KR102656336B1 - 액정 조성물, 이를 이용하는 표시 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

액정 조성물, 이를 이용하는 표시 장치 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

절연 기판, 상기 절연 기판 상에 배치된 제1 전극, 및 상기 절연 기판 상에 배치되고 상기 제1 전극과 절연되도록 배치된 제2 전극을 포함하는 표시 기판, 상기 표시 기판 상에 배치된 액정층, 및 상기 표시 기판과 상기 액정층 사이에 배치된 배향 유도층을 포함하되, 상기 배향 유도층은 하기 화학식 1-A로 표현되는 구조를 갖는 화합물을 포함하는 표시 장치가 제공된다.
<화학식 1-A>

(단, 상기 화학식 1-A에서, R1, R2 및 A는 명세서 내에 정의된 바와 같다)

Description

액정 조성물, 이를 이용하는 표시 장치 및 그 제조 방법{LIQUID CRYSTAL COMPOSITION, METHOD OF MANUFACTURING FOR DISPLAY DEVICE AND DISPLAY DEVICE THEREOF USING THE LIQUID CRYSTAL COMPOSITION}
본 발명은 액정 조성물, 이를 이용하는 표시 장치의 제조 방법 및 이를 통해 제조된 표시 장치에 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 액정층 내 액정들의 배향 방향을 결정하고 입사광의 편광을 제어함으로써 영상을 표시한다.
액정 표시 장치가 화상을 구현하기 위해서는 액정층 내 액정들을 일정 방향으로 초기 배향시켜야 한다. 초기 배향의 균일성은 액정 표시 장치의 표시 품질을 결정짓는 중요한 요소이다.
액정들을 초기 배향하기 위한 한 가지 방법으로 광 반응기를 갖는 고분자, 예컨대 반복단위 내에 광 반응기를 갖는 폴리이미드로 이루어진 배향막을 이용하는 방법을 예시할 수 있다. 상기 광 반응기는 광에 반응하여 이성질화 또는 분해될 수 있고, 이를 통해 배향막에 이방성을 부여할 수 있다.
그러나 전술한 광 반응기를 갖는 고분자를 이용한 배향막은 액정 표시 장치의 표시 품질을 향상시키는데 한계가 존재한다. 예를 들면 광 반응기를 갖는 고분자 배향막은 열적 안정성이 낮고, 막 경도가 크지 않아 잔상 불량이 발생할 수 있다.
이에 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 고분자 배향막을 사용하지 않고 액정들을 초기 배향할 수 있는 액정 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 배향 안정성을 개선하여 잔상 불량을 완화함과 동시에 반응 속도가 향상된 표시 장치 및 표시 장치의 제조 방법을 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 표시 장치는, 절연 기판, 상기 절연 기판 상에 배치된 제1 전극, 및 상기 절연 기판 상에 배치되고 상기 제1 전극과 절연되도록 배치된 제2 전극을 포함하는 표시 기판, 상기 표시 기판 상에 배치된 액정층, 및 상기 표시 기판과 상기 액정층 사이에 배치된 배향 유도층을 포함하되, 상기 배향 유도층은 하기 화학식 1-A로 표현되는 구조를 갖는 화합물을 포함한다.
<화학식 1-A>
상기 화학식 1-A에서, R1은 친수성기이고, R2는 수소원자, , , , , , , 또는 이며, A는 탄소수 1 내지 20의 알킬렌기, 탄소수 1 내지 20의 알킬렌옥시기 또는 단일결합이다.
상기 배향 유도층 내 상기 화학식 1-A로 표현되는 구조를 갖는 화합물은 상기 표시 기판의 표면 상에 정렬되되, 상기 화학식 1-A의 말단기 R1은 상기 표시 기판을 향하도록 정렬되고, 상기 화학식 1-A의 연결기 A는 상기 표시 기판의 표면과 나란한 방향을 향하도록 정렬될 수 있다.
상기 액정층은 광 경화성 단량체를 포함하고, 상기 배향 유도층은 복수의 광 경화성 중합체를 더 포함할 수 있다.
또, 상기 배향 유도층은 하기 화학식 2-A로 표현되는 구조를 갖는 화합물을 더 포함할 수 있다.
<화학식 2-A>
상기 화학식 2-A에서, R1, R2 및 A는 화학식 1-A와 동일하다.
또한, 상기 배향 유도층은 상기 화학식 1-A로 표현되는 구조를 갖는 화합물, 상기 화학식 1-B로 표현되는 구조를 갖는 화합물 및 상기 광 경화성 중합체만으로 이루어질 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 조성물은, 복수의 액정, 광 경화성 단량체, 및 하기 화학식 2-A로 표현되는 구조를 갖는 화합물을 포함한다.
<화학식 2-A>
상기 화학식 2-A에서, R1은 친수성기이고, R2는 수소원자, , , , , , , 또는 이며, A는 탄소수 1 내지 20의 알킬렌기, 탄소수 1 내지 20의 알킬렌옥시기 또는 단일결합이다.
상기 화학식 2-A로 표현되는 구조를 갖는 화합물은, 하기 화학식 2-B로 표현되는 구조를 갖는 화합물일 수 있다.
<화학식 2-B>
상기 화학식 2-B에서, R1은 , 또는 일 수 있고, 여기서 n1은 0 내지 2의 정수일 수 있으며, n2 및 n3는 각각 독립적으로 1 내지 3의 정수일 수 있고, R2 및 A는 화학식 2-A와 동일하다.
상기 화학식 2-A로 표현되는 구조를 갖는 화합물은, 하기 화학식 2-G로 표현되는 구조를 갖는 화합물일 수 있다.
<화학식 2-G>
상기 광 경화성 단량체는, 메조겐 코어 구조, 및 , , , , , , 및 으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 말단기를 포함할 수 있다.
상기 액정 조성물은 양의 유전율 이방성을 가지고, 상기 화학식 2-A로 표현되는 구조를 갖는 화합물의 분자량은 200 내지 650일 수 있다.
또, 상기 액정 조성물 전체 중량에 대하여, 상기 광 경화성 단량체의 함량은 0.01 중량% 내지 2.0 중량%이고, 상기 화학식 1-A로 표현되는 구조를 갖는 화합물의 함량은 0.01 중량% 내지 1.0 중량%일 수 있다.
또한, 상기 화학식 2-A로 표현되는 구조를 갖는 화합물의 상기 복수의 액정에 대한 25℃에서의 용해도는 0.01 중량% 내지 0.2 중량%일 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 제조 방법은, 횡전계용 표시 장치의 제조 방법으로서, 기판 상에 액정 및 아조벤젠기를 갖는 화합물을 포함하는 액정 조성물을 제공하여 액정층 및 프리-배향 유도층을 형성하는 단계, 및 상기 액정층에 광을 조사하는 단계를 포함한다.
상기 액정 조성물은 광 경화성 단량체를 더 포함하고, 상기 광을 조사하는 단계에서, 상기 광 경화성 단량체는 상기 액정층 내에 균일하게 분산된 상태일 수 있다.
상기 광을 조사하는 단계는, 350nm 내지 450nm 범위의 파장을 갖는 광을 조사하는 단계일 수 있다.
또, 상기 프리-배향 유도층을 형성하는 단계는, 상기 기판의 표면 상에 상기 아조벤젠기를 갖는 화합물을 정렬시키는 단계이고, 상기 아조벤젠기를 갖는 화합물은 하기 화학식 2-A로 표현되는 화합물이며, 상기 광을 조사하는 단계에 의해, 하기 화학식 2-A로 표현되는 구조를 갖는 화합물들 중 적어도 일부는 하기 화학식 1-A로 표현되는 구조를 갖는 화합물로 변형될 수 있다.
<화학식 1-A>
<화학식 2-A>
상기 화학식 1-A 및 화학식 1-B에서, R1은 친수성기일 수 있고, R2는 수소원자, , , , , , , 또는 일 수 있으며, A는 탄소수 1 내지 20의 알킬렌기, 탄소수 1 내지 20의 알킬렌옥시기 또는 단일결합일 수 있다.
또한, 상기 액정 조성물은 광 경화성 단량체를 더 포함하고, 상기 광을 조사하는 단계는 제1 파장을 갖는 광을 조사하는 단계이며, 상기 제1 파장을 갖는 광을 조사하는 단계 후에, 상기 제1 파장보다 짧은 제2 파장을 갖는 광을 조사하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 액정 조성물은 광 경화성 단량체를 더 포함하고, 상기 광을 조사하는 단계는 제1 파장을 갖는 광을 제1 노광량으로 조사하는 단계이며, 상기 제1 파장을 갖는 광을 상기 제1 노광량으로 조사하는 단계 후에, 상기 제1 파장을 갖는 광을 상기 제1 노광량보다 큰 제2 노광량으로 조사하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 액정층 및 프리-배향 유도층을 형성하는 단계와 상기 광을 조사하는 단계 사이에, 상기 액정 조성물의 등방성 상전이 온도보다 0.1℃ 내지 20℃ 높은 온도로 상기 액정층을 가열하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 액정층을 가열하는 단계와 상기 광을 조사하는 단계 사이에, 상기 액정 조성물의 등방성 상전이 온도로 상기 액정층을 냉각하는 단계를 더 포함할 수 있다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액정 조성물에 의하면, 별도의 고분자 배향막을 이용하지 않음에도 불구하고 액정을 수평 배향시켜 안정화된 상태를 유지할 수 있다. 또, 표시 장치의 구동시 발생하는 잔상과 같은 불량을 최소화하고 반응 속도를 개선하여 우수한 표시 품질을 가지고 신뢰성이 향상된 표시 장치를 제공할 수 있다.
뿐만 아니라 배향막을 제조하기 위한 배향막 조성물의 유지 및 관리에 소모되는 비용을 절감할 수 있으며 배향막의 건조, 경화 및 베이크 등의 공정을 생략할 수 있어 공정을 단순화할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치가 포함하는 제1 표시 기판의 일 화소에 대한 레이아웃이다.
도 2는 도 1의 제1 표시 기판을 포함하는 표시 장치를 Ⅱ-Ⅱ'선을 따라 절개한 단면도이다.
도 3은 도 1의 제1 표시 기판을 포함하는 표시 장치를 Ⅲ-Ⅲ'선을 따라 절개한 단면도이다.
도 4는 도 3의 AR4 영역을 확대한 확대 단면도이다.
도 5는 도 3의 AR5 영역을 확대한 확대 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 장치의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 8 내지 도 19는 도 7의 제조 방법을 단계별로 나타낸 단면도들이다.
도 20은 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 장치의 제조 방법의 도 14에 대응되는 단계를 나타낸 단면도이다.
도 21은 비교예에 따라 제조된 테스트셀의 이미지들이다.
도 22 내지 도 25는 제조예 1 내지 제조예 4에 따라 제조된 테스트셀의 이미지들이다.
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.
본 명세서에서, 제1 방향(X)은 평면 내 임의의 일 방향을 의미하고, 제2 방향(Y)은 상기 평면 내에서 제1 방향(X)과 교차하는 방향을 의미하며, 제3 방향(Z)은 상기 평면과 수직한 방향을 의미한다.
다르게 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용하는 "*"는 인접하는 원자들이 공유결합하는 결합 사이트(site)를 의미한다.
다르게 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용하는 용어 "알킬기(alkyl group)"는 직쇄형 또는 분지쇄형 지방족 포화 탄화수소에서 하나의 수소원자를 제외한 1가의 원자단을 의미하며, "*-CnH2n +1(여기서, n은 자연수)"로 표현될 수 있다.
다르게 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용하는 용어 "알콕시기(alkoxy group)"는 알킬기와 산소원자 하나가 결합된 1가의 원자단을 의미하며, "*-O-CnH2n+1(여기서, n은 자연수)"로 표현될 수 있다.
다르게 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용하는 용어 "알킬렌기(alkylene group)"는 직쇄형 또는 분지쇄형 지방족 포화 탄화수소에서 두개의 수소원자를 제외한 2가의 원자단을 의미하며, "*-CnH2n-*(여기서, n은 자연수)"로 표현될 수 있다.
다르게 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용하는 용어 "알킬렌옥시기(alkyleneoxy group)"는 알킬렌기와 산소원자 하나가 결합된 2가의 원자단을 의미하며, "*-O-CnH2n-*(여기서, n은 자연수)" 또는 "*-CnH2n-O-*(여기서, n은 자연수)"로 표현될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예들에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치가 포함하는 제1 표시 기판의 일 화소에 대한 레이아웃이다. 도 2는 도 1의 제1 표시 기판을 포함하는 표시 장치를 Ⅱ-Ⅱ'선을 따라 절개한 단면도이다. 도 3은 도 1의 제1 표시 기판을 포함하는 표시 장치를 Ⅲ-Ⅲ'선을 따라 절개한 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 표시 장치(1001)는 제1 표시 기판(100), 제1 표시 기판(100)과 대향하는 제2 표시 기판(200), 제1 표시 기판(100)과 제2 표시 기판(200) 사이에 개재되는 액정층(300), 제1 표시 기판(100)과 액정층(300) 사이에 배치되는 제1 배향 유도층(411), 및 제2 표시 기판(200)과 액정층(300) 사이에 배치되는 제2 배향 유도층(421)을 포함하고, 제1 표시 기판(100) 및/또는 제2 표시 기판(200) 외측에 배치되는 하나 이상의 편광소자(미도시)를 더 포함할 수 있다.
제1 표시 기판(100)은 액정층(300) 내 액정(LC)의 배향 방향을 제어하기 위한 스위칭 소자(120)가 배치된 기판이고, 제2 표시 기판(200)은 제1 표시 기판(100)과 함께 액정층(300)을 개재하기 위한 대향 기판일 수 있다.
제1 표시 기판(100)은 제1 절연 기판(110), 제1 절연 기판(110) 상에 배치된 스위칭 소자(120), 스위칭 소자(120) 상에 배치된 제1 전극(141) 및 스위칭 소자(120) 상에 배치되며 제1 전극(141)과 절연되도록 배치된 제2 전극(151)을 포함할 수 있다.
제1 절연 기판(110)은 투명한 절연 기판일 수 있다. 예를 들어, 제1 절연 기판(110)은 유리 또는 플라스틱 기판일 수 있다. 몇몇 실시예에서 제1 절연 기판(110)은 가요성을 가질 수도 있다.
제1 절연 기판(110) 상에는 스위칭 소자(120)가 배치될 수 있다. 스위칭 소자(120)는 제1 절연 기판(110) 상에 배치된 게이트 전극(121), 게이트 전극(121) 상에 배치된 액티브층(122), 및 액티브층(122) 상에서 서로 이격되어 배치된 소스 전극(123)과 드레인 전극(124)을 포함하는 박막 트랜지스터일 수 있다. 제어 단자인 게이트 전극(121)은 게이트 라인(GL)과 연결되어 게이트 구동 신호를 제공받고, 입력 단자인 소스 전극(123)은 데이터 라인(DL)과 연결되어 데이터 구동 신호를 제공받으며, 출력 단자인 드레인 전극(124)은 제2 전극(151)과 전기적으로 연결될 수 있다. 액티브층(122)은 박막 트랜지스터의 채널 역할을 하며 게이트 전극(121)에 인가되는 전압에 따라 채널을 턴 온 또는 턴 오프할 수 있다.
게이트 전극(121)과 액티브층(122)은 제1 절연막(131)에 의해 절연될 수 있다. 액티브층(122), 소스 전극(123) 및 드레인 전극(124) 상에는 보호막(132)이 배치되어 하부의 전극들이 유기 물질과 직접 접촉하는 것을 방지할 수 있다. 제1 절연막(131) 및 보호막(132)은 무기 물질을 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 무기 물질의 예로는 질화규소(SiNx), 산화규소(SiOx), 질화산화규소(SiNxOy) 또는 산화질화규소(SiOxNy) 등을 들 수 있다. 보호막(132) 상에는 평탄화층(133)이 배치될 수 있다. 평탄화층(133)은 유기 물질을 포함하여 이루어질 수 있다. 평탄화층(133)은 제1 절연 기판(110) 상에 적층된 복수의 구성요소들의 높이를 균일하게 만들 수 있다.
평탄화층(133) 상에는 제1 전극(141) 및 제2 전극(151)이 배치될 수 있다. 제1 전극(141)은 공통 전압이 인가되는 공통 전극이고, 제2 전극(151)은 데이터 전압에 의해 제어되는 화소 전극일 수 있다. 도 2 등에는 공통 전극 상에 화소 전극 배치된 경우를 예시하고 있으나, 공통 전극과 화소 전극은 동일 층에 배치되거나, 또는 화소 전극 상에 공통 전극이 배치될 수도 있다. 제1 전극(141) 및 제2 전극(151)은 투명 전극일 수 있다. 상기 투명 전극을 형성하는 물질의 예로는 인듐 틴 옥사이드, 인듐 징크 옥사이드 등을 들 수 있다. 제1 전극(141)과 제2 전극(151)은 제2 절연막(134)에 의해 절연되도록 배치될 수 있다. 제2 절연막(134)은 무기 물질을 포함하여 이루어질 수 있다. 제1 전극(141)은 평면상 컨택홀(contact hole) 영역을 제외한 제1 절연 기판(110) 전면에 배치될 수 있다. 제2 전극(151)은 각 화소마다 배치될 수 있다. 제2 전극(151)은 복수의 미세 가지 전극을 포함하고 그 사이에 형성된 슬릿을 가질 수 있다. 복수의 미세 가지 전극은 대략 제2 방향(Y)으로 연장될 수 있다. 제2 전극(151)은 제1 전극(141)과 함께 액정층(300)에 전계를 인가하여 액정(LC)의 배향 방향을 제어할 수 있다.
이어서 제2 표시 기판(200)에 대해 설명한다. 제2 표시 기판(200)은 제2 절연 기판(210), 제2 절연 기판(210) 상에 배치된 차광 부재(220)와 컬러 필터(230), 및 차광 부재(220)와 컬러 필터(230) 상에 배치된 오버코트층(240)을 포함할 수 있다.
제2 절연 기판(210)은 제1 절연 기판(110)과 같은 투명한 절연 기판일 수 있다. 차광 부재(220)는 적어도 특정 파장 대역의 광을 흡수하거나 반사하여 광의 투과를 차단하는 물질을 포함하여 이루어질 수 있다. 예를 들어, 차광 부재(220)는 블랙 매트릭스일 수 있다. 컬러 필터(230)는 투과광의 특정 파장을 흡수하거나, 또는 투과광의 파장을 특정 파장으로 변환할 수 있다. 즉, 컬러 필터(230)는 특정 파장 대역의 광만을 선택적으로 투과시킬 수 있다. 도 2 등에는 차광 부재(220) 및 컬러 필터(230)가 제2 절연 기판(210) 상에 배치된 경우를 예시하고 있으나, 차광 부재(220) 및 컬러 필터(230) 중 하나 이상은 제1 절연 기판(110) 상에 배치될 수도 있다. 차광 부재(220) 및 컬러 필터(230) 상에는 오버코트층(240)이 배치될 수 있다. 오버코트층(240)은 유기 물질을 포함하여 이루어질 수 있다. 오버코트층(240)은 제2 절연 기판(210) 상에 적층된 복수의 구성요소들의 높이를 균일하게 만들 수 있다.
이어서 액정층(300)에 대해 설명한다. 액정층(300)은 복수의 액정(LC)들을 포함한다. 액정(LC)은 양의 유전율 이방성을 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 액정은 음의 유전율 이방성을 가질 수도 있다. 액정(LC)은 초기 배향 상태에서 그 장축이 대략 제1 방향(X)을 향하도록 배열되어 안정화된 상태를 유지하고 있을 수 있다. 즉, 초기 배향 상태에서 액정(LC)은 수평 배향될 수 있다. 본 명세서에서, 초기 배향 상태라 함은 액정층(300)에 전계가 인가되지 않은 상태에서의 액정(LC)의 배향 상태를 의미한다. 몇몇 실시예에서, 액정층(300)은 광 경화성 단량체(미도시)를 더 포함하며, 광 경화성 단량체의 함량은 약 100 ppm(parts per million) 이하일 수 있다. 광 경화성 단량체의 함량이 100 ppm 이하일 경우 잔상 불량을 최소화할 수 있다.
이하, 도 4 및 도 5를 더욱 참조로 하여 제1 배향 유도층(411) 및 제2 배향 유도층(421)에 대해 상세하게 설명한다.
도 4는 도 3의 AR4 영역을 확대한 확대 단면도이다. 도 5는 도 3의 AR5 영역을 확대한 확대 단면도이다.
도 4 및 도 5를 더욱 참조하면, 제1 배향 유도층(411)은 제1 표시 기판(100)과 액정층(300) 사이에 배치되고, 제2 배향 유도층(421)은 제2 표시 기판(200)과 액정층(300) 사이에 배치된다. 예시적인 실시예에서, 제1 표시 기판(100)과 액정층(300) 사이 및 제2 표시 기판(200)과 액정층(300) 사이에 고분자 배향막, 예컨대 주쇄의 반복단위 내에 이미드기를 포함하는 고분자막을 불포함하며, 제1 배향 유도층(411)은 제2 절연막(134)과 제2 전극(151)의 표면 상에서, 제2 배향 유도층(421)은 오버코트층(240)의 표면 상에서 정렬된 복수의 배향 유도제(AIA)들을 포함하는 단분자층일 수 있다. 제1 배향 유도층(411)과 제2 배향 유도층(421)은 배치된 위치를 제외하고는 실질적으로 동일할 수 있는 바, 이하 제1 배향 유도층(411)을 예로 하여 설명하나 제2 배향 유도층(421) 또한 마찬가지로 이해될 수 있다.
제1 배향 유도층(411)은 제1 표시 기판(100) 표면 상에 정렬된 배향 유도제(AIA)들을 포함한다. 배향 유도제(AIA)는 아조벤젠기를 갖는 시스 이성질체 상태의 화합물일 수 있다.
도 4 및 도 5에서는 배향 유도제(AIA)로서 후술할 화학식 1-G로 표현되는 화합물을 사용한 경우를 예시하고 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 상기 배향 유도제(AIA)는 하기 화학식 1-A로 표현되는 구조를 갖는 화합물일 수 있다.
<화학식 1-A>
상기 화학식 1-A에서, R1은 친수성기이고, R2는 수소원자, , , , , , , 또는 이며, A는 탄소수 1 내지 20의 알킬렌기, 탄소수 1 내지 20의 알킬렌옥시기 또는 단일결합일 수 있다. 친수성기의 예로는 , 및 등을 들 수 있다. 여기서 n1은 0 내지 2의 정수이고, n2 및 n3은 각각 독립적으로 1 내지 3의 정수이다.
상기 화학식 1-A로 표현되는 구조를 갖는 배향 유도제(AIA)는 아조기(*-N=N-*)의 이중 결합을 중심으로 두 개의 벤젠 고리가 서로 같은 방향에 위치하는 시스 이성질체 상태일 수 있다. 배향 유도제(AIA)는 아조기를 오직 하나만 가짐으로써 시스 구조를 하나의 위치에서만 가질 수 있다. 또 배향 유도제(AIA)는 벤젠 고리를 두개만 가짐으로써 배향 유도제(AIA)가 공간 상에서 차지하는 부피를 최소화할 수 있고, 이웃한 시스 이성질체 상태인 배향 유도제의 정렬을 방해하지 않을 수 있다.
상기 화학식 1-A로 표현되는 구조를 갖는 배향 유도제(AIA) 일측의 친수성기(R1-*)는 제1 표시 기판(100)을 향하도록 정렬될 수 있다. 즉, 배향 유도제(AIA)의 친수성기(R1-*)는 인접한 제1 표시 기판(100)의 표면과 대략 수직하게 정렬되어 안정화된 상태를 유지하고 있을 수 있다. 배향 유도제(AIA)의 친수성기(R1-*)는 제1 표시 기판(100)이 포함하는 제2 전극(151) 및/또는 제2 절연층(134) 등의 표면에 노출된 친수성기, 예컨대 히드록실기(-OH)와 수소 결합을 형성할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 친수성기(R1-*)는 탄소수 3 이하, 또는 탄소수 2 이하, 또는 탄소수 1의 구조를 가짐으로써 상대적으로 강성한(rigid) 성질을 가지고 제1 표시 기판(100)의 표면 상에서 배향 유도제(AIA)를 안정적으로 지지할 수 있다.
상기 화학식 1-A로 표현되는 구조를 갖는 배향 유도제(AIA) 타측의 연결기와 말단기(*-A-R2)는 제1 표시 기판(100)의 표면과 나란한 방향을 향하도록 정렬될 수 있다. 즉, 배향 유도제(AIA)의 연결기와 말단기(*-A-R2)는 대략 제1 방향(X)과 평행한 방향을 향하도록 정렬되어 안정화된 상태를 유지하고 있을 수 있다. 예시적인 실시예에서, 연결기(*-A-*)는 탄소수 20 이하, 또는 탄소수 4 이상 20 이하, 또는 탄소수 6의 사슬 구조 또는 분지쇄 구조를 가짐으로써 상대적으로 유연한(flexible) 성질을 가짐과 동시에 소수성을 띨 수 있다. 이를 통해 액정(LC)들과의 친화력을 높일 수 있고 제1 배향 유도층(411)과 인접한 액정(LC)들을 초기 수평 배향할 수 있다.
예를 들어, 상기 화학식 1-A로 표현되는 구조를 갖는 화합물은 하기 화학식 1-B로 표현되는 구조를 갖는 화합물일 수 있다.
<화학식 1-B>
상기 화학식 1-B에서, R1, R2 및 A는 화학식 1-A와 동일하다.
하나의 벤젠 고리의 파라(para) 위치에 질소원자와 친수성기(R1-*)를 결합하여 질소원자(화학식 1-B에서 좌측 N)에서 R1에 이르는 골격을 대략 선형으로 구성하고, 다른 벤젠 고리의 파라 위치에 질소원자와 연결기(*-A-*)를 결합하여 질소원자(화학식 1-B에서 우측 N)에서 R2에 이르는 골격을 대략 선형으로 구성함으로써 보다 안정적인 배향이 가능할 수 있다.
다른 예를 들어, 상기 화학식 1-A로 표현되는 구조를 갖는 화합물은 하기 화학식 1-C, 화학식 1-D, 화학식 1-E 또는 화학식 1-F로 표현되는 구조를 갖는 화합물일 수 있다.
<화학식 1-C>
<화학식 1-D>
<화학식 1-E>
<화학식 1-F>
상기 화학식 1-C 및 화학식 1-D에서, R3는 탄소수 1 내지 20의 알킬기이고, 화학식 1-E 및 화학식 1-F에서, R4는 탄소수 1 내지 20의 알킬렌기이며, R5는 또는 이다.
또 다른 예를 들어, 상기 화학식 1-A로 표현되는 구조를 갖는 화합물은 하기 화학식 1-G로 표현되는 구조를 갖는 화합물일 수 있다.
<화학식 1-G>
몇몇 실시예에서, 제1 배향 유도층(411)은 아조벤젠기를 갖는 트랜스 이성질체 상태의 화합물을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 배향 유도층(411)은 하기 화학식 2-A로 표현되는 구조를 갖는 화합물을 더 포함할 수 있다.
<화학식 2-A>
상기 화학식 2-A에서, R1, R2 및 A는 화학식 1-A와 동일하다.
상기 화학식 2-A로 표현되는 구조를 갖는 화합물은 아조기의 이중 결합을 중심으로 두 개의 벤젠 고리가 서로 다른 방향에 위치하는 트랜스 이성질체 상태일 수 있다. 도면에 도시하지 않았으나, 상기 화학식 2-A로 표현되는 구조를 갖는 화합물은 제1 표시 기판(100)의 표면과 대략 수직하게 정렬될 수 있다. 예를 들어 상기 화합물의 친수성기(R1-*)는 제1 표시 기판(100)을 향하도록 정렬될 수 있다. 상기 화합물의 친수성기(R1-*)는 제1 표시 기판(100)이 포함하는 제2 전극(151) 및/또는 제2 절연층(134) 등의 표면에 노출된 친수성기와 수소 결합을 형성할 수 있다. 또, 상기 화학식 2-A로 표현되는 구조를 갖는 화합물 타측의 연결기와 말단기(*-A-R2)는 액정(LC)들과 친화력을 가져 액정층(300)을 향하도록 정렬되어 안정화된 상태를 유지하고 있을 수 있다.
예를 들어, 상기 화학식 2-A로 표현되는 구조를 갖는 화합물은 하기 화학식 2-B로 표현되는 구조를 갖는 화합물일 수 있다.
<화학식 2-B>
상기 화학식 2-B에서, R1, R2 및 A는 화학식 1-B와 동일하다.
하나의 벤젠 고리의 파라 위치에 질소원자와 친수성기(R1-*)를 결합하고, 다른 벤젠 고리의 파라 위치에 질소원자와 연결기(*-A-*)를 결합하여 상기 화학식 2-B로 표현되는 구조를 갖는 화합물을 대략 선형으로 구성할 수 있다.
다른 예를 들어, 상기 화학식 2-A로 표현되는 구조를 갖는 화합물은 하기 화학식 2-C, 화학식 2-D, 화학식 2-E 또는 화학식 2-F로 표현되는 구조를 갖는 화합물일 수 있다.
<화학식 2-C>
<화학식 2-D>
<화학식 2-E>
<화학식 2-F>
상기 화학식 2-C, 화학식 2-D, 화학식 2-E 및 화학식 2-F에서, R3, R4 및 R5는 각각 화학식 1-C, 화학식 1-D, 화학식 1-E 및 화학식 1-F와 동일하다.
또 다른 예를 들어, 상기 화학식 2-A로 표현되는 구조를 갖는 화합물은 하기 화학식 2-G로 표현되는 구조를 갖는 화합물일 수 있다.
<화학식 2-G>
다른 몇몇 실시예에서, 제1 배향 유도층(411)은 광 경화성 중합체(RMP)들을 더 포함할 수 있다. 복수의 광 경화성 중합체(RMP)들은 제1 표시 기판(100) 및 제2 표시 기판(200) 표면에 흡착되어 배향 안정화층을 형성할 수 있다. 광 경화성 중합체(RMP)는 광 경화성 단량체의 중합체로서, 예를 들어 상기 광 경화성 단량체는 반응성 메조겐이고 상기 광 경화성 중합체는 반응성 메조겐의 중합체일 수 있다. 광 경화성 중합체(RMP)들은 제1 표시 기판(100) 및 제2 표시 기판(200)의 표면 상에 배치되어 제1 및 제2 배향 유도층(411,421)의 배향 안정성을 개선할 수 있다. 도 4 및 도 5에는 광 경화성 중합체(RMP)들이 배향 유도제(AIA) 분자들 사이에 배치되어 배향 유도제(AIA)들을 지지해주는 경우를 예시하고 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 광 경화성 중합체(RMP)들은 자가-정렬된 배향 유도제(AIA) 단분자층의 표면을 뒤덮고 있을 수도 있다.
비제한적인 일례로서, 제1 배향 유도층(411) 및 제2 배향 유도층(421)은 각각 상기 화학식 1-A로 표현되는 구조를 갖는 화합물, 상기 화학식 2-A로 표현되는 구조를 갖는 화합물 및 상기 광 경화성 중합체(RMP)만으로 이루어질 수 있다. 액정층(300)과 제1 및 제2 표시 기판(100,200)들의 사이에 별도의 고분자 배향막, 예컨대 주쇄의 반복단위 내에 이미드기를 포함하는 고분자막을 불포함함으로써 잔상 불량 등을 최소화하고 고분자막의 제조에 소모되는 비용을 절감할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 장치의 단면도이다.
도 6을 참조하면, 도 6의 실시예에 따른 표시 장치(1002)의 제1 전극(142)과 제2 전극(152)은 제1 절연 기판(110) 상에서 서로 절연되도록 배치되되, 제1 전극(142)과 제2 전극(152)은 동일한 층에 배치된 점이 도 2의 실시예에 따른 표시 장치(1001)과 상이한 점이다. 즉, 제1 배향 유도층(412)은 제1 전극(142), 제2 전극(152)의 표면 상에서 정렬된 복수의 배향 유도제들을 포함하는 단분자층일 수 있다. 액정(LC)은 양의 유전율 이방성을 가지고, 초기 배향 상태에서 수평 배향될 수 있다. 다른 실시예에서 액정은 음의 유전율 이방성을 가질 수도 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 제조 방법을 설명한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 제조 방법은 기판 상에 액정 및 아조벤젠기를 갖는 화합물을 포함하는 액정 조성물을 제공하는 단계(S110), 액정층 및 프리-배향 유도층(pre-alignment inducing layer)을 형성하는 단계(S120), 액정층을 가열하는 단계(S130), 액정층을 냉각하는 단계(S140), 액정층에 광을 1차 조사하는 제1 광 조사 단계(S150), 및 액정층에 광을 2차 조사하는 제2 광 조사 단계(S160)를 포함할 수 있다.
도 8 내지 도 19는 도 7의 제조 방법을 단계별로 나타낸 단면도들이다.
구체적으로, 도 8은 기판 상에 액정 조성물을 제공하는 단계(S110)를 나타낸 단면도이다. 도 9는 액정층 및 프리-배향 유도층을 형성하는 단계(S120)를 나타낸 단면도이고, 도 10은 도 9의 AR10 영역을 확대한 확대 단면도이며, 도 11은 도 9의 AR11 영역을 확대한 확대 단면도이다. 도 12는 액정층을 가열하는 단계(S130)를 나타낸 단면도이고, 도 13은 액정층을 냉각하는 단계(S140)를 나타낸 단면도이다. 도 14는 제1 광 조사 단계(S150)를 나타낸 단면도이고, 도 15는 도 14의 AR15 영역을 확대한 확대 단면도이며, 도 16은 도 14의 AR16 영역을 확대한 확대 단면도이다. 도 17은 제2 광 조사 단계(S160)를 나타낸 단면도이고, 도 18은 도 17의 AR18 영역을 확대한 확대 단면도이며, 도 19는 도 17의 AR19 영역을 확대한 확대 단면도이다.
우선 도 7 및 도 8을 참조하면, 기판 상에 액정 조성물(LCC)을 제공한다(S110). 기판 상에 액정 조성물(LCC)을 제공하는 단계(S110)는 제1 표시 기판(100) 및 제2 표시 기판(200) 사이에 액정 조성물(LCC)을 제공하는 단계일 수 있다.
제1 표시 기판(100)은 스위칭 소자(120)가 배치된 기판이고, 제2 표시 기판(200)은 대향 기판일 수 있다. 제1 표시 기판(100) 및 제2 표시 기판(200)에 대해서는 도 3 등과 함께 설명한 바 있으므로 구체적인 설명은 생략한다.
액정 조성물(LCC)은 복수의 액정(LC) 및 액정 조성물(LCC) 내에 균일하게 분산된 아조벤젠기를 갖는 트랜스 이성질체 상태의 화합물(AIA')을 포함하고, 광 경화성 단량체(RM) 및 광 개시제(미도시)를 더 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 액정(LC) 및 액정 조성물(LCC)은 양의 유전율 이방성을 가지고, 아조벤젠기를 갖는 화합물(AIA')은 수평 배향용 프리-배향 유도제(pre-alignment inducing agent)일 수 있다. 다른 실시예에서 액정(LC) 및/또는 액정 조성물(LCC)은 음의 유전율 이방성을 가질 수도 있다.
후술할 도 10 등에서는 아조벤젠기를 갖는 화합물(AIA')로 화학식 2-G로 표현되는 구조를 갖는 화합물을 사용한 경우를 예시하고 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 상기 아조벤젠기를 갖는 화합물, 즉 프리-배향 유도제(AIA')는 하기 화학식 2-A로 표현되는 구조를 갖는 화합물일 수 있다.
<화학식 2-A>
상기 화학식 2-A에서, R1은 친수성기이고, R2는 수소원자, , , , , , , 또는 이며, A는 탄소수 1 내지 20의 알킬렌기, 탄소수 1 내지 20의 알킬렌옥시기 또는 단일결합일 수 있다. 친수성기의 예로는 , 및 등을 들 수 있다. 여기서 n1은 0 내지 2의 정수이고, n2 및 n3은 각각 독립적으로 1 내지 3의 정수이다.
상기 화학식 2-A로 표현되는 구조를 갖는 프리-배향 유도제(AIA')는 아조기의 이중 결합을 중심으로 두 개의 벤젠 고리가 서로 다른 방향에 위치하는 트랜스 이성질체 상태일 수 있다. 후술할 바와 같이, 상기 화학식 2-A로 표현되는 구조를 갖는 프리-배향 유도제(AIA')의 아조기는 특정 파장 대역의 광을 흡수하여 트랜스-시스 이성질화될 수 있다.
상기 화학식 2-A로 표현되는 구조를 갖는 프리-배향 유도제(AIA')의 분자량은 약 200 g/mol 내지 650 g/mol, 또는 약 300 g/mol 내지 450 g/mol일 수 있다. 분자량이 200 g/mol 이상이면 액정을 안정적으로 초기 수평 배향할 수 있고 650 g/mol 이하이면 배향 유도제 화합물에 충분한 정도의 용해도(solubility)를 부여할 수 있다. 또, 상기 화학식 2-A로 표현되는 구조를 갖는 프리-배향 유도제(AIA') 화합물의 상기 액정에 대한 25℃에서의 용해도는 약 0.01 중량% 내지 0.2 중량%일 수 있다. 용해도가 0.2 중량% 이하이면 배향 결함을 최소화하면서 액정의 초기 배향을 양호하게 유도할 수 있고, 액정이 초기 배향된 후에 배향 상태가 열 및 광에 대해 높은 안정성을 가지며, 배향 유도제 화합물 간에 응집(aggregation)이 일어나는 것을 최소화할 수 있다. 또, 후술할 광 중합성 단량체를 중합하는 과정에서 광 중합의 방해를 최소화할 수 있다. 본 명세서에서, 용해도는 도펀트 물질(예컨대, 프리-배향 유도제 화합물)이 호스트 물질(예컨대, 액정)에 용해될 수 있는 최대 용해량을 의미한다.
프리-배향 유도제(AIA')는 액정 조성물(LCC) 전체 중량에 대하여 약 0.01 중량% 내지 1.0 중량%로 포함될 수 있다. 프리-배향 유도제(AIA')의 함량이 0.01 중량% 이상이면 액정을 초기 수평 배향하여 안정화시키기에 충분한 단분자 밀도를 갖는 배향 유도층을 형성할 수 있고, 함량이 0.1 중량% 이하이면 배향 유도층의 단분자 밀도를 과도하지 않게 하여 시스 이성질화 반응 후에도 배향 안정성을 유지할 수 있다.
예를 들어, 상기 화학식 2-A로 표현되는 구조를 갖는 프리-배향 유도제(AIA')는 하기 화학식 2-B로 표현되는 구조를 갖는 화합물일 수 있다.
<화학식 2-B>
상기 화학식 2-B에서, R1, R2 및 A는 화학식 1-B와 동일하다.
다른 예를 들어, 상기 화학식 2-A로 표현되는 구조를 갖는 프리-배향 유도제(AIA')는 하기 화학식 2-C, 화학식 2-D, 화학식 2-E 또는 화학식 2-F로 표현되는 구조를 갖는 화합물일 수 있다.
<화학식 2-C>
<화학식 2-D>
<화학식 2-E>
<화학식 2-F>
상기 화학식 2-C 및 화학식 2-D에서, R3는 탄소수 1 내지 20의 알킬기이고, 화학식 2-E 및 화학식 2-F에서, R4는 탄소수 1 내지 20의 알킬렌기이며, R5는 또는 이다.
또 다른 예를 들어, 상기 화학식 2-A로 표현되는 구조를 갖는 프리-배향 유도제(AIA')는 하기 화학식 2-G로 표현되는 구조를 갖는 화합물일 수 있다.
<화학식 2-G>
광 경화성 단량체(RM)는 액정성을 발현하기 위한 메조겐 코어 구조를 강성기로서 포함하고, 고분자화를 위한 중합 가능한 말단기를 하나 이상 갖는 화합물을 의미하며, 특정 파장 대역의 광을 흡수하여 중합체를 형성할 수 있다. 예를 들어 광 경화성 단량체(RM)는 반응성 메조겐일 수 있다.
상기 광 경화성 단량체의 상기 메조겐 코어 구조의 예로는 탄소수 6 내지 30의 치환되거나 비치환된 방향족 또는 지환족 화합물을 포함하는 탄화수소 또는 탄소수 6 내지 30의 치환되거나 비치환된 헤테로고리 등을 들 수 있다. 또 상기 말단기의 예로는 , , , , , , 또는 등을 들 수 있다.
광 경화성 단량체(RM)는 액정 조성물(LCC) 전체 중량에 대하여 약 0.01 중량% 내지 2.0 중량%로 포함될 수 있다. 광 경화성 단량체의 함량이 0.01 중량% 이상이면 배향 유도층의 열 및 광에 대한 안정성을 더욱 높일 수 있는 배향 안정화층을 효과적으로 형성할 수 있고, 2.0 중량% 이하이면 미반응 광 경화성 단량체에 의한 잔상 등의 불량을 방지할 수 있다.
도 8은 제1 표시 기판(100) 상에 액정 조성물(LCC)을 적하한 후 제1 표시 기판(100)과 제2 표시 기판(200)을 합착하는 경우를 예시하고 있으나, 제1 표시 기판(100)과 제2 표시 기판(200)을 합착한 후 액정 조성물(LCC)을 주입할 수도 있다.
이어서 도 7 및 도 9 내지 도 11을 참조하면, 액정층(310) 및 프리-배향 유도층(430,440)을 형성한다(S120). 액정 조성물 내에서 균일하게 분산되어 있던 프리-배향 유도제(AIA')는 제1 표시 기판(100) 및 제2 표시 기판(200)과의 화학적 선택성(예컨대, 수소 결합)에 의해 제1 표시 기판(100)의 표면 상에 자가-정렬되어 제1 프리-배향 유도층(430)을 형성하고 제2 표시 기판(200)의 표면 상에 자가-정렬되어 제2 프리-배향 유도층(440)을 형성할 수 있다. 또한 액정 조성물 내에서 균일하게 분산되어 있던 프리-배향 유도제(AIA')는 제1 표시 기판(100) 및 제2 표시 기판(200)의 표면과 액정층(310) 사이의 계면에서 계면 에너지를 줄이기 위한 계면활성제 역할을 하여 프리-배향 유도제(AIA')의 친수성기가 기판 표면에 흡착될 수 있다.
상기 화학식 2-A로 표현되는 구조를 갖는 프리-배향 유도제(AIA')는 제1 표시 기판(100) 및 제2 표시 기판(200)의 표면과 대략 수직하게 정렬되어 안정화된 상태를 유지할 수 있다. 예를 들어 프리-배향 유도제(AIA')의 친수성기(R1-*)는 제1 표시 기판(100) 및 제2 표시 기판(200)의 표면에 노출된 친수성기와 수소 결합을 형성할 수 있다. 친수성기(R1-*)는 탄소수 3 이하, 또는 탄소수 2 이하, 또는 탄소수 1의 구조를 가짐으로써 상대적으로 강성한 성질을 가지고 제1 표시 기판(100) 및 제2 표시 기판(200)의 표면 상에서 프리-배향 유도제(AIA')를 안정적으로 지지할 수 있다. 또, 프리-배향 유도제(AIA')의 연결기(*-A-*)는 탄소수 20 이하, 또는 탄소수 4 이상 20 이하, 또는 탄소수 6의 사슬 구조 또는 분지쇄 구조를 가짐으로써 상대적으로 유연한 성질과 동시에 소수성을 띠어 액정층(310) 방향을 향하도록 정렬되어 안정화된 상태를 유지할 수 있다. 즉, 프리-배향 유도제(AIA')는 제1 및 제2 표시 기판(100,200)의 표면 및 액정(310)들과 형성하는 인력과 척력을 통해 수직하게 자가-정렬될 수 있다. 이 때 제1 프리-배향 유도층(430) 및 제2 프리-배향 유도층(440)은 자가-정렬된 프리-배향 유도제(AIA')들만으로 이루어진 단분자층일 수 있다.
이어서 도 7 및 도 12를 참조하면, 액정층(311)을 가열한다(S130). 액정층(311)을 가열하는 단계(S130)는 액정층(311) 내 액정(LC)들의 퍼짐성과 균일성을 향상시키기 위한 단계일 수 있다. 예시적인 실시예에서, 액정층(311)을 가열하는 단계(S130)는 액정층(311) 내 액정의 등방성 상전이 온도보다 약 0.1℃ 내지 20℃ 높은 온도로 액정층(311)을 가열하는 단계일 수 있다.
이어서 도 7 및 도 13을 참조하면, 가열된 액정층(312)을 냉각한다(S140). 가열된 액정층(312)을 냉각하는 단계(S140)는 액정층(312) 내 액정들의 퍼짐성과 균일성을 더욱 향상시키기 위한 단계일 수 있다. 예시적인 실시예에서, 액정층을 냉각하는 단계(S140)는 액정층(312) 내 액정의 등방성 상전이 온도보다 약 0.1℃ 내지 20℃ 높은 온도로 가열된 액정층을 액정의 등방성 상전이 온도로 냉각하는 단계일 수 있다.
다른 실시예에서, 액정층을 냉각하는 단계(S140)는 생략될 수 있다. 이 경우 후술할 제1 광 조사 단계(S150)는 액정의 등방성 상전이 온도보다 약 0.1℃ 내지 20℃ 높은 온도로 액정층이 가열된 상태에서 수행될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 액정층을 가열하는 단계(S130) 및 냉각하는 단계(S140)는 모두 생략되어 별도의 열처리 공정 없이 제1 광 조사 단계(S150)를 수행할 수도 있다.
이어서 도 7 및 도 14 내지 도 16을 참조하면, 제1 파장을 갖는 광을 조사한다(S150). 예시적인 실시예에서, 제1 파장을 갖는 광을 조사하는 제1 광 조사 단계(S150)는 기판 면에 대하여 대략 수직으로 입사하는 제1 파장을 가지고 제2 방향(Y)으로 편광된 광을 조사하여 액정(LC)을 초기 수평 배향하여 안정화시키는 단계일 수 있다.
상기 화학식 2-A로 표현되는 구조를 갖는 트랜스 이성질체 상태의 프리-배향 유도제의 적어도 일부는 상기 제1 파장을 갖는 광을 흡수하여 하기 화학식 1-A로 표현되는 구조를 갖는 시스 이성질체 상태의 배향 유도제(AIA)로 트랜스-시스 이성질화될 수 있다.
<화학식 1-A>
상기 화학식 1-A에서, R1, R2 및 A는 화학식 2-A와 동일하다.
즉, 제1 표시 기판(100) 및 제2 표시 기판(200) 표면의 상기 화학식 2-A로 표현되는 구조를 갖는 프리-배향 유도제로 이루어진 제1 프리-배향 유도층(도 13의 430) 및 제2 프리-배향 유도층(도 13의 440)은 제1 파장을 갖는 광을 흡수하여 상기 화학식 1-A로 표현되는 구조를 갖는 배향 유도제(AIA)로 이루어진 제1 프리-배향 유도층(431) 및 제2 프리-배향 유도층(441)으로 변화할 수 있다.
구체적으로, 상기 화학식 1-A로 표현되는 구조를 갖는 배향 유도제(AIA)의 친수성기(R1-*)는 트랜스-시스 이성질화에도 불구하고 제1 표시 기판(100) 및 제2 표시 기판(200) 표면과 강한 결합력을 가지고 대략 수직하게 자가-정렬된 상태를 유지하는 반면, 배향 유도제(AIA)의 연결기와 말단기(*-A-R2)는 제2 방향(Y)으로 편광된 광에 의해 대략 제1 방향(X)과 평행한 방향을 향하도록 분자 내 재배열될 수 있다. 충분한 사슬 길이를 가짐과 동시에 액정(LC)들과 친화력을 갖는 연결기와 말단기(*-A-R2)의 배열 방향의 변화를 통해 인접한 액정(LC)들 또한 배향 유도제(AIA)의 연결기와 말단기(*-A-R2)와 대략 동일한 방향(즉, 제1 방향)으로 배향되어 안정화된 상태를 유지하고 있을 수 있다. 특히 배향 유도제(AIA)는 아조기를 오직 하나만 가짐으로써 시스 구조를 하나의 위치에서만 형성하여 연결기와 말단기(*-A-R2)를 인접한 제1 및 제2 표시 기판(100,200) 표면에 대해 대략 나란한 방향으로 향하도록 정렬하여 액정층(312) 내 액정(LC)을 수평 배향할 수 있다. 또, 배향 유도제(AIA)는 벤젠 고리를 두개만 가짐으로써 이웃한 배향 유도제의 정렬을 방해하지 않으면서 안정적인 시스 이성질체 상태를 유지할 수 있다.
상기 제1 파장은 프리-배향 유도제의 이성질화를 유도하는 범위이면 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어 피크 파장이 약 350nm 내지 600nm, 또는 약 350nm 내지 약 450nm, 또는 약 355nm 내지 약 375nm 범위 내에 위치하는 파장일 수 있다. 또, 제1 광 조사 단계(S150)는 약 10 ㎼/cm2 내지 1 W/cm2의 조사량으로 약 10초 내지 100분 동안 수행될 수 있다. 제1 광 조사 단계(S150)에서, 액정층(312) 내 광 경화성 단량체(RM)들은 균일하게 분산된 상태일 수 있다.
이어서 도 7 및 도 17 내지 도 19를 참조하면, 제2 파장을 갖는 광을 제2 노광량으로 조사한다(S160). 예시적인 실시예에서, 제2 파장을 갖는 광을 제2 노광량으로 조사하는 제2 광 조사 단계(S160)는 광 경화성 중합체(RMP)를 형성하는 단계일 수 있다.
광 경화성 단량체(미도시)들은 상기 제2 파장을 갖는 광을 흡수하여 광 경화성 중합체(RMP)로 중합되고 액정층(300) 내 광 경화성 단량체의 함량은 감소할 수 있다. 광 경화성 중합체(RMP)들은 제1 표시 기판(100) 및 제2 표시 기판(200) 표면에 흡착되어 배향 안정화층을 형성할 수 있다. 예를 들어 광 경화성 단량체는 반응성 메조겐일 수 있다. 광 경화성 중합체(RMP)들로 이루어진 배향 안정화층을 포함하는 제1 및 제2 배향 유도층(411,421)은 견고한 고체막을 형성하여 열 및/또는 광에 대한 우수한 배향 안정성을 부여할 수 있다.
또, 제2 파장을 갖는 광을 조사하는 제2 광 조사 단계(S160)는 액정층(300) 내 광 경화성 단량체(미도시)의 함량이 100 ppm 이하가 되도록 광을 조사하는 단계일 수 있다. 액정층(300) 내 미반응 광 경화성 단량체의 함량 범위를 상기 범위에 있도록 하여 잔상 불량 등을 방지할 수 있다.
상기 제2 파장은 광 경화성 단량체의 중합 반응을 유도하는 범위이면 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어 피크 파장이 약 350nm 내지 380nm, 또는 약 350nm 내지 360nm 범위 내에 위치하는 파장일 수 있다. 또 제2 광 조사 단계(S160)는 약 100 ㎼/cm2 내지 1 W/cm2, 또는 약 1 mW/cm2 내지 200 mW/cm2의 조사량으로 약 1분 내지 120분 동안 수행될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 제1 광 조사 단계(S150)는 제1 파장을 갖는 광을 조사하는 단계이고, 제2 광 조사 단계(S160)는 상기 제1 파장보다 짧은 제2 파장을 갖는 광을 조사하는 단계일 수 있다. 예컨대, 상기 제1 파장은 약 400nm 내지 450nm의 파장이고, 상기 제2 파장은 약 350nm 내지 380nm의 파장일 수 있다. 약 400nm 이상의 파장 범위에서 프리-배향 유도제(AIA')의 이성질화 반응이 광 경화성 단량체의 중합 반응보다 현저하게 우세함을 이용하여 수평 배향 유도와 배향 안정화층의 형성을 단계적으로 수행할 수 있다.
다른 실시예에서, 제1 광 조사 단계(S150)는 제1 파장을 갖는 광을 제1 노광량으로 제1 시간 동안 조사하는 단계이고, 제2 광 조사 단계(S160)는 상기 제1 파장과 실질적으로 동일한 제2 파장을 갖는 광을 상기 제1 노광량보다 큰 제2 노광량으로 상기 제1 시간보다 긴 제2 시간 동안 조사하는 단계일 수 있다. 예컨대, 상기 제1 파장 및 제2 파장은 약 350nm 내지 380nm의 파장이고, 상기 제1 노광량은 약 10 ㎼/cm2 내지 10 mW/cm2이며, 상기 제2 노광량은 약 1 mW/cm2 내지 1 W/cm2 일 수 있다. 또 상기 제1 시간은 약 10초 내지 10분이고, 상기 제2 시간은 약 1분 내지 60분일 수 있다. 프리-배향 유도제(AIA')의 이성질화 반응과 광 경화성 단량체의 중합 반응이 모두 진행되는 파장 범위에서, 프리-배향 유도제(AIA')의 이성질화 반응이 광 경화성 단량체의 중합 반응보다 광에 현저하게 민감함을 이용하여 수평 배향 유도와 배향 안정화층의 형성을 단계적으로 수행할 수 있다.
상기 제2 파장을 갖는 광은 비편광된 광일 수 있으나 편광된 광일 수도 있다. 본 명세서에서, 비편광(unpolarized)된 광은 무작위한 편광(random polarization) 성분으로 이루어진 광을 의미한다.
도 20은 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 장치의 제조 방법의 도 14에 대응되는 단계를 나타낸 단면도이다.
도 7 및 도 20을 참조하면, 본 실시예에 따른 표시 장치의 제조 방법의 제1 광 조사 단계(S150)는 기판 면에 대하여 경사를 가지고 입사하는 제1 파장을 갖는 광을 조사하여 액정(LC)을 초기 수평 배향하여 안정화시키는 단계인 점이 도 14의 실시예에 따른 제1 광 조사 단계와 상이한 점이다.
제1 파장을 갖는 광은 액정층(313)의 제2 방향(Y) 일측으로부터 조사될 수 있다. 즉, 평면 시점에서, 상기 광의 광 경로는 제2 방향(Y)과 대략 평행할 수 있다. 상기 광을 제2 방향(Y) 일측으로부터 조사함으로써 배향 유도제의 연결기와 말단기는 대략 제1 방향(X)과 평행한 방향을 향하도록 분자 내 재배열될 수 있다.
상기 제1 파장을 갖는 광이 기판 면과 이루는 입사각은 프리-배향 유도제의 효율적인 이성질화를 유도하는 범위이면 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어 약 20도 내지 60도, 또는 약 45도, 또는 약 30도일 수 있다.
이하, 제조예들과 비교예를 참고로 하여 본 발명에 대해 더욱 상세하게 설명한다.
< 비교예 >
하기 화학식 2-G로 표현되는 구조를 갖는 화합물 0.2중량%, 반응성 메조겐 0.3중량%, 광 개시제 0.01중량% 및 잔량의 액정 호스트 MLC-15600-100(머크사)로 이루어진 액정 조성물을 준비하였다.
<화학식 2-G>
그리고 준비된 액정 조성물 및 배향 처리되지 않은 기판을 이용하여 PLS 테스트셀을 제조한 후 테스트셀의 상부 및 하부에 서로 직교(도 21의 가로방향 및 세로방향)하는 편광소자를 배치하였다. 제조된 테스트셀에 전압을 인가하지 않은 상태에서의 테스트셀의 전체 이미지 및 테스트셀의 현미경 이미지를 도 21에 나타내었다.
도 21은 비교예에 따른 테스트셀의 전체 이미지(상) 및 일부 영역의 현미경 이미지(하)이다. 도 21을 참조하면, 상기 화학식 2-G로 표현되는 화합물과 양의 유전율 이방성을 갖는 액정 호스트를 포함하는 액정 조성물을 이용한 테스트셀의 액정은 초기 배향되지 않고 무질서한 수평 배열 상태를 가짐을 확인할 수 있다.
< 제조예 1>
상기 비교예와 동일한 구조의 테스트셀의 일부 영역(도 22의 점선으로 표시된 영역)에 110℃ 조건 하에서 일 방향(도면상 세로방향)으로 선 편광된 380nm 내지 410nm 파장의 광을 10 mW/cm2의 세기로 10분 동안 조사하여 테스트셀을 제조하고 상온으로 냉각시킨 후 테스트셀의 상부 및 하부에 서로 직교(도면상 가로방향 및 세로방향)하는 편광소자를 배치하였다. 제조된 테스트셀에 전압을 인가하지 않은 상태에서의 테스트셀의 전체 이미지 및 테스트셀의 현미경 이미지를 도 22에 나타내었다.
도 22는 제조예 1에 따른 테스트셀의 전체 이미지(상) 및 점선으로 표시된 영역의 현미경 이미지(하)이다. 도 22를 참조하면, 광을 조사하지 않은 영역은 초기의 랜덤 수평 배열 상태를 그대로 유지하는 반면, 편광된 광을 조사한 영역(점선으로 표시된 영역)은 전압이 인가되지 않은 상태에서 광이 투과되지 않는 것을 확인할 수 있다. 이는 초기 배향 상태에서, 어느 편광소자의 투과축 방향과 액정의 장축의 방향이 대략 직교하기 때문일 수 있다.
< 제조예 2>
상기 제조예 1에 따라 제조된 테스트셀을 반시계 방향으로 45도 회전시킨 후 테스트셀의 상부 및 하부에 서로 직교(도 23의 가로방향 및 세로방향)하는 편광소자를 배치하였다. 제조된 테스트셀에 전압을 인가하지 않은 상태에서의 테스트셀의 전체 이미지 및 테스트셀의 현미경 이미지를 도 23에 나타내었다.
도 23은 제조예 2에 따른 테스트셀의 전체 이미지(상) 및 점선으로 표시된 영역의 현미경 이미지(하)이다. 도 23을 참조하면, 편광된 광을 조사한 영역(점선으로 표시된 영역)은 전압이 인가되지 않은 상태에서 광이 일부 투과하는 것을 확인할 수 있다. 이는 초기 배향 상태에서, 어느 편광소자의 투과축 방향과 액정의 장축의 방향이 대략 45도를 이루기 때문일 수 있다.
< 제조예 3>
상기 비교예와 동일한 구조의 테스트셀의 일부 영역(도 24의 점선으로 표시된 영역)에 110℃ 조건 하에서 일 방향(도면상 가로방향)으로 선 편광된 380nm 내지 410nm 파장의 광을 10 mW/cm2의 세기로 10분 동안 조사하였다. 그리고 상온으로 냉각시킨 후, 350nm 내지 380nm 파장의 광을 100 mW/cm2의 세기로 60분 동안 조사하였다. 그리고 110℃에서 15시간 동안 방치하였다. 그 다음 테스트셀의 상부 및 하부에 서로 직교(도면상 가로방향 및 세로방향)하는 편광소자를 배치하였다. 제조된 테스트셀에 전압을 인가하지 않은 상태에서의 테스트셀의 전체 이미지 및 테스트셀의 현미경 이미지를 도 24에 나타내었다.
도 24는 제조예 3에 따른 테스트셀의 전체 이미지(상) 및 점선으로 표시된 영역의 현미경 이미지(하)이다. 도 24를 참조하면, 편광된 광을 조사한 영역(점선으로 표시된 영역)은 전압이 인가되지 않은 상태에서 광이 투과되지 않는 것을 확인할 수 있다. 즉, 제조예 3에 따른 테스트셀은 고온 조건 하에서도 액정의 초기 배향 방향이 흐트러지지 않아 배향 안정성이 우수함을 알 수 있다.
< 제조예 4>
상기 제조예 3에 따라 제조된 테스트셀을 시계 방향으로 45도 회전시킨 후 테스트셀의 상부 및 하부에 서로 직교(도 25의 가로방향 및 세로방향)하는 편광소자를 배치하였다. 제조된 테스트셀에 전압을 인가하지 않은 상태에서의 테스트셀의 전체 이미지 및 테스트셀의 현미경 이미지를 도 25에 나타내었다.
도 25는 제조예 4에 따른 테스트셀의 전체 이미지(상) 및 점선으로 표시된 영역의 현미경 이미지(하)이다. 도 25를 참조하면, 편광된 광을 조사한 영역(점선으로 표시된 영역)은 전압이 인가되지 않은 상태에서 광이 일부 투과하는 것을 확인할 수 있다. 즉, 제조예 4에 따른 테스트셀은 고온 조건 하에서도 액정의 초기 배향 방향이 흐트러지지 않아 배향 안정성이 우수함을 알 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 표시 기판
200: 제2 표시 기판
300: 액정층
411: 제1 배향 유도층
421: 제2 배향 유도층

Claims (20)

  1. 절연 기판, 상기 절연 기판 상에 배치된 제1 전극, 및 상기 절연 기판 상에 배치되고 상기 제1 전극과 절연되도록 배치된 제2 전극을 포함하는 표시 기판;
    상기 표시 기판 상에 배치된 액정층; 및
    상기 표시 기판과 상기 액정층 사이에 배치된 배향 유도층을 포함하되,
    상기 배향 유도층은 하기 화학식 1-A로 표현되는 구조를 갖는 화합물을 포함하는 표시 장치.
    <화학식 1-A>

    (단, 상기 화학식 1-A에서, R1은 , 또는 이고, n1은 0 내지 2의 정수이며, n2 및 n3는 각각 독립적으로 1 내지 3의 정수이고, R2는 수소원자, , , , , , , 또는 이며, A는 탄소수 4 내지 20의 알킬렌기, 또는 탄소수 4 내지 20의 알킬렌옥시기이다)
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 배향 유도층 내 상기 화학식 1-A로 표현되는 구조를 갖는 화합물은 상기 표시 기판의 표면 상에 정렬되되,
    상기 화학식 1-A의 말단기 R1은 상기 표시 기판을 향하도록 정렬되고,
    상기 화학식 1-A의 연결기 A는 상기 표시 기판의 표면과 나란한 방향을 향하도록 정렬된 표시 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 액정층은 광 경화성 단량체를 포함하고,
    상기 배향 유도층은 복수의 광 경화성 중합체를 더 포함하는 표시 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 배향 유도층은 하기 화학식 2-A로 표현되는 구조를 갖는 화합물을 더 포함하는 표시 장치.
    <화학식 2-A>

    (단, 상기 화학식 2-A에서, R1, R2 및 A는 화학식 1-A와 동일하다)
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 배향 유도층은 상기 화학식 1-A로 표현되는 구조를 갖는 화합물, 상기 화학식 2-A로 표현되는 구조를 갖는 화합물 및 상기 광 경화성 중합체만으로 이루어진 표시 장치.
  6. 복수의 액정;
    광 경화성 단량체; 및
    하기 화학식 2-A로 표현되는 구조를 갖는 화합물을 포함하는 액정 조성물.
    <화학식 2-A>

    (단, 상기 화학식 2-A에서, R1은 , 또는 이고, n1은 0 내지 2의 정수이며, n2 및 n3는 각각 독립적으로 1 내지 3의 정수이고, R2는 수소원자, , , , , , , 또는 이며, A는 탄소수 4 내지 20의 알킬렌기, 또는 탄소수 4 내지 20의 알킬렌옥시기이다)
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 화학식 2-A로 표현되는 구조를 갖는 화합물은,
    하기 화학식 2-B로 표현되는 구조를 갖는 화합물인 액정 조성물.
    <화학식 2-B>

    (단, 상기 화학식 2-B에서, R1, R2 및 A는 화학식 2-A와 동일하다)
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 화학식 2-A로 표현되는 구조를 갖는 화합물은,
    하기 화학식 2-G로 표현되는 구조를 갖는 화합물인 액정 조성물.
    <화학식 2-G>
  9. 제6 항에 있어서,
    상기 광 경화성 단량체는,
    메조겐 코어 구조, 및
    , , , , , , 및 으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 말단기를 포함하는 액정 조성물.
  10. 제6 항에 있어서,
    상기 액정 조성물은 양의 유전율 이방성을 가지고,
    상기 화학식 2-A로 표현되는 구조를 갖는 화합물의 분자량은 200 내지 650인 액정 조성물.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 액정 조성물 전체 중량에 대하여,
    상기 광 경화성 단량체의 함량은 0.01 중량% 내지 2.0 중량%이고,
    상기 화학식 2-A로 표현되는 구조를 갖는 화합물의 함량은 0.01 중량% 내지 1.0 중량%인 액정 조성물.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 화학식 2-A로 표현되는 구조를 갖는 화합물의 상기 복수의 액정에 대한 25℃에서의 용해도는 0.01 중량% 내지 0.2 중량%인 액정 조성물.
  13. 기판 상에 액정 및 아조벤젠기를 갖는 화합물을 포함하는 액정 조성물을 제공하여 액정층 및 프리-배향 유도층을 형성하는 단계; 및
    상기 액정층에 광을 조사하는 단계를 포함하고,
    상기 프리-배향 유도층을 형성하는 단계는, 상기 기판의 표면 상에 상기 아조벤젠기를 갖는 화합물을 정렬시키는 단계이고,
    상기 아조벤젠기를 갖는 화합물은 하기 화학식 2-A로 표현되는 화합물이며,
    상기 광을 조사하는 단계에 의해, 하기 화학식 2-A로 표현되는 구조를 갖는 화합물들 중 적어도 일부는 하기 화학식 1-A로 표현되는 구조를 갖는 화합물로 변형되는 횡전계용 표시 장치의 제조 방법.
    <화학식 1-A>

    <화학식 2-A>

    (단, 상기 화학식 1-A 및 화학식 2-A에서, R1은 , 또는 이고, n1은 0 내지 2의 정수이며, n2 및 n3는 각각 독립적으로 1 내지 3의 정수이고, R2는 수소원자, , , , , , , 또는 이며, A는 탄소수 4 내지 20의 알킬렌기, 또는 탄소수 4 내지 20의 알킬렌옥시기이다)
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 액정 조성물은 광 경화성 단량체를 더 포함하고,
    상기 광을 조사하는 단계에서,
    상기 광 경화성 단량체는 상기 액정층 내에 균일하게 분산된 상태인 표시 장치의 제조 방법.
  15. 제13 항에 있어서,
    상기 광을 조사하는 단계는, 350nm 내지 450nm 범위의 파장을 갖는 광을 조사하는 단계인 표시 장치의 제조 방법.
  16. 삭제
  17. 제13 항에 있어서,
    상기 액정 조성물은 광 경화성 단량체를 더 포함하고,
    상기 광을 조사하는 단계는 제1 파장을 갖는 광을 조사하는 단계이며,
    상기 제1 파장을 갖는 광을 조사하는 단계 후에, 상기 제1 파장보다 짧은 제2 파장을 갖는 광을 조사하는 단계를 더 포함하는 표시 장치의 제조 방법.
  18. 제13 항에 있어서,
    상기 액정 조성물은 광 경화성 단량체를 더 포함하고,
    상기 광을 조사하는 단계는 제1 파장을 갖는 광을 제1 노광량으로 조사하는 단계이며,
    상기 제1 파장을 갖는 광을 상기 제1 노광량으로 조사하는 단계 후에, 상기 제1 파장을 갖는 광을 상기 제1 노광량보다 큰 제2 노광량으로 조사하는 단계를 더 포함하는 표시 장치의 제조 방법.
  19. 제13 항에 있어서,
    상기 액정층 및 프리-배향 유도층을 형성하는 단계와 상기 광을 조사하는 단계 사이에,
    상기 액정 조성물의 등방성 상전이 온도보다 0.1℃ 내지 20℃ 높은 온도로 상기 액정층을 가열하는 단계를 더 포함하는 표시 장치의 제조 방법.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 액정층을 가열하는 단계와 상기 광을 조사하는 단계 사이에,
    상기 액정 조성물의 등방성 상전이 온도로 상기 액정층을 냉각하는 단계를 더 포함하는 표시 장치의 제조 방법.
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