KR102028312B1

KR102028312B1 - 강한 ｕｖ이색성을 갖는 광정렬층들

Info

Publication number: KR102028312B1
Application number: KR1020147012182A
Authority: KR
Inventors: 모하메드 이븐-엘하즈; 에바 벤스트라; 마누엘 쾨흐린
Original assignee: 롤리크 아게
Priority date: 2011-10-03
Filing date: 2012-09-28
Publication date: 2019-10-07
Also published as: KR20140072190A; US9322956B2; US20140226115A1; JP2014529107A; BR112014007944A2; IN2014CN03215A; CN103890648B; EP2764400B1; EP2764400A1; WO2013050120A1; JP6250544B2; CN103890648A

Abstract

본 발명은, 액정의 평면 정렬을 위한 광정렬층에 관한 것이다. 본 발명에 따른 광정렬층은 UV 파장 범위에서 이색성의 특징적인 파장 의존성을 나타낸다. 본 발명은 추가로, 이러한 광정렬층을 제공하는 방법 뿐만 아니라 이들을 포함하는 액정 장치에 관한 것이다.

Description

강한 ＵＶ이색성을 갖는 광정렬층들{PHOTO-ALIGNMENT LAYERS WITH STRONG UV-DICHROISM}

본 발명은, UV 파장 범위에서 이색성의 특징적인 파장 의존성을 나타내는 광정렬층(photo-alignment layer)들에 관한 것이다. 본 발명은 추가로, 이러한 광정렬층들을 제공하는 방법 뿐만 아니라 이들을 포함하는 액정 장치에 관한 것이다.

요즘 액정 디스플레이(LCD)는 정보가 전자적으로 표시되는 곳이라면 거의 어디서든 상업적으로 사용된다. 고해상도 LCD는, 예를 들면, 텔레비전 스크린, 컴퓨터 모니터, 랩탑, 타블렛 PC, 스마트폰, 휴대폰 및 디지탈 카메라에서 사용된다. 크기와 적용분야가 상당히 다르지만, 모든 이들 LCD는 비디오 사용이 가능하고 고속 스위칭 및 높은 콘트라스트 비(contrast ratio)를 필요로 한다. 높은 콘트라스트를 실현하기 위하여, 매우 낮은 어두운 상태(dark state) 휘도가 제공되는 것이 가장 중요하다. 표준 TN-LCD와 같은 "노멀리 화이트(normally white)" LCD 모드에서, 어두운 상태는 LCD에 전압을 인가함으로써 달성된다. 결과적으로, 어두운 상태에서 광 투과는 인가된 전압에 의해 조절될 수 있다. 수직 정렬(VA: vertical alignment) 모드, 인-플레인 스위칭(IPS: in-plane switching) 또는 프린지 필드 스위칭(FFS: fringe field switching)과 같은 "노멀리 블랙(normally black)" 모드 LCD의 경우, 어두운 상태는 비활성화된 상태에 상응하고, 따라서 어두운 상태 휘도는 전압에 의해 조절될 수 없다. 결과적으로, 어두운 상태는 주로 LCD에서 액정 정렬의 성질에 따라 좌우된다. VA-모드 LCD에 있어서 낮은 어두운 상태 휘도는, 모든 액정 분자들이 LCD 표면에 거의 수직으로 정렬되고, 따라서 스크린에 대해 수직 방향으로부터 보고 있는 시청자가 액정 분자들의 광축 방향을 따라 보게 되고, 여기서 액정은 복굴절을 나타내지 않는 경우, 달성된다.

IPS 및 FFS와 같은 평면 모드의 경우, 어두운 상태에서 액정 디렉터(director)는, 부착된, 일반적으로는 교차된 편광 필름들의 편광 방향에 평행하게 또는 수직으로 정렬된다. 목적하는 방향으로 완벽하게 정렬되지 않은 액정 도메인은, 광의 편광 해소(depolarization)로 인한 누광을 야기하는 복굴절을 도입한다. 따라서, 정렬층에서 액정의 잘 한정된 방위각 배향규제(azimuthal anchoring)는, 평면 모드 LCD에 있어서 낮은 어두운 상태 휘도를 보장하는 것에 대하여, 특히 노멀리 블랙 모드에서 작동되는 경우에, 매우 중요하다.

LCD에 전압을 인가하여 이를 회색 상태 또는 밝은 상태(bright state)로 전환하는 경우, 인가된 전압이 LCD의 임계 전압 이하가 되자마자, 액정층은 변형되고 다시 정렬층은 이들을 초기 오프-상태 배열(configuration)로 돌아가게 하기 위하여 액정에 있어서 강한 배향규제력(anchoring force)을 제공하여야 한다. 초기 오프-상태 배열에 대한 임의의 편차는 잔상으로서 관찰될 것이고, 따라서 디스플레이 품질이 감소된다. 교류(AC) 전압을 인가하여 상이한 회색 레벨들로 LCD를 전환시키기 때문에, 상기 AC-전압이 변하거나 제거된 후 발생하는 잔상은 또한 AC-메모리로도 언급된다.

통상적으로, LCD 제조에서 액정들의 정렬은 천으로 기판 상의 얇은 중합체 층을 브러싱함으로써 수행되었다. 마더글래스(motherglass)의 크기의 증가로 인하여 당해 공정이 더욱더 힘들어지고 있기 때문에, 대안적인 정렬 방법들이 강하게 요구된다.

브러싱 공정을 대체하는 가장 유망한 접근법은 광정렬이다. 브러싱과 대조적으로, 광정렬은 정렬층의 표면과의 기계적 접촉을 피한다. 그 결과, 광정렬은 기계적 결함들을 발생시키지 않고, 따라서 매우 높은 생산 수율을 제공한다.

광정렬은 몇 년전 VA-LCD 대량 생산에 성공적으로 도입되었고, 현재 LCD 정렬에 있어 확립된 기술이다. 한편, LCD 제조자들로부터의 평면 모드 LCD의 광정렬에 대한 강한 요구에도 불구하고, 지금까지는 이러한 LCD 생산에 도입되지 않았다. 그 이유는, 광정렬 물질들이 디스플레이 콘트라스트 및 잔상의 면에서 아직까지 평면 모드 LCD의 어려운 정렬 품질 요건들을 만족시키지 못했기 때문이다.

따라서, 본 발명의 목적은, 감소된 AC-메모리를 갖는 높은 콘트라스트 LCD를 가능하게 하는, 평면 LCD 모드를 위한, 높은 배향규제를 갖는 신규한 광정렬 물질 및 광정렬층을 제공하는 것이다.

본 발명의 제1 측면에 따라, 액정의 평면 정렬을 위한 광정렬층이 제공된다. 광정렬층은, 광학 이방성이고, 230nm를 초과하는 하나 이상의 파장 범위에서 마이크로미터 두께당 ΔA < -0.3의 음의 이색성(negative dichroism) 및 190nm 내지 230nm의 하나 이상의 파장 범위에서 마이크로미터 두께당 ΔA > 0.07의 양의 이색성(positive dichroism)을 갖는다.

바람직하게는, 230nm를 초과하는 하나 이상의 파장 범위에서 마이크로미터 두께당 ΔA는 -0.4 미만이고, 190nm 내지 230nm의 하나 이상의 파장 범위에서 마이크로미터 두께당 ΔA는 0.15를 초과한다. 230nm를 초과하는 하나 이상의 파장 범위에서 마이크로미터 두께당 ΔA는 -0.5 미만이고, 190nm 내지 230nm의 하나 이상의 파장 범위에서 마이크로미터 두께당 ΔA는 0.2를 초과하는 것이 보다 바람직하다. 230nm를 초과하는 하나 이상의 파장 범위에서 마이크로미터 두께당 ΔA는 -0.7 미만이고, 190nm 내지 230nm의 하나 이상의 파장 범위에서 마이크로미터 두께당 ΔA는 0.3을 초과하는 것이 가장 바람직하다.

2개 이상의 파장 범위에서의 이색성은 광정렬 물질을 정렬 광에 노출시킴으로써 발생한다.

본 출원에서 사용된 용어인 광학적 이방성은, 일반적으로 광학 파라미터, 예를 들면, 흡광률 또는 굴절률을 나타내지만, 이러한 광학 성질들 중 하나 이상이 이방성일 수 있다. 이방성은 UV선, 가시광선 및 적외선을 포함하는 파장 범위에서 어디서든 존재할 수 있다. 본 발명의 맥락에서, 정렬 광은 광정렬을 개시할 수 있는 파장의 광이다. 바람직하게는, 파장들은 UV-A, UVB 및/또는 UV/C 범위 또는 가시광선 범위이다. 어떠한 파장이 적절한지는 광정렬 물질에 따라 좌우된다.

정렬 광은 선형으로 또는 타원형으로 편광되지만, 용어 편광은 또한 부분적으로 편광된 광을 포함할 것이다. 바람직하게는, 정렬 광은 10:1 이상의 편광도로 선편광된다.

본 발명의 맥락에서 사용된 용어 선경사각(pretilt angle)은, 임의의 외력, 예를 들면, 전기장 또는 자기장의 부재하의 액정 디렉터와 정렬층의 표면 사이의 각이다. 액정 디렉터는 액정 분자들의 장축들의 평균 방향을 의미할 것이다. 본 발명의 맥락에서, 평면 정렬은 선경사각이 30° 미만임을 의미할 것이다.

정렬층에 의해 액정 물질에 유도된 선경사각은 정렬층 성질 뿐만 아니라 액정 물질의 성질에 따라 좌우된다. 따라서, 본 발명의 광정렬층과 접하는 경우 평면으로 정렬하지 않는 액정 물질이 존재할 수 있다. 그러나, 이는, 평면 정렬이 달성될 수 있는 적합한 액정이 존재하는 한, 이러한 광정렬층을 평면 정렬 적용으로부터 배제시키지 않는다. 따라서, 선경사각 범위에 관한 하기 언급들은 이러한 선경사각이 어느 액정 물질에서 유도됨을 의미하지 않을 것이지만, 상응하는 범위 내의 선경사각이 유도될 수 있는 액정 물질이 존재함을 의미할 것이다.

바람직하게는, 광정렬층은 적합한 액정 물질에서 10° 미만의 선경사각을 유도할 수 있다. 광정렬층이 적합한 액정 물질에서 5° 미만의 선경사각을 유도할 수 있음이 보다 바람직하고, 광정렬층이 적합한 액정 물질에서 1° 미만의 선경사각을 유도할 수 있음이 가장 바람직하다.

정렬 광 방향은, 노출 동안의 정렬층 표면과 정렬 광의 평광면과의 교선을 의미할 것이다. 정렬 광이 타원형으로 평광되는 경우, 편광면은 광의 입사 방향과 편광 타원의 주축에 의해 한정되는 면을 의미할 것이다.

용어, 정렬 광 방향은, 본 발명의 맥락에서, 노출 공정의 기간 동안의 정렬 광 방향을 설명하는데 사용될 뿐만 아니라, 노출 후에는, 노출 동안 정렬 광이 적용됨에 따른 정렬층 상에서의 정렬 광의 방향을 나타내는데 사용된다.

본 발명의 맥락에서, 이색성 ΔA(λ)는 정렬 광 방향에 따라 측정된 흡광도 Ap(λ)와 정렬 광 방향에 수직으로 측정된 흡광도 As(λ)의 차이로서 정의되고, 여기서 λ는 광의 파장이다.

특정 파장에서의 양의 이색성은 당해 파장에서 ΔA > 0을 의미할 것이고, 반면 음의 이색성은 ΔA < 0을 의미할 것이다.

용어 광정렬층은 광정렬성 물질을 정렬 광에 노출함으로써 수득된 정렬층을 의미할 것이다. 광정렬 물질은 광반응 메카니즘과는 독립적으로 정렬 광에 노출됨에 의해 정렬될 수 있는 임의의 종류의 감광성 물질일 수 있다. 따라서, 적합한 광정렬 물질은, 예를 들면, 정렬 광에 노출시 광-이량체화(photo-dimerisation), 광-분해, 시스-트랜스 이성체화 또는 광-프리즈 재배열(photo-Fries rearrangement)에 의해 유도되는 물질이다. 따라서, 본 발명에 따른 바람직한 광정렬층은, 이색성이 광-이량체화, 광-분해, 시스-트랜스 이성체화 또는 광-프리즈 재배열에 의해 유발되는 것들이다.

본 발명의 제2 측면에 따라, 본 발명에 따른 이색성 성질을 나타내는, 광정렬층의 생성 방법이 제공된다. 상기 방법은 기판 상에 적절한 광정렬 물질의 층을 제조하고 정렬 광에 층을 노출시킴을 포함한다. 광정렬 물질은, 정렬 광에 노출시 광정렬층이 본 발명에 따른 특징적인 이색성 성질을 수득하도록 선택된다.

본 발명의 제3 측면에 따라, 상기 기재된 바와 같은 하나 이상의 광정렬층이 도입된, 액정의 평면 정렬을 갖는 액정 디스플레이 장치가 제공된다. 본 발명에 따른 광정렬층에 의해 제공된 강한 배향규제 에너지(anchoring energy) 때문에, 이러한 LCD는 높은 콘트라스트 및 낮은 AC-메모리를 나타낸다. 본 발명에 따라, LCD의 액정 물질에서 광정렬층에 의해 유도된 선경사각은 30° 미만이다. 바람직하게는, LCD의 액정 물질에서 광정렬층에 의해 유도된 선경사각은 10° 미만이다. 액정 물질에서 광정렬층에 의해 유도된 선경사각이 5° 미만인 LCD가 보다 바람직하고, 액정 물질에서 광정렬층에 의해 유도된 선경사각이 1° 미만인 LCD가 가장 바람직하다.

본 발명에 따른 LCD는 임의의 종류의 평면 정렬 디스플레이 모드, 예를 들면, 트위스티드 네마틱(TN), IPS 또는 FFS를 사용할 수 있다. 바람직하게는, LCD에서 전극들은, 상기 전극들에 전압 인가시에 액정층 내부의 특정 위치들에서 정렬층의 표면에 평행한 전기장이 전개되도록 한다. 이를 달성하기 위하여, 전압은 통상적으로, 2개의 기판들 중 단지 1개 상의 전극들에 제공된다. 이를 위하여, 예를 들면, 빗살형의 인터디지탈(interdigital) 전극들이 사용될 수 있다. IPS 또는 FFS 모드를 사용하는 LCD가 특히 바람직하다.

도 1은 상이한 광중합체들로부터 제조된 광정렬된 층들의 이색성의 측정을 도시한다.
도 2는 최신 기술 수준의 광중합체의 광정렬된 층의 이색성을 도시한다. 도 2는 문헌[참조: Schadt et. al, Jpn. J. Appl. Phys, Vol. 34(1995), 3240]의 도 4a에 상응한다.

본 발명에 따른 광정렬성 물질은, 정렬 광에 노출시 바람직한 방향으로 전개할 수 있어서 액정의 정렬 능력(alignment capability)을 유도할 수 있는 광정렬성 모이어티(moiety)들을 포함한다.

광정렬성 모이어티들은 바람직하게는 이방성 흡광 성질을 갖고, 바람직하게는 230 내지 500nm의 파장 범위 내에서 흡광을 나타낸다.

바람직하게는, 광정렬성 모이어티들은 탄소-탄소, 탄소-질소 또는 질소-질소 이중 결합을 갖는다.

예를 들면, 광정렬성 모이어티들은 치환되거나 치환되지 않은 아조 염료, 안트라퀴논, 쿠마린, 메리시아닌, 메탄, 2-페닐아조티아졸, 2-페닐아조벤즈티아졸, 스틸벤, 시아노스틸벤, 칼콘, 신나메이트, 스틸바졸륨, 1,4-비스(2-페닐에틸레닐)벤젠, 4,4'-비스(아릴아조)스틸벤, 페릴렌, 4,8-디아미노-1,5-나프토퀴논 염료, 2개의 방향족 환들과 공액결합(conjugation)된 케톤 모이어티 또는 케톤 유도체를 갖는 디아릴 케톤, 예를 들면, 치환된 벤조페논, 벤조페논 이민, 페닐하이드라존 및 세미카바존이다.

상기 열거된 이방성 흡광 물질들의 제조는, 예를 들면, 미국 특허 제4,565,424호(Hoffman et al.), 미국 특허 제4,401,369호(Jones et al.), 미국 특허 제4,122,027호(Cole, Jr. et al.), 미국 특허 제4,667,020호(Etzbach et al.) 및 미국 특허 제5,389,285호(Shannon et al.)에 보여지는 바와 같이 잘 알려져 있다.

바람직하게는, 광정렬성 모이어티들은 아릴아조, 폴리(아릴아조), 스틸벤 및 디아릴 케톤 유도체 및 신나메이트를 포함하고, 보다 바람직하게는 광정렬성 모이어티는 신나메이트를 포함한다.

광정렬 물질은 단량체, 올리고머 또는 중합체의 형태를 가질 수 있다. 광정렬성 모이어티는 중합체 또는 올리고머의 주쇄 내에서 또는 측쇄 내에서 공유 결합될 수 있거나, 이들은 단량체의 부분일 수 있다.

중합체는, 예를 들면, 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리이미드, 폴리암산, 폴리말레인이미드, 폴리-2-클로로아크릴레이트, 폴리-2-페닐아크릴레이트; 치환되지 않거나 C₁-C₆알킬 치환된 폴리아크릴아미드, 폴리메타크릴아미드, 폴리-2-클로로아크릴아미드, 폴리-2-페닐아크릴아미드, 폴리비닐에테르, 폴리비닐에스테르, 폴리스티렌-유도체, 폴리실록산, 폴리아크릴산 또는 폴리메타크릴산의 직쇄 또는 분지된 알킬 에스테르; 탄소수 1 내지 20의 알킬 잔기를 갖는, 폴리페녹시알킬아크릴레이트, 폴리페녹시알킬메타크릴레이트, 폴리페닐알킬메타크릴레이트; 폴리아크릴니트릴, 폴리메타크릴니트릴, 폴리스티렌, 폴리-4-메틸스티렌 또는 이들의 혼합물을 나타낸다.

추가로, 바람직한 광정렬성 단량체 또는 올리고머 또는 중합체는 미국 특허 제5,539,074호, 미국 특허 제6,201,087호, 미국 특허 제6,107,427호, 미국 특허 제6,335,409호 및 미국 특허 제6,632,909호에 기재되어 있다.

청구항 제1항의 성질을 갖는 광정렬층은 LCD에 적용시 높은 콘트라스트 및 낮은 AC-메모리를 야기하는, 액정의 강한 배향규제를 제공하는 것으로 확인되었다. 본 발명에 따른 적합한 광정렬성 물질은, 예를 들면, 광중합체 1, 2, 10, 11 및 12이다:

실시예 1

광중합체 1로부터 제조된 광정렬층의 이색성 측정

고체 광중합체를 NMP 중에 먼저 용해시키고, 고체 중합체가 완전하게 용해될 때까지 용액을 교반함으로써, 1:1 중량의 NMP 및 부틸 셀로솔브와의 용매 혼합물 중에 광중합체 1 4.0중량%를 포함하는 용액 S1을 제조하였다. 이어서, 부틸 셀로솔브를 가하고, 전체 조성물을 다시 교반하여 최종 용액을 수득하였다.

광중합체 1의 상기 용액을 30초 동안 1700rpm의 회전 속도로 퓸드 실리카 기판 상에 스핀-피복하였다. 피복된 기판을 후속적으로 40분 동안 200℃에서 베이킹하여 두께가 약 70nm인 얇은 중합체 층을 형성하였다.

그 다음, 광중합체 층을 280 내지 340nm의 파장 범위에서 고압 수은 램프로부터 선편광된 광인 정렬 광에 노출시켰다. 정렬 광은 기판에 대해 수직(0°)으로 입사하였다. 노출 선량은 200mJ/cm²이었다.

UV 흡광도 Ap(λ) 및 As(λ)는 퍼킨 엘머(Perkin Elmer) 분광기(Lambda 900)를 사용하여 정렬 광 방향에 각각 평행 및 수직으로 편광된 광으로 190nm 내지 400nm의 파장 범위에서 측정하였다. A(λ)=Ap(λ)-As(λ)로서 계산된 이색성은 도 1에 도시된다.

이색성은, 약 240nm 내지 340nm의 파장 범위에서 음이고, 약 285nm에서 약 -0.04의 최저값을 갖고, 이는 마이크로미터 두께당 약 -0.57에 상응한다. 이색성은, 190nm 내지 220nm에서 양이고, 190nm에서 약 0.013의 최고값을 갖고, 이는 마이크로미터 두께당 약 0.18에 상응한다.

실시예 2

광중합체 2로부터의 광정렬층의 이색성 측정

1:1 중량의 NMP와 부틸 셀로솔브와의 용매 혼합물 중의 광중합체 2 4.0중량%를 포함하는 용액 S2를 실시예 1에 기재된 바와 동일한 방식으로 제조하였다. 후속적으로 실시예 1에 기재된 바와 동일한 파라미터들을 사용하여 광중합체 2의 70nm 얇은 층을 퓸드 실리카 기판 상에 제조하고 추가로 정렬 광에 노출시켰다.

Ap(λ) 및 As(λ)의 측정으로부터 계산된 광중합체 2의 노출된 층의 이색성은 또한 도 1에 도시된다.

이색성은, 약 240nm 내지 340nm의 파장 범위에서 음이고, 약 285nm의 파장에서 약 -0.042의 최저값을 갖고, 이는 마이크로미터 두께당 약 -0.6에 상응한다. 이색성은, 190nm 내지 220nm에서 양이고, 190nm의 파장에서 약 0.018의 최고값을 갖고, 이는 마이크로미터 두께당 약 0.26에 상응한다.

실시예 3

광중합체 1로부터 제조된 정렬층을 갖는 액정 셀

광중합체 1의 층들을 실시예 1에 기재된 과정에 따라 2개의 ITO 피복된 유리 기판들 상에 제조하였다. 수득된 중합체 층들을 실시예 1의 정렬 광에 20mJ/cm²의 선량으로 노출시켰다. 정렬 광은 기판들에 수직으로 입사하였다.

상기 2개의 기판들을 사용하여, 액정 셀을, 셀의 내부에서 노출된 중합체 층들이 서로 마주보도록, 조립하였다. 상기 기판들을, 상응하는 정렬 광 방향들이 서로 평행하도록, 서로에 대해 조절하였다. 상기 셀을 양의 유전 이방성을 갖는 액정 MLC3005(Merck KGA)으로 모세관 충전하였다. 상기 셀 내의 액정은 잘 한정되고 균일한 평면 배향(homogeneous planar orientation)을 보여주었다. 경사 보상기(tilting compensator)의 도움으로 상기 셀 내의 액정은 정렬 광 방향에 수직으로 정렬된 것으로 측정되었다. 회전 분석기 방법을 사용하여 신테크(Shintech)의 옵티프로(Optipro) 21-250A에 의해 0.1°의 선경사각이 측정되었다.

실시예 4

경사지게 노출된 광정렬층을 갖는 액정 셀

정렬 광이 기판의 법선에 대해 40°의 사각(oblique angle)으로 입사하는 것을 제외하고, 실시예 3에서와 같이 액정 셀을 제조하였다. 편광면은 정렬 광의 입사면 내에 있었다.

셀 내의 액정은 잘 한정되고 균일한 평면 배향을 보여주었고, 정렬 광 방향에 수직으로 정렬된 것으로 확인되었다. 회전 분석기 방법을 사용하여 0.03°의 선경사각이 측정되었다.

실시예 5

광중합체 2로부터 제조된 정렬층을 갖는 액정 셀

S1 대신 실시예 2의 용액 S2를 사용하고 100mJ/cm²의 정렬 광의 노출 선량을 사용하는 것을 제외하고 실시예 3의 과정에 따라 액정 셀을 제조하였다.

셀 내의 액정은 잘 한정되고 균일한 평면 배향을 보여주었고, 정렬 광 방향에 수직으로 정렬된 것으로 확인되었다. 회전 분석기 방법을 사용하여 0.2°의 선경사각이 측정되었다.

실시예 6

IPS 셀에서의 콘트라스트 비

각각의 셀의 2개의 기판들 중 하나만 ITO 층을 갖는 것을 제외하고 각각 실시예 3 및 5에서 기재된 바와 같이 하여 중합체 용액 S1(셀 1) 및 S2(셀 2)로부터 출발하여 LC 셀들을 제조하였다. 상기 ITO 층을 서로 10미크론 만큼 떨어진 10미크론 너비의 스트라이프들을 갖는 빗살형 인터디지탈 전극들로 패턴화하여 형성하였다. 광중합체 층들의 노출을 위하여, 정렬 광 방향은 전극 스트라이프 방향에 대해 78°로 선택하였다. 노출 선량은 각각의 경우 100mJ/cm²이었다. 정렬 광은 셀 1에 수직으로 입사하였고, 셀 2의 기판들의 법선에 대해 40°의 사각으로 입사하였다.

액정 MLC3005로 셀들을 모세관 충전한 후, 셀들을 92℃에서 10분 동안 가열하고, 다시 실온으로 냉각시켰다. 셀 내의 액정은 잘 한정되고 균일한 평면 배향을 보여주었다.

셀의 콘트라스트 비의 측정을 위하여, 셀들을 교차된 편광판들 사이에 배치하여 셀 내의 광정렬층의 각각의 정렬 광 방향들이 평광판들 중 하나의 평광 반향에 평행하도록 하였다. 셀의 어두운 상태 및 밝은 상태에서 백색광의 전송을 측정하였다. 전압을 셀들에 인가하지 않는 한, 이들은 어둡게 나타났다. 인터디지탈 전극들에 전압 인가시 전송된 광의 강도가 증가하였다. 전압은 셀의 최대 전송에 따라 조절하였고, 셀은 밝은 상태로서 한정되었다. 콘트라스트 비는 밝은 상태 대 어두운 상태의 전송된 광의 강도의 비로서 계산되었다.
셀 1에 대해 측정된 콘트라스트 비는 1800:1인 반면, 셀 2에 대해 1900:1의 값이 측정되었다.

삭제

실시예 7

정렬층들의 ACM 성질

실시예 6의 셀 1 및 2를 광중합체 1 및 2로부터 제조된 광정렬층들의 ACM 잔상 성질을 측정하는데 사용하였다.

셀들을 589nm의 한정된 파장을 사용하는 것을 제외하고 실시예 6의 콘트라스트 비 측정에서와 같이 배열하였다. 전압 V0에서 셀이 이의 최대 전송(T1)의 1%를 전송함이 측정되었다. 셀에 24시간 동안 스트레스 전압 V1을 인가함으로써 잔상을 유도하였다. 전압 V0에서 셀의 전송을 다시 측정하였고(T1') ACM을 하기와 같이 계산하였다: ACM(t)=T1'(t)/T1×100%, 여기서 t는 측정의 시간 의존성을 나타낸다. 우리의 측정에서 ACM(2분)이 측정되었다. 전압 V1은 7.15V이었고, 이 때 셀은 이의 최대 전송을 나타내었다. 셀 1 및 2에 대해 측정된 ACM(2분)은 각각 116% 및 117% 이었다.

실시예 8

광중합체 10 내지 12로부터 제조된 광정렬층들의 이색성

실시예 1에서 광중합체 1에 대해 기재된 바와 동일한 방식으로 광중합체 10 내지 12로부터 각각 용액 S10 내지 S12를 제조하였다. 실시예 1에 기재된 바와 동일한 파라미터를 사용하여, 두께가 약 70nm인 중합체 층들을 상기 용액들을 사용하여 퓸드 실리카 기판들에 제조하고, 후속적으로 층들을 정렬 광에 노출하였다.

각각의 층들의 이색성 ΔA(λ)를 실시예 1에 기재된 바와 같이 측정하였다. 각각의 층들에 있어서, 230nm를 초과하는 하나 이상의 파장 범위에서 음의 이색성이 존재하고, 190nm 내지 230nm의 하나 이상의 파장 범위에서 양의 이색성이 존재한다.

2개의 파장 범위 각각에서 가장 큰 절대값을 갖는 ΔA(λ) 값인 값 ΔA(최대)는 하기 열거된다:

실시예 9

광중합체 10 내지 12를 사용한 IPS 셀에서의 콘트라스트 비

상응하는 용액 S10 내지 S12를 사용하는 것을 제외하고 실시예 6의 기재에 따라 광중합체 10 내지 12 각각으로부터 IPS 셀(셀 10 내지 12)을 제조하였다.

셀의 콘트라스트 비를 실시예 6에 기재된 바와 같이 측정하였다. 하기 값들이 수득되었다:

실시예 10

비교 광중합체

하기 비교 광중합체 3 내지 9로부터 수득된 광정렬층은 본 발명의 청구항 제1항에서 요구되는 이색성 성질을 나타내지 않는다. 광중합체 9는 최신 기술로부터 알려져 있다.

실시예 11

비교 광중합체 3 내지 8의 층들의 이색성

실시예 1에서 광중합체 1에 대해 기재된 바와 동일한 방식으로 광중합체 3 내지 8로부터 각각 용액 S3 내지 S8을 제조하였다. 실시예 1에 기재된 바와 동일한 파라미터들을 사용하여, 두께가 약 70nm인 중합체 층들을 상기 용액들을 사용하여 퓸드 실리카 기판들 상에 제조하고, 후속적으로 상기 층들을 정렬 광에 노출하였다.

각각의 층들의 이색성을 실시예 1에 기재된 바와 같이 측정하고 도 1에 도시하였다. 각각의 층들의 경우, 230nm를 초과하는 하나 이상의 파장 범위에서 음의 이색성이 존재하지만, 각각의 경우 이색성의 절대값은 0.02 미만이고, 이는 마이크로미터 두께당 0.3 미만이다. 230nm 이하에서 이색성은 각각의 경우 0.005 미만이고, 이는 마이크로미터 두께당 0.07 미만이다.

실시예 12

비교 광중합체 9의 정렬된 층들의 이색성

광중합체 9 및 광중합체 9의 광정렬된 층들의 이색성은 최신 기술로부터 알려져 있다[참조: Schadt et al.(Schadt et. al, Jpn. J. Appl. Phys, Vol. 34(1995), 3240)]. 본 발명의 청구항 제1항과 대조적으로, 광중합체 9의 경우, 도 2에 도시된 바와 같이 230nm 이하의 파장 범위에서 음이고, 이는 문헌[참조: Schadt et al.]의 도 4a에 상응한다.

실시예 13

비교 광중합체 3 내지 8을 사용한 IPS 셀에서의 콘트라스트 비

상응하는 용액 S3 내지 S8을 사용하는 것을 제외하고 실시예 6의 기재에 따라 광중합체 3 내지 8 각각으로부터 IPS 셀(셀 3 내지 8)을 제조하였다.

셀에 액정을 충전한 직후 비교 광중합체를 사용하여 제조된 모든 셀은 정렬 결함들을 나타내었다. 92℃에서 10분 동안 셀의 열 처리 후, 결함은 부분적으로 사라졌지만 몇몇 셀들에서 보이도록 남아 있었다.

각각의 셀 3 내지 8에서 콘트라스트 비는 1400:1 미만이었고, 이는 매우 높은 콘트라스트를 요구하는 LCD 적용, 예를 들면, LCD-TV에 대해서는 충분하지 않다.

각각의 셀 3 내지 8에서 액정은 정렬 광 방향에 평행하게 정렬되었다.

본 발명은, 상기 기재된 특정 실시예들로 제한되어 고려되어서는 안되고, 특허청구범위에 타당하게 기재된 바와 같은 본 발명의 모든 측면을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명이 적용될 수 있는 다양한 변형들, 동등한 공정들 뿐만 아니라 다수의 구조들은 본 발명이 관련된 분야의 숙련가에게 용이하게 명백할 것이다.

Claims

광학 이방성이고, 230nm를 초과하는 하나 이상의 파장 범위에서 마이크로미터 두께당 ΔA < -0.3의 음의 이색성(negative dichroism)을 갖고, 190nm 내지 230nm의 하나 이상의 파장 범위에서 마이크로미터 두께당 ΔA > 0.07의 양의 이색성(positive dichroism)을 갖는, 액정의 평면 정렬을 위한 광정렬층(photo-alignment layer).
제1항에 있어서, 230nm를 초과하는 하나 이상의 파장 범위에서 마이크로미터 두께당 ΔA < -0.5의 음의 이색성을 갖고, 190nm 내지 230nm의 하나 이상의 파장 범위에서 마이크로미터 두께당 ΔA > 0.2의 양의 이색성을 갖는, 광정렬층.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 광정렬층의 표면과 접하는 적합한 액정 물질을 상기 액정의 경사각(tilt angle)이 10° 미만이 되도록 정렬할 수 있는, 광정렬층.
제3항에 있어서, 상기 광정렬층의 표면과 접하는 적합한 액정 물질을 상기 액정의 경사각이 1° 미만이 되도록 정렬할 수 있는, 광정렬층.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 이색성이 시스-트랜스 이성체화에 의해 유발되는, 광정렬층.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 이색성이 광-이량체화(photo-dimerisation)에 의해 유발되는, 광정렬층.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 이색성이 광-분해에 의해 유발되는, 광정렬층.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 이색성이 광-프리즈 재배열(photo-Fries rearrangement)에 의해 유발되는, 광정렬층.
제1항에 기재된 광정렬층을 포함하는 액정 디스플레이 장치.
제9항에 있어서, 상기 광정렬층에 의해 유도된 액정 물질 중의 선경사각(pretilt angle)이 10° 미만인, 액정 디스플레이 장치.
제9항에 있어서, 상기 광정렬층에 의해 유도된 액정 물질 중의 선경사각이 1° 미만인, 액정 디스플레이 장치.
제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 전극들은, 상기 전극들에 전압 인가시에 상기 액정층 내부의 특정한 위치들에서 상기 광정렬층의 표면에 평행한 전기장이 전개되도록 하는, 액정 디스플레이 장치.
제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, IPS(in-plane switching) 또는 FFS(fringe field switching) 모드를 이용하는, 액정 디스플레이 장치.