KR101960827B1 - 액정 조성물, 액정 표시 장치 및 액정 표시 장치 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치는 제1 기판, 상기 제1 기판과 마주보는 제2 기판 그리고 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 게재되어 있고, 액정, 제1 배향 중합체 및 제2 배향 중합체를 포함하는 액정층을 포함하고, 상기 제1 배향 중합체는 제1 파장 영역에서 광반응하는 제1 배향 보조제를 광조사하여 형성되고, 상기 제2 배향 중합체는 제2 파장 영역에서 광반응하는 제2 배향 보조제를 광조사하여 형성되며, 상기 제1 파장 영역과 상기 제2 파장 영역은 서로 다르다.

Description

액정 조성물, 액정 표시 장치 및 액정 표시 장치 제조 방법{LIQUID CRYSTAL COMPOSITION, LIQUID CRYSTAL DISPLAY AND METHOD OF MANUFACTURING LIQUID CRYSTAL DISPLAY}
본 발명은 액정 조성물, 액정 표시 장치 및 액정 표시 장치 제조 방법에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 일반적으로 공통 전극 등이 형성되어 있는 상부 표시판과 박막 트랜지스터와 화소 전극 등이 형성되어 있는 하부 표시판 사이에 액정 물질을 주입해 놓고 화소 전극과 공통 전극에 서로 다른 전위를 인가함으로써 전계를 형성하여 액정 분자들의 배열을 변경시키고, 이를 통해 빛의 투과율을 조절함으로써 화상을 표현하는 장치이다.
그 중에서도 전계가 인가되지 않은 상태에서 액정 분자의 장축을 상하 표시판에 대하여 수직을 이루도록 배열한 수직 배향 모드 액정 표시 장치는 대비비가 크고 광시야각 구현이 용이하다.
수직 배향 모드 액정 표시 장치에서는 수직 배향막을 형성하기 위해 화소 전극 또는 공통 전극에 해당하는 투명 전극 위에 배향제를 도포하고 베이킹 공정을 진행해야 하기 때문에 공정 비용 및 시간이 증대된다.
또한, 액정은 초기 배향이 중요하고 이러한 액정의 초기 배향을 양호하게 하기 위해서는 선경사(pretilt)를 제어하는 것이 중요하다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 배향막 없이 액정 분자를 수직 배향하면서 선경사를 제어할 수 있는 액정 조성물, 액정 표시 장치 및 액정 표시 장치의 제조 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 액정 조성물은 액정, 제1 배향 보조제 그리고 제2 배향 보조제를 포함하고, 상기 제1 배향 보조제와 상기 제2 배향 보조제는 서로 다른 파장 영역에서 광반응한다.
상기 제1 배향 보조제는 가시광 영역에서 광반응하고, 상기 제2 배향 보조제는 자외선 영역에서 광반응할 수 있다.
상기 제1 배향 보조제는 수직 배향 성분이고, 상기 제2 배향 보조제는 선경사 성분일 수 있다.
상기 제1 배향 보조제는 하기 화학식 1 내지 13으로 표현되는 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
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화학식 12 화학식 13
여기서, n은 3 내지 18이다.
상기 제2 배향 보조제는 하기 화학식 14 내지 18로 표현되는 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
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화학식 17
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화학식 18
여기서, n은 0 내지 5이다.
상기 제1 배향 보조제의 함량은 상기 액정 조성물 내에서 0.5wt% 이상 30wt% 이하일 수 있다.
상기 제2 배향 보조제의 함량은 상기 액정 조성물 내에서 0.1wt% 이상 10wt% 이하일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치는 제1 기판, 상기 제1 기판과 마주보는 제2 기판 그리고 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 게재되어 있고, 액정, 제1 배향 중합체 및 제2 배향 중합체를 포함하는 액정층을 포함하고, 상기 제1 배향 중합체는 제1 파장 영역에서 광반응하는 제1 배향 보조제를 광조사하여 형성되고, 상기 제2 배향 중합체는 제2 파장 영역에서 광반응하는 제2 배향 보조제를 광조사하여 형성되며, 상기 제1 파장 영역과 상기 제2 파장 영역은 서로 다르다.
상기 제1 파장 영역은 가시광 영역이고, 상기 제2 파장 영역은 자외선 영역일 수 있다.
상기 제1 배향 중합체는 수직 배향 성분이고, 상기 제2 배향 중합체는 선경사 성분일 수 있다.
상기 제1 배향 보조제는 하기 화학식 1 내지 13으로 표현되는 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
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화학식 12 화학식 13
여기서, n은 3 내지 18이다.
상기 제2 배향 보조제는 하기 화학식 14 내지 18로 표현되는 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
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화학식 14
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화학식 17
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화학식 18
여기서, n은 0 내지 5이다.
상기 제1 배향 보조제의 함량은 상기 액정, 상기 제1 배향 보조제 및 상기 제2 배향 보조제를 포함하는 액정 조성물 내에서 0.5wt% 이상 30wt% 이하일 수 있다.
상기 제2 배향 보조제의 함량은 상기 액정 조성물 내에서 0.1wt% 이상 10wt% 이하일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법은 제1 기판 및 상기 제1 기판과 마주보는 제2 기판 중 적어도 하나 위에 전기장 생성 전극을 형성하는 단계, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 액정, 제1 배향 보조제 및 제2 배향 보조제를 포함하는 액정층을 형성하는 단계, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 제1 파장 영역의 광을 조사하여 제1 배향 중합체를 형성하는 단계, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 전계를 형성하는 단계 그리고 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 제2 파장 영역의 광을 조사하여 제2 배향 중합체를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제1 파장 영역과 상기 제2 파장 영역은 서로 다르다.
상기 제1 파장 영역은 가시광 영역이고, 상기 제2 파장 영역은 자외선 영역일 수 있다.
상기 제1 배향 중합체는 수직 배향 성분이고, 상기 제2 배향 중합체는 선경사 성분일 수 있다.
상기 제1 배향 보조제는 하기 화학식 1 내지 13으로 표현되는 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
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화학식 1 화학식2 화학식 3
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화학식 6 화학식 7
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화학식 8 화학식 9
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화학식 10 화학식 11
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화학식 12 화학식 13
여기서, n은 3 내지 18이다.
상기 제2 배향 보조제는 하기 화학식 14 내지 18로 표현되는 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
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화학식 14
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화학식 15
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화학식 16
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화학식 17
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화학식 18
여기서, n은 0 내지 5이다.
상기 제1 배향 보조제의 함량은 상기 액정, 상기 제1 배향 보조제 및 상기 제2 배향 보조제를 포함하는 액정 조성물 내에서 0.5wt% 이상 30wt% 이하일 수 있다.
상기 제2 배향 보조제의 함량은 상기 액정 조성물 내에서 0.1wt% 이상 10wt% 이하일 수 있다.
상기 제1 배향 중합체를 형성하는 단계는 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 전계를 형성하지 않은 상태에서 수행할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 일실시예에 따르면, 서로 다른 광반응 영역을 갖는 배향 보조제를 사용하여 수직 배향 성분과 선경사 성분을 효율적으로 형성하여 액정 제어력을 향상시킬 수 있다. 따라서, 고속 응답 구현이 가능한 액정 표시 장치를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타내는 평면도이다.
도 2는 도 1의 절단선 II-II를 따라 자른 단면도이다.
도 3 및 도 4는 각각 도 1의 실시예에서 화소 전극 및 기본 전극을 나타내는 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 배향 보조제에 대한 자외선 및 가시광선 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 배향 보조제에 의해 액정의 수직 배향 및 선경사를 형성하는 방법을 도시한 개략도이다.
첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 또한, 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 층이 개재될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미한다.
본 발명의 일실시예에 따른 액정 조성물은 액정, 제1 배향 보조제 및 제2 배향 보조제를 포함한다. 제1 배향 보조제와 제2 배향 보조제는 서로 다른 파장 영역에서 광반응할 수 있다. 제1 배향 보조제는 가시광 영역에서 광반응하여 경화될 수 있고, 제2 배향 보조제는 자외선 영역에서 광반응하여 경화될 수 있다. 여기서, 가시광 파장 영역은 380nm 내지 770nm일 수 있고, 자외선 파장 영역은 380nm 미만일 수 있다.
본 실시예에서 제1 배향 보조제는 하기 화학식 1 내지 13으로 표현되는 화합물 중 적어도 하나를 포함한다.
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화학식 1 화학식2 화학식 3
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화학식 4 화학식 5
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화학식 6 화학식 7
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화학식 8 화학식 9
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화학식 10 화학식 11
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화학식 12 화학식 13
여기서, n은 3 내지 18이다.
본 실시예에서 제1 배향 보조제는 가시광 영역의 광을 흡수할 수 있는 크로머포(Chromophore) 그룹을 아크릴레이트(Acrylate) 그룹에 연결된 형태를 가질 수 있다. 또한, 제1 배향 보조제는 광경화하여 액정이 수직 배향하도록 하는 수직 배향 성분이다.
제1 배향 보조제는 액정 조성물 내에서 대략 0.5wt% 이상 30wt% 이하의 함량으로 포함될 수 있다.
본 실시예에서 제2 배향 보조제는 하기 화학식 14 내지 18로 표현되는 화합물 중 적어도 하나를 포함한다.
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화학식 14
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화학식 15
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화학식 16
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화학식 17
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화학식 18
여기서, n은 0 내지 5이다.
본 실시예에서 제2 배향 보조제는 광경화하여 액정을 선경사를 제공하는 선경사 성분이다. 제2 배향 보조제는 액정 조성물 내에서 0.1wt% 이상 10wt% 이하의 함량으로 포함될 수 있다.
이하에서는 앞에서 설명한 액정 조성물을 사용하여 형성된 액정층을 포함하는 액정 표시 장치에 대해 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타내는 평면도이다. 도 2는 도 1의 절단선 II-II를 따라 자른 단면도이다. 도 3 및 도 4는 각각 도 1의 실시예에서 화소 전극 및 기본 전극을 나타내는 평면도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는 서로 마주하는 하부 표시판(100)과 상부 표시판(200) 및 이들 두 표시판(100, 200) 사이에 게재되어 있는 액정층(3)을 포함한다. 액정층(3)은 액정 분자(310), 제1 배향 중합체(50a) 및 제2 배향 중합체(60a)를 포함한다. 제1 배향 중합체(50a)는 하부 표시판(100)과 액정층(3)의 경계 부분 또는 상부 표시판(200)과 액정층(3)의 경계 부분에 대응하는 면을 따라 배열될 수 있고, 액정 분자(310)를 수직 배향시킬 수 있다. 제2 배향 중합체(60a)는 배향 보조제가 광중합되어 선경사를 가지면서 액정층(3) 내에 포함되어 있다.
먼저, 하부 표시판(100)에 대하여 설명한다.
절연 기판(110) 위에 복수의 게이트선 (121) 및 복수의 유지 전극선(131, 135)이 형성되어 있다.
게이트선(121)은 게이트 신호를 전달하며 주로 가로 방향으로 뻗어 있다. 각 게이트선(121)은 위로 돌출한 복수의 제1 및 제2 게이트 전극(124a, 124b)을 포함한다.
유지 전극선은 게이트선(121)과 실질적으로 나란하게 뻗은 줄기선(131)과 이로부터 뻗어 나온 복수의 유지 전극(135)을 포함한다. 유지 전극선(131, 135)의 모양 및 배치는 여러 형태로 변형될 수 있다.
게이트선(121) 및 유지 전극선(131, 135) 위에는 게이트 절연막(140)이 형성되어 있으며, 게이트 절연막(140) 위에는 비정질 규소 또는 결정질 규소 등으로 만들어진 복수의 반도체(154a, 154b)가 형성되어 있다.
반도체(154a, 154b) 위에는 각각 복수 쌍의 저항성 접촉 부재(163b, 165b)가 형성되어 있으며, 저항성 접촉 부재(163b, 165b)는 실리사이드(silicide) 또는 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 따위의 물질로 만들어질 수 있다.
저항성 접촉 부재(163b, 165b) 및 게이트 절연막(140) 위에는 복수 쌍의 데이터선(171a, 171b)과 복수 쌍의 제1 및 제2 드레인 전극(175a, 175b)이 형성되어 있다.
데이터선(171a, 171b)은 데이터 신호를 전달하며 주로 세로 방향으로 뻗어 게이트선(121) 및 유지 전극선의 줄기선(131)과 교차한다. 데이터선(171a, 171b)은 제1, 제2 게이트 전극(124a, 124b)을 향하여 뻗어 U자형으로 굽은 제1 및 제2 소스 전극 (173a, 173b)을 포함하며, 제1 및 제2 소스 전극(173a, 173b)은 제1, 제2 게이트 전극(124a, 124b)을 중심으로 제1 및 제2 드레인 전극(175a, 175b)과 마주한다.
제1 및 제2 드레인 전극(175a, 175b)은 각각 제1 및 제2 소스 전극(173a, 173b)으로 일부 둘러싸인 한 쪽 끝에서부터 위로 뻗어 있으며 반대쪽 끝은 다른 층과의 접속을 위해 면적이 넓을 수 있다.
그러나 제1 및 제2 드레인 전극(175a, 175b)을 비롯한 데이터선(171a, 171b)의 모양 및 배치는 여러 형태로 변형될 수 있다.
제1 및 제2 게이트 전극(124a, 124b), 제1 및 제2 소스 전극(173a, 173b) 및 제1 및 제2 드레인 전극(175a, 175b)은 제1 및 제2 반도체(154a, 154b)와 함께 제1 및 제2 박막 트랜지스터를 이루며, 제1 및 제2 박막 트랜지스터의 채널은 제1 및 제2 소스 전극(173a, 173b)과 제1 및 제2 드레인 전극(175a, 175b) 사이의 제1 및 제2 반도체(154a, 154b)에 형성된다.
저항성 접촉 부재(163b, 165b)는 그 아래의 반도체(154a, 154b)와 그 위의 데이터선(171a, 171b), 드레인 전극(175a, 175b) 사이에만 존재하며 이들 사이의 접촉 저항을 낮추어 준다. 반도체(154a, 154b)에는 소스 전극(173a, 173b)과 드레인 전극(175a, 175b) 사이에는 데이터선(171a, 171b) 및 드레인 전극(175a, 175b)으로 가리지 않고 노출된 부분이 있다.
데이터선(171a, 171b), 드레인 전극(175a, 175b) 및 노출된 반도체(154a, 154b) 부분 위에는 질화 규소 또는 산화 규소 따위로 만들어진 하부 보호막(180p)이 형성되어 있다.
하부 보호막(180p) 위에는 색필터(230)가 형성되어 있다. 색필터(230)는 적색, 녹색, 청색의 3색 컬러 필터를 포함할 수 있다. 색필터(230) 위에 크롬 및 크롬 산화물의 단일층이나 이중층 또는 유기 물질로 이루어진 차광 부재(220)가 형성되어 있다. 차광 부재(220)는 매트릭스 형태로 배열되어 있는 개구부를 가질 수 있다.
색필터(230)와 차광 부재(220) 위에는 투명한 유기 절연 물질로 이루어진 상부 보호막(180q)이 형성되어 있다. 상부 보호막(180q)은 색필터(230)가 노출되는 것을 방지하고 평탄면을 제공한다. 상부 보호막(180q)에는 제1 및 제2 드레인 전극(175a, 175b)을 드러내는 복수의 접촉 구멍(185a, 185b)이 형성되어 있다.
상부 보호막(180q) 위에는 복수의 화소 전극(191)이 형성되어 있다. 화소 전극(191)은 ITO 또는 IZO 등의 투명한 도전 물질이나 알루미늄, 은, 크롬 또는 그 합금 등의 반사성 금속으로 만들어질 수 있다.
각 화소 전극(191)은 서로 분리되어 있는 제1 및 제2 부화소 전극(191a, 191b)을 포함하며, 제1 및 제2 부화소 전극(191a, 191b)은 각각 도 6에 도시한 기본 전극(199) 또는 그 변형을 하나 이상 포함하고 있다.
그러면 도 3 및 도 4를 참고하여, 기본 전극(199)에 대해 상세하게 설명한다.
도 4에 도시한 바와 같이 기본 전극(199)의 전체적인 모양은 사각형이며 가로 줄기부(193) 및 이와 직교하는 세로 줄기부(192)로 이루어진 십자형 줄기부를 포함한다. 또한 기본 전극(199)은 가로 줄기부(193)와 세로 줄기부(192)에 의해 제1 부영역(Da), 제2 부영역(Db), 제3 부영역(Dc), 그리고 제4 부영역(Dd)으로 나뉘어지며 각 부영역(Da, Db, Dc, Dd)은 복수의 제1 내지 제4 미세 가지부(194a, 194b, 194c, 194d)를 포함한다.
제1 미세 가지부(194a)는 가로 줄기부(193) 또는 세로 줄기부(192)에서부터 왼쪽 위 방향으로 비스듬하게 뻗어 있으며, 제2 미세 가지부(194b)는 가로 줄기부(193) 또는 세로 줄기부(192)에서부터 오른쪽 위 방향으로 비스듬하게 뻗어 있다. 또한 제3 미세 가지부(194c)는 가로 줄기부(193) 또는 세로 줄기부(192)에서부터 왼쪽 아래 방향으로 뻗어 있으며, 제4 미세 가지부(194d)는 가로 줄기부(193) 또는 세로 줄기부(192)에서부터 오른쪽 아래 방향으로 비스듬하게 뻗어 있다.
제1 내지 제4 미세 가지부(194a, 194b, 194c, 194d)는 게이트선(121) 또는 가로 줄기부(193)와 대략 45도 또는 135도의 각을 이룬다. 또한 이웃하는 두 부영역(Da, Db, Dc, Dd)의 미세 가지부(194a, 194b, 194c, 194d)는 서로 직교할 수 있다.
미세 가지부(194a-194d)의 폭은 2.0μm 내지 5.0 μm일 수 있고, 한부영역(Da-Dd) 내에서 이웃하는 미세 가지부(194a-194d) 사이의 간격은 2.5μm 내지 5.0 μm일 수 있다.
도시하지 않았으나 미세 가지부(194a, 194b, 194c, 194d)의 폭은 가로 줄기부(193) 또는 세로 줄기부(192)에 가까울수록 넓어질 수 있다.
도 1 내지 도 4를 다시 참고하면, 제1 및 제2 부화소 전극(191a, 191b)은 각각 하나의 기본 전극(199)을 포함한다. 다만 화소 전극(191) 전체에서 제2 부화소 전극(191b)이 차지하는 면적이 제1 부화소 전극(191a)이 차지하는 면적보다 클 수 있으며, 이때, 제2 부화소 전극(191b)는 제1 부화소 전극(191a)의 면적보다 1.0배에서 2.2배 정도 크도록 기본 전극(199)의 크기를 다르게 형성한다.
제2 부화소 전극(191b)은 데이터선(171)을 따라 뻗은 한 쌍의 가지(195)를 포함한다. 가지(195)는 제1 부화소 전극(191a)과 데이터선(171a, 171b) 사이에 위치하며 제1 부화소 전극(191a)의 하단에서 연결된다. 제1 및 제2 부화소 전극(191a, 191b)은 접촉 구멍(185a, 185b)을 통하여 제1 및 제2 드레인 전극(175a, 175b)과 물리적, 전기적으로 연결되어 있으며, 제1 및 제2 드레인 전극(175a, 175b)으로부터 데이터 전압을 인가 받는다.
다음, 상부 표시판(200)에 대해서 설명한다.
상부 표시판(200)에는 투명한 절연 기판(210) 위에 공통 전극(270)이 전면에 형성되어 있다.
상부 표시판(200)과 하부 표시판(100) 사이의 간격을 유지하기 위한 간격재(363)가 형성되어 있다.
일반적으로 수직 배향 모드 액정 표시 장치의 경우에 하부 표시판(100) 및 상부 표시판(200)의 안쪽 면에는 수직 배향막이 각각 도포되어 있으나, 본 실시예에서는 배향막을 형성하지 않는다.
하부 표시판(100) 및 상부 표시판(200)의 바깥쪽 면에는 편광자(polarization)(도시하지 않음)가 구비되어 있을 수 있다.
하부 표시판(100)과 상부 표시판(200) 사이에는 액정층(3)이 개재되어 있다. 본 실시예에서 액정층(3)은 복수의 액정 분자(310), 제1 배향 보조제가 광중합하여 형성된 제1 배향 중합체(50a) 및 제2 배향 보조제가 광중합하여 형성된 제2 배향 중합체(60a)를 포함한다.
액정 분자(310)는 음의 유전율 이방성을 가지며, 전기장이 없는 상태에서 그 장축이 두 표시판(100, 200)의 표면에 대하여 거의 수직을 이루도록 배향되어 있다. 본 실시예에서는 수직 배향 성분을 갖는 제1 배향 보조제가 광중합되어 형성된 제1 배향 중합체(50a)가 액정층(3)에 포함되어 있기 때문에 배향막이 없음에도 불구하고 액정 분자(310)가 수직 배향할 수 있다.
본 실시예에서 제1 배향 보조제와 제2 배향 보조제는 서로 다른 파장 영역에서 광반응할 수 있다. 제1 배향 보조제는 가시광 영역에서 광반응하여 경화될 수 있고, 제2 배향 보조제는 자외선 영역에서 광반응하여 경화될 수 있다. 여기서, 가시광 파장 영역은 380nm 내지 770nm일 수 있고, 자외선 파장 영역은 380nm 미만일 수 있다.
본 실시예에서 제1 배향 보조제는 하기 화학식 1 내지 13으로 표현되는 화합물 중 적어도 하나를 포함한다.
Figure 112013039469144-pat00073
Figure 112013039469144-pat00074
Figure 112013039469144-pat00075
화학식 1 화학식2 화학식 3
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화학식 4 화학식 5
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화학식 6 화학식 7
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화학식 8 화학식 9
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화학식 10 화학식 11
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화학식 12 화학식 13
여기서, n은 3 내지 18이다.
본 실시예에서 제1 배향 보조제는 가시광 영역의 광을 흡수하여 경화되어 제1 배향 중합체(50a)를 형성한다. 제1 배향 중합체(50a)는 하부 표시판(100)과 액정층(3)의 경계 부분 또는 상부 표시판(200)과 액정층(3)의 경계 부분에 대응하는 면을 따라 배열되어 실질적으로 수직 배향막과 동일한 역할을 한다. 다시 말해, 제1 배향 중합체(50a)는 액정 분자(310)를 수직 배향시키는 수직 배향 성분일 수 있다.
제1 배향 보조제는 액정 분자(310), 제1 배향 보조제 및 제2 배향 보조제로 이루어진 액정 조성물 내에서 대략 0.5wt% 이상 30wt% 이하의 함량으로 포함될 수 있다.
본 실시예에서 제2 배향 보조제는 하기 화학식 14 내지 18로 표현되는 화합물 중 적어도 하나를 포함한다.
Figure 112013039469144-pat00086
화학식 14
Figure 112013039469144-pat00087
화학식 15
Figure 112013039469144-pat00088
화학식 16
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화학식 17
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화학식 18
여기서, n은 0 내지 5이다.
본 실시예에서 제2 배향 보조제는 광경화하여 선경사를 가지는 제2 배향 중합체(60a)를 형성한다. 따라서, 제2 배향 중합체(60a)는 본 실시예에 따른 액정 표시 장치가 구동할 때 액정 분자(310)의 초기 배향 방향인 선경사를 제어하여 응답 속도를 빠르게 하는 선경사 성분이다. 제2 배향 보조제는 액정 조성물 내에서 0.1wt% 이상 10wt% 이하의 함량으로 포함될 수 있다.
화소 전극(191) 및 공통 전극(270)에 전압이 인가되면, 액정 분자(310)는 화소 전극(191)과 공통 전극(270) 사이에 형성된 전기장에 응답하여 그 장축이 전기장의 방향에 수직한 방향으로 방향을 바꾼다. 액정 분자(310)가 기울어진 정도에 따라 액정층(3)에 입사광의 편광의 변화 정도가 달라지며 이러한 편광의 변화는 편광자에 의하여 투과율 변화로 나타나고 이를 통하여 액정 표시 장치는 영상을 표시한다.
액정 분자(310)가 기울어지는 방향은 화소 전극(191)의 미세 가지(194a, 194b, 194c, 194d)에 의해 결정되며, 액정(310)은 미세 가지(194a, 194b, 194c, 194d)의 길이 방향에 평행한 방향으로 기울어진다. 하나의 화소 전극(191)은 미세 가지(194a, 194b, 194c, 194d)의 길이 방향이 서로 다른 네 개의 부영역(Da, Db, Dc, Dd)을 포함하므로 액정(310)이 기울어지는 방향은 대략 네 방향이며 액정층(3)에는 액정(310)의 배향 방향이 다른 네 개의 도메인(domain)이 형성된다. 이와 같이 액정이 기울어지는 방향을 다양하게 함으로써 액정 표시 장치의 시야각을 개선할 수 있다.
지금까지 설명한 본 실시예에 따른 액정 표시 장치에서 박막 트랜지스터 구조 및 화소 전극 구조에 관한 설명은 측면 시인성을 향상시키기 위한 시인성 구조의 한 예이고, 박막 트랜지스터 구조 및 화소 전극 구조 디자인은 본 실시예에서 설명한 내용에 한정되지 않고, 변형 가능하다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 배향 보조제에 대한 자외선 및 가시광선 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
도 5에서는, 앞에서 설명한 화학식 1로 표현되는 제1 배향 보조제(RM1)와 화학식 5로 표현되는 제2 배향 보조제(RM2)를 실험예로 하여 자외선(UV) 및 가시광선(Vis) 스펙트럼을 측정하였다.
도 5를 참고하면 제1 배향 보조제(RM1)는 대략 380nm 이상의 가시광선 영역의 광을 흡수하고, 제2 배향 보조제(RM2)는 대략 350nm이하의 자외선 영역의 광을 흡수하는 것을 확인할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면 제1 배향 보조제의 물질은 가시광선 영역의 광을 흡수하는 물질로 확장하여 실시 할 수 있고, 제2 배향 보조제의 물질은 자외선 영역의 광을 흡수하는 물질로 확장하여 실시 가능하다. 따라서, 본 실시예에서 가시광 파장 영역은 380nm 내지 770nm일 수 있고, 자외선 파장 영역은 380nm 미만일 수 있다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 배향 보조제에 의해 액정의 수직 배향 및 선경사를 형성하는 방법을 도시한 개략도이다.
이와 관련하여 도 1 내지 도 4와 함께 도 6 내지 도 8을 참고하여 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 4를 참고하면, 먼저 박막 트랜지스터 표시판(100)과 공통 전극 표시판(200)을 각각 제조한다.
하부 표시판(100)은 다음과 같은 방법으로 제조한다.
기판(110) 위에 복수의 박막을 적층 및 패터닝하여 게이트 전극(124a, 124b)을 포함하는 게이트선(121), 게이트 절연막(140), 반도체(154a, 154b), 소스 전극(173a, 173b)을 포함하는 데이터선(171a, 171b), 드레인 전극(175a, 175b) 및 하부 보호막(180p)을 차례로 형성한다.
이어서 하부 보호막(180p) 위에 색필터(230)를 형성하고, 그 위에 차광 부재(220)를 형성한다. 색필터(230) 및 차광 부재(220) 위에 상부 보호막(180q)을 형성한다.
상부 보호막(180q) 위에 ITO 또는 IZO 따위의 도전층을 적층하고 패터닝하여 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이 세로부(192), 가로부(193) 및 이들로부터 뻗어 나온 복수의 미세 가지(194a, 194b, 194c, 194d)를 가지는 화소 전극(191)을 형성한다.
상부 표시판(200)은 다음과 같은 방법으로 제조한다.
기판(210) 위에 공통 전극(270)을 형성한다.
다음으로, 도 6을 참고하면, 상기와 같은 방법으로 제조된 하부 표시판(100)과 상부 표시판(200)을 합착(assembly)하고, 그 사이에 액정 분자(310), 상술한 제1 배향 보조제(50) 및 제2 배향 보조제(60)의 혼합물을 주입하여 액정층(3)을 형성한다. 그러나 액정층(3)은 하부 표시판(100) 또는 상부 표시판(200) 위에 액정 분자(310), 제1 배향 보조제(50) 및 제2 배향 보조제(60)의 혼합물을 적하하는 방식으로 형성할 수도 있다.
도 7을 참고하면, 화소 전극(191)과 공통 전극(270)에 전압을 인가하지 않은 상태에서 광(1)을 조사한다. 이 때의 광(1)은 파장대가 대략 380nm 이상 770nm 이하인 가시광 영역의 광에 해당한다. 여기서, 제1 배향 보조제(50)는 광경화하여 화소 전극(191)과 액정층(3)의 경계 부분 또는 공통 전극(270)과 액정층(3)의 경계 부분에 대응하는 면을 따라 배열된 제1 배향 중합체(50a)를 형성하고, 제1 배향 중합체(50a)는 액정 분자(310)를 수직 배향시키기 위한 네트워크를 형성한다. 이에 따라, 액정 분자(310)는 그 장축이 두 표시판(100, 200)의 표면에 대하여 거의 수직을 이루도록 배향될 수 있다. 이 때, 제2 배향 보조제(60)는 광반응하지 않는 것이 바람직하다.
도 8을 참고하면, 화소 전극(191)과 공통 전극(270)에 전압을 인가한다. 전압 인가에 의해 액정 분자(310) 및 제2 배향 보조제(50)는 화소 전극(191)의 미세 가지(194a-194d)의 길이 방향에 평행한 방향으로 기울어진다. 화소 전극(191) 및 공통 전극(270) 부근에 위치하는 액정 분자(310)는 제1 배향 중합체(50a)에 의해 수직 배향을 유지한다.
이와 같이 화소 전극(191)과 공통 전극(270) 사이에 전압이 인가된 상태에서 광(1)을 조사한다. 이 때의 광(1)은 파장대가 대략 380nm 미만인 자외선 영역의 광에 해당한다. 자외선 영역의 광(1)은 제2 배향 보조제(60)를 중합시켜 제2 배향 중합체(60a)를 형성한다. 이러한 제2 배향 중합체(60a)는 액정 분자(310)의 선경사를 제어할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 액정 조성물에 포함될 수 있는 제1 배향 보조제 및 제2 배향 보조제의 바람직한 함량에 대해 실험예를 통해 설명하기로 한다.
하기 표 1을 참고하면, 실험예 1로써 제2 배향 보조제의 함량을 1.0wt%로 유지한 상태에서 제1 배향 보조제의 함량을 0.5wt%, 1.0wt%, 15wt%, 30wt%로 변화시켜 가면서 응답 속도 및 블랙 특성(블랙 빛샘)을 테스트하였다.
실험예 2로써 제1 배향 보조제의 함량을 15wt%로 유지한 상태에서 제2 배향 보조제의 함량을 0.1wt%, 1.0wt%, 10wt%로 변화시켜 가면서 응답 속도 및 블랙 특성(블랙 빛샘)을 테스트하였다.
실험 결과, 본 실시예의 액정 조성물 내에 제1 배향 보조제의 함량은 0.5wt% 이상 30wt% 이하인 것이 바람직하고, 제2 배향 보조제의 함량은 0.1wt% 이상 10wt% 이하인 것이 바람직함을 확인하였다. 제1 배향 보조제의 경우, 그 함량이 0.5wt% 미만인 경우 빛샘이 발생할 가능성이 높아지고, 30wt% 보다 큰 경우 응답 속도가 저하된다. 제2 배향 보조제의 경우, 그 함량이 0.1wt% 미만인 경우 응답 속도가 저하되며, 10wt%보다 큰 경우 빛샘이 발생할 가능성이 높아진다.
[표 1]
Figure 112013039469144-pat00091
본 발명의 실시예에 따르면 수직 배향 성분에 해당하는 물질과 선경사 성분에 해당하는 물질이 실질적으로 독립적으로 광반응한다. 따라서, 종래에 수직 배향 성분의 무전계 광반응시 선경사 성분에 해당하는 물질까지 일부 광반응하기 때문에 전계 광반응하는 선경사 성분이 부족하게 되는 현상을 방지할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
3: 액정층 50: 제1 배향 보조제
50a: 제1 배향 중합체 60: 제2 배향 보조제
60a: 제2 배향중합체 100, 200: 표시판
110, 210: 절연 기판 121: 게이트선
173: 소스 전극 175: 드레인 전극
191: 화소 전극 220: 차광 부재
230: 색필터 270: 공통 전극
310: 액정 분자

Claims (22)

  1. 액정,
    제1 배향 보조제 그리고
    제2 배향 보조제를 포함하고,
    상기 제1 배향 보조제와 상기 제2 배향 보조제는 서로 다른 파장 영역에서 광반응하고
    상기 제1 배향 보조제는 하기 화학식 1 내지 9, 및 화학식 11 내지 13으로 표현되는 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 액정 조성물:
    Figure 112018094674014-pat00154
    Figure 112018094674014-pat00155
    Figure 112018094674014-pat00156

    화학식 1 화학식2 화학식 3
    Figure 112018094674014-pat00157
    Figure 112018094674014-pat00158

    화학식 4 화학식 5
    Figure 112018094674014-pat00159
    Figure 112018094674014-pat00160

    화학식 6 화학식 7
    Figure 112018094674014-pat00161
    Figure 112018094674014-pat00162

    화학식 8 화학식 9
    Figure 112018094674014-pat00163

    화학식 11
    Figure 112018094674014-pat00164
    Figure 112018094674014-pat00165

    화학식 12 화학식 13
    (n은 3 내지 18이다).
  2. 제1항에서,
    상기 제1 배향 보조제는 가시광 영역에서 광반응하고, 상기 제2 배향 보조제는 자외선 영역에서 광반응하는 액정 조성물.
  3. 제2항에서,
    상기 제1 배향 보조제는 수직 배향 성분이고, 상기 제2 배향 보조제는 선경사 성분인 액정 조성물.
  4. 삭제
  5. 제1항에서,
    상기 제2 배향 보조제는 하기 화학식 14 내지 18로 표현되는 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 액정 조성물:
    Figure 112018094674014-pat00105
    화학식 14
    Figure 112018094674014-pat00106

    화학식 15
    Figure 112018094674014-pat00107
    화학식 16
    Figure 112018094674014-pat00108
    화학식 17
    Figure 112018094674014-pat00109
    화학식 18
    (n은 0 내지 5이다).
  6. 제5항에서,
    상기 제1 배향 보조제의 함량은 상기 액정 조성물 내에서 0.5wt% 이상 30wt% 이하인 액정 조성물.
  7. 제6항에서,
    상기 제2 배향 보조제의 함량은 상기 액정 조성물 내에서 0.1wt% 이상 10wt% 이하인 액정 조성물.
  8. 제1 기판,
    상기 제1 기판과 마주보는 제2 기판 그리고
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 게재되어 있고, 액정, 제1 배향 중합체 및 제2 배향 중합체를 포함하는 액정층을 포함하고,
    상기 제1 배향 중합체는 제1 파장 영역에서 광반응하는 제1 배향 보조제를 광조사하여 형성되고,
    상기 제2 배향 중합체는 제2 파장 영역에서 광반응하는 제2 배향 보조제를 광조사하여 형성되며,
    상기 제1 파장 영역과 상기 제2 파장 영역은 서로 다르며
    상기 제1 배향 보조제는 하기 화학식 1 내지 9, 및 화학식 11 내지 13으로 표현되는 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 액정 표시 장치:
    Figure 112018094674014-pat00166
    Figure 112018094674014-pat00167
    Figure 112018094674014-pat00168

    화학식 1 화학식2 화학식 3
    Figure 112018094674014-pat00169
    Figure 112018094674014-pat00170

    화학식 4 화학식 5
    Figure 112018094674014-pat00171
    Figure 112018094674014-pat00172

    화학식 6 화학식 7
    Figure 112018094674014-pat00173
    Figure 112018094674014-pat00174

    화학식 8 화학식 9
    Figure 112018094674014-pat00175

    화학식 11
    Figure 112018094674014-pat00176
    Figure 112018094674014-pat00177

    화학식 12 화학식 13
    (n은 3 내지 18이다).
  9. 제8항에서,
    상기 제1 파장 영역은 가시광 영역이고, 상기 제2 파장 영역은 자외선 영역인 액정 표시 장치.
  10. 제9항에서,
    상기 제1 배향 중합체는 수직 배향 성분이고, 상기 제2 배향 중합체는 선경사 성분인 액정 표시 장치.
  11. 삭제
  12. 제8항에서,
    상기 제2 배향 보조제는 하기 화학식 14 내지 18로 표현되는 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 액정 표시 장치:
    Figure 112018094674014-pat00123
    화학식 14
    Figure 112018094674014-pat00124

    화학식 15
    Figure 112018094674014-pat00125
    화학식 16
    Figure 112018094674014-pat00126
    화학식 17
    Figure 112018094674014-pat00127
    화학식 18
    (n은 0 내지 5이다).
  13. 제12항에서,
    상기 제1 배향 보조제의 함량은 상기 액정, 상기 제1 배향 보조제 및 상기 제2 배향 보조제를 포함하는 액정 조성물 내에서 0.5wt% 이상 30wt% 이하인 액정 표시 장치.
  14. 제13항에서,
    상기 제2 배향 보조제의 함량은 상기 액정 조성물 내에서 0.1wt% 이상 10wt% 이하인 액정 표시 장치.
  15. 제1 기판 및 상기 제1 기판과 마주보는 제2 기판 중 적어도 하나 위에 전기장 생성 전극을 형성하는 단계,
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 액정, 제1 배향 보조제 및 제2 배향 보조제를 포함하는 액정층을 형성하는 단계,
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 제1 파장 영역의 광을 조사하여 제1 배향 중합체를 형성하는 단계,
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 전계를 형성하는 단계 그리고
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 제2 파장 영역의 광을 조사하여 제2 배향 중합체를 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 파장 영역과 상기 제2 파장 영역은 서로 다르고,
    상기 제1 배향 보조제는 하기 화학식 1 내지 9, 및 화학식 11 내지 13으로 표현되는 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법:
    Figure 112018094674014-pat00178
    Figure 112018094674014-pat00179
    Figure 112018094674014-pat00180

    화학식 1 화학식2 화학식 3
    Figure 112018094674014-pat00181
    Figure 112018094674014-pat00182

    화학식 4 화학식 5
    Figure 112018094674014-pat00183
    Figure 112018094674014-pat00184

    화학식 6 화학식 7
    Figure 112018094674014-pat00185
    Figure 112018094674014-pat00186

    화학식 8 화학식 9
    Figure 112018094674014-pat00187

    화학식 11
    Figure 112018094674014-pat00188
    Figure 112018094674014-pat00189

    화학식 12 화학식 13
    (n은 3 내지 18이다).
  16. 제15항에서,
    상기 제1 파장 영역은 가시광 영역이고, 상기 제2 파장 영역은 자외선 영역인 액정 표시 장치의 제조 방법.
  17. 제16항에서,
    상기 제1 배향 중합체는 수직 배향 성분이고, 상기 제2 배향 중합체는 선경사 성분인 액정 표시 장치의 제조 방법.
  18. 삭제
  19. 제15항에서,
    상기 제2 배향 보조제는 하기 화학식 14 내지 18로 표현되는 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법:
    Figure 112018094674014-pat00141
    화학식 14
    Figure 112018094674014-pat00142

    화학식 15
    Figure 112018094674014-pat00143
    화학식 16
    Figure 112018094674014-pat00144
    화학식 17
    Figure 112018094674014-pat00145
    화학식 18
    (n은 0 내지 5이다).
  20. 제19항에서,
    상기 제1 배향 보조제의 함량은 액정 조성물 내에서 0.5wt% 이상 30wt% 이하인 액정 표시 장치의 제조 방법.
  21. 제20항에서,
    상기 제2 배향 보조제의 함량은 상기 액정 조성물 내에서 0.1wt% 이상 10wt% 이하인 액정 표시 장치의 제조 방법.
  22. 제15항에서,
    상기 제1 배향 중합체를 형성하는 단계는 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 전계를 형성하지 않은 상태에서 수행하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
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