KR20000058906A

KR20000058906A - 공중합체를 이용한 액정 표시 장치

Info

Publication number: KR20000058906A
Application number: KR1020000038104A
Authority: KR
Inventors: 서대식; 황정연; 서동학
Original assignee: 서대식
Priority date: 2000-07-04
Filing date: 2000-07-04
Publication date: 2000-10-05

Abstract

본 발명은 cholconyl과 cholesteryl기를 copolymer로 하여 새로운 수직 배향용 광배향 재료인 copoly(PM4Ch-ChMA), (copoly(poly(4-methacryloyloxychalcone-chalconemethacryl)을 이용한 광배향 VA-LCD mode에 관한 발명이다. 액정 디스플레이에서 액정 분자를 제어하기 위해서는 러빙처리 공정을 통하여 액정분자를 배향 시키는 기술이 있다. 이 러빙처리법은 공정이 간단하고, 액정 배향 특성이 우수하다는 장점이 있지만, 러빙처리에 의한 오물의 발생과 정전기로 인한 TFT 소자의 파괴, 그리고 배향 얼룩 등의 문제가 심각하게 제기 되고 있다. 그래서 기계적인 러빙처리를 하지 않는 광배향법이 사용되고 있으며, 여러 방법들이 제안되고 특히 광중합법이 유망하다. 그러나 아직 TN-LCD용(수평배향 적용)으로 개발되었고, 아직 VA-LCD용(수직 배향 적용)의 광중합 재료는 미비한 현실이다. 그래서 본 발명에서는 기존의 측쇄기에 길게 붙여서 수직 배향을 실현시키는 방법과 달리 새로운 방법으로 곁가지로 chalconyl기와 cholesteryl기를 공중합시켜 수직배향막을 개발하였다. 개발한 광중합 재료의 TGA 특성을 통해 약 250℃까지 열적 안전성을 얻을 수 있었다. 또한 Cholesteryl이 수직배향을, 광중합된 chalcone이 방향성을 주기 때문에 UV 조사 시간이 3분일때에는 광중합된 chalcone이 배향성을 증가시켜 전압-투과율(V-T)와 응답속도가 향상되는 효과를 얻을 수 있다. 그러므로 새로운 광중합 재료 표면에 3분간 UV 조사한 광배향 VA-LCD는 러빙한 VA-LCD 보다 향상된 V-T 및 응답 특성을 얻을수 있었으며, UV 조사기술을 이용한 멜티도메인법을 사용하여 쉽게 넓은 광시야각을 얻을 수 있다.

따라서 본 발명에서 제안하는 새로운 광중합 재료인 copoly(PM4Ch-ChMA)을 이용한 광배향 VA-LCD mode는 고속응답, 광시야각 그리고 고콘트라스트를 실현시킬 수 있는 매우 우수한 특성을 실현시킨다. 이 광중합재료의 구조는 다음의 대표도로 표시된다.

Description

공중합체를 이용한 액정 표시 장치 {Liquid Crystal Display using a copolymers}

본 발명은 새로운 수직 배향용 광배향 재료인 copoly(PM4Ch-ChMA), (copoly(poly(4-methacryloy loxychalcone-chalconemethacryl) 을 이용한 광배향 VA-LCD mode로서 낮은 임계치 전압, 빠른 응답속도 그리고 고콘트라스트에 관한 발명이다.

LCD는 평판표시 소자의 한 종류로 휴대화가 가능, 평판, 박형, 저소비전력, 고화질 등의 장점을 가지고 많은 정보표시 분야에 이용되고 있다. 박막 트랜지스터(thin-film-transister) 기술과 TN (twisted nematic) 모드를 사용한 TFT-LCD가 대화면, 고해상도, 풀칼러라는 고기능을 갖는 디스플레이에 적용되어 상품화되고 있다. 하지만 액정분자를 제어하기 위해서 러빙처리라는 공정이 필요하게 되는데, 이 러빙처리법은 공정이 간단하고, 액정 배향 특성이 우수하다는 장점이 있지만, 러빙에 의한 오물의 발생과 정전기로 인한 TFT 소자의 파괴, 그리고 배향의 얼룩 등의 문제가 심각하게 제기되고 있으며, 멀티도메인(Multi-Domain)법으로 광시야각을 구현할 때 사진식각법(Photolithography) 공정이 추가되므로 생산성이 떨어지게 된다. 따라서 액정 배향 방법중 기존의 러빙법의 한계를 극복할 수 있는 넌러빙 처리법(rubbing-free treatment)에 의한 액정배향 기술이 필요하게 되었다. 그래서 러빙처리법을 대신하여 액정배향을 실현시키는 방법으로써 광중합법이 연구되고 있다. 그러나 PVCi(poly vinyl cinnamate)등의 TN-LCD용의 광중합 재료로 개발되었으며, TN-LCD는 시야각이 협소하고 중간조표시에서 화상이 반전하는 문제점과 완벽한 동화상을 구현하기에는 응답속도가 느리다는 문제점을 가지고 있다. 그래서 광시야각, 고콘트라스트, 고속응답특성을 가진 VA mode가 많이 연구되고 있으나 주로 돌기, 폴리이미드를 이용하고 있다. 즉 광중합법을 이용한 VA-LCD의 개발은 세계적으로 전무한 상황이다. 그래서 본 개발에서는 고속응답, 광시야각 그리고 고콘트라스트 등을 구현할 수 있는 VA-LCD mode용 광배향 재료인 copoly(PM4Ch-ChMA)을 제안한다.

본 발명은 차세대에 필요한 LCD 개발의 목표인 넌러빙 배향, 광시야각, 고속응답 그리고 고콘트라스트 등을 구현할 수 있는 VA-LCD mode용 광합 재료를 제안한다. 이 광중합 재료를 이용한 광배향 VA-LCD는 낮은 임계치 전압, 빠른 응답속도 그리고 고콘트라스트를 나타내었다

도 1은 본 발명의 새로운 광중합 재료의 구조식

도 2(가)은 본 발명의 M4Ch의 FT-IR 스페트럼

도 2(나)은 본 발명의 ChMA의 FT-IR 스페트럼

도 3은 본 발명의 광중합 재료의 TGA 곡선

도 4은 본 발명의 광중합 재료를 이용한 프리틸트 측정

도 5은 본 발명의 광배향 VA-LCD의 전압-투광율 특성 (보상 필름이 없는 경우)

도 6은 러빙처리한 VA-LCD의 전압-투광율 특성 (보상필름이 없는 경우)

도 7은 본 발명의 광배향 VA-LCD의 응답특성 (보상필름이 없는 경우)

도 8은 러빙처리한 VA-LCD의 응답특성 (보상필름이 없는 경우)

이하 첨부된 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 수직배향용 광중합 재료의 구조를 제안한다. 광중합 반응에 의해 수평 배향을 나타내는 chalconyl group과 수직 배향을 나타내는 cholesteryl group을 side chain으로 하여 공중합체 고분자로 만든 것이다. 합성법은 첫번째로 단량체인 M4Ch (4-metha-cryloyloxy chalcone)을 합성하였다. 우선 플라스크에 4-hydroxy chalcone과 triethylamine을 넣고 2-butanone을 넣어 녹인다. 반응 온도를 0 ℃로 유지시킨 후 dropping funnel을 이용하여 2-butanone에 섞은 methacryloylchloride를 30분에 걸쳐 첨가하였다. 상온에서 약 4시간 동안 교반하였다. 반응이 끝난후 amine salt는 필터로 제거하고 5%의 NaOH수용액과 물로 추출하였다. 분리된 유기층의 수분을 제거하고 solvent를 증발시켜 원하는 product를 얻었다. 그리고 column으로 분리하였다. 도 2(가)와 같이 FT-IR 스페트럼으로 M4Ch의 합성을 확인하였다.

두번째로 ChMA (cholesteryl methacrylate)을 합성하였다. 먼저 플라스크에 cholesterol과 triethyl amine을 넣고 chloroform을 넣어 녹인다. 상온에서 dropping funnel을 이용하여 cholroform에 섞은 methacryloylchloride를 30분에 걸쳐 첨가하였다. 상온에서 약 4시간 동안 교반하였다. 반응이 끝난 후 5%의 NaOH 수용액과 물로 추출한다. 분리된 유기층의 수분을 제거하고 solvent를 증발시켰다. 그리고 EtOH로 재결정 하였다. 도 2(나)와 같이 FT-IR 스페트럼으로 ChMA의 합성을 확인하였다.

마지막으로 위에서 합성한 두 단량체 M4Ch와 ChMA를 적절한 비율로 계산하여 플라스크에 넣은후 toluene을 첨가하여 녹인다. 중합개시제로 0.2 mol%의 AIBN을 넣고 반응기안의 산소를 제거한 후 70℃에서 48시간동안 반응시켰다. 그리고 반응 종료우 MeOH에 침전하고 거른후 건조하였으며 재침전하여 깨끗한 product인 copoly (M4Ch-ChMA)를 얻었다. 그리고 NMR분석을 이용하여 cholesteryl group이 20%가 붙어있음을 확인하였다.

도 3 은 공중합체의 TGA 곡선을 나타낸다. Copoly(M4Ch- ChMA)는 약 250℃까지 열적 안정을 얻었다.

도 4 은 결정회전법을 사용하여 copoly(M4Ch-ChMA) 표면에 1분간 UV 조사한 액정셀에서의 프리틸트각의 측정을 나타낸다. 대칭점이 0으로 프리틸트각이 90°로 수직배향막임을 알 수 있다.

도 5 과 도 6에는 copoly(M4Ch-ChMA)의 표면을 이용한 광중합 VA- LCD와 러빙 VA-LCD의 전압-투과율 곡선을 나타낸다. 도 6 에서 보는 바와 같이, 3분간 UV 조사한 광배향 VA-LCD는 임계치 전압(V₁₀)은 2.49[V]로 러빙한 VA-LCD보다 (V₁₀: 2.56[V])보다 낮은 임계치 전압을 얻었다. 즉 3분간 UV 양호한 전압 대 투과율 곡선을 얻을 수 있다.

도 7과 도 8에는 copoly(M4Ch-ChMA)의 표면을 이용한 광중합 VA- LCD와 러빙 처리한 VA-LCD의 응답특성을 나타낸다. 콜레스틱이 수직배향을 광중합된 chalcone이 방향성을 주기 때문에 UV 조사 시간이 3분일 때에는 광중합된 chalcone이 배향성을 증가시켜 3분간 UV 조사한 광배향 VA-LCD가 가장 양호한 응답 특성을 얻었으며, 응답 속도도 31.3[ms]로 러빙 VA-LCD의 응답속도 36.6[ms]에 비해 빠른 응답속도를 나타내었다. 그러므로 액정의 유전율, 셀갭을 적절히 조절함으로써 고속응답을 얻을 수 있다. 또한 UV 조사기술을 이용하여 쉽게 멀티도메인을 만들 수가 있어, 우수한 광시야각을 얻을 수 있다.

따라서, 본 발명은 새로운 광중합 재료인 copoly(M4Ch-ChMA)을 이용한 광배향법으로 고속응답, 고콘트라스트 그리고 UV 조사기술을 이용한 멀티도메인법으로 넓은 광시야각을 실현할 수 있다.

본 발명은 새로운 광중합 재료인 copoly(M4Ch-ChMA)을 이용한 VA-LCD mode 관한 발명이다. 이 재료은 기존의 측쇄기에 길게 붙여서 수직 배향을 실현시키는 방법과 달리 곁가지로 chalconyl기와 cholesteryl기를 공중합시켜 수직배향막을 얻었으며, 이 광중합 재료를 이용한 VA-LCD는 기존의 VA mode의 장점인 고속응답과 고콘트라스트 특성을 향상시킬수 있으며, 보상필름을 사용하지 않고 UV 조사기술을 이용한 멀티도메인 방법을 이용하여 넓은 광시야각을 쉽게 얻을 수 있다. 따라서 본 발명은 액정 디스플레이에서 안고 있는 문제인 광시야각 및 고콘트라스트 등의 문제를 해결하며, 셀 제작의 공정 수를 최소한으로 줄일 수 있는 매우 우수한 광배향 VA-LCD 재료이며, 액정표시장치의 산업에 크게 기여할 것으로 기대된다.

Claims

공중합체를 이용한 수직액정배향 기술 및 이론 이용한 액정 표시 장치
metharyl계 공중합체를 이용한 액정한표시장치
곁가지로 chalconyl기와 cholesteryl기의 공중합체를 이용한 액정표시장치기술