KR20050047890A

KR20050047890A - 액정 배향막 및 그 형성방법

Info

Publication number: KR20050047890A
Application number: KR1020030081692A
Authority: KR
Inventors: 문종원; 박종섭
Original assignee: 엘지.필립스 엘시디 주식회사
Priority date: 2003-11-18
Filing date: 2003-11-18
Publication date: 2005-05-23

Abstract

본 발명은 배향막 형성에 관한 것으로써 특히, 전계 반응성을 가지는 액정을 포함하는 배향막에 관한 것이다. 상기 배향막은 액정과 광 개시제와 모노머와 수지바인더와 솔벤트를 포함하는 광 경화성 고분자 수지를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 액정과 광 배향성 유기분자를 포함하는 수지바인더를 포함하는 것을 또 다른 특징으로 한다. 본 발명은 액정에 전계를 인가함으로써 배향막의 초기배향을 이루고, 상기 액정을 포함하는 솔루션(solution)을 광 경화함으로써 배향막을 형성하거나, 전계와 광을 동시에 또는 이시에 인가함으로써 물리적 접촉 없이 배향막을 형성하여 이물발생 방지, 정전기 발생 방지 등의 효과를 얻을 수 있다.

Description

액정 배향막 및 그 형성방법{ALIGNMENT LAYER AND FABRICATION METHOD OF THE SAME}

본 발명은 배향막 및 그 제조방법에 관한 것으로써 특히, 광 경화되는 고분자 화합물에 액정을 혼합하거나 광 배향하는 수지바인더에 액정을 혼합한 배향막과 그 제조방법에 관한 것이다.

액정표시소자는 전계에 의해 배열방향을 제어할 수 있는 액정을 이용하여 정보를 표현하는 장치다. 액정은 분자가 규칙성을 가지고 정 배열되어 있는 결정(Crystal)과 분자가 일정한 규칙성 없이 무작위로 배열된 액체(Liquid)의 성질을 함께 가지고 있는 고체와 액체의 중간 성질을 갖는 물질로서, 가늘고 긴 막대모양의 분자로 구성된 유기 물질이다. 이러한 액정은 전압이나 자기력, 기타 외부의 힘에 의해서 분자의 배열 방향이 쉽게 제어되는 성질을 가지고 있으며, 이 성질을 이용하면 액정의 특정 배열에서 빛이 통과하게 하고 다른 배열에서는 빛이 통과하지 못하게 하여 제어할 수 있으므로, 문자나 화상을 구성하여 표시하는 표시 장치, 예컨대 LCD(Liquid Crystal Display)에 많이 사용되고 있다.

표시 장치에 사용되는 액정은 소비 전력이 매우 낮아서 적은 전력으로 구동되는 표시 장치에 많이 이용되고 있다.

액정을 표시 장치에 이용하기 위해서는 먼저 액정 패널을 제조하여야 한다. 액정 패널은 일정한 간격을 두고 마주보는 2개의 유리 기판 또는 투명한 플라스틱 기판 사이에 액정을 채운 구조로 되어 있고, 기판에는 액정에 전압을 가할 수 있는 투명 전극이 적층되어 있다. 투명 전극은 미세 박막 제조 기술을 이용하여 약 3백 내지 5백 Å 두께의 미세한 전극으로 액정에 전압을 가하여 온-오프(On-Off)를 제어한다. 이렇게 형성된 액정 소자를 2매의 편광판 사이에 끼워넣고 반사판을 깔아 광원을 제공하도록 하면 표시 장치용 액정 패널을 만들 수 있다. 표시 장치용 액정 패널의 투명 전극에 전압이 인가되면, 액정에 전계가 형성되고, 이 전계의 극성에 따라 액정이 일정 방향으로 배열되어 표시 장치의 액정이 채워진 부분으로 유입되는 광이 차단 또는 투과된다.

액정 표시 장치가 균일한 밝기와 높은 콘트라스트비(contrast ratio)를 갖기 위해서는 액정 분자들을 일정한 방향으로 배향시키는 것이 선행되어야 한다. 그런데, 수평하게 배열된 액정에 전계가 인가되어 액정 분자의 어느 일 측이 부상할 때 액정 분자의 에너지는 좌우 측에서 서로 같기 때문에 틸트 도메인(Tilt Domain)이라 불리는 전경성(Disclimination)이 발생하고, 이는 굴절률의 불연속성을 야기한다. 이러한 현상을 방지하기 위해서는 무전계 상태에서 액정 분자가 기판 면에서 약간 상승하도록 경사 배향을 조성할 필요가 있는데, 이 경사각을 프리틸트 각(Pretilt Angle)이라고 부른다.

액정을 배향시키는 처리 방법은 크게 접촉 방식과 비접촉 방식으로 구분된다. 접촉 방식에는 대표적으로 러빙법(Rubbing)이 있으며, 비접촉 방식에는 랭뮤어-블로짓(Langmuir-Blodgett) 방법, 광 배향(Photo Alignment) 방법, 이온 빔(Ion-Beam) 방법 등이 있다.

러빙법은 기판 상에 유기 고분자 물질의 배향막을 일단 형성하고, 이 배향막을 원통형의 부드러운 천(Cloth)을 감은 러빙 롤(Rubbing Roll)을 사용하여 일정 방향으로 문지름으로써 액정 분자의 배향 방향을 제어하는 방법으로 현재 배향 처리 공정에 널리 이용되고 있다. 이 때, 배향막 위에 미세한 홈(Micro Groove)을 형성시키거나 고분자의 분자 이방성을 이용하여 문질러진 방향으로 액정이 배향되도록 한다. 러빙법은 배향 처리가 용이하여 대량 생산에 적합하며 이 방법에 적합한 배향막, 예컨대, 폴리이미드(Polyimide)와 같은 유기 고분자 배향 물질이 개발됨에 따라 LCD와 같은 표시 장치에 널리 상용화되어 있다.

그러나, 러빙법은 근본적으로 배향막을 문지를 때 발생하는 먼지와 정전기를 완전히 제거할 수 없다는 문제가 있다. 배향 과정에서 불가피하게 발생되는 먼지와 정전기는 약 3 내지 5 ㎛의 갭(Gap)을 갖는 LCD용 액정 소자의 제조시 액정 배향의 불량을 초래하여 액정 소자의 제조 수율을 크게 감소시키는 요인이 되고 있다. 특히, 박막트랜지스터(Thin Film Transistor: TFT) LCD의 경우에는 배향막 위에 잔류하는 정전기에 의해 TFT에서 쇼트(Short)를 유발하기도 하여 전체 디스플레이 소자의 불량을 일으키는 원인이 되기도 한다.

또한, 러빙법은 근본적으로 단일 방향으로만 배향이 가능하고 다양한 방향으로의 배향이 불가능하기 때문에, 즉, 러빙법에 의해 문질러서 만들어지는 배향의 방향을 마이크로미터(Micrometer) 단위로 분할하는 것이 기계적으로 구현 불가능하기 때문에, 표시 장치의 시야각(Viewing Angle)을 향상시키기 위하여 액정의 배향 방향을 다양하게 구성하여 광학 보상 특성을 부여하는 다중 도메인(Domain)을 위한 화소 분할법을 적용하는 것이 불가능하다. 가장 이상적인 액정 표시 장치를 만들려면 액정 소자 전체가 하나의 도메인을 이루어야 한다. 한편, 도메인과 도메인의 경계를 도메인 월(Domain Wall)이라하는데, 도메인 월에서는 액정의 배향이 비연속적으로 변하는 전경성이 발생한다.

최근에는 LCD를 보다 작은 크기의 화소로 구성하여 고선명(High Definition) 화질을 구현하는 추세이다. 일반적인 화소는 R, G, B 세 가지 색 중 한 가지색에 해당하는 화소의 크기가 100 x 300 ㎛² 수준이지만, TFT 제조 기술의 발달과 마이크로디스플레이(Microdisplay) 등의 용도가 점차 확산됨에 따라 이의 10 배 이하까지 화소 크기가 감소하고 있는 실정이다. 전술한 러빙법은 이러한 고선명 LCD의 제조시 기판의 전극 단차, 즉, 전극 표면의 높낮이 차에 의해 러빙이 안된 부분에서 발생하는 데드 스폿(Dead Spot)의 비율이 상대적으로 높아진다는 단점을 더 가지고 있다.

또한, 최근 서로 마주하는 두개의 기판에는 삽입되는 액정의 공간을 확보하기 위한 스페이서(Spacer)를 적용하고 있다. 기판에 월 스페이서가 돌출되어 형성되는 경우, 돌출 부위를 러빙법을 이용하여 문질러서 배향 처리할 때 월 스페이서 주변에 문질러지지 않은 데드 스폿(Dead Spot)이 생길 수 있다. 이러한 이유로, 러빙법은 제조 공정상 어려움과 스페이서의 위치 설계상의 제한이 따른다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 배향막과 직접 접촉하지 않고 배향 가능한 액정 배향막을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 전계 배향성 및 광 배향성 액정 배향막을 갖는 액정표시소자를 구현하는 것이다.

물리적 접촉을 하지 않고서 배향막을 형성하는 본 발명 제 1실시 예에 의한 액정 배향막은 전계에 의해 배향 특성을 가지는 액정과 광에 의해 경화되는 고분자 단량체 또는 올리고머(Oligomer)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 고분자 단량체는 광 개시제와 모노머(monomer)와 수지 바인더(binder)와 솔벤트(solvent,용매)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시 예에 의한 액정 배향막은 액정과 광의 조사에 의해 배향되는 수지 바인더를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 제 1 실시 예에 의한 본 발명의 액정 배향막에 관하여 상세히 설명한다.

본 발명의 제 1 실시 예에 의한 액정 배향막은 전계에 의해 일정한 방향으로 배향되는 특성을 가진 액정과 광에 의해 경화되는 광 경화성 고분자 수지의 혼합에 의해 이루어진다. 상기 고분자 수지는 광 조사시 액상의 고분자의 경화를 촉발하는 개시제로써 광 개시제(light initiator)와 모노머(monomer)와 수지 바인더(binder)와 솔벤트(solvent,용매)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 액정과 고분자 수지는 액상으로써 서로 혼합되어 있다.

액정은 타원 형태로 된 분자로써 액정의 장축 방향과 단축 방향에 따라 굴절율, 유전율, 자화율, 전도도, 및 점성율이 서로 다른 값을 나타낸다. 액정은 그 분자 배열방향이 변하면 그 광학적 특성이 이에 따라 변한다. 이러한 이방성 특성에 기인하여 액정은 전기장이나 자기장에 의해 그 배열방향을 제어할 수 있고 그 광학적 특성을 조절할 수 있다.

액정에 전기장이나 자기장을 인가하면 전기장 또는 자기장에 대해서 이방성을 가지는 액정이 일정한 방향으로 배열하게 된다. 먼저 액정을 일정한 방향으로 배열한 후에 상기 액정과 혼합된 광 경화성 고분자 수지에 자외선 등의 광을 조사하여 액상의 고분자 수지를 경화시킨다. 상기 고분자 수지가 경화됨으로써 전기장에 의해 배열된 액정은 그 방향이 고정되고 액정 배향막으로써 역할을 수행한다.

상기 액정의 종류로는 쉬프(schiff)계 액정, 아조(azo)계 액정, 안식향산 에스테르(Benzoin acid ester)계 액정, 페닐(phenyl)계 액정, 시크로핵산 카본산 페닐 에스테르( cyclohecxane carbon acid phenyl ester)계 핵산 등이 사용될 수 있다.

상기 액정과 혼합되는 광 경화성 고분자 수지는 광이 조사될 때 경화를 촉발하는 광 개시제와 모노머와 수지 바인더와 솔벤트로 구성된다.

광이 조사되면 고분자 화합물의 중합을 촉진하는 광 개시제로는 광 이온 개시제(photo-ionic polymerizing compounds), 아릴(알킬)디아조늄 화합물(Aryl(alkyl)diazonium compounds), 디아릴(알킬)할로늄 화합물(Diaryl(alkyl)halonium compounds), 트리아릴(알킬)술포늄 화합물(Triaryl(alkyl)sulphonium compounds), 트리아릴(알킬)셀레노늄 화합물(Triaryl(alkyl)selenonium compounds), 벤조인, 아세토페논과 그 유도체(Benzoin/acetophenone and Dericatives), 벤조인(Benzoin), 벤조인 알킬(아릴)에테르 화합물(Benzoin alkyl(arly)ethers), 벤질 케탈 화합물(Benzil ketal compounds), 디알콕시아세토페논 화합물(Dialkoxyacetophenones), 벤조페논(Benzophenone), 4-4' 디메틸-아미노-벤조페논(4-4'-dimethyl-amino-bezophenone)(일명 마이클러 케톤(Michler's ketone), 알파-아실옥심 에스테르(α-acyloxime ester), 티오크산토 및 그 유도체(Thioxathone and Derivatives), (안트라)퀴논 및 그 유도체((Anthra) Quinones and Derivatives), 유기 과산화물(Organic peroxides), 유기 황 화합물(Organic Sulpher COMPOUNDS), 우라닐염(Uranyl salts), 금염(Gold Salts), 코발트 염(Cobalt Salts), 할로겐 금속(Metal Halides), 카르보닐 금속 화합물(Metal Carbonyl compounds), 디크롬산 염(dichromates), 유기 인 화합물(Organic Phosphorus containing Compounds), 클로로실란(Chlorosilanes), 아조 화합물(Azo Compounds) 또는 상기 항목에 염료 광증감제(Dye PHOTO Sensitization)를 첨가한 것 등이 있다.

상기 수지 바인더로는 카르복시산이 포함된 모노머와 이중결합을 가지는 모노머의 조합으로 되어 있는 중합체와 카르복시산이 포함된 모노머와 방향족기가 포함된 모노머의 조합으로 되어 있는 공중합체를 0:100내지 100:0으로 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 수지 바인더인 공중합체의 평균분자량은 2000내지 50000이다.

또한 상기 수지 바인더로는 피쉬글루(fish glue), 겔라틴(gelatin), 폴리비닐 아세테이트(polyvinyl acetate), 폴리비닐 부티랄(polyvinyl butyral), 폴리비닐 알콜(polyvinyl alcohol), 폴리아크릴아미드 (polyacrylamide), 폴리비닐 피로리돈 (polyvinyl pyrrolidone), 폴리아미드 (polyamide), 폴리카본네이트 (polycarbonate), 폴리우레탄 (polyurethane)중 어느 하나일 수 있다.

또한 상기 모노머로는 비닐(vinyl)계, 아크릴(acrylic)계, 알리릭(allylic)계, 시크로알킬(cycloalkyl)계 화합물중 어느 하나를 택할 수 있다. 특히, 감광성 조성물에 사용하는 아크릴계 화합물로써 에틸렌성 불포화 결합을 갖는 중합성 화합물로 에틸렌글리콜디(메타)아크릴레이트(ethyleneglycoldi(metha)acrylate), 에틸렌옥사이드(ethylene oxide)기의 수가 2 내지 14 인 폴리에틸렌글리콜디(메타)아크릴레이트(polyethyleneglycoldi(metha)acrylate), 트리메틸올프로판디(메타)아크릴레이트(tri-methylolpropanedi(metha)acrylate), 트리메틸올프로판트리(메타)아크릴레이트(tri-methylolpropanetri(metha)acrylate), 펜타에리스리톨트리(메타)아크릴레이트(penta-erythritoltri(metha)acrylate), 펜타에리스리톨테트라(메타)아크릴레이트(penta-erythritoltetra(metha)acrylate), 프로필렌옥사이드(propylene oxide)기의 수가 2 내지 14인 프로필렌글리콜디(메타)아크릴레이트(propyleneglycoldi(metha)acrylate), 디펜타에리스리톨펜타(메타)아크릴레이트(dipentaerythritolpenta(metha)acrylate), 디펜타에리스리톨헥사(메타)아크릴레이트(dipentaerythritolhecxa(metha)acrylate) 등의 다가 알콜과 α,β-불포화 카르복시산를 에스테르화하여 얻어지는 화합물; 트리메틸올프로판트리글리시딜에테르아크릴산(trimethylolpropanetriglycidylestheracryl acid) 부가물, 비스페놀 A 디글리시딜에테르아크릴산(bisphenol A diglycidyleatheracryl acid) 부가물 등의 글리시딜기 함유 화합물에 (메타)아크릴산을 부가하여 얻어지는 화합물; β-히드록시에틸(메타)아크릴레이트(β-hydroxyethyl(metha)acrylate)의 프탈산디에스테르(phthalic acid esther), β-히드록시에틸(메타)아크릴레이트(β-hydroxyethyl(metha)acrylate)의 톨루엔 디이소시아네이트(toluene diisocyanate)부가물 등의 수산기 및 에틸렌성 불포화 결합을 갖는 화합물과 다가 카르복시산과의 에스테르 화합물 또는 폴리이소시아네이트 (polyisocyanate)와의 부가물; 메틸(메타)아크릴레이트 (methyl(metha)acrylate), 에틸(메타)아크릴레이트 (ethyl(metha)acrylate), 부틸(메타)아크릴레이트 (butyl(metha)acrylate), 2-에틸헥실(메타)아크릴레이트 (2-ethylhecxyl(metha)acrylate) 등의 (메타)아크릴산알킬에스테르 (metha)acryl acid alkyl asther) 중에서 선택된 하나 또는 둘 이상을 혼합하여 사용하는 것이 효과적이다.

상기 액정과 광 경화성 고분자 수지를 포함하는 솔벤트로는 물이나 유기용매를 사용할 수 있다.

상기와 같이, 전계 배향성 액정과 광 경화성 고분자 수지를 포함하는 본 발명의 배향막의 액정 배향 특성을 도 1a와 1b를 통하여 살펴보면, 먼저 액정(15)과 광 경화성 고분자 수지를 포함하는 액상의 고분자 박막(12)을 기판(10)상에 도포한다. 다음으로 일정한 전기장 또는 자기장을 상기 고분자 박막(12)이 도포된 기판 상에 인가하면 솔벤트내 및 솔벤트 표면의 액정이 일정한 방향으로 배향한다. 전계의 인가는 TFT 어레이 기판의 경우는 기 형성된 화소전극(11)과 배향막에 포함된 액정(12)의 배향을 위한 별도의 도전판(13)을 통하여 상기 액정(12)에 전계를 인가할 수 있다. 또한, 컬러필터 기판의 경우는 배향막을 도포한 후, 한 쌍의 별도의 도전판을 배향막이 그 사이에 오도록 배열하여 전계를 인가할 수 있다. 상기 배향의 정도는 인가하는 전기장 또는 자기장의 강도를 조절함으로써 이루어질 수 있다.

다음으로, 도 1b에서와 같이, 일정한 방향으로 배열된 액정(15)을 포함하는 상기 고분자 막(12)에 자외선 또는 이온빔등의 광(16)을 조사한다. 상기 솔벤트에 포함된 광 경화성 고분자는 조사되는 광에 의해 경화되고 경화되는 도중 일정한 방향으로 배열된 액정(15)을 고정시킨다.

다음으로, 상기 일정한 방향으로 배열된 액정과 광 경화된 고분자 수지를 포함하는 상기 고분자 박막에 열을 가함으로써 불필요한 솔벤트 성분을 제거하고 배향막을 완성한다.

상기에서 광 경화성 고분자 수지를 경화하는 방법으로 광을 조사하는 방법으로만 제한되지 않고 열을 가함으로써 고분자 수지를 경화시킬 수도 있다. 이때는 고분자 수지의 경화와 솔벤트의 제거가 동시에 이루어질 수 있는 장점이 있다.

상기와 같이, 일정한 방향으로 배열된 배향막 속의 액정이 그 위에 도포되는 액정층의 배향 방향을 결정하여 줌으로써 액정층의 초기배향을 이룰 수 있다.

본 발명의 배향막 형성방법의 다른 실시 예로써 전기장 또는 자기장에 의해 배열되는 액정과 광에 의해 배향되는 광 배향성의 유기분자를 포함하는 액정 배향막을 제시한다.

상기 광 배향성 유기분자를 포함하는 고분자 수지는 광 개시제와 모노머와 광반응성 고분자인 바인더 수지와 솔벤트로 구성된다.

상기 액정은 실시예 1에서와 동일한 액정을 사용할 수 있다.

상기 광 배향성 유기분자중 광 배향 기능을 발현시키는 광 배향성 기로는 아조기(azo)등의 광이성화에 의한 것(예, 폴리비닐 아조계), 신나메이트기(cinnamate)(예, 폴리비닐신나메이트(polyvinyl cinnamate)), 칼콘기(chalcone)(예, 폴리비닐 칼콘계),벤조페논기(bezophenone) 및 스틸벤기(stilbene) 등의 광 이성화 및 광 2량화에 의한 것, 쿠마린기(coumarin)(예, 폴리비닐쿠마린계) 등의 광 2량화에 의한 것,시클로 알칸(cycro alkane)(예, 시클로부탄계)의 광분해에 의한 것등을 예로 들 수 있다.

특히, 본 발명의 실시 예 2에서는 배향성 유기분자의 예로써 1분자 중에 2개 이상의 중합성 기를 가지는 2색성 염료를 함유하는 광 배향막용 재료를 사용할 수 있다. 2색성 염료란 발색단으로써 광의 흡수능이 편광의 전기 벡터 방향에 따라 다른 염료를 말한다. 2색성 염료로는 안트라퀴논계(anthraquinone), 아조계(azo), 퀴노프칼론계, 페리렌계(perylene)의 염료등을 들수 있다. 특히 아조 염료는 편광조사에 의해 특히 양호한 광 배향성을 나타내는 점에서 바람직한다.

중합성 기를 가지는 2색성 염료는 수산기를 갖는 2색성 염료와 중합성 기를 갖는 카르복실산, 중합성 기를 갖는 카르복실산 클로라이드, 중합성 기를 갖는 카르복실 산 무수물 등을 반응시킴으로써 용이하게 합성할 수 있다.

상기 중합성 기의 예로는 (메타)아크릴로일기, (메타)아크릴로일옥시기, (메타)아크릴아미드기, 비닐기, 비닐 옥시기, 아지드기, 클로로메틸기, 에폭시기 등을 들 수 있고, 중합성 기를 갖는 유도체로서 계피산 유도체, 티민 유도체 등을 들 수 있다. 이들 중에서, 광중합이나 열중합이 비교적 용이한 점에서, (메타)아크릴로일기, (메타)아크릴로일옥시기, (메타)아크릴아미드기, 비닐기, 비닐 옥시기가 바람직하고, (메타)아크릴로일기, (메타)아크릴로일옥시기, 또는 (메타)아크릴아미드기가 보다 바람직하다.

또한, 이들 중합성 기는 에스테르 결합, 에테르 결합, 이미드 결합 또는 아미드 결합을 가져도 좋은 알킬렌기 또는 페닐렌기와 같은 연결기를 거쳐서, 아조 염료 또는 안트라퀴논 염료와 결합하여 있어도 좋다.

이러한 연결기의 예로는 메틸렌기(methylene), 에틸렌기(ethylene), 트리메틸렌기 (trimethylene), 테트라메틸렌기 (tetramethylene), 펜타메틸렌기 (pentamethylene), 헥사메틸렌기(hexamethylene), 헵타메틸렌기 (heptamethylene), 옥타메틸렌기 (octamethylene), 노나메틸렌기 (nonamwthylene), 데카메틸렌기 (decamethylene), 운데카메틸렌기 (undecamethylene), 도데카메틸렌기 (dodecamethylene)와 같은 탄소수 1~18의 직쇄상 알킬렌기(alkylene); 1-메틸에틸렌기(methylethylene), 1-메틸-트리메틸렌기(1-methy-trimethylene), 2-메틸-트리메틸렌기(2-methyl-trimethylene), 1-메틸-테트라메틸렌기(1-methyl-tetramethylene), 2-메틸-테트라메틸렌기(2-methyl-tetramethylene), 1-메틸-펜타메틸렌기(1-methyl-pentamethylene), 2-메틸-펜타메틸렌기(2-methyl-pentamethylene), 3-메틸-펜타메틸렌기(3-methyl-pentamethylene)와 같은 탄소수 1~18의 분기상 알킬렌기(alkylene) ; p-페닐렌기(p-penylene)와 같은 페닐렌기; 2-메톡시-1,4-페닐렌기(methoxy-1,4-penylene), 3-메톡시-1,4-페닐렌기(3-methoxy-1,4-penylene), 2-에톡시-1,4-페닐렌기(2-ethoxy-1,4-penylene), 3-에톡시-1,4-페닐렌기(3-ethoxy-1,4-penylene), 2,3,5-트리메톡시-1,4-페닐렌기(2,3,5-trimethoxy-1,4-penylene)와 같은 탄소수 1~18의 직쇄상 또는 분기상 알콕시기를 갖는 알콕시 페닐렌기(alcoxy penylene) 등을 들 수 있다.

본 발명의 제 2실시 예에 의한 광 배향막의 제조 방법에 사용되는 염료는 아조 염료가 특히 바람직한데, 상기 아조 염료는 설포기 또는 그 염을 갖기 때문에, 물 혹은 극성 유기용매에 높은 용해성을 나타내며, 또한 유리 등에 대해 양호한 친화성을 나타낸다. 그 때문에, 중합성 기를 갖는 아조 염료를 물 혹은 극성 유기용매에 용해하여 형성되는 광 배향막용 재료를 유리 등의 기판에 도포한 후, 물 혹은 극성 유기용매를 제거하는 것만으로도 기판상에 기계적으로 또는 경시적으로 안정한 도막을 형성할 수 있다.

상기 방법에 의해 유리 등의 기판상에 형성된 중합성 기를 갖는 아조 염료를 함유하는 광중합의 도막에 편광을 조사한다. 그리하면 편광의 전기 벡터와 동일한 방향으로 전자 천이 모멘트를 갖는 구조 단위가 선택적으로 광여기 되어, 전자 천이 모멘트가 편광의 전기 벡터의 방향을 피하도록 재배열되므로 도막 내에 이방성이 생겨 광 배향 기능을 가지게 된다.

본 발명의 제 2실시 예에서는 전계 배향성을 가지는 액정과 광 배향성을 가지는 유기분자를 포함하는 바인더 수지를 포함하고 있으므로, 액정 배향막을 형성하기 위해서 상기 액정과 바인더 수지를 포함하는 솔벤트에 전기장 또는 자기장을 인가한다. 상기 전기장 또는 장기장에 의해서 액정은 일정방향으로 배열되며 그와 동시에 자외선 등의 광을 조사하여 상기 광 배향성의 유기막이 광 배향성을 가지도록 중합 반응시킨다.

광에 의한 유기막의 배향방향과 전계에 의한 액정의 배향방향은 상호 일치시킬 필요가 있다.

본 발명의 액정 배향막을 형성하기 위해서는 동시에 액정에 전계를 인가하거나 광 배향성 수지바인더에 광을 조사할 수 있을뿐 아니라, 전계 인가와 광 조사를 이시에 수행하므로써, 액정 배향막을 형성할 수 있다.

그리하면, 광 배향만으로 이루어지는 배향특성의 저하나 전계 배향특성의 액정의 배향불량을 상호 보완할 수 있다.

또한, 광 배향특성을 가지는 수지 바인더 중에는 광 배향 후, 다른 외부 광에 의해 수지 바인더의 중합 사슬이 풀어지거나 배향방향이 변하는 문제를 가지는 수지 바인더도 있다.

그러나, 본 발명의 제 2 실시 예에 의한 액정을 포함하는 광 배향막을 형성함으로써, 공배향막의 재료 선택의 폭을 높일 수 있다. 즉, 광 배향 후, 외부광에 의해 그 배향특성이 저하되는 수지바인더를 사용하더라도 액정에 의한 배향특성이 이를 보상할 수 있어 배향특성을 양호하게 유지할 수 있다.

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 액정을 포함하는 배향막은 배향막 형성을 위하여 러빙공정등의 물리적 접촉없이 광과 전계를 인가함으로써 배향막을 형성하기 때문에, 러빙에 따른 이물 발생을 방지할 수 있다. 그러므로 상기 이물에 의한 소자의 숏트발생을 방지할 수 있다. 또한, 러빙공정시 발생할 수 있는 정전기 발생을 근본적으로 제거할 수 있다.

또한, 본 발명의 배향막은 전계에 의해 배열방향의 제어가 용이한 액정을 이용하므로써 쉽게 배향막을 형성할 수 있다.

또한, 본 발명은 액정과 광 배향막을 함께 적용하여 배향막을 형성하므로써 광 배향성 유기막의 선택의 폭이 넓어질 수 있다.

도 1a는 본 발명의 액정 배향막에 전계를 인가하는 모습을 나타내는 모식도.

도 1b는 본 발명의 액정 배향막을 광 경화하는 모습을 나타내는 모식도.

***** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *****

10: 기판 11:화소전극

12:액정 배향막 13:전극

15:액정 16:광

20:마스크

Claims

광개시제, 모노머 및 바인더 수지 및 용매를 포함하는 광 반응성 유기막과 상기 광 반응성 유기막에 혼합되며 전계에 의해 일정한 방향으로 배열되는 액정을 포함하는 액정 배향막.
제 1항에 있어서, 상기 광 반응성 유기막은 광 경화성 바인더 수지를 포함하는 광 경화성 고분자 수지인 것을 특징으로 하는 액정 배향막.
제 1 항에 있어서, 상기 액정은 도포되는 상기 광 반응성 유기막의 표면에 배열되는 것을 특징으로 하는 액정 배향막.
제 1항에 있어서, 상기 광 개시제로는 광 이온 개시제(photo-ionic polymerizing compounds), 아릴(알킬)디아조늄 화합물(Aryl(alkyl)diazonium compounds), 디아릴(알킬)할로늄 화합물(Diaryl(alkyl)halonium compounds), 트리아릴(알킬)술포늄 화합물(Triaryl(alkyl)sulphonium compounds), 트리아릴(알킬)셀레노늄 화합물(Triaryl(alkyl)selenonium compounds), 벤조인,아세토페논과 그 유도체(Benzoin/acetophenone and Dericatives), 벤조인(Benzoin), 벤조인 알킬(아릴)에테르 화합물(Benzoin alkyl(arly)ethers), 벤질 케탈 화합물(Benzil ketal compounds), 디알콕시아세토페논 화합물(Dialkoxyacetophenones), 벤조페논(Benzophenone), 4-4' 디메틸-아미노-벤조페논(4-4'-dimethyl-amino-bezophenone)(일명 마이클러 케톤(Michler's ketone), 알파-아실옥심 에스테르(α-acyloxime ester), 티오크산토 및 그 유도체(Thioxathone and Derivatives), (안트라)퀴논 및 그 유도체((Anthra) Quinones and Derivatives), 유기 과산화물(Organic peroxides), 유기 황 화합물(Organic Sulpher COMPOUNDS), 우라닐염(Uranyl salts), 금염(Gold Salts), 코발트 염(Cobalt Salts), 할로겐 금속(Metal Halides), 카르보닐 금속 화합물(Metal Carbonyl compounds), 디크롬산 염(dichromates), 유기 인 화합물(Organic Phosphorus containing Compounds), 클로로실란(Chlorosilanes), 아조 화합물(Azo Compounds) 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 액정 배향막.
제 4 항에 있어서, 상기 광 개시제는 상기 항목에 염료 광증감제(Dye Photo Sensitization)를 더 첨가한 것 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 액정 배향막.
제 2항에 있어서, 상기 광 경화성 바인더 수지는 피쉬글루(fish glue),겔라틴(gelatin), 폴리비닐 아세테이트(polyvinyl acetate), 폴리비닐 부티랄(polyvinyl butyral), 폴리비닐 알콜(polyvinyl alcohol), 폴리아크릴아미드 (polyacrylamide), 폴리비닐 피로리돈 (polyvinyl pyrrolidone), 폴리아미드 (polyamide), 폴리카본네이트 (polycarbonate), 폴리우레탄 (polyurethane)으로 구성되는 그룹 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 액정 배향막.
제 1항에 있어서, 상기 용매는 물 또는 유기용매인 것을 특징으로 하는 액정 배향막.
제 1항에 있어서, 상기 모노머는 비닐(vinyl)계, 아크릴(acrylic)계, 알리릭(allylic)계, 시크로알킬(cycloalkyl)계 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 액정 배향막.
제 1항에 있어서, 상기 광 반응성 유기막은 광 배향성 바인더 수지를 포함하는 광 경화성 고분자 수지인 것을 특징으로 하는 액정 배향막.
제 9항에 있어서, 상기 광 배향성 수지 바인더는 아조기(azo), 신나메이트기(cinnamate), 쿠마린기(coumarin), 칼콘기(chalcone), 벤조페논기(bezophenone), 폴리이미드(polyimide) 수지로 이루어지는 그룹 중에서 선택되며 광 배향성 기를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 배향막.
전계 인가에 의해 배열방향이 결정되는 액정을 포함하며 광 개시제와 모노머와 광 반응성 수지 바인더와 용매를 포함하는 광 반응성 유기막을 기판 상에 형성하는 단계;

상기 도포된 광 반응성 유기막에 전계를 인가하는 단계;

상기 유기막에 광을 조사하여 경화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 배향막 형성방법.
제 11 항에 있어서, 상기 광 반응성 유기막은 광 경화성 수지 바인더를 포함하는 광 경화성 유기막인 것을 특징으로 하는 액정 배향막 형성방법.
제 12 항에 있어서, 상기 광 반응성 유기막은 광 배향성 수지 바인더를 포함하는 광 배향성 유기막인 것을 특징으로 하는 액정 배향막 형성방법.
제 11 항에 있어서, 상기 전계에 의해 일정한 방향으로 배열된 액정이 상기 유기막의 광경화에 의해 고정되는 것을 특징으로 하는 액정 배향막 형성방법.
제 11 항에 있어서, 상기 광 개시제는 광 이온 개시제(photo-ionic polymerizing compounds), 아릴(알킬)디아조늄 화합물(Aryl(alkyl)diazonium compounds), 디아릴(알킬)할로늄 화합물(Diaryl(alkyl)halonium compounds), 트리아릴(알킬)술포늄 화합물(Triaryl(alkyl)sulphonium compounds), 트리아릴(알킬)셀레노늄 화합물(Triaryl(alkyl)selenonium compounds), 벤조인,아세토페논과 그 유도체(Benzoin/acetophenone and Dericatives), 벤조인(Benzoin), 벤조인 알킬(아릴)에테르 화합물(Benzoin alkyl(arly)ethers), 벤질 케탈 화합물(Benzil ketal compounds), 디알콕시아세토페논 화합물(Dialkoxyacetophenones), 벤조페논(Benzophenone), 4-4' 디메틸-아미노-벤조페논(4-4'-dimethyl-amino-bezophenone)(일명 마이클러 케톤(Michler's ketone), 알파-아실옥심 에스테르(α-acyloxime ester), 티오크산토 및 그 유도체(Thioxathone and Derivatives), (안트라)퀴논 및 그 유도체((Anthra) Quinones and Derivatives), 유기 과산화물(Organic peroxides), 유기 황 화합물(Organic Sulpher COMPOUNDS), 우라닐염(Uranyl salts), 금염(Gold Salts), 코발트 염(Cobalt Salts), 할로겐 금속(Metal Halides), 카르보닐 금속 화합물(Metal Carbonyl compounds), 디크롬산 염(dichromates), 유기 인 화합물(Organic Phosphorus containing Compounds), 클로로실란(Chlorosilanes), 아조 화합물(Azo Compounds)중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 액정 배향막.
제 12 항에 있어서, 상기 광 경화성 수지바인더는 피쉬글루(fish glue),겔라틴(gelatin), 폴리비닐 아세테이트(polyvinyl acetate), 폴리비닐 부티랄(polyvinyl butyral), 폴리비닐 알콜(polyvinyl alcohol), 폴리아크릴아미드 (polyacrylamide), 폴리비닐 피로리돈 (polyvinyl pyrrolidone), 폴리아미드 (polyamide), 폴리카본네이트 (polycarbonate), 폴리우레탄 (polyurethane)으로 구성되는 그룹 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 액정 배향막 형성방법.
제 13 항에 있어서, 상기 광 배향성 수지바인더는 아조기(azo), 신나메이트기(cinnamate), 쿠마린기(coumarin), 칼콘기(chalcone), 벤조페논기(bezophenone), 폴리이미드(polyimide) 수지로 이루어지는 그룹 중에서 선택되며 광 배향성 기를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 배향막.