KR20150109003A

KR20150109003A - 액정 표시 장치 및 배향막 리페어 방법

Info

Publication number: KR20150109003A
Application number: KR1020140031842A
Authority: KR
Inventors: 이택준
Original assignee: 삼성디스플레이 주식회사
Priority date: 2014-03-18
Filing date: 2014-03-18
Publication date: 2015-10-01
Also published as: US20150268489A1; US9335571B2

Abstract

본 발명은 기판 위에 형성된 배향막, 상기 배향막은 배향부, 핀홀부 및 핀홀부에 채워진 리페어층으로 구성되고, 상기 배향부는 수직 발현기 및 광 반응기를 포함하고, 상기 리페어층 및 상기 배향부는 용매와 고분자로 구성되고, 상기 리페어층 및 상기 배향부의 용매는 적어도 두 물질을 포함하고 동일한 함량을 포함하며, 상기 리페어층의 고분자 함량은 상기 배향부의 고분자 함량에 비해 적은 함량을 포함하는 액정 표시 장치를 제공한다. 본 발명에 따르면, 배향막의 제조 과정에서 발생할 수 있는 핀홀을 간단한 공정으로 리페어할 수 있고, 배향막의 핀홀을 리페어한 부분과 그 주변부의 배향막의 구조를 동일하게 유지할 수 있어 핀홀의 리페어로 인한 화소 불량의 발생을 방지할 수 있는 장점이 있다.

Description

액정 표시 장치 및 배향막 리페어 방법{LIQIUID CRYSTAL DISPLAY AND REPAIR METHOD FOR ORIENTATION FILM USING THE SAME}

본 발명은 액정 표시 장치 및 배향막 리페어 방법에 대한 것으로, 보다 상세하게는 핀홀부에 채워진 리페어층이 있는 배향막을 포함하는 액정 표시 장치 및 핀홀부를 포함하는 배향막의 리페어 방법에 대한 것이다.

액정 표시 장치는 현재 가장 널리 사용되고 있는 평판 표시 장치 중 하나로서, 화소 전극과 공통 전극 등 전기장 생성 전극(field generating electrode)이 형성되어 있는 두 장의 표시판과 그 사이에 들어 있는 액정층을 포함한다. 액정 표시 장치는 전기장 생성 전극에 전압을 인가하여 액정층에 전기장을 생성하고 이를 통하여 액정층의 액정 분자들의 방향을 결정하고 입사광의 편광을 제어함으로써 영상을 표시한다.

액정 표시 장치 중에서도 전기장이 인가되지 않은 상태에서 액정 분자의 장축을 상하 표시판에 대하여 수직을 이루도록 배열한 수직 배향 방식(vertically aligned mode) 액정 표시 장치가 대비비가 크고 넓은 기준 시야각 구현이 용이하여 각광받고 있다.

이러한 수직 배향 모드 액정 표시 장치에서 광시야각을 구현하기 위하여 하나의 화소에 액정의 배향 방향이 다른 복수의 도메인(domain)을 형성할 수 있다. 복수의 도메인을 형성하는 수단으로 전기장 생성 전극에 미세 슬릿 등의 절개부를 형성하거나 전기장 생성 전극 위에 돌기를 형성하는 등의 방법을 사용한다. 이 방법은 절개부 또는 돌기의 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.

이러한 수직 배향 방식의 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.

한편, 광시야각을 구현하면서 액정의 응답 속도를 빠르게 하기 위하여 전기장이 인가되지 않은 상태에서 액정이 선경사(pretilt)를 가지도록 하는 방법이 개발되고 있다. 액정이 여러 방향으로 선경사를 갖도록 하기 위해 배향 방향이 여러 방향인 배향막을 쓰거나 배향막 또는 액정층에 반응성 메조겐을 첨가한 후에 전기장을 가한 상태에서 광을 조사해 프리틸트(pretilt)를 형성할 수 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 배향막의 제조 과정에서 발생할 수 있는 핀홀(pinhole)을 간단하게 리페어(repair)할 수 있으며, 리페어층과 배향부의 구조를 동일하게 리페어함으로서 화소 불량의 발생을 방지할 수 있는 액정 표시 장치 및 배향막 리페어 방법을 제공하고자 한다.

이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 실시예에 따르면, 기판 위에 형성된 배향막, 상기 배향막은 배향부, 핀홀부 및 핀홀부에 채워진 리페어층으로 구성되고, 상기 배향부는 수직 발현기 및 광 반응기를 포함하고, 상기 리페어층 및 상기 배향부는 용매와 고분자로 구성되고, 상기 리페어층 및 상기 배향부의 용매는 적어도 두 물질을 포함하고 동일한 함량을 포함하며, 상기 리페어층의 고분자 함량은 상기 배향부의 고분자 함량에 비해 적은 함량을 포함하는 액정 표시 장치를 제공한다.

상기 배향막은 주쇄 및 상기 주쇄와 연결되는 복수의 측쇄를 포함하고, 상가 복수의 측쇄에 상기 수직 발현기 및 상기 광 반응기를 포함할 수 있다.

상기 주쇄는 디안하이드라이드 또는 디아민 중 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.

상기 광 반응기는 반응성 메조겐(reactive mesogen)을 포함할 수 있다.

상기 광반응기는 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 중 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.

상기 리페어층은 리페어 용액을 건조시켜 형성되며, 상기 리페어 용액은 상기 리페어 용액 총 중량 대비 NMP(N-methyl pyrrolidone) 40~50중량%, BC(Butyl carbitol) 30~40중량%, PC(Poly carbonate) 5~10중량%, 첨가제 5~20중량% 및 고분자 0.5~1.5중량%를 포함할 수 있다.

상기 리페어 용액의 NMP(N-methyl pyrrolidone), BC(Butyl carbitol), PC(Poly carbonate) 및 첨가제의 중량비는, 상기 배향부의 NMP(N-methyl pyrrolidone), BC(Butyl carbitol), PC(Poly carbonate) 및 첨가제의 중량비와 동일할 수 있다.

상기 첨가제는 3-메톡시-N,N-디메틸프로피온아마이드 (3-Methoxy-N,N-dimethylpropionamide)일 수 있다.

상기 리페어 용액의 점도는 1.5~3.0cp일 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, (a) 수직 발현기 및 광 반응기를 포함하는 배향막에 형성된 핀홀부의 위치를 확인하는 단계, (b) 상기 핀홀부에 리페어 용액을 투입하는 단계, 및 (c) 상기 리페어 용액을 예비 건조시켜 리페어층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 리페어층의 구성 성분은 상기 배향부의 구성 성분과 비교하여, 고분자를 제외한 나머지 구성 성분은 동일한 함량을 포함하고, 고분자 함량은 배향부보다 적은 함량을 포함하는 배향막 리페어 방법을 제공한다.

상기 (a) 단계 이 후에, 카메라를 이용한 상기 핀홀부의 촬상을 통해 상기 핀홀부가 유핵성 또는 무핵성인지 여부를 확인하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 배향막의 제조 과정에서 발생할 수 있는 핀홀을 간단한 공정으로 리페어할 수 있고, 배향막의 핀홀을 리페어한 부분과 그 주변부의 배향막의 구조를 동일하게 유지할 수 있어 핀홀의 리페어로 인한 화소 불량의 발생을 방지할 수 있는 장점이 있다.

도 1(a)는 본 발명의 일실시예에 따른 자외선 등의 광반응기를 포함하는 배향막을 사용하여 액정 분자들이 선경사를 갖도록 하는 과정을 도시한 도면이고, 도 1(b)는 배향막의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 배향막의 리페어 과정을 나타낸 순서도이다.
도 3(a) 및 도 3(b)는 본 발명의 일실시예에 따른 배향막의 리페어 공정의 일부를 나타낸 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치의 한 화소에 대한 등가회로도이다..
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치의 한 화소에 대한 배치도이다.
도 6은 도 5의 VI-VI선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 7은 도 5에 도시된 화소의 기본 구조를 도시한 도면이다.

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.

우선, 도 1(a) 및 도 1(b)를 참고하여, 액정 분자(31)가 선경사를 가지도록 배향하는 방법에 대하여 설명한다.

도 1(a)는 자외선 등의 광 반응기를 포함하는 배향막을 사용하여 액정 분자(31)들이 선경사를 갖도록 하는 과정을 도시한 도면이고, 도 1(b)는 배향막의 구조를 도식화한 모식도이다.

도 1(a) 및 도 1(b)를 참고하면, 두 개의 마주보는 기판(110, 210) 위에 배향 물질을 포함하는 배향막(11, 21)을 형성한다.

배향막(11, 21)은 디안하이드라이드 및 디아민을 포함하는 주쇄(12)와, 주쇄(12)에 연결되는 복수의 측쇄를 포함한다. 복수의 측쇄 각각은 광 반응기가 2개 이상인 반응성 메조겐(reactive mesogen)(10), 수직 발현기(13) 등을 포함할 수 있다.

그 다음, 추후 설명할 도 5에 도시된 바와 같은 제1 부화소 전극(191a) 및 제2 부화소 전극(191b)에 데이터 전압을 인가하고 상부 표시판(200)의 공통 전극(270)에 공통 전압을 인가하여 두 표시판(100, 200) 사이의 액정층(3)에 전기장을 생성한다. 그러면 액정층(3)의 액정 분자(31)들은 그 전기장에 응답하여 미세 가지부(194a, 194b, 194c, 194d)의 길이 방향에 평행한 방향으로 기울어질 수 있다. 이 때, 한 화소에서 액정 분자(31)들이 기울어지는 방향은 총 네 방향이 될 수 있다.

액정층(3)에 전기장을 생성한 다음 자외선 등의 광을 조사하면, 반응성 메조겐에 포함되는 광 반응기(14)가 서로 반응하여 가교 결합부(cross-linking portion)를 형성한다. 가교 결합부는 선경사를 가질 수 있다.

배향막(11, 21)에 포함되어 있는 반응성 메조겐(10)은 주쇄(12)와 연결되어 있는 수직 발현기(13) 및 수직 발현기(13)에 연결되어 있는 광 반응기(14)를 포함한다. 다른 실시예로, 광 반응기(14)가 주쇄(12)에 직접 연결될 수도 있다.

이러한 반응성 메조겐은 선경사(pretilt)를 가져, 전기장 생성 전극(191, 270)에 전압을 가하게 되면 액정 분자(31)들은 선경사를 가지고 배향될 수 있다.

전중합체의 반응 개시기로는 아릴 에스터(aryl ester)기가 될 수 있으며, 광 반응기(14)는 아크릴레이트(acrylate)기 또는 메타크릴레이트(methacrylate)기가 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

그러면, 도 2, 도 3(a) 및 도 3(b)를 참고하여 도 1(a) 및 도 1(b)에서 설명한 배향막의 리페어 과정에 대해서 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 배향막의 리페어 과정을 나타낸 순서도이고, 도 3(a) 및 도 3(b)는 본 발명의 일실시예에 따른 배향막의 리페어 공정의 일부를 나타낸 모식도이다.

도 1(a) 및 도 1(b)에서 설명한 배향막의 제조 과정에서 기판(110, 210)의 오염 또는 인쇄 조건의 불량, 이물 등에 의해서 불량이 발생할 수 있는데, 이러한 불량을 핀홀(pinhole)이라고 한다. 이러한 배향막의 핀홀은 액정 표시 패널이 완성된 상태에서 표시 품질의 불량으로 나타날 수 있어 배향막의 핀홀부에 리페어층을 생성하는 리페어 공정을 거쳐 필수적으로 제거되어야 한다.

특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 배향막은 앞서 도 1(a) 및 도 1(b)에서 설명한 바와 같이 배향막이 수직 발현기와 광 반응기의 구조를 가지기 때문에 리페어층이 핀홀부(50)는 주변의 배향부(53)와 동일한 구조를 가질 수 있도록 리페어되어야 한다.

배향막의 핀홀부(50)는 크게 유핵성과 무핵성으로 나눌 수 있으며, 핵이 되는 이물질의 종류는 비듬, 머리카락, 피부 각질로부터 유기, 무기물, 금속 입자(particle) 등 다양할 수 있다.

이하, 배향막의 핀홀부(50)를 제거하기 위한 리페어 공정에 대해서 단계별로 상세하게 설명한다.

배향막의 리페어 공정은 기판 투입(S301), 핀홀부(50)의 위치 확인(S302), 리페어 헤드부 이동(S303), 카메라를 이용한 핀홀부(50) 촬상(S304), 유핵성 또는 무핵성 핀홀부(50)인지 여부 확인(S305), 유핵성 핀홀부(50)인 경우 레이저를 이용한 이물질 제거(S306), 배향막 리페어 용액 투입량 결정(S307), 리페어 용액 투입(S308), 예비 건조단으로 이송(S309) 및 예비 건조(S310) 단계로 이루어진다.

배향막의 리페어 설비는 레이저(laser)부, 리페어 용액 잉크젯부 및 촬상 카메라부로 이루어진 리페어 헤드부와 스캐너(scanner), 기판 고정 플레이트로 구성될 수 있다.

촬상 카메라부에서는 스캐너에서 인식한 핀홀부(50)의 좌표값을 받아 불량 부위로 이동하여 핀홀부(50)의 크기를 촬상, 촬상된 핀홀부(50)의 정보를 레이저부와 잉크젯부에 공급하는 역할을 하고, 레이저부에서는 핀홀부(50)가 유핵성일 경우 레이저를 조사하여 이물질을 분해한다. 또한, 잉크젯부에서는 핀홀부(50)의 사이즈 정보를 받아 진동자의 구동 전압을 조절하여 적정량을 적소에 국부 인쇄하는 역할을 한다.

스캐너부는 핀홀부(50)의 위치를 파악하기 위한 것으로 배향막 곳곳에 위치할 수 있는 핀홀부(50)의 좌표를 확인하는 역할을 한다.

기판 투입(S301) 단계는 배향막(11, 21)이 형성된 기판을 배향막 리페어 설비에 투입하는 단계로서, 기판을 얼라인(align)하는 공정이 포함될 수 있다.

핀홀부(50)의 위치 확인(S302) 단계는 배향막 리페어 설비에 형성되어 있는 스캐너(scanner)로 기판 상에 형성되어 있는 배향막(11, 21) 전면을 확인하여 핀홀부(50)의 위치 정보를 확인하는 단계이다. 이 때, 핀홀부(50)의 위치 정보는 위치의 좌표로 산출될 수 있다.

그 다음, 리페어 헤드부를 확인된 핀홀부(50)의 위치로 이동(S303)시키고, 핀홀부(50)가 유핵성인지 무핵성인지 여부를 확인(S305)하기 위해 리페어 헤드부에 위치한 카메라를 이용하여 핀홀부(50)를 촬상(S304)한다. 이는 핀홀부(50)가 유핵성일 경우에는 핀홀부(50)에 잔류하는 이물질을 제거하는 과정이 필요하기 때문이다.

따라서, 유핵성 핀홀부(50)인 경우에는 리페어 헤드부에 위치한 레이저를 이용하여 핀홀부(50)에 잔류하는 이물질을 분해하여 제거(S306)하는 과정이 추가적으로 수행될 수 있다.

무핵성 핀홀부(50)이거나, 혹은 유핵성 핀홀부(50)인 경우에는 레이저를 이용하여 이물질을 분해, 제거한 후에는 핀홀부(50)의 면적에 따라 배향막 리페어 용액의 투입량을 결정(S307)하여 이에 따라 리페어 용액을 핀홀부(50)에 투입(S308)하여 리페어층(55)을 형성한다.

리페어 용액을 핀홀에 투입한 후에는 바로 배향막이 예비 건조될 수 있도록 예비 건조단으로 기판을 이송(S309)하여 예비 건조(S310)를 수행한다.

도 3(a) 및 도 3(b)에 핀홀부(50)에 배향막 리페어층(55)을 투입하여 배향막을 리페어하는 과정을 도시하였다.

본 발명의 일실시예에 따른 배향막 리페어 공정에서는 리페어층(55)의 조성이 중요한데, 이는 광 반응기를 포함하는 배향막(11, 21)은 수직 발현기와 광 반응기의 두 종류로 형성되어 있는 구조를 가지는데 리페어 공정에서 핀홀부(50)에 투입된 리페어층(55)의 구성 성분이 달라질 경우에는 리페어 공정을 진행한 후의 핀홀부(50) 부분과 나머지 부분의 배향막(11, 21)의 구조가 달라질 수 있어 액정 표시 패널의 완성 후 얼룩으로 시인될 수 있기 때문이다.

따라서, 이러한 얼룩으로 시인되는 것을 방지하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 배향막 리페어층(55)은 배향막(11, 21)의 배향부(53)의 구성 성분과 동일한 성분의 용매와 고분자를 사용할 수 있다. 배향막 리페어층(55)의 구성 성분비가 배향막(11, 21)의 배향부(53)의 구성 성분과 동일할 경우, 리페어된 핀홀부(50) 부분과 나머지 부분의 구조 상태가 같아질 수 있기 때문이다.

또한, 배향막(11, 21)에서 리페어된 핀홀부(50) 부분과 나머지 부분의 배향막의 높이가 동일하게 형성될 수 있게 하기 위해서는 배향막(11, 21)의 구성 성분보다는 고분자 함량을 적게 첨가하여 점도를 낮게 유지할 수 있다.

이에 따른 리페어층(55)을 형성하는 리페어 용액의 일례로서, 리페어 용액 총 중량 대비 NMP(N-methyl pyrrolidone) 40~50중량%, BC(Butyl carbitol) 30~40중량%, PC(Poly carbonate) 5~10중량%, 첨가제 5~20중량% 및 고분자 0.5~1.5중량%를 포함할 수 있다. 여기서 첨가제는 리페어 용액의 증기압을 낮춰주는 기능을 할 수 있는 첨가제로서, 3-메톡시-N,N-디메틸프로피온아마이드 (3-Methoxy-N,N-dimethylpropionamide)를 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

리페어 용액의 점도는 고분자의 함량에 따라서 1.5~3.0cp 일 수 있다.

	용매 구성				고분자 함량	점도
	NMP	BC	PC	첨가제	고분자 함량	점도
배향막 용액	40~50%	30~40%	5~10%	5~20%	3%	6.0cp
리페어 용액	배향막용 용매와 동일한 성분 함량비 유지				0.5~1.5%	1.5~3.0cp

리페어 용액의 점도가 1.5cp보다 낮을 경우에는 리페어(55)층이 형성된 핀홀부(50)의 두께가 배향막(11, 21)의 주변부 두께보다 얇게 형성될 수 있고, 리페어 용액의 점도가 3.0cp보다 높을 경우에는 리페어된 핀홀부(50)의 두께가 배향막(11, 21)의 주변부 두께보다 두껍게 형성될 수 있기 때문이다.

그러면, 도 4를 참고하여, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 신호선 및 화소의 배치와 그 구동 방법에 대하여 설명한다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 하나의 화소에 대한 등가 회로도이다.

도 4를 참고하면, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치의 한 화소(PX)는 게이트 신호를 전달하는 게이트선(GL) 및 데이터 신호를 전달하는 데이터선(DL), 분압 기준 전압을 전달하는 분압 기준 전압선(RL)을 포함하는 복수의 신호선, 그리고 복수의 신호선에 연결되어 있는 제1, 제2 및 제3 스위칭 소자(Qa, Qb, Qc), 제1 및 제2 액정 축전기(Clca, Clcb)를 포함한다.

제1 및 제2 스위칭 소자(Qa, Qb)는 각각 게이트선(GL) 및 데이터선(DL)에 연결되어 있으며, 제3 스위칭 소자(Qc)는 제2 스위칭 소자(Qb)의 출력 단자 및 분압 기준 전압선(RL)에 연결되어 있다.

제1 스위칭 소자(Qa) 및 제2 스위칭 소자(Qb)는 박막 트랜지스터 등의 삼단자 소자로서, 그 제어 단자는 게이트선(GL)과 연결되어 있고, 입력 단자는 데이터선(DL)과 연결되어 있으며, 제1 스위칭 소자(Qa)의 출력 단자는 제1 액정 축전기(Clca)에 연결되어 있고, 제2 스위칭 소자(Qb)의 출력 단자는 제2 액정 축전기(Clcb) 및 제3 스위칭 소자(Qc)의 입력 단자에 연결되어 있다.

제3 스위칭 소자(Qc) 역시 박막 트랜지스터 등의 삼단자 소자로서, 제어 단자는 게이트선(GL)과 연결되어 있고, 입력 단자는 제2 액정 축전기(Clcb)와 연결되어 있으며, 출력 단자는 분압 기준 전압선(RL)에 연결되어 있다.

게이트선(GL)에 게이트 온 신호가 인가되면, 이에 연결된 제1 스위칭 소자(Qa), 제2 스위칭 소자(Qb), 그리고 제3 스위칭 소자(Qc)가 턴 온된다. 이에 따라 데이터선(DL)에 인가된 데이터 전압은 턴 온된 제1 스위칭 소자(Qa) 및 제2 스위칭 소자(Qb)를 통하여 제1 부화소 전극(PEa) 및 제2 부화소 전극(PEb)에 인가된다. 이 때 제1 부화소 전극(PEa) 및 제2 부화소 전극(PEb)에 인가된 데이터 전압은 서로 동일하고, 제1 액정 축전기(Clca) 및 제2 액정 축전기(Clcb)는 공통 전압과 데이터 전압의 차이만큼 동일한 값으로 충전된다. 이와 동시에, 제2 액정 축전기(Clcb)에 충전된 전압은 턴 온된 제3 스위칭 소자(Qc)를 통해 분압된다. 이에 의해 제2 액정 축전기(Clcb)에 충전된 전압 값은 공통 전압과 분압 기준 전압의 차이에 의해 낮아지게 된다. 즉, 제1 액정 축전기(Clca)에 충전된 전압은 제2 액정 축전기(Clcb)에 충전된 전압보다 더 높게 된다.

이처럼, 제1 액정 축전기(Clca)에 충전된 전압과 제2 액정 축전기(Clcb)에 충전된 전압은 서로 달라지게 된다. 제1 액정 축전기(Clca)의 전압과 제2 액정 축전기(Clcb)의 전압이 서로 다르므로 제1 부화소와 제2 부화소에서 액정 분자들이 기울어진 각도가 다르게 되고 이에 따라 두 부화소의 휘도가 달라진다. 따라서 제1 액정 축전기(Clca)의 전압과 제2 액정 축전기(Clcb)의 전압을 적절하게 조절하면 측면에서 바라보는 영상이 정면에서 바라보는 영상에 최대한 가깝게 되도록 할 수 있으며 이렇게 함으로써 측면 시인성을 향상할 수 있다.

도시한 실시예에서는 제1 액정 축전기(Clca)에 충전된 전압과 제2 액정 축전기(Clcb)에 충전된 전압을 다르게 하기 위하여, 제2 액정 축전기(Clcb)와 분압 기준 전압선(RL)에 연결된 제3 스위칭 소자(Qc)를 포함하였지만, 본 발명의 다른 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 경우, 제2 액정 축전기(Clcb)를 감압(step-down) 축전기에 연결할 수도 있다.

구체적으로, 감압 게이트선에 연결된 제1 단자, 제2 액정 축전기(Clcb)에 연결된 제2 단자, 그리고 감압 축전기에 연결된 제3 단자를 포함하는 제3 스위칭 소자를 포함하여, 제2 액정 축전기(Clcb)에 충전된 전하량의 일부를 감압 축전기에 충전되도록 하여, 제1 액정 축전기(Clca)와 제2 액정 축전기(Clcb) 사이의 충전 전압을 다르게 설정할 수도 있다. 또한, 본 발명의 다른 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 경우, 제1 액정 축전기(Clca)와 제2 액정 축전기(Clcb)가 각기 서로 다른 데이터선에 연결되어, 서로 다른 데이터 전압을 인가받도록 함으로써, 제1 액정 축전기(Clca)와 제2 액정 축전기(Clcb) 사이의 충전 전압을 다르게 설정할 수도 있다. 이외에, 다른 여러 가지 방법에 의하여, 제1 액정 축전기(Clca)와 제2 액정 축전기(Clcb) 사이의 충전 전압을 다르게 설정할 수도 있다.

그러면, 도 5 내지 도 7을 참고하여, 도 4에 도시한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구조에 대하여 간단히 설명한다. 도 5은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 한 화소의 예에 대한 배치도이고, 도 6은 도 5의 액정 표시 장치를 V-V 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다. 도 7는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 화소 전극의 기본 영역을 도시한 평면도이다.

먼저, 도 5 및 도 6를 참고하면, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치는 서로 마주하는 하부 표시판(100)과 상부 표시판(200), 이들 두 표시판(100, 200) 사이에 들어 있는 액정층(3) 및 표시판(100, 200) 바깥 면에 부착되어 있는 한 쌍의 편광자(도시하지 않음)를 포함한다.

먼저 하부 표시판(100)에 대하여 설명한다.

투명한 유리 또는 플라스틱 등으로 만들어진 절연 기판(110) 위에 게이트선(121)과 분압 기준 전압선(131)을 포함하는 게이트 도전체가 형성되어 있다.

게이트선(121)은 제1 게이트 전극(124a), 제2 게이트 전극(124b), 제3 게이트 전극(124c) 및 다른 층 또는 외부 구동 회로와의 접속을 위한 넓은 끝 부분(도시하지 않음)을 포함한다.

분압 기준 전압선(131)은 제1 유지 전극(135, 136), 그리고 기준 전극(137)을 포함한다. 분압 기준 전압선(131)에 연결되어 있지는 않으나, 제2 부화소 전극(191b)과 중첩하는 제2 유지 전극(138, 139)이 위치되어 있다.

게이트선(121) 및 분압 기준 전압선(131) 위에는 게이트 절연막(140)이 형성되어 있다.

게이트 절연막(140) 위에는 제1 반도체(154a), 제2 반도체(154b) 및 제3 반도체(154c)가 형성되어 있다.

반도체(154a, 154b, 154c) 위에는 복수의 저항성 접촉 부재(163a, 165a, 163b, 165b, 163c, 165c)가 형성되어 있다.

저항성 접촉 부재(163a, 165a, 163b, 165b, 163c, 165c) 및 게이트 절연막(140) 위에는 제1 소스 전극(173a) 및 제2 소스 전극(173b)를 포함하는 복수의 데이터선(171), 제1 드레인 전극(175a), 제2 드레인 전극(175b), 제3 소스 전극(173c) 및 제3 드레인 전극(175c)을 포함하는 데이터 도전체가 형성되어 있다.

데이터 도전체 및 그 아래에 위치되어 있는 반도체 및 저항성 접촉 부재는 하나의 마스크를 이용하여 동시에 형성될 수 있다.

데이터선(171)은 다른 층 또는 외부 구동 회로와의 접속을 위한 넓은 끝 부분(도시하지 않음)을 포함한다.

제1 게이트 전극(124a), 제1 소스 전극(173a) 및 제1 드레인 전극(175a)은 제1 섬형 반도체(154a)와 함께 하나의 제1 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)(Qa)를 이루며, 박막 트랜지스터의 채널(channel)은 제1 소스 전극(173a)과 제1 드레인 전극(175a) 사이의 반도체(154a)에 형성된다. 유사하게, 제2 게이트 전극(124b), 제2 소스 전극(173b) 및 제2 드레인 전극(175b)는 제2 섬형 반도체(154b)와 함께 하나의 제2 박막 트랜지스터(Qb)를 이루며, 채널은 제2 소스 전극(173b)과 제2 드레인 전극(175b) 사이의 반도체(154b)에 형성되고, 제3 게이트 전극(124c), 제3 소스 전극(173c) 및 제3 드레인 전극(175c)는 제3 섬형 반도체(154c)와 함께 하나의 제3 박막 트랜지스터(Qc)를 이루며, 채널은 제3 소스 전극(173c)과 제3 드레인 전극(175c) 사이의 반도체(154c)에 형성된다.

제2 드레인 전극(175b)은 제3 소스 전극(173c)과 연결되어 있으며, 넓게 확장된 확장부(177)를 포함한다.

데이터 도전체(171, 173c, 175a, 175b, 175c) 및 노출된 반도체(154a, 154b, 154c) 부분 위에는 제1 보호막(180p)이 형성되어 있다. 제1 보호막(180p)은 질화규소 또는 산화규소 등의 무기 절연막을 포함할 수 있다. 제1 보호막(180p)은 색필터(230)의 안료가 노출된 반도체(154a, 154b, 154c) 부분으로 유입되는 것을 방지할 수 있다.

제1 보호막(180p) 위에는 색필터(230)가 형성되어 있다. 색필터(230)는 서로 인접한 두 개의 데이터선을 따라 세로 방향으로 뻗어 있다. 제1 보호막(180p), 색필터(230)의 가장자리, 그리고 데이터선(171) 위에는 제1 차광 부재(220)가 위치되어 있다.

제1 차광 부재(220)는 데이터선(171)을 따라 뻗어 있으며, 인접한 두 개의 색필터(230) 사이에 위치된다. 제1 차광 부재(220)의 폭은 데이터선(171)의 폭보다 넓을 수 있다. 이처럼, 제1 차광 부재(220)의 폭을 데이터선(171)의 폭보다 넓게 형성함으로써, 외부에서 입사된 빛이, 금속인 데이터선(171) 표면에서 반사되는 것을 제1 차광 부재(220)가 방지할 수 있다. 따라서, 데이터선(171) 표면에서 반사된 빛이 액정층(3)을 통과한 빛과 간섭됨으로써, 액정 표시 장치의 콘트라스트비가 저하되는 것을 방지할 수 있다.

색필터(230) 및 제1 차광 부재(220) 위에는 제2 보호막(180q)이 형성되어 있다.

제2 보호막(180q)은 질화규소 또는 산화규소 등의 무기 절연막을 포함할 수 있다. 제2 보호막(180q)은 색필터(230)가 들뜨는 것을 방지하고 색필터(230)로부터 유입되는 용제(solvent)와 같은 유기물에 의한 액정층(3)의 오염을 억제하여 화면 구동 시 초래할 수 있는 잔상과 같은 불량을 방지한다.

제1 보호막(180p) 및 제2 보호막(180q)에는 제1 드레인 전극(175a) 및 제2 드레인 전극(175b)을 드러내는 제1 접촉 구멍(contact hole)(185a) 및 제2 접촉 구멍(185b)이 형성되어 있다.

제1 보호막(180p) 및 제2 보호막(180q), 그리고 게이트 절연막(140)에는 기준 전극(137)의 일부와 제3 드레인 전극(175c)의 일부를 드러내는 제3 접촉 구멍(185c)이 형성되어 있고, 제3 접촉 구멍(185c)은 연결 부재(195)가 덮고 있다. 연결 부재(195)는 제3 접촉 구멍(185c)을 통해 드러나 있는 기준 전극(137)과 제3 드레인 전극(175c)을 전기적으로 연결한다.

제2 보호막(180q) 위에는 복수의 화소 전극(pixel electrode)(191)이 형성되어 있다. 각 화소 전극(191)은 게이트선(121)을 사이에 두고 서로 분리되어, 게이트선(121)을 중심으로 열 방향으로 이웃하는 제1 부화소 전극(191a)과 제2 부화소 전극(191b)을 포함한다. 화소 전극(191)은 ITO 및 IZO 등의 투명 물질로 이루어 질 수 있다. 화소 전극(191)은 ITO 또는 IZO 등의 투명한 도전 물질이나 알루미늄, 은, 크롬 또는 그 합금 등의 반사성 금속으로 만들어질 수도 있다.

제1 부화소 전극(191a)과 제2 부화소 전극(191b)은 각각 도 7에 도시한 기본 전극(191) 또는 그 변형을 하나 이상 포함하고 있다.

제1 부화소 전극(191a) 및 제2 부화소 전극(191b)은 제1 접촉 구멍(185a) 및 제2 접촉 구멍(185b)을 통하여 각각 제1 드레인 전극(175a) 및 제2 드레인 전극(175b)과 물리적, 전기적으로 연결되어 있으며, 제1 드레인 전극(175a) 및 제2 드레인 전극(175b)으로부터 데이터 전압을 인가 받는다. 이 때, 제2 드레인 전극(175b)에 인가된 데이터 전압 중 일부는 제3 소스 전극(173c)을 통해 분압되어, 제1 부화소 전극(191a)에 인가되는 전압의 크기는 제2 부화소 전극(191b)에 인가되는 전압의 크기보다 크게 된다.

데이터 전압이 인가된 제1 부화소 전극(191a) 및 제2 부화소 전극(191b)은 상부 표시판(200)의 공통 전극(270)과 함께 전기장을 생성함으로써 두 전극(191, 270) 사이의 액정층(3)의 액정 분자의 방향을 결정한다. 이와 같이 결정된 액정 분자의 방향에 따라 액정층(3)을 통과하는 빛의 휘도가 달라진다.

화소 전극(191) 위에는 제2 차광 부재(330)가 위치되어 있다. 제2 차광 부재(330)는 제1 트랜지스터(Qa), 제2 트랜지스터(Qb) 및 제3 트랜지스터(Qc), 그리고 제1 내지 제3 접촉 구멍(185a, 185b, 185c)이 위치하는 영역을 모두 덮도록 형성되어 있으며, 게이트선(121)과 같은 방향으로 뻗어, 데이터선(171)의 일부와 중첩하도록 위치된다. 제2 차광 부재(330)는 하나의 화소 영역의 양 옆에 위치하는 두 개의 데이터선(171)과 적어도 일부 중첩하도록 위치하여, 데이터선(171)과 게이트선(121) 근처에서 발생할 수 있는 빛샘을 방지하고, 제1 트랜지스터(Qa), 제2 트랜지스터(Qb), 그리고 제3 트랜지스터(Qc)가 위치하는 영역에서의 빛샘을 방지할 수 있다.

제2 차광 부재(330)가 형성되기 전까지, 제1 트랜지스터(Qa), 제2 트랜지스터(Qb) 및 제3 트랜지스터(Qc), 그리고 제1 내지 제3 접촉 구멍(185a, 185b, 185c)가 위치하는 영역 내에는 제1 보호막(180p), 색필터(230), 그리고 제2 보호막(180q)이 위치하여, 제1 트랜지스터(Qa), 제2 트랜지스터(Qb) 및 제3 트랜지스터(Qc), 그리고 제1 내지 제3 접촉 구멍(185a, 185b, 185c)의 위치를 쉽게 구분할 수 있다.

이제 상부 표시판(200)에 대하여 설명한다.

절연 기판(210) 위에 공통 전극(270)이 형성되어 있다. 공통 전극(270) 위에는 제2 배향막(21)이 형성되어 있다. 제2 배향막(21)은 수직 배향막일 수 있으며, 전술한 제1 배향막(11)과 동일한 재질일 수 있다.

액정층(3)은 음의 유전율 이방성을 가지며, 액정층(3)의 액정 분자는 전기장이 없는 상태에서 그 장축이 두 표시판(100, 200)의 표면에 대하여 수직을 이루도록 배향되어 있다.

그러면, 도 7을 참고하여, 기본 전극(191)에 대하여 설명한다.

도 7에 도시한 바와 같이, 기본 전극(191)의 전체적인 모양은 사각형이며 가로 줄기부(193) 및 이와 직교하는 세로 줄기부(192)로 이루어진 십자형 줄기부를 포함한다. 또한 기본 전극(191)은 가로 줄기부(193)와 세로 줄기부(192)에 의해 제1 부영역(Da), 제2 부영역(Db), 제3 부영역(Dc), 그리고 제4 부영역(Dd)으로 나뉘어지며 각 부영역(Da-Dd)은 복수의 제1 미세 가지부(194a), 복수의 제2 미세 가지부(194b), 복수의 제3 미세 가지부(194c), 그리고 복수의 제4 미세 가지부(194d)를 포함한다.

제1 미세 가지부(194a)는 가로 줄기부(193) 또는 세로 줄기부(192)에서부터 왼쪽 위 방향으로 비스듬하게 뻗어 있으며, 제2 미세 가지부(194b)는 가로 줄기부(193) 또는 세로 줄기부(192)에서부터 오른쪽 위 방향으로 비스듬하게 뻗어 있다. 또한 제3 미세 가지부(194c)는 가로 줄기부(193) 또는 세로 줄기부(192)에서부터 왼쪽 아래 방향으로 뻗어 있으며, 제4 미세 가지부(194d)는 가로 줄기부(193) 또는 세로 줄기부(192)에서부터 오른쪽 아래 방향으로 비스듬하게 뻗어 있다.

제1 내지 제4 미세 가지부(194a, 194b, 194c, 194d)는 게이트선(121a, 121b) 또는 가로 줄기부(193)와 대략 45도 또는 135도의 각을 이룬다. 또한 이웃하는 두 부영역(Da, Db, Dc, Dd)의 미세 가지부(194a, 194b, 194c, 194d)는 서로 직교할 수 있다.

미세 가지부(194a, 194b, 194c, 194d)의 폭은 2.5㎛ 내지 5.0㎛일 수 있고, 한 부영역(Da, Db, Dc, Dd) 내에서 이웃하는 미세 가지부(194a, 194b, 194c, 194d) 사이의 간격은 2.5㎛ 내지 5.0㎛일 수 있다.

본 발명의 다른 한 실시예에 따르면, 미세 가지부(194a, 194b, 194c, 194d)의 폭은 가로 줄기부(193) 또는 세로줄기부(192)에 가까울수록 넓어질 수 있으며, 하나의 미세 가지부(194a, 194b, 194c, 194d)에서 폭이 가장 넓은 부분과 가장 좁은 부분의 차이는 0.2㎛ 내지 1.5㎛일 수 있다.

제1 부화소 전극(191a) 및 제2 부화소 전극(191b)은 제1 접촉 구멍(185a) 및 제2 접촉 구멍(185b)을 통하여 각기 제1 드레인 전극(175a) 또는 제2 드레인 전극(175b)과 연결되어 있으며 제1 드레인 전극(175a) 및 제2 드레인 전극(175b)으로부터 데이터 전압을 인가 받는다. 이 때, 제1 내지 제4 미세 가지부(194a, 194b, 194c, 194d)의 변은 전기장을 왜곡하여 액정 분자들(31)의 경사 방향을 결정하는 수평 성분을 만들어낸다. 전기장의 수평 성분은 제1 내지 제4 미세 가지부(194a, 194b, 194c, 194d)의 변에 거의 수평하다. 따라서 도 5에 도시한 바와 같이 액정 분자(31)들은 미세 가지부(194a, 194b, 194c, 194d)의 길이 방향에 평행한 방향으로 기울어진다. 한 화소 전극(191)은 미세 가지부(194a, 194b, 194c, 194d)의 길이 방향이 서로 다른 네 개의 부영역(Da-Dd)을 포함하므로 액정 분자(31)가 기울어지는 방향은 대략 네 방향이 되며 액정 분자(31)의 배향 방향이 다른 네 개의 도메인이 액정층(3)에 형성된다. 이와 같이 액정 분자가 기울어지는 방향을 다양하게 하면 액정 표시 장치의 기준 시야각이 커진다.

이상과 같은 본 발명의 실시예에 따르면, 배향막의 제조 과정에서 발생할 수 있는 핀홀을 간단한 공정으로 리페어할 수 있고, 배향막의 핀홀을 리페어한 부분과 그 주변부의 층분리 상태를 동일하게 유지할 수 있어 핀홀의 리페어로 인한 화소 불량의 발생을 방지할 수 있는 장점이 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

GL, 121: 게이트선 RL, 131: 분압 기준 전압선
DL, 171: 데이터선 Clca, Clab: 액정 축전기
Qa, Qb, Qc: 스위칭 소자(박막 트랜지스터)
110, 210: 기판 124a, 124b, 124c: 게이트 전극
140: 게이트 절연막 154a, 154b, 154c, 157: 반도체
163a, 165a, 163b, 165b, 163c, 165c: 저항성 접촉 부재
173a, 173b, 173c: 소스 전극 175a, 175b, 175c: 드레인 전극
180p, 180q: 보호막 191a, 191b: 부화소 전극
220: 제1 차광 부재 230: 색필터
330: 제2 차광 부재 11, 21: 배향막
12: 주쇄 13: 수직 발현기
10: 반응성 메조겐 14: 광 반응기
55: 리페어층 50: 핀홀부
53: 배향부

Claims

기판 위에 형성된 배향막,
상기 배향막은 배향부, 핀홀부 및 핀홀부에 채워진 리페어층으로 구성되고,
상기 배향부는 수직 발현기 및 광 반응기를 포함하고,
상기 리페어층 및 상기 배향부는 용매와 고분자로 구성되고,
상기 리페어층 및 상기 배향부의 용매는 적어도 두 물질을 포함하고 동일한 함량을 포함하며, 상기 리페어층의 고분자 함량은 상기 배향부의 고분자 함량에 비해 적은 함량을 포함하는 액정 표시 장치.
제1항에서,
상기 배향막은 주쇄 및 상기 주쇄와 연결되는 복수의 측쇄를 포함하고,
상가 복수의 측쇄에 상기 수직 발현기 및 상기 광 반응기를 포함하는 액정 표시 장치.
제2항에서,
상기 주쇄는 디안하이드라이드 또는 디아민 중 선택된 1종 이상을 포함하는 액정 표시 장치.
제2항에서,
상기 광 반응기는 반응성 메조겐(reactive mesogen)을 포함하는 액정 표시 장치.
제4항에서,
상기 광반응기는 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 중 선택된 1종 이상을 포함하는 액정 표시 장치.
제1항에서,
상기 리페어층은 리페어 용액을 건조시켜 형성되며,
상기 리페어 용액은 상기 리페어 용액 총 중량 대비 NMP(N-methyl pyrrolidone) 40~50중량%, BC(Butyl carbitol) 30~40중량%, PC(Poly carbonate) 5~10중량%, 첨가제 5~20중량% 및 고분자 0.5~1.5중량%를 포함하는 액정 표시 장치.
제6항에서,
상기 리페어 용액의 NMP(N-methyl pyrrolidone), BC(Butyl carbitol), PC(Poly carbonate) 및 첨가제의 중량비는,
상기 배향부의 NMP(N-methyl pyrrolidone), BC(Butyl carbitol), PC(Poly carbonate) 및 첨가제의 중량비와 동일한 액정 표시 장치.
제7항에서,
상기 첨가제는 3-메톡시-N,N-디메틸프로피온아마이드 (3-Methoxy-N,N-dimethylpropionamide)인 액정 표시 장치.
제6항에서,
상기 리페어 용액의 점도는 1.5~3.0cp인 액정 표시 장치.
(a) 수직 발현기 및 광 반응기를 포함하는 배향막에 형성된 핀홀부의 위치를 확인하는 단계,
(b) 상기 핀홀부에 리페어 용액을 투입하는 단계, 및
(c) 상기 리페어 용액을 예비 건조시켜 리페어층을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 리페어층의 구성 성분은 상기 배향부의 구성 성분과 비교하여, 고분자를 제외한 나머지 구성 성분은 동일한 함량을 포함하고, 고분자 함량은 배향부보다 적은 함량을 포함하는 배향막 리페어 방법.
제10항에서,
상기 리페어 용액은 상기 리페어 용액 총 중량 대비 NMP(N-methyl pyrrolidone) 40~50중량%, BC(Butyl carbitol) 30~40중량%, PC(Poly carbonate) 5~10중량%, 첨가제 5~20중량% 및 고분자 0.5~1.5중량%를 포함하는 배향막 리페어 방법.
제11항에서,
상기 (a) 단계 이 후에, 카메라를 이용한 상기 핀홀부의 촬상을 통해 상기 핀홀부가 유핵성 또는 무핵성인지 여부를 확인하는 단계를 더 포함하는 배향막 리페어 방법.
제12항에서,
상기 광 반응기는 반응성 메조겐(reactive mesogen)을 포함하는 배향막 리페어 방법.
제13항에서,
상기 광 반응기는 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 중 선택된 1종 이상을 포함하는 배향막 리페어 방법.
제14항에서,
상기 첨가제는 3-메톡시-N,N-디메틸프로피온아마이드 (3-Methoxy-N,N-dimethylpropionamide)인 배향막 리페어 방법.
제14항에서,
상기 리페어 용액의 점도는 1.5~3.0cp인 배향막 리페어 방법.