KR100861014B1

KR100861014B1 - 액정 표시 패널 및 이의 제조 방법

Info

Publication number: KR100861014B1
Application number: KR1020070032298A
Authority: KR
Inventors: 김재훈; 김학린
Original assignee: 한양대학교 산학협력단
Priority date: 2007-04-02
Filing date: 2007-04-02
Publication date: 2008-10-01

Abstract

본 발명은 액정의 다중 배향에 의해 시야각을 향상시킬 수 있는 액정 표시 패널 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

본 발명은 박막 트랜지스터 어레이 및 제1 배향막이 형성된 제1 기판, 컬러 필터 어레이 및 제2 배향막이 형성된 제2 기판, 및 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 사이에 제1 영역 내지 제4 영역으로 나뉘어 각각 배열된 액정을 포함하며, 상기 제1 배향막 및 상기 제2 배향막은 각각 일방향으로 러빙된 수평 배향막 영역과 러빙되지 않은 수직 배향막을 포함하고, 상기 수평 배향막의 러빙 방향이 수직하도록 상기 제1 및 제2 기판이 대향하여 합착된 액정 표시 패널 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

다중 배향, 액정, 수평 배향막, 수직 배향막, 패턴된 액정 배향막

Description

액정 표시 패널 및 이의 제조 방법{LIQUID CRYSTAL DISPLAY PANEL AND FABRICATION METHOD THE SAME}

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 패널의 액정 배열 상태를 나타낸 사시도이다.

도 2는 도 1에 도시된 액정 표시 패널에 전기장 인가시 액정 재배열 상태를 나타낸 사시도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 패터닝된 배향막을 나타낸 평면도이다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 패널의 결합을 나타내는 평면도이다.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 패널의 액정 배열 상태를 나타낸 평면도이다.

도 6은 도 5에 도시된 액정 표시 패널에 전기장 인가시 직교 편광자 사이에서 액정의 재배열 상태를 나타낸 평면도이다.

도 7은 도 5에 도시된 액정 표시 패널에 전기장 인가시 평행한 편광자 사이에서 액정의 재배열 상태를 보여주는 평면도이다.

도 8은 도 5에 도시된 액정 표시 패널에 전기장 인가시 45도 회전한 직교 편 광자 사이에서 액정의 재배열 상태를 나타낸 평면도이다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 패널의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 블럭도이다.

도 10a 내지 도 10e는 본 발명의 실시예에 따른 배향막 패터닝 방법을 순차적으로 도시한 사시도들이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 제1 영역 2 : 제2 영역

3 : 제3 영역 4 : 제4 영역

100 : 액정 표시 패널 110 : 제1 기판

112 : 하부 기판 114 : 제1 배향막

120 : 제2 기판 122 : 상부 기판

124 : 제2 배향막 130 : 액정

150 : 몰드 160 : 핫플레이트

본 발명은 액정 표시 패널 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 액정의 다중 배향에 의해 시야각을 향상시킬 수 있는 액정 표시 패널 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

액정 표시 장치는 입사된 빛의 편광 상태를 액정층이 변화시켜 투과도의 변화를 제어하여 구현되는 표시 소자로서, 일반 단일 배향 모드의 경우 배향막의 배향 방향에 의해 결정되는 액정 방향자의 분포에 따라 주시야각이 형성되어 매우 한정된 시야각 특성을 가진다.

예를 들어, 수직 배향 (Vertical Aligned; VA) 모드에서 유전이방성이 음인 액정이 주입된 액정 표시 패널에 전기장이 인가되었을 경우 전기장 방향에 대하여 수직한 방향으로 액정은 재정렬된다. 따라서, 기판 상하 방향으로 전기장을 인가할 경우 전기장의 크기가 증가함에 따라 액정 분자는 기판에 평행한 방향으로 점차 재정렬된다.

이때, 두 기판상의 수직 배향막이 러빙처리 되지 않은 경우, 표면 선경사각이 존재하지 않으므로 전기장이 인가되었을 때 액정이 수평 방향으로 틸트되는 방향이 임의의 방향으로 형성되어 균일한 배향 특성을 얻지 못하게 된다.

두 기판상의 수직 배향막을 러빙처리한 후 액정 표시 패널에 전기장이 인가되었을 경우, 액정이 수평 방향으로 틸트되는 방향이 기판에 평행한 면상에 대하여 단일한 방향으로 형성되어 균일한 배향 특성을 얻게 된다. 하지만, 이 경우 전기장 인가에 따라 유도되는 복굴절량이 시야각에 따라 달라지므로 시야각에 따른 심한 이미지 왜곡을 유발하게 된다.

그러나, 액정을 공간적으로 다중 배향할 경우, 액정 표시 장치의 주시야각은 다중화되어 전방위도 형성될 수 있으므로 이러한 문제점들은 근본적으로 해결될 수 있으며, 이에 액정을 다중 배향하기 위한 액정 모드 및 구조들이 제시되고 있다.

액정 표시 장치에서 다중 배향을 얻는 기존의 방법들은 다음과 같다. 패턴된 전극에 의한 공간적으로 분산된 전기장(Electric Field)을 이용하여 액정의 재정렬 방향을 공간적으로 다중화하는 방법으로는 다중 도메인 PVA 모드(Multi-Domain Patterened Vertically Aligned Mode)와, 다중 도메인 IPS 모드(Multi-Domain In-Plane Switching Mode)가 있다. 그리고, 표면의 요철에 의한 필드의 왜곡이나 선경사각 변화 혹은 패턴된 유전막에 의한 필드 왜곡 현상을 이용하는 방법(Multi-Domain Vertically Alignment Mode; MVA)과, 축성 대칭성을 가지는 고분자 격벽을 주기적으로 형성하여 필드 인가시 액정 방향자의 변화가 축성 대칭성을 띄도록 하는 방법(Axially Symmetric Aligned Microcell Mode; ASM Mode, Advanced Super View Mode; ASV)이 있다. 또한, 광배향막을 액정 배향막으로 사용하여 여러 번의 포토 마스킹 공정을 거쳐서 광배향하는 방법 등이 있다.

그러나, 기존의 방법들의 경우 한쪽 기판에 전극을 패터닝하거나, 부가적인 구조물이나 유전체층을 형성하거나, 제작시 액정에 고분자를 혼합하여 주입한 후 마이크로셀 구조로 상분리하기 위하여 패턴된 자외선을 조사해야 하는 등 일반 단일 모드 대비 복잡한 공정이 부가되어야 하는 단점이 있다. 또한, 광배향막을 패터닝하는 방법의 경우는 광배향막의 배향 특성이 일반 배향막에 비해 액정의 배향 특성이 상대적으로 매우 불안정한 단점이 있다.

따라서, 본 발명의 기술적 과제는 액정의 다중 배향에 의해 시야각을 향상시킬 수 있는 액정 표시 패널 및 이의 제조 방법을 제공하는데 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 액정 표시 패널은 제1 배향막이 형성된 제1 기판; 제2 배향막이 형성된 제2 기판; 및 상기 제1 및 제2 기판 사이에 개재된 액정을 포함하며, 상기 제1 배향막은 일방향으로 러빙된 수평 배향막 영역과 러빙되지 않은 수직 배향막 영역을 포함하고, 상기 제2 배향막은 러빙되지 않은 수직 배향막 영역인 것이 바람직하다.

상기 액정은 제1 영역 및 제2 영역으로 구분되어 각각 배열된 것을 특징으로 한다.

상기 제1 영역은 상기 제1 및 제2 배향막이 수직 배향막 영역인 것을 특징으로 한다.

상기 제2 영역은 상기 제1 배향막이 수평 배향막 영역이고, 상기 제2 배향막이 수직 배향막 영역인 것을 특징으로 한다.

상기 제1 영역은 화소 영역이고 상기 제2 영역은 화소 경계 영역인 것을 특징으로 한다.

상기 제1 기판은 박막 트랜지스터 어레이가 형성된 박막 트랜지스터 기판이고, 상기 제2 기판은 컬러 필터 어레이가 형성된 컬러 필터 기판인 것을 특징으로 한다.

상기 제1 기판은 컬러 필터 어레이가 형성된 컬러 필터 기판이고, 상기 제2 기판은 박막 트랜지스터 어레이가 형성된 박막 트랜지스터 기판인 것을 특징으로 한다.

상기 액정은 음의 유전 이방성을 가지는 것을 특징으로 한다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 액정 표시 패널은 박막 트랜지스터 어레이 및 제1 배향막이 형성된 제1 기판; 컬러 필터 어레이 및 제2 배향막이 형성된 제2 기판; 및 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 사이에 제1 영역 내지 제4 영역으로 나뉘어 각각 배열된 액정을 포함하며, 상기 제1 배향막 및 상기 제2 배향막은 각각 일방향으로 러빙된 수평 배향막 영역과 러빙되지 않은 수직 배향막 영역을 포함하고, 상기 수평 배향막의 러빙 방향이 서로 수직하도록 상기 제1 및 제2 기판이 대향하여 합착된다.

상기 제1 영역은 화소 영역이고 상기 제2 영역 내지 제4 영역은 화소 경계 영역인 것을 특징으로 한다.

상기 제1 영역은 제1 및 제2 배향막이 수직 배향막 영역인 것을 특징으로 한다.

상기 제2 영역은 상기 제1 배향막이 수평 배향막 영역이며, 상기 제2 배향막이 수직 배향막 영역인 것을 특징으로 한다.

상기 제3 영역은 상기 제1 배향막이 수직 배향막 영역이며, 상기 제2 배향막이 수평 배향막 영역인 것을 특징으로 한다.

상기 제4 영역은 상기 제1 및 제2 배향막이 수평 배향막 영역인 것을 특징으로 한다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 액정 표시 패널의 제조 방법은 박막 트랜지스터 어레이 및 일방향으로 러빙된 수평 배향막 상에 러빙되지 않은 수직 배향막을 패터닝하여 형성되는 제1 배향막을 포함하는 제1 기판을 마련하는 단계; 컬러 필터 어레이 및 러빙되지 않은 수직 배향막으로 형성되는 제2 배향막을 포함하는 제2 기판을 마련하는 단계; 상기 제1 및 제2 기판을 합착하는 단계; 및 상기 제1 및 제2 기판 사이에 액정을 형성하는 단계를 포함한다.

상기 제1 기판을 마련하는 단계는 절연 기판 상에 박막 트랜지스터 어레이 및 수평 배향막을 형성하는 단계; 상기 수평 배향막을 일방향으로 러빙하는 단계; 상기 러빙된 수평 배향막 상에 하부가 격자 형태로 패터닝된 채널을 가지는 몰드를 격자 방향이 상기 수평 배향막의 러빙 방향과 수직하도록 안착하는 단계; 상기 몰드의 채널 내부로 용액 상태의 수직 배향막을 주입하는 단계; 상기 수직 배향막을 프리 베이크하는 단계; 상기 몰드를 분리하는 단계; 및 상기 수직 배향막을 하드 베이크하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 몰드는 탄성을 가진 고분자 물질로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 액정 표시 패널의 제조 방법은 박막 트랜지스터 어레이 및 러빙되지 않은 수직 배향막으로 형성되는 제1 배향막을 포함하는 제1 기판을 형성하는 단계; 컬러 필터 어레이 및 일방향으로 러빙된 수평 배향막 상에 러빙되지 않은 수직 배향막을 패터닝하여 형성되는 제2 배향막을 포함하는 제2 기판을 형성하는 단계; 상기 제1 및 제2 기판을 합착하는 단계; 및 상기 제1 및 제2 기판 사이에 액정을 형성하는 단계를 포함한다.

상기 제2 기판을 형성하는 단계는 절연 기판 상에 컬러 필터 어레이 및 수평 배향막을 형성하는 단계; 상기 수평 배향막을 일방향으로 러빙하는 단계; 상기 러빙된 수평 배향막 상에 하부가 격자 형태로 패터닝된 채널을 가지는 몰드를 격자 방향이 상기 수평 배향막의 러빙 방향과 수직하도록 안착하는 단계; 상기 몰드의 채널 내부로 용액 상태의 수직 배향막을 주입하는 단계; 상기 수직 배향막을 프리 베이크하는 단계; 상기 몰드를 분리하는 단계; 및 상기 수직 배향막을 하드 베이크하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 액정 표시 패널의 제조 방법은, 박막 트랜지스터 어레이가 형성된 제1 기판 및 컬러 필터 어레이가 형성된 제2 기판 상에 각각 수평 배향막을 형성하는 단계; 상기 제1 및 제2 기판의 수평 배향막을 각각 일방향으로 러빙하는 단계; 상기 제1 및 제2 기판의 수평 배향막 상에 각각 수직 배향막을 패터닝하는 단계; 상기 제1 및 제2 기판의 수평 배향막의 러빙 방향이 서로 수직하도록 상기 제1 및 제2 기판을 합착하는 단계; 및 상기 제1 및 제2 기판 사이에 액정을 형성하는 단계를 포함한다.

상기 수직 배향막을 패터닝하는 단계는 상기 러빙된 수평 배향막 상에 하부가 격자 형태로 패터닝된 채널을 가지는 몰드를 격자 방향이 상기 수평 배향막의 러빙 방향과 수직하도록 안착하는 단계; 상기 몰드의 채널 내부로 용액 상태의 수직 배향막을 주입하는 단계; 상기 수직 배향막을 프리 베이크하는 단계; 상기 몰드를 분리하는 단계; 및 상기 수직 배향막을 하드 베이크하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 기술적 과제 외에 본 발명의 다른 기술적 과제 및 이점들은 첨부 도면을 참조한 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 도 1 내지 도 10e를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 패널(100)은 제1 기판(110)과, 제2 기판(120)과, 제1 및 제2 영역으로 구분되어 배열된 액정(130)을 포함한다.

제1 기판(110)은 컬러 필터 어레이가 형성된 하부 기판(112) 및 제1 배향막(114)을 포함한다. 하부 기판(112)에는 다양한 색상을 표현하기 위한 컬러 필터(미도시)와 각 컬러 필터를 각 서브 픽셀 별로 구분하기 위한 블랙 매트릭스 패턴(미도시)이 형성된다.

이러한 하부 기판(112) 상에 제1 배향막(114)이 형성된다. 제1 배향막(70)은 제1 영역 및 제2 영역으로 구분되어 형성된다. 제1 영역은 수직 배향막이 패터닝된 영역이고, 제2 영역은 x축 방향으로 러빙된 수평 배향막이 형성된 영역이다.

제2 기판(120)은 박막 트랜지스터 어레이가 형성된 상부 기판(122) 및 제2 배향막(124)을 포함한다. 상부 기판(122)에 스위칭 소자인 박막 트랜지스터(미도시)가 형성된다. 이 박막 트랜지스터는 서로 절연된 상태로 교차되는 게이트 라인과 데이터 라인의 교차부에 형성된다. 게이트 라인은 게이트 드라이버에 연결되어 스캔 신호를 박막 트랜지스터에 전달하며, 데이터 라인은 데이터 드라이버에 연결되어 화소 신호를 박막 트랜지스터에 전달한다. 그리고 박막 트랜지스터는 게이트 전극, 활성층, 오믹 콘택층, 소스/드레인 전극을 포함하여 구성된다.

이러한 상부 기판(122) 상에 제2 배향막(124)이 형성된다. 제2 배향막(124)은 러빙되지 않은 수직 배향막으로 형성된다.

상술한 제1 및 제2 기판(110,120)은 서로 대향하여 합착된다. 그러면, 전기장이 인가되지 않은 경우에는 러빙되지 않은 수직 배향막으로 형성된 제1 영역 상에서 액정(130)의 초기 배향 상태는 수직 배향 모드(Vertically Aligned Mode; VA Mode)가 형성된다. 그리고, x축 방향으로 러빙된 수평 배향막으로 형성된 제2 영역 상에서는 액정(130)이 수직-수평 혼합모드(Homeotropic-Planar Mode; Hybrid Mode)로 형성된다. 따라서, 제1 영역의 액정(130)은 선경사각을 가지지 않으나, 제2 영역의 액정(130)은 패턴된 수평 배향막의 러빙 방향에 따라 한 방향으로 틸트된 선경사각을 따라 정렬된다.

도 2는 도 1에 도시된 액정 표시 패널에 전기장 인가시 액정 재배열 상태를 나타낸 사시도이다. 여기서, 액정(130)은 유전 이방성이 음인 액정(130)인 것이 바람직하다. 유전 이방성이 음인 액정(130)은 전기장을 인가하면 전기장 방향에 대하여 수직한 방향으로 재정렬된다.

도 2를 참조하면, 액정 표시 패널(100)에 전기장을 인가하면, 제1 영역은 제1 및 제2 기판(110,120) 상하 방향으로 전기장이 인가된 경우이므로 전기장의 크기가 증가함에 따라 액정(130)은 제1 및 제2 기판(110,120)과 평행한 방향으로 점차 재정렬된다. 제2 영역은 제1 배향막(114)이 러빙에 의해 선경사각이 형성된 영역이므로 전기장의 크기가 증가함에 따라 선경사각 방향으로 점차 재정렬된다.

제1 영역은 일정 문턱 전압을 가지는데 반해, 제2 영역은 문턱전압을 가지지 않는다. 따라서, 제2 영역은 상대적으로 낮은 전압에서 먼저 반응하여 액정(130)이 재정렬되고 제2 영역의 액정(130) 틸트 방향이 제1 영역으로 전파되어 균일한 다중 배향 모드가 형성된다.

본 실시예에서는 컬러 필터 어레이 및 제1 배향막(114)이 형성된 제1 기판(110)이 일방향으로 러빙된 수평 배향막 상에 러빙되지 않은 수직 배향막이 패터닝되어 형성되고, 박막 트랜지스터 어레이 및 제2 배향막(124)이 형성된 제2 기판(120)은 러빙되지 않은 수직 배향막으로 형성된 경우를 설명하였다. 그러나, 컬러 필터 어레이 및 제1 배향막(114)이 형성된 제1 기판(110)이 러빙되지 않은 수직 배향막으로 형성되고, 박막 트랜지스터 어레이 및 제2 배향막(124)이 형성된 제2 기판(120)이 일방향으로 러빙된 수평 배향막 상에 러빙되지 않은 수직 배향막이 패 터닝되어 형성되는 경우에도 동일한 원리가 적용된다.

도 3을 참조하면, 하부 기판 상에 수평 배향막(114a)이 형성되고 수직 배향막(114b)이 패터닝된 제1 배향막(114)을 포함하는 제1 기판(110)이 형성된다. 여기서, 수평 배향막(114a)은 x축 방향으로 러빙되어 선경사각을 갖지만, 수직 배향막(114b)은 러빙되지 않아 선경사각을 가지지 않는다.

수직 배향막(110)이 패터닝된 제1 영역은 화소 영역으로 기능하고, 수직 배향막(110)이 패터닝되지 않고 수평 배향막(114a)이 형성된 제2 영역은 블랙 매트릭스에 의해 가려질 수 있다. 패턴된 수직 배향막(114b)의 폭은 100um로 형성하고, 패턴되지 않은 수평 배향막(114a)의 폭은 30um로 형성할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며 수직 배향막(114b)과 수평 배향막(114a)의 폭은 소자 제작에 사용되는 액정(130)의 탄성 에너지 크기, 액정(130)의 유전 이방성 크기 및 액정 표시 패널(100)의 간격에 따라 최적의 상태로 선택되어질 수 있다.

도 4를 참조하면, 하부 기판 및 상부 기판 상에 각각 x축 방향으로 러빙된 수평 배향막(114a,124a)을 형성하고 수평 배향막(114a,124a) 상에 러빙되지 않은 수직 배향막(114b,124b)을 일정 간격으로 패터닝함으로써 제1 및 제2 배향막(114,124)이 형성된다. 제1 및 제2 배향막(114,124)의 러빙 방향이 서로 수직하도록 제1 및 제2 기판(110,120)이 대향하여 합착된다. 제1 및 제2 기판(110,120) 의 간격은 3um로 형성할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며 소자 제작에 사용되는 액정(130)의 탄성 에너지 크기, 액정(130)의 유전 이방성 크기, 액정 표시 패널(100)의 간격, 수직 배향막이 패턴된 영역의 폭 및 간격에 따라 스페이서 등을 이용하여 제1 및 제2 기판(110,120)의 간격은 최적의 상태로 선택되어질 수 있다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 패널(100)은 러빙 방향이 서로 수직하여 대향된 제1 및 제2 기판(110,120)과, 제1 내지 제4 영역(1,2,3,4)으로 구분되어 배열된 액정(130)을 포함한다. 편광자(Polarizer; P)와 검광자(Analyzer; A) 축은 서로 직교 상태에서 관찰한 액정 배열 상태를 나타낸다.

제1 영역(1)은 제1 및 제2 배향막(114,124)이 모두 수직 배향막인 영역이다. 따라서, 상술한 설명과 같이 제1 및 제2 기판(110,120)의 제1 및 제2 배향막(114,124)은 모두 선경사각을 가지지 않는다.

그리고, 제1 영역(1)은 전압이 인가되지 않은 상태에서는 제1 및 제2 배향막(114,124)이 수직 배향되어 있으므로 복굴절이 존재하지 않아 블랙 상태를 나타낸다. 이러한, 제1 영역(1)은 화소 영역이며, 전압을 인가하지 않은 상태에서 블랙을 띄고, 전압이 인가된 경우에는 화이트를 띄는 노멀리 블랙 모드(Normally Black Mode)이다.

제2 영역(2)은 제1 배향막(114)이 x축 방향으로 러빙된 수평 배향막이고, 제2 배향막(124)이 러빙되지 않은 수직 배향막이 형성되어 있는 영역으로 수직-수평 혼합 모드이다. 이때, 액정의 틸트 방향은 제1 배향막(114)의 러빙 방향에 의해 결정되어 x축 방향으로 형성된다.

제3 영역(3)은 제1 배향막(114)이 러빙되지 않은 수직 배향막이고, 제2 배향막(124)이 y축 방향으로 러빙된 수평 배향막이 형성되어 있는 영역으로 수직-수평 혼합 모드이다. 이때, 액정의 틸트 방향은 제2 배향막(124)의 러빙 방향에 의해 결정되어 y축 방향으로 형성된다.

제2 및 제3 영역(2,3)은 수직-수평 배향된 방향이 평면상에서 각각 편광자(Polarizer)와 검광자(Analyzer)의 투과축 방향과 일치하고 동시에 각각 편광자 및 검광자의 방향과 직교하므로 액정층에서 복굴절이 유도되지 않게 되어 블랙 상태이다.

제4 영역(4)은 제1 및 제2 배향막(114,124) 모두 수평 배향막으로 형성된 영역으로써, 두 수평 배향막의 러빙 방향에 따라 TN(Twisted Nematic) 구조를 가지게 된다. 이러한, 제4 영역(4)은 TN 구조를 이루고 있으므로 액정층으로 입사된 편광이 액정축을 따라 90도 회전하므로 입사광이 검광자를 투과하여 화이트 상태를 나타낸다.

상술한 바와 같이, 제2 내지 제4 영역(2,3,4)은 화소 경계 영역(pixel boundary)을 이루며, 실제 액정 표시 장치에서는 블랙 매트릭스에 의해 가려지는 영역이다.

따라서, 제1 영역(1)은 자체적으로는 선경사각을 가지지 않지만, 전압이 인가되면 제2 및 제3 영역(2,3)의 선경사각에 의한 도메인 전파(domain propagation) 효과에 의하여 균일한 배향을 얻을 수 있게 된다.

다시 말해, 도 5에 도시된 바와 같이 제1 영역(1)은 화소 영역을 이루고 있고, 그 주변부인 제2 및 제3 영역(2,3)은 수직-수평 배향 모드가 형성되어 있다. 이때, 제2 및 제3 영역(2,3)의 수평 배향막의 러빙 방향은 서로 수직으로 교차한다. 따라서, 제2 및 제3 영역(2,3)에 의해 제1 영역(1)의 액정 분자 재정렬은 상호 수직한 방향으로 작용하게 되고 액정 도메인 전파 효과 또한 상호 수직한 방향으로 진행된다.

도 6은 도 5에 도시된 액정 표시 패널에 전기장 인가시 직교 편광자 사이에서 액정의 재배열 상태를 나타낸 평면도이다. 편광자(Polarizer; P)와 검광자(Analyzer; A) 축은 서로 직교 상태에서 관찰한 액정 배열 상태를 나타낸다.

도 6을 참조하면, 유전이방성이 음인 액정(50)이 주입되어 있으므로, 전기장이 인가되면 제2 및 제3 영역(2,3)의 액정은 수평 방향으로 점차 재배열된다. 제2 영역(2)은 제2 배향막(124)의 러빙 방향과 평행하게 재배열되고, 제3 영역(3)은 제1 배향막(114)의 러빙 방향과 평행하게 재배열된다. 따라서, 제2 및 제3 영역(2,3)은 수직-수평 배향된 방향이 평면상에서 각각 편광자(Polarizer)와 검광자(Analyzer)의 투과축 방향과 일치하고 동시에 각각 편광자 및 검광자의 방향과 직교하므로 액정층에서 복굴절이 유도되지 않게 되어 블랙 상태를 계속 유지하게 된다.

제4 영역(4)은 액정(50)의 초기 배향 상태가 수평 배향된 상태에서 꼬인 구조를 이루고 있으므로 전압 인가에 따른 재배열 효과가 나타나지 않게 되어 화이트 상태를 계속 유지한다.

제1 영역(1)은 화소 영역으로 화소 주변부인 제2 및 제3 영역(2,3)의 도메인 전파 효과에 의하여 액정이 재배열되며, 제2 및 제3 영역(2,3)의 액정 정렬 방향이 평면상에서 보았을 때 서로 수직하므로 그 효과는 상호 수직한 방향으로 경합하여 이루어진다. 따라서, 제1 영역(1)은 전기장 인가시, 축성 대칭성을 띄는 멀티 도메인 구조(Multi- Domain Texture)를 이루게 된다.

두 도메인 전파 효과가 상호 경합하는 영역에서는 액정이 제1 및 제2 배향막(114,124)의 러빙 방향과 평행하지 않은 방향에서 안정화가 이루어지며 이러한 부분은 축성 대칭성을 가지고 분포하게 된다.

액정 표시 패널(100)에 인가되는 전압이 점차 커짐에 따라(5V -> 10V), 액정 표시 패널(100) 내부에서 수평 방향으로 틸트되는 액정이 점차 증가하게 되고 이는 복굴절을 증가시키는 효과를 유발하므로 화이트 영역의 휘도는 변하게 된다. 이때, 축성 대칭성은 그대로 잘 유지된다.

도 7은 도 5에 도시된 액정 표시 패널에 전기장 인가시 평행한 편광자 사이에서 액정의 재배열 상태를 보여주는 평면도이다. 편광자(Polarizer; P)와 검광자(Analyzer; A) 축은 서로 평행한 상태에서 관찰한 액정 배열 상태를 나타낸다.

도 7을 참조하면, 제1 영역(1)은 전압이 인가되지 않은 상태에서 액정이 수직 배향되어 있으므로 복굴절이 존재하지 않아 평행한 편광자 상에서 화이트 상태를 나타낸다.

액정 표시 패널(100)에 인가되는 전압이 커짐에 따라(5V -> 10V), 틸트되어 있는 제2 및 제3 영역(2,3)의 액정에 의한 도메인 전파 효과에 의하여 다중 배향되므로 축성 대칭성을 나타내는 구조를 가진다. 도 6과 비교하였을 때, 편광자 조합 조건이 직교 편광자에서 평행 편광자 조합으로 바뀌었으므로 블랙 대칭 구조가 45도 회전한 형태를 나타낸다.

제2 및 제3 영역(2,3)은 전 전압 영역에서 입사된 빛이 편광의 변화없이 수직-수평 초기 배향된 액정층을 투과하므로 동일한 투과도를 보이게 된다.

제4 영역(4)은 TN 구조를 가지고 있으므로 평행한 편광자 사이에서 블랙 상태를 나타내며, 액정 표시 패널(100) 내부에 주입된 액정의 유전 이방성이 음이므로 인가된 전압의 크기와 무관한 투과도 특성을 나타낸다.

도 8은 도 5에 도시된 액정 표시 패널에 전기장 인가시 45도 회전한 직교 편광자 사이에서 액정의 재배열 상태를 나타낸 평면도이다. 편광자(Polarizer; P)와 검광자(Analyzer; A) 축은 서로 직교 상태에서 관찰한 액정 배열 상태를 나타낸다.

도 8을 참조하면, 제1 영역(1)은 수직 배향되어 있는 화소 영역으로 전압이 인가되지 않은 상태에서 복굴절이 존재하지 않아 액정 표시 패널(100)을 45도 회전하여도 직교 편광자 사이에서 동일하게 블랙 상태를 나타낸다.

액정 표시 패널(100)에 인가되는 전압이 커짐에 따라(5V -> 10V), 틸트되어 있는 제2 및 제3 영역(2,3)의 액정에 의한 도메인 전파 효과에 의하여 제1 영역(1)의 액정은 다중 배향되므로 축성 대칭성을 띈 투과 구조를 나타낸다. 도 6과 비교하였을 때, 액정 표시 패널(100)을 45도 회전하여도 어두운 축 패턴은 동일한 형태를 유지하며 이는 전압이 인가된 상태에서 화소 영역에서 얻어지는 액정 배향 상태 가 축성 대칭성을 가짐을 보여준다.

제2 및 제3 영역(2,3)은 수직-수평 배향 방향이 편광자 축과 45도를 이루고 있으므로 복굴절이 유발되어 화이트 상태를 나타낸다. 이때, 인가되는 전압이 증가할수록 복굴절의 양도 증가하여 휘도 특성 또한 변하게 된다.

제4 영역(4)은 TN 구조를 가지는 액정층에 입사광이 계면 러빙 방향에 대하여 45도를 이루어 입사되므로 복굴절이 유발되어 화이트 상태를 나타낸다. 액정 표시 패널(100) 내부에 주입된 액정(50)의 유전 이방성이 음이므로 인가된 전압의 크기와 무관한 투과도 특성을 나타낸다.

도 6 내지 도 8은 수직 배향된 제1 영역(1)의 액정을 서로 수직-수평 배향된 제2 및 제3 영역(2,3)의 액정이 제어하여 전기장 인가시 축성 대칭성을 띄는 다중 배향 액정 모드를 용이하게 구현할 수 있게 된다.

이러한 다중 배향 효과는 액정층에 의한 전기광학 효과를 공간적으로 다중화하는 효과를 낳으므로 입사되는 빛의 진행 방향에 따른 전기 광학 효과의 변화를 줄여주게 된다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 액정 표시 패널의 제조 방법은 어레이 공정 단계(S100), 배향막 형성 단계(S110), 배향막 패터닝 단계(S120), 기판 합착 단계(S130) 및 액정 형성 단계(S140)를 포함한다.

어레이 공정 단계(S100)는 먼저 하부 기판 상에 다수의 박막 트랜지스터 어 레이가 형성된다. 여기서, 다수의 박막 트랜지스터 어레이 각각은 서로 교차되게 형성된 게이트 라인 및 데이터 라인과, 그들의 교차부에 형성된 박막 트랜지스터와, 박막 트랜지스터와 접속된 화소 전극을 포함한다.

다음으로 상부 기판 상에 다수의 컬러 필터 어레이가 형성된다. 여기서, 다수의 컬러 필터 어레이 각각은 빛샘 방지를 위한 블랙 매트릭스와, 컬러 구현을 위한 컬러 필터, 화소 전극과 수직 전계를 이루는 공통 전극을 포함한다.

배향막 형성 단계(S110)는 박막 트랜지스터 어레이가 형성된 하부 기판 및 컬러 필터 어레이가 형성된 상부 기판 상에 제1 및 제2 배향막을 형성한다.

하부 기판 및 상부 기판 상에 각각 수평 배향막을 형성하고, x축 방향으로 균일하게 러빙 한다.

배향막 패터닝 단계(S120)는 러빙된 수평 배향막 상에 각각 수직 배향막을 패터닝하여 제1 및 제2 기판을 형성한다. 패터닝된 수직 배향막은 별도의 러빙처리를 하지 않는다.

수직 배향막을 패터닝하는 방법은 소프트 리소그래피 방법 중 하나인 모세관내 미세몰딩(Micromolding in capillaries; MIMIC) 방법을 이용할 수 있다. 패턴된 수직 배향막의 폭은 100um로 형성하고, 패턴되지 않은 수평 배향막의 폭은 30um로 형성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며 수직 배향막과 수평 배향막의 폭은 소자 제작에 사용되는 액정의 탄성 에너지 크기와 액정의 유전 이방성 크기 및 제1 및 제2 기판 사이의 간격에 따라 최적의 상태로 선택되어질 수 있다.

기판 합착 단계(S130)는 제1 및 제2 배향막의 러빙 방향이 서로 수직으로 교차하도록 대향하여 제1 및 제2 기판을 합착시킨다. 제1 및 제2 기판의 간격은 3um로 형성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 소자 제작에 사용되는 액정의 탄성 에너지 크기와 액정의 유전 이방성 크기, 제1 및 제2 기판의 간격, 수직 배향막이 패턴된 영역의 폭 및 간격에 따라 스페이서 등을 이용하여 제1 및 제2 기판의 간격은 최적의 상태로 선택되어질 수 있다.

액정 형성 단계(S140)는 제1 및 제2 기판 사이에 액정을 주입하여 배열되게 한다. 액정은 유전율 이방성이 음인 액정을 사용하며, 상전이 온도 이상에서 주입한다.

도 10a를 참조하면, 몰드 안착 단계는 박막 트랜지스터 어레이가 형성된 하부 기판(110)에 수평 배향막(114a)을 스핀 코팅 등의 방법으로 형성하고 x축 방향으로 러빙한다. 이러한 수평 배향막(114a) 상에 몰드(150)를 배치한다. 몰드(150)는 하부가 격자 형태로 패터닝되어 채널이 형성된 구조를 가진다. 몰드(150)는 탄성을 가진 고분자 물질을 사용하는데, 바람직하게는 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane; PDMS)으로 형성한다. 이때, 몰드(150)의 격자 벡터 방향이 수평 배향막(114a)의 러빙 방향과 평행하도록 위치시킨다.

도 10b를 참조하면, 수직 배향막 주입 단계는 몰드(150)의 채널 내부에 수직 배향막(114b)을 주입한다.

구체적으로, 몰드(150)의 채널 한쪽 끝에 액체 상태의 수직 배향막(114b)을 드롭(drop)하여 채널 내부로 캐필러리 필링(capillary filling)한다.

도 10c를 참조하면, 프리 베이크 단계는 주입된 수직 배향막(114b)을 고형화한다.

구체적으로, 프리 베이크(Pre-bake) 단계는 핫플레이트(160) 상에서 1차 건조하여 수직 배향막(114b)에 포함된 용매를 제거한다. 여기서, 몰드(150)로 사용된 PDMS는 미세한 다수의 공극을 가지고 있어서 기화된 솔벤트 성분을 흡수 및 투과시키기에 매우 용이한 물질이다. 따라서, 1차 건조에 의한 고형화로 몰드(150)를 수평 배향막(114a)이 형성된 제1 기판(110)에서 분리시 수직 배향막(114b) 패턴이 흐트러지지 않고 잘 유지될 수 있다.

도 10d를 참조하면, 몰드 제거 단계는 몰드(150)를 수평 배향막(114a)이 형성된 제1 기판(110)에서 분리한다.

구체적으로, 몰드(150)가 안착된 수평 배향막(114a)이 형성된 제1 기판(110)의 온도를 상온까지 서서히 낮춘 후, 몰드(150)를 수평 배향막(114a)이 형성된 제1 기판(110)에서 분리한다.

도 10e를 참조하면, 하드 베이크(Hard Bake) 단계는 패터닝된 수직 배향막(114b)을 중합시킨다.

구체적으로, 수평 배향막(114a) 위에 솔벤트가 제거되어 패터닝된 수직 배향막(11b)을 핫플레이트(160) 상에서 2차 건조하여 중합(polymerization)시킨다. 이렇게 완성된 배향막 패턴은 추가 러빙 등의 과정이 불필요하다.

상술한 제조 방법은 박막 트랜지스터 어레이 및 제1 배향막이 형성되는 제1 기판을 예로 들어 설명했으나, 컬러 필터 어레이 및 제2 배향막이 형성되는 제2 기판에도 동일하게 적용이 가능하다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 액정 표시 패널 및 이의 제조 방법은 액정의 다중 배향에 의해 광시야각을 얻을 수 있는 장점이 있다.

다중 배향을 위해 화소 주변 액정 배향 효과의 공간적 전파 과정에 의해 다중 배향 상태가 공간적으로 균일하게 형성될 수 있다.

또한, 화소 영역의 초기 배향이 러빙되지 않은 두 수직 배향막에 의하여 구현되므로, 선경사각이 존재하지 않고 완벽한 블랙이 구현 가능하여 높은 대비비를 얻을 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음이 자명하다.

Claims

제1 배향막이 형성된 제1 기판; 제2 배향막이 형성된 제2 기판; 및 상기 제1 및 제2 기판 사이에 개재된 액정을 포함하며,

상기 제1 배향막은 일방향으로 러빙된 수평 배향막 영역과 러빙되지 않은 수직 배향막 영역을 포함하고, 상기 제2 배향막은 러빙되지 않은 수직 배향막 영역을 포함하는 액정 표시 패널.
제 1 항에 있어서,

상기 액정은 제1 영역 및 제2 영역으로 구분되어 배열되며,

상기 제1 영역은 상기 제1 및 제2 배향막이 수직 배향막 영역이고,

상기 제2 영역은 상기 제1 배향막이 수평 배향막 영역이고, 상기 제2 배향막이 수직 배향막 영역인 것을 특징으로 하는 액정 표시 패널.
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제 2 항에 있어서,

상기 제1 영역은 화소 영역이고 상기 제2 영역은 화소 경계 영역인 것을 특징으로 하는 액정 표시 패널.
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박막 트랜지스터 어레이 및 제1 배향막이 형성된 제1 기판;

컬러 필터 어레이 및 제2 배향막이 형성된 제2 기판; 및

상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 사이에 개재된 액정을 포함하며,

상기 제1 배향막 및 상기 제2 배향막은, 각각 일방향으로 러빙된 수평 배향막 영역과 러빙되지 않은 수직 배향막 영역을 포함하고, 상기 수평 배향막의 러빙 방향이 서로 수직하도록 상기 제1 및 제2 기판이 대향하여 합착된 액정 표시 패널.
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제 9 항에 있어서,

상기 액정은 제1 영역 내지 제4 영역으로 구분되어 배열되며,

상기 제1 영역은 상기 제1 및 제2 배향막이 수직 배향막 영역이고,

상기 제2 영역은 상기 제1 배향막이 수평 배향막 영역이며, 상기 제2 배향막이 수직 배향막 영역이고,

상기 제3 영역은 상기 제1 배향막이 수직 배향막 영역이며, 상기 제2 배향막이 수평 배향막 영역이고,

상기 제4 영역은 상기 제1 및 제2 배향막이 수평 배향막 영역인 것을 특징으로 하는 액정 표시 패널.
제 11 항에 있어서,

상기 제1 영역은 화소 영역이고 상기 제2 영역 내지 제4 영역은 화소 경계 영역인 것을 특징으로 하는 액정 표시 패널.
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박막 트랜지스터 어레이 및 일방향으로 러빙된 수평 배향막 상에 러빙되지 않은 수직 배향막을 패터닝하여 형성되는 제1 배향막을 포함하는 제1 기판을 마련하는 단계;

컬러 필터 어레이 및 러빙되지 않은 수직 배향막으로 형성되는 제2 배향막을 포함하는 제2 기판을 마련하는 단계;

상기 제1 및 제2 기판을 합착하는 단계; 및

상기 제1 및 제2 기판 사이에 액정을 형성하는 단계를 포함하는 액정 표시 패널의 제조 방법.
제 16 항에 있어서,

상기 제1 기판을 마련하는 단계는

절연 기판 상에 박막 트랜지스터 어레이 및 수평 배향막을 형성하는 단계;

상기 수평 배향막을 일방향으로 러빙하는 단계;

상기 러빙된 수평 배향막 상에 하부가 격자 형태로 패터닝된 채널을 가지는 몰드를 격자 방향이 상기 수평 배향막의 러빙 방향과 수직하도록 안착하는 단계;

상기 몰드의 채널 내부로 용액 상태의 수직 배향막을 주입하는 단계;

상기 수직 배향막을 프리 베이크하는 단계;

상기 몰드를 분리하는 단계; 및

상기 수직 배향막을 하드 베이크하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 패널의 제조 방법.
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박막 트랜지스터 어레이 및 러빙되지 않은 수직 배향막으로 형성되는 제1 배향막을 포함하는 제1 기판을 형성하는 단계;

컬러 필터 어레이 및 일방향으로 러빙된 수평 배향막 상에 러빙되지 않은 수직 배향막을 패터닝하여 형성되는 제2 배향막을 포함하는 제2 기판을 형성하는 단계; 및

상기 제1 및 제2 기판을 합착하는 단계;를 포함하는 액정 표시 패널의 제조 방법.
제 19 항에 있어서,

상기 제2 기판을 형성하는 단계는

절연 기판 상에 컬러 필터 어레이 및 수평 배향막을 형성하는 단계;

상기 수평 배향막을 일방향으로 러빙하는 단계;

상기 러빙된 수평 배향막 상에 하부가 격자 형태로 패터닝된 채널을 가지는 몰드를 격자 방향이 상기 수평 배향막의 러빙 방향과 수직하도록 안착하는 단계;

상기 몰드의 채널 내부로 용액 상태의 수직 배향막을 주입하는 단계;

상기 수직 배향막을 프리 베이크하는 단계;

상기 몰드를 분리하는 단계; 및

상기 수직 배향막을 하드 베이크하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 패널의 제조 방법.
삭제
박막 트랜지스터 어레이가 형성된 제1 기판 및 컬러 필터 어레이가 형성된 제2 기판 상에 각각 수평 배향막을 형성하는 단계;

상기 제1 및 제2 기판의 수평 배향막을 각각 일방향으로 러빙하는 단계;

상기 제1 및 제2 기판의 수평 배향막 상에 각각 수직 배향막을 패터닝하는 단계; 및

상기 제1 및 제2 기판의 수평 배향막의 러빙 방향이 서로 수직하도록 상기 제1 및 제2 기판을 합착하는 단계;를 포함하는 액정 표시 패널의 제조 방법.
제 22 항에 있어서,

상기 수직 배향막을 패터닝하는 단계는

상기 러빙된 수평 배향막 상에 하부가 격자 형태로 패터닝된 채널을 가지는 몰드를 격자 방향이 상기 수평 배향막의 러빙 방향과 수직하도록 안착하는 단계;

상기 몰드의 채널 내부로 용액 상태의 수직 배향막을 주입하는 단계;

상기 수직 배향막을 프리 베이크하는 단계;

상기 몰드를 분리하는 단계; 및

상기 수직 배향막을 하드 베이크하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 패널의 제조 방법.
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