KR20160110238A - 액정 표시 소자 및 액정 표시 소자의 제조 방법 - Google Patents

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KR20160110238A
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Abstract

본 발명은 저전압으로 액정 분자를 구동하면서 보다 투과율이 높은 표시를 수행한다.
빛을 발생하는 백라이트 유닛(12)과, 약앵커링 배향막(17)이 형성된 기판(13A)과, 강앵커링 배향막(16)이 형성된 기판(13B)과, 약앵커링 배향막(17)과 강앵커링 배향막(16)의 사이에 배치되고, 액정 분자(L)가 구동됨으로써 빛을 투과 또는 차단하는 액정층(18)과, 기판(13A) 및 기판(13B) 중 어느 일방에 설치되고, 액정 분자(L)에 구동 전계(E)를 인가하는 전극층(15)을 구비하고, 약앵커링 배향막(17)은 구동 전계(E)를 인가했을 때, 액정 분자(L)의 배향 방향을 구속하는 구속력이 강앵커링 배향막(16)보다 작은 액정 표시 소자를 제공한다.

Description

액정 표시 소자 및 액정 표시 소자의 제조 방법{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}
본 발명은, 액정 표시 소자 및 액정 표시 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
액정 표시 소자의 구동 방식으로서 TN(Twisted Nematic), IPS(In-Plane Switching), FLC(Ferroelectric Liquid Crystal) 등이 있다.
이 중에서 IPS 방식은 2장의 기판 사이에 충전된 액정 분자에 대하여, 기판 표면에 평행한 방향(횡방향)의 전기장을 인가함으로써 액정 분자의 배향 방향을 변화시키고 표시를 수행한다. 이와 같은 IPS 방식의 액정 표시 소자는 시각 특성이 뛰어나서 휴대 전화, 텔레비전 등을 비롯한 폭넓은 기기에 적용되고 있다.
기존의 액정 표시 소자에서 액정 분자는, 전기장을 인가하지 않는 상태에서 소정 방향을 따라 배열되도록 액정 분자의 배향 방향이 규제되고 있다.
IPS 방식의 액정 패널에서 액정 분자의 배향 방향을 규제하는 방법으로서, 기판 상에 폴리이미드 등으로 이루어지는 배향막을 형성하고 레이온이나 면 등의 천에 의해 배향막 표면을 소정의 방향으로 문지르는 방법(러빙법)이나, 편광 자외선을 조사하여 폴리이미드 막 표면에 이방성을 발생시키는 수법(광 배향법) 등이 채용되고 있다. 이들 처리에 의해 액정 분자는 기판 표면에 강하게 속박되고 일정 방향으로 배향된다. 이와 같이 배향막을 구비한 구성의 관련 기술로서 특허문헌 1(특허 제2940354호 공보)이 개시되어 있다.
특허문헌 1에 기재된 구성에서는 액정 분자가 배향막에 의해 강하게 구속되어 있다. 따라서 액정층에 전기장을 인가했다고 하더라도 곧바로 액정 분자의 배향 방향은 변화하지 않고 일정 크기의 전압, 즉 문턱값 이상의 전압을 인가해야 비로소 액정 분자의 배향 방향이 변하기 시작한다.
또한 액정 분자는 배향막에 의해 강하게 구속되어 있기 때문에 액정층에 전기장을 인가했을 때, 배향막 근방의 액정 분자의 배향 방향은 초기 배향 방향으로부터 변하지 않고, 액정층에서 기판 사이의 중간부(벌크)에 위치하는 액정 분자만 배향 방향이 변한다. IPS 방식의 액정 패널에서는, 상기와 같은 액정 분자의 배향 변화에 수반되는 위상차(리타데이션) 변화를 이용하여 명암 전환을 수행하고 있다.
일반적으로 IPS 방식의 액정 패널의 투과율은 이하의 식으로 나타난다.
식 1
Figure pat00001
여기서 φ는 초기 배향 방향에 대한 전압 인가 시의 액정 분자 배향 각도, Δn은 액정의 굴절율 이방성, d는 셀 갭, λ는 빛의 파장이다.
상기 식으로부터 배향 각도 φ, 굴절율 이방성 Δn, 셀 갭 d를 적절히 선택하면 이상적으로는 50%의 투과율이 달성되는 것을 이해할 수 있다(흑백 타입). 그러나 IPS 패널의 설계 파라미터는, 현실적으로는 투과율뿐만 아니라 구동 전압, 응답 시간, 더욱이 수율 등 모든 조건을 고려하여 결정된다. 그 결과, 실용적인 IPS 패널의 투과율은 이상값의 반 정도까지 저하된다.
한편 유기 EL(electroluminescence) 디스플레이 실용화에 수반하여 액정 디스플레이의 더욱더 큰 특성 향상이 필요해졌다. 특히 소비 전력 감소, 휘도(투과율) 향상은 유기 EL 디스플레이와의 차별화를 도모하기 위해서 매우 중요한 개발 사항이 되었으며, 이와 같은 배경으로부터 IPS 패널의 저전압 구동화 및 고투과율화에 대한 강한 요망이 있다.
본 발명은 빛을 발생하는 광원과, 제 1 배향막이 형성된 제 1 기판과, 상기 제 1 배향막과의 사이에 간격을 두고 대향 배치되는 제 2 배향막이 형성된 제 2 기판과, 상기 제 1 배향막과 상기 제 2 배향막 사이에 배치되고 액정 분자가 구동됨으로써 상기 빛을 투과 또는 차단하는 액정층과, 상기 제 1 기판 및 상기 제 2 기판 중 어느 일방에 설치되고 상기 액정 분자에 상기 제 1 기판 및 상기 제 2 기판에 평행한 방향의 구동 전계를 인가하는 전극층을 구비하며, 상기 액정층은 상기 구동 전계를 인가한 상태에서 상기 제 2 배향막 측에서는 상기 액정 분자가 미리 설정된 초기 배향 방향으로 배향된 상태를 유지하며, 상기 제 1 배향막 측에서는 상기 액정 분자의 배향 방향이 상기 제 2 기판 표면에 평행한 면 내에서 상기 초기 배향 방향으로부터 상기 구동 전계에 따른 방향으로 변화됨으로써, 상기 제 2 배향막 측으로부터 상기 제 1 배향막 측을 향하여 상기 액정 분자가 나선상으로 배열되는 액정 표시 소자를 제공한다.
또한 상기 액정 표시 소자는 상기 제 1 기판 측에 설치된 제 1 편광판과, 상기 제 2 기판 측에 설치된 제 2 편광판을 더욱 구비하며, 상기 제 1 편광판의 투과축 방향과 상기 제 2 편광판의 투과축 방향이 서로 직교하고, 상기 제 1 편광판의 투과축 방향과 미리 설정된 상기 액정 분자의 초기 배향 방향이 일치하며, 상기 구동 전계를 인가한 상태에서는 상기 광원으로부터 발생되고 상기 제 1 편광판을 통과한 상기 빛이, 상기 액정층의 상기 액정 분자의 배열을 따라서 회전(선광)되어 상기 제 2 편광판을 향하도록 해도 된다.
또한 상기 액정 표시 소자는 상기 제 1 기판 측에 설치된 제 1 편광판과, 상기 제 2 기판 측에 설치된 제 2 편광판을 더욱 구비하며, 상기 제 1 편광판의 투과축 방향과 상기 제 2 편광판의 투과축 방향이 서로 직교하고, 상기 제 1 편광판의 투과축 방향과 미리 설정된 상기 액정 분자의 초기 배향 방향이 직교 관계에 있으며, 상기 구동 전계를 인가한 상태에서는, 상기 광원으로부터 발생되고 상기 제 1 편광판을 통과한 상기 빛이, 상기 액정층의 상기 액정 분자의 배열을 따라서 편광면을 변화시켜 상기 제 2 편광판을 향하도록 해도 된다.
또한 상기 제 2 배향막은, 상기 구동 전계를 인가하지 않은 상태 및 상기 구동 전계를 인가한 상태 양측에서 상기 액정 분자를 상기 초기 배향 방향으로 유지하고, 상기 제 1 배향막은 상기 구동 전계를 인가했을 때, 상기 액정 분자의 배향 방향이 상기 제 2 기판 표면에 평행한 면 내에서 상기 구동 전계에 따른 방향으로 변위 가능하도록 해도 된다.
또한 상기 제 1 배향막은, 상기 구동 전계를 인가했을 때의 상기 액정 분자의 배향 방향을 구속하는 구속력이 상기 제 2 배향막보다 작도록 해도 된다.
또한 상기 제 1 배향막 측에 위치한 상기 액정 분자와 상기 제 2 배향막 측에 위치한 상기 액정 분자에서, 상기 구동 전계에 의한 상기 액정 분자의 배향 방향의 변위 각도차가 0° 이상 90° 이하이도록 해도 된다.
또한 상기 제 1 배향막으로서, 상기 제 1 기판에 폴리머 브러시가 형성되어 있도록 해도 된다.
또한 상기 제 1 배향막으로서, 상기 제 1 기판과 친화성을 갖는 부위와 상기 액정 분자와 상용성을 갖는 부위를 포함하는 공중합체가 형성되고, 상기 제 1 기판과 친화성을 갖는 부위의 적어도 일부가 상기 제 1 기판에 결합되어 있도록 해도 된다.
또한 상기 제 1 기판과 친화성을 갖는 부위의 남은 부분끼리 결합되어 3차원 가교체를 형성하고 있도록 해도 된다.
또한 상기 액정 분자와 상용성을 갖는 부위의 비율이 상기 제 1 기판과 친화성을 갖는 부위의 비율보다 크도록 해도 된다.
또한 상기 제 1 기판과 친화성을 갖는 부위는 트리실라놀이고, 상기 액정 분자와 상용성을 갖는 부위는 헥실메타크릴레이트이도록 해도 된다.
또한 상기 전극층이 상기 제 1 기판 또는 상기 제 2 기판면에 배치된 복수의 전극선으로 이루어지고, 상기 구동 전계 비인가 시에 있어서 상기 액정 분자의 배향 방향이 상기 전극선이 연속된 방향에 평행 또는 직교하고 있도록 해도 된다.
또한 상기 전극층이 상기 제 1 기판 또는 상기 제 2 기판에 배치된 복수의 전극선으로 이루어지고, 상기 구동 전계 비인가 시에 있어서 상기 액정 분자의 배향 방향이 상기 전극선이 연속된 방향에 대하여 경사져 있도록 해도 된다.
또한 상기 액정 분자의 유전율 이방성이 양(正)이도록 해도 된다.
또한 상기 액정의 유전율 이방성이 음(負)이도록 해도 된다.
또한 본 발명은 제 1 기판 상에 제 1 배향막을 형성하는 단계와, 제 2 기판 상에 제 2 배향막을 형성하는 단계와, 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판을 상기 제 1 배향막과 제 2 배향막이 대향하도록 간격을 두고 배치하는 단계와, 상기 제 1 배향막과 상기 제 2 배향막 사이에 액정층을 형성하는 단계와, 상기 액정층의 액정 분자에 상기 제 1 기판 및 상기 제 2 기판에 평행한 방향의 구동 전계를 인가하는 전극층을, 상기 제 1 기판 및 상기 제 2 기판 중 어느 일방에 설치하는 단계를 포함하고, 상기 제 1 배향막을 형성하는 단계는, 상기 제 1 기판 상에 친화성을 갖는 부위와 액정과 상용성을 갖는 부위를 포함하는 공중합체 용액을 도포하는 단계와, 상기 제 1 기판을 가열하는 단계를 포함하는 액정 표시 소자의 제조 방법을 제공한다.
또한 상기 제 1 배향막으로서, 상기 제 1 기판과 친화성을 갖는 부위와 상기 액정 분자와 상용성을 갖는 부위를 포함하는 공중합체가 형성되고, 상기 제 1 기판과 친화성을 갖는 부위의 적어도 일부가 상기 제 1 기판에 결합하고 있도록 해도 된다.
또한 상기 제 1 기판과 친화성을 갖는 부위의 남은 부분끼리 결합하여 3차원 가교체를 형성하고 있도록 해도 된다.
또한 상기 액정 분자와 상용성을 갖는 부위의 비율이 상기 제 1 기판과 친화성을 갖는 부위의 비율보다 크도록 해도 된다.
또한 상기 제 1 기판과 친화성을 갖는 부위는 트리실라놀이고, 상기 액정 분자와 상용성을 갖는 부위는 헥실메타크릴레이트이도록 해도 된다.
본 발명에 의하면 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
즉, 저전압으로 액정 분자를 구동하면서 보다 투과율이 높은 표시를 수행하는 것이 가능해진다.
또한 저전압으로 액정 분자를 구동하면서 보다 투과율이 높은 표시를 수행하는 것이 가능한 액정 표시 소자를, 간편하고 또한 저비용으로 제조하는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의 개략 구성을 도시한 단면도이다.
도 2는 상기 제 1 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의 액정 패널에 있어서, 유전율 이방성이 양인 액정을 사용하고 전기장을 인가한 상태에서 액정 분자 배향 방향 분포를 도시한 도면이다.
도 3은 상기 제 1 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의 액정 패널에 있어서, 유전율 이방성이 양인 액정을 사용하고 전기장을 인가하지 않은 상태에서 전극선과 액정 분자 배향 방향의 관계를 도시한 도면이다.
도 4는 상기 제 1 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의 액정 패널에 있어서, 유전율 이방성이 양인 액정을 사용하고 전기장을 인가한 상태에서의 전극선과 액정 분자 배향 방향의 관계를 도시한 도면이다.
도 5는 약앵커링 배향막으로서 기판에 형성한 폴리머 브러시의 예를 도시한 단면도이다.
도 6은 제 2 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의 액정 패널에 있어서, 유전율 이방성이 양인 액정을 사용하고 전기장을 인가하지 않은 상태에서 전극선과 액정 분자 배향 방향의 관계를 도시한 도면이다.
도 7은 상기 제 2 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의 액정 패널에 있어서, 유전율 이방성이 양인 액정을 사용하고 전기장을 인가한 상태에서 전극선과 액정 분자 배향 방향의 관계의 다른 예를 도시한 도면이다.
도 8은 제 3 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의 액정 패널에 있어서, 유전율 이방성이 양인 액정을 사용하고 전기장을 인가하지 않은 상태에서 전극선과 액정 분자 배향 방향의 관계를 도시한 도면이다.
도 9는 상기 제 3 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의 액정 패널에 있어서, 유전율 이방성이 양인 액정을 사용하고 전기장을 인가한 상태에서 전극선과 액정 분자 배향 방향의 관계의 다른 예를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 제 4 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의 개략 구성을 도시한 단면도이다.
도 11은 상기 제 4 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의 액정 패널에 있어서, 유전율 이방성이 음인 액정을 사용하고 전기장을 인가한 상태에서 액정 분자 배향 방향 분포를 도시한 도면이다.
도 12는 상기 제 4 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의 액정 패널에 있어서, 유전율 이방성이 음인 액정을 사용하고 전기장을 인가하지 않은 상태에서 전극선과 액정 분자 배향 방향의 관계를 도시한 도면이다.
도 13은 상기 제 4 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의 액정 패널에 있어서, 유전율 이방성이 음인 액정을 사용하고 전기장을 인가한 상태에서 전극선과 액정 분자 배향 방향의 관계를 도시한 도면이다.
도 14는 제 5 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의 액정 패널에 있어서, 유전율 이방성이 음인 액정을 사용하고 전기장을 인가하지 않은 상태에서 전극선과 액정 분자 배향 방향의 관계를 도시한 도면이다.
도 15는 상기 제 5 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의 액정 패널에 있어서, 유전율 이방성이 음인 액정을 사용하고 전기장을 인가한 상태에서 전극선과 액정 분자 배향 방향의 관계의 다른 예를 도시한 도면이다.
도 16은 제 6 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의 액정 패널에 있어서, 유전율 이방성이 음인 액정을 사용하고 전기장을 인가하지 않은 상태에서 전극선과 액정 분자 배향 방향의 관계를 도시한 도면이다.
도 17은 상기 제 6 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의 액정 패널에 있어서, 유전율 이방성이 음인 액정을 사용하고 전기장을 인가한 상태에서 전극선과 액정 분자 배향 방향의 관계의 다른 예를 도시한 도면이다.
도 18은 실시예의 액정 패널과 비교예의 액정 패널의 전압(V)과 투과율(T) 관계를 도시한 V-T 곡선이다.
도 19는 약앵커링 배향막으로서 기판에 형성하기 전의 공중합체의 예를 도시한 모식도이다.
도 20은 약앵커링 배향막으로서 기판에 형성한 후의 공중합체의 예를 도시한 단면도이다.
도 21은 실시예에서 작성한 액정셀의 배향 상태를 도시한 현미경 사진이다.
이하, 본 발명에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
<제 1 실시 형태>
액정에는 유전율 이방성이 양(正)인 포지티브형과 유전율 이방성이 음(負)인 네거티브형이 존재한다. 포지티브형 액정은, 유전적 성질이 액정 분자의 장축 방향으로 크고 장축 방향에 직교하는 방향으로 작다. 네거티브형은, 유전적 성질이 액정 분자의 장축 방향으로 작고 장축 방향에 직교하는 방향으로 크다. 본 실시 형태에서는 포지티브형 액정을 사용한 사례에 대하여 설명한다.
도 1은 본 실시 형태의 액정 디스플레이의 개략 구성을 도시한 단면도이다. 도 2는 상기 제 1 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의 액정 패널에 있어서, 유전율 이방성이 정수인 액정을 사용하고 전기장을 인가한 상태에서 액정 분자의 배향 방향 분포를 도시한 도면이다. 도 3은 상기 제 1 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의 액정 패널에 있어서, 유전율 이방성이 정수인 액정을 사용하고 전기장을 인가하지 않은 상태에서 전극선과 액정 분자 배향 방향의 관계를 도시한 도면이다. 도 4는 상기 제 1 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의 액정 패널에 있어서, 유전율 이방성이 양인 액정을 사용하고 전기장을 인가한 상태에서 전극선과 액정 분자 배향 방향의 관계를 도시한 도면이다. 도 5는 약앵커링(weak anchoring) 배향막으로서 기판에 형성한 폴리머 브러시의 예를 도시한 단면도이다.
도 1, 도 2에 도시한 것과 같이 액정 디스플레이(10)는, 액정 패널(11)과 액정 패널(11)에 빛을 제공하는 백라이트 유닛(12)을 구비하고 있다.
백라이트 유닛(12)은 액정 패널(11)의 배면에 설치된 광원(미도시)으로부터 입력되는 빛을, 액정 패널(11)의 배면(11r) 측으로부터 표면(11f) 측을 향하여 균일하게 조사한다. 백라이트 유닛(12)은, 예를 들면 그 일측 단부에 설치된 광원(미도시)으로부터 입력되는 빛을 액정 패널(11)의 표면(11f)과 평행한 방향으로 전달하는 한편, 전달한 빛을 액정 패널(11)의 배면(11r) 측으로부터 표면(11f) 측을 향해서 조사하는 이른바 엣지라이트형을 사용할 수 있다. 또한 백라이트 유닛(12)은 액정 패널(11)의 배면(11r) 측에 설치된 광원으로부터 입력되는 빛을 액정 패널(11)의 배면(11r) 측으로부터 표면(11f) 측을 향해서 조사하는 이른바 직하형을 사용할 수도 있다.
액정 패널(11)은 기판(제 2 기판, 13A)과, 기판(제 1 기판, 13B)과, 편광판(14A, 14B)과, 전극층(15)과, 강앵커링 배향막(제 2 배향막, 16)과, 약앵커링 배향막(제 1 배향막, 17)과, 액정층(18)을 구비하고 있다.
기판(13A, 13B)은 각각 유리 혹은 수지 등의 기판으로 이루어지고, 소정의 간격을 두고 서로 평행하게 배치되어 있다.
편광판(14A)은, 백라이트 유닛(12) 측에 배치된 기판(13A)에 있어서 백라이트 유닛(12)에 대향하는 측 또는 백라이트 유닛(12)과는 반대측에 설치되어 있다.
편광판(14B)은, 백라이트 유닛(12)으로부터 이간된 측에 배치된 기판(13B)에 있어서 백라이트 유닛(12)과는 반대측 또는 백라이트 유닛(12)에 대향하는 측에 설치되어 있다.
이들 편광판(14A, 14B)은, 투과축 방향이 서로 직교하고 있다. 예를 들면 일방 편광판(14A)의 투과축 방향은 기판(13B)에 평행한 방향 Y로 설정되고, 타방 편광판(14B)의 투과축 방향은 기판(13B)에 평행한 면 내에서 방향 Y에 직교하는 방향 X로 설정되어 있다.
전극층(15)은, 기판(13A, 13B) 중 어느 일방에 설치되어 있다. 이 실시 형태에서, 전극층(15)은 백라이트 유닛(12) 측의 기판(13A)에 있어서 백라이트 유닛(12)으로부터 이간된 측에 설치되어 있다.
전극층(15)은 기판(13A)의 표면을 따라서 복수개의 전극선(20A)이 병설됨으로써 형성되어 있다. 여기에서 도 3에 도시한 것과 같이 각 전극선(20A)은 그 장축 방향이, 예를 들면 기판(13A)의 표면에 평행한 면 내에서 방향 Y를 따라서 연장되도록 직선상으로 형성되어 있다. 전극층(15)은, 이와 같은 전극선(20A)이 기판(13A)의 표면에 평행한 면 내에서 방향 Y에 직교하는 방향 X를 따라서 일정 간격마다 병설되어 있다.
도 2, 도 4에 도시한 것과 같이 이와 같은 전극층(15)에 있어서는, 전극층(15)의 각 전극선(20A)에 미리 설정한 전압이 인가되면 서로 인접한 전극선(20A) 사이에서 이들 상호 인접한 전극선(20A)끼리를 연결하는 방향, 즉 이 실시 형태에서는 기판(13B)에 평행한 방향 X의 전기장(E)이 생성된다.
강앵커링 배향막(16)은 기판(13A, 13B) 중 어느 일방에 설치되어 있다. 이 실시 형태에서 강앵커링 배향막(16)은 백라이트 유닛(12) 측의 기판(13A)에 있어서 백라이트 유닛(12)으로부터 이간된 측에 형성되어 있다.
약앵커링 배향막(17)은 기판(13A, 13B) 중 어느 타방에 설치되어 있다. 이 실시 형태에서, 약앵커링 배향막(17)은 백라이트 유닛(12)으로부터 이간된 측의 기판(13B)에 있어서 백라이트 유닛(12)에 대향하는 측에 형성되어 있다.
액정층(18)은, 강앵커링 배향막(16)과 약앵커링 배향막(17) 사이에 다수의 액정 분자(Lp)가 충전됨으로써 형성되어 있다. 액정층(18)은, 전극층(15)을 구성하는 각 전극선(20A)에 전압이 인가됨으로써 발생하는 전기장(E)에 의해 액정 분자(Lp)의 배향 방향이 변화되고 구동된다. 이와 같이 해서 액정 분자(Lp)의 배향이 변화됨으로써 액정층(18)은 백라이트 유닛(12)으로부터 공급되는 빛을 부분적으로 투과하거나 차단함으로써 표시 화상을 생성한다.
여기에서, 강앵커링 배향막(16)과 약앵커링 배향막(17)은 액정 분자(Lp)의 배향 방향을 구속하는 배향 구속력이 서로 다르다.
즉, 도 2에 도시한 것과 같이 강앵커링 배향막(16)은, 전압이 인가되어 전기장(E)이 생성되어도 액정층(18)에 있어서 강앵커링 배향막(16) 측의 액정 분자(Lp)가 장축 방향을 기판(13A, 13B) 표면에 평행한 면 내의 배향 방향(도 2에서는 방향 Y)에 거의 일치시킨 초기 배향 상태, 즉 강앵커링 배향막(16)의 배향 처리 방향(방향 Y)을 따르는 초기 배향 상태를 유지한다.
이에 대하여 약앵커링 배향막(17)에서는, 전압이 인가됨으로써 전기장(E)이 생성되었을 때, 인가 전압이 문턱값 전압 이상이 되면 액정층(18)의 약앵커링 배향막(17) 측에 있어서 액정 분자(Lp)가 약앵커링 배향막(17)의 구속으로부터 이탈한다. 그리고 액정 분자(Lp)의 배향 방향은, 인가 전압의 크기에 따라서 기판(13A, 13B) 표면에 평행한 면 내에서 초기 배향 방향(도 2에서는 방향 Y)으로부터 변화된다.
이와 같이 강앵커링 배향막(16)과 약앵커링 배향막(17)에서는 전기장(E)이 인가되었을 때, 액정층(18)의 강앵커링 배향막(16) 측에서는 액정 분자(Lp)가 강앵커링 배향막(16)에 의한 배향 강제력을 받은 대로 그 배향 방향을 유지하는데 비하여, 약앵커링 배향막(17) 측에서는 약앵커링 배향막(17)에 의한 배향 강제력을 벗어나 액정 분자(Lp)의 배향 방향이 변화된다.
그 결과, 액정층(18)에 있어서는 강앵커링 배향막(16) 측과 약앵커링 배향막(17) 측에서, 문턱값 이상의 전기장(E)을 인가했을 때의 액정 분자(Lp) 배향 방향이 다르다. 이로써 액정 분자(Lp)는 강앵커링 배향막(16) 측으로부터 약앵커링 배향막(17) 측을 향해서 초기 배향 방향에 대한 배향 각도의 변위량이 점차 커져, 나선상으로 뒤틀린 배향 상태로 전이되고, 전기장 강도가 어느 일정값에 도달하면 약앵커링 배향막(17) 근방의 액정 분자(Lp)는 전기장(E) 방향에 평행한 방향으로 배향된다. 즉, 강앵커링 배향막(16) 측으로부터 약앵커링 배향막(17) 측을 향하여 90° 트위스트된 배향 상태가 된다.
상기 전압 인가 시의 액정층(18) 배향 상태는, TN 방식에서의 전압 비인가 시 액정 배향 상태와 동일하다. 따라서 ΔnP ≫ λ(Δn은 액정의 굴절율 이방성, P는 액정의 나선형 피치(helical pitch), λ는 빛의 파장), 즉 모긴 조건(Mauguin condition)을 만족하도록 액정 패널(11)의 광학 설계를 수행하면 액정층(18)에 선광능 효과를 발생시키는 것이 가능해진다.
또한 TN 방식의 액정 패널에서 빛의 투과율(T)을 부여하는 식으로서 이하의 Gooch-Tarry의 식 (2)가 알려져 있다.
식 2
Figure pat00002
여기에서 u=dΔn /λ?π/θ 이고, d는 셀 갭(액정층(18)의 두께), θ는 액정 분자(Lp)의 꼬임각이며, 본 실시 형태에서는 전압 인가 시의 강앵커링 배향막(16) 측의 액정 분자와 약앵커링 배향막(17) 측의 액정 분자의 배향 방향의 각도차에 상당한다. 또한 본 실시 형태에서는 θ=π/2이므로, u=2dΔn /λ이다.
액정 패널(11)에서는 포지티브형 액정 분자(Lp)를 사용하고 편광판(14A, 14B)을 각각의 투과축 방향이 서로 직교하는 직교 니콜로 배치하며, 편광판(14A)의 투과축 방향이 전기장(E) 비인가 상태의 액정 분자(Lp) 배향 방향을 규제하기 위한 강앵커링 배향막(16)에 대한 배향 처리 방향(도 1에서는 방향 Y)과 일치하도록 설정된다. 전기장(E) 비인가 상태에서, 액정 분자(Lp)는 강앵커링 배향막(16)에 대한 배향 처리 방향으로 동일 배향되어 있기 때문에 액정층(18)에 입사된 직선 편광은 편광 상태 및 편광면을 유지한 채로 액정 패널(11)로부터 출사된다. 이 때, 액정층(18)에 입사된 직선 편광의 편광 방향(도 1에서는 방향 Y)과 편광판(14B)의 투과축 방향이 직교하고 있기 때문에 백라이트 유닛(12) 측으로부터의 빛은 편광판(14B)을 투과할 수 없다.
한편 전기장(E)을 인가한 상태에서, 액정 분자(Lp)는 상기한 것과 같이 강앵커링 배향막(16) 측에 있어서는 장축 방향이 강앵커링 배향막(16)의 배향 처리 방향(도 2에서는 방향 Y)을 따르는 초기 배향 상태를 유지한다. 이에 비하여 약앵커링 배향막(17) 측에서는 문턱값 이상의 전기장(E) 인가에 의해 액정 분자(Lp)의 배향 방향은 기판(13B)에 평행한 면 내에서 변화되기 시작하고, 전기장 강도가 어느 일정 값에 도달했을 때, 액정 분자(Lp)의 장축 방향이 전기장(E)에 평행한 방향, 즉 기판(13B)에 평행한 방향 X를 따르게 된다. 이 때, 액정 패널(11)의 광학 조건을, 모긴 조건을 만족하고 또한 식 (2)가 최대값을 갖도록 설계함으로써 액정층(18)에 입사된 직선 편광은 편광 상태를 유지한 채로 편광면이 90° 회전(선광)하여 편광판(14B)을 투과하고 액정 패널(11)로부터 출사된다. 따라서 백라이트 유닛(12) 측으로부터 액정 패널(11)에 입사된 빛을 최대 효율로 투과시킬 수 있다. 즉, 본 실시 형태의 전압 인가 시의 투과율(T)을 최대(편광판의 흡수를 0으로 가정한 경우, 50%)로 할 수 있다. 여기에서 일반적으로 셀 갭(d)이 커지면 응답 속도 저하가 발생하기 때문에 액정 패널의 광학 설계는 식 (2)가 최대값을 갖는 복수의 조건 중에서 이른바 first minimum 조건을 선택하는 것이 바람직하다.
이와 같이 본 실시 형태의 액정 패널(11)에서는, 포지티브형 액정 분자(Lp)를 사용하고 편광판(14A, 14B)을 직교 니콜로 배치하며, 편광판(14A)의 투과축 방향이, 전기장(E) 비인가 상태에서 액정 분자(Lp) 배향 방향을 규제하기 위한 강앵커링 배향막(16)에 대한 배향 처리 방향과 일치(도 1에서는 방향 Y)하도록 설정되어 있다. 이와 같은 구성에 의하면 문턱값 이상의 소정의 전기장(E)이 액정 패널(11)에 인가되면 액정 분자(Lp)가 강앵커링 배향막(16) 측으로부터 약앵커링 배향막(17) 측을 향해서, 초기 배향 방향에 대한 배향 방향의 변위량이 점차 커져, 나선상으로 뒤틀린 배향 상태로 전이된다. 이로써 백라이트 유닛(12) 측으로부터 편광판(14A)을 통과한 빛은 강앵커링 배향막(16) 측으로부터 약앵커링 배향막(17) 측을 향해서 액정 분자(Lp)의 배향 방향 분포를 따르는 편광면이 변화되고 반대측 편광판(14B)을 통하여 출사된다.
이와 같이 액정 패널(11)에서는 액정 구동 방식으로서 액정 분자(Lp)를 기판(13A, 13B) 표면을 따르는 면 내에서 변위시키는 IPS 구동 방식을 채용하는 한편 선광성을 이용하여 빛의 온오프 제어를 수행한다.
그런데 상기한 것과 같은 강앵커링 배향막(16)은, 예를 들면 이하와 같이 형성한다. 우선 기판(13A) 상에 폴리이미드 등으로 이루어지는 배향막을 형성한다. 그 후, 레이온과 면 등으로 이루어지는 천을 감은 롤러를, 회전수 및 롤러와 기판(13A) 거리를 일정하게 유지한 상태에서 회전시켜 배향막 표면을 소정 방향으로 문지르거나(러빙법) 혹은 편광 자외선을 조사하여 폴리이미드로 이루어지는 배향막 표면에 이방성을 발생시킨다(광배향법). 이들 러빙법, 광배향법 등에 의해 배향 방향이 설정된 강앵커링 배향막(16)은, 액정 분자(Lp)에 대하여 약앵커링 배향막(17)보다 강한 배향 강제력을 부여한다.
약앵커링 배향막(17)으로는, 예를 들면 폴리머 브러시로 형성한 것을 사용할 수 있다. 폴리머 브러시는, 일단이 기판(13B) 표면에 고정되고 타단이 기판(13B) 표면으로부터 이간되는 방향으로 연장된 그래프트 폴리머 사슬에 의해 형성된다. 이와 같은 그래프트 폴리머 사슬은 기판(13B) 측으로부터 연신되도록 해서 생성해도 되고, 미리 소정 길이를 가진 폴리머 사슬을 기판(13B)에 부착시켜도 된다.
이하, 폴리머 브러시의 구체적인 예를 도시한다.
폴리머 브러시는, 예를 들면 다음 일반식 (1)로 표현된다.
일반식 1
Figure pat00003
일반식 (1)에서, X는 H 또는 CH3이고 m은 양의 정수이며 폴리머 브러시의 Tg(유리전이온도)가 -5℃ 이하인 것이다. 또한, R은 일반식 (1)로 표현되는 폴리머 브러시의 Tg가 -5℃ 이하인 조건을 만족하는 유기 관능기로 특별히 제한되지 않으나, 바람직하게는, C1~C20의 알킬기(alkyl group)에서 선택될 수 있으며, 더욱 바람직하게는, C6 이상의 알킬기에서 선택될 수 있다. 일례로, R은 C6H13일 수 있다.
도 5는 약앵커링 배향막으로서 기판에 형성한 폴리머 브러시의 예를 도시한 단면도이다.
도 5에 도시한 것과 같이 액정 분자(Lp)는 기판(13B) 상에 형성된 폴리머 브러시(2)의 표층 부분에 침투해 있고, 액정 분자(Lp)와 접한 폴리머 브러시(2)의 표층 부분은 팽윤되어 있다(도면에서는 팽윤된 상태는 도시하지 않았다).
본 명세서에서는, 액정 분자(Lp)가 침투한 폴리머 브러시(2) 부분을 공존부(4)로서 나타내고, 액정 분자(Lp)가 침투하지 않은 폴리머 브러시(2) 부분을 폴리머 브러시층(3)으로서 나타낸다. 또한 도 5에서는 본 발명을 이해하기 쉽게 하는 관점에서 공존부(4)와 폴리머 브러시층(3)을 명확히 구별하여 나타냈지만, 실제로는 공존부(4)와 폴리머 브러시층(3)의 경계를 구별하는 것은 어렵다.
상기한 것과 같은 폴리머 브러시(2)를 사용하는 것에 의해 공존부(4)의 Tg(유리전이온도)가 상온보다 상당히 낮은 온도가 되므로, 상온에서 공존부(4) 형상을 자유롭게 변동시킬 수 있다. 따라서 공존부(4)와 액정 분자(Lp)의 계면에서 공존부(4) 상태가 변화되고, 기판(13B)에 대하여 수평 방향으로 액정 분자(Lp)를 배향 규제하면서 면 내에서는 어느 방향으로도 배향 강제력을 갖지 않는 상태(제로면 앵커링 상태)를 실현할 수 있다.
공존부(4)의 Tg는 사용하는 폴리머 브러시(2) 및 액정 분자(Lp)의 종류에 따라 다르기 때문에 일의적으로 정의할 수는 없지만, 일반적으로 폴리머 브러시(2) 단독의 Tg에 비교하여 낮아진다. 또한 공존부(4)의 Tg는, 폴리머 브러시(2)에 대한 액정 분자(Lp)의 침투 정도(즉, 폴리머 브러시(2)와 액정 분자(Lp)의 비율)에 의해서도 변화된다. 구체적으로는 공존부(4)에서 액정 분자(Lp)의 비율이 많은 액정 분자(Lp) 측의 공존부(4)는 Tg가 낮고, 액정 분자(Lp)의 비율이 적은 폴리머 브러시층(3) 측의 공존부(4)는 Tg가 높아진다.
그러나 폴리머 브러시(2)로서 상기 일반식 (1)로 표현되고, 일반식 (1)에서 X는 H 또는 CH3이고 m은 양의 정수이며 폴리머 브러시의 Tg가 -5℃ 이하인 것을 사용하는 것에 의해 공존부(4)의 Tg를 상온보다 충분히 낮은 온도로 할 수 있으므로, 상온에서 기판(13B) 표면에 대하여 수평인 면 내에 액정 분자(Lp)를 배향 규제하면서 면 내에서는 어느 방향으로도 배향 강제력을 갖지 않는 상태(제로면 앵커링 상태)를 실현할 수 있다.
기판(13B) 표면은 필요에 따라서 평탄화 처리를 수행해도 된다. 평탄화 처리는 특별히 한정되지 않고 당해 기술 분야에서 공지된 방법을 이용하여 수행할 수 있다. 평탄화 처리의 예로서는 기판(13B) 표면에 평탄화막을 형성하는 방법을 들 수 있고, 예를 들면 UV 경화성 투명 수지 등을 기판(13B) 표면에 도포하여 UV 경화하면 된다.
기판(13B)의 예로서는 어레이 기판 및 대향 기판을 들 수 있다.
어레이 기판의 예로는 액티브 매트릭스 어레이 기판을 들 수 있다. 액티브 매트릭스 어레이 기판은 일반적으로 유리 기판 상에 게이트 배선 및 소스 배선이 매트릭스상으로 배치되어 있고, 그 교점 부분에 박막 트랜지스터(TFT: Thin Film Transistor) 등의 액티브 소자가 형성되며 이 액티브 소자에 화소 전극이 접속된 것이다.
또한 대향 기판의 예로서는 컬러 필터 기판을 들 수 있다. 이 컬러 필터 기판은 일반적으로 유리 기판 상에 불필요한 빛 샘을 방지하기 위해서 블랙 매트릭스를 형성한 후, R(적), G(녹), B(청) 착색물을 패턴 형성하고 필요에 따라서 보호막을 형성한 것이다. 이들 기판(13B)을 사용하는 경우, 기판(13B) 표면에 투명 수지를 도포하고 경화하여 평탄화막을 형성해도 된다.
기판(13B) 상에 형성되는 폴리머 브러시(2)로는 상기 일반식 (1)로 표현되고 일반식 (1)에서 X는 H 또는 CH3이고 m은 양의 정수이며 폴리머 브러시의 Tg가 -5℃ 이하인 것을 사용할 수 있다. 여기에서 폴리머 브러시(2)는, 다수의 그래프트 폴리머 사슬이 고밀도이고 기판(13B) 표면에 대하여 수직 방향으로 신장된 구조를 가지는 것이 바람직하다.
일반적으로 일단이 기판(13B) 표면에 고정된 그래프트 폴리머 사슬은 그래프트 밀도가 낮으면 랜덤 코일상의 수축된 구조를 취하지만, 폴리머 브러시(2)는 그래프트 밀도가 높기 때문에 인접한 그래프트 폴리머 사슬의 상호 작용(입체 반발)에 의해, 기판(13B) 표면에 대하여 수직 방향으로 신장된 구조를 취한다.
본 명세서에서 '고밀도'는, 인접한 그래프트 폴리머 사슬 사이에서 입체 반발이 발생할 정도로 밀집된 그래프트 폴리머 사슬의 밀도를 의미하고, 일반적으로 0.1가닥/nm2 이상, 바람직하게는 0.1 ~ 1.2가닥/nm2의 밀도이다. 또한 본 명세서에서 '그래프트 폴리머 사슬의 밀도'는 단위 면적(nm2)당 기판(13B) 표면 상에 형성된 그래프트 폴리머 사슬의 가닥수를 의미한다.
또한 폴리머 브러시(2)는, 다수의 그래프트 폴리머 사슬이 상기에 표시한 '고밀도'보다 낮은 밀도로 형성된 것이어도 된다.
폴리머 브러시(2)는 기판(13B)의 표면 상에서 폴리머 브러시(2) 층을 형성한다. 이 폴리머 브러시(2) 층의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 일반적으로 수십nm, 구체적으로는 1nm 이상 100nm 미만, 바람직하게는 10nm ~ 80nm이다. 또한 이 폴리머 브러시(2) 층에는 사이즈 배제 효과가 있어서, 일정 크기의 물질은 폴리머 브러시(2) 층을 통과할 수 없다. 따라서 폴리머 브러시(2) 층의 두께를 얇게 해도 토대(下地)로부터 액정 분자(Lp)로의 불순물 침입을 방지할 수 있다.
폴리머 브러시(2)의 형성 방법은 특별히 한정되지 않고 당해 기술 분야에서 공지된 방법을 이용하여 수행할 수 있다. 구체적으로는, 폴리머 브러시(2)는 라디컬 중합성 모노머를 리빙 라디컬 중합시킴으로써 형성할 수 있다. 본 명세서에서 '리빙 라디컬 중합'은 라디컬 중합 반응에 있어서 연쇄 이동 반응 및 정지 반응이 실질적으로 일어나지 않고, 라디컬 중합성 모노머가 다 반응한 후에도 연쇄 성장 말단이 활성을 유지하는 중합 반응을 의미한다.
이 중합 반응에서는 중합 반응 종료 후에도 생성 중합체 말단에 중합 활성을 유지하고 있어, 라디컬 중합성 모노머를 가하면 다시 중합 반응을 개시시킬 수 있다. 또한 리빙 라디컬 중합은 라디컬 중합성 모노머와 중합 개시제의 농도비를 조절함으로써 임의의 평균 분자량을 갖는 중합체를 합성할 수 있고, 생성되는 중합체의 분자량 분포가 매우 좁은 등의 특징이 있다.
리빙 라디컬 중합의 대표예는 원자 이동 라디컬 중합(ATRP: Atom Transfer Radical Polymerization)이다. 예를 들면 중합개시제 존재 하에서 할로겐화구리/리간드 착물을 사용하여 라디컬 중합성 모노머의 원자 이동 리빙 라디컬 중합을 수행한다. 할로겐화구리/리간드 착물이 고분자 말단 할로겐을 잡아 뺌으로써 가역적으로 성장하는 성장 라디컬에 라디컬 중합성 모노머가 부가되어 진행되고, 충분한 빈도의 가역적 활성화·불활성화에 의해 분자량 분포가 규제된다.
리빙 라디컬 중합에 사용되는 라디컬 중합성 모노머는 유기 라디컬 존재 하에서 라디컬 중합을 수행할 수 있는 불포화 결합을 갖는 것으로, 예를 들면 t-부틸메타크릴레이트, 헥실메타크릴레이트, 2-에틸헥실메타크릴레이트, 노닐메타크릴레이트, 라우릴메타크릴레이트, n-옥틸메타크릴레이트 등의 메타크릴레이트계 모노머와, t-부틸아크릴레이트, 헥실아크릴레이트, 2-에틸헥실아크릴레이트, 노닐아크릴레이트, 벤질아크릴레이트, 라우릴아크릴레이트, n-옥틸아크릴레이트 등의 아크릴레이트계 모노머와, 스티렌, 스티렌 유도체(예를 들면 o-, m-, p-메톡시스티렌, o-, m-, p-t-부톡시스티렌, o-, m-, p-클로로메틸스티렌 등), 비닐에스테르류(예를 들면 아세트산비닐, 프로피온산비닐, 벤조산비닐 등), 비닐케톤류(예를 들면 비닐메틸케톤, 비닐헥실케톤, 메틸이소프로페닐케톤 등), N-비닐 화합물(예를 들면 N-비닐피롤리돈, N-비닐피롤, N-비닐카바졸, N-비닐인돌 등), (메타)아크릴산 유도체(예를 들면 아크릴로니트릴, 메타아크릴로니트릴, 아크릴아마이드, 이소프로필아크릴아마이드, 메타크릴아마이드 등), 할로겐화비닐류(예를 들면 염화비닐, 염화비닐리덴, 테트라클로로에틸렌, 헥사클로로프렌, 불화비닐 등) 등의 비닐 모노머를 들 수 있다. 이들 각종 라디컬 중합성 모노머는 단독으로 사용해도 2종 이상을 병용해도 된다.
중합개시제는 특별히 한정되지 않고, 리빙 라디컬 중합에서 일반적으로 공지된 것을 사용할 수 있다. 중합개시제의 예로서는 p-클로로 메틸 스티렌, α-디클로로크실렌, α, α-디클로로크실렌, α, α-디브로모크실렌, 헥사키스(α-브로모메틸)벤젠, 염화벤질, 브롬화벤질, 1-브로모-1-페닐에탄, 1-클로로-1페닐에탄 등의 벤질할로겐화물과, 프로필-2-브로모프로피오네이트, 메틸-2-클로로프로피오네이트, 에틸-2-클로로프로피오네이트, 메틸-2-브로모프로피오네이트, 에틸-2-브로모이소부틸레이트(EBIB) 등의 α위가 할로겐화된 카복실산과, p-톨루엔술포닐클로라이드(TsCl) 등의 토실할로겐화물과, 테트라클로로메탄, 트리브로모메탄, 1-비닐에틸클로라이드, 1-비닐에틸브로마이드 등의 알킬할로겐화물과, 디메틸인산클로라이드 등의 인산에스테르의 할로겐 유도체를 들 수 있다. 이들 각종 중합개시제는 단독으로 사용해도 2종 이상을 병용해도 된다.
할로겐화구리/리간드 착물을 제공하는 할로겐화구리는 특별히 한정되지 않고 리빙 라디컬 중합에서 일반적으로 공지된 것을 사용할 수 있다. 할로겐화구리의 예로는 CuBr, CuCl, CuI 등을 들 수 있다. 이들 각종 할로겐화구리는 단독으로 사용해도 2종 이상을 병용해도 된다.
할로겐화구리/리간드 착물을 제공하는 리간드 화합물은 특별히 한정되지 않고 리빙 라디컬 중합에서 일반적으로 공지된 것을 사용할 수 있다. 리간드 화합물의 예로는 트리페닐포스판, 4,4´-디노닐-2,2´-디피리딘(dNbipy), N,N,N´,N´N˝-펜타메틸디에틸렌트리아민, 1,1,4,7,10,10-헥사메틸트리에틸렌테트라아민 등을 들 수 있다. 이들 각종 리간드 화합물은 단독으로 사용해도 2종 이상을 병용해도 된다.
라디컬 중합성 모노머, 중합개시제, 할로겐화구리 및 리간드 화합물의 양은 사용할 원료의 종류에 따라서 적절히 조절하면 되지만, 일반적으로 중합개시제 1mol에 대하여 라디컬 중합성 모노머가 5 ~ 10000mol, 바람직하게는 50 ~ 5000mol, 할로겐화구리가 0.1 ~ 100mol, 바람직하게는 0.5 ~ 100mol, 리간드 화합물이 0.2 ~ 200mol, 바람직하게는 1.0 ~ 200mol이다.
리빙 라디컬 중합은 통상 무용매로 수행하지만, 리빙 라디컬 중합에서 일반적으로 사용되는 용매를 사용해도 된다. 사용 가능한 용매로는, 예를 들면 벤젠, 톨루엔, N,N-디메틸포름아마이드(DMF), 디메틸설폭시드(DMSO), 아세톤, 클로로포름, 사염화탄소, 테트라하이드로퓨란(THF), 아세트산에틸, 트리플루오로메틸벤젠 등의 유기 용매와, 물, 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, n-부탄올, 에틸셀로솔브, 부틸셀로솔브, 1-메톡시-2-프로판올 등의 수성 용매를 들 수 있다. 이들 각종 용매는 단독으로 사용해도 2종 이상을 병용해도 된다. 또한 용매의 양은 사용할 원료의 종류에 따라서 적절히 조절하면 되지만, 일반적으로 라디컬 중합성 모노머 1g에 대하여 용매가 0.01 ~ 100ml, 바람직하게는 0.05 ~ 10ml이다.
리빙 라디컬 중합은, 상기 원료를 포함하는 폴리머 브러시 형성용 용액 중에 기판(13B)을 침지 또는 기판(13B)에 상기 원료를 포함하는 폴리머 브러시 형성용 용액을 도포하고 가열함으로써 수행할 수 있다. 가열 조건은 특별히 한정되지 않고 사용할 원료 등에 따라서 적절히 조절하면 되지만, 일반적으로 가열 온도는 60 ~ 150℃, 가열 시간은 0.1 ~ 10 시간이다. 이 중합 반응은 일반적으로 상압에서 수행되지만 가압 또는 감압해도 상관없다. 또한 기판(13B)은 필요에 따라서 폴리머 브러시(2) 형성 전에 세정을 수행해도 된다.
리빙 라디컬 중합에 의해 형성되는 폴리머 브러시(2)의 분자량은 반응 온도, 반응 시간, 사용할 원료의 종류와 양에 의해 조정 가능하지만, 일반적으로 수평균 분자량이 500 ~ 1000000, 바람직하게는 1000 ~ 500000인 폴리머 브러시(2)를 형성할 수 있다. 또한 폴리머 브러시(2)의 분자량 분포(Mw/Mn)는 1.05 ~ 1.60 사이로 제어할 수 있다.
폴리머 브러시(2)는, 기판(13B)과 폴리머 브러시(2) 사이의 고착성을 높이는 관점으로부터 필요에 따라서 고정화막을 통하여 기판(13B) 표면 상에 형성해도 된다. 고정화막으로는, 기판(13B) 및 폴리머 브러시(2)의 고착성이 뛰어난 것이라면 특별히 한정되지 않고, 리빙 라디컬 중합에서 일반적으로 공지된 것을 사용할 수 있다. 고정화막의 예로는, 다음 일반식 (2)로 표현되는 알콕시실란 화합물로부터 형성되는 막을 들 수 있다.
일반식 2
Figure pat00004
일반식 (2)에서 R1은 각각 독립적으로 C1 ~ C3의 알킬기, 바람직하게는 메틸기 또는 에틸기이고, R2는 각각 독립적으로 메틸기 또는 에틸기이며, X는 할로겐 원자, 바람직하게는 Br이고, n은 3 ~ 10의 정수, 보다 바람직하게는 4 ~ 8의 정수이다.
고정화막에는 폴리머 브러시(2)가 공유 결합하고 있는 것이 바람직하다. 고정화막과 폴리머 브러시(2)가 결합력이 강한 공유 결합으로 연결되어 있으면 폴리머 브러시(2) 벗겨짐을 충분히 방지할 수 있다. 그 결과, 액정 패널(11)의 특성이 저하될 가능성이 낮아지고 액정 패널(11)의 신뢰성이 향상된다.
고정화막 형성 방법은 특별히 한정되지 않고 사용할 재료에 따라서 적절히 설정하면 된다. 예를 들면 고정화막 형성용 용액에 기판(13B)을 침지시키거나 혹은 기판(13B)에 상기 고정화막 형성용 용액을 도포 후 건조시킴으로써 고정화막을 형성할 수 있다. 여기에서 소정 부분에 고정화막을 형성시키기 위해서 고정화막을 형성시키지 않는 부분에 마스킹을 실시해도 된다. 또한 기판(13B)은 필요에 따라서 고정화막 형성 전에 세정을 수행해도 된다.
기판(13A)과, 폴리머 브러시(2)를 형성한 기판(13B) 사이에 액정 분자(Lp)를 주입하는 방법은 특별히 한정되지 않고, 모세관 현상을 이용한 진공 주입법, 액정 적하 주입법(ODF: One Drop Filling) 등의 공지된 방법을 이용할 수 있다. 예를 들면 모세관 현상을 이용한 진공 주입법을 이용하는 경우에는 다음과 같이 해서 수행하면 된다.
우선 일방 기판(13A) 상에 공지된 방법에 의해 전극층(15)을 형성한다. 타방 기판(13B) 상에는 포토리소그래피 등의 공지된 방법에 의해 스페이서를 형성한 후, 고정화막(필요한 경우) 및 폴리머 브러시(2)를 형성한다. 여기에서, 필요에 따라서 기판(13B) 상(스페이서부 이외)에 평탄화막 등을 형성함으로써 평탄화하고, 그 위에 고정화막(필요한 경우) 및 폴리머 브러시(2)를 형성해도 된다.
다음으로 일방 기판(13A)을 세정하고 건조시킨 후, 실링재를 도포하여 타방 기판(13B)과 중첩시키고 가열 또는 UV 조사 등에 의해 실링재를 경화시켜서 접착한다. 여기에서, 실링재의 일부에는 액정 분자(Lp)를 주입하기 위한 주입구를 열어 둘 필요가 있다. 다음으로 진공 주입법에 의해 주입구로부터 기판(13A, 13B) 사이에 액정 분자(Lp)를 주입한 후에 주입구를 봉지한다.
본 발명에서 사용되는 액정 분자(Lp)는 특별히 한정되지 않고, 당해 기술 분야에서 공지된 것을 사용할 수 있다. 그 중에서도 액정 분자(Lp)로는 액정 분자(Lp)의 NI점(N상으로부터 I상으로의 상전이온도)이 공존부(4)의 Tg보다 높은 것이 바람직하다.
상술한 것과 같이 액정 패널(11)에 의하면 백라이트 유닛(12)과, 약앵커링 배향막(17)이 형성된 기판(13B)과, 약앵커링 배향막(17)과의 사이에 간격을 두고 대향 배치되는 강앵커링 배향막(16)이 형성된 기판(13A)과, 약앵커링 배향막(17)과 강앵커링 배향막(16) 사이에 배치되고 액정 분자(Lp)가 구동됨으로써 빛을 투과 또는 차단하는 액정층(18)과, 기판(13A 및 13B) 중 어느 일방에 설치되고 액정 분자(Lp)에 전기장(E)을 인가하는 전극층(15)을 구비한다. 더욱이 전기장(E)을 인가했을 때, 약앵커링 배향막(17)이 액정 분자(Lp)의 배향 방향을 구속하는 구속력이, 강앵커링 배향막(16)보다 작다.
그리고 전기장(E)을 인가한 상태에서, 강앵커링 배향막(16) 측으로부터 약앵커링 배향막(17) 측을 향해서 액정층(18)의 액정 분자(Lp) 배향 방향의 변위 각도가 점차 커진다.
이로써 약앵커링 배향막(17) 측의 액정 분자(Lp)의 배향 방향을 변화시키는데 충분한 소정의 전압을 인가하면 액정 패널(11)의 액정층(18)이 구동되어 표시를 수행할 수 있다. 따라서 저전압에서 액정 분자를 구동할 수 있다.
또한 상기 구성에 따르면 액정 분자(Lp)의 선광성을 이용하여 액정 분자(Lp)를 구동하고 있다. 이와 같은 구성에 따르면 빛이 액정 분자(Lp)의 배향을 따라 변화되고 투과해가므로 투과율이 높은 표시를 수행하는 것이 가능해진다.
<제 2 실시 형태>
다음으로 본 발명에 따른 액정 표시 소자의 제 2 실시 형태에 대해서 설명한다. 또한 이하 설명하는 제 2 실시 형태에서는, 상기 제 1 실시 형태와 공통된 구성에 대해서는 도면 중에 동일 부호를 붙여 그 설명을 생략한다. 제 2 실시 형태에서는 상기 제 1 실시 형태에 대하여 전극층(15)의 전극선(20B) 배치가 다르다.
도 6은 제 2 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의 액정 패널에 있어서 유전율 이방성이 정수인 액정을 사용하고, 전기장을 인가하지 않은 상태에서 전극선과 액정 분자 배향 방향의 관계를 도시한 도면이다. 도 7은 상기 제 2 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의 액정 패널에 있어서, 유전율 이방성이 정수인 액정을 사용하고 전기장을 인가한 상태에서 전극선과 액정 분자 배향 방향의 관계의 다른 예를 도시한 도면이다.
도 6에 도시한 것과 같이 제 2 실시 형태에서 전극층(15)은 기판(13B) 표면을 따라서 복수개의 전극선(20B)이 병설됨으로써 형성되어 있다. 여기에서 각 전극선(20B)은 그 장축 방향을, 예를 들면 기판(13A)을 따르는 방향 Y에 대하여 경사지게 형성되어 있다. 전극층(15)은 이와 같은 전극선(20B)이 기판(13A)을 따르는 방향 Y에 직교하는 방향 X를 따라서 일정 간격마다 병설됨으로써 형성되어 있다.
이와 같은 전극층(15)에서는, 전기장(E) 비인가 상태에서 포지티브형 액정 분자(Lp)가 서로 인접하는 전극선(20B, 20B) 사이에, 강앵커링 배향막(16)에서의 배향 처리 방향(방향 Y)을 따라서 배향되어 있다.
도 7에 도시한 것과 같이 포지티브형 액정 분자(Lp)는 전기장(E)을 인가해도 강앵커링 배향막(16) 측에서는, 장축 방향이 강앵커링 배향막(16)의 배향 처리 방향(방향 Y)을 따르는 초기 배향 상태를 유지한다. 한편 약앵커링 배향막(17) 측에서는 인가된 전기장(E)에 의해 액정 분자(Lp)는 기판(13B)에 평행한 면 내에서 배향 각도가 변위되고, 전기장 강도가 어느 일정값에 도달했을 때, 그 장축 방향이 전기장(E)에 평행한 방향, 즉 전극선(20B)에 직교하는 방향을 따른다.
이와 같은 전극층(15)을 구비한 본 실시 형태의 액정 패널(11)에서도, 상기 제 1 실시 형태와 동일하게 저전압으로 액정 분자(Lp)를 구동하는 것이 가능하다. 또한 본 실시 형태에서는 약앵커링 배향막(17) 측의 액정 분자(Lp) 배향 방향이 전기장(E)에 평행해졌을 때, 액정 분자(Lp)의 배향 방향과 편광판(14B)의 투과축 방향이 완전히 일치하지 않기 때문에 제 1 실시 형태에 도시한 구성보다 최대 투과율은 약간 저하되지만, 종래의 IPS 방식의 액정 패널보다 높은 최대 투과율을 실현하는 것이 가능해진다.
<제 3 실시 형태>
다음으로 본 발명에 따른 액정 표시 소자의 제 3 실시 형태에 대하여 설명한다. 또한 이하 설명하는 제 3 실시 형태에서는, 상기 제 1, 제 2 실시 형태와 공통된 구성에 대해서는 도면 중에 동일 부호를 부여하고 그 설명을 생략한다. 제 3 실시 형태에서는, 상기 제 1, 제 2 실시 형태에 대하여 전극층(15)의 전극선(20C) 배치가 다르다.
도 8은 제 3 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의 액정 패널에서, 유전율 이방성이 정수인 액정을 사용하고, 전기장을 인가하지 않은 상태에서 전극선과 액정 분자 배향 방향의 관계를 도시한 도면이다. 도 9는 상기 제 3 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의 액정 패널에서, 유전율 이방성이 양인 액정을 사용하고, 전기장을 인가한 상태에서 전극선과 액정 분자 배향 방향의 관계의 다른 예를 도시한 도면이다.
도 8에 도시한 것과 같이 제 3 실시 형태에서 전극층(15)은 기판(13A) 표면을 따라서 복수개의 전극선(20C)이 병설됨으로써 형성되어 있다. 여기에서 각 전극선(20C)은 각 화소에 있어서, 기판(13A)을 따르는 방향 Y에 대하여 소정 각도 α만큼 경사진 제 1 경사부(20a)와 방향 Y에 대하여 소정 각도 -α만큼 경사진 제 2 경사부(20b)가, 장축 방향인 방향 Y에 있어서 연속된 < 형상을 이루고 있다. 전극층(15)은 이와 같은 전극선(20C)이 기판(13A)을 따르는 방향 Y에 직교하는 방향 X를 따라서, 일정 간격마다 병설됨으로써 형성되어 있다.
이와 같은 전극층(15)에서는 전기장(E) 비인가 상태에서 포지티브형 액정 분자(Lp)가 서로 인접하는 전극선(20C, 20C) 사이에, 강앵커링 배향막(16)에서의 배향 처리 방향(방향 Y)을 따라서 배향되어 있다.
도 9에 도시한 것과 같이 포지티브형 액정 분자(Lp)는 전기장(E)을 인가해도 강앵커링 배향막(16) 측에서는 장축 방향이 강앵커링 배향막(16)의 배향 처리 방향(방향 Y)을 따르는 초기 배향 상태를 유지한다. 한편 약앵커링 배향막(17) 측에서는 인가된 전기장(E)에 의해, 액정 분자(Lp)는 기판(13B)에 평행한 면 내에서 배향 각도가 변위되고 전기장 강도가 어느 일정값에 도달했을 때, 그 장축 방향이 제 1 경사부(20a), 제 2 경사부(20b)에 직교하도록 배향된다. 구체적으로는 전기장(E)을 인가했을 때, 제 1 경사부(20a, 20a) 사이에서는 액정 분자(Lp)가 제 1 경사부(20a)에 직교하고, 제 2 경사부(20b, 20b) 사이에서는 액정 분자(Lp)가 제 2 경사부(20b)에 직교한다.
여기에서 전극층(15)에 있어서 전극선(20C)은 각 화소에서 < 형상으로 굴곡되어 있다. 따라서 전기장(E)을 인가했을 때, 방향 X에 대하여 각도 α만큼 경사진 액정 분자(Lp)와 각도 -α만큼 경사진 액정 분자(Lp)가 혼재되어 화상을 형성한다. 그 결과, 패널 표면에 대하여 경사진 대각선 방향으로부터 액정 패널(11)을 봤을 경우의 화상 열화를 억제할 수 있다.
이와 같은 전극층(15)을 구비한 본 실시 형태의 액정 패널(11)에서도, 상기 제 1 실시 형태와 동일하게 저전압으로 액정 분자(Lp)를 구동하는 것이 가능하다. 또한 본 실시 형태에서는 약앵커링 배향막(17) 측의 액정 분자(Lp) 배향 방향이 전기장(E)에 평행해졌을 때, 액정 분자(Lp)의 배향 방향과 편광판(14B)의 투과축 방향이 완전히 일치하지 않기 때문에 제 1 실시 형태에 도시한 구성보다 최대 투과율은 약간 저하되지만, 종래의 IPS 방식의 액정 패널보다 높은 최대 투과율을 실현하는 것이 가능해진다.
<제 4 실시 형태>
다음으로 본 발명에 따른 액정 표시 소자의 제 4 실시 형태에 대하여 설명한다. 또한 이하 설명하는 제 4 실시 형태에서는, 상기 제 1 ~ 제 3 실시 형태와 공통된 구성에 대해서는 도면 중에 동일 부호를 부여하고 그 설명을 생략한다. 제 4 실시 형태에서는 상기 제 1 실시 형태와 동일한 전극층(15)을 구비하고, 네거티브형 액정 분자(Ln)를 구동한다.
도 10은 본 발명의 제 4 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의 개략 구성을 도시한 단면도이다. 도 11은 상기 제 4 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의 액정 패널에 있어서, 유전율 이방성이 음인 액정을 사용하고, 전기장을 인가한 상태에서 액정 분자의 배향 방향 분포를 도시한 도면이다. 도 12는 상기 제 4 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의 액정 패널에 있어서, 유전율 이방성이 음인 액정을 사용하고, 전기장을 인가하지 않은 상태에서 전극선과 액정 분자 배향 방향의 관계를 도시한 도면이다. 도 13은 상기 제 4 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의 액정 패널에 있어서, 유전율 이방성이 음인 액정을 사용하고, 전기장을 인가한 상태에서 전극선과 액정 분자 배향 방향의 관계를 도시한 도면이다.
도 10, 도 11에 도시한 것과 같이 실시 형태에서 편광판(14A)과 편광판(14B)은 직교 니콜로 배치되고, 편광판(14A)의 투과축 방향이 방향 X를 따르도록 설정되며, 타방 편광판(14B)의 투과축 방향은 방향 Y를 따르도록 설정되어 있다.
전극층(15)은 기판(13A) 표면을 따라서 복수개의 전극선(20A)이 병설됨으로써 형성되어 있다. 도 12, 도 13에 도시한 것과 같이 각 전극선(20A)은 그 장축 방향이, 예를 들면 기판(13A) 표면에 평행한 면 내에서 방향 Y를 따라서 연장되도록 직선상으로 형성되어 있다. 전극층(15)은 이와 같은 전극선(20A)이 기판(13A) 표면에 평행한 면 내에서 방향 Y에 직교하는 방향 X를 따라서 일정 간격마다 병설되어 있다.
액정층(18)의 액정 분자(Ln)는 유전율 이방성이 음이고, 유전적 성질이 장축 방향으로 작고 장축 방향에 직교하는 방향으로 큰 네거티브형이다.
도 10, 도 12에 도시한 것과 같이 네거티브형 액정 분자(Ln)를 사용하는 경우, 전기장(E) 비인가 상태에서 액정 분자(Ln) 배향 방향을 규제하기 위한 강앵커링 배향막(16)의 배향 처리 방향을, 각 전극선(20A)의 장축 방향과 수직한 방향(도 12에서는 방향 X)으로 한다. 또한 편광판(14A)과 편광판(14B)을 직교 니콜로 배치시키고, 편광판(14A) 투과축 방향이 전기장(E) 비인가 상태에서 액정 분자(Ln)의 배향 방향을 규제하기 위한 강앵커링 배향막(16)에 대한 배향 처리 방향과 일치(도 12에서는 방향 X)하도록 설정되어 있다. 그러면 전기장(E) 비인가 상태에서는, 백라이트 유닛(12) 측으로부터의 빛은 투과하지 않는다.
도 11에 도시한 것과 같이 네거티브형 액정 분자(Ln)는 전기장(E)을 인가해도 강앵커링 배향막(16) 측에 있어서는, 장축 방향이 강앵커링 배향막(16)의 배향 처리 방향을 따르는 초기 배향 상태(방향 X)를 유지한다. 한편 약앵커링 배향막(17) 측에서는 인가된 전기장(E)에 의해 액정 분자(Ln)는 기판(13B)에 평행한 면 내에서 배향 각도가 변위되고, 전기장 강도가 어느 일정값에 도달했을 때, 그 장축 방향이 전기장(E)에 직교하는 방향, 즉 기판(13B)에 평행한 방향 Y를 따른다. 이와 같이 해서 전기장(E)을 인가한 상태에서는 강앵커링 배향막(16) 측으로부터 약앵커링 배향막(17) 측을 향하여 액정층(18)의 액정 분자(Ln)의 배향 방향 변위 각도가 점차 커진다. 일정값 이상의 전기장을 인가했을 때, 약앵커링 배향막(17) 측에서 액정 분자(Ln)의 배향 방향(방향 Y)은 전기장(E)과 직교하는 방향이 되고 편광판(14B)의 투과축 방향과 일치하기 때문에, 백라이트 유닛(12) 측으로부터 편광판(14A)을 통과한 빛은 액정 분자(Ln)의 배향 방향 분포를 따라서 편광면이 변화되고 반대측 편광판(14B)을 통하여 출사된다.
이와 같이 유전율 이방성이 음인 액정을 사용하는 본 실시 형태의 액정 패널(11)에서도, 저전압으로 액정 분자(Ln)를 구동하면서 보다 투과율이 높은 표시를 수행하는 것이 가능해진다.
<제 5 실시 형태>
다음으로 본 발명에 따른 액정 표시 소자의 제 5 실시 형태에 대하여 설명한다. 또한 이하 설명하는 제 5 실시 형태에 있어서는, 상기 제 1 ~ 제 4 실시 형태와 공통된 구성에 대해서는 도면 중에 동일 부호를 부여하고 그 설명을 생략한다. 제 5 실시 형태에서는 상기 제 2 실시 형태와 동일한 전극층(15)을 구비하고 네거티브형 액정 분자(Ln)를 구동한다.
도 14는 제 5 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의 액정 패널에서, 유전율 이방성이 음인 액정을 사용하고, 전기장을 인가하지 않은 상태에서 전극선과 액정 분자 배향 방향의 관계를 도시한 도면이다. 도 15는 상기 제 5 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의 액정 패널에서, 유전율 이방성이 음인 액정을 사용하고, 전기장을 인가한 상태에서 전극선과 액정 분자 배향 방향의 관계의 다른 예를 도시한 도면이다.
이 실시 형태에 있어서, 일방 편광판(14A)의 투과축 방향은 상기 제 4 실시 형태와 마찬가지로 방향 X를 따르도록 설정되고, 타방 편광판(14B)의 투과축 방향은 방향 Y를 따르도록 설정되어 있다.
도 14에 도시한 것과 같이 전극층(15)은 기판(13A) 표면을 따라서 복수개의 전극선(20B)이 병설됨으로써 형성되어 있다. 각 전극선(20B)은 그 장축 방향을, 예를 들면 기판(13A)을 따르는 방향 Y에 대하여 경사지게 형성되어 있다. 전극층(15)은 이와 같은 전극선(20B)이 기판(13A)을 따르는 방향 Y에 직교하는 방향 X를 따라서 일정 간격마다 병설됨으로써 형성되어 있다.
이와 같은 전극층(15)에 있어서는 전기장(E) 비인가 상태에서 네거티브형 액정 분자(Ln)가 서로 인접하는 전극선(20B, 20B) 사이에, 강앵커링 배향막(16)에서의 배향 처리 방향(방향 X)을 따라서 배향되어 있다. 전기장(E) 비인가 상태에서 액정층(18)의 액정 분자(Ln)는 방향 X를 따르도록 배향되고, 백라이트 유닛(12) 측으로부터의 빛은 투과되지 않는다.
도 15에 도시한 것과 같이 네거티브형 액정 분자(Ln)는, 전기장(E)을 인가하면 강앵커링 배향막(16) 측에 있어서는 장축 방향이 강앵커링 배향막(16)의 배향 처리 방향(방향 X)을 따르는 초기 배향 상태를 유지한다. 한편 약앵커링 배향막(17) 측에서는 인가된 전기장(E)에 의해 액정 분자(Ln)는 기판(13B)에 평행한 면 내에서 배향 각도가 변위되고, 전기장 강도가 어느 일정값에 도달했을 때, 그 장축 방향이 전기장(E)에 직교하는 방향, 즉 전극선(20B)에 평행한 방향을 따른다.
이와 같은 전극층(15)을 구비하는 본 실시 형태의 액정 패널(11)에서도 저전압으로 액정 분자(Ln)를 구동하는 것이 가능하다. 또한 본 실시 형태에서는 약앵커링 배향막(17) 측의 액정 분자(Ln)의 배향 방향이 전기장(E)에 수직이 되었을 때, 액정 분자(Ln)의 배향 방향과 편광판(14B)의 투과축 방향이 완전히 일치하지 않기 때문에 제 4 실시 형태에 도시한 구성보다 최대 투과율은 약간 저하되지만, 종래의 IPS 방식의 액정 패널보다 높은 최대 투과율을 실현하는 것이 가능해진다.
<제 6 실시 형태>
다음으로 본 발명에 따른 액정 표시 소자의 제 6 실시 형태에 대하여 설명한다. 또한 이하 설명하는 제 6 실시 형태에 있어서는, 상기 제 1 ~ 제 5 실시 형태와 공통되는 구성에 대해서는 도면 중에 동일 부호를 부여하고 그 설명을 생략한다. 제 6 실시 형태에서는 상기 제 3 실시 형태와 동일한 전극층(15)을 구비하고, 네거티브형 액정 분자(Ln)를 구동한다.
도 16은 제 6 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의 액정 패널에 있어서, 유전율 이방성이 음인 액정을 사용하고, 전기장을 인가하지 않은 상태에서 전극선과 액정 분자 배향 방향의 관계를 도시한 도면이다. 도 17은 상기 제 6 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의 액정 패널에 있어서, 유전율 이방성이 음인 액정을 사용하고, 전기장을 인가한 상태에서 전극선과 액정 분자 배향 방향의 관계의 다른 예를 도시한 도면이다.
이 실시 형태에서, 일방 편광판(14A)의 투과축 방향은 상기 제 4 실시 형태와 마찬가지로 방향 X를 따르도록 설정되고, 타방 편광판(14B)의 투과축 방향은 방향 Y를 따르도록 설정되어 있다.
도 16에 도시한 것과 같이 전극층(15)은 기판(13A) 표면을 따라서 복수개의 전극선(20C)이 병설됨으로써 형성되어 있다. 각 전극선(20C)은 각 화소에서 기판(13A)을 따르는 방향 Y에 대하여 소정 각도 α만큼 경사진 제 1 경사부(20a)와, 방향 Y에 대하여 소정 각도 -α만큼 경사진 제 2 경사부(20b)가 장축 방향인 방향 Y에 있어서 연속된 < 형상을 이루고 있다. 전극층(15)은 이와 같은 전극선(20C)이 기판(13A)을 따르는 방향 Y에 직교하는 방향 X를 따라서 일정 간격마다 병설됨으로써 형성되어 있다.
이와 같은 전극층(15)에서는 전기장(E) 비인가 상태에서 네거티브형 액정 분자(Ln)가 상호 인접하는 전극선(20C, 20C) 사이에, 강앵커링 배향막(16)에서의 배향 처리 방향(방향 X)을 따라서 배향되어 있다. 전기장(E) 비인가 상태에서는 액정층(18)의 액정 분자(Ln)는 방향 X를 따르도록 배향되고 백라이트 유닛(12) 측으로부터의 빛은 투과하지 않는다.
도 17에 도시한 것과 같이 네거티브형 액정 분자(Ln)는, 전기장(E)을 인가하면 강앵커링 배향막(16) 측에 있어서는 장축 방향이 강앵커링 배향막(16)의 배향 처리 방향(방향 X)을 따르는 초기 배향 상태를 유지한다. 한편 약앵커링 배향막(17) 측에서는 인가된 전기장(E)에 의해 액정 분자(Ln)는 기판(13B)에 평행한 면 내에서 배향 각도가 변위되고, 전기장 강도가 어느 일정값에 도달했을 때, 그 장축 방향이 제 1 경사부(20a), 제 2 경사부(20b)에 평행해지도록 배향된다. 구체적으로는 전기장(E)을 인가했을 때, 제 1 경사부(20a, 20a) 사이에서는 액정 분자(Ln)는 제 1 경사부(20a)에 평행해지고, 제 2 경사부(20b, 20b) 사이에서는 액정 분자(Ln)는 제 2 경사부(20b)에 평행해진다.
여기에서, 전극층(15)에 있어서 전극선(20C)은 각 화소에서 < 형상으로 굴곡되어 있다. 따라서 전기장(E)을 인가했을 때, 서로 다른 2종류의 각도로 경사진 액정 분자(Ln)가 혼재하여 화상을 형성한다. 그 결과, 패널 표면에 대하여 경사진 대각선 방향으로부터 액정 패널(11)을 본 경우의 화상 열화를 억제할 수 있다.
이와 같은 전극층(15)을 구비한 본 실시 형태의 액정 패널(11)에서도 저전압으로 액정 분자(Ln)를 구동하는 것이 가능하다. 또한 본 실시 형태에서는 약앵커링 배향막(17) 측의 액정 분자(Ln)의 배향 방향이 전기장(E)에 수직이 되었을 때, 액정 분자(Ln)의 배향 방향과 편광판(14B)의 투과축 방향이 완전히 일치하지 않기 때문에 제 4 실시 형태에 도시한 구성보다 최대 투과율은 약간 저하되지만, 종래의 IPS 방식의 액정 패널보다 높은 최대 투과율을 실현하는 것이 가능해진다.
<제 7 실시 형태>
다음으로 본 발명에 따른 액정 표시 소자의 제 7 실시 형태에 대하여 설명한다. 또한 이하 설명하는 제 7 실시 형태에 있어서는, 상기 제 1 ~ 제 6 실시 형태와 공통된 구성에 대해서는 도면 중에 동일 부호를 부여하고 그 설명을 생략한다. 제 7 실시 형태에서는 상기 제 1 실시 형태에 대하여 약앵커링 배향막(17)의 구성이 다르다. 상기 제 1 실시 형태에서는 약앵커링 배향막(17)으로서 폴리머 브러시로 형성한 것을 사용했지만, 제 7 실시 형태에서는 공중합체로 형성한 것을 사용한다.
도 19는 약앵커링 배향막으로서 기판에 형성하기 전의 공중합체 예를 도시한 모식도이고, 도 20은 약앵커링 배향막으로서 기판에 형성한 후의 공중합체 예를 도시한 단면도이다. 공중합체(21)는 1개의 분자 중에 기판과 친화성을 갖는 부위(친화성을 제공하는 부위, 22)와 액정과 상용성을 갖는 부위(상용성을 제공한는 부위, 23)를 포함한다. 또한 1개의 분자 중에서, 액정과 상용성을 갖는 부위(23)의 비율이 기판과 친화성을 갖는 부위(22)의 비율보다 커져 있다. 약앵커링 배향막으로서 기판에 형성한 후의 공중합체 기판과 친화성을 갖는 부위(22)는, 적어도 일부가 기판(13B)과 화학 결합을 형성하여 기판과 밀착되어 있다. 더욱이 기판과 친화성을 갖는 부위(22)의 잔여 부분에 대해서는, 기판과 친화성을 갖는 부위(22)끼리 결합하여 3차원 가교체를 형성하고 있다. 한편 액정과 상용성을 갖는 부위(23)의 적어도 일부는 액정 분자(Lp)와 혼합되어 있다. 또한 액정과 상용성을 갖는 부위(23)는 그 부위의 성분으로만 이루어지는 폴리머(호모폴리머)의 일반적인 Tg가 -5℃ 이하인 것이다.
기판과 친화성을 갖는 부위(22)는 상기 제 1 실시 형태의 폴리머 브러시층(3)의 기판과의 고착 부위에 상당하고, 액정과 상용성을 갖는 부위(23)는 상기 제 1 실시 형태의 공존부(4)에 상당한다.
상기한 것과 같은 공중합체(21)를 사용함으로써 액정과 상용성을 갖는 부위(23)의 Tg(유리전이온도)가 상온보다 상당히 낮은 온도가 되므로, 상온에서 액정과 상용성을 갖는 부위(23)의 형상을 자유롭게 변동시킬 수 있다. 따라서 액정과 상용성을 갖는 부위(23)와 액정 분자(Lp)의 계면에서, 액정과 상용성을 갖는 부위(23)의 상태가 변화되고 기판(13B)에 대하여 수평 방향으로 액정 분자(Lp)를 배향 규제하면서 면 내에서는 어느 방향으로도 배향 강제력을 갖지 않는 상태(제로면 앵커링 상태)를 실현할 수 있다.
공중합체(21)를 유기 용매에 용해한 용액을 기판(13B)에 도포하고 가열함으로써 기판 표면에 공중합체(21)를 형성할 수 있다. 기판과 친화성을 갖는 물질로는, 예를 들면 트리실라놀을 사용할 수 있지만 특별히 한정되지 않고, 기판과 친화성을 갖는 성질을 나타내는 물질이면 사용할 수 있다.
또한 액정과 상용성을 갖는 물질로는, 예를 들면 헥실메타크릴레이트(HMA)를 사용할 수 있지만 특별히 한정되지 않고, 액정과 상용성을 갖는 성질을 나타내는 물질이면 사용할 수 있다.
기판과 친화성을 갖는 물질은 트리실라놀에 한정되지 않는다. 가열 등에 의해 기판과 양호한 밀착성이 얻어지는 것이면 된다.
액정과 상용성을 갖는 물질은 헥실메타크릴레이트(HMA)에 한정되지 않는다. 액정과 양호한 상용성을 갖는 물질이면 되고, 제 1 실시 형태에서 서술한 리빙라디컬 중합에 사용되는 각종 라디컬 중합성 모노머 등을 후보로서 들 수 있다.
약앵커링 상태(제로면 앵커링 상태)를 안정적으로 실현하기 위해서는 배향막으로서 액정과의 상용성이 높고, 또한 기판에 강하게 고착되는 것을 사용할 필요가 있다. 또한 액정이 기판과 접촉하지 않을 정도로 긴밀하게 계면을 덮는 것이 필요하다. 따라서 상기 제 1 실시 형태의 폴리머 브러시를 기판 상에 형성하기 위해서는 기판을 중합액에 침지하고, 고온에서 수시간 중합 등이 필요하다. 한편 본 실시 형태에서는 공중합체(21)를 유기 용매에 용해하고 기판에 상기 용액을 도포하여 가열함으로써 공중합체를 기판 상에 고착할 수 있으므로, 폴리머 브러시로 약앵커링 배향막을 형성하는 경우에 비교하여 간편하고, 또한 저비용으로 형성하는 것이 가능해진다.
이상 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대하여 상세히 설명했지만 당해 기술 분야의 통상의 지식을 갖는 자라면 향후 다양한 변형 및 균등한 실시 형태가 가능하다.
따라서 본 발명의 권리 범위는 여기에 한정되지 않고, 특허 청구 범위에서 정의되는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 다양한 변형과 개량 형태도 본 발명에 포함된다.
예를 들면 상기 실시 형태에서는 강앵커링 배향막(16), 약앵커링 배향막(17)에 대하여 각각 구체적인 형성 방법을 예시했지만 여기에 한정되지 않는다. 즉, 강앵커링 배향막(16)과 약앵커링 배향막(17)에서, 전기장(E)을 인가했을 때 액정 분자(L)의 배향 방향을 규제하는 배향 강제력이 서로 다르다면, 강앵커링 배향막(16), 약앵커링 배향막(17)은 각각 다른 어떤 방법, 재료로 형성해도 된다.
또한 상기 실시 형태에서는 강앵커링 배향막(16)을 백라이트 유닛(12) 측에 배치하고, 약앵커링 배향막(17)을 백라이트 유닛(12)으로부터 이간된 측에 배치했지만 여기에 한정되지 않는다. 강앵커링 배향막(16)을 백라이트 유닛(12)으로부터 이간된 측에 배치하고, 약앵커링 배향막(17)을 백라이트 유닛(12) 측에 배치해도 된다.
전극층(15)에 대해서도 백라이트 유닛(12)으로부터 이간된 측에 제한되지 않고, 그 반대측에 배치해도 된다.
또한 제 1 ~ 제 6 실시 형태에 있어서는 편광판(14A)과 편광판(14B)을 직교 니콜로 배치하여, 편광판(14A)의 투과축 방향이 전기장(E) 비인가 상태에서 액정 분자(L)의 배향 방향을 규제하기 위한 강앵커링 배향막(16)에 대한 배향 처리 방향과 일치하는 경우의 예를 도시했지만, 편광판(14A)의 투과축 방향을, 전기장(E) 비인가 상태에서 액정 분자(L)의 배향 방향을 규제하기 위한 강앵커링 배향막(16)에 대한 배향 처리 방향과 직교시켜도 된다.
더욱이 제 1 ~ 제 6 실시 형태에서도 액정 분자(L)는 전기장(E)을 인가한 상태에서, 강앵커링 배향막(16) 측으로부터 약앵커링 배향막(17) 측을 향해서, 초기 배향 방향에 대한 배향 각도의 변위량이 점차 커져 나선상으로 뒤틀린 배향 상태가 된다. 여기에서 액정 분자(L)는 강앵커링 배향막(16)과 약앵커링 배향막(17)의 중간부에 있어서, 액정 분자(L)의 배향 각도 변위량이 최대가 되고, 그 부분보다 약앵커링 배향막(17)에 걸쳐서 액정 분자(L)의 배향 각도 변위량이 동일(최대 상태)해도 된다. 다시 말하면 액정 분자(L)는 전기장(E)을 인가한 상태에서 강앵커링 배향막(16) 측으로부터 강앵커링 배향막(16)과 약앵커링 배향막(17)의 중간부까지의 영역에서 나선상으로 배열되고, 강앵커링 배향막(16)과 약앵커링 배향막(17)의 중간부부터 약앵커링 배향막(17) 측까지의 영역에서는 동일하게 배열되어 있어도 된다.
더욱이 상기 실시 형태에서는 전압 비인가 시에 표시가 어둡고 전압 인가 시에 밝아지는, 이른바 normaly black형 액정 패널(11)에 대해서 설명했지만, 여기에 한정되지 않는다. 액정 패널(11)을, 전압 비인가 시에 표시가 밝고 전압 인가 시에 어두워지는, 이른바 normaly white형 구성으로 해도 된다.
<실시예 1>
상기 제 1 ~ 제 6 실시 형태에서 도시한 구성에 대하여 이하와 같이 모델화한 액정 패널을 사용하여 실증 실험을 수행했으므로 그 결과를 이하에 나타낸다.
<액정 패널 제작>
실시예, 비교예로서 ITO제 빗살 전극(두께: 약 55nm, 전극 폭(L)/전극간 거리(S)=4㎛/10㎛)이 형성된 기판(이하, 전극 기판이라고 한다)과 포토스페이서가 형성된 기판(이하, 대향 기판이라고 한다)을 합착하고, 공극에 액정을 충전한 액정 패널을 제작했다.
실시예의 액정 패널의 전극 기판 상에는 배향막으로서 PHMA(poly(hexyl methacrylate)) 브러시를 중합했다. PHMA 브러시 중합은, 표면 개시 ATRP(원자 이동 라디컬 중합)에 의해 수행되었다.
우선 기판을 아세톤과 클로로포름으로 15분씩 초음파 세정한 후 질소 가스를 불어넣어 건조시키고, 그 후 UV-O3 처리를 15분간 수행했다. 이 단계에서 폴리머 브러시를 형성하지 않는 영역(실링재 부분)을 마스킹 테이프로 보호했다.
다음으로 개시재: 2-브로보-2-메틸-N-(3-(트리에톡시실릴)프로필)프로판아마이드(BPA): 0.05g, 에탄올: 4.7g, 암모니아수: 0.25g을 혼합한 용액에 기판을 차광한 상태에서 하룻밤 침지하여 기판 표면에 개시재를 고정했다. 그 후 기판을 아세톤으로 10분간 초음파 세정한 후 질소 가스를 불어넣어 건조시켰다. PHMA 브러시는 BPA가 고정화된 기판을, 동결 탈기(freezing and degassing) 처리가 수행된 중합액(모노머: 헥실메타크릴레이트, HMA/29.74g/174.7mol, 개시재: 에틸-2-브로모이소부티레이트, EBIB/68.7mg/0.35mmol, 촉매: CuBr/152.2mg/1.06mmol, 리간드: N, N, N', N'', N''-펜타메틸디에틸렌트리아민, PMDETA/243.8mg/1.41mmol, 용매: 아니솔/29.97g/277mmol)에 침지하고 70℃에서 7시간 가열하여 중합했다.
동일 패치 내의 프리 폴리머를 겔 침투 크로마토그래피로 측정한 결과, 중합된 PHMA 브러시의 분자량과 분자량 분포는 각각 Mn=88900, Mw/Mn=1.74로 추산되었다. PHMA 브러시의 막 두께(h)는 X선 반사율 측정(Rigaku사 제품, UltimaⅣ)을 바탕으로 18.0nm로 결정되었다. 또한 PHMA 브러시의 그래프트 밀도(σ)는 폴리머 브러시의 밀도가 벌크 폴리머 밀도와 동일하다(PHMA 밀도로서 1.00g/㎤를 사용)는 가정 하에서, σ=ρhNA/M(ρ: 벌크 폴리머 밀도, h: 폴리머 브러시 막 두께, NA: 아보가드로 상수, M: 폴리머 브러시 분자량)의 관계식으로부터 0.12체인/nm2로 추산되었다.
한편 실시예의 액정 패널의 대향 기판 측에는 높이 6㎛의 포토 스페이서를 형성한 후 배향막으로서 PI(JSR제 JALS-16470)막을 형성했다. PI 배향막 표면에는 러빙 처리를 실시했다. 러빙 처리는 전극 기판과 대향 기판을 합착했을 때, 대향 기판의 러빙 방향과 빗살 전극이 평행해지도록(완성된 패널에서 액정이 빗살 전극과 평행하게 호모지니어스 배향된다) 수행했다. 전극 기판과 대향 기판은 실링재를 통하여 합착시키고, 가압하면서 질소 분위기 하에서 120℃×2시간의 실링 경화 처리를 거쳐서 공 셀을 제작했다. 그 후, 진공주입법에 의해 네마틱 액정(JC-5051XX, 네마틱/등방성 전이 온도: NI점 112.7℃, 굴절율 이방성: Δn=0.081)을 공 셀에 주입한 후, UV 경화형 봉지재로 주입구를 실링했다. 또한 실시예의 액정 패널에서는 대향 기판을 하측(백라이트 측)에, 전극 기판을 상측에 배치했다.
실시예의 액정 패널의 포토 스페이서의 높이는 이하의 이유로 선택했다. 액정 패널에 전기장을 인가했을 때, PI 계면 부근의 액정 배향은 러빙 “‡항으로 고정되지만 PHMA 브러시 계면의 액정은 전기장과 평행한 방향으로 회전하기 때문에 전극 기판으로부터 대향 기판에 걸쳐서 액정 분자가 최대 90° 뒤틀리는 것이 상정된다. 이 경우 액정의 배향 상태는 TN형 LCD의 전압 비인가 시의 배향 상태와 동일하며, 실시예의 액정 패널의 전압 인가 시의 투과율(T)을 최대로 하기 위해서는 상기 식 (2)가 최대값을 갖는 조건, 즉 u=2Δnd/λ(Δn: 액정의 유전율 이방성, d: 셀 갭, λ: 빛의 파장)가 √3이 되는(first minimum 조건을 만족하는) 셀 두께: 6㎛를 얻을 필요가 있다. 이와 같은 배경으로부터, 포토 스페이서 높이로서 6㎛를 선택했다.
이 때, 액정의 비틀림 피치(P)는 4d(24㎛)이고 모긴 조건을 만족하고 있기 때문에 액정 패널의 광학 축에 평행 또는 수직으로 입사한 직선 편광은 직선 편광 상태를 유지한 채로 편광면이 회전하는(선광성을 나타내는) 것이 기대된다.
비교예의 액정 패널의 설계는 일반적인 IPS-LCD 설계를 답습했다.
비교예의 액정 패널의 제작 순서는 이하와 같다. ITO제 빗살 전극이 형성된 전극 기판 상 및 높이 3.4㎛의 포토 스페이서가 형성된 대향 기판 상에, 배향막으로서 PI(JSR제 JALS-16470)를 입히고, 양 기판의 PI 표면에 러빙 처리를 실시했다. 러빙 처리는, 완성된 패널에서 액정이 빗살 전극으로부터 20° 기울어진 방향으로 호모지니어스 배향하도록 수행했다.
전극 기판과 대향 기판은 실링재를 통하여 합착시키고 가열하면서 질소 분위기 하에서 150℃×3시간의 실링 경화 처리를 거쳐서 공 셀을 제작했다. 그 후, 진공주입법에 의해 네마틱 액정(JC-5051XX)을 공 셀에 주입한 후, UV 경화형 봉지재로 주입구를 실링했다.
비교예의 액정 패널에서는 상기 식 (1)의 sin2(πΔnd/λ) 항이 최대값을 갖는 셀 두께 3.4㎛를 선택했다.
또한 비교예의 액정 패널에서는 전극 기판을 하측(백라이트 측)에, 대향 기판을 상측에 배치했다.
<각종 측정>
다음으로 실시예의 액정 패널, 비교예의 액정 패널을 사용하여 편광 현미경 관찰, V-T 곡선 측정을 수행했다.
편광 현미경 관찰은 Olympus제 BX50P에 의해, V-T 곡선 측정은 Otsuka electronics제 LCD-5200을 이용하여 수행했다. V-T 곡선 측정 시에는 액정 패널의 전극 기판과 대향 기판의 배면에 편광판(Nitto Denko제 NPF-SEG1425DUHC)을 부착했다. 편광판은 투과축 방향이 서로 직교(직교 니콜)되도록 배치하고, 액정 패널의 초기 배향 방향과 하측 기판(대향 기판)측 편광판의 투과축이 일치하도록 부착했다.
<초기 배향 상태와 전압-투과율 곡선 측정>
실시예의 액정 패널을 편광 현미경으로 관찰했을 때, 액정은 빗살 전극에 평행(대향 기판의 러빙 방향)하게 동일 배향되고 있는 것이 확인되었다. 마찬가지로 비교예의 액정 패널도 러빙 방향(빗살 전극에 대하여 20° 기울어진 방향)으로 균일하게 배향되어 있었다.
25℃에서의 실시예의 액정 패널과 비교예의 액정 패널의 V-T 곡선을 도 18에 도시한다.
도 18에 도시한 것과 같이 실시예의 액정 패널은, 비교예의 액정 패널에 비교하여 문턱 전압(Vth), 최대 투과율(Tmax)을 제공하는 전압(Vmax) 모두 대폭 저하되어 있는 것을 확인할 수 있다. 문턱 전압(Vth)을, Tmax의 2%에 상당하는 투과율을 실현하는 전압(V2 %)으로 정의하면, 실시예의 액정 패널의 전압(Vth)은 1.7V이고, 비교예의 액정 패널의 전압 2.6V에 비교하여 약 49% 저감되어 있다. 전압(Vmax)에 대해서도 동일한 경향을 볼 수 있다.
비교예의 액정 패널의 전압(Vmax)은 8.8V였지만, 실시예의 액정 패널의 전압은 4.3V로, 비교예의 액정 패널에 대하여 약 51% 저감되어 있다.
한편 실시예의 액정 패널의 Tmax는 비교예의 액정 패널에 비교하여 큰 폭으로 향상되었다. 광원과 수광기 사이에 아무것도 배치하지 않은 상태의 휘도를 투과율 100%로 한 경우, 비교예의 액정 패널의 최대 투과율(Tmax)은 18.1%인데 비하여 실시예의 액정 패널의 최대 투과율(Tmax)은 33.2%였다.
또한 이번 측정에 사용한 2장의 편광판을 평행 니콜 상태에서 합착시킨 경우의 투과율은 38.7%였다(단일 투과율은 42.4%).
각 액정 패널의 최대 투과율(Tmax)을 투과율 상한 값인 38.7%로 나눈 값을 액정 패널의 출사 효율로 하면, 비교예의 액정 패널의 출사 효율은 약 47%인데 비하여 실시예의 액정 패널의 출사 효율은 약 86%로, 실시예의 액정 패널의 출사 효율이 매우 높은 것을 확인할 수 있다.
또한 실시예의 액정 패널과 통상적인 IPS 모드(비교예의 액정 패널)의 전압 비인가 시의 배향 상태는 동일하므로, 실시예의 액정 패널의 흑(黑)휘도는 비교예의 액정 패널과 원리적으로 동등해질 것이다. 따라서 최대 투과율 상승에 따라서 실시예의 액정 패널의 콘트라스트는 필연적으로 향상된다. 이번 검토에서는 비교예의 액정 패널의 콘트라스트가 208인데 비하여 실시예의 액정 패널의 콘트라스트는 488이었다. 이와 같이 실시예의 액정 패널은 비교예의 액정 패널에 비교하여, 구동 전압은 반감, 최대 투과율/콘트라스트는 약 1.8배로 향상되는 것이 확인되었다.
<실시예 2>
상기 제 7 실시 형태에서 도시한 구성에 대하여 이하와 같이 액정 셀을 작성하고 평가를 수행하였으므로 그 결과를 이하에 나타낸다.
<액정셀 제작>
실시예로서 ITO제 전극이 형성된 기판(이하, 전극 기판이라고 한다)과 포토 스페이서가 형성된 기판(이하, 대향 기판이라고 한다)을 합착시키고, 그 공극에 액정을 충전한 액정셀을 제작했다. 실시예의 액정셀의 대향 기판 상에는, 배향막으로서 공중합체를 형성했다. 공중합체의 형성 방법은 이하와 같다.
<용액 작성>
공중합체를 구성하는 물질 중 기판과 친화성을 갖는 물질로서 트리실라놀, 액정과 상용성을 갖는 물질로서 헥실메타크릴레이트(HMA)를 사용했다. 또한 공중합체의 중량 평균 분자량, 수평균 분자량 및 분자량 분포는 각각 Mw=146000, Mn=28200 및 Mw/Mn=5.178로 추산되었다. 그리고 트리실라놀과 헥실메타크릴레이트(HMA)의 조성 비율을 10:90으로 한 고형분을 준비하고, 고형분 농도가 5wt%가 되도록 이를 유기 용매에 용해하여 용액을 작성했다.
<대향 기판에 도포>
높이 3㎛의 포토 스페이서를 형성한 대향 기판을 용액에 침지(딥 코팅)한 후 스핀 코터로 처리(1000rpm×10초)하여 용액 두께를 균일화했다. 다음으로 기판을 오븐 안에서 가열했다(100℃×15분). 이 가열에 의해 화학 반응이 촉진되고 트리실라놀 부위가 기판과 화학 결합을 형성하여 기판과 밀착하는 한편 트리실라놀 부위끼리도 결합하여 3차원 가교체가 형성되었다. 그 후 기판을 시클로펜타논으로 헹구고 미반응 분자, 즉 화학 결합을 형성하지 않고 물리적인 상호 작용으로 3차원 가교체와 밀착되어 있는 분자를 제거했다. 더욱이 기판을 순수로 헹구고 에어나이프로 건조했다.
공중합체 형성 후의 대향 기판에 대하여 엘립소메트리를 이용하여 막 두께를 측정했다. 그 결과, 막 두께는 약 135nm였다. 더욱이 기판에 순수를 떨어뜨려 접촉각을 측정했다. 그 결과, 공중합체 형성 전의 기판 접촉각은 38°인데 비하여 공중합체 형성 후의 기판 접촉각은 90° 전후였다. 이들 결과로부터 기판 상에 공중합체가 결합(도막)되어 있는 것이 확인되었다.
<대향 기판과 전극 기판의 제작과 합착>
한편 실시예의 액정셀의 전극 기판 측에는 배향막으로서 PI(JSR제 AL16301)를 입혔다. PI 배향막 표면에는 러빙 처리를 실시했다. 전극 기판과 대향 기판은 실링재를 통하여 합착시키고, 가압하면서 질소 분위기 하에서 120℃×2시간의 실링 경화 처리를 거쳐서 공 셀을 제작했다. 그 후 진공주입법에 의해 네마틱 액정(JC-5051XX, 네마틱/등방성 전이 온도: NI점 112.7℃, 굴절율 이방성: Δn=0.081)을 공 셀에 주입한 후 UV 경화형 봉지재로 주입구를 실링했다.
<액정셀 평가>
도 21은 실시예에서 작성한 액정셀의 배향 상태를 나타내는 현미경 사진이다. 본 사진은 직교 니콜로 배치한 2장의 편광판 사이에 액정셀을 두고, 편광 현미경으로 관찰하고 있다. 사진을 관찰한 결과, 전극 기판 측의 초기 배향 방향(러빙 방향)에 평행한 방향으로 액정이 균일하게 배향되어 있는 것이 확인되었다. 한편 대향 기판 표면은 러빙 처리를 수행하지 않았지만, 강앵커링 면인 전극 기판 측의 배향을 따라서 균일 배향을 실현하고 있는 것이 확인되었다. 이로써 배향막으로서 공중합체를 이용한 경우도, 배향막으로서 PHMA 브러시를 형성한 때와 동등한 정도의 약앵커링 면이 실현되어 있는 것이 확인되었다.
2: 폴리머 브러시 3: 폴리머 브러시층
4: 공존부 7: 기하학적 요철 구조
10: 액정 디스플레이 11: 액정 패널(액정 표시 소자)
11f: 표면 11r: 배면
12: 백라이트 유닛 13A: 기판(제 2 기판)
13B: 기판(제 1 기판) 14A, 14B: 편광판
15: 전극층 16: 강앵커링 배향막(제 2 배향막)
17: 약앵커링 배향막(제 1 배향막) 18: 액정층
20A ~ 20C: 전극선 20a: 제 1 경사부
20b: 제 2 경사부 21: 공중합체
22: 기판과 친화성을 갖는 부위 23: 액정과 상용성을 갖는 부위
E: 전기장 Lp: 포지티브형 액정 분자
Ln: 네거티브형 액정 분자

Claims (20)

  1. 빛을 발생하는 광원과,
    제 1 배향막이 형성된 제 1 기판과,
    상기 제 1 배향막과의 사이에 간격을 두고 대향 배치되는 제 2 배향막이 형성된 제 2 기판과,
    상기 제 1 배향막과 상기 제 2 배향막 사이에 배치되고, 액정 분자가 구동됨으로써 상기 빛을 투과 또는 차단하는 액정층과,
    상기 제 1 기판 및 상기 제 2 기판 중 어느 일방에 설치되고, 상기 액정 분자에 상기 제 1 기판 및 상기 제 2 기판에 평행한 방향의 구동 전계를 인가하는 전극층을 구비하며,
    상기 액정층은, 상기 구동 전계를 인가한 상태에서 상기 제 2 배향막 측에서는 상기 액정 분자가 미리 설정된 초기 배향 방향으로 배향된 상태를 유지하며, 상기 제 1 배향막 측에서는 상기 액정 분자의 배향 방향이 상기 제 2 기판 표면에 평행한 면 내에서 상기 초기 배향 방향으로부터 상기 구동 전계에 따른 방향으로 변화됨으로써, 상기 제 2 배향막 측으로부터 상기 제 1 배향막 측을 향하여 상기 액정 분자가 나선상으로 배열되는 액정 표시 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 기판 측에 설치된 제 1 편광판과,
    상기 제 2 기판 측에 설치된 제 2 편광판을 더욱 구비하며,
    상기 제 1 편광판의 투과축 방향과 상기 제 2 편광판의 투과축 방향이 서로 직교하고, 상기 제 1 편광판의 투과축 방향과 미리 설정된 상기 액정 분자의 초기 배향 방향이 일치하며, 상기 구동 전계를 인가한 상태에서는, 상기 광원으로부터 발생되고 상기 제 1 편광판을 통과한 상기 빛이, 상기 액정층의 상기 액정 분자의 배열을 따라서 회전되어 상기 제 2 편광판을 향하는 액정 표시 소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 기판 측에 설치된 제 1 편광판과,
    상기 제 2 기판 측에 설치된 제 2 편광판을 더욱 구비하며,
    상기 제 1 편광판의 투과축 방향과 상기 제 2 편광판의 투과축 방향이 서로 직교하고, 상기 제 1 편광판의 투과축 방향과 미리 설정된 상기 액정 분자의 초기 배향 방향이 직교 관계에 있으며, 상기 구동 전계를 인가한 상태에서는, 상기 광원으로부터 발생되고 상기 제 1 편광판을 통과한 상기 빛이, 상기 액정층의 상기 액정 분자의 배열을 따라서 편광면을 변화시켜 상기 제 2 편광판을 향하는 액정 표시 소자.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 배향막은, 상기 구동 전계를 인가하지 않은 상태 및 상기 구동 전계를 인가한 상태 양측에서 상기 액정 분자를 상기 초기 배향 방향으로 유지하고,
    상기 제 1 배향막은 상기 구동 전계를 인가했을 때, 상기 액정 분자의 배향 방향이 상기 제 2 기판 표면에 평행한 면 내에서 상기 구동 전계에 따른 방향으로 변위 가능하도록 되어 있는 액정 표시 소자.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 배향막은, 상기 구동 전계를 인가했을 때, 상기 액정 분자의 배향 방향을 구속하는 구속력이 상기 제 2 배향막보다 작은 액정 표시 소자.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 배향막 측에 위치한 상기 액정 분자와 상기 제 2 배향막 측에 위치한 상기 액정 분자에서, 상기 구동 전계에 의한 상기 액정 분자의 배향 방향의 변위 각도차가 0° 이상 90° 이하인 액정 표시 소자.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 배향막으로서, 상기 제 1 기판에 폴리머 브러시가 형성되어 있는 액정 표시 소자.P
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 배향막으로서, 상기 제 1 기판과 친화성을 갖는 부위와 상기 액정 분자와 상용성을 갖는 부위를 포함하는 공중합체가 형성되고, 상기 제 1 기판에 상기 제 1 기판과 친화성을 갖는 부위의 적어도 일부가 결합되어 있는 액정 표시 소자.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 기판과 친화성을 갖는 부위의 남은 부분끼리 결합되어 3차원 가교체를 형성하고 있는 액정 표시 소자.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 액정 분자와 상용성을 갖는 부위의 비율이 상기 제 1 기판과 친화성을 갖는 부위의 비율보다 큰 액정 표시 소자.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 기판과 친화성을 갖는 부위는 트리실라놀이고, 상기 액정 분자와 상용성을 갖는 부위는 헥실메타크릴레이트인 액정 표시 소자.
  12. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전극층이, 상기 제 1 기판 또는 상기 제 2 기판면에 배치된 복수의 전극선으로 이루어지고,
    상기 구동 전계 비인가 시에 있어서, 상기 액정 분자의 배향 방향이 상기 전극선이 연속된 방향에 평행 또는 직교하고 있는 액정 표시 소자.
  13. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전극층이, 상기 제 1 기판 또는 상기 제 2 기판면에 배치된 복수의 전극선으로 이루어지고,
    상기 구동 전계 비인가 시에 있어서, 상기 액정 분자의 배향 방향이 상기 전극선이 연속된 방향에 대하여 경사져 있는 액정 표시 소자.
  14. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액정 분자의 유전율 이방성이 양(正)인 액정 표시 소자.
  15. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액정 분자의 유전율 이방성이 음(負)인 액정 표시 소자.
  16. 제 1 기판 상에 제 1 배향막을 형성하는 단계와,
    제 2 기판 상에 제 2 배향막을 형성하는 단계와,
    상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판을, 상기 제 1 배향막과 상기 제 2 배향막이 대향하도록 간격을 두고 배치하는 단계와,
    상기 제 1 배향막과 상기 제 2 배향막 사이에 액정층을 형성하는 단계와,
    상기 제 1 기판 및 상기 제 2 기판 중 어느 일방에, 상기 제 1 기판 및 상기 제 2 기판에 평행한 방향의 구동 전계를 상기 액정층의 액정 분자에 인가하는 전극층을 설치하는 단계를 포함하고,
    상기 제 1 배향막을 형성하는 단계는,
    상기 제 1 기판 상에 친화성을 갖는 부위와 액정과 상용성을 갖는 부위를 포함하는 공중합체 용액을 도포하는 단계와,
    상기 제 1 기판을 가열하는 단계를 포함하는 액정 표시 소자의 제조 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 1 배향막으로서, 상기 제 1 기판과 친화성을 갖는 부위와 상기 액정 분자와 상용성을 갖는 부위를 포함하는 공중합체가 형성되고, 상기 제 1 기판에 상기 제 1 기판과 친화성을 갖는 부위의 적어도 일부가 결합하고 있는 액정 표시 소자의 제조 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1 기판과 친화성을 갖는 부위의 남은 부분끼리 결합하여 3차원 가교체를 형성하고 있는 액정 표시 소자의 제조 방법.
  19. 제 16 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액정 분자와 상용성을 갖는 부위의 비율이 상기 제 1 기판과 친화성을 갖는 부위의 비율보다 큰 액정 표시 소자의 제조 방법.
  20. 제 16 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 기판과 친화성을 갖는 물질은 트리실라놀이고, 상기 액정 분자와 상용성을 갖는 물질은 헥실메타크릴레이트인 액정 표시 소자의 제조 방법.
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