KR20200004403A - 중합체-안정화된 액정 디스플레이의 제조 방법 - Google Patents

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스테펜 그나우크
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드미트리 우샤코프
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    • G02F2001/13775—

Abstract

본 발명은, 광중합가능 단량체를 함유하는 LC 매질을 사용하고, 좁은 방출 피크를 갖는 광원을 상기 단량체의 광중합에 사용하여, 중합체-지속된 정렬(PSA) 유형의 액정(LC) 디스플레이를 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

중합체-안정화된 액정 디스플레이의 제조 방법
본 발명은, 광중합가능 단량체를 함유하는 LC 매질을 사용하고, 좁은 방출 피크를 갖는 광원을 상기 단량체의 광중합에 사용하여, 중합체-지속된 정렬(PSA) 유형의 액정(LC) 디스플레이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
광범위한 관심 및 상업적 용도를 갖는 액정(LC) 디스플레이 모드는 소위 "중합체-지속된"(PS) 또는 "중합체-지속된 정렬"(PSA) 모드이며, 이에 대해 용어 "중합체-안정화된" 모드도 종종 사용된다.
PSA 디스플레이에는, LC 혼합물(이후로 "호스트 혼합물"로도 지칭됨)을 함유하고 소량(전형적으로, 1 중량% 미만, 예컨대 0.2 내지 0.4 중량%)의 하나 이상의 중합가능 화합물(이는 전형적으로, "반응성 메소젠" 또는 RM으로도 공지된 중합가능 메소젠성 또는 LC 화합물로부터 선택됨)을 추가로 함유하는 LC 매질이 사용된다.
PSA 디스플레이에서, 상기 중합가능 화합물(들)을 함유하는 LC 매질은 2개의 기판 사이에 함유된다. 각각의 기판은 전극 구조를 구비하거나, 또는 다르게는, 2개의 전극 구조가 이들 기판 중 하나에만 제공된다. 또한, 이들 기판 중 하나 또는 둘 다는, LC 분자의 초기 정렬을 유도하기 위해 LC 매질과 접촉하도록, 기판 또는 (존재하는 경우) 전극 구조 상에 제공되는 정렬 층을 함유할 수 있다.
LC 매질을 상기 디스플레이에 충전한 후, 전형적으로 상기 디스플레이의 전극에 전압을 인가하면서, 상기 중합가능 화합물 또는 RM을 일반적으로 UV 광중합에 의해 동일 반응계 내에서 중합중합시키거나 가교결합시킨다. 상기 중합은, LC 매질이 LC 상을 나타내는 온도, 보통 실온에서 수행된다. 중합되거나 가교결합된 RM은 LC 매질로부터 상-분리되어, 기판 표면 상에 중합체 층을 형성하며, 여기서 기판에 대한 LC 분자의 선경사각을 유도하고 안정화시킨다. 선경사각 생성 및 중합체-안정화된 효과는, 특히, 반응 시간의 상당한 감소를 달성하는 것으로 판명되었다.
한편, PS(A) 모드는 다양한 LC 디스플레이 모드에 사용된다. 따라서, 예를 들어, PS-VA("수직 정렬"), PS-OCB("광학 보상 벤드"), PS-IPS("평면내 스위칭"), PS-FFS("프린지 필드 스위칭"), PS-UB-FFS("초-휘도 FFS"), PS-TN("비틀린 네마틱") 및 PS-포지-VA 모드("포지티브 VA") 디스플레이가 공지되어 있다.
PS-VA 디스플레이에서, 음의 유전 이방성을 갖는 LC 매질은 2개의 기판(이들은 각각 전극 구조를 구비하고, 임의적으로, 예를 들어 러빙된 폴리이미드의 정렬 층을 구비함) 사이에 포함된다. 초기의 비-어드레싱된 상태에서, LC 분자는 기판에 대해 호메오트로픽(즉, 수직 또는 직각) 또는 경사진 호메오트로픽 정렬을 나타낸다. 전극에 전압이 인가되면, LC 분자는 기판에 평행하게 재정렬된다.
PS-VA 디스플레이의 경우, 표준 다중-도메인 VA(MVA) 또는 패턴화된 VA(PVA) 픽셀 및 전극 구조 레이아웃이 사용될 수 있다. 돌출부(protrusion)가 없는 하나의 구조화된 전극만 사용하여, 생산을 상당히 단순화시키고 콘트라스트 및 투명도를 개선할 수도 있다.
PS-FFS 디스플레이에서, 두 개의 전극은 두 기판 중 하나에만 제공된다. 전극 중 하나는 빗-형태 방식으로 구조화되고, 나머지 하나는 구조화되지 않은 것이다. 전극에 전압이 인가되면, 이에 따라 강한 전기장(소위 "프린지 필드(fringe field)")이 전극의 엣지 가까이 및 셀 전체에 걸쳐 생성되며, 이는 강한 수직 분력(component) 및 강한 수평 분력을 둘 다 가진다. FFS 디스플레이는 일반적으로 콘트라스트의 시야각 의존성이 낮다. FFS 디스플레이는 일반적으로, 양의 유전 이방성을 갖는 LC 매질, 및 일반적으로 폴리이미드의 정렬 층(이는 비-어드레싱된 상태에서 LC 분자의 평면(즉, 수평 또는 평행) 정렬을 유도함)을 함유한다.
또한, 양의 유전 이방성을 갖는 LC 매질 대신, 음의 유전 이방성을 갖는 LC 매질의 층을 포함하는 PS-FFS 디스플레이가 공지되어 있다. 음의 유전 이방성을 갖는 LC 매질은, 양의 유전 이방성을 갖는 LC 매질에 비해 더 적은 경사 및 더 많은 비틀림 배향을 갖는 더 유리한 방향자 배향을 나타내며, 그 결과로 상기 디스플레이는 더 높은 투과율을 가진다.
PS-포지(posi)-VA 모드 디스플레이에서는, 비-어드레싱된 상태의 LC 분자의 초기 배향이 PS-VA 디스플레이에서와 같이 호메오트로픽이지만, LC 매질은 양의 유전 이방성을 가진다. PS-IPS 디스플레이에서와 같이, 포지-VA 디스플레이의 2개의 전극은 2개의 기판 중 하나에만 제공되며, 바람직하게는 상호-맞물린 빗형(각지형(interdigital)) 구조를 나타낸다. 전극에 전압이 인가되면, LC 매질의 층에 실질적으로 평행한 방향으로 전기장이 생성되고, LC 분자는 기판에 실질적으로 평행하게 재정렬된다.
PSA 디스플레이는 전형적으로, 상기 언급된 선경사각을 유도하는 상-분리되고 중합된 RM에 의해 형성된 층 아래에, 중합체 안정화 단계 이전에 LC 분자의 초기 정렬을 제공하는 정렬 층(예컨대, 폴리이미드)을 함유한다.
러빙된 폴리이미드 층은 정렬 층으로서 오랫동안 사용되어 왔다. 그러나, 러빙 공정은 다수의 문제(예컨대, 무라(mura), 오염, 정전기 방전 문제, 잔해 등)를 일으킨다. 따라서, 러빙된 폴리이미드 층 대신에, 정렬 표면의 광-유도된 방향성 배치(light-induced orientational ordering)를 이용하여, 광 정렬에 의해 제조된 폴리이미드 층을 사용하는 것이 제안되었다. 이는, 편광된 광에 의한 광분해, 광이량체화 또는 광이성질체화를 통해 달성될 수 있다.
그러나, 광반응성 기를 포함하는 적절히 유도체화된 폴리이미드 층이 여전히 요구된다. 일반적으로, 폴리이미드 층 제조, 폴리이미드 처리, 및 범프 또는 중합체 층을 사용한 개선을 위해서는 노력과 비용이 비교적 많이 든다.
또한, 폴리이미드 정렬 층과 LC 매질의 특정 화합물과의 부정적인 상호작용은 흔히 디스플레이의 전기 저항의 감소를 유발함이 관찰되었다. 이에 따라, 적합하고 이용가능한 LC 화합물의 개수는, 상기 LC 화합물의 사용에 의해 개선되도록 의도된 디스플레이 매개변수(예컨대, 시야각 의존성, 콘트라스트 및 응답 시간)를 희생시킬 때 상당히 감소된다. 따라서, 폴리이미드 정렬 층을 생략하는 것이 바람직하다.
몇몇 디스플레이 모드의 경우, 이는, 자가-조립 메커니즘에 의해 동일 반응계 내에서 목적하는 정렬(예컨대, 호메오트로픽 또는 평면 정렬)을 유도하는 자가-정렬제 또는 첨가제를 LC 매질에 첨가함으로써 달성되었다. 이로써, 정렬 층은 기판들 중 하나 또는 둘 다에서 생략될 수 있다. 이러한 디스플레이 모드는 "자가-정렬된" 또는 "자가-정렬"(SA) 모드로도 공지되어 있다.
SA 디스플레이에서, 소량(전형적으로, 0.1 내지 2.5%)의 자가-정렬 첨가제가 LC 매질에 첨가된다. 적합한 자가-정렬 첨가제는, 예를 들어 유기 코어 기를 갖고 하나 이상의 극성 앵커(anchor) 기가 부착된 화합물이며, 이는 기판 표면과 상호작용할 수 있어서 기판 표면 상의 첨가제를 정렬시켜 LC 분자에서도 목적하는 정렬을 유도한다. 바람직한 자가-정렬 첨가제는, 예를 들어, 하이드록시, 카복시, 아미노 또는 티올 기로부터 선택되는 하나 이상의 극성 앵커 기로 말단화된 직쇄 또는 분지쇄 알킬 측쇄 및 메소젠성 기를 포함한다. 자가-정렬 첨가제는 또한, PSA 공정에서 사용되는 RM과 유사한 조건 하에 중합될 수 있는 하나 이상의 중합가능 기를 함유할 수 있다.
지금까지 SA-VA 디스플레이 및 SA-FFS 디스플레이가 개시되었다. 호메오트로픽 정렬을 유도하기 위한, 특히 SA-VA 모드 디스플레이에서 사용하기에 적합한 자가-정렬 첨가제는, 예를 들어 미국 특허 출원 공개 제 2013/0182202 A1 호, 미국 특허 출원 공개 제 2014/0838581 A1 호, 미국 특허 출원 공개 제 2015/0166890 A1 호 및 미국 특허 출원 공개 제 2015/0252265 A1 호에 개시되어 있다.
SA 모드는 또한 PSA 모드와 조합으로도 사용될 수 있다. 따라서, 이러한 조합된 모드의 디스플레이에 사용하기 위한 LC 매질은 하나 이상의 RM 및 하나 이상의 자가-정렬 첨가제를 모두 함유한다.
PSA 디스플레이는 능동 매트릭스(AM) 또는 수동 매트릭스(PM) 디스플레이로서 작동할 수 있다. AM 디스플레이의 경우, 개별적인 픽셀은 일반적으로, 집적된 비선형 능동 소자(예컨대, 박막 트랜지스터 (TFT))에 의해 어드레싱되는 반면, PM 디스플레이에서 개별적인 픽셀은 일반적으로 종래 기술호부터 공지된 다중화(multiplex) 방법에 의해 해결된다.
특히, 모니터 및 특히 TV 용도의 경우, LC 디스플레이의 응답 시간뿐만 아니라 콘트라스트 및 휘도(및 이에 따른 투과율)의 최적화가 여전히 요구된다. 상기 용도에서, PSA 방법은 상당한 이점을 제공할 수 있다. 특히 PS-VA, PS-IPS, PS-FFS 및 PS-포지-VA 디스플레이의 경우, 시험 셀 내에서 측정가능한 선경사각과 관련된 응답 시간의 단축은 다른 매개변수에 대한 상당한 부정적인 효과 없이 달성될 수 있다.
LC 매질을 AM 유형 PSA 디스플레이에 적용하는 바람직한 방법은 소위 "ODF(one drop filling)" 방법이며, 이는 도 1a 및 1b에 예시적이고 개략적으로 도시되어 있다. 제 1 단계인 도 1a에서, LC 매질의 액적 또는 액적 어레이(2)가 제 1 기판(1) 상에 분배된다. LC 액적과 기판(1)의 엣지 사이의 영역(3)에는 밀봉제 물질이 제공된다. 제 2 단계인 도 1b에서는, 진공 조립 스테이션 내에서, 제 2 기판(4)이 제 1 기판(1)에 커플링 및 고정됨으로써, LC 액적(2)이 두 기판(1, 4) 사이에 퍼져 연속 층을 형성한다.
LC 매질이 상기 디스플레이에 충전된 후, LC 매질에 함유된 중합가능 화합물은, 바람직하게는 전압이 전극 구조에 인가되는 동안, LC 매질을 UV 복사선에 노출시킴으로써 달성되는 UV 광중합에 의해 동일 반응계 내에서 중합 또는 가교결합된다. 상기 중합은, LC 매질이 LC 상을 나타내는 온도, 일반적으로 실온에서 수행된다. UV 노출의 결과, 중합되거나 가교결합된 RM은 LC 매질로부터 상-분리되고 기판 표면에 중합체 층을 형성하며, 여기서 기판에 대한 LC 분자의 선경사각을 유도한다.
RM의 중합은 바람직하게는, 예를 들어 PS-VA, PS-OCB, PS-FFS, PS-UB-FFS, PS-TN 디스플레이의 경우에는 인가된 전압의 존재 하에, 및 PS-IPS 디스플레이의 경우에는 인가된 전압의 존재 또는 부재 하에, 바람직하게는 부재 하에 수행된다. PS-OCB 디스플레이의 경우, 오프셋 전압이 불필요하거나 감소될 수 있도록, 굽힘 구조가 안정화될 수 있다. PS-VA 디스플레이의 경우, 선경사는 응답 시간에 긍정적인 영향을 미친다.
그러나, 종래 기술의 PSA 디스플레이를 제조하기 위한 수단 및 방법 및 이에 사용되는 물질은 여전히 몇몇 단점을 가진다.
예를 들어, 종래 기술에서 관찰되는 하나의 문제점은, LC 호스트 혼합물 및 RM(들)의 모든 조합이 PSA 디스플레이에 사용하기에 적합하지는 않다는 것이며, 그 이유는, 예를 들어, 부적절한 경사각만 생성될 수 있거나 경사각이 전혀 생성될 수 없기 때문이거나, 또는 예를 들어, 전압 보전율(VHR)이 TFT 디스플레이 용도에 부적절하기 때문이다.
또한, 종래 기술로부터 공지된 LC 혼합물 및 RM은 PSA 디스플레이에 사용되는 경우 여전히 몇몇 단점을 갖는 것으로 밝혀졌다. 예를 들어, 종래 기술의 RM은 흔히 높은 융점을 갖고, 통상적으로 사용되는 수많은 LC 혼합물에서 제한된 용해도만 나타낸다. 결과적으로, RM은 LC 혼합물로부터 자발적으로 결정화되어 나오는 경향이 있다. 또한, 자발적인 중합의 위험성은, 심지어 실온에서도 높은 용해도가 필요하도록, RM을 더 잘 용해시키기 위해 LC 호스트 혼합물이 가온될 수 있는 상황을 방지한다. 또한, 예를 들어, LC 매질을 LC 디스플레이에 충전시키는 경우, 상-분리의 위험성이 존재하고(크로마토그래피 효과), 이는 디스플레이의 균질성을 매우 손상시킬 수 있다. 이는, 자발적인 중합(상기 참조)의 위험성을 감소시키기 위해 일반적으로 LC 매질이 저온에서 디스플레이에 충전된다는 사실에 의해 더욱 악화될 수 있고, 이는 다시 용해도에 부정적인 영향을 미친다.
또한, LC 호스트 혼합물에 가용성인 공지된 모든 RM이 PSA 디스플레이에 사용하기에 적합한 것은 아니다. 또한, PSA 디스플레이에서 선경사의 직접적인 측정 이외에, RM에 대한 적합한 선택 기준을 찾는 것은 종종 어렵다. 광개시제의 첨가 없이 UV 광중합이 요구되는 경우(이는, 특정 용도에 유리함), 적합한 RM의 선택은 더욱 좁아지게 된다.
LC 호스트 혼합물/RM의 선택되는 조합은 낮은 회전 점도 및 우수한 전기적 특성, 및 특히, 높은 VHR을 가져야 한다. PSA 디스플레이에서, UV 광으로 조사한 이후의 높은 VHR이 특히 중요한데, 이는, UV 노출이 최종 디스플레이 작동 동안의 통상의 노출로서 일어날 뿐만 아니라 디스플레이 제조 공정의 필수적인 부분이기 때문이다.
PSA 디스플레이에 사용되는 LC 매질은 작은 선경사각을 생성할 수 있어야 한다. 적합하고 바람직한 물질은, 종래 기술의 물질에 비해, 동일한 노출 시간 이후에 더 낮은 선경사각을 생성할 수 있고/있거나 더 짧은 노출 시간 이후에 적어도 동일한 선경사각을 생성할 수 있는 물질이다. 이는, 디스플레이 생산 시간("택트 타임(tact time)"으로도 공지됨) 및 생산 비용을 감소시킬 것이다.
PSA 디스플레이의 제조에서 추가의 문제점은, 선경사 생성을 위한 광중합 이후 잔량의 미중합된 RM의 존재 및 제거이다. 미반응된 RM은, 예를 들어, 디스플레이 작동 동안 비제어된 방식으로 중합됨으로써 디스플레이의 특성에 악영향을 줄 수 있다. 이는, 디스플레이에 결함(예컨대, 소위 "이미지 고착(image sticking)")을 유발시킬 수 있다.
"잔상(image burn)"으로도 공지된 이미지 고착의 바람직하지 않은 효과는, 개별적인 픽셀의 일시적 어드레싱에 의해 디스플레이에 생성된 이미지가 심지어 이들 픽셀에서 전기장이 꺼지거나 다른 픽셀이 어드레싱된 이후에도 여전히 가시적인 상태로 남아 있는 것을 의미한다.
전술된 바와 같이, 이미지 고착은, 미중합된 RM의 존재에 의해 유발될 수 있다. 잔류 RM의 비제어된 중합은 환경 또는 후면조명으로부터의 UV 광에 의해 개시된다. 어드레싱된 디스플레이 영역에서, 이는, 다수의 어드레싱 사이클 이후 경사각을 변화시킨다. 결과적으로, 어드레싱된 영역에서 투과율의 변화가 발생할 수 있고, 어드레싱되지 않은 영역에서는 상기 변화 없이 유지된다.
이미지 고착은 또한, 예를 들어, 낮은 VHR을 갖는 LC 매질이 PSA 디스플레이에 사용되는 경우에 일어날 수 있다. 일광 또는 후면조명의 UV 성분은 LC 분자의 바람직하지 않은 분해 반응을 유발하여 이온성 또는 자유 라디칼 불순물의 생성을 개시할 수 있다. 이는 특히 전극 또는 정렬 층에 축적될 수 있으며, 여기서 유효 인가 전압을 감소시킨다.
특히, 예를 들어 PS-VA 또는 PS-FFS 디스플레이에 사용되는 음의 유전 이방성을 갖는 LC 매질은 흔히, 양의 유전 이방성을 갖는 LC 매질에 비해 감소된 신뢰성을 나타낸다. 이는, LC 분자와 정렬 층의 폴리이미드의 상호작용(이의 결과로서, 폴리이미드 정렬 층으로부터 이온이 추출되며, 음의 유전 이방성을 갖는 LC 분자가, 양의 유전 이방성을 갖는 LC 분자보다 더 효과적으로 상기 이온을 추출함)에 의해 설명될 수 있다.
이후로 사용되는 용어 "신뢰성"은, 상이한 응력 부하(예를 들면, 광 부하, 온도, 습도, 전압) 하에 시간에 따른 LC 매질 및 LC 디스플레이의 성능의 품질을 의미하며, 디스플레이 분야의 당업자에게 공지된 표시 효과, 예를 들면 이미지 고착(영역 및 라인 이미지 고착), 무라, 요고레(yogore) 등을 포함한다. 신뢰성을 분류하기 위한 표준 매개변수는 전압 보전율(VHR) 값이며, 이는, 시험 디스플레이에서 일정한 전압을 유지하기 위한 척도이다. VHR 값이 높을수록 LC 매질 또는 디스플레이의 신뢰성이 더 우수하다.
종래 기술에서 관찰되는 또다른 문제점은, PSA 디스플레이에 사용하기 위한 LC 매질이 흔히 높은 점도 및 결과적으로 높은 응답 시간을 나타낸다는 것이다. LC 매질의 점도 및 반응 시간을 감소시키기 위해, RM의 광중합에 참여하지 않도록 선택되는 알켄일 기를 갖는 LC 화합물(이후 "알켄일 화합물"로도 간단히 지칭됨)을 첨가하는 것이 종래 기술에서 제안되었다. 그러나, 상기 알켄일 화합물을 함유하는 LC 매질은, 부분적으로는 또한 폴리이미드 정렬 층과의 원치 않는 상호 작용으로 인해, 특히 UV 노출 이후에 신뢰도 및 VHR의 감소를 나타내는 것으로 관찰되었다.
따라서, PSA 디스플레이의 제조 동안, RM의 중합이 가능한 한 완전히 진행되고, 상기 디스플레이 내의 미중합된 RM의 존재가 배제되거나 최소한으로 감소될 수 있는 것이 바람직하다.
따라서, RM의 신속하고 완전한 중합을 가능하게 하거나 보조하는 RM 및 LC 호스트 혼합물이 요구된다. 또한, 잔류 RM 양의 제어된 반응이 바람직하다. 이는, 종래 기술의 RM보다 더 신속하고 더 효과적으로 중합되는 개선된 RM을 제공함으로써 달성될 수 있다.
종래 기술의 PSA 디스플레이에서 관찰되는 또다른 문제점은, 선경사각의 제한된 안정성이다. 따라서, RM을 중합함으로써 디스플레이 제조 동안 생성되는 선경사각은, 디스플레이 작동 동안 디스플레이가 전압 응력 하에 놓인 이후 일정하게 유지되지 않고 악화될 수 있는 것으로 관찰되었다. 이는, 예를 들어 흑색 상태의 투과율을 증가시키고 이에 따라 콘트라스트를 낮춤으로써, 디스플레이 성능에 부정적인 영향을 미칠 수 있다.
종래 기술에서 관찰되는 또다른 문제점은, PSA 디스플레이에 통상적인 LC 매질을 사용하면, "무라"로도 공지된 다양한 유형의 휘도 불균일성이 디스플레이에서 흔히 발생한다는 점이다. 특히, 도 1a 및 1b에 도시된 바와 같이, LC 매질이 ODF 방법에 의해 디스플레이에 충전되면, 드롭 분배 및 기판 커플링-오프(coupling off) 동안 상이한 유동 역학으로 인해, LC 분배 및 조립 공정의 식별자로서 무라가 때때로 관찰될 수 있다. 이 현상은 "ODF 무라" 또는 "ODF 드롭 무라"로도 공지되어 있다.
특히, 디스플레이 모드가 VA 유형 모드(예컨대, MVA, PVA 또는 PS-VA)인 경우, 액적이 전체 디스플레이 영역에 걸쳐 균일하게 퍼지지 않기 때문에, 액적의 각인은 제조 후에 흔히 가시적이다. 통상적인 VA 모드(예컨대, MVA 또는 PVA)에서, 불균일성은 일반적으로 시간이 지남에 따라 사라진다. 그러나, PSA 디스플레이에서는, 불균일성이 유지되고, 액적 각인은 중합 공정에 의해 "고정"된다.
종래 기술에서는, 예를 들어, 공정 조건, 패널 설계 및/또는 LC 물질(예컨대, LC 호스트 혼합물 또는 RM)을 최적화함으로써, 예를 들면 RM 농도를 감소시킴으로써, ODF 드롭 무라를 최소화하는 것이 시도되었다. 그러나, 복사선 스펙트럼의 단파장 부분의 강도를 증가시킴으로써 중합 공정의 택트 타임을 감소시킨 후에도 ODF 무라의 발생이 관찰되었다. 또한, RM 농도의 감소는 선경사각 생성에 부정적인 영향을 줄 수 있다. 따라서, PSA 디스플레이에서 ODF 무라를 감소시키기 위한 개선된 수단 또는 방법이 여전히 요구된다.
따라서, PSA 디스플레이의 제조를 위한 개선된 수단 및 방법, 및 이에 사용되는 개선된 물질(예컨대, LC 호스트 혼합물 또는 RM)을 제공하는 것이 여전히 바람직하며, 이는 유리한 효과, 예를 들면 RM의 신속하고 완전한 중합 및 낮은 선경사각의 신속하고 제어된 생성을 가능하게 하고, 높은 저항률, 높은 VHR, 높은 신뢰성, 낮은 역치 전압, 짧은 응답 시간, 특히 UV 노출 이후의 선경사의 높은 안정성, 이미지 고착 감소, ODF 무라 감소 및 LC 분자의 배향 왜곡 감소 중 하나 이상을 갖는 PSA 디스플레이의 제조를 가능하게 한다.
본 발명은, 전술된 바와 같은 종래 기술의 단점을 갖지 않거나 감소된 정도로만 가지며 전술된 목적하는 이로운 효과 및 특정 중 하나 이상을 제공하는 개선된 PSA 디스플레이 및 이의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적은, 하기 기술되고 청구되는 바와 같은 방법 및 물질에 의해 본 발명에 따라 달성되었다.
상기 설명된 바와 같이, 개선된 LC 호스트 혼합물 및/또는 RM을 제공함으로써, PSA 디스플레이와 관련하여 전술된 문제 중 일부를 해결하는 것이 종래 기술에서 시도되었다. 본 발명의 발명자들은, PSA 디스플레이 제조 공정의 일부로서 개선된 광중합 공정을 제공함으로써 상기 언급된 문제점 중 적어도 일부가 또한 해결될 수 있음을 발견하였다. 개선된 광중합 공정은 또한, 하기에 추가로 설명되는 바와 같이 PSA 디스플레이 제조 공정의 특정 단점을 극복할 수 있게 한다.
일반적으로, PSA 디스플레이 제조 공정에서 UV 광중합은 두 단계로 수행된다. 제 1 단계(이후로 "UV1 단계"로도 지칭됨)에서, 전극 구조에 전압이 인가되는 동안, LC 매질은 조사원(이후로 "광원"으로도 지칭됨)에 의해 방출된 UV 복사선에 노출되어, 선경사각을 생성한다. 제 2 단계(이후로 "UV2 단계"로도 지칭됨)에서는, UV1 단계에서 미중합된 임의의 잔류 RM 분자의 완전한 중합을 보장하기 위해 LC 매질을 전압 없이 UV 복사선에 노출시킨다. 전술된 바와 같이, 완전한 중합이 중요하며, 그 이유는, 잔류 미반응된 RM 분자가 디스플레이에서 바람직하지 않은 효과(예컨대, 신뢰성 감소, 경사각 안정성 감소 또는 이미지 고착)을 초래할 수 있기 때문이다.
UV1 단계 및 UV2 단계를 포함하는 UV 광중합 공정은 이후 "PSA 공정"으로도 간단히 지칭된다.
UV1 단계의 경우, 일반적으로 금속 할라이드 램프가 UV 조사원으로서 사용되며, 이때 UV-A 범위(310 내지 380 nm) 내의 방출된 UV 강도는 전형적으로 75 내지 125 mW/cm2이다. 조사 시간은 전형적으로 60 내지 180초 범위이지만, 생성되는 선경사각의 목적하는 정도에 의존한다.
UV2 단계의 경우, 상이한 램프 유형, 예를 들어 금속 할라이드 램프, 또는 UV-A 범위 내의 적합한 방출 스펙트럼을 갖는 UV 형광 램프가 사용될 수 있다.
상기 PSA 공정의 광중합 단계 둘 다에서, 효과적이고 완전한 중합을 보장하기 위해, UV 램프 및 RM은, RM이 UV 램프 방출 스펙트럼의 파장 범위 내의 최대 흡수를 갖도록 선택되어야 한다.
예를 들어, PSA 디스플레이의 제조를 위해 종래 기술에서 사용되는 전형적인 RM은 바이페닐 다이아크릴레이트 또는 바이페닐 다이메타크릴레이트이며, 이들은 또한 불화될 수 있다.
바이페닐 다이메타크릴레이트는 UV 스펙트럼의 단파장 말단에서, 특히 300 nm 미만의 파장에서 강한 흡수를 갖는 흡수 스펙트럼을 가진다. 따라서, UV 램프는, PSA 공정에서 충분한 중합이 가능하도록 하기 위해 이의 방출 스펙트럼이 RM의 흡수 스펙트럼과 충분히 겹치도록 선택되어야 한다.
현재 사용되는 PSA 공정은, 디스플레이 성능 및 작동에 부정적인 영향을 미칠 수 있는 몇몇 단점을 가진다.
예를 들어, LC 매질 또는 디스플레이의 다른 성분의 손상을 방지하기 위해, 특히 디스플레이의 유기 물질을 더 짧은 UV 파장으로부터 보호하기 위해, UV1 및 UV2 단계에서 금속 할로겐 램프를 특정 UV-차단 필터(이는 램프 방출 스펙트럼의 단파장 말단, 특히 300 nm 미만의 파장의 복사선을 차단하고 흡수함)와 조합할 필요가 있다.
또한, 택트 시간이 바람직하게는 2시간보다 명백히 더 짧도록, UV2 단계에서의 중합이 허용가능한 시간 내에 완료됨을 보장하는 것이 중요하다. 또한, 부정적인 효과(예컨대, 신뢰성 감소 또는 이미지 고착)를 피하거나 감소시키기 위해, UV2 단계에서의 UV 강도가 UV1에 비해 감소되어야 한다.
따라서, 더 짧은 파장에서 및/또는 더 긴 시간에 걸쳐 LC 매질을 UV에 노출하는 것은, LC 화합물 또는 RM의 분해를 유발할 수 있다. 예를 들어, 중합을 향상시키기 위해 PSA LC 매질에 흔히 사용되는 터페닐 기를 갖는 LC 화합물은, UV 램프 방출 스펙트럼과 중첩되는 흡수 스펙트럼을 가지며, 이에 따라, 특히, 더 짧은 UV 파장에 노출될 때 분해되는 경향이 있다. 상기 설명된 바와 같이, 상기 분해는 이온성 불순물을 유발시킬 수 있으며, 이는 신뢰성 및 VHR을 감소시키고 이미지 고착을 유발시킨다. 따라서, 상기 터페닐 화합물은 UV 광중합 조건과 관련된 강한 제한을 갖는 PSA 디스플레이에서만 사용될 수 있으며, 차단 필터의 사용을 요구할 수 있다.
UV 노출은 또한, UV 램프 방출 스펙트럼의 파장 범위에서 흡수 피크를 갖는, 디스플레이 패널 중의 다른 유기 물질(예컨대, 칼라 필터 또는 폴리이미드 정렬 층의 물질)의 열화를 유발시킬 수 있다. 상기 물질이 LC 매질과 접촉할 때, 이의 열화는 또한 LC 분자와의 상호 작용을 유발시켜, 상기 설명된 바와 같이 이미지 고착을 유발시킬 수 있는 이온성 불순물을 생성할 수 있다.
짧은 UV 파장에서 관찰되는 문제는 또한, 상기 논의된 바와 같이 다수의 통상적으로 사용되는 RM(예컨대, 바이페닐 다이메타크릴레이트)이 효율적인 광중합을 보장하기 위해 더 짧은 파장의 조사를 필요로 한다는 사실에 의해 악화된다. 그러나, 더 긴 파장에서의 흡수를 갖는 적합한 RM의 선택은 여전히 제한적이다.
금속 할로겐 램프의 또다른 단점은 이의 제한된 수명(전형적으로, 약 750 내지 1000 작업 시간)이다. 또한, 이의 UV 강도는 개시 후 15 내지 20분 이내에만 안정하여, 더 긴 택트 타임을 유발시킨다. 게다가, 상기 설명된 바와 같이, 이를 PSA 공정에서 사용하기 위해서는, 300 내지 320 nm 사이의 UV 차단 필터가 필요하다. 추가적으로, 램프 유형의 특정 스펙트럼(높은 IR 강도)으로 인해 유발되는 열 응력을 줄이기 위해서는 소위 "콜드 미러(cold mirror)"가 필요하다.
UV 형광 램프의 경우, 특정 램프 스펙트럼으로 인해 UV 차단 필터 및 콜드 미러를 사용할 필요가 없다. 그러나, 이의 수명도 전형적으로 약 2000시간으로 제한된다. 이의 UV 강도는 개시 후 1분 이내에만 안정하다.
또다른 단점은, 금속 할로겐 램프 및 UV 형광 램프 둘 다 이들의 기능을 위해 방출 물질로서 수은을 필요로 한다는 것이다. 그러나, 수은의 사용은 환경적인 이유로 불리하며, 흔히 현지법에 의해 강력하게 제한된다.
놀랍게도, UV 파장 범위에서 좁은 방출 피크를 갖는 램프, 특히 LED(발광 다이오드) 램프를 사용함으로써, PSA 디스플레이 제조 공정의 일부로서 광중합 공정의 상당한 개선이 달성될 수 있음이 확인되었다. 광중합 공정에 상기 램프를 사용하면, 하기 설명되는 바와 같은 몇몇 이점을 제공한다.
본 발명은, PSA 모드의 LC 디스플레이의 제조 방법에 관한 것이며, 상기 방법은,
(a) 제 1 기판 및 제 2 기판을 제공하는 단계로서, 이때 각각의 기판이 전극 구조를 구비하거나, 상기 기판들 중 하나는 2개의 전극 구조를 구비하고 나머지 기판은 전극을 구비하지 않는, 단계,
(b) 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 사이에, 광중합에 의해 중합가능한 하나 이상의 중합가능 화합물을 포함하는 LC 매질을 개재시키는 단계, 및
(c) 상기 중합가능 화합물을 포함하는 LC 매질을 광원으로부터 방출된 광에 노출시켜, 상기 중합가능 화합물의 광중합을 유발시키는 단계
를 포함하고, 상기 광원은, 280 내지 420 nm 범위의 피크 파장 및 30 nm 이하의 전체 폭 절반 최대값(FWHM)을 가진 방출 피크를 갖는 광을 방출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 또한, 전술된 바와 같은 단계 (a), (b) 및 (c)를 포함하는 PSA 모드의 LC 디스플레이의 제조 방법에 관한 것이며, 이때 단계 (c)에서 사용되는 광원은 LED 램프이다.
본 발명은 또한, 상기 및 하기 기술되는 공정으로부터 수득된 PSA 유형의 LC 디스플레이에 관한 것이다.
상기 LC 디스플레이는 바람직하게 PS-VA, PS-OCB, PS-IPS, PS-FFS, PS-UB-FFS, PS-포지-VA, PS-TN, SA-VA 또는 SA-FFS 디스플레이이다.
도 1a 및 1b는, ODF(one drop filling) 방법을 예시적으로 도시하는 것이다.
도 2는, 본 발명의 바람직한 실시양태에 따른 UV LED 램프의 방출 스펙트럼을 도시하는 것이다.
용어 및 정의
본원에서 용어 "전체 폭 절반 최대값(full width half maximum)" 또는 "FWHM"은, 최대 진폭의 절반인 y축 상의 포인트들 사이에서 측정된 스펙트럼 곡선의 폭을 의미한다.
달리 언급되지 않는 한, 상기 중합가능 화합물은 바람직하게는 비키랄 화합물로부터 선택된다.
본원에서 용어 "전극 구조"는, 연속 층일 수 있는 전극층, 또는 패턴화된 전극 또는 픽셀 전극, 또는 전극, 패턴화된 전극 또는 픽셀 전극의 어레이를 포함한다.
본원에서 용어 "활성 층" 및 "스위칭가능 층"은, 외부 자극(예컨대, 전기장 또는 자기장)에 대해 재정렬함으로써 이의 배향이 변하여, 편광된 광 또는 비편광된 광에 대한 상기 층의 투과율을 변화시키는, 구조 및 광학 이방성을 갖는 하나 이상의 분자(예컨대, LC 분자)를 포함하는 전광 디스플레이(예컨대, LC 디스플레이) 내의 층을 의미한다.
본원에서 용어 "경사" 또는 "경사각"은, LC 디스플레이(본원에서, 바람직하게는 PSA 디스플레이) 내의 셀 표면에 대한 LC 매질의 LC 분자의 경사진 정렬을 의미하는 것으로 이해될 것이다. 용어 "선경사" 및 "선경사각"은, 어드레싱되지 않은 디스플레이 셀에서 LC 분자의 초기 경사각을 의미하는 것으로 이해될 것이며, 이는 LC 매질의 중합가능 성분의 중합을 포함하는 PSA 공정에 의해 생성된다.
본원에서 (선)경사각은, LC 분자의 종방향 분자 축(LC 방향자)과, LC 셀을 형성하는 기판 표면 사이의 평균 각도(90° 미만)를 나타낸다. 곡면 디스플레이에서, (선)경사각은 각각의 기판 상의 접선에 대해 제시된다.
낮은 (선)경사각 값(즉, 90°로부터의 큰 편차)은 큰 (선)경사에 해당하며, 강한 (선)경사각 생성을 나타내는 반면, 높은 (선)경사각 값(즉, 90°로부터의 작은 편차)는 작은 (선)경사에 해당하며, 약한 경사각 생성을 나타낸다. (선)경사각의 측정에 적합한 방법은 실시예에 제공된다. 달리 언급되지 않는 한, 상기 및 하기에 개시되는 (선)경사각 값은 이 측정 방법에 관한 것이다.
본원에서 용어 "호메오트로픽 정렬" 및 "수직 정렬"은, 기판에 대해 실질적으로 수직인 이의 분자 장축을 갖는 LC 분자의 정렬을 의미하는 것으로 이해될 것이다.
본원에서 용어 "평면 배향" 및 "수평 배향"은, 기판에 대해 실질적으로 평행한 이의 분자 장축을 갖는 LC 분자의 정렬을 의미하는 것으로 이해될 것이다.
본원에서 용어 "반응성 메소젠" 및 "RM"은, 메소젠성 또는 액정 골격 및 이에 부착된 하나 이상의 작용 기(이는 중합에 적합하며, "중합가능 기" 또는 "P"로도 지칭됨)를 함유하는 화합물을 의미하는 것으로 이해될 것이다.
달리 언급되지 않는 한, 본원에서 용어 "중합가능 화합물"은, 중합가능 단량체성 화합물을 의미하는 것으로 이해될 것이다.
본원에서 용어 "저분자량 화합물"은, "중합체성 화합물" 또는 "중합체"와 달리, 단량체성이고/이거나 중합 반응에 의해 제조되지 않은 화합물을 의미하는 것으로 이해될 것이다.
본원에서 용어 "비-중합가능 화합물"은, RM의 중합에 일반적으로 적용되는 조건 하에 중합에 적합한 작용 기를 함유하지 않는 화합물을 의미하는 것으로 이해될 것이다.
본원에서 용어 "메소젠성 기"는 당업자에게 공지되어 있고, 문헌에 기술되어 있으며, 이의 인력 및 척력 상호작용의 이방성으로 인해 저분자량 또는 중합체성 성분의 액정(LC) 상을 유발하는데 본질적으로 기여하는 기를 의미한다. 메소젠성 기를 함유하는 화합물(메소젠성 화합물) 자체가 반드시 LC 상을 가질 필요는 없다. 또한, 메소젠성 화합물은 다른 화합물과의 혼합 후 및/또는 중합 후에만 LC 상 거동을 나타낼 수도 있다. 전형적인 메소젠성 기는, 예를 들어 강성 막대형 또는 디스크형 단위이다. 메소젠성 화합물 또는 액정 화합물과 관련하여 사용되는 용어 및 정의에 대한 개요는 문헌[Pure Appl. Chem. 73(5), 2001, 888] 및 문헌[C. Tschierske, G. Pelzl, S. Diele, Angew. Chem. 2004, 116, 6340-6368]에 제시되어 있다.
본원에서 용어 "스페이서 기"(이후로 "Sp"로도 지칭됨)는 당업자에게 공지되어 있고, 문헌에 기술되어 있으며, 예를 들어 문헌[Pure Appl. Chem. 2001, 73(5), 888 and C. Tschierske, G. Pelzl, S. Diele, Angew. Chem. 2004, 116, 6340-6368]을 참조한다. 본원에서 "스페이서 기" 또는 "스페이서"는, 중합가능 메소젠성 화합물에서 메소젠성 기와 중합가능 기(들)를 연결하는 가요성 기(예컨대, 알킬렌 기)를 의미한다.
발명의 상세한 설명
본 발명에 따른 PSA 공정에서 좁은 방출 스펙트럼을 갖는 UV 램프, 특히 LED 램프의 사용은, 하기 설명되는 바와 같은 몇몇 이점을 제공한다.
하나의 이점은, 하나의 좁은 방출 피크만을 갖는 UV 램프, 특히 LED 램프를 사용할 때, LC 매질에서 중합가능 화합물 또는 RM으로의 광학 에너지 전달이 더 효과적이라는 것이다. 이는, UV 강도 및/또는 UV 조사 시간을 감소시켜, 택트 타임 감소 및 에너지 및 생산 비용 절감을 가능하게 한다.
또다른 이점은, 상기 램프의 좁은 방출 스펙트럼이, 광중합에 적절한 파장을 더 쉽게 선택할 수 있도록 한다는 것이다.
예를 들어, 위험하고 해로운 더 짧은 UV 파장을 차단하기 위해 지금까지 사용되는 금속 할로겐 램프에 요구되었던 차단 필터를 더이상 사용할 필요가 없다.
또한, 광중합을 위한 복사선을 더 긴 UV 파장으로 이동시켜, 단파장 UV 광 성분의 위험하고 해로운 효과를 감소시키거나 심지어 피하는 것이 더 쉽게 가능하다.
UV 복사선 강도의 감소 및 더 긴 UV 파장으로의 이동은, UV 광에 의해 유발될 수 있는 손상으로부터 디스플레이의 유기 물질을 보호하는 것을 돕는다.
이는 또한 더 유연한 선택을 가능하게 하고, 디스플레이에 사용되는 적합하고 이용가능한 유기 물질(예를 들면, LC 매질 중의 LC 화합물 또는 중합가능 화합물/RM, 또는 예를 들어 정렬 층 또는 칼라 필터에 사용되는 유기 물질)의 범위를 확장시킨다.
예를 들어, 알켄일 화합물은 정렬 층의 폴리이미드와의 상호 작용 또는 열화의 위험성 없이 LC 매질에 더 자유롭게 사용될 수 있다. 또한, UV 스펙트럼의 장파장 쪽에서 흡수를 갖는 RM을 더 효과적으로 사용하고 중합할 수 있다. 결과적으로, 신뢰성 및 VHR 값이 개선될 수 있다.
LED 램프의 사용은 전술된 이로운 효과를 달성하기에 특히 적합하며, 그 이유는, LED 랩프가 좁은 발광 스펙트럼을 갖기 때문이다. 또한, LED 램프는 금속 할로라이드 램프보다 더 긴 수명 및 더 적은 에너지 소모를 가진다. 또한, LED 램프는 수은을 함유하지 않으며, 이는 환경에 유익하다.
통상적으로 사용되는 금속 할라이드 또는 UV 형광 램프에 비해, 본 발명에 따른 방법에서 LED 램프를 사용하는 것의 몇몇 이점을 하기 표 1에 요약한다.
표 1. UV 램프 비교
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따라서, 본 발명에 따른 방법은 이로운 효과, 예를 들면, RM의 신속하고 완전한 중합, 낮은 선경사각의 신속하고 제어된 생성, 및 짧은 응답 시간, 특히 UV 노출 후 선경사의 높은 안정성, 이미지 고착 감소 및 ODF 무라 감소를 가능하게 한다. 또한, 디스플레이 제조 공정과 관련된 이점, 예를 들면 택트 타임 감소, 공정 비용, 장비 및 에너지 절감을 제공하며, 환경적 측면에서도 유리하다.
본 발명에 따른 방법을 사용하여 제조된 LC 디스플레이는 바람직하게는 PS-VA, PS-OCB, PS-IPS, PS-FFS, PS-UB-FFS, PS-포지-VA, PS-TN, SA-VA 또는 SA-FFS 디스플레이이다.
본 발명에 따른 디스플레이의 구조는, 종래 기술에 기술된 PSA 또는 SA 디스플레이에 대한 일반적인 기하구조에 해당한다.
본 발명에 따른 방법의 단계 (a)에서, LC 디스플레이 셀을 형성하는 제 1 및 제 2 기판이 제공되며, 이때 각각의 기판이 전극 구조를 구비하거나, 기판들 중 하나는 2개의 전극 구조를 구비하고 나머지 기판은 전극을 구비하지 않는다.
상기 제 1 및 제 2 기판은 바람직하게는 유리 또는 석영 기판으로부터 선택된다. LC 매질의 중합가능 성분을 중합하는데 사용되는 광-조사를 위해 적어도 하나의 기판이 투과성이어야 한다.
기판이, 광중합 및/또는 광정렬에 의해 제조된 정렬 층을 구비한 경우, 적어도 하나의 기판은 정렬 층 물질 또는 이의 전구체의 광중합 또는 광정렬에 사용되는 광-조사에 대해 투과성이어야 한다.
하나의 실시양태에서, 특히, 가요성 디스플레이의 경우, 기판은, 예를 들어 폴리에스터(예컨대, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 또는 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리비닐알코올(PVA), 폴리카보네이트(PC) 또는 트라이아세틸셀룰로스(TAC))를 포함하거나 이로부터 제조되는 플라스틱 기판으로부터 선택된다.
본 발명에 따른 디스플레이는, 2개의 기판 중 하나 또는 둘 다에 적용되는, 바람직하게는 투명한 층 형태인 2개의 전극 구조를 추가로 포함한다.
상기 전극 구조는, 통상의 지식 또는 문헌으로부터 공지된 방법 및 물질에 기초하여 개별적인 디스플레이 유형에 따라 당업자가 설계할 수 있다.
예를 들어, PS-VA 디스플레이의 경우, 2개, 4개 또는 그 이상의 상이한 경사 정렬 방향을 생성하기 위해 슬릿 및/또는 범프 또는 돌출부를 갖는 전극을 제공함으로써 LC 분자의 다중-도메인 배향이 유도될 수 있다.
돌출부가 없는 기하구조, 특히, 또한 칼라 필터 쪽의 전극은 구조화되지 않고 TFT 쪽의 전극만 슬롯을 갖는 구조가 바람직하다. PS-VA 디스플레이에 특히 적합하고 바람직한 전극 구조는, 예를 들어 미국 특허 출원 공개 제 2006/0066793 A1 호에 기술되어 있다.
하나의 바람직한 실시양태에서, 특히 PS-VA, PS-OCB 또는 PS-TN 디스플레이에서, 제 1 기판은 제 1 전극 구조를 구비하고, 제 2 기판은 제 2 전극 구조를 구비한다.
또다른 바람직한 실시양태에서, 특히, PS-포지-VA, PS-IPS, PS-FFS 또는 PS-UB-FFS 디스플레이에서, 제 1 및 제 2 기판 중 하나는 제 1 및 제 2 전극 구조를 구비하고, 제 1 및 제 2 기판 중 나머지 하나는 전극 구조를 구비하지 않는다.
또다른 바람직한 실시양태에서, 특히, 제 1 및 제 2 기판 각각이 하나의 전극 구조를 구비하는 경우, 제 1 및 제 2 전극 중 하나는 픽셀 영역을 한정하는 픽셀 전극이며(이때, 상기 픽셀 전극은, 각각의 픽셀 영역 내에 배치된 스위칭 소자에 연결되고 임의적으로 마이크로-슬릿 패턴을 포함함), 제 1 및 제 2 전극 중 나머지 하나는 공통 전극 층(이는, 나머지 기판과 대면하는 기판의 전체 부분 상에 배치될 수 있음)이다.
본 발명에 따른 디스플레이는 바람직하게는, LC 분자의 초기 정렬을 유도하는 정렬 층을 제 1 및 제 2 기판 중 하나 또는 둘 다 상에 포함한다. 정렬 층은 일반적으로, LC 매질과 접촉하도록 (전극이 존재하는 경우) 전극 상에 존재한다.
정렬 층은 LC 층의 LC 분자의 정렬 방향을 제어한다. 예를 들어, PS-VA 디스플레이에서, 정렬 층은, LC 분자의 호메오트로픽 정렬 또는 경사진 호메오트로픽 정렬을 유도하도록 선택된다.
호메오트로픽 정렬 또는 경사진 호메오트로픽 정렬을 유도하기에 적합하고 바람직한 정렬 층은, 예를 들어 폴리이미드를 포함하거나 이로 이루어지며, 이는 또한 광정렬 방법에 의해 러빙되거나 제조될 수 있다.
호메오트로픽 정렬에 적합한 폴리이미드 정렬 층 물질은, 예를 들어 AL60702 (JSR로부터)와 같이 시판된다.
용액 가공성 정렬 층 물질이 바람직하다. 이는 바람직하게는 용매(바람직하게는, 유기 용매, 예를 들어 N-메틸피롤리돈, 2-부톡시에탄올 또는 γ-부티로락톤) 중의 용액으로부터 가공된다.
하나의 실시양태에서, 정렬 층은, 정렬 층 물질(예컨대, 폴리이미드) 또는 이의 전구체(예컨대, 폴리이미드 전구체)의 용액을 기판 상에 침착시키고, 임의적으로, 정렬 층 물질 또는 이의 전구체를 열 및/또는 화학선(예를 들어, UV 복사선)에 노출시켜 경화시킴으로써 형성된다.
정렬 층 물질 또는 이의 전구체는, 예를 들어 코팅 또는 인쇄 방법에 의해 기판 상에 침착될 수 있다.
바람직한 침착 기술은, 비제한적으로, 침지 코팅, 스핀 코팅, 잉크젯 인쇄, 노즐 인쇄, 레터-프레스 인쇄, 스크린 인쇄, 그라비어 인쇄, 닥터 블레이드 코팅, 롤러 인쇄, 역-롤러 인쇄, 오프셋 리쏘그래피 인쇄, 건식 오프셋 리쏘그래피 인쇄, 플렉소그래픽 인쇄, 웹 인쇄, 분무 코팅, 커튼 코팅, 브러시 코팅, 슬롯 염료 코팅 또는 패드 인쇄를 포함한다. 가요성 LC 디스플레이를 제조하는 경우, 가요성 기판과 상용성인 영역 인쇄 방법, 예를 들어 슬롯 염료 코팅, 분무 코팅 등이 바람직하다.
정렬 층 물질의 침착에 용매가 사용되는 경우, 이는 침착 후 건조 또는 증발되는 것이 바람직하다. 용매 증발은, 예를 들어 열 및/또는 감압을 적용함으로써 보조될 수 있다.
정렬 층을 경화시키는 바람직한 방법은 열경화 및 광경화, 매우 바람직하게는 광경화이다. 광경화는, 예를 들어 UV 복사선에 노출시킴으로써 수행된다. 적합한 경화 조건은, 통상적인 지식에 기초하고 문헌에 기재된 바와 같이, 사용되는 전구체 물질에 따라 당업자가 선택할 수 있다. 시판 물질의 경우, 적합한 처리 및/또는 경화 조건은 흔히 물질의 판매 또는 샘플링과 함께 제공된다.
또다른 바람직한 실시양태에서, 상기 기판들 중 적어도 하나, 바람직하게는 상기 기판 둘 다는 정렬 층을 구비하지 않는다. 바람직하게, 상기 바람직한 실시양태에 따른 LC 매질은 자가-정렬(SA) 첨가제를, 바람직하게는 0.1 내지 2.5%의 농도로 함유한다.
상기 바람직한 실시양태에 따른 바람직한 디스플레이 SA-VA 및 SA-FFS 디스플레이다.
상기 바람직한 실시양태에 사용하기에 바람직한 SA 첨가제는, 메소젠성 기 및 직쇄 또는 분지쇄 알킬 측쇄(이는, 하이드록시, 카복시, 아미노 및 티올 기로부터 선택되는 하나 이상의 극성 앵커 기로 말단화됨)를 포함하는 화합물로부터 선택된다. 다른 바람직한 SA 첨가제는, 임의적으로 스페이서 기를 통해 메소젠성 기에 부착되는 하나 이상의 중합가능 기를 함유한다. 상기 중합가능 SA 첨가제는 PSA 공정에서 RM에 적용되는 것과 유사한 조건 하에 LC 매질에서 중합될 수 있다.
특히 SA-VA 모드 디스플레이에 사용하기 위한, 호메오트로픽 정렬을 유도하기에 적합한 SA 첨가제는, 예를 들어 미국 특허 출원 공개 제 2013/0182202 A1 호, 미국 특허 출원 공개 제 2014/0838581 A1 호, 미국 특허 출원 공개 제 2015/0166890 A1 호 및 미국 특허 출원 공개 제 2015/0252265 A1 호에 개시되어 있다.
본 발명에 따른 방법의 단계 (b)에서, 광중합에 의해 중합가능한 하나 이상의 중합가능 화합물을 포함하는 LC 매질이 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 개재된다.
상기 단계 (b)에서, 상기 LC 매질은 바람직하게는 ODF 방법에 의해 두 기판 사이에 개재된다.
바람직하게는, 상기 단계 (b)는 하기 단계를 포함한다:
(b1) 상기 제 1 및 제 2 기판 중 하나 상에, 상기 중합가능 화합물을 포함하는 LC 매질의 액적 또는 액적의 어레이를 분배하는 단계, 및
(b2) 제 1 및 제 2 기판 중 나머지 하나를, 분배된 상기 LC 매질의 액적을 갖는 기판의 상부에, 바람직하게는 진공 조건 하에 제공하여, 상기 LC 매질의 액적을 퍼지게 하여 상기 두 기판 사이에 연속 층을 형성하는 단계.
하나의 실시양태에서, 본 발명에 따른 방법은 하기 단계를 추가로 포함한다:
- 제 1 기판과 제 2 기판 사이에, 바람직하게는 분배된 LC 매질과 각각의 기판의 엣지 사이의 영역에 밀봉제 물질을 제공하는 단계; 및
- 상기 밀봉제 물질을 경화시키는 단계.
밀봉제 물질은 바람직하게는, LC 매질을 상기 제 1 기판 상에 침착하기 전에 상기 제 1 기판 상에 침착된다. 이어서, 밀봉제 물질은 바람직하게는, 상기 LC 매질이 상기 제 1 기판 상에 침착된 이후, 그러나 상기 LC 매질에 함유된 중합가능 화합물의 광중합 이전에, 경화되는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 밀봉제 물질은 열 및/또는 광-조사에 노출됨으로써 경화된다. 밀봉제 물질이 광-조사에 노출됨으로써 경화되는 경우, 바람직하게는,
(i) 광-조사는, 상기 LC 매질 중의 중합가능 화합물의 중합을 유발시키지 않도록 선택되고/되거나,
(ii) 상기 LC 매질은 밀봉제 물질을 경화시키는데 사용되는 광-조사로부터 보호된다.
바람직하게는, 상기 LC 매질은, 밀봉제 물질을 경화시키는데 사용되는 광-조사로부터 포토마스크에 의해 보호된다.
하나의 실시양태에서, 밀봉제 물질은, 상기 및 하기에 기술되는 바와 같이 상기 LC 매질 중의 중합가능 화합물을 광중합시키는데 사용되는 것과 동일한 광원의 광에 노출시킴으로써 경화된다.
PSA 디스플레이는 다른 부재, 예컨대 칼라 필터, 블랙 매트릭스, 부동태화 층, 광학 지연 층, 개별적인 픽셀을 어드레싱하기 위한 트랜지스터 부재 등을 포함할 수 있으며, 이들 모두 당업자에게 널리 공지되어 있고 독창적인 기술없이 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 단계 (c)에서, 상기 중합가능 화합물을 포함하는 LC 매질은 광원으로부터 방출된 광에 노출되어, 상기 중합가능 화합물의 광중합을 유발시키며, 이때 광원은, 280 내지 420 nm 범위의 피크 파장 및 30 nm 이하의 전폭 절반 최대값(FWHM)을 가진 방출 피크를 갖는 광을 방출한다.
바람직하게는, 상기 단계 (c)에서 사용되는 광원에 의해 방출된 광은 350 내지 400 nm 범위의 피크 파장을 갖는 방출 피크를 가진다.
매우 바람직하게는, 상기 단계 (c)에서 사용되는 광원에 의해 방출된 광은 360 내지 385 nm 범위의 피크 파장을 갖는 방출 피크를 가진다.
바람직하게는, 상기 단계 (c)에서 사용되는 광원에 의해 방출된 광은 20 nm 이하의 FWHM을 갖는 방출 피크를 가진다.
바람직하게는, 상기 단계 (c)에서 사용되는 광원에 의해 방출된 광은 단일 방출 피크를 갖는 광 스펙트럼을 방출한다.
바람직하게는, 상기 단계 (c)에서 사용되는 광원은 0.1 내지 50 J/cm2의 복사 에너지를 갖는 UV 광을 방출한다.
바람직하게는, 상기 단계 (c)에서 사용되는 광원은 LED 램프이다.
매우 바람직하게는, 상기 단계 (b)에서 광원은 365 nm에서 방출 피크를 갖는 LED 램프이다.
LED 램프는 당업자에게 공지되어 있으며 시판된다.
적합하고 바람직한 LED 램프는, 비제한적으로, 반도체 LED(p-n 접합 유형 다이오드), 반도체 레이저 다이오드(LD, 또다른 유형의 p-n 접합 다이오드)(주입 레이저 다이오드(ILD)로도 공지됨), 및 유기 발광 다이오드(OLED)를 포함하거나 이로 이루어진 것을 포함한다.
바람직한 레이저 다이오드는 이중 헤테로구조(DH) 레이저, 양자 우물 레이저(QWL), 양자 캐스케이드 레이저(QCL), 대역간 캐스케이드 레이저(ICL), 분산된 브래그 반사기 레이저(DBR), 분산된 피드백 레이저(DFL), 수직-공동 표면-방출 레이저(VCSEL), 수직 외부-공동 표면-방출 레이저(VECSEL) 및 외부 공동 다이오드 레이저(EDL)를 포함한다.
바람직한 OLED는, 발광 물질에 따라, 중합체 발광 다이오드(PLED) 및 소분자 OLED(SM-OLED), 및 어드레싱 방식에 따라, 수동 매트릭스 OLED(PMOLED) 및 능동 매트릭스 OLED(AMOLED)를 포함한다.
UV 광을 방출하는 LED 램프는, 예를 들어 닥터 횐레 아게 유브이 테크놀로지(Dr. Hoenle AG UV Technologie)로부터 시판된다. 365 nm에서 방출 피크를 갖는 UV 램프의 방출 스펙트럼이 도 2에 도시되어 있다.
중합시, 상기 LC 매질 중의 중합가능 화합물은, 상기 LC 매질 중의 LC 분자의 선경사각을 생성하는 중합체 또는 가교결합된 중합체를 형성한다.
특정 이론에 구속되고자 하지 않으면서, 상기 중합가능 화합물에 의해 형성된 가교결합된 중합체의 적어도 일부는 상기 LC 매질로부터 상-분리 또는 침전되어, 기판 또는 전극 상의 중합체 층, 또는 이의 상부에 제공되는 정렬 층을 형성한다. 현미경 측정 데이터(예컨대, SEM 및 AFM)는, 형성된 중합체의 적어도 일부가 LC/기판 계면에 축적됨을 확인해 주었다.
상기 LC 매질 중의 중합가능 화합물의 광중합은 한 단계로 수행될 수 있다. 대안적으로 및 바람직하게는, 상기 LC 매질 중의 중합가능 화합물의 광중합은, 선경사각을 생성하기 위한, 바람직하게는 인가된 전압 하의 제 1 중합 단계, 및 제 1 단계에서 반응하지 않거나 완전히 반응하지 않은 화합물을 중합하기 위한, 바람직하게는 인가된 전압의 부재 하의 제 2 중합 단계("최종 경화")의 두 단계로 수행된다.
바람직하게는, 상기 단계 (c)는,
(c1) 상기 전극에 전압이 인가되는 동안, 상기 중합가능 화합물을 포함하는 LC 매질을 광원으로부터 방출된 광에 노출시켜, 상기 중합가능 화합물의 광중합을 유발시키는 단계, 및
(c2) 상기 전극에 전압이 인가되지 않는 동안, 광중합된 중합가능 화합물 및 임의의 남아있는 미중합된 중합가능 화합물을 포함하는 LC 매질을 광원으로부터 방출된 광에 노출시켜, 상기 남아있는 미중합된 중합가능 화합물의 광중합을 유발시키는 단계
를 포함하고, 이때 상기 단계 (c1) 및 (c2) 중 하나 또는 둘 다에서, 바람직하게는 적어도 단계 (c1)에서, 매우 바람직하게는, 상기 단계 (c1) 및 단계 (c2)에서, 광원은 상기 및 하기에 정의된 바와 같다.
바람직하게는, 상기 단계 (c1) 및 (c2)에서 동일한 광원이 사용된다.
바람직하게는, 상기 단계 (c1)에서 사용되는 광원은 5 내지 500 mW/cm2, 매우 바람직하게는 25 내지 125 mW/cm2의 조사 강도를 가진다.
바람직하게는, 상기 단계 (c1)에서, 상기 중합가능 화합물을 포함하는 LC 매질이 광에 노출되는 시간은 5 내지 600초, 매우 바람직하게는 30 내지 240초이다.
바람직하게는, 상기 단계 (c2)에 사용되는 광원의 조사 강도는 5 내지 500 mW/cm2이다.
바람직하게는, 상기 단계 (c2)에서, 상기 중합가능 화합물을 포함하는 LC 매질이 광에 노출되는 시간은 10 내지 150분이다.
바람직하게는, 상기 단계 (c), (c1) 및 (c2)에서 사용되는 광원은, 상기 광중합가능 화합물이 흡수를 나타내는 파장 범위에서 방출 피크를 가진다.
바람직하게는, 상기 LC 매질에서 중합가능 화합물의 중합 동안 전극에 전압이 인가된다.
바람직한 실시양태에서, 상기 LC 매질은, 상기 LC 매질 중의 중합가능 화합물의 광중합을 개시하는 광개시제를 함유한다.
적합한 광개시제는 문헌에 기술되어 있으며, 상기 중합가능 화합물 및 목적하는 중합 방법에 따라 당업자가 용이하게 선택할 수 있다.
자유 라디칼 중합에 적합한 광개시제는, 예를 들어 이르가큐어(Irgacure)(등록상표) 또는 다로큐어(Darocure)(등록상표) 시리즈(시바 아게(Ciba AG))의 시판 광개시제, 예를 들어 이르가큐어651(등록상표), 이르가큐어184(등록상표), 이르가큐어907(등록상표), 이르가큐어 189(등록상표), 이르가큐어369(등록상표) 또는 다로큐어1173(등록상표)이다.
광개시제가 상기 LC 매질에 첨가되는 경우, 이의 비율은, 상기 LC 매질 중의 중합가능 화합물의 총량을 기준으로 바람직하게는 0.001 내지 5 중량%, 특히 바람직하게는 0.001 내지 3 중량%이다.
광개시제가 상기 LC 매질에 첨가되는 경우, 이의 비율은, 상기 LC 매질의 총 고체 함량을 기준으로(용매 불포함), 바람직하게는 1 내지 10,000 ppm, 매우 바람직하게는 10 내지 500 ppm이다.
바람직하게는, 상기 LC 매질의 중합가능 성분에 사용되는 중합가능 화합물은 개시제 없이 광중합될 수 있도록 선택된다. 이는, 가능한 잔량의 개시제 또는 이의 분해 생성물에 의해 LC 물질의 더 적은 재료 비용 및 더 적은 오염과 같은 이점을 제공한다.
또다른 바람직한 실시양태에서, 상기 LC 매질은, 상기 LC 매질 중의 중합가능 화합물의 광중합을 억제하는 중합 억제제 또는 안정화제를 포함한다. 억제제 또는 안정화제의 첨가는, 예를 들어 저장 또는 수송 동안 상기 LC 매질 중의 중합가능 화합물의 바람직하지 않은 자발적 중합을 방지하기 위해 유리할 수 있다.
억제제 및 안정화제의 적합한 유형 및 양은 당업자에게 공지되어 있고, 문헌에 기술되어 있다. 예를 들어, 이르가녹스(Irganox) 시리즈(시바 아게)로부터의 시판 안정화제, 예컨대 이르가녹스(등록상표) 1076 또는 이르가녹스(등록상표)1010이 특히 적합하다. 다른 적합하고 바람직한 억제제는 후술되는 표 D로부터 선택되는 것들이다.
억제제 또는 안정화제가 상기 LC 매질에 첨가되는 경우, 이의 비율은, 상기 LC 매질 중의 중합가능 화합물의 총량을 기준으로(용매 불포함), 바람직하게는 10 내지 500,000 ppm, 특히 바람직하게는 50 내지 50,000 ppm이다.
억제제 또는 안정화제가 상기 LC 매질에 첨가되는 경우, 이의 비율은, 상기 LC 매질 중의 고체의 총량을 기준으로(용매 불포함), 바람직하게는 1 내지 10,000 ppm, 매우 바람직하게는 10 내지 500 ppm이다.
상기 LC 매질은 바람직하게는, 하나 이상의 중합가능 화합물을 포함하거나 바람직하게는 이로 이루어진 중합가능 성분 (A), 및 하나 이상의 메소젠성 또는 액정 화합물을 포함하거나 바람직하게는 이로 이루어진 액정 성분 (B)를 포함한다.
본 발명에 따른 LC 매질의 액정 성분 (B)는 이후로 "LC 호스트 혼합물"로도 지칭되며, 바람직하게는, 비-중합가능한 저분자량 화합물로부터 선택되는 LC 화합물만을 함유하며, 임의적으로 첨가제(예컨대, 중합 개시제, 억제제 등)를 함유한다.
상기 LC 매질 중의 총 중합가능 성분의 비율은 바람직하게는 0% 초과 5% 이하, 매우 바람직하게는 0% 초과 1% 이하, 가장 바람직하게는 0.05 내지 0.5 %이다.
비키랄 중합가능 화합물, 및 상기 중합가능 성분의 화합물이 비키랄 화합물로 이루어진 군으로부터 독점적으로 선택되는 LC 매질이 바람직하다.
바람직한 실시양태에서, 상기 성분 (A) 중의 중합가능 화합물은 PSA 공정에서 단파장 UV 광 노출을 피하기 위해 더 긴 UV 파장, 바람직하게는 340 nm 이상에서 최대 흡수를 가진다.
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 상기 중합가능 화합물은 하기 화학식 I로부터 선택된다:
Figure pct00002
상기 식에서, 개별적인 라디칼은, 각각의 경우 동일하거나 상이하게 각각 서로 독립적으로, 하기 의미를 가진다:
Ra 및 Rb는 P, P-Sp-, H, F, Cl, Br, I, -CN, -NO2, -NCO, -NCS, -OCN, -SCN, SF5, 또는 탄소수 1 내지 25의 직쇄 또는 분지쇄 알킬을 나타내고, 이때 또한, 하나 이상의 비-인접 CH2 기는, 각각 서로 독립적으로, O 및/또는 S 원자들이 서로 직접 연결되지 않는 방식으로, -C(R0)=C(R00)-, -C≡C-, -N(R00)-, -O-, -S-, -CO-, -CO-O-, -O-CO- 또는 -O-CO-O-로 대체될 수 있고, 이때 또한, 하나 이상의 H 원자는 F, Cl, Br, I, CN, P 또는 P-Sp-로 대체될 수 있고, B1 및/또는 B2가, 포화된 탄소 원자를 함유하는 경우, Ra 및/또는 Rb는 또한, 상기 포화된 탄소 원자에 스파이로-연결된 라디칼을 나타낼 수 있고,
상기 라디칼 Ra 및 Rb 중 적어도 하나는 P 또는 P-Sp 기를 나타내거나 이를 함유하고;
P는 중합가능 기이고;
Sp는 스페이서 기 또는 단일 결합이고;
B1 및 B2는, 바람직하게는 4 내지 25개의 고리 원자를 갖는, 방향족, 헤테로방향족, 지환족 또는 헤테로환형 기를 나타내고, 이는 또한 융합된 고리를 함유할 수 있고, 비치환되거나 L로 일치환 또는 다중-치환되고;
Zb는 -O-, -S-, -CO-, -CO-O-, -OCO-, -O-CO-O-, -OCH2-, -CH2O-, -SCH2-, -CH2S-, -CF2O-, -OCF2-, -CF2S-, -SCF2-, -(CH2)n1-, -CF2CH2-, -CH2CF2-, -(CF2)n1-, -CH=CH-, -CF=CF-, -C≡C-, -CH=CH-COO-, -OCO-CH=CH-, CR0R00 또는 단일 결합을 나타내고;
R0 및 R00은, 각각 서로 독립적으로, H, 또는 탄소수 1 내지 12의 알킬을 나타내고;
m은 0, 1, 2, 3 또는 4를 나타내고;
n1은 1, 2, 3 또는 4를 나타내고;
L은 P, P-Sp-, OH, CH2OH, F, Cl, Br, I, -CN, -NO2, -NCO, -NCS, -OCN, -SCN, -C(=O)N(Rx)2, -C(=O)Y1, -C(=O)Rx, -N(Rx)2, 임의적으로 치환된 실릴, 탄소수 6 내지 20의 임의적으로 치환된 아릴, 또는 탄소수 1 내지 25의 직쇄 또는 분지쇄 알킬, 알콕시, 알킬카보닐, 알콕시카보닐, 알킬카보닐옥시 또는 알콕시카보닐옥시를 나타내고, 이때 또한, 하나 이상의 H 원자는 F, Cl, P 또는 P-Sp-로 대체될 수 있고;
P 및 Sp는 상기 제시된 의미를 갖고;
Y1은 할로겐을 나타내고;
Rx는 P, P-Sp-, H, 할로겐, 탄소수 1 내지 25의 직쇄, 분지쇄 또는 환형 알킬(이때 또한, 하나 이상의 비-인접 CH2 기는, O 및/또는 S 원자들이 서로 직접 연결되지 않는 방식으로, -O-, -S-, -CO-, -CO-O-, -O-CO- 또는 -O-CO-O-로 대체될 수 있고, 이때 또한, 하나 이상의 H 원자는 또한 F, Cl, P 또는 P-Sp-로 대체될 수 있음), 탄소수 6 내지 40의 임의적으로 치환된 아릴 또는 아릴옥시 기, 또는 탄소수 2 내지 40의 임의적으로 치환된 헤테로아릴 또는 헤테로아릴옥시 기를 나타낸다.
바람직한 화학식 I의 화합물은, B1 및 B2가, 각각 서로 독립적으로, 1,4-페닐렌, 1,3-페닐렌, 나프탈렌-1,4-다이일, 나프탈렌-2,6-다이일, 페난트렌-2,7-다이일, 9,10-다이하이드로-페난트렌-2,7-다이일, 안트라센-2,7-다이일, 플루오렌-2,7-다이일, 쿠마린, 플라본(이때 또한, 이들 기에서 하나 이상의 CH 기는 N으로 대체될 수 있음), 사이클로헥산-1,4-다이일(이때 또한, 하나 이상의 비-인접 CH2 기는 O 및/또는 S로 대체될 수 있음), 1,4-사이클로헥센일렌, 바이사이클-[1.1.1]-펜탄-1,3-다이일, 바이사이클로[2.2.2]옥탄-1,4-다이일, 스파이로[3.3]-헵탄-2,6-다이일, 피페리딘-1,4-다이일, 데카하이드로나프탈렌-2,6-다이일, 1,2,3,4-테트라하이드로나프탈렌-2,6-다이일, 인단-2,5-다이일 또는 옥타하이드로-4,7-메타노인단-2,5-다이일을 나타내는 화합물이고, 이때 모든 이들 기는 비치환되거나 상기 정의된 L로 일치환 또는 다중-치환될 수 있다.
매우 바람직한 화학식 I의 화합물은, B1 및 B2가, 각각 서로 독립적으로, 1,4-페닐렌, 1,3-페닐렌, 나프탈렌-1,4-다이일 또는 나프탈렌-2,6-다이일을 나타내는 화합물이다.
매우 바람직한 화학식 I의 화합물은 하기 화학식 M1 내지 M31로 이루어진 군으로부터 선택된다:
Figure pct00003
Figure pct00004
Figure pct00005
Figure pct00006
Figure pct00007
상기 식에서, 개별적인 라디칼은, 각각의 경우 동일하거나 상이하게, 각각 서로 독립적으로, 하기 의미를 가진다:
P1, P2 및 P3은 비닐옥시, 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 플루오로아크릴레이트, 클로로아크릴레이트, 옥세탄 또는 에폭시 기이고;
Sp1, Sp2 및 Sp3은 단일 결합, 또는 Sp에 대해 정의된 바와 같은 스페이서 기이고, 이때 또한, 라디칼 P1-Sp1-, P2-Sp2- 및 P3-Sp3- 중 하나 이상은 Raa를 나타낼 수 있되, 단, 존재하는 라디칼 P1-Sp1-, P2-Sp2 및 P3-Sp3- 중 적어도 하나는 Raa가 아니고;
Raa는, H, F, Cl, CN, 또는 탄소수 1 내지 25의 직쇄 또는 분지쇄 알킬(이때 또한, 하나 이상의 비-인접 CH2 기는, 각각 서로 독립적으로, O 및/또는 S 원자들이 서로 직접 연결되지 않는 방식으로, (R0)=C(R00)-, -C≡C-, -N(R0)-, -O-, -S-, -CO-, -CO-O-, -O-CO- 또는 -O-CO-O-로 대체될 수 있고, 이때 또한, 하나 이상의 H 원자는 F, Cl, CN 또는 P1-Sp1-로 대체될 수 있음), 특히 바람직하게는 탄소수 1 내지 12의 임의적으로 단일- 또는 다중불화된 직쇄 또는 분지쇄 알킬, 알콕시, 알켄일, 알킨일, 알킬카보닐, 알콕시카보닐, 알킬카보닐옥시 또는 알콕시카보닐옥시이고(이때, 상기 알켄일 및 알킨일 라디칼은 2개 이상의 탄소 원자를 갖고, 상기 분지쇄 라디칼은 3개 이상의 탄소 원자를 가짐);
R0 및 R00은 H, 또는 탄소수 1 내지 12의 알킬이고;
Ry 및 Rz는 H, F, CH3 또는 CF3이고;
X1, X2 및 X3은 -CO-O-, -O-CO- 또는 단일 결합이고;
Z1는 -O-, -CO-, -C(RyRz)- 또는 -CF2CF2-이고;
Z2 및 Z3은 -CO-O-, -O-CO-, -CH2O-, -OCH2-, -CF2O-, -OCF2-, -(CH2)n-, -CH=CH-, -CF=CF-, -C≡C-, -CH=CH-COO-, -OCO-CH=CH- 또는 단일 결합이고, 이때 n은 2, 3 또는 4이고, Z2 및 Z3 중 적어도 하나는 단일 결합이 아니고;
L은 F, Cl, CN, P1-Sp1- 또는 탄소수 1 내지 12의 임의적으로 단일- 또는 다중불화된 직쇄 또는 분지쇄 알킬, 알콕시, 알켄일, 알킨일, 알킬카보닐, 알콕시카보닐, 알킬카보닐옥시 또는 알콕시카보닐옥시이고;
L' 및 L"은 H, F 또는 Cl이고;
r은 0, 1, 2, 3 또는 4이고;
s는 0, 1, 2 또는 3이고;
t는 0, 1 또는 2이고;
x는 0, 1 또는 2이다.
화학식 M2, M13, M17, M22, M23, M24 및 M30의 화합물이 특히 바람직하다.
삼반응성 화합물 M15 내지 M30, 특히 M17, M18, M19, M22, M23, M24, M25, M26, M30 및 M31이 또한 바람직하다.
화학식 M1 내지 M31의 화합물에서,
Figure pct00008
는 바람직하게는
Figure pct00009
Figure pct00010
이고, 이때 L은, 각각의 경우 동일하거나 상이하게, 상기 또는 하기에 제시되는 의미 중 하나를 갖고, 바람직하게는 F, Cl, CN, NO2, CH3, C2H5, C(CH3)3, CH(CH3)2, CH2CH(CH3)C2H5, OCH3, OC2H5, COCH3, COC2H5, COOCH3, COOC2H5, CF3, OCF3, OCHF2, OC2F5 또는 P-Sp-, 매우 바람직하게는 F, Cl, CN, CH3, C2H5, OCH3, COCH3, OCF3 또는 P-Sp-, 더욱 바람직하게는 F, Cl, CH3, OCH3, COCH3 또는 OCF3, 특히 F 또는 CH3이다.
바람직한 화학식 M1 내지 M31의 화합물은, P1, P2 및 P3이 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 옥세탄 또는 에폭시 기, 매우 바람직하게는 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 기를 나타내는 화합물이다.
다른 바람직한 화학식 M1 내지 M31의 화합물은, Sp1, Sp2 및 SP3이 단일 결합인 화합물이다.
다른 바람직한 화학식 M1 내지 M31의 화합물은, Sp1, Sp2 및 Sp3 중 하나는 단일 결합이고 Sp1, Sp 2 및 Sp3 중 나머지 하나는 단일 결합이 아닌 화합물이다.
다른 바람직한 화학식 M1 내지 M31의 화합물은, 단일 결합이 아닌 Sp1, Sp2 및 Sp3 기가 -(CH2)s1-X"-을 나타내는 화합물이고, 이때 s1은 1 내지 6, 바람직하게는 2, 3, 4 또는 5의 정수이고, X"은 벤젠 고리로의 연결이고, -O-, -O-CO-, -CO-O, -O-CO-O- 또는 단일 결합이다.
다른 바람직한 중합가능 화합물 및 RM은 후술되는 표 E로부터 선택되는 것이다.
화학식 I의 중합가능 화합물을 1, 2 또는 3개 포함하는 LC 매질이 특히 바람직하다.
바람직하게는, 상기 LC 매질 중의 화학식 I의 화합물의 비율은 0.01 내지 5%, 매우 바람직하게는 0.05 내지 1%, 가장 바람직하게는 0.1 내지 0.5%이다.
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 상기 매질 중의 중합가능 성분 (A)는, 전술된 바와 같은 바람직한 실시양태의 하나 이상의 중합가능 화합물을 포함하고, 매우 바람직하게는 이로 구성된다.
전술된 바와 같은 중합가능 성분 (A) 이외에, 상기 LC 매질은 LC 성분 (B) 또는 LC 호스트 혼합물을 함유하며, 이는, 비중합가능 저분자량 화합물로부터 선택되는 하나 이상, 바람직하게는 2개 이상의 LC 화합물을 포함한다. 상기 LC 화합물은, 상기 중합가능 화합물의 중합에 적용되는 조건 하에 중합 반응에 대해 안정하고/하거나 비-반응성이도록 선택된다.
상기 LC 매질 중의 LC 성분 (B)의 비율은 바람직하게는 95 내지 100% 미만, 매우 바람직하게는 99 내지 100% 미만이다.
상기 화합물의 예는 하기 제시되는 화합물이다.
상기 LC 성분 (B) 또는 LC 호스트 혼합물이 네마틱 LC 상을 갖고, 바람직하게는 키랄 액정 상을 갖지 않는 LC 매질이 바람직하다.
또한, 키랄 중합가능 화합물, 및 상기 성분 (A) 및/또는 (B)의 화합물이 키랄 화합물로 이루어진 군으로부터 독점적으로 선택되는 LC 매질이 바람직하다.
상기 LC 성분 (B) 또는 LC 호스트 혼합물은 바람직하게는 네마틱 LC 혼합물이다.
제 1 바람직한 실시양태에서, 상기 LC 매질은, 음의 유전 이방성을 갖는 화합물에 기초한 LC 성분 (B) 또는 LC 호스트 혼합물을 함유한다. 상기 LC 매질은 특히 PS-VA, SA-VA 및 PS-UB-FFS 디스플레이에 사용하기에 적합하다.
상기 제 1 바람직한 실시양태에 따른 음의 유전 이방성을 갖는 LC 호스트 혼합물에 사용하기 바람직한 화합물은 후술되는 표 A로부터 선택된다.
제 2 바람직한 실시양태에서, 상기 LC 매질은, 양의 유전 이방성을 갖는 화합물에 기초한 LC 성분 (B) 또는 LC 호스트 혼합물을 함유한다. 상기 LC 매질은 PS-OCB, PS-TN, PS-포지-VA, PS-IPS, PS-FFS 또는 SA-FFS 디스플레이에 사용하기에 특히 적합하다.
상기 제 2 실시양태에 따른 양의 유전 이방성을 갖는 LC 호스트 혼합물에 사용하기에 바람직한 화합물은 후술되는 표 B로부터 선택된다.
본 발명의 디스플레이에 사용하기 위한 LC 매질 및 LC 호스트 혼합물은 바람직하게는 80K 이상, 특히 바람직하게는 100K 이상의 네마틱 상 범위, 및 20℃에서 250 mPa·s 이하, 바람직하게는 200 mPa 이하의 회전 점도를 가진다.
특히, PS-VA 및 PS-UB-FFS 디스플레이에 사용하기 위한, 상기 제 1 바람직한 실시양태에 따른 음의 유전 이방성을 갖는 화합물에 기초한 LC 매질은, 20℃ 및 1 kHz에서 바람직하게는 -0.5 내지 -10, 특히 -2.5 내지 -7.5의 음의 유전 이방성(Δε)을 가진다.
특히, PS-VA 및 PS-UB-FFS 디스플레이에 사용하기 위한, 상기 제 1 바람직한 실시양태에 따른 음의 유전 이방성을 갖는 화합물에 기초한 LC 매질은, 바람직하게는 0.16 미만, 특히 바람직하게는 0.06 내지 0.14, 매우 특히 바람직하게는 0.07 내지 0.12의 복굴절률(Δn)을 가진다.
특히, PS-OCB, PS-TN, PS-IPS, PS-포지-VA, PS-FFS 및 SA-FFS 디스플레이에 사용하기 위한, 상기 제 2 바람직한 실시양태에 따른 양의 유전 이방성을 갖는 화합물에 기초한 LC 매질은, 20℃ 및 1kHz에서 바람직하게는 +2 내지 +30, 매우 바람직하게는 +3 내지 +20, 가장 바람직하게는 +4 내지 +17의 양의 유전 이방성(Δε)을 가진다.
PS-OCB 디스플레이에 사용하기 위한, 상기 제 2 바람직한 실시양태에 따른 양의 유전 이방성을 갖는 화합물에 기초한 LC 매질은 바람직하게는 0.14 내지 0.22, 매우 바람직하게는 0.16 내지 0.22의 복굴절률(Δn)을 가진다.
PS-TN, PS-포지-VA, PS-IPS, PS-FFS 또는 SA-FFS 유형에 사용하기 위한, 상기 제 2 바람직한 실시양태에 따른 양의 유전 이방성을 갖는 화합물에 기초한 LC 매질은 바람직하게는 0.07 내지 0.15, 매우 바람직하게는 0.08 내지 0.13의 복굴절률(Δn)을 가진다.
PS-TN-, PS-포지-VA-, PS-IPS- 또는 PS-FFS-유형의 디스플레이에 사용하기 위한, 상기 제 2 바람직한 실시양태에 따른 양의 유전 이방성을 갖는 화합물을 기초로 하는 본 발명에 따른 LC 매질은, 20℃ 및 1 kHz에서 바람직하게는 +2 내지 +30, 특히 바람직하게는 +3 내지 +20의 양의 유전 이방성(Δε)을 가진다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 LC 매질은, 상기 및 하기에 기술되는 바와 같은 중합가능 성분 (A) 및 LC 성분 (B)(또는 LC 호스트 혼합물)로 본질적으로 이루어진다.
다른 바람직한 실시양태에서, 상기 LC 매질은, 바람직하게는, 예컨대, 비제한적으로, 공단량체, 키랄 도판트, 중합 개시제, 억제제, 안정화제, 계면활성제, 습윤제, 윤활제, 분산제, 소수성화제, 접착제, 유동 개선제, 소포제, 탈기제, 희석제, 반응성 희석제, 보조제, 착색제, 염료, 안료 및 나노 입자의 목록으로부터 선택되는 하나 이상의 추가의 성분 또는 첨가제를 추가로 포함한다.
상기 첨가제는 중합가능 또는 비-중합가능일 수 있다. 따라서, 중합가능 첨가제는 상기 중합가능 성분 또는 성분 (A)에 기인한다. 따라서, 비-중합가능 첨가제는 상기 비-중합가능 성분 또는 성분 (B)에 기인한다.
바람직한 실시양태에서, 상기 LC 매질은 하나 이상의 키랄 도판트를, 바람직하게는 0.01 내지 1%, 매우 바람직하게는 0.05 내지 0.5%의 농도로 함유한다. 상기 키랄 도판트는 바람직하게는 하기 표 B의 화합물로 이루어진 군, 매우 바람직하게는 R- 또는 S-1011, R- 또는 S-2011, R- 또는 S-3011, R- 또는 S- 4011 및 R- 또는 S-5011로 이루어진 군으로부터 선택된다.
또다른 바람직한 실시양태에서, 상기 LC 매질은 하나 이상의 키랄 도판트의 라세미체를 함유하며, 이는 바람직하게는 이전 단락에서 언급된 키랄 도판트로부터 선택된다.
또한, 독일 특허 출원 제 22 09 127 호, 제 22 40 864 호, 제 23 21 632 호, 제 23 38 281 호, 제 24 50 088 호, 제 26 37 430 호, 및 제 28 53 728 호에 기술된 바와 같이, 상기 LC 매질에, 예를 들어 0 내지 15 중량%의 다색성 염료, 또한 나노입자, 전도도 개선을 위한 전도성 염, 바람직하게는 에틸다이메틸도데실암모늄 4-헥속시벤조에이트, 테트라부틸-암모늄 테트라페닐보레이트 또는 크라운 에터의 복합체 염, 또는 유전 이방성, 점도 및/또는 네마틱 상의 정렬을 개질시키기 위한 제제를 첨가할 수 있다.
상기 LC 매질의 성분 (B)에 사용되는 개별적인 LC 화합물은 공지되어 있거나 이의 제조 방법을 당업자가 선행 기술로부터 용이하게 유도할 수 있으며, 그 이유는, 상기 화합물이, 문헌, 예를 들어, 유럽 특허 출원 제 0 364 538 호, 독일 특허 출원 제 26 36684 호 및 독일 특허 출원 제 33 21 373 호에 기술된 표준 방법에 기초하기 때문이다.
본 발명에 따라 사용되는 LC 매질은, 예를 들어 상기 언급된 화합물 중 하나 이상을 상기 정의된 바와 같은 하나 이상의 중합가능 화합물, 및 임의적으로, 추가의 LC 화합물 및/또는 첨가제와 혼합함으로써, 그 자체로 통상적인 방식으로 제조될 수 있다. 일반적으로, 더 소량으로 사용되는 성분의 목적하는 양이, 주성분을 구성하는 성분에, 유리하게는 승온에서 용해된다. 유기 용매(예를 들어, 아세톤, 클로로폼 또는 메탄올) 중의 성분들의 용액을 혼합하고, 철저히 혼합한 후, 예를 들어 증류에 의해 용매를 다시 제거하는 것이 또한 가능하다.
본 발명에 사용되는 LC 매질이 또한, 예를 들어 H, N, O, Cl, F가 대응 동위 원소(예컨대, 중수소)로 대체된 화합물을 포함할 수 있다는 것은 당업자에게 말할 필요도 없다.
하기 표 A 내지 E는 본 발명에 사용되는 LC 매질의 적합하고 바람직한 성분을 나타낸다. 음의 유전 이방성을 갖는 LC 호스트 혼합물에 사용하기에 적합한 화합물은 하기 표 A에 열거되어 있다. 양의 유전 이방성을 갖는 LC 호스트 혼합물에 사용하기에 적합한 화합물은 하기 표 B에 열거되어 있다. 키랄 도판트로 사용하기에 적합한 화합물은 하기 표 C에 열거되어 있다. 안정화제로 사용하기에 적합한 화합물은 하기 표 D에 열거되어 있고, RM으로 사용하기에 적합한 화합물은 하기 표 E에 열거되어 있다.
표 A(하기 약어가 사용됨: n, m, 및 z는, 각각의 경우, 서로 독립적으로, 1, 2, 3, 4, 5 또는 6임)
Figure pct00011
Figure pct00012
Figure pct00013
Figure pct00014
Figure pct00015
Figure pct00016
Figure pct00017
Figure pct00018
Figure pct00019
Figure pct00020
Figure pct00021
Figure pct00022
Figure pct00023
Figure pct00024
Figure pct00025
Figure pct00026
Figure pct00027
Figure pct00028
Figure pct00029
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따른 LC 매질은, 표 A로부터의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 화합물을 포함한다.
표 B(이때, n은 1 내지 15이고; (O)C n H 2n+1 은 C n H 2n+1 또는 OC n H 2n+1 을 의미함)
Figure pct00030
Figure pct00031
Figure pct00032
Figure pct00033
Figure pct00034
Figure pct00035
Figure pct00036
Figure pct00037
Figure pct00038
Figure pct00039
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따른 LC 매질은, 표 B로부터의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 화합물을 포함한다.
하기 표 C는 본 발명에 따른 LC 매질에 첨가될 수 있는 가능한 키랄 도판트를 나타낸다.
표 C
Figure pct00040
Figure pct00041
상기 LC 매질은 바람직하게는 0 내지 10 중량%, 특히 0.01 내지 5 중량%, 특히 바람직하게는 0.1 내지 3 중량%의 도판트를 포함한다. 상기 LC 매질은 바람직하게는, 표 C로부터의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 도판트를 포함한다.
하기 표 D는 본 발명에 따른 LC 매질에 첨가될 수 있는 가능한 안정화제를 나타낸다.
표 D(여기서, n은 1 내지 12, 바람직하게는 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 또는 8의 정수를 나타내고, 말단 메틸 기는 도시되지 않음).
Figure pct00042
Figure pct00043
Figure pct00044
Figure pct00045
Figure pct00046
상기 LC 매질은 바람직하게는 0 내지 10 중량%, 특히 1 ppm 내지 5 중량%, 특히 바람직하게는 1 ppm 내지 1 중량%의 안정화제를 포함한다. 상기 LC 매질은, 바람직하게는 표 D로부터의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 안정화제를 포함한다.
하기 표 E는 본 발명에 따른 LC 매질에 사용될 수 있는 예시적인 반응성 메소젠성 화합물을 나타낸다.
표 E
Figure pct00047
Figure pct00048
Figure pct00049
Figure pct00050
Figure pct00051
Figure pct00052
Figure pct00053
Figure pct00054
Figure pct00055
Figure pct00056
Figure pct00057
Figure pct00058
Figure pct00059
Figure pct00060
Figure pct00061
Figure pct00062
Figure pct00063
Figure pct00064
Figure pct00065
Figure pct00066
바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따른 혼합물은, 표 E의 화합물의 군으로부터 선택되는 하나 이상의 중합가능 화합물을 포함한다. 이들 중 화합물 RM-1, RM-4, RM-8, RM-17, RM-19, RM-35, RM-37, RM-39, RM-40, RM-41, RM-48, RM-52, RM-54, RM-57, RM-64, RM-74, RM- 76, RM-88, RM-102, RM-103, RM-109, RM-117, RM-120, RM-121 및 RM-122가 특히 바람직하다.
하기 실시예는 본 발명을 제한하지 않고 설명한다. 그러나, 이는, 바람직하게 사용되는 화합물들 및 이들 각각의 농도 및 서로 간의 이들의 조합을 사용한 바람직한 혼합물 개념을 당업자에게 보여주는 것이다. 또한, 하기 실시예는, 어떤 특성 및 특성 조합이 접근가능한지를 예시한다.
하기 약어와 기호가 사용된다.
V0은 20℃에서의 용량성(capacitive) 역치 전압[V]이고,
ne는 20℃ 및 589 nm에서 이상(extraordinary) 굴절률이고,
no은 20℃ 및 589 nm에서 정상(ordinary) 굴절률이고,
Δn은 20℃ 및 589 nm에서 광학 이방성이고,
ε⊥은 20℃ 및 1 kHZ에서 방향자에 수직인 유전 감수율(dielectric permittivity)이고,
ε∥은 20℃ 및 1 kHZ에서 방향자에 평행한 유전 감수율이고,
Δε은 20℃ 및 1 kHZ에서 유전 이방성이고,
cl.p. 또는 T(N.I)는 등명점이고,
γ1은 20℃에서 회전 점도[mPaㆍs]이고,
K1은 20℃에서 펼침(splay) 변형[pN]의 탄성 상수이고,
K2는 20℃에서 비틀림(twist) 변형[pN]의 탄성 상수이고,
K3은 20℃에서 굽힘(bend) 변형[pN]의 탄성 상수이다.
달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 본 발명에서의 모든 농도는 중량%로 인용되고, 용매 없이 모든 고체 또는 액정 성분을 포함하는 상응하는 전체 혼합물에 관한 것이다.
달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 본원에 제시된 모든 온도 값, 예컨대 융점 T(C,N), 스메틱(S) 상으로부터 네마틱(N) 상으로의 전이 T(S,N), 및 등명점 T(N,I)은 섭씨 온도(℃)로 인용된다. M.p.는 융점을 나타내고; cl.p.는 등명점을 나타낸다. 또한, C는 결정질 상이고, N은 네마틱 상이고, S는 스메틱 상이고, I는 등방성 상이다. 이들 기호 사이의 수치는 전이 온도를 나타낸다.
모든 물리적 특성은, 각각의 경우 달리 제시되지 않는 한, 문헌["Merck Liquid Crystals, Physical Properties of Liquid Crystals", Status Nov. 1997, Merck KGaA, Germany]에 따라 결정되고, 20℃의 온도에 대해 적용되고, Δn은 589 nm에서 결정되고, Δε은 1 kHz에서 결정된다.
본 발명에서 용어 "역치 전압"은, 달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 프리데릭스 역치(Freedericks threshold)로도 공지된 용량성 역치(V0)에 관한 것이다. 실시예에서, 광학 역치는 또한 일반적으로, 10% 상대 콘트라스트(V10)로 인용될 수 있다.
달리 언급되지 않는 한, 상기 및 하기에 기술되는 PSA 디스플레이 중의 중합가능 화합물의 중합 방법은, LC 매질이 액정 상, 바람직하게는 네마틱 상을 나타내는 온도에서 수행되고, 가장 바람직하게는 실온에서 수행된다.
달리 언급되지 않는 한, 시험 셀의 제조 방법 및 이의 전광 특성 및 다른 특성의 측정 방법은 이후 본원에서 기술되는 방법으로 또는 이와 유사하게 수행된다.
실시예
1. LC 호스트 혼합물
호스트 혼합물 1
네마틱 LC 호스트 혼합물 N1을 하기와 같이 배합하였다.
Figure pct00067
호스트 혼합물 2
네마틱 LC 호스트 혼합물 N2를 하기와 같이 배합하였다.
Figure pct00068
호스트 혼합물 3
네마틱 LC 호스트 혼합물 N3을 하기와 같이 배합하였다.
Figure pct00069
2. 중합가능 혼합물
각각의 경우, 네마틱 LC 호스트 혼합물 N1 내지 N3 중 하나에, 하기 도시되는 반응성 메소젠(RM) 중 하나를 각각 0.3 중량%의 농도로 첨가함으로써 중합가능 혼합물을 제조하였다.
RM 구조
Figure pct00070
Figure pct00071
달리 언급되지 않는 한, 시험 셀의 제조 방법 및 이의 전광 특성 및 다른 특성의 측정 방법은 이후 본원에서 기술되는 방법으로 또는 이와 유사하게 수행하였다.
VHR 신뢰성
전압 보전율의 측정에 사용되는 디스플레이는, 6 μm의 간격의 2개의 평면-평행 유리 외부 플레이트(이들은 각각, 전극 층을 안쪽에 갖고, 비-러빙된 VA-폴리이미드 정렬 층(JSR-PI2)을 상부에 가짐)로 이루어져 있고, 이들은 액정 분자의 호메오트로픽 엣지 정렬에 영향을 준다.
본 발명에 따른 중합가능 혼합물을 디스플레이 또는 시험 셀에 도입하고, 상기 중합가능 화합물을 정의된 강도의 UV 광의 조사에 의해 중합하였다. 2개의 UV 조사 단계를 수행하였으며, 제 1 단계는 이후로 "UV 1"로 명명되고, 제 2 단계는 이후로 "UV 2"로 명명된다. 단계 UV 1에서, 조사 시간은 5 분이며, 이때 전압을 동시에 상기 디스플레이에 인가한다(일반적으로, 40 Vpp 방형파, 200 Hz). 단계 UV 2에서는, 인가된 전압 없이, 조사 시간은 60 분이다. 실시예에서, 달리 제시되지 않는 한, 으면, 85 mW/cm2의 강도를 갖고 도 2에 도시된 바와 같은 방출 스펙트럼을 갖는 횐레로부터의 전술된 365nm LED 램프를 상기 UV 단계 둘 다에서 중합에 사용하였다. UV 강도는 표준 UVA 미터(UVA 센서를 가진 횐레 UV-미터 최고급(high end))를 사용하여 측정하였다.
비교의 이유로, 몇몇 시험 셀을 LED 램프 대신 현행 표준 UV 램프를 사용하여 UV 1 및 UV 2에 조사하였다. UV 1의 경우, 100 mW/cm2 강도를 갖는 횐레로부터의 금속-할라이드 램프 및 320 nm 차단 필터를 중합에 사용하였다. UV 2의 경우, 차단 필터 없이, 3.5 mW/cm2의 강도를 갖는 UV 형광 램프를 중합에 사용하였다. 조사 시간은 LED 처리와 동일하였다. UV 강도는, 차단 필터 없이, 표준 UVA 미터(UVA 센서를 가진 횐레 UV-미터 최고급)를 사용하여 측정된다.
VHR 값은 1V, 60Hz, 64 μs 펄스, 및 100℃에서 UV 노출 전후에 측정하였다(측정 장치: 아우트로닉-멜쳐스(Autronic-Melchers) VHRM-105).
VHR 값은 표 2에 제시된다.
표 2. VHR 값(%)
Figure pct00072
Figure pct00073
표 2로부터, LED UV 램프를 사용한 본 발명에 따른 UV 조사 및 중합 공정 이후의 모든 혼합물은, 표준 UV 램프를 사용한 UV 조사 및 중합 이후보다 더 높은 VHR 값을 가짐을 알 수 있다. 이는 더 우수한 신뢰성을 제공하는 것이다.
또한, 표 2로부터, 임의의 중합가능 화합물이 없는 LC 호스트 혼합물조차도, 표준 UV 램프를 사용한 조사 이후보다 LED UV 램프를 사용한 조사 이후에 더 높은 VHR 값을 나타냄을 알 수 있다. 이는, 표준 UV 중합 공정에 비해, LED 램프를 사용한 UV 조사가 LC 호스트 혼합물에 대해 더 약하며, 따라서 LC 호스트 혼합물에 손상을 줄 위험성이 더 낮음을 의미하다.
이는, LED 램프를 사용한 UV 조사 공정이, 상기 LC 호스트 혼합물 또는 상기 중합가능 화합물과는 독립적으로, UV 노출 이후 높은 VHR을 유지하는데 매우 적합함을 입증한다.
선경사각
경사각 측정에 사용되는 PS-VA 디스플레이 시험 셀은 4 μm 간격의 2개의 평면 평행 유리 외부 플레이트(이들 각각은, 대시형(dashed) 간격을 갖는 전극 층을 내부 상에 갖고, LC 분자의 호메오트로픽 엣지 정렬에 영향을 미치는 비-러빙된 VA-폴리이미드 정렬 층(JSR-PI2)을 상부에 가짐)로 이루어진다. 상부 및 하부 유리 전극은 평행하지만 이동된 상태이다(shifted). 상부 유리는 정렬-불량(misalignment) 영역을 커버하기 위한 추가적 수지 블랙 마스크를 가진다.
본 발명에 따른 중합가능 혼합물을 시험 셀에 도입하고, 달리 언급되지 않는 한, 상기 디스플레이에 동시에 인가되는 전압(보통 40 Vpp 방형파, 200 Hz)과 함께 UV 광을 2분 동안 조사함으로써 상기 중합가능 화합물을 중합시킨다. 실시예에서, 달리 언급되지 않는 한, 85 mW/cm2의 강도를 갖는 횐레로부터의 상기 언급된 365 nm LED 램프를 중합에 사용한다. UV 강도는, 표준 UVA 미터(UVA 센서를 갖는 횐레 UV-미터 최첨단)를 사용하여 측정하였다.
선경사각은, 전술된 조건 하에 상기 중합가능 화합물의 UV 조사 및 중합 이후에 측정하였다. 경사각은 악소-스캔(Axo-Scan)(악소메트릭스 인코포레이티드(Axometrics, Inc.))으로 결정하였다. 여기서, 높은 값(즉, 90° 각도로부터의 큰 편차)은 큰 기울기에 해당한다.
선경사각을 하기 표 3에 제시한다.
표 3. 선경사각
Figure pct00074
표 3으로부터, 상이한 조합의 RM 및 LC 호스트 혼합물을 갖는 LED UV 램프를 사용하여 선경사각을 생성하는 것이 가능함을 알 수 있다. 이는, LED 램프를 사용하는 본 발명에 따른 UV 조사 및 중합 공정이 PS-VA 디스플레이의 제조에 적합함을 입증하는 것이다.

Claims (26)

  1. (a) 제 1 기판 및 제 2 기판을 제공하는 단계로서, 이때 각각의 기판이 전극 구조를 구비하거나, 상기 기판들 중 하나는 2개의 전극 구조를 구비하고 나머지 기판은 전극을 구비하지 않는, 단계,
    (b) 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 사이에, 광중합에 의해 중합가능한 하나 이상의 중합가능 화합물을 포함하는 LC 매질을 개재시키는(interposing) 단계, 및
    (c) 상기 중합가능 화합물을 포함하는 LC 매질을 광원으로부터 방출된 광에 노출시켜, 상기 중합가능 화합물의 광중합을 유발시키는 단계
    를 포함하고, 이때 상기 단계 (c)에서의 광원은, 280 내지 420 nm 범위의 피크 파장 및 30 nm 이하의 전체 폭 절반 최대값(full width half maximum, FWHM)을 가진 방출 피크를 갖는 광을 방출하는 것을 특징으로 하는, 중합체-안정화된 정렬(PSA) 모드의 액정 디스플레이(LCD)의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원에 의해 방출된 광이, 350 내지 400 nm 범위의 피크 파장을 가진 방출 피크를 갖는 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 광원에 의해 방출된 광이, 360 내지 385 nm 범위의 피크 파장을 가진 방출 피크를 갖는 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광원에 의해 방출된 광이, 20 nm 이하의 FWHM을 가진 방출 피크를 갖는 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광원이 단일 방출 피크를 갖는 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광원이 LED 램프인 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 LCD가, 상기 LC 매질과 접촉하는 상기 제 1 기판의 표면 상에 제공된 제 1 정렬 층, 및 임의적으로, 상기 LC 매질과 접촉하는 상기 제 2 기판의 표면 상에 제공된 제 2 정렬 층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 기판이 제 1 전극 구조를 구비하고, 상기 제 2 기판이 제 2 전극 구조를 구비한 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 기판 중 하나가 제 1 및 제 2 전극 구조를 구비하고 있고, 상기 제 1 및 제 2 기판 중 나머지 하나는 전극 구조를 구비하지 않는 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단계 (c)가,
    (c1) 상기 전극에 전압이 인가되는 동안, 상기 중합가능 화합물을 포함하는 LC 매질을 광원으로부터 방출된 광에 노출시켜, 상기 중합가능 화합물의 광중합을 유발시키는 단계, 및
    (c2) 상기 전극에 전압이 인가되지 않는 동안, 광중합된 중합가능 화합물 및 임의의 남아있는 미중합된 중합가능 화합물을 포함하는 LC 매질을 광원으로부터 방출된 광에 노출시켜, 상기 남아있는 미중합된 중합가능 화합물의 광중합을 유발시키는 단계
    를 포함하고, 이때 상기 단계 (c1) 및 (c2) 중 하나 또는 둘 다에서, 광원은 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 정의된 바와 같은 것인, 제조 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 단계 (c1)에서 사용되는 광원이 75 내지 125 mW/cm2의 조사 강도(radiation intensity)를 갖는 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 단계 (c1)에서, 상기 중합가능 화합물을 포함하는 LC 매질이 광에 노출되는 시간이 30 내지 240초인 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
  13. 제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단계 (c2)에서 사용되는 광원이 5 내지 500 mW/cm2의 조사 강도를 갖는 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
  14. 제 10 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단계 (c2)에서, 상기 중합가능 화합물을 포함하는 LC 매질이 광에 노출되는 시간이 10 내지 150분인 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 사이에 밀봉제 물질을 제공하는 단계, 및
    상기 밀봉제 물질을 경화시키는 단계
    를 추가로 포함하는 제조 방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 밀봉제 물질이, 광-조사(photoradiation)에 노출됨으로써 경화되고, 이때
    (i) 상기 광-조사는, 상기 LC 매질에서 중합가능 화합물의 중합을 유발시키지 않도록 선택되고/되거나,
    (ii) 상기 중합가능 화합물을 갖는 LC 매질은, 상기 밀봉제 물질을 경화시키는데 사용되는 광-조사로부터 보호되는, 제조 방법.
  17. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
    상기 밀봉제 물질이 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 정의된 광원에 노출됨으로써 경화되는 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
  18. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서,
    상기 LC 매질이, 상기 밀봉제 물질을 경화시키는데 사용되는 광-조사로부터 포토마스크에 의해 보호되는 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단계 (b)에서, 상기 중합가능 화합물을 포함하는 LC 매질이 ODF(one drop filling) 방법으로 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 사이에 개재되는 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 단계 (b)가,
    (b1) 상기 제 1 및 제 2 기판 중 하나 상에, 상기 중합가능 화합물을 포함하는 LC 매질의 액적 또는 액적의 어레이를 분배하는 단계, 및
    (b2) 상기 제 1 및 제 2 기판 중 나머지 하나를, 분배된 상기 LC 매질의 액적을 갖는 기판의 상부에 제공하여, 상기 LC 매질의 액적을 퍼지게 하여 상기 두 기판 사이에 연속 층을 형성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
  21. 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 LC 매질이 자가-정렬제(self-aligning agent)를 추가로 함유하는 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
  22. 제 1 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광원이, 상기 중합가능 화합물이 흡수를 나타내는 파장 범위에서 방출 피크를 갖는 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
  23. 제 1 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중합가능 화합물이 반응성 메소젠(RMS)으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
  24. 제 1 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 LCD가 PS-VA, PS-OCB, PS-IPS, PS-FFS, PS-UB-FFS, PS-포지(posi)-VA, PS-TN, SA-VA 또는 SA-FFS 모드를 갖는 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
  25. (a) 제 1 기판 및 제 2 기판을 제공하는 단계로서, 이때 각각의 기판이 전극 구조를 구비하거나, 상기 기판들 중 하나는 2개의 전극 구조를 구비하고 나머지 기판은 전극을 구비하지 않는, 단계,
    (b) 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 사이에, 광중합에 의해 중합가능한 하나 이상의 중합가능 화합물을 포함하는 LC 매질을 개재시키는 단계, 및
    (c) 상기 중합가능 화합물을 포함하는 LC 매질을 광원으로부터 방출된 광에 노출시켜, 상기 중합가능 화합물의 광중합을 유발시키는 단계
    를 포함하고, 이때 상기 단계 (c)에서 광원은 LED 램프인 것을 특징으로 하는, PSA 모드의 LCD의 제조 방법.
  26. 제 25 항에 있어서,
    제 2 항 내지 제 5 항 및 제 7 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 정의된 바와 같은 제조 방법.
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