KR20150109543A - 액정 조성물 및 이를 포함하는 액정 표시 장치 - Google Patents

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KR20150109543A
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권선영
김민재
김민희
손정호
오근찬
이경희
정강섭
탁경선
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 액정 조성물은 중성 액정 화합물을 포함하는 제1 부류 및 극성 액정 화합물을 포함하는 제2 부류를 포함하고, 상기 제1 부류는 하기 화학식 (1)로 표현되는 제1 화합물 및 하기 화학식 (2)로 표현되는 제2 화합물을 포함한다.
Figure pat00059
화학식 (1)
Figure pat00060
화학식 (2)
(상기 화학식 (1) 및 상기 화학식 (2)에서 R은 독립적으로 탄소수가 1 내지 7인 알킬기이며, 서로 같거나 다를 수 있다).

Description

액정 조성물 및 이를 포함하는 액정 표시 장치{LIQUID CRYSTAL COMPOSITION AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE COMPRISING THE SAME}
본 발명은 액정 조성물 및 이를 포함하는 액정 표시 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 시계, 전자 계산기를 비롯하여, 가정용 각종 전기 기기, 측정 기기, 자동차용 패널, 워드 프로세서, 전자 수첩, 프린터, 컴퓨터, 텔레비전 등에 사용되고 있다.
액정 표시 방식으로서는, 그 대표적인 것으로 TN(트위스티드 네마틱)형, STN(수퍼 트위스티드 네마틱)형, DS(동적 광산란)형, GH(게스트-호스트형), IPS(인-플레인 스위칭)형, OCB(광학 보상 복굴절)형, ECB(전압 제어 복굴절)형, VA(수직 배향)형, CSH(컬러 수퍼 호메오트로픽)형, 또는 FLC(강유전성 액정) 등을 들 수 있다. 또한 구동 방식으로서도 종래의 스테틱 구동에서 멀티플렉스 구동이 일반적으로 되어, 단순 매트릭스 방식, 최근에는 TFT(박막 트랜지스터)나 TFD(박막 다이오드) 등에 의해 구동되는 액티브 매트릭스(AM) 방식이 주류가 되어 있다.
이들 표시 방식에 있어서, IPS형, ECB형, VA형, 또는 CSH형 등은 현재 범용의 TN형이나 STN형과 달리, 유전율 이방성(Δε)이 음인 액정 재료를 사용한다는 특징을 갖는다. 이들 중에서 특히 AM 구동에 의한 VA형 액정 표시 장치는 광시야각이 요구되는 표시 소자에 사용되고 있다.
VA형 등의 액정 표시 장치에 사용되는 액정 재료에는, 저전압 구동, 고속 응답, 넓은 동작 온도 범위가 요구된다. 즉, 유전율 이방성이 음이며 절대값이 크고, 저점도이며, 높은 네마틱상-등방성 액체 상전이 온도(Tni)가 요구되고 있다. 또한, 굴절률 이방성(Δn)과 셀갭(cellgap)(d)의 곱인 Δn×d의 설정에서, 액정 재료의 굴절률 이방성을 셀갭에 맞추어 적당한 범위로 조절할 필요가 있다.
또한, 고속 응답을 실현하기 위해서 표시 소자의 셀갭을 작게 하는 것도 행해지지만, 셀갭을 감소시키는 것은 한계가 있었다. 따라서 셀갭을 바꾸지 않고 응답 속도를 향상시키기 위해서는 소정의 물성을 가지는 액정 조성물을 사용함이 유효하다. 특히 3D 영상을 출력하는 표시 장치는 고속 응답성이 중시되기 때문에 액정 조성물의 물성이 중요하다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 빠른 응답 속도를 가지며 소정의 물성을 가지는 액정 조성물 및 이를 포함하는 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액정 조성물은 중성 액정 화합물을 포함하는 제1 부류, 및 극성 액정 화합물을 포함하는 제2 부류를 포함하며, 상기 제1 부류는 하기 화학식 (1)로 표현되는 제1 화합물 및 하기 화학식 (2)로 표현되는 제2 화합물을 포함한다.
Figure pat00001
화학식 (1)
Figure pat00002
화학식 (2),
(상기 화학식 (1) 및 상기 화학식 (2)에서 R은 독립적으로 탄소수가 1 내지 7인 알킬기이며, 서로 같거나 다를 수 있다).
상기 제2 부류는 하기 화학식 (3)으로 표현되는 제3 화합물 및 하기 화학식 (4)로 표현되는 제4 화합물을 포함할 수 있다.
Figure pat00003
화학식 (3)
Figure pat00004
화학식 (4)
(상기 화학식 (3) 및 상기 화학식 (4)에서 R'은 독립적으로 탄소수가 1 내지 7인 알킬기이며, 서로 같거나 다를 수 있다).
상기 제2 부류는 하기 화학식 (5)로 표현되는 제5 화합물, 하기 화학식 (6)으로 표현되는 제6 화합물, 하기 화학식 (7)로 표현되는 제7 화합물, 및 하기 화학식 (8)로 표현되는 제8 화합물 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
Figure pat00005
화학식 (5)
Figure pat00006
화학식 (6)
Figure pat00007
화학식 (7)
Figure pat00008
화학식 (8)
(상기 화학식 (5) 내지 상기 화학식 (8)에서 R 및 R'은 독립적으로 탄소수가 1 내지 7인 알킬기이며, 서로 같거나 다를 수 있다).
상기 제1 화합물 내지 상기 제8 화합물을 포함할 수 있다.
상기 알킬기(R)의 탄소수가 상이한 2종 이상의 상기 제1 화합물 및 상기 제2 화합물을 포함할 수 있다.
하기 화학식 (9)로 표현되는 제9 화합물을 더 포함할 수 있다.
Figure pat00009
화학식 (9)
하기 화학식 (10)으로 표현되는 제10 화합물을 더 포함할 수 있다.
Figure pat00010
화학식 (10)
상기 제3 화합물, 상기 제4 화합물, 상기 제7 화합물 및 상기 제8 화합물의 함량은 약 35 wt% 이상이고, 상기 제3 화합물 및 상기 제4 화합물의 함량의 합은 약 35 wt% 이하일 수 있다.
상기 제1 화합물의 함량은 약 20 내지 35 wt%이고, 상기 제2 화합물의 함량은 약 5 내지 15 wt%이고, 상기 제5 화합물의 함량은 약 10 내지 14 wt%이고, 상기 제6 화합물의 함량은 약 5 내지 9 wt%일 수 있다.
상기 제9 화합물 및 상기 제10 화합물의 함량의 합은 약 4000ppm 이며, 상기 제9 화합물에 대한 상기 제10 화합물의 함량비는 약 0.1 이상일 수 있다.
상기 액정 조성물의 회전 점도(γ)는 약 95 내지 105 mPaS이고, 상기 액정 조성물의 탄성 계수(K33)는 약 15 내지 19 pN이고, 상기 액정 조성물의 유전율 이방성(Δε)은 약 2.8 내지 3.4일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 제1 기판, 상기 제1 기판과 마주보는 제2 기판, 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 중 적어도 하나 위에 형성되어 있는 전기장 생성 전극 및 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 주입되어 있는 액정 분자를 포함하는 액정층을 포함하고, 상기 액정 분자는 중성 액정 화합물을 포함하는 제1 부류 및 극성 액정 화합물을 포함하는 제2 부류를 포함하고, 상기 제1 부류는 하기 화학식 (1)로 표현되는 제1 화합물 및 하기 화학식 (2)로 표현되는 제2 화합물을 포함한다.
Figure pat00011
화학식 (1)
Figure pat00012
화학식 (2),
(상기 화학식 (1) 및 상기 화학식 (2)에서 R은 독립적으로 탄소수가 1 내지 7인 알킬기이며, 서로 같거나 다를 수 있다).
상기 제2 부류는 하기 화학식 (3)으로 표현되는 제3 화합물 및 하기 화학식 (4)로 표현되는 제4 화합물을 포함할 수 있다.
Figure pat00013
화학식 (3)
Figure pat00014
화학식 (4)
(상기 화학식 (3) 및 상기 화학식 (4)에서 R'은 독립적으로 탄소수가 1 내지 7인 알킬기이며, 서로 같거나 다를 수 있다).
상기 제2 부류는 하기 화학식 (5)로 표현되는 제5 화합물, 하기 화학식 (6)으로 표현되는 제6 화합물, 하기 화학식 (7)로 표현되는 제7 화합물 및 하기 화학식 (8)로 표현되는 제8 화합물 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
Figure pat00015
화학식 (5)
Figure pat00016
화학식 (6)
Figure pat00017
화학식 (7)
Figure pat00018
화학식 (8)
(상기 화학식 (5) 내지 상기 화학식 (8)에서 R 및 R'은 독립적으로 탄소수가 1 내지 7인 알킬기이며, 서로 같거나 다를 수 있다).
상기 제1 부류는 상기 알킬기(R)의 탄소수가 상이한 2종 이상의 상기 제1 화합물 및 상기 제2 화합물을 포함할 수 있다.
상기 액정 분자는 하기 화학식 (9)로 표현되는 제9 화합물 및 하기 화학식 (10)으로 표현되는 제10 화합물을 더 포함할 수 있다.
Figure pat00019
화학식 (9)
Figure pat00020
화학식 (10)
상기 액정 분자는 상기 제1 화합물 내지 상기 제10 화합물을 포함하며, 상기 제3 화합물, 상기 제4 화합물, 상기 제7 화합물 및 상기 제8 화합물의 함량은 약 35 wt% 이상이고, 상기 제3 화합물 및 상기 제4 화합물의 함량의 합은 약 35 wt% 이하일 수 있다.
상기 제1 화합물의 함량은 약 20 내지 35 wt%이고, 상기 제2 화합물의 함량은 약 5 내지 15 wt%이고, 상기 제5 화합물의 함량은 약 10 내지 14 wt%이고, 상기 제6 화합물의 함량은 약 5 내지 9 wt%일 수 있다.
상기 제9 화합물 및 상기 제10 화합물의 함량의 합은 약 4000ppm 이며, 상기 제9 화합물에 대한 상기 제10 화합물의 함량비는 약 0.1 이상일 수 있다.
상기 액정 조성물의 회전 점도(γ)는 약 95 내지 105 mPaS이고, 상기 액정 조성물의 탄성 계수(K33)는 약 15 내지 19 pN이고, 상기 액정 조성물의 유전율 이방성(Δε)은 약 2.8 내지 3.4일 수 있다.
이상과 같은 본 발명의 일 실시예에 따르면, 신규한 액정 조성물을 사용하여 응답 속도가 개선된 액정 표시 장치를 제공할 수 있다. 또한, 액정 표시 장치에서 발생 가능한 선잔상 및 얼룩 등을 감소시킬 수 있다. 또한, 좌안용 영상과 우안용 영상을 제공하는 3D 표시 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 자외선 등을 조사하여 액정 분자들이 선경사를 갖도록 하는 과정을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 한 화소에 대한 등가 회로도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 한 화소에 대한 배치도이다.
도 4는 도 3의 IV-IV선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 5는 도 3에 도시된 화소의 기본 구조를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치의 블록도이고,
도 7은 본 발명의 일 실시예와 비교예에 대한 전압 보전율의 비교 그래프이다.
도 8은 비교예의 선잔상 발현 이미지이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예와 비교예에 대한 선경사 변화 그래프이다.
첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 또한, 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 층이 개재될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미한다.
이하에서 도 1에 도 3 내지 도 6을 참조하여, 액정 분자들이 선경사를 가지며 배향막을 형성과는 과정을 설명한다. 도 1는 자외선 등을 조사하여 액정 분자들이 선경사를 갖도록 하는 과정을 도시한 도면이다.
우선 자외선 등의 광에 의한 중합 반응(polymerization)에 의해 경화되는 단량체(monomer) 등의 화합물(일례로써, 제9 화합물 내지 제10 화합물과 같은 반응성 메조겐)을 액정 분자와 함께 두 표시판(100, 200) 사이에 주입한다. 제9 화합물 내지 제10 화합물을 포함하는 화합물은 자외선 등의 광에 의해 중합 반응을 하는 반응성 메조겐(reactive mesogen)일 수 있다.
다음 제1 부화소 전극(191a) 및 제2 부화소 전극(191b)에 데이터 전압을 인가하고 상부 표시판(200)의 공통 전극(270)에 공통 전압을 인가하여 두 표시판(100, 200) 사이의 액정층(3)에 전기장을 생성한다. 그러면 액정층(3)의 액정 분자(31)들은 그 전기장에 응답하여 미세 가지부(194a, 194b, 194c, 194d)의 길이 방향에 평행한 방향으로 기울어지며 한 화소에서 액정 분자(31)들이 기울어지는 방향은 총 네 방향이 된다.
또한, 공통 전극(270)의 제1 절개부(271a) 및 제2 절개부(271b)를 통해 공통 전극(270)의 절개부(271a, 271b) 하부의 액정 분자들은 공통 전극의 절개부(271a, 271b)에 직교하는 방향으로 배열하게 되어 빛이 새어나가는 것을 방지할 수 있게 된다.
액정층(3)에 전기장을 생성한 다음 자외선 등의 광을 조사하면 반응성 메조겐이 중합 반응을 하여, 도 1(b)에 도시한 바와 같이 표시판(100, 200)에 접하는 중합체를 형성한다. 액정 분자(31)들은 중합체에 의해 앞서 설명한 방향으로 선경사를 가지도록 배향 방향이 정해진다.
또한, 상기 자외선 조사 공정은 2회에 걸쳐 진행될 수 있다.
1차적으로 전계를 인가하는 UV 노광 공정을 실시하고, 2차적으로 전계를 인가하지 않으면서, 전계 노광 공정에서 반응하지 않은 반응성 메조겐을 경화 또는 소진시키는 형광 노광 공정을 실시할 수 있다.
이하에서는 전술한 액정층(3)을 이루는 액정 분자 및 반응성 메조겐에 대해 구체적으로 살펴본다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액정 조성물은 유전율 이방성을 나타내지 않는 중성 액정 화합물(neutral compound)("제1 부류"라 칭함)과 유전율 이방성을 나타내는 극성 액정 화합물(polar compound)("제2 부류"라 칭함)을 포함한다.
제1 부류는 하기 화학식 (1)로 표현되는 제1 화합물 및 하기 화학식 (2)로 표현되는 제2 화합물을 포함한다.
Figure pat00021
화학식 (1)
Figure pat00022
화학식 (2),
상기 화학식 (1) 및 상기 화학식 (2)에서 R은 독립적으로 탄소수가 1 내지 7인 알킬기(alkyl group)이며, 서로 같거나 다를 수 있다.
구체적으로 상기 화학식 (1)은 2개의 알킬기를 포함하며, 상기 2개의 알킬기는 각각 상이한 탄소수를 가질 수 있다. 상기 화학식 (2) 역시, 2개의 알킬기를 포함하며, 상기 2개의 알킬기는 각각 상이한 탄소수를 가질 수 있다. 상기 화학식 (1) 및 (2) 각각에 포함되는 알킬기가 동일한 탄소수를 가질 수 있음은 물론이다.
또한, 제1 화합물 및 상기 제2 화합물은, 각각의 화합물이 포함하는 알킬기가 상이한 2종 이상의 화합물을 포함할 수 있다.
일례로써 제1 화합물의 어느 1종은 탄소가 2개 및 3개인 알킬기를 포함하고, 제1 화합물은 다른 1종은 4개 및 4개의 탄소를 가지는 알킬기를 포함할 수 있다. 이는 제2 화합물도 마찬가지다. 이와 같이 알킬기가 상이한 2종 이상의 제1 화합물 또는 제2 화합물을 포함하는 액정 조성물은 액정 분자의 안정성을 향상시킬 수 있다.
제2 부류는 하기 화학식 (3)으로 표현되는 제3 화합물 및 하기 화학식 (4)로 표현되는 제4 화합물을 포함할 수 있다.
Figure pat00023
화학식 (3)
Figure pat00024
화학식 (4)
상기 화학식 (3) 및 상기 화학식 (4)에서 R 및 R'은 독립적으로 탄소수가 1 내지 7인 알킬기(alkyl group)이며, 서로 같거나 다를 수 있다.
제3 화합물 및 제4 화합물을 소정의 함량으로 포함하는 액정 조성물은 중성 액정 화합물이 알케닐기를 포함하지 않더라도 액정층의 점도를 적절하게 유지하게 한다.
또한, 제2 부류는 하기 화학식 (5)로 표현되는 제5 화합물, 하기 화학식 (6)으로 표현되는 제6 화합물, 하기 화학식 (7)로 표현되는 제7 화합물, 및 하기 화학식 (8)로 표현되는 제8 화합물 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
Figure pat00025
화학식 (5)
Figure pat00026
화학식 (6)
Figure pat00027
화학식 (7)
Figure pat00028
화학식 (8)
상기 화학식 (5) 내지 상기 화학식 (8)에서 R 및 R'은 독립적으로 탄소수가 1 내지 7인 알킬기(alkyl group)이며, 서로 같거나 다를 수 있다. 제5 화합물 내지 제8 화합물은 액정층 내의 안정성을 높이기 위해 포함되며, 안정성을 유지하기 위한 적정한 함량을 가질 수 있다.
액정 조성물은 하기 화학식 (9)로 표현되는 제9 화합물 내지 하기 화학식 (10)으로 표현되는 제10 화합물을 더 포함할 수 있다.
Figure pat00029
화학식 (9)
Figure pat00030
화학식 (10)
제9 화합물 및 제10 화합물은 반응성 메조겐의 일종이며, 반응성 메조겐은 UV 조사 과정에서 배향막으로 형성될 수 있다.
제9 화합물은 반응성이 높은 반응성 메조겐으로서, 터페닐(terphenyl) 및 반응 사이트가 많은 메타크릴레이트(metacrylate)를 포함한다.
또한, 제10 화합물은 아크릴 계열 화합물로서 액정층의 형성이 완료된 후에도 액정층 내에 소정량이 잔류할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액정 조성물은 전술한 제1 화합물 내지 제10 화합물을 모두 포함할 수 있다. 제1 내지 제2 화합물은 제1 부류로서 중성 액정 화합물이며, 제3 내지 제8 화합물은 제2 부류로서 극성 액정 화합물이고, 제9 내지 제10 화합물은 반응성 메조겐으로서 선경사를 형성한다.
본 실시예에 따른 액정 조성물에서, 제1 화합물의 함량은 약 20 내지 35 wt%이고, 제2 화합물의 함량은 약 5 내지 15 wt%이고, 제3 화합물은 약 10 내지 14 wt%이고, 제4 화합물은 약 12 내지 16 wt%이고, 제5 화합물은 약 10 내지 14 wt%이고, 제6 화합물은 약 5 내지 9 wt%이고, 제7 화합물은 약 6 내지 10wt%이고, 제8 화합물은 약 8 내지 12 wt%일 수 있다.
특히, 제3 화합물, 제4 화합물, 제7 화합물 및 제8 화합물의 함량은 약 35 wt% 이상이고, 제3 화합물 및 제4 화합물의 함량의 합은 약 35 wt% 이하가 되도록 제어될 수 있다. 액정층의 안정성을 향상시키고 액정층의 점도를 일정 수준으로 유지하기 위함이다.
또한, 극성 액정 조성물의 적절한 용해도(solubility)를 위해, 극성 액정 조성물 중 일부인 제7 화합물 및 제8 화합물의 함량을 제어할 수 있다.
또한, 제9 화합물 및 제10 화합물의 함량의 합은 전체 함량에 대해 약 4000ppm일 수 있으며, 제10 화합물의 함량은 약 50 내지 200 ppm일 수 있다. 제9 화합물에 대한 제10 화합물의 함량비는 약 0.1 이상일 수 있고, 일례로써 제9 화합물에 대한 제10 화합물의 함량비는 약 0.2 내지 0.3일 수 있다.
본 실시예는 제9 화합물 및 제10 화합물을 모두 포함하는 액정 조성물을 설명하였으나 이에 제한되지 않고 제9 화합물만을 포함하는 액정 조성물도 가능함은 물론이다.
앞서 설명한 제1 화합물 내지 제10 화합물을 포함하는 액정 조성물은 하기와 같은 물성을 가질 수 있다.
액정 조성물의 회전 점도(γ)는 약 95 내지 105 mPaS이고, 액정 조성물의 탄성 계수(K33)는 약 15 내지 19 pN이고, 이러한 회전 점도 및 탄성 계수를 가지는 액정 조성물의 회전 점도에 대한 탄성 계수의 비율은 약 7.0 이하일 수 있다.
또한, 액정 조성물의 유전율 이방성(Δε)은 약 2.8 내지 3.4일 수 있다.
또한, 액정 조성물의 굴절률 이방성(Δn)과 셀갭(cellgap)(d)의 곱인 Δn×d의 설정에서, 액정 재료의 굴절률 이방성은 셀갭에 맞추어 소정의 값을 가지도록 제어될 수 있으며, 굴절률 이방성(Δn)과 셀갭(cellgap)(d)의 곱은 약 315nm 내지 365nm를 가지도록 제어될 수 있다.
이상과 같은 물성 및 함량을 가지는 액정 조성물은 응답 속도가 향상되어 고속 응답 물성이 요구되는 3D 표시 장치 등에 사용될 수 있다. 또한, 중성 액정 화합물을 포함하는 제1 부류가 알케닐기를 비포함하는바, 알케닐기에 의한 선잔상, 얼룩 또는 반응성 메조겐의 반응성 하락 등이 개선될 수 있다.
전술한 제1 화합물 내지 제8 화합물의 화학식 및 함량은 하기 표 1과 같이 나타낼 수 있다.
종류 화학식 함량(wt%)
제1 화합물
Figure pat00031
 20-35
제2 화합물
Figure pat00032
 5-15
제3 화합물
Figure pat00033
 10-14
제4 화합물
Figure pat00034
 12-16
제5 화합물
Figure pat00035
 10-14
제6 화합물
Figure pat00036
 5-9
제7 화합물
Figure pat00037
 6-10
제8 화합물
Figure pat00038
 8-12
이상에서 설명한 액정 조성물을 포함하는 액정 표시 장치에서, 표시 장치의 신호선 및 화소의 배치와 그 구동 방법에 대하여 도 2를 참조하여 설명한다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 하나의 화소에 대한 등가 회로도이다.
도 2를 참고하면, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치의 한 화소(PX)는 게이트 신호를 전달하는 게이트선(GL) 및 데이터 신호를 전달하는 데이터선(DL), 분압 기준 전압을 전달하는 분압 기준 전압선(RL)을 포함하는 복수의 신호선, 그리고 복수의 신호선에 연결되어 있는 제1, 제2 및 제3 스위칭 소자(Qa, Qb, Qc), 제1 및 제2 액정 축전기(Clca, Clcb)를 포함한다.
제1 및 제2 스위칭 소자(Qa, Qb)는 각각 게이트선(GL) 및 데이터선(DL)에 연결되어 있으며, 제3 스위칭 소자(Qc)는 제2 스위칭 소자(Qb)의 출력 단자 및 분압 기준 전압선(RL)에 연결되어 있다.
제1 스위칭 소자(Qa) 및 제2 스위칭 소자(Qb)는 박막 트랜지스터 등의 삼단자 소자로서, 그 제어 단자는 게이트선(GL)과 연결되어 있고, 입력 단자는 데이터선(DL)과 연결되어 있으며, 제1 스위칭 소자(Qa)의 출력 단자는 제1 액정 축전기(Clca)에 연결되어 있고, 제2 스위칭 소자(Qb)의 출력 단자는 제2 액정 축전기(Clcb) 및 제3 스위칭 소자(Qc)의 입력 단자에 연결되어 있다.
제3 스위칭 소자(Qc) 역시 박막 트랜지스터 등의 삼단자 소자로서, 제어 단자는 게이트선(GL)과 연결되어 있고, 입력 단자는 제2 액정 축전기(Clcb)와 연결되어 있으며, 출력 단자는 분압 기준 전압선(RL)에 연결되어 있다.
게이트선(GL)에 게이트 온 신호가 인가되면, 이에 연결된 제1 스위칭 소자(Qa), 제2 스위칭 소자(Qb), 그리고 제3 스위칭 소자(Qc)가 턴 온된다. 이에 따라 데이터선(DL)에 인가된 데이터 전압은 턴 온된 제1 스위칭 소자(Qa) 및 제2 스위칭 소자(Qb)를 통하여 제1 부화소 전극(PEa) 및 제2 부화소 전극(PEb)에 인가된다. 이 때 제1 부화소 전극(PEa) 및 제2 부화소 전극(PEb)에 인가된 데이터 전압은 서로 동일하고, 제1 액정 축전기(Clca) 및 제2 액정 축전기(Clcb)는 공통 전압과 데이터 전압의 차이만큼 동일한 값으로 충전된다. 이와 동시에, 제2 액정 축전기(Clcb)에 충전된 전압은 턴 온된 제3 스위칭 소자(Qc)를 통해 분압된다. 이에 의해 제2 액정 축전기(Clcb)에 충전된 전압 값은 공통 전압과 분압 기준 전압의 차이에 의해 낮아지게 된다. 즉, 제1 액정 축전기(Clca)에 충전된 전압은 제2 액정 축전기(Clcb)에 충전된 전압보다 더 높게 된다.
이처럼, 제1 액정 축전기(Clca)에 충전된 전압과 제2 액정 축전기(Clcb)에 충전된 전압은 서로 달라지게 된다. 제1 액정 축전기(Clca)의 전압과 제2 액정 축전기(Clcb)의 전압이 서로 다르므로 제1 부화소와 제2 부화소에서 액정 분자들이 기울어진 각도가 다르게 되고 이에 따라 두 부화소의 휘도가 달라진다. 따라서 제1 액정 축전기(Clca)의 전압과 제2 액정 축전기(Clcb)의 전압을 적절하게 조절하면 측면에서 바라보는 영상이 정면에서 바라보는 영상에 최대한 가깝게 되도록 할 수 있으며 이렇게 함으로써 측면 시인성을 향상할 수 있다.
도시한 실시예에서는 제1 액정 축전기(Clca)에 충전된 전압과 제2 액정 축전기(Clcb)에 충전된 전압을 다르게 하기 위하여, 제2 액정 축전기(Clcb)와 분압 기준 전압선(RL)에 연결된 제3 스위칭 소자(Qc)를 포함하였지만, 본 발명의 다른 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 경우, 제2 액정 축전기(Clcb)를 감압(step-down) 축전기에 연결할 수도 있다.
구체적으로, 감압 게이트선에 연결된 제1 단자, 제2 액정 축전기(Clcb)에 연결된 제2 단자, 그리고 감압 축전기에 연결된 제3 단자를 포함하는 제3 스위칭 소자를 포함하여, 제2 액정 축전기(Clcb)에 충전된 전하량의 일부를 감압 축전기에 충전되도록 하여, 제1 액정 축전기(Clca)와 제2 액정 축전기(Clcb) 사이의 충전 전압을 다르게 설정할 수도 있다. 또한, 본 발명의 다른 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 경우, 제1 액정 축전기(Clca)와 제2 액정 축전기(Clcb)가 각기 서로 다른 데이터선에 연결되어, 서로 다른 데이터 전압을 인가받도록 함으로써, 제1 액정 축전기(Clca)와 제2 액정 축전기(Clcb) 사이의 충전 전압을 다르게 설정할 수도 있다. 이외에, 다른 여러 가지 방법에 의하여, 제1 액정 축전기(Clca)와 제2 액정 축전기(Clcb) 사이의 충전 전압을 다르게 설정할 수도 있다.
그러면, 도 3 내지 도 5를 참고하여, 도 2에 도시한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구조에 대하여 간단히 설명한다. 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 한 화소의 예에 대한 배치도이고, 도 4는 도 3의 액정 표시 장치를 IV-IV선을 따라 잘라 도시한 단면도이다. 도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 화소 전극의 기본 영역을 도시한 평면도이다.
먼저, 도 3 및 도 4를 참고하면, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치는 서로 마주하는 하부 표시판(100)과 상부 표시판(200), 이들 두 표시판(100, 200) 사이에 들어 있는 액정층(3) 및 표시판(100, 200) 바깥 면에 부착되어 있는 한 쌍의 편광자(도시하지 않음)를 포함한다.
먼저 하부 표시판(100)에 대하여 설명한다.
투명한 유리 또는 플라스틱 등으로 만들어진 절연 기판(110) 위에 게이트선(121)과 분압 기준 전압선(131)을 포함하는 게이트 도전체가 형성되어 있다.
게이트선(121)은 제1 게이트 전극(124a), 제2 게이트 전극(124b), 제3 게이트 전극(124c) 및 다른 층 또는 외부 구동 회로와의 접속을 위한 넓은 끝 부분(도시하지 않음)을 포함한다.
분압 기준 전압선(131)은 제1 유지 전극(135, 136), 그리고 기준 전극(137)을 포함한다. 분압 기준 전압선(131)에 연결되어 있지는 않으나, 제2 부화소 전극(191b)과 중첩하는 제2 유지 전극(138, 139)이 위치되어 있다.
게이트선(121) 및 분압 기준 전압선(131) 위에는 게이트 절연막(140)이 형성되어 있다.
게이트 절연막(140) 위에는 제1 반도체(154a), 제2 반도체(154b) 및 제3 반도체(154c)가 형성되어 있다.
반도체(154a, 154b, 154c) 위에는 복수의 저항성 접촉 부재(163a, 165a, 163b, 165b, 163c, 165c)가 형성되어 있다.
저항성 접촉 부재(163a, 165a, 163b, 165b, 163c, 165c) 및 게이트 절연막(140) 위에는 제1 소스 전극(173a) 및 제2 소스 전극(173b)를 포함하는 복수의 데이터선(171), 제1 드레인 전극(175a), 제2 드레인 전극(175b), 제3 소스 전극(173c) 및 제3 드레인 전극(175c)을 포함하는 데이터 도전체가 형성되어 있다.
데이터 도전체 및 그 아래에 위치되어 있는 반도체 및 저항성 접촉 부재는 하나의 마스크를 이용하여 동시에 형성될 수 있다.
데이터선(171)은 다른 층 또는 외부 구동 회로와의 접속을 위한 넓은 끝 부분(도시하지 않음)을 포함한다.
제1 게이트 전극(124a), 제1 소스 전극(173a) 및 제1 드레인 전극(175a)은 제1 섬형 반도체(154a)와 함께 하나의 제1 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)(Qa)를 이루며, 박막 트랜지스터의 채널(channel)은 제1 소스 전극(173a)과 제1 드레인 전극(175a) 사이의 반도체(154a)에 형성된다. 유사하게, 제2 게이트 전극(124b), 제2 소스 전극(173b) 및 제2 드레인 전극(175b)는 제2 섬형 반도체(154b)와 함께 하나의 제2 박막 트랜지스터(Qb)를 이루며, 채널은 제2 소스 전극(173b)과 제2 드레인 전극(175b) 사이의 반도체(154b)에 형성되고, 제3 게이트 전극(124c), 제3 소스 전극(173c) 및 제3 드레인 전극(175c)는 제3 섬형 반도체(154c)와 함께 하나의 제3 박막 트랜지스터(Qc)를 이루며, 채널은 제3 소스 전극(173c)과 제3 드레인 전극(175c) 사이의 반도체(154c)에 형성된다.
제2 드레인 전극(175b)은 제3 소스 전극(173c)과 연결되어 있으며, 넓게 확장된 확장부(177)를 포함한다.
데이터 도전체(171, 173c, 175a, 175b, 175c) 및 노출된 반도체(154a, 154b, 154c) 부분 위에는 제1 보호막(180p)이 형성되어 있다. 제1 보호막(180p)은 질화규소 또는 산화규소 등의 무기 절연막을 포함할 수 있다. 제1 보호막(180p)은 색필터(230)의 안료가 노출된 반도체(154a, 154b, 154c) 부분으로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
제1 보호막(180p) 위에는 색필터(230)가 형성되어 있다. 색필터(230)는 서로 인접한 두 개의 데이터선을 따라 세로 방향으로 뻗어 있다. 제1 보호막(180p), 색필터(230)의 가장자리, 그리고 데이터선(171) 위에는 제1 차광 부재(220)가 위치되어 있다.
제1 차광 부재(220)는 데이터선(171)을 따라 뻗어 있으며, 인접한 두 개의 색필터(230) 사이에 위치된다. 제1 차광 부재(220)의 폭은 데이터선(171)의 폭보다 넓을 수 있다. 이처럼, 제1 차광 부재(220)의 폭을 데이터선(171)의 폭보다 넓게 형성함으로써, 외부에서 입사된 빛이, 금속인 데이터선(171) 표면에서 반사되는 것을 제1 차광 부재(220)가 방지할 수 있다. 따라서, 데이터선(171) 표면에서 반사된 빛이 액정층(3)을 통과한 빛과 간섭됨으로써, 액정 표시 장치의 콘트라스트비가 저하되는 것을 방지할 수 있다.
색필터(230) 및 제1 차광 부재(220) 위에는 제2 보호막(180q)이 형성되어 있다.
제2 보호막(180q)은 질화규소 또는 산화규소 등의 무기 절연막을 포함할 수 있다. 제2 보호막(180q)은 색필터(230)가 들뜨는 것을 방지하고 색필터(230)로부터 유입되는 용제(solvent)와 같은 유기물에 의한 액정층(3)의 오염을 억제하여 화면 구동 시 초래할 수 있는 잔상과 같은 불량을 방지한다.
제1 보호막(180p) 및 제2 보호막(180q)에는 제1 드레인 전극(175a) 및 제2 드레인 전극(175b)을 드러내는 제1 접촉 구멍(contact hole)(185a) 및 제2 접촉 구멍(185b)이 형성되어 있다.
제1 보호막(180p) 및 제2 보호막(180q), 그리고 게이트 절연막(140)에는 기준 전극(137)의 일부와 제3 드레인 전극(175c)의 일부를 드러내는 제3 접촉 구멍(185c)이 형성되어 있고, 제3 접촉 구멍(185c)은 연결 부재(195)가 덮고 있다. 연결 부재(195)는 제3 접촉 구멍(185c)을 통해 드러나 있는 기준 전극(137)과 제3 드레인 전극(175c)을 전기적으로 연결한다.
제2 보호막(180q) 위에는 복수의 화소 전극(pixel electrode)(191)이 형성되어 있다. 각 화소 전극(191)은 게이트선(121)을 사이에 두고 서로 분리되어, 게이트선(121)을 중심으로 열 방향으로 이웃하는 제1 부화소 전극(191a)과 제2 부화소 전극(191b)을 포함한다. 화소 전극(191)은 ITO 및 IZO 등의 투명 물질로 이루어 질 수 있다. 화소 전극(191)은 ITO 또는 IZO 등의 투명한 도전 물질이나 알루미늄, 은, 크롬 또는 그 합금 등의 반사성 금속으로 만들어질 수도 있다.
제1 부화소 전극(191a)과 제2 부화소 전극(191b)은 각각 도 5에 도시한 기본 전극(191) 또는 그 변형을 하나 이상 포함하고 있다.
제1 부화소 전극(191a) 및 제2 부화소 전극(191b)은 제1 접촉 구멍(185a) 및 제2 접촉 구멍(185b)을 통하여 각각 제1 드레인 전극(175a) 및 제2 드레인 전극(175b)과 물리적, 전기적으로 연결되어 있으며, 제1 드레인 전극(175a) 및 제2 드레인 전극(175b)으로부터 데이터 전압을 인가 받는다. 이 때, 제2 드레인 전극(175b)에 인가된 데이터 전압 중 일부는 제3 소스 전극(173c)을 통해 분압되어, 제1 부화소 전극(191a)에 인가되는 전압의 크기는 제2 부화소 전극(191b)에 인가되는 전압의 크기보다 크게 된다.
데이터 전압이 인가된 제1 부화소 전극(191a) 및 제2 부화소 전극(191b)은 상부 표시판(200)의 공통 전극(270)과 함께 전기장을 생성함으로써 두 전극(191, 270) 사이의 액정층(3)의 액정 분자의 방향을 결정한다. 이와 같이 결정된 액정 분자의 방향에 따라 액정층(3)을 통과하는 빛의 휘도가 달라진다.
화소 전극(191) 위에는 제2 차광 부재(330)가 위치되어 있다. 제2 차광 부재(330)는 제1 트랜지스터(Qa), 제2 트랜지스터(Qb) 및 제3 트랜지스터(Qc), 그리고 제1 내지 제3 접촉 구멍(185a, 185b, 185c)이 위치하는 영역을 모두 덮도록 형성되어 있으며, 게이트선(121)과 같은 방향으로 뻗어, 데이터선(171)의 일부와 중첩하도록 위치된다. 제2 차광 부재(330)는 하나의 화소 영역의 양 옆에 위치하는 두 개의 데이터선(171)과 적어도 일부 중첩하도록 위치하여, 데이터선(171)과 게이트선(121) 근처에서 발생할 수 있는 빛샘을 방지하고, 제1 트랜지스터(Qa), 제2 트랜지스터(Qb), 그리고 제3 트랜지스터(Qc)가 위치하는 영역에서의 빛샘을 방지할 수 있다.
제2 차광 부재(330)가 형성되기 전까지, 제1 트랜지스터(Qa), 제2 트랜지스터(Qb) 및 제3 트랜지스터(Qc), 그리고 제1 내지 제3 접촉 구멍(185a, 185b, 185c)가 위치하는 영역 내에는 제1 보호막(180p), 색필터(230), 그리고 제2 보호막(180q)이 위치하여, 제1 트랜지스터(Qa), 제2 트랜지스터(Qb) 및 제3 트랜지스터(Qc), 그리고 제1 내지 제3 접촉 구멍(185a, 185b, 185c)의 위치를 쉽게 구분할 수 있다.
제2 차광 부재(330) 위에는 제1 배향막(11)이 위치한다. 제1 배향막(11)은 수직 배향막일 수 있다.
배향막(11, 21)은 폴리 아믹산(Polyamic acid) 또는 폴리 이미드(Polyimide) 등의 액정 배향막으로써 일반적으로 사용되는 물질들 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있다. 배향막(11, 21)은 UV 조사에 의해 형성된 반응성 메소겐(Reactive Mesogen)을 포함할 수 있다.
이제 상부 표시판(200)에 대하여 설명한다.
절연 기판(210) 위에 공통 전극(270)이 형성되어 있다. 공통 전극(270) 위에는 제2 배향막(21)이 형성되어 있다. 제2 배향막(21)은 수직 배향막일 수 있으며, 전술한 제1 배향막(11)과 동일한 재질일 수 있다.
액정층(3)은 음의 유전율 이방성을 가지며, 앞서 설명한 제1 화합물 내지 제10 화합물을 포함할 수 있다. 특히 제9 화합물 및 제10 화합물은 UV 조사 공정을 통해 배향막(11, 21) 위에 형성될 수 있으며, 일부는 액정층(3) 내에 잔류할 수 있다. 특히 제10 화합물이 액정층(3) 내에 잔류할 수 있다.
액정층(3)의 액정 분자는 전기장이 없는 상태에서 그 장축이 두 표시판(100, 200)의 표면에 대하여 수직을 이루도록 배향되어 있다.
그러면, 도 5를 참고하여, 기본 전극(191)에 대하여 설명한다.
도 5에 도시한 바와 같이, 기본 전극(191)의 전체적인 모양은 사각형이며 가로 줄기부(193) 및 이와 직교하는 세로 줄기부(192)로 이루어진 십자형 줄기부를 포함한다. 또한 기본 전극(191)은 가로 줄기부(193)와 세로 줄기부(192)에 의해 제1 부영역(Da), 제2 부영역(Db), 제3 부영역(Dc), 그리고 제4 부영역(Dd)으로 나뉘어지며 각 부영역(Da-Dd)은 복수의 제1 미세 가지부(194a), 복수의 제2 미세 가지부(194b), 복수의 제3 미세 가지부(194c), 그리고 복수의 제4 미세 가지부(194d)를 포함한다.
제1 미세 가지부(194a)는 가로 줄기부(193) 또는 세로 줄기부(192)에서부터 왼쪽 위 방향으로 비스듬하게 뻗어 있으며, 제2 미세 가지부(194b)는 가로 줄기부(193) 또는 세로 줄기부(192)에서부터 오른쪽 위 방향으로 비스듬하게 뻗어 있다. 또한 제3 미세 가지부(194c)는 가로 줄기부(193) 또는 세로 줄기부(192)에서부터 왼쪽 아래 방향으로 뻗어 있으며, 제4 미세 가지부(194d)는 가로 줄기부(193) 또는 세로 줄기부(192)에서부터 오른쪽 아래 방향으로 비스듬하게 뻗어 있다.
제1 내지 제4 미세 가지부(194a, 194b, 194c, 194d)는 게이트선(121a, 121b) 또는 가로 줄기부(193)와 대략 45도 또는 135도의 각을 이룬다. 또한 이웃하는 두 부영역(Da, Db, Dc, Dd)의 미세 가지부(194a, 194b, 194c, 194d)는 서로 직교할 수 있다.
미세 가지부(194a, 194b, 194c, 194d)의 폭은 2.5㎛ 내지 5.0㎛일 수 있고, 한 부영역(Da, Db, Dc, Dd) 내에서 이웃하는 미세 가지부(194a, 194b, 194c, 194d) 사이의 간격은 2.5㎛ 내지 5.0㎛일 수 있다.
본 발명의 다른 한 실시예에 따르면, 미세 가지부(194a, 194b, 194c, 194d)의 폭은 가로 줄기부(193) 또는 세로 줄기부(192)에 가까울수록 넓어질 수 있으며, 하나의 미세 가지부(194a, 194b, 194c, 194d)에서 폭이 가장 넓은 부분과 가장 좁은 부분의 차이는 0.2㎛ 내지 1.5㎛일 수 있다.
제1 부화소 전극(191a) 및 제2 부화소 전극(191b)은 제1 접촉 구멍(185a) 및 제2 접촉 구멍(185b)을 통하여 각기 제1 드레인 전극(175a) 또는 제2 드레인 전극(175b)과 연결되어 있으며 제1 드레인 전극(175a) 및 제2 드레인 전극(175b)으로부터 데이터 전압을 인가 받는다. 이 때, 제1 내지 제4 미세 가지부(194a, 194b, 194c, 194d)의 변은 전기장을 왜곡하여 액정 분자(31)들의 경사 방향을 결정하는 수평 성분을 만들어낸다. 전기장의 수평 성분은 제1 내지 제4 미세 가지부(194a, 194b, 194c, 194d)의 변에 거의 수평하다. 따라서 도 1에 도시한 바와 같이 액정 분자(31)들은 미세 가지부(194a, 194b, 194c, 194d)의 길이 방향에 평행한 방향으로 기울어진다. 한 화소 전극(191)은 미세 가지부(194a, 194b, 194c, 194d)의 길이 방향이 서로 다른 네 개의 부영역(Da-Dd)을 포함하므로 액정 분자(31)가 기울어지는 방향은 대략 네 방향이 되며 액정 분자(31)의 배향 방향이 다른 네 개의 도메인이 액정층(3)에 형성된다. 이와 같이 액정 분자가 기울어지는 방향을 다양하게 하면 액정 표시 장치의 기준 시야각이 커진다.
이상에서 설명한 액정 조성물은 고속 응답이 필요한 입체 영상 표시 장치에서 사용될 수 있으며, 도 6을 참고로 하여 상세하게 설명한다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치의 블록도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치는 도 6에 도시된 바와 같이 사용자가 착용하여 입체 영상을 시인하도록 하는 안경(100), 화상을 표시하는 액정 표시 패널(300), 액정 표시 패널(300)을 구동하는 데이터 구동부(500) 및 게이트 구동부(400) 그리고 데이터 구동부(500) 및 게이트 구동부(400)를 제어하는 신호 제어부(600)를 포함한다.
이하에서는 각 부분에 대하여 상세하게 살펴보며, 먼저 액정 표시 패널(300)을 살펴본다.
액정 표시 패널(300)은 복수의 게이트선(G1-Gn)과 복수의 데이터선(D1-Dm)을 포함하고, 복수의 게이트선(G1-Gn)은 가로 방향으로 연장되어 있으며, 복수의 데이터선(D1-Dm)은 복수의 게이트선(G1-Gn)과 교차하면서 세로 방향으로 연장되어 있다.
하나의 게이트선(G1-Gn) 및 하나의 데이터선(D1-Dm)은 하나의 화소와 연결되어 있으며, 하나의 화소에는 게이트선(G1-Gn) 및 데이터선(D1-Dm)과 연결되어 있는 스위칭 소자(Q)를 포함한다. 스위칭 소자(Q)의 제어 단자는 게이트선(G1-Gn)과 연결되어 있으며, 입력 단자는 데이터선(D1-Dm)과 연결되어 있으며, 출력 단자는 화소 전극과 연결되어 있다. 화소 전극은 액정 커패시터의 일단을 구성한다. 실시예에 따라서는 하나의 화소는 2 이상의 부화소를 포함할 수 있으며, 이 때, 각 부화소 별로 별개의 화소 전극을 가진다. 또한 각 부화소는 서로 별개의 스위칭 소자(Q)를 가지거나 공통의 스위칭 소자(Q)를 가질 수도 있다.
액정 표시 패널(300)은 입체 영상과 2차원 영상을 표시할 수 있다. 입체 영상은 좌안용 영상과 우안용 영상을 프레임 별로 구분하여 각각 표시한다. 그 결과 입체 영상은 2차원 영상에 비하여 고주파수로 구동된다. 본 실시예에서는 2차원 영상은 60Hz로 표시되며, 입체 영상은 120Hz 또는 240Hz로 표시된다. 하지만, 표시 주파수는 실시예에 따라서 변동될 수 있다. 여기서 입체 영상을 표시하기 위한 입체 영상 주파수와 2차원 영상을 표시하기 위한 2차원 영상 주파수는 신호 제어부(600)에서 기 설정된 주파수로 동작하도록 제어할 수 있다.
기존의 액정 조성물은 보통 60Hz로 구동되는 표시 장치에 사용되며 입체 영상을 구동하기 위해 사용되는 120hz 또는 240Hz에서는 성능이 좋지 않은 문제가 있다.
신호 제어부(600)는 외부로부터 입력되는 영상 데이터(R, G, B) 및 이의 제어 신호, 예를 들어 수직 동기 신호(Vsync), 수평 동기 신호(Hsync), 메인 클럭 신호(MCLK), 및 데이터 인에이블 신호(DE) 등에 응답하여 액정 표시 패널(300)의 동작 조건에 적합하게 처리한 후, 영상 데이터(R', G', B'), 게이트 제어 신호(CONT1), 데이터 제어 신호(CONT2) 및 클록(clock) 신호를 생성 및 출력한다.
게이트 제어 신호(CONT1)는 게이트 온 펄스(게이트 신호(GS)의 하이 구간)의 출력 시작을 지시하는 수직 동기 시작 신호(STV; 이하 'STV 신호') 및 게이트 온 펄스의 출력 시기를 제어하는 게이트 클록 신호(CPV; 이하 'CPV 신호') 등을 포함한다.
데이터 제어 신호(CONT2)는 영상 데이터(R', G', B')의 입력 시작을 지시하는 수평 동기 시작 신호(STH)와 데이터선(D1-Dm)에 해당 데이터 전압을 인가하라는 로드 신호(TP) 등을 포함한다.
한편, 신호 제어부(600)는 액정 표시 패널(300)의 표시 화상에 맞추어 안경(100)의 왼쪽 렌즈와 오른쪽 렌즈를 각각 온/오프시키기 위한 안경 동기 신호(3D_sync)를 출력하여 안경(100)을 동기화시킨다.
액정 표시 패널(300)의 복수의 게이트선(G1-Gn)은 게이트 구동부(400)와 연결되어 있으며, 게이트 구동부(400)는 신호 제어부(600)로부터 인가된 게이트 제어 신호(CONT1)에 따라서 게이트 온 전압(Von)과 게이트 오프 전압(Voff)을 교대로 게이트선(G1-Gn)에 인가한다.
액정 표시 패널(300)의 복수의 데이터선(D1-Dm)은 데이터 구동부(500)와 연결되어 있으며, 데이터 구동부(500)는 신호 제어부(600)로부터 데이터 제어 신호(CONT2) 및 영상 데이터(R', G', B')를 전달받는다. 데이터 구동부(500)는 계조 전압 생성부(550)에서 생성된 아날로그의 계조 전압을 이용하여 영상 데이터(R', G', B')를 데이터 전압으로 변환하고 이를 데이터선(D1-Dm)으로 전달한다.
본 발명의 실시예에서는 계조 전압 생성부(650)가 집적 회로 또는 칩의 형태로 표시 패널(300)의 외측에 부착되는 데이터 구동부(500)의 내에 일부 회로로 형성되어 있을 수 있다. 그 결과 데이터 구동부(500)가 외부로부터 아날로그 전압을 인가받지 않고 디지털 신호만을 인가받아 아날로그 전압인 데이터 전압을 생성할 수 있다.
액정 표시 패널(300)의 각 화소(PX)는 스위칭 소자(Q)가 턴 온 되었을 때 액정 커패시터에 데이터 전압이 충전된다. 데이터 전압은 반전 구동으로 인하여 양의 데이터 전압과 음의 데이터 전압이 다양한 방식에 따라서 교대로 인가된다. 이 때, 입체 영상의 경우에는 좌안용 영상과 우안용 영상도 교대로 표시되므로 좌안용 영상과 우안용 영상간에 충전율의 차이가 발생하여 표시하는 휘도 차이가 발생하고, 사용자가 이를 플리커로 시인할 수도 있다. 즉, 마이너스 극성에서 플러스 극성으로 극성이 반전되면서 인가되는 좌안용 영상 또는 우안용 영상은 충전 시간이 충분하지 않아 충전율이 떨어진다. 그러므로 이와 같이 반전 신호와 함께 인가되는 좌안용 영상 또는 우안용 영상은 충전율이 떨어지는 만큼 보상이 필요하여 보상용 영상이라고도 한다. 한편, 보상용 영상이 아닌 좌안용 영상 또는 우안용 영상은 비보상용 영상이라고 한다. 보상용 영상과 비보상용 영상은 좌안용 영상과 우안용 영상의 구분과 일대일로 대응할 수 있다. 즉, 보상용 영상이 좌안용 영상인 경우에는 비보상용 영상이 우안용 영상이고, 비보상용 영상이 좌안용 영상인 경우에는 보상용 영상이 우안용 영상일 수 있다.
정리하면, 본 발명의 실시예에 따른 액정 조성물은 전술한 바와 같이 우안용 영상 및 좌안용 영상을 제공하는 표시 장치에 사용될 수 있으며, 일례로써 도 6에 도시된 바와 같이 안경형 입체 표시 장치에도 사용될 수 있다.
이하에서는 도 7 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 효과에 대해 살펴본다. 도 7은 본 발명의 일 실시예와 비교예에 대한 전압 보전율 비교 그래프이고, 도 8은 비교예에 대한 선잔상 발현 이미지이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예와 비교예에 대한 선경사 변화 그래프이다.
우선, 도 7을 살펴보면, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 조성물을 포함하는 액정 표시 장치와 비교예에 따른 액정 표시 장치에 대해 전압 보전율(voltage holding ratio, VHR)의 변화 정도를 실험하였다.
우선, 실험 초기의 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치와 비교예에 대한 액정 표시 장치를 살펴본 결과, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치가 보다 높은 전압 보전율을 나타냄을 알 수 있었다.
다음, 336시간이 경과한 후에 전압 보전율을 살펴보았다. 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 99.6 정도를 나타냈으며 100분이 경과한 뒤 약 99.26을 나타냈다. 이에 반해 비교예는 초기에 99.43 정도를 나타냈으며 100분이 경과한 뒤 99.12를 나타냈다.
즉, 전압 보전율은 백라이트 부재에 의한 출력 시간에 관계없이 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치가 좀더 우수한 성능을 나타냄을 확인하였다.
다음, 도 8은 비교예에 대한 선잔상의 발현 이미지이다.
비교예에 대해 선잔상을 실험한 결과, 약 504시간 후에 도 7에 나타난 바와 같이 선잔상이 발생함을 확인하였다. 이에 반해 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는 약 1000시간이 지난 후에도 선잔상이 발생하지 않음을 확인하였다.
따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 액정층의 신뢰성뿐만 아니라 선잔상의 발현 또한 개선되었음을 확인하였다.
다음, 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 얼룩 개선 정도를 살펴보았다. 도 9의 그래프는 전계 에너지에 따른 투과율을 나타낸 것으로서, 투과율의 변화 정도가 급격할수록 얼룩 용이하게 발생함을 의미한다. 즉, 기울기가 클수록 얼룩 발생이 증가한다.
소정의 투과율을 나타내는 본 발명의 일 실시예와 비교예를 살펴보면 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 비교예에 따른 액정 표시 장치에 비해 완만한 기울기를 나타낸다. 즉, 비교예에 비해 저계조에서 발생하는 얼룩이 적음을 나타낸다.
또한, 액정 표시 장치에 대한 테두리 얼룩을 목시 검사로 살펴본 결과, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는 약 0.5 수준의 테두리 얼룩을 나타냈으며, 비교예는 약 2.1 수준의 테두리 얼룩을 나타냈다. 즉, 상당한 정도의 테두리 얼룩이 개선되었음을 확인할 수 있었다.
정리하면, 전술한 바와 같이 제1 화합물 내지 제10 화합물을 포함하는 액정 조성물은 소정의 물성을 가지면서 3D 특성을 나타내기 위해 요구되는 고속 응답 수준을 제공할 수 있으며, 이를 포함하는 액정층의 신뢰성을 향상시키고 잔상 및 얼룩 등의 발현을 감소시킬 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 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.
3 : 액정층 31 : 액정 분자
100 : 하부 표시판 200 : 상부 표시판
121 : 게이트선 140 : 게이트 절연막
230 : 색필터 270 : 공통 전극
310 : 액정 분자

Claims (20)

  1. 중성 액정 화합물을 포함하는 제1 부류, 및
    극성 액정 화합물을 포함하는 제2 부류를 포함하는 액정 조성물에서,
    상기 제1 부류는,
    하기 화학식 (1)로 표현되는 제1 화합물, 및
    하기 화학식 (2)로 표현되는 제2 화합물을 포함하는 액정 조성물:
    Figure pat00039
    화학식 (1)
    Figure pat00040
    화학식 (2)
    (상기 화학식 (1) 및 상기 화학식 (2)에서 R은 독립적으로 탄소수가 1 내지 7인 알킬기(alkyl group)이며, 서로 같거나 다를 수 있다).
  2. 제1항에서,
    상기 제2 부류는,
    하기 화학식 (3)으로 표현되는 제3 화합물, 및
    하기 화학식 (4)로 표현되는 제4 화합물을 포함하는 액정 조성물:
    Figure pat00041
    화학식 (3)
    Figure pat00042
    화학식 (4)
    (상기 화학식 (3) 및 상기 화학식 (4)에서 R 및 R'은 독립적으로 탄소수가 1 내지 7인 알킬기(alkyl group)이며, 서로 같거나 다를 수 있다).
  3. 제2항에서,
    상기 제2 부류는,
    하기 화학식 (5)로 표현되는 제5 화합물,
    하기 화학식 (6)으로 표현되는 제6 화합물,
    하기 화학식 (7)로 표현되는 제7 화합물, 및
    하기 화학식 (8)로 표현되는 제8 화합물 중 적어도 하나를 더 포함하는 액정 조성물:
    Figure pat00043
    화학식 (5)
    Figure pat00044
    화학식 (6)
    Figure pat00045
    화학식 (7)
    Figure pat00046
    화학식 (8)
    (상기 화학식 (5) 내지 상기 화학식 (8)에서 R 및 R'은 독립적으로 탄소수가 1 내지 7인 알킬기(alkyl group)이며, 서로 같거나 다를 수 있다).
  4. 제3항에서,
    상기 제1 화합물 내지 상기 제8 화합물을 포함하는 액정 조성물.
  5. 제1항에서,
    상기 제1 부류는,
    상기 알킬기(R)의 탄소수가 상이한 2종 이상의 상기 제1 화합물 및 상기 제2 화합물을 포함하는 액정 조성물.
  6. 제4항에서,
    하기 화학식 (9)로 표현되는 제9 화합물을 더 포함하는 액정 조성물:
    Figure pat00047
    화학식 (9).
  7. 제6항에서,
    하기 화학식 (10)으로 표현되는 제10 화합물을 더 포함하는 액정 조성물:
    Figure pat00048
    화학식 (10).
  8. 제3항에서,
    상기 제3 화합물, 상기 제4 화합물, 상기 제7 화합물 및 상기 제8 화합물의 함량은 약 35 wt% 이상이고, 상기 제3 화합물 및 상기 제4 화합물의 함량의 합은 약 35 wt% 이하인 액정 조성물.
  9. 제8항에서,
    상기 제1 화합물의 함량은 약 20 내지 35 wt%이고, 상기 제2 화합물의 함량은 약 5 내지 15 wt%이고, 상기 제5 화합물의 함량은 약 10 내지 14 wt%이고, 상기 제6 화합물의 함량은 약 5 내지 9 wt%인 액정 조성물.
  10. 제9항에서,
    상기 제9 화합물 및 상기 제10 화합물의 함량의 합은 약 4000ppm 이며,
    상기 제9 화합물에 대한 상기 제10 화합물의 함량비는 약 0.1 이상인 액정 조성물.
  11. 제10항에서,
    상기 액정 조성물의 회전 점도(γ)는 약 95 내지 105 mPaS이고, 상기 액정 조성물의 탄성 계수(K33)는 약 15 내지 19 pN이고, 상기 액정 조성물의 유전율 이방성(Δε)은 약 2.8 내지 3.4인 액정 조성물.
  12. 제1 기판,
    상기 제1 기판과 마주보는 제2 기판,
    상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 중 적어도 하나 위에 형성되어 있는 전기장 생성 전극, 및
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 주입되어 있는 액정 분자를 포함하는 액정층을 포함하고,
    상기 액정 분자는,
    중성 액정 화합물을 포함하는 제1 부류, 및
    극성 액정 화합물을 포함하는 제2 부류를 포함하며,
    상기 제1 부류는,
    하기 화학식 (1)로 표현되는 제1 화합물, 및
    하기 화학식 (2)로 표현되는 제2 화합물을 포함하는 액정 표시 장치:
    Figure pat00049
    화학식 (1)
    Figure pat00050
    화학식 (2)
    (상기 화학식 (1) 및 상기 화학식 (2)에서 R은 독립적으로 탄소수가 1 내지 7인 알킬기(alkyl group)이며, 서로 같거나 다를 수 있다).
  13. 제12항에서,
    상기 제2 부류는,
    하기 화학식 (3)으로 표현되는 제3 화합물, 및
    하기 화학식 (4)로 표현되는 제4 화합물을 포함하는 액정 표시 장치:
    Figure pat00051
    화학식 (3)
    Figure pat00052
    화학식 (4)
    (상기 화학식 (3) 및 상기 화학식 (4)에서 R 및 R'은 독립적으로 탄소수가 1 내지 7인 알킬기(alkyl group)이며, 서로 같거나 다를 수 있다).
  14. 제13항에서,
    상기 제2 부류는,
    하기 화학식 (5)로 표현되는 제5 화합물,
    하기 화학식 (6)으로 표현되는 제6 화합물,
    하기 화학식 (7)로 표현되는 제7 화합물, 및
    하기 화학식 (8)로 표현되는 제8 화합물 중 적어도 하나를 더 포함하는 액정 표시 장치:
    Figure pat00053
    화학식 (5)
    Figure pat00054
    화학식 (6)
    Figure pat00055
    화학식 (7)
    Figure pat00056
    화학식 (8)
    (상기 화학식 (5) 내지 상기 화학식 (8)에서 R 및 R'은 독립적으로 탄소수가 1 내지 7인 알킬기(alkyl group)이며, 서로 같거나 다를 수 있다).
  15. 제12항에서,
    상기 제1 부류는 상기 알킬기(R)의 탄소수가 상이한 2종 이상의 상기 제1 화합물 및 상기 제2 화합물을 포함하는 액정 표시 장치.
  16. 제14항에서,
    상기 액정 분자는,
    하기 화학식 (9)로 표현되는 제9 화합물, 및
    하기 화학식 (10)으로 표현되는 제10 화합물을 더 포함하는 액정 표시 장치:
    Figure pat00057
    화학식 (9)
    Figure pat00058
    화학식 (10).
  17. 제16항에서,
    상기 액정 분자는 상기 제1 화합물 내지 상기 제10 화합물을 포함하며,
    상기 제3 화합물, 상기 제4 화합물, 상기 제7 화합물 및 상기 제8 화합물의 함량은 약 35 wt% 이상이고, 상기 제3 화합물 및 상기 제4 화합물의 함량의 합은 약 35 wt% 이하인 액정 표시 장치.
  18. 제17항에서,
    상기 제1 화합물의 함량은 약 20 내지 35 wt%이고, 상기 제2 화합물의 함량은 약 5 내지 15 wt%이고, 상기 제5 화합물의 함량은 약 10 내지 14 wt%이고, 상기 제6 화합물의 함량은 약 5 내지 9 wt%인 액정 표시 장치.
  19. 제17항에서,
    상기 제9 화합물 및 상기 제10 화합물의 함량의 합은 약 4000ppm 이며, 상기 제9 화합물에 대한 상기 제10 화합물의 함량비는 약 0.1 이상인 액정 표시 장치.
  20. 제19항에서,
    상기 액정층의 회전 점도(γ)는 약 95 내지 105 mPaS이고, 상기 액정층의 탄성 계수(K33)는 약 15 내지 19 pN이고, 상기 액정층의 유전율 이방성(Δε)은 약 2.8 내지 3.4인 액정 표시 장치.
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