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KR102409705B1 - 액정 표시 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

액정 표시 장치 및 그 제조 방법 Download PDF

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KR102409705B1
KR102409705B1 KR1020160016367A KR20160016367A KR102409705B1 KR 102409705 B1 KR102409705 B1 KR 102409705B1 KR 1020160016367 A KR1020160016367 A KR 1020160016367A KR 20160016367 A KR20160016367 A KR 20160016367A KR 102409705 B1 KR102409705 B1 KR 102409705B1
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field generating
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Abstract

액정 표시 장치 및 액정 표시 장치의 제조 방법이 제공된다. 액정 표시 장치는 제1 베이스 기판, 상기 제1 베이스 기판의 일면 상에 배치된 제1 전계 생성 전극, 및 상기 제1 전계 생성 전극의 일면 상에 배치된 제2 전계 생성 전극을 포함하는 제1 기판, 상기 제1 베이스 기판의 상기 일면과 대향하여 상기 제1 기판과 이격 배치된 제2 기판, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 개재되고 상기 제2 전계 생성 전극과 접하는 액정층으로서, 액정을 포함하며, 상기 제1 전계 생성 전극과 상기 제2 전계 생성 전극에 의해 전계가 생성되는 액정층, 및 상기 액정층과 접하는 상기 제2 전계 생성 전극 상에 배치된 복수의 제1 돌기를 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 표시 장치 중 하나로서, 화소 전극과 공통 전극 등 전기장 생성 전극(field generating electrode)을 포함하는 두 장의 기판과 그 사이에 개재된 액정층을 포함한다.
액정 표시 장치는 전기장 생성 전극에 전압을 인가하여 액정층에 전기장을 생성하고 이를 통하여 액정층 내 액정들의 배향 방향을 결정하고 입사광의 편광을 제어함으로써 영상을 표시한다.
액정 표시 장치가 화상을 구현하기 위해서는 액정층 내 액정들과 전기장 생성 전극 사이의 계면에서 액정을 일정 방향으로 배향시켜야 한다. 액정의 배향의 균일성 정도는 액정 표시 장치의 화질의 우수성을 결정짓는 중요한 요소이다. 이를 위해 액정층과 전기장 생성 전극 사이에 이방성을 갖는 배향막을 배치함으로써 액정의 초기 배열 상태와 배향 방향을 균일하게 정렬한다.
이방성을 갖는 배향막을 형성하는 한 가지 방법으로, 주쇄의 반복 단위 내에 광 반응기와 이미드기를 갖는 고분자를 포함하는 폴리이미드계 배향막에 광 조사를 통해 이방성을 부여하는 방법을 예시할 수 있다. 이러한 배향막은 편광된 광 조사에 의한 광 이성화, 광 분해 등의 반응을 통해 이방성을 가질 수 있다.
그러나 전술한 광 반응기를 갖는 고분자를 이용한 폴리이미드계 배향막은 액정 표시 장치의 표시 품질을 향상시키는데 한계가 존재한다. 예를 들면 광 반응기를 함유하는 폴리이미드계 배향막은 열적 안정성이 낮고, 막 경도가 크지 않아 약한 배향력에 의해 배향 안정성 및 잔상 문제들을 야기할 수 있다.
이에 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 폴리이미드계 배향막을 사용하지 않고도 액정들의 초기 배향 상태를 안정화 시킬 수 있는 방법을 이용한 액정 표시 장치의 제조 방법 및 이를 통해 제조된 액정 표시 장치를 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, 제1 베이스 기판, 상기 제1 베이스 기판의 일면 상에 배치된 제1 전계 생성 전극, 및 상기 제1 전계 생성 전극의 일면 상에 배치된 제2 전계 생성 전극을 포함하는 제1 기판; 상기 제1 베이스 기판의 상기 일면과 대향하여 상기 제1 기판과 이격 배치된 제2 기판; 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 개재되고 상기 제2 전계 생성 전극과 접하는 액정층으로서, 액정을 포함하며, 상기 제1 전계 생성 전극과 상기 제2 전계 생성 전극에 의해 전계가 생성되는 액정층; 및 상기 액정층과 접하는 상기 제2 전계 생성 전극 상에 배치된 복수의 제1 돌기를 포함한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 있어서, 상기 제1 전계 생성 전극은 공통 전극이고, 상기 제2 전계 생성 전극은 화소 전극이며, 상기 제1 기판은, 상기 제1 전계 생성 전극과 상기 제2 전계 생성 전극을 상호 절연시키도록 상기 제1 전계 생성 전극과 상기 제2 전계 생성 전극 사이에 배치된 절연층을 더 포함하고, 상기 제2 전계 생성 전극은 상기 절연층을 부분적으로 노출하고, 상기 부분적으로 노출된 부위에서 상기 절연층은 상기 액정층과 접하고, 상기 액정 표시 장치는, 상기 액정층과 접하는 상기 절연층 표면 상에 배치된 복수의 제2 돌기를 더 포함할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 있어서, 상기 복수의 제1 돌기에 의해 정의되는 상기 제2 전계 생성 전극의 표면 거칠기는 상기 제2 돌기에 의해 정의되는 상기 노출된 부위의 상기 절연층의 표면 거칠기와 상이할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 있어서, 상기 복수의 제1 돌기 및 상기 복수의 제2 돌기는 각각 평면 상 서로 이격된 점 형상으로 배치되되, 상기 복수의 제1 돌기 및 상기 복수의 제2 돌기의 제1 방향으로의 최대 분포 밀도는, 상기 복수의 제1 돌기 및 상기 복수의 제2 돌기의 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로의 최대 분포 밀도와 상이할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 있어서, 상기 제2 기판은, 상기 제1 기판과 대향하는 일면을 갖는 제2 베이스 기판, 및 상기 제2 베이스 기판의 상기 일면 상에 배치되며 상기 액정층과 접하는 오버코트층을 포함하고, 상기 액정 표시 장치는, 상기 액정층과 접하는 상기 오버코트층 표면 상에 배치된 복수의 제3 돌기를 더 포함할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 있어서, 상기 제1 기판은 상기 액정층과의 계면에 폴리이미드계 배향막을 불포함할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 있어서, 상기 제2 전계 생성 전극은 상호 평행하게 일 방향으로 연장된 복수의 가지 전극부를 포함하고, 상기 액정은 양의 유전율 이방성을 가지며, 초기 배향 상태에서, 상기 액정의 장축 방향과 상기 가지 전극부의 연장 방향이 이루는 각은 0° 이상 45° 이하일 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 있어서, 상기 제2 전계 생성 전극은 상호 평행하게 일 방향으로 연장된 복수의 가지 전극부를 포함하고, 상기 액정은 음의 유전율 이방성을 가지며, 초기 배향 상태에서, 상기 액정의 장축 방향과 상기 가지 전극부의 연장 방향이 이루는 각은 45° 이상 90° 이하일 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 있어서, 상기 각 제1 돌기는 제1 광 반응성 단분자들의 중합체를 포함할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 있어서, 상기 액정층은 제2 광 반응성 단분자를 더 포함하되, 상기 제2 광 반응성 단분자는 상기 제1 광 반응성 단분자와 동일한 물질이고, 상기 제2 광 반응성 단분자의 상기 액정층 내 함량은 100 ppm(parts per million) 이하일 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법은, 제1 베이스 기판, 상기 제1 베이스 기판의 일면 상에 배치된 제1 전계 생성 전극, 상기 제1 전계 생성 전극의 일면 상에 배치된 절연층, 및 상기 절연층의 일면 상에 배치된 제2 전계 생성 전극을 포함하는 제1 기판을 준비하는 단계; 상기 제1 베이스 기판의 상기 일면과 대향하여 상기 제1 기판과 이격 배치된 제2 기판을 준비하는 단계; 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 상기 제2 전계 생성 전극과 접하도록 광 반응성 단분자 및 복수의 액정을 포함하는 액정층을 제공하는 단계; 및 상기 액정층에 전계를 인가한 상태에서 광을 조사하여, 상기 액정층과 접하는 상기 제2 전계 생성 전극 상에 광 중합체 돌기를 형성하는 단계를 포함한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법에 있어서, 상기 액정층에 전계를 인가한 상태에서 광을 조사하는 단계는, 상기 액정층을 제공하는 단계 이후에 이루어질 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법에 있어서, 상기 액정층에 전계를 인가한 상태에서 광을 조사하는 단계는, 상기 액정층에 전계를 인가한 상태에서 비편광 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 단계에서, 상기 액정층 내 상기 광 반응성 단분자들의 일부가 중합되어 중합체를 형성하고, 상기 중합체는 상기 제2 전계 생성 전극 표면에 흡착되어 광 중합체 돌기를 형성할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법에 있어서, 상기 액정층에 전계를 인가한 상태에서 광을 조사하는 단계에서, 상기 전계의 방향은, 상기 제1 전계 생성 전극과 상기 제2 전계 생성 전극 사이에 생성되는 전계의 방향과 교차하는 방향일 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법에 있어서, 상기 액정층에 전계를 인가한 상태에서 광을 조사하는 단계는, 상호 합착된 상기 제1 기판과 상기 제2 기판의 외부로부터 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 개재된 액정층에 전계를 인가한 상태에서 광을 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 단계는, 상기 액정층의 적어도 일부분에 전계를 인가하는 단계; 및 상기 전계를 유지한 상태에서, 상기 전계가 인가된 액정층의 상기 일부분에 광을 조사하는 단계를 포함할 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 광 반응성 단분자의 상기 액정층 내 함량이 100 ppm 이하가 되도록 광을 조사하는 단계일 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 복수의 액정들은 상기 액정층에 전계를 인가한 상태에서 광을 조사하는 단계와 동일한 배열 방향을 유지하고 있을 수 있다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 의하면, 충분한 전압 보전율(voltage holding ratio, VHR)을 가짐과 동시에 별도의 폴리이미드계 배향막을 사용하지 않고도 액정층 내 액정들의 배열이 안정화될 수 있으며, 액정 표시 장치 구동시 발생하는 잔상과 같은 결함을 억제할 수 있고 표시 장치의 반응 속도가 증가하여 개선된 표시 품질을 가질 수 있다.
또, 액정 표시 장치를 제조하기 위해 폴리이미드계 배향막 조성물을 유지 및 관리에 소모되는 비용을 절감할 수 있으며, 폴리이미드계 배향막의 건조, 경화, 베이크 등의 열처리 공정을 생략할 수 있어 공정을 단순화할 수 있는 효과가 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 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 일 화소에 대한 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 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 일 화소에 대한 레이아웃이다.
도 6은 도 5의 Ⅵ-Ⅵ' 선을 따라 절개한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 일 화소에 대한 레이아웃이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 9 내지 도 16는 도 8의 제조 방법을 단계별로 나타낸 레이아웃들과 단면도들이다.
도 17은 실시예들과 비교예들에 따라 제조된 액정 표시 장치의 전압 보전율을 측정한 결과이다.
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 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
공간적으로 상대적 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.
제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이며, 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위해 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수 있음은 물론이다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예들에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 개략적인 분해 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 제1 기판(100), 제1 기판(100)과 이격하여 대향하는 제2 기판(200), 제1 기판(100)과 제2 기판(200) 사이에 개재되며 복수의 액정(311)을 포함하는 액정층(301)을 포함하는 표시 패널(500)을 포함한다.
표시 패널(500)은 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 둘러싸여 있다.
표시영역(DA)은 복수의 화소 영역(PX)들을 포함한다. 복수의 화소 영역(PX)들은 제1 방향(D1,행 방향) 및 제2 방향(D2,열 방향)으로 배열되어 실질적으로 매트릭스(matrix) 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. 예를 들어, 비표시영역(NA)은 상기 액정 표시 장치의 전면 샤시(미도시)와 중첩하여 차광될 수 있다. 비표시영역(NA) 내 제1 기판(100)과 제2 기판(200) 중 어느 일 측에는 표시영역(DA)의 화소 영역(PX) 내 스위칭 소자(미도시)에 게이트 신호를 제공하는 게이트 구동부(미도시), 데이터 신호를 제공하는 데이터 구동부(미도시) 등이 배치될 수 있다.
제1 기판(100)은 하부 표시 기판 이고, 제2 기판(200)은 상부 표시 기판일 수 있다. 구체적으로, 제1 기판(100)은 박막 트랜지스터가 배치된 기판이고, 제2 기판(200)은 제1 기판(100)과 이격하여 대향 배치되는 대향 기판일 수 있다. 이 경우 제1 기판(100)은 제1 방향(D1)으로 연장된 복수의 게이트 라인(111), 및 제1 방향(D1)과 교차하는 제2 방향(D2)으로 연장된 복수의 데이터 라인(141)을 포함할 수 있다. 하나의 게이트 라인(111)은 제1 방향(D1)을 따라 배열된 복수의 화소 영역(PX) 내 스위칭 소자(미도시)들과 상기 게이트 구동부(미도시)를 전기적으로 연결하고, 하나의 데이터 라인(141)은 제2 방향(D2)을 따라 배열된 복수의 화소 영역(PX) 내 스위칭 소자(미도시)들과 상기 데이터 구동부(미도시)를 전기적으로 연결할 수 있다.
한편, 액정 표시 장치는 백라이트 유닛(미도시)을 더 포함할 수 있다. 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.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치를 구성하는 구성요소들에 대해 보다 상세하게 설명한다.
도 2는 도 1의 일 화소에 대한 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), 하나 이상의 스위칭 소자(150), 공통 전극(170), 화소 전극(180), 및 복수의 보호층/절연층을 포함한다.
제1 베이스 기판(101)은 투명한 절연 기판일 수 있다. 예를 들어, 제1 베이스 기판(101)은 실리콘 기판, 유리 기판, 또는 플라스틱 기판일 수 있다.
제1 베이스 기판(101) 상에는 게이트 배선층(110)이 배치된다. 게이트 배선층(110)은 게이트 라인(111) 및 게이트 전극(112)을 포함한다.
게이트 라인(111)은 대략 제1 방향(D1)을 따라 연장된다. 게이트 전극(112)은 게이트 라인(111)으로부터 제2 방향(D2) 일측으로 돌출될 수 있다. 게이트 전극(112)은 게이트 라인(111)과 물리적 경계 없이 일체로 형성되어 게이트 라인(111)으로부터 제공된 게이트 신호가 인가될 수 있다. 게이트 배선층(110)은 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 크롬(Cr) 또는 네오듐(Nd)으로부터 선택된 원소, 또는 그 원소를 주성분으로 하는 합금 재료, 또는 화합물 재료를 포함하여 이루어질 수 있다.
게이트 배선층(110) 상에는 제1 베이스 기판(101) 전면에 걸쳐 제1 절연층(121)이 배치된다. 제1 절연층(121)은 절연 물질로 이루어져 그 상부에 위치하는 층과 하부에 위치하는 층을 서로 전기적으로 절연시킬 수 있다. 제1 절연층(121)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 구조일 수 도 있다.
제1 절연층(121) 상에는 반도체층(130)이 배치된다. 반도체층(130)의 적어도 일부는 게이트 전극(112)과 중첩하는 영역에 배치될 수 있다. 반도체층(130)은 스위칭 소자(110)의 채널(channel) 기능을 수행하며, 게이트 전극(112)에 제공되는 전압에 따라 채널을 턴-온(turn-on) 또는 턴-오프(turn-off) 할 수 있다. 반도체층(130)은 비정질 실리콘, 다결정 실리콘, 또는 산화물 반도체 등과 같은 반도체성 물질을 포함하여 이루어질 수 있다. 한편, 도 2 등은 반도체층(130)이 후술할 데이터 배선층(140)과 중첩하여 배치된 경우를 예시하고 있으나, 제조 공정에 따라 반도체층은 게이트 전극과 중첩되는 영역에만 배치될 수도 있다.
반도체층(130) 상에는 데이터 배선층(140)이 배치된다. 데이터 배선층(140)은 데이터 라인(141), 소스 전극(142), 및 드레인 전극(143)을 포함한다.
데이터 라인(141)은 대략 제2 방향(D2)을 따라 연장되어 게이트 라인(111)을 교차할 수 있다. 데이터 라인(141)에는 데이터 신호가 인가될 수 있다.
소스 전극(142)과 드레인 전극(143)은 게이트 전극(112)과 반도체층(130) 상에서 서로 마주보며 이격되어 배치된다. 소스 전극(142)과 데이터 라인(141)은 서로 물리적 경계 없이 일체로 형성될 수 있다. 도 2 등에는 소스 전극(142)이 데이터 라인(141)의 일부분인 경우가 예시되지만, 소스 전극은 데이터 라인으로부터 게이트 전극 방향으로 돌출되어 형성될 수도 있다. 드레인 전극(142)은 후술할 컨택홀(CNT)을 통해 화소 전극(180)과 전기적으로 연결된다. 데이터 배선층(140)은 은(Ag), 금(Au), 구리(Cu), 니켈(Ni), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 텅스텐(W), 알루미늄(Al), 탄탈륨(Ta), 몰리브덴(Mo), 아연(Zn), 철(Fe), 티타늄(Ti), 또는 지르코늄(Zr) 등의 내화성 금속(refractory metal), 또는 그 합금, 또는 그 금속 질화물을 포함하여 이루어질 수 있다.
반도체층(130)과 데이터 배선층(140) 사이에는 오믹 컨택층(131)이 배치될 수 있다. 오믹 컨택층(131)은 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 실리콘 물질을 포함하거나, 실리사이드(silicide) 물질을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기에서 설명한 게이트 전극(112), 반도체층(130), 소스 전극(142), 및 드레인 전극(143)은 스위칭 소자(150)를 구성한다. 예를 들어, 스위칭 소자(150)는 박막 트랜지스터일 수 있다. 구체적으로, 스위칭 소자(150)의 제어 단자인 게이트 전극(112)은 게이트 라인(111)과 연결되어 있고, 입력 단자인 소스 전극(142)은 데이터 라인(141)과 연결되어 있으며, 출력 단자인 드레인 전극(143)은 후술할 화소 전극(180)과 전기적으로 연결되어 있다. 스위칭 소자(150)는 복수의 화소 영역(PX) 마다 배치될 수 있고, 각 스위칭 소자(150)는 대응하는 게이트 라인(111)으로부터 제공되는 게이트 신호 및 대응하는 데이터 라인(141)으로부터 제공되는 데이터 신호에 의해 독립적으로 동작할 수 있다.
상기 데이터 배선층 상에는 제1 베이스 기판(101) 전면에 걸쳐 보호층(122)이 배치될 수 있다. 보호층(122)은 무기막으로 형성될 수 있으며, 단일막 또는 다중막 구조를 가질 수도 있다. 보호층(122)은 하부에 배치된 배선들 및 전극들이 노출되어 유기 물질과 직접 접촉하는 것을 방지할 수 있다. 보호층(122) 상에는 제1 베이스 기판(101) 전면에 걸쳐 평탄화층(160)이 배치될 수 있다. 평탄화층(160)은 유기막으로 형성될 수 있다. 평탄화층(160)은 제1 베이스 기판(101) 상에 적층된 구성요소들의 높이를 균일하게 만들 수 있다.
평탄화층(160) 상에는 공통 전극(170)이 배치된다. 공통 전극(170)은 컨택홀(CNT) 영역을 제외한 화소 영역(PX) 전면에 배치될 수 있다. 공통 전극(170)은 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. 공통 전극(170)에는 공통 전압이 인가되는 전계 생성 전극으로서, 후술할 데이터 전압이 인가되는 화소 전극(180)과 함께 전계를 형성하여 액정층(301) 내 액정의 배향 방향을 제어할 수 있다. 공통 전극(170) 상에는 제2 절연층(123)이 배치되어 하부의 공통 전극(170)과 상부의 화소 전극(180)을 상호 절연시킬 수 있다.
보호층(122), 평탄화층(160), 및 제2 절연층(123)에는 드레인 전극(143)의 일부가 노출되도록 컨택홀(contact hole)이 형성된다. 드레인 전극(143)은 컨택홀(CNT)을 통해 노출되어 화소 전극(180)과 전기적으로 연결될 수 있다.
화소 전극(180)은 화소 영역(PX) 내의 제2 절연층(123) 상에, 및 컨택홀(CNT)에 의해 노출된 드레인 전극(143) 상에 배치된다. 화소 전극(180)은 액정층(301)과 직접 맞닿아 접할 수 있다. 화소 전극(180)은 인듐 틴 옥사이드, 인듐 징크 옥사이드 등의 물질로 이루어진 투명 전극일 수 있다. 화소 전극(180)은 데이터 전압이 인가되는 전계 생성 전극으로서, 공통 전극(170)과 함께 전계를 형성할 수 있음은 전술한 바 있다. 다만 몇몇 실시예에서, 화소 전극 상부에 공통 전극이 배치되고, 공통 전극은 액정층과 직접 맞닿아 접할 수도 있다. 이 경우 후술할 제1 돌기는 공통 전극 표면 상에서 서로 이격된 점 형상으로 배치될 수 있다.
화소 전극(180)은 상호 평행하게 제3 방향(D3)으로 연장된 복수의 제1 가지 전극부(181), 제1 가지 전극부(181)로부터 더욱 연장되며 상호 평행하게 제3 방향(D3)과 교차하는 방향으로 연장된 복수의 제2 가지 전극부(182), 복수의 제1 가지 전극부(181)들 및/또는 복수의 제2 가지 전극부(182)들의 일단에서 가지 전극부들을 서로 연결하는 연결 전극부(183), 및 연결 전극부(183)로부터 컨택홀(CNT) 방향으로 돌출된 돌출 전극부(184)를 포함할 수 있다. 복수의 제1 가지 전극부(181)들 사이 및 복수의 제2 가지 전극부(182)들 사이에는 슬릿이 형성될 수 있다.
화소 전극(180)은 대략 중앙부를 기준으로 대칭적으로 꺾인 바(bar) 형상으로, 하나의 화소 영역(PX) 내에서 적어도 두 개의 도메인이 형성될 수 있다. 예를 들어, 복수의 제1 가지 전극부(181)들은 하나의 도메인을 이루고, 복수의 제2 가지 전극부(182)들은 다른 도메인을 이룰 수 있다. 이를 통해 액정 표시 장치의 구동시 도메인 별 액정의 장축의 배열이 상이하게 됨으로써 시청자가 특정 방향에서 표시 패널을 보았을 때의 휘도 저하 현상이 저감될 수 있다. 돌출 전극부(184)는 컨택홀(CNT)을 통해 드레인 전극(143)과 전기적으로 연결되어 데이터 전압을 제공받고, 연결 전극부(183)는 돌출 전극부(184)와 복수의 제2 가지 전극부(182)를 연결하여 드레인 전극(143)으로부터 제공받은 데이터 전압을 제1 및 제2 가지 전극부(181,182)들에 고르게 전달할 수 있다.
화소 전극(180) 상에는 복수의 제1 돌기(411)들이 배치된다. 구체적으로, 제1 돌기(411)들은 화소 전극(180)의 제1 가지 전극부(181), 제2 가지 전극부(182), 연결 전극부(183), 및 돌출 전극부(184) 표면 상에 직접 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 돌기(411)들은 액정층(301)과 접하는 화소 전극(180) 표면에 흡착된 상태일 수 있다.
제1 돌기(411)들은 화소 전극(180) 표면 상에서 서로 이격된 점 형상으로 배치되되, 서로 인접한 두 개의 제1 돌기(411) 간의 이격 거리들은 대략 균일하고, 서로 인접한 두 개의 제1 돌기(411) 간의 이격 거리는 제1 돌기(411)의 폭보다 클 수 있다. 또, 복수의 제1 돌기(411)들에 의해 화소 전극(180)의 표면 거칠기가 증가할 수 있다.
한편, 제2 절연층(123) 상에는 복수의 제2 돌기(412)들이 배치된다. 구체적으로, 제2 돌기(412)들은 화소 전극(180)의 복수의 제1 가지 전극부(181) 사이 및 제2 가지 전극부(182) 사이에 형성된 슬릿을 통해 노출된 제2 절연층(123) 표면, 및 화소 전극(180)이 배치되지 않은 영역의 제2 절연층(123) 표면 상에 직접 배치될 수 있다. 예를 들어, 제2 돌기(412)들은 액정층(301)과 접하는 제2 절연층(123) 표면에 흡착된 상태일 수 있다.
제2 돌기(412)들은 제2 절연층(123) 표면 상에서 서로 이격된 점 형상으로 배치되되, 서로 인접한 두 개의 제2 돌기(412) 간의 이격 거리들은 대략 균일하고, 서로 인접한 두 개의 제2 돌기(412) 간의 이격 거리는 제2 돌기(412)의 폭보다 클 수 있다. 또, 복수의 제2 돌기(412)들에 의해 제2 절연층(123)의 표면 거칠기가 증가할 수 있다.
다른 한편, 제1 돌기(411)와 제2 돌기(412)의 형상과 크기는 실질적으로 동일할 수 있다. 다만, 서로 인접한 두 개의 제1 돌기(411) 간의 이격 거리는, 서로 인접한 두 개의 제2 돌기(412) 간의 이격 거리와 상이할 수 있다. 즉, 복수의 제1 돌기(411)에 의해 정의되는 화소 전극의 표면 거칠기는 복수의 제2 돌기(412)에 의해 정의되는 제2 절연층의 표면 거칠기와 상이할 수 있다.
복수의 제1 돌기(411)들 및 복수의 제2 돌기(412)들은 광 반응성 단분자들이 서로 중합되어 미세 돌기 형태로 발현된 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 광 반응성 단분자는 반응성 메조겐(reactive mesogen,RM)이고, 하나의 돌기는 반응성 메조겐들의 중합체일 수 있다.
상기 광 반응성 단분자는 액정 성질을 발현하기 위한 강성기(메조겐기)를 포함하되, 고분자화를 위한 중합 가능한 반응기(말단기)를 갖는 화합물로서, 가교성 저분자 또는 고분자를 의미하며, 특정 파장의 광 및/또는 열을 흡수하면 중합 반응을 일으킬 수 있다.
예를 들어, 상기 광 반응성 단분자는 하기 화학식 1로 표현되는 화합물을 포함할 수 있다.
<화학식 1>
Figure 112016014145523-pat00001
상기 화학식 1에서, 반복단위로 표시되는 X는 2가의 강성기(rigid group)로서
Figure 112016014145523-pat00002
,
Figure 112016014145523-pat00003
,
Figure 112016014145523-pat00004
,
Figure 112016014145523-pat00005
,
Figure 112016014145523-pat00006
,
Figure 112016014145523-pat00007
,
Figure 112016014145523-pat00008
,
Figure 112016014145523-pat00009
,
Figure 112016014145523-pat00010
,
Figure 112016014145523-pat00011
,
Figure 112016014145523-pat00012
,
Figure 112016014145523-pat00013
,
Figure 112016014145523-pat00014
,
Figure 112016014145523-pat00015
,
Figure 112016014145523-pat00016
,
Figure 112016014145523-pat00017
,
Figure 112016014145523-pat00018
,
Figure 112016014145523-pat00019
,
Figure 112016014145523-pat00020
,
Figure 112016014145523-pat00021
,
Figure 112016014145523-pat00022
,
Figure 112016014145523-pat00023
, 또는
Figure 112016014145523-pat00024
중 어느 하나일 수 있고, n은 1 내지 3 중 어느 하나의 자연수일 수 있다. 또, 상기 화학식 1에서, SP1 및 SP2는 2가의 스페이서기로서 각각 독립적으로 단일 결합, 이중 결합, 삼중 결합, 탄소수 1 내지 12의 알킬기, 탄소수 1 내지 12의 알킬기와 하나 이상의
Figure 112016014145523-pat00025
가 결합된 2가의 유연기(flexible group), 탄소수 1 내지 12의 알킬기와 하나 이상의
Figure 112016014145523-pat00026
가 결합된 2가의 유연기, 또는 탄소수 1 내지 12의 알킬기와 하나 이상의
Figure 112016014145523-pat00027
가 결합된 2가의 유연기 중 어느 하나일 수 있다. 또한, 상기 화학식 1에서, R1 및 R2는 반응기로서
Figure 112016014145523-pat00028
,
Figure 112016014145523-pat00029
,
Figure 112016014145523-pat00030
,
Figure 112016014145523-pat00031
,
Figure 112016014145523-pat00032
,
Figure 112016014145523-pat00033
,
Figure 112016014145523-pat00034
,
Figure 112016014145523-pat00035
, 또는
Figure 112016014145523-pat00036
중 어느 하나일 수 있다.
예시적인 실시예에서, 상기 광 반응성 단분자는 하기 화학식 2로 표현되는 화합물을 포함할 수 있다.
<화학식 2>
Figure 112016014145523-pat00037
제1 돌기(411)들과 제2 돌기(412)들은 인접한 액정층(301) 내 액정들과의 상호 작용힘(interaction force)에 의해 초기 배향 상태의 액정(311)의 장축이 제2 방향(D2)을 향하도록 배열 및 안정화할 수 있다. 이를 통해 화소 전극(180)과 인접한 액정(311)의 배향 방향의 균일성을 확보할 수 있고, 전계가 인가되지 않은 상태에서 광의 투과를 완전히 차단하여 표시 품질을 향상시킬 수 있다
이어서, 제2 기판(200)에 대해 설명한다. 제2 기판(200)은 제2 베이스 기판(201), 차광 부재(210), 컬러 필터(220), 및 오버코트층(230)을 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. 예를 들어, 차광 부재(210)는 블랙 매트릭스(black matrix)일 수 있다. 차광 부재(210)는 복수의 화소 영역 간의 경계 영역, 즉 데이터 라인(141)들 및 게이트 라인(111)들과 중첩하는 영역과, 스위칭 소자(150)와 중첩하는 영역 등에 배치될 수 있다. 즉, 차광 부재(210)는 제1 기판(100) 하부의 백라이트 유닛(미도시)으로부터 입사된 광의 투과가 실질적으로 이루어지지 않는 영역에 배치되어 의도치 않은 혼색 및 빛샘 불량 등을 방지할 수 있다.
차광 부재(210) 상에는 화소 영역(PX)과 중첩하는 영역에 컬러 필터(220)가 배치될 수 있다. 컬러 필터(220)는 특정 파장대의 광을 선택적으로 투과시킬 수 있다. 예를 들어, 컬러 필터(220)는 적색, 녹색, 또는 청색 중 어느 하나의 광을 선택적으로 투과시킬 수 있다. 컬러 필터(220)는 이웃하는 두 개의 데이터 라인(141)들 사이에 배치되며 화소 영역(PX) 전면에 배치될 수 있다. 인접하는 각 화소 영역마다 서로 다른 파장대의 광을 투과시키는 서로 다른 색을 나타내는 컬러 필터가 배치될 수 있다. 한편, 도 2 등은 컬러 필터가 제2 기판(200)에 배치된 구조를 예시하고 있으나, 몇몇 실시예의 컬러 필터는 제1 기판의 스위칭 소자의 상부 또는 하부에 배치될 수도 있다. 다른 몇몇 실시예의 일부 화소 영역 내에는 컬러 필터가 배치되지 않아 백색광을 투과시킬 수도 있다.차광 부재(210) 및 컬러 필터(220) 상에는 제2 베이스 기판(201) 전면에 걸쳐 오버코트층(230)이 배치된다. 오버코트층(230)은 유기 물질로 구성된 유기막층일 수 있다. 오버코트층(230)은 제2 베이스 기판(201) 상에 적층된 복수의 구성요소들의 높이를 균일하게 만들 수 있다. 또한, 컬러 필터(220)로부터 유입되는 용제(solvent)와 같은 화합물에 의한 액정층(301)의 오염을 억제하여 화면 구동시 초래할 수 있는 잔상과 같은 불량을 방지할 수 있다. 한편, 오버코트층(230)은 액정층(301)과 직접 맞닿아 접할 수 있다.
오버코트층(230) 상에는 복수의 제3 돌기(413)들이 배치된다. 구체적으로, 복수의 제3 돌기(413)들은 액정층(301)과 접하는 오버코트층(230)의 표면 상에 직접 배치될 수 있다. 예를 들어, 제3 돌기(413)는 오버코트층(230)의 표면 상에 흡착된 상태일 수 있다.
제3 돌기(413)들은 오버코트층(230) 표면 상에서 서로 이격된 점 형상으로 배치되되, 대략 균일한 분포 밀도를 가지고 되며 서로 인접한 두 개의 제3 돌기(413) 간의 이격 거리는 제3 돌기(413)의 폭보다 클 수 있다. 또, 복수의 제3 돌기(413)들에 의해 오버코트층(230)의 표면 거칠기가 증가할 수 있다.
한편, 제3 돌기(413)의 형상과 크기는 제1 돌기(411) 및 제2 돌기(412)의 형상과 크기와 실질적으로 동일할 수 있다. 다만, 서로 인접한 두 개의 제3 돌기(413) 간의 이격 거리는, 서로 인접한 두 개의 제1 돌기(411) 간의 이격 거리, 및/또는 서로 인접한 두 개의 제2 돌기(412) 간의 이격 거리와 상이할 수 있다. 즉, 복수의 제3 돌기(413)에 의해 정의되는 오버코트층의 표면 거칠기는 증가된 복수의 제1 돌기(411)에 의해 정의되는 화소 전극의 표면 거칠기 및 복수의 제2 돌기(412)에 의해 정의되는 제2 절연층의 표면 거칠기와 상이할 수 있다.
복수의 제3 돌기(413)는 광 반응성 단분자들이 서로 중합되어 미세 돌기 형태로 발현된 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 광 반응성 단분자는 반응성 메조겐이고, 하나의 돌기는 반응성 메조겐들의 중합체일 수 있다. 상기 반응성 메조겐에 대해서는 제1 돌기(411) 및 제2 돌기(412)와 함께 전술한 바 있으므로 구체적인 설명은 생략한다.
복수의 제3 돌기(413)는 제1 기판(100) 표면의 제1 돌기(411) 및 제2 돌기(412)와 함께 초기 배향 상태의 액정(311)의 장축이 제2 방향(D2)을 향하도록 배열 및 안정화할 수 있다.
액정층(301)은 복수의 액정(311)을 포함하며, 제1 기판(100)과 제2 기판(200) 사이에 개재된다. 액정층(301)과 제1 기판(100) 사이 및/또는 액정층(301)과 제2 기판(200) 사이 계면에는 폴리이미드계 배향막이 배치되지 않을 수 있다.
예시적인 실시예에서, 액정(311)은 양의 유전률 이방성을 가지고 수평 배향된 액정일 수 있다. 이 경우, 초기 배향 상태의 액정(311)은 그 장축이 대략 제4 방향(D4)을 향하도록 배열되어 안정화된 상태를 유지하고 있을 수 있다. 예를 들어, 제4 방향(D4)은 제2 방향(D2)과 동일하고, 제4 방향(D4)이 제3 방향(D3)과 이루는 각(θ311)은 0° 이상 45° 이하일 수 있다.
액정 표시 장치의 구동시, 공통 전극(170)과 화소 전극(180) 사이에 수평 전계(E1)가 형성되고, 액정층(301) 내 액정(311)들은 면 내에서 회전하여 액정(312)들의 장축이 대략 제5 방향(D5)을 향하도록 재배열되어 그 상태를 유지할 수 있다. 예를 들어, 제5 방향(D5)이 제3 방향(D3)과 이루는 각(θ312)은 90° 이거나, 및/또는 제5 방향(D5)은 공통 전극(170)과 화소 전극(180) 사이에 형성되는 수평 전계(E1)에 평행한 방향일 수 있다.
한편, 광 중합 반응이 일어나지 않은 잔여 광 반응성 단분자(미도시)의 액정층(301) 내 함량은 100 ppm(parts per million)일 수 있다. 액정층(301) 내 잔존하는 미반응 광 반응성 단분자는 액정 표시 장치의 구동시 잔상을 초래할 수 있으며, 상기 함량 범위 내에서 잔상을 효과적으로 억제할 수 있다.
이하, 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치를 설명한다. 다만, 발명의 본질을 흐리지 않기 위해 전술한 일 실시예에 따른 액정 표시 장치와 실질적으로 동일하거나 유사한 구성에 대한 설명은 생략하며, 이는 첨부된 도면으로부터 본 기술분야의 통상의 기술자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 일 화소에 대한 레이아웃이다. 도 6은 도 5의 Ⅵ-Ⅵ' 선을 따라 절개한 단면도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치의 액정층(302) 내 액정(321)은 음의 유전율 이방성을 가지고 수평 배향된 액정인 점이 도 2의 실시예에 따른 액정 표시 장치와 상이한 점이다.
이 경우, 초기 배향 상태의 액정(321)은 그 장축이 대략 제6 방향(D6)을 향하도록 배열되어 안정화된 상태를 유지하고 있을 수 있다. 예를 들어, 제6 방향(D6)은 제1 방향(D1)과 동일하고, 제6 방향(D6)과 제3 방향(D3)이 이루는 각(θ321)은 45° 이상 90° 이하일 수 있다. 액정 표시 장치의 구동시, 공통 전극(170)과 화소 전극(180) 사이에 수평 전계가(E2) 형성되고, 액정층(302) 내 액정(321)들은 면 내에서 회전하여 액정(322)들의 장축이 대략 제3 방향(D3)을 향하도록 재배열되어 그 상태를 유지할 수 있다. 예를 들어, 제3 방향(D3)은 공통 전극(170)과 화소 전극(180) 사이에 형성되는 수평 전계(E2)와 수직한 방향일 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 일 화소에 대한 레이아웃이다.
도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치의 화소 전극(181,182) 표면 상의 제1 돌기(431)의 배열, 및 제2 절연층(123) 표면 상의 제2 돌기(432)의 배열은 제1 기판 표면 상에서 일정한 방향성을 나타내고, 제3 돌기(미도시)의 배열 또한 오버코트층(미도시) 표면 상에서 방향성을 나타내는 점이 도 2의 실시예에 따른 액정 표시 장치와 상이한 점이다. 이러한 방향성은 광 반응성 단분자의 중합 반응의 진행 정도가 커짐에 따라 나타날 수 있다. 이 경우, 제1 돌기(431)와 제2 돌기(432)의 배열이 나타내는 방향성의 방향과 제3 돌기(미도시)의 배열이 나타내는 방향성의 방향은 동일할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 제1 기판(100) 표면에 배치되는 제1 돌기(431)와 제2 돌기(432)를 포함하는 복수의 돌기의 제1 방향(D1)으로의 최대 배열 밀도는 상기 복수의 돌기의 제2 방향(D2)으로의 최대 배열 밀도와 상이할 수 있다. 예를 들어, 복수의 제1 돌기(431)와 복수의 제2 돌기(432)는 제2 방향(D2)으로 연장된 가상의 연장선 주변부에서 배열 밀도가 크고, 상기 연장선에서 멀어질수록 배열 밀도가 작아질 수 있으며, 이 경우 제1 돌기(431)와 제2 돌기(432)를 포함하는 복수의 돌기의 제2 방향(D2)으로의 최대 배열 밀도는 상기 복수의 돌기의 제1 방향(D1)으로의 최대 배열 밀도보다 클 수 있다. 나아가, 광 반응성 단분자의 중합 정도가 커질 경우, 복수의 광 반응성 단분자는 대략 제2 방향(D2)으로 중합되어 상기 중합 방향으로의 선형을 갖는 중합체 돌기를 형성할 수 있으며, 이 경우 제1 방향(D1)으로의 배열 밀도와 제2 방향(D2)으로의 배열 밀도의 차이는 심화될 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법을 설명한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법을 나타낸 순서도이다. 도 9는 도 8의 제조 방법에 있어서 일 화소 영역의 레이아웃이고, 도 10은 도 9의 Ⅹ-Ⅹ' 선을 따라 절개한 단면도이다.
도 8 내지 도 10을 참조하면, 우선 제1 베이스 기판(101) 상에 게이트 배선층(미도시), 제1 절연층(121), 반도체층, 데이터 배선층(141), 보호층(122), 평탄화층(160), 공통 전극(170), 제2 절연층(123), 및 화소 전극(181,182) 등을 형성하여 제1 기판(100)을 준비한다(S110). 상기 게이트 배선층, 상기 반도체층, 데이터 배선층(141) 등은 박막을 형성한 후 상기 박막을 패터닝하여 형성할 수 있다. 상기 패터닝은 마스크 공정을 이용할 수 있으며, 이 외에도 패턴을 형성할 수 있는 다른 방법을 이용하여도 무방하다. 또, 제1 및 제2 절연층(121, 123), 보호층(122) 등은 증착을 통해 형성할 수 있다. 다음으로, 제2 베이스 기판(201) 상에 차광 부재(미도시), 컬러 필터(210), 오버코트층(230) 등을 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 구성요소들의 배치 및 형상은 도 2 내지 도 4와 함께 전술한 바 있으므로 구체적인 설명은 생략한다.
이어서, 제1 기판(100)에 제2 기판(200)을 대향하여 배치 및 합착하고 액정(310) 및 광 경화성 단분자(400)를 포함하는 액정층(301)을 개재한다(S130). 예시적인 실시예에서, 액정층을 개재하는 단계(S130)는 제1 기판(100) 및/또는 제2 기판(200) 상에 광 경화성 단분자(400)와 액정(310)을 포함하는 액정 조성물을 적하한 후 양 기판을 합착하는 단계일 수 있으나, 제1 기판 및 제2 기판을 합착한 후 광 경화성 단분자와 액정을 포함하는 액정 조성물을 주입하는 단계일 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 상기 액정 조성물은 중합 개시제를 더 포함할 수도 있다.
액정층(301)을 개재하는 단계(S130)에서, 액정층(301) 내 액정(310)들은 실질적으로 수평 배향되되, 액정(310)들은 특정 방향성을 갖지 않고 실질적으로 랜덤(random)한 배향 상태를 가질 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 광 반응성 단분자(400)는 반응성 메조겐일 수 있다. 광 반응성 단분자(400)에 관하여는 도 2 내지 도 4와 함께 전술한 바 있으므로 구체적인 설명은 생략한다.
도 11은 도 8의 제조 방법에 있어서 일 화소 영역의 레이아웃이고, 도 12는 도 11의 ⅩⅡ-ⅩⅡ' 선을 따라 절개한 단면도이다.
도 8 내지 도 12를 참조하면, 액정층(301)에 전계(E3)를 인가한다(S140). 예시적인 실시예에서, 전계(E3)는 상호 합착된 제1 기판(100)과 제2 기판(200), 및 그 사이에 개재된 양의 유전율 이방성을 갖는 액정(310)을 포함하는 액정층(301)의 외부로부터 별도의 전계 형성 수단(600)을 통해 인가된 것이며, 전계(E3)의 방향은 대략 제2 방향(D2), 즉 공통 전극(170)과 화소 전극(181,182) 사이에 형성되는 전계의 방향과 교차하는 방향일 수 있다. 전계 형성 수단(600)은 서로 다른 전압이 인가되는 대향하는 두 전극을 포함할 수 있다. 전계(E3)가 제2 방향(D2)을 따라 형성될 경우, 양의 유전율 이방성을 갖는 액정(310)들은 면 내에서 회전하여 액정(311)들의 장축이 대략 제2 방향(D2)을 향하도록, 구체적으로 외부의 전계 형성 수단(600)으로부터 인가된 전계(E3)와 평행한 방향을 향하도록 재배열되어 그 상태를 유지할 수 있다.
도면에 도시된 바와 달리, 음의 유전율 이방성을 갖는 액정을 사용한 몇몇 실시예에서는 전계가 제2 방향을 따라 형성될 경우, 음의 유전율 이방성을 갖는 액정들은 면 내에서 회전하여 액정들의 장축이 대략 제1 방향을 향하도록, 구체적으로 외부에서 인가된 전계와 수직한 방향을 향하도록 재배열되어 그 상태를 유지할 수 있다.
한편, 제1 기판(하부 표시 기판)과 제2 기판(상부 표시 기판)이 합착된 모기판이 이송 수단을 통해 이동하며 제조 공정이 진행될 경우, 외부 전계 형성 수단(600)은 상기 이송 수단의 진행 경로 전체에 걸쳐 전계(E3)를 형성하거나, 상기 모기판의 이동 경로 상에 배치되어 상기 모기판의 적어도 일부에 전계(E3)를 형성하도록 배치될 수 있다. 이 때, 외부 전계 형성 수단(600)은 후술할 자외선 조사 수단보다 먼저 배치될 수 있다. 몇몇 실시예에서 상기 모기판이 이동하지 않고 제조 공정이 진행될 경우, 상기 외부 전계 형성 수단은 상기 모기판 전체에 걸쳐 전계를 형성하거나, 자외선 조사 수단과 함께 이동하며 상기 모기판의 적어도 일부에 전계를 형성할 수도 있다.
도 13은 도 8의 제조 방법에 있어서 일 화소 영역의 레이아웃이고, 도 14는 도 13의 ⅩⅣ-ⅩⅣ' 선을 따라 절개한 단면도이다.
도 8 내지 도 14를 참조하면, 액정층(301)에 전계가 인가된 상태에서 광을 조사한다(S140). 액정층(301)에 전계(E3)를 인가한 상태에서 광을 조사하는 단계(S140)에서, 상기 광은 자외선일 수 있다. 예를 들어, 상기 광은 약 300 내지 380 나노미터(nm)의 파장을 갖거나, 약 350 내지 380 nm의 파장을 갖거나, 또는 약 355 내지 370 nm의 파장을 갖는 자외선일 수 있다. 또, 약 0.1 내지 15 J/㎠의 노광량으로 조사되거나, 약 1 내지 4 J/㎠ 이하의 노광량으로 조사될 수 있다. 또한, 상기 광은 비편광 상태의 광일 수 있다. 상기 광의 노광량 및 노광 시간은 광 반응성 단분자(400)가 중합체의 중합 정도, 즉 제1 내지 제3 돌기(411,412,413)의 형성 정도에 영향을 미칠 수 있다. 도 14는 제2 기판(200) 측에서 광을 조사하는 경우를 예시하고 있으나, 상기 광은 제1 기판(100) 측에서 조사되거나, 또는 양측에서 조사될 수도 있다.
광 반응성 단분자(400)를 포함하는 액정층(301)에 광이 조사될 경우 광 중합 반응에 의해 광 반응성 단분자(400)들이 서로 중합될 수 있다. 이 경우 광 반응성 단분자(400)들이 중합된 중합체는 표면 에너지(surface energy)를 낮추기 위해 제1 기판(100)의 화소 전극(181,182) 표면에 직접 흡착되어 복수의 제1 돌기(411)를 형성하고, 제1 기판(100)의 제2 절연층(123) 표면에 직접 흡착되어 복수의 제2 돌기(412)를 형성하며, 제2 기판(200)의 오버코트층(230) 표면에 직접 흡착되어 복수의 제3 돌기(413)를 형성할 수 있으며, 액정층(301) 내에는 광 반응성 단분자(400)들이 중합된 중합체가 실질적으로 존재하지 않을 수 있다.
구체적으로, 외부 전계(E3)에 의해 액정(311)의 장축이 제2 방향(D2)을 향하도록 초기 배향된 상태에서 광 반응성 단분자(400)가 제1 내지 제3 돌기(411,412,413)들을 형성하는 경우, 복수의 제1 내지 제3 돌기(411,412,413)들은 상기 전계가 해제된 경우에도 액정(311)의 배향 상태를 유지하기에 적합하도록 크기, 형상, 배열 밀도, 및 중합도를 가지고 형성될 수 있다. 몇몇 실시예에서 제1 내지 제3 돌기들의 배열 상태는 제1 기판 표면 및 제2 기판 표면 상에서 특정 방향성을 나타낼 수 있다. 이를 통해 별도의 폴리이미드계 배향막 없이도 제1 기판(100)과 제2 기판(200) 표면에 각각 이방성을 부여하여 액정(311)을 초기 배향할 수 있다.
한편 액정층(301)에 전계를 인가한 상태에서 광을 조사하는 단계(S140)에서, 액정층(301) 내 광 반응성 단분자(400)의 함량은 감소하며 감소된 광 반응성 단분자(400)는 중합체 형성에 소모된 것으로 이해될 수 있다. 또한 광 반응성 단분자(400)의 적어도 일부는 미반응 상태로 액정층(301) 내에 잔존할 수 있다.
도 15는 도 8의 제조 방법에 있어서 일 화소 영역의 레이아웃이고, 도 16은 도 15의 ⅩⅥ-ⅩⅥ' 선을 따라 절개한 단면도이다.
도 8 내지 도 16을 참조하면, 액정층(301)에 형성된 전계를 해제한 상태에서 광을 조사한다(S150). 복수의 제1 돌기(411), 제2 돌기(412), 및 제3 돌기(413)가 형성된 후에 액정(311)은 그 배향 방향이 안정화되어 전계를 형성하지 않은 상태에서도 배향 방향을 유지할 수 있다.
액정층(301)에 전계를 인가하지 않은 상태에서 광을 조사하는 단계(S150)에서, 상기 광은 액정층에 전계를 인가한 상태에서 광을 조사하는 단계(S140)의 광과 동일한 파장 및/또는 동일한 노광량을 갖는 비편광 자외선일 수 있다. 다만, 액정층에 전계를 인가하지 않은 상태에서 광을 조사하는 단계(S150)는 액정층에 전계를 인가한 상태에서 광을 조사하는 단계(S140)보다 더 긴 시간 동안 수행될 수 있다. 예를 들어, 액정층(301)에 전계를 인가하지 않은 상태에서 광을 조사하는 단계(S150)는 약 120 분 이하, 또는 약 80 분 이하 동안 수행될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
액정층(301)에 전계를 인가하지 않은 상태에서 광을 조사할 경우 액정층(301) 내 잔존하는 잔여 미반응 광 반응성 단분자(400)가 제거될 수 있다. 이를 통해 액정 표시 장치의 액정층(301) 내 잔여 광 반응성 단분자(400)의 함량을 약 100 ppm 이하가 되도록 하여 액정 표시 장치의 구동시 발생할 수 있는 잔상과 같은 불량을 완화할 수 있다.
도 17은 실시예들과 비교예들에 따라 제조된 액정 표시 장치의 전압 보전율을 측정한 결과이다.
도 17의 A는 광 반응성 단분자로서 하기 화학식 2로 표현되는 화합물을 사용하여 본 발명의 일 실시예에 따라 액정 표시 장치를 제조하되, 액정층에 전계를 인가한 상태에서 광을 조사하기 전에 전압 보전율을 측정한 경우이고, B는 액정층에 전계를 인가한 상태에서 광을 조사한 후에 전압 보전율을 측정한 경우를 나타낸다. 또, C는 광 반응성 단분자로서 하기 화학식 2로 표현되는 화합물을 사용하여 종래의 폴리이미드계 배향막이 배치된 액정 표시 장치를 제조하되, 액정층에 전계를 인가한 상태에서 광을 조사하기 전에 전압 보전율을 측정한 경우이고, D는 액정층에 전계를 인가한 상태에서 광을 조사한 후에 전압 보전율을 측정한 경우를 나타낸다.
<화학식 2>
Figure 112016014145523-pat00038
전압 보전율(voltage holding ratio,VHR)은 한 주기 동안에 액정층에 인가되는 전압을 시간율을 의미하며, 전압 보전율이 낮을 경우 플리커 현상이 시인될 수 있다. 도 17을 참조하면, 폴리이미드계 배향막을 사용하지 않은 경우(A,B)와 폴리이미드계 배향막을 사용한 경우(C,D) 모두 외부 전계를 인가한 상태에서 광을 조사한 후에 전압 보전율이 소폭 상승함을 확인할 수 있다. 또, 외부 전계를 인가한 상태에서 비편광 자외선을 조사하여 광 반응성 단분자의 중합체를 형성하여 액정을 초기 배향한 B의 경우 약 99.1 %의 전압 보전율을 나타내어, 폴리이미드계 배향막을 사용한 D에 비해 상대적으로 낮은 전압 보전율을 보이지만 액정 표시 장치의 플리커 현상을 방지하기에 충분히 높은 전압 보전율 값을 가짐을 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예 및 비교예를 중심으로 본 발명을 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
301: 액정층
411: 제1 돌기
412: 제2 돌기
413: 제3 돌기

Claims (20)

  1. 제1 베이스 기판, 상기 제1 베이스 기판의 일면 상에 배치된 제1 전계 생성 전극, 및 상기 제1 전계 생성 전극의 일면 상에 배치된 제2 전계 생성 전극을 포함하는 제1 기판;
    상기 제1 베이스 기판의 상기 일면과 대향하여 상기 제1 기판과 이격 배치된 제2 기판;
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 개재되고 상기 제2 전계 생성 전극과 접하는 액정층으로서, 액정을 포함하며, 상기 제1 전계 생성 전극과 상기 제2 전계 생성 전극에 의해 전계가 생성되는 액정층; 및
    상기 액정층과 접하는 상기 제2 전계 생성 전극 상에 배치된 복수의 제1 돌기를 포함하는 액정 표시 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전계 생성 전극은 공통 전극이고, 상기 제2 전계 생성 전극은 화소 전극이며,
    상기 제1 기판은, 상기 제1 전계 생성 전극과 상기 제2 전계 생성 전극을 상호 절연시키도록 상기 제1 전계 생성 전극과 상기 제2 전계 생성 전극 사이에 배치된 절연층을 더 포함하고,
    상기 제2 전계 생성 전극은 상기 절연층을 부분적으로 노출하고,
    상기 부분적으로 노출된 부위에서 상기 절연층은 상기 액정층과 접하고,
    상기 액정 표시 장치는, 상기 액정층과 접하는 상기 절연층 표면 상에 배치된 복수의 제2 돌기를 더 포함하는 액정 표시 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 제1 돌기에 의해 정의되는 상기 제2 전계 생성 전극의 표면 거칠기는 상기 제2 돌기에 의해 정의되는 상기 노출된 부위의 상기 절연층의 표면 거칠기와 상이한 액정 표시 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 제1 돌기 및 상기 복수의 제2 돌기는 각각 평면 상 서로 이격된 점 형상으로 배치되되,
    상기 복수의 제1 돌기 및 상기 복수의 제2 돌기의 제1 방향으로의 최대 분포 밀도는, 상기 복수의 제1 돌기 및 상기 복수의 제2 돌기의 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로의 최대 분포 밀도와 상이한 액정 표시 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제2 기판은, 상기 제1 기판과 대향하는 일면을 갖는 제2 베이스 기판, 및 상기 제2 베이스 기판의 상기 일면 상에 배치되며 상기 액정층과 접하는 오버코트층을 포함하고,
    상기 액정 표시 장치는, 상기 액정층과 접하는 상기 오버코트층 표면 상에 배치된 복수의 제3 돌기를 더 포함하는 액정 표시 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 기판은 상기 액정층과의 계면에 폴리이미드계 배향막을 불포함하는 액정 표시 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전계 생성 전극은 상호 평행하게 일 방향으로 연장된 복수의 가지 전극부를 포함하고,
    상기 액정은 양의 유전율 이방성을 가지며,
    초기 배향 상태에서, 상기 액정의 장축 방향과 상기 가지 전극부의 연장 방향이 이루는 각은 0° 이상 45° 이하인 액정 표시 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전계 생성 전극은 상호 평행하게 일 방향으로 연장된 복수의 가지 전극부를 포함하고,
    상기 액정은 음의 유전율 이방성을 가지며,
    초기 배향 상태에서, 상기 액정의 장축 방향과 상기 가지 전극부의 연장 방향이 이루는 각은 45° 이상 90° 이하인 액정 표시 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 각 제1 돌기는 제1 광 반응성 단분자들의 중합체를 포함하는 액정 표시 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 액정층은 제2 광 반응성 단분자를 더 포함하되, 상기 제2 광 반응성 단분자는 상기 제1 광 반응성 단분자와 동일한 물질이고,
    상기 제2 광 반응성 단분자의 상기 액정층 내 함량은 100 ppm(parts per million) 이하인 액정 표시 장치.
  11. 제1 베이스 기판, 상기 제1 베이스 기판의 일면 상에 배치된 제1 전계 생성 전극, 상기 제1 전계 생성 전극의 일면 상에 배치된 절연층, 및 상기 절연층의 일면 상에 배치된 제2 전계 생성 전극을 포함하는 제1 기판을 준비하는 단계;
    상기 제1 베이스 기판의 상기 일면과 대향하여 상기 제1 기판과 이격 배치된 제2 기판을 준비하는 단계;
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 상기 제2 전계 생성 전극과 접하도록 광 반응성 단분자 및 복수의 액정을 포함하는 액정층을 제공하는 단계; 및
    상기 액정층에 전계를 인가한 상태에서 광을 조사하여, 상기 액정층과 접하는 상기 제2 전계 생성 전극 상에 광 중합체 돌기를 형성하는 단계를 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 액정층에 전계를 인가한 상태에서 광을 조사하는 단계는,
    상기 액정층을 제공하는 단계 이후에 이루어지는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 액정층에 전계를 인가한 상태에서 광을 조사하는 단계는,
    상기 액정층에 전계를 인가한 상태에서 비편광 자외선을 조사하는 단계인 액정 표시 장치의 제조 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 액정층에 전계를 인가한 상태에서 광을 조사하는 단계에서, 상기 액정층 내 상기 광 반응성 단분자들의 일부가 중합되어 중합체를 형성하고,
    상기 중합체는 상기 제2 전계 생성 전극 표면에 흡착되어 광 중합체 돌기를 형성하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 액정층에 전계를 인가한 상태에서 광을 조사하는 단계에서,
    상기 전계의 방향은, 상기 제1 전계 생성 전극과 상기 제2 전계 생성 전극 사이에 생성되는 전계의 방향과 교차하는 방향인 액정 표시 장치의 제조 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 액정층에 전계를 인가한 상태에서 광을 조사하는 단계는,
    상호 합착된 상기 제1 기판과 상기 제2 기판의 외부로부터 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 개재된 액정층에 전계를 인가한 상태에서 광을 조사하는 단계인 액정 표시 장치의 제조 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 액정층에 전계를 인가한 상태에서 광을 조사하는 단계는,
    상기 액정층의 적어도 일부분에 전계를 인가하는 단계; 및
    상기 전계를 유지한 상태에서, 상기 전계가 인가된 액정층의 상기 일부분에 광을 조사하는 단계를 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  18. 제11항에 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. 제18항에 있어서,
    상기 액정층에 전계를 인가하지 않은 상태에서 광을 조사하는 단계는,
    상기 광 반응성 단분자의 상기 액정층 내 함량이 100 ppm 이하가 되도록 광을 조사하는 단계인 액정 표시 장치의 제조 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 액정층에 전계를 인가하지 않은 상태에서 광을 조사하는 단계에서,
    상기 복수의 액정들은 상기 액정층에 전계를 인가한 상태에서 광을 조사하는 단계와 동일한 배열 방향을 유지하고 있는 액정 표시 장치의 제조 방법.
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