KR101331809B1 - Liquid crystal display device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고탄성 액정과 고연신 배향막을 이용하여 블랙 휘도를 낮춘 액정표시장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 액정표시장치는, 제1기판과, 상기 제1기판에 대향하는 제2기판과, 상기 제1기판 및 제2기판의 대향면 상에 형성된 고분자 배향막과, 상기 두 기판 사이에 형성된 액정층을 포함하여 구성되며, 상기 배향막은 배향막을 이루는 분자의 장축을 지나는 빛의 단축을 지나는 빛에 대한 위상차 지연값이 0.20~0.36nm, 상기 액정층은 비틀림 탄성계수가 6.0~7.0pN인 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a liquid crystal display device having a low black luminance by using a high elastic liquid crystal and a high stretching alignment layer. The liquid crystal display device according to the present invention includes a first substrate, a second substrate facing the first substrate, and It comprises a polymer alignment film formed on the opposite surface of the first substrate and the second substrate and a liquid crystal layer formed between the two substrates, the alignment film for the light passing through the short axis of light passing through the long axis of the molecules forming the alignment film The retardation value is 0.20 to 0.36 nm, the liquid crystal layer is characterized in that the torsional modulus is 6.0 ~ 7.0pN.
고연신, 고탄성, 블랙 휘도, 측쇄형 배향막, 매칭(matching) High elongation, high elasticity, black brightness, side chain alignment layer, matching
Description
도 1은 수평전계방식 액정표시장치의 단위 화소를 나타낸 평면도.1 is a plan view showing unit pixels of a horizontal electric field type liquid crystal display device;
도 2는 도 1의 수평전계방식 액정표시장치 단위 화소의 II-II' 선 단면도. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II 'of the horizontal field type liquid crystal display unit pixel of FIG. 1. FIG.
도 3은 비교예 1 내지 비교예 4를 그래프로 나타낸 것으로 배향막의 지연값에 대한 휘도의 개선 정도를 %로 나타낸 도면.3 is a graph showing Comparative Examples 1 to 4 and shows a degree of improvement of luminance with respect to a delay value of an alignment layer in%;
도 4는 비교예 1과 실시예 1의 블랙 휘도값을 비교하여 도시한 그래프. 4 is a graph illustrating comparison of black luminance values of Comparative Example 1 and Example 1. FIG.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
T : 박막트랜지스터 103 : 제1기판 T: thin film transistor 103: first substrate
104 : 제2기판 109 : 게이트라인104: second substrate 109: gate line
110 : 게이트전극 111 : 공통전극110: gate electrode 111: common electrode
112 : 데이터라인 117 : 소스전극112: data line 117: source electrode
118 : 드레인전극 119 : 화소전극118: drain electrode 119: pixel electrode
112a, 112b : 배향막 130 : 액정층112a and 112b: alignment layer 130: liquid crystal layer
본 발명은 액정표시장치의 액정과 배향막에 관한 것으로, 특히 고탄성 액정 과 고연신 배향막을 이용하여 블랙 휘도를 낮춘 액정표시장치에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a liquid crystal and an alignment film of a liquid crystal display device, and more particularly, to a liquid crystal display device having low black luminance by using a high elastic liquid crystal and a high stretching alignment film.
근래 정보화사회의 발전에 따라 다양한 표시장치에 대한 요구가 증대되면서 액정표시장치(liquid crystal display, LCD), 플라즈마 디스플레이 패널(plasma display panel, PDP) 등의 평판표시장치에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. Recently, with the development of the information society, as the demand for various display devices increases, research on flat panel display devices such as liquid crystal display (LCD) and plasma display panel (PDP) has been actively conducted. .
그 중 액정표시장치는 액정의 광학적 이방성을 이용하여 빛의 투과율을 조절함으로써 화상을 표시하는 표시장치이다. 액정표시장치는 고화질의 구현, 구동의 용이성, 저소비 전력 등의 이유로 가장 각광받고 있다.Among them, a liquid crystal display device is a display device for displaying an image by adjusting the light transmittance using optical anisotropy of the liquid crystal. Liquid crystal display devices are most popular for their high quality, ease of driving, and low power consumption.
액정표시장치는 액정화합물이 구동되는 형태에 따라 다양한 표시모드의 액정표시장치로 구분되는데, 일반적으로 트위스티드 네마틱(twisted nematic, TN) 방식이 많이 이용된다.Liquid crystal display devices are classified into liquid crystal display devices having various display modes according to the type of liquid crystal compound being driven. Generally, a twisted nematic (TN) method is widely used.
트위스티드 네마틱 방식은 기판에 대해 수직한 방향의 전기장을 온/오프(on/off)시켜, 액정화합물의 방향자(director)가 기판에 대하여 0˚에서 90˚ 사이의 각도를 갖도록 액정화합물을 구동하는 것이다. 트위스티드 네마틱 방식은 액정화합물이 수직하게 구동되기 때문에 시야각 특성이 우수하지 못한 단점이 있다. The twisted nematic method turns on / off an electric field perpendicular to the substrate, driving the liquid crystal compound so that the director of the liquid crystal compound has an angle between 0 ° and 90 ° with respect to the substrate. It is. The twisted nematic method has a disadvantage in that the viewing angle characteristic is not excellent because the liquid crystal compound is vertically driven.
따라서 이러한 단점을 극복하기 위해 액정화합물의 방향자가 기판에 대해 수평한 상태에서 액정화합물이 구동되도록 하는 수평전계방식의 액정표시장치가 개발되었다. 수평전계방식의 액정표시장치는 액정분자가 기판에 대해 수평인 상태에서 스위칭됨으로써 기존의 TN 방식의 액정표시장치에 비하여 광시야각이 확보되는 장점이 있다. Therefore, in order to overcome this disadvantage, a horizontal electric field type liquid crystal display device has been developed in which the liquid crystal compound is driven while the director of the liquid crystal compound is horizontal to the substrate. The horizontal electric field type liquid crystal display device has an advantage that a wide viewing angle is secured as compared to a conventional TN type liquid crystal display device by switching the liquid crystal molecules in a horizontal state with respect to the substrate.
상기한 바와 같은 액정표시장치를 제조하는 공정에 있어서, 액정분자를 일정 한 각도의 방향으로 초기 정렬시키기 위해 배향막을 이용한다. In the process of manufacturing the liquid crystal display device as described above, an alignment film is used to initially align the liquid crystal molecules in a direction of a predetermined angle.
일반적으로 배향막에는 폴리이미드(polyimide) 계열의 고분자 유기물질이 주로 사용되며, 러빙을 통해 일정 방향으로 정렬된다. 러빙(rubbing)은 주로 러빙포를 이용하여 배향막을 일정한 방향으로 문질러주는 과정으로, 대량 생산에 적합하며 배향이 안정하고 프리틸트각(pretilt angle)의 제어가 용이한 장점이 있다. In general, a polyimide-based polymer organic material is mainly used for the alignment layer, and is aligned in a predetermined direction through rubbing. Rubbing is a process of rubbing the alignment layer in a certain direction using a rubbing cloth, which is suitable for mass production, and has an advantage of stable orientation and easy control of the pretilt angle.
상기 폴리이미드 계열의 배향막은 고분자의 구조에 따라 주쇄(main chain)형과 측쇄(side chain)형으로 구성되는데, 일반적으로 수평전계방식(in-plane switching) 액정표시장치에서는 주쇄형 폴리이미드 배향막에 일반 액정을 주입하여 제작한다. The polyimide-based alignment layer is composed of a main chain type and a side chain type according to the structure of a polymer. In general, in an in-plane switching liquid crystal display device, the polyimide alignment layer is formed on a main chain type polyimide alignment layer. It is prepared by injecting a normal liquid crystal.
그런데, 주쇄형 배향막으로 액정을 정렬시키는 경우, 측쇄형 배향막에 비해 표면적이 작고 액정을 정렬시키기 위한 상호작용이 작아지기 때문에 러빙시 방향자의 산포가 크다. 따라서 액정의 배향 정렬도가 낮아 블랙을 구현할 때 빛샘이 발생한다. 빛샘은 노멀리 블랙(normally black) 상태에서 전압이 가해지지 않을 때의 휘도, 즉 블랙 휘도를 상승시킨다. By the way, when aligning the liquid crystal with the main chain alignment film, the dispersion of the director when rubbing is large because the surface area is smaller and the interaction for aligning the liquid crystal is smaller than that of the side chain alignment film. Therefore, the alignment alignment of the liquid crystal is low, light leakage occurs when black is implemented. The light leakage increases the brightness when no voltage is applied in the normally black state, that is, the black brightness.
실제로 수평전계방식의 액정표시 장치에 있어 블랙 휘도는 러빙하지 않은 수직배향(vertical alignment, VA) 방식의 액정표시장치에 비해 50% 정도 높은 상태이다.In fact, in the horizontal field type liquid crystal display device, the black luminance is about 50% higher than that of the non-rubbing vertical alignment (VA) type liquid crystal display device.
결과적으로 블랙 휘도의 상승은 콘트라스트비(constrast ratio, CR)를 저하시켜 표시품질을 악화시키는 문제점이 있다.As a result, the increase in the black luminance lowers the contrast ratio (CR), which causes a problem of deteriorating display quality.
상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 액정표시장치의 블랙 휘도를 낮추어 고품질의 액정표시장치를 제공함에 그 목적이 있다. 특히, 액정층을 이루는 액정과 액정의 초기 배향 각도를 결정하는 배향막과의 적절한 매칭(matching)을 통해 블랙 휘도를 낮추어 콘트라스트비를 상승시켜 표시품질을 높인 액정표시장치를 제공하고자 한다.It is an object of the present invention to provide a high quality liquid crystal display device by lowering the black luminance of the liquid crystal display device. In particular, it is an object of the present invention to provide a liquid crystal display device having high display quality by increasing the contrast ratio by lowering black brightness through proper matching between the liquid crystal constituting the liquid crystal layer and the alignment layer for determining the initial alignment angle of the liquid crystal.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액정표시장치는, 제1기판; 상기 제1기판에 대향하여 합착되는 제2기판; 상기 제1기판 및 제2기판의 대향면 상에 형성된 고분자 배향막; 및 상기 제1기판과 제2기판 사이에 형성된 액정층을 포함하여 구성되며, 상기 배향막은 배향막을 이루는 분자의 장축을 지나는 빛의 단축을 지나는 빛에 대한 위상차 지연 값이 0.20~0.36nm이며, 상기 액정층은 하기의 화학식 2의 물질을 포함한 액정 혼합물로 비틀림 탄성계수가 6.0~7.0pN인 것을 특징으로 한다.
[화학식 2]
(여기서, X와 Y는 탄소 수 10개 이하의 알킬기, 알콕시기, 페닐기)According to an aspect of the present invention, a liquid crystal display device includes: a first substrate; A second substrate bonded to the first substrate; A polymer alignment layer formed on opposite surfaces of the first substrate and the second substrate; And a liquid crystal layer formed between the first substrate and the second substrate, wherein the alignment layer has a phase difference delay value of 0.20 to 0.36 nm for light passing through a short axis of light passing through the long axis of the molecules forming the alignment layer. The liquid crystal layer is characterized in that the torsional elastic modulus of the liquid crystal mixture containing a substance of the formula (2) 6.0 ~ 7.0pN.
(2)
(Where X and Y are an alkyl group having 10 or less carbon atoms, an alkoxy group, or a phenyl group)
이때, 상기 배향막은 배향막을 이루는 고분자의 장축을 지나는 빛의 단축을 지나는 빛에 대한 위상차 지연값이 0.20~0.36nm인 것을 특징으로 하며, 상기 액정층은 비틀림 탄성계수가 6.0~7.0pN인 것을 특징으로 한다.In this case, the alignment layer is characterized in that the phase difference delay value for the light passing through the short axis of the light passing through the long axis of the polymer forming the alignment layer is 0.20 ~ 0.36nm, the liquid crystal layer is characterized in that the torsional elastic modulus of 6.0 ~ 7.0pN It is done.
여기서, 본 발명에 따른 액정표시장치는 수평전계방식의 액정표시장치인 것을 특징으로 한다.Here, the liquid crystal display device according to the present invention is characterized in that the liquid crystal display device of the horizontal electric field method.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 액정표시장치를 설명한다. 본 발명은 트위스티드 네마틱 방식이나 수직배향 방식 등의 다양한 방식의 액정표시장치에도 적용이 가능하나 설명의 편의를 위해 수평전계방식의 액정표시장치를 실시예로서 설명한다. 여기서, 본 발명은 수평전계방식의 액정표시장치에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, a liquid crystal display according to the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention can be applied to various types of liquid crystal display devices such as a twisted nematic method or a vertical alignment method, but for the convenience of description, a liquid crystal display device having a horizontal electric field method will be described as an embodiment. Here, the present invention is not limited to the liquid crystal display device of the horizontal electric field system.
이하의 설명에서는 먼저 본 발명에 따른 수평전계방식의 액정표시장치에 대 해 설명한 후 액정과 배향막의 매칭(matching)에 대해 후술한다.In the following description, a liquid crystal display device of a horizontal electric field method according to the present invention will be described first, and then matching between the liquid crystal and the alignment layer will be described later.
도 1 및 도 2는 각각 수평전계방식 액정표시장치 단위 화소의 평면도와 II-II’선 단면도이다. 액정표시장치는 복수 개의 화소로 이루어지나 본 도면에서는 설명의 편의상 한 화소만을 나타내었다.1 and 2 are a plan view and a sectional view taken along the line II-II 'of the horizontal pixel type liquid crystal display unit pixel, respectively. The liquid crystal display device is composed of a plurality of pixels, but in this drawing, only one pixel is shown for convenience of description.
도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치는 제1기판(103)과 제1기판(103)에 대향하는 제2기판(104) 및 상기 제1기판(103)과 제2기판(104) 사이에 형성된 액정층(130)을 포함하여 구성된다. Referring to the drawings, a liquid crystal display according to an exemplary embodiment of the present invention includes a
상기 액정층(130)을 형성하는 액정분자는 광학적 이방성을 가진 물질로서, 인가되는 전압에 따라 배향성이 달라지므로, 광투과율을 조절할 수 있다. 따라서 액정층(130)의 광투과율에 따라 이에 대응되어 정지된 화상이나 움직이는 화상이 액정표시장치 상에 표현된다. The liquid crystal molecules forming the
수평전계방식의 액정표시장치는 전계를 형성하는 전극을 평행하게 배열하여 기판의 표면과 수평으로 전계를 형성함으로써 액정층의 액정분자를 동일한 평면상에서 구동하는 방식이다.In the horizontal electric field type liquid crystal display, a liquid crystal molecule of a liquid crystal layer is driven on the same plane by arranging electrodes forming an electric field in parallel to form an electric field horizontally with the surface of the substrate.
수평전계방식의 액정표시장치는 제1기판(103) 위에 배열되어 화소영역을 정의하는 데이터라인(112) 및 게이트라인(109)과, 상기한 게이트라인(109)과 데이터라인(112)의 교차점에 배치된 박막트랜지스터(T)와, 상기한 화소 내에 데이터라인(112)과 실질적으로 평행하게 배열된 화소전극(119) 및 공통전극(111)을 포함하여 구성된다. In the horizontal field type liquid crystal display, a
박막트랜지스터(T)는 제1기판(103) 위에 형성되어 상기 게이트라인(109)과 접속되는 게이트전극(110)과, 상기 게이트전극(110) 위에 적층된 실리콘 질화물(SiNx) 또는 실리콘산화물(SiOx)와 같은 물질로 이루어진 게이트절연막(113)과, 상기 게이트절연막(113) 위에 형성된 반도체층(115)과, 상기 반도체층(115) 위에 형성된 오믹접촉층(116)과, 상기한 오믹접촉층(116) 위에 형성되어 데이터라인(112)과 화소전극(119)에 각각 접속되는 소스전극(117) 및 드레인전극(118)으로 구성된다. The thin film transistor T is formed on the
소스전극(117) 및 드레인전극(118) 상에는 보호막(120)이 기판 전체에 걸쳐 적층되어 있다. 상기 보호막(120) 상에는 화소전극(119)이 형성되어 박막트랜지스터(T)의 드레인전극(118)에 콘택홀(contact hole)을 통해 접속되며, 상기 화소전극(119)과 실질적으로 평행하게 공통전극(111)이 형성되어 제1기판 위에 형성된 공통라인(105)에 콘택홀(미도시)을 통해 접속된다. On the
이때, 도시하지는 않았지만 상기 공통전극(111)은 게이트전극(110)과 동일한 물질로 동시에 기판 상에 형성할 수도 있다.At this time, although not shown, the
상기 화소전극(119)과 공통전극(111)을 포함한 보호막(120) 상에는 제1배향막(112a)이 형성되어 있으며 이에 따라 액정층의 초기 배향 각도인 프리틸트 각(pretilt angle)이 결정된다. The
액정분자(102)는 전압 무인가시 상기한 공통전극(111)과 화소전극(119) 사이에서 배향막(112a)의 러빙 방향으로 배향된다.The liquid crystal molecules 102 are aligned in the rubbing direction of the
또한, 상기한 제1기판(103)과 대응하는 제2기판(104) 위에는 빛의 누설을 방지하는 차광층(106), 붉은색(red, R), 녹색(green, G) 및 푸른색(blue, B)의 칼라 필터소자로 이루어진 칼라필터층(107) 및 오버코트층(108)이 차례로 적층되어 있다. 상기 오버코트층(108) 상에는 제2배향막(112b)이 형성되어 있으며 상기 제2배향막(112b)에 따라 액정층(130)의 초기 배향 각도가 결정된다.In addition, the
제1기판(103) 및 제2기판(104)은, 도시하지는 않았지만, 실링재(Sealing material)에 의해 합착되어 있으며, 그 사이에 액정층(130)이 형성되어 상기 제1기판(103)에 형성된 트랜지스터에 의해 액정분자를 구동하여 액정층(130)을 투과하는 광량을 제어함으로써 정보를 표시하게 된다.Although not shown, the
일반적으로 배향막을 이루는 고분자 표면에서의 선경사각(프리틸트각, pretilt angle)과 고정에너지(anchoring energy)는 러빙 강도뿐만 아니라 배향막을 이루는 물질과 액정의 종류에 의존한다. 특히 배향막과 액정의 종류와 특성에 따라 선경사각이 변화하므로, 소정의 물리량을 가지도록 배향막과 액정을 조화시키는 것이 중요하며, 배향막과 액정을 최상의 표시품질을 나타내도록 배향막과 액정의 종류와 특성 등을 최적화하는 것을 매칭(matching)이라고 한다. In general, the pretilt angle and the anchoring energy on the surface of the polymer forming the alignment layer depend not only on the rubbing strength but also on the type of the material and the liquid crystal forming the alignment layer. In particular, since the pretilt angle changes according to the type and characteristics of the alignment film and the liquid crystal, it is important to match the alignment film and the liquid crystal to have a predetermined physical quantity, and the types and characteristics of the alignment film and the liquid crystal to provide the best display quality. Optimizing is called matching.
러빙한 고분자 표면에서 액정 분자가 배향되는 것은 주로 배향막과 액정과의 사이의 계면 분자간의 상호 작용(interfacial intermolecular interaction)과 표면 형상 효과(surface topological interaction)에 기인하는데, 계면 분자간의 상호 작용은 배향막과 액정 분자 사이에 작용하는 반 데르 발스 힘(van der Waals interaction) 등을 예로 들 수 있다. 통상 러빙에 의해 고분자의 측쇄나 주쇄가 러빙방향으로 배열되고, 러빙한 고분자의 측쇄 또는 주쇄와 액정 분자 사이에 작용하여 액정의 배향이 결정된다. 이러한 이유로 상기 배향막과 액정과의 사이의 계면 분자간의 상호작용과 표면 형상 효과를 최적화할 수 있는 고분자와 액정을 어울리게 조화시키는 매칭이 필요하다.The orientation of the liquid crystal molecules on the rubbed polymer surface is mainly due to the interfacial intermolecular interaction and the surface topological interaction between the alignment layer and the liquid crystal. For example, van der Waals interactions acting between the liquid crystal molecules. By rubbing, the side chains or main chains of the polymer are arranged in the rubbing direction, and the orientation of the liquid crystal is determined by acting between the side chains or main chains of the rubbed polymer and the liquid crystal molecules. For this reason, there is a need for matching between the liquid crystal and the polymer that can optimize the interaction between the interfacial molecules between the alignment layer and the liquid crystal and the surface shape effect.
고분자와 액정의 매칭에 있어서, 작은 선경사각을 형성하기 위해서는 주쇄형 고분자물질을 사용하며 상대적으로 큰 선경사각을 형성하기 위해서는 측쇄형 고분자물질을 사용하여 액정을 배향시킨다. 종래의 1°전후의 작은 값의 프리틸트각을 요구하는 수평전계방식의 액정표시장치에 있어서는 주쇄형 고분자 물질을 사용하여 배향막을 형성하였다.In the matching of the polymer and the liquid crystal, the main chain polymer material is used to form a small pretilt angle and the side chain polymer material is used to align the liquid crystal to form a relatively large pretilt angle. In a conventional liquid crystal display device having a horizontal electric field type requiring a small pretilt angle around 1 °, an alignment film is formed using a main chain polymer material.
그러나 주쇄형 고분자 물질을 사용하여 액정을 배향시키는 경우 측쇄형 고분자 물질에 비해 고정 에너지가 작아 정렬도가 떨어지는 문제점이 있다. 이에 따라 러빙시에 액정의 방향자의 산포가 커져 블랙 휘도를 상승시킨다. However, when the liquid crystal is oriented using the main chain polymer material, there is a problem in that the alignment energy is lower than that of the side chain polymer material due to a lower fixed energy. As a result, the scattering of the director of the liquid crystal becomes larger at the time of rubbing, thereby increasing the black luminance.
본 발명은 종래의 수평전계방식의 액정표시장치에서 주쇄형 고분자 물질로 배향막을 형성했던 것과 달리, 배향막을 형성하는 고분자 물질은 러빙에 의해 측쇄가 한 방향으로 연신(elongation)된 고연신 고분자 물질인 것을 특징으로 한다. According to the present invention, in the conventional horizontal field type liquid crystal display device, the alignment layer is formed of the main chain type polymer material, the polymer material forming the alignment layer is a high-stretched polymer material in which side chains are elongated by rubbing in one direction. It is characterized by.
고연신 분자일수록 위상차 지연값이 커지는 특징이 있는데, 본 발명에서는 특히 측쇄의 연신에 의한 위상차 지연(retardation)값이 0.20~0.36nm인 것을 특징으로 한다. The higher the stretched molecule is, the larger the phase difference delay value is. In the present invention, the phase difference retardation value due to the stretching of the side chain is characterized in that 0.20 to 0.36 nm.
이때 위상차 지연값은 배향막을 형성하는 고분자에 있어서 장축과 단축을 지나는 빛의 위상차 지연값을 뜻하며, 일반적인 배향막의 경우 지연값은 0.16nm 정도의 값을 갖는다.In this case, the retardation delay value refers to a retardation delay value of light passing through a long axis and a short axis in the polymer forming the alignment layer. In the case of a general alignment layer, the delay value is about 0.16 nm.
여기서, 연신의 정도가 작아 지연값이 0.20nm보다 작은 일반적인 배향막의 경우에는 액정이 배향막을 따라 배열하는 정도가 작기 때문에 노멀리 블랙(normally black) 상태에서 전압을 인가하지 않아도 빛샘이 발생한다. 따라서 본 발명에서는 0.20nm보다 큰 위상차 지연값을 갖는 것을 특징으로 한다.Here, in the case of a general alignment film having a low degree of stretching and a delay value smaller than 0.20 nm, since liquid crystals are arranged along the alignment film, light leakage occurs even when no voltage is applied in a normally black state. Therefore, the present invention is characterized by having a phase difference delay value larger than 0.20 nm.
그러나, 이와 반대로 연신의 정도가 커서 위상차 지연값이 0.36nm보다 큰 경우에는 배향막의 경도(硬度)가 지나치게 낮아지는 문제점이 있다. 배향막에 있어 연신과 경도는 연신의 정도가 커지면 경도는 작아지며 연신의 정도가 작아지면 경도가 커지는 관계에 있다. On the contrary, however, when the degree of stretching is large and the phase difference retardation value is larger than 0.36 nm, there is a problem in that the hardness of the alignment film is too low. In the alignment film, the stretching and the hardness have a relationship that the hardness decreases as the degree of stretching increases and the hardness increases as the degree of stretching decreases.
실제로, 배향막으로 일반적인 폴리이미드를 사용하였을 경우에는 4H 정도의 경도를 가지나 고연신성 폴리이미드를 사용하였을 경우에는 2B 정도의 경도를 가지게 되여 무른 정도가 심화된다. 경도가 지나치게 낮은 경우에는 물리적인 힘을 가하여 일정 방향으로 배향막의 측쇄를 정렬시키는 러빙에 취약하게 되어 이후 쉽게 변형되는 문제점이 생긴다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 배향막은 0.36nm보다 작은 위상차 지연값을 갖는 것을 특징으로 한다.In fact, when the general polyimide is used as the alignment layer, the hardness is about 4H, but when the highly stretchable polyimide is used, the hardness is about 2B, and the softness is deepened. If the hardness is too low, it becomes vulnerable to rubbing which aligns the side chains of the alignment layer in a certain direction by applying a physical force, thereby causing a problem of easy deformation. Therefore, the alignment layer according to the embodiment of the present invention is characterized by having a phase difference delay value smaller than 0.36 nm.
여기서, 배향막을 형성하는 물질로는 측쇄형 고분자 물질이 바람직하며, 폴리이미드나 폴리아믹산이 더욱 바람직하다. 그러나 배향막을 형성하는 물질이 이에 한정되는 것은 아니며 측쇄형 고분자 물질 중 폴리이미드나 폴리아믹산 이외에도 배향막을 형성할 수 있다.Here, as the material for forming the alignment film, a side chain type polymer material is preferable, and polyimide or polyamic acid is more preferable. However, the material for forming the alignment layer is not limited thereto, and the alignment layer may be formed in addition to the polyimide or the polyamic acid in the side chain type polymer material.
화학식 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고분자 물질을 나타낸 것이다. 바람직하게는 화학식 1을 가진 고분자를 배향막으로 형성할 수 있으나 배향막 물질이 이에 한정되는 것은 아니며 필요에 따라 주쇄나 측쇄를 다른 작용기로 다양 하게 적용할 수 있다.Formula 1 shows a polymer material according to a preferred embodiment of the present invention. Preferably, the polymer having Formula 1 may be formed as an alignment layer, but the alignment layer material is not limited thereto, and main chains or side chains may be variously applied to other functional groups as necessary.
본 발명에 따른 실시예에서는 상기한 배향막에 매칭되는 액정층의 비틀림 탄성계수가 6.0~7.0pN인 것을 특징으로 한다. 일반적인 액정의 탄성계수는 6.0pN보다 작은 값을 가지는데, 본 발명에서는 탄성계수가 6.0pN 이상인 고탄성 액정으로 액정층을 형성한다.In the embodiment of the present invention, the torsional modulus of the liquid crystal layer matched with the alignment layer is 6.0 to 7.0 pN. The elastic modulus of a general liquid crystal has a value smaller than 6.0 pN. In the present invention, the liquid crystal layer is formed of a high elastic liquid crystal having an elastic modulus of 6.0 pN or more.
여기에서, 본래 액정화합물의 탄성계수는 비틀림 탄성계수뿐 아니라, 스프레이(spray) 탄성계수, 굽힘(bend) 탄성계수의 세 요인을 고려한 개념이나, 수평전계방식의 액정표시장치에 있어서는 액정화합물의 배향특성상 스프레이 탄성계수와 굽힘 탄성계수의 값이 비틀림 탄성계수에 비해 무시할 만큼 작은 수치이므로, 본 발명에서 탄성계수라 함은 비틀림 탄성계수를 의미한다.Here, the elastic modulus of the liquid crystal compound is not only a torsional elastic modulus but also a concept in consideration of three factors such as a spray modulus and a bend modulus, but in a horizontal electric field type liquid crystal display, the orientation of the liquid crystal compound Since the values of the spray modulus and the bending modulus are negligibly small compared to the torsion modulus, the elastic modulus in the present invention means the torsion modulus.
일반적으로 일반 액정에 위상차 지연값이 큰 고분자 배향막을 사용하는 경우에는 블랙 휘도가 낮아지는 효과가 있으나, 본 발명에 따르면 고연신의 배향막과 고탄성의 액정을 매칭시킴으로써, 배향막과 액정의 시너지 효과에 의해 러빙에 대한 액정의 정렬도를 추가상승시키는 효과가 있어, 블랙 휘도를 크게 저감시킬 수 있다.In general, when a polymer alignment film having a large retardation value is used for a general liquid crystal, black luminance is reduced. However, according to the present invention, a synergy effect between the alignment film and the liquid crystal is achieved by matching a highly stretched alignment film with a high elastic liquid crystal. There is an effect of further increasing the degree of alignment of the liquid crystal with respect to rubbing, and the black luminance can be greatly reduced.
탄성력는 액정이 일정한 방향으로 힘을 받아 변형되었을 때 원래의 모습으로 돌아오기 위한 힘을 말하며, 탄성계수는 탄성력에 비례하는 상수이다. 따라서, 탄성계수가 일정 수준 이하로 작을 경우에는 전계 인가 후 전계가 제거되었을 때 원래의 위치로 돌아오는 성질이 줄어들어 빛샘을 일으키는 원인이 된다. Elastic force refers to the force to return to the original state when the liquid crystal is deformed under a certain direction, the elastic modulus is a constant proportional to the elastic force. Therefore, when the elastic modulus is smaller than a predetermined level, the property of returning to the original position when the electric field is removed after applying the electric field is reduced, which causes light leakage.
특히 6.0pN보다 작은 탄성 계수를 가질 경우에 탄성력이 부족하여 블랙 휘도값이 커지는 문제점이 있다. 그러므로, 본 발명에 따른 실시예에 있어 액정의 탄성 계수는 6.0pN 이상의 큰 값을 갖는 것을 특징으로 한다. In particular, when the elastic modulus is less than 6.0pN, there is a problem in that the black luminance value becomes large due to insufficient elastic force. Therefore, the elastic modulus of the liquid crystal in the embodiment according to the present invention is characterized by having a large value of 6.0 pN or more.
그러나, 액정의 탄성 계수가 소정 정도의 값보다 큰 값을 갖는 경우, 특히 7.0pN 보다 큰 값을 가지는 경우에는 액정의 회전에 따른 회전점도가 커지게 된다. 따라서, 액정을 회전시키기 위해 인가해야 할 전압(voltage)이 커지게 되고, 액정이 회전하여 특정 상태를 나타내기까지의 시간이 증가하기 때문에, 인가 전압의 상승은 결과적으로 응답속도의 감소로 이어진다.However, when the elastic modulus of the liquid crystal has a value larger than a predetermined value, especially when the value of the liquid crystal has a value greater than 7.0 pN, the rotational viscosity according to the rotation of the liquid crystal becomes large. Therefore, since the voltage to be applied to rotate the liquid crystal becomes large, and the time until the liquid crystal rotates to show a specific state increases, an increase in the applied voltage results in a decrease in the response speed.
따라서, 본 발명에서는 비틀림 탄성계수가 7.0pN 이하의 값을 갖도록 하는 것을 특징으로 한다.Therefore, the present invention is characterized in that the torsional modulus has a value of 7.0 pN or less.
화학식 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액정을 나타낸 것이다.
화학식 2는 고탄성 액정 물성을 나타내게 하는 주 단일 액정이며, 여기의 X와 Y는 탄소수 10개 이하의 알킬기, 알콕시기 등으로 이루어질 수 있다. 이 단일 액정에 여러 다른 단일 액정을 혼합함으로써, 사용 가능한 고탄성 상용 액정이 된다. Formula (2) is a main single liquid crystal to exhibit high elastic liquid crystal properties, wherein X and Y may be composed of an alkyl group having 10 or less carbon atoms, an alkoxy group, or the like. By mixing several other single liquid crystals with this single liquid crystal, it becomes a highly elastic commercial liquid crystal which can be used.
본 발명의 실시예에 따라 고연신 배향막과 고탄성 액정을 매칭시킨 경우에는 일반 배향막과 일반 액정, 고연신 배향막과 일반 액정, 일반 액정과 고탄성 액정을 매칭시킨 각각의 경우보다 블랙 휘도의 개선 정도가 현저히 높다. According to an embodiment of the present invention, when the highly stretched alignment film and the high elastic liquid crystal are matched, the degree of improvement in black luminance is remarkably improved than in the respective cases in which the general alignment film and the general liquid crystal, the high stretching alignment film and the general liquid crystal, and the general liquid crystal and the high elastic liquid crystal are matched. high.
즉, 일반 액정에 배향막만 상기 값을 만족시키는 고연신 배향막으로 매칭시킨 경우나 일반 배향막에 액정만 상기 값을 만족시키는 고탄성 액정으로 매칭시킨 경우에도 블랙 휘도가 개선되기는 하나, 고연신 배향막과 고탄성 액정을 매칭시킨 경우보다 현저히 작은 개선 효과를 보인다. That is, black luminance is improved even when only an alignment layer is matched with a general liquid crystal with a high-stretch alignment layer that satisfies the above value, or when only a liquid crystal is matched with a general alignment layer with a high-elastic liquid crystal that satisfies the above value. It shows a significantly smaller improvement than the case of matching.
하기한 표는 일반 액정과 고탄성 액정 및 일반 고분자 배향막과 고탄성 고분자 배향막을 매칭시킨 실시예를 나타낸 것으로 각 경우에 대한 블랙 휘도의 개선 정도를 %로 나타내었다. The following table shows an example in which a general liquid crystal, a high elastic liquid crystal, a general polymer alignment layer and a high elastic polymer alignment layer are matched, and the degree of improvement of black luminance in each case is expressed in%.
비교예 1은 일반 배향막과 일반 액정을 매칭시킨 것이며, 비교예 2 내지 비교예 4는 고연신 배향막과 일반 액정을 매칭시킨 것이다. 그리고 비교예 5는 일반 배향막과 고탄성 액정을 매칭시킨 것이며, 실시예1은 고연신 배향막과 고탄성 액정을 매칭시킨 것이다.In Comparative Example 1, the general alignment film was matched with the general liquid crystal, and Comparative Examples 2 to 4 matched the high-stretch alignment film with the general liquid crystal. In Comparative Example 5, the general alignment film and the high elastic liquid crystal were matched, and Example 1 was the high stretching alignment film and the high elastic liquid crystal.
본 실시예에서는 고분자 배향막으로 폴리이미드를 사용하였다.In this embodiment, polyimide was used as the polymer alignment layer.
도 3은 비교예 1 내지 비교예 4를 그래프로 나타낸 것으로 배향막의 위상차 지연값에 대한 휘도의 개선 정도를 %로 나타낸 것이다. 이때, 비교예 1은 일반 액정에 일반 배향막을 매칭시킨 것으로 블랙 휘도의 기준값으로 설정하였다. FIG. 3 is a graph showing Comparative Examples 1 to 4 to show the degree of improvement in luminance with respect to the retardation delay value of the alignment layer in%. At this time, in Comparative Example 1, the general alignment film was matched with the general liquid crystal, and was set as a reference value of black luminance.
표 1과 도 3을 참조하면, 탄성계수가 5.8인 일반 액정과 위상차 지연값이 0.24nm, 0.29nm, 0.36nm로 커짐에 따라 블랙 휘도의 개선 정도는 7.7%, 8.7%, 9.7%로 점점 높아지므로, 연신의 정도가 커지면 블랙 휘도가 작아진다는 것을 확인할 수 있다. 여기서, 위상차 지연값이 0.24nm, 0.29nm, 0.36nm인 배향막은 경도가 각각 HB, B, 2B이다. 이는 고연신이 될수록 경도가 약해진다는 것을 뜻하며, 2B보다 경도가 작을 경우 러빙 불량(예를 들어, 배향막 뜯김 현상)이 나타난다.Referring to Table 1 and FIG. 3, the improvement in black luminance is gradually increased to 7.7%, 8.7%, and 9.7% as the general liquid crystal having an elastic modulus of 5.8 and the phase difference delay values are increased to 0.24 nm, 0.29 nm, and 0.36 nm. Therefore, it can be seen that as the degree of stretching increases, the black luminance decreases. Here, the alignment films whose phase difference delay values are 0.24 nm, 0.29 nm and 0.36 nm are HB, B and 2B, respectively. This means that the higher the draw, the weaker the hardness. If the hardness is less than 2B, rubbing defects (for example, the alignment film tearing phenomenon) appears.
표 1의 비교예 1 내지 비교예 4에 나타난 바와 같이 일반 액정에 고연신 배향막을 매칭시키는 경우 연신의 정도에 따라 휘도가 개선되는 효과가 있다. 상술한 바와 같이 고연신 배향막은 액정의 정렬도를 증가시키기 때문이다. As shown in Comparative Examples 1 to 4 of Table 1, when the high-stretched alignment film is matched to a general liquid crystal, luminance is improved according to the degree of stretching. It is because a high oriented oriented film increases the alignment degree of a liquid crystal as mentioned above.
또한, 비교예 5를 살펴보면 일반 폴리이미드 배향막을 사용하더라도 고탄성 액정을 매칭시키게 되면 블랙 휘도가 7.3% 개선되는 것을 알 수 있다.In addition, looking at Comparative Example 5, it can be seen that even when using a general polyimide alignment layer, the black luminance is improved by 7.3% when the high elastic liquid crystal is matched.
그런데, 상기한 비교예와 비교하여, 실시예 1에서와 같이 위상차 지연값이 0.36nm인 고연신폴리이미드 배향막에 탄성계수가 6.5pN인 고탄성 액정을 매칭시키면 블랙 휘도가 급격히 줄어들어 30.3% 개선되는 효과가 있음을 확인할 수 있다. However, as compared with the comparative example described above, when the highly elastic polyimide alignment layer having a phase difference delay value of 0.36 nm is matched with a high elastic liquid crystal having an elastic modulus of 6.5 pN as in Example 1, the black luminance is rapidly reduced to improve 30.3%. You can see that there is.
도 4는 비교예 1과 실시예1의 블랙 휘도값을 비교하여 도시한 그래프이다. 도면을 참조하면 비교예1의 블랙 휘도는 1.61cd/㎡이며 실시예1의 블랙 휘도는 1.12cd/㎡이다. 이는 배향막과 액정의 매칭에 따른 시너지 효과가 나타난 것으로, 고탄성 액정이 고연신 배향막에 의해 추가 정렬되는 효과에 의한 것이다. 4 is a graph illustrating comparison of black luminance values of Comparative Example 1 and Example 1. FIG. Referring to the drawings, the black luminance of Comparative Example 1 is 1.61 cd /
따라서, 일반 배향막에 고탄성 액정을 매칭하거나 고연신 배향막에 일반 액정을 매칭한 경우와 비교하여 블랙 휘도가 훨씬 개선되는 특징이 있다.Therefore, compared with the case where a high elasticity liquid crystal is matched with a general alignment film or a general liquid crystal is matched with a high stretched alignment film, the black brightness is much improved.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치는 고연신성 배향막과 고탄성 액정을 매칭함으로써 블랙 휘도를 개선시킬 수 있다. 블랙 휘도가 낮아지면 콘트라스트비가 커져 액정표시장치의 화상의 품질이 높아지는 효과가 있다. Therefore, the liquid crystal display according to the exemplary embodiment of the present invention can improve the black luminance by matching the high stretchable alignment layer with the high elastic liquid crystal. When the black luminance is lowered, the contrast ratio is increased, so that the quality of the image of the liquid crystal display device is increased.
본 발명에 대해서 구체적으로 기재된 설명은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 예를 들어 본 명세서의 설명은 수평전계방식의 액정표시장치를 바람직한 실시예로 설명하였으나 이에 한정되는 것은 아니며 필요에 따라 다른 방식의 액정표시장치에 적용할 수 있다.The detailed description of the invention should be construed as illustrative of preferred embodiments rather than as limiting the scope of the invention. For example, the description of the present specification describes a horizontal electric field type liquid crystal display device as a preferred embodiment, but is not limited thereto and may be applied to another type of liquid crystal display device as necessary.
따라서, 발명은 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위에 균등한 것에 의하여 정하여져야 할 것이다. Therefore, the invention should not be defined by the described embodiments, but should be defined by the claims and their equivalents.
전술한 바와 같이 본 발명은 액정표시장치의 블랙 휘도를 낮추어 고품질의 액정표시장치를 제공한다. 특히, 액정층을 이루는 액정과 액정의 초기 배향 각도를 결정하는 배향막과의 적절한 매칭(matching)을 통해 블랙 휘도를 낮추어 콘트라스 트비를 상승시켜 표시품질을 높인 액정표시장치를 제공한다.As described above, the present invention provides a high quality liquid crystal display device by lowering the black luminance of the liquid crystal display device. In particular, the present invention provides a liquid crystal display device having high display quality by increasing the contrast ratio by lowering black brightness through proper matching between the liquid crystal constituting the liquid crystal layer and the alignment layer for determining the initial alignment angle of the liquid crystal.
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