수소, 탄소수 1 내지 20의 알킬, 탄소수 1 내지 20의 알케닐, 탄소수 1 내지 20의 알킬옥시, 탄소수 1 내지 20의 알킬옥시카르보닐, 포르밀, 탄소수 1 내지 20의 알킬카르보닐, 탄소수 1 내지 20의 알킬카르보닐옥시, 할로겐, 시아노 또는 니트로를 나타내고, m은 2 내지 20의 범위 내의 정수를 나타냄)
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 배향막 및 상기 제2 배향막이 광 배향막인 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자.
  8. 제7항에 있어서, 상기 광 배향막의 구성 재료가, 광 반응을 발생함으로써 상기 광 배향막에 이방성을 부여하는 광 반응형의 재료이거나, 또는 광 이성화 반응을 발생함으로써 상기 광 배향막에 이방성을 부여하는 광 이성화 반응성 화합물을 포함하는 광 이성화형의 재료인 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자.
  9. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 배향 처리 기판이, 상기 제1 기재 위에 형성된 박막 트랜지스터(TFT)를 갖는 TFT 기판이고, 상기 제2 배향 처리 기판이, 상기 제2 전극층이 공통 전극인 공통 전극 기판인 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자.
  10. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 박막 트랜지스터를 사용한 활성 매트릭스 방식에 의해 구동시키는 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자.
  11. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 필드시퀀셜 컬러 방식에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자.
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