KR102229143B1 - 액정 조성물 및 이를 포함하는 액정 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 불소 원자를 가지는 극성 액정 화합물을 포함하는 제1 부류, 및 중성 액정 화합물을 포함하는 제2 부류를 포함하는 액정 조성물에서 상기 제1 부류는 유전율 이방성(Δε)이 15~21인 제1 서브부류 및 유전율 이방성(Δε)이 5~15인 제2 서브부류를 포함하며, 상기 제1 서브부류는 하기 화학식 1로 표현되는 액정 화합물을 포함하는 액정 조성물을 제공한다.
[화학식 1]
Figure 112014026098352-pat00067

상기 R은 알킬기(alkyl group) 또는 알케닐기(alkenyl group)로 선택된다. 본 발명에 따른 액정 조성물은 회전 점도, 상전이 온도, 굴절율 이방성 및 유전율 이방성 등의 물리적 특성을 만족하는 동시에 액정 조성물의 저온 안정성이 우수한 장점이 있다.

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 것이다.
액정 표시 장치(liquid crystal display, LCD)는 현재 가장 널리 사용되고 있는 평판 표시 장치(flat panel display) 중 하나이다. 액정 표시 장치는 전기장 생성 전극이 형성되어 있는 두 장의 표시판과 그 사이에 들어 있는 액정층을 포함하며, 전기장 생성 전극에 전압을 인가하여 액정층에 전기장을 생성함으로써 액정층의 액정 분자들의 방향을 결정하고 액정층을 통과하는 빛의 투과율을 조절한다.
액정 표시 장치에서 액정은 빛의 투과율을 조절하여 원하는 화상을 얻는데 매우 중요하다. 특히, 액정 표시 장치의 용도가 다양화됨에 따라, 저전압 구동, 높은 전압 보전율(voltage holding ratio, VHR), 넓은 시야각 특성, 넓은 동작 온도 범위 및 고속 응답성 등의 다양한 특성이 요구된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 복수의 액정 성분을 함께 포함하면서, 회전 점도, 상전이 온도, 굴절율 이방성 및 유전율 이방성 등의 물리적 특성을 개선한 액정 조성물을 제공하는 것이다.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일실시예에 따르면, 적어도 하나의 불소 원자를 가지는 극성 액정 화합물을 포함하는 제1 부류, 및 중성 액정 화합물을 포함하는 제2 부류를 포함하는 액정 조성물에서 상기 제1 부류는 유전율 이방성(Δε)이 15~21인 제1 서브부류 및 유전율 이방성(Δε)이 5~15인 제2 서브부류를 포함하며, 상기 제1 서브부류는 하기 화학식 1로 표현되는 액정 화합물을 포함하는 액정 조성물을 제공한다.
[화학식 1]
Figure 112014026098352-pat00001
상기 R은 알킬기(alkyl group) 또는 알케닐기(alkenyl group)로 선택된다.
상기 R은 탄소 수 2 내지 5개를 포함하는 알킬기 또는 알케닐기일 수 있다.
상기 제1 서브부류는 액정 조성물의 총 중량 대비 15~20중량%를 포함할 수 있다.
상기 제1 서브부류는 하기 화학식 1-1 및 화학식 1-2로 표현되는 액정 화합물 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
[화학식 1-1]
Figure 112020081845888-pat00077

[화학식 1-2]
Figure 112020081845888-pat00078
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상기 제2 서브부류는 하기 화학식 2-1 내지 화학식 2-6으로 표현되는 액정 화합물 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
[화학식 2-1]
Figure 112014026098352-pat00004
[화학식 2-2]
Figure 112014026098352-pat00005
[화학식 2-3]
Figure 112020081845888-pat00006

[화학식 2-4]
Figure 112020081845888-pat00079

[화학식 2-5]
Figure 112020081845888-pat00080
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[화학식 2-6]
Figure 112014026098352-pat00009
상기 R 및 R?은 서로 같거나 다를 수 있으며, 탄소 수 2 내지 5개를 가지는 알킬기(alkyl group) 또는 알케닐기(alkenyl group)로 선택될 수 있다.
상기 제2 서브부류는 액정 조성물 총 중량 대비 20~40중량%를 포함할 수 있다.
상기 제2 부류는 하기 화학식 3-1 내지 화학식 3-4로 표현되는 액정 화합물 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
[화학식 3-1]
Figure 112014026098352-pat00010
[화학식 3-2]
Figure 112014026098352-pat00011
[화학식 3-3]
Figure 112014026098352-pat00012
[화학식 3-4]
Figure 112014026098352-pat00013
상기 R 및 R?은 서로 같거나 다를 수 있으며, 탄소 수 2 내지 5개를 가지는 알킬기 또는 알케닐기로 선택될 수 있다.
상기 제2 부류는 액정 조성물 총 중량 대비 45~65중량%를 포함할 수 있다.
상기 제2 부류에서 상기 화학식 3-1 및 상기 화학식 3-2로 표현되는 액정 화합물이 액정 조성물 총 중량 대비 30~55중량%를 포함할 수 있다.
상기 액정 조성물 총 중량 대비 상기 제1 서브부류는 상기 화학식 1로 표현되는 액정 화합물 15~20중량%, 상기 제2 서브부류는 상기 화학식 2-1 내지 화학식 2-5로 표현되는 액정 화합물을 각각 5중량%, 5중량%, 5~10중량%, 0~10중량%, 5~10중량%, 상기 제2 부류는 상기 화학식 3-1 내지 화학식 3-3으로 표현되는 액정 화합물을 각각 30~40중량%, 10~15중량%, 5~10중량%를 포함할 수 있다.
상기 액정 조성물은 유전율 이방성(Δε)이 5~8이고, 회전 점도(γ)가 50~80mPa?s, 상전이 온도(Tni)가 75~80℃일 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제1 기판, 상기 제1 기판과 대향하는 제2 기판, 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 중 적어도 하나 위에 형성되어 있는 한 쌍의 전기장 생성 전극, 그리고 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 위치하는 액정층을 포함하고, 상기 액정층은 적어도 하나의 불소 원자를 가지는 극성 액정 화합물을 포함하는 제1 부류, 및 중성 액정 화합물을 포함하는 제2 부류를 포함하는 액정 조성물에서 상기 제1 부류는 유전율 이방성(Δε)이 15~21인 제1 서브부류 및 유전율 이방성(Δε)이 5~15인 제2 서브부류를 포함하며, 상기 제1 서브부류는 상기 화학식 1로 표현되는 액정 화합물을 포함하는 액정 표시 장치를 제공한다.
상기 액정 조성물 총 중량 대비 상기 제1 서브부류는 상기 화학식 1로 표현되는 액정 화합물 15~20중량%, 상기 제2 서브부류는 상기 화학식 2-1 내지 화학식 2-5로 표현되는 액정 화합물을 각각 5중량%, 5중량%, 5~10중량%, 0~10중량%, 5~10중량%, 상기 제2 부류는 상기 화학식 3-1 내지 화학식 3-3으로 표현되는 액정 화합물을 각각 30~40중량%, 10~15중량%, 5~10중량%를 포함할 수 있다.
상기 액정층의 액정 분자는 상기 제1 기판과 상기 제2 기판의 표면에 대하여 수평을 이루도록 배열될 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 액정 조성물 및 이를 포함하는 액정 표시 장치는 회전 점도, 상전이 온도, 굴절율 이방성 및 유전율 이방성 등의 물리적 특성을 만족하는 동시에 액정 조성물의 저온 안정성이 우수한 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이다.
도 2는 도 1의 액정 표시 장치를 II-II 선을 따라 자른 단면도이다.
도 3은 도 1의 액정 표시 장치를 III-III 선을 따라 자른 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이다.
도 5는 도 4에 도시한 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치를 V-V 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이다.
도 7은 도 6에 도시한 또 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치를 VII-VII 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예 및 비교예에 따른 액정 조성물을 적용한 액정 표시 장치의 잔상 측정 결과를 나타낸 도이다.
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.
본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 제1 기판, 제1 기판과 마주하는 제2 기판, 제1 기판 및 제2 기판 중 적어도 하나 위에 형성되어 있는 한 쌍의 전기장 생성 전극, 그리고 제1 기판과 제2 기판 사이에 위치하는 액정층을 포함하고, 액정층은 적어도 하나의 불소 원자를 가지는 극성 액정 화합물을 포함하는 제1 부류, 그리고 중성 액정 화합물을 포함하는 제2 부류를 함유하는 액정 조성물을 포함한다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 조성물에 대하여 상세하게 설명한다.
액정 조성물은 물리적 특성이 다른 여러 종류의 액정 화합물을 포함한다.
액정 화합물은 중심축을 이루는 중심부(core group)와 이 것에 연결되어 있는 말단기(terminal group) 및/ 또는 측쇄기(lateral group)를 포함한다.
중심부는 페닐기(phenyl group), 시클로헥실기(cyclohexyl group) 및 헤테로 고리 화합물(heterocycles)에서 선택된 고리 화합물(cyclic compound)이 하나 이상 연결되어 있을 수 있다.
말단기 및/ 또는 측쇄기는 알킬기(alkyl group), 알콕시기(alkoxy group), 알케닐기(alkenyl group)와 같은 무극성기(non-polar group) 또는 불소 원자와 같은 극성기(polar group)를 포함할 수 있으며, 말단기 또는 측쇄기에 따라 유전율 이방성과 같은 물리적 특성이 달라진다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액정 조성물은 유전율 이방성을 나타내는 극성 화합물(polar compound)("제1 부류"라 칭함)과 유전율 이방성을 나타내지 않는 중성 화합물(neutral compound)("제2 부류"라 칭함)을 포함한다.
제1 부류는 극성 화합물로서 중심부, 말단기, 또는 측쇄기에 적어도 하나의 불소 원자를 포함하는 액정 화합물이다.
또한, 제1 부류는 유전율 이방성(Δε)이 15~ 21인 고극성 액정 화합물(high polar compound)을 포함하는 제1 서브부류 및 유전율 이방성(Δε)이 5~ 15인 중극성 액정 화합물(middle polar compound)을 포함하는 제2 서브부류를 포함할 수 있다.
제1 서브부류는 유전율 이방성(Δε)이 15~ 21인 고극성 액정 화합물(high polar compound)로서, 적어도 하나의 불소 원자를 가지는 극성 액정 화합물을 포함하고, 제1 서브부류에는 하기 화학식 1로 표현되는 액정 화합물이 포함된다.
[화학식 1]
Figure 112014026098352-pat00014
여기서, R은 탄소 수 2 내지 5개를 가지는 알킬기(alkyl group) 또는 알케닐기(alkenyl group)로 선택된다.
화학식 1로 표현되는 제1 서브부류의 액정 화합물은 액정 조성물의 총 중량 대비 15~20중량%로 함유될 수 있다.
제1 서브부류는 강한 유전율 이방성을 나타내어 액정 조성물의 극성의 확보를 위한 역할을 하며, 예컨데 하기 화학식 1-1 및 화학식 1-2로 표현되는 액정 화합물 중에서 선택된 1종 이상이 선택될 수 있다.
[화학식 1-1]
Figure 112020081845888-pat00081

[화학식 1-2]
Figure 112020081845888-pat00082
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제2 서브부류는 유전율 이방성(Δε)이 5~ 15인 중극성 액정 화합물(middle polar compound)로서 액정 조성물의 극성의 확보 및 액정 상(phase) 안정성 특성을 유지하기 위한 역할을 하며, 하기 화학식 2-1 내지 화학식 2-6으로 표현되는 액정 화합물 중에서 선택된 1종 이상이 선택될 수 있다.
[화학식 2-1]
Figure 112014026098352-pat00017
[화학식 2-2]
Figure 112014026098352-pat00018
[화학식 2-3]
Figure 112020081845888-pat00019

[화학식 2-4]
Figure 112020081845888-pat00083

[화학식 2-5]
Figure 112020081845888-pat00084
삭제
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[화학식 2-6]
Figure 112014026098352-pat00022
화학식 2-1 내지 화학식 2-6에서, R 및 R?은 탄소 수 2 내지 5개를 가지는 알킬기(alkyl group) 또는 알케닐기(alkenyl group)로 선택될 수 있다.
화학식 2-1 내지 화학식 2-6으로 표현되는 제2 서브부류의 액정 화합물은 액정 조성물의 총 중량 대비 20~40중량%로 함유될 수 있다.
또한, 제2 부류는 유전율 이방성을 나타내지 않는 중성 화합물로서 중심부, 말단기, 및 측쇄기에 불소 원자를 포함하지 않는 액정 화합물이고, 액정 조성물의 회전 점도(rotational viscosity)(γ) 특성을 확보하기 위한 역할을 하며, 하기 화학식 3-1 내지 화학식 3-4로 표현되는 액정 화합물 중에서 선택된 1종 이상이 포함될 수 있다.
[화학식 3-1]
Figure 112014026098352-pat00023
[화학식 3-2]
Figure 112014026098352-pat00024
[화학식 3-3]
Figure 112014026098352-pat00025
[화학식 3-4]
Figure 112014026098352-pat00026
화학식 3-1 내지 화학식 3-4에서, R 및 R?은 탄소 수 2 내지 5개를 가지는 알킬기 또는 알케닐기로 선택될 수 있다.
화학식 3-1 내지 화학식 3-4로 표현되는 제2 부류의 액정 화합물은 액정 조성물 총 중량 대비 45~65중량%로 함유될 수 있다. 다만, 더욱 우수한 회전 점도(γ) 특성을 확보하기 위해서는 화학식 3-1 및 화학식 3-2로 표현되는 2고리(2-ring) 액정 화합물을 더 많이 포함할 수 있으며, 2고리 액정 화합물은 30~55중량%로 함유될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 조성물은 제1 서브부류로는 화학식 1로 표현되는 화합물 15~20%, 제2 서브부류로는 화학식 2-1 내지 2-5로 표현되는 화합물을 각각 5%, 5%, 5~10%, 0~10%, 5~10%를, 제2 부류로는 화학식 3-1 내지 3-3으로 표현되는 화합물을 각각 30~40%, 10~15%, 5~10%를 포함할 수 있다.
제1 부류 및 제2 부류의 액정 화합물을 포함하는 액정 조성물은 유전율 이방성(Δε)이 5 내지 8이고, 회전 점도(γ)가 50 내지 80mPa?s, 상전이 온도(Tni)가 75~80℃일 수 있다.
일반적으로 액정 표시 장치에 사용되는 액정 조성물에서 극성 특성을 확보하기 위해 높은 유전율 이방성을 나타내는 -CF2O- 기를 포함하는 액정 화합물을 사용하고 있는 반면에, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 조성물은 -CF2O- 기를 포함하지 않는 고극성 액정 화합물, 중극성 액정 화합물 및 중성 액정 화합물을 사용함으로서 기존 액정 재료의 대체 재료로 사용 가능하여 액정 재료의 원가 경쟁력을 확보할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액정 조성물의 특성을 확인하기 위한 실험을 수행하였다.
전극이 형성되어 있는 두 개의 표시판을 합착하고 그 사이에 각각 다른 종류의 액정 조성물을 주입하여 시험용 액정 표시 패널을 제조하였다.
실시예로서, 제1 서브부류로는 화학식 1로 표현되는 화합물 15.6%, 제2 서브부류로는 화학식 2-1 내지 화학식 2-3, 화학식 2-5 및 화학식 2-6으로 표현되는 화합물을 각각 5.9%, 4.6%, 8.3%, 5.6%, 1.8%를, 제2 부류로는 화학식 3-1 내지 3-3으로 표현되는 화합물을 각각 39%, 12.2%, 7%를 혼합하여 액정 조성물을 제조하였다.
비교예로서는, 일반적으로 사용되는 -CF2O- 기를 포함하는 액정 조성물을 사용하였으며, 실시예 및 비교예에 따른 액정 조성물의 각 액정 화합물의 함량은 하기의 표 1에 나타내었다.
계열 비고 구조식 비교예(%) 실시예(%)
중성 화학식 3-1
Figure 112020081845888-pat00027
 41 39
화학식 3-2
Figure 112020081845888-pat00028
 - 12.2
화학식 3-3
Figure 112020081845888-pat00029
 - 7
화학식 3-4
Figure 112020081845888-pat00030
 18.5 -
중성 화합물 함량 76 60
극성 화학식 1
Figure 112020081845888-pat00031
 - 15.6
화학식 2-1
Figure 112020081845888-pat00032
 - 5.9
화학식 2-2
Figure 112020081845888-pat00033
 - 4.6
화학식 2-3
Figure 112020081845888-pat00034
 - 8.3
Figure 112020081845888-pat00035
 15 -
화학식 2-4
Figure 112020081845888-pat00085
 - -
Figure 112020081845888-pat00037
 5.5 -
화학식 2-5
Figure 112020081845888-pat00086
 3.5 5.6
화학식 2-6
Figure 112020081845888-pat00039
 16.5 1.8
극성 화합물 함량 24 40
먼저, 실시예 및 비교예에 따른 액정 조성물의 상전이 온도(Tni), 유전율 이방성(Δε), 및 회전 점도(γ)를 측정하였으며, 이의 결과는 하기 표 2에 나타내었다.
비교예 실시예
상전이 온도(Tni) 80 80
유전율 이방성(Δε) 5.0 5.0
회전 점도(γ) 61 57
표 2에 나타난 바와 같이, -CF2O- 기를 포함하는 액정 조성물인 비교예와 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 조성물인 실시예의 회전 점도, 유전율 이방성 및 회전 점도가 유사한 값을 나타내는 것을 확인하였으며, 비교예와 실시예의 액정 조성물은 유사한 물성을 가지는 것을 확인할 수 있었다.
실시예 및 비교예의 광 특성을 측정하기 위해서 색좌표, 휘도, 명암비(contrast ratio), 투과율 및 응답 속도를 측정하였다. 이의 결과는 하기 표 3에 나타내었다.
액정 Panel ID 색좌표 휘도 C/R 투 과율 (%) 응답속도
Wx Wy 5P Avg Center Lum R/T Total R/T Rising R/T Falling
비교예
(CF2O 포함)　		 Cell 1 0.31 0.331 308.4 325.7 1123.5 5.22 17.8 9.3 8.6
Cell 2 0.313 0.335 312.7 328 1022.4 5.22 18.3 9.4 8.9
Cell 3 0.309 0.326 305.1 331.1 1001.5 5.21 18.6 9.9 8.7
평균 0.311 0.331 308.7 328.3 1049.1 5.21 18.24 9.52 8.73
STDEV 0.002 0.004 3.8 2.71 65.227 0.006 0.372 0.3 0.176
실시예1 Cell 1 0.312 0.334 305.8 331 1069.5 5.17 17.1 8.8 8.3
Cell 2 0.309 0.329 305.3 322.7 1156.6 5.2 16.6 8.6 8.1
Cell 3 0.31 0.329 297.4 312.1 1170.2 5.16 17.1 8.9 8.2
평균 0.311 0.331 302.8 321.9 1132.1 5.18 16.95 8.76 8.19
STDEV 0.002 0.003 4.722 9.473 54.674 0.021 0.27 0.161 0.125
실시예2 Cell 1 0.308 0.326 297.3 314.4 1115.7 5.21 17.2 9 8.2
Cell 2 0.314 0.335 307.3 327.7 1076.5 5.19 17.9 9.2 8.7
Cell 3 0.313 0.334 305.4 324.1 1035.5 5.2 17.6 9.1 8.6
평균 0.311 0.332 303.3 322.1 1075.9 5.2 17.56 9.07 8.49
STDEV 0.003 0.005 5.31 6.879 40.115 0.009 0.331 0.121 0.217
표 3에 나타난 바와 같이, 비교예와 실시예의 색좌표, 휘도, 명암비, 투과율 및 응답 속도가 유사한 값을 나타내는 것을 확인하였으며, 따라서 비교예와 실시예의 액정 조성물은 유사한 물성을 가지는 것을 확인할 수 있었다.
실시예 및 비교예의 70시간 경과 후, 110시간 경과 후의 잔상 특성을 측정하였다. 이의 결과는 하기 도 8에 나타내었다.
도 8에 나타난 바와 같이, 비교예와 실시예의 잔상은 동등한 수준으로 나타나는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 실시예 및 비교예의 저온 안정성을 평가하기 위해서, 4~5ml 유리병에 실시예 및 비교예에 따른 액정 조성물을 각각 주입 후 -25℃, -30℃에 120시간 이상 보관하여 액정 조성물의 상 변화 여부를 측정하였다. 이의 결과는 하기 표 4에 나타내었다. 표 4에서 OK는 상 변화가 일어나지 않은 것을 의미하며, %는 상 변화가 일어난 액정 조성물의 양을 의미한다.
액정 보관온 도(℃) 1일차 2일차 3일차 4일차 5일차 6일차 7일차 8일차 9일차 10일 차 11일 차
비교예1 -25 OK OK OK OK OK 20% 20% 40% 60% 100% 100%
-30 OK OK OK OK OK 40% 40% 100% 100% 100% 100%
비교예2 -25 OK OK OK OK OK OK OK OK 100% 100% 100%
-30 OK OK OK OK OK OK OK OK 100% 100% 100%
실시예1 -25 OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK
-30 OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK 80%
실시예2 -25 OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK
-30 OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK
표 4에 나타난 바와 같이, 비교예와 비교할 때 실시예에 따른 액정 조성물이 더 오랜 기간 동안 상 변화가 일어나지 않는 것을 확인할 수 있었으며, 이에 따라 실시예에 따른 액정 조성물의 저온 안정성은 비교예에 따른 액정 조성물과 비교할 때 더욱 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
그러면, 이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 도 1 내지 도 3을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이고, 도 2 및 도 3은 각각 도 1의 액정 표시 장치를 단면선 II-II 선 및 III-III 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치는 서로 마주하는 박막 트랜지스터 표시판(100)과 상부 표시판(200) 및 이들 두 표시판(100, 200) 사이에 들어 있는 액정층(3)을 포함한다.
먼저, 박막 트랜지스터 표시판(100)에 대하여 설명한다.
투명한 유리 또는 플라스틱 따위로 만들어진 절연 기판(110) 위에 복수의 게이트선(gate line)(121) 및 복수의 유지 전극선(storage electrode line)(131)이 형성되어 있다.
게이트선(121)은 게이트 신호를 전달하며 주로 가로 방향으로 뻗어 있다. 각 게이트선(121)은 아래로 돌출한 복수의 게이트 전극(gate electrode)(124)과 다른 층 또는 외부 구동 회로와의 접속을 위하여 넓은 끝 부분(129)을 포함한다. 게이트 신호를 생성하는 게이트 구동 회로(도시하지 않음)는 기판(110) 위에 부착되는 가요성 인쇄 회로막(flexible printed circuit film)(도시하지 않음) 위에 장착되거나, 기판(110) 위에 직접 장착되거나, 기판(110)에 집적될 수 있다.
유지 전극선(131)은 소정의 전압을 인가 받으며, 게이트선(121)과 거의 나란하게 뻗은 줄기선과 이로부터 갈라진 복수 쌍의 제1 및 제2 유지 전극(133a, 133b)을 포함한다. 유지 전극선(131) 각각은 인접한 두 게이트선(121) 사이에 위치하며 줄기선은 두 게이트선(121) 중 아래쪽에 가깝다. 유지 전극(133a, 133b)은 줄기선과 연결된 고정단과 그 반대 쪽의 자유단을 가지고 있다. 제1 유지 전극(133a)의 고정단은 면적이 넓으며, 그 자유단은 직선 부분과 굽은 부분의 두 갈래로 갈라진다. 그러나 유지 전극선(131)의 모양 및 배치는 여러 가지로 변형될 수 있다.
게이트선(121) 및 유지 전극선(131)은 알루미늄(Al)이나 알루미늄 합금 등 알루미늄 계열 금속, 은(Ag)이나 은 합금 등 은 계열 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 이들은 물리적 성질이 다른 두 개의 도전막(도시하지 않음)을 포함하는 다중막 구조를 가질 수도 있다.
게이트선(121) 및 유지 전극선(131)의 측면은 기판(110) 면에 대하여 경사져 있으며 그 경사각은 약 30° 내지 약 80° 인 것이 바람직하다.
게이트선(121) 및 유지 전극선(131) 위에는 질화규소(SiNx) 또는 산화규소(SiOx) 따위로 만들어진 게이트 절연막(gate insulating layer)(140)이 형성되어 있다.
게이트 절연막(140) 위에는 수소화 비정질 규소(hydrogenated amorphous silicon)(비정질 규소는 약칭 a-Si로 씀) 또는 다결정 규소(polysilicon) 등으로 만들어진 복수의 선형 반도체(151)가 형성되어 있다. 선형 반도체(151)는 주로 세로 방향으로 뻗어 있으며, 게이트 전극(124)을 향하여 뻗어 나온 복수의 돌출부(projection)(154)를 포함한다.
반도체(151) 위에는 복수의 선형 및 섬형 저항성 접촉 부재(ohmic contact)(161, 165)가 형성되어 있다. 저항성 접촉 부재(161, 165)는 인 따위의 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 따위의 물질로 만들어지거나 실리사이드(silicide)로 만들어질 수 있다. 선형 저항성 접촉 부재(161)는 복수의 돌출부(163)를 가지고 있으며, 이 돌출부(163)와 섬형 저항성 접촉 부재(165)는 쌍을 이루어 반도체(151)의 돌출부(154) 위에 배치되어 있다.
반도체(151)와 저항성 접촉 부재(161, 165)의 측면 역시 기판(110) 면에 대하여 경사져 있으며 경사각은 30° 내지 80° 정도이다.
저항성 접촉 부재(161, 165) 및 게이트 절연막(140) 위에는 복수의 데이터선(data line)(171)과 복수의 드레인 전극(drain electrode)(175)이 형성되어 있다.
데이터선(171)은 데이터 신호를 전달하며 주로 세로 방향으로 뻗어 게이트선(121)과 교차한다. 각 데이터선(171)은 또한 유지 전극선(131)과 교차하며 인접한 유지 전극(133a, 133b) 집합 사이를 달린다. 각 데이터선(171)은 게이트 전극(124)을 향하여 뻗은 복수의 소스 전극(source electrode)(173)과 다른 층 또는 외부 구동 회로와의 접속을 위하여 넓은 끝 부분(179)을 포함한다. 데이터 신호를 생성하는 데이터 구동 회로(도시하지 않음)는 기판(110) 위에 부착되는 가요성 인쇄 회로막(도시하지 않음) 위에 장착되거나, 기판(110) 위에 직접 장착되거나, 기판(110)에 집적될 수 있다.
드레인 전극(175)은 데이터선(171)과 분리되어 있으며 게이트 전극(124)을 중심으로 소스 전극(173)과 마주한다.
하나의 게이트 전극(124), 하나의 소스 전극(173) 및 하나의 드레인 전극(175)은 반도체(151)의 돌출부(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 돌출부(154)에 형성된다.
데이터선(171) 및 드레인 전극(175)은 게이트선(121) 및 유지 전극선(131)과 마찬가지로 저저항성 도전체로 만들어질 수 있다.
데이터선(171) 및 드레인 전극(175) 또한 그 측면이 기판(110) 면에 대하여 30° 내지 80° 정도의 경사각으로 기울어진 것이 바람직하다.
데이터선(171), 드레인 전극(175) 및 노출된 반도체(151) 부분 위에는 보호막(passivation layer)(180)이 형성되어 있다. 보호막(180)은 무기 절연물 또는 유기 절연물 따위로 만들어지며 표면이 평탄할 수 있다.
보호막(180)에는 데이터선(171)의 끝 부분(179)과 드레인 전극(175)을 각각 드러내는 복수의 접촉 구멍(182, 185)이 형성되어 있으며, 보호막(180)과 게이트 절연막(140)에는 게이트선(121)의 끝 부분(129)을 드러내는 복수의 접촉 구멍(181), 제1 유지 전극(133a) 고정단 부근의 유지 전극선(131) 일부를 드러내는 복수의 접촉 구멍(183a), 그리고 제1 유지 전극(133a) 자유단의 돌출부를 드러내는 복수의 접촉 구멍(183b)이 형성되어 있다.
보호막(180) 위에는 복수의 화소 전극(pixel electrode)(191), 복수의 연결 다리(overpass)(83) 및 복수의 접촉 보조 부재(contact assistant)(81, 82)가 형성되어 있다. 이들은 ITO 또는 IZO 등의 투명한 도전 물질이나 알루미늄, 은, 크롬 또는 그 합금 등의 반사성 금속으로 만들어질 수 있다.
화소 전극(191)은 접촉 구멍(185)을 통하여 드레인 전극(175)과 물리적, 전기적으로 연결되어 있으며, 드레인 전극(175)으로부터 데이터 전압을 인가받는다. 데이터 전압이 인가된 화소 전극(191)은 공통 전압(common voltage)을 인가 받는 다른 표시판(200)의 공통 전극(common electrode)(270)과 함께 전기장을 생성함으로써 두 전극(191, 270) 사이의 액정층(3)의 액정 분자의 방향을 결정한다. 이와 같이 결정된 액정 분자의 방향에 따라 액정층(3)을 통과하는 빛의 편광이 달라진다. 화소 전극(191)과 공통 전극(270)은 축전기(capacitor)(이하, '액정 축전기(liquid crystal capacitor)라 함)를 이루어 박막 트랜지스터가 턴 오프된 후에도 인가된 전압을 유지한다.
화소 전극(191)은 유지 전극(133a, 133b)을 비롯한 유지 전극선(131)과 중첩하며, 화소 전극(191) 및 이와 전기적으로 연결된 드레인 전극(175)이 유지 전극선(131)과 중첩하여 이루는 축전기를 유지 축전기(storage capacitor)라 하며, 유지 축전기는 액정 축전기의 전압 유지 능력을 강화한다.
접촉 보조 부재(81, 82)는 각각 접촉 구멍(181, 182)을 통하여 게이트선(121)의 끝 부분(129) 및 데이터선(171)의 끝 부분(179)과 연결된다. 접촉 보조 부재(81, 82)는 게이트선(121)의 끝 부분(129) 및 데이터선(171)의 끝 부분(179)과 외부 장치와의 접착성을 보완하고 이들을 보호한다.
연결 다리(83)는 게이트선(121)을 가로지르며, 게이트선(121)을 사이에 두고 반대 쪽에 위치하는 접촉 구멍(183a, 183b)을 통하여 유지 전극선(131)의 노출된 부분과 유지 전극(133b) 자유단의 노출된 끝 부분에 연결되어 있다. 유지 전극(133a, 133b)을 비롯한 유지 전극선(131)은 연결 다리(83)와 함께 게이트선(121)이나 데이터선(171) 또는 박막 트랜지스터의 결함을 수리하는데 사용할 수 있다.
다음, 박막 트랜지스터 표시판(100)과 대향하는 상부 표시판(200)에 대하여 설명한다.
투명 유리 또는 플라스틱 따위로 만들어진 절연 기판(210) 위에 블랙 매트릭스(black matrix)라고도 하는 차광 부재(light blocking member)(220)가 형성되어 있다. 차광 부재(220)는 화소 전극(191)과 마주하고 화소 전극(191)과 거의 동일한 모양의 복수의 개구부를 가지고 있으며, 화소 전극(191) 사이의 빛샘을 막는다. 차광 부재(220)는 게이트선(121) 및 데이터선(171)에 대응하는 부분과 박막 트랜지스터에 대응하는 부분으로 이루어질 수 있다.
기판(210) 위에는 또한 복수의 색 필터(230)가 형성되어 있다. 색 필터(230)는 차광 부재(220)로 둘러싸인 영역 내에 대부분 존재하며, 어느 한 방향으로 길게 뻗을 수 있다. 각 색 필터(230)는 적색, 녹색 및 청색 등 기본색(primary color) 중 하나를 표시할 수 있다.
색 필터(230) 위에는 ITO 또는 IZO 따위의 투명한 도전체로 만들어진 공통 전극(270)이 형성되어 있다.
액정층(3)은 양의 유전율 이방성을 가지며, 액정층(3)의 액정 분자는 전기장이 없는 상태에서 그 장축이 두 표시판(100, 200)의 표면에 대하여 거의 평행을 이루도록 배향되어 있다.
액정층(3)은 전술한 실시예에 따른 적어도 하나의 불소 원자를 가지는 극성 액정 화합물을 포함하는 제1 부류, 및 중성 액정 화합물을 포함하는 제2 부류를 포함하는 액정 조성물에서, 제1 부류는 유전율 이방성(Δε)이 15~21인 제1 서브부류 및 유전율 이방성(Δε)이 5~15인 제2 서브부류를 포함하며, 제1 서브부류는 하기 화학식 1로 표현되는 액정 화합물을 포함하는 액정 조성물을 포함한다.
[화학식 1]
Figure 112014026098352-pat00040
R은 알킬기(alkyl group) 또는 알케닐기(alkenyl group)로 선택된다.
표시판(100, 200)의 안쪽 면에는 배향막(11, 21)이 도포되어 있으며 이들은 수평 배향막일 수 있다.
표시판(100, 200)의 바깥쪽 면에는 편광자(polarizer)(도시하지 않음)가 구비되어 있는데, 두 편광자의 편광축은 평행 또는 직교한다. 반사형 액정 표시 장치의 경우에는 두 개의 편광자 중 하나가 생략될 수 있다.
도 4 내지 도 5를 참고하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대해서 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이고, 도 5는 도 4에 도시한 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치를 V-V 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 4 및 도 5를 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 전술한 실시예에 따른 액정 조성물을 포함한다.
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.
그러면, 도 6 및 도 7을 참고하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대해서 상세하게 설명한다.
도 6 및 도 7을 참고하면, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치는 도 5 및 도 6에 도시한 실시예에 따른 액정 표시 장치와 거의 유사하다.
도 6 및 도 7를 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.
절연 기판(110) 위에 게이트선(121)을 포함하는 게이트 도전체가 형성되어 있다.
게이트 도전체(121) 위에는 질화규소(SiNx) 또는 산화규소(SiOx) 등으로 이루어지는 게이트 절연막(140)이 형성되어 있다.
게이트 절연막(140) 위에는 반도체(154)가 형성되어 있다.
반도체(154) 위에는 저항성 접촉 부재(163, 165)가 형성되어 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.
드레인 전극(175)의 바로 위에는 화소 전극(191)이 형성되어 있다. 화소 전극(191)은 면형, 즉 판 형태를 가지고 하나의 화소 영역에 배치된다.
데이터 도전체(171, 173, 175), 게이트 절연막(140), 반도체(154)의 노출된 부분, 그리고 화소 전극(191) 위에는 보호막(180)이 배치된다. 그러나, 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치에서는 화소 전극(191)과 데이터선(171) 사이에 보호막(180)이 배치되고, 화소 전극(191)은 보호막(180)에 형성된 접촉 구멍(도시하지 않음)을 통해 드레인 전극(175)과 연결될 수도 있다.
보호막(180) 위에는 공통 전극(270)이 형성되어 있다. 공통 전극(270)은 서로 연결되어, 표시 영역 외부에 배치되어 있는 공통 전압 인가부로부터 공통 전압을 인가 받는다.
공통 전극(270)은 데이터선(171)의 제1 굴곡부 및 제2 굴곡부와 거의 나란한 굴곡변을 포함하고, 인접 화소에 배치되어 있는 공통 전극(270)은 서로 연결되어 있다. 공통 전극(270)은 복수의 제2 절개부(272)를 가지며, 복수의 제2 절개부(272)에 의해 정의되는 복수의 제2 슬릿 전극(271)을 포함한다.
도시하지는 않았지만, 공통 전극(270)과 보호막(180) 위에는 배향막이 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.
절연 기판(210) 위에 차광 부재(220)가 형성되어 있다. 기판(210) 위에는 또한 복수의 색필터(230)가 형성되어 있다. 색필터(230)는 하부 표시판(100) 위에 배치될 수도 있으며, 이 경우, 차광 부재(220) 역시 하부 표시판(100)에 배치될 수도 있다.
색필터(230) 및 차광 부재(220) 위에는 덮개막(250)이 형성되어 있다. 덮개막(250)은 생략할 수 있다.
덮개막(250) 위에는 배향막이 배치되어 있을 수 있다.
액정층(3)은 전술한 실시예에 따른 액정 조성물을 포함한다.
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.
상술한 실시예에서는 비틀림 네마틱(twist nematic) 모드 또는 수평 전계 모드의 액정 표시 장치에 대하여만 설명하였지만, 수직 배향(VA) 모드의 액정 표시 장치에도 동일하게 적용할 수 있음은 당연하다.
이상과 같이 본 발명의 일실시예에 따른 액정 조성물 및 이를 포함하는 액정 표시 장치는 회전 점도, 상전이 온도, 굴절율 이방성 및 유전율 이방성 등의 물리적 특성을 만족하는 동시에 액정 조성물의 저온 안정성이 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 11, 21: 배향막
100: 박막 트랜지스터 표시판 110, 210: 절연 기판
121: 게이트선 124: 게이트 전극
131: 유지 전극선 133: 유지 전극
140: 게이트 절연막 151: 반도체
154: 돌출부 161: 불순물 비정질 규소층
171: 데이터선 173, 175: 소스, 드레인 전극
180: 보호막 81, 82: 접촉 보조 부재
181, 182, 183, 185: 접촉구 191: 화소 전극
220: 차광 부재 230: 색필터
270: 공통 전극

Claims (20)

  1. 적어도 하나의 불소 원자를 가지는 극성 액정 화합물을 포함하는 제1 부류, 및
    중성 액정 화합물을 포함하는 제2 부류를 포함하는 액정 조성물에서,
    상기 제1 부류는 유전율 이방성(Δε)이 15~21인 제1 서브부류 및 유전율 이방성(Δε)이 5~15인 제2 서브부류를 포함하며,
    상기 제1 서브부류는 하기 화학식 1로 표현되는 액정 화합물을 포함하고,
    상기 제2 서브부류는 액정 조성물 총 중량 대비 20~40중량%를 포함하고,
    유전율 이방성(Δε)이 5~8이고, 회전 점도(γ)가 50~80mPa.s, 상전이 온도(Tni)가 75~80℃인 액정 조성물.
    [화학식 1]
    Figure 112020081845888-pat00041

    상기 R은 알킬기(alkyl group) 또는 알케닐기(alkenyl group)로 선택된다.
  2. 제1항에서,
    상기 R은 탄소 수 2 내지 5개를 포함하는 알킬기 또는 알케닐기인 액정 조성물.
  3. 제2항에서,
    상기 제1 서브부류는 액정 조성물의 총 중량 대비 15~20중량%를 포함하는 액정 조성물.
  4. 제2항에서,
    상기 제1 서브부류는 하기 화학식 1-1 및 화학식 1-2로 표현되는 액정 화합물 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 액정 조성물.
    [화학식 1-1]
    Figure 112020081845888-pat00087

    [화학식 1-2]
    Figure 112020081845888-pat00088
  5. 제4항에서,
    상기 제2 서브부류는 하기 화학식 2-1 내지 화학식 2-6으로 표현되는 액정 화합물 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 액정 조성물.
    [화학식 2-1]
    Figure 112020081845888-pat00044

    [화학식 2-2]
    Figure 112020081845888-pat00045

    [화학식 2-3]
    Figure 112020081845888-pat00046

    [화학식 2-4]
    Figure 112020081845888-pat00089

    [화학식 2-5]
    Figure 112020081845888-pat00090

    [화학식 2-6]
    Figure 112020081845888-pat00049

    상기 R 및 R'은 서로 같거나 다를 수 있으며, 탄소 수 2 내지 5개를 가지는 알킬기(alkyl group) 또는 알케닐기(alkenyl group)로 선택될 수 있다.
  6. 삭제
  7. 제1항에서,
    상기 제2 부류는 하기 화학식 3-1 내지 화학식 3-4로 표현되는 액정 화합물 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 액정 조성물.
    [화학식 3-1]
    Figure 112020081845888-pat00050

    [화학식 3-2]
    Figure 112020081845888-pat00051

    [화학식 3-3]
    Figure 112020081845888-pat00052

    [화학식 3-4]
    Figure 112020081845888-pat00053

    상기 R 및 R'은 서로 같거나 다를 수 있으며, 탄소 수 2 내지 5개를 가지는 알킬기 또는 알케닐기로 선택될 수 있다.
  8. 제7항에서,
    상기 제2 부류는 액정 조성물 총 중량 대비 45~65중량%를 포함하는 액정 조성물.
  9. 제8항에서,
    상기 제2 부류에서 상기 화학식 3-1 및 상기 화학식 3-2로 표현되는 액정 화합물이 액정 조성물 총 중량 대비 30~55중량%를 포함하는 액정 조성물.
  10. 제9항에서,
    액정 조성물 총 중량 대비,
    상기 제1 서브부류는 상기 화학식 1로 표현되는 액정 화합물 15~20중량%,
    상기 제2 서브부류는 상기 화학식 2-1 내지 화학식 2-5로 표현되는 액정 화합물을 각각 5중량%, 5중량%, 5~10중량%, 0~10중량%, 5~10중량%,
    상기 제2 부류는 상기 화학식 3-1 내지 화학식 3-3으로 표현되는 액정 화합물을 각각 30~40중량%, 10~15중량%, 5~10중량%를 포함하는 액정 조성물.
  11. 삭제
  12. 제1 기판,
    상기 제1 기판과 대향하는 제2 기판,
    상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 중 적어도 하나 위에 형성되어 있는 한 쌍의 전기장 생성 전극, 그리고
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 위치하는 액정층을 포함하고,
    상기 액정층은 적어도 하나의 불소 원자를 가지는 극성 액정 화합물을 포함하는 제1 부류, 및
    중성 액정 화합물을 포함하는 제2 부류를 포함하는 액정 조성물에서,
    상기 제1 부류는 유전율 이방성(Δε)이 15~21인 제1 서브부류 및 유전율 이방성(Δε)이 5~15인 제2 서브부류를 포함하며,
    상기 제1 서브부류는 하기 화학식 1로 표현되는 액정 화합물을 포함하고.
    상기 제2 서브부류는 액정 조성물 총 중량 대비 20~40중량%를 포함하고,
    유전율 이방성(Δε)이 5~8이고, 회전 점도(γ)가 50~80mPa.s, 상전이 온도(Tni)가 75~80℃인 액정 표시 장치.
    [화학식 1]
    Figure 112020081845888-pat00054

    상기 R은 탄소 수 2 내지 5개를 포함하는 알킬기(alkyl group) 또는 알케닐기(alkenyl group)로 선택된다.
  13. 제12항에서,
    상기 제1 서브부류는 하기 화학식 1-1 및 화학식 1-2로 표현되는 액정 화합물 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 액정 표시 장치.
    [화학식 1-1]
    Figure 112020081845888-pat00091

    [화학식 1-2]
    Figure 112020081845888-pat00092
  14. 제13항에서,
    상기 제2 서브부류는 하기 화학식 2-1 내지 화학식 2-6으로 표현되는 액정 화합물 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 액정 표시 장치.
    [화학식 2-1]
    Figure 112020081845888-pat00057

    [화학식 2-2]
    Figure 112020081845888-pat00058

    [화학식 2-3]
    Figure 112020081845888-pat00059

    [화학식 2-4]
    Figure 112020081845888-pat00093

    [화학식 2-5]
    Figure 112020081845888-pat00094

    [화학식 2-6]
    Figure 112020081845888-pat00062

    상기 R 및 R'은 서로 같거나 다를 수 있으며, 탄소 수 2 내지 5개를 가지는 알킬기(alkyl group) 또는 알케닐기(alkenyl group)로 선택될 수 있다.
  15. 제14항에서,
    상기 제2 부류는 하기 화학식 3-1 내지 화학식 3-4로 표현되는 액정 화합물 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 액정 표시 장치.
    [화학식 3-1]
    Figure 112014026098352-pat00063

    [화학식 3-2]
    Figure 112014026098352-pat00064

    [화학식 3-3]
    Figure 112014026098352-pat00065

    [화학식 3-4]
    Figure 112014026098352-pat00066

    상기 R 및 R'은 서로 같거나 다를 수 있으며, 탄소 수 2 내지 5개를 가지는 알킬기 또는 알케닐기로 선택될 수 있다.
  16. 제15항에서,
    상기 제1 서브부류는 액정 조성물의 총 중량 대비 15~20중량%를 포함하고,
    상기 제2 부류는 액정 조성물 총 중량 대비 45~65중량%를 포함하는 액정 표시 장치.
  17. 제16항에서,
    상기 제2 부류에서 상기 화학식 3-1 및 상기 화학식 3-2로 표현되는 액정 화합물이 액정 조성물 총 중량 대비 30~55중량%를 포함하는 액정 표시 장치.
  18. 제17항에서,
    액정 조성물 총 중량 대비,
    상기 제1 서브부류는 상기 화학식 1로 표현되는 액정 화합물 15~20중량%,
    상기 제2 서브부류는 상기 화학식 2-1 내지 화학식 2-5로 표현되는 액정 화합물을 각각 5중량%, 5중량%, 5~10중량%, 0~10중량%, 5~10중량%,
    상기 제2 부류는 상기 화학식 3-1 내지 화학식 3-3으로 표현되는 액정 화합물을 각각 30~40중량%, 10~15중량%, 5~10중량%를 포함하는 액정 표시 장치.
  19. 삭제
  20. 제12항에서,
    상기 액정층의 액정 분자는 상기 제1 기판과 상기 제2 기판의 표면에 대하여 수평을 이루도록 배열되는 액정 표시 장치.
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