KR101517385B1 - 액정 표시 장치 - Google Patents

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KR101517385B1
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Abstract

저전압 구동 및 고속 응답속도를 구현할 수 있는 액정 표시 장치가 제공된다. 액정 표시 장치는, 제1 기판과, 제1 기판에 교차되어 형성되는 게이트 라인과 데이터 라인에 의해 정의되는 화소 영역에 형성된 화소 전극과, 화소 전극과 중첩하여 스토리지 커패시터를 형성하는 스토리지 전극과, 제1 기판과 이격되어 대향 배치된 제2 기판과, 제1 및 제2 기판 사이에 개재된 액정 조성물을 포함한다. 여기서, 액정 조성물은, 하기 화학식 (I)로 표시되는 제1 부류의 극성 액정 화합물과, 하기 화학식 (II), (III) 및 (IV) 중 적어도 하나로 표시되는 제2 부류의 극성 액정 화합물을 액정 조성물 총량 대비 각각 20wt%이하로 함유하고, 스토리지 전극은 데이터 라인과 평행하게 중첩되며, 스토리지 전극의 폭이 데이터 라인보다 폭보다 넓은 것이 바람직하다.
화학식 (I)
Figure 112008075215338-pat00001
화학식 (II)
Figure 112008075215338-pat00002
화학식 (III)
Figure 112008075215338-pat00003
화학식 (IV)
Figure 112008075215338-pat00004
(상기 화학식 (I), (II), (III) 및 (IV)에서 R1, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 탄소 원자수가 2 내지 15인 알킬기, 알콕시기, 또는 알케닐기이다.)
액정 표시 장치, TN 모드, 저소비전력, 고개구율

Description

액정 표시 장치{Liquid crystal display}
본 발명은 액정 조성물 및 이를 이용한 액정 표시 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 TN 모드 액정 조성물 및 이를 이용한 액정 표시 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치(Liquid Crystal Display; LCD)는 평판 표시 장치(Flat Panel Display) 중 하나로서, 전극이 형성되어 있는 두 장의 기판과 그 사이에 삽입되어 있는 액정층으로 이루어져, 전극에 전압을 인가하여 액정층의 액정 분자를 재배열시킴으로써 투과되는 광의 양을 조절하는 표시 장치다.
액정 표시 장치는 액정층의 액정 분자가 배열된 형태에 따라, TN 모드(Twisted Nematic mode), IPS 모드(In-Plane Switching mode) 및 VA 모드(Vertically Aligned mode) 등 다양한 형태로 분류할 수 있다.
최근의 액정 표시 장치는 대형화, 고정세, 고 CR(contrast ratio), 고 투과율, 광시야각, 저 소비 전력 및 경박 단소 등의 다양한 특성을 최적으로 만족시키는 방향으로 개발 중에 있다. 그 중에서도 특히 액정 표시 장치가 대형화 및 고정세에 따른 소비 전력의 증가와 이에 따른 발열문제가 이슈가 되고 있다.
보통 Monitor에 사용되는 액정은 비틀린 네마틱(이하 TN이라함) 구조이면서 유전율 이방성이 양인 액정이 사용되는데, 일반적으로 6V이하의 구동전압(AVDD는 12V이하임)으로 작동한다. 그러나, 본 발명의 액정 조성물이 적용되는 고개구율 및 고투과율의 구조의 비틀린 네마틱 모드(이하 TN 모드라 함)에 있어서는 기존의 통상적인 TN 모드 대비 개구율 및 투과율 면에서 증가하는 장점을 가지지만, 전술한 바와 같이 소비전력이 증가하고 구동 IC의 온도 상승에 의한 발열 문제가 발생하게 된다. 본 발명에서는 이러한 고개구율 및 고투과율의 구조에서 단점으로 지적되는 액정 표시 장치의 소비 전력 및 구동 IC 발열 증가 문제를 개선하고, 저전압 구동 및 고속 응답속도를 구현함을 목적으로 한다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는, 제1 표시판과, 상기 제1 표시판에 이격되어 대향 배치된 제2 표시판과, 상기 제1 표시판과 제2 표시판 사이에 개재된 액정 조성물을 포함한다. 여기서, 상기 액정 조성물은 하기 화학식 (I)로 표시되는 제1 부류의 극성 액정 화합물과, 하기 화학 식 (II), (III) 및 (IV) 중 적어도 하나로 표시되는 제2 부류의 극성 액정 화합물을 액정 조성물 총량 대비 각각 20wt%이하로 함유하는 것이 바람직하다.
화학식 (I)
Figure 112008075215338-pat00005
화학식 (II)
Figure 112008075215338-pat00006
화학식 (III)
Figure 112008075215338-pat00007
화학식 (IV)
Figure 112008075215338-pat00008
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치 는, 제1 기판과, 상기 제1 기판에 교차되어 형성되는 게이트 라인과 데이터 라인에 의해 정의되는 화소 영역에 형성된 화소 전극과, 상기 화소 전극과 중첩하여 스토리지 커패시터를 형성하는 스토리지 전극과, 상기 제1 기판과 이격되어 대향 배치된 제2 기판과, 상기 제1 및 제2 기판 사이에 개재된 액정 조성물을 포함한다. 여기서, 상기 액정 조성물은, 하기 화학식 (I)로 표시되는 제1 부류의 극성 액정 화합물과, 하기 화학식 (II), (III) 및 (IV) 중 적어도 하나로 표시되는 제2 부류의 극성 액정 화합물을 액정 조성물 총량 대비 각각 20wt%이하로 함유하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 스토리지 전극은 상기 데이터 라인과 평행하게 중첩되며, 상기 스토리지 전극의 폭이 상기 데이터 라인보다 폭보다 넓은 것이 바람직하다.
화학식 (I)
Figure 112008075215338-pat00009
화학식 (II)
Figure 112008075215338-pat00010
화학식 (III)
Figure 112008075215338-pat00011
화학식 (IV)
Figure 112008075215338-pat00012
상술한 본 발명의 액정 표시 장치와 같이 고개구율 및 고투과율 구조의 TN 모드 상의 액정 표시 장치에 저 전압 및 저 점도 액정 조성물을 채용함으로써, 데이터 라인과 스토리지 전극의 중첩구조에서 발생되는 소비 전력 증가 및 구동 IC의 발열 문제를 해결할 수 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알 려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 도 1 및 도 2를 참고하여, 본 발명의 실시예들에 따른 액정 표시 장치에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이다. 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ'을 따라 절단된 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 실시예들에 따른 액정 표시 장치는 제1 표시판(133), 제1 표시판(133)에 대향하여 배치된 제2 표시판(134) 및 제1 표시판(133)과 제2 표시판(134) 사이에 개재된 액정층(3)을 포함한다. 또한 액정 표시 장치는 제1 표시판(133) 및 제2 표시판(134)의 바깥쪽에 각각 순차적으로 배치된 보상 필름(210) 및 편광 필름(212)을 포함한다.
제1 표시판(133)은 제1 기판(10), 제1 기판(10) 위에 형성된 박막 트랜지스터(300), 박막 트랜지스터(300) 위에 형성된 보호막(70) 및 박막 트랜지스터(300)와 전기적으로 연결된 화소 전극(82)을 포함한다. 여기서 제1 기판(10)은 예컨대, 유리 등의 투명한 절연 물질일 수 있다.
박막 트랜지스터(300)는 제1 방향으로 배치된 게이트 라인(22)과 제1 방향과 수직으로 교차하는 제2 방향으로 게이트 라인(22)과 절연되어 교차 배치된 데이터 라인(62)이 교차하는 부분에 배치되며, 서로 인접하는 게이트 라인(22)과 데이터 라인(62)에 의해 각각의 화소 영역이 정의될 수 있다. 그리고, 게이트 라인(22)에 인가되는 게이트 신호에 따라, 데이터 라인(62)으로부터 제공되는 데이터 신호를 화소 전극(82)에 된다. 박막 트랜지스터(300)는 게이트 전극(326), 게이트 절연막(30), 반도체층(340), 저항성 접촉층(미도시), 소스 전극(365) 및 드레인 전극(366)을 포함한다.
게이트 전극(326)은 제1 기판(10) 위에 형성되며, 게이트 라인(22)으로부터 돌출되어 형성되며, 상기 박막 트랜지스터(300)에 게이트 신호를 인가하여 반도체층(340)의 전하 채널의 스위칭 역할을 한다. 게이트 라인(22) 및 게이트 전극(326)(이하 "게이트 배선"이라 함)은 예컨대, 알루미늄(Al)과 알루미늄 합금 등 알루미늄 계열의 금속, 은(Ag)과 은 합금 등 은 계열의 금속, 구리(Cu)와 구리 합금 등 구리 계열의 금속, 몰리브덴(Mo)과 몰리브덴 합금 등 몰리브덴 계열의 금속, 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta) 등으로 형성될 수 있다.
스토리지 배선(26)은 상기 게이트 배선(22, 326)과 동일한 물질로 제1 기판(10) 위에 게이트 배선(22)과 동일 층에 형성되거나, ITO 또는 IZO와 같은 투명 금속으로 게이트 배선(22)과 절연되어 게이트 배선(22)의 위 또는 아래에 형성될 수 있다. 도 1에 의하면 스토리지 배선(26)은 제1 스토리지 전극(261), 제2 스토리지 전극(262) 및 상기 제1 및 제2 스토리지 전극(261, 262)과 연결된 스토리지 라인(263)을 포함할 수 있다. 제1 스토리지 전극(261)과 제2 스토리지 전극(262)은 각각 도 1에 도시된 m번째 또는 m+1번째 데이터 라인(62)과 평행하게 제2 방향으로 연장되며, 상기 제1 및 제2 스토리지 전극(261, 262)의 폭이 상기 데이터 라인들(62)의 폭보다 크게 형성되어 데이터 라인(62)의 적어도 일부분을, 또는 데이터 라인(62)을 완전히 덮는 구조일 수 있다.
상기 스토리지 배선(26)에는 데이터 신호 전압의 기준이 되는 공통 전압이 인가될 수 있으며, 상기 제1 및 제2 스토리지 전극(261, 262)은 해당 화소 영역에 형성된 화소 전극(82)과 각각 중첩하여, 해당 화소 전극(82)에 충전된 전하량을 유지하는 역할을 하는 스토리지 커패시터의 일단의 전극 역할을 할 수 있다. 또한 게이트 온 신호가 게이트 오프 신호로 변경될 때 화소 전극(82)의 킥백 전압 강하를 억제하는 역할을 한다.
상기 실시예에서는 스토리지 배선(26)에 공통 전압이 인가되는 경우를 예로 들어 설명하고 있으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며 스토리지 배선(26)은 플로팅(floating)될 수 있다. 즉, 스토리지 배선(26)에 어떠한 전압이 인가되지 않더라도 공통 전압이 인가되는 경우와 실질적으로 동일한 작용 및 효과를 얻을 수 있다.
도 1 및 2에 의하면, 상기 제1 스토리지 전극(261)과 제2 스토리지 전극(262)은 화소 전극(82)을 제2 방향의 중심선을 기준으로 좌우측 경계부에 배치될 수 있으며 화소 전극(82)과 중첩할 수 있다. 상기 제1 및 제2 스토리지 전극(261, 262)과 화소 전극(82) 사이에는 게이트 절연막(30)과 보호막(70)이 개재되어 있어 스토리지 커패시터가 형성된다. 상기 스토리지 라인(263)은 제1 및 제2 스토리지 전극(261, 262)을 연결하는 부분으로 제1 표시판(133) 전체의 스토리지 배선(26)을 전기적으로 연결해 동일한 공통 전압을 인가하는 역할을 하며, 개구율을 고려하여 다양한 변형 구조가 가능할 수 있다.
한편, 게이트 절연막(30)은 게이트 전극(326) 또는 게이트 라인(22) 위에 형성된다. 게이트 절연막(30)은 예컨대, 질화 규소 또는 산화 규소 등의 절연 물질일 수 있다.
반도체층(340)은 게이트 절연막(30) 상에 형성되며, 수소화 비정질 규소(hydrogenated amorphous silicon) 또는 다결정 규소 등으로 이루질 수 있다. 도면에서는 반도체층(340)을 섬형으로 예시하였지만, 이에 한정하는 것은 아니며 선형 등 다양한 형태일 수 있다.
저항성 접촉층은 반도체층(340) 위에 형성되며, 반도체층(340)과 소스 전극(365) 및 반도체층(340)과 드레인 전극(366)의 전기적 저항을 낮추어 주는 역할을 한다. 저항성 접촉층은 예컨대, 실리사이드 또는 n형 도펀트가 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 등의 물질로 형성될 수 있다.
소스 전극(365) 및 드레인 전극(366)은 저항성 접촉층 위에 형성되며, 각각 데이터 라인(62) 및 화소 전극(82)과 전기적으로 연결된다. 여기서 소스 전극(365)은 반도체층(340)과 적어도 일부분이 중첩되어 형성되고, 드레인 전극(366)은 게이트 전극(326)을 중심으로 소스 전극(365)과 대향하며 반도체층(340)과 적어도 일부분이 중첩되어 형성될 수 있다.
보호막(70)은 제1 기판(10) 및 박막 트랜지스터(300) 위에 형성된다. 보호막(70)은 예컨대, 질화규소 또는 산화규소로 이루어진 무기물, 평탄화 특성이 우수하며 감광성(photosensitivity)을 가지는 유기물 또는 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)로 형성되는 a-Si:C:O, a-Si:O:F 등의 저유전율 절연 물질 등일 수 있다.
화소 전극(82)은 화소 영역 내에서 보호막(70) 위에 형성되며, 게이트 신호 에 따라 데이터 라인(62)으로부터 제공된 데이터 신호를 액정층(3)에 제공하는 역할을 한다. 화소 전극(82)은 보호막(70) 내에 형성된 컨택홀(72)을 통하여 드레인 전극(366)과 전기적으로 연결된다. 여기서 화소 전극(82)은 예컨대, 특히 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 IZO(Indium Zinc Oxide) 등의 투명 도전체 또는 알루미늄 등의 반사성 도전체로 형성될 수 있다.
또한 도면에는 도시하지 않았지만, 화소 전극(82) 위에는 액정층(3)을 배향할 수 있는 배향막이 형성될 수 있다.
도 2에 제2 표시판(134)은 제1 표시판(133)과 대향되어 배치되며, 제2 기판(96), 블랙 매트릭스(94), 색필터(98) 및 공통 전극(90)을 포함한다. 여기서 제2 기판(96)은 제1 기판(10)과 유사하게 유리 등의 투명한 절연 물질일 수 있다.
블랙 매트릭스(94)는 제2 기판(96) 위에 배치되며, 광이 새는 것을 방지하는 역할을 한다. 구체적으로 블랙 매트릭스(94)는 제1 표시판(133)의 게이트 라인(22), 데이터 라인(62) 및 박막 트랜지스터(300)의 일부를 덮도록 형성될 수 있다.
색필터(98)는 각 화소 전극(82)에 대응하여 제2 기판(96) 및 블랙 매트릭스(94)의 일부 위에 순차적으로 배열된다. 색필터(98)는 예컨대, 적색, 녹색, 청색 필터일 수 있다.
공통 전극(90)은 색필터(98) 및 블랙 매트릭스(94) 위에 형성되며, 화소 전극(82)과 함께 데이터 신호에 대응되는 전압을 액정층(3)에 인가한다. 여기서 공통 전극(90)은 다수의 화소에 대하여 일체형으로 형성될 수 있다.
또한 도면에는 도시하지 않았지만, 공통 전극(90) 위에는 액정층(3)을 배향하는 배향막이 형성될 수 있다.
편광 필름(212)은 제1 표시판(133) 및 제2 표시판(134)의 바깥쪽에 각각 배치되며, 광을 편광시키는 역할을 한다. 여기서 각 편광 필름(212)의 편광축(또는 투과축)은 서로 직교하도록 배치될 수 있다. 또한 각 편광 필름(212)의 편광축은 배향막의 러빙 방향과는 45˚ 또는 135˚를 이루도록 배치될 수 있다.
보상 필름(210)은 제1 표시판(133)과 편광필름(212) 또는 제2 표시판(134)과 편광 필름(212) 사이에 배치되며, 액정 표시 장치의 시야각을 향상시키는 역할을 한다. 보상 필름(210)은 예컨대, 디스코틱(discotic) 액정층을 하이브리드 배향시킨 액정 폴리머 보상 필름일 수 있다. 예컨대, 보상 필름(210)은 후지 필름사에서 제조한 WV 필름일 수 있다.
액정층(3)은 제1 표시판(133) 및 제2 표시판(134) 사이에 개재되며, 화소 전극(82) 및 공통 전극(90) 사이에 인가되는 전압에 따라 광 투과율을 변화시키는 역할을 한다.
본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치에는 도 2에 도시한 바와 같이 제1 및 제2 스토리지 전극(261, 262)과 m 및 m+1번째 데이터 라인(62)이 각각 게이트 절연막(30)을 사이에 두고 절연되어 있다.
상기 제1 및 제2 스토리지 전극(261, 262)의 폭이 상기 데이터 라인(62)의 폭과 상기 제2 기판(96)에 형성되는 블랙 매트릭스(94)의 폭보다 크게 형성되어 있어서 제1 기판(10)에 입사되는 광 중 화소 전극(82)과 데이터 라인(62)의 이격 부 분으로 진행하는 빛을 차광하는 역할을 할 수 있다. 상기 제1 및 제2 스토리지 전극(261, 262)의 구조로 인해 화소 영역 외로 진행하는 빛을 차단시키는 역할을 하는 블랙 매트릭스(94)의 폭을 줄일 수 있다. 또한, 제1 기판(10)과 제2 기판(96)의 합착 시 정렬 오차로 인하여 블랙 매트릭스(94)의 위치가 변동하는 경우 측면 빛샘 현상에 의한 불량이 발생할 수 있는데, 본 발명의 제1 및 제2 스토리지 전극(261, 262)의 구조를 채용하는 경우 이러한 정렬 오차로 인한 측면 빛샘 현상을 방지할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 블랙 매트릭스(94)의 정렬 오차를 고려할 필요가 없어지고, 블랙 매트릭스(94)의 폭을 감소시킬 수 있으며, 빛이 투과하는 화소 영역의 면적이 넓어지는 효과로 고 개구율 구조를 구현할 수 있다. 또한, 차광막 역할을 하는 제1 및 제2 스토리지 전극(261, 262)으로 인해 데이터 라인(62)과 화소 전극(82)의 이격 거리도 좁힐 수 있어 화소 영역의 개구 및 투과율을 증대시킬 수가 있다.
그러나, 상기 본 발명의 일 실시예에 따른 화소 구조에 있어서 데이터 라인(62)과 스토리지 전극(261, 262)은 서로 인접하게 배치되므로 데이터 라인(62)과 스토리지 전극(261, 262) 간에 기생 용량(Csd)이 발생될 수 있다. 상기 데이터 라인(62)에 인가되는 데이터 신호는 상기 기생 용량으로 인해 신호 지연이 발생되고, 신호 지연에 따른 데이터 라인(62)의 끝단에 위치한 화소 전극(82)의 충전 불량은 색빠짐 등의 액정 표시 장치의 표시 품질을 악화시킬 수가 있다.
따라서, 상기 신호 지연에 따른 표시 품질의 악화를 방지하기 위해서 노말리 화이트(normally white) 모드에서 외부 구동 IC 회로로부터 데이터 라인(62)에 인가되는 블랙 구동 전압(Vb)은 통상 6V보다 높은 고 전압이어야 하며, 블랙 구동 전압(Vb)의 상승은 액정 표시 장치의 소비 전력을 증가시킬 뿐만 아니라, 구동 IC 회로의 발열을 야기한다.
고개구율 및 고투과율 구조를 가지는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 있어 상기 언급한 문제점은 저 전압 구동에서도 표시 품질의 열화를 일으키지 않고, 저 구동 전압 및 고속 응답의 특성을 지니는 액정 조성물을 사용하여 해결할 수 있는 바, 이하 상기 액정 조성물의 조성 및 물성치 등에 관한 실시예에 대해 설명하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액정 조성물은 20 ~ 60 wt%의 극성 액정 화합물, 25 ~ 40 wt%의 비극성 액정 화합물, 및 나머지 평형 제재(balancing agent)를 포함할 수 있다. 상기 극성 액정 화합물은 유전율 이방성이 양인 액정일 수 있고, TN 모드에서는 상기 제1 기판(10)의 화소 전극(82)과 제2 기판(96)의 공통 전극(98) 간에 전압 인가 시, 극성 액정 화합물의 장축이 전계의 방향으로, 즉 제1 및 제2 기판(10, 96)에 거의 수직한 방향으로 배향된다.
상기 제1 표시판(133) 및 제2 표시판(134)에 개재되는 액정 조성물 중 극성 액정 화합물의 양은 액정 조성물의 총 중량 대비 20 ~ 60 wt%인 것이 바람직하다. 유전율 이방성이 큰 액정 화합물을 다량 사용하는 경우 외부에서 인가되는 블랙 구동 전압(Vb)의 크기를 감소시켜 액정 표시 장치의 소비 전력을 줄일 수 있다. 다만, 이 경우 액정 조성물의 극성이 증가하고 인가되는 전계의 영향을 크게 받아 액 정 조성물의 회전 점도를 증가시켜 액정의 응답속도를 증가시키는 원인이 된다. 따라서, 극성 액정 화합물의 중량비는 응답속도의 증가를 고려하여 60wt%이하인 것이 바람직하다. 반면, 상기 극성 액정 화합물을 극히 소량으로 사용하는 경우 블랙 구동 전압(Vb)이 크게 할 수 밖에 없고, 이는 소비 전력 급상승이라는 문제점을 발생시키므로, 최소한 액정 조성물 총량 대비 20wt% 이상을 포함하는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 극성 액정 화합물은 제1 부류의 극성 액정 화합물, 제2 부류의 극성 액정 화합물 및 제3 부류의 극성 액정 화합물을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 극성 액정 화합물은 하기 화학식 (I)으로 표시되는 제1 부류의 극성 액정 화합물을 액정 조성물 총량 대비 20wt%이하 포함할 수 있다.
화학식 (I)
Figure 112008075215338-pat00013
상기 식에서, R1은 탄소 원자수가 2 내지 15인 알킬기(alkyl group), 알콕시기(alkoxy group), 또는 알케닐기(alkenyl group)일 수 있다. 상기 화학식 (I)로 표시되는 극성 액정 화합물은 유전율 이방성 값이 다른 극성 액정 화합물보다 상대적으로 크기 때문에 소량이더라도 액정 조성물의 유전율 이방성에 기여하는 정도가 크다. 따라서, 그 중량비를 일정 한도 이내로 제한하여야 하며, 본 발명의 일 실시예의 의하면 액정 조성물 총량 대비 20wt%이하 포함하는 것이 바람직할 수가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 극성 액정 조성물은 유전율 이방성이 큰 하기 화학식 (II), (III) 및 (IV) 중 적어도 하나로 표시되는 제2 부류의 극성 액정 화합물을 액정 조성물 총량 대비 20wt%이하로 포함할 수 있다.
화학식 (II)
Figure 112008075215338-pat00014
화학식(III)
Figure 112008075215338-pat00015
화학식(IV)
Figure 112008075215338-pat00016
상기 화학식 (II), (III) 및 (IV)에서 R2, R3, 및 R4는 각각 독립적으로 탄소 원자수가 2 내지 15인 알킬기, 알콕시기, 또는 알케닐기일 수 있다. 상기 제2 부류의 액정 화합물은 유전율 이방성이 큰 값을 가지며, 소량으로도 액정 조성물 전체의 유전율 이방성이 크게 증가하게 되고 이에 따른 구동 전압의 크기를 낮출 수가 있어 고개구율 TN mode 구조에서 발생되는 소비 전력 증가 및 구동 IC 발열 문제를 해결할 수가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 극성 액정 화합물은 하기 화학식 (V)로 표시되는 제3 부류의 극성 액정 화합물을 포함할 수 있다.
화학식 (V)
Figure 112008075215338-pat00017
상기 화학식 (V)에서 R5는 탄소 원자수가 2 내지 15인 알킬기, 알콕시기, 또는 알케닐기일 수 있다.
이와 같이 제1, 2 및 3 부류의 극성 액정 화합물로 이루어진 극성 액정 화합물의 양은 액정 조성물의 총 중량 대비 20 ~ 60 wt%인 것이 바람직하다.
결과적으로 상기 극성 화합물들의 중량비 제한으로 얻을 수 있는 액정 조성물의 유전율 이방성(△ε)의 바람직한 값은 5.5 내지 7.5일 수 있으며, 이 경우 액정 표시 장치의 표시 품질을 유지하기 위해 인가되는 블랙 구동 전압(Vb)은 4.0V 내지 5.0V 일 수가 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 통상 모니터(Monitor)에 사용되는 TN 모드 액정에 인가되는 6V보다 낮은 전압으로 구동될 수 있다.
그러나, 전술하였듯이 극성 액정 화합물의 양을 증가시키면 액정 조성물의 회전 점도가 증가하게 되어 액정의 응답속도가 느려지게 되고, 결과적으로 응답속도 지연에 따른 잔상 또는 고속 동영상 재생 시 화면 끌림 현상 등의 액정 표시 장치의 표시 품질이 열화되는 문제점을 발생시킬 수가 있다. 이러한 문제점을 보완하기 위해서, 유전율 이방성이 극히 낮은 비극성 액정 화합물을 사용하여 액정 조성물의 회전 점도를 낮출 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 액정 조성물은 하기 화학식 (VI)으로 표시되는 비극성 액정 화합물을 액정 조성물 총량 대비 25 내지 40wt%로 포함할 수가 있다.
화학식 (VI)
Figure 112008075215338-pat00018
상기 R6, R6'는 각각 독립적으로 탄소 원자수가 2 내지 15인 알킬기, 알콕시기 또는 알케닐기일 수 있다.
상기 비극성 액정 화합물을 포함한 액정 조성물의 회전 점도는 고속 응답 속도 특성을 만족하기 위해서, 40 내지 60 mPa·s의 값을 가지는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액정 조성물은 극성 액정 화합물과 비극성 액정 화합물이 원활하게 섞이게 하는 평형 제재를 포함할 수 있다. 평형 제재는 하기 화학식 (VII) 및 (VIII) 중 적어도 하나로 표시될 수 있다.
화학식 (VII)
Figure 112008075215338-pat00019
화학식 (VIII)
Figure 112008075215338-pat00020
상기 화학식 (VII) 및 (VIII)에서 R7 및 R8은 각각 독립적으로 탄소 원자수가 2 내지 15인 알킬기, 알콕시기 또는 알케닐기일 수 있다.
기타 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 조성물의 특성은 시야각, 대비비, 투과율 및 응답속도 등의 액정 표시 장치의 표시 품질을 저하시키지 않는 범위내의 값을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액정 조성물의 피치는 30 내지 90um이고, 굴절율 이방성(△n)은 0.10 내지 0.15일 수 있고, 상기 제1 기판(10)과 제2 기판(96) 사이의 거리인 셀 갭(cell gap)은 수율 및 응답속도를 고려할 때 2.5 내지 4.0 um인 값을 가질 수 있다. 또한, 액정 조성물의 밴드(bend) 탄성 계수(K33) 에 대한 스플레이(splay) 탄성 계수(K11)의 비(K11/K33)의 값은 0.5 내지 1.2일 수 있으며, 상기 스플레이 탄성 계수(K11)와 밴드 탄성 계수(K33)는 각각 바람직하게는 10.0 내지 15.0과 11.0 내지 16.0일 수 있다.
표 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 극성 및 비극성 액정 화합물의 중량비를 달리한 액정 조성물의 물성치, 응답속도 및 액정 표시 장치의 상하 시야각의 대한 결과를 비교예 1과 비교예 2와 함께 나타내었다. 상기 비교예 1 및 2는 전술한 고개구율 및 고투과율 구조의 액정 표시 장치에서 사용되는 통상의 액정 조성물과 이를 포함하는 액정 표시 장치의 특성을 나타낸다.
[표 1]
비교예 1 실시예 1 실시예2 비교예 2 실시예 3 실시예 4
액정 피치
(㎛)		 70 70 70 55 55 55
유전율
이방성		 5.3 5.7 5.9 5.1 5.5 5.7
회전점도
(mPa·s)		 57 57 56 57 56 57
굴절율 0.115 0.114 0.115 0.117 0.116 0.116
셀 갭
(㎛)		 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5
Tni
(℃)		 74.5 74 73.5 74.2 74.4 74.6
응답속도
(ms)		 4.8 5.3 5.3 5.0 5.2 5.5
상/하
시야각(도)		 80/80 65/80 80/80 80/80 60/80 70/80
(상기 표 1에서 실시예 1 내지 실시예 4의 경우 블랙 구동 전압(Vb)이 4.8V이고, 비교예 1 및 2의 경우 블랙 구동 전압(Vb)이 5.5V이다. 상기 Tni는 액정 조성물의 네마틱상에서 등방성 물질로 변하는 전이온도를 말한다.)
표 1로부터 비교예 1 및 비교예 2와 대비하여 응답속도 및 시야각 특성이 가장 동등한 수준을 나타내는 것은 실시예 2임을 확인 할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 조성물을 이용하는 경우 낮은 구동 전압을 적용하더라고 높은 구동 전압을 적용하였을 때와 실질적으로 동등한 수준의 표시 특성을 얻을 수 있다.
도 3은 상기 실시예 2의 수직 및 수평 시야각 특성에 관한 것으로, 상하좌우 80도 이상의 양호한 시야각 특성을 보임을 알 수 있다.
또한 상기 실시예 2의 액정 조성물을 포함하는 액정 표시 장치에 구동 전압을 5V 인가했을 때와, 비교예 1의 액정 조성물을 포함하는 액정 표시 장치에 구동 전압을 6V 인가했을 때의 소비 전력 및 발열 특성을 측정한 결과를 도 4에 도시하였다. 도 4에 의하면, 구동 전압이 1V 정도 하강함에 따라 소비 전력과 발열 특성이 각각 29% 및 24%의 감소하는 결과를 보여, 고개구율 TN 모드 구조의 문제점인 고소비전력 및 이에 따른 구동 IC의 발열이 감소함을 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이고
도 2는 도 1의 V-V'선을 따라 잘라 도시한 단면도이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예의 시야각 특성을 나타내는 그래프이고,
도 4는 본 발명의 소비 전력 및 발열 특성을 나타내는 그래프이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
3: 액정층 10: 제1 기판
22: 게이트 라인 26: 스토리지 배선
30: 게이트 절연막 62: 데이터 라인
70: 보호막 72: 컨택홀
82: 화소 전극 90: 공통 전극
94: 블랙 매트릭스 96: 제2 기판
98: 색필터 133: 제1 표시판
134: 제2 표시판 210: 보상 필름
212: 편광 필름 261: 제1 스토리지 전극
262: 제2 스토리지 전극 263: 스토리지 라인
300: 박막 트랜지스터 326: 게이트 전극
340: 반도체층 365: 소스 전극
366: 드레인 전극

Claims (20)

  1. 제1 기판;
    상기 제1 기판에 교차되어 형성되는 게이트 라인과 데이터 라인에 의해 정의되는 화소 영역에 형성된 화소 전극;
    상기 화소 전극과 중첩하여 스토리지 커패시터를 형성하는 스토리지 전극;
    상기 제1 기판과 이격되어 대향 배치된 제2 기판; 및
    상기 제1 및 제2 기판 사이에 개재된 액정 조성물을 포함하되,
    상기 액정 조성물은, 제1 부류의 극성 액정 화합물과 제2 부류의 극성 액정 화합물을 각각 액정 조성물의 총량 대비 20wt%이하로 함유하고, 상기 제1 부류의 극성 액정 화합물은 하기 화학식 (I)로 표시되는 화합물들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하며, 상기 제2 부류의 극성 액정 화합물은 하기 화학식 (II) 및 (IV)로 표시되는 화합물들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하고,
    상기 스토리지 전극은 상기 데이터 라인과 평행하게 중첩되며, 상기 스토리지 전극의 폭이 상기 데이터 라인 폭보다 넓은 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
    화학식 (I)
    Figure 112014114549597-pat00027
    화학식 (II)
    Figure 112014114549597-pat00028
    화학식 (IV)
    Figure 112014114549597-pat00030
    (상기 화학식 (I), (II) 및 (IV)에서 R1, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 탄소 원자수가 2 내지 15인 알킬기, 알콕시기, 또는 알케닐기이다.)
  2. 제1 항에서,
    상기 액정 조성물은 하기 화학식 (V)으로 표시되는 제3 부류의 극성 액정 화합물을 더 포함하고,
    상기 제1 부류의 극성 액정 화합물, 상기 제2 부류의 극성 액정 화합물 및 상기 제3 부류의 극성 액정 화합물의 합이 액정 조성물 총량 대비 20wt% 내지 60wt%인 액정 조성물을 포함하는 액정 표시 장치.
    화학식 (V)
    Figure 112010020653854-pat00031
    (상기 화학식 (V)에서 R5은 탄소 원자수가 2 내지 15인 알킬기, 알콕시기, 또는 알케닐기이다.)
  3. 제2 항에서,
    상기 액정 조성물은 하기 화학식 (VI)로 표시되는 비극성 액정 화합물을 액정 조성물 총량 대비 25wt% 내지 40wt%로 더포함하는 액정 표시 장치.
    화학식 (VI)
    Figure 112010020653854-pat00032
    (상기 화학식 (VI)에서 R6 및 R6'는 각각 독립적으로 탄소 원자수가 2 내지 15인 알킬기, 알콕시기 또는 알케닐기이다.)
  4. 제1 항에서,
    상기 액정 조성물의 피치가 30 내지 90um인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  5. 제1 항에서,
    상기 액정 조성물의 굴절율 이방성(△n)은 0.10 내지 0.15이고, 상기 제1 및 제2 기판의 이격 거리로 정의되는 셀 갭이 2.5 내지 4.0um인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  6. 제1 항에서,
    상기 액정 조성물의 유전율 이방성(△ε)이 5.5 내지 7.5인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  7. 제1 항에서,
    상기 액정 조성물의 회전점도가 40mPa·s 내지 60mPa·s인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  8. 제1 항에서,
    상기 액정 조성물의 인가되는 블랙 구동 전압(Vb)이 4.0 내지 5.0 V인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  9. 제1 항에서,
    상기 액정 조성물의 밴드 탄성 계수(K33)에 대한 스플레이 탄성 계수(K11)의 비(K11/K33)가 0.5 내지 1.2인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  10. 제9 항에서,
    상기 액정 조성물에서 상기 스플레이 탄성 계수(K11)가 10.0 내지 15.0의 값을 가지고, 상기 밴드 탄성 계수(K33)가 11.0 내지 16.0인 값을 가지는 액정 표시 장치.
  11. 제1 기판;
    상기 제1 기판에 교차되어 형성되는 게이트 라인과 데이터 라인에 의해 정의되는 화소 영역에 형성된 화소 전극;
    상기 화소 전극과 중첩하여 스토리지 커패시터를 형성하는 스토리지 전극;
    상기 제1 기판과 이격되어 대향 배치된 제2 기판; 및
    상기 제1 및 제2 기판 사이에 개재된 액정 조성물을 포함하되,
    상기 액정 조성물은, 제1 부류의 극성 액정 화합물과 제2 부류의 극성 액정 화합물을 각각 액정 조성물의 총량 대비 20wt%이하로 함유하고, 상기 제1 부류의 극성 액정 화합물은 하기 화학식 (I)로 표시되는 화합물들로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하며, 상기 제2 부류의 극성 액정 화합물은 하기 화학식 (III)으로 표시되는 화합물들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상 및 하기 화학식 (II) 및 (IV)로 표시되는 화합물들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하고,
    상기 스토리지 전극은 상기 데이터 라인과 평행하게 중첩되며, 상기 스토리지 전극의 폭이 상기 데이터 라인 폭보다 넓은 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
    화학식 (I)
    Figure 112014114549597-pat00037
    화학식 (II)
    Figure 112014114549597-pat00038
    화학식 (III)
    Figure 112014114549597-pat00039
    화학식 (IV)
    Figure 112014114549597-pat00040
    (상기 화학식 (I), (II), (III) 및 (IV)에서 R1, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 탄소 원자수가 2 내지 15인 알킬기, 알콕시기, 또는 알케닐기이다.)
  12. 제1 기판;
    상기 제1 기판에 교차되어 형성되는 게이트 라인과 데이터 라인에 의해 정의되는 화소 영역에 형성된 화소 전극;
    상기 화소 전극과 중첩하여 스토리지 커패시터를 형성하는 스토리지 전극;
    상기 제1 기판과 이격되어 대향 배치된 제2 기판; 및
    상기 제1 및 제2 기판 사이에 개재된 액정 조성물을 포함하되,
    상기 액정 조성물은, 제1 부류의 극성 액정 화합물과 제2 부류의 극성 액정 화합물을 각각 액정 조성물의 총량 대비 20wt%이하로 함유하고, 상기 제1 부류의 극성 액정 화합물은 하기 화학식 (I)로 표시되는 화합물들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하며, 상기 제2 부류의 극성 액정 화합물은 하기 화학식 (II) 내지 (IV)로 표시되는 화합물들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하고, 유전율 이방성(△ε)이 5.5 내지 7.5 이며,
    상기 스토리지 전극은 상기 데이터 라인과 평행하게 중첩되며, 상기 스토리지 전극의 폭이 상기 데이터 라인 폭보다 넓은 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
    화학식 (I)
    Figure 112014114549597-pat00041
    화학식 (II)
    Figure 112014114549597-pat00042
    화학식 (III)
    Figure 112014114549597-pat00043
    화학식 (IV)
    Figure 112014114549597-pat00044
    (상기 화학식 (I), (II), (III) 및 (IV)에서 R1, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 탄소 원자수가 2 내지 15인 알킬기, 알콕시기, 또는 알케닐기이다.)
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