KR101373462B1 - 폴리카보네이트계 감광성 액정 배향제 조성물, 이를 이용한액정 배향막 및 그 제조방법과 액정 배향막을 구비한액정표시장치 및 그 제조방법 - Google Patents

폴리카보네이트계 감광성 액정 배향제 조성물, 이를 이용한액정 배향막 및 그 제조방법과 액정 배향막을 구비한액정표시장치 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폴리카보네이트계 감광성 액정 배향제, 이를 이용한 액정 배향막및 그 제조방법과 액정 배향막을 구비한 액정표시장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 폴리카보네이트계 감광성 액정 배향제는 트리아진 고리의 측쇄에 하나 이상의 광활성 그룹을 갖는 하기 [화학식 1]의 구조를 갖고,
[화학식 1]
Figure 112013086217451-pat00001
여기서, p+q=1, 0≤p≤1 그리고 0≤q≤1이고, R1은 광활성 그룹이고, R2와 R3는 알코올 관능기 이며 R4는 R2와 R3를 결합시키는 카르보닐기인 것을 특징으로 한다.

Description

폴리카보네이트계 감광성 액정 배향제 조성물, 이를 이용한 액정 배향막 및 그 제조방법과 액정 배향막을 구비한 액정표시장치 및 그 제조방법{Polycarbonate liguid crystal composition, alignment film, liquid crystal display panel and manufacturing method thereof}
도 1은 종래의 액정표시장치의 분해 사시도.
도 2는 종래의 러빙드럼을 이용한 액정 배향막의 배향 공정을 나타낸 개략도.
도 3은 본 발명에 따른 폴리카보네이트계 감광성 액정 배향제가 함유된 액정 배향막을 제조하는 공정 순서도.
도 4는 본 발명에 따른 폴리카보네이트계 감광성 액정 배향제가 함유된 액정 배향막이 형성된 액정표시장치의 구성 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 폴리카보네이트계 감광성 액정 배향제가 함유된 액정 배향막이 형성된 액정표시장치를 제조하는 공정 순서도.
도 6은 본 발명에 적용되는 광배향 장치를 통해 액정 배향막에 대한 광조사 과정을 설명하기 위한 도면
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
102 : 상부기판 104 : 블랙 매트릭스
106 : 컬러필터 108 : 상부 배향막
118 : 공통전극 132 : 하부기판
136 : TFT 138 : 하부 배향막
170 : 상부 어레이 기판 172 : 자외선 램프
174 : 챔버 176 : 콜리메이터 렌즈
178 : 편광자 180 : 하부 어레이 기판
본 발명은 트리아진 고리를 이용한 하나 이상의 광활성 그룹을 갖는 폴리카보네이트계 감광성 액정 배향제, 이를 이용한 액정 배향막 및 그 제조방법과 액정 배향막을 포함하는 액정표시장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근, 정보화 사회가 도래함에 따라 다양한 정보를 사용자에게 제공하는 전달매체로서의 역학을 수행하는 영상표시장치에 대한 중요성이 어느 때보다 강조되고 있다.
이러한 영상표시장치의 주류를 이루고 있었던 종래의 음극선관(Cathode Ray Tube) 또는 브라운관은 무게와 부피가 큰 문제점이 있었고, 이러한 문제점을 해소하기 위해 다양한 종류의 평판표시소자(Flat Panel Display)가 개발되고 있다.
평판표시소자에는 액정표시소자(Liquid Crystal Display : LCD), 전계 방출 표시소자(Field Emission Display : FED), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel : PDP) 및 일렉트로루미네센스(Electroluminescence : EL) 등이 있고 이들 대부분이 실용화되어 시판되고 있다.
이 중에서 액정표시소자는 전자제품의 경박단소화 추세를 만족할 수 있고 양산성이 향상되고 있어 많은 응용분야에서 음극선관 또는 브라운관을 빠른 속도로 대체하고 있다.
특히, 박막트랜지스터(Thin Film Transistor : 이하, "TFT"라 한다)를 이용하여 액정셀을 구동하는 액티브 매트릭스 타입의 액정표시소자는 화질이 우수하고 소비전력이 낮은 장점이 있으며, 최근의 양산기술 확보와 연구개발의 성과로 대형화와 고해상도화로 급속히 발전하고 있다.
도 1을 참조하여 상술한 바와 같은 액정표시장치의 구성 및 동작에 대해 설명하면 다음과 같다.
액정표시장치는 전계를 이용하여 액정의 광투과율을 조절함으로써 화상을 표시하는 것으로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 박막 트랜지스터 기판 및 컬러필터기판, 두 기판 사이에 일정한 셀갭 유지를 위해 위치하는 스페이서 및 그 셀갭에 채워진 액정 등을 구비한다.
여기서, 박막 트랜지스터 기판(70)은 서로 교차되게 형성된 게이트 라인(71) 및 데이터 라인(72), 그들(71,72)의 교차부에 형성된 박막 트랜지스터(73), 박막 트랜지스터(73)와 접속된 화소전극(74) 및 액정 배향을 위해 도포된 하부 배향막 (미도시)으로 구성된다.
이때, 박막 트랜지스터(73)는 데이터 라인(72)에 접속된 소스전극, 채널을 사이에 두고 소스전극과 대향하는 드레인 전극 및 채널을 형성하는 반도체층으로 구성된다. 이때, 반도체층은 소스전극과 드레인 전극 사이에 채널을 형성하는 활성층과, 활성층 상에 위치하여 소스전극 및 드레인 전극과 오믹 접촉을 수행하는 오믹 접촉층을 포함한다.
칼라필터기판(80)은 빛샘 방지를 위한 블랙 매트릭스(81), 칼라 구현을 위한 칼러 필터(82), 화소 전극(74)과 수직전계를 이루는 공통전극(83) 및 액정 배향을 위해 도포된 상부 배향막(84)으로 구성된다.
이때, 배향막은 박막 트랜지스터 기판(70)과 컬러필터기판(80) 사이에 개재되는 액정(90)을 소정 방향으로 배향시키기 역할을 수행하는 것으로서, 배향막 상에는 러빙장치를 이용하여 폴리이미드 등의 유기막에 대한 러빙공정이 수행됨에 따라 액정이 정렬되는 배향홈(미도시)이 형성된다.
여기서, 액정표시장치는 박막 트랜지스터 기판과 컬러필터기판을 별도로 제작하여 합착한 다음 액정을 주입하고 봉입함으로써 완성하게 된다.
종래, 상술한 바와 같이 구성된 액정표시장치를 구성하는 배향막은, 도 2에 도시된 바와 같이, 기판(10)상에 폴리이미드 등과 같은 배향물질(20)을 도포한 후 러빙드럼(30)을 이용한 러빙공정을 수행함으로써 형성되었다.
즉, 기판(10)상에 폴리이미드 등의 고분자 화합물인 배향막(20)을 프린팅 방법 등에 의해 도포하고 이 표면을 나이론이나 폴리에스테르 레이온 섬유를 식모한 천이 감긴 러빙드럼(30)으로 고속 회전시켜 문지름으로써 중합체의 표면에 아주 미세한 홈을 형성하는 방법이다.
이때, 러빙 공정을 거치면서 액정 분자는 배향막(20) 표면에서 일정한 선경사각(θ)을 갖고 배향되는데 이러한 러빙방법은 공정이 간단하며 대면적화와 고속처리가 가능하여 공업적으로 널리 이용되는 장점이 있다.
그러나, 배향포(31)와 배향막(20)의 마찰강도에 따라 배향막(20))에 형성되는 미세홈 (microgroove)의 형태가 달라지기 때문에 액정분자의 배열이 불균일하게 되어 위상왜곡(phase distortion)과 광산란(light scattering)이 발한다는 문제점이 있었다.
또한, 러빙 드럼(30)의 배향포(31)가 고분자 표면을 러빙함으로써 발생하는 정전기(ESD: ElectroStatic Discharge)로 인한 기판(2) 손상과 러빙드럼(30)에서 생성되는 미세한 먼지 등에 의해 생산수율이 저하되는 문제점이 있었다.
그리고, 광시야각을 달성하기 위한 방법의 하나로서 화소 한 개를 작은 화소로 각각 분할하여 각 분할 화소의 액정 배향 상태가 달라지게 함으로써 시야각을 넓히는 멀티도메인(multi-domain) 디스플레이를 만들고자 할 경우 배향막 코팅, 러빙, 포토레지스트의 코팅, 노출(exposure) 및 현상(development), 러빙, 포토레지스트의 제거 등의 복잡한 리소그래피공정(lithographic process)이 요구되어 생산성 측면에서 바람직하지 못하다는 단점이 있었다.
상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위해, 본 발명의 목적은 트리아진고리를 이용한 하나 이상의 광활성 그룹을 갖는 폴리카보네이트계 감광성 액정 배향제를 제공하는 데 있다.
본 발명은 폴리카보네이트계 감광성 액정 배향제를 함유한 액정 배향막 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명은 폴리카보네이트계 감광성 액정 배향제를 함유한 액정 배향막을 포함하여 구성된 액정표시장치 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 폴리카보네이트계 감광성 액정 배향제 조성물은, 트리아진 고리의 측쇄에 하나 이상의 광활성 그룹을 갖는 하기 [화학식 1]의 구조를 갖고,
[화학식 1]
Figure 112006046892414-pat00002
여기서, p+q=1, 0≤p≤1 그리고 0≤q≤1이고, R1은 광활성 그룹이고, R2와 R3는 알코올 관능기 이며 R4는 R2와 R3를 결합시키는 카르보닐기 인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 액정 배향막은 [화학식 1]의 구조를 갖는 폴리카보네이트계 감광성 액정 배향제가 함유된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 액정 배향막의 제조 방법은, [화학식 1]의 구조를 갖는 폴리카보네이트계 감광성 액정 배향제를 혼합용매에 용해시켜 혼합용액을 형성하는 단계; 혼합용액을 기판상에 도포하여 액정 배향막을 형성하는 단계; 및 액정 배향막의 표면에 편광자를 이용하여 소정 각도로 광조사를 수행하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 액정표시장치는, 액정을 사이에 두고 상호 대향하는 상부 어레이 기판 및 하부 어레이 기판; 상부 어레이 기판 및 하부 어레이 기판 각각에 형성되어 상기 액정을 배향시키는 액정 배향막을 구비하고, 액정 배향막은 [화학식 1]의 구조를 갖는 폴리카보네이트계 감광성 액정 배향제가 함유된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 액정표시장치의 제조방법은, 상부 어레이 기판 및 하부 어레이 기판상에 폴리카보네이트계 감광성 액정 배향제가 함유된 액정 배향막을 형성하는 단계; 액정 배향막에 자외선을 이용한 광조사를 수행하여 액정 배향을 위한 배향홈을 형성하는 단계; 배향홈이 형성된 액정 배향막 상에 샐갭 형성을 위한 스페이서를 분사시키는 단계; 및 상부 어레이 기판 및 하부 어레이 기판을 합착한 후 액정을 주입시키는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 폴리카보네이트계 감광성 액정 배향제의 구조에 대해 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 폴리카보네이트계 감광성 액정 배향제는 트리아진 고리의 측쇄에 하나 이상의 광활성 그룹을 갖는 하기 [화학식 1]의 구조를 갖는다.
[화학식 1]
Figure 112006046892414-pat00003
(여기서, p+q=1, 0≤p≤1 그리고 0≤q≤1이고, R1은 광활성 그룹이고, R2와 R3는 알코올 관능기 이며 R2와 R3를 연결하는 R4는 다이올과 포스겐의 화학반응에서 얻어진 카르보닐기를 나타낸다).
이때, 트리아진 고리의 측쇄에 연결되는 광활성 그룹 중 어느 하나는 광분해를 거칠 수 있고, 다른 하나는 프리스 광자리 옮김을 거칠 수 있고, 나머지 자리들은 생성된 배향의 강화, 수정 및 보전을 위한 광이량화 또는 광교차 결합화를 거칠 수도 있다.
여기서, 상기 [화학식 1]의 트리아진 고리의 측쇄에 연결된 광활성 그룹(R1)은 하기 [화학식 2]의 구조를 갖는 시나메이트계 화합물인 것이 바람직하다.
[화학식 2]
Figure 112006046892414-pat00004
여기서, 상기 [화학식 2]에 표시된 벤젠고리는 para-구조, ortho-구조 또는 meta-구조일 수도 있으며, 이들 중 적어도 둘 이상의 혼합구조로 된 것일 수도 있다.
이때, 트리아진 고리의 측쇄에 연결된 시나메이트계 광활성 그룹은 나타내는 상기 [화학식 2]에 있어서, 기호 X는 하기 [화학식 2a] 중에서 어느 하나인 것이 바람직하다.
[화학식 2a]
Figure 112006046892414-pat00005
(여기서, m과 n은 각각 0~10이다)
이때, 상기 [화학식 2a]에 표시된 벤젠고리는 para-구조, ortho-구조 또는 meta-구조일 수도 있으며, 이들 중 적어도 둘 이상의 혼합구조로 된 것일 수도 있다.
그리고, 트리아진 고리의 측쇄에 연결된 시나메이트계 광활성 그룹은 나타내 는 상기 [화학식 2]에 있어서, 기호 Y는 하기 [화학식 2b] 중에서 어느 하나인 것이 바람직하다.
[화학식 2b]
Figure 112006046892414-pat00006
여기서, [화학식 2b]에 표시된 벤젠고리는 para-구조, ortho-구조 또는 meta-구조일 수도 있으며, 이들 중 적어도 둘 이상의 혼합구조로 된 것일 수도 있다.
이때, [화학식 2b]에 표시된 1,2,3,4,5,6,7,8 및 9는 하기 [화학식 2c] 중에서 어느 하나인 것이 바람직하다.
[화학식 2c]
Figure 112006046892414-pat00007
(여기서, m과 n은 각각 0~10이고, A와 B는 H, F, Cl, CN, CF 3 또는 CH 3 이며, 벤젠고리는 para-구조, ortho-구조 또는 meta-구조일 수도 있으며 이들 중 적어도 둘 이상의 혼합구조로 된 것일 수도 있다)
그리고, 상기 [화학식 1]의 트리아진 고리의 측쇄에 연결된 광활성 그룹(R1)은 하기 [화학식 3]의 구조를 갖는 칼콘계 화합물인 것이 바람직하다.
[화학식 3]
Figure 112006046892414-pat00008
(여기서, n은 0 ~ 10이고, 벤젠고리는 para-구조, ortho-구조 또는 meta-구조일 수도 있으며 이들 중 적어도 둘 이상의 혼합구조로 된 것일 수도 있다)
이때, 상기 [화학식 3]에 표시된 1,2 ,3 ,4 및 5는 하기 [화학식 3a] 중에서 어느 하나인 것이 바람직하다.
[화학식 3a]
Figure 112006046892414-pat00009
(여기서, m과 n은 각각 0~10이고, A와 B는 H, F, Cl, CN, CF 3 또는 CH 3 이며, 벤젠고리는 para-구조, ortho-구조 또는 meta-구조일 수도 있으며 이들 중 적어도 둘 이상의 혼합구조로 된 것일 수도 있다)
그리고, 상기 [화학식 1]의 트리아진 고리의 측쇄에 연결된 광활성 그룹(R1)은 하기 [화학식 4]의 구조를 갖는 쿠마린계 화합물인 것이 바람직하다.
[화학식 4]
Figure 112006046892414-pat00010
(여기서, n은 0 ~ 10이고, 벤젠고리는 para-구조, ortho-구조 또는 meta-구조일 수도 있으며 이들 중 적어도 둘 이상의 혼합구조로 된 것일 수도 있다)
이때, 상기 [화학식 4]에 표시된 1,2 ,3 ,4 및 5는 하기 [화학식 4a] 중에서 어느 하나이다.
[화학식 4a]
Figure 112006046892414-pat00011
(여기서, m과 n은 각각 0~10이고, A와 B는 H, F, Cl, CN, CF3 또는 CH3 이며, 벤젠고리는 para-구조, ortho-구조 또는 meta-구조일 수도 있으며 이들 중 적어도 둘 이상의 혼합구조로 된 것일 수도 있다)
그리고, 상기 [화학식 1]의 트리아진 고리의 측쇄에 연결된 광활성 그룹(R1)은 하기 [화학식 5]의 구조를 갖는 말레이미드계 화합물인 것이 바람직하다.
[화학식 5]
Figure 112006046892414-pat00012
이때, 상기 [화학식 5]에 표시된 Y는 하기 [화학식 5a] 중에서 어느 하나이다.
[화학식 5a]
Figure 112006046892414-pat00013
(여기서, m과 n은 각각 0~10이고, 벤젠고리는 para-구조, ortho-구조 또는 meta-구조일 수도 있으며 이들 중 적어도 둘 이상의 혼합구조로 된 것일 수도 있다)
이때, 상기 [화학식 5a]에 표시된 1과 2는 하기 [화학식 5b] 중에서 선택되는 것이 바람직하다.
[화학식 5b]
Figure 112006046892414-pat00014
(여기서, A는 H, F, Cl, CN, CF3 또는 CH3 이다)
여기서, 상기 [화학식 1]을 구성하는 트리아진 고리의 또 다른 측쇄에 연결된 R2와 R3를 연결하는 R4는 다이올과 포스겐의 반응에서 얻어지는 카르보닐기로, 그 반응의 일반적인 형태는 하기 [반응식 1]과 같다.
[반응식 1]
Figure 112006046892414-pat00015
이때, [화학식 1]의 트리아진 고리의 또 다른 측쇄에 연결된 R2 및 R는 상기 [반응식 1]의 알코올에 기인한 것으로서, 하기 [화학식 6] 중에서 선택된 어느 하나에서 얻어진다.
[화학식 6]
Figure 112013086217451-pat00061
(여기서, m과 n은 각각 0~10이고, A와 1,2,3,4,5,6,7 및 8은 H, F, Cl, CN, CF3 또는 CH3이며, 벤젠고리는 para-구조, ortho-구조 또는 meta-구조일 수도 있으며 이들 중 적어도 둘 이상의 혼합구조로 된 것일 수도 있다)
이하, 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 폴리카보네이트계 감광성 액정 조성물을 포함하는 액정 배향막의 제조 방법에 대해 설명한다. 여기서, 도 3은 본 발명에 따른 액정 배향막의 제조 순서도 이다.
먼저, 본 발명에 따른 트리아진 고리의 측쇄에 하나 이상의 광활성 그룹을 갖는 폴리카보네이트계 감광성 액정 배향제(이하, 광배향제라 칭함)을 8wt%의 농도로 NMP와 부필셀루솔브의 혼합용매에 용해시켜 소정의 점도, 예를 들면 1~100cps의 점도를 갖는 혼합용액을 형성한다(S301).
이후, 본 발명에 따른 광배향제가 함유된 혼합용액을 스핀코팅 또는 프린팅 방식 등을 통해 투명전극이 형성된 기판상에 전면 도포한다(S302). 이때, 기판상에 도포되는 혼합용액의 두께는 약 50nm ~ 500nm인 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이 기판상에 소정의 두께로 광배향제가 함유된 혼합용액을 도포한 후, 유리기판을 150 ~ 250 0C의 온도에서 약 1~2시간 동안 건조시켜 혼합용액 속에 포함된 용매를 건조시킴으로써 광배향제가 함유된 액정 배향막을 형성한다(S303).
이후, 액정 배향막의 표면에 편광자를 이용하여 약 500W의 수은 램프를 이용하여 약 200 각도로 2초 ~ 10분간 1회의 자외선 광조사를 수행한다(S304).
상술한 바와 같이 수은 램프를 이용한 광조사를 통해 광배향제에 함유된 광활성 그룹의 공중합, 고분자 사슬의 광분해 등 복합적인 광반응을 유도함으로써 액정 배향막을 최종적으로 형성한다(S305).
이하, 도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 광배향제를 함유한 액정 배향막을 포함하여 구성된 액정표시장치의 구성 및 그 제조 방법에 대해 설명한다. 여기서, 도 4는 본 발명에 따른 광배향제가 함유된 액정 배향막을 포함하는 액정표 시장치의 단면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 액정표시장치의 제작 순서도 이다.
본 발명에 따른 광배향제를 함유한 액정 배향막을 포함하여 구성된 액정표시장치는, 도 4에 도시된 바와 같이, 상부기판(102) 상에 순차적으로 형성된 블랙 매트릭스(104), 컬러필터(106), 공통전극(118), 상부 배향막(108)으로 구성되는 상부 어레이 기판(또는 컬러필터 어레이 기판)(170)과, 하부기판(132) 상에 형성된 박막 트랜지스터(TFT)(136)와, 화소전극(116) 및 하부 배향막(138)으로 구성되는 하부 어레이 기판(180)과, 상부 어레이 기판(170) 및 하부 어레이 기판(180) 사이에 내부공간에 주입되는 액정(152)을 구비한다.
상부 어레이 기판(170)에 있어서, 블랙 매트릭스(104)는 하판의 TFT(106) 영역과 도시하지 않은 게이트라인들 및 데이터라인들 영역에 대응되어 상부기판(102) 상에 형성되며, 컬러필터(106)가 형성될 셀영역을 마련한다. 블랙 매트릭스(104)는 빛샘을 방지함과 아울러 외부광을 흡수하여 콘트라스트를 높이는 역할을 한다.
컬러필터(106)는 블랙 매트릭스(104)에 의해 분리된 셀영역 및 블랙 매트릭스(104)에 걸쳐 형성된다. 이 컬러필터(106)는 R,G,B 별로 형성되어 R, G, B 색상을 구현한다.
공통전극(118)에는 액정의 움직임을 제어하기 위한 공통전압이 공급된다.
상부 배향막(108)은 본 발명에 따른 상기 [화학식 1]로 표시된 트리아진 고리의 측쇄에 하나 이상의 광활성 그룹을 갖는 폴리카보네이트계 감광성 액정 배향제 조성물을 포함하여 구성된다.
이때, 상부 배향막(108)에는 수은 램프를 이용한 자외선 광배향에 의해 비접 촉 방식을 통해 액정 배향을 위한 배향홈이 형성되고, 이에 의해 상술한 바와 같은 종래의 접촉식 러빙 공정에서 발생되는 문제점을 방지할 수 있다.
스페이서(13)는 상부 어레이 기판과 하부 어레이 기판 사이의 셀 갭을 유지하는 역할을 한다.
하부 어레이 기판(180)에 있어서, TFT(136)는 게이트라인과 함께 하부기판(132) 위에 형성되는 게이트전극(109)과, 이 게이트전극(109)과 게이트 절연막(144)을 사이에 두고 중첩되는 반도체층(114,147)과, 반도체층(114,147)을 사이에 두고 데이터라인(도시하지 않음)과 함께 형성되는 소스/드레인전극(140,142)을 구비한다.
이러한 TFT(136)는 게이트라인으로 부터의 스캔신호에 응답하여 데이터라인으로부터 화소신호를 화소전극(116)에 공급한다.
화소전극(116)은 광투과율이 높은 투명전도성 물질로 보호막(150)을 사이에 두고 TFT(136)의 드레인 전극(142)과 접촉된다.
하부 배향막(138)은 본 발명에 따른 상기 [화학식 1]로 표시된 트리아진 고리의 측쇄에 하나 이상의 광활성 그룹을 갖는 폴리카보네이트계 감광성 액정 배향제 조성물을 포함하여 구성된다.
이때, 배향막에는 수은 램프를 이용한 자외선 광배향에 의해 비접촉 방식을 통해 액정 배향을 위한 배향홈이 형성되고, 이에 의해 상술한 바와 같은 종래의 접촉식 러빙 공정에서 발생되는 문제점을 방지할 수 있다.
이하, 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 광배향제를 함유한 액정 배향막을 포 함하여 구성된 액정표시장치의 제조방법에 대해 설명한다.
먼저, 상부기판(102) 상에 셀영역을 구획하는 블랙 매트릭스(104), 블랙 매트릭스(104)에 의해 구획되는 셀영역에 위치하는 컬러필터(106) 등의 컬러필터 어레이가 형성된 상부 어레이 기판(170)을 형성한다(S501).
상부 어레이 기판(170)의 제조공정과 별도로, 신호라인, 박막 트랜지스터(106), 화소전극(118) 등의 박막 트랜지스터 어레이가 형성된 하부 어레이 기판(180)을 형성한다(S502).
이하, 상부 어레이 기판(170) 및 하부 어레이 기판(180)에 상기 [화학식 1]표시된 트리아진 고리의 측쇄에 하나 이상의 광활성 그룹을 갖는 광배향제를 도포한다(S503).
이와 같이, 광배향제가 도포된 상부 어레이 기판(170) 및 하부 어레이 기판(180)을 도 6에 도시된 광배향 장치 내로 로딩한다.
도 6에 도시된 광배향장치에는 배향물질(108a)이 도포된 상부 어레이 기판(170) 및 하부 어레이 기판(180) 등이 로딩되는 챔버(174), 챔버(174) 상부에 위치하는 자외선(UV) 램프(172)를 포함한다.
챔버(174)에는 자외선(UV) 램프(172)로부터의 자외선(UV)을 집광하기 위한 콜리메이터(collimator) 렌즈(176), 콜리메이터(collimator) 렌즈(176)를 투과한 자외선을 선편광으로 편광시키는 편광자(178)을 구비한다.
이러한, 광배향장치를 이용하여 상부 및 하부 어레이 기판 상에 도포된 광배향제에 대한 광배향 공정을 실시한다(S504). 즉, 자외선램프(172)로부터의 자외선 이 편광자(178)를 통과하면서 선편광으로 편광되고 편광된 선편광이 광배향제(108a)에 조사됨으로써 광배향제에 함유된 광활성 그룹이 광화학반응을 하게 된다. 이에 따라, 등방성이었던 배향물질(108a)이 이방성으로 변환되게 됨으로써 광배향막이 형성될 수 있게 된다.
상술한 바와 같이 광배향 장치를 이용한 상부 및 하부 배향막(108,138)이 형성된 후, 액정(152)을 사이에 두고 상부 어레이 기판(170) 및 하부 어레이 기판(180)이 합착됨으로써 액정표시패널(190)이 완성된다(S505).
이와 같이, 광배향제를 이용하는 배향막 형성 방식은 IPS 모드 및 TN 모드의 액정표시패널 뿐만 아니라, ECB(Electrical Controlled Birefringence), 나아가 VA(Vertical Alignment) 모드의 액정표시패널에도 용이하게 적용될 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 여기서, 본 발명은 하기 실시예에 한정되는 것은 아니라 첨부된 특허청구범위내에서 다양한 형태의 실시예들이 구현될 수 있으며, 단지 하기 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 함과 동시에 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 실시를 용이하게 하고자하는 것이다.
[실시예 1]
먼저, 본 발명에 따른 [화학식 1]에서 광활성 그룹(R1)이 [화학식 2]의 신나메이트계 화합물로 구성된 폴리카보네이트 감광성 고분자 액정 배향제 조성물, 이를 이용한 액정 배향막 및 그 제조방법과 액정 배향막이 형성된 액정표시장치 및 그 제조방법에 대해 설명한다.
(1) 알코올 관능기의 도입
4-(2-테트라히드로피라닐옥시)브로모벤젠 90g을 질소가 충진된 3구 플라스크에 500ml의 테트라히드로푸란으로 용해시킨 후 마그네슘 9.6g과 3시간 동안 반응시킨다.
이후, 이 용액을 시아누릭 클로라이드 18.4g을 테트라히드로퓨란 200ml를 넣어 용해시킨 용액에 적하시키면서 약 6시간 동안 용매가 리플럭스 되는 온도에서 반응을 시킨다.
반응을 종료시킨 후 반응용액에 피리디늄파라톨루엔설포네이트 3g을 넣고 6시간 동안 반응을 더 진행하였다. 상기 반응을 종결시킨 다음 감압 증류하여 테트라히드로퓨란을 제거시킨 후 메틸렌클로라이드에 녹여 실리카젤로 충진된 필터를 통과시킨 후 다시 감압 증류하여 용매를 제거한다.
마지막으로 메틸렌클로라이드와 노말헥산의 1:1 혼합용매에서 재결정을 한 후, 감압여과하였다. 얻어진 고체상의 물질을 진공건조하여 2,4,6-트리히드록시페닐-1,3,5-트리아진을 얻는다.
(2) 신나모일 관능기를 갖는 다이올 단량체의 합성
신나믹산 14.8g을 질소가 충진된 둥근 바닥 플라스크에 넣고 티오닐클로라이드 (SOCl2) 17.8g을 첨가하여 교반 시킨다.
그리고, 플라스크 안에 디메틸포름아미드(DMF) 0.5ml를 추가로 첨가한 후 상온에서 24시간 반응시킨다. 상기 반응을 종료시킨 후 감압 증류하여 신나모일클로 라이드 16g을 얻는다.
이후, 상기 (1)의 방법으로 얻은 2,4,6-트리히드록시페닐-1,3,5-트리아진을 35.7g을 둥근 바닥 플라스크에 넣고 클로로포름 400ml에 녹인다. 이 용액에 트리에틸아민 15.2g을 첨가한 후 온도를 -50C 낮춘 후 앞에서 얻은 신나모일클로라이드 16g에 수분을 제거시킨 테트라히드로퓨란 20ml를 넣에 희석시킨 신나믹클로라이드 용액을 천천히 적하시키면서 격렬하게 12시간 교반시켜 반응시킨다.
상기 반응을 종료시킨 후 반응용액을 감압 증류하여 테트라히드로퓨란을 제거시킨 상태에서 메틸렌클로라이드에 녹인 후 실리카젤로 충진된 필터를 통과시킨 후 다시 감압 증류하여 용매를 제거시킨다.
마지막으로 메틸렌클로라이드와 노말헥산의 1:1 혼합용매에서 재결정을 한 후, 감압여과하였다. 얻어진 고체상의 물질을 진공건조하여 신나모일 관능기를 갖는 다이올 단량체를 얻는다.
(3) 시나메이트 감광성 관능기를 갖는 폴리카보네이트 감광성 고분자 액정 배향제의 중합
상기 (2)의 방법으로 얻은 트리아진 단량체 48.7g을 질소가 충진된 둥근바닥 플라스크에 넣고 피란 400ml에 녹인다. 이 용액에 포스겐을 버블링하며 격렬하게 교반시켜 12시간 반응을 시킨다.
상기 반응이 종결 후 메탄올에 반응용액을 천천히 흘려주에 침전을 시키고 여과하여 침전물을 진공 건조시킨다.
이후, 얻어진 침전물을 다시 엔-메틸피롤리돈에 용해시킨 후 메탄올에 침전시키는 과정을 2회 반복 후 진공건조시킴으로써 최종적으로 트리아진 고리를 이용하여 신나메이트 감광성 관능기를 갖는 폴리카보네이트계 고분자 액정 배향제 32.1g을 합성한다.
(4)액정 배향막의 제조
상기 (1) 내지 (3)을 통해 수득된 폴리카보네이트계 고분자 액정 배향제(이하, 광배향제로 칭함)를 8wt%의 농도로 NMP와 부틸셀루솔브의 혼합용매에 용해시킨다.
이후, 광배향제가 용해된 혼합용액 0.1㎛의 미세공 크기를 갖는 여과막에 통과시켜 용해되지 않은 불순물 입자를 제거한다.
그 다음, 상기 불순물 입자가 제거된 소정의 점성을 갖는 광배향제를 투명 전극이 도포된 유리기판 위에 50~500㎚의 두께로 프린팅 하여 도포시키고, 유리기판을 150~250℃에서 약 1~2시간 동안 건조시켜 용매를 제거한다.
이후, 상기 유리기판을 500W 수은 램프의 자외광에 대하여 20°의 각도로 2초에서 10분간 1회의 광조사를 통한 시나메이트기의 광중합, 고분자 사슬의 광분해 등 복합적인 광반응을 유도하여 고분자 액정 배향막을 제조한다.
(5) 액정표시장치의 제작
상기(4)의 과정을 통해 제조된 액정 배향막이 형성된 두개의 유리기판 위에 4~5㎛의 크기를 갖는 스페이서를 뿌린다.
이후, 에폭시 접착제를 이용하여 2개의 유리기판 사이의 두께(cell gap)가 4~5㎛가 되도록 부착시킨다.
그 다음 두개의 유리기판을 130℃에서 1시간 동안의 경화공정을 거치게 함으로서 에폭시 접착제를 경화시켜 두 개의 유리기판을 완전히 접착시킨다.
이후, 두개의 유리기판 사이에 형성된 셀에 액정을 주입한 후 100~130℃에서 1시간동안 열을 가한 후에 온도를 다시 상온으로 떨어뜨리는 열처리 공정을 1회 진행한다.
[실시예 2]
이하, 본 발명에 따른 [화학식 1]에서 광활성 그룹(R1)이 [화학식 3]의 칼콘계 화합물로 구성된 폴리카보네이트 감광성 고분자 액정 배향제 조성물, 이를 이용한 액정 배향막 및 그 제조방법과 액정 배향막이 형성된 액정표시장치 및 그 제조방법에 대해 설명한다.
(1) 칼콘 감광성 관능기의 합성
4-메톡시칼콘 10g과 시안화나트륨 2.05g을 디메틸설폭시드 100ml에 용해시킨 후 24시간동안 반응시킨다.
상기 반응을 종결시킨 후 반응용액을 클로로포름에 혼합한 후 증류수와 교반시켜 불순물을 추출한다. 수용액 상을 제거한 후 상온에서 감압시켜 클로로포름을 제거한다.
이후, 남아있는 고체상을 메탄올에서 재결정을 한 후 40℃에서 진공건조하여 광반응을 위한 측쇄 4-히드록시칼콘을 얻는다.
(2) 트리아진 고리에 칼콘 감광성 관능기의 도입
상기 (1)의 과정을 통해 합성된 4-히드록시칼콘 23.8g을 질소가 충진된 둥근바닥 플라스크에 넣고 수분을 제거한 테트라히드로퓨란 240ml에 녹인다. 이후, 수소화나트륨(NaH) 2.4g을 넣고 상온에서 6시간 동안 반응을 시킨다.
이후, 이 용액을 상기 [실시예 1]의 (1)과 같이 트리아진 18.4g을 둥근바닥플라스크에 넣고 수분이 제거된 테트라히드로퓨란 200ml에 녹인 용액에 -50C에서 천천히 적하시키면서 격렬하게 교반하며 24시간 동안 반응시킨다.
상기 반응을 종결시킨 후 감압 증류하여 테트라히드로퓨란을 제거하여 얻어진 고체를 다시 클로로포름에 용해시킨다. 이 용액을 분별 깔대기에서 증류수로 3회 씻어 불순물을 추출한 후 칼슘 크로라이드로 수분을 제거한다.
수분이 제거된 용액을 다시 감압 증류하여 클로로포름을 제거한 후 메틸렌클로라이드와 노말핵산의 혼합용매로 재결정한다.
이후, 얻어진 물질을 감압 여과한 후 진공건조하여 칼콘 감광성 관능기를 갖는 트리아진을 얻는다.
(3) 다이올 관능기를 갖는 트리아진 단량체의 합성
51.4g의 4-(2-테트라히드로피라닐옥시)브로모벤젠을 수분이 제거된 테트라 히드로푸란 300ml에 녹인 후 질소상태 하에서 마그네슘 7.2g과 6시간 동안 반응시킨다.
이후, 이 용액에 상기 (2)에서 합성된 칼콘 감광성 관능기를 갖는 트리아진 38.6g을 수분이 제거된 테트라히드로푸란 300ml에 녹인 후 앞에서 제조한 그리나드 시약 용액에 상온에서 적하시키면서 12시간 동안 반응시킨다.
상기 반응을 종결시킨 후 반응용액에 피리디늄파라톨루엔설포네이트 3g을 넣고 6시간 동안 반응을 더 진행시킨다.
상기 반응을 최종적으로 종결시킨 후 반응용액을 감압 증류하여 테트라히드로퓨란을 제거시킨 다음 메틸렌클로라이드에 녹여 실리카젤로 충진된 필터를 통과시킨 후 다시 감압증류하여 용매를 제거시킨다.
이후, 메틸렌클로라이드와 노말헥산의 1:1 혼합용매에서 재결정을 한 후 감압 여과한다.
상술한 바와 같이 감압 여과하여 얻어진 고체상의 물질을 진공건조하여 다이올 관능기를 같는 단량체를 얻는다.
(4) 칼콘 감광성 관능기를 갖는 폴리카보네이트 감광성 고분자 액정 배향제의 중합
상기 (3)의 방법으로 얻은 트리아진 단량체 50.1g을 질소가 충진된 둥근바닥 플라스크에 넣고 피란 500ml에 녹인다. 이 용액에 포스겐을 버블링하며 격렬하게 교반시켜 12시간 동안 반응시킨다.
상기 반응이 종결된 후 메탄올에 반응용액을 천천히 흘려주에 침전을 시키고 여과하여 침전물을 진공 건조시킨다.
이후, 상기 진공 건조시켜 얻어진 침전물을 다시 엔-메틸피롤리돈에 용해시킨 후 메탄올에 침전시키는 과정을 2회 반복 후 진공건조시켜 최종적으로 트리아진 고리를 이용하여 칼콘 감광성 관능기를 갖는 폴리카보네이트계 고분자 액정 배향제 31.3g을 합성한다.
(5)액정 배향막의 제조
상기 (1) 내지 (4)을 통해 수득된 폴리카보네이트계 고분자 액정 배향제(이하, 광배향제로 칭함)를 8wt%의 농도로 NMP와 부틸셀루솔브의 혼합용매에 용해시킨다.
이후, 광배향제가 용해된 혼합용액 0.1㎛의 미세공 크기를 갖는 여과막에 통과시켜 용해되지 않은 불순물 입자를 제거한다.
그 다음, 상기 불순물 입자가 제거된 소정의 점성을 갖는 광배향제를 투명 전극이 도포된 유리기판 위에 50~500㎚의 두께로 프린팅 하여 도포시키고, 유리기판을 150~250℃에서 약 1~2시간동안 건조시켜 용매를 제거한다.
이후, 상기 유리기판을 500W 수은 램프의 자외광에 대하여 20°의 각도로 2초에서 10분간 1회의 광조사를 통한 칼콘기의 광중합, 고분자 사슬의 광분해 등 복합적인 광반응을 유도하여 고분자 액정 배향막을 제조한다.
(6) 액정 표시장치의 제작
상기(5)의 과정을 통해 제조된 액정 배향막이 형성된 두개의 유리기판 위에 4~5㎛의 크기를 갖는 스페이서를 뿌린다.
이후, 에폭시 접착제를 이용하여 2개의 유리기판 사이의 두께(cell gap)가 4~5㎛가 되도록 부착시킨다.
그 다음 두개의 유리기판을 130℃에서 1시간 동안의 경화공정을 거치게 함으로서 에폭시 접착제를 경화시켜 두 개의 유리기판을 완전히 접착시킨다.
이후, 두개의 유리기판 사이에 형성된 셀에 액정을 주입한 후 100~130℃에서 1시간동안 열을 가한 후에 온도를 다시 상온으로 떨어뜨리는 열처리 공정을 1회 진행한다.
[실시예 3]
이하, 본 발명에 따른 [화학식 1]에서 광활성 그룹(R1)이 [화학식 4]의 쿠마린계 화합물로 구성된 폴리카보네이트 감광성 고분자 액정 배향제 조성물, 이를 이용한 액정 배향막 및 그 제조방법과 액정 배향막이 형성된 액정표시장치 및 그 제조방법에 대해 설명한다.
(1) 쿠마린 감광성 관능기의 도입
7-히드록시쿠마린 16.2g과 수소화나트륨(NaH) 2.4g을 질소로 충진되어 있는 둥근 바닥 플라스크에 넣고 수분을 제거시킨 테트라히드로퓨란 160ml에 용해시킨 후 격렬하게 교반하여 6시간 동안 반응시킨다.
상기 용액을 [실시예 1]의 (2)와 같이 트리아진 18.4g을 둥근 바닥 플라스크에 넣고 수분이 제거된 테트라히드로퓨란 200ml에 녹인 용액에 -50C에서 천천히 적하시키면서 격렬하게 교반하며 24시간 동안 반응시킨다.
상기 반응을 종결시킨 후 감압 증류하여 테트라히드로퓨란을 제거하여 얻어진 고체를 다시 클로로포름에 용해시킨다. 이 용액을 분별 깔대기에서 증류수로 3회 씻어 불순물을 추출한 후 칼슘 크로라이드로 수분을 제거한다.
이후, 상기 수분이 제거된 이 용액을 다시 감압증류하여 클로로포름을 제거 한 후 메틸렌클로라이드와 노말핵산의 혼합용매로 재결정한다.
상기 재결정에 의해 얻어진 물질을 감압 여과한 후 진공건조하여 쿠마린 감광성 관능기를 갖는 트리아진을 얻는다.
(2) 다이올 관능기를 갖는 트리아진 단량체의 합성
51.4g의 4-(2-테트라히드로피라닐옥시)브로모벤젠을 수분이 제거된 테트라 히드로푸란 300ml에 녹인 후 질소상태 하에서 마그네슘 7.2g과 6시간동안 반응을 시킨다.
이후, 상기 (1)과 같은 방법으로 합성된 쿠마린 감광성 관능기를 갖는 트리아진 31.1g을 수분이 제거된 테트라히드로푸란 300ml에 녹인 후 앞에서 제조한 그리나드 시약 용액에 상온에서 적하시키면서 12시간 동안 반응시킨다.
상기 반응을 종결시킨 후 반응 용액에 피리디늄파라톨루엔설포네이트 3g을 넣고 6시간 동안 반응을 더 진행시킨다.
이후, 최종적으로 반응을 종결시키고 반응용액을 감압 증류하여 테트라히드로퓨란을 제거시킨 다음 메틸렌클로라이드에 녹여 실리카젤로 충진된 필터를 통과시킨 후 다시 감압 증류하여 용매를 제거한다.
마지막으로 메틸렌클로라이드와 노말헥산의 1:1 혼합 용매에서 재결정을 한 후 감압 여과하여 얻어진 고체상의 물질을 진공 건조함으로써 다이올 관능기를 같는 단량체를 얻는다.
(3) 쿠마린 감광성 관능기를 갖는 폴리카보네이트 감광성 고분자 액정 배향제의 중합
상기 (2)의 방법으로 얻은 트리아진 단량체 45.5g을 질소가 충진된 둥근바닥 플라스크에 넣고 피란 500ml에 녹인다. 이 용액에 포스겐을 버블링하며 격렬하게 교반시켜 12시간 동안 반응시킨다.
상기 반응이 종결된 후 메탄올에 반응용액을 천천히 흘려주에 침전을 시키고 여과하여 침전물을 진공 건조시킨다.
이후, 상기 진공 건조 과정을 통해 얻어진 침전물을 다시 엔-메틸피롤리돈에 용해시킨 후 메탄올에 침전시키는 과정을 2회 반복 후 진공 건조시킴으로서 최종적으로 트리아진 고리를 이용하여 쿠마린 감광성 관능기를 갖는 폴리카보네이트 고분자 액정 배향제 24.6g을 합성한다.
(5)액정 배향막의 제조
상기 (1) 내지 (3)을 통해 수득된 폴리카보네이트계 고분자 액정 배향제(이하, 광배향제로 칭함)를 8wt%의 농도로 NMP와 부틸셀루솔브의 혼합용매에 용해시킨다.
이후, 광배향제가 용해된 혼합용액 0.1㎛의 미세공 크기를 갖는 여과막에 통과시켜 용해되지 않은 불순물 입자를 제거한다.
그 다음, 상기 불순물 입자가 제거된 소정의 점성을 갖는 광배향제를 투명 전극이 도포된 유리기판 위에 50~500㎚의 두께로 프린팅 하여 도포시키고, 유리기판을 150~250℃에서 약 1~2시간동안 건조시켜 용매를 제거한다.
이후, 상기 유리기판을 500W 수은 램프의 자외광에 대하여 20°의 각도로 2초에서 10분간 1회의 광조사를 통한 쿠마린기의 광중합, 고분자 사슬의 광분해 등 복합적인 광반응을 유도하여 고분자 액정 배향막을 제조한다.
(6) 액정 표시장치의 제작
상기 (5)의 과정을 통해 제조된 액정 배향막이 형성된 두개의 유리기판 위에 4~5㎛의 크기를 갖는 스페이서를 뿌린다.
이후, 에폭시 접착제를 이용하여 2개의 유리기판 사이의 두께(cell gap)가 4~5㎛가 되도록 부착시킨다.
그 다음 두개의 유리기판을 130℃에서 1시간 동안의 경화공정을 거치게 함으로서 에폭시 접착제를 경화시켜 두 개의 유리기판을 완전히 접착시킨다.
이후, 두개의 유리기판 사이에 형성된 셀에 액정을 주입한 후 100~130℃에서 1시간동안 열을 가한 후에 온도를 다시 상온으로 떨어뜨리는 열처리 공정을 1회 진행한다.
상술한 [실시예 1] 내지 [실시예 3]에 있어서, 상기 열처리 공정이 끝난 액정표시장치를 구성하는 셀의 전기 광학 특성, 열안정성, 광안정성, 잔류DC 및 VHR특성을 측정하여 그 결과를 하기 표1, 2, 3, 4에 나타낸다.
먼저, 표 1을 참조하여 상기 열처리 공정이 끝난 액정표시장치를 구성하는 셀의 선경사각의 변화를 설명한다.
표 1
Figure 112006046892414-pat00017
상기 표 1에 기술된 바와 같이, 본 발명의 트리아진 고리를 이용한 하나 이상의 광활성 그룹을 갖는 폴리카보네이트계 감광성 액정 배향제 조성물은 기존에 사용되는 폴리이미드의 기본 특성인 열 안정성, 광학적 투명성, 우수한 도포특성 및 높은 기계적 특성 등을 갖는다.
또한, 감광성 관능기인 광활성 그룹을 갖고 있어 배향을 위한 광조사량이 기존의 폴리이미드 배향제에 비하여 줄어드는 장점도 갖는다.
이때, 본 발명에 따른 폴리카보네이트계 감광성 액정 배향제 조성물을 이용하여 광배향 액정 셀을 제조할 경우 단순 공정에 의해서 멀티도메인 액정배향을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 고온 공정인 실베이킹 후에도 액정의 선경사각이 유지되어 현저하게 향상된 액정의 배향특성으로 인하여 고화질과 광시야각이 요구되는 액정 디스플레이 장치에 응용될 수 있다.
이하, 표 2를 참조하여 상기 열처리 공정이 끝난 액정표시장치를 구성하는 셀의 열안정성에 대해 설명한다.
본 발명의 [실시예 1] 내지 [실시예 3]에 따른 액정표시장치를 구성하는 셀의 열안정성은 셀의 초기 선경사각을 측정한 후 200℃에서 열 노화를 시키면서 시간에 따른 선경사각의 변화를 상온에서 측정하는 방법으로 평가한다. 여기서, 표 2는 본 발명의 액정표시장치를 구성하는 셀의 열안정성 평가결과를 나타낸 것이다.
표 2
Figure 112006046892414-pat00018
배향의 열안정성이 불안정한 경우 선경사각이 시간에 따라 변화하였으며 안정한 경우에는 변화가 거의 없다.
상기 표 2에 기술된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 폴리카보네이트계 감광성 액정 배향제는 장시간의 열 노화 상태에서도 액정의 배향과 선경사각이 안
정적으로 유지되는 우수한 열안정성을 갖고 있어 액정 디스플레이 장치에 적용하기 위한 기본 특성을 만족시킨다.
이하, 표 3을 참조하여 본 발명의 [실시예 1] 내지 [실시예 3]에 의해 제작된 액정표시장치의 광안정성에 대해 설명한다.
본 발명의 [실시예 1] 내지 [실시예 3]에 따른 액정표시장치의 광 안전성은 하나의 액정표시장치의 배향면에 1 ~ 10분간 자외선(4)과 가시광선 영역의 빛을 조사한 후 액정표시장치의 조사면과 비조사면의 배향특성의 변화를 육안으로 확인한다. 여기서, 표 3은 본 발명의 액정표시장치의 광 안정성 평가 결과를 나타낸 것이다.
표 3
Figure 112006046892414-pat00019
일반적으로 광안정성이 없는 액정 셀은 광조사면의 액정배향에 변화가 조사된 빛에 의해서 유도되어 액정의 배향특성이 변화하여 비조사면과 현격한 차이를 나타내거나 액정의 배향이 파괴가 되어 액정의 배향 방향이 불특정한 방향으로 혼합되어 디스프레이 소자로 사용되지 못하게 된다.
그러나, 표 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 액정표시장치는 배향특성 의 변화가 없어 광안정성이 우수함을 알 수 있다. 따라서 액정의 배향특성이 변화하여 비조사면과 현격한 차이를 나타내거나 액정의 배향이 파괴 되어 액정의 배향 방향이 불특정한 방향으로 혼합되어 표시 소자에 사용되지 못하게 되는 문제점이 없다.
이하, 표 4를 참조하여 본 발명의 [실시예 1] 내지 [실시예 3]에 의해 제작된 액정표시장치의 잔류DC 및 VHR특성에 대해 설명한다.
본 발명의 [실시예 1] 내지 [실시예 3]에 따른 액정표시장치의 잔류 DC는 액정표시장치의 양단에 직류전압을 -10V~10V 사이에서 변화시키면서 인가한 상태에서 정전용량값을 측정하여 그 이력값의 크기로부터 잔류DC를 구하는 방법을 이용하였다.
실험에 사용되는 액정 셀은 4~6mm두께를 갖는 TN구조의 시료들로 앞에서 설명한 제조방법으로 준비하였다.
준비된 액정 셀의 두 전극을 LCD meter(Fluke 6306)에 연결하여 직류전원을 0V에서 시작하여 10V, 0V, -10V와 같이 변화시키면서 1kHz에서 정전용량의 변화를 기록하였다. 전압에 따른 정전용량 변화의 이력(Hysteresis)을 구하여 이로부터 잔류 DC를 측정하였다.
전압보유율(Voltage Holding Ratio: VHR)은 1 Volt, 60Hz의 주기로 64um의 폭을 갖는 펄스를 가하여 처음에 가해진 전압이 한 주기 내에서 유지되는 비율을 측정하고 그 결과를 하기 표4에 나타내었다. 여기서, 표 4는 본 발명의 액정표시장치의 잔류 DC 및 VHR 특성에 대한 평가 결과를 나타낸 것이다.
표 4
Figure 112006046892414-pat00020
상기 표4에 기술된 바와 같이, 본 발명의 [실시예 1] 내지 [실시예 3]은 모두 200C에서 10~13mV의 낮은 잔류DC가 측정되었고, VHR도 98~99%로 높게 나타났다.
이는 본 발명의 광배향제가 액정 디스플레이 소자로 활용되기 위한 기본 특성을 만족시키는 것을 나타낸다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 비접촉식 광배향이 가능한 폴리카보네이트계 감광성 액정 배향제를 이용하여 액정 배향막을 제조함으로써, 종래 접촉식의 배향막 러빙공정에서 발생되는 세로선, 파티클, 스크레치 및 단차부 빛샘 등의 불량을 방지할 수 있는 특유의 효과를 갖는다.
또한, 본 발명은 폴리카보네이트계 감광성 액정 배향제를 함유한 액정 배향막을 이용하여 액정표시장치를 제조함으로써, 양호한 전기 광학 특성, 열안정성, 광안정성, 잔류DC 및 VHR특성을 갖는 고품위의 액정표시장치를 제공할 수 있다는 특유의 효과를 갖는다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

Claims (24)

  1. 트리아진 고리의 측쇄에 하나 이상의 광활성 그룹을 갖는 하기 [화학식 1]의 구조를 갖고,
    [화학식 1]
    Figure 112013086217451-pat00055
    여기서, N은 질소, p+q=1, 0≤p≤1 그리고 0≤q≤1이고, R1은 광활성 그룹이고, R2와 R3는 알코올 관능기이며 R4는 R2와 R3를 결합시키는 카르보닐기이고,
    상기 R1은 하기 [화학식 2]
    [화학식 2]
    Figure 112013086217451-pat00056
    의 구조를 가지고,
    상기 X는 하기 [화학식 2a]중 어느 하나이고,
    [화학식 2a]
    Figure 112013086217451-pat00057
    여기서, m과 n은 각각 0~10이고,
    상기 Y는 하기 [화학식 2b]
    [화학식 2b]
    Figure 112013086217451-pat00058
    중 어느 하나이고,
    상기 1,2,3,4,5,6,7,8 및 9는 하기 [화학식 2c] 중 어느 하나이며,
    [화학식 2c]
    Figure 112013086217451-pat00059
    여기서, m과 n은 각각 0~10이고, A와 B는 H, F, Cl, CN, CF3또는 CH3 이고,
    상기 R2와 R3를 연결하는 카르보닐기인 R4는 다이올과 포스겐의 반응인 하기 [반응식]
    [반응식]
    Figure 112013086217451-pat00060
    을 통해 형성되고,
    상기 R2와 R3는 상기 반응식의 알코올에 기인한 것으로서 하기 [화학식 6] 중 어느 하나에서 선택되고,
    [화학식 6]
    Figure 112013086217451-pat00062
    여기서, m과 n은 각각 0~10이고, A와 1,2,3,4,5,6,7 및 8은 H, F, Cl, CN, CF3 및 CH3 중 어느 하나이며,
    화학식에 표시된 벤젠고리는 para-구조, ortho-구조 및 delta-구조이거나 또는 이들 중 적어도 둘 이상의 혼합구조인 것을 특징으로 하는 폴리카보네이트계 감광성 액정 배향제가 함유된 액정 배향막.
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  17. 제 1 항에 기재된 폴리카보네이트계 감광성 액정 배향제를 혼합용매에 용해시켜 혼합용액을 형성하는 단계;
    상기 혼합용액을 기판상에 도포하여 배향막을 형성하는 단계; 및
    상기 배향막의 표면에 편광자를 이용하여 소정 각도로 광조사를 수행하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 액정 배향막의 제조방법.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 혼합용액을 여과막을 통해 여과시켜 용해되지 않은 불순물 입자를 제거 하는 단계를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 액정 배향막의 제조방법.
  19. 제 17항에 있어서,
    상기 혼합용액을 기판상에 도포한 후 소정의 온도하에서 건조시켜 상기 혼합용액에 포함된 용매를 제거하는 단계를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 액정 배향막의 제조방법
  20. 제 17항에 있어서,
    상기 광조사를 수행하는 단계는,
    자외선 램프를 이용하여 20도 각도로 2초~10분간 1회의 광조사를 수행하는 것을 특징으로 하는 액정 배향막의 제조방법.
  21. 액정을 사이에 두고 상호 대향하는 상부 어레이 기판 및 하부 어레이 기판;
    상기 상부 어레이 기판 및 하부 어레이 기판 각각에 형성되어 상기 액정을 배향시키는 액정 배향막을 구비하고,
    상기 액정 배향막은 상기 1항에 기재된 액정 배향막인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 액정표시장치는 IPS 모드, TN 모드, ECB(Electrical Controlled Birefringence)모드 및 VA(Vertical Alignment) 모드 중 어느 하나의 구동모드를 갖는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  23. 액정을 사이에 두고 상호 대향하는 상부 어레이 기판 및 하부 어레이 기판으로 구성된 액정표시장치의 제조방법에 있어서,
    상기 상부 어레이 기판 및 하부 어레이 기판상에 폴리카보네이트계 감광성 액정 배향제가 함유된 액정 배향막을 형성하는 단계;
    상기 액정 배향막에 자외선을 이용한 광조사를 수행하는 단계;
    상기 광조사된 액정 배향막 상에 샐갭 형성을 위한 스페이서를 분사시키는 단계; 및
    상기 상부 어레이 기판 및 하부 어레이 기판을 합착한 후 액정을 주입시키는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하고,
    상기 액정 배향막은 상기 1항에 기재된 액정 배향막인 액정표시장치의 제조방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 광조사를 수행하는 단계는
    편광자를 이용하여 20도 각도로 2초~10분간 1회의 광조사를 수행하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
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