KR20110043416A - 액정 표시 장치용 표시판 및 이를 포함하는 다중 도메인 액정 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따르면, 기판 위에 수평 배향막과 수직 배향막을 적층하여 배향할 수 있다. 이에 의해, 전계조에서 우수한 시야각을 가지고 안정적인 다중 도메인 비틀린 네마틱 모드의 액정 표시 장치를 제공할 수 있다.

Description

액정 표시 장치용 표시판 및 이를 포함하는 다중 도메인 액정 표시 장치{DISPLAY PANEL AND MULTI DOMAIN LIQUID CRYSTAL DISPLAY INCLUDING THE SAME}
본 발명은 액정 표시 장치용 표시판 및 이를 포함하는 다중 도메인 액정 표시 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치 중, TN(Twisted Nematic) 모드의 경우 다른 모드의 액정 표시 장치에 비하여 높은 광투과 효율을 가지고, 제조 공정이 간단하여 가장 널리 이용되고 있다. 그러나, 특정 방향에서 시야각이 저하되는 문제점이 있다.
TN(Twisted Nematic) 모드의 액정 표시 장치에서, 시야각을 개선하기 위한 방법으로 위상차 필름을 사용하는 방법과 수평 배향막을 이용하여 다중 배향을 적용하는 방법이 알려져 있다. 그러나, 위상차 필름을 사용하는 경우, 추가 공정이 필요하고, 제품 단가가 높아지게 된다. 또한, 수평 배향막을 이용하여 다중 배향을 적용하는 방법에서는 선경사가 충분히 높지 않아서 낮은 계조에서는 다중 도메인을 형성하지 못하는 문제점이 있고, 다중 도메인의 경우, 응답 속도가 느린 문제점이 있다.
또한, 수직 배향막을 이용하여 다중 배향을 적용하는 경우, 초기부터 선경사가 높기 때문에, 도메인 안정성이 높고 응답 속도가 빠르다. 또한, 노멀리 블랙 모드이기 때문에, 투과율이 높을 수 있다. 그러나, 수직 배향막으로 다중 도메인 TN(Twisted Nematic) 모드의 액정 표시 장치를 구현하는 경우, 액정층에 가해지는 수평 앵커링 에너지의 크기가 작아져서 액정층이 비틀린 네마틱 모드를 유지하기 어려운 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 저계조에서도 우수한 시야각을 가지고, 빠른 응답 속도를 가질 뿐만 아니라 안정적인 비틀린 네마틱 모드의 다중 도메인 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치는 제1 기판, 상기 제1 기판 위에 배치되어 있는 제1 수평 배향막, 상기 제1 수평 배향막 위에 배치되어 있는 제1 수직 배향막, 상기 제1 기판과 마주보는 제2 기판, 상기 제2 기판 위에 배치되어 있는 제2 수평 배향막, 상기 제2 수평 배향막 위에 배치되어 있는 제2 수직 배향막, 그리고 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 주입되어 있으며, 비틀린 네마틱 모드인 액정층을 포함한다.
상기 제1 수평 배향막은 서로 반대의 방향으로 러빙되어 있는 제1 영역과 제2 영역을 포함하고, 상기 제2 수평 배향막은 서로 반대의 방향으로 러빙되어 있는 제3 영역과 제4 영역을 포함하고, 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역의 러빙 방향과 상기 제3 영역 및 상기 제4 영역의 러빙 방향은 서로 수직을 이룰 수 있다.
상기 액정층의 액정 분자는 양의 유전율 이방성을 가질 수 있다.
상기 액정층의 액정 분자는 음의 유전율 이방성을 가질 수 있다.
본 발명의 다른 한 실시예에 따른 액정 표시 장치는 제1 기판, 상기 제1 기판 위에 배치되어 있으며, 수평 배향막과 수직 배향막을 포함하는 제1 배향막, 상기 제1 기판과 마주보는 제2 기판, 상기 제2 기판 위에 배치되어 있으며, 수평 배향막과 수직 배향막을 포함하는 제2 배향막, 그리고 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 주입되어 있으며, 비틀린 네마틱 모드인 액정층을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 수평 배향 물질과 수직 배향 물질을 포함하는 배향막을 이용하여 액정 분자를 배향할 수 있다. 이에 의해, 저계조에서도 우수한 시야각을 가지는 다중 도메인 액정 표시 장치를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 수평 배향 물질과 수직 배향물질을 포함하는 배향막을 이용하여 액정 분자를 배향함으로써, 액정층에 가해지는 수평 앵커링 에너지와 수직 앵커링 에너지의 조합에 의해, 안정적인 다중 도메인 비틀린 네마틱 모드의 액정 표시 장치를 제공할 수 있다.
도 1a는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치용 표시판을 도시하는 단면도이다.
도 1b는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치를 도시하는 단면도이다.
도 2a는 본 발명의 다른 한 실시예에 따른 액정 표시 장치용 표시판을 도시하는 단면도이다.
도 2b는 본 발명의 다른 한 실시예에 따른 액정 표시 장치를 도시하는 단면도이다.
도 3a는 본 발명의 다른 한 실시예에 따른 액정 표시 장치용 표시판을 도시하는 단면도이다.
도 3b는 본 발명의 다른 한 실시예에 따른 액정 표시 장치를 도시하는 단면도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 다중 도메인 형성 방법을 개념적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 한 실험예에 따른 액정 표시 장치의 이중 배향막의 선경사의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 6는 본 발명의 한 실험예에 따른 액정 표시 장치의 도메인 안정성 평가 결과를 나타내는 그래프이다.
도 7(a) 및 도 7(b)는 본 발명의 한 실험예에 따른 액정 표시 장치의 표시 특성 결과를 나타내는 그래프로, 시야각 측정 결과를 나타낸다.
도 7(c) 및 도 7(d)는 본 발명의 한 실험예에 따른 액정 표시 장치의 표시 특성 결과를 나타내는 그래프로, 계조반전(Gray Scale Inversion) 결과를 나타낸다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 한 실험예에 따른 액정 표시 장치의 응답 속도 결과를 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 다른 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 다른 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이다.
도 11a 내지 도 11c는 본 발명의 한 실험예에 따른 액정 표시 장치의 도메인 안정성 평가 결과를 나타내는 그래프이다.
도 12는 본 발명의 한 실험예에 따른 액정 표시 장치의 배향막 조건에 따른 다중 도메인 액정 표시 장치의 구현 결과를 나타내는 그래프이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 설명한다.
먼저, 도 1a를 참고하여 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치용 표시판에 대하여 설명한다. 도 1a는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치용 표시판을 도시하는 단면도이다.
도 1a를 참고하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치용 표시판은 절연 기판(110), 절연 기판(110) 위에 배치되어 있는 수평 배향막(120), 수평 배향막(120) 위에 배치되어 있는 수직 배향막(130)을 포함한다.
여기서 배향막은 폴리 아믹산(poly-amic acid), 폴리 이미드(poly-imide), 나일론(nylon), PVA(polyvinylalcohol, PVC 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 또한, 배향막은 광배향 물질을 포함할 수도 있다. 광배향 물질은 광에 대한 반응의 종류에 따라 광분해 물질, 광이성화 물질, 광경화 물질 및 광중합 물질 등으로 나눌 수 있다. 광분해 물질의 경우에는 편광된 UV에 의해 폴리머 사슬의 분해를 비등방적으로 일으켜 이에 의해 생성된 구조적 비등방성을 이용하여 광배향될 수 있다. 예를 들면, 폴리이미드에 편광된 UV를 조사하면, 사슬이 끊어지고 산화반응이 동반된다. 위와 같은 물질은 높은 열적 안정성을 가질 수 있다.
광이성화 물질은 광에 의해 cis/trans isomer로 변화가 일어나며 이에 의해 생성된 방향으로 광배향된다.
광경화 물질은 편광된 UV에 의해 편광방향으로 배향되어 있는 광반응기들이 선택적으로 반응하여 이방성을 갖음으로써 광배향된다.
광중합 물질은 광조사시, 광중합이 되어 선경사를 갖는 폴리머를 형성한다.
여기서 광배향 물질은 폴리이미드(Polyimide), 폴리아믹산(Polyamic acid), 폴리노보넨, 페닐 말레이미드 공중합체, 폴리비닐신나메이트(polyvinylcinnamate), 폴리아조벤젠(polyazobenzene), 폴리에틸렌이민(Polyethyleneimine), 폴리비닐알콜(Polyvinyl alcohol), 폴리아미드(Polyamide), 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리스틸렌(Polystylene), 폴리페닐렌프탈아미드(Polyphenylenephthalamide), 폴리에스테르(Polyester), 폴리우레탄(Polyurethane), 폴리실록산에시나메이트(Polysiloxanecinnamate), 셀룰로세신나메이트(cellulosecinnamate)계 화합물 및 폴리메틸 메타크릴 레이트(Polymethyl methacrylate)계 화합물로 구성된 군에서 선택된 고분자물질을 포함할 수 있다.
기판(110) 위에 수평 배향막(120)을 적층한 후, 배향하지 않고, 그 위에 수직 배향막(130)을 적층할 수 있고, 또는 기판(110) 위에 수평 배향막(120)을 적층한 후, 일정한 방향으로 배향한 후, 그 위에 수직 배향막(130)을 적층할 수도 있다.
그리고 수직 배향막(130)은 복수의 도메인을 갖도록 배향될 수 있고, 여기서 배향은 러빙 또는 광배향에 의하여 수행될 수 있다.본 발명의 실시예에 따른 모든 배향막은 그 위에 배치되는 액정 분자가 일정한 선경사(pre-tilt)를 가지도록 러빙되어 있는데, 본 명세서에서 선경사는 각도(angle)와 방향(direction)을 가질 수 있으며, 이하에서는 이를 각각 극각(polar angle, 0-90) 및 방위각(azimuthal angle, 0-360)으로 정의하도록 한다. 즉, 선경사는 방위각(azimuthal angle, 0-360) 및 극각(polar angle, 0~+90)을 모두 포함하는 의미로 해석될 수 있다. 여기서, 방위각은 배향막 또는 액정의 기판 면상으로의 투영이 액정 표시 장치의 신호선, 예를 들어 게이트 라인 또는 데이터 라인을 기준으로 하여 기울어진 각도를 의미한다. 극각은 배향 조절제 또는 액정이 기판의 수평면에 대하여 기울어진 각도를 의미한다.
수직 배향막(130)은 수직 배향물질을 용매(NMP, BL, BC 등)에 섞어서 코팅한다. 수직 배향막 물질의 함량(용량 백분율: wt%)에 따라 수직 배향(130)의 두께가 달라진다.
본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 표시판의 경우, 수평 배향막(120)을 도포한 후, 수직 배향막(130)을 도포하기 때문에, 두 배향막(120, 130)의 앵커링 에너지(anchoring energy)의 조합에 의해 수평 배향막(120)과 수직 배향막(130)의 선경사의 중간 값을 가지는 선경사를 구현할 수 있다. 예를 들어, 수평 배향막(120)에 비하여 수직 배향막(130)의 두께를 증가할 경우, 선경사는 커지고, 그 반대의 경우 선경사는 작아질 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 표시판의 경우, 수평 배향막과 수직 배향막의 적층 구조인 이중 배향막이기 때문에, 액정 분자가 원하는 선경사를 가지도록 배향할 수 있다.
그러면, 도 1b를 참고하여, 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 설명한다. 도 1b는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치를 도시하는 단면도이다.
도 1b를 참고하면, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치는 서로 마주보는 두 표시판(100, 200)과 그 사이에 주입되어 있는 액정층(3)을 포함한다.
하부 표시판(100)은 제1 절연 기판(110) 위에 배치되어 있는 제1 수평 배향막(120), 제1 수평 배향막(120) 위에 배치되어 있는 제1 수직 배향막(130)을 포함한다
상부 표시판(200)은 제2 절연 기판(210) 위에 배치되어 있는 제2 수평 배향막(220), 제2 수평 배향막(220) 위에 배치되어 있는 제2 수직 배향막(230)을 포함한다.
도시하지는 않았지만, 절연 기판(110) 위에는 게이트선, 데이터선 등의 신호선과 신호선에 연결되어 있는 스위칭 소자, 예를 들어 박막 트랜지스터(TFT), 그리고 스위칭 소자에 연결되어 있는 화소 전극 등이 형성되어 있을 수 있다. 또한 절연 기판(110) 위에는 색필터, 차광 부재, 공통 전극 등이 형성되어 있을 수 있다.
하부 표시판(100)의 제1 수평 배향막(120) 및 제1 수직 배향막(130)은 서로 다른 방향으로 배향되어 있는 적어도 두 개의 제1 영역과 제2 영역을 포함하고, 상부 표시판(200)의 제2 수평 배향막(220) 및 제2 수직 배향막(230)은 서로 다른 방향으로 배향되어 있는 적어도 두 개의 제3 영역과 제4 영역을 포함한다.
하부 표시판(100)의 제1 수평 배향막(120) 및 제1 수직 배향막(130)의 제1 영역과 제2 영역은 서로 반대 방향으로 배향될 수 있고, 상부 표시판(200)의 제2 수평 배향막(220) 및 제2 수직 배향막(230)의 제3 영역과 제4 영역은 서로 반대 방향으로 배향될 수 있다.
또한, 하부 표시판(100)의 제1 영역 및 제2 영역의 배향 방향과 상부 표시판(200)의 제3 영역 및 제4 영역의 배향 방향은 서로 수직을 이룰 수 있다.
하부 표시판(100)의 제1 기판(110) 위에 제1 수평 배향막(120)을 적층한 후, 배향하지 않고, 그 위에 제1 수직 배향막(130)을 적층할 수 있고, 또는 제1 기판(110) 위에 제1 수평 배향막(120)을 적층한 후, 원하는 방향으로 배향한 후, 그 위에 제1 수직 배향막(130)을 적층할 수도 있다.
상부 표시판(200)의 제2 수평 배향막(220) 및 제2 수직 배향막(230)도 유사하게, 제2 기판(210) 위에 제2 수평 배향막(220)을 적층한 후, 배향하지 않고, 그 위에 제2 수직 배향막(230)을 적층할 수 있고, 또는 제2 기판(210) 위에 제2 수평 배향막(220)을 적층한 후, 원하는 방향으로 배향한 후, 그 위에 제2 수직 배향막(230)을 적층할 수도 있다.
도시한 실시예에서는, 하부 표시판(100)과 상부 표시판(200) 모두 수평 배향막과 수직 배향막을 포함하였지만, 두 표시판(100, 200) 중 적어도 하나의 표시판이 수평 배향막과 수직 배향막의 적층 구조를 이루는 배향막을 포함할 수도 있다.
도시하지는 않았지만, 제1 기판(110) 또는 제2 기판(210) 위에는 게이트선, 데이터선 등의 신호선과 신호선에 연결되어 있는 스위칭 소자, 예를 들어 박막 트랜지스터(TFT), 그리고 스위칭 소자에 연결되어 있는 화소 전극, 색필터, 차광 부재, 공통 전극 등이 형성되어 있을 수 있다.
일반적으로, 수평 배향되어 있는 비틀린 네마틱 액정 표시 장치에 있어서, 안정적인 네 개의 도메인을 형성하기 위하여 요구되는 선경사의 최소 극각(θmin)은 아래의 수식에 의해 구해진다.
θmin 2=π×d/L
여기서, d는 액정층의 셀 간격이고, L은 도메인의 수평 크기이다.
예를 들어, 셀 간격이 5㎛이고, 도메인의 수평 크기가 100㎛인 경우, 안정적인 네 개의 도메인을 형성하기 위하여 요구되는 최소 극각(θmin)은 약 22도이다.
일반적으로, 수평 배향막의 경우 약 4-5도의 극각을 가지고, 수직 배향막은 약 89-90도의 극각을 가지기 때문에, TN 모드에서 안정적인 네 개의 도메인을 형성하기 어렵다.
본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 표시판의 경우, 수평 배향막(120)을 도포한 후, 수직 배향막(130)을 도포하기 때문에, 두 배향막(120, 130)의 앵커링 에너지(anchoring energy)의 조합에 의해 수평 배향막(120)과 수직 배향막(130)의 선경사의 중간 영역의 값을 가지는 선경사를 구현할 수 있다. 특히, 본 발명의 실시예와 같은 수평 배향되어 있는 비틀린 네마틱 액정 표시 장치에서는, 러빙 또는 광배향에 의하여 방위각(azimuthal angle)이 정해지고, 이중 배향막에 의하여 극각이 조절 될 수 있다. 예를 들어, 수평 배향막(120)에 비하여 수직 배향막(130)의 두께를 증가할 경우, 극각은 커지고, 그 반대의 경우 극각은 작아질 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 표시판의 경우, 수평 배향막과 수직 배향막의 적층 구조인 이중 배향막이기 때문에, 액정 분자가 원하는 극각을 가지도록 배향할 수 있다.
그러면, 도 2a 및 도 2b를 참고하여, 본 발명의 다른 한 실시예에 따른 액정 표시 장치용 표시판과 액정 표시 장치에 대하여 설명한다. 도 2a는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치용 표시판을 도시하는 단면도이고, 도 2b는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치를 도시하는 단면도이다.
도 2a를 참고하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치용 표시판은 절연 기판(110), 절연 기판(110) 위에 배치되어 있으며, 수평 배향 물질과 수직 배향 물질을 포함하는 혼합 배향막(140)을 포함한다. 혼합 배향막(140)은 수평 배향 물질과 수직 배향 물질을 혼합하여 형성할 수 있다.
여기서 배향 물질은 폴리 아믹산(poly-amic acid), 폴리 이미드(poly-imide), 나일론(nylon), PVA(polyvinylalcohol, PVC 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 또한, 배향막은 광배향 물질을 포함할 수도 있다. 광배향 물질은 광에 대한 반응의 종류에 따라 광분해 물질, 광이성화 물질, 광경화 물질 및 광중합 물질 등으로 나눌 수 있다. 광분해 물질의 경우에는 편광된 UV에 의해 폴리머 사슬의 분해를 비등방적으로 일으켜 이에 의해 생성된 구조적 비등방성을 이용하여 광배향될 수 있다. 예를 들면, 폴리이미드에 편광된 UV를 조사하면, 사슬이 끊어지고 산화반응이 동반된다. 위와 같은 물질은 높은 열적 안정성을 가질 수 있다.
광이성화 물질은 광에 의해 cis/trans isomer로 변화가 일어나며 이에 의해 생성된 방향으로 광배향된다.
광경화 물질은 편광된 UV에 의해 편광방향으로 배향되어 있는 광반응기들이 선택적으로 반응하여 이방성을 갖음으로써 광배향된다.
광중합 물질은 광조사시, 광중합이 되어 선경사를 갖는 폴리머를 형성한다.
여기서 광배향 물질은 광배향 물질은 폴리이미드(Polyimide), 폴리아믹산(Polyamic acid), 폴리노보넨, 페닐 말레이미드 공중합체, 폴리비닐신나메이트(polyvinylcinnamate), 폴리아조벤젠(polyazobenzene), 폴리에틸렌이민(Polyethyleneimine), 폴리비닐알콜(Polyvinyl alcohol), 폴리아미드(Polyamide), 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리스틸렌(Polystylene), 폴리페닐렌프탈아미드(Polyphenylenephthalamide), 폴리에스테르(Polyester), 폴리우레탄(Polyurethane), 폴리실록산에시나메이트(Polysiloxanecinnamate), 셀룰로세신나메이트(cellulosecinnamate)계 화합물 및 폴리메틸 메타크릴 레이트(Polymethyl methacrylate)계 화합물로 구성된 군에서 선택된 고분자물질을 포함할 수 있다.
혼합 배향막(140)은 수직 배향물질을 용매(NMP: BL: BC)에 섞어서 수평 배향막에 혼합한다. 수직 배향막 물질의 함량(용량 백분율:wt%)에 따라 혼합 배향막(140)에 의한 극각이 달라진다.
앞서 설명하였듯이, 수평 배향막의 경우 약 4-5°의 극각을 가지고, 수직 배향막은 약 89-90°의 극각을 가지기 때문에, 수평 배향된 비틀린 네마틱(TN, twisted nematic) 모드에서 안정적인 네 개의 도메인을 형성하기 어렵다.
본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 표시판의 경우, 수평 배향 물질과 수직 배향 물질을 혼합한 혼합 배향막(140)을 이용하여 배향하기 때문에, 수평 배향물질과 수직 배향 물질의 앵커링 에너지(anchoring energy)의 조합에 의해 수평 배향물질과 수직 배향물질의 중간 영역의 값을 가지는 선경사를 구현할 수 있다. 앞서 설명하였듯이, 선경사(극각)은 용매에 첨가되는 수직 배향막 물질의 함량에 따라 변화될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 표시판의 경우, 수평 배향막과 수직 배향막을 혼합한 혼합 배향막이기 때문에, 액정 분자가 원하는 극각을 가지도록 배향할 수 있다.
그러면, 도 2b를 참고하여, 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 설명한다.
도 2b를 참고하면, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치는 서로 마주보는 두 표시판(100, 200)과 그 사이에 주입되어 있는 액정층(3)을 포함한다.
하부 표시판(100)은 제1 절연 기판(110) 및 제1 절연 기판(110) 위에 배치되어 있으며, 수평 배향 물질과 수직 배향 물질을 포함하는 제1 혼합 배향막(140)을 포함한다..
상부 표시판(200)은 제2 절연 기판(210) 및 제2 절연 기판(210) 위에 배치되어 있으며, 수평 배향 물질과 수직 배향 물질을 포함하는 제2 혼합 배향막(240)을 포함한다. 제2 혼합 배향막(240)은 PI, 광배향막, 나일론(nylon), PVC, PVA 등의 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
하부 표시판(100)의 제1 혼합 배향막(140)은 서로 다른 방향으로 러빙되어 있는 적어도 두 개의 제1 영역과 제2 영역을 포함하고, 상부 표시판(200)의 제2 혼합 배향막(240)은 서로 다른 방향으로 러빙되어 있는 적어도 두 개의 제3 영역과 제4 영역을 포함한다.
하부 표시판(100)의 제1 혼합 배향막(140)의 제1 영역과 제2 영역은 서로 반대 방향으로 러빙될 수 있고, 상부 표시판(200)의 제2 혼합 배향막(240)의 제3 영역과 제4 영역은 서로 반대 방향으로 러빙될 수 있다.
또한, 하부 표시판(100)의 제1 영역 및 제2 영역의 러빙 방향과 상부 표시판(200)의 제3 영역 및 제4 영역의 러빙 방향은 서로 수직을 이룰 수 있다.
도시한 실시예에서는, 하부 표시판(100)과 상부 표시판(200) 모두 혼합 배향막을 포함하였지만, 두 표시판(100, 200) 중 적어도 하나의 표시판이 혼합 배향막을 포함할 수도 있다. 도시하지는 않았지만, 본 발명의 다른 한 실시예에서는 혼합 배향막(140, 240) 중 적어도 하나에는 배향 조절제를 포함할 수도 있다.
도시하지는 않았지만, 제1 기판(110) 또는 제2 기판(210) 위에는 게이트선, 데이터선 등의 신호선과 신호선에 연결되어 있는 스위칭 소자, 예를 들어 박막 트랜지스터(TFT), 그리고 스위칭 소자에 연결되어 있는 화소 전극, 색필터, 차광 부재, 공통 전극 등이 형성되어 있을 수 있다.
다음으로, 도 3a를 참고하여 본 발명의 다른 한 실시예에 따른 액정 표시 장치용 표시판에 대하여 설명한다. 도 3a는 본 발명의 다른 한 실시예에 따른 액정 표시 장치용 표시판을 도시하는 단면도이다.
도 3a를 참고하면, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치용 표시판은 도 1a에 도시한 표시판과 적층 구조가 유사하다. 절연 기판(110), 절연 기판(110) 위에 배치되어 있는 수평 배향막(120), 수평 배향막(120) 위에 배치되어 있는 수직 배향막(130)을 포함한다.
그러나, 도 1a에 도시한 실시예와는 달리, 수평 배향막(120) 및 수직 배향막(130)의 적층 구조의 배향막에 배향 조절제(20)를 더 포함한다. 수평 배향막(120) 및 수직 배향막(130)의 적층 구조의 배향막에 배향 조절제(20)를 더 포함할 수 있다.여기서, 배향 조절제는 중합된 광중합성 모노머 또는 올리고머를 말하며, 광중합성 모노머 또는 올리고머의 예를 들면 리액티브 메조겐, NOA series(노어랜드 사) 등이 사용될 수 있다.
리액티브 메조겐은 자외선 등의 광에 의하여 중합되며, 인접한 물질의 배향 상태에 따라 배향되는 물질이다. 여기서, 인접한 물질은 상술한 바와 같이 액정(300)을 사용할 수 있다. 리액티브 메조겐의 예로는 아래의 식으로 표현되는 화합물을 들 수 있다.
P1-A1-(Z1-A2)n-P2,
여기서, P1과 P2는 아크릴레이트(acrylate), 메타크릴레이트(methacrylate), 비닐(vinyl), 비닐옥시(vinyloxy) 및 에폭시(epoxy) 그룹 중에서 독립적으로 선택되는 것이고, A1과 A2는 1,4-페닐렌(phenylen)과 나프탈렌(naphthalene)-2,6-다일(diyl) 그룹 중에서 독립적으로 선택되는 것이며, Z1은 COO-, OCO- 및 단일 결합 중의 하나이고, n은 0, 1 및 2 중의 하나임.
좀 더 구체적으로는 아래의 식 중 하나로 표현되는 화합물을 들 수 있다:
Figure pat00001
Figure pat00002
Figure pat00003
여기서, P1과 P2는 아크릴레이트(acrylate), 메타크릴레이트(methacrylate), 비닐(vinyl), 비닐옥시(vinyloxy) 및 에폭시(epoxy) 그룹 중에서 독립적으로 선택되는 것이다.
본 실시예에서, 배향 물질에 배향 조절 물질을 혼합하여 배향막(130)을 형성할 수 있다. 이때, 중합 개시제가 첨가될 수 있다. 중합 개시제는 반드시 첨가시킬 필요는 없지만, 중합 개시제가 첨가됨으로써, 중합이 신속하게 진행되도록 할 수 있다. 중합 개시제로는, 메틸에틸케톤퍼록시드 이외에, 예를 들면 벤조일퍼록시드, 큐멘히드로퍼록시드, t-부틸퍼옥토에이트, 디큐밀퍼록 시드나, 벤조일알킬에테르계, 아세토페논계, 벤조페논계, 크산톤계 벤조인에테르계, 벤질케탈계의 중합 개시제 등을 사용할 수 있으며, 이를 그대로 사용하거나, 적절하게 혼합하여 사용할 수 있다.
혼합 물질로 배향막을 형성한 다음, 자외선을 조사하여 배향 조절 물질을 중합하여 배향조절제(20)를 형성하거나, 액정층을 형성한 다음, 양 기판 사이에 전압을 인가하여 액정 방향자의 선경사 를 변경시킨 상태에서 자외선을 조사하여 배향 조절 물질을 중합시켜 배향 조절제(20)를 형성함으로써, 액정 방향자의 선경사를 고정시킬 수도 있다. 이로써, 액정층의 응답속도를 향상시킬 수 있다.
본 실시예에서, 기판(110) 위에 수평 배향막(120)을 적층한 후, 배향하지 않고, 그 위에 수직 배향막(130)을 적층할 수 있고, 또는 기판(110) 위에 수평 배향막(120)을 적층한 후, 일정한 방향으로 배향한 후, 그 위에 수직 배향막(130)을 적층할 수도 있다.
그러면, 도 3b를 참고하여, 본 발명의 다른 한 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 설명한다. 도 3b는 본 발명의 다른 한 실시예에 따른 액정 표시 장치를 도시하는 단면도이다.
도 3b를 참고하면, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치는 도 1b에 도시한 액정 표시 장치와 유사하다. 본 실시예에 따른 액정 표시 장치는 서로 마주보는 두 표시판(100, 200)과 그 사이에 주입되어 있는 액정층(3)을 포함한다.
하부 표시판(100)은 제1 절연 기판(110) 위에 배치되어 있는 제1 수평 배향막(120), 제1 수평 배향막(120) 위에 배치되어 있는 제1 수직 배향막(130)을 포함한다. 상부 표시판(200)은 제2 절연 기판(210) 위에 배치되어 있는 제2 수평 배향막(220), 제2 수평 배향막(220) 위에 배치되어 있는 제2 수직 배향막(230)을 포함한다. 그러나, 도 1b에 도시한 실시예와는 달리, 제1 수직 배향막(130)에 배향 조절제(20)를 더 포함한다. 제1 수직 배향막(130)에 배향 조절제(20)를 더 포함함으로써, 응답 속도를 높일 수 있다.
도시한 실시예에서는 하부 표시판(100)의 제1 수직 배향막(130)에만 배향 조절제(20)를 더 포함하였으나, 상부 표시판(200)의 제2 수직 배향막(230)에도 배향 조절제(20)를 더 포함할 수 있고, 제1 수평 배향막(120) 및 제2 수평 배향막(220)에도 배향 조절제(20)가 포함될 수 있다.
하부 표시판(100)의 제1 수평 배향막(120) 및 제1 수직 배향막(130)은 서로 다른 방향으로 배향되어 있는 적어도 두 개의 제1 영역과 제2 영역을 포함하고, 상부 표시판(200)의 제2 수평 배향막(220) 및 제2 수직 배향막(230)은 서로 다른 방향으로 배향되어 있는 적어도 두 개의 제3 영역과 제4 영역을 포함한다.
하부 표시판(100)의 제1 수평 배향막(120) 및 제1 수직 배향막(130)의 제1 영역과 제2 영역은 서로 반대 방향으로 배향될 수 있고, 상부 표시판(200)의 제2 수평 배향막(220) 및 제2 수직 배향막(230)의 제3 영역과 제4 영역은 서로 반대 방향으로 배향될 수 있다.
또한, 하부 표시판(100)의 제1 영역 및 제2 영역의 배향 방향과 상부 표시판(200)의 제3 영역 및 제4 영역의 배향 방향은 서로 수직을 이룰 수 있다.
하부 표시판(100)의 제1 기판(110) 위에 제1 수평 배향막(120)을 적층한 후, 배향하지 않고, 그 위에 제1 수직 배향막(130)을 적층할 수 있고, 또는 제1 기판(110) 위에 제1 수평 배향막(120)을 적층한 후, 원하는 방향으로 배향한 후, 그 위에 제1 수직 배향막(130)을 적층할 수도 있다.
상부 표시판(200)의 제2 수평 배향막(220) 및 제2 수직 배향막(230)도 유사하게, 제2 기판(210) 위에 제2 수평 배향막(220)을 적층한 후, 배향하지 않고, 그 위에 제2 수직 배향막(230)을 적층할 수 있고, 또는 제2 기판(210) 위에 제2 수평 배향막(220)을 적층한 후, 원하는 방향으로 배향한 후, 그 위에 제2 수직 배향막(230)을 적층할 수도 있다.
도시한 실시예에서는, 하부 표시판(100)과 상부 표시판(200) 모두 수평 배향막과 수직 배향막을 포함하였지만, 두 표시판(100, 200) 중 적어도 하나의 표시판이 수평 배향막과 수직 배향막의 적층 구조를 이루는 배향막을 포함할 수도 있다.
이처럼, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는 기판 위에 수평 배향막과 배향 조절제를 포함하는 수직 배향막을 적층한 배향막을 형성하고 원하는 방향으로 배향(러빙 또는 광배향)한 후, 액정층에 전압을 인가한 상태에서 UV를 조사하여 배향막에 의해 배향된 액정 방향자의 선경사 방향을 고정시켜 줌으로서 원하는 선경사를 가지도록 배향함과 동시에 선경사를 강화하여, 저계조에서도 다중 도메인을 구현할 수 있고, 수평 배향된 비틀린 네마틱 액정 표시 장치의 액정 분자의 응답 속도도 빨라질 수 있다. 따라서, 전계조에서 시야각이 우수한 액정 표시 장치를 얻을 수 있고, 빠른 응답 속도를 구현할 수 있다.
그러면, 도 4a 및 도 4b를 참고하여, 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 다중 도메인 형성 방법에 대하여 설명한다. 도 4a 및 도 4b는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 다중 도메인 형성 방법을 개념적으로 도시한 도면이다. 도 4a는 배향막 구조의 러빙 방향을 개념적으로 도시한 것이고, 도 4b는 도 4a의 러빙에 따른 액정 방향자의 배열을 개념적으로 나타낸 것이다.
도 4a에서, a는 하부 표시판(100)의 러빙 방향을 나타내고, b는 상부 표시판(200)의 러빙 방향을 나타내고, c는 액정 방향자의 배열 방향을 나타낸다.
도 4a를 참고하면, 하부 표시판(100)의 제1 수평 배향막(120) 및 제1 수직 배향막(130)의 적층 배향막을 서로 반대 방향으로 배향하여, 제1 방향으로 배향된 제1 서브 영역(Ra, Rb)과 제2 방향으로 배향된 제2 서브 영역(Rc, Rd)을 구분한다.
상부 표시판(200)의 제2 수평 배향막(220) 및 제2 수직 배향막(230)의 적층 배향막을 서로 반대 방향으로 배향하여, 제3 방향으로 배향된 제3 서브 영역(Ra, Rc)과 제4 방향으로 배향된 제4 서브 영역(Rb, Rd)으로 구분한다.
그 후, 하부 표시판(100)과 상부 표시판(200)을 합착함으로써, 도 4b에 도시한 바와 같이, 액정 방향자(31)가 서로 다른 방향으로 배향된 4개의 영역(Ra, Rb, Rc, Rd)을 형성할 수 있다. 이처럼, 배향 방향을 달리한 4개의 도메인을 형성함으로써, 시야각이 높아질 수 있다.
도시한 바와 같이, 하부 표시판(100)의 적층 배향막의 배향 방향과 상부 표시판(200)의 적층 배향막의 배향 방향은 서로 수직일 수 있다.
여기서, 배향막을 멀티 러빙하는 것으로 설명하였지만, 배향막은 광배향에 의하여 배향될 수 있다. 이때, 배향막의 일부를 마스크로 가린 상태에서 광을 조사함으로써, 배향막은 멀티 도메인을 가지도록 형성될 수 있다. 또한, 광 조사 공정시, 광의 편광 방향 및/또는 기판의 기울임 정도에 따라 각 도메인의 방위각 및 극각이 규제될 수 있다.
그러면, 도 5를 참고하여, 본 발명의 한 실험예에 따른 액정 표시 장치의 이중 배향막의 선경사 결과에 대하여 설명한다. 도 5는 본 발명의 한 실험예에 따른 액정 표시 장치의 이중 배향막의 선경사의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 5를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 수평 배향막과 수직 배향막의 이중막 구조의 배향막에서, 수직 배향막의 함량(wt%)을 높일 수록 선경사의 극각이 증가함을 알 수 있었다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 수평 배향막과 수직 배향막의 이중막 구조의 배향막을 이용할 경우, 수직 배향막의 함량을 조절함으로써, 액정 분자가 원하는 선경사를 가지도록 배향할 수 있음을 알 수 있었다.
그러면, 도 6을 참고하여 본 발명의 한 실험예에 따른 액정 표시 장치의 도메인 안정성에 대하여 설명한다. 도 6은 본 발명의 한 실험예에 따른 액정 표시 장치의 도메인 안정성 평가 결과를 나타내는 그래프이다. 도 6에서 각 도면에 도시되어 있는 실선은 도메인 경계를 나타낸다. 도 6의 (a)는 극각이 4도인 경우를 나타내고, 도 6의 (b)는 극각이 7도인 경우를 나타내고, 도 6의 (c)는 극각이 18도인 경우를 나타낸다.
도 6의 (a)를 참고하면, 배향막에 의해 배향된 액정 분자가 4°의 극각을 가질 경우, 액정층에 약 1.2V의 전압이 가해지는 계조 이하 범위에서 네 개의 도메인의 안정성이 저하되고 있음을 알 수 있었고, 도 6의 (b)를 참고하면, 액정 분자가 7°의 극각을 가질 경우, 액정층에 약 1.0V의 전압이 가해지는 계조 이하 범위에서 네 개의 도메인의 안정성이 저하되고 있음을 알 수 있었다. 도 6의 (c)를 참고하면, 배향막에 의해 배향된 액정 분자가 18°의 극각을 가질 경우, OV의 낮은 전압에서도 네 개의 다중 도메인이 안정적으로 형성됨을 확인할 수 있었다. 즉, 극각이 18°이하인 경우 낮은 전압에서는 다중 도메인이 형성되지 않는다. 따라서, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치용 표시판과 같이, 수평 배향막 및 수직 배향막을 포함하는 적층 구조의 이중 배향막 또는 혼합 배향막을 이용하여 극각을 조절함으로써, 안정적인 다중 도메인을 구현할 수 있음을 알 수 있었다.
그러면, 도 7을 참고하여, 본 발명의 한 실험예에 따른 액정 표시 장치의 표시 특성에 대하여 설명한다. 도 7은 본 발명의 한 실험예에 따른 액정 표시 장치의 표시 특성 결과를 나타내는 그래프이다. 도 7(a) 및 도 7(b)는 시야각 측정 결과를 나타내고, 도 7(c) 및 도 7(d)는 계조반전(Gray Scale Inversion) 결과를 나타낸다.
도 7을 참고하면, 일반적인 TN 모드의 액정 표시 장치와 비교하여, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 경우, 시야각 대칭성이 개선된 것을 확인할 수 있었으며, 계조반전도 개선되었음을 확인할 수 있었다. 이처럼, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치용 표시판과 같이, 수평 배향막과 수직 배향막의 적층 구조인 이중 배향막을 이용하여 다중 도메인을 구현함으로써, 우수한 시야각을 얻을 수 있으며, 표시 품질도 우수해짐을 알 수 있었다.
다음으로, 도 8을 참고하여, 본 발명의 한 실험예에 따른 액정 표시 장치의 응답 속도에 대하여 설명한다. 도 8은 본 발명의 한 실험예에 따른 액정 표시 장치의 응답 속도 결과를 나타내는 그래프이다. 도 8a는 액정 분자의 상승 시간(rising time)을 나타내고, 도 8b는 액정 분자의 하강 시간(falling time)을 나타내고, 도 8c는 액정 분자의 전체 응답 시간(total response time)을 나타낸다. 도 8a 내지 도 8c에서, A는 일반적인 비틀린 네마틱(TN, twisted nematic) 모드의 액정 표시 장치에 관한 것이고, B는 일반적인 다중 도메인 비틀린 네마틱(TN, twisted nematic) 모드의 액정 표시 장치에 관한 것이고, C는 본 발명의 실시예에 따른 다중 도메인 액정 표시 장치에 관한 것이다.
도 8a 내지 도 8c를 참고하면, 일반적인 비틀린 네마틱(TN, twisted nematic) 모드 또는 일반적인 다중 도메인 비틀린 네마틱(TN, twisted nematic) 모드의 액정 표시 장치와 비교하여, 본 발명의 실시예에 따른 다중 도메인 액정 표시 장치의 경우, 응답 속도가 개선되었음을 알 수 있었다.
그러면, 도 9를 참고하여, 본 발명의 다른 한 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 설명한다. 도 9는 본 발명의 다른 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이다.
도 9를 참고하면, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치는 도 1b에 도시한 액정 표시 장치와 유사하다.
본 실시예에 따른 액정 표시 장치는 서로 마주보는 두 표시판(100, 200)과 그 사이에 주입되어 있는 액정층(3)을 포함한다.
하부 표시판(100)은 제1 절연 기판(110) 위에 배치되어 있는 제1 수평 배향막(120), 제1 수평 배향막(120) 위에 배치되어 있는 제1 수직 배향막(130)을 포함한다. 상부 표시판(200)은 제2 절연 기판(210) 위에 배치되어 있는 제2 수평 배향막(220), 제2 수평 배향막(220) 위에 배치되어 있는 제2 수직 배향막(230)을 포함한다.
하부 표시판(100)의 제1 수평 배향막(120) 및 제1 수직 배향막(130)은 서로 다른 방향으로 러빙되어 있는 적어도 두 개의 제1 영역과 제2 영역을 포함하고, 상부 표시판(200)의 제2 수평 배향막(220) 및 제2 수직 배향막(230)은 서로 다른 방향으로 러빙되어 있는 적어도 두 개의 제3 영역과 제4 영역을 포함한다.
하부 표시판(100)의 제1 수평 배향막(120) 및 제1 수직 배향막(130)의 제1 영역과 제2 영역은 서로 반대 방향으로 러빙될 수 있고, 상부 표시판(200)의 제2 수평 배향막(220) 및 제2 수직 배향막(230)의 제3 영역과 제4 영역은 서로 반대 방향으로 러빙될 수 있다.
또한, 하부 표시판(100)의 제1 영역 및 제2 영역의 러빙 방향과 상부 표시판(200)의 제3 영역 및 제4 영역의 러빙 방향은 서로 수직을 이룰 수 있다.
그러나, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치는 도 1b에 도시한 액정 표시 장치와는 달리, 제1 기판(110)과 제2 기판(210)에 인접한 영역에 배치되어 있는 액정 분자(31)의 극각이 더 크도록 배향되어 있다. 또한, 액정층(3) 내의 액정 분자는 음의 유전율 이방성을 가지고, 일정한 피치를 가지도록 꼬여있는 역 비틀린 네마틱(reverse TN) 모드이다. 이러한 역 비틀린 네마틱 모드 액정 표시 장치는 노멀리 블랙 모드를 이용하여, 블랙 표시가 우수하고, 응답 속도가 빠르다.
일반적으로, 음의 유전율 이방성을 가지는 액정을 이용하여, 비틀린 네마틱 모드의 액정 표시 장치를 구현할 경우, 수직 배향막을 이용하여 액정을 초기 수직 배향한다. 그러나, 이처럼 수직 배향막을 이용하여 초기 배향한 경우, 액정 분자의 수평 앵커링 에너지가 작아져서 비틀린 네마틱 모드 액정 표시 장치를 구현하기 어렵다.
액정층이 역 비틀린 네마틱 모드를 구현하기 위하여, 액정 분자에 가해지는 수평 앵커링 에너지(azimuthal anchoring energy)는 아래와 같은 식으로 표현되는 꼬임 변형 에너지(twist deformation energy) 보다 커야 한다.
Figure pat00004
여기서, d는 액정 표시 장치의 셀 간격이고, k는 액정 물질에 따라 변화하는 상수이다.
음의 유전율 이방성 액정층을 이용한 역 비틀린 네마틱 액정 표시 장치를 수직 배향막만을 이용하여 배향한 경우, 액정층에 가해지는 수평 앵커링 에너지의 값은 매우 작다. 따라서, 수평 앵커링 에너지의 값은 위의 식으로 표현되는 꼬임 변형 에너지보다 작게 되어, 액정층은 역 비틀린 네마틱 모드를 유지할 수 없게 된다.
그러나, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 경우, 수평 배향막(120, 220)을 도포한 후, 수직 배향막(130, 230)을 도포하기 때문에, 수평 배향막(120, 220)과 수직 배향막(220, 230)의 앵커링 에너지(anchoring energy)의 조합에 의해, 수직 배향막에 의해 큰 극각을 가지면서도, 수평 배향막에 의해 액정층(3)에 가해지는 수평 앵커링 에너지가 꼬임 변형 에너지보다 클 수 있어, 역 비틀린 네마틱 모드를 유지할 수 있어, 복수의 도메인을 가지는 역 비틀린 네마틱 액정 표시 장치를 구현할 수 있다.
예를 들어, 수직 배향막(130, 230)의 두께는 액정층(3)에 가해지는 수평 배향막(120, 220)에 의한 수평 앵커링 에너지를 유지할 수 있도록 조절될 수 있고, 약 30nm보다 얇은 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배향막을 제조하기 위하여, 하부 표시판(100)의 제1 기판(110) 위에 제1 수평 배향막(120)을 적층한 후, 러빙하지 않고, 그 위에 제1 수직 배향막(130)을 적층한 후 러빙할 수 있고, 또는 제1 기판(110) 위에 제1 수평 배향막(120)을 적층한 후, 원하는 방향으로 러빙한 후, 그 위에 제1 수직 배향막(130)을 적층할 수도 있다.
또한, 상부 표시판(200)의 제2 수평 배향막(220) 및 제2 수직 배향막(230)도 유사하게, 제2 기판(210) 위에 제2 수평 배향막(220)을 적층한 후, 러빙하지 않고, 그 위에 제2 수직 배향막(230)을 적층한 후 러빙할 수 있고, 또는 제2 기판(210) 위에 제2 수평 배향막(220)을 적층한 후, 원하는 방향으로 러빙한 후, 그 위에 제2 수직 배향막(230)을 적층할 수도 있다.
도시한 실시예에서는, 하부 표시판(100)과 상부 표시판(200) 모두 수평 배향막과 수직 배향막을 포함하였지만, 두 표시판(100, 200) 중 적어도 하나의 표시판이 수평 배향막과 수직 배향막의 적층 구조를 이루는 배향막을 포함할 수도 있다.
그러면, 도 10을 참고하여, 본 발명의 다른 한 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 설명한다. 도 10은 본 발명의 다른 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이다.
도 10을 참고하면, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치는 도 2b에 도시한 액정 표시 장치와 유사하다.
본 실시예에 따른 액정 표시 장치는 서로 마주보는 두 표시판(100, 200)과 그 사이에 주입되어 있는 액정층(3)을 포함한다.
하부 표시판(100)은 제1 절연 기판(110) 및 제1 절연 기판(110) 위에 배치되어 있으며, 수평 배향 물질과 수직 배향 물질을 포함하는 제1 혼합 배향막(140)을 포함한다..
상부 표시판(200)은 제2 절연 기판(210) 및 제2 절연 기판(210) 위에 배치되어 있으며, 수평 배향 물질과 수직 배향 물질을 포함하는 제2 혼합 배향막(240)을 포함한다. 제2 혼합 배향막(240)은 PI, 광배향막, 나일론(nylon), PVC, PVA 등의 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
하부 표시판(100)의 제1 혼합 배향막(140)은 서로 다른 방향으로 러빙되어 있는 적어도 두 개의 제1 영역과 제2 영역을 포함하고, 상부 표시판(200)의 제2 혼합 배향막(240)은 서로 다른 방향으로 러빙되어 있는 적어도 두 개의 제3 영역과 제4 영역을 포함한다.
하부 표시판(100)의 제1 혼합 배향막(140)의 제1 영역과 제2 영역은 서로 반대 방향으로 러빙될 수 있고, 상부 표시판(200)의 제2 혼합 배향막(240)의 제3 영역과 제4 영역은 서로 반대 방향으로 러빙될 수 있다.
그러나, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치는 도 2b에 도시한 액정 표시 장치와는 달리, 제1 기판(110)과 제2 기판(210)에 인접한 영역에 배치되어 있는 액정 분자(31)의 극각이 더 크도록 배향되어 있다. 또한, 액정층(3) 내의 액정 분자는 음의 유전율 이방성을 가지고, 일정한 피치를 가지도록 꼬여있는 역 비틀린 네마틱(reverse TN) 모드이다.
또한, 하부 표시판(100)의 제1 영역 및 제2 영역의 러빙 방향과 상부 표시판(200)의 제3 영역 및 제4 영역의 러빙 방향은 서로 수직을 이룰 수 있다.
일반적으로, 음의 유전율 이방성을 가지는 액정을 이용하여, 비틀린 네마틱 모드의 액정 표시 장치를 구현할 경우, 수직 배향막을 이용하여 액정을 초기 수직 배향한다. 그러나, 이처럼 수직 배향막을 이용하여 초기 배향한 경우, 액정 분자의 수평 앵커링 에너지가 작아져서 비틀린 네마틱 모드 액정 표시 장치를 구현하기 어렵다.
그러나, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는 수평 배향 물질과 수직 배향 물질을 혼합한 혼합 배향막(140, 240)을 이용하여 배향하기 때문에, 수평 배향막 물질과 수직 배향 물질의 앵커링 에너지(anchoring energy)의 조합에 의해, 수직 배향 물질에 의해 큰 극각을 가지면서도, 수평 배향 물질에 의해 액정층(3)에 가해지는 수평 앵커링 에너지가 꼬임 변형 에너지보다 클 수 있어, 비틀린 네마틱 모드를 유지할 수 있어, 복수의 도메인을 가지는 역 비틀린 네마틱 액정 표시 장치를 구현할 수 있다.
여기서, 수직 배향 물질의 양은 액정층(3)에 가해지는 수평 배향 물질에 의한 수평 앵커링 에너지를 유지할 수 있도록 조절될 수 있고, 수직 배향 물질층의 두께가 약 30nm이하가 되는 것이 바람직하다.
도시한 실시예서는, 하부 표시판(100)과 상부 표시판(200) 모두 혼합 배향막을 포함하였지만, 두 표시판(100, 200) 중 적어도 하나의 표시판이 혼합 배향막을 포함할 수도 있다. 또한, 도시한 실시예에서는 하부 표시판(100)과 상부 표시판(200) 모두 배향 조절제(20)를 포함하였지만, 두 표시판(100, 200) 중 적어도 하나의 표시판이 배향 조절제(20)를 포함할 수도 있다.
도시하지는 않았지만, 제1 기판(110) 또는 제2 기판(210) 위에는 게이트선, 데이터선 등의 신호선과 신호선에 연결되어 있는 스위칭 소자, 예를 들어 박막 트랜지스터(TFT), 그리고 스위칭 소자에 연결되어 있는 화소 전극, 색필터, 차광 부재, 공통 전극 등이 형성되어 있을 수 있다.
다음으로, 도 11a, 도 11b, 그리고 도 11c를 참고하여, 본 발명의 한 실험예에 따른 액정 표시 장치의 표시 특성에 대하여 설명한다. 도 11a, 도 11b, 그리고 도 11c는 본 발명의 한 실험예에 따른 액정 표시 장치의 도메인 안정성 평가 결과를 나타내는 그래프이다. 도 11a 내지 도 11c에서, 각 도면에 도시되어 있는 실선은 도메인 경계를 나타낸다.도 11a는 기존의 수직 배향막을 이용하여 음의 유전율 이방성을 가지는 액정층을 배향한 경우를 도시하고, 도 11b는 수평 배향막과 수직 배향막을 포함하는 배향막을 포함하여 배향한 경우로, 수직 배향막의 두께는 약 5nm인 경우를 도시하고, 도 11c는 수평 배향막과 수직 배향막을 포함하는 배향막을 포함하여 배향한 경우로, 수직 배향막의 두께는 약 30nm 이상인 경우를 도시한다.
도 11a를 참고하면, 수직 배향막을 이용하여, 음의 유전율 이방성을 가지는 액정층을 배향한 경우, 네 개의 도메인의 경계가 불명확한 것을 알 수 있었다. 즉, 안정적인 네 개의 도메인을 가지는 비틀린 네마틱 모드를 구현하기 어려움을 알 수 있었다.
도 11b를 참고하여, 수평 배향막과 수직 배향막을 포함하는 배향막을 이용하여, 음의 유전율 이방성을 가지는 액정층을 배향한 경우, 네 개의 도메인의 경계가 명확하여, 안정적인 네 개의 도메인을 가지는 비틀린 네마틱 모드를 구현할 수 있었음을 알 수 있었다.
도 11c를 참고하면, 수평 배향막과 수직 배향막을 포함하는 배향막을 이용하여, 음의 유전율 이방성을 가지는 액정층을 배향하더라도, 수직 배향막의 두께가 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치에 따른 수직 배향막의 두께보다 두꺼운, 구체적으로 약 30nm보다 커지면, 수평 배향막에 의한 수평 앵커링 에너지의 영향이 작아져서, 안정적인 네 개의 도메인을 가지는 비틀린 네마틱 모드를 구현하기 어려움을 알 수 있었다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치와 같이, 수평 배향막과 수직 배향막을 포함하는 배향막을 이용하여, 음의 유전율 이방성을 가지는 액정층을 배향하고, 수직 배향막의 두께를 약 30nm이하로 형성함으로써, 수평 배향막 물질과 수직 배향 물질의 앵커링 에너지(anchoring energy)의 조합에 의해, 수직 배향 물질에 의해 큰 극각을 가지면서도, 수평 배향 물질에 의해 비틀린 네마틱 모드를 유지할 수 있어, 복수의 도메인을 가지는 역 비틀린 네마틱 액정 표시 장치를 구현할 수 있음을 알 수 있었다.
그러면, 도 12를 참고하여, 본 발명의 한 실험예에 따른 액정 표시 장치의 배향막 조건에 따른 다중 도메인 액정 표시 장치의 구현 결과를 나타내는 그래프이다.
도 12에서, 곡선은 각 조건에 따른 액정의 꼬임 변형 에너지(twist deformation energy)를 도시하고, 각 도트(a, b, c, d, e)는 실제 실험 결과를 나타낸다. 실험 결과, 도트(a, b)의 경우, 다중 도메인 역 TN 모드를 구현하지 못하고, 액정은 ECB모드와 유사하게 배향되며, 도트(c, d, e)의 경우, 다중 도메인 역 TN 모드를 구현할 수 있었다. 실험 결과, 수평 앵커링 에너지(azimuthal anchoring energy)가 실선(x)으로 표시한 값보다 클 경우, 다중 도메인 역 TN 모드가 구현될 수 있음을 알 수 있었다. 그러므로, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치와 같이, 수평 배향막과 수직 배향막을 포함하는 배향막을 포함하여 배향하고, 수직 배향막의 두께는 약 30nm 이상인 경우, 안정적으로 다중 도메인 역 TN 모드를 구현할 수 있었음을 알 수 있었다.
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.

Claims (14)

  1. 제1 기판,
    상기 제1 기판 위에 배치되어 있는 제1 수평 배향막,
    상기 제1 수평 배향막 위에 배치되어 있는 제1 수직 배향막,
    상기 제1 기판과 마주보는 제2 기판,
    상기 제2 기판 위에 배치되어 있는 제2 수평 배향막,
    상기 제2 수평 배향막 위에 배치되어 있는 제2 수직 배향막, 그리고
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 주입되어 있으며, 비틀린 네마틱 모드인 액정층을 포함하는 액정 표시 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 제1 수평 배향막은 서로 반대의 방향으로 러빙되어 있는 제1 영역과 제2 영역을 포함하고,
    상기 제2 수평 배향막은 서로 반대의 방향으로 러빙되어 있는 제3 영역과 제4 영역을 포함하는 액정 표시 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 제1 영역 및 상기 제2 영역의 러빙 방향과 상기 제3 영역 및 상기 제4 영역의 러빙 방향은 서로 수직을 이루는 액정 표시 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 액정층의 액정 분자는 양의 유전율 이방성을 가지는 액정 표시 장치.
  5. 제3항에서,
    상기 액정층의 액정 분자는 음의 유전율 이방성을 가지는 액정 표시 장치.
  6. 제1항에서,
    상기 액정층의 액정 분자는 양의 유전율 이방성을 가지는 액정 표시 장치.
  7. 제1항에서,
    상기 액정층의 액정 분자는 음의 유전율 이방성을 가지는 액정 표시 장치.
  8. 제1 기판,
    상기 제1 기판 위에 배치되어 있으며, 수평 배향막과 수직 배향막을 포함하는 제1 배향막,
    상기 제1 기판과 마주보는 제2 기판,
    상기 제2 기판 위에 배치되어 있으며, 수평 배향막과 수직 배향막을 포함하는 제2 배향막, 그리고
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 주입되어 있으며, 비틀린 네마틱 모드인 액정층을 포함하는 액정 표시 장치.
  9. 제8항에서,
    상기 제1 배향막은 서로 반대의 방향으로 러빙되어 있는 제1 영역과 제2 영역을 포함하고,
    상기 제2 배향막은 서로 반대의 방향으로 러빙되어 있는 제3 영역과 제4 영역을 포함하는 액정 표시 장치.
  10. 제9항에서,
    상기 제1 영역 및 상기 제2 영역의 러빙 방향과 상기 제3 영역 및 상기 제4 영역의 러빙 방향은 서로 수직을 이루는 액정 표시 장치.
  11. 제10항에서,
    상기 액정층의 액정 분자는 양의 유전율 이방성을 가지는 액정 표시 장치.
  12. 제10항에서,
    상기 액정층의 액정 분자는 음의 유전율 이방성을 가지는 액정 표시 장치.
  13. 제8항에서,
    상기 액정층의 액정 분자는 양의 유전율 이방성을 가지는 액정 표시 장치.
  14. 제8항에서,
    상기 액정층의 액정 분자는 음의 유전율 이방성을 가지는 액정 표시 장치.
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