KR101976215B1 - 액정 수직배향 유도제 및 이를 이용하여 제조된 액정표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에서는 액정 호스트에 대해 화학적으로 친화성이 높은 친액정성기를 포함하는 친액정성 영역과 액정 호스트에 대해 친화성이 낮은 비친액정성기를 포함하는 친액정성-비친액정성 화합물을 1종 이상 포함하고, 상기 친액정성-비친액정성 화합물 중 적어도 하나는 친액정성 영역에 탄소수 8 이상의 친액정성기를 1개 이상 포함하는 것이며, 하기 수학식 1에 따라 계산된 비친액정성 비율(X')이 0.5 내지 6인 액정 수직배향 유도제 및 이를 이용한 액정표시장치를 제공한다:
[수학식 1]

상기 식에서, n, X, Y는 명세서 중에서 정의한 바와 같다.

Description

액정 수직배향 유도제 및 이를 이용하여 제조된 액정표시장치{LIQUID CRYSTAL ALIGNING AGENT AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE MANUFACTURED BY USING THE SAME}

본 발명은 액정 수직배향 유도제 및 이를 이용하여 제조된 액정표시장치에 관한 것이다.

종래 수직배향형 액정표시장치의 제조시, 기판 표면에서 액정의 수직배향을 유도하기 위해 폴리이미드와 같은 수직 배향형 고분자를 용액 상태로 도포한 후 소성하여 고체화한 박막을 이용하였다. 도 1은 종래 액정의 수직배향을 위해 폴리이미드 박막을 이용한 액정표시장치의 제조공정을 개략적으로 나타낸 공정도이다. 도 1을 참조하여 설명하면, 제1 및 제2 기판(1, 1') 위에 전기장 인가를 위한 투명 전도성 막으로서 전극(2, 2')을 패턴화하여 각각 형성하고(S1), 그 위에 고분자 배향제를 용액 상태에서 박막 형태로 도포한 후 고온의 열을 가하여 소성시켜 고분자 배향막(3, 3')을 형성하고(S2), 고분자 배향막이 형성된 제1 및 제2 기판을 서로 대향시킨 후 일정한 간격으로 조립한 후 액정을 주입하여 액정층(4)을 형성시켜 액정표시장치를 제조하였다(S3). 이때 고분자 배향제의 영향으로 액정층(4)내 액정 분자는 기판 면에 대해 수직으로 배열하게 된다. 이와 같이, 종래의 수직배향형 액정표시장치의 제조방법은 액정의 배향을 제어하기 위하여 제 1 및 제 2 기판 사이에 액정층을 형성하는 공정 이전에 양 기판에 배향막을 형성하는 공정을 별도로 실시하여야 한다.

그러나, 상기와 같은 방법으로 액정의 배향을 제어하는 액정표시장치를 제조하는 경우, 액정이 특정 방향으로 선경사각을 가지지 않기 때문에 전기장 인가 시 반응하는 액정의 방향이 랜덤(random)하여 결함 발생, 시인성 저하, 반응속도 저하 등의 문제가 발생하였다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 러빙, 표면돌기, 패턴화된 전극, 등의 기술을 이용하여 액정의 선경사각을 유도하거나, 액정이 전기장에 반응하는 방향을 제어하는 방법들이 제안되었다. 그러나, 이러한 방법들은 반드시 액정의 배향제어를 위한 배향막의 선처리공정이 필요하고, 공정상의 문제, 부가된 기술에 따른 부작용 등으로 인하여 완전한 기술적인 해결방법을 제시하지 못하였다.

한국공개특허 제2007-0102372호 (2007.10. 18 공개) 한국공개특허 1999-002569 (1999. 01. 15공개)

본 발명의 목적은 기판의 선배향처리 공정없이 액정의 수직배향을 유도하고, 액정의 선경사각을 안정화시켜 액정표시장치의 성능 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 액정 수직배향 유도제 및 이를 포함하는 액정층 형성용 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 액정 수직배향 유도제를 이용함으로써 액정 배열이 안정화되고, 화소 단위의 선경사각 유도가 가능하며, 소자구동시 나타나는 결함이 최소화되고 반응속도가 증가되어 개선된 광학적, 전기광학적 특성을 나타낼 수 있는 액정표시장치, 그리고 기판의 선배향처리 없이 종래에 비해 단순화된 공정으로 상기 액정 표시 소자를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 액정 수직배향 유도제가 자가조립에 의해 미세 조립체를 형성하여 액정 호스트 중에 균일하게 분산되어 있는 액정층 형성용 조성물을 이용하여 배향 안정성을 갖는 액정의 수직배향을 유도하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 광반응성의 액정 수직배향 유도제가 자가조립에 의해 미세조립체를 형성하여 액정 호스트중에 균일하게 분산되어 있는 액정층 형성용 조성물을 이용하여 액정의 수직배향 및 광안정화를 유도하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 기판의 선코팅처리 없이 종래에 비해 단순화된 공정으로 전극과 액정층 사이에 절연성의 액정 수직배향 및 광안정화층을 형성하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 액정 호스트에 대해 화학적으로 친화성이 높은 친액정성기를 포함하는 친액정성 영역과 액정 호스트에 대해 친화성이 낮은 비친액정성기를 포함하는 비친액정성 영역을 포함하는 친액정성-비친액정성 화합물을 1종 이상 포함하고, 상기 친액정성-비친액정성 화합물 중 적어도 하나는 친액정성 영역에 탄소수 8 이상의 친액정성기를 1개 이상 포함하는 것이며, 하기 수학식 1에 따라 계산된 비친액정성 비율(X')이 0.5 내지 6인 액정 수직배향 유도제를 제공한다:

[수학식 1]

상기 수학식 1에서,

n은 액정수직배향 유도제를 구성하는 친액정성-비친액정성 화합물 종류의 개수를 나타내는 1 이상의 정수이고,

X는 액정수직배향 유도제를 구성하는 친액정성-비친액정성 화합물들 중 임의의 어느 1종의 친액정성-비친액정성 화합물의 비친액정성 비율로 하기 수학식 1-1에 따라 계산되며,

[수학식 1-1]

Y는 액정수직배향 유도제를 구성하는 친액정성-비친액정성 화합물들 중 임의의 어느 1종의 친액정성-비친액정성 화합물의 중량비로, 하기 수학식 1-2에 따라 계산된다.

[수학식 1-2]

상기 친액정성기는 선형, 분지형 또는 고리형의 치환 또는 비치환된 탄소수 8 내지 30의 포화 또는 불포화 탄화수소기; 분자내에 N, O, P, S 및 Si로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상의 헤테로 원자를 포함하는 치환 또는 비치환된 탄소수 8 내지 30의 헤테로알킬기, 헤테로사이클기 및 헤테로아로마틱기; 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있다.

바람직하게는 상기 친액정성기는 할로겐 원자로 치환된거나 비치환된 탄소수 8 내지 30의 알킬기, 알케닐알킬기, 알키닐알킬기, 사이클로알킬기, 아릴기 및 아릴알킬기; 분자내 카르보닐기(-C(=O)-), 에스테르기(-C(=O)O-), 에테르기(-O-), 에틸렌옥사이드기(-CH₂CH₂O-), 아조기(-N=N-), -COS- 및 -S-로 이루어진 군에서 선택되는 헤테로원자 함유 작용기를 포함하는 탄소수 8 내지 30의 헤테로알킬기, 헤테로사이클로알킬기 및 헤테로아릴기; 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있다.

상기 비친액정성기는 알코올, 다가알코올, 아민, 다가아민, 카르복실산, 다가카르복실산, 실란계 화합물, 실록산계 화합물, 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌옥사이드, 플루오르화카본계 화합물, 티올, 다가티올, 설포닉산, 설퍼릭산, 포스포닉산, 및 포스퍼릭산으로 이루어진 군에서 선택되는 화합물로부터 유도된 작용기일 수 있다.

바람직하게는, 상기 비친액정성기는 1-올(1-ol), 1,2-디올(1,2-diol), 글리세롤(glycerol), 글루코오스(glucose), 덱스트로스(dextrose), 소르비톨(sorbitol), 펜타에리스리톨(pentaerythritol), 디펜타에리스리톨(dipentaerythritol), 트리펜타에리스리톨(tripentaerythritol), 소르비탄(sorbitan), 플룩토스(fluctose), 수크로스(sucrose), 갤릭산(gallic acid), 글루코피라노사이드(glucopyranoside), 아스코르빅산(ascorbic acid), 매나이드(mannide) 및 말토사이드(maltoside)로 이루어진 군에서 선택되는 화합물로부터 유도된 작용기일 수 있다.

바람직하게는, 상기 비친액정성기는 1-아민(1-amine), 1,2-디아민(1,2-diamine), 1,3-디아민(1,3-diamine), 에틸렌 디아민(ethylene diamine), 디에틸렌 디아민(diethylene diamine), 트리스(2-아미노에틸)아민(tris(2-aminoethyl)amine), 시클로헥산 디아민(cyclohexane diamine), 디에틸렌 트리아민(diethylene triamine), 페닐디아민(phenyldiamine), 페닐트리아민(phenyltriamine), 1,3,5-트리아진 4,6-디아민(1,3,5-triazine 4,6-diamine), 1,3,5-트리아진 2,4,6-트리아민(1,3,5-triazine 2,4,6-triamine) 및 사이클렌으로 이루어진 군에서 선택되는 화합물로부터 유도된 작용기일 수 있다.

바람직하게는 상기 비친액정성기는 트리스(트리메틸실록시)실란(tris(trimethylsiloxy)으로부터 유도되는 작용기일 수 있다.

바람직하게는, 상기 비친액정성기는 하기 화학식 1의 실록시기를 1 내지 10개 포함하는 선형, 분지형 또는 고리형 실록산계 화합물로부터 유도되는 작용기일 수 있다:

[화학식 1]

(상기 화학식 1에서, Ra 및 Rb는 각각 독립적으로 수소원자, 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 실록시기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고, m은 1 내지 10의 정수임)

바람직하게는, 상기 비친액정성기는 에틸렌옥사이드(ethyleneoxide)기를 2 내지 20개 포함하는 하기 화학식 2a의 탄소수 4 내지 40의 선형 폴리옥시에틸렌 또는 하기 화학식 2b의 탄소수 4 내지 10의 고리형 폴리에틸렌글리콜(crown ether)로부터 유도되는 작용기일 수 있다:

[화학식 2a]

[화학식 2b]

(상기 화학식 2a 및 2b에서, m은 2 내지 20의 정수이고, n은 2 내지 5의 정수이다)

바람직하게는, 상기 비친액정성기는 플루오로기를 9 내지 41개 포함하는 탄소수 4 내지 20의 플루오로카본계 화합물로부터 유도되는 퍼플루오로알킬기 또는 퍼플루오로아릴기인 작용기일 수 있다.

바람직하게는, 상기 비친액정성기는 1-티올(1-thiol), 1,2-디티올(1,2-dithiol), 티오글리세롤(thioglycerol), 티오펜타에리쓰리톨(thiopentathiopentaerythritol) 및 디티오트레이톨(dithiothreitol)로 이루어진 군에서 선택되는 화합물로부터 유도되는 작용기일 수 있다.

바람직하게는, 상기 비친액정성기는 1-카르복실산(1-carboxylic acid), 1,2-디카르복실산 (1,2-dicarboxylyc acid), 1,3-디카르복실산 (1,3-dicarboxylyc acid), 벤젠카르복실산 (benzenecarboxylic acid), 벤젠디카르복실산 (benzenedicarboxylic acid), 1,2,3-트리카르복실산 (1,2,3-tricarboxylic acid), 벤젠트리카르복실산 (benzenetricarboxylic acid), 말릭산 (malic acid), 말레익산 (maleic acid), 타르타르산 (tartar acid), 시트릭산 (citric acid), 말레아믹산 (maleamic acid), 그루타믹산 (glutamic acid), 아가릭산 (agaric acid), 아코니틱산 (aconitic acid), 트라이카르발릴릭산 (tricarballylic acid), 및 아미노산 (amino acid)으로 이루어진 군에서 선택되는 화합물로부터 유도되는 작용기일 수 있다.

바람직하게는 상기 친액정성-비친액정성 화합물은 하기 화학식 3a 내지 3i의 화합물 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있다:

[화학식 3a]

[화학식 3b]

[화학식 3c]

[화학식 3d]

[화학식 3e]

[화학식 3f]

[화학식 3g]

[화학식 3h]

[화학식 3i]

상기 화학식 3a 내지 3i에서,

R₁ 내지 R₉은 각각 독립적으로 탄소수 8 내지 30의 알킬기; 탄소수 8 내지 30의 알케닐알킬기; 탄소수 8 내지 30의 알키닐알킬기; 탄소수 8 내지 30의 아릴알킬기; 탄소수 8 내지 30의 사이클로알킬기; 탄소수 8 내지 30의 아릴기; 분자내 카르보닐기(-C(=O)-), 에스테르기(-C(=O)O-), 에테르기(-O-), 에틸렌옥사이드기(-CH₂CH₂O-), 아조기(-N=N-), -COS- 및 -S-로 이루어진 군에서 선택되는 헤테로원자 함유 작용기를 포함하는 탄소수 8 내지 30의 헤테로알킬기, 헤테로사이클로알킬기 또는 헤테로아릴기; 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되며,

X₁, X₂, X₅, X₇, X₈ 및 X₉은 각각 독립적으로, -O-, -S-, -COO-, -CONH-, -C₆H₄O-, -C₆H₄COO-, -C₆H₄CONH- 및 단일결합으로 이루어진 군에서 선택되고,

X₃및 X₄는 각각 독립적으로 단일결합, -O- 및 -C₆H₄O-로 이루어진 군에서 선택되고,

X₆는 단일결합, -OCH₂CH₂-, -CH₂CH₂-, -C₆H₄OCH₂CH₂-, -C₆H₄COOCH₂CH₂- 및 -(SiRaRb)-CH₂CH₂-(이때 Ra 및 Rb는 각각 수소원자이거나 또는 탄소수 1 내지 3의 알킬기임)로 이루어진 군에서 선택되고,

PA, PAm, PS₁, PS₂, PEO, FC, PT, CA 및 SP는 직접 또는 상기 X₁ 내지 X₉의 연결기를 통해 R₁ 내지 R₉와 각각 공유결합을 형성하는 비친액정성기로서,

PA는 히드록시기를 1 내지 8개 포함하는 탄소수 1 내지 30의 알코올 또는 다가알코올로부터 유도되는 작용기이고,

PAm는 아민기를 1 내지 6개 포함하는 탄소수 1 내지 20의 아민 또는 다가아민으로부터 유도되는 작용기이고,

PS₁ 및 PS₂는 실릴기를 2 내지 10개 포함하는 탄소수 1 내지 20의 실란계 화합물로부터 유도되는 작용기이거나, 또는 실록시(siloxy)기를 1 내지 10개 포함하는 선형, 분지형 또는 고리형 실록산계 화합물로부터 유도되는 작용기이고,

PEO는 에틸렌옥사이드(ethyleneoxide)기를 2 내지 20개 포함하는 하기 화학식 2a의 탄소수 4 내지 40의 선형 폴리옥시에틸렌 또는 상기 화학식 2b의 탄소수 4 내지 10의 고리형 폴리에틸렌글리콜로부터 유도되는 작용기이고,

[화학식 2a]

[화학식 2b]

(상기 화학식 2a 및 2b에서, m은 2 내지 20의 정수이고, n은 2 내지 5의 정수이다)

FC는 플루오로기를 9 내지 41개 포함하는 탄소수 4 내지 20의 플루오로카본계 화합물로부터 유도되는 퍼플루오로알킬기 또는 퍼플루오로아릴기이며,

PT는 티올기(-SH)를 1 내지 8개 포함하는 탄소수 1 내지 20의 티올 및 다가티올로부터 유도되는 작용기이고,

CA는 카르복실산기(-COOH)를 1 내지 4개 포함하는 탄소수 1 내지 10의 카르복실산 및 다가 카르복실산으로부터 유도되는 작용기이고,

SP는 설포닉산기(-S(=O)₂OH)를 1 내지 3개 포함하는 탄소수 1 내지 10의 설포닉산 또는 다가설포닉산으로부터 유도되는 작용기이거나, 설퍼릭산기(-OS(=O)₂OH)를 1 내지 3개 포함하는 탄소수 1 내지 10의 설퍼릭산 또는 다가 설퍼릭산으로부터 유도되는 작용기이거나, 포스포닉산기(-P(=O)(OH)₂)를 1 내지 3개 포함하는 탄소수 1 내지 10의 포스포닉산 또는 다가포스포닉산으로부터 유도되는 작용기이거나 또는 포스퍼릭산기(-O-P(=O)(OH)₂)를 1 내지 3개 포함하는 탄소수 1 내지 10의 포스퍼릭산 또는 다가포스퍼릭산으로부터 유도되는 작용기이며, 그리고,

상기 a1 내지 a9, 그리고 b1 내지 b9은 해당 작용기의 개수를 나타내는 수로, 각각 독립적으로 1 내지 3의 정수이다.

보다 바람직하게는, 상기 친액정성-비친액정성 화합물은 하기 화합물들로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있다:

소르비탄 모노라우레이트(Sorbitan monolaurate);

소르비탄 모노팔미테이트(Sorbitan monopalmitate);

소르비탄 모노스테아레이트(Sorbitan monostearate);

소르비탄 트리스테아레이트(Sorbitan tristearate);

소르비탄 모노올레이트(Sorbitan monooleate);

소르비탄 세스퀴올레이트(Sorbitan sesquioleate);

소르비탄 트리올레이트(Sorbitan trioleate);

폴리옥시에틸렌소르비탄 트리스테아레이트(Polyoxyethylenesorbitan tristearate);

폴리옥시에틸렌소르비탄 트리올레이트(Polyoxyethylenesorbitan trioleate);

폴리옥시에틸렌소르비탄 스테아레이트(Polyoxyethylenesorbitan stearate);

폴리옥시에틸렌소르비탄 올레이트(Polyoxyethylenesorbitan oleate);

디헥사데카노일 글리세롤(Dihexadecanoyl glycerol, dipalmitin);

디옥타데카노일 글리세롤(Dioctadecanoyl glycerol);

디올레오일 글리세롤(Dioleoyl glycerol);

옥틸 갈레이트(Octyl gallate);

라우릴 갈레이트(Lauryl gallate);

아스코르빅산 6-팔미테이트(Ascorbic acid 6-palmitate);

매나이드 모노올레이트(Mannide monooleate);

1,2-도데칸디올(1,2-Dodecanediol);

1,2-헥사데칸디올(1,2-Hexadecanediol);

헥사데칸 1,2-디아민(Hexadecane 1,2-diamine);

옥탄산(Octanoic acid);

데칸산(Decanoic acid);

도데칸산(Dodecanoic acid);

헥사데칸산(Hexadecanoic acid, Palmitic acid);

옥타데칸산(Octadecanoic acid, Stearic acid);

디헥사데실 포스페이트(Dihexadecyl phosphate);

헥사데실술폰산(hexadecylsulfonic acid);

도데실벤젠술폰산(dodecylbenzene sulfonic acid);

1-데칸올(1-Decanol);

1-도데칸올(1-Dodecanol);

1-헥사데칸올(1-Hexadecanol);

1-옥타데칸올(1-Octadecanol);

옥틸아민(Octylamine);

데실아민(Decylamine);

도데실아민(Dodecylamine);

메타크릴옥시 메틸펜에틸 트리스(트리메틸실록시)실란 아이소머(methacryloxy methylpenethyl tris(trimethylsiloxy)silane isomer);

메틸옥타데실 비스(트리메틸실록시)실란(methyl-octadecyl bis(trimethylsiloxy)silane);

폴리옥시에틸렌소르비탄 트리스테아레이트(polyoxyethylenesorbitane tristearate);

도데실페닐술폰산(dodecylphenyl sulfonic acid);

하기 화학식 3j의 갈레이트 유도체(Gallate derivative);

(3j)

폴리옥시에틸렌 (2) 스테아릴 에테르(polyoxyethylen (2) stearyl ether);

데실 갈레이트(Decyl gallate);

팔미트산(Palmitic acid).

상기 친액정성-비친액정성 화합물은 상기 친액정성 영역과 비친액정성 영역 중 적어도 어느 한 영역에 광반응성기를 더 포함할 수 있다.

상기 광반응성기는 아크릴기, 메타크릴기, 신나메이트기, 쿠마린기, 챠콘기, 비닐기, 티올기, 엔기, 디엔기, 티올엔기, 및 아세틸렌기로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있다.

바람직하게는, 상기 친액정성-비친액정성 화합물이 상기 친액정성 영역과 비친액정성 영역 중 적어도 어느 한 영역에 광반응성기를 더 포함하는 광반응성 친액정성-비친액정성 화합물이며, 상기 광반응성 친액정성-비친액정성 화합물은 하기 화합물들로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있다:

펜타에리쓰리톨 디아크릴레이트 모노스테아레이트(Pentaerythritol diacrylate monostearate);

펜타에리쓰리톨 모노아크릴레이트 모노스테아레이트(Pentaerythritol monoacrylate monostearate);

글루코실 메타크릴레이트(methacryloctyloxyphenolglucose) 또는 그 유도체;

[4-(메타크릴로일옥시메틸)페닐]에틸-트리스(트리메틸실록시)실란([4-(methacryloyloxymethyl)phenyl]ethyl-tris(trimethylsilyloxy)silane));

메타크릴옥시메틸펜에틸트리스(트리메틸실록시)실란(methacryloxymethylphenethyltris(trimethylsiloxy)silane).

상기 광반응성 친액정성-비친액정성 화합물은 액정 수직배향 유도체 총 중량에 대하여 3 내지 100중량%의 함량으로 포함될 수 있다.

상기 액정 수직배향 유도제는 하기 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 광반응성의 제2의 친액정성-비친액정성 화합물을 더 포함할 수 있다:

펜타에리쓰리톨 트리아크릴레이트(pentaerythritol triacrylate);

펜타에리쓰리톨 테트라아크릴레이트(pentaerythritol tetraacrylate);

폴리(에틸렌글리콜)메틸에테르 메타크릴레이트(poly(ethylene glycol) methyl ether methacrylate);

폴리(에틸렌글리콜) 메틸 에테르 아크릴레이트 (Poly(ethylene glycol) methyl ether acrylate);

히드록시부틸 아크릴레이트;

하기 화학식 4j의 글리세롤 유도체;

(4j)

글리코실옥시에틸 메타크릴레이트(Glycosyloxyethyl methacrylate);

트리데카플루오로옥틸 메타크릴레이트(tridecafluorooctyl methacrylate);

폴리(에틸렌글리콜)메틸에테르 메타크릴레이트(poly(ethylene glycol) methyl ether methacrylate).

상기 액정 수직배향 유도제가 하기 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 제2의 친액정성-비친액정성 화합물을 더 포함할 수 있다:

헥실 갈레이트(Hexyl gallate);

n-도데실 β-D-말톡사이드(n-dodecyl β-D-maltoside);

프로필 갈레이트(Propyl gallate);

1,2-헥산디올(1,2-Hexanediol);

헥사노익산(Hexanoic acid);

1-헥사놀(1-Hexanol);

1-헥실아민(1-Hexylamine);

1,3-비스(3-메타아크릴옥시프로필)테트라키스(트리메틸실록시)디실록산(1,3-bis(3-methacryloxypropyl)tetrakis(trimethylsiloxy)disiloxane);

3-메타크릴옥시프로필펜타메틸디실록산(3-methacryloxypropyl pentamethyl disiloxane);

(3-아크릴옥시프로필)트리스(트리메틸실록시)실란((3-acryloyloxypropyl)tris(trimethylsiloxy)silane);

(3-메타크릴아미도프로필)비스(트리메틸실록시)메틸실란((3-methacrylamidopropyl)bis(trimethylsiloxy)methylsilane).

본 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 액정 호스트; 및

액정 호스트에 대해 화학적으로 친화성이 높은 친액정성기를 포함하는 친액정성 영역과 액정 호스트에 대해 친화성이 낮은 비친액정성기를 포함하는 비친액정성 영역을 포함하는 친액정성-비친액정성 화합물을 1종 이상 포함하고, 상기 친액정성-비친액정성 화합물 중 적어도 하나는 친액정성 영역에 탄소수 8 이상의 친액정성기를 1개 이상 포함하는 것이며,

하기 수학식 1에 따라 계산된 비친액정성 비율(X')이 0.5 내지 6인 액정 수직배향 유도제를 포함하는 액정층 형성용 조성물을 제공한다.

[수학식 1]

상기 수학식 1에서,

n은 액정수직배향 유도제를 구성하는 친액정성-비친액정성 화합물 종류의 개수를 나타내는 1 이상의 정수이고,

X는 액정수직배향 유도제를 구성하는 친액정성-비친액정성 화합물들 중 임의의 어느 1종의 친액정성-비친액정성 화합물의 비친액정성 비율로 하기 수학식 1-1에 따라 계산되며,

[수학식 1-1]

Y는 액정수직배향 유도제를 구성하는 친액정성-비친액정성 화합물들 중 임의의 어느 1종의 친액정성-비친액정성 화합물의 중량비로, 하기 수학식 1-2에 따라 계산된다.

[수학식 1-2]

상기 액정층 형성용 조성물에 있어서, 액정 수직배향 유도제는 자가조립에 의해 안정화된 미세조립체의 형태로 액정호스트 중에 분산되어 존재할 수 있다,

상기 액정층 형성용 조성물에 있어서, 친액정성-비친액정성 화합물이 상기 친액정성 영역과 비친액정성 영역 중 적어도 어느 한 영역에 광반응성기를 더 포함할 수 있다.

상기 액정층 형성용 조성물에 있어서, 액정 수직배향 유도제가 액정층 형성용 조성물 총 중량에 대하여 0.01 내지 5중량%로 포함될 수 있다.

본 발명의 또 다른 일 구현예에 따르면, 제1기판 및 제2기판에 대해 각각 제1및 제2전극을 형성하는 전극형성단계; 그리고 상기 제1 및 제2전극을 각각 포함하는 제1기판과 제2기판을 전극들끼리 대면하도록 하여 접합한 후 제1기판과 제2기판 사이의 공간에 액정층 형성용 조성물을 주입하거나, 또는 상기 제1 및 제2전극을 각각 포함하는 제1기판과 제2기판 중 어느 하나에 대해 진공 하에서 액정층 형성용 조성물을 적하하여 액정층을 형성한 후 나머지 기판을 전극들끼리 대면하도록 접합하여 조립체를 제조하는 단계를 포함하며,

상기 액정층 형성용 조성물은 액정호스트, 및

액정 호스트에 대해 화학적으로 친화성이 높은 친액정성기를 포함하는 친액정성 영역과 액정 호스트에 대해 친화성이 낮은 비친액정성기를 포함하는 비친액정성 영역을 포함하는 친액정성-비친액정성 화합물을 1종 이상 포함하고, 상기 친액정성-비친액정성 화합물 중 적어도 하나는 친액정성 영역에 탄소수 8 이상의 친액정성기를 1개 이상 포함하는 것이며, 하기 수학식 1에 따라 계산된 비친액정성 비율(X')이 0.5 내지 6인 액정 수직배향 유도제를 포함하는 것인 액정표시장치의 제조방법을 제공한다.

[수학식 1]

상기 수학식 1에서,

n은 액정수직배향 유도제를 구성하는 친액정성-비친액정성 화합물 종류의 개수를 나타내는 1 이상의 정수이고,

X는 액정수직배향 유도제를 구성하는 친액정성-비친액정성 화합물들 중 임의의 어느 1종의 친액정성-비친액정성 화합물의 비친액정성 비율로 하기 수학식 1-1에 따라 계산되며,

[수학식 1-1]

Y는 액정수직배향 유도제를 구성하는 친액정성-비친액정성 화합물들 중 임의의 어느 1종의 친액정성-비친액정성 화합물의 중량비로, 하기 수학식 1-2에 따라 계산된다.

[수학식 1-2]

상기 제조방법에 있어서, 액정층 형성용 조성물은 액정 수직배향 유도제가 자가조립에 의해 안정화된 미세조립체의 형태로 액정호스트 중에 분산되어 존재하는 것일 수 있다.

상기 제조방법에 있어서, 친액정성-비친액정성 화합물이 상기 친액정성 영역과 비친액정성 영역 중 적어도 어느 한 영역에 광반응성기를 더 포함하는 것일 수 있다.

상기 제조방법에 있어서, 액정 수직배향 유도제가 액정층 형성용 조성물 총 중량에 대하여 0.01 내지 5중량%로 포함될 수 있다.

상기 제조방법은 조립체의 제조 후 제1기판과 제2기판 사이에 전기장을 인가하고, 광 조사하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 일 구현예에 따르면, 서로 대향하여 위치하는 제1기판과 제2기판; 상기 제1기판과 제2기판의 상호 대향되는 면에 각각 형성된 제1전극과 제2전극; 그리고 상기 제1기판과 상기 제2기판 사이에 개재되어 위치하는 액정층을 포함하며,

상기 액정층은 액정호스트, 및 액정 호스트에 대해 화학적으로 친화성이 높은 친액정성기를 포함하는 친액정성 영역과 액정 호스트에 대해 친화성이 낮은 비친액정성기를 포함하는 비친액정성 영역을 포함하는 친액정성-비친액정성 화합물을 1종 이상 포함하고, 상기 친액정성-비친액정성 화합물 중 적어도 하나는 친액정성 영역에 탄소수 8 이상의 친액정성기를 1개 이상 포함하는 것이며,

하기 수학식 1에 따라 계산된 비친액정성 비율(X')이 0.5 내지 6인 액정 수직배향 유도제를 포함하는 것인 액정표시장치를 제공한다.

[수학식 1]

상기 수학식 1에서,

n은 액정수직배향 유도제를 구성하는 친액정성-비친액정성 화합물 종류의 개수를 나타내는 1 이상의 정수이고,

X는 액정수직배향 유도제를 구성하는 친액정성-비친액정성 화합물들 중 임의의 어느 1종의 친액정성-비친액정성 화합물의 비친액정성 비율로 하기 수학식 1-1에 따라 계산되며,

[수학식 1-1]

Y는 액정수직배향 유도제를 구성하는 친액정성-비친액정성 화합물들 중 임의의 어느 1종의 친액정성-비친액정성 화합물의 중량비로, 하기 수학식 1-2에 따라 계산된다.

[수학식 1-2]

상기 액정표시장치에 있어서, 친액정성-비친액정성 화합물이 상기 친액정성 영역과 비친액정성 영역 중 적어도 어느 한 영역에 광반응성기를 더 포함하는 광반응성의 친액정성-비친액정성 화합물이며, 상기 액정층은 상기 광반응성의 친액정성-비친액정성 화합물의 광중합체를 더 포함하는 것일 수 있다.

상기 액정표시장치는 액정층과 제1 또는 제2전극 사이에 액정 수직배향 유도제를 포함하는 액정의 수직배향 및 광안정화 층을 더 포함할 수 있다.

상기 액정표시장치에 있어서, 상기 제1 및 제2 전극 중 어느 하나 또는 둘 모두가 패턴화된 것일 수 있다.

본 발명의 또 다른 일 구현예에 따르면, 액정 수직배향 유도제가 자가조립에 의해 미세조립체를 형성하여 액정 호스트중에 균일하게 분산되어 있는 액정층 형성용 조성물을 이용하여 배향 안정성을 갖는 액정의 수직배향을 유도하는 방법을 제공한다.

본 발명의 또 다른 일 구현예에 따르면, 광반응성의 액정 수직배향 유도제가 자가조립에 의해 미세조립체를 형성하여 액정 호스트중에 균일하게 분산되어 있는 액정층 형성용 조성물을 이용하여 액정의 수직배향 및 광안정화를 유도하는 방법을 제공한다.

본 발명의 또 다른 일 구현예에 따르면, 광반응성의 액정 수직배향 유도제가 자가조립에 의해 미세조립체를 형성하여 액정 호스트중에 균일하게 분산되어 있는 액정층 형성용 조성물에 대하여 전기장을 인가하고 광 조사를 실시함으로써 액정층과 전극층의 사이에 절연성의 액정 수직배향 및 광안정화 층을 형성하는 방법을 제공한다.

기타 본 발명의 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.

본 발명에 따른 액정 수직배향 유도제는 액정호스트 내에서 자가조립화된 미세집합체를 형성함으로써 액정호스트내에 균일하게 분산될 수 있어, 액정층 형성시 선처리된 배향층 없이도 액정 호스트의 수직배향을 유도하고, 액정의 선경사각을 안정화시키며, 그 결과로 액정표시장치의 제조공정을 단순화하고 액정표시장치의 성능 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래 액정 표시 소자의 제조공정을 개략적으로 나타낸 공정도이다.
도 2a는 본 발명의 일 구현예에 따른 액정층 형성용 조성물을 나타낸 모식도이고, 도 2b는 상기 조성물내에 분산된 미세조립체의 구조를 나타낸 모식도이며, 도 2c는 상기 조성물내 포함되는 친액정성-비친액정성 화합물의 구조를 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 액정표시장치의 제조공정을 개략적으로 나타낸 공정도이다.
도 4a는 실시예 1에서 제조한 액정 표시 장치에서의 액정층을 직교 편광자 하에서의 편광현미경으로 관찰한 사진이고, 도 4b는 상기 도 4a에 대한 코노스코프 이미지(conoscopic image)이다.
도 5a는 실시예 1에서 제조한 액정 표시 장치에 있어서 액정층에 대한 전기장 인가 전 액정분자의 배열을 관찰한 사진이고, 도 5b는 전기장 인가 직후 액정분자의 배열을 관찰한 사진이고, 도 5c는 전기장 인가 후 시간의 경과에 따른 액정분자 배열의 변화를 관찰한 사진이다.
도 6a는 실시예 1에서 제조한 액정 표시 장치에 있어서 액정층에 대한 전기장 인가 및 광조사 후, 무전계 상태에서 전압 인가 전 액정 배열 상태를 관찰한 사진이고, 도 6b는 전압 인가 직후 액정 배열의 스위칭을 관찰한 사진이고, 도 6c는 전압 인가 후 시간의 경과에 따른 액정분자 배열의 변화를 관찰한 사진이다.
도 7a는 실시예 2에서 제조한 액정 표시 장치에 있어서 액정층에 대한 전기장 인가 전 액정분자의 배열을 관찰한 사진이고, 도 7b는 전기장 인가 직후 액정분자의 배열을 관찰한 사진이고, 도 7c는 전기장 인가 후 시간의 경과에 따른 액정분자 배열의 변화를 관찰한 사진이다.
도 8a는 실시예 2에서 제조한 액정 표시 장치에 있어서 액정층에 대한 전기장 인가 및 광조사 후, 무전계 상태에서 전압 인가 전 액정 배열 상태를 관찰한 사진이고, 도 8b는 전압 인가 직후 액정 배열의 스위칭을 관찰한 사진이고, 도 8c는 전압 인가 후 시간의 경과에 따른 액정분자 배열의 변화를 관찰한 사진이다.
도 9a는 실시예 3에서 제조한 액정 표시 장치에 있어서 액정층에 대한 전기장 인가 전 액정분자의 배열을 관찰한 사진이고, 도 9b는 전기장 인가 직후 액정분자의 배열을 관찰한 사진이다.
도 10a는 실시예 3에서 제조한 액정 표시 장치에 있어서 액정층에 대한 전기장 인가 및 광조사 후, 무전계 상태에서 전압 인가 전 액정 배열 상태를 관찰한 사진이고, 도 10b는 전압 인가 후 액정 배열의 스위칭을 관찰한 사진이다.
도 11a는 실시예 4에서 제조한 액정 표시 장치에 있어서 액정층에 대한 전기장 인가 전 액정분자의 배열을 관찰한 사진이고, 도 11b는 전기장 인가 직후 액정분자의 배열을 관찰한 사진이다.
도 12a는 실시예 4에서 제조한 액정 표시 장치에 있어서 액정층에 대한 전기장 인가 및 광조사 후, 무전계 상태에서 전압 인가 전 액정 배열 상태를 관찰한 사진이고, 도 12b는 전압 인가 후 액정 배열의 스위칭을 관찰한 사진이다.
도 13a는 실시예 5에서 제조한 액정 표시 장치에 있어서 액정층에 대한 전기장 인가 전 액정분자의 배열을 관찰한 사진이고, 도 13b는 전기장 인가 직후 액정분자의 배열을 관찰한 사진이다.
도 14a는 실시예 5에서 제조한 액정 표시 장치에 있어서 액정층에 대한 전기장 인가 및 광조사 후, 무전계 상태에서 전압 인가 전 액정 배열 상태를 관찰한 사진이고, 도 14b는 전압 인가 후 액정 배열의 스위칭을 관찰한 사진이다.
도 15a는 실시예 6에서 제조한 액정 표시 장치에 있어서 액정층에 대한 전기장 인가 전 액정분자의 배열을 관찰한 사진이고, 도 15b는 전기장 인가 직후 액정분자의 배열을 관찰한 사진이다.
도 16a는 실시예 6에서 제조한 액정 표시 장치에 있어서 액정층에 대한 전기장 인가 및 광조사 후, 무전계 상태에서 전압 인가 전 액정 배열 상태를 관찰한 사진이고, 도 16b는 전압 인가 후 액정 배열의 스위칭을 관찰한 사진이다.
도 17a는 실시예 7에서 제조한 액정 표시 장치에 있어서 액정층에 대한 전기장 인가 전 액정분자의 배열을 관찰한 사진이고, 도 17b는 전기장 인가 직후 액정분자의 배열을 관찰한 사진이다.
도 18a는 실시예 7에서 제조한 액정 표시 장치에 있어서 액정층에 대한 전기장 인가 및 광조사 후, 무전계 상태에서 전압 인가 전 액정 배열 상태를 관찰한 사진이고, 도 18b는 전압 인가 후 액정 배열의 스위칭을 관찰한 사진이다.
도 19a는 실시예 8에서 제조한 액정 표시 장치에 있어서 액정층에 대한 전기장 인가 전 액정분자의 배열을 관찰한 사진이고, 도 19b는 전기장 인가 직후 액정분자의 배열을 관찰한 사진이며, 도 19c는 전기장 인가 후 시간의 경과에 따른 액정분자 배열의 변화를 관찰한 사진이다.
도 20a는 실시예 8에서 제조한 액정 표시 장치에 있어서 액정층에 대한 전기장 인가 및 광조사 후, 무전계 상태에서 전압 인가 전 액정 배열 상태를 관찰한 사진이고, 도 20b는 전압 인가 직후 액정 배열의 스위칭을 관찰한 사진이며, 도 20c는 전압 인가 후 시간의 경과에 따른 액정분자 배열의 변화를 관찰한 사진이다.
도 21a는 실시예 9에서 제조한 액정 표시 장치에 있어서 액정층에 대한 전기장 인가 전 액정분자의 배열을 관찰한 사진이고, 도 21b는 전기장 인가 직후 액정분자의 배열을 관찰한 사진이며, 도 21c는 전기장 인가 후 시간의 경과에 따른 액정분자 배열의 변화를 관찰한 사진이다.
도 22a는 실시예 9에서 제조한 액정 표시 장치에 있어서 액정층에 대한 전기장 인가 및 광조사 후, 무전계 상태에서 전압 인가 전 액정 배열 상태를 관찰한 사진이고, 도 22b는 전압 인가 직후 액정 배열의 스위칭을 관찰한 사진이며, 도 22c는 전압 인가 후 시간의 경과에 따른 액정분자 배열의 변화를 관찰한 사진이다.
도 23a는 실시예 10에서 제조한 액정 표시 장치에 있어서 액정층에 대한 전기장 인가 전 액정분자의 배열을 관찰한 사진이고, 도 23b는 전기장 인가 직후 액정분자의 배열을 관찰한 사진이며, 도 23c는 전기장 인가 후 시간의 경과에 따른 액정분자 배열의 변화를 관찰한 사진이다.
도 24a는 실시예 10에서 제조한 액정 표시 장치에 있어서 액정층에 대한 전기장 인가 및 광조사 후, 무전계 상태에서 전압 인가 전 액정 배열 상태를 관찰한 사진이고, 도 24b는 전압 인가 직후 액정 배열의 스위칭을 관찰한 사진이며, 도 24c는 전압 인가 후 시간의 경과에 따른 액정분자 배열의 변화를 관찰한 사진이다.
도 25a는 실시예 11에서 제조한 액정 표시 장치에 있어서 액정층에 대한 전기장 인가 전 액정분자의 배열을 관찰한 사진이고, 도 25b는 전기장 인가 직후 액정분자의 배열을 관찰한 사진이다.
도 26a는 실시예 11에서 제조한 액정 표시 장치에 있어서 액정층에 대한 전기장 인가 및 광조사 후, 무전계 상태에서 전압 인가 전 액정 배열 상태를 관찰한 사진이고, 도 26b는 전압 인가 후 액정 배열의 스위칭을 관찰한 사진이다.
도 27은 시험예 1에서 헥실갈레이트를 포함하는 액정층 형성용 조성물을 이용하여 제조한 액정표시장치에 대한 전기장 인가 전 편광현미경을 이용하여 액정분자의 배열을 관찰한 사진이다.
도 28은 시험예 1에서 데실갈레이트를 포함하는 액정층 형성용 조성물을 이용하여 제조한 액정표시장치에 대한 전기장 인가 전 편광현미경을 이용하여 액정분자의 배열을 관찰한 사진이다.
도 29은 시험예 1에서 옥타데칸을 포함하는 액정층 형성용 조성물을 이용하여 제조한 액정표시장치에 대한 전기장 인가 전 편광현미경을 이용하여 액정분자의 배열을 관찰한 사진이다.
도 30a는 시험예 1에서 1-옥타데칸올을 포함하는 액정층 형성용 조성물을 이용하여 제조한 액정표시장치에 대한 전기장 인가 전 편광현미경을 이용하여 액정분자의 배열을 관찰한 사진이고, 도 30b는 코노스코피 관찰사진이다.
도 31은 시험예 2에서 실시번호 2-1의 액정층 형성용 조성물을 이용하여 제조한 액정표시장치에 대한 전기장 인가 전 편광현미경을 이용하여 관찰한 액정배향 관찰 사진이다.
도 32은 시험예 2에서 실시번호 2-4의 액정층 형성용 조성물을 이용하여 제조한 액정표시장치에 대한 전기장 인가 전 편광현미경을 이용하여 관찰한 액정배향 관찰 사진이다.
도 33는 시험예 2에서 실시번호 2-5의 액정층 형성용 조성물을 이용하여 제조한 액정표시장치에 대한 전기장 인가 전 편광현미경을 이용하여 관찰한 액정배향 관찰 사진이다.
도 34은 시험예 2에서 실시번호 2-6의 액정층 형성용 조성물을 이용하여 제조한 액정표시장치에 대한 전기장 인가 전 편광현미경을 이용하여 관찰한 액정배향 관찰 사진이다.
도 35a는 시험예 2에서 실시번호 2-6의 액정층 형성용 조성물을 이용하여 제조한 액정표시장치에 대한 전기장 인가 전 액정분자의 배열을 관찰한 사진이고, 도 35b는 전기장 인가 직후 액정분자의 배열을 관찰한 사진이며, 도 35c는 전기장 인가 후 시간의 경과에 따른 액정분자 배열의 변화를 관찰한 사진이다.
도 36a는 시험예 2에서 실시번호 2-6의 액정층 형성용 조성물을 이용하여 제조한 액정표시장치에 대한 전기장 인가 및 광조사 후, 무전계 상태에서 전압 인가 전 액정 배열 상태를 관찰한 사진이고, 도 36b는 전압 인가 직후 액정 배열의 스위칭을 관찰한 사진이며, 도 36c는 전압 인가 후 시간의 경과에 따른 액정분자 배열의 변화를 관찰한 사진이다.

이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 명세서에서 사용된 용어 '친액정성 영역"이란 화합물 중에 액정화합물을 구성하는 원소와 유사한 원소들로 이루어진 화학적 조성을 가지는 화합물기로서 액정 호스트와 유사한 화학적 특성으로 인해 액정 물질에 대해 화학적으로 친화성을 나타내는 작용기, 즉 액정과 잘 섞이는 화학기를 포함하는 부분을 의미한다. 액정이 주로 탄소원자와 수소원자로 이루어진 탄화수소 화합물이고 일부의 헤테로 원자를 치환기로 가지므로 액정은 화학적으로 탄화수소의 특성과 유사하다. 따라서, 친액정성 영역에 포함될 수 있는 친액정성기는 탄소원자와 수소원자로 이루어진 탄화수소이며 극히 일부분에 헤테로 원자를 포함할 수도 있다. 친액정성기의 예로는 포화 탄화수소기, 불포화 탄화수소기, 아로마틱기, 액정화합물에서 리지드-코어(rigid-core) 부분의 연결기(linking group)로 사용되는 작용기, 및 액정의 특성을 나타내는 메조젠기 등이 포함될 수 있다.

본 명세서에서 사용된 용어 '비친액정성 영역'이란 액정 호스트와의 화학적 조성의 상이함으로 인해 액정 호스트와의 화학적 특성이 달라 액정 호스트와 잘 섞이지 않거나 용해되지 않는 성질을 가진 작용기, 즉 액정과 화학적으로 비친화성을 가지는 화학기를 포함하는 부분을 의미한다. 탄화수소와 화학적 특성이 상이한 비친액정성 영역은 주로 산소원자, 질소원자, 실리콘원자, 불소원자, 황원자, 인원자와 같은 헤테로원자가 포함된 화학기로 구성되며, 이러한 비친액정성기의 예로는 (1) 히드록시기, 티올기(thiol group), 아민기 등과 같이 수소결합이 가능하거나 유전률 또는 극성이 큰 화합물기, (2) 액정 호스트와 화학적 조성이 상이한 실란(silane) 및 실록산(siloxane)기를 포함하는 실리콘계 화합물, (3) 액정 호스트와 화학적 조성이 상이한 탄화불소계 화합물기, (4) 액정 호스트와 화학적 조성, 유전율이 상이한 에틸렌 옥사이드기(또는 옥시에틸렌기(oxyethylene group)), 프로필렌 옥사이드기(또는 옥시프로필렌기(oxypropylene group)) 등을 사용할 수 있으며, 보다 구체적인 예는 이후에서 기술하기로 한다. 상기예 중 (1) 및 (4)에 해당되는 비친액정성기는 극성 및 유전률이 탄화수소 및 액정에 비해 큰 특성이 있어서 물, 에틸렌글리콜, 글리세롤 등과 같은 극성 및 유전률이 큰 화합물과 잘 섞이는 특성이 있다. 즉, 유전률이 큰 용매에는 잘 용해되나 액정과 같은 탄화수소 화합물에는 잘 용해되지 않는 특성을 가지는 작용기이다.

본 명세서에서 특별한 언급이 없는 한, '알킬기'는 직쇄 또는 분쇄의 탄소수 1 내지 20인 알킬기를 의미하며, 상기 알킬기는 1차 알킬기, 2차 알킬기 및 3차 알킬기를 포함한다. 상기 알킬기의 구체적인 예로는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, t-부틸기 등을 들 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

본 명세서에서 특별한 언급이 없는 한 '알케닐(alkenyl)'이란 알칸(alkane)에서 수소 원자 두 개를 뺀 2가의 원자단이며, 일반식 -C_nH_2n-(n은 2이상의 정수)으로 표시될 수 있고, '알키닐(alkylnyl)'이란 알켄(alkene)에서 수소 원자 두 개를 뺀 2가의 원자단이며, 일반식 -C_nH_n-(n은 2이상의 정수)으로 표시될 수 있다.

본 명세서에서 특별한 언급이 없는 한, '엔기(-ene group)'란 작용기내에 탄소탄소 이중결합을 포함하는 작용기를 의미하고, '디엔기(-diene group)'란 작용기내 탄소탄소 이중결합을 2개 포함하는 작용기를 의미한다.

본 명세서에서 특별한 언급이 없는 한, '티올-엔기(thiol-ene group)란 티올(-SH)기를 포함하는 작용기와 엔(C=C)기가 있는 작용기가 혼합되어 있는 경우로, 티올과 엔이 광중합 과정을 통해 티올엔 중합 (thiol-ene polymerization)을 할 수 있다. 또는, 티올 또는 엔기 중의 하나가 치환되어 있는 작용기가 친액정성-비친액정성 화합물과 화학결합을 형성하고 있고, 나머지 하나를 포함하는 동일하거나 상이한 구조의 친액정성-비친액정성 화합물을 액정혼합물에 녹여서 사용하는 경우도 포함한다.

본 명세서에서 특별한 언급이 없는 한 모든 화합물 또는 치환기는 치환되거나 비치환된 것일 수 있다. 여기서, '치환된'이란 수소가 할로겐 원자, 하이드록시기, 카르복시기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 티오기, 메틸티오기, 알콕시기, 알데하이드기, 에폭시기, 에테르기, 에스테르기, 카르보닐기, 아세탈기, 케톤기, 알킬기, 퍼플루오로알킬기, 시클로알킬기, 헤테로시클로알킬기, 알릴기, 벤질기, 아릴기, 헤테로아릴기, 이들의 유도체 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나로 대체된 것을 의미한다.

본 명세서에서 '이들의 조합'이란 특별한 언급이 없는 한, 둘 이상의 치환기가 단일 결합 또는 -COO-, -COS-, -O-, -S-, -CF₂-, -CF₂CF₂- 및 -N=N-로 이루어진 군에서 선택되는 연결기에 의해 결합되어 있거나, 둘 이상의 치환기가 축합하여 연결되어 있는 것을 의미한다.

또한, 본 명세서에서 층, 막, 영역, 기판 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, 기판 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 발명은 화합물내에 포함되는 비친액정성기의 분자량 비율, 즉 비친액정성 비율을 조절함으로써 액정 호스트중에서 분자의 자가조립(self-assembly)에 의해 미세조립체를 형성하여 균일하게 분산될 수 있는 액정 수직배향 유도제를 제공하는 것을 일 특징으로 하고, 상기 액정 수직배향 유도제가 액정 호스트 중에 균일하게 분산된 액정층 형성용 조성물을 사용함으로써 별도의 배향막 형성공정 없이도 액정의 수직 배향을 유도하는 것을 다른 일 특징으로 하며, 또한 상기 액정 수직배향 유도제의 친액정성 영역과 비친액정성 영역 중 적어도 어느 하나의 영역에 광반응성기를 더 포함하도록 함으로써 액정의 수직배향 후 전기장 인가하에서의 광중합 반응에 의해 액정 배향의 안정화를 유도하는 것을 또 다른 일 특징으로 한다. 이하 본 명세서에서는 이와 같이 액정 호스트 중에서 액정 수직배향 유도제의 자가조립(self-assembly)에 의해 생성된 구형의 분산상(sphere 또는 drop)을 '미세 조립체' 또는 '미세 집합체'라고 한다.

즉, 본 발명의 일 구현예에 따른 액정 수직배향 유도제는, 1분자내에 액정 호스트에 대해 화학적으로 친화성이 높은 친액정성기를 포함하는 친액정성 영역과 액정 호스트에 대해 친화성이 낮은 비친액정성기를 포함하는 비친액정성 영역을 포함하는 친액정성-비친액정성 화합물을 1종 이상 포함하고, 상기 친액정성-비친액정성 화합물 중 적어도 하나는 친액정성 영역에 탄소수 8 이상의 친액정성기를 1개 이상 포함하는 것이며, 또한 상기 액정 수직배향 유도제는 하기 수학식 1에 따라 계산된 비친액정성 비율(X')이 0.5 내지 6이다.

[수학식 1]

상기 수학식 1에서,

n은 액정수직배향 유도제를 구성하는 친액정성-비친액정성 화합물 종류의 개수를 나타내는 1 이상의 정수이고,

X는 액정수직배향 유도제를 구성하는 친액정성-비친액정성 화합물들 중 임의의 어느 1종의 친액정성-비친액정성 화합물의 비친액정성 비율로 하기 수학식 1-1에 따라 계산되며,

[수학식 1-1]

Y는 액정수직배향 유도제를 구성하는 친액정성-비친액정성 화합물들 중 임의의 어느 1종의 친액정성-비친액정성 화합물의 중량비로, 하기 수학식 1-2에 따라 계산된다.

[수학식 1-2]

상기 비친액정성 비율은 화합물의 분자량 대비 비친액정성기의 분자량 비율에 따라 액정 수직배향 유도제의 특성을 구분한 것으로, X'=0인 경우는 100% 친액정성을 나타내고, X=10인 경우는 100% 비친액정성을 나타낸다. X'값이 0에 가까울수록 액정에 섞임성이 커져서 미세 상분리에 의한 미세조립체를 형성하지 못하고, X'값이 10에 가까울수록 비친액정성기의 비율이 높아져서 액정과 수직배향 유도제의 친화도(섞임성)가 낮아지게 되어 거시적인 상분리가 발생함으로써 미세집합체가 고르게 분산된 액정조성물을 형성하지 못하게 된다.

이와 같이, 액정 수직배향 유도제 내에 포함되는 비친액정성기의 분자량 비율, 즉 비친액정성 비율에 따라 액정의 수직배향을 유도할 수 있으므로, 본 발명에서 사용가능한 액정 수직배향 유도제는 상기 수학식 1로 계산되는 비액정성 비율(X')이 0.5 내지 6의 범위내에 포함되어야 하고, 동시에 상기 액정 수직배향 유도제를 구성하는 친액정성-비친액정성 화합물로서 탄소수 8이상의 친액정성기를 포함하는 친액정성-비친액정성 화합물(이하 간단히 '제1의 친액정성-비친액정성 화합물'이라 함)을 적어도 1종 포함하여야 한다.

만약 상기한 범위를 벗어나 0.5 미만이 되면 액정과의 친화도가 지나치게 높아 액정의 수직 배향을 유도하지 못하거나, 수직 배향 유도 효과가 낮다. 또한, 6초과일 경우 액정층 형성용 조성물의 제조시 액정 호스트와의 친화도가 충분하지 않아 액정과 균일한 혼합물 형성이 어렵고, 그 결과 액정의 수직 배향을 유도하지 못하거나, 수직 배향 유도 효과가 낮다. 보다 바람직하게는 0.7 내지 5.5이며, 보다 더 바람직하게는 1.3 내지 5인 것이 액정 호스트에 대해 보다 우수한 수직 배향 유도 효과를 나타낼 수 있어 좋다.

또한 상기 액정 수직배향 유도제는 상기한 제1친액정성-비친액정성 화합물 단독으로 이루어질 수도 있고, 상기한 친액정성기 조건을 충족하는 제1의 친액정성-비친액정성 화합물을 2종 이상 포함하거나 또는 상기한 친액정성기의 조건을 충족하는 제1의 친액정성-비친액정성 화합물과 함께, 상기한 친액정성 기의 탄소수 조건을 충족하지 않는 통상의 친액정성-비친액정성 화합물(이하 간단히 '제2의 친액정성-비친액정성 화합물'이라 함)을 더 포함할 수도 있다. 만약 상기한 제1의 친액정성-비친액정성을 단독으로 포함하는 경우에는 상기 제1의 친액정성-비친액정성 화합물 자체로 비친액정성 비율이 0.5 내지 6의 범위내에 포함되어야 하고, 만약 상기 액정 수직배향 유도제가 상기한 제1의 친액정성-비친액정성 화합물을 포함한 2종 이상의 화합물들의 혼합물을 포함하는 경우에는 혼합되는 화합물들 간의 혼합비를 적절히 조절하여 액정수직배향 유도제가 상기 비친액정성 비율 범위내에 포함되어야 한다.

상세하게는, 상기 액정수직배향 유도제가 1종의 친액정성-비친액정성 화합물 단체를 포함하는 경우, 액정수직배향 유도제의 비친액정성 비율은 친액정성-비친액정성 화합물의 비친액정성 비율과 동일하며, 하기 수학식 2에 따라 계산될 수 있다.

[수학식 2]

일례로, 하기 구조식의 1,2-도데칸디올(1,2-dodecanediol) (1)의 경우 분자량은 202.3g/mole이고 비친액정성기인-CH(OH)CH₂OH 기의 분자량은 61g/mole 이므로 비친액정성 비율(X')은 3.02가 된다. 또한, 하기 구조식의 라우릴 갤레이트(lauryl gallate)(2)의 경우, 분자량은 338.4 g/mole이고 비친액정성기인 갤릭산에스터기의 분자량은 169 g/mole 이므로 비친액정성 비율은 5.0이 된다.

(1) (2)

만약 상기 액정수직배향 유도제가 2종 이상의 친액정성-비친액정성 화합물을 포함하는 혼합물인 경우, 액정수직배향 유도제의 비친액정성 비율(X')은 상기 수학식 1에서와 같이 각각의 무게 분율에 각 화합물의 비친액정성 비율을 곱한 값을 서로 더한 값이 된다. 일 례로, 70 중량%의 1,2-도데탄디올과 30중량%의 라우릴 겔레이트를 혼합할 경우, 혼합물의 비친액정성 비율(X')은 (0.7×3.02)+(0.3×5.0)=3.61이 된다.

또한 상기한 액정 수직배향 유도제의 비친액정성 비율과 함께 액정 수직배향 유도제를 구성하는 친액정성-비친액정성 화합물이 탄소수 8 이상의 친액정성 기를 포함하는 조건을 동시에 충족하여야 한다. 만약 비친액정성 비율을 충족하더라도 친액정성기의 탄소수 조건을 충족하지 못할 경우, 즉 친액정성기의 탄소수가 8 미만인 경우 액정의 수직 배향을 유도하지 못하거나, 유도 효과가 미미하다.

이와 같은 액정 수직배향 유도제의 액정 수직배향 유도 효과는 액정 수직배향 유도제의 자가조립 때문이다. 즉, 상기한 바와 같은 조건을 충족하는 액정 수직배향 유도제는 액정 호스트에 첨가시 액정 수직배향 유도제 분자의 자가조립에 의해 구형의 미세조립체를 형성한다.

도 2a는 본 발명의 일 구현예에 따른 액정 수직배향 유도제를 포함하는 액정층 형성용 조성물을 도식화하여 나타낸 것이고, 도 2b는 상기 액정층 형성용 조성물내에 분산되어 존재하는 액정 수직배향 유도제의 미세조립체를 도식화하여 나타낸 것이고, 도 2c는 상기 액정 수직배향 유도제에 포함되는 친액정성-비친액정성 화합물의 구조를 도식화하여 나타낸 것이다. 도 2a 내지 2c는 본 발명을 설명하기 위한 일 례일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

도 2a 내지 도 2c를 참조하여 설명하면, 상기한 조건을 충족하는 액정 수직배향 유도제(B)를 액정 호스트(C)에 첨가하면, 액정 수직배향 유도제(B)를 구성하는 친액정성-비친액정성 화합물에 있어서 비친액정성기끼리의 강한 친화성, 그리고 비친액정성기와 액정과의 비친화성으로 인해 미세한 상분리가 일어게 된다. 그 결과로 비친액정성기끼리는 서로 뭉치게 되고 액정과 친화성이 좋은 친액정성기는 미세상 분리된 표면에 위치하여 도 2b에 나타낸 바와 같이 수나노미터 내지 수백나노미터 직경의 구형 미세조립체를 형성하여 도 2a에서와 같이 액정호스트 중에 균일하게 분산된다. 이와 같은 미세집합체의 형성은 첨가하는 액정 수직배향 유도제의 친액정성/비친액정성 비율에 따라 달라진다. 따라서, 친액정성-비친액정성을 가지는 화합물 중에서도 친액정성 영역에 탄소수 8이상의 친액정성기를 포함하며 상기한 수학식 1에 따라 계산시 0.5 내지 6의 비친액정성 비를 갖는 제1의 친액정성-비친액정성 화합물을 포함하는 액정 수직배향 유도제나, 또는 상기한 제1의 친액정성-비친액정성 화합물의 2종 이상의 화합물, 또는 상기한 제1의 친액정성-비친액정성 화합물과 제2의 친액정성 비친액정성 화합물의 혼합 사용시 혼합물의 비친액정성 비가 상기한 조건을 충족하는 액정 수직배향 유도제를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 액정 수직배향 유도제의 미세조립체가 균일하게 분산된 액정층 형성 조성물을 2매의 기판사이에 주입하여 액정층을 형성하면, 상기 미세조립체는 새로이 형성된 기판표면과 액정층의 경계면에 흡착되어 박막을 형성한다. 이 결과 액정 수직배향 유도제는 기판표면을 개질하게 되고, 액정상에 존재하는 액정분자는 개질된 표면에서 이 표면에 수직인 방향으로 배열하게 된다. 또한 이때 형성되는 박막은 투명전도막과 액정층이 절연층없이 직접 접촉할 때에 발생할 수 있는 소자의 성능저하를 방지함으로써 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

상기 미세 조립체의 표면흡착에 의한 액정의 수직배향 유도는 고체표면을 이루는 화합물의 종류에 제한없이 가능하다. 예를 들어, 다양한 무기산화물 및 질화물뿐만 아니라 폴리이미드, 폴리스틸렌, 폴리아크릴레이트, 폴리비닐알코올 등 다양한 유기고분자 화합물의 표면에서도 수직배향의 유도가 가능하다. 단지, 액정과 이루는 경계면에서의 계면장력의 크기에 따라 특성의 변화가 나타날 수 있다.

본 발명에 사용가능한 친액정성-비친액정성 화합물은 1분자내에 액정 호스트에 대해 화학적으로 친화성이 높은 친액정성기를 포함하는 친액정성 영역과 액정 호스트에 대해 친화성이 낮은 비친액정성기를 포함하는 비친액정성 영역을 포함하는 친액정성-비친액정성 화합물을 1종 이상 포함하며, 상기 친액정성-비친액정성 화합물 중 적어도 하나는 친액정성 영역에 탄소수 8 이상의 친액정성기를 1개 이상 포함하는 화합물(즉, 제1의 친액정성-비친액정성 화합물)이라면 특별한 제한없이 사용할 수 있다.

도 2c에 나타난 바와 같이, 본 발명에서 사용가능한 친액정성-비친액정성 화합물(b)은 친액정성 영역(b12)과 비친액정성 영역(b11)을 포함한다. 도 2c에서는 상기 영역들이 각각 하나의 친액정성기와 비친액정성기를 포함하는 것으로 제시되어 있으나, 각각의 영역내에 1개 이상의 친액정성기 또는 비친액정성기를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 상기 친액정성-비친액정성 화합물은 1 내지 3개의 친액정성기 또는 비친액정성기를 포함할 수 있다.

상기 친액정성 영역은 액정 화합물과 화학적 조성이 유사하여 액정 호스트에 대해 친화성을 나타내는, 즉 액정과 잘 섞이는 화학기인 친액정성기를 포함하는 부분을 의미한다.

액정이 주로 탄소원자와 수소원자로 이루어진 탄화수소 화합물이고 일부의 헤테로 원자를 치환기로 가지므로 액정은 화학적으로 탄화수소의 특성과 유사하다. 따라서, 친액정성 영역에 포함될 수 있는 친액정성기는 탄소원자와 수소원자로 이루어진 탄화수소이며 극히 일부분에 헤테로 원자를 포함할 수도 있다. 다만, 상기 친액정성 영역에는 탄소수 8개 이상, 바람직하게는 탄소수 8 내지 30의 친액정성기가 1개 이상, 바람직하게는 1 내지 3개 포함되는 것이 바람직하다.

구체적으로 상기 친액정성기는 선형, 분지형 또는 고리형의 치환 또는 비치환된 탄소수 8 내지 30의 포화 또는 불포화 탄화수소기이거나, 분자내에 N, O, P, S 및 Si로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상의 헤테로 원자를 포함하는 치환 또는 비치환된 탄소수 8 내지 30의 헤테로알킬기, 헤테로사이클기 또는 헤테로아로마틱기일 수 있으며, 또는 상기 탄화수소기와 헤테로원자 함유기들의 조합으로 이루어진 탄소수 8 내지 30의 조합기일 수 있다.

상기 탄화수소기의 구체적인 예로는 치환된거나 비치환된 탄소수 8 내지 30의 알킬기, 알케닐알킬기, 알키닐알킬기, 사이클로알킬기, 아릴기 또는 아릴알킬기 등을 들 수 있으며, 상기 탄화수소기가 치환될 경우 할로겐원자, 바람직하게는 불소원자로 치환될 수 있다. 또한 상기 헤테로 원자를 포함하는 치환 또는 비치환된 헤테로알킬기, 헤테로사이클기 또는 헤테로아로마틱기의 구체적인 예로는, 분자내 카르보닐기(-C(=O)-), 에스테르기(-C(=O)O-), 에테르기(-O-), 에틸렌옥사이드기(-CH₂CH₂O-), 아조기(-N=N-), -COS- 및 -S-로 이루어진 군에서 선택되는 헤테로원자 함유 작용기를 포함하는 탄소수 8 내지 30의 헤테로알킬기, 헤테로사이클로알킬기 또는 헤테로아릴기를 들 수 있다.

상기 친액정성기는 액정호스트와의 친화성을 높이기 위하여 액정호스트를 구성하는 화합물의 구조와 유사한, 즉 리지드-코어(rigid-core) 그룹과 유연성 사슬(flexible chain) 그룹으로 이루어진 구조를 가질 수 있다.

또한 상기 친액정성기는 액정성기 또는 액정의 특성을 나타내는 메조겐기일 수 있다. 구체적으로 상기 액정성기는 CH₃CH₂CH₂CH₂CH₂O-C₆H₄-COO-C₆H₄-OCH₂CH₂CH₂CH₂CH₃ 등과 같은 통상의 액정성 화합물로 유래되는 작용기로, 구체적으로는 -Y, Y-Y', -Y-Y'-Y", -Y-Z-Y', -Y-Z-Y'-Z'-Y", -Y-W-Y', -Y-W-W'-Y' 또는 -Y-Z-W-Y' 등의 액정성기를 들 수 있다. 이때, Y, Y' 및 Y"은 각각 독립적으로 탄소수 6 내지 18의 아릴기(예를 들면, 페닐기, 나프틸기, 비페닐기 등), 탄소수 6 내지 18의 사이클로알킬기(예를 들면, 시클로헥실기 등), 고리내 N, S, O P로 이루어진 군에서 선택된 헤테로원자를 1종 이상 포함하는 헤테로사이클기(예를 들면, 티아디아졸, 옥사디아졸, 피라진 등), -COO- 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있고, 또한 Y, Y' 및 Y"은 F, Br, CN, 탄소수 1 내지 20의 알콕시기, 탄소수 1 내지 20의 알킬기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 치환기로 치환될 수도 있다. 또한, 상기 메조겐기는 구체적으로 CH₂=CH(CH₃)-(C=O)-O-(CH₂)₃-ph-COO-ph-(CH₂)₅-CH₃ 등과 같이 액정성과 광반응성을 동시에 갖는 반응성 메조겐 유래의 작용기일 수 있다.

한편, 상기 친액정성-비친액정성 화합물에 있어서 비친액정성 영역은, 액정과의 화학적 특성이 달라 액정 호스트에 대해 친화성이 낮기 때문에 액정 호스트와 잘 섞이지 않거나 용해되지 않는 성질을 가진 작용기, 즉 액정과 화학적으로 비친화성을 가지는 화학기를 포함하는 부분을 의미한다.

탄화수소와 화학적 특성이 상이한 비친액정성 영역은 주로 산소원자, 질소원자, 규소원자, 불소원자, 황원자, 인원자와 같은 헤테로원자가 포함된 비친액정성로 구성된다. 구체적으로 상기 비친액정성기로는 알코올, 다가알코올, 아민, 다가아민, 카르복실산, 다가카르복실산, 실란계 화합물, 실록산계 화합물, 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌옥사이드, 플루오르화카본계 화합물, 티올, 다가티올, 설포닉산, 설퍼릭산, 포스포닉산, 또는 포스퍼릭산 등으로부터 유도된 작용기를 들 수 있으며, 상기 비친액정성 영역은 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상이 조합된 조합기를 포함할 수 있다.

보다 구체적으로 상기 비친액정성기의 예로는 하기의 화합물로부터 유도된 작용기들을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다:

알코올(alcohol): 1-올(1-ol), 1,2-디올(1,2-diol), 글리세롤(glycerol), 글루코오스(glucose), 덱스트로스(dextrose), 소르비톨(sorbitol), 펜타에리스리톨(pentaerythritol), 디펜타에리스리톨(dipentaerythritol), 트리펜타에리스리톨(tripentaerythritol), 소르비탄(sorbitan), 플룩토스(fluctose), 수크로스(sucrose), 갤릭산(gallic acid), 글루코피라노사이드(glucopyranoside), 아스코르빅산(ascorbic acid), 매나이드(mannide) 또는 말토사이드(maltoside) 등과 같이 히드록시기를 1 내지 8개 포함하는 탄소수 1 내지 30의 알코올 또는 다가알코올로부터 유도되는 작용기로, 상호 수소결합이 가능할 수도 있고 극성 및 유전율이 큰 비친액정성기;

아민(amine): 1-아민(1-amine), 1,2-디아민(1,2-diamine), 1,3-디아민(1,3-diamine), 에틸렌 디아민(ethylene diamine), 디에틸렌 디아민(diethylene diamine), 트리스(2-아미노에틸)아민(tris(2-aminoethyl)amine), 시클로헥산 디아민(cyclohexane diamine), 디에틸렌 트리아민(diethylene triamine), 페닐디아민(phenyldiamine), 페닐트리아민(phenyltriamine), 1,3,5-트리아진 4,6-디아민(1,3,5-triazine 4,6-diamine), 1,3,5-트리아진 2,4,6-트리아민(1,3,5-triazine 2,4,6-triamine) 또는 고리형 에틸렌 아민인 사이클렌(cyclen; -(CH₂CH₂NH)_l-(이때 l은 2 내지 6의 정수임) 등과 같이 아민기를 1 내지 6개 포함하는 탄소수 1 내지 20의 아민 또는 다가아민으로부터 유도되는 작용기로, 수소결합이 가능할 수도 있고 극성 및 유전율이 큰 비친액정성기;

실란(silane): 트리스(트리메틸실록시)실란(tris(trimethylsiloxy) silane) 등과 같이 실릴기를 2 내지 10개 포함하는 탄소수 1 내지 20의 실란계 화합물로부터 유도되는 작용기;

실록산(siloxane): 하기 화학식 1의 의 실록시(siloxy)기를 1 내지 10개 포함하는 선형, 분지형 또는 고리형 실록산계 화합물로부터 유도되는 작용기;

[화학식 1]

(이때, Ra 및 Rb는 각각 독립적으로 수소원자, 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 실록시기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고, m은 1 내지 10의 정수임)

폴리옥시에틸렌: 에틸렌옥사이드(ethyleneoxide)기를 2 내지 20개 포함하는 하기 화학식 2a의 탄소수 4 내지 40의 선형 폴리옥시에틸렌 또는 하기 화학식 2b의 탄소수 4 내지 10의 고리형 폴리에틸렌글리콜(crown ether)로부터 유도되는 작용기;

[화학식 2a]

[화학식 2b]

(상기 화학식 2a 및 2b에서, m은 2 내지 20의 정수이고, n은 2 내지 5의 정수이다)

플루오로카본계 화합물: 플루오로기를 9 내지 41개 포함하는 탄소수 4 내지 20의 플루오로카본계 화합물로부터 유도되는 퍼플루오로알킬기 또는 퍼플루오로아릴기;

티올(thiol): 1-티올(1-thiol), 1,2-디티올(1,2-dithiol), 티오글리세롤(thioglycerol), 티오펜타에리쓰리톨(thiopentathiopentaerythritol) 또는 디티오트레이톨(dithiothreitol) 등과 같이, 티올기(-SH)를 1 내지 8개 포함하는 탄소수 1 내지 20의 티올 및 다가티올로부터 유도되는 작용기;

카르복실산(carboxylic acid): 1-카르복실산(1-carboxylic acid), 1,2-디카르복실산 (1,2-dicarboxylyc acid), 1,3-디카르복실산 (1,3-dicarboxylyc acid), 벤젠카르복실산 (benzenecarboxylic acid), 벤젠디카르복실산 (benzenedicarboxylic acid), 1,2,3-트리카르복실산 (1,2,3-tricarboxylic acid), 벤젠트리카르복실산 (benzenetricarboxylic acid), 말릭산 (malic acid), 말레익산 (maleic acid), 타르타르산 (tartar acid), 시트릭산 (citric acid), 말레아믹산 (maleamic acid), 그루타믹산 (glutamic acid), 아가릭산 (agaric acid), 아코니틱산 (aconitic acid), 트라이카르발릴릭산 (tricarballylic acid), 또는 아미노산 (amino acid, -CH(NH₂)-COOH) 등과 같이 카르복실산기(-COOH)를 1 내지 4개 포함하는 탄소수 1 내지 10의 카르복실산 및 다가 카르복실산으로부터 유도되는 작용기;

설포닉산(sulfonic acid): 설포닉산기(-S(=O)₂OH)를 1 내지 3개 포함하는 탄소수 1 내지 10의 설포닉산 또는 다가설포닉산으로부터 유도되는 작용기;

설퍼릭산(sulfuric acid): 설퍼릭산기(-OS(=O)₂OH)를 1 내지 3개 포함하는 탄소수 1 내지 10의 설퍼릭산 또는 다가 설퍼릭산으로부터 유도되는 작용기;

포스포닉산(phosphonic acid): 포스포닉산기(-P(=O)(OH)₂)를 1 내지 3개 포함하는 탄소수 1 내지 10의 포스포닉산 또는 다가포스포닉산으로부터 유도되는 작용기; 그리고

포스퍼릭산(phosphoric acid): 포스퍼릭산기(-O-P(=O)(OH)₂)를 1 내지 3개 포함하는 탄소수 1 내지 10의 포스퍼릭산 또는 다가포스퍼릭산으로부터 유도되는 작용기.

상기한 친액정성기와 비친액정성기는 단일결합에 의해 직접 연결되어 있을 수도 있고, 또는 -O-, -S-, -COO-, -CONH-, -C₆H₄O-, -C₆H₄COO-, -C₆H₄CONH-, -OCH₂CH₂-, -CH₂CH₂-, -C₆H₄OCH₂CH₂-, -C₆H₄COOCH₂CH₂- 또는 -(SiRaRb)-CH₂CH₂-(이때 Ra 및 Rb는 각각 수소원자이거나 또는 탄소수 1 내지 3의 알킬기임)과 같은 연결기를 통해 연결되어 있을 수도 있다.

보다 구체적으로, 상기 친액정성-비친액정성 화합물은 하기 화학식 3a 내지 3i의 화합물 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있다:

[화학식 3a]

[화학식 3b]

[화학식 3c]

[화학식 3d]

[화학식 3e]

[화학식 3f]

[화학식 3g]

[화학식 3h]

[화학식 3i]

상기 화학식 3a 내지 3i에서,

R₁ 내지 R₉은 각각 독립적으로 탄소수 8 내지 30의 알킬기; 탄소수 8 내지 30의 알케닐알킬기; 탄소수 8 내지 30의 알키닐알킬기; 탄소수 8 내지 30의 아릴알킬기; 탄소수 8 내지 30의 사이클로알킬기; 탄소수 8 내지 30의 아릴기; 분자내 카르보닐기(-C(=O)-), 에스테르기(-C(=O)O-), 에테르기(-O-), 에틸렌옥사이드기(-CH₂CH₂O-), 아조기(-N=N-), -COS- 및 -S-로 이루어진 군에서 선택되는 헤테로원자 함유 작용기를 포함하는 탄소수 8 내지 30의 헤테로알킬기, 헤테로사이클로알킬기 또는 헤테로아릴기; 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된다.

X₁, X₂, X₅, X₇, X₈ 및 X₉은 각각 독립적으로, -O-, -S-, -COO-, -CONH-, -C₆H₄O-, -C₆H₄COO-, -C₆H₄CONH- 및 단일결합으로 이루어진 군에서 선택되고,

X₃및 X₄는 각각 독립적으로 단일결합, -O- 및 -C₆H₄O-로 이루어진 군에서 선택되고,

X₆는 단일결합, -OCH₂CH₂-, -CH₂CH₂-, -C₆H₄OCH₂CH₂-, -C₆H₄COOCH₂CH₂- 및 -(SiRaRb)-CH₂CH₂-(이때 Ra 및 Rb는 각각 수소원자이거나 또는 탄소수 1 내지 3의 알킬기임)로 이루어진 군에서 선택되고,

PA, PAm, PS₁, PS₂, PEO, FC, PT, CA 및 SP는 직접 또는 상기 X₁ 내지 X₉의 연결기를 통해 R₁ 내지 R₉와 각각 공유결합을 형성하는 비친액정성기로서,

PA는 히드록시기를 1 내지 8개 포함하는 탄소수 1 내지 30의 알코올 또는 다가알코올로부터 유도되는 작용기로, 앞서 예시한 바와 동일하고,

PAm은 아민기를 1 내지 6개 포함하는 탄소수 1 내지 20의 아민 또는 다가아민으로부터 유도되는 작용기로, 앞서 예시한 바와 동일하고,

PS₁ 및 PS₂는 실릴기를 2 내지 10개 포함하는 탄소수 1 내지 20의 실란계 화합물로부터 유도되는 작용기이거나, 또는 실록시(siloxy)기를 1 내지 10개 포함하는 선형, 분지형 또는 고리형 실록산계 화합물로부터 유도되는 작용기로, 앞서 예시한 바와 동일하고,

PEO는 에틸렌옥사이드(ethyleneoxide)기를 2 내지 20개 포함하는 상기 화학식 2a의 탄소수 4 내지 40의 선형 폴리옥시에틸렌 또는 상기 화학식 2b의 탄소수 4 내지 10의 고리형 폴리에틸렌글리콜로부터 유도되는 작용기로, 앞서 예시한 바와 동일하고,

FC는 플루오로기를 9 내지 41개 포함하는 탄소수 4 내지 20의 플루오로카본계 화합물로부터 유도되는 퍼플루오로알킬기 또는 퍼플루오로아릴기이며,

PT는 티올기(-SH)를 1 내지 8개 포함하는 탄소수 1 내지 20의 티올 및 다가티올로부터 유도되는 작용기로 앞서 예시한 바와 동일하고,

CA는 카르복실산기(-COOH)를 1 내지 4개 포함하는 탄소수 1 내지 10의 카르복실산 및 다가 카르복실산으로부터 유도되는 작용기로, 앞서 예시한 바와 동일하고,

SP는 설포닉산기(-S(=O)₂OH)를 1 내지 3개 포함하는 탄소수 1 내지 10의 설포닉산 또는 다가설포닉산으로부터 유도되는 작용기이거나, 설퍼릭산기(-OS(=O)₂OH)를 1 내지 3개 포함하는 탄소수 1 내지 10의 설퍼릭산 또는 다가 설퍼릭산으로부터 유도되는 작용기이거나, 포스포닉산기(-P(=O)(OH)₂)를 1 내지 3개 포함하는 탄소수 1 내지 10의 포스포닉산 또는 다가포스포닉산으로부터 유도되는 작용기이거나 또는 포스퍼릭산기(-O-P(=O)(OH)₂)를 1 내지 3개 포함하는 탄소수 1 내지 10의 포스퍼릭산 또는 다가포스퍼릭산으로부터 유도되는 작용기이며, 그리고,

상기 a1 내지 a9, 그리고 b1 내지 b9은 해당 작용기의 개수를 나타내는 수로, 각각 독립적으로 1 내지 3의 정수이며, 바람직하게는 상기 수학식 1에 따라 계산된 친액정성-비친액정성 화합물의 비친액정성 비율(X')이 0.5 내지 6을 충족하는 범위내에서 결정된다.

구체적으로 단독 사용으로도 액정 수직배향 유도가 가능한 친액정성-비친액정성 화합물의 예로는 하기의 화합물들을 들 수 있으나, 이들에 한정되는 것은 아니다:

소르비탄 모노라우레이트(Sorbitan monolaurate, Span^® 20);

소르비탄 모노팔미테이트(Sorbitan monopalmitate, Span^®40);

소르비탄 모노스테아레이트(Sorbitan monostearate, Span^®60);

소르비탄 트리스테아레이트(Sorbitan tristearate, Span^®65);

소르비탄 모노올레이트(Sorbitan monooleate, Span^®80);

소르비탄 세스퀴올레이트(Sorbitan sesquioleate, Span^® 83);

소르비탄 트리올레이트(Sorbitan trioleate, Span^® 85);

폴리옥시에틸렌소르비탄 트리스테아레이트(Polyoxyethylenesorbitan tristearate, Tween^®65);

폴리옥시에틸렌소르비탄 트리올레이트(Polyoxyethylenesorbitan trioleate, Tween^®85);

폴리옥시에틸렌소르비탄 스테아레이트(Polyoxyethylenesorbitan stearate, Tween^®61);

폴리옥시에틸렌소르비탄 올레이트(Polyoxyethylenesorbitan oleate, Tween^® 81);

디헥사데카노일 글리세롤(Dihexadecanoyl glycerol, dipalmitin);

디옥타데카노일 글리세롤(Dioctadecanoyl glycerol);

디올레오일 글리세롤(Dioleoyl glycerol);

옥틸 갈레이트(Octyl gallate);

라우릴 갈레이트(Lauryl gallate);

아스코르빅산 6-팔미테이트(Ascorbic acid 6-palmitate);

매나이드 모노올레이트(Mannide monooleate);

1,2-도데칸디올(1,2-Dodecanediol);

1,2-헥사데칸디올(1,2-Hexadecanediol);

헥사데칸 1,2-디아민(Hexadecane 1,2-diamine);

옥탄산(Octanoic acid);

데칸산(Decanoic acid);

도데칸산(Dodecanoic acid);

헥사데칸산(Hexadecanoic acid, Palmitic acid);

옥타데칸산(Octadecanoic acid, Stearic acid);

디헥사데실 포스페이트(Dihexadecyl phosphate);

헥사데실술폰산(hexadecylsulfonic acid);

도데실벤젠술폰산(dodecylbenzene sulfonic acid);

1-데칸올(1-Decanol);

1-도데칸올(1-Dodecanol);

1-헥사데칸올(1-Hexadecanol);

1-옥타데칸올(1-Octadecanol);

옥틸아민(Octylamine);

데실아민(Decylamine);

도데실아민(Dodecylamine);

메타크릴옥시 메틸펜에틸 트리스(트리메틸실록시)실란 아이소머(methacryloxy methylpenethyl tris(trimethylsiloxy)silane isomer);

메틸옥타데실 비스(트리메틸실록시)실란(methyl-octadecyl bis(trimethylsiloxy)silane);

폴리옥시에틸렌소르비탄 트리스테아레이트(polyoxyethylenesorbitane tristearate, Tween^® 65);

도데실페닐술폰산(dodecylphenyl sulfonic acid);

하기 화학식 3j의 갈레이트 유도체(Gallate derivative);

[화학식 3j]

폴리옥시에틸렌 (2) 스테아릴 에테르(polyoxyethylen (2) stearyl ether);

데실 갈레이트(Decyl gallate); 및

팔미트산(Palmitic acid).

본 발명에 따른 친액정성-비친액정성 화합물은 액정의 수직배향 유도 후에 광중합반응을 통해 액정의 수직배향과 더불어 선경사각을 안정화시키고, 견고한 절연성의 고체막을 형성함으로써 액정표시장치의 성능 및 신뢰성을 개선시키기 위해, 친액정성 영역과 비친액정성 영역 중 어느 하나 또는 둘 모두의 영역에 광반응성기를 더 포함할 수 있다.

상기 광반응성기는 광 조사에 의해 광반응을 일으킬 수 있는 작용기로, 구체적으로는 아크릴기(acryl group), 메타크릴기(methacryl group), 신나메이트기(cinnamate group), 쿠마린기(coumarin group), 챠콘기(chalcone group), 비닐기(vinyl group), 티올기(thiol group), 엔기(-ene group), 디엔기(-diene group), 티올엔기(thiol-ene group), 아세틸렌기(acetylene group) 등을 들 수 있다.

구체적으로 상기 광반응성 화합물은 하기 화학식 4a 내지 4i의 화합물 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있다:

[화학식 4a]

[화학식 4b]

[화학식 4c]

[화학식 4d]

[화학식 4e]

[화학식 4f]

[화학식 4g]

[화학식 4h]

[화학식 4i]

상기 화학식 4a 내지 4i에서,

R₁' 내지 R₉', X₁' 내지 X₉', PA', PAm', PS₁', PS₂', PEO', FC', PT', AC' 및 SP'는 앞서 화학식 1 내지 9에서 정의한 R₁ 내지 R₉, X₁ 내지 X₉, PA, PAm, PS₁, PS₂, PEO, FC, PT, AC 및 SP와 동일하며,

단, 상기 R₁'과 PA' 중 적어도 어느 하나, R₂'와 PAm' 중 적어도 어느 하나, R₃'와 PS₁' 중 적어도 어느 하나, R₄'와 PS₂' 중 적어도 어느 하나, R₅'와 PEO' 중 적어도 어느 하나, R₆'와 FC' 중 적어도 어느 하나, R₇'과 PT' 중 적어도 어느 하나, R₈'와 AC' 중 적어도 어느 하나, 그리고 R₉'과 SP' 중 적어도 어느 하나는 아크릴레이트기, 메타크릴레이트기, 신나메이트기, 쿠마린기, 챠콘기, 비닐기, 티올기, 엔기, 디엔기, 티올엔기 및 아세틸렌기로 이루어진 군에서 선택되는 광반응성기를 포함하며, 그리고

상기 a1' 내지 a9' 및 b1' 내지 b9'은 해당 작용기의 개수를 나타내는 수로, 각각 독립적으로 1 내지 3의 정수이며, 바람직하게는 상기 수학식 1에 따라 계산된 비친액정성 비율(X')이 0.5 내지 6, 바람직하게는 0.7 내지 5.5, 보다 더 바람직하게는 1.3 내지 5을 충족하는 범위내에서 결정된다.

보다 구체적으로, 단독 사용으로도 액정 수직배향 유도가 가능한, 광반응성기를 더 포함하는 친액정성-비친액정성 화합물의 예로는 하기의 화합물들을 들 수 있으나, 이들에 한정되는 것은 아니다:

펜타에리쓰리톨 디아크릴레이트 모노스테아레이트(Pentaerythritol diacrylate monostearate);

펜타에리쓰리톨 모노아크릴레이트 모노스테아레이트(Pentaerythritol monoacrylate monostearate);

글루코실 메타크릴레이트(methacryloctyloxyphenolglucose) 또는 그 유도체;

[4-(메타크릴로일옥시메틸)페닐]에틸-트리스(트리메틸실록시)실란([4-(methacryloyloxymethyl)phenyl]ethyl-tris(trimethylsilyloxy)silane)); 및

메타크릴옥시메틸펜에틸트리스(트리메틸실록시)실란(methacryloxymethylphenethyltris(trimethylsiloxy)silane).

본 발명에 따른 액정 수직배향 유도제가 상기와 같은 광반응성기를 포함하는 친액정성-비친액정성 화합물을 포함하는 경우에도 상기 수학식 1에 따라 계산된 비친액정성 비율(X')이 0.5 내지 6이며, 바람직하게는 0.7 내지 5.5, 보다 더 바람직하게는 1.3 내지 5인 것이 좋다. 이와 같이 액정 수직배향 유도제가 상기한 비친액정성 비율을 충족하는 조건에서 광반응성기를 더 포함하는 친액정성-비친액정성 화합물을 포함하는 경우, 액정 분자가 특정한 배열을 이루고 있는 상태에서 광중합 반응에 의해 광중합체가 형성됨으로써, 형성된 광중합체가 액정의 특정한 표면 배열을 기억하는 작용메카니즘에 의해 액정층내 액정 호스트의 수직배향 및 배향 안정화를 동시에 유도할 수 있다.

또한 상기와 같은 광반응성기를 포함하는 친액정성-비친액정성 화합물은, 액정 수직배향 및 배향 안정화층이 적절한 표면밀도를 갖도록 광조사에 의해 광중합체를 형성하는 광반응성 화합물의 비율이 액정 수직배향 유도체 총 중량에 대하여 3 내지 100중량%가 되도록 포함되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 액정 수직배향 유도제는 선택적으로, 상기한 액정 수직배향 유도제의 비액정성 비율 범위를 충족하는 조건 하에서 상기한 바와 같이 광반응성기를 포함하거나 또는 포함하지 않는 친액정성-비친액정성 화합물 과 함께, 통상의 친액정성-비친액정성 화합물, 즉, 친액정성기를 포함하는 친액정성 영역과 비친액정성기를 포함하는 비친액정성 영역을 포함하되, 친액정성 영역내에 탄소수 8이상의 친액정성기를 포함하지 않는 제2의 친액정성-비친액정성 화합물을 포함할 수도 있다.

상기 제2의 친액정성-비친액정성 화합물에 있어서, 친액정성 영역 및 비친액정성 영역에 포함되는 친액정성기 및 비친액정성 기는 앞서 설명한 바와 동일하며, 상기 제2의 친액정성-비친액정성 화합물은 친액정성 영역 또는 비친액정성 영역 중 적어도 하나의 영역에 광반응성기를 더 포함할 수 있다.

구체적으로 상기 광반응성기를 포함하지 않는 제2의 친액정성-비친액정성 화합물의 예로 하기의 화합물들을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다:

헥실 갈레이트(Hexyl gallate);

n-도데실 β-D-말톡사이드(n-dodecyl β-D-maltoside);

프로필 갈레이트(Propyl gallate);

1,2-헥산디올(1,2-Hexanediol);

헥사노익산(Hexanoic acid);

1-헥사놀(1-Hexanol);

1-헥실아민(1-Hexylamine);

1,3-비스(3-메타아크릴옥시프로필)테트라키스(트리메틸실록시)디실록산(1,3-bis(3-methacryloxypropyl)tetrakis(trimethylsiloxy)disiloxane);

3-메타크릴옥시프로필펜타메틸디실록산(3-methacryloxypropyl pentamethyl disiloxane);

(3-아크릴옥시프로필)트리스(트리메틸실록시)실란((3-acryloyloxypropyl)tris(trimethylsiloxy)silane); 및

(3-메타크릴아미도프로필)비스(트리메틸실록시)메틸실란((3-methacrylamidopropyl)bis(trimethylsiloxy)methylsilane).

또한 상기 광반응성기를 포함하는 제2의 친액정성-비친액정성 화합물의 구체예로 하기의 화합물들을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다:

펜타에리쓰리톨 트리아크릴레이트(pentaerythritol triacrylate);

펜타에리쓰리톨 테트라아크릴레이트(pentaerythritol tetraacrylate);

폴리(에틸렌글리콜)메틸에테르 메타크릴레이트(poly(ethylene glycol) methyl ether methacrylate);

폴리(에틸렌글리콜) 메틸 에테르 아크릴레이트 (Poly(ethylene glycol) methyl ether acrylate);

히드록시부틸 아크릴레이트;

하기 화학식 4j의 글리세롤 유도체;

[화학식 4j]

글리코실옥시에틸 메타크릴레이트(Glycosyloxyethyl methacrylate);

트리데카플루오로옥틸 메타크릴레이트(tridecafluorooctyl methacrylate); 및

폴리(에틸렌글리콜)메틸에테르 메타크릴레이트(poly(ethylene glycol) methyl ether methacrylate).

이들 화합물들은 단독으로는 액정의 수직배향 유도가 어려우나, 본 발명에서의 광반응성기를 포함하거나 또는 포함하지 않는 친액정성-비친액정성 화합물과 함께 수학식 1로 정의되는 비친액정성 비율의 조건을 충족하는 혼합비율로 혼합사용시에는 액정의 수직배향을 유도할 수 있다.

본 발명에 따른 액정 수직배향 유도제는 액정호스트에 첨가시 상기 유도제를 구성하는 친액정성-비친액정성 화합물 분자가 자가조립에 의해 안정화된 미세조립체를 형성하며 액정호스트 중에 균일하게 분산되기 때문에, 종래 액정 배향 유도제의 낮은 분산성 또는 뭉침에 의한 배향 불량을 현저하게 감소시킬 수 있다. 또한, 액정호스트 중에 분산된 미세조립체에 의해 액정층 형성시 선처리된 배향층 없이도 액정 호스트의 수직배향을 유도할 수 있으며, 또한 형성된 미세조립체는 전극층 위에 절연성의 액정 수직배향 유도 및 안정화 층을 형성하고, 이후 광조사에 의한 고체화 과정을 거쳐 안정화됨으로써 액정표시장치의 신뢰성을 개선시킬 수 있다. 또한, 상기 미세조립체를 구성하는 액정 수직배향 유도제가 광반응성기를 더 포함하는 경우, 전기장을 인가한 상태에서 광조사를 통해 광중합 반응에 따른 광중합체를 형성함으로써 특정 배열상태의 액정 프리틸트(pretilt)를 형성하고 안정화할 수 있으며, 그 결과로 액정소자의 성능을 더욱 개선시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 액정 수직배향 유도제를 이용하여 선 배향처리 공정 없이 액정의 수직배향을 유도하고 액정의 선경사각을 안정화시키며 전극층 위에 절연성의 액정 수직배향 및 배향 안정화 층을 형성함으로써 성능 및 신뢰성이 우수한 액정소자를 제작할 수 있다.

본 발명의 다른 일 구현예에 따르면 상기 액정 수직배향 유도제를 포함하는 액정층 형성용 조성물을 제공한다.

상세하게는, 상기 액정층 형성용 조성물은 액정호스트와 함께, 상기한 액정 수직배향 유도제를 포함한다.

상기 액정호스트로는 통상 액정표시장치에 사용되는 것이라면 특별한 한정없이 사용가능하다. 구체적으로는 음의 유전율 이방성을 가지는 네마틱 액정을 사용할 수 있다.

상기 액정 수직배향 유도제는 앞서 설명한 바와 동일하다.

다만, 액정층 형성용 조성물 중에 포함되는 액정 수직배향 유도제의 함량이 지나치게 낮으면, 액정호스트에 대한 수직배향 및 표면안정화 효과가 미미하고, 반면 함량이 지나치게 높으면, 높은 밀도의 배향불량 및 과도한 안정화 발생에 따른 액정표시장치의 성능 저하의 우려가 있다. 이에 따라 상기 액정 수직배향 유도제는 액정층 형성용 조성물 총 중량에 대하여 0.01 내지 5중량%로 포함되는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.05 내지 3중량%로 포함되는 것이 보다 향상된 효과를 얻을 수 있어 좋다.

상기 액정층 형성용 조성물에서 상기 액정 수직배향 유도제는 자가조립에 의해 안정화된 미세조립체의 형태로 액정호스트 중에 분산되어 존재한다. 이때 형성되는 미세조립체의 크기는 액정 수직배향 유도제를 구성하는 친액정성-비친액정성 화합물의 특성 및 종류에 따라 달라질 수 있는데, 통상, 미세조립체의 최소 직경은 사용하는 친액정성-비친액정성 화합물의 길이에 의해 제한될 수 있으며, 친액정성-비친액정성 화합물의 평균길이의 두 배보다 작아질 수 없다.

본 발명에 따른 액정층 형성용 조성물에서 분산상의 미세조립체의 직경은 수 나노미터 내지 수십 미크론까지 광범위하게 존재할 수 있다. 그러나 미세조립체의 직경이 지나치게 작은 경우에는 미세조립체 형성 자체가 어렵고, 반면 미세조립체의 직경이 지나치게 큰 경우에는 결함이 많이 발생하여 액정 배향 특성이 나빠질 수 있다. 따라서, 액정의 수직배향을 제어할 목적으로 이용될 수 있는 미세조립체의 직경은 2nm 내지 800nm인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 3nm 내지 600nm, 보다 더 바람직하게는 3nm 내지 400nm이다.

또한 상기 액정층 형성용 조성물은 액정의 수직배향을 유도한 후, 배향 및 선경사각을 안정화시키기 위하여 광중합 반응이 가능한 모노머를 더 포함할 수 있다. 이때, 광반응성 모노머는 수직배향 고분자막을 선처리한 기판과 반응성 액정(reactive mesogen)을 소량 첨가한 액정층 형성용 조성물을 사용하여 액정 표시장치를 제작하고 전기장의 인가하에서 배향을 광안정화 시킬 때 사용되는 반응성 액정의 기능과 유사한 작용을 한다. 상기 광반응성 모노머로는 액정 수직배향 유도제의 자가조립에 의한 미세조립체 형성에 관여하지 않으며, 단지 액정 수직배향 유도제에 의한 액정의 수직배향 유도 후 특정상태의 배향을 안정화시킬 수 있는 화합물을 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는 4,4'-바이페놀 디아크릴레이트(4,4'-biphenol diacrylate), 4,4'-바이페놀 디메타아크릴레이트(4,4'-biphenol dimethacrylate), 1,4-비스-[4-(6-아크릴로일옥시헥실옥시)벤조일옥시]-2-메틸벤젠(1,4-bisS-[4-(6-acryloyloxyhexyloxy)benzoyloxy]-2-methylbenzene), 또는 1,6-헥산디올 디아크릴레이트(1,6-hexanediol diacrylate) 등을 사용할 수 있다.

또한 상기 액정층 형성용 조성물은 액정호스트와 함께 표면 반응기의 광반응을 유도하기 위한 통상의 광 개시제(photo-initiaror)를 더 포함할 수도 있다.

본 발명의 또 다른 일 구현예에 따르면 상기한 액정 수직배향 유도제를 포함하는 액정층 형성용 조성물을 이용하여 제조된 액정표시장치 및 그의 제조방법을 제공한다.

구체적으로, 본 발명의 일 구현예에 따른 액정표시장치는 서로 대향하여 위치하는 제1기판과 제2기판; 상기 제1기판과 제2기판의 상호 대향되는 면에 각각 형성된 제1전극과 제2전극; 그리고 상기 제1기판과 상기 제2기판 사이에 개재되어 위치하는 액정층을 포함하며, 상기 액정층은 상기한 액정호스트 및 액정 수직배향 유도제를 포함한다.

상기 액정층은 이후 액정 배향 안정화를 위한 선택적 실시공정인 광조사 공정에 의해 액정층 형성용 조성물 내 존재하는 미세조립체가 고체화되어 전극층 위에 패시베이션층을 형성함에 따라, 액정 수직배향 유도제의 미세조립체를 포함하는 액정 수직배향 및 광안정화 층(도 3의 14 및 24 참조)을 더 포함할 수도 있다.

또한, 상기 액정층내 액정 수직배향 유도제가 광반응성기를 포함하는 친액정성-비친액정성 화합물을 포함하거나 또는 광반응성 화합물을 포함하는 경우, 액정층은 액정의 수직배향 유도 후 실시되는 전기장 인가하에서의 광중합 반응 공정을 통해 상기 광반응성기를 갖는 화합물이 광중합된 광중합체를 더 포함할 수 있다. 이때 상기 광중합체는 1종의 광반응성 화합물의 광중합에 의해 형성되는 단독 중합체일 수도 있고, 또는 2종 이상의 광반응성 화합물의 광중합에 의해 형성되는 공중합체일 수도 있다.

또한 상기 액정표시장치에 있어서, 상기 제1 및 제2 전극 중 어느 하나 또는 둘 모두는 패턴화된 것일 수 있다.

본 발명의 또 다른 일 구현예에 따르면, 제1기판 및 제2기판에 대해 각각 제1 및 제2전극을 형성하는 전극형성단계; 상기 제1 및 제2전극을 각각 포함하는 제1기판과 제2기판을 전극들끼리 대면하도록 하여 접합한 후 제1기판과 제2기판 사이의 공간에 상기한 액정층 형성용 조성물을 주입하거나, 또는 상기 제1 및 제2전극을 각각 포함하는 제1기판과 제2기판 중 어느 하나에 대해 진공 하에서 상기한 액정층 형성용 조성물을 적하하여 액정층을 형성한 후 나머지 기판을 전극들끼리 대면하도록 접합하여 조립체를 제조하는 단계를 포함하는 액정표시장치의 제조방법을 제공한다. 이때 상기 제조방법은 조립체의 제조 후 상기 조립체의 제1기판과 제2기판 사이에 전기장을 인가한 후 광 조사하는 단계를 선택적으로 더 포함할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 액정표시장치의 제조공정을 개략적으로 나타낸 공정도 이다. 도 3은 본 발명을 설명하기 위한 일 례일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

이하 도 3을 참조하여 각 단계별로 상세히 설명한다.

단계 1은 제1기판(11) 및 제2기판(21)에 대해 각각 제1 및 제2전극(12 및 22)을 형성하는 단계이다(S11).

상기 제1 및 제2기판(11 및 21)으로는 통상 액정표시장치에서 사용되는 것이라면 특별한 한정 없이 사용할 수 있으며, 구체적으로 유리 또는 플라스틱 기판을 사용할 수 있다.

상기 제1기판(11)의 일면에는 제1전극(12)으로서 공통전극(또는 투명전극)을 형성하고, 제2기판(21)의 일면에는 제2전극(22)으로서 화소전극을 각각 형성한다. 이때 제1기판과 제2기판, 그리고 공통전극과 화소전극은 위치 및 그 기능에 따라 구분한 것으로 제2기판에 공통전극이 형성될 수도 있고 제1기판에 화소전극이 형성될 수도 있다.

상기 제1 및 제2 전극(12 및 22)은 통상의 전극 형성 방법에 따라 제조될 수 있으며, 상기 제1 및 제2 전극 형성 물질로는 통상 액정표시장치의 전극 형성에 사용되는 물질이라면 특별한 제한없이 사용할 수 있다.

구체적으로는, 상기 제1 및 제2 전극(12 및 22)은 금속산화물, 탄소계 전기전도성 물질 및 이들의 혼합물로 이루진 군에서 선택되는 것을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 인듐주석산화물(indium tin oxide, ITO), 산화아연(zinc oxide, ZO), 인듐아연산화물(inindi zinc oxide, IZO), 산화주석(tin oxide, TO), 산화인듐(indium oxide, IO), 산화알루미늄(Al₂O₃, AO), 산화은(AgO), 산화티타늄(TiO₂), 불소 도핑된 주석 산화물(fluorine-doped tin oxide, FTO), 알루미늄 도핑된 아연 산화물(aluminum doped zinc oxide, AZO), 아연인듐주석 산화물(zinc indium tin oxide, ZITO), 니켈 산화물(nickel oxide, NiO), 니켈 아연 주석 산화물(nickel zinc tin oxide, NZTO), 니켈티타늄 산화물(nickel titanium oxide, NTO), 니켈주석 산화물(nickel tin oxide), 그래핀(graphene), 그래핀 산화물(graphene oxide, GO) 및 이들의 혼합물로 이루진 군에서 선택되는 화합물을 포함할 수 있다.

또한 상기 제1및 제2전극(12 및 22)은 기판(11, 21) 전면에 걸쳐 형성될 수도 있고, 또는 별도의 패턴화 공정을 통해 아일랜드, 스프라이트, 피시본 등의 소정의 형태로 패턴화(미도시)될 수도 있다. 이에 따라 본 발명의 다른 일 구현예에 따르면 상기 제1및 제2전극(12 및 22) 중 적어도 어느 하나의 전극이 패턴화된 액정표시장치를 제공한다.

또한, 상기 전극 형성 단계 전 제1 및 제2 기판(11 및 21)중 적어도 어느 하나의 기판에 대해, 또는 상기 전극 형성 후 제1 및 제2전극(12 및 22) 중 적어도 어느 하나의 전극 상에 전기절연성 화합물층(미도시)을 형성하는 단계를 더 실시할 수 있으며, 또는 상기 전극 형성 단계 전과 전극 형성 후 둘 모두에 대해 전기절연성 화합물층을 형성하는 단계를 실시할 수 있다. 이 같은 전기절연성 화합물층의 형성은 액정 표시 소자내 전극이 패턴화된 경우에 보다 바람직하다.

상기 공정의 결과로 전극의 상부 또는 하부에는 패시베이션층(passivation layer) 또는 절연층의 역할을 하는 전기절연성 화합물층이 형성될 수 있으며, 또한 전극 형성 전 및 전극 형성 후 전기절연성 화합물층 형성 공정을 실시함으로써 전극의 상부 및 하부 둘 모두에 전기절연성 화합물층이 형성될 수 있다. 이에 따라 본 발명의 또 다른 일 구현예에 따르면, 상기 제1 및 제2 전극(12 및 22) 중 적어도 어느 하나의 전극에 대해 위나 아래, 또는 둘 모두에 전기절연성 화합물층이 형성된 액정표시장치를 제공한다.

상기 전기절연성 화합물층은 유기 절연성 물질, 비금속 산화물 또는 비금속 질화물을 포함할 수 있다. 구체적으로는 상기 전기 절연성 화합물층은 실리콘 산화물(SiOx) 또는 실리콘 질화물(SiNx)로 구성된 단일막이거나, 또는 실리콘산화물막 및 실리콘질화물막으로 구성된 이중막 내지는 다층구조체일 수 있다.

또한, 전극(12 및 22)이 형성된 각각의 기판(11 및 21)에 대해 선택적으로 세제를 이용한 수용액; 아세톤, 이소프로필알코올 등의 유기용매; 오존; 또는 플라즈마 등을 이용하여 세정 후 건조하여 전극 표면의 불순물 및 수분을 제거하는 공정을 실시할 수도 있다.

단계 2는 상기 제1 및 제2전극(12 및 22)을 포함하는 제1기판 및 제2기판(11 및 21)을 전극들끼리 대면하도록 하여 접합한 후 제1기판과 제2기판 사이의 공간에 액정층 형성용 조성물(13a)을 주입하거나, 또는 상기 제1 및 제2전극(12 및 22)을 포함하는 제1기판과 제2기판(11 및 21) 중 어느 하나에 대해 진공하에서 액정층 형성용 조성물(13)을 적하한 후 나머지 기판을 전극끼리 대면하도록 접합하여 조립체를 제조하는 단계이다(S12).

상기 액정층 형성용 조성물(13)은 앞서 설명한 바와 동일하다.

상기 액정 호스트로는 통상 액정 표시 소자에 사용되는 것이라면 특별한 한정없이 사용가능하다. 구체적으로는 음의 유전율 이방성을 가지는 네마틱 액정을 사용할 수 있다.

상기와 같은 액정수직배향 유도제를 포함하는 액정층 형성용 조성물은, 액정 호스트와 함께 표면 반응기의 광반응을 유도하기 위한 통상의 광 개시제(photo-initiaror)를 더 포함할 수도 있다.

상기 제1기판과 제2기판(11, 21)의 접합 공정과, 액정층 형성용 조성물(13)의 주입 또는 적하 공정은 통상의 방법에 따라 실시할 수 있다.

상기와 같은 공정에 따라 액정층 형성용 조성물(13)을 주입하게 되면, 도 3에 나타난 바와 같이 액정은 통상적인 배향막의 코팅 없이도 수직 배향하게 된다(S12).

이때 액정의 수직배향을 효과적으로 유도하기 위해 상기 액정층 형성용 조성물의 주입 또는 적하 후 액정 호스트와 액정 수직배향 유도제의 혼합물의 네마틱-아이소트로픽 상전이 온도 보다 10 내지 20℃ 높은 온도로 조립체를 가열한 후 분당 0.1 내지 10℃의 속도로 냉각시키는 액정의 수직배열을 유도 공정을 더 실시할 수도 있다.

또한 상기 조립체의 제조 단계 이후 선택적으로 상기 조립체의 제1기판과 제2기판(11, 21) 사이에 전기장을 인가한 후 광 조사하여 액정표시장치를 제조하는 단계를 더 실시할 수도 있다(S13).

상기 전기장 인가 공정은 액정표시장치의 광투과율이 직교편광자 하에서 최대 투과도의 5% (T₀₅) 내지 100% (T₁₀₀)가 되는 직류 또는 교류 전기장을 인가하는 조건에서 실시되는 것이 바람직하다.

상기와 같은 조건에서 전기장 인가에 의해 조립체 내 액정에 대해 특정 광학상태를 유도한 후 광반응성기를 화학반응시킬 수 있는 파장의 광, 바람직하게는 자외선을 조사한다. 바람직하게는 200 nm 내지 400 nm 파장 범위의 자외선을, 1분 내지 60분 동안 100 mW/cm² 내지 50μW/cm² 의 세기로 조사하는 것이 광반응성 화합물에 있어서의 광반응성기의 광안정화 효율을 최대화하여 액정배향의 표면안정화 효과를 얻을 수 있기 때문에 좋다. 또한, 광 조사 공정은 인가하는 전기장이나 조사하는 광의 세기를 다르게 하여 2가지 이상의 단계로 실시할 수도 있다.

상기 광 조사 공정은 전기장을 인가한 후 결함이 최소화될 때까지 기다렸다가 액정의 배열상태가 안정된 상태가 된 후 실시하는 것이 바람직하다.

액정층 형성용 조성물내 존재하는 액정 수직배향 유도제의 미세조립체가 고체화되어 전극 위에 패시베이션층을 형성함에 따라 상기 액정층은 상기 미세조립체에 의해 형성된 패시베이션층으로서 액정 수직배향 및 광안정화 층(13b 및 13b')을 더 포함할 수 있다.

또한 액정 수직배향 유도제를 형성하는 화합물이 광반응성기를 포함하는 광반응성 화합물인 경우, 상기와 같은 광 조사 공정에 의해 광반응성 화합물의 광반응성기가 광반응을 일으켜 광중합체를 형성하며, 그 결과로 액정의 배열 및 광학상태가 더욱 안정화되고, 액정의 표면 선경사각 유도 및 화소 단위의 표면 안정화를 실현할 수 있다.

구체적으로, 광안정화 처리가 되지 않은 액정표시장치에 제1 및 제2 기판(11, 21)을 통해 기판에 수직인 전기장을 인가하게 되면 액정분자가 전기장에 수직인 방향으로 회전하면서 투과도가 증가하게 된다. 이때 액정분자는 특정 방향으로의 선경사각이 형성되어 있지 않으므로 액정의 회전방향은 액정 셀의 부위에 따라 불규칙적으로 일어나게 된다. 따라서 액정배열의 결함이 생기게 되고 이것은 소자의 특성을 악화시키는 원인으로 작용하게 된다. 그러나 상기와 같은 광 조사 및 광반응 공정을 통해 액정 호스트에 대해 표면에 특정 방향으로 선경사각을 유도하고, 이후 인가된 전기장을 제거하면 단계 S13에 나타난 바와 같이, 액정 호스트는 표면의 액정 프리틸트 방향을 기억하는 수직 배향 상태로 전이되게 된다. 이와 같이 액정의 배향이 표면 안정화됨으로써 선경사각을 가지게 되어 결함의 발생을 제거할 수 있으므로 액정의 반응특성 및 소자의 밝기 및 대비비를 향상 시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에서 제안된 액정배열의 표면 안정화 기술 즉, 광반응성 화합물의 광 반응성 유기기의 화학반응을 통한 액정 배열 안정화 방법을 이용하여 액정표시장치를 제조할 경우 액정표시장치의 휘도 및 대비비(contrast ratio)가 향상되고 액정의 스위칭 속도를 빠르게 할 수 있다.

상기와 같이 본 발명에 따른 제조방법은 최적화된 비친액정성 비율을 가져 액정 호스트와 혼합시 액정 호스트 중에서 자가조립에 의해 미세 조립체를 형성하여 균일하게 분산가능한 액정 수직배향 유도제를 이용함으로써, 별도의 고분자 배향막의 도포 및 고온 소성 공정없이, 액정의 수직배향을 유도할 수 있다. 또한 상기 제조방법은, 배향제가 처리된 액정셀에 액정 호스트로서 반응성 액정을 혼합하여 광반응시킴으로써 배향 안정화를 달성하는 종래 액정표시장치 제조방법과는 달리, 또한 광반응성기를 갖는 광반응성 화합물의 전기장 인가 하에서 광조사에 의한 광중합을 통해 액정의 배향 안정화를 구현함으로써 광 안정화 후 발생할 수 있는 불량을 획기적으로 감소시킬 수 있다. 그 결과 액정표시장치 제조의 생산성 및 액정표시장치의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

또한 상기 액정 배열의 안정화로 인해 소자 구동시 발생하는 액정의 결함 발생을 방지하고 반응속도를 개선하여 소자의 성능 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 특히 화소 단위의 표면 액정 선경사각 유도 및 방향자 안정화가 가능하므로 액정소자의 휘도, 명암 대비율, 반응속도 등 광학/전기광학 특성을 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 제조방법은 상온에서 공정이 실시되기 때문에 공정온도가 종래 고분자 배향막의 소성 온도보다 현저히 낮고, 공정이 단순하다, 그 결과, 유리기판을 이용한 고품위 액정 표시장치뿐만 아니라, 유연성 기판(flexible substrate)을 사용한 플랙서블 액정표시장치와 같은 고온 공정이 어려운 액정표시장치의 제작에 유용하다.

이와 같은 제조방법에 의해 제조된 본 발명에 따른 액정표시장치는 액정 배열이 안정화되고, 화소 단위의 선경사각 유도가 가능하며, 소자구동시 나타나는 결함이 최소화되고 반응속도가 향상되어 개선된 광학적, 전기광학적 특성을 나타낼 수 있다. 그 결과 TV, 3D-TV, 모니터, 태블릿 PC, 각종 모바일 기기 등 액정을 이용한 전기광학 소자 제품, 특히 평판 디스플레이에 다양하게 적용될 수 있다.

본 발명의 또 다른 일 구현예에 따르면, 액정 수직배향 유도제가 자가조립에 의해 미세조립체를 형성하여 액정 호스트중에 균일하게 분산되어 있는 액정층 형성용 조성물을 이용하여 배향 안정성을 갖는 액정의 수직배향을 유도하는 방법을 제공한다. 이때 상기 액정층 형성용 조성물은 액정 호스트와 함께 상기한 액정 수직배향 유도제를 포함하며, 그 각각은 앞서 설명한 바와 동일하다.

본 발명의 또 다른 일 구현예에 따르면, 광반응성의 액정 수직배향 유도제가 자가조립에 의해 미세조립체를 형성하여 액정 호스트중에 균일하게 분산되어 있는 액정층 형성용 조성물을 이용하여 액정의 수직배향 및 광안정화를 유도하는 방법을 제공한다. 이때 상기 액정층 형성용 조성물은 액정 호스트와 함께 상기한 액정 수직배향 유도제를 포함하되, 상기 액정 수직배향 유도제는 친액정성 영역 또는 비친액정성 영역 중에 적어도 어느 하나의 영역에 광반응성기를 포함하는 친액정성-비친액정성 화합물을 포함하며, 상기 광반응성기를 포함하는 친액정성-비친액정성 화합물은 앞서 설명한 바와 동일하다.

본 발명의 또 다른 일 구현예에 따르면, 기판의 선 코팅처리 없이 종래에 비해 단순화된 공정으로 전극층과 액정층 사이에 절연성의 액정 수직배향 및 광안정화 층을 형성하는 방법을 제공한다.

상기 액정 수직배향 및 광안정화층 형성방법은, 액정 호스트와, 광반응성의 액정 수직배향 유도제가 자가조립에 의해 미세조립체를 형성하여 액정 호스트중에 균일하게 분산되어 있는 액정층 형성용 조성물을 액정층내에 주입한 후 전기장을 인가하고 광조사함으로써 실시될 수 있다.

상기 액정층 형성용 조성물을 액정층 내에 주입한 후 광조사를 실시하면, 액정층 형성용 조성물내 존재하는 미세 조립체가 고체화되어 전극층 위에 패시베이션층으로서 액정 수직배향 및 광안정화층을 형성하게 된다. 이때, 상기 액정 호스트 및 광반응성의 액정 수직배향 유도제 그리고 광조사 공정은 앞서 설명한 바와 동일하다.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

실시예 1

패턴화되지 않은 투명전극(ITO) 및 피쉬본 형태로 패턴화된 화소전극(ITO)이 각각 형성된 기판을 제1 및 제2기판으로 사용하여, 도 3에 제시된 액정표시장치의 제조공정에 따라 액정 표시 장치를 제조하였다.

도 3을 참조하여 상세히 설명하면, 제1 및 제2 기판(11, 11')에 대해 패턴화되지 않은 투명전극(ITO) 및 패턴화된 화소전극(ITO)(12, 12')을 각각 형성한 후, 세정제를 사용하여 증류수에서 초음파 세정 후 아세톤 및 이소프로필알코올로 각각 세정하고, 건조하였다. 별도의 배향처리 없이 상기 제1 및 제2기판에서의 투명전극(12)과 화소전극(12')이 서로 대향하도록 조립한 후, 액정층 형성용 조성물 총 중량에 대하여 음의 유전율 이방성을 가지는 액정호스트 99.9중량%와 광반응성의 친액정성-비친액정성 화합물로서 하기 구조식의 펜타에리쓰리톨 디아크릴레이트 모노스테아레이트(pentaerythritol diacrylate monostearate)(1) 0.1중량%를 균일 혼합하여 제조한 액정층 형성용 조성물을 주입하여 액정표시장치를 제조하였다.

(1)

상기 광반응성의 친액정성-비친액정성 화합물은 비친액정성 다가알코올인 펜타에리스리톨에 두개의 광반응성기(즉, 아크릴기)와 하나의 친액정성 탄화수소 체인이 각각 치환된 화합물로, 하나의 히드록시기를 포함하는 펜타에리스리톨 그룹이 비친액정성 영역을 형성한다. 또한 상기 광반응성 화합물의 비친액정성 비율(X')을 상기 수학식 1에 따라 계산한 결과, (133/511)×10 = 2.60이었다.

또한 상기 조립체 형성시 제1기판과 제2기판 사이의 간극은 4.2 ㎛로 유지하였으며, 액정층 형성용 조성물의 주입 공정은 상기 액정층 형성용 조성물의 등방상 온도인 80℃에서 실시하였다.

액정층 형성용 조성물의 주입 후, 분당 5℃의 속도로 상기 조립체를 냉각시키고, 액정의 배열상태를 편광현미경 및 코노스코피를 이용하여 관찰하였다. 그 결과 별도의 배향처리공정 없이도 액정 셀 내부에서 액정은 기판에 대하여 수직인 방향으로 배열됨을 확인하였다.

이어서 상기 제조된 액정표시장치의 제1 및 제2기판 사이에 T₈₀ (최대 투과도 대비 투과율 80%) 조건의 교류 전기장을 인가하여, 결함이 최소화되고, 액정의 배열상태가 안정된 것을 확인한 후, 전기장이 인가된 액정표시장치에 대해 365nm 파장의 자외선을 30 mW/cm² 세기로 10분간 조사하여 액정층 형성시 액정 호스트와 함께 혼합한 광반응성의 친액정성-비친액정성 화합물 중의 광반응성기를 광반응시킴으로써 액정의 표면 선경사각을 유도하고 액정의 배향을 표면 안정화시켰다.

상기 액정표시장치에서의 액정층을 편광현미경으로 관찰하고, 그 결과를 도 4a에 나타내었다. 또한, 코노스코피(conoscopy) 이미지를 통해 액정분자의 배열을 관찰하였으며, 그 결과를 도 4b에 나타내었다.

도 4a 및 4b에 나타난 바와 같이, 액정표시장치에서의 액정층은 직교 편광자 하에서 완전한 소광상태를 보였으며 코노스코피(conoscopy) 이미지를 통해 액정분자가 기판 표면에 수직으로 배열되었음을 확인하였다.

또한, 상기 액정표시장치에 있어서 액정층에 대한 전기장 인가 전 액정분자의 배열과, 상기 광 조사를 통한 배향 안정화 공정 실시 전 액정표시장치에 대해 T₈₀ (최대 투과도 대비 투과율 80%)에 해당되는 세기의 전기장을 인가한 후의 액정분자의 배향 상태를 관찰하고, 그 결과를 도 5a 내지 도 5c에 각각 나타내었다.

일반적으로 기판에 대해 수직 배열된 액정층은 직교편광자 하에서 도 5a에 나타난 바와 같이 소광상태를 나타내며, 이에 대해 전기장을 인가하면 액정분자가 전기장에 수직인 방향으로 회전하면서 투과도가 증가하게 된다. 그러나 광 조사를 통한 배향 안정화 이전에는 액정분자가 특정 방향으로의 선경사각이 형성되어 있지 않았기 때문에, 액정의 회전방향은 액정 셀의 부위에서 무작위로 일어나게 된다. 이 경우, 도 5b에 나타난 바와 같이 액정 배열의 결함이 다수 발생하게 되고, 이로 인한 액정 표시 소자의 특성 악화를 가져오게 된다. 그러나, 도 5b에 나타난 결함은 시간이 경과함에 따라 천천이 제거되며 도 5c에서와 같이 균일한 밝음상태로 전이된다.

추가적으로, 상기 전기장 인가 및 광조사에 따른 안정화 처리 후의 액정 표시 소자에 대해 온-오프(On-Off) 스위칭 시 액정결함의 발생 여부를 관찰하였다. 그 결과를 도 6a 내지 6c에 나타내었다.

도 6a에 나타난 바와 같은 초기 어둠상태(dark, black)에서 위와 동일하게 T₈₀ (최대 투과도 대비 투과율 80%)에 해당되는 세기의 전기장을 인가하면 액정이 반응하여 배열상태가 바뀌게 되고, 이에 따라 액정의 광축이 기판면에서 편광자의 투과축과 45도의 각을 이루게 됨으로써 액정결함의 생성과정 없이 도 6b 및 6c에서와 같은 밝음 상태로 바로 전이됨을 관찰하였다. 이는 액정의 수직배향을 유도했던 친액정성-비친액정성 화합물이 함유하고 있는 광반응기가 광 조사 공정을 거쳐 셀 내부 표면에서 액정분자가 특정 방향으로 선경사각을 형성하게 함으로써 액정의 배향이 표면 안정화되어 나타나는 현상으로, 이를 통하여 액정의 반응속도 개선 및 소자의 밝기 및 대비비가 향상됨을 알 수 있다.

또한 안정화 처리가 되지 않은 도 5b와 안정화 처리가 된 도 6b를 비교했을 때, 안정화처리가 된 도 6b는 결함의 발생이 제거되고, 반응속도도 빠르게 되므로 안정화 처리에 의해 소자의 전기광학적 특성을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.

실시예 2

액정층 형성용 조성물 총 중량에 대하여 음의 유전율 이방성을 가지는 액정호스트 99.9중량%와 광반응성의 친액정성-비친액정성 화합물로서 하기 구조식의 글루코실 메타크릴레이트(glucosyl methacrylate) 유도체(2)를 0.1중량% 비율로 균일 혼합한 액정층 형성용 조성물을 사용하여 액정층을 형성하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1에서와 동일한 방법으로 실시하여 액정 표시 장치를 제작하였다.

(2)

이때 상기 광반응성의 친액정성-비친액정성 화합물은 비친액정성 다가알코올기인 글루코오스에 한 개의 광반응성기(즉, 메타크릴기)가 옥틸옥시페놀(octyloxyphenol)기를 통하여 친액정성기의 말단에 치환되어있는 친액정성-비친액정성 화합물로, 광반응성기가 친액정성 영역의 말단에 치환되어 있으며, 상기 광반응성 화합물의 비친액정성 비율(X')을 상기 수학식 1에 따라 계산한 결과, (179/468)×10 = 3.82이었다.

상기 제조된 액정표시장치의 액정층에 대해 상기 실시예 1에서와 동일한 방법으로 제1기판과 제2기판 사이에 T₈₀ (최대 투과도 대비 투과율 80%)에 해당되는 세기의 전기장을 인가한 후 액정분자의 배향 상태를 관찰하였다. 전기장 인가 전후의 결과를 도 7a 내지 7c에 각각 나타내었다.

도 7a에 나타난 바와 같이, 일반적으로 기판에 대해 수직 배열된 액정층은 직교편광자 하에서 소광 상태를 나타내며, 이에 대해 전기장을 인가하면 액정분자가 전기장에 수직인 방향으로 회전하면서 투과도가 증가하게 된다. 그러나 광 조사를 통한 배향 안정화 이전에는 액정분자가 특정 방향으로의 선경사각이 형성되어 있지 않았기 때문에 도 7b에 나타난 바와 같이 액정 배열의 결함이 다수 발생하게 되는 과정을 거쳐 도 7c의 밝음상태로 전이된다. 이로 인한 액정 표시 소자의 반응속도가 늦게 되고 시인성의 악화를 가져오게 된다.

또한 상기 제조된 액정표시장치에 대해 실시예 1에서와 동일한 방법으로 전기장 인가 및 광조사에 의한 안정화 처리 후, 소자의 온-오프(On-Off) 스위칭 시 액정결함의 발생 여부를 관찰하였다. 그 결과를 도 8a 내지 8c에 나타내었다.

도 8a에 나타난 바와 같은 초기 어둠상태(dark, black)에서 위와 동일하게 T₈₀ (최대 투과도 대비 투과율 80%)에 해당되는 세기의 전기장을 인가하면 액정이 반응하여 배열상태가 바뀌게 되고, 이에 따라 액정의 광축이 기판면에서 편광자의 투과축과 45도의 각을 이루게 됨으로써 액정결함의 생성과정 없이 도 8b 및 8c에서와 같은 밝음상태로 바로 전이됨을 관찰하였다. 이는 액정의 수직배향을 유도했던 친액정성-비친액정성 화합물이 포함하고 있는 광반응기가 광 조사 공정을 거쳐 셀 내부 표면에서 액정분자가 특정 방향으로 선경사각을 형성하게 함으로써 액정의 배향이 표면 안정화되어 나타나는 현상으로, 이를 통하여 액정의 반응속도 개선 및 소자의 밝기 및 대비비가 향상됨을 알 수 있다.

또한 안정화 처리가 되지 않은 도 7b와 안정화 처리가 된 도 8b를 비교했을 때, 안정화처리가 된 도 8b는 결함의 발생이 제거되고, 반응속도도 빠르게 되므로 안정화 처리에 의해 소자의 전기광학적 특성을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.

실시예 3

패턴화되지 않은 투명전극(ITO) 및 화소전극(ITO)이 각각 형성된 기판을 제1 및 제2기판으로 사용하여, 도 3에 제시된 액정표시장치의 제조공정에 따라 액정 표시 장치를 제조하였다.

도 3을 참조하여 상세히 설명하면, 제1 및 제2 기판(11, 11')에 대해 패턴화되지 않은 투명전극(ITO) 및 화소전극(ITO)(12, 12')을 각각 형성한 후, 세정제를 사용하여 증류수에서 초음파 세정 후 아세톤 및 이소프로필알코올로 각각 세정하고, 건조하였다. 별도의 배향처리 없이 상기 제1 및 제2기판에서의 투명전극(12)과 화소전극(12')이 서로 대향하도록 조립한 후, 액정층 형성용 조성물을 주입하였다. 이때, 액정층 형성용 조성물의 두께, 즉 셀 간극은 10 mm으로 하였다.

상기 액정층 형성용 조성물은 조성물 총 중량에 대하여 음의 유전율 이방성을 가지는 액정호스트 99.9중량%와 광반응성의 친액정성-비친액정성 화합물로서 하기 구조식의 펜타에리쓰리톨 테트라아크릴레이트(pentaerythritol tetraacrylate)(3) 0.03중량%와 친액정성-비친액정성 화합물로서 하기 구조식의 헥사데칸-1,2-디아민(Hexadecane-1,2-diamine)(4) 0.07중량%를 균일 혼합한 혼합물을 사용하였다.

(3)

(4)

이때, 상기 광반응성의 친액정성-비친액정성 화합물과 친액정성-비친액정성 화합물의 혼합물에서의 비친액정성 비율(X')을 상기 수학식 2에 따라 계산한 결과, (0.3×X₁)+(0.7×X₂)=2.74이었다. 이때 상기 펜타에리쓰리톨 테트라아크릴레이트의 비친액정성 비율(X₁)=(132/352)×10=3.75, 헥사데칸-1,2-디아민의 비친액정성 비율(X₂)=(59/256)×10=2.30이다.

상기 광 조사를 통한 배향 안정화 공정 실시 전, 상기 제조된 액정표시장치에 대해 상기 실시예 1에서와 동일한 방법으로 제1기판과 제2기판 사이에 T₈₀ (최대 투과도 대비 투과율 80%)에 해당되는 세기의 전기장을 인가한 후 액정분자의 배향 상태를 관찰하였다. 전기장 인가 전후의 결과를 도 9a 및 9b에 각각 나타내었다.

도 9a에 나타난 바와 같이, 상기 액정층 형성용 조성물을 액정셀에 주입하면 통상적인 배향막 처리공정 없이도 액정의 광축이 기판에 대해 수직되어 직교편광자 하에서 소광상태를 나타냄을 확인하였다, 이에 대해 전기장을 인가하면 액정분자가 전기장에 수직인 방향으로 회전하면서 투과도가 증가하게 된다. 그러나 광 조사 이전에는 도 9b에 나타난 바와 같이 액정 배열의 결함이 다수 발생하게 되고, 이로 인한 액정 표시 소자의 특성 악화를 가져오게 된다. 이러한 결함발생은 액정분자가 특정 방향으로의 선경사각이 형성되어 있지 않았기 때문에 발생하는 현상으로 광중합 이전에는 배향 안정화가 이루어지지 않았음을 의미한다.

추가적으로, 상기 제조한 액정표시장치에 대해 실시예 1에서와 돋일한 방법으로 전기장 인가 및 광조사에 따른 안정화 공정을 실시하고, 소자의 온-오프(On-Off) 스위칭 시 액정결함의 발생 여부를 관찰하였다. 그 결과를 도 10a 및 10b에 나타내었다.

도 10a에 나타난 바와 같은 초기 어둠상태(dark, black)에서 위와 동일하게 T₈₀(최대 투과도 대비 투과율 80%)에 해당되는 세기의 전기장을 인가하면 액정이 반응하여 배열상태가 바뀌게 되고, 이에 따라 액정의 광축이 기판면에서 편광자의 투과축과 45도의 각을 이루게 됨으로써 액정결함의 생성과정 없이 도 9b에서와 같은 밝음 상태로 전이됨을 관찰하였다. 이는 액정의 수직배향을 유도했던 친액정성-비친액정성 화합물이 포함하고 있는 광반응기가 광 조사 공정을 거쳐 셀 내부 표면에서 액정분자가 특정 방향으로 선경사각을 형성하게 함으로써 액정의 배향이 표면 안정화되어 나타나는 현상으로, 이를 통하여 액정의 반응속도 개선 및 소자의 밝기 및 대비비가 향상됨을 알 수 있다.

또한 안정화 처리가 되지 않은 도 9b와 안정화 처리가 된 도 10b를 비교했을 때, 안정화처리가 된 도 10b는 결함의 발생이 제거되고, 반응속도도 빠르게 되므로 안정화 처리에 의해 소자의 전기광학적 특성을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.

실시예 4

액정층 형성용 조성물 총 중량에 대하여 음의 유전율 이방성을 가지는 액정호스트 99.9중량%와 광반응성의 친액정성 비친액정성 화합물로서 하기 구조식의 폴리(에틸렌글리콜)메틸에테르 메타크릴레이트(poly(ethylene glycol) methyl ether methacrylate)(5) 0.04 중량%, 그리고 비친액정성 영역으로서 소르비탄(sorbitan) 유래기를, 친액정성 영역으로서 팔미테이트(palmitate) 유래기를 각각 포함하는 하기 구조식의 소르비탄 모노팔미테이트(sorbitan monopalmitate) (6)의 친액정성-비친액정성 화합물 0.06중량%의 균일 혼합물을 첨가하여 제조한 액정층 형성용 조성물을 사용하여 액정층을 형성하는 것을 제외하고는 상기 실시예 3에서와 동일한 방법으로 실시하여 액정 표시 장치를 제작하였다.

(n = 4) (5)

(6)

이때, 광반응성 화합물과 친액정성-비친액정성 화합물의 혼합물의 비친액정성 비율은 (0.4×X₁)+(0.6×X₂)=4.99(이때 폴리(에틸렌글리콜)메틸에테르 메타크릴레이트의 비친액정성 비율(X₁)=(176/276)×10=6.38이고, 소르비탄 모노팔미테이트의 비친액정성 비율(X₂)=(164/403)×10=4.07이다)이었다.

광 조사를 통한 배향 안정화 공정 실시 전, 상기에서 제조된 액정표시장치에 대해 실시예 1에서와 동일한 방법으로 제1기판과 제2기판 사이에 T₈₀ (최대 투과도 대비 투과율 80%)에 해당되는 세기의 전기장을 인가한 후 액정분자의 배향 상태를 관찰하였다. 전기장 인가 전후의 결과를 도 11a 및 11b에 각각 나타내었다.

도 11a에 나타난 바와 같이, 상기 액정층 형성용 조성물을 액정셀에 주입하면 통상적인 배향막 처리공정이 없이도 액정의 광축이 기판에 대해 수직되어 직교편광자 하에서 소광상태를 나타내었다. 이에 대해 전기장을 인가하면 액정분자가 전기장에 수직인 방향으로 회전하면서 투과도가 증가하게 된다. 그러나 광 조사 이전에는 도 11b에 나타난 바와 같이 액정 배열의 결함이 다수 발생하게 되고, 이로 인한 액정 표시 소자의 특성 악화를 가져오게 된다. 이러한 결함발생은 액정분자가 특정 방향으로의 선경사각이 형성되어 있지 않았기 때문에 발생하는 현상으로 광중합 이전에는 배향 안정화가 이루어지지 않았음을 의미한다.

상기 제조된 액정표시장치에 대해 상기 실시예 1에서와 동일한 방법으로 전기장 인가 및 광조사에 따른 안정화 처리를 실시한 후, 소자의 온-오프(On-Off) 스위칭 시 액정결함의 발생 여부를 관찰하였다. 그 결과를 도 12a 및 12b에 나타내었다.

도 12a에 나타난 바와 같은 초기 어둠상태(dark, black)에서 위와 동일하게 T₈₀(최대 투과도 대비 투과율 80%)에 해당되는 세기의 전기장을 인가하면 액정이 반응하여 배열상태가 바뀌게 되고, 이에 따라 액정의 광축이 기판면에서 편광자의 투과축과 45도의 각을 이루게 됨으로써 액정결함의 생성과정 없이 도 12b에서와 같은 밝음 상태로 전이됨을 관찰하였다. 이는 액정의 수직배향을 유도했던 친액정성-비친액정성 화합물이 함유하고 있는 광반응기가 광 조사 공정을 거쳐 셀 내부 표면에서 액정분자가 특정 방향으로 선경사각을 형성하게 함으로써 액정의 배향이 표면 안정화되어 나타나는 현상으로, 이를 통하여 액정의 반응속도 개선 및 소자의 밝기 및 대비비가 향상됨을 알 수 있다.

또한 안정화 처리가 되지 않은 도 11b와 안정화 처리가 된 도 12b를 비교했을 때, 안정화처리가 된 도 12b는 결함의 발생이 제거되고, 반응속도도 빠르게 되므로 안정화 처리에 의해 소자의 전기광학적 특성을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.

실시예 5

액정층 형성용 조성물 총 중량에 대하여 음의 유전율 이방성을 가지는 액정호스트 99.9중량%와 광반응성의 친액정성-비친액정성 화합물로서 페닐기의 3 또는 4 위치에 메타크릴옥시메틸기가 치환된 하기 구조식의 메타크릴옥시 메틸펜에틸 트리스(트리메틸실록시)실란 아이소머의 혼합물(methacryloxy methylphenethyl tris(trimethylsiloxy)silane, mixed isomer, Gelst 사제)(7) 0.07 중량% 및 광반응성기가 없는 화학식 8의 친액정성-비친액정성 화합물(Gelst 사제)(8) 0.03 중량%를 균일 혼합하여 제조한 액정층 형성용 조성물을 사용하여 액정층을 형성하는 것을 제외하고는 상기 실시예 3에서와 동일한 방법으로 실시하여 액정 표시 장치를 제작하였다.

(7)

(8)

이때 상기 화합물(7)은 친액정성 영역에 한 개의 광반응성기(즉, 메타아크릴기)가 치환되어 있고, 비친액정성 영역으로서 세 개의 실록시기를 가지는 실란(trisiloxy silane)기를 포함하는 광반응성의 친액정성-비친액정성 화합물로, 수학식 1에 따라 계산한 비친액정성 비율(X₁)이 (160/498)×10=3.21이었다. 또한 상기 화합물 (8)은 광반응성기 없이, 친액정성 영역으로서 옥타데실 하이드로카본 및 7개의 메틸기와 비친액정성 영역으로서 트리실록산(trisiloxane)을 포함하는 친액정성-비친액정성 화합물로서 비친액정성 비율(X₂)=(116/474)×10=2.45이다)이었다. 따라서, 상기 화합물 7과 8의 혼합물에 대해 수학식 2에 따라 비친액정성 비율을 계산한 결과 X'=(0.7×X₁)+(0.3×X₂)=2.98 이다.

이어서, 광 조사를 통한 배향 안정화 공정 실시 전, 상기에서 제조한 액정표시장치에 대해 실시예 1에서와 동일한 방법으로 제1기판과 제2기판 사이에 T₈₀ (최대 투과도 대비 투과율 80%)에 해당되는 세기의 전기장을 인가한 후 액정분자의 배향 상태를 관찰하였다. 전기장 인가 전후의 결과를 도 13a 및 13b에 각각 나타내었다.

도 13a에 나타난 바와 같이 상기 액정층 형성용 조성물을 액정셀에 주입하면 통상적인 배향막 처리공정이 없이도 액정의 광축이 기판에 대해 수직되어 직교편광자 하에서 소광상태를 나타내었다. 이에 대해 전기장을 인가하면 액정분자가 전기장에 수직인 방향으로 회전하면서 투과도가 증가하게 된다. 그러나 광 조사 이전에는 도 13b에 나타난 바와 같이 액정 배열의 결함이 다수 발생하게 되고, 이로 인한 액정 표시 소자의 특성 악화를 가져오게 된다. 이러한 결함발생은 액정분자가 특정 방향으로의 선경사각이 형성되어 있지 않았기 때문에 발생하는 현상으로 광중합 이전에는 배향 안정화가 이루어지지 않았음을 의미한다.

추가적으로, 상기에서 제조한 액정표시장치에 대해 실시예 1에서와 동일한 방법으로 전기장 인가 및 광조사에 따른 안정화 처리후, 소자의 온-오프(On-Off) 스위칭 시 액정결함의 발생 여부를 관찰하였다. 그 결과를 도 14a 및 14b에 나타내었다.

도 14a에 나타난 바와 같은 초기 어둠상태(dark, black)에서 위와 동일하게 T₈₀(최대 투과도 대비 투과율 80%)에 해당되는 세기의 전기장을 인가하면 액정이 반응하여 배열상태가 바뀌게 되고, 이에 따라 액정의 광축이 기판면에서 편광자의 투과축과 45도의 각을 이루게 됨으로써 액정결함의 생성과정 없이 도 14b에서와 같은 밝음 상태로 전이됨을 관찰하였다. 이는 액정의 수직배향을 유도했던 친액정성-비친액정성 화합물이 함유하고 있는 광반응기가 광 조사 공정을 거쳐 셀 내부 표면에서 액정분자가 특정 방향으로 선경사각을 형성하게 함으로써 액정의 배향이 표면 안정화되어 나타나는 현상으로, 이를 통하여 액정의 반응속도 개선 및 소자의 밝기 및 대비비가 향상됨을 알 수 있다.

또한 안정화 처리가 되지 않은 도 13b와 안정화 처리가 된 도 14b를 비교했을 때, 안정화처리가 된 도 14b는 결함의 발생이 제거되고, 반응속도도 빠르게 되므로 안정화 처리에 의해 소자의 전기광학적 특성을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.

실시예 6

액정층 형성용 조성물 총 중량에 대하여 음의 유전율 이방성을 가지는 액정호스트 99.85중량%와 하기 구조식의 폴리옥시에틸렌소르비탄 트리스테아레이트(Tween^®65, 시그마알드리치사제)(9) 및 하기 구조식의 히드록시부틸 아크릴레이트(10)를 각각 0.07중량% 및 0.08중량%로 균일 혼합하여 제조한 액정층 형성용 조성물을 사용하여 액정층을 형성하는 것을 제외하고는 상기 실시예 3에서와 동일한 방법으로 실시하여 액정 표시 장치를 제작하였다.

(9)

(10)

이때 상기 화합물(9)은 친액정성 영역에 세 개의 스테아레이트가 치환되어 있고, 비친액정성 영역으로서 폴리옥시에틸렌기가 치환된 소르비탄기를 포함하는 친액정성-비친액정성 화합물로, 상기 수학식 1에 따라 계산한 비친액정성 비율(X)이 5.3이다. 또한 상기 화합물(10)은 비친액정성 비율이 1.18이고, 따라서 수학식 2에 따른 이들 혼합물의 비친액정성 비율(X')은 (0.07/1.15)×5.3 + (0.08/1.15)×1.18=3.1이다.

광 조사를 통한 배향 안정화 공정 실시 전, 상기에서 제조한 액정표시장치에 대해 실시예 1에서와 동일한 방법으로 제1기판과 제2기판 사이에 T₈₀ (최대 투과도 대비 투과율 80%)에 해당되는 세기의 전기장을 인가한 후 액정분자의 배향 상태를 관찰하였다. 전기장 인가 전후의 결과를 도 15a 및 15b에 각각 나타내었다.

도 15a에 나타난 바와 같이 상기 액정층 형성용 조성물을 액정셀에 주입하면 통상적인 배향막 처리공정이 없이도 액정의 광축이 기판에 대해 수직되어 직교편광자 하에서 소광상태를 나타냄을 확인하였다, 이에 대해 전기장을 인가하면 액정분자가 전기장에 수직인 방향으로 회전하면서 투과도가 증가하게 된다. 그러나 광 조사 이전에는 도 15b에 나타난 바와 같이 액정 배열의 결함이 다수 발생하게 되고, 이로 인한 액정 표시 소자의 특성 악화를 가져오게 된다. 이러한 결함발생은 액정분자가 특정 방향으로의 선경사각이 형성되어 있지 않았기 때문에 발생하는 현상으로 광중합 이전에는 배향 안정화가 이루어지지 않았음을 의미한다.

추가적으로, 상기 액정표시장치에 대해 실시예 1에서와 동일한 방법으로 전기장 인가 및 광조사에 따른 안정화 처리 후, 소자의 온-오프(On-Off) 스위칭 시 액정결함의 발생 여부를 관찰하였다. 그 결과를 도 16a 및 16b에 나타내었다.

도 16a에 나타난 바와 같은 초기 어둠상태(dark, black)에서 위와 동일하게 T₈₀(최대 투과도 대비 투과율 80%)에 해당되는 세기의 전기장을 인가하면 액정이 반응하여 배열상태가 바뀌게 되고, 이에 따라 액정의 광축이 기판면에서 편광자의 투과축과 45도의 각을 이루게 됨으로써 액정결함의 생성과정 없이 도 16b에서와 같은 밝음 상태로 전이됨을 관찰하였다. 이는 액정의 수직배향을 유도했던 친액정성-비친액정성 화합물이 함유하고 있는 광반응기가 광 조사 공정을 거쳐 셀 내부 표면에서 액정분자가 특정 방향으로 선경사각을 형성하게 함으로써 액정의 배향이 표면 안정화되어 나타나는 현상으로, 이를 통하여 액정의 반응속도 개선 및 소자의 밝기 및 대비비가 향상됨을 알 수 있다.

또한 안정화 처리가 되지 않은 도 15b와 안정화 처리가 된 도 16b를 비교했을 때, 안정화처리가 된 도 16b는 결함의 발생이 제거되고, 반응속도도 빠르게 되므로 안정화 처리에 의해 소자의 전기광학적 특성을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.

실시예 7

액정층 형성용 조성물 총 중량에 대하여 음의 유전율 이방성을 가지는 액정호스트 99.8중량%와 광반응성의 친액정성-비친액정성 화합물로서 하기 구조식의 글리세롤 유도체(11) 0.1중량%, 그리고 친액정성-비친액정성 화합물로서 하기 구조식의 설폰산계 화합물(12) 0.1중량%을 각각 균일 혼합하여 제조한 액정층 형성용 조성물을 사용하여 액정층을 형성하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1에서와 동일한 방법으로 실시하여 액정 표시 장치를 제작하였다.

(11)

(12)

상기 화합물(11)은 아크릴기 및 메타클릴레이트기가 각각 하나씩 치환된 글리세롤 유도체이고, 상기 화합물(12)는 광반응성기 없이, 친액정성 영역으로서 도데실벤젠기와 비친액정성 영역으로서 술포닉산(sulfonic acid)을 포함하는 친액정성-비친액정성 화합물이다. 또한 상기 광반응성의 친액정성-비친액정성 화합물과 친액정성-비친액정성 화합물의 혼합물에 대해 수학식 2에 따라 비친액정성 비율을 계산한 결과 X'=(0.5×X₁)+(0.5×X₂)= 3.35 (이때 화학식 11의 화합물의 비친액정성 비율 X₁=4.2이고 화학식 12의 화합물의 비친액정성 비율 X₂=2.5이다)이었다.

광 조사를 통한 배향 안정화 공정 실시 전, 상기에서 제조한 액정표시장치에 대해 실시예 1에서와 동일한 방법으로 제1기판과 제2기판 사이에 T₈₀ (최대 투과도 대비 투과율 80%)에 해당되는 세기의 전기장을 인가한 후 액정분자의 배향 상태를 관찰하였다. 전기장 인가 전후의 결과를 도 17a 및 17b에 각각 나타내었다.

도 17a에 나타난 바와 같이, 상기 액정층 형성용 조성물을 액정셀에 주입하면 통상적인 배향막 처리공정이 없이도 액정의 광축이 기판에 대해 수직되어 직교편광자 하에서 소광상태를 나타내었다. 이에 대해 전기장을 인가하면 액정분자가 전기장에 수직인 방향으로 회전하면서 투과도가 증가하게 된다. 그러나 광 조사 이전에는 도 17b에 나타난 바와 같이 액정 배열의 결함이 다수 발생하게 되고, 이로 인한 액정 표시 소자의 특성 악화를 가져오게 된다. 이러한 결함발생은 액정분자가 특정 방향으로의 선경사각이 형성되어 있지 않았기 때문에 발생하는 현상으로 광중합 이전에는 배향 안정화가 이루어지지 않았음을 의미한다.

추가적으로 상기 액정표시장치에 대해 실시예 1에서와 동일한 방법으로 전기장 인가 및 광조사에 따른 안정화 처리 후, 소자의 온-오프(On-Off) 스위칭 시 액정결함의 발생 여부를 관찰하였다. 그 결과를 도 18a 및 18b에 나타내었다.

도 18a에 나타난 바와 같은 초기 어둠상태(dark, black)에서 위와 동일하게 T₈₀ (최대 투과도 대비 투과율 80%)에 해당되는 세기의 전기장을 인가하면 액정이 반응하여 배열상태가 바뀌게 되고, 이에 따라 액정의 광축이 기판면에서 편광자의 투과축과 45도의 각을 이루게 됨으로써 액정결함의 생성과정 없이 도 18b에서와 같은 밝음 상태로 전이됨을 관찰하였다. 이는 액정의 수직배향을 유도했던 친액정성-비친액정성 화합물이 함유하고 있는 광반응기가 광 조사 공정을 거쳐 셀 내부 표면에서 액정분자가 특정 방향으로 선경사각을 형성하게 함으로써 액정의 배향이 표면 안정화되어 나타나는 현상으로, 이를 통하여 액정의 반응속도 개선 및 소자의 밝기 및 대비비가 향상됨을 알 수 있다.

또한 안정화 처리가 되지 않은 도 17b와 안정화 처리가 된 도 18b를 비교했을 때, 안정화처리가 된 도 18b는 결함의 발생이 제거되고, 반응속도도 빠르게 되므로 안정화 처리에 의해 소자의 전기광학적 특성을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.

실시예 8

액정층 형성용 조성물 총 중량에 대하여 음의 유전율 이방성을 가지는 액정호스트 99.92중량%와 광반응성의 친액정성-비친액정성 화합물로서 반응성 액정기를 포함하는 하기 구조식의 갤레이트 유도체(13)를 0.08중량% 비율로 첨가하여 균일 혼합하여 제조한 액정층 형성용 조성물을 사용하여 액정층을 형성하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1에서와 동일한 방법으로 실시하여 액정 표시 장치를 제작하였다.

(13)

상기 화합물(13)은 광반응성의 친액정성-비친액정성 화합물은 친액정성 영역으로서 반응성 액정기를 포함하고, 비친액정성 영역으로서 갤레이트(gallate) 유래기를 포함한다. 상기 화합물(13)에 대해 수학식 1에 따라 비친액정성 비율(X')을 계산한 결과, (169/566)×10=2.99이었다.

광 조사를 통한 배향 안정화 공정 실시 전, 상기에서 제조한 액정표시장치에 대해 실시예 1에서와 동일한 방법으로 제1기판과 제2기판 사이에 T₈₀ (최대 투과도 대비 투과율 80%)에 해당되는 세기의 전기장을 인가한 후 액정분자의 배향 상태를 관찰하였다. 전기장 인가 전후의 결과를 도 19a 내지 19c에 각각 나타내었다.

도 19a에 나타난 바와 같이, 상기 액정층 형성용 조성물을 액정셀에 주입하면 통상적인 배향막 처리공정이 없이도 액정의 광축이 기판에 대해 수직되어 직교편광자 하에서 소광상태를 나타내었다. 이에 대해 전기장을 인가하면 액정분자가 전기장에 수직인 방향으로 회전하면서 투과도가 증가하게 된다. 그러나 광 조사 이전에는 도 19b에 나타난 바와 같이 액정 배열의 결함이 다수 발생하게 되고, 이로 인한 액정 표시 소자의 특성 악화를 가져오게 된다. 이러한 결함발생은 액정분자가 특정 방향으로의 선경사각이 형성되어 있지 않았기 때문에 발생하는 현상으로 광중합 이전에는 배향 안정화가 이루어지지 않았음을 의미한다. 도 19b에 나타난 결함은 시간이 경과함에 따라 천천이 제거되며 도 19c에서와 같이 균일한 밝음상태로 전이되므로 표시소자의 시인성뿐만 아니라 반응속도에도 악영향을 미치게 된다.

추가적으로 상기 액정표시장치에 대해 실시예 1에서와 동일한 전기장 인가 및 광조사에 따른 안정화 처리 후, 소자의 온-오프(On-Off) 스위칭 시 액정결함의 발생 여부를 관찰하였다. 그 결과를 도 20a 내지 20c에 나타내었다.

도 20a에 나타난 바와 같은 초기 어둠상태(dark, black)에서 위와 동일하게 T₈₀ (최대 투과도 대비 투과율 80%)에 해당되는 세기의 전기장을 인가하면 액정이 반응하여 배열상태가 바뀌게 되고, 이에 따라 액정의 광축이 기판면에서 편광자의 투과축과 45도의 각을 이루게 됨으로써 액정결함의 생성과정 없이 도 20b 및 도 20c에서와 같은 밝음 상태로 전이됨을 관찰하였다. 이는 액정의 수직배향을 유도했던 친액정성-비친액정성 화합물이 함유하고 있는 광반응기가 광 조사 공정을 거쳐 셀 내부 표면에서 액정분자가 특정 방향으로 선경사각을 형성하게 함으로써 액정의 배향이 표면 안정화되어 나타나는 현상으로, 이를 통하여 액정의 반응속도 개선 및 소자의 밝기 및 대비비가 향상됨을 알 수 있다.

또한 안정화 처리가 되지 않은 도 19b와 안정화 처리가 된 도 20b를 비교했을 때, 안정화처리가 된 도 20b는 결함의 발생이 제거되고, 반응속도도 빠르게 되므로 안정화 처리에 의해 소자의 전기광학적 특성을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.

실시예 9

액정층 형성용 조성물 총 중량에 대하여 음의 유전율 이방성을 가지는 액정호스트 99.8중량%와 친액정성-비친액정성 화합물로서 하기 구조식의 디헥사데실 포스페이트(dihexadecyl phosphate)(14)를 0.1중량% 비율로 첨가하고, 광반응성의 친액정성-비친액정성 화합물로서 하기 구조식의 펜타에리쓰리톨 트리아크릴레이트(pentaerythritol triacrylate)(15)를 0.1중량% 비율로 첨가하여 균일하게 혼합한 액정층 형성용 조성물을 사용하여 액정층을 형성하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1에서와 동일한 방법으로 실시하여 액정 표시 장치를 제작하였다.

(14)

(15)

이때, 친액정성-비친액정성 화합물(14)과 광반응성의 친액정성-비친액정성 화합물(15)의 혼합물의 비친액정성 비율(X')은 (0.5×X₁)+(0.5×X₂)=2.96(이때 디헥사데실 포스페이트(14)의 비친액정성 비율(X₁)=(80/547)×10=1.46이고, 펜타에리쓰리톨 트리아크릴레이트(15)의 비친액정성 비율(X₂)=(133/298)×10=4.46이다)이었다.

광 조사를 통한 배향 안정화 공정 실시 전, 상기에서 제조한 액정표시장치에 대해 실시예 1에서와 동일한 방법으로 제1기판과 제2기판 사이에 T₈₀ (최대 투과도 대비 투과율 80%)에 해당되는 세기의 전기장을 인가한 후 액정분자의 배향 상태를 관찰하였다. 전기장 인가 전후의 결과를 도 21a 내지 21c에 각각 나타내었다.

도 21a에 나타난 바와 같이, 일반적으로 기판에 대해 수직 배열된 액정층은 직교편광자 하에서 소광 상태를 나타내며, 이에 대해 전기장을 인가하면 액정분자가 전기장에 수직인 방향으로 회전하면서 투과도가 증가하게 된다. 그러나 광 조사를 통한 배향 안정화 이전에는 액정분자가 특정 방향으로의 선경사각이 형성되어 있지 않았기 때문에 도 21b에 나타난 바와 같이 액정 배열의 결함이 다수 발생하게 되는 과정을 거쳐 도 21c의 밝음상태로 전이된다. 이로 인한 액정 표시 소자의 반응속도가 늦게 되고 시인성의 악화를 가져오게 된다.

추가적으로, 상기 액정표시장치에 대해 실시예 1에서와 동일한 방법으로 전기장 인가 및 광조사에 따른 안정화 처리 후, 소자의 온-오프(On-Off) 스위칭 시 액정결함의 발생 여부를 관찰하였다. 그 결과를 도 22a 내지 22c에 나타내었다.

도 22a에 나타난 바와 같은 초기 어둠상태(dark, black)에서 위와 동일하게 T₈₀ (최대 투과도 대비 투과율 80%)에 해당되는 세기의 전기장을 인가하면 액정이 반응하여 배열상태가 바뀌게 되고, 이에 따라 액정의 광축이 기판면에서 편광자의 투과축과 45도의 각을 이루게 됨으로써 액정결함의 생성과정 없이 도 22b 및 22c에서와 같은 밝음상태로 바로 전이됨을 관찰하였다. 이는 액정의 수직배향을 유도했던 친액정성-비친액정성 화합물이 포함하고 있는 광반응기가 광 조사 공정을 거쳐 셀 내부 표면에서 액정분자가 특정 방향으로 선경사각을 형성하게 함으로써 액정의 배향이 표면 안정화되어 나타나는 현상으로, 이를 통하여 액정의 반응속도 개선 및 소자의 밝기 및 대비비가 향상됨을 알 수 있다.

또한 안정화 처리가 되지 않은 도 21b와 안정화 처리가 된 도 22b를 비교했을 때, 안정화처리가 된 도 21b는 결함의 발생이 제거되고, 반응속도도 빠르게 되므로 안정화 처리에 의해 소자의 전기광학적 특성을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.

실시예 10

액정층 형성용 조성물 총 중량에 대하여 음의 유전율 이방성을 가지는 액정호스트 99.5중량%와 친액정성-비친액정성 화합물로서 하기 구조식의 팔미트산(palmitic acid)(16) 0.4중량%와 광반응성 화합물로서 히드록시부틸 아크릴레이트를 0.1중량% 비율로 첨가하여 균일하게 혼합한 액정층 형성용 조성물을 사용하여 액정층을 형성하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1에서와 동일한 방법으로 실시하여 액정 표시 장치를 제작하였다.

(16)

이때, 친액정성-비친액정성 화합물(16)과 광반응성 화합물의 혼합물의 비친액정성 비율(X')은 (0.8×X₁)+(0.2×X₂)=1.64 (이때 팔미트산의 비친액정성 비율(X₁)=(45/256)×10=1.76이고 히드록시부틸 아크릴레이트의 비친액정성 비율(X₂)=(17/144)×10=1.18이다)이었다.

광 조사를 통한 배향 안정화 공정 실시 전, 상기에서 제조한 액정표시장치에 대해 실시예 1에서와 동일한 방법으로 제1기판과 제2기판 사이에 T₈₀ (최대 투과도 대비 투과율 80%)에 해당되는 세기의 전기장을 인가한 후 액정분자의 배향 상태를 관찰하였다. 전기장 인가 전후의 결과를 도 23a 내지 23c에 각각 나타내었다.

도 23a에 나타난 바와 같이, 상기 액정층 형성용 조성물을 액정셀에 주입하면 통상적인 배향막 처리공정이 없이도 액정의 광축이 기판에 대해 수직되어 직교편광자 하에서 소광상태를 나타내었다. 이에 대해 전기장을 인가하면 액정분자가 전기장에 수직인 방향으로 회전하면서 투과도가 증가하게 된다. 그러나 광 조사를 통한 배향 안정화 이전에는 액정분자가 특정 방향으로의 선경사각이 형성되어 있지 않았기 때문에 도 23b에 나타난 바와 같이 액정 배열의 결함이 다수 발생하게 되는 과정을 거쳐 도 23c의 밝음상태로 전이된다.

추가적으로, 상기 액정표시장치에 대해 실시예 1에서와 동일한 방법으로 전기장 인가 및 광조사에 따른 안정화 처리 후, 소자의 온-오프(On-Off) 스위칭 시 액정결함의 발생 여부를 관찰하였다. 그 결과를 도 24a 내지 24c에 나타내었다.

도 24a에 나타난 바와 같은 초기 어둠상태(dark, black)에서 위와 동일하게 T₈₀ (최대 투과도 대비 투과율 80%)에 해당되는 세기의 전기장을 인가하면 액정이 반응하여 배열상태가 바뀌게 되고, 이에 따라 액정의 광축이 기판면에서 편광자의 투과축과 45도의 각을 이루게 됨으로써 액정결함의 생성과정 없이 도 24b 및 도 24c에서와 같은 밝음 상태로 전이됨을 관찰하였다. 이는 액정의 수직배향을 유도했던 친액정성-비친액정성 화합물이 함유하고 있는 광반응기가 광 조사 공정을 거쳐 셀 내부 표면에서 액정분자가 특정 방향으로 선경사각을 형성하게 함으로써 액정의 배향이 표면 안정화되어 나타나는 현상으로, 이를 통하여 액정의 반응속도 개선 및 소자의 밝기 및 대비비가 향상됨을 알 수 있다.

또한 안정화 처리가 되지 않은 도 23b와 안정화 처리가 된 도 24b를 비교했을 때, 안정화처리가 된 도 24b는 결함의 발생이 제거되고, 반응속도도 빠르게 되므로 안정화 처리에 의해 소자의 전기광학적 특성을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.

실시예 11

액정층 형성용 조성물 총 중량에 대하여 음의 유전율 이방성을 가지는 액정호스트 99중량%와 친액정성-비친액정성 화합물로서 하기 구조식의 도데실아민(dodecyl amine)(17) 0.8중량%와 광반응성 화합물로서 펜타에리쓰리톨 트리아크릴레이트를 0.2중량% 비율로 첨가하여 균일하게 혼합한 액정층 형성용 조성물을 사용하여 액정층을 형성하는 것을 제외하고는 상기 실시예 3에서와 동일한 방법으로 실시하여 액정 표시 장치를 제작하였다.

(17)

이때, 친액정성-비친액정성 화합물(17)과 광반응성 화합물의 혼합물의 비친액정성 비율(X')은 (0.8×X₁)+(0.2×X₂)=1.58(이때 도데실아민의 비친액정성 비율(X₁)=(16/185)×10=0.86이고 펜타에리쓰리톨 트리아크릴레이트의 비친액정성 비율(X₂)=(133/298)×10=4.46이다)이었다.

광 조사를 통한 배향 안정화 공정 실시 전, 상기에서 제조한 액정표시장치에 대해 실시예 1에서와 동일한 방법으로 제1기판과 제2기판 사이에 T₈₀ (최대 투과도 대비 투과율 80%)에 해당되는 세기의 전기장을 인가한 후 액정분자의 배향 상태를 관찰하였다. 전기장 인가 전후의 결과를 도 25a 및 25b에 각각 나타내었다.

도 25a에 나타난 바와 같이, 상기 액정층 형성용 조성물을 액정셀에 주입하면 통상적인 배향막 처리공정이 없이도 액정의 광축이 기판에 대해 수직되어 직교편광자 하에서 소광상태를 나타내었다. 이에 대해 전기장을 인가하면 액정분자가 전기장에 수직인 방향으로 회전하면서 투과도가 증가하게 된다. 그러나 광 조사 이전에는 도 25b에 나타난 바와 같이 액정 배열의 결함이 다수 발생하게 되고, 이로 인한 액정 표시 소자의 특성 악화를 가져오게 된다. 이러한 결함발생은 액정분자가 특정 방향으로의 선경사각이 형성되어 있지 않았기 때문에 발생하는 현상으로 광중합 이전에는 배향 안정화가 이루어지지 않았음을 의미한다.

추가적으로, 상기 액정표시장치에 대해 실시예 1에서와 동일한 방법으로 전기장 인가 및 광조사에 따른 안정화 처리 후, 소자의 온-오프(On-Off) 스위칭 시 액정결함의 발생 여부를 관찰하였다. 그 결과를 도 26a 및 26b에 나타내었다.

도 26a에 나타난 바와 같은 초기 어둠상태(dark, black)에서 위와 동일하게 T₈₀ (최대 투과도 대비 투과율 80%)에 해당되는 세기의 전기장을 인가하면 액정이 반응하여 배열상태가 바뀌게 되고, 이에 따라 액정의 광축이 기판면에서 편광자의 투과축과 45도의 각을 이루게 됨으로써 액정결함의 생성과정 없이 도 26b에서와 같은 밝음 상태로 전이됨을 관찰하였다. 이는 액정의 수직배향을 유도했던 친액정성-비친액정성 화합물이 함유하고 있는 광반응기가 광 조사 공정을 거쳐 셀 내부 표면에서 액정분자가 특정 방향으로 선경사각을 형성하게 함으로써 액정의 배향이 표면 안정화되어 나타나는 현상으로, 이를 통하여 액정의 반응속도 개선 및 소자의 밝기 및 대비비가 향상됨을 알 수 있다.

또한 안정화 처리가 되지 않은 도 25b와 안정화 처리가 된 도 26b를 비교했을 때, 안정화처리가 된 도 26b는 결함의 발생이 제거되고, 반응속도도 빠르게 되므로 안정화 처리에 의해 소자의 전기광학적 특성을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.

실시예 12

액정층 형성용 조성물 총 중량에 대하여 음의 유전율 이방성을 가지는 액정호스트 99중량%와 친액정성-비친액정성 영역을 가지는 액정배향 유도제로서 하기 구조식의 폴리옥시에틸렌 (2) 스테아릴 에테르(polyoxyethylen (2) stearyl ether)(18) 0.8중량%와 광반응성 화합물로서 하기 구조식의 폴리에틸렌글리콜 메틸 에테르 아크릴레이트 (Poly(ethylene glycol) methyl ether acrylate)(19)를 0.2중량% 비율로 첨가하여 균일하게 혼합한 액정층 형성용 조성물을 사용하여 액정층을 형성하는 것을 제외하고는 상기 실시예 3에서와 동일한 방법으로 실시하여 액정 표시 장치를 제작하였다.

(n = 2) (18)

(n = 4) (19)

이때, 친액정성-비친액정성 화합물(18)과 광반응성 화합물(19)의 혼합물의 비친액정성 비율(X')은 (0.8×X₁)+(0.2×X₂)=2.99 (이때 폴리옥시에틸렌 (2) 스테아릴 에테르의 비친액정성 비율(X₁)=(105/358)×10=2.93이고 폴리에틸렌글리콜 메틸 에테르 아크릴레이트의 비친액정성 비율(X₂)=(160/246)×10=3.25이다)이었다.

광 조사를 통한 배향 안정화 공정 실시 전, 상기에서 제조한 액정표시장치에 대해 실시예 1에서와 동일한 방법으로 제1기판과 제2기판 사이에 T₁₀₀ (최대 투과도 대비 투과율 100%)에 해당되는 세기의 전기장을 인가한 후 액정분자의 배향 상태를 관찰하였다.

상기에서 제조한 액정층 형성용 조성물을 액정셀에 주입하면 통상적인 배향막 처리공정이 없이도 액정의 광축이 기판에 대해 수직되어 직교편광자 하에서 소광상태를 나타내었다. 이에 대해 전기장을 인가하면 액정분자가 전기장에 수직인 방향으로 회전하면서 투과도가 증가하게 된다. 그러나 광 조사 이전에는 상기의 실시예들에서와 같이 액정 배열의 결함이 다수 발생하게 되고, 이로 인한 액정 표시 소자의 특성 악화를 가져오게 된다. 이러한 결함발생은 광중합 이전에는 배향 안정화가 이루어지지 않았음을 의미한다.

추가적으로, 상기 액정표시장치에 대해 실시예 1에서와 동일한 방법으로 전기장 인가 및 광조사에 따른 안정화 처리 후, 소자의 온-오프(On-Off) 스위칭 시 액정결함의 발생 여부를 관찰하였다.

초기 어둠상태(dark, black)에서 위와 동일하게 T₁₀₀ (최대 투과도 대비 투과율 100%)에 해당되는 세기의 전기장을 인가하면 액정이 반응하여 배열상태가 바뀌게 되고, 이에 따라 액정의 광축이 기판면에서 편광자의 투과축과 45도의 각을 이루게 됨으로써 액정결함의 생성과정 없이 도 15b에서와 같은 밝음 상태로 전이됨을 관찰하였다. 이는 액정의 수직배향을 유도했던 친액정성-비친액정성 화합물이 함유하고 있는 광반응기가 광 조사 공정을 거쳐 셀 내부 표면에서 액정분자가 특정 방향으로 선경사각을 형성하게 함으로써 액정의 배향이 표면 안정화되어 나타나는 현상으로, 이를 통하여 액정의 반응속도 개선 및 소자의 밝기 및 대비비가 향상됨을 알 수 있었다.

시험예 1

본 발명에서 사용되는 광반응성 화합물 및 친액정성-비친액정성 화합물은 별도의 배향막 공정 없이 액정의 수직배향을 유도하고, 수직배향을 유도한 후 전기장 인가 하에서 광 조사에 의한 광중합 과정을 거쳐 특정한 배향상태를 안정화시키는 역할을 한다. 그 결과 본 발명에 따른 효과를 이루기 위해서는 액정의 수직배향 유도가 선행되어야 한다.

이러한 일차적인 수직배향의 유도에 영향을 미치는 인자는 친액정성-비친액정성 분자에 있어서 비친액정성 영역의 비율이다. 이에 본 시험예에서는 비친액정성 비율(X') 값에 따른 액정의 수직배향 유도 효과를 평가하였다.

음의 유전율 이방성을 가지는 액정 호스트와 함께, 친액정성-비친액정성 화합물로서 수학식 1에 따라 계산한 비친액정성 비율(X₁)이 (169/254)×10=6.65인 하기 구조식의 헥실 갈레이트(Hexyl gallate)(20) 또는 비친액정성 비율(X₂)이 (169/310)×10=5.45인 하기 구조식의 데실 갈레이트(Decyl gallate)(21)를 액정층 형성용 조성물 총 중량에 대하여 0.5중량%씩 첨가하여 액정층 형성용 조성물을 각각 제조하였다.

(20)

(21)

실험결과, 상기 헥실 갈레이트를 첨가한 액정층 형성용 조성물의 경우, 액정과의 친화도가 충분하지 않아 액정과 균일한 혼합물을 만들지 못하였다.

또한, 상기 제조된 불균일한 액정층 형성용 조성물을 상기 실시예 1에 기재된 방법과 동일한 방법으로 제조한 조립체의 액정층 내에 주입한 후 액정의 배향상태를 편광현미경으로 관찰하였다. 그 결과를 도 27에 나타내었다.

도 27에 나타난 바와 같이, 액정분자가 셀 내부에서 랜덤하게 수평 배향되어 있음을 확인할 수 있었으며, 이로부터 액정의 수직배향이 유도되지 않음을 알 수 있다.

한편, 동일한 비친액정성기를 가지면서 친액정기의 비율이 증가하여 X₂ 값이 5.45인 상기 데실 갈레이트는 향상된 친액정성으로 인하여 액정에 균일하게 혼합되었다.

또한, 상기 제조된 균일한 액정층 형성용 조성물을 상기 실시예 1에 기재된 방법과 동일한 방법으로 제조한 조립체의 액정층 내에 주입한 후 액정 배향을 관찰하였다. 그 결과를 도 28에 나타내었다.

도 28에 나타난 바와 같이, 액정분자가 균일하게 수직배향되어 있음을 확인할 수 있었다. 코노스코피 이미지 (미도시) 또한 액정이 기판에 대하여 수직배향되었을 경우 나타나는 아이소자이리스(isozyres)를 명확하게 보여주었다.

상기와 같은 실험결과로부터, 동일한 비친액정성기를 포함함에도 불구하고 헥실 갈레이트가 데실 갈레이트 보다 짧은 친액정성기를 포함하고 있으므로, 데실 갈레이트에 비해 더 큰 비친액정 성질을 나타내었다. 또한, 친액정성기인 탄화수소 길이가 탄소수 8개 미만이고 비친액정성 비율(X') 값이 상기 X값인 6을 초과하여 비친액정성이 지나치게 커짐에 따라 액정화합물과의 섞임성이 좋지 않고 액정의 수직배향 특성이 나타나지 않았다. 따라서, 액정과 균일한 혼합물을 형성하며 액정의 수직배향을 유도하기 위해서는 비친액정성 비율(X') 값이 6 이하의 값을 가져야 함을 알 수 있다.

상기와 별도로, 음의 유전율 이방성을 가지는 액정 호스트와 함께, 친액정성 화합물로서 수학식 1에 따라 계산한 비친액정성 비율(X₁)이 0인 하기 구조식의 옥타데칸(octadecane) (22) 또는 친액정성-비친액정성 화합물로서 비친액정성 비율(X₂)이 (17/270)×10=0.63인 하기 구조식의 1-옥타데칸올 (1-octadecanol)(23)을 액정층 형성용 조성물 총 중량에 대하여 1.0중량%씩 첨가하여 액정층 형성용 조성물을 각각 제조하였다.

(22)

(23)

상기 옥타데칸은 100% 친액정성기로 이루어진 화합물로 비친액정성 비율(X₁)이 0이므로 액정에 쉽게 용해되었다. 한편, 상기 1-옥타데칸올은 친액정성기인 탄화수소 체인에 비해 비친액정성기인 히드록시기의 화합물 내 분율이 작아 액정과의 친화도가 큰 물질로서, 액정과 균일한 혼합물을 형성하였다.

상기 제조된 액정층 형성용 조성물을 상기 실시예 1에 기재된 방법과 동일한 방법으로 제조한 조립체의 액정층 내에 주입한 후 액정의 배향상태를 편광현미경으로 관찰하였다. 그 결과를 도 29에 나타내었다.

그 결과, 옥타데칸을 포함하는 액정층 형성용 조성물은 액정 배열에 영향을 미치지 않기 때문에, 도 29에서와 같이 랜덤한 수평배열 상태를 나타내는 반면, 1-옥타데칸올을 첨가한 액정층 형성용 조성물을 주입한 액정셀에서는 액정의 배향이 균일하게 기판에 대하여 수직으로 배열됨을 확인할 수 있었다.

도 30a 및 30b는 시험예 2에서 1-옥타데칸올을 첨가한 액정층 형성용 조성물을 주입한 액정셀의 배향상태를 나타낸 편광현미경 및 코노스코피 사진이다. 도 30a 및 30b에 나타낸 바와 같이 액정셀의 균일한 소광상태 및 정중앙에 위치한 십자의 아이소자이리스(isozyres)는 액정이 수직배향 되어 광축이 기판에 수직으로 형성되어 있음을 잘 보여주고 있다.

상기한 바와 같이 첨가물의 친액정성이 지나치게 크고 비친액정성 특성이 지나치게 작을 경우, 액정에 용해되려는 특성이 너무 강하여 액정의 수직배향을 유도하지 못한다. 따라서, 수직배향 유도제인 친액정성-비친액정성 화합물의 비친액정성비 (X)는 액정의 수직배향 유도를 위한 적정한 범위를 가진다.

이러한 현상은 친액정성-비친액정성 화합물에서의 친액정성과 비친액정성 사이의 균형이 액정의 수직배향 유도에 중요한 인자임을 나타내는 것으로써, 이러한 균형을 정량적으로 나타내는 X 값이 중요한 지표가 될 수 있음을 의미한다. 따라서, 본 발명의 목적에 부합하는 결과를 위해서 유효한 친액정성-비친액정성 화합물의 X값은 최소 0.5 이상이 되는 것이 바람직하다. X 값이 0.5 보다 작을 경우에는 친액정성-비친액정성 화합물의 액정에 대한 친화성이 지나치게 커서 액정의 수직배향을 유도하지 못하게 된다.

시험예 2

친액정성-비친액정성 화합물을 혼합하여 사용하는 경우 비친액정성 비율 범위에 따른 효과를 평가하였다.

상세하게는, 하기 구조식의 n-도데실 β-D-말톡사이드(n-dodecyl β-D-maltoside, 비친액정성 비율(X₁)=(342/510)×10=6.69)(24)(화합물 A), 1-옥타데칸올(비친액정성 비율(X₂)=(17/270)×10=0.63)(화합물 B), 하기 구조식의 글리코실옥시에틸 메타크릴레이트(Glycosyloxyethyl methacrylate, 비친액정성 비율(X₃)=(179/292)×10=6.13)(25)(화합물 C) 또는 하기 구조식의 팔미트산(Palmitic acid, 비친액정성 비율(X₄)=(45/256)×10=1.76)(26)(화합물 D)을 이용하여 하기 표 1에 제시된 혼합비로 음의 유전율 이방성을 가지는 액정호스트와 각각 혼합하여 액정층 형성용 조성물을 제조하였다.

(24)

(25)

(26)

실시번호	혼합비(중량비)				액정 수직배향유도제 함량 (중량%)	액정 수직배향유도제의 비친액정성 비율(X')	액정 호스트와의 혼합성	액정수직배향 여부
	화합물 A	화합물 B	화합물 C	화합물 D
2-1	100	-	-	-	0.3	6.69	X	X
2-2	-	100	-	-	1.0	0.63	O	O
2-3	40	60	-	-	0.3	3.05	O	O
2-4	40	60	-	-	0.5	3.05	O	O
2-5	-	-	100	-	0.2	6.13	X	X
2-6	-	-	40	60	0.2	3.51	0	0

먼저, 화합물 A를 액정층 형성용 조성물 총 중량에 대하여 0.3중량% 혼합할 경우(실시번호 2-1), 화합물 A의 X 값이 너무 크므로 액정과 균일하게 섞이지 않고 액정의 수직배향을 유도하지 못함을 확인하였다.

한편, 화합물 B는 액정 호스트와 잘 섞이며, 액정의 수직배향을 유도함을 확인하였다.

그러나, 화합물 A와 B를 40 대 60의 중량비로 섞은 혼합물을 액정층 형성용 조성물 총 중량에 대하여 0.3중량% 및 0.5중량%로 각각 혼합한 경우(실시번호 2-3 및 2-4), 화합물 A와 B가 균일하게 액정에 분산됨을 확인하였다. 또한, 화합물 A와 B가 균일하게 혼합된 액정층 형성용 조성물을 상기 실시예 1에서와 동일한 방법으로 제조한 조립체의 액정층에 주입했을 때, 액정의 수직배향이 유도되었다.

도 31 및 도 32은 화합물 A를 액정층 형성용 조성물 중에 0.3중량% 혼합할 경우(실시번호 2-1)와 화합물 A와 B를 40 대 60의 중량비로 섞은 혼합물을 액정층 형성용 조성물 중에 0.5중량%로 혼합 경우(실시번호 2-4)의 액정배향을 나타내는 편광현미경 사진이다.

도 31의 경우에는 랜덤 수평배향을 나타낸 반면, 도 32의 경우에는 균일하게 수직배향된 상태를 잘 보여주고 있다.

이것은 실시번호 2-4의 액정층 형성용 조성물에 포함된, 친액정성-비친액정성 화합물을 포함하는 혼합물의 비친액정성 비율(X')이 (0.4×6.69)+(0.6×0.63)=3.05로, 본 발명에서 제시한 바람직한 비친액정성 비율(X') 값의 범위에 포함되는 값이다. 이러한 결과는, 각각 비친액정성이 지나치게 크거나 지나치게 작은 친액정성-비친액정성 화합물에 이와 반대되는 즉, 각각의 친액정성이 크거나 작은 친액정성-비친액정성 화합물을 혼합하게 되면, 혼합된 친액정성-비친액정성 화합물의 친액정성과 비친액정성이 균형을 이루어 바람직한 X 값의 범위를 가지게 되므로, 그 혼합비를 적절히 조절함으로써 본 발명의 효과를 얻을 수 있음을 보여주고 있다.

또한, 화합물 C를 액정층 형성용 조성물 총 중량에 대해 0.2중량%로 포함시킬 경우(실시번호 2-5) 화합물 C의 비친액정성이 너무 강하여 액정과 균일하게 섞이지 않았으며, 액정층내 주입시 액정의 수직배향을 유도하지 못함을 확인하였다. 그러나, 화합물 C와 D를 40 대 60의 중량비로 섞은 혼합물을 액정층 형성용 조성물 총 중량에 대하여 0.2중량%로 혼합한 경우(실시예 2-6), 화합물 C와 D가 균일하게 액정호스트에 분산됨을 확인하였다. 이 경우 화합물 C와 D의 혼합물의 비친액정성 비율(X') 값이 (0.4×6.13)+(0.6×1.76)=3.51로 본 발명에서 제시한 바람직한 X 값의 범위에 포함되는 값이다. 또한, 화합물 C와 D가 균일하게 혼합된 액정층 형성용 조성물을 상기 실시예 1에서와 같은 하부기판의 전극이 피쉬본 형태로 패턴된 조립체의 액정층내에 주입할 경우 우수한 특성을 나타내는 수직배향된 액정셀이 얻어졌다.

도 33 및 도 34은 화합물 C를 액정에 0.2중량% 혼합할 경우(실시번호 2-5)와 화합물 C와 D를 40 대 60의 중량비로 섞은 혼합물을 액정에 대하여 0.2 중량%로 혼합 경우(실시번호 2-6)의 액정배향을 나타내는 편광현미경 사진이다.

도 33의 경우에는 랜덤 수평배향을, 도 34의 경우에는 균일하게 수직배향된 상태를 잘 보여주고 있다.

추가적으로 화합물 C와 D가 혼합된 액정층 형성용 조성물(실시번호 2-6)을 이용하여 수직배향이 유도된 액정셀에 대하여 전기장 인가하에서 광조사를 통한 배향안정화를 시도하였다.

상세하게는, 실시예 1 에서와 동일한 방법으로 액정표시장치에 대해 제1 및 제2기판 사이에 T₈₀ (최대 투과도 대비 투과율 80%) 조건의 교류 전기장을 인가하고, 결함이 최소화되고, 액정의 배열상태가 안정된 것을 확인한 후, 전기장이 인가된 조립체에 대해 365nm 파장의 자외선을 30 mW/cm² 세기로 30분간 조사하였다.

상기 액정표시장치에 대한 전기장 인가 전 및 인가 후의 액정의 배열상태를 관찰하고, 그 결과를 도 35a 내지 도 35c에 나타내었다.

도 35a에 나타난 바와 같이, 제조된 액정표시장치에서의 액정층은 직교 편광자 하에서 완전한 소광상태를 보였으며 또한, 코노스코피(conoscopy) 이미지 (미도시)를 통해 액정분자의 배열을 관찰한 결과 액정이 기판면에 대하여 수직배향됨을 확인하였다. 여기에 T₈₀ (최대 투과도 대비 투과율 80%)에 해당되는 세기의 전기장을 인가한 후 액정분자의 스위칭 상태를 관찰한 결과 도35b 및 도 35c에 나타낸 바와 같이 액정배열의 결함이 다수 발생하는 도 35b 상태를 거쳐 도 34c 상태로 전이됨으로써 액정 표시 소자의 특성 악화를 가져오게 됨을 관찰하였다.

또한 상기 액정표시장치에 대한 전기장 인가 및 광조사에 따른 안정화 처리 후 소자의 온-오프(On-Off) 스위칭 시 액정결함의 발생 여부를 관찰하였다. 그 결과를 도 36a 내지 도 36c에 나타내었다.

도 36a에 나타난 바와 같은 초기 어둠상태(dark, black)에서 위와 동일하게 T₈₀ (최대 투과도 대비 투과율 80%)에 해당되는 세기의 전기장을 인가하면 액정이 반응하여 배열상태가 바뀌게 되고, 이에 따라 액정의 광축이 기판면에서 편광자의 투과축과 45도의 각을 이루게 됨으로써 액정결함의 생성과정없이 도 36b 및 도 36c와 같은 밝음 상태로 전이됨을 관찰하였다. 이는 광안정화 과정에서 액정의 배향이 표면 안정화되어 나타나는 현상으로, 이를 통하여 액정의 반응속도 개선, 소자의 밝기 및 대비비가 향상됨을 알 수 있다.

시험예 3

하기 표 2에 제시된 화합물 종류 및 함량으로 액정 수직배향 유도제를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 3에서와 같은 방법으로 액정소자를 제작하고 액정의 배향상태를 평가하였다. 사용된 액정 수직배향 유도제 화합물의 X 값 및 수직배향 여부를 하기 표 2에 함께 나타내었다.

실시번호	액정 수직배향 유도제의 종류	액정 수직배향 유도제의 X값	액정 수직배향 유도제의 함량 (중량%)	액정 수직배향 여부
3-1	S1	4.71	0.1	O
3-2	S2	4.1	0.1	O
3-3	S3	3.79	0.1	O
3-4	S4	1.68	0.3	O
3-5	S5	3.81	0.1	O
3-6	S6	1.69	0.3	O
3-7	S7	2.9	0.2	O

S1: 소르비탄 모노라우레이트(Sorbitan monolaurate, Span^® 20)

S2: 소르비탄 모노팔미테이트(Sorbitan monopalmitate, Span^® 40)

S3: 소르비탄 모노스테아레이트(Sorbitan monostearate, Span^® 60)

S4: 소르비탄 트리스테아레이트(Sorbitan tristearate, Span^® 65)

S5: 소르비탄 모노올레이트(Sorbitan monooleate, Span^® 80)

S6: 소르비탄 세스퀴올레이트(Sorbitan sesquioleate, Span^® 83)

S7: 소르비탄 트리올레이트(Sorbitan trioleate, Span^® 85)

상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 비친액정성기로서 다가 알코올 유래 작용기인 소르비탄기를 동일하게 포함하고, 친액정성기로서 다양한 종류의 탄화수소기를 다양한 함량으로 포함하는 실시번호 3-1 내지 3-7의 액정 수직배향 유도제는, 1.69 내지 4.71 범위에 해당하는 X값을 가져 양호한 액정 수직배향을 유도하였다.

다만, 본 시험예에서 사용된 액정 수직배향 유도제는 광반응성기를 포함하지 않으므로 액정 수직 배향 이후 광안정화를 위한 추가적인 공정은 실시하지 않았다.

시험예 4

하기 표 3에 제시된 화합물 종류 및 함량으로 액정 수직배향 유도제를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 3에서와 같은 방법으로 액정소자를 제작하고 액정의 배향상태를 평가하였다. 사용된 액정 수직배향 유도제 화합물의 X 값 및 수직배향 여부를 하기 표 3에 함께 나타내었다.

실시번호	액정 수직배향 유도제의 종류	액정 수직배향 유도제의 X값	액정 수직배향 유도제의 함량 (중량%)	수직배향 여부
4-1	PS1	5.3	0.1	O
4-2	PS2	6.0	0.1	O
4-3	PS3	4.9	0.1	O
4-4	PS4	5.0	0.1	O

PS1: 폴리옥시에틸렌소르비탄 트리스테아레이트 (Tween^® 65)

PS2: 폴리옥시에틸렌소르비탄 트리올레이트 (Tween^® 85)

PS3: 폴리옥시에틸렌소르비탄 스테아레이트 (Tween^® 61)

PS4: 폴리옥시에틸렌소르비탄 올레이트 (Tween^® 81)

상기 표 3에 나타낸 바와 같이, 비친액정성기로서 폴리옥시에틸렌이 치환된 소르비탄기를 동일하게 포함하고, 친액정성기로서 다양한 종류의 탄화수소기를 다양한 함량으로 포함하는 실시번호 4-1 내지 4-4에서 사용된 친액정성-비친액정성 화합물들은, 4.9 내지 6.0 해당하는 X값을 가져 양호한 액정 수직배향을 유도하였다.

다만 본 시험예에서 사용된 액정층 형성용 조성물은 광반응성기를 포함하지 않으므로 광안정화를 위한 추가적인 공정은 실시하지 않았다.

시험예 5

하기 표 4에 제시된 화합물 종류 및 함량으로 액정 수직배향 유도제를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 3에서와 같은 방법으로 액정소자를 제작하고 액정의 배향상태를 평가하였다. 사용된 액정 수직배향 유도제 화합물의 X 값 및 수직배향 여부를 하기 표 4에 함께 나타내었다.

실시번호	액정 수직배향 유도제의 종류	액정 수직배향 유도제의 X값	액정 수직배향 유도제의 함량 (중량%)	액정 수직배향 여부
5-1	G1	1.58	0.3	O
5-2	G2	1.44	0.3	O
5-3	G3	1.45	0.3	O

G1: 디헥사데카노일 글리세롤 (Dipalmitin)

G2: 디옥타데카노일 글리세롤

G3: 디올레오일 글리세롤

상기 표 4에 나타낸 바와 같이, 비친액정성기로서 다가 알코올 유래 작용기인 소르비탄기를 동일하게 포함하고, 친액정성기로서 다양한 종류의 탄화수소기를 다양한 함량으로 포함하는 실시번호 5-1 내지 5-3에서 사용된 친액정성-비친액정성 화합물들은, 1.44 내지 1.58 범위에 해당하는 X값을 가져 양호한 액정 수직배향을 유도하였다.

다만, 본 시험예에서 사용된 액정층 형성용 조성물은 광반응성기를 포함하지 않으므로 광안정화를 위한 추가적인 공정은 실시하지 않았다.

시험예 6

하기 표 5에 제시된 화합물 종류 및 함량으로 액정 수직배향 유도제를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 3에서와 같은 방법으로 액정소자를 제작하고 액정의 배향상태를 평가하였다. 사용된 액정 수직배향 유도제 화합물의 X 값 및 수직배향 여부를 하기 표 5에 함께 나타내었다.

실시번호	액정 수직배향 유도제의 종류	액정 수직배향 유도제의 X값	액정 수직배향 유도제의 함량 (중량%)	액정 수직배향 여부
6-1	PAc1	7.97	0.5	X
6-2	PAc2	5.99	0.2	O
6-3	PAc3	5.0	0.2	O
6-4	PAc4	2.6	0.3	O
6-5	PAc5	2.94	0.3	O
6-6	PAc6	4.24	0.1	O
6-7	PAc7	3.81	0.1	O

PAc1: 프로필 갈레이트(Propyl gallate)

PAc2: 옥틸 갈레이트

PAc3: 라우릴 갈레이트

PAc4: 펜타에리쓰리톨 디아크릴레이트 모노스테아레이트

PAc5: 펜타에리쓰리톨 모노아크릴레이트 모노스테아레이트

PAc6: 아스코르빅산 6-팔미테이트

PAc7: 매나이드 모노올레이트

상기 표 5에 나타낸 바와 같이, X 값이 2.6 내지 5.99 범위에 있는 실시번호 6-2 내지 6-7의 액정 수직배향 유도제는 액정에 대해 수직배향 유도 효과를 나타내었다. 그러나, 친액정성 탄화수소기의 탄소수가 8개 미만이면서 X값이 6.0을 초과하는 실시번호 6-1의 액정 수직배향 유도제는 액정의 수직배향을 유도하지 못했다.

또한 화합물내 광반응성의 아크릴레이트기를 포함하는 실시번호 6-4 및 6-5(화합물 PAc4 및 PAc5)에 대하여 상기 실시예 3에서와 동일한 방법으로 전기장 인가 하에서 광안정화를 실시하였다.

그 결과 실시번호 6-4 및 6-5는 수직배향 유도 후 광조사에 의한 배향안정화에 의해 액정의 선경사각이 유도되고 액정소장의 전기광학 특성이 향상되었다.

시험예 7

하기 표 6에 제시된 화합물 종류 및 함량으로 액정 수직배향 유도제를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 3에서와 같은 방법으로 액정소자를 제작하고 액정의 배향상태를 평가하였다. 사용된 액정 수직배향 유도제 화합물의 X 값 및 수직배향 여부를 하기 표 6에 함께 나타내었다.

실시번호	액정 수직배향 유도제의 종류	액정 수직배향 유도제의 X값	액정 수직배향 유도제의 함량 (중량%)	액정 수직배향 여부
7-1	DAc1	5.17	0.5	X
7-2	DAc2	3.02	0.5	O
7-3	DAc3	2.37	0.5	O
7-4	DAc4	2.3	0.5	O

DAc1: 1,2-헥산디올(1,2-Hexanediol)

DAc2: 1,2-도데칸디올

DAc3: 1,2-헥사데칸디올

DAc4: 헥사데칸 1,2-디아민

상기 표 6에 나타난 바와 같이, X 값이 2.3 내지 3.02 범위에 실시번호 7-2 내지 7-4의 액정 수직배향 유도제는 액정의 수직배향을 유도하였다. 그러나, 친액정성 탄화수소기의 탄소수가 8개 미만이면서 X값이 5.17 인 화합물 DAc1을 사용한 실시번호 7-1의 경우 X값이 6.0 이하의 범위에 포함되지만 친액정성기의 탄소수 부족으로 인해 액정의 수직배향이 유도되지 않았다.

본 시험예에서 사용된 액정층 형성용 조성물은 광반응성기를 포함하지 않으므로 광안정화를 위한 추가적인 공정은 실시하지 않았다.

시험예 8

하기 표 7에 제시된 화합물 종류 및 함량으로 액정 수직배향 유도제를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 3에서와 같은 방법으로 액정소자를 제작하고 액정의 배향상태를 평가하였다. 사용된 액정 수직배향 유도제 화합물의 X 값 및 수직배향 여부를 하기 표 7에 함께 나타내었다.

실시번호	액정 수직배향 유도제의 종류	액정 수직배향 유도제의 X값	액정 수직배향 유도제의 함량 (중량%)	액정 수직배향 여부
8-1	Ca1	3.88	1.0	X
8-2	Ca2	3.13	1.0	O
8-3	Ca3	2.62	1.0	O
8-4	Ca4	2.25	0.7	O
8-5	Ca5	1.76	0.5	O
8-6	Ca6	1.59	0.5	O
8-7	Pa1	1.47	0.3	O
8-8	Sa1	2.65	0.3	O
8-9	Sa2	2.5	0.3	O

Ca1: 헥사노익산(Hexanoic acid)

Ca2: 옥탄산

Ca3: 데칸산

Ca4: 도데칸산

Ca5: 헥사데칸산

Ca6: 옥타데칸산

Pa1: 디헥사데실 포스페이트

Sa1: 헥사데실술폰산

Sa2: 도데실벤젠술폰산

상기 표 7에 나타난 바와 같이, X 값이 1.47 내지 3.13 범위에 있는 실시번호 8-2 내지 8-9의 액정 수직배향 유도제는 액정 수직배향을 유도하였다. 그러나, 친액정성 탄화수소기의 탄소수가 8개 미만이면서 X값이 3.88 인 화합물 Ca1을 사용한 실시번호 8-1의 경우, X값이 6.0이하의 범위에 포함되지만 친액정성기의 탄소수 부족으로 인해 액정의 수직배향이 유도되지 않았다.

본 시험예에서 사용된 액정층 형성용 조성물은 광반응성기를 포함하지 않으므로 광안정화를 위한 추가적인 공정은 실시하지 않았다.

시험예 9

하기 표 8에 제시된 화합물 종류 및 함량으로 액정 수직배향 유도제를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 3에서와 같은 방법으로 액정소자를 제작하고 액정의 배향상태를 평가하였다. 사용된 액정 수직배향 유도제 화합물의 X 값 및 수직배향 여부를 하기 표 8에 함께 나타내었다.

실시번호	액정 수직배향 유도제의 종류	액정 수직배향 유도제의 X값	액정 수직배향 유도제의 함량 (중량%)	수직배향 여부
9-1	Ac1	1.67	2.0	X
9-2	Ac2	2.07	2.0	O
9-3	Ac3	1.65	2.0	O
9-4	Ac4	0.7	1.5	O
9-5	Ac5	0.63	1.5	O
9-6	Am1	1.58	0.5	X
9-7	Am2	1.24	0.5	O
9-8	Am3	1.02	0.5	O
9-9	Am4	0.86	0.5	O

Ac1: 1-헥사놀(1-Hexanol)

Ac2: 1-데칸올

Ac3: 1-도데칸올

Ac4: 1-헥사데칸올

Ac5: 1-옥타데칸올

Am1: 1-헥실아민(1-Hexylamine)

Am2: 옥틸아민

Am3: 데실아민

Am4: 도데실아민

상기 표 8에 나타난 바와 같이, X 값이 0.63 내지 2.07 범위에 있는 실시번호 9-2 내지 9-5, 그리고 실시번호 9-7 내지 9-9의 액정 수직배향 유도제들은 액정의 수직배향을 유도하였다. 친액정성 탄화수소기의 탄소수가 8개 미만인 화합물을 액정 수직배향 유도제로서 포함하는 실시번호 9-1 및 9-6의 경우 X값이 6.0이하의 범위에 포함되지만 친액정성기의 탄소수 부족으로 인해 액정의 수직배향이 유도되지 않았다.

본 시험예들에서 사용된 액정층 형성용 조성물은 광반응성기를 포함하지 않으므로 광안정화를 위한 추가적인 공정은 실시하지 않았다.

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.

1, 1' 11, 11' 기판
2, 2' 12, 12' 전극
3, 3' 고분자 배향막
4, 23 액정층
13 액정층 형성용 조성물
13a 제1액정층
13b, 13b' 액정 수직배향 및 광안정화층

Claims (36)

1. 액정 호스트에 대해 화학적으로 친화성이 높아 상기 액정 호스트와 섞이는 친액정성기를 포함하는 친액정성 영역과 상기 액정 호스트에 대해 친화성이 낮아 상기 액정 호스트와 섞이지 않는 비친액정성기를 포함하는 비친액정성 영역을 포함하는 친액정성-비친액정성 화합물을 1종 이상 포함하고, 상기 친액정성-비친액정성 화합물 중 적어도 하나는 친액정성 영역에 탄소수 8 이상의 친액정성기를 1개 이상 포함하는 것이며,
   하기 수학식 1에 따라 계산된 비친액정성 비율(X')이 0.5 내지 6인 액정 수직배향 유도제:
   [수학식 1]
   

   

   
   상기 수학식 1에서,
   n은 액정수직배향 유도제를 구성하는 친액정성-비친액정성 화합물 종류의 개수를 나타내는 1 이상의 정수이고,
   X는 액정수직배향 유도제를 구성하는 친액정성-비친액정성 화합물들 중 임의의 어느 1종의 친액정성-비친액정성 화합물의 비친액정성 비율로 하기 수학식 1-1에 따라 계산되며,
   [수학식 1-1]
   

   

   
   Y는 액정수직배향 유도제를 구성하는 친액정성-비친액정성 화합물들 중 임의의 어느 1종의 친액정성-비친액정성 화합물의 중량비로, 하기 수학식 1-2에 따라 계산된다.
   [수학식 1-2]
   

   
2. 제1항에 있어서,
   상기 친액정성기는 선형, 분지형 또는 고리형의 치환 또는 비치환된 탄소수 8 내지 30의 포화 또는 불포화 탄화수소기; 분자내에 N, O, P, S 및 Si로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상의 헤테로 원자를 포함하는 치환 또는 비치환된 탄소수 8 내지 30의 헤테로알킬기, 헤테로사이클기 및 헤테로아로마틱기; 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것인 액정 수직배향 유도제.
3. 제1항에 있어서,
   상기 비친액정성기는 알코올, 다가알코올, 아민, 다가아민, 카르복실산, 다가카르복실산, 실란계 화합물, 실록산계 화합물, 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌옥사이드, 플루오르화카본계 화합물, 티올, 다가티올, 설포닉산, 설퍼릭산, 포스포닉산, 및 포스퍼릭산으로 이루어진 군에서 선택되는 화합물로부터 유도된 작용기인 액정 수직배향 유도제.
4. 제1항에 있어서,
   상기 친액정성-비친액정성 화합물은 하기 화학식 3a 내지 3i의 화합물 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것인 액정 수직배향 유도제:
   [화학식 3a]
   

   

   
   [화학식 3b]
   

   

   
   [화학식 3c]
   

   

   
   [화학식 3d]
   

   

   
   [화학식 3e]
   

   

   
   [화학식 3f]
   

   

   
   [화학식 3g]
   

   

   
   [화학식 3h]
   

   

   
   [화학식 3i]
   

   

   
   상기 화학식 3a 내지 3i에서,
   R₁ 내지 R₉은 각각 독립적으로 탄소수 8 내지 30의 알킬기; 탄소수 8 내지 30의 알케닐알킬기; 탄소수 8 내지 30의 알키닐알킬기; 탄소수 8 내지 30의 아릴알킬기; 탄소수 8 내지 30의 사이클로알킬기; 탄소수 8 내지 30의 아릴기; 분자내 카르보닐기(-C(=O)-), 에스테르기(-C(=O)O-), 에테르기(-O-), 에틸렌옥사이드기(-CH₂CH₂O-), 아조기(-N=N-), -COS- 및 -S-로 이루어진 군에서 선택되는 헤테로원자 함유 작용기를 포함하는 탄소수 8 내지 30의 헤테로알킬기, 헤테로사이클로알킬기 또는 헤테로아릴기; 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되며,
   X₁, X₂, X₅, X₇, X₈ 및 X₉은 각각 독립적으로, -O-, -S-, -COO-, -CONH-, -C₆H₄O-, -C₆H₄COO-, -C₆H₄CONH- 및 단일결합으로 이루어진 군에서 선택되고,
   X₃및 X₄는 각각 독립적으로 단일결합, -O- 및 -C₆H₄O-로 이루어진 군에서 선택되고,
   X₆는 단일결합, -OCH₂CH₂-, -CH₂CH₂-, -C₆H₄OCH₂CH₂-, -C₆H₄COOCH₂CH₂- 및 -(SiRaRb)-CH₂CH₂-(이때 Ra 및 Rb는 각각 수소원자이거나 또는 탄소수 1 내지 3의 알킬기임)로 이루어진 군에서 선택되고,
   PA, PAm, PS₁, PS₂, PEO, FC, PT, CA 및 SP는 직접 또는 상기 X₁ 내지 X₉의 연결기를 통해 R₁ 내지 R₉와 각각 공유결합을 형성하는 비친액정성기로서,
   PA는 히드록시기를 1 내지 8개 포함하는 탄소수 1 내지 30의 알코올 또는 다가알코올로부터 유도되는 작용기이고,
   PAm는 아민기를 1 내지 6개 포함하는 탄소수 1 내지 20의 아민 또는 다가아민으로부터 유도되는 작용기이고,
   PS₁ 및 PS₂는 실릴기를 2 내지 10개 포함하는 탄소수 1 내지 20의 실란계 화합물로부터 유도되는 작용기이거나, 또는 실록시(siloxy)기를 1 내지 10개 포함하는 선형, 분지형 또는 고리형 실록산계 화합물로부터 유도되는 작용기이고,
   PEO는 에틸렌옥사이드(ethyleneoxide)기를 2 내지 20개 포함하는 하기 화학식 2a의 탄소수 4 내지 40의 선형 폴리옥시에틸렌 또는 하기 화학식 2b의 탄소수 4 내지 10의 고리형 폴리에틸렌글리콜로부터 유도되는 작용기이고,
   [화학식 2a]
   

   

   
   [화학식 2b]
   

   

   
   (상기 화학식 2a 및 2b에서, m은 2 내지 20의 정수이고, n은 2 내지 5의 정수이다)
   FC는 플루오로기를 9 내지 41개 포함하는 탄소수 4 내지 20의 플루오로카본계 화합물로부터 유도되는 퍼플루오로알킬기 또는 퍼플루오로아릴기이며,
   PT는 티올기를 1 내지 8개 포함하는 탄소수 1 내지 20의 티올 및 다가티올로부터 유도되는 작용기이고,
   CA는 카르복실산기를 1 내지 4개 포함하는 탄소수 1 내지 10의 카르복실산 및 다가 카르복실산으로부터 유도되는 작용기이고,
   SP는 설포닉산기를 1 내지 3개 포함하는 탄소수 1 내지 10의 설포닉산 또는 다가설포닉산으로부터 유도되는 작용기이거나, 설퍼릭산기를 1 내지 3개 포함하는 탄소수 1 내지 10의 설퍼릭산 또는 다가 설퍼릭산으로부터 유도되는 작용기이거나, 포스포닉산기를 1 내지 3개 포함하는 탄소수 1 내지 10의 포스포닉산 또는 다가포스포닉산으로부터 유도되는 작용기이거나, 또는 포스퍼릭산기를 1 내지 3개 포함하는 탄소수 1 내지 10의 포스퍼릭산 또는 다가포스퍼릭산으로부터 유도되는 작용기이며, 그리고,
   상기 a1 내지 a9, 그리고 b1 내지 b9은 해당 작용기의 개수를 나타내는 수로, 각각 독립적으로 1 내지 3의 정수이다.
5. 제1항에 있어서,
   상기 친액정성-비친액정성 화합물이 하기 화합물들로 이루어진 군에서 선택되는 것인 액정 수직배향 유도제:
   소르비탄 모노라우레이트(Sorbitan monolaurate);
   소르비탄 모노팔미테이트(Sorbitan monopalmitate);
   소르비탄 모노스테아레이트(Sorbitan monostearate);
   소르비탄 트리스테아레이트(Sorbitan tristearate);
   소르비탄 모노올레이트(Sorbitan monooleate);
   소르비탄 세스퀴올레이트(Sorbitan sesquioleate);
   소르비탄 트리올레이트(Sorbitan trioleate);
   폴리옥시에틸렌소르비탄 트리스테아레이트(Polyoxyethylenesorbitan tristearate);
   폴리옥시에틸렌소르비탄 트리올레이트(Polyoxyethylenesorbitan trioleate);
   폴리옥시에틸렌소르비탄 스테아레이트(Polyoxyethylenesorbitan stearate);
   폴리옥시에틸렌소르비탄 올레이트(Polyoxyethylenesorbitan oleate);
   디헥사데카노일 글리세롤(Dihexadecanoyl glycerol, dipalmitin);
   디옥타데카노일 글리세롤(Dioctadecanoyl glycerol);
   디올레오일 글리세롤(Dioleoyl glycerol);
   옥틸 갈레이트(Octyl gallate);
   라우릴 갈레이트(Lauryl gallate);
   아스코르빅산 6-팔미테이트(Ascorbic acid 6-palmitate);
   매나이드 모노올레이트(Mannide monooleate);
   1,2-도데칸디올(1,2-Dodecanediol);
   1,2-헥사데칸디올(1,2-Hexadecanediol);
   헥사데칸 1,2-디아민(Hexadecane 1,2-diamine);
   옥탄산(Octanoic acid);
   데칸산(Decanoic acid);
   도데칸산(Dodecanoic acid);
   헥사데칸산(Hexadecanoic acid, Palmitic acid);
   옥타데칸산(Octadecanoic acid, Stearic acid);
   디헥사데실 포스페이트(Dihexadecyl phosphate);
   헥사데실술폰산(hexadecylsulfonic acid);
   도데실벤젠술폰산(dodecylbenzene sulfonic acid);
   1-데칸올(1-Decanol);
   1-도데칸올(1-Dodecanol);
   1-헥사데칸올(1-Hexadecanol);
   1-옥타데칸올(1-Octadecanol);
   옥틸아민(Octylamine);
   데실아민(Decylamine);
   도데실아민(Dodecylamine);
   메타크릴옥시 메틸펜에틸 트리스(트리메틸실록시)실란 아이소머(methacryloxy methylpenethyl tris(trimethylsiloxy)silane isomer);
   메틸옥타데실 비스(트리메틸실록시)실란(methyl-octadecyl bis(trimethylsiloxy)silane);
   폴리옥시에틸렌소르비탄 트리스테아레이트(polyoxyethylenesorbitane tristearate);
   도데실페닐술폰산(dodecylphenyl sulfonic acid);
   하기 화학식 3j의 갈레이트 유도체(Gallate derivative);
   

   

   (3j)
   하기 화학식 3k의 폴리옥시에틸렌 (2) 스테아릴 에테르(polyoxyethylen (2) stearyl ether);
   

   

   (n=2) (3k)
   데실 갈레이트(Decyl gallate); 및
   팔미트산(Palmitic acid).
6. 제1항에 있어서,
   상기 친액정성-비친액정성 화합물이 상기 친액정성 영역과 비친액정성 영역 중 적어도 어느 한 영역에 광반응성기를 더 포함하는 것인 액정수직배향 유도제.
7. 액정 호스트; 및
   제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 액정 수직배향 유도제를 포함하는 액정층 형성용 조성물.
8. 제1기판 및 제2기판에 대해 각각 제1및 제2전극을 형성하는 전극형성단계; 그리고
   상기 제1 및 제2전극을 각각 포함하는 제1기판과 제2기판을 전극들끼리 대면하도록 하여 접합한 후 제1기판과 제2기판 사이의 공간에 액정층 형성용 조성물을 주입하거나, 또는 상기 제1 및 제2전극을 각각 포함하는 제1기판과 제2기판 중 어느 하나에 대해 진공 하에서 액정층 형성용 조성물을 적하하여 액정층을 형성한 후 나머지 기판을 전극들끼리 대면하도록 접합하여 조립체를 제조하는 단계를 포함하며,
   상기 액정층 형성용 조성물은 제7항에 따른 액정층 형성용 조성물인 액정표시장치의 제조방법.
9. 서로 대향하여 위치하는 제1기판과 제2기판;
   상기 제1기판과 제2기판의 상호 대향되는 면에 각각 형성된 제1전극과 제2전극; 그리고
   상기 제1기판과 상기 제2기판 사이에 개재되어 위치하는 액정층을 포함하며,
   상기 액정층은 제7항에 따른 액정층 형성용 조성물을 포함하는 것인 액정표시장치.
10. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 액정 수직배향 유도제가 자가조립에 의해 직경이 2nm 내지 800nm인 미세조립체를 형성하여 액정 호스트중에 균일하게 분산되어 있는 액정층 형성용 조성물을 이용하여 배향 안정성을 갖는 액정의 수직배향을 유도하는 방법.
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