KR101996503B1

KR101996503B1 - 액정표시장치 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101996503B1
Application number: KR1020120038674A
Authority: KR
Inventors: 임용운
Original assignee: 삼성디스플레이 주식회사
Priority date: 2012-04-13
Filing date: 2012-04-13
Publication date: 2019-07-05
Also published as: KR20130115897A; US9091887B2; US20130271686A1

Abstract

액정표시장치는 제1 배향 기저막이 배치된 제1 기판, 상기 제1 기판에 마주하며 제2 배향 기저막이 배치된 제2 기판 및 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 수직배향된 강유전성 액정들을 포함한다. 제1 배향 조절물질은 상기 제1 배향 기저막에 결합되고 상기 제1 배향 기저막보다 긴 측쇄를 구비한다. 상기 제2 배향 조절물질은 상기 제2 배향 기저막에 결합되고 상기 제2 배향 기저막보다 긴 측쇄를 구비한다. 상기 제1 배향 조절물질과 상기 제2 배향 조절물질에 의해 상기 강유전성 액정들은 프리-틸트되고, 그에 따라 투과율이 향상된다. 상기 강유전성 액정들이 프리-틸트됨으로써 셀갭이 작아지고, 낮은 전압으로 고속 구동이 가능하다.

Description

액정표시장치 및 그 제조방법{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE AND METHODS FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 액정표시장치 및 그 제조방법에 관한 것으로, 좀 더 상세히는 강유전성 모드의 액정표시장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 액정표시장치는 액정들의 전기 광학 효과를 이용한다. 상기 액정표시장치는 한 쌍의 기판들, 상기 한 쌍의 기판 사이에 배치된 액정들을 포함한다. 상기 한 쌍의 기판들의 외면들에는 한 쌍의 편광판들이 부착되어 있다.

상기 액정표시장치는 액정들의 종류와 액정층의 배향 방법 등에 따라 비틀린 네마틱 모드, 수평 전극 스위칭 모드, 수직 배향 모드, 강유전성 모드 등으로 구분된다.

강유전성 모드의 액정표시장치는 강유전성 액정들을 포함한다. 강유전성 액정들은 분극 모멘트와 전기장의 극성 상호작용에 기인하여 응답시간이 짧다.

그러나, 상기 강유전성 액정들은 상기 한 쌍의 기판들의 표면 특성에 민감하기 때문에, 상기 강유전성 액정들의 배향 상태가 불안정하다. 상기 강유전성 액정들의 배향이 불안정하면 상기 강유전성 모드의 액정표시장치의 명암비(Contrast Ratio)가 떨어진다. 또한, 상기 강유전성 모드의 액정표시장치는 다른 모드의 액정표시장치들에 비해 투과율이 낮다.

본 발명은 배향이 안정된 강유전성 액정들을 구비며, 투과율이 향상된 액정표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 액정표시장치의 제조방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시장치는 화소를 구비한 제1 기판, 상기 제1 기판에 마주하는 제2 기판 및 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 개재된 액정층을 포함한다.

상기 제1 기판 상에 제1 배향막이 배치된다. 상기 제1 배향막은 제1 배향 기저막 및 상기 제1 배향 기저막에 결합되고 상기 제1 배향 기저막보다 긴 측쇄를 구비한 제1 배향 조절물질을 포함한다. 또한, 상기 제2 기판 상에 제2 배향막이 배치된다. 상기 제2 배향막은 제2 배향 기저막 및 상기 제2 배향 기저막에 결합되고 상기 제2 배향 기저막보다 긴 측쇄를 구비한 제2 배향 조절물질을 포함한다.

상기 액정층은 나선을 이루며 수직 배향된 강유전성 액정들을 포함한다. 상기 액정층은 하기 화학식 1로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나의 제1 액정 60 내지 80 중량부 및 하기 화학식 2로 이루어진 제2 액정 40 내지 20 중량부를 포함할 수 있다. 여기서, R₁ 및 R₂ 각각은 탄소수가 5 내지 10인 알킬기이다.

[화학식 1]

[화학식 2]

상기 제1 배향 기저막은 제1 러빙축을 포함하고, 상기 제2 배향 기저막은 상기 제1 러빙축과 반대 방향을 지시하는 제2 러빙축을 포함할 수 있다.

상기 강유전성 액정들 중 상기 제1 배향 조절물질 또는 상기 제2 배향 조절물질에 의해 프리-틸트된 액정과 상기 나선의 회전축이 이루는 사이각은 35 내지 40도이다.

상기 제1 배향 조절물질 및 상기 제2 배향 조절물질은 광중합된 리액티브 메조겐일 수 있다. 상기 제1 배향 기저막 및 상기 제2 배향 기저막은 수직배향 물질을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시장치의 제조방법은 화소를 구비한 제1 기판 상에 제1 배향 기저막을 형성하는 단계, 제2 기판 상에 제2 배향 기저막을 형성하는 단계, 배향 조절물질 및 강유전성 액정들을 포함하는 액정층을 사이에 두고 상기 제1 기판과 제2 기판을 합착하는 단계, 상기 화소에 전압을 인가하여 상기 액정층에 전계를 형성하는 단계 및 상기 배향 조절물질이 광중합되도록 상기 액정층에 광을 조사하는 단계를 포함한다.

상기 광중합된 배향 조절물질 중 일부는 상기 제1 배향 기저막에 결합되어 제1 배향 조절물질을 이루고, 상기 광중합된 배향 조절물질 중 다른 일부는 상기 제2 배향 기저막에 결합되어 제2 배향 조절물질을 이룬다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 액정표시장치의 제조방법은 화소를 구비한 제1 기판 상에 제1 배향 조절물질을 포함하는 제1 배향 기저막을 형성하는 단계, 제2 기판 상에 제2 배향 조절물질을 포함하는 제2 배향 기저막을 형성하는 단계, 강유전성 액정들을 포함하는 액정층을 사이에 두고 상기 제1 기판과 제2 기판을 합착하는 단계, 상기 화소에 전압을 인가하여 상기 액정층에 전계를 형성하는 단계 및 상기 제1 배향 조절물질 및 상기 제2 배향 조절물질이 광중합되도록 상기 액정층에 광을 조사하는 단계를 포함한다.

상기 액정층에 전계를 형성하는 단계와 상기 액정층에 광을 조사하는 단계에서 상기 강유전성 액정들은 네마틱 상을 가질 수 있다.

상술한 바에 따른 액정표시장치는 상기 강유전성 액정들이 수직배향됨으로써 배향안정성이 향상된다. 그에 따라 상기 액정표시장치는 블랙에 가까운 저계조 영상을 표시할 수 있고, 명암비가 향상된다.

또한, 상기 배향 조절물질이 상기 강유전성 액정들을 프리-틸트 시킴으로써 상기 강유전성 액정들의 콘각(cone-angle)이 커진다. 그에 따라 강유전성 액정들의 겉보기 콘각(apparent cone-angle)이 커지고, 화소의 투과율이 향상된다. 또한, 상기 강유전성 액정들이 프리-틸트됨으로써 셀갭을 감소시킬 수 있고, 낮은 전압으로 고속 구동이 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시장치의 블럭도이다.
도 2는 도 1에 도시된 화소영역의 단면도이다.
도 3a 및 도 3b는 전계에 따라 변화되는 강유전성 액정들의 배열을 도시한 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 도 3a 및 도 3b에 도시된 강유전성 액정들을 나선축에서 바라본 평면도이다.
도 4c는 도 3b에 도시된 강유전성 액정들 중 일부의 액정들의 콘각들을 도시한 도면이다.
도 5는 도 1에 도시된 화소영역들에 구비된 화소의 평면도이다.
도 6은 도 5에 도시된 화소의 일부분의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시장치의 제조방법을 나타낸 흐름도이다.
도 8a 내지 도 8e는 도 7에 도시된 액정표시장치의 제조방법에 따른 단면도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정표시장치의 제조방법을 나타낸 흐름도이다.
도 10a 내지 도 10e는 도 9에 도시된 액정표시장치의 제조방법에 따른 단면도이다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시장치의 블럭도이고, 도 2는 도 1에 도시된 화소영역의 단면도이다. 도 1에 도시된 화소영역들(PXA₁₁~PXA_nm)의 단면은 도 2에 도시된 화소영역(PXA₁₁)의 단면과 동일하다.

도 1에 도시된 것과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시장치는 타이밍 컨트롤러(100), 게이트 구동부(200), 데이터 구동부(300), 및 표시패널(DP)을 포함한다.

상기 타이밍 컨트롤러(100)는 입력 영상신호(R,G,B)를 수신하고, 상기 입력 영상신호(R,G,B)를 상기 표시패널(DP)의 동작조건에 부합하게 영상데이터(R',G',B')로 변환한다. 또한, 타이밍 컨트롤러(100)는 각종 제어신호(CS), 예를 들면 수직동기신호, 수평동기신호, 메인클럭, 데이터 인에이블신호 등을 입력받고, 제1, 및 제2 제어신호들(CONT1, CONT2)을 출력한다.

상기 게이트 구동부(200)는 상기 제1 제어신호(CONT1)에 응답하여 게이트 라인들(GL₁~GL_n)에 게이트 신호들을 출력한다. 상기 제1 제어신호(CONT1)는 상기 게이트 구동부(200)의 동작을 개시하는 수직개시신호, 게이트 전압의 출력 시기를 결정하는 게이트 클럭신호 및 게이트 전압의 온 펄스폭을 결정하는 출력 인에이블 신호 등을 포함한다.

상기 데이터 구동부(300)는 상기 제2 제어신호(CONT2) 및 상기 영상데이터(R',G',B')를 수신한다. 상기 제2 제어신호(CONT2)는 상기 데이터 구동부(300)의 동작을 개시하는 수평개시신호, 데이터 전압의 극성을 반전시키는 반전신호 및 상기 데이터 구동부(300)로부터 상기 데이터 전압이 출력되는 시기를 결정하는 출력지시신호 등을 포함한다. 상기 데이터 구동부(300)는 상기 영상데이터(R',G',B')를 상기 데이터 전압으로 변환하여 데이터 라인들(DL₁~DL_m)에 출력한다.

상기 표시패널(DP)은 복수 개의 화소영역(PXA₁₁~PXA_nm)을 포함한다. 상기 화소영역들(PXA₁₁~PXA_nm) 각각은 화소(PX)를 구비한다. 상기 화소(PX)는 상기 게이트 라인들(GL₁~GL_n) 중 하나와 상기 데이터 라인들(DL₁~DL_m) 중 하나에 전기적으로 연결된다.

한편, 도시되지는 않았으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시장치는 상기 표시패널(DP)을 사이에 두고 배치된 제1 편광판과 제2 편광판을 구비한다. 상기 제1 편광판의 투과축과 상기 제2 편광판의 투과축은 실질적으로 직교한다. 백라이트로부터 제공된 광이 상기 복수 개의 화소영역들(PXA₁₁~PXA_nm)에 입사될 때, 상기 복수 개의 화소영역들(PXA₁₁~PXA_nm)은 선택적으로 온-오프 된다. 그에 따라 상기 표시패널(DP)은 영상을 생성한다.

도 2에 도시된 것과 같이, 상기 표시패널(DP)은 제1 기판(SUB1), 상기 제1 기판(SUB1)에 마주하는 제2 기판(SUB2) 및 상기 제1 기판(SUB1)과 상기 제2 기판(SUB2) 사이에 구비된 액정층(LCL)을 포함한다.

상기 액정층(LCL)은 강유전성 액정들을 포함한다. 상기 강유전성 액정들은 온도에 따른 상 변화 과정에서 카이럴 스메틱 C 상을 갖는 액정이다.

상기 액정층(LCL)은 하기 화학식 1로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나의 제1 액정을 포함하고, 하기 화학식 2로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나의 제2 액정을 포함할 수 있다. 상기 제2 액정은 카이럴 성분을 갖는다.

[화학식 1]

[화학식 2]

60 내지 80 중량부의 상기 제1 액정에 대해 상기 제2 액정은 40 내지 20 중량부를 갖는다. 상기 화학식 1에서 상기 R₁ 및 상기 R₂ 각각은 탄소수가 5 내지 10인 알킬기이다.

상기 제1 액정과 상기 제2 액정을 포함하는 액정층(LCL)의 등방상-네마틱상 전이온도는 70.5 도이고, 네마틱상-스메틱 A상 전이온도는 63.3 도이고, 스메틱 A상- 카이럴 스메틱 상 전이온도는 60.7 도이다. 상기 제1 액정과 상기 제2 액정을 포함하는 강유전성 액정들의 콘 각도(cone angle)는 약 56 도이고, 겉보기 콘 각도는 15도 이하이다. 또한, 분극 모멘트는 25 nC/㎠이며 피치는 1.5㎛이다.

상기 제1 기판(SUB1) 상에 구비된 제1 절연층(10) 상에 제1 전극(PE)과 제2 전극(CE)이 배치된다. 상기 제1 전극(PE)과 상기 제2 전극(CE)은 서로 다른 레벨의 전압을 수신한다. 그에 따라 상기 제1 전극(PE)과 상기 제2 전극(CE) 사이에 수평전계가 형성된다. 본 실시예에서, 상기 제1 전극(PE)은 화소전압을 수신하는 화소전극으로 정의되고, 상기 제2 전극(CE)은 기준전압을 수신하는 공통전극으로 정의된다.

상기 제1 절연층(10) 상에 상기 화소전극(PE)와 상기 공통전극(CE)을 커버하는 제2 절연층(20)이 배치된다. 도 2에 상세히 도시되지는 않았으나, 상기 제1 절연층(10)과 상기 제2 절연층(20) 각각은 복수 개의 박막들로 구성될 수 있다.

상기 제2 절연층(20) 상에 제1 배향막(30)이 배치된다. 상기 제1 배향막(30)은 제1 배향 기저막(32) 및 상기 제1 배향 기저막(32)에 결합된 제1 배향 조절물질(34)을 포함한다.

상기 제1 배향 기저막(32)은 탄화수소로 이루어진 측쇄(side chain, 이하 제1 측쇄(미도시))를 갖는 수직 배향물질을 포함할 수 있다. 또한, 상기 제1 배향 기저막(32)은 광배향 물질을 포함할 수 있다. 상기 광배향 물질은 광에 대한 반응의 종류에 따라 광분해 물질, 광이성화 물질, 광경화 물질 및 광중합 물질 등으로 나눌 수 있다.

상기 제1 배향 기저막(32)은 제1 러빙축을 가질 수 있다. 상기 제1 러빙축은 상기 제1 배향 기저막(32)을 제1 방향(D1)으로 러빙하였을 때 나타나는 가상의 축으로 정의된다. 상기 제1 배향 기저막(32)의 상기 제1 측쇄는 상기 제1 방향(D1)으로 프리-틸트 될 수 있다.

상기 제1 배향 조절물질(34)은 리액티브 메조겐을 포함한다. 상기 리액티브 메조겐은 중합성 메조겐성 화합물을 의미한다. "메조겐성 화합물" 또는 "메조겐성 물질"은 하나 이상의 막대 모양, 판 모양 또는 디스크 모양 메조겐성 기능기, 즉 액정상 거동을 유도하는 기능기를 포함하는 물질 또는 화합물을 포함한다.

상기 제1 배향 조절물질(34)은 상기 제1 배향 기저막(32)에 결합하여 상기 제1 배향 기저막(32)의 다른 측쇄(이하 제2 측쇄)를 이룬다. 상기 제1 배향 조절물질(34)은 자외선(UV)에 의해 광중합되어 상기 제1 배향 기저막(32)에 결합될 수 있다.

상기 제1 배향 조절물질(34)로 이루어진 상기 제2 측쇄는 상기 제1 배향 기저막(32)의 상기 제1 측쇄보다 길다. 또한, 상기 제2 측쇄는 상기 제1 기판(SUB1)과 소정의 각도를 이룬다. 상기 제2 측쇄는 상기 강유전성 액정들 중 상기 제1 기판(SUB1)에 인접한 액정을 프리-틸트 시킨다.

상기 제2 기판(SUB2) 상에 제2 배향막(40)이 배치된다. 상기 제2 배향막(30)은 제2 배향 기저막(42) 및 상기 제2 배향 기저막(42)에 결합된 제2 배향 조절물질(44)을 포함한다.

상기 제2 배향 기저막(42) 및 상기 제2 배향 조절물질(44)은 상기 제1 배향 기저막(32) 및 상기 제1 배향 조절물질(34)과 각각 동일한 물질로 이루어진다. 상기 제2 배향 기저막(42) 역시 제1 측쇄(미도시)를 갖는다.

상기 제2 배향 기저막(42)은 상기 제1 러빙축과 다른 제2 러빙축을 가질 수 있고, 상기 제2 러빙축은 상기 제1 러빙축과 반대방향(예컨대 오른쪽에서 왼쪽으로)으로 러빙되어 정의된 가상의 축일 수 있다.

상기 제2 배향 조절물질(44)은 상기 제2 배향 기저막(42)에 결합하여 상기 제2 배향 기저막(42)의 다른 측쇄(이하, 제3 측쇄)를 이룬다. 상기 제2 배향 조절물질(44)로 이루어진 제3 측쇄는 상기 강유전성 액정들 중 상기 제2 기판(SUB2)에 인접한 액정을 프리-틸트 시킨다.

한편, 상기 제2 기판(SUB2) 상에는 컬러필터가 구비될 수 있다. 상기 컬러필터는 상기 제2 기판(SUB2)의 일면과 상기 제2 배향 기저막(42) 사이에 형성될 수 있다. 또한, 상기 화소영역들(PXA₁₁~PXA_nm: 도 1 참조) 중 일부는 레드의 컬러필터를, 다른 일부는 그린의 컬러필터를, 나머지 일부는 블루의 컬러필터를 포함할 수 있다.

도 3a 및 도 3b는 전계에 따라 변화되는 강유전성 액정들의 배열을 도시한 도면이다. 상기 제1 기판(SUB1)과 상기 제2 기판(SUB2) 사이에 배치된 강유전성 액정들은 상기 제1 배향막(30)과 상기 제2 배향막(40) 사이에 나선을 이루며 수직 배향된다. 상기 강유전성 액정들 중 360도 회전하여 나선을 이루는 액정들은 하나의 피치를 이룬다. 한편, 도 3a 및 도 3b는 상기 강유전성 액정들이 이루는 나선의 반 피치에 대응하는 액정들을 도시하였다.

도 3a에 도시된 것과 같이, 전계가 형성되지 않았을 때, 상기 강유전성 액정들은 층에서 층으로 가면서 원추상을 따라 연속적으로 회전하여 나선을 이룬다. 상기 강유전성 액정들이 나선을 이룰 때, 상기 화소영역(PXA₁₁)은 저계조 영상을 표시한다. 수직 배향된 강유전성 액정들은 수평 배향된 강유전성 액정들보다 배향 안정성이 높기 때문에 블랙에 가까운 저계조 영상을 표시할 수 있다.

도 3b에 도시된 것과 같이, 전계가 형성된 때, 각각의 분극 모멘트와 전기장 사이의 극성 상호작용에 의해 상기 강유전성 액정들의 나선이 풀린다. 상기 강유전성 액정들은 나선의 회전축(RL)에 대해 소정의 각도로 기울어진다. 그에 따라 상기 액정층(LCL)을 통과하는 광은 산란되고, 상기 화소영역(PXA₁₁)은 고계조 영상을 표시한다.

상기 제1 배향 조절물질(34)은 상기 제1 기판(SUB1)에 인접한 액정의 상기 회전축(RL)에 대한 경사각을 증가시키고, 상기 제2 배향 조절물질(44)은 상기 제2 기판(SUB2)에 인접한 액정의 상기 회전축(RL)에 대한 경사각을 증가시킨다. 따라서, 상기 강유전성 액정들의 콘각이 증가하고, 상기 화소(PX)의 투과율이 향상된다.

도 4a 내지 도 4c를 참조하여 좀 더 상세히 검토한다. 도 4a 및 도 4b는 도 3a 및 도 3b에 도시된 강유전성 액정들을 나선축에서 바라본 평면도이다. 도 4c는 도 3b에 도시된 강유전성 액정들 중 일부의 액정들의 콘각들을 도시한 도면이다.

도 4a 내지 도 4c에 도시된 제1 강유전성 액정(LC1)은 상기 제1 배향막(30: 도 3a 및 도 3b 참조)에 인접한 액정이고, 제2 강유전성 액정(LC2)은 상기 제2 배향막(40: 도 3a 및 도 3b 참조)에 인접한 액정이다.

도 4a에 도시된 것과 같이, 전계가 형성되지 않은 때, 상기 제1 강유전성 액정(LC1)과 상기 제2 강유전성 액정(LC2)은 평면상에서 180도의 사이각을 이룬다. 도 4b에 도시된 것과 같이, 전계가 형성된 때 상기 제1 강유전성 액정(LC1)과 상기 제2 강유전성 액정(LC2)은 평면상에서 0도의 사이각을 이룬다.

도 4c에 도시된 것과 같이, 전계가 형성된 때, 상기 제1 강유전성 액정(LC1)과 상기 제2 강유전성 액정(LC2)은 상기 회전축(RL)에 대해 기울어진다. 상기 제1 강유전성 액정(LC1) 및 상기 제2 강유전성 액정(LC2)은 상기 회전축(RL)에 대해 약 35 내지 40 도의 사이각(θ)을 이룬다. 여기서, 상기 사이각(θ)의 2배가 콘각(2θ: cone angle)으로 정의된다.

상기 화학식 1 및 화학식 2의 액정들을 포함하는 강유전성 액정들의 고유 콘각이 약 56 도임에 비해, 상기 제1 배향 조절물질과 상기 제2 배향 조절물질에 의해 프리-틸트된 상기 강유전성 액정들은 그보다 큰 70 내지 80의 콘각을 갖는다. 그에 따라 상기 화소(PX)의 투과율이 향상된다.

상기 액정표시장치가 동작함에 있어서, 상기 제1 강유전성 액정(LC1) 및 상기 제2 강유전성 액정(LC2)은 상기 회전축(RL)과 겉보기 콘각(θ_A)을 이룬다. 상기 겉보기 콘각(θ_A)은 상기 사이각(θ)보다 작다. 본 실시예에서 상기 겉보기 콘각(θ_A)은 약 20 내지 25도이다. 즉, 본 실시예에 따른 액정표시장치는 상기 제1 배향 조절물질(34)과 상기 제2 배향 조절물질(44)을 포함함으로써 상기 화학식 1 및 화학식 2의 액정들을 포함하는 액정층(LCL)의 고유의 겉보기 콘각보다 큰 겉보기 콘각(θ_A)을 갖는다.

액정층(LCL)의 굴절률은 복굴절률과 셀갭의 곱에 의해 결정된다. 상기 겉보기 콘각(θ_A)의 정사영된 값이 액정층(LCL)의 복굴절률을 결정한다. 상술한 것과 같이 상기 겉보기 콘각(θ_A)이 증가하면 작은 셀갭으로도 동일한 굴절률을 얻을 수 있다.

상기 콘각(2θ)이 56도에서 70~80도로 향상될 경우 상기 겉보기 콘각(θ_A)이 10-15도에서 20-25도로 향상되면, 표시패널의 셀갭은 기존 대비 75 내지 40%까지 작아진다. 여기서 셀갭은 제1 배향막(30)과 제2 배향막(40) 사이의 거리로 정의된다. 셀갭이 감소함으로써, 낮은 구동전압으로 상기 액정층(LCL)에 전계를 형성할 수 있다. 그에 따라 소비전력이 감소하고, 고속 구동이 가능하다.

도 5는 도 1에 도시된 화소영역들에 구비된 화소의 평면도이고, 도 6은 도 5에 도시된 화소의 일부분의 단면도이다. 도 5 및 도 6에 도시된 것과 같이, 상기 화소(PX)는 제1 기판(SUB1) 상에 구비되고, 박막 트랜지스터(TR), 화소전극(PE), 및 공통전극(CE)을 포함한다.

도 5에 도시된 것과 같이, 상기 박막 트랜지스터(TR)는 게이트 전극(GE), 반도체층(AL), 소스 전극(SE), 및 드레인 전극(DE)을 포함한다.

상기 게이트 전극(GE)은 상기 복수 개의 게이트 라인들(GL₁~GL_n) 중 어느 하나의 게이트 라인(GL_i)으로부터 분기되고, 상기 소스 전극(SE)은 상기 복수 개의 데이터 라인들(DL₁~DL_m) 중 어느 하나의 데이터 라인(DL_j)으로부터 분기된다. 상기 드레인 전극(DE)은 상기 소스 전극(SE)과 이격되어 배치되고 상기 화소전극(PE)에 연결된다.

상기 박막 트랜지스터(TR)는 상기 어느 하나의 게이트 라인(GL_i)에 인가된 게이트 신호에 응답하여 어느 하나의 데이터 라인(DL_j)에 인가된 데이터 전압을 상기 화소전극(PE)에 출력한다.

상기 화소전극(PE)은 복수 개의 제1 가지부들(BP1) 및 상기 제1 가지부들(BP1)의 일단들을 연결하는 제1 연결부(CP1)를 포함한다. 상기 제1 연결부(CP1)는 제1 컨택홀(CH1)을 통해 상기 박막 트랜지스터(TR)에 연결된다.

상기 공통전극(CE)은 복수 개의 제2 가지부들(BP2) 및 상기 제2 가지부들(BP2)의 일단들을 연결하는 제2 연결부(CP2)를 포함한다. 상기 제2 연결부(CP2)는 제2 컨택홀(CH2)을 통해 공통라인(CL)에 연결된다. 상기 제2 가지부들(BP2)은 상기 제1 가지부들(BP1)과 이격되고 교번하게 배치된다.

평면상에서 상기 화소전극(PE)을 중심으로 하측과 상측에 상기 어느 하나의 게이트 라인(GL_i)과 상기 공통라인(CL)이 각각 배치된다. 또한, 평면상에서 상기 화소전극(PE)을 중심으로 좌측과 우측에 상기 어느 하나의 데이터 라인(DL_j)과 다른 하나의 데이터 라인(DL_j ₊₁)이 각각 배치된다.

도 6에 도시된 것과 같이, 상기 제1 기판(SUB1)의 일면 상에 상기 게이트 전극(GE) 및 상기 공통라인(CL)이 배치된다. 제1 절연 박막(12)이 상기 게이트 전극(GE) 및 상기 공통라인(CL)을 커버한다.

상기 제1 절연 박막(12) 상에 상기 게이트 전극(GE)과 중첩하는 상기 반도체층(AL)이 배치된다. 상기 제1 절연 박막(12) 상에 상기 드레인 전극(DE)과 상기 소스 전극(SE)이 배치된다. 상기 드레인 전극(DE)과 상기 소스 전극(SE) 각각은 상기 반도체층(AL)과 적어도 일부가 중첩한다.

상기 제1 절연 박막(12) 상에 상기 반도체층(AL), 상기 드레인 전극(DE), 및 상기 소스 전극(SE)을 커버하는 제2 절연 박막(14)이 배치된다. 상기 제2 절연 박막(14) 상에 상기 화소전극(PE)과 상기 공통전극(CE)이 배치된다. 상기 화소전극(PE)은 상기 제2 절연 박막(14)을 관통하는 상기 제1 컨택홀(CH1)을 통해 상기 드레인 전극(DE)에 연결된다. 상기 공통전극(CE)은 상기 제1 절연 박막(12)과 상기 제2 절연 박막(14)을 관통하는 상기 제2 컨택홀(CH2)을 통해 상기 공통라인(CL)에 연결된다.

상기 제2 절연 박막(14) 상에 상기 공통전극(CE)을 커버하는 제3 절연 박막(20L 도 2의 제2 절연층)이 배치된다. 상기 제3 절연 박막(20) 상에 상기 제1 배향막(30)이 배치된다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시장치의 제조방법을 나타낸 흐름도이다. 도 8a 내지 도 8e는 도 7에 도시된 액정표시장치의 제조방법에 따른 단면도이다. 이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명한 구성과 동일한 구성에 대해 동일한 참조부호를 부여한다.

먼저, 제1 기판(SUB1)에 제1 배향 기저막(32)을 형성한다(S110). 도 8a에 도시된 것과 같이, 제3 절연 박막(20) 상에 수직 배향물질을 잉크젯 또는 롤 프린팅 등과 같은 방법으로 도포한다. 상기 제1 배향 기저막(32)을 형성한 후, 상기 제1 배향 기저막(32)을 제1 방향(D1)으로 러빙할 수도 있다.

또한, 제2 기판(SUB2)에 제2 배향 기저막(42)을 형성한다(S120). 도 8b에 도시된 것과 같이, 상기 제2 기판(SUB2)의 일면 상에 수직 배향물질을 잉크젯 또는 롤 프린팅 등과 같은 방법으로 도포한다. 상기 제2 배향 기저막(42)을 형성한 후 상기 제2 배향 기저막(42)을 상기 제1 방향(D1)으로 러빙할 수도 있다.

한편, 상기 제1 기판(SUB1) 상에 상기 제1 배향 기저막(32)을 형성하는 공정과 상기 제2 기판(SUB2) 상에 상기 제2 배향 기저막(42)을 형성하는 공정은 독립적으로 수행될 수 있다. 본 실시예에 따른 액정표시장치의 제조방법에서 상기 공정들의 선후 관계는 제한되지 않는다.

다음, 배향 조절물질(4)을 포함하는 액정층(LCL)을 사이에 두고 상기 제1 기판(SUB1)과 상기 제2 기판(SUB2)을 합착한다(S130). 도 8c에 도시된 것과 같이, 상기 액정층(LCL)은 상기 제1 기판(SUB1)과 상기 제2 기판(SUB2)의 엣지영역들에 배치된 밀봉재(미도시)에 의해 상기 제1 기판(SUB1)과 상기 제2 기판(SUB2) 사이에 밀봉된다. 또한, 상기 밀봉재는 상기 제1 기판(SUB1)과 상기 제2 기판(SUB2)을 결합한다.

상기 제1 기판(SUB1)과 상기 제2 기판(SUB2)이 마주하며 합착되므로 상기 제1 배향 기저막(32)과 상기 제2 배향 기저막(42)은 서로 반대방향의 러빙축을 갖는다.

다음, 상기 액정층(LCL)에 전계를 인가한다(S140). 상기 화소전극(PE)에 제1 레벨의 전압을 인가하고, 공통전극(CE)에 상기 제1 레벨보다 낮은 제2 레벨의 전압을 인가한다. 도 8d에 도시된 것과 같이, 상기 액정층(LCL)에 전계가 형성되면, 상기 강유전성 액정들의 나선은 풀린다.

그 후, 상기 전계가 형성된 상태에서 상기 액정층(LCL)에 자외선(UV)을 조사한다(S150). 도 8d에 도시된 것과 같이, 상기 배향 조절물질(4)의 광중합이 개시된다.

도 8e에 도시된 것과 같이, 상기 배향 조절물질(4)의 광중합이 종료되면, 상기 배향 조절물질(4) 중 일부는 상기 제1 배향 기저막(32)에 결합하여 제1 배향 조절물질(34)을 이룬다. 상기 배향 조절물질(4) 중 다른 일부는 상기 제2 배향 기저막(42)에 결합하여 제2 배향 조절물질(44)을 이룬다.

상기 제1 배향 기저막(32)에 결합된 상기 제1 배향 조절물질(34)은 상기 제1 기판(SUB1)에 인접한 액정을 프리-틸트 시키고, 상기 제2 배향 기저막(42)에 결합된 상기 제2 배향 조절물질(44)은 상기 제2 기판(SUB2)에 인접한 액정을 프리-틸트 시킨다.

상기 액정층(LCL)에 형성되었던 전계가 제거되면, 상기 강유전성 액정들은 나선을 이루며 재배열된다.

본 실시예에서, 상기 액정층(LCL)에 전계가 형성되었을 때, 강유전성 액정들은 네마틱상을 갖는 것을 바람직하다. 예컨대, 상술한 화학식 1에 따른 제1 액정 및 화학식 2에 따른 제2 액정을 포함하는 액정표시장치를 제조함에 있어서, 상기 액정층(LCL)에 전계를 인가하는 공정과 상기 액정층(LCL)에 자외선(UV)을 조사하는 공정은 약 64 도 내지 70 도에서 진행된다.

상기 강유전성 액정들은 고온에서 저온으로 갈수록 등방상, 네마틱상, 카이럴 스메틱상으로 변한다. 네마틱상의 강유전성 액정들은 다른 상들에 비해 특정한 방향으로 정렬되기 쉽다. 한편, 상기 강유전성 액정들의 상 전이온도는 상기 액정층(LCL)을 이루는 조성물질들의 종류, 조성물질들의 조성비에 따라 조금씩 상이할 수 있다.

따라서, 상기 액정층(LCL)에 전계가 형성된 이후에 상기 강유전성 액정들이 상기 네마틱상을 가짐으로써 상기 제1 강유전성 액정(LC1: 도 4c 참조) 및 상기 제2 강유전성 액정(LC2: 도 4c 참조)은 상기 제1 배향 조절물질(34) 및 상기 제2 배향 조절물질(44)이 유도하는 방향으로 프리-틸트되기 쉽다.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정표시장치의 제조방법을 나타낸 흐름도이다. 도 10a 내지 도 10e는 도 9에 도시된 액정표시장치의 제조방법에 따른 단면도이다. 이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명한 구성과 동일한 구성에 대해 동일한 참조부호를 부여한다.

본 실시예에 따른 액정표시장치의 제조방법은 도 7을 참조하여 설명한 제조방법과 달리 상기 배향 조절물질(4)이 상기 제1 배향 기저막(32) 및 상기 제2 배향 기저막(42)에 포함된다.

먼저, 제1 기판(SUB1)에 배향 조절물질(4)을 포함하는 제1 배향 기저막(32)을 형성한다(S210). 도 10a에 도시된 것과 같이, 상기 제1 기판(SUB1)의 제3 절연 박막(20) 상에 배향 조절물질(4)을 포함하는 수직 배향물질을 잉크젯 또는 롤 프린팅 등과 같은 방법으로 도포한다. 상기 제1 기판(SUB1)의 제3 절연 박막(20) 상에 상기 수직 배향물질을 도포한 후 상기 배향 조절물질(4)을 재 도포할 수도 있다.

또한, 제2 기판(SUB2)에 상기 배향 조절물질(4)을 포함하는 제2 배향 기저막(42)을 형성한다(S220). 도 10b에 도시된 것과 같이, 상기 배향 조절물질(4)은 상기 제2 배향 기저막(42)의 표면에 배치된다.

다음, 액정층(LCL)을 사이에 두고 상기 제1 기판(SUB1)과 상기 제2 기판(SUB2)을 합착한다(S230). 도 10c에 도시된 것과 같이, 상기 배향 조절물질(4)은 상기 액정층(LCL)에 노출된다.

다음, 상기 액정층(LCL)에 전계를 인가한다(S240). 도 10d에 도시된 것과 같이, 상기 액정층(LCL)에 전계가 형성되면, 상기 강유전성 액정들의 나선은 풀린다.

그 후, 상기 전계가 형성된 상태에서 상기 액정층(LCL)에 자외선을 조사한다(S250). 도 10d에 도시된 것과 같이, 상기 액정층(LCL)에 자외선이 조사되면, 상기 제1 배향 기저막(32) 및 상기 제2 배향 기저막(42)에 포함된 상기 배향 조절물질(4)은 광중합된다.

도 10e에 도시된 것과 같이, 상기 배향 조절물질(4)의 광중합이 종료되면, 상기 제1 배향 기저막(32)에 포함된 배향 조절물질(4)은 상기 제1 배향 기저막(32)에 결합하여 제1 배향 조절물질(34)을 이룬다. 또한, 상기 제2 배향 기저막(42)에 포함된 배향 조절물질(4)은 상기 제2 배향 기저막(42)에 결합하여 제2 배향 조절물질(44)을 이룬다.

상기 제1 배향 기저막(32)에 결합된 상기 제1 배향 조절물질(34)은 상기 강유전성 액정들 중 상기 제1 기판(SUB1)에 인접한 액정을 프리-틸트 시키고, 상기 제2 배향 기저막(42)에 결합된 상기 제2 배향 조절물질(44)은 상기 제2 기판(SUB2)에 인접한 액정을 프리-틸트 시킨다.

이후, 상기 액정층에 전계가 제거되면, 상기 강유전성 액정들은 나선을 이루며 재배열된다.

이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 또한 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니고, 하기의 특허 청구의 범위 및 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 타이밍 컨트롤러 200: 게이트 구동부
300: 데이터 구동부 DP: 표시패널
SUB1: 제1 기판 SUB2: 제2 기판
LCL: 액정층

Claims

화소를 구비한 제1 기판;
상기 제1 기판 상에 배치되며, 제1 배향 기저막 및 상기 제1 배향 기저막에 결합되고 상기 제1 배향 기저막보다 긴 측쇄를 구비한 제1 배향 조절물질을 포함하는 제1 배향막;
상기 제1 기판에 마주하는 제2 기판;
상기 제2 기판 상에 배치되며, 제2 배향 기저막 및 상기 제2 배향 기저막에 결합되고 상기 제2 배향 기저막보다 긴 측쇄를 구비한 제2 배향 조절물질을 포함하는 제2 배향막; 및
상기 제1 배향막과 상기 제2 배향막 사이에 나선을 이루며 수직 배향된 강유전성 액정들을 포함하고,
상기 강유전성 액정들은,
하기 화학식 1로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나의 제1 액정 60 내지 80 중량부; 및
하기 화학식 2로 이루어진 제2 액정 40 내지 20 중량부를 포함하고,
[화학식 1]

[화학식 2]

(여기서, R₁ 및 R₂ 각각은 탄소수가 5 내지 10인 알킬기이다.)
상기 강유전성 액정들 중 상기 제1 배향 조절물질 또는 상기 제2 배향 조절물질에 의해 프리-틸트된 액정과 상기 나선의 회전축이 이루는 사이각은 35 내지 40도인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제1 항에 있어서,
상기 제1 배향 기저막은 제1 러빙축을 포함하고, 상기 제2 배향 기저막은 상기 제1 러빙축과 반대 방향을 지시하는 제2 러빙축을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
삭제
제1 항에 있어서,
상기 제1 배향 조절물질 및 상기 제2 배향 조절물질은 광중합된 리액티브 메조겐인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제1 항에 있어서,
상기 제1 배향 기저막 및 상기 제2 배향 기저막은 수직배향 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제1 항에 있어서,
상기 제1 기판 상에 구비된 게이트 라인 및 상기 게이트 라인에 절연되게 교차하는 데이터 라인을 더 포함하고,
상기 화소는,
상기 게이트 라인 및 상기 데이터 라인에 연결된 박막 트랜지스터;
상기 박막 트랜지스터에 연결된 화소전극; 및
상기 화소전극과 전계를 형성하며, 평면상에서 상기 화소전극과 이격되어 배치된 공통전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제6 항에 있어서,
상기 화소전극은 이격되어 배치된 복수 개의 제1 가지부들 및 상기 제1 가지부들의 일단들을 연결하며 상기 박막 트랜지스터에 연결된 제1 연결부를 포함하고,
상기 공통전극은 상기 복수 개의 제1 가지부들과 교번하게 배치된 복수 개의 제2 가지부들 및 상기 제2 가지부들의 일단들을 연결하는 제2 연결부를 포함하며,
상기 화소전극과 상기 공통전극은 동일한 층 상에 배치된 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
화소를 구비한 제1 기판 상에 제1 배향 기저막을 형성하는 단계;
제2 기판 상에 제2 배향 기저막을 형성하는 단계;
배향 조절물질 및 강유전성 액정들을 포함하는 액정층을 사이에 두고 상기 제1 기판과 제2 기판을 합착하는 단계;
상기 화소에 전압을 인가하여 상기 액정층에 전계를 형성하는 단계; 및
상기 배향 조절물질이 광중합되도록 상기 액정층에 광을 조사하는 단계를 포함하고,
상기 광중합된 배향 조절물질 중 일부는 상기 제1 배향 기저막에 결합되어 제1 배향 조절물질을 이루고, 상기 광중합된 배향 조절물질 중 다른 일부는 상기 제2 배향 기저막에 결합되어 제2 배향 조절물질을 이루며,
상기 액정층에 전계를 형성하는 단계와 상기 액정층에 광을 조사하는 단계에서 상기 강유전성 액정들은 네마틱 상을 갖는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
제8 항에 있어서,
상기 제1 배향 기저막 및 상기 제2 배향 기저막은 수직배향 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
제9 항에 있어서,
상기 배향 조절물질은 리액티브 메조겐인 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
제8 항에 있어서,
상기 제1 배향 기저막 및 상기 제2 배향 기저막을 제1 방향으로 러빙하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
삭제
제8 항에 있어서,
상기 강유전성 액정들은,
하기 화학식 1로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나의 제1 액정 60 내지 80 중량부; 및
하기 화학식 2로 이루어진 제2 액정 40 내지 20 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
[화학식 1]

[화학식 2]

(여기서, R₁ 및 R₂ 각각은 탄소수가 5 내지 10인 알킬기이다.)
화소를 구비한 제1 기판 상에 제1 배향 조절물질을 포함하는 제1 배향 기저막을 형성하는 단계;
제2 기판 상에 제2 배향 조절물질을 포함하는 제2 배향 기저막을 형성하는 단계;
강유전성 액정들을 포함하는 액정층을 사이에 두고 상기 제1 기판과 제2 기판을 합착하는 단계;
상기 화소에 전압을 인가하여 상기 액정층에 전계를 형성하는 단계; 및
상기 제1 배향 조절물질 및 상기 제2 배향 조절물질이 광중합되도록 상기 액정층에 광을 조사하는 단계를 포함하고,
상기 액정층에 전계를 형성하는 단계와 상기 액정층에 광을 조사하는 단계에서 상기 강유전성 액정들은 네마틱 상을 갖는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
제14 항에 있어서,
상기 제1 배향 기저막 및 상기 제2 배향 기저막은 수직배향 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
제15 항에 있어서,
상기 제1 배향 조절물질 및 상기 제2 배향 조절물질은 리액티브 메조겐인 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
제14 항에 있어서,
상기 제1 배향 기저막 및 상기 제2 배향 기저막을 제1 방향으로 러빙하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
삭제
제14 항에 있어서,
상기 강유전성 액정들은,
하기 화학식 1로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나의 제1 액정 60 내지 80 중량부; 및
하기 화학식 2로 이루어진 제2 액정 40 내지 20 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
[화학식 1]

[화학식 2]

(여기서, R₁ 및 R₂ 각각은 탄소수가 5 내지 10인 알킬기이다.)