KR20170058494A - 액정 표시 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

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권오정
조재범
김가은
김수진
신기철
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Abstract

액정 표시 장치 및 액정 표시 장치의 제조 방법이 제공된다. 액정 표시 장치는, 일면을 포함하고, 적어도 일 방향으로 휘어진 제1 기판; 상기 제1 기판의 상기 일면 상에 배치되고, 중합 개시제를 포함하는 제1 배향막; 상기 제1 기판과 대향하는 일면 및 상기 일면의 타면을 포함하고, 상기 제1 기판과 동일한 방향으로 휘어진 제2 기판; 및 상기 제1 배향막과 상기 제2 기판 사이에 개재되는 액정층을 포함하되, 상기 제1 배향막은 이무수물계 화합물과 디아민계 화합물의 공중합체로서, 고분자 사슬을 포함하며, 상기 고분자 사슬은 반복 단위 내에 이미드기를 포함하는 주쇄; 상기 주쇄에 결합되며 수직 배향기가 도입된 제1 측쇄; 및 상기 주쇄에 결합되며 바이페닐기 또는 터페닐기를 포함하는 작용기가 도입된 제2 측쇄를 포함한다.

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 액정 표시 장치 또는 플렉서블 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 휘도 감소를 야기할 뿐만 아니라, 시청자에게 얼룩 또는 특정 색상에 도드라져 보이게 인식될 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.
또, 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 포함하고, 적어도 일 방향으로 휘어진 제1 기판; 상기 제1 기판의 상기 일면 상에 배치되고, 중합 개시제를 포함하는 제1 배향막; 상기 제1 기판과 대향하는 일면 및 상기 일면의 타면을 포함하고, 상기 제1 기판과 동일한 방향으로 휘어진 제2 기판; 및 상기 제1 배향막과 상기 제2 기판 사이에 개재되는 액정층을 포함하되, 상기 제1 배향막은 이무수물계 화합물과 디아민계 화합물의 공중합체로서, 고분자 사슬을 포함하며, 상기 고분자 사슬은 반복 단위 내에 이미드기를 포함하는 주쇄; 상기 주쇄에 결합되며 수직 배향기가 도입된 제1 측쇄; 및 상기 주쇄에 결합되며 바이페닐기(biphenyl) 또는 터페닐기(terphenyl)를 포함하는 작용기가 도입된 제2 측쇄를 포함한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 있어서, 상기 액정층은 복수의 액정 분자를 포함하되, 초기 배향 상태에서, 상기 제2 기판에 인접한 액정 분자는 상기 제1 배향막에 인접한 액정 분자에 비해 수직 배향될 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 있어서, 상기 제2 기판과 상기 액정층 사이에 배치되는 제2 배향막을 더 포함하되, 상기 제2 배향막의 중합 개시제 함량은 0 또는 상기 제1 배향막의 중합 개시제 함량보다 작을 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 있어서, 상기 제1 배향막은 광 중합체를 포함하되, 상기 제2 배향막의 단위 면적당 광 중합체 함량은 0 또는 상기 제1 배향막의 단위 면적당 광 중합체 함량보다 작을 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 있어서, 상기 제1 배향막의 표면 거칠기는, 상기 제2 배향막의 표면 거칠기보다 클 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 있어서, 상기 고분자 사슬은 반복 단위 내에, 하기 화학식 Ⅰa 또는 화학식 Ⅰb로 표현되는 구조; 및 하기 화학식 Ⅱa 또는 화학식 Ⅱb로 표현되는 구조를 포함할 수 있다.
<화학식 Ⅰa>
Figure pat00001
<화학식 Ⅰb>
Figure pat00002
<화학식 Ⅱa>
Figure pat00003
<화학식 Ⅱb>
Figure pat00004
(단, 상기 화학식 Ⅰa, 화학식 Ⅰb, 화학식 Ⅱa, 및 화학식 Ⅱb에서, A는 각각 지환족 이무수물 또는 방향족 이무수물로부터 유도된 4가의 유기기이고, B는 각각 지환족 디아민 또는 방향족 디아민으로부터 유도된 2가의 유기기이며, 상기 화학식 Ⅰb 및 화학식 Ⅱb에서, R1 및 R1'은 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 알킬, 또는 치환 또는 비치환된 아릴이고, 상기 화학식 Ⅱa 및 화학식 Ⅱb에서, C는 수직 배향기, 또는 바이페닐기 또는 터페닐기를 포함하는 작용기이다)
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 있어서, 상기 수직 배향기는 하기 화학식 Ⅱc 또는 화학식 Ⅱd로 표현되는 구조를 포함할 수 있다.
<화학식 Ⅱc>
Figure pat00005
<화학식 Ⅱd>
Figure pat00006
(단, 상기 화학식 Ⅱc 및 화학식 Ⅱd에서, R2는 각각 탄소수 3 내지 25의 알킬기이고, 상기 화학식 Ⅱd에서, SP2는 단일 결합, 또는 탄소수 1 내지 5의 알킬기이다)
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 있어서, 상기 바이페닐기 또는 터페닐기를 포함하는 작용기는 하기 화학식 Ⅲc 또는 화학식 Ⅲd로 표현되는 구조를 포함할 수 있다.
<화학식 Ⅲc>
Figure pat00007
<화학식 Ⅲd>
Figure pat00008
(단, 상기 화학식 Ⅲc 및 화학식 Ⅲd에서, R3는 탄소수 2 내지 10의 알킬, 또는 아릴이고, SP3는 에테르기, 또는 에스테르기이다)
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 있어서, 상기 바이페닐기 또는 터페닐기를 포함하는 작용기는 상기 중합 개시제와 광 경화제가 중합되어 형성된 것이며, 상기 광 경화제는 하기 화학식 Ⅳa 또는 화학식 Ⅳb로 표현되는 구조를 포함할 수 있다.
<화학식 Ⅳa>
Figure pat00009
<화학식 Ⅳb>
Figure pat00010
(단, 상기 화학식 Ⅳa 및 화학식 Ⅳb에서, R4 및 R5는 각각 독립적으로 메타크릴레이트기, 아크릴레이트기, 비닐기, 비닐옥시기, 에폭시기이고, SP4 및 SP5는 각각 독립적으로 단일 결합, 탄소수 1 내지 12의 알킬기, 또는 탄소수 1 내지 12의 알콕시기이며, Z는 탄소수 6 내지 18의 지환족 또는 방향족 탄화수소를 포함하는 강성기이다)
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 있어서, 상기 액정층은 하기 화학식 Ⅳa 또는 화학식 Ⅳb로 표현되는 구조를 포함하는 광 경화제를 포함하되, 상기 액정층 내 상기 광 경화제의 함량은 100 ppm 이하일 수 있다.
<화학식 Ⅳa>
Figure pat00011
<화학식 Ⅳb>
Figure pat00012
(단, 상기 화학식 Ⅳa 및 화학식 Ⅳb에서, R4 및 R5는 각각 독립적으로 메타크릴레이트기, 아크릴레이트기, 비닐기, 비닐옥시기, 에폭시기이고, SP4 및 SP5는 각각 독립적으로 단일 결합, 탄소수 1 내지 12의 알킬기, 또는 탄소수 1 내지 12의 알콕시기이며, Z는 탄소수 6 내지 18의 지환족 또는 방향족 탄화수소를 포함하는 강성기이다)
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 있어서, 상기 제1 기판은 제1 베이스 기판, 및 상기 제1 베이스 기판과 상기 제1 배향막 사이에 배치되고 도메인 분할 수단을 갖는 화소 전극을 포함하고, 상기 제2 기판은 제2 베이스 기판, 및 상기 제2 베이스 기판과 상기 액정층 사이에 배치되는 공통 전극을 포함할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 있어서, 상기 제1 기판의 상기 일면, 및 상기 제2 기판의 상기 타면이 오목하게 휘어질 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법은, 일면에 중합 개시제를 포함하는 제1 프리 배향막이 형성된 제1 기판을 준비하는 단계; 일면에 제2 배향막이 형성된 제2 기판을 준비하는 단계; 상기 제1 프리 배향막과 상기 제2 배향막 사이에 액정층을 제공하는 단계; 및 상기 액정층에 전계를 인가한 상태에서 광을 조사함으로써, 상기 제1 프리 배향막 표면에 광 중합체가 형성된 제1 배향막을 형성하는 단계를 포함하되, 상기 제2 배향막의 중합 개시제 함량은 0 또는 상기 제1 프리 배향막의 중합 개시제 함량보다 작고, 상기 제1 배향막은 이무수물계 화합물과 디아민계 화합물의 공중합체로서, 고분자 사슬을 포함하며, 상기 고분자 사슬은 반복 단위 내에 이미드기를 포함하는 주쇄; 상기 주쇄에 결합되며 수직 배향기가 도입된 제1 측쇄; 및 상기 주쇄에 결합되며 바이페닐기 또는 터페닐기를 포함하는 작용기가 도입된 제2 측쇄를 포함한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법에 있어서, 상기 제1 프리 배향막이 형성된 제1 기판을 준비하는 단계는, 상기 제1 기판 상에 제1 배향제를 제공하는 단계; 및 상기 제1 배향제를 경화하여 상기 제1 프리 배향막을 형성하는 단계를 포함하되, 상기 제1 배향제는 상기 중합 개시제, 및 이무수물계 화합물과 디아민계 화합물의 공중합체로서 고분자 사슬을 포함하고, 상기 고분자 사슬은, 반복 단위 내에 이미드기를 포함하는 주쇄; 상기 주쇄에 결합되며 수직 배향기가 도입된 제1 측쇄; 및 상기 주쇄에 결합되며 바이페닐기 또는 터페닐기를 포함하는 작용기가 도입된 제2 측쇄를 포함할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법에 있어서, 상기 제1 프리 배향막 표면에 광 중합체가 형성된 제1 배향막을 형성하는 단계는, 상기 중합 개시제와 광 경화제가 중합되어 상기 바이페닐기 또는 터페닐기를 포함하는 작용기를 포함하는 상기 광 중합체를 형성하는 단계이되, 상기 광 경화제는 하기 화학식Ⅳa 또는 화학식 Ⅳb로 표현되는 구조를 포함할 수 있다.
<화학식 Ⅳa>
Figure pat00013
<화학식 Ⅳb>
Figure pat00014
(단, 상기 화학식 Ⅳa 및 화학식 Ⅳb에서, R4 및 R5는 각각 독립적으로 메타크릴레이트기, 아크릴레이트기, 비닐기, 비닐옥시기, 에폭시기이고, SP4 및 SP5는 각각 독립적으로 단일 결합, 탄소수 1 내지 12의 알킬기, 또는 탄소수 1 내지 12의 알콕시기이며, Z는 탄소수 6 내지 18의 지환족 또는 방향족 탄화수소를 포함하는 강성기이다)
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법에 있어서, 상기 광 중합체는 광 경화제가 중합되어 형성된 것이며, 상기 광 경화제는, 상기 제1 프리 배향막 내에 포함되어 제공되거나; 또는 상기 액정층 내에 포함되어 제공될 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법에 있어서, 상기 광을 조사하는 단계는, 4 J/㎠ 이하의 노광량으로 355 nm 내지 365 nm 파장의 자외선을 조사하는 단계일 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법에 있어서, 상기 액정층에 전계를 인가한 상태에서 광을 조사하는 단계 후에, 상기 액정층에 전계를 인가하지 않은 상태에서 광을 조사하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법에 있어서, 상기 액정층에 전계를 인가하지 않은 상태에서 광을 조사하는 단계는, 상기 액정층에 전계가 형성되지 않은 상태에서 80 분 이하의 시간 동안 자외선을 조사하는 단계이고, 상기 액정층에 전계를 인가하지 않은 상태에서 광을 조사하는 단계에서, 상기 액정층은 광 경화제를 포함하되, 상기 광 경화제의 상기 액정층 내 함량은 100 ppm 이하일 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법에 있어서, 상기 액정층에 전계를 인가하지 않은 상태에서 광을 조사하는 단계에서, 상기 제1 배향막의 표면 거칠기는, 상기 제2 배향막의 표면 거칠기보다 크고, 상기 액정층 내 액정 분자들의 평균 선경사각은 88.8° 이하일 수 있다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 의하면, 상부 기판과 인접한 액정 분자들을 하부 기판에 인접한 액정 분자들에 비해 상대적으로 수직 배향시킴으로써 광 투과율을 향상시키고 오정렬로 인한 텍스쳐 발생을 최소화할 수 있다.
또, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법에 의하면, 광 흡수 보조기가 도입된 측쇄를 포함하는 배향막을 이용하기 때문에, 액정 분자들에 선경사를 부여하기 위한 노광 시간 및 노광량을 줄일 수 있고, 광 중합체들을 배향막 표면에 효율적으로 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법에 의하면, 열 안정성이 향상된 광 경화제를 이용하기 때문에, 열 반응에 의한 의도치 않은 광 경화제의 손실을 최소화할 수 있다.
나아가, 상기 광 경화제는 높은 내열성에도 불구하고 광 흡수 보조기를 포함함으로써 광 흡수율이 향상되어, 공정성을 개선할 수 있고 액정층 내 잔여 광 경화제로 인한 잔상 불량 또는 전압 보전율 저하 문제를 억제할 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 표시 장치의 개략적인 분해사시도이다.
도 2는 도 1의 일 화소에 대한 개략적인 레이아웃이다.
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ' 선을 따라 절개한 단면도이다.
도 4는 도 2의 Ⅳ-Ⅳ' 선을 따라 절개한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 공정을 나타낸 순서도이다.
도 6 내지 도 11은 도 5의 제조 공정을 단계별로 나타낸 단면도들이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 공정을 나타낸 순서도이다.
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.
소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층의 "위(on)"로 지칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 소자가 "직접 위(directly on)"로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자 또는 층을 개재하지 않은 것을 나타낸다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. "및/또는"는 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
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 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 배향막(미도시), 제1 기판(100)과 대면하는 일면, 및 광이 출사되는 타면을 포함하는 제2 기판(200), 제2 기판(200)의 상기 일면 상에 배치되는 제2 배향막(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 정의된 복수의 화소 영역(PX)들을 포함한다. 복수의 화소 영역(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 화소들에 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(100)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 구성요소들에 대해 상세하게 설명한다.
도 2는 도 1의 일 화소에 대한 개략적인 레이아웃이다. 도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ' 선을 따라 절개한 단면도이다. 도 4는 도 2의 Ⅳ-Ⅳ' 선을 따라 절개한 단면도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 제1 기판(100)은 제1 베이스 기판(101), 복수의 박막 트랜지스터, 화소 전극(180) 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 정의될 수 있다. 즉, 제1 내지 제3 게이트 전극(111, 121, 131)은 동일한 게이트 라인(GLi)과 연결되어 동일한 게이트 신호가 인가될 수 있다.
기준 전압선(141)은 게이트 라인(GLi) 및 상기 게이트 전극들과 동일한 층에 배치되며, 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 더 포함한다. 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 2 등에 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 중첩 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 테두리부의 적어도 일부와 중첩하여 화소 전극의 가장자리를 따라 배치되는 형상일 수 있다. 다만 이에 제한되지 않고 다른 몇몇 실시예에서 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 요소와 하부에 위치하는 요소를 상호 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 반도체 물질층이 배치된다. 상기 반도체 물질층은 제1 반도체층(112), 제2 반도체층(122), 및 제3 반도체층(132)을 포함할 수 있다. 제1 내지 제3 반도체층(112, 122, 132)은 각각 제1 내지 제3 게이트 전극(111, 121, 131)과 적어도 일부가 중첩하여 배치된다. 상기 반도체 물질층은 비정질 실리콘, 다결정 실리콘, 또는 산화물 반도체 등과 같은 반도체성 물질을 포함하여 이루어질 수 있다. 제1 내지 제3 반도체층(112, 122, 132)은 박막 트랜지스터의 채널(channel) 역할을 수행하여 게이트 전극에 제공되는 전압에 따라 채널을 턴 온 또는 턴 오프할 수 있다.
상기 반도체 물질층 상에는 데이터 배선층이 배치된다. 상기 데이터 배선층은 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 박막 트랜지스터들에 의해 독립적으로 동작되는 영역일 수 있다.
제1 소스 전극(113)과 제1 드레인 전극(114)은 제1 게이트 전극(111) 및 제1 반도체층(112) 상에서 서로 이격되어 배치되고, 제2 소스 전극(123)과 제2 드레인 전극(124)은 제2 게이트 전극(121) 및 제2 반도체층(122) 상에서 서로 이격되어 배치되며, 제3 소스 전극(133)과 제3 드레인 전극(134)은 제3 게이트 전극(131) 및 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 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1 및 제2 소스 전극(113, 123)과 제3 드레인 전극(134)은 각각 C자, U자, 역C자, 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 반도체 물질층과 상기 데이터 배선층 사이에는 오믹 컨택층(미도시)이 배치될 수 있다. 상기 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 절연층들이 배치될 수 있다. 상기 절연층은 유기막 및/또는 무기막으로 형성될 수 있으며, 몇몇 실시예에서 상기 보호층들 및 평탄화층 각각은 다층막 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 전극이 유기 물질과 직접 접촉하는 것을 방지한다. 제1 보호층(152) 상에는 유기 물질을 포함하는 평탄화층(160)이 배치될 수 있다. 평탄화층(160)은 제1 베이스 기판(101) 상에 적층된 복수의 구성 요소들의 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 절연층들에는 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, 제2 컨택홀(172)은 제2 드레인 전극(124)의 일부가, 제3 컨택홀(173)은 제3 드레인 전극(134) 및 기준 전압 전극(142)의 일부가 노출되도록 형성된다.
제2 보호층(153) 상에는 화소 전극 및 컨택 전극(180c)이 배치된다. 컨택 전극(180c)은 제3 컨택홀(173)과 중첩하여 배치되어 기준 전압 전극(142) 및 제3 드레인 전극(134)과 동시에 접하여 이들을 전기적으로 연결시킬 수 있다. 컨택 전극(180c)은 상기 화소 전극과 동일한 물질로 일체의 공정을 통해 형성될 수 있다.
상기 화소 전극은 화소 영역(PX)에 대응하여 배치된다. 상기 화소 전극은 제2 기판(200)의 공통 전극(280)과 함께 수직 전계를 형성하여 그 사이에 개재된 액정층(300) 내 액정 분자(LC)들의 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, 도메인 분할 수단을 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)들을 서로 연결하는 제1 테두리 전극(183a), 및 제1 테두리 전극(183a)으로부터 돌출된 제1 돌출 전극(184a)을 포함한다.
제1 중심 전극(181a)은 대략 십(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~D4)으로 지칭한다. 상기 도메인 영역들은 액정 분자(LC)의 방향자 역할을 하여 구동시 액정 분자(LC)들이 기울어지는 방향을 서로 상이하게 만들 수 있다. 이를 통해 액정 제어력이 향상되면서 시야각이 증가하고 텍스쳐가 감소함은 물론 투과율 및 응답 속도가 향상될 수 있다.
방사형으로 뻗은 제1 가지 전극(182a)들의 적어도 일부는 제1 가지 전극(182a)의 말단을 서로 연결하는 제1 테두리 전극(183a)에 의해 연결될 수 있다. 또, 제1 부화소 전극(180a)의 하측에는 돌출되어 넓은 면적을 갖는 제1 돌출 전극(184a)이 배치되어 제1 컨택홀(171)을 통해 제1 드레인 전극(114)과 안정적으로 접촉할 수 있으며, 이 경우 제1 부화소 전극(180a)에는 데이터 라인(DLj)으로부터 제공된 데이터 전압이 인가된다.
제2 부화소 전극(180b)은 제2 중심 전극(181b), 제2 중심 전극(181b)으로부터 연장되어 형성된 복수의 제2 가지 전극(182b), 제2 부화소 전극(180b)의 테두리 부분에 위치하며 복수의 제2 가지 전극(182b)들을 서로 연결하는 제2 테두리 전극(183b), 및 제2 테두리 전극(183b)으로부터 돌출된 제2 돌출 전극(184b)을 포함하며, 대략 제1 부화소 전극(180a)과 동일한 형상 및 배치를 갖는다. 다만, 제2 부화소 전극(180b)은 제1 방향(X) 길이에 비해 제2 방향(Y) 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 돌출되어 넓은 면적을 갖는 제2 돌출 전극(184b)이 배치되어 제2 컨택홀(172)을 통해 제2 드레인 전극(124)과 안정적으로 접촉할 수 있으며, 이 경우 제2 부화소 전극(180b)에는 데이터 라인(DLj)으로부터 제공된 데이터 전압과 기준 전압선(141)으로부터 제공된 기준 전압 사이의 크기를 갖는 소정의 전압이 인가된다.
하나의 화소 영역(PX) 내에서, 제1 부화소 전극(180a)과 중첩하는 액정층(이하, 제1 액정 축전기)에는 데이터 전압과 공통 전압의 차이에 의한 전계가 생성됨으로써 후술할 제2 액정 축전기에 비해 상대적으로 더 큰 전압이 충전되어 액정을 제어하고, 제2 부화소 전극(180b)과 중첩하는 액정층(이하, 제2 액정 축전기)에는 데이터 전압보다 작은 전압과 공통 전압의 차이에 의한 전계가 생성됨으로써 상기 제1 액정 축전기보다 상대적으로 더 작은 전압이 충전되어 액정을 제어한다.
상대적으로 높은 전압이 충전되는 상기 제1 액정 축전기의 경우 액정 분자가 수직 배향되는 저계조에서 측면 시인성이 취약하고, 상대적으로 낮은 전압이 충전되는 상기 제2 액정 축전기의 경우 액정 분자가 수평 배향에 가까워지는 중간 계조 및 고계조에서 측면 시인성이 취약하다. 즉, 두 액정 축전기의 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.
다만, 이러한 화소 전극은 하나의 예시에 불과하며, 몇몇 실시예는 게이트 라인 및 데이터 라인에 대해 꺾인 형태로 배치되거나, 다양한 가지 전극 형상으로 변형될 수 있고, 하나의 색을 구현하는 일 화소 영역 내에 일체로 형성된 하나의 화소 전극만이 배치될 수도 있다.
한편, 제1 베이스 기판(101), 복수의 박막 트랜지스터, 화소 전극 및 복수의 보호막/절연막을 포함하는 제1 기판(100) 상에는 전면에 걸쳐 제1 배향막(410)이 배치된다.
제1 배향막(410)은 주배향층(411)을 포함한다. 주배향층(411)은 이무수물(anhydride)계 화합물과 디아민(diamine)계 화합물의 공중합체로서, 주쇄의 반복 단위 내에 이미드기(-CONRCO-)를 포함하는 폴리아믹산(poly amic acid), 반복 단위 내에 이미드기를 포함하는 폴리아믹산을 부분적으로 이미드화한 폴리머(polymer), 반복 단위 내에 이미드기를 포함하는 폴리아믹산을 탈수고리화하여 얻어지는 폴리이미드(polyimide), 또는 이들의 조합을 포함하는 고분자 사슬을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 주배향층(411)은 반복 단위 내에 하기 화학식 Ⅰa 또는 화학식 Ⅰb로 표현되는 구조를 포함하는 고분자 사슬을 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
<화학식 Ⅰa>
Figure pat00015
<화학식 Ⅰb>
Figure pat00016
단, 상기 화학식 Ⅰa 및 화학식 Ⅰb에서, A는 각각 지환족 이무수물 또는 방향족 이무수물로부터 유도된 4가의 유기기이고, B는 각각 지환족 디아민 또는 방향족 디아민으로부터 유도된 2가의 유기기이며, 상기 화학식 Ⅰb에서, R1 및 R1'은 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 알킬, 또는 치환 또는 비치환된 아릴이다.
예를 들어, 상기 지환족 이무수물로부터 유도된 4가의 유기기는 치환 또는 비치환된 탄소수 4 내지 16의 지환족 유기기이고, 상기 방향족 이무수물로부터 유도된 4가의 유기기는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 14의 방향족 유기기이며, 상기 지환족 디아민으로부터 유도된 2가의 유기기는 치환 또는 비치환된 탄소수 4 내지 16의 지환족 유기기이고, 상기 방향족 디아민으로부터 유도된 2가의 유기기는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 14의 방향족 유기기일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니며 통상의 기술자에 의해 적절하게 선택될 수 있다.
또 다른 예를 들어, 상기 지환족 이무수물로부터 유도된 4가의 유기기 또는 상기 방향족 이무수물로부터 유도된 4가의 유기기는
Figure pat00017
(여기서 Ra 내지 Rd는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 또는 알킬기이다),
Figure pat00018
,
Figure pat00019
,
Figure pat00020
,
Figure pat00021
,
Figure pat00022
,
Figure pat00023
,
Figure pat00024
,
Figure pat00025
, 및
Figure pat00026
중 어느 하나, 상기 지환족 디아민으로부터 유도된 2가의 유기기 또는 상기 방향족 디아민으로부터 유도된 2가의 유기기는
Figure pat00027
,
Figure pat00028
,
Figure pat00029
,
Figure pat00030
, 및
Figure pat00031
중 어느 하나를 예시할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며 통상의 기술자에 의해 적절하게 선택될 수 있다.
또, 주배향층(411)은 주쇄의 반복 단위 내에 상기 고분자 사슬을 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 수직 배향층일 수 있다. 제1 배향막(410)의 주배향층(411) 내 고분자 사슬의 측쇄에 도입된 상기 수직 배향기에 의해 액정층(300) 내 액정 분자(LC)들의 수직 배향이 유도될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 주배향층(411)은 반복 단위 내에 하기 화학식 Ⅱa 또는 화학식 Ⅱb로 표현되는 구조를 포함하는 고분자 사슬을 포함하여 이루어질 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
<화학식 Ⅱa>
Figure pat00032
<화학식 Ⅱb>
Figure pat00033
단, 상기 화학식 Ⅱa 및 화학식 Ⅱb에서, A는 각각 지환족 이무수물 또는 방향족 이무수물로부터 유도된 4가의 유기기이고, B는 각각 지환족 디아민 또는 방향족 디아민으로부터 유도된 3가의 유기기이며, C는 각각 수직 배향기 측쇄이고, 상기 화학식 Ⅰb에서, R1 및 R1'은 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 알킬, 또는 치환 또는 비치환된 아릴이다.
예를 들어, 상기 지환족 디아민으로부터 유도된 3가의 유기기는
Figure pat00034
,
Figure pat00035
,
Figure pat00036
,
Figure pat00037
,
Figure pat00038
, 및
Figure pat00039
중 어느 하나를 예시할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며 통상의 기술자에 의해 적절하게 선택될 수 있다.
구체적으로, 상기 수직 배향기(C)는 하기 화학식 Ⅱc 또는 화학식 Ⅱd로 표현되는 작용기일 수 있다.
<화학식 Ⅱc>
Figure pat00040
<화학식 Ⅱd>
Figure pat00041
단, 상기 화학식 Ⅱc 및 화학식 Ⅱd에서, R2는 각각 탄소수 3 내지 25의 알킬기이고, 상기 화학식 Ⅱd에서, SP2는 단일 결합, 또는 탄소수 1 내지 5의 알킬기이다.
또한, 주배향층(411) 내 상기 고분자 사슬의 측쇄 중 적어도 일부는 상기 수직 배향기 외에 광 흡수 보조기가 도입된 측쇄를 더 포함할 수 있다. 상기 광 흡수 보조기는 바이페닐기(biphenyl) 또는 터페닐기(terphenyl)를 포함하는 작용기일 수 있다. 이 경우, 상기 광 흡수 보조기는 자외선 파장의 광, 구체적으로 약 350 내지 380 nm 파장을 갖는 광, 더 구체적으로 약 355 내지 370 nm 파장을 갖는 광에 대한 흡수율이 우수하여 주배향층(411) 내 포함된 중합 개시제에 의한 중합 반응을 촉진시킬 수 있으며, 주배향층(411) 내 상기 광 흡수 보조기의 함량이 높을수록 후술할 광 중합체(412)가 형성되는 정도가 많을 수 있다.
예시적인 실시예에서, 주배향층(411)은 반복 단위 내에 하기 화학식 Ⅲa 또는 화학식 Ⅲb로 표현되는 구조를 포함하는 고분자 사슬을 포함하여 이루어질 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
<화학식 Ⅲa>
Figure pat00042
<화학식 Ⅲb>
Figure pat00043
단, 상기 화학식 Ⅲa 및 화학식 Ⅲb에서, A는 각각 지환족 이무수물 또는 방향족 이무수물로부터 유도된 4가의 유기기이고, B는 각각 지환족 디아민 또는 방향족 디아민으로부터 유도된 3가의 유기기이며, D는 각각 바이페닐기 또는 터페닐기를 포함하는 작용기 측쇄이고, 상기 화학식 Ⅰb에서, R1 및 R1'은 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 알킬, 또는 치환 또는 비치환된 아릴이다.
구체적으로, 상기 바이페닐기 또는 터페닐기를 포함하는 작용기(D)는 하기 화학식 Ⅲc 또는 하기 화학식 Ⅲd로 표현되는 작용기일 수 있다.
<화학식 Ⅲc>
Figure pat00044
<화학식 Ⅲd>
Figure pat00045
단, 상기 화학식 Ⅲc 및 화학식 Ⅲd에서, R3는 탄소수 2 내지 10의 알킬, 또는 아릴이고, SP3는 에테르기, 또는 에스테르기이다.
나아가, 주배향층(411) 내 상기 고분자 사슬의 측쇄 중 적어도 일부는 상기 수직 배향기, 및 상기 광 흡수 보조기 외에 중합 개시제가 도입된 측쇄를 더 포함할 수 있다. 상기 중합 개시제는 자외선을 흡수하여 라디칼로 분해되어 중합 반응을 개시할 수 있으며, 중합 개시제의 농도가 높을수록 후술할 광 중합체가 형성되는 정도가 많아질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 중합 개시제는 주배향층(411) 내에 첨가된 첨가제 화합물 형태로 존재할 수도 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.
한편, 제1 배향막(410)은 주배향층(411) 내 상기 고분자 사슬의 측쇄와 화학적으로 결합된 광 중합체(412)를 더 포함할 수 있다. 광 중합체(412)는 광 경화제 단분자들이 주배향층(411) 내 수직 배향기 측쇄 및/또는 중합 개시제 측쇄와 결합되고, 상기 광 경화제 단분자들이 서로 중합되어 있는 고분자 화합물이 주배향층(411) 표면에 미세 돌기 형태로 발현된 것일 수 있다. 즉, 제1 배향막(410)은 주배향층(411) 및 주배향층(411)의 측쇄와 화학적으로 결합된 광 중합체(412)를 포함할 수 있다. 광 중합체(412)는 주배향층(411) 표면 상에 미세 돌기 형태로 발현되어, 주배향층(411) 표면 적어도 일부를 뒤덮고 있을 수 있다. 예를 들어, 상기 광 경화제는 반응성 메조겐(Reactive Mesogen, RM)이고, 광 중합체(412)는 반응성 메조겐의 중합체일 수 있다.
상기 반응성 메조겐은 액정 성질을 발현하기 위한 메조겐기(강성기)를 갖는 메조겐 코어 구조를 포함하되, 고분자화를 위한 중합 가능한 말단기(반응기)를 갖는 화합물로서, 가교성 저분자 또는 고분자를 의미하며, 특정 파장의 광 및/또는 열을 흡수하면 중합 반응 등의 화학 반응을 일으킬 수 있다.
상기 강성기는 치환 또는 비치환된 사이클로헥실(cyclohexyl), 치환 또는 비치환된 바이페닐(biphenyl), 치환 또는 비치환된 터페닐(terphenyl), 및 치환 또는 비치환된 나프탈렌(naphthalene) 등을 예시할 수 있고, 상기 중합 가능한 말단기는 메타크릴레이트(methacrylate), 아크릴레이트(acrylate), 비닐(vinyl), 비닐옥시(vinyloxy), 및 에폭시(epoxy) 등을 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어 상기 강성기는
Figure pat00046
,
Figure pat00047
(여기서, L1 내지 L4는 각각 독립적으로 수소, 또는 할로겐이되, L1 및 L2 중 어느 하나는 수소이고, L3 및 L4 중 어느 하나는 수소이다),
Figure pat00048
, 및
Figure pat00049
중 어느 하나를 예시할 수 있고, 상기 중합 가능한 말단기는
Figure pat00050
,
Figure pat00051
,
Figure pat00052
, ,
Figure pat00054
, 및
Figure pat00055
중 어느 하나를 예시할 수 있다. 또한, 상기 반응성 메조겐은 막대형, 바나나형, 보드형, 또는 디스크형 구조를 가질 수 있다.
본 발명에 따른 광 경화제, 즉 반응성 메조겐은 메조겐 코어 구조 내에 상기 강성기 외에 광 흡수 보조기를 더 포함할 수 있다. 상기 광 흡수 보조기는 바이페닐기(bipheyl) 또는 터페닐기(terphenyl)일 수 있다. 상기 강성기와 상기 광 흡수 보조기를 포함하는 메조겐 코어 구조는 중합 반응 후에도 화학 구조를 그대로 유지하며, 따라서 제1 배향막(410)은 중합 개시제 측쇄와 상기 반응성 메조겐이 중합되어 형성되며, 바이페닐기 또는 터페닐기를 포함하는 측쇄를 포함하고 있을 수 있다.
예시적인 실시예에서, 상기 광 경화제는 하기 화학식 Ⅳa 또는 화학식 Ⅳb로 표현되는 구조를 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
<화학식 Ⅳa>
Figure pat00056
<화학식 Ⅳb>
Figure pat00057
단, 상기 화학식 Ⅳa 및 화학식 Ⅳb에서, R4 및 R5는 각각 독립적으로 메타크릴레이트기, 아크릴레이트기, 비닐기, 비닐옥시기, 에폭시기이고, SP4 및 SP5는 각각 독립적으로 단일 결합, 탄소수 1 내지 12의 알킬기, 또는 탄소수 1 내지 12의 알콕시기이며, Z는 탄소수 6 내지 18의 지환족 또는 방향족 탄화수소를 포함하는 강성기이다.
광 경화제가 광 흡수 보조기로서 바이페닐기, 또는 터페닐기를 포함할 경우, 메조겐 코어 구조 길이가 충분히 길어질 뿐만 아니라, 상기 코어 구조 내에 추가적인 결합을 구비함으로써 열 안정성이 향상되는 반면, 광 중합을 유도할 수 있는 주된 파장의 광에 대한 흡수율이 우수하여 광 경화제의 중합 반응을 촉진시킬 수 있다. 이를 통해, 후술할 광 중합 단계에 사용되는 광의 파장과 본 발명에 따른 광 경화제가 가장 높은 흡수 효율을 보이는 파장을 정합시킴으로써 노광 시간과 조사량을 감소시켜 공정성을 개선할 수 있고, 상대적으로 짧은 시간 내에 광 중합이 완료됨으로써 액정 분자가 손상되어 발생할 수 있는 전압 보전율 저하를 막을 수 있다. 뿐만 아니라 액정층에 잔류하는 미반응 광 경화제를 효과적으로 제거할 수 있어 잔상 불량을 방지할 수 있는 효과가 있다.
광 중합체(412)들은 소정의 기울기를 가지고 경화된 후, 상기 기울기를 유지할 수 있으며, 광 중합체(412)와 인접 액정 분자들 간의 상호 작용힘(interaction force) 및/또는 물리적인 힘에 의해 액정 분자(LC)들의 선경사(pre-tilt) 배향을 형성할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 주배향층(411) 내 상기 고분자 사슬의 측쇄 중 적어도 일부는 상기 수직 배향기, 상기 광 흡수 보조기, 상기 중합 개시제, 및 광 중합체(412) 측쇄 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 더욱 개선할 수 있다.
이어서 제2 기판(200)에 대하여 설명하면, 제2 기판(200)은 제2 베이스 기판(201), 차광 부재(210), 컬러 필터(220), 오버 코트층(260), 및 공통 전극(280) 등을 포함한다.
제2 베이스 기판(201)은 제1 베이스 기판(101)과 같은 투명 절연 기판일 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 게이트 라인(GLi)과 중첩하는 영역에 배치될 수 있으며, 화소 영역(PX)들 간의 경계에서 발생할 수 있는 의도치 않은 혼색 또는 빛 샘 불량을 방지할 수 있다.
차광 부재(210) 상에는 화소 영역(PX)과 중첩하도록 컬러 필터(220)가 배치될 수 있다. 컬러 필터(220)는 특정 파장대의 광을 선택적으로 투과시킬 수 있다. 컬러 필터(220)는 이웃하는 두 개의 데이터 라인들(DLj, DLj+1) 사이에 배치될 수 있으며, 인접하는 각 화소 영역(PX) 마다 서로 다른 파장대의 광을 투과시키는 물질을 포함하는 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 2 등은 차광 부재(210) 및 컬러 필터(220)가 제2 기판(200)에 배치된 구조를 예시하고 있으나, 상기 차광 부재 및 상기 컬러 필터 중 하나 이상이 제1 기판에 배치된 구조일 수도 있다.
차광 부재(210) 및 컬러 필터(220) 상에는 제2 베이스 기판(201) 전면에 걸쳐 유기 물질을 포함하는 오버 코트층(260)이 배치될 수 있다. 오버 코트층(260)은 차광 부재(210)가 제2 베이스 기판(201)으로부터 이탈하여 위치가 어긋나는 것을 방지하고, 컬러 필터(220)로부터 유출되는 안료 입자에 의한 잔상을 억제하며, 제2 베이스 기판(201) 상에 적층된 구성 요소들의 높이를 균일하게 만들 수 있다. 다만 몇몇 실시예에서, 상기 오버 코트층은 생략될 수도 있다.
오버 코트층(260) 상에는 공통 전극(280)이 배치된다. 공통 전극(280)은 상기 화소 전극(180a, 180b)과 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(220), 오버 코트층(260), 및 공통 전극(280)을 포함하는 제2 기판(200) 상에는 전면에 걸쳐 제2 배향막(420)이 배치된다.
제2 배향막(420)은 이무수물계 화합물과 디아민계 화합물의 공중합체로서, 주쇄의 반복 단위 내에 이미드기를 포함하는 폴리아믹산, 반복 단위 내에 이미드기를 포함하는 폴리아믹산을 부분적으로 이미드화한 폴리머, 반복 단위 내에 이미드기를 포함하는 폴리아믹산을 탈수고리화하여 얻어지는 폴리이미드, 또는 이들의 조합을 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 사슬을 포함하여 이루어진 수직 배향막일 수 있다. 제2 배향막(420) 내 상기 수직 배향기에 의해 액정층(300) 내 액정 분자(LC)들의 수직 배향이 유도될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 제2 배향막(420)은 반복 단위 내에 하기 화학식 Ⅰa 또는 화학식 Ⅰb로 표현되는 구조를 포함하는 고분자 사슬을 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
<화학식 Ⅰa>
Figure pat00058
<화학식 Ⅰb>
Figure pat00059
단, 상기 화학식 Ⅰa 및 화학식 Ⅰb에서, A는 각각 지환족 이무수물 또는 방향족 이무수물로부터 유도된 4가의 유기기이고, B는 각각 지환족 디아민 또는 방향족 디아민으로부터 유도된 2가의 유기기이며, 상기 화학식 Ⅰb에서, R1 및 R1'은 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 알킬, 또는 치환 또는 비치환된 아릴이다.
다른 예시적인 실시예에서, 제2 배향막(420)은 반복 단위 내에 하기 화학식 Ⅱa 또는 화학식 Ⅱb로 표현되는 구조를 포함하는 고분자 사슬을 포함하여 이루어질 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
<화학식 Ⅱa>
Figure pat00060
<화학식 Ⅱb>
Figure pat00061
단, 상기 화학식 Ⅱa 및 화학식 Ⅱb에서, A는 각각 지환족 이무수물 또는 방향족 이무수물로부터 유도된 4가의 유기기이고, B는 각각 지환족 디아민 또는 방향족 디아민으로부터 유도된 3가의 유기기이며, C는 각각 수직 배향기 측쇄이고, 상기 화학식 Ⅰb에서, R1 및 R1'은 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 알킬, 또는 치환 또는 비치환된 아릴이다.
상기 수직 배향기는 제1 배향막(410)과 함께 전술한 바 있으므로, 구체적인 설명은 생략한다.
제2 배향층(420) 내 상기 고분자 사슬은 광 흡수 보조기가 도입된 측쇄, 중합 개시제가 도입된 측쇄, 및 광 중합체(412)와 화학적으로 결합된 측쇄를 실질적으로 포함하지 않는 점이 제1 배향막(410)의 주배향층(411)과 상이한 점이다. 전술한 바와 같이 배향막 내 중합 개시제 및 광 흡수 보조기의 함량은 광 중합체가 형성되는 정도에 영향을 미칠 수 있다. 즉, 제1 배향막(410)이 주배향층(411) 및 주배향층(411)의 측쇄와 화학적으로 결합된 광 중합체(412)를 포함하는 것과 달리, 제2 배향막(420)에 광 흡수 보조기 및 중합 개시제가 존재하지 않음으로써, 제2 배향막(420)에는 광 중합체를 형성하지 않거나, 또는 제1 배향막(410)에 비해 극히 적은 양의 광 중합체가 형성될 수 있다. 이 경우, 제1 배향막(410) 표면의 광 중합체(412)로 인한 제1 배향막(410) 표면의 표면 거칠기는 제2 배향막(420) 표면의 표면 거칠기보다 클 수 있다. 이는, 제1 배향막(410) 표면에 형성된 광 중합체(412)의 중합된 정도, 광 중합체(412)의 크기, 광 중합체(412)의 길이, 단위 면적당 광 중합체(412)의 함량 등이 제2 배향막(420) 표면에 형성된 광 중합체의 그것들보다 크기 때문일 수 있다.
다만, 몇몇 실시예에서 제2 배향막은 제1 배향막의 주배향층에 비해 극히 적은 함량의 광 흡수 보조기 및/또는 중합 개시제를 포함할 수도 있다.
한편, 액정층(300)은 복수의 액정 분자를 포함할 수 있다. 구체적으로, 제1 배향막(410) 표면에 인접한 제1 영역 내의 제1 액정 분자(301)들과 제2 배향막(420) 표면에 인접한 제2 영역 내의 제2 액정 분자(302)들을 포함한다. 특히 제1 배향막(410) 내 광 중합체(412)들이 소정의 기울기를 가지고 경화되기 때문에, 제1 배향막(410)에 의해 배향되는 제1 액정 분자(301)들은 초기 배향 상태에서 선경사(pre-tilt)가 형성될 수 있다. 그 결과, 액정 표시 장치의 구동을 위해 전계가 액정층(300)에 전계가 형성될 때 액정 분자들이 상기 선경사 방향으로 기울어짐으로써 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 기판 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 배향막(410)에 인접한 제1 액정 분자(301)들은 대략 제1 선경사각(θ1)을 가지고 배향되고, 제2 배향막(420)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 약 1° 이상 클 수 있다.
이는, 제1 배향막(410)은 광 중합체(412)를 포함하는 반면, 제2 배향막(420) 표면에는 광 중합체가 존재하지 않거나, 설령 존재한다고 하더라도 제1 배향막(410) 표면의 광 중합체(412)에 비해 중합된 정도, 중합체의 크기/길이 및/또는 단위 면적당 광 중합체의 함량이 극히 적기 때문일 수 있다.
액정 표시 장치에 전계가 인가되지 않은 초기 상태에서, 제1 액정 분자(301)들에 소정의 선경사를 형성하고, 제2 액정 분자(302)들의 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.
또 다른 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 2의 평면도 상 우하 방향(도 4의 단면도 상 우측 방향)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 2의 평면도 상 좌하 방향(도 4의 단면도 상 좌측 방향)으로 경사져 배향될 수 있다. 이처럼, 액정 분자들의 배향 방향이 상이한 도메인을 형성하여 시야각과 응답 속도를 향상시킬 수 있음은 전술한 바 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법을 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 공정을 나타낸 순서도이다. 도 6 내지 도 11은 도 5의 제조 공정을 단계별로 나타낸 단면도들이다.
도 5 및 도 6을 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 전극을 형성하여 제1 기판(100)을 준비한다(S110). 다음으로, 제2 베이스 기판(201) 상에 차광 부재(미도시), 컬러 필터(220), 오버 코트층(260), 및 공통 전극(280)을 형성하여 제2 기판(200)을 준비한다(S120). 제1 기판(100)은 하부 표시 기판이고, 제2 기판(200)은 상부 표시 기판일 수 있다. 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 내에 포함된 구성 요소들의 배치 및 형상은 도 2 내지 도 4와 함께 전술한 바 있으므로 구체적인 설명은 생략한다.
이어서 도 5 내지 도 7을 참조하면, 제1 기판(100) 상에 제1 배향제를 제공하여 제1 프리 배향막(411')을 형성한다(S130). 구체적으로, 제1 배향제는 이무수물계 화합물과 디아민계 화합물의 공중합체인 고분자 사슬, 중합 개시제, 광 경화제(10), 및 소정의 용매를 포함할 수 있다. 제1 배향제를 제공하는 방법은 스핀 코팅, 슬릿 코팅 등을 예시할 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
다만 몇몇 실시예에서, 상기 제1 배향제는 광 경화제를 포함하지 않고, 광 경화제(10)는 액정 조성물과 함께 제공될 수도 있다.
구체적으로, 상기 고분자 사슬은 주쇄의 반복 단위 내에 이미드기를 포함하는 폴리아믹산, 반복 단위 내에 이미드기를 포함하는 폴리아믹산을 부분적으로 이미드화한 폴리머, 반복 단위 내에 이미드기를 포함하는 폴리아믹산을 탈수고리화하여 얻어지는 폴리이미드, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 상기 제1 배향제의 고분자 사슬은 반복 단위 내에 하기 화학식 Ⅰa 또는 화학식 Ⅰb로 표현되는 구조를 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
<화학식 Ⅰa>
Figure pat00062
<화학식 Ⅰb>
Figure pat00063
단, 상기 화학식 Ⅰa 및 화학식 Ⅰb에서, A는 각각 지환족 이무수물 또는 방향족 이무수물로부터 유도된 4가의 유기기이고, B는 각각 지환족 디아민 또는 방향족 디아민으로부터 유도된 2가의 유기기이며, 상기 화학식 Ⅰb에서, R1 및 R1'은 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 알킬, 또는 치환 또는 비치환된 아릴이다.
또, 상기 제1 배향제의 고분자 사슬은 알킬기, 말단이 알킬기로 치환된 탄화수소 유도체, 말단이 사이클로알킬기로 치환된 탄화수소 유도체, 말단이 방향족 탄화수소로 치환된 탄화수소 유도체 중 적어도 하나의 수직 배향기가 도입된 측쇄를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 상기 제1 배향제의 고분자 사슬은 반복 단위 내에 하기 화학식 Ⅱa 또는 화학식 Ⅱb로 표현되는 구조를 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
<화학식 Ⅱa>
Figure pat00064
<화학식 Ⅱb>
Figure pat00065
단, 상기 화학식 Ⅱa 및 화학식 Ⅱb에서, A는 각각 지환족 이무수물 또는 방향족 이무수물로부터 유도된 4가의 유기기이고, B는 각각 지환족 디아민 또는 방향족 디아민으로부터 유도된 3가의 유기기이며, C는 각각 수직 배향기 측쇄이고, 상기 화학식 Ⅰb에서, R1 및 R1'은 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 알킬, 또는 치환 또는 비치환된 아릴이다.
구체적으로, 상기 수직 배향기는 하기 화학식 Ⅱc 또는 화학식 Ⅱd로 표현되는 작용기일 수 있다.
<화학식 Ⅱc>
Figure pat00066
<화학식 Ⅱd>
Figure pat00067
단, 상기 화학식 Ⅱc 및 화학식 Ⅱd에서, R2는 각각 탄소수 3 내지 25의 알킬기이고, 상기 화학식 Ⅱd에서, SP2는 단일 결합, 또는 탄소수 1 내지 5의 알킬기이다.
또한, 상기 제1 배향제의 고분자 사슬은 광 흡수 보조기가 도입된 측쇄를 더 포함한다. 상기 광 흡수 보조기는 바이페닐기 또는 터페닐기를 포함하는 작용기일 수 있다.
예시적인 실시예에서, 상기 제1 배향제의 고분자 사슬은 반복 단위 내에 하기 화학식 Ⅲa 또는 화학식 Ⅲb로 표현되는 구조를 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
<화학식 Ⅲa>
Figure pat00068
<화학식 Ⅲb>
Figure pat00069
단, 상기 화학식 Ⅲa 및 화학식 Ⅲb에서, A는 각각 지환족 이무수물 또는 방향족 이무수물로부터 유도된 4가의 유기기이고, B는 각각 지환족 디아민 또는 방향족 디아민으로부터 유도된 3가의 유기기이며, D는 각각 바이페닐기 또는 터페닐기를 포함하는 작용기 측쇄이고, 상기 화학식 Ⅰb에서, R1 및 R1'은 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 알킬, 또는 치환 또는 비치환된 아릴이다.
구체적으로, 상기 바이페닐기 또는 터페닐기를 포함하는 작용기는 하기 화학식 Ⅲc 또는 하기 화학식 Ⅲd로 표현되는 작용기일 수 있다.
<화학식 Ⅲc>
Figure pat00070
<화학식 Ⅲd>
Figure pat00071
단, 상기 화학식 Ⅲc 및 화학식 Ⅲd에서, R3는 탄소수 2 내지 10의 알킬, 또는 아릴이고, SP3는 에테르기, 또는 에스테르기이다.
한편, 상기 제1 배향제의 고분자 사슬은 중합 개시제가 도입된 측쇄를 더 포함하거나, 몇몇 실시예에서 중합 개시제는 제1 배향제 내에 첨가된 첨가제 화합물 형태로 존재할 수 있다. 상기 중합 개시제에 관한 설명은 도 2 내지 도 4와 함께 전술한 바 있으므로 구체적인 설명은 생략한다.
제1 배향제를 제공한 후, 상기 제1 배향제를 경화(curing)하여 주배향층을 형성한다. 상기 경화는 한 번 이상의 열처리를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 상기 제1 배향제를 경화하는 단계는 1차 경화 단계 및 2차 경화 단계를 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. 상기 1차 경화 단계와 상기 2차 경화 단계는 순차적으로 이루어질 수 있으나, 몇몇 실시예에서는 상기 1차 경화하는 단계와 상기 2차 경화하는 단계가 별도의 구분 없이 실질적으로 연속적으로 이루어질 수도 있다.
상기 1차 경화 단계는 상기 제1 배향제 내에 포함된 용매를 제거하거나, 또는 층분리를 유도하는 단계일 수 있다. 예를 들어, 상기 1차 경화 단계에서 경화 온도는 약 50 내지 100 ℃이거나, 약 60 내지 75 ℃일 수 있다. 또한, 상기 1차 경화 단계는 약 60 내지 300초 동안 수행되거나, 약 70 내지 120초 동안 수행될 수 있다.
상기 2차 경화 단계는 상기 제1 배향제 내에 포함된 고분자 사슬의 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 250 ℃일 수 있다. 또한, 상기 2차 경화 단계는 약 500 내지 1500초 동안 수행되거나, 약 700 내지 1300초 동안 수행될 수 있다.
다음으로, 제2 기판(200) 상에 제2 배향제를 제공하여 제2 배향막(420)을 형성한다(S140). 제2 배향제는 주쇄의 반복 단위 내에 이미드기를 포함하고, 측쇄 중 적어도 일부가 수직 배향기로 치환된 고분자 사슬, 및 소정의 용매를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 상기 제2 배향제의 고분자 사슬은 반복 단위 내에 상기 화학식 Ⅰa 또는 화학식 Ⅰb로 표현되는 구조를 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
<화학식 Ⅰa>
Figure pat00072
<화학식 Ⅰb>
Figure pat00073
단, 상기 화학식 Ⅰa 및 화학식 Ⅰb에서, A는 각각 지환족 이무수물 또는 방향족 이무수물로부터 유도된 4가의 유기기이고, B는 각각 지환족 디아민 또는 방향족 디아민으로부터 유도된 2가의 유기기이며, 상기 화학식 Ⅰb에서, R1 및 R1'은 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 알킬, 또는 치환 또는 비치환된 아릴이다.
다른 예시적인 실시예에서, 상기 제2 배향제의 고분자 사슬은 반복 단위 내에 상기 화학식 Ⅱa 또는 화학식 Ⅱb로 표현되는 구조를 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
<화학식 Ⅱa>
Figure pat00074
<화학식 Ⅱb>
Figure pat00075
단, 상기 화학식 Ⅱa 및 화학식 Ⅱb에서, A는 각각 지환족 이무수물 또는 방향족 이무수물로부터 유도된 4가의 유기기이고, B는 각각 지환족 디아민 또는 방향족 디아민으로부터 유도된 3가의 유기기이며, C는 각각 수직 배향기 측쇄이고, 상기 화학식 Ⅰb에서, R1 및 R1'은 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 알킬, 또는 치환 또는 비치환된 아릴이다.
상기 제2 배향제는 주쇄의 반복 단위 내에 이미드기를 포함하고, 측쇄 중 적어도 일부가 수직 배향기로 치환된 고분자 사슬을 포함하는 점은 제1 배향제와 동일하지만, 중합 개시제, 중합 개시제로 치환된 측쇄, 및 광 경화제(10)를 실질적으로 포함하지 않는 점이 상이한 점이다. 그 외 제2 배향제의 구성은 상기 제1 배향제와 실질적으로 동일할 수 있다. 제2 배향제를 제공한 후 상기 제2 배향제를 경화하여 제2 배향막(420)을 형성하는 단계는 제1 프리 배향막(411')과 동일한 공정을 사용할 수 있는 바, 구체적인 설명은 생략한다.
이어서 도 5 내지 도 8을 참조하면, 제1 기판(100) 및 제2 기판(200)을 합착하고 액정층(300)을 개재한다(S150). 예시적인 실시예에서, 액정층을 개재하는 단계(S150)는 제1 기판(100) 및/또는 제2 기판(200) 상에 액정 조성물을 적하한 후 양 기판을 합착하는 단계일 수 있으나, 제1 기판(100) 및 제2 기판(200)을 합착한 후 액정 조성물을 주입하는 단계일 수도 있다.
몇몇 실시예에서, 액정층을 개재하는 단계(S150)에서 제공되는 액정 조성물 내에 광 경화제가 포함되어 제공될 수도 있다.
액정층(300) 내 액정 분자들은 제1 프리 배향막(411) 표면에 인접한 제1 액정 분자(301)들과 제2 배향막(420) 표면에 인접한 제2 액정 분자(302)들을 포함한다. 전계가 형성되지 않은 초기 배향 상태에서 제1 액정 분자(301)들 및 제2 액정 분자(302)들은 각각 제1 프리 배향막(411) 및 제2 배향막(420) 내 수직 배향기에 의해 실질적으로 수직 배향될 수 있다. 한편, 제1 프리 배향막(411) 내 포함된 광 경화제(10)의 적어도 일부는 액정층(300) 내로 유출되어 제1 기판(100) 근방에 위치할 수 있다.
도면에 도시하지 않았지만, 몇몇 실시예에서 액정층 형성 후 액정 분자들의 퍼짐성 및 균일성을 향상시키고, 제1 프리 배향막(411) 내 포함된 광 경화제(10)의 유출을 촉진시키기 위하여 열처리, 예를 들면 어닐링 공정 단계를 더 포함할 수도 있다.
이어서 도 5 내지 도 9를 참조하면, 액정층(300)에 전계를 인가한 상태에서 광을 조사한다(S160). 구체적으로, 제1 기판(100)과 제2 기판(200) 사이에 수직 전계를 형성할 경우 액정층(300) 내 액정 분자들은 장축이 전계에 수직한 방향으로 기울어질 수 있다. 또, 액정 분자들이 기울어짐에 따라 제1 프리 배향막(411) 및 제2 배향막(420) 내 수직 배향기는 제1 및 제2 액정 분자(302)들과 유사한 기울기로 기울어질 수 있다.
한편, 상기 광은 약 300 내지 380 nm의 파장을 갖거나, 약 350 내지 약 380 nm의 파장을 갖거나, 약 355 내지 370 nm의 파장을 갖는 자외선일 수 있다. 또, 약 약 0.1 내지 15 J/㎠의 노광량으로 조사되거나, 약 1 내지 4 J/㎠ 이하의 노광량으로 조사될 수 있다.
특히, 본 실시예에 따른 제1 프리 배향막(411) 내 고분자 사슬은 광 흡수 보조기가 도입된 측쇄를 포함하고 있어 상기 파장의 광에 대한 흡수율이 우수하기 때문에 비교적 낮은 노광량, 예를 들면 약 4 J/㎠ 이하의 노광량만으로 중합 개시제 및 광 경화제(10) 간의 광 중합을 유도할 수 있으며, 선경사를 부여하기에 충분한 광 중합체(412)를 형성할 수 있다. 또, 노광량 및 노광 시간이 감소함에 따라 광 조사에 의한 액정층(300) 내 액정 분자의 손상을 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다. 한편, 도 9 등은 제1 기판(100) 측에서 광을 조사하는 경우를 예시하고 있으나, 상기 광은 제2 기판 측에서 조사되거나, 또는 양측에서 조사될 수도 있다.
중합 개시제 및 광 흡수 보조기를 포함하는 제1 프리 배향막(411)에 광이 조사될 경우 상기 중합 개시제에 의해 광 중합 반응이 개시되어 제1 프리 배향막(411) 내 고분자 사슬의 측쇄와 화학적으로 결합된 광 중합체(412)가 형성된 제1 배향막(410)을 형성할 수 있다. 광 중합체(412)는 광 경화제(10) 단분자들이 상기 고분자 사슬의 수직 배향기 측쇄 및/또는 중합 개시제 측쇄와 결합되고, 광 경화제(10) 단분자들이 서로 중합되어 있는 고분자 화합물이 주배향층 표면에 미세 돌기 형태로 발현된 것일 수 있다. 액정층(300)에 전계를 인가한 상태에서 광을 조사하는 단계(S160)에서, 액정층(300) 내 감소된 광 경화제(10)는 광 중합체(412)를 형성하는데 소모된 것으로 이해할 수 있다. 예를 들어, 광 경화제(10)는 반응성 메조겐이고, 광 중합체(412)는 반응성 메조겐의 중합체일 수 있다.
도 10은 경사(tilt)된 광 중합체(10)에 의해 제1 액정 분자(301)의 배향 경사가 고정 내지 안정화되어 전계가 형성되지 않은 상태에서도 선경사각을 유지하는 반면, 제2 액정 분자(302)는 실질적으로 수직 배향됨을 나타낸 도면이다. 이 경우, 제1 액정 분자(301)들은 대략 제1 선경사각(θ1)을 가지고 배향되고, 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. 제1 액정 분자(301)들 및 제2 액정 분자(302)들을 포함하는 액정층(300) 내 액정 분자들의 평균 선경사각은 약 88.8°이하일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니며, 필요에 따라 통상의 기술자에 의해 적절하게 선택될 수 있다. 한편, 제1 배향막(410) 표면의 표면 거칠기는 광 중합체(412)로 인해 제2 배향막(420) 표면의 표면 거칠기보다 클 수 있으며, 이에 관하여 도 2 내지 도 4와 함께 설명한 바 있으므로 구체적인 설명은 생략한다.
이어서 도 5 내지 도 11을 참조하면, 전계를 인가하지 않은 상태에서 다시 한번 광을 조사한다(S170). 상기 광은 자외선일 수 있다. 잔여 광 경화제(10)가 포함된 액정층(300)에 광이 조사될 경우 액정층(300) 내에 잔존하는 잔여 광 경화제(10)가 제거될 수 있다. 또, 상기 광은 약 120 분 이하, 또는 약 80 분 이하의 시간 동안 조사될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 광의 조사 시간이 길어지거나 조사량이 커질수록 잔여 광 경화제(10)를 제거하는 효과가 우수한 반면, 액정 분자들에 손상이 발생하여 전압 보전율이 저하될 수 있다. 특히, 제1 배향막(410)이 여전히 광 흡수 보조기가 도입된 측쇄를 갖기 때문에 다시 한번 광을 조사하는 단계(S170)에서 사용되는 광의 파장에 대해 높은 흡수 효율을 보일 수 있다. 따라서, 짧은 노광 시간과 적은 조사량만으로 잔상이 발생하지 않을 정도로 잔여 광 경화제(10)를 대부분 제거할 수 있기 때문에 표시 품질이 향상된 액정 표시 장치를 제조할 수 있다. 이 경우, 액정층(300) 내 최종적으로 잔류하는 잔여 광 경화제(10)의 함량은 약 100 ppm 이하일 수 있다.
한편, 다시 한번 광을 조사하는 단계(S170)에서, 제2 액정 분자(302)들은 여전히 제1 액정 분자(301)들에 비해 수직 배향된 상태를 유지할 수 있다.
이후, 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 제공할 수 있다. 본 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법은 광 흡수 보조기를 포함하는 배향막을 이용함으로써 상기 두 번의 광 조사 단계에서의 노광량 및 노광 시간을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법을 설명한다. 다만, 발명의 본질을 흐리지 않기 위해 전술한 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법과 실질적으로 동일하거나 유사한 구성에 대한 설명은 생략하며, 이는 첨부된 도면으로부터 본 기술 분야의 통상의 기술자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 공정을 나타낸 순서도이다.
도 12를 참조하면, 우선 제1 기판을 준비한다(S210). 다음으로, 제2 기판을 준비한다(S220). 상기 제1 기판은 하부 표시 기판이고, 상기 제2 기판은 상부 표시 기판일 수 있다.
이어서 상기 제1 기판 상에 제1 배향제를 제공하여 제1 프리 배향막을 형성한다(S230). 구체적으로, 제1 배향제는 이무수물계 화합물과 디아민계 화합물의 공중합체인 고분자 사슬, 중합 개시제, 광 경화제, 및 소정의 용매를 포함할 수 있다. 다만 본 실시예에 따른 제1 배향제의 고분자 사슬은 광 흡수 보조기가 도입된 측쇄를 실질적으로 포함하지 않는 점이 일 실시예에 따른 제1 배향제와 상이한 점이다.
또, 상기 광 경화제는 중심부에 광 흡수 보조기를 포함한다. 상기 광 흡수 보조기는 바이페닐기 또는 터페닐기를 포함하는 작용기일 수 있다. 상기 광 경화제는 광 중합을 통해 후술할 광 중합체를 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 광 경화제는 반응성 메조겐이고, 상기 광 중합체는 반응성 메조겐의 중합체일 수 있다.
상기 반응성 메조겐은 액정 성질을 발현하기 위한 메조겐기(강성기)를 갖는 메조겐 코어 구조를 포함하되, 고분자화를 위한 중합 가능한 말단기(반응기)를 갖는 화합물로서, 가교성 저분자 또는 고분자를 의미하며, 특정 파장의 광 및/또는 열을 흡수하면 중합 반응 등의 화학 반응을 일으킬 수 있다.
상기 강성기는 치환 또는 비치환된 사이클로헥실, 치환 또는 비치환된 바이페닐, 치환 또는 비치환된 터페닐, 및 치환 또는 비치환된 나프탈렌 등을 예시할 수 있고, 상기 중합 가능한 말단기는 메타크릴레이트, 아크릴레이트, 비닐, 비닐옥시, 및 에폭시 등을 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어 상기 강성기는
Figure pat00076
,
Figure pat00077
(여기서, L1 내지 L4는 각각 독립적으로 수소, 또는 할로겐이되, L1 및 L2 중 어느 하나는 수소이고, L3 및 L4 중 어느 하나는 수소이다),
Figure pat00078
, 및
Figure pat00079
중 어느 하나를 예시할 수 있고, 상기 중합 가능한 말단기는
Figure pat00080
,
Figure pat00081
,
Figure pat00082
,
Figure pat00083
,
Figure pat00084
, 및
Figure pat00085
중 어느 하나를 예시할 수 있다.
본 실시예에 따른 광 경화제, 즉 반응성 메조겐은 메조겐 코어 구조 내에 상기 강성기 외에 광 흡수 보조기를 더 포함한다. 상기 광 흡수 보조기는 바이페닐기 또는 터페닐기 일 수 있다. 상기 강성기와 상기 광 흡수 보조기를 포함하는 메조겐 코어 구조는 중합 반응 후에도 화학 구조를 그대로 유지하며, 따라서 제1 배향막은 중합 개시제 측쇄와 상기 반응성 메조겐이 중합되어 형성되며, 바이페닐기 또는 터페닐기를 포함하는 측쇄를 포함하고 있을 수 있다.
예시적인 실시예에서, 상기 광 경화제는 하기 화학식 Ⅳa 또는 화학식 Ⅳb로 표현되는 구조를 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
<화학식 Ⅳa>
Figure pat00086
<화학식 Ⅳb>
Figure pat00087
단, 상기 화학식 Ⅳa 및 화학식 Ⅳb에서, R4 및 R5는 각각 독립적으로 메타크릴레이트기, 아크릴레이트기, 비닐기, 비닐옥시기, 에폭시기이고, SP4 및 SP5는 각각 독립적으로 단일 결합, 탄소수 1 내지 12의 알킬기, 또는 탄소수 1 내지 12의 알콕시기이며, Z는 탄소수 6 내지 18의 지환족 또는 방향족 탄화수소를 포함하는 강성기이다.
그 외 제1 배향제의 구성은 상기 일 실시예에 따른 제1 배향제와 실질적으로 동일할 수 있다. 제1 배향제를 제공한 후 상기 제1 배향제를 경화하여 제1 프리 배향막을 형성할 수 있다.
제1 배향제를 경화하여 제1 프리 배향막을 형성하는 단계에 있어서, 경화가 200 ℃ 이상의 고온에서 진행될 경우 제1 배향제 내에 포함된 광 경화제의 적어도 일부는 열 분해 또는 열 중합되어 소실될 수 있다. 광 경화제 단량체의 함량 감소는 광 경화제의 고분자 화합물, 즉 광 중합체, 예를 들어 메조겐 중합체의 절대량 감소로 이어져 액정 분자에 충분한 선경사를 형성하지 못하는 결과를 야기할 수 있다. 아울러, 제1 배향제를 경화하는 단계(S230)에서 열 중합된 광 경화제의 중합체는 후행되는 광을 조사하는 단계(S260) 또는 다시 광을 조사하는 단계(S270)에서 더 이상의 중합이 발생하지 않아 액정층 내 불순물로 잔존하여 액정 표시 장치의 구동시 초래할 수 있는 잔상 불량을 야기할 수 있다. 본 실시예에 따른 광 경화제는 바이페닐기 또는 터페닐기를 포함하는 메조겐 코어 구조의 길이가 소정의 열 반응에 저항할 수 있을 정도로 길어짐과 동시에, 상기 메조겐 코어 구조 내에 추가적인 결합을 구비함으로써 열 안정성이 우수하다. 이를 통해, 제1 배향제를 경화하는 단계(S230)에서 열 분해 또는 열 중합되는 광 경화제의 양을 최소화할 수 있다.
다음으로, 제2 기판 상에 제2 배향제를 제공하여 제2 배향막을 형성한다(S240). 본 실시예에 따른 제2 배향제는 상기 일 실시예에 따른 제2 배향제와 실질적으로 동일한 구성일 수 있다. 제2 배향제를 제공한 후 상기 제2 배향제를 경화하여 제2 배향막을 형성할 수 있다.
다음으로, 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판을 합착하고 액정층을 개재한다(S250). 예시적인 실시예에서, 액정층을 개재하는 단계(S250)는 액정 적하 공정 또는 액정 주입 공정을 이용할 수 있다.
다음으로, 상기 액정층에 전계를 인가한 상태에서 광을 조사한다(S260). 상기 광은 약 300 내지 380 nm의 파장을 갖거나, 약 350 내지 약 380 nm의 파장을 갖거나, 약 355 내지 370 nm의 파장을 갖는 자외선일 수 있다. 또, 약 약 0.1 내지 15 J/㎠의 노광량으로 조사되거나, 약 1 내지 4 J/㎠ 이하의 노광량으로 조사될 수 있다.
특히, 본 실시예에 따른 광 경화제는 광 흡수 보조기를 포함하고 있어 상기 파장의 광에 대한 흡수율이 우수하기 때문에 비교적 낮은 노광량만으로 중합 개시제 및 광 경화제 간의 광 중합이 발생할 수 있으며, 선경사를 형성하기에 충분한 광 중합체를 형성할 수 있다.
중합 개시제를 포함하는 제1 프리 배향막 및 광 흡수 보조기를 갖는 광 경화제에 광이 조사될 경우 상기 개시제에 의해 광 중합 반응이 개시되고 상기 광 흡수 보조기에 의해 상기 광 반응이 촉진되어 제1 프리 배향막 내 고분자 사슬의 측쇄와 화학적으로 결합된 광 중합체가 형성된 제1 배향막을 형성할 수 있다.
광 중합체를 갖는 제1 배향막이 형성되면 제1 배향막과 인접한 제1 액정 분자(301)의 배향 경사가 고정 내지 안정화되어 전계가 형성되지 않은 상태에서도 선경사각을 유지하는 반면, 제2 배향막과 인접한 제2 액정 분자는 실질적으로 수직배향될 수 있다.
다음으로, 전계를 인가하지 않은 상태에서 다시 한번 광을 조사한다(S270). 상기 광은 자외선일 수 있다. 잔여 광 경화제가 포함된 액정층에 광이 조사될 경우 액정층 내에 잔존하는 잔여 광 경화제가 제거될 수 있다. 특히, 잔여 광 경화제가 메조겐 코어 구조 내에 광 흡수 보조기를 갖기 때문에 다시 한번 광을 조사하는 단계(S270)에서 사용되는 광의 파장에 대해 높은 흡수 효율을 보일 수 있다. 따라서, 짧은 노광 시간과 적은 조사량만으로 잔상이 발생하지 않을 정도로 잔여 광 경화제를 대부분 제거할 수 있다.
이후, 도시하지 않았지만 제1 기판 및 제2 기판의 양단을 구부리는 공정 단계 및 제1 기판의 하부에 백라이트 유닛을 제공하는 단계를 통해 곡면형 액정 표시 장치를 제공할 수 있다. 본 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법은 메조겐 코어 구조 내에 광 흡수 보조기를 갖는 광 경화제를 이용함으로써 상기 두 번의 광 조사 단계에서의 노광량 및 노광 시간을 최소화할 수 있고, 열 안정성이 향상된 광 경화제를 이용함으로써 배향제를 경화하는 단계에서의 열 반응으로 인한 광 경화제 손실을 최소화할 수 있는 효과가 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
410 : 제1 배향막
420 : 제2 배향막

Claims (20)

  1. 일면을 포함하고, 적어도 일 방향으로 휘어진 제1 기판;
    상기 제1 기판의 상기 일면 상에 배치되고, 중합 개시제를 포함하는 제1 배향막;
    상기 제1 기판과 대향하는 일면 및 상기 일면의 타면을 포함하고, 상기 제1 기판과 동일한 방향으로 휘어진 제2 기판; 및
    상기 제1 배향막과 상기 제2 기판 사이에 개재되는 액정층을 포함하되,
    상기 제1 배향막은 이무수물계 화합물과 디아민계 화합물의 공중합체로서, 고분자 사슬을 포함하며,
    상기 고분자 사슬은 반복 단위 내에 이미드기를 포함하는 주쇄;
    상기 주쇄에 결합되며 수직 배향기가 도입된 제1 측쇄; 및
    상기 주쇄에 결합되며 바이페닐기(biphenyl) 또는 터페닐기(terphenyl)를 포함하는 작용기가 도입된 제2 측쇄를 포함하는 액정 표시 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 액정층은 복수의 액정 분자를 포함하되,
    초기 배향 상태에서, 상기 제2 기판에 인접한 액정 분자는 상기 제1 배향막에 인접한 액정 분자에 비해 수직 배향된 액정 표시 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 기판과 상기 액정층 사이에 배치되는 제2 배향막을 더 포함하되,
    상기 제2 배향막의 중합 개시제 함량은 0 또는 상기 제1 배향막의 중합 개시제 함량보다 작은 액정 표시 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 배향막은 광 중합체를 포함하되,
    상기 제2 배향막의 단위 면적당 광 중합체 함량은 0 또는 상기 제1 배향막의 단위 면적당 광 중합체 함량보다 작은 액정 표시 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제1 배향막의 표면 거칠기는, 상기 제2 배향막의 표면 거칠기보다 큰 액정 표시 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 고분자 사슬은 반복 단위 내에,
    하기 화학식 Ⅰa 또는 화학식 Ⅰb로 표현되는 구조; 및
    하기 화학식 Ⅱa 또는 화학식 Ⅱb로 표현되는 구조를 포함하는 액정 표시 장치.
    <화학식 Ⅰa>
    Figure pat00088

    <화학식 Ⅰb>
    Figure pat00089

    <화학식 Ⅱa>
    Figure pat00090

    <화학식 Ⅱb>
    Figure pat00091

    (단, 상기 화학식 Ⅰa, 화학식 Ⅰb, 화학식 Ⅱa, 및 화학식 Ⅱb에서, A는 각각 지환족 이무수물 또는 방향족 이무수물로부터 유도된 4가의 유기기이고, B는 각각 지환족 디아민 또는 방향족 디아민으로부터 유도된 2가의 유기기이며, 상기 화학식 Ⅰb 및 화학식 Ⅱb에서, R1 및 R1'은 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 알킬, 또는 치환 또는 비치환된 아릴이고, 상기 화학식 Ⅱa 및 화학식 Ⅱb에서, C는 수직 배향기, 또는 바이페닐기 또는 터페닐기를 포함하는 작용기이다)
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 수직 배향기는 하기 화학식 Ⅱc 또는 화학식 Ⅱd로 표현되는 구조를 포함하는 액정 표시 장치.
    <화학식 Ⅱc>
    Figure pat00092

    <화학식 Ⅱd>
    Figure pat00093

    (단, 상기 화학식 Ⅱc 및 화학식 Ⅱd에서, R2는 각각 탄소수 3 내지 25의 알킬기이고, 상기 화학식 Ⅱd에서, SP2는 단일 결합, 또는 탄소수 1 내지 5의 알킬기이다)
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 바이페닐기 또는 터페닐기를 포함하는 작용기는 하기 화학식 Ⅲc 또는 화학식 Ⅲd로 표현되는 구조를 포함하는 액정 표시 장치.
    <화학식 Ⅲc>
    Figure pat00094

    <화학식 Ⅲd>
    Figure pat00095

    (단, 상기 화학식 Ⅲc 및 화학식 Ⅲd에서, R3는 탄소수 2 내지 10의 알킬, 또는 아릴이고, SP3는 에테르기, 또는 에스테르기이다)
  9. 제6 항에 있어서,
    상기 바이페닐기 또는 터페닐기를 포함하는 작용기는 상기 중합 개시제와 광 경화제가 중합되어 형성된 것이며,
    상기 광 경화제는 하기 화학식 Ⅳa 또는 화학식 Ⅳb로 표현되는 구조를 포함하는 액정 표시 장치.
    <화학식 Ⅳa>
    Figure pat00096

    <화학식 Ⅳb>
    Figure pat00097

    (단, 상기 화학식 Ⅳa 및 화학식 Ⅳb에서, R4 및 R5는 각각 독립적으로 메타크릴레이트기, 아크릴레이트기, 비닐기, 비닐옥시기, 에폭시기이고, SP4 및 SP5는 각각 독립적으로 단일 결합, 탄소수 1 내지 12의 알킬기, 또는 탄소수 1 내지 12의 알콕시기이며, Z는 탄소수 6 내지 18의 지환족 또는 방향족 탄화수소를 포함하는 강성기이다)
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 액정층은 하기 화학식 Ⅳa 또는 화학식 Ⅳb로 표현되는 구조를 포함하는 광 경화제를 포함하되,
    상기 액정층 내 상기 광 경화제의 함량은 100 ppm 이하인 액정 표시 장치.
    <화학식 Ⅳa>
    Figure pat00098

    <화학식 Ⅳb>
    Figure pat00099

    (단, 상기 화학식 Ⅳa 및 화학식 Ⅳb에서, R4 및 R5는 각각 독립적으로 메타크릴레이트기, 아크릴레이트기, 비닐기, 비닐옥시기, 에폭시기이고, SP4 및 SP5는 각각 독립적으로 단일 결합, 탄소수 1 내지 12의 알킬기, 또는 탄소수 1 내지 12의 알콕시기이며, Z는 탄소수 6 내지 18의 지환족 또는 방향족 탄화수소를 포함하는 강성기이다)
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 기판은 제1 베이스 기판, 및 상기 제1 베이스 기판과 상기 제1 배향막 사이에 배치되고 도메인 분할 수단을 갖는 화소 전극을 포함하고,
    상기 제2 기판은 제2 베이스 기판, 및 상기 제2 베이스 기판과 상기 액정층 사이에 배치되는 공통 전극을 포함하는 액정 표시 장치.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 기판의 상기 일면, 및 상기 제2 기판의 상기 타면이 오목하게 휘어진 액정 표시 장치.
  13. 일면에 중합 개시제를 포함하는 제1 프리 배향막이 형성된 제1 기판을 준비하는 단계;
    일면에 제2 배향막이 형성된 제2 기판을 준비하는 단계;
    상기 제1 프리 배향막과 상기 제2 배향막 사이에 액정층을 제공하는 단계; 및
    상기 액정층에 전계를 인가한 상태에서 광을 조사함으로써, 상기 제1 프리 배향막 표면에 광 중합체가 형성된 제1 배향막을 형성하는 단계를 포함하되,
    상기 제2 배향막의 중합 개시제 함량은 0 또는 상기 제1 프리 배향막의 중합 개시제 함량보다 작고, 상기 제1 배향막은 이무수물계 화합물과 디아민계 화합물의 공중합체로서, 고분자 사슬을 포함하며,
    상기 고분자 사슬은 반복 단위 내에 이미드기를 포함하는 주쇄;
    상기 주쇄에 결합되며 수직 배향기가 도입된 제1 측쇄; 및
    상기 주쇄에 결합되며 바이페닐기 또는 터페닐기를 포함하는 작용기가 도입된 제2 측쇄를 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 제1 프리 배향막이 형성된 제1 기판을 준비하는 단계는,
    상기 제1 기판 상에 제1 배향제를 제공하는 단계; 및
    상기 제1 배향제를 경화하여 상기 제1 프리 배향막을 형성하는 단계를 포함하되,
    상기 제1 배향제는 상기 중합 개시제, 및 이무수물계 화합물과 디아민계 화합물의 공중합체로서 고분자 사슬을 포함하고,
    상기 고분자 사슬은,
    반복 단위 내에 이미드기를 포함하는 주쇄;
    상기 주쇄에 결합되며 수직 배향기가 도입된 제1 측쇄; 및
    상기 주쇄에 결합되며 바이페닐기 또는 터페닐기를 포함하는 작용기가 도입된 제2 측쇄를 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  15. 제13 항에 있어서,
    상기 제1 프리 배향막 표면에 광 중합체가 형성된 제1 배향막을 형성하는 단계는,
    상기 중합 개시제와 광 경화제가 중합되어 상기 바이페닐기 또는 터페닐기를 포함하는 작용기를 포함하는 상기 광 중합체를 형성하는 단계이되,
    상기 광 경화제는 하기 화학식Ⅳa 또는 화학식 Ⅳb로 표현되는 구조를 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
    <화학식 Ⅳa>
    Figure pat00100

    <화학식 Ⅳb>
    Figure pat00101

    (단, 상기 화학식 Ⅳa 및 화학식 Ⅳb에서, R4 및 R5는 각각 독립적으로 메타크릴레이트기, 아크릴레이트기, 비닐기, 비닐옥시기, 에폭시기이고, SP4 및 SP5는 각각 독립적으로 단일 결합, 탄소수 1 내지 12의 알킬기, 또는 탄소수 1 내지 12의 알콕시기이며, Z는 탄소수 6 내지 18의 지환족 또는 방향족 탄화수소를 포함하는 강성기이다)
  16. 제13 항에 있어서,
    상기 광 중합체는 광 경화제가 중합되어 형성된 것이며,
    상기 광 경화제는,
    상기 제1 프리 배향막 내에 포함되어 제공되거나; 또는
    상기 액정층 내에 포함되어 제공되는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  17. 제13 항에 있어서,
    상기 광을 조사하는 단계는, 4 J/㎠ 이하의 노광량으로 355 nm 내지 365 nm 파장의 자외선을 조사하는 단계인 액정 표시 장치의 제조 방법.
  18. 제13 항에 있어서,
    상기 액정층에 전계를 인가한 상태에서 광을 조사하는 단계 후에,
    상기 액정층에 전계를 인가하지 않은 상태에서 광을 조사하는 단계를 더 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 액정층에 전계를 인가하지 않은 상태에서 광을 조사하는 단계는,
    상기 액정층에 전계가 형성되지 않은 상태에서 80 분 이하의 시간 동안 자외선을 조사하는 단계이고,
    상기 액정층에 전계를 인가하지 않은 상태에서 광을 조사하는 단계에서,
    상기 액정층은 광 경화제를 포함하되, 상기 광 경화제의 상기 액정층 내 함량은 100 ppm 이하인 액정 표시 장치의 제조 방법.
  20. 제18 항에 있어서,
    상기 액정층에 전계를 인가하지 않은 상태에서 광을 조사하는 단계에서,
    상기 제1 배향막의 표면 거칠기는, 상기 제2 배향막의 표면 거칠기보다 크고,
    상기 액정층 내 액정 분자들의 평균 선경사각은 88.8° 이하인 액정 표시 장치의 제조 방법.
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