KR20170052742A - 액정 표시 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

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KR20170052742A
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신범수
장혜림
전영주
정강섭
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삼성디스플레이 주식회사
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Abstract

오정렬로 인한 텍스쳐를 최소화할 수 있는 액정 표시 장치 및 액정 표시 장치의 제조 방법이 제공된다. 상기 액정 표시 장치는, 일면을 포함하는 제1 기판; 일면 및 타면을 포함하는 제2 기판으로서, 상기 제2 기판의 일면은 상기 제1 기판의 일면과 대면하는 면이고, 상기 제2 기판의 타면은 광이 출사되는 표시면인 제2 기판; 상기 제1 기판의 일면 상에 배치되고, 고분자 물질을 포함하며, 제1 두께를 갖는 제1 배향층; 상기 제1 배향층 상에 배치된 제1 광 경화층; 상기 제2 기판의 일면 상에 배치되고, 상기 제1 배향층 내 고분자 물질과 동일한 고분자 물질을 포함하며, 상기 제1 두께보다 얇은 제2 두께를 갖는 제2 배향층; 상기 제2 배향층 상에 배치된 제2 광 경화층; 및 상기 제1 광 경화층과 상기 제2 광 경화층 사이에 개재되며, 상기 제1 광 경화층에 인접한 제1 액정 분자 및 상기 제2 광 경화층에 인접한 제2 액정 분자를 포함하는 액정층을 포함하되, 초기 배향 상태에서, 상기 제2 액정 분자는 상기 제1 액정 분자에 비해 수직 배향된다.

Description

액정 표시 장치 및 그 제조 방법{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 액정 표시 장치 및 액정 표시 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 현재 가장 널리 사용되고 있는 평판 표시 장치 중 하나로써, 화소 전극과 공통 전극 등 전기장 생성 전극(field generating electrode)이 형성되어 있는 두 장의 기판과 그 사이에 들어 있는 액정층을 포함한다.
액정 표시 장치는 전기장 생성 전극에 전압을 인가하여 액정층에 전기장을 생성하고 이를 통하여 액정층의 액정들의 배향 방향을 결정하고 입사광의 편광을 제어함으로써 영상을 표시한다.
액정 표시 장치는 텔레비전 수신기의 표시장치로 사용되면서, 화면의 크기가 커지고 있다. 이처럼 액정표시장치의 크기가 커짐에 따라, 시청자가 화면의 중앙부를 보는 경우와 화면의 좌우 양단을 보는 경우에 따라 시각차가 커질 수 있다.
이러한 시각차를 보상하기 위하여 액정표시장치를 오목형 또는 볼록형으로 굴곡시켜 곡면형으로 형성할 수 있다. 곡면형 액정 표시 장치는 시청자 기준으로, 가로 길이보다 세로 길이가 길고 세로 방향으로 굴곡된 포트레이트(portrait) 타입일 수 있고, 가로 길이보다 세로 길이가 짧고, 가로 방향으로 굴곡된 랜드스케이프(landscape) 타입일 수도 있다.
곡면형(curved) 액정 표시 장치 또는 플렉시블(flexible) 액정 표시 장치는 표시 패널이 휘어짐에 따라 상부 기판과 하부 기판 사이에 오정렬이 발생할 수 있다. 이로 인해 화소 영역 내에서 세로줄 암부가 시인될 수 있다. 나아가 화소 영역의 세로줄 암부는 시청자에게 얼룩으로 인식되거나, 또는 색상이 불그스레하게 인식되는 레디쉬(reddish) 현상이 발생할 수 있으며, 이러한 문제는 표시 패널의 곡률이 커짐에 따라 더욱 심화될 수 있다.
이에, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 표시 품질이 개선된 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 표시 품질을 개선할 수 있는 액정 표시 장치의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 일면을 포함하는 제1 기판; 일면 및 타면을 포함하는 제2 기판으로서, 상기 제2 기판의 일면은 상기 제1 기판의 일면과 대면하는 면이고, 상기 제2 기판의 타면은 광이 출사되는 표시면인 제2 기판; 상기 제1 기판의 일면 상에 배치되고, 고분자 물질을 포함하며, 제1 두께를 갖는 제1 배향층; 상기 제1 배향층 상에 배치된 제1 광 경화층; 상기 제2 기판의 일면 상에 배치되고, 상기 제1 배향층 내 고분자 물질과 동일한 고분자 물질을 포함하며, 상기 제1 두께보다 얇은 제2 두께를 갖는 제2 배향층; 상기 제2 배향층 상에 배치된 제2 광 경화층; 및 상기 제1 광 경화층과 상기 제2 광 경화층 사이에 개재되며, 상기 제1 광 경화층에 인접한 제1 액정 분자 및 상기 제2 광 경화층에 인접한 제2 액정 분자를 포함하는 액정층을 포함하되, 초기 배향 상태에서, 상기 제2 액정 분자는 상기 제1 액정 분자에 비해 수직 배향된다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 있어서, 상기 제1 배향층 및 상기 제2 배향층은 각각 폴리이미드를 포함하되, 상기 폴리이미드는, 반복 단위 내에 이미드기를 포함하는 주쇄; 및 수직 배향기 및/또는 중합 개시제로 치환된 측쇄를 포함하고, 상기 제1 광 경화층 및 상기 제2 광 경화층은 각각 광 경화제가 중합되어 형성될 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 있어서, 상기 광 경화제는 반응성 메조겐을 포함할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 있어서, 상기 제1 광 경화층 및 상기 제2 광 경화층은 각각 상기 반응성 메조겐이 중합된 복수의 메조겐 중합체를 포함하되, 상기 제1 광 경화층 내 상기 메조겐 중합체의 크기는, 상기 제2 광 경화층 내 상기 메조겐 중합체의 크기보다 클 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 있어서, 상기 제1 광 경화층 및 상기 제2 광 경화층은 각각 상기 반응성 메조겐이 중합된 복수의 메조겐 중합체를 포함하되, 상기 제1 광 경화층 내 상기 메조겐 중합체의 단위 면적당 개수는, 상기 제2 광 경화층 내 상기 메조겐 중합체의 단위 면적당 개수보다 많을 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 있어서, 상기 제2 배향층 내 포함된 고분자 물질은 상기 제1 배향층 내 포함된 고분자 물질과 동일할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 있어서, 상기 제1 기판은 제1 베이스 기판 및 상기 제1 베이스 기판 상에 배치되는 화소 전극을 포함하고, 상기 제2 기판은 제2 베이스 기판 및 상기 제2 베이스 기판 상에 배치되는 공통 전극을 포함할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 있어서, 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판은 동일한 방향으로 휘어지되, 상기 제2 기판의 타면이 오목하게 휘어질 수 있다.
상기 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법은, 일면에 제1 두께를 가지며, 광 경화제를 포함하는 제1 배향층이 형성된 제1 기판을 준비하는 단계; 일면에 상기 제1 배향층과 동일한 물질을 포함하고, 상기 제1 두께보다 얇은 제2 두께를 가지며, 광 경화제를 포함하는 제2 배향층이 형성된 제2 기판을 준비하는 단계; 상기 제1 배향층과 상기 제2 배향층 사이에 액정층을 개재하는 단계; 및 상기 액정층에 전계를 인가한 상태에서 광을 조사함으로써, 상기 광 경화제가 중합되어 상기 제1 배향층 표면 및 상기 제2 배향층 표면에 각각 제1 광 경화층 및 제2 광 경화층을 형성하는단계를 포함한다.
상기 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법에 있어서, 상기 제1 배향층이 형성된 제1 기판을 준비하는 단계는, 상기 제1 기판 상에 광 경화제를 포함하는 제1 배향제를 제공하는 단계; 및 상기 제1 배향제를 경화하여 상기 제1 배향층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제2 배향층이 형성된 제2 기판을 준비하는 단계는, 상기 제2 기판 상에 상기 제1 배향제와 동일한 물질을 포함하는 제2 배향제를 제공하는 단계; 및 상기 제2 배향제를 경화하여 상기 제2 배향층을 형성하는 단계를 포함하되, 상기 제2 배향제를 경화하는 단계는 상기 제1 배향제를 경화하는 단계와 동일한 공정 조건을 포함할 수 있다.
상기 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법에 있어서, 상기 제2 배향제는 상기 제1 배향제와 동일한 조성물일 수 있다.
상기 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법에 있어서, 상기 제1 배향제를 경화하는 단계는, 상기 제1 배향제를 1차 경화하는 단계; 및 상기 1차 경화된 상기 제1 배향제를 상기 제1 배향제를 1차 경화하는 단계와 상이한 공정 조건에서 2차 경화하는 단계를 포함하고, 상기 제2 배향제를 경화하는 단계는, 상기 제2 배향제를 1차 경화하는 단계; 및 상기 1차 경화된 상기 제2 배향제를 상기 제2 배향제를 1차 경화하는 단계와 상이한 공정 조건에서 2차 경화하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법에 있어서, 상기 제1 배향제를 2차 경화하는 단계는 상기 제1 배향제를 1차 경화하는 단계보다 더 높은 온도에서, 더 긴 시간 동안 수행되는 단계이고, 상기 제2 배향제를 2차 경화하는 단계는 상기 제2 배향제를 1차 경화하는 단계보다 더 높은 온도에서, 더 긴 시간 동안 수행되는 단계일 수 있다.
상기 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법에 있어서, 상기 제1 배향제를 경화하는 단계는, 상기 제2 배향제를 경화하는 단계와 동일 챔버 내에서 동시에 이루어질 수 있다.
상기 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법에 있어서, 상기 제1 배향제를 경화하는 단계에서, 상기 제1 배향제 내의 상기 광 경화제의 적어도 일부가 소실되고, 상기 제2 배향제를 경화하는 단계에서, 상기 제2 배향제 내의 상기 광 경화제의 적어도 일부가 소실될 수 있다.
상기 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법에 있어서, 상기 제1 배향층 및 상기 제2 배향층 내의 광 경화제는 반응성 메조겐을 포함할 수 있다.
상기 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법에 있어서, 상기 제1 광 경화층 및 상기 제2 광 경화층은 각각 상기 반응성 메조겐이 중합된 복수의 메조겐 중합체를 포함하되, 상기 제1 광 경화층 내 상기 메조겐 중합체의 크기는, 상기 제2 광 경화층 내 상기 메조겐 중합체의 크기보다 클 수 있다.
상기 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법에 있어서, 상기 제1 광 경화층 및 상기 제2 광 경화층은 각각 상기 반응성 메조겐이 중합된 복수의 메조겐 중합체를 포함하되, 상기 제1 광 경화층 내 상기 메조겐 중합체의 단위 면적당 개수는, 상기 제2 광 경화층 내 상기 메조겐 중합체의 단위 면적당 개수보다 많을 수 있다.
상기 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법에 있어서, 상기 액정층을 개재하는 단계는, 액정 조성물을 제공하는 단계; 및 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판을 합착하는 단계를 포함하고, 상기 광을 조사하는 단계는 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판을 합착하는 단계 후에 수행될 수 있다.
상기 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법에 있어서, 상기 광을 조사하는 단계 후에, 전계가 형성되지 않은 상태에서 광을 조사하는 단계를 더 포함할 수 있다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 의하면, 상부 기판에 인접한 액정 분자들을 하부 기판에 인접한 액정 분자들에 비해 상대적으로 수직 배향 시킴으로써 광 투과율을 향상시키고 오정렬로 인한 텍스쳐(texture)를 최소화할 수 있다.
또, 상부 기판과 하부 기판에 상이한 배향막을 사용하지 않고도 상부 기판에 인접한 액정 분자들과 하부 기판에 인접한 액정 분자들의 선경사각을 상이하게 할 수 있기 때문에 배향막을 형성하기 위한 배향제 조성물을 유지 및 관리함에 있어 용이성을 제공할 수 있다.
또한, 상부 기판과 하부 기판의 배향제를 동일 공정 조건 하에서 경화시킴에도 불구하고 상부 기판에 인접한 액정 분자들과 하부 기판에 인접한 액정 분자들의 선경사각을 상이하게 할 수 있기 때문에 공정을 단순화하고, 비용을 절감할 수 있다.
아울러, 표시 패널에 발생하는 얼룩 또는 레디쉬 현상을 완화하여 신뢰성이 향상된 액정 표시 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 개략적인 분해사시도이다.
도 2는 도 1의 일 화소에 대한 등가회로도이다.
도 3은 도 1의 일 화소에 대한 평면도이다.
도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ' 선을 따라 절개한 단면도이다.
도 5는 도 3의 Ⅴ-Ⅴ' 선을 따라 절개한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 공정을 나타낸 순서도이다.
도 7 내지 도 13은 도 6의 제조 공정을 단계별로 나타낸 단면도들이다.
도 14a 도 14b는 배향제 도포 두께에 따른 광 경화층 표면 현미경 사진들이다.
도 15는 배향제 도포 두께에 따른 평균 선경사 각도를 측정한 결과를 나타낸 도면이다.
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 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.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below 또는 beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 개략적인 분해사시도이다.
도 1을 참조하면, 액정 표시 장치(1000)는 일면을 포함하는 제1 기판(100), 제1 기판(100)의 상기 일면 상에 배치되는 제1 배향층(미도시) 및 제1 광 경화층(미도시), 제1 기판(100)과 대면하는 일면, 및 광이 출사되는 타면을 포함하는 제2 기판(200), 제2 기판(200)의 상기 일면 상에 배치되는 제2 배향층(미도시) 및 제2 광 경화층(미도시), 및 제1 기판(100)과 제2 기판(200) 사이에 개재되는 액정층(300)을 포함한다. 제1 기판(100)은 하부 표시 기판이고, 제2 기판(200)은 상부 표시 기판이며, 제2 기판(200)의 상기 타면은 시청자가 영상을 바라보는 표시면일 수 있다.
제1 기판(100) 및 제2 기판(200)은 각각 표시영역(DA)과 비표시영역(NA)을 포함한다. 표시영역(DA)은 화상이 시인되는 영역이고, 비표시영역(NA)은 화상이 시인되지 않는 영역이다. 표시영역(DA)은 외곽이 비표시영역(NA)으로 둘러싸여있다.
표시영역(DA)은 제1 방향(X, 행 방향)으로 연장된 복수의 게이트 라인(GL), 제1 방향(X)과 교차하는 제2 방향(Y, 열 방향)으로 연장된 복수의 데이터 라인(DL) 및 게이트 라인(GL)과 데이터 라인(DL)이 교차하는 영역에 형성된 복수의 화소(PX)들을 포함한다. 복수의 화소(PX)들은 상기 행 방향 및 상기 열 방향으로 배열되어 실질적으로 매트릭스 형태로 배치될 수 있다.
각 화소 영역(PX)들은 색 표시를 구현하기 위해서 기본색(primary color) 중 하나의 색상을 고유하게 표시할 수 있다. 상기 기본색의 예로는 적색(red), 녹색(green) 및 청색(blue)을 들 수 있다.
비표시영역(NA)은 차광 영역일 수 있다. 액정 표시 장치의 비표시영역(NA)에는 표시영역(DA)의 화소(PX) 들에 게이트 신호를 제공하는 게이트 구동부(미도시), 데이터 신호를 제공하는 데이터 구동부(미도시)가 배치될 수 있다. 게이트 라인(GL)들 및 데이터 라인(DL)들은 표시영역(DA)으로부터 비표시영역(NA)까지 연장되어 상기 각 구동부들과 전기적으로 연결될 수 있다.
한편, 백라이트 유닛(미도시)은 제1 기판(100)의 하부에 배치되어, 제1 기판(100)과 제2 기판(200)을 포함하는 표시 패널의 하부로부터 광을 조사한다. 상기 백라이트 유닛은 광원(미도시), 상기 광원으로부터 입사되는 광을 표시 패널 측으로 입사시키는 도광판(미도시), 상기 도광판의 하부에 배치된 반사 시트(미도시), 및 상기 도광판의 상부에 배치되어 표시 패널 측으로 진행하는 광의 휘도 특성을 향상시키는 하나 이상의 광학 시트(미도시) 등을 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치(1000)의 제1 기판(100) 및 제2 기판(200)은 평면상에서 적어도 제1 방향(X)을 따라 굴곡되되, 제1 기판(100)의 상기 일면 및/또는 제2 기판(200)의 상기 타면(표시면)이 오목하게 휘어진 곡면형 액정 표시 장치일 수 있다. 본 실시예의 곡면형 액정 표시 장치는 설명의 편의를 위하여 이하 단면도들에서 평판형 액정 표시 장치와 같이 표현된다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치를 구성하는 화소에 대해 상세하게 설명한다.
도 2는 도 1의 일 화소에 대한 등가회로도이다.
도 2를 참조하면, 임의의 일 화소는 대응하는 게이트 라인(GLi), 데이터 라인(DLj) 및 기준 전압선(미도시)과 연결된다. 화소(PX)는 게이트 라인(GLi)을 통해 제공된 게이트 신호에 응답하여 데이터 라인(DLj) 및 기준 전압선으로부터 제공된 데이터 신호 및 기준 전압(Vrd)을 제공받을 수 있다. 기준 전압(Vrd)은 예를 들어, 공통 전압(Vcom)과 같은 전압이거나, 또는 공통 전압(Vcom)에 대하여 데이터 전압과 동일한 극성을 갖는 전압일 수 있다. 상기 i 및 j는 0보다 큰 정수이다.
화소(PX)는 제1 스위칭 소자(Q1), 제2 스위칭 소자(Q2), 제3 스위칭 소자(Q3)와 제1 액정 축전기(Clca) 및 제2 액정 축전기(Clcb)를 포함한다. 제1 및 제2 액정 축전기(Clca, Clcb)는 후술할 화소 전극과 공통 전압(Vcom)이 인가되는 공통 전극을 양 단자로 하며, 그 사이에 개재된 액정층을 유전체로 포함하여 구성될 수 있다. 몇몇 실시예에서 화소는 유지 축전기를 더 포함할 수도 있다. 제1 내지 제3 스위칭 소자(Q1, Q2, Q3)에 포함되는 단자들 및 액정 축전기(Clca, Clcb)에 관한 보다 구체적인 설명은 후술된다.
이하, 한 프레임 구간에서 화소(PX)의 동작을 설명하기로 한다.
우선, 게이트 라인(GLi)에 게이트 신호가 인가되면, 이에 연결된 화소(PX)의 제1 스위칭 소자(Q1), 제2 스위칭 소자(Q2) 및 제3 스위칭 소자(Q3)가 턴 온(turn on) 된다.
이에 따라, 데이터 라인(DLj)으로부터 제공되는 데이터 전압은 턴 온된 제1 스위칭 소자(Q1)를 통하여 제1 액정 축전기(Clca)의 일 전극인 제1 부화소 전극에 인가된다. 이 경우, 제1 액정 축전기(Clca)는 데이터 전압과 공통 전압(Vcom)의 차이만큼 충전될 수 있다. 제1 액정 축전기(Clca)는 후술할 제2 액정 축전기(Clcb)에 비해 상대적으로 더 큰 전압이 충전되어 액정을 제어한다. 본 명세서에서, 제1 액정 축전기(Clca)가 정의하는 화소 영역을 제1 부화소(PXa) 또는 하이 화소(high-pixel)라 지칭한다.
동시에, 턴 온된 제2 및 제3 스위칭 소자(Q2, Q3)는 제2 스위칭 소자(Q2)의 입력 단자와 제3 스위칭 소자(Q3)의 출력 단자를 전기적으로 연결한다. 이 때 제2 스위칭 소자(Q2)의 입력 단자에는 데이터 라인(DLj)으로부터 제공되는 데이터 전압이 인가되고, 제3 스위칭 소자(Q3)의 출력 단자에는 상기 데이터 전압의 크기보다 작은 크기의 기준 전압(Vrd)이 인가되어, 제2 액정 축전기(Clcb)의 일 전극인 제2 부화소 전극에는 전압 강하에 의해 상기 데이터 전압과 기준 전압(Vrd) 사이의 크기를 갖는 소정의 전압이 걸린다. 따라서, 제2 액정 축전기(Clcb)는 데이터 전압보다 작은 소정의 전압과 공통 전압(Vcom)의 차이만큼 충전될 수 있고, 제2 액정 축전기(Clcb)는 제1 액정 축전기(Clca)에 비해 상대적으로 더 작은 전압이 충전되어 액정을 제어한다. 본 명세서에서, 제2 액정 축전기(Clcb)가 정의하는 화소 영역을 제2 부화소(PXb) 또는 로우 화소(low-pixel)라 지칭한다.
상대적으로 높은 전압이 충전되는 하이 화소의 경우 액정이 수직 배향되는 저계조에서 측면 시인성이 취약하고, 상대적으로 낮은 전압이 충전되는 로우 화소의 경우 액정이 수평 배향에 가까워지는 중간 계조 및 고계조에서 측면 시인성이 취약하다. 즉, 두 액정 축전기(Clca, Clcb)의 충전 전압은 서로 다른 감마 곡선을 나타내며 시청자가 인식하는 하나의 화소 전압에 대한 감마 곡선은 이들을 합성한 곡선이 된다. 정면에서의 합성 감마 곡선은 가장 적합하도록 정해진 정면 기준 감마 곡선과 일치하도록 하고, 측면에서의 합성 감마 곡선은 정면 기준 감마 곡선과 최대한 근접하도록 영상 데이터를 변환함으로써 측면 시인성을 보다 개선할 수 있다.
이하, 화소를 구성하는 구성요소들 및 그 배치에 관하여 자세히 설명한다.
도 3은 도 1의 일 화소에 대한 평면도이다. 도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ' 선을 따라 절개한 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 제1 기판(100)은 제1 베이스 기판(101), 복수의 박막 트랜지스터, 화소 전극(180a, 180b) 및 복수의 보호막/절연막 등을 포함한다.
제1 베이스 기판(101)은 투명한 절연 기판으로 투과성, 내열성, 내화학성 등이 우수한 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 베이스 기판(101)은 실리콘 기판, 유리 기판, 또는 플라스틱 기판 등일 수 있다.
제1 베이스 기판(101) 상에는 게이트 배선층이 배치된다. 상기 게이트 배선층은 게이트 라인(GLi), 복수의 게이트 전극, 및 기준 전압선(141)을 포함할 수 있다.
게이트 라인(GLi)은 대략 제1 방향(X)을 따라 연장된다. 제1 게이트 전극(111) 및 제2 게이트 전극(121)은 게이트 라인(GLi)으로부터 상측으로 돌출되어 배치되고, 제1 게이트 전극(111)과 제2 게이트 전극(121)은 서로 물리적 경계 없이 일체로 형성될 수 있다. 구체적으로, 제1 게이트 전극(111)은 제2 게이트 전극(121)보다 우측에 위치할 수 있다. 또한, 연장된 게이트 라인(GLi)과 중첩하는 일 영역에 제3 게이트 전극(131)이 형성될 수 있다. 즉, 제1 내지 제3 게이트 전극(111, 121, 131)은 동일한 게이트 라인(GLi)과 물리적으로 연결되어 동일한 게이트 신호가 인가될 수 있다.
기준 전압선(141)은 게이트 라인(GLi) 및 상기 게이트 전극들과 동일한 층에 형성되며, 게이트 라인(GLi)과 실질적으로 평행하게 연장될 수 있다. 기준 전압선(141)에는 기준 전압이 인가될 수 있다.
기준 전압선(141)은 기준 전압 전극(142)을 포함할 수 있다. 기준 전압 전극(142)은 기준 전압선(141)으로부터 하측으로 돌출되어 넓은 면을 가져, 제3 드레인 전극(134)과 안정적으로 접촉할 수 있는 공간을 제공할 수 있다. 도 3 및 도 4에 도시된 바와 달리, 몇몇 실시예에서 기준 전압선은 유지 전극 및/또는 유지 전극선을 더 포함할 수도 있다. 이 경우 상기 유지 전극은 기준 전압선으로부터 돌출되어 상부에 중첩되어 배치되는 데이터 배선층 및 그 사이에 배치되는 복수의 보호층/절연층과 함께 유지 축전기를 형성할 수 있다. 또, 상기 유지 전극선은 기준 전압선으로부터 돌출되어 화소 전극의 테두리 전극부의 적어도 일부와 중첩하여 화소 전극의 가장자리를 따라 배치되는 형상일 수 있다. 다만, 이에 국한되지 않고 또 다른 실시예에서는 상기 유지 전극 및/또는 유지 전극선이 생략되거나 형상과 배치가 변형될 수도 있다.
상기 게이트 배선층은 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 크롬(Cr) 또는 네오듐(Ne)으로부터 선택된 원소 또는 그 원소를 주성분으로 하는 합금 재료 또는 화합물 재료를 포함하는 제1 금속층을 형성한 후, 상기 제1 금속층을 패터닝하여 형성할 수 있다. 상기 패터닝은 마스크 공정을 이용할 수 있으며, 이 외에도 패턴을 형성할 수 있는 다른 방법을 이용하여도 무방하다.
상기 게이트 배선층 상에는 제1 베이스 기판(101) 전면에 걸쳐 게이트 절연막(151)이 배치된다. 게이트 절연막(151)은 절연 물질로 구성되어 그 상부에 위치하는 층과 하부에 위치하는 층을 서로 전기적으로 절연시킬 수 있다. 게이트 절연막(151)을 형성하는 물질의 예로는 질화규소(SiNx), 산화규소(SiOx), 질화산화규소(SiNxOy) 또는 산화질화규소(SiOxNy) 등을 들 수 있으며, 물리적 성질이 다른 적어도 두 개의 절연층을 포함하는 다층막 구조로 형성될 수도 있다.
게이트 절연막(151) 상에는 제1 내지 제3 반도체층(112, 122, 132)을 포함하는 반도체 물질층이 배치된다. 제1 내지 제3 반도체층(112, 122, 132)은 각각 제1 내지 제3 게이트 전극(111, 121, 131)과 중첩되는 영역에 배치된다. 상기 반도체 물질층은 비정질 실리콘, 다결정 실리콘 또는 산화물 반도체 등과 같은 반도체 물질을 포함한다. 상기 각 반도체층들은 박막 트랜지스터의 채널(channel) 역할을 수행하여, 게이트 전극에 제공되는 전압에 따라 채널을 턴 온 또는 턴 오프할 수 있다.
상기 반도체층 상부에는 데이터 배선층이 배치된다. 상기 데이터 배선층은 하나 이상의 데이터 라인(DLj, DLj+1), 복수의 소스 전극 및 복수의 드레인 전극을 포함할 수 있다.
데이터 라인(DLj)은 대략 제2 방향(Y)을 따라 연장되어 게이트 라인(GLi)을 교차한다. 데이터 라인(DLj)에는 데이터 신호가 인가될 수 있다. 데이터 라인(DLj)과 게이트 라인(GLi)이 교차하는 영역에는 화소 영역(PX)이 정의된다. 복수의 각 화소 영역(PX)은 대응하는 게이트 라인(GLi)과 데이터 라인(DLj)에 의해 연결된 복수의 박막 트랜지스터들에 의해 독립적으로 동작되는 영역일 수 있다.
제1 소스 전극(113)과 제1 드레인 전극(114)은 제1 게이트 전극(111)과 제1 반도체층(112) 상에서 서로 이격되어 배치되고, 제2 소스 전극(123)과 제2 드레인 전극(124)은 제2 게이트 전극(121)과 제2 반도체층(122) 상에서 서로 이격되어 배치되며, 제3 소스 전극(133)과 제3 드레인 전극(134)은 제3 게이트 전극(131)과 제3 반도체층(132) 상에서 서로 이격되어 배치된다. 구체적으로, 제1 및 제2 소스 전극(113, 123)은 각각 제1 및 제2 드레인 전극(114, 124)의 적어도 일부를 둘러싸고, 제3 드레인 전극(134)은 제3 소스 전극(133)의 적어도 일부를 둘러싸는 형상일 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 소스 전극(113, 123)과 제3 드레인 전극(134)은 각각 C자, U자, 역C자, 또는 역U자 등의 형상을 가질 수 있다. 제1 소스 전극(113)과 제2 소스 전극(123)은 서로 물리적 경계 없이 일체로 형성되며, 데이터 라인(DLj)으로부터 우측으로 돌출되어 배치될 수 있다. 제3 소스 전극(133)은 제2 드레인 전극(124)과 물리적으로 연결될 수 있다. 한편, 제1 드레인 전극(114)은 제1 컨택홀(171)을 통해 제1 부화소 전극(180a)과 전기적으로 연결되고, 제2 드레인 전극(124)은 제2 컨택홀(172)을 통해 제2 부화소 전극(180b)과 전기적으로 연결되며, 제3 드레인 전극(134)은 제3 컨택홀(173) 및 컨택 전극(180c)을 통해 기준 전압 전극(142)과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 데이터 배선층은 은(Ag), 금(Au), 구리(Cu), 니켈(Ni), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 이리듐(Ir), 로듐(Rh), 텅스텐(W), 알루미늄(Al), 탄탈륨(Ta), 몰리브덴(Mo), 카드뮴(Cd), 아연(Zn), 철(Fe), 티타늄(Ti), 규소(Si), 게르마늄(Ge), 지르코늄(Zr), 또는 바륨(Ba) 등의 내화성 금속(refractory metal), 또는 그 합금, 또는 그 금속 질화물을 포함하는 제2 금속층을 형성한 후 상기 제2 금속층을 패터닝하여 형성할 수 있다.
도면으로 도시하지는 않았지만, 상기 반도체층과 상기 데이터 배선층 사이에는 오믹 컨택층(미도시)이 배치될 수 있다. 오믹 컨택층은 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 실리콘 물질을 포함하거나 실리사이드(silicide)를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 데이터 배선층 상에는 제1 베이스 기판(101) 전면에 걸쳐 제1 보호층(152), 평탄화층(160), 및 제2 보호층(153)을 포함하는 절연층이 배치될 수 있다. 상기 절연층은 유기막 및/또는 무기막으로 형성될 수 있으며, 몇몇 실시예에서 보호층 및 평탄화층 각각은 다중막 구조를 가질 수도 있다.
제1 보호층(152)은 질화규소 또는 산화규소 등의 무기 절연 물질일 수 있다. 제1 보호층(152)은 하부에 형성된 배선 및 전극들이 유기 물질과 직접 접촉하는 것을 방지한다. 제1 보호층(152) 상에는 평탄화층(160)이 배치될 수 있다. 평탄화층(160)은 유기 물질을 포함하여 이루어질 수 있다. 평탄화층(160)은 제1 베이스 기판(101) 상에 적층된 복수의 구성요소들의 높이를 균일하게 만들 수 있다. 평탄화층(160) 상에는 제2 보호층(153)이 배치될 수 있다. 제2 보호층(153)은 평탄화층(160)으로부터 유출되는 유기물에 의한 액정층(300)의 오염을 방지하여 화면 구동시 초래할 수 있는 잔상과 같은 불량을 방지할 수 있다.
제1 보호층(152), 평탄화층(160), 및 제2 보호층(153)을 포함하는 절연층에는 제1 내지 제3 드레인 전극(114, 124, 134) 및 기준 전압 전극(142)의 일부가 노출되도록 컨택홀(contact hole)이 형성된다. 구체적으로, 제1 컨택홀(171)은 제1 드레인 전극(114)의 일부가 노출되도록 형성되고, 제2 컨택홀(172)은 제2 드레인 전극(124)의 일부가 노출되도록 형성되며, 제3 컨택홀(173)은 제3 드레인 전극(134) 및 기준 전압 전극(142)의 일부가 노출되도록 형성된다.
제2 보호층(153) 상 및 제1 내지 제3 컨택홀(171, 172, 173)에 의해 노출된 영역에는 제1 부화소 전극(180a)과 제2 부화소 전극(180b)을 포함하는 화소 전극 및 컨택 전극(180c)이 배치된다. 컨택 전극(180c)은 제3 컨택홀(173)과 중첩하여 형성되어, 제3 컨택홀(173)에 의해 노출된 기준 전압 전극(142)과 제3 드레인 전극(134)을 접촉시키는 역할을 한다. 컨택 전극(180c)은 제1 및 제2 부화소 전극(180a, 180b)과 동일한 물질로 일체의 공정을 통해 형성될 수 있다.
화소 전극은 복수의 각 화소 영역(PX)에 대응하여 배치되며, 화소 영역(PX)의 평면상 면적 대부분을 차지할 수 있다. 또 상기 화소 전극은 제2 기판(200) 상에 배치된 공통 전극(280)과 함께 전계를 형성하여 그 사이에 개재된 액정층(300) 내 액정 분자(LC)의 배향 방향을 제어할 수 있다. 상기 화소 전극은 투명 전극일 수 있다. 상기 투명 전극을 형성하는 물질의 예로는 인듐 틴 옥사이드(indium tin oxide), 인듐 징크 옥사이드(indium zinc oxide) 등을 들 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 상기 화소 전극은 상호 제2 방향(Y)으로 이격되어 있는 제1 부화소 전극(180a) 및 제2 부화소 전극(180b)을 포함한다.
제1 부화소 전극(180a)은 전체적으로 대략 사각형 형상이며, 슬릿 패턴을 갖는 패턴 전극일 수 있다. 구체적으로, 제1 부화소 전극(180a)은 제1 중심 전극(181a), 제1 중심 전극(181a)으로부터 연장되어 형성된 복수의 제1 가지 전극(182a), 제1 부화소 전극(180a)의 테두리 부분에 위치하며, 복수의 제1 가지 전극(182a)을 서로 연결하는 제1 연결 전극(183a), 및 제1 연결 전극(183a)으로부터 돌출된 제1 돌출 전극(184a)을 포함한다.
제1 중심 전극(181a)은 대략 십자(十)자 형상으로 형성되고, 제1 가지 전극(182a)은 십자 형상의 제1 중심 전극(181a)으로부터 기울어진 방향, 예컨대 대략 45°방향으로 방사형을 이루며 뻗어있을 수 있다. 따라서, 제1 부화소 전극(180a)은 제1 중심 전극(181a)에 의해 분할되고 각각 제1 가지 전극(182a)의 방향성이 서로 다른 네 개의 도메인 영역을 가질 수 있다. 본 명세서에서, 좌상에 위치한 도메인부터 시계 방향으로 각각 제1 내지 제4 도메인(D1, D2, D3, D4)으로 지칭한다. 도메인 영역들(D1~D4)은 액정 분자(LC)의 방향자 역할을 하여 구동시 액정 분자(LC)의 배향 방향을 서로 상이하게 만드는 영역을 형성한다. 이를 통해 액정 제어력이 향상되면서 시야각이 증가하고 텍스쳐가 감소함은 물론 투과율 및 응답 속도가 향상된다.
방사형으로 뻗은 제1 가지 전극(182a)들의 적어도 일부는 제1 가지 전극(182a)의 말단을 서로 연결하는 제1 연결 전극(183a)을 통해 서로 연결될 수 있다. 또한, 제1 부화소 전극(180a)의 하측에는 넓은 면적을 갖는 제1 돌출 전극(184a)이 형성되어 제1 컨택홀(171)을 통해 제1 드레인 전극(114)과 안정적으로 접촉할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제1 부화소 전극(180a)은 하이 화소에 대응된다.
제2 부화소 전극(180b)은 제2 중심 전극(181b), 제2 중심 전극(181b)으로부터 연장되어 형성된 복수의 제2 가지 전극(182b), 및 제2 부화소 전극(180b)의 테두리 부분에 위치하며, 복수의 제2 가지 전극(182b)을 서로 연결하는 제2 연결 전극(183b), 및 제2 연결 전극(183b)으로부터 돌출된 제2 돌출 전극(184b)을 포함하며, 전체적으로 대략 제1 부화소 전극(180a)과 동일한 형상 및 구성요소를 포함한다. 다만, 제2 부화소 전극(180b)은 가로 길이에 비해 세로 길이가 더 긴 직사각형 형상이고, 제1 부화소 전극(180a)보다 평면상 면적이 더 클 수 있다. 예를 들어, 제1 부화소 전극(180a)과 제2 부화소 전극(180b)의 평면상 면적 비는 약 1:2 내지 1:10일 수 있다.
제2 부화소 전극(180b)의 상측에는 넓은 면적을 갖는 제2 돌출 전극(184b)이 형성되어 제2 컨택홀(172)을 통해 제2 드레인 전극(124)과 안정적으로 접촉할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제2 부화소 전극(180b)은 로우 화소에 대응된다.
다만, 이러한 제1 및 제2 부화소 전극(180a, 180b)의 형상은 하나의 예시에 불과하며, 몇몇 실시예는 게이트 라인 및 데이터 라인에 대해 꺾인 형태로 배치되거나, 다양한 가지 전극 형상으로 변형될 수 있고, 하나의 화소 영역 내에 하나의 화소 전극만이 배치될 수도 있다.
한편, 제1 베이스 기판(101), 복수의 박막 트랜지스터, 화소 전극(180a, 180b) 및 복수의 보호막/절연막을 포함하는 제1 기판(100) 상에는 전면에 걸쳐 제1 배향층(411) 및 제1 광 경화층(412)이 배치된다. 제1 배향층(411) 및 제1 광 경화층(412)에 관한 구체적인 설명은 도 5와 함께 후술된다.
이어서 제2 기판(200)에 대하여 설명하면, 제2 기판(200)은 제2 베이스 기판(201), 차광 부재(210), 컬러 필터(230), 오버 코트층(260), 및 공통 전극(280) 등을 포함한다.
제2 베이스 기판(201)은 제1 베이스 기판(101)과 같은 투명 절연기판일 수 있다. 제2 베이스 기판(201) 상에는 차광 부재(210)가 배치된다. 차광 부재(210)는 예를 들어 블랙 매트릭스(black matrix)일 수 있다. 차광 부재(210)는 복수의 화소 영역(PX) 간의 경계 영역, 즉 데이터 라인들(DLj, DLj+1)과 중첩하는 영역 및 제1 내지 제3 스위칭 소자와 게이트 라인(GLi)과 중첩하는 영역에 배치될 수 있으며, 차광 부재(210)에 의해 구획된 화소 영역(PX)들 간의 경계에서 발생할 수 있는 의도치 않은 혼색 또는 빛 샘 불량을 억제할 수 있다.
차광 부재(210) 상에는 화소 영역(PX)의 적어도 일부와 중첩하도록 컬러 필터(230)가 배치될 수 있다. 컬러 필터(230)는 특정 파장대의 광을 선택적으로 투과시킬 수 있다. 컬러 필터(230)는 이웃하는 두 개의 데이터 라인들(DLj, DLj+1) 사이에 배치될 수 있으며, 인접하는 각 화소 영역(PX) 마다 서로 다른 파장대의 광을 투과시키는 컬러 필터들이 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 화소 영역에는 적색 컬러 필터가, 상기 제1 화소 영역과 인접한 제2 화소 영역에는 녹색 컬러 필터가 배치될 수 있다. 도 3 및 도 4는 컬러 필터(230)가 제2 기판(200)에 배치된 구조를 예시하고 있으나, 몇몇 실시예는 컬러 필터가 제1 기판의 박막 트랜지스터 상부에 배치된 컬러 필터 온 어레이(color filter on array) 구조일 수 도 있다.
차광 부재(210) 및 컬러 필터(230) 상에는 제2 베이스 기판(201) 전면에 걸쳐 오버 코트층(260)이 배치된다. 오버 코트층(260)은 차광 부재(210)가 제2 베이스 기판(201)으로부터 이탈하여 위치가 어긋나는 것을 방지하고, 컬러 필터(230)로부터 유출되는 안료 입자에 의한 잔상을 억제하며, 제2 베이스 기판(201) 상에 적층된 구성요소들의 높이를 균일하게 만들 수 있다.
오버 코트층(260) 상에는 공통 전극(280)이 배치된다. 공통 전극(280)은 상기 화소 전극과 같은 투명 전극일 수 있다. 공통 전극(280)은 각 화소 영역(PX)들에서 일부분을 제외한 대부분의 영역과 중첩되어 배치될 수 있다.
한편, 제2 베이스 기판(201), 차광 부재(210), 컬러 필터(230), 오버 코트층(260), 및 공통 전극(280)을 포함하는 제2 기판(200) 상에는 전면에 걸쳐 제2 배향층(421) 및 제2 광 경화층(422)이 배치된다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 배향층들 및 상기 광 경화층들에 관하여 자세히 설명한다.
도 5는 도 3의 Ⅴ-Ⅴ' 선을 따라 절개한 단면도이다. 도 5는 액정 표시 장치에 전계를 인가하지 않은 초기 상태에서의 액정 분자들의 배향 상태를 개략적으로 도시한다.
도 5를 참조하면, 제1 기판(100)의 제1 배향막은 소정의 두께(t1')를 갖는 제1 배향층(411) 및 제1 배향층(411) 상에 배치된 제1 광 경화층(412)을 포함한다. 상기 제1 배향막은 수직 배향형 배향막일 수 있다.
제1 배향층(411)은 주쇄의 반복 단위 내에 이미드기(-CONHCO-)를 포함하고, 측쇄에 알킬기, 말단이 알킬기로 치환된 탄화수소 유도체, 말단이 사이클로알킬기로 치환된 탄화수소 유도체, 말단이 방향족 탄화수소로 치환된 탄화수소 유도체 중 적어도 하나의 수직 배향기가 도입된 고분자 물질, 예컨대 폴리이미드를 포함하는 수직 배향형 배향층일 수 있다. 제1 배향층(411) 내 상기 수직 배향기에 의해 액정층(300) 내 액정 분자(LC)들의 수직 배향이 유도될 수 있다.
제1 배향층(411)의 폴리이미드의 측쇄 중 적어도 일부는 상기 수직 배향기 외에 중합 개시제로 치환된 측쇄를 더 포함할 수 있다. 상기 중합 개시제는 광 중합 개시제일 수 있다. 이 경우, 상기 광 중합 개시제는 자외선을 흡수하여 라디칼로 분해되어 중합 반응을 촉진시킬 수 있으며, 중합 개시제의 농도가 높을수록 후술할 메조겐 중합체가 형성되는 정도가 많아질 수 있다.
예를 들어 상기 중합 개시제는 아세토페논, 벤조인, 벤조페논, 디에톡시 아세토페논, 페닐레톤(phenyletone), 티옥산톤(thioxanthone), 2-히드록시-2-메틸-1-페닐프로판-1-온, 벤질 디메틸 타르, 4-(2-히드록시 에톡시)페닐-(2-히드록시)-2-프로필 케톤, 1-히드록시시클로헥실페닐케톤, o-벤조일 안식향산 메틸, 4-페닐 벤조페논, 4-벤조일-4'-메틸-디페닐 황화물, (4-벤조일 벤질)트리메틸 암모늄 염화물, 비스(2,4,6-트리메틸벤조일)-페닐 포스핀 옥시드, 디페닐(2,4,6-트리메틸벤조일)-포스핀 옥시드, 2-히드록시 메틸프로피온니트릴, 2,2'-{아조비스(2-메틸-N-[1,1'-비스(히드록시메틸)-2-히드록시에틸)프로피온 아미드], 아크릴산 [(2-메톡시-2-페닐-2-벤조일)-에틸] 에스테르, 페닐 2-아크릴로일옥시-2-프로필 케톤, 페닐2-메타크릴로일옥시-2-프로필 케톤, 4-이소프로필페닐 2-아크릴로일옥시-2-프로필 케톤, 4-클로로페닐 2-아크릴로일옥시-2-프로필 케톤, 4-도데실페닐 2-아크릴로일옥시-2-프로필케톤,4-메톡시페닐 2-아크릴로일옥시-2-프로필 케톤,4-아크릴로일옥시페닐 2-하이드록시-2-프로필 케톤, 4-메타크릴로일옥시페닐 2-하이드록시-2-프로필 케톤, 4-(2-아크릴로일옥시에톡시)-페닐 2-하이드록시-2-프로필 케톤, 4-(2-아크릴로일옥시디에톡시)-페닐 2-하이드록시-2-프로필 케톤, 4-(2-아크릴로일옥시에톡시)-벤조인, 4-(2-아크릴로일옥시에틸티오)-페닐 2-하이드록시-2-프로필케톤, 4-N,N'-비스-(2-아크릴로일옥시에틸)-아미노페닐 2-하이드록시-2-프로필 케톤, 4-아크릴로일옥시페닐 2-아크릴로일옥시-2-프로필 케톤, 4-메타크릴로일옥시페닐 2-메타크릴로일옥시-2-프로필 케톤, 4-(2-아크릴로일옥시에톡시)-페닐 2-아크릴로일옥시-2-프로필 케톤, 4-(2-아크릴로일옥시디에톡시)-페닐 2-아크릴로일옥시-2-프로필케톤, 디벤질케톤(dibenzylketone), 벤조인알킬에테르,벤조인메틸 에테르(benzoin methyl ether), 벤조인 에틸 에테르(benzoin ethyl ether), 벤조인 이소프로필 에테르, 벤조인 이소부틸 에테르, 디알킬아세토페논(dialkyl acetophenone), 하이드록실 알킬케톤(hydroxyl alkylketone), 페닐글리옥실레이트(phenyl glyoxylate), 벤질디메틸케탈(Benzyl Dimethyl Ketal), 아실포스핀(acylphosphine), 알파-아미노케톤(α-aminoketone) 중 하나 또는 이들의 조합을 예시할 수 있다. 다만, 상기 중합 개시제가 이들만으로 제한되는 것이 아님은 물론이다.
몇몇 실시예에서, 제1 배향층(411)의 폴리이미드의 측쇄 중 적어도 일부는 수직 배향기 및 중합 개시제 외에 이온 포착체로 치환된 측쇄를 더 포함할 수도 있다. 상기 이온 포착체는 양이온 포착체 또는 음이온 포착체일 수 있다. 상기 이온 포착체는 액정층(300) 내의 이온 불순물을 포획하여 액정 표시 장치의 전압 보전율을 개선할 수 있다.
제1 배향층(411)의 상부에는 적어도 부분적으로 제1 광 경화층(412)이 형성된다. 제1 광 경화층(412)은 광 경화제 단분자들이 서로 중합되거나, 또는 상기 광 경화제 단분자들이 제1 배향층(411) 내 수직 배향기와 화학적으로 결합되어 있는 고분자 화합물(compound)이 미세 돌기 형태로 발현되어 제1 배향층(411) 표면을 전반적으로 뒤덮고 있는 층일 수 있다. 상기 광 경화제는 반응성 메조겐(reactive mesogen)이고, 상기 고분자 화합물은 반응성 메조겐의 중합체일 수 있다. 상기 반응성 메조겐은 액정 성질을 발현하기 위한 메조겐기(또는 메조겐 구조)를 포함하되 고분자화를 위한 중합 가능한 말단기를 갖는 화합물로서, 가교성 저분자 또는 고분자를 의미하며, 특정 파장의 광 및/또는 열을 흡수하면 중합 반응 등의 화학 반응을 일으킬 수 있다. 상기 메조겐기는 사이클로헥실(cyclohexyl), 바이페닐(biphenyl), 터페닐(terphenyl), 나프탈렌(naphthalene) 등을 예시할 수 있고, 상기 중합 가능한 말단기는 (메타)아크릴레이트((meth)acrylate), 비닐(vinyl), 비닐옥시(vinyloxy), 에폭시(epoxy) 등을 예시할 수 있다. 또한, 상기 반응성 메조겐은 막대형, 바나나형, 보드형, 또는 디스크형 구조를 가질 수 있다. 제1 광 경화층(412)을 형성하는 메조겐 중합체들은 소정의 기울기를 가지고 경화될 수 있으며, 제1 광 경화층(412)은 상기 메조겐 중합체들과 인접 액정 분자들 간의 상호 작용힘(interaction force) 및/또는 물리적인 힘에 의해 액정 분자들의 배향에 영향을 미칠 수 있다.
마찬가지로 제2 기판(200)의 제2 배향막은 제1 배향층(411)의 두께(t1')보다 얇은 제2 두께(t2')를 갖는 제2 배향층(421) 및 제2 배향층(421) 상에 배치된 제2 광 경화층(422)을 포함하며, 상기 제2 배향막 역시 수직 배향형 배향막일 수 있다.
제2 배향층(421)은 제1 배향층(411)과 실질적으로 동일한 고분자 물질, 즉 측쇄 중 적어도 일부가 수직 배향기, 중합 개시제, 및/또는 이온 포착체로 치환되고, 주쇄의 반복 단위 내에 이미드기를 포함하는 폴리이미드를 포함하여 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제1 배향층(411)과 제2 배향층(421)은 완전히 고분자 동일한 물질로 이루어지거나, 또는 적어도 동일한 고분자 물질을 포함하여 이루어질 수 있다.
제2 배향층(421)의 상부에는 적어도 부분적으로 제2 광 경화층(422)이 형성된다. 제2 광 경화층(422) 또한 제1 광 경화층(412)과 실질적으로 동일한 화합물, 즉 동일한 광 경화제를 포함하는 단분자들이 서로 중합되거나, 또는 상기 단분자들이 제2 배향층(421) 내 수직 배향기와 화학적으로 결합되어 있는 고분자 화합물이 미세 돌기 형태로 발현되어 제2 배향층(421) 표면을 전반적으로 뒤덮고 있는 층일 수 있다. 다만, 제2 광 경화층(422)을 형성하는 미세 돌기(메조겐 중합체)들의 크기 및/또는 단위 면적당 개수(밀도)는 제1 광 경화층(412)을 형성하는 미세 돌기들의 크기보다 작거나, 및/또는 단위 면적당 개수에 비해 더 적을 수 있다. 이는, 제2 광 경화층(422)을 형성하는 고분자 화합물의 중합된 정도, 단위 면적당 함량, 또는 절대적인 양(amount)이 제1 광 경화층(412)을 형성하는 고분자 화합물에 비해 더 적음을 의미할 수 있다. 또, 제2 광 경화층(422)을 구성하는 제2 배향층(421)의 수직 배향기와 고분자 화합물들은 제1 광 경화층(412)의 수직 배향기 및 고분자 화합물들과 동일하거나, 더 작은 기울기를 가지고 경화될 수 있다.
액정층(300)은 제1 광 경화층(412) 표면에 인접한 제1 액정 분자(301)들과, 제2 광 경화층(422) 표면에 인접한 제2 액정 분자(302)들을 포함한다. 제1 및 제2 광 경화층(412, 422)이 소정의 기울기를 가지고 경화되기 때문에, 제1 및 제2 광 경화층(412, 422)에 의해 배향되는 제1 및 제2 액정 분자(301, 302)들은 초기 배향 상태에서 선경사(pre-tilt) 각도를 유지할 수 있다. 그 결과 액정 표시 장치의 구동을 위해 전계가 형성될 때 액정 분자들이 선경사 방향으로 기울어져, 액정 표시 장치의 응답 속도가 향상될 수 있다. 본 명세서에서, 초기 배향 상태는 제1 기판과 제2 기판 사이에 전계가 형성되지 않은 상태, 또는 제1 기판과 제2 기판에 실질적으로 동일한 전압이 인가된 상태를 의미하고, 선경사 각도 또는 선경사각은 제1 기판 또는 제2 기판의 표면 상의 가상의 접선에 대해 액정 분자의 장축이 형성하는 예각의 크기를 의미하며, 예를 들어 액정 분자가 표면에 대해 완전히 수직 배향될 경우 상기 액정 분자의 선경사각은 90°이다.
구체적으로, 제1 광 경화층(412)에 인접한 제1 액정 분자(301)들은 대략 제1 선경사각(θ1)을 가지고 배향되고, 제2 광 경화층(422)에 인접한 제2 액정 분자(302)들은 제1 선경사각(θ1)보다 큰 대략 제2 선경사각(θ2)을 가지고 배향된다. 즉, 제2 기판(200)에 인접한 제2 액정 분자(302)들은 제1 기판(100)에 인접한 제1 액정 분자(301)들에 비해 수직 배향될 수 있다. 예를 들어, 제2 선경사각(θ2)은 제1 선경사각(θ1)에 비해 1° 이상 클 수 있다.
이는, 제1 광 경화층(412)을 형성하는 메조겐 중합체들의 크기 및/또는 밀도가, 제2 광 경화층(422)을 형성하는 메조겐 중합체들의 크기 및/또는 밀도에 비해 더 크기 때문에, 제1 및 제2 광 경화층(412, 422)에 인접한 제1 및 제2 액정 분자(301, 302)들에 선경사를 형성하기 위한 메조겐 중합체와 액정 분자 간의 상호 작용힘(interaction force) 또는 물리적인 힘이 제1 광 경화층(412)과 제1 액정 분자(301) 사이에서 더 크기 때문일 수 있다. 또는, 제2 광 경화층(422)을 형성하는 메조겐 중합체들은 제1 광 경화층(412)을 형성하는 메조겐 중합체들에 비해 더 작은 기울기를 가지고 경화되기 때문일 수 있다.
액정 표시 장치에 전계가 인가되지 않은 초기 상태에서, 하부 기판 표면에 인접한 제1 액정 분자(301)에 소정의 선경사를 형성하고, 상부 기판 표면에 인접한 제2 액정 분자(302)의 선경사를 더 크게 형성하거나, 또는 실질적으로 수직 배향함으로써, 제1 액정 분자(301)들과 제2 액정 분자(302)들의 배향 방향의 충돌로 인해 발생하는 얼룩 내지 암부를 개선할 수 있는 효과가 있다.
한편, 제1 도메인(D1) 내에 위치하는 액정 분자들과 제2 도메인(D2) 내에 위치하는 액정 분자들은 서로 선경사 방향이 상이하다. 예를 들어, 제1 도메인(D1) 내의 액정 분자들은 도 3의 평면도 상 우하 방향(도 5의 단면도 상 우측)으로 경사져 배향되는 반면, 제2 도메인(D2) 내의 액정 분자들은 대응하는 제1 도메인(D1) 내의 액정 분자들과 실질적으로 동일한 크기를 갖되 방향이 상이하게, 즉 도 3 의 평면도 상 좌하 방향(도 5의 단면도 상 좌측)으로 경사져 배향될 수 있다. 이처럼, 액정 분자들의 배향 방향이 상이한 도메인을 형성하여 시야각을 향상시킴과 동시에 응답 속도를 향상시킬 수 있음은 전술한 바와 같다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법을 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 공정을 나타낸 순서도이다. 도 7 내지 도 13은 도 6의 제조 공정을 단계별로 나타낸 단면도들이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 우선 제1 베이스 기판(101) 상에 게이트 배선층(미도시), 게이트 절연막(151), 데이터 배선층(미도시), 제1 및 제2 보호층(152, 153), 평탄화층(160), 및 화소 전극(181a, 182a)을 형성하여 제1 기판을 준비한다(S110). 다음으로, 제2 베이스 기판(201) 상에 차광 부재(210), 컬러 필터(230), 오버 코트층(260), 및 공통 전극(280)을 형성하여 제2 기판을 준비한다(S130). 제1 기판(100)은 하부 표시 기판일 수 있고, 제2 기판(200)은 상부 표시 기판일 수 있다. 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 내에 포함된 구성요소들의 배치 및 형상은 도 3 내지 도 5와 함께 전술한 바 있으므로 구체적인 설명은 생략한다.
다음으로, 상기 제1 기판 상에 제1 배향제(410)를 제1 두께(t1)로 형성한다(S120). 제1 배향제(410)는 배향제 조성물을 기판 상에 도포하는 방법을 통해 형성될 수 있다. 예를 들어 스핀 코팅, 슬릿 코팅 등을 예시할 수 있으나 이에 국한되지는 않는다. 제1 배향제(410)를 구성하는 배향제 조성물은 주쇄의 반복 단위 내에 이미드기를 포함하고, 측쇄가 수직 배향기, 중합 개시제, 및/또는 이온 포착체로 치환된 폴리이미드, 광 경화제(10), 및 소정의 용매를 포함하여 이루어질 수 있다.
다음으로, 상기 제2 기판 상에 제2 배향제(420)를 제1 두께(t1)보다 얇은 제2 두께(t2)로 형성한다(S140). 제2 배향제(420)는 배향제 조성물을 기판 상에 도포하는 방법을 통해 형성될 수 있다. 제2 배향제(420)를 구성하는 배향제 조성물은 제1 배향제(410)를 형성하는 배향제 조성물과 실질적으로 동일한 물질을 포함하여 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제2 배향제(420)를 구성하는 배향제 조성물은 제1 배향제(410)를 구성하는 배향제 조성물과 동일한 폴리이미드 화합물 및 동일한 광 경화제(10)를, 동일한 조성으로 포함하는 동일 조성물일 수 있다.
이 경우, 제1 배향제(410)와 제2 배향제(420) 내에 포함된 광 경화제(10)와 폴리이미드의 상대적인 조성 및 농도는 실질적으로 동일함에도 불구하고, 제1 두께(t1)를 갖는 제1 배향제(410)가 제2 두께(t2)를 갖는 제2 배향제(420)에 비해 더 많은 양으로 도포되기 때문에 제1 배향제(410) 내에 포함된 광 경화제(10)의 절대적인 양은 제2 배향제(420) 내에 포함된 광 경화제(10)의 양보다 많다. 또, 제1 배향제(410) 내에 포함된 폴리이미드의 양은 제2 배향제(420) 내에 포함된 폴리이미드의 양보다 많기 때문에, 상기 폴리이미드의 측쇄에 도입된 중합 개시제의 함량 역시 제1 배향제(410)가 더 높다.
이어서 도 6 내지 도 8을 참조하면, 상기 제1 기판 상에 형성된 제1 배향제(410)와 상기 제2 기판 상에 형성된 제2 배향제(420)를 경화(curing)한다(S150). 제1 배향제(410)와 제2 배향제(420)를 경화하는 단계는 한번 이상의 열처리를 포함한다. 예를 들어, 제1 배향제와 제2 배향제를 경화하는 단계(S150)는 제1 및 제2 배향제를 1차 경화하는 단계(이하, 1차 경화 단계), 및 제1 및 제2 배향제를 2차 경화하는 단계(이하, 2차 경화 단계)를 포함할 수 있다.
상기 1차 경화 단계는 선경화(pre cure)하는 단계일 수 있고, 상기 2차 경화 단계는 본경화(main cure) 또는 후경화(post cure)하는 단계일 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제1 배향제와 제2 배향제를 경화하는 단계(S150)는 상기 1차 경화 단계와 상기 2차 경화 단계가 순차적으로 이루어질 수 있으나, 몇몇 실시예는 1차 경화 단계와 2차 경화 단계가 별도의 구분 없이 실질적으로 연속적으로 이루어질 수도 있다.
상기 1차 경화 단계는 상기 배향제 내에 포함된 용매를 제거하는 단계일 수 있다. 상기 1차 경화 단계에서 경화 온도는 약 50 내지 100 ℃ 이거나, 약 60 내지 75 ℃일 수 있다. 또한, 상기 1차 경화하는 단계는 약 60 내지 300초 동안 수행되거나, 약 70 내지 120초 동안 수행될 수 있다.
상기 2차 경화 단계는 상기 제1 및 제2 배향제(410, 420) 내에 포함된 고분자 단량체, 또는 고분자 전구체의 중합이 실질적으로 완료되는 단계일 수 있다. 상기 2차 경화 단계는 상기 1차 경화 단계보다 더 높은 온도에서, 더 긴 시간 동안 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 2차 경화 단계에서 경화 온도는 약 150 내지 270 ℃ 이거나, 약 170 내지 230 ℃일 수 있다. 또한, 상기 2차 경화하는 단계는 약 500 내지 1500초 동안 수행되거나, 약 700 내지 1300초 동안 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법은 제1 배향제 및 제2 배향제를 경화하는 단계(S150)에서, 제1 기판 상의 제1 배향제(410)를 1차 경화하는 단계의 공정 조건(예를 들어 경화 온도, 경화 시간 등)과 제2 기판 상의 제2 배향제(420)를 1차 경화하는 단계의 공정 조건이 실질적으로 동일하고, 제1 배향제(410)를 2차 경화하는 단계의 공정 조건과 제2 배향제(420)를 2차 경화하는 단계의 공정 조건이 실질적으로 동일할 수 있다. 예를 들어, 제1 배향제(410)와 제2 배향제(420)는 일회의 공정을 통해 동시에 1차 경화되거나, 또는 동일 챔버 내에서 동시에 1차 경화되고, 제1 배향제(410)와 제2 배향제(420)는 일회의 공정을 통해 동시에 2차 경화되거나, 또는 동일 챔버 내에서 동시에 2차 경화될 수 있다.
제1 배향제 및 제2 배향제를 경화하는 단계(S150)에서, 제1 배향제(410)는 광 경화제(10)를 포함하는 제1 배향층(411)을 형성하고 제2 배향제(420)는 광 경화제(10)를 포함하는 제2 배향층(421)을 형성한다. 구체적으로, 배향제 내 포함되어 있던 용매의 적어도 일부가 제거되어 제1 배향제(410)는 제3 두께(t1')를 갖는 제1 배향층(411)을 형성하고, 제2 배향제(420)는 제3 두께(t1')보다 얇은 제4 두께(t2')를 갖는 제2 배향층(421)을 형성한다.
제1 배향제(410) 및 제2 배향제(420)가 동일한 물질을 포함하여 이루어진 경우, 제1 배향층(411) 내에 잔존하는 폴리이미드 화합물과 제2 배향층(421) 내에 잔존하는 폴리이미드 화합물은 실질적으로 동일할 수 있다. 즉, 제1 및 제2 배향층(411, 421)은 각각 주쇄의 반복 단위 내에 이미드기를 포함하고, 측쇄에 알킬기, 말단이 알킬기로 치환된 탄화수소 유도체, 말단이 사이클로알킬기로 치환된 탄화수소 유도체, 말단이 방향족 탄화수소로 치환된 탄화수소 유도체 중 적어도 하나의 수직 배향기가 도입된 폴리이미드를 포함하는 수직 배향형 배향층일 수 있다. 또, 제1 및 제2 배향층(411, 421)의 폴리이미드의 측쇄 중 적어도 일부는 상기 수직 배향기 외에 중합 개시제 및/또는 이온 포착체를 포함할 수 있다.
아울러, 제1 배향제 및 제2 배향제를 경화하는 단계(S150)에서, 제1 배향제(410)에 포함된 광 경화제(10) 및 제2 배향제(420)에 포함된 광 경화제(10)의 적어도 일부는 소실되거나, 또는 적어도 일부는 열 중합되어 소실될 수 있다. 전술한 바와 같이, 제1 배향제(410) 내에 포함된 광 경화제(10)의 절대적인 양은 제2 배향제(420) 내에 포함된 광 경화제(10)의 양보다 많기 때문에 광 경화제(10)의 일부가 소실된 후에도 제1 배향층(411) 내에 포함된 광 경화제(10)의 양은 제2 배향층(421) 내에 포함된 광 경화제(10)의 양보다 많을 수 있다.
기타 제1 배향층(411) 및 제2 배향층(421)에 관한 설명은 도 3 내지 도 5와 함께 전술한 바 있으므로 구체적인 설명은 생략한다.
도 6 내지 도 9를 참조하면, 제1 배향층(411)이 형성된 제1 기판과 제2 배향층(421)이 형성된 제2 기판 사이에 액정층(300)을 개재하고, 상기 양 기판을 합착한다(S160). 이 경우, 액정 적하 공정을 통해 액정 조성물을 개재한 후 양 기판이 합착될 수 있으나, 양 기판 합착 후 액정 주입 공정이 사용될 수도 있다.
액정층(300) 내 액정 분자들은 제1 배향층(411) 표면에 인접한 제1 액정 분자(301)들과 제2 배향층(421) 표면에 인접한 제2 액정 분자(302)들을 포함한다. 전계가 형성되지 않은 초기 상태에서 액정 분자들, 특히 제1 액정 분자(301)들과 제2 액정 분자(302)들은 각각 제1 및 제2 배향층(411, 421)의 수직 배향기에 의해 실질적으로 수직 배향될 수 있다. 한편, 제1 배향층(411) 내 포함된 광 경화제(10)의 적어도 일부는 액정층(300) 내로 유출되어 제1 기판(100) 근방에 위치하고, 제2 배향층(421) 내 포함된 광 경화제(10)의 적어도 일부는 액정층(300) 내로 유출되어 제2 기판(200) 근방에 위치할 수 있다.
도면에 도시하지 않았지만 몇몇 실시예는, 액정층 형성 후 액정 분자들의 퍼짐성 및 균일성을 향상시키고 배향층 내 포함된 광 경화제(10)의 유출을 촉진시키기 위해 어닐링(annealing) 공정을 더 수행할 수도 있다.
이어서 도 6 내지 도 10을 참조하면, 액정 표시 장치의 제1 기판과 제2 기판 사이에 전계를 형성한다(S170). 예를 들어, 액정층(300) 내 액정 분자들이 음의 유전율 이방성을 가질 경우, 액정층(300)에 전계가 인가되면 액정 분자들은 장축이 전기장에 수직한 방향으로 기울어질 수 있다. 특히, 액정 분자들이 기울어짐에 따라, 제1 및 제2 배향층(411, 421)을 구성하는 폴리이미드의 측쇄에 도입된 수직 배향기 및 중합 개시제는 제1 및 제2 액정 분자(301, 302)들과 유사한 기울기로 기울어질 수 있다.
이어서 도 6 내지 도 11을 참조하면, 상기 전계가 형성된 상태에서 광을 조사한다(S180). 상기 광은 자외선일 수 있다. 도 11은 제1 기판(100) 측에서 광을 조사하는 경우를 예시하고 있으나, 상기 광은 제2 기판(200) 측에서 조사되거나, 또는 양측에서 모두 조사될 수도 있다. 광 경화제(10)가 포함된 액정층(300)에 광이 조사될 경우, 제1 및 제2 배향층(411, 421) 내의 폴리이미드의 측쇄에 도입된 중합 개시제에 의해 광 중합 반응이 유도되어 제1 배향층(411) 상에 적어도 부분적으로 제1 광 경화층(412)을 형성하고 제2 배향층(421) 상에 적어도 부분적으로 제2 광 경화층(422)을 형성할 수 있다.
광 경화제(10)는 예를 들어, 반응성 메조겐이고, 제1 및 제2 광 경화층(412, 422)은 상기 반응성 메조겐들이 서로 중합되거나, 또는 상기 반응성 메조겐들이 배향층 내 수직 배향기와 화학적으로 결합되어 있는 메조겐 중합체(고분자 화합물)들이 미세 돌기 형태로 발현되어 제1 및 제2 배향층(411, 421) 표면을 전반적으로 뒤덮고 있는 층일 수 있다.
다만, 제2 광 경화층(422)을 형성하는 미세 돌기들의 크기와 단위 면적당 개수는 제1 광 경화층(412)을 형성하는 미세 돌기들의 크기보다 작거나, 단위 면적당 개수에 비해 더 적을 수 있다. 또, 제2 광 경화층(422)을 구성하는 제2 배향층(421)의 수직 배향기와 메조겐 중합체들은 제1 광 경화층(411)의 수직 배향기 및 메조게 중합체들과 동일하거나, 더 작은 기울기를 가지고 경화될 수 있다. 이는 제1 배향층(411) 내에 포함되어 있던 광 경화제(10), 즉 반응성 메조겐 단량체의 양이 제2 배향층(421) 내에 포함되어 있던 광 경화제(10)의 양보다 많아서 중합이 더 많이 진행되기 때문일 수 있다. 또는, 제1 배향층(411) 내의 폴리이미드의 측쇄에 도입된 중합 개시제의 함량이 제2 배향층(421) 내의 폴리이미드 측쇄에 도입된 중합 개시제의 함량보다 많아서 중합이 더 많이 진행되기 때문일 수 있다.
도 12는 경사(tilt)된 제1 광 경화층(412) 및 제2 광 경화층(422)에 의해 제1 및 제2 액정 분자(301, 302)의 배향 방향이 고정 내지 안정화되어 전계가 형성되지 않은 상태에서도 선경사각(pre-tilt angle)을 유지함을 나타낸 도면이다. 이 경우, 제1 액정 분자(301)의 선경사 각도와 제2 액정 분자(302)의 선경사 각도는 상이하다. 즉, 전계가 형성되지 않은 상태에서, 제1 액정 분자(301)들은 제1 선경사각(θ1)을 가지고 있는 반면, 제2 액정 분자(302)들은 제1 선경사각(θ1)보다 큰 제2 선경사각(θ2)을 가져, 제1 액정 분자(301)들에 비해 수직 배향될 수 있다.
이는 제1 광 경화층(412)을 형성하는 메조겐 중합체들이 제1 액정 분자(301)들에 미치는 힘이 제2 광 경화층(422)을 형성하는 메조겐 중합체들이 제2 액정 분자(302)들에 미치는 힘보다 크기 때문에, 제1 액정 분자(301)들은 메조겐 중합체들과 같은 기울기를 유지하는 반면, 제2 액정 분자(302)들은 수직 배향 상태로 원복되려는 경향이 크기 때문일 수 있다. 또는, 제2 광 경화층(422)을 형성하는 메조겐 중합체들은 제1 광 경화층(412)을 형성하는 메조겐 중합체들에 비해 더 작은 기울기를 가지고 경화되기 때문에 제1 액정 분자(301)들 및 제2 액정 분자(302)들 역시 그에 상응하는 기울기를 갖기 때문일 수도 있다.
이어서 도 6 내지 도 13을 참조하면, 전계가 형성되지 않은 상태에서 다시 한번 광을 조사하여 액정층(300) 내에 잔존하는 잔여 광 경화제(10)를 제거한다(S410). 이 경우 액정층(300) 내 제2 액정 분자(302)들은 제1 액정 분자(301)들에 비해 수직 배향된 상태를 유지하고 있을 수 있다.
이 후, 도시하지 않았지만 제1 기판(100) 및 제2 기판(200)의 양단을 구부리는 공정 단계 및 제1 기판(100)의 하부에 백라이트 유닛(미도시)을 제공하는 단계를 통해 곡면형 액정 표시 장치를 제조할 수 있다.
본 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법은 광 경화제를 포함하지 않는 액정 조성물을 이용함으로써 제조 비용을 절감시킬 수 있는 효과가 있다. 특히, 제1 배향제 조성물과 실질적으로 동일한 제2 배향제 조성물을 사용하기 때문에 배향막을 형성하기 위한 배향제 조성물의 제조, 유지, 관리 및 보관함에 있어 용이성을 제공할 수 있을 뿐만 아니라, 제1 배향제와 제2 배향제의 조성을 동일하게 하고, 동일 공정 조건 하에서 경화시킴에도 불구하고 상부 기판과 하부 기판에 상이한 선경사 각도를 형성할 수 있어 제조 비용을 절감시키고 공정 설비를 일원화할 수 있을 뿐만 아니라 공정성을 개선할 수 있다.
도 14a 및 도 14b는 배향제 도포 두께에 따른 광 경화층 표면 현미경 사진들이다. 구체적으로, 도 14a는 1차 경화 후에 배향층 및 광 경화층을 포함하는 배향막이 600 Å의 두께를 갖는 경우의 광 경화층의 표면 현미경 사진이고, 도 14b는 1차 경화 후에 배향층 및 광 경화층을 포함하는 배향막이 900 Å의 두께를 갖는 경우의 광 경화층의 표면 현미경 사진이다. 즉, 도 14b는 도 14a의 경우에 비해 더 두꺼운 두께로 배향제를 도포하여 경화한 경우를 나타낸다.
도 14a 및 도 14b를 참조하면, 배향제를 상대적으로 두껍게 형성한 경우(도 14b), 배향제를 상대적으로 얇게 형성한 경우(도 14a)에 비해 표면 상의 돌기(메조겐 중합체들)가 더 크고, 단위 면적당 개수 역시 더 많음을 확인할 수 있다.
이는 도포된 배향제의 두께가 두꺼울수록, 상기 배향제 내 포함된 반응성 메조겐 단량체의 절대적인 양이 많으며, 상기 반응성 메조겐 단량체가 중합되어 형성된 메조겐 중합체들의 크기 및 단위 면적당 개수 역시 더 많기 때문일 수 있다.
도 15는 배향제 도포 두께에 따른 평균 선경사 각도를 측정한 결과이다. 도 15의 제조예 A는 1차 경화 후에 하부 기판 상의 배향막이 750 Å의 두께를 갖고 상부 기판 상의 배향막이 900 Å의 두께를 갖는 경우이고, 제조예 B는 1차 경화 후에 하부 기판 상의 배향막과 상부 기판 상의 배향막이 모두 750 Å의 두께를 갖는 경우이고, 제조예 C는 1차 경화 후에, 하부 기판 상의 배향막이 750 Å의 두께를 갖고 상부 기판 상의 배향막이 600 Å의 두께를 갖는 경우이다. 즉, 도 15는 하부 기판에 동일한 두께로 배향제를 도포하되, 상부 기판에 상이한 두께로 배향제를 도포한 경우, 상부 기판의 배향제 도포 두께에 따른 평균 선경사 각도를 측정한 결과이다.
도 15를 참조하면, 제조예 A의 경우 액정층 내 액정 분자들의 평균 선경사각은 88.17°이고, 제조예 B의 경우 평균 선경사각은 88.81°이며, 제조예 C의 경우 평균 선경사각은 89.14°임을 확인할 수 있다. 즉, 상부 기판에 배향제 도포 두께가 얇을수록 액정층 내 액정 분자들의 평균 선경사각이 더 커짐을, 즉 수직 배향에 가까워짐을 확인할 수 있다.
제조예 A, 제조예 B 및 제조예 C에서 하부 기판에 인접한 액정 분자들의 선경사 각도는 모두 동일하지만, 상부 기판의 배향막이 얇을수록 상부 기판에 인접한 액정 분자들의 선경사 각도가 커져서 전체적인 평균 선경사각 증가에 기여하기 때문일 수 있다.
나아가, 상기 도 14a, 도 14b 및 도 15의 결과들을 비교하면, 광 경화층을 구성하는 미세 돌기, 즉 메조겐 중합체들의 양이 인접한 액정 분자의 선경사 각도에 영향을 미치는 것을 알 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 제1 기판
200 : 제2 기판
300 : 액정층
411 : 제1 배향층
412 : 제1 광 경화층
421 : 제2 배향층
422 : 제2 광 경화층

Claims (20)

  1. 일면을 포함하는 제1 기판;
    일면 및 타면을 포함하는 제2 기판으로서, 상기 제2 기판의 일면은 상기 제1 기판의 일면과 대면하는 면이고, 상기 제2 기판의 타면은 광이 출사되는 표시면인 제2 기판;
    상기 제1 기판의 일면 상에 배치되고, 고분자 물질을 포함하며, 제1 두께를 갖는 제1 배향층;
    상기 제1 배향층 상에 배치된 제1 광 경화층;
    상기 제2 기판의 일면 상에 배치되고, 상기 제1 배향층 내 고분자 물질과 동일한 고분자 물질을 포함하며, 상기 제1 두께보다 얇은 제2 두께를 갖는 제2 배향층;
    상기 제2 배향층 상에 배치된 제2 광 경화층; 및
    상기 제1 광 경화층과 상기 제2 광 경화층 사이에 개재되며, 상기 제1 광 경화층에 인접한 제1 액정 분자 및 상기 제2 광 경화층에 인접한 제2 액정 분자를 포함하는 액정층을 포함하되,
    초기 배향 상태에서, 상기 제2 액정 분자는 상기 제1 액정 분자에 비해 수직 배향된 액정 표시 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 배향층 및 상기 제2 배향층은 각각 폴리이미드를 포함하되,
    상기 폴리이미드는,
    반복 단위 내에 이미드기를 포함하는 주쇄; 및
    수직 배향기 및/또는 중합 개시제로 치환된 측쇄를 포함하고,
    상기 제1 광 경화층 및 상기 제2 광 경화층은 각각 광 경화제가 중합되어 형성된 액정 표시 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 광 경화제는 반응성 메조겐을 포함하는 액정 표시 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 광 경화층 및 상기 제2 광 경화층은 각각 상기 반응성 메조겐이 중합된 복수의 메조겐 중합체를 포함하되,
    상기 제1 광 경화층 내 상기 메조겐 중합체의 크기는, 상기 제2 광 경화층 내 상기 메조겐 중합체의 크기보다 큰 액정 표시 장치.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 광 경화층 및 상기 제2 광 경화층은 각각 상기 반응성 메조겐이 중합된 복수의 메조겐 중합체를 포함하되,
    상기 제1 광 경화층 내 상기 메조겐 중합체의 단위 면적당 개수는, 상기 제2 광 경화층 내 상기 메조겐 중합체의 단위 면적당 개수보다 많은 액정 표시 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 배향층 내 포함된 고분자 물질은 상기 제1 배향층 내 포함된 고분자 물질과 동일한 액정 표시 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 기판은 제1 베이스 기판 및 상기 제1 베이스 기판 상에 배치되는 화소 전극을 포함하고,
    상기 제2 기판은 제2 베이스 기판 및 상기 제2 베이스 기판 상에 배치되는 공통 전극을 포함하는 액정 표시 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 기판 및 상기 제2 기판은 동일한 방향으로 휘어지되,
    상기 제2 기판의 타면이 오목하게 휘어진 액정 표시 장치.
  9. 일면에 제1 두께를 가지며, 광 경화제를 포함하는 제1 배향층이 형성된 제1 기판을 준비하는 단계;
    일면에 상기 제1 배향층과 동일한 물질을 포함하고, 상기 제1 두께보다 얇은 제2 두께를 가지며, 광 경화제를 포함하는 제2 배향층이 형성된 제2 기판을 준비하는 단계;
    상기 제1 배향층과 상기 제2 배향층 사이에 액정층을 개재하는 단계; 및
    상기 액정층에 전계를 인가한 상태에서 광을 조사함으로써, 상기 광 경화제가 중합되어 상기 제1 배향층 표면 및 상기 제2 배향층 표면에 각각 제1 광 경화층 및 제2 광 경화층을 형성하는단계를 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 배향층이 형성된 제1 기판을 준비하는 단계는,
    상기 제1 기판 상에 광 경화제를 포함하는 제1 배향제를 제공하는 단계; 및
    상기 제1 배향제를 경화하여 상기 제1 배향층을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 제2 배향층이 형성된 제2 기판을 준비하는 단계는,
    상기 제2 기판 상에 상기 제1 배향제와 동일한 물질을 포함하는 제2 배향제를 제공하는 단계; 및
    상기 제2 배향제를 경화하여 상기 제2 배향층을 형성하는 단계를 포함하되,
    상기 제2 배향제를 경화하는 단계는 상기 제1 배향제를 경화하는 단계와 동일한 공정 조건을 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 제2 배향제는 상기 제1 배향제와 동일한 조성물인 액정 표시 장치의 제조 방법.
  12. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 배향제를 경화하는 단계는,
    상기 제1 배향제를 1차 경화하는 단계; 및
    상기 1차 경화된 상기 제1 배향제를 상기 제1 배향제를 1차 경화하는 단계와 상이한 공정 조건에서 2차 경화하는 단계를 포함하고,
    상기 제2 배향제를 경화하는 단계는,
    상기 제2 배향제를 1차 경화하는 단계; 및
    상기 1차 경화된 상기 제2 배향제를 상기 제2 배향제를 1차 경화하는 단계와 상이한 공정 조건에서 2차 경화하는 단계를 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 제1 배향제를 2차 경화하는 단계는 상기 제1 배향제를 1차 경화하는 단계보다 더 높은 온도에서, 더 긴 시간 동안 수행되는 단계이고,
    상기 제2 배향제를 2차 경화하는 단계는 상기 제2 배향제를 1차 경화하는 단계보다 더 높은 온도에서, 더 긴 시간 동안 수행되는 단계인 액정 표시 장치의 제조 방법.
  14. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 배향제를 경화하는 단계는, 상기 제2 배향제를 경화하는 단계와 동일 챔버 내에서 동시에 이루어지는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  15. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 배향제를 경화하는 단계에서, 상기 제1 배향제 내의 상기 광 경화제의 적어도 일부가 소실되고,
    상기 제2 배향제를 경화하는 단계에서, 상기 제2 배향제 내의 상기 광 경화제의 적어도 일부가 소실되는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  16. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 배향층 및 상기 제2 배향층 내의 광 경화제는 반응성 메조겐을 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 제1 광 경화층 및 상기 제2 광 경화층은 각각 상기 반응성 메조겐이 중합된 복수의 메조겐 중합체를 포함하되,
    상기 제1 광 경화층 내 상기 메조겐 중합체의 크기는, 상기 제2 광 경화층 내 상기 메조겐 중합체의 크기보다 큰 액정 표시 장치의 제조 방법.
  18. 제16 항에 있어서,
    상기 제1 광 경화층 및 상기 제2 광 경화층은 각각 상기 반응성 메조겐이 중합된 복수의 메조겐 중합체를 포함하되,
    상기 제1 광 경화층 내 상기 메조겐 중합체의 단위 면적당 개수는, 상기 제2 광 경화층 내 상기 메조겐 중합체의 단위 면적당 개수보다 많은 액정 표시 장치의 제조 방법.
  19. 제9 항에 있어서,
    상기 액정층을 개재하는 단계는,
    액정 조성물을 제공하는 단계; 및
    상기 제1 기판 및 상기 제2 기판을 합착하는 단계를 포함하고,
    상기 광을 조사하는 단계는 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판을 합착하는 단계 후에 수행되는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  20. 제9 항에 있어서,
    상기 광을 조사하는 단계 후에,
    전계가 형성되지 않은 상태에서 광을 조사하는 단계를 더 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
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