KR102651720B1 - 배향막 조성물, 이를 포함하는 액정 표시 장치 및 액정 표시 장치 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 배향막 조성물, 이를 포함하는 액정 표시 장치 및 액정 표시 장치의 제조방법이 제공된다. 배향막 조성물은 이무수물계 화합물과 디아민계 화합물의 공중합체로서, 하기 화학식 1로 표시되는 구조를 포함한다.
<화학식 1>
상기 화학식 1에서 상기 화학식 1에서 상기 Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 6 내지 30개의 탄소 원자를 포함하는 치환되거나, 또는 비치환된 방향족기이고, 상기 X는 전자 주는기이며, 는 에스테르기로서, "*"는 상기 Ar1 및 상기 Ar2와 부착되는 부위를 지칭한다.
<화학식 1>
상기 화학식 1에서 상기 화학식 1에서 상기 Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 6 내지 30개의 탄소 원자를 포함하는 치환되거나, 또는 비치환된 방향족기이고, 상기 X는 전자 주는기이며, 는 에스테르기로서, "*"는 상기 Ar1 및 상기 Ar2와 부착되는 부위를 지칭한다.
Description
본 발명은 배향막 조성물, 이를 포함하는 액정 표시 장치 및 액정 표시 장치의 제조방법에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 현재 가장 널리 사용되고 있는 평판 표시 장치 중 하나로써, 화소 전극과 공통 전극 등 전기장 생성 전극(field generating electrode)이 형성되어 있는 두 장의 기판과 그 사이에 들어 있는 액정층을 포함한다.
액정 표시 장치는 전기장 생성 전극에 전압을 인가하여 액정층에 전기장을 생성하고 이를 통하여 액정층의 액정들의 배향 방향을 결정하고 입사광의 편광을 제어함으로써 영상을 표시한다.
액정 표시 장치가 화상을 구현하기 위해서는 액정층 내 액정 분자들과 전기장 생성 전극 사이의 계면에서 액정 분자를 일정 방향으로 배향시켜야 한다. 액정 분자의 배향의 균일성 정도는 액정 표시 장치의 화질의 우수성을 결정짓는 중요한 요소이다. 이를 위해 액정층과 전기장 생성 전극 사이에 이방성을 갖는 배향막을 형성함으로써 액정 분자를 한 방향으로 배열시킬 수 있다.
이방성을 갖는 배향막을 형성하는 한 가지 방법으로, 고분자 배향막에 광조사를 통해 이방성을 부여하는 방법을 예시할 수 있다. 그러나 더 나은 배향성을 갖는 액정 표시 장치의 제조 방법의 개발이 요구되는 실정이다.
이에, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 신규한 광배향성 고분자 재료를 포함하는 배향막 조성물을 제공하는 것이다.
또한, 배향막의 배향성을 개선하는 동시에 잔상 불량을 완화할 수 있고, 명암비를 개선할 수 있는 배향막 조성물 및 이를 포함하는 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.
또한, 상기와 같은 액정 표시 장치의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배향막 조성물은, 이무수물계 화합물과 디아민계 화합물의 공중합체로서, 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 포함한다.
<화학식 1>
상기 화학식 1에서 상기 Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 6 내지 30개의 탄소 원자를 포함하는 치환되거나, 또는 비치환된 방향족기이고, 상기 X는 전자 주는기이며, 는 에스테르기로서, "*"는 상기 Ar1 및 상기 Ar2와 부착되는 부위를 지칭한다.
상기 화학식 1에서 상기 X는 -CnH2n +1, -OCnH2n +1, -NH2, -NH(CnH2n +1), -N(CnH2n+1)2, -OH, -NH(COCnH2n +1), -N(COCnH2n + 1)2, -OCOCnH2n +1, -CH2(CnH2n +1), -CH(CnH2n+1)2, -C(CnH2n + 1)3, -F, -Cl 또는 -Br이고, 상기 n은 1 내지 10의 자연수일 수 있다.
상기 Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 6개의 탄소 원자를 포함하는 치환되거나, 또는 비치환된 방향족기일 수 있다.
또, 상기 화학식 1은 하기 화학식 1-1로 표현되는 구조를 가질 수 있다.
<화학식 1-1>
상기 화학식 1-1에서 상기 X는 전자 주는기이다.
또한, 상기 화학식 1-1로 표현되는 반복단위의 에스테르기에서 C-O 결합의 분해 에너지(Bonding Dissociation Energy)는 2.563eV 내지 3.019eV의 범위일 수 있다.
또한, 상기 화학식 1-1은 하기 화학식 2 내지 5 중 어느 하나로 표현되는 구조를 가질 수 있다.
<화학식 2>
<화학식 3>
<화학식 4>
<화학식 5>
상기 공중합체는 하기 화학식 6으로 표시되는 반복단위를 더 포함할 수 있다.
<화학식 6>
상기 화학식 6에서 상기 Y는 디아민계 화합물로부터 유도된 2가의 유기기이다.
또, 상기 공중합체는 하기 화학식 7로 표현되는 반복단위를 포함할 수 있다.
<화학식 7>
상기 화학식 7에서 상기 Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 6 내지 30개의 탄소 원자를 포함하는 치환되거나, 또는 비치환된 방향족기이고, 상기 X는 전자 주는기이며, 상기 Y는 디아민계 화합물로부터 유도된 2가의 유기기이다.
또한, 상기 화학식 7은 하기 화학식 7-1로 표현되는 구조를 가질 수 있다.
<화학식 7-1>
상기 화학식 7-1에서 상기 X는 전자 주는기이고, 상기 Y는 디아민계 화합물로부터 유도된 2가의 유기기이다.
상기 공중합체는 하기 화학식 8로 표현되는 반복단위를 더 포함할 수 있다.
<화학식 8>
상기 화학식 8에서 상기 Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 6 내지 30개의 탄소 원자를 포함하는 치환되거나, 또는 비치환된 방향족기이고, 상기 X는 전자 주는기이다.
또, 상기 화학식 8은 하기 화학식 8-1로 표현되는 구조를 가질 수 있다.
<화학식 8-1>
상기 화학식 8-1에서 상기 X는 전자 주는기이다.
상기 이무수물계 화합물과 상기 디아민계 화합물의 몰 비율은 1:1일 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는, 서로 대향하는 제1 기판 및 제2 기판, 상기 제1 기판의 상기 제2 기판에 대향하는 면 상에 배치된 제1 배향막, 상기 제2 기판의 상기 제1 기판에 대향하는 면 상에 배치된 제2 배향막, 및 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 개재된 액정층을 포함하되, 상기 제1 배향막 및 제2 배향막 중 적어도 하나는 이무수물계 화합물과 디아민계 화합물의 공중합체로서 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 포함한다.
<화학식 1>
상기 화학식 1에서 상기 Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 6 내지 30개의 탄소 원자를 포함하는 치환되거나, 또는 비치환된 방향족기이고, 상기 X는 전자 주는기이며, 는 에스테르기로서, "*"는 상기 Ar1 및 상기 Ar2와 부착되는 부위를 지칭한다.
상기 공중합체는 하기 화학식 6으로 표시되는 반복단위를 더 포함할 수 있다.
<화학식 6>
상기 화학식 6에서 상기 Y는 디아민계 화합물로부터 유도된 2가의 유기기이다.
상기 공중합체는 하기 화학식 7로 표시되는 반복단위를 포함할 수 있다.
<화학식 7>
상기 화학식 7에서 상기 Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 6 내지 30개의 탄소 원자를 포함하는 치환되거나, 또는 비치환된 방향족기이고, 상기 X는 전자 주는기이며, 상기 Y는 디아민계 화합물로부터 유도된 2가의 유기기이다.
상기 공중합체는 하기 화학식 8로 표시되는 반복단위를 더 포함할 수 있다.
<화학식 8>
상기 화학식 8에서 상기 Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 6 내지 30개의 탄소 원자를 포함하는 치환되거나, 또는 비치환된 방향족기이고, 상기 X는 전자 주는기이다.
또, 상기 공중합체는 하기 화학식 9로 표시되는 반복단위를 더 포함할 수 있다.
<화학식 9>
상기 화학식 9에서 상기 Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 6 내지 30개의 탄소 원자를 포함하는 치환되거나, 또는 비치환된 방향족기이고, 상기 X는 전자 주는기이며, 상기 Y는 디아민계 화합물로부터 유도된 2가의 유기기이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치 제조방법은, 기판을 제공하는 단계, 상기 기판 상에 배향막 조성물을 제공하는 단계, 상기 배향막 조성물에 선편광된 광을 조사하는 단계, 및 상기 배향막 조성물을 열처리하는 단계를 포함하되, 상기 배향막 조성물은 이무수물계 화합물과 디아민계 화합물의 공중합체로서 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 포함한다.
<화학식 1>
상기 화학식 1에서 상기 Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 6 내지 30개의 탄소 원자를 포함하는 치환되거나, 또는 비치환된 방향족기이고, 상기 X는 전자 주는기이며, 는 에스테르기로서, "*"는 상기 Ar1 및 상기 Ar2와 부착되는 부위를 지칭한다.
상기 광을 조사하는 단계에 의해, 상기 화학식 1로 표시되는 반복단위 중 적어도 하나는 하기 화학식 8로 표시되는 반복단위로 변형될 수 있다.
<화학식 8>
상기 화학식 8에서 상기 Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 6 내지 30개의 탄소 원자를 포함하는 치환되거나, 또는 비치환된 방향족기이고, 상기 X는 전자 주는기이다.
또, 상기 선편광된 광의 편광 방향으로 배열된 상기 화학식 1로 표현되는 반복단위 중 적어도 하나가 상기 화학식 8로 표시되는 구조로 변형될 수 있다.
상기 공중합체는 하기 화학식 7로 표시되는 반복단위를 포함할 수 있다.
<화학식 7>
상기 화학식 7에서 상기 Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 6 내지 30개의 탄소 원자를 포함하는 치환되거나, 또는 비치환된 방향족기이고, 상기 X는 전자 주는기이며, 상기 Y는 디아민계 화합물로부터 유도된 2가의 유기기이다.
또, 상기 광을 조사하는 단계에 의해, 상기 화학식 7로 표시되는 반복단위 중 적어도 하나는 하기 화학식 9로 표시되는 반복단위로 변형될 수 있다.
<화학식 9>
상기 화학식 9에서 상기 Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 6 내지 30개의 탄소 원자를 포함하는 치환되거나, 또는 비치환된 방향족기이고, 상기 X는 전자 주는기이며, 상기 Y는 디아민계 화합물로부터 유도된 2가의 유기기이다.
또한, 상기 선편광된 광의 편광 방향으로 배열된 상기 화학식 7로 표현되는 반복단위 중 적어도 하나가 상기 화학식 9로 표시되는 반복단위로 변형될 수 있다.
상기 열처리하는 단계는 210 내지 240℃의 온도 범위에서 20분 내지 45분 동안 수행될 수 있다.
상기 광을 조사하는 단계 전에, 상기 배향막 조성물을 60 내지 80℃ 의 온도 범위에서 50 내지 100초 동안 전처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배향막 조성물에 의하면, 신규한 광 반응을 통해 이방성이 부여된 광배향막을 제공할 수 있다.
또한, 배향막의 배향성을 개선하는 동시에 명암비를 개선할 수 있고, 잔상 불량을 완화할 수 있다.
또한, 상기와 같은 배향막 조성물을 포함하는 액정 표시 장치 및 이의 제조방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 개략적인 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 액정 표시 장치의 일 화소의 개략적인 평면도이다.
도 3은 도 2의 I-I' 선을 따라 절개한 개략적인 단면도이다.
도 4는 화학식 1-1을 설명하기 위한 도면이다.
도 5 내지 도 13은 본 발명의 액정 표시 장치의 제조과정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 14는 반응식 1을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 액정 표시 장치의 일 화소의 개략적인 평면도이다.
도 3은 도 2의 I-I' 선을 따라 절개한 개략적인 단면도이다.
도 4는 화학식 1-1을 설명하기 위한 도면이다.
도 5 내지 도 13은 본 발명의 액정 표시 장치의 제조과정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 14는 반응식 1을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below 또는 beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 개략적인 분해 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 액정 표시 장치는 제1 기판(100), 제1 기판(100) 상에 배치된 제1 배향막(미도시), 제1 기판(100)과 이격하여 대향하는 제2 기판(200), 제2 기판(200) 상에 배치된 제2 배향막(미도시), 및 제1 기판(100)과 제2 기판(200) 사이에 개재된 액정층(300)을 포함한다. 제1 기판(100)은 하부 표시 기판이고, 제2 기판(200)은 상부 표시 기판일 수 있다.
제1 기판(100) 및 제2 기판(200)은 각각 표시 영역(DA) 및 비표시 영역(NA)을 포함한다. 표시 영역(DA)은 화상이 시인되는 영역이고, 비표시 영역(NA)은 화상이 시인되지 않는 영역이다. 표시 영역(DA)은 외곽이 비표시 영역(NA)으로 둘러싸여 있다.
표시 영역(DA)은 제1 방향(X), 예컨대 열 방향으로 연장된 복수의 데이터 라인(DL), 제1 방향(X)과 수직하는 제 2방향(Y), 예컨대 행 방향으로 연장된 복수의 게이트 라인(GL), 및 게이트 라인(GL)과 데이터 라인(DL)이 교차하는 영역에 형성된 복수의 화소(PX)들을 포함한다. 복수의 화소(PX)들은 제1 방향(X) 및 제 2방향(Y)으로 배열되어 실질적으로 매트릭스 형상으로 배치될 수 있다.
각 화소(PX)들은 색 표시를 구현하기 위해서 기본색(primary color) 중 하나의 색상을 고유하게 표시할 수 있다. 상기 기본색의 예로는 적색(red), 녹색(green) 및 청색(blue)을 들 수 있다.
비표시 영역(NA)은 차광 영역일 수 있다. 제1 기판(100)의 비표시 영역(NA)에는 표시 영역(DA)의 화소(PX)들에 게이트 구동 신호, 데이터 구동 신호 등을 제공하는 구동부(미도시)가 배치될 수 있다. 게이트 라인(GL)들과 데이터 라인(DL)들은 표시 영역(DA)으로부터 비표시 영역(NA)까지 연장되어 상기 구동부와 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 기판(100)과 제2 기판(200) 사이에는 액정층(300)이 개재될 수 있다. 액정층(300)은 양의 유전율 이방성을 갖는 액정들을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않고 음의 유전율 이방성을 갖는 액정들을 포함할 수도 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구성요소들에 대해 보다 상세하게 설명한다.
도 2는 도 1의 액정 표시 장치의 일 화소의 개략적인 평면도이며, 도 3은 도 2의 I-I' 선을 따라 절개한 개략적인 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 제1 기판(100)은 제1 베이스 기판(101), 하나 이상의 박막 트랜지스터(110), 공통 전극(150), 화소 전극(180), 및 복수의 보호층/절연층 등을 포함할 수 있다.
제1 베이스 기판(101) 상에는 게이트 배선층이 배치될 수 있다. 상기 게이트 배선층은 게이트 라인(GL) 및 게이트 전극(111)을 포함할 수 있다.
게이트 라인(GL)은 대략 제2 방향(Y)을 따라 연장될 수 있다. 게이트 전극(111)은 게이트 라인(GL)으로부터 상측으로 돌출되어 서로 물리적 경계 없이 일체로 형성될 수 있다. 게이트 전극(111)에는 게이트 라인(GL)으로부터 제공된 게이트 신호가 인가될 수 있다.
상기 게이트 배선층 상에는 제1 베이스 기판(101) 전면에 걸쳐 제1 절연층(131)이 배치될 수 있다. 제1 절연층(131)은 절연 물질로 구성되어 그 상부에 위치하는 층과 하부에 위치하는 층을 서로 전기적으로 절연시킬 수 있다. 제1 절연층(131)은 물리적 성질이 다른 적어도 두 개의 절연층을 포함하는 다층막 구조로 형성될 수도 있다.
제1 절연층(131) 상에는 반도체층(112)이 배치된다. 반도체층(112)의 적어도 일부는 게이트 전극(111)과 중첩하는 영역에 배치된다. 반도체층(112)은 박막 트랜지스터(110)의 채널(channel) 역할을 수행하며, 게이트 전극(111)에 제공되는 전압에 따라 채널을 턴-온(turn-on) 또는 턴-오프(turn-off) 할 수 있다.
반도체층(112) 상부에는 데이터 배선층이 배치될 수 있다. 상기 데이터 배선층은 데이터 라인(DL), 소스 전극(113) 및 드레인 전극(114)을 포함할 수 있다.
데이터 라인(DL)은 대략 제 2방향(Y)을 따라 연장되어 게이트 라인(GL)을 교차할 수 있다. 데이터 라인(DL)에는 데이터 신호가 인가될 수 있다. 데이터 라인(DL)과 게이트 라인(GL)이 교차하는 영역은 화소 영역(PX)이 정의될 수 있다.
소스 전극(113)과 드레인 전극(114)은 게이트 전극(111)과 반도체층(112) 상에서 서로 이격되어 배치될 수 있다. 소스 전극(113)은 데이터 라인(DL)과 물리적 경계 없이 일체로 형성될 수 있다. 도 2 등에는 소스 전극(113)이 데이터 라인(DL)의 일부분인 경우가 예시되지만, 소스 전극은 데이터 라인으로부터 게이트 전극 방향으로 돌출되어 형성될 수도 있다. 드레인 전극(114)은 후술할 컨택홀(160)을 통해 화소 전극(180)과 전기적으로 연결될 수 있다.
반도체층(112)과 상기 데이터 배선층 사이에는 오믹 컨택층(115)이 배치될 수 있다. 오믹 컨택층(115)은 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 실리콘 물질을 포함하거나, 실리사이드(silicide)를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 데이터 배선층 상에는 제1 베이스 기판(101) 전면에 걸쳐 보호층(132)이 배치될 수 있다. 보호층(132)은 무기막으로 형성될 수 있으며, 단일막 또는 다중막 구조를 가질 수도 있다. 보호층(132)은 하부에 형성된 배선들 및 전극들이 노출되어 유기 물질과 직접 접촉하는 것을 방지할 수 있다. 보호층(132) 상에는 제1 베이스 기판(101) 전면에 걸쳐 평탄화층(133)이 배치된다. 평탄화층(133)은 유기 물질을 포함하여 이루어질 수 있다. 평탄화층(133)은 제1 베이스 기판(101) 상에 적층된 복수의 구성요소들의 높이를 균일하게 만들 수 있다.
평탄화층(133) 상에는 공통 전극(150)이 배치될 수 있다. 공통 전극(150)은 투명 전극일 수 있다. 공통 전극(150)에는 공통 전압이 인가되며, 후술할 데이터 전압이 인가되는 화소 전극(180)과 함께 전계를 형성하여 액정층(300) 내 액정 분자(LC)의 배향 방향을 제어할 수 있다. 공통 전극(150) 상에는 제2 절연층(134)이 배치되어, 하부의 공통 전극(150)과 상부의 화소 전극(180)을 상호 절연시킬 수 있다.
보호층(132), 평탄화층(133), 및 제2 절연층(134)에는 드레인 전극(114)의 일부가 노출되도록 컨택홀(contact hole)이 형성될 수 있다. 드레인 전극(114)은 컨택홀(160)을 통해 화소 전극(180)과 전기적으로 연결될 수 있다.
화소 전극(180)은 화소 영역(PX) 내 제2 절연층(134) 상부 및 컨택홀(160)에 의해 노출된 드레인 전극(114) 상부에 배치된다. 화소 전극(180)은 공통 전극(150)과 마찬가지로 투명 전극일 수 있다.
화소 전극(180)은 복수의 가지 전극(181), 인접하는 가지 전극(181)들 사이에 형성되는 복수의 슬릿부(182), 복수의 가지 전극(181)들의 적어도 일단에서 가지 전극(181)들을 서로 연결하는 연결 전극(183), 및 연결 전극(183)으로부터 컨택홀(160) 방향으로 돌출된 돌출 전극(184)을 포함하는 패턴 전극일 수 있다.
가지 전극(181) 및 슬릿부(182)는 화소 영역(PX)의 대략 중앙부를 기준으로 대칭적으로 꺾인 바(bar) 형상으로, 하나의 화소 영역 내에서 적어도 두 개의 도메인이 형성될 수 있다. 이를 통해 도메인 별 액정의 장축의 배치가 상이하게 됨으로써 특정 방위각에서의 컬러 시프트 현상이 억제될 수 있다. 돌출 전극(184)은 컨택홀(160)을 통해 드레인 전극(114)과 전기적으로 연결되어 데이터 전압을 제공받고, 연결 전극(183)은 돌출 전극(184)과 복수의 가지 전극(181)을 연결하여 돌출 전극(184)으로부터 전달된 전압을 가지 전극(181)들에 고르게 제공할 수 있다.
한편, 제1 기판(100) 상에는 제1 배향막(410)이 배치될 수 있다. 제1 배향막(410)은 수평 배향막일 수 있다. 이 경우 제1 배향막(410)은 이방성을 가지고 제1 배향막(410)에 인접한 액정층(300) 내 액정의 장축을 평면 상에서 특정 방향을 향하도록 배열할 수 있다. 또, 제1 배향막(410)은 광 반응을 유도할 수 있는 광 기능성 작용기를 함유하는 물질을 포함하는 광배향막일 수 있다. 제1 배향막(410)에 관한 구체적인 설명은 제2 배향막(420)과 함께 후술된다.
이어서, 제2 기판(200)에 대해서 설명한다. 제2 기판(200)은 제2 베이스 기판(201), 차광 부재(210), 컬러 필터(220), 및 오버 코트층(230) 등을 포함할 수 있다.
제2 베이스 기판(201)은 제1 베이스 기판(101)과 같은 투명 절연 기판일 수 있다. 제2 베이스 기판(201) 상에는 차광 부재(210)가 배치된다. 차광 부재(210)는 예를 들어 블랙 매트릭스(black matrix)일 수 있다. 차광 부재(210)는 복수의 화소 영역 간의 경계 영역, 즉 데이터 라인들(DL) 및 게이트 라인들(GL)과 중첩하는 영역과 박막 트랜지스터(110)와 중첩하는 영역 등에 배치될 수 있다. 즉, 차광 부재(210)는 제1 기판(100) 하부의 백라이트 유닛(미도시)으로부터 입사된 광의 투과가 실질적으로 이루어지는 화소 영역(PX)들 간의 경계에 배치되어 의도치 않은 혼색 및 빛 샘 불량을 방지할 수 있다.
차광 부재(210) 상에는 화소 영역(PX)과 중첩하는 영역에 컬러 필터(220)가 배치될 수 있다. 컬러 필터(220)는 특정 파장대의 광을 선택적으로 투과시킬 수 있다. 컬러 필터(220)는 이웃하는 두 개의 데이터 라인들(DL) 사이에 배치되며 평면상 화소 영역(PX)의 면적 대부분을 차지할 수 있다. 인접하는 각 화소 영역마다 서로 다른 파장대의 광을 투과시키는 서로 다른 색을 갖는 컬러 필터가 배치되거나, 또는 컬러 필터가 배치되지 않을 수도 있다. 도 2 및 도 3은 컬러 필터가 박막 트랜지스터 상부에 배치된 컬러 필터 온 어레이(color filter on array) 구조를 예시하고 있으나, 컬러 필터는 박막 트랜지스터 하부에 배치되거나, 또는 제1 기판에 배치될 수도 있다.
차광 부재(210) 및 컬러 필터(220) 상에는 제2 베이스 기판(201) 전면에 걸쳐 오버 코트층(230)이 배치된다. 오버 코트층(230)은 유기 물질로 구성된 유기막층일 수 있다. 오버 코트층(230)은 차광 부재(210) 및 컬러 필터(220)가 제2 베이스 기판(201)으로부터 이탈하여 위치가 어긋나는 것을 방지하고, 제2 베이스 기판(201) 상에 적층된 복수의 구성요소들의 높이를 균일하게 만들 수 있다. 또한, 컬러 필터(220)로부터 유입되는 용제(solvent)와 같은 화합물에 의한 액정층(300)의 오염을 억제하여 화면 구동시 초래할 수 있는 잔상과 같은 불량을 방지할 수 있다.
한편, 제2 기판(200) 상에는 제2 배향막(420)이 배치될 수 있다. 제2 배향막(420)은 제1 배향막(410)과 같은 수평 배향막일 수 있다. 이하, 제1 배향막(410) 및 제2 배향막(420)에 대해 상세하게 설명한다.
제1 배향막(410) 및/또는 제2 배향막(420)은 본 발명의 배향막 조성물로부터 생성될 수 있다.
배향막 조성물은 이무수물계 화합물과 디아민계 화합물의 공중합체로서, 반복 단위 내에 광 반응기를 포함하는 폴리아믹산(poly amic acid), 반복 단위 내에 광 반응기를 포함하는 폴리아믹산을 부분적으로 이미드화한 폴리머, 반복 단위 내에 광 반응기를 포함하는 폴리아믹산을 탈수고리화하여 얻어지는 폴리이미드(polyimide), 또는 이들의 조합을 포함하여 이루어지는 공중합체일 수 있다.
예를 들어, 배향막 조성물은 반복 단위 내에 페닐 에스테르기(phenyl ester group)로 구성되는 광 반응기를 포함하며, 상기 광 반응기는 이무수물계(dianhydride) 화합물로부터 유도된 것일 수 있다.
배향막 조성물의 반복 단위 중 상기 광 반응기인 페닐 에스테르기를 포함하는 반복단위는 하기 화학식 1로 표시되는 구조를 포함한다.
<화학식 1>
상기 화학식 1에서 Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 6 내지 30개의 탄소 원자를 포함하는 치환되거나, 또는 비치환된 방향족기(substituted or unsubstituted aromatic group)이고, 는 에스테르기로서, "*"는 상기 Ar1 및 상기 Ar2와 부착되는 부위를 지칭하며, 상기 X는 전자 주는기(Electron Donating Group: EDG)이며, 상기 X는 -CnH2n +1, -OCnH2n +1, -NH2, -NH(CnH2n +1), -N(CnH2n + 1)2, -OH, -NH(COCnH2n+1), -N(COCnH2n + 1)2, -OCOCnH2n +1, -CH2(CnH2n +1), -CH(CnH2n + 1)2, -C(CnH2n + 1)3, -F, -Cl 또는 -Br이며, 상기 n은 1 내지 10의 자연수일 수 있다.
예시적인 실시예에서, 상기 각 Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 6개의 탄소 원자를 포함하는 치환되거나, 또는 비치환된 방향족기일 수 있다.
몇몇 실시예에서, 상기 화학식 1은 하기 화학식 1-1로 표현되는 구조를 가질 수 있다.
<화학식 1-1>
상기 화학식 1-1에서 상기 X는 전자 주는기이다.
상기 용어 '전자 주는기'란 전자의 보유도가 풍부한 치환기를 의미하며, 상기 X 치환기의 반대측으로 전자를 주려는 힘이 강하다. 도 4를 참조하면, 상기 화학식 1-1의 페닐 에스테르기 중 O=C-O에서 C-O사이의 결합(K)이 깨지면서, 1가 + 이온이 되고, 이는 전자 보유율이 높은 부분(P)으로 재결합될 수 있다.
예를 들어, 상기 화학식 1의 반복단위는 프리스 광 반응(fries photo reaction)에 의해 하기 화학식 8의 반복단위와 같이 변형될 수 있다. 즉, 예시적인 실시예의 배향막 조성물은 프리스 광 반응에서 재결합이 이루어지는 사이트(site) 중 한쪽의 사이트가 전자 주는기로 치환되어 있음으로써, 화학식 8과 같은 1종의 재배열된 반복단위만 생성되도록 할 수 있다.
<화학식 8>
상기 화학식 8에서 Ar1, Ar2, X 및 Y는 상기 화학식 1과 동일하다.
예시적인 실시예에서, 상기 화학식 8은 하기 화학식 8-1로 표현되는 구조를 가질 수 있다.
<화학식 8-1>
상기 화학식 8-1에서 상기 X는 전자 주는기이다.
도 4를 참조하면, 상기 화학식 1-1의 상기 페닐 에스테르기 중 O=C-O에서 C-O사이의 결합(K)의 분해 에너지(Bonding Dissociation Energy: BDE)는 2.563eV 내지 3.019eV의 범위일 수 있다. 상기 분해 에너지의 범위에서 보다 우수한 배향력을 구현할 수 있고, 우수한 명암비(Contrast Ratio)를 구현할 수 있으며, 이에 대해서는 실험데이터를 참조하여 후술하기로 한다.
상기 화학식 1-1로 표시되는 반복단위는 예를 들어, 하기 화학식 2 내지 5 중 어느 하나의 구조로 표시될 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
<화학식 2>
<화학식 3>
<화학식 4>
<화학식 5>
예시적인 실시예의 배향막 조성물의 상기 공중합체는 하기 화학식 6으로 표시되는 반복단위를 포함할 수 있다
<화학식 6>
상기 화학식 6에서 Y는 디아민계 화합물로부터 유도된 2가의 유기기이다.
예시적인 실시예에서, 상기 화학식 6은 하기 화학식 6-1로 표현되는 구조를 가질 수 있다.
<화학식 6-1>
상기 화학식 6으로 표시되는 반복단위와 상기 화학식 1로 표시되는 반복단위의 비율은 대략 1:1일 수 있다. 예를 들어, 상기 화학식 1의 반복단위는 이무수물계 화합물로부터 유래된 것이고, 상기 화학식 6의 반복단위는 디아민계 화합물로부터 유래된 것일 수 있으며, 상기 이무수물계 화합물과 상기 디아민계 화합물의 몰 비율(mole ratio)은 대략 1:1일 수 있다.
예를 들어, 상기 공중합체는 예를 들어 하기 화학식 7로 표시될 수 있다.
<화학식 7>
상기 화학식 7에서 Ar1, Ar2 및 X는 상기 화학식 1의 Ar1, Ar2 및 X와 동일하고, Y는 상기 화학식 6의 Y와 동일하다.
본 발명의 액정 표시 장치는 상기한 배향막 조성물을 이용한 배향막을 포함한다.
액정 표시 장치는 서로 대향하는 제1 기판(100) 및 제2 기판(200), 제1 기판(100)과 제2 기판(200)의 서로 마주하는 면 상에 배치된 제1 배향막(410) 및 제2 배향막(420), 그리고 제1 기판(100)과 제2 기판(200) 사이에 개재된 액정층(300)을 포함한다. 또한, 제1 배향막(410) 및 제2 배향막(420) 중 적어도 하나는 이무수물계 화합물과 디아민계 화합물의 공중합체로서 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 포함한다.
<화학식 1>
상기 화학식 1에서 Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 6 내지 30개의 탄소 원자를 포함하는 치환되거나, 또는 비치환된 방향족기(substituted or unsubstituted aromatic group)이고, 는 에스테르기로서, "*"는 상기 Ar1 및 상기 Ar2와 부착되는 부위를 지칭하며, 상기 X는 전자 주는기(Electron Donating Group: EDG)이며, 상기 X는 -CnH2n +1, -OCnH2n +1, -NH2, -NH(CnH2n +1), -N(CnH2n + 1)2, -OH, -NH(COCnH2n+1), -N(COCnH2n + 1)2, -OCOCnH2n +1, -CH2(CnH2n +1), -CH(CnH2n + 1)2, -C(CnH2n + 1)3, -F, -Cl 또는 -Br이며, 상기 n은 1 내지 10의 자연수일 수 있다.
또한, 배향막 조성물의 상기 공중합체는 하기 화학식 6으로 표시되는 반복단위를 포함할 수 있다
<화학식 6>
상기 화학식 6에서 Y는 디아민계 화합물로부터 유도된 2가의 유기기이다.
예시적인 실시예에서, 상기 화학식 6은 하기 화학식 6-1로 표현되는 구조를 가질 수 있다.
<화학식 6-1>
상기 화학식 6으로 표시되는 반복단위와 상기 화학식 1로 표시되는 반복단위의 비율은 대략 1:1일 수 있다. 예를 들어, 상기 공중합체는 예를 들어 하기 화학식 7로 표시될 수 있다.
<화학식 7>
상기 화학식 7에서 Ar1, Ar2 및 X는 상기 화학식 1의 Ar1, Ar2 및 X와 동일하고, Y는 상기 화학식 6의 Y와 동일하다.
예시적인 실시예에서, 상기 화학식 7은 하기 화학식 7-1로 표현되는 구조를 가질 수 있다.
<화학식 7-1>
또한, 상기 공중합체는 하기 화학식 8로 표시되는 반복단위를 더 포함할 수 있다.
<화학식 8>
상기 화학식 8에서 Ar1, Ar2, X 및 Y는 상기 화학식 1과 동일하다.
예시적인 실시예에서, 상기 화학식 8은 하기 화학식 8-1로 표현되는 구조를 가질 수 있다.
<화학식 8-1>
따라서, 공중합체는 상기 화학식 8로 표시되는 반복단위와 상기 화학식 6으로 표시되는 반복단위를 포함하여, 하기 화학식 9로 표시되는 반복단위를 포함할 수 있다.
<화학식 9>
상기 화학식 9에서 Ar1, Ar2 및 X는 상기 화학식 1과 동일하고, Y는 상기 화학식 6과 동일하다.
예시적인 실시예에서, 상기 화학식 9는 하기 화학식 9-1로 표현되는 구조를 가질 수 있다.
<화학식 9-1>
제1 배향막(410) 및/또는 제2 배향막(420) 내에 포함되는 공중합체에 대해 예를 들어 설명하면, 후술할 액정 표시 장치 제조과정 중 편광된 광을 조사하는 단계에 의해 상기 화학식 7로 표시되는 반복단위 중 적어도 하나(또는 일부)는 상기 화학식 9로 표시되는 반복단위로 변형될 수 있다. 비제한적인 예로 상기 변형된 화학식 9의 반복단위는 상기 화학식 7의 반복단위 보다 적은 양일 수 있으며, 예를 들어, 상기 화학식 7의 반복단위가 상기 화학식 9로 변형되는 비율은 대략 5% 내지 30%정도일 수 있다. 이는 상기 배향막 내의 공중합체에서 상기 화학식 1의 반복단위가 상기 화학식 8의 반복단위로 변형됨을 의미하며, 이에 대해서는 상기 배향막 조성물에서 설명하였는바, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이와 같이, 제1 배향막(410) 및/또는 제2 배향막(420) 내에는 상기 화학식 1로 표시되는 반복단위와 상기 화학식 8로 표시되는 반복단위가 공존할 수 있고, 또한, 상기 화학식 7로 표시되는 반복단위와 상기 화학식 9로 표시되는 반복단위가 공존할 수 있다.
도 5 내지 13에는 본 발명의 액정 표시 장치의 제조 방법이 개략적으로 나타나있으며, 이하에서는 도 5 내지 13을 참조하여 본 발명의 액정 표시 장치의 제조방법에 대해 설명하기로 한다
도 5를 참조하면, 액정 표시 장치 제조방법은 기판(500)을 준비하는 단계를 포함하며, 기판(500)은 전술한 제1 기판 또는 제2 기판에 상응할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 기판(500)은 제1 베이스 기판, 게이트 배선층, 반도체층, 데이터 배선층, 공통 전극, 화소 전극, 및 복수의 보호층/절연층을 포함하는 박막 트랜지스터 기판이거나, 또는 제2 베이스 기판, 차광 부재, 컬러 필터, 및 오버 코트층 등을 포함하는 대향 기판일 수 있다. 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 및 그들에 포함된 구성요소들의 배치, 형상, 및 개략적인 제조 방법은 도 1 내지 도 3과 함께 전술한 바 있으므로 구체적인 설명은 생략한다.
다음으로, 도 6 및 도 7을 참조하면, 기판(500) 상에 배향막 조성물을 제공하여 프리 배향막(600)을 형성하는 단계를 포함한다. 기판(500) 상에 배향막 조성물을 제공하여 프리 배향막(600)을 형성하는 방법은 배향막 조성물을 기판(500) 상에 스핀 코팅, 슬릿 코팅 등을 통해 도포하여 형성하는 방법을 예시할 수 있으나 이에 국한되는 것은 아니다.
한편, 배향막 조성물은 이무수물계 화합물과 디아민계 화합물의 공중합체로서 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 포함하며, 소정의 용매를 더 포함할 수 있다.
<화학식 1>
상기 화학식 1에서 Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 6 내지 30개의 탄소 원자를 포함하는 치환되거나, 또는 비치환된 방향족기(substituted or unsubstituted aromatic group)이고, 는 에스테르기로서, "*"는 상기 Ar1 및 상기 Ar2와 부착되는 부위를 지칭하며, 상기 X는 전자 주는기(Electron Donating Group: EDG)이며, 상기 X는 -CnH2n +1, -OCnH2n +1, -NH2, -NH(CnH2n +1), -N(CnH2n + 1)2, -OH, -NH(COCnH2n+1), -N(COCnH2n + 1)2, -OCOCnH2n +1, -CH2(CnH2n +1), -CH(CnH2n + 1)2, -C(CnH2n + 1)3, -F, -Cl 또는 -Br이며, 상기 n은 1 내지 10의 자연수일 수 있다.
예시적인 실시예에서, 상기 화학식 1은 하기 화학식 1-1로 표현되는 구조를 가질 수 있다.
<화학식 1-1>
한편, 액정 표시 장치의 제조 과정에서 사용되는 용어 '프리 배향막(pre-alignment layer)'이라 함은 배향막이 배향성을 갖기 전 단계의 배향막 조성물을 포함하는 층을 통칭하기로 한다.
도 7을 참조하면, 기판(500) 상에 도포된 프리 배향막(600) 내에서 상기 공중합체는 임의의 제1 방향(X)으로의 방향성을 갖는 제1 고분자 사슬(600b)과 제1 방향(X)에 수직한 방향인 제2 방향(Y)으로의 방향성을 갖는 제2 고분자 사슬(600a)을 포함할 수 있다. 아울러, 소정의 길이를 갖는 제1 고분자 사슬(600b) 및 제2 고분자 사슬(600a)은 각각 제1 방향(X) 및 제2 방향(Y)에 대해 반복 배치되어 실질적으로 연속체로서 취급될 수 있다.
한편, 비제한적인 예로, 액정 표시 장치 제조방법은 도 8과 같이, 후술할 광을 조사하는 단계 전에 프리 배향막(610)을 60 내지 80℃ 의 온도 범위에서 50 내지 100초의 시간 동안 전처리(H1)하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 전처리(H1) 단계는 배향막 조성물 내 포함된 용매를 제거하는 과정일 수 있다. 이를 통해 프리 배향막(610)의 유동성을 감소시키고 프리 배향막(610) 내 분산된 배향막 조성물 등의 분산성을 감소시킬 수 있다. 한편, 상기 전처리하는 단계는 일부 배향막 조성물에 포함된 용매 등을 휘발시키기 위한 것이나, 이 과정은 생략할 수도 있다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 프리 배향막(620)에 선편광된 광(PUV)을 조사하는 단계를 포함한다. 도 9에서는 제1 방향(X)으로 선평광된 광(PUV)을 조사하는 것을 도시하고 있으나, 이에 한정하지 않으며, 필요에 따라 편광 방향을 달리할 수 있다.
프리 배향막(620)에 선편광된 광(PUV)을 조사하는 단계는 프리 배향막(620)에 이방성을 부여하는 단계일 수 있다. 상기 광은 자외선, 적외선, 원적외선, 전자선, 및 방사선 중 적어도 하나일 수 있다. 예를 들어, 상기 광은 약 250 내지 330 nm 파장을 갖는 자외선이거나, 약 254 nm의 파장을 갖는 자외선이거나, 또는 약 313 nm의 파장을 갖는 자외선일 수 있다.
제1 방향(X)으로 선편광된 광(PUV)를 조사하면, 도 10에서와 같이, 프리 배향막(620) 내에서 제1 방향(X)으로의 방향성을 갖는 제1 고분자 사슬(620b) 중 적어도 일부는 상기 선편광된 광(PUV)를 흡수하고, 이 중 적어도 일부는 상기 화학식 1의 반복 단위에서 상기 화학식 8의 반복단위로 변경될 수 있다. 즉, 도 10을 참조하면, 제1 방향(X)으로의 방향성을 갖는 제1 고분자 사슬(620b) 중 일부가 상기 화학식 8의 반복단위와 같이 변형되어, 특정 방향으로 꺾인 형상을 가지는 변형 고분자 사슬(620b')로 변형된다는 것을 확인할 수 있다. 다시 말하면, 도 10에서 변형되지 않은 제1 고분자 사슬(620b)나 제2 고분자 사슬(620a)은 화학식 1의 반복단위를 포함하고, 변형된 변형 고분자(620b')는 화학식 8과 같은 반복단위를 포함할 수 있다.
또한, 변형되지 않은 제1 고분자 사슬(620b)나 제2 고분자 사슬(620a)은 화학식 7의 반복단위를 포함할 수 있고, 변형 고분자(620b')는 화학식 9의 반복단위로 변형된 구조를 포함할 수 있다.
아래 반응식 1 및 도 14를 참조하면, 화학식 1의 반복단위에 포함된 페닐 에스테르기 중 선편광된 광(PUV)의 흡수에 의해 O=C-O 결합에서 C-O부분의 결합(즉, K부분의 결합)이 끊어지게 되고, 화학식 1 중 P부분으로 재결합이 이루어져 화학식 8과 같은 변형 고분자(620b')로 변형되게 된다. 이에 의해 제1 고분자 사슬(620b) 중 일부가 제1 방향(X)의 방향성에서 제2 방향(Y)의 방향성으로 편향되도록 고분자 사슬이 변형될 수 있다. 마찬가지로 화학식 7의 반복단위는 화학식 9의 반복단위로 변형될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 화학식 7-1로 표현되는 반복단위는 화학식 9-1로 표현되는 반복단위로 변형될 수 있다.
<반응식 1>
상기 반응식 1에서 상기 X는 전자 주는기(Electron Donating Group: EDG)이며, 상기 X는 -CnH2n +1, -OCnH2n +1, -NH2, -NH(CnH2n +1), -N(CnH2n + 1)2, -OH, -NH(COCnH2n+1), -N(COCnH2n + 1)2, -OCOCnH2n +1, -CH2(CnH2n +1), -CH(CnH2n + 1)2, -C(CnH2n + 1)3, -F, -Cl 또는 -Br이며, 상기 n은 1 내지 10의 자연수일 수 있다.
도 10을 참조하여 다시 선편광된 광(PUV)을 흡수하여 프리 배향막(620)이 배열되는 방식에 대해 설명하면, 대략 제1 방향(X)의 선형성 내지 방향성을 갖는 제1 고분자 사슬(620b) 중 적어도 일부는 상기 반응식 1의 반응을 통해 제1 방향(X)과 상이한 방향으로(즉, 제1 방향(X)에서 제2 방향(Y)으로 일부 편향된) 주쇄의 굽힘(bending) 또는 기울어짐(tilting)이 발생하여 재배열 및 안정화되어 변형 고분자(620b')로 변형될 수 있다. 이로써 제1 고분자 사슬(620b)의 제1 방향(X)으로의 연속성이 감소한다. 반면, 제2 방향(Y)의 선형성을 갖는 제2 고분자 사슬(620a)은 광 반응이 유도되지 않아 프리 배향막(620)에 전체적으로 이방성을 부여할 수 있다.
또한, 프리 배향막(620)에 선편광된 광을 조사하는 단계는 약 0.1 내지 3.0 J/㎠ 정도의 노광량으로 선편광된 광(PUV)을 조사할 수 있다. 상기 노광량은 광을 프리 배향막(620)에 조사하는 시간 또는 광의 출력에 의해 제어될 수 있다. 다만, 상기 노광량은 액정 표시 장치의 구동 모드 또는 상기 광배향막을 구성하는 주재료의 물성 등에 따라 다소 상이할 수 있다.
한편, 본 발명의 배향막 조성물의 경우, 예컨대 광 분해 반응과 같이 광 반응을 통한 부산물이 발생하지 않기 때문에 별도의 세정 공정을 요하지 않을 수 있다. 이를 통해 세정 과정에서 이방성이 부여된 배향막에 발생할 수 있는 손상 혹은 이물 흡착 등을 미연에 방지할 수 있고 공정성을 개선할 수 있는 효과가 있다. 다만 몇몇 실시예에는 소정의 세정 공정을 포함하여도 무방하다. 이 경우 상기 세정 공정은 건식 세정 혹은 습식 세정을 이용할 수 있다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 프리 배향막(630)을 열처리(H2)하는 단계를 포함한다. 프리 배향막(630)을 열처리(H2)하는 단계는 선편광된 광 조사 이후 불안정한 반응기들을 안정화시키고, 제1 및/또는 제2 고분자 사슬(630a, 630b)들을 재배열하여 배향력을 더욱 향상시키는 단계일 수 있다. 또한, 잔류하는 용매를 최종적으로 제거시킴으로써 프리 배향막(630)의 내열성이 증가되는 단계일 수 있다.
프리 배향막(630) 내에서는 상기 도 10을 참고하여 설명한 바와 같이, 선편광된 광(PUV)을 흡수하여 이와 수직한 방향인 제2 방향(Y)으로 일부 편향성을 갖는 변형 고분자 사슬(630b')이 존재하게 되고, 열처리(H2) 단계에 배향막 조성물(630) 내의 고분자들은 유동성을 가질 수 있게 된다. 따라서, 도 12와 같이, 변형 고분자 사슬(630b')의 제2 방향(Y)으로 위치하면서 제1 방향(X)으로 방향성을 갖는 제1 고분자들(630b)은 열처리(H2)에 의한 유동성으로 쉽게 이동이 가능해지며, 인접하는 위치에 배열된 제2 고분자 사슬(630a)에 의해 제2 방향(Y)으로 고분자 사슬이 이동할 수 있다.
즉, 변형 고분자 사슬(630b')의 제2 방향(Y)으로 변형된 부분과 제2 방향(Y)으로 배열된 제2 고분자 사슬(630a)의 영향에 의해 변형 고분자 사슬(630b')을 기준으로 제2 방향(Y)으로 위치하는 고분자 사슬들은 제2 방향(Y)을 향하여 점차 유동하여 배향하게 된다. 이와 같은 과정에 의해 프리 배향막(630)은 도 13과 같이, 제2 방향(Y)으로의 배향성을 가지는 배향막(640)으로 제조될 수 있다.
다시 말하면, 전술한 바와 같이 배향막에 선편광된 광(PUV)을 조사하는 단계에 의해 제1 고분자 사슬(630b)은 제1 방향(X)으로 부분적인 단속이 발생하기 때문에 인접한 제1 고분자 사슬(630b) 간의 상호 작용힘(interaction force)이 약하여 재배열되기 쉬운 상태를 갖는 반면, 제2 고분자 사슬(630a)은 여전히 제2 고분자 사슬(630a) 간의 상호 작용힘이 강하여 재배열에 저항할 수 있기 때문일 수 있다.
즉, 광 반응이 부분적으로 발생한 제1 고분자 사슬(630b)은 열처리에 의해 재배열되는 반면, 제2 고분자 사슬(630a)은 재배열되지 않고 제2 방향(Y)성을 유지하기 때문에, 임의의 제2 방향(Y) 내 제1 고분자 사슬(630b) 및 제2 고분자 사슬(630a)의 전체적인 방향성은 대략 제2 방향(Y)으로 수렴할 수 있으며, 이를 통해 프리 배향막(630)에 이방성을 더욱 부여할 수 있다.
한편, 상기 열처리(H2) 단계는 210 내지 240℃의 온도 범위에서 20분 내지 45분의 시간 동안 수행될 수 있으나, 본 발명을 이에 한정하는 것은 아니다.
도 13을 참조하면, 기판(500) 상에 액정(LC)들을 포함하는 액정층을 형성하고 기판 및 이와 대향하는 기판을 합착할 수 있다. 액정(LC)들의 장축은 배향막(640)내의 고분자 사슬들이 형성하는 이방성에 의해 대략 제2 방향(Y)의 방향성을 가지고 배향될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 액정층을 형성하는 단계는 기판(500) 및/또는 대향기판(미도시) 상에 액정 조성물을 제공(예를 들어, 적하)한 후 기판(500) 및 대향기판(미도시)을 합착하는 단계일 수 있으나, 기판(500) 및 대향기판(미도시)을 합착한 후 액정 조성물을 주입하는 단계일 수도 있다.
이하, 실시예와 비교예를 참고하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
실시예
1 내지 4
공중합체 내에 하기 화학식 2 내지 5의 반복단위를 포함하는 배향막 조성물을 사용한 배향막을 형성하여 각각 실시예 1 내지 실시예 4의 액정 표시 장치를 제조하였다.
<화학식 2>
<화학식 3>
<화학식 4>
<화학식 5>
대조군
하기 화학식 10과 같이, 광 반응기인 페닐 에스테르기가 디아민으로부터 유래된 반복단위에 포함된 배향막 조성물을 사용하여 배향막을 형성하여 대조군의 액정 표시 장치를 제조하였다.
<화학식 10>
비교예
하기 화학식 11과 같이, 광 반응기가 이무수물계 화합물로부터 유래된 반복단위에 포함되어 있으나, 본 발명과 달리 X 치환기가 부착되지 않은 반복단위를 포함하는 배향막 조성물을 사용하여 배향막을 형성하고, 비교예의 액정 표시 장치를 제조하였다.
<화학식 11>
실험예
상기 실시예 1 내지 4와 대조군 및 비교예의 광반응기의 O=C-O결합 중 C-O 부분의 분해 에너지(Bonding Dissociation Energy: BDE)와 명암비(Contrast Ratio: CR) 그리고 Black휘도를 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
분해 에너지는 가우시안사의 가우시안09를 이용하여 B3LYP/6-31G* 조건에서 각 시료의 C-O 결합을 양자 계산 방법으로 시뮬레이션하여 정량화하였다. 또, Black 휘도는 ELABO사의 ELABO-203CF을 이용하여 2.5인치 PLS 모드 액정 테스트셀의 초기 비구동 상태의 휘도를 측정하였다. 또한, 명암비는 미놀타사의 CA-210으로 12.9인치 PLS 모드 액정 테스트셀의 black 휘도와 AC 15V를 인가했을 때의 휘도의 차이를 측정하였다.
| BDE(eV) | CR | Black 휘도 | |
| 대조군 | 2.851 | 1317 | 0.21 |
| 비교예 | 3.160 | 975 | 0.3 |
| 실시예 1 | 2.889 | 1272 | 0.21 |
| 실시예 2 | 3.019 | 1111 | 0.25 |
| 실시예 3 | 2.563 | 1674 | 0.12 |
| 실시예 4 | 2.894 | 1265 | 0.21 |
상기 표 1을 참조하면, 대조군은 광 반응기인 페닐 에스테르기가 디아민으로부터 유래된 반복단위에 포함되어, 우수한 CR값을 가진다는 것을 확인할 수 있고, Black휘도값이 0.21로 우수한 배향력을 가진다는 것을 확인할 수 있다.
반면에, 비교예는 BDE값이 높고, CR값이 상기 대조군의 80% 정도 수준밖에 안되어, 명암비가 좋지 않다는 것을 확인할 수 있다. 또한, Black 휘도값이 0.3으로 대조군에 비해 배향력이 떨어진다는 것을 확인할 수 있다.
본 발명에 따른 실시예 1 내지 4의 경우, BDE값이 3.019 내지 2.563(eV) 정도이며, CR값이 대조군과 동등한 수준이거나 보다 향상된 수준이라는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 우수한 명암비를 가지는 것을 확인할 수 있다. 또한, Black휘도 값도 대조군과 비교하여 동등한 수준이거나 더 우수하다는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 배향성도 매우 향상되었다는 것을 확인할 수 있다
이상에서 본 발명의 실시예 및 비교예를 중심으로 본 발명을 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 제1 기판
200: 제2 기판
300: 액정층
410: 제1 배향막
420: 제2 배향막
200: 제2 기판
300: 액정층
410: 제1 배향막
420: 제2 배향막
Claims (25)
- 이무수물계 화합물과 디아민계 화합물의 공중합체로서, 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 포함하는 배향막 조성물.
<화학식 1>
상기 화학식 1에서 상기 Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 6 내지 30개의 탄소 원자를 포함하는 치환되거나, 또는 비치환된 방향족기이고,
상기 X는 -OCH3, -CH3, -NH2, 및 -OCH2CH3 중 어느 하나이며,
는 에스테르기로서, "*"는 상기 Ar1 및 상기 Ar2와 부착되는 부위를 지칭한다. - 삭제
- 제1 항에 있어서,
상기 Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 6개의 탄소 원자를 포함하는 치환되거나, 또는 비치환된 방향족기인 배향막 조성물. - 제3 항에 있어서,
상기 화학식 1은 하기 화학식 1-1로 표현되는 구조를 갖는 배향막 조성물.
<화학식 1-1>
상기 화학식 1-1에서 상기 X는 -OCH3, -CH3, -NH2, 및 -OCH2CH3 중 어느 하나이다. - 제4 항에 있어서,
상기 화학식 1-1로 표현되는 반복단위의 에스테르기에서 C-O 결합의 분해 에너지(Bonding Dissociation Energy)는 2.563eV 내지 3.019eV의 범위인 배향막 조성물. - 제4 항에 있어서,
상기 화학식 1-1은 하기 화학식 2 내지 5 중 어느 하나로 표현되는 구조를 갖는 배향막 조성물.
<화학식 2>
<화학식 3>
<화학식 4>
<화학식 5>
- 제1 항에 있어서,
상기 공중합체는 하기 화학식 6으로 표시되는 반복단위를 더 포함하는 배향막 조성물.
<화학식 6>
상기 화학식 6에서 상기 Y는 디아민계 화합물로부터 유도된 2가의 유기기이다. - 제7 항에 있어서,
상기 공중합체는 하기 화학식 7로 표현되는 반복단위를 포함하는 배향막 조성물.
<화학식 7>
상기 화학식 7에서 상기 Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 6 내지 30개의 탄소 원자를 포함하는 치환되거나, 또는 비치환된 방향족기이고,
상기 X는 -OCH3, -CH3, -NH2, 및 -OCH2CH3 중 어느 하나이며,
상기 Y는 디아민계 화합물로부터 유도된 2가의 유기기이다. - 제8 항에 있어서,
상기 화학식 7은 하기 화학식 7-1로 표현되는 구조를 갖는 배향막 조성물.
<화학식 7-1>
상기 화학식 7-1에서 상기 X는 -OCH3, -CH3, -NH2, 및 -OCH2CH3 중 어느 하나이고,
상기 Y는 디아민계 화합물로부터 유도된 2가의 유기기이다. - 제1 항에 있어서,
상기 공중합체는 하기 화학식 8로 표현되는 반복단위를 더 포함하는 배향막 조성물.
<화학식 8>
상기 화학식 8에서 상기 Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 6 내지 30개의 탄소 원자를 포함하는 치환되거나, 또는 비치환된 방향족기이고,
상기 X는 -OCH3, -CH3, -NH2, 및 -OCH2CH3 중 어느 하나이다. - 제10 항에 있어서,
상기 화학식 8은 하기 화학식 8-1로 표현되는 구조를 갖는 배향막 조성물.
<화학식 8-1>
상기 화학식 8-1에서 상기 X는 -OCH3, -CH3, -NH2, 및 -OCH2CH3 중 어느 하나이다. - 제1 항에 있어서,
상기 이무수물계 화합물과 상기 디아민계 화합물의 몰 비율은 1:1인 배향막 조성물. - 서로 대향하는 제1 기판 및 제2 기판;
상기 제1 기판의 상기 제2 기판에 대향하는 면 상에 배치된 제1 배향막;
상기 제2 기판의 상기 제1 기판에 대향하는 면 상에 배치된 제2 배향막; 및
상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 개재된 액정층을 포함하되,
상기 제1 배향막 및 제2 배향막 중 적어도 하나는 이무수물계 화합물과 디아민계 화합물의 공중합체로서 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 포함하는 액정 표시 장치.
<화학식 1>
상기 화학식 1에서 상기 Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 6 내지 30개의 탄소 원자를 포함하는 치환되거나, 또는 비치환된 방향족기이고,
상기 X는 -OCH3, -CH3, -NH2, 및 -OCH2CH3 중 어느 하나이며,
는 에스테르기로서, "*"는 상기 Ar1 및 상기 Ar2와 부착되는 부위를 지칭한다. - 제13 항에 있어서,
상기 공중합체는 하기 화학식 6으로 표시되는 반복단위를 더 포함하는 액정 표시 장치.
<화학식 6>
상기 화학식 6에서 상기 Y는 디아민계 화합물로부터 유도된 2가의 유기기이다. - 제13 항에 있어서,
상기 공중합체는 하기 화학식 7로 표시되는 반복단위를 포함하는 액정 표시 장치.
<화학식 7>
상기 화학식 7에서 상기 Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 6 내지 30개의 탄소 원자를 포함하는 치환되거나, 또는 비치환된 방향족기이고,
상기 X는 -OCH3, -CH3, -NH2, 및 -OCH2CH3 중 어느 하나이며,
상기 Y는 디아민계 화합물로부터 유도된 2가의 유기기이다. - 제13 항에 있어서,
상기 공중합체는 하기 화학식 8로 표시되는 반복단위를 더 포함하는 액정 표시 장치.
<화학식 8>
상기 화학식 8에서 상기 Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 6 내지 30개의 탄소 원자를 포함하는 치환되거나, 또는 비치환된 방향족기이고,
상기 X는 -OCH3, -CH3, -NH2, 및 -OCH2CH3 중 어느 하나이다. - 제15 항에 있어서,
상기 공중합체는 하기 화학식 9로 표시되는 반복단위를 더 포함하는 액정 표시 장치.
<화학식 9>
상기 화학식 9에서 상기 Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 6 내지 30개의 탄소 원자를 포함하는 치환되거나, 또는 비치환된 방향족기이고,
상기 X는 -OCH3, -CH3, -NH2, 및 -OCH2CH3 중 어느 하나이며,
상기 Y는 디아민계 화합물로부터 유도된 2가의 유기기이다. - 기판을 제공하는 단계;
상기 기판 상에 배향막 조성물을 제공하는 단계;
상기 배향막 조성물에 선편광된 광을 조사하는 단계; 및
상기 배향막 조성물을 열처리하는 단계를 포함하되,
상기 배향막 조성물은 이무수물계 화합물과 디아민계 화합물의 공중합체로서 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 포함하는 액정 표시 장치 제조방법.
<화학식 1>
상기 화학식 1에서 상기 Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 6 내지 30개의 탄소 원자를 포함하는 치환되거나, 또는 비치환된 방향족기이고,
상기 X는 -OCH3, -CH3, -NH2, 및 -OCH2CH3 중 어느 하나이며,
는 에스테르기로서, "*"는 상기 Ar1 및 상기 Ar2와 부착되는 부위를 지칭한다. - 제18 항에 있어서,
상기 광을 조사하는 단계에 의해,
상기 화학식 1로 표시되는 반복단위 중 적어도 하나는 하기 화학식 8로 표시되는 반복단위로 변형되는 액정 표시 장치 제조방법.
<화학식 8>
상기 화학식 8에서 상기 Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 6 내지 30개의 탄소 원자를 포함하는 치환되거나, 또는 비치환된 방향족기이고,
상기 X는 -OCH3, -CH3, -NH2, 및 -OCH2CH3 중 어느 하나이다. - 제19 항에 있어서,
상기 선편광된 광의 편광 방향으로 배열된 상기 화학식 1로 표현되는 반복단위 중 적어도 하나가 상기 화학식 8로 표시되는 구조로 변형되는 액정 표시 장치 제조방법. - 제18 항에 있어서,
상기 공중합체는 하기 화학식 7로 표시되는 반복단위를 포함하는 액정 표시 장치 제조방법.
<화학식 7>
상기 화학식 7에서 상기 Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 6 내지 30개의 탄소 원자를 포함하는 치환되거나, 또는 비치환된 방향족기이고,
상기 X는 -OCH3, -CH3, -NH2, 및 -OCH2CH3 중 어느 하나이며,
상기 Y는 디아민계 화합물로부터 유도된 2가의 유기기이다. - 제21 항에 있어서,
상기 광을 조사하는 단계에 의해,
상기 화학식 7로 표시되는 반복단위 중 적어도 하나는 하기 화학식 9로 표시되는 반복단위로 변형되는 액정 표시 장치 제조방법.
<화학식 9>
상기 화학식 9에서 상기 Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 6 내지 30개의 탄소 원자를 포함하는 치환되거나, 또는 비치환된 방향족기이고,
상기 X는 -OCH3, -CH3, -NH2, 및 -OCH2CH3 중 어느 하나이며,
상기 Y는 디아민계 화합물로부터 유도된 2가의 유기기이다. - 제22 항에 있어서,
상기 선편광된 광의 편광 방향으로 배열된 상기 화학식 7로 표현되는 반복단위 중 적어도 하나가 상기 화학식 9로 표시되는 반복단위로 변형되는 액정 표시 장치 제조방법. - 제18 항에 있어서,
상기 열처리하는 단계는 210 내지 240℃의 온도 범위에서 20분 내지 45분 동안 수행되는 액정 표시 장치 제조방법. - 제18 항에 있어서,
상기 광을 조사하는 단계 전에,
상기 배향막 조성물을 60 내지 80℃의 온도 범위에서 50 내지 100초 동안 전처리하는 단계를 더 포함하는 액정 표시 장치 제조방법.
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