KR19980701504A - 액정 조성물 및 정렬층(Liquid crystal composition and alignment layer) - Google Patents

액정 조성물 및 정렬층(Liquid crystal composition and alignment layer) Download PDF

Info

Publication number
KR19980701504A
KR19980701504A KR1019970704895A KR19970704895A KR19980701504A KR 19980701504 A KR19980701504 A KR 19980701504A KR 1019970704895 A KR1019970704895 A KR 1019970704895A KR 19970704895 A KR19970704895 A KR 19970704895A KR 19980701504 A KR19980701504 A KR 19980701504A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
substrate
liquid crystal
formula
layer
alignment
Prior art date
Application number
KR1019970704895A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100391185B1 (ko
Inventor
랭가나탄 샤쉬다르
브라이언 피크
배너할리 알. 라트나
제프리 엠. 캘버트
조엘 엠. 슈너
무산 첸
리네이트 제이. 크로포드
Original Assignee
레바인 마크 제이.
지오-센터즈, 인코포레이티드
가버트 윌리엄 씨.
더 거번먼트 오브 디 유나이티드 스테이츠, 리프리젠티드 바이더 세크러터리 오브 더 네이비
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 레바인 마크 제이., 지오-센터즈, 인코포레이티드, 가버트 윌리엄 씨., 더 거번먼트 오브 디 유나이티드 스테이츠, 리프리젠티드 바이더 세크러터리 오브 더 네이비 filed Critical 레바인 마크 제이.
Publication of KR19980701504A publication Critical patent/KR19980701504A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100391185B1 publication Critical patent/KR100391185B1/ko

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1337—Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers
    • G02F1/133711—Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers by organic films, e.g. polymeric films
    • G02F1/133719—Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers by organic films, e.g. polymeric films with coupling agent molecules, e.g. silane
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1337—Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K2323/00—Functional layers of liquid crystal optical display excluding electroactive liquid crystal layer characterised by chemical composition
    • C09K2323/02—Alignment layer characterised by chemical composition
    • C09K2323/023—Organic silicon compound, e.g. organosilicon
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1337—Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers
    • G02F1/133753—Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers with different alignment orientations or pretilt angles on a same surface, e.g. for grey scale or improved viewing angle
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/31504—Composite [nonstructural laminate]
    • Y10T428/31652—Of asbestos
    • Y10T428/31663—As siloxane, silicone or silane

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)
  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)

Abstract

방향성 결합그룹을 함유하는 액정의 정렬을 위한 표면

Description

액정 조성물 및 정렬층
기술분야
본 발명은 액정 정렬에 유용한 신규의, 방향성으로 결합된 표면(directionally linked surface)에 관한 것이다.
또한 본 신규한 표면을 제조하는 방법도 기술되는바, 본 방법에서는 중합 가능한, 자기 집합 및 고 해상도로 패턴화가 가능한 흡착(sorbed)층이 편광의 조사에 의해 중합된다.
배경기술
평판 액정(LC) 표시 장치는 일반적으로는 액정 분자의 일축 배향을 위해 제공되는 기판을 필요로 한다. 이러한 정렬은, 일반적으로는 먼저 폴리머(폴리아미드, 폴리이미드 등)를 기판상에 스핀 도포한 후, 면, 토끼털 등으로 폴리머 표면에 기계적 마찰을 가함으로써 달성된다. 그러나 이 기술은 넓은 범위에 예측 가능하게 균일한 정렬을 얻기가 어렵다는 고유의 문제점을 내포한다. 또한, 마찰은 정전기와 먼지를 초래한다. 정전기는 예를 들어, 전도성 표면의 단락 등으로 인한 액정장치의 고장을 야기하며, 먼지는 결함부분을 제공할 수 있다. 따라서, 기판 표면에 대한 기계적인 마찰이 없이 현재의 일축 액정 정렬[예: 양쪽 평면 정렬(both planar alignment: 액정의 장축(또는 평균 방향자(director))이 기판 표면에 대하여 수직이 아닌 정렬배향) 및 일방성 정렬(homotropic alignment: 액정분자가 기판 표면에 대해 수직이다.)]을 촉진시키는 표면과 이러한 표면을 간단히 제조하기 위한 기술에 대한 산업적 필요성이 요청되고 있다. 고 콘트라스트로의 응용 등을 위해서는 액정분자를 정렬시키는 무색 기판도 바람직하다.
마찰된 표면으로 인해 발생하는 문제점을 처리하기 위한 현재의 제언으로서는 기판 위에 랭뮈어-블로젯(Langmuir-Blodgett: 이하 LB로 칭한다)층을 도포하는 것과 폴리머를 도포한 기판에 대해 중합이나 편광 조사를 하는 것이 있다.
LB필름을 이용하는 제언에서는, 아직 극복되지 않은 주요 난점을 만나게 된다:
(i) LB공정을 산업적 목적으로 확장하기가 어렵고,
(ii) 쓸모 있는 정렬층은 LB트라우(trough)의 공기-물의 경계면에서 단일층을 층층마다 기판위에 적층하여야만 제작된다. LB트라우의 공기-물 경계면에 존재하는 단일층은 열역학적으로 안정한 상태가 아니므로 수득된 정렬층은 장기간의 기계적 및 열적 안정성을 갖지 아니한다.
또한 LB층은 일반적으로 필름 평면내에 비균질물 또는 결점 영역을 함유한다. 이로 인하여 넓은 범위에서 액정 화합물의 일축 정렬을 얻는 것이 어렵다. 게다가 LB필름은 필름 평면내 LB-형성분자의 편향에 관하여 상당히 큰 축퇴(degeneracy)를 가지는 것으로 알려져있다. 그 결과, 기판 표면의 특정의 예비편향 방향(pre-tilt direction)을 구하기가 불가능하다.
문헌(Hercules, 미국특허 제5,032,009호, 제4,974,941호, 제5,073,294호;Nature, Vol. 351, 49 May 1991;Liquid Crystals, Vol. 12, No. 5, 869, 1992;Newsletter of the Int. Liq. Crystl. Soc.,(Liquid Crystals Today), Vol. 4, No. 2, 1994, 상기문헌 모두는 참고문헌이다)에서는, 선택적으로 염료를 함유하는 액정의 편광을 이용한 정렬, 및 이성체화가능한 염료(폴리머에 분산된 후 편광이 조사된다)로부터의 표면 제조에 관하여 보고하고 있다. 액정 자체나 염료, 또는 주 폴리머의 어느 것도 기판에 공유결합하지 않으며, 정렬표면은 불안정하다: 열 및/또는 뒤따르는 편광조사는 어떠한 초기의 배향 정렬효과도 변경해버리거나 없애버린다.
문헌(Jpn. J. Appl. Phys.,Schadt et al, Vol. 31, Pt. 1, No. 7, p. 2155(1992) ; 유럽특허 제525,477호, 제525,473호, 제525,478, 상기문헌 모두는 참고문헌이다)은 펜단트중합가능한 그룹을 가지는(폴리머 주쇄에 부착된다) 폴리머를 편광을 사용하여 조사함으로써 제조되는 정렬표면에 대하여 보고하고 있다. 그러나 이들 표면은 예비 중합을 필요로 하며 상기한 바와 같이 기판의 표면에 공유결합하지 아니한다. 게다가, 문헌(Schadt와Gibbons저)에서와 같이 폴리머층이 얇게 만들어져 구동전력을 낮추게 되는 경우, 핀홀이 발생하여 결함 및 단락을 야기한다.
마지막으로, 문헌(Ichimura, Abstract from the Tawiguchi Conference, (Japan), 1994, 상기문헌은 참고문헌이다)에서는 편광을 사용하여 측쇄 아조벤젠을 가지는 폴리머를 배향시킨다. LB기술과 스핀-도포기술을 사용하여 폴리머를 기판에 도포하게 되며, 이에 접촉된 액정의 정렬을 볼 수 있다. 그러나, 이들 필름은 문헌(Schadt와Gibbons저)과 마찬가지로 기판 표면과 결합하지는 않으며, 따라서 LB필름에 대해 논의된 것들과 마찬가지로 상기의 필름에 대해 앞서 논의된 일반적인 단점을 여전히 가지고 있다.
그러므로, 용이하게 제조할 수 있으며, 정렬층을 필요로 하는 액정에 용이하게 사용될 수 있는, 튼튼하고 신규한, 비-마찰 및 비-LB 정렬에 근거한 표면에 대한 필요성이 여전히 남아있다.
발명의 목적
이에 따라, 본 발명의 목적은 접촉된 액정분자의 일축 평면 정렬(uniaxial planar alignment), 일방성 정렬 등을 위한 표면을 제공하는 것으로서, 정렬된 액정의 예비-편향각은 0°≤θ≤ 90°의 범위로 다양하다(액정분자의 장축(방향자)과 기판의 표면 평면이 이루는 각을 측정).
본 발명의 다른 목적은, 접촉된 액정 분자의 일축 평면 정렬, 일방성 정렬 등을 제공하는 기판을 포함하는 액정 표시장치(display device), 공간 광 변조기(spatial light modulator), 위상 변조기, 비-선형 광학장치(non-linear optical device) 등을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 접촉된 액정분자의 일축 평면 정렬, 일방성 정렬 등에 제공되는 표면을 간단히 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 접촉된 액정분자의 예비-편향각θ를 0°내지 90°로 조절하는데 제공되는, 무색 또는 착색된, 액정을 위한 정렬 표면을 제공하는 것이며, 상기 정렬표면은 일축 평면 정렬(0°및 90°이외의 모든 θ에 대하여 표면에 접촉된 모든 또는 실질적으로 모든 액정 분자가 같은 방향으로 편향되어 있음을 의미한다)을 제공한다.
하기의 상세한 설명을 검토한 후 분명해질 상기 및 그 밖의 목적들은, 접촉된 액정분자를 바람직한 배향 및 0° 내지 90°의 편향각으로 유도하게 되는 이방성 화학/(유추하건대)기하 특성을 함유하는 표면을 본 발명자들이 발견함으로써 달성될 수 있었다.
하기와 같이 설명되는 첨부된 도면과 연관되어 고찰되는 경우, 상세한 설명을 참조하여 보다 충분히 이해되는 바와 같이, 본 발명에 대한 보다 완벽한 이해와 본 발명에 따르는 다수의 잇점을 얻을 수 있을 것이다.
도 1은 표면에 대한 실란의 화학흡착을 이루는 한 방법의 개요이다. 실란분자를 함유하는 용액에 기판을 침지한다. 실란은 그 표면에 공유결합하여 부착된다.
도 2는 명세서에 언급된, 비-방향성으로 중합된 소수성 실란의 구조를 도시하고 있다. 이들 실란은 표면에 화학흡착되는 경우 액정분자의 수직(일방) 정렬을 촉진한다.
도 3은 액정 정렬을 위해 연구된 몇몇 친수성 실란의 구조를 보여준다. 모두는 분자말단에 -NH2(아민)그룹을, 반대쪽 말단에는 트리알콕시 실릴 그룹을 가진다.
도 4는 상이한 친수성 실란으로 처리된 ITO 기판상에 E-63을 이용하여 얻은 광학조직(optical texture)이다.
도 5는 본 발명의 정렬 방법에 상이한 단계를 수반하는 한 양태의 개요이다. 단계 2: 화학흡착된 실란(DETA, EDA, APS, 또는 ABTE)층의 선택적인 개질 및 광중합가능그룹(시나모일 클로라이드)의 부착; 단계 3: 편광 자외선에 의한 조사 및 저중합체쌍(β-트룩시아미드)의 형성.
도 6은 시나모일 클로라이드 단위를 부착한 후의 화학흡착된 실란층의 자외선 흡수 스펙트럼이다. (a) DETA, (b) EDA, 및 (c) ABTE.
도 7은 광중합 이전과 이후의 화학흡착된 실란층의 자외선 흡수 스펙트럼이다.
도 8은 방향성으로 중합 가능한 표면을 가지는 평면 유리 셀로 얻은 액정 정렬을 보여준다. 방향성으로 중합된 부분 및 비중합 부분 양쪽 모두를 보여준다. 액정분자는 중합된 부분에서 균일한 평면 배향으로 정렬된다(어두운 부분).
도 9는 기판에 도포된 방향성 결합 표면을 포함하는 트위스티드 네마틱(TN)셀의 액정 정렬을 보여준다. 기본 기판은 무처리 ITO 유리로 구성된다. 방향성으로 결합된 도포 부분 및 비 결합 도포 부분 양쪽 모두를 보여준다. 액정 분자는 방향성으로 결합된 부분에서 균일한 평면 배향으로 정렬된다.
도 10은 기판에 도포된 방향성 결합 표면을 포함하는 트위스티드 네마틱(TN)셀 상의 액정 정렬을 보여준다. 기본 ITO-도포유리 기판에 690Å두께의 SiO2패시베이션(passivation)층으로 일차 도포한다. 방향성으로 결합된 도포 부분 및 비 결합 도포 부분 양쪽 모두를 보여준다. 액정 분자는 방향성으로 결합된 부분에서 균일한 평면 배향으로 정렬된다.
도 11은 기판상에 방향성 결합층이 도포된 TN셀의 전기광학 특성을 보여준다. 기본 기판은 무처리 ITO유리로 구성되어있다.
도 12는 기판상에 방향성 결합층이 도포된 TN셀의 전기광학 특성을 보여준다. 기본 기판은 패시베이션 처리된 ITO로 구성되어있다.
도 13은 본 표면 및 방법에 유용한 여러 다른 방향성 결합가능 그룹의 몇몇 예를 보여준다. X는 흡착, 흡수 및 화학흡착 등이 가능한 분자말단을 의미한다. 여기서 스페이서는 단일결합이다.
본 발명자들은 이방성의 흡착된(sorbed)(화학흡착(chemisorbed), 흡착(adsorbed), 흡수(absorbed) 등을 의미한다) 방향성 결합층이 우수한 정렬 성질을 가지는 표면을 만들어 내는 것을 발견하였다. 상기 발견은 화학흡착에 의해; 선택적으로는 화학흡착된 층에 방향성으로 결합이 가능한 그룹을 부착함으로써 화학적으로 개질하여; 그리고 편광 등을 사용하여 방향성 결합에 의한 이방성 표면을 생성시켜 기판상에 층을 형성시키는 것을 포함한다. 이 방법은 마찰없이 액정분자의 균일한 평면 정렬을 위해 제공되는 이방성 표면 정렬층을 생성시킨다.
본 발명인 정렬 표면은 바람직하게는 기판에 흡착되거나(absorbed) 흡수되거나 화학적으로 결합된 방향성-결합 분자층이다. 여기서 층은 하나 이상의 분자를 의미하며 본 발명은 단일층, 연속층 등에 국한되지 않는다. 층내 분자의 기판에 대한 공유결합 형성이 바람직하다(즉, 화학흡착). 예를 들어, 유리기판 표면상의 -OH 그룹은 화학흡착가능 분자가 부착될 장소를 제공한다. 그러므로 여기에서 사용된 화학흡착은 정렬층에 장기간의 열적 및 기계적 안정성을 제공한다. 실란의 화학흡착에 대해서는 도 1 참조.
특히, 본 발명인 정렬 표면은 이방성 화학 (분자)특성 및 (유추하건대)기하 특성을 가지는 방향성 결합층을 포함한다. 이들 특성은, 흡착(sorbed)(즉, 흡착(absorbed) , 흡수, 바람직하게는 화학흡착 등)층, 또는 하나이상의 하기 화학식의 화합물을 포함하는 층에 의해 제공된다:
[X]m-[S]n-[P]o
상기 화학식에 있어서
X는 표면 또는 기판에 대해 흡착, 흡수, 화학흡착이 가능한 화학 작용성 그룹이며, S는 스페이서이고, P는 방향성 결합 가능 그룹이다.
X는 표면 특히, 정렬된 액정을 필요로 하는 장치에 사용되는 표면 및 기판(즉 유리, ITO-도포 유리, 폴리머 표면, 다이아몬드 표면, 마이크로보이드(microvoid)-함유 물질, 선택적으로는 미리 설정된 패턴을 포함하는 실리콘 웨이퍼, 상기의 화합물을 흡착, 흡수, 또는 화학흡착시킨 후 패턴화된 실리콘 웨이퍼 등)에 흡착되는 그룹이다. 물론, 현재 액정 장치에 사용되는 것외의 기판도 상기의 화합물로 도포될 수 있다. 유용한 표면의 예로서는 금, 은, 구리, 거울표면, MgF2, 크롬, 백금, 팔라듐, 운모, 산화 알미늄, 알미늄, 무정형 수소화 실리카, 갈륨 비화물, 폴리실리콘, 황화물(예: 황화 카드뮴), 셀렌화물, 브롬화 은 필름, 산화된 금속 표면, 금속 표면, 플라스틱(폴리머) 표면 등을 들 수 있다.
도 1에 도시된 실란 외에, X에 적합한 그룹으로서 상기의 표면에 흡착(sorption) 가능한 모든 화학 작용성 그룹을 포함한다. 기판 표면에 공유결합(화학흡착)가능한 화학그룹이 바람직하다. 그 예로서는 표면의 하이드록실그룹(예: -SiR2OH, 여기에서 R은 C1-C10알콕시, -Si(OH)3, 및 모노/디/트리알콕시 실란이다)과 Si-O 결합하는 모든 그룹을 포함한다. X의 다른 예는 카복실(COO)그룹; 인-함유 그룹, 티올 그룹; 알콜그룹; 카보닐그룹; (메트)아크릴레이트 그룹; 티타네이트; 지르코네이트; 티오시아네이트 그룹; (메트)아크릴산 그룹; 이소시아네이트 그룹; 이소티오시아네이트 그룹; 아실 시아네이트 그룹; 아실 티오시아네이트 그룹 등을 포함하며, 각 X는 목적하는 기판에 흡착(sorbed), 바람직하게는 화학흡착될 수 있도록 선택된다. 가능하다면, X그룹은 키랄(예: 서로 다른 알콕시그룹을 가지는 트리알콕시실란 그룹)일 수 있다.
화학식 1의 단일층-형성 분자는 상기의 화학 작용성 X그룹을 둘 이상 함유할 수 있으며, 하나 이상이 표면에 흡착(sorbed)되는데 사용된다. 따라서, 상기 화학식의 n은 1보다 큰 정수일 수 있으며, 바람직하게는 1 내지 4, 가장 바람직하게는 1 또는 2이다. 더욱이, 서로 다른 층-형성 분자내의 X그룹은 서로 결합할 수 있으며 반면 기타 X그룹은 기판에 흡착(sorbed)된다. 도 1 참조; 올리고머가 X그룹에 의해 형성된다.
상기 화학식의 S는 스페이서 그룹이다. 도 3에 기술된 스페이서 그룹(탄화수소 사슬 및 하나이상의 NH그룹에 의해 중절된 탄화수소 사슬)외에, 다른 스페이서 그룹이 사용될 수 있다. 적당한 스페이서 그룹으로서는 X와 P를 분리하며 X 및 P가 각자 작용하는데 방해하지 않는 모든 화학적 그룹 일부를 포함한다. 예를 들어, 적당한 스페이서 그룹으로는 단일 결합 및 선형 C1-C30또는 가지형 C1-C30알킬그룹으로서, 각각은 선택적으로는 2 이상의 탄소원자가 있는 경우, 하나 이상의 방향족 그룹, 펩티드 그룹, 헤테로시클릭 그룹, NH, NR(여기서 R은 C1-C18탄화수소 그룹), O, S, COO, 산화황(즉, SOn, n은 1 내지 4), CO, 인, 산화 인(예: 포스핀), 인산염, 아인산염등 바람직하게는 비-인접 그룹에 의해 중절된다. 선택적으로는 스페이서 그룹은 예를 들어 하이드록실, 니트로, 할로겐, 하기 열거된 치환분에 의해 치환될 수 있다. 다른 적합한 S그룹으로는, 선택적으로 알킬, 하이드록실, 니트로, 할로겐 등의 그룹으로 치환된 C4-C70방향족 그룹; 선택적으로 알킬, 하이드록실, 니트로, 할로겐 등의 그룹으로 치환된 C3-C30헤테로시클릭 그룹; 및 선택적으로 하이드록실, 할로겐, 니트로 등의 그룹으로 치환된 포화 또는 부분적 불포화 C3-C30시클릭탄화수소 그룹이며, 콜레스테롤 등과 같은 치환 및 비치환 스테로이드를 포함한다. X 및 P를 연결시키면서 각자의 작용을 감쇠하지않는 한 모든 스페이서가 사용될 수 있음을 강조한다.
본 발명의 스페이서는 키랄일 수 있다. 바람직하게는 스페이서는 X와 P를 1 내지 1000Å, 바람직하게는 2 내지 70Å, 가장 바람직하게는 3 내지 30Å으로 분리하며 5, 10, 15, 20 및 25Å과 그 사이의 범위를 포함하고, 화학적으로 재단되어서 바람직하게 일축배향된 액정분자의 목적하는 에비편향각 θ를 본 발명의 표면과 접촉되어 0°≤θ≤ 90°(즉, 일방성 정렬에 대한 순평면(pure planar))로 제공한다.
화학식 1의 층-형성 분자는 하나이상의 스페이서 그룹을 가지며 바람직하게는 방향성 연결가능 그룹의 수만큼 가진다. 따라서, n은 하나이상, 바람직하게는 1 내지 4, 가장 바람직하게는 1 또는 2이다. n은 바람직하게는 o(P그룹 수)이하이다.
상기 화학식의 P는 또 다른 P그룹에 방향성 결합이 가능한 그룹이다. 방향성 결합은 이량화(dimerization), 저중합(oligomerization), 중합, 삽입(insertion)을 포함하는 광반응(photoreaction), 이성질화(isomerization), 노리쉬(Norish) I 및 II 반응 등을 포함하며, 여기에서 둘 이상의 P 그룹이 이방성으로 결합된다. 방향성 챠지 트랜스퍼 인터액션 (directionally charge transfer interaction), 이온결합, 수소결합 등이 가능한 그룹도 포함된다. P 그룹은 다른 그룹, 바람직하게는 인접하거나 가까운 P 그룹과 방향성(즉, 이방성)으로 결합될 수 있는 모든 작용그룹을 망라한다.
도 5에 기술된 시나모일 그룹 이외에, 방향성으로 결합 가능한 모든 적절한 그룹이 사용될 수 있으며, 도 13에 도시된 것; 및 편광 조사, 전기 중합, 가열, 표면 처리(스캐닝 터널링 현미경, 원자 현미경 등을 사용한다)에 의하여 인접 P그룹에 방향성으로 결합가능한 그 외 모든 그룹을 포함한다. 이들 그룹은 모든 방식으로 방향성 결합할 수 있으며 이는 이방성 이량체의 형성, 저중합체의 형성, 중합체의 형성, 챠지 트랜스퍼 컴플렉션(charge transfer complexation), 이온 어트랙션(ionic attraction) 등의 모든 방식으로, 액정 정렬에 제공되는 유용한 표면을 생산할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, p-p' 방향성 결합은 키랄일 수 있다. P그룹의 방향성 결합은 바람직하게는 원형 또는 타원형으로 편광된 자외선에 의해 초래된다. 본 발명의 바람직한 양태는, 편광 자외선으로 중합되어 대부분 이량체를 형성하는 [X]m-[S]n-[P]o분자의 화학흡착층으로 도포된 표면이다. 바람직하게는 본 발명에 따르는 흡착가능(sorbable) 분자의 m, n, 및 o는 모두가 1이다.
그러나, 본 발명의 층-형성 분자가 하나 이상의 P그룹을 함유하므로, o는 1보다 큰 정수일 수 있다. 각 스페이서가 바람직하게는 하나의 P그룹을 가지므로, 각 스페이서에는 하나 이상의 P그룹이 존재할 수 있다. 따라서, o는 바람직하게는 n이상이며 바람직하게는 1 내지 4의 정수이다.
화학식 1의 층-형성분자 하나가 둘 이상의 P그룹을 가지는 경우, 단일 분자상의 P그룹들은 서로 방향성 결합할 수가 있으며, 또는 한 분자의 다수의 P그룹 일부 또는 전부는 다른 분자상의 P그룹에 방향성으로 결합될 수 있다. 이 효과는 단일 분자상의 둘 이상의 P그룹과 함께 사용될 수 있다. 예를 들어, 한 분자상의 두 개의 P그룹이 방향성 결합한 후, 인접 분자상의 P그룹과 추가로 방향성 결합을 할 수 있다. 인접은 종속하는 P그룹과 반응한 P그룹을 가지는 분자를 의미한다.
본 발명의 [X]m-[S]n-[P]o화합물은 당업자에 공지이며 당업자 기술범위 내인 간단한 유기 화학반응에 의해 제조될 수 있으며 문헌[Introduction to Organic Chemistry,A. Streitwieser and C. Heathcock, Macmillan, 1976;Reagents for Organic Synthesis,Fieser and Fieser, John Wiley and Sons, 1967 and succeeding volumes;Survey of Organic Syntheses, John Wiley and Sons, Vols. I and II, 1970; 및Advanced Organic Chemistry,March, Wiley, 1985, 상기의 모든 문헌은 참고문헌이다)에 설명된다.
본 발명인 이방성 표면은 화학식 1의 분자 한 층 또는 몇 배의 층과 같을 정도로 얇게 만들어질 수 있다. 모든 두께가 가능하다. 바람직한 두께는 3 내지 3000Å이다. 본 발명의 표면은 일렉트릭 폴링(electric poling), 자기장, 용매흐름 등, 및 [X]m-[S]n-[P]o분자의 정렬 후에 열, 광, 화학적 활성화 등에 의한 방향성 결합을 포함하는 방법으로 제조되며, 하기에 기술된 방법에 의해 제조된 것에 국한되지 아니한다. 이러한 표면은 하기에 기술된 방법에 의해 제조된 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 방법은 2 또는 3 단계로서 다음의 단계를 포함한다:
(i) 기판상에 [X]m-[S]n-[P]o분자(필요한 경우 [X]n[S]m또는 [X]n분자)의 흡착(sorbed)층(들), 바람직하게는 화학흡착층(들)을 형성하는 단계,
(ii) 흡착(sorption) 전에는 아무것도 존재하지 않은 경우엔, 선택적으로 하나 이상의 스페이서 그룹 S 및 하나이상의 방향성 결합가능 그룹 P를 제공하기 위해 흡착(sorbed)분자를 화학적 개질하는 단계, 및
(iii) 상기에 설명된 임의의 방법, 바람직하게는 편광 조사, 더욱 바람직하게는 편광된 자외선 조사를 사용한 방향성 결합단계
를 포함한다. 단계(i)에 사용된 물질이 이미 스페이서와 방향성 결합가능 그룹을 포함하고 있는 경우에는 단계 (ii)는 생략 가능하다.
본 발명에서 가능한 3 단계 방법은 도 1 및 5에서 도식적으로 나타낸다. 우선, P그룹을 함유하지 않는 흡착(sorbed)(바람직하게는 화학흡착)층(들)은 기판상에 기초로서 위치하며, P그룹의 부착(이 경우 자외선 발색단)에 의해 감광성이 된다. 종국적으로는 편광된 자외선에 의한 광중합에 의해(여기서 근처(추정하건대, 인접)분자의 광중합가능 그룹이 상호 결합된다) 이방성 표면이 만들어지는데, 중합의 방향은 조사의 중합방향에 의해 제어된다. 자외선 조사, 적외선 조사, 가시광선 조사 등이 포함된다. 최종 결과물은 이방성 분자특성 및 유추하기로는 기하특성을 함유하는 표면으로서, 표면의 방향은 배향 방향을 액정의 장축 또는 평균 방향자로 제어한다. 본 발명의 단계를 수행하는데 있어 바람직한 방법은 하기에 설명된다.
(i)기판 제조:
본 발명의 첫 번째 단계인 흡착(sorption), 바람직하게는 화학흡착 방법은 바람직하게는 기판 표면의 제조를 포함한다. 이 절차는 유리, ITO-도포유리, 실리콘 웨이퍼 등에 적용되며 간단히 기판 표면을 세정하는 것이다. 바람직한 한 양태에서는, 기판을 클로로포름 하에서 초음파 처리한다. 그런 후, 1:1 염산/메탄올로 기판을 30분 동안 세척한 후(이 단계는 ITO-도포유리에 대해서는 생략한다), 증류수로 3번 헹군다. 그 다음에 농축 황산(H2SO4)하에서 30분 동안 세척후, 다시 증류수로 3번 헹군다. 이 기판을 증류수하에서 80 내지 100℃로 5분간 가열하고 냉각시킨다. 이러한 처리를 거친 후, 기판은 화학식 [X]m-[S]n-[P]o, 또는 [X]n[S]m, 또는 중합가능 그룹 또는 스페이서 그룹이 없는 경우는 [X]n의 화합물의 화학흡착, 흡착, 흡수 등을 받게 된다.
(ii)흡착(sorbed)층의 부착:
흡착, 흡수, 화학흡착 등에 사용될 용액을 제조할 수 있으며 기타 공지의 흡착(sorption)방법이 사용될 수 있다. 일반적으로 바람직한 화학흡착 용액은 목적하는 화학흡착 가능 물질 1부피%, 증류수 1부피%, 및 메탄올중의 1mM 아세트산 용액 94부피%를 함유한다. 처리될 기판을 상기 용액에 침지하고 상온에서 5 내지 15분간동안 놓아둔다. 상기 용액을 쏟아버리고 기판을 새 메탄올로 3회 헹군다. 그후, 기판을 120℃에서 15분 동안 불에 구워 말릴 수 있다. 화학흡착 분자는 표면에 화학적으로 결합하게 되는데, 다시 말하면 분자는 표면에 공유결합을 한다. 처음부터 발색단이 물질에 존재하지 않은 경우, 화학흡착층은 발색단 부착을 받게된다. 상기 층은 특정의 패턴에 흡착(sorbed)될 수 있다.
(iii)초기 흡착(sorbed)층에 대한 스페이서 및 방향성 결합가능 그룹의 부착:
(상기 단계(ii)의 표면에 흡착, 흡수, 화학흡착된 분자가 이미 스페이서 또는 중합가능 그룹을 가지고 있을 수 있으므로 선택적인) 본 단계에서는, 방향성 결합가능 그룹 및, 필요한 경우에는, 단일결합 이외의 다른 스페이서를 흡착(sorbed)층에 부착한다. 흡착(sorbed)층이 부착된 기판을, 방향성 결합가능그룹 및 화학적 반응성그룹에 결합된 스페이서와 같은 화합물을 함유한 용액(예: 시나모일 클로라이드)에 침지시키는데, 이는 초기 흡착(sorbed)층과의 반응을 위한 것이다. 용제로서 아세토니트릴을 사용할 수 있다. 그런 다음, 암실에서 기판을 상기 용매중에 1 시간 동안 놓아둔다. o는 스페이서 및 광중합가능 발색단을 흡착(sorbed)층에 부착하는 것을 보장한다. APS, ABTE, EDA 및 DETA를 사용하는 4개의 구체적인 양태에서, 시나모일 클로라이드 화학 개질은 275nm에서의 자외선 흡수 피크에 의해 확인된다(도 6 참조). 방향성 결합가능 그룹 등은 필요하다면 패턴 상에 제공될 수 있다.
(iv)방향성 결합:
본 발명 방법중 마지막 단계는 방향성 결합, 바람직하게는 방향성 이량화, 저중합, 중합 등이다. 방향성 저중합, 이량화, 및 중합이 바람직하다. 바람직한 양태에서, 광중합 가능 화학흡착층을 편광 자외선을 조사함으로써 이방성의 표면을 얻는다. 자외선 조사의 일반적 조사량은 약 15분 동안 약 3 J/cm2이다. 당업자에게 알려진 바와 같이, 시간은 광원의 세기, 광원에 대한 기판의 근접성 등에 따라 다양하다. 이 처리는, 추정상 인접 화합흡착 분자의 광중합가능 또는 광-이량체화 그룹간의 광-유도 반응을 초래하여, 이로 인해 (신남산 중합가능 유도체의 경우) 시클로부탄 고리가 형성된다. 도 5 참조. 이들 β-트룩시아미드 쌍(β-truxiamide pairs)의 존재는 자외선 흡수 스펙트럼에 의해 확인된다: 이량체 쌍을 형성하는 광중합은, 시클로부탄 고리의 존재로 인하여, 275nm의 피크에서 격렬한 감소 및 193nm에서의 자외선 흡수의 증가를 초래한다. 매스크 등을 통과한 광의 패턴을 사용하여 결합시킴으로써 패턴화가 발생할 수 있다.
특정 이론에 제한되지는 않지만, 방향성 결합 표면을 형성함으로써 고도의 이방성 표면을 얻을 수 있다고 믿어진다. 중합 구조 또는 방향성 이량체화 구조 (신남산 유도체의 경우엔 보다 정확할 것이다)는 방향성 결합을 초래하는데 사용된 광의 편광 방향에 제어받으므로, 단일의 바람직한 방향으로 배향된다고 믿어진다. 따라서, 본 발명의 방법은 마찰이나 게스트-호스트(guest-host) 상호작용을 수반하지 않는 방법에 의하여 기판상에 영구 결합된 이방성 표면층을 만들어 낼 수 있다. 본 발명의 표면은 예를 들어 열과 빛에 안정하며 고온이나 자외선에 장기간 노출되어도 접촉된 액정 분자의 배향을 유지한다. 사용되는 화학식 1의 화합물에 따라, 본 발명의 표면은 무색 또는 유색일수 있으며 0 내지 100%의 가시광선 흡수율을 보여준다.
실시예
실시예 1
상이한 길이의 포화 탄화수소 사슬을 함유하는 도 2에 도시된 트리클로로실란을, 상기 실란을 함유하는 용액에 유리를 침지함으로써 유리표면에 공유결합으로 부착한다. 상기 용액은 물 5부피%, 메탄올중 아세트산 1미리몰 용액 94부피% 및 실란 1부피%이다. 생성된 층은 물과의 접촉각이 75 내지 90°범위인 소수성이다.
상업적으로 구입 가능한 실온의 네마틱 액정(Merck: E-63)(알킬 시아노바이페닐 혼합물을 함유하며 상기 소수성 실란의 화학흡착층과 접촉하여 액정 전이온도 K-8℃-N-84℃-I를 가진다)의 정렬이 조사되었으며, 얻어진 배향은 일방성, 즉 기판 표면에 수직이다. 이방성, 바람직하게는 액정성을 보이는 모든 물질, 조성물 등이 사용될 수 있으므로 시아노바이페닐로 치환된 -C5, -C7, 및 -OC8과 시아노트리페닐로 치환된 -C5를 함유하는 액정 혼합물 E7(Merck)은 역시 사용될 수 있다.
실시예 2
시험된 실란이 4-아미노부틸트리에톡시 실란(ABTE), N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필 트리메톡시 실란(EDA), 트리메톡시실릴프로필디에틸렌트리아민(DETA) 및 3-아미노프로필 트리메톡시 실란(APS)인 것을 제외하고는 실시예 1이 반복된다. 도 3 참조. 4종의 실란 모두는 분자의 자유단에 극성 -NH2그룹을 가진다. 이 그룹은 분자 부착 후에 기판 표면의 친수성을 개질한다. EDA 및 DETA는 말단 아민그룹외에도 탄화수소 사슬과 결합하는 연결그룹으로서 하나 또는 둘의 추가 아민을 함유한다. 이로 인하여 다양한 친수성도 및/또는 쌍극 상호작용력을 얻을 수 있다.
상기 4종의 아민 실란을 ITO-도포유리 표면에 화학흡착시키고, 액정 혼합물 E-63(Merck)을 사용하여 공통 샌드위치 셀(common sandwich cell)을 만든다. 액정과 접촉된 셀의 양쪽 유리표면은 둘 모두 정렬된 화학흡착층을 가진다. 셀은 현미경의 회전대위에서 광원에 의해 관찰된다. 액정 셀은 현미경내의 교차 편광자 사이에 위치된다.
도 4는 교차 편광자에서 E-63이 나타내는 조직의 사진을 나타낸다. 상단의 사진들에서 액정의 평균 방향자는 편광자 또는 분광기에 대하여 45°를 이루는 반면, 하단의 사진들에서는 방향자는 평행이다. 모든 화학흡착층에서 적절한 평면 정렬을 볼 수 있다.
실시예 3
상기의 방법에 따라 APS, ABTE, EDA, 및 DETA를 평면 유리상에 화학흡착시키며 여기에 상기 (iii)에 따른 중합가능그룹 P로서 시나모일 그룹을 제공한다. 이 층을 자외선을 사용하여 상기와 같이 방향성 중합시킨다. 방향성 중합(이하 DP) 처리된 부분에서 얻은 정렬을 비중합 부분의 정렬과 비교하기 위해 매스크를 사용하여 화학흡착층의 단지 일부만을 방향성 중합한다. 두 개의 방향성 결합된, 표면 처리된 기판사이에 E-63을 샌드위치하여 10㎛두께의 셀을 제조한다. 모든 관찰은 교차 편광자사이에서 이루어지며, 셀은 편광 현미경의 회전대위에 올려진다.
액정분자는 본 발명의 표면부분의 균일한 평면 배열에서 아주 잘 정렬된 반면에 비 편광 부분은 정렬이 거의 없음을 알 수 있으며, 경계선은 매우 뚜렷하다. 도 8은 두 샘플의 위치, 즉 액정 방향자가 편광자/분광기의 축에 대해 45°이거나 평행인 경우에 대한 사진을 나타낸다. 후자의 경우 DP부분은 균일하게 어두운 반면 전자의 경우 균일하게 밝다. 정렬의 정도는 매우 훌륭하여 본 발명의 표면 부분은 고 확대의 경우에도 결점이 거의 보이지 않는다.
사용된 특별한 장치는 100W 백색광원의 니콘 옵티팟 편광 현미경(Nikon Optiphot Polarizing Microscope) 및 12V 직류 전원, 니콘 포토다이오드, (광학 신호용) 멜리즈 그라이엇 증폭기(Melles Griot amplifier) 및 키틀리(Keithley) 디지틀 멀티미터(199 씨스팀 DMM) 수신기이거나, 그렇지 않으면 100W 백색광원의 올림퍼스 BH-2 편광 현미경(Olympus BH-2 Polarizing Microscope), 12V 직류 전원, UDT 포토다이오드, 및 증폭기 내장된 UDT 옵토메터 모델 5370이다. 두 장치 모두는 전기장을 샘플에 적용하기 위해 웨이브텍 모델 395 합성 무작위 파형 발전기(synthesized arbitrary waveform generator) 및 트렉(Trek) 모델 50/750 증폭기를 사용한다. 모든 경우, 훌륭한 콘트라스트 비율을 본 발명의 표면에서 얻는다.
실시예 4
실시예 1에 따라 무처리의 ITO-도포유리 표면에 정렬표면을 제조한다. E-63으로 트위스티드 네마틱 배열의 셀을 만들며, 액정은, 기판에 대한 중합방향이 상호 직각이 되도록 탑재된 DP 처리된 기판과 양쪽에서 직접 접촉하게 된다. 이로써 도 9에서 본바와 같이 잘 정렬된 트위스티드 네마틱 셀을 얻는다. 도 9에서는 평행 편광자 사이의 셀 및 교차 편광자 사이의 셀을 볼 수 있다. 다시 한 번, 본 발명의 처리 부분은 균일한 평면 정렬되지만 비처리부분은 정렬을 볼 수 없다. 그러나 주목할 만한 것은 ITO상의 정렬의 정도는 일반적으로 평판 유리상의 것만큼 완벽하지는 않다는 것이다. 이는 ITO유리의 고유의 표면 불균질로부터 초래된 것으로 믿어진다.
실시예 5
SiO2층으로 도포된 ITO-도포유리를 실시예 1에서와 같은 방법으로 시험한다. 이 기판은 표시장치 산업에서 사용되는 것의 전형적인 것이다. 두께 690Å의 SiO2(도넬리(Donneley)사에서 구입)층으로 도포한 ITO유리(225오옴/비저항의 제곱)를 사용한다.
패시베이션 처리한 ITO는, APS를 시나모일 그룹과 함께 사용하여 실시예 3과 완전히 동일한 조건으로 처리를 받는다. 방향성 결합된 패시베이션 처리 ITO표면의 샘플 셀이 TN 배열에서 제조된다. 본 발명의 부분(도 10)에서는 훌륭한 정렬이 만들어진다. 실제로, 정렬부분은 확대하여 관찰해봐도 무결점이다. 콘트라스트 비율은 매우 높아서, 같은 두께의 상업적인 TN셀에 필적한다. 콘트라스트 비율은 측정하는 기구에 따라 변화되지만 우리는 9 보다 크고 약 33이하의 비율을 얻었다.
실시예 6
X-S-P 분자(n=m=o=1)를 실시예 1에서와 같이 산화 알루미늄에 화학흡착시킨다. 여기에서 P는 아크릴레이트이고, S는 C10알킬이며 X는 카복실이다. 실시예 3에서의 방향성 중합이 이루어진다.
실시예 7
X-S-P 분자(n=m=o=1)를 용매에 용해시키고 이 용액을 금의 표면에 24시간동안 도포하여 금의 표면에 화학흡착시킨다. 여기에서 X는 티올그룹이고, S는 파라 치환된 바이 시클로헥실 그룹이며 P는 스티레닐 그룹이다. 실시예 3에서의 방향성 중합이 이루어진다.
이와 같이, 방향성 결합이, 유리, ITO, 및 패시베이션 처리된 ITO 등의 기판표면상에 균일한 평면정렬을 제공하는 표면을 야기한다는 것을 알 수 있다. ITO 및 패시베이션 처리된 ITO의 표면상에 방향성 결합된 정렬층에 의해 만들어진 두 TN셀에 대한 전기 광학적 연구는 앞으로 설명될 것이다.
실시예 8
무처리 ITO상에, 그리고 다른 경우로는 패시베이션 처리된 ITO상에 정렬 표면을 가지는 두 개의 10 마이크론 두께의 TN셀을 제조한다. 사용된 화학흡착 물질은 시나모일 P그룹을 가지는 ABTE(무처리 ITO) 또는 APS(패시베이션 처리된 ITO)이다. 두 셀의 전기 광학적 특성은 각각 도 12 및 13에 나타낸다. 양쪽 모두의 경우, 본 발명의 표면처리는 TN 장치의 작용성을 위한 충분한 앵커링(anchoring)을 제공한다. 양 셀에 대해 온 타임(on time)은 아주 짧으며( 0.5ms) 상업적인 TN 셀에 필적한다. 오프 타임(off time)은 무처리 ITO에 대해선 16ms, 패시베이션 처리된 ITO에 대해서는 55ms이다(도 12).
따라서 본 발명자들은 본 발명의 이방성 정렬 표면이 기판상에 화합물의 균일한 일방성 정렬, 또는 편향 및 비편향된 평면 정렬을 산출한다는 것을 증명하였다. 바람직한 본 발명의 방법은 아주 간단한 방법으로서 여러 다른 기판 표면에 대해 효과적이다. 또한, 정렬층은 열 및 빛에 안정하며, 무색으로 만들어질 수 있고, 뛰어난 콘트라스트를 제공하며, 결점이 거의 없고, 아주 얇게 만들어질 수 있고, 기판에 화학적으로 결합될 수도 있다. 본 발명의 방법은 다음과 같은 다수의 중요한 특징: 간단하고, 주로 실온하의 공정으로 생산 확대가 쉬우며, 바람직한 양태에 있어서 장기간의 안정성을 보장하는 화학적으로 결합된 정렬층을 생산하고, 트위스티드 네마틱 장치, 수퍼 트위스티드 네마틱 장치, 액티브 매트릭스(active matrix) 등에 사용되는 기판에 적용 가능하다는 점을 가진다.
본 발명의 정렬 표면은 모든 광학적 기록매체 및 장치, 그리고 특히 정렬 기판을 필요로 하는 액정장치(LCD)에 유용하다. 이들 장치는 표시장치, 공간 광변조기, 상전이 장치, 비선형 광학장치, 트위스티드 네마틱 장치, 수퍼트위스티드 네마틱 장치, 이중층 수퍼트위스티드 네마틱 장치, 삼중층 수퍼트위스티드 네마틱 장치, 액티브 매트릭스 표시장치, 상기의 장치들의 복합형 장치 등을 포함한다. 물론, 평판 표시장치, TV 스크린, 컴퓨터 스크린 등도 포함된다. 이들 장치는 공지로 잘 알려져 있으며 이들중 다수는 문헌(Handbook of Display Technology,Castellano J. A., Academic Press, Inc., 1992, 상기 문헌은 참고 문헌이다)에 설명되어있다. 이 안내서의 8장은 특히 유용하다. 당업자는 본 발명에 따라, 공지의 장치에 사용되는 정렬층 대신 본 발명의 표면정렬층을 간단히 대용함으로써 상기 열거된 액정 장치를 제공할 수 있다. 본 발명의 표면에 의해 제공되는 편향각은 0°내지 90°로 다양하며, 바람직하게는 0°보다 크고 15°이내로서, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 및 15°를 포함한다. 20°, 30°, 40°, 50°, 60°, 70°, 80° 및 85°편향 역시 제공될 수 있으며, 그 모든 중간값 및 중간범위도 제공된다.
패턴 등으로 표시된 영역을 필요로 하는 장치에서는 상기 표면은 매스크 등을 통하여 방향성 결합되어 특정부분에만 본 발명의 정렬 표면을 제공할 수 있으며 또는 화학식 1의 화합물을 기판의 특정부분에 도포할 수 있다. 예를 들어 1차 방향으로 편광된 자외선으로 기판의 특정 부분을 방향성 결합한 후, 2차 방향으로 편광된 자외선으로 같은 기판의 다른 부분을 방향성 결합하는데 매스크를 사용할 수 있다. 다중 도메인 화소(multi-domain pixel)는 이런 방식 등으로 만들어 질 수 있다. 물론, 화학식 1의 화합물의 혼합물은 단일 기판상에 사용될 수 있으며, 화학식 1의 화합물과 상이한 도메인을 가지는 기판도 사용될 수 있다. 착색 기판도 사용할 수 있으며 자체 화학적 구성에 의해 착색 또는 형광이 된 화학식 1의 화합물 역시 마찬가지이다. 염료 등과 같은 첨가제도 방향성 결합 이전 또는 이후에 본 발명의 층에 첨가될 수 있다.
본 발명의 표면에 의해 배향된 액정 물질은 특별히 제한되지 않으며, 네마틱, 콜레스테릭, 스멕틱, 디스코틱 상을 보이는 것들을 포함하며, (특히 측면 불소 치환을 가지는)강유전성 물질을 포함한다. 액정은 단독으로 또는 혼합되어 사용될 수 있으며 공융(eutectic) 혼합물을 포함한다. 수퍼불소화(superfluorinated) 네마틱 혼합물도 사용될 수 있다. 둘 이상의 다른 액정의 혼합물이 바람직하다. 액정 및 그 혼합물의 바람직한 예는 문헌(Liquid Crystals in Tabellen, Vols. I and II, 참조문헌임; 미국특허 5,032,009, 참조문헌임)등에 설명되어 있다. 게스트-호스트 조성물 역시 포함되며 여기에는 염료, 비선형 광학 화합물 등과 액정의 혼합물이 제공된다.
본 발명의 특히 바람직한 양태에서, 정렬 표면은 키랄인데, 화학식 1의 분자가 키랄이던지, p-p' 결합이 키랄이던지, X가 키랄이던지, P가 키랄이던지, S가 키랄이던지, 이들의 조합이기 때문이다. 형태 및 기하 키랄성을 포함한다.
상기의 교시에 의하여 본 발명에 대한 수많은 개질 및 변화가 가능한 것이 명백하다. 그러므로, 청구의 범위의 범위 내에서 본 발명은 여기에 구체적으로 설명되어진 것외에 다르게 실행될 수 있다.

Claims (19)

  1. 두 가지 이상의 상이한 유형의 액정 분자를 포함하는 액정 조성물로서, 하기 화학식 1의 화합물을 포함하는 화학흡착된 방향성 결합 정렬층을 가지는 기판과 접촉하고 있는 액정 조성물.
    화학식 1
    [X]m-[S]n-[P]o
    상기 화학식 1에 있어서,
    X는 기판에 대해 화학흡착이 가능한 화학 작용성 그룹이며,
    S는 X 및 P를 분리하는 스페이서 그룹이고,
    P는 방향성 결합가능 그룹이며,
    n, m, 및 o는 모두 1 이상의 정수이며, m은 n과 같거나 크고 o는 n과 같거나 크다.
  2. 하기 화학식 1의 화합물을 포함하는 화학흡착된 이방성의 방향성 결합층을 표면의 적어도 일 부분에 가지는 기판.
    화학식 1
    [X]m-[S]n-[P]o
    상기 화학식 1에 있어서,
    X는 기판에 대해 화학흡착이 가능한 화학 작용성 그룹이며,
    S는 X 및 P를 분리하는 스페이서 그룹이고,
    P는 방향성 결합가능 그룹이며,
    n, m 및 o는 모두 1 이상의 정수이며, m은 n과 같거나 크고 o는 n과 같거나 크다.
  3. 제2항에 있어서, 화학흡착층이 화학식 1의 화합물을 두 가지 이상 포함하는 기판.
    화학식 1
    [X]m-[S]n-[P]o
  4. 제2항에 있어서, 화학흡착층이 가시 파장 범위에서 빛을 흡수하지 않는 기판.
  5. 제2항에 있어서, 화학흡착층이 가시 파장 범위에서 빛을 흡수하는 기판.
  6. 제2항에 있어서, 화학흡착층이 패턴으로 형성되어있는 기판.
  7. 제2항에 있어서, 화학흡착층이, 접촉하고 있는 액정 분자의 일방성 정렬을 가능하게 하는 기판.
  8. 제2항에 있어서, 화학흡착층이, 접촉하고 있는 액정 분자를 일축 평면 배향으로 정렬 가능하게 하고, 액정 분자가 기판에 대해 3 내지 85°로 임의로 경사져 있는 기판.
  9. 제2항의 기판을 포함하는 액정 표시 장치.
  10. 제2항에 있어서, 기판이 SiO2유리, ITO-도포 SiO2유리, 폴리실리콘, 금속 및 플라스틱으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 기판.
  11. 제2항에 있어서, 화소의 1차 부분에 화학식 1의 첫 번째 화합물을, 화소의 2차 부분에 화학식 1의 두 번째 화합물을 가지는 다중 도메인 화소를 포함하는 기판.
    화학식 1
    [X]m-[S]n-[P]o
  12. 제2항의 기판을 포함하는 상 변조기(phase modulator).
  13. 제2항의 기판을 포함하는 비선형 광학 장치(non-linear optical device).
  14. 제2항의 기판을 포함하는 공간 광변조기(spatial light modulator).
  15. 기판 표면의 적어도 한 부분에 화학식 1의 화합물을 화학흡착시킨 후 방향성 결합시키는 단계를 포함하는, 제2항의 기판의 제조방법.
  16. 제15항에 있어서, 방향성 결합이 광 조사에 의해 수행되는 제조방법.
  17. 제16항에 있어서, 방향성 결합이 원형 또는 타원형으로 편광된 자외선에 의해 수행되는 제조방법.
  18. 제2항에 있어서, m=n=o=1인 기판.
  19. 제1항에 있어서, m=n=o=1인 조성물.
KR1019970704895A 1995-01-20 1995-10-24 액정조성물,이와접촉하고있는기판,당해기판을포함하는제품및당해기판의제조방법 KR100391185B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US08/375,997 US5578351A (en) 1995-01-20 1995-01-20 Liquid crystal composition and alignment layer
US8/384997 1995-01-20
US08/384997 1995-01-20

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR19980701504A true KR19980701504A (ko) 1998-05-15
KR100391185B1 KR100391185B1 (ko) 2003-11-01

Family

ID=23483261

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019970704895A KR100391185B1 (ko) 1995-01-20 1995-10-24 액정조성물,이와접촉하고있는기판,당해기판을포함하는제품및당해기판의제조방법

Country Status (6)

Country Link
US (2) US5578351A (ko)
EP (1) EP0804750A4 (ko)
JP (1) JPH11505550A (ko)
KR (1) KR100391185B1 (ko)
AU (1) AU3998495A (ko)
WO (1) WO1996022561A1 (ko)

Families Citing this family (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR0179115B1 (ko) * 1995-11-20 1999-05-01 구자홍 액정배향용 감광성물질 및 이를 이용한 액정표시장치
WO1997018944A1 (en) * 1995-11-22 1997-05-29 The Government Of The United States Of America, Represented By The Secretary Of The Navy Patterned conducting polymer surfaces and process for preparing the same and devices containing the same
KR0169016B1 (ko) * 1995-12-29 1999-03-20 구자홍 광을 이용한 트위스트네메틱 액정셀 제조방법
KR0182876B1 (ko) 1996-01-09 1999-05-01 구자홍 액정셀의 프리틸트방향 제어방법
TW515926B (en) 1996-07-10 2003-01-01 Matsushita Electric Ind Co Ltd Liquid crystal alignment film and method for producing the same, and liquid crystal display apparatus using the same and method for producing the same
KR100483504B1 (ko) * 1996-07-25 2005-04-19 제오-센터스, 인코포레이티드 액정 조성물 및 액정 정렬층
US6191836B1 (en) 1996-11-07 2001-02-20 Lg Philips Lcd, Co., Ltd. Method for fabricating a liquid crystal cell
JP3866809B2 (ja) * 1996-12-19 2007-01-10 松下電器産業株式会社 有機膜及びその製造方法
JP4201862B2 (ja) * 1997-02-27 2008-12-24 シャープ株式会社 液晶表示装置
US6816218B1 (en) * 1997-04-14 2004-11-09 Merck Patent Gmbh Homeotropically aligned liquid crystal layer and process for the homeotropic alignment of liquid crystals on plastic substrates
US6292296B1 (en) 1997-05-28 2001-09-18 Lg. Philips Lcd Co., Ltd. Large scale polarizer and polarizer system employing it
JPH1115000A (ja) * 1997-06-26 1999-01-22 Seiko Epson Corp 液晶表示装置およびその製造方法
KR100259258B1 (ko) 1997-11-21 2000-06-15 구본준 액정표시소자
US6153272A (en) * 1998-05-18 2000-11-28 University Of Massachusetts Lowell Liquid crystal alignment by covalently bound anisotropes
FR2787951B1 (fr) 1998-12-23 2007-01-12 Commissariat Energie Atomique Procede de reception de signaux a etalement de spectre avec correction de decalage en frequence, et recepteur correspondant
KR100301853B1 (ko) * 1999-03-25 2001-09-26 구본준, 론 위라하디락사 액정표시소자용 배향막
KR100357214B1 (ko) 1999-04-21 2002-10-18 엘지.필립스 엘시디 주식회사 액정표시소자
US7084087B2 (en) * 1999-09-07 2006-08-01 Abb Lummus Global Inc. Zeolite composite, method for making and catalytic application thereof
KR100475107B1 (ko) 1999-10-14 2005-03-09 엘지.필립스 엘시디 주식회사 멀티도메인 액정셀의 제조방법
US6800370B2 (en) * 2000-10-16 2004-10-05 University Of South Australia Photoresponsive surfaces
KR100595300B1 (ko) * 2000-10-28 2006-07-03 엘지.필립스 엘시디 주식회사 광배향성 물질 및 이를 이용한 액정표시소자
KR100565739B1 (ko) 2000-10-28 2006-03-29 엘지.필립스 엘시디 주식회사 광배향성 물질 및 이를 이용한 액정표시소자
KR100969148B1 (ko) * 2003-05-30 2010-07-08 엘지디스플레이 주식회사 편광된 ｕｖ를 이용한 위상차 필름의 제조방법
US20050027028A1 (en) * 2003-07-31 2005-02-03 Kelly Stephen M. Polymer networks, methods of fabricating and devices
KR20060069830A (ko) * 2003-08-06 2006-06-22 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이. 기판에 공유결합된 지지부재를 구비한 액체 충전 복합물
US7244627B2 (en) * 2003-08-25 2007-07-17 Lg.Philips Lcd Co., Ltd. Method for fabricating liquid crystal display device
US7371331B2 (en) * 2004-04-01 2008-05-13 Valerie J Marty Method of creating a patterned monolayer on a surface
US7527836B2 (en) * 2004-12-28 2009-05-05 Dai Nippon Printing Co., Ltd. Optical element and method for manufacturing the same
WO2007040137A1 (ja) * 2005-09-30 2007-04-12 Sharp Kabushiki Kaisha 液晶表示装置
US8643822B2 (en) * 2007-07-03 2014-02-04 Jds Uniphase Corporation Non-etched flat polarization-selective diffractive optical elements
TWI464242B (zh) 2012-10-26 2014-12-11 Ind Tech Res Inst 負介電異方性液晶化合物、液晶顯示器、與光電裝置
KR102014880B1 (ko) 2012-12-28 2019-08-28 삼성디스플레이 주식회사 표시 장치 및 이의 제조방법
US9977163B2 (en) * 2013-04-11 2018-05-22 Sumitomo Chemical Company, Limited Orientation layer for optically anisotropic film
WO2018164709A1 (en) * 2017-03-09 2018-09-13 Purple Solutions, Llc Process for preparing polysilazanes
JP7238272B2 (ja) * 2018-05-28 2023-03-14 セイコーエプソン株式会社 表面処理剤、表面処理方法、液晶装置および電子機器

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2604293A1 (de) * 1976-02-04 1977-08-11 Bannikov Verfahren zur ausbildung eines homogen orientierten filmes eines nematischen fluessigkristalls
JPS5498637A (en) * 1978-01-13 1979-08-03 Citizen Watch Co Ltd Liquid crystal chromatic display device
US4316041A (en) * 1980-02-19 1982-02-16 Union Carbide Corporation Liquid crystal silanes
NL8402498A (nl) * 1984-08-14 1986-03-03 Philips Nv Beeldweergeefcel.
US4968524A (en) * 1987-10-16 1990-11-06 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Process for producing a polyacetylene
US5391463A (en) * 1988-04-14 1995-02-21 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Surface modification to create regions resistant to adsorption of biomolecules
US4974941A (en) * 1989-03-08 1990-12-04 Hercules Incorporated Process of aligning and realigning liquid crystal media
US5133895A (en) * 1989-03-09 1992-07-28 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Alignment film for liquid crystal and method for production thereof, as well as liquid crystal display device utilizing said alignment film and method for production thereof
US5073294A (en) * 1990-03-07 1991-12-17 Hercules Incorporated Process of preparing compositions having multiple oriented mesogens
JP2698717B2 (ja) * 1990-09-17 1998-01-19 松下電器産業株式会社 液晶配向膜及びその製造方法並びに液晶表示装置及びその製造方法
EP0476543B1 (en) * 1990-09-17 1996-08-28 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Liquid crystal alignment film and method of manufacturing the same
JP2954407B2 (ja) * 1990-11-30 1999-09-27 株式会社日立製作所 薄膜形成方法
EP0525477B1 (de) * 1991-07-26 1998-09-16 Rolic AG Orientierte Photopolymere und Verfahren zu ihrer Herstellung
SG50586A1 (en) * 1991-07-26 2000-05-23 Rolic Ag Liquid crystal display cell
EP0525473B1 (de) * 1991-07-26 1998-05-06 Rolic AG Flüssigkristall-Zelle
US5342737A (en) * 1992-04-27 1994-08-30 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy High aspect ratio metal microstructures and method for preparing the same
US5252695A (en) * 1992-06-03 1993-10-12 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Fast switching ferroelectric liquid crystalline polymers
US5426009A (en) * 1992-09-19 1995-06-20 Merck Patent Gesellschaft Mit Beschrankter Haftung Polymeric composite material
TW293841B (ko) * 1992-12-11 1996-12-21 Sharp Kk
US5293261A (en) * 1992-12-31 1994-03-08 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Device for low electric-field induced switching of Langmuir-Blodgett ferroelecric liquid crystal polymer films
DE4305970A1 (de) * 1993-02-26 1994-09-01 Hoechst Ag Cyclische Strukturelemente enthaltende Silan-Koppler als Orientierungsfilme

Also Published As

Publication number Publication date
US5948316A (en) 1999-09-07
EP0804750A1 (en) 1997-11-05
KR100391185B1 (ko) 2003-11-01
WO1996022561A1 (en) 1996-07-25
US5578351A (en) 1996-11-26
AU3998495A (en) 1996-08-07
JPH11505550A (ja) 1999-05-21
EP0804750A4 (en) 1998-05-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100391185B1 (ko) 액정조성물,이와접촉하고있는기판,당해기판을포함하는제품및당해기판의제조방법
KR100483504B1 (ko) 액정 조성물 및 액정 정렬층
EP0386782B1 (en) Alignment film for liquid crystal and method for production thereof, as well as liquid crystal display device utilizing said alignment film and method for production thereof
US6495221B1 (en) Chemisorptive substance, aligned liquid-crystal film and liquid-crystal display element both made by using the same, and processes for producing these
EP0418833A2 (en) Organic thin film and liquid crystal display devices with the same
EP0601895B1 (en) Method for forming an orientation film
US20020054967A1 (en) Photoalignment materials and liquid crystal display device and method for fabricating the same with said materials
US6451392B1 (en) Chemical adsorbate compound, organic film, liquid crystal alignment film, and liquid crystal display device utilizing the chemical adsorbate compound
JPH10153783A (ja) 液晶配向膜とその製造方法およびそれを用いた液晶表示装置とその製造方法
EP1040876B1 (en) Process for the production of liquid crystal displays by using a chemisorption film
KR100430120B1 (ko) 박막형성용 화학흡착물질 및 그 제조방법 및 그 용도
JP2950824B2 (ja) 液晶配向膜とその製造方法およびそれを用いた液晶表示装置とその製造方法
US6517401B1 (en) Process for the production of monomolecular chemisorption film, and processes for the production of liquid crystal alignment films and liquid crystal displays by using the chemisorption film
Ohtake et al. A liquid crystal display having a rubbing-free photo-aligned monomolecular layer as an alignment film
JP3302645B2 (ja) 液晶配向膜およびこれを用いた液晶表示素子
MXPA99000938A (en) Liquid crystal composition and alignment layer
JPH11149077A (ja) 液晶配向膜の製造方法及びそれを用いた液晶表示装置の製造方法
JP3537713B2 (ja) 液晶配向膜およびこれを用いた液晶表示装置
JP2001021896A (ja) 液晶配向膜およびこれを用いた液晶表示装置
Park et al. Second-harmonic generation from rubbed ferroelectric liquid crystal mesogenic monolayer surfaces
JP2001072786A (ja) 有機薄膜とその製造方法、液晶配向膜とその製造方法、並びに液晶表示装置とその製造方法
Jain et al. Orientation of Ferroelectric Liquid Crystals by Self-Assembled Bilayer Molecular Assembly

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
G170 Publication of correction
LAPS Lapse due to unpaid annual fee