KR102199775B1 - 액정 조성물 및 이를 포함하는 액정 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하기 화학식 1로 표현되는 제1 화합물, 및 하기 화학식 2로 표현되는 제2 화합물을 0.001~ 0.05중량% 포함하는 액정 조성물을 제공한다.
[화학식 1]
Figure 112014026099454-pat00067

상기 화학식 1에서, A, B는 시클로헥실기(cyclo-hexyl) 또는 페닐기(phenyl)이고, m은 0~4, n은 1~2, X는 알킬기(alkyl) 또는 알콕시기(alkoxy)기이며, Y는 불소(F) 또는 염소(Cl)이 1개 또는 2개가 치환될 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112014026099454-pat00068

상기 화학식 2에서, n은 0~2, l은 0~1이고, Z는 할로겐기(halogen), 알킬기(alkyl) 또는 알콕시기(alkoxy)일 수 있고, A 및 A'는 독립적으로 존재하지 않지 않거나 메틸기(methyl)이다.

Description

액정 조성물 및 이를 포함하는 액정 표시 장치{LIQUID CRYSTAL COMPOSITION AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY COMPRISING THE SAME}
본 발명은 액정 조성물 및 이를 포함하는 액정 표시 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반응성 메조겐(reactive mesogen; RM)을 포함하는 액정 조성물 및 이를 이용하는 액정 표시 장치에 관한 것이다.
액정 표시 소자는 시계, 전자 계산기를 비롯하여, 가정용 각종 전기 기기, 측정 기기, 자동차용 패널, 워드 프로세서, 전자 수첩, 프린터, 컴퓨터, 텔레비전 등에 사용되고 있다. 액정 표시 방식으로서는, 그 대표적인 것으로 TN(트위스티드 네마틱)형, STN(수퍼 트위스티드 네마틱)형, DS(동적 광산란)형, GH(게스트 호스트)형, IPS(인-플레인 스위칭)형, OCB(광학 보상 복굴절)형, ECB(전압 제어 복굴절)형, VA(수직 배향)형, CSH(컬러 수퍼 호메오트로픽)형, 또는 FLC(강유전성 액정) 등을 들 수 있다. 또한 구동 방식으로서도 종래의 스테틱 구동에서 멀티플렉스 구동이 일반적으로 되어, 단순 매트릭스 방식, 최근에는 TFT(박막 트랜지스터)나 TFD(박막 다이오드) 등에 의해 구동되는 액티브 매트릭스(AM) 방식이 주류가 되어 있다.
이들 표시 방식에 있어서, IPS형, ECB형, VA형, 또는 CSH형 등은 현재 범용의 TN형이나 STN형과 달리, 유전율 이방성(Δε)이 음인 액정 재료를 사용한다는 특징을 갖는다. 이들 중에서 특히 AM 구동에 의한 VA형 액정 표시 장치는 광시야각이 요구되는 표시 소자에 사용되고 있다.
VA형 등의 액정 표시 장치에 사용되는 액정 재료에는, 저전압 구동, 고속 응답, 넓은 동작 온도 범위가 요구된다. 즉, 유전율 이방성이 음이며 절대값이 크고, 저점도이며, 높은 네마틱상-등방성 액체 상전이 온도(Tni)가 요구되고 있다. 또한, 굴절율 이방성(Δn)과 셀갭(cellgap)(d)의 곱인 Δn×d의 설정에서, 액정 재료의 굴절율 이방성을 셀갭에 맞추어 적당한 범위로 조절할 필요가 있다. 또한, 고속 응답을 실현하기 위해서 표시 소자의 셀갭을 작게 하는 것도 행해지지만, 셀갭을 감소시키는 것은 한계가 있었다. 셀갭을 바꾸지 않고 응답 속도를 향상시키기 위해서는 점성이 낮은 액정 조성물을 사용함이 유효하다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 액정 성분과 함께 일정 함량의 반응성 메조겐(reactive mesogen)을 함께 포함하면서, 전압 보전율(voltage holding ratio; VHR), 응답 속도, 선잔상 및 면잔상 등의 물리적 특성을 개선한 액정 조성물 및 이를 포함하는 액정 표시 장치을 제공하는 것이다.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일실시예에 따르면, 하기 화학식 1로 표현되는 제1 화합물, 및 하기 화학식 2로 표현되는 제2 화합물을 0.001~ 0.05중량% 포함하고, 하기 화학식 6으로 표현되는 화합물을 더 포함하는 액정 조성물을 제공한다.
[화학식 1]
Figure 112014026099454-pat00001
상기 화학식 1에서, A, B는 시클로헥실기(cyclo-hexyl) 또는 페닐기(phenyl)이고, m은 0~4, n은 1~2, X는 알킬기(alkyl) 또는 알콕시기(alkoxy)기이며, Y는 불소(F) 또는 염소(Cl)이 1개 또는 2개가 치환될 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112014026099454-pat00002
상기 화학식 2에서, n은 0~2, l은 0~1이고, Z는 할로겐기(halogen), 알킬기(alkyl) 또는 알콕시기(alkoxy)일 수 있고, A 및 A'는 독립적으로 존재하지 않거나 메틸기(methyl)이다.
[화학식 6]
Figure 112020077653521-pat00079
상기 제1 화합물은 액정 조성물 총 중량 대비 30~ 40 중량%를 포함하고, 상기 제2 화합물은 액정 조성물 총 중량 대비 0.02~ 0.03중량%를 포함할 수 있다.
상기 제1 화합물은 하기 화학식 3으로 표현되는 화합물일 수 있다.
[화학식 3]
Figure 112014026099454-pat00003
상기 화학식 3에서, R은 알킬기 또는 알콕시기이다.
상기 제2 화합물은 하기 화학식 4 내지 하기 화학식 5로 표현되는 화합물일 수 있다.
[화학식 4]
Figure 112014026099454-pat00004
[화학식 5]
Figure 112014026099454-pat00005
하기 화학식 7로 표현되는 제3 화합물을 더 포함할 수 있다.
삭제
삭제
[화학식 7]
Figure 112014026099454-pat00007
상기 제3 화합물은 액정 조성물 총 중량 대비 0.001~ 0.05중량%를 포함할 수 있다.
상기 제1 화합물은 하기 화학식 8 및 하기 화학식 9로 표현되는 화합물에서 선택된 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
[화학식 8]
Figure 112014026099454-pat00008
[화학식 9]
Figure 112014026099454-pat00009
상기 제1 화합물은 액정 조성물 총 중량 대비 30~ 40중량%를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제1 기판, 상기 제1 기판과 마주보는 제2 기판, 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 중 적어도 하나 위에 형성되어 있는 전기장 생성 전극, 및 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 개재되어 있는 액정 분자를 포함하는 액정층을 포함하고, 상기 액정 분자는, 하기 화학식 1로 표현되는 제1 화합물, 및 하기 화학식 2로 표현되는 제2 화합물을 0.001~ 0.05중량% 포함하고 하기 화학식 6으로 표현되는 화합물을 더 포함하는 액정 표시 장치를 제공한다.
[화학식 1]
Figure 112014026099454-pat00010
상기 화학식 1에서, A, B는 시클로헥실기(cyclo-hexyl) 또는 페닐기(phenyl)이고, m은 0~4, n은 1~2, X는 알킬기(alkyl) 또는 알콕시기(alkoxy)기이며, Y는 불소(F) 또는 염소(Cl)이 1개 또는 2개가 치환될 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112014026099454-pat00011
상기 화학식 2에서, n은 0~2, l은 0~1이고, Z는 할로겐기(halogen), 알킬기(alkyl) 또는 알콕시기(alkoxy)일 수 있고, A 및 A'는 독립적으로 존재하지 않거나 메틸기(methyl)이다
[화학식 6]
Figure 112020077653521-pat00080
상기 전기장 생성 전극은 상기 제1 기판 위에 위치하는 화소 전극과 상기 제2 기판 위에 위치하는 공통 전극을 포함하고, 상기 화소 전극은 제1 절개부를 포함하고, 상기 공통 전극은 제2 절개부를 포함하며, 상기 제1 절개부는 상기 제2 절개부와 엇갈리게 배열되어 있을 수 있다.
상기 액정 분자는 전계가 가해지지 않은 상태에서 수직 배향될 수 있다.
상기 전기장 생성 전극은 상기 제1 기판 위에 서로 절연되어 있는 공통 전극 및 화소 전극을 포함하며, 상기 공통 전극 및 상기 화소 전극 중 적어도 하나의 복수의 절개부에 의해 정의되는 슬릿 전극을 포함할 수 있다.
상기 액정 분자는 전계가 가해지지 않은 상태에서 수평 배향될 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 액정 조성물 및 이를 포함하는 액정 표시 장치는 액정 성분과 함께 일정 함량의 반응성 메조겐을 포함시킴으로서, 전압 보전율, 응답 속도, 선잔상 및 면잔상 등의 물리적 특성이 우수한 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 조성물의 전압 보전율 및 면잔상 수준에 대하여 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 조성물의 선잔상 수준에 대해 측정한 결과를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 화소에 대한 등가 회로도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이다.
도 5는 도 4의 V-V 선을 따라 자른 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이다.
도 7은 도 6의 VII-VII 선을 따라 자른 단면도이다.
도 8은 도 6에서 나타낸 액정 표시 장치의 한 화소에 대한 등가 회로도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이다.
도 10은 도 9의 X-X 선을 따라 자른 단면도이다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
액정 표시 장치의 고속 응답화를 위해서는 하기의 수학식 1에 나타내는 바와 같이 셀 갭을 감소시키거나 액정의 물성을 개선해야 한다. 액정 물성으로는 회전 점도 및 탄성 계수를 들 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112014026099454-pat00012
수학식 1은 화이트(white) 상태에서 블랙(black) 상태로 변하는데 걸리는 시간인 falling time(Toff)의 관점에서 응답 속도에 영향을 미치는 인자를 나타낸다. d는 셀 갭(cell gap), Keff는 탄성 계수, Y1은 회전 점도를 나타낸다.
셀 갭을 감소하여 응답 속도를 개선하는 경우에는 고굴절율 액정을 사용하여 액정층의 리타데이션(retardation)을 보상해 준다고 하더라도 이물질에 의한 수율 감소, 얼룩의 시인 정도 증가 등의 품질, 공정상의 문제점을 가지고 있다. 따라서, 액정의 물성은 회전 점도를 감소하고 탄성 계수를 증가하는 방향으로 개선하는 것이 바람직하다.
탄성 계수를 증가하면, falling time이 개선되는 효과가 있지만 액정의 전압- 투과율 곡선이 우측으로 이동하여 문턱 전압(Vth)이 증가하고 투과율이 감소하는 부작용이 발생할 수 있다. 따라서, 회전 점도를 감소하여 응답 속도를 개선하기 위해 분자량이 낮은 저점도의 액정 성분을 많이 혼합한 액정 조성의 설계가 필요하다.
본 발명의 일 실시예에서는 회전 점도를 낮은 물질을 사용하여 응답 속도를 개선할 수 있는 관점에서 높은 전압 보전율, 면잔상 및 선잔상을 개선할 수 있는 액정 조성 설계에 대해서 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액정 조성물은 하기 화학식 1로 표현되는 제1 화합물, 그리고 하기 화학식 2로 표현되는 제2 화합물을 포함한다.
[화학식 1]
Figure 112014026099454-pat00013
여기서, A, B는 시클로헥실기(cyclo-hexyl) 또는 페닐기(phenyl)이고, m은 0~4, n은 1~2, X는 알킬기(alkyl) 또는 알콕시기(alkoxy)기이며, Y는 불소(F) 또는 염소(Cl)이 1개 또는 2개가 치환될 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112014026099454-pat00014
여기서, n은 0~2, l은 0~1이고, Z는 할로겐기(halogen), 알킬기(alkyl) 또는 알콕시기(alkoxy)일 수 있고, A 및 A'는 독립적으로 존재하지 않지 않거나 메틸기(methyl)이다.
제1 화합물은 말단에 알케닐기를 포함하고 있으므로, 그 함량이 증가함에 따라 점도 개선의 효과가 있다.
제2 화합물은 반응성이 높은 반응성 메조겐(reactive mesogen; RM)으로서, 일반적으로 배향막에 반응성 메조겐을 사용하는 것과는 달리 액정 조성물의 물성을 향상시키기 위해 첨가되는 것이며, 제1 화합물과 함께 혼합하여 액정 조성물을 제조함으로서 액정의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 제1 화합물을 포함하는 액정 조성물은 전압 보전율(voltage holding ratio; VHR)의 하락, 선잔상 또는 면잔상이 문제될 수 있으나, 본 발명의 일 실시예에서는 제1 화합물에제2 화합물을 더 포함함으로서 전압 보전율, 선잔상 및 면잔상을 개선시킬 수 있다.
여기서, 제1 화합물은 하기 화학식 3으로 표현되는 화합물일 수 있다.
[화학식 3]
Figure 112014026099454-pat00015
여기서, R은 알킬기 또는 알콕시기이다.
여기서, 제2 화합물은 하기 화학식 4 내지 하기 화학식 6으로 표현되는 화합물일 수 있다.
[화학식 4]
Figure 112014026099454-pat00016
[화학식 5]
Figure 112014026099454-pat00017
[화학식 6]
Figure 112014026099454-pat00018
본 발명의 일 실시예에 따른 액정 조성물은 액정 조성물 총 중량 대비 제1 화합물을 30중량%~ 40중량%, 제2 화합물을 0.001중량%~ 0.05중량% 포함할 수 있으며, 제2 화합물은 0.02~ 0.03중량%를 포함하는 것이 바람직하다.
이는 일반적인 배향막 형성 시 사용되는 배향 중합체로서의 반응성 메조겐이 아닌 지속적으로 액정 조성물에 포함되어 있는 반응성 메조겐으로서, 상기 함량을 초과하게 될 경우에는 액정 조성물에 포함되어 있는 미량의 반응성 메조겐이 배향막에 배향 중합체로서의 영향을 미칠 수 있기 때문이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액정 조성물은 하기 화학식 7로 표현되는 제3 화합물을 더 포함할 수 있다.
[화학식 7]
Figure 112014026099454-pat00019
제3 화합물은 제1 화합물의 산화 방지제로서의 역할을 할 수 있으며, 제3 화합물은 0.001중량%~ 0.05중량% 포함할 수 있다.
이는 제3 화합물을 0.05중량% 이상 첨가 시 전압 보전율을 감소 시킬 수 있어 잔상에 취약해질 수 있고, 액정 분자의 상안정성을 저하시킬 수 있기 때문이다.
일반적으로, 제1 화합물과 같은 회전 점도가 낮은 물질의 경우 산화되는 부반응에 의한 극성 부산물이 발생할 수 있는데, 이로 인해 전압 보전율이 감소할 수 있으며 선잔상 및 면잔상이 발생할 수 있다.
이에 제2 화합물은 제1 화합물이 산화되기 전에 반응성이 우수한 제2 화합물이 반응을 하여 제2 화합물끼리의 중합이 일부 진행되거나 종료되게되어, 제1 화합물이 산화 부반응에 의해 극성 부산물로 변화되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 제3 화합물 역시 제1 화합물의 산화 부반응을 방지해줌으로서 제2 화합물과 함께 전압 보전율의 저하를 방지하고, 선잔상 및 면잔상의 발생을 개선시켜줄 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 조성물은 제1 화합물로서 화학식 1로 표현되는 화합물, 하기 화학식 8 및 하기 화학식 9로 표현되는 화합물에서 선택된 1종 이상의 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 8]
Figure 112014026099454-pat00020
[화학식 9]
Figure 112014026099454-pat00021
이하에서는, 도 1을 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 조성물의 전압 보전율 및 면잔상 수준 특성을 다른 비교예와 비교하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 조성물로서 제1 화합물 및 제2 화합물의 혼합 액정 조성물의 시간 경과에 따른 전압 보전율 및 면잔상 수준에 대해서 측정한 그래프이다.
비교예로서, 반응성 메조겐이나 산화 방지제를 첨가하지 않은 액정과 산화 방지제만을 첨가한 액정 조성물의 전압 보전율 및 면잔상 수준을 함께 측정하였다. 도 1의 좌측 세로축은 전압 보전율(%)을 나타내고, 우측의 세로축은 잔상이 사라지는 그레이(gray)를 나타낸다.
도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 조성물은 비교예에 비해서 첨가 화합물을 첨가하지 않은 액정과 비슷한 수준의 면잔상 수준이 나타나는 것을 확인하였으며, 또한, 전압 보전율 저하가 비교예에 비해서 적은 것을 확인할 수 있었다.
또한, 도 2를 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 조성물의 선잔상 수준 특성을 측정하였다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 조성물로서 제1 화합물 및 제2 화합물의 혼합 액정 조성물의 시간 경과에 따른 선잔상 수준에 대해서 측정한 결과이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액정 조성물을 60℃의 고온에서 선잔상 여부를 관찰한 결과 500시간 이후에 선잔상이 발생하는 것을 확인하였으며, 일반적으로 다른 첨가 화합물을 첨가하지 않은 액정이 24시간 경과 후 선잔상이 발생하는 것과 비교하여, 선잔상 발현 시간이 개선되는 것을 확인할 수 있었다.
다음으로, 도 3을 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대해 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 화소에 대한 등가 회로도이다.
도 3을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 서로 마주하는 박막 트랜지스터 표시판(100)과 공통 전극 표시판(200), 그리고 그 사이에 개재되어 있는 액정층(3)을 포함한다.
액정 표시 장치는 복수의 게이트선(GL), 복수 쌍의 데이터선(DLa, DLb) 및 복수의 유지 전극선(SL)을 포함하는 신호선과 이에 연결된 복수의 화소(PX)를 포함한다.
각 화소(PX)는 한 쌍의 부화소(PXa, PXb)를 포함하며, 부화소(PXa, PXb)는 스위칭 소자(Qa, Qb)와 액정 축전기(Clca, Clcb) 및 유지 축전기(storage capacitor)(Csta, Cstb)를 포함한다.
스위칭 소자(Qa, Qb)는 하부 표시판(100)에 구비되어 있는 박막 트랜지스터 등의 삼단자 소자로서, 그 제어 단자는 게이트선(GL)과 연결되어 있고, 입력 단자는 데이터선(DLa, DLb)과 연결되어 있으며, 출력 단자는 액정 축전기(Clca, Clcb) 및 유지 축전기(Csta, Cstb)와 연결되어 있다.
액정 축전기(Clca, Clcb)는 부화소 전극(191a, 191b)과 공통 전극(270)을 두 단자로 하고, 두 단자 사이의 액정층(3) 부분을 유전체로 하여 형성된다.
액정 축전기(Clca, Clcb)의 보조적인 역할을 하는 유지 축전기(Csta, Cstb)는 하부 표시판(100)에 구비된 유지 전극선(SL)과 부화소 전극(191a, 191b)이 절연체를 사이에 두고 중첩되어 이루어지며 유지 전극선(SL)에는 공통 전압(Vcom) 따위의 정해진 전압이 인가된다.
두 액정 축전기(Clca, Clcb)에 충전되는 전압은 서로 약간의 차이가 나도록 설정되어 있다. 예를 들면, 액정 축전기(Clca)에 인가되는 데이터 전압이 인접한 다른 액정 축전기(Clcb)에 인가되는 데이터 전압에 비하여 항상 낮거나 높도록 설정한다. 이렇게 두 액정 축전기(Clca, Clcb)의 전압을 적절하게 조절하면 측면에서 바라보는 영상이 정면에서 바라보는 영상에 근접하도록 할 수 있어 액정 표시 장치의 측면 시인성이 향상된다.
이하에서는 도 4 및 도 5를 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대해 더욱 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이고, 도 5는 도 4의 V-V 선을 따라 자른 단면도이다.
도 4 및 도 5를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 서로 마주하는 하부 표시판(100)과 상부 표시판(200) 및 이들 두 표시판(100, 200) 사이에 들어 있는 액정층(3)을 포함한다.
먼저, 하부 표시판(100)에 대하여 설명한다.
절연 기판(110) 위에 복수의 게이트선(gate line)(121) 및 복수의 유지 전극선(storage electrode line)(131, 135)이 형성되어 있다.
게이트선(121)은 게이트 신호를 전달하며 주로 가로 방향으로 뻗어 있다. 각 게이트선(121)은 위로 돌출한 복수의 제1 및 제2 게이트 전극(124a, 124b)을 포함한다.
유지 전극선은 게이트선(121)과 실질적으로 나란하게 뻗은 줄기선(stem)(131)과 이로부터 뻗어 나온 복수의 유지 전극(135)을 포함한다. 유지 전극선(131, 135)의 모양 및 배치는 여러 형태로 변형될 수 있다.
게이트선(121) 및 유지 전극선(131, 135)은 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 금속으로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나로 형성될 수 있다.
본 실시예에서 게이트선(121) 및 게이트 전극(124a, 124b)이 단일막으로 형성되는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되지 않고, 이중막 또는 삼중막 형태 등으로 형성될 수 있다.
이중막 구조를 갖는 경우, 게이트선(121) 및 게이트 전극(124a, 124b)은 하부막 및 상부막으로 형성될 수 있고, 하부막은 몰리브덴(Mo)과 몰리브덴 합금 등 몰리브덴 계열의 금속, 크롬(Cr), 크롬 합금, 티타늄(Ti), 티타늄 합금, 탄탈늄(Ta), 탄탈늄 합금, 망간(Mn), 망간 합금으로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나로 형성될 수 있다. 상부막은 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 금속으로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나로 형성될 수 있다. 삼중막 구조의 경우, 서로 물리적 성질이 다른 막들이 조합되어 형성될 수 있다.
게이트선(121) 및 유지 전극선(131, 135) 위에는 게이트 절연막 (140)이 형성되어 있으며, 게이트 절연막(140) 위에는 비정질 또는 결정질 규소 등으로 만들어진 복수의 반도체(154a, 154b)가 형성되어 있다.
반도체(154a, 154b) 위에는 각각 복수 쌍의 저항성 접촉 부재 (163b, 165b)가 형성되어 있으며, 저항성 접촉 부재(163b, 165b)는 실리사이드(silicide) 또는 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 따위의 물질로 만들어질 수 있다.
저항성 접촉 부재(163b, 165b) 및 게이트 절연막(140) 위에는 복수 쌍의 데이터선 (171a, 171b)과 복수 쌍의 제1 및 제2 드레인 전극 (175a, 175b)이 형성되어 있다.
데이터선(171a, 171b)은 데이터 신호를 전달하며 주로 세로 방향으로 뻗어 게이트선(121) 및 유지 전극선의 줄기선(131)과 교차한다. 데이터선(171a, 171b)은 제1, 제2 게이트 전극(124a, 124b)을 향하여 뻗어 U자형으로 굽은 제1 및 제2 소스 전극(source electrode)(173a, 173b)을 포함하며, 제1 및 제2 소스 전극(173a, 173b)은 제1, 제2 게이트 전극(124a, 124b)을 중심으로 제1 및 제2 드레인 전극(175a, 175b)과 마주한다.
데이터선(171a, 171b)은 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 금속으로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나로 형성될 수 있다. 본 실시예에서 데이터선(171a, 171b)이 단일막으로 형성되는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되지 않고, 이중막 또는 삼중막 형태 등으로 형성될 수 있다.
제1 및 제2 드레인 전극(175a, 175b)은 각각 제1 및 제2 소스 전극(173a, 173b)으로 일부 둘러싸인 한 쪽 끝에서부터 위로 뻗어 있으며 반대쪽 끝은 다른 층과의 접속을 위해 면적이 넓을 수 있다.
그러나 제1 및 제2 드레인 전극(175a, 175b)을 비롯한 데이터선(171a, 171b)의 모양 및 배치는 여러 형태로 변형될 수 있다.
제1 및 제2 게이트 전극(124a, 124b), 제1 및 제2 소스 전극(173a, 173b) 및 제1 및 제2 드레인 전극(175a, 175b)은 제1 및 제2 반도체(154a, 154b)와 함께 제1 및 제2 박막 트랜지스터 (Qa, Qb)를 이루며, 제1 및 제2 박막 트랜지스터(Qa, Qb)의 채널(channel)은 제1 및 제2 소스 전극(173a, 173b)과 제1 및 제2 드레인 전극(175a, 175b) 사이의 제1 및 제2 반도체(154a, 154b)에 형성된다.
저항성 접촉 부재(163b, 165b)는 그 아래의 반도체(154a, 154b)와 그 위의 데이터선(171a, 171b), 드레인 전극(175a, 175b) 사이에만 존재하며 이들 사이의 접촉 저항을 낮추어 준다. 반도체(154a, 154b)에는 소스 전극(173a, 173b)과 드레인 전극(175a, 175b) 사이에는 데이터선(171a, 171b) 및 드레인 전극(175a, 175b)으로 가리지 않고 노출된 부분이 있다.
데이터선(171a, 171b), 드레인 전극(175a, 175b) 및 노출된 반도체(154a, 154b) 부분 위에는 질화규소 또는 산화규소 따위로 만들어진 하부 보호막(180p)이 형성되어 있다.
하부 보호막(180p) 위에는 색필터(230)가 형성되어 있다. 색필터(230)는 적색, 녹색, 청색의 3색 컬러 필터를 포함할 수 있다. 색필터(230) 위에 크롬 및 크롬 산화물의 단일층이나 이중층 또는 유기 물질로 이루어진 차광 부재(220)가 형성되어 있다. 차광 부재(220)는 매트릭스 형태로 배열되어 있는 개구부를 가질 수 있다.
색필터(230)와 차광 부재(220) 위에는 투명한 유기 절연 물질로 이루어진 상부 보호막(180q)이 형성되어 있다. 상부 보호막(180q)은 색필터(230)가 노출되는 것을 방지하고 평탄면을 제공한다. 상부 보호막(180q)에는 제1 및 제2 드레인 전극(175a, 175b)을 드러내는 복수의 접촉 구멍(185a, 185b)이 형성되어 있다.
상부 보호막(180q) 위에는 복수의 화소 전극 (191)이 형성되어 있다. 화소 전극(191)은 ITO 또는 IZO 등의 투명한 도전 물질이나 알루미늄, 은, 크롬 또는 그 합금 등의 반사성 금속으로 만들어질 수 있다.
각 화소 전극(191)은 서로 분리되어 있는 제1 및 제2 부화소 전극(191a, 191b)을 포함하며, 제1 및 제2 부화소 전극(191a, 191b)은 각각 가로 줄기부(192) 및 이와 교차하는 세로 줄기부(193)로 이루어진 십자형 줄기부를 포함하고, 가로 줄기부(192) 및 세로 줄기부(193)에서 비스듬하게 뻗어 나온 미세 가지부(194)를 포함한다.
다음, 상부 표시판(200)에 대해서 설명한다.
상부 표시판(200)에는 투명한 절연 기판(210) 위에 공통 전극(270)이 전면에 형성되어 있다.
상부 표시판(200)과 하부 표시판(100) 사이의 간격을 유지하기 위한 간격재(363)가 형성되어 있다.
하부 표시판(100) 및 상부 표시판(200)의 안쪽 면에는 배향막(11, 21)이 각각 도포되어 있으며 이들은 수직 배향막일 수 있다. 배향막(11, 21)은 폴리 아믹산(Polyamic acid) 또는 폴리 이미드(Polyimide) 등의 액정 배향막으로써 일반적으로 사용되는 물질들 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있다. 배향막(11, 21)은 배향 보조제를 광조사하여 형성된 배향 중합체(13a, 23a)를 포함한다. 배향 중합체는 반응성 메조겐(reactive mesogen)이 될 수 있다.
여기서, 배향막에 포함되는 반응성 메조겐은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 조성물에 첨가되는 반응성 메조겐이 아닌 배향막에 중합 형성되어 있는 반응성 메조겐을 나타낸다.
하부 표시판(100) 및 상부 표시판(200)의 바깥쪽 면에는 편광자(polarization)(도시하지 않음)가 구비되어 있을 수 있다.
하부 표시판(100)과 상부 표시판(200) 사이에는 액정층(3)이 개재되어 있다. 액정층(3)은 복수의 액정 분자(310)을 포함한다.
액정(310)은 음의 유전율 이방성을 가지며, 전기장이 없는 상태에서 그 장축이 두 표시판(100, 200)의 표면에 대하여 거의 수직을 이루도록 배향되어 있다.
본 실시예에서 액정층(3)은 앞에서 언급한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 조성물로 형성된 액정 분자(310)들을 포함한다. 구체적으로, 본 실시예에서 액정층(3)은 하기 화학식 1로 표현되는 제1 화합물, 그리고 하기 화학식 2로 표현되는 제2 화합물을 포함한다.
[화학식 1]
Figure 112014026099454-pat00022
여기서, A, B는 시클로헥실기(cyclo-hexyl) 또는 페닐기(phenyl)이고, m은 0~4, n은 1~2, X는 알킬기(alkyl) 또는 알콕시기(alkoxy)기이며, Y는 불소(F) 또는 염소(Cl)이 1개 또는 2개가 치환될 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112014026099454-pat00023
여기서, n은 0~2, l은 0~1이고, Z는 할로겐기(halogen), 알킬기(alkyl) 또는 알콕시기(alkoxy)일 수 있고, A 및 A'는 독립적으로 존재하지 않지 않거나 메틸기(methyl)이다.
여기서, 제1 화합물은 하기 화학식 3으로 표현되는 화합물일 수 있다.
[화학식 3]
Figure 112014026099454-pat00024
여기서, R은 알킬기 또는 알콕시기이다.
여기서, 제2 화합물은 하기 화학식 4 내지 하기 화학식 6으로 표현되는 화합물일 수 있다.
[화학식 4]
Figure 112014026099454-pat00025
[화학식 5]
Figure 112014026099454-pat00026
[화학식 6]
Figure 112014026099454-pat00027
본 발명의 일 실시예에 따른 액정 조성물은 액정 조성물 총 중량 대비 제1 화합물을 30중량%~ 40중량%, 제2 화합물을 0.001중량%~ 0.05중량% 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액정 조성물은 하기 화학식 7로 표현되는 제3 화합물을 더 포함할 수 있다.
[화학식 7]
Figure 112014026099454-pat00028
제3 화합물은 제1 화합물의 산화 방지제로서의 역할을 할 수 있으며, 제3 화합물은 0.001중량%~ 0.05중량% 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 조성물은 제1 화합물로서 화학식 1로 표현되는 화합물, 하기 화학식 8 및 하기 화학식 9로 표현되는 화합물에서 선택된 1종 이상의 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 8]
Figure 112014026099454-pat00029
[화학식 9]
Figure 112014026099454-pat00030
앞에서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 조성물에 관한 설명은 본 실시예에 따른 액정 표시 장치의 액정층(3)에 포함된 액정 조성물에도 적용할 수 있다.
화소 전극(191) 및 공통 전극(270)에 전압이 인가되면, 액정 분자(310)은 화소 전극(191)과 공통 전극(270) 사이에 형성된 전기장에 응답하여 그 장축이 전기장의 방향에 수직한 방향으로 방향을 바꾼다. 액정(310)이 기울어진 정도에 따라 액정층(3)에 입사광의 편광의 변화 정도가 달라지며 이러한 편광의 변화는 편광자에 의하여 투과율 변화로 나타나고 이를 통하여 액정 표시 장치는 영상을 표시한다.
액정 분자(310)가 기울어지는 방향은 화소 전극(191)의 미세 가지(194)에 의해 결정되며, 액정(310)은 미세 가지(194)의 길이 방향에 평행한 방향으로 기울어진다. 하나의 화소 전극(191)은 미세 가지(194)의 길이 방향이 서로 다른 네 개의 부영역을 포함하므로 액정 분자(310)가 기울어지는 방향은 대략 네 방향이며 액정층(3)에는 액정 분자(310)의 배향 방향이 다른 네 개의 도메인(domain)이 형성된다. 이와 같이 액정이 기울어지는 방향을 다양하게 함으로써 액정 표시 장치의 시야각을 개선할 수 있다.
본 실시예에 따른 액정 표시 장치는 배향 보조제의 중합에 의해 형성된 배향 중합체(13a, 23a)가 액정 분자(310)의 초기 배향 방향인 선경사(pre-tilt)를 제어하고, 또한 회전 점도가 작은 액정 조성물 설계를 통해 응답 속도를 크게 향상될 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이고, 도 7은 도 6의 VII-VII 선을 따라 자른 단면도이다.
먼저, 하부 표시판(100)에 대하여 설명하기로 한다.
절연 기판(110) 위에 제1 게이트선(121a)과 제2 게이트선(121b)을 포함하는 복수의 게이트선(121)과 복수의 유지 전극선(131)이 형성되어 있다.
제1 게이트선(121a)과 제2 게이트선(121b)은 주로 가로 방향으로 뻗어 있으며 게이트 신호를 전달한다. 제1 게이트선(121a)은 위로 돌출한 제1 게이트 전극(124a) 및 제2 게이트 전극(124b)을 포함하고, 제2 게이트선(121b)은 제3 게이트 전극(124c)을 포함한다. 제1 게이트 전극(124a) 및 제2 게이트 전극(124b)은 서로 연결되어 하나의 돌출부를 이룬다.
유지 전극선(131)도 주로 가로 방향으로 뻗어 있으며 공통 전압(Vcom) 등의 일정한 전압을 전달한다. 유지 전극선(131)은 게이트선(121)과 대략 수직하게 뻗어 있는 한 쌍의 세로부(134)와 세로부(134)에서 돌출되어 확장된 용량 전극(137)을 포함한다.
게이트선(121) 및 유지 전극선(131) 위에는 게이트 절연막(140)이 형성되어 있으며, 게이트 절연막(140) 위에는 비정질 또는 결정질 규소 등으로 만들어질 수 있는 복수의 선형 반도체(도시하지 않음)가 형성되어 있다. 선형 반도체는 주로 세로 방향으로 뻗어 있으며 제1 및 제2 게이트 전극(124a, 124b)을 향하여 뻗어 나와 있으며 서로 연결되어 있는 제1 및 제2 반도체(154a, 154b), 그리고 제3 게이트 전극(124c) 위에 위치하는 제3 반도체(154c)를 포함한다.
반도체(154a, 154b, 154c) 위에는 복수 쌍의 저항성 접촉 부재(도시하지 않음)가 형성되어 있다. 저항성 접촉 부재는 실리사이드(silicide) 또는 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 따위의 물질로 만들어질 수 있다.
상기 저항성 접촉 부재 위에는 복수의 데이터선(171a, 171b), 복수의 제1 드레인 전극(175a), 복수의 제2 드레인 전극(175b), 그리고 복수의 제3 드레인 전극(175c)을 포함하는 데이터 도전체가 형성되어 있다.
데이터선(171a, 171b)은 데이터 신호를 전달하며 주로 세로 방향으로 뻗어 제1 게이트선(121a) 및 제2 게이트선(121b)과 교차한다. 데이터선(171a, 171b)은 제1 게이트 전극(124a) 및 제2 게이트 전극(124b)을 향하여 뻗으며 서로 연결될 수 있는 제1 소스 전극(173a) 및 제2 소스 전극(173b)을 포함한다. 제1 소스 전극(173a) 및 제2 소스 전극(173b)은 각각 제1 게이트 전극(124a) 및 제2 게이트 전극(124b)을 중심으로 제1 드레인 전극(175a) 및 제2 드레인 전극(175b)과 마주한다.
제1 드레인 전극(175a), 제2 드레인 전극(175b) 및 제3 드레인 전극(175c)은 막대형의 한 쪽 끝 부분과 면적이 상대적으로 넓은 다른 쪽 끝 부분을 포함한다. 제1 드레인 전극(175a) 및 제2 드레인 전극(175b)의 막대형 끝 부분은 제1 소스 전극(173a) 및 제2 소스 전극(173b)으로 일부 둘러싸여 있다. 제1 드레인 전극(175a)의 넓은 한 쪽 끝 부분은 다시 연장되어 "U"자 형태로 굽은 제3 소스 전극(173c)을 이루며 제3 소스 전극(173c)은 제3 드레인 전극(175c)과 마주한다. 제3 드레인 전극(175c)의 넓은 끝 부분(177c)은 용량 전극(137)과 중첩하여 감압 축전기(Cstd)를 이루며, 막대형 끝 부분은 제3 소스 전극(173c)으로 일부 둘러싸여 있다.
제1 게이트 전극(124a), 제1 소스 전극(173a), 및 제1 드레인 전극(175a)은 제1 반도체(154a)와 함께 제1 박막 트랜지스터(Qa)를 형성하고, 제2 게이트 전극(124b), 제2 소스 전극(173b), 및 제2 드레인 전극(175b)은 제2 반도체(154b)와 함께 제2 박막 트랜지스터(Qb)를 형성하며, 제3 게이트 전극(124c), 제3 소스 전극(173c), 및 제3 드레인 전극(175c)은 제3 반도체(154c)와 함께 제3 박막 트랜지스터(Qc)를 형성한다.
제1 반도체(154a), 제2 반도체(154b), 및 제3 반도체(154c)를 포함하는 선형 반도체는 소스 전극(173a, 173b, 173c)과 드레인 전극(175a, 175b, 175c) 사이의 채널 영역을 제외하고는 데이터 도전체(171a, 171b, 173a, 173b, 173c, 175a, 175b, 175c) 및 그 하부의 저항성 접촉 부재와 실질적으로 동일한 평면 모양을 가질 수 있다.
제1 반도체(154a)에는 제1 소스 전극(173a)과 제1 드레인 전극(175a) 사이에서 제1 소스 전극(173a) 및 제1 드레인 전극(175a)에 의해 가리지 않고 노출된 부분이 있고, 제2 반도체(154b)에는 제2 소스 전극(173b)과 제2 드레인 전극(175b) 사이에서 제2 소스 전극(173b) 및 제2 드레인 전극(175b)에 의해 가리지 않고 노출된 부분이 있으며, 제3 반도체(154c)에는 제3 소스 전극(173c)과 제3 드레인 전극(175c) 사이에서 제3 소스 전극(173c) 및 제3 드레인 전극(175c)에 의해 가리지 않고 노출된 부분이 있다.
데이터 도전체(171a, 171b, 173a, 173b, 173c, 175a, 175b, 175c) 및 노출된 제1, 제2 및 제3 반도체(154a, 154b, 154c) 부분 위에는 질화 규소 또는 산화 규소 따위의 무기 절연물로 만들어질 수 있는 보호막(180)이 형성되어 있다.
그러나 보호막(180)은 유기 절연물로 만들어질 수 있으며 표면이 평탄할 수 있다. 보호막(180)은 또한 유기막의 우수한 절연 특성을 살리면서도 노출된 반도체(154a, 154b, 154c) 부분에 손상을 주지 않도록 하부 무기막과 상부 유기막의 이중막 구조를 가질 수도 있다.
보호막(180)에는 제1 드레인 전극(175a) 및 제2 드레인 전극(175b)을 드러내는 복수의 접촉 구멍(contact hole)(185a, 185b)이 형성되어 있다.
보호막(180) 위에는 제1 부화소 전극(191a) 및 제2 부화소 전극(191b)을 포함하는 화소 전극(191) 및 차폐 전극(9)이 형성되어 있다. 화소 전극(191)은 ITO 또는 IZO 등의 투명한 도전 물질이나 알루미늄, 은, 크롬 또는 그 합금 등의 반사성 금속으로 만들어질 수도 있다.
화소 전극(191)에는 가로 중앙 절개부(91), 세로 중앙 절개부(92c1), 하부 절개부(92a1, 92a2, 92c2) 및 상부 절개부(92b1, 92b2, 92c3)가 형성되어 있으며, 화소 전극(191)은 이들 절개부(91, 92c1, 92a1, 92a2, 92c2, 92b1, 92b2, 92c3)에 의하여 복수의 영역(partition)으로 분할된다. 절개부(91, 92a1, 92a2, 92c2, 92b1, 92b2, 92c3)는 화소 전극(191)을 이등분하는 가상의 가로 중심선에 대하여 거의 반전 대칭을 이룬다.
구체적으로, 화소 전극(191)은 화소 전극(191)의 가로 중심선에 대하여 하반부와 상반부에 각각 위치하고 있는 사선부(92a1, 92a2, 92b1, 92b2)와 사선부(92a1, 92a2, 92b1, 92b2)를 서로 연결하는 연결부(92c1, 92c2, 92c3)를 포함한다. 사선부(92a1, 92a2, 92b1, 92b2)는 대략 화소 전극(191)의 오른쪽 변에서부터 왼쪽 변으로 비스듬하게 뻗어 있고, 게이트선(121)에 대하여 약 45도의 각도를 이루며 서로 수직으로 뻗을 수 있다.
화소 전극(191)의 하반부는 하부 사선 절개부(92a1, 92a2)에 의해 두 개의 영역(partition)으로 나뉘고, 상반부 또한 상부 사선 절개부(92b1, 92b2)에 의하여 두 개의 영역으로 분할된다. 구체적으로, 하부 사선 절개부(92a1, 92a2), 상부 사선 절개부(92b1, 92b2), 및 연결부(92c1, 92c2, 92c3)는 폐회로를 형성할 수 있고, 하부 사선 절개부(92a1, 92a2), 상부 사선 절개부(92b1, 92b2), 및 연결부(92c1, 92c2, 92c3)에 의해 화소 전극(191)은 제1 부화소 전극(191a)과 제2 부화소 전극(191b)으로 분리될 수 있다.
이 때, 화소 전극 영역의 개수 또는 절개부의 개수는 화소 전극(191)의 크기, 화소 전극(191)의 가로변과 세로변의 길이 비, 액정층(3)의 종류나 특성 등 설계 요소에 따라서 달라질 수 있다.
제1 부화소 전극(191a) 및 제2 부화소 전극(191b)은 각각 접촉 구멍(185a, 185b)을 통하여 제1 드레인 전극(175a) 및 제2 드레인 전극(175b)과 연결되어 있으며, 제1 드레인 전극(175a) 및 제2 드레인 전극(175b)으로부터 데이터 전압을 인가 받는다.
데이터 전압이 인가된 제1 부화소 전극(191a) 및 제2 부화소 전극(191b)은 상부 표시판(200)의 공통 전극(270)과 함께 전기장을 생성함으로써 두 전극 사이의 액정층(3)의 액정 분자(310)의 방향을 결정한다. 전기장이 없는 상태에서 두 전극의 표면에 대하여 수직을 이루도록 배향되어 있던 액정층의 액정 분자는 두 전극의 표면에 대하여 수평한 방향을 향해 눕게 되고, 액정 분자의 눕는 정도에 따라 액정층을 통과하는 빛의 휘도가 달라진다.
제1 부화소 전극(191a)과 공통 전극(270)은 그 사이의 액정층(3)과 함께 제1 액정 축전기(Clca)를 이루고 제2 부화소 전극(191b)과 공통 전극(270)은 그 사이의 액정층(3)과 함께 제2 액정 축전기(Clcb)를 이루어 제1 및 제2 박막 트랜지스터(Qa, Qb)가 턴 오프된 후에도 인가된 전압을 유지한다.
제1 부화소 전극(191a) 및 제2 부화소 전극(191b)은 각각 유지 전극선(131)과 중첩하여 제1 유지 축전기(Csta) 및 제2 유지 축전기(Cstb)를 이루며, 제1 유지 축전기(Csta) 및 제2 유지 축전기(Cstb)는 각각 제1 액정 축전기(Clca) 및 제2 액정 축전기(Clcb)의 전압 유지 능력을 강화한다.
용량 전극(137)과 제3 드레인 전극(175c)의 확장부(177c)는 게이트 절연막(140)과 반도체를 사이에 두고 서로 중첩하여 감압 축전기(Cstd)를 이룬다. 그러나, 용량 전극(137)과 제3 드레인 전극(175c)의 확장부(177c) 사이에 배치되어 있는 반도체는 제거될 수도 있다.
이하에서는 상부 표시판(200)에 대하여 설명하기로 한다.
투명한 유리 또는 플라스틱 등으로 만들어진 절연 기판(210) 위에 차광 부재(미도시)가 형성되어 있다. 차광 부재는 블랙 매트릭스(black matrix)라고도 하며 화소 전극(191) 사이의 빛샘을 막는 역할을 한다. 차광 부재는 화소 전극(191)과 마주하며 화소 전극(191)과 거의 동일한 모양을 갖는 복수의 개구부(미도시)를 가지고 있다. 그러나, 차광 부재는 게이트선(121a, 121b) 및 데이터선(171a, 171b)에 대응하는 부분과 박막 트랜지스터에 대응하는 부분으로 이루어질 수 있다.
기판(210) 위에 복수의 색필터(230)가 형성되어 있다. 색필터(230)는 상기 차광 부재로 둘러싸인 영역 내에 대부분 존재하며, 화소 전극(191)의 열을 따라서 세로 방향으로 길게 뻗을 수 있다. 각 색필터(230)는 적색, 녹색 및 청색의 삼원색 등 기본색(primary color) 중 하나를 표시할 수 있다.
색필터(230) 위에는 덮개막(250)이 형성되어 있다. 덮개막(250)은 절연물로 만들어질 수 있으며, 색필터(230)가 노출되는 것을 방지하고 평탄면을 제공한다. 덮개막(250)은 생략될 수 있다.
덮개막(250) 위에는 공통 전극(270)이 형성되어 있다. 공통 전극(270)은 ITO, IZO 등의 투명한 도전체 따위로 만들어지며 공통 전극(270)에는 복수의 절개부(71, 71a1, 71a2, 71a3, 71b1, 71b2, 71b3) 집합이 형성되어 있다.
복수의 절개부(71, 71a1, 71a2, 71a3, 71b1, 71b2, 71b3) 집합은 중앙 절개부(71), 제1 내지 제3 하부 사선 절개부(71a1, 71a2, 71a3), 및 제1 내지 제3 상부 사선 절개부(71b1, 71b2, 71b3)를 포함한다.
절개부(71, 71a1, 71a2, 71a3, 71b1, 71b2, 71b3) 각각은 화소 전극(191)의 인접 절개부(92a1, 92a2, 92b1, 92b2) 사이 또는 화소 전극의 절개부(92a1, 92a2, 92b1, 92b2)와 화소 전극(191)의 가장 자리의 변 사이에 배치되어 있다.
복수의 절개부(71, 71a1, 71a2, 71a3, 71b1, 71b2, 71b3) 집합은 화소 전극(191)의 가상의 가로 중심선에 대하여 거의 반전 대칭을 이룬다.
화소 전극(191)의 절개부와 공통 전극(270)의 절개부들은 화소 전극(191)을 복수의 부영역(sub-area)으로 나누며, 각 부영역은 화소 전극(191)의 주 변과 빗각을 이루는 두 개의 주 변(primary edge)을 갖는다. 각 부영역 위의 액정 분자(310)들은 대부분 주 변에 수직인 방향으로 기울어지므로, 기울어지는 방향은 대략 네 방향이다.
이와 같이 액정 분자(310)가 기울어지는 방향을 다양하게 하면 액정 표시 장치의 기준 시야각이 커진다.
하부 표시판(100) 및 상부 표시판(200)의 안쪽 면에는 배향막(11, 21)이 도포되어 있으며 이들은 수직 배향막일 수 있다. 구체적으로, 배향막(11, 21)은 화소 전극(191)과 공통 전극(270) 위에 위치할 수 있다.
표시판(100, 200)의 바깥쪽 면에는 각각 편광자(polarizer)(미도시)가 구비될 수 있는데, 상기 편광자의 투과축은 직교하며 이중 한 투과축은 게이트선(121)에 대하여 나란한 것이 바람직하다. 반사형 액정 표시 장치의 경우에는 두 개의 편광자 중 하나가 생략될 수 있다.
하부 표시판(100)과 상부 표시판(200) 사이에는 액정층(3)이 개재되어 있다. 액정층(3)은 복수의 액정 분자(310)을 포함한다.
액정(310)은 음의 유전율 이방성을 가지며, 전기장이 없는 상태에서 그 장축이 두 표시판(100, 200)의 표면에 대하여 거의 수직을 이루도록 배향되어 있다.
본 실시예에서 액정층(3)은 앞에서 언급한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 조성물로 형성된 액정 분자(310)들을 포함한다. 구체적으로, 본 실시예에서 액정층(3)은 하기 화학식 1로 표현되는 제1 화합물, 그리고 하기 화학식 2로 표현되는 제2 화합물을 포함한다.
[화학식 1]
Figure 112014026099454-pat00031
여기서, A, B는 시클로헥실기(cyclo-hexyl) 또는 페닐기(phenyl)이고, m은 0~4, n은 1~2, X는 알킬기(alkyl) 또는 알콕시기(alkoxy)기이며, Y는 불소(F) 또는 염소(Cl)이 1개 또는 2개가 치환될 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112014026099454-pat00032
여기서, n은 0~2, l은 0~1이고, Z는 할로겐기(halogen), 알킬기(alkyl) 또는 알콕시기(alkoxy)일 수 있고, A 및 A'는 독립적으로 존재하지 않지 않거나 메틸기(methyl)이다.
여기서, 제1 화합물은 하기 화학식 3으로 표현되는 화합물일 수 있다.
[화학식 3]
Figure 112014026099454-pat00033
여기서, R은 알킬기 또는 알콕시기이다.
여기서, 제2 화합물은 하기 화학식 4 내지 하기 화학식 6으로 표현되는 화합물일 수 있다.
[화학식 4]
Figure 112014026099454-pat00034
[화학식 5]
Figure 112014026099454-pat00035
[화학식 6]
Figure 112014026099454-pat00036
본 발명의 일 실시예에 따른 액정 조성물은 액정 조성물 총 중량 대비 제1 화합물을 30중량%~ 40중량%, 제2 화합물을 01001중량%~ 0.05중량% 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액정 조성물은 하기 화학식 7로 표현되는 제3 화합물을 더 포함할 수 있다.
[화학식 7]
Figure 112014026099454-pat00037
제3 화합물은 제1 화합물의 산화 방지제로서의 역할을 할 수 있으며, 제3 화합물은 0.001중량%~ 0.05중량% 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 조성물은 제1 화합물로서 화학식 1로 표현되는 화합물, 하기 화학식 8 및 하기 화학식 9로 표현되는 화합물에서 선택된 1종 이상의 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 8]
Figure 112014026099454-pat00038
[화학식 9]
Figure 112014026099454-pat00039
앞에서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 조성물에 관한 설명은 본 실시예에 따른 액정 표시 장치의 액정층(3)에 포함된 액정 조성물에도 적용할 수 있다.
도 8은 도 6에서 나타낸 액정 표시 장치의 한 화소에 대한 등가 회로도이다. 도 8을 참고하여 도 6에서 나타낸 액정 표시 장치의 회로도적 구조 및 동작에 대해 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 제1 게이트선(121a), 제2 게이트선(121b), 유지 전극선(131), 그리고 데이터선(171)을 포함하는 신호선과 이에 연결된 화소(PX)를 포함한다.
화소(PX)는 제1 부화소(PXa), 제2 부화소(PXb) 및 감압부(Cd)를 포함한다.
제1 부화소(PXa)는 제1 스위칭 소자(Qa), 제1 액정 축전기(Clca) 및 제1 유지 축전기(Csta)를 포함하고, 제2 부화소(PXb)는 제2 스위칭 소자(Qb), 제2 액정 축전기(Clcb) 및 제2 유지 축전기(Cstb)를 포함하며, 감압부(Cd)는 제3 스위칭 소자(Qc) 및 감압 축전기(Cstd)를 포함한다.
제1 및 제2 스위칭 소자(Qa, Qb)는 하부 표시판에 구비되어 있는 박막 트랜지스터 등의 삼단자 소자로서, 그 제어 단자는 제1 게이트선(121a)과 연결되어 있고, 입력 단자는 데이터선(171)과 연결되어 있으며, 출력 단자는 제1 및 제2 액정 축전기(Clca, Clcb)와 제1 및 제2 유지 축전기(Csta, Cstb)와 각각 연결되어 있다.
제3 스위칭 소자(Qc) 역시 하부 표시판에 구비되어 있는 박막 트랜지스터 등의 삼단자 소자로서, 제어 단자는 제2 게이트선(121b)과 연결되어 있고, 입력 단자는 제1 액정 축전기(Clca)와 연결되어 있으며, 출력 단자는 감압 축전기(Cstd)와 연결되어 있다.
제1 및 제2 액정 축전기(Clca, Clcb)는 각각 제1 및 제2 스위칭 소자(Qa, Qb)와 연결된 제1 및 제2 부화소 전극(191a, 191b)과 상부 표시판의 공통 전극이 중첩하여 이루어진다. 제1 및 제2 유지 축전기(Csta, Cstb)는 유지 전극선(131)과 제1 및 제2 부화소 전극(191a, 191b)이 중첩하여 이루어진다.
감압 축전기(Cstd)는 제3 스위칭 소자(Qc)의 출력 단자와 유지 전극선(131)에 연결되어 있으며, 하부 표시판에 구비된 유지 전극선(131)과 제3 스위칭 소자(Qc)의 출력 단자가 절연체를 사이에 두고 중첩되어 이루어진다.
도 6에 도시한 액정 표시 장치의 동작에 대해 설명한다.
우선, 제1 게이트선(121a)에 게이트 온 전압(Von)이 인가되면 이에 연결된 제1 및 제2 박막 트랜지스터(Qa, Qb)가 턴 온 된다.
이에 따라 데이터선(171b)의 데이터 전압은 턴 온 된 제1 및 제2 스위칭 소자(Qa, Qb)를 통하여 제1 및 제2 부화소 전극(191a, 191b)에 동일하게 인가된다. 제1 및 제2 액정 축전기(Clca, Clcb)는 공통 전극(270)의 공통 전압(Vcom)과 제1 및 제2 부화소 전극(191a, 191b)의 전압 차이만큼 충전되므로 제1 액정 축전기(Clca)의 충전 전압과 제2 액정 축전기(Clcb)의 충전 전압도 서로 동일하다. 이 때, 제2 게이트선(121b)에는 게이트 오프 전압(Voff)이 인가된다.
다음, 제1 게이트선(121a)에 게이트 오프 전압(Voff)이 인가됨과 동시에 제2 게이트선(121b)에 게이트 온 전압(Von)이 인가되면, 제1 게이트선(121a)에 연결된 제1 및 제2 스위칭 소자(Qa, Qb)는 턴 오프되고, 제3 스위칭 소자(Qc)는 턴 온 된다. 이에 따라 제1 스위칭 소자(Qa)의 출력 단자와 연결된 제1 부화소 전극(191a)의 전하가 감압 축전기(Cstd)로 흘러 들어 제1 액정 축전기(Clca)의 전압이 하강한다.
본 실시예에 따른 액정 표시 장치가 프레임 반전으로 구동되고 현재 프레임에서 데이터선(171)에 공통 전압(Vcom)을 기준으로 극성이 양(+)인 데이터 전압이 인가되는 경우를 예로 하여 설명하면, 이전 프레임이 끝난 후에 감압 축전기(Cstd)에는 음(-)의 전하가 모여있게 된다. 현재 프레임에서 제3 스위칭 소자(Qc)가 턴 온 되면 제1 부화소 전극(191a)의 양(+)의 전하가 제3 스위칭 소자(Qc)를 통해 감압 축전기(Cstd)로 흘러 들어와 감압 축전기(Cstd)에는 양(+)의 전하가 모이게 되고 제1 액정 축전기(Clca)의 전압은 하강하게 된다. 다음 프레임에서는 반대로 제1 부화소 전극(191a)에 음(-)의 전하가 충전된 상태에서 제3 스위칭 소자(Qc)가 턴 온 됨에 따라 제1 부화소 전극(191a)의 음(-)의 전하가 감압 축전기(Cstd)로 흘러 들어 감압 축전기(Cstd)에는 음(-)의 전하가 모이고 제1 액정 축전기(Clca)의 전압은 역시 하강하게 된다.
이와 같이 본 실시예에 따르면 데이터 전압의 극성에 상관없이 제1 액정 축전기(Clca)의 충전 전압을 제2 액정 축전기(Clcb)의 충전 전압보다 항상 낮게 할 수 있다. 따라서 제1 및 제2 액정 축전기(Clca, Clcb)의 충전 전압을 다르게 하여 액정 표시 장치의 측면 시인성을 향상할 수 있다.
본 실시예와 다르게 제1 및 제2 부화소 전극(191a, 191b)의 제1 및 제2 스위칭 소자(Qa, Qb)는 각각 서로 다른 데이터선을 통해 하나의 영상 정보로부터 얻어진 서로 다른 데이터 전압을 인가 받거나 각각 서로 다른 게이트선에 연결되어 서로 다른 시간에 하나의 영상 정보로부터 얻어진 서로 다른 데이터 전압을 인가 받을 수도 있다. 또는 제1 부화소 전극(191a)만이 스위칭 소자를 통해 데이터 전압을 인가 받고 제2 부화소 전극(191b)은 제1 부화소 전극(191a)과의 용량성 결합을 통해 상대적으로 낮은 전압을 인가 받을 수도 있다. 이와 같은 여러 실시예의 경우, 제3 스위칭 소자(Qc) 및 감압 축전기(Cstd) 등은 생략될 수 있다.
그러면, 도 9 및 도 10을 참고하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대해서 상세하게 설명한다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이고, 도 10은 도 9의 X-X 선을 따라 자른 단면도이다.
도 9 및 도 10을 참고하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치는 서로 마주보는 하부 표시판(100) 및 상부 표시판(200)과 그 사이 주입되어 있는 액정층(3)을 포함한다. 아래에서는 하나의 화소 영역을 예를 들어 설명하였으나, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는 약 200PPI이상의 해상도를 가질 수 있다. 즉, 액정 표시 장치 중 가로와 세로가 약 1인치(inch)의 영역 내에 약 200개 이상의 화소가 포함될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 하나의 화소의 가로 길이(L1)는 약 40㎛ 이하이고, 세로 길이(L2)는 약 120㎛ 이하일 수 있다. 여기서, 도시한 바와 같이, 화소의 가로 길이(L1)는 인접한 두 개의 데이터선(171)의 세로 중앙 부분 사이의 간격이고, 화소의 세로 길이(L2)는 인접한 두 개의 게이트선(121)의 가로 중앙 부분 사이의 간격을 말한다.
먼저, 하부 표시판(100)에 대하여 설명한다.
투명한 유리 또는 플라스틱 등으로 이루어진 절연 기판(110) 위에 게이트선(121)을 포함하는 게이트 도전체가 형성되어 있다.
게이트선(121)은 게이트 전극(124) 및 다른 층 또는 외부 구동 회로와의 접속을 위한 넓은 끝 부분(도시하지 않음)을 포함한다. 게이트선(121)은 알루미늄(Al)이나 알루미늄 합금 등 알루미늄 계열 금속, 은(Ag)이나 은 합금 등 은계열 금속, 구리(Cu)나 구리 합금 등 구리 계열 금속, 몰리브덴(Mo)이나 몰리브덴 합금 등 몰리브덴 계열 금속, 크롬(Cr), 탄탈륨(Ta) 및 티타늄(Ti) 따위로 만들어질 수 있다. 그러나 게이트선(121)은 물리적 성질이 다른 적어도 두 개의 도전막을 포함하는 다중막 구조를 가질 수도 있다.
게이트 도전체(121) 위에는 질화규소(SiNx) 또는 산화규소(SiOx) 등으로 이루어지는 게이트 절연막(140)이 형성되어 있다. 게이트 절연막(140)은 물리적 성질이 다른 적어도 두 개의 절연층을 포함하는 다층막 구조를 가질 수도 있다.
게이트 절연막(140) 위에는 비정질 규소 또는 다결정 규소 등으로 만들어진 반도체(154)가 형성되어 있다. 반도체(154)는 산화물 반도체를 포함할 수 있다.
반도체(154) 위에는 저항성 접촉 부재(163, 165)가 형성되어 있다. 저항성 접촉 부재(163, 165)는 인(phosphorus) 따위의 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 따위의 물질로 만들어지거나 실리사이드(silicide)로 만들어질 수 있다. 저항성 접촉 부재(163, 165)는 쌍을 이루어 반도체(154) 위에 배치될 수 있다. 반도체(154)가 산화물 반도체인 경우, 저항성 접촉 부재(163, 165)는 생략 가능하다.
저항성 접촉 부재(163, 165) 및 게이트 절연막(140) 위에는 소스 전극(173)을 포함하는 데이터선(171)과 드레인 전극(175)을 포함하는 데이터 도전체가 형성되어 있다.
데이터선(171)은 다른 층 또는 외부 구동 회로와의 접속을 위한 넓은 끝 부분(도시하지 않음)을 포함한다. 데이터선(171)은 데이터 신호를 전달하며 주로 세로 방향으로 뻗어 게이트선(121)과 교차한다.
이 때, 데이터선(171)은 액정 표시 장치의 최대 투과율을 얻기 위해서 굽어진 형상을 갖는 제1 굴곡부를 가질 수 있으며, 굴곡부는 화소 영역의 중간 영역에서 서로 만나 V자 형태를 이룰 수 있다. 화소 영역의 중간 영역에는 제1 굴곡부와 소정의 각도를 이루도록 굽어진 제2 굴곡부를 더 포함할 수 있다.
데이터선(171)의 제1 굴곡부는 게이트선(121)이 뻗어 있는 방향(x 방향)과 90도를 이루는 세로 기준선(y, y방향으로 뻗어 있는 기준선)과 약 7°정도 이루도록 굽어 있을 수 있다. 화소 영역의 중간 영역에 배치되어 있는 제2 굴곡부는 제1 굴곡부와 약 7° 내지 약 15°정도 이루도록 더 굽어 있을 수 있다.
소스 전극(173)은 데이터선(171)의 일부이고, 데이터선(171)과 동일선 상에 배치된다. 드레인 전극(175)은 소스 전극(173)과 나란하게 뻗도록 형성되어 있다. 따라서, 드레인 전극(175)은 데이터선(171)의 일부와 나란하다.
게이트 전극(124), 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)은 반도체(154)와 함께 하나의 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)를 이루며, 박막 트랜지스터의 채널(channel)은 소스 전극(173)과 드레인 전극(175) 사이의 반도체(154)에 형성된다.
본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는 데이터선(171)과 동일선 상에 위치하는 소스 전극(173)과 데이터선(171)과 나란하게 뻗어 있는 드레인 전극(175)을 포함함으로써, 데이터 도전체가 차지하는 면적을 넓히지 않고도 박막 트랜지스터의 폭을 넓힐 수 있게 되고, 이에 따라 액정 표시 장치의 개구율이 증가할 수 있다.
데이터선(171)과 드레인 전극(175)은 몰리브덴, 크롬, 탄탈륨 및 티타늄 등 내화성 금속(refractory metal) 또는 이들의 합금으로 만들어지는 것이 바람직하며, 내화성 금속막(도시하지 않음)과 저저항 도전막(도시하지 않음)을 포함하는 다중막 구조를 가질 수 있다. 다중막 구조의 예로는 크롬 또는 몰리브덴 (합금) 하부막과 알루미늄 (합금) 상부막의 이중막, 몰리브덴 (합금) 하부막과 알루미늄 (합금) 중간막과 몰리브덴 (합금) 상부막의 삼중막을 들 수 있다. 그러나 데이터선(171)과 드레인 전극(175)은 이외에도 여러 가지 다양한 금속 또는 도전체로 만들어질 수 있다. 데이터선(171)의 폭은 약 3.5㎛±0.75 정도일 수 있다.
데이터 도전체(171, 173, 175), 게이트 절연막(140), 그리고 반도체(154)의 노출된 부분 위에는 제1 보호막(180n)이 배치되어 있다. 제1 보호막(180n)은 유기 절연 물질 또는 무기 절연 물질 등으로 이루어질 수 있다.
제1 보호막(180n) 위에는 제2 보호막(180q)이 배치되어 있다. 제2 보호막(180q)은 생략 가능하다. 제2 보호막(180q)은 색필터일 수 있다. 제2 보호막(180q)이 색필터인 경우, 제2 보호막(180q)은 기본색(primary color) 중 하나를 고유하게 표시할 수 있으며, 기본색의 예로는 적색, 녹색, 청색 등 삼원색 또는 황색(yellow), 청록색(cyan), 자홍색(magenta) 등을 들 수 있다. 도시하지는 않았지만, 색필터는 기본색 외에 기본색의 혼합색 또는 백색(white)을 표시하는 색필터를 더 포함할 수 있다.
제2 보호막(180q) 위에는 공통 전극(common electrode)(270)이 형성되어 있다. 공통 전극(270)이 형성되어 있다. 공통 전극(270)은 면형으로서 기판(110) 전면 위에 통판으로 형성되어 있을 수 있고, 드레인 전극(175) 주변에 대응하는 영역에 배치되어 있는 개구부(도시하지 않음)를 가질 수 있다. 즉 공통 전극(270)은 판 형태의 평면 형태를 가질 수 있다.
인접 화소에 위치하는 공통 전극(270)은 서로 연결되어, 표시 영역 외부에서 공급되는 일정한 크기의 공통 전압을 전달 받을 수 있다.
공통 전극(270) 위에는 제3 보호막(180z)이 배치되어 있다. 제3 보호막(180z)은 유기 절연 물질 또는 무기 절연 물질 등으로 이루어질 수 있다.
제3 보호막(180z) 위에는 화소 전극(191)이 형성되어 있다. 화소 전극(191)은 데이터선(171)의 제1 굴곡부 및 제2 굴곡부와 거의 나란한 굴곡변(curved edge)을 포함한다. 화소 전극(191)은 복수의 제1 절개부(92)를 가지며, 복수의 제1 절개부(92)에 의해 정의되는 복수의 제1 슬릿 전극(192)을 포함한다.
제1 보호막(180n), 제2 보호막(180q), 그리고 제3 보호막(180z)에는 드레인 전극(175)을 드러내는 제1 접촉 구멍(185)이 형성되어 있다. 화소 전극(191)은 제1 접촉 구멍(185)을 통해 드레인 전극(175)과 물리적 전기적으로 연결되어, 드레인 전극(175)으로부터 전압을 인가 받는다.
도시하지는 않았지만, 화소 전극(191)과 제3 보호막(180z) 위에는 배향막(alignment layer)이 도포되어 있고, 배향막은 수평 배향막일 수 있으며, 일정한 방향으로 러빙되어 있다. 그러나, 본 발명의 다른 한 실시예에 따른 액정 표시 장치에 따르면, 배향막은 광반응 물질을 포함하여, 광배향될 수 있다.
그러면, 상부 표시판(200)에 대하여 설명한다.
투명한 유리 또는 플라스틱 등으로 만들어진 절연 기판(210) 위에 차광 부재(light blocking member)(220)가 형성되어 있다. 차광 부재(220)는 블랙 매트릭스(black matrix)라고도 하며 빛샘을 막아준다.
기판(210) 위에는 또한 복수의 색필터(230)가 형성되어 있다. 하부 표시판(100)의 제2 보호막(180q)이 색필터인 경우, 상부 표시판(200)의 색필터(230)는 생략될 수 있다. 또한, 상부 표시판(200)의 차광 부재(220) 역시 하부 표시판(100)에 형성될 수 있다.
색필터(230) 및 차광 부재(220) 위에는 덮개막(overcoat)(250)이 형성되어 있다. 덮개막(250)은 (유기) 절연물로 만들어질 수 있으며, 색필터(230)가 노출되는 것을 방지하고 평탄면을 제공한다. 덮개막(250)은 생략할 수 있다.
덮개막(250) 위에는 배향막이 배치되어 있을 수 있다.
액정층(3)은 양의 유전율 이방성을 가지는 네마틱(nematic) 액정 물질을 포함한다.
본 실시예에서 액정층(3)은 앞에서 언급한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 조성물로 형성된 액정 분자(310)들을 포함한다. 구체적으로, 본 실시예에서 액정층(3)은 하기 화학식 1로 표현되는 제1 화합물, 그리고 하기 화학식 2로 표현되는 제2 화합물을 포함한다.
[화학식 1]
Figure 112014026099454-pat00040
여기서, A, B는 시클로헥실기(cyclo-hexyl) 또는 페닐기(phenyl)이고, m은 0~4, n은 1~2, X는 알킬기(alkyl) 또는 알콕시기(alkoxy)기이며, Y는 불소(F) 또는 염소(Cl)이 1개 또는 2개가 치환될 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112014026099454-pat00041
여기서, n은 0~2, l은 0~1이고, Z는 할로겐기(halogen), 알킬기(alkyl) 또는 알콕시기(alkoxy)일 수 있고, A 및 A'는 독립적으로 존재하지 않지 않거나 메틸기(methyl)이다.
여기서, 제1 화합물은 하기 화학식 3으로 표현되는 화합물일 수 있다.
[화학식 3]
Figure 112014026099454-pat00042
여기서, R은 알킬기 또는 알콕시기이다.
여기서, 제2 화합물은 하기 화학식 4 내지 하기 화학식 6으로 표현되는 화합물일 수 있다.
[화학식 4]
Figure 112014026099454-pat00043
[화학식 5]
Figure 112014026099454-pat00044
[화학식 6]
Figure 112014026099454-pat00045
본 발명의 일 실시예에 따른 액정 조성물은 액정 조성물 총 중량 대비 제1 화합물을 30중량%~ 40중량%, 제2 화합물을 0.001중량%~ 0.05중량% 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액정 조성물은 하기 화학식 7로 표현되는 제3 화합물을 더 포함할 수 있다.
[화학식 7]
Figure 112014026099454-pat00046
제3 화합물은 제1 화합물의 산화 방지제로서의 역할을 할 수 있으며, 제3 화합물은 0.001중량%~ 0.05중량% 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 조성물은 제1 화합물로서 화학식 1로 표현되는 화합물, 하기 화학식 8 및 하기 화학식 9로 표현되는 화합물에서 선택된 1종 이상의 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 8]
Figure 112014026099454-pat00047
[화학식 9]
Figure 112014026099454-pat00048
액정층(3)의 액정 분자는 그 장축 방향이 표시판(100, 200)에 평행하게 배열되어 있고, 그 방향이 하부 표시판(100)의 배향막의 러빙 방향으로부터 상부 표시판(200)에 이르기까지 나선상으로 90° 비틀린 구조를 가진다.
화소 전극(191)은 드레인 전극(175)으로부터 데이터 전압을 인가 받고, 공통 전극(270)은 표시 영역 외부에 배치되어 있는 공통 전압 인가부로부터 일정한 크기의 공통 전압을 인가 받는다.
전기장 생성 전극인 화소 전극(191)과 공통 전극(270)은 전기장을 생성함으로써 두 전극(191, 270) 위에 위치하는 액정층(3)의 액정 분자는 전기장의 방향과 평행한 방향으로 회전한다. 이와 같이 결정된 액정 분자의 회전 방향에 따라 액정층을 통과하는 빛의 편광이 달라진다.
상술한 실시예 이 외에도 공통 전극과 화소 전극이 하부 표시판에 판상 전극이 아닌 선형 전극으로 교대로 배열되는 구조의 액정 표시 장치에도 적용될 수 있으며, 이에 한정되지 않고 액정층에 액정 조성물의 주입 후에 액정 조성물에 포함된 반응성 메조겐에 영향을 줄 수 있는 광 조사 공정 조건을 거치지 않고 완성되는 액정 표시 장치라면 모두 적용될 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 일실시예에 따른 액정 조성물 및 이를 포함하는 액정 표시 장치는 액정 성분과 함께 일정 함량의 반응성 메조겐을 포함시킴으로서, 전압 보전율, 응답 속도, 선잔상 및 면잔상 등의 물리적 특성이 우수한 장점이 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
3: 액정층 13a, 23a: 배향 중합체
100: 하부 표시판 200: 상부 표시판
121: 게이트선 140: 게이트 절연막
154a, 154b: 반도체 163a, 163b: 저항성 접촉 부재
171a, 171b: 데이터선 173a, 173b: 소스 전극
175a, 175b: 드레인 전극 230: 색필터
270: 공통 전극 310: 액정 분자

Claims (20)

  1. 하기 화학식 1로 표현되는 제1 화합물, 및
    하기 화학식 2로 표현되는 제2 화합물을 0.001~ 0.05중량% 포함하고,
    하기 화학식 6으로 표현되는 화합물을 포함하고,
    하기 화학식 9로 표현되는 화합물을 포함하는 액정 조성물.
    [화학식 1]
    Figure 112020125171553-pat00049

    상기 화학식 1에서, A, B는 시클로헥실기(cyclo-hexyl) 또는 페닐기(phenyl)이고, m은 0~4, n은 1~2, X는 알킬기(alkyl) 또는 알콕시기(alkoxy)기이며, Y는 불소(F) 또는 염소(Cl)이 1개 또는 2개가 치환될 수 있다.
    [화학식 2]
    Figure 112020125171553-pat00050

    상기 화학식 2에서, n은 0~2, l은 0~1이고, Z는 할로겐기(halogen), 알킬기(alkyl) 또는 알콕시기(alkoxy)일 수 있고, A 및 A'는 독립적으로 존재하지 않거나 메틸기(methyl)이다.
    [화학식 6]
    Figure 112020125171553-pat00081

    [화학식 9]
    Figure 112020125171553-pat00083
    .
  2. 제1항에서,
    상기 제1 화합물은 액정 조성물 총 중량 대비 30~ 40 중량%를 포함하고,
    상기 제2 화합물은 액정 조성물 총 중량 대비 0.02~ 0.03중량%를 포함하는 액정 조성물.
  3. 제2항에서,
    상기 제1 화합물은 하기 화학식 3으로 표현되는 화합물인 액정 조성물.
    [화학식 3]
    Figure 112014026099454-pat00051

    상기 화학식 3에서, R은 알킬기 또는 알콕시기이다.
  4. 제3항에서,
    상기 제2 화합물은 하기 화학식 4 내지 하기 화학식 5로 표현되는 화합물인 액정 조성물.
    [화학식 4]
    Figure 112020077653521-pat00052

    [화학식 5]
    Figure 112020077653521-pat00053
  5. 제2항에서,
    하기 화학식 7로 표현되는 제3 화합물을 더 포함하는 액정 조성물.
    [화학식 7]
    Figure 112014026099454-pat00055
  6. 제5항에서,
    상기 제3 화합물은 액정 조성물 총 중량 대비 0.001~ 0.05중량%를 포함하는 액정 조성물.
  7. 삭제
  8. 제1항에서,
    상기 제1 화합물은 액정 조성물 총 중량 대비 30~ 40중량%를 포함하는 액정 조성물.
  9. 제1 기판,
    상기 제1 기판과 마주보는 제2 기판,
    상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 중 적어도 하나 위에 형성되어 있는 전기장 생성 전극, 및
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 개재되어 있는 액정 분자를 포함하는 액정층을 포함하고,
    상기 액정 분자는,
    하기 화학식 1로 표현되는 제1 화합물, 및
    하기 화학식 2로 표현되는 제2 화합물을 0.001~ 0.05중량% 포함하고,
    하기 화학식 6으로 표현되는 화합물을 포함하고,
    하기 화학식 9로 표현되는 화합물을 포함하는 액정 표시 장치.
    [화학식 1]
    Figure 112020125171553-pat00058

    상기 화학식 1에서, A, B는 시클로헥실기(cyclo-hexyl) 또는 페닐기(phenyl)이고, m은 0~4, n은 1~2, X는 알킬기(alkyl) 또는 알콕시기(alkoxy)기이며, Y는 불소(F) 또는 염소(Cl)이 1개 또는 2개가 치환될 수 있다.
    [화학식 2]
    Figure 112020125171553-pat00059

    상기 화학식 2에서, n은 0~2, l은 0~1이고, Z는 할로겐기(halogen), 알킬기(alkyl) 또는 알콕시기(alkoxy)일 수 있고, A 및 A'는 독립적으로 존재하지 않거나 메틸기(methyl)이다.
    [화학식 6]
    Figure 112020125171553-pat00082

    [화학식 9]
    Figure 112020125171553-pat00084
    .
  10. 제9항에서,
    상기 제1 화합물은 액정 조성물 총 중량 대비 30~ 40 중량%를 포함하고,
    상기 제2 화합물은 액정 조성물 총 중량 대비 0.02~ 0.03중량%를 포함하는 액정 표시 장치.
  11. 제10항에서,
    상기 제1 화합물은 하기 화학식 3으로 표현되는 화합물인 액정 표시 장치.
    [화학식 3]
    Figure 112014026099454-pat00060

    상기 화학식 3에서, R은 알킬기 또는 알콕시기이다.
  12. 제9항에서,
    상기 제2 화합물은 하기 화학식 4 내지 하기 화학식 5로 표현되는 화합물인 액정 표시 장치.
    [화학식 4]
    Figure 112020077653521-pat00061

    [화학식 5]
    Figure 112020077653521-pat00062
  13. 제10항에서,
    상기 액정 분자는 하기 화학식 7로 표현되는 제3 화합물을 더 포함하는 액정 표시 장치.
    [화학식 7]
    Figure 112014026099454-pat00064
  14. 제13항에서,
    상기 제3 화합물은 액정 조성물 총 중량 대비 0.001~ 0.05중량%를 포함하는 액정 표시 장치.
  15. 삭제
  16. 제9항에서,
    상기 제1 화합물은 액정 조성물 총 중량 대비 30~ 40중량%를 포함하는 액정 표시 장치.
  17. 제9항에서,
    상기 전기장 생성 전극은 상기 제1 기판 위에 위치하는 화소 전극과 상기 제2 기판 위에 위치하는 공통 전극을 포함하고,
    상기 화소 전극은 제1 절개부를 포함하고, 상기 공통 전극은 제2 절개부를 포함하며, 상기 제1 절개부는 상기 제2 절개부와 엇갈리게 배열되어 있는 액정 표시 장치.
  18. 제17항에서,
    상기 액정 분자는 전계가 가해지지 않은 상태에서 수직 배향하고 있는 액정 표시 장치.
  19. 제9항에서,
    상기 전기장 생성 전극은 상기 제1 기판 위에 서로 절연되어 있는 공통 전극 및 화소 전극을 포함하며,
    상기 공통 전극 및 상기 화소 전극 중 적어도 하나의 복수의 절개부에 의해 정의되는 슬릿 전극을 포함하는 액정 표시 장치.
  20. 제19항에서,
    상기 액정 분자는 전계가 가해지지 않은 상태에서 수평 배향하고 있는 액정 표시 장치.
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