JP2008202049A - 液晶及びこれを用いた液晶表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 液晶及びこれを用いて、液晶表示装置を提供する。
【解決手段】 前記液晶は６０〜８０重量％の第１極性の誘電率異方性を有する化合物、２〜１５重量％の第２極性の誘電率異方性を有する化合物及び残量の中性の化合物とを含む。前記液晶表示装置は、画素領域が定義された第１基板と、前記第１基板と対向する第２基板と、前記第１及び第２基板の間に介在される液晶とを含む。
【選択図】図５

Description

本発明は、画像を表示する表示装置に関し、具体的には、液晶を使用する液晶表示装置に関する。
液晶表示装置は、液晶を用いて画像を表示する装置である。液晶表示装置は、対向する二枚の基板と二枚の基板の間に介在される液晶とを含む。二枚の基板上には、各々電極が形成される。液晶表示装置は、前記電極を用いて液晶に電界を生成し、電界により液晶の配列方向が変わる。液晶の配列方向によって、液晶を透過して外部に出射される光の透過率が変わる。液晶表示装置は、上記の液晶の物性を利用して、液晶の配列方向を制御しながら、光の透過率に対応する映像を表示する。
液晶は、様々な化合物を含む。様々な化合物の種類によって液晶の物性が変わり、液晶の物性は、液晶表示装置の全般的な動作に影響を及ぼす。例えば、液晶表示装置において、二枚の基板上に形成される各電極とその間の液晶は、キャパシタを構成する。キャパシタの容量は液晶の物性のうち誘電率と係わり、キャパシタの容量によって液晶表示装置の動作特性が変わる。
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、動作特性が向上した液晶を提供することにある。
本発明の他の目的は、前記液晶を用いる液晶表示装置を提供することにある。
前記目的を達成すべく、本発明の実施の形態による液晶は、６０〜８０重量％の第１極性の誘電率異方性を有する化合物と、２〜１５重量％の第２極性の誘電率異方性を有する化合物と、残量の中性化合物と、を含む。
本発明の実施の形態による液晶表示装置は、画素領域が定義された第１基板と、第１基板と対向する第２基板と、第１及び第２基板の間に介在される液晶と、を含む。前記 液晶は、６０〜８０重量％の第１極性の誘電率異方性を有する化合物と、２〜１５重量％の第２極性の誘電率異方性を有する化合物と、残量の中性化合物と、を含む。
本発明の実施の形態による液晶またはこれを用いる液晶表示装置は、画質が改善し、動作の特性が向上する。
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。しかしながら、本発明は、ここで説明される実施の形態に限定されず様々な形態に応用及び変形できる。むしろ、ここで紹介される実施の形態は、開示される技術思想が徹底して完全になりえるように、そして当業者に本発明の思想が十分に伝達され得るように提供されるものである。従って、本発明の範囲が後述される実施の形態により限定されると解釈されてはならない。また、下記の実施の形態と共に提示される図面において、層及び領域の大きさは、明確な説明を強調するために簡略されるか、多少誇張されており、図面上における同じ参照符号は、同じ構成要素を示す。
図１は、本発明の一実施の形態による液晶表示装置の平面図である。
図１を参照すると、第１及び第２基板１００、２００が具備される。第１基板１００には、複数のゲートライン及び複数のデータラインが形成され、ゲートライン及びデータラインが互いに交差して、複数の画素領域を定義する。各ゲートライン、データライン及び画素領域は、それぞれ同一の構造を有し、同一の作用を有する。したがって、以下では、一つのゲートライン１１０、データライン１２０及びこれらにより定義される一つの画素領域ＰＡを中心に構造及び作用を説明する。
画素領域ＰＡには、ストレージ電極１１２、薄膜トランジスタＴ及び画素電極１３０が具備される。ストレージ電極１１２は、画素領域ＰＡの中心部に位置し、互いに異なる画素領域ＰＡに属するストレージ電極１１２は、互いに電気的に接続されている。薄膜トランジスタＴは、ゲート電極１１１、半導体膜パターン１１６、ソース電極１２１及びドレイン電極１２２を含む。ゲート電極１１１は、ゲートライン１１０から分岐する。ソース電極１２１は、データライン１２０から分岐する。ドレイン電極１２２は、ソース電極１２１と対向し、コンタクトホール１２５ｈを通して画素電極１３０と電気的に接続される。第２基板２００には、画素電極１３０と対向する共通電極２３０が形成される。
図２Ａ及び図２Ｂは、図１の液晶表示装置の動作過程を説明するための、図１のＩ-Ｉ’線に沿った断面図である。
図１及び図２Ａを参照すると、ゲート電極１１１及びストレージ電極１１２は、第１基板１００上の同一層に位置し、その上部にソース電極１２１及びドレイン電極１２２が位置し、その上部に画素電極１３０が位置する。ゲート電極１１１及び画素電極１３０の間には、ゲート絶縁膜１１５と保護膜１２５が形成される。ゲート絶縁膜１１５は、互いに離隔するゲート電極１１１及びストレージ電極１１２の上部に配置され、第１基板１００の全面をカバーする。保護膜１２５は、互いに離隔するソース電極１２１及びドレイン電極１２２上部に配置され、第１基板１００の全面をカバーする。保護膜１２５には、ドレイン電極１２２を露出するコンタクトホール１２５ｈが形成される。画素電極１３０は、コンタクトホール１２５ｈを通してドレイン電極１２２と電気的に接続される。
半導体膜パターン１１６は、ゲート電極１１１と重なるように位置する。半導体膜パターン１１６は、ゲート絶縁膜１１５、ソース電極１２１及びドレイン電極１２２の間に配置される。半導体膜パターン１１６は、アクティブ層１１７と、アクティブ層１１７上でソース電極１２１及びドレイン電極１２２に沿って分離形成されたオーミックコンタクト層１１８とを含む。
第２基板２００と共通電極２３０との間には、遮光膜パターン２１０及びカラーフィルタ２２０が形成される。遮光膜パターン２１０は、画素領域ＰＡに対応する部分が開口され、画素領域ＰＡの境界で光の透過を遮断する。カラーフィルタ２２０は、遮光膜パターン２１０の前記開口された部分を満たし、カラー映像を表示する。画素電極１３０と共通電極２３０との間には、液晶３００が介在する。液晶３００は、互いに異なる長さの長軸と短軸を有する。液晶３００の配列方向は、液晶３００自体の長軸方向によって定義される。例えば、長軸が第１及び第２基板１００、２００に対して平行である場合、液晶３００は、第１及び第２基板１００、２００に対して平行に配列されるとする。また、長軸が第１及び第２基板１００、２００に対して垂直方向に平行である場合、液晶３００は、第１及び第２基板１００、２００に対して垂直に配列されるとする。
液晶３００は、長軸方向の誘電率と短軸方向の誘電率とが相違し、誘電率異方性を有する。長軸方向の誘電率が短軸方向の誘電率より大きい場合、液晶３００は、正の誘電率異方性を有する。また、短軸方向の誘電率が長軸方向の誘電率より大きい場合、液晶３００は負の誘電率異方性を有する。液晶３００に電界が生成されたとき、液晶３００は、正の誘電率異方性を有するかまたは負の誘電率異方性を有するかによって、電界に対してそれぞれ配列方向が異なる。例えば、液晶３００が正の誘電率異方性を有すると、液晶３００は長軸の方向と電界の方向とが平行となるように配列される。また、液晶３００が負の誘電率異方性を有すると、液晶３００は短軸の方向と電界の方向とが平行するように配列される。
液晶表示装置の動作中、薄膜トランジスタＴがオフ状態であるとき、液晶３００には電界が生成されない。本実施の形態において、液晶３００は正の誘電率異方性を有し、液晶３００は画素電極１３０及び共通電極２３０に対して水平に配列される。ただ、画素電極１３０に隣接する液晶３００と共通電極２３０に隣接する液晶３００とは、互いに対して垂直であり、その間の液晶３００は、徐々に配列方向が変わるツイスト構造を有する。
このような配列状態で、第１基板１００の下部から光が提供される。第１及び第２基板１００、２００の外部には、各々透過軸が互いに垂直になるように偏光板（図示せず）が配置される。光は第１基板１００に付着された偏光板により直線偏光され、ツイスト構造の液晶３００を通過しながら、その位相が遅延される。位相遅延された光は、第２基板２００の外部に付着された偏光板を透過して出射され、液晶表示装置はホワイト状態になる。
図１及び図２Ｂを参照すると、薄膜トランジスタＴがオン状態であると、画素電極１３０にデータ電圧が印加され、共通電極２３０に共通電圧が印加される。データ電圧は、表示される映像によってフレーム単位で変わり、共通電圧は一定の値を有する。データ電圧と共通電圧との差で、液晶３００に電界が生成される。液晶３００は電界に対して平行に配列される。その結果、液晶３００は、画素電極１３０及び共通電極２３０に対して垂直になるように配列される。このような配列状態で、第１基板１００の下部から光が提供される。光は、第１基板１００に付着された偏光板により直線偏光され、垂直に配列された液晶３００を通過しながらその位相が維持される。位相の維持された光は、第２基板２００の外部に付着された偏光板で吸収され、液晶表示装置はブラック状態になる。
上記の動作において、画素電極１３０に印加されるデータ電圧を所定時間の間維持するために、各画素領域ＰＡにはストレージキャパシタが具備される。ストレージキャパシタは、互いに対向するストレージ電極１１２と画素電極１３０、及びその間に介在されるゲート絶縁膜１１５と保護膜１２５により形成される。
しかし、ストレージキャパシタ以外にも、各画素領域ＰＡには不必要な寄生キャパシタが形成され得る。寄生キャパシタは、液晶表示装置の誤動作を誘発する。例えば、ゲート電極１１１とドレイン電極１２１は、その間に介在されたゲート絶縁膜１１５を媒介にして寄生キャパシタを構成する。前記寄生キャパシタは、薄膜トランジスタＴがオン状態からオフ状態に転換されるとき、画素電極１３０に印加されるデータ電圧を下げる。このような現象をキックバック（ｋｉｃｋ ｂａｃｋ）と称する。キックバックによる電圧変化ΔＶｋｂは、下記の式１〜式３のように計算される。
（式１）
（式２）
（式３）
式２及び式３において、Ｃｇｓは寄生キャパシタのキャパシタンスを示し、ΔＶ１２は薄膜トランジスタＴのオン状態で画素電極１３０に印加される電圧と薄膜トランジスタＴのオフ状態で画素電極１３０に印加される電圧との差を示し、Ｃｓｔはストレージキャパシタのキャパシタンスを示し、Ｃｌｃ、１及びＣｌｃ、２は液晶キャパシタのキャパシタンスを示す。液晶キャパシタは、画素電極１３０、液晶３００及び共通電極２３０により形成される。液晶キャパシタのキャパシタンスは、液晶３００の配列状態によって変化し、Ｃｌｃ、１及びＣｌｃ、２は各々薄膜トランジスタＴのオフ状態とオン状態でのキャパシタンスを示す。
式１を参照すると、キックバックによる電圧変化ΔＶｋｂを減らすためには、Ｖ１とＶ２との差が小さいことが好ましい。式２及び式３を参照すると、Ｖ１とＶ２との差を小さくするためには、Ｃｌｃ、１及びＣｌｃ、２の差が小さいことが好ましい。本実施の形態ではＣｌｃ、１及びＣｌｃ、２の差を減らすために、液晶３００を構成する化合物とその重量比を適切に調節することで、キックバックによる電圧変化を最小にし、高画質の画像を維持する。
本実施の形態による液晶３００は正の誘電率異方性を有し、誘電的に正の極性を有する化合物、誘電的に中性である化合物及び誘電的に負の極性を有する化合物を含む。正の化合物は、液晶３００の長軸方向誘電率と係わる。すなわち、正の化合物の量が増加するほど、液晶３００の正の誘電率異方性値が増加し、液晶３００は、液晶３００に生成される電界に対して平行な方向に配列される。同じく、負の化合物は、液晶３００の短軸方向誘電率と係わる。すなわち、負の化合物の量が増加するほど、液晶３００の負の誘電率異方性値が増加し、液晶３００は、液晶３００に生成される電界に対して垂直な方向に配列される。
本実施の形態による液晶３００は、正の化合物を主要成分として含むと共に負の化合物を少量含む。その結果、液晶３００は全体的には正の誘電率異方性を有するが、少量含まれた負の化合物による独特の物性を有するようになる。
上述のように、前記Ｃｌｃ、１及びＣｌｃ、２は、各々薄膜トランジスタＴがオフ状態及びオン状態であるときのキャパシタンスであって、これは各々液晶３００が水平方向及び垂直方向に配列されるときのキャパシタンスに対応する。もし、液晶３００が負の化合物を含んでいなかったら、液晶の水平方向に配列されるときのキャパシタンスと垂直方向に配列されるときのキャパシタンスとの間の差（Ｃｌｃ、１−Ｃｌｃ、２）が増加して、キックバックによる電圧変化ΔＶｋｂが増加し得る。しかし、液晶３００に少量含まれる負の化合物はキャパシタンス間の差を減らし、キックバックによる電圧変化ΔＶｋｂが減少し、高画質の画像を表示することができる。
負の化合物は適正重量比を有し、好ましくは、２〜７％程度の重量比を有するように添加される。負の化合物の量が少なすぎると、負の化合物による效果が発揮されない。前記負の化合物の量が多すぎると、液晶３００の正の誘電率異方性値が大きく減少する。
中性化合物は、液晶３００の回転粘度を下げる役目をする。一般的に、回転粘度は、液晶３００内に含まれる極性を持つ化合物の量が増加するとそれと共に増加する。中性化合物は、液晶３００の回転粘度を下げ、液晶３００が電界に対応して速かに配列されるようにして、液晶表示装置の動作速度を向上させる。
正の化合物は、下記の化学式１〜化学式８で各々表示される第１化合物〜第８化合物のうち少なくとも一つを含む。負の化合物は、下記の化学式９〜化学式１３で各々表示される第９化合物〜第１３化合物のうち少なくとも一つを含む。中性化合物は、下記の化学式１４〜化学式１８で各々表示される第１４化合物〜第１８化合物のうち少なくとも一つを含む。
（化学式１）
（化学式２）
（化学式３）
（化学式４）
（化学式５）
（化学式６）
（化学式７）
（化学式８）
（化学式９）
前記Ｙはアルコキシ基を示す。
（化学式１０）
前記Ｙはアルコキシ基を示す。
（化学式１１）
前記Ｙはアルキル基を示す。
（化学式１２）
前記Ｙはアルコキシ基を示す。
（化学式１３）
前記Ｙはアルキル基を示す。
（化学式１４）
前記Ｙはアルキル基を示す。
（化学式１５）
前記Ｙはアルコキシ基を示す。
（化学式１６）
前記Ｙはアルキル基を示す。
（化学式１７）
前記Ｙはアルコキシ基を示す。
（化学式１８）
前記Ｙはアルケニル基を示す。
前記化学式１〜化学式１８において、Ｘは炭素数２以上５以下の炭化水素を示す。中性化合物は、電気的に負極性が高く、極性を示すように作用するフッ素（Ｆ）のような元素を含まない。正の化合物や負の化合物はフッ素を含み、互いにフッ素が結合される位置が異なる。例えば、正の化合物の場合、一番右側にフッ素が結合される一方、負の化合物の場合、正の化合物で一番右側に結合される前記フッ素と対応する位置にアルコキシ基またはアルキル基が結合される。
図３は、本発明の他の実施の形態による液晶表示装置の平面図である。本実施の形態において、上記の実施の形態と同一な構成要素に対しては同一な参照番号を使用し、同一な構成要素に対する詳細な説明は省略する。
図３を参照すると、第１及び第２基板１００、２００が具備される。第１基板１００には、ゲートライン１１０、データライン１２０及びこれらにより定義される画素領域ＰＡが形成される。画素領域ＰＡには、薄膜トランジスタＴ及び画素電極１３０が具備される。薄膜トランジスタＴは、ゲート電極１１１、半導体膜パターン１１６、ソース電極１２１及びドレイン電極１２２を含む。第２基板２００には、画素電極１３０と対向する共通電極２３０が形成される。画素電極１３０及び共通電極２３０には、各々第１及び第２ドメイン区分手段１４０、２４０が具備される。
図４Ａ及び図４Ｂは、図３の液晶表示装置の動作過程を説明するための、図３のＩＩ-ＩＩ’線に沿う断面図である。
図３及び図４Ａを参照すると、画素電極１３０と共通電極２３０との間には、液晶３００が介在される。液晶３００は、負の誘電率異方性を有し、薄膜トランジスタＴがオフ状態であるとき、液晶３００は画素電極１３０及び共通電極２３０に対して垂直に配列される。
このような配列状態で、第１基板１００の下部から光が提供される。第１及び第２基板１００、２００の外部には、それぞれ透過軸が互いに垂直になるように偏光板（図示せず）が配置される。光は、第１基板１００に付着された偏光板により直線偏光され、垂直に配列された液晶３００を通過した後、第２基板２００の外部に付着された偏光板に吸収される。その結果、液晶表示装置はブラック状態になる。
図３及び図４Ｂを参照すると、液晶３００に電界が生成される。電界の強度及び方向は、第１及び第２ドメイン区分手段１４０、２４０によって異なる。第１ドメイン区分手段１４０は、画素電極１３０の所定領域が切開された切開部と定義される。第２ドメイン区分手段２４０は、共通電極２３０に形成された突起と定義される。図示されたこととは異なって、第１ドメイン区分手段１４０が突起と定義され、第２ドメイン区分手段２４０が切開部と定義されてもよい。または、第１及び第２ドメイン区分手段１４０、２４０の両方とも切開部と定義されるか、または両方とも突起と定義されてもよい。
突起や切開部が形成された領域は、電気的に絶縁される。したがって、該当領域と隣接する領域では電界が弱化し、全体的に電界は、第１及び第２ドメイン区分手段１４０、２４０を境界にして、その両側で互いに異なる。したがって、電界によって、液晶３００は、第１及び第２ドメイン区分手段１４０、２４０を境界にして、その両側で互いに異なるように配列される。例えば、第１ドメイン区分手段１４０を境界にして、左側の液晶３００は第１基板１００に対して左に傾くように配列され、右側の液晶３００は第１基板１００に対して右に傾くように配列される。もし、液晶３００の配列方向が同一な領域を一つのドメインと称したら、画素領域ＰＡは、第１及び第２ドメイン区分手段１４０、２４０により、複数のドメインに区分される。
上記のように、液晶３００が傾くように配列された状態で、第１基板１００の下部から光が提供される。光は、第１基板１００に付着された偏光板により直線偏光され、前記傾くように配列された液晶３００を通過しながら、その位相が遅延される。位相の遅延された光は、第２基板２００の外部に付着された偏光板を透過し、液晶表示装置はホワイト状態になる。また、複数のドメインで液晶１００が多数の方向に配列されるので、光が多数の方向に透過し、液晶表示装置の視野角が広くなる。
本実施の形態による液晶３００は、負の誘電率異方性を有し、誘電的に負の極性を有する化合物、誘電的に中性の化合物及び誘電的に正の極性を有する化合物を含む。負の化合物は、前記第９〜第１３化合物のうち少なくとも一つを含む。正の化合物は、前記第１〜第８化合物のうち少なくとも一つを含む。正の化合物は、２〜７％の重量比を有するように少量添加される。正の化合物は、薄膜トランジスタＴがオフ状態であるときとオン状態であるときとのキャパシタンス差を減らして、キックバックを防止する。その結果、液晶表示装置は高画質の画像を表示する。中性化合物は、第１４〜第１８化合物のうち少なくとも一つを含み、液晶３００の回転粘度を下げ、液晶表示装置の動作速度を向上させる。
図１〜図２Ｂの実施の形態と異なって、本実施の形態では、ストレージ電極（図１の参照番号１１２を参照）が除去される。ストレージ電極１１２は、ゲート電極１１１と同一な不透明な金属材質で形成される。したがって、ストレージ電極１１２が形成された領域の面積だけ液晶表示装置の開口率が低下する。本実施の形態では、開口率の低下を防止するために、ストレージ電極１１２が除去される。ストレージ電極１１２が除去されると、液晶表示装置にはストレージキャパシタが具備されない。ストレージキャパシタは、必須の構成要素ではないが、画素電極１３０に印加されるデータ電圧を一定の時間維持する補助的な役目をする。
ストレージキャパシタの除去により発生し得る動作上の問題を防止するため、画像のフレーム周波数を上げて液晶表示装置を駆動することが好ましい。例えば、ストレージキャパシタが具備された場合の画像のフレーム周波数が６０Ｈｚであれば、本実施の形態では画像の周波数が１２０Ｈｚであることが好ましい。６０Ｈｚ駆動の際、一フレームの画像に対して必要なデータ電圧の維持時間は０．０１６７秒（１/６０）である。これに比べて、１２０Ｈｚ駆動の際、一フレームの画像に対して必要なデータ電圧の維持時間は０．００８３秒（１/１２０）である。すなわち、１２０Ｈｚ駆動の際、データ電圧を維持する時間が２倍程度短くなるため、６０Ｈｚ駆動に比べて、記ストレージキャパシタの必要性が減少する。
図５は、本発明の他の実施の形態による液晶表示装置の平面図である。本実施の形態において、上記実施の形態と同一な構成要素に対しては同一な参照番号を使用し、前記同一な構成要素に対する詳細な説明は省略する。
図５を参照すると、第１及び第２基板１００、２００が具備される。第１基板１００には、ゲートライン１１０、データライン１２０及びこれらにより定義される画素領域ＰＡが形成される。画素領域ＰＡには、薄膜トランジスタＴａ、Ｔｂ及び画素電極１３０が具備される。データライン１２０は、画素領域ＰＡを介して対向する第１データライン１２０ａ及び第２データライン１２０ｂを含む。薄膜トランジスタＴａ、Ｔｂは、第１薄膜トランジスタＴａ及び第２薄膜トランジスタＴｂを含む。画素電極１３０は、互いに離隔する第１画素電極１３０ａ及び第２画素電極１３０ｂを含む。
第１薄膜トランジスタＴａは、ゲート電極１１１、第１ソース電極１２１ａ及び第１ドレイン電極１２２ａを含む。第１ドレイン電極１２２ａは、第１コンタクトホール１２６ｈを通して第１画素電極１３０ａと電気的に接続される。第２薄膜トランジスタＴｂは、ゲート電極１１１、第２ソース電極１２１ｂ及び第２ドレイン電極１２２ｂを含む。第２ドレイン電極１２２ｂは、第２コンタクトホール１２７ｈを通して第２画素電極１３０ｂと電気的に接続される。
第１画素電極１３０ａは、第１サブ画素電極１３１、第２サブ画素電極１３２及び第３サブ画素電極１３３を含む。第１及び第２サブ画素電極１３１、１３２は、第２画素電極１３０ｂを介して対向する。第３サブ画素電極１３３は、ゲートライン１１０から離隔し、ゲートライン１１０と垂直に形成される。第３サブ画素電極１３３は、第１及び第２サブ画素電極１３１、１３２を互いに連結する。第１サブ画素電極１３１は、第１データライン１２０ａとオーバーラップし、第３サブ画素電極１３３は、第２データライン１２０ｂとオーバーラップする。このように、画素電極１３０がデータライン１２０とオーバーラップすることで、画素電極１３０が画素領域ＰＡの殆ど全面積を占めるので、液晶表示装置の開口率が増加する。一方、図５に図示されてはいないが、第１画素電極１３０ａは、ゲートライン１１０に対して上下にオーバーラップしてもよい。
第１画素電極１３０ａは、第２画素電極１３０ｂに比べて大きい面積を有する。例えば、第１画素電極１３０ａは、第２画素電極１３０ｂの２倍の面積を有してもよい。第１及び第２画素電極１３０ａ、１３０ｂには、各々相違する第１及び第２データ電圧が印加される。しかし、データライン１２０にデータ信号が送信されるとき、相対的に小さい面積を有する第２画素電極１３０ｂには、データライン１２０とのカップリングにより、第２データ電圧と相違する電圧が印加され得る。これを防止するために、第１画素電極１３０ａは、データライン１２０をカバーしながら、データライン１２０に対するシールド（遮蔽）電極の役目をする。
画素電極１３０及び共通電極２３０には、それぞれ第１及び第２ドメイン区分手段１４０、２４０が具備される。第１ドメイン区分手段１４０は、画素電極１３０の所定領域が切開された切開部と定義される。切開部は、画素電極１３０を第1及び第２画素電極１３０ａ、１３０ｂに区分し分離する。第２ドメイン区分手段２４０は、共通電極２３０の所定領域が切開された部分または前記所定領域に形成された突起と定義される。第１及び第２ドメイン区分手段１４０、２４０により、液晶表示装置の視野角が広くなる。
図６Ａ及び図６Ｂは、図５の液晶表示装置の動作過程を説明するための、図５のＩＩＩ-ＩＩＩ’線に沿う断面図である。
図５及び図６Ａを参照すると、第１基板１００は、ゲート絶縁膜１１５と保護膜１２５によりカバーされる。保護膜１２５上には、第１画素電極１３０ａと第２画素電極１３０ｂとが互いに離隔して配置される。液晶３００は、負の誘電率異方性を有し、第１及び第２薄膜トランジスタＴａ、Ｔｂがオフ状態であるとき、液晶３００は画素電極１３０及び共通電極２３０に対して垂直に配列される。その結果、液晶表示装置はブラック状態になる。
図５及び図６Ｂを参照すると、第１及び第２薄膜トランジスタＴａ、Ｔｂがオン状態である時、第１及び第２画素電極１３０ａ、１３０ｂには、それぞれ第１及び第２データ電圧が印加される。共通電極２３０には一定の共通電圧が印加される。その結果、液晶３００に電界が生成され、液晶３００は画素電極１３０及び共通電極２３０に対して傾くように配列される。第１画素電極１３０ａと共通電極２３０の間の電界は、第２画素電極１３０ｂと共通電極２３０の間の電界と相違する。したがって、第１画素電極１３０ａに配置された液晶３００と第２画素電極１３０ｂに配置された液晶３００との傾く程度は、互いに異なる。このように、第１及び第２画素電極１３０ａ、１３０ｂで液晶３００の配列が相違すると、該当領域で光特性が互いに補償され、液晶表示装置の動作特性が向上する。
本実施の形態による液晶３００は、負の誘電率異方性を有し、誘電的に負の極性を有する化合物、誘電的に中性の化合物及び誘電的に正の極性を有する化合物を含む。負の化合物は、第９〜第１３化合物のうち少なくとも一つを含む。正の化合物は、前記第１〜第８化合物のうち少なくとも一つを含む。中性化合物は、第１４〜第１８化合物のうち少なくとも一つを含む。
本実施の形態において、ストレージキャパシタを形成するストレージ電極（図１の参照番号１１２を参照）は使用されず、画像のフレーム周波数が１２０Ｈｚになるように液晶表示装置を駆動する。
前記１２０Ｈｚ駆動の際、６０Ｈｚ駆動方式に比べて、第１及び第２薄膜トランジスタＴａ、Ｔｂのターンオン時間が短縮される。したがって、データ電圧を維持する時間が２倍程度短くなるので、画素電極１３０及び共通電極２３０の間で、前記データ電圧による充電率が減少し得る。充電率減少により液晶表示装置の透過率が減少し得るが、透過率減少を防止するために、ストレージ電極が省略される。ただ、ストレージ電極が省略されることで画素内にキャパシタンスが減少し、式１のキックバックによる電圧変化ΔＶｋｂが増加し得る。このような問題は、液晶３００の成分を調節して前記式２及び式３の前記Ｃｌｃ、１及びＣｌｃ、２（薄膜トランジスタのオフ状態とオン状態でのキャパシタンス）の値を増加させ、互いに類似する値を持つようにすることで、防止してもよい。
一方、Ｃｌｃ、１及びＣｌｃ、２の値が増加すると、ゲートライン１１０やデータライン１２０のＲＣロードが増加して、該当ラインの信号が遅延され得る。ただ、信号遅延は、図５に示す構造を有する液晶表示装置で最小化されることができる。以下では、上記の構造及び動作条件下で最適の成分及び重量比を有する液晶３００に対して説明する。
表１は、互いに異なる三つの液晶サンプルＳ１、Ｓ２、Ｓ３の成分及び重量比を示す。
表１を参照すると、第１サンプルＳ１は、中性化合物として第１４〜第１６化合物を含み、負の化合物として第９〜第１１化合物を含む。第２サンプルＳ２は、中性化合物として第１４化合物、第１６化合物及び第１７化合物を含み、負の化合物として第９〜第１２化合物を含む。第３サンプルＳ３は、中性化合物として第１４〜第１８化合物を含み、このうち第１８化合物を主要成分として有する。また、第３サンプルＳ３は、負の化合物として第９〜第１３化合物を含み、このうち第９化合物、第１０化合物及び第１２化合物を主要成分として有する。その他、第３サンプルＳ３は、正の化合物である第１〜第８化合物のうち少なくとも何れか一つをさらに含む。
のように、第３サンプルＳ３は、正の化合物を含むことから、第１及び第２サンプルＳ１、Ｓ２と異なる。第１及び第２サンプルＳ１、Ｓ２は、それぞれに含まれた負の化合物の種類及びその重量比が相違する。第１サンプルＳ１は、第２サンプルＳ２に比べて、より多量の前記負の化合物を含む。
表２は、第１〜第３サンプルＳ１、Ｓ２、Ｓ３に対する液晶物性を示す。
表２を参照すると、液晶の物性は確定点Ｔｎｉ、５８９ｎｍ波長の光に対する屈折率ｎ１、ｎ２及び屈折率異方性Δｎ、誘電率ε１、ε２及び誘電率異方性Δε、誘電率平均値Δε/Ａｖｅ．ε、セルギャップを含む。屈折率及び誘電率で「ｎ１、ε１」は液晶の長軸方向値であり、「ｎ２、ε２」は液晶の短軸方向値である。また、誘電率平均値において、「Ａｖｅ．ε」は「２×ε２＋１／３」と定義される。
表２に示すように、第１及び第３サンプルＳ１、Ｓ３は、第２サンプルＳ２に比べて誘電率ε１、ε２が大きい。一方、第３サンプルＳ３は、第１サンプルＳ１に比べて誘電率異方性Δεが小さい。
表３は、第１〜第３サンプルＳ１、Ｓ２、Ｓ３を利用する液晶表示装置の静電容量を示す。
表３は、図５に示す構造を有し、１２０Ｈｚで駆動される液晶表示装置を利用して、ゲートキャパシタンスＣｇ、第１データキャパシタンスＣｄ１、及び第２データキャパシタンスＣｄ２を測定したものである。ゲートキャパシタンスは、ゲートラインと液晶の間のキャパシタンスである。第１及び第２データキャパシタンスは、それぞれ第１及び第２データラインと液晶との間のキャパシタンスである。
表３において、括弧の中の数字は、第１サンプルＳ１の該当キャパシタンス値に対する比を示す。表３を参照すると、第１及び第２サンプルＳ１、Ｓ２は、ゲートキャパシタンス、第１及び第２データキャパシタンスがほぼ同一である。また、第１及び第３サンプルＳ１、Ｓ３の間にも、キャパシタンスの差は非常に小さい。ゲートキャパシタンス、第１及び第２データキャパシタンスが増加すれば、前記ゲートラインや第１及び第２データラインでロードが増加して、ゲート信号及びデータ信号送信が遅延（ＲＣ ｄｅｌａｙ）され得る。しかし、第３サンプルＳ３の場合、第１サンプルＳ１に比べてキャパシタンスの増加値が０．００２〜０．００５程度に過ぎないので、信号遅延の效果が非常に小さいということが分かる。
表４は、第１〜第３サンプルＳ１、Ｓ２、Ｓ３を利用する液晶表示装置の動作特性値を示す。
表４は、図５に示す構造を有し、１２０Ｈｚで駆動される液晶表示装置を利用して、ストレージキャパシタンスＣｓｔ、液晶キャパシタンスＣｌｃ、ゲート電極とソース電極間に寄生するキャパシタのキャパシタンスＣｇｓ、ホワイト状態とブラック状態で画素電極に印加されるデータ電圧差ΔＶｇが３０Ｖであるときホワイト状態とブラック状態でのキックバック電圧Ｖｋｂ、ホワイト状態とブラック状態でのキックバック電圧差ΔＶｋｂを測定したものである。図５に示す構造で、ストレージ電極は使用されないので、ストレージキャパシタンスＣｓｔ値は０である。
表４を参照すると、ホワイト状態での液晶キャパシタンスは、第１〜第３サンプルＳ１、Ｓ２、Ｓ３が全て同一であるが、ブラック状態での液晶キャパシタンスは、第３サンプルＳ３が一番大きい。これは、第３サンプルＳ３が正の化合物を少量含んでいるためであり、これによってキックバック電圧差ΔＶｋｂは、第３サンプルＳ３で最小になる。したがって、第３サンプルＳ３の液晶を使用する液晶表示装置は、キックバックによる影響を最小化して、高画質の映像を表示することができる。特に、表１〜表４に示すように、第３サンプルＳ３の液晶は、図５に示す構造を有し、１２０Ｈｚで駆動する液晶表示装置で最適化される。
図７は、本発明の他の実施の形態による液晶表示装置用薄膜トランジスタ表示板の配置図であり、図８は、本発明の他の実施の形態による液晶表示装置用共通電極表示板の配置図であり、図９は、図７の薄膜トランジスタ表示板と図８の共通電極表示板とを含む液晶表示装置の配置図であり、図１０及び図１１は、各々図９の液晶表示装置をＩＶ-ＩＶ'線及びＶ-Ｖ'線に沿う断面図である。
図７乃至図１１を参照すると、本発明の実施の形態による液晶表示装置は対向する薄膜トランジスタ表示板６００と共通電極表示板７００及びこの二つの表示板６００、７００間に介在される液晶層５０３を含む。
液晶層５０３は、物理的特性が他の色々な種類の化合物を含む液晶８１０を有する。液晶８１０は中心軸をなす中心部(core group)とこれに連結している末端基 (terminal group)及び/または側鎖基(lateral group)を含む。
中心部は、フェニル 基 (phenyl group)、シクロへキシル基(cyclohexyl group)及びヘテロ環化合物(hetero cycles)で選択された環化合物(cyclic compound）を一つ以上含んでもよい。
末端基及び側鎖基はアルキル基(alkyl group)、アルコキシ基(alkoxy group)、アルケニル基 (alkenyl group)のような無極性基 (non-polar group)またはフッ素原子のような極性基 (polar group)を含むことができ、末端基及び側鎖基によって物理的特性が変わる。
本発明の実施の形態による液晶８１０は誘電率異方性を有しない中性化合物及び誘電率異方性を表す化合物を含む。
中性化合物は誘電率異方性を有しないが、屈折率異方性を有し、液晶の粘度を適切に維持する役割を果たす。中性化合物は下記の化学式１９、２０及び２１で各々表現される化合物で選択された少なくとも一つであることもある。
（化学式１９）
（化学式２０）
（化学式２１）
ここでR１〜R６は 各々炭素数１ないし１０を有するアルキル基またはアルコキシ基で選択してもよい。
中性化合物は、液晶８１０の総含有量に対して約１０〜２５重量％含まれることができる。前記含有量範囲は、後述する極性化合物の含有量を除いた残量範囲に該当するものであり、前記範囲で含まれることによって液晶８１０の粘度を適正に維持できる。
極性化合物は誘電率異方性(Δε１)及び屈折率異方性(Δn１）を表して、側鎖基に少なくとも一つ以上のフッ素原子Ｆを有する。
誘電率異方性(Δε１）は、液晶の長軸方向に対して平行方向の水平誘電率(ε‖）と長軸方向に大して垂直方向の垂直誘電率(ε⊥）の差値であり、水平誘電率(ε‖）がより大きい場合、正(positive）の誘電率異方性を表して垂直誘電率(ε⊥）がより大きい場合負(negative）の誘電率異方性を表す。
正の誘電率異方性を有する液晶は、電界印加のとき、電界生成方向に対してほとんど平行に配列され、負の誘電率異方性を有する液晶は、電界印加の時、電界生成方向に対してほとんど垂直に配列される。したがって、一般に正の誘電率異方性を有する液晶は、水平配向型液晶表示装置に適用され、負の誘電率異方性を有する液晶は、垂直配向型液晶表示装置に適用される。
本実施の形態による液晶８１０は、垂直配向型液晶表示装置に適用されることで、正の誘電率異方性を有する化合物と負の誘電率異方性を有する化合物を全て含む。
正の誘電率異方性を有する化合物は、下記化学式２２乃至２６で各々表現される化合物のうち選択された少なくとも一つであることもある。
（化学式２２）
（化学式２３）
（化学式２４）
（化学式２５）
（化学式２６）
ここでR７〜R１１は、各々炭素数１〜１０を有するアルキル基またはアルコキシ基で選択される。
正の誘電率異方性を有する化合物は、液晶８１０の総量に対して約３〜１５重量％含まれてもよい。
負の誘電率異方性を有する化合物は、下記化学式２７〜３０で各々表現される化合物のうち選択された少なくとも一つであってもよい。
（化学式２７）
（化学式２８）
（化学式２９）
（化学式３０）
ここでR１２〜R１９は、各々炭素数１〜１０を有するアルキル基またはアルコキシ基で選択されることができる。
負の誘電率異方性を有する化合物は、液晶８１０の総量に対して約６０〜８０重量％含まれることができる。
詳述した液晶組成物は、垂直配向型液晶表示装置に適用されるので、平均誘電率異方性(Δε）は負の値を有する。
詳述した通り、本実施の形態による液晶８１０は、負の誘電率異方性を有する化合物の含有量を約６０〜８０重量％程度に高める。このように負の誘電率異方性を有する化合物の含有量を約６０重量％以上に高めることによって液晶８１０垂直誘電率(ε⊥）の値が増加し、約６.７以上の垂直誘電率値を有することが好ましい。ただし、８０重量％を超過して含まれる場合、液晶の信頼性が低下されるだけでなく、相対的に中性化合物の含有量を減らさざるを得ないので、粘度が高まる。
また本発明の実施の形態による液晶８１０は、垂直配向型液晶表示装置に適用するにもかかわらず、正の誘電率異方性を有する化合物を約３〜１５重量％程度含有する。このように正の誘電率異方性を有する化合物を約３重量％以上含むことによって液晶８１０の水平誘電率(ε‖）の値もまた増加する。ただし、正の誘電率異方性を有する化合物を約１５重量％を超過して含有する場合、液晶の動きが鈍くなって駆動電圧が高まることがある。
これにより、液晶の垂直誘電率と水平誘電率を考慮した総誘電率が高まり、これを液晶表示装置に適用する場合、電界生成電極と液晶層間に形成される液晶キャパシタ容量が高まって電圧維持能力を強化できる。したがって、液晶キャパシタ容量を補助する補助維持キャパシタを別途に形成する必要がなく、または、その面積を縮めることができて、液晶表示装置の開口率を高めることができる。また、液晶キャパシタ容量を高める場合、キックバック電圧が減少してフリッカー(flicker)のような表示不良を減らすことができる。
一方、液晶８１０は正の誘電率異方性を有する化合物を含有するので、液晶８１０の平均誘電率異方性(Δε）は、約-２.６〜-３.４程度で低くなる。
このように液晶組成物の平均誘電率異方性(Δε）は低くなり、垂直誘電率(ε⊥）の値は増加することによって液晶８１０の平均誘電率異方性(Δε）と垂直誘電率(ε⊥）の比率(Δε/ε⊥）は相当に低くなって、約０.３１〜０.４６範囲なものが好ましい。
また、詳述した液晶８１０は、約７０〜９５℃の相転移温度(Tni)及び約０.１０３以下の屈折率異方性(Δn）を有する。
上記のような液晶８１０を使用する液晶表示装置に関連して、図１、図３、図４及び図５を参考にして薄膜トランジスタ表示板６００に対して説明する。
透明なガラスまたはプラスチックなどでに作られた絶縁基板６１０上に複数のゲート線(gate line)６２１及び複数の維持電極線(storage electrode line)６３１が形成される。
ゲート線６２１は、ゲート信号を伝達し、主に横方向に並べている。各ゲート線６２１は上に突出した複数のゲート電極(gate electrode)６２４と他の層または外部駆動回路との接続のための広い端部分６２９を含む。
維持電極線６３１は、所定の電圧が印加され、ゲート線６２１とほとんど平行に配列された幹線(main storage line)とこれから分かれた複数の第１、第２、第３及び第４維持電極６３３ａ、６３３ｂ、６３３ｃ、６３３ｄ集合及び複数の連結部(connection)６３３ｅを含む。
第１及び第２維持電極６３３ａ、６３３ｂは、縦方向に並んで対向する。第１維持電極６３３ａは、幹線に連結した固定端とその反対側の自由端を有し、自由端は突出部を含む。第３及び第４維持電極６３３ｃ、６３３ｄは、ほぼ第１維持電極６３３ａの中央から第２維持電極６３３ｂの下段及び上段まで斜めに並んでいる。連結部６３３ｅは、隣接した維持電極６３３ａ-６３３ｄ集合の間に連結している。しかしながら、維持電極線６３１の模様及び配置は色々と変形でき、液晶蓄電容量だけで充分な場合、維持電極線６３１は省略できる。
ゲート線６２１及び維持電極線６３１は、アルミニウムＡｌ系列金属、銀Ａｇ系列金属、銅Ｃｕ系列金属、モリブデンＭｏ系列金属、クロームＣｒ、タンタルＴａ及びチタンＴｉなどの低抵抗性導電体で作られてもよい。しかしながら、これらは物理的性質が他の二つの導電膜(図示せず）を含む多重膜構造を有してもよい。
ゲート線６２１及び維持電極線６３１の側面は、基板６１０面に対して傾斜し、その傾斜角は約３０゜〜約８０゜であることが好ましい。
ゲート線６２１及び維持電極線６３１上には、窒化ケイ素ＳｉＮＸまたは酸化ケイ素ＳｉＯＸなどで作られたゲート絶縁膜(gate insulating layer)１４０が形成されている。
ゲート絶縁膜６４０上には、水素化アモルファスシリコン(hydrogenated amorphous silicon)(アモルファスシリコンはａ-Ｓｉとも略称する)または多結晶シリコン(poly silicon)などで作られた複数の線形半導体６５１が形成されている。線形半導体６５１は、主に縦方向に並んで、ゲート電極６２４に向けて並んだ複数の突出部(projection)６５４を含む。
半導体６５１上には、複数の線形及び島形(island-shaped)抵抗性接触不在(ohmic contact)６６１、６６５が形成されている。抵抗性接触不在６６１、６６５は、リンなどのｎ型不純物が高濃度でドーピングされているｎ+水素化アモルファスシリコンなどの物質で作られ、または、シリサイド(silicide）で作られることができる。線形抵抗性接触部材６６１は、複数の突出部６６３を有しいて、この突出部６６３と島形抵抗性接触部材６６５は、対を成して半導体６５１の突出部６５４上に配置されている。
半導体６５１と抵抗性接触部材６６１、６６５の側面もまた基板６１０面に対して傾斜して傾斜角は３０゜〜８０゜程度である。
抵抗性接触部材６６１、６６５及びゲート絶縁膜６４０上には、複数のデータ線(dataline)６７１と複数のドレイン電極(drain electrode)６７５及び複数の孤立された金属片(isolated metal piece)６７８が形成されている。
データ線６７１は、データ信号を伝達し、主に縦方向に並んでゲート線６２１、維持電極線６３１の幹線及び連結部６３３ｅと交差する。各データ線６７１は、ゲート電極６２４に向けて並んだ複数のソース電極(source electrode)６７３と他の層または外部駆動回路との接続のために広い端部分６７９を含む。
ドレイン電極６７５は、データ線６７１と分離されていて、ゲート電極６２４を中心にソース電極６７３と対向する。各ドレイン電極６７５は、広い一つの末部分と棒型である他の側末部分を有しいて、棒型の末部分はソース電極６７３で一部囲まれている。
一つのゲート電極６２４、一つのソース電極６７３及び一つのドレイン電極６７５は、半導体６５１の突出部６５４と共に一つの薄膜トランジスタ(thin film transistor、ＴＦＴ)を成し、薄膜トランジスタのチャネルチャネル(channel）はソース電極６７３とドレイン電極６７５間の突出部６５４に形成される。
孤立金属片６７８は、第１維持電極６３３ａ附近のゲート線６２１上に位置する。
データ線６７１、ドレイン電極６７５及び孤立された金属片６７８は、ゲート線６２１と同じく低抵抗性導電体で作られることができる。
データ線６７１、ドレイン電極６７５及び孤立された金属片６７８またその側面が基板６１０面に対して３０゜〜８０゜程度の傾斜角に傾いたことが好ましい。
抵抗性接触部材６６１、６６５はそ、の下の半導体６５１とその上のデータ線６７１及びドレイン電極６７５間にだけ存在し、これらの間の接触抵抗を低くする。
データ線６７１、ドレイン電極６７５、孤立された金属片６７８及び露出された半導体６５１部分上には保護膜 (passivation layer)６８０が形成されている。
保護膜６８０上には、複数の画素電極(pixel electrode)６９１、複数の連結橋(overpass)５８３及び複数の接触補助部材(contact assistant)５８１、５８２が形成されている。 これらはＩＴＯまたはＩＺＯなどの透明な導電物質やアルミニウム、銀、クロームまたはその合金などの反射性金属で作られることができる。
画素電極６９１は、接触穴６８５を通してドレイン電極６７５と物理的、電気的に接続していて、ドレイン電極６７５からデータ電圧を印加される。データ電圧が印加された画素電極６９１は、共通電圧(common voltage）を印加される他の表示板７００の共通電極(common electrode)７７０と共に電界を生成することによって二つの電極６９１、７７０間の液晶層５０３の液晶分子の方向を決定する。このように決定された液晶分子の方向によって液晶層５０３を通過する光の偏光が変わる。
画素電極６９１と共通電極７７０は，液晶キャパシタを成して薄膜トランジスタがターンオフされた後にも印加された電圧を維持する。
画素電極６９１は、維持電極６３３ａ-６３３ｄを始めとする維持電極線６３１と重畳して維持蓄電器を形成し、液晶キャパシタの電圧維持能力を強化する。
各画素電極６９１は、ゲート線６２１またはデータ線６７１とほとんど平行した四つの周辺を有し、四隅が面取りする(chamfered)大体四角形模様である。画素電極６９１の面取りした斜めの辺は、ゲート線６２１に対して約４５度の角度を成す。画素電極６９１には、中央切開部５９１、下部切開部５９２ａ及び上部切開部５９２ｂが形成されていて、画素電極６９１はこれら切開部５９１-５９２ｂによって複数の領域(partition)に分割される。切開部５９１-５９２ｂは、画素電極６９１を二等分する仮想の横中心線に対してほとんど反転対称を成す。
下部及び上部切開部５９２ａ、５９２ｂは、大体画素電極６９１の右側辺から左側辺に斜めに並んでいて、第３及び第４維持電極６３３ｃ、６３３ｄと各々重畳（オーバーラップ）する。下部及び上部切開部５９２ａ、５９２ｂは、画素電極６９１の横中心線に対して下半分と上半分に各々位置している。下部及び上部切開部５９２ａ、５９２ｂは、ゲート線６２１に対して約４５度の角度を成し、互いに垂直に並んでいる。
中央切開部５９１は、画素電極６９１の横中心線を沿って並んで右側弁側に入口を有しいる。中央切開部５９１の入口は、下部切開部５９２ａと上部切開部５９２ｂに各々ほとんど平行した一対の斜め辺を有する。中央切開部５９１は、横部及びこれと連結した一対の斜線部を含む。横部は画素電極６９１の横中心線を沿って短く並んでいて、一対の斜線部は、横部で画素電極６９１の右側辺に向けて下部切開部５９２ａ及び上部切開部５９２ｂと各々ほとんど平行に並ぶ。
したがって、画素電極６９１の下半部は、下部切開部５９２ａによって二つの領域に分れ、上半部また上部切開部５９２ｂによって二つの領域に分割される。このとき、領域の数または切開部の数は、画素電極６９１の大きさ、画素電極６９１の横辺と縦辺と横辺の長さの比、液晶層５０３の種類や特性など設計要素によって変わることができる。
連結橋５８３は、ゲート線６２１を横切り、ゲート線６２１を間にして反対側に位置する接触穴６８３ａ、６８３ｂを通して維持電極線６３１の露出された部分と第１維持電極６３３ａ自由端の露出された末部分に連結している。維持電極６３３ａ、６３３ｂを始めとする維持電極線６３１は、連結橋５８３と共にゲート線６２１やデータ線６７１または薄膜トランジスタの欠陥を修理するのに使用することができる。
接触補助部材５８１、５８２は、各々接触穴６８１、６８２を通してゲート線６２１の末部分６２９及びデータ線６７１の、末部分６７９と連結する。接触補助部材５８１、５８２はゲート線６２１の端部分６２９及びデータ線６７１の末部分６７９と外部装置との接着性を補完し保護する。
次に、図８〜図１０を参考にして、共通電極表示板７００について説明する。
透明なガラスまたはプラスチックなどで作られた絶縁基板７１０上に遮光部材(light blocking member)７２０が形成されている。遮光部材７２０は、ブラックマトリックス(black matrix)ともいい、画素電極６９１間の光漏れを防ぐ。遮光部材７２０は、画素電極６９１と対向し、画素電極６９１とほとんど同一な模様を有する複数の開口部７２５を有する。しかしながら、遮光部材７２０は、ゲート線６２１及びデータ線６７１に対応する部分と薄膜トランジスタに対応する部分からなる。
基板７１０上には、また複数の色フィルタ７３０が形成されている。色フィルタ７３０は、遮光部材７３０で囲まれた領域内に大部分存在し、画素電極６９１列を沿って縦方向に長く並ぶできる。各色フィルタ７３０は赤色、緑色及び青色などの三原色(three primary colors)のうち一つを表示できる。
色フィルタ７３０及び遮光部材７２０上には、蓋膜(overcoat)７５０が形成されている。蓋膜７５０は(有機)絶縁物で作られることができて、色フィルタ７３０が露出するのを防止して平坦面を提供する。蓋膜７５０は省略できる。
蓋膜７５０上には共通電極７７０が形成されている。共通電極７７０はｉＩＴＯ、ＩＺＯなどの透明な導電体などで作られ、共通電極７７０には、複数の切開部５７１、５７２ａ、５７２ｂ集合が形成されている。
一つの切開部５７１-５７２ｂ集合は一つの画素電極６９１と対向し、中央切開部５７１、下部切開部５７２ａ及び上部切開部５７２ｂを含む。切開部５７１-５７２ｂ各々は画素電極６９１の隣接切開部５９１-５９２ｂ間または切開部５９２ａ、５９２ｂと画素電極６９１の間に配置される。また、各切開部５７１-５７２ｂは画素電極６９１の下部切開部５９２ａまたは上部切開部５９２ｂとほとんど平行に並んだ少なくとも一つの斜線部を含む。切開部５７１-５７２ｂは、画素電極６９１の横中心線に対してほとんど反転対称を成す。
下部及び上部切開部５７２ａ、５７２ｂは，各々斜線部、横部及び縦部を含む。斜線部は、大体画素電極６９１の上側または下側の辺から左側辺へ並ぶ。横部及び縦部は、斜線部の各末から画素電極６９１の辺を沿って辺と重畳しながら並んで死斜線部と鈍角を成す。
中央切開部５７１は、中央横部、一対の斜線部及び一対の縦断縦部を含む。中央横部は概略画素電極６９１の左側辺から画素電極６９１の横中心線に沿って右に並ぶ。一対の斜線部は、中央横部の末から画素電極６９１の右側辺に向けて中央横部と鈍角を成しながら、各々下部及び上部切開部５７２ａ、５７２ｂとほとんど平行に並ぶ。縦断縦部は、該当斜線部の末から画素電極６９１の右側辺に沿って右側辺と重畳しながら並んで斜線部と鈍角を成す。
切開部５７１-５７２ｂの数は設計要素によって変わることができ、遮光部材７２０が切開部５７１-５７２ｂと重畳して切開部５７１-５７２ｂ付近の光漏れを遮断できる。
共通電極７７０に共通電圧を印加し、画素電極６９１にデータ電圧を印加すると、表示板６００、７００の表面にほとんど垂直である電界が生成される。液晶分子は、電界に応じてその長軸が電界の方向に垂直を成すように方向を変えようとする。
電界生成電極６９１、７７０の切開部５７１-５７２ｂ、５９１-５９２ｂと画素電極６９１の辺は、電界を歪曲して液晶分子の傾斜方向を決定する水平成分を作りだす。電界の水平成分は、切開部５７１-５７２ｂ、５９１-５９２ｂの辺と画素電極６９１の辺にほとんど垂直である。
図９を参照すると、一つの切開部集合５７１-５７２ｂ、５９１-５９２ｂは、画素電極６９１を複数のサブ領域(sub-area)に分け、各サブ領域は、画素電極６９１の周辺と斜角を成す二つの主辺(primay edge）を有する。各サブ領域 主辺は、偏光子５１２、５２２の偏光軸と約４５゜を成して、これは光効率を最大にするためである。
各サブ領域上の液晶分子は、部主辺に垂直の方向に傾くため、傾く方向は、ほぼ四方向である。このように液晶分子が傾く方向を多様にすると、液晶表示装置の基準視野角が大きくなる。
切開部５７１-５７ｂ、５９１-５９２ｂの模様及び配置は多様に変形できる。
少なくとも一つの切開部５７１-５７２ｂ、５９１-５９２ｂは、突起(protrusion)(図示せず)や陥没部(depression)(図示せず）で代えることができる。突起は、有機物または無機物で作られることができ、電界生成電極６９１、５７０の上または下に配置されることができる。
表示板６００、７００の内側面には、配向膜(alignment layer)５１１、５２１が塗布されていて、これらは垂直配向膜であることもある。
本発明の実施の形態による液晶表示装置は、液晶層５０３の複屈折を補償するための位相遅延膜(retardation film)(図示せず）をさらに含むことができる。
上述の通り、液晶層５０３は、平均誘電率異方性が負である誘電率異方性を有し、液晶層５０３の液晶８１０は、電界のない状態でその長軸が二つ表示板６００、７００の表面に対してほとんど垂直を成すように配向されている。したがって、入射光は直交偏光子５１２、５２２を通過できなくて遮断される。
液晶層５０３は、中性化合物、正の誘電率異方性を有する化合物及び負の誘電率異方性を有する化合物を全て含む液晶８１０から成り、液晶８１０の総量に対して中性化合物は約１０ないし２５重量％、正の誘電率異方性を有する化合物は約３〜１５重量％及び負の誘電率異方性を有する化合物は約６０〜８０重量％で含まれることができる。
前述のように、液晶８１０の平均誘電率異方性(Δε）は約-２.６〜-３.４であり、液晶８１０の平均誘電率異方性(Δε）と垂直誘電率(ε⊥）の比率(Δε/ε⊥）は約０.３１ないし０.４６範囲なものが好ましい。また、液晶８１０は約７０〜９５℃の相転移温度Ｔｎｉ及び約０.１０３以下の屈折率異方性(Δn）を有する。
前述のように、液晶８１０は正の誘電率異方性を有する化合物と負の誘電率異方性を有する化合物を皆含むことによって液晶８１０の垂直誘電率科水平誘電率を考慮した総誘電率が高まり、これにより液晶蓄電容量が高まって電圧維持能力が強化できる。
したがって、液晶蓄電容量を補助するために形成する維持キャパシタの面積を縮めることができ、これに伴い維持電極線６３１が占める面積を縮め、または除去して開口率を高めることができる。
上述した本発明の好ましい実施の形態は、例示の目的のために開示されたものであり、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で、様々な置換、変形、及び変更が可能であり、このような置換、変更などは、特許請求の範囲に属するものである。
本発明の一実施の形態による液晶表示装置の平面図である。 図１の液晶表示装置の動作過程を説明するための、図１のＩ-Ｉ’線に沿う断面図である。 図１の液晶表示装置の動作過程を説明するための、図１のＩ-Ｉ’線に沿う断面図である。 本発明の他の実施の形態による液晶表示装置の平面図である。 図３の液晶表示装置の動作過程を説明するための、図３のＩＩ-ＩＩ’線に沿う断面図である。 図３の液晶表示装置の動作過程を説明するための、図３のＩＩ-ＩＩ’線に沿う断面図である。 本発明の他の実施の形態による液晶表示装置の平面図である。 図５の液晶表示装置の動作過程を説明するための、図５のＩＩＩ-ＩＩＩ’線に沿う断面図である。 図５の液晶表示装置の動作過程を説明するための、図５のＩＩＩ-ＩＩＩ’線に沿う断面図である。 本発明の他の実施の形態による液晶表示装置用薄膜トランジスタ表示板の配置図である。 本発明の他の実施の形態による液晶表示装置用共通電極表示板の配置図である。 図７の薄膜トランジスタ表示板と、図８の共通電極表示板とを含む液晶表示装置の配置図である。 図９の液晶表示装置をＩＶ-ＩＶ’線及びＶ-Ｖ' 線に沿う断面図である。 図９の液晶表示装置をＩＶ-ＩＶ’線及びＶ-Ｖ' 線に沿う断面図である。
符号の説明
１００ 第１基板 １１０ ゲートライン
１２０ データライン １３０ 画素電極
２００ 第２基板 ２３０ 共通電極
３００ 液晶 ＰＡ 画素領域
Ｔ 薄膜トランジスタ

Claims (24)

  1. ６０〜８０重量％の第１極性の誘電率異方性を有する化合物と、
    ２〜１５重量％の第２極性の誘電率異方性を有する化合物と、
    残量の中性化合物と、
    を含む液晶。
  2. 前記第２極性の誘電率異方性を有する化合物は、２〜７重量％を有することを特徴とする請求項１に記載の液晶。
  3. 前記中性化合物は、下記の化学式１で表示される第１化合物を含み、前記第１極性の誘電率異方性を有する化合物は、下記の化学式２乃至化学式４で各々表示される第２乃至第４化合物のうち少なくとも何れか一つを含むことを特徴とする請求項２に記載の液晶。
    （化学式１）
    前記Ｘは炭素数２以上５以下の炭化水素を示し、前記Ｙはアルケニル基を示す。
    （化学式２）
    前記Ｘは炭素数２以上５以下の炭化水素を示し、前記Ｙはアルコキシ基を示す
    （化学式３）
    前記Ｘは炭素数２以上５以下の炭化水素を示し、前記Ｙはアルコキシ基を示す。
    （化学式４）
    前記Ｘは炭素数２以上５以下の炭化水素を示し、前記Ｙはアルコキシ基を示す。
  4. 前記第１化合物は２５〜３５重量％を有し、前記第２化合物は１５〜２０重量％を有し、前記第３化合物は２０〜３０重量％を有し、前記第４化合物は１５〜２５重量％を有することを特徴とする請求項３に記載の液晶。
  5. 前記中性の化合物は、下記の化学式５乃至化学式８で各々表示される第５乃至第８化合物のうち少なくとも何れか一つをさらに含み、前記第１極性の誘電率異方性を有する化合物は、下記の化学式９及び化学式１０で各々表示される第９及び第１０化合物のうち少なくとも一つをさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の液晶。
    （化学式５）
    前記Ｘは炭素数２以上５以下の炭化水素を示し、前記Ｙはアルキル基を示す。
    （化学式６）
    前記Ｘは炭素数２以上５以下の炭化水素を示し、前記Ｙはアルコキシ基を示す。
    （化学式７）
    前記Ｘは炭素数２以上５以下の炭化水素を示し、前記Ｙはアルキル基を示す。
    （化学式８）
    前記Ｘは炭素数２以上５以下の炭化水素を示し、前記Ｙはアルコキシ基を示す。
    （化学式９）
    前記Ｘは炭素数２以上５以下の炭化水素を示し、前記Ｙはアルキル基を示す。
    （化学式１０）
    前記Ｘは炭素数２以上５以下の炭化水素を示し、前記Ｙはアルキル基を示す。
  6. 前記第２極性の誘電率異方性を有するの化合物は、下記の化学式１１乃至化学式１８で各々表示される第１１乃至第１８化合物のうち少なくとも何れか一つを含むことを特徴とする請求項５に記載の液晶。
    （化学式１１）
    前記Ｘは炭素数２以上５以下の炭化水素を示す。
    （化学式１２）
    前記Ｘは炭素数２以上５以下の炭化水素を示す。
    （化学式１３）
    前記Ｘは炭素数２以上５以下の炭化水素を示す。
    （化学式１４）
    前記Ｘは炭素数２以上５以下の炭化水素を示す。
    （化学式１５）
    前記Ｘは炭素数２以上５以下の炭化水素を示す。
    （化学式１６）
    前記Ｘは炭素数２以上５以下の炭化水素を示す。
    （化学式１７）
    前記Ｘは炭素数２以上５以下の炭化水素を示す。
    （化学式１８）
    前記Ｘは炭素数２以上５以下の炭化水素を示す。
  7. 前記第１極性の誘電率異方性有する化合物は、下記の化学式１９乃至化学式２６で各々表示される第１９乃至第２６化合物のうち少なくとも何れか一つを含むことを特徴とする請求項１に記載の液晶。
    （化学式１９）
    前記Ｘは炭素数２以上５以下の炭化水素を示す。
    （化学式２０）
    前記Ｘは炭素数２以上５以下の炭化水素を示す。
    （化学式２１）
    前記Ｘは炭素数２以上５以下の炭化水素を示す。
    （化学式２２）
    前記Ｘは炭素数２以上５以下の炭化水素を示す。
    （化学式２３）
    前記Ｘは炭素数２以上５以下の炭化水素を示す。
    （化学式２４）
    前記Ｘは炭素数２以上５以下の炭化水素を示す。
    （化学式２５）
    前記Ｘは炭素数２以上５以下の炭化水素を示す。
    （化学式２６）
    前記Ｘは炭素数２以上５以下の炭化水素を示す。
  8. 前記第２極性の誘電率異方性有する化合物は、下記の化学式２７乃至化学式３１で各々表示される第２７乃至第３１化合物のうち少なくとも何れか一つを含むことを特徴とする請求項７に記載の液晶。
    （化学式２７）
    前記Ｘは炭素数２以上５以下の炭化水素を示し、前記Ｙはアルコキシ基を示す。
    （化学式２８）
    前記Ｘは炭素数２以上５以下の炭化水素を示し、前記Ｙはアルコキシ基を示す。
    （化学式２９）
    前記Ｘは炭素数２以上５以下の炭化水素を示し、前記Ｙはアルキル基を示す。
    （化学式３０）
    前記Ｘは炭素数２以上５以下の炭化水素を示し、前記Ｙはアルコキシ基を示す。
    （化学式３１）
    前記Ｘは炭素数２以上５以下の炭化水素を示し、前記Ｙはアルキル基を示す。
  9. 前記中性の化合物は、下記の化学式,３２乃至化学式３６で各々表示される第３２乃至第３６化合物のうち少なくとも何れか一つを含むことを特徴とする請求項８に記載の液晶。
    （化学式３２）
    前記Ｘは炭素数２以上５以下の炭化水素を示し、前記Ｙはアルキル基を示す。
    （化学式３３）
    前記Ｘは炭素数２以上５以下の炭化水素を示し、前記Ｙはアルコキシ基を示す。
    （化学式３４）
    前記Ｘは炭素数２以上５以下の炭化水素を示し、前記Ｙはアルキル基を示す。
    （化学式３５）
    前記Ｘは炭素数２以上５以下の炭化水素を示し、前記Ｙはアルコキシ基を示す。
    （化学式３６）
    前記Ｘは炭素数２以上５以下の炭化水素を示し、前記Ｙはアルケニル基を示す。
  10. 画素領域が定義された第１基板と、
    前記第１基板と対向する第２基板と、
    前記第１及び第２基板の間に介在される液晶を含み、前記液晶は、６０〜８０の重量％の第１極性の誘電率異方性を有する化学物と、
    ２〜７の重量％の第２極性の誘電率異方性を有する化学物と、
    残量の中性の化合物と、
    を含むことを特徴とする液晶表示装置。
  11. 前記第１極性の誘電率異方性を有する化学物は、２〜７の重量％を有することを特徴とする請求項１０に記載の液晶表示装置。
  12. 前記中性の化学物は、下記の化学式１で表示される第１化合物を含み、前記第１極性の誘電率異方性を有する化合物は、下記の化学式３７乃至化学式４０で各々表示される第３７乃至第４０化合物のうち少なくとも何れか一つを含むことを特徴とする請求項１１に記載の液晶表示装置。
    （化学式３７）
    前記Ｘは炭素数２以上５以下の炭化水素を示し、前記Ｙはアルケニル基を示す。
    （化学式３８）
    前記Ｘは炭素数２以上５以下の炭化水素を示し、前記Ｙはアルコキシ基を示す。
    （化学式３９）
    前記Ｘは炭素数２以上５以下の炭化水素を示し、前記Ｙはアルコキシ基を示す。
    （化学式４０）
    前記Ｘは炭素数２以上５以下の炭化水素を示し、前記Ｙはアルコキシ基を示す。
  13. 前記液晶に対して、前記第１化合物は、２５〜３５の重量％を有し、前記第２化合物は、１５〜２０の重量％を有し、前記第３化合物は、２０〜３０の重量％を有し、前記第４化合物は、１５〜２５の重量％を有することを特徴とする請求項１２に記載の液晶表示装置。
  14. 前記中性の化合物は、下記の化学式４１乃至化学式４４で各々表示される第４１乃至第４４化合物のうち少なくとも何れか一つをさらに含み、 前記第１極性の誘電率異方性を有する化合物は、下記の化学式４５及び化学式４６で各々表示される第４５及び第４６化合物のうち少なくとも一つをさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の液晶表示装置。
    （化学式４１）
    前記Ｘは炭素数２以上５以下の炭化水素を示し、前記Ｙはアルキル基を示す。
    （化学式４２）
    前記Ｘは炭素数２以上５以下の炭化水素を示し、前記Ｙはアルコキシ基を示す。
    （化学式４３）
    前記Ｘは炭素数２以上５以下の炭化水素を示し、前記Ｙはアルキル基を示す。
    （化学式４４）
    前記Ｘは炭素数２以上５以下の炭化水素を示し、前記Ｙはアルコキシ基を示す。
    （化学式４５）
    前記Ｘは炭素数２以上５以下の炭化水素を示し、前記Ｙはアルキル基を示す。
    （化学式４６）
    前記Ｘは炭素数２以上５以下の炭化水素を示し、前記Ｙはアルキル基を示す。
  15. 前記液晶に対して、前記第２極性の誘電率異方性を有する化合物は、下記の化学式４７乃至化学式５４で各々表示される第４７乃至第５４化合物のうち少なくとも何れか一つを含むことを特徴とする請求項１４に記載の液晶表示装置。
    （化学式４７）
    前記Ｘは炭素数２以上５以下の炭化水素を示す。
    （化学式４８）
    前記Ｘは炭素数２以上５以下の炭化水素を示す。
    （化学式４９）
    前記Ｘは炭素数２以上５以下の炭化水素を示す。
    （化学式５０）
    前記Ｘは炭素数２以上５以下の炭化水素を示す。
    （化学式５１）
    前記Ｘは炭素数２以上５以下の炭化水素を示す。
    （化学式５２）
    前記Ｘは炭素数２以上５以下の炭化水素を示す。
    （化学式５３）
    前記Ｘは炭素数２以上５以下の炭化水素を示す。
    （化学式５４）
    前記Ｘは炭素数２以上５以下の炭化水素を示す。
  16. 前記液晶の平均誘電率異方性 (Δε）は、-２.６〜-３.４であることを特徴とする請求項１５に記載の液晶表示装置。
  17. 前記液晶組成物の平均誘電率異方性(Δε）と垂直誘電率(ε⊥）の比率(Δε/ε⊥）は、０.３１〜０.４６であることを特徴とする請求項１６に記載の液晶表示装置。
  18. 前記液晶は相転移温度が７０〜９５℃で屈折率異方性が０.１０３以下であることを特徴とする請求項１７に記載の液晶表示装置。
  19. 前記誘電的に第１極性の誘電率異方性を有する化合物は、下記の化学式５５乃至化学式６２で各々表示される第５５乃至第６２化合物のうち少なくとも何れか一つを含むことを特徴とする請求項１０に記載の液晶表示装置。
    （化学式５５）
    前記Ｘは炭素数２以上５以下の炭化水素を示す。
    （化学式５６）
    前記Ｘは炭素数２以上５以下の炭化水素を示す。
    （化学式５７）
    前記Ｘは炭素数２以上５以下の炭化水素を示す。
    （化学式５８）
    前記Ｘは炭素数２以上５以下の炭化水素を示す。
    （化学式５９）
    前記Ｘは炭素数２以上５以下の炭化水素を示す。
    （化学式６０）
    前記Ｘは炭素数２以上５以下の炭化水素を示す。
    （化学式６１）
    前記Ｘは炭素数２以上５以下の炭化水素を示す。。
    （化学式６２）
    前記Ｘは炭素数２以上５以下の炭化水素を示す。
  20. 前記誘電的に第２極性の誘電率異方性を有する化合物は、下記の化学式６３乃至化学式６７で各々表示される第６３乃至第６７化合物のうち少なくとも何れか一つを含むことを特徴とする請求項１９に記載の液晶表示装置。
    （化学式６３）
    前記Ｘは炭素数２以上５以下の炭化水素を示し、前記Ｙはアルコキシ基を示す。
    （化学式６４）
    前記Ｘは炭素数２以上５以下の炭化水素を示し、前記Ｙはアルコキシ基を示す。
    （化学式６５）
    前記Ｘは炭素数２以上５以下の炭化水素を示し、前記Ｙはアルキル基を示す。
    （化学式６６）
    前記Ｘは炭素数２以上５以下の炭化水素を示し、前記Ｙはアルコキシ基を示す。
    （化学式６７）
    前記Ｘは炭素数２以上５以下の炭化水素を示し、前記Ｙはアルキル基を示す。
  21. 前記中性の化合物は、下記の化学式６８乃至化学式７２で各々表示される第６８乃至第７２化合物のうち少なくとも何れか一つを含むことを特徴とする請求項２０に記載の液晶表示装置。
    （化学式６８）
    前記Ｘは炭素数２以上５以下の炭化水素を示し、前記Ｙはアルキル基を示す。
    （化学式６９）
    前記Ｘは炭素数２以上５以下の炭化水素を示し、前記Ｙはアルコキシ基を示す。
    （化学式７０）
    前記Ｘは炭素数２以上５以下の炭化水素を示し、前記Ｙはアルキル基を示す。
    （化学式７１）
    前記Ｘは炭素数２以上５以下の炭化水素を示し、前記Ｙはアルコキシ基を示す。
    （化学式７２）
    前記Ｘは炭素数２以上５以下の炭化水素を示し、前記Ｙはアルケニル基を示す。
  22. 前記第１基板上部に配置されるゲートラインと、
    前記ゲートラインと交差し、前記画素領域を定義するデータラインと、
    前記画素領域に位置し、画像に対応するデータ電圧が印加される画素電極と、
    前記第２基板上部に配置され、共通電圧が印加される共通電極と、
    をさらに含み、
    前記画素電極は、前記ゲートライン及びデータラインのうち少なくとも一つとオーバーラップし、前記画像のフレーム周波数は１２０Ｈｚであることを特徴とする請求項１０に記載の液晶表示装置。
  23. 前記画素電極に具備される第１ドメイン区分手段と、
    前記共通電極に具備され、前記第２ドメイン区分手段から離隔して位置し、前記第１ドメイン区分手段と共に前記画素領域を複数のドメインに区分する第２ドメイン区分手段と、
    をさらに含み、
    前記画素電極は、各々相違するデータ電圧が印加される第１画素電極及び前記第１画素電極より小さい面積を有する第２画素電極を含み、前記第１画素電極は、前記ゲートライン及びデータラインのうち少なくとも一つとオーバーラップすることを特徴とする請求項２２に記載の液晶表示装置。
  24. 前記画素領域は、ストレージ電極を有しないことを特徴とする請求項２２に記載の液晶表示装置。
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