KR101041090B1 - 배향 기판의 제조방법 및 이를 갖는 액정표시장치 - Google Patents

Abstract

배향막에 의해 멀티 도메인이 형성된 배향 기판, 이의 제조방법 및 이를 갖는 액정표시장치가 개시된다. 기판 상의 각 단위 화소 영역은 매트릭스 형태로 배열된 복수의 서브 화소 영역들로 구분된다. 배향막은 각 서브 화소 영역마다 복수의 처리 방향들로 배향처리되어 있다. 이로 인해 각 서브 화소 영역에서 처리 방향들을 벡터적으로 합한 배향 방향이 경계를 접하는 이웃한 서브 화소 영역들 간에 서로 다르도록, 예를 들어, 서로 직교하도록 형성되어 있다. 액정표시장치의 투과율 및 응답 속도가 향상되어 표시품질이 향상된다.

액정, 광배향, 처리, 투과율, 응답속도

Description

배향 기판의 제조방법 및 이를 갖는 액정표시장치{METHOD OF MANUFACTURING ALIGNMENT SUBSTRATE AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE HAVING THE ALIGNMENT SUBSTRATE}

본 발명은 배향 기판, 이의 제조방법 및 이를 갖는 액정표시장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 배향막을 배향하는 방식에 의해 멀티 도메인을 형성시킨 배향 기판, 이의 제조방법 및 이를 갖는 액정표시장치에 관한 것이다.

일반적으로, 액정표시장치는 현재 가장 널리 사용되고 있는 평판표시장치의 하나로서, 화소 전극과 공통 전극 등 전기장 생성 전극(field generating electrode)이 형성되어 있는 두 장의 표시판과 그 사이에 개재된 액정층 및 상기 표시판의 바깥면에 부착되어 있는 편광자를 포함한다.

이러한 액정표시장치 중에서도, 전기장이 인가되지 않은 상태에서 액정 분자의 장축을 표시판에 대하여 수직을 이루도록 배열한 수직 배향 방식(vertically aligned mode)의 액정표시장치가 대비비가 크고 기준 시야각이 넓어서 각광받고 있다.

수직 배향 방식의 액정표시장치에서 넓은 기준 시야각을 구현하기 위한 구체 적인 방법으로는 상기 전기장 생성 전극에 절개부, 즉 슬릿을 형성하는 방법과 상기 전기장 생성 전극 위에 돌기를 형성하는 방법 등이 있다. 상기 절개부 및 상기 돌기는 상기 액정 분자가 기울어지는 방향(tilt direction)을 결정하므로, 이들을 적절하게 배치하여 액정 분자의 경사 방향을 여러 방향으로 분산시킴으로써 기준 시야각을 넓힐 수 있다.

그러나, 상기 전기장 생성 전극에 형성된 슬릿 및 돌기는 화소의 투과율을 저하시키는 요인이 된다. 따라서, 상기 슬릿 및 돌기와 같은 요소들이 없이도 액정표시장치의 시야각을 크게 하고 투과율을 향상시킬 수 있는 기술이 요구된다.

이에 본 발명의 기술적 과제는 상기한 기술적 요구에 착안한 것으로, 본 발명의 실시예들은 투과율 및 시야각을 향상시키는 배향 기판을 제공한다.

또한, 본 발명의 실시예들은 상기 배향 기판의 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명의 실시예들은 상기 배향 기판을 포함하는 액정표시장치를 제공한다.

상기한 본 발명의 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 특징에 따른 배향 기판은 기판 및 배향막을 포함한다. 상기 기판에는 복수의 단위 화소 영역들이 정의되며, 각 상기 단위 화소 영역은 매트릭스 형태로 배열된 복수의 서브 화소 영역들로 구분된다. 상기 배향막은 상기 기판 위에 형성된다. 상기 배향막은 각 상기 서브 화소 영역마다 복수의 처리 방향들로 배향 처리되어 있다. 각 상기 서브 화소 영역에서 상기 처리 방향들을 벡터적으로 합한 배향 방향이 경계를 접하는 이웃한 서브 화소 영역들 간에 서로 다르도록 형성되어 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 배향막은 표면의 고분자 사슬들(poly chains)이 각 상기 서브 화소 영역에서 상기 처리 방향들로 각각 광배향(photo-alignment) 처리되어 형성될 수 있다. 상기 처리 방향들은 상기 단위 화소 영역의 행 및 상기 행과 실질적으로 직교하는 열과 나란한 방향들을 포함할 수 있다. 상기 경계를 접하는 서브 화소 영역들 간에 상기 배향 방향은 실질적으로 서로 직교하도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 행으로 이웃한 서브 화소 영역들은 상기 행으로의 처리 방향은 서로 동일하고 상기 열로의 처리 방향은 서로 반대이며, 상기 열로 이웃한 서브 화소 영역들은 상기 열로의 처리 방향은 서로 동일하고 상기 행으로의 처리 방향은 서로 반대가 되도록 형성될 수 있다.

상기 단위 화소 영역의 2행 2열로 배열된 4개의 서브 화소 영역들에서 각 상기 배향 방향은 상기 4개의 화소 영역들의 교차점을 기준으로 양의 상기 행방향과 실질적으로 양 및 음의 45도와 양 및 음의 135도를 이루는 방향들 중 서로 다르게 선택된 어느 하나일 수 있다. 상기 서로 이웃한 4개의 서브 화소 영역들에서 각 상기 배향 방향들은 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전하도록 형성될 수 있다. 이와 다르게, 상기 배향 방향들은 상기 서로 이웃한 4개의 서브 화소 영역들의 교차점을 기준으로 양의 행방향 및 양의 열방향 사이의 제1 사선을 따라 상기 4개의 화소 영역들의 교차점으로 수렴하는 쌍과, 음의 행방향 및 양의 열방향 사이의 제2 사선을 따라 상기 교차점으로부터 발산하는 쌍으로 형성될 수 있다.

상기 기판은 베이스 기판, 게이트 라인, 데이터 라인, 스위칭 소자 및 화소 전극을 포함하는 어레이 기판일 수 있다. 이와 다르게, 상기 기판은 베이스 기판, 컬러필터 및 공통 전극을 포함하는 칼라필터 기판일 수 있다.

상기한 본 발명의 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 다른 특징에 따른 배향 기판의 제조방법에서, 복수의 단위 화소 영역들이 정의되며, 각 상기 단위 화소 영역은 매트릭스 형태로 배열된 복수의 서브 화소 영역들로 구분된 기판을 제공한다. 상기 기판 위에 광반응성 고분자막을 형성한다. 상기 광반응성 고분자막에 복수의 처리 방향들을 따라 상기 기판에 대해 경사진 편광된 광으로 광배향(photo-alignment)한다. 각 상기 서브 화소 영역마다 복수의 상기 처리 방향들을 벡터적으로 합한 배향 방향이 결정된 배향막을 형성된다.

본 발명의 실시예에서, 상기 처리 방향들은 상기 단위화소영역의 행 및 상기 행과 실질적으로 직교하는 열과 나란한 방향들을 포함하며, 경계를 접하는 서브 화소 영역들 간에 상기 배향 방향은 실질적으로 서로 직교하도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 배향막은 상기 행으로 이웃한 서브 화소 영역들은 상기 행으로의 처리 방향은 서로 동일하고 상기 열로의 처리 방향은 서로 반대이며, 상기 열로 이웃한 서브 화소 영역들은 상기 열로의 처리 방향은 서로 동일하고 상기 행으로의 처리 방향은 서로 반대가 되도록 형성될 수 있다.

상기 배향막을 형성하기 위해 일부의 상기 서브 화소 영역들을 가리는 차폐 영역 및 나머지를 노출시키는 투과 영역을 갖는 마스크를 사용할 수 있다. 예를 들 어, 상기 단위 화소 영역의 2행 2열로 서로 이웃한 4개의 서브 화소 영역들 중 제2열을 상기 마스크로 차폐하고 제1열의 서브 화소 영역들의 광반응성 고분자막에 양 또는 음의 열방향으로 제1 노광 공정을 수행한다. 상기 제1열을 차폐하고 상기 제2열의 서브 화소 영역들의 광반응성 고분자막에 음 또는 양의 열방향으로 제2 노광 공정을 수행한다. 제2행을 차폐하고 제1행의 서브 화소 영역들의 광반응성 고분자막에 양 또는 음의 행방향으로 제3 노광 공정을 수행한다. 상기 제1행을 차폐하고 상기 제2행의 서브 화소 영역들의 광반응성 고분자막에 음 또는 양의 행방향으로 제4 노광 공정을 수행한다.

상기 각 서브 화소 영역에서 상기 행 및 상기 열로의 처리 방향들을 벡터적으로 합한 배향 방향은 어느 하나의 처리 방향과 40도 내지 50도의 각도를 이루도록 형성될 수 있다. 상기 제1 노광 및 상기 제2 노광은 제1 노광 에너지를 갖는 광을 사용하여 수행되며, 상기 제3 노광 및 제4 노광은 상기 제1 노광 에너지의 0.4 내지 2.0 배의 제2 노광 에너지를 갖는 광을 사용하여, 바람직하게는 0.4 내지 0.5 배의 제2 노광 에너지를 갖는 광을 사용하여 수행될 수 있다. 또한, 상기 제1 노광 및 상기 제2 노광은 상기 기판과 제1 각도를 이루는 광을 조사하여 형성되며, 상기 제1 노광 및 상기 제2 노광이 수행된 이후에 상기 제3 노광 및 제4 노광은 상기 기판과 상기 제1 각도보다 크거나 같은 제2 각도를 이루는 광을 조사하여 수행될 수 있다.

상기 광반응성 고분자막은 시나메이트(cinnamate) 계열의 광반응성 고분자(photo-reactive polymer) 및 폴리이미드 계열의 고분자의 블렌드(blend)를 상기 기판에 도포하여 형성될 수 있다.

상기한 본 발명의 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 또 다른 특징에 따른 액정표시장치는 어레이 기판, 대향 기판 및 액정층을 포함한다. 상기 어레이 기판은 하부기판, 화소 전극 및 하부 배향막을 포함한다. 상기 하부 기판에는 매트릭스 형태로 배열된 복수의 서브 화소 영역들로 구분된 단위 화소 영역들이 정의된다. 상기 화소 전극은 상기 단위 화소 영역에 형성된다. 상기 하부 배향막은 상기 화소 전극 위에 형성된다. 상기 하부 배향막은 각 상기 서브 화소 영역마다 복수의 하부 처리 방향들로 광배향(photo-alignment) 처리되어 있다. 각 상기 서브 화소 영역에서 상기 처리 방향들을 벡터적으로 합한 하부 배향 방향이 경계를 접하는 이웃한 서브 화소 영역들 간에 서로 다르도록 형성된다. 상기 대향 기판은 상기 하부 기판과 마주보는 상부 기판과, 상기 상부 기판 상에 형성된 상부 배향막을 포함한다. 상기 상부 배향막은 각 상기 서브 화소 영역에 대응하는 부분마다 복수의 상부 처리 방향들로 광배향 처리되어 있다. 상기 서브 화소 영역에 대응하는 영역에서 상기 상부 처리 방향들을 백터적으로 합한 상부 배향 방향이 결정된다. 상부 배향막은 각 서브 화소 영역에서 상기 상부 배향 방향이 상기 하부 배향 방향과 각기 180도 차이 나게 형성되어 있다. 상기 액정층은 상기 어레이 기판과 상기 대향 기판의 사이에 개재된다.

본 발명의 실시예에서, 경계를 접하는 서브 화소 영역들 간에 상기 하부 배향 방향은 서로 직교하며, 상기 단위 화소 영역의 대각선 방향으로 이웃한 서브 화소 영역들 간에 상기 하부 배향 방향은 180도 차이 나게 형성될 수 있다. 예를 들 어, 상기 처리 방향들은 상기 서브 화소 영역의 행 및 열과 나란한 방향들을 포함할 수 있다.

상기 단위 화소 영역의 2행 2열로 배열된 4개의 서브 화소 영역들에서 각 상기 하부 배향 방향들은 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전하도록 형성되어 있고, 상기 상부 배향 방향들은 반시계 방향 또는 시계 방향으로 회전하도록 배치되어 각 상기 하부 배향 방향과 180도 차이 나게 형성될 수 있다. 상기 하부 배향 방향들은 상기 4개의 서브 화소 영역의 교차점을 기준으로 양의 행방향 및 양의 열방향 사이의 제1 사선을 따라 상기 교차점으로 수렴하는 쌍과, 상기 제1 사선과 직교하는 제2 사선을 따라 상기 교차점으로부터 발산하는 쌍을 포함할 수 있다.

상기한 배향 기판, 이의 제조방법 및 이를 갖는 액정표시장치에 의하면, 화소 전극 또는 공통 전극과 같은 전계 생성 전극에 슬릿패턴 또는 돌기 패턴과 같이 투과율을 감소시키는 요소를 형성하지 않고도 단위 화소 영역 상의 배향막을 멀티도메인(Multi Domain)화 할 수 있다. 따라서 단위 화소 영역의 투과율이 향상되며, 광배향 공정의 결과 액정이 초기 경사각(Pre-tilt)을 가짐으로 인해 액정표시장치의 응답속도가 향상되어 액정표시장치의 표시품질이 향상된다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 예시적인 실시예들을 상세히 설명한다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 고안의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

실시예 1

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 액정표시장치(100)의 사시도이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 액정표시장치(100)는 어레이 기판(101), 대향 기판(201) 및 액정층(301)을 포함한다.

서로 대향하는 상기 어레이 기판(101) 및 상기 대향 기판(201)이 프레임 형상의 밀봉재에 의해 접합되어 있고, 상기 어레이 기판(101), 상기 대향 기판(201) 및 상기 밀봉재 내측에 표시 영역이 정의되며, 상기 표시 영역에 액정이 봉입되어 상기 액정층(301)이 이루어진다.

상기 어레이 기판(101)과 상기 대향 기판(201)은 본 실시예에 따른 배향 기판들이며, 상기 어레이 기판(101) 및 상기 대향 기판(201)은 상기 액정층(301)이 갖는 액정분자를 초기 배향시킨다.

상기 대향 기판(201)은 R, G, B 칼라필터를 갖는 칼라필터 기판일 수 있다. 상기 어레이 기판(101)은 스위칭 소자를 이용한 액티브 매트릭스 구동 방식으로 구동되는 소자 기판일 수 있다.

상기 어레이 기판(101)은 대략 직사각형 형상을 갖는다. 따라서 상기 어레이 기판(101)의 가로 방향을 제1 방향(x)으로, 상기 어레이 기판(101)의 세로방향을 제2 방향(y)으로 각각 정의한다. 본 명세서에서 행방향은 상기 제1 방향(x) 및 상기 제1 방향(x)의 역방향을 모두 지칭하는 것으로 사용된다. 따라서 상기 제1 방향(x)은 양의 행방향에 대응된다. 열방향은 상기 제2 방향(y) 및 상기 제2 방향(y)의 역방향을 모두 지칭하는 것으로 사용된다. 따라서 상기 제2 방향(y)은 양의 열방향에 대응된다.

도 2는 도 1에 도시된 액정표시장치(100)의 단위 화소 영역(PA) 상의 구성의 일 예를 나타내는 확대 평면도이다. 도 3은 도 2에 도시된 상기 액정표시장치(100)를 I-I' 선을 따라 절단한 단면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 상기 어레이 기판(101)은 하부 기판, 화소 전극(170) 및 하부 배향막(180)을 포함한다. 상기 하부 기판은 하부 베이스 기판(110), 복수의 게이트 라인(111)들, 데이터 라인(121)들, 박막트랜지스터(TFT)를 포함할 수 있다.

상기 하부 베이스 기판(110)에는 매트릭스 형태로 복수의 단위 화소 영역(PA)들이 정의된다. 상기 단위 화소 영역(PA)은 상기 액정층(301)이 독립적으로 제어되는 개별 영역 단위로 정의된다. 상기 단위 화소 영역(PA)들은 상기 대향 기판(201)의 상기 R, G 및 B 칼라필터에 각각 대응할 수 있다.

본 실시예에서 상기 단위 화소 영역(PA)은 매트릭스 형태로 배열된 복수의 서브 화소 영역들로 구분될 수 있다. 도 2에서 상기 단위 화소 영역(PA)은 4개의 서브 화소 영역들(SPA11, SPA12, SPA21, SPA22), 예를 들어, 1행1열 서브 화소 영역(SPA11), 1행2열 서브 화소 영역(SPA12), 2행1열 서브 화소 영역(SPA21) 및 2행2 열 서브 화소 영역(SPA22)으로 구분되어 있다. 본 실시예에서 상기 단위 화소 영역(PA)은 대략 직사각 형상을 갖는다. 이와 다르게, 상기 화소 영역(PA)의 형상은 V 자, Z 자 형상 등 다양하게 변형될 수 있다.

도 4는 도 1 내지 도 4에 도시된 어레이 기판(101)의 제조방법을 설명하는 순서도이다.

본 실시예에 따른 배향 기판의 제조방법, 즉 상기 어레이 기판(101)의 제조방법에서, 먼저 상기한 바와 같이 단위 화소 영역(PA)들이 정의된 기판을 제공한다(단계 S10).

도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 하부 베이스 기판(110), 상기 게이트 라인(111), 상기 데이터 라인(121) 및 상기 박막트랜지스터(TFT)를 포함하는 상기 하부 기판 위에 상기 화소 전극(170)을 형성하여 상기 기판을 제공한다.

구체적으로, 먼저 유리질의 상기 하부 베이스 기판(110) 상에 스퍼터링(sputtering) 등의 방법으로 게이트 금속을 증착하고, 사진-식각 공정에 의해 상기 게이트 라인(111)들 및 상기 게이트 라인(111)으로부터 돌출된 게이트 전극(112)을 형성한다. 상기 게이트 라인(111)들은 상기 하부 베이스 기판(110) 상에서 대략 상기 제1 방향(x)으로 상기 화소 영역(PA)의 사이로 서로 나란하게 뻗어 있다.

스토리지 라인(도시되지 않음)들이 상기 게이트 라인(111)과 동일하게 상기 하부 베이스 기판(110) 상에 상기 게이트 라인(111)과 동일한 재질로 형성될 수 있다.

이후, 도 2 및 도 3에 도시된 것과 같이, 게이트 절연막(131) 및 반도체 패턴(133)을 형성한다. 상기 게이트 절연막(131)은 상기 게이트 라인(111)들 위에 형성된다. 상기 게이트 절연막(131) 상에 반도체층을 증착하고 식각하여 상기 반도체 패턴(133)을 형성한다. 상기 반도체 패턴(133)은 상기 게이트 전극(112) 상의 게이트 절연막(131) 위에 형성된다.

계속해서, 상기 게이트 절연막(131) 위에 데이터 금속을 증착하고 패터닝하여 상기 데이터 라인(121), 소스 전극(122) 및 드레인 전극(124)을 형성한다.

상기 데이터 라인(121)들은 상기 게이트 절연막(131) 상에서 대략 상기 제2 방향(y)으로 연장되어 있다. 상기 게이트 라인(111)과 상기 데이터 라인(121)의 교차점 인근의 데이터 라인(121)에서 상기 소스 전극(122)이 돌출되어 상기 게이트 전극(112) 상의 상기 반도체 패턴(133) 위로 연장된다.

상기 드레인 전극(124)은 상기 반도체 패턴(133) 위에서 상기 소스 전극(122)과 대향하게 배치되며, 상기 게이트 절연막(131) 위로 연장되어 상기 하부 기판(102) 상에 정의된 상기 화소 영역(PA)에 일부가 배치된다.

상기 게이트 전극(112), 상기 게이트 절연막(131), 상기 반도체 패턴(133), 상기 소스 전극(122) 및 상기 드레인 전극(124)은 상기 박막트랜지스터(TFT)를 구성한다.

이후, 상기 데이터 라인(121)이 형성된 상기 하부 베이스 기판(110)을 덮는 패시배이션막(135)을 형성한다. 상기 패시배이션막(135) 상에 유기 절연막(140)을 형성한다. 상기 유기절연막(140) 및 상기 패시배이션막(135)에는 상기 드레인 전 극(124)의 일부를 노출시키는 콘택홀들이 형성되어 있다.

계속해서, 상기 유기 절연막(140) 상에 ITO 또는 IZO와 같은 투명한 전도성 물질층을 증착하고 패터닝하여 상기 화소 전극(170)을 형성하여, 상기 하부 기판에 상기 화소 전극(170)이 형성된 기판을 제공한다. 상기 화소 전극(170)은 상기 콘택홀을 통해 상기 드레인 전극(124)에 접촉되어 있다.

상기한 기판은 일 예로 제시된 것이며, 상기 기판은 액정표시장치(100)에서 액정을 제어하는 기판이면 어떤 것이든 될 수 있다.

이후, 상기 기판 위에 광반응성 고분자막을 형성한다(단계 S20).

상기 광반응성 고분자막은 시나메이트(cinnamate) 계열의 광반응성 고분자(photo-reactive polymer) 및 폴리이미드(polyimide) 계열의 고분자의 블렌드(blend)를 상기 화소 전극(170) 위에 도포하고, 경화시켜 형성될 수 있다.

예를 들어, 상기 시나메이트 계열의 광반응성 고분자 및 폴리이미드 계열의 고분자를 1 : 9 내지 9 : 1 (w/w)로 블렌드하여 유기 용매에 용해시키고, 상기 유기 용매에 용해된 상기 고분자를 상기 기판 위에 스핀코팅 도포할 수 있다. 이후, 상기 기판 위에 코팅된 고분자를 가열하여 경화시켜서 상기 광반응성 고분자막(181)을 형성할 수 있다.

도 5는 어레이 기판(101)에 노광 공정을 설명하는 단면도이다. 도 6은 도 5에 도시된 마스크(MS)의 사시도이다.

이후, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 광반응성 고분자막(181)에 자외선(UV)을 조사하여 각 상기 서브 화소 영역의 광반응성 고분자막(181)마다 복수의 처리 방향들로 광배향하여 상기 하부 배향막(180)을 형성한다(단계 S30).

예를 들어, 도 5에 도시된 노광 설비를 사용하여 상기 광반응성 고분자막(181)이 형성된 기판(102)을 노광 영역을 통과하도록 스캔할 수 있다. 상기 노광 설비는, 예를 들어, 자외선 램프(10), 반사판들(21, 23), 편광판(30) 및 마스크(MS)를 포함할 수 있다.

상기 자외선 램프(10)는 노광용 자외선(UV)을 출사한다. 상기 반사판들(21, 23)은 상기 자외선(UV)을 반사하여 노광 영역으로 가이드 한다. 상기 자외선(UV)은 편광되지 않은 광일 수 있다. 상기 편광판(30)은 상기 자외선(UV)을 편광시킨다. 상기 편광된 자외선(UV)은 상기 고분자막(181) 상부에 배치된 마스크(MS)에 의해 필터링되어 상기 광반응성 고분자막(181)에 조사될 수 있다.

상기 마스크(MS)에는 상기 단위 화소 영역(PA)의 일부에 대응하는 투과 영역(51)들이 형성되어 있다. 상기 마스크(MS)는 상기 투과 영역(51)이 일부의 서브 화소 영역들(SPA11, SPA12, SPA21, SPA22)에 대응하도록 배치될 수 있다. 따라서 상기 편광된 자외선(UV)은 상기 마스크(MS)의 상기 투과 영역(51)을 통해 상기 서브 화소 영역들(SPA11, SPA12, SPA21, SPA22)의 광반응성 고분자막(181)에 조사될 수 있다.

도 7은 하부 배향막(180)을 기준 평면으로 노광 방향 및 광배향 방향을 정의하는 좌표계를 도시하는 사시도이다.

도 7을 참조하면, 상기 자외선(UV)의 에너지 및 입사각(Θ)은 상기 광반응성 고분자막(181)이 배향 처리되는 정도에 데 큰 영향을 미친다. 상기 자외선(UV)의 에너지는 와트 × 시간 (Wsec), 즉 줄(J) 단위를 갖는다.

도 7에서 상기 입사각(Θ)은 상기 광반응성 고분자막(181)의 법선 방향과 상기 자외선(UV)이 이루는 각으로 정의된다. 따라서 상기 광반응성 고분자막(181)과 상기 자외선(UV)이 이루는 각도는 90 - Θ로 표시되며, 이를 노광 각도로 정의한다. 상기 제1 방향(x), 즉 양의 행방향을 기준으로 시계 방향으로 상기 자외선(UV)의 상기 광반응성 고분자막(181)으로의 투영선까지의 각도를 방위각(Ø)으로 정의한다.

도 8은 광배향 공정 전후의 하부 배향막(180)의 화학 구조를 나타내는 평면도이다. 도 9는 하부 배향막(180) 표면의 고분자 사슬(185)들이 광배향되는 것을 도시한 사시도이다.

본 실시예에서 상기 광반응성 고분자막(181)은, 도 8에 도시된 것과 같은, 폴리이미드 메인 체인들을 포함하며, 상기 폴리이미드 메인 체인들에는 사이드 체인들, 즉 상기 고분자 사슬(185)이 연결되어 있다. 상기 사이드 체인들은 상기 광반응성 고분자막(181)의 표면으로 노출되어 있다. 상기 사이드 체인에는 상기 사이드 체인이 방향성을 갖게 하는 2중결합이 존재한다. 상기 2중 결합의 방향성으로 인해 입사되는 자외선(UV)이 특정한 방향으로 편광축을 가질 경우에만 상기 사이드 체인들이 서로 광중합 반응을 할 수 있다.

예를 들어, 상기 사이드 체인의 방향과 동일 평면상에서 편광축을 갖는 자외선(UV)이 입사되면 상기 사이드 체인들은 광중합 반응하여, 도 8에 도시된 것과 같이, 이웃한 사이드 체인들이 반응하며, 도 9에 도시된 것과 같이, 상기 사이드 체 인이 상기 자외선(UV)의 입사 방향으로 약간 기울어지게 되어 선경사각(pre-tilt)을 갖는다.

상기 사이드 체인이 상기 선경사각을 갖기 때문에 상기 배향막 상에 액정이 놓이면 상기 기판(102)에 투영된 상기 액정의 방향자(director)가 상기 처리 방향과 실질적으로 나란하게 배치될 수 있다. 여기서, 상기 선경사각은 상기 하부 베이스 기판(110)으로부터 상기 액정의 방향자까지의 각도로 정의된다.

도 9에서 상기 사이드 체인들이 기울어지는 각도는 매우 과장되게 도시되어 있으며, 실재로는 광배향 공정에 의해 상기 법선으로부터 약 수 도(degree) 정도 기울어지는 것으로 알려져 있다.

도 10a 내지 도 10d는 하부 배향막(180)을 형성하는 광배향 공정들을 나타내는 사시도들이다.

본 실시예에서는 각 상기 서브 화소 영역의 상기 광반응성 고분자막(181)은 복수의 처리 방향으로 광배향된다. 예를 들어, 상기 각 서브 화소 영역에서 상기 광반응성 고분자막(181)은 상기 행 및 상기 열로, 따라서 각기 2회씩 광배향 처리된다.

먼저, 도 10a에 도시된 것과 같이, 제1 마스크(MS1)를 사용하여 상기 단위 화소 영역(PA)을 제1 노광한다. 상기 제1 마스크(MS1)는 4개의 이웃한 서브 화소 영역들(SPA11, SPA12, SPA21, SPA22)에 대응하게 배치되며, 제1열은 오픈시키고 제2열은 차폐한다. 따라서 1행1열 및 2행1열의 서브 화소 영역들(SPA11, SPA21)의 광반응성 고분자막(181)은 제1 광(UV1)에 의해 제2 방향(y)으로, 즉 양의 열방향이 처리 방향(182)이 되도록 광배향 처리된다.

이후, 도 10b에 도시된 것과 같이, 제2 마스크(MS2)를 사용하여 상기 단위 화소 영역(PA)을 제2 노광한다. 상기 제2 마스크(MS2)는 상기 제1열은 차폐시키고 상기 제2열은 온픈한다. 따라서 1행2열 및 2행2열의 서브 화소 영역들(SPA11, SPA22)의 광반응성 고분자막(181)은 제2 광(UV2)에 의해 제2 방향(y)의 역방향으로, 즉 음의 열방향이 처리 방향(184)이 되도록 광배향 처리된다.

계속해서, 도 10c에 도시된 것과 같이, 제3 마스크(MS3)를 사용하여 상기 단위 화소 영역(PA)을 제3 노광한다. 상기 제3 마스크(MS)는 제1행은 오픈시키고 제2행은 차폐시킨다. 따라서 1행1열 및 1행2열의 서브 화소 영역들(SPA11, SPA12)의 광반응성 고분자막(181)은 제3 광(UV3)에 의해 상기 제1 방향(x)으로, 즉 양의 행방향이 처리 방향(186)이 되도록 광배향 처리된다.

마지막으로, 도 10d에 도시된 것과 같이, 제4 마스크(MS4)를 사용하여 상기 단위 화소 영역(PA)을 제4 노광한다. 상기 제4 마스크(MS4)는 상기 제1행은 차폐시키고 상기 제2행은 오픈시킨다. 따라서 2행1열 및 2행2열의 서브 화소 영역들(SPA21, SPA22)의 광반응성 고분자막(181)은 제4 광(UV4)에 의해 상기 제1 방향(x)의 역방향으로, 즉 음의 행방향이 처리 방향(188)이 되도록 광배향 처리된다.

도 11a는 광배향 공정에 의해 형성된 하부 배향막(180)의 배향 방향을 나타내는 평면도이다.

상기 제1 내지 제4 노광 공정들에 의해 각 서브 화소 영역의 광반응성 고분자막(181)에는, 도 11a에 도시된 것과 같이, 행방향 및 열방향으로 2가지 처리 방 향들이 형성되어 상기 하부 배향막(180)이 형성된다.

상기 액정층(301)의 액정 분자가 상기 하부 배향막(180)에 놓여지면 상기 행방향 및 열방향 처리 방향들을 벡터적으로 합한 하부 배향 방향(A1, A2, A3, A4)으로 배향된다. 즉 상기 액정 분자는 상기 하부 배향 방향(A1, A2, A3, A4)으로 프리틸트(pretilt)된다.

각 서브 화소 영역에서 상기 배향 방향을 제1 하부 배향 방향(A1), 제2 하부 배향 방향(A2), 제3 하부 배향 방향(A3) 및 제4 하부 배향 방향(A4)으로 각각 정의한다. 본 실시예에서는 도 10a 내지 10d에서 설명된 제1 내지 제4 노광 공정들에 의해 상기 제1 내지 제4 하부 배향 방향들(A1, A2, A3, A4)은 시계 방향으로 회전하는 형태로 배열된다.

상기 제1 내지 제4 하부 배향 방향들(A1, A2, A3, A4)은 경계를 접하는 서브 화소 영역들(SPA11, SPA12, SPA21, SPA22) 간에는 직교하게 배치되며, 대각선 방향으로 이웃한 서브 화소 영역들(SPA11, SPA12, SPA21, SPA22) 간에는 180도 차이 나게 배열되어 있다. 상기 제1 내지 제4 하부 배향 방향들(A1, A2, A3, A4)은 상기 제1 방향(x)과 양 및 음의 45도와 양 및 음의 135도 중 각기 서로 다르게 하나씩 선택된 어느 하나의 각도로 배치될 수 있다.

다시 도 1 및 도 3을 참조하면, 상기 대향 기판(201)은 상부 기판 및 상부 배향막(280)을 포함한다. 상기 상부 기판은 상부 베이스 기판(210), 차광패턴(220), 컬러필터 패턴(230), 오버 코팅층(240) 및 공통 전극(270)을 포함할 수 있다.

상기 차광패턴(220)은 상기 게이트 라인(111), 상기 데이터 라인(121) 및 상기 박막트랜지스터(TFT)에 대응하게 상부 베이스 기판(210)의 하면에 형성되어 있다.

상기 화소 영역(PA)에 대응하는 상기 상부 베이스 기판(210)에는 컬러필터 패턴(230)이 형성된다. 컬러필터 패턴(230)은 예를 들어, 적색 필터, 녹색 필터 및 청색 필터를 포함할 수 있다. 상기 적색 필터, 상기 녹색 필터 및 상기 청색 필터 순서로 상기 제1 방향(x)으로 각 화소 영역(PA)에 배치될 수 있다.

오버 코팅층(240)은 컬러필터 패턴(230) 및 차광패턴(220)을 덮고, 상기 공통 전극(270)은 오버 코팅층(240) 상에 형성되어 있다.

도 11b는 광배향 공정에 의해 형성된 상부 배향막(280)의 배향 방향을 나타내는 평면도이다.

도 3 및 도 11b를 참조하면, 상부 배향막(280)은 상기 공통 전극 상에 형성된다. 상기 상부 배향막(280)은 각 상기 서브 화소 영역에 대응하는 부분마다 복수의 처리 방향들로 광배향 처리되어 있다. 각 상기 서브 화소 영역에 대응하는 상부 배향막(280)의 상부 처리 방향들을 벡터적으로 합한 상부 배향 방향은, 도 11b에 도시된 것과 같이, 하부 배향 방향과 동일하게 시계 방향으로 회전하게 형성되어 있다.

도 11c는 액정표시장치(100)의 배향 방향을 나타내는 평면도이다. 도 12는 도 11c에 도시된 액정표시장치(100)를 II-II' 선을 따라 절단한 단면도이다.

도 11c를 참조하면, 상기 대향 기판(201)을 뒤집어서 상기 어레이 기판(101) 과 결합시킨다. 여기서, 상기 각 서브 화소 영역들(SPA11, SPA12, SPA21, SPA22)의 하부 배향 방향과 상부 배향 방향은 서로 반대 방향, 즉 180도 차이 나게 배치된다.

상기 어레이 기판(101)과 상기 대향 기판(201)을 상기한 것과 같이 결합시키고, 이들 사이에 액정을 주입하여 상기 액정층(301)을 형성하여 상기 액정표시장치(100)를 제조한다.

상기 액정층(301)이 갖는 액정 분자는 상기 화소 전극(170)과 상기 공통 전극(280)에 의해 전기장이 인가되지 않은 경우, 상기 어레이 기판(101) 및 상기 대향 기판(201)에 수직으로 배향되는 수직배향(vertical alignment) 모드의 액정일 수 있다. 상기 액정 분자는, 도 12에 도시된 것과 같이, 상기 하부 배향막(180)에서는 상기 하부 배향 방향으로 기울어져 있고, 상기 상부 배향막(280)에서는 상기 상부 배향 방향으로 기울어져 있다.

다시 도 3을 참조하면, 상기 어레이 기판(101)의 배면에는 하부 편광판(190)이 부착될 수 있다. 상기 대향 기판(201)의 상면에는 상부 편광판(290)이 부착될 수 있다. 상기 하부 편광판(190)과 상기 상부 편광판(290)의 편광축들은 서로 직교하도록 배치될 수 있다. 상기 액정분자의 방위가 상기 편광축들과 대략 45도를 이루는 방향으로 배열되는 것이 액정의 광필터로서 효율이 가장 우수한 것으로 알려져 있다.

따라서, 전술한 광배향 방법에서 상기 상부 배향 방향 및 하부 배향 방향(A1, A2, A3, A4)이 상기 하부 편광판(190) 및 상기 상부 편광판(290)의 편광축 들에 대해 대략 45또는 135도를 이루는 방향으로 형성되는 것이 바람직하다.

도 13은 도 11c에 도시된 액정표시장치(100)에 대해 리타데이션을 측정하는 방위를 도시한 평면도이다.

도 13에 도시된 것과 같이, 등 간격의 8방향의 방위에서 상기 액정표시장치(100)에 비스듬하게 광선을 투사시켜 투과된 광선의 세기를 측정하여 각 방향의 리타데이션 값을 산출할 수 있다. 상기 리타데이션 값은 셀겝에 비례하므로 각 방향의 셀겝을 산출할 수 있다. 광이 액정 분자의 장축방향과 나란하게 입사되면 상대적으로 굴절률이 작고, 광이 상기 액정 분자의 단축 방향으로 입사되면 상대적으로 굴절률이 크다. 즉, 상기 액정 분자의 장축 방향으로 광이 입사할 때 광의 리타데이션 값이 가장 작고, 따라서 셀겝도 가장 작은 것으로 산출된다.

하기된 (표 1)은 상기 하부 배향막(180)과 상기 상부 배향막(280)의 광배향 공정 조건을 나타내었다.

(표 1)

상기 (표 1)에서 실험 1의 경우는 1차 노광 에너지를 50 mJ로, 2차 노광 에너지를 50 mJ로 하여 전술한 광배향 공정으로 상기 상부 배향막(280) 및 상기 하부 배향막(190)을 제조하고 이를 갖는 액정표시장치에 대해 관측한 실험을 의미한다. 다른 실험들도 1차 및 2차 노광 에너지의 비만 변경되고 나머지는 같은 방식으로 진행된 실험을 나타낸다.

하기된 (표 2)는 상기 (표 1)에 도시된 각 광배향 공정 조건에 대하여 입사각(Θ) 40도, 즉 상기 노광 각도를 50도로 하여 도 13에 도시된 방위각(Ø)에 따라 산출한 셀겝 값이다.

(표 2)

도 14a는 행방향으로 배향 처리된 액정표시장치의 평면도이다. 도 14b는 도 14a에 도시된 액정표시장치의 액정의 배향 방향을 도시한 단면도이다. 도 14a 및 도 14b는 상기 (표 1) 및 (표 2)에서 실험 5에 해당된다.

예를 들어, 도 14a에 도시된 것과 같이, 약 50 mJ의 노광 에너지로 방위각(Ø) 0도 에서 180도를 향하는 방향, 즉 제1 방향(x)의 반대 방향으로 광배향하여 하부 배향 방향을 형성하고, 이의 반대 방향으로 상부 배향 방향을 형성하면, 하부 배향막(180)에서 액정 분자는 도 14b에 도시된 것과 같이 방위각(Ø) 180도 방향으로 기울어져 있을 것으로 예측된다.

도 15는 도 14a 도 14b에 도시된 액정표시장치(100)의 방위에 따라 산출된 셀겝을 도시한 그래프이다.

도 15에서 가로축은 방위각(Ø)이고 세로축은 상기 (표 2)에 도시된 셀겝이 표시되어 있다. 도 15에서 대략 방위각(Ø) 180도에서 최소 셀겝, 즉 최소 리타데이션이 관측되었다. 따라서 액정 분자는 예측대로 실질적으로 방위각(Ø) 180도 방향으로 기울어져 있음을 확인할 수 있다.

본 실시예에서 각 서브 화소 영역에는 상기 행방향 및 상기 열방향 즉, 2가지 방향으로 광배향 처리되며, 상기 행방향 및 상기 열방향의 상기 처리 방향들을 벡터적으로 합하여 배향 방향이 결정된다. 따라서, 상기 배향 방향이 상기 하부 편광판(190) 및 상기 상부 편광판(290)의 편광축들과 실질적으로 45도 또는 135도를 이루게 형성되기 위해서는 상기 행방향으로 광배향 효과 및 상기 열방향으로의 광배향 효과가 동일한 바람직하다.

각 상기 서브 화소 영역의 광반응성 고분자막(181)은, 도 10a 내지 도 10d에서 설명된 제1 내지 제4 노광 공정들을 거치면서, 상기 행방향으로 1차 및 상기 열방향으로 2차, 즉 2회씩 광배향되어 있다.

모든 조건이 동일할 때 광배향 효과는 1차보다 2차 노광이 더욱 큰 것을 알 수 있었다. 여기서, 상기 광배향 효과는 노광 공정에 의해 상기 광반응성 고분자막(181) 표면의 상기 사이드 체인이 상기 자외선(UV)의 조사 방향으로 눕는 정도로 정의된다. 즉, 상기 사이드 체인이 상기 광반응성 고분자막(181)에 가까이 누워서 상기 사이드 체인과 상기 광반응성 고분자막(181)이 이루는 각도가 작을수록 상기 광배향 효과가 큰 것이다.

또한, 상기 광배향 효과는 노광의 노광 에너지가 클수록 대체로 증가하며, 상기 노광 각도가 클수록 대체로 감소되는 것을 알 수 있었다.

따라서 본 실시예에서는 상기 배향방향을 상기 처리 방향들과 대략 45도를 이루는 방향으로 형성하기 위해, 2차 노광의 노광 에너지는 1차 노광보다 작게 하며, 2차 노광의 노광 각도는 1차 노광의 노광 각도보다 같거나 크게 하여 노광한다.

예를 들어, 1차 노광에서 상기 자외선(UV)의 입사각(Θ)을 40도로, 즉 상기 노광 각도를 50도로 하고 제1 노광에너지로 노광하며, 2차 노광에서는 상기 자외선(UV)의 입사각을 20도로, 즉 상기 노광 각도를 70도로 하고 상기 제1 노광 에너지보다 작은 제2 노광에너지로 노광한다.

여기서 상기 1차 노광 에너지와 2차 노광 에너지의 비를 노광비로 정의한다. 상기 1차 노광 에너지에 대한 2차 노광 에너지의 비를 노광비 값으로 정의한다.

도 16a 및 도 16d는 서브 화소 영역에 1차 및 2차 조사되는 자외선(UV)의 노광 에너지를 변경시켜가며 액정표시장치(100)의 방위에 따라 산출된 셀겝을 도시한 그래프들이다. 도 16a 내지 도 16d는 상기 (표 1)에 도시된 실험1 내지 실험4의 각 광배향 공정 조건에 대하여 상기 (표 2)에 정리된 결과를 도시한 그래프들이다.

도 16a 및 16d에서 최소 셀겝이 관측된 방위각(Ø)을 실질적인 액정 배향 방향으로 정할 수 있다. 도 16a 내지 도 16d를 참조하면, 상기 노광비가 대략 1.0 : 0.5 내지 1.0 : 2.0의 범위에서 대체적으로 광배향 효과가 우수함을 알 수 있다. 따라서 대체로 상기 노광비 값이 대략 0.5 내지 2.0의 범위에서 사용할 수 있다.

한편, 액정의 배향 방향을 더욱 정밀하게 형성시키기 위해, 상기 노광비를 더 좁은 범위로 한정할 수도 있다. 도 16a 및 도 16b를 비교하면 상기 노광비가 1.0 : 1.0 인 경우보다 1.0 : 0.5인 경우 액정의 배향 방향이 135도에 보다 근접함을 알 수 있다. 즉, 액정의 배향 방향이 실질적으로 135도가 되는 노광비는 1.0 : 0.5 근방에 있음을 알 수 있다.

한편, 도 16b와 16d에서 상기 노광비는 1.0 : 0.5로 동일하지만, 노광에너지의 크기는 도 16d 즉 실험4의 경우가 도 16b 즉 실험 2의 경우보다 2배이다. 상기 실험 2가 상기 실험 4보다 액정의 배향 방향이 135도에 보다 근접함을 알 수 있다. 따라서, 노광 에너지의 절대적 크기도 배향 방향의 형성에 영향을 미치며, 본 실시예와 같이 대략 50 mJ 내지 25 mJ의 범위의 노광 에너지를 갖는 광을 사용하는 것이 바람직하다.

도 17은 1차 노광 에너지에 대한 2차 노광 에너지의 비와 최소 리타데이션이 관측되는 액정표시장치(100)의 방위의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 18은 1차 노광 에너지에 대한 2차 노광 에너지의 비의 범위를 좁혀서 액정의 배향 방향을 관측한 결과를 나타내는 그래프이다.

도 17을 참조하면, 상기 노광비 값이 대략 0.5에 근접하면 배향 방향이 135도 인근에 형성됨을 알 수 있다. 도 18을 참조하면, 상기 노광비 값이 대략 0.4 내재 0.5의 사이에서 변화하면 액정의 배향 방향은 135도의 전후로 변화함을 알 수 있다. 따라서 상기 노광비 값을 대략 0.4 내지 0.5의 범위에서 광배향을 하는 것이 바람직함을 알 수 있다.

본 실시예에 따른 배향 기판, 즉 상기 어레이 기판(101) 및 상기 대향 기판(201)과, 이의 제조방법과 이를 갖는 액정표시장치(100)에 의하면, 상기 화소 전극(170) 및 상기 공통 전극에 슬릿을 형성하거나 돌기를 형성하지 않고 배향막에 배향 방향을 복수로 형성하여 멀티 도메인을 구현할 수 있다. 따라서 상기 슬릿 및 돌기에 의한 투과율 감소가 방지되어 투과율이 향상된 액정표시장치(100)를 제공할 수 있다. 또한, 액정 분자가 선경사각을 갖도록 배열되기 때문에 수직 배향 모드의 액정의 응답속도가 향상된다. 그 결과 상기 액정표시장치(100)의 표시품질이 향상된다.

실시예 2

도 19a는 광배향 공정에 의해 형성된 실시예 2에 따른 하부 배향막의 배향 방향을 나타내는 평면도이다. 도 19b는 광배향 공정에 의해 형성된 실시예 2에 따른 상부 배향막의 배향 방향을 나타내는 평면도이다. 도 19c는 도 19a에 도시된 하부 배향막 및 도 19b에 도시된 상부 배향막이 결합된 액정표시장치(500)의 배향 방향을 나타내는 평면도이다.

도 19c를 참조하면, 본 실시예의 액정표시장치(500)는 하부 배향 방향 및 상부 배향 방향을 제외하고는 실시예 1에서 설명된 액정표시장치(100)와 실질적으로 동일하다. 따라서 중복된 설명은 생략한다.

도 19a 및 도 19b를 참조하면, 본 실시예의 배향 기판, 즉 어레이 기판(501) 및 대향 기판(601)은 각 서브 화소 영역에서 배향 방향이 도 19a 및 도 19b에 도시된 것과 같이 변경된 것을 제외하고는 실시예 1에서 설명된 어레이 기판(101) 및 대향 기판(201)과 각각 실질적으로 동일하다. 따라서 중복된 설명은 생략한다.

본 실시예에서, 각 상기 서브 화소 영역들에서 상기 하부 배향 방향과 상기 상부 배향 방향은 서로 180도 차이 나게 배치되어 있다. 상기 하부 배향 방향들은 서로 이웃한 4개의 서브 화소 영역에서 행방향 및 열방향과 각기 45도를 이루는 제1 사선을 따라 서로 180도 차이나며 상기 4개의 서브 화소 영역들의 교차점으로 수렴하는 쌍과, 상기 행방향 및 상기 열방향과 각기 135도를 이루는 제2 사선을 따라 180도 차이 나게 상기 교차점으로부터 발산하는 쌍으로 배열되어 있다.

본 실시예에 따른 배향 기판의 제조방법은 도 10a 내지 도 10d에서 설명된 제1 내지 제4 노광 중 기판 상에 투영된 방향을 기준으로 제3 노광 및 제4 노광의 방향을 180도 차이 나게 하는 것을 제외하고는 실시예 1에서 설명된 배향 기판의 제조방법, 즉 상기 어레이 기판(101) 및 상기 대향 기판(201)의 제조방법과 실질적으로 동일하다.

본 실시예에서, 도 10c에 도시된 것과 같이, 제3 마스크(MS)를 사용하여 상기 단위 화소 영역(PA)을 제3 노광한다. 상기 제3 마스크(MS)는 제1행은 오픈시키고 제2행은 차폐시킨다. 실시예 1과 다르게, 1행1열 및 1행2열의 서브 화소 영역의 광반응성 고분자막은 제3 광에 의해 상기 제1 방향(x)의 역방향으로, 즉 음의 행방향으로 광배향 처리된다.

또한, 도 10d에 도시된 것과 같이, 제4 마스크(MS)를 사용하여 상기 단위 화소 영역(PA)을 제4 노광한다. 상기 제4 마스크(MS)는 상기 제1행은 차폐시키고 상기 제2행은 오픈시킨다. 실시예 1과 다르게, 2행1열 및 2행2열의 서브 화소 영역의 광반응성 고분자막은 제4 광에 의해 상기 제1 방향(x)으로, 즉 양의 행방향으로 광배향 처리된다.

그 결과, 도 19a에 도시된 것과 같이 하부 배향 방향이 형성된 어레이 기판이 제조되며, 상기 어레이 기판의 하부 배향막의 광배향 방식과 실질적으로 동일한 방식으로 도 19b에 도시된 상부 배향 방향을 갖는 대향 기판을 제조할 수 있다. 상기 대향 기판을 뒤집어서 상기 어레이 기판과 결합시키고, 액정을 주입하여 액정표시장치를 제조한다.

실시예 3

도 20은 실시예 3에 따른 어레이 기판(801)의 단위 화소 영역(PA)의 평면도들이다.

도 20을 참조하면, 본 실시예의 어레이 기판(801)은 단위 화소 영역(PA)에 하이 픽셀(873) 및 로우 픽셀(871)이 분리되어 형성된 것과, 상기 하이 픽셀(873) 및 상기 로우 픽셀(871)에 대응하는 영역이 각기 4개의 서브 화소 영역들로 구분된 것을 제외하고는 실시예 1에서 설명된 어레이 기판(101)과 실질적으로 동일하다. 따라서 대응하는 요소에 대응하는 참조 번호를 사용하고 중복된 설명은 생략한다.

본 실시예에서 상기 로우 픽셀(871)은 제1 박막트랜지스터(TFT1)와 연결되고, 상기 하이 픽셀(873)은 제2 박막트랜지스터(TFT2)와 연결된다. 상기 제1 박막트랜지스터(TFT1) 및 제2 박막트랜지스터(TFT2)는 동일한 게이트 라인(811)에 연결되고, 각기 서로 다른 데이터 라인(821)에 연결되어 있다. 따라서 상기 어레이 기판은 1G2D 구동된다.

상기 하이 픽셀(873)은 상기 단위 화소 영역(PA)의 가운데에 배치되어 있고, 2개의 상기 로우 픽셀(871)들은 상기 열방향으로 상기 하이 픽셀(873)의 양측에 각기 배치되며 전기적으로 서로 연결되어 있다. 따라서 각 상기 로우 픽셀(871)은 상기 행으로 이웃한 2개의 서브 화소 영역으로 구분되어 있다.

본 실시예에서 하부 배향 방향(A1, A2, A3, A4, B1, B2, B3, B4)은 상기 하이 픽셀(873)에서 시계 방향으로 배열(A1, A2, A3, A4)되어 있다. 또한 상기 로우 픽셀(871)들에서 상기 하부 배향 방향은 시계 방향으로 배열(B1, B2, B3, B4)되어 있다.

본 실시예의 대향 기판은 각 상기 서브 화소 영역에서 상기 하부 배향 방향들(A1, A2, A3, A4, B1, B2, B3, B4)에 180도 차이 나게 상부 배향막이 광배향 되어 형성된 것을 제외하고는 실시예 1에서 설명된 대향 기판(201)과 실질적으로 동일하다.

본 실시예의 액정표시장치(500)는 도 20에서 설명된 어레이 기판(801) 및 대향 기판을 포함하는 것을 제외하고는 실시예 1에서 설명된 액정표시장치(100)와 실질적으로 동일하다. 따라서 중복된 설명은 생략한다.

본 실시예의 배향 기판의 제조방법은 화소 전극이 로우 픽셀(871) 및 하이 픽셀(873)로 형성되고, 하부 배향막 및 상부 배향막이 전술한 것과 같이 광배향되는 것을 제외하고는 실시예 1에서 설명된 배향 기판의 제조방법과 실질적으로 동일하다. 따라서 중복된 설명은 생략한다.

실시예 4

도 21은 실시예 4에 따른 어레이 기판(1001)의 단위 화소 영역(PA)의 평면도들이다.

도 21을 참조하면, 본 실시예의 어레이 기판(1001)은 단위 화소 영역(PA)에 하이 픽셀(1073) 및 로우 픽셀(1071)이 분리되어 형성된 것과, 상기 하이 픽셀(1073) 및 상기 로우 픽셀(1071)에 대응하는 영역이 각기 4개의 서브 화소 영역들로 구분된 것을 제외하고는 실시예 1에서 설명된 어레이 기판(101)과 실질적으로 동일하다. 따라서 대응하는 요소에 대응하는 참조 번호를 사용하고 중복된 설명은 생략한다.

본 실시예에서 하부 배향 방향(A1, A2, A3, A4, B1, B2, B3, B4)은 상기 하이 픽셀(1073) 및 로우 픽셀(1071)에 대응하는 하부 배향막에서 모두 실시예 2와 실질적으로 동일하게 배열된다.

본 실시예의 대향 기판은 상기 하부 배향 방향들(A1, A2, A3, A4, B1, B2, B3, B4)이 형성되는 것에 대응하여 각각 180도 차이 나게 상부 배향 방향이 형성되는 것을 제외하고는 실시예 1에서 설명된 대향 기판(201)과 실질적으로 동일하다.

본 실시예의 액정표시장치는 도 21에서 설명된 어레이 기판(1001) 및 대향 기판을 포함하는 것을 제외하고는 실시예 1에서 설명된 액정표시장치(100)와 실질적으로 동일하다. 따라서 중복된 설명은 생략한다.

본 실시예의 배향 기판의 제조방법은 화소 전극이 로우 픽셀(1071) 및 하이 픽셀(1073)로 형성되고, 하부 배향막 및 상부 배향막이 전술한 것과 같이 광배향된 것을 제외하고는 실시예 1에서 설명된 배향 기판의 제조방법과 실질적으로 동일하 다. 따라서 중복된 설명은 생략한다.

본 발명의 실시예들에 따른 배향 기판, 이의 제조방법 및 이를 갖는 액정표시장치에 의하면, 투과율 및 응답속도가 향상되어 표시품질이 향상된다. 따라서 표시장치의 화질 개선 분야에 적용될 수 있다.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 액정표시장치의 사시도이다.

도 2는 도 1에 도시된 액정표시장치의 화소 구성의 일 예를 나타내는 평면도이다.

도 3은 도 2에 도시된 액정표시장치를 I-I' 선을 따라 절단한 단면도이다.

도 4는 도 1 내지 도 4에 도시된 어레이 기판의 제조방법을 설명하는 순서도이다.

도 5는 어레이 기판에 노광 공정을 설명하는 단면도이다.

도 6은 도 5에 도시된 마스크의 사시도이다.

도 7은 하부 배향막을 기준 평면으로 노광 방향 및 광배향 방향을 정의하는 좌표계를 도시하는 사시도이다.

도 8은 광배향 공정 전후의 하부 배향막의 화학 구조를 나타내는 평면도이다.

도 9는 하부 배향막 표면의 고분자 사슬들이 광배향되는 것을 도시한 사시도이다.

도 10a 내지 도 10d는 하부 배향막을 형성하는 광배향 공정들을 나타내는 사시도들이다.

도 11a는 광배향 공정에 의해 형성된 하부 배향막의 배향 방향을 나타내는 평면도이다.

도 11b는 광배향 공정에 의해 형성된 상부 배향막의 배향 방향을 나타내는 평면도이다.

도 11c는 액정표시장치의 배향 방향을 나타내는 평면도이다.

도 12는 도 11c에 도시된 액정표시장치를 II-II' 선을 따라 절단한 단면도이다.

도 13은 도 11c에 도시된 액정표시장치에 대해 리타데이션을 측정하는 방위를 도시한 평면도이다.

도 14a는 행방향으로 광배향 처리된 액정표시장치의 평면도이다.

도 14b는 도 14a에 도시된 액정표시장치의 액정의 배향 방향을 도시한 단면도이다.

도 15는 도 14a 도 14b에 도시된 액정표시장치의 방위에 따라 산출된 셀겝을 도시한 그래프이다.

도 16a 및 도 16d는 서브 화소 영역에 1차 및 2차 조사되는 자외선의 노광 에너지를 변경시켜 가며 액정표시장치의 방위에 따라 산출된 셀겝을 도시한 그래프들이다.

도 17은 1차 노광 에너지에 대한 2차 노광 에너지의 비와 최소 리타데이션이 관측되는 액정표시장치의 방위의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 18은 135도에 근접하는 배향 방향을 갖기 위한 1차 노광 에너지에 대한 2차 노광 에너지의 비의 범위를 나타내는 그래프이다.

도 19a는 광배향 공정에 의해 형성된 실시예 2에 따른 하부 배향막의 배향 방향을 나타내는 평면도이다.

도 19b는 광배향 공정에 의해 형성된 실시예 2에 따른 상부 배향막의 배향 방향을 나타내는 평면도이다.

도 19c는 도 19a에 도시된 하부 배향막 및 도 19b에 도시된 상부 배향막이 결합된 액정표시장치의 배향 방향을 나타내는 평면도이다.

도 20은 실시예 3에 따른 어레이 기판의 단위 화소 영역의 평면도들이다.

도 21은 실시예 4에 따른 어레이 기판의 단위 화소 영역의 평면도들이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 액정표시장치 101 : 어레이 기판

110 : 하부 베이스 기판 170 : 화소 전극

180 : 하부 배향막 201 : 대향 기판

210 : 상부 베이스 기판 270 : 공통 전극

280 : 상부 배향막 301 : 액정층

PA : 단위 화소 영역 SPA : 서브 화소 영역

10 : 자외선 램프 30 : 편광판

Claims (16)

1. 복수의 단위 화소 영역들이 정의되며, 각 상기 단위 화소 영역은 매트릭스 형태로 배열된 복수의 서브 화소 영역들로 구분된 기판을 제공하는 단계;

   상기 기판 위에 광반응성 고분자막을 형성하는 단계; 및

   상기 광반응성 고분자막에 복수의 처리 방향들을 따라 상기 기판에 대해 경사진 편광된 광으로 광배향(photo-alignment)하여, 각 상기 서브 화소 영역마다 복수의 상기 처리 방향들을 벡터적으로 합한 배향 방향이 결정된 배향막을 형성하는 단계를 포함하는 배향 기판의 제조방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 처리 방향들은 상기 단위화소영역의 행 및 상기 행과 직교하는 열과 나란한 방향들을 포함하며, 경계를 접하는 서브 화소 영역들 간에 상기 배향 방향은 서로 직교하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 배향 기판의 제조방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 배향막을 형성하는 단계에서 상기 행으로 이웃한 서브 화소 영역들은 상기 행으로의 처리 방향은 서로 동일하고 상기 열로의 처리 방향은 서로 반대이며, 상기 열로 이웃한 서브 화소 영역들은 상기 열로의 처리 방향은 서로 동일하고 상기 행으로의 처리 방향은 서로 반대가 되도록 형성되는 것을 특징으 로 하는 배향 기판의 제조방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 배향막을 형성하는 단계는 일부의 상기 서브 화소 영역들을 가리는 차폐 영역 및 나머지를 노출시키는 투과 영역을 갖는 마스크를 사용하여 상기 투과 영역을 통해 상기 광을 상기 광반응성 고분자막에 조사하여 수행하는 것을 특징으로 하는 배향 기판의 제조방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 배향막을 형성하는 단계는

   2행 2열로 배치된 서로 이웃한 4개의 서브 화소 영역들 중 제2열을 상기 마스크로 차폐하고 제1열의 서브 화소 영역들의 광반응성 고분자막에 양 또는 음의 열방향으로 제1 노광하는 단계;;

   상기 제1열을 차폐하고 상기 제2열의 서브 화소 영역들의 광반응성 고분자막에 음 또는 양의 열방향으로 제2 노광하는 단계;

   제2행을 차폐하고 제1행의 서브 화소 영역들의 광반응성 고분자막에 양 또는 음의 행방향으로 제3 노광하는 단계; 및

   상기 제1행을 차폐하고 상기 제2행의 서브 화소 영역들의 광반응성 고분자막에 음 또는 양의 행방향으로 제4 노광하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배향 기판의 제조방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 각 서브 화소 영역에서 상기 행 및 상기 열로의 처리 방향들을 벡터적으로 합한 상기 배향 방향은 상기 행으로의 처리 방향 및 상기 열로의 처리 방향 중 어느 하나의 처리 방향과 40도 내지 50도의 각도를 이루도록 형성된 것을 특징으로 하는 배향 기판의 제조방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 제1 노광하는 단계 및 상기 제2 노광하는 단계는 제1 노광 에너지를 갖는 광을 사용하여 수행되며, 상기 제3 노광하는 단계 및 제4 노광하는 단계는 상기 제1 노광 에너지의 0.4 내지 2.0 배의 제2 노광 에너지를 갖는 광을 사용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 배향 기판의 제조방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 제1 노광 에너지에 대한 상기 제2 노광 에너지의 비는 0.4 내지 0.5인 것을 특징으로 하는 배향 기판의 제조방법.
9. 제6항에 있어서, 상기 제1 노광하는 단계 및 상기 제2 노광하는 단계는 상기 기판과 제1 각도를 이루도록 광을 조사하여 수행되며, 상기 제1 노광하는 단계 및 상기 제2 노광하는 단계이후에 상기 제3 노광하는 단계 및 제4 노광하는 단계는 상기 기판과 상기 제1 각도보다 크거나 같은 제2 각도를 이루는 광을 조사하여 수행되는 것을 특징으로 하는 배향 기판의 제조방법.
10. 제2항에 있어서, 상기 광반응성 고분자막은 시나메이트(cinnamate) 계열의 광반응성 고분자(photo-reactive polymer) 및 폴리이미드 계열의 고분자의 블렌드(blend)를 상기 기판에 도포하여 형성되는 것을 특징으로 하는 배향 기판의 제조 방법.
11. 매트릭스 형태로 배열된 복수의 서브 화소 영역들로 구분된 단위 화소 영역들이 정의된 하부 기판과, 상기 단위 화소 영역에 형성된 화소 전극과, 각 상기 서브 화소 영역마다 복수의 하부 처리 방향들로 광배향(photo-alignment) 처리되어 상기 화소 전극 위에 형성되며, 각 상기 서브 화소 영역의 상기 하부 처리 방향들을 벡터적으로 합한 하부 배향 방향이 경계를 접하는 이웃한 서브 화소 영역들 간에 서로 다른 하부 배향막을 포함하는 어레이 기판;

    상기 하부 기판과 마주보는 상부 기판과, 각 상기 서브 화소 영역에 대응하는 영역마다 복수의 상부 처리 방향들로 광배향 처리되어 상기 상부 기판 상에 형성되며, 각 상기 서브 화소 영역에 대응하는 영역에서 상기 상부 처리 방향들을 벡터적으로 합한 상부 배향 방향이 상기 하부 배향 방향과 각기 180도 차이 나게 형성된 상부 배향막을 포함하는 대향 기판; 및

    상기 어레이 기판과 상기 대향 기판의 사이에 개재된 액정층을 포함하는 액정표시장치.
12. 제11항에 있어서, 경계를 접하는 서브 화소 영역들 간에 상기 하부 배향 방향은 서로 직교하며, 상기 단위 화소 영역의 대각선 방향으로 이웃한 서브 화소 영역들 간에 상기 하부 배향 방향은 180도 차이 나게 형성된 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
13. 제12항에 있어서, 상기 하부 처리 방향들 및 상기 상부 처리 방향들 각각은 상기 단위 화소 영역의 행 및 상기 행과 직교하는 열과 나란한 방향들을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
14. 제13항에 있어서, 상기 단위 화소 영역의 2행 2열로 배열된 4개의 서브 화소 영역들에서 각 상기 하부 배향 방향은 양의 행방향에 대해 양 및 음의 45도와 양 및 음의 135도를 이루는 방향들 중 서로 다르게 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
15. 제14항에 있어서, 상기 4개의 서브 화소 영역들에서 상기 하부 배향 방향들은 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전하도록 형성되어 있고, 상기 상부 배향 방향들은 반시계 방향 또는 시계 방향으로 회전하도록 배치되어 각 상기 하부 배향 방향과 180도 차이 나게 형성된 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
16. 제14항에 있어서, 상기 하부 배향 방향은 양의 행방향 및 양의 열방향 사이의 제1 사선을 따라 상기 4개의 서브 화소 영역들의 교차점으로 수렴하는 쌍과, 상기 제1 사선과 직교하는 제2 사선을 따라 상기 교차점으로부터 발산하는 쌍을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.

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