KR20080089731A - 액정 조성물 및 이를 포함하는 액정 표시 장치 - Google Patents

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KR20080089731A
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Abstract

본 발명은 화학식 (I)로 표현되는 액정 화합물을 포함하는 제1 군, 화학식 (II) 및 화학식 (III)으로 각각 표현되는 액정 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 제2 군, 그리고 화학식 (IV), (V) 및 (VI)으로 각각 표현되는 액정 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 제3 군을 포함하며, 상기 제1 군, 상기 제2 군 및 상기 제3 군의 총 함량에 대하여 상기 제1 군은 30 내지 50중량%, 상기 제2 군은 5 내지 20중량 및 상기 제3 군은 30 내지 55중량%로 함유되어 있는 수직 배향형 액정 조성물 및 이를 포함하는 액정 표시 장치에 관한 것이다.
액정 조성물, 유전율 이방성, 수직 배향

Description

액정 조성물 및 이를 포함하는 액정 표시 장치{LIQUID CRYSTAL COMPOSITION AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY COMPRISING THE SAME}
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 1의 박막 트랜지스터 표시판과 도 2의 공통 전극 표시판을 포함하는 액정 표시 장치의 배치도이고,
도 4 및 도 5는 각각 도 3의 액정 표시 장치를 IV-IV 선 및 V-V 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
3: 액정층 310: 액정 분자
11, 21: 배향막 12, 22: 편광자
81, 82: 접촉 보조 부재 83: 유지 전극선 연결 다리
91, 92a, 92b, 71, 72a, 72b: 절개부
100, 200: 표시판 110, 210: 절연 기판
121: 게이트선 124: 게이트 전극
129: 게이트선의 끝 부분 131: 유지 전극선
133a-133d: 유지 전극 140: 게이트 절연막
151, 154: 반도체 161, 163, 165: 저항성 접촉 부재
171: 데이터선 173: 소스 전극
175: 드레인 전극 179: 데이터선의 끝 부분
180: 보호막 183a, 183b, 185: 접촉 구멍
191: 화소 전극
220: 차광 부재 230: 색 필터
250: 덮개막 270: 공통 전극
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.
액정층은 이러한 다양한 특성을 만족하기 위하여 다양한 종류의 액정 성분을 혼합한 액정 조성물을 포함한다. 그런데 이와 같이 복수의 액정 성분을 함께 포함하는 경우 굴절율 이방성, 유전율 이방성 및 점도 따위의 물리적 특성을 모두 만족하기 어렵다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 굴절율 이방성 및 유전율 이방성 등의 물리적 특성을 개선한 액정 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 한 실시예에 따른 액정 조성물은 화학식 (I):
Figure 112007025403814-PAT00001
로 표현되는 액정 화합물을 포함하는 제1 군, 화학식 (II) 및 화학식 (III):
Figure 112007025403814-PAT00002
Figure 112007025403814-PAT00003
으로 각각 표현되는 액정 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 제2 군, 그리고
화학식 (IV), (V) 및 (VI):
Figure 112007025403814-PAT00004
Figure 112007025403814-PAT00005
Figure 112007025403814-PAT00006
으로 각각 표현되는 액정 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 제3 군을 포함하며, 여기서 A1, B1, C1, D1, E1 및 G1은 각각 사슬형 또는 고리형의 알킬기 및 알콕시기에서 선택된 적어도 하나를 포함하고, R1 내지 R6은 서로 같거나 다르며 각각 탄소 수 1 내지 13개의 알킬기 및 알콕시기에서 선택된 하나이고, 상기 제1 군, 상기 제2 군 및 상기 제3 군의 총 함량에 대하여 상기 제1 군은 약 30 내지 50중량%, 상기 제2 군은 약 5 내지 20중량 및 상기 제3 군은 약 30 내지 55중량%로 함유되어 있다.
상기 액정 조성물은 양의 유전율 이방성을 가지는 액정 화합물을 약 0.1 내지 10중량% 더 포함할 수 있다.
상기 양의 유전율 이방성을 가지는 액정 화합물은 화학식 (X) 내지 (XIV):
Figure 112007025403814-PAT00007
Figure 112007025403814-PAT00008
Figure 112007025403814-PAT00009
Figure 112007025403814-PAT00010
Figure 112007025403814-PAT00011
으로 각각 표현되는 액정 화합물 중 적어도 하나를 포함하며, 여기서 R19 내지 R23은 서로 같거나 다르며 각각 탄소 수 1 내지 13개를 가지는 알킬기 또는 알콕시기에서 선택될 수 있다.
상기 액정 조성물은 약 80℃ 이하의 상 전이 온도, 약 0.05 내지 0.12의 굴 절율 이방성, 약 -2.7 내지 -4.2의 유전율 이방성 및 약 145mPa 이하의 점도를 가질 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치는 제1 기판, 상기 제1 기판과 마주하는 제2 기판, 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 중 적어도 하나 위에 형성되어 있는 한 쌍의 전기장 생성 전극, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 끼어 있는 액정층을 포함하고, 상기 액정층은 화학식 (I):
Figure 112007025403814-PAT00012
로 표현되는 액정 화합물을 포함하는 제1 군, 화학식 (II) 및 화학식 (III):
Figure 112007025403814-PAT00013
Figure 112007025403814-PAT00014
으로 각각 표현되는 액정 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 제2 군, 그리고
화학식 (IV), (V) 및 (VI):
Figure 112007025403814-PAT00015
Figure 112007025403814-PAT00016
Figure 112007025403814-PAT00017
으로 각각 표현되는 액정 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 제3 군을 포함하며, 여기서 A1, B1, C1, D1, E1 및 G1은 각각 사슬형 또는 고리형의 알킬기 및 알콕시기에서 선택된 적어도 하나를 포함하고, R1 내지 R6은 서로 같거나 다르며 각각 탄소 수 1 내지 13개의 알킬기 및 알콕시기에서 선택된 하나이고, 상기 제1 군, 상기 제2 군 및 상기 제3 군의 총 함량에 대하여 상기 제1 군은 약 30 내지 50중량%, 상기 제2 군은 약 5 내지 20중량 및 상기 제3 군은 약 30 내지 55중량%로 함유되어 있는 액정 조성물을 포함한다.
상기 액정 표시 장치는 상기 액정층의 액정 화합물의 기울어지는 방향을 결정하는 경사 방향 결정 부재를 더 포함할 수 있으며, 상기 경사 방향 결정 부재는 상기 전기장 생성 전극에 형성되어 있는 절개부 또는 상기 전기장 생성 전극 위에 형성되어 있는 돌기를 포함할 수 있다.
이하, 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 조성물에 대하여 설명한다.
액정 조성물은 물리적 특성이 다른 여러 종류의 액정 화합물(이하 '액정'이라 한다)을 포함한다.
액정은 중심축을 이루는 중심부(core group) 및 이것에 연결되어 있는 말단 기(terminal group) 또는 측쇄기(lateral group)를 포함한다.
중심부는 페닐기(phenyl group), 시클로헥실기(cyclohexyl group) 및 헤테로 고리 화합물(heterocycles)에서 선택된 고리 화합물(cyclic compound)을 포함할 수 있다.
말단기 또는 측쇄기는 알킬기, 알콕시기, 알케닐기와 같은 무극성 기(non-polar group) 또는 불소 원자를 포함하는 극성 기(polar group)를 포함할 수 있으며, 말단기 또는 측쇄기에 따라 물리적 특성이 달라진다.
본 발명의 한 실시예에 따른 액정 조성물은 액정 표시 장치에 적용될 수 있으며 이 경우 액정 화합물은 전기장 생성 방향에 대하여 수직하게 배열된다.
본 발명의 한 실시예에 따른 액정 조성물은 음의 유전율 이방성을 나타내는 극성 화합물(polar compound)과 유전율 이방성을 나타내지 않는 중성 화합물(neutral compound)을 포함한다.
음의 유전율 이방성을 나타내는 극성 화합물은 화학식 (I)로 표현되는 액정 군(group)일 수 있으며 1종 이상의 화합물을 포함할 수 있다:
Figure 112007025403814-PAT00018
여기서 A1 및 B1은 각각 사슬형 또는 고리형의 알킬기 및 알콕시기에서 선택된 적어도 하나를 포함한다.
화학식 (I)로 표현되는 액정 군은 예시적으로 다음과 같은 액정 화합물에서 선택될 수 있다:
Figure 112007025403814-PAT00019
Figure 112007025403814-PAT00020
Figure 112007025403814-PAT00021
여기서, R9 및 R10은 각각 독립적으로 수소 원자, 탄소 수 1 내지 13개의 알킬기 또는 알콕시기이다.
상술한 화학식 (I)로 표현되는 액정 군은 액정 조성물의 총 함량에 대하여 약 30 내지 50중량% 함유될 수 있다. 약 30중량% 미만으로 함유되는 경우 음의 유전율 이방성이 떨어질 수 있고 약 50중량%를 초과하여 함유되는 경우 상 전이 온도(Tni)가 변화하여 결정화(crystallization)가 일어날 수 있다.
음의 유전율 이방성을 나타내는 극성 화합물은 화학식 (II) 및 (III)으로 표현되는 액정 군 중 적어도 하나를 포함할 수 있다:
Figure 112007025403814-PAT00022
Figure 112007025403814-PAT00023
여기서 C1, D1, E1 및 G1은 각각 사슬형 또는 고리형의 알킬기 및 알콕시기에서 선택된 적어도 하나를 포함한다.
화학식 (II)로 표현되는 액정 군은 예시적으로 다음과 같은 액정 화합물을 포함할 수 있다:
Figure 112007025403814-PAT00024
Figure 112007025403814-PAT00025
Figure 112007025403814-PAT00026
여기서 R13 내지 R18은 서로 같거나 다르며 각각 탄소 수 1 내지 13개의 알킬기 및 알콕시기에서 선택된 하나이다.
화학식 (III)로 표현되는 화합물에는 예시적으로 다음과 같은 것을 들 수 있다:
Figure 112007025403814-PAT00027
Figure 112007025403814-PAT00028
Figure 112007025403814-PAT00029
여기서 R7 및 R8은 각각 독립적으로 수소 원자, 탄소 1 내지 13개를 가지는 알킬기 또는 알콕시기이다.
상술한 화학식 (II) 및/또는 (III)으로 표현되는 액정 군은 액정 조성물의 총 함량에 대하여 약 5 내지 20중량% 함유될 수 있다. 약 5중량% 미만으로 함유되는 경우 음의 유전율 이방성이 떨어질 수 있고 약 20중량%를 초과하여 함유되는 경우 상 전이 온도(Tni)가 변화하여 결정화가 일어날 수 있다.
중성 화합물은 화학식 (IV), (V) 및 (VI)에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다:
Figure 112007025403814-PAT00030
Figure 112007025403814-PAT00031
Figure 112007025403814-PAT00032
여기서, R1 내지 R6는 서로 같거나 다를 수 있으며, 각각 탄소 1 내지 13개를 가지는 알킬기(alkyl group) 또는 알콕시기(alkoxy group)일 수 있다. R1 내지 R6는 알케닐기를 포함하지 않는 것이 바람직하다.
중성 화합물은 액정 조성물의 총 함량에 대하여 약 30 내지 55중량%로 함유될 수 있다. 상기 함량 범위는 극성 화합물의 함량을 제외한 잔량 범위에 해당하 는 것으로, 상기 범위로 함유됨으로써 액정 조성물의 점도를 적절하게 조절할 수 있다.
상기와 같이 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 조성물은 음의 유전율 이방성을 가지는 극성 화합물 및 중성 화합물 외에 양의 유전율 이방성을 가지는 액정 화합물을 더 포함할 수 있다.
양의 유전율 이방성을 가지는 액정 화합물은 예컨대 화학식 (X) 내지 (XIV)로 각각 표현되는 액정 화합물 중에서 선택된 하나 이상일 수 있다:
Figure 112007025403814-PAT00033
Figure 112007025403814-PAT00034
Figure 112007025403814-PAT00035
Figure 112007025403814-PAT00036
Figure 112007025403814-PAT00037
여기서 R19 내지 R23은 서로 같거나 다르며 각각 탄소 수 1 내지 13개를 가지는 알킬기 또는 알콕시기일 수 있다.
이와 같이 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 조성물은 수직 배향형 액정 표시 장치에 적용함에도 불구하고 양의 유전율 이방성을 가지는 액정 화합물을 포함한다.
유전율 이방성(Δε1)은 액정 화합물의 장축 방향과 평행한 방향으로의 수평 유전율(ε∥1)과 장축 방향과 수직한 방향으로의 수직 유전율(ε⊥1)의 차이 값이며, 수평 유전율(ε∥1)이 더 큰 경우 양의 유전율 이방성을 나타내며 수직 유전율(ε⊥1)이 더 큰 경우 음의 유전율 이방성을 나타낸다.
상술한 액정 조성물은 수직 배향형 액정 표시 장치에 적용되므로 평균 유전율 이방성(Δε)은 음의 값을 가진다. 한편 상술한 바와 같이 양의 유전율 이방성을 가지는 액정 화합물을 함께 포함하는 경우 액정 조성물의 수평 유전율(ε∥)의 값 또한 증가하게 됨으로써 액정 조성물의 수직 유전율과 수평 유전율을 고려한 총 유전율이 높아지게 된다. 이러한 액정 조성물을 액정 표시 장치에 적용하는 경우 전기장 생성 전극과 액정층 사이에 형성되는 액정 축전 용량이 높아져서 전압 유지 능력을 강화할 수 있다.
이 때 양의 유전율 이방성을 가지는 액정 화합물은 액정 조성물의 총 함량에 대하여 약 10중량% 이하로 함유되는 것이 바람직하다. 약 10중량%를 초과하는 경 우 액정 화합물의 움직임이 둔화되어 구동 전압이 높아질 수 있다.
상기 액정 조성물은 약 80℃ 이하의 상 전이 온도(Tni), 약 0.05 내지 0.12의 굴절율 이방성, 약 -2.7 내지 -4.2의 유전율 이방성 및 약 145mPa 이하의 점도를 가지므로, 전기장 인가시 전기장 생성 방향에 대하여 수직으로 배향하며 적절한 응답 속도를 가진다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 상술한 액정 조성물을 포함하는 액정 표시 장치에 대하여 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 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. 그러면 도 1 내지 도 5를 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 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 1의 박막 트랜지스터 표시판과 도 2의 공통 전극 표시판을 포함하는 액정 표시 장치의 배치도이고, 도 4 및 도 5는 각각 도 3의 액 정 표시 장치를 IV-IV 선 및 V-V 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 1 내지 도 5를 참고하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치는 서로 마주하는 박막 트랜지스터 표시판(100)과 공통 전극 표시판(200) 및 이들 두 표시판(100, 200) 사이에 들어 있는 액정층(3)을 포함한다.
먼저, 도 1, 도 3, 도 4 및 도 5를 참고하여 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 위로 돌출한 복수의 게이트 전극(gate electrode)(124)과 다른 층 또는 외부 구동 회로와의 접속을 위한 넓은 끝 부분(129)을 포함한다.
유지 전극선(131)은 소정의 전압을 인가 받으며, 게이트선(121)과 거의 나란하게 뻗은 줄기선과 이로부터 갈라진 복수의 제1, 제2, 제3 및 제4 유지 전극(133a, 133b, 133c, 133d) 집합 및 복수의 연결부(connection)(133e)를 포함한다.
게이트선(121) 및 유지 전극선(131) 위에는 게이트 절연막(gate insulating layer)(140)이 형성되어 있다.
게이트 절연막(140) 위에는 복수의 선형 반도체(151)가 형성되어 있다. 선형 반도체(151)는 주로 세로 방향으로 뻗어 있으며, 게이트 전극(124)을 향하여 뻗 어 나온 복수의 돌출부(projection)(154)를 포함한다.
반도체(151) 위에는 복수의 선형 및 섬형 저항성 접촉 부재(ohmic contact)(161, 165)가 형성되어 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.
저항성 접촉 부재(161, 165) 및 게이트 절연막(140) 위에는 복수의 데이터선(data line)(171)과 복수의 드레인 전극(drain electrode)(175) 및 복수의 고립된 금속편(isolated metal piece)(178)이 형성되어 있다.
데이터선(171)은 데이터 신호를 전달하며 주로 세로 방향으로 뻗어 게이트선(121), 유지 전극선(131)의 줄기선 및 연결부(133e)와 교차한다. 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.
드레인 전극(175)은 데이터선(171)과 분리되어 있으며 게이트 전극(124)을 중심으로 소스 전극(173)과 마주한다. 각 드레인 전극(175)은 넓은 한 쪽 끝 부분과 막대형인 다른 쪽 끝 부분을 가지고 있으며, 막대형 끝 부분은 소스 전극(173)으로 일부 둘러싸여 있다.
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.
고립 금속편(178)은 제1 유지 전극(133a) 부근의 게이트선(121) 위에 위치한다.
데이터선(171), 드레인 전극(175) 및 고립된 금속편(178)은 게이트선(121)과 마찬가지로 저저항성 도전체로 만들어질 수 있다.
데이터선(171), 드레인 전극(175) 및 고립된 금속편(178) 또한 그 측면이 기판(110) 면에 대하여 30° 내지 80° 정도의 경사각으로 기울어진 것이 바람직하다.
저항성 접촉 부재(161, 165)는 그 아래의 반도체(151)와 그 위의 데이터선(171) 및 드레인 전극(175) 사이에만 존재하며 이들 사이의 접촉 저항을 낮추어 준다.
데이터선(171), 드레인 전극(175), 고립된 금속편(178) 및 노출된 반도체(151) 부분 위에는 보호막(passivation layer)(180)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.
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 생성함으 로써 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 액정 축전기를 이루어 박막 트랜지스터가 턴 오프된 후에도 인가된 전압을 유지한다.
화소 전극(191)은 유지 전극(133a-133d)을 비롯한 유지 전극선(131)과 중첩하여 유지 축전기를 형성하며 액정 축전기의 전압 유지 능력을 강화한다.
각 화소 전극(191)은 게이트선(121) 또는 데이터선(171)과 거의 평행한 네 개의 주 변을 가지며 네 모퉁이가 모따기되어 있는(chamfered) 대략 사각형 모양이다. 화소 전극(191)의 모딴 빗변은 게이트선(121)에 대하여 약 45도의 각도를 이룬다. 화소 전극(191)에는 중앙 절개부(91), 하부 절개부(92a) 및 상부 절개부(92b)가 형성되어 있으며, 화소 전극(191)은 이들 절개부(91-92b)에 의하여 복수의 영역(partition)으로 분할된다. 절개부(91-92b)는 화소 전극(191)을 이등분하는 가상의 가로 중심선에 대하여 거의 반전 대칭을 이룬다.
하부 및 상부 절개부(92a, 92b)는 대략 화소 전극(191)의 오른쪽 변에서부터 왼쪽 변으로 비스듬하게 뻗어 있으며, 제3 및 제4 유지 전극(133c, 133d)과 각각 중첩한다. 하부 및 상부 절개부(92a, 92b)는 화소 전극(191)의 가로 중심선에 대하여 하반부와 상반부에 각각 위치하고 있다. 하부 및 상부 절개부(92a, 92b)는 게이트선(121)에 대하여 약 45도의 각도를 이루며 서로 수직으로 뻗어 있다.
중앙 절개부(91)는 화소 전극(191)의 가로 중심선을 따라 뻗으며 오른쪽 변 쪽에 입구를 가지고 있다. 중앙 절개부(91)의 입구는 하부 절개부(92a)와 상부 절개부(92b)에 각각 거의 평행한 한 쌍의 빗변을 가지고 있다. 중앙 절개부(91)는 가로부 및 이와 연결된 한 쌍의 사선부를 포함한다. 가로부는 화소 전극(191)의 가로 중심선을 따라 짧게 뻗어 있으며, 한 쌍의 사선부는 가로부에서 화소 전극(191)의 오른쪽 변을 향하여 하부 절개부(92a) 및 상부 절개부(92b)와 각각 거의 나란하게 뻗어 있다.
따라서, 화소 전극(191)의 하반부는 하부 절개부(92a)에 의하여 두 개의 영역으로 나뉘고, 상반부 또한 상부 절개부(92b)에 의하여 두 개의 영역으로 분할된다. 이 때, 영역의 수효 또는 절개부의 수효는 화소 전극(191)의 크기, 화소 전극(191)의 가로 변과 세로 변의 길이 비, 액정층(3)의 종류나 특성 등 설계 요소에 따라서 달라질 수 있다.
연결 다리(83)는 게이트선(121)을 가로지르며, 게이트선(121)을 사이에 두고 반대쪽에 위치하는 접촉 구멍(183a, 183b)을 통하여 유지 전극선(131)의 노출된 부분과 제1 유지 전극(133a) 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.
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.
다음, 도 2 내지 도 4를 참고하여, 공통 전극 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 화소 전극(191) 사이의 빛샘을 막는다. 차광 부재(220)는 화소 전극(191)과 마주하며 화소 전극(191)과 거의 동일한 모양을 가지는 복수의 개구부(225)를 가지고 있다. 그러나 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(230)로 둘러싸인 영역 내에 대부분 존재하며, 화소 전극(191) 열을 따라서 세로 방향으로 길게 뻗을 수 있다. 각 색 필터(230)는 적색, 녹색 및 청색 등의 삼원색(three primary colors) 중 하나를 표시할 수 있다.
색 필터(230) 및 차광 부재(220) 위에는 덮개막(overcoat)(250)이 형성되어 있다. 덮개막(250)은 (유기) 절연물로 만들어질 수 있으며, 색 필터(230)가 노출되는 것을 방지하고 평탄면을 제공한다. 덮개막(250)은 생략할 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, 72a, 72b) 집합이 형성되어 있다.
하나의 절개부(71-72b) 집합은 하나의 화소 전극(191)과 마주하며 중앙 절개부(71), 하부 절개부(72a) 및 상부 절개부(72b)를 포함한다. 절개부(71-72b) 각각은 화소 전극(191)의 인접 절개부(91-92b) 사이 또는 절개부(92a, 92b)와 화소 전극(191)의 모딴 빗변 사이에 배치되어 있다. 또한, 각 절개부(71-72b)는 화소 전극(191)의 하부 절개부(92a) 또는 상부 절개부(92b)와 거의 평행하게 뻗은 적어도 하나의 사선부를 포함한다. 절개부(71-72b)는 화소 전극(191)의 가로 중심선에 대하여 거의 반전 대칭을 이룬다.
하부 및 상부 절개부(72a, 72b)는 각각 사선부와 가로부 및 세로부를 포함한다. 사선부는 대략 화소 전극(191)의 위쪽 또는 아래쪽 변에서 왼쪽 변으로 뻗는다. 가로부 및 세로부는 사선부의 각 끝에서부터 화소 전극(191)의 변을 따라 변과 중첩하면서 뻗으며 사선부와 둔각을 이룬다.
중앙 절개부(71)는 중앙 가로부, 한 쌍의 사선부 및 한 쌍의 종단 세로부를 포함한다. 중앙 가로부는 대략 화소 전극(191)의 왼쪽 변에서부터 화소 전극(191)의 가로 중심선을 따라 오른쪽으로 뻗는다. 한 쌍의 사선부는, 중앙 가로부의 끝에서부터 화소 전극(191)의 오른쪽 변을 향하여 중앙 가로부와 둔각을 이루면서, 각각 하부 및 상부 절개부(72a, 72b)와 거의 나란하게 뻗는다. 종단 세로부는 해당 사선부의 끝에서부터 화소 전극(191)의 오른쪽 변을 따라 오른쪽 변과 중첩하면서 뻗으며 사선부와 둔각을 이룬다.
절개부(71-72b)의 수효 또한 설계 요소에 따라 달라질 수 있으며, 차광 부재(220)가 절개부(71-72b)와 중첩하여 절개부(71-72b) 부근의 빛샘을 차단할 수 있다.
공통 전극(270)에 공통 전압을 인가하고 화소 전극(191)에 데이터 전압을 인가하면 표시판(100, 200)의 표면에 거의 수직인 전기장이 생성된다. 액정 분자 들은 전기장에 응답하여 그 장축이 전기장의 방향에 수직을 이루도록 방향을 바꾸고자 한다.
전기장 생성 전극(191, 270)의 절개부(71-72b, 91-92b)와 화소 전극(191)의 변은 전기장을 왜곡하여 액정 분자들의 경사 방향을 결정하는 수평 성분을 만들어낸다. 전기장의 수평 성분은 절개부(71-72b, 91-92b)의 변과 화소 전극(191)의 변에 거의 수직이다.
도 3을 참고하면, 하나의 절개부 집합(71-72b, 91-92b)은 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 가진다. 각 부영역의 주 변은 편광자(12, 22)의 편광축과 약 45°를 이루며, 이는 광 효율을 최대로 하기 위해서이다.
각 부영역 위의 액정 분자들은 대부분 주 변에 수직인 방향으로 기울어지므로, 기울어지는 방향을 추려보면 대략 네 방향이다. 이와 같이 액정 분자가 기울어지는 방향을 다양하게 하면 액정 표시 장치의 기준 시야각이 커진다.
절개부(71-72b, 91-92b)의 모양 및 배치는 다양하게 변형될 수 있다.
적어도 하나의 절개부(71-72b, 91-92b)는 돌기(protrusion)(도시하지 않음)나 함몰부(depression)(도시하지 않음)로 대체할 수 있다. 돌기는 유기물 또는 무기물로 만들어질 수 있고 전기장 생성 전극(191, 270)의 위 또는 아래에 배치될 수 있다.
표시판(100, 200)의 안쪽 면에는 배향막(alignment layer)(11, 21)이 도포 되어 있으며 이들은 수직 배향막일 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치는 액정층(3)의 지연을 보상하기 위한 위상 지연막(retardation film)(도시하지 않음)을 더 포함할 수 있다.
액정층(3)은 상술한 액정 조성물을 포함하며, 전기장이 인가되는 경우 액정층(3)의 액정 분자(310)는 전기장 생성 방향에 대하여 거의 수직을 이루도록 배향되어 있다.
액정 조성물은 전술한 바와 같이 화학식 (I)로 표현되는 극성 액정 화합물, 화학식 (II) 및/또는 (III)으로 표현되는 극성 액정 화합물 및 중성 화합물을 각각 약 30 내지 50중량%, 약 5 내지 20중량 및 약 30 내지 55중량% 정도 포함하며, 이로써 유전율 이방성, 굴절율 이방성 및 회전 점도 등의 물리적 특성을 만족할 수 있다. 또한 수직 배향형 액정 조성물임에도 불구하고 양의 유전율 이방성을 가지는 액정 화합물을 포함함으로써 액정 조성물의 총 유전율이 높아져서 전압 유지 능력을 강화할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
유전율 이방성, 굴절율 이방성 및 회전 점도 등의 물리적 특성을 만족하는동 시에 액정 조성물의 총 유전율이 높아져서 전압 유지 능력을 강화할 수 있다.

Claims (9)

  1. 화학식 (I):
    Figure 112007025403814-PAT00038
    로 표현되는 액정 화합물을 포함하는 제1 군,
    화학식 (II) 및 화학식 (III):
    Figure 112007025403814-PAT00039
    Figure 112007025403814-PAT00040
    으로 각각 표현되는 액정 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 제2 군, 그리고
    화학식 (IV), (V) 및 (VI):
    Figure 112007025403814-PAT00041
    Figure 112007025403814-PAT00042
    Figure 112007025403814-PAT00043
    으로 각각 표현되는 액정 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 제3 군
    을 포함하며,
    여기서 A1, B1, C1, D1, E1 및 G1은 각각 사슬형 또는 고리형의 알킬기 및 알콕시기에서 선택된 적어도 하나를 포함하고, R1 내지 R6은 서로 같거나 다르며 각각 탄소 수 1 내지 13개의 알킬기 및 알콕시기에서 선택된 하나이고,
    상기 제1 군, 상기 제2 군 및 상기 제3 군의 총 함량에 대하여 상기 제1 군은 30 내지 50중량%, 상기 제2 군은 5 내지 20중량 및 상기 제3 군은 30 내지 55중량%로 함유되어 있는
    수직 배향형 액정 조성물.
  2. 제1항에서,
    상기 액정 조성물은 양의 유전율 이방성을 가지는 액정 화합물을 0.1 내지 10중량% 더 포함하는 수직 배향형 액정 조성물.
  3. 제2항에서,
    상기 양의 유전율 이방성을 가지는 액정 화합물은
    화학식 (X) 내지 (XIV):
    Figure 112007025403814-PAT00044
    Figure 112007025403814-PAT00045
    Figure 112007025403814-PAT00046
    Figure 112007025403814-PAT00047
    Figure 112007025403814-PAT00048
    으로 각각 표현되는 액정 화합물 중 적어도 하나를 포함하며,
    여기서 R19 내지 R23은 서로 같거나 다르며 각각 탄소 수 1 내지 13개를 가지는 알킬기 또는 알콕시기에서 선택되는
    수직 배향형 액정 조성물.
  4. 제2항에서,
    상기 액정 조성물은 80℃ 이하의 상 전이 온도, 0.05 내지 0.12의 굴절율 이방성, -2.7 내지 -4.2의 유전율 이방성 및 145mPa 이하의 점도를 가지는 수직 배향형 액정 조성물.
  5. 제1 기판,
    상기 제1 기판과 마주하는 제2 기판,
    상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 중 적어도 하나 위에 형성되어 있는 한 쌍의 전기장 생성 전극,
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 끼어 있는 액정층
    을 포함하고,
    상기 액정층은
    화학식 (I):
    Figure 112007025403814-PAT00049
    로 표현되는 액정 화합물을 포함하는 제1 군,
    화학식 (II) 및 화학식 (III):
    Figure 112007025403814-PAT00050
    Figure 112007025403814-PAT00051
    으로 각각 표현되는 액정 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 제2 군, 그리고
    화학식 (IV), (V) 및 (VI):
    Figure 112007025403814-PAT00052
    Figure 112007025403814-PAT00053
    Figure 112007025403814-PAT00054
    으로 각각 표현되는 액정 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 제3 군
    을 포함하며,
    여기서 A1, B1, C1, D1, E1 및 G1은 각각 사슬형 또는 고리형의 알킬기 및 알콕시기에서 선택된 적어도 하나를 포함하고, R1 내지 R6은 서로 같거나 다르며 각각 탄소 수 1 내지 13개의 알킬기 및 알콕시기에서 선택된 하나이고,
    상기 제1 군, 상기 제2 군 및 상기 제3 군의 총 함량에 대하여 상기 제1 군은 30 내지 50중량%, 상기 제2 군은 5 내지 20중량 및 상기 제3 군은 30 내지 55중량%로 함유되어 있는 액정 조성물을 포함하는
    액정 표시 장치.
  6. 제5항에서,
    상기 액정 조성물은 양의 유전율 이방성을 가지는 액정 화합물 0.1 내지 10중량%을 더 포함하는 액정 표시 장치.
  7. 제6항에서,
    상기 양의 유전율 이방성을 가지는 액정 화합물은
    화학식 (X) 내지 (XIV):
    Figure 112007025403814-PAT00055
    Figure 112007025403814-PAT00056
    Figure 112007025403814-PAT00057
    Figure 112007025403814-PAT00058
    Figure 112007025403814-PAT00059
    으로 각각 표현되는 액정 화합물 중 적어도 하나를 포함하는
    액정 표시 장치.
  8. 제7항에서,
    상기 액정층의 액정 화합물의 기울어지는 방향을 결정하는 경사 방향 결정 부재를 더 포함하는 액정 표시 장치.
  9. 제8항에서,
    상기 경사 방향 결정 부재는 상기 전기장 생성 전극에 형성되어 있는 절개부 또는 상기 전기장 생성 전극 위에 형성되어 있는 돌기를 포함하는 액정 표시 장치.
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