KR20060082918A

KR20060082918A - 액정 조성물 및 액정 표시 장치

Info

Publication number: KR20060082918A
Application number: KR1020050003285A
Authority: KR
Inventors: 허일국
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2005-01-13
Filing date: 2005-01-13
Publication date: 2006-07-20

Abstract

본 발명은, 제1 기판, 제1 기판 위에 형성되어 있는 게이트선, 상기 게이트선과 교차하는 데이터선, 상기 게이트선 및 상기 데이터선과 연결되어 있는 박막 트랜지스터, 상기 박막 트랜지스터와 연결되어 있는 화소 전극, 상기 제1 기판과 대향하는 제2 기판, 상기 제2 기판 위에 형성되어 있는 공통 전극 및 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 개재되어 있는 액정층을 포함하며, 상기 액정층은 바이시클로헥실기(bicyclohexyl group)를 포함하는 제1 화합물, 시클로헥실기(cyclohexyl group)와 페닐기(phenyl group)를 포함하는 제2 화합물, 바이시클로헥실기(bicyclohexyl group)와 페닐기(phenyl group)를 포함하는 제3 화합물, 및 시클로헥실기(cyclohexyl group)와 바이페닐기(biphenyl group)를 포함하는 제4 화합물을 포함하는 액정 조성물로 이루어지는 액정 표시 장치를 제공한다.

액정 조성물, 고온 안정성, 저점도, 고속 응답 특성, 저온 저장 특성

Description

액정 조성물 및 액정 표시 장치{LIQUID CRYSTAL COMPOSITION AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY}

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판의 배치도이고,

도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 대향 표시판의 배치도이고,

도 3은 도 1에 도시된 박막 트랜지스터 표시판 및 도 2에 도시된 대향 표시판을 포함하는 액정 표시 장치의 배치도이고,

도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ'선에 따라 자른 액정 표시 장치의 단면도이고,

도 5는 액정 조성비에 따른 저온 저장 특성(LTSs)을 보여주는 그래프이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

3: 액정층 310: 액정 분자

11, 21: 배향막 80, 86: 연결 부재

81, 82, 84, 89a-89c: 접촉 보조 부재

83: 유지 전극선 연결 다리 280-285: 돌기

87: 차폐 전극 연결선 88: 차폐 전극

91-95b, 191-197b, 71-75b, 271-278b: 절개부

100, 200: 표시판 110, 210: 절연 기판

121, 129: 게이트선 124: 게이트 전극

122, 172a, 172b: 전압 공급선 128, 178a, 178b: 입력부

131: 유지 전극선 133a-133c, 135: 유지 전극

140: 게이트 절연막 151, 154: 반도체

161, 163, 165: 저항성 접촉 부재

171, 179: 데이터선 173: 소스 전극

175: 드레인 전극 180: 보호막

181-189c: 접촉 구멍 190: 화소 전극

220: 차광 부재 230: 색필터

250: 덮개막 270: 공통 전극

본 발명은 액정 조성물 및 상기 액정 조성물을 포함하는 액정 표시 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고속 응답 특성 및 넓은 동작온도 범위를 동시에 만족하는 액정 조성물 및 상기 액정 조성물을 포함하는 액정 표시 장치에 관한 것이다.

액정 표시 장치(Liquid Crystal Display)는 현재 가장 널리 사용되고 있는 평판 표시 장치(Flat Panel Display) 중 하나로서, 화소 전극과 공통 전극이 각각 형성되어 있는 두 표시판과 그 사이에 삽입되어 있는 유전율 이방성(dielectric anisotropy)을 가지는 액정층으로 이루어진다. 화소 전극은 행렬의 형태로 배열되 어 있고 박막 트랜지스터(TFT) 등의 스위칭 소자에 연결되어 한 행씩 차례로 데이터 전압을 인가 받는다. 상기 화소 전극에 대향하여 위치하는 공통 전극은 표시판의 전면에 걸쳐 형성되어 있으며 공통 전압을 인가 받는다. 화소 전극과 공통 전극 및 그 사이의 액정층은 액정 축전기를 이루며, 액정 축전기는 이에 연결된 스위칭 소자와 함께 화소를 이루는 기본 단위가 된다.

액정 표시 장치에서 액정층은 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 동작온도 범위 및 고속 응답 특성 등의 다양한 특성이 요구된다.

이 중, 응답 특성을 개선하기 위해서는 액정의 점도(viscosity)를 낮추어 액정에 인가된 전압이 오프(off)된 후 액정이 탄성에 의해 원래 위치로 복원되는 하강 시간(falling time)을 줄이는 것이 중요하다.

그러나, 응답 특성을 개선하는 경우, 넓은 동작온도 범위를 확보하기 어려운 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 액정의 고속 응답 특성 및 넓은 동작온도 범위를 동시에 확보할 수 있는 액정 조성물 및 상기 액정 조성물을 포함하는 액정 표시 장치를 제공한다.

본 발명에 따른 액정 조성물은, 바이시클로헥실기(bicyclohexyl group)를 포 함하는 제1 화합물, 시클로헥실기(cyclohexyl group)와 페닐기(phenyl group)를 포함하는 제2 화합물, 바이시클로헥실기(bicyclohexyl group)와 페닐기(phenyl group)를 포함하는 제3 화합물, 및 시클로헥실기(cyclohexyl group)와 바이페닐기(biphenyl group)를 포함하는 제4 화합물을 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 액정 표시 장치는, 제1 기판, 제1 기판 위에 형성되어 있는 게이트선, 상기 게이트선과 교차하는 데이터선, 상기 게이트선 및 상기 데이터선과 연결되어 있는 박막 트랜지스터, 상기 박막 트랜지스터와 연결되어 있는 화소 전극, 상기 제1 기판과 대향하는 제2 기판, 상기 제2 기판 위에 형성되어 있는 공통 전극 및 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 개재되어 있는 액정층을 포함하며, 상기 액정층은 바이시클로헥실기를 포함하는 제1 화합물, 시클로헥실기와 페닐기를 포함하는 제2 화합물, 바이시클로헥실기와 페닐기를 포함하는 제3 화합물, 및 시클로헥실기와 바이페닐기를 포함하는 제4 화합물을 포함하는 액정 조성물로 이루어진다.

이하, 본 발명에 따른 액정 조성물에 대하여 상세하게 설명한다.

액정 분자는 중심축을 이루는 코어부(core group), 및 코어부 양쪽에 연결되어 액정 분자에 유연성(flexibility) 및 극성(polarity)을 부여하는 말단부(terminal group)로 이루어진다.

코어부 및 말단부를 이루는 구조는 다양하며, 액정의 물리적 특성을 개선하기 위하여 여러 종류의 액정 분자를 혼합한 액정 조성물의 형태로 이용한다.

그러나, 액정 조성물은 화합물 구조의 차이에 따라 혼합성이 저하될 수도 있 고 각 화합물의 특성에 따라 액정 조성물의 물성이 크게 변화될 수도 있다.

특히, 액정 조성물에 요구되는 물성 중, 고온 안정성을 확보하기 위해서는 높은 극성기(polar group)가 필요하며, 고속 응답 특성을 확보하기 위해서는 낮은 극성을 가지는 중성기(neutral group)가 필요하다.

따라서, 이러한 두 조건을 동시에 만족시키기 위해서는, 최적의 조성을 가진 액정 조성물을 제공하는 것이 중요하다.

상기 조건에 따라, 본 발명에 따른 액정 조성물은, 바이시클로헥실기를 포함하는 제1 액정 분자, 시클로헥실기와 페닐기를 포함하는 제2 액정 분자, 바이시클로헥실기와 페닐기를 포함하는 제3 액정 분자, 및 시클로헥실기와 바이페닐기를 포함하는 제4 액정 분자를 포함한다.

상기 액정 조성물을 이용하는 경우, 액정의 고온 특성 및 저점도 특성을 현저하게 개선시킬 수 있다.

상기 특성에 대한 결과는 다음과 같다.

먼저, 액정 표시 장치의 고휘도 특성을 확보하기 위한 액정 조성물의 고온 특성을 측정한 결과, 액정 상(liquid crystal phase)이 액체 상(liquid phase)으로 변화하여 투명하게 되는 온도는 80℃ 이상으로, 제4 액정 분자가 포함되지 않은 기존의 액정 분자의 약 70℃보다 현저하게 개선되는 것을 확인할 수 있다.

또한, 액정 표시 장치의 고속 응답 특성을 확보하기 위한 회전 점도(rotational viscosity) 및 유동 점도(flow viscosity)를 측정한 결과, 각각 100m㎩.s 이하 및 19㎟/s 이하의 값을 나타내었다. 이것은, 제4 액정 분자가 포함되지 않은 기존의 액정이 약 135m㎩.s 및 21㎟/s를 나타내는 것과 비교하여 현저하게 개선된 것을 보여준다.

또한, 액정 조성물의 굴절율 이방성(△n)은 약 0.07 내지 0.11로, 기존의 액정에 비하여 저하되지 않는 것을 확인할 수 있다.

상기와 같이, 다양한 구조의 액정 분자, 특히 두 개의 방향족 고리를 가지는 바이페닐기를 포함하는 제4 액정 분자를 포함함으로써 고온 안정성 및 저점도 특성이 개선되는 것을 확인할 수 있다.

또한, 상기 고온 안정성 및 저점도 특성 외에, 액정 조성물은 저온 저장 특성(Low Temperature Storage specification, LTSs)을 만족하여야 한다.

저온 저장 특성(LTSs)이란, -30℃ 이하의 온도에서 보관하는 경우 최소 500시간이 경과하여도 액정 상(liquid crystal phase)에서 결정 상(crystal phase)으로의 상전이가 일어나지 않아야 하는 특성으로, 저온에서 동작가능한 온도 범위를 가리킨다.

본 발명에 따른 액정 조성물은 바이시클로헥실기를 포함하는 제1 액정 분자, 시클로헥실기와 페닐기를 포함하는 제2 액정 분자, 바이시클로헥실기와 페닐기를 포함하는 제3 액정 분자, 및 시클로헥실기와 바이페닐기를 포함하는 제4 액정 분자를 모두 포함하기 때문에, 각 액정 분자 사이에 구조적 차이가 크다. 특히, 바이시클로헥실기를 포함하는 제1 액정 분자와 바이페닐기를 포함하는 제4 액정 분자 사이에는 기존의 액정과 대비하여 구조적 차이가 더 크기 때문에 액정 조성물의 혼합성이 저하된다. 액정 조성물의 혼합성이 저하되는 경우 각 성분이 균일하게 혼합되 어 있는 경우보다 결정화(crystallization)가 쉽게 일어나기 때문에 저온 저장 특성(LTSs)을 확보할 수 없다.

따라서, 상기와 같이 고온 안정성 및 저점도 특성을 유지하면서도 저온 저장 특성(LTSs)을 저하시키지 않는 조성 범위를 측정하였다.

그 결과, 본 발명에 따른 액정 조성물은, 액정 조성물의 총 중량에 대하여, 30중량% 이하 또는 38중량% 이상의 제1 액정 분자, 25 내지 27중량% 또는 30 내지 50중량%의 제2 액정 분자, 30 내지 32중량% 또는 35 내지 50중량%의 제3 액정 분자 및 0.1 내지 2중량% 또는 3.5 내지 5.5중량%의 제4 액정 분자를 포함하는 것이 바람직하다.

표 1 및 도 5에서는 본 발명의 일실시예에 따른 액정 조성물과 비교예에 따른 액정 조성물의 조성비 및 저온 저장 특성을 보여준다.

여기서, '2-0'은 액정 분자의 코어부에 바이시클로헥실기(bicyclohexyl group)가 포함되어 있는 것을, '1-1'은 액정 분자의 코어부에 1개의 시클로헥실기와 1개의 페닐기가 포함되어 있는 것을, '2-1'은 액정 분자의 코어부에 바이시클로 헥실기와 1개의 페닐기가 포함되어 있는 것을, '1-2'는 액정 분자의 코어부에 1개의 시클로헥실기와 바이페닐기(biphenyl group)가 포함되어 있는 것을 의미한다.

상기 실시예 및 비교예에 따른 액정 조성물을 -30℃의 온도에서 보관한 후 액정 상(liquid crystal phase)에서 결정 상(crystal phase)으로의 상전이가 일어나는 시간을 측정한 결과, 도 5와 같은 결과를 얻었다.

도 5에서, 가로축은 상기 제1 액정 분자(2-0), 제2 액정 분자(1-1), 제3 액정 분자(2-1) 및 제4 액정 분자(1-2)의 각 조성물의 조성 비율(중량%)을 나타내고 세로축은 액정 상에서 결정 상으로 상전이될 때까지의 경과 시간을 가리킨다.

여기서 보는 바와 같이, 상기 조건에서 최소 500시간이 경과될 때까지 상전이가 일어나지 않기 위해서는, 바이시클로헥실기를 포함하는 제1 액정 분자는 30중량% 이하 또는 38중량% 이상, 시클로헥실기와 페닐기를 포함하는 제2 액정 분자는 25 내지 27중량% 또는 30 내지 50중량%, 바이시클로헥실기와 페닐기를 포함하는 제3 액정 분자는 30 내지 32중량% 또는 35 내지 50중량%, 및 시클로헥실기와 바이페닐기를 포함하는 제4 액정 분자는 0.1 내지 2중량% 또는 3.5 내지 5.5중량%의 범위로 포함되어야 하는 것을 알 수 있다.

이하에서는, 상기 본 발명에 따른 액정 조성물을 포함하는 액정 표시 장치에 대하여 도면을 참조하여 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 나 타내었다. 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 경우 뿐만 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.

먼저 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 도 1 내지 도 4를 참고로 하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판의 배치도이고, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치용 공통 전극 표시판의 배치도이고, 도 3은 도 1에 도시한 박막 트랜지스터 표시판과 도 2에 도시한 공통 전극 표시판을 포함하는 액정 표시 장치의 배치도이고, 도 4는 도 3의 액정 표시 장치를 IV-IV'선에 따라 잘라 도시한 단면도이다.

본 실시예에 따른 액정 표시 장치는 박막 트랜지스터 표시판(100)과 이와 마주보고 있는 공통 전극 표시판(200), 그리고 이들 사이에 들어 있으며 복수의 액정 분자(310)로 이루어진 액정층(3)을 포함한다.

먼저, 도 1, 도 3 및 도 4를 참고로 하여 박막 트랜지스터 표시판에 대하여 상세하게 설명한다.

투명한 유리 등으로 이루어진 절연 기판(110) 위에 복수의 게이트선(gate line)(121)과 복수의 유지 전극선(storage electrode lines)(131)이 형성되어 있다

게이트선(121)은 주로 가로 방향으로 뻗어 있고, 서로 분리되어 있으며 게이 트 신호를 전달한다. 각 게이트선(121)은 복수의 게이트 전극(124)을 포함하며, 각 게이트선(121)의 한쪽 끝 부분은 외부 회로와의 연결을 위하여 넓은 면적으로 형성되어 있다.

각 유지 전극선(131)은 주로 가로 방향으로 뻗어 있고 인접한 두 게이트선(121) 사이에 어느 한 쪽에 가깝게 배치되어 있다. 각 유지 전극선(131)은 복수의 가지(133a-133d) 집합과 이들을 연결하는 복수의 연결부(133e)를 포함한다.

하나의 가지 집합(133a-133d)은 제1 및 제2 유지 전극(133a, 133b)을 이루며 서로 떨어져 있는 한 쌍의 세로 가지와 제3 및 제4 유지 전극(133c, 133d)을 이루며 제1 유지 전극(133a)과 제2 유지 전극(133b)을 연결하는 한 쌍의 사선 가지를 포함한다. 상세하게 설명하면, 제1 유지 전극(133a)은 유지 전극선(131)에 연결되어 있는 고정단과 돌출부를 가지는 자유단을 포함한다. 제3 및 제4 유지 전극(133c, 133d)은 제1 유지 전극(133a)의 가운데 부근에서 제2 유지 전극(133b)의 위 끝과 아래 끝으로 각각 뻗어 있다.

연결부(133e)는 하나의 유지 전극(133a-133d) 집합의 제1 유지 전극(133a)과 그에 인접한 다른 유지 전극(133a-133d) 집합의 제2 유지 전극(133a)을 연결한다.

유지 전극선(131)에는 액정 표시 장치의 공통 전극 표시판(200)의 공통 전극(270)에 인가되는 공통 전압 등 소정의 전압이 인가된다. 각 유지 전극선(131)은 가로 방향으로 뻗은 한 쌍의 줄기선을 포함할 수 있다.

게이트선(121)과 유지 전극선(131)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 금속, 몰리브덴(Mo)과 몰리브덴 합금 등 몰리브덴 계열의 금속, 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta) 따위로 이루어지는 것이 바람직하다. 게이트선(121)과 유지 전극선(131)은 물리적 성질이 다른 두 개의 도전막을 포함하는 다중막 구조를 가질 수 있다. 두 도전막 중 하나는 게이트선(121)과 유지 전극선(131)의 신호 지연이나 전압 강하를 줄일 수 있도록 낮은 비저항(resistivity)의 금속, 예를 들면 알루미늄 계열 금속, 은 계열 금속 또는 구리 계열 금속으로 이루어진다. 다른 도전막은 다른 물질, 특히 ITO(indium tin oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide)와의 물리적, 화학적, 전기적 접촉 특성이 우수한 물질, 이를테면 몰리브덴 계열 금속, 크롬(Cr), 티타늄, 탄탈륨 등으로 이루어진다. 이러한 조합의 예로는 크롬 하부막과 알루미늄 상부막 조합과 알루미늄 하부막과 몰리브덴 상부막 조합을 들 수 있다.

또한 게이트선(121)과 유지 전극선(131)의 측면은 기판(110)의 표면에 대하여 경사져 있으며 그 경사각은 약 20 내지 80°이다.

게이트선(121)과 유지 전극선(131) 위에는 질화규소(SiN_x) 따위로 이루어진 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 등으로 이루어진 복수의 선형 반도체(151)가 형성되어 있다. 선형 반도체(151)는 주로 세로 방향으로 뻗어 있으며 이로부터 복수의 돌출부(projection)(154)가 게이트 전극(124)을 향하여 뻗어 나와 있다.

반도체(151) 위에는 실리사이드(silicide) 또는 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 따위로 이루어진 복수의 선형 및 섬형 저항성 접촉 부재(ohmic contact)(161, 165)가 형성되어 있다. 선형 접촉 부재(161)는 복수의 돌출부(163)를 가지고 있으며, 이 돌출부(163)와 섬형 접촉 부재(165)는 쌍을 이루어 반도체(151)의 돌출부(154) 위에 위치한다.

반도체(151)와 저항성 접촉 부재(161, 165)의 측면 역시 기판(110)의 표면에 대하여 경사져 있으며 경사각은 30 내지 80°이다.

저항성 접촉 부재(161, 165) 및 게이트 절연막(140) 위에는 복수의 데이터선(data line)(171)과 이로부터 분리되어 있는 복수의 드레인 전극(drain electrode)(175) 및 복수의 고립된 금속편(metal piece)(172)이 형성되어 있다.

데이터선(171)은 주로 세로 방향으로 뻗어 게이트선(121)과 직교하며 데이터 전압을 전달한다. 데이터선(171)은 또한 유지 전극선(131) 및 연결부(133e)와 교차하여 유지 전극선(131)의 인접한 가지 집합(133a-133d)의 제1 유지 전극(133a)과 제2 유지 전극(133b) 사이에 위치한다. 각 데이터선(171)은 다른 층 또는 외부 장치와의 접속을 위하여 면적이 넓은 끝 부분(179)과 게이트 전극(124)을 향하여 뻗은 복수의 소스 전극(source electrode)(173)을 포함한다.

게이트 전극(124), 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)은 반도체(151)의 돌출부(154)와 함께 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. 금속편(172)은 제1 유지 전극(133a)의 끝 부분 부근의 게이트선(121) 위에 위치한다.

데이터선(171)과 드레인 전극(175) 및 금속편(172)은 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 탄탈륨(Ta) 및 티타늄(Ti) 등 내화성 금속 및 이들의 합금으로 이루어지는 것이 바람직하며, 저저항 도전막과 고접촉 특성 도전막을 포함하는 다중막 구조를 가질 수 있다. 다중막 구조의 예로는 전술한 크롬 하부막과 알루미늄 상부막 조합과 알루미늄 하부막과 몰리브덴 상부막 조합의 이중막 구조 외에도 몰리브덴-알루미늄-몰리브덴 삼중막 구조를 들 수 있다.

데이터선(171), 드레인 전극(175) 및 금속편(172)도 게이트선(121) 및 유지 전극선(131)과 마찬가지로 그 측면이 기판(110)의 표면에 대하여 약 30 내지 80°의 각도로 각각 경사져 있다.

저항성 접촉 부재(161, 165)는 그 하부의 반도체(151)와 그 상부의 데이터선(171) 및 드레인 전극(175) 사이에 존재하며 접촉 저항을 낮추어 주는 역할을 한다. 선형 반도체(151)는 소스 전극(173)과 드레인 전극(175) 사이를 비롯하여 데이터선(171) 및 드레인 전극(175)에 가리지 않고 노출된 부분을 가지고 있다.

데이터선(171), 드레인 전극(175), 금속편(172) 및 노출된 반도체(151) 부분의 위에는 보호막(180)이 형성되어 있다. 보호막(180)은 질화규소(SiNx) 또는 산화규소(SiO₂) 따위의 무기물, 또는 평탄화 특성이 우수하며 감광성(photosensitivity)을 가지는 유기물, 플라즈마 화학 기상 증착(plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD)으로 형성되는 a-Si:C:O, a-Si:O:F 등 유전 상수 4.0 이하의 저유전율 절연 물질 따위로 이루어지는 것이 바람직하다. 보호막(180)은 또한 반도체(151)와 접촉 특성을 고려하여 하부 무기막과 상부 유기막의 이중막 구조를 가질 수 있다.

보호막(180)에는 데이터선(171)의 끝 부분(179) 및 드레인 전극(175)의 넓은 끝 부분을 각각 드러내는 복수의 접촉구(contact hole)(182, 185)가 형성되어 있으며, 보호막(180)과 게이트 절연막(140)에는 또한 유지 전극선(131)에서 제1 유지 전극(133a)의 고정단과 연결된 부분과 제1 유지 전극(133a) 자유단의 돌출부를 각각 노출하는 복수의 접촉구(183, 184)가 형성되어 있다.

보호막(180) 위에는 ITO 또는 IZO로 이루어진 복수의 화소 전극(pixel electrode)(190), 복수의 접촉 보조 부재(contact assistant)(82) 및 복수의 연결 다리(overpass)(194)가 형성되어 있다.

화소 전극(190)은 접촉구(185)를 통하여 드레인 전극(175)과 물리적·전기적으로 연결되어 드레인 전극(175)으로부터 데이터 전압을 인가 받는다.

데이터 전압이 인가된 화소 전극(190)은 공통 전극(270)과 함께 전기장을 생성함으로써 두 전극(190, 270) 사이의 액정층(3)의 액정 분자(310)들의 배열을 결정한다.

또한 화소 전극(190)과 공통 전극(270)은 축전기[이하 “액정 축전기(liquid crystal capacitor)”라 함]를 이루어 박막 트랜지스터가 턴 오프(turn-off)된 후에도 인가된 전압을 유지하는데, 전압 유지 능력을 강화하기 위하여 액정 축전기와 병렬로 연결된 다른 축전기를 두며 이를 유지 축전기(storage electrode)라 한다. 유지 축전기는 화소 전극(190) 및 유지 전극(133a-133d)을 포함하는 유지 전극선(131)의 중첩에 의하여 만들어진다.

각 화소 전극(190)은 왼쪽 모퉁이에서 모따기되어 있으며(chamfered), 모따기된 빗변은 게이트선(121)에 대하여 약 45도의 각도를 이룬다.

화소 전극(190)은 하부 절개부(cutout)(191), 중앙 절개부(192) 및 상부 절개부(193)를 가지며, 화소 전극(190)은 이들 절개부(191-193)에 의하여 복수의 영역으로 분할된다. 절개부(191-193)는 화소 전극(190)을 이등분하는 가상의 가로선에 대하여 거의 반전 대칭(inversion symmetry)을 이루고 있다.

하부 및 상부 절개부(191, 193)는 대략 화소 전극(190)의 우하 및 우상 모퉁이 부근에서 왼쪽 변 중앙 부근으로 비스듬하게 뻗어 있으며, 제3 및 제4 유지 전극(133c, 133d)과 각각 중첩한다. 하부 및 상부 절개부(191, 193)는 가로 이등분선으로 나뉘는 화소 전극(190)의 하반부와 상반부에 각각 위치하고 있다. 하부 및 상부 절개부(191, 193)는 게이트선(121)에 대하여 약 45도의 각도를 이루며 서로 수직하게 뻗어 있다.

중앙 절개부(192)는 가로 이등분선을 따라 뻗으며 화소 전극(190)의 오른쪽 변 쪽에 입구를 가지고 있다. 중앙 절개부(192)의 입구는 하부 절개부(191)와 상부 절개부(193)에 각각 거의 평행한 한 쌍의 빗변을 가지고 있다.

따라서, 화소 전극(190)의 하반부는 하부 절개부(191)에 의하여 두 개의 구역(partition)으로 나누어지고, 상반부 또한 상부 절개부(193)에 의하여 두 개의 구역으로 분할된다. 이 때, 영역의 수효 또는 절개부의 수효는 화소의 크기, 화소 전극의 가로변과 세로 변의 길이 비, 액정층(3)의 종류나 특성 등 설계 요소에 따라서 달라진다.

접촉 보조 부재(82)는 접촉구(182)를 통하여 데이터선(171)의 끝 부분(179)과 연결된다. 접촉 보조 부재(82)는 데이터선(171)의 끝 부분(179)과 외부 장치와의 접착성을 보완하고 이들을 보호한다.

연결 다리(194)는 게이트선(121)을 가로 지르며, 접촉구(183, 184)를 통하여 게이트선(121)을 사이에 두고 마주보는 유지 전극선(131)의 노출된 부분과 제1 유지 전극(133a)의 자유단 돌출부에 연결되어 있다. 연결 다리(194)는 금속편(172)과 중첩하며, 이들은 서로 전기적으로 연결될 수도 있다. 유지 전극(133a-133d)을 비롯한 유지 전극선(131)은 연결 다리(194) 및 금속편(172)과 함께 게이트선(121)이나 데이터선(171) 또는 박막 트랜지스터의 결함을 수리하는 데 사용할 수 있다. 게이트선(121)을 수리할 때에는 게이트선(121)과 연결 다리(194)의 교차점을 레이저 조사하여 게이트선(121)과 연결 다리(194)를 전기적으로 연결함으로써 게이트선(121)과 유지 전극선(131)을 전기적으로 연결시킨다. 이 때 다리부 금속편(172)은 게이트선(121)과 유지 배선 연결 다리(194)의 전기적 연결을 강화하기 위하여 형성한다.

그 다음, 도 2 내지 도 4를 참고로 하여, 공통 전극 표시판(200)에 대하여 설명한다.

투명 유리 등으로 이루어진 절연 기판(210) 위에 빛샘을 방지하기 위한 블랙 매트릭스라고 하는 차광 부재(light blocking member)(220)가 형성되어 있으며 차광 부재(220)는 화소 전극(190)과 마주보며 화소 전극(190)과 거의 동일한 모양을 가지는 복수의 개구부(opening)를 가지고 있다. 이와는 달리 차광 부재(220)는 데이터선(171)에 대응하는 부분과 박막 트랜지스터에 대응하는 부분으로 이루어질 수도 있다.

기판(210) 위에는 또한 복수의 색필터(color filter)(230)가 형성되어 있으며 차광 부재(230)로 둘러싸인 영역 내에 대부분 위치한다. 색필터(230)는 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 등의 원색 중 하나로 표시할 수 있으며, 화소 전극(190)을 따라서 세로 방향으로 길게 뻗어 띠를 이룰 수 있다.

색필터(230)의 위에는 덮개막(overcoat)(250)이 형성되어 있다.

덮개막(250)의 위에는 ITO, IZO 등의 투명한 도전체 따위로 이루어진 공통 전극(270)이 형성되어 있다.

공통 전극(270)은 복수 벌의 절개부(271-273) 집합을 가진다.

한 벌의 절개부(271-273)는 하나의 화소 전극(190)과 마주 보며 하부 절개부(271), 중앙 절개부(272) 및 상부 절개부(193)를 포함한다. 절개부(271-273) 각각은 화소 전극(190)의 인접 절개부(191-193) 사이 또는 절개부(191, 193)와 화소 전극(190)의 빗변 사이에 배치되어 있다. 또한, 각 절개부(271-273)는 화소 전극(190)의 하부 절개부(191) 또는 상부 절개부(193)와 평행하게 뻗은 적어도 하나의 사선부를 포함하며, 서로 평행한 인접한 두 절개부(271-273, 191-193) 또는 그 사선부, 빗변 및 화소 전극(190)의 빗변 중 인접한 둘 사이의 거리는 모두 실질적으 로 같다.

하부 및 상부 절개부(271, 273) 각각은 대략 화소 전극(190)의 왼쪽 변에서 위쪽 또는 아래쪽 변을 향하여 뻗은 사선부, 그리고 사선부의 각 끝에서부터 화소 전극(190)의 변을 따라 변과 중첩하면서 뻗으며 사선부와 둔각을 이루는 가로부 및 세로부를 포함한다.

중앙 절개부(272)는 대략 화소 전극(190)의 왼쪽 변에서부터 가로 이등분선을 따라 뻗은 중앙 가로부, 이 중앙 가로부의 끝에서 중앙 가로부와 빗각을 이루며 화소 전극(190)의 오른쪽 변을 향하여 뻗은 한 쌍의 사선부, 그리고 사선부의 각 끝에서부터 화소 전극(190)의 오른쪽 변을 따라 오른쪽 변과 중첩하면서 뻗으며 사선부와 둔각을 이루는 종단 세로부를 포함한다.

절개부(271-273)의 수효는 설계 요소에 따라 달라질 수 있으며, 차광 부재(220)가 절개부(271-273)와 중첩하여 절개부(271-273) 부근의 빛샘을 차단할 수 있다.

표시판(100, 200)의 안쪽 면에는 배향막(11, 21)이 도포되어 있다. 배향막(11, 21)은 폴리아믹산(polyamic acid) 또는 폴리이미드(polyimide) 형태로 이루어져 있다.

표시판(100, 200)의 바깥 면에는 편광판(12, 22)이 부착되어 있다. 두 편광판(12, 22)의 투과축은 직교하며 이중 한 투과축은 게이트선(121)에 대하여 나란하다. 반사형 액정 표시 장치의 경우에는 두 개의 편광판(12, 22) 중 하나가 생략될 수 있다.

액정 표시 장치는 또한 액정층(3)의 위상 지연을 보상하기 위한 적어도 하나의 지연 필름을 포함할 수 있다.

표시판(100, 200) 사이에 개재되어 있는 액정층(3)은, 30중량% 이하 또는 38중량% 이상의 바이시클로헥실기를 포함하는 제1 액정 분자, 25 내지 27중량% 또는 30 내지 50중량%의 시클로헥실기와 페닐기를 포함하는 제2 액정 분자, 30 내지 32중량% 또는 35 내지 50중량%의 바이시클로헥실기와 페닐기를 포함하는 제3 액정 분자, 및 0.1 내지 2중량% 또는 3.5 내지 5.5중량%의 시클로헥실기와 바이페닐기를 포함하는 제4 액정 분자를 포함하는 액정 조성물로 이루어진다.

상기 액정 조성물로 이루어지는 경우, 약 -30℃ 이하 내지 80℃ 이상의 넓은 동작온도 범위를 가지며, 100mPa.s 이하의 저점도를 나타내어 고속 응답 특성을 확보할 수 있다.

액정층(3)은 음의 유전율 이상성을 가지며 수직 배향되어 있는 것이 바람직하다. 이 경우 액정층(3)의 액정 분자(310)는 전기장이 없을 때 그 장축이 두 표시판(100, 200)의 표면에 대하여 수직을 이루도록 배열되어 있다.

도 3에 도시한 것처럼, 절개부(191-193, 271-273) 집합은 하나의 화소 전극(190)을 복수의 부영역(sub-area)로 나누며, 각 부영역은 평행하게 마주보는 한 쌍의 주변을 가지고 있다.

절개부(191-193, 271-273)는 전계가 인가되었을 때 액정층(3)의 액정 분자(310)가 기울어지는 방향을 제어한다. 이에 대하여 상세하게 설명한다.

공통 전극(270)에 공통 전압을 인가하고 화소 전극(190)에 데이터 전압을 인 가하면 표시판(100, 200)의 표면에 대하여 실질적으로 수직인 전기장이 생성된다. 액정 분자(310)들은 이 전기장에 응답하여 그 장축이 전기장 방향과 수직이 되도록 배열하고자 한다.

전극(190, 270)의 절개부(191-193, 271-273)와 화소 전극(190)의 빗변은 전기장을 왜곡하여 수평 성분을 만들어내며, 이 수평 성분은 절개부(191-193, 271-273)의 변과 화소 전극(190)의 빗변에 평행하다. 그러므로 각 부영역 위의 액정 분자들은 이 수평 성분에 의하여 한정되는 방향으로 기울어지며, 이러한 경사 방향의 수평면 상에서의 분포는 크게 네 방향이 되고 이에 따라 액정 표시 장치의 기준 시야각이 커진다.

절개부(191-193, 271-273)의 너비는 약 9μm 내지 약 12 μm인 것이 바람직하다.

적어도 하나의 절개부(191-193, 271-273)는 돌기(도시하지 않음)나 함몰부(도시하지 않음)로 대체할 수 있다. 돌기는 무기물 또는 유기물로 만들어지며 전계 생성 전극(190, 270)의 아래 또는 위에 위치하고, 약 5㎛ 내지 약 10㎛의 너비를 가지는 것이 바람직하다.

절개부(191-193, 271-273)의 모양 및 배치는 변형될 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 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.

상기와 같이, 본 발명에 따른 액정 조성물은 동시에 100mPa.s 이하의 저점도를 나타내는 동시에 -30℃ 이하 내지 80℃ 이상의 온도 범위에서 액정 상을 유지할 수 있으므로, 액정 표시 장치의 고속 응답 특성 및 넓은 동작온도 범위 및 고속 응답 특성을를 동시에 확보할 수 있다.

Claims

바이시클로헥실기(bicyclohexyl group)를 포함하는 제1 화합물, 시클로헥실기(cyclohexyl group)와 페닐기(phenyl group)를 포함하는 제2 화합물, 바이시클로헥실기(bicyclohexyl group)와 페닐기(phenyl group)를 포함하는 제3 화합물, 및 시클로헥실기(cyclohexyl group)와 바이페닐기(biphenyl group)를 포함하는 제4 화합물을 포함하는 액정 조성물.
제1항에서, 상기 액정 조성물은 30중량% 이하 또는 38중량% 이상의 제1 액정 분자, 25 내지 27중량% 또는 30 내지 50중량%의 제2 액정 분자, 30 내지 32중량% 또는 35 내지 50중량%의 제3 액정 분자 및 0.1 내지 2중량% 또는 3.5 내지 5.5중량%의 제4 액정 분자를 포함하는 액정 조성물.
제1항에서, 상기 액정 조성물은 네마틱(nematic) 액정인 액정 조성물.
제1항에서, 상기 액정 조성물은 80℃보다 높은 액체 상전이 온도(T_ni)를 가지는 액정 조성물.
제1항에서, 상기 액정 조성물은 100mPa.s 이하의 회전 점도(rotational viscosity)를 가지는 액정 조성물.
제1항에서, 상기 액정 조성물은 0.07 내지 0.11의 굴절율 이방성(△n)을 가지는 액정 조성물.
제1 기판,

제1 기판 위에 형성되어 있는 게이트선,

상기 게이트선과 교차하는 데이터선,

상기 게이트선 및 상기 데이터선과 연결되어 있는 박막 트랜지스터,

상기 박막 트랜지스터와 연결되어 있는 화소 전극,

상기 제1 기판과 대향하는 제2 기판,

상기 제2 기판 위에 형성되어 있는 공통 전극, 및

상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 개재되어 있는 액정층을 포함하며,

상기 액정층은 바이시클로헥실기(bicyclohexyl group)를 포함하는 제1 화합물, 시클로헥실기(cyclohexyl group)와 페닐기(phenyl group)를 포함하는 제2 화합물, 바이시클로헥실기(bicyclohexyl group)와 페닐기(phenyl group)를 포함하는 제3 화합물, 및 시클로헥실기(cyclohexyl group)와 바이페닐기(biphenyl group)를 포함하는 제4 화합물을 포함하는 액정 조성물로 이루어지는 액정 표시 장치.
제7항에서, 상기 액정층은 30중량% 이하 또는 38중량% 이상의 제1 화합물, 25 내지 27중량% 또는 30 내지 50중량%의 제2 화합물, 30 내지 32중량% 또는 35 내지 50중량%의 제3 화합물 및 0.1 내지 2중량% 또는 3.5 내지 5.5중량%의 제4 화합물을 포함하는 액정 조성물로 이루어지는 액정 표시 장치.
제7항에서, 상기 액정 표시 장치는 TN모드, IPS 모드 또는 VA모드인 액정 표시 장치.
제7항에서, 상기 화소 전극은 절개부를 가지는 액정 표시 장치.
제7항에서, 상기 액정층은 음의 유전율 이방성을 가지며 수직 배향되어 있는 액정 표시 장치.
제11항에서, 상기 액정 표시 장치는 액정층의 액정 분자가 기울어지는 방향을 결정하는 경사 방향 결정 부재를 더 포함하는 액정 표시 장치.
제12항에서, 상기 경사 방향 결정 부재는 상기 화소 전극과 상기 공통 전극 중 적어도 하나에 형성되어 있는 절개부 또는 상기 화소 전극과 상기 공통 전극 중 적어도 하나 위에 형성되어 있는 돌기를 포함하는 액정 표시 장치.