KR102092042B1 - 액정 표시 장치 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

표시 장치는 제1 기판, 상기 제1 기판에 대향하는 제2 기판, 및 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 제공된 액정층을 포함한다. 상기 액정층은 알케닐계 액정 및 산화 방지제와 이의 유도체를 포함하는 액정 조성물로 이루어진다. 상기 산화 방지제는 전체 액정 조성물 대비 0ppm 초과 10000ppm으로 함유될 수 있다. 액정 표시 장치는 제1 기판을 형성하고, 제2 기판을 형성하고, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에, 알케닐계 액정, 산화 방지제, 및 반응성 메조겐을 포함하는 액정 조성물을 형성하고, 상기 액정 조성물에 광을 제공하여 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 상에 각각 제1 및 제2 배향 형성층을 형성함으로써 제조될 수 있다.

Description

액정 표시 장치 및 이의 제조 방법{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}
본 발명은 액정 표시 장치 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 전압 유지비가 높고 결함이 감소된 액정 표시 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 액정 표시 장치는 액정층의 특성에 따라 트위스티드 네마틱형 액정 표시 장치, 수평 전계형 액정 표시 장치, 또는 수직 배향형 액정 표시 장치 등으로 구분된다.
상기 수직 배향형 액정 표시 장치는 전기장이 인가되지 않은 상태에서 소정 방향으로 배향되고 액정 분자들의 장축이 상기 기판면에 수직하게 배열된다. 이에 따라, 시야각이 넓고 콘트라스트 비가 크다.
상기 액정 분자들을 소정 방향으로 배향시키기 위한 방법으로는 러빙 방법이나 광 배향 방법 등이 있다. 상기 수직 배향형 액정 표시 장치에 있어서, 광 배향 방법 중 하나로 반응성 메조겐을 이용하여 상기 액정 분자들을 소정 방향으로 배향시킬 수 있다. 상기 반응성 메조겐은 미경화된 상태로 액정층에 포함되며 광이 조사되어 경화되는 단계를 거쳐 상기 액정 분자들을 배향시키게 된다.
본 발명의 목적은 액정의 변성이 방지된 고품질의 영상을 제공하는 액정 표시 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 액정 표시 장치를 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는 제1 기판, 상기 제1 기판에 대향하는 제2 기판, 및 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 제공된 액정층을 포함한다. 상기 액정층은 알케닐계 액정 및 산화 방지제와 이의 유도체를 포함하는 액정 조성물로 이루어진다. 본 발명의 일 실시예예 따르면 상기 산화 방지제 및 이의 유도체는 전체 액정 조성물 대비 0ppm 초과 약 10000ppm으로 함유될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면 상기 산화 방지제 및 이의 유도체는 전체 액정 조성물 대비 0ppm 초과 약 500ppm으로, 또는 20ppm 초과 200ppm으로 함유할 수 있다.
상기 알케닐계 액정은 전체 액정 조성물 100중량% 대비 20중량% 내지 60 중량%로 함유될 수 있다. 상기 액정 혼합물은 전체 액정 조성물 대비 40중량% 초과 65중량% 이하로 함유되는 알콕시계 액정, 및/또는 0 초과 15 중량% 이하의 터페닐계 액정을 더 포함할 수 있다.
상기 알케닐계 액정은 하기 군에서 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다.
Figure 112013007130313-pat00001
및
Figure 112013007130313-pat00002
여기서, 각 X는 독립적으로 탄소수가 1 내지 5인 알킬기이다.
상기 알콕시계 액정은 하기 군에서 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다.
Figure 112013007130313-pat00003
,
Figure 112013007130313-pat00004
,
Figure 112013007130313-pat00005
, 및
Figure 112013007130313-pat00006
여기서, 각 X 및 각 Y는 독립적으로 탄소수가 1 내지 5인 알킬기이다.
상기 터페닐계 액정은 하기 화학식을 가질 수 있다.
Figure 112013007130313-pat00007
여기서, 각 X 및 각 Y는 독립적으로 탄소수가 1 내지 5인 알킬기이다.
상기 산화 방지제는 알킬화 모노페놀, 알킬티오메틸페놀, 히드로퀴논 및 알킬화 히드로퀴논, 토코페롤, 히드록시화 티오디페닐 에테르, 알킬리덴비스페놀, O-, N- 및 S-벤질 화합물, 히드록시벤질화 말로네이트, 방향족 히드록시벤질 화합물, 벤질포스네이트, 아실아미노페놀, 1가 또는 다가 알코올, 1가 또는 다가 알코올과 β-(3,5-디-삼차부틸-4-히드록시페닐)-프로피온산의 에스테르, 1가 또는 다가 알코올과 β-(5-삼차부틸-4-히드록시-3-메틸페닐)-프로피온산의 에스테르, 1가 또는 다가 알코올과 β-(3,5-디시클로헥실-4-히드록시페닐)-프로피온산의 에스테르, 1가 또는 다가 알코올과 3,5-디-삼차부틸-4-히드록시페닐 아세트산의 에스테르, β-(3,5-디-삼차부틸-4-히드록시페닐)프로피온산의 아미드, 아스코르브산, 및 아민 산화 방지제로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다.
상기 액정 표시 장치는 제1 기판을 형성하고, 제2 기판을 형성하고, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에, 알케닐계 액정, 산화 방지제, 및 반응성 메조겐을 포함하는 액정 조성물을 형성하고, 상기 액정 조성물에 광을 제공하여 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 상에 각각 제1 및 제2 배향 형성층을 형성함으로써 제조될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 액정 표시 장치는 액정의 변성이 방지된다. 이에 따라, 화소의 전압 유지비의 감소가 방지되고, 액정의 변성에 의해 나타날 수 있는 결함들, 예를 들어, 얼룩, 선 잔상 및 면 잔상 등이 감소되거나 제거된다.
도 1은 복수의 화소를 갖는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 일부를 나타낸 평면도이다.
도 2는 도 1에 표시된 I-I'선에 따라 자른 액정 표시 장치의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치를 제조하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 4a와 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 있어서 배향막을 배향하는 방법을 도시한 단면도이다.
도 5에 본 발명의 일 실시예에 따른 반응성 메조겐의 UV 흡수 스펙트럼을 도시한 것이다.
도 6a 및 도 6c는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 있어서, 액정별 노광 시간에 따른 전압 유지비를 나타낸 그래프이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 있어서 각 액정별로 노광 시간에 따른 전압 유지비를 나타낸 그래프이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 있어서 각 액정별로 노광 시간에 따른 전압 유지비를 나타낸 그래프이다.
도 9는 일반적인 액정 표시 장치와 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 있어서 산화 방지제 함량에 따른 알데히드의 함량을 나타낸 그래프이다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 있어서 산화 방지제 함량에 따른 전압 유지비를 나타낸 그래프이다.
도 11a 내지 도 11e는 노광 후의 액정 조성물의 질량 분석 결과를 나타낸 것이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
도 1은 복수의 화소를 갖는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 일부를 나타낸 평면도이다.
도 2는 도 1에 표시된 I-I'선에 따라 자른 액정 표시 장치의 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 표시 장치는 제1 기판(SUB1)과, 상기 제1 기판(SUB1) 상에 제공된 제1 배향막(ALN1), 상기 제1 기판(SUB1)에 대향하는 제2 기판(SUB2), 상기 제2 기판(SUB2) 상에 제공된 제2 배향막(ALN2) 및 상기 제1 배향막 (ALN1)과 상기 제2 배향막(ALN2) 사이에 형성된 액정층(LCL)을 포함한다.
상기 제1 기판(SUB1)은 제1 베이스 기판(BS1), 복수의 게이트 라인들(GLn)과, 복수의 데이터 라인들(DLm), 복수의 화소들(PXL)을 포함한다.
여기서, 도 1 및 도 2 에서는 설명의 편의를 위하여, 다수의 게이트 라인들 중 n번째 게이트 라인(GLn)과 다수의 데이터 라인들 중 m번째 데이터 라인(DLm)과 함께 하나의 화소를 도시하였다. 그러나, 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치에 있어서, 나머지 화소들도 이와 유사한 구조를 가지며, 이하에서는 n번째 게이트 라인(GLn)과 m번째 데이터 라인(DLm)을 각각 데이터 라인과 데이터 라인으로 지칭한다.
상기 제1 베이스 기판(BS1)은 대략 사각 형상을 가지며 투명 절연 물질로 이루어진다.
상기 게이트 라인(GLn)은 상기 제1 베이스 기판(BS1) 상에 제1 방향(D1)으로 연장되어 형성된다. 상기 데이터 라인(DLm)은 상기 게이트 라인(GLn)과 게이트 절연막(GI)을 사이에 두고 상기 제1 방향(D1)에 교차하는 제2 방향(D2)으로 연장되어 제공된다. 상기 게이트 절연막(GI)은 상기 제1 베이스 기판(BS1)의 전면에 제공되며, 상기 게이트 라인(GLn)을 커버한다.
상기 각 화소(PXL)는 상기 게이트 라인들 중 대응하는 게이트 라인(GLn)과 상기 데이터 라인들 중 대응하는 데이터 라인(DLm)에 연결된다. 상기 각 화소(PXL)는 박막 트랜지스터(Tr)와 상기 박막 트랜지스터(Tr)에 연결된 화소 전극(PE), 및 스토리지 전극부를 포함한다. 상기 박막 트랜지스터(Tr)는 게이트 전극(GE), 게이트 절연막(GI), 반도체 패턴(SM), 소스 전극(SE), 및 드레인 전극(DE)을 포함한다. 상기 스토리지 전극부는 상기 제1 방향(D1)으로 연장된 스토리지 라인(SLn)과, 상기 스토리지 라인(SLn)으로부터 분기되어 상기 제2 방향(D2)으로 연장된 제1 및 제2 분기 전극(LSLn, RSLn)을 더 포함한다.
상기 게이트 전극(GE)은 상기 게이트 라인(GLn)으로부터 돌출되거나 상기 게이트 라인(GLn)의 일부 영역 상에 제공된다.
상기 게이트 전극(GE)은 금속으로 이루어질 수 있다. 상기 게이트 전극(GE)은 니켈, 크롬, 몰리브덴, 알루미늄, 티타늄, 구리, 텅스텐, 및 이들을 포함하는 합금으로 이루어질 수 있다. 상기 게이트 전극(GE)은 상기 금속을 이용한 단일막 또는 다중막으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 게이트 전극(GE)은 몰리브덴, 알루미늄, 및 몰리브덴이 순차적으로 적층된 삼중막이거나, 티타늄과 구리가 순차적으로 적층된 이중막일 수 있다. 또는 티타늄과 구리의 합금으로 된 단일막일 수 있다.
상기 반도체 패턴(SM)은 상기 게이트 절연막(GI)상에 제공된다. 상기 반도체층(SM)은 게이트 절연막(GI)을 사이에 두고 상기 게이트 전극(GE) 상에 제공된다. 상기 반도체 패턴(SM)은 일부 영역이 상기 게이트 전극(GE)과 중첩된다. 상기 반도체패턴(SM)은 상기 게이트 절연막(GI) 상에 제공된 액티브 패턴(미도시)과 상기 액티브 패턴 상에 형성된 오믹 콘택층(미도시)을 포함한다. 상기 액티브 패턴은 비정질 실리콘 박막으로 이루어질 수 있으며, 상기 오믹 콘택층은 n+ 비정질 실리콘 박막으로 이루어질 수 있다. 상기 오믹 콘택층은 상기 액티브 패턴과 상기 소스 전극(SE) 및 드레인 전극(DE) 사이를 각각 오믹 콘택(ohmic contact)시킨다.
상기 소스 전극(SE)은 상기 데이터 라인(DLm)에서 분지되어 제공된다. 상기 소스 전극(SE)은 상기 오믹 콘택층 상에 형성되며 일부 영역이 상기 게이트 전극(GE)과 중첩한다.
상기 드레인 전극(DE)은 상기 반도체 패턴(SM)을 사이에 두고 상기 소스 전극(SE)으로부터 이격되어 제공된다. 상기 드레인 전극(DE)은 상기 오믹 콘택층 상에 형성되며 일부 영역이 상기 게이트 전극(GE)과 중첩하도록 제공된다.
상기 소스 전극(SE)과 상기 드레인 전극(DE)은 니켈, 크롬, 몰리브덴, 알루미늄, 티타늄, 구리, 텅스텐, 및 이들을 포함하는 합금으로 이루어질 수 있다. 상기 소스 전극(SE)과 상기 드레인 전극(DE)은 상기 금속을 이용한 단일막 또는 다중막으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 소스 전극(SE)과 상기 드레인 전극(DE)은 티타늄과 구리가 순차적으로 적층된 이중막일 수 있다. 또는 티타늄과 구리의 합금으로 이루어진 단일막일 수 있다.
이에 따라 상기 소스 전극(SE)과 상기 드레인 전극(DE) 사이의 상기 액티브 패턴의 상면이 노출되며, 상기 게이트 전극(GE)의 전압 인가 여부에 따라 상기 소스 전극(SE)과 상기 드레인 전극(DE) 사이에서 전도 채널(conductive channel)을 이루는 채널부가 된다. 상기 소스 전극(SE)과 상기 드레인 전극(DE)은 상기 소스 전극(SE)과 상기 드레인 전극(DE) 사이의 이격되어 형성된 채널부를 제외한 영역에서 상기 반도체층(SM)의 일부와 중첩한다.
상기 화소 전극(PE)은 보호막(PSV)을 사이에 두고 상기 드레인 전극(DE)에 연결된다. 상기 화소 전극(PE)은 상기 스토리지 라인(SLn), 제1 및 제2 분기 전극(LSLn, RSLn)과 부분적으로 오버랩되어 스토리지 커패시터를 형성한다.
상기 보호막(PSV)은 상기 소스 전극(SE), 상기 드레인 전극(DE), 상기 채널부, 및 상기 게이트 절연막(GI)을 커버하며, 상기 드레인 전극(DE)의 일부를 노출하는 콘택홀(CH)을 갖는다. 상기 보호막(PSV)은 예를 들어, 실리콘 질화물이나, 실리콘 산화물을 포함할 수 있다.
상기 화소 전극(PE)은 상기 보호막(PSV)에 형성된 상기 콘택홀(CH)을 통해 상기 드레인 전극(DE)에 연결된다.
상기 화소 전극(PE)은 줄기부(PEa)와 상기 줄기부(PEa)로부터 방사형으로 돌출되어 연장된 복수의 가지부들(PEb)을 포함한다. 상기 줄기부(PEa) 또는 가지부들(PEa) 중 일부는 상기 드레인 전극(DE)과 상기 콘택홀(CH)을 통해 연결된다.
상기 줄기부(PEa)는 다양한 형상으로 제공될 수 있으며, 일 예로서 본 발명의 제1 실시예와 같이 십자 형상으로 제공될 수 있다. 이 경우 상기 화소(PXL)는 상기 줄기부(PEa)에 의해 복수의 도메인들로 구분되며, 상기 가지부들(PEb)은 각 도메인에 대응되어, 상기 각 도메인마다 서로 다른 방향으로 연장될 수 있다. 본 발명의 제1 실시예에서는 일 예로서 상기 화소가 제1 내지 제4 도메인들(DM1, DM2, DM3, DM4)로 이루어진 것을 도시하였다. 상기 복수의 가지부들(PEb)은 서로 인접한 가지부(PEb)와 만나지 않도록 이격되어 있으며, 상기 줄기부(PEa)에 의해 구분된 영역 내에서는 서로 평행한 방향으로 연장된다.
상기 가지부들(PEb)에 있어서, 인접한 서로 인접한 가지부들(PEb) 사이는 마이크로미터 단위의 거리로 이격되어 있으며, 이는 상기 액정층(LCL)의 액정 분자들을 상기 베이스 기판과 평행한 평면 상의 특정 방위각으로 정렬 시키기 위한 수단에 해당된다.
상기 화소 전극(PE)은 투명한 도전성 물질로 형성된다. 특히, 상기 화소 전극(PE)은 투명 도전성 산화물(Transparent Conductive Oxide)로 형성된다. 상기 투명 도전성 산화물은 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), ITZO(indium tin zinc oxide) 등이 있다.
상기 제1 배향막(ALN1)은 상기 액정층(LCL)의 액정 분자들을 프리틸트하기 위한 것으로 상기 화소 전극(PE) 상에 제공된다.
상기 제1 배향막(ALN1)은 상기 화소 전극(PE) 상에 제공된 제1 초기 배향막(PAL1) 및 상기 제1 초기 배향막(PAL1) 상에 제공된 제1 배향 형성층(PTL1)을 포함한다.
상기 제1 초기 배향막(PAL1)은 폴리이미드나 폴리아믹산과 같은 고분자로 이루어질 수 있다. 상기 제1 초기 배향막(PAL1)은 러빙 방법이나 광 배향 방법을 이용하여 초기 배향될 수 있다.
상기 제1 배향 형성층(PTL1)은 중합된 반응성 메조겐을 포함하며, 상기 제1 배향막(ALN1) 중 실질적으로 상기 액정 분자들을 프리틸트시키는 부분이다. 상기 '반응성 메조겐(reactive mesogen)' 이라는 용어는 광경화 입자들, 즉 광가교성 저분자 또는 광가교성 고분자 공중합체를 지칭하며, 특정 파장의 광, 예를 들어 자외선이 인가되면 중합 반응 등의 화학 반응을 일으킨다. 상기 반응성 메조겐은, 예를 들어, 아크릴레이트기, 메타크릴레이트기, 에폭시기, 옥세탄기, 비닐-에테르기, 스티렌기, 또는 티오렌기 등으로 이루어질 수 있으며, 상기 중합 반응에 의해 일부가 가교되어 상기 액정 분자들을 상기 제1 또는 제2 기판의 일 면에 대해 소정 경사각을 갖도록 프리 틸트시킨다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 반응성 메조겐은 하기 화학식 1로 나타내는 화합물일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 반응성 메조겐은 탄소수 1 내지 18개의 알리파틱 알킬기를 포함하는 비닐기(alkylated vinyl group) 또는 탄소수 1 내지 18개의 알리파틱 알킬기를 포함하는 신나모일기(alkylated cinnamoyl group) 중 적어도 하나일 수 있다.
예를 들어, 상기 반응성 메조겐은
Figure 112013007130313-pat00008
(n은 1 내지 18, X1는 알킬기(alkyl), 에테르기(ether; -O-), 또는 에스테르기(ester;-COO-), Y1는 메틸기(methyl) 또는 수소) 또는
Figure 112013007130313-pat00009
(n은 1 내지 18, X2는 메틸기, 에테르기, 에스테르기, 페닐기(phenyl), 시클로헥실기(cyclohexyl), 또는 페닐에스테르기(phenylester), Y2는 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 페닐기, 비페닐기(biphenyl), 시클로헥실기, 비시클로헥실기(bicyclohexyl), 또는 페닐시클로헥실기(phenylcyclohexyl) 중 적어도 하나일 수 있다.
상기 제1 기초 배향막(PAL1) 및 상기 제1 배향 형성층(PTL1)은 상기 화소 전극(PE)의 제1 내지 제4 도메인들(DM1, DM2, DM3, DM4)에 대응하여 배향된 복수의 영역들로 이루어진다. 본 발명의 제1 실시예에서는 일 예로서 제1 내지 제4 영역으로 이루어지며, 상기 액정 분자들은 상기 제1 내지 제4 영역에 대응하는 도메인들(DM1, DM2, DM3, DM4)에서 서로 다른 방향으로 배향된다.
상기 제2 기판(SUB2)은 제2 절연 기판(INS2), 컬러 필터층(CF), 및 블랙 매트릭스(BM)을 포함한다.
상기 컬러 필터(CF)은 상기 제2 베이스 기판(BS2) 상에 형성되며, 상기 액정층(LCL)을 투과하는 광에 색을 제공한다. 여기서, 본 발명의 제1 실시예에서는 상기 컬러 필터(CF)이 제2 기판(SUB2)에 형성된 것을 개시하였으나 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 다른 실시예에서는 상기 컬러 필터(CF)이 상기 제2 기판(SUB2)이 아닌 상기 제1 기판(SUB1)에 제공될 수 있다.
상기 블랙 매트릭스(BM)는 상기 어레이 기판의 차광 영역에 대응하여 형성된다. 상기 차광 영역은 상기 데이터 라인(DLm), 박막 트랜지스터(Tr), 및 상기 게이트 라인(GLn)이 형성된 영역으로 정의될 수 있다. 상기 차광 영역에는 통상적으로 화소 전극(PE)이 형성되지 않으므로, 액정 분자들이 배향되지 않아 빛샘이 발생할 수 있다. 따라서, 상기 블랙 매트릭스(BM)는 상기 차광 영역에 형성되어 상기 빛샘을 차단한다.
상기 공통 전극(CE)은 상기 컬러 필터(CF) 상에 형성되며, 상기 화소 전극(PE) 함께 전계를 형성함으로써 상기 액정층(LCL)을 구동한다. 상기 공통 전극(CE)은 투명 도전성 물질로 형성될 수 있다. 상기 공통 전극(CE)은 상기 공통 전극(CE)은 예를 들어, ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), ITZO(indium tin zinc oxide) 등의 도전성 금속 산화물로 형성될 수 있다.
상기 제2 배향막(ALN2)은 상기 액정층(LCL)의 액정 분자들을 프리틸트하기 위한 것으로 상기 공통 전극(CE) 상에 제공된다.
상기 제2 배향막(ALN2)은 상기 공통 전극(CE) 상에 제공된 제2 초기 배향막(PAL2) 및 상기 제2 초기 배향막(PAL2) 상에 제공된 제2 배향 형성층(PTL2)을 포함한다.
상기 제2 배향 형성층(PTL2)은 상기 제1 배향 형성층(PTL1)과 동일한 물질 또는 상기 제1 배향 형성층(PTL1)과 서로 다른 물질로 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 배향막(ALN1) 및 상기 제2 배향막(ALN2)은 모두 초기 배향막과 배향 형성층을 포함하도록 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 제1 배향막(ALN1) 및/또는 상기 제2 배향막(ALN2)이 일반적인 단일 배향층으로 형성될 수 있다.
상기 제1 기판(SUB1)과 상기 제2 기판(SUB2) 사이에는 액정 분자들을 포함하는 상기 액정층(LCL)이 제공된다. 상기 액정층(LCL)은 음의 유전율 이방성을 가질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 양의 유전율 이방성을 가질 수 있다.
상기 액정층(LCL)은 알케닐계 액정, 산화 방지제, 및 상기 산화 방지제의 유도체를 포함을 포함하는 액정 조성물로 이루어진다. 상기 액정 조성물은 상기 알케닐계 액정 이외에도 알콕시계 액정, 터페닐계 액정, 및 상기 알케닐계나 알콕시계 및 터페닐계 액정을 제외한 기타 액정이 더 포함될 수 있다.
상기 알케닐계 액정은 전체 액정 조성물 100중량% 대비 20중량% 내지 60 중량%로 상기 액정 조성물에 함유될 수 있다. 상기 알케닐계 액정은 저점도 중성 액정일 수 있으며, 다른 액정에 비해 상대적으로 저점도 특성을 갖기 때문에 고속 응답 속도를 나타낼 수 있다. 상기 알케닐계 액정은 하기 화학식 1로 표시된 액정에서 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112013007130313-pat00010
및
Figure 112013007130313-pat00011
여기서, 각 X는 독립적으로 탄소수가 1 내지 5인 알킬기이다.
상기 알콕시계 액정은 전체 액정 조성물 100중량% 대비 40중량% 초과 65중량% 이하로 상기 액정 조성물에 함유될 수 있다. 상기 알콕시계 액정은 저점도 극성 액정일 수 있으며, 다른 액정에 비해 상대적으로 저점도 특성을 갖기 때문에 고속 응답 속도를 나타낼 수 있다. 상기 알콕시계 액정은 하기 화학식 2로 표시된 액정에서 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112013007130313-pat00012
,
Figure 112013007130313-pat00013
,
Figure 112013007130313-pat00014
, 및
Figure 112013007130313-pat00015
여기서, 각 X 및 각 Y는 독립적으로 탄소수가 1 내지 5인 알킬기이다.
상기 터페닐계 액정은 전체 액정 조성물 100중량% 대비 0 초과 15 중량% 이하로 상기 액정 조성물에 함유될 수 있다. 상기 터페닐계 액정은 하기 화학식 3으로 표시될 수 있다.
[화학식 3]
Figure 112013007130313-pat00016
여기서, 각 X 및 각 Y는 독립적으로 탄소수가 1 내지 5인 알킬기이다.
상기 터페닐계 액정과 별개로, 하기 화학식 4의 쿼터페닐 액정을 더 포함할 수 있다. 상기 쿼터페닐 액정은 0 이상 5중량% 이하로 상기 액정 조성물에 함유될 수 있다.
[화학식 4]
Figure 112013007130313-pat00017
여기서, X는 탄소수가 1 내지 5인 알킬기이다.
상기 산화 방지제는 액정 표시 장치의 광 특성을 저해하지 않으면서도, 액정 표시 장치의 제조 공정 중이나 그 이후에 발생할 수 있는 상기 알케닐 액정 또는 알콕시 액정의 산화를 방지한다. 즉, 상기 산화 방지제는 빛, 열, 및 개시제에 의한 알케닐계 및 알콕시계 액정들의 일차적인 산화를 방지한다.
상기 산화 방지제의 유도체는 상기 산화 방지제가 상기 알케닐 액정 또는 알콕시 액정의 산화를 방지하는 과정에서 부산물로서 나온 중간체 또는 결과물 등을 의미한다.
상기 산화 방지제는 상기 전체 액정 조성물 대비 약 0ppm 이상 약 1000ppm의 농도로 상기 액정 조성물 내에 함유될 수 있으며, 상기 산화 방지제와 이의 유도체 전체는 0ppm 초과 약 10000ppm의 농도로 상기 액정 조성물 내에 함유된다.
상기 산화 방지제는 알킬화 모노페놀, 알킬티오메틸페놀, 히드로퀴논 및 알킬화 히드로퀴논, 토코페롤, 히드록시화 티오디페닐 에테르, 알킬리덴비스페놀, O-, N- 및 S-벤질 화합물, 히드록시벤질화 말로네이트, 방향족 히드록시벤질 화합물, 벤질포스네이트, 아실아미노페놀, 1가 또는 다가 알코올, 1가 또는 다가 알코올과 β-(3,5-디-삼차부틸-4-히드록시페닐)-프로피온산의 에스테르, 1가 또는 다가 알코올과 β-(5-삼차부틸-4-히드록시-3-메틸페닐)-프로피온산의 에스테르, 1가 또는 다가 알코올과 β-(3,5-디시클로헥실-4-히드록시페닐)-프로피온산의 에스테르, 1가 또는 다가 알코올과 3,5-디-삼차부틸-4-히드록시페닐 아세트산의 에스테르, β-(3,5-디-삼차부틸-4-히드록시페닐)프로피온산의 아미드, 아스코르브산, 및 아민 산화 방지제로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다.
상기 산화 방지제의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
(1) 알킬화 모노페놀, 예를들어 2,6-디-삼차부틸-4-메틸페놀, 2-삼차부틸-4,6-디메틸페놀, 2,6-디-삼차부틸-4-에틸페놀, 2,6-디-삼차부틸-4-n-부틸페놀, 2,6-디-삼차부틸-4-이소부틸페놀, 2,6-디-시클로펜틸-4-메틸페놀, 2-(α-메틸시클로헥실)-4,6-디메틸페놀, 2,6-디-옥타데실-4-메틸페놀, 2,4,6-트리시클로헥실페놀, 2,6-디-삼차부틸-4-메톡시메틸페놀, 직쇄 또는 측쇄에서 분지된 노닐페놀 예컨대, 2,6-디-노닐-4-메틸페놀, 2,4-디메틸-6-(1'-메틸-운데크-1'-일)-페놀, 2,4-디메틸-6-(1'-메틸-헵타데크-1'-일)-페놀, 2,4-디메틸-6-(1'-메틸트리데크-1'-일)-페놀 및 이들의 혼합물.
(2) 알킬티오메틸페놀, 예를들어 2,4-디-옥틸티오메틸-6-삼차부틸페놀, 2,4-디-옥틸티오메틸-6-메틸페놀, 2,4-디옥틸티오메틸-6-에틸페놀, 2,6-디-도데실티오메틸- 4-노닐페놀.
(3) 히드로퀴논 및 알킬화 히드로퀴논, 예를들어 2,6-디-삼차부틸-4-메톡시페놀, 2,5-디-삼차부틸-히드로퀴논,2,5-디-삼차아밀히드로퀴논, 2,6-디페닐-4-옥타데실옥시페놀, 2,6-디-삼차부틸-히드로퀴논, 2,5-디-삼차부틸-4-히드록시아니솔, 3,5-디-삼차부틸-4-히드록시아니솔, 3,5-디-삼차부틸-4-히드록시페닐 스테아레이트, 비스(3,5-디-삼차부틸-4-히드록시페닐)아디페이트.
(4) 토코페롤, 예를 들어 α-토코페놀, β-토코페놀, γ-토코페놀, δ-토코페놀 및 이들의 혼합물 (비타민 E)
(5) 히드록시화 티오디페닐 에테르, 예를들어 2,2'-티오비스(6-삼차부틸-4-메틸페놀), 2,2'-티오비스(4-옥틸페놀), 4,4'-티오비스(6-삼차부틸-3-메틸페놀), 4,4'-티오비스(6-삼차부틸-2-메틸페놀), 4,4'-티오비스(3,6-디-이차아밀페놀), 4,4'-비스(2,6-디메틸-4-히드록시페닐)디술피드.
(6) 알킬리덴비스페놀, 예를들어 2,2'-메틸렌비스(6-삼차부틸-4-메틸페놀), 2,2'-메틸렌비스(6-삼차부틸-4-에틸페놀), 2,2'-메틸렌비스[4-메틸-6-(α-메틸시클로헥실)-페놀], 2,2'-메틸렌비스(4-메틸-6-시클로헥실페놀),2,2'-메틸렌비스(6-노닐-4-메틸페놀), 2,2'-메틸렌비스(4,6-디-삼차부틸페놀), 2,2'-에틸리덴비스(4,6-디-삼차부틸페놀), 2,2'-에틸리덴비스(6-삼차부틸-4-이소부틸페놀), 2,2'-메틸렌비 스[6-(α-메틸벤질)-4-노닐페놀],2,2'-메틸렌비스[6-(α,α-디메틸벤질)-4-노닐페놀], 4,4'-메틸렌비스(2,6-디-삼차부틸페놀), 4,4'-메틸렌비스(6-삼차부틸-2-메틸페놀), 1,1-비스(5-삼차부틸-4-히드록시-2-메틸페닐)부탄, 2,6-비스(3-삼차부틸-5-메틸-2-히드록시벤질)-4-메틸페놀, 1,1,3-트리스(5-삼차부틸-4-히드록시-2-메틸페닐)부탄, 1,1-비스(5-삼차부틸-4-히드록시-2-메틸-페닐)-3-n-도데실머캅토부탄, 에틸렌 글리콜비스[3,3-비스(3'-삼차부틸-4'-히드록시페닐)부티레이트], 비스(3-삼차부틸-4-히드록시-5-메틸-페닐)디시클로펜타디엔, 비스[2-(3'-삼차부틸-2'-히드록시-5'-메틸벤질)-6-삼차부틸-4-메틸페닐]테레프탈레이트, 1,1-비스-(3,5-디메틸-2-히드록시페닐)부탄, 2,2-비스(3,5-디-삼차부틸-4-히드록시페닐)-프로판, 2,2-비스 (5-삼차부틸-4-히드록시-2-메틸페닐)-4-n-도데실머캅토부탄, 1,1,5,5-테트라(5-삼차부틸-4-히드록시-2-메틸페닐)펜탄.
(7) O-, N- 및 S-벤질 화합물, 예를들어 3,5,3',5'-테트라-삼차부틸-4,4'-디히드록시-디벤질 에테르, 옥타데실-4-히드록시-3,5-디메틸벤질머캅토아세테이트, 트리데실-4-히드록시-3,5-디-삼차부틸벤질머캅토아세테이트, 트리스(3,5-디-삼차부틸-4-히드록시벤질)아민,비스(4-삼차부틸-3-히드록시-2,6-디메틸벤질)디티오테레프탈레이트, 비스(3,5-디-삼차부틸-4-히드록시벤질)술피드, 이소옥틸-3,5-디-삼차부틸-4-히드록시벤질 머캅토아세테이트.
(8) 히드록시벤질화 말로네이트, 예를들어 디옥타데실-2,2-비스(3,5-디-삼차부틸-2-히드록시벤질)말로네이트,디-옥타데실-2-(3-삼차부틸-4-히드록시-5-메틸벤질)-말로네이트, 디-도데실머캅토에틸-2,2-비스(3,5-디-삼차부틸-4-히드록시벤질)말로네이트, 비스-[4-(1,1,3,3-테트라메틸부틸)페닐]-2,2-비스(3,5-디-삼차부틸-4-히드록시벤질)말로네이트.
(9) 방향족 히드록시벤질 화합물, 예를들어 1,3,5-트리스(3,5-디-삼차부틸-4-히드록시벤질)-2,4,6-트리메틸벤젠, 1,4-비스(3,5-디-삼차부틸-4-히드록시벤질)-2,3,5,6-테트라메틸벤젠, 2,4,6-트리스(3,5-디-삼차부틸-4-히드록시벤질)페놀.
(10) 트리아진 화합물, 예를들어 2,4-비스(옥틸머캅토)-6-(3,5-디-삼차부틸-4-히드록시아닐리노)-1,3,5-트리아진, 2-옥틸머캅토-4,6-비스(3,5-디-삼차부틸-4-히드록시아닐리노)-1,3,5-트리아진, 2-옥틸머캅토-4,6-비스(3,5-디-삼차부틸-4-히드록시페녹시)-1,3,5-트리아진, 2,4,6-트리스(3,5-디-삼차부틸-4-히드록시페녹시)-1,2,3-트리아진, 1,3,5-트리스(3,5-디-삼차부틸-4-히드록시벤질)이소시아누레이트, 1,3,5-트리스(4-삼차부틸-3-히드록시-2,6-디메틸벤질)이소시아누레이트, 2,4,6-트리스(3,5-디-삼차부틸-4-히드록시페닐에틸)-1,3,5-트리아진, 1,3,5-트리스(3,5-디-삼차부틸-4-히드록시페닐프로피오닐)헥사히드로-1,3,5-트리아진, 1,3,5-트리스 (3,5-디시클로헥실-4-히드록시벤질)이소시아누레이트.
(11) 벤질 포스포네이트, 예를들어 디메틸-2,5-디-삼차부틸-4-히드록시벤질 포스포네이트, 디에틸-3,5-디-삼차부틸-4-히드록시벤질포스포네이트, 디옥타데실-3,5-디-삼차부틸-4-히드록시벤질포스포네이트, 디옥타데실-5-삼차부틸-4-히드록시-3-메틸벤질포스포네이트, 3,5-디-삼차부틸-4-히드록시벤질-포스폰산의 모노에틸 에스테르의칼슘 염.
(12) 아실아미노페놀, 예를들어 4-히드록시라우르아닐리드, 4-히드록시스테아르아닐리드, 옥틸 N-(3,5-디-삼차부틸-4-히드록시페닐)카바메이트.
(13) 1가 또는 다가 알코올과 β-(3,5-디- 삼차부틸 -4- 히드록시페닐 )-프로피온산의 에스테르, 상기 1가또는 다가 알코올은, 예컨대 메탄올, 에탄올, n-옥탄올, i-옥탄올, 옥타데칸올, 1,6-헥산디올, 1,9-노난디올, 에틸렌 글리콜, 1,2-프로판디올, 네오펜틸 글리콜, 티오디에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 펜타에리트리톨, 트리스(히드록시에틸)이소시아누레이트, N,N'-비스(히드록시에틸)옥사미드, 3-티아운데칸올, 3-티아펜타데칸올, 트리메틸헥산디올, 트리메틸올프로판, 4-히드록시메틸-1-포스파-2,6,7-트리옥사비시클로[2.2.2]옥탄.
(14) 1가 또는 다가 알코올과 β-(5- 삼차부틸 -4-히드록시-3- 메틸페닐 )-프로피온산의 에스테르, 상기 1가 또는 다가 알코올은, 예를들어 메탄올, 에탄올, n-옥탄올, i-옥탄올, 옥타데칸올, 1,6-헥산디올, 1,9-노난디올, 에틸렌 글리콜, 1,2-프로판디올, 네오펜틸 글리콜, 티오디에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 펜타에리트리톨, 트리스(히드록시에틸)이소시아누레이트, N,N'-비스(히드록시에틸)옥사미드, 3-티아운데칸올, 3-티아펜타데칸올, 트리메틸헥산디올, 트리메틸올프로판, 4-히드록시메틸-1-포스파-2,6,7-트리옥사비시클로-[2.2.2]옥탄, 3,9-비스[2-{3-(3-삼차부틸-4-히드록시-5-메틸페닐)프로피오닐옥시}-1,1-디메틸에틸]-2,4,8,10-테트라옥사스피로[5.5]-운데칸.
(15) 1가 또는 다가 알코올과 β-(3,5- 디시클로헥실 -4- 히드록시페닐 )-프로피온산의 에스테르, 상기 1가 또는 다가 알코올은, 예를들어 메탄올, 에탄올, 옥탄올, 옥타데칸올, 1,6-헥산디올, 1,9-노난디올, 에틸렌 글리콜, 1,2-프로판디올, 네오펜틸 글리콜, 티오디에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜,펜타에리트리톨, 트리스(히드록시에틸)이소시아누레이트, N,N'-비스(히드록시에틸)옥사미드, 3-티아운데칸올,3-티아펜타데칸올, 트리메틸헥산디올, 트리메틸올프로판, 4-히드록시메틸-1-포스파-2,6,7-트리옥사비시클로-[2.2.2]옥탄.
(16) 1가 또는 다가 알코올과 3,5-디- 삼차부틸 -4- 히드록시페닐 아세트산의 에스테르, 상기 1가 또는 다가 알코올은, 예를들어 메탄올, 에탄올, 옥탄올, 옥타데칸올, 1,6-헥산디올, 1,9-노난디올, 에틸렌 글리콜, 1,2-프로판디올, 네오펜틸 글리콜, 티오디에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜,펜타에리트리톨, 트리스(히드록시에틸)이소시아누레이트, N,N'-비스(히드록시에틸)옥사미드, 3-티아운데칸올,3-티아펜타데칸올, 트리메틸헥산디올, 트리메틸올프로판, 4-히드록시메틸-1-포스파-2,6,7-트리옥사비시클로-[2.2.2]옥탄.
(17) β-(3,5-디- 삼차부틸 -4- 히드록시페닐 )프로피온산의 아미드, 예를들어 N,N'-비스(3,5-디-삼차부틸-4-히드록시페닐프로피온산)헥사메틸렌디아미드, N,N'-비스(3,5-디-삼차부틸-4-히드록시페닐피로피오닐)트리메틸렌디아미드, N,N'-비스(3,5-디-삼차부틸-4-히드록시페닐프오피오닐)히드라지드, N,N'-비스[2-3-[3,5-디-삼차부틸-4-히드록시페닐]프로피오닐옥시)에틸]옥사미드 (Naugard®XL-1, 유니로얄사 공급).
(18) 아스코르브산 (비타민 C)
(19) 아민 산화 방지제, 예컨대 N,N'-디-이소프로필-p-페닐렌디아민, N,N'-디-이차부틸-p-페닐렌디아민, N,N'-비스(1,4-디메틸펜틸)-p-페닐렌디아민, N,N'-비스(1-에틸-3-메틸펜틸)-p-페닐렌디아민, N,N'-비스(1-메틸헵틸)-p-페닐렌디아민, N,N'-디시클로헥실-p-페닐렌디아민, N,N'-디페닐-p-페닐렌디아민, N,N'-비스(2-나프틸)-p-페닐렌디아민, N-이소프로필-N'-페닐-p-페닐렌디아민, N-(1,3-디메틸부틸)-N'-페닐-p-페닐렌디아민, N-(1-메틸헵틸)-N'-페닐-p-페닐렌디아민, N-시클로헥실-N'-페닐-p-페닐렌디아민, 4-(p-톨루엔술파모일)-디페닐아민, N,N'-디메틸-N,N'-디-이차부틸-p-페닐렌디아민, 디페닐아민, N-알릴디페닐아민, 4-이소프로폭시디페닐아민, N-페닐-1-나프틸아민, N-(4-삼차옥틸페닐)-1-나프틸아민, N-페닐-2-나프틸아민, 옥틸화 디페닐아민, 예컨대, p,p'-디-삼차옥틸디페닐아민, 4-n-부틸아미노페놀, 4-부티릴아미노페놀, 4-노난오일아미노페놀,4-도데칸오일아미노페놀, 4-옥타데칸오일아미노페놀, 비스(4-메톡시페닐)아민, 2,6-디-삼차부틸-4-디메틸아미노메틸페놀, 2,4'-디-아미노디페닐메탄, 4,4'-디아미노디페닐메탄, N,N,N',N'-테트라메틸-4,4'-디-아미노디페닐메탄, 1,2-비스[(2-메틸페닐)아미노]에탄, 1,2-비스(페닐아미노)프로판, (o-톨릴)비구아니드, 비스[4-(1',3'-디메틸부틸)페닐]아민, 삼차옥틸화 N-페닐-1-나프틸아민, 모노- 및 디알킬화 삼차부틸/삼차옥틸디페닐아민의혼합물, 모노- 및 디알킬화 노닐디페닐아민의 혼합물, 모노- 및 디알킬화 노닐디페닐아민의 혼합물, 모노- 및디알킬화 도데실디페닐아민의 혼합물, 모노- 및 디알킬화 이소프로필/이소헥실디페닐아민의 혼합물, 모노- 및디알킬화 삼차부틸디페닐아민의 혼합물, 2,3-디-히드로-3,3-디메틸-4H-1,4-벤조티아진, 페노티아진, 모노 및 디알킬화 삼차부틸/삼차옥틸페노타이진의 혼합물, 모노- 및 디알킬화 삼차옥틸-페노티아진의 혼합물, N-알릴페노티아진, N,N,N',N'-테트라페닐-1,4-디아미노부트-2-엔, N,N-비스(2,2,6,6-테트라메틸피페리드-4-일-헥사메틸렌디아민, 비스(2,2,6,6-테트라메틸피페리드-4-일)세바케이트, 2,2,6,6-테트라메틸피페리딘-4-온, 2,2,6,6-테트라메틸페피리딘-4-올.
상기 산화 방지제는 상용화된 것을 이용할 수 있다. 입수 가능한 상용화된 산화 방지제는 다음과 같으며, 하기한 산화 방지제 중 적어도 한 종이 사용될 수 있다.
ANOX® 70(CAS 41484-35-9), ANOX® 330(CAS 1709-70-2), ANOX® 1315(CAS 171090-93-0), ANOX® PP18(CAS 2082-79-3), LOWINOX® 1790(CAS 40601-76-1), LOWINOX® 22M46(CAS 119-47-1), LOWINOX® 44B25(CAS 85-60-9), LOWINOX® CA22(CAS 1843-03-4), LOWINOX® CPL(CAS 68610-51-5), LOWINOX® GP45(CAS 36443-68-2), LOWINOX® HD98(CAS 23128-74-7), LOWINOX® TBP6(CAS 90-66-4), LOWINOX® WSP(CAS 77-62-3), NAUGARD® 536(CAS 7786-17-6), 및 NAUGARD® 536(CAS 7786-17-6).
상기 표시 장치에 있어서, 상기 게이트 라인(GLn)에 게이트 신호가 인가되면, 상기 박막 트랜지스터(Tr)가 턴-온된다. 따라서, 상기 데이터 라인(DLm)으로 인가된 상기 데이터 신호는 상기 박막 트랜지스터(Tr)를 통해 상기 화소 전극 (PE)으로 인가된다. 상기 박막 트랜지스터(Tr)가 온 상태가 되어 화소 전극(PE)에 데이터 신호가 인가되면, 상기 화소 전극(PE)과 상기 공통 전극(CE) 사이에 전계가 형성된다. 상기 공통 전극(CE)과 상기 화소 전극(PE)에 인가되는 전압의 차이에 의해 생성된 전계에 의해 상기 액정 분자들이 구동된다. 이에 따라, 상기 액정층(LCL)을 투과하는 광량이 변화되어 영상이 표시된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 표시 장치는 다양한 화소 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 하나의 화소에 두 개의 게이트 라인과 하나의 데이터 라인이 연결될 수 있으며, 또 다른 실시예에서는 하나의 화소에 하나의 게이트 라인과 두 개의 데이터 라인이 연결될 수도 있다. 또는 하나의 화소가 서로 다른 두 개의 전압이 인가되는 두 개의 서브 화소를 가질 수 있다. 이 경우, 하나의 서브 화소에는 하이 전압이, 남은 하나의 서브 화소에는 로우 전압이 인가될 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에서는 복수의 미세 슬릿을 갖는 화소 전극과 통판으로 형성된 공통 전극이 형성된 구조를 개시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 화소 전극 및 상기 공통 전극에 각 화소를 복수의 도메인으로 분할하는 도메인 분할 수단, 예를 들어, 슬릿이나 돌기가 제공될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치를 제조하는 방법을 나타낸 순서도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치를 제조하기 위해서는 제1 베이스 기판에 화소 전극 등을 형성하고(S110), 상기 제1 베이스 기판 상에 제1 기초 배향막을 형성한다(S120). 이와 별개로, 제2 베이스 기판에 공통 전극 등을 형성하고(S130), 상기 제2 베이스 기판 상에 제2 기초 배향막을 형성한다(S140). 그 다음, 상기 제1 기초 배향막과 상기 제2 기초 배향막 사이에 액정층을 개재시킨다(S150). 상기 액정층은 알케닐계 액정을 포함한 액정 혼합물과, 산화 방지제, 및 반응성 메조겐을 포함하고 있다. 다음으로, 상기 액정층에 자외선과 같은 광을 인가하여 상기 액정층의 반응성 메조겐을 경화시킴으로써 제1 배향 형성층과 제2 배향 형성층을 형성한다(S160).
도 4a와 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 있어서 배향막을 배향하는 방법을 도시한 단면도이다.
이하, 도 1 내지 도 3, 도 4a 도 4b를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치를 제조하는 방법을 상세히 설명한다.
먼저, 도 1 및 도 2를 참조하여 상기 제1 베이스 기판(BS1) 상에 화소 전극 등을 형성하는 단계를 설명하면 다음과 같다.
상기 제1 베이스 기판(BS1) 상에 게이트 패턴이 형성된다. 상기 게이트 패턴은 상기 게이트 라인(GLn)과 스토리지 전극부를 포함한다. 상기 게이트 패턴은 포토리소그래피 공정을 이용하여 형성될 수 있다.
상기 게이트 패턴 상에는 게이트 절연막(GI)이 형성된다.
상기 게이트 절연막(GI) 상에는 반도체층(SM)이 형성된다. 상기 반도체층(SM)은 상기 액티브 패턴과 상기 액티브 패턴 상에 형성된 오믹 콘택층을 포함할 수 있다. 상기 반도체층(SM)은 포토리소그래피 공정을 이용하여 형성될 수 있다.
상기 반도체층(SM) 상에 데이터 패턴이 형성된다. 상기 데이터 패턴은 상기 데이터 라인(DLm), 상기 소스 전극(SE), 및 상기 드레인 전극(DE)을 포함한다. 상기 데이터 패턴은 포토리소그래피 공정을 이용하여 형성될 수 있다. 이때, 상기 반도체층(SM)과 상기 데이터 패턴은 한 매의 하프 마스크나 회절 마스크 등을 이용하여 형성될 수 있다.
상기 데이터 패턴 상에는 보호막(PSV)이 형성된다. 상기 보호막(PSV)은 상기 드레인 전극(DE)의 일부를 노출하는 콘택홀(CH)을 가지며, 포토리소그래피 공정를 이용하여 형성될 수 있다.
상기 보호막(PSV) 상에는 상기 콘택홀(CH)을 통해 상기 드레인 전극(DE)과 연결되는 상기 화소 전극(PE)이 형성된다. 상기 화소 전극(PE)은 포토리소그래피 공정을 이용하여 형성될 수 있다.
다음으로, 상기 제1 기초 배향막(PAL1)이 상기 화소 전극 등이 형성된 제1 베이스 기판(BS1) 상에 형성된다. 상기 제1 기초 배향막(PAL1)은 폴리 이미드 등의 고분자 또는 상기 고분자의 모노머를 포함하는 배향액을 상기 제1 베이스 기판(BS1) 상에 도포한 후, 상기 배향액을 가열하여 형성할 수 있다.
다시, 도 1 및 도 2를 참조하여 상기 제2 기판(SUB2)을 형성하는 단계를 설명하면 다음과 같다.
상기 제2 베이스 기판(BS2) 상에는 컬러를 표시하는 컬러 필터(CF)가 형성된다. 상기 컬러 필터(CF) 상에는 공통 전극(CE)이 형성된다. 상기 컬러 필터(CF)와 상기 공통 전극(CE)은 각각 다양한 방법으로 형성될 수 있으며, 포토리소그래피 공정을 이용하여 형성될 수 있다.
상기 제2 기초 배향막(PAL2)은 상기 공통 전극(CE) 등이 형성된 상기 제2 베이스 기판(BS2) 상에 형성된다. 상기 제2 기초 배향막(PAL2)은, 도시하지는 않았지만, 제2 배향액을 상기 제2 기판(SUB2) 상에 도포한 후, 상기 제2 배향액을 가열함으로써 형성된다. 상기 제2 기초 배향막(PAL2)은 상기 제1 초기 배향액과 동일한 성분을 가질 수 있으며, 동일한 공정을 통해 형성될 수 있다.
이후, 도 4a에 도시된 바와 같이, 상기 제1 기판(SUB1)과 상기 제2 기판(SUB2)을 서로 대향시키고, 상기 제1 기판(SUB1)과 상기 제2 기판(SUB2) 사이에 액정층(LCL)을 형성한다.
상기 액정층(LCL)은 알케닐계 액정과, 산화 방지제, 및 반응성 메조겐(RM)을 포함하는 액정 조성물로 이루어진다. (여기서, 상기 액정은 종류에 상관없이 도면 상에서 LC로 표시되었다.) 상기 액정 조성물은 상기 알케닐계 액정 이외에도 상기 알콕시계 액정, 상기 터페닐계 액정, 및 상기 알케닐계나 상기 알콕시계 및 상기 터페닐계 액정을 제외한 기타 액정이 더 포함될 수 있다. 여기서, 상기 알케닐계 액정, 상기 알콕시계 액정, 및 상기 터페닐계 액정 등은 중복 설명을 피하기 위해 생략하며, 설명되지 않은 부분은 상술한 실시예에 따른다.
상기 산화 방지제는 액정 표시 장치의 제조 공정 중이나 그 이후에 발생할 수 있는 상기 알케닐 액정 또는 알콕시 액정의 산화를 방지한다. 즉, 상기 산화 방지제는 광, 열, 및 개시제에 의한 알케닐계 및 알콕시계 액정들의 일차적인 산화를 방지한다. 여기서, 상기 광은 알케닐기나 알콕시기 등이 반응할 수 있는 에너지를 전달하는 것으로, 특별히 한정되는 것은 아니다. 상기 광은 예를 들어, 자외선일 수 있는 바, 이하에서는 자외선을 일 예로서 설명하기로 한다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 산화 방지제의 유도체는 상기 산화 방지제가 상기 알케닐 액정 또는 알콕시 액정의 산화를 방지하는 과정에서 부산물로서 나온 중간체 또는 결과물이므로, 상기 최초의 액정 조성물은 산화 방지제의 유도체를 포함하고 있지 않으며, 상기 산화 방지제의 유도체는 상기 액정들의 이온이나 래디컬이 형성되었을 때 생성되며, 이에 대해서는 후술한다.
상기 산화 방지제는 상기 전체 액정 조성물 대비 약 0ppm 이상 약 10000ppm의 농도로 상기 액정 조성물 내에 함유된다.
상기 산화 방지제로 사용될 수 있는 물질로는 알킬화 모노페놀, 알킬티오메틸페놀, 히드로퀴논 및 알킬화 히드로퀴논, 토코페롤, 히드록시화 티오디페닐 에테르, 알킬리덴비스페놀, O-, N- 및 S-벤질 화합물, 히드록시벤질화 말로네이트, 방향족 히드록시벤질 화합물, 벤질포스네이트, 아실아미노페놀, 1가 또는 다가 알코올, 1가 또는 다가 알코올과 β-(3,5-디-삼차부틸-4-히드록시페닐)-프로피온산의 에스테르, 1가 또는 다가 알코올과 β-(5-삼차부틸-4-히드록시-3-메틸페닐)-프로피온산의 에스테르, 1가 또는 다가 알코올과 β-(3,5-디시클로헥실-4-히드록시페닐)-프로피온산의 에스테르, 1가 또는 다가 알코올과 3,5-디-삼차부틸-4-히드록시페닐 아세트산의 에스테르, β-(3,5-디-삼차부틸-4-히드록시페닐)프로피온산의 아미드, 아스코르브산, 및 아민 산화 방지제로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 상기 산화 방지제의 각각의 구체적인 실시예에 대해서는 설명의 중복을 피하기 위해 생략하며, 설명되지 않는 부분은 상술한 실시예에 따른다.
상기 반응성 메조겐(RM)은 상기 전체 액정 조성물 대비 0중량% 내지 30중량% 이하로 함유될 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 반응성 메조겐(RM)은 전체 액정 조성물 대비 0중량% 내지 3중량% 이하로 함유될 수 있다. 상기 반응성 메조겐(RM)의 구체적인 실시예에 대해서는 설명의 중복을 피하기 위해 생략하며, 설명되지 않는 부분은 상술한 실시예에 따른다.
다음으로, 도 4b를 참조하면, 상기 액정층(LCL)에 자외선이 인가되어 상기 액정층(LCL)에 포함된 반응성 메조겐들(RM)을 경화시킨다. 상기 액정층(LCL)에 자외선을 인가하여 상기 반응성 메조겐을 경화시킬 때 상기 액정층(LCL)에 전계가 인가될 수 있다.
상기 자외선을 조사한 후 소정 시간이 경과하면, 상기 반응성 메조겐들(RM)은 상기 자외선에 의해 중합되어 상기 제1 기초 배향막(PAL1) 및 상기 제2 기초 배향막(PAL2)에 부착되어 측쇄를 형성한다. 이에 따라, 상기 제1 기초 배향막(PAL1) 상에 상기 제1 배향 형성층(PTL1) 이 형성되고, 상기 제2 기초 배향막(PAL2) 상에 상기 제2 배향 형성층(PTL2)이 형성된다. 상기 제1 및 제2 배향 형성층들(PTL1, PTL2)은 상기 액정들(LC)을 프리틸트시킬 수 있다.
이를 상세히 설명하면, 상기 액정 분자들에 전계가 인가되면, 상기 반응성 메조겐들은 상기 반응성 메조겐 주변의 액정 분자들과 실질적으로 동일한 방향으로 배열된다. 이 상태에서 자외선이 입사되면, 상기 자외선에 의해 상기 반응성 메조겐들이 서로 중합 반응함으로써 상기 반응성 메조겐들 간의 네트워크를 형성한다. 상기 반응성 메조겐은 인접한 반응성 메조겐과 결합하여 측쇄를 형성하기도 한다. 여기서, 상기 반응성 메조겐들은 액정 분자들이 배열된 상태에서 상기 네트워크를 형성하기 때문에 액정 분자들의 평균 배향 방향을 따라 특정한 방향성을 갖는다. 이에 따라, 상기 전계가 제거되더라도 상기 네트워크에 인접한 액정 분자들은 선경사각을 갖는다.
여기서, 상기 액정 중 일부가 상기 반응성 메조겐을 경화하는 노광 과정에서 산화 반응에 의해 변성될 수 있다. 상기 노광 과정은 자외선이 인가되는 과정으로서, 광 개시제, 상기 반응성 메조겐, 상기 액정 자체, 상기 액정 조성물 내의 불순물 등이 상기 자외선에 의해 래디컬 또는 이온을 형성할 수 있으며, 주변의 액정들과 반응하여 부산물을 형성하는 것이다. 특히 상기 액정 중 알케닐계 액정과 알콕시 액정이 상대적으로 쉽게 산화되며, 그 중 알케닐 액정의 산화가 더 쉽게 일어난다. 상기 산화된 액정은 전계가 인가되더라도 정상적인 구동이 되지 않기 때문에 화소의 전압 유지비가 감소하고 얼룩이나 잔상 등의 결함을 유발한다.
하기 화학식 5는 상기 화학식 1의 알케닐 액정 중 하나에 대해 일어날 수 있는 부반응을 나타낸 것이다. 하기한 R은 파라(para) 위치의 수소가 탄소수가 1 내지 5인 알킬기로 치환된 시클로헥실기이다. 하기 화학식 5에 있어서, 알케닐 액정 산화의 주요 부산물은 알데히드이며, 상기 알데히드는 전압 유지비의 강하는 물론 얼룩, 선잔상, 면잔상 등의 결함을 야기하는 것으로 알려져 있다.
[화학식 5]
Figure 112013007130313-pat00018
상기 산화 방지제는 H 주게(doner)나 래디컬 스케빈저로서 작용하며, 이에 따라 다른 액정들이 상기 래디컬 또는 이온과 반응하는 것을 방지한다. 예를 들어, 퍼옥사이드 래디컬과 같은 불안정한 자유 래디컬이 발생할 때에, 다른 액정 분자들 등과 추가적인 래디컬 연쇄반응이 일어나지 않도록 상기 산화 방지제가 상기 퍼옥사이드 래디컬과 반응한다.
하기 화학식 6는 산화 방지제 중 하나인 2,6-디-삼차부틸-4-메틸페놀이 래디컬과 반응하여 래디컬 스캐빈저로 사용되는 것을 일 실시예로서 나타낸 것이다. 하기 화학식 6에서 R은 단순히 퍼옥사이드를 나타내기 위해 설정한 것으로서, 액정 내에서 발생하는 퍼옥사이드에 연결된 기능기이면 족하며, 특별히 한정되는 것은 아니다.
[화학식 6]
Figure 112013007130313-pat00019
여기서, 상기 산화 방지제는 화학식 6와 같은 반응을 거쳐 상기 기술한 산화 방지제의 유도체로 변성된다. 이에 따라, 최초 액정 조성물에 0 초과 10000ppm의 산화 방지제가 포함되더라도 최종 액정 조성물에는 상기 양보다 작은 양이 남게 되며, 일 예로 0 내지 1000ppm의 산화 방지제가 남으며, 그 차이만큼이 유도체로 변성된다.
상기 실시예예서는 반응성 메조겐을 중합하는 과정에서 자외선에 의해 래디컬이나 이온의 발생하는 것을 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 반응성 메조겐을 중합하는 과정과 상관없이, 다른 구성요소를 형성하기 위해 열을 가하는 과정에서도 래디컬이나 이온이 부산물로 발생할 수 있으며, 상기 산화 방지제는 다양한 과정에서 발생할 수 있는 래디컬이나 이온들과 반응하여 상기 액정의 안정성을 유지한다.
다음으로 경화된 상기 반응성 메조겐은 전계를 제거한 상태에서 추가 경화될 수 있다. 상기 추가 경화를 통해 상기 경화에서 미경화된 반응성 메조겐이 추가 경화될 수 있다.
상술한 구조를 가지며 상술한 방법으로 제조된 액정 표시 장치는 액정의 변성이 방지된다. 이에 따라, 화소의 전압 유지비의 감소가 방지되고, 액정의 변성에 의해 나타날 수 있는 결함들, 예를 들어, 얼룩, 선 잔상 및 면 잔상 등이 감소되거나 제거된다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예에 대해 설명한다.
1. 실시예에 사용된 액정 조성물
본 발명의 실시예에 사용된 조성물은 하기 [표 1]에 나타낸 바와 같다.
액정 제1 액정 조성물 제2 액정 조성물 제3 액정 조성물 제4 액정 조성물 제5 액정 조성물
반응성 메조겐 RMB RMI RMI RMI RMI
물성 Tni 74.7 74.7 75.2 74.5 74.6
Δn 0.1082 0.1082 0.1082　 0.1082 0.1082
Δε -3.0 -3.0 -3.2 -3.2 -3.2
γ1(mPas) 97 97 100 98 94
K11 12.9 12.9 12.7 13.0 13.0
K33 15.7 15.7 14.7 14.5 14.6
알케닐계(중량%) 38.5 38.5 35.0 25.0 36.5
알콕시계(중량%) 48.5 48.5 51.5 60.5 56.5
터페닐계(중량%) 12.5 12.5 11.0 0.0 0.0
Figure 112013007130313-pat00020
 28.5 28.5 29.0 25.0 36.5
Figure 112013007130313-pat00021
 10 10 6.0 - -
Figure 112013007130313-pat00022
 - - - 13.0 13.5
Figure 112013007130313-pat00023
 - - 2.0 6.0 -
Figure 112013007130313-pat00024
 - - - 4.0 -
Figure 112013007130313-pat00025
 - - - 8.0 6.5
Figure 112013007130313-pat00026
 21.5 21.5 20.0 9.5 9
Figure 112013007130313-pat00027
 11 11 11.5 14.0 14
Figure 112013007130313-pat00028
 16 16 20.0 20.0 20
Figure 112013007130313-pat00029
 12.5 12.5 11.0 - -
Figure 112013007130313-pat00030
 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
여기서, 상기 반응성 메조겐은 전체 액정 조성물 대비 0.4 중량%로 함유되었다. 상기 반응성 메조겐 RMI와 RMB는 각각 각각 도 5에 도시된 UV 흡수 스펙트럼을 보이는 물질로 제공되었다.
2. 알케닐 함량과 전압 유지비와의 관계
도 6a 및 도 6c는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 있어서, 액정별 노광 시간에 따른 전압 유지비(Voltage Holing Ratio)를 나타낸 그래프이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 있어서, 도 6a는 제4 액정 조성물을, 도 6b는 제5 액정 조성물을, 도 6c는 제2 액정 조성물을 모두 동일 조건에서 적용한 것을 나타낸 것이다. 여기서, 상기 제4 액정 조성물은 25중량%의 알케닐계 액정을, 제5 액정 조성물은 36.5 중량%의 알케닐계 액정을, 제2 액정 조성물은 38.5 중량%의 알케닐계 액정을 포함한다.
도 6a 내지 6c에 따르면, 알케닐계 액정을 포함하는 액정 조성물 모두 노광 시간이 길어질수록 전압 유지비가 낮아짐을 알 수 있다.
여기서, 비슷한 정도의 알콕시계 액정을 포함하는 제4 액정 조성물과 제5 액정 조성물을 비교해 보면, 알케닐계 액정의 함량이 높은 제5 액정 조성물의 경우, 전압 유지비의 감소가 상기 제4 액정 조성물의 경우보다 더 큼을 알 수 있다. 동일한 조건에서 80분 노광을 수행했을 때 제4 액정 조성물을 적용한 액정 표시 장치의 전압 유지비는 96.84에서 93.85로 3.08% 감소하였으나, 제5 액정 조성물을 적용한 액정 표시 장치의 전압 유지비는 97.50에서 93.82로 3.77% 감소하였다. 이는, 노광 시간이 증가함에 따라 알케닐계 액정의 변성이 더 많이 일어난다는 것을 의미한다.
3. 알콕시 함량과 전압 유지비와의 관계
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 있어서 각 액정별로 노광 시간에 따른 전압 유지비(%)를 나타낸 그래프이다. 여기서, 도 7a는 각 액정을 적용하여 노광 시간을 달리하여 액정 표시 장치를 완성한 후, 상기 액정 표시 장치를 백라이트 유닛으로부터의 광(예를 들어 가시광선)에 일정 시간 노출한 후의 전압 유지비 결과를 나타낸 것이다. 도 7b는 각 액정을 적용하여 노광 시간을 달리하여 액정 표시 장치를 완성한 후, 상기 액정 표시 장치를 일정 시간 열 및 전계에 노출되었을 때의 결과를 나타낸 것이다
도 7a 및 도 7b에 있어서, 각 액정 표시 장치는 액정 조성물의 종류를 제외한 구성 요소는 모두 동일하게 제조되었으며, 동일 조건에서 실험되었다.
도 7a 및 도 7b를 참조하면, 백라이트 로딩 여부 및 열이나 전계 인가 여부와 상관없이 일반적인 노광 시간이 길어짐에 따라 액정 표시 장치의 전압 유지비가 감소함을 알 수 있다.
여기서, 비슷한 정도의 알케닐계 액정을 포함하는 제2 액정 조성물, 제3 액정 조성물,및 제5 액정 조성물을 비교해 보면, 알콕시계 액정의 함량이 제2 액정 조성물, 제3 액정 조성물, 및 제5 액정 조성물의 순서로 증가하며, 전압 유지비의 감소량 또한 상기 액정 조성물의 순서와 동일하다. 즉, 알콕시계 액정의 함량이 커질수록 전압 유지비가 크게 감소함을 알 수 있다. 이는, 노광 시간이 증가함에 따라 알콕시계 액정의 변성이 더 많이 일어난다는 것을 의미한다.
4. 반응성 메조겐 반응성과 전압 유지비와의 관계
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 있어서 각 액정별로 노광 시간에 따른 전압 유지비(%)를 나타낸 그래프이다. 여기서, 도 8a는 각 액정을 적용하여 노광 시간을 달리하여 액정 표시 장치를 완성하고, 상기 액정 표시 장치를 백라이트 유닛으로부터의 광에 일정 시간 노출한 후의 전압 유지비 결과를 나타낸 것이다. 도 8b는 각 액정을 적용하여 노광 시간을 달리하여 액정 표시 장치를 완성하고, 상기 액정 표시 장치를 일정 시간 열 및 전계에 노출되었을 때의 결과를 나타낸 것이다.
도 8a 및 도 8b에 있어서, 각 액정 표시 장치에 있어서 액정 조성물의 종류를 제외한 구성 요소는 모두 동일하게 제조되었으며, 동일 조건에서 실험되었다. 제1 액정 조성물과 제2 액정 조성물은 반응성 메조겐의 종류가 서로 다른 것을 제외하면 다른 부분은 실질적으로 동일하다.
도 8a 및 도 8b를 참조하면, 백라이트 로딩 여부 및 열이나 전계 인가 여부와 상관없이 일반적인 노광 시간이 길어짐에 따라 액정 표시 장치의 전압 유지비가 감소함을 알 수 있다. 여기서, 자외선 영역에서 반응성이 큰 반응성 메조겐을 함유한 제2 액정 조성물의 전압 유지비가 크게 감소한 것을 확인할 수 있다. 이는 노광 시간이 증가에 따라 반응성 메조겐의 부반응이 더 많이 일어난다는 것을 의미한다.
5. 알케닐계 액정의 함량, 알콕시계 액정의 함량, 및 반응성 메조겐의 반응성과 전압 유지비와의 관계 평가
상기한 바와 같이 알케닐계 액정의 함량 및/또는 알콕시계 액정의 함량이 커지거나, 반응성 메조겐의 반응성이 커지면, 전압 유지비가 감소한다. 이는 노광 시 액정의 산화 반응에 의한 것으로 평가된다. 그러나, 알케닐계 액정과 알콕시계 액정은 다른 액정 대비 상대적인 저점도 액정으로서 액정의 응답 속도 향상을 위해 필요하다. 또한, 반응성 메조겐의 반응성이 일정 수준 이하이면 중합 반응이 일어나지 않거나 불충분하게 일어나 측쇄 형성이 어렵다.
따라서, 알케닐계 액정의 함량, 알콕시계 액정의 함량, 및 반응성 메조겐의 반응성을 변경하는 것은 한계가 있으므로, 이를 변경하는 것 보다는 액정의 산화를 방지하는 것이 바람직하며, 본 발명의 실시예에서는 산화 방지제를 액정 조성물에 추가함으로써 액정의 산화를 방지하고자 한다.
6. 산화 방지제 함량에 따른 알데히드 함량
알데히드는 대표적인 알케닐 액정의 산화 반응의 부산물이다. 도 9는 일반적인 액정 표시 장치와 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 있어서 산화 방지제 함량에 따른 알데히드의 함량(ppm)을 나타낸 그래프이다. 여기서, 일반적인 액정 표시 장치와 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치, 상술한 제조 방법과 실질적으로 동일한 조건으로 제조되었다. 기준(0ppm)이라 표시된 부분은 알케닐계 액정을 포함하지 않는 공지된 액정을 채용한 액정 표시 장치로서 산화 방지제를 포함하지 않은 경우를 의미하며, 나머지는 산화 방지제를 각각 50ppm, 100ppm, 및 150ppm을 함유한 제1 액정 조성물을 채용한 액정 표시 장치의 경우를 의미한다.
도 9에 따르면, 알케닐계 액정을 포함하지 않는 액정 표시 장치의 경우 산화 방지제와 무관하게 알데히드 함량이 검출 한계 이하값을 갖는다. 이는 변성될 알케닐계 액정이 없기 때문에 알데히드가 발생하지 않음을 의미한다. 산화 방지제를 함유한 액정 표시 장치의 경우, 알케닐계 액정을 포함하고 있음에도 불구하고, 산화 방지제의 함량이 증가할수록 알데히드 함량이 줄어든다. 특히, 산화 방지제를 150ppm 이상 함유한 제1 액정 조성물의 경우에는 알데히드 양이 검출 한계 이하이다. 이는 산화 방지제가 알케닐계의 산화를 방지함으로써 알데히드의 생성을 방지한 것으로 보인다.
7. 산화 방지제 함량에 따른 전압 유지비
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 있어서 산화 방지제 함량에 따른 전압 유지비를 나타낸 그래프이다. 여기서, 도 10a는 산화 방지제가 달리 함유된 액정을 적용하여 액정 표시 장치를 완성하고, 상기 액정 표시 장치를 백라이트 유닛으로부터의 광에 일정 시간 노출한 후의 전압 유지비 결과를 나타낸 것이다. 도 10b는 산화 방지제가 달리 함유된 액정을 적용하여 액정 표시 장치를 완성하고, 상기 액정 표시 장치를 일정 시간 열 및 전계에 노출되었을 때의 결과를 나타낸 것이다.
도 10a 및 도 10b를 참조하면, 백라이트 로딩 여부 및 열이나 전계 인가 여부와 상관없이 산화 방지제의 농도가 증가함에 따라 액정 표시 장치의 전압 유지비가 증가함을 알 수 있다.
8. 산화 방지제 함량에 따른 얼룩 결함 개선
하기 표 2은 산화 방지제의 함량에 따른 가로줄 얼룩의 발생 결과를 나타낸 표이다. 하기 표 2에 있어서, 제1 액정 조성물을 채용한 액정 표시 장치에서의 얼룩 결함이 측정되었으며, 50ppm, 100ppm, 및 150ppm은 각각 제1 액정 조성물 대비 산화 방지제의 함유량이다. 상기 얼룩 결함은 기계적으로 또는 육안으로 판단하여 소정 범위 이내의 얼룩으로 판단되는 경우의 개수를 측정되었다. 여기서, 상기 "결함 적음"과, "결함 보통"으로 지칭되는 용어는 상기 결함의 정도를 판단하기 위한 상대적인 기준이다.
액정 조성물 제1 액정 조성물(50ppm) 제1 액정 조성물(100ppm) 제1 액정 조성물(150ppm)
얼룩 결함 발생률 44.44% 29.17% -
1차 평가 결함 적음 26.92% 47.06% -
결함 보통 73.08% 52.94% -
매수 26매 17매 -
2차 평가 결함 적음 23.40% 25.00% 36.00%
결함 보통 76.60% 75.00% 64.00%
매수 47매 32매 25매
상기 표 2을 참조하면, 산화 방지제 함량이 증가할수록 얼룩이 개선됨을 알 수 있다. 1차 평가에 있어서, 산화 방지제가 50ppm에서 100ppm으로 증가하는 경우, '결함 적음' 비율이 26.92% 에서 47.06%로 증가하였다. 또한, 2차 평가에 있어서, 산화 방지제가 50ppm, 100ppm, 및 150ppm으로 증가하는 경우, '결함 적음' 비율이 23.40%, 25.00%, 및 36.00%로 증가하였다.
9. 산화 방지제 함량에 따른 잔상 결함 개선
하기 표 3은 산화 방지제의 함량에 따른 잔상 결함의 발생 결과를 나타낸 표이다. 하기 표 3에 있어서, 잔상 결함 조건은 공지된 방법으로 측정되었으며, 각 수치는 잔상이 나타난 때의 그레이 레벨을 나타낸다. 하기 표 3에서, 기준(0ppm)이라 표시된 부분은 알케닐계 액정을 포함하지 않는 공지된 액정을 채용한 액정 표시 장치로서 산화 방지제를 포함하지 않은 경우를 의미하며, 나머지는 산화 방지제를 각각 50ppm, 100ppm, 및 150ppm을 함유한 제1 액정 조성물을 채용한 액정 표시 장치이다.
산화 방지제 농도 샘플수 항목 상온 잔상 (25℃) 고온 잔상 (60℃)
1hr 2.5hr 12hr 12hr 30hr 120hr 168hr
기준(0ppm) 2매 면잔상 49~55 58~71 110~133 (5.0~5.4) - - - 6.1~6.4
선잔상 없음 없음 없음
블랙잔상 없음 없음 없음 없음 없음 없음
50ppm 8매 면잔상 57~86 64~102 96~140 (4.7~6.0) - - - 4.7~7.8
선잔상 없음 없음 32 32
블랙잔상 없음 없음 없음 없음 없음 없음 없음
100ppm 4매 면잔상 0~75 50~89 97~138 (4.8~5.5) - - - 4.7~5.2
선잔상 없음 없음 32 32
블랙잔상 없음 없음 없음 없음 없음 없음 없음
150ppm 4매 면잔상 67~120 111~139 116~144 (4.6~5.3) - - - 5.1~6.0
선잔상 없음 없음 없음 없음
블랙잔상 없음 없음 없음 없음 없음 없음 없음
상기 표 3을 참조하면, 산화 방지제 함량이 증가할수록 잔상이 나타나는 그레이 레벨이 높아짐을 개선됨을 알 수 있다. 즉, 산화 방지제의 함량이 증가할수록 잔상이 줄어든다.
10. 산화 방지제 함량에 따른 광 특성 변화
하기 표 4은 산화 방지제의 함량에 따른 광 특성을 나타낸 표이다. 하기 표 4에서, 산화 방지제를 각각 50ppm, 100ppm, 및 150ppm을 함유한 제1 액정 조성물을 채용한 액정 표시 장치이다.
하기 광 특성은 알케닐계 액정을 포함하지 않는 공지된 액정을 채용한 액정 표시 장치로서 산화 방지제를 포함하지 않은 경우를 표준값으로 하여, 산화 방지제를 채용한 제1 액정 조성물의 변화값을 백분율(%)로 나타낸 것이다.
　 제1 액정 조성물(50ppm) 제1 액정 조성물 (100ppm) 제1 액정 조성물 (150ppm)
콘트라스트 비 105.70 94.13 99.98
백색 휘도 95.93 96.57 97.40
균일성(%) 92.02 91.08 100
컬러 Rx 99.85 99.85 99.85
Ry 100 100 100
Gx 100 99.67 99.67
Gy 99.84 99.84 99.84
Bx 100 100 100
By 98.21 96.43 98.21
Wx 98.91 99.27 98.91
Wy 99.31 98.96 99.65
컬러 가무트 99.87 99.87 100.13
컬러 온도 104.44 103.91 103.27
감마 값 127.12 127.12 127.97
상승 시간(ms) 82.67 82.09 84.65
하강 시간(ms) 73.99 76.91 73.77
총 반응 시간 79.71 80.32 80.93
투과도 96.12 95.79 97.41
상기 표 4에 있어서, 상기 상승 시간과 하강시간은 각각 액정이 전계에 의해 변형되는 시간과 상기 변형된 액정이 원 상태로 복원되는 시간을 의미한다.
상기 표 4에 따르면, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는 산화 방지제를 서로 다른 농도를 함유함에도 불구하고 광 특성의 큰 차이가 없으며, 특히 그 중에서 색좌표 또한 서로 동등한 수준을 나타낸다. 또한, 액정의 반응 속도를 나타내는 상승 시간과 하강 시간 모두 큰 차이가 없다. 이는 산화 방지제의 함량이 액정 표시 장치의 광 특성을 저해하지 않는 다는 것을 의미한다.
11. 잔류 산화 방지제 및 이의 유도체
하기 표 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 조성물에 있어서 노광 공정을 마친 후의 가스 크로마토그래피-질량 분석 (gas chromatography-mass spectrometry; GC-MS) 결과이다. 본 실시예에서 있어서, 노광 전 액정 조성물에는 RMB의 반응성 메조겐 0.45중량% 및 산화방지제 50ppm이 포함되었다. GS-MS는 시미즈(Shimidzu)사의 GC-MS가 사용되었다. 하기 표 5에서 액정 1 및 액정 2는 비시클로헥산계 중성 액정이다. 여기서, 동일 표시 장치 내의 결함이 나타난 영역과 정상적으로 구동된 영역 내에서의 크로마토그래피 및 질량 분석값의 유의차는 없었다.
Figure 112013007130313-pat00031
도 11a 내지 도 11e는 노광 후의 표시 장치에 있어서 액정 조성물의 질량 분석 결과를 나타낸 그래프로, 순차적으로 상기 액정 1, 상기 액정 2, 상기 액정 4/미지 시료 1, 상기 미지시료 2, 및 상기 미지시료 3의 질량 분석 결과를 나타낸 것이다. 여기서, 가로축은 m/z값이며, 상기 액정 1 및 액정 2는 비시클로헥산계 중성 액정과 유사한 행태를 나타내었다.
표 5 및 도 11a 내지 도 11e를 참조하면, 각각이 산화 방지제 1 및 산화 방지제 2에 해당하는 분자량 330 및 294에 해당하는 물질들이 검출된 바, 노광 후에도 액정 조성물 내에 일부 잔류함을 알 수 있다. 또한, 분자량 278에 대응하는 미지 시료 1 또한 액정 4와 동일한 보유 시간(retention time)을 나타내었는 바, 액정 4와 미지 시료 1의 질량 분석 그래프인 도 11c를 참조하면, 질량이 296인 액정 4가 반응하여 형성된 액정 조각들(fragments)에 해당하는 피크, 예를 들어, 질량이 156, 169, 및 184가 나타났다. 또한, 질량이 278인 미지시료 1의 조각들에 해당하는 피크, 예를 들어, 222 및 250이 나타났다. 특히, 미지 시료 3에 해당하는 질량 분석 결과인 도 11e는 산화 방지제가 상기 액정 조성물 내에서 반응하여 형성한 산화 방지제 유도체에 해당하는 것으로 추정된다.
상기한 바와 같이, 노광 후 최종 조성물에는 산화 방지제가 일부 잔류할 수 있으며, 반응한 산화 방지제의 유도체가 검출됨을 확인할 수 있다.
ALN1 : 제1 배향막 ALN2 : 제2 배향막 BM : 블랙 매트릭스 CE : 공통 전극 CF : 컬러 필터 LCL : 액정층
PAL1 : 제1 초기 배향막 PAL2 : 제2 초기 배향막
PTL1 : 제1 배향 형성층 PTL2 : 제2 배향 형성층
PE : 화소 전극

Claims (22)

  1. 제1 기판;
    상기 제1 기판에 대향하는 제2 기판; 및
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 제공된 액정층을 포함하며,
    상기 액정층은
    알케닐계 액정;
    알콕시계 액정; 및
    산화 방지제와 이의 유도체를 포함하는 액정 조성물로 이루어지고,
    상기 알콕시계 액정은 하기 군에서 선택된 적어도 어느 하나이고,
    Figure 112019124505472-pat00067
    ,
    Figure 112019124505472-pat00068
    ,
    Figure 112019124505472-pat00069
    , 및
    Figure 112019124505472-pat00070

    여기서, 각 X 및 각 Y는 독립적으로 탄소수가 1 내지 5인 알킬기이며,
    상기 알케닐계 액정은 전체 액정 조성물 100중량% 대비 20중량% 내지 60 중량%으로, 상기 알콕시계 액정은 전체 액정 조성물 대비 40중량% 초과 65중량% 이하로 함유되는 액정 표시 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 산화 방지제는 전체 액정 조성물 대비 0ppm 초과 10000ppm으로 함유된 액정 표시 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 알케닐계 액정은 하기 군에서 선택된 적어도 어느 하나인 액정 표시 장치.
    Figure 112019124505472-pat00032
    및
    Figure 112019124505472-pat00033

    여기서, 각 X는 독립적으로 탄소수가 1 내지 5인 알킬기이다.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 액정 조성물은 0 초과 15 중량% 이하의 터페닐계 액정을 더 함유하는 액정 표시 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 터페닐계 액정은 하기 군에서 선택된 적어도 어느 하나인 액정 표시 장치.
    Figure 112013007130313-pat00038

    여기서, 각 X 및 각 Y는 독립적으로 탄소수가 1 내지 5인 알킬기이다.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 액정 조성물은 하기 군에서 선택된 0 이상 5중량% 이하의 쿼터페닐계 액정을 더 함유하는 액정 표시 장치.
    Figure 112013007130313-pat00039

    여기서, X는 탄소수가 1 내지 5인 알킬기이다
  9. 제1항에 있어서,
    상기 산화 방지제는 알킬화 모노페놀, 알킬티오메틸페놀, 히드로퀴논 및 알킬화 히드로퀴논, 토코페롤, 히드록시화 티오디페닐 에테르, 알킬리덴비스페놀, O-, N- 및 S-벤질 화합물, 히드록시벤질화 말로네이트, 방향족 히드록시벤질 화합물, 벤질포스네이트, 아실아미노페놀, 1가 또는 다가 알코올, 1가 또는 다가 알코올과 β-(3,5-디-삼차부틸-4-히드록시페닐)-프로피온산의 에스테르, 1가 또는 다가 알코올과 β-(5-삼차부틸-4-히드록시-3-메틸페닐)-프로피온산의 에스테르, 1가 또는 다가 알코올과 β-(3,5-디시클로헥실-4-히드록시페닐)-프로피온산의 에스테르, 1가 또는 다가 알코올과 3,5-디-삼차부틸-4-히드록시페닐 아세트산의 에스테르, β-(3,5-디-삼차부틸-4-히드록시페닐)프로피온산의 아미드, 아스코르브산, 및 아민 산화 방지제로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나인 액정 표시 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 산화 방지제는 ANOX® 70(CAS 41484-35-9), ANOX® 330(CAS 1709-70-2), ANOX® 1315(CAS 171090-93-0), ANOX® PP18(CAS 2082-79-3), LOWINOX® 1790(CAS 40601-76-1), LOWINOX® 22M46(CAS 119-47-1), LOWINOX® 44B25(CAS 85-60-9), LOWINOX® CA22(CAS 1843-03-4), LOWINOX® CPL(CAS 68610-51-5), LOWINOX® GP45(CAS 36443-68-2), LOWINOX® HD98(CAS 23128-74-7), LOWINOX® TBP6(CAS 90-66-4), LOWINOX® WSP(CAS 77-62-3), NAUGARD® 536(CAS 7786-17-6), 및 NAUGARD® 536(CAS 7786-17-6)로 이루어진 군에서 선택된 액정 표시 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 기판과 상기 액정층 사이에 제공된 제1 배향막과, 상기 제2 기판과 상기 액정층 사이에 제공된 제2 배향막을 더 포함하고,
    상기 제1 및 제2 배향막은 각각 중합된 반응성 메조겐을 포함하는 액정 표시 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 반응성 메조겐은 전체 액정 조성물 100중량% 대비 0중량% 내지 30중량%로 함유된 액정 표시 장치.
  13. 제1 기판을 형성하는 단계;
    제2 기판을 형성하는 단계;
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에, 알케닐계 액정, 알콕시계 액정, 산화 방지제, 및 반응성 메조겐을 포함하는 액정 조성물을 형성하는 단계; 및
    상기 액정 조성물에 광을 제공하여 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 상에 각각 제1 및 제2 배향 형성층을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 알콕시계 액정은 하기 군에서 선택된 적어도 어느 하나이고,
    Figure 112019124505472-pat00071
    ,
    Figure 112019124505472-pat00072
    ,
    Figure 112019124505472-pat00073
    , 및
    Figure 112019124505472-pat00074

    여기서, 각 X 및 각 Y는 독립적으로 탄소수가 1 내지 5인 알킬기이며,
    상기 알케닐계 액정은 전체 액정 조성물 100중량% 대비 20중량% 내지 60 중량%으로, 상기 알콕시계 액정은 전체 액정 조성물 대비 40중량% 초과 65중량% 이하로 함유되는 액정 표시 장치 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 산화 방지제는 전체 액정 조성물 대비 0ppm 초과 10000ppm으로 함유되는 액정 표시 장치 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 산화 방지제는 알킬화 모노페놀, 알킬티오메틸페놀, 히드로퀴논 및 알킬화 히드로퀴논, 토코페롤, 히드록시화 티오디페닐 에테르, 알킬리덴비스페놀, O-, N- 및 S-벤질 화합물, 히드록시벤질화 말로네이트, 방향족 히드록시벤질 화합물, 벤질포스네이트, 아실아미노페놀, 1가 또는 다가 알코올, 1가 또는 다가 알코올과 β-(3,5-디-삼차부틸-4-히드록시페닐)-프로피온산의 에스테르, 1가 또는 다가 알코올과 β-(5-삼차부틸-4-히드록시-3-메틸페닐)-프로피온산의 에스테르, 1가 또는 다가 알코올과 β-(3,5-디시클로헥실-4-히드록시페닐)-프로피온산의 에스테르, 1가 또는 다가 알코올과 3,5-디-삼차부틸-4-히드록시페닐 아세트산의 에스테르, β-(3,5-디-삼차부틸-4-히드록시페닐)프로피온산의 아미드, 아스코르브산, 및 아민 산화 방지제로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나인 액정 표시 장치 제조 방법.
  16. 삭제
  17. 제13항에 있어서,
    상기 알케닐계 액정은 하기 군에서 선택된 적어도 어느 하나인 액정 표시 장치 제조 방법.
    Figure 112019124505472-pat00040
    및
    Figure 112019124505472-pat00041

    여기서, 각 X는 독립적으로 탄소수가 1 내지 5인 알킬기이다.
  18. 삭제
  19. 제13항에 있어서,
    상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 중 적어도 어느 한 기판에는 서로 이격된 전극부가 제공되며, 상기 광이 제공되는 단계는 상기 전극부에 의해 상기 액정층에 전계가 인가되는 액정 표시 장치 제조 방법.
  20. 제13항에 있어서,
    상기 액정 조성물은 0 초과 15 중량% 이하의 터페닐계 액정을 더 함유하는 액정 표시 장치 제조 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 액정 조성물은 0 이상 5 중량% 이하의 쿼터페닐계 액정을 더 함유하는 액정 표시 장치 제조 방법.
  22. 제13항에 있어서,
    상기 반응성 메조겐은 전체 액정 조성물 100중량% 대비 0중량% 내지 30중량%으로 함유되는 액정 표시 장치 제조 방법.
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