KR20150109004A - 액정 광배향제, 이를 포함하는 액정 표시 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

액정 광배향제, 이를 포함하는 액정 표시 장치 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 제1 기판, 상기 제1 기판 위에 위치하는 박막 트랜지스터, 상기 박막 트랜지스터에 연결되는 제1 전극, 상기 제1 기판과 마주보는 제2 기판, 상기 제1 전극 위에 위치하는 제1 배향막 및 상기 제2 기판 위에 위치하는 제2 배향막, 및 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 위치하고 액정 분자를 포함하는 액정층을 더 포함하고, 상기 제1 배향막 및 상기 제2 배향막 중 어느 하나의 배향막은 사이클로부탄디안하이드라이드(Cyclobutanedianhydride; CBDA), 디아민(diamine) 및 하기 화학식 2로 표현되는 화합물을 중합하여 형성된 액정 표시 장치를 제공한다.
[화학식 2]
Figure pat00031

상기 화학식 2의 X는 -(CH2)m-O-(CH2)n-으로 구성된다.

Description

액정 광배향제, 이를 포함하는 액정 표시 장치 및 그 제조 방법{LIQUID CRYSTAL PHOTO ALIGNMENT AGENT, LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE INCLUDING THE SAME AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 액정 광배향제, 이를 포함하는 액정 표시 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 이방성과 분해율이 우수한 광배향제, 이를 포함하는 액정 표시 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
액정 소자가 화상을 구현하기 위해서는 즉, 액정이 투명 도전 유리 사이에서 외부 전기장에 의해 스위칭되도록 하기 위해서는 액정과 투명 도전 유리 전극 사이의 계면에서 액정을 일정 방향으로 배향시켜야만 한다. 액정 배향의 균일성 정도는 액정 디스플레이의 화질의 우수성을 결정짓는 가장 중요한 요소이다.
종래 액정을 배향시키는 통상적은 방법으로 유리 등의 기판에 폴리이미드와 같은 고분자막을 도포하고, 이 표면을 나일론이나 폴리에스테르 같은 섬유로 일정한 방향으로 문지르는 러빙(rubbing) 방법이 있다. 그러나, 러빙 방법은 섬유질과 고분자막이 마찰될 때 미세한 먼지나 정전기가 발생할 수 있고, 이것들은 액정 패널 제조 시 심각한 문제를 야기시킬 수 있다.
상기 문제를 해결하기 위해 최근에는 광조사에 의해 고분자막에 이방성(비등방성, anisotropy)을 유도하고 이를 이용해 액정을 배열하고자 하는 광배향법이 연구되고 있다. 광배향법에 사용될 수 있는 재료로는 아조벤젠(azobenzene), 쿠마린(cumarine), 이미드(imide), 찰콘(chalcone), 시나메이트(cinnamate)와 같은 광기능성 작용기를 함유하는 고분자들이 있는데, 이러한 고분자들은 편광된 광조사에 의해 광이성화나 광가교화, 광분해 등의 반응이 비등방적으로 일어나고, 이에 의해 고분자 표면에 이방성이 생성되어 액정을 한 방향으로 배열시키게 된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 액정 광배향제에 유연성을 가지는 구조의 화합물을 혼합하여 사용함으로서, 액정 광배향제의 이방성과 분해율이 우수하여 잔상이 개선될 수 있는 액정 광배향제, 이를 포함하는 액정 표시 장치 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일실시예에 따르면, 제1 기판, 상기 제1 기판 위에 위치하는 박막 트랜지스터, 상기 박막 트랜지스터에 연결되는 제1 전극, 상기 제1 기판과 마주보는 제2 기판, 상기 제1 전극 위에 위치하는 제1 배향막 및 상기 제2 기판 위에 위치하는 제2 배향막, 및 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 위치하고 액정 분자를 포함하는 액정층을 더 포함하고, 상기 제1 배향막 및 상기 제2 배향막 중 어느 하나의 배향막은 사이클로부탄디안하이드라이드(Cyclobutanedianhydride; CBDA), 디아민(diamine) 및 하기 화학식 2로 표현되는 화합물을 중합하여 형성된 액정 표시 장치를 제공한다.
[화학식 2]
Figure pat00001
상기 화학식 2의 X는 -(CH2)m-O-(CH2)n-으로 구성된다.
상기 제1 기판 위에 위치하는 제2 전극을 더 포함하고, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 절연막이 위치하며, 상기 제1 전극은 복수의 가지 전극을 포함하고, 상기 제2 전극은 면 형상(planar shape)을 가질 수 있다.
상기 박막 트랜지스터와 상기 제2 전극 사이에 위치하는 보호막을 더 포함하고, 상기 보호막과 상기 절연막을 관통하는 접촉 구멍에 의해 상기 박막 트랜지스터와 상기 제1 전극이 연결될 수 있다.
상기 제1 배향막 및 상기 제2 배향막은 동일한 물질로 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제1 기판 위에 박막 트랜지스터를 형성하는 단계, 상기 박막 트랜지스터 위에 보호막을 형성하는 단계, 상기 보호막 위에 절연막을 사이에 두고 위치하는 제1 전극 및 제2 전극을 형성하는 단계, 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극 위에 사이클로부탄디안하이드라이드(Cyclobutanedianhydride; CBDA), 디아민(diamine) 및 하기 화학식 2로 표현되는 화합물을 중합하여 형성된 액정 광배향제를 도포하는 단계, 상기 도포된 광배향제를 베이크(bake)하는 단계, 및 상기 광배향제에 편광된 광을 조사하여 제1 배향막을 형성하는 단계를 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법을 제공한다.
[화학식 2]
Figure pat00002
상기 화학식 2의 X는 -(CH2)m-O-(CH2)n-으로 구성된다.
상기 제1 기판과 마주보는 제2 기판 위에 사이클로부탄디안하이드라이드(Cyclobutanedianhydride; CBDA), 디아민(diamine) 및 하기 화학식 2로 표현되는 화합물을 중합하여 형성된 액정 광배향제를 도포하는 단계, 상기 도포된 광배향제를 베이크(bake)하는 단계, 및 상기 광배향제에 편광된 광을 조사하여 제2 배향막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
[화학식 2]
Figure pat00003
상기 화학식 2의 X는 -(CH2)m-O-(CH2)n-으로 구성된다.
상기 광배향제에 편광된 광을 조사한 후, 상기 광배향제를 베이크(bake)하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 사이클로부탄디안하이드라이드(Cyclobutanedianhydride; CBDA), 디아민(diamine) 및 하기 화학식 2로 표현되는 화합물을 중합하여 형성된 액정 광배향제를 제공한다.
[화학식 2]
Figure pat00004
상기 화학식 2의 X는 -(CH2)m-O-(CH2)n-으로 구성된다.
상기 디아민은 p-페닐렌디아민, m-페닐렌디아민, 2,5-디아미노톨루엔, 2,6-디아미노톨루엔, 4,4′-디아미노비페닐, 3,3′-디메틸-4,4′-디아미노비페닐, 3,3′-디메톡시-4,4′-디아미노비페닐, 디아미노디페닐메탄, 디아미노디페닐에테르, 2,2′-디아미노디페닐프로판, 비스(3,5-디에틸4-아미노페닐)메탄, 디아미노디페닐술폰, 디아미노벤조페논, 디아미노나프탈렌, 1,4-비스(4-아미노페녹시)벤젠, 1,4-비스(4-아미노페닐)벤젠, 9,10-비스(4-아미노페닐)안트라센, 1,3-비스(4-아미노페녹시)벤젠, 4,4′-비스(4-아미노페녹시)디페닐술폰, 2,2-비스[4-(4-아미노페녹시)페닐]프로판, 2,2-비스(4-아미노페닐)헥사플루오로프로판, 2,2-비스[4-(4-아미노페녹시)페닐]헥사플루오로프로판 등의 방향족 디아민, 비스(4-아미노시클로헥실)메탄, 비스(4-아미노-3-메틸시클로헥실)메탄 및 테트라메틸렌디아민, 헥사메틸렌디아민에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 액정 광배향제는 하기 화학식 1로 표현되는 사이클로부탄디안하이드라이드(Cyclobutanedianhydride; CBDA), 하기 화학식 2로 표현되는 화합물, 및 하기 화학식 5로 표현되는 p-페닐렌디아민을 중합 반응하여 형성될 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00005
[화학식 2]
Figure pat00006
[화학식 5]
Figure pat00007
상기 화학식 2의 X는 -(CH2)m-O-(CH2)n-으로 구성된다.
상기 액정 광배향제는 하기 화학식 3 및 하기 화학식 4로 표현되는 단위가 랜덤하게 반복될 수 있다.
[화학식 3]
Figure pat00008
[화학식 4]
Figure pat00009
상기 상기 화학식 2의 X는 - (CH2)m-O-(CH2)n-으로 구성되고, 상기 화학식 3 및 화학식 4에서 A 및 B는 각각 화학식 3 또는 화학식 4일 수 있으며, 상기 화학식 4에서 R1은 디아민 중에서 2개의 아미노기(-NH2)에 결합된 몸체이다.
상기 화학식 2의 X에서 상기 m 및 n의 합은 홀수가 될 수 있다.
상기 화학식 2의 X에서 탄소(C) 수는 1 내지 10개일 수 있다.
상기 화학식 2의 X에서 m=3 및 n=2 일 수 있다.
상기 화학식 2의 화합물은 액정 광배향제 총 중량 대비 1 내지 50%가 포함될 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 액정 광배향제에 유연성을 가지는 구조의 화합물을 혼합하여 사용함으로서, 액정 광배향제의 이방성과 분해율이 우수하여 잔상이 개선될 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타내는 평면도이다.
도 2는 도 1의 절단선 II-II를 따라 자른 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광배향막의 형성 방법의 순서도이다.
도 4 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 광배향막의 형성 방법을 순서대로 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 배향제를 사용한 경우의 UV 노광량에 따른 이방성을 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 배향제를 사용한 경우의 UV 노광량에 따른 분해율을 나타낸 그래프이다.
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.
먼저, 도 1 및 도 2를 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대해서 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타내는 평면도이고, 도 2는 도 1의 절단선 II-II를 따라 자른 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 서로 마주보는 하부 표시판(100) 및 상부 표시판(200)과 그 사이에 주입되어 있는 액정층(3)을 포함한다.
먼저, 하부 표시판(100)에 대하여 설명한다.
투명한 유리 또는 플라스틱 등으로 이루어진 제1 기판(110) 위에 게이트선(121)을 포함하는 게이트 도전체가 형성되어 있다.
게이트선(121)은 게이트 전극(124) 및 다른 층 또는 외부 구동 회로와의 접속을 위한 넓은 끝 부분(도시하지 않음)을 포함한다. 게이트선(121)은 알루미늄(Al)이나 알루미늄 합금 등 알루미늄 계열 금속, 은(Ag)이나 은 합금 등 은 계열 금속, 구리(Cu)나 구리 합금 등 구리 계열 금속, 몰리브덴(Mo)이나 몰리브덴 합금 등 몰리브덴 계열 금속, 크롬(Cr), 탄탈륨(Ta) 및 티타늄(Ti) 따위로 만들어질 수 있다. 그러나 게이트선(121)은 물리적 성질이 다른 적어도 두 개의 도전막을 포함하는 다중막 구조를 가질 수도 있다.
게이트선(121) 위에는 질화규소(SiNx) 또는 산화규소(SiOx) 등으로 이루어지는 게이트 절연막(140)이 형성되어 있다. 게이트 절연막(140)은 물리적 성질이 다른 적어도 두 개의 절연층을 포함하는 다층막 구조를 가질 수도 있다.
게이트 절연막(140) 위에는 비정질 규소 또는 다결정 규소 등으로 만들어진 반도체층(154)이 위치한다. 반도체층(154)은 산화물 반도체를 포함할 수 있다.
반도체층(154) 위에는 저항성 접촉 부재(163, 165)가 형성되어 있다. 저항성 접촉 부재(163, 165)는 인(phosphorus) 따위의 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 따위의 물질로 만들어지거나 실리사이드(silicide)로 만들어질 수 있다. 저항성 접촉 부재(163, 165)는 쌍을 이루어 반도체층(154) 위에 배치될 수 있다. 반도체(154)가 산화물 반도체인 경우, 저항성 접촉 부재(163, 165)는 생략 가능하다.
저항성 접촉 부재(163, 165) 및 게이트 절연막(140) 위에는 소스 전극(173)을 포함하는 데이터선(171)과 드레인 전극(175)을 포함하는 데이터 도전체가 형성되어 있다.
데이터선(171)은 다른 층 또는 외부 구동 회로와의 접속을 위한 넓은 끝 부분(도시하지 않음)을 포함한다. 데이터선(171)은 데이터 신호를 전달하며 주로 세로 방향으로 뻗어 게이트선(121)과 교차한다.
이 때, 데이터선(171)은 액정 표시 장치의 최대 투과율을 얻기 위해서 굽어진 형상을 갖는 제1 굴곡부를 가질 수 있으며, 굴곡부는 화소 영역의 중간 영역에서 서로 만나 V자 형태를 이룰 수 있다. 화소 영역의 중간 영역에는 제1 굴곡부와 소정의 각도를 이루도록 굽어진 제2 굴곡부를 더 포함할 수 있다.
소스 전극(173)은 데이터선(171)의 일부이고, 데이터선(171)과 동일선 상에 배치된다. 드레인 전극(175)은 소스 전극(173)과 나란하게 뻗도록 형성되어 있다. 따라서, 드레인 전극(175)은 데이터선(171)의 일부와 나란하다.
게이트 전극(124), 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)은 반도체층(154)과 함께 하나의 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)를 이루며, 박막 트랜지스터의 채널(channel)은 소스 전극(173)과 드레인 전극(175) 사이의 반도체층(154) 부분에 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 데이터선(171)과 동일선 상에 위치하는 소스 전극(173)과 데이터선(171)과 나란하게 뻗어 있는 드레인 전극(175)을 포함함으로써, 데이터 도전체가 차지하는 면적을 넓히지 않고도 박막 트랜지스터의 폭을 넓힐 수 있게 되고, 이에 따라 액정 표시 장치의 개구율이 증가할 수 있다.
데이터선(171)과 드레인 전극(175)은 몰리브덴, 크롬, 탄탈륨 및 티타늄 등 내화성 금속(refractory metal) 또는 이들의 합금으로 만들어지는 것이 바람직하며, 내화성 금속막(도시하지 않음)과 저저항 도전막(도시하지 않음)을 포함하는 다중막 구조를 가질 수 있다. 다중막 구조의 예로는 크롬 또는 몰리브덴(합금) 하부막과 알루미늄(합금) 상부막의 이중막, 몰리브덴(합금) 하부막과 알루미늄(합금) 중간막과 몰리브덴(합금) 상부막의 삼중막을 들 수 있다.
데이터 도전체(171, 173, 175), 게이트 절연막(140), 그리고 반도체(154)의 노출된 부분 위에는 제1 보호막(180a)이 배치되어 있다. 제1 보호막(180a)은 유기 절연 물질 또는 무기 절연 물질 등으로 이루어질 수 있다.
제1 보호막(180a) 위에는 제2 보호막(180b)이 형성되어 있다. 제2 보호막(180b)은 유기 절연물로 이루어질 수 있다.
제2 보호막(180b)은 색필터일 수 있다. 제2 보호막(180b)이 색필터인 경우, 제2 보호막(180b)은 기본색(primary color) 중 하나를 고유하게 표시할 수 있으며, 기본색의 예로는 적색, 녹색, 청색 등 삼원색 또는 황색(yellow), 청록색(cyan), 자홍색(magenta) 등을 들 수 있다. 도시하지는 않았지만, 색필터는 기본색 외에 기본색의 혼합색 또는 백색(white)을 표시하는 색필터를 더 포함할 수 있다. 제2 보호막(180b)이 색필터인 경우에는 후술한 상부 표시판(200)에서 색필터(230)는 생략할 수 있다.
제2 보호막(180b) 위에는 공통 전극(common electrode)(270)이 위치한다. 공통 전극(270)은 면형(planar shape)으로서 기판(110) 전면 위에 통판으로 형성되어 있을 수 있고, 드레인 전극(175) 주변에 대응하는 영역에 배치되어 있는 개구부(138)를 가진다. 즉, 공통 전극(270)은 판 형태의 평면 형태를 가질 수 있다.
인접 화소에 위치하는 공통 전극(270)은 서로 연결되어, 표시 영역 외부에서 공급되는 일정한 크기의 공통 전압을 전달 받을 수 있다.
공통 전극(270) 위에는 절연막(180c)이 위치한다. 절연막(180c)은 유기 절연 물질 또는 무기 절연 물질 등으로 이루어질 수 있다.
절연막(180c) 위에는 화소 전극(191)이 위치한다. 화소 전극(191)은 데이터선(171)의 제1 굴곡부 및 제2 굴곡부와 거의 나란한 굴곡변(curved edge)을 포함한다. 화소 전극(191)은 복수의 절개부(91)를 가지며, 이웃하는 절개부(91)의 사이에 위치하는 복수의 가지 전극(192)을 포함한다.
화소 전극(191)은 제1 전기장 생성 전극 또는 제1 전극이고, 공통 전극(270)은 제2 전기장 생성 전극 또는 제2 전극이다. 화소 전극(191)과 공통 전극(270)은 수평 전계를 형성할 수 있다.
제1 보호막(180a), 제2 보호막(180b), 그리고 절연막(180c)에는 드레인 전극(175)을 드러내는 제1 접촉 구멍(185)이 형성되어 있다. 화소 전극(191)은 접촉 구멍(185)을 통해 드레인 전극(175)과 물리적, 전기적으로 연결되어, 드레인 전극(175)으로부터 전압을 인가 받는다.
화소 전극(191)과 절연막(180c) 위에는 제1 배향막(alignment layer)(11)이 형성되어 있다. 제1 배향막(11)은 광반응 물질을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서 제1 배향막(11)은 사이클로부탄디안하이드라이드(Cyclobutanedianhydride; CBDA)로 형성된다. 이처럼, 사이클로부탄디안하이드라이드(Cyclobutanedianhydride; CBDA)로 형성된 액정 광배향제는 하기 화학식 1로 표현되는 사이클로부탄디안하이드라이드(Cyclobutanedianhydride; CBDA), 그리고 하기 화학식 2로 표현되는 유연기, 및 디아민(diamine)을 중합 반응하여 형성된다.
[화학식 1]
Figure pat00010
[화학식 2]
Figure pat00011
여기서, 화학식 2의 X는 -(CH2)m-O-(CH2)n-으로 구성되는 알킬 체인(alkyl chain)을 포함하는 구조이다.
화학식 2에서 X의 m 및 n의 합은 홀수가 되도록 구성되거나 또는 산소의 개수를 포함한 m, n의 합이 짝수가 되도록 하는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.
화학식 2에서 X의 탄소(C) 수는 1 내지 10개가 될 수 있으며, 5개가 되도록 조합하는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 탄소(C) 수가 5개가 되도록 조합하는 일 예시로서 (m=3, n=2)가 될 수 있을 것이다.
화학식 2의 화합물이 첨가되지 않은 액정 광배향제의 경우 액정 광배향제가 경직(rigid)된 성질이 있어 액정 광배향제를 경화시켜 광배향막을 제조한 경우에 이방성(anisotropy)나 분해율이 저조할 수 있다.
이에, 유연성(flexibility)을 가질 수 있는 화학식 2의 화합물을 일정량 첨가해줌으로서 액정 광배향제가 유연성을 가질 수 있으며, 이로 인해 화학식 2의 화합물이 첨가되지 않은 경우와 비교할 때 액정 광배향제의 이방성 및 분해율이 증가할 수 있다.
또한, 화학식 2의 화합물은 액정 광배향제 총 중량 대비 1 내지 50%가 함유될 수 있으며, 10%가 되도록 하는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.
이는 화학식 2의 화합물이 1% 이하로 첨가될 경우에는 액정 광배향제의 유연성이 충분히 발현되지 않아 효과가 미비할 수 있으며, 50% 이상이 첨가될 경우 액정 광배향제의 유연성이 너무 커져서 액정 배향 역할을 하는 배향막으로서의 효과가 감소될 수 있고, 추후 배향막의 변형 가능성 및 변형에 따른 잔상이 발생할 수 있기 때문이다.
본 발명의 일 실시예에서 디아민(diamine)은 p-페닐렌디아민, m-페닐렌디아민, 2,5-디아미노톨루엔, 2,6-디아미노톨루엔, 4,4′-디아미노비페닐, 3,3′-디메틸-4,4′-디아미노비페닐, 3,3′-디메톡시-4,4′-디아미노비페닐, 디아미노디페닐메탄, 디아미노디페닐에테르, 2,2′-디아미노디페닐프로판, 비스(3,5-디에틸4-아미노페닐)메탄, 디아미노디페닐술폰, 디아미노벤조페논, 디아미노나프탈렌, 1,4-비스(4-아미노페녹시)벤젠, 1,4-비스(4-아미노페닐)벤젠, 9,10-비스(4-아미노페닐)안트라센, 1,3-비스(4-아미노페녹시)벤젠, 4,4′-비스(4-아미노페녹시)디페닐술폰, 2,2-비스[4-(4-아미노페녹시)페닐]프로판, 2,2-비스(4-아미노페닐)헥사플루오로프로판, 2,2-비스[4-(4-아미노페녹시)페닐]헥사플루오로프로판 등의 방향족 디아민, 비스(4-아미노시클로헥실)메탄, 비스(4-아미노-3-메틸시클로헥실)메탄 등의 지환식 디아민 및 테트라메틸렌디아민, 헥사메틸렌디아민 등의 지방족 디아민 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에서 액정 광배향제는 하기 화학식 3 및 화학식 4로 표현되는 단위가 랜덤하게 반복되는 반복 단위를 포함할 수 있다.
[화학식 3]
Figure pat00012
[화학식 4]
Figure pat00013
여기서, 화학식 3 및 화학식 4에서 A 및 B는 각각 화학식 3 또는 화학식 4일 수 있으며, 화학식 4에서 R1은 앞서 나열한 디아민 중에서 2개의 아미노기(-NH2)에 결합된 몸체일 수 있다.
여기서, 화학식 3의 X는 -(CH2)m-O-(CH2)n-으로 구성되는 알킬 체인(alkyl chain)을 포함하는 구조이다.
화학식 3에서 X의 m 및 n의 합은 홀수가 되도록 구성되거나 또는 산소의 개수를 포함한 m, n의 합이 짝수가 되도록 하는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.
화학식 3에서 X의 탄소(C) 수는 1 내지 10개가 될 수 있으며, 5개가 되도록 조합하는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 탄소(C) 수가 5개가 되도록 조합하는 일 예시로서 (m=3, n=2)가 될 수 있을 것이다.
화학식 3 및 화학식 4의 비율은 1:99 내지 50:50 일 수 있으며, 10:90의 비율인 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 화학식 3 및 화학식 4의 비율에 따라 액정 광배향제의 이방성 및 분해율의 정도를 제어할 수 있다.
여기서, 도 3 내지 도 9를 참고하여, 배향막을 형성하는 방법을 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광배향막의 형성 방법의 순서도이고, 도 4 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 광배향막의 형성 방법을 순서대로 도시한 도면이다.
먼저, 도 3을 참고하면 본 발명의 dlf 실시예에 따른 광배향막의 제조 방법은 고분자 물질(광 배향 재료)을 기판에 도포하는 단계(S101), 기판에 도포된 고분자 물질을 70~80℃에서 예비 열처리하는 단계(S102), 예비 열처리된 고분자 물질을 자외선(UV)을 조사하는 단계(S103), 자외선(UV)을 조사한 고분자 물질을 열처리하는 단계(S104)를 포함하여 구성되며, 각 단계는 이하에서 상세하게 설명한다.
도 4를 참고하면, 하부 표시판(100) 위에 사이클로부탄디안하이드라이드(Cyclobutanedianhydride; CBDA) 그리고 상기 화학식 2로 표현되는 유연기, 및 디아민(diamine)을 중합하여 형성된 광배향제(31)를 도포한다. 광배향제(31)는 스핀 코팅(spin coating)과 같은 방법으로 도포될 수 있으며, 광배향제(31)는 광반응 재료와 용매를 포함한다.
여기서, 용매는 유기 용매일 수 있다. 예를 들어, 유기 용매는 사이클로펜탄올(cyclopentanol); 1-클로로부탄, 클로로벤젠, 1,1-디클로로에탄, 1,2-디클로로에탄, 클로로포름, 1,1,2,2-테트라클로로에탄 등의 할로겐계 용매; 디에틸에테르, 테트라하이드로퓨란, 1,4-디옥산 등의 에테르계 용매; 메틸에틸케톤(MEK), 아세톤, 시클로헥사논 등의 케톤계 용매; 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트(PGMEA) 등의 아세테이트계 용매; 초산에틸 등의 에스테르계 용매; γ-부티로락톤 의 아세테이트계 용매; 초산에틸 등의 에스테르계 용매등의 락톤계 용매; 에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이트 등의 카보네이트계 용매; 트리에틸아민, 피리딘 등의 아민계 용매; 아세토니트릴 등의 니트릴계 용매; N,N'-디메틸포름아미드(DMF), N,N'-디메틸아세트아미드(DMAc), 테트라메틸요소, N-메틸피롤리돈(NMP) 등의 아미드계 용매; 니트로메탄, 니트로벤젠 등의 니트로계 용매; 디메틸 설폭사이드(DMSO), 설포란 등의 설파이드계 용매; 헥사메틸인산아미드, 트리n-부틸인산 등의 인산계 용매가 있으며, 1 개 이상의 용매가 혼합되어 사용될 수 있다.
도 5를 참고하면, 열원(heating source)(300)을 이용하여 광배향제(31)를 베이크(bake)하며, 이에 따라 용매가 제거될 수 있으며, 막(11)이 형성될 수 있다. 이 단계를 예비 베이크(pre bake) 단계라고도 한다. 예비 베이크는 70~80℃에서 60~80초간 열을 가하여 수행할 수 있다.
여기서, 예비 베이크하는 단계는 프리 베이크(pre bake)와 하드 베이크(hard bake)의 2 단계로 진행할 수도 있다.
도 6을 참고하면, 편광된 자외선(UV)과 같은 광을 광배향막(11)의 일면 또는 양면에 조사하여 제1 배향막(11)을 형성할 수 있다. 이 때, 조사되는 광은 240 나노미터 이상 380 나노미터 이하의 범위를 갖는 자외선을 사용할 수 있다. 바람직하게는 254 나노미터의 자외선을 사용할 수 있다.
여기서, 본 발명의 제1 배향막(11)에 광을 조사하여 제1 배향막(11)의 구조를 변경시키는 과정에 대해서 간략히 설명한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배향막에서 폴리이미드가 분해되는 것을 나타내는 구조식이며, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배향막에서 등방성에서 이방성으로 변화되는 과정을 도시한 도면이다.
도 7을 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 베이크 공정을 통해 사이클로부탄디안하이드라이드(Cyclobutanedianhydride; CBDA) 그리고 상기 화학식 2로 표현되는 유연기, 및 디아민(diamine)이 중합 반응하여 화학식 3 및 화학식 4로 표현되는 폴리이미드(Unit 1, Unit 2)를 형성하고, 폴리이미드를 UV 조사하면 화학식 3 및 화학식 4로 표현되는 폴리이미드는 각각 말레이미드(Unit 1', Unit 2')를 형성한다.
도 8는 도 7에 도시한 폴리이미드를 포함하는 고분자 주쇄가 편광된 UV 조사에 따라 분해되어 배향하는 것을 나타낸다. 도 8을 참고하면, 등방성 고분자 주쇄에 편광된 UV를 조사하면 편광 방향(흡수축 방향)으로 광분해가 일어나서 편광에 수직한 방향으로 광배향막은 배향될 수 있다. 여기서, 노광량이 너무 작으면 분해율이 작아 배향성이 저하될 수 있다. 반대로, 노광량이 너무 커지면 분해율이 커져 편광 방향뿐만 아니라 다른 방향으로도 분해가 일어나서 배향성이 저하될 수 있다.
그 다음 다시 도 9를 참고하면, 열원(300)을 이용하여 제1 배향막(11)을 열처리하며, 이에 따라 고분자 전체를 재배치(reorient)함으로서 배향성을 더욱 증가시킬 수 있다.
그러면, 이하에서는 상부 표시판(200)에 대하여 설명한다.
투명한 유리 또는 플라스틱 등으로 만들어진 제2 기판(210) 위에 차광 부재(light blocking member)(220)가 형성되어 있다. 차광 부재(220)는 블랙 매트릭스(black matrix)라고도 하며 빛샘을 막아준다.
제2 기판(210) 위에는 또한 복수의 색필터(230)가 형성되어 있다. 하부 표시판(100)의 제2 보호막(180b)이 색필터인 경우, 상부 표시판(200)의 색필터(230)는 생략될 수 있다. 또한, 상부 표시판(200)의 차광 부재(220) 역시 하부 표시판(100)에 형성될 수 있다.
색필터(230) 및 차광 부재(220) 위에는 덮개막(overcoat)(250)이 형성되어 있다. 덮개막(250)은 (유기) 절연물로 만들어질 수 있으며, 색필터(230)가 노출되는 것을 방지하고 평탄면을 제공한다. 덮개막(250)은 생략할 수 있다.
덮개막(250) 위에는 제2 배향막(21)이 형성되어 있다. 제2 배향막(21)은 광반응 물질을 포함한다. 제2 배향막(21)은 앞서 설명한 제1 배향막(11)과 동일한 물질 및 방법으로 형성할 수 있다.
액정층(3)은 양의 유전율 이방성을 가지는 액정 물질을 포함할 수 있다.
액정층(3)의 액정 분자는 그 장축 방향이 표시판(100, 200)에 평행하게 배열되어 있다.
화소 전극(191)은 드레인 전극(175)으로부터 데이터 전압을 인가 받고, 공통 전극(270)은 표시 영역 외부에 배치되어 있는 공통 전압 인가부로부터 일정한 크기의 공통 전압을 인가 받는다.
전기장 생성 전극인 화소 전극(191)과 공통 전극(270)은 전기장을 생성함으로써 두 전기장 생성 전극(191, 270) 위에 위치하는 액정층(3)의 액정 분자는 전기장의 방향과 평행한 방향으로 회전한다. 이와 같이 결정된 액정 분자의 회전 방향에 따라 액정층을 통과하는 빛의 편광이 달라진다.
이처럼, 하나의 표시판(100) 위에 두 개의 전기장 생성 전극(191, 270)을 형성함으로써, 액정 표시 장치의 투과율이 높아지고, 광시야각을 구현할 수 있다.
도시한 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 따르면, 공통 전극(270)이 면형의 평면 형태를 가지고, 화소 전극(191)이 복수의 가지 전극을 가지지만, 본 발명의 다른 일실시예에 따른 액정 표시 장치에 따르면, 화소 전극(191)이 면형의 평면 형태를 가지고, 공통 전극(270)이 복수의 가지 전극을 가질 수도 있다.
본 발명은 두 개의 전기장 생성 전극이 제1 기판(110) 위에 절연막을 사이에 두고 중첩하며, 절연막 아래에 형성되어 있는 제1 전기장 생성 전극이 면형의 평면 형태를 가지고, 절연막 위에 형성되어 있는 제2 전기장 생성 전극이 복수의 가지 전극을 가지는 모든 다른 경우에 적용 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액정 광배향제의 이방성의 개선 효과를 측정하기 위해서, 실시예로 앞서 나타낸 화학식 3 및 화학식 4가 혼합되어 있는 액정 광배향제를, 비교예로서 앞서 나타낸 화학식 4만이 혼합되어 있는 액정 광배향제를 사용하여 각각 이방성을 측정하였다. 화학식 3에서 m=3, n=2를, 화학식 3을 10중량%로, R1에 적용된 디아민은 하기 화학식 5로 표현되는 p-페닐렌디아민을 사용하였다. 이에 따른 결과는 도 10에 나타내었다.
[화학식 5]
Figure pat00014
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 배향제를 사용한 경우의 UV 노광량에 따른 이방성을 나타낸 그래프이며, 가로축은 노광 에너지(J)를 나타내고, 세로축은 이방성을 나타낸다.
도 10에 나타난 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 화학식 3을 포함하는 액정 광배향제를 사용한 경우, 화학식 3을 포함하지 않은 비교예에 따른 액정 광배향제와 비교하여 이방성이 개선된 것을 확인할 수 있었다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 광배향제의 분해율 개선 효과를 측정하기 위해서, 실시예로 앞서 나타낸 화학식 3 및 화학식 4가 혼합되어 있는 액정 광배향제를, 비교예로서 앞서 나타낸 화학식 4만이 혼합되어 있는 액정 광배향제를 사용하여 각각 이방성을 측정하였다. 화학식 3에서 m=3, n=2를, 화학식 3을 10중량%로, R1에 적용된 디아민은 p-페닐렌디아민을 사용하였다. 이에 따른 결과는 도 11에 나타내었다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 배향제를 사용한 경우의 UV 노광량에 따른 분해율을 나타낸 그래프이며, 가로축은 노광 에너지를 나타내고 세로축은 분해율을 나타낸다.
도 11에 나타난 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 화학식 3을 포함하는 액정 광배향제를 사용한 경우, 화학식 3을 포함하지 않은 비교예에 따른 액정 광배향제와 비교하여 분해율이 개선된 것을 확인할 수 있었다.
이상과 같이 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치는 액정 광배향제에 유연성을 가지는 구조의 화합물을 혼합하여 사용함으로서, 액정 광배향제의 이방성과 분해율이 우수하여 잔상이 개선될 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.
154: 반도체 163, 165: 저항성 접촉 부재
171: 데이터선 173: 소스 전극
175: 드레인 전극 180a, 180b, 180c: 보호막
191: 화소 전극 270: 공통 전극
11, 21: 배향막 300: 열원
31: 광배향제

Claims (20)

  1. 제1 기판,
    상기 제1 기판 위에 위치하는 박막 트랜지스터,
    상기 박막 트랜지스터에 연결되는 제1 전극,
    상기 제1 기판과 마주보는 제2 기판,
    상기 제1 전극 위에 위치하는 제1 배향막 및 상기 제2 기판 위에 위치하는 제2 배향막, 및
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 위치하고 액정 분자를 포함하는 액정층을 더 포함하고,
    상기 제1 배향막 및 상기 제2 배향막 중 어느 하나의 배향막은 사이클로부탄디안하이드라이드(Cyclobutanedianhydride; CBDA), 디아민(diamine) 및 하기 화학식 2로 표현되는 화합물을 중합하여 형성된 액정 표시 장치.
    [화학식 2]
    Figure pat00015

    상기 화학식 2의 X는 -(CH2)m-O-(CH2)n-으로 구성된다.
  2. 제1항에서,
    상기 액정 광배향제는 하기 화학식 1로 표현되는 사이클로부탄디안하이드라이드(Cyclobutanedianhydride; CBDA),
    하기 화학식 2로 표현되는 화합물, 및
    하기 화학식 5로 표현되는 p-페닐렌디아민을 중합 반응하여 형성된 액정 표시 장치.
    [화학식 1]
    Figure pat00016

    [화학식 2]
    Figure pat00017

    [화학식 5]
    Figure pat00018

    상기 화학식 2의 X는 -(CH2)m-O-(CH2)n-으로 구성된다.
  3. 제1항에서,
    상기 액정 광배향제는 하기 화학식 3 및 하기 화학식 4로 표현되는 단위가 랜덤하게 반복되는 액정 표시 장치.
    [화학식 3]
    Figure pat00019

    [화학식 4]
    Figure pat00020

    상기 상기 화학식 2의 X는 -(CH2)m-O-(CH2)n-으로 구성되고, 상기 화학식 3 및 화학식 4에서 A 및 B는 각각 화학식 3 또는 화학식 4일 수 있으며, 상기 화학식 4에서 R1은 디아민 중에서 2개의 아미노기(-NH2)에 결합된 몸체이다.
  4. 제3항에서,
    상기 화학식 2의 X에서 상기 m 및 n의 합은 홀수가 되고,
    상기 화학식 2의 X에서 탄소(C) 수는 1 내지 10개인 액정 표시 장치.
  5. 제1항에서,
    상기 화학식 2의 화합물은 액정 광배향제 총 중량 대비 1 내지 50%가 포함된 액정 표시 장치.
  6. 제1항에서,
    상기 제1 기판 위에 위치하는 제2 전극을 더 포함하고,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 절연막이 위치하며,
    상기 제1 전극은 복수의 가지 전극을 포함하고, 상기 제2 전극은 면 형상(planar shape)을 가지는 액정 표시 장치.
  7. 제6항에서,
    상기 박막 트랜지스터와 상기 제2 전극 사이에 위치하는 보호막을 더 포함하고,
    상기 보호막과 상기 절연막을 관통하는 접촉 구멍에 의해 상기 박막 트랜지스터와 상기 제1 전극이 연결되는 액정 표시 장치.
  8. 제1항에서,
    상기 제1 배향막 및 상기 제2 배향막은 동일한 물질로 형성되는 액정 표시 장치.
  9. 제1 기판 위에 박막 트랜지스터를 형성하는 단계,
    상기 박막 트랜지스터 위에 보호막을 형성하는 단계,
    상기 보호막 위에 절연막을 사이에 두고 위치하는 제1 전극 및 제2 전극을 형성하는 단계,
    상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극 위에 사이클로부탄디안하이드라이드(Cyclobutanedianhydride; CBDA), 디아민(diamine) 및 하기 화학식 2로 표현되는 화합물을 중합하여 형성된 액정 광배향제를 도포하는 단계,
    상기 도포된 광배향제를 베이크(bake)하는 단계, 및
    상기 광배향제에 편광된 광을 조사하여 제1 배향막을 형성하는 단계를 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법;
    [화학식 2]
    Figure pat00021

    상기 화학식 2의 X는 -(CH2)m-O-(CH2)n-으로 구성된다.
  10. 제9항에서,
    상기 제1 기판과 마주보는 제2 기판 위에 사이클로부탄디안하이드라이드(Cyclobutanedianhydride; CBDA), 디아민(diamine) 및 하기 화학식 2로 표현되는 화합물을 중합하여 형성된 액정 광배향제를 도포하는 단계,
    상기 도포된 광배향제를 베이크(bake)하는 단계, 및
    상기 광배향제에 편광된 광을 조사하여 제2 배향막을 형성하는 단계를 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법;
    [화학식 2]
    Figure pat00022

    상기 화학식 2의 X는 -(CH2)m-O-(CH2)n-으로 구성된다.
  11. 제9항에서,
    상기 광배향제에 편광된 광을 조사한 후, 상기 광배향제를 베이크(bake)하는 단계를 더 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  12. 제9항에서,
    상기 액정 광배향제는 하기 화학식 3 및 하기 화학식 4로 표현되는 단위가 랜덤하게 반복되는 액정 광배향제로 형성하는 액정 표시 장치의 제조 방법;
    [화학식 3]
    Figure pat00023

    [화학식 4]
    Figure pat00024

    상기 상기 화학식 2의 X는 -(CH2)m-O-(CH2)n-으로 구성되고, 상기 화학식 3 및 화학식 4에서 A 및 B는 각각 화학식 3 또는 화학식 4일 수 있으며, 상기 화학식 4에서 R1은 디아민 중에서 2개의 아미노기(-NH2)에 결합된 몸체이다.
  13. 사이클로부탄디안하이드라이드(Cyclobutanedianhydride; CBDA), 디아민(diamine) 및 하기 화학식 2로 표현되는 화합물을 중합하여 형성된 액정 광배향제;
    [화학식 2]
    Figure pat00025

    상기 화학식 2의 X는 -(CH2)m-O-(CH2)n-으로 구성된다.
  14. 제13항에서,
    상기 디아민은 p-페닐렌디아민, m-페닐렌디아민, 2,5-디아미노톨루엔, 2,6-디아미노톨루엔, 4,4′-디아미노비페닐, 3,3′-디메틸-4,4′-디아미노비페닐, 3,3′-디메톡시-4,4′-디아미노비페닐, 디아미노디페닐메탄, 디아미노디페닐에테르, 2,2′-디아미노디페닐프로판, 비스(3,5-디에틸4-아미노페닐)메탄, 디아미노디페닐술폰, 디아미노벤조페논, 디아미노나프탈렌, 1,4-비스(4-아미노페녹시)벤젠, 1,4-비스(4-아미노페닐)벤젠, 9,10-비스(4-아미노페닐)안트라센, 1,3-비스(4-아미노페녹시)벤젠, 4,4′-비스(4-아미노페녹시)디페닐술폰, 2,2-비스[4-(4-아미노페녹시)페닐]프로판, 2,2-비스(4-아미노페닐)헥사플루오로프로판, 2,2-비스[4-(4-아미노페녹시)페닐]헥사플루오로프로판 등의 방향족 디아민, 비스(4-아미노시클로헥실)메탄, 비스(4-아미노-3-메틸시클로헥실)메탄 및 테트라메틸렌디아민, 헥사메틸렌디아민에서 선택된 1종 이상인 액정 광배향제.
  15. 제14항에서,
    상기 액정 광배향제는 하기 화학식 1로 표현되는 사이클로부탄디안하이드라이드(Cyclobutanedianhydride; CBDA),
    하기 화학식 2로 표현되는 화합물, 및
    하기 화학식 5로 표현되는 p-페닐렌디아민을 중합 반응하여 형성된 액정 광배향제;
    [화학식 1]
    Figure pat00026

    [화학식 2]
    Figure pat00027

    [화학식 5]
    Figure pat00028

    상기 화학식 2의 X는 -(CH2)m-O-(CH2)n-으로 구성된다.
  16. 제14항에서,
    상기 액정 광배향제는 하기 화학식 3 및 하기 화학식 4로 표현되는 단위가 랜덤하게 반복되는 액정 광배향제;
    [화학식 3]
    Figure pat00029

    [화학식 4]
    Figure pat00030

    상기 상기 화학식 2의 X는 -(CH2)m-O-(CH2)n-으로 구성되고, 상기 화학식 3 및 화학식 4에서 A 및 B는 각각 화학식 3 또는 화학식 4일 수 있으며, 상기 화학식 4에서 R1은 디아민 중에서 2개의 아미노기(-NH2)에 결합된 몸체이다.
  17. 제16항에서,
    상기 화학식 2의 X에서 상기 m 및 n의 합은 홀수가 되는 액정 광배향제.
  18. 제17항에서,
    상기 화학식 2의 X에서 탄소(C) 수는 1 내지 10개인 액정 광배향제.
  19. 제18항에서,
    상기 화학식 2의 X에서 m=3 및 n=2인 액정 광배향제.
  20. 제13항에서,
    상기 화학식 2의 화합물은 액정 광배향제 총 중량 대비 1 내지 50%가 포함된 액정 광배향제.
KR1020140031843A 2014-03-18 2014-03-18 액정 광배향제, 이를 포함하는 액정 표시 장치 및 그 제조 방법 KR20150109004A (ko)

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