KR20070013268A - 경사 광축을 구비한 복굴절 층 - Google Patents

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oblique optical
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비안카 엠. 아이. 밴 더 잔드
에미엘 피터스
핸드릭 제이. 비. 자긋
시스카 두른캠프
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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

본 발명은 액정분자를 포함하는 액정혼합물과 휘발성 계면활성제를 제공하는 단계, 상기 액정혼합물을 배열하는 단계 및 상기 액정혼합물의 광축의 경사를 변경시키는 혼합물로부터 상기 휘발성 화합물의 적어도 일부분을 증발시키는 단계를 포함하는 경사 광축을 구비한 복굴절층의 제조방법에 관한 것이다.

Description

경사 광축을 구비한 복굴절 층{BIREFRINGENT LAYERS WITH TILTED OPTICAL AXIS}
본 발명은 경사 광축을 구비한 복굴절층의 제조방법 및 이러한 복굴절 층을 포함하는 디스플레이 디바이스에 관한 것이다.
액정 디스플레이에 대한 컨트라스트 값의 각 의존도는 컨트라스트가경사진 가시 각에서는 상당히 감소되기 때문에 액정 디스플레이의 유용성에 대한 제한요인이다. 그러나, 각 의존도는 어두운 상태에서 액정 셀에서 액정 분자의 복굴절에 상응하는 복굴절로 광학 지연제 호일을 주입하여 개선(감소)될 수 있다.
종래의 단축 및 이축 지연제 호일은 일반적으로 신장 중합체 필름(예를 들어 폴리카보네이트 또는 폴리비닐알코올)을 신장시켜 제조된다. 또한 액정 단량체 및 중합체는 복굴절 호일의 제조에 사용될 수 있다. Mori 등의{Jpn J Appl Phys, 36:143(1997)} 및 미국특허 US 제 5 518 783호에 기재된 바와 같이, 원판형(discotic) 액정 중합체를 기재로 하는 네가티브 복굴절 호일은 보상 호일 만큼 효과적일 수 있다. 경사 광축을 구비한 광학 지연제 호일은 액정분자의 스플레이(splay) 디렉터 패턴 또는 일정한 경사 중 하나의 결과일 수 있다.
Van de Witte 등{Jpn J Appl Phys 38:748(1999)}은 액정 공기경계면과 배열 이 고정된 액체기판 경계면에서 액정 단량체의 배열에 차이를 이용하여 제조된다. 광축의 경사는 액정 혼합물 조성물을 변화시켜서 조절될 수 있다.
이 방법의 한가지 단점은 상기 액정 혼합물이 경사를 변화시키기 위해 조절되어야 한다는 점이고, 이것이 나쁘게 재현되는 것이 증명되어 왔다. 더구나, 광축의 경사는 광학 호일에서 바람직하지 않은 영역 형성을 초래하여 조절하기 어렵다.
본 발명의 목적은 액정 단량체 또는 중합체를 기재로 하는 경사있는 광축으로 광학 복굴절 층을 생성하는 상기 기재된 방법의 단점을 극복하는 것이다.
그러므로 본 발명은 액정분자와 휘발성 계면활성제를 포함하는 액정 혼합물을 제공하는 단계, 상기 액정 혼합물을 배열하는 단계 및 액정물질 광축의 경사를 변경시키기 위해 혼합물로부터 상기 휘발성 화합물의 적어도 일부분을 증발시키는 단계를 포함하는 경사있는 광축을 구비한 복굴절층의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 상기 액정혼합물은 바람직하게 중합가능한 화합물, 바람직하게 광중합가능한 화합물, 보다 바람직하게 광중합가능한 액정분자를 포함하고, 상기 방법은 바람직하게 상기 중합가능한 화합물을 중합하는 단계를 더 포함한다. 액정층의 중합은 획득된 변경된 광학 경사를 구비한 중합 복굴절층, 호일을 제공한다.
본 발명의 이점은 재생할 수 있게 다른 경사각을 구비한 다른 층은 액정혼합물의 조성물을 변화시키지 않고 단지 증발조건을 변화시켜서 획득될 수 있다는 것이다.
본 발명의 또 다른 이점은 제조된 층의 경사는 층에서 원하지 않는 영역(domain) 형성을 방지하는 잘 조절된 방향을 갖는 것이다.
또한 본 발명은 복굴절 중합층을 포함하는 액정 디스플레이, 호일 및 액정 디스플레이의 제조에 대한 이러한 층의 사용방법에 관한 것이다.
본 발명은 경사진 광축을 구비한 복굴절층의 제조 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 액정 분자 및 휘발성 계면활성제를 포함하는 액정 혼합물을 제공하는 단계;
상기 액정 혼합물을 배열하는 단계; 및
액정물질의 광축 기울기를 변경시키는 혼합물로부터 상기 휘발성 화합물의 적어도 일부분을 증발시키는 단계를 포함한다.
바람직하게 또한 상기 방법은 기판, 예를 들어 유리 또는 중합체 기판을 제공하는 단계, 바람직하게 상기 배열층을 포함하는 단계, 상기 지지체, 바람직하게 상기 배열층 상에 상기 혼합물을 배열하는 단계를 포함한다. 배열층은 폴리이미드, 광배열, 이온분쇄, 플라즈마 처리 또는 무기성 필름 또는 기술분야의 당업자에게 알려진 임의의 다른 배열층으로 연마될 수 있으며, 상기 액정혼합물을 배열하는 단계는 또한 예를 들어 전기장 또는 자기장을 인가하여 배열층의 사용없이 가능할 수 있다.
본 명세서에 사용된 것으로서, "경사(tilt)"라는 용어는 표면, 예를들어 액정물질이 도포되는 표면과 물질의 특정한 분자수의 디렉터 간의 경사를 정의한다. 그러나 "광학 경사" 또는 "광축의 경사"라는 용어는 물질에서 특정한 수의 분자의 광축과 상기 표면 사이의 각을 정의한다.
국부적 경사/광학 경사는 물질의 특정한 위치에서 경사, 즉 기판으로부터 특정한 거리를 정의한다.
평균 경사/평균 광학경사는 특정한 영역에서 물질의 깊이에 걸쳐 평균 경사값을 정의한다.
액정혼합물은 중합가능한 액정분자, 휘발성 계면활성제 및 선택적으로 광개시제 및 억제제를 포함하고, 바람직하게 자일렌, 2-부탄온, N-메틸피롤리돈, γ-부티로락톤 또는 기술분야의 당업자에게 알려진 적합한 다른 용매와 같은 적합한 용매에서 용해된다. 상기 혼합물은 한 개 이상의 다른 유형의 액정 분자, 바람직하게 반응성 액정 단량체를 포함할 수 있다.
적합한 반응성 액정 분자는 한 개 이상의 중합가능한 기(group)를 포함하는 칼라미틱(calamitic) 액정 분자를 포함하고, 바람직한 기는 아크릴레이트, 메타아크릴레이트, 비닐에테르, 옥세탄, 에폭시 또는 티올렌을 포함한다. 이러한 반응성 액정분자는 RM 257 및 RM 82를 포함하지만 이에 제한되지는 안는다. 본 발명에 사용하는데 적합한 다른 액정분자는 기술분야의 당업자에게 알려져 있다.
더구나, 혼합물은 휘발성 계면활성제를 포함하고, 바람직하게 혼합물 공기 경계면에서 수평배열을 제공한다. 바람직하게 상기 휘발성 계면활성제는 극성 헤드기(head-group)에 부착된 과플루오르알킬기를 포함하는 과플루오르화된 계면활성제이다.
과플르오르화된 고리는 액정물질의 크기와 매우 양립하지 않기 때문에, 계면활성제는 액정분자로부터 상 분리(phase-separate)될 필요가 있고 미셀(micelle) 또는 필름의 혼합물 공기 경계면에서 축적할 것이다. 상기 계면활성제는 소량, 일반적으로 약 1%의 액정물질이 존재한다. 이러한 계면활성제의 예는 2-n-에틸퍼플루오르-옥탄술폰아미도-에틸아크릴레이트(Acros사 및 FC151사에서 제조판매, Merck사 제조판매)를 포함하지만 이것이 제한되는 것은 아니다. 또한 기술분야의 당업자가 인식할 만한 다른 적합한 휘발성 계면활성제는 본 발명에 사용될 수 있다.
휘발성 계면활성제는 상승된 온도 및/또는 감소된 압력에서 액정혼합물로부터 증발하는 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 액정혼합물은 중합가능하고, 바람직하게 광중합가능하며, 상기 혼합물은 바람직하게 중합공정을 유도할 수 있는 개시제, Irgacure 184(Ciba Geigy사 제조)와 같은 광개시제, Irgacure 651, 또는 기술분야의 당업자에게 알려진 다른 적합한 개시제를 포함한다.
바람직하게, 혼합물은 예를 들어 스핀코팅, 스프레이 코팅, 프린팅, 블레이드 코팅 또는 다른 적합한 방법에 의해 상기 배열층에 도포됨에 따라, 액정분자의 매우 뚜렷한 배열을 구비한 배열된 층이 획득된다. 바람직하게 상기 배열층은 대부분의 액정혼합물의 수평배열을 제공하고, 즉 상기 기판에서 배열된 액정 혼합물의 국부적인 경사는 약 0°내지 10°가 바람직하고, 약 1°내지 10°가 더 바람직하다. 그러나 10°보다 더 높은 경사가 얻어질 수 있다.
상기 코팅공정 동안, 기본적으로 모든 용매는 액정혼합물에서 증발한다.
상기 혼합물이 표면에 도포된 후에, 상기 계면활성제는 필름공기 경계면에 지배적으로 위치될 것이다. 계면활성제는 극성 헤드기가 액정층을 가리키는 동안 이들의 과플르오르화된 고리는 공기를 향하는 방식으로 배열된다. 계면활성제의 이 배열에 의해, 표면에너지는 최소화된다.
휘발성 화합물의 증발은 휘발성 화합물이 바람직한 증발 비에서 혼합물로부터 증발하는 온도, 바람직하게는 40 내지 100 ℃로 상기 화합물을 가열하여 바람직하게 수행된다. 예를 들어 2-n-에틸플루오르-옥탄설포아미도-에틸아크릴레이트에 대해 70 ℃가 바람직한 온도이다. 또한 상기 증발은 혼합물을 둘러싸는 대기의 압력을 감소시켜서 수행될 수 있다.
증발 시에, 표면은 계면활성제의 과플르오르화된 고리에 의해 더 이상 형성되지 않고 액정분자에 의해 형성되기 때문에 표면에너지가 증가한다.
상기 표면에너지를 최소화하기 위해서 액정분자는 공기 쪽으로 이들의 알리파틱 고리를 가리킬 것이다. 이것은 이들이 결국 수직배열에 있을 때까지 액정분자로서 성취된다. 표면에너지 최소화의 결과는 액정 층에 대한 두 개의 다른 경계조건(boundary condition)이 있다는 것이다. 공기 경계면에서 분자의 디랙터는 경사지거나 심지어 직립해 있다. 이러한 결과로서, 액정층에서 디렉터의 국부적 경사는 기판으로부터의 거리로 증가하여 스플레이된 층(splayed layer)을 형성한다.
이것은 도 3에서 개략적으로 도시되며, 또한 휘발성 계면활성제(3)를 포함하는 액정물질(2)은 기판(1)에 증착된다. 초기에, 이들이 표면에너지를 최소화하도록 배열되는 경우 계면활성제는 주로 공기 표면 경계면에 위치되어 액정분자를 기본적으로 수평배열에 유지하게 한다. 기판을 가열하여 표면에너지를 최소화하는 액정 분자가 이탈하여 계면활성제는 증발하고, 이들은 경사를 이루어 성취하여 스플레이된 층을 형성한다.
본 명세서에 사용된 것으로서, "스플레이(splay)"층은 디렉터의 국부적 경사가 상기 기판으로부터의 거리로 증가하거나 감소하는 층을 정의한다.
그러나, 기판에서 초기 경사가 높은 일정한 경우, 표면에너지의 최소화로 인하여 표면에서 액정분자의 경사는 기본적인 상수로 액정층을 초래할 수 있지만 경사가 높을 수 있다.
초기 혼합물에서 계면활성제의 사용없이, 스플레이의 방향을 제어하기 어렵고 다른 영역은 스플레이 방향이 다를 경우 형성될 것이다. 다른 스플레이 방향으로 다른 영역을 형성하는 추가 에너지가 들 것이기 때문에 적당한 계면활성제의 사용으로 단영역(mono-domain)이 형성된다. 그러므로, 단영역은 수평에서 스플레이된 것으로 전환 동안 유지되고, 단 하나의 스플레이 방향만이 획득된다.
현재 1°내지 20°범위의 디렉터 평균경사의 증가는 초기경사(증발전)가 2°이었을 때 증발 단계 후 획득되지만, 더 높은 증가는 본 발명에 따른 방법에 의해 매우 잘 획득 가능하다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 증발단계는 중합단계 다음에 따라온다. 바람직하게 혼합물은 광중합가능하고, 이러한 경우 상기 혼합물은 중합을 유도하는 개시제를 활성화하기에 적합한 광으로 조사된다. 중합으로 인하여, 상기 증발단계에서 얻어진 액정분자의 구성은 획득된 중합체에 고정된다. 그러므로 스플레이된 광축을 구비한 중합 복굴절층이 얻어진다.
또한 본 발명에 따른 방법은 중합 패턴화된 복굴절층의 제조에 사용될 수 있는데, 상기 층은 광학 경사의 형태가 다른 적어도 두 개의 인접영역을 포함한다. 이러한 층은 기판에서 본 발명에 따른 광중합가능한 액정혼합물을 배열하고 마스크를 통해 상기 혼합물을 조명하여 제조될 수 있어서, 조사된 혼합물이 중합하고 초기, 바람직하게 기본적으로 수평 형태는 조사된 영역에서 고정된다. 계속적으로, 계면활성제가 증발되어 비중합영역에서 디렉터의 스플레이 형태를 획득하는 반면, 중합영역에서 형태는 고정된 것을 유지한다. 그 후, 층은 선택적으로 마스크를 통해 광으로 다시 조명되어 조명된 영역은 조명된 영역에서 획득된 스플레이를 고정하면서 중합한다.
또한 방법은 측면 열경사도를 계면활성제를 증발시키는데 사용하여 층에 평균 경사각의 측면 기울기를 획득하는데 사용될 수 있다. 온도가 높을수록, 계면활성제가 더 증발되어, 더 높은 평균 경사가 있을 것이다.
또한 본 발명은 경사진 광축을 구비한 복굴절층을 포함하는 액정 디스플레이에 관한 것으로, 바람직하게 상기 복굴절층은 이러한 디스플레이에 대한 컨트라스트의 각 의존도를 개선(감소)한다. 중합 복굴절층이 유리하게 사용될 수 있는 타입의 디스플레이는 기술분야의 당업자에게 알려져 있다.
이하의 실시예는 도시적인 목적만을 위해 제공되고 본 발명을 제한하는 것으로서 해석되지 않아야 한다.
도 1은 다른 어닐링(가열)시간을 갖는 실시예 1에 따라 제조된 복굴절 층에 대한 지연 대 가시각을 도시한 도면.
도 2는 실시예 1에 따라 제조된 디렉터(°)의 거시적(평균) 경사 대 어닐링 시간을 도시한 도면.
도 3a 및 3b는 본 발명에 따른 방법을 개략적으로 도시한 도면.
반응성 액정 혼합물은 1,4-디(4-(3-아크릴로일옥시프로필옥시)벤조일옥시)-2-메틸벤젠(1 g, Merck사에서 제조한 반응성 LC-단량체 RM257), 1,4-디(4-(6-아크릴로일옥시헥실옥시)벤조일옥시)-2-메틸벤젠(0.25 g, Merck사에서 제조한 반응성 LC 단량체 RM82), (4-(6-아크릴로일옥시헥실옥시)-4(헥실옥시)벤조로일)벤젠(0.25 g, 반응성 LC 단량체), Irgacure 184(1-하이드로씨클로헥실페닐케톤(0.02 g, Ciba Geigy사에서 제조한 광개시제, 스위스) 및 (2-n-에틸퍼플루오르-옥탄설폰아미도)-에틸아크릴레이트(0.01 g, Acros사에서 제조한 수평배열을 획득하기 위한 계면활성제)를 70 ℃에서 2.0 g의 자일렌에 용해시켜서 제조되었다.
상기 혼합물은 연마된 폴리이미드가 존재하는 배열층을 구비한 기판의 상부에서 스핀코팅되었다. 스핀코팅 조건은 1200 rpm에서 40 s 여서, 약 600 ㎚의 지연으로 필름을 생산한다. 연마된 폴리이미드는 연마방향으로 LC 단량체의 단영역에서 거의 수평배열을 확립한다. 액정필름은 1 내지 10 분 범위의 다양한 시간 동안 75 ℃에서 계속적으로 가열되었다. 결국, 획득된 형태는 질소대기(20 ㎽/㎠)에서 5분간 UV 마스크 노출에 의해 고정되었다.
도 1은 다른 시간에 대한 지연 대 가시각을 도시하며 분명한 차이는 다른 어닐링 시간 사이에서 볼 수 있다.
도 2는 다른 가열시간 동안 필름의 거시적 경사를 도시하고, 상기 경사는 어닐링 시간에 분명히 의존한다.
상기에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 경사 광축을 구비한 복굴절층의 제조방법 및 이러한 복굴절 층을 포함하는 디스플레이 디바이스에 사용된다.

Claims (15)

  1. 경사 광축을 구비한 복굴절층의 제조방법에 있어서,
    액정분자를 포함하는 액정혼합물과 휘발성 계면활성제를 제공하는 단계;
    상기 액정화합물을 배열하는 단계; 및
    상기 액정 혼합물의 광축 경사를 변경시키기 위하여 상기 혼합물로부터 상기 휘발성 화합물의 적어도 일부분을 증발시키는 단계를 포함하는,
    경사 광축을 구비한 복굴절층의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서, 기판에 배열층을 제공하는 단계 및 상기 배열층에 상기 액정혼합물을 배열하는 단계를 더 포함하는,
    경사 광축을 구비한 복굴절층의 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 배열하는 단계는 배열에 상기 액정분자의 0° 내지 10°의 경사를 부여하는,
    경사 광축을 구비한 복굴절층의 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 액정 혼합물은 중합가능한 화합물을 포함하고 상기 방법은 상기 중합가능한 화합물을 중합하는 단계를 더 포함하는,
    경사 광축을 구비한 복굴절층의 제조방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 중합가능한 화합물은 상기 액정분자인,
    경사 광축을 구비한 복굴절층의 제조방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 중합가능한 액정분자는 아크릴레이트, 메타아크릴레이트, 비닐에테르, 옥세탄, 에폭시, 티올렌 및 이들의 임의의 조합으로부터 선택되는 한 개 이상의 중합가능한 기를 포함하는 칼라미틱(calamitic)액정분자로부터 선택되는,
    경사 광축을 구비한 복굴절층의 제조방법.
  7. 제 4항에 있어서, 상기 중합가능한 화합물은 광중합가능한,
    경사 광축을 구비한 복굴절층의 제조방법.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 계면활성제는 과플루오르화 기(perfluoronated group)를 포함하는,
    경사 광축을 구비한 복굴절층의 제조방법.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 계면활성제는 2-n-에틸퍼플루오르-옥탄설폰아미도)-에틸아크릴레이트인,
    경사 광축을 구비한 복굴절층의 제조방법.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 휘발성 계면활성제는 상기 액정 혼합물을 가열하여 증발되는,
    경사 광축을 구비한 복굴절층의 제조방법.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 휘발성 계면활성제는 40 ~ 100 ℃ 범위의 온도에서 증발되는,
    경사 광축을 구비한 복굴절층의 제조방법.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 휘발성 계면활성제는 상기 액정혼합물을 둘러싸는 대기의 압력을 감소시켜 증발되는,
    경사 광축을 구비한 복굴절층의 제조방법.
  13. 액정 디스플레이를 제조하는 방법에 있어서,
    제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 획득가능한 복굴절층을 상기 액정 디스플레이에서 병합하는 단계를 포함하는,
    경사 광축을 구비한 복굴절층의 제조방법.
  14. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 획득가능한 복굴절층을 포함하는,
    액정 디스플레이.
  15. 제 1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 획득가능한,
    복굴절 층.
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