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KR102637055B1 - 액정 표시 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

액정 표시 장치 및 그 제조 방법 Download PDF

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KR102637055B1
KR102637055B1 KR1020160101234A KR20160101234A KR102637055B1 KR 102637055 B1 KR102637055 B1 KR 102637055B1 KR 1020160101234 A KR1020160101234 A KR 1020160101234A KR 20160101234 A KR20160101234 A KR 20160101234A KR 102637055 B1 KR102637055 B1 KR 102637055B1
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liquid crystal
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crystal display
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양기훈
최숙경
한민주
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Abstract

일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 제1 기판, 상기 제1 기판과 중첩하며 이격된 제2 기판, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 위치하며 액정 분자들을 포함하는 액정층, 상기 제1 기판과 상기 액정층 사이에 위치하는 제1 중합체층, 상기 제2 기판과 상기 액정층 사이에 위치하는 제2 중합체층, 상기 제1 중합체층과 상기 액정층 사이 및 상기 제2 중합체층과 상기 액정층 사이 중에서 적어도 하나에 위치하는 복수의 돌기를 포함하고, 상기 복수의 돌기는 반응성 메조겐의 중합체를 포함하며, 상기 제1 중합체층 및 상기 제2 중합체층은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물의 중합체를 포함한다.
[화학식 1]

Description

액정 표시 장치 및 그 제조 방법{LIQUID CRYSTAL DISPLAY AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 개시는 액정 표시 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 화소 전극과 공통 전극 등 전기장 생성 전극(field generating electrode)을 포함하는 두 장의 표시판과 상기 두 장의 표시판 사이에 위치하는 액정층을 포함한다.
액정 표시 장치는 전기장 생성 전극에 전압을 인가하여 액정층에 전기장을 형성하고 이를 통하여 액정층에 포함된 액정 분자들의 배향을 결정하고 입사광의 편광을 제어함으로써 영상을 표시한다.
액정 표시 장치에서 액정 조성물은 빛의 투과율을 조절하여 원하는 화상을 얻는데 매우 중요하다. 특히, 액정 표시 장치의 용도가 다양화됨에 따라, 저전압 구동, 높은 전압 보전율(voltage holding ratio, VHR), 넓은 시야각 특성, 넓은 동작 온도 범위 및 고속 응답성 등의 다양한 특성이 요구된다.
액정 표시 장치의 고속 응답 특성 등을 갖기 위해 액정 조성물이 갖는 회전 점도, 굴절률, 및 탄성 계수 등의 물성을 개선하는 연구가 진행되고 있다.
실시예들은 배향막 형성 공정을 생략할 수 있는 액정 표시의 제조 방법 및 잔상 특성이 개시된 액정 표시 장치를 제공한다.
일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 제1 기판, 상기 제1 기판과 중첩하며 이격된 제2 기판, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 위치하며 액정 분자들을 포함하는 액정층, 상기 제1 기판과 상기 액정층 사이에 위치하는 제1 중합체층, 상기 제2 기판과 상기 액정층 사이에 위치하는 제2 중합체층, 상기 제1 중합체층과 상기 액정층 사이 및 상기 제2 중합체층과 상기 액정층 사이 중에서 적어도 하나에 위치하는 복수의 돌기를 포함하고, 상기 복수의 돌기는 반응성 메조겐의 중합체를 포함하며, 상기 제1 중합체층 및 상기 제2 중합체층은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물의 중합체를 포함한다.
[화학식 1]
상기 화학식 1에서,
A는 C, N, 방향족고리, 복소방향족고리, 지방족고리, 복소고리 및 이의 축합 고리, 삼차 아민 및 둘 이상의 고리 화합물이 서로 연결된 화합물을 포함하며, 상기 X는 각각 독립적으로 -O-, -S-, -CO-, -CO-O-, -OCO-, -O-CO-O-, -OCH2-, -SCH2-, -CH2S-, -CF2O-, -OCF2-, -CF2S-, -SCF2-, -(CH2)l-, -CF2CH2-, -CH2CF2-, -(CF2)l-, -CF=CF-, -C≡C-, -CH=CH-COO-, -OCO-CH=CH-, -(R0)-, -CH(-Sp-P0)-, -CH2CH-(-Sp-P0)- 및 -(CH(-Sp-P0)CH(-Sp-P0)-로 이루어진 군에서 선택되는 하나이고, 상기 Sp는 스페이서 또는 단일 결합이며, 상기 P0 , P1, P2 및 P3는 각각 독립적으로, 하기
로 이루어진 군에서 선택되는 하나이고, 상기 Ra는 -H, -F, -OH, -NH2, -CN, -B(OH)2, -SH, -Br, -I, 복소방향족고리, 복소고리, -OCH3, -OCH2CH3, -OCH2CH2CH3, -O-(CH2-CH2)m-OCH3, -NH(CH2)mCH3, -N-(CH2)m-CH3 , , 및 로 이루어진 군에서 선택되는 하나이고, 상기 m은 각각 독립적으로 1 내지 4의 정수이고, 상기 l은 각각 독립적으로 1 내지 4의 정수이고, 상기 n1 내지 n6는 각각 독립적으로 0 내지 1의 정수이고, 상기 R0는 탄소수 1 내지 12의 알킬렌기이다.
일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법은 서로 마주보는 제1 기판 및 제2 기판을 준비하는 단계, 복수의 액정 분자, 반응성 메조겐 및 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 액정층을 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 사이에 형성하는 단계, 및 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판에 전계 UV를 조사하는 단계를 포함한다.
[화학식 1]
상기 화학식 1에서, A는 C, N, 방향족고리, 복소방향족고리, 지방족고리, 복소고리 및 이의 축합 고리, 삼차 아민 및 둘 이상의 고리 화합물이 서로 연결된 화합물을 포함하며, 상기 X는 각각 독립적으로 -O-, -S-, -CO-, -CO-O-, -OCO-, -O-CO-O-, -OCH2-, -SCH2-, -CH2S-, -CF2O-, -OCF2-, -CF2S-, -SCF2-, -(CH2)l-, -CF2CH2-, -CH2CF2-, -(CF2)l-, -CF=CF-, -C≡C-, -CH=CH-COO-, -OCO-CH=CH-, -(R0)-, -CH(-Sp-P0)-, -CH2CH-(-Sp-P0)- 및 -(CH(-Sp-P0)CH(-Sp-P0)-로 이루어진 군에서 선택되는 하나이고, 상기 Sp는 스페이서 또는 단일 결합이며, 상기 P0 , P1, P2 및 P3는 각각 독립적으로, 하기
로 이루어진 군에서 선택되는 하나이고, 상기 Ra는 -H, -F, -OH, -NH2, -CN, -B(OH)2, -SH, -Br, -I, 복소방향족고리, 복소고리, -OCH3, -OCH2CH3, -OCH2CH2CH3, -O-(CH2-CH2)m-OCH3, -NH(CH2)mCH3, -N-(CH2)m-CH3 , , 및 로 이루어진 군에서 선택되는 하나이고, 상기 m은 각각 독립적으로 1 내지 4의 정수이고, 상기 l은 각각 독립적으로 1 내지 4의 정수이고, 상기 n1 내지 n6는 각각 독립적으로 0 내지 1의 정수이고, 상기 R0는 탄소수 1 내지 12의 알킬렌기이다.
실시예들에 따르면, 액정 표시 장치의 잔상 특성이 개선되고, 액정 표시 장치의 제조 방법에서 배향막 도포 및 건조 공정을 생략하여 공정을 간소화할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면을 간략히 도시한 것이다.
도 2는 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 일 화소의 평면 배치도이다.
도 3은 도 2의 III-III선을 따라 자른 단면도이다.
도 4는 일 실시예 및 비교예에 따른 액정 표시 장치의 블랙 잔상을 비교한 것이다.
도 5는 일 실시예 및 비교예에 따른 액정 표시 장치의 면잔상을 비교한 것이다.
도 6은 화학식 3의 화합물의 함량에 따른 액정 표시 장치(비교예) 및 화학식 1-1의 화합물의 함량에 따른 액정 표시 장치(실시예 1)의 배향 상태를 나타낸 것이다.
도 7은 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법을 단계적으로 나타낸 것이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향 쪽으로 "위에" 또는 "상에" 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
그러면 이하에서, 도면을 참고로 하여 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면을 간략히 도시한 것이다. 도 1을 참고로 하면, 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 제1 기판(110)과 제2 기판(210) 사이의 복수의 액정 분자(31)를 포함하는 액정층(3)을 포함하고, 제1 기판(110)과 액정층(3) 사이에는 제1 중합체층(15)이 위치한다. 또한, 제2 기판(210)과 액정층(3) 사이에 제2 중합체층(25)이 위치한다.
제1 중합체층(15)과 액정층(3) 사이 및 제2 중합체층(25)과 액정층(3) 사이에는 복수개의 돌기(13)가 위치한다. 돌기(13)는 반응성 메조겐이 광중합하여 형성된 중합체를 포함한다.
도 1에 도시된 제1 중합체층(15) 및 제2 중합체층(25)은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물들이 광중합되어 형성된 중합체를 포함한다.
[화학식 1]
상기 화학식 1에서,
상기 A는 C, N, 방향족고리, 복소방향족고리, 지방족고리, 복소고리 및 이의 축합 고리, 삼차 아민 및 둘 이상의 고리 화합물이 서로 연결된 화합물을 포함하며, 상기 X는 각각 독립적으로 -O-, -S-, -CO-, -CO-O-, -OCO-, -O-CO-O-, -OCH2-, -SCH2-, -CH2S-, -CF2O-, -OCF2-, -CF2S-, -SCF2-, -(CH2)l-, -CF2CH2-, -CH2CF2-, -(CF2)l-, -CF=CF-, -C≡C-, -CH=CH-COO-, -OCO-CH=CH-, -(R0)-, -CH(-Sp-P0)-, -CH2CH-(-Sp-P0)- 및 -(CH(-Sp-P0)CH(-Sp-P0)-로 이루어진 군에서 선택되는 하나이고, 상기 Sp는 스페이서 또는 단일 결합이며, 상기 P0 , P1, P2 및 P3는 각각 독립적으로, 하기
로 이루어진 군에서 선택되는 하나이고, 상기 Ra는 -H, -F, -OH, -NH2, -CN, -B(OH)2, -SH, -Br, -I, 복소방향족고리, 복소고리, -OCH3, -OCH2CH3, -OCH2CH2CH3, -O-(CH2-CH2)m-OCH3, -NH(CH2)mCH3, -N-(CH2)m-CH3 , , 및 로 이루어진 군에서 선택되는 하나이고, 상기 m은 각각 독립적으로 1 내지 4의 정수이고, 상기 l은 각각 독립적으로 1 내지 4의 정수이고, 상기 n1 내지 n6는 각각 독립적으로 0 내지 1의 정수이고, 상기 R0는 탄소수 1 내지 12의 알킬렌기이다.
상기 스페이서는 이웃하는 구조를 연결하는 2가의 연결기이며, 탄소 원자수 1 내지 20의 직쇄상 알킬렌기일 수 있다. 상기 알킬렌기 중에 존재하는 1개의 CH2기 또는 인접해 있지 않은 2개 이상의 CH2기는 각각 서로 독립해서, -O-, -S-, -NH-, -N(CH3)-, -CO-, -COO-, -OCO-, -OCOO-, -SCO-, -COS-, -CH=CH- 또는 -C≡C-에 의해 치환되어 있을 수 있다.
즉, 화학식 1로 표시되는 화합물은 중앙 화합물(A)에 연결된 2 이상의 수직 배향기(,,
Figure 112016077202201-pat00015
) 및 하나 이상의 앵커링기()를 포함한다. 이때 앵커링기()는 제1 기판 및 제2 기판에 화학식 1로 표시되는 화합물의 중합체를 결합시킨다.
또한, 수직 배향기의 일 끝에는 P1 , P2 및 P3와 같은 반응기가 연결되어 있으며, 상기 반응기는 이웃하는 화학식 1로 표시되는 화합물의 반응기와 중합하여 중합체층을 형성한다.
즉, 화학식 1로 표시되는 화합물의 P1 , P2 또는 P3가, 인접한 화학식 1로 표시되는 화합물의 P1 , P2 또는 P3와 광중합하여, 제1 중합체층(15) 및 제2 중합체층(25)과 같은 중합체층을 형성한다.
즉, 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는, 통상의 폴리이미드를 포함하는 배향막이 생략되고, 폴리이미드 배향막 대신에 화학식 1로 표시되는 화합물이 중합된 중합체층을 포함한다.
상기 중합체층은 각각 제1 기판(110)과 액정층(3) 사이, 제2 기판(210)과 액정층(3) 사이에 위치하며, 배향막과 유사하게 액정을 배향시킨다.
그러나, 일 실시예에 따른 중합체층은 폴리이미드를 포함하는 배향막이 아니기 때문에, 통상적인 배향막의 도포 및 건조 공정 없이 제조할 수 있어 공정을 간소화 할 수 있다. 또한 화학식 1의 화합물이 2 이상의 수직 배향기를 포함하기 때문에 소량으로도 액정을 배향할 수 있고, 잔상을 개선할 수 있다.
일 실시예에 따른 액정 표시 장치에서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 A는
로 이루어진 군에서 선택되는 하나일 수 있다.
또한, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화학식 1-1 내지 1-14로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다.
[화학식 1-1]
[화학식 1-2]
[화학식 1-3]
[화학식 1-4]
[화학식 1-5]
[화학식 1-6]
[화학식 1-7]
[화학식 1-8]
[화학식 1-9]
[화학식 1-10]
[화학식 1-11]
[화학식 1-12]
[화학식 1-13]
[화학식 1-14]
상기 화학식 1-1 내지 1-14로 표시되는 화합물은 모두 2 이상의 수직 배향기를 가지며, 기판과 결합할 수 있는 앵커링기를 포함한다.
따라서, 상기 화학식 1-1 내지 1-14로 표시되는 화합물에서, 앵커링기는 제1 기판 또는 제2 기판과 수소결합하고, 수직 배향기 말단에 위치하는 반응기는 이웃하는 반응기와 중합하여 중합체층을 형성한다.
이후 보다 상세히 설명하겠지만, 제1 기판과 액정층 사이에는 제1 전극이, 제2 기판과 액정층 사이에는 제2 전극이 위치하기 때문에, 앵커링기는 제1 기판의 제1 전극과 수소 결합하고, 제2 기판의 제2 전극과 수소 결합할 수 있다.
또한, 도 1을 참고로 하면, 제1 중합체층(15)과 액정층(3) 사이 및 제2 중합체층(25)과 액정층(3) 사이에는 복수개의 돌기(13)가 위치한다.
상기 복수개의 돌기(13)는 반응성 메조겐이 중합된 배향 중합체를 포함한다. 즉, 반응성 메조겐 말단의 광반응기가 인접한 반응성 메조겐의 광반응기와 중합하여 배향 중합체를 형성하고, 이러한 배향 중합체는 돌기를 구성한다.
상기 반응성 메조겐은 하기 화학식 2-1 내지 2-14로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.
[화학식 2-1]
[화학식 2-2]
[화학식 2-3]
[화학식 2-4]
[화학식 2-5]
[화학식 2-6]
[화학식 2-7]
[화학식 2-8]
[화학식 2-9]
[화학식 2-10]
[화학식 2-11]
[화학식 2-12]
[화학식 2-13]
[화학식 2-14]
상기 X2는 H, CH3, (CH2)nCH3, F, Br, I, OH, C3H7, NH2 및 CN으로 이루어진 군에서 선택되는 하나이고, 상기 n은 1 내지 20이다.
이러한 복수개의 돌기(13)에 의해 액정 분자(31)들이 선경사를 가질 수 있다. 즉, 반응성 메조겐이 서로 중합하여 돌기(13)를 형성할 때, 주변의 액정 분자(31)들에 선경사가 형성된다. 따라서, 전압이 인가되지 않은 상태에서도 돌기(13)에 인접한 액정 분자(31)들은 돌기(13)의 형성시 제1 기판(110)에 수직한 방향을 기준으로 하여 기울어질 수 있다. 명세서 전체에서, '선경사'는 제1 기판 (110) 또는 제2 기판(210) 표면에 수직인 방향을 기준으로 액정 분자(310)가 기울어지는 것을 의미하고, '선경사각'은 제1 기판 (110) 또는 제2 기판(210)에 수직한 축을 기준으로 기울어진 정도, 즉, 기울어진 각도를 의미한다.
이렇게 액정 분자(31)들이 선경사를 가지는 경우, 이후 전압을 가하였을 때 액정 분자(31)에 형성된 선경사에 의해 액정 분자(31)들이 빠르게 회전할 수 있고, 응답속도가 빨라진다.
이상과 같이 폴리이미드를 포함하는 배향막 대신, 화학식 1로 표시되는 화합물들이 광중합되어 형성된 제1 중합체층(15) 및 제2 중합체층(25)을 포함하고, 제1 중합체층(15)과 액정층(3) 사이 및 2 중합체층(25)과 액정층 (3) 사이에 위치하는 복수개의 돌기(13)를 포함하는 액정 표시 장치는 면 잔상을 개선할 수 있다. 또한, 화학식 1로 표시되는 화합물이 2개의 수직 배향기를 포함하기 때문에, 기존의 1개의 수직 배향기를 포함하는 액정 표시 장치에 비하여 그 함량을 줄일 수 있다.
이상에서는, 제1 중합체층(15) 및 제2 중합체층(25)을 중심으로 본 발명의 핵심을 간략하게 설명하였으며, 이하에서는 제1 중합체층(15) 및 제2 중합체층(25)이 실제 적용된 액정 표시 장치의 구조에 대하여 보다 상세하게 설명한다.
그러나 본 실시예에서 설명하는 액정 표시 장치의 구조는 예시적인 것으로, 본 발명이 하기와 같은 화소 구조에 한정되는 것은 아니다. 즉, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 중합체를 포함하는 제1 중합체층 및 제2 중합체층은, 제1 기판에 제1 전극이 위치하고 제2 기판에 제2 전극이 위치하는 구조의 표시 장치에 제한 없이 적용 가능하다.
그러면, 이하에서는 일 실시예예 따른 액정 표시 장치에 대하여 설명한다.
도 2는 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 일 화소의 평면 배치도이고, 도 3은 도 2의 III-III선을 따라 자른 단면도이다.
제1 표시판(100)에 대하여 먼저 설명한다.
투명한 유리 또는 플라스틱 등으로 만들어진 제1 기판(110)에 게이트선(121)과 분압 기준 전압선(131)을 포함하는 게이트 도전체가 위치한다.
게이트선(121)은 제1 게이트 전극(124a), 제2 게이트 전극(124b), 제3 게이트 전극(124c)을 포함한다.
분압 기준 전압선(131)은 제1 유지 전극(135, 136), 그리고 기준 전극(137)을 포함한다. 분압 기준 전압선(131)에 연결되어 있지는 않으나, 제2 유지 전극(138, 139)이 제2 부화소 전극(191b)과 중첩하도록 위치할 수 있다.
게이트선(121) 및 분압 기준 전압선(131) 위에 게이트 절연막(140)이 위치한다.
게이트 절연막(140) 위에 제1 반도체층(154a), 제2 반도체층(154b) 및 제3 반도체층(154c)이 위치한다. 반도체층(154a, 154b, 154c) 위에 저항성 접촉 부재(163a, 165a, 163b, 165b, 163c, 165c)가 위치한다.
저항성 접촉 부재(163a, 165a, 163b, 165b, 163c, 165c) 및 게이트 절연막(140) 위에 제1 소스 전극(173a) 및 제2 소스 전극(173b)에 연결된 데이터선(171), 제1 드레인 전극(175a), 제2 드레인 전극(175b), 제3 소스 전극(173c) 및 제3 드레인 전극(175c)을 포함하는 데이터 도전체가 위치한다.
제1 게이트 전극(124a), 제1 소스 전극(173a) 및 제1 드레인 전극(175a)은 제1 반도체층(154a)과 함께 제1 박막 트랜지스터를 구성하고, 제2 게이트 전극(124b), 제2 소스 전극(173b) 및 제2 드레인 전극(175b)은 제2 반도체층(154b)과 함께 제2 박막 트랜지스터를 구성하며, 제3 게이트 전극(124c), 제3 소스 전극(173c) 및 제3 드레인 전극(175c)는 제3 반도체층(154c)과 함께 제3 박막 트랜지스터를 구성한다.
제2 드레인 전극(175b)은 제3 소스 전극(173c)과 연결되어 있으며, 넓게 확장된 확장부(177)를 포함한다.
데이터 도전체(171, 173c, 175a, 175b, 175c) 및 반도체층(154a, 154b, 154c) 부분 위에 제1 보호막(180p)이 위치한다.
제1 보호막(180p) 위에 색필터(230)가 위치한다. 색필터(230)는 서로 인접한 두 개의 데이터선(171)을 따라 세로 방향으로 뻗어 있다. 일 실시예는 색필터(230)가 제1 표시판(100)에 포함되는 실시예에 대해 설명 및 도시하였으나, 이에 제한되지 않고 색필터(230)는 제2 표시판(200)에 포함될 수도 있다.
색필터(230) 위에 제2 보호막(180q)이 위치한다. 제1 보호막(180p) 및 제2 보호막(180q)은 질화규소 또는 산화규소 등의 무기 절연막을 포함할 수 있다.
제2 보호막(180q)은 색필터(230)가 들뜨는 것을 방지하고 색필터(230)로부터 유입되는 용제(solvent)와 같은 유기물에 의한 액정층(3)의 오염을 억제하여 화면 구동 시 초래할 수 있는 잔상과 같은 불량을 방지한다.
제1 보호막(180p) 및 제2 보호막(180q)은 제1 드레인 전극(175a) 및 제2 드레인 전극(175b)과 각각 중첩하는 제1 접촉 구멍(185a) 및 제2 접촉 구멍(185b)을 가진다.
제1 보호막(180p) 및 제2 보호막(180q), 그리고 게이트 절연막(140)은 기준 전극(137)의 일부와 제3 드레인 전극(175c)의 일부와 중첩하는 제3 접촉 구멍(185c)을 가지고, 제3 접촉 구멍(185c)은 연결 부재(195)가 덮고 있다. 연결 부재(195)는 제3 접촉 구멍(185c)과 중첩하는 기준 전극(137)과 제3 드레인 전극(175c)을 전기적으로 연결한다.
제2 보호막(180q) 위에 화소 전극(191)이 위치한다. 화소 전극(191)은 전기장 생성 전극의 하나로, 각 화소 전극(191)은 게이트선(121)을 사이에 두고 서로 분리되어, 게이트선(121)을 중심으로 열 방향으로 이웃하는 제1 부화소 전극(191a)과 제2 부화소 전극(191b)을 포함한다.
화소 전극(191)은 ITO 및 IZO 등의 투명 물질을 포함할 수 있다.
제1 부화소 전극(191a) 및 제2 부화소 전극(191b)의 전체적인 모양은 사각형이며 각각 가로 줄기부(193) 및 이와 직교하는 세로 줄기부(192)로 이루어진 십자형 줄기부를 포함한다. 또한 제1 부화소 전극(191a) 및 제2 부화소 전극(191b) 각각은 가로 줄기부(193)와 세로 줄기부(192)에 의해 제1 부영역(Da), 제2 부영역(Db), 제3 부영역(Dc), 그리고 제4 부영역(Dd)으로 나누어지며, 각 부영역(Da-Dd)에 위치하는 복수의 미세 가지부(194)를 포함한다.
제1 부화소 전극(191a) 및 제2 부화소 전극(191b)은 제1 접촉 구멍(185a) 및 제2 접촉 구멍(185b)을 통하여 각기 제1 드레인 전극(175a) 또는 제2 드레인 전극(175b)과 연결되어 있으며, 제1 드레인 전극(175a) 및 제2 드레인 전극(175b)으로부터 데이터 전압을 인가 받는다. 이 때, 제2 드레인 전극(175b)에 인가된 데이터 전압 중 일부는 제3 소스 전극(173c)을 통해 분압되어, 제1 부화소 전극(191a)에 인가되는 전압의 크기는 제2 부화소 전극(191b)에 인가되는 전압의 크기보다 크게 된다.
데이터 전압이 인가된 제1 부화소 전극(191a) 및 제2 부화소 전극(191b)은 제2 표시판(200)의 공통 전극(270)과 함께 전기장을 생성함으로써 두 전극(191, 270) 사이의 액정층(3)의 액정 분자(31)의 방향을 결정한다. 이와 같이 결정된 액정 분자(31)의 방향에 따라 액정층(3)을 통과하는 빛의 휘도가 달라진다.
지금까지 설명한 박막 트랜지스터 및 화소 전극(191)에 관한 설명은 하나의 예시이고, 측면 시인성을 향상시키기 위해 박막 트랜지스터 구조 및 화소 전극 디자인을 변형할 수 있다.
화소 전극(191)과 액정층(3) 사이에 제1 중합체층(15)이 위치하며, 제1 중합체층(15)은 도 1을 참조하여 설명한 바와 동일하다. 즉, 제1 중합체층(15)는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 중합체를 포함한다. 화학식 1로 표시되는 화합물에 대한 설명은 앞서 설명한 바와 동일하며, 동일한 구성요소에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
제1 중합체층(15)과 액정층(3) 사이에 돌기(13)가 위치한다. 돌기(13)는 도 1을 참조하여 설명한 돌기(13)와 동일하다. 즉, 돌기(13)는 반응성 메조겐이 중합된 중합체이고, 동일한 구성요소에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
다음, 제2 표시판(200)에 대하여 설명한다.
제1 기판(110)과 이격되어 중첩하도록 제2 기판(210)이 위치한다. 제2 기판(210)과 액정층(3) 사이에 차광 부재(220)가 위치한다. 차광 부재(220)는 제1 표시판(100)의 데이터선(171)이 위치하는 영역 및 박막 트랜지스터 등이 위치하는 영역과 중첩하도록 제2 표시판(200)에 위치한다. 본 명세서는 차광 부재(220)가 제2 표시판(200)에 포함되는 실시예에 대해 설명 및 도시하였으나, 일 실시예는 이에 제한되지 않고 차광 부재가 제1 표시판(100)에 포함될 수 있음은 물론이다.
차광 부재(220)와 액정층(3) 사이에 덮개막(250)이 위치한다. 발명의 실시예에 따라 덮개막(250)은 생략될 수 있다.
전기장 생성 전극 중 하나인 공통 전극(270)이 덮개막(250)과 액정층(3) 사이에 위치한다. 공통 전극(270)은 제1 표시판(100)의 화소 전극(191)과 함께 전기장을 생성함으로써 액정층(3)의 액정 분자(31)의 방향을 결정한다.
제2 중합체층(25)은 공통 전극(270)과 액정층(3) 사이에 위치하며, 제2 중합체층(25)은 도 1을 참조하여 설명한 바와 동일하다. 즉, 제2 중합체층(25)은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 중합체를 포함한다. 화학식 1로 표시되는 화합물에 대한 설명은 앞서 설명한 바와 동일하며, 동일한 구성요소에 대한 구체적인 설명은 생략한다
제2 중합체층(25)과 액정층(3) 사이에 돌기(13)가 위치한다. 돌기(13)는 도 1을 참조하여 설명한 돌기(13)와 동일하다. 즉, 돌기(13)는 반응성 메조겐이 중합된 중합체이고, 동일한 구성요소에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
액정층(3)은 액정 분자(31)를 포함한다. 이때, 액정층(3)은 미반응 상태인 화학식 1로 표시되는 화합물 및 반응성 메조겐(14)을 더 포함할 수 있다. 본 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 과정에서, 화학식 1로 표시되는 화합물과 반응성 메조겐은 액정층 내부에 포함되었다가 반응하여 각각 중합체층 및 돌기를 형성하는데, 이때 일부 화학식 1로 표시되는 화합물과 반응성 메조겐(14)의 일부가 반응하지 않고 액정층 내에 남아있을 수 있다.
그러면, 이하에서 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 효과에 대하여 설명한다.
도 4는 일 실시예 및 비교예에 따른 액정 표시 장치의 블랙 잔상을 비교한 것이고, 도 5는 일 실시예 및 비교예에 따른 액정 표시 장치의 면잔상을 비교한 것이다.
도 4 및 도 5의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는, 하기 화학식 1-1로 표시되는 화합물이 광중합되어 형성된 중합체가 제1 중합체층 및 제2 중합체층에 포함되어 있다.
[화학식 1-1]
또한, 도 4 및 도 5의 비교예에 따른 액정 표시 장치는 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물이 광중합되어 형성된 중합체가 제1 중합체층 및 제2 중합체층에 포함되어 있다.
[화학식 3]
화학식 1-1의 화합물과 화학식 3으로 표시되는 화합물을 비교하면, 화학식 3으로 표시되는 화합물은 수직 배향기를 하나만 포함하고 있으나, 화학식 1-1로 표시되는 화합물은 수직 배향기를 2개 포함하고 있다.
도 4를 참고하면, 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 블랙 잔상 수준이 1.3으로, 비교예에 따른 액정 표시 장치의 2.2에 비하여 현저히 감소됨을 확인할 수 있었다. 도 4의 수치는 블랙 화면을 일정 시간 표시한 후에, 전원을 끄고 나타나는 블랙 잔상을 수치화한 것이다.
또한, 도 5를 참고하면, 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 면잔상 수준이 102.5로, 비교예의 184.5에 비하여 현저히 감소됨을 확인할 수 있다. 도 5의 수치는, 블랙화면과 화이트화면을 격자형태로 일정시간 표시한 후, 전원을 끄고, 휘도를 증가시키면서 블랙화면과 화이트화면의 영역이 구분되지 않는 휘도를 나타낸 것이다. 휘도가 낮을수록, 잔상 특성이 우수하다. 도 5에 나타난 바와 같이 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 잔상 특성이 현저히 우수함을 확인할 수 있었다.
또한, 도 6은 화학식 3의 화합물의 함량에 따른 액정 표시 장치(비교예) 및 화학식 1-1의 화합물의 함량에 따른 액정 표시 장치(실시예)의 배향 상태를 나타낸 것이다.
화학식 3의 화합물의 중합체를 포함하는 액정 표시 장치(비교예)는, 도 6에 도시된 바와 같이 함량이 1.5중량%인 경우에도 완전한 배향 특성을 나타나지 못하고 얼룩 등이 시인되었다.
그러나, 화학식 1-1의 화합물의 중합체를 포함하는 실시예에 따른 액정 표시 장치는 도 6에 도시된 바와 같이 0.6중량% 함유하는 경우에도 완전한 배향 특성을 나타내었다.
따라서, 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 적은 양으로도 우수한 수준의 배향 특성을 나타냄을 확인할 수 있었다.
그러면 이하에서는 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법에 대하여 설명한다.
일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법은 서로 마주보는 제1 기판 및 제2 기판을 준비하는 단계, 복수의 액정 분자, 반응성 메조겐 및 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 액정층을 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 사이에 형성하는 단계, 및 상기 제1 기판 및 제2 기판에 전계 UV를 조사하는 단계를 포함한다.
[화학식 1]
상기 화학식 1에서,
상기 A는 C, N, 방향족고리, 복소방향족고리, 지방족고리, 복소고리 및 이의 축합 고리, 삼차 아민 및 둘 이상의 고리 화합물이 서로 연결된 화합물을 포함하며, 상기 X는 각각 독립적으로 -O-, -S-, -CO-, -CO-O-, -OCO-, -O-CO-O-, -OCH2-, -SCH2-, -CH2S-, -CF2O-, -OCF2-, -CF2S-, -SCF2-, -(CH2)l-, -CF2CH2-, -CH2CF2-, -(CF2)l-, -CF=CF-, -C≡C-, -CH=CH-COO-, -OCO-CH=CH-, -(R0)-, -CH(-Sp-P0)-, -CH2CH-(-Sp-P0)- 및 -(CH(-Sp-P0)CH(-Sp-P0)-로 이루어진 군에서 선택되는 하나이다.
상기 Sp는 스페이서 또는 단일 결합이며, 상기 P0 , P1, P2 및 P3는 각각 독립적으로, 하기
로 이루어진 군에서 선택되는 하나이다.
상기 Ra는 -H, -F, -OH, -NH2, -CN, -B(OH)2, -SH, -Br, -I, 복소방향족고리, 복소고리, -OCH3, -OCH2CH3, -OCH2CH2CH3, -O-(CH2-CH2)m-OCH3, -NH(CH2)mCH3, -N-(CH2)m-CH3, , 및 로 이루어진 군에서 선택되는 하나이고, 상기 m은 각각 독립적으로 1 내지 4의 정수이고, 상기 l은 각각 독립적으로 1 내지 4의 정수이고, 상기 n1 내지 n6는 각각 독립적으로 0 내지 1의 정수이고, 상기 R0는 탄소수 1 내지 12의 알킬렌기이다.
상기 스페이서는 이웃하는 구조를 연결하는 2가의 연결기이며, 탄소 원자수 1 내지 20의 직쇄상 알킬렌기일 수 있다. 상기 알킬렌기 중에 존재하는 1개의 CH2기 또는 인접해 있지 않은 2개 이상의 CH2기는 각각 서로 독립적으로, -O-, -S-, -NH-, -N(CH3)-, -CO-, -COO-, -OCO-, -OCOO-, -SCO-, -COS-, -CH=CH- 또는 -C≡C-에 의해 치환되어 있을 수 있다.
또한, A는
로 이루어진 군에서 선택되는 하나일 수 있다.
또한, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화학식 1-1 내지 1-14로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다.
[화학식 1-1]
[화학식 1-2]
[화학식 1-3]
[화학식 1-4]
[화학식 1-5]
[화학식 1-6]
[화학식 1-7]
[화학식 1-8]
[화학식 1-9]
[화학식 1-10]
[화학식 1-11]
[화학식 1-12]
[화학식 1-13]
[화학식 1-14]
또한, 반응성 메조겐은 하기 화학식 2-1 내지 2-14로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.
[화학식 2-1]
[화학식 2-2]
[화학식 2-3]
[화학식 2-4]
[화학식 2-5]
[화학식 2-6]
[화학식 2-7]
[화학식 2-8]
[화학식 2-9]
[화학식 2-10]
[화학식 2-11]
[화학식 2-12]
[화학식 2-13]
[화학식 2-14]
상기 X2는 H, CH3, (CH2)nCH3, F, Br, I, OH, C3H7, NH2 및 CN으로 이루어진 군에서 선택되는 하나이고, 상기 n은 1 내지 20이다.
도 7은 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법을 단계적으로 나타낸 것이다.
도 7(a)를 참고로 하면, 서로 마주보는 제1 기판(110) 및 제2 기판(210) 사이에, 복수의 액정 분자(31), 반응성 메조겐(14) 및 화학식 1로 표시되는 화합물(17)을 포함하는 액정 조성물을 주입한다.
상기 액정 조성물에서, 화학식 1로 표시되는 화합물(17)의 함량은 전체 액정 조성물에 대하여 0.1 중량% 내지 2.0 중량% 사이일 수 있다.
화학식 1로 표시되는 화합물(17)은 2개의 수직 배향기를 가지고 있고, 기판과의 결합을 위한 앵커링기를 가지고 있다.
다음, 도 7(b)를 참고로 하면, 상기 주입 공정에 의해 화학식 1로 표시되는 화합물(17)의 앵커링기가 제1 기판(110) 및 제2 기판(210)과 결합한다. 이때의 결합은 수소 결합일 수 있다.
다음, 도 7(c)를 참고로 하면, 제1 기판 및 제2 기판에 전계 UV를 조사한다. 이 과정에 의해, 화학식 1로 표시되는 화합물(17)은 이웃하는 화합물(17)과 서로 중합하여 제1 중합체층(15) 및 제2 중합체층(25)을 형성한다.
또한, 전계 UV 조사 과정에서 액정층에 포함된 반응성 메조겐(14)들이 서로 중합하여 제1 중합체층(15) 및 제2 중합체층(25)에 돌기(13)를 형성한다. 이러한 돌기(13) 형성 과정에 의해, 액정 분자(31)는 선경사를 갖도록 배향된다.
이상과 같이 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법은, 별도의 배향막의 도포 및 건조 공정을 포함하지 않는다. 대신 액정 조성물에 화학식 1로 표시되는 화합물과 반응성 메조겐을 혼합하여 주입한 후, 전계 UV 조사 공정에 의해 배향막과 유사한 중합체층 및 중합체층 위의 돌기를 형성함으로써, 공정을 간소화할 수 있다. 또한, 화학식 1로 표시되는 화합물이 2개의 수직 배향기를 포함하지 때문에, 면잔상 및 블랙 잔상을 개선할 수 있다.
이상에서 본 발명의 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.
110: 제1 기판 15: 제1 중합체층
210: 제2 기판 25: 제2 중합체층
3: 액정층 31: 액정 분자
13: 돌기

Claims (20)

  1. 제1 기판,
    상기 제1 기판과 중첩하며 이격된 제2 기판,
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 위치하며 액정 분자들을 포함하는 액정층,
    상기 제1 기판과 상기 액정층 사이에 위치하는 제1 중합체층,
    상기 제2 기판과 상기 액정층 사이에 위치하는 제2 중합체층,
    상기 제1 중합체층과 상기 액정층 사이 및 상기 제2 중합체층과 상기 액정층 사이 중 적어도 하나에 위치하는 복수의 돌기를 포함하고,
    상기 복수의 돌기는 반응성 메조겐의 중합체를 포함하며,
    상기 제1 중합체층 및 상기 제2 중합체층은 하기 화학식 1-1 내지 1-14로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 화합물을 포함하는 액정 표시 장치:
    [화학식 1-1]

    [화학식 1-2]

    [화학식 1-3]


    [화학식 1-4]

    [화학식 1-5]

    [화학식 1-6]

    [화학식 1-7]

    [화학식 1-8]

    [화학식 1-9]

    [화학식 1-10]

    [화학식 1-11]

    [화학식 1-12]

    [화학식 1-13]

    [화학식 1-14]
  2. 제1항에서,
    상기 반응성 메조겐은 하기 화학식 2-1 내지 2-14로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 액정 표시 장치:
    [화학식 2-1]

    [화학식 2-2]

    [화학식 2-3]

    [화학식 2-4]

    [화학식 2-5]

    [화학식 2-6]

    [화학식 2-7]

    [화학식 2-8]

    [화학식 2-9]

    [화학식 2-10]

    [화학식 2-11]

    [화학식 2-12]

    [화학식 2-13]

    [화학식 2-14]

    상기 X2는 H, CH3, (CH2)nCH3, F, Br, I, OH, C3H7, NH2 및 CN으로 이루어진 군에서 선택되는 하나이고, 상기 n은 각각 독립적으로 1 내지 20이다.
  3. 제1항에서,
    상기 A는
    로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 액정 표시 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에서,
    상기 제1 기판과 액정층 사이에 위치하는 제1 전극; 및
    상기 제2 기판과 액정층 사이에 위치하는 제2 전극을 더 포함하며,
    상기 제1 중합체층과 상기 제2 중합체층은 각각 제1 전극 및 제2 전극과 결합하고 있는 액정 표시 장치.
  6. 제5항에서,
    상기 제1 중합체층과 상기 제1 전극의 결합 및 상기 제2 중합체층과 상기 제2 전극의 결합은 수소 결합인 액정 표시 장치.
  7. 제6항에서,
    상기 제1 중합체층의 Ra와 제1 전극이 수소 결합하고, 상기 제2 중합체층의 Ra와 제2 전극이 수소 결합하는 액정 표시 장치.
  8. 제1항에서,
    상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 P1 , P2 또는 P3는, 인접한 화학식 1로 표시되는 화합물의 P1 , P2 또는 P3와 중합되어 있는 액정 표시 장치.
  9. 제1항에서,
    상기 액정층 내에 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 더 포함하는 액정 표시 장치.
  10. 제1항에서,
    상기 액정 표시 장치는 폴리이미드 배향막을 포함하지 않는 액정 표시 장치.
  11. 서로 마주보는 제1 기판 및 제2 기판을 준비하는 단계;
    복수의 액정 분자, 반응성 메조겐 및 하기 화학식 1-1 내지 1-14로 이루어진 군으로로부터 선택되는 하나 이상의 화합물을 포함하는 액정층을 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 사이에 형성하는 단계; 및
    상기 제1 기판 및 상기 제2 기판에 전계 UV를 조사하는 단계를 포함하는
    액정 표시 장치의 제조 방법:
    [화학식 1-1]

    [화학식 1-2]

    [화학식 1-3]


    [화학식 1-4]

    [화학식 1-5]

    [화학식 1-6]

    [화학식 1-7]

    [화학식 1-8]

    [화학식 1-9]

    [화학식 1-10]

    [화학식 1-11]

    [화학식 1-12]

    [화학식 1-13]

    [화학식 1-14]
  12. 제11항에서,
    상기 반응성 메조겐은 하기 화학식 2-1 내지 2-14로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 액정 표시 장치의 제조 방법:
    [화학식 2-1]

    [화학식 2-2]

    [화학식 2-3]

    [화학식 2-4]

    [화학식 2-5]

    [화학식 2-6]

    [화학식 2-7]

    [화학식 2-8]

    [화학식 2-9]

    [화학식 2-10]

    [화학식 2-11]

    [화학식 2-12]

    [화학식 2-13]

    [화학식 2-14]

    상기 X2는 H, CH3, (CH2)nCH3, F, Br, I, OH, C3H7, NH2 및 CN으로 이루어진 군에서 선택되는 하나이고, 상기 n은 각각 독립적으로 1 내지 20이다.
  13. 제11항에서,
    상기 A는
    로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 액정 표시 장치의 제조 방법.
  14. 삭제
  15. 제11항에서,
    상기 복수의 액정 분자, 반응성 메조겐 및 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 액정층을 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 사이에 형성하는 단계에서,
    상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 Ra가 각각 제1 기판 및 제2 기판과 결합하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  16. 제15항에서,
    상기 Ra와 제1 기판의 결합 및 상기 Ra와 제2 기판의 결합은 수소 결합인 액정 표시 장치의 제조 방법.
  17. 제11항에서,
    상기 제1 기판 및 제2 기판에 전계 UV를 조사하는 단계에서,
    화학식 1로 표시되는 화합물의 P1 , P2 또는 P3는, 인접한 화학식 1로 표시되는 화합물의 P1 , P2 또는 P3와 중합되어 중합체층을 형성하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  18. 제17항에서,
    상기 제1 기판 및 제2 기판에 전계 UV를 조사하는 단계에서,
    상기 중합체층의 표면에 반응성 메조겐을 포함하는 돌기가 형성되는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  19. 제11항에서,
    상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 함량은 전체 액정 조성물에 대하여 0.1 중량% 내지 2.0 중량% 사이인 액정 표시 장치의 제조 방법.
  20. 제11항에서,
    상기 액정 표시 장치의 제조 방법은 폴리이미드를 포함하는 배향막의 도포 및 건조 공정을 포함하지 않는 액정 표시 장치의 제조 방법.
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