KR101097647B1 - 액정표시장치용 액정 배향막 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 의한 액정표시장치용 액정 배향막은, 폴리이미드(Polyimide, PI)계 고분자물질 또는 PI계 고분자물질의 공중합체(Copolymer)가 주쇄인 제 1배향층과; 상기 주쇄 중 소정 부분에 결합되는 알킬(Alkyl)기 측쇄(side chain)로서의 제 2배향층과; 상기 측쇄의 끝단에 연결되는 유전율 이방성을 갖는 메소젠(mesogen) 물질인 제 3배향층으로 구성됨을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 인가된 전압에 의해 상하기판 사이에 형성된 액정층뿐 아니라 상기 배향막의 측쇄 끝단에 연결된 메소젠(mesogen)이 제어됨으로써, 상기 액정층의 액정 배향을 촉진시켜 응답속도를 향상시킨다는 장점이 있다.
또한, 상기 배향막을 구성하는 주쇄(main chain)가 폴리이미드(polyimide, PI)계 고분자물질 또는 PI계 고분자물질의 공중합체(Copolymer)로 구성됨으로써, 열안정성 및 내구성, 내습성, 배향성, 내약품성을 구현할 수 있다는 장점이 있다.

Description

액정표시장치용 액정 배향막{liquid crystal alignment film for LCD}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 액정표시장치용 액정 배향막을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 의한 액정표시장치용 액정 배향막을 도시한 도면.
본 발명은 액정표시장치에 구비되는 배향막에 관한 것으로, 특히 전계인가에 의해 배향막에 구비된 액정이 제어되어 응답속도가 향상되는 액정표시장치용 액정 배향막에 관한 것이다.
일반적으로, 기존의 음극선관(CRT, cathode ray tube) 방식의 디스플레이 소자는 우수한 특성에도 불구하고, 화면이 커짐에 따라서 그 부피와 무게가 급속히 증가하는 단점 때문에 고화질, 대화면 및 평판형을 요구하는 최근의 멀티미디어 시스템에 사용되기에는 부적절하며, 이를 개선하기 위해 액정표시장치(Liquid Crystal Display)가 개발되었다.
액정표시장치는 두 투명 전극 기판 사이에 액정을 주입하고, 전계에 의해 액 정을 움직이는 방식으로, 현재까지 개발된 여러 종류의 평판 디스플레이 기술 중 가장 응용 제품이 많이 존재하며, 가장 넓은 시장 점유율을 보이고 있다. 이 액정 디스플레이 방식에서는 상기 기판 위에 배향막을 형성하고 이를 이용하여 액정을 일정한 방향과 특정 선경사각을 가지도록 배열하는데, 이 방법은 SiOx와 같은 무기 배향막을 사방 증착법으로 증착하여 액정을 배향하는 방법으로부터 폴리이미드와 같은 유기 배향막을 형성한 후 러빙법 등을 이용하여 액정을 배향시키는 방법 등이 있다.
가장 대표적인 액정 배향법인 러빙법은 러빙천을 이용하여 폴리이미드막 표면을 일정 방향으로 문질러서 액정을 배향시키는 방법으로써, 간단한 공정으로 인하여 현재 대부분의 생산라인에서 적용되고 있다.
이와 같은 종래의 폴리이미드 유기 배향막의 경우 수동적(passive)인 특성을 지니고 있는 바, 리빙에 의한 배향으로 초기 배향막의 배향을 이루게 되면, 그 이후 전압 인가와는 무관하게 동일한 배향을 유지하게 됨으로써, 배향막 부근의 액정은 배향막에 강하게 잡혀서 전압이 인가되더라도 거동을 거의 하지 않게 된다.
이에 따라 액정층의 응답 시간이 늦춰지는 단점이 있고, 전압이 인가되더라도 배향막 부근 액정들은 거의 초기 배향을 유지함으로써, 블랙 구현 및 시야각 특성 불량으로 소정의 보상 필름 사용이 불가피하고, 색 특성에도 문제가 될 수 있으며, 투과율 및 구동전압에도 영향을 미칠 수 있게 되는 단점이 있다.
본 발명은 액정표시장치의 상부 및/또는 하부기판 상에 형성되는 배향막에 있어서, 인가된 전압에 의해 상기 상하기판 사이에 형성된 액정층뿐 아니라 상기 배향막의 측쇄 끝단에 연결된 메소젠(mesogen)이 제어됨으로써, 상기 액정층의 액정 배향을 촉진시켜 응답속도를 향상시키고, 상기 배향막을 구성하는 주쇄(main chain)가 폴리이미드(polyimide, PI)계 고분자물질 또는 PI계 고분자물질의 공중합체(Copolymer)로 구성됨으로써, 열안정성 및 내구성, 내습성, 배향성, 내약품성을 구현함을 목적으로 하는 액정표시장치용 액정 배향막을 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 의한 액정표시장치용 액정 배향막은, 폴리이미드(Polyimide, PI)계 고분자물질 또는 PI계 고분자물질의 공중합체(Copolymer)가 주쇄인 제 1배향층과; 상기 주쇄 중 소정 부분에 결합되는 알킬(Alkyl)기 측쇄(side chain)로서의 제 2배향층과; 상기 측쇄의 끝단에 연결되는 유전율 이방성을 갖는 메소젠(mesogen) 물질인 제 3배향층으로 구성됨을 특징으로 한다.
여기서, 상기 액정 배향막 상부에는 벌크(bulk)층으로서 액정층이 구비되고, 상기 벌크층에 구비된 액정 및 상기 배향막 내에 구비된 제 3배향층이 인가되는 전계에 의해 제어되며, 상기 전계 제어되는 제 3배향층에 의해 상기 벌크층에 구비된 액정의 배향이 촉진됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 액정 배향막에 구비되는 제 3배향층의 메소젠은 상기 메소젠의 유전율 이방성의 sign과 벌크층에 구비된 액정의 유전율 이방성의 sign에 대해 모든 가능한 조합으로 설계가 가능함을 특징으로 한다.
또한, 상기 측쇄(side chain)로서의 알킬기는 상기 메소젠의 링 구조와 결합되는 것으로, 파라-(para-), 오르토-(ortho-) 또는 메타-(meta-) 위치에 선택적으로 결합함을 특징으로 한다.
또한, 상기 액정 배향막은 액정표시장치의 상부기판 및/또는 하부기판에 선택적으로 형성될 수 있으며, 상기 액정 배향막이 각각 상하 기판에 모두 사용된 경우, 상하 기판 내측에 구비된 액정 배향막의 제 3층 구성요소인 메소젠의 유전율 이방성 sign은 (+, +), (-, -), (+, -), (-, +)의 조합 중 하나 임을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 액정표시장치용 액정 배향막을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 액정 배향막은 폴리아세탈(Polyacetal)이 주쇄인 제 1배향층과, 상기 주쇄 중 링 구조에 결합되는 알킬(Alkyl)기 측쇄(side chain)로서의 제 2배향층과, 상기 측쇄의 끝단에 연결되는 유전율 이방성을 갖는 메소젠(mesogen) 물질인 제 3배향층으로 구성된다.
또한, 상기 액정 배향막 상부에는 도시된 바와 같이 벌크(bulk)층으로서 액정층이 구비되어 있다.
이와 같은 액정 배향막의 경우, 인가되는 전계에 의해 상기 벌크층 뿐 아니라 상기 배향막 내에 구비된 제 3배향층이 제어됨으로써, 결과적으로 상기 전계 제 어되는 제 3배향층에 의해 상기 벌크층에 구비된 액정의 배향이 촉진되므로 응답속도가 향상되는 특성이 있다.
여기서, 상기 액정 배향막은 액정표시장치의 상부기판 및/또는 하부기판에 선택적으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 액정 배향막에 구비되는 제 3배향층 즉, 메소젠은 상기 메소젠의 유전율 이방성의 sign과 벌크층에 구비된 액정의 유전율 이방성의 sign에 대해 모든 가능한 조합으로 설계가 가능하다.
또한, 상기 측쇄(side chain)로서의 알킬기는 상기 메소젠의 링 구조와 결합되는 것으로, 파라-(para-), 오르토-(ortho-) 또는 메타-(meta-) 위치에 선택적으로 결합함으로써, 수직, 수평 또는 수평 경사각을 유지하도록 상기 메소젠과 결합 가능하다.
또한, 상기 주쇄(main chain)와 측쇄(side chain) 끝단의 메소젠의 입체적인 영향을 차폐하기 위하여 상기 측쇄의 사슬 길이는 소정 길이 이상으로 하며, 이 때 상기 사슬은 스페이서의 역할을 하게 되며, 상기 측쇄 끝단에 연결된 메소젠은 2종 이상을 적용할 수 있다.
그러나, 러빙에 의해 유발되는 배향력은 주쇄에 가장 크게 의존하게 되는데. 상기 도 1에 도시된 액정 배향막의 경우 상기 배향막의 러빙에 의한 배향력은 폴리아세탈(Polyacetal) 폴리머(polymer)의 성질에 의존하기 때문에 기존의 PI계 배향막에 비해 배향력이 감소된다는 단점이 있다.
또한, 상기 폴리아세탈은 고분자화 과정 중 -OH기의 잔류 가능성이 높으며, 이러한 -OH기 및 주쇄의 구조 상 PI계에 배해 내열성, 내습성, 내약품성, 내구성이 낮다는 문제가 있다.
이를 극복하기 위해 본 발명의 다른 실시예는 상기 액정 배향막의 주쇄를 폴리이미드(PI)계 고분자물질 또는 PI계 고분자물질의 공중합체(Copolymer)로 구성함을 특징으로 한다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 의한 액정표시장치용 액정 배향막을 도시한 도면이다.
단, 이는 도 1과 비교할 때 주쇄를 구성하는 물질이 PI계로 변경되는 점에 차이가 있으므로, 도 1에 비해 보다 액정 배향막의 구성을 보다 간략히 도시하고 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 액정 배향막은 폴리이미드(Polyimide, PI)계 고분자물질 또는 PI계 고분자물질의 공중합체(Copolymer)가 주쇄인 제 1배향층과, 상기 주쇄 중 소정 부분에 결합되는 알킬(Alkyl)기 측쇄(side chain)로서의 제 2배향층과, 상기 측쇄의 끝단에 연결되는 유전율 이방성을 갖는 메소젠(mesogen) 물질인 제 3배향층으로 구성된다.
이와 같이 상기 주쇄를 구성하는 물질을 폴리이미드(Polyimide, PIl)계 고분자물질 또는 PI계 고분자물질의 공중합체(Copolymer)로 변경함으로써 도 1에 도시된 액정 배향막에 비해 배향성, 열안정성, 내구성, 내습성, 내약품성이 향상되는 것이다.
또한, 상기 액정 배향막 상부에는 도시된 바와 같이 벌크(bulk)층으로서 액 정층이 구비되어 있다.
이와 같은 액정 배향막의 경우, 인가되는 전계에 의해 상기 벌크층 뿐 아니라 상기 배향막 내에 구비된 제 3배향층이 제어됨으로써, 결과적으로 상기 전계 제어되는 제 3배향층에 의해 상기 벌크층에 구비된 액정의 배향이 촉진되므로 응답속도가 향상되는 특성이 있다.
여기서, 상기 액정 배향막에 구비되는 제 3배향층 즉, 메소젠은 상기 메소젠의 유전율 이방성의 sign과 벌크층에 구비된 액정의 유전율 이방성의 sign에 대해 모든 가능한 조합으로 설계가 가능하다.
즉, 상기 벌크층의 액정과 상기 제 3배향층을 구성하는 메소젠의 유전율 이방성의 sign은 (+, +), (-, -), (+, -), (-, +)의 조합을 가질 수 있다.
또한, 상기 측쇄(side chain)로서의 알킬기는 상기 메소젠의 링 구조와 결합되는 것으로, 파라-(para-), 오르토-(ortho-) 또는 메타-(meta-) 위치에 선택적으로 결합함으로써, 수직, 수평 또는 수평 경사각을 유지하도록 상기 메소젠과 결합 가능하며, 따라서, 이와 같은 액정 배향막은 IPS, VA, ECB, OCB, HAN, FFS 모드 액정표시장치에 적용이 가능하다.
또한, 상기 주쇄(main chain)와 측쇄(side chain) 끝단의 메소젠의 입체적인 영향을 차폐하기 위하여 상기 측쇄의 사슬 길이는 소정 길이 이상으로 하며, 이 때 상기 사슬은 스페이서의 역할을 하게 되며, 상기 측쇄 끝단에 연결된 메소젠은 2종 이상을 적용할 수 있다.
또한, 상기 액정 배향막은 액정표시장치의 상부기판 및/또는 하부기판에 선 택적으로 형성될 수 있다.
즉, 상기 액정 배향막이 하나의 기판에만 사용된 경우, 나머지 기판에는 기존의 일반적인 PI 배향막의 표면을 러빙하여 사용하거나, 또는 상기 PI 배향막을 형성하지 않을 수 있다.
또한, 상기 액정 배향막이 각각 상하 기판에 모두 사용된 경우, 상하 기판 내측에 구비된 액정 배향막의 제 3층 구성요소인 메소젠의 유전율 이방성 sign은 (+, +), (-, -), (+, -), (-, +)의 조합을 가질 수 있다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 인가된 전압에 의해 상하기판 사이에 형성된 액정층뿐 아니라 상기 배향막의 측쇄 끝단에 연결된 메소젠(mesogen)이 제어됨으로써, 상기 액정층의 액정 배향을 촉진시켜 응답속도를 향상시킨다는 장점이 있다.
또한, 상기 배향막을 구성하는 주쇄(main chain)가 폴리이미드(polyimide, PI)계 고분자물질 또는 PI계 고분자물질의 공중합체(Copolymer)로 구성됨으로써, 열안정성 및 내구성, 내습성, 배향성, 내약품성을 구현할 수 있다는 장점이 있다.

Claims (7)

  1. 폴리이미드(Polyimide, PI)계 고분자물질 또는 PI계 고분자물질의 공중합체(Copolymer)가 주쇄인 제 1배향층과;
    상기 주쇄에 결합되는 알킬(Alkyl)기 측쇄(side chain)로서의 제 2배향층과;
    상기 측쇄의 끝단에 연결되는 유전율 이방성을 갖는 메소젠(mesogen) 물질인 제 3배향층으로 구성되고,
    상기 제 3배향층의 메소젠은 상기 메소젠의 유전율 이방성의 sign과 벌크층에 구비된 액정의 유전율 이방성의 sign에 대해 모든 가능한 조합으로 설계되는 액정표시장치용 액정 배향막.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 액정 배향막 상부에는 상기 벌크(bulk)층으로서 액정층이 구비됨을 특징으로 하는 액정표시장치용 액정 배향막.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 벌크층에 구비된 액정 및 상기 배향막 내에 구비된 제 3배향층이 인가되는 전계에 의해 제어되며, 상기 전계 제어되는 제 3배향층에 의해 상기 벌크층에 구비된 액정의 배향이 촉진됨을 특징으로 하는 액정표시장치용 액정 배향막.
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 측쇄(side chain)로서의 알킬기는 상기 메소젠의 링 구조와 결합되는 것으로, 파라-(para-), 오르토-(ortho-) 또는 메타-(meta-) 위치에 선택적으로 결합함을 특징으로 하는 액정표시장치용 액정 배향막.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 액정 배향막은 액정표시장치의 상부기판 및 하부기판의 적어도 어느 하나의 기판에 선택적으로 형성될 수 있음을 특징으로 하는 액정표시장치용 액정 배향막.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 액정 배향막이 각각 상하 기판에 모두 사용된 경우, 상하 기판 내측에 구비된 액정 배향막의 제 3층 구성요소인 메소젠의 유전율 이방성 sign은 (+, +), (-, -), (+, -), (-, +)의 조합 중 하나 임을 특징으로 하는 액정표시장치용 액정 배향막.
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