KR20180020875A - Liquid crystal display device and Method of fabricating the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은, 액정 표시 소자 및 액정 표시 소자의 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a liquid crystal display element and a method of manufacturing the liquid crystal display element.
액정 표시 소자의 구동 방식으로서 TN(Twisted Nematic), IPS(In-Plane Switching), FLC(Ferroelectric Liquid Crystal) 등이 있다. TN (Twisted Nematic), IPS (In-Plane Switching), FLC (Ferroelectric Liquid Crystal), and the like are available as driving methods of liquid crystal display elements.
이 중에서 IPS 방식은 2장의 기판 사이에 충전된 액정 분자에 대하여, 기판 표면에 평행한 방향(횡방향)의 전기장을 인가함으로써 액정 분자의 배향 방향을 변화시키고 표시를 수행한다. 이와 같은 IPS 방식의 액정 표시 소자는 시각 특성이 뛰어나서 휴대 전화, 텔레비전 등을 비롯한 폭넓은 기기에 적용되고 있다. Among them, the IPS system changes the alignment direction of the liquid crystal molecules and performs display by applying an electric field in a direction (lateral direction) parallel to the substrate surface with respect to the liquid crystal molecules filled between the two substrates. Such IPS liquid crystal display devices are excellent in visual characteristics and are applied to a wide range of devices including cellular phones, televisions, and the like.
기존의 액정 표시 소자에서 액정 분자는, 전기장을 인가하지 않는 상태에서 소정 방향을 따라서 배열되도록 액정 분자의 배향 방향이 조절되고 있다. In the conventional liquid crystal display device, the alignment direction of the liquid crystal molecules is adjusted so that the liquid crystal molecules are arranged along a predetermined direction in a state in which no electric field is applied.
IPS 방식의 액정 패널에서 액정 분자의 배향 방향을 조절하는 방법으로서, 기판 상에 폴리이미드(PI) 등으로 이루어지는 배향막을 형성하고 레이온이나 면 등의 천에 의해 배향막 표면을 소정의 방향으로 문지르는 방법(러빙법)이나, 편광 자외선을 조사하여 폴리이미드 막 표면에 이방성을 발생시키는 수법(광 배향법) 등이 채용되고 있다. 이들 처리에 의해 액정 분자는 기판 표면에 강하게 속박되고 일정 방향으로 배향된다. 이와 같이 배향막을 구비한 구성의 관련 기술로서 특허문헌 1이 개시되어 있다. As a method of adjusting the alignment direction of the liquid crystal molecules in the IPS liquid crystal panel, there is a method of forming an alignment film made of polyimide (PI) or the like on a substrate and rubbing the surface of the alignment film in a predetermined direction by rayon or cotton cloth A rubbing method), a method of generating anisotropy on the surface of a polyimide film by irradiation with polarized ultraviolet rays (photo alignment method), or the like. By these treatments, the liquid crystal molecules are strongly bound to the substrate surface and are oriented in a certain direction.
특허문헌 1에 기재된 구성에서는 액정 분자가 배향막에 의해 강하게 구속되어 있다. 따라서 액정층에 전기장을 인가했다고 하더라도 곧바로 액정 분자의 배향 방향은 변하지 않고 일정 크기의 전압, 즉 문턱값 이상의 전압을 인가해야 비로소 액정 분자의 배향 방향이 변하기 시작한다. In the structure described in
또한 액정 분자는 배향막에 의해 강하게 구속되어 있기 때문에 액정층에 전기장을 인가했을 때, 배향막 근방의 액정 분자의 배향 방향은 초기 배향 방향으로부터 변하지 않고, 액정층에서 기판 사이의 중간부(벌크)에 위치하는 액정 분자만 배향 방향이 변한다. IPS 방식의 액정 패널에서는, 상기와 같은 액정 분자의 배향 변화에 수반되는 위상차(리타데이션) 변화를 이용하여 명암 전환을 수행하고 있다. Further, since the liquid crystal molecules are strongly confined by the alignment film, when the electric field is applied to the liquid crystal layer, the alignment direction of the liquid crystal molecules in the vicinity of the alignment film does not change from the initial alignment direction, The orientation direction of the liquid crystal molecules changes. In the IPS-mode liquid crystal panel, the contrast change is performed by using the retardation change accompanied by the orientation change of the liquid crystal molecules as described above.
일반적으로 IPS 방식의 액정 패널의 투과율은 이하의 식으로 나타난다. In general, the transmittance of an IPS-mode liquid crystal panel is expressed by the following equation.
식 1
여기서 φ는 초기 배향 방향에 대한 전압 인가 시의 액정 분자 배향 각도, Δn은 액정의 굴절률 이방성, d는 셀 갭, λ는 빛의 파장이다. Where? Is the liquid crystal molecular alignment angle at the time of voltage application to the initial alignment direction,? N is the refractive index anisotropy of the liquid crystal, d is the cell gap, and?
상기 식으로부터 배향 각도 φ, 굴절률 이방성 Δn, 셀 갭 d를 적절히 선택하면 이상적으로는 50 %의 투과율이 달성되는 것을 이해할 수 있다(흑백 타입). 그러나 IPS 패널의 설계 파라미터는, 현실적으로는 투과율뿐만 아니라 구동 전압, 응답 시간, 나아가서는 수율 등 모든 조건을 고려하여 결정된다. 그 결과, 실용적인 IPS 패널의 투과율은 이상값의 반 정도까지 저하된다. From this equation, it is understood that a transmittance of 50% is ideally achieved when the orientation angle?, The refractive index anisotropy? N, and the cell gap d are properly selected (monochrome type). However, in reality, the design parameters of the IPS panel are determined in consideration of not only the transmittance but also all the conditions such as the driving voltage, the response time, and the yield. As a result, the transmittance of a practical IPS panel is reduced to half of the ideal value.
한편 유기 EL(electroluminescence) 디스플레이 실용화에 수반하여 액정 디스플레이의 더욱더 큰 특성 향상이 필요해졌다. 특히 소비 전력 저감, 휘도(투과율) 향상은 유기 EL 디스플레이와의 차별화를 도모하기 위해서 매우 중요한 개발 사항이 되었으며, 이와 같은 배경으로부터 IPS 패널의 저전압 구동화 및 고투과율화에 대한 강한 요망이 있다. On the other hand, with the commercialization of organic EL (electroluminescence) display, it has become necessary to further improve the characteristics of the liquid crystal display. Particularly, reduction of power consumption and improvement of luminance (transmittance) have become very important developments in order to differentiate the organic EL display from the organic EL display. From this background, there is a strong demand for low voltage driving of the IPS panel and high transmittance.
이와 같은 IPS 패널의 저전압 구동화 및 고투과율화에 대한 요망에 대해서, 예를 들면 특허문헌 2에서는, 전극 상의 투과율을 향상시키기 위해서 빗살 모양 전극 기판 또는 대향 기판 중 적어도 일방에 약앵커링(제로 앵커링) 배향막을 실현하기 위해서 기판 상에 폴리머 브러시를 리빙라디컬 중합에 의해 생성시키는 방법이 기재되어 있다.In order to improve the transmissivity of the electrode, for example, in
또한 본 명세서에서 '제로면 앵커링'이란, 수평 또는 대각선 방향의 액정 분자 배향을 조절하지만 면 내 방향의 액정 분자 배향 강제력은 제로 상태인 것, 즉 기판에 대해서 수평 방향으로 액정 분자를 배향시키지만, 수평면 내에서의 액정 분자 배향 강제력이 없는 상태인 것을 의미한다. In the present specification, 'zero plane anchoring' means that liquid crystal molecular orientation in the in-plane direction is controlled in the horizontal direction or diagonal direction, but the liquid crystal molecule orientation forcibly is in the zero state, that is, the liquid crystal molecules are aligned in the horizontal direction with respect to the substrate, Means that there is no liquid crystal molecular orientation forcible force in the liquid crystal molecule.
그러나 기판 상에 폴리머 브러시를 생성하기 위해서는, 기판마다 모노머를 용해한 중합 용액에 침지하고, 탈산소 하에서 고온에서 장시간 중합 반응을 수행할 필요가 있기 때문에 기판 제조가 복잡해지고 비용이 드는 한편 대형 기판 제조에 대응하는 것이 불가능하였다. However, in order to produce a polymer brush on a substrate, since it is necessary to immerse each substrate in a polymerization solution in which a monomer is dissolved and perform a polymerization reaction for a long time at a high temperature under deoxygenation, the production of the substrate becomes complicated and costly, It was impossible to cope.
상술한 과제를 해결하고 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 액정 표시 소자는 배향막이 보틀 브러시로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.In order to solve the above problems and to achieve the object, the liquid crystal display element of the present invention is characterized in that the alignment film is formed of a bottle brush.
또한 본 발명의 일 실시형태에서는, 상기 보틀 브러시는 주쇄와 그라프트 측쇄를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다. In an embodiment of the present invention, the bottle brush has a main chain and a graft side chain.
또한 본 발명의 일 실시형태에서는, 상기 그라프트 측쇄가 기판과 공유 결합하고 있는 것을 특징으로 한다. In an embodiment of the present invention, the graft side chain is covalently bonded to the substrate.
또한 본 발명의 일 실시형태에서는, 상기 그라프트 측쇄는 공중합체인 것을 특징으로 한다.In one embodiment of the present invention, the graft side chain is a copolymer.
또한 본 발명의 일 실시형태에서는, 상기 그라프트 측쇄는 블록 공중합체인 것을 특징으로 한다. In an embodiment of the present invention, the graft side chain is a block copolymer.
또한 본 발명의 일 실시형태에서는, 상기 보틀 브러시는 가교성인 것을 특징으로 한다. In an embodiment of the present invention, the bottle brush is characterized in that it is crosslinked.
또한 본 발명의 일 실시형태에서는, 대향하는 2장의 기판 중에서 1장에 보틀 브러시층이 형성되어 있고, 또 다른 1장에는 폴리이미드층이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다. In an embodiment of the present invention, a bottle brush layer is formed on one of the two substrates facing each other, and a polyimide layer is formed on another one of the substrates.
또한 본 발명의 일 실시형태에서는, 상기 보틀 브러시층이 전극 기판 상에 형성되어 있는 것을 특징으로 한다. According to an embodiment of the present invention, the bottle brush layer is formed on the electrode substrate.
또한 본 발명의 일 실시형태에서는, 횡전계에 의해 구동되는 것을 특징으로 한다. Further, in an embodiment of the present invention, it is characterized in that it is driven by a transverse electric field.
또한 본 발명의 일 실시형태에서는, 상기 보틀 브러시층의 앵커링 값은 상기 폴리이미드층의 앵커링 값보다 작은 것을 특징으로 한다.In an embodiment of the present invention, the anchoring value of the bottle brush layer is smaller than the anchoring value of the polyimide layer.
또한 본 발명의 액정 표시 소자의 제조 방법은, 기판 상에 보틀 브러시층을 형성하는 공정과, 상기 보틀 브러시를 형성한 상기 기판 사이에 액정을 주입하는 공정과, 상기 액정을 배향시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다. Further, a method of manufacturing a liquid crystal display element of the present invention includes a step of forming a bottle brush layer on a substrate, a step of injecting liquid crystal between the substrate on which the bottle brush is formed, and a step of orienting the liquid crystal .
또한 본 발명의 일 실시형태에서는, 상기 액정을 배향시키는 공정이 러빙법인 것을 특징으로 한다. In an embodiment of the present invention, the step of orienting the liquid crystal is a rubbing method.
또한 본 발명의 일 실시형태에서는, 상기 액정을 배향시키는 공정이 광배향법인 것을 특징으로 한다. Further, in an embodiment of the present invention, the step of orienting the liquid crystal is a photo-alignment method.
본 발명에 의하면 저전압으로 액정 분자를 구동하면서 보다 투과율이 높은 표시를 수행하는 것이 가능한 횡전계 구동 액정 표시 소자를, 간편하고 또한 저비용으로 제조할 수 있는 한편 대형 기판을 제조할 수 있다는 효과가 있다. According to the present invention, it is possible to manufacture a transverse electric field driving liquid crystal display element capable of performing display with a higher transmittance while driving liquid crystal molecules with a low voltage, and to manufacture a large-sized substrate easily and at low cost.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태로서 도시한 액정 디스플레이의 개략 구성을 도시한 단면도이다.
도 2는 상기 제 1 실시형태로서 도시한 액정 디스플레이의 액정 패널에 있어서, 유전율 이방성이 양수인 액정을 사용하고 전기장을 인가한 상태에서 액정 분자 배향 방향 분포를 도시한 도면이다.
도 3은 상기 제 1 실시형태로서 도시한 액정 디스플레이의 액정 패널에 있어서, 유전율 이방성이 양수인 액정을 사용하고 전기장을 인가하지 않은 상태에서 전극선과 액정 분자 배향 방향의 관계를 도시한 도면이다.
도 4는 상기 제 1 실시형태로서 도시한 액정 디스플레이의 액정 패널에 있어서, 유전율 이방성이 양수인 액정을 사용하고 전기장을 인가한 상태에서의 전극선과 액정 분자 배향 방향의 관계를 도시한 도면이다.
도 5는 약앵커링 배향막으로서 기판에 형성한 보틀 브러시의 예를 도시한 단면도이다.
도 6은 제 2 실시형태로서 도시한 액정 디스플레이의 개략 구성을 도시한 단면도이다.
도 7은 상기 제 2 실시형태로서 도시한 액정 디스플레이의 액정 패널에 있어서, 유전율 이방성이 음수인 액정을 사용하고 전기장을 인가한 상태에서 액정 분자 배향 방향 분포를 도시한 도면이다.
도 8은 상기 제 2 실시형태로서 도시한 액정 디스플레이의 액정 패널에 있어서, 유전율 이방성이 음수인 액정을 사용하고 전기장을 인가하지 않은 상태에서 전극선과 액정 분자 배향 방향의 관계를 도시한 도면이다.
도 9는 상기 제 2 실시형태로서 도시한 액정 디스플레이의 액정 패널에 있어서, 유전율 이방성이 음수인 액정을 사용하고 전기장을 인가한 상태에서 전극선과 액정 분자 배향 방향의 관계를 도시한 도면이다.
도 10은 제 3 실시형태로서 도시한 액정 디스플레이의 개략 구성을 도시한 단면도이다.
도 11은 상기 제 3 실시형태로서 도시한 액정 디스플레이의 액정 패널에 있어서, 유전율 이방성이 양수인 액정을 사용하고 전기장을 인가한 상태에서 액정 분자 배향 방향 분포를 도시한 도면이다.
도 12는 제 4 실시형태로서 도시한 액정 디스플레이의 개략 구성을 도시한 단면도이다.
도 13은 상기 제 4 실시형태로서 도시한 액정 디스플레이의 액정 패널에 있어서, 유전율 이방성이 음수인 액정을 사용하고 전기장을 인가한 상태에서 액정 분자 배향 방향 분포를 도시한 도면이다.
도 14는 실시예의 액정 패널과 비교예의 액정 패널의 전압(V)과 투과율(T) 관계를 도시한 그래프이다.
도 15는 실시예의 액정 패널 온도(T)와 방위각 앵커링 강도(A2)의 관계를 도시한 그래프이다.
도 16은 비교예의 액정 패널 온도(T)와 방위각 앵커링 강도(A2)의 관계를 도시한 그래프이다.1 is a cross-sectional view showing a schematic structure of a liquid crystal display shown as a first embodiment of the present invention.
Fig. 2 is a diagram showing the distribution of the orientation of the liquid crystal molecules in the liquid crystal panel of the liquid crystal display shown as the first embodiment in a state in which liquid crystal having a positive dielectric anisotropy is used and an electric field is applied. Fig.
3 is a diagram showing the relationship between the direction of the liquid crystal molecules and the direction of the liquid crystal molecules in the liquid crystal panel of the liquid crystal display shown as the first embodiment in a state in which a liquid crystal having a positive dielectric anisotropy is used and no electric field is applied.
4 is a diagram showing the relationship between the direction of the liquid crystal molecules and the direction of the liquid crystal molecules in a liquid crystal panel of the liquid crystal display shown in the first embodiment, in which liquid crystal having a positive dielectric anisotropy is used and an electric field is applied.
5 is a cross-sectional view showing an example of a bottle brush formed on a substrate as a weak anchoring alignment film.
6 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a liquid crystal display shown as a second embodiment.
FIG. 7 is a diagram showing the distribution of the orientation of the liquid crystal molecules in the liquid crystal panel of the liquid crystal display shown as the second embodiment in a state where a liquid crystal having negative dielectric anisotropy is used and an electric field is applied.
8 is a diagram showing the relationship between the direction of the liquid crystal molecules and the direction of the liquid crystal molecules in the liquid crystal panel of the liquid crystal display shown as the second embodiment in a state where a liquid crystal having negative dielectric anisotropy is used and no electric field is applied.
9 is a diagram showing the relationship between the direction of the liquid crystal molecules and the direction of the liquid crystal molecules in the liquid crystal panel of the liquid crystal display shown in the second embodiment in a state where a liquid crystal having negative dielectric anisotropy is used and an electric field is applied.
10 is a cross-sectional view showing a schematic structure of a liquid crystal display shown as a third embodiment.
11 is a diagram showing the distribution of the orientation of the liquid crystal molecules in the liquid crystal panel of the liquid crystal display shown as the third embodiment in a state in which liquid crystal having a positive dielectric anisotropy is used and an electric field is applied.
12 is a cross-sectional view showing a schematic structure of a liquid crystal display shown as a fourth embodiment.
13 is a diagram showing the distribution of the orientation of the liquid crystal molecules in the liquid crystal panel of the liquid crystal display shown as the fourth embodiment in a state in which a liquid crystal having a negative dielectric constant anisotropy is used and an electric field is applied.
14 is a graph showing the relationship between the voltage (V) and the transmittance (T) of the liquid crystal panel of the embodiment and the liquid crystal panel of the comparative example.
15 is a graph showing the relationship between the liquid crystal panel temperature T and azimuth angle anchoring strength A2 of the embodiment.
16 is a graph showing the relationship between the temperature T of the liquid crystal panel and the azimuth angle anchoring strength A2 of the comparative example.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명에 의한 액정 표시 소자 및 액정 표시 소자의 제조 방법을 실시하기 위한 형태에 대하여 도면을 바탕으로 설명한다. DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of a liquid crystal display element and a liquid crystal display element manufacturing method according to the present invention will be described with reference to the drawings, with reference to the drawings.
<제 1 실시형태>≪ First Embodiment >
액정에는 유전율 이방성이 양수(正)인 포지티브형과 유전율 이방성이 음수(負)인 네거티브형이 존재한다. 포지티브형 액정은, 유전적 성질이 액정 분자의 장축 방향으로 크고 장축 방향에 직교하는 방향으로 작다. 네거티브형은, 유전적 성질이 액정 분자의 장축 방향으로 작고 장축 방향에 직교하는 방향으로 크다. 본 실시형태에서는 포지티브형 액정을 사용한 사례에 대하여 설명한다. The liquid crystal has a positive type in which the dielectric anisotropy is positive and a negative type in which the dielectric anisotropy is negative. The positive type liquid crystal has a large genetic property in the long axis direction of the liquid crystal molecule and a small direction in the direction perpendicular to the long axis direction. In the negative type, the dielectric property is small in the long axis direction of the liquid crystal molecule and large in the direction orthogonal to the long axis direction. In the present embodiment, a case of using a positive type liquid crystal will be described.
도 1은 본 실시형태의 액정 디스플레이의 개략 구성을 도시한 단면도이다. 도 2는 상기 제 1 실시형태로서 도시한 액정 디스플레이의 액정 패널에 있어서, 유전율 이방성이 정수인 액정을 사용하고 전기장을 인가한 상태에서 액정 분자의 배향 방향 분포를 도시한 도면이다. 도 3은 상기 제 1 실시형태로서 도시한 액정 디스플레이의 액정 패널에 있어서, 유전율 이방성이 정수인 액정을 사용하고 전기장을 인가하지 않은 상태에서 전극선과 액정 분자 배향 방향의 관계를 도시한 도면이다. 도 4는 상기 제 1 실시형태로서 도시한 액정 디스플레이의 액정 패널에 있어서, 유전율 이방성이 양수인 액정을 사용하고 전기장을 인가한 상태에서 전극선과 액정 분자 배향 방향의 관계를 도시한 도면이다. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a liquid crystal display of the present embodiment. Fig. 2 is a diagram showing the orientation direction distribution of liquid crystal molecules in the liquid crystal panel of the liquid crystal display shown as the first embodiment, in which liquid crystal having an anisotropy of dielectric constant is used and an electric field is applied. Fig. Fig. 3 is a diagram showing the relationship between the electrode lines and the liquid crystal molecule alignment direction in the liquid crystal panel of the liquid crystal display shown as the first embodiment, in which the liquid crystal having the dielectric constant anisotropy is used and no electric field is applied. 4 is a diagram showing the relationship between the direction of the liquid crystal molecules and the direction of the liquid crystal molecules in the liquid crystal panel of the liquid crystal display shown as the first embodiment in a state in which a liquid crystal having a positive dielectric anisotropy is used and an electric field is applied.
도 1, 도 2에 도시한 것과 같이 액정 디스플레이(10)는, 액정 패널(액정 표시 소자, 11)과, 액정 패널(11)에 빛을 제공하는 백라이트 유닛(12)을 구비하고 있다. As shown in Figs. 1 and 2, the
백라이트 유닛(12)은, 액정 패널(11)의 배면에 설치된 광원(미도시)으로부터 입력되는 빛을, 액정 패널(11)의 배면(11r) 측으로부터 표면(11f) 측을 향하여 균일하게 조사한다. 백라이트 유닛(12)은, 예를 들면 그 일측 단부에 설치된 광원(미도시)으로부터 입력되는 빛을 액정 패널(11)의 표면(11f)과 평행한 방향으로 전달하는 한편, 전달한 빛을 액정 패널(11)의 배면(11r) 측으로부터 표면(11f) 측을 향해서 조사하는 이른바 엣지라이트형을 사용할 수 있다. 또한 백라이트 유닛(12)은 액정 패널(11)의 배면(11r) 측에 설치된 광원으로부터 입력되는 빛을 액정 패널(11)의 배면(11r) 측으로부터 표면(11f) 측을 향해서 조사하는 이른바 직하형을 사용할 수도 있다. The
액정 패널(11)은 기판(13A), 기판(13B), 편광판(14A, 14B), 전극층(15), 약앵커링 배향막(16), 강앵커링 배향막(17), 액정층(18)을 구비하고 있다. The
기판(13A, 13B)은 각각 유리 혹은 수지 등의 기판으로 이루어지고, 소정의 간격을 두고 서로 평행하게 배치되어 있다. Each of the
기판(13B)의 예로는 어레이 기판 및 대향 기판을 들 수 있다. 어레이 기판의 예로는, 액티브 매트릭스 어레이 기판을 들 수 있다. 액티브 매트릭스 어레이 기판은, 일반적으로 유리 기판 상에 게이트 배선 및 소스 배선이 매트릭스상으로 배치되어 있고, 그 교점 부분에 박막 트랜지스터(TFT: Thin Film Transistor) 등의 액티브 소자가 형성되고, 이 액티브 소자에 화소 전극이 접속된 것이다.Examples of the
또한 대향 기판의 예로는, 컬러필터 기판을 들 수 있다. 컬러필터 기판은, 일반적으로 유리 기판 상에, 불필요한 빛 샘을 방지하기 위해서 블랙 매트릭스를 형성한 후 R(적), G(녹), B(청) 착색층을 패턴 형성하고, 필요에 따라서 보호막을 형성한 것이다. 이들 기판(13B)을 사용하는 경우, 기판(13B) 표면에 투명 수지를 도포하고 경화하여 평탄화막을 형성해도 된다. An example of the counter substrate is a color filter substrate. In general, a color filter substrate is formed by forming a black matrix on a glass substrate to prevent unwanted light spots and then patterning R (red), G (green) and B (blue) colored layers, . When these
기판(13B) 표면은 필요에 따라서 평탄화 처리를 수행해도 된다. 평탄화 처리는 특별히 한정되지 않고, 당해 기술 분야에서 공지된 방법을 이용하여 수행할 수 있다. 평탄화 처리의 예로는, 기판(13B) 표면에 평탄화막을 형성하는 방법을 들 수 있다. 예를 들면 UV 경화성 투명 수지 등을 기판(13B) 표면에 도포하여 UV 경화하면 된다.The surface of the
편광판(14A)은, 백라이트 유닛(12) 측에 배치된 기판(13A)에 있어서 백라이트 유닛(12)에 대향하는 측 또는 백라이트 유닛(12)과는 반대측에 설치되어 있다. 편광판(14B)은, 백라이트 유닛(12)으로부터 멀리 위치하는 기판(13B)에 있어서 백라이트 유닛(12)과는 반대측 또는 백라이트 유닛(12)에 대향하는 측에 설치되어 있다. 이들 편광판(14A, 14B)은, 투과축 방향이 서로 직교하고 있다. 여기서 편광판(14A)의 투과축 방향은 기판(13A)에 평행한 면 내에서 방향 Y에 직교하는 방향 X로 설정되고, 편광판(14B)의 투과축 방향은 기판(13B)에 평행한 방향 Y로 설정되어 있다. 즉 편광판(14A)과 편광판(14B)은 그 투과축 방향이 서로 수직으로, 즉 직교 니콜이 되도록 배치되어 있다.The
전극층(15)은, 기판(13A)에 설치되어 있다. 이 실시형태에서, 전극층(15)은 백라이트 유닛(12) 측의 기판(13A)에 있어서 백라이트 유닛(12) 반대측에 설치되어 있다. 전극층(15)은 기판(13A)의 표면을 따라서 복수개의 전극선(20A)이 병설됨으로써 형성되고, 이른바 빗살 모양 전극 구조로 되어 있다. 여기에서 도 3에 도시한 것과 같이 각 전극선(20A)은 그 장축 방향이, 예를 들면 기판(13A)의 표면에 평행한 면 내에서 방향 Y를 따라서 연장되도록 직선상으로 형성되어 있다. 전극층(15)은, 이와 같은 전극선(20A)이 기판(13A)의 표면에 평행한 면 내에서 방향 Y에 직교하는 방향 X를 따라서 일정 간격마다 병설되어 있다. The
도 2, 도 4에 도시한 것과 같이 이와 같은 전극층(15)에 있어서는, 전극층(15)의 각 전극선(20A)에 미리 설정한 전압이 인가되면 서로 인접한 전극선(20A) 사이에서 이들 상호 인접한 전극선(20A)끼리를 연결하는 방향, 즉 이 실시형태에서는 기판(13A) 및 기판(13B)에 평행한 방향 X의 전기장(E)이 생성된다. 2 and 4, in the
약앵커링 배향막(16)은 백라이트 유닛(12) 측의 기판(13A)에 있어서 백라이트 유닛(12) 반대측에 형성되어 있다. 강앵커링 배향막(17)은 백라이트 유닛(12)으로부터 멀리 위치하는 기판(13B)에 있어서 백라이트 유닛(12)에 대향하는 측에 형성되어 있다. The weak
액정층(18)은, 약앵커링 배향막(16)과 강앵커링 배향막(17) 사이에 다수의 액정 분자(Lp)가 충전됨으로써 형성되어 있다. 액정층(18)은, 전극층(15)을 구성하는 각 전극선(20A)에 전압이 인가됨으로써 발생하는 전기장(E)에 의해 액정 분자(Lp)의 배향 방향이 변화되고 구동된다. 이와 같이 해서 액정 분자(Lp)의 배향이 변화됨으로써 액정층(18)은 백라이트 유닛(12)으로부터 공급되는 빛을 부분적으로 투과하거나 차단함으로써 표시 화상을 생성한다. The
여기에서, 약앵커링 배향막(16)과 강앵커링 배향막(17)은 액정 분자(Lp)의 배향 방향을 구속하는 배향 구속력이 서로 다르다. Herein, the weak
즉, 도 2에 도시한 것과 같이 약앵커링 배향막(16)은, 전압이 인가됨으로써 전기장(E)이 생성되었을 때 인가 전압이 문턱값 전압 이상이 되면 액정층(18)의 약앵커링 배향막(16) 측에 있어서, 액정 분자(Lp)가 약앵커링 배향막(16)의 구속으로부터 이탈한다. 그리고 액정 분자(Lp)의 배향 방향은, 인가 전압 크기에 따라서 기판(13A, 13B) 표면에 평행한 면 내에서, 초기 배향 방향(도 2에서는 방향 Y)으로부터 변한다. 2, when the applied voltage is equal to or higher than the threshold voltage when the electric field E is generated by applying the voltage, the weak
이에 반해서 강앵커링 배향막(17)에서는, 전압이 인가되어 전기장(E)이 생성되어도, 액정층(8)에서 강앵커링 배향막(17) 측 액정 분자(Lp)가 그 장축 방향을, 기판(13A, 13B) 표면에 평행한 면 내의 배향 방향(도 2에서는 방향 Y)에 거의 일치시킨 초기 배향 상태, 즉 약앵커링 배향막(16)의 배향 처리 방향(방향 Y)에 따른 초기 배향 상태를 유지한다. On the other hand, in the steel
이와 같이 약앵커링 배향막(16)과 강앵커링 배향막(17)에서는 전기장(E)이 인가되었을 때, 액정층(18)의 약앵커링 배향막(16) 측에서는 약앵커링 배향막(16)에 의한 배향 강제력을 벗어나 액정 분자(Lp)의 배향 방향이 변하는데 반하여, 강앵커링 배향막(17) 측에서는 액정 분자(Lp)가 강앵커링 배향막(17)에 의한 배향 강제력을 받은 채 그 배향 방향을 유지한다.As described above, when the electric field E is applied to the weak
그 결과, 액정층(18)에 있어서는 약앵커링 배향막(16) 측과 강앵커링 배향막(17) 측에서, 문턱값 이상의 전기장(E)을 인가했을 때의 액정 분자(Lp) 배향 방향이 다르다. 이로써 액정 분자(Lp)는 강앵커링 배향막(17) 측으로부터 약앵커링 배향막(16) 측을 향해서 초기 배향 방향에 대한 배향 각도의 변위량이 점차 커져, 나선상으로 뒤틀린 배향 상태로 전이되고, 전기장 강도가 어느 일정값에 도달하면 약앵커링 배향막(16) 근방의 액정 분자(Lp)는 전기장(E) 방향에 평행한 방향으로 배향된다. 즉, 강앵커링 배향막(17) 측으로부터 약앵커링 배향막(16) 측을 향하여 90° 트위스트된 배향 상태가 된다. As a result, in the
상기 전압 인가 시의 액정층(18) 배향 상태는, TN 방식에서의 전압 비인가 시 액정 배향 상태와 동일하다. 따라서 ΔnP ≫ λ(Δn은 액정의 굴절률 이방성, P는 액정의 나선형 피치(helical pitch), λ는 빛의 파장), 즉 모긴 조건(Mauguin Condition)을 만족하도록 액정 패널(11)의 광학 설계를 수행하면 액정층(18)에 선광능 효과를 발생시키는 것이 가능해진다. The alignment state of the
또한 TN 방식의 액정 패널에서 빛의 투과율(T)을 부여하는 식으로서 이하의 Gooch-Tarry의 식 (2)가 알려져 있다. Further, the following Gooch-Tarry equation (2) is known as a formula for imparting light transmittance (T) in a TN type liquid crystal panel.
식 2
여기에서 u=dΔn/λπ/θ 이고, d는 셀 갭(액정층(18)의 두께), θ는 액정 분자(Lp)의 꼬임각이며, 본 실시형태에서는 전압 인가 시의 약앵커링 배향막(16) 측의 액정 분자와 강앵커링 배향막(17) 측의 액정 분자의 배향 방향의 각도차에 상당한다. 또한 본 실시형태에서는 θ=π/2이므로, u=2dΔn /λ이다. Herein, u = d? N /?? / ?, where d is the cell gap (thickness of the liquid crystal layer 18) and? Is the twist angle of the liquid crystal molecules Lp. In this embodiment, the weak
액정 패널(11)에서는 포지티브형 액정 분자(Lp)를 사용하고 편광판(14A)과 편광판(14B)을 각각의 투과축 방향이 서로 직교하는 직교 니콜로 배치하며, 편광판(14B)의 투과축 방향이 전기장(E) 비인가 상태의 액정 분자(Lp) 배향 방향을 조절하기 위한 강앵커링 배향막(17)에 대한 배향 처리 방향(도 1에서는 방향 Y)과 일치하도록 설정된다. 전기장(E) 비인가 상태에서, 액정 분자(Lp)는 강앵커링 배향막(17)에 대한 배향 처리 방향으로 동일 배향되어 있고, 편광판(14A)의 투과축 방향과 직교하고 있기 때문에, 백라이트 유닛(12) 측으로부터의 빛은 편광판(14A)을 투과할 수 없다. In the
한편 전기장(E)을 인가한 상태에서, 액정 분자(Lp)는 상기한 것과 같이 강앵커링 배향막(17) 측에 있어서는 장축 방향이 강앵커링 배향막(17)의 배향 처리 방향(도 2에서는 방향 Y)을 따르는 초기 배향 상태를 유지한다. 이에 반해서 약앵커링 배향막(16) 측에서는 문턱값 이상의 전기장(E) 인가에 의해 액정 분자(Lp)의 배향 방향은 기판(13A)에 평행한 면 내에서 변화되기 시작하고, 전기장 강도가 어느 일정 값에 도달했을 때, 액정 분자(Lp)의 장축 방향이 전기장(E)에 평행한 방향, 즉 기판(13A)에 평행한 방향 X를 따르게 된다. 이 때, 액정 패널(11)의 광학 조건을, 모긴 조건을 만족하고 또한 식 (2)가 최대값을 갖도록 설계함으로써 액정층(18)에 입사된 직선 편광은 편광 상태를 유지한 채로 편광면이 90° 회전(선광)하여 편광판(14B)을 투과하고 액정 패널(11)로부터 출사된다. 따라서 백라이트 유닛(12) 측으로부터 액정 패널(11)에 입사된 빛을 최대 효율로 투과시킬 수 있다. 즉, 본 실시형태의 전압 인가 시의 투과율(T)을 최대(편광판의 흡수를 0으로 가정한 경우, 50%)로 할 수 있다. 여기에서 일반적으로 셀 갭(d)이 커지면 응답 속도 저하가 발생하기 때문에 액정 패널의 광학 설계는 식 (2)가 최대값을 갖는 복수의 조건 중에서 이른바 first minimum 조건을 선택하는 것이 바람직하다. On the other hand, in the state where the electric field E is applied, the liquid crystal molecules Lp are aligned in the direction of the alignment treatment (direction Y in Fig. 2) of the strong
이와 같이 본 실시형태의 액정 패널(11)에서는, 포지티브형 액정 분자(Lp)를 사용하고 편광판(14A)과 편광판(14B)을 직교 니콜로 배치하며, 편광판(14B)의 투과축 방향이, 전기장(E) 비인가 상태에서 액정 분자(Lp) 배향 방향을 조절하기 위한 강앵커링 배향막(17)에 대한 배향 처리 방향과 일치(도 1에서는 방향 Y)하도록 설정되어 있다. 이와 같은 구성에 의하면 문턱값 이상의 소정의 전기장(E)이 액정 패널(11)에 인가되면 액정 분자(Lp)가 강앵커링 배향막(17) 측으로부터 약앵커링 배향막(16) 측을 향해서, 초기 배향 방향에 대한 배향 방향의 변위량이 점차 커져, 나선상으로 뒤틀린 배향 상태로 전이된다. 이로써 백라이트 유닛(12) 측으로부터 편광판(14A)을 통과한 빛은 약앵커링 배향막(16) 측으로부터 강앵커링 배향막(17) 측을 향해서 액정 분자(Lp)의 배향 방향 분포를 따라서 편광면이 변화되고 반대측 편광판(14B)을 통하여 출사된다. As described above, in the
이와 같이 액정 패널(11)에서는 액정 구동 방식으로서 액정 분자(Lp)를 기판(13A, 13B) 표면을 따르는 면 내에서 변위시키는 IPS 구동 방식을 채용하는 한편 선광성을 이용하여 빛의 온오프 제어를 수행한다. As described above, the
그런데 상기한 것과 같은 강앵커링 배향막(17)은, 예를 들면 이하와 같이 형성한다. 우선 기판(13B) 상에 폴리이미드 등으로 이루어지는 배향막을 형성한다. 그 후, 레이온과 면 등으로 이루어지는 천을 감은 롤러를, 회전수 및 롤러와 기판(13B) 거리를 일정하게 유지한 상태에서 회전시켜 배향막 표면을 소정 방향으로 문지르거나(러빙법) 혹은 편광 자외선을 조사하여 폴리이미드로 이루어지는 배향막 표면에 이방성을 발생시킨다(광배향법). 이들 러빙법, 광배향법 등에 의해 배향 방향이 설정된 강앵커링 배향막(17)은, 액정 분자(Lp)에 대하여 약앵커링 배향막(16)보다 강한 배향 강제력을 부여한다. However, the above-described steel
약앵커링 배향막(16)은 보틀 브러시로 형성한 것을 사용한다. 보틀 브러시란, 주쇄(줄기)의 몇 개의 다른 점으로부터 측쇄(가지)가 결합된 빗살형 폴리머의 일종으로, 특히 측쇄의 분기 밀도(그라프트 밀도, 세그먼트 밀도)가 높은 경우 보틀 브러시, 분자 보틀 브러시(molecular bottlebrush), 혹은 원통형 폴리머 브러시(cylindrical polymer brush)로 불린다. 보틀 브러시는 측쇄의 배제 체적 효과에 의해 주쇄가 신장된 막대상 실린더형 형태를 가지는 것이 알려져 있다. 그 형상이 병이나 플라스크 세정에 사용되는 브러시 형상과 닮은 점으로부터 명명되었다. 보틀 브러시의 합성은, 줄기 폴리머에 측쇄를 도입하는 Grafting-to법, 매크로 개시제(중합 활성점을 가지는 줄기 폴리머)로부터 모노머를 중합하는 Grafting-from법, 매크로 모노머(조각 말단에 중합성 관능기를 가지는 폴리머)를 중합하는 Grafting-through법으로 크게 분류된다. 보틀 브러시가 농후 폴리머 브러시와 동등한 성질(농후 브러시 효과)을 가지는 것이 알려져 있다. The weak
보틀 브러시의 화학 구조 일례를 이하에 나타낸다. An example of the chemical structure of the bottle brush is shown below.
화학식 1
주쇄 및 측쇄는 (메타)아크릴레이트계 모노머, (메타)아크릴아미드계 모노머 및 스티렌계 모노머로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 적어도 일종의 모노머 단위를 포함하는 세그먼트이다. 예를 들면 화학식 1에서 R1: -H 혹은 -CH3, R2: -H 혹은 -(C=0)-C(CH3)2-Z(Z는 할로겐), R3: -H 혹은 -CH3, R4: -(C=O)-O-R(R: 알킬기 등), R5: -H 혹은 -CH3, R6: -(C=O)-O-R(R: 가교기를 포함하는 알킬기 등)을 들 수 있다. 또한 첨자 l1은 측쇄 고분자를 가지는 반복 단위수, l2는 측쇄 고분자를 갖지 않는 반복 단위수, m은 후술과 같이 액정과 친화성이 있고 유리 전이점이 낮으며 또한 도포 용매에 용해 가능한 측쇄 고분자의 반복 단위수, n은 후술과 같이 화학 가교를 형성하는 측쇄 고분자의 반복 단위수를 나타낸다. l1과 l2를 더한 수가 주쇄 전체의 중합도에 필적한다.The main chain and the side chain are segments containing at least one monomer unit selected from the group consisting of (meth) acrylate-based monomers, (meth) acrylamide-based monomers and styrene-based monomers. For example, R 1 in the general formula 1: -H or -CH 3, R 2: -H or - (C = 0) -C ( CH 3) 2 -Z (Z is halogen), R 3: -H or - CH 3, R 4: - ( C = O) -OR (R: alkyl group), R 5: -H or -CH 3, R 6: - ( C = O) -OR (R: alkyl group comprising a crosslinked Etc.). In addition, the subscript l 1 is the repeating unit having a side-chain polymer, l 2 is a repeating unit not having a side chain polymer, m has had the liquid crystal and affinity and low point glass transition as will be described later addition of soluble branched polymer in the coating solvent The number of repeating units, n represents the number of repeating units of the side chain polymer forming the chemical crosslinking as described later. The number obtained by adding l 1 and l 2 is comparable to the degree of polymerization of the entire main chain.
주쇄로는, grafting-from법에 의해 중합 개시기를 도입할 수 있는 모노머를 포함하는 세그먼트가 바람직하다. 예를 들면 2-히드록시에틸(메타)아크릴레이트 등의 수산기 함유(메타)아크릴레이트 등을 들 수 있다.As the main chain, a segment containing a monomer capable of introducing a polymerization initiator by a grafting-from method is preferable. (Meth) acrylate having a hydroxyl group such as 2-hydroxyethyl (meth) acrylate.
측쇄로는, 액정과 친화성이 있고 유리 전이점이 낮으며 또한 도포 용매에 용해 가능한 모노머를 가지는 세그먼트가 바람직하다. 예를 들면 헥실(메타)아크릴레이트, 2-에틸헥실(메타)아크릴레이트, 라우릴(메타)아크릴레이트 등 알킬을 가지는 (메타)아크릴레이트 혹은 폴리에틸렌글리콜 모노(메타)아크릴레이트 등 글리콜에테르계 (메타)아크릴레이트 등을 들 수 있다. The side chain is preferably a segment having an affinity for liquid crystals, a low glass transition point and a monomer soluble in a coating solvent. (Meth) acrylate or polyethylene glycol mono (meth) acrylate having alkyl such as hexyl (meth) acrylate, 2-ethylhexyl (meth) acrylate or lauryl Methacrylate, and the like.
측쇄는, 화학 가교를 형성하는 모노머를 포함하는 세그먼트를 가지는 것이 바람직하다. 예를 들면 트리메톡시실릴기나 트리에톡시실릴기, 디메틸실리콘 사슬을 가진 규소 원자 함유 (메타)아크릴레이트 등의 모노머도 사용할 수 있다. 이 경우 보틀 브러시는 코어쉘형으로 간주할 수 있고, 코어는 액정과 친화성이 있고 유리 전이점이 낮으며 또한 도포 용매에 용해 가능한 모노머를 가지는 세그먼트를, 쉘은 화학 가교를 형성하는 모노머를 포함하는 세그먼트를 가리킨다. 열, 빛, 수분 등에 의해 화학 가교 반응이 진행된다.The side chain preferably has a segment containing a monomer which forms a chemical bridge. For example, monomers such as a trimethoxysilyl group, a triethoxysilyl group, and a silicon atom-containing (meth) acrylate having a dimethylsilicone chain can also be used. In this case, the bottle brush may be regarded as a core shell type, and the core may be a segment having affinity for liquid crystals, a low glass transition point and also having a monomer soluble in a coating solvent, and a shell comprising a segment containing a monomer Lt; / RTI > The chemical crosslinking reaction proceeds by heat, light, moisture and the like.
보틀 브러시는 공지된 리빙 중합을 이용함으로써 얻을 수 있지만, 리빙 라디컬 중합법으로 합성되는 것이 더욱 바람직하다. 리빙 라디컬 중합이란, 라디컬 중합 반응에서 연쇄 이동 반응 및 정지 반응이 실질적으로 일어나지 않고, 단량체가 반응을 다 한 후에도 연쇄 성장 말단이 활성을 유지하는 중합 반응을 말한다. 이 중합 반응에서는, 중합 반응 종료 후에도 생성 중합체 말단에 중합 활성을 유지하고 있어, 모노머를 가하면 다시 중합 반응을 개시시킬 수 있다.The bottle brush can be obtained by using a known living polymerization, but it is more preferable that the bottle brush is synthesized by a living radical polymerization method. Living radical polymerization refers to a polymerization reaction in which a chain transfer reaction and a termination reaction do not substantially occur in a radical polymerization reaction and the chain growth terminal remains active even after the monomer completes the reaction. In this polymerization reaction, the polymerization activity is maintained at the end of the produced polymer even after completion of the polymerization reaction, and the polymerization reaction can be started again when the monomer is added.
리빙 라디컬 중합의 특징으로는, 모노머와 중합 개시제 농도비를 조절함으로써 임의의 평균 분자량을 가지는 중합체 합성을 할 수 있는 점, 생성되는 중합체의 분자량 분포가 매우 좁은 점, 블록 공중합체 합성에 응용할 수 있는 점 등을 들 수 있다. 또한 리빙 라디컬 중합은 'LRP'로 생략되는 경우, 또 제어 라디컬 중합이라고 불리는 경우도 있다.The characteristics of the living radical polymerization include the ability to synthesize a polymer having an arbitrary average molecular weight by controlling the concentration ratio of the monomer and the polymerization initiator, the molecular weight distribution of the resulting polymer is very narrow, And the like. In addition, living radical polymerization is sometimes referred to as controlled radical polymerization when it is omitted as 'LRP'.
본 발명의 중합 방법에는 모노머로서 라디컬 중합성 모노머를 사용한다. 라디컬 중합성 모노머란, 유기 라디컬 존재 하에 라디컬 중합을 수행할 수 있는 불포화 결합을 가지는 모노머를 말한다. 이와 같은 불포화 결합은 이중 결합이어도 되고, 삼중 결합이어도 된다. 즉 본 발명의 중합 방법에는, 종래로부터 리빙 라디컬 중합을 수행하는 것이 공지된 임의의 모노머를 사용할 수 있다. In the polymerization method of the present invention, a radical polymerizable monomer is used as a monomer. Radically polymerizable monomer refers to a monomer having an unsaturated bond capable of performing radical polymerization in the presence of an organic radical. Such an unsaturated bond may be a double bond or a triple bond. That is, in the polymerization method of the present invention, any monomer known to perform living radical polymerization from the prior art can be used.
리빙 라디컬 중합법으로는, 구체적으로는 하기에 열거하는 것과 같은 다양한 방법이 보고되어 있다. 예를 들면 니트록시 라디컬의 해리와 결합을 이용하는 니트록시드법(Nitroxide mediated polymerization 이하 NMP법이라고 생략한다), 구리나 루테늄, 니켈, 철 등의 중금속, 그리고 이와 착체를 형성하는 리간드를 사용하여, 할로겐 화합물을 개시 화합물로서 중합하는 원자 이동 라디컬 중합(Atom Transfer Radical Polymerization, 이하 ATRP법이라고 생략한다), 디티오카본산 에스테르 등을 개시 화합물로서, 부가 중합성 모노머와 라디컬 개시제를 사용하여 중합하는 가역적 부가 개열형 연쇄 이동 중합(Reversible addition fragmentation chain transfer polymerization, 이하 RAFT법이라고 생략한다), 유기 텔루륨과 유기 비스마스, 유기 안티몬, 할로겐화 안티몬, 유기 게르마늄, 할로겐화 게르마늄 등 중금속 화합물을 이용하는 방법(Degenerative transfer 이하 DT법이라고 생략한다) 등이 개발되고, 폭넓게 연구 개발이 이루어지고 있다. As the living radical polymerization method, various methods such as those listed below have been specifically reported. For example, a nitroxide mediated polymerization (hereinafter abbreviated as NMP method) using bond with dissociation of nitroxyl radicals, a heavy metal such as copper, ruthenium, nickel, and iron, and a ligand forming a complex thereof , Atom Transfer Radical Polymerization (hereinafter abbreviated as ATRP method) in which a halogen compound is polymerized as a starting compound, dithiocarboxylic acid ester, and the like are used as starting compounds, polymerization is carried out using an addition polymerizable monomer and a radical initiator A method using heavy metal compounds such as reversible addition fragmentation chain transfer polymerization (hereinafter abbreviated as RAFT method), organic tellurium and organic bismuth, organic antimony, antimony halide, organic germanium, halogenated germanium Degenerative transfer (hereinafter referred to as " DT method ") is developed, Wide research and development have been made.
또한 측쇄는 물리 가교를 형성하는 모노머를 포함하는 세그먼트를 가지는 것이 바람직하다. 예를 들면 보틀 브러시의 코어와 쉘이 상분리하는 것과 같은 블록을 이용하면 가능하다. 일례로서, 코어로 메틸메타크릴레이트를 포함하는 세그먼트, 쉘로 스티렌을 포함하는 세그먼트를 이용하면 성막 후 자발적으로 상분리되고, 물리 가교된다.The side chain preferably has a segment containing a monomer which forms a physical bridge. For example, it is possible to use the same block that the core and shell of the bottle brush are phase-separated. As an example, when a segment containing methyl methacrylate as a core or a segment containing styrene as a shell is used, the film is spontaneously phase-separated and is physically crosslinked after film formation.
도 5는 약앵커링 배향막으로서 기판에 형성한 보틀 브러시의 예를 도시한 단면도이다. 보틀 브러시(2)는, 리빙 라디컬 중합법에 의해 미리 제조해 둔 보틀 브러시 폴리머를 기판(13A)에 도포함으로써 형성된다. 전술한 것과 같이 보틀 브러시(2)는, 주쇄(3)에 그라프트 측쇄(4)가 결합된 빗살형 폴리머의 일종으로, 보틀 브러시(2)의 그라프트 측쇄(4)끼리 결합함으로써 복수의 보틀 브러시(2)가 서로 결합되어 있다. 그리고 일정 수의 보틀 브러시(2)가 그라프트 측쇄(4)에 의해 기판(13A) 표면에 공유 결합에 의해 고정되고, 남은 보틀 브러시(2)가 기판(13A) 표면으로부터 반대 방향으로 연장되어 있다. 보틀 브러시(2)의 Tg(우리 전이 온도)는 -5 ℃ 이하이다. 5 is a cross-sectional view showing an example of a bottle brush formed on a substrate as a weak anchoring alignment film. The
도 5에 도시한 것과 같이 액정 분자(Lp)는 기판(13A) 상에 형성된 보틀 브러시(2)의 그라프트 측쇄(4) 중에서 기판(13A)으로부터 떨어진 부분에 침투해 있고, 액정 분자(Lp)와 접한 보틀 브러시(2)의 측쇄(4)는 팽윤되어 있다(도면에서는 팽윤된 상태는 도시하지 않았다).5, the liquid crystal molecules Lp penetrate a portion away from the
본 명세서에서는, 액정 분자(Lp)가 침투한 보틀 브러시(2) 부분을 공존부(5)로서 나타내고, 액정 분자(Lp)가 침투하지 않은 보틀 브러시(2) 부분을 보틀 브러시층(6)으로서 나타낸다. 또한 도 5에서는 본 발명을 이해하기 쉽게 하는 관점에서 공존부(5)와 보틀 브러시층(6)을 명확히 구별하여 나타냈지만, 실제로는 공존부(5)와 보틀 브러시층(6)의 경계를 구별하는 것은 어렵다. In this specification, the portion of the
상기한 것과 같은 보틀 브러시(2)를 사용함으로써 공존부(5)의 Tg(유리 전이 온도)가 상온보다 상당히 낮은 온도가 되므로, 상온에서 공존부(5) 형상을 자유롭게 변동시킬 수 있다. 따라서 공존부(5)와 액정 분자(Lp)의 계면에서 공존부(5) 상태가 변화되고, 기판(13A)에 대하여 수평 방향으로 액정 분자(Lp)를 배향 조절하면서 면 내에서는 어느 방향으로도 배향 강제력을 갖지 않는 상태(제로면 앵커링 상태)를 실현할 수 있다. By using the
공존부(5)의 Tg는, 사용하는 보틀 브러시(2) 및 액정 분자(Lp)의 종류에 따라 다르기 때문에 일의적으로 정의할 수는 없지만, 일반적으로 보틀 브러시(2) 단독의 Tg에 비교하여 낮아진다. 또한 공존부(5)의 Tg는, 보틀 브러시(2)에 대한 액정 분자(Lp)의 침투 정도(즉, 보틀 브러시(2)와 액정 분자(Lp)의 비율)에 의해서도 변화된다. 구체적으로는 공존부(5)에서 액정 분자(Lp)의 비율이 많은 액정 분자(Lp) 측의 공존부(5)는 Tg가 낮고, 액정 분자(Lp)의 비율이 적은 보틀 브러시층(6) 측의 공존부(5)는 Tg가 높아진다. The Tg of the coexisting
그러나 보틀 브러시(2)로서, 보틀 브러시의 Tg가 -5℃ 이하인 것을 사용함으로써 공존부(5)의 Tg를 상온보다 충분히 낮은 온도로 할 수 있으므로, 상온에서 기판(13A) 표면에 대하여 수평인 면 내에 액정 분자(Lp)를 배향 조절하면서 면 내에서는 어느 방향으로도 배향 강제력을 갖지 않는 상태(제로면 앵커링 상태)를 실현할 수 있다. However, as the
보틀 브러시(2)는, 기판(13A) 표면 상에서 보틀 브러시(2)의 층을 형성한다. 보틀 브러시(2) 층 두께는 특별히 한정되지 않지만, 일반적으로 수십 nm, 구체적으로는 1 nm 이상 100 nm 미만, 바람직하게는 10 nm ~ 80 nm이다. 또한 보틀 브러시(2) 층에는 사이즈 배제 효과가 있어, 일정 크기의 물질은 보틀 브러시(2) 층을 통과할 수 없다. 따라서 보틀 브러시(2) 층의 두께를 얇게 해도, 기판(13A) 측으로부터 액정 분자(Lp)로 불순물이 침입하는 것을 방지할 수 있다.The
보틀 브러시(2)는, 예를 들면 리빙 라디컬 중합법에 의해 미리 제조해 둔 보틀 브러시 폴리머를 기판(13A)에 도포함으로써 형성된다. 여기에서, 본 명세서에서 '리빙 라디컬 중합'이란, 라디컬 중합 반응에서 연쇄 이동 반응 및 정지 반응을 실질적으로 일으키지 않고, 라디컬 중합성 모노머가 반응을 다 한 후에도 연쇄 성장 말단이 활성을 유지하는 중합 반응을 의미한다.The
또한 보틀 브러시 폴리머의 형성은, 이하의 순서를 따라서 수행된다.The formation of the bottle brush polymer is also carried out according to the following procedure.
1. 주쇄 폴리머(폴리(2-히드록시에틸 메타크릴레이트), PHEMA) 제조1. Preparation of main chain polymer (poly (2-hydroxyethyl methacrylate), PHEMA)
2. 주쇄 폴리머(PHEMA)에 중합 개시기 도입2. Introduction of polymerization initiator into main chain polymer (PHEMA)
3. 보틀 브러시 폴리머 제조3. Bottle Brush Polymer Manufacturing
보틀 브러시 폴리머의 기판(13A) 도포는 플렉소 인쇄, 잉크젯 인쇄 또는 다이 코팅 등 기존 설비를 이용하여 수행한다. 그 후 기판(13A)을 적당한 온도로 가열함으로써 보틀 브러시 폴리머는 가교되고, 보틀 브러시(2)가 형성된다. The application of the
보틀 브러시(2)는, 기판(13A)과 보틀 브러시(2) 사이의 고착성을 높이는 관점에서, 필요에 따라서 고정화막을 개재하고 기판(13A) 표면 상에 형성해도 된다. 고정화막으로는, 기판(13A) 및 보틀 브러시(2)와 고착성이 뛰어난 것이라면 특별히 한정되지 않고, 리빙 라디컬 중합에서 일반적으로 공지된 것을 사용할 수 있다. 고정화막의 예로서는 다음의 일반식 (2)로 나타내는 알콕시실란 화합물로부터 형성되는 막을 들 수 있다.The
화학식 2(2)
일반식 (2)에서, R1은 각각 독립적으로 C1 ~ C3의 알킬기, 바람직하게는 메틸기 또는 에틸기이고, R2는 각각 독립적으로 메틸기 또는 에틸기이며, X는 할로겐 원자, 바람직하게는 Br이며, n은 3 ~ 10의 정수, 더욱 바람직하게는 4 ~ 8의 정수이다. In the general formula (2), R 1 is each independently an alkyl group of C1 ~ C3, and preferably a methyl group or an ethyl group, R 2 are each independently a methyl group or an ethyl group, X is a halogen atom, preferably Br, n Is an integer of 3 to 10, more preferably an integer of 4 to 8.
고정화막에는 보틀 브러시(2)가 공유 결합되어 있는 것이 바람직하다. 고정화막과 보틀 브러시(2)가 결합력이 강한 공유 결합으로 결합되어 있으면, 보틀 브러시(2)의 벗겨짐을 충분히 방지할 수 있다. 그 결과 액정 패널(11)의 특성이 저하될 가능성이 낮아지고, 액정 패널(11)의 신뢰성이 향상된다.It is preferable that the immobilizing film is covalently bonded to the
고정화막의 형성 방법은 특별히 한정되지 않고, 사용할 재료에 따라서 적절히 설정하면 된다. 예를 들면 고정화막 형성용 용액에 기판(13A)을 침지시키거나 혹은 기판(13A)에 상기 고정화막 형성용 용액을 도포 후, 건조시킴으로써 고정화막을 형성할 수 있다. 여기에서 소정 부분에 고정화막을 형성시키기 위해서 고정화막을 형성시키지 않는 부분에 마스킹을 실시해도 된다. 또한 기판(13A)은 필요에 따라서 고정화막 형성 전에 세정해도 된다. The method of forming the immobilized film is not particularly limited and may be suitably set according to the material to be used. For example, the immobilization film can be formed by immersing the
보틀 브러시(2)를 형성한 기판(13A)과, 기판(13B) 사이에 액정 분자(Lp)를 주입하는 방법은 특별히 한정되지 않고, 모세관 현상을 이용한 진공 주입법, 액정 적하 주입법(ODF: One Drop Filling) 등 공지된 방법을 이용할 수 있다. 예를 들면 모세관 현상을 이용한 진공 주입법을 이용한 경우에는 다음과 같이 수행하면 된다.The method of injecting the liquid crystal molecules Lp between the
우선 일방 기판(13A) 상에 공지된 방법에 의해 전극층(15)을 형성한 후 보틀 브러시(2)를 형성한다. 타방 기판(13B) 상에는 포토리소그래피 등 공지된 방법에 의해 스페이서를 형성한다. 다음으로, 일방 기판(13A)을 세정하고 건조시킨 후 실링재를 도포하고, 타방 기판(13B)과 중첩하여 가열 또는 UV 조사 등에 의해 실링재를 경화시켜서 접착한다. 여기에서 실링재의 일부에는 액정 분자(Lp)를 주입하기 위한 주입구를 열어둘 필요가 있다. 다음으로 주입구로부터 진공 주입법에 의해 기판(13A, 13B) 사이에 액정 분자(Lp)를 주입한 후 주입구를 봉지한다.First, an
본 발명에서 사용되는 액정 분자(Lp)는 특별히 한정되지 않고, 당해 기술 분야에서 공지된 것을 사용할 수 있다. 그 중에서도 액정 분자(Lp)로서는, 액정 분자(Lp)의 NI점(N상으로부터 I상으로 상전이 온도)이 공존부(5)의 Tg보다 높은 것이 바람직하다.The liquid crystal molecule (Lp) used in the present invention is not particularly limited, and those known in the art can be used. It is preferable that the NI point (phase transition temperature from the N phase to the I phase) of the liquid crystal molecule Lp is higher than the Tg of the
상술한 것과 같이 액정 패널(11)에 의하면 백라이트 유닛(12)과, 약앵커링 배향막(16)이 형성된 기판(13A)과, 약앵커링 배향막(16)과의 사이에 간격을 두고 대향 배치되는 강앵커링 배향막(17)이 형성된 기판(13B)과, 약앵커링 배향막(16)과 강앵커링 배향막(17) 사이에 배치되고 액정 분자(Lp)가 구동됨으로써 빛을 투과 또는 차단하는 액정층(18)과, 기판(13A)에 설치되고 액정 분자(Lp)에 전기장(E)을 인가하는 전극층(15)을 구비한다. 더욱이 약앵커링 배향막(16)은 전기장(E)을 인가했을 때, 액정 분자(Lp)의 배향 방향을 구속하는 구속력이, 강앵커링 배향막(17)보다 작다. As described above, according to the
그리고 전기장(E)을 인가한 상태에서, 강앵커링 배향막(17) 측으로부터 약앵커링 배향막(16) 측을 향해서 액정층(18)의 액정 분자(Lp) 배향 방향의 변위 각도가 점차 커진다. The displacement angle of the
이로써 약앵커링 배향막(16) 측의 액정 분자(Lp)의 배향 방향을 변화시키는데 충분한 소정의 전압을 인가하면 액정 패널(11)의 액정층(18)이 구동되어 표시를 수행할 수 있다. 따라서 저전압으로 액정 분자를 구동할 수 있다. Thus, when a predetermined voltage sufficient to change the alignment direction of the liquid crystal molecules Lp on the side of the weak
또한 상기 구성에 따르면 액정 분자(Lp)의 선광성을 이용하여 액정 분자(Lp)를 구동하고 있다. 이와 같은 구성에 따르면 빛이 액정 분자(Lp)의 배향을 따라 변화되고 투과해가므로 투과율이 높은 표시를 수행하는 것이 가능해진다. According to the above configuration, the liquid crystal molecules Lp are driven using the optical rotation of the liquid crystal molecules Lp. According to such a configuration, since the light changes along the orientation of the liquid crystal molecules Lp and becomes transparent, it becomes possible to perform display with high transmittance.
상기한 것과 같은 보틀 브러시(2)를 사용함으로써 공존부(5)의 Tg(유리 전이 온도)가 상온보다 상당히 낮은 온도가 되므로, 상온에서 공존부(5) 형상을 자유롭게 변동시킬 수 있다. 따라서 공존부(5)와 액정 분자(Lp)의 계면에서 공존부(5) 상태가 변화되고, 기판(13A)에 대하여 수평 방향으로 액정 분자(Lp)를 배향 조절하면서 면 내에서는 어느 방향으로도 배향 강제력을 갖지 않는 상태(제로면 앵커링 상태)를 실현할 수 있다. By using the
약앵커링 상태(제로면 앵커링 상태)를 안정적으로 실현하기 위해서는 배향막으로서 액정과의 상용성이 높고, 또한 기판에 강하게 고착되는 것을 사용할 필요가 있다. 또한 액정이 기판과 접촉하지 않을 정도로 조밀하게 계면을 덮는 것이 필요하다. 따라서 종래의 폴리머 브러시를 기판 상에 형성하기 위해서는 기판을 중합액에 침지하고, 고온에서 수시간 중합하는 것 등이 필요하다. 한편 본 발명에서는 보틀 브러시(2)를 유기 용매에 용해하고 기판에 상기 용액을 도포하여 가열함으로써 보틀 브러시를 기판 상에 고착할 수 있으므로, 폴리머 브러시로 약앵커링 배향막을 형성하는 경우에 비교하여 간편하고, 또한 저비용으로 형성하는 것이 가능해진다.In order to stably realize the weak anchoring state (zero plane anchoring state), it is necessary to use an alignment film which has high compatibility with liquid crystals and is strongly adhered to a substrate. It is also necessary to densely cover the interface so that the liquid crystal does not contact the substrate. Therefore, in order to form a conventional polymer brush on a substrate, it is necessary to immerse the substrate in the polymerization solution and polymerize at a high temperature for several hours. On the other hand, in the present invention, since the
종래의 폴리머 브러시로 약앵커링 배향막을 형성하는 경우의 문제점에 대하여 서술하면 이하와 같다. A problem in the case of forming a weakly anchoring alignment film with a conventional polymer brush will be described below.
(1) 폴리머 브러시를 사용한 약앵커링 배향막을 생성하기 위해서는, 기판 표면으로부터 모노머를 차례로 반응시켜서 성장시켜가기 때문에 도포법과 같은 간편한 수법을 수행할 수 없고, 기판을 중합액에 침지할 필요가 있기 때문에 소면적 기판밖에 제조할 수 없다.(1) In order to produce a weak anchoring alignment film using a polymer brush, monomers are successively reacted and grown from the substrate surface, so that a simple technique such as a coating method can not be carried out. Since it is necessary to immerse the substrate in the polymerization solution, Only the area substrate can be manufactured.
(2) 폴리머 브러시 합성에는 리빙 라디컬 중합 반응을 이용하기 때문에 반응 시간이, 예를 들면 24 ~ 48 시간 등 장시간 필요하다.(2) Since the polymer brush synthesis uses a living radical polymerization reaction, the reaction time is required for a long time such as 24 to 48 hours.
(3) 도포한 후에 가열하여 중합하는 간편한 방법으로는 폴리머 브러시가 생성되지 않는다.(3) Polymer brushes are not produced by a simple method of heating and polymerizing after application.
(4) 중합 용액이 방향족계 강용매이기 때문에 아크릴 수지가 용해된다.(4) Since the polymerization solution is an aromatic strong solvent, the acrylic resin dissolves.
이에 반하여 보틀 브러시로 약앵커링 배향막을 형성하는 경우의 이점에 대하여 서술하면 이하와 같다.On the other hand, an advantage of forming a weakly anchoring alignment film with a bottle brush will be described below.
(1) 보틀 브러시를 다른 장소에서 제조한 후에 기판에 도포하는 공정을 거쳐서 LCD 패널을 제작할 수 있기 때문에 LCD 제조 라인에 대형 중합 용기를 반입할 필요가 없다. 따라서 1 m ~ 2 m 각(角)의 대형 기판에도 대응 가능하다. (1) Since the LCD panel can be manufactured through the process of applying the bottle brush to the substrate after the bottle brush is manufactured in another place, it is not necessary to carry the large polymerization vessel into the LCD manufacturing line. Therefore, it is applicable to large-sized substrates of 1 m to 2 m square.
(2) 보틀 브러시를 도포하고 소성하는 것만으로 약앵커링 배향막을 제작할 수 있기 때문에 배향막 제작에 요구되는 시간이 짧고, LCD 패널의 제조 효율이 좋다.(2) Since the weak anchoring orientation film can be produced only by applying and firing the bottle brush, the time required for producing the orientation film is short, and the production efficiency of the LCD panel is good.
(3) 보틀 브러시는 플렉소 인쇄, 잉크젯 인쇄 또는 다이 코팅 등으로 기판에 도포할 수 있기 때문에 현행 배향막 제조 공정(폴리이미드 형성 공정)을 이용할 수 있으므로 신규 설비 투자가 불필요하다.(3) Since the bottle brush can be applied to the substrate by flexographic printing, inkjet printing, or die coating, the existing alignment film manufacturing process (polyimide forming process) can be used, so that new facility investment is unnecessary.
(4) 중합액 중에서 가열하는 공정이 없으므로 컬러 필터나 컬럼 스페이서 등의 수지 부재 상에도 약앵커링 배향막을 제조할 수 있다. 더욱이 플라스틱 긴판 상에 형성하는 것도 가능하다.(4) Since there is no step of heating in a polymerization solution, a weakly anchoring alignment film can be produced also on a resin member such as a color filter or a column spacer. Further, it is also possible to form it on a plastic long plate.
<제 2 실시형태>≪ Second Embodiment >
다음으로 본 발명에 따른 액정 표시 소자의 제 2 실시형태에 대하여 설명한다. 또한 이하 설명하는 제 2 실시형태에서는, 상기 제 1 실시형태와 공통된 구성에 대해서는 도면 중에 동일 부호를 붙여 그 설명을 생략한다. 제 2 실시형태에서는 상기 제 1 실시형태와 동일한 전극층(15)을 구비하고, 네거티브형 액정 분자(Ln)를 구동한다.Next, a second embodiment of the liquid crystal display element according to the present invention will be described. In the second embodiment to be described below, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted. The second embodiment has the
도 6은 제 2 실시형태로서 도시한 액정 디스플레이의 개략 구성을 도시한 단면도이다. 도 7은 상기 제 2 실시형태로서 도시한 액정 디스플레이의 액정 패널에 있어서, 유전율 이방성이 음수인 액정을 사용하고 전기장을 인가한 상태의 액정 분자 배향 방향 분포를 도시한 도면이다. 도 8은 상기 제 2 실시형태로서 도시한 액정 디스플레이의 액정 패널에 있어서, 유전율 이방성이 음수인 액정을 사용하고 전기장을 인가하지 않은 상태의 전극선과 액정 분자 배향 방향의 관계를 도시한 도면이다. 도 9는 상기 제 2 실시형태로서 도시한 액정 디스플레이의 액정 패널에 있어서, 유전율 이방성이 음수인 액정을 사용하고 전기장을 인가한 상태의 전극선과 액정 분자 배향 방향의 관계를 도시한 도면이다.6 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a liquid crystal display shown as a second embodiment. Fig. 7 is a diagram showing the distribution of the alignment direction of liquid crystal molecules in the liquid crystal panel of the liquid crystal display shown as the second embodiment in a state in which a liquid crystal having negative dielectric anisotropy is used and an electric field is applied. 8 is a diagram showing the relationship between the direction of the liquid crystal molecules and the direction of the liquid crystal molecules in the liquid crystal panel of the liquid crystal display shown in the second embodiment, in which liquid crystal having negative dielectric anisotropy is used and no electric field is applied. 9 is a diagram showing the relationship between the direction of the liquid crystal molecules and the direction of the liquid crystal molecules in the liquid crystal panel of the liquid crystal display shown in the second embodiment, in which liquid crystal having negative dielectric anisotropy is used and an electric field is applied.
도 6, 도 7에 도시한 것과 같이 본 실시형태에서 편광판(14A)과 편광판(14B)은 직교 니콜로 배치되고, 편광판(14A)의 투과축 방향이 방향 Y를 따르도록 설정되며, 타방 편광판(14B)의 투과축 방향은 방향 X를 따르도록 설정되어 있다.6 and 7, in this embodiment, the
전극층(15)은 기판(13A) 표면을 따라서 복수의 전극선(20A)이 병설됨으로써 형성되어 있다. 도 12, 도 13에 도시한 것과 같이 각 전극선(20A)은 그 장축 방향이, 예를 들면 기판(13A) 표면에 평행한 면 내에서 방향 Y를 따라서 연장되도록 직선상으로 형성되어 있다. 전극층(15)은, 이와 같은 전극선(20A)이 기판(13A) 표면에 평행한 면 내에서 방향 Y에 직교하는 방향 X를 따라서 일정 간격마다 병설되어 있다. The
액정층(18)의 액정 분자(Ln)는 유전율 이방성이 음수(負)이고, 유전적 성질이 장축 방향으로 작고, 장축 방향에 직교하는 방향으로 큰 네거티브형이다. 도 6, 도 8에 도시한 것과 같이 네거티브형 액정 분자(Ln)를 사용하는 경우 전기장(E) 비인가 상태에서 액정 분자(Ln)의 배향 방향을 조절하기 위한 강앵커링 배향막(17)의 배향 처리 방향을, 각 전극선(20A)의 장축 방향과 수직한 방향(도 8에서는 방향 X)으로 한다. 또한 편광판(14A)과 편광판(14B)을 직교 니콜로 배치시키고, 편광판(14A)의 투과축 방향이, 전기장(E) 비인가 상태에서의 액정 분자(Ln) 배향 방향을 조절하기 위한 강앵커링 배향막(17)에 대한 배향 처리 방향과 일치하지 않도록(도 8에서는 방향 Y) 설정되어 있다. 그러면 전기장(E) 비인가 상태에서는, 백라이트 유닛(12) 측으로부터의 빛은 투과되지 않는다. The liquid crystal molecules Ln of the
도 7에 도시한 것과 같이 네거티브형 액정 분자(Ln)는 전기장(E)을 인가해도 강앵커링 배향막(17) 측에서는, 장축 방향이 강앵커링 배향막(17)의 배향 처리 방향을 따르는 초기 배향 상태(방향 X)를 유지한다. 한편 약앵커링 배향막(16) 측에서는 인가된 전기장(E)에 의해 액정 분자(Ln)는 기판(13A)에 평행한 면 내에서 배향 각도가 변위되고, 전기장 강도가 어느 일정값에 도달했을 때, 그 장축 방향이 전기장(E)에 직교하는 방향, 즉 기판(13A)에 평행한 방향 Y를 따른다. 이와 같이 해서 전기장(E)을 인가한 상태에서는, 강앵커링 배향막(17) 측으로부터 약앵커링 배향막(16) 측을 향해서 액정층(18)의 액정 분자(Ln) 배향 방향의 변위 각도가 점차 커진다. 일정값 이상의 전기장을 인가했을 때 약앵커링 배향막(16) 측의 액정 분자(Ln) 배향 방향(방향 Y)은 전기장(E)과 직교하는 방향이 되고, 편광판(14A)의 투과축 방향과 일치하기 때문에, 백라이트 유닛(12) 측으로부터 편광판(14A)을 통과한 빛은 액정 분자(Ln) 배향 방향 분포를 따라서 편광면이 변하고, 반대측 편광판(14B)을 통하여 출사된다.As shown in Fig. 7, the negative-type liquid-crystal molecules Ln are aligned in the initial alignment state (direction of alignment) of the strong
이와 같이 유전율 이방성이 음수인 액정을 사용하는 본 실시형태의 액정 패널(11)에서도, 저전압으로 액정 분자(Ln)를 구동하면서 보다 투과율이 높은 표시를 수행하는 것이 가능해진다. As described above, the
또한 제 1 ~ 제 2 실시형태에서는, 전압 비인가 시 표시가 어둡고 전압 인가 시에 밝아지는, 이른바 normaly black형 액정 패널(11)에 대하여 설명하고 있다.In the first to second embodiments, the so-called normaly black type
<제 3 실시형태>≪ Third Embodiment >
다음으로 본 발명에 따른 액정 표시 소자의 제 3 실시형태에 대하여 설명한다. 또한 이하 설명하는 제 3 실시형태에서는, 상기 각 실시형태와 공통된 구성에 대해서는 도면 중에 동일 부호를 부여하고 그 설명을 생략한다. 제 3 실시형태에서는, 상기 제 1 실시형태에 대하여 편광판(14A)의 투과축 방향이 다르다.Next, a liquid crystal display element according to a third embodiment of the present invention will be described. In the third embodiment described below, the same reference numerals are assigned to the same components as those of the above-described embodiments, and the description thereof is omitted. In the third embodiment, the transmission axis direction of the
도 10은 제 3 실시형태로서 도시한 액정 디스플레이의 개략 구성을 도시한 단면도이다. 10 is a cross-sectional view showing a schematic structure of a liquid crystal display shown as a third embodiment.
도 11은 상기 제 3 실시형태로서 도시한 액정 디스플레이의 액정 패널에서, 유전율 이방성이 정수인 액정을 사용하고, 전기장을 인가한 상태의 액정 분자 배향 방향 분포를 도시한 도면이다. 제 1 실시형태에서는, 편광판(14A)의 투과축 방향은 방향 X였지만, 본 제 3 실시형태에서는 방향 Y로 설정되어 있다. 이로써 편광판(14A, 14B)은 그 투과축 방향이 서로 평행하게, 즉 평행 니콜이 되도록 배치되어 있다.Fig. 11 is a diagram showing a liquid crystal molecule alignment direction distribution in a liquid crystal panel of a liquid crystal display shown as the third embodiment, in which liquid crystal having an integer dielectric constant anisotropy is used and an electric field is applied. Fig. In the first embodiment, the transmission axis direction of the
이와 같은 구성에서, 전기장(E) 비인가 상태에서는 도 10에 도시한 것과 같이 백라이트 유닛(12) 측으로부터 편광판(14A)을 통과한 빛은 편광 상태 및 편광면을 유지한 채 액정 패널(11)로부터 출사된다. 이 때 액정층(18)에 입사된 직선 편광의 편광 방향(방향 Y)과 편광판(14B)의 투과축 방향(방향 Y)이 일치하고 있기 때문에, 백라이트 유닛(12) 측으로부터의 대부분의 빛은 편광판(14B)을 투과할 수 있다.10, the light having passed through the
한편 도 11에 도시한 것과 같이 문턱값 이상의 소정의 전기장(E)이 액정 패널(11)에 인가되면 강앵커링 배향막(17) 측에서는, 장축 방향이 강앵커링 배향막(17)의 배향 처리 방향을 따라서 초기 배향 상태(방향 Y)를 유지하는 한편 인가 전기장(E)의 크기가 커짐에 따라서 약앵커링 배향막(16) 근방의 액정 분자(Lp)의 초기 배향 방향에 대한 배향 방향의 변위량이 점차 커진다. 인가되는 전기장(E)의 강도가 어느 일정값에 도달했을 때 약앵커링 배향막(16) 측의 액정 분자(Lp) 배향 방향은 전기장(E)에 평행한 방향(방향 X)이 되고 편광판(14A) 투과축 방향과 직교되어, 백라이트 유닛(12) 측으로부터의 빛은 편광판(14A)을 투과할 수 없다.On the other hand, when a predetermined electric field E of a threshold value or more is applied to the
이와 같이 편광판(14A, 14B)을 평행 니콜이 되도록 배치함으로써 상기 제 1 ~ 제 2 실시형태에서 설명한 것과 같은, 전압 비인가 시에 표시가 어둡고 전압 인가 시에 밝아지는, 이른바 normaly black형 액정 패널(11)과는 달리, 액정 패널(11)을, 전압 비인가 시에 표시가 밝고 전압 인가 시에 어두워지는, 이른바 normaly white형으로 구성할 수 있다.In the so-called normaly black type liquid crystal panel 11 (see FIG. 1) in which the
<제 4 실시형태>≪ Fourth Embodiment &
다음으로 본 발명에 따른 액정 표시 소자의 제 4 실시형태에 대하여 설명한다. 또한 이하 설명하는 제 4 실시형태에서는, 상기 각 실시형태와 공통된 구성에 대해서는 도면 중에 동일 부호를 부여하고 그 설명을 생략한다. 제 4 실시형태에서는, 상기 제 2 실시형태와 비교해서 편광판(14A)의 투과축 방향이 다르다.Next, a fourth embodiment of the liquid crystal display element according to the present invention will be described. In the fourth embodiment to be described below, the same components as those of the above-described embodiments are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted. In the fourth embodiment, the transmission axis direction of the
도 12는 제 4 실시형태로서 도시한 액정 디스플레이의 개략 구성을 도시한 단면도이다. 12 is a cross-sectional view showing a schematic structure of a liquid crystal display shown as a fourth embodiment.
도 13은 상기 제 4 실시형태로서 도시한 액정 디스플레이의 액정 패널에서, 유전율 이방성이 음수인 액정을 사용하고, 전기장을 인가한 상태의 액정 분자 배향 방향 분포를 도시한 도면이다. 제 2 실시형태에서는, 편광판(14A)의 투과축 방향은 방향 Y였지만, 본 제 4 실시형태에서는 방향 X로 설정되어 있다. 이로써 편광판(14A, 14B)은 그 투과축 방향이 서로 평행하게, 즉 평행 니콜이 되도록 배치되어 있다.Fig. 13 is a diagram showing a liquid crystal molecule alignment direction distribution in a liquid crystal panel of a liquid crystal display shown as the fourth embodiment, in which liquid crystal having a negative dielectric constant anisotropy is used and an electric field is applied. Fig. In the second embodiment, the transmission axis direction of the
이와 같은 구성에서, 전기장(E) 비인가 상태에서는 도 12에 도시한 것과 같이 백라이트 유닛(12) 측으로부터 편광판(14A)을 통과한 빛은 편광 상태 및 편광면을 유지한 채 액정 패널(11)로부터 출사된다. 이 때 액정층(18)에 입사된 직선 편광의 편광 방향(방향 X)과 편광판(14B)의 투과축 방향(방향 X)이 일치하고 있기 때문에, 백라이트 유닛(12) 측으로부터의 대부분의 빛은 편광판(14B)을 투과할 수 있다.12, the light having passed through the
한편 도 13에 도시한 것과 같이 문턱값 이상의 소정의 전기장(E)이 액정 패널(11)에 인가되면 강앵커링 배향막(17) 측에서는, 장축 방향이 강앵커링 배향막(17)의 배향 처리 방향에 따른 초기 배향 상태(방향 X)를 유지하는 한편 인가 전기장(E)의 크기가 커짐에 따라서 약앵커링 배향막(16) 근방의 액정 분자(Lp)의 초기 배향 방향에 대한 배향 방향의 변위량이 점차 커진다. 인가되는 전기장(E)의 강도가 어느 일정값에 도달했을 때 약앵커링 배향막(16) 측의 액정 분자(Ln) 배향 방향은 전기장(E)과 직교되는 방향(방향 Y)이 되고 편광판(14A) 투과축 방향과 직교되어, 백라이트 유닛(12) 측으로부터의 빛은 편광판(14A)을 투과할 수 없다.On the other hand, when a predetermined electric field E of a threshold value or more is applied to the
이와 같이 본 제 4 실시형태에서는, 상기 제 3 실시형태와 동일하게 normaly white형으로 구성되어 있다.As described above, in the fourth embodiment, like the third embodiment, it is configured as a normaly white type.
이상, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대하여 상세히 설명했지만 당해 기술 분야의 통상의 지식을 갖는 자라면 향후 다양한 변형 및 균등한 실시형태가 가능하다. While the preferred embodiments of the present invention have been described in detail, those skilled in the art will appreciate various modifications and equivalent arrangements.
따라서 본 발명의 권리 범위는 여기에 한정되지 않고, 특허 청구 범위에서 정의되는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 다양한 변형과 개량 형태도 본 발명에 포함된다. Accordingly, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concept of the present invention, which is defined in the claims, are also included in the present invention.
예를 들면 본 실시형태에서는 약앵커링 배향막(16)을 백라이트 유닛(12) 측에 배치하고, 강앵커링 배향막(17)을 백라이트 유닛(12)으로부터 이간된 측에 배치했지만 여기에 한정되지 않는다. 약앵커링 배향막(16)을 백라이트 유닛(12)으로부터 이간된 측에 배치하고, 강앵커링 배향막(17)을 백라이트 유닛(12) 측에 배치해도 된다. 전극층(15)에 대해서도 백라이트 유닛(12)으로부터 이간된 측에 한정되지 않고, 그 반대측에 배치해도 된다. For example, in the present embodiment, the weak
즉 전극층(15)이 설치된 기판(13A) 상에 폴리이미드층을 형성한 후 러빙 처리를 수행함으로써 강앵커링 배향막(17)을 형성한다. 한편 기판(13B) 상에 보틀 브러시층을 형성하고 약앵커링 배향막(16)을 형성한다. 전술한 바와 같이, 보틀 브리시층의 앵커링 값은 폴리이미드층의 앵커링 값보다 작다. 그 후 실링제를 개재하여 기판(13A)과 기판(13B)을 합착하고 여기에 액정을 주입함으로써 액정 패널(11)을 제조해도 된다.That is, after the polyimide layer is formed on the
더욱이 제 1 ~ 제 2 실시형태에서 액정 분자(L)는 전기장(E)을 인가한 상태에서, 강앵커링 배향막(17) 측으로부터 약앵커링 배향막(16) 측을 향해서, 초기 배향 방향에 대한 배향 각도의 변위량이 점차 커져 나선상으로 뒤틀린 배향 상태가 된다. 여기에서 액정 분자(L)는 강앵커링 배향막(17)과 약앵커링 배향막(16)의 중간부에 있어서, 액정 분자(L)의 배향 각도 변위량이 최대가 되고, 그 부분보다 약앵커링 배향막(16)에 걸쳐서 액정 분자(L)의 배향 각도 변위량이 동일(최대 상태)해도 된다. 다시 말하면 액정 분자(L)는 전기장(E)을 인가한 상태에서 강앵커링 배향막(17) 측으로부터 강앵커링 배향막(17)과 약앵커링 배향막(16)의 중간부까지의 영역에서 나선상으로 배열되고, 강앵커링 배향막(17)과 약앵커링 배향막(16)의 중간부부터 약앵커링 배향막(16) 측까지의 영역에서는 동일하게 배열되어 있어도 된다. In the first and second embodiments, the liquid crystal molecules L are oriented in the direction from the strong
<실시예><Examples>
본 실시형태에서 도시한 구성에 대하여, 이하와 같이 모델화한 액정 패널을 사용하여 실증 실험을 수행했으므로 그 결과를 이하에 나타낸다. With respect to the configuration shown in this embodiment mode, since the demonstration experiment was performed using the liquid crystal panel modeled as described below, the results are shown below.
<액정 패널 제작>≪ Production of liquid crystal panel &
ITO제 빗살 모양 전극(두께: 약 55 nm, 전극 폭(L)/전극간 거리(S)=4 μm/10 μm)이 형성된 기판(이하, 전극 기판이라고 한다)과 포토스페이서가 형성된 기판(이하, 대향 기판이라고 한다)을 합착하고, 그 공극에 액정을 충전한 액정 패널을 제작했다. 실시예의 액정셀의 전극 기판 상에는 배향막으로서 보틀 브러시를 형성했다. 보틀 브러시의 형성 방법은 이하와 같다. (Hereinafter referred to as an electrode substrate) formed with an ITO comb-shaped electrode (thickness: about 55 nm, electrode width L / inter-electrode distance S = 4 μm / 10 μm) , An opposing substrate) were bonded together, and a liquid crystal panel in which liquid crystal was filled in the gap was produced. On the electrode substrate of the liquid crystal cell of the example, a bottle brush was formed as an alignment film. The method of forming the bottle brush is as follows.
<보틀 브러시 형성 방법>≪ Method of forming a bottle brush &
리빙 라디컬 중합 개시기를 측쇄에 가지는 메타크릴레이트 폴리머를 매크로 개시제로서 사용했다. 매크로 개시제는 폴리메틸메타크릴레이트 환산으로, Mn(수평균 분자량)이 50000, PDI(분자량 분포)가 1.4, 주쇄중합도 1은 200이었다. 리빙 라디컬 중합에 의해, 상술한 매크로 개시제를 사용하여 헥실메타크릴레이트(이하, HMA라고 약기) 및 3-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란(이하, MOPS라고 약기)을 측쇄에 도입한 보틀 브러시를 얻었다. THF 용매에 의한 GPC로 분자량을 측정한 결과, 폴리메틸메타크릴레이트 환산으로 Mn이 230000, PDI가 2.0이었다. HMA 및 MOPS의 반복 단위수는 각각 평균값으로서 m=30, n=0.1이었다. A methacrylate polymer having a living radical polymerization initiator in its side chain was used as a macro initiator. The macroinitiator was 50000 in terms of polymethyl methacrylate, Mn (number average molecular weight) was 50,000, PDI (molecular weight distribution) was 1.4, and main
<보틀 브러시 폴리머 코팅><Bottle brush polymer coating>
보틀 브러시 폴리머 0.1 질량부를 THF에 용해하고, THF 용액 2.1 g(보틀 브러시 폴리머 5 wt%)을 얻었다. 그 용액을 전극이 부착된 유리 기판에 스핀 코팅했다(회전수 3000 rpm, 60초). 그 후 기판을 진공 조건 하, 120 ℃에서 3시간 방치함으로써 스핀 코팅막을 가교했다. 더욱이 가교된 스핀 코팅막을 THF로 초음파 세정했다.0.1 part by mass of a bottle brush polymer was dissolved in THF to obtain 2.1 g of a THF solution (
한편 실시예의 액정 패널의 대향 기판 측에는 높이 3.0 μm의 포토 스페이서를 형성한 후 배향막으로서 PI(JSR제 JALS-16470)를 입혔다. PI 배향막 표면에는 러빙 처리를 실시했다. 러빙 처리는 전극 기판과 대향 기판을 합착했을 때, 대향 기판의 러빙 방향과 빗살 모양 전극이 수직이 되도록 수행했다. 전극 기판과 대향 기판은 실링재를 통하여 합착시키고, 가압하면서 질소 분위기 하에서 120 ℃ × 2시간의 실링 경화 처리를 거쳐서 공 셀을 제작했다. 그 후, 진공 주입법에 의해 네거티브 액정을 공 셀에 주입한 후 UV 경화형 봉지재로 주입구를 실링했다. 그리고 전극 기판을 하측(백라이트 측)에, 대향 기판을 상측에 배치했다.On the other hand, on the opposite substrate side of the liquid crystal panel of the embodiment, a photo-spacer having a height of 3.0 mu m was formed and then coated with PI (JALS-16470 made by JSR) as an alignment film. The surface of the PI alignment layer was rubbed. The rubbing treatment was performed such that, when the electrode substrate and the counter substrate were bonded together, the rubbing direction of the counter substrate and the comb electrode were perpendicular to each other. The electrode substrate and the counter substrate were bonded together through a sealing material, and subjected to a sealing and curing treatment at 120 deg. C for 2 hours in a nitrogen atmosphere while being pressurized to prepare a blank cell. Thereafter, the negative liquid crystal was injected into the blank cell by the vacuum injection method, and then the injection port was sealed with the UV curable encapsulant. The electrode substrate was disposed on the lower side (backlight side) and the counter substrate was disposed on the upper side.
또한 네거티브 액정은 머크사 제품을 사용하였고, 물성값은 이하와 같았다.Further, the negative liquid crystal was a product of Merck Co., and the physical properties were as follows.
Tni(네마틱상-등방상 전이 온도): 79.5 ℃Tni (nematic phase-isotropic phase transition temperature): 79.5 DEG C
Δn(굴절률 이방성): 0.1176 [589 nm, 20 ℃] Δn (refractive index anisotropy): 0.1176 [589 nm, 20 ° C]
Δε(유전율 이방성): -3.1 [1 kHz, 20 ℃]]?? (dielectric anisotropy): -3.1 [1 kHz, 20 占 폚]]
ε⊥: 6.5ε⊥: 6.5
K1: 15.1 [pN, 20 ℃]K1: 15.1 [pN, 20 < 0 > C]
K3: 14.7 [pN, 20 ℃]K3: 14.7 [pN, 20 < 0 > C]
γ1(회전 점성): 121 [mPas, 20 ℃]? 1 (rotational viscosity): 121 [mPas, 20 DEG C]
이 액정은, 예를 들면 일본특허공개 2016-094622호의 예 22(표 45)에 기재한 액정 혼합물에 상당한다.This liquid crystal corresponds to, for example, the liquid crystal mixture described in Example 22 (Table 45) of JP-A-2016-094622.
<비교예><Comparative Example>
비교예의 액정 패널의 제작 순서는 이하와 같다. ITO제 빗살 모양 전극(두께: 약 55 nm, 전극 폭 L/전극간 거리 S=4 μm/10 μm)이 형성된 기판(이하, 전극 기판이라고 한다)과 포토 스페이서가 형성된 기판(이하, 대향 기판이라고 한다)을 합착시키고, 그 공극에 액정을 충전한 액정 패널을 제작했다.The manufacturing procedure of the liquid crystal panel of the comparative example is as follows. (Hereinafter, referred to as an electrode substrate) on which a comb-like electrode made of ITO (thickness: about 55 nm, electrode width L / interelectrode distance S = 4 μm / 10 μm) Then, a liquid crystal panel filled with liquid crystal was produced.
비교예의 액정 패널 전극 기판 상에는, 배향막으로서 PHMA 브러시를 중합했다. PHMA 브러시 중합은, 표면 개시 ATRP(원자 이동 라디컬 중합)에 의해 수행했다. 우선 기판을 아세톤과 클로로포름으로 15분씩 초음파 세정한 후 질소 가스를 불어넣어 건조시키고, 그 후 UV-O3 처리를 15분간 수행했다. 이 단계에서 폴리머 브러시를 형성하지 않는 영역(실링재 부분)을 마스킹 테이프로 보호했다. On the liquid crystal panel electrode substrate of the comparative example, a PHMA brush was polymerized as an alignment film. PHMA brush polymerization was performed by surface-initiated ATRP (atom transfer radical polymerization). First, the substrate was ultrasonically cleaned with acetone and chloroform for 15 minutes, then blown with nitrogen gas to dry it, and then UV-O 3 treatment was performed for 15 minutes. At this stage, the area where the polymer brush was not formed (the sealing material part) was protected with a masking tape.
다음으로 개시재: 2-브로보-2-메틸-N-(3-(트리에톡시실릴)프로필)프로판아마이드(BPA): 0.05 g, 에탄올: 4.7 g, 암모니아수: 0.25 g을 혼합한 용액에 기판을 차광한 상태에서 하룻밤 침지하여 기판 표면에 개시재를 고정했다. 그 후 기판을 아세톤으로 10분간 초음파 세정한 후 질소 가스를 불어넣어 건조시켰다. PHMA 브러시는 BPA가 고정화된 기판을, 동결 탈기 처리(freezing and degassing)가 수행된 중합액(모노머: 헥실메타크릴레이트, HMA/29.74 g/174.7 mmol, 개시재: 에틸-2-브로모이소부티레이트, EBIB/68.7 mg/0.35 mmol, 촉매: CuBr/152.2 mg/1.06 mmol, 리간드: N, N, N', N'', N''-펜타메틸디에틸렌트리아민, PMDETA/243.8 mg/1.41 mmol, 용매: 아니솔/29.97 g/277 mmol)에 침지하고 70 ℃에서 7시간 가열하여 중합했다. Next, a solution prepared by mixing 0.05 g of starting material, 0.05 g of 2-bromo-2-methyl-N- (3- (triethoxysilyl) propyl) propanamide (BPA), 4.7 g of ethanol and 0.25 g of ammonia water The substrate was immersed overnight in a shaded state to fix the starting material on the substrate surface. Subsequently, the substrate was ultrasonically cleaned with acetone for 10 minutes and then blown with nitrogen gas to dry it. The PHMA brush was obtained by immersing the substrate on which BPA was immobilized by a polymerization solution (monomer: hexyl methacrylate, HMA / 29.74 g / 174.7 mmol, initiator: ethyl-2-bromoisobutyrate , EBIB / 68.7 mg / 0.35 mmol, catalyst: CuBr / 152.2 mg / 1.06 mmol, ligand: N, N, N ', N ", N" -pentamethyldiethylenetriamine, PMDETA / 243.8 mg / 1.41 mmol , Solvent: anisole / 29.97 g / 277 mmol), and the mixture was heated at 70 占 폚 for 7 hours to polymerize.
동일 패치 내의 프리 폴리머를 겔 침투 크로마토그래피로 측정한 결과, 중합된 PHMA 브러시의 분자량과 분자량 분포는 각각 Mn=88900, Mw/Mn=1.74로 추산되었다. PHMA 브러시의 막 두께(h)는 X선 반사율 측정(Rigaku사 제품, UltimaⅣ)을 바탕으로 18.0 nm로 결정되었다. 또한 PHMA 브러시의 그라프트 밀도(σ)는 폴리머 브러시의 밀도가 벌크 폴리머 밀도와 동일하다(PHMA 밀도로서 1.00 g/cm3를 사용)는 가정 하에서, σ=ρhNA/M(ρ: 벌크 폴리머 밀도, h: 폴리머 브러시 막 두께, NA: 아보가드로 상수, M: 폴리머 브러시 분자량)의 관계식으로부터 0.12 chains/nm2로 추산되었다. As a result of measurement of the prepolymer in the same patch by gel permeation chromatography, the molecular weight and the molecular weight distribution of the polymerized PHMA brush were estimated as Mn = 88900 and Mw / Mn = 1.74, respectively. The film thickness (h) of the PHMA brush was determined to be 18.0 nm based on X-ray reflectance measurement (Ultima IV manufactured by Rigaku). In addition, the graft density (σ) of PHMA brush is the density of the polymer brushes is the same as the bulk polymer density (using a 1.00 g / cm 3 as PHMA density) on the assumption, σ = ρhN A / M ( ρ: bulk polymer density , h: film thickness of the polymer brush, N a: Avogadro constant, M: was estimated as 0.12 chains / nm 2 from the relation of the polymer brush molecular weight).
한편 비교예의 액정 패널의 대향 기판 측에는 높이 3.0 μm의 포토 스페이서를 형성한 후 배향막으로서 PI(JSR제 JALS-16470)를 입혔다. PI 배향막 표면에는 러빙 처리를 실시했다. 러빙 처리는 전극 기판과 대향 기판을 합착했을 때, 대향 기판의 러빙 방향과 빗살 모양 전극이 수직이 되도록 수행했다. 전극 기판과 대향 기판은 실링재를 개재하여 합착시키고, 가압하면서 질소 분위기 하에서 120 ℃ × 2시간의 실링 경화 처리를 거쳐서 공 셀을 제작했다. 그 후, 진공 주입법에 의해 네거티브 액정을 공 셀에 주입한 후, UV 경화형 봉지재로 주입구를 실링했다. 또한 액정은, 실시예에서 사용한 것과 동일한 네거티브 액정을 비교예에서도 사용했다. 그리고 전극 기판을 하측(백라이트 측)에, 대향 기판을 상측에 배치했다. On the other hand, on the opposite substrate side of the liquid crystal panel of the comparative example, a photo-spacer having a height of 3.0 mu m was formed and then coated with PI (JALS-16470 made by JSR) as an alignment layer. The surface of the PI alignment layer was rubbed. The rubbing treatment was performed such that, when the electrode substrate and the counter substrate were bonded together, the rubbing direction of the counter substrate and the comb electrode were perpendicular to each other. The electrode substrate and the counter substrate were bonded together via a sealing material, and subjected to a sealing curing treatment at 120 ° C for 2 hours under a nitrogen atmosphere while being pressurized to prepare a blank cell. Thereafter, the negative liquid crystal was injected into the blank cell by the vacuum injection method, and then the injection port was sealed with the UV curable encapsulant. The liquid crystal used in the comparative example was the same negative liquid crystal as used in the examples. The electrode substrate was disposed on the lower side (backlight side) and the counter substrate was disposed on the upper side.
<전압-투과율 곡선 측정><Measurement of voltage-transmittance curve>
우선 실시예의 액정 패널과 비교예의 액정 패널을 사용하여, 전압(V)과 투과율(T) 관계에 대하여 측정을 수행했다. 도 14는, 실시예의 액정 패널과 비교예의 액정 패널의 전압(V)과 투과율(T)의 관계를 도시한 그래프이다. 도 14에 도시한 것과 같이 실시예의 액정 패널과 비교예의 액정 패널은, 거의 동일한 V-T 곡선이다. 이 점으로부터 보틀 브러시는 폴리머 브러시와 동등한 약앵커링 특성을 가지고 있는 것을 알 수 있다.Measurements were made on the relationship between the voltage (V) and the transmittance (T) using the liquid crystal panel of the first embodiment and the liquid crystal panel of the comparative example. 14 is a graph showing the relationship between the voltage (V) and the transmittance (T) of the liquid crystal panel of the embodiment and the liquid crystal panel of the comparative example. As shown in Fig. 14, the liquid crystal panel of the embodiment and the liquid crystal panel of the comparative example are almost the same V-T curves. From this point, it can be seen that the bottle brush has weak anchoring properties equivalent to the polymer brush.
<온도-방위각 앵커링 강도 측정><Temperature-azimuthal anchoring strength measurement>
다음으로 실시예의 액정 패널과 비교예의 액정 패널을 이용하여, 온도(T)와 방위각 앵커링 강도(A2)의 관계에 대하여 측정을 수행했다. 도 15는, 실시예의 액정 패널의 온도(T)와 방위각 앵커링 강도(A2)의 관계를 도시한 그래프이다. 도 16은 비교예의 액정 패널의 온도(T)와 방위각 앵커링 강도(A2)의 관계를 도시한 그래프이다. 도 15 및 도 16에 도시한 것과 같이, 실시예의 액정 패널과 비교예의 액정 패널은 동등한 특성이다. 이 점으로부터 보틀 브러시는 폴리머 브러시와 동등한 약앵커링 특성을 가지고 있는 것을 알 수 있다.Next, the relationship between the temperature (T) and the azimuthal anchoring strength (A2) was measured using the liquid crystal panel of the embodiment and the liquid crystal panel of the comparative example. 15 is a graph showing the relationship between the temperature T and the azimuth angle anchoring strength A2 of the liquid crystal panel of the embodiment. 16 is a graph showing the relationship between the temperature (T) and the azimuth angle anchoring strength (A2) of the liquid crystal panel of the comparative example. As shown in Figs. 15 and 16, the liquid crystal panel of the embodiment and the liquid crystal panel of the comparative example are equivalent. From this point, it can be seen that the bottle brush has weak anchoring properties equivalent to the polymer brush.
또한 일반적으로는 약앵커링(제로면 앵커링)이란 앵커링 강도가 10-6 [J/m2]보다 작은 경우를 가리키고, 중앵커링이란 앵커링 강도가 10-5 ~ 10-4 [J/m2]인 경우를 가리키며, 강앵커링이란 앵커링 강도가 10-4 [J/m2]보다 큰 경우를 가리킨다. 예를 들면 도 15의 실시예에서는, 25 ℃ 이상에서는 약앵커링(제로 앵커링) 상태이고, 그보다 저온에서는 중앵커링 상태이다.In general, weak anchoring refers to a case where the anchoring strength is less than 10 -6 [J / m 2 ], and medium anchoring refers to an anchoring strength of 10 -5 to 10 -4 [J / m 2 ] , And the anchoring of steel means that the anchoring strength is larger than 10 -4 [J / m 2 ]. For example, in the embodiment shown in Fig. 15, there is a slight anchoring (zero anchoring) state at 25 DEG C or higher, and a medium anchoring state at a lower temperature.
이로써 배향막으로서 보틀 브러시를 사용한 경우도, 배향막으로서 폴리머 브러시를 형성한 때와 동등한 정도의 약앵커링 면이 실현되어 있는 것이 확인되었다. 이상으로부터 폴리머 브러시와 동등한 약앵커링 특성을 얻고 저전압 구동 및 고투과율 LCD를 실현할 수 있는 것이 확인되었다.As a result, it was confirmed that even when a bottle brush was used as an alignment film, a weakly anchored surface equivalent to that obtained when a polymer brush was formed as an alignment film was realized. From the above, it was confirmed that weak anchoring characteristics equivalent to the polymer brush can be obtained, and low voltage driving and high transmittance LCD can be realized.
2: 보틀 브러시 3: 주쇄
4: 그라프트 측쇄 5: 공존부
6: 보틀 브러시층 10: 액정 디스플레이
11: 액정 패널(액정 표시 소자) 11f: 표면
11r: 배면 12: 백라이트 유닛
13A: 기판 13B: 기판
14A. 14B: 편광판 15: 전극층
16: 약앵커링 배향막 17: 강앵커링 배향막
18: 액정층 20A: 전극선
E: 전기장 Lp: 포지티브형 액정 분자
Ln: 네거티브형 액정 분자2: Bottle brush 3: Main chain
4: Grafted side chain 5:
6: bottle brush layer 10: liquid crystal display
11: liquid crystal panel (liquid crystal display element) 11f: surface
11r: back surface 12: backlight unit
13A:
14A. 14B: polarizer 15: electrode layer
16: weak anchoring orientation film 17: steel anchoring orientation film
18:
E: electric field Lp: positive type liquid crystal molecule
Ln: Negative liquid crystal molecule
Claims (13)
Wherein the alignment film is formed of a bottle brush.
상기 보틀 브러시는, 주쇄와 그라프트 측쇄를 구비하고 있는 액정 표시 소자.
The method according to claim 1,
Wherein the bottle brush has a main chain and a graft side chain.
상기 그라프트 측쇄가 기판과 공유 결합되어 있는 액정 표시 소자.
3. The method of claim 2,
And the graft side chain is covalently bonded to the substrate.
상기 그라프트 측쇄는 공중합체인 액정 표시 소자.
The method according to claim 2 or 3,
Wherein the graft side chain is a copolymer.
상기 그라프트 측쇄는 블록 공중합체인 액정 표시 소자.
The method according to claim 2 or 3,
Wherein the graft side chain is a block copolymer.
상기 보틀 브러시는 가교성인 액정 표시 소자.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein the bottle brush is crosslinked.
Wherein a bottle brush layer is formed on one of two opposing substrates and a polyimide layer is formed on another one of the substrates.
상기 보틀 브러시층이 전극 기판 상에 형성되어 있는 액정 표시 소자.
8. The method of claim 7,
Wherein the bottle brush layer is formed on the electrode substrate.
횡전계에 의해 구동되는 액정 표시 소자.
The method according to any one of claims 1 to 3, 7, and 8,
A liquid crystal display element driven by a transverse electric field.
상기 보틀 브러시층의 앵커링 값은 상기 폴리이미드층의 앵커링 값보다 작은 액정 표시 소자.
9. The method according to claim 7 or 8,
Wherein an anchoring value of the bottle brush layer is smaller than an anchoring value of the polyimide layer.
상기 보틀 브러시를 형성한 상기 기판 사이에 액정을 주입하는 공정과,
상기 액정을 배향시키는 공정을 포함하는 액정 표시 소자의 제조 방법.
A step of forming a bottle brush layer on a substrate,
A step of injecting liquid crystal between the substrate on which the bottle brush is formed,
And aligning the liquid crystal.
상기 액정을 배향시키는 공정이 러빙법인 액정 표시 소자의 제조 방법.
12. The method of claim 11,
Wherein the step of orienting the liquid crystal is a rubbing method.
상기 액정을 배향시키는 공정이 광배향법인 액정 표시 소자의 제조 방법.12. The method of claim 11,
Wherein the step of orienting the liquid crystal is an optical alignment method.
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KR20240019220A (en) * | 2021-06-09 | 2024-02-14 | 닛산 가가쿠 가부시키가이샤 | Weak anchoring liquid crystal alignment agent, liquid crystal display device and copolymer |
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WO2023106365A1 (en) * | 2021-12-10 | 2023-06-15 | 日産化学株式会社 | Liquid-crystal alignment agent and liquid-crystal display element |
WO2023171690A1 (en) * | 2022-03-09 | 2023-09-14 | 日産化学株式会社 | Weak-anchoring liquid crystal aligning agent and liquid crystal display element |
WO2023219075A1 (en) * | 2022-05-10 | 2023-11-16 | 日産化学株式会社 | Method for manufacturing substrate equipped with weak anchoring alignment film, and method for manufacturing liquid crystal display element |
Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02282224A (en) * | 1989-04-24 | 1990-11-19 | Fuji Photo Film Co Ltd | Liquid crystal display element |
JPH03279922A (en) * | 1990-03-28 | 1991-12-11 | Koki Hiroshima | Orientation treatment of liquid crystal cell substrate |
JP2940354B2 (en) | 1992-09-18 | 1999-08-25 | 株式会社日立製作所 | Liquid crystal display |
KR20000005065A (en) * | 1996-03-29 | 2000-01-25 | 다릴 엘. 짐머 | Method and material of inducing pre-tilt in liquid crystal and liquid crystal display device |
WO2006087839A1 (en) * | 2005-02-15 | 2006-08-24 | Kyoto University | Fine hollow particle with high-density polymer brush shell, process for producing the same, and application of fine hollow particle with high-density polymer brush shell |
KR20110096527A (en) * | 2008-08-11 | 2011-08-30 | 바스프 에스이 | Polybenzothiophene polymers and process for their preparation |
KR20130092424A (en) * | 2010-04-23 | 2013-08-20 | 롤리크 아게 | Photoaligning material |
JP2014025044A (en) * | 2011-09-07 | 2014-02-06 | Dainippon Printing Co Ltd | Liquid crystal display element |
JP2015125205A (en) | 2013-12-26 | 2015-07-06 | エルジー ディスプレイ カンパニー リミテッド | Liquid crystal display device utilizing zero surface anchoring state, and method for manufacturing the same |
JP2016075844A (en) * | 2014-10-08 | 2016-05-12 | 株式会社ジャパンディスプレイ | Liquid crystal display device and manufacturing method of the same |
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Patent Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02282224A (en) * | 1989-04-24 | 1990-11-19 | Fuji Photo Film Co Ltd | Liquid crystal display element |
JPH03279922A (en) * | 1990-03-28 | 1991-12-11 | Koki Hiroshima | Orientation treatment of liquid crystal cell substrate |
JP2940354B2 (en) | 1992-09-18 | 1999-08-25 | 株式会社日立製作所 | Liquid crystal display |
KR20000005065A (en) * | 1996-03-29 | 2000-01-25 | 다릴 엘. 짐머 | Method and material of inducing pre-tilt in liquid crystal and liquid crystal display device |
WO2006087839A1 (en) * | 2005-02-15 | 2006-08-24 | Kyoto University | Fine hollow particle with high-density polymer brush shell, process for producing the same, and application of fine hollow particle with high-density polymer brush shell |
KR20110096527A (en) * | 2008-08-11 | 2011-08-30 | 바스프 에스이 | Polybenzothiophene polymers and process for their preparation |
KR20130092424A (en) * | 2010-04-23 | 2013-08-20 | 롤리크 아게 | Photoaligning material |
JP2014025044A (en) * | 2011-09-07 | 2014-02-06 | Dainippon Printing Co Ltd | Liquid crystal display element |
JP2015125205A (en) | 2013-12-26 | 2015-07-06 | エルジー ディスプレイ カンパニー リミテッド | Liquid crystal display device utilizing zero surface anchoring state, and method for manufacturing the same |
JP2016075844A (en) * | 2014-10-08 | 2016-05-12 | 株式会社ジャパンディスプレイ | Liquid crystal display device and manufacturing method of the same |
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