KR20080044187A - 액정 표시 장치 및 액정 표시 장치의 제조 방법 - Google Patents

액정 표시 장치 및 액정 표시 장치의 제조 방법 Download PDF

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KR20080044187A
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마사히코 미즈키
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소니 가부시끼 가이샤
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Abstract

본 발명에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법은, 서로 대향하는 한 쌍의 기판의 내면에, 각각 간극을 가지는 화소 전극을 형성하는 공정; 상기 한 쌍의 기판 사이에, 광 경화성 재료를 포함하는 액정층을 형성된 상기 화소 전극으로 밀봉하는 공정; 및 상기 한 쌍의 기판 상에서 서로 대향하는 한 쌍의 상기 화소 전극 사이에 전압을 인가한 상태에서, 복수개의 개구부를 가지는 차광막을 사용하여 상기 액정층을 노광하는 공정을 포함하고, 상기 간극은 상기 한 쌍의 화소 전극 사이에 엇갈린 배열을 형성하도록 교대로 배치되고, 상기 차광막의 인접한 개구부 사이의 간격은, 기판면의 방향에서, 하나의 기판의 화소 전극의 간극과 다른 기판의 화소 전극의 간극 사이의 간격보다 작다.
기판, 액정, 화소, 전극, 간극, 슬릿, 경화, 노광, 디스플레이

Description

액정 표시 장치 및 액정 표시 장치의 제조 방법{LIQUID CRYSTAL DISPLAY AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 경화성 재료를 포함하는 고분자 분산형 액정층을 구비한 액정 표시 장치, 및 액정 표시 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명은 2006년 11월 15일 일본 특허청에 출원된 일본 특허 출원 JP 2006-309515호에 대한 우선권을 주장하고, 이 일본 특허 출원의 전체 내용이 참고로 본 명세서에 포함된다.
최근, 액정 디스플레이(LCD ; Liquid Crystal Display)가 액정 텔레비젼, 노트북 퍼스널 컴퓨터, 카 내비게이션(car navigation) 등의 표시 모니터(display monitor)로서 많이 이용되고 있다. 액정 디스플레이는, 액정 디스플레이의 패널 기판 사이의 분자 배열에 의해 다양한 모드(mode)로 분류될 수 있다. 예를 들면, 전압이 인가되지 않은 상태의 액정 분자를 비틀어 배향하여 이루어지는 TN(Twisted Nematic; 비틀림 네마틱) 모드가 잘 알려져 있다. 이 TN 모드에서는, 액정 분자는 플러스의 유전율 이방성(anisotropy), 즉 분자의 장축 방향의 유전율이 짧은 축 방향에 비하여 큰 성질을 가지고 있다. 이러한 TN 모드의 구조에서, 액정 분자는, 기판의 면에 평행한 면에서 액정 분자의 배향 방위를 차례로 회전시키면서, 기판의 면에 수직한 방향으로 정렬된다.
한편, 전압을 인가하지 않은 상태에서의 액정 분자가, 기판의 면에 대해서 수직으로 배향되어 이루어지는 VA(Vertical Alignment) 모드에 대하여 주목하고 있다. 상기 VA 모드에서는, 액정 분자가 마이너스의 유전율 이방성, 즉 분자의 장축 방향의 유전율이 분자의 짧은 축 방향에 비하여 작은 성질을 가지고 있다. 이에 따라, TN 모드에 비해 넓은 시야각을 실현할 수 있다.
이러한 VA 모드의 액정 디스플레이에서는, 전압이 인가되면, 기판에 수직으로 배향하고 있던 액정 분자가, 마이너스의 유전율 이방성에 의해, 기판에 대해서 평행한 방향으로 위치되도록 응답함으로써, 광을 투과시키는 구성으로 되어 있다. 그러나, 기판에 대해서 수직 방향으로 배향한 액정 분자가 임의의 방향으로 위치되므로, 액정 분자의 배향 방향이 정해지지 않아, 전압에 대한 응답 특성을 악화시키는 요인으로 되었다.
따라서, 일본 특허 공개 공보 2002-23199호 및 일본 특허 공개 공보 2002-357830호에는, 광-경화성(light-curing property)을 가지는 모노머(monomers)를 사용하여 전압에 응답할 때의 배향 방향을 규제하는 고분자 분산 형 액정 표시 장치의 제조 방법이 개시되어 있다. 구체적으로는, 도 9에 나타낸 바와 같이, 슬릿(400, 401)을 가지는 화소 전극(100B) 및 대향 전극(200B)이 각각 배치된 기판(100A, 200A) 사이에 액정층(300)을 밀봉한다. 기판(200A)의 전체면에 자외선을 조사함으로써, 액정층(300)을 노광한다. 따라서, 도 10에 나타낸 바와 같이, 전압 을 인가하지 않은 상태에서, 액정 분자를 기판 법선에 대해서 약간 경사진 위치에 유지하는(프리-틸트(pre-tilt)) 것이 가능하다. 이로써, 전압에 대한 응답 속도를 향상시킬 수 있다.
상기와 같은 방법을 사용하면, 자외선을 기판 전체면에 대해서 조사하고 있으므로, 도 10에 나타낸 바와 같이, 소위 프리-틸트 각이 액정층의 대략 전체의 액정 분자에 대해서 부여된다. 액정층의 전체면에 제공된 프리-틸트가 전압에 대한 응답 속도는 개선할 수 있지만, 구동되지 않는(흑색 표시) 상태에서도 약간 광을 투과할 수 있다. 이에 따라, 흑색 표시의 휘도가 상승되어, 콘트라스트가 저하된다.
일반적으로, 기판 사이에 배치된 상하 전극에 슬릿(400, 401)을 가지는 액정 표시 장치에서는, 구동 전압이 인가되면, 액정층에 경사지게 전계가 걸린다. 그러므로, 액정 분자가 일정한 방향으로 위치되기 쉬워져, 액정 전체적으로의 전압에 대한 응답 속도가 빨라진다. 실제로는, 액정층 내의 슬릿 주변의 영역에서는 경사지게 전계가 걸리는데 비해, 슬릿으로부터 멀어진 영역에서는 기판에 대해서 대략 수직으로 전계가 걸린다. 그러므로, 액정층 내의 다른 영역마다, 전압에 대한 응답 속도가 상이하다. 구체적으로는, 예를 들면, 인가된 구동 전압에 응답하여, 프리-틸트 영역이 부여된 경우에, 먼저, 도 11에 나타낸 바와 같이, 액정층(300)의 슬릿(400, 401) 주변의 영역에 액정 분자가 한 방향으로 위치된다. 그 후, 도 12에 나타낸 바와 같이, 슬릿 주변 영역의 액정 분자의 위치에 응답하여, 슬릿(400, 401)으로부터 멀리 떨어진 영역의 액정 분자가 차례로 위치된다. 따라서, 슬릿 주변 영역의 액정 분자는 전압에 대해 충분히 빠른 응답 속도를 가지고 있는 반면, 슬릿으로부터 멀리 떨어진 영역에 있는 액정 분자는 전압에 대해 늦은 응답 속도를 가지고 있다는 성질이 있다. 그러므로, 콘트라스트를 고려하면서, 전압에 대한 응답 속도를 효과적으로 개선하기 위하여, 전극 슬릿으로부터 멀리 떨어진 영역(슬릿과 슬릿의 중간 부근의 영역)에 있는 액정 분자에만 선택적으로 프리-틸트 각을 부여할 필요가 있다.
그러나, 상하 전극에 배치되는 슬릿과 슬릿의 간격을 고려하면, 프리-틸트 영역을 상기와 같이 선택하여, 한정적으로 노광을 실행하는 것은 극히 곤란하다. 이것은, 선택 노광용 마스크의 개구부의 위치와 전극의 슬릿 위치를 정밀하게 얼라인먼트하는 것은, 용이하지 않기 때문이다. 따라서, 전압에 대한 응답 속도를 효율적으로 향상시킬 수 있는 액정 표시 장치 및 액정 표시 장치의 제조 방법이 요구된다.
따라서, 콘트라스트의 저하를 억제하면서, 전압에 대한 응답 속도를 효율적으로 향상시킬 수 있는 액정 표시 장치 및 상기 액정 표시 장치의 제조 방법을 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 서로 대향하는 한 쌍의 기판의 내면에, 각각 간극(gaps)을 가지는 화소 전극을 형성하는 공정; 상기 한 쌍의 기판 사이에, 광 경화성 재료(light curing material)를 포함하는 액정층을 형성된 상기 화소 전극으로 밀봉하는 공정; 및 상기 한 쌍의 기판 상에서 서로 대향하는 한 쌍의 상기 화소 전극 사이에 전압을 인가한 상태에서, 복수개의 개구부를 가지는 차광막을 사용 하여 상기 액정층을 노광하는 공정을 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법이 제공된다. 특히, 상기 간극은 상기 한 쌍의 화소 전극 사이에 엇갈린 배열을 형성하도록 교대로 배치되고, 상기 차광막의 인접한 개구부 사이의 간격은, 기판면의 방향에서, 하나의 기판의 화소 전극의 간극과 다른 기판의 화소 전극의 간극 사이의 간격보다 작다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 서로 대향하는 한 쌍의 기판; 상기 한 쌍의 기판의 내면에 형성되고, 각각 간극을 가지는 화소 전극; 및 상기 한 쌍의 기판 사이에, 형성된 상기 화소 전극으로 밀봉되는 액정층을 포함한다. 특히, 상기 간극은 상기 한 쌍의 화소 전극 사이에 엇갈린 배열을 형성하도록 교대로 배치된다. 상기 액정층은, 액정 분자가 경사지게 되는 프리-틸트 영역(pre-tilt regions)을 가지고 있고, 인접한 상기 프리-틸트 영역 사이의 간격은, 기판면의 방향에서, 하나의 기판의 화소 전극의 간극과 다른 기판의 화소 전극의 간극 사이의 간격보다 작다.
본 발명에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법에서는, 소정의 간극을 가지는 한 쌍의 화소 전극 사이에 전압을 인가한 상태에서, 한 쌍의 화소 전극의 각각의 간극간의 간격보다 작은 간격으로 복수개의 개구부를 가지는 차광막을 통하여, 광 경화성 재료를 포함하는 액정층을 노광함으로써, 하나의 기판의 화소 전극의 간극과 다른 기판의 화소 전극의 간극 사이에, 전압에 대한 늦은 응답 속도를 갖는 영역에 대한 노광을 보장할 수 있다. 그 결과, 그 노광 부분에, 경사 배향층(액정 분자를 경사지게 배향시키기 위한 광 경화층)이 형성될 수 있다. 상기 경사 배향 층의 존재에 의해, 늦은 응답 속도를 갖는 영역의 액정 분자에 프리-틸트 각이 부여될 수 있다. 즉, 노광용 마스크와 화소 전극 슬릿의 사이에서 정밀한 얼라인먼트를 행하지 않고, 늦은 응답 속도를 갖는 영역에 효율적으로 프리-틸트 각을 부여할 수 있다. 그리고, 노광되지 않은 영역에는 경사 배향층이 형성되지 않기 때문에, 액정 분자에 프리-틸트 각이 부여되지 않고, 액정 분자가 기판에 수직으로 배향된다. 그러나, 액정 분자가 슬릿 주변 영역에서 있으면, 이 영역은 원래 빠른 응답 속도를 가지고 있기 때문에, 어떠한 문제도 생기지 않는다. 노광되지 않은 영역에서는, 액정 분자는 기판에 대해서 수직으로 배향되며, 이것은 흑색 표시에 유리하다.
본 발명에 따른 액정 표시 장치에서는, 대향 배치된 한 쌍의 기판 사이에, 소정의 간극을 가지는 한 쌍의 화소 전극으로 액정층이 밀봉된다. 액정층은 기판면의 방향에서, 한 쌍의 화소 전극의 각각의 간극간의 간격보다 작은 간격으로 배치된다. 액정층은 액정 분자를 경사지게 배향시키는 광 경화층을 가지고 있다. 이에 따라, 액정층 내의 전압에 대해 늦은 응답 속도를 갖는 영역에 대해서, 반드시 광 경화층이 설치된다. 이 광 경화층의 존재에 의해, 늦은 응답 속도를 갖는 영역에서 액정 분자가 반드시 프리-틸트 상태로 유지된다. 광 경화층을 갖지 않은 영역에서는, 액정 분자는 프리-틸트 상태로 유지될 수 없고, 기판에 대해서 수직으로 배향된다. 그러나, 액정 분자가 슬릿 주변 영역에서 있으면, 이 영역은 원래 빠른 응답 속도를 가지기 때문에, 어떠한 문제도 생기지 않는다. 노광되지 않은 영역에서는, 액정 분자는 기판에 대해서 수직으로 배향되어 있으며, 이것은 흑색 표시에 유리하다.
본 발명의 액정 표시 장치의 제조 방법은, 서로 대향하는 한 쌍의 기판의 내면에, 각각 간극을 가지는 화소 전극을 형성하는 공정; 상기 한 쌍의 기판 사이에, 광 경화성 재료를 포함하는 액정층을 형성된 상기 화소 전극으로 밀봉하는 공정; 및 상기 한 쌍의 기판 상에서 서로 대향하는 한 쌍의 상기 화소 전극 사이에 전압을 인가한 상태에서, 복수개의 개구부를 가지는 차광막을 사용하여 상기 액정층을 노광하는 공정을 포함한다. 특히, 상기 간극은 상기 한 쌍의 화소 전극 사이에 엇갈린 배열을 형성하도록 교대로 배치된다. 상기 차광막의 인접한 개구부 사이의 간격은, 기판면의 방향에서, 하나의 기판의 화소 전극의 간극과 다른 기판의 화소 전극의 간극 사이의 간격보다 작다. 따라서, 콘트라스트의 저하를 억제하면서, 전압에 대한 응답 속도를 효율적으로 향상시킬 수 있는 액정 표시 장치를 제조할 수 있다.
본 발명의 액정 표시 장치는, 서로 대향하는 한 쌍의 기판; 상기 한 쌍의 기판의 내면에 형성되고, 각각 간극을 가지는 화소 전극; 및 상기 한 쌍의 기판 사이에, 형성된 상기 화소 전극으로 밀봉되는 액정층을 포함한다. 상기 간극은 상기 한 쌍의 화소 전극 사이에 엇갈린 배열을 형성하도록 교대로 배치된다. 상기 액정층은, 액정 분자가 경사지게 되는 프리-틸트 영역을 가지고 있고, 인접한 상기 프리-틸트 영역 사이의 간격은, 기판면의 방향에서, 하나의 기판의 화소 전극의 간극과 다른 기판의 화소 전극의 간극 사이의 간격보다 작다. 따라서, 콘트라스트의 저하를 억제하면서, 전압에 대한 응답 속도를 효율적으로 향상시킬 수 있다.
본 발명의 다른 추가의 목적, 특징 및 이점이, 다음의 상세한 설명으로부터 보다 명백하게 된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 패널의 제조 방법의 공정을 개략적으로 나타낸 단면도이다. 액정 패널의 제조 방법은, 한 쌍의 기판의 각각의 표면에 소정의 슬릿부를 가지는 전극을 형성하는 공정, 및 그 후 기판 사이에 액정층을 밀봉하는 공정, 및 전압을 인가한 상태에서 액정층을 소정의 차광막을 통하여 노광하는 공정을 포함한다. 이 액정 패널의 제조 방법은, 도 1에 나타낸 바와 같이, 기판 사이에 복수개의 화소가 형성된 액정 패널을 제조하는 방법이다. 단순화를 위하여, 도 2 및 도 3은 도 1의 영역I(한 화소)만을 나타낸다. 도 1 내지 도 4에는, 각 기판의 구체적인 구성이 생략된다.
먼저, 도 1에 나타낸 바와 같이, 유리 기판(10A) 및 유리 기판(20A)의 각각의 대응 표면에 소정의 형상으로 화소 전극(10B) 및 대향 전극(20B)을 배치함으로써, TFT(Thin Film Transistor; 박막 트랜지스터) 기판(1O) 및 CF(Co1or Filter; 컬러 필터) 기판(20)을 형성한다. 상기 TFT 기판(10)과 상기 CF 기판(20) 사이에 액정층(30)을 밀봉한다.
구체적으로는, 유리 기판(10A)의 표면에, 예를 들면, 매트릭스 상태에, 복수 개의 화소 전극(10B), 상기 복수개의 화소 전극(10B)을 각각 구동하는 게이트(gate), 소스(source) 및 드레인(drain)을 구비한 복수개의 TFT 스위칭 소자(switching elements), 상기 복수개의 TFT 스위칭 소자에 각각 접속된 복수개의 신호선(signal line) 및 주사선(scanning line)(도시하지 않음)을 배치함으로써, TFT 기판(10)을 형성할 수 있다. 한편, 유리 기판(20A)의 표면에는, 예를 들면, 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 필터가 스트라이프형으로 설치된 컬러 필터(도시하지 않음), 및 유효 표시 영역의 전체면에 걸쳐 대향 전극(20B)을 배치함으로써, CF 기판(20)을 형성할 수 있다.
이 경우, 화소 전극(10B) 및 대향 전극(20B)은, 화소 내에서 소정의 슬릿부(40, 41)를 가지도록 형성된다. 슬릿부(40, 41)는 전극이 형성되어 있지 않은 부분이고, 전극면 내의 영역을 분리하는 것이다. 도 5는, CF 기판(20)의 측으로부터 본 대향 전극(20B) 및 화소 전극(10B)의 평면 형상(한 화소)의 일례를 나타낸다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 슬릿부(40, 41)는 기판(10, 20) 사이에서 서로 대향되지 않도록 교대로 배치된다. 슬릿부(40)와 슬릿부(41)의 사이의 영역에는, 후술하는 폴리머층(polymer layer)(30C)이 형성된다. 도 1의 영역 I는, 도 5의 II-II선을 따른, 화살표로 나타낸 단면도에 대응한다. 대향 전극(20B)은 각 화소에 공통한 전극으로서 설치되고, 화소 전극(10B)은 TFT 기판 상에서 화소 분리부(50)에 의해 분리되고 각 화소마다 설치되어 있다. 전극 재료로서는, ITO(인듐 주석 산화물) 등과 같이 투명성을 가지는 전극을 사용할 수 있다.
또는, 화소 전극(10B) 및 대향 전극(20B)은, 도 6에 나타낸 바와 같이, 한 화소 내에 복수개의 슬릿부(40, 41)를 가지는 스트라이프형의 패턴으로 형성될 수 있다. 또는, 화소 전극(10B) 및 대향 전극(20B)은, 도 7(a)에 나타낸 바와 같이, V자 형의 스트라이프형의 패턴으로 형성될 수 있다. 각 전극의 형상 패턴은, 슬릿부(40)와 슬릿부(41)가 서로 대향되지 않으면 사용될 수 있고, 상기 패턴에 한정되는 것은 아니다.
이어서, 형성한 화소 전극(10B) 및 대향 전극(20B)의 표면에, 후술하는 액정 분자(30A)를 기판에 수직 방향으로 배열시키기 위한 수직 배향막(11, 21)을, 각각 형성한다. 이러한 공정은 수직 배향제의 도포하는 공정, 수직 배향막을 기판 상에 인쇄하는 공정, 및 소성 공정을 포함한다.
한편, 액정층(30)을, 마이너스의 유전율 이방성을 가지는 액정(네가티브 네마틱 액정) 분자(30A)에 모노머(30B)를 첨가해 조성함으로써 형성한다. 액정 분자(30A)는, 분자의 장축 방향의 유전율이 분자의 단축 방향보다 작다는 성질을 가지고 있다. 이 성질에 때문에, 구동 전압이 오프(off) 일 때에는, 액정 분자(30A)의 장축이 기판에 수직으로 배열되고, 구동 전압이 온(on)으로 되면, 액정 분자(30A)의 장축이 기판에 평행한 기울어진 위치로 배향된다. 모노머(30B)는, 광 경화성, 즉 자외선 등이 조사되는 상태에서 중합되어 폴리머로 되므로 경화하는 성질을 가지고 있다. 예를 들면, 모노머(30B)는 4,4'-디아크릴로일옥시비페닐(diacryloyloxybiphenyl)로 구성된다. 모노머(30B)의 함유량은, 0.01 중량% 내지 10 중량% 정도이다.
이어서, TFT 기판(10) 또는 CF 기판(20)의 어느 한쪽의 표면(수직 배향 막(11, 21)이 형성되어 있는 면)에, 셀 갭(cell gap)을 확보하기 위한 스페이서, 예를 들면 플라스틱 비즈(plastic beads) 등을 살포한다. 이어서, 예를 들면 스크린 인쇄법(screen printing method)에 의해 에폭시 접착제 등을 사용하여, 밀봉부를 인쇄한다. 그 후, TFT 기판(10)과 CF 기판(20)을, 각각의 기판에 형성된 수직 배향막(11, 21)이 대향될 수 있도록, 스페이서 및 밀봉부와 고착시킨다. 그 다음, 액정층(30)을 주입한다. 그 다음, 가열 등에 의해 밀봉부를 경화함으로써, 액정층(30)을 TFT 기판(10)과 CF 기판(20) 사이에 밀봉할 수 있다.
다음에, 도 2에 나타낸 바와 같이, 화소 전극(10B)과 대향 전극(20B) 사이에 전압(V)을 인가한다. 예를 들면, 10V 내지 20V의 전압을 10초 내지 60초 정도 인가한다. 따라서, 액정 분자(30A)의 장축에 경사지게 전계를 인가하여 액정 분자(30A)를 한쪽 방향으로 경사지게 배향시킨다.
그 후, 도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 전압 V를 인가한 상태에서, 자외선(UV)을 액정층(30)에 조사함으로써, 액정층(30)내의 모노머(30B)를 중합 시킨다(후술하는 폴리머층(30C)으로 된다). 이때, 복수개의 개구부(60A)를 가지는 마스크(60)를 통하여 액정층(30)을 선택적으로 노광한다. 개구부(60A)는, 인접하는 개구부(60A)와의 간격(개구 피치)(Db)이, 화소 전극(10B)의 슬릿부(40)와 대향 전극(20B)의 슬릿부(41)의 간격(슬릿 간격)(Da)보다 작아지도록, 바람직하게는, 개구 피치(Db)가 슬릿 간격(Da)의 2분의 1보다 작아지도록 설치된다. 보다 바람직하게는, 개구 피치(Db)와 슬릿 간격(Da)의 길이의 비율이, 무리수(irrational number)로 되도록 설정된다.
개구부(60A)는, 예를 들면, 도 8(a) 내지 도 8(h)에 나타낸 바와 같은 형상 및 배열 패턴을 가질 수 있다. 상기 개구부(60A)의 형상은 원형, 타원형, 정방형, 직사각형을 포함한다. 배열 패턴은, 도 8(c) 및 도 8(d)에 나타낸 바와 같이, 배열에 각도를 가지는 V자형의 패턴을 포함하고, 도 8(e) 및 도 8(f)에 나타낸 바와 같이, 메쉬형 패턴을 포함하고, 도 8(g) 및 도 8(h)에 나타낸 바와 같이, 스트라이프형의 패턴을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 개구부(60A)의 배열 패턴은, 액정 표시 장치의 사양, 전극 슬릿부의 배치 패턴 등을 고려하여 결정된다. 예를 들면, 도 5 및 도 6에 나타낸 바와 같은 스트라이프형의 슬릿부 패턴을 가지는 전극을 사용하는 경우에는, 도 8(g) 및 도 8(h)에 나타낸 바와 같은 스트라이프형 패턴으로 하는 것이 바람직하다. 이 경우, 슬릿부(40, 41)의 스트라이프 방향이 개구부(60A)의 스트라이프 방향에 평행하게 되도록 배치한다. 또는, 도 7(a)에 나타낸 바와 같은 V자형의 슬릿부 패턴을 가지는 전극을 사용하는 경우에는, 도 8(c) 및 도 8(d)에 나타낸 바와 같은 패턴으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 일정한 간격으로 반복 주기를 가진 메시형의 패턴으로 하는 것이 보다 바람직하다.
상기 공정 후, 마스크(60)를 제거하여, 도 4에 나타낸 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액정 패널을 완성한다. 이 액정 패널에서는, TFT 기판(10)과 CF 기판(20) 사이에, 수직 배향막(11, 21)을 통하여 액정층(30)이 밀봉된다. 각 기판(10, 20)에 형성되는 화소 전극(10B) 및 대향 전극(20B)은, 화소 내에서 서로 대향되지 않는 슬릿부(40, 41)를 가지고 있다. 폴리머층(30C)을 갖는 영역 사이의 간격이 슬릿 간격(Da)보다 작다. 액정층(30)의 영역에서, 특히 슬릿부(40) 및 슬릿부(41)의 중간부의 영역(슬릿간 영역(M))에서, 액정 분자(30A)가, 특히 배향막(11, 21)과의 경계면의 주변에서, 폴리머층(30C)에 의해 기판 법선에 대해서 약간 경사져 고정되어, 즉 프리-틸트(pre-tilt) 상태로 유지되어 있다. 이 폴리머층(30C)은 본 발명의 광 경화층에 대응되고, 액정 분자(40A)를 경사지게 배향시키는 것이다. 또는, 복수개의 폴리머층(30C)이 슬릿간 영역(M) 내에 형성될 수 있다.
이하에서, 상기와 같은 구성의 액정 패널의 제조 방법 및 액정 패널의 작용 효과에 대하여 설명한다.
본 실시예의 액정 패널의 제조 방법에서는, 소정의 슬릿부(40, 41)를 가지는 화소 전극(10B) 및 대향 전극(20B)을 가지는 TFT 기판(10) 및 CF 기판(20)의 사이에, 광 경화성을 가지는 모노머(30B)를 포함하는 액정층(30)을 밀봉하고, 소정의 전압(V)을 인가함으로써, 액정 분자(30A)의 장축에 대하여 각도를 가지는 전계(이하, "경사 전계"라고 함)가 인가된다. 이로써, 액정 분자(30A)가 일정한 방향으로 기울어진 위치로 배향된다.
또한, 이 전압(V)을 인가한 상태에서, 복수개의 개구부(60A)를 가지는 마스크(60)를 통하여, 액정층(30)에 자외선(UV)을 조사함으로써, 선택적인 영역에만, 경사 전계에 의해 규제된 액정 분자(30A)의 배향 상태가 폴리머층(30C)에 의해 결정되고, 프리-틸트 상태로 된다. 특히, 개구 피치(Db)를, 슬릿 간격(Da)보다 작게 설정함으로써, 전압에 대한 응답이 빠른 슬릿부 주변 영역보다도 전압에 대한 응답 이 늦은 슬릿간 영역(M)을, 높은 확률로 노광할 수 있다. 따라서, 액정 패널 전체로서의 전압에 대한 응답 속도가 효과적으로 개선 된다. 한편, 폴리머층(30C)이 형성된 액정층(30)의 영역에서만 프리-틸트각이 부여되고, 다른 영역에서는 액정 분자(30A)가 기판(10, 20)에 수직으로 배향되어 있다. 이에 따라, 액정 패널 전체적으로는, 흑색 표시(구동 전압이 0인 상태)에서의 휘도의 상승이 억제될 수 있다. 따라서, 콘트라스트(contrast)의 저하를 억제하면서, 전압에 대한 응답 속도를 향상시키는 액정 패널을 제작할 수 있다.
특히, 각 전극의 슬릿부의 패턴 형상에 대응하는 마스크를 준비하는 공정 및 준비된 상기 마스크를 사용하여 정밀한 얼라인먼트(alignment)를 행하는 공정을 거치지 않으면서, 간단한 공정으로 액정 패널을 제작할 수 있다. 예를 들면, 슬릿 패턴에 대응하도록 형성된 마스크의 개구부를, 슬릿 사이의 영역에 얼라인먼트하는 공정 및 노광하는 공정을 포함하는 방법에서는, 5㎛ 정도의 위치 정밀도가 요구된다. 즉, 얼라인먼트가 매우 곤란하다. 약간의 미스-얼라인먼트(misalignment)가 생기면, 슬릿 주변의 영역만이 노광되므로, 프리-틸트의 충분한 효과를 얻을 수 없다. 한편, 본 실시예에서는, 이와 같은 정밀한 얼라인먼트를 행하지 않으면서, 어느 정도 정밀하게 액정 패널 전체의 전압에 대한 응답 속도를 증가시킬 수 있다. 이것은 제조 비용의 삭감 및 양산성의 향상에 유리하다.
또한, 개구 피치(Db)를, 슬릿 간격(Da)의 2분의 1보다 작도록 설정함으로써, 슬릿간 영역(M)의 선택적인 노광의 높은 확률을 얻을 수 있다. 개구 피치(Db)와 슬릿 간격(Da)의 길이의 비율이 무리수가 되도록 설정함으로써, 개구부(60A)가 슬 릿부(40, 41)의 바로 위에 얼라인먼트될 가능성이 없어질 수 있다. 개구부(60A)가 슬릿부(40, 41)의 바로 위에 얼라인먼트되면, 응답 속도가 빠른 영역(즉, 프리-틸트 부여용 폴리머층(30C)을 형성할 필요가 없는 영역)에 폴리머층(30C)이 형성될 수 있다. 이와 같은 문제를 회피할 수 있으면, 응답 속도가 늦은 영역에 폴리머층(30C)이 형성될 가능성이 그만큼 높아진다. 상기와 같이, 개구부(60A)와 슬릿부(40, 41)의 얼라인먼트의 가능성을 제로로할 수 있으면, 낭비가 적으면서 효율적인 분포로 폴리머층을 형성할 수 있다. 이에 따라, 패널 전체적으로의 응답 속도를 일정하게 효과적으로 향상시킬 수 있다.
또한, 슬릿부(40, 41)를 도 7(a)에 나타낸 바와 같은 패턴으로 설치하면, 도 7(b)에 나타낸 바와 같이, 화소 내에서 서로 상이한 배향 방향을 가지는 4개의 영역(a, b, c, d)을 혼재(coexistence)(배향 분할)시킬 수 있다. 이 경우, 각 영역(a, b, c, d)에서, 프리-틸트각을 갖는 액정 분자(30A)의 배향 방향은, 도 7(c)에 나타낸 방향으로 된다. 이에 따라, 우수한 시야각 특성을 갖는 액정 패널을 제작할 수 있다. 도 7(c)에 나타낸 방향으로 각 영역의 모든 액정 분자(30A)가 배향되는 것은 아니고, 각 영역 중 적어도 일부의 액정 분자(30A)는, 기판에 대해서 수직으로 배향된다.
또는, 마스크(60)의 개구부(60A)를, 반복 주기를 가지는 메시형의 패턴으로 배치하면, 패널의 면 내측 방향에서 정밀한 얼라인먼트를 행하지 않고, 전극의 슬릿 패턴에 관계없이, 슬릿간 영역(M)에 균등하게 프리-틸트각을 줄 수 있다. 따라서, 전압에 대한 응답 속도를 보다 효율적으로 향상시킬 수 있다.
본 실시예의 액정 패널에서는, 소정의 패턴을 갖는 슬릿부(40, 41)가 형성된 화소 전극(10B) 및 대향 전극(20B)에 구동 전압이 인가되면, 액정층(30)에 경사지게 전계가 걸린다. 이에 응답하여, 액정 분자(30A)가 일정한 방향으로 위치된다. 이때, 액정 분자(30A)를 프리-틸트 상태로 유지하는 폴리머층(30C)(광 경화층)간의 간격이, 슬릿 간격(Da)보다 작게 배치되어 있으므로, 액정층 내에서 전압에 대한 응답 속도가 늦은 영역에, 반드시 폴리머층(30C)이 설치될 수 있다. 이 폴리머층(30C)의 존재에 의해, 응답 속도가 늦은 영역의 액정 분자가 반드시 프리-틸트 상태로 유지된다. 폴리머층(30C)을 갖고 있지 않은 영역에서는, 액정 분자는 프리-틸트 상태로 유지될 수 없고, 기판에 대해서 수직으로 배향된다. 그러나, 액정 분자가 슬릿 주변 영역에서 있으면, 이 영역은 원래 응답 속도가 빠르기 때문에, 문제는 생기지 않는다. 이 폴리머층(30C)을 갖지 않은 영역에서는, 액정 분자는 기판에 대해서 수직으로 배향되어 있으므로, 흑색 표시에 유리하게 된다. 따라서, 콘트라스트의 저하를 억제하면서, 전압에 대한 응답 속도를 효율적으로 향상시킬 수 있다.
상기 실시예를 들어 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이 실시예에 한정되지 않고, 각종의 변형 및 수정이 가능하다. 예를 들면, 상기 실시예에서는, TFT 액정을 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 플라즈마 어드레스형 액정 디스플레이 또는 단순 매트릭스형 액정 디스플레이에도 적용될 수 있다. 또한, 상기에서는 마이너스의 유전율 이방성을 가지는 VA 모드의 액정 장치를 설명하였으나, 이것에 한정되지 않고, 기판 사이에 밀봉된 액정에 전압을 인가함으로써 표시 를 행하는 어떠한 장치도 적용될 수 있다.
해당 기술 분야의 당업자는 다수의 수정, 조합, 부차적인 조합, 및 변경이 설계 조건 및 다른 요인에 따라 이루어질 수 있고, 이들이 부가된 청구항 또는 그 균등물의 범위 내에 있다는 것을 알 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액정 패널의 제조 공정을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 2는 도 1에 계속되는 다음 공정을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 3은 도 2에 계속되는 다음 공정을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액정 패널의 개략적인 단면도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액정 패널의 전극의 평면도이다.
도 6은 스트라이프형 패턴을 가지는 전극의 평면도이다.
도 7(a)는 V자 형상의 패턴을 가지는 전극의 평면도이고, 도 7(b)는 배향 분할의 상태의 일례의 개략도이며, 도 7(c)는 액정 분자의 배향 방향을 나타내는 개략도이다.
도 8(a) 내지 도 8(h)는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액정 패널의 마스크의 개구 패턴의 예를 나타낸 평면도이다.
도 9는 종래 기술의 액정 패널의 제조 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 10은 도 8에 나타낸 제조 방법에 의해 제조되는 액정 패널의 개략적인 단면도이다.
도 11은 액정 분자의 전압에 대한 응답 속도를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 12는 액정 분자의 전압에 대한 응답 속도를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.

Claims (6)

  1. 액정 표시 장치를 제조하는 방법에 있어서,
    서로 대향하는 한 쌍의 기판의 내면에, 각각 간극(gaps)을 가지는 화소 전극을 형성하는 공정;
    상기 한 쌍의 기판 사이에, 광 경화성 재료(light curing material)를 포함하는 액정층을 형성된 상기 화소 전극으로 밀봉하는 공정; 및
    상기 한 쌍의 기판 상에서 서로 대향하는 한 쌍의 상기 화소 전극 사이에 전압을 인가한 상태에서, 복수개의 개구부를 가지는 차광막을 사용하여 상기 액정층을 노광하는 공정
    을 포함하고,
    상기 간극은 상기 한 쌍의 화소 전극 사이에 엇갈린 배열을 형성하도록 교대로 배치되고,
    상기 차광막의 인접한 개구부 사이의 간격은, 기판면의 방향에서, 하나의 기판의 화소 전극의 간극과 다른 기판의 화소 전극의 간극 사이의 간격보다 작은, 액정 표시 장치의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 차광막의 복수개의 개구부가, 메쉬(mesh) 패턴, 격자(lattice) 패턴, 또는 스트라이프(stripe) 패턴으로 배치되는, 액정 표시 장치의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 간극은 상기 기판의 표면을 따라 스트라이프 패턴으로 형성되고,
    상기 차광막의 복수개의 개구부는 상기 간극의 길이 방향과 평행하게 스트라이프 패턴으로 형성되는, 액정 표시 장치의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 간극은, 상기 기판면을 따라 V자형의 스트라이프 패턴으로 형성되고,
    상기 차광막의 복수개의 개구부는, 상기 간극의 형상을 따라 V자형 패턴으로 형성되는, 액정 표시 장치의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    하나의 기판의 화소 전극의 간극과 다른 기판의 화소 전극의 간극 사이의 기판면 방향에서의 간격과, 상기 차광막의 인접하는 개구부 사이의 간격의 비율이 무리수(irrational number)인, 액정 표시 장치의 제조 방법.
  6. 서로 대향하는 한 쌍의 기판;
    상기 한 쌍의 기판의 내면에 형성되고, 각각 간극을 가지는 화소 전극; 및
    상기 한 쌍의 기판 사이에, 형성된 상기 화소 전극으로 밀봉되는 액정층
    을 포함하고,
    상기 간극은 상기 한 쌍의 화소 전극 사이에 엇갈린 배열을 형성하도록 교대로 배치되고,
    상기 액정층은, 액정 분자가 경사지게 되는 프리-틸트 영역(pre-tilt regions)을 가지고 있고, 인접한 상기 프리-틸트 영역 사이의 간격은, 기판면의 방향에서, 하나의 기판의 화소 전극의 간극과 다른 기판의 화소 전극의 간극 사이의 간격보다 작은, 액정 표시 장치.
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