KR20120105722A - 액정 표시 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

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김영구
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삼성디스플레이 주식회사
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Abstract

종합하면, 본 발명은 배향막이 인접한 액정 분자를 프리틸트를 주어 배열 시킬 때, 상부 기판의 배향막이나 하부 기판의 배향막에서의 프리틸트가 서로 다르거나 하나의 화소에서 고계조 부화소 내의 배향막과 저계조 부화소 내의 배향막에서의 프리틸트가 서로 다른 것을 근본으로 하며, 그 결과 측면(상측면 또는 좌우 측면)에서의 시인성이 향상된다.

Description

액정 표시 장치 및 그 제조 방법{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 액정 표시 장치 및 그 제조 방법에 대한 것으로 보다 상세하게는 수직 배향 모드의 액정 표시 장치 및 그 제조 방법에 대한 것이다.
액정 표시 장치는 현재 가장 널리 사용되고 있는 평판 표시 장치 중 하나로서, 전기장 생성 전극이 형성되어 있는 두 장의 기판과 그 사이에 삽입되어 있는 액정층으로 이루어지며, 전기장 생성 전극에 전압을 인가하여 액정층에 전기장을 생성하고 이를 통하여 액정층내의 액정 분자들의 배향을 결정하여 입사광의 편광을 제어함으로써 영상을 표시한다.
액정 표시 장치 중에서도 전기장이 인가되지 않은 상태에서 액정 분자의 장축이 상하 표시판에 대하여 수직을 이루도록 배열한 수직 배향 모드 액정 표시 장치는 대비비가 크고 넓은 기준 시야각 구현이 용이하여 각광받고 있다.
수직 배향 모드 액정 표시 장치에서 광시야각을 구현하기 위하여 하나의 화소에 액정의 배향 방향이 다른 복수의 도메인(domain)을 형성할 수 있다. 이와 같이 하나의 화소에 복수의 도메인을 형성하는 수단으로 전기장 생성 전극에 절개부를 형성하는 방법이 있다. 이 방법은 절개부의 가장자리(edge)와 이와 마주하는 전기장 생성 전극 사이에 형성되는 프린지 필드(fringe field)에 의해 액정이 프린지 필드에 수직하는 방향으로 배향됨으로써 복수의 도메인을 형성할 수 있다.
그러나 이러한 구조는 개구율이 떨어질 뿐만 아니라, 절개부 가까이에 위치한 액정은 프린지 필드에 수직하는 방향으로 쉽게 배향될 수 있지만 절개부에서 멀리 떨어진 중앙부에 위치하는 액정은 랜덤 모션(random motion)이 발생하여 응답 속도가 느려지고 역방향 도메인이 형성되어 순간 잔상이 나타날 수 있다.
하나의 화소에 복수의 도메인을 형성하는 다른 수단으로 배향막에 광을 조사하여 액정의 배향 방향 및 배향 각도를 제어하는 광 배향 방법이 있다. 광 배향 방법은 전기장 생성 전극에 절개부를 형성할 필요가 없어서 개구율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 광 배향시 발생하는 선 경사각(pretilt angle)에 의해 액정의 응답시간도 개선할 수 있고, 측면 시인성을 향상시킬 수 있다.
한편 수직 배향 모드의 액정 표시 장치는 전면 시인성에 비하여 측면 시인성이 떨어질 수 있는데, 이를 해결하기 위하여 하나의 화소를 두 개의 부화소로 분할하고 두 개의 부화소의 전압을 달리하는 방법이 제시되었다.
특히 텔레비전 등 대형 표시 장치의 경우 여러명이 함께 시청하는 경우가 많고, 이 때, 좌우에서 시청하는 사람도 많아 측면 시인성이 보다 중요한 표시 품질로 자리하게 되었다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 측면 시인성이 향상된 수직 배향 모드 액정 표시 장치 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는 하부 기판 및 상기 하부 기판에 형성되어 있는 하부 배향막을 포함하는 하부 표시판; 상부 기판 및 상기 상부 기판에 형성되어 있는 상부 배향막을 포함하는 상부 표시판; 및 상기 하부 표시판 및 상기 상부 표시판의 사이에 삽입되어 있으며, 복수의 액정 분자를 가지는 수직 배향 모드의 액정층을 포함하며, 상기 하부 배향막에 인접한 상기 액정 분자는 제1 프리틸트로 배열되며, 상기 상부 배향막에 인접한 상기 액정 분자는 제2 프리틸트로 배열되고, 상기 제1 프리틸트 및 상기 제2 프리틸트의 크기는 서로 다르다.
상기 제1 프리틸트 및 상기 제2 프리틸트 중 큰 프리틸트에 의하여 배향된 상기 액정 분자의 배열 방향은 하부 기판에 투영하면 장변 방향과 평행할 수 있다.
하나의 화소는 복수의 도메인은 포함하며, 서로 인접하는 4개의 도메인은 서로 다른 액정의 배향 방향을 가질 수 있다.
서로 인접하는 4개의 도메인은 2ㅧ2 구조로 배치되어 있으며, 각 도메인이 가지는 액정의 배향 방향을 연결하면 마름모꼴을 이루며, 상기 마름모꼴의 내각은 예각 또는 둔각으로 이루어질 수 있다.
상기 하나의 화소는 제1 부화소 및 제2 부화소를 포함하며, 상기 제1 부화소와 상기 제2 부화소는 각각 4개의 도메인을 가질 수 있다.
상기 제1 프리틸트 및 상기 제2 프리틸트의 크기 차이로 인하여 상기 액정 표시 장치의 시인성 지수는 0.27 이하 0.235 이상의 값을 가질 수 있다.
상기 제1 프리틸트 및 상기 제2 프리틸트의 크기 차이는 상기 상부 배향막 및 상기 하부 배향막에 자외선을 조사하는 조사량의 차이, 상기 상부 배향막 및 상기 하부 배향막의 두께 차이, 상기 상부 배향막과 상기 상부 기판 사이의 막 및 상기 하부 배향막과 상기 하부 기판 사이의 막의 표면 거칠기 차이, 및 상기 상부 배향막 및 상기 하부 배향막을 구성하는 첨가제의 차이 중 어느 하나에 의하여 발생할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는 하부 기판 및 상기 하부 기판에 형성되어 있는 하부 배향막을 포함하는 하부 표시판; 상부 기판 및 상기 상부 기판에 형성되어 있는 상부 배향막을 포함하는 상부 표시판; 및 상기 하부 표시판 및 상기 상부 표시판의 사이에 삽입되어 있으며, 복수의 액정 분자를 가지는 수직 배향 모드의 액정층을 포함하며, 상기 하부 배향막이 인접하는 액정 분자를 배열시키는 제1 배향력의 크기와 상기 상부 배향막이 인접하는 액정 분자를 배열시키는 제2 배향력의 크기는 서로 다르다.
상기 제1 배향력 및 상기 제2 배향력 중 큰 배향력은 상기 하부 기판에 투영하면 상기 하부 기판의 장변 방향과 평행할 수 있다.
서로 인접하는 4개의 도메인은 2ㅧ2 구조로 배치되어 있으며, 각 도메인이 가지는 액정의 배향 방향을 연결하면 마름모꼴을 이루며, 상기 마름모꼴의 내각은 예각 또는 두각으로 이루어질 수 있다.
상기 제1 배향력 및 상기 제2 배향력의 크기 차이로 인하여 상기 액정 표시 장치의 시인성 지수는 0.27 이하 0.235 이상의 값을 가질 수 있다.
상기 제1 배향력 및 상기 제2 배향력의 크기 차이는 상기 상부 배향막 및 상기 하부 배향막에 자외선을 조사하는 조사량의 차이, 상기 상부 배향막 및 상기 하부 배향막의 두께 차이, 상기 상부 배향막과 상기 상부 기판 사이의 막 및 상기 하부 배향막과 상기 하부 기판 사이의 막의 표면 거칠기 차이, 및 상기 상부 배향막 및 상기 하부 배향막을 구성하는 첨가제의 차이 중 어느 하나에 의하여 발생할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는 하부 기판 및 상기 하부 기판에 형성되어 있는 하부 배향막을 포함하는 하부 표시판; 상부 기판 및 상기 상부 기판에 형성되어 있는 상부 배향막을 포함하는 상부 표시판; 및 상기 하부 표시판 및 상기 상부 표시판의 사이에 삽입되어 있으며, 복수의 액정 분자를 가지는 수직 배향 모드의 액정층을 포함하며, 하나의 화소는 제1 부화소 및 제2 부화소를 포함하며, 상기 제1 부화소의 상기 하부 배향막 또는 상기 상부 배향막 중 하나의 배향막에 인접한 상기 액정 분자는 제1 프리틸트로 배열되고, 상기 제2 부화소의 상기 하부 배향막 또는 상기 상부 배향막 중 하나의 배향막에 인접한 상기 액정 분자는 제2 프리틸트로 배열되며, 상기 제1 프리틸트 및 상기 제2 프리틸트의 크기는 서로 다르다.
상기 제1 프리틸트 및 상기 제2 프리틸트 중 큰 프리틸트에 의하여 배향된 상기 액정 분자의 배열 방향은 상기 하부 기판에 투영하면 상기 하부 기판의 장변 방향과 평행하고 있을 수 있다.
상기 제1 부화소 및 상기 제2 부화소는 각각 4개의 도메인은 포함하며, 상기 제1 부화소 및 상기 제2 부화소에 각각 포함된 4개의 도메인은 서로 다른 액정의 배향 방향을 가질 수 있다.
상기 제1 부화소 및 상기 제2 부화소에 각각 포함된 4개의 도메인은 2ㅧ2 구조로 배치되어 있으며, 각 도메인이 가지는 액정의 배향 방향을 연결하면 마름모꼴을 이루며, 상기 제1 부화소 또는 상기 제2 부화소에서 만들어진 마름모꼴 중 하나의 내각은 예각 또는 둔각으로 이루어질 수 있다.
상기 제1 프리틸트 및 상기 제2 프리틸트의 크기 차이로 인하여 상기 액정 표시 장치의 시인성 지수는 0.27 이하 0.235 이상의 값을 가질 수 있다.
상기 제1 프리틸트 및 상기 제2 프리틸트의 크기 차이는 상기 상부 배향막 및 상기 하부 배향막에 자외선을 조사하는 조사량의 차이, 상기 상부 배향막 및 상기 하부 배향막의 두께 차이, 상기 상부 배향막과 상기 상부 기판 사이의 막 및 상기 하부 배향막과 상기 하부 기판 사이의 막의 표면 거칠기 차이, 및 상기 상부 배향막 및 상기 하부 배향막을 구성하는 첨가제의 차이 중 어느 하나에 의하여 발생할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 다른 액정 표시 장치의 제조 방법은 하부 기판에 하부 배향막을 형성하는 단계; 상부 기판에 상부 배향막을 형성하는 단계; 및 상기 상부 기판과 상기 하부 기판을 합착하고 그 사이에 액정층을 삽입하는 단계를 포함하며, 상기 하부 배향막 또는 상기 상부 배향막에 제1 방향으로 자외선을 조사하는 제1 조사량과 상기 하부 배향막 또는 상기 상부 배향막에 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향으로 자외선을 조사하는 제2 조사량이 서로 다르도록 한다.
상기 제1 조사량으로 자외선을 조사하는 배향막과 상기 제2 조사량으로 자외선을 조사하는 배향막이 서로 동일한 배향막일 수 있다.
상기 하부 배향막 및 상기 상부 배향막은 각각 제1 부화소 영역 및 제2 부화소 영역을 포함하며, 상기 제1 조사량으로 자외선을 조사할 때에는 상기 제1 부화소 영역 및 상기 제2 부화소 영역을 함께 조사하고, 상기 제2 조사량으로 자외선을 조사할 때는 상기 제1 부화소 영역 및 상기 제2 부화소 영역 중 하나의 영역은 가린 후 자외선을 조사할 수 있다.
상기 제1 방향 및 상기 제2 방향은 각각 상기 하부 기판의 장변 방향 또는 단변 방향 중 하나이며, 상기 장변 방향에 대응하는 방향으로 조사된 조사량이 다른 조사량보다 클 수 있다.
상기 제1 조사량 및 상기 제2 조사량의 차이로 인하여 상기 액정 표시 장치의 시인성 지수는 0.27 이하 0.235 이상의 값을 가지도록 할 수 있다.
이상과 같이 상부 표시판 및 하부 표시판이 그 사이에 삽입되어 있는 액정층을 배향시키는 배향 방향 및 배향력을 다르도록 하여 액정층이 일측 기판의 배향력에 더 영향을 받도록 하여 상하 비대칭으로 배열된 액정층으로 인하여 측면에서의 시인성이 향상된다. 또한, 측면 시인성을 향상시키기 위하여 추가적으로 사용하는 구성 요소가 없어 제조 비용이 증가하지 않으며, 제조 시간도 증가하지 않는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도로 액정 분자의 배향 방향을 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1의 실시예를 형성하는 방법을 구체적으로 설명한 도면이다.
도 3 내지 도 6은 도 2의 III 부분의 액정 분자 배열을 상세하게 도시한 도면이다.
도 7은 도 2와는 다른 방식으로 도 1의 실시예를 형성하는 방법을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에서 두 번의 노광을 할 때, 액정이 배열되는 특성을 나타낸 그래프이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법을 나타낸 배치도이다.
도 11 내지 도 13는 본 발명의 실시예에서 자외선 조사량에 따른 프리틸트 값을 나타낸 그래프 및 도표이다.
도 14는 본 발명의 실시예에서 상하판의 프리틸트 차이에 따른 액정 배향 각도의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 15는 본 발명의 실시예에서 액정 배향 각도에 따른 측면에서의 시인성 지수(GDI)의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 16 및 도 17은 본 발명의 실시예에서 배향막의 두께에 따른 프리틸트의 변화를 보여주는 도표 및 그래프이다.
도 18은 본 발명의 실시예에서 배향막 하부의 막의 평탄도에 따른 프리틸트의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 19는 도 18의 각 하부막의 표면을 확대 촬영한 사진이다.
도 20는 본 발명의 실시예에서 배향막을 굽는 온도에 따른 프리틸트의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 21은 본 발명의 실시예 및 비교예에 대한 측면 시인성 지수(GDI)를 비교한 표이다.
도 22는 본 발명의 실시예에서 고계조 부화소와 저계조 부화소의 감마 곡선을 보여주는 그래프이다.
도 23은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치를 제조하는 방법을 도시한 도면이다.
도 24 내지 도 27은 도 23의 방법을 보다 상세하게 도시한 단면도이다.
도 28는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치를 제조하는 방법을 도시한 도면이다.
도 29는 도 28에 따른 액정 표시 장치를 제조하는데 사용되는 잉크젯 분사기 중 일부를 도시한 도면이다.
도 30은 도 28의 실시예에 따른 배향막 두께 및 프리틸트의 관계를 도시한 표이다.
도 31은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치를 제조하는 방법을 도시한 도면이다.
도 32는 도 31의 실시예에 따른 액정 표시 장치를 제조하는데 사용되는 잉크젯 분사기 중 일부를 도시한 도면이다.
도 33 내지 도 35는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 액정 표시 장치를 제조하는 방법을 도시한 도면이다.
도 36은 본 발명의 실시예에서 사용된 하부 표시판의 배치도를 도시한 도면이다.
도 37은 본 발명의 실시예에서 사용된 화소 구조를 간략하게 도시한 회로도이다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
또한, 이하에서 프리틸트는 배향막에 인접한 액정 분자가 배향막에 대하여 비스듬하게 배열되는 각도를 나타내며, 배향 방향은 하나의 도메인에서 액정 분자가 평균적으로 배열된 방향을 의미하며 상부 또는 하부 기판면에서의 방위각(Azimuth)으로 나타낸다. 그리고 배향력은 배향막이 액정 분자를 프리틸트로 배열하도록 만드는 힘이다. 마지막으로 이하에서 표시판과 기판은 구분되는 용어로 사용되고 있다. 표시판은 기판을 포함하며, 기판 위에 형성된 복수의 층을 합하여 나타내는 의미로 사용되며, 기판은 절연 기판 자체의 의미로 사용되고 있다.
본 발명은 수직 배향 모드의 액정 표시 장치에서 하나의 화소를 복수의 도메인으로 구분하고 광배향을 통하여 도메인 별로 서로 다른 배향 방향으로 액정을 배열시켜 측면 시인성을 향상시키기 위한 발명이다. 특히 액정의 배향 방향은 액정 표시 장치의 상부 또는 하부 기판의 하나의 변(장변 또는 단변)에 대하여 수직하거나 평행하거나 또는 45도를 이루지 않는 특징을 가지며, 하나의 화소내의 인접하는 4개의 도메인에서 액정 배향 방향을 연결하면 마름모꼴을 이루며, 본 발명에서의 마름모꼴은 내각이 90도가 아닌 예각 또는 둔각을 가진다.
또한, 본 발명은 상부 표시판의 배향력과 하부 표시판의 배향력이 서로 방향이 다르며, 서로 다른 크기를 가져 측면 시인성이 향상된다. 여기서, 측면 시인성은 좌/우 측면 시인성 또는 상측면 시인성일 수 있다.
이제 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도로 액정 분자의 배향 방향을 보여주는 도면이고, 도 2는 도 1의 실시예를 형성하는 방법을 구체적으로 설명한 도면이며, 도 3 내지 도 6은 도 2의 III 부분의 액정 분자 배열을 상세하게 도시한 도면이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치 중 하나의 화소(10)의 배치도에서 액정 분자(310)의 배향 방향을 도시하고 있다.
먼저 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치에서 화소(10)는 상부에 위치하는 고계조 부화소(H)와 하부에 위치하는 저계조 부화소(L)를 포함한다.
고계조 부화소(H; 제1 부화소라고도 함)와 저계조 부화소(L; 제2 부화소라고도 함)의 사이와 그 외곽에는 도 1과 같이 차광 부재(220)에 의하여 가리워져 있다. 본 발명의 실시예에 따른 차광 부재(220)는 상부 표시판에 형성되며, 고계조 부화소의 경우 이를 상하로 나누는 부분(220-1)도 포함하고 있다.
고계조 부화소(H)와 저계조 부화소(L) 각각은 4개의 도메인으로 구분되며, 2ㅧ2 구조로 배치되어 있다. 또한, 서로 인접하는 4개의 도메인에는 서로 다른 배향 방향으로 액정층이 배향되어 있다. (액정층의 배향 방향에 대해서는 도 3 내지 도 7을 통하여 보다 상세하게 살펴본다.)
고계조 부화소(H)와 저계조 부화소(L)내에 각각 인접하는 4개의 도메인에서 액정 배향 방향을 연결하면 마름모꼴을 이루며, 본 발명에서의 마름모꼴은 내각이 90도가 아닌 예각 또는 둔각을 가진다.
본 실시예에 따른 액정 표시 장치에서 하나의 도메인의 액정 배향 방향은 상부 또는 하부 기판의 일변(장변 또는 단변이며, 이하 장변을 기준으로 설명한다.) 방향에 대하여 45도 미만의 각도를 이룬다. 도 1에서는 액정 분자(310)에 점이 찍혀 있는데, 이는 실제 액정 분자(310)에 존재하는 것이 아니고, 액정 분자(310)의 머리 부분을 명확하게 표시하고자 임의로 도시한 것이다. 또한, 도 1에서는 점선으로 도시된 가상 액정 분자(315)가 도시되어 있는데, 가상 액정 분자(315)는 기판의 장변 방향에 대하여 45도를 이루는 액정 분자(315)이다. 그러므로 도 1에서는 액정 분자(310)가 기판의 장변 방향(이하 단순하게 장변 방향이라 한다)에 대하여 45도가 아닌 각도를 이루는 것이 명확하게 도시되어 있다.
고계조 부화소(H)의 각 도메인에서 액정 분자(310)의 꼬리 부분에서 머리 부분(점으로 표시)으로 연장된 화살표(배향 방향과 일치함)를 그리면, 장변 방향 성분이 단변 방향보다 긴 마름모가 그려지며, 반 시계 방향으로 회전 하는 모양을 가진다. 이는 저계조 부화소(L)에서도 동일하다. 실시예에 따라서는 시계 방향으로 회전할 수도 있다.
이와 같이 각 도메인에서의 액정 분자(310)의 머리 부분이 장변 방향으로 향하고 있으므로 장변 방향의 측면(좌우 측면)에서 바라보는 시인성이 향상된다. 즉, 각 도메인의 액정 분자(310)는 가상 액정 분자(315)보다 장변 방향으로 더 누워 있는 것을 볼 수 있어 그 결과 본 발명에 따른 표시 장치는 좌우 측면 시인성이 향상되는 장점을 가진다.
한편, 도 1과 달리 각 도메인의 액정 분자(310)가 가상 액정 분자(315)보다 세로 방향으로 더 누워 있을 수 있다. 이 경우의 액정 표시 장치는 상하 측면 시인성이 향상되며 표시 장치를 좌우에서보다 상하에서 주로 보는 경우에 사용된다.
일반적으로 텔레비전과 같은 대형 액정 표시 장치는 좌우에서 여러 사람이 시청하는 경우가 많으므로 이하에서는 좌우 측면 시인성을 중심으로 설명한다.
한편, 도 1의 실시예에서는 도메인과 도메인의 사이의 경계에서 발생하는 텍스쳐를 가리기 위한 추가 차광 부재(225-1)가 형성되어 있다. 추가 차광 부재(225-1)는 상부 표시판에 형성되거나 하부 표시판에 형성될 수 있다.
이하에서는 도 2를 통하여 도 1과 같은 액정 표시 장치를 형성하는 다양한 실시예 중 하나에 대하여 상세하게 살펴본다.
본 발명에 따른 액정 표시 장치는 상부 표시판(200) 및 하부 표시판(100)에 형성된 배향막(배치도이므로 보이지 않음; 이하 동일함)이 서로 다른 배향력을 가져, 각 도메인에서 액정 분자의 배향 방향이 기판의 장변 방향에 대하여 45도를 이루지 않는 구조를 특징으로 한다.
이를 위하여 도 2의 실시예에서는 상부 표시판(200)에는 장변 방향으로 광배향하며, 하부 표시판(100)에는 단축 방향으로 광배향한다.
우선 상부 표시판(200)의 광배향에 대하여 살펴본다.
도 2의 (A)를 보면, 상부 표시판(200)의 고계조 부화소(H) 부분과 저계조 부화소(L) 부분은 각각 상하로 이등분 되어 상부 영역에서의 배향막은 액정 분자(310)의 머리 부분이 좌측을 향하도록 광배향되어 있으며, 하부 영역에서의 배향막은 액정 분자(310)의 머리 부분이 우측을 향하도록 광배향되어 있다. 상부 영역의 광 배향시에는 마스크 따위로 하부 영역이 가려져 있으며, 하부 영역의 광 배향시에는 상부 영역이 가려져 있다.(이하 동일하다) 광배향은 상부 표시판(200)의 배향막에 일정 각도로 자외선 등의 빛을 조사하여 액정 분자(310)가 해당 방향으로 배열되도록 하는 것이다.(도 24등 참고) 그 결과 상부 표시판(200)의 배향막에서는 액정 분자(310)가 프리틸트 되며, 배향막이 액정 분자(310)를 프리틸트 시키는 힘을 배향력이라고 한다.
도 2의 (A)에서는 배치도이므로 배향막이 도시되어 있지 않다. 또한, 상부 표시판(200)의 배향막에 의하여 배향되는 액정 분자(310)가 도시되어 있는데, 상부 표시판(200)으로 투영된 상태가 도시되어 있어 단순히 장변 방향으로만 배향되어 있는 것으로 보이지만, 실제 액정 분자(310)는 상부 표시판(200)으로부터 일정각도를 이루면서 머리 부분이 상승(프리틸트)되어 있다. 액정 분자(310)의 프리틸트 및 배향 방향에 대해서는 도 3 내지 도 6에서 상세하게 살펴본다.
한편, 도 2의 (B)를 보면, 하부 표시판(100)의 광배향에 대하여 도시되어 있다. 하부 표시판(100)의 고계조 부화소(H) 부분과 저계조 부화소(L) 부분은 각각 좌우로 이등분 되어 좌측 영역에서의 배향막은 액정 분자(310)의 머리 부분이 아래쪽을 향하도록 광배향되어 있으며, 우측 영역에서의 배향막은 액정 분자(310)의 머리 부분이 윗쪽을 향하도록 광배향되어 있다. 우측 영역의 광 배향시에는 마스크 따위로 좌측 영역이 가려져 있으며, 좌측 영역의 광 배향시에는 우측 영역이 가려져 있다.(이하 동일하다) 도 2의 (B)도 배치도이므로 배향막이 도시되어 있지 않다. 또한, 도 2의 (B)에 도시된 액정 분자(310)는 하부 표시판(100)에 투영된 상태가 도시되어 있어 단순히 상하 방향으로만 배향되어 있는 것으로 보이지만, 실제 액정 분자(310)는 하부 표시판(100)으로부터 일정각도를 이루면서 머리 부분이 상승(프리틸트)되어 있다. 이에 대해서는 도 3 내지 도 6에서 상세하게 살펴본다.
이상과 같이 광배향된 배향막을 포함하는 상부 표시판(200) 및 하부 표시판(100)을 합착시키고 그 사이에 액정층을 삽입하면 각 도메인에서의 액정 분자(310)의 배향 방향은 도 2의 (C)와 같이 배향된다.
도 2의 실시예에서는 상부 표시판(200)의 배향막의 배향력이 하부 표시판(100)의 배향막의 배향력보다 크다. 그 결과 도 2의 (C)와 같이 액정 분자가 장변 방향에 대하여 45도(점선으로 도시함)보다 작은 각도를 가진다.
이하에서는 도 2의 III 도메인을 기초로 액정 분자의 프리틸트 및 배향 방향에 대하여 도 3 내지 도 6을 이용하여 상세하게 살펴본다.
도 3은 도 2의 III 도메인에서의 액정 분자(310)의 배열을 도시한 사시도이며, 도 4 내지 도 6은 각 액정 분자(310)의 각도를 도시한 도면이다.
우선, 도 3에서는 상부 기판(210)과 상부 배향막(211)이 형성된 상부 표시판(200)과 하부 기판(110)과 하부 배향막(111)이 형성된 하부 표시판(200)이 도시되어 있다. 상부 표시판(200) 및 하부 표시판(100)은 기판과 배향막 외에도 다른 구성요소를 포함할 수 있으나 기본적인 구성만을 포함시켜 간단하게 도시하였다.
한편, III 도메인의 액정층(3)은 크게 3 부분으로 나눌 수 있다. 상부 프리틸트 영역(UP), 하부 프리틸트 영역(LP) 및 중간 영역(M)이다.
상부 프리틸트 영역(UP)은 액정층(3) 중 상부 배향막(211)에 인접한 영역에 위치한 액정 분자(310)가 상부 배향막(211)의 배향력에 의하여 프리틸트되어 있는 영역을 나타낸다. 상부 프리틸트 영역(UP)의 액정 분자(310)는 장축 방향이 알파 벡터 방향으로 배열되어 있는데, 이는 도 4에서는 상세하게 도시하고 있다. 여기서, z축 방향은 하부 기판(110)에서 상부 기판(210)을 향하는 방향으로 각 기판(110, 210)의 면에 수직하며, x축 방향은 기판(110, 210)의 단변 방향이며, y축 방향은 기판(110, 210)의 장변 방향이다. 도 4에서의 알파 벡터 방향은 기판(110, 210)의 장변 방향에 평행하면서 -z 축으로부터 θ1 각도를 이룬다. 여기서 θ1각도를 상부 프리틸트값이라고 하며, 상부 배향막(211)에 의하여 액정 분자(310)가 프리틸트된 각도이다.
한편, 하부 프리틸트 영역(LP)에서의 액정 분자(310)의 장축은 베타 벡터 방향으로 배열되어 있다. 도 5에서는 베타 벡터 방향을 상세하게 도시하고 있는데, 기판(110, 210)의 단변 방향에 평행하며, +z축으로부터 θ2각도를 이룬다. 여기서 θ2 각도를 하부 프리틸트 값이라고 하며, 하부 배향막(111)에 의하여 액정 분자(310)가 프리틸트 된 각도이다.
하나의 액정층(3)에서 프리틸트 영역(UP, LP)은 배향막(111, 211) 주변의 일부분이며, 나머지는 모두 중간 영역(M)에 포함된다. 그 결과, 중간 영역(M)에서의 액정 분자(310)의 배열에 의하여 빛의 투과율이 주된 영향을 받는다. 중간 영역(M)의 액정 분자는 상부 및 하부 프리틸트 영역(UP, LP)에서 프리틸트된 액정 분자(310)에 의하여 영향을 받으면서 배열하게 된다. 중간 영역(M)이 넓은 범위를 가지므로 액정 분자의 배열 방향이 각 위치에 따라서 서로 조금씩 다를 수 있다.
III 도메인의 액정 배향 방향은 프리틸트 영역(UP, LP) 및 중간 영역(M)에서의 액정 분자의 배열 방향의 평균 방향이다. 이는 도 3에서 감마 벡터 방향을 가지는 액정 분자로 도시되어 있다. 도 6에 의하면 감마 벡터 방향은 기판(110, 210)의 장변 방향에 대하여 θ3 각도를 이루며, 이하 θ3 각도를 액정 배향 각도라 한다.
본 발명의 도 2의 실시예에서는 상부 배향막(211)의 상부 프리틸트(θ1)가 하부 배향막(111)의 하부 프리틸트(θ2)의 각도보다 크다. 이에 따라서 중간 영역(M)의 액정 분자는 상부 배향막(211)의 프리틸트(θ1)에 더 영향을 받게 되어 감마 벡터 방향과 같이 액정 배향 방향이 형성되어 장변 방향의 성분이 크며, 액정 배향 각도(θ3)는 45도 보다 작은 값을 가진다.
상부 프리틸트와 하부 프리틸트 중 큰 프리틸트에 의하여 배열된 액정 분자를 일측 기판에 투영하면 장변 방향과 평행한다. (도 4 참조)
도 6에서는 감마 벡터 방향(액정 배향 방향)이 x, y 수평면내에 존재하는 것으로 도시되어 있으나 실제 상부 배향막(211)의 배향력에 더 영향을 받으므로 평균 액정 분자(310)의 배향 방향도 기판(110, 210)면에 대하여 약간 비스듬한 각도를 가질 수도 있다. 하지만, 액정 배향 방향은 방위각(azimuth)을 기준으로 표시되므로 도 6과 같이 도시하였다.
한편, 도 7은 도 1의 실시예를 형성하는 또 다른 방법을 도시한 도면이다.
도 7은 도 2와는 다른 방식으로 도 1의 실시예를 형성하는 방법을 도시한 도면이다.
도 7은 도 2와 유사하지만, 상부 표시판(200) 및 하부 표시판(100)의 배향막이 액정 분자를 프리틸트 시키는 방향이 도2와 다르다.
상부 표시판(200)은 좌우로 이등분 되어 좌측 영역에서는 액정 분자(310)의 머리 부분이 아래쪽을 향하도록 광배향되어 있으며, 우측 영역에서는 액정 분자(310)의 머리 부분이 윗쪽을 향하도록 광배향되어 있다. (도 7의 (A)참조)
한편, 하부 표시판(100)은 상하로 이등분 되어 상측 영역에서는 액정 분자(310)의 머리 부분이 좌측을 향하도록 광배향되어 있으며, 하측 영역에서는 액정 분자(310)의 머리 부분이 우측을 향하도록 광배향되어 있다. (도 7의 (B) 참조)
여기서, 하부 표시판(100)의 배향막이 액정 분자를 프리틸트 시키는 각도가 상부 표시판(200)의 배향막의 프리틸트 각도보다 크다. 그 결과 도 7의 (C)와 같이 액정 분자의 배향 방향이 장변 방향 성분을 단변 방향 성분보다 많이 가지고 있다.
그 결과 좌우 측면 시인성이 향상된다.
도 2 및 도 7에서는 상부 표시판(200)과 하부 표시판(100)에 각각 광배향을 통하여 각 배향막이 액정 분자를 프리틸트 시키도록 형성하고 있다.
하지만, 도 8 내지 도 10에서는 일측 표시판에만 두 번의 광배향 처리를 통하여 도 1과 같은 액정 표시 장치를 형성하는 방법을 도시하고 있다.
우선 도 8은 본 발명의 실시예에서 두 번의 노광을 할 때, 액정이 배열되는 특성을 나타낸 그래프이고, 도 9 및 도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법을 나타낸 배치도이다.
도 8에 의하면 하나의 배향막에 서로 수직인 방향으로 두 번의 노광을 통하여 광배향 처리한 경우 액정 분자 각각의 배열 방향이 45도인 비율(도 8에서 '액정 배열 비율(%)'로 표시됨)을 도시한 그래프이다. 즉, 그래프의 가로축은 1차 노광량을 2차 노광량으로 나눈 값이며, 그래프의 세로축은 액정 분자가 45도로 배열된 비율(%)이다.
즉, 액정 분자가 45도로 99% 가량 배열되도록 하려면 1차 노광량/2차 노광량의 값이 3.0을 넘어야 하며, 약 0.33정도의 값이 요구된다. 이는 1차 노광량보다 2차 노광량에 영향을 더 받기 때문에 1차 노광량을 2차 노광량에 비하여 3배 이상 크게 해야 한다는 것을 보여 준다. 이러한 결과에 비추어 서로 수직한 1차 노광량 및 2차 노광량을 3:1로 조절하여 45도의 광배향도 가능하며 1차 노광량을 줄임에 의하여 2차 노광 방향으로 배열되는 액정 분자의 비율이 증가한다. 이는 2차 노광 방향이 기판의 장변 방향인 경우 액정 분자의 배열 방향이 2차 노광 방향의 성분을 많이 포함하고 있어 좌우 측면 시인성이 향상되도록 할 수 있다.
도 9에서는 하부 기판에 두 번의 광배향 처리를 하는 경우가 도시되어 있으며, 도 10에서는 상부 기판에 두 번의 광배향 처리를 하는 경우가 도시되어 있다. 도 9 및 도 10의 실시예에서 도시하고 있는 1st 및 1st'의 광배향 방향은 서로 뒤바뀔 수 있으며, 2nd 및 2nd'의 광배향 방향도 서로 뒤바뀔 수 있다.
도 9의 (A)와 (B)는 1차 및 2차 자외선(UV) 노광의 방향이 다른 실시예가 도시되어 있다.
먼저 도 9의 (A)에서는 고계조 부화소(H) 및 저계조 부화소(L) 영역을 일점 쇄선(---)과 같이 좌우로 각각 나누고, 좌측 영역에는 배향막이 액정 분자를 1st 방향으로 프리틸트시키도록 광배향 하고 우측 영역에는 배향막이 액정 분자를 1st' 방향으로 프리틸트시키도록 광배향 처리한다. (1차 노광) 이때, 좌측 영역의 광배향시에는 우측 영역을 마스크로 가리며, 우측 영역의 광배향시에는 좌측 영역을 마스크로 가린다. (이하 동일하다)
그 후, 점선(---)과 같이 고계조 부화소(H) 및 저계조 부화소(L) 영역을 각각 상하로 나누고, 하측 영역에는 배향막이 액정 분자를 2nd 방향으로 프리틸트시키도록 광배향하고, 상측 영역에는 배향막이 액정 분자를 2nd' 방향으로 프리틸트시키도록 광배향한다. (2차 노광)
도 1의 실시예에서는 액정 분자의 배향 방향이 장변 방향의 성분을 단면 방향의 성분보다 더 가져야 하므로 2nd 방향 및 2nd' 방향으로 더 큰 프리틸트값을 가지도록 1차 노광량과 2차 노광량을 도 8을 기준으로 하여 조절한다.
한편, 도 9의 (B)에서는 점섬(---)과 같이 상하로 나누고 각각 배향막에 의하여 액정 분자가 1st 및 1st' 방향으로 프리틸트 되도록 광배향한 후 (1차 노광), 일점 쇄선(---)과 같이 좌우로 나눈 후 각각 배향막에 의하여 액정 분자가 2nd 및 2nd' 방향으로 프리틸트 되도록 광배향(2차 노광)하는 실시예가 도시되어 있다.
도 10의 실시예에서도 액정 분자의 장변 방향(1st 및 1st' 방향)의 성분을 단변 방향의 성분보다 더 가지도록 1차 노광 및 2차 노광의 노광량을 도 8을 기준으로 하여 조절한다.
한편, 도 10에서는 도 9와 달리 상부 표시판(200)에 두 번의 광배향을 행하는 실시예가 도시되어 있다.
도 10의 (A)에서는 일점 쇄선(---)과 같이 좌우로 나누고 각각 배향막에 의하여 액정 분자가 1st 및 1st' 방향으로 프리틸트 되도록 광배향한 후 (1차 노광), 점선(---)과 같이 상하로 나눈 후 각각 액정 분자가 2nd 및 2nd' 방향으로 프리틸트 되도록 광배향(2차 노광)하는 실시예가 도시되어 있다.
또한, 도 10의 (B)에서는 점섬(---)과 같이 상하로 나누고 각각 배향막에 의하여 액정 분자가 1st 및 1st' 방향으로 프리틸트 되도록 광배향한 후 (1차 노광), 일점 쇄선(---)과 같이 좌우로 나눈 후 각각 배향막에 의하여 액정 분자가 2nd 및 2nd' 방향으로 프리틸트 되도록 광배향(2차 노광)하는 실시예가 도시되어 있다. 도 10의 실시예에서도 액정 분자의 배향 방향이 장변 방향의 성분을 단변 방향의 성분보다 더 가지도록 1차 노광 및 2차 노광의 노광량을 도 8을 기준으로 하여 조절한다.
본 발명은 상부 배향막에 의한 프리틸트값이 하부 배향막에 의한 프리틸트 값과 서로 불일치하는 것을 기본 개념으로 하며, 도 1에서는 장변 방향을 기준으로 프리틸트되는 값이 큰 경우를 도시하고 있다.
이와 같이 본 발명은 서로 다른 배향력을 가지도록 하며, 서로 다른 배향력은 프리틸트 영역에서 액정분자가 서로 다른 프리틸트값을 가지도록 한다.
이를 위하여 도 11 내지 도 13에서는 자외선(UV) 조사량을 조절하는 것에 의하여 프리틸트 영역에서 액정 분자가 가지는 프리틸트값을 조절하는 실시예에 대하여 살펴본다.
도 11 내지 도 13는 본 발명의 실시예에서 자외선 조사량에 따른 프리틸트 값을 나타낸 그래프 및 도표이다.
도 11에서는 배향막에 조사하는 자외선(UV)의 조사량에 따라 배향막이 액정 분자를 프리틸트 시키는 값이 달라지는 것을 도시하고 있다. 도 11에서는 총 3개의 재료에 대하여 실험하였다.
도 11에 의하면, 배향막에 조사하는 자외선 노광량이 증가하면 처음에는 액정 분자의 프리틸트값이 증가하다가 일정 수준을 넘어서면 액정 분자의 배향력이 서서히 떨어지면서 프리틸트값도 감소하는 것을 확인할 수 있다.
도 11의 실시예 중 A 재료를 기초로 노광량 및 프리틸트값을 도 13의 계산식에 따라 계산한 값을 표 및 그래프로 나타낸 것이 도 12 및 도 13이다.
도 12 및 도 13에 의하면 0 내지 30mJ의 자외선 조사량을 조절하여 최대 2.16만큼의 프리틸트 각도를 조절할 수 있음을 확인할 수 있다. 이를 기초로 도 2 또는 도 7의 실시예에서 기판의 자외선 조사량을 조절하여 각 배향막이 가지는 장변 방향의 배향력이 크도록 하여 좌우 시인성을 향상시킬 수 있다.
이를 좀더 상세하게 나타내고 있는 것은 도 14 및 도 15이다.
도 14는 본 발명의 실시예에서 상하판의 프리틸트 차이에 따른 액정 배향 각도(azimuth각)의 변화를 나타내는 그래프이며, 도 15는 본 발명의 실시예에서 액정 배향 각도(azimuth각)에 따른 측면에서의 시인성 지수(GDI)의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 14 및 도 15에서 나타내는 수치를 하나의 표로 정리하면 아래의 표1과 같다.
상하판
프리틸트 차		 액정 배향 각도
(azimuth각)		 측면 시인성
(GDI)
0.00 45.0 0.290
0.15 43.3 0.281
0.30 41.3 0.272
0.44 39.0 0.265
0.68 35.8 0.250
0.74 35.1 0.246
0.96 32.5 0.235
도 14, 도 15 및 위의 표 1을 참고하면, 상부 표시판 및 하부 표시판의 각 배향막이 액정 분자를 프리틸트 시키는 각도의 차이로 인하여 액정 배향 각도(azimuth각)가 변하며, 이에 따라서 측면 시인성(GDI; gamma distortion index)이 변하는 것을 확인할 수 있다.
먼저, 도 14에서는 상부 표시판 및 하부 표시판에서 액정 분자를 프리틸트시키는 각도의 차이가 없는 경우(0.00)에서부터 거의 1도(0.96도)의 프리틸트 차이가 나는 경우까지를 살펴보고 있다. 도 14에 의하면 상부 표시판과 하부 표시판이 프리틸트시키는 각도(프리틸트 각도)의 차이가 없는 경우에는 액정 배향 각도가 45도를 가지며, 프리틸트 각도의 차이가 발생함에 따라서 일측 방향으로 액정 배향 방향이 치우쳐지면서 각도가 감소하는 것을 확인할 수 있다. 약 1도(0.96도)의 프리틸트 차이가 발생하는 경우 본 실시예에서는 12.5도의 액정 배향 각도가 변하는 것을 알 수 있다.
한편, 도 15에서는 액정 배향 각도가 45도에서 32.5도로 12.5도 변하는 경우 측면 시인성 지수(GDI)값을 보여준다. 여기서 측면은 액정 배향 각도가 0도인 경우 액정이 배향된 방향을 나타낸다.
액정 배향 각도가 45도일 때에는 측면 시인성 지수(GDI)가 0.290값을 가지며, 액정 배향 각도가 줄어듬에 따라서 측면에서의 시인성 지수(GDI)값은 감소하며, 액정 배향 각도가 32.5도인 경우에는 측면 시인성 지수(GDI)가 0.235를 가진다.
이러한 수치 변화의 의미를 확인하기 위하여는 측면 시인성 지수의 특성 및 측면 시인성 지수에 따른 패널의 특징을 알 필요가 있다.
먼저, 측면 시인성 지수(GDI; gamma distortion index;)는 왜곡된 값을 보여주는 지수이므로 값이 클수록 왜곡되어 시인성이 떨어지는 것을 나타내며, 값이 작을수록 시인성이 좋은 것을 의미한다. 이러한, 시인성 지수(GDI)는 시인성 지수 계산식에 의하여 계산되는 값이다.
한편, 일반적으로 시인성 지수(GDI)값은 0.3 초과인 경우에는 불량으로 구분되고, 0.3에서 0.27까지는 개선이 필요한 경우이며, 0.25에서 0.27까지는 양호한 특성을 나타내는 경우이며, 0.25이하는 매우 양호한 경우를 나타낸다.
그러므로, 측면 시인성 지수(GDI)값에 기초하면, 상하판의 프리틸트의 차이가 0.00~0.30의 범위에 속하는 경우에는 액정 배향 각도가 45도~41.3도의 범위를 가지며, 측면 시인성 지수(GDI)는 0.290~0.272의 범위를 가져 측면 시인성의 개선이 필요한 범주에 속한다. 한편, 상하판의 프리틸트의 차이가 0.30 미만이며 0.68 이상의 범위에 속하는 경우에는 액정 배향 각도가 41.3도미만이며, 35.8도 이상의 범위 가지며, 측면 시인성 지수(GDI)는 0.272 미만 0.250 이상의 범위를 가져 측면 시인성이 양호한 특성을 나타낸다. 마지막으로 그 이하의 경우에는 측면 시인성이 매우 양호한 특성을 가진다.
그러므로 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 측면에서의 시인성 지수(GDI)값은 0.25에서 0.27의 범위를 일반적으로 사용하며, 0.25 이하의 범위도 사용 가능하다.
도 14 및 도 15에 의하면 시인성 지수(GDI)를 0.01만큼 줄여 시인성을 개선시키기 위해서는 상하 배향막간의 프리틸트값이 0.17 정도차이가 발생할 필요가 있음을 알 수 있다. 이는 총 0.96만큼의 프리틸트로 인하여 시인성 지수(GDI)가 0.055=(0.290-0.235)만큼 개선되었음을 확인할 수 있기 때문이다. 이러한 값은 실시예에 따라서 오차가 있을 수 있다.
또한, 도 14 및 도 15에서는 액정 배향 각도(azimuth각)가 32.5도 내지 45도의 범위에 대해서만 언급하고 있지만, 실시예 및 오차를 고려할 때 액정 배향 각도(azimuth각)가 30도 내지 45도의 범위를 가질 수 있으며, 액정 배향 각도(azimuth각)가 30도 이상 45도 미만인 경우 측면 시인성이 개선되는 것을 알 수 있다.
도 16 및 도 17에서는 배향막의 두께를 조절하여 상하 표시판의 배향막의 배향력을 조절하는 실시예를 나타내고 있다.
도 16 및 도 17은 본 발명의 실시예에서 배향막의 두께에 따른 프리틸트의 변화를 보여주는 도표 및 그래프이다.
도 16은 배향막의 두께에 따라 배향막에 의하여 배향되는 액정 분자의 프리틸트각이 변하는 것을 표로 나타내고 있으며, 이를 그래프로 나타내면 도 17과 같다. 도 16에서 'stdev'로 표시된 값은 프리틸트값 간의 편차값이다.
배향막의 막두께가 크면 배향막에 의하여 배열되는 액정 분자의 프리틸트도 증가한다. 그러므로 이를 이용하여 장변 방향으로 액정 분자가 배열되도록 하는 배향막(도 7의 실시예에서는 하부 배향막)을 보다 두껍게 형성하면 도 1과 같이 액정 분자의 배향 방향이 장변 방향 성분을 더 많이 가지도록 할 수 있다. 도 16 및 도 17에 의하면 배향막의 막두께의 차이에 의하여 각 배향막이 제공하는 프리틸트값의 차이는 약 0.94까지 제공할 수 있으며, 0.17의 프리틸트값마다 0.01의 시인성 지수가 향상되므로 약 0.06만큼의 시인성 지수(GDI)를 감소시킬 수 있고 측면에서의 시인성이 향상된다.
한편, 도 18 및 도 19에서는 배향막과 기판의 사이에 위치하는 층의 표면 평탄도에 따라서 배향막에 의하여 배열되는 액정 분자의 프리틸트값이 변하는 것을 도시하고 있다.
도 18은 본 발명의 실시예에서 배향막 하부의 막의 표면 거칠기(roughness)에 따른 프리틸트의 변화를 보여주는 그래프이고, 도 19는 도 18의 각 하부막의 표면을 확대 촬영한 사진이다.
먼저 도 18에서는 4가지 실험 데이터를 포함하며, 각 데이터는 level-1, level-2, level-3, level-4로 도시되어 있는데, 이는 도 19에서 사진으로 도시하였다. 우선 level-1 및 level-2는 비유기막이며 각 부분에서의 표면 높이의 RMS(root mean square)값이 각각 2Å 및 6Å이다. 한편, level-3 및 level-4는 유기막이며, 각 부분에서의 표면 높이의 RMS값은 각각 13Å 및 17Å이다.
도 18을 참고하면, 배향막의 하부막의 표면이 거칠면 거칠수록 배향막이 배열시키는 액정 분자의 프리틸트값은 커진다. 그러므로 배향막 하부에 형성되는 막의 표면 거칠기를 조절하여 배향막에 의하여 배열되는 액정 분자의 프리틸트를 조절할수 있다. 그 결과 도 1과 같이 상부 및 하부 표시판이 서로 비대칭인 프리틸트 값을 가지도록 할 수 있다. 도 18에 의하면 하부막의 표면 거칠기에 따라서 각 배향막이 제공하는 프리틸트값을 0.4까지 제공할 수 있는데, 0.17의 프리틸트값마다 0.01의 시인성 지수가 향상되므로 약 0.02만큼의 시인성 지수(GDI)를 감소시킬 수 있고 측면에서의 시인성이 향상된다.
한편, 도 20에서는 배향막을 경화(bake)시키는 공정에서의 공정 온도(이하 '경화 온도'라 함)에 따라 배향막이 액정 분자를 배열시키는 프리틸트 값이 변하는 것을 보여준다.
도 20는 본 발명의 실시예에서 배향막을 굽는 온도에 따른 프리틸트의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 20에 의하면 경화 온도에 따라 상부 배향막 및 하부 배향막이 제공하는 프리틸트의 값의 차이를 1.7까지 제공할 수 있는데, 0.17의 프리틸트값마다 0.01의 시인성 지수가 향상되므로 약 0.10만큼의 시인성 지수(GDI)를 감소시킬 수 있고 측면에서의 시인성이 향상된다.
도 21은 본 발명의 도 1에 따른 액정 표시 장치와 시중에 판매되고 있는 다른 액정 표시 장치의 측면에서의 시인성 지수(GDI)를 비교하여 표로 나타내었다.
본 발명은 위에서 설명한 바와 같이 시인성 지수(GDI)값으로 0.235까지 나타내고 있다. 하지만, 일반적으로 판매되는 액정 표시 장치(비교예 2 및 비교예 3)는 0.30의 시인성 지수를 가져 개선이 요구되며, 나머지 하나(비교예 1)의 표시 장치는 0.27로 양호한 측면 시인성을 가지지만 본 발명과 같이 상하 배향막이 배향시키는 액정의 프리틸트를 다르게 하는 구조는 아니다. 또한, 본 발명에 따르면 측면에서의 시인성 지수를 0.235까지 줄일 수 있어 측면 시인성이 매우 향상될 수 있다.
다만, 측면에서의 시인성이 향상되면, 투과율이 감소되는 문제가 있어 시인성 지수만을 낮추어 액정 표시 장치를 제조하는 것은 적절하지 않고 양호한 수준(0.25에서 0.27까지)의 시인성 지수(GDI)를 가지도록 액정 표시 장치를 생산할 수 있다. 이상에서는 고계조 부화소(H) 및 저계조 부화소(L)에서 배향막이 제공하는 프리틸트값을 서로 다르게 하지 않고 상부 배향막과 하부 배향막이 배향시키는 액정 분자의 프리틸트값이 다른 실시예를 살펴보았다.
이하에서는 고계조 부화소(H)와 저계조 부화소(L)에서의 배향막이 제공하는 프리틸트값을 다르게 하는 실시예를 살펴본다.
도 22는 본 발명의 실시예에서 고계조 부화소와 저계조 부화소의 감마 곡선을 보여주는 그래프이다.
도 22에서 도시하고 있는 바와 같이 2.2 감마 곡선(G2.2 T)을 기준으로 고계조 감마 곡선(A_T)와 저계조 감마 곡선(B_T)으로 나누고 하나의 화소에서 일부 영역은 고계조 감마 곡선(A_T)에 따라서 휘도를 표시하고 나머지 영역은 저계조 감마 곡선(B_T)에 따라서 휘도를 표시하도록 하여 측면 시인성을 향상시킨다. 도 22에 도시된 바와 같이 고계조 감마 곡선(A_T)와 저계조 감마 곡선(B_T)의 합(A+B_T)는 2.2 감마 곡선(G2.2 T)과 동일하다.
이와 같이 하나의 화소를 두 개의 부화소(고계조 부화소, 저계조 부화소)로 나누어 측면 시인성을 향상시키는 발명은 종래부터 존재하였다. 하지만, 종래 기술은 고계조 부화소와 저계조 부화소가 도 22의 고계조 감마 곡선(A_T)와 저계조 감마 곡선(B_T)을 따라서 휘도를 표시하도록 하기 위하여 저계조 부화소에 인가하는 전압비나 면적비를 조절하는 방식을 사용하였다. 이와 같이 저계조 부화소에 인가하는 전압비나 면적비를 조절하는 경우에는 측면 시인성이 개선은 되지만 투과율이 저하되어 최대 휘도가 감소하는 문제가 있다. 이에, 본 발명에서는 인가하는 전압비나 부화소의 면적비 등은 조절하지 않고 단순히 배향막 일부에 의하여 액정 분자를 프리틸트 시키는 정도가 다르도록 하고 그 결과 고계조 부화소 및 저계조 부화소가 각각 고계조 감마 곡선(A_T)와 저계조 감마 곡선(B_T)을 따라 휘도를 표시하도록 한다.
본 발명과 같이 고계조 부화소와 저계조 부화소에서의 프리틸트 값을 다르게 하여 측면 시인성을 향상시키면 액정 표시 장치의 제조가 용이해진다. 또한, 본 발명의 실시예와 같이 고계조 부화소가 저계조 부화소보다 작은 구조에서는 고계조 부화소에서만 액정 분자의 배향 방향이 장변 측면 성분을 더 많이 가지도록 하여 측면 시인성을 향상시킨다. 한편, 저계조 부화소에서는 액정 분자의 배향 방향이 장변 방향에 대하여 45도를 이루도록 하여 최대 투과율을 유지하도록 한다. 그 결과 하나의 화소에서 좁은 부분의 고계조 부화소는 일부 휘도가 감소할 수 있지만 측면 시인성을 향상시키는데 기여하고, 넓은 부분의 저계조 부화소는 최대 휘도를 계속 표시할 수 있도록 하여 감소되는 휘도는 거의 인지하지 못하도록 하면서 측면 시인성은 향상시킬 수 있다.
실시예에 따라서는 표시 휘도를 감소시키면서 위와 다른 방식(저계조 부화소의 배향 방향을 45도가 아닌 방향으로 형성)으로 진행할 수도 있다.
도 23 내지 도 27을 통하여 고계조 부화소 및 저계조 부화소에서의 노광량을 다르게 하는 방식으로 형성되는 액정 표시 장치에 대하여 살펴본다.
도 23은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치를 제조하는 방법을 도시한 도면이고, 도 24 내지 도 27은 도 23의 방법을 보다 상세하게 도시한 단면도이다.
도 7의 실시예를 보면, 상부 표시판(200)은 좌우로 이등분 되어 서로 반대 방향으로 광배향되어 있으며, (도 7의 (A)참조) 하부 표시판(100)은 상하로 이등분 되어 상측 영역에서 배향막은 액정 분자(310)의 머리 부분이 좌측을 향하도록 광배향되어 있으며, 하측 영역에서 배향막은 액정 분자(310)의 머리 부분이 우측을 향하도록 광배향되어 있다. (도 7의 (B) 참조)
이와 같이 상부 표시판(200) 및 하부 표시판(100)을 서로 다른 방향으로 광배향 할 때, 도 23은 하부 표시판(100)의 광배향의 노광량을 조절하여 고계조 부화소와 저계조 부화소의 배향막이 서로 다른 프리틸트 값을 가지도록 하는 실시예이다.
도 23에서 도시한 바와 같이 마스크(300)는 개구부(350)를 포함하는데, 고계조 부화소에 대응하는 개구부(350)는 폭이 넓고(A), 저계조 부화소에 대응하는 개구부(350)는 폭이 좁다(B). 뿐만 아니라, 마스크(300) 또는 하부 표시판(100)중 적어도 하나는 일 방향으로 이동하면서 자외선 조사를 하게 된다. 도 23에서는 하부 표시판(100)이 이동하는 것으로 도시되어 있으며, 고계조 부화소 및 저계조 부화소의 상부 영역에 자외선을 조사할 때에는 하부 표시판(100)이 좌측으로 이동하면서 좌측의 마스크(300)를 지나게 된다. 도 24 및 도 25에서 도시한 바와 같이 노광기(371)에서 기판에 대하여 비스듬한 방향으로 입사된 자외선은 마스크(300)의 개구부(350)를 통과하여 하부 표시판(100 또는 상부 표시판(200))에 입사된다. 그 결과 하부 표시판(100)의 배향막(도시하지 않음)은 자외선이 입사되는 방향으로 액정 분자를 프리틸트시키게 된다. 이때, A폭의 개구부에 대응하는 하부 표시판(100)의 고계조 부화소는 B폭의 개구부에 대응하는 저계조 부화소에 비하여 상대적으로 긴 시간동안 노광되어 배향막의 배향력이 증가한다. 한편, 도 11과 같이 일정 수준을 넘는 경우 배향력에 의한 프리틸트가 감소할 수 있으므로 노광량을 조절할 필요가 있다.
또한, 고계조 부화소 및 저계조 부화소의 하부 영역을 노광할 때에는 하부 표시판(100)이 우측으로 이동하면서 우측의 마스크(300)를 지나게 된다. 도 26 및 도 27에서 도시한 바와 같이 노광되며, 그 결과 하부 표시판(100)의 배향막(도시하지 않음)은 자외선이 입사되는 방향으로 액정 분자를 프리틸트시키게 된다. 이때, A폭의 개구부에 대응하는 하부 표시판(100)의 고계조 부화소는 B폭의 개구부에 대응하는 저계조 부화소에 비하여 상대적으로 긴 시간동안 노광되어 배향막의 배향력이 증가한다.
그러므로 고계조 부화소가 저계조 부화소보다 많은 노광량에 의하여 배향막이 액정 분자를 더 큰 배향력으로 배향시키게 되므로 고계조 부화소와 저계조 부화소는 서로 다른 액정 분자의 배향 방향을 가지게 된다. 도 23에서는 하부 표시판(100)의 좌측 및 우측에 마스크(300)가 존재하는 것처럼 도시되어 있으나 이는 두 번의 공정을 한번에 도시하고자 표시된 것일 뿐, 한번의 광배향 노광 공정에서는 하나의 마스크만 사용된다.
한편, 도 11과 같이 일정 수준을 넘는 경우 배향력에 의한 프리틸트가 감소할 수 있으므로 노광량을 조절할 필요가 있다.
도 28 내지 도 32는 표시판에 형성되는 배향막의 특성을 조절하여 고계조 부화소와 저계조 부화소에 서로 다른 배향력을 가지도록 하는 내용을 포함하고 있다.
우선, 도 28 내지 도 30은 배향막의 두께에 따라서 다른 배향력을 가지는 경우를 도시하고 있다.
도 28는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치를 제조하는 방법을 도시한 도면이고, 도 29는 도 28에 따른 액정 표시 장치를 제조하는데 사용되는 잉크젯 분사기 중 일부를 도시한 도면이고, 도 30은 도 28의 실시예에 따른 배향막 두께 및 프리틸트의 관계를 도시한 표이다.
배향막의 두께를 조절하기 위하여 본 발명의 실시예에서는 잉크젯 분사기를 사용하는 경우를 도시하고 있다. 이에 사용되는 잉크젯 분사기는 도 29에서 일부 도시되어 있으며, 도 29에서는 노즐(400)을 중심으로 도시하고 있다.
잉크젯 분사기의 노즐(400)에서 분사하는 배향액(일반적으로 폴리 이미드(PI)를 포함함)의 양을 조절하여 고계조 부화소와 저계조 부화소의 배향막의 두께를 조절한다. 도 28에서와 같이 노즐에서 분사된 배향액(410)의 양이 고계조 부화소는 더 많은 것을 확인할 수 있다. 상부 표시판(200) 및 하부 표시판(100)에서 배향액(410)의 차이를 두고 분사되어 있다.
도 30에 의하면 실험예 1 및 2에 대하여 프리틸트값, 투과율, 시인성 등을 비교하였는데, 실험예 1은 배향막 두께가 900Å이고 심험예 2는 배향막 두께가 450 Å이었다. 그 결과 배향막 두께가 두꺼운 실험예 1이 투과율 및 시인성이 좋고 프리틸트 값도 좋은 것을 확인할 수 있다. 비고에 기술된 바와 같이 자외선(UV)은 기판 표면의 수직면에 대해 50도를 이루면서 100mJ의 에너지로 노광되었으며, 배향막의 물질도 1059R2로 동일한 물질을 사용하였다.
그러므로 도 28과 같이 고계조 부화소에 배향액(410)을 많이 분사하여 배향막을 형성하는 경우 고계조 부화소에서의 프리틸트값이 크고 투과율 및 시인성 특성이 향상될 수 있다.
한편, 도 31 및 도 32에서는 배향막 물질 또는 함량을 서로 다른 것으로 형성하여 배향력에 의한 프리틸트값을 다르게 하는 실시예가 기술되어 있다.
도 31은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치를 제조하는 방법을 도시한 도면이고, 도 32는 도 31의 실시예에 따른 액정 표시 장치를 제조하는데 사용되는 잉크젯 분사기 중 일부를 도시한 도면이다.
도 31에서는 노즐에서 분사된 배향액(410)의 양이 고계조 부화소와 저계조 부화소에서 차이가 없다는 점을 도시하고 있다. 하지만, 고계조 부화소와 저계조 부화소에 분사하는 배향액(410)은 그 성분이 다르다.
먼저, 고계조 부화소에 분사하는 배향액(410)은 자외선에 의하여 광반응하여 액정 분자를 배향시키는 광 첨가제의 함량이 상대적으로 높고, 수직 첨가제(액정 분자가 수직 방향으로 배열하도록 하는 첨가제)의 함량이 상대적으로 낮다. 그 결과 동일한 노광량을 조사받더라도 광원의 방향으로 배향되는 배향력이 더 커진다. 한편, 저계조 부화소에 분사하는 배향액(410)은 광 첨가제의 향량이 상대적으로 낮고, 수직 첨가제의 함량이 높아 동일한 노광량을 조사받더라도 액정 분자가 수직 배향하는 경우가 더 많도록 형성된다. 그 결과 고계조 부화소의 배향막이 상대적으로 액정 분자의 프리틸트를 더 크게 형성하는 것이 가능하다.
고계조 부화소와 저계조 부화소에 형성되는 배향막이 서로 다른 함량을 포함시키는 물질(또는 실시예에 따라서는 서로 다른 물질)로 형성되므로 잉크젯 분사기의 노즐(400, 400-1)은 서로 다른 것을 사용하는 것이 바람직하다 (도 32 참고)
한편, 배향액(410)에 포함되는 첨가제 등의 성분은 다양할 수 있으며 아래와 같은 성분을 포함시킬 수 있다.
[배향 물질의 예]
Figure pat00001
본 발명의 실시예에 따른 배향막은 측쇄에 수직 발현기가 포함된 수직 광배향 물질(17)과 VA(vertical alignment) 모드의 액정 표시 장치 등에서 일반적으로 사용되는 주 배향 물질(18)이 혼합되어 있다. 이때, 수직 광배향 물질(17)과 주 배향 물질(18)은 미세 상분리(MPS: micro phase separation) 상태에 있다. 수직 광배향 물질(17)과 주 배향 물질(18)을 혼합하여 도포하고 경화하였을 때, 배향막의 미세 상분리 구조가 발생할 수 있다. 다음, 미세 상분리 구조가 형성된 배향막에 자외선을 조사하면, 광반응기의 반응에 의하여 최종적으로 배향막이 형성된다. 이때, 배향막 내부에는 자외선 조사로 인한 부산물(side products)이 적게 발생되므로 액정 표시 장치의 잔상이 감소할 수 있다. 또한 배향막은 별도의 러빙 공정 없이 자외선의 조사에 의해서만 형성되기 때문에 공정 원가가 절감될 수 있으며 생산 속도가 증가할 수 있다. 수직 광배향 물질(17)은 액정층에 가까운 표면 쪽에 주로 형성되어 있을 수 있고, 주 배향 물질(18)은 기판에 가까운 쪽에 주로 형성되어 있을 수 있다. 따라서 배향막은 액정층에 가까운 표면으로 갈수록 주 배향 물질(18)의 몰농도에 대한 수직 광배향 물질(17)의 몰농도의 비율이 커질 수 있다. 이때 수직 광배향 물질(17)에 포함되는 수직 발현기(vertical functional group)는 배향막의 표면으로부터 배향막 전체 두께의 대략 20 %에 해당하는 깊이까지 존재할 수 있으며, 이 경우 미세 상분리 구조가 더욱 선명하게 형성될 수 있다.
수직 광배향 물질(17)은 중량 평균 분자량이 대략 1,000-1,000,000 정도되는 고분자 물질로서, 주쇄(main chain)에 유연기(flexible functional group), 열가소성 작용기(thermoplastic functional group), 광반응기(photo reactive group), 수직 발현기 등을 포함하는 측쇄(side chain)가 적어도 하나 이상 결합된 화합물이다. 이때 주쇄는 폴리이미드(polyimide), 폴리아믹산(polyamic acid), 폴리아미드(polyamide), 폴리아믹이미드(polyamicimide), 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리우레탄, 폴리스티렌 등 다양한 종류가 하나 이상 포함될 수 있다.
수직 광배향 물질(17)은 측쇄로서 유연기, 광반응기, 수직 발현기 등이 결합되어 있는 디아민 등의 단량체가 산무수물(acid anhydride)등과 함께 고분자 중합 반응을 통하여 제조될 수 있다. 예를 들어, 디아민과 산무수물이 50 mol%: 50 mol%로 반응하여, 폴리이미드계 고분자 또는 폴리아믹산계 고분자 등이 중합될 수 있다. 또한, 1 종류 이상의 디아민이 중합 반응에 이용될 수 있으며, 1 종류 이상의 산무수물이 중합 반응에 이용될 수 있다. 즉, 수직 광배향 물질(17)은 호모 폴리머(homo polymer)일 수도 있고, 코폴리머(copolymer)일 수도 있다.
구체적으로, 디아민은 광반응 디아민(photo-reactive diamine), 수직 디아민(vertical diamine), 일반 디아민(normal diamine) 등이 있다. 광반응 디아민, 수직 디아민 및 일반 디아민 중 적어도 하나 이상의 디아민이 수직 광배향 물질(17)의 중합 반응에 이용될 수 있다. 또한 수직 광배향 물질(17)의 중합 반응에 1 종류 이상의 광반응 디아민이 이용될 수 있고, 1 종류 이상의 수직 디아민이 이용될 수도 있고, 1 종류 이상의 일반 디아민이 이용될 수도 있다.
광반응 디아민, 수직 디아민 및 일반 디아민의 공중합의 조성비를 조절함으로써, 수직 배향성과 배향 안정성의 최적화가 가능하다. 예를 들어, 광반응 디아민은 약 40 mol% 내지 약 70 mol%이고, 수직 디아민은 약 10 mol% 내지 약 40 mol%이며, 일반 디아민은 0 내지 약 20 mol%일 수 있다. 구체적으로, 제1 광반응 디아민은 60 mol%, 제1 광반응 디아민은 10 mol%, 수직 디아민은 30 mol%일 수 있으며, 특별히 이에 한정되지 않는다. 또한 최소량의 광반응기를 이용하여 배향막을 형성하기 위하여, 수직 광배향 물질(17)과 주 배향 물질(18)의 혼합을 통하여, 배향막의 중심부 또는 하부에는 최소한의 광반응기가 위치할 수 있고, 배향막의 상부에는 최적화된 광반응기가 위치할 수 있다. 또한, 배향막의 안정성을 확보하기 위하여, 수직 디아민과 일반 디아민 중 적어도 하나가 공중합될 수 있다.
광반응 디아민은 디아민기(diamine group), 유연기, 광반응기 및 수직 발현기를 포함한다. 수직 디아민은 디아민기, 유연기 및 수직 발현기를 포함하며, 광반응기를 포함하지 않는다. 일반 디아민은 디아민기를 포함하며, 광반응기와 수직 발현기를 포함하지 않는다.
예를 들어, 광반응 디아민에서, 디아민기에 유연기가 결합되어 있고, 유연기에 광반응기가 결합되어 있고, 광반응기에 수직 발현기가 결합되어 있을 수 있다. 수직 디아민에서, 디아민기에 유연기가 결합되어 있고, 유연기에 수직 발현기가 결합되어 있을 수 있다.
유연기 또는 열가소성 작용기는 고분자 주쇄에 연결되어 있는 측쇄가 용이하게 배향될 수 있도록 도와주는 작용기이다. 예를 들어, 유연기 또는 열가소성 작용기는 -O-, -OCO-, -COO-, -OR-(여기서 R은 H 또는 C1-C5의 알킬렌기), -R-(여기서 R은 C1-C5의 알킬렌기), 이미드기(imide group) 등이 적어도 하나 이상 포함할 수 있으며, 특별히 이에 한정되지 않는다. 또는 유연기 또는 열가소성 작용기는 탄소수가 대략 3 내지 20 인 치환 또는 비치환된 알킬렌기 또는 알콕시기를 포함할 수 있다.
광반응기는 자외선 등의 조사에 의하여 직접 광중합(photo dimerization) 반응 또는 광이성질(photo isomerization) 반응이 일어나는 작용기이다. 예를 들어, 광반응기는 아조(azo)계 작용기, 시나메이트(cinnamate)계 작용기, 칼콘(chalcone)계 작용기, 쿠마린(coumarin)계 작용기, 말레이미드(maleimide)계 작용기 등을 적어도 하나 이상 포함할 수 있으며, 특별히 이에 한정되지 않는다.
수직 발현기는 기판과 평행하게 위치한 주쇄에 대하여 대략 수직 방향으로 측쇄 전체를 이동시킬 수 있는 작용기이다. 예를 들어, 수직 발현기는 C1-C25의 알킬기 또는 알콕시기가 치환된 아릴기, C1-C25의 알킬기 또는 알콕시기가 치환된 사이클로 헥실기, 그리고 스테로이드기(steroid group) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 특별히 이에 한정되지 않는다. 여기서, 하나 이상의 아릴기와 하나 이상의 사이클로 헥실기는 직접 또는 C1-C5의 알킬렌기를 통하여 서로 결합되어 있을 수 있다.
하나 이상의 수직 광배향 물질(17)과 하나 이상의 주 배향 물질(18)은 가교제(cross-linking agent)에 의해 결합될 수 있다. 가교제를 첨가하여 배향막이 제조될 때, 배향막의 전기적 특성, 화학적 안정성 등이 개선될 수 있다. 나아가 가교제가 약 30 중량% 이하로 사용될 때, 전기적 특성과 화학적 안정성이 더욱 개선될 수 있다.
수직 광배향 물질(17)을 제조하는 방법으로, 열가소성 작용기, 광반응기, 수직 발현기 등이 결합되어 있는 화합물을 상술한 폴리이미드, 폴리아믹산 등에 첨가하는 방법이 있다. 이 경우 열가소성 작용기가 고분자 주쇄에 직접 결합되고, 측쇄는 열가소성 작용기, 광반응기, 수직 발현기 등을 포함할 수 있다.
주 배향 물질(18)은 광반응기를 포함하고 있지 않으며, 상술한 고분자 주쇄를 포함할 수 있으며, 중량 평균 분자량은 대략 10,000-1,000,000이다. 예를 들어, 디아민과 산무수물이 50 mol%: 50 mol%로 반응하여, 폴리이미드계 고분자 또는 폴리아믹산계 고분자 등이 중합될 수 있다. 또한, 1 종류 이상의 디아민이 중합 반응에 이용될 수 있으며, 1 종류 이상의 산무수물이 중합 반응에 이용될 수 있다. 즉, 주 배향 물질(18)은 호모 폴리머(homo polymer)일 수도 있고, 코폴리머(copolymer)일 수도 있다. 구체적으로, 수직 디아민 및 일반 디아민 중 적어도 하나 이상의 디아민이 주 배향 물질(18)의 중합 반응에 이용될 수 있다. 또한 주 배향 물질(18)의 중합 반응에 1 종류 이상의 수직 디아민이 이용될 수도 있고, 1 종류 이상의 일반 디아민이 이용될 수도 있다.
이하에서는 도 33내지 도 35를 기초로 본 발명의 실시예를 살펴보며, 도 33 내지 도 35는 두 번의 노광에 의하여 광배향시켜 고계조 부화소와 저계조 부화소의 액정 분자의 배향 방향을 서로 다르게 형성할 수 있다.
도 33 내지 도 35는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 액정 표시 장치를 제조하는 방법을 도시한 도면이다.
도 33에서 도시하고 있는 바와 같이 노광기 광원(370)에서 방출된 빛을 개구부(도시하지 않음)를 포함하는 마스크(300)를 통하여 표시판(100, 200)에 조사(1차 노광)시켜 제1 방향(310-2 참조)으로 액정 분자를 프리틸트시킬 수 있도록 배향막을 형성한다. 그 후 1차 노광과 다른 방향에서 2차 노광하여 배향막이 프리틸트 시키는 방향을 수정한다 (도 35의 310-3 참조). 2차 노광시에는 고계조 부화소 및 저계조 부화소 중 하나의 부화소에서만 수행되어 고계조 부화소와 저계조 부화소의 배향막이 가지는 프리틸트 방향을 다르게 형성한다. 도 35에 의하면 2차 노광은 수직 노광(기판면에 대하여 수직 방향으로 빛을 조사)이며, 저계조 부화소의 배향막이 가지는 프리틸트 방향을 줄여 고계조 부화소의 배향막이 상대적으로 큰 프리틸트값을 가지도록 한다.
그 결과 측면 시인성이 향상된다.
도 37 및 도 38은 본 발명이 적용될 수 있는 화소 구조를 각각 나타낸 배치도 및 회로도이다. 본 발명은 수직 배향 모드의 액정 표시 장치에서 적용되며, 보다 바람직하게는 하나의 화소가 복수개의 도메인으로 나뉘어져 있는 화소에서 적용 가능하다.
도 36은 본 발명의 실시예에서 사용된 하부 표시판의 배치도를 도시한 도면이며, 도 36의 구조를 간략하게 설명하면 아래와 같다.
하나의 화소는 두 개의 부화소(고계조 부화소, 저계조 부화소)를 포함한다.
투명한 유리 또는 플라스틱 따위로 만들어진 절연 기판 위에 복수의 제1 게이트선(121a), 제2 게이트선(121b)이 형성되어 있다.
제1 및 제2 게이트선(121a, 121b)은 게이트 신호를 전달한다. 제1 게이트선(121a)은 위로 돌출한 복수의 제1 게이트 전극(gate electrode)(124a) 및 제2 게이트 전극(124b)을 포함하며, 제2 게이트선(121b)은 위로 돌출한 복수의 제3 게이트 전극(124c)을 포함한다.
제1 및 제2 게이트선(121a, 121b)의 위에는 게이트 절연막(gate insulating layer)(도시하지 않음)이 형성되어 있다. 게이트 절연막 위에는 섬형의 반도체(도시하지 않음)가 형성되어 있다. 반도체는 제1, 제2, 및 제3 게이트 전극(124a, 124b, 124c)의 위에 위치한다.
반도체 및 게이트 절연막 위에는 복수의 데이터선(data line)(171), 제1 소스 전극(source electrode)(173a), 제2 소스 전극(173b), 제3 소스 전극(173c), 제1 드레인 전극(drain electrode)(175a), 제2 드레인 전극(175b), 제3 드레인 전극(175c) 및 제3 드레인 전극(175c)의 말단에 위치하는 확장부(176)가 형성되어 있다. 데이터선(171)은 데이터 신호를 전달하며 주로 세로 방향으로 뻗어 제1 및 제2 게이트선(121a, 121b)과 교차한다.
제1 게이트전극(124a), 제1 소스 전극(173a), 제1 드레인 전극(175a)은 제1 스위칭 소자를 이루고, 제2 게이트전극(124b), 제2 소스 전극(173b), 제2 드레인 전극(175b)은 제2 스위칭 소자를 이루며, 제3 게이트전극(124c), 제3 소스 전극(173c), 제3 드레인 전극(175c)은 제3 스위칭 소자를 이룬다.
데이터선(171), 제1, 제2, 및 제3 소스 전극(173a, 173b, 173c), 제1, 제2, 및 제3 드레인 전극(175a, 175b, 175c)의 위에는 보호막(passivation layer)(도시하지 않음)이 형성되어 있다. 보호막에는 제1 드레인 전극(175a)의 일부를 노출시키는 제1 접촉 구멍(181a), 제2 드레인 전극(175b)의 일부를 노출시키는 제2 접촉 구멍(181b), 제3 드레인 전극(175c)의 일부를 노출시키는 제3 접촉 구멍(181c)이 형성되어 있다.
보호막 위에는 투명한 전극 물질로 복수의 제1 부화소 전극(sub-pixel electrode)(191a), 제2 부화소 전극(191b), 제3 부화소 전극(191c)이 형성되어 있다. 제1 부화소 전극(191a)은 제1 접촉 구멍(181a)을 통하여 제1 드레인 전극(175a)과 연결되어 있고, 제2 부화소 전극(191b)은 제2 접촉 구멍(181b)을 통하여 제2 드레인 전극(175b)과 연결되어 있으며, 제3 부화소 전극(191c)은 제3 접촉 구멍(181c)을 통하여 제3 드레인 전극(175c)과 연결되어 있다.
본 발명의 실시예에 의한 액정 표시 장치는 제1 및 제2 게이트선(121a, 121b)과 동일한 층에 형성되는 복수의 유지 전극선(storage electrode lines)(131)을 더 포함할 수 있다. 유지 전극선(131)은 소정의 전압을 인가 받으며 제1 및 제2 게이트선(121a, 121b)과 이격되어 거의 나란하게 뻗는다. 유지 전극선(131)은 제1 게이트선(121a)과 제2 게이트선(121b)의 사이에 위치한다. 유지 전극선(131)은 위 또는 아래로 확장된 유지 전극(storage electrode)(133)을 포함하며, 유지 전극(133)의 말단에는 확장부(136)가 형성되어 있다.
제1 게이트선(121a)에 게이트 온 전압이 인가되면 제1 및 제2 스위칭 소자를 통하여 제1 및 제2 부화소 전극에 데이터 전압이 인가된다. 그 후 제2 게이트선(121b)에 게이트 온 전압이 인가되면, 제2 부화소 전극의 전압과 확장부(136, 176)의 용량에 따라서 제2 부화소 전극의 전압이 변한다.
한편, 도 37은 본 발명이 적용가능한 구조를 회로도로 도시하였다.
도 37의 회로도는 도 36의 실시예도 적용 가능하지만, 실제 디자인은 도 36과 다르게 할 수 있다.
도 37에 따른 화소는 제1 스위칭 소자(Qa) 및 제2 스위칭 소자(Qb), 제1 스위칭 소자(Qa)에 연결되는 제1 액정 축전기(Clc_H), 제2 스위칭 소자(Qb)에 연결되는 제2 액정 축전기(Clc_L), 제2 스위칭 소자(Qb)에 연결되는 제3 스위칭 소자(Qc), 제3 스위칭 소자(Qc)에 연결되는 유지 용량 축전기(Cdown)를 포함한다.
종합하면, 본 발명은 배향막이 인접한 액정 분자를 프리틸트를 주어 배열 시킬 때, 상부 기판의 배향막이나 하부 기판의 배향막에서의 프리틸트가 서로 다르거나 하나의 화소에서 고계조 부화소 내의 배향막과 저계조 부화소 내의 배향막에서의 프리틸트가 서로 다른 것을 근본으로 하며, 그 결과 측면(상측면 또는 좌우 측면)에서의 시인성이 향상된다.
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.
10: 화소 100: 하부 표시판
110: 하부 기판 111: 하부 배향막
200: 상부 표시판 210: 상부 기판
211: 상부 배향막 220: 차광 부재
3: 액정층 300: 마스크
310: 액정 분자 315: 가상 액정 분자
350: 개구부 400: 400-1: 노즐
410: 배향액

Claims (26)

  1. 하부 기판 및 상기 하부 기판에 형성되어 있는 하부 배향막을 포함하는 하부 표시판;
    상부 기판 및 상기 상부 기판에 형성되어 있는 상부 배향막을 포함하는 상부 표시판; 및
    상기 하부 표시판 및 상기 상부 표시판의 사이에 삽입되어 있으며, 복수의 액정 분자를 가지는 수직 배향 모드의 액정층을 포함하며,
    상기 하부 배향막에 인접한 상기 액정 분자는 제1 프리틸트로 배열되며,
    상기 상부 배향막에 인접한 상기 액정 분자는 제2 프리틸트로 배열되고,
    상기 제1 프리틸트 및 상기 제2 프리틸트의 크기는 서로 다른 액정 표시 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 제1 프리틸트 및 상기 제2 프리틸트 중 큰 프리틸트에 의하여 배향된 상기 액정 분자의 배열 방향은 하부 기판에 투영하면 장변 방향과 평행하는 액정 표시 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 액정 분자의 배열 방향의 평균 방향인 액정 배향 방향은 상기 장변 방향에 대하여 30도 이상 45도 미만의 방위각을 가지는 액정 표시 장치.
  4. 제2항에서,
    하나의 화소는 복수의 도메인은 포함하며,
    서로 인접하는 4개의 도메인은 서로 다른 액정의 배향 방향을 가지는 액정 표시 장치.
  5. 제4항에서,
    서로 인접하는 4개의 도메인은 2ㅧ2 구조로 배치되어 있으며,
    각 도메인이 가지는 액정의 배향 방향을 연결하면 마름모꼴을 이루며,
    상기 마름모꼴의 내각은 예각 또는 둔각으로 이루어진 액정 표시 장치.
  6. 제4항에서,
    상기 하나의 화소는 제1 부화소 및 제2 부화소를 포함하며,
    상기 제1 부화소와 상기 제2 부화소는 각각 4개의 도메인을 가지는 액정 표시 장치.
  7. 제1항에서,
    상기 제1 프리틸트 및 상기 제2 프리틸트의 크기 차이로 인하여 상기 액정 표시 장치의 시인성 지수는 0.27 이하 0.235 이상의 값을 가지는 액정 표시 장치.
  8. 제1항에서,
    상기 제1 프리틸트 및 상기 제2 프리틸트의 크기 차이는
    상기 상부 배향막 및 상기 하부 배향막에 자외선을 조사하는 조사량의 차이,
    상기 상부 배향막 및 상기 하부 배향막의 두께 차이,
    상기 상부 배향막과 상기 상부 기판 사이의 막 및 상기 하부 배향막과 상기 하부 기판 사이의 막의 표면 거칠기 차이, 및
    상기 상부 배향막 및 상기 하부 배향막을 구성하는 첨가제의 차이 중 어느 하나에 의하여 발생한 액정 표시 장치.
  9. 하부 기판 및 상기 하부 기판에 형성되어 있는 하부 배향막을 포함하는 하부 표시판;
    상부 기판 및 상기 상부 기판에 형성되어 있는 상부 배향막을 포함하는 상부 표시판; 및
    상기 하부 표시판 및 상기 상부 표시판의 사이에 삽입되어 있으며, 복수의 액정 분자를 가지는 수직 배향 모드의 액정층을 포함하며,
    상기 하부 배향막이 인접하는 액정 분자를 배열시키는 제1 배향력의 크기와 상기 상부 배향막이 인접하는 액정 분자를 배열시키는 제2 배향력의 크기는 서로 다른 액정 표시 장치.
  10. 제9항에서,
    상기 제1 배향력 및 상기 제2 배향력 중 큰 배향력은 상기 하부 기판에 투영하면 상기 하부 기판의 장변 방향과 평행하는 액정 표시 장치.
  11. 제10항에서,
    상기 액정 분자의 배열 방향의 평균 방향인 액정 배향 방향은 상기 장변 방향에 대하여 30도 이상 45도 미만의 방위각을 가지는 액정 표시 장치.
  12. 제10항에서,
    서로 인접하는 4개의 도메인은 2ㅧ2 구조로 배치되어 있으며,
    각 도메인이 가지는 액정의 배향 방향을 연결하면 마름모꼴을 이루며,
    상기 마름모꼴의 내각은 예각 또는 두각으로 이루어진 액정 표시 장치.
  13. 제9항에서,
    상기 제1 배향력 및 상기 제2 배향력의 크기 차이로 인하여 상기 액정 표시 장치의 시인성 지수는 0.27 이하 0.235 이상의 값을 가지는 액정 표시 장치.
  14. 제9항에서,
    상기 제1 배향력 및 상기 제2 배향력의 크기 차이는
    상기 상부 배향막 및 상기 하부 배향막에 자외선을 조사하는 조사량의 차이,
    상기 상부 배향막 및 상기 하부 배향막의 두께 차이,
    상기 상부 배향막과 상기 상부 기판 사이의 막 및 상기 하부 배향막과 상기 하부 기판 사이의 막의 표면 거칠기 차이, 및
    상기 상부 배향막 및 상기 하부 배향막을 구성하는 첨가제의 차이 중 어느 하나에 의하여 발생한 액정 표시 장치.
  15. 하부 기판 및 상기 하부 기판에 형성되어 있는 하부 배향막을 포함하는 하부 표시판;
    상부 기판 및 상기 상부 기판에 형성되어 있는 상부 배향막을 포함하는 상부 표시판; 및
    상기 하부 표시판 및 상기 상부 표시판의 사이에 삽입되어 있으며, 복수의 액정 분자를 가지는 수직 배향 모드의 액정층을 포함하며,
    하나의 화소는 제1 부화소 및 제2 부화소를 포함하며,
    상기 제1 부화소의 상기 하부 배향막 또는 상기 상부 배향막 중 하나의 배향막에 인접한 상기 액정 분자는 제1 프리틸트로 배열되고,
    상기 제2 부화소의 상기 하부 배향막 또는 상기 상부 배향막 중 하나의 배향막에 인접한 상기 액정 분자는 제2 프리틸트로 배열되며,
    상기 제1 프리틸트 및 상기 제2 프리틸트의 크기는 서로 다른 액정 표시 장치.
  16. 제15항에서,
    상기 제1 프리틸트 및 상기 제2 프리틸트 중 큰 프리틸트에 의하여 배향된 상기 액정 분자의 배열 방향은 상기 하부 기판에 투영하면 상기 하부 기판의 장변 방향과 평행하는 액정 표시 장치.
  17. 제16항에서,
    상기 액정 분자의 배열 방향의 평균 방향인 액정 배향 방향은 상기 장변 방향에 대하여 30도 이상 45도 미만의 방위각을 가지는 액정 표시 장치.
  18. 제15항에서,
    상기 제1 부화소 및 상기 제2 부화소는 각각 4개의 도메인은 포함하며,
    상기 제1 부화소 및 상기 제2 부화소에 각각 포함된 4개의 도메인은 서로 다른 액정의 배향 방향을 가지는 액정 표시 장치.
  19. 제18항에서,
    상기 제1 부화소 및 상기 제2 부화소에 각각 포함된 4개의 도메인은 2ㅧ2 구조로 배치되어 있으며,
    각 도메인이 가지는 액정의 배향 방향을 연결하면 마름모꼴을 이루며,
    상기 제1 부화소 또는 상기 제2 부화소에서 만들어진 마름모꼴 중 하나의 내각은 예각 또는 둔각으로 이루어진 액정 표시 장치.
  20. 제15항에서,
    상기 제1 프리틸트 및 상기 제2 프리틸트의 크기 차이로 인하여 상기 액정 표시 장치의 시인성 지수는 0.27 이하 0.235 이상의 값을 가지는 액정 표시 장치.
  21. 제1315항에서,
    상기 제1 프리틸트 및 상기 제2 프리틸트의 크기 차이는
    상기 상부 배향막 및 상기 하부 배향막에 자외선을 조사하는 조사량의 차이,
    상기 상부 배향막 및 상기 하부 배향막의 두께 차이,
    상기 상부 배향막과 상기 상부 기판 사이의 막 및 상기 하부 배향막과 상기 하부 기판 사이의 막의 표면 거칠기 차이, 및
    상기 상부 배향막 및 상기 하부 배향막을 구성하는 첨가제의 차이 중 어느 하나에 의하여 발생한 액정 표시 장치.
  22. 하부 기판에 하부 배향막을 형성하는 단계;
    상부 기판에 상부 배향막을 형성하는 단계; 및
    상기 상부 기판과 상기 하부 기판을 합착하고 그 사이에 액정층을 삽입하는 단계를 포함하며,
    상기 하부 배향막 또는 상기 상부 배향막에 제1 방향으로 자외선을 조사하는 제1 조사량과 상기 하부 배향막 또는 상기 상부 배향막에 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향으로 자외선을 조사하는 제2 조사량이 서로 다르도록 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  23. 제22항에서,
    상기 제1 조사량으로 자외선을 조사하는 배향막과 상기 제2 조사량으로 자외선을 조사하는 배향막이 서로 동일한 배향막인 액정 표시 장치의 제조 방법.
  24. 제23항에서,
    상기 하부 배향막 및 상기 상부 배향막은 각각 제1 부화소 영역 및 제2 부화소 영역을 포함하며,
    상기 제1 조사량으로 자외선을 조사할 때에는 상기 제1 부화소 영역 및 상기 제2 부화소 영역을 함께 조사하고,
    상기 제2 조사량으로 자외선을 조사할 때는 상기 제1 부화소 영역 및 상기 제2 부화소 영역 중 하나의 영역은 가린 후 자외선을 조사하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  25. 제22항에서,
    상기 제1 방향 및 상기 제2 방향은 각각 상기 하부 기판의 장변 방향 또는 단변 방향 중 하나이며,
    상기 장변 방향에 대응하는 방향으로 조사된 조사량이 다른 조사량보다 큰 액정 표시 장치의 제조 방법.
  26. 제22항에서,
    상기 제1 조사량 및 상기 제2 조사량의 차이로 인하여 상기 액정 표시 장치의 시인성 지수는 0.27 이하 0.235 이상의 값을 가지도록 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
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