CN106908981A - 纳米胶囊液晶层和包括纳米胶囊液晶层的液晶显示装置 - Google Patents

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Abstract

纳米胶囊液晶层和包括纳米胶囊液晶层的液晶显示装置。一种纳米胶囊液晶层，所述纳米胶囊液晶层包括：缓冲层；以及多个纳米胶囊，所述多个纳米胶囊设置在所述缓冲层中，所述纳米胶囊中的每一个的内部包括：液晶分子；以及添加剂，每个添加剂具有中心分子和连接到所述中心分子且彼此间隔开的至少两个第一外围分子，并且所述添加剂与所述液晶分子混合，其中，所述第一外围分子具有与所述液晶分子相同的相位。

Description

纳米胶囊液晶层和包括纳米胶囊液晶层的液晶显示装置
技术领域
本发明涉及一种液晶显示装置(LCD)。具体地说，本发明涉及包括纳米胶囊液晶层的LCD。
背景技术
随着信息社会的进步，显示电子信息信号的显示领域已经迅速发展。因此，作为具有薄外形，轻重量和低功耗的优点的平板显示装置，液晶显示装置(LCD)、等离子体显示面板装置(PDP)，电致发光显示装置(ELD)，场发射显示装置(FED)等已被引进并且已迅速地替代了传统的阴极射线管(CRT)。
在平板显示装置当中，LCD在膝上型计算机、监视器、电视(TV)的领域中最广泛地使用，因为它们在显示运动图像和高对比度方面是优异的。
图1是示出根据现有技术的LCD的截面图。
参考图1，现有技术的LCD 10包括液晶面板以及背光60，该液晶面板具有彼此附接的第一基板2和第二基板4，在第一基板2与第二基板4之间具有液晶层50。
详细地，第一基板2上的薄膜晶体管Tr包括栅极12、栅绝缘层13、有源层14、欧姆接触层15a与15b以及源极16和漏极17，并且通过形成在层间绝缘膜18中的接触孔连接到像素区域P中的第一电极19。
此外，黑底32在第二基板4下，并且具有围绕像素区域P的网格形状，使得黑底32屏蔽诸如薄膜晶体管Tr的非显示元件，并且暴露第一电极19。
此外，滤色器34布置在与像素区域P对应的网格状黑底32中，并且第二电极布置为覆盖黑底32和滤色器34。
各自选择性地透射预定偏振光的偏振板20和30分别附接在第一基板2下和第二基板4上。
此外，具有在预定方向上摩擦的表面的第一取向层31a在液晶层50与第一电极19之间，并且具有在预定方向上摩擦的表面的第二取向层31b位于液晶层50和第二电极36，因此液晶分子的初始布置状态和配向方向是均匀的。
此外，为了防止液晶层50的泄漏，沿着第一基板2和第二基板4的边缘部分布置密封图案70。
由于LCD 10不是自发光的，所以作为光源的背光60布置在液晶面板下，以向液晶面板提供光。
作为用于LCD 10的液晶层，使用向列型液晶、层列型(smetic)液晶，胆甾醇型(cholesteric)液晶等，并且主要使用向列型液晶。
然而，在现有技术的LCD 10中，存在这样的缺点，即在分别制造基板2和4之后，额外需要附接两个基板2和4时的对准处理。
此外，需要压印和摩擦取向层31a和31b以对准液晶的处理，并且由于该处理，生产率降低。
此外，需要在附接基板2和4并在基板2与4之间注入液晶后保持两个基板2和4之间的间隙，并且如果两个基板之间的间隙由于外部压力或者影响改变了，则显示质量可能下降。
发明内容
因此，本发明针对一种LCD，其基本上消除了由于现有技术的限制和缺点而导致的一个或更多个问题的。
本发明的一个目的是提供一种能够降低用于驱动纳米胶囊液晶层的驱动电压的LCD。
本公开的另外的特征和优点将在下面的描述中阐述，并且部分将从描述中显而易见，或者可以通过本公开的实践而学到。本公开的优点将通过在书面描述和权利要求以及附图中具体指出的结构来实现和获得。
为了实现这些和其它优点，并且根据本发明的目的，如本文中具体实施和广泛描述的，一种纳米胶囊液晶层，所述纳米胶囊液晶层包括：缓冲层；以及多个纳米胶囊，所述多个纳米胶囊设置在所述缓冲层中，所述纳米胶囊中的每一个的内部包括：液晶分子；以及添加剂，每个添加剂具有中心分子和连接到所述中心分子且彼此间隔开的至少两个第一外围分子，并且所述添加剂与所述液晶分子混合，其中，所述第一外围分子具有与所述液晶分子相同的相位。
在另一方面，一种液晶显示装置，所述液晶显示装置包括：第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极在基板上彼此间隔开；纳米胶囊液晶层，所述纳米胶囊液晶层在所述第一电极和所述第二电极上，所述纳米胶囊液晶层具有缓冲层和设置在所述缓冲层中的多个纳米胶囊，所述纳米胶囊中的每一个的内部包括：液晶分子；以及添加剂，每个添加剂具有中心分子和连接到所述中心分子且彼此间隔开的至少两个第一外围分子，并且所述添加剂与所述液晶分子混合，具有第一偏振轴的第一偏振板，具有与所述第一偏振轴垂直的第二偏振轴的第二偏振板，所述第一偏振板在所述基板下，所述第二偏振板在所述纳米胶囊液晶层上，其中，所述第一外围分子具有与所述液晶分子相同的相位。
应当理解，前面的一般描述和下面的详细描述都是示例性和说明性的，并且旨在提供对所要求保护的本发明的进一步解释。
附图说明
附图被包括以提供对本公开的进一步理解，并且被并入并构成本说明书的一部分，附图示出了本公开的实施方式，并且与描述一起用于解释本公开的原理。在附图中：
图1是示出根据现有技术的LCD的截面图；
图2是示出根据本发明实施方式的LCD的截面图；
图3是示出根据本发明实施方式的纳米胶囊的视图；
图4是示出图3的纳米胶囊中的添加剂的视图；
图5是示出图3的纳米胶囊中的一部分的视图；
图6是示出具有树形分子(dendrimer)结构的分子的示例的视图；
图7是示出添加剂的中心分子的示例的视图；和
图8是示出根据本发明的实施方式的效果的曲线图。
具体实施方式
现在将详细参考实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出。在整个附图中可以使用相同或相似的附图标记来指代相同或相似的部件。
图2是示出根据本发明的实施方式的LCD的截面图。
参考图2，本实施方式的液晶显示器100包括基板101、基板101上的第一电极120和第二电极130、第一电极120和第二电极130上的纳米胶囊液晶层140以及第一偏振板159和第二偏振板160，第一偏振板159位于基板101下，第二偏振板160位于纳米胶囊液晶层140上。
纳米胶囊液晶层140由分散在缓冲层143中的纳米胶囊142形成，并且纳米胶囊142具有小于可见光波长的尺寸并且填充有随机排列的液晶分子141。
纳米胶囊液晶层140可以在第一电极120和第二电极130上以膜型形成。
因此，与使用两个基板的现有技术LCD不同，本实施方式的LCD 100可以用一个基板101制造，因此可以实现重量轻和外形薄的LCD，并且可以降低生产成本。
此外，纳米胶囊液晶层140不具有现有技术的问题，即现有技术的两个基板之间的间隙因外部压力或冲影响而扭曲或改变。因此，当使用诸如塑料的柔性材料形成基板101时，纳米胶囊液晶层140可以有效地应用于柔性LCD。
此外，纳米胶囊液晶层140在不施加电场时具有光学各向同性。然而，纳米胶囊液晶层140具有以下光学特性：在施加电场时，纳米胶囊142中的液晶分子141在电场的方向上对准，并且产生入射到纳米胶囊上的光的双折射。
因此，纳米胶囊液晶层140可以根据施加的电场形成光轴，并且通过使用该纳米胶囊液晶层140控制光学特性，可以透射光。
此外，第一偏振板159产生要从背光170入射到纳米胶囊液晶层140上的光的偏振。第二偏振板160阻挡入射到纳米胶囊液晶层上然后由于纳米胶囊液晶层140的双折射效应穿过纳米胶囊液晶层140而没有偏振的光。
第一偏振板159的偏振轴和第二偏振板160的偏振轴彼此垂直。例如，如果第一偏振板159的偏振轴具有0度角或90度角，则第二偏振板160的偏振轴具有90度角或0度角。
下面解释操作包括纳米胶囊液晶层140的LCD 100的原理。
首先，当在第一电极120与第二电极130之间没有感应出电场时，纳米胶囊液晶层140穿过经由第一偏振板159进入其中的光，因此LCD 100显示黑色状态。
换句话说，在没有施加电场的关闭状态下，从背光170进入第一偏振板159的光在穿过第一偏振板159的同时以特定角度选择性地透射，然后光进入纳米胶囊液晶层140在几乎不发生的散射现象的情况下通过纳米胶囊液晶层140透射，然后到达第二偏振板160。
最后，穿过具有例如0度的偏振轴的第一偏振板159的光进入具有例如90度的偏振轴的第二偏振板160，因此该光被偏振轴与第一偏振板159垂直的第二偏振板160阻挡，从而LCD 100显示黑色状态。
如上所述，与需要在彼此相对的一对基板上分别布置一对取向层并且液晶注入在基板之间且对准以具有预定间距和方向的现有技术的LCD不同，本实施方式的液晶显示器100可以使用纳米胶囊液晶层140的光学特性显示黑色状态，因此不需要额外地对准液晶。
因此，本实施方式的LCD 100可以消除现有技术LCD必须需要的对取向层的进行压印和摩擦的处理。
当在第一电极120和第二电极130之间感应出电场时，纳米胶囊液晶层140将通过第一偏振板159使进入纳米胶囊液晶层140的光的偏振轴旋转90度角，因此LCD100显示白色状态。
详细地，在感应出电场的开启状态下，由于纳米胶囊142中的液晶分子141与电场的方向平行地布置，所以产生了由于液晶分子141的对准导致的双折射效应。
在这种情况下，通过第一偏振板159进入纳米胶囊液晶层140的光由于纳米胶囊液晶层140的双折射效应而改变偏振。当纳米胶囊液晶层140的延迟Δn*d满足入射到其上的光的λ/2条件时，入射光的偏振轴旋转90度角，因此该光不被偏振轴与第一偏振板159垂直的第二偏振板160吸收并且穿过第二偏振板160，因此LCD 100显示白色状态。
随着纳米胶囊142的尺寸增加，在纳米胶囊142或液晶分子141之间可能发生光散射，因此在没有施加电场的关闭状态下不显示全黑状态。因此，纳米胶囊142优选地具有小于可见光波长的尺寸。
此外，由于液晶分子141位于纳米胶囊142中，液晶分子141之间的吸引力和液晶分子141与纳米胶囊142之间的吸引力很强，因此用于驱动纳米胶囊液晶层140的驱动电压远远大于现有技术的LCD(图1的10)的电压。
为了降低驱动电压，通过将杂质添加到纳米胶囊142中，可以降低液晶分子141之间的吸引力和液晶分子141与纳米胶囊142之间的吸引力。
然而，因为添加的杂质，包括液晶分子141的液晶的物理特性可能改变，并且纳米胶囊液晶层140的驱动可用温度(Tni)可能降低。
因此，LCD 100的可靠性和驱动特性可能劣化，并且特别地，在高温下的显示质量可能劣化。
图3是示出根据本发明实施方式的纳米胶囊的视图，图4是示出图3的纳米胶囊中的添加剂的视图，并且图5是示出图3的纳米胶囊中的一部分的视图。
参考图3，纳米胶囊142包括填充纳米胶囊142内部的液晶分子141和与液晶分子141混合的添加剂150。
详细地，纳米胶囊142具有小于可见光波长的纳米尺寸。纳米胶囊142可以由从由氮化硅(SiNx)或氧化硅(SiO2)构成的透明硅材料组中选择的一种或由从由聚苯乙烯，聚乙烯、聚氨酯，聚氯乙烯，聚甲基丙烯酸甲酯，聚碳酸酯环氧树脂和聚丙烯酸乙烯酯构成的透明聚合物组中选择的一种制成。
液晶分子141随机排列在纳米胶囊142中，并且可以由向列型液晶、层列型液晶，胆甾醇型晶等制成。
参考图4，添加剂150包括中心分子151和至少两个第一外围分子155，每个第一外围分子155连接到中心分子151并且彼此间隔开。
第一外围分子155具有与液晶分子141相同的相位和特性。
因此，第一外围分子155容易与液晶分子141混合，并且包括第一外围分子155和其相邻液晶分子141的液晶的物理特性不改变。
中心分子151用于支撑第一外围分子155。由于中心分子151因第一外围分子155而不接触液晶分子141，所以中心分子151与液晶分子141均匀混合，并且表现为相同材料。
此外，中心分子151可以具有线性结构、板结构或三维结构。连接到中心分子151的第一外围分子155位于不同的方向，使得添加剂150可以具有三维结构。
因此，参考图5，添加剂150的外围分子155破坏了第一外围分子155周围的液晶分子141的随机排列，并且使第一外围分子155周围的液晶分子141沿第一外围分子155的排列方向规则地排列，使得液晶分子141在纳米胶囊142中形成虚拟球142a的形状。
在这种情况下，相邻的虚拟球142a彼此重叠，并且相互共用(spare)包括在其中的液晶分子141。
由第一外围分子155形成的虚拟球142a可以显示出像形成小尺寸的纳米胶囊142那样的效果。
换句话说，由于纳米胶囊142被分成尺寸小于纳米胶囊142的尺寸的虚拟球142a，因此可以防止纳米胶囊142之间或液晶分子141之间的光散射，并且可以在没有施加电场的关闭状态下显示全黑。
此外，通过不减小纳米胶囊142的尺寸并用液晶分子141填充该纳米胶囊142而是在具有预定尺寸的纳米胶囊142中形成虚拟球142a，显示出了类似尺寸减小的效果。因此，液晶分子141之间的吸引力和纳米胶囊142与液晶分子141之间的吸引力不强，并且因此用于驱动纳米胶囊液晶层140的驱动电压不上升。
此外，由于第一外围分子155具有与液晶分子141相同的相位和特性，因此可以防止液晶分子141的物理特性改变，并且可以防止纳米胶囊液晶层140的驱动可用温度(Tni)降低的现象。
表1示出了基于添加剂150相对于液晶分子141的wt％(重量百分比)的纳米胶囊液晶层140的驱动可用温度(Tni)和折射率变量(Δn)。
[表1]
0.0wt％ 0.1wt％ 1wt％ 1.25wt％ 2.5wt％
Tni(℃) 89.9 89.9 89.9 89.4 88.7
Δn 0.2493 0.2492 0.2491 0.2471 0.2450
参考表1，与不添加添加剂150的情况相比，在添加一定量(0.1wt％、1wt％、1.25wt％和2.5wt％)的添加剂150的情况下，驱动可用温度(Tni)和折射率变化(Δn)没有太大变化。
然而，当添加剂150的含量大于纳米胶囊142中的液晶分子141时，液晶分子141的流动性降低，并且驱动效率降低。因此，添加剂150相对于液晶分子141的wt％优选为0.01wt％至25wt％。
添加剂150的尺寸为2nm至100nm，其大于液晶分子141并小于纳米胶囊142。
参考图4的(a)所示，添加剂150可以包括中心分子151和连接到中心分子151的第一外围分子155。另选地，参考图4的(b)，添加剂150可以包括中心分子151和连接到中心分子151的第一外围分子155与第二外围分子157。
第二外围分子157具有与液晶分子141不同的特性，并且第一外围分子155可以由有机材料制成，第二外围分子157可以由无机材料制成。
特别地，在添加剂150包括中心分子151和第一外围分子155与第二外围分子157的情况下，由于第二外围分子157具有与液晶分子141不同的相位和特性，因此液晶分子141的流动性可以增加。
换句话说，由于第二外围分子157不容易与液晶分子141混合，因此可以通过第二外围分子157与液晶分子141之间的排斥力而使液晶分子141流动。
当液晶分子141的流动性增加时，液晶分子141可以在施加电场的开启状态下快速旋转，并且可以提高响应速度。
此外，参考图4的(a)和图4的(b)，添加剂150还可以包括连接分子153，该连接分子153连接中心分子151和第一外围分子155或者连接中心分子151和第一外围分子与第二外围分子。
换句话说，通过中心分子151和连接分子153的组合形成树形分子结构，并且中心分子151通过连接分子153与外围分子间接连接。
另选地，中心分子151可以具有树形分子结构，并且在这种情况下，中心分子151的树形分子的末端与相应的外围分子结合，并且中心分子151与外围分子直接连接。
通过调整连接分子153或树形分子的长度或调整第一外围分子155的尺寸，第一外围分子155可使其相邻的液晶分子141在朝向第一外围分子155的方向上规则排列。
图6是示出具有树形分子结构的分子的示例的视图。
参考图6，树形分子结构的分子具有其中树枝形状的单元结构从中心扩展的形式(a)、(b)或(c)。
图7的(a)和图7的(b)分别是作为中心分子的示例的SSQMA和SSQOG。
详细地，SSQMA和SSQOG中的每一个具有立方体的三维结构，并且包括从立方体的拐角延伸的树形分子。
因此，第一外围分子155或者第一外围分子155与第二外围分子15二者与SSQMA和SSQOG中的每一个的树形分子的各个末端结合，因此最终形成本实施方式的添加剂150。
图8是示出根据本发明的实施方式的效果的曲线图。
参考图8，与仅填充有液晶分子的纳米胶囊的情况(a)相比，在添加了添加剂的情况(b)中，改善了驱动特性，改善了黑色水平和对比度，并且提高了效率。
对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可以在本发明的显示装置中进行各种修改和变化。因此，本发明意在涵盖落入所附权利要求及其等同物的范围内的对本公开进行的修改和变化。
本申请要求于2015年11月30日在韩国提交的韩国专利申请No.10-2015-0169521的优先权权益，该韩国专利申请的全部内容通过引用并入本文，如同在本文全面阐述一样。

Claims (14)

1.一种纳米胶囊液晶层，所述纳米胶囊液晶层包括：
缓冲层；以及
多个纳米胶囊，所述多个纳米胶囊设置在所述缓冲层中，所述纳米胶囊中的每一个的内部包括：
液晶分子；以及
添加剂，每个添加剂具有中心分子和连接到所述中心分子且彼此间隔开的至少两个第一外围分子，并且所述添加剂与所述液晶分子混合，
其中，所述第一外围分子具有与所述液晶分子相同的相位。
2.根据权利要求1所述的纳米胶囊液晶层，其中，所述中心分子具有线性结构、板结构或三维结构。
3.根据权利要求2所述的纳米胶囊液晶层，其中，所述第一外围分子位于不同方向，并且所述添加剂具有三维结构。
4.根据权利要求1所述的纳米胶囊液晶层，其中，所述添加剂还包括第二外围分子，所述第二外围分子连接到所述中心分子并且具有与所述第一外围分子不同的相位。
5.根据权利要求4所述的纳米胶囊液晶层，其中，所述中心分子具有树形分子结构，并且所述第一外围分子中的每一个和所述第二外围分子与树形分子的末端中的每一个连接。
6.根据权利要求4所述的纳米胶囊液晶层，其中，所述添加剂还包括将所述中心分子与所述第一外围分子中的每一个和所述第二外围分子连接的连接分子。
7.根据权利要求1所述的纳米胶囊液晶层，其中，所述添加剂还包括将所述中心分子与所述第一外围分子中的每一个连接的连接分子。
8.根据权利要求1所述的纳米胶囊液晶层，其中，所述添加剂相对于所述液晶分子的wt％为0.01wt％到25wt％。
9.一种液晶显示装置，所述液晶显示装置包括：
第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极在基板上彼此间隔开；
纳米胶囊液晶层，所述纳米胶囊液晶层在所述第一电极和所述第二电极上，所述纳米胶囊液晶层具有缓冲层和设置在所述缓冲层中的多个纳米胶囊，所述纳米胶囊中的每一个的内部包括：
液晶分子；以及
添加剂，每个添加剂具有中心分子和连接到所述中心分子且彼此间隔开的至少两个第一外围分子，并且所述添加剂与所述液晶分子混合；以及
具有第一偏振轴的第一偏振板，具有与所述第一偏振轴垂直的第二偏振轴的第二偏振板，所述第一偏振板在所述基板下，所述第二偏振板在所述纳米胶囊液晶层上，
其中，所述第一外围分子具有与所述液晶分子相同的相位。
10.根据权利要求9所述的液晶显示装置，其中，所述添加剂还包括第二外围分子，所述第二外围分子连接到所述中心分子并且具有与所述第一外围分子不同的相位。
11.根据权利要求10所述的液晶显示装置，其中，所述中心分子具有树形分子结构，并且所述第一外围分子中的每一个和所述第二外围分子与树形分子的末端中的每一个连接。
12.根据权利要求10所述的液晶显示装置，其中，所述添加剂还包括将所述中心分子与所述第一外围分子中的每一个和所述第二外围分子连接的连接分子。
13.根据权利要求9所述的液晶显示装置，其中，所述添加剂还包括将所述中心分子与所述第一外围分子中的每一个连接的连接分子。
14.根据权利要求9所述的液晶显示装置，其中，所述添加剂相对于所述液晶分子的wt％为0.01wt％到25wt％。
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