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KR101198185B1 - 액정표시장치 및 그 제조방법 - Google Patents

액정표시장치 및 그 제조방법 Download PDF

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KR101198185B1
KR101198185B1 KR1020100072281A KR20100072281A KR101198185B1 KR 101198185 B1 KR101198185 B1 KR 101198185B1 KR 1020100072281 A KR1020100072281 A KR 1020100072281A KR 20100072281 A KR20100072281 A KR 20100072281A KR 101198185 B1 KR101198185 B1 KR 101198185B1
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KR
South Korea
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liquid crystal
substrate
electrode
voltage
photoreactive
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KR1020100072281A
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Inventor
이승희
김대현
권동원
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전북대학교산학협력단
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Publication date
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Abstract

본 명세서는 액정층에 선경사각을 형성하여 액정 분자의 안정성과 응답속도, 문턱 전압 및 구동전압 특성을 향상시킨 액정표시장치 및 그 제조방법을 기재하고 있다.

Description

액정표시장치 및 그 제조방법{Liquid Crystal Display and method for making thereof}
본 명세서는 영상을 표시하는 액정표시장치 및 그 제조방법에 관하여 개시하고 있다.
액정표시장치는 전계를 이용하여 액정의 광투과율을 조절함으로써 화상을 표시하며, 액정을 구동시키는 전계의 방향에 따라 수직 전계형과 수평 전계형으로 대별된다.
수평 전계형 액정표시장치는 하부 기판에 나란하게 배치된 화소전극과 공통전극 간의 수평 전계에 의해 인 플레인 스위치(In Plane Switch; IPS) 모드의 액정을 구동하게 된다. 이와 같이 액정의 방향자를 기판 평면상에 회전시켜 시야각이 넓은 장점을 가진다. 그러나 투과율이 좋지 못하고 응답속도가 느린 문제점이 있다.
수직 전계형 액정표시장치는 상부기판 상에 형성된 공통전극과 하부기판 상에 형성된 화소전극이 서로 대향되게 배치되어 이들 사이에 형성되는 수직 전계에 의해 TN(Twisted Nemastic) 모드의 액정을 구동하게 된다. 이러한 수직 전계형 액정표시장치는 개구율이 큰 장점을 가져 투과율은 좋으나 시야각이 좁은 단점을 가진다. 또한 수직 전계형 액정표시장치는 유전율 이방성이 음인 액정을 수직배향 하여 사용하는 경우가 많은데 유전율 이방성이 양인 액정보다 높은 회전점도를 갖기 때문에 응답속도가 늦은 단점이 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위해, 실시예들은 대비비와 시야각이 좋고, 구동전압이 낮으며, 더욱 빠른 응답속도를 갖는 액정표시장치를 제공한다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 일 측면에서, 본 발명은 제1기판, 제1전극 및 제2전극을 가지는 제 2 기판, 제1기판과 제2기판 사이에 위치하며 제1기판과 제1기판에 수직으로 배향되며 선경사각이 형성된 액정층을 포함하는 액정표시장치를 제공할 수 있다.
또다른 측면에서, 본 발명은 광 반응성 액정 단량체가 혼합된 액정층을 셀에 주입하는 단계, 전압을 인가하여 광 반응성 액정 단량체에 일정한 선 경사각을 형성시키는 단계 및 자외선(UV)을 조사하여 광 반응성 액정 단량체를 고분자화시키는 단계를 포함하는 액정표시장치의 제조 방법을 제공한다.
이상 설명한 바와 같이 본 실시예에 따른 액정표시장치는 수평 전계형 액정표시장치의 장점인 넓은 시야각과 높은 대비비를 얻을 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 액정표시장치는 낮은 구동전압과 문턱 전압을 얻을 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 액정표시장치는 자연스러운 동영상 구현에 필요한 고속 응답속도를 얻을 수 있다.
도 1a는 전압이 인가되지 않은 경우 제1실시예에 따른 액정표시장치의 단면도이다.
도 1b는 전압이 인가된 경우 제1실시예에 따른 액정표시장치의 단면도이다.
도 2는 다른 실시예에 따른 도 1a 및 도 2b의 액정표시장치 제조방법의 흐름도이다.
도 3은 다른 실시예에 따른 선 경사각 유도부 제조방법에 따른 제1실시예에 따른 액정표시장치의 단면도이다.
도 4a 및 도 4b는 전압이 인가되지 않은 경우와 전압이 인가된 경우 제2실시예에 따른 액정표시장치의 단면도이다.
도 5은 또다른 실시예에 따른 선 경사각 유도부 제조방법에 따른 제2실시예에 따른 액정표시장치의 단면도이다.
도 6a 및 도 6b는 전압이 인가되지 않은 경우와 전압이 인가된 경우 제3실시예에 따른 액정표시장치의 단면도이다.
도 7은 또다른 실시예에 따른 선 경사각 유도부 제조방법에 따른 제3실시예에 따른 액정표시장치의 단면도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
본 발명은 광 반응성 액정 단량체와 유전율 이방성이 양인 액정을 일정 비율로 혼합하여 단위 셀에 주입 후 수평 전계를 인가하여 액정분자에 경사각을 만든 상태에서 UV를 조사하여 전압을 인가하지 않은 상태에서도 액정분자에 선 경사각이 형성되어 있게 함으로써 낮은 구동전압과 문턱 전압 및 빠른 응답속도를 갖는 액정표시장치를 제공한다.
더욱 상세하게 설명하면, 본 발명은 수평 전계로 구동하되 액정을 수평 계열로 배열하지 않고 수직 배향(Vertical Alignment)한다. 이와 같이 유전율 이방성이 양인 액정을 수직배향 하여 수평 전계로 구동되는 액정표시소자는 유전율 이방성이 음인 액정을 사용한 수직계열 모드 보다 낮은 회전점도를 갖기 때문에 빠른 응답속도를 장점으로 한다.
하지만 수평 전계로 구동되어 전극 사이에서 높은 투과율이 발생하려면 전극 사이의 거리가 넓어져야 되고, 이는 높은 구동전압이 필요하게 된다. 이에 본 발명은 광 반응성 액정 단량체를 사용하여 액정을 일정 방향으로 가이드함으로써, 전압이 인가되지 않은 상태에서도 규칙적인 배열을 유지할 수 있고, 이로 인해 높은 대비비를 얻을 수 있다. 또한 광 반응성 액정 단량체를 사용하여 액정을 일정 방향으로 가이드하고 있어, 액정 방향자의 변화폭이 작고 이에 필요한 전기장을 형성할 구동 전압과 문턱 전압의 문제도 해결될 수 있다.
이하, 실시예들에 따른 액정표시장치 및 그 제조방법을 도면을 통해 상세하게 설명한다.
도 1a는 전압이 인가되지 않은 경우 일실시예에 따른 액정표시소자의 단면도이다. 도 1b는 전압이 인가된 경우 일실시예에 따른 액정표시소자의 단면도이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 일실시예에 따른 액정표시장치(100)는 대향하는 제1기판(110) 및 제2기판(120), 제1기판(110)과 제2기판(120) 사이에 배치되는 액정층(130)을 포함한다.
제1기판(110)은 빛을 받아 총 천연색을 형성하기 위한 컬러 필터(미도시)를 포함하는 컬러기판이다. 제1기판(110)에 포함되는 컬러 필터는 잉크젯 프린팅(Ink-Jet Printing) 방식이나 식각 공정 등으로 다양한 방법으로 형성될 수 있으나 이에 제한되지 않고 다양한 방법으로 형성될 수 있다.
제2기판(120)은 구동회로인 박막트랜지스터 어레이(미도시)를 포함하는 박막트랜지스터 어레이 기판이다. 박막트랜지스터 어레이는 매트릭스 형태로 배열된 액정셀들과 액정셀들에 공급되는 신호를 각각 전환하기 위한 스위치 소자이다. 박막트랜지스터 어레이는 비화소영역(NP)에서 제2기판(120)의 일면에는 게이트 전극, 게이트절연막, 반도체층, 소스 및 드레인전극으로 이루어진 박막트랜지스터가 형성되어 있다.
컬러기판인 제1기판(110)과 박막트랜지스터 어레이 기판인 제2기판(120)은 각각 액정층(130)의 반대방향에 제1편광판(140)과 제2편광판(150)을 포함할 수 있다. 제1편광판(140)과 제2편광판(150)은 여러 방향으로 진동하면서 입사되는 광을 한쪽 방향으로만 진동하는 광(즉, 편광)이 되도록 하는 기능을 한다. 제1편광판(140)과 제2편광판(150)은 각각 제1기판(110)과 제2기판(120) 각각에 접착제에 의해 부착될 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 제 1및 제 2 편광판(140, 150)의 광투과축은 서로 수직이 되도록 배치된다.
제1기판(110)과 제2기판(120)은 각각 액정층(130)의 방향에 제1수직배향막(160)과 제2수직배향막(170)을 포함한다.
제1기판(110)은 제1수직배향막(160) 하부에 공통전극(미도시)와 유전체층(미도시)을 형성할 수 있다. 제1기판(110)에 형성된 공통전극은 아래에서 설명한 제2기판(120)에 형성된 공통전극(180)과 화소전극(190)과 함께 전계를 형성하여 액정층(130)을 회전시킬 수 있다.
제2기판(120)은 두개의 전극들, 즉 공통전극(180)과 화소전극(190)이 형성되어 있다. 공통전극(180)과 화소전극(190) 사이에 수평전계(L)가 형성되고, 액정층(130)의 액정분자는 이 수평전계(L)에 나란하게 배열된다. 또한, 박막트랜지스터 어레이의 드레인전극과 전기적으로 연결된 화소전극(190)이 화소영역(P)에 대응하여 형성되어 있다. 화소영역(P)의 화소전극(190)의 일측에는 일정간격 이격하여 공통전극(180)이 형성되어 횡전계를 이루게 된다.
이때, 화소전극(190)과 공통전극(180)은 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)와 같은 투명한 도전성 금속 그룹 중에서 선택된 하나로 투명 금속층으로 형성되며, 도면에 잘 나타나지는 않았지만 화소전극(190)과 공통전극(180)은 다수개가 구비되어, 다수개가 서로 나란하게 교대로 엇갈려 배치되어 구성된다.
또한 다수의 공통전극(180)과 화소전극(190)은 같은 층에 형성된 것을 보이고 있으나, 변형예로서 두 전극(180, 190)은 서로 다른 층에 형성될 수도 있다.
또한 다수의 화소전극(190)은 박막트랜지스터의 소스 및 드레인전극과 같은층에 형성될 수도 있으며, 공통전극(180)은 게이트배선과 동일층 동일물질로 형성될 수도 있다.
제2기판(120)은 동일면에 형성된 공통전극(180)과 화소전극(190) 외에 액티브 매트릭스층(미도시)을 가질 수 있다. 액티브 매트릭스층은 게이트 버스 라인, 데이터 버스 라인을 포함할 수 있다. 게이트 버스 라인과 데이터 버스 라인에 의해 정의되는 영역은 하나의 픽셀을 형성할 수 있다. 또한 공통전극(180)과 화소전극(190)은 게이트 버스 라인 또는 데이터 버스 라인과 동일한 금속으로 형성될 수 있다.
이와 같이 제2기판(120) 상에 공통전극(180)과 화소전극(190)이 형성된 액정표시장치, 즉 횡전계방식 액정표시장치(100)는 두 전극(180, 190) 사이에 수평전계(L)를 생성하여 액정분자가 두개의 기판들(110, 120)에 평행한 수평전계(L)와 나란하게 배열되도록 함으로써, 액정표시장치의 시야각을 넓게 할 수 있다.
액정층(130)은 액정분자(132)와 광 반응성 액정 단량체(134)가 혼합되나 어떤 균일한 배열 또는 특정한 방식으로 혼합되는 것에 제한되지 않는다.
액정분자(132)는 응답속도를 빠르게 하기 위하여, 초기 유전율 이방성이 양을 가지는 액정일 수 있다. 예를 들어, 액정분자(132)는 MJ951160, MJ00435 등으로 구성된 그룹 중에서 하나 또는 하나 이상 선택될 수 있으나 이에 제한되지 않고 유전율 이방성이 양이 어떤 액정이라도 가능하다.
액정분자(132)는 서로 평행하게 대향하는 제1기판(110)과 제2기판(120) 사이 전체적으로 위치한다. 액정분자(132)는 제1기판(110)과 제2기판(120) 사이에 수직배향되어 있다. 도 1(a)에 도시한 바와 같이 전압이 인가되지 않은 상태(off state)에서 액정층(130)의 액정분자(132)는 두 기판들(110, 120) 사이에 수직하게 배열되어 있다. 한편, 도 1(b)에 도시한 바와 같이 전압이 인가된 상태(on state)에서 전술한 바와 같이 공통전극(180)과 화소전극(190) 사이에 수평전계(L)가 형성되고, 액정층(130)의 액정분자(132)는 이 수평전계(L)에 나란하게 배열된다.
광 반응성 액정 단량체(134)는 제1기판(110)과 제2기판(120) 사이 주로 인접하여 또는 일정한 거리에 액정분자(132)와 혼합되어 고분자화되어 있다. 액정분자(132)와 혼합되어 고분자화된 광 반응성 액정 단량체(134)는 각각 제1기판(110)과 제2기판(120)에 주로 인접하여 또는 일정한 거리에 떨어져 전압이 인가되지 않은 상태에서 선경사각(pre-tilted)을 이루고 있다. 광 액정분자(132)와 혼합되어 고분자화된 반응성 액정 단량체(134)의 선경사각은 평행한 기판들(110 또는 120)을 기준으로0°이상 90°미만, 더욱 구체적으로 80°이상 90°미만, 더욱 구체적으로 85°이상 90°미만일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 두 기판들(110, 120) 근처에 액정분자(132)와 혼합되어 고분자화된 형성된 광 반응성 액정 단량체(134)의 선경사각이 너무 작으면(액정이 눕게), 초기 어둠 상태를 완벽히 유지하지 못하고 약간의 빛 샘이 유발된다. 또한 인가 전압이 필요 이상 크게 되면, 역시 액정분자(132)와 혼합되어 고분자화된 광 반응성 액정 단량체(134)의 선경사각이 너무 크면 빛 샘이 유발될 수 있다.
액정분자(132)와 혼합되어 고분자화된 광 반응성 액정 단량체(134)는 전압이 인가되지 않은 상태에서 도 1(a)에 도시한 바와 같이 선경사각을 이루고 있으나, 전압이 인가되면 공통전극(180)과 화소전극(190) 사이에 수평전계(L)가 형성되고, 액정분자(132)와 동일하게 이 수평전계(L)에 나란하게 배열된다.
광 반응성 액정 단량체(134)는 RM257(화학식 1), EHA(화학식 2)로 구성된 그룹 중에서 하나 또는 하나 이상 선택될 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
Figure 112010048420991-pat00001
Figure 112010048420991-pat00002
광 반응성 액정 단량체(134)는 광 개시제의 자외선 반응에 의해 중합이 가능한 말단기를 포함하는 액정물질이다. 주로 액정성을 나타낼 수 있는 메조겐그룹과 광중합이 가능한 말단기를 포함하여 액정상을 띄고 있으며, 자외선에 반응하는 광 개시제에 의해 광중합될 수 있는 단량체 분자를 의미한다. 이때 광 개시제는 트리메틸로프로판(Trimethylopropane), 트리아크릴레이트(Triacrylate) 등으로 구성된 그룹 중에서 하나 또는 하나 이상 선택될 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
광 반응성 액정 단량체(134)가 액정분자(132)와 혼합되어 고분자화된 두께나 밀도 등은 액정분자(132)의 종류나 인가되는 전압의 세기, 원하는 응답속도 등을 고려하여 결정될 수 있다. 예를 들어 원하는 응답속도가 상대적으로 높은 경우 광 반응성 액정 단량체(134)가 액정분자(132)와 혼합되어 고분자화된 두께나 밀도는 상대적으로 커질 수 있다.
이와 같이 유전율 이방성이 양인 액정을 수직배향하여 수평 전계로 구동되는 액정표시소자(100)는 유전율 이방성이 음인 액정을 사용한 수직계열 모드보다 낮은 회전점도를 갖기 때문에 빠른 응답속도를 장점으로 한다. 하지만 수평 전계로 구동되어 전극들(110, 120) 사이에서 높은 투과율이 발생하려면 전극들(110, 120) 사이의 거리가 넓어져야 되고, 이는 높은 구동전압이 필요하게 된다.
도 1a를 참조하면, 전압이 인가되지 않아 액정분자(132)가 양측 기판들(110, 120)에 수직으로 서있기 때문에 제2편광판(150)을 통과한 빛이 위상지연을 느끼지 못하고 제1편광판(140)에 흡수되어 어둠 상태가 된다. 이때 이미 형성된 광 반응성 액정 단량체(134)에 의한 선 경사각이 어둠의 상태에 미치는 영향은 미미하다.
또한 도 1b를 참조하면, 공통전극(180) 및 화소전극(190)에 전원을 공급하여 밝음 상태가 된 경우 공급된 전원에 의해 수평방향의 전기장이 발생 되고, 전기장에 의해 액정층(130)의 위상지연이 생기면서 밝음 상태가 된다.
이에 본 실시예에 따른 액정표시장치(100)는 액정분자(132)와 혼합되어 고분자화된 광 반응성 액정 단량체(134)를 사용하여 액정층(130)을 일정 방향으로 가이드함으로써, 전압이 인가되지 않은 상태에서도 규칙적인 배열을 유지할 수 있고, 이로 인해 높은 대비비를 얻을 수 있다. 또한 광 반응성 액정 단량체(134)를 사용하여 액정을 일정 방향으로 가이드하고 있어, 액정 방향자의 변화폭이 작고 이에 필요한 전기장을 형성할 구동 전압과 문턱 전압의 문제도 해결될 수 있다.
한편, 위에서 설명한 구동 전압을 낮추나 응답속도를 높이기 위해 제2기판(120)에 경사진 구조물을 형성하여 선경사각을 형성할 수도 있으나 별도의 제2기판(120)에 경사진 구조물을 형성하는 공정이 필요할 수 있다. 그러나 본 실시예에 따른 액정표시장치(100)는 액정층(130)의 광 반응성 액정 단량체(134)를 이용하여 선경사각을 형성하므로 별도의 선경사각을 형성하는 공정이 필요없거나 선경사각을 형성하는 공정이 단순한 효과가 있다.
도 2는 다른 실시예에 따른 액정표시소자의 제조방법의 흐름도이다. 도 3은 다른 실시예에 따른 액정표시소자의 제조방법에 따른 제1실시예에 따른 액정표시장치의 단면도이다.
도 2를 참조하면, 다른 실시예에 따른 액정표지소자의 광 반응성 액정 단량체의 선 경사각 형성 방법(S200)은, 광 반응성 액정 단량체가 혼합된 액정층을 셀에 주입하는 단계(S210), 전압을 인가하여 광 반응성 액정 단량체에 일정한 선 경사각을 형성시키는 단계(S220), 자외선(UV)광선을 조사하여 광 반응성 액정 단량체를 고분자화 시키는 단계(S230)를 포함한다.
먼저 광 반응성 액정 단량체가 혼합된 액정층을 셀에 주입하는 단계(S210)에서 액정은 응답속도를 빠르게 하기 위하여, 위에서 설명한 바와 같이 초기 유전율 이방성이 양을 가지는 액정일 수 있으며, MJ951160, MJ00435 등으로 구성된 그룹 중에서, 하나 또는 하나 이상 선택될 수 있다. 또한 광 반응성 액정 단량체는 RM257(화학식 1), EHA(화학식 2) 등으로 구성된 그룹 중에서 하나 또는 하나 이상 선택될 수 있다.
도 2 및 도 3의 (A)를 참조하면, 액정층(130)은 액정분자(132)와 광 반응성 액정단량체 (134)가 균일하게 혼합될 수 있다. 그 혼합 비율은 일정한 응답속도, 일정한 대비비를 얻기 위하여 다양한 실시를 통해 최적값이 선택될 수 있으나 광 반응성 액정단량체 (134)의 농도가 너무 높으면, 액정층에 부유한 상태로 고분자화되어 오히려 빛의 진로를 방해하거나 빛샘을 유발할 수도 있다.
전압을 인가하여 광 반응성 액정 단량체에 일정한 선 경사각을 형성시키는 단계(S220)에서는 광 반응성 액정 단량체와 액정 모두 일정한 전기장의 방향에 따라 안정한 선 경사각을 형성하게 되며, 선 경사각은 0°이상 90°미만, 더욱 자세하게는 80°이상 90°미만, 더욱 구체적으로 85°이상 90°미만일 수 있다.
도 2 및 도 3의 (B)를 참조하면, 전압인가장치에 의해 전기장이 형성되게 되고, 이에 액정분자(132)와 광 반응성 액정단량체 (134)는 전기장에 따라 일정한 경사각을 형성하게 된다. 기판 근처에 형성된 광 반응성 액정 단량체에 의한 선 경사각이 너무 작거나 크게 되면, 빛 샘이 유발될 수 있으므로, 문턱전압 근처에서 실시할 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
도 2 및 도 3의 (C)를 참조하면, 자외선(UV)광선을 조사하여 광 반응성 액정 단량체를 고분자화 시키는 단계(S230)에서는 광 반응성 액정 단량체가 엔커링에너지가 큰 양측 기판으로 이동하며 일정한 선 경사각을 가지고 경화(고분자화)되게 된다. 이와 같이 고분자화된 광 반응성 액정 단량체(134)를 사용하여 액정층(130)을 일정 방향으로 가이드함으로써, 전압이 인가되지 않은 상태에서도 규칙적인 배열을 유지할 수 있고, 이로 인해 높은 대비비와 빠른 응답속도를 얻을 수 있다. 이때 자외선(UV)조사량이 너무 많게 되면 기판 표면에 고분자네트워크의 형태가 고르게 형성되지 못하고 뭉침 현상으로 크기가 큰 고분자 네트워크가 발생하여 빛 샘이 유발될 수 있다. 이에 통상 자외선 (UV) 조사 시간은 180분 이내, 조사량은 50~300J 정도에서 실시할 수 있으나 제조 방법이 이에 한정되는 것은 아니며 선 경사각의 각도선정 및 조사량, 시간을 조절할 수 있다.
이렇게 제조된 액정표시장치(100)는 전압이 인가되지 않아 액정 분자가 양측 기판에 수직으로 서있기 때문에 하부 편광판(150)을 통과한 빛이 위상지연을 느끼지 못하고 상부 편광판(140)에 흡수되어 어둠 상태가 된다. 이때 이미 형성된 광 반응성 액정 단량체에 의한 선 경사각이 어둠의 상태에 미치는 영향은 미미하다(도 1a 참조).
또한 공통전극(180)과 화소전극(190)에 전원을 공급하여 밝음 상태가 된 경우(도 1b 참조)에 공급된 전원에 의해 수평방향의 전기장이 발생 되고, 상기 전기장에 의해 상기 액정 혼합물의 위상지연이 생기면서 밝음 상태가 된다.
도 4a 및 도 4b는 전압이 인가되지 않은 경우와 전압이 인가된 경우 제2실시예에 따른 액정표시장치의 단면도이다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 제2실시예에 따른 액정표시장치(200)는 대향하는 제1기판(210) 및 제2기판(220), 제1기판(220)과 제2기판(220) 사이에 배치되는 액정층(230)을 포함하고, 제1기판(210)과 제2기판(220)은 각각 액정층(230)의 방향에 제1수직배향막(260)과 제2수직배향막(270)을 포함하고, 제2기판(220)에는 두개의 공통전극(280, 이하 "제1화소전극"이라 함)과 화소전극(290, 이하 "제2화소전극"이라 함)이 형성되어 있는 것은 도 1a 및 도 1b를 참조하여 설명한 제1실시예에 따른 액정표시장치(100)와 동일하므로 상세한 설명을 전술한 것으로 대신한다.
액정층(230)은 유전율 이방성이 양인 액정분자(232)와 제1기판(210)과 제2기판(220) 사이 주로 인접하여 또는 일정한 거리에 액정분자(232)와 혼합되어 고분자화된 광 반응성 액정 단량체(234)가 혼합되어 있는 것도 전술한 제1실시예에 따라 액정표시장치(10)과 동일하다.
한편, 제2실시예에 따른 액정표시장치(200)는 제2기판(220)에는 두개의 전극(280, 290)과 함께 다른 공통전극(284)이 형성되어 있다. 이 다른 공통전극(284)는 제2수직배향막(270)과 제2기판(220) 사이 두개의 전극(280, 290) 하부에 형성되어 있다. 또한 두개의 전극(280, 290)과 다른 공통전극(284) 사이에 유전층(282)이 형성되어 있다.
이때 제2기판(220)의 제 1,2 화소전극(280, 290)은 미도시한 제2트랜지스터에 의해 구동될 수도 있고 제1트랜지스터로 구동되어 화소전극과 공통전극이 될 수도 있다.
다른 공통전극(284)은 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)와 같은 투명한 도전성 금속 그룹 중에서 선택된 하나로 투명 금속층으로 형성될 수 있다.
유전체층(282)은 절연 기능을 하며, 광 경화성 수지, 열 경화성 수지, 폴리아민산(polyamic acid) 또는 다른 유기 수지(에폭시 수지, 아크릴 수지 또는 불소 수지등), 또는 SiO, SiO2 또는 SiN로 형성된 군중에 하나 또는 그 이상으로 선택될 수 있다.
도 4a를 참조하면, 전압이 인가되지 않아 액정분자(232)가 양측 기판들(210, 220)에 수직으로 서있기 때문에 제2편광판(250)을 통과한 빛이 위상지연을 느끼지 못하고 제2편광판(240)에 흡수되어 어둠 상태가 된다.
또한 도 4b를 참조하면, 제1화소전극(280) 및 제2화소전극(290), 다른 공통전극(284)에 전원을 공급하면 제1화소전극(280) 및 제2화소전극(290), 유전층(282), 다른 공통전극(284)에 형성되는 수평전기장(L)과 프린지 필드(X)에 의해서 유전율 이방성이 양인 액정층(230)이 구동된다. 이때 수평전기장(L)과 프린지 필드(X)에 의해서 유전율 이방성이 양인 액정층(230)의 위상지연이 생기면서 밝음 상태가 된다.
제2실시예에 따른 액정표시장치(200)에서 광 반응성 액정 단량체의 선경사각 형성 방법은, 광 반응성 액정 단량체가 혼합된 액정층을 셀에 주입하는 단계(S210), 전압을 인가하여 광 반응성 액정 단량체에 일정한 선 경사각을 형성시키는 단계(S220), 자외선(UV)광선을 조사하여 광 반응성 액정 단량체를 고분자화 시키는 단계(S230)를 포함하는 점에서 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한 바와 동일하다.
다만, 제2실시예에 따른 액정표시장치(200)는 전술한 바와 같이 제1실시예에 따른 액정표시장치(100)과 달리 제1화소전극(280) 및 제2화소전극(290) 이외에 다른 공통전극(284)을 포함하며 유전층(282)를 추가로 포함한다. 따라서, 전압을 인가하여 광 반응성 액정 단량체에 일정한 선 경사각을 형성시키는 단계(S220)에서 전압인가장치에 의해 전압인가시 수평전기장(L) 뿐만 아니라 프린지 필드(X)에 의해 광 반응성 액정 단량체에 일정한 선 경사각이 형성되는 점에서 제조방법상 차이가 있다.
도 5은 또다른 실시예에 따른 선 경사각 유도부 제조방법에 따른 제2실시예에 따른 액정표시장치의 단면도이다.
도 5의 (A) 내지 (D)는 도 3의 (A) 내지 (D)과 동일하게 제2실시예에 따른 액정표시장치(200)에서 광 반응성 액정 단량체의 선경사각 형성 방법을 도시하고 있다. 도 5의 (B) 및 도 5의 (C)에 도시한 바와 같이 전압인가장치에 의해 전압인가와 UV 조사에 의해 수평전기장(L) 뿐만 아니라 프린지 필드(X)에 의해 광 반응성 액정 단량체에 일정한 선 경사각이 형성된다.
도 6a 및 도 6b는 전압이 인가되지 않은 경우와 전압이 인가된 경우 제3실시예에 따른 액정표시장치의 단면도이다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 제3실시예에 따른 액정표시장치(300)는 대향하는 제1기판(310) 및 제2기판(320), 제1기판(320)과 제2기판(320) 사이에 배치되는 액정층(330)을 포함하고, 제1기판(310)과 제2기판(320)은 각각 액정층(330)의 방향에 제1수직배향막(360)과 제2수직배향막(370)을 포함하고, 제2기판(320)에는 두개의 공통전극(380)과 화소전극(390)이 형성되어 있는 것은 제1실시예에 따른 액정표시장치(100)와 제2실시예에 따른 액정표시장치(200)과 동일하다.
한편, 제3실시예에 따른 액정표시장치(300)는 제1기판(310)에는 제1수직배향막(360)과 제1기판(310) 사이 다른 공통전극(384)이 형성되어 있고, 제1기판과 다른 공통전극 사이 유전층(382)이 형성된 점에서 제1실시예에 따른 액정표시장치(100)와 제2실시예에 따른 액정표시장치(200)과 상이하다.
제1기판(310) 상에 다른 공통전극(384)를 형성하고, 공통전극(383) 상에 유전층(282)를 형성하고 유전층(282) 상에 제1수직배향막(360)을 순차적으로 형성하므로 상부기판을 제작할 수 있다.
도 6a를 참조하면, 전압이 인가되지 않아 액정분자(332)가 양측 기판들(310, 320)에 수직으로 서있기 때문에 제2편광판(350)을 통과한 빛이 위상지연을 느끼지 못하고 제2편광판(340)에 흡수되어 어둠 상태가 된다.
또한 도 6b를 참조하면, 공통전극(380) 및 화소전극(390), 다른 공통전극(384)에 전원을 공급하면 공통전극(380) 및 화소전극(390), 유전층(382), 다른 공통전극(384)에 형성되는 경사전기장(Y)과 수평전기장(L)에 의해서 유전율 이방성이 양인 액정층(330)이 구동된다. 이때 경사전기장(Y)과 수평전기장(L)에 의해서 유전율 이방성이 양인 액정층(230)의 위상지연이 생기면서 밝음 상태가 된다.
제3실시예에 따른 액정표시장치(300)의 특징은 전극 사이에서 디스클리네이션 영역이 발생하지 않고 응답속도가 빠른 장점을 가지고 있다.
도 7은 또다른 실시예에 따른 선 경사각 유도부 제조방법에 따른 제3실시예에 따른 액정표시장치의 단면도이다.
도 7의 (A) 내지 (D)에 도시한 바와 같이, 제3실시예에 따른 액정표시장치(300)에서 광 반응성 액정 단량체의 선경사각 형성 방법도 전압을 인가하여 광 반응성 액정 단량체에 일정한 선 경사각을 형성시키는 단계(S220)에서 전압인가장치에 의해 전압인가시 수평전기장(L) 뿐만 아니라 경사전기장(Y)에 의해 광 반응성 액정 단량체에 일정한 선 경사각이 형성되는 점에서 제조방법상 차이가 있을 뿐 다른 단계들은 제1, 2실시예에 따른 액정표시장치(100, 200)의 형성방법과 동일하다.
즉 도 7의 (B) 및 (C)에 도시한 바와 같이 전압인가장치에 의해 전압인가와 UV 조사에 의해 수평전기장(L) 뿐만 아니라 경사전기장(Y)에 의해 광 반응성 액정 단량체에 일정한 선 경사각이 형성된다.
이하 제1실시예에 따른 액정표시장치(100)에 대한 광 반응성 액정 단량체의 선 경사각, 전압 등의 실시 조건을 달리하여 투명도를 측정한 비교예를 설명한다. 제2, 3실시예에 따른 액정표시장(200, 300)도 동일한 결과를 나타낼 것이라는 것은 자명하다.
표 1과 같은 조건, 예를 들어 전극 넓이는 3um이고, 전극간 거리는 10mu, 셀 겝은 3.5um인 조건의 액정표시장치를 제조하고 광 반응성 액정 단량체의 선 경사각에 따른 인가전압과 투명도를 측정하였다.
Electrode width (㎛) = w 3
Electrode distance (㎛) = l 10
Cell gap (㎛) = d 3.5
dΔn (㎛) 0.42
Rotational viscosity (mPa/s) 147
LC Δn 0.12
Δε 7.4
K1 11.7
K2 5.1
K3 16.1
표 2는 표1과 같은 조건의 액정표시장치의 선경사각에 따른 인가전압과 투명도를 측정한 결과이다. 표2에서 V10(V)은 문턱전압을, V10(%)은 선경사각 90 °에 대한 문턱전압의 감소%를, V100(V)은 최대투과율이 나오는 전압(구동전압)을, V100(V)은 선경사각 90 °에 대한 구동전압의 감소%를 의미한다.
Pre - tilt (°)
V10 (V) V10 (%) V100 (V) V100 (%)
90
7.7 0 16.8 0
89
7.5 -2.59 16.6 -1.19
88
7.4 -3.89 16.4 -2.38
87
7.3 -5.19 16.2 -3.57
86
7.1 -7.79 16 -4.76
85
6.9 -10.39 15.8 -5.95
표 2을 참조하면, 선 경사각이 90°일 때, 즉 광 반응성 액정 단량체에 의해 액정층에 선경사각이 형성되지 않은 경우 인가전압은 7.7V였으나 선경사각이 89°내지 85°인 경우 인가전압은 7.5V 내지 6.9V였다. 다시 말해 선경사각이 클 수록 인가전압이 낮아지는 것을 알 수 있다.
한편, 인가전압을 동일하게 할 경우 상대적인 응답속도가 빨라지는 것을 알 수 있다.
한편 전술한 실시예들에 따른 액정표시장치는 배향이 안정되지 않아 디스크리네이션이 발생하거나 응답속도가 늦어지는 단점을 개선할 수 있다.
이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 이와 명시적으로 상반되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110, 210, 310: 제 1 기판 120, 220, 320: 제 2 기판
130, 230, 330: 액정층 132, 232, 332: 액정분자
134, 234, 334: 광 반응성 액정 단량체 140, 240, 340: 상부 편광판
150, 250, 350: 하부 편광판 160, 260, 260: 상부 배향막
170, 270, 370: 하부 배향막 180, 280, 380: 공통 전극
282, 382: 공통전극 284, 384: 유전층
190, 290, 390: 화소 전극

Claims (8)

  1. 제 1 기판;
    전압인가시 수평전기장을 형성하는 제 1 전극과 제 2 전극, 및 전압인가시 상기 제 1전극과 제 2전극 중 적어도 하나와 프린지필드를 형성하는 제 3전극을 포함하는 제 2 기판; 및
    상기 제 1 기판과 상기 제2기판 사이에 위치하고, 상기 제1기판과 상기 제2기판에 수직으로 배향되며 선경사각이 형성된 액정층;을 포함하는 액정표시장치.
  2. 제 1전극이 형성된 제 1 기판;
    전압인가시 수평전기장을 형성하는 제 2전극과 제 3전극이 형성된 제 2 기판; 및
    상기 제 1기판과 상기 제 2기판 사이에 위치하고, 상기 제1기판과 상기 제2기판에 수직으로 배향되며 선경사각이 형성된 액정층;을 포함하며,
    전압인가시, 상기 제 2전극과 상기 제 3전극 중 적어도 하나와 상기 제 1전극 사이에 경사전기장이 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 액정층은 액정분자와 광 반응성 액정 단량체가 혼합되어 있고, 상기 선경사각은 상기 액정분자와 광 반응성 액정 단량체가 혼합되어 고분자화된 위치에 형성된 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 선경사각은 상기 제1기판 또는 상기 제2기판을 기준으로 80~89.9°인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제 1 기판은 수직 배향층을 추가로 포함하는, 액정표시장치.
  6. 제 1전극, 제 2전극 및 제 3전극이 형성된 제 1기판과, 상기 제 1기판과 대향하는 제 2기판을 형성하는 단계;
    상기 제 1기판과 상기 제 2기판 사이에 액정분자와 광 반응성 액정 단량체가 혼합된 액정층을 셀에 주입하는 단계;
    전압을 인가하여 상기 광 반응성 액정 단량체에 일정한 선 경사각을 형성시키는 단계; 및
    자외선(UV)을 조사하여 광 반응성 액정 단량체를 고분자화시키는 단계;를 포함하며,
    상기 선 경사각 형성단계는, 전압인가시 상기 제 1전극과 제 2전극 사이에 수평전기장을 형성하는 단계와, 전압인가시 상기 제 1전극과 제 2전극 중 적어도 하나와 상기 제 3전극이 프린지필드를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  7. 제 1전극과 제 2전극이 형성된 제 1기판과, 상기 제 1기판과 대향하는 한편 제 3전극이 형성된 제 2기판을 형성하는 단계;
    상기 제 1기판과 상기 제 2기판 사이에 액정분자와 광 반응성 액정 단량체가 혼합된 액정층을 셀에 주입하는 단계;
    전압을 인가하여 상기 광 반응성 액정 단량체에 일정한 선 경사각을 형성시키는 단계; 및
    자외선(UV)을 조사하여 광 반응성 액정 단량체를 고분자화시키는 단계;를 포함하며,
    상기 선 경사각 형성단계는, 전압인가시 상기 제 1전극과 제 2전극 사이에 수평전기장을 형성하는 단계와, 전압인가시 상기 제 1전극과 제 2전극 중 적어도 하나와 상기 제 3전극이 경사전기장을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  8. 제 6항 또는 제 7항에 있어서,
    상기 자외선(UV)의 조사 시간은 180분 이내이고, 조사량은 50~300J이며, 인가전압은 문턱전압 이상인 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
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