KR900005862B1 - 액정표시소자 - Google Patents

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KR900005862B1
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다다오 나카타
스스무 에라
야스오 하나와
기시로 이와사키
데루오 기타무라
무코오아키오
도시카즈 나라하라
야스히코 간도
슌이치 누마타
고지 후지사키
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가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼
미타 가츠시게
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Abstract

내용 없음.

Description

액정표시소자
본원 발명은 200도에서 250도의 범위내에서 비틀린 나선구조를 갖는 액정의 배향막에 관한 것이며, 특히 스캐터링 도메인(scattering domain)이 발생하지 않는 액정표시소자에 관한 것이다.
종래의 트위스트 네마틱(twisted nematic)(TN)모드의 액정소자에 있어서는 2매의 전극기판간에서 90°비틀어서 배치한 배향막으로 액정분자를 규제하고 있다. 배향막으로서는 SiO의 사방증착막(斜方蒸着膜) 또는 폴리이미드계의 재료가 주로 사용되고 있다. 그러나 이 TN 모드에서는 시분할 특성을 비약적으로 향상시키기는 곤란하며, 금후 대용량의 디스플레이를 얻는 것은 기대할 수 없다.
한편, 근래에 이르러 액정분자를 하나의 기판에서 다른 기판으로 270도 비틀어서 배향시키는 슈퍼트위스트 복굴절효과(superwisted birefringence effect)(SBE)를 사용한 액정소자에 대하여 1985년 4월 30일부터 5월 2일에 미합중국 플로리다주 오를란도에서 개최된 SID 인터내셔날심포지움(SID 85 다이제스트 120-123페이지)에서 발표되었고, 액정의 새로운 응용분야를 개척하는 것으로서 기대되고 있다.
그런데 SBE 액정소자와 같이 액정의 비틀림(twist)각을 종래의 90도에 비해 훨씬 크게 한, 예를 들면 270도로 한 소자에 대해서는 종래와 같은 틸트(tilt)각이 작은 러빙(rubbing)에 의한 배향막에서는 스캐터링 도메인(빛을 산란하는 도메인)이 발생하여 정상적인 표시를 할 수 없다. 이 스캐터링도메인을 방지하는데는 배향제어막의 틸트각을 크게 하는 이외에 현재로서는 다른 방법은 없다. 틸트각을 크게하는 수단으로서는 사방증착법이 있지만, 사방증착법은 양산이 곤란하다. 따라서 틸트각을 지금까지 보다도 크게 할 수 있는 유기고분자막의 실현이 중요한 과제로 되고 있었다.
종래의 네마틱액정에 의한 TN모드에 있어서는 배향막의 틸트각이 작아짐에 따라 시분할구동특성이 향상된다. 따라서, TN모드에서는 배향막의 틸트각이 약 3도 이하의 막재료를 이용하여 제품화를 하고있는 것이 현상된다. 그러나 SBE모드에서는 TN모드와 달라 배향의 틸트각이 크지 않으면 스캐터링도메인이 발생한다고 하는 문제가 있었다.
본원 발명의 목적은 SBE 액정의 비틀림각이 200-250도인 액정표시소자에 있어서, 이 액정에 스캐터링도메인 발생이 없는 유기고분자배향막을 사용한 액정표시소자를 제공하는데 있다.
본원 발명은 최소한 한쪽은 투광성의 전극을 갖는 한쌍의 기판사이에 플러스에 유전이방성(誘電異方性)을 나타내며 또한 선광성(旋光性)물질을 함유하는 네마틱액정층을 배설하고, 이 액정층내의 액정부자가 한쪽 기판면에서 다른 기판면을 향해 배향되며, 또한 그 배향방향이 양 기판간에서 200-250도로 비틀린 나선구조를 갖는 액정표시소자에 있어서, 상기 전극과 상기 액정층간에 장쇄(長鎖)탄화수소기를 갖는 디아민화합물 또는 트리플루오로메틸기를 갖는 디아민화합물과 테트라카르본산 2무수물을 반응시켜서 얻는 폴리이미드 배향막이 설치되어 있고, 이 막이 네마틱액정분자에 대해 3도 이상의 프레틸트(pretilt)각을 갖는 배향막임을 특징으로 하는 액정표시소자에 있다.
상기 장쇄탄화수소기를 갖는 디아민화합물로서는 일반식(Ⅰ)로 표시되며,
Figure kpo00001
(X는 -NH2또는 -CONHNH2이며, n은 8-13의 정수를 나타냄)
또, 상기 트리플루오로메틸기를 갖는 디아민화합물이 일반식(Ⅱ)로 표시되는
Figure kpo00002
(X는
Figure kpo00003
또는
Figure kpo00004
를 나타냄)
디아민화합물에서 선정된다. 이러한 디아민화합물로서는 예를 들면 다음과 같다.
Figure kpo00005
Figure kpo00006
Figure kpo00007
Figure kpo00008
상기 디아민화합물과 반응시키는 테트라카르본산 2무수물로서는 예를 들면 다음과 같다.
Figure kpo00009
Figure kpo00010
Figure kpo00011
Figure kpo00012
Figure kpo00013
또, 상기 폴리이미드배향막은 장쇄탄화수소기를 가는 디아민화합물과, 트리플루오로메틸기를 갖는 디아민화합물을 테트라카르본산 2무수물과 반응시켜서 이루어진 공중합체 폴리이미드를 사용할 수 있다. 물론 이막도 네마틱액정분자에 대하여 3도 이상의 프레틸트각을 갖는 배향막이 아니면 안된다.
또 디아민화합물이 일반식(Ⅲ)으로 표시되는 디아미노 디페닐에테르.
Figure kpo00014
(n은 정수 또는 1의 정수를 나타냄)
및 일반식(Ⅳ)로 표시되는
Figure kpo00015
(Ar1은 알킬렌기 또는 페닐렌기를, Ar2는 알킬기 또는 아릴기를 나타냄)
디아미노실록산을 포함하는 것이라도 좋다.
상기(Ⅳ)식으로 표시되는 화합물로서는 예를 들면 다음과 같다.
Figure kpo00016
Figure kpo00017
Figure kpo00018
Figure kpo00019
Figure kpo00020
Figure kpo00021
폴리이미드 배향막은 상기 디아민화합물과 테트라카르본산 2무수물을 중축합(重縮合)함으로써 얻어진다. 또 중축합한 폴리머끼리를 블렌드해서 사용해도 되며, 필요에 따라 실란커플링제를 첨가해도 된다.
상기 폴리이미드배향막은 네마틱액정에 대한 프레틸트각 3도 이상의 것을 선택함으로써 스캐터링도메인의 발생을 억제할 수 있다.
또 본원 발명의 액정소자는 액정분자의 나선의 비틀림각을 200-250도로 하기 위해 선광성물질을 액정에 함유시킬 필요가 있다. 선광성물질로서는 일반적으로 사용되고 있는것을 사용할 수 있다. 예를 들면 서독 메르크(Merck)사제의 S 811, S966, S 1082, 또는 영국 BDH(British Drug Houses) 사제의 C-15, CB-15 등을 네마틱액정에 대해 0.5-1중량% 첨가하는 것이 좋다.
그리고, 본원 발명에 있어서 사용하는 액정은 TN모드 액정소자에 일반적으로 사용되고 있는 네마틱액정을 사용할 수 있다.
상기 배향막의 소자기판상으로의 형성방법은 TN모드로 하고 있는 방법과 같이 합성된 플리이미드와니스를 담그기, 회전도포, 스프레이 또는 인쇄 등의 방법에의해 형성할 수 있다. 형성한 막은 통상의 방법으로 러빙함으로써 목적으로 하는 막에 인접한 액정분자의 프레틸트각을 얻는다.
그리고, SiO2, Al2O3, TiO2등 무기막을 형성한 위에 본원 발명의 배향막을 형성해도 된다.
[실시예 1]
표 1에 나타낸 디히드라지드화합물과 피로멜리트산 2무수물을 N-메틸-2-피롤리돈용액중에서 중축합시켜, 폴리히드라지드 산와니스를 얻었다. 이것을 액정소자의 기판상에 도포한 다음, 300℃ 소성을 하여 800Å의 폴리이디드막을 제작했다. 그 후, 액정분자의 비틀림각을 220도로 하기 위해 윗쪽 전극기판, 아래쪽 전극기판을 각각의 각도로 러빙을 하고, 이때 윗쪽 기판상의 막의 러빙방향과 아래쪽 기판상의 막의 러빙방향간의 각도는 220°이다. 다시 기판간에 스페이서를 끼우고, 8㎛ 갭의 액정셀을 조립하여, 비페닐계액정, 에스테르시클로헥산(ECH) 및 페닐시클로헥산(PCH) 계액정을 주성분으로 하는 플러스의 유전이방성을 갖는 네마틱액정에 선광성물질 메르크사의 S 811을 0.5중량%를 첨가한 것을 진공봉입하여, 소자를 제작했다.
그 후, 윗쪽 평광판의 흡수축방향 및 아래쪽 편광판의 흡수축방향을 조제하여, 스캐터링도메인(빛을 산란시키는 도메인)의 유무를 조사했다. 또 상기 배향막에 대해서는 BDH 사제의 비페닐계액정 E-7을 통상의 회전법을 이용하여 He-Ne 레이저로 틸트각을 조사했다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.
[실시예 2]
표 1에 나타낸 디히드라지드화합물과 4,4'-디아미노디페닐에테르를, 3,3',4,4'-비페닐테트라카르본산 2무수물과 용매중에서 공중합시켜서 얻은 폴리히드라지드산-아미드산와니스를 도포한 다음, 350℃ 소성을 하여 500
Figure kpo00022
의 폴리이디드막을 제작했다. 실시예 1과 같이 스캐터링도메인의 유무와, 배향막의 틸트각을 측정했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
[실시예 3]
표 1에 나타낸 디히드라지드화합물과 4,4'-디아미노디페닐에테르-3-카르본아미드를 3,3',4,4'-벤조페논테트라카르본산 2무수물과 용매중에서 공중합시켜서 얻은 폴리히드라지드산-아미드산화니스를 도포한 다음 300℃ 소성을 하여 800Å의 폴리이디드-이미드-이소인돌로키나졸린디온막을 제작했다.
상기 배향막을 사용하여 실시예 1과 같은 방법으로 액정표시소자를 형성하고, 소자에 대하여 실시예 1과 같은 시험을 실시하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.
[실시예 4]
표 1에 나타낸 디히드라지드화합물과 디아미노실란을 3,3',4,4'-비페닐테트라카르본산 2무수물과 용매중에서 공중합시켜서 얻은 폴리히드라지드산-아미드산-실록산와니스를 도포한 다음, 350℃ 소성을 하여 1000Å의 폴리히드라지드이미드-이미드-실록산막을 제작했다.
상기 배향막을 사용하여, 실시예 1과 같은 방법으로 액정표시소자를 형성하고, 소자에 대하여 실시예 1과 같은 시험을 실시하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.
[실시예 5]
표 1에 나타낸 디아민화합물과 피로멜리트산 2무수물을 용매중에서 중합시켜서 얻은 폴리아미드산와니스를 도포한 다음, 200℃ 소성을 하여 300Å의 폴리이미드막을 제작했다.
상기 배향막을 사용하여, 실시예 1과 같은 방법으로 액정표시소자를 형성하고, 소자에 대하여 실시예 1과 같은 시험을 실시하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.
[실시예 6]
표 1에 나타낸 장쇄의 디히드라지드화합물과 3,3',4,4'-비페닐테트라카르본산 2무수물 및 이소프탈산클로라이드를 용매중에서 중합시켜서 얻은 폴리히드라지드산-아미드산와니스를 도포한 다음, 250℃ 소성을 하여 800Å의 폴리히드라지드이디드-이미드막을 제작했다.
상기 배향막을 사용하여, 실시예 1과 같은 방법으로 액정표시소자를 형성하고, 소자에 대하여 실시예 1과 같은 시험을 실시하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.
[비교예 1]
표 1에 나타낸 4,4'-디아미노디페닐에테르와 피로멜리트산 2무수물을 용매중에서 중합시켜서 얻은 폴리아미드산와니스를 도포한 다음, 250℃ 소성을 하여 800의 폴리이디드막을 제작했다.
상기 배향막을 사용하여, 실시예 1과 같은 방법으로 액정표시소자를 형성하고, 소자에 대하여 실시예 1과 같은 시험을 실시하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.
[비교예 2]
표 1에 나타낸 4,4'-디-(P-아미노페녹시)-2,2-디페닐프로판과 이소프탈산클로라이드를 용매중에서 중합시켜서 얻은 폴리아미드와니스를 도포한 다음, 200℃ 소성을 하여 600Å의 폴리이디드막을 제작했다.
상기 배향막을 사용하여, 실시예 1과 같은 방법으로 액정표시소자를 형성하고, 소자에 대하여 실시예 1과 같은 시험을 실시하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.
표 1에서 명백한 바와 같이 본원 발명에 의하면 TN방식과 같은 러빙으로 하는 배향에 의해서도 스캐터링도메인의 발생을 볼 수 없었다.
[표 1]
Figure kpo00023
[실시예 7]
표 2에 나타낸 트리플루오로메틸기 함유의 디아민화합물과 4,4'-디아미노디페닐 에테르 및 불소함유의 테트라카르본산 2무수물을 N-메틸-2-피롤리돈의 존재하에서 중축합하여 얻은 폴리아미드산 와니스 도포후 300℃ 소성을 하여 800Å의 폴리이디드막을 제작했다. 그 후, 액정분자의 비틀림각을 250도로 하기 위해 윗쪽 전극기판, 아래쪽 전극기판을 각각의 각도로 러빙을 하고, 다시 기판간에 스페이서를 끼우고, 8㎛ 갭의 액정셀을 조립하며, 플러스 유전이방성을 가지며 네마틱 액정, 에스테르시클로헥산(ECH) 및 페닐시클로헥산(PCH)계 액정을 주성분으로 하는 네마틱액정에 선광성물질 메르크사의 S 811을 0.5중량%를 첨가한 액정재료를 갭내에 진공봉입하여 액정표시소자를 제작했다.
그 후 스캐터링도메인의 유무를 조사했다. 그리고 실시예 1과 대략 같은 방법으로 형성된 액정표시소자의 배향막에 대한 비틀림각을 결정하였다. 결과를 표 2에 나타낸다.
[실시예 8]
표 2에 나타낸 트리플루오로메틸기 함유의 디히드라지드화합물과 3,3',4,4'-비페닐테트라카르본산 2무수물 용매중에서 공중합하여 얻은 폴리히드라지드산 와니스를 도포한 다음, 350℃ 소성을 하여 500Å의 폴리히드라지드이디드막을 제작했다.
상기 배향막을 사용하여 실시예 7과 같은 방법으로 액정표시소자를 형성하고, 소자에 대하여 실시예 1과 같은 시험을 실시하였다. 결과를 표 2에 나타낸다.
[실시예 9]
표 2에 나타낸 트리플루오로메틸기 함유의 디아민화합물과 4,4'-디아미노디페닐에테르-3-카르본아미드 및 불소함유의 테트라카르본산 2무수물을 용매중에서 중합하여 얻은 폴리아미드산 와니스를 도포한 다음, 250℃ 소성을 하여 600Å의 폴리이미드이소인돌로 카나졸린막을 제작했다.
상기 배향막을 사용하여 실시예 7과 같은 방법으로 액정표시소자를 형성하고, 소자에 대하여 실시예 1과 같은 시험을 실시하였다. 결과를 표 2에 나타낸다.
[실시예 10]
표 2에 나타낸 트리플루오로메틸기 함유의 디아민화합물과 디아미노실란을 불소함유의 테트라카르본산 2무수물을 용매중에서 공중합하여 얻은 폴리아미드산 실록산와니스를 도포한 다음, 350℃ 소성을 하여 1000Å의 폴리이미드실록산막을 제작했다.
상기 배향막을 사용하여 실시예 7과 같은 방법으로 액정표시소자를 형성하고, 소자에 대하여 실시예 1과 같은 시험을 실시하였다. 결과를 표 2에 나타낸다.
[실시예 11]
표 1에 나타낸 디아민화합물과 트리플루오로메틸기를 갖는 디아민화합물과 피로멜리트산 2무수물을 용매중에서 공중합시켜서 얻은 폴리아미드산 와니스를 도포한 다음, 250℃ 소성을 하여 800Å의 폴리이디드막을 제작했다.
상기 배향막을 사용하여, 실시예 7과 같은 방법으로 액정표시소자를 형성하고, 소자에 대하여 실시예 1과 같은 시험을 실시하였다. 결과를 표 2에 나타낸다.
이상의 설명에서 알 수 있듯이 본원 발명에 의하면 액정분자의 비틀림각이 200도에서 250도 범위 내에서의 SBE 모드의 액정소자에 있어서, 종래의 TN 모드 액정소자의 것보다도 틸트각이 큰 배향제어막을 갖는 것이 얻어지므로 TN 모드와 같이 배향막의 러빙법을 본원 발명의 SBE 모드 액정소자에 적용해도 스캐터링 도메인의 발생이 없으며, 양산성에 적합한 액정표시소자를 제공할 수 있다.
상기 본원 발명의 액정표시소자는 광변조소자, 대형 디스플레이로서 사용할 수 있다.
[표 2]
Figure kpo00024

Claims (6)

  1. 최소한 한쪽은 투광성의 전극을 갖는 한쌍의 기판사이에 플러스의 유전이방성을 나타내며 또한 선광성 물질을 함유하는 네마틱액정층을 배설하고, 이 액정층내의 액정분자가 한쪽 기판면에서 다른 기판면을 향해 배양되며, 또한 그 배향방향이 양 기판간에 200-250도로 비틀린 나선구조를 갖는 액정표시소자에 있어서, 상기 전극과 상기 액정층간에 장쇄 탄화수소기를 갖는 디아민화합물 또는 트리플루오로메틸기를 갖는 디아민화합물과 테트라카르본산 2무수물과를 반응시켜서 얻는 폴리이미드 배향막이 설치되어 있으며, 이 막이 네마틱액정분자에 대해 3도 이상의 프레틸트각을 갖는 배향막임을 특징으로 하는 액정표시소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 장쇄탄화수소기를 갖는 디아민화합물이 일반식(Ⅰ)로 표시되며,
    Figure kpo00025
    (X-NH2또는 -CONHNH2이며, n은 8-13의 정수를 나타냄) 또, 상기 트리플루오로메틸기를 갖는 디아민화합물이 일반식(Ⅱ)로 표시되는
    (X는
    Figure kpo00026
    또는
    Figure kpo00027
    를 나타냄)디아민화합물인 액정표시소자.
  3. 제1항에 있어서, 상기 디아민화합물이 일반식(Ⅲ)으로 표시되는 디아미노디페닐에테르,
    Figure kpo00028
    (n은 0 또는 1의 정수를 나타냄) 및 일반식(Ⅳ)로 표시되는 디아미노실옥산
    Figure kpo00029
    (Ar1은 알킬렌기 또는 페닐렌기를, Ar2는 알킬기 또는 아릴기를 나타냄), 중에서 선정된 최소한 하나의 디아민화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  4. 최소한 한쪽은 투광성의 전극을 갖는 한쌍의 기판사이에 플러스의 유전이방성을 나타내며 또한 선광성 물질을 함유하는 네마틱액정층을 배설하고, 이 액정층내의 액정분자가 한쪽 기판면에서 다른 기판면을 향해 배양되며, 또한 그 배향방향이 양 기판간에 200-250도로 비틀린 나선구조를 갖는 액정표시소자에 있어서, 상기 전극과 상기 액정층간에 장쇄 탄화수소기를 갖는 디아민화합물 및 트리플루오로메틸기를 갖는 디아민화합물과, 테트라카르본산 2무수물과를 반응시켜서 얻는 폴리이미드 배향막이 설치되어 있으며, 이 막이 네마틱액정분자에 대해 3도 이상의 프레틸트각을 갖는 배향막임을 특징으로 하는 액정표시소자.
  5. 제4항에 있어서, 상기 장쇄탄화수소기를 갖는 디아민화합물이 일반식(Ⅰ)로 표시되며,
    Figure kpo00030
    (X-NH2또는 -CONHNH2이며, n은 8-13의 정수를 나타냄) 또, 상기 트리플루오로메틸기를 갖는 디아민화합물이 일반식(Ⅱ)로 표시되는
    Figure kpo00031
    (X는
    Figure kpo00032
    또는
    Figure kpo00033
    를 나타냄)디아민화합물인 액정표시소자.
  6. 제4항에 있어서, 상기 디아민화합물이 일반식(Ⅲ)으로 표시되는 디아미노디페닐에테르,
    Figure kpo00034
    (n은 0 또는 1의 정수를 나타냄) 및 일반식(Ⅳ)로 표시되는 디아미노실옥산
    Figure kpo00035
    (Ar1은 알킬렌기 또는 페닐렌기를, Ar2는 알킬기 또는 아릴기를 나타냄), 중에서 선정된 최소한 하나의 디아민화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
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