KR101463573B1

KR101463573B1 - 액정 표시 장치

Info

Publication number: KR101463573B1
Application number: KR1020070073093A
Authority: KR
Inventors: 유재진; 김현욱; 윤용국
Original assignee: 삼성디스플레이 주식회사
Priority date: 2007-07-20
Filing date: 2007-07-20
Publication date: 2014-11-21
Also published as: KR20090009639A

Abstract

화소 영역이 정의된 제1 기판, 상기 제1 기판과 마주보는 제2 기판 및 상기 제1 및 제2 기판 사이에 개재된 액정을 포함하는 액정 표시 장치가 제공된다. 상기 액정은 유전적으로 제1 극성을 갖는 화합물 및 유전적으로 제2 극성을 가지며 2 - 7%의 중량비로 첨가된 화합물을 포함하며, 전체적으로는 상기 제1 극성의 유전율 이방성을 나타낸다. 상기 제1 극성의 유전율 이방성은 양의 유전율 이방성이거나 음의 유전율 이방성이 될 수 있다.

Description

액정 표시 장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 평면도이다.

도 2a 및 도 2b는 도 1의 액정 표시 장치의 동작 과정을 설명하기 위하여, 도 1의 Ⅰ-Ⅰ' 라인을 따라 취해진 단면도들이다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 평면도이다.

도 4a 및 도 4b는 도 3의 액정 표시 장치의 동작 과정을 설명하기 위하여, 도 3의 Ⅱ-Ⅱ' 라인을 따라 취해진 단면도들이다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 평면도이다.

도 6a 및 도 6b는 도 5의 액정 표시 장치의 동작 과정을 설명하기 위하여, 도 5의 Ⅲ-Ⅲ' 라인을 따라 취해진 단면도들이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

100 -- 제1 기판 110 -- 게이트 라인

120 -- 데이터 라인 130 -- 화소 전극

200 -- 제2 기판 230 -- 공통 전극

300 -- 액정 PA -- 화소 영역

T -- 박막 트랜지스터

본 발명은 화상을 표시하는 표시 장치에 관한 것으로, 구체적으로 액정을 사용하는 액정 표시 장치에 관한 것이다.

액정 표시 장치는 액정을 이용하여 화상을 표시하는 장치이다. 액정 표시 장치는 서로 마주보는 두 장의 기판과 상기 두 장의 기판 사이에 개재되는 액정을 포함한다. 상기 두 장의 기판상에는 각각 전극이 형성된다. 액정 표시 장치는 상기 전극을 이용하여 상기 액정에 전기장을 인가하며, 상기 액정은 상기 전기장에 의해 그 배열 방향이 변경된다. 상기 액정의 배열 방향에 따라 액정을 투과하여 외부로 출사되는 광의 투과율이 변경된다. 액정 표시 장치는 상기한 액정의 물성을 이용하여 상기 액정의 배열 방향을 제어하면서 상기 광의 투과율에 대응하는 영상을 표시한다.

상기 액정은 여러가지 화합물을 포함한다. 상기 여러가지 화합물의 종류에 따라 액정의 물성이 달라지며, 액정의 물성은 액정 표시 장치의 전반적인 동작에 영향을 미친다. 예컨대, 상기 액정 표시 장치에 있어서 상기 두 장의 기판상에 형성된 각 전극과 그 사이의 액정은 커패시터를 구성한다. 상기 커패시터의 용량은 액정의 물성 중 유전율과 관련되며, 상기 커패시터의 용량에 따라서 액정 표시 장치의 동작 특성이 달라진다.

본 발명의 목적은 적정한 종류의 화합물을 포함하는 액정을 이용하여, 동작 특성이 향상된 액정 표시 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는 화소 영역이 정의된 제1 기판, 상기 제1 기판과 마주보는 제2 기판 및 상기 제1 및 제2 기판 사이에 개재되는 액정을 포함한다. 상기 액정은 유전적으로 제1 극성을 갖는 화합물 및 유전적으로 제2 극성을 가지며 2 - 7%의 중량비로 첨가된 화합물을 포함하고, 상기 제1 극성의 유전율 이방성을 나타낸다.

상기 제1 극성의 유전율 이방성은 음의 유전율 이방성이 될 수 있다. 이 경우, 상기 제1 극성은 양이고 상기 제2 극성은 음이 된다. 한편, 상기 제1 극성의 유전율 이방성은 양의 유전율 이방성이 될 수 있다. 이 경우, 상기 제1 극성은 음이고 상기 제2 극성은 양이 된다.

이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 살펴보기로 한다. 다만 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다양한 형태로 응용되어 변형될 수도 있다. 오히려 아래의 실시예들은 본 발명에 의해 개시된 기술 사상을 보다 명확히 하고 나아가 본 발명이 속하는 분야에서 평균적인 지식을 가진 당업자에게 본 발명의 기술 사상이 충분히 전달될 수 있도록 제공되는 것이다. 따라서 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되는 것으로 해석되어서는 안 될 것이다. 또한 하기 실시예와 함께 제시된 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 크기는 명확한 설명을 강조하기 위해서 간략화되거나 다소 과장되어진 것이며, 도면상에 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1을 참조하면, 제1 및 제2 기판(100,200)이 구비된다. 제1 기판(100)에는 게이트 라인들 및 데이터 라인들이 형성되며, 상기 게이트 라인들 및 데이터 라인들이 상호 교차하면서 화소 영역들이 정의된다. 상기 게이트 라인들, 데이터 라인들 및 화소 영역들은 동일한 구조를 갖고 동일한 작용을 한다. 따라서, 이하에서는 하나의 게이트 라인(110), 데이터 라인(120) 및 이들에 의해 정의되는 하나의 화소 영역(PA)을 위주로 하여 상기 구조 및 작용을 설명한다.

화소 영역(PA)에는 스토리지 전극(112), 박막 트랜지스터(T) 및 화소 전극(130)이 구비된다. 스토리지 전극(112)은 화소 영역(PA)의 중심부에 위치하며, 서로 다른 화소 영역(PA)에 속하는 스토리지 전극(112)은 상호간에 전기적으로 연결되어 있다. 박막 트랜지스터(T)는 게이트 전극(111), 반도체막 패턴(116), 소오스 전극(121) 및 드레인 전극(122)을 포함한다. 게이트 전극(111)은 게이트 라인(110)으로부터 분기된다. 소오스 전극(121)은 데이터 라인(120)으로부터 분기된다. 드레인 전극(122)은 소오스 전극(121)과 마주보며 콘택홀(125h)을 통하여 화소 전극(130)에 전기적으로 연결된다. 제2 기판(200)에는 화소 전극(130)과 마주보는 공통 전극(230)이 형성된다.

도 1 및 도 2a를 참조하면, 게이트 전극(111) 및 스토리지 전극(112)은 제1 기판(110)상의 동일층에 위치하며, 그 상부에 소오스 전극(121) 및 드레인 전 극(122)이 위치하고, 그 상부에 화소 전극(130)이 위치한다. 게이트 전극(111) 및 화소 전극(130) 사이에는 게이트 절연막(115)과 보호막(125)이 형성된다. 게이트 절연막(115)은 상호 이격된 게이트 전극(111) 및 스토리지 전극(112) 상부에 배치되며, 제1 기판(100)의 전면을 커버한다. 보호막(125)은 상호 이격된 소오스 전극(121) 및 드레인 전극(122) 상부에 배치되고, 제1 기판(100)의 전면을 커버한다. 보호막(125)에는 드레인 전극(122)을 노출하는 콘택홀(125h)이 형성된다. 화소 전극(130)은 콘택홀(125h)을 통하여 드레인 전극(122)과 전기적으로 연결된다.

반도체막 패턴(116)은 게이트 전극(111)과 중첩되게 위치한다. 반도체막 패턴(116)은 게이트 절연막(115), 소오스 전극(121) 및 드레인 전극(122) 사이에 배치된다. 반도체막 패턴(116)은 액티브층(117)과, 액티브층(117)상에서 소오스 전극(121) 및 드레인 전극(122)을 따라 분리되게 형성된 오믹콘택층(118)을 포함한다.

제2 기판(200)과 공통 전극(230) 사이에는 차광막 패턴(210) 및 컬러 필터(220)가 형성된다. 차광막 패턴(210)은 화소 영역(PA)에 대응되는 부분이 개구되고, 화소 영역(PA)의 경계에서 광의 투과를 차단한다. 컬러 필터(220)는 차광막 패턴(210)에서 상기 개구된 부분을 채우며, 컬러 영상을 표시하는 역할을 한다.

화소 전극(130)과 공통 전극(230)의 사이에는 액정(300)이 개재된다. 액정(300)은 서로 다른 길이의 장축과 단축을 갖는다. 액정(300)의 배열 방향은 상기 장축 방향에 따라 정의된다. 예컨대, 상기 장축이 수평 방향에 평행할 때, 액정(300)은 제1 및 제2 기판(100,200)에 대해 나란하게 배열된다. 또한, 상기 장축 이 수직 방향에 평행할 때, 액정(300)은 제1 및 제2 기판(100,200)에 대해 수직하게 배열된다.

액정(300)은 상기 장축 방향의 유전율과 상기 단축 방향의 유전율이 상이하여 유전율 이방성을 나타낸다. 상기 장축 방향의 유전율이 상기 단축 방향의 유전율 보다 큰 경우, 액정(300)은 양의 유전율 이방성을 갖는다. 또한, 상기 단축 방향의 유전율이 상기 장축 방향의 유전율 보다 큰 경우, 액정(300)은 음의 유전율 이방성을 갖는다. 액정(300)에 전기장이 인가되었을 때, 액정(300)은 양의 유전율 이방성을 갖는지 또는 음의 유전율 이방성을 갖는지에 따라 상기 전기장에 대하여 상이하게 배열된다. 예컨대, 액정(300)이 양의 유전율 이방성을 가지면, 액정(300)은 상기 장축의 방향과 상기 전기장의 방향이 나란하게 되도록 배열된다. 또한, 액정(300)이 음의 유전율 이방성을 가지면, 액정(300)은 상기 단축의 방향과 상기 전기장의 방향이 나란하게 되도록 배열된다.

액정 표시 장치의 동작 중, 박막 트랜지스터(T)가 오프 상태일 때 액정(300)에는 전기장이 인가되지 않는다. 본 실시예에 있어서, 액정(300)은 양의 유전율 이방성을 가지며, 액정(300)은 화소 전극(130) 및 공통 전극(230)에 대해 수평하게 배열된다. 다만, 화소 전극(130)에 인접하는 액정(300)과 공통 전극(230)에 인접하는 액정(300)은 상호간에 수직이며, 그 사이의 액정(300)은 점진적으로 배열 방향이 변경되는 꼬인 구조를 갖는다.

이러한 배열 상태에서, 제1 기판(100)의 하부로부터 광이 제공된다. 제1 및 제2 기판(100,200)의 외부에는, 각각 투과축이 상호 수직이 되도록 편광판(미도시) 이 배치된다. 상기 광은 제1 기판(100)에 부착된 편광판에 의해 직선 편광되고, 상기 꼬인 구조의 액정(300)을 통과하면서 그 위상이 지연된다. 상기 위상 지연된 광은 제2 기판(200)의 외부에 부착된 편광판을 투과하여 출사되며, 액정 표시 장치는 화이트 상태가 된다.

도 1 및 도 2b를 참조하면, 박막 트랜지스터(T)가 온 상태에서 화소 전극(130)에 데이터 전압이 인가되고 공통 전극(230)에 공통 전압이 인가된다. 상기 데이터 전압은 표시될 영상에 따라 프레임 단위로 변동하며, 상기 공통 전압은 일정한 값을 갖는다. 상기 데이터 전압과 공통 전압의 차이로 액정(300)에 전기장이 인가된다. 액정(300)은 상기 전기장에 대해 나란하게 배열된다. 그 결과, 액정(300)은 화소 전극(130) 및 공통 전극(230)에 대해 수직하게 배열된다. 이러한 배열 상태에서, 제1 기판(100)의 하부로부터 광이 제공된다. 상기 광은 제1 기판(100)에 부착된 편광판에 의해 직선 편광되고, 상기 수직하게 배열된 액정(300)을 통과하면서 그 위상이 유지된다. 상기 위상이 유지된 광은 제2 기판(200)의 외부에 부착된 편광판에서 흡수되며, 액정 표시 장치는 블랙 상태가 된다.

상기한 동작에 있어서, 화소 전극(130)에 인가되는 데이터 전압을 소정 시간 동안 유지하기 위하여, 각 화소 영역(PA)에는 스토리지 커패시터가 구비된다. 상기 스토리지 커패시터는 서로 마주보는 스토리지 전극(112)과 화소 전극(130), 그리고 그 사이에 개재되는 게이트 절연막(115)과 보호막(125)에 의해 형성된다.

그러나, 상기 스토리지 커패시터외에도 각 화소 영역(PA)에는 불필요한 기생 커패시터가 형성될 수 있다. 상기 기생 커패시터는 액정 표시 장치의 동작의 오동 작을 유발한다. 예컨대, 게이트 전극(111)과 드레인 전극(121)은 그 사이에 개재된 게이트 절연막(115)을 매개로 하여 기생 커패시터를 구성한다. 상기 기생 커패시터는 박막 트랜지스터(T)가 온 상태에서 오프 상태로 전환될 때, 화소 전극(130)에 인가되는 데이터 전압을 끌어내린다. 이와 같은 현상을 킥백(kick back)이라 명명한다. 상기 킥백에 의한 전압 변화(ΔVkb)는 다음의 식1 내지 식 3으로 계산된다.

ΔVkb = V1 - V2 ------- (식 1)

V1 = (Cgs × ΔV12) / (Cst + Clc,1 + Cgs) ------- (식 2)

V2 = (Cgs × ΔV12) / (Cst + Clc,2 + Cgs) ------- (식 3)

상기 식 2 및 식 3에서 Cgs는 상기 기생 커패시터의 커패시턴스를 나타내며, 상기 ΔV12는 박막 트랜지스터(T)의 온 상태에서 화소 전극(130)에 인가되는 전압과 박막 트랜지스터(T)의 오프 상태에서 화소 전극(130)에 인가되는 전압차를 나타내고, 상기 Cst는 상기 스토리지 커패시터의 커패시턴스를 나타내며, 상기 Clc,1 및 Clc,2는 액정 커패시터의 커패시턴스를 나타낸다. 상기 액정 커패시터는 화소 전극(130), 액정(300) 및 공통 전극(230)에 의해 형성된다. 상기 액정 커패시터의 커패시턴스는 액정(300)의 배열 상태에 따라 달라지며, 상기 Clc,1 및 Clc,2는 각각 박막 트랜지스터(T)의 오프 상태와 온 상태에서의 커패시턴스를 나타낸다.

상기 식 1을 참조하면, 상기 킥백에 의한 전압 변화(ΔVkb)를 줄이기 위해서는 상기 V1, V2 사이의 차이가 작은 것이 바람직하다. 상기 식 2 및 식 3을 참조하면, 상기 V1, V2 사이의 차이를 작게 하기 위해서는, 상기 Clc,1 및 Clc,2 사이의 차이가 작은 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 상기 Clc,1 및 Clc,2 사이의 차이 를 줄이기 위해, 액정(300)을 구성하는 화합물과 그 중량비를 적절히 조절하며, 그에 따라 상기 킥백에 의한 전압 변화를 최소로하여 고화질의 화상을 유지한다.

본 실시예에 따른 액정(300)은 양의 유전율 이방성을 가지며, 유전적으로 양의 극성인 화합물, 유전적으로 중성인 화합물 및 유전적으로 음의 극성인 화합물을 포함한다. 상기 양성의 화합물은 액정(300)의 장축 방향 유전율과 관련된다. 즉, 상기 양성의 화합물 양이 증가할수록, 액정(300)의 양의 유전율 이방성 값이 증가하며 액정(300)은 액정(300)에 인가되는 전기장과 평행한 방향으로 배열된다. 마찬가지로, 상기 음성의 화합물은 액정(300)의 단축 방향 유전율과 관련된다. 즉, 상기 음성의 화합물 양이 증가할수록, 액정(300)의 음의 유전율 이방성 값이 증가하며 액정(300)은 액정(300)에 인가되는 전기장과 수직한 방향으로 배열된다.

본 실시예에 따른 액정(300)은 상기 양성 화합물을 주요 성분으로 포함하면서 동시에 상기 음성 화합물을 소량 포함한다. 그 결과, 액정(300)은 전체적으로는 양의 유전율 이방성을 나타내지만, 상기 소량 포함된 음성 화합물에 의하여 구비되는 독특한 물성을 갖게 된다.

앞서 살핀 바와 같이, 상기 Clc,1 및 Clc,2는 각각 박막 트랜지스터(T)가 오프 상태일 때와 온 상태일 때의 커패시턴스로서, 이는 각각 액정(300)이 수평 방향으로 배열할 때와 수직 방향으로 배열할 때의 커패시턴스에 대응된다. 만약, 액정이 상기 음성 화합물을 포함하지 않는다면, 액정의 수평 방향 배열시의 커패시턴스와 수직 방향 배열시의 커패시턴스 사이의 차(Clc,1 - Clc,2)가 증가하여 상기 킥백에 의한 전압 변화(ΔVkb)가 증가할 수 있다. 그런데, 액정(300)에 소량 포함된 음성 화합물은 상기 커패시턴스 사이의 차를 줄여서, 상기 킥백에 의한 전압 변화(ΔVkb)가 감소되고 고화질의 화상이 표시될 수 있다.

상기 음성 화합물은 적정 중량비를 가지며, 바람직하게는 2 - 7% 정도의 중량비를 갖도록 첨가된다. 상기 음성 화합물의 양이 지나치게 적으면, 상기 음성 화합물에 의한 효과가 발휘되지 않는다. 상기 음성 화합물의 양이 과도하면, 액정(300)은 양의 유전율 이방성 값이 크게 감소된다.

상기 중성 화합물은 액정(300)의 회전 점도를 낮추는 역할을 한다. 일반적으로, 상기 회전 점도는 액정(300)내에 포함된 극성을 갖는 화합물의 양이 증가할수록 함께 증가한다. 상기 중성 화합물은 액정(300)의 회전 점도를 낮추어, 액정(300)이 전기장에 대응하여 신속하게 배열되도록 함으로써 액정 표시 장치의 동작 속도를 향상시킨다.

상기 양성 화합물은 다음의 화학식 1 내지 화학식 8로 각각 표시되는 제1 화합물 내지 제8 화합물 중 적어도 하나를 포함한다. 상기 음성 화합물은 다음의 화학식 9 내지 화학식 13으로 각각 표시되는 제9 화합물 내지 제13 화합물 중 적어도 하나를 포함한다. 상기 중성 화합물은 다음의 화학식 14 내지 화학식 18로 각각 표시되는 제14 화합물 내지 제18 화합물 중 적어도 하나를 포함한다.

<화학식 1>

<화학식 2>

<화학식 3>

<화학식 4>

<화학식 5>

<화학식 6>

<화학식 7>

<화학식 8>

<화학식 9>

상기 Y는 알콕시기를 나타낸다.

<화학식 10>

상기 Y는 알콕시기를 나타낸다.

<화학식 11>

상기 Y는 알킬기를 나타낸다.

<화학식 12>

상기 Y는 알콕시기를 나타낸다.

<화학식 13>

상기 Y는 알킬기를 나타낸다.

<화학식 14>

상기 Y는 알킬기를 나타낸다.

<화학식 15>

상기 Y는 알콕시기를 나타낸다.

<화학식 16>

상기 Y는 알킬기를 나타낸다.

<화학식 17>

상기 Y는 알콕시기를 나타낸다.

<화학식 18>

상기 Y는 알케닐기를 나타낸다.

상기 화학식 1 내지 화학식 18에서, X는 탄소수 2이상 5이하인 탄화수소를 나타낸다.

상기 중성 화합물은, 전기 음성도가 높아서 극성을 나타내게 작용하는 플루오르(F)와 같은 원소를 포함하지 않는다. 상기 양성 화합물이나 음성 화합물은 플루오루를 포함하며, 상호간에 플루오루가 결합되는 위치가 상이하다. 예컨대, 양성 화합물의 경우 제일 우측에 플루오루가 결합되는데 비하여, 음성 화합물의 경우 상기 양성 화합물에서 제일 우측에 결합되는 상기 플루오르와 대응되는 위치에 알콕시기 또는 알킬기가 결합된다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 평면도이다. 본 실시예에 있어서, 앞선 실시예와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용하였으며, 상기 동일한 구성 요소에 대한 상세 설명은 생략한다.

도 3을 참조하면, 제1 및 제2 기판(100,200)이 구비된다. 제1 기판(100)에는 게이트 라인(110), 데이터 라인(120) 및 이들에 의해 정의되는 화소 영역(PA)이 형성된다. 화소 영역(PA)에는 박막 트랜지스터(T) 및 화소 전극(130)이 구비된다. 박막 트랜지스터(T)는 게이트 전극(111), 반도체막 패턴(116), 소오스 전극(121) 및 드레인 전극(122)을 포함한다. 제2 기판(200)에는 화소 전극(130)과 마주보는 공통 전극(230)이 형성된다. 화소 전극(130) 및 공통 전극(230)에는 각각 제1 및 제2 도메인 구분 수단(140,240)이 구비된다.

도 3 및 도 4a를 참조하면, 화소 전극(130)과 공통 전극(230)의 사이에는 액정(300)이 개재된다. 액정(300)은 음의 유전율 이방성을 가지며, 박막 트랜지스터(T)가 오프 상태일 때 액정(300)은 화소 전극(130) 및 공통 전극(230)에 대해 수직하게 배열된다.

이러한 배열 상태에서, 제1 기판(100)의 하부로부터 광이 제공된다. 제1 및 제2 기판(100,200)의 외부에는, 각각 투과축이 상호 수직이 되도록 편광판(미도시)이 배치된다. 상기 광은 제1 기판(100)에 부착된 편광판에 의해 직선 편광되고, 상기 수직하게 배열된 액정(300)을 통과한 후,제2 기판(200)의 외부에 부착된 편광판에 흡수된다. 그 결과, 액정 표시 장치는 블랙 상태가 된다.

도 3 및 도 4b를 참조하면, 액정(300)에 전기장이 인가된다. 상기 전기장은 의 세기 및 방향은 제1 및 제2 도메인 구분 수단(140,240)에 의해 달라진다. 제1 도메인 구분 수단(140)은 화소 전극(130)의 소정 영역이 절개된 절개부로 정의된다. 제2 도메인 구분 수단(240)은 공통 전극(230)에 형성된 돌기로 정의된다. 도면에 도시된 것과는 상이하게, 제1 도메인 구분 수단(140)이 돌기로 정의되고 제2 도메인 구분 수단(240)이 절개부로 정의될 수도 있다. 또는, 제1 및 제2 도메인 구분 수단(140,240)이 모두 절개부로 정의되거나 또는 모두 돌기로 정의될 수 있다.

상기 돌기나 절개부가 형성된 영역은 전기적으로 절연된다. 따라서, 해당 영역과 인접한 영역에서는 상기 전기장이 약화되며, 전체적으로 상기 전기장은 제1 및 제2 도메인 구분 수단(140,240)을 경계로 하여 그 양측에서 서로 달라진다. 따라서, 상기 전기장에 따라 액정(300)은 제1 및 제2 도메인 구분 수단(140,240)을 경계로 하여 그 양측에서 서로 다르게 배열된다. 예컨대, 제1 도메인 구분 수단(140)을 경계로 하여, 좌측의 액정(300)은 제1 기판(100)에 대해 좌측으로 경사지게 배열되고 우측의 액정(300)은 제1 기판(100)에 대해 우측으로 경사지게 배열된다. 만약, 액정(300)의 배열 방향이 동일한 영역을 하나의 도메인이라 명명하면, 화소 영역(PA)은 제1 및 제2 도메인 구분 수단(140,240)에 의해 복수의 도메인으로 구분된다.

위와 같이, 액정(300)이 경사지게 배열된 상태에서, 제1 기판(100)의 하부로부터 광이 제공된다. 상기 광은 제1 기판(100)에 부착된 편광판에 의해 직선 편광되고, 상기 경사지게 배열된 액정(300)을 통과하면서 그 위상이 지연된다. 상기 위상이 지연된 광은 제2 기판(200)의 외부에 부착된 편광판을 투과하며, 액정 표시 장치는 화이트 상태가 된다. 또한, 복수의 도메인에서 액정(100)이 여러 방향으로 배열되기 때문에, 상기 광이 여러 방향으로 투과되면서 액정 표시 장치의 시야각이 증가한다.

본 실시예에 따른 액정(300)은 음의 유전율 이방성을 가지며, 유전적으로 음의 극성인 화합물, 유전적으로 중성인 화합물 및 유전적으로 양의 극성인 화합물을 포함한다. 상기 음성의 화합물은 상기 제9 내지 제13 화합물 중 적어도 하나를 포함한다. 상기 양성 화합물은 상기 제1 내지 제8 화합물 중 적어도 하나를 포함한다. 상기 양성 화합물은 2 - 7%의 중량비를 갖도록 소량 첨가된다. 상기 양성 화합물은 박막 트랜지스터(T)가 오프 상태일 때와 온 상태일 때의 커패시턴스 차이를 줄여서, 상기 킥백을 방지한다. 그 결과, 액정 표시 장치는 고화질의 화상을 표시한다. 상기 중성 화합물은 제14 내지 제18 화합물 중 적어도 하나를 포함하며, 액정(300)의 회전 점도를 낮추어 액정 표시 장치의 동작 속도를 향상시킨다.

앞선 실시예와 달리, 본 실시예에서 스토리지 전극(도 1의 참조 번호 112 참조)이 제거된다. 스토리지 전극(112)은 게이트 전극(111)과 동일한 불투명한 금속 재질로 형성된다. 따라서, 스토리지 전극(112)이 형성된 영역의 면적만큼 액정 표시 장치의 개구율이 저하된다. 본 실시예에서는 상기 개구율 저하를 방지하기 위해 스토리지 전극(112)이 제거된다. 스토리지 전극(112)이 제거되면, 액정 표시 장치는 스토리지 커패시터가 구비되지 않는다. 상기 스토리지 커패시터는 필수적인 구성 요소는 아니지만, 화소 전극(130)에 인가되는 데이터 전압을 일정 시간 유지하는 보조적인 역할을 수행한다.

상기 스토리지 커패시터가 제거되어 발생할 수 있는 동작상의 문제를 예방하기 위해, 액정 표시 장치는 화상의 프레임 주파수를 높여서 구동함이 바람직하다. 예컨대, 스토리지 커패시터가 구비된 경우 화상의 프레임 주파수가 60Hz라면, 본 실시예에서는 화상의 주파수가 120Hz인 것이 좋다. 상기 60Hz 구동하에서, 한 프레임의 화상에 대하여 필요한 데이터 전압의 유지 시간은 0.0167초(1/60)이다. 이에 비하여, 상기 120Hz 구동하에서, 한 프레임의 화상에 대하여 필요한 데이터 전압의 유지 시간은 0.0083초(1/120)이다. 즉, 120Hz 구동하에서 데이터 전압을 유지하는 시간이 2배 정도 짧아지기 때문에, 60Hz 구동에 비하여 상기 스토리지 커패시터의 필요성이 감소된다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 평면도이다. 본 실시예에 있어서, 앞선 실시예들과 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용하였으며, 상기 동일한 구성 요소에 대한 상세 설명은 생략한다.

도 5를 참조하면, 제1 및 제2 기판(100,200)이 구비된다. 제1 기판(100)에는 게이트 라인(110), 데이터 라인(120) 및 이들에 의해 정의되는 화소 영역(PA)이 형성된다. 화소 영역(PA)에는 박막 트랜지스터(Ta,Tb) 및 화소 전극(130)이 구비된다. 데이터 라인(120)은 화소 영역(PA)을 사이에 두고 서로 마주보는 제1 데이터 라인(120a)과 제2 데이터 라인(120b)을 포함한다. 박막 트랜지스터(Ta,Tb)는 제1 박막 트랜지스터(Ta)와 제2 박막 트랜지스터(Tb)를 포함한다. 화소 전극(130)은 상호 이격된 제1 화소 전극(130a)과 제2 화소 전극(130b)을 포함한다.

제1 박막 트랜지스터(Ta)는 게이트 전극(111), 제1 소오스 전극(121a) 및 제1 드레인 전극(122a)을 포함한다. 제1 드레인 전극(122a)은 제1 콘택홀(126h)을 통하여 제1 화소 전극(130a)과 전기적으로 연결된다. 제2 박막 트랜지스터(Tb)는 게이트 전극(111), 제2 소오스 전극(121b) 및 제2 드레인 전극(122b)을 포함한다. 제2 드레인 전극(122b)은 제2 콘택홀(127h)을 통하여 제2 화소 전극(130b)과 전기적으로 연결된다.

제1 화소 전극(130a)은 제1 서브 화소 전극(131), 제2 서브 화소 전극(132) 및 제3 서브 화소 전극(133)을 포함한다. 제1 및 제2 서브 화소 전극(131,132)은 제2 화소 전극(130b)을 사이에 두고 서로 마주본다. 제3 서브 화소 전극(133)은 게이트 라인(110)으로부터 이격되어, 게이트 라인(110)과 나란하게 형성된다. 제3 서브 화소 전극(133)은 제1 및 제2 서브 화소 전극(131,132)을 상호간에 연결한다. 제1 서브 화소 전극(131)은 제1 데이터 라인(120a)과 오버랩되고, 제2 서브 화소 전극(132)은 제2 데이터 라인(120b)과 오버랩된다. 이와 같이, 화소 전극(130)이 데이터 라인(120)과 오버랩되면서, 화소 전극(130)이 화소 영역(PA)의 거의 전 면적을 차지하므로 액정 표시 장치의 개구율이 증가된다. 한편, 도 5에 도시되지는 않았지만, 제1 화소 전극(130a)은 게이트 라인(110)에 대해서 상하로 오버랩될 수도 있다.

제1 화소 전극(130a)은 제2 화소 전극(130b)에 비하여 큰 면적을 갖는다. 예컨대, 제1 화소 전극(130a)은 제2 화소 전극(130b)의 두 배의 면적을 가질 수 있다. 제1 및 제2 화소 전극(130a,130b)에는 각각 서로 다른 제1 및 제2 데이터 전압이 인가된다. 그런데, 데이터 라인(120)으로 데이터 신호가 전송될 때, 상대적으로 작은 면적을 갖는 제2 화소 전극(130b)은 데이터 라인(120)과의 커플링으로 상기 제2 데이터 전압과 상이한 전압이 인가될 수 있다. 이를 방지하기 위하여, 제1 화소 전극(130a)은 데이터 라인(120)을 커버하면서, 데이터 라인(120)에 대한 차폐 전극의 역할을 한다.

화소 전극(130) 및 공통 전극(230)에는 각각 제1 및 제2 도메인 구분 수 단(140,240)이 구비된다. 제1 도메인 구분 수단(140)은 화소 전극(130)의 소정 영역이 절개된 절개부로 정의된다. 상기 절개부는 제1 및 제2 화소 전극(130a,130b)의 소정 영역이 절개된 것, 그리고 제1 및 제2 화소 전극(130a,130b)이 상호간에 이격된 부분을 포함한다. 제2 도메인 구분 수단(240)은 공통 전극(230)의 소정 영역이 절개되거나 또는 상기 소정 영역에 형성된 돌기로 정의된다. 제1 및 제2 도메인 구분 수단(140,240)을 통하여 액정 표시 장치의 시야각이 증가된다.

도 5 및 도 6a를 참조하면, 제1 기판(100)은 게이트 절연막(115)과 보호막(125)으로 커버된다. 보호막(125)상에는 제1 화소 전극(130a)과 제2 화소 전극(130b)이 상호간에 이격되게 배치된다. 액정(300)은 음의 유전율 이방성을 가지며, 제1 및 제2 박막 트랜지스터(Ta,Tb)가 오프 상태일 때 액정(300)은 화소 전극(130) 및 공통 전극(230)에 대해 수직하게 배열된다. 그 결과, 액정 표시 장치는 블랙 상태가 된다.

도 5 및 도 6b를 참조하면, 제1 및 제2 박막 트랜지스터(Ta,Tb)가 온 상태일 때 제1 및 제2 화소 전극(130a,130b)에는 각각 제1 및 제2 데이터 전압이 인가된다. 공통 전극(230)에는 일정한 공통 전압이 인가된다. 그 결과, 액정(300)에 전기장이 인가되고, 액정(300)은 화소 전극(130) 및 공통 전극(230)에 대해 경사지게 배열된다. 제1 화소 전극(130a)과 공통 전극(230) 사이의 전기장은 제2 화소 전극(130b)과 공통 전극(230) 사이의 전기장과 상이하다. 따라서, 제1 화소 전 극(130a)에 배치된 액정(300)과 제2 화소 전극(130b)에 배치된 액정(300)의 경사지는 정도는 서로 상이하다. 이와 같이, 제1 및 제2 화소 전극(130a,130b)에서 액정(300)이 배열이 달라지면, 해당 영역에서 광 특성이 서로 보상되어 액정 표시 장치의 동작 특성이 향상된다.

본 실시예에 따른 액정(300)은 음의 유전율 이방성을 가지며, 유전적으로 음의 극성인 화합물, 유전적으로 중성인 화합물 및 유전적으로 양의 극성인 화합물을 포함한다. 상기 음성의 화합물은 상기 제9 내지 제13 화합물 중 적어도 하나를 포함한다. 상기 양성 화합물은 상기 제1 내지 제8 화합물 중 적어도 하나를 포함한다. 상기 중성 화합물은 제14 내지 제18 화합물 중 적어도 하나를 포함한다.

본 실시예에 있어서, 스토리지 커패시터를 형성하는 스토리지 전극(도 1의 참조 번호 112 참조)은 사용되지 않았으며, 또한 액정 표시 장치는 화상의 프레임 주파수가 120Hz가 되도록 구동한다.

상기 120Hz 구동하에서는, 60Hz 구동 방식에 비하여 제1 및 제2 박막 트랜지스터(Ta,Tb)의 턴 온 시간이 단축된다. 따라서, 상기 데이터 전압을 유지하는 시간이 2배 정도 짧아지기 때문에, 화소 전극(130) 및 공통 전극(230) 사이에서 상기 데이터 전압에 의한 충전율이 감소될 수 있다. 상기 충전율 감소로 액정 표시 장치의 투과율이 감소될 수 있는데, 상기 투과율 감소를 방지하기 위하여 스토리지 전극이 생략된다. 다만, 스토리지 전극이 생략됨으로써 화소내에 커패시턴스가 감소되고 상기 식 1에서 상기 킥백에 의한 전압 변화(ΔVkb)가 증가될 수 있다. 이러한 문제는 액정(300)의 성분을 조절하여 상기 식 2 및 식 3에서 상기 Clc,1 및 Clc,2(박막 트랜지스터의 오프 상태와 온 상태에서의 커패시턴스)의 값을 증가시키며 서로 유사한 값을 갖도록 함으로써, 예방될 수 있다.

한편, Clc,1 및 Clc,2의 값이 증가하면 게이트 라인(110)이나 데이터 라인(120)의 RC 로드가 증가하여 해당 라인의 신호가 지연될 수 있다. 다만, 상기 신호 지연은 도 5에 도시된 구조를 갖는 액정 표시 장치하에서 최소화될 수 있다. 이하에서는, 상기한 구조 및 동작 조건하에서 최적의 성분 및 중량비를 갖는 액정(300)에 대하여 설명한다.

표 1은 서로 다른 세 가지 액정 샘플(S1,S2,S3)의 성분 및 중량비를 나타낸다.

표 1을 참조하면, 제1 샘플(S1)은 상기 중성 화합물로서 상기 제14 내지 제16 화합물을 포함하고, 상기 음성 화합물로서 상기 제9 내지 제11 화합물을 포함한다. 제2 샘플(S2)은 상기 중성 화합물로서 상기 제14 화합물, 제16 화합물 및 제17 화합물을 포함하고, 상기 음성 화합물로서 상기 제9 내지 제12 화합물을 포함한다. 제3 샘플(S3)은 상기 중성 화합물로서 상기 제14 내지 제18 화합물을 포함하며, 이 중 제18 화합물을 주요한 성분으로 갖는다. 또한, 제3 샘플(S3)은 상기 음성 화합물로서 상기 제9 내지 제13 화합물을 포함하며, 이 중 제9 화합물, 제10 화합물 및 제12 화합물을 주요한 성분으로 갖는다. 기타, 제3 샘플(S3)은 상기 양성 화합물인 상기 제1 내지 제8 화합물 중 적어도 어느 하나를 더 포함한다.

위와 같이, 제3 샘플(S3)은 상기 양성 화합물을 포함한다는 점에서 제1 및 제2 샘플(S1,S2)과 차이난다. 제1 및 제2 샘플(S1,S2)은 각각에 포함된 상기 음성 화합물의 종류 및 그 중량비가 서로 상이하다. 제1 샘플(S1)은 제2 샘플(S2)에 비하여 보다 많은 양의 상기 양성 화합물을 포함한다.

표 2는 제1 내지 제3 샘플(S1,S2,S3)에 대한 액정 물성을 나타낸다.

표 2를 참조하면, 액정의 물성은 확정점(Tni), 589nm 파장의 광에 대한 굴절률(n1,n2) 및 굴절률 이방성(Δn), 유전율(ε1,ε2) 및 유전율 이방성(Δε), 유전율 평균치(Δε/Ave.ε), 셀 갭을 포함한다. 상기 굴절률 및 유전율에서 "n1,ε1"은 액정의 장축 방향 값이고, "n2,ε2"는 액정의 단축 방향 값이다. 또한 유전율 평균치에서 상기 "Ave.ε"는 "(2×ε2 + ε1)/3"으로 정의된다.

표 2에 나타난 바와 같이, 제1 및 제3 샘플(S1,S3)은 제2 샘플(S2)에 비하여 유전율(ε1,ε2)이 크다. 한편, 제3 샘플(S3)은 제1 샘플(S1)에 비하여 유전율 이방성(Δε)이 작다.

표 3은 제1 내지 제3 샘플(S1,S2,S3)을 이용한 액정 표시 장치의 정전 용량을 나타낸다.

표 3은 도 5에 도시된 구조를 가지고, 120Hz으로 구동되는 액정 표시 장치를 이용하여, 게이트 커패시턴스(Cg), 제1 데이터 커패시턴스(Cd1), 제2 데이터 커패시턴스(Cd2)를 측정한 것이다. 상기 게이트 커패시턴스는 게이트 라인과 액정 사이의 커패시턴스이다. 상기 제1 및 제2 데이터 커패시턴스는 각각 제1 및 제2 데이터 라인과 액정 사이의 커패시턴스이다.

표 3에서 괄호에 표시된 숫자는 제1 샘플(S1)의 해당 커패시턴스 값에 대한 비를 나타낸다. 표 3을 참조하면, 제1 및 제2 샘플(S1,S2)은 상기 게이트 커패시턴스, 제1 및 제2 데이터 커패시턴스간에 차이가 없다. 또한 제1 및 제3 샘플(S1,S3)간에도 상기 커패시턴스의 차이는 매우 작다. 상기 게이트 커패시턴스, 제1 및 제2 데이터 커패시턴스가 증가하면, 상기 게이트 라인이나 제1 및 제2 데이터 라인에서 로드가 증가하여 상기 게이트 신호 및 데이터 신호 전송이 지연(RC delay)될 수 있다. 그런데, 제3 샘플(S3)의 경우 제1 샘플(S1)에 비하여 상기 커패시턴스의 증가분이 0.002 ~ 0.005 정도에 불과하므로, 상기 신호 지연의 효과가 매우 작다는 것을 알 수 있다.

표 4는 제1 내지 제3 샘플(S1,S2,S3)을 이용한 액정 표시 장치의 동작 특성값을 나타낸다.

표 4는 도 5에 도시된 구조를 가지고, 120Hz으로 구동되는 액정 표시 장치를 이용하여, 스토리지 커패시턴스(Cst), 액정 커패시턴스(Clc), 게이트 전극과 소오스 전극간에 기생하는 커패시터의 커패시턴스(Cgs), 화이트 상태와 블랙 상태에서화소 전극에 인가되는 데이터 전압차(ΔVg)가 30V 일 때 화이트 상태와 블랙 상태에서의 킥백 전압(Vkb), 화이트 상태와 블랙 상태에서의 킥백 전압차(ΔVkb)를 측정한 것이다. 도 5에 도시된 구조에서 스토리지 전극은 사용되지 않으므로, 스토리지 커패시턴스(Cst) 값은 영이다.

표 4를 참조하면, 화이트 상태에서의 액정 커패시턴스는 제1 내지 제3 샘플(S1,S2,S3)이 모두 동일하지만 블랙 상태에서의 액정 커패시턴스는 제3 샘플(S3)이 가장 크다. 이는 제3 샘플(S3)이 상기 양성 화합물을 소량 포함하고 있기 때문이며, 이로 인하여 상기 킥백 전압차(ΔVkb)는 제3 샘플(S3)에서 최소가 된다. 따라서, 제3 샘플(S3)의 액정을 사용하는 액정 표시 장치는 상기 킥백에 의한 영향을 최소화하여 고화질의 영상을 표시할 수 있다. 특히, 표 1 내지 표 4에 나타난 바와 같이, 상기 제3 샘플(S3)의 액정은 도 5에 도시된 구조를 가지고 120Hz에서 구동하는 액정 표시 장치에서 최적화된다.

이상에서 살펴 본 바와 같이, 상기한 실시예들에 따르면 액정 표시 장치는 고화질의 영상을 표시한다. 다만, 상기한 실시예들은 예시적인 관점에서 제공된 것으로, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 갖는 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

화소 영역이 정의된 제1 기판;

상기 제1 기판 상에 제공된 화소 전극;

상기 제1 기판과 마주보는 제2 기판;

상기 제2 기판 상에 제공된 공통 전극; 및

상기 제1 및 제2 기판 사이에 개재되며, 유전적으로 제1 극성인 화합물 및 유전적으로 제2 극성이며 2 - 7%의 중량비로 첨가된 화합물을 포함하고, 상기 제1 극성의 유전율 이방성을 나타내는 액정을 포함하며,

상기 제1 극성은 음의 극성이며 상기 제2 극성은 양의 극성이고,

상기 액정은 유전적으로 중성인 화합물을 더 포함하고, 상기 유전적으로 중성인 화합물은 다음의 화학식 18로 표시되는 제1 화합물을 포함하고, 상기 유전적으로 제1 극성인 화합물은 다음의 화학식 9, 화학식 10, 화학식 12로 각각 표시되는 제2 내지 제4 화합물 중 적어도 어느 하나를 포함하며,

상기 제1 화합물은 25 - 35%의 중량비를 갖고, 상기 제2 화합물은 15 - 20%의 중량비를 갖고, 상기 제3 화합물은 20 - 30%의 중량비를 갖고, 상기 제4 화합물은 15 - 25%의 중량비를 갖는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.

<화학식 18>

상기 X는 탄소수 2이상 5이하인 탄화수소를 나타내고, 상기 Y는 알케닐기를 나타낸다.

<화학식 9>

상기 X는 탄소수 2이상 5이하인 탄화수소를 나타내고, 상기 Y는 알콕시기를 나타낸다.

<화학식 10>

상기 X는 탄소수 2이상 5이하인 탄화수소를 나타내고, 상기 Y는 알콕시기를 나타낸다.

<화학식 12>

상기 X는 탄소수 2이상 5이하인 탄화수소를 나타내고, 상기 Y는 알콕시기를 나타낸다.
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제1 항에 있어서,

상기 유전적으로 중성인 화합물은 다음의 화학식 14 내지 화학식 17로 각각 표시되는 제5 내지 제8 화합물 중 적어도 어느 하나를 더 포함하고, 상기 유전적으로 제1 극성인 화합물은 다음의 화학식 11 및 화학식 13으로 각각 표시되는 제9 및 제10 화합물 중 적어도 어느 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.

<화학식 14>

상기 X는 탄소수 2이상 5이하인 탄화수소를 나타내고, 상기 Y는 알킬기를 나타낸다.

<화학식 15>

상기 X는 탄소수 2이상 5이하인 탄화수소를 나타내고, 상기 Y는 알콕시기를 나타낸다

<화학식 16>

상기 X는 탄소수 2이상 5이하인 탄화수소를 나타내고, 상기 Y는 알킬기를 나타낸다.

<화학식 17>

상기 X는 탄소수 2이상 5이하인 탄화수소를 나타내고, 상기 Y는 알콕시기를 나타낸다.

<화학식 11>

상기 X는 탄소수 2이상 5이하인 탄화수소를 나타내고, 상기 Y는 알킬기를 나타낸다.

<화학식 13>

상기 X는 탄소수 2이상 5이하인 탄화수소를 나타내고, 상기 Y는 알킬기를 나타낸다.
제 5항에 있어서,

상기 제5 화합물은 3 - 6%의 중량비를 갖고, 상기 제6 내지 제8 화합물은 0% 이상 2% 미만의 중량비를 갖고, 상기 제9 및 제10 화합물은 0%이상 3% 미만의 중량비를 갖는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
제 5항에 있어서,

상기 유전적으로 제2 극성인 화합물은 다음의 화학식 1 내지 화학식 8로 각각 표시되는 제11 내지 제18 화합물 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.

<화학식 1>

상기 X는 탄소수 2이상 5이하인 탄화수소를 나타낸다.

<화학식 2>

상기 X는 탄소수 2이상 5이하인 탄화수소를 나타낸다.

<화학식 3>

상기 X는 탄소수 2이상 5이하인 탄화수소를 나타낸다.

<화학식 4>

상기 X는 탄소수 2이상 5이하인 탄화수소를 나타낸다.

<화학식 5>

상기 X는 탄소수 2이상 5이하인 탄화수소를 나타낸다.

<화학식 6>

상기 X는 탄소수 2이상 5이하인 탄화수소를 나타낸다.

<화학식 7>

상기 X는 탄소수 2이상 5이하인 탄화수소를 나타낸다.

<화학식 8>

상기 X는 탄소수 2이상 5이하인 탄화수소를 나타낸다.
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제1 항에 있어서,

상기 제1 기판 상부에 배치되는 게이트 라인; 및

상기 게이트 라인과 교차하면서 상기 화소 영역을 정의하는 데이터 라인을 더 포함하고,

상기 화소 전극은 상기 화소 영역에 위치하며 화상에 대응하는 데이터 전압이 인가되고, 상기 공통 전극에는 공통 전압이 인가되며,

상기 화소 전극은 상기 게이트 라인 및 데이터 라인 중 적어도 하나와 오버랩되며, 상기 화상의 프레임 주파수는 120Hz인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
제 12항에 있어서,

상기 화소 전극에 구비되는 제1 도메인 구분 수단; 및

상기 공통 전극에 구비되며, 상기 제1 도메인 구분 수단으로부터 이격되게 위치하고, 상기 제1 도메인 구분 수단과 함께 상기 화소 영역을 복수의 도메인으로 구분하는 제2 도메인 구분 수단을 더 포함하고,

상기 화소 전극은 각각 서로 다른 크기의 데이터 전압이 인가되는 제1 화소 전극 및 상기 제1 화소 전극보다 작은 면적을 갖는 제2 화소 전극을 포함하며, 상기 제1 화소 전극은 상기 게이트 라인 및 데이터 라인 중 적어도 하나와 오버랩되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
제 12항에 있어서,

상기 화소 영역은 스토리지 전극을 갖지 않는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.