KR20150080324A - 액정 조성물 및 이를 포함하는 액정표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정조성물과 이를 포함하는 액정표시장치를 개시한다. 본 발명의 액정표시장치는, 박막 트랜지스터가 형성된 제 1 기판과; 상기 제 1 기판과 대향하여 형성되고, 컬러필터층이 형성된 제 2 기판과; 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 사이에 형성되는 액정층;을 포함하고, 상기 액정층은 액정과 광반응성 화합물을 포함하고, 상기 액정의 점도와 광반응성 화합물의 점도의 차이는 상기 액정의 점도의 30% 이내인 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명에 따른 액정 조성물 및 이를 포함하는 액정표시장치는, 액정과 광반응성 화합물을 포함하여 셀갭을 유지하고 외부 충격에 대한 내성을 균일하게 구현할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 액정 조성물 및 이를 포함하는 액정표시장치는, 액정과 광반응성 화합물의 점도 편차가 최소화 됨에 따라, 상분리를 방지하고 균일도를 향상시켜 전기광학 소자의 품위를 향상할 수 있다.

Description

액정 조성물 및 이를 포함하는 액정표시장치{Liquid crystal composition and liquid crystal display device having the same}
본 발명은 액정 조성물과 이를 포함하는 액정표시장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 액정의 셀갭을 유지하며 외부 충격에 대한 내성을 균일하게 구현하고, 액정 조성물의 상분리 현상을 방지하고, 균일하게 형성되도록 함으로써, 전기 광학 특성의 균일도를 확보하는 액정 조성물과 이를 포함하는 액정표시장치에 관한 것이다.
최근 정보화 시대에 발맞추어 디스플레이(display) 분야 또한 급속도로 발전해 왔고, 이에 부응해서 박형화, 경량화, 저소비전력화 장점을 지닌 평판표시장치(flat panel display device: FPD)로서 액정표시장치(liquid crystal display device : LCD), 플라즈마표시장치(plasma display panel device : PDP), 전기발광표시장치(electrol㎛inescence display device : ELD), 전계방출표시장치(field emission display device : FED) 등이 소개되어 기존의 브라운관(cathode ray tube : CRT)을 빠르게 대체하며 각광받고 있다.
이중에서도 액정표시장치는 소비전력이 낮고, 휴대성이 양호한 기술 집약적이며, 부가가치가 높은 차세대 첨단 디스플레이(display)소자로 각광받고 있다. 이러한 액정표시장치 중에서도, 각 화소(pixel)별로 전압의 온(on)/오프(off)를 조절할 수 있는 스위칭 소자인 박막트랜지스터가 구비된 액티브 매트릭스형 액정표시장치가 해상도 및 동영상 구현능력이 뛰어나 가장 주목받고 있다. 액정표시장치는 하부기판, 상부기판, 및 상기 양 기판 사이에 형성된 액정층을 포함하여 구성되며, 전계 인가 유무에 따라 액정층의 배열이 조절되고 그에 따라 광의 투과도가 조절되어 화상이 표시되는 표시장치이다.
이러한 액정표시장치는 동화상 표시에 우수하고 높은 콘트라스트비(contrast ratio)로 인해 노트북, 모니터, TV 등의 분야에서 가장 활발하게 사용되고 있다. 이러한 다양한 제품에 적용되는 액정표시장치는 셀갭을 유지하며 외부 충격에 대한 내성을 균일하게 구현할 필요가 있다.
본 발명은 액정과 광반응성 화합물을 포함하여 셀갭을 유지하고 외부 충격에 대한 내성을 균일하게 구현하는 액정 조성물 및 이를 포함하는 액정표시장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 액정과 광반응성 화합물의 점도 편차가 최소화 됨에 따라, 상분리를 방지하고 균일도를 향상시켜 전기광학 소자의 품위를 향상할 수 있는 액정 조성물 및 이를 포함하는 액정표시장치를 제공하는데 다른 목적이 있다.
상기와 같은 종래 기술의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 액정 조성물은, 액정과 광반응성 화합물을 포함하고, 상기 액정의 점도와 광반응성 화합물의 점도의 차이는 상기 액정의 점도의 30% 이내인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 액정표시장치는, 박막 트랜지스터가 형성된 제 1 기판과; 상기 제 1 기판과 대향하여 형성되고, 컬러필터층이 형성된 제 2 기판과; 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 사이에 형성되는 액정층;을 포함하고, 상기 액정층은 액정과 광반응성 화합물을 포함하고, 상기 액정의 점도와 광반응성 화합물의 점도의 차이는 상기 액정의 점도의 30% 이내인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 액정 조성물 및 이를 포함하는 액정표시장치는, 액정과 광반응성 화합물을 포함하여 셀갭을 유지하고 외부 충격에 대한 내성을 균일하게 구현하는 제 1 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 액정 조성물 및 이를 포함하는 액정표시장치는, 액정과 광반응성 화합물의 점도 편차가 최소화 됨에 따라, 상분리를 방지하고 균일도를 향상시켜 전기광학 소자의 품위를 향상할 수 있는 제 2 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 액정표시장치의 단면도를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 액정표시장치의 노광 공정을 도시한 도면이다.
도 3은 점도의 차이에 따른 실험결과를 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예들은 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에 있어서, 장치의 크기 및 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 액정표시장치의 단면도를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 액정표시장치는 액정층(150)을 사이에 두고 제 1 기판(110)과 제 2 기판(124)이 대면 합착된 액정패널을 포함한다. 또한, 도면에는 도시하지 않았으나, 상기 액정패널 하부에는 백라이트가 배치될 수 있다. 상기 액정층(150)의 누설을 방지하기 위해 제 1 기판(110) 및 제 2 기판(124) 사이에 가장자리를 따라 씰패턴(seal pattern: 170)이 형성된다. 또한, 도면에는 도시되어 있지 않으나, 제 1 기판(110) 및 제 2 기판(124) 사이의 셀갭을 유지하기 위한 컬럼 스페이서가 추가로 형성될 수 있다.
상기 제 1 기판(110)은 하부기판 또는 어레이기판(array substrate)으로, 상기 제 1 기판(110)의 일면에는 게이트 배선과 데이터 배선이 게이트 절연막(113)을 사이에 두고 서로 수직하게 교차하여 화소영역(P)을 정의한다. 상기 화소영역(P)에는 박막트랜지스터(Tr)가 구비되어 각 화소영역(P)에 마련된 투명 화소 전극(119)과 층간절연막(118)에 형성된 콘택홀을 통해 일대일 대응 접속된다.
상기 박막트랜지스터(Tr)는 게이트 전극(112), 게이트 절연막(113), 액티브층(114), 오믹콘택층(115a,115b), 소스전극(116) 및 드레인전극(117)으로 이루어진다. 또한, 도면에는 도시되지 않았지만, 상기 박막 트랜지스터는 게이트 전극이 반도체층의 아래에 배치되는 보텀 게이트(Bottom gate) 구조 외에 게이트 전극이 반도체층의 위에 배치되는 탑(Top) 게이트 구조로 형성될 수도 있다.
또한, 액정층(150)을 사이에 두고 이와 마주보는 제 2 기판(124)은 상부기판 또는 컬러필터기판(color filter substrate)이라 불리는데, 이의 일면에는 제 1 기판(124)의 박막트랜지스터(Tr) 등의 비표시 요소를 가리면서 화소 전극(119) 만을 노출시키도록 화소영역(P)을 두르는 격자 형상의 블랙매트릭스(122)가 구성된다.
또한, 이들 격자 내부에서 각 화소영역(P)에 대응되게 순차적으로 반복 배열되는 일례로 R(red), G(green), B(blue) 컬러필터(123) 그리고 이들 모두를 덮는 투명 공통 전극(121)을 포함한다.
상기 액정층(150)과 화소 전극(119) 그리고 공통 전극(121) 사이로는 액정을 향하는 표면이 각각 소정 방향으로 러빙(rubbing)된 제 1 및 제 2 배향막(120a, 120b)이 개재되어 액정분자의 초기배열상태와 배향 방향을 균일하게 정렬한다.
다만, 도면은 본 발명에 따른 박막 트랜지스터를 포함하는 소자 기판을 간소화하여 도시한 것으로, 이에 한정되지 않는다. 즉, 도면상으로 하나의 박막 트랜지스터로 표현하였으나, 동작의 특성의 따라 상기 박막 트랜지스터는 하나 이상의 박막 트랜지스터 조합으로 구성될 수 있으며, 도면의 표현에 한정되지 않는다. 또한, 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 박막 트랜지스터의 구성 등은 다양한 변경 및 수정이 가능하다.
또한, 이와 같은 액정분자의 배열을 조절하는 방식은 TN(Twisted Nematic) 모드, VA(Vertical Alignment) 모드 외에도 IPS(In Plane Switching) 모드 또는 FFS(Fringe Field Switching) 모드 등으로 다양하게 적용할 수 있다. 이에 따라 화소전극과 공통전극의 구성도 변경 및 수정될 수 있다.
또한, 이러한 액정표시장치는 자체 발광요소를 갖추지 못한 소자이므로 별도의 광원을 요구하게 되며, 이를 위해 액정패널 배면으로는 백라이트가 마련되어 빛을 공급한다. 이때, 제 1 및 제 2 기판(110,124)의 외면으로는 특정 편광만을 선택적으로 투과시키는 편광판이 더 부착될 수 있다.
이때, 상기 액정층(150)은 상기 제 1 기판(110)과 제 2 기판(124) 사이에서 액정(130)과 광반응성 화합물(200)을 포함하는 광반응성 액정 조성물로 형성된다.
상기 액정(130)은 상기 화소 전극(119)과 상기 공통 전극(121)에 의해 형성된 전계에 의해서 그 배열 상태가 조절된다. 상기 액정(130)은 포지티브(positive) 액정 또는 네거티브(negative) 액정으로 형성될 수 있다.
상기 포지티브 액정은 유전율 이방성(△ε=ε∥ - ε⊥)이 양(+)의 값을 가지는, 즉, 수평 유전율(ε∥)이 수직 유전율(ε⊥)보다 큰 값을 가지는 액정으로서, 이와 같은 포지티브 액정은 전계방향과 평행한 방향으로 액정의 방향자(director)가 배열되는 특성이 있다.
또한, 상기 네거티브 액정은 유전율 이방성(△ε=ε∥ - ε⊥)이 음(-)의 값을 가지는, 즉, 수평 유전율(ε∥)이 수직 유전율(ε⊥)보다 작은 값을 가지는 액정으로서, 이와 같은 네거티브 액정은 전계방향과 수직한 방향으로 액정의 방향자(director)가 배열되는 특성이 있다.
이때, 상기 광반응성 화합물(200)은 전체 액정 조성물에 대해 10wt% 내지 30wt%로 형성된다. 상기 광반응성 화합물(200)은 광(UV)이 조사되면 고체화되는 화합물이다. 예를 들면, 상기 광반응성 화합물(200)은 탄소 이중결합을 포함한 모노머 화합물일 수 있다. 또한, 상기 광반응성 화합물(200)은 광개시제를 포함하여 형성될 수 있다. 상기 광반응성 화합물(200)에 광이 조사되면 상기 액정층(150)에 격벽이 형성될 수 있다. 도면과 함께 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 액정표시장치의 노광 공정을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 차단부(A)와 투과부(B)로 이루어진 마스크(250)를 상기 제 2 기판(124) 상에 배치하고 광을 조사한다. 상기 광은 UV일 수 있다. 상기 광이 조사된 영역에서 상기 액정층(150)에 격벽(210)이 형성된다. 상기 격벽(210)은 액정층(150)의 광반응성 화합물(200)이 광이 조사됨에 따라 고체화되어 형성되는 구성이다.
이로 인해, 본 발명은 제 1 기판과 제 2 기판이 합착되고 그 사이에 액정층이 형성된 후에도 필요에 따라 액정의 셀갭을 유지하는 격벽을 형성할 수 있다. 또한, 이로 인해 외부 충격에 대한 내성을 균일하게 구현할 수 있다.
다만, 상기 광반응성 액정 조성물은 액정(130)과 광반응성 화합물(200)의 점도차이에 의해 합착 공정에서 상분리 현상이 발생할 수 있다. 즉, 합착 공정에서 액정(130)과 광반응성 화합물(200)의 이동속도의 차이에 의하여 균일하게 혼합되지 못하는 문제점이 있다. 또한, 상분리 현상에 의해 광반응 액정 조성물이 균일하게 형성되지 않는 경우, 노광 공정을 진행하여도 균일도가 저하될 수 있다.
따라서, 상분리 현상을 방지하고, 액정 조성물을 균일하게 형성되도록 하기 위해서 액정(130)과 광반응성 화합물(200)의 점도 차이를 최소화할 필요가 있다. 상기 액정(130)은 약 5cps 내지 50cps의 점도를 갖도록 형성된다. 이때, 상기 광반응성 화합물(200)의 점도는, 상기 광반응성 화합물(200)의 점도와 액정의 점도의 차이가 액정의 점도의 30% 이하가 되도록 형성된다.
예를 들면, 상기 액정의 점도가 20cps 일때, 상기 광반응성 화합물의 점도와 상기 액정의 점도의 차이는 상기 액정의 점도인 20cps의 30%보다 작게 형성되어야 한다. 즉, 상기 광반응성 화합물의 점도와 상기 액정의 점도의 차이는 6cps 이하로 형성되어야 한다. 이로 인해, 상기 광반응성 화합물의 점도는 14cps 내지 26cps의 점도를 갖도록 형성된다. 점도의 차이에 따른 실험결과를 검토하면 다음과 같다.
도 3은 점도의 차이에 따른 실험결과를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 액정과 광반응성 화합물의 점도 편차를 최소화하지 않은 비교예(A)와 액정과 광반응성 화합물의 점도 편차를 최소화한 실시예(B)를 비교한 실험결과이다. 상기 비교예(A)는 광반응성 화합물의 점도와 액정의 점도의 차이가 액정의 점도의 30% 이상인 점도로 형성된 광반응성 화합물을 포함한다. 상기 실시예(B)는 광반응성 화합물의 점도와 액정의 점도의 차이가 액정의 점도의 30% 이하인 점도로 형성된 광반응성 화합물을 포함한다.
상기 점도 편차가 최소화되지 않은 비교예(A)는 UV 조사 전에는 패널과 픽셀에서 화이트와 블랙이 구현되지 못하는 문제점이 있음을 확인할 수 있다. 특히, 패널의 화이트를 보면 점도차이로 인해, 액정 조성물이 균일하게 혼합되지 못하고, 액정과 광반응성 화합물이 상분리되는 것을 확인할 수 있다. 또한, UV를 조사하더라도 UV 조사 전보다는 개선될 수 있으나, 여전히 패널과 픽셀에서 화이트와 블랙이 균일하게 구현되지 않는다.
반면에, 상기 점도 편차가 최소화된 실시예(B)는 상기 비교예(A)와 비교하여 양호한 블랙과 화이트를 구현할 수 있음을 알 수 있다. 특히, UV 조사 전에도 액정 조성물이 균일하게 형성됨을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 액정 조성물 및 이를 포함하는 액정표시장치는, 액정과 광반응성 화합물을 포함하여 셀갭을 유지하고 외부 충격에 대한 내성을 균일하게 구현할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 액정 조성물 및 이를 포함하는 액정표시장치는, 액정과 광반응성 화합물의 점도 편차가 최소화 됨에 따라, 상분리를 방지하고 균일도를 향상시켜 전기광학 소자의 품위를 향상할 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
110: 제 1 기판
123: 컬러필터
124: 제 2 기판
130: 액정
150: 액정층
200: 광반응성 화합물
P: 화소영역
Tr: 박막트랜지스터

Claims (11)

  1. 액정과 광반응성 화합물을 포함하고,
    상기 액정의 점도와 광반응성 화합물의 점도의 차이는 상기 액정의 점도의 30% 이내인 것을 특징으로 하는 액정 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광반응성 화합물은 전체 액정 조성물에 대해 10wt% 내지 30wt%로 형성된 것을 특징으로 하는 액정 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 광반응성 화합물은 광개시제를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 광반응성 화합물은 광이 조사되면 고체화되는 것을 특징으로 하는 액정 조성물.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정의 점도는 5cps 내지 50cps인 것을 특징으로 하는 액정 조성물.
  6. 박막 트랜지스터가 형성된 제 1 기판과;
    상기 제 1 기판과 대향하여 형성되고, 컬러필터층이 형성된 제 2 기판과;
    상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 사이에 형성되는 액정층;을 포함하고,
    상기 액정층은 액정과 광반응성 화합물을 포함하고,
    상기 액정의 점도와 광반응성 화합물의 점도의 차이는 상기 액정의 점도의 30% 이내인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 광반응성 화합물은 광이 조사되면 고체화되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 액정층은 광이 조사되어 고체화된 광반응성 화합물로 형성된 격벽을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 광반응성 화합물은 전체 액정층에 대해 10wt% 내지 30wt%로 형성된 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 광반응성 화합물은 광개시제를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 액정의 점도는 5cps 내지 50cps인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2003003170A (ja) * 2001-06-22 2003-01-08 Nec Corp 液晶素子及び液晶組成物
JP2004219948A (ja) * 2003-01-17 2004-08-05 Nippon Hoso Kyokai <Nhk> 液晶光学素子およびその製造方法
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