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KR101499238B1 - 액정 표시 장치 - Google Patents

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KR101499238B1
KR101499238B1 KR1020080077644A KR20080077644A KR101499238B1 KR 101499238 B1 KR101499238 B1 KR 101499238B1 KR 1020080077644 A KR1020080077644 A KR 1020080077644A KR 20080077644 A KR20080077644 A KR 20080077644A KR 101499238 B1 KR101499238 B1 KR 101499238B1
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South Korea
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liquid crystal
chemical formula
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formula
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이준협
유재진
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삼성디스플레이 주식회사
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Abstract

본 발명은 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, 그리고 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 개재되어 있으며 액정 및 배향 보조재를 포함하는 액정층을 포함하고, 상기 배향 보조재는 메소겐과 상기 메소겐에 결합되어 있는 세 개 이상의 광 중합 기를 가지는 액정 표시 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
액정 표시 장치, 배향 보조재, 중합, 잔상

Description

액정 표시 장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY}
본 발명은 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 여러 종류의 액정을 혼합한 액정 조성물을 포함한다.
한편 액정은 초기 배향이 중요하다.
액정의 초기 배향을 양호하게 하기 위해서는 액정의 선경사(pretilt)를 균일하게 제어하여야 한다. 액정의 선경사가 균일하지 못한 경우 액정의 초기 배향이 흐트러져 액정층을 통과하는 빛의 제어가 곤란하다. 이 경우 명암비(contrast ratio)가 떨어질 뿐만 아니라, 이러한 선경사 차이는 외부에서 잔상으로 시인되어 표시 특성이 불량해질 수 있다.
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 액정의 선경사 차이로 인해 발생하는 액정 표시 장치의 잔상을 줄이고 표시 특성을 개선하는 것이다.
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, 그리고 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 개재되어 있으며 액정 및 배향 보조재를 포함하는 액정층을 포함하고, 상기 배향 보조재는 메소겐과 상기 메소겐에 결합되어 있는 세 개 이상의 광 중합 기를 가진다.
상기 메소겐은 나프탈렌, 비페닐, 비스페놀A 및 이들에 불소 원자가 결합된 화합물에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 광 중합기는 아크릴 기 및 메타크릴 기에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 메소겐과 상기 광 중합 기 사이에 위치하는 탄소 수 3 내지 12개의 사 슬형 알킬기를 더 포함할 수 있다.
상기 배향 보조재는 화학식 1 내지 4:
[화학식 1]
Figure 112008056863099-pat00001
[화학식 2]
Figure 112008056863099-pat00002
[화학식 3]
Figure 112008056863099-pat00003
[화학식 4]
Figure 112008056863099-pat00004
로 표현되는 화합물에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 배향 보조재는 상기 액정의 함량에 대하여 0.1 내지 10중량%로 함유될 수 있다.
상기 한 쌍의 전기장 생성 전극 중 하나는 미세 가지 모양을 가질 수 있다.
상기 배향 보조재는 광에 의해 중합된 중합체 및 미중합된 단량체를 포함하고, 상기 미중합된 단량체는 상기 배향 보조재의 함량에 대하여 5중량% 이하로 함유될 수 있다.
본 발명의 다른 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, 그리고 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 개재되어 있으며 액정 및 배향 보조재를 포함하는 액정층을 포함하고, 상기 배향 보조재는 비 메소겐(non-mesogen)과 상기 비 메소겐에 결합되어 있는 세 개 이상의 광 중합 기를 가지는 제1 배향 보조재, 그리고 메소겐(mesogen)과 상기 메소겐에 결합되어 있는 두 개 이상의 광 중합 기를 가지는 제2 배향 보조재를 포함한다.
상기 광 중합기는 아크릴 기 및 메타크릴 기에서 선택될 수 있다.
상기 제1 배향 보조재는 화학식 5 내지 10:
[화학식 5]
Figure 112008056863099-pat00005
[화학식 6]
Figure 112008056863099-pat00006
[화학식 7]
Figure 112008056863099-pat00007
[화학식 8]
Figure 112008056863099-pat00008
[화학식 9]
Figure 112008056863099-pat00009
[화학식 10]
Figure 112008056863099-pat00010
으로 표현되는 화합물에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제2 배향 보조재는 상기 화학식 1 내지 4 및 화학식 11 내지 21:
[화학식 11]
Figure 112008056863099-pat00011
[화학식 12]
Figure 112008056863099-pat00012
[화학식 13]
Figure 112008056863099-pat00013
[화학식 14]
Figure 112008056863099-pat00014
[화학식 15]
Figure 112008056863099-pat00015
[화학식 16]
Figure 112008056863099-pat00016
[화학식 17]
Figure 112008056863099-pat00017
[화학식 18]
Figure 112008056863099-pat00018
[화학식 19]
Figure 112008056863099-pat00019
[화학식 20]
Figure 112008056863099-pat00020
[화학식 21]
Figure 112008056863099-pat00021
로 표현되는 화합물에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 배향 보조재는 상기 액정의 함량에 대하여 약 0.1 내지 10중량%로 함유되어 있을 수 있다.
상기 제2 배향 보조재는 상기 배향 보조재의 함량에 대하여 약 40 내지 90중량%로 함유되어 있을 수 있다.
상기 한 쌍의 전기장 생성 전극 중 하나는 미세 가지 모양을 가질 수 있다.
상기 배향 보조재는 광에 의해 중합된 중합체 및 미중합된 단량체를 포함하고, 상기 미중합된 단량체는 상기 배향 보조재의 함량에 대하여 약 5중량% 이하로 포함될 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법은 화소 전극이 형 성되어 있는 제1 표시판을 형성하는 단계, 공통 전극이 형성되어 있는 제2 표시판을 형성하는 단계, 상기 제1 표시판과 상기 제2 표시판을 합착하는 단계, 상기 제1 표시판과 상기 제2 표시판 사이에 액정 및 배향 보조재를 포함하는 액정층을 형성하는 단계, 상기 화소 전극 및 상기 공통 전극에 전압을 인가하는 단계, 상기 화소 전극 및 상기 공통 전극에 전압을 인가한 상태에서 상기 액정층에 광을 조사하여 상기 배향 보조재를 광 중합하는 단계, 그리고 상기 화소 전극 및 상기 공통 전극에 전압을 오프하는 단계를 포함한다.
상기 배향 보조재는 메소겐과 상기 메소겐에 결합되어 있는 세 개 이상의 광 중합 기를 가질 수 있다.
상기 메소겐은 나프탈렌, 비페닐, 비스페놀A 및 이들에 불소 원자가 결합된 화합물에서 선택된 적어도 하나를 포함하고, 상기 광 중합기는 아크릴 기 및 메타크릴 기에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 배향 보조재는 비 메소겐과 상기 비 메소겐에 결합되어 있는 세 개 이상의 광 중합 기를 가지는 제1 배향 보조재, 그리고 메소겐과 상기 메소겐에 결합되어 있는 광 중합 기를 가지는 제2 배향 보조재를 포함할 수 있다.
상기 제1 표시판을 형성하는 단계는 상기 화소 전극에 미세 가지 모양의 절개부를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 화소 전극 및 상기 공통 전극에 전압을 오프한 상태에서 상기 액정층에 광을 조사하는 단계를 더 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
상기 배향 보조재는 광에 의해 중합된 중합체 및 미중합된 단량체를 포함하 고, 상기 미중합된 단량체는 상기 배향 보조재의 함량에 대하여 약 5중량% 이하로 함유될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는 배향 보조재를 포함함으로써 액정의 선경사를 균일하게 제어할 수 있으며, 이 때 특정 구조의 배향 보조재를 포함함으로써 액정층 내에 남아있는 미중합 배향 보조재의 잔여량을 줄일 수 있다. 이에 따라 미중합 배향 보조재로 인해 발생할 수 있는 잔상을 줄이고 표시 특성을 개선할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 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 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 4를 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표 시 장치에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 하나의 화소에 대한 등가 회로도이고, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이고, 도 3은 도 2의 액정 표시 장치의 화소 전극을 도시한 배치도이고, 도 4는 도 2의 액정 표시 장치를 IV-IV 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 1을 참고하면, 액정 표시 장치는 서로 마주하는 박막 트랜지스터 표시판(100)과 공통 전극 표시판(200), 그리고 그 사이에 개재되어 있는 액정층(3)을 포함한다.
박막 트랜지스터 표시판(100)에는 게이트 신호를 전달하는 복수의 게이트선(121)과 데이터 전압을 전달하는 복수의 데이터선(171)을 포함한다. 게이트선(121)은 서로 거의 평행하고 대략 행 방향으로 뻗어 있으며, 데이터선(171)은 서로가 거의 평행하고 대략 열 방향으로 뻗어 있다.
각 화소(PX)는 게이트선(121)과 데이터선(171)에 연결된 스위칭 소자(Q)와 이에 연결된 액정 축전기(liquid crystal capacitor)(Clc) 및 유지 축전기(storage capacitor)(Cst)를 포함한다.
액정 축전기(Clc)는 박막 트랜지스터 표시판(100)의 화소 전극(191)과 공통 전극 표시판(200)의 공통 전극(270) 사이에서 형성되며, 두 전극(191, 270) 사이의 액정층(3)은 유전체로서 기능한다.
유지 축전기(Cst)는 액정 축전기(Clc)의 보조적인 역할을 하며, 박막 트랜지스터 표시판(100)에 구비된 별개의 신호선(도시하지 않음)과 화소 전극(191)이 절 연체를 사이에 두고 중첩되어 이루어지며 별개의 신호선에는 공통 전압(Vcom) 따위의 정해진 전압이 인가된다. 그러나 유지 축전기(Cst)는 필요에 따라 생략할 수 있다.
한편 각 화소는 색 표시를 하기 위한 색 필터(230) 또한 포함한다. 도면에서는 색 필터(230)가 공통 전극 표시판(200)에 구비된 것으로 도시되었지만, 이에 한정되지 않고 박막 트랜지스터 표시판(100)에 구비될 수도 있다.
그러면 도 2 내지 도 4를 참고하여 상세하게 설명한다.
먼저 박막 트랜지스터 표시판(100)에 대하여 설명한다.
절연 기판(110) 위에 상부 및 하부로 확장된 게이트 전극(124) 및 외부 회로와 연결하기 위한 끝 부분(129)을 포함하는 게이트선(121)이 형성되어 있다.
게이트선(121) 위에는 게이트 절연막(140)이 형성되어 있으며, 게이트 절연막(140) 위에는 수소화 비정질 규소 또는 다결정 규소 등으로 만들어진 반도체(154)가 형성되어 있다.
반도체(154) 위에는 한 쌍의 저항성 접촉 부재(ohmic contact)(163, 165)가 형성되어 있다. 저항성 접촉 부재(163, 165)는 인(P) 따위의 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 따위의 물질로 만들어지거나 실리사이드(silicide)로 만들어질 수 있다.
저항성 접촉 부재(163, 165) 및 게이트 절연막(140) 위에는 데이터선(171) 및 드레인 전극(175)이 형성되어 있다.
데이터선(171)은 게이트선(121)과 교차하며, 게이트 전극(124)을 향하여 뻗 어 U자형으로 굽은 소스 전극(173)과 외부 회로와 연결하기 위한 끝 부분(179)을 포함한다.
드레인 전극(175)은 소스 전극(173)으로 둘러싸인 부분과 그로부터 뻗어나온 폭이 넓은 부분을 포함한다.
게이트 전극(124), 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)은 반도체(154)와 함께 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)(Q)를 이루며, 박막 트랜지스터(Q)의 채널(channel)은 소스 전극(173)과 드레인 전극(175) 사이의 반도체(154)에 형성된다.
데이터선(171), 드레인 전극(175) 및 노출된 반도체(154) 부분 위에는 보호막(180)이 형성되어 있다. 보호막(180)에는 드레인 전극(175) 및 데이터선(171)의 끝 부분(179)을 각각 드러내는 접촉 구멍(185, 182)이 형성되어 있고, 보호막(180) 및 게이트 절연막(140)에는 게이트선(121)의 끝 부분(129)을 드러내는 접촉 구멍(181)이 형성되어 있다.
보호막(180) 위에는 ITO 또는 IZO 따위의 투명한 도전 물질이나 알루미늄, 은, 크롬 또는 그 합금 등의 반사성 금속으로 만들어진 화소 전극(191)이 형성되어 있다.
화소 전극(191)의 전체적인 모양은 사각형이며, 세로 줄기부(192), 세로 줄기부(192)와 직교하는 가로 줄기부(193), 세로 줄기부(192) 및 가로 줄기부(193)로부터 사선 방향으로 뻗어나온 복수의 제1 내지 제4 미세 가지부(194a, 194b, 194c, 194d) 및 하단의 돌출부(197)를 포함한다.
또한 화소 전극(191)은 세로 줄기부(192)와 가로 줄기부(193)에 의해 제1 부영역(Da), 제2 부영역(Db), 제3 부영역(Dc) 및 제4 부영역(Dd)으로 나뉘어진다. 각 부영역(Da-Dd)은 복수의 제1, 제2, 제3 및 제4 미세 가지부(194a, 194b, 194c, 194d)를 포함하고, 네 부영역(Da-Dd)은 광이 투과하는 유효 표시부를 이룬다.
제1 미세 가지부(194a)는 세로 줄기부(192) 또는 가로 줄기부(193)로부터 왼쪽 위 방향으로 비스듬하게 뻗어 있으며, 제2 미세 가지부(194b)는 세로 줄기부(192) 또는 가로 줄기부(193)로부터 오른쪽 위 방향으로 비스듬하게 뻗어 있다. 또한 제3 미세 가지부(194c)는 세로 줄기부(192) 또는 가로 줄기부(193)로부터 왼쪽 아래 방향으로 뻗어 있으며, 제4 미세 가지부(194d)는 세로 줄기부(192) 또는 가로 줄기부(193)로부터 오른쪽 아래 방향으로 비스듬하게 뻗어 있다.
제1 내지 제4 미세 가지부(194a-194d)는 게이트선(121) 또는 가로 줄기부(193)와 대략 45도 또는 135도의 각을 이룬다. 또한 이웃하는 두 부영역(Da-Dd)의 미세 가지부(194a-194d)는 서로 직교할 수 있다.
화소 전극(191)은 하단의 돌출부(197)에서 접촉 구멍(185)을 통하여 드레인 전극(175)과 연결되어 있으며 드레인 전극(175)으로부터 데이터 전압을 인가 받는다.
다음 공통 전극 표시판(200)에 대하여 설명한다.
절연 기판(210) 위에 차광 부재(light blocking member)(220)가 형성되어 있다. 차광 부재(220)는 화소 전극(191) 사이의 빛샘을 막고 화소 전극(191)과 마주하는 개구 영역을 정의하는 개구부(225)를 포함한다.
기판(210) 및 차광 부재(220) 위에는 복수의 색 필터(230)가 형성되어 있다. 색 필터(230)는 차광 부재(220)로 둘러싸인 영역 내에 대부분 존재하며, 화소 전극(191) 열을 따라서 길게 뻗을 수 있다. 각 색 필터(230)는 적색, 녹색 및 청색의 삼원색 등 기본색(primary color) 중 하나를 표시할 수 있다.
색필터(230) 및 차광 부재(220) 위에는 덮개막(overcoat)(250)이 형성되어 있고, 덮개막(250) 위에는 ITO, IZO 등의 투명한 도전체 따위로 만들어진 공통 전극(270)이 전면에 형성되어 있다.
표시판(100, 200)의 안쪽 면에는 배향막(11, 21)이 각각 도포되어 있으며 이들은 수직 배향막일 수 있다.
표시판(100, 200)의 바깥쪽 면에는 편광자(polarizer)(도시하지 않음)가 구비되어 있을 수 있다.
표시판(100, 200) 사이에는 액정층(3)이 개재되어 있다. 액정층(3)은 복수의 액정(310)과 배향 보조재(50)를 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.
화소 전극(191) 및 공통 전극(270)에 전압이 인가되면, 액정(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(310)이 기울어지는 방향은 화소 전극(191)의 미세 가지(194a-194d)에 의해 결정되며, 액정(310)은 미세 가지(194a-194d)의 길이 방향에 평행한 방향으로 기울어진다. 하나의 화소 전극(191)은 미세 가지(194a-194d)의 길이 방향이 서로 다른 네 개의 부영역(Da-Dd)을 포함하므로 액정(310)이 기울어지는 방향은 대략 네 방향이며 액정층(3)에는 액정(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.
배향 보조재(50)는 액정(310)의 초기 배향을 위하여 선경사(pre-tilt)를 제어하는 역할을 한다.
배향 보조재(50)는 액정과 유사한 모양을 가지며 액정과 마찬가지로 중심축을 이루는 중심부(core group)와 이것에 연결되어 있는 말단기(terminal group)를 가진다.
본 발명의 실시예에 따른 배향 보조재(50)는 중심부로서 메소겐(mesogen)을 가지며 말단기로서 세 개 이상의 광 중합 기(photo-polymerizable group)를 가진다.
메소겐은 그 중심에 두 개 이상의 방향족 또는 지방족 고리 화합물이 연결된 구조를 포함하며, 예컨대 화학식 A로 표현되는 나프탈렌 기(naphthalene group), 화학식 B로 표현되는 비페닐 기(biphenyl group), 화학식 C로 표현되는 비스페놀A 기(bisphenol A group), 화학식 D 및 화학식 E로 표현되는 이들의 불소 함유 유도체에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다:
[화학식 A]
Figure 112008056863099-pat00022
[화학식 B]
Figure 112008056863099-pat00023
[화학식 C]
Figure 112008056863099-pat00024
[화학식 D]
Figure 112008056863099-pat00025
[화학식 E]
Figure 112008056863099-pat00026
광 중합기는 빛을 받아 중합될 수 있는 작용기이면 한정되지 않으며, 예컨대 화학식 F로 표현되는 아크릴 기 및 화학식 G로 표현되는 메타크릴 기에서 선택된 하나를 포함할 수 있다:
[화학식 F]
Figure 112008056863099-pat00027
[화학식 G]
Figure 112008056863099-pat00028
또한 배향 보조재(50)는 메소겐과 광 중합 기 사이에 위치하는 탄소 수 3 내지 12개의 사슬형 알킬기를 더 포함할 수 있다. 이러한 사슬형 알킬기는 메소겐과 광 중합 기 사이에 위치하여 사슬 길이를 조절함으로써 배향 보조재가 빛을 받았을 때 중합성을 높이는 역할을 한다.
이러한 배향 보조재(50)는 화학식 1 내지 4로 표현되는 화합물에서 선택된 적어도 하나일 수 있다:
[화학식 1]
Figure 112014100027885-pat00095
화학식 1에서, 메소겐은 중심에 비페닐기를 포함하며 광 중합기는 메타크릴 기이다. 광 중합기는 6개이다.
[화학식 2]
Figure 112008056863099-pat00030
화학식 2에서, 메소겐은 중심에 비페닐기를 포함하고 광 중합기는 메타크릴기이며 메소겐과 광 중합기 사이에 사슬형 알킬기가 연결되어 있다(n=3-12). 광 중합기는 6개이다.
[화학식 3]
Figure 112014100027885-pat00096
화학식 3에서, 메소겐은 중심에 나프탈렌 기를 포함하고 광 중합기는 메타크릴기이다. 광 중합기는 6개이다.
[화학식 4]
Figure 112008056863099-pat00032
화학식 4에서, 메소겐은 중심에 나프탈렌 기를 포함하고 광 중합기는 메타크릴기이며 메소겐과 광 중합기 사이에 사슬형 알킬기가 연결되어 있다(n=3-12). 광 중합기는 6개이다.
화학식 1로 표현되는 화합물은 반응식 1과 같은 방법으로 제조될 수 있다:
[반응식 1]
Figure 112014100027885-pat00097
화학식 2로 표현되는 화합물은 반응식 2와 같은 방법으로 제조될 수 있다:
[반응식 2]
Figure 112008056863099-pat00034
화학식 3으로 표현되는 화합물은 반응식 3과 같은 방법으로 제조될 수 있다:
[반응식 3]
Figure 112014100027885-pat00098
화학식 4로 표현되는 화합물은 반응식 4와 같은 방법으로 제조될 수 있다:
[반응식 4]
Figure 112008056863099-pat00036
상술한 배향 보조재는 액정의 함량에 대하여 약 0.1 내지 10중량%로 함유될 수 있다. 약 0.1중량% 미만인 경우 액정의 선경사를 제어하는 역할을 수행하지 못하고 약 10중량% 초과하는 경우 상대적으로 액정의 함량이 낮아져서 표시 특성이 저하될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 배향 보조재(50)는 메소겐 화합물과 비 메소겐 화합물을 함께 포함할 수 있다.
메소겐 화합물은 메소겐과 상기 메소겐에 결합되어 있는 두 개 이상의 광 중합 기를 가지며, 비 메소겐 화합물은 비 메소겐(non-mesogen)과 상기 비 메소겐에 결합되어 있는 세 개 이상의 광 중합 기를 가진다.
비 메소겐은 그 중심에 방향족 또는 지방족 고리 화합물을 포함하지 않는 구 조이며, 메소겐은 그 중심에 두 개 이상의 방향족 또는 지방족 고리 화합물이 연결된 구조를 포함한다.
비 메소겐 화합물은 가교제로 작용하여 반응 확률을 높임으로써 빛을 받아 중합성을 높이는 역할을 한다.
비 메소겐 화합물은 화학식 5 내지 10으로 표현되는 화합물에서 선택된 적어도 하나일 수 있다:
[화학식 5]
Figure 112008056863099-pat00037
[화학식 6]
Figure 112008056863099-pat00038
[화학식 7]
Figure 112008056863099-pat00039
[화학식 8]
Figure 112008056863099-pat00040
[화학식 9]
Figure 112008056863099-pat00041
[화학식 10]
Figure 112008056863099-pat00042
화학식 5로 표현되는 화합물은 반응식 5와 같은 방법으로 제조될 수 있다:
[반응식 5]
Figure 112008056863099-pat00043
화학식 6으로 표현되는 화합물은 반응식 6과 같은 방법으로 제조될 수 있다:
[반응식 6]
Figure 112008056863099-pat00044
화학식 7로 표현되는 화합물은 반응식 7과 같은 방법으로 제조될 수 있다:
[반응식 7]
Figure 112008056863099-pat00045
화학식 8로 표현되는 화합물은 반응식 8과 같은 방법으로 제조될 수 있다:
[반응식 8]
Figure 112008056863099-pat00046
화학식 9로 표현되는 화합물은 반응식 9와 같은 방법으로 제조될 수 있다:
[반응식 9]
Figure 112008056863099-pat00047
화학식 10으로 표현되는 화합물은 반응식 10과 같은 방법으로 제조될 수 있다:
[반응식 10]
Figure 112008056863099-pat00048
메소겐 화합물은 상술한 화학식 1 내지 4로 표현되는 화합물 및 하기 화학식 11 내지 21로 표현되는 화합물에서 선택된 적어도 하나일 수 있다:
[화학식 11]
Figure 112008056863099-pat00049
화학식 11에서, 메소겐은 나프탈렌 기이며 광 중합기는 메타크릴 기이다. 광 중합기는 2개이다.
[화학식 12]
Figure 112008056863099-pat00050
화학식 12에서, 메소겐은 비페닐 기이며 광 중합기는 메타크릴 기이다. 광 중합기는 2개이다.
[화학식 13]
Figure 112008056863099-pat00051
화학식 13에서, 메소겐은 비페닐 기이며 광 중합기는 아크릴 기이다. 광 중합기는 2개이다.
[화학식 14]
Figure 112008056863099-pat00052
화학식 14에서, 메소겐은 불소가 두 개 결합되어 있는 비페닐 기이며 광 중합기는 아크릴 기이다. 광 중합기는 2개이다.
[화학식 15]
Figure 112008056863099-pat00053
화학식 15에서, 메소겐은 불소가 두 개 결합되어 있는 비페닐 기이며 광 중합기는 아크릴 기이다. 광 중합기는 2개이다.
[화학식 16]
Figure 112008056863099-pat00054
화학식 16에서, 메소겐은 불소가 세 개 결합되어 있는 비페닐 기이며 광 중합기는 아크릴 기이다. 광 중합기는 2개이다.
[화학식 17]
Figure 112008056863099-pat00055
화학식 17에서, 메소겐은 불소가 세 개 결합되어 있는 비페닐 기이며 광 중합기는 아크릴 기이다. 광 중합기는 2개이다.
[화학식 18]
Figure 112008056863099-pat00056
화학식 18에서, 메소겐은 불소가 두 개 결합되어 있는 비페닐 기이며 광 중합기는 아크릴 기이다. 광 중합기는 2개이다.
[화학식 19]
Figure 112008056863099-pat00057
화학식 19에서, 메소겐은 비스페놀A 기이며 광 중합기는 메타크릴 기이다. 광 중합기는 2개이다.
[화학식 20]
Figure 112008056863099-pat00058
화학식 20에서, 메소겐은 비스페놀A 기이며 광 중합기는 아크릴 기이다. 광 중합기는 2개이다.
[화학식 21]
Figure 112008056863099-pat00059
화학식 21에서, 메소겐은 불소 여섯 개가 결합되어 있는 비스페놀A 기이며 광 중합기는 아크릴 기이다. 광 중합기는 2개이다.
메소겐 화합물은 배향 보조재의 총 함량에 대하여 약 40 내지 90중량%로 함유되는 것이 바람직하다.
상술한 배향 보조재는 액정의 함량에 대하여 약 0.1 내지 10중량%로 함유될 수 있다. 약 0.1중량% 미만인 경우 액정의 선경사를 제어하는 역할을 수행하지 못하고 약 10중량% 초과하는 경우 상대적으로 액정의 함량이 낮아져서 표시 특성이 저하될 수 있다.
상술한 배향 보조재는 광에 의해 중합될 수 있다.
이에 대하여 도 5를 도 2 내지 도 4와 함께 참고하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 배향 보조재에 의해 액정의 선경사를 형 성하는 방법을 도시한 개략도이다.
먼저 박막 트랜지스터 표시판(100)과 공통 전극 표시판(200)을 각각 제조한다.
박막 트랜지스터 표시판(100)은 다음과 같은 방법으로 제조한다.
기판(110) 위에 복수의 박막을 적층하여 게이트 전극(124) 및 끝 부분(129)을 포함하는 게이트선(121), 게이트 절연막(140), 반도체(154), 소스 전극(173) 및 끝 부분(179)을 포함하는 데이터선(171), 드레인 전극(175) 및 보호막(180)을 차례로 적층한다.
이어서 보호막(180) 위에 ITO 또는 IZO 따위의 도전층을 적층하고 패터닝하여 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이 세로부(192), 가로부(193) 및 이들로부터 뻗어나온 복수의 미세 가지(194a-194d)를 가지는 화소 전극(191)을 형성한다.
이어서 화소 전극(191) 위에 배향막(11)을 도포한다.
공통 전극 표시판(200)은 다음과 같은 방법으로 제조한다.
기판(210) 위에 복수의 차광 부재(220)를 형성한 후, 기판(210) 및 차광 부재(220) 위에 색 필터(230)를 형성한다. 색필터(230) 및 차광 부재(220)을 포함한 기판 전면에 덮개막(250)을 형성하고 덮개막(250) 위에 공통 전극(270)을 형성한다. 이어서 공통 전극(270) 위에 배향막(21)을 도포한다.
다음 상기와 같은 방법으로 제조된 박막 트랜지스터 표시판(100)과 공통 전극 표시판(200)을 합착(assembly)하고, 그 사이에 액정(310) 및 상술한 배향 보조재(50)의 혼합물을 주입하여 액정층(3)을 형성한다. 그러나 액정층(3)은 박막 트 랜지스터 표시판(100) 또는 공통 전극 표시판(200) 위에 액정(310) 및 배향 보조재(50)의 혼합물을 적하하는 방식으로 형성할 수도 있다.
다음 도 5의 (a) 및 도 3을 참고하면, 화소 전극(191)과 공통 전극(270)에 전압을 인가한다. 전압 인가에 의해 액정(310) 및 배향 보조재(50)는 화소 전극(191)의 미세 가지(194a-194d)의 길이 방향에 평행한 방향으로 기울어진다. 배향막(11) 부근에 위치하는 액정(310)은 배향막 사슬(11a)에 의해 수직 배향을 유지한다.
이와 같이 화소 전극(191)과 공통 전극(270) 사이에 전압이 인가된 상태에서 빛(1)을 조사한다. 이에 따라 인접한 위치에 모여있는 배향 보조재(50)끼리 광 중합되어 중합체(50a)를 형성한다. 이러한 중합체(50a)는 액정(310)의 선경사를 제어할 수 있다.
이어서 도 5의 (b)에서 보는 바와 같이, 화소 전극(191)과 공통 전극(270) 사이의 전압을 오프한다.
이어서 화소 전극 및 상기 공통 전극에 전압을 오프한 상태에서 액정층(3)에 빛을 조사하여 중합율을 높일 수 있다.
액정층(3)은 광에 의해 중합된 중합체(50a) 및 미중합된 배향 보조재(50)를 함께 포함하나, 본 발명의 실시예에 따른 배향 보조재(50)는 상술한 바와 같이 세 개 이상의 광 중합기를 가지므로 중합 반응성을 높일 수 있고 이에 따라 광중합되지 않은 배향 보조재의 잔여량을 줄일 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치에서 미중합된 배향 보조재의 잔여량은 배향 보조재의 총 함량에 대하여 약 5중량% 이하로 함유된다.
미중합된 배향 보조재의 함량이 높은 경우, 잔상 평가시 블랙/화이트 표시부에서 선경사 차이를 유발하고 이러한 차이가 외부에서 잔상으로 시인될 수 있다.
도 8은 이러한 결과를 보여준다.
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치에 배향 보조재를 중합하기 위한 빛을 조사한 경우 에너지 조사량에 따른 잔상 평가 및 미중합 배향 보조재의 잔여량을 보여주는 그래프이다.
도 8을 참고하면, 광 조사량이 증가함에 따라 미중합 배향 보조재의 잔여량이 줄어들어 에너지 조사량이 약 40J/㎠인 경우 미중합 배향 보조재의 잔여량이 약 3.3중량%만큼 줄어드는 것을 알 수 있다. 따라서 미중합 배향 보조재에 의해 발생하는 잔상을 줄일 수 있고 이에 따라 표시 특성을 개선할 수 있다.
또한 도 6a 내지 도 7b를 참고하여 잔상의 발생 유무에 대하여 설명한다.
도 6a 내지 도 7b는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치와 비교예에 따른 액정 표시 장치의 잔상 평가 결과를 각각 보여주는 사진이다.
잔상 평가는 다음과 같은 방법으로 수행할 수 있다.
먼저 전기장 생성 전극이 형성되어 있는 두 장의 기판과 그 사이에 끼어있는 액정층을 포함하는 시험용 표시판을 준비한다. 시험용 표시판에는 복수의 화소가 배치되어 있다. 복수의 화소 중 가로 및 세로로 교대로 배치된 일부 화소에는 블랙(black)을 표시하고 나머지 화소에는 화이트(white)를 표시하여 격자 모양의 블랙/화이트 패턴을 띄워놓는다. 다음 특정 시간 후에 블랙/화이트 표시를 제거하 고, 시험용 표시판 전체를 블랙에서부터 화이트까지 균일한 계조로 바꿔가면 각 화소의 경계에 선(line) 형태의 얼룩이 시인되는지 여부를 확인한다.
도 6a 및 도 6b는 약 24시간 후에 잔상 유무를 보여주는 사진이고, 도 7a 및 도 7b는 약 168시간 후에 잔상 유무를 보여주는 사진이다.
도 6a는 약 90계조, 도 6b는 약 220계조, 도 7a는 약 180계조, 도 7b는 약 245계조를 표시하는 것으로 확인되었으며, 이로부터 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치(도 6a, 도 7a)가 비교예에 따른 액정 표시 장치(도 6b, 도 7b)보다 잔상이 적게 남는 것을 알 수 있으며, 도 6a 내지 도 7b의 사진을 보아도 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는 비교예에 따른 액정 표시 장치에 비하여 잔상이 현저하게 개선된 것을 명확하게 알 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는 배향 보조재를 포함함으로써 액정의 선경사를 균일하게 제어할 수 있으며, 이 때 특정 구조의 배향 보조재를 포함함으로써 액정층 내에 남아있는 미중합 배향 보조재의 잔여량을 줄일 수 있다. 이에 따라 미중합 배향 보조재로 인해 발생할 수 있는 잔상을 줄이고 표시 특성을 개선할 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.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 하나의 화소에 대한 등가 회로도이고,
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이고,
도 3은 도 2의 액정 표시 장치의 화소 전극을 도시한 배치도이고,
도 4는 도 2의 액정 표시 장치를 IV-IV 선을 따라 잘라 도시한 단면도이고,
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 배향 보조재에 의해 액정의 선경사를 형성하는 방법을 도시한 개략도이고,
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치와 비교예에 따른 액정 표시 장치의 잔상 평가 결과를 각각 보여주는 사진이고,
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치와 비교예에 따른 액정 표시 장치의 잔상 평가 결과를 각각 보여주는 사진이고,
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치에 배향 보조재를 중합하기 위한 빛을 조사한 경우 에너지 조사량에 따른 잔상 평가 및 미중합 배향 보조재의 잔여량을 보여주는 그래프이다.

Claims (23)

  1. 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, 그리고
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 개재되어 있으며 액정 및 배향 보조재를 포함하는 액정층을 포함하고,
    상기 배향 보조재는 하기 화학식 1 내지 4로 표현되는 화합물에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 액정 표시 장치.
    [화학식 1]
    Figure 112014100027885-pat00099
    [화학식 2]
    Figure 112014100027885-pat00100
    [화학식 3]
    Figure 112014100027885-pat00101
    [화학식 4]
    Figure 112014100027885-pat00102
    상기 화학식 2 및 상기 화학식 4에서 n은 3 내지 12이다.　
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에서,
    상기 배향 보조재는 상기 액정의 함량에 대하여 0.1 내지 10중량%로 함유되어 있는 액정 표시 장치.
    　
  7. 제1항에서,
    상기 한 쌍의 전기장 생성 전극 중 하나는 미세 가지 모양을 가지는 액정 표시 장치.
  8. 제1항에서,
    상기 배향 보조재는 광에 의해 중합된 중합체 및 미중합된 단량체를 포함하고,
    상기 미중합된 단량체는 상기 배향 보조재의 함량에 대하여 5중량% 이하로 함유되는 액정 표시 장치.
    　
  9. 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, 그리고
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 개재되어 있으며 액정 및 배향 보조재를 포함하는 액정층을 포함하고,
    상기 배향 보조재는 비 메소겐(non-mesogen)과 상기 비 메소겐에 결합되어 있는 세 개 이상의 광 중합 기를 가지는 제1 배향 보조재, 그리고
    메소겐(mesogen)과 상기 메소겐에 결합되어 있는 두 개 이상의 광 중합 기를 가지는 제2 배향 보조재를 포함하며,
    상기 제2 배향 보조재는 하기 화학식 1 내지 4 및 화학식 11 내지 21 로 표현되는 화합물에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 액정 표시 장치.
    [화학식 1]
    Figure 112014100027885-pat00103
    [화학식 2]
    Figure 112014100027885-pat00104
    [화학식 3]
    Figure 112014100027885-pat00105
    [화학식 4]
    Figure 112014100027885-pat00106
    [화학식 11]
    Figure 112014100027885-pat00107
    [화학식 12]
    Figure 112014100027885-pat00108
    [화학식 13]
    Figure 112014100027885-pat00109
    [화학식 14]
    Figure 112014100027885-pat00110
    [화학식 15]
    Figure 112014100027885-pat00111
    [화학식 16]
    Figure 112014100027885-pat00112
    [화학식 17]
    Figure 112014100027885-pat00113
    [화학식 18]
    Figure 112014100027885-pat00114
    [화학식 19]
    Figure 112014100027885-pat00115
    [화학식 20]
    Figure 112014100027885-pat00116
    [화학식 21]
    Figure 112014100027885-pat00117
    상기 화학식 2 및 상기 화학식 4에서 n은 3 내지 12이다.　
  10. 제9항에서,
    상기 광 중합기는 아크릴 기 및 메타크릴 기에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 액정 표시 장치.　
  11. 제10항에서,
    상기 제1 배향 보조재는 화학식 5 내지 10:
    [화학식 5]
    Figure 112014100027885-pat00064
    [화학식 6]
    Figure 112014100027885-pat00065
    [화학식 7]
    Figure 112014100027885-pat00066
    [화학식 8]
    Figure 112014100027885-pat00067
    [화학식 9]
    Figure 112014100027885-pat00068
    [화학식 10]
    Figure 112014100027885-pat00069
    으로 표현되는 화합물에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 액정 표시 장치.　
  12. 삭제
  13. 제9항에서,
    상기 배향 보조재는 상기 액정의 함량에 대하여 0.1 내지 10중량%로 함유되어 있는 액정 표시 장치.
    　
  14. 제13항에서,
    상기 제2 배향 보조재는 상기 배향 보조재의 함량에 대하여 40 내지 90중량%로 함유되어 있는 액정 표시 장치.
    　
  15. 제9항에서,
    상기 한 쌍의 전기장 생성 전극 중 하나는 미세 가지 모양을 가지는 액정 표시 장치.
    　
  16. 제9항에서,
    상기 배향 보조재는 광에 의해 중합된 중합체 및 미중합된 단량체를 포함하고,
    상기 미중합된 단량체는 상기 배향 보조재의 함량에 대하여 5중량% 이하로 포함되는 액정 표시 장치.
    　
  17. 화소 전극이 형성되어 있는 제1 표시판을 형성하는 단계,
    공통 전극이 형성되어 있는 제2 표시판을 형성하는 단계,
    상기 제1 표시판과 상기 제2 표시판을 합착하는 단계,
    상기 제1 표시판과 상기 제2 표시판 사이에 액정 및 배향 보조재를 포함하는 액정층을 형성하는 단계,
    상기 화소 전극 및 상기 공통 전극에 전압을 인가하는 단계, 그리고
    상기 화소 전극 및 상기 공통 전극에 전압을 인가한 상태에서 상기 액정층에 광을 조사하여 상기 배향 보조재를 광 중합하는 단계를 포함하며,
    를 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.　
    [화학식 1]
    Figure 112014100027885-pat00118
    [화학식 2]
    Figure 112014100027885-pat00119
    [화학식 3]
    Figure 112014100027885-pat00120
    [화학식 4]
    Figure 112014100027885-pat00121
    상기 화학식 2 및 상기 화학식 4에서 n은 3 내지 12이다.
    　
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 제17항에서,
    상기 제1 표시판을 형성하는 단계는 상기 화소 전극을 미세 가지 모양으로 형성하는 단계를 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
    　
  22. 제17항에서,
    상기 화소 전극 및 상기 공통 전극에 전압을 오프한 상태에서 상기 액정층에 광을 조사하는 단계를 더 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
    　
  23. 제17항에서,
    상기 배향 보조재는 광에 의해 중합된 중합체 및 미중합된 단량체를 포함하 고,
    상기 미중합된 단량체는 상기 배향 보조재의 함량에 대하여 5중량% 이하로 함유되는 액정 표시 장치의 제조 방법.
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