JP5815950B2 - 液晶表示装置及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は液晶表示装置及びその製造方法に関する。
液晶表示装置は、現在、最も幅広く使用されている平板表示装置の一つであって、画素電極と共通電極など電界生成電極(field generating electrode)が形成されている二枚の表示板と、その間に挿入されている液晶層とを含む。液晶表示装置は、電界生成電極に電圧を印加して液晶層に電場を生成し、これを通じて液晶層の液晶分子の方向を決定し、入射光の偏光を制御することによって画像を表示する。
液晶表示装置の中でも、電界が印加されない状態で液晶分子をその長軸が表示板に対して垂直となるように配列した垂直配向方式(vertically aligned mode)の液晶表示装置が開発されている。
また、垂直配向モードの液晶表示装置において、広視野角を実現しながら、液晶の応答速度を早くするために、電界が印加されない状態で液晶がプレチルト(pretilt)を有するようにする方法が開発されている。
本発明の目的は、残像などを改善して、信頼性が向上した液晶表示装置及びその製造方法を提供することにある。
本発明の一実施形態に係る液晶表示装置は、第1基板、前記第1基板と対向する第2基板、前記第1基板及び前記第2基板のうちの少なくとも一つの上に位置する電界生成電極、前記電界生成電極上に位置する配向膜、及び前記第1基板と前記第2基板との間に介されており、液晶及び配向重合体を有する液晶層を含む。ここで、前記配向膜は開始剤を含む配向物質を初期に含み、前記配向重合体は配向補助剤を初期に含んで形成される。
前記開始剤は、下記の化学式1、化学式2、化学式3、化学式4、及びそれらの混合物で表される化合物のうちの少なくとも一つを含むことができる。
・・・(化学式1)
・・・(化学式2)
・・・(化学式3)
・・・(化学式4)
前記配向物質に添加される前記開始剤の量は、0.2wt%〜0.5wt%とすることができる。
前記配向物質は、ポリアミック酸(Polyamicacid)、ポリイミド(Polyimide)、及びポリシロキサン(Polysiloxane)のいずれか一つとすることができる。
前記第1基板は薄膜トランジスタ表示板であり、前記第2基板は共通電極表示板であり、前記薄膜トランジスタ表示板の上にカラーフィルタ及びブラックマトリックスのうちの少なくとも一つが位置することができる。
前記電界生成電極は、複数の微細枝電極を含むことができる。
前記第1基板上に位置するゲート線、前記第1基板上に位置するデータ線、前記第1基板上に位置する第2データ線、前記ゲート線及び前記第1データ線と接続される第1薄膜トランジスタ、及び前記ゲート線及び前記第2データ線と接続される第2薄膜トランジスタをさらに含み、前記電界生成電極は、前記第1薄膜トランジスタと接続される第1副画素電極、及び前記第2薄膜トランジスタと接続される第2副画素電極を含むことができる。
本発明の他の実施形態に係る液晶表示装置の製造方法は、第1基板及び前記第1基板と対向する第2基板のうちの少なくとも一つの上に電界生成電極を形成する段階、前記電界生成電極上に開始剤を含む配向膜を形成する段階、前記第1基板と前記第2基板との間に液晶及び配向補助剤を含む液晶層を形成する段階、前記第1基板に第1電圧を印加し、前記第2基板に前記第1電圧と異なる第2電圧を印加する段階、及び前記配向膜と前記液晶層に光を照射して配向重合体を形成する段階を含む。
前記開始剤は下記の化学式1、化学式2、化学式3、化学式4、及びそれらの混合物で表される化合物のうちの少なくとも一つを含むことができる
・・・(化学式1)
・・・(化学式2)
・・・(化学式3)
・・・(化学式4)
前記開始剤は、前記配向膜に0.2wt%〜0.5wt%を添加することができる。
前記配向膜に含まれている配向物質は、ポリアミック酸(Polyamic acid)、ポリイミド(Polyimide)、及びポリシロキサン(Polysiloxane)のいずれか一つで形成することができる。
前記光は紫外線波長を含むことができる。
前記配向重合体は、前記配向補助剤が重合して形成され、前記配向重合体が形成された以降に前記開始剤は前記配向膜内に存在しないことができる。
前記第1基板は薄膜トランジスタ表示板であり、前記第2基板は共通電極表示板であり、前記薄膜トランジスタ表示板の上にカラーフィルタ及びブラックマトリックスのうちの少なくとも一つを形成する段階をさらに含むことができる。
前記電界生成電極は複数の微細枝電極を含むことができる。
前記第1基板上に位置するゲート線を形成する段階、前記第1基板上に位置する第1データ線を形成する段階、前記第1基板上に位置する第2データ線を形成する段階、前記ゲート線及び前記第1データ線と接続される第1薄膜トランジスタを形成する段階、及び前記ゲート線及び前記第2データ線と接続される第2薄膜トランジスタを形成する段階をさらに含み、前記電界生成電極は、前記第1薄膜トランジスタと接続される第1副画素電極、及び前記第2薄膜トランジスタと接続される第2副画素電極を含むことができる。
このように、本発明の一実施形態によれば、配向膜に開始剤を添加することにより、反応性メソゲン(reactive mesogen)の硬化反応速度を早くして、工程時間を短縮し、残像などを改善して、信頼性を向上させることができる。
本発明の実施形態による配向補助剤によって液晶のプレチルトを形成する方法を示した概略図である。 本発明の実施形態による配向補助剤によって液晶のプレチルトを形成する方法を示した概略図である。 本発明の実施形態に係る液晶表示装置において、光照射量によって反応性メソゲンが減少する程度を示したグラフである。 本発明の実施形態に係る液晶表示装置において、開始剤の含有量及び光照射量によって反応性メソゲンが減少する程度を示したグラフである。 本発明の実施形態に係る液晶表示装置において、開始剤添加量による反応性メソゲンの残余量を示したグラフである。 本発明の実施形態に係る液晶表示装置において、開始剤の機能として熱損失を示したグラフである。 本発明の一実施形態に係る液晶表示装置の配置図である。 図7のIII−III’線に沿った断面図である。 本発明の実施形態による画素電極を示す平面図である。 本発明の実施形態に係る液晶表示装置の基本電極を示す平面図である。
添付した図面を参照して、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。しかし、本発明はここで説明する実施形態に限定されず、他の形態に具体化することもできる。ここで紹介する実施形態は、開示された内容が徹底かつ完全になるように、そして当業者に本発明の思想が十分に伝達できるように提供されるものである。
図面において、層及び領域の厚さは明確性を図るために誇張して示した。また、層が他の層または基板の“上”にあるという場合、それは他の層または基板上に直接形成できるか、またはそれらの間に第3の層が介されることも可能である。明細書の全体にわたって同一の参照番号に表示された部分は同一の構成要素を意味する。
図1及び図2は、本発明の実施形態による配向補助剤によって液晶のプレチルトを形成する方法を示した概略図である。
図1に示すように、画素電極191と共通電極270との間に配向補助剤50及び液晶分子310を含む液晶層が位置する。画素電極191と共通電極270の上にはそれぞれ配向物質を塗布して形成された配向膜11、21が位置する。本発明の実施形態によれば、配向膜11、21に開始剤が含まれている。
配向膜11、21は、ポリアミック酸(Polyamic acid)、ポリシロキサン(Polysiloxane)、またはポリイミド(Polyimide)のような物質で形成された液晶配向膜であって、一般に使用される物質のうちの少なくとも一つを含んで形成することができる。
液晶分子310は、電圧を印加しなかった時、画素電極191及び共通電極270に対して垂直方向に配列されている
この時、画素電極191と共通電極270に電圧を印加する。電圧の印加によって液晶分子310及び配向補助剤50は画素電極191の微細枝(後述する)の長さ方向に平行な方向に傾く。
このように画素電極191と共通電極270との間に電圧が印加された状態で光1を照射する。光1は、配向補助剤50を重合させることができる紫外線波長のような波長を含むことができる。
光1を照射して配向補助剤50を重合させる過程で、配向膜11、21に含まれている開始剤が配向補助剤50の重合を促進する。本発明の実施形態による開始剤は、配向膜11、21に混合された状態で画素電極191及び共通電極270の上に形成されることにより、配向膜11、21の表面で配向補助剤50の重合を助ける。配向補助剤50の硬化(重合)は、主に配向膜11、21の表面で発生するので、本発明の実施形態のように配向膜11、21内に開始剤が混合されていれば、配向補助剤50の重合後に不必要に開始剤が液晶層に残存することを防止する。即ち、残像を改善して信頼性を高めることができる。また、本発明の実施形態による配向膜11、21に含まれている開始剤は、光照射によって配向補助剤50の重合を促進するのに使用された後、その含有量が減少して、光照射後に配向膜11、21内で殆ど検出されない。
本発明の実施形態に係る液晶表示装置及びその製造方法で使用される開始剤についてさらに具体的に説明する。以下、配向補助剤50は反応性メソゲン(Reactive mesogen;RM)に表現し得る。
図3は、本発明の実施形態に係る液晶表示装置において、光照射量によって反応性メソゲンが減少する程度を示したグラフである。
下記の表1は、反応性メソゲン(RM)が減少する程度を数値に表した表である。比較例は開始剤が含まれない場合に該当し、実施形態1は下記の化学式1で表される化合物を含む開始剤に該当し、実施形態2は下記の化学式2で表される化合物を含む開始剤に該当する。
・・・(化学式1)
・・・(化学式2)
図3及び下記の表1を参照すると、比較例においては、光照射量を30J以上とした時、反応性メソゲンが殆ど消耗され、実施形態1においては、光照射量を20J以上とした時、反応性メソゲンが殆ど消耗され、実施形態2においては、光照射量を10J以上にした時、反応性メソゲンが殆ど消耗された。従って、実施形態1及び実施形態2のように、配向膜に開始剤を添加した場合、光エネルギーが10J以上の場合に残余反応性メソゲンの含有量が大幅に減少し、20J以上で検出限界以下まで含有量が減少することを確認できる。
本発明の実施形態による開始剤は、下記の化学式3〜化学式12で表される化合物を含むことができる。
・・・(化学式3)
・・・(化学式4)
・・・(化学式5)
・・・(化学式6)
・・・(化学式7)
・・・(化学式8)
・・・(化学式9)
・・・(化学式10)
・・・(化学式11)
・・・(化学式12)
図4は、本発明の実施形態に係る液晶表示装置において、開始剤の含有量及び光照射量によって反応性メソゲンが減少する量を示したグラフである。
下記の表2は、反応性メソゲンが開始剤の含有量及び光照射量によって減少する程度を数値に示した表である。比較例は開始剤が含まれない場合に該当し、実施形態1は前記化学式1で表される化合物を含む開始剤に該当し、実施形態2は前記化学式2で表される化合物を含む開始剤に該当する。実施形態1の開始剤の含有量が0.2wt%である場合と、実施形態2の開始剤の含有量が0.1wt%と0.2wt%である場合に対して測定した。
図4及び下記の表2を参照すると、比較例においては、光照射量を50J以上とした時に、反応性メソゲンが殆ど消耗され、0.2wt%の含有量を有する開始剤に該当する実施形態1においては、光照射量を40J以上とした時に、反応性メソゲンが殆ど消耗された。
実施形態2の場合、開始剤の含有量を0.1wt%と0.2wt%に分けて測定した。実施形態2において、開始剤の含有量が0.1wt%である場合には、光照射量を40J以上とした時に、反応性メソゲンが殆ど消耗された。実施形態2において、開始剤の含有量が0.2wt%である場合には、光照射量を30J以上とした時に、反応性メソゲンが殆ど消耗された。
開始剤が0.1wt%の場合にも、開始剤が全く含まれない場合に比べれば、反応性メソゲンを消耗させる速度が速くなる効果があるが、0.2wt%の時にさらに改善されることが分かる。
図5は、本発明の実施形態に係る液晶表示装置において、開始剤の添加量による反応性メソゲン(RM)の残余量を示したグラフである。
図5を参照すると、反応性メソゲンの残余量に対する結果は、配向膜に添加する開始剤の機能として表れる。0.1wt%から0.2wt%に増加する場合には、留意するほどの差があるが、0.5wt%まで増加する場合は、殆ど残余反応性メソゲンの検出限界以下または未検出範囲で飽和(Saturation)するので、本発明の実施形態による開始剤の含有量は0.2wt%〜0.5wt%が好ましい。
下記の表3、4は、EPMA(Electron Probe Micro Analyzer)分析法を利用して、光照射後に配向膜に残っている成分を表す実験例である。実験例で使用された開始剤は、上述した化学式2で表される化合物であり、分析結果、配向膜からリン(P)成分が検出されないことを確認した。これは、反応性メソゲンの重合を促進するために開始剤が使用された後、その含有量が減少して、光照射後に配向膜内で殆ど検出されないことを表す。結局、配向膜内に開始剤が残存することによって不純物として作用する可能性が少ないことが分かる。
図6は、本発明の実施形態に係る液晶表示装置において、開始剤の機能として熱損失を示したグラフである。
図6を参照すると、開始剤1は、CIBA社のDarocur 1173、開始剤2はIrgacure 184、開始剤3はIrgacure 500、開始剤4はIrgacure 2959、開始剤5はDarocur MBF、開始剤6はIrgacure754である。熱重量分析法によって上記開始剤の熱損失程度を測定した結果、開始剤6が温度による損失が最も少ない。したがって、高温工程が必要な場合には、開始剤6(オキシフェニル酢酸、2-[2-オキソ-2-フェニルアセトキシエトキシ]エチルエステルとオキシフェニル酢酸、2-(2-ヒドロキシエトキシ)エチルエステルの混合物)を配向膜に添加することができる。
以下、本発明の実施形態に係る液晶表示装置及びその製造方法について、図1、図2、及び図7〜図10を参照して具体的に説明する。
図7は、本発明の一実施形態に係る液晶表示装置の配置図であり、図8は、図7のIII−III線に沿った断面図である。図9は、本発明の実施形態による画素電極を示した平面図である。
図10は、本発明の実施形態に係る液晶表示装置の基本電極を示した平面図である。
図7及び図8を参照すると、最初に薄膜トランジスタ表示板100と共通電極表示板200をそれぞれ製造する。
下部表示板100は、次のような方法によって製造する。
基板110の上に複数の薄膜を積層及びパターニングして、ゲート電極124a、124bを含むゲート線121、ゲート絶縁膜140、半導体154a、154b、ソース電極173a、173bを含むデータ線171a、171b、ドレイン電極175a、175b、及び下部保護膜180pを順次に形成する。
次に、下部保護膜180pの上にカラーフィルタ230を形成し、カラーフィルタ230の上に光漏れを遮断するための遮光部材220を形成する。遮光部材220及びカラーフィルタ230の上に上部保護膜180qを形成する。
上部保護膜180qの上にITOまたはIZOなどの導電層を積層してパターニングし、図9及び図10に示したように、縦部192、横部193、及びこれらから延長された複数の微細枝(194a、194b、194c、194d)を有する画素電極191を形成する。
次に、画素電極191の上に開始剤を含む配向物質を塗布して配向膜11を形成する。
上部表示板200は、次のような方法によって製造する。
基板210の上に共通電極270を形成する。次に、共通電極270の上に開始剤を含む配向物質を塗布して配向膜21を形成する。
次に、このような方法によって製造された下部表示板100と上部表示板200とを合着(assembly)し、下部表示板100と上部表示板200との間に液晶310及び配向補助剤の混合物を注入して液晶層3を形成する。その代わりに、液晶層3は下部表示板100または上部表示板200の上に液晶310及び配向補助剤の混合物を滴下する方式によっても形成できる。
次に、図1及び図2をさらに参照すると、画素電極191と共通電極270に電圧を印加する。電圧印加によって、液晶310及び配向補助剤50は画素電極191の微細枝(194a、194b、194c、194d)の長さ方向に平行な方向に傾く。
このように画素電極191と共通電極270との間に電圧が印加された状態で光1を照射する。光1は、配向補助剤50を重合させることができる紫外線波長のような波長を含むことができる。
図2を参照すると、上記光照射後に配向膜に隣接した位置に集まっている配向補助剤50どうし光重合されて配向重合体50aを形成する。この時、本発明の実施形態による開始剤は、配向膜に混合された状態で存在し、配向膜の表面で配向補助剤50の硬化が生じることを促進する。
配向重合体50aは液晶の配向に沿って配列され、印加された電圧を除去した後にも配列を維持して、液晶310のプレチルトを制御することができる。
以上で説明した通り、本発明の実施形態によれば、配向膜に開始剤が含まれて反応性メソゲンの硬化速度を速くし、それによる工程時間を短縮させることができ、少ない露光量で既存と同様の残余メソゲンの水準を達成することができるので、光による有機膜の損傷を最小化できる。
以上、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、次の請求範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の種々の変形及び改良形態も本発明の権利範囲に属するものである。
3 液晶層
50 配向補助剤
50a 配向重合体
100 下部表示板
200 上部表示板
121 ゲート線
131、135 維持電極線
140 ゲート絶縁膜
154a、154b 半導体
171a、171b データ線
173a、173b ソース電極
175a、175b ドレイン電極
180p 下部保護膜
180q 上部保護膜
230 カラーフィルタ
270 共通電極
310 液晶
363 間隔材
220 遮光部材

Claims (6)

  1. 第1基板及び前記第1基板と対向する第2基板のうちの少なくとも一つの上に電界生成電極を形成する段階、
    前記電界生成電極上に開始剤を含む配向膜を形成する段階、
    前記第1基板と前記第2基板との間に液晶及び配向補助剤を含む液晶層を形成する段階、
    前記第1基板に第1電圧を印加し、前記第2基板に前記第1電圧と異なる第2電圧を印加する段階、及び
    前記配向膜と前記液晶層に光を照射して配向重合体を形成する段階を含み、
    前記開始剤は、下記の化学式1、化学式2、化学式3、化学式4、及びそれらの混合物で表される化合物のうちの少なくとも一つを含み、
    前記開始剤は、前記配向膜に0.2wt%〜0.5wt%を添加する、
    ・・・(化学式1)
    ・・・(化学式2)
    ・・・(化学式3)
    ・・・(化学式4)
    液晶表示装置の製造方法。
  2. 第1基板、
    前記第1基板と対向する第2基板、
    前記第1基板及び前記第2基板のうちの少なくとも一つの上に位置する電界生成電極、前記電界生成電極上に位置する配向膜、及び
    前記第1基板と前記第2基板との間に介されており、液晶及び配向重合体を有する液晶層を含み、
    前記配向膜は開始剤を含む配向物質を初期に含み、前記配向重合体は配向補助剤を初期に含み、
    前記開始剤は、下記の化学式1、化学式2、化学式3、化学式4、及びそれらの混合物で表される化合物のうちの少なくとも一つを含み、
    前記配向物質に添加される前記開始剤の量は0.2wt%〜0.5wt%である、
    ・・・(化学式1)
    ・・・(化学式2)
    ・・・(化学式3)
    ・・・(化学式4)
    液晶表示装置。
  3. 前記配向物質は、ポリアミック酸(Polyamic acid)、ポリイミド(Polyimide)、及びポリシロキサン(Polysiloxane)のいずれか一つである、請求項に記載の液晶表示装置。
  4. 前記第1基板は薄膜トランジスタ表示板であり、前記第2基板は共通電極表示板であり、
    前記薄膜トランジスタ表示板の上にカラーフィルタ及びブラックマトリックスのうちの少なくとも一つが位置する、請求項に記載の液晶表示装置。
  5. 前記電界生成電極は複数の微細枝電極を含む、請求項に記載の液晶表示装置。
  6. 前記第1基板上に位置するゲート線、
    前記第1基板上に位置する第1データ線、
    前記第1基板上に位置する第2データ線、
    前記ゲート線及び前記第1データ線と接続される第1薄膜トランジスタ、及び
    前記ゲート線及び前記第2データ線と接続される第2薄膜トランジスタをさらに含み、
    前記電界生成電極は、前記第1薄膜トランジスタと接続される第1副画素電極、及び前記第2薄膜トランジスタと接続される第2副画素電極を含む、請求項に記載の液晶表示装置。
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