KR101097677B1 - 액정 표시 장치, 이의 제조 방법 및 액정 배향 기판의 제조 방법 - Google Patents

액정 표시 장치, 이의 제조 방법 및 액정 배향 기판의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

액정 배향 기판의 제조 방법은, 기판상에 수직 배향막을 형성하는 단계; 상기 수직 배향막을 제1 방향으로 배향 처리하는 단계; 상기 수직 배향막의 일부 영역에 보호막을 형성하는 단계; 상기 수직 배향막의 다른 영역을 제2 방향으로 배향 처리하는 단계; 및 상기 보호막을 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 액정 배향 기판을 이용하여 제조되는 액정 표시 장치는, 종래의 수직 배향(Vertically Aligned; VA) 모드 액정 표시 장치에 비해 상대적으로 제조 공정이 단순하면서도 넓은 시야각 및 배향 안정성을 확보할 수 있다.

Description

액정 표시 장치, 이의 제조 방법 및 액정 배향 기판의 제조 방법{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE, METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME AND METHOD FOR MANUFACTURING SUBSTRATE FOR ALIGNMENT OF LIQUID CRYSTAL}
실시예들은 액정 표시 장치 및 이의 제조 방법과, 액정 배향 기판의 제조 방법에 관한 것이다.
수직 배향(Vertically Aligned; VA) 모드 액정 표시 장치는 비틀린 네마틱(Twisted Nematic; TN) 모드 액정 표시 장치에 비해 대비비(contrast ratio) 및 광 투과율이 우수하고, 빠른 응답 속도를 가지며, 제작 공정이 단순한 장점이 있다. 또한 VA 모드 액정 표시 장치는 TN 모드 액정 표시 장치에 비해 입사되는 빛의 파장 의존도가 작은 장점이 있다.
그러나 대형의 VA 모드 액정 표시 장치에서는 더욱 넓은 시야각 특성이 요구된다. 넓은 시야각을 얻기 위하여, 종래에는 기판에 돌출 구조(protrusion)를 형성하거나 패턴된 전극(patterned electrode)에 의해 엇비스듬한 전기장을 발생시키는 등의 방법으로 다중 배향(multi-domain) 효과를 얻었다. 그러나, 이러한 방법은 감광물질(photo-resist)의 도포, 현상, 및 사진 식각 등의 복잡한 공정이 요구되며, 공정 중 사용되는 용매에 의해 배향막이 물리화학적으로 손상되거나 특성이 저하되는 문제점이 있다. 또 다른 방식으로서 광 배향 방법을 사용한 다중 배향 기술이 있으나, 이는 근본적으로 낮은 고정 에너지(anchoring energy) 문제 및 초기 배향 특성이 시간에 지남에 따라 감퇴되는 신뢰성 문제를 가지고 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 종래의 수직 배향(Vertically Aligned; VA) 모드 액정 표시 장치에 비해 상대적으로 제조 공정이 단순하면서도 넓은 시야각 및 배향 안정성을 확보할 수 있으며, 이를 통해 고성능 액정 표시 장치의 저가격화를 이룰 수 있는 새로운 액정 표시 장치 및 이의 제조 방법과, 액정 배향 기판의 제조 방법을 제공할 수 있다.
일 실시예에 따른 액정 표시 장치는, 제1 기판; 상기 제1 기판과 대향하는 제2 기판; 상기 제1 기판상에 위치하며, 제1 배향 방향을 갖는 제1 영역 및 제2 배향 방향을 갖는 제2 영역을 포함하는 제1 수직 배향막; 상기 제2 기판상에 상기 제1 수직 배향막과 대향하여 위치하고, 제3 배향 방향을 갖는 제3 영역 및 제4 배향 방향을 갖는 제4 영역을 포함하는 제2 수직 배향막; 및 상기 제1 수직 배향막 및 상기 제2 수직 배향막 사이에 위치하는 액정을 포함할 수 있다. 이때 상기 제1 배향 방향 내지 상기 제4 배향 방향은 서로 상이할 수 있다.
일 실시예에 따른 액정 배향 기판의 제조 방법은, 기판상에 수직 배향막을 형성하는 단계; 상기 수직 배향막을 제1 방향으로 배향 처리하는 단계; 상기 수직 배향막의 일부 영역에 보호막을 형성하는 단계; 상기 수직 배향막의 다른 영역을 제2 방향으로 배향 처리하는 단계; 및 상기 보호막을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법은, 제1 기판상에 서로 상이한 배향 방향을 갖는 제1 영역 및 제2 영역을 포함하는 제1 수직 배향막을 형성하는 단계; 제2 기판상에 서로 상이한 배향 방향을 갖는 제3 영역 및 제4 영역을 포함하는 제2 수직 배향막을 형성하는 단계; 상기 제1 수직 배향막의 배향 방향과 상기 제2 수직 배향막의 배향 방향이 상이하도록 상기 제1 수직 배향막 및 상기 제2 수직 배향막을 서로 대향하여 배치하는 단계; 및 상기 제1 수직 배향막 및 상기 제2 수직 배향막 사이에 액정을 주입하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 불소계 고분자를 포함하는 보호막을 이용하여 다중 배향(multi-domain)을 달성함으로써, 종래의 비틀린 네마틱(Twisted-Nematic; TN) 모드 액정 표시 장치가 갖는 낮은 대비비(contrast ratio) 및 좁은 시야각 문제를 해결할 수 있다. 또한, 기판상의 돌출 구조(protrusion) 또는 패턴된 전극(patterned electrode)을 이용하는 종래의 다중 배향 수직 배향(Vertically Aligned; VA) 모드 액정 표시 장치에 비해 제조 공정이 훨씬 단순하다. 나아가, 보호막의 형성 및 제거에 사진 식각 공정이 사용되지 않으므로, 감광물질(photo-resist)을 도포하거나 현상할 때 사용되는 용매에 의한 배향막 손상 또는 배향 불안정성이 감소 또는 제거될 수 있다. 따라서, 대비비, 시야각 및 측면 시인성이 우수한 고화질의 액정 표시 장치를 단순한 공정을 통해 낮은 제조 비용으로 제조할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1의 액정 표시 장치에서 액정의 배향을 나타내는 개략도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 전압이 인가되었을 경우의 개략적인 사시도이다.
도 4는 도 3의 액정 표시 장치에서 액정의 비틀린 배향 방향을 나타내는 개략도이다.
도 5는 배향 방향에 따른 액정의 선경사각을 나타내는 개략도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 전압이 인가되지 않은 경우 액정의 수직 배향을 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 7은 도 6의 액정 표시 장치에 전압이 인가되었을 경우 액정의 비틀린 배향을 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 개략적인 사시도이다.
도 9 내지 14는 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법을 나타내는 개략적인 사시도들이다.
도 15 내지 18은 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 인가되는 전압을 변화시키면서 촬영한 광학 현미경 사진이다.
도 19는 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 인가되는 전압에 따른 광 투과율을 나타내는 그래프이다.
도 20은 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 인가되는 교류 전압에 따른 응답 시간 및 광 투과율을 나타내는 그래프이다.
도 21은 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 전압이 인가되지 않은 경우의 휘도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 22는 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 전압이 인가되었을 경우의 휘도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 23은 종래 기술에 따른 액정 표시 장치의 시야각 특성을 나타내는 그래프이다.
도 24는 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 시야각 특성을 나타내는 그래프이다.
이하에서, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대하여 상세히 살펴본다. 본 명세서에서 기술되는 실시예들의 설명에 있어서, 본 발명의 요지를 명확하게 하기 위하여 종래의 액정 표시 장치로부터 당업자에게 용이하게 이해될 수 있는 사항에 대해서는 설명을 생략한다.
도 1은 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 개략적인 사시도이다.
도 1을 참조하면, 상기 실시예에 따른 액정 표시 장치는 제1 기판(1), 제2 기판(2), 제1 수직 배향막(10), 제2 수직 배향막(20) 및 액정(3)을 포함할 수 있다. 제1 기판(1) 및 제2 기판(2)은 서로 이격되어 위치할 수 있다. 또한, 제1 기판(1) 및 제2 기판(2)은 서로 대향할 수 있다. 예를 들어, 제1 기판(1) 및 제2 기판(2)은 적어도 부분적으로 서로 평행하게 배열될 수 있다. 제1 기판(1) 및 제2 기판(2)은 유리(glass), 플라스틱(plastic) 또는 다른 적당한 물질로 이루어질 수 있다. 제1 기판(1) 상에는 게이트 버스 라인, 데이터 버스 라인 및 박막 트랜지스터 등이 형성될 수 있으며, 제2 기판(2)상에는 컬러 필터 등이 형성될 수 있다.
제1 기판(1) 및 제2 기판(2) 사이에 인가되는 전계에 의하여 액정(3)이 배열될 수 있다. 액정(3)의 배향을 위하여, 제1 기판(1)상에는 제1 수직 배향막(10)이 형성될 수 있으며, 제2 기판(2)상에는 제2 수직 배향막(20)이 형성될 수 있다. 액정(3)은 제1 수직 배향막(10) 및 제2 수직 배향막(20) 사이에 주입될 수 있다. 이때 액정(3)은 유체 상태일 수도 있다. 본 명세서에 첨부된 도면들에서 액정(3)은 배향을 설명하기 위하여 몇몇 액정 분자를 도식적으로 나타낸 것이며, 도면에 도시된 액정(3)이 실제 액정 분자의 상태, 크기 및/또는 개수를 나타내는 것이 아니라는 점은 당업자에게 용이하게 이해될 것이다.
제1 수직 배향막(10) 및 제2 수직 배향막(20)은 전압이 인가되지 않은 상태에서 액정(3)의 장축이 제1 수직 배향막(10) 및 제2 수직 배향막(20)의 표면에 대해 수직한 방향으로 배열되는 수직 배향 특성을 갖는 물질일 수 있다. 예를 들어, 제1 수직 배향막(10) 및 제2 수직 배향막(20)은 폴리이미드(polyimide) 계열의 수지, 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol) 계열의 수지, 및 폴리아믹산(polyamic acid) 계열의 수지로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 물질 또는 다른 적당한 물질을 포함할 수 있다. 또한, 제1 수직 배향막(10) 및 제2 수직 배향막(20)은 표면 에너지가 상대적으로 낮은 소수성(hydrophobic) 수지를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 제1 수직 배향막(10) 및 제2 수직 배향막(20)으로 JSR 사의 수직 배향 폴리이미드 수지 AL60702 등이 사용될 수도 있다.
제1 수직 배향막(10)은 서로 상이한 배향 방향을 갖는 제1 영역(11) 및 제2 영역(12)을 포함할 수 있다. 제1 수직 배향막(10)은 수직 배향 특성을 가지므로, 전압이 인가되지 않은 상태에서 액정(3)은 제1 수직 배향막(10)의 표면에 수직한 방향, 즉, 제1 수직 배향막(10)의 법선 방향으로 배열된다. 그러나 제1 수직 배향막(10)을 러빙(rubbing)하거나 제1 수직 배향막(10)에 광을 조사하는 등의 방법으로 배향 처리함으로써, 액정(3)이 소정의 선경사각(pretilt angle)으로 기울어지도록 할 수도 있다. 이때 본 명세서에서 배향 방향이란, 제1 수직 배향막(10)의 법선 방향으로부터 액정(3)이 기울어진 방향의 수평 성분을 지칭한다.
예를 들어, 도 5는 일 방향으로 배향 처리된 제1 수직 배향막상에 위치하는 액정을 나타내는 개략도이다.
도 5를 참조하면, 제1 수직 배향막(10)은 소정의 배향 방향(D1)으로 배향 처리될 수 있다. 그 결과, 제1 수직 배향막(10)의 표면과 인접하여 위치하는 액정(3)은 제1 수직 배향막(10)의 법선 방향으로부터 배향 방향(D1)을 따라 기울어져 배열된다. 이때 액정(3)은 제1 기판(1)의 표면과 소정의 각도(θ)를 이룰 수 있으며 본 명세서에서는 이를 선경사각으로 지칭한다. 따라서, 액정(3)은 최대 90° 이하의 선경사각을 가질 수 있으며, 제1 수직 배향막(10)의 표면과 평행한 평면상에서 액정(3)이 기울어진 방향은 제1 수직 배향막(10)의 배향 방향에 따라 결정된다.
다시 도 1을 참조하면, 제1 수직 배향막(10)은 서로 상이한 배향 방향을 갖는 복수 개의 영역을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 수직 배향막(10)은 일 방향으로 배향 처리된 제1 영역(11) 및 상기 일 방향과 상이한 방향으로 배향 처리된 제2 영역(12)을 포함할 수 있다. 도 1에서 제1 영역(11) 및 제2 영역(12) 상의 화살표는 해당 영역의 배향 방향을 나타낸다. 예를 들어, 제1 영역(11) 및 제2 영역(12)을 러빙에 의해 배향 처리하며, 제1 수직 배향막(10)이 러빙 방향을 따라 표면에 대해 선경사각을 가지고 배향되는 물질로 이루어지는 경우, 제1 영역(11) 및 제2 영역(12)상의 화살표는 해당 영역(11, 12)의 러빙 방향과 일치할 수 있다.
일 실시예에서, 제1 영역(11) 및 제2 영역(12)은 서로 반대 방향의 배향 방향을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 영역(11) 및 제2 영역(12)은 서로 반대 방향으로 러빙될 수 있다. 즉, 제1 영역(11)이 x축의 (+) 방향으로 배향 처리되는 경우, 제2 영역(12)은 x축의 (-) 방향으로 배향 처리될 수 있다. 또한 일 실시예에서, 제1 영역(11)의 넓이는 제2 영역(12)의 넓이와 동일할 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 영역(11) 및 제2 영역(12)이 배향 처리된 결과, 제1 영역(11) 및 제2 영역(12)과 인접한 액정(3)은 제1 기판(1)의 표면에 대해 선경사각을 가지고 배열될 수 있다. 이때 액정(3)의 선경사각은, 액정(3)이 평균적으로 수직 배향되는 특성을 변경하지 않을 정도로 작은 각도를 갖도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 수직 배향막(10)에 인접한 액정(3)은 제1 기판(1)의 표면에 대해 약 45° 내지 약 90°의 선경사각을 갖도록 배열될 수 있다. 한편 제1 영역(11) 및 제2 영역(12)의 배향 방향은 상이하므로, 제1 영역(11)에 인접한 액정(3)과 제2 영역(12)에 인접한 액정은 x-y 평면상에서 서로 상이한 방향을 향하여 배열된다.
제2 수직 배향막(20) 또한 서로 상이한 배향 방향을 갖는 복수 개의 영역을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 수직 배향막(20)은 일 방향으로 배향 처리된 제3 영역(21) 및 상기 일 방향과 상이한 방향으로 배향 처리된 제4 영역(22)을 포함할 수 있다. 도 1에서 제3 영역(21) 및 제4 영역(22) 상의 화살표는 해당 영역의 배향 방향을 나타낸다.
일 실시예에서, 제3 영역(21) 및 제4 영역(22)은 서로 반대 방향의 배향 방향을 가질 수도 있다. 예를 들어, 제3 영역(21)이 y축의 (+) 방향으로 배향 처리되는 경우, 제4 영역(22)은 y축의 (-) 방향으로 배향 처리될 수 있다. 또한 일 실시예에서, 제3 영역(21)의 넓이는 제4 영역(22)의 넓이와 동일할 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제3 영역(21) 및 제4 영역(22)이 배향 처리된 결과, 제3 영역(21) 및 제4 영역(22)과 인접한 액정(3)은 제2 기판(2)의 표면에 대해 선경사각을 가지고 배열될 수 있다. 예를 들어, 제2 수직 배향막(20)에 인접한 액정(3)은 제2 기판(2)의 표면에 대해 약 45° 내지 약 90°의 선경사각을 갖도록 배열될 수 있다. 그러나 이때 제3 영역(21) 및 제4 영역(22)의 배향 방향은 상이하므로, 제3 영역(21)에 인접한 액정(3)과 제4 영역(22)에 인접한 액정은 x-y 평면상에서 서로 상이한 방향을 향하여 배열된다.
도 1에서 제1 수직 배향막(10)은 하나의 제1 영역(11) 및 하나의 제2 영역(12)을 포함하는 것으로 도시되었다. 그러나 이는 예시적인 것으로서, 제1 수직 배향막(10)은 복수 개의 제1 영역(11) 및 복수 개의 제2 영역(12)을 포함할 수도 있다. 이 경우 제1 영역(11) 및 제2 영역(12)은 서로 교번하여 배열될 수 있다. 마찬가지로, 제2 수직 배향막(20) 또한 서로 교번하여 배열되는 복수 개의 제3 영역(21) 및 복수 개의 제4 영역(22)을 포함할 수도 있다.
액정 표시 장치는, 제1 수직 배향막(10) 및 제2 수직 배향막(20)을 서로 근접시켜 대향하도록 배치하고 그 사이에 액정(3)을 주입함으로써 제조될 수 있다. 이때, 제1 수직 배향막(10) 및 제2 수직 배향막(20)은 서로 배향 방향이 상이하도록 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 제1 수직 배향막(10)의 배향 방향과 제2 수직 배향막(20)의 배향 방향은 서로 약 45° 내지 약 135°의 각도를 이루도록 배열될 수 있다. 즉, 제1 영역(11)의 배향 방향과 제3 영역(13)의 배향 방향이 서로 약 45° 내지 약 135°의 각도를 이루도록 제1 수직 배향막(10) 및 제2 수직 배향막(20)이 배치될 수 있다.
일 실시예에서, 제1 수직 배향막(10) 및 제2 수직 배향막(20)은 배향 방향이 서로 직각을 이루도록 배열될 수도 있다. 예를 들어, 제1 영역(11)의 배향 방향이 x축 (+) 방향이고 제2 영역(12)의 배향 방향이 x축 (-) 방향일 경우, 제3 영역(21)의 배향 방향은 y축 (+) 방향이고 제4 영역(22)의 배향 방향은 y축 (-) 방향일 수 있다. 이 경우, 제1 영역(10) 및 제2 영역(20)은 제3 영역(21) 및 제4 영역(22)과 직각으로 교차하게 된다.
이상과 같이 구성된 액정 표시 장치에서 제1 수직 배향막(10) 및 제2 수직 배향막(20)은 각각 상이한 배향 방향을 갖는 2개의 영역으로 이루어지며, 또한 제1 수직 배향막(10)과 제2 수직 배향막(20)은 배향 방향이 서로 상이하도록 배치될 수 있다. 그 결과, 제1 수직 배향막(10) 및 제2 수직 배향막(20) 사이에 액정(3)이 위치하는 화소(pixel) 영역은, 배향 특성이 서로 상이한 4개의 부분으로 구분될 수 있다. 본 명세서에서는 화소 내에서 배향 특성이 상이한 각 부분을 부화소(sub-pixel)라고 지칭한다.
도 2는 도 1에 도시된 액정 표시 장치에서 액정이 위치하는 영역을 각각의 부화소로 구분하여 나타낸 개략도이다. 도 2에서 화살표는 해당 부화소에서의 액정의 배향을 나타낸다.
도 1 및 2를 참조하면, 액정(3)이 위치하는 화소 영역은 제1 수직 배향막(10) 및 제2 수직 배향막(20)의 배향 방향에 따라 4개의 부화소(301, 302, 303, 304)로 구분될 수 있다. 제1 부화소(301)는 제1 영역(11)과 제3 영역(21) 사이에 위치하며, 제2 부화소(302)는 제2 영역(12)과 제3 영역(21) 사이에 위치한다. 또한, 제3 부화소(303)는 제1 영역(11)과 제4 영역(22) 사이에 위치하며, 제4 부화소(304)는 제2 영역(12)과 제4 영역(22) 사이에 위치한다.
액정 표시 장치에 전압이 인가되지 않은 상태에서는, 액정(3)은 제1 내지 제4 부화소(301, 302, 303, 304) 모두에서 평균적으로 제1 기판(1) 및 제2 기판(2)의 표면에 수직에 가까운 방향으로 배열될 수 있다. 제1 수직 배향막(10) 및 제2 수직 배향막(20)의 표면에 인접한 영역에서 액정(3)은 국소적으로 제1 기판(1) 및 제2 기판(2)의 표면에 대해 선경사각을 가지고 배열되나, 이때 선경사각의 크기는 상대적으로 작아 광학적으로는 수직 배향의 경우와 유사한 효과를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 제1 기판(1) 및 제2 기판(2)의 표면에 대한 액정(3)의 선경사각은 약 45° 내지 약 90°일 수 있다.
한편, 도 3은 도 1에 도시된 액정 표시 장치에 전압이 인가되었을 경우를 나타내는 개략적인 사시도이며, 도 4는 도 3의 액정 표시 장치에서 각 부화소에서의 액정의 비틀린 배향 방향을 나타내는 개략도이다.
도 3 및 4를 참조하면, 액정 표시 장치에 전압이 인가되면 액정(3)은 제1 수직 배향막(10) 및 제2 수직 배향막(20)의 배향 방향에 따라 비틀린 네마틱(Twisted Nematic; TN) 형태로 재배열된다. 종래의 단일 배향 액정 표시 장치의 역 비틀린 네마틱(Inverse Twisted-Nematic; ITN) 모드에서는 액정이 단순히 초기의 수직 배향 상태에서 TN 상태로 재배열되나, 도 3 및 4에 도시된 실시예에 따른 액정 표시 장치에서 액정(3)은 각각의 부화소(301, 302, 303, 304)에서 서로 상이한 방향으로 비틀리게 되므로 다중 배향(multi-domain)을 얻을 수 있다.
도 6 및 7은 액정 표시 장치에 전압이 인가됨에 따른 액정의 비틀림(twist)을 설명하기 위한 개략적인 사시도이다. 도 6은 액정 표시 장치에 전압이 인가되지 않은 경우 액정의 수직 배향을 도시하며, 도 7은 액정 표시 장치에 전압이 인가되는 경우 액정의 비틀린 배향을 도시한다.
도 6을 참조하면, 전압이 인가되지 않은 상태에서 액정(3)은 제1 기판(1) 및 제2 기판(2)의 표면에 대해 평균적으로 수직에 가까운 방향으로 배열될 수 있다. 이때, 제1 수직 배향막(10) 및 제2 수직 배향막(20)에 인접한 영역에서 액정(3)은 배향 방향에 따라 기울어져 제1 기판(1) 및 제2 기판(2)의 표면에 대해 선경사각을 갖는다. 그러나, 이때 선경사각의 크기는 상대적으로 작으므로 액정(3)은 광학적으로는 수직 배향된 경우와 유사하게 나타날 수 있다.
도 7을 참조하면, 교류 전원(4)에 의하여 제1 기판(1) 및 제2 기판(2) 사이에 전계가 인가될 경우, 제1 기판(1) 및 제2 기판(2)의 표면에 대해 수직으로 배열되어 있던 액정(3)이 비틀려 제1 기판(1) 및 제2 기판(2)의 표면에 평행한 방향으로 배열될 수 있다. 액정(3)이 비틀리는 방향은 액정(3)의 선경사각에 의해 결정되는데, 제1 수직 배향막(10) 및 제2 수직 배향막(20)의 배향 방향이 상이하므로, 액정(3)이 비틀리는 방향도 제1 수직 배향막(10)에 인접한 부분과 제2 수직 배향막(20)에 인접한 부분에서 상이하게 된다. 예를 들어, 제1 수직 배향막(10) 및 제2 수직 배향막(20)은 배향 방향이 서로 직각을 이루는 경우, 제1 수직 배향막(10)에 인접한 액정(3)과 제2 수직 배향막(20)에 인접한 액정(3)은 서로 직각을 이루는 방향으로 배열될 수 있다.
다시 도 3 및 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치에서 액정(3)이 위치하는 영역은 제1 수직 배향막(10) 및 제2 수직 배향막(20)의 배향 방향의 조합에 따라 제1 내지 제4 부화소(301, 302, 303, 304)로 구분된다. 제1 수직 배향막(10) 및 제2 수직 배향막(20) 사이의 액정(3)은 전압이 인가되면 각각의 부화소(301, 302, 303, 304)에서 서로 상이한 방향으로 비틀리게 된다. 도 4에서 각각의 부화소(301, 302, 303, 304)상의 화살표는 해당 부화소에서 액정(3)의 비틀림 방향을 도시한다. 도시되는 바와 같이 각 부화소(301, 302, 303, 304)에서의 액정(3)의 비틀림 방향이 상이하므로, 액정 표시 장치가 다중 배향을 갖게됨을 알 수 있다.
이상에서 설명한 실시예들에서 제1 수직 배향막(10) 및 제2 수직 배향막(20)은 각각 배향 방향이 상이한 2개의 영역을 포함하며, 그 결과 다중 배향 액정 표시 장치는 4개의 부화소(301, 302, 303, 304)를 포함하였다. 그러나 이는 예시적인 것으로서, 제1 수직 배향막(10) 및 제2 수직 배향막(20)에 포함되는 영역의 개수에 따라 부화소의 개수는 이와 상이하게 구성될 수 있다. 예를 들어, 부화소의 종류를 6개, 8개, 또는 그 이상으로 증가시켜 다중 배향 액정 표시 장치를 구성할 수도 있다.
도 8은 일 실시예에 따른 액정 표시 장치를 도시한 개략적인 사시도이다. 도 8에 도시된 실시예의 설명에 있어, 전술한 실시예로부터 당업자에게 용이하게 이해될 수 있는 사항에 대해서는 자세한 설명을 생략한다.
도 8을 참조하면, 상기 실시예에 따른 액정 표시 장치는 제1 편광판(30) 및 제2 편광판(40)을 더 포함할 수 있다. 제1 편광판(30) 및 제2 편광판(40)은 각각 제1 기판(1) 및 제2 기판(2)의 외측면상에 위치할 수 있다. 즉, 제1 편광판(30)은 제1 기판(1)에서 제1 수직 배향막(10) 반대편의 표면상에 위치할 수 있으며, 제2 편광판(40)은 제2 기판(2)에서 제2 수직 배향막(20)의 반대편의 표면상에 위치할 수 있다.
제1 편광판(30) 및 제2 편광판(40)의 편광 방향은, 제1 수직 배향막(10) 및 제2 수직 배향막(20)의 배향 방향 및 이에 따른 액정(3)의 선경사각에 기초하여 적절히 결정될 수 있다. 제1 편광판(30)의 편광 방향과 제2 편광판(40)의 편광 방향은 서로 상이할 수 있으며, x-y 평면상에서 0° 내지 약 90°의 각도를 이룰 수 있다. 예를 들어, 제1 편광판(30)의 편광 방향과 제2 편광판(40)의 편광 방향은 서로 수직일 수도 있다. 또한, 제1 편광판(30)의 편광 방향은 제1 수직 배향막(10)의 배향 방향과 평행한 방향(예컨대, x축 방향)일 수 있다. 또한, 제2 편광판(40)의 편광 방향은 제2 수직 배향막(20)의 배향 방향과 평행한 방향(예컨대, y축 방향)일 수 있다. 그 결과, 액정 표시 장치를 통한 광 투과율을 최대로 할 수 있다.
도 9 내지 14는 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법을 나타내는 개략적인 사시도들이다.
도 9를 참조하면, 제1 기판(1)상에 제1 수직 배향막(10)을 형성할 수 있다. 제1 기판(1)은 유리, 플라스틱, 또는 다른 적당한 물질로 이루어질 수 있다. 또한, 제1 수직 배향막(10)은 폴리이미드 계열의 수지, 폴리비닐알코올 계열의 수지, 폴리아믹산 계열의 수지, 또는 다른 적당한 물질을 포함할 수 있다. 다음으로, 제1 수직 배향막(10)을 일 방향으로 배향 처리할 수 있다. 예를 들어, 제1 수직 배향막(10)을 러빙하거나 제1 수직 배향막(10)에 광을 조사하여 배향 처리할 수 있다. 그 결과, 제1 수직 배향막(10)에는 상기 일 방향으로 선경사각이 형성될 수 있다.
도 10을 참조하면, 스탬핑 몰드(stamping mold)(5)를 준비하고, 상기 스탬핑 몰드(5)상에 보호막(50)을 형성할 수 있다. 스탬핑 몰드(5)는 PDMS(polydimethylsiloxane) 등의 탄성체(elastomer) 또는 다른 적당한 물질로 이루어질 수 있다. 스탬핑 몰드(5)는 하나 이상의 함몰부(51) 및 하나 이상의 돌출부(52)로 이루어지는 요철 구조를 포함할 수 있다. 요철 구조의 크기는 형성하고자 하는 부화소의 크기에 따라 적절하게 결정될 수 있다. 요철 구조에서 함몰부(51) 및 돌출부(52)는 일정한 간격으로 형성될 수도 있다. 또한, 함몰부(51) 및 돌출부(52)의 폭은 서로 동일할 수도 있다. 보호막(50)은 각각의 돌출부(52)상에 형성될 수 있다.
도 11을 참조하면, 스탬핑 몰드상의 보호막(50)을 제1 수직 배향막(10)상에 전사시킬 수 있다. 스탬핑 몰드상의 보호막(50)은 스탬핑 공정에 의하여 제1 수직 배향막(10)상에 전사되며 용매가 증발하여 제1 수직 배향막(10)의 일부 영역에 보호막(50)이 형성된다. 결과적으로, 제1 수직 배향막(10)의 일부 영역은 보호막(50)으로 덮이는 반면, 다른 일부 영역은 보호막(50)에 의해 덮이지 않고 노출될 수 있다. 이때, 각각의 보호막(50)은 일정한 간격으로 위치할 수 있다. 또한, 제1 수직 배향막(10)에서 보호막(50)으로 덮인 영역과 보호막(50)에 의해 덮이지 않은 영역의 넓이는 서로 동일할 수도 있다.
도 10 및 11에서는 스탬핑 몰드(5)상에 보호막(50)을 형성하고, 이를 제1 수직 배향막(10)상에 전사하여 제1 수직 배향막(10)의 일부 영역에 보호막(50)을 형성하는 공정에 대하여 설명하였다. 그러나 이는 예시적인 것으로서, 다른 실시예에서는 제1 수직 배향막(10)의 전면상에 직접 보호층을 형성하고, 형성된 보호층을 부분적으로 제거함으로써 제1 수직 배향막(10)의 일부 영역에 보호막(50)을 형성할 수도 있다. 예를 들어, 제1 수직 배향막(10) 전면상에 형성된 보호층에 레이저를 조사함으로써 레이저 식각(laser ablation)에 의하여 보호층을 부분적으로 제거할 수도 있다.
일 실시예에서, 보호막(50)은 화학적 및/또는 기계적 안정성이 있는 물질로 이루어질 수 있다. 또한, 보호막(50)은 제1 수직 배향막(10)의 배향 특성에 영향을 주지 않거나 또는 영향을 최소화할 수 있는 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 보호막(50) 형성 전후의 제1 수직 배향막(10)에 있어서, 상기 제1 수직 배향막(10)과 인접한 액정의 선경사각(θ)의 변화량이 하기 수학식 1의 조건을 만족하는 물질로 보호막(50)을 구성할 수도 있다.
Figure 112010035378911-pat00001
일 실시예에서, 보호막(50)은 불소계 고분자(fluoro-polymer) 물질 또는 다른 적당한 물질로 이루어질 수 있다.
도 12를 참조하면, 부분적으로 보호막(50)이 형성된 제1 수직 배향막(10)을 일 방향으로 배향 처리할 수 있다. 이때 배향 방향은 도 9를 참조하여 전술한 배향 방향과 상이할 수 있으며, 예를 들어 도 9를 참조하여 전술한 배향 방향의 반대 방향일 수도 있다. 그 결과, 제1 수직 배향막(10)에서 보호막(50)에 의하여 덮이지 않은 영역은 배향 방향이 바뀌는 반면, 보호막(50)에 의하여 덮인 영역은 보호막(50)으로 인하여 배향 방향이 바뀌지 않고 유지될 수 있다.
도 13을 참조하면, 다음으로 보호막을 제거할 수 있다. 예를 들어, 불소계 고분자 물질로 이루어지는 보호막의 경우, 불소계 용매(fluoro-solvent)를 이용하여 이를 제거할 수 있다. 보호막이 제거된 제1 기판(1)은 배향 방향이 상이한 제1 영역(11) 및 제2 영역(12)을 포함할 수 있다. 제1 영역(11) 및 제2 영역(12)은 각각 복수 개일 수 있으며, 서로 교번하여 배열될 수 있다. 예를 들어, 제1 영역(11) 및 제2 영역(12)은 일 방향을 따라 서로 교번하여 배열되는 띠 형상일 수 있다.
도 9 내지 13을 참조하여 전술한 과정에 의해 제1 기판(1) 및 서로 배향 방향이 상이한 제1 영역(11) 및 제2 영역(12)을 포함하는 제1 수직 배향막(10)으로 구성된 액정 배향 기판을 제조할 수 있다.
도 14를 참조하면, 도 9 내지 13을 참조하여 전술한 과정을 또 다른 기판에 대해 수행함으로써, 제2 기판(2) 및 제2 수직 배향막(20)으로 구성된 또 다른 액정 배향 기판을 준비할 수 있다. 제2 수직 배향막(20)은 배향 방향이 서로 상이한 제3 영역(21) 및 제4 영역(22)을 포함할 수 있다.
다음으로, 제1 수직 배향막(10)과 제2 수직 배향막(20)을 서로 대향하도록 배치할 수 있다. 이때, 제1 수직 배향막(10) 및 제2 수직 배향막(20)은 서로 배향 방향이 상이하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 수직 배향막(10) 및 제2 수직 배향막(20)은 배향 방향이 서로 직각을 이루도록 배치될 수 있다. 다음으로, 제1 수직 배향막(10) 및 제2 수직 배향막(20) 사이에 액정(미도시)을 주입할 수 있다.
도 15 내지 18은 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 인가되는 전압을 변화시켜가면서 액정 표시 장치를 촬영한 광학 현미경(optical microsope) 사진이다. 이때 액정 표시 장치에 사용된 액정은 Merck 사의 MLC6608로서 광학이방성(birefringence, △n)은 약 589nm의 파장에서 약 0.083이고, 유전이방성(dielectric anisotropy, △ε)은 약 -4.2이다. 또한, 셀 갭(cell-gap)은 약 5.2㎛이며, 액정 표시 장치의 구동 전압으로는 약 1kHz 주파수의 교류 전압을 인가하였다.
도 15 내지 18은 각각 액정 표시 장치에 인가되는 전압이 약 0V, 2V, 3V 및 5V일 때의 액정 표시 장치를 나타낸다. 도시되는 바와 같이, 전압이 인가되지 않은 초기의 수직 배향 상태의 경우에는 어두운 상태(dark state)이며, 인가되는 전압이 증가함에 따라 점차 밝은 상태(bright state)로 전환되는 것을 확인할 수 있다. 또한, 수직 배향막의 배향 방향에 따라 서로 상이한 4개의 비틀림 방향이 형성되므로, 결함선(disclination line)에 의해 구분되는 4개의 다중 배향 영역을 확인할 수 있다. 전압이 더 높아지면서 액정 분자들이 완전히 기판면에 수평으로 배열되면 결함선이 사라지면서 균일한 밝은 상태가 얻어지는 것을 확인할 수 있다.
도 19 및 20은 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 전기광학적 특성을 나타내는 그래프들이다. 도 19는 액정 표시 장치에 인가되는 전압에 따른 광 투과율을 나타내는 그래프이다. 인가되는 전압을 0V 부터 약 10V까지 약 0.1V의 간격으로 증가시키면서 광 투과율을 측정하였으며, 측정된 광 투과율은 정규화된(normalized) 값으로 표시되었다. 도 20은 액정 표시 장치에 인가된 교류 전압(810)에 따른 응답 시간 및 광 투과율(800)을 나타내는 그래프이다. 상승(rising) 응답 시간은 광 투과율이 약 10%에서 약 90%로 변할 때 걸리는 시간으로 정의되며, 하강(falling) 응답 시간은 광 투과율이 약 90%에서 약 10%로 변할 때 걸리는 시간으로 정의된다. 도 20에서 알 수 있듯이 상기 액정 표시 장치는 수 밀리초(millisecond)의 빠른 응답 속도를 갖는다.
도 19 및 20에 도시되는 바와 같이, 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 안정적인 광 투과도 및 빠른 응답 속도를 나타내며, 감광물질(photo-resist) 또는 광배향 물질을 사용하는 종래의 액정 표시 장치와 달리 소자의 성능 저하 및/또는 배향 불안정성 등의 문제가 없다는 점을 확인할 수 있다.
도 21 및 22는 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에서 방향에 따른 휘도 특성을 나타내는 그래프들이다. 도 21은 액정 표시 장치에 전압이 인가되지 않은 어두운 상태[또는, 오프 상태(off state)]의 휘도 분포를 나타내며, 도 22는 액정 표시 장치에 전압이 인가된 밝은 상태[또는, 온 상태(on state)]의 휘도 분포를 나타낸다. 도시되는 바와 같이, 상기 실시예에 따른 액정 표시 장치는 어두운 상태에서 새어나오는 빛의 양이 적으며, 밝은 상태에서는 상하좌우 전 방향에 대해서 균일한 휘도 분포를 나타내어 휘도 분포가 상대적으로 원형에 가까운 것을 확인할 수 있다.
도 23은 종래 기술에 따라 단일 배향(mono-domain)을 갖는 ITN 모드 액정 표시 장치의 시야각 특성을 나타내는 그래프이며, 도 24는 일 실시예에 따라 다중 배향을 갖는 액정 표시 장치의 시야각 특성을 나타내는 그래프이다. 도 23 및 24를 비교하면, 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 종래의 액정 표시 장치에 비해 휘도 분포가 특정 방향으로 치우치지 않고 상대적으로 대칭적이며, 대비비(contrast ratio)가 높고, 시야각이 넓다는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 상기 실시예에 따라 상대적으로 단순한 공정을 통해 제조 가능하면서도 시야각 및 대비비가 우수한 액정 표시 장치를 얻을 수 있다.
이상에서 살펴본 본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러나, 이와 같은 변형은 본 발명의 기술적 보호범위 내에 있다고 보아야 한다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.

Claims (36)

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  15. 기판상에 수직 배향막을 형성하는 단계;
    상기 수직 배향막을 제1 방향으로 배향 처리하는 단계;
    상기 수직 배향막의 일부 영역에 보호막을 형성하는 단계;
    상기 수직 배향막의 다른 영역을 제2 방향으로 배향 처리하는 단계; 및
    상기 보호막을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 배향 기판의 제조 방법.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 제1 방향 및 상기 제2 방향은 서로 반대 방향인 것을 특징으로 하는 액정 배향 기판의 제조 방법.
  17. 제 15항에 있어서,
    상기 제1 방향으로 배향 처리하는 단계는, 상기 수직 배향막을 러빙하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 배향 기판의 제조 방법.
  18. 제 15항에 있어서,
    상기 제1 방향으로 배향 처리하는 단계는, 상기 수직 배향막에 광을 조사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 배향 기판의 제조 방법.
  19. 제 15항에 있어서,
    상기 수직 배향막의 일부 영역에 보호막을 형성하는 단계는,
    스탬핑 몰드상에 상기 보호막을 형성하는 단계; 및
    상기 스탬핑 몰드상의 상기 보호막을 상기 수직 배향막상에 전사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 배향 기판의 제조 방법.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 스탬핑 몰드는 탄성체를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 배향 기판의 제조 방법.
  21. 제 15항에 있어서,
    상기 수직 배향막의 일부 영역에 보호막을 형성하는 단계는,
    상기 수직 배향막의 전면상에 보호층을 형성하는 단계; 및
    상기 보호층을 부분적으로 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 배향 기판의 제조 방법.
  22. 제 21항에 있어서,
    상기 보호층을 부분적으로 제거하는 단계는, 상기 보호층에 레이저를 조사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 배향 기판의 제조 방법.
  23. 제 15항에 있어서,
    상기 보호막은 불소계 고분자 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 배향 기판의 제조 방법.
  24. 제 15항에 있어서,
    상기 제2 방향으로 배향 처리하는 단계는, 상기 수직 배향막을 적어도 부분적으로 러빙하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 배향 기판의 제조 방법.
  25. 제 15항에 있어서,
    상기 제2 방향으로 배향 처리하는 단계는, 상기 수직 배향막에 적어도 부분적으로 광을 조사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 배향 기판의 제조 방법.
  26. 제 15항에 있어서,
    상기 기판에서 상기 수직 배향막 반대편의 표면상에 편광판을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 배향 기판의 제조 방법.
  27. 제 26항에 있어서,
    상기 편광판의 편광 방향은 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향과 평행한 것을 특징으로 하는 액정 배향 기판의 제조 방법.
  28. 삭제
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  30. 제1 기판상에 서로 상이한 배향 방향을 갖는 제1 영역 및 제2 영역을 포함하는 제1 수직 배향막을 형성하는 단계;
    제2 기판상에 서로 상이한 배향 방향을 갖는 제3 영역 및 제4 영역을 포함하는 제2 수직 배향막을 형성하는 단계;
    상기 제1 수직 배향막의 배향 방향과 상기 제2 수직 배향막의 배향 방향이 상이하도록 상기 제1 수직 배향막 및 상기 제2 수직 배향막을 서로 대향하여 배치하는 단계; 및
    상기 제1 수직 배향막 및 상기 제2 수직 배향막 사이에 액정을 주입하는 단계를 포함하되,
    상기 제1 수직 배향막을 형성하는 단계는,
    상기 제1 기판상에 상기 제1 수직 배향막을 형성하는 단계;
    상기 제1 수직 배향막을 제1 방향으로 배향 처리하는 단계;
    상기 제1 영역상에 보호막을 형성하는 단계;
    상기 제2 영역을 제2 방향으로 배향 처리하는 단계; 및
    상기 보호막을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  31. 제 30항에 있어서,
    상기 제1 방향 및 상기 제2 방향은 서로 반대 방향인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  32. 제1 기판상에 서로 상이한 배향 방향을 갖는 제1 영역 및 제2 영역을 포함하는 제1 수직 배향막을 형성하는 단계;
    제2 기판상에 서로 상이한 배향 방향을 갖는 제3 영역 및 제4 영역을 포함하는 제2 수직 배향막을 형성하는 단계;
    상기 제1 수직 배향막의 배향 방향과 상기 제2 수직 배향막의 배향 방향이 상이하도록 상기 제1 수직 배향막 및 상기 제2 수직 배향막을 서로 대향하여 배치하는 단계; 및
    상기 제1 수직 배향막 및 상기 제2 수직 배향막 사이에 액정을 주입하는 단계를 포함하되,
    상기 제2 수직 배향막을 형성하는 단계는,
    상기 제2 기판상에 상기 제2 수직 배향막을 형성하는 단계;
    상기 제2 수직 배향막을 제3 방향으로 배향 처리하는 단계;
    상기 제3 영역상에 보호막을 형성하는 단계;
    상기 제4 영역을 제4 방향으로 배향 처리하는 단계; 및
    상기 보호막을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  33. 제 32항에 있어서,
    상기 제3 방향 및 상기 제4 방향은 서로 반대 방향인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  34. 제 30항 또는 제 32항에 있어서,
    상기 제1 기판에서 상기 제1 수직 배향막 반대편의 표면상에 제1 편광판을 형성하는 단계; 및
    상기 제2 기판에서 상기 제2 수직 배향막 반대편의 표면상에 제2 편광판을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  35. 제 34항에 있어서,
    상기 제1 편광판의 편광 방향과 상기 제2 편광판의 편광 방향은 서로 직각을 이루는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  36. 제 34항에 있어서,
    상기 제1 편광판의 편광 방향은 상기 제1 수직 배향막의 배향 방향과 평행하며,
    상기 제2 편광판의 편광 방향은 상기 제2 수직 배향막의 배향 방향과 평행한 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
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