KR101111940B1 - 액정 디스플레이용 조성물 및 조립 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정 디스플레이의 제조를 위한 신규한 조성물 및 조립 방법에 관한 것이다. 상기 조립 방법은 액정 디스플레이의 롤-투-롤 연속식 제조에 대해 용이하게 규모 조정할 수 있기 때문에 특히 유리하다. 본 발명은 액정 디스플레이 셀을 톱-실링하기 위한 광배향성 톱-실링 조성물에 관한 것이다.
Figure R1020057014312
액정 디스플레이, 조립 방법, 톱-실링

Description

액정 디스플레이용 조성물 및 조립 방법 {COMPOSITIONS AND ASSEMBLY PROCESS FOR LIQUID CRYSTAL DISPLAY}
본 발명은 액정 디스플레이의 제조를 위한 신규한 조성물 및 조립 방법에 관한 것이다.
액정 디스플레이 (LCD) 는, 평평하고, 경량이며, 고화질이고, 추진 전압이 낮고, 소비전력이 낮아, 수십년간 시계, 라디오, PDA, 휴대용 컴퓨터, 태블릿 (tablet) 컴퓨터 및 프로젝션 TV 를 포함한 많은 응용 분야에서 디스플레이의 주된 대안이 되어 왔다. 그러나, 재료 및 조립 방법이 많이 향상되었음에도, 대형 LCD 는 여전히 제조하기가 매우 어렵고 시간이 많이 든다.
전형적인 LCD 의 기본적인 구성성분은 액정 박막, 각각 배향막 (alignment layer) 으로 코팅된 2 개의 판 및 한 쌍의 편광판으로 이루어진다. 전형적인 LCD 조립 방법에서, 제 1 단계는 전극판들의 제조를 포함한다. 능동 매트릭스형 컬러 디스플레이에 있어서, 컬러 필터 소자의 증착 (deposition) 및 패터닝 (patterning) 은 종종 상부 전극판 위에서 수행되며, 박막 트랜지스터 형성 및 금속 배선 (metal interconnect line) 은 하부 판 위에서 수행된다. 수동 컬러 디스플레이에 있어서, 투명 전극은 수직 배열 내의 양 대향판 상에서 패터닝되고, 관찰판 (viewing plate) 상의 컬러 필터는 완전 컬러 디스플레이를 제공한다. 전극판을 제조한 후에, 상기 전극판 위에 배향막을 코팅하고, 조심스럽게 러빙 (rubbing) 하거나 마찰 (buffing) 시켜 액정의 배향 및 프리틸트각 (pretilt angle) 을 제어한다. 그런 다음, 예를 들어 진공충전 공정으로 액정 (LC) 조성물을 상기 두 판 사이의 갭 (gap) 내로 주입시키기 위하여 개방되어 있는 작은 구멍을 가진 에지 밀봉 접착제 (edge seal adhesive) 를 이용하여 상부 및 하부 판을 서로 연결한다. 단분산 (mono-dispersed) 입자, 섬유 또는 석판 인쇄 (lithography) 로 제조된 부조 (relief) 패턴 등의 스페이서 (spacer) 를 사용하여 셀 갭을 정확히 제어한다. 마지막으로, 상기 구멍들을 밀봉제 (sealant)로 채우고, 디스플레이 셀을 편광 필름 및 임의로는 위상차 (retardation) 필름, 보상 필름 또는 광처리 (light management) 필름으로 적층시킨 후, 드라이버 회로 (driver circuitry) 를 이용하여 연결하고, 백라이트 (backlight) 유닛 (unit) 및 프레임 (frame) 과 함께 조립하여 디스플레이 조립품을 완성한다.
종래의 LC 주입 공정에서는, 상기 두 판 사이에 생성된 간격을 제거하고, LC 조성물을 상기 에지 밀봉제에 남아있는 구멍(들)을 통해 상기 셀 내로 도입한다. 이 단계를 통해, 상기 LC 조성물이 상당히 낭비되고, 상기 단계는 전형적으로는, 특히 셀 갭이 협소한 LCD 에 있어서 매우 느린 과정이다. 디스플레이의 크기가 증가할수록, 종래의 방법을 이용한 LC 충전에 필요한 시간은 극적으로 증가한다. 보다 좁은 셀 갭, 고속용 IPS (in-plane switching) 또는 광시야각에 대한 요구는 LC 충전 단계를 훨씬 더 느려지게 한다. 예를 들어, 전형적으로 15" LCD 에 대하여는 4 내지 6 시간의 충전 및 밀봉 시간이 필요하며, 22" LCD 에 대해서는 20 시간까지가 보고되었다. 통상적인 LCD 조립 공정에 대한 고찰은 문헌 ["Liquid Crystal Flat Panel Displays: Manufacturing Sciences & Technology", W.C. O'Mara 저 (1993); "Flat Panel Display Handbook", Display Industry Technology Review, 제 2 판 (2000), Stanford Resource, Inc.; 및 "Flat Panel Display 2002 Yearbook", Nikkei Microdevices] 에서 발견할 수 있다.
LC 충전 시간을 단축시키기 위한 것으로서 두 전극판을 조립하기 전에 LC 조성물을 채우는 것 (즉, "LC 적하법") 이 개시되었다[S. Yanada 등, SID 01 Digest, pp. 1350 (2001); H. Kamiya 등, SID 01 Digest, pp. 1354 (2001) 및 이들에 인용된 참조문헌들]. 상기 LC 적하 방법은, (1) 전극판에 UV 에지 밀봉제를 도포하고, (2) 상기 표면에 액정을 적하하고, (3) 진공하에서 제 2 기판을 상기 에지 밀봉제를 경유하여 제 1 전극판에 접착시킴으로써 디스플레이 셀을 조립하고, (4) 상기 밀봉제를, 예를 들어 UV 로, 경화시키는 것을 포함한다. 상기 방법은 LC 충전 시간을 감소시킬 뿐 아니라, 고비용의 LC 재료의 낭비를 감소시킨다. 그러나, 상기 방법은 대형 디스플레이 패널 (display panel) 의 생산에 대해서는 간단 명료하지 않다. 우선, 상기 디스플레이 셀을 조립하기 위해서 진공 단계가 필요하다. 둘째로, 상기 LC 조성물을 정확한 부피로 상기 판위에 적하해야 한다. 상기 액정 조성물을 과량으로 사용할 경우, 상기 밀봉제가 상기 LC 조성물로 바람직하지 않게 오염됨으로써 결함 또는 접착 불량이 야기될 수 있다. 한편, 액정 조성물이 불충분할 경우, 상기 디스플레이 셀 내로 바람직하지 않은 기포 (air pocket) 가 포획되는 경향이 있다. 상기 패널이 더 커질수록, 그리고 상기 유리 기판이 더 얇아질수록, 전극판은 진공에 의해 휘어질 수 있고, 상기 셀 내의 LC 부피의 편차가 일어날 수 있다. 이는 특히 셀 갭을 한정하기 위하여 연질 또는 이동성 스페이서를 사용하는 경우에 그러하다. 셋째로, 대부분의 TFT (thin film transistor, 박막 트랜지스터) LCD 에서 불투명 패턴의 존재로 인하여 에지 밀봉제의 불균일한 경화가 일어날 수 있다. 마지막으로, 이 방법은 롤-투-롤 (roll-to-roll) 제조 방식에 대해서는 규모 확대 (scale up) 가 어렵다.
롤-투-롤 충전 및 밀봉 방법은 공동계류중인 특허출원 09/759,212 (2002-0126249 에 대응함) 에, 분산형 LCD 에 대하여 개시되어 있다. 상기 공동계류중인 출원은 그의 전문이 참조로서 본원에 포함된다. 그러나, 이들에 개시된 상기 연속적인 두 충전/톱-실링 (top-sealing) 방법은, 액정의 배향 및 프리틸트 각을 제어하기 위해 배향막이 필요한 경우, 대부분의 LCD 에서 유용하지 않다.
발명의 개요
본 발명은 액정 디스플레이의 제조를 위한 신규한 조성물 및 조립 방법에 관한 것이다. 상기 조립 방법은, 액정 디스플레이의 롤-투-롤 연속 제조에 대해 규모 조절이 용이할 수 있기 때문에 특히 유리하다.
본 발명의 제 1 양상은 액정 디스플레이 셀을 톱-실링하기 위한 광배향성 (photoalignable) 톱-실링 조성물에 관한 것이다. 상기 광배향성 톱-실링 조성물은 광배향성 중합체, 올리고머 또는 이의 전구체 및 밀봉 용매 또는 용매 혼합물 을 포함할 수 있다. 상기 광배향성 톱-실링 조성물은 상기 액정 조성물과 혼화되지 않으며, 비중이 상기 액정 조성물의 비중 이하 또는 바람직하게는 미만이다.
본 발명의 제 2 양상은 광배향성 톱-실링 조성물에 사용하기 적합한 일군의 신규한 광배향 중합체, 올리고머 및 이들의 전구체들에 관한 것이다.
본 발명의 제 3 양상은 액정 디스플레이 셀의 톱-실링 방법에 관한 것이다.
본 발명의 제 4 양상은 액정 장치의 신규한 조립 방법이다.
본 발명의 제 5 양상은, 디스플레이 셀이 본 발명의 광배향성 톱-실링 조성물, 특히 본 발명의 신규한 광배향성 중합체, 올리고머 또는 이의 전구체를 포함한 광배향성 톱-실링 조성물로 톱-실링된 액정 디스플레이에 관한 것이다.
도 1A 는 본 발명의 조립 방법으로 제조된 액정 디스플레이의 전형적인 단면도를 도시한다. 도 1B 는 3차원 개관을 보여주는 계획도이다.
도 2 는 본 발명의 하부 기판 상에 세워진 수 개의 전형적인 스페이서들을 도시한다.
도 3A 는 종래의 에지-밀봉 방법으로 톱-실링된 전형적인 LCD 셀을 도시한다. 도 3B 는 본 발명의 방법으로 톱-실링된 LCD 셀을 보여준다.
본 명세서에서 다른 정의가 없는 한, 모든 기술 용어들은 본원에서, 이들이 통상 사용되고 당업계의 통상의 기술을 가진 자들에게 이해되는 통상적인 정의에 따라 사용된다.
예를 들어, "알킬"이라는 용어는, 임의로는 불포화된 탄소수 1 내지 30 의 선형 탄화수소 라디칼, 또는 임의로는 불포화된 탄소수 3 내지 30 의 분지형 또는 환형 탄화수소 라디칼을 지칭한다. 알킬기의 예로는, 메틸, 에틸, 시클로프로필메틸, 시클로헥실, 시클로헥실메틸, 옥틸, n-데실, 에테닐, 3-헥세닐 등이 있다. "알콕시"라는 용어는 -0-Ra 기 (식 중, Ra 는 상기 정의된 바와 같은 알킬이다) 를 나타낸다. "아릴"이라는 용어는 탄소수가 3 내지 18 인 방향족 탄화수소에서 유래한 유기 라디칼을 나타내며, 이에 제한되는 것은 아니나, 페닐, 나프틸, 안트라세닐 등이 있다. "알킬렌" 또는 "페닐렌"이라는 용어는 각각 2 개 부위 (예컨대, 2 개 말단) 에서 치환될 수 있는 알킬 또는 페닐 부분을 지칭한다.
본 명세서에 인용된 모든 간행물, 특허 출원 및 특허는, 각 개별 간행물, 특허 출원 또는 특허가 구체적으로 및 개별적으로 참조로 포함되는 것으로 지시된 것처럼 본원에서 참조로 포함된다.
본 발명의 조립 방법에 따라 제조된 전형적인 LCD 가 도 1A 에 나와 있다. 상기 디스플레이는 전형적으로 상부 (즉, 제 2) 기판 (11) 및 하부 (즉, 제 1) 기판 (12) 을 갖고 있다. 상부 (11) 및 하부 (12) 기판 각각이 도체층 (conductor layer) 을 포함할 수 있고 또는 상기 기판들 중 하나만 도체층을 포함할 수 있다.
하부 기판 (12) 상에는, 제 1 배향막 (12a) 및 임의로 도체층 (12b) 이 있다. 상기 하부 기판은 제 1 배향막 (12a) 을 포함하지 않을 수 있으나; 이 선택은 보다 덜 바람직하다.
스페이서 (13) 및 가장자리 벽 (13a) 들은 예를 들어, 제 1 배향막 (12a) 상에의 인쇄 (printing), 코팅 또는 광식각 (photolithography) 에 의해, 상기 셀 갭 (즉, 상부 및 하부 기판 간의 거리, 또는 좀 더 정확히는, 상기 두 배향막 12a 및 16 간의 거리) 을 정확히 제어하도록 세워진다. 제 1 배향막(12a) 상에 세워진 스페이서들은 임의의 모양일 수 있고, 바람직하게는 상부 표면이 평평한 것일 수 있다. 일부 비-제한적인 스페이서들의 예가 도 2 에 나와 있다.
액정 조성물 (15) 은 광배향성 실링층 (sealing layer) (16) 으로 톱-실링된 상부-개방된 디스플레이 셀(들) (14) 내로 채워진다. 투명 도체층 (나와있지 않음) 을 포함할 수 있는 상부 기판 (11) 은 최종적으로 톱-실링된 디스플레이 셀(들) 상에 배치되고, 임의로는 그 자체가 광배향성 층 또는 예비-정렬된 층일 수 있는 접착제층 또는 오버코트 (overcoat) (17) 를 가진다. 상부 기판 (11) 은 적층, 코팅, 인쇄, 기상 증착 (vapor deposition), 스퍼터링 (sputtering) 또는 이들의 조합 등의 방법으로 광배향성 톱-실링층 (16) 상에 또는 접착제- 또는 오버코트층 (17) 상에 배치시킬 수 있다. 상부 (11) 또는 하부 (12) 기판은 컬러 필터, 수분 또는 산소 장벽 또는 광학 보상 층 등의 추가적인 층 (나와있지 않음) 을 가질 수 있다. 마지막으로, 편광 필름(들) (나와있지 않음) 및/또는 기타 광처리 필름(들)을 상기 조립된 디스플레이 패널에 적용할 수 있다.
본 발명이 모든 유형의 LCD 에 적용가능함을 이해하여야 한다. 예를 들어, 본 발명은 수동 및 능동 구동 (addressing) LCD 모두에 적용가능하다. 수동 LCD 에 있어서, 상부 및 하부 전극은 수직 방식으로 두 기판 상에 패터닝된다. 능동 LCD 에서, 기판들 (11 및 12) 중 하나는 TFT 백플레인 (backplane) 일 수 있고, 나머지 기판은 통상의 무형 (non-patterned) 도체층 또는 절연체층 (면내 (in-plane) 스위칭) 일 수 있다. 기판 층들은 중합성 필름 또는 시트 (sheet), 유리, 금속 또는 산화금속 등일 수 있다.
I. 광배향성 톱-실링 조성물
한가지 구현예에서, 광배향성 톱-실링 조성물은 밀봉 용매 또는 용매 혼합물에 용해 또는 분산된 광배향성 중합체, 올리고머 또는 이의 전구체를 포함할 수 있다. 상기 광배향성 톱-실링 조성물은 비중이 LC 조성물의 비중 이하, 바람직하게는 미만이고, 상기 LC 조성물과 혼화되지 않는다.
톱-실링 조성물용으로 적당한 광배향성 중합체, 올리고머 및 이들의 전구체에는 전형적으로, 주쇄 또는 측쇄 상에 광배향성 작용기가 존재할 수 있다.
한가지 구현예에서, 광배향성 톱-실링 조성물은 주쇄 또는 측쇄 상에 탄화수소 반복 단위와 광배향성 작용기를 포함한 광배향성 중합체, 올리고머 또는 이의 전구체를 포함할 수 있다.
또 다른 구현예에서, 광배향성 톱-실링 조성물은 주쇄 또는 측쇄 상에 실록산 (siloxane) 반복 단위와 광배향성 작용기를 포함한 광배향성 중합체, 올리고머 또는 이의 전구체를 포함할 수 있다.
또 다른 구현예에서, 광배향성 톱-실링 조성물은 주쇄 또는 측쇄 상에 아크릴레이트, 메타크릴레이트 또는 비닐 반복 단위 및 광배향성 작용기를 포함한 광배향성 중합체, 올리고머 또는 이의 전구체를 포함할 수 있다.
또 다른 구현예에서, 광배향성 톱-실링 조성물은 주쇄 또는 측쇄 상에 우레탄, 요소, 카르보네이트, 에스테르, 아미드, 술폰, 이미드, 에폭시드 또는 포름알데히드의 축합물 (condensate) 등의 반복 단위와 광배향성 작용기를 포함한 광배향성 축합 중합체 또는 올리고머를 포함할 수 있다.
추가적인 구현예에서, 광배향성 톱-실링 조성물은 주쇄 또는 측쇄 내에 광배향성 기를 포함한 랜덤(random) 공중합체, 그라프트 (graft) 공중합체, 분지 (branch) 공중합체 또는 블록 공중합체를 포함할 수 있다.
추가적인 구현예에서, 광배향성 톱-실링 조성물은 주쇄 또는 측쇄 상에 광배향성 작용기를 포함한 하나 이상의 광배향성 블록 및 밀봉 용매 또는 존재하는 경우, 상기 톱-실링 조성물 중에 결합제(들) 또는 증점제 (thickener) (들) 등의 기타 비-광배향 중합체(들)와 친화성있는 또 다른 블록(들)을 가진 블록 공중합체를 포함할 수 있다.
또 다른 추가적인 구현예에서, 광배향성 톱-실링 조성물은 하나 이상의 광배향성 그라프트 쇄 및 밀봉 용매 또는 존재하는 경우, 상기 톱-실링 조성물 중에 결합제(들) 또는 증점제(들) 등의 기타 비-광배향 중합체(들)와 친화성있는 주쇄를 가진 그라프트 공중합체를 포함할 수 있다.
또 다른 구현예에서, 광배향성 톱-실링 조성물은 상기 언급한 광배향성 중합체 또는 올리고머들의 전구체를 포함할 수 있고, 광배향성 중합체 또는 공중합체는 톱-실링 조성물의 경화 또는 광배향 동안 또는 그 이전에 상기 전구체로부터 제자리에서 (in-situ) 형성될 수 있다. 광배향성 전구체는 LC 조성물과 혼화되지 않는 밀봉 용매 또는 용매 혼합물 중에 용해 또는 분산되어 있을 수 있다. 이러한 유용한 전구체로는, 이에 제한되지는 않으나, 이소시아나토에틸 아크릴레이트와 히드록실- 또는 아미노기로 말단-캡핑된 신나메이트 (cinnamate) 화합물과의 공중합체를 들 수 있다. 대안적으로는, 광배향성 중합체 전구체는 하기를 포함할 수 있다: (1) 예를 들어 신나메이트기를 가진 디올 또는 디아민; 및 (2) (1) 과 반응하여 제자리에서 광배향성 중합체 또는 올리고머를 형성할 수 있는 이들의 상보적 다작용성 이소시아네이트 또는 에폭시드.
상기 언급된 작용기는, 신나메이트, 쿠마린, 칼코니 (chalcony), 벤졸리덴나프탈리딘, 벤자일리덴아세토페논, 디페닐아세틸렌, 스틸바졸 (stilbazole), 스틸벤, 디페닐아세틸렌, 디아조, 스피로피란 (spiropyran) 등일 수 있다. 이는 또한 상기 식별한 작용기의 이종유도체 (heteroderivative) 일 수 있다. "이종유도체"라는 용어는 본원 전체에서, 하나 이상의 탄소 원자(들)이 산소, 질소 또는 황 등의 헤테로원자(들)로 대체된 작용기를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
광배향 톱-실링 조성물이 상기 액정 조성물과 비혼화성이어야 하고, 비중이 상기 액정 조성물의 비중 이하라는 조건 외에도, 상기 톱-실링 조성물은 허용가능한 텐팅(tenting), 습윤 및 접착 특성을 갖고 있어야 한다.
하기 섹션 II 에 기술된 특정 신규 광배향성 중합체, 올리고머 또는 이들의 전구체는 본 발명의 광배향 톱-실링 조성물에 특히 적합하다.
적당한 밀봉 용매로는, 이에 제한되지는 않으나, 직쇄형, 분지형 또는 환형 C1-12 탄화수소류, C1-4 알콜류, 물 등, 또는 이들의 혼합물을 들 수 있다. 비등점 및 비중이 낮은 용매가 특히 유용하다. 적당한 탄화수소 용매로는, 이에 제한되지는 않으나, 헥산, 시클로헥산, 헵탄, 옥탄, 노난, 데칸, 데칼린 등이 있다. 적당한 알콜 용매로는, 이에 제한되지는 않으나, 메탄올, 에탄올, 1-프로판올, 2-프로판올, 1-부탄올, 2-부탄올, t-부탄올 등이 있다.
밀봉 용매 또는 용매 혼합물 중의 광배향성 중합체, 올리고머 또는 이의 전구체의 일반적인 농도는 약 3 내지 약 25 중량% 범위, 바람직하게는 약 5 내지 약 15 중량% 범위이다. 상기 농도는 상기 실링 조성물의 최적의 점도 및 표면장력을 이루기 위하여 변할 수 있다.
한가지 구현예에서, 실링 조성물은 실온에서 점도가 50 cps 초과, 바람직하게는 약 50 내지 약 10000 cps 및 더욱 바람직하게는 약 100 내지 약 5000 cps 일 수 있다.
또한, 특히 저분자량 광배향성 중합체, 올리고머 또는 이의 전구체를 사용하는 경우에, 점도를 향상시키기 위하여 증점제를 사용할 수 있다. 상기 조성물이 탄화수소 용매에 용해 또는 분산된 경우, 적당한 증점제로는, 폴리실록산, 폴리이소프렌 또는 폴리부타디엔 블록 공중합체(예컨대, Kraton Polymers 사 (Houston, TX) 로부터의 크라톤 (Kraton) 열가소성 탄성체), 폴리(도데실 아크릴레이트)류 또는 폴리(도데실 메타크릴레이트)류 등의 고분자량 결합제들을 들 수 있다. 상기 조성물이 저급 알콜에 용해 또는 분산된 경우, 적당한 증점제로는, 폴리비닐 부티랄(butyral)류 및 히드록시프로필 셀룰로오스류를 들 수 있다.
LC 디스플레이의 유용한 또는 주소지정가능 (addressable) 영역을 증가시키기 위하여, 스페이서의 수 및 상기 스페이서가 차지하는 전체 면적을 줄이는 것이 매우 바람직하다. 그러나, 스페이서의 전체 면적 또는 수가 감소하면, 충전된 LC 셀(들)을 톱-실링함에 있어서의 어려움이 커진다. 만족할만한 이음새 없는 톱-실링을 이루기 위해서는, 톱-실링층을 전 조립 공정 내내 스페이서 및 가장자리 벽들에 유지시키는 양호한 텐팅 특성을 가진 실링 조성물을 갖는 것이 중요하다.
또한, 실링층은, 지지하는 스페이서 및 가장자리 벽에 대하여 "텐팅"하기 위하여 두께가 최소한이어야 한다. 최적의 텐팅을 위한 최소 두께는 사용되는 LC 조성물에 따라 다를 수 있다. 한가지 구현예에서, 본 발명의 광배향성 톱-실링층의 두께는 약 1 내지 약 20 미크론 (micron), 바람직하게는 약 1 내지 약 8 미크론 및 더욱 바람직하게는 약 2 내지 약 4 미크론 범위일 수 있다.
텐팅 특성을 향상시키기 위하여, 톱-실링 조성물은 바람직하게는 또한, 가장자리 벽 및 스페이서들에 대하여 양호한 습윤 특성을 가진다. 한가지 구현예에서, 텐팅 특성을 향상시키기 위하여, 차폐되는 LC 조성물의 표면장력보다 표면장력이 작은 톱-실링 조성물을 사용할 수 있다. 표면장력을 감소시키기 위하여 계면활성제를 사용할 수 있다. 유용한 계면활성제로는, 이에 제한되지는 않으나, 3M 사로부터의 FC 계면활성제류, 듀폰사로부터의 조닐 (Zonyl) 플루오로계면활성제류, 플루오로아크릴레이트류, 플루오로메타크릴레이트류, 플루오로-치환된 장쇄 알콜류, 퍼플루오로-치환된 장쇄 카르복실산류 또는 이들의 유도체 및 OSi 사로부터의 Silwet 계면활성제류를 들 수 있다. 대안적으로는, 저 표면장력 용매, 예컨대 헥산, 헵탄 또는 이소파 (Isopar) 를 사용하여 실링 조성물을 제형화할 수 있다.
또한, 셀 갭 및 텐팅 특성의 제어를 향상시키기 위하여, 부가적인 스페이서 입자 또는 섬유, 바람직하게는 크기 분포가 매우 좁은 것들을 광배향성 톱-실링 조성물에 첨가할 수 있다.
광배향성 톱-실링 조성물은 추가로 비-광배향성 중합체(들) 및 첨가제(들)를 포함할 수 있다. 톱-실링 조성물에 유용한 비-광배향성 중합체는, 결합제 또는 증점제로서 상기에 언급된 것들일 수 있다. 광배향성 톱-실링 조성물에 유용한 첨가제들로는, 아조벤젠류, 스틸벤류 또는 스피로피란류 등의 저분자량 (1000 미만) 광배향성 2색성 화합물을 들 수 있다.
II. 신규한 광배향성 중합체, 올리고머 및 이들의 전구체
하기 군의 신규한 광배향성 중합체, 올리고머 또는 이들의 전구체들이 본 발명의 광배향성 톱-실링 조성물에 특히 적합하다. 이들의 합성 방법 또한 제시된다.
[화학식 I]
Figure 112005042984859-pct00001
[식 중, x 는 1 내지 5 의 정수이고;
m 및 n 은 정수들이고, 이들의 합은 20 이상, 바람직하게는 50 이상이고,
R1, R2, R3, R4 및 R5 는 독립적으로 알킬, 아릴, 알킬아릴 또는 이들의 헤테로원자, 바람직하게는 탄소수가 1 내지 12 인 이들의 유도체, 치환 또는 비치환 알킬실릴 유도체이고;
R' 은 알킬렌, 시클로알킬렌 또는 페닐렌 등의 연결기 (linking group) 이다].
"이종유도체" 또는 "헤테로원자 유도체" 라는 용어는, 하나 이상의 탄소 원자(들)이 산소, 질소 또는 황 등의 헤테로원자(들)로 대체된 알킬, 아릴 또는 알킬아릴의 유도체로서 정의된다.
광배향성 기를 가진 화학식 (I) 의 폴리실록산은 하기 보여지는 반응식 (I) 에 따라 합성될 수 있다. 화학식 (I) [식 중, R1=R2=Si(CH3)3, R2=R3=R4=CH3, 및 R'=
Figure 112005042984859-pct00002
] 의 공중합체를 제조하기 위하여, 먼저 신남산을 티오닐 클로라이드와 반응시켜 대응 아실 클로라이드를 형성시키고, 이어서 이를 3-시클로헥센-1-올과 반응시켜 신나메이트 유도체를 함유한 비닐을 형성시킨다. 생성된 신나메이트유도체를 스피어스 촉매 (Speier's catalyst) 의 존재하에서 폴리(메틸실록산)으로 수소규소화반응 (hydrosilylation) 을 수행하면, 광배향성 신나메이트 측쇄를 함유한 폴리실록산이 생성된다. 또한, 상기 중합체의 유리전이온도 (Tg) 및 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 헥산, 시클로헥산, 이소파 또는 대부분의 액정과 비혼화성인 기타 탄화수소 용매 등의 용매와의 친화성을 최적화하기 위하여, 화학식 (I) 의 폴리실록산의 다양한 공중합체들을 합성할 수 있다. 광배향 중합체의 상기 언급한 용매들 중에서의 용해도 및 이의 액정들과의 불화합성을 추가로 조절하기 위하여, 치환기들인 R1, R2, R3, R4 및 R5 및 연결기 R' 을 독립적으로 불소화시킬 수 있다.
반응식 (I)
Figure 112005042984859-pct00003
[화학식 II]
Figure 112005042984859-pct00004
[식 중, n 은 1 이상, 바람직하게는 10 이상 및 더욱 바람직하게는 50 이상의 정수이고;
폴리올 부분은 폴리에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜, 폴리테트라메틸렌 글리콜, 폴리에스테르 디올, 폴리알킬렌 디올 또는 불소화 폴리에테르 디올로부터 형성될 수 있다].
하기 반응식 (II) 에 따라 주쇄 상에 광배향성 쿠마린기를 가진 화학식 (II) 의 폴리우레탄을 합성할 수 있다. 예를 들어, 6,7-디히드록시쿠마린을 먼저 에틸렌 카르보네이트로 처리하여 디히드록시에톡시-작용화된 쿠마린을 수득하고, 이를 다음으로 시클로헥산 디이소시아네이트 및 폴리올과 반응시켜 화학식 (II) 의 폴리우레탄을 형성시킨다.
반응식 (II)
Figure 112005042984859-pct00005
[화학식 III]
Figure 112005042984859-pct00006
[식 중, n 은 1 이상, 바람직하게는 10 이상 및 더욱 바람직하게는 50 이상의 정수이고;
폴리올 부분은 폴리에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜, 폴리테트라메틸렌 글리콜, 폴리에스테르 디올, 폴리알킬렌 디올 또는 불소화 폴리에테르 디올로부터 형성될 수 있다].
하기 나타난 바와 같은 반응식 (III) 에 의해 주쇄 상에 신나메이트기를 가진 화학식 (III) 의 광배향성 폴리우레탄을 합성할 수 있다.
반응식 (III)
Figure 112005042984859-pct00007
대안적으로는, 반응식 (II) 및 (III) 에 개시된 광배향성 작용기를 함유한 디이소시아네이트 및 디올을 상기 실링 조성물에 직접 사용할 수 있다. 이 경우, 광배향성 중합체는 실링층의 경화 동안 또는 그 후 제자리에서 형성될 것이다.
[화학식 IV]
Figure 112005042984859-pct00008
하기 반응식 (IV) 에 나타난 절차로써 7-히드록시쿠마린으로부터 화학식 (IV) 의 알콜-용해성 광배향성 공중합체를 합성할 수 있다. 중합체 개질용으로 적당한 공중합체로는, 이에 제한되지는 않으나, 아크릴산 공중합체, 비닐에테르-co-무수 말레산 등의 무수 말레산 공중합체, 2-히드록시에틸아크릴레이트 공중합체 등이 있다. 대안적으로는, 히드록실 쿠마린 또는 신남산을 글리시딜 아크릴레이트 또는 글리시딜 메타크릴레이트와 반응시키고, 이어서 비닐 단량체와 공중합 반응시켜 알콜 용해성 광배향성 공중합체를 수득할 수 있다.
반응식 (IV)
Figure 112005042984859-pct00009
[화학식 V]
Figure 112005042984859-pct00010
[식 중, x 는 0 내지 5 의 정수이고;
m 및 n 은 정수이고 이들의 합은 30 이상, 바람직하게는 100 이상이고;
R 은, 바람직하게는 탄소수가 1 내지 12 인, 알킬, 아릴, 알킬아릴, 알콕시, 아릴옥시, 디알킬아미노, 디아릴아미노 또는 시아노이다].
또한, 하기 반응식 V 에 나타난 바와 같이, 예를 들어, p-(t-부틸디메틸실옥시)스티렌 또는 p-(t-BOC)스티렌을 부타디엔, 이소프렌 또는 1,3-펜타디엔 등의 디엔과 블록 공중합 반응시킨 후, 산을 탈보호화하여 폴리(히드록시스티렌-b-디엔)을 수득하고, 이를 다시 신나밀 클로라이드 유도체로 처리함으로써, 광배향성 기를 가진 화학식 (V) 의 블록 공중합체를 합성할 수 있다. 생성된 블록 중합체는 광배향성 블록 및 탄화수소 용매들 (예컨대 헥산, 시클로헥산, 헵탄 또는 기타 이소파류) 에 고도로 가용적인 블록을 가진다. LC 조성물 상으로의 코팅시, 상기 광배향성 블록은 상기 LC 조성물과의 경계면으로 이동하는 경향이 있는데, 이는 정렬 효율을 최대화한다.
반응식 (V)
Figure 112005042984859-pct00011
[화학식 VI]
Figure 112005042984859-pct00012
[화학식 VII]
Figure 112005042984859-pct00013
하기 나타낸 반응식 (VI) 및 (VII) 에 따라, 디에폭시-작용성화된 쿠마린 및 디에폭시-작용성화된 신나메이트 유도체 등의 화학식 (VI) 또는 (VII) 의 광배향성 중합체들의 전구체들을 각각 합성할 수 있다. 또한, 화학식 (VI) 또는 (VII) 의 대응 디올 화합물을 톨루엔 디이소시아네이트 또는 이소포론 디이소시아네이트 등의 디이소시아네이트와 반응시켜, 신나메이트 또는 쿠마린기를 가진 폴리이소시아네이트 또는 디이소시아네이트를 합성할 수 있다.
반응식 (VI)
Figure 112005042984859-pct00014
반응식 (VII)
Figure 112005042984859-pct00015
III. 본 발명의 조립 방법
요컨대, 상기 조립 방법은 하기 단계를 포함한다: (a) 도전층 (conductive layer) 을 임의 포함한 제 1 기판 상에 제 1 배향막을 추가 및 가공하는 단계, (b) 상기 제 1 배향막 위에 인쇄, 코팅 또는 광식각 등의 방법으로 가장자리 벽들을 구축하여 디스플레이 외주를 한정하는 단계, (c) 상기 제 1 배향막 상에 스페이서를 구축 또는 적용하는 단계, (d) 스페이서 및 가장자리 벽으로 한정된 디스플레이 셀(들)을 광배향성 톱-실링층으로 충전 및 1-패스 (one-pass) 또는 2-패스 톱-실링 방법으로 톱-실링하는 단계, (e) 광배향성 층을 동시에 또는 순차적으로 경화 및 광배향하는 단계, 및 마지막으로 (f) 제 2 기판 또는 전극층을, 임의로는 그 자체가 광배향성 층 또는 예비-정렬된 층일 수 있는 접착제 또는 오버코트와 함께, 적층, 코팅, 인쇄, 기상 증착, 스퍼터링 또는 이들의 조합 등의 방법으로, 상기 톱-실링된 디스플레이 셀(들) 상에 배치하는 단계.
상기 단계들을 완료한 후, 편광자(들) 및 기타 광학 필름들을 조립된 디스플레이 패널에 적용하고, 이어서 드라이버 회로를 장착시킨다. 또한, 투과형 또는 반투과형 장치들에 대하여 백라이트 (backlight) 를 설치할 수 있다. 연속식 컨베이어 (conveyor) 또는 웹 방법으로 본 발명의 조립 방법을 수행할 수도 있다. 상기 방법은 처리량 및 생산량을 크게 향상시킬 뿐 아니라, 대형 액정 디스플레이를 효율적인 방식으로 생성할 수 있게 한다.
상기 조립 방법은 하기에 상세히 제시되어 있다.
(1) 하부 기판 (12) 구축
당업계에 공지된 방법 중 임의의 것을 이용하여 도체층을 임의 포함한 하부 또는 제 1 기판 (12) 을 제조할 수 있으며, 이에 대해 상세한 것은 문헌 ["Liquid Crystal Flat Panel Displays", William C. O'Mara 저, 1993] 에서 발견할 수 있다.
제 1 배향막 (12a) 을 상기 기판 (12) 상에 적층시킬 수 있다. 도체층(12b) 이 존재할 경우, 상기 배향막 (12a) 을 상기 기판 상의 도체 측면 (12b) 상에 코팅 또는 적층시킨다. 상기 제 1 배향막 (12a) 은 폴리이미드, 계면활성제, 커플링제 또는 광배향 중합체 또는 올리고머 등 LCD 제조에 일반적으로 사용되는 것들과 동일한 것일 수 있다. 적층 및 소성 (baking) 후, 제 1 배향막을 러빙 또는 편광에 노출시켜 정렬할 수 있다. 일부 응용에서, 다이아몬드 턴 (diamond turn) 을 사용하여 LC 정렬용 마이크로그루브 (microgroove) 또는 그라프팅 구조를 생성할 수 있다.
일반적으로, 광배향 중합체 또는 올리고머는 주쇄 또는 측쇄 상에 광배향 작용기를 가질 수 있다. 주쇄 또는 측쇄 상에 광배향성 작용기를 가진 광배향 중합체 및 공중합체의 전구체 또한 유용하다. 상기 작용기로는, 이에 제한되지는 않으나, 신나메이트, 쿠마린, 칼코니, 벤졸리덴나프탈리딘, 벤자일리덴아세토페논, 디페닐아세틸렌, 스틸바졸, 스틸벤, 디페닐아세틸렌, 디아조, 스피로피란 등이 있다. 특정 군의 광배향 중합체 또는 올리고머만이 하기에 구체적으로 언급되어 있으나, 본 발명의 조립 방법에서는 통상의 광배향성 중합체 모두 하부 기판 상의 제 1 배향막 (12a) 으로 사용될 수 있음은 물론이다.
예를 들어, 측쇄 상에 신나메이트, 쿠마린, 칼코니 또는 디페닐아세틸렌기를 가진 감광성 공중합체가 액정 장치용 광배향층으로 사용되어 왔다(V. G. Chigrinov, 등, US 5,389,698; M. Schadt 등, J. SID 1997 5/4367; Y. Makita 등, J. Photopoly. Sci. Technol. 1998, 11, 187; M. Obi 등, Chem. Mater. 1999, 11, 1293-1301; 0. Yaroshchuk, SID 00 Digest, pp-443-445; 및 J. Kim 등, SID 01 Digest, pp. 806-809 참조). 상기 광배향 공중합체들은, 예를 들어, N-메틸피롤리돈에 용해될 수 있고, 롤 트랜스퍼 코팅 (roll transfer coating) 또는 스핀 코팅으로 기판에 적용될 수 있다.
주쇄 상에 발색단 (chromophore) 을 가진 중합체 (S Song 등, Jp. J. Appl. Phs. 1998, 37, 2620) 및 주쇄 상에 페닐렌디아크릴로일기를 함유한 폴리에스테르류를 또한 광배향막으로 사용할 수 있다.
벤질리덴프탈이미드 측쇄를 가진 폴리메타크릴레이트류도 편광 E/Z 광이성질체화를 통해 광배향막으로 사용될 수 있다 ("Polymethacrylate with Benzylidenephthal-imide Side-chains, Photocontrol of Alignment of a Nematic Liquid Crystal", Macromol. Chem. Phys. 1998, pp-199, 363-373 및 375-383, D. Suh 저). 스티렌 단위체 및 페닐말레이미드 단위체들 상에 모두 ω-(4-칼코닐옥시)알킬기가 있는 스티렌 또는 폴리페닐말레이미드의 공중합체 또한 유용하다(M. Kimura 등, SID 01 Digest, pp. 1162-1165 및 SID 00 Digest, pp. 438-441; S. Nakata 등, SID 01 Digest, pp. 802-805 참조).
광반응성 에틸렌기를 가진 일군의 선형 및 환형 중합체 또는 올리고머를 배향막으로 사용한 것이 미국특허 제 5,539,074 호에 개시되어 있다. 이 군의 광중합체들의 단량체 단위로는, 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 2-클로로아크릴레이트, 2-페닐아크릴레이트, 아크릴로일페닐렌, 아크릴아미드, 메타크릴아미드, 2-클로로아크릴아미드, 2-페닐아크릴아미드, 비닐 에테르, 스티렌 유도체, 비닐 에스테르, 말레산 유도체, 푸마르산 유도체, 실록산 및 에폭시드류가 있다. 바람직한 단량체는 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 2-클로로아크릴레이트, 아크릴아미드, 메타크릴아미드, 2-클로로아크릴아미드, 스티렌 유도체 및 실록산이다.
또 다른 대안은 아조 또는 불소화 아조 염료 필름, 특히 아조 염료/폴리이미드 혼합물이다[W. C. Yip 등, SID 01 Digest, pp 1170-1173; 및 W. Gibbon, 등, Nature, London, 351,49, (1991); V. Vorflusev, 등, Mol. Crysta. Liq. Cryst., 263, 577 (1995) 참조].
덧붙여, 상기 배향막 (12a) 은 상기 섹션 II 에 기술된 신규한 광배향 중합체, 올리고머 또는 이의 전구체로부터 형성될 수도 있다.
(2) 스페이서 구축
가장자리 벽 (13a) 및 스페이서 (13) 를 인쇄, 코팅, 엠보싱 (embossing) 또는 광식각 등의 방법에 의해, 상기 하부 기판 (12) 의 제 1 배향막 (12a) 위에 적층시킬 수 있다. 본 발명에 있어서 음 작용성 (negatively working) 포토레지스트를 사용한 광식각이 바람직한데, 이는 고도로 매끄러운 표면이 용이하게 수득될 수 있기 때문이다. 스페이서는 임의의 모양일 수 있으나, 도 2 에 나와 있는 것과 같이 상부 표면이 평평한 것이 바람직하다. 추가적인 스페이서 입자 또는 섬유를 상기 배향 기판 상에 분무할 수 있다. 스페이서 및 가장자리 코팅의 높이는 약 1 내지 약 20 ㎛ 범위, 바람직하게는 약 2 내지 약 8 ㎛ 범위일 수 있다. 상기 액정 조성물 위의 이어지는 광배향성 톱-실링층의 텐팅 특성을 향상시키기 위하여는, 상부 표면이 평평한 가장자리 벽 및 스페이서가 바람직하다. 상기 스페이서의 상부 표면의 직경 또는 너비는 약 2 내지 약 30 미크론 범위, 바람직하게는 약 5 내지 약 15 미크론 범위일 수 있다. 이렇게 제조된 하부 기판은 본원 이하에서 "완성된(finished) 하부 기판" 또는 "상부-개방된 디스플레이 셀(들)" (14) 로 지칭한다. 이는, 디스플레이의 활성 영역 및 셀 갭을 한정하는 기판, 가장자리 벽 및 스페이서를 포함한다. 상기 완성된 하부 기판 (14) 은 또한, 도체층 (12b), 제 1 배향막 (12a) 또는 둘 다를 포함할 수 있다. 상기 제 1 배향막 (12a) 은, 존재하는 경우, 상기 가장자리 벽 또는 스페이서를 기판 상에 세우기 전에 러빙에 의해 배향될 수 있다. 광배향성 층을 제 1 배향막 (12a) 으로 사용하는 경우, 가장자리 벽 및 스페이서를 구축한 후에, 편광(UV)을 사용하여 광배향을 수행할 수 있다. 도체- 또는 전극층 (12b) 이 존재할 경우, 제 1 배향막 (12a), 가장자리 벽 (13a) 및 스페이서 (13) 는 상기 도체층의 측면에 존재한다.
상기 가장자리 벽 (13a) 은 액정 조성물을 액티브 셀 내에 한정하기 위해 필요하다. 상기 가장자리 벽은 열 또는 방사선 경화성 물질을 제 1 기판의 제 1 배향막 상으로 인쇄 또는 코팅하여 형성할 수 있다. 스페이서 (13) 는 셀 갭을 한정할 뿐 아니라, 상기 액정 조성물 위에 이음새 없는 밀봉을 형성하는 광배향성 톱-실링층에 대한 지지체로도 역할을 한다. 가장자리 벽 및 스페이서는, LCD 산업계에서 통상적으로 사용되는 에폭시 및 실리콘 수지 등의 통상적인 에지 밀봉 접착제로부터 형성될 수 있다. 바람직하게는, 음 작용성 포토레지스트를 포함하는 UV 경화성 수지로부터 장자리 벽 및 스페이서를 형성한다.
(3) 액정 재료
본 발명에서 사용될 수 있는 액정 조성물 (15) 은 당업계에 충분히 공지되어 있다. 상기 신규한 조립 방법은 TN (twisted-nematic), STN (super twisted nematic), 게스트 호스트 (guest host), 콜레스테릭 (cholesteric), 강유전성 (ferroelectric) 또는 분산형 LCD 등의 LCD 들에 적합하다.
본 발명에서 사용될 수 있는 액정 재료의 예로는, 이에 제한되지는 않으나, Merck KGaA 사 (Darmstadt, 독일) 로부터의 E7, TL205, TL213, BL006, BL009, BL037, ME5N.F, CCP-30CF3, PCH-3, CCP-3F.F.F, MLC 혼합물 계열; Chisso Corp. 사 (일본) 로부터의 5HBF3, 5PCL 및 5HPFF; 및, Dainippon Ink & Chemicals, Inc. 사 (일본) 로부터의 CCG-V-F, ME2N.F 및 CPTP-3-2 를 들 수 있다. 액정 재료에 대한 고찰은 문헌 [W. C. O'Mara, "Liquid Crystal Flat Panel Displays", Van Nostrand Reinhold 저, (1993); T. J. Bunning 등, 편저, "Liquid Crystals for Advanced Technologies", Materials Research Soc. Symp. Proceedings, Vol. 425 (2000); S. T. Wu 및 D. K. Yang, "Reflective Liquid Crystal Displays", JohnWiley & Son, Ltd, (2001); N. March 및 M. Tosi, ed. ,"Polymers, Liquid Crystals, and Low-Dimensional Solids", Plenum Press (1984); G. W. Gray 및 J. W. Goodby, "Smetic Liquid Crystals, Textures and Structures", Leonard Hill (1984); "P. Kirsch, 등, Mol. Cryst. Liq. Cryst., 346 , 193 (2000) 및 Angew. Chem. Int. Ed., 39 , 4216 (2000); T. Broschard, 등, IDW'00, paper FMC-3-1, Kobe, 일본 (2000)] 에서 찾아볼 수 있다.
게스트-호스트 시스템에서, 아릴아조 또는 폴리(아릴아조) 염료를 포함하는 2색성 게스트 염료를 사용할 수 있다. 적당한 2색성 염료로는, Funktionfluid Gmb 사 (독일) 로부터의 블루 AB2, 레드 AR1 및 옐로우 AG1 및 Mitsui Toatsu 사로부터의 SI-486 (황색), S1426 (자색), M483 (청색), S344 (검정), S428 (검정) 및 S7 (검정) 을 들 수 있다. 일부 경우 비이온성 아조 및 안트라퀴논 염료 또한 사용할 수 있다. 예로서는, 이에 제한되지는 않으나, 오일 레드 EGN, 수단 (Sudan) 레드, 수단 블루, 오일 블루, 마크롤렉스 (Macrolex) 블루, 용매 블루 35, Pylam Products Co. (아리조나) 로부터의 필람 (Pylam) 스피릿 (Spirit) 블랙 및 패스트 (Fast) 스피릿 블랙, Aldrich 사로부터의 수단 블랙 B, BASF 사로부터의 열가소성 블랙 X-70, Aldrich 사로부터의 안트로퀴논 블루, 안트로퀴논 옐로우 114, 안트로퀴논 레드 111, 135 및 안트로퀴논 그린 28 을 들 수 있다. 어떤 경우에라도, 상기 염료들은 화학적으로 안정하여야 한다.
(4) 디스플레이 셀(들)의 충전 및 톱-실링
상부-개방된 디스플레이 셀로도 불릴 수 있는 완성된 하부 기판 (14) 을 구축한 후, 이를 액정 조성물 (15) 로 충전하고, 1-패스 또는 2-패스 톱-실링 공정 중 하나에 의해 광배향성 실링층 (16) 으로 톱-실링한다. 둘 중 어떤 경우에도, 상부 기판 (11) 을 완성된 하부 기판 (14) 상에 연결하기 전에 디스플레이 셀을 톱-실링시킨다.
"1-패스 충전 및 톱-실링 방법"에서는, 본 발명의 광배향성 조성물을, 예를 들어, 인-라인 (in-line) 블렌더를 이용하여, 액정 조성물에 예비분산시키고, 그 직후, 미라드 바 (Myrad bar), 그라비아 (gravure), 닥터 블레이드 (doctor blade), 슬랏 (slot) 코팅 또는 슬릿 (slit) 코팅으로, 상기 완성된 하부 기판 상으로 코팅시킨다. 상기 광배향성 조성물은 액정 조성물에 대해 비혼화성이고, 비중이 상기 액정 조성물의 비중보다 작다. 과량의 유체는, 와이퍼 블레이드 (wiper blade) 또는 유사 장치로 스크래핑 (scraping) 해서 제거할 수 있다. 상기 광배향성 톱-실링 조성물은 상부쪽으로 부유하며, 상기 액정 층 위에 상청액 층을 형성한다.
대안적으로는, 본 발명의 액정 조성물 및 광배향성 톱-실링 조성물을 "2-패스" 밀봉 방법으로써 상기 완성된 하부 기판 상에 순차적으로 코팅할 수 있다. 이 방법에서는, 먼저 액정 조성물을 완성된 하부 기판 (14) 에 의해 한정된 상부-개방된 디스플레이 셀 내로 충전시키고, 과량의 유체를, 예를 들어 러버 (rubber) 블레이드로 스크래핑 제거한 후, 상기 액정 층 위에 본 발명의 광배향성 톱-실링 조성물을 오버코팅하여 셀들의 톱-실링을 수행할 수 있다. 액정 및 광배향성 층 사이의 계면에서의 계면중합반응 또는 가교화가 상기 밀봉 방법에 유리할 수 있다. 상기 계면중합반응 또는 가교화 반응으로 상기 계면에서 얇은 장벽층을 형성시킴으로써, 액정 조성물 및 광배향성 오버코트 간의 혼합을 상당히 억제할 수 있다. 혼합의 정도를 추가로 감소시키기 위하여, 광배향성 톱-실링 조성물의 비중을 액정의 비중 이하로 하는 것이 매우 바람직하다.
상기 기술한 바와 같은 휘발성 유기 용매들을 사용하여 광배향 조성물의 점도 및 비중 및 코팅의 건조 두께를 조절할 수 있다. 휘발성 용매를 광배향성 톱-실링 조성물에 사용할 경우, 이는 액정 조성물에 비혼화성이고, 비중이 상기 액정상 (liquid crystal phase) 의 비중 이하인 것이 또한 바람직하다. 2-패스 오버코팅 방법은 특히, 액정상의 성분(들)이 광배향 조성물 중에 적어도 부분적으로 가용적이거나 또는 그 반대일 때, 유용하다. 광배향성 층 및 액정상 간의 혼합의 정도를 추가로 줄이기 위하여, 광배향성 조성물을 오버코팅하기 전에 상기 충전된 디스플레이 하부 기판을 냉각시킬 수 있다.
또한, 용매, 증점제 또는 첨가제들을 상기 2-패스 공정에서 사용하여 2-패스 밀봉 방법에 대하여 유변, 습윤 및 텐팅 특성을 최적화할 수 있다.
열, 수분, 용매 증발 또는 편광(UV) 등의 방사선에의 노출에 의하여, 상기 기술한 방법 중 하나에서 광배향성 톱-실링 조성물의 경화를 성취할 수 있다. 상기 편광(UV)을 사용하여 광배향성 톱-실링 조성물의 경화 및 상기 광배향성 층을 통한 액정의 배향을 동시에 이룰 수 있다. 대안적으로는 상기 광배향성 층을 먼저 다른 방법들로 경화시키고, 그 후 편광에 노출시켜 광배향시킬 수 있다. 1-패스 또는 2-패스 공정 중 하나로 형성된 톱-실링층 (16) 은 액정 조성물을 상기 디스플레이 셀(들) 내로 이음새 없이 밀봉할 뿐 아니라, 상기 액정 조성물에 대한 배향막으로도 기능한다.
그런 다음, 적층, 코팅, 인쇄, 기상 증착, 스퍼터링 또는 이들의 조합 등의 방법으로 상부 기판 또는 전극층 (11) 을 상기 톱-실링된 및 배향된 액정 셀 상에 배치시켜 모듈 조립을 위한 준비가 된 액정을 형성한다. 상부 기판 또는 전극판 및 광배향 실링층 사이에 접착제, 오버코트 층 또는 컬러 필터 등의 부가적인 층 (17) 을 첨가하여 공정 영역 또는 디스플레이 성능을 개선할 수 있다. 대안적으로는, 상부 기판을 먼저 톱-실링층 위에 배치시킨 후, 톱-실링층을 상기 기판(들) 중 하나를 통해 편광(UV)으로 광배향시킬 수 있다. 임의로는, 편광 노출을 전기장 하에서 수행하여 광배향의 효율을 추가로 향상시킬 수 있다.
톱-실링/광배향막은 두께가 약 1 내지 약 20 미크론 범위, 바람직하게는 약 1 내지 약 8 미크론 및 더욱 바람직하게는 약 2 내지 약 4 미크론 범위일 수 있다.
본 발명의 2 개의 도식적인 톱-실링된 LC 셀이 도 3A 및 3B 에 나와 있다. 도 3A 는, 종래의 에지-밀봉 접착제로 에지-실링된 전형적인 LCD 셀을 도시한다. 도 3A 에서, 31, 32, 32a, 33 및 36 은 각각 제 2 (상부) 기판, 제 1 (하부) 기판, 제 1 배향막, 스페이서 또는 가장자리 벽 및 제 2 배향막이다. 제 2 기판 (31)/배향막 (36) 은 단순히 스페이서들 위에 세워지며, 스페이서 (33) 와 배향막 (36) 사이에서 습윤 곡률은 발견되지 않거나 무시할 만큼이 발견될 수 있다. 도 3B 는 본 발명의 방법으로 톱-실링된 LCD 셀을 보여준다. 도 3B 에서, 31, 32, 32a, 33 및 38 는 각각 제 2 (상부) 기판, 제 1 (하부) 기판, 제 1 배향막, 스페이서 또는 가장자리 벽 및 제 2 및 톱-실링된 배향막이다. 한가지 구현예에서, 톱-실링 배향막 (38) 은 스페이서 또는 가장자리 벽 (33) 의 내부 표면 (33a) 내에 접촉하여 있을 수 있다. 또 다른 구현예에서, 도 3B 에 나타난 바와 같이, 스페이서 또는 가장자리 벽 (33) 과 톱-실링 광배향막 (38) 사이의 계면에서 습윤 곡률이 존재할 수 있다. 이러한 습윤 곡률은 텐팅 및 접착 특성을 향상시키는데 유리할 수 있다. 그러나, 만곡한 부분은, 보다 넓은 가시 영역 (또는 보다 높은 개구율 (aperture ratio)) 을 달성하기 위하여 작게 유지되어야 한다.
(5) 최종 단계
상기 신규한 조립 방법의 최종 단계는 당업계에 공지된 방법들로 수행된다(예를 들어,"Liquid Crystal Flat Panel Displays", William C. O'mara 저, 1993 참조).
액정 디스플레이에 대한 조립 방법의 최종 단계들 중 하나는, 편광자를 각 기판의 외부에 적용하는 것이다. 편광 필름은, 상기 유리에 편광자를 부착시키기 위해 필요한 감압 (pressure sensitive) 접착제층을 함유한 복합 필름이다. 편광의 방향은 상기 유리 기판의 각 측면에 대하여 선택된다. 보통, 액정 조성물이 특정 각의 비틀림을 가진 경우, 편광자를 서로에 대해 이 각으로 설정할 것이다. 이는, "표준" 백색 조건에서, 광이 한 면으로부터 지나가서 상기 액정에 의해 회전하여 다른 면을 통과하게 한다.
일부 경우, 상기 편광자에 앞서 지연제 또는 보상 필름을 적용한다. 보상 필름은 STN 디스플레이에서 별개의 황색 또는 청색의 보정에 유용하다. 보상 필름을 사용하면, 순수 검정 및 백색 디스플레이를 수득할 수 있고, 시야각 또한 증가된다. 적당한 필름 재료로는, 폴리카르보네이트 및 폴리메틸 메타크릴레이트가 있다.
완성된 디스플레이는 통상 유리 기판 중 하나 위에 또는 그 근처에 드라이버 집적 회로가 장치되어 있을 것이다. 상기 장착은 통상의 방법으로 수행된다. 액정 디스플레이용 백라이팅 또한 당업계에 공지되어 있으며, 문헌 ["Liquid Crystal Flat Panel Displays", William C. O'mara 저, 1993] 에 기술되어 있다.
본 발명의 신규한 조립 방법은 자동화 방식으로 연속식으로 또는 반-연속식으로 수행될 수 있음을 유의하여야 한다. 컨베이어형의 조립 방법이 LCD 조립에 특히 적합하다.
본 발명이 특정 구현예들을 참조하여 기술되었지만, 본 발명의 진정한 정신 및 영역에서 이탈하지 않는 한 다양한 변화가 가해질 수 있고 등가물로 치환될 수 있음은 당업계의 숙련된 자들에게 자명할 것이다. 또한, 본 발명의 목적, 정신 및 영역에 대하여, 특정 상황, 물질, 조성물, 방법, 공정 단계 또는 단계들에 맞게 많은 변형이 이루어질 수 있다. 이러한 모든 변형은 본원에 첨부된 청구항의 영역 내에 있는 것으로 의도된다.

Claims (66)

  1. 상부-개방된 디스플레이 셀에 충전된 액정 조성물을 톱-실링 및 배향하기 위한 광배향성 톱-실링 조성물로서,
    상기 광배향성 톱-실링 조성물은 밀봉 용매 또는 용매 혼합물에 용해 또는 분산된 광배향성 중합체, 올리고머 또는 이의 전구체를 포함하고,
    상기 광배향성 중합체, 올리고머 또는 이의 전구체는 주쇄 또는 측쇄 상에 광배향성 작용기를 포함하며,
    상기 광배향성 작용기는 신나메이트, 쿠마린, 칼코니 (chalcony), 벤졸리덴나프탈리딘, 벤자일리덴아세토페논, 디페닐아세틸렌, 스틸바졸 (stilbazole), 스틸벤, 디아조 및 스피로피란 (spiropyran) 으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 광배향성 톱-실링 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 광배향성 톱-실링 조성물이 상기 액정 조성물의 비중보다 작은 비중을 갖고, 액정 조성물에 대해 비혼화성인 광배향성 톱-실링 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 광배향성 중합체, 올리고머 또는 이의 전구체가 주쇄 또는 측쇄 상에 탄화수소 반복 단위 및 광배향성 작용기를 포함하는 광배향성 톱-실링 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 광배향성 중합체, 올리고머 또는 이의 전구체가 주쇄 또는 측쇄 상에 실록산 반복 단위 및 광배향성 작용기를 포함하는 광배향성 톱-실링 조성물.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 광배향성 중합체, 올리고머 또는 이의 전구체가 주쇄 또는 측쇄 상에 아크릴레이트, 메타크릴레이트 또는 비닐 반복 단위 및 광배향성 작용기를 포함하는 광배향성 톱-실링 조성물.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 광배향성 중합체, 올리고머 또는 이의 전구체가 주쇄 또는 측쇄 상에 우레탄, 요소, 카르보네이트, 에스테르, 아미드, 술폰, 이미드, 에폭시드 또는 포름알데히드의 축합물의 반복 단위 및 광배향성 작용기를 포함하는 광배향성 톱-실링 조성물.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 광배향성 중합체, 올리고머 또는 이의 전구체가 주쇄 또는 측쇄 내에 광배향성 작용기를 포함한 랜덤 공중합체, 그라프트 공중합체, 분지 공중합체 또는 블록 공중합체인 광배향성 톱-실링 조성물.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 광배향성 중합체, 올리고머 또는 이의 전구체가 주쇄 또는 측쇄 상에 광배향성 작용기를 갖는 하나 이상의 광배향성 블록 및 조성물 내에서 상기 밀봉 용매 또는 용매 혼합물과 친화성 있는 또 다른 블록(들)의 블록 공중합체인 광배향성 톱-실링 조성물.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 광배향성 중합체, 올리고머 또는 이의 전구체가 하나 이상의 광배향성 그라프트 쇄 및 상기 밀봉 용매 또는 용매 혼합물과 친화성 있는 주쇄를 갖는 그라프트 공중합체인 광배향성 톱-실링 조성물.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 광배향성 톱-실링 조성물이 상기 광배향성 중합체 또는 올리고머의 전구체를 포함하는 광배향성 톱-실링 조성물.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 광배향성 중합체, 올리고머 또는 이의 전구체가 하기로 이루어진 군으로부터 선택되는 광배향성 톱-실링 조성물:
    [화학식 I]
    Figure 112011028709978-pct00055
    [식 중, x 는 1 내지 5 의 정수이고;
    m 및 n 은 정수들이고, 이들의 합은 20 이상이고;
    R1, R2, R3, R4 및 R5 는 독립적으로 알킬, 아릴, 알킬아릴 또는 이의 헤테로원자 유도체, 치환 또는 비치환 알킬실릴 유도체이고;
    R6 은 트리메틸실릴이고;
    R' 은 알킬렌, 시클로알킬렌 또는 페닐렌에서 선택되는 연결기이다];
    [화학식 II]
    Figure 112011028709978-pct00056
    [식 중, n 은 1 이상의 정수이고; 폴리올 부분은 폴리에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜, 폴리테트라메틸렌 글리콜, 폴리에스테르 디올, 폴리알킬렌 디올 또는 불소화 폴리에테르 디올로부터 형성된다];
    [화학식 III]
    Figure 112011028709978-pct00057
    [식 중, n 은 1 이상의 정수이고; 폴리올 부분은 폴리에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜, 폴리테트라메틸렌 글리콜, 폴리에스테르 디올, 폴리알킬렌 디올 또는 불소화 폴리에테르 디올로부터 형성된다];
    [화학식 IV]
    Figure 112011028709978-pct00058
    ;
    [화학식 V]
    Figure 112011028709978-pct00059
    [식 중, x 는 0 내지 5 의 정수이고;
    m 및 n 은 정수이고 이들의 합은 30 이상이고;
    R 은 알킬, 아릴, 알킬아릴, 알콕시, 아릴옥시, 디알킬아미노, 디아릴아미노 또는 시아노이다];
    [화학식 VI]
    Figure 112011028709978-pct00060
    ;
    [화학식 VII]
    Figure 112011028709978-pct00061
    .
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 밀봉 용매 또는 용매 혼합물이 상기 액정 조성물의 비중보다 작은 비중을 갖고, 액정 조성물에 대해 비혼화성인 광배향성 톱-실링 조성물.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 밀봉 용매 또는 용매 혼합물이 직쇄형, 분지형 또는 환형 C1-12 탄화수소류, C1-4 알콜류, 물 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 광배향성 톱-실링 조성물.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 탄화수소 용매가 헥산, 시클로헥산, 헵탄, 옥탄, 노난, 데칸 및 데칼린으로 이루어진 군으로부터 선택되는 광배향성 톱-실링 조성물.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 알코올이 메탄올, 에탄올, 1-프로판올, 2-프로판올, 1-부탄올, 2-부탄올 또는 t-부탄올인 광배향성 톱-실링 조성물.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 밀봉 용매 또는 용매 혼합물 중의 광배향성 중합체, 올리고머 또는 이의 전구체의 농도가 3 내지 25 중량% 범위인 광배향성 톱-실링 조성물.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 밀봉 용매 또는 용매 혼합물 중의 광배향성 중합체, 올리고머 또는 이의 전구체의 농도가 5 내지 15 중량% 범위인 광배향성 톱-실링 조성물.
  18. 제 1 항에 있어서, 상기 광배향성 톱-실링 조성물이 추가로 비-광배향성 중합체를 포함하는 광배향성 톱-실링 조성물.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 비-광배향성 중합체가 고분자 결합제 또는 증점제인 광배향성 톱-실링 조성물.
  20. 제 1 항에 있어서, 상기 광배향성 톱-실링 조성물이 추가로 저분자량 광배향성 2색성 화합물을 포함하는 광배향성 톱-실링 조성물.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 광배향성 2색성 화합물이 1000 미만의 분자량을 갖는 광배향성 톱-실링 조성물.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 광배향성 2색성 화합물이 아조벤젠류, 스틸벤류 및 스피로피란류로 이루어진 군으로부터 선택되는 광배향성 톱-실링 조성물.
  23. 제 11 항에 있어서, 화학식 I 에서 R1 및 R6 은 독립적으로 트리메틸실릴이고, R2, R3 및 R4 는 독립적으로 메틸인 광배향성 톱-실링 조성물.
  24. 제 11 항에 있어서, 상기 광배향성 중합체, 올리고머 또는 이의 전구체가 화학식 Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ, Ⅴ, Ⅵ 또는 Ⅶ 로 표시되는 광배향성 톱-실링 조성물.
  25. 액정 조성물로 충전되고, 제 1 항의 광배향성 조성물로부터 형성된 광배향성 톱-실링층에 의해 톱-실링된, 하부 기판 상에 형성된 디스플레이 셀들을 포함하는 액정 디스플레이 패널.
  26. 제 25 항에 있어서, 광배향성 톱-실링층이 하기로 이루어진 군으로부터 선택되는 광배향성 중합체, 올리고머 또는 이의 전구체를 포함하는 제 1 항의 광배향성 조성물로부터 형성된 액정 디스플레이 패널:
    [화학식 I]
    Figure 112011028709978-pct00062
    [식 중, x 는 1 내지 5 의 정수이고;
    m 및 n 은 정수들이고, 이들의 합은 20 이상이고;
    R1, R2, R3, R4 및 R5 는 독립적으로 알킬, 아릴, 알킬아릴 또는 이의 헤테로원자 유도체, 치환 또는 비치환 알킬실릴 유도체이고;
    R6 은 트리메틸실릴이고;
    R' 은 알킬렌, 시클로알킬렌 또는 페닐렌에서 선택되는 연결기이다];
    [화학식 II]
    Figure 112011028709978-pct00063
    [식 중, n 은 1 이상의 정수이고; 폴리올 부분은 폴리에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜, 폴리테트라메틸렌 글리콜, 폴리에스테르 디올, 폴리알킬렌 디올 또는 불소화 폴리에테르 디올로부터 형성된다];
    [화학식 III]
    Figure 112011028709978-pct00064
    [식 중, n 은 1 이상의 정수이고; 폴리올 부분은 폴리에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜, 폴리테트라메틸렌 글리콜, 폴리에스테르 디올, 폴리알킬렌 디올 또는 불소화 폴리에테르 디올로부터 형성된다];
    [화학식 IV]
    Figure 112011028709978-pct00065
    ;
    [화학식 V]
    Figure 112011028709978-pct00066
    [식 중, x 는 0 내지 5 의 정수이고;
    m 및 n 은 정수이고 이들의 합은 30 이상이고;
    R 은 알킬, 아릴, 알킬아릴, 알콕시, 아릴옥시, 디알킬아미노, 디아릴아미노 또는 시아노이다];
    [화학식 VI]
    ;
    [화학식 VII]
    Figure 112011028709978-pct00068
    .
  27. 제 25 항에 있어서, 상기 디스플레이 셀 각각이 스페이서 또는 가장자리 벽을 포함하는 액정 디스플레이 패널.
  28. 제 27 항에 있어서, 상기 광배향성 톱-실링층이 상기 스페이서 또는 가장자리 벽의 내부 표면과 접촉되는 액정 디스플레이 패널.
  29. 제 28 항에 있어서, 상기 스페이서 또는 가장가지 벽과 상기 광배향성 톱-실링층 사이의 계면에서 습윤 곡률이 존재하는 액정 디스플레이 패널.
  30. 제 25 항에 있어서, 상기 광배향성 톱-실링층이 1 내지 20 미크론 범위의 두께를 갖는 액정 디스플레이 패널.
  31. 제 25 항에 있어서, 상기 광배향성 톱-실링층이 1 내지 8 미크론 범위의 두께를 갖는 액정 디스플레이 패널.
  32. 제 25 항에 있어서, 상기 광배향성 톱-실링층이 2 내지 4 미크론 범위의 두께를 갖는 액정 디스플레이 패널.
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