KR101894547B1 - 액정 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

액정 표시 장치는 서로 마주하는 제1 기판 및 제2 기판, 제 1 기판 및 제2 기판 중 적어도 하나 위에 위치하고, 한 종류 이상의 수직 배향 단량체(vertical alignment monomer) 및 한 종류 이상의 수직 배향 단량체와 분리되어 있는 광배향막을 포함하는 배향막, 그리고 제1 기판과 제2 기판 사이에 위치하는 액정층을 포함하고, 광배향막은 주쇄(main chain)와 주쇄에 연결되어 있는 하나 이상의 측쇄(side chain)을 포함하고, 하나 이상의 측쇄는 한 종류 이상의 수직 광배향 물질(vertical photo-alignment material)을 포함한다.

Description

액정 표시 장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY}
액정 표시 장치가 제공된다.
액정 표시 장치는 현재 가장 널리 사용되고 있는 평판 표시 장치 중 하나로서, 화소 전극과 공통 전극 등 전기장 생성 전극(field generating electrode)이 형성되어 있는 두 장의 표시판과 그 사이에 들어 있는 액정층을 포함한다. 액정 표시 장치는 전기장 생성 전극에 전압을 인가하여 액정층에 전기장을 생성하고, 이를 통하여 액정층의 액정 분자들의 방향을 결정하고 입사광의 편광을 제어함으로써 영상을 표시한다.
표시판의 안쪽에는 액정층의 액정 분자들을 배향하기 위한 배향막이 형성되어 있다. 전기장 생성 전극에 전압이 가해지지 않는 경우 액정 분자들은 배향막에 의하여 일정한 방향으로 배열되어 있으며, 전기장 생성 전극에 전압이 가해지는 경우 전기장의 방향에 따라 액정 분자들이 회전한다.
본 발명에 따른 한 실시예는 액정 표시 장치의 잔상과 얼룩 발생을 줄이면서 안정성을 개선하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 한 실시예는 액정 표시 장치의 투과율을 개선하기 위한 것이다.
상기 과제 이외에도 구체적으로 언급되지 않은 다른 과제를 달성하는 데 사용될 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치는 서로 마주하는 제1 기판 및 제2 기판, 상기 제 1 기판 및 상기 제2 기판 중 적어도 하나 위에 위치하고, 한 종류 이상의 수직 배향 단량체(vertical alignment monomer) 및 상기 한 종류 이상의 수직 배향 단량체와 분리되어 있는 광배향막을 포함하는 배향막, 그리고 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 위치하는 액정층을 포함하고, 상기 광배향막은 주쇄(main chain)와 상기 주쇄에 연결되어 있는 하나 이상의 측쇄(side chain)을 포함하고, 상기 하나 이상의 측쇄는 한 종류 이상의 수직 광배향 물질(vertical photo-alignment material)을 포함한다.
상기 한 종류 이상의 수직 광배향 물질은 수직 발현기 및 광반응기(photo-reactive functional group)를 포함할 수 있다.
상기 한 종류 이상의 수직 배향 단량체는 하기 화학식 26으로 표시되는 화합물일 수 있다.
[화학식 26]
Figure 112011070917527-pat00001
상기 화학식 26에서 A는 치환 또는 비치환된 C6-C24의 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 C3-C24의 사이클로알킬기이며, B는 유연기(flexible functional grouop), 그리고 D는 제1 수직 발현기(vertical functional group)이며, s는 0 또는 1, t는 0 또는 1, 그리고 X는 열 또는 광 반응기(thermo or photo reactive group)이다.
상기 X는 실리콘기, 아세틸렌기, 그리고 하기 화학식 22 내지 25 중 적어도 어느 하나일 수 있다.
[화학식 22]
Figure 112011070917527-pat00002
[화학식 23]
Figure 112011070917527-pat00003
[화학식 24]
Figure 112011070917527-pat00004
[화학식 25]
Figure 112011070917527-pat00005
상기 화학식 24 및 25에서, R1 내지 R2는 C1-C5의 알킬기이다.
상기 배향막은 상기 광배향막의 아래에 위치하는 일반 배향막을 더 포함할 수 있다.
상기 일반 배향막의 몰 농도에 대한 상기 광배향막의 몰 농도의 비율은 상기 액정층에 가까운 상기 배향막의 표면으로 갈수록 증가할 수 있다.
상기 광배향막과 상기 일반 배향막은 한 종류 이상의 가교제에 의해 결합되어 있을 수 있다.
상기 하나 이상의 측쇄는 수직 배향 물질(vertical alignment material)을 포함하지 않을 수 있으며, 상기 수직 배향 물질은 수직 발현기를 포함하고 광반응기를 포함하지 않을 수 있다.
상기 하나 이상의 측쇄는 한 종류 이상의 수직 배향 물질을 포함할 수 있으며, 상기 한 종류 이상의 수직 배향 물질은 수직 발현기를 포함하고 광반응기를 포함하지 않을 수 있다.
상기 배향막은 한 종류 이상의 수직 광배향 단량체(vertical photo-alignment monomer)를 포함할 수 있다.
상기 한 종류 이상의 수직 광배향 단량체는 하기 화학식 21로 표시되는 화합물일 수 있다.
[화학식 21]
Figure 112011070917527-pat00006
상기 화학식 21에서 A는 치환 또는 비치환된 C6-C24의 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 C3-C24의 사이클로알킬기이며, B는 유연기, C는 광반응기, 그리고 D는 수직 발현기이며, q는 0 또는 1, r은 0 또는 1. 그리고 X는 열 또는 광 반응기이다.
상기 광배향막은 한 종류 이상의 일반 디아민을 포함할 수 있고, 상기 한 종류 이상의 일반 디아민은 수직 발현기 및 광반응기를 포함하지 않을 수 있다.
상기 광배향막은 하기 화학식 19로 표시되는 폴리아믹산형 화합물이거나, 하기 화학식 20으로 표시되는 폴리이미드형 화합물일 수 있다.
[화학식 19]
Figure 112011070917527-pat00007
[화학식 20]
Figure 112011070917527-pat00008
상기 화학식 19 및 상기 화학식 20에서, A5-A8은 서로 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6-C24의 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 C3-C24의 사이클로알킬기이며, B는 유연기, C는 광반응기, 그리고 D는 수직 발현기이다.
본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치는 서로 마주하는 제1 기판 및 제2 기판, 상기 제 1 기판 및 상기 제2 기판 중 적어도 하나 위에 위치하고, 한 종류 이상의 수직 광배향 단량체를 포함하고, 그리고 상기 한 종류 이상의 수직 광배향 단량체와 분리되어 있는 광배향막을 포함하는 배향막, 그리고 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 위치하는 액정층을 포함하고, 상기 광배향막은 주쇄와 상기 주쇄에 연결되어 있는 하나 이상의 측쇄을 포함하고, 상기 하나 이상의 측쇄는 한 종류 이상의 수직 광배향 물질과 한 종류 이상의 수직 배향 물질을 포함한다.
본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치는 액정 표시 장치의 잔상과 얼룩 발생을 줄이면서 안정성을 개선할 수 있으며, 액정 표시 장치의 투과율을 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 배향막의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 배향막의 단면도이다.
도 4a 및 도 4b는 배향막의 인쇄성을 나타내는 사진이다.
도 5a 및 도 5b는 배향막의 얼룩을 나타내는 사진이다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호가 사용되었다. 또한 널리 알려져 있는 공지기술의 경우 그 구체적인 설명은 생략한다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 한편, 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 한편, 어떤 부분이 다른 부분 "바로 아래에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
본 명세서에서 특별한 언급이 없는 한 "치환"은 할로겐, C1-C12의 할로알킬기, C1-C12의 알킬기, C1-C12의 알콕시기, C6-C12의 아릴기, 또는 C6-C12의 아릴옥시기로 치환된 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이며, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 배향막의 단면도이며, 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 배향막의 단면도이다.
도 1을 참고하면, 액정 표시 장치는 수직 배향 모드(vertical alignment mode)를 갖는다. 액정 표시 장치는 서로 마주하는 제1 표시판(100)과 제2 표시판(200), 그리고 제1 표시판(100)과 제2 표시판(200) 사이에 위치하는 액정층(3)을 포함한다.
제1 표시판(100)은 제1 기판(110)을 포함한다. 제1 기판(110)은 절연성일 수 있다. 제1 기판(110) 위에 박막층(thin film layer)(120)이 위치한다. 제1 박막층(120)은 배선층(wire layer), 전극층(electrode layer), 절연층(insulating layer), 그리고 반도체층(semiconductor layer) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제1 박막층(120)은 차광층(light blocking layer)과 색필터층(color filter layer) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제1 박막층(120)은 복수의 신호선, 이와 연결된 박막 트랜지스터와 같은 스위칭 소자, 그리고 스위칭 소자와 연결되어 있는 복수의 화소 전극을 포함할 수 있다. 제1 박막층(120) 위에 제1 배향막(alignment layer)(11)이 위치한다.
제2 표시판(200)은 제2 기판(210)을 포함한다. 제2 기판(210)은 절연성일 수 있다. 제2 기판(210) 위에 제2 박막층(220)이 위치한다. 제2 박막층(220)은 배선층, 전극층, 절연층(insulating layer), 그리고 반도체층 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제2 박막층(220)은 차광층과 색필터층 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제2 박막층(220)은 제1 박막층(120)의 화소 전극과 마주하는 대향 전극을 포함할 수 있다. 제2 박막층(220) 위에 제2 배향막(21)이 위치한다.
액정층(3)의 액정 물질(31)는 유전율 이방성을 갖는다. 액정 물질(31)은 두 기판(110, 210)의 면에 대해 대체로 수직을 이루도록 배향되어 있으나, 배향막(11, 21)의 면과 접하는 곳에서 기판(110, 210) 면의 법선에 대해 일정 선경사각을 가지고 기울어져 있을 수 있다.
액정 표시 장치는 영상을 표시하는 단위인 복수의 화소(PX)를 포함한다. 광시야각을 구현하기 위하여, 수직 배향 모드를 갖는 액정 표시 장치에서 하나의 화소(PX)는 액정 물질(31)의 배향 방향이 서로 다른 복수개의 도메인(domain)을 포함할 수 있다.
후술하는 제1 배향막(11)에 대한 설명은 제2 배향막(21)에도 동일하게 적용될 수 있다.
도 2 및 도 3을 참고하면, 제1 배향막(11)은 일반 배향막(normal alignment layer)(13)을 포함한다. 일반 배향막(13)은 TN(twisted nematic) 모드에서 사용되는 배향막일 수 있다. 이외에도, 일반 배향막(13)은 생략될 수 있다. 제1 배향막(11)은 광배향막(12)을 포함한다. 광배향막(12)은 일반 배향막(13) 위에 위치할 수 있다. 광배향막(12)은 한 종류 이상의 수직 광배향 물질(vertical photo-alignment material)(14)을 포함하며, 한 종류 이상의 수직 배향 물질(vertical alignment material)(15)을 포함할 수 있다. 또한, 광배향막(12)는 한 종류 이상의 일반 디아민을 포함할 수 있다. 제1 배향막(11)은 한 종류 이상의 수직 배향 단량체(vertical alignment monomer)(19)와 한 종류 이상의 수직 광배향 단량체(vertical photo-alignment monomer)(18) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 2를 참고하면, 광배향막(12)은 주쇄와 주쇄에 연결되어 있는 측쇄(side chain)을 포함하며, 측쇄는 수직 광배향 물질(14)을 포함하지만 수직 배향 물질(15)을 포함하지 않으며, 이에 따라 광배향막(12)의 측쇄(side chain)의 밀도가 감소될 수 있으며, 결국 광배향막(12)의 고분자합성(polymerization)이 쉬워질 수 있다. 광배향막(12)이 덜 벌키(less bulky)하므로, 광배향막의 반응성이 개선될 수 있다. 광배향막(12)은 수직 배향 물질(15)을 포함하지 않지만, 광배향막(12)을 포함하는 제1 배향막(11)은 광배향막(12)과 분리되어 있는 수직 배향 단량체(19)를 포함한다. 수직 배향 단량체(19)는 액정 물질(31)의 선경사(pretilt)의 안정성을 개선할 수 있다. 광배향막(12)의 측쇄는 수직 광배향 물질(14)을 포함하기 때문에, 배향막의 인쇄성이 개선될 수 있고 얼룩 발생이 감소할 수 있다.
도 3을 참고하면, 광배향막(12)의 측쇄는 한 종류 이상의 수직 광배향 물질(14)과 한 종류 이상의 수직 배향 물질(15)을 모두 포함하며, 제1 배향막(11)은 한 종류 이상의 수직 광배향 단량체(18)와 한 종류 이상의 수직 배향 단량체(19) 중 적어도 하나를 포함한다. 수직 광배향 단량체(18)와 수직 배향 단량체(19) 각각은 광배향막(12)과 분리되어 있다. 광배향막(12)은 소량의 수직 광배향 물질(14)과 소량의 수직 배향 물질(15)을 포함하며, 이에 따라 광배향막(12)의 측쇄의 밀도가 감소할 수 있으며, 결국 광배향막(12)의 고분자합성이 쉬워질 수 있다. 광배향막(12)이 덜 벌키하므로, 광배향막의 반응성이 개선될 수 있다. 예를 들어, 도 3의 광배향막(12)은 도 2의 광배향막(12)보다 수직 광 배향 물질(14)을 적게 포함한다. 수직 광배향 단량체(18)와 수직 배향 단량체(19)는 액정 물질(31)의 선경사의 안정성을 개선할 수 있다. 광배향막(12)의 측쇄는 수직 광배향 물질(14)과 수직 배향 물질(15)을 포함하기 때문에, 배향막의 인쇄성이 개선될 수 있고 얼룩 발생이 감소할 수 있다.
도 2 또는 도 3의 제1 배향막(11)은 수직 광배향 물질(14) 및 수직 배향 물질(15)을 포함하고 분리형 수직 배향 단량체(19) 및 분리형 수직 광배향 단량체(18)를 포함하지 않는 배향막보다 측쇄의 밀도가 작기 때문에, 제1 배향막(11)의 합성이 더 쉬워질 수 있으며, 제1 배향막(11)에서 주쇄가 더 길어져 분자량이 증가할 수 있다. 이에 따라 광배향막(12)의 분자량은 조절 가능(controllable)하다. 또한, 수직 광배향 물질(14)과 수직 배향 물질(15)의 반응성의 차이로 인한 고분자의 불균일성(non-homogeneosity)이 감소하기 때문에, 더 균일한(homogeneous) 광배향막(12)이 합성될 수 있다. 예를 들어, 제1 배향막(11)의 표면이 더 균일할 수 있다. 또한, 제1 배향막(11)에서 수직 광배향 물질(14)은 표면에 주로 분포할 수 있고, 수직 광배향 물질(14)의 사용이 최소화될 수 있으며, 잔상 및 요고레가 감소될 수 있고, 전기적 특성이 개선될 수 있다.
분리형 수직 배향 단량체(19) 및 분리형 수직 광배향 단량체(18)를 포함하고 수직 광배향 물질(14) 및 수직 배향 물질(15)을 포함하지 않는 배향막과는 달리, 도 2 또는 도 3의 제1 배향막(11)에는 수직 광배향 물질(14) 및 수직 배향 물질(15)이 일체로 결합되어 있기 때문에, 도 2 또는 도 3의 제1 배향막(11)은 안정성이 커질 수 있고, 인쇄성이 개선될 수 있고, 얼룩 발생이 감소할 수 있다.
광배향막(12)은 수직 광배향 물질(14)을 포함하고 수직 배향 물질(15)을 포함할 수 있지만, 일반 배향막(13)은 수직 광배향 물질(14) 및 수직 배향 물질(15)를 모두 포함하지 않는다. 예를 들어, 일반 배향막(13)은 VA(vertical alignment) 모드의 액정 표시 장치, TN(twisted nematic) 모드의 액정 표시 장치, IPS(in-plane switching) 모드의 액정 표시 장치, FFS(fringe field switching) 모드의 액정 표시 장치 등에 일반적으로 사용되는 재료이다. 이때, 광배향막(12)과 일반 배향막(13)은 미세 상분리(MPS: micro phase separation) 상태에 있다. 여기서, 미세 상분리 구조는, 일반 배향막(13)의 몰 농도에 대한 광배향막(12)의 몰 농도의 비율이 액정층에 가까운 배향막의 표면으로 갈수록 점차적으로(gradually) 증가하는 구조일 수 있다. 광배향막(12)과 일반 배향막(13)을 혼합하여 박막층(120, 220) 위에 도포하고 경화하였을 때, 배향막(11, 21)의 미세 상분리 구조가 발생할 수 있다. 다음, 미세 상분리 구조가 형성된 배향막(11,21)에 자외선을 조사하면, 광반응기의 반응에 의하여 최종적으로 배향막(11,21)이 형성된다. 이때, 배향막(11,21) 내부에는 자외선 조사로 인한 부산물(side products)이 적게 발생되므로 액정 표시 장치의 잔상이 감소할 수 있다. 또한 배향막(11, 21)은 별도의 러빙 공정 없이 자외선의 조사에 의해서만 형성되기 때문에 공정 원가가 절감될 수 있으며 생산 속도가 증가할 수 있다. 광배향막(12)은 액정층(3)에 가까운 배향막의 표면 쪽에 주로 형성되어 있을 수 있고, 일반 배향막(13)은 배향막 내에서 기판(110, 210)에 가까운 쪽에 주로 형성되어 있을 수 있다. 결국, 배향막(11, 21)은 액정층(3)에 가까운 배향막의 표면으로 갈수록 일반 배향막(13)의 몰 농도에 대한 광배향막(12)의 몰 농도의 비율이 점차적으로 커질 수 있다. 광배향막(12)에 포함되어 있는 대부분의 수직 광배향 물질(14)은 배향막의 표면으로부터 특정 깊이 부근까지 존재할 수 있다. 여기서 배향막 내에서의 수직 광배향 물질(14)의 위치는 일반 배향막(13)의 몰 농도에 대한 광배향막(12)의 몰 농도의 비율에 기초하여 가변될 수 있다. 예를 들어, 일반 배향막(13)의 몰 농도에 대한 광배향막(12)의 몰 농도의 비율이 대략 5:95인 경우, 대부분의 수직 광배향 물질(14)은 배향막의 표면으로부터 배향막 전체 두께의 대략 5 %에 해당하는 깊이까지 존재할 수 있다. 일반 배향막(13)의 몰 농도에 대한 광배향막(12)의 몰 농도의 비율이 대략 20:80인 경우, 대부분의 수직 광배향 물질(14)은 배향막의 표면으로부터 배향막 전체 두께의 대략 20 %에 해당하는 깊이까지 존재할 수 있다. 일반 배향막(13)의 몰 농도에 대한 광배향막(12)의 몰 농도의 비율이 대략 50:50인 경우, 대부분의 수직 광배향 물질(14)는 배향막의 표면으로부터 배향막 전체 두께의 대략 50 %에 해당하는 깊이까지 존재할 수 있다.
광배향막(12)은 중량 평균 분자량이 대략 1,000-1,000,000 정도되는 고분자 물질로서, 적어도 하나의 주쇄(main chain)와 하나의 주쇄에 연결되어 있는 적어도 하나의 측쇄(side chain)를 포함한다. 측쇄는 유연기(flexible functional group), 열가소성 작용기(thermoplastic functional group), 광반응기(photo reactive group), 수직 발현기(vertical functional group) 등을 하나 이상 포함할 수 있다. 주쇄는 폴리이미드(polyimide), 폴리아믹산(polyamic acid), 폴리아미드(polyamide), 폴리아믹이미드(polyamicimide), 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리우레탄, 폴리스티렌 등을 하나 이상 포함할 수 있다. 주쇄가 이미드기 등의 고리 구조를 더 많이 포함할수록, 주쇄의 강직도가 강화될 수 있고, 전기적 특성이 개선될 수 있으며, 이에 따라 액정 표시 장치를 장기간 구동했을 때 발생하는 얼룩이 감소될 수 있고, 배향막의 선경사에 대한 안정성이 강화될 수 있다. 배향막으로 인한 액정 물질의 선경사의 각도는 대략 90-100 도일 수 있다.
광배향막(12)은 디아민(diamine) 단량체와 산무수물(acid anhydride)의 고분자 중합 반응을 통하여 제조될 수 있다. 여기서 디아민 단량체는 유연기, 광반응기, 수직 발현기 등이 결합되어 있는 측쇄를 포함한다. 예를 들어, 디아민과 산무수물이 50 mol%: 50 mol%로 반응하여, 폴리이미드계 고분자 또는 폴리아믹산계 고분자 등이 중합될 수 있다. 또한, 1 종류 이상의 디아민이 광배향막(12)의 제조에 이용될 수 있으며, 1 종류 이상의 산무수물이 광배향막(12)의 제조에 이용될 수 있다. 예를 들어, 광배향막(12)은 호모 폴리머(homo polymer)일 수도 있고, 코폴리머(copolymer)일 수도 있다.
디아민은 광반응 디아민(photo-reactive diamine), 수직 디아민(vertical diamine), 일반 디아민(normal diamine) 등이 있다. 광반응 디아민, 수직 디아민, 그리고 일반 디아민 중 적어도 하나 이상의 디아민이 광배향막(12)의 제조에 이용될 수 있다. 또한 광배향막(12)의 제조에 1 종류 이상의 광반응 디아민이 이용될 수 있고, 1 종류 이상의 수직 디아민이 이용될 수도 있고, 1 종류 이상의 일반 디아민이 이용될 수도 있다. 광반응 디아민, 수직 디아민, 그리고 일반 디아민의 공중합의 조성비를 조절함으로써, 수직 배향성과 배향 안정성의 최적화가 가능하다.
광반응 디아민은 디아민기(diamine group), 유연기, 광반응기, 그리고 수직 발현기를 포함한다. 예를 들어, 광반응 디아민에서, 디아민기에 유연기가 결합되어 있고, 유연기에 광반응기가 결합되어 있고, 광반응기에 수직 발현기가 결합되어 있을 수 있다. 광반응 디아민은 하기 화학식 1로 표시될 수 있다. 이외에도 광반응 디아민은 유연기를 포함하지 않을 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112011070917527-pat00009
상기 화학식 1에서 A는 치환 또는 비치환된 C6-C24의 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 C3-C24의 사이클로알킬기이며, B는 유연기, C는 광반응기, 그리고 D는 수직 발현기이다.
예를 들어, A는 페닐기(phenyl group), 사이클로헥실기(cyclohexyl group), 비페닐기(biphenyl group), 나프틸기(naphtyl group), 노르보넨기(norbonene group) 등일 수 있다. 유연기, 광반응기, 수직 발현기의 예는 후술한다.
수직 디아민은 디아민기, 유연기, 그리고 수직 발현기를 포함하며, 광반응기를 포함하지 않는다. 예를 들어, 수직 디아민에서, 디아민기에 유연기가 결합되어 있고, 유연기에 수직 발현기가 결합되어 있을 수 있다. 수직 디아민은 하기 화학식 2로 표시될 수 있다. 이외에도 수직 디아민은 유연기를 포함하지 않을 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112011070917527-pat00010
상기 화학식 2에서 A는 치환 또는 비치환된 C6-C24의 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 C3-C24의 사이클로알킬기이며, B는 유연기, 그리고 D는 수직 발현기이다.
예를 들어, A는 페닐기, 사이클로헥실기, 비페닐기, 나프틸기, 노르보넨기 등일 수 있다. 유연기, 광반응기, 수직 발현기의 예는 후술한다.
일반 디아민은 디아민기를 포함하며, 광반응기와 수직 발현기를 포함하지 않는다.
디아민기는 하기 화학식 3 내지 11에 의해 표시될 수 있으며, 특별히 이에 한정되지 않는다.
[화학식 3]
Figure 112011070917527-pat00011
[화학식 4]
Figure 112011070917527-pat00012
[화학식 5]
Figure 112011070917527-pat00013
[화학식 6]
Figure 112011070917527-pat00014
[화학식 7]
Figure 112011070917527-pat00015
[화학식 8]
Figure 112011070917527-pat00016
[화학식 9]
Figure 112011070917527-pat00017
[화학식 10]
Figure 112011070917527-pat00018
[화학식 11]
Figure 112011070917527-pat00019
유연기 또는 열가소성 작용기는 고분자 주쇄에 연결되어 있는 측쇄가 용이하게 배향될 수 있도록 도와주는 작용기이다.
예를 들어, 유연기 또는 열가소성 작용기는 -O-, -OCO-, -COO-, -OR-(여기서 R은 C1-C5의 알킬렌기), -ORO-(여기서 R은 C1-C5의 알킬렌기), -R-(여기서 R은 C1-C5의 알킬렌기), 이미드기(imide group) 등이 적어도 하나 이상 포함할 수 있으며, 특별히 이에 한정되지 않는다. 또는 유연기 또는 열가소성 작용기는 탄소수가 대략 3 내지 20 인 치환 또는 비치환된 알킬렌기 또는 알콕시기를 포함할 수 있다.
광반응기는 자외선 등의 조사에 의하여 직접 광중합(photo dimerization) 반응 또는 광이성질(photo isomerization) 반응이 일어나는 작용기이다.
예를 들어, 광반응기는 아조(azo)계 작용기, 시나메이트(cinnamate)계 작용기, 칼콘(chalcone)계 작용기, 쿠마린(coumarin)계 작용기, 말레이미드(maleimide)계 작용기, 스틸벤(stilbene)계 작용기 등을 적어도 하나 이상 포함할 수 있으며, 특별히 이에 한정되지 않는다.
수직 발현기는 제1 기판(110) 또는 제2 기판(210)과 대략 평행하게 위치한 주쇄에 대하여 대략 수직 방향으로 측쇄 전체를 이동시킬 수 있는 작용기이다.
예를 들어, 수직 발현기는 C1-C25의 알킬기 또는 알콕시기가 치환된 알킬렌기, C1-C25의 알킬기 또는 알콕시기가 치환된 아릴렌기, C1-C25의 알킬기 또는 알콕시기가 치환된 사이클로 헥실렌기, 이미드링기(imide ring group), 스테로이드기(steroid group), 콜레스테릭기(cholesteric group), -R-
(CH2) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 특별히 이에 한정되지 않는다. 수직 발현기에서, 하나 이상의 아릴기와 하나 이상의 사이클로 헥실기는 직접 또는 C1-C5의 알킬렌기를 통하여 서로 결합되어 있을 수 있다.
예를 들어, 산무수물은 하기 화학식 12 내지 18으로 표시될 수 있으며, 특별히 이에 한정되지 않는다.
[화학식 12]
Figure 112011070917527-pat00020
[화학식 13]
Figure 112011070917527-pat00021
[화학식 14]
Figure 112011070917527-pat00022
[화학식 15]
Figure 112011070917527-pat00023
[화학식 16]
Figure 112011070917527-pat00024
[화학식 17]
Figure 112011070917527-pat00025
[화학식 18]
Figure 112011070917527-pat00026
예를 들어, 광배향막은 하기 화학식 19로 표시되는 폴리아믹산형 화합물이거나, 하기 화학식 20으로 표시되는 폴리이미드형 화합물일 수 있다. 폴리이미드는 폴리아믹산을 이미드화시킴으로써 제조될 수 있다.
[화학식 19]
Figure 112011070917527-pat00027
[화학식 20]
Figure 112011070917527-pat00028
상기 화학식 17 및 상기 화학식 18에서, A5-A8은 서로 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6-C24의 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 C3-C24의 사이클로알킬기이며, B는 유연기, C는 광반응기, 그리고 D는 수직 발현기이다.
예를 들어, A5-A8은 서로 독립적으로 페닐기, 사이클로헥실기, 비페닐기, 나프틸기, 노르보넨기 등일 수 있다.
수직 광배향 단량체(18)는 디아민기, 유연기, 광반응기, 그리고 수직 발현기를 포함한다. 예를 들어, 수직 광배향 단량체(18)에서, 디아민기에 유연기가 결합되어 있고, 유연기에 광반응기가 결합되어 있고, 광반응기에 수직 발현기가 결합되어 있을 수 있다. 수직 광배향 단량체(18)는 하기 화학식 21로 표시될 수 있다. 이외에도 수직 광배향 단량체(18)는 유연기를 포함하지 않을 수 있다.
[화학식 21]
Figure 112011070917527-pat00029
상기 화학식 21에서 A는 치환 또는 비치환된 C6-C24의 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 C3-C24의 사이클로알킬기이며, B는 유연기, C는 광반응기, 그리고 D는 수직 발현기이며, q는 0 또는 1, r은 0 또는 1, 그리고 X는 열 또는 광 반응기(thermo or photo reactive group)이다.
예를 들어, X는 실리콘기, 아세틸렌기, 그리고 하기 화학식 22 내지 25 중 적어도 어느 하나일 수 있다.
[화학식 22]
Figure 112011070917527-pat00030
[화학식 23]
Figure 112011070917527-pat00031
[화학식 24]
Figure 112011070917527-pat00032
[화학식 25]
Figure 112011070917527-pat00033
상기 화학식 24 및 25에서, R1 내지 R2는 C1-C5의 알킬기이다.수직 배향 단량체(19)는 디아민기, 유연기, 그리고 수직 발현기를 포함한다. 예를 들어, 수직 배향 단량체(19)에서, 디아민기에 유연기가 결합되어 있고, 유연기에 수직 발현기가 결합되어 있을 수 있다. 수직 배향 단량체(19)는 하기 화학식 26으로 표시될 수 있다. 이외에도 수직 배향 단량체(19)는 유연기를 포함하지 않을 수 있다.
[화학식 26]
Figure 112011070917527-pat00034
상기 화학식 26에서 A는 치환 또는 비치환된 C6-C24의 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 C3-C24의 사이클로알킬기이며, B는 유연기, 그리고 D는 수직 발현기이며, s는 0 또는 1, t는 0 또는 1, 그리고 X는 열 또는 광 반응기이다.
광배향막(12)와 일반 배향막(13)은 가교제(cross-linking agent)에 의해 결합될 수 있다. 가교제를 첨가하여 배향막(11, 21)이 제조될 때, 배향막(11, 21)의 전기적 특성, 화학적 안정성 등이 개선될 수 있다. 나아가 가교제가 약 30 중량% 이하로 사용될 때, 전기적 특성과 화학적 안정성이 더욱 개선될 수 있다.
예를 들어, 가교제는 하기 화학식 27 내지 29를 포함할 수 있으며, 특별히 이에 한정되지 않는다.
[화학식 27]
Figure 112011070917527-pat00035
[화학식 28]
Figure 112011070917527-pat00036
[화학식 29]
Figure 112011070917527-pat00037
상기 화학식 27 내지 29에서, A1-A4는 서로 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6-C24의 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 C3-C24의 사이클로알킬기이며, n은 1 내지 6이다.
예를 들어, A1-A4는 서로 독립적으로 페닐기, 사이클로헥실기, 비페닐기, 나프틸기, 노르보넨기 등일 수 있다.
이하, 실시예를 들어 본 발명에 대해서 더욱 상세하게 설명할 것이나, 하기의 실시예는 본 발명의 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
<비교예 1>
하기 화학식 30으로 표시되는 광반응 디아민 35 mol%, 콜레스테릭기를 포함하는 수직 디아민 15 mol%, 그리고 상기 화학식 13으로 표시되는 산무수물 50 mol%을 중합함으로써 광배향막이 합성되었다. 상기 화학식 3으로 표시되는 일반 디아민 15 mol%, 상기 화학식 4로 표시되는 일반 디아민 35 mol% 그리고 상기 화학식 13으로 표시되는 산무수물 50 mol%을 중합함으로써, 일반 배향막이 합성되었다. 광배향막과 일반 배향막을 혼합함으로써, 조성물이 제조되었다.
제조된 조성물을 제1 기판(110)과 제2 기판(210)에 각각 도포한 후, 두 기판(110, 210)에 자외선을 조사함으로써, 각 기판 위에 배향막(11, 21)이 형성되었다. 다음, VA 모드용 액정을 두 기판(110, 210) 사이에 주입함으로써 액정 표시 패널이 제작되었다.
[화학식 30]
Figure 112011070917527-pat00038
<비교예 2>
상기 화학식 3으로 표시되는 일반 디아민 15 mol%, 상기 화학식 4로 표시되는 일반 디아민 35 mol% 그리고 상기 화학식 13으로 표시되는 산무수물 50 mol%을 중합함으로써, 일반 배향막이 합성되었다. 상기 일반 배향막 50 mol%에 하기 화학식 31로 표시되는 수직 광배향 단량체 35 mol%와 콜레스테릭기와 상기 화학식 22로 표시되는 작용기를 포함하는 수직 배향 단량체 15 mol%를 첨가함으로써, 조성물이 제조되었다.
제조된 조성물을 제1 기판(110)과 제2 기판(210)에 각각 도포한 후, 두 기판(110, 210)에 자외선을 조사함으로써, 각 기판 위에 배향막(11, 21)이 형성되었다. 다음, VA 모드용 액정을 두 기판(110, 210) 사이에 주입함으로써 액정 표시 패널이 제작되었다.
[화학식 31]
Figure 112011070917527-pat00039
<실시예 1>
상기 화학식 30으로 표시되는 광반응 디아민 35 mol%, 상기 화학식 3으로 표시되는 일반 디아민 15 mol%, 그리고 상기 화학식 13으로 표시되는 산무수물 50 mol%을 중합함으로써 광배향막이 합성되었다. 상기 화학식 3으로 표시되는 일반 디아민 15 mol%, 상기 화학식 4로 표시되는 일반 디아민 35 mol% 그리고 상기 화학식 13으로 표시되는 산무수물 50 mol%을 중합함으로써, 일반 배향막이 합성되었다. 광배향막, 일반 배향막, 그리고 콜레스테릭기와 상기 화학식 22로 표시되는 작용기를 포함하는 수직 배향 단량체를 혼합함으로써, 조성물이 제조되었으며, 여기서, 광반응 디아민과 수직 배향 단량체의 혼합 몰 비율은 7:3이다.
제조된 조성물을 제1 기판(110)과 제2 기판(210)에 각각 도포한 후, 두 기판(110, 210)에 자외선을 조사함으로써, 각 기판 위에 배향막(11, 21)이 형성되었다. 다음, VA 모드용 액정을 두 기판(110, 210) 사이에 주입함으로써 액정 표시 패널이 제작되었다.
분자량과 선경사
비교예 1 및 2, 그리고 실시예 1의 조성물에 대하여 분자량을 측정하였고, 비교예 1 및 2, 그리고 실시예 1의 액정 표시 패널에 대하여 액정 물질의 선경사를 측정한 결과가 하기 표 1에 도시되어 있다.
비교예 1 비교예 2 실시예 1
분자량(g/mol) 200,000 230,000 230,000
선경사(degree) 1.5 1.7 1.9
상기 표 1을 참고하면, 비교예 1보다 실시예 1의 분자량이 더 크다.
전기적 특성 평가
비교예 1 및 2, 그리고 실시예 1의 액정 표시 패널에 대하여, 전압 유지 비율(voltage holding rate, VHR)과 이온 밀도(ion density)를 측정한 결과가 하기 표 2에 도시되어 있다.
비교예 1 비교예 2 실시예 1
VHR(%) 99.1 99.3 99.3
이온밀도(pC) 30 60 40
상기 표 2를 참고하면, 실시예 1의 VHR은 비교예 1보다 높다.
잔상 평가
비교예 1 및 2, 그리고 실시예 1의 액정 표시 패널에 대하여, 블랙 잔상, 면 잔상, 그리고 선잔상을 측정한 결과가 하기 표 3에 도시되어 있다.
비교예 1 비교예 2 실시예 1
블랙잔상(level) 3 3 3
면잔상(level) 3 3 3
선잔상(hour) 980 1,024 1,220
요고레(hour) - 2,000 이상 -
상기 표 3을 참고하면, 실시예 1은 비교예 1 및 2보다 선잔상이 개선되었고, 실시예 1의 요고레는 없었다.
배향막 인쇄성 및 얼룩 평가
비교예 1 및 2, 그리고 실시예 1의 액정 표시 패널에 대하여, 배향막 인쇄성과 얼룩을 측정한 결과가 도 4 내지 도 5에 도시되어 있다.
도 4a는 실시예 1의 액정 표시 패널의 인쇄성에 대한 측정 결과이고, 도 4b는 비교예 2의 액정 표시 패널의 인쇄성에 대한 측정 결과이며, 도 4a 및 도 4b를 비교하면, 인쇄성이 개선된 것을 알 수 있다. 도 5a는 실시예 1의 액정 표시 패널의 얼룩에 대한 측정 결과이고, 도 5b는 비교예 2의 액정 표시 패널의 얼룩에 대한 측정 결과이며, 도 5a 및 도 5b를 비교하면, 얼룩 발생이 감소된 것을 알 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
3: 액정층
11: 제1 배향막 21: 제2 배향막
12: 광배향막 13: 일반 배향막
14: 수직 광배향 물질 15: 수직 배향 물질
18: 수직 광배향 단량체 19: 수직 배향 단량체
100: 제1 표시판 110: 제1 기판
120, 220: 박막층
200: 제2 표시판 210: 제2 기판

Claims (20)

  1. 서로 마주하는 제1 기판 및 제2 기판,
    상기 제 1 기판 및 상기 제2 기판 중 적어도 하나 위에 위치하는 배향막, 그리고
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 위치하는 액정층을 포함하고
    상기 배향막은 광배향막 및 한 종류 이상의 수직 배향 단량체(vertical alignment monomer)를 포함하고,
    상기 광배향막은 주쇄(main chain)와 상기 주쇄에 연결되어 있는 하나 이상의 측쇄(side chain)을 포함하고, 상기 하나 이상의 측쇄는 한 종류 이상의 수직 광배향 물질(vertical photo-alignment material)을 포함하고,
    상기 광배향막은 하기 화학식 30으로 표현되는 화합물의 중합체를 포함하고,
    상기 한 종류 이상의 수직 배향 단량체는 하기 화학식 26으로 표시되는 화합물인 액정 표시 장치:
    [화학식 26]
    Figure 112018081081405-pat00059

    상기 화학식 26에서 A는 치환 또는 비치환된 C6-C24의 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 C3-C24의 사이클로알킬기이며, B는 유연기(flexible functional grouop), 그리고 D는 제1 수직 발현기(vertical functional group)이며, s는 0 또는 1, t는 0 또는 1, 그리고 X는 열 또는 광 반응기(thermo or photo reactive group)이고,
    상기 X는 하기 화학식 22이다.
    [화학식 22]
    Figure 112018081081405-pat00060

    Figure 112018081081405-pat00061
    .
  2. 제1항에서
    상기 한 종류 이상의 수직 광배향 물질은 수직 발현기 및 광반응기(photo-reactive functional group)를 포함하는 액정 표시 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에서,
    상기 배향막은 상기 광배향막의 아래에 위치하는 일반 배향막을 더 포함하는 액정 표시 장치.
  6. 제5항에서,
    상기 일반 배향막의 몰 농도에 대한 상기 광배향막의 몰 농도의 비율은 상기 액정층에 가까운 상기 배향막의 표면으로 갈수록 증가하는 액정 표시 장치.
  7. 제5항에서,
    상기 광배향막과 상기 일반 배향막은 한 종류 이상의 가교제에 의해 결합되어 있는 액정 표시 장치.
  8. 제1항에서,
    상기 하나 이상의 측쇄는 수직 배향 물질(vertical alignment material)을 포함하지 않으며, 상기 수직 배향 물질은 수직 발현기를 포함하고 광반응기를 포함하지 않는 액정 표시 장치.
  9. 제8항에서,
    상기 배향막은 상기 광배향막의 아래에 위치하는 일반 배향막을 더 포함하는 액정 표시 장치.
  10. 제9항에서,
    상기 일반 배향막의 몰 농도에 대한 상기 광배향막의 몰 농도의 비율은 상기 액정층에 가까운 상기 배향막의 표면으로 갈수록 증가하는 액정 표시 장치.
  11. 제1항에서,
    상기 배향막은 한 종류 이상의 수직 광배향 단량체를 포함하는 액정 표시 장치.
  12. 제1항에서,
    상기 하나 이상의 측쇄는 한 종류 이상의 수직 배향 물질을 포함하며, 상기 한 종류 이상의 수직 배향 물질은 수직 발현기를 포함하고 광반응기를 포함하지 않는 액정 표시 장치.
  13. 제12항에서,
    상기 배향막은 한 종류 이상의 수직 광배향 단량체(vertical photo-alignment monomer)를 포함하는 액정 표시 장치.
  14. 제13항에서,
    상기 한 종류 이상의 수직 광배향 단량체는 하기 화학식 21로 표시되는 화합물인 액정 표시 장치:
    [화학식 21]
    Figure 112011070917527-pat00045

    상기 화학식 21에서 A는 치환 또는 비치환된 C6-C24의 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 C3-C24의 사이클로알킬기이며, B는 유연기, C는 광반응기, 그리고 D는 수직 발현기이며, q는 0 또는 1, r은 0 또는 1, 그리고 X는 열 또는 광 반응기이다.
  15. 제14항에서
    상기 X는 실리콘기, 아세틸렌기, 그리고 하기 화학식 22 내지 25 중 적어도 어느 하나인 액정 표시 장치:
    [화학식 22]
    Figure 112011070917527-pat00046

    [화학식 23]
    Figure 112011070917527-pat00047

    [화학식 24]
    Figure 112011070917527-pat00048

    [화학식 25]
    Figure 112011070917527-pat00049

    상기 화학식 24 및 25에서, R1 내지 R2는 C1-C5의 알킬기이다.
  16. 제12항에서,
    상기 배향막은 상기 광배향막의 아래에 위치하는 일반 배향막을 더 포함하는 액정 표시 장치.
  17. 제16항에서,
    상기 일반 배향막의 몰 농도에 대한 상기 광배향막의 몰 농도의 비율은 상기 액정층에 가까운 상기 배향막의 표면으로 갈수록 증가하는 액정 표시 장치.
  18. 제1항에서,
    상기 광배향막은 한 종류 이상의 일반 디아민을 포함하고, 상기 한 종류 이상의 일반 디아민은 수직 발현기 및 광반응기를 포함하지 않는 액정 표시 장치.
  19. 제1항에서,
    상기 광배향막은 하기 화학식 19로 표시되는 폴리아믹산형 화합물이거나, 하기 화학식 20으로 표시되는 폴리이미드형 화합물인 액정 표시 장치:
    [화학식 19]
    Figure 112011070917527-pat00050

    [화학식 20]
    Figure 112011070917527-pat00051

    상기 화학식 19 및 상기 화학식 20에서, A5-A8은 서로 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6-C24의 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 C3-C24의 사이클로알킬기이며, B는 유연기, C는 광반응기, 그리고 D는 수직 발현기이다.
  20. 서로 마주하는 제1 기판 및 제2 기판,
    상기 제 1 기판 및 상기 제2 기판 중 적어도 하나 위에 위치하는 배향막, 그리고
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 위치하는 액정층을 포함하고
    상기 배향막은 광배향막 및 한 종류 이상의 수직 배향 단량체(vertical alignment monomer)를 포함하고,
    상기 광배향막은 주쇄와 상기 주쇄에 연결되어 있는 하나 이상의 측쇄을 포함하고, 상기 하나 이상의 측쇄는 한 종류 이상의 수직 광배향 물질과 한 종류 이상의 수직 배향 물질을 포함하고,
    상기 광배향막은 하기 화학식 30으로 표현되는 화합물의 중합체를 포함하고,
    상기 한 종류 이상의 수직 배향 단량체는 하기 화학식 26으로 표시되는 화합물인 액정 표시 장치:
    [화학식 26]
    Figure 112018081081405-pat00062

    상기 화학식 26에서 A는 치환 또는 비치환된 C6-C24의 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 C3-C24의 사이클로알킬기이며, B는 유연기(flexible functional grouop), 그리고 D는 제1 수직 발현기(vertical functional group)이며, s는 0 또는 1, t는 0 또는 1, 그리고 X는 열 또는 광 반응기(thermo or photo reactive group)이고,
    상기 X는 하기 화학식 22이다.
    [화학식 22]
    Figure 112018081081405-pat00063

    Figure 112018081081405-pat00064
    .

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