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KR102354999B1 - 광배향막 및 이를 포함하는 액정 표시 장치 - Google Patents

광배향막 및 이를 포함하는 액정 표시 장치 Download PDF

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KR102354999B1
KR102354999B1 KR1020150033309A KR20150033309A KR102354999B1 KR 102354999 B1 KR102354999 B1 KR 102354999B1 KR 1020150033309 A KR1020150033309 A KR 1020150033309A KR 20150033309 A KR20150033309 A KR 20150033309A KR 102354999 B1 KR102354999 B1 KR 102354999B1
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carbon atoms
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liquid crystal
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강석훈
전종환
김인옥
이준우
전백균
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삼성디스플레이 주식회사
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Abstract

액정 표시 장치를 제공한다. 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치는 제1 기판, 상기 제1 기판 위에 위치하는 박막 트랜지스터, 상기 박막 트랜지스터에 연결되는 제1 전극 그리고 상기 제1 전극 위에 위치하는 제1 배향막을 포함하고, 상기 제1 배향막은 폴리 이미드 및 알킬렌기(-CnH2n-, n은 자연수)와 복수의 가교 말단기를 포함하는 가교제를 포함하고, 상기 복수의 가교 말단기는 반응할 수 있는 작용기가 서로 다른 적어도 2종의 말단기를 포함한다.

Description

광배향막 및 이를 포함하는 액정 표시 장치{PHOTO ALIGNMENT LAYER AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 광배향막 및 이를 포함하는 액정 표시 장치에 관한 것이다.
액정 소자가 화상을 구현하기 위해서는 즉, 액정이 투명 도전 유리 사이에서 외부 전기장에 의해 스위칭되도록 하기 위해서는 액정과 투명 도전 유리전극 사이의 계면에서 액정을 일정 방향으로 배향시켜야만 한다. 액정 배향의 균일성 정도는 액정 디스플레이의 화질의 우수성을 결정짓는 가장 중요한 요소이다.
종래 액정을 배향시키는 통상적인 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 제조시 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.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 잔상과 막강도를 최적화하기 위한 광배향막 및 이를 포함하는 액정 표시 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 광배향막은 폴리 이미드 그리고 알킬렌기(-CnH2n-, n은 자연수)와 복수의 가교 말단기를 포함하는 가교제를 포함하고, 상기 복수의 가교 말단기는 반응할 수 있는 작용기가 서로 다른 적어도 2종의 말단기를 포함한다.
상기 서로 다른 작용기가 각각 상기 가교제 양단에 위치하여 상기 가교 말단기는 비대칭 구조를 형성할 수 있다.
상기 가교제는 하기 화학식 1, 화학식 2 및 화학식 3으로 표현되는 화합물들 중 적어도 하나의 화합물을 포함할 수 있다.
Figure 112015023409705-pat00001
화학식 1
Figure 112015023409705-pat00002
화학식 2
Figure 112015023409705-pat00003
화학식 3
상기 화학식 1, 화학식 2, 및 화학식 3에서 n은 3 내지 11의 자연수이고, m1 내지 m4는 서로 독립적으로 1 내지 4의 자연수이고, A1 및 A2는 서로 독립적으로
Figure 112015023409705-pat00004
,
Figure 112015023409705-pat00005
,
Figure 112015023409705-pat00006
(여기서, R은 H 또는 탄소수 1 내지 3의 알킬기), 탄소수 6 내지 30의 방향족 화합물(aromatic compound) 또는 탄소수 4 내지 20의 지방족 고리 화합물이며, A3은
Figure 112015023409705-pat00007
또는 탄소수 6 내지 30의 방향족 화합물 또는 탄소수 4 내지 20의 지방족 고리 화합물이고, A4는 단일 결합, -CH2-, -COO-, -OCO-, -S-, -O-, 탄소수 6 내지 30의 방향족 화합물 또는 탄소수 4 내지 20의 지방족 고리 화합물이며, X1, X2, X3, X4, X5, X6, X7, X8, X9, 및 X10은 서로 독립적으로 -OH, -NH2, 아릴기, 비닐기,
Figure 112015023409705-pat00008
, 아지리딘 또는 카르보디이미드를 포함한다.
상기 가교제는 하기 화학식 1-1로 표현되는 화합물을 포함할 수 있다.
Figure 112015023409705-pat00009
화학식 1-1
상기 화학식 1-1에서 n은 3 내지 11의 자연수이다.
상기 폴리 이미드는 하기 화학식 5로 표현되는 제5 화합물의 반복 단위를 포함할 수 있다.
Figure 112015023409705-pat00010
화학식 5
상기 화학식 5에서 R3는 지방족 고리형 산이무수물 또는 방향족 산이무수물로부터 유도된 4가의 유기기이고, R4는 각각 독립적으로 방향족 디아민으로부터 유도된 2가의 유기기이다.
상기 폴리 이미드는 (a) 사이클로부탄디안하이드라이드(Cyclobutanedianhydride; CBDA)와 사이클로부탄디안하이드라이드(Cyclobutanedianhydride; CBDA) 유도체 중 적어도 하나와 (b) 제1 디아민의 공중합체일 수 있다.
상기 제1 디아민은 하기 화학식 6으로 표현되는 화합물을 포함할 수 있다.
Figure 112015023409705-pat00011
화학식 6
상기 화학식 6에서, X는 -(CH2)h-, -S-(CH2)h-S-, -O-(CH2)h-O-,
Figure 112015023409705-pat00012
, -(CH2OCH2)h-,
Figure 112015023409705-pat00013
,
Figure 112015023409705-pat00014
, -O-(CH2OCH2)h-O-,
Figure 112015023409705-pat00015
, -(CH2)h1-O-(CH2)h2- 또는
Figure 112015023409705-pat00016
이고, h는 1 내지 10의 자연수이며, h1과 h2는 X의 알킬렌기의 탄소수의 합이 2 내지 10이 되도록 선택되는 자연수의 조합이다.
상기 공중합체는 (a) 사이클로부탄디안하이드라이드(Cyclobutanedianhydride; CBDA)와 상기 사이클로부탄디안하이드라이드(Cyclobutanedianhydride; CBDA) 유도체 중 적어도 하나와 (b) 하기 화학식 7로 표현되는 제2 디아민의 중합체를 더 포함할 수 있다.
Figure 112015023409705-pat00017
화학식 7
상기 공중합체는 하기 화학식 9 및 하기 화학식 10으로 표현되는 반복단위 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
Figure 112015023409705-pat00018
화학식 9
Figure 112015023409705-pat00019
화학식 10
상기 화학식 9 및 상기 화학식 10에서 X는 -(CH2)h-, -S-(CH2)h-S-, -O-(CH2)h-O-,
Figure 112015023409705-pat00020
, -(CH2OCH2)h-,
Figure 112015023409705-pat00021
,
Figure 112015023409705-pat00022
, -O-(CH2OCH2)h-O-,
Figure 112015023409705-pat00023
, -(CH2)h1-O-(CH2)h2- 또는
Figure 112015023409705-pat00024
이고, h는 1 내지 10의 자연수이며, h1과 h2는 X의 알킬렌기의 탄소수의 합이 2 내지 10이 되도록 선택되는 자연수이고, X1 내지 X8은 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 알킬기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 치환 또는 비치환된 헤테로 아릴기이다.
상기 공중합체는 하기 화학식 11로 표현되는 화합물을 포함할 수 있다.
Figure 112015023409705-pat00025
화학식 11
상기 화학식 11에서, X는 -(CH2)h-, -S-(CH2)h-S-, -O-(CH2)h-O-,
Figure 112015023409705-pat00026
, -(CH2OCH2)h-,
Figure 112015023409705-pat00027
,
Figure 112015023409705-pat00028
, -O-(CH2OCH2)h-O-,
Figure 112015023409705-pat00029
, -(CH2)h1-O-(CH2)h2-, 또는
Figure 112015023409705-pat00030
이고, h는 1 내지 10의 자연수이며, h1과 h2는 X의 알킬렌기의 탄소수의 합이 2 내지 10이 되도록 선택되는 자연수이며, a:b는 20:80 내지 50:50이고, X1 내지 X8은 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 알킬기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 치환 또는 비치환된 헤테로 아릴기이다.
본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치는 제1 기판, 상기 제1 기판 위에 위치하는 박막 트랜지스터, 상기 박막 트랜지스터에 연결되는 제1 전극 그리고 상기 제1 전극 위에 위치하는 제1 배향막을 포함하고, 상기 제1 배향막은 폴리 이미드 및 알킬렌기(-CnH2n-, n은 자연수)와 복수의 가교 말단기를 포함하는 가교제를 포함하고, 상기 복수의 가교 말단기는 반응할 수 있는 작용기가 서로 다른 적어도 2종의 말단기를 포함한다.
상기 서로 다른 작용기가 각각 상기 가교제 양단에 위치하여 상기 가교 말단기는 비대칭 구조를 형성할 수 있다.
상기 가교제는 하기 화학식 1, 화학식 2 및 화학식 3으로 표현되는 화합물들 중 적어도 하나의 화합물을 포함할 수 있다.
Figure 112015023409705-pat00031
화학식 1
Figure 112015023409705-pat00032
화학식 2
Figure 112015023409705-pat00033
화학식 3
상기 화학식 1, 화학식 2, 및 화학식 3에서 n은 3 내지 11의 자연수이고, m1 내지 m4는 서로 독립적으로 1 내지 4의 자연수이고, A1 및 A2는 서로 독립적으로
Figure 112015023409705-pat00034
,
Figure 112015023409705-pat00035
,
Figure 112015023409705-pat00036
(여기서, R은 H 또는 탄소수 1 내지 3의 알킬기), 탄소수 6 내지 30의 방향족 화합물(aromatic compound) 또는 탄소수 4 내지 20의 지방족 고리 화합물이며, A3은
Figure 112015023409705-pat00037
또는 탄소수 6 내지 30의 방향족 화합물 또는 탄소수 4 내지 20의 지방족 고리 화합물이고, A4는 단일 결합, -CH2-, -COO-, -OCO-, -S-, -O-, 탄소수 6 내지 30의 방향족 화합물 또는 탄소수 4 내지 20의 지방족 고리 화합물이며, X1, X2, X3, X4, X5, X6, X7, X8, X9, 및 X10은 서로 독립적으로 -OH, -NH2, 아릴기, 비닐기,
Figure 112015023409705-pat00038
, 아지리딘 또는 카르보디이미드를 포함한다.
상기 가교제는 하기 화학식 1-1로 표현되는 화합물을 포함할 수 있다.
Figure 112015023409705-pat00039
화학식 1-1
상기 화학식 1-1에서 n은 3 내지 11의 자연수이다.
상기 폴리 이미드는 하기 화학식 5로 표현되는 제5 화합물의 반복 단위를 포함할 수 있다.
Figure 112015023409705-pat00040
화학식 5
상기 화학식 5에서 R3는 지방족 고리형 산이무수물 또는 방향족 산이무수물로부터 유도된 4가의 유기기이고, R4는 각각 독립적으로 방향족 디아민으로부터 유도된 2가의 유기기이다.
상기 폴리 이미드는 (a) 사이클로부탄디안하이드라이드(Cyclobutanedianhydride; CBDA)와 사이클로부탄디안하이드라이드(Cyclobutanedianhydride; CBDA) 유도체 중 적어도 하나와 (b) 제1 디아민의 공중합체일 수 있다.
상기 제1 디아민은 하기 화학식 6으로 표현되는 화합물을 포함할 수 있다.
Figure 112015023409705-pat00041
화학식 6
상기 화학식 6에서, X는 -(CH2)h-, -S-(CH2)h-S-, -O-(CH2)h-O-,
Figure 112015023409705-pat00042
, -(CH2OCH2)h-,
Figure 112015023409705-pat00043
,
Figure 112015023409705-pat00044
, -O-(CH2OCH2)h-O-,
Figure 112015023409705-pat00045
, -(CH2)h1-O-(CH2)h2- 또는
Figure 112015023409705-pat00046
이고, h는 1 내지 10의 자연수이며, h1과 h2는 X의 알킬렌기의 탄소수의 합이 2 내지 10이 되도록 선택되는 자연수의 조합이다.
상기 공중합체는 (a) 사이클로부탄디안하이드라이드(Cyclobutanedianhydride; CBDA)와 상기 사이클로부탄디안하이드라이드(Cyclobutanedianhydride; CBDA) 유도체 중 적어도 하나와 (b) 하기 화학식 7로 표현되는 제2 디아민의 중합체를 더 포함할 수 있다.
Figure 112015023409705-pat00047
화학식 7.
상기 공중합체는 하기 화학식 9 및 하기 화학식 10으로 표현되는 반복단위 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
Figure 112015023409705-pat00048
화학식 9
Figure 112015023409705-pat00049
화학식 10
상기 화학식 9 및 상기 화학식 10에서 X는 -(CH2)h-, -S-(CH2)h-S-, -O-(CH2)h-O-,
Figure 112015023409705-pat00050
, -(CH2OCH2)h-,
Figure 112015023409705-pat00051
,
Figure 112015023409705-pat00052
, -O-(CH2OCH2)h-O-,
Figure 112015023409705-pat00053
, -(CH2)h1-O-(CH2)h2- 또는
Figure 112015023409705-pat00054
이고, h는 1 내지 10의 자연수이며, h1과 h2는 X의 알킬렌기의 탄소수의 합이 2 내지 10이 되도록 선택되는 자연수이고, X1 내지 X8은 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 알킬기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 치환 또는 비치환된 헤테로 아릴기이다.
상기 공중합체는 하기 화학식 11로 표현되는 화합물을 포함할 수 있다.
Figure 112015023409705-pat00055
화학식 11
상기 화학식 11에서, X는 -(CH2)h-, -S-(CH2)h-S-, -O-(CH2)h-O-,
Figure 112015023409705-pat00056
, -(CH2OCH2)h-,
Figure 112015023409705-pat00057
,
Figure 112015023409705-pat00058
, -O-(CH2OCH2)h-O-,
Figure 112015023409705-pat00059
, -(CH2)h1-O-(CH2)h2-, 또는
Figure 112015023409705-pat00060
이고, h는 1 내지 10의 자연수이며, h1과 h2는 X의 알킬렌기의 탄소수의 합이 2 내지 10이 되도록 선택되는 자연수이며, a:b는 20:80 내지 50:50이고, X1 내지 X8은 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 알킬기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 치환 또는 비치환된 헤테로 아릴기이다.
상기 제1 기판과 절연막을 사이에 두고 위치하는 제2 전극을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 전극은 복수의 가지 전극을 포함하고, 상기 제2 전극은 면 형상(planar shape)을 가질 수 있다.
상기 복수의 가지 전극은 상기 면 형상의 제2 전극과 중첩할 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 기판과 마주보는 제2 기판, 상기 제2 기판 위에 위치하는 제2 배향막 그리고 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 위치하고 액정 분자를 포함하는 액정층을 더 포함하고, 상기 제2 배향막은 상기 제1 배향막과 동일한 물질로 형성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 유연한 그룹을 포함하는 디아민과 유연한 그룹을 포함하는 가교제를 사용하여 광배향막을 형성함으로써 잔상과 막경도가 최적화된 광배향막 및 액정 표시 장치를 구현할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 반응할 수 있는 작용기가 서로 다른 가교 말단기를 가교제 양단에 각각 형성함으로써 가교 반응의 균질화를 통해 막경도를 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 광배향막에서 유연한 디아민의 함량과 가교제의 함량에 따른 이방성 경향을 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 광배향막에 혼합된 가교제를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 광배향막에 경직한 성질을 갖는 가교제를 첨가한 경우에 잔상 정도를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 유연한 성질을 갖는 가교제를 첨가한 광배향막의 잔상 정도를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 광배향막에서 유연한 디아민의 함량과 유연한 가교제의 함량을 변화시키는 경우에 이방성을 나타내는 그래프이다.
도 6은 가교 반응기의 종류에 따른 막경도 개선 정도를 나타내기 위한 스크래치 평가 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 광배향막에서 폴리이미드가 분해되는 것을 나타내는 구조식이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 광배향막에서 등방성에서 이방성으로 변화되는 과정을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 유연한 가교제가 첨가된 광배향제를 사용하여 형성된 광배향막에서 잔상이 개선되는 원리를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타내는 평면도이다.
도 11은 도 10의 절단선 XI-XI을 따라 자른 단면도이다.
첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 또한, 층이 다른 층 또는 기판 “위”에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 층이 개재될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미한다.
본 발명의 일실시예에 따른 광배향제는 폴리 이미드 및 폴리 아믹산 중 적어도 하나 그리고 알킬렌기(-CnH2n-, n은 자연수)와 복수의 가교 말단기를 포함하는 가교제를 포함하고, 상기 복수의 가교 말단기는 반응할 수 있는 작용기가 서로 다른 적어도 2종의 말단기를 포함한다.
상기 반응성이 서로 다른 가교 말단기는 각각 상기 가교제 양단에 위치하여 비대칭 구조를 형성할 수 있다. 본 실시예에서 반응할 수 있는 작용기가 서로 다른 가교 말단기는 가교 반응이 일어나는 온도가 서로 다른 것일 수 있다.
본 실시예에 따른 가교제는 하기 화학식 1, 화학식 2 및 화학식 3으로 표현되는 화합물들 중 적어도 하나의 화합물을 포함할 수 있다.
Figure 112015023409705-pat00061
화학식 1
Figure 112015023409705-pat00062
화학식 2
Figure 112015023409705-pat00063
화학식 3
화학식 1, 화학식 2, 및 화학식 3에서 n은 3 내지 11의 자연수이고, m1 내지 m4는 서로 독립적으로 1 내지 4의 자연수이고, A1 및 A2는 서로 독립적으로
Figure 112015023409705-pat00064
,
Figure 112015023409705-pat00065
,
Figure 112015023409705-pat00066
(여기서, R은 H 또는 탄소수 1 내지 3의 알킬기), 탄소수 6 내지 30의 방향족 화합물(aromatic compound) 또는 탄소수 4 내지 20의 지방족 고리 화합물이며, A3은
Figure 112015023409705-pat00067
또는 탄소수 6 내지 30의 방향족 화합물 또는 탄소수 4 내지 20의 지방족 고리 화합물이고, A4는 단일 결합, -CH2-, -COO-, -OCO-, -S-, -O-, 탄소수 6 내지 30의 방향족 화합물 또는 탄소수 4 내지 20의 지방족 고리 화합물이다. 여기서, 방향족 화합물은 예시로 특별히 제한되는 것은 아니지만 페닐기, 알킬 치환된 페닐, 불소 치환된 페닐, 바이페닐, 나프탈렌, 안트라센, 펜타센일 수 있고, 지방족 고리 화합물은 예시로 특별히 제한되는 것은 아니지만 사이클로헥산, 사이클로부탄, 사이클로펜탄일 수 있다.
화학식 1, 화학식 2, 및 화학식 3에서 X1, X2, X3, X4, X5, X6, X7, X8, X9, 및 X10은 서로 독립적으로 -OH, -NH2, 아릴기, 비닐기,
Figure 112015023409705-pat00068
, 아지리딘 또는 카르보디이미드를 포함한다.
본 실시예에서 가교제는 광배향제 전체 함량에 대략 3중량% 이상 10중량% 이하로 포함될 수 있다. 바람직하게는 5중량% 이상 7중량% 이하로 포함될 수 있다.
본 실시예에서 가교제는 하기 화학식 1-1로 표현되는 화합물을 포함할 수 있다.
Figure 112015023409705-pat00069
화학식 1-1
상기 화학식 1-1에서 n은 3 내지 11의 자연수이다.
이처럼, 본 실시예에 따른 가교제는 유연기(flexible group)에 해당하는 알킬렌기(-CH2-)를 포함하기 때문에 본 실시예에 따른 가교제가 첨가된 광배향제를 사용하여 형성된 광배향막은 막경도를 개선하면서 잔상 악화를 최소화한다. 또한, 가교 반응이 일어나는 온도가 서로 다른 가교 말단기가 가교제 양단에 위치함으로써 가교제가 광배향제 내에서 균일하게 분포할 수 있다.
본 실시예에서 폴리 아믹산은 하기 화학식 4로 표현되는 제4 화합물의 반복 단위를 포함하고, 폴리 이미드는 하기 화학식 5로 표현되는 제5 화합물의 반복 단위를 포함할 수 있다.
Figure 112015023409705-pat00070
화학식 4
Figure 112015023409705-pat00071
화학식 5
상기 화학식 4와 상기 화학식 5에서 R1, R3는 지방족 고리형 산이무수물 또는 방향족 산이무수물로부터 유도된 4가의 유기기이고, R2, R4는 각각 독립적으로 방향족 디아민으로부터 유도된 2가의 유기기이다.
폴리 이미드 또는 폴리 아믹산은 (a) 사이클로부탄디안하이드라이드(Cyclobutanedianhydride; CBDA)와 사이클로부탄디안하이드라이드(Cyclobutanedianhydride; CBDA) 유도체 중 적어도 하나와 (b) 제1 디아민의 공중합체를 포함할 수 있다.
사이클로부탄디안하이드라이드(Cyclobutanedianhydride; CBDA) 및 사이클로부탄디안하이드라이드(Cyclobutanedianhydride; CBDA) 유도체는 하기 화학식 8로 표현되는 화합물을 포함할 수 있다.
Figure 112015023409705-pat00072
화학식 8
화학식 8에서 X1, X2, X3 및 X4는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 알킬기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 치환 또는 비치환된 헤테로 아릴기이다. 여기서, X1 내지 X4가 모두 수소인 경우에 사이클로부탄디안하이드라이드가 될 수 있다.
화학식 8에서 사이클로부탄디안하이드라이드는 하기 화학식 8-1로 표현되는 화합물을 포함하고, 사이클로부탄디안하이드라이드 유도체는 하기 화학식 8-2 또는 하기 화학식 8-3으로 표현되는 화합물을 포함할 수 있다.
Figure 112015023409705-pat00073
화학식 8-1
Figure 112015023409705-pat00074
화학식 10-1
Figure 112015023409705-pat00075
화학식 10-2
본 실시예에서 제1 디아민은 알킬렌기(-CkH2k-, k는 자연수)를 포함할 수 있다. 제1 디아민은 하기 화학식 6으로 표현되는 화합물일 수 있다.
Figure 112015023409705-pat00076
화학식 6
화학식 6에서, X는 -(CH2)h-, -S-(CH2)h-S-, -O-(CH2)h-O-,
Figure 112015023409705-pat00077
, -(CH2OCH2)h-,
Figure 112015023409705-pat00078
,
Figure 112015023409705-pat00079
, -O-(CH2OCH2)h-O-,
Figure 112015023409705-pat00080
, -(CH2)h1-O-(CH2)h2-, 또는
Figure 112015023409705-pat00081
이고, h는 1 내지 10의 자연수이며, h1과 h2는 X의 알킬렌기의 탄소수의 합이 2 내지 10이 되도록 선택되는 자연수이다.
본 실시예에 따른 광배향제는 하기 화학식 7로 표현되는 제2 디아민을 더 포함할 수 있다.
Figure 112015023409705-pat00082
화학식 7
제2 디아민은 상기 화학식 7로 표현되는 화합물에 한정되지 않고, 화학식 7에서 고리 탄소에 연결된 수소가 알킬기, 할로겐, 황 등으로 치환된 화합물, 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 있다. 하지만, 제2 디아민은 이에 특별히 한정되지 않고, 제1 디아민이 아닌 잘 휘지 않는 성질을 가질 수 있는 종류의 디아민은 대부분 포함할 수 있다.
본 실시예에서 제1 디아민과 제2 디아민의 몰비는 1:99 내지 99:1일 수 있고 바람직하게는 대략 20:80 내지 50:50일 수 있다.
이처럼, 본 실시예에 따른 제1 디아민은 유연기(flexible group)에 해당하는 알킬렌기(-CH2-)를 포함하기 때문에 제1 디아민의 공중합체를 포함하는 광배향제를 사용하여 형성된 광배향막이 유연한 성질을 가지며, 이에 따라 이방성이 향상되어 잔상이 개선될 수 있다.
이하에서는 본 실시예에 따른 광배향제의 제조 방법에 대한 일례를 설명하기로 한다.
광배향제 제조 방법
교반기, 온도 조절 장치, 질소 가스 주입 장치 및 냉각기가 장착된 4구 플라스크에 암실 조건 하에서 질소를 통과시키면서 하기 화학식 6으로 표현되는 화합물을 0.5몰 넣고, N-메틸-2-피롤리돈(NMP)을 넣어 혼합 용액을 제조하였다. 상기 혼합 용액에 고체 상태의 하기 화학식 8로 표현되는 화합물을 1.0몰 넣고 대략 1시간 동안 교반하였다. 이어서, 하기 화학식 7로 표현되는 화합물을 0.5몰 넣고 반응시켰다. 이 때, 온도를 섭씨 30도 이상 섭씨 60도 이하로 유지하면서 대략 24시간 동안 반응을 수행하여 폴리아믹산 용액을 제조하였다. 이렇게 제조된 폴리아믹산 용액을 증류하여 폴리아믹산을 얻었다. 이렇게 얻어진 폴리아믹산의 중량평균 분자량은 3~50,000이었다. 상기 폴리아믹산에 N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 및 2-부틸 셀로솔브의 혼합 용매(부피비=대략 7:2)를 첨가하고, 상온에서 24 시간 동안 교반하였다. 여기에 하기 화학식 1-1로 표현되는 가교제를 대략 5wt% 내지 7wt% 첨가하여　폴리아믹산과 가교제를 포함하는 광배향제를 제조하였다.
Figure 112015023409705-pat00083
화학식 6
Figure 112015023409705-pat00084
화학식 7
Figure 112015023409705-pat00085
화학식 8
상기 화학식 6에서 X는 -(CH2)h-, -S-(CH2)h-S-, -O-(CH2)h-O- (h는 1 내지 10의 자연수)이고, 상기 화학식 8에서 X1, X4는 메틸기, X2, X3는 수소이다.
Figure 112015023409705-pat00086
화학식 1-1
상기 화학식 1-1에서 n은 3 내지 11의 자연수이다.
광배향막 제조 방법
앞에서 설명한 광배향제를 전극 위에 도포하고, 도포된 광배향제를 베이크(bake)한다. 베이크하는 단계는 프리 베이크(pre bake)와 하드 베이크(hard bake)의 2 단계로 진행할 수 있다.
이후, 광배향제에 편광된 광을 조사하여 광배향막을 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. 상기 편광된 광은 0.20 J/cm2 이상 1.0 J/cm2 이하의 에너지를 포함할 수 있고, 바람직하게는 0.40J/cm2 이상 0.50J/cm2 이하의 에너지를 포함할 수 있다.
배향성을 증가시키기 위해 광배향막을 한번 더 베이크(이하, 제2 베이크 공정이라 함)할 수 있다.
본 실시예에 따른 광배향막에 포함되는 폴리 이미드는 하기 화학식 5로 표현되는 제5 화합물의 반복 단위를 포함할 수 있다.
Figure 112015023409705-pat00087
화학식 5
화학식 5에서 R3는 지방족 고리형 산이무수물 또는 방향족 산이무수물로부터 유도된 4가의 유기기이고, R4는 각각 독립적으로 방향족 디아민으로부터 유도된 2가의 유기기이다.
본 실시예에 따른 광배향막에 포함되는 공중합체는 하기 화학식 9 및 하기 화학식 10으로 표현되는 반복단위 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
Figure 112015023409705-pat00088
화학식 9
Figure 112015023409705-pat00089
화학식 10
상기 화학식 9 및 상기 화학식 10에서 X는 -(CH2)h-, -S-(CH2)h-S-, -O-(CH2)h-O-,
Figure 112015023409705-pat00090
, -(CH2OCH2)h-,
Figure 112015023409705-pat00091
,
Figure 112015023409705-pat00092
, -O-(CH2OCH2)h-O-,
Figure 112015023409705-pat00093
, -(CH2)h1-O-(CH2)h2- 또는
Figure 112015023409705-pat00094
이고, h는 1 내지 10의 자연수이며, h1과 h2는 X의 알킬렌기의 탄소수의 합이 2 내지 10이 되도록 선택되는 자연수이고, X1 내지 X8은 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 알킬기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 치환 또는 비치환된 헤테로 아릴기이다.
바람직하게는 본 실시예에 따른 광배향막은 하기 화학식 11로 표현되는 공중합체를 포함할 수 있다.
Figure 112015023409705-pat00095
화학식 11
상기 화학식 11에서, X는 -(CH2)h-, -S-(CH2)h-S-, -O-(CH2)h-O-,
Figure 112015023409705-pat00096
, -(CH2OCH2)h-,
Figure 112015023409705-pat00097
,
Figure 112015023409705-pat00098
, -O-(CH2OCH2)h-O-,
Figure 112015023409705-pat00099
, -(CH2)h1-O-(CH2)h2-, 또는
Figure 112015023409705-pat00100
이고, h는 1 내지 10의 자연수이며, h1과 h2는 X의 알킬렌기의 탄소수의 합이 2 내지 10이 되도록 선택되는 자연수이며, a:b는 20:80 내지 50:50이고, X1 내지 X8은 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 알킬기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 치환 또는 비치환된 헤테로 아릴기이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 광배향막에서 유연한 디아민의 함량과 가교제의 함량에 따른 이방성 경향을 나타내는 그래프이다.
도 1을 참고하면, 앞에서 설명한 본 발명의 일실시예에 따른 유연한 디아민의 함량이 증가함에 따라 이방성이 커지기 때문에 잔상이 개선될 수 있다. 하지만, 광배향막의 막경도가 악화될 수 있다. 일반적으로 가교제를 광배향막에 첨가하면 막경도가 개선되는 효과가 있다. 하지만, 경직한 가교제가 첨가되는 함량이 커지면 잔상이 악화될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 광배향막에 혼합된 가교제를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2를 참고하면, (A) 단계에서 폴리 아믹산 또는 폴리 이미드를 기판 또는 전극 위에 인쇄하고, (B) 단계에서 프리 베이크하면 가교제 한쪽 말단에 위치하는 아지리딘(aziridine) 또는 카르보디이미드(carbodiimide)와 같은 작용기를 포함하는 가교 말단기는 상온 내지 섭씨 80도 사이에서 가교 반응을 한다.
아지리딘(aziridine) 또는 카르보디이미드(carbodiimide)의 가교 말단기는 일반적으로 사용하는 에폭시, -OH, -NH2와 같은 가교 말단기보다 반응성이 높다. 아지리딘(aziridine) 또는 카르보디이미드(carbodiimide)의 가교 말단기를 가교제 양단에 모두 사용할 경우에는 용액 상태에서도 일부 반응이 진행되어 고분자 주쇄의 길이가 증가한다. 이에 따라 인쇄 불량이 발생할 수 있다. 또한, 가교제 양단에 동일한 종류의 가교 말단기를 적용하면 가교제끼리 서로 뭉치는 현상이 발생한다. 이로 인해, 가교제가 불균일하게 분포되어 막경도가 떨어질 수 있다. 하지만, 본 실시예처럼 가교제 양단 중 한쪽 말단에만 반응성이 큰 아지리딘(aziridine)의 가교 말단기를 적용하면 균일한 상태에서 가교 반응이 일어나기 때문에 가교제가 균일하게 분포하여 막경도가 개선될 수 있다.
(C) 단계에서 하드 베이크를 하여 가교제의 다른 말단에 위치하는 에폭시, -OH, -NH2와 같은 가교 말단기는 대략 섭씨 150 내지 섭씨 200도 사이에서 가교 반응을 한다.
본 실시예에 따른 광배향막을 형성하는 과정에서, 가교 반응 이전의 가교 말단기에 포함된 작용기를 말단기라고 할 때, 가교 말단기에 포함된 작용기가 가교 반응을 통해 고분자 주쇄와 연결된 상태를 말단기 유도체로 표현할 수 있다. 가교 반응시 작용기 일부는 고분자 주쇄와 연결되지 않고 말단기 상태를 유지할 수도 있다.
도 3은 광배향막에 경직한 성질을 갖는 가교제를 첨가한 경우에 잔상 정도를 나타내는 그래프이다. 도 3의 Y축에 표시한 각도는 전압 오프시 액정 물질이 초기 상태로 되돌아가지 못한 정도를 나타내고, 이러한 각도가 클수록 잔상이 악화될 수 있다.
도 3에서 비교예 1은 본 발명의 일실시예에 따른 유연한 디아민의 공중합체를 포함하는 광배향제에 가교제를 첨가하지 않은 광배향막이고, 비교예 2는 유연한 디아민의 공중합체를 포함하는 광배향제에 3wt%의 하기 화학식 4R로 표현되는 경직한 가교제를 첨가한 광배향막이며, 비교예 3은 유연한 디아민의 공중합체를 포함하는 광배향제에 5wt%의 하기 화학식 4R로 표현되는 경직한 가교제를 첨가한 광배향막이다. 비교예 1, 비교예 2 및 비교예 3은 공통적으로 섭씨 210도에서 30분 정도 1차 베이크 진행하고, 0.5J/cm2의 편광 조사를 하며, 섭씨 210도에서 30분 정도 2차 베이크 진행한 경우이다.
Figure 112015023409705-pat00101
화학식 4R
상기 화학식 4R에서 X는
Figure 112015023409705-pat00102
일 수 있다.
도 3을 참고하면, 경직한 가교제를 많이 첨가하면 할수록 잔상이 점점 나빠진다. 따라서, 이러한 경직한 가교제는 유연한 디아민을 사용하여 형성한 광배향막에 막경도 향상을 위한 가교제로 부적합하다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 유연한 성질을 갖는 가교제를 첨가한 광배향막의 잔상 정도를 나타내는 그래프이다.
도 4에서 비교예 A, 비교예 B, 비교예 C는 가교제를 첨가하지 않은 광배향막이고, 실시예 A, 실시예 B, 실시예 C는 유연한 가교제 3wt%를 첨가한 광배향막이다. 비교예 A 및 실시예 A는 공통적으로 섭씨 230도에서 900초 정도 1차 베이크 진행하고, 0.5J/cm2의 편광 조사를 하며, 섭씨 210도에서 900초 정도 2차 베이크 진행한 경우이다. 비교예 B 및 실시예 B는 공통적으로 섭씨 230도에서 900초 정도 1차 베이크 진행하고, 0.5J/cm2의 편광 조사를 하며, 섭씨 230도에서 900초 정도 2차 베이크 진행한 경우이다. 비교예 C 및 실시예 C는 공통적으로 섭씨 240도에서 900초 정도 1차 베이크 진행하고, 0.5J/cm2의 편광 조사를 하며, 섭씨 210도에서 900초 정도 2차 베이크 진행한 경우이다.
도 4를 참고하면, 유연한 가교제를 첨가한 실시예들은 비교예 대비하여 잔상이 악화되지 않거나 잔상 악화 정도가 미미하다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 광배향막에서 유연한 디아민의 함량과 유연한 가교제의 함량을 변화시키는 경우에 이방성을 나타내는 그래프이다.
도 5를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따라 유연한 가교제를 첨가하면, 첨가하지 않은 경우 대비하여 이방성이 떨어져 잔상이 악화될 수 있다. 다만, 본 발명의 일실시예에서 유연한 디아민을 사용하여 광배향막을 형성하기 때문에 유연한 가교제 첨가로 인해서 발생하는 이방성 감소를 충분히 보상하거나 그 이상으로 이방성을 높일 수 있다. 도 5에서 가령 D5 20%는 경직한 디아민 대비하여 혼합되는 유연한 디아민의 몰비를 나타낸다.
도 6은 가교 반응기의 종류에 따른 막경도 개선 정도를 나타내기 위한 스크래치 평가 도면이다.
도 6의 A 실시예는 하기 화학식 1-2로 표현되는 유연한 성질을 갖는 가교제를 사용한 경우에 막경도를 평가한 것이고, B 실시예는 하기 화학식 1-1로 표현되는 유연한 성질을 갖는 가교제를 사용한 경우에 막경도를 평가한 것이다.
Figure 112015023409705-pat00103
화학식 1-1
Figure 112015023409705-pat00104
화학식 1-2
상기 화학식 1-1 및 상기 화학식 1-2에서 n은 3 내지 11의 자연수이다.
A 실시예의 가교제는 유연한 가교 말단기를 포함하기 때문에 앞에서 살펴본 바와 같이 막경도를 향상시키면서 가교제를 사용하지 않은 비교예 대비하여 잔상이 악화되지 않거나 잔상 악화 정도가 경미한 효과를 얻을 수 있다. 하지만, 가교제 양단의 가교 말단기가 동일한 반응성을 가지는 경우에는 가교제끼리 서로 뭉침이 발생하여 막경도를 떨어뜨릴 수 있다. B 실시예의 가교제는 양단의 가교 말단기가 서로 다른 반응성을 갖기 때문에 좀 더 균일하게 가교제가 분포할 수 있고 이에 따라 막경도가 개선될 수 있다.
도 6을 참고하면, A 실시예에서 스크래치 불량이 발생한 것 대비하여 B 실시예에서는 막경도가 우수하게 나타난다.
이하에서는 도 7 내지 도 9를 참고하여, 본 실시예에 따른 유연한 가교제 첨가시 막경도가 개선되고 잔상 악화가 최소화되는 원리에 대해 설명하기로 한다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 광배향막에서 폴리이미드가 분해되는 것을 나타내는 구조식이다. 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 광배향막에서 등방성에서 이방성으로 변화되는 과정을 도시한 도면이다.
도 7을 참고하면, 사이클로부탄디안하이드라이드(Cyclobutanedianhydride; CBDA)와 디아민(diamine)이 공중합하여 폴리아믹산을 형성한 이후에 베이크 공정을 통해 폴리이미드(Unit 1)를 형성하고, 폴리이미드에 UV 조사하면 말레이미드(Unit 1')를 형성한다.
도 8은 도 7에 도시한 폴리이미드(Unit 1)를 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 광배향막이 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.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 유연한 가교제가 첨가된 광배향제를 사용하여 형성된 광배향막에서 잔상이 개선되는 원리를 나타내는 도면이다.
도 9를 참고하면, 경직한(rigid) 성질의 가교제가 포함된 광배향막을 제2 베이크 공정을 진행하면 경직한 성질의 가교제가 광분해 분자들의 재배열을 방해하기 때문에 재배열에 따른 잔상 개선 효과가 크지 않다. 하지만, 본 실시예와 같이 유연한(flexible) 성질을 갖는 가교제를 포함한 광배향막에 대해 제2 베이크 공정을 진행하면 광분해 분자들의 재배열이 원활하게 진행됨으로써 재배열에 따른 잔상 개선 효과가 커질 수 있다. 또한, 본 실시예에서는 비대칭한 구조를 갖는 가교제를 사용함으로써 균일한 가교 분포를 얻어 막경도가 개선될 수 있다.
이하에서는 앞에서 설명한 본 발명의 일실시예에 따른 광배향막을 포함하는 액정 표시 장치에 대해 설명하기로 한다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타내는 평면도이다. 도 11은 도 10의 절단선 XI-XI을 따라 자른 단면도이다.
도 10 및 도 11을 참고하면, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치는 서로 마주보는 하부 표시판(100) 및 상부 표시판(200)과 그 사이 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 포함할 수 있다. 게이트선(121)은 알루미늄(Al)이나 알루미늄 합금 등 알루미늄 계열 금속, 은(Ag)이나 은 합금 등 은계열 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 규소 질화물(SiNx) 또는 규소 산화물(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 반도체로 형성될 수도 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. 반도체층(154)이 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 굴곡부를 가질 수 있으며, 굴곡부는 화소 영역의 중간 영역에서 서로 만나 V자 형태를 이룰 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 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. 본 실시예와 달리 제2 보호막(180b)은 유기 절연 물질로 형성하고, 제1 보호막(180a)과 제2 보호막(180b) 사이에 색필터(미도시)를 형성할 수도 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 굴곡부와 거의 나란한 굴곡변(curved edge)을 포함한다. 화소 전극(191)은 복수의 절개부(91)를 가지며, 이웃하는 절개부(91)에 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 프린지 필드 등을 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 절연층(180c) 위에는 제1 배향막(alignment layer)(11)이 형성되어 있다. 제1 배향막(11)은 광배향막을 포함한다.
본 실시예에서 제1 배향막(11)은 앞에서 설명한 본 발명의 일실시예에 따른 광배향막을 포함한다.
여기서, 배향막을 형성하는 방법을 설명하기로 한다.
화소 전극(191) 위에 본 발명의 일실시예에 따른 광배향제를 도포하고, 도포된 광배향제를 베이크(bake)한다. 베이크하는 단계는 프리 베이크(pre bake)와 하드 베이크(hard bake)의 2 단계로 진행할 수 있다. 프리 베이크 하는 단계에서 광배향제에 포함된 폴리 아믹산은 일부가 폴리이미드로 변할 수 있고, 유연한 가교제의 한쪽 가교 말단기가 상온 내지 섭씨 80도 사이에서 에스터화되어 폴리 이미드와 결합할 수 있다. 하드 베이크 하는 단계에서 광배향제에 포함된 폴리아믹산은 폴리이미드로 변할 수 있고, 유연한 가교제가 섭씨 150도 내지 섭씨 200도 사이에서 에스터화되어 폴리이미드와 결합될 수 있다.
이후, 광배향제에 편광된 광을 조사하여 광분해된 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. 상기 편광된 광은 0.20 J/cm2 이상 1.0 J/cm2 이하의 에너지를 포함할 수 있고, 바람직하게는 0.40J/cm2 이상 0.50J/cm2 이하의 에너지를 포함할 수 있다.
배향성을 증가시키기 위해 광배향막을 한번 더 베이크(이하, 제2 베이크 공정이라 함)할 수 있다. 이 때, 광분해된 분자가 재배열(rearrangement)하여 이방성이 커질 수 있다.
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, 또는 하부 표시판(100)에 색필터를 형성한 경우에 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 앞에서 설명한 제1 배향막(11)과 동일한 물질 및 방법으로 형성할 수 있다.
본 실시예에서 액정층(3)은 음의 유전율 이방성 또는 양의 유전율 이방성을 가지는 액정을 포함할 수 있다.
액정층(3)의 액정은 그 장축 방향이 표시판(100, 200)에 평행하게 배열될 수 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 액정은 전기장의 방향과 수직하거나 평행한 방향으로 회전할 수 있다. 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 투과율을 높아지고, 광시야각을 구현할 수 있다.
도시한 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 한 실시예에 따른 액정 표시 장치에 따르면, 화소 전극(191)이 면형이 평면 형태를 가지고, 공통 전극(270)이 복수의 가지 전극을 가질 수도 있다.
본 발명은 두 개의 전기장 생성 전극이 제1 기판(110) 위에 절연층을 사이에 두고 중첩하며, 절연층 아래에 형성되어 있는 제1 전기장 생성 전극이 면형의 평면 형태를 가지고, 절연층 위에 형성되어 있는 제2 전기장 생성 전극이 복수의 가지 전극을 가지는 모든 다른 경우에 적용 가능하다.
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: 반도체층 163, 165: 저항성 접촉 부재
171: 데이터선 173: 소스 전극
175: 드레인 전극 180a, 180b, 180c: 보호막
191: 화소 전극 270: 공통 전극

Claims (25)

  1. 폴리 이미드 그리고
    알킬렌기(-CnH2n-, n은 자연수)와 복수의 가교 말단기를 포함하는 가교제를 포함하고,
    상기 복수의 가교 말단기는 반응할 수 있는 작용기가 서로 다른 적어도 2종의 말단기 또는 말단기 유도체를 포함하고,
    상기 가교제는 하기 화학식 1, 화학식 2 및 화학식 3으로 표현되는 화합물들 중 적어도 하나의 화합물을 포함하는 광배향막:
    Figure 112021076540964-pat00176
    화학식 1
    Figure 112021076540964-pat00177
    화학식 2
    Figure 112021076540964-pat00178
    화학식 3
    (상기 화학식 1, 화학식 2, 및 화학식 3에서 n은 3 내지 11의 자연수이고, m1 내지 m4는 서로 독립적으로 1 내지 4의 자연수이고, A1 및 A2는 서로 독립적으로
    Figure 112021076540964-pat00179
    ,
    Figure 112021076540964-pat00180
    ,
    Figure 112021076540964-pat00181
    (여기서, R은 H 또는 탄소수 1 내지 3의 알킬기), 탄소수 6 내지 30의 방향족 화합물(aromatic compound) 또는 탄소수 4 내지 20의 지방족 고리 화합물이며, A3은
    Figure 112021076540964-pat00182
    또는 탄소수 6 내지 30의 방향족 화합물 또는 탄소수 4 내지 20의 지방족 고리 화합물이고, A4는 단일 결합, -CH2-, -COO-, -OCO-, -S-, -O-, 탄소수 6 내지 30의 방향족 화합물 또는 탄소수 4 내지 20의 지방족 고리 화합물이며, X1, X2, X3, X4, X5, X6, X7, X8, X9, 및 X10은 서로 독립적으로 -OH, -NH2, 아릴기, 비닐기,
    Figure 112021076540964-pat00183
    , 아지리딘 또는 카르보디이미드를 포함한다).
  2. 제1항에서,
    상기 서로 다른 작용기가 각각 상기 가교제 양단에 위치하여 상기 가교 말단기는 비대칭 구조를 형성하는 광배향막.
  3. 삭제
  4. 제1항에서,
    상기 가교제는 하기 화학식 1-1로 표현되는 화합물을 포함하는 광배향막:
    Figure 112021076540964-pat00113
    화학식 1-1
    (상기 화학식 1-1에서 n은 3 내지 11의 자연수이다).
  5. 제2항에서,
    상기 폴리 이미드는 하기 화학식 5로 표현되는 제5 화합물의 반복 단위를 포함하는 광배향막:
    Figure 112015023409705-pat00114
    화학식 5
    (상기 화학식 5에서 R3는 지방족 고리형 산이무수물 또는 방향족 산이무수물로부터 유도된 4가의 유기기이고, R4는 각각 독립적으로 방향족 디아민으로부터 유도된 2가의 유기기이다).
  6. 제5항에서,
    상기 폴리 이미드는 (a) 사이클로부탄디안하이드라이드(Cyclobutanedianhydride; CBDA)와 사이클로부탄디안하이드라이드(Cyclobutanedianhydride; CBDA) 유도체 중 적어도 하나와 (b) 제1 디아민의 공중합체인 광배향막.
  7. 제6항에서,
    상기 제1 디아민은 하기 화학식 6으로 표현되는 화합물을 포함하는 광배향막:
    Figure 112015023409705-pat00115
    화학식 6
    (상기 화학식 6에서, X는 -(CH2)h-, -S-(CH2)h-S-, -O-(CH2)h-O-,
    Figure 112015023409705-pat00116
    , -(CH2OCH2)h-,
    Figure 112015023409705-pat00117
    ,
    Figure 112015023409705-pat00118
    , -O-(CH2OCH2)h-O-,
    Figure 112015023409705-pat00119
    , -(CH2)h1-O-(CH2)h2- 또는
    Figure 112015023409705-pat00120
    이고, h는 1 내지 10의 자연수이며, h1과 h2는 X의 알킬렌기의 탄소수의 합이 2 내지 10이 되도록 선택되는 자연수의 조합이다).
  8. 제7항에서,
    상기 공중합체는 (a) 사이클로부탄디안하이드라이드(Cyclobutanedianhydride; CBDA)와 상기 사이클로부탄디안하이드라이드(Cyclobutanedianhydride; CBDA) 유도체 중 적어도 하나와 (b) 하기 화학식 7로 표현되는 제2 디아민의 중합체를 더 포함하는 광배향막:
    Figure 112015023409705-pat00121
    화학식 7.
  9. 제8항에서,
    상기 공중합체는 하기 화학식 9 및 하기 화학식 10으로 표현되는 반복단위 중 적어도 하나를 포함하는 광배향막:
    Figure 112015023409705-pat00122
    화학식 9
    Figure 112015023409705-pat00123
    화학식 10
    (상기 화학식 9 및 상기 화학식 10에서 X는 -(CH2)h-, -S-(CH2)h-S-, -O-(CH2)h-O-,
    Figure 112015023409705-pat00124
    , -(CH2OCH2)h-,
    Figure 112015023409705-pat00125
    ,
    Figure 112015023409705-pat00126
    , -O-(CH2OCH2)h-O-,
    Figure 112015023409705-pat00127
    , -(CH2)h1-O-(CH2)h2- 또는
    Figure 112015023409705-pat00128
    이고, h는 1 내지 10의 자연수이며, h1과 h2는 X의 알킬렌기의 탄소수의 합이 2 내지 10이 되도록 선택되는 자연수이고, X1 내지 X8은 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 알킬기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 치환 또는 비치환된 헤테로 아릴기이다).
  10. 제9항에서,
    상기 공중합체는 하기 화학식 11로 표현되는 화합물을 포함하는 광배향막:
    Figure 112015023409705-pat00129

    화학식 11
    (상기 화학식 11에서, X는 -(CH2)h-, -S-(CH2)h-S-, -O-(CH2)h-O-,
    Figure 112015023409705-pat00130
    , -(CH2OCH2)h-,
    Figure 112015023409705-pat00131
    ,
    Figure 112015023409705-pat00132
    , -O-(CH2OCH2)h-O-,
    Figure 112015023409705-pat00133
    , -(CH2)h1-O-(CH2)h2-, 또는
    Figure 112015023409705-pat00134
    이고, h는 1 내지 10의 자연수이며, h1과 h2는 X의 알킬렌기의 탄소수의 합이 2 내지 10이 되도록 선택되는 자연수이며, a:b는 20:80 내지 50:50이고, X1 내지 X8은 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 알킬기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 치환 또는 비치환된 헤테로 아릴기이다).
  11. 제1 기판,
    상기 제1 기판 위에 위치하는 박막 트랜지스터,
    상기 박막 트랜지스터에 연결되는 제1 전극 그리고
    상기 제1 전극 위에 위치하는 제1 배향막을 포함하고,
    상기 제1 배향막은 폴리 이미드 및 알킬렌기(-CnH2n-, n은 자연수)와 복수의 가교 말단기를 포함하는 가교제를 포함하고,
    상기 복수의 가교 말단기는 반응할 수 있는 작용기가 서로 다른 적어도 2종의 말단기 또는 말단기 유도체를 포함하고,
    상기 가교제는 하기 화학식 1, 화학식 2 및 화학식 3으로 표현되는 화합물들 중 적어도 하나의 화합물을 포함하는 액정 표시 장치:
    Figure 112021076540964-pat00184
    화학식 1
    Figure 112021076540964-pat00185
    화학식 2
    Figure 112021076540964-pat00186
    화학식 3
    (상기 화학식 1, 화학식 2, 및 화학식 3에서 n은 3 내지 11의 자연수이고, m1 내지 m4는 서로 독립적으로 1 내지 4의 자연수이고, A1 및 A2는 서로 독립적으로
    Figure 112021076540964-pat00187
    ,
    Figure 112021076540964-pat00188
    ,
    Figure 112021076540964-pat00189
    (여기서, R은 H 또는 탄소수 1 내지 3의 알킬기), 탄소수 6 내지 30의 방향족 화합물(aromatic compound) 또는 탄소수 4 내지 20의 지방족 고리 화합물이며, A3은
    Figure 112021076540964-pat00190
    또는 탄소수 6 내지 30의 방향족 화합물 또는 탄소수 4 내지 20의 지방족 고리 화합물이고, A4는 단일 결합, -CH2-, -COO-, -OCO-, -S-, -O-, 탄소수 6 내지 30의 방향족 화합물 또는 탄소수 4 내지 20의 지방족 고리 화합물이며, X1, X2, X3, X4, X5, X6, X7, X8, X9, 및 X10은 서로 독립적으로 -OH, -NH2, 아릴기, 비닐기,
    Figure 112021076540964-pat00191
    , 아지리딘 또는 카르보디이미드를 포함한다).
  12. 제11항에서,
    상기 서로 다른 작용기가 각각 상기 가교제 양단에 위치하여 상기 가교 말단기는 비대칭 구조를 형성하는 액정 표시 장치.
  13. 삭제
  14. 제11항에서,
    상기 가교제는 하기 화학식 1-1로 표현되는 화합물을 포함하는 액정 표시 장치:
    Figure 112021076540964-pat00143
    화학식 1-1
    (상기 화학식 1-1에서 n은 3 내지 11의 자연수이다).
  15. 제12항에서,
    상기 폴리 이미드는 하기 화학식 5로 표현되는 제5 화합물의 반복 단위를 포함하는 액정 표시 장치:
    Figure 112015023409705-pat00144
    화학식 5
    (상기 화학식 5에서 R3는 지방족 고리형 산이무수물 또는 방향족 산이무수물로부터 유도된 4가의 유기기이고, R4는 각각 독립적으로 방향족 디아민으로부터 유도된 2가의 유기기이다).
  16. 제15항에서,
    상기 폴리 이미드는 (a) 사이클로부탄디안하이드라이드(Cyclobutanedianhydride; CBDA)와 사이클로부탄디안하이드라이드(Cyclobutanedianhydride; CBDA) 유도체 중 적어도 하나와 (b) 제1 디아민의 공중합체인 액정 표시 장치.
  17. 제16항에서,
    상기 제1 디아민은 하기 화학식 6으로 표현되는 화합물을 포함하는 액정 표시 장치:
    Figure 112015023409705-pat00145
    화학식 6
    (상기 화학식 6에서, X는 -(CH2)h-, -S-(CH2)h-S-, -O-(CH2)h-O-,
    Figure 112015023409705-pat00146
    , -(CH2OCH2)h-,
    Figure 112015023409705-pat00147
    ,
    Figure 112015023409705-pat00148
    , -O-(CH2OCH2)h-O-,
    Figure 112015023409705-pat00149
    , -(CH2)h1-O-(CH2)h2- 또는
    Figure 112015023409705-pat00150
    이고, h는 1 내지 10의 자연수이며, h1과 h2는 X의 알킬렌기의 탄소수의 합이 2 내지 10이 되도록 선택되는 자연수의 조합이다).
  18. 제17항에서,
    상기 공중합체는 (a) 사이클로부탄디안하이드라이드(Cyclobutanedianhydride; CBDA)와 상기 사이클로부탄디안하이드라이드(Cyclobutanedianhydride; CBDA) 유도체 중 적어도 하나와 (b) 하기 화학식 7로 표현되는 제2 디아민의 중합체를 더 포함하는 액정 표시 장치:
    Figure 112015023409705-pat00151
    화학식 7.
  19. 제18항에서,
    상기 공중합체는 하기 화학식 9 및 하기 화학식 10으로 표현되는 반복단위 중 적어도 하나를 포함하는 액정 표시 장치:
    Figure 112015023409705-pat00152
    화학식 9
    Figure 112015023409705-pat00153
    화학식 10
    (상기 화학식 9 및 상기 화학식 10에서 X는 -(CH2)h-, -S-(CH2)h-S-, -O-(CH2)h-O-,
    Figure 112015023409705-pat00154
    , -(CH2OCH2)h-,
    Figure 112015023409705-pat00155
    ,
    Figure 112015023409705-pat00156
    , -O-(CH2OCH2)h-O-,
    Figure 112015023409705-pat00157
    , -(CH2)h1-O-(CH2)h2- 또는
    Figure 112015023409705-pat00158
    이고, h는 1 내지 10의 자연수이며, h1과 h2는 X의 알킬렌기의 탄소수의 합이 2 내지 10이 되도록 선택되는 자연수이고, X1 내지 X8은 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 알킬기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 치환 또는 비치환된 헤테로 아릴기이다).
  20. 제19항에서,
    상기 공중합체는 하기 화학식 11로 표현되는 화합물을 포함하는 액정 표시 장치:
    Figure 112015023409705-pat00159

    화학식 11
    (상기 화학식 11에서, X는 -(CH2)h-, -S-(CH2)h-S-, -O-(CH2)h-O-,
    Figure 112015023409705-pat00160
    , -(CH2OCH2)h-,
    Figure 112015023409705-pat00161
    ,
    Figure 112015023409705-pat00162
    , -O-(CH2OCH2)h-O-,
    Figure 112015023409705-pat00163
    , -(CH2)h1-O-(CH2)h2-, 또는
    Figure 112015023409705-pat00164
    이고, h는 1 내지 10의 자연수이며, h1과 h2는 X의 알킬렌기의 탄소수의 합이 2 내지 10이 되도록 선택되는 자연수이며, a:b는 20:80 내지 50:50이고, X1 내지 X8은 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 알킬기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 치환 또는 비치환된 헤테로 아릴기이다).
  21. 제11항에서,
    상기 제1 기판과 절연막을 사이에 두고 위치하는 제2 전극을 더 포함하는 액정 표시 장치.
  22. 제21항에서,
    상기 제1 전극은 복수의 가지 전극을 포함하고, 상기 제2 전극은 면 형상(planar shape)을 가지는 액정 표시 장치.
  23. 제22항에서,
    상기 복수의 가지 전극은 상기 면 형상의 제2 전극과 중첩하는 액정 표시 장치.
  24. 제21항에서,
    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.
  25. 제21항에서,
    상기 제1 기판과 마주보는 제2 기판,
    상기 제2 기판 위에 위치하는 제2 배향막 그리고
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 위치하고 액정 분자를 포함하는 액정층을 더 포함하고,
    상기 제2 배향막은 상기 제1 배향막과 동일한 물질로 형성되는 액정 표시 장치.
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