KR100320102B1 - Vertically Aligned Helix-Deformed Liquid Crystal Display - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수직 배향 나선 변형 액정표시장치에 관한 것으로서, 특히 본 발명의 장치는 서로 마주보는 두 면을 각각 가지는 제 1 및 제 2 유리기판들과, 제 1 유리기판의 제 1 면에 형성되고 제 1 전위를 가진 제 1 투명전극과, 제 1 유리기판의 제 1 면에 형성되고 상기 제 1 전위와 다른 제 2 전위를 가진 제 2 투명전극과, 제 1 및 제 2 투명전극들이 형성된 제 1 유리기판의 제 1 면상에 형성되는 제 1 수직 배향막과, 상기 제 2 유리기판의 제 1 면에 형성되는 제 2 수직배향막과, 제 1및 제 2 수직 배향막들이 서로 마주보는 제 1 및 제 2 유리기판들 사이에 봉입되고 빛의 파장보다 더 짧은 나선 피치를 가지며 상기 제 1 및 제 2 투명전극 사이에 형성되는 전계에 응답하여 나선구조가 변형되어 특정 방향으로 분자들이 회전하는 강유전성 액정과, 제 1 유리기판의 제 2 면에 설치된 제 1 편광판과 제 2 유리기판의 제 2 면에 설치되어 제 1편광판과 직교하는 편광성을 가지는 제 2 편광판을 포함한다. 따라서, 본 발명에서는 대면적의 균일한 수직배향이 가능하여 높은 대비비를 가지며, 전기장의 크기에 따라 연속적으로 변형이 가능하여 연속계조표시가 가능하고, 동일기판상의 전극배열에 의한 다중 배향에 의해 넓은 시야각 특성을 갖는다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a vertically oriented spiral strain liquid crystal display device, and in particular, the device of the present invention comprises first and second glass substrates having two surfaces facing each other, and formed on the first surface of the first glass substrate. A first glass electrode having a first potential, a second transparent electrode formed on a first surface of the first glass substrate and having a second potential different from the first potential, and a first glass having first and second transparent electrodes formed thereon; A first vertical alignment layer formed on the first surface of the substrate, a second vertical alignment layer formed on the first surface of the second glass substrate, and first and second glass substrates in which the first and second vertical alignment layers face each other; A ferroelectric liquid crystal in which a spiral structure is deformed and molecules rotate in a specific direction in response to an electric field formed between the first and second transparent electrodes and has a spiral pitch shorter than a wavelength of light, and is enclosed between the first and second wavelengths. Made of substrate And a second polarizing plate provided on the second surface of the first polarizing plate and the second glass substrate, the second polarizing plate having polarization perpendicular to the first polarizing plate. Therefore, in the present invention, it is possible to uniformly vertically align a large area, have a high contrast ratio, and can be continuously deformed according to the size of the electric field, so that continuous gradation display is possible, and by multiple orientations by the arrangement of electrodes on the same substrate. It has a wide viewing angle characteristic.

Description

수직 배향 나선 변형 액정표시장치{Vertically Aligned Helix-Deformed Liquid Crystal Display}Vertically Aligned Helix-Deformed Liquid Crystal Display

본 발명은 수직 배향 나선 변형 액정표시장치에 관한 것으로서, 특히 빛의 파장보다 짧은 나선피치를 가지는 강유전성 액정을 수직배향시키고 기판에 평행한 전자장에 의한 나선구조 변형을 통해 분자회전방향을 제어하므로써 대면적의 균일한 배향으로 높은 대비비를 가지며 연속 계조표시가 가능하고 동일기판상에 전극을 배열하므로써 넓은 시야각을 확보할 수 있는 새로운 수직배향 나선 변형 액정표시장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a vertically oriented spiral modified liquid crystal display, and in particular, a large area is obtained by vertically aligning a ferroelectric liquid crystal having a spiral pitch shorter than the wavelength of light and controlling the direction of molecular rotation through the deformation of the spiral structure by an electromagnetic field parallel to the substrate. The present invention relates to a new vertically-aligned spiral-modified liquid crystal display device having a high contrast ratio with a uniform orientation of, enabling continuous gray scale display, and securing a wide viewing angle by arranging electrodes on the same substrate.

종래의 액정 표시장치는 액정의 전기 광학효과를 이용하는데, 두 장의 기판들에 각각 투명전극이 형성하고, 그 전극면에 액정을 정렬시킬 수 있는 배향막을 형성하고, 두 기판들 사이에 액정을 주입하여 봉입하여서 된 것이다.Conventional liquid crystal display device uses the electro-optic effect of the liquid crystal, the transparent electrode is formed on each of the two substrates, the alignment layer to align the liquid crystal on the electrode surface, and the liquid crystal is injected between the two substrates It was made by enclosing.

그리고, 두 기판의 바깥 면에는 편광성이 서로 직교하도록 편광판을 설치한다.In addition, polarizers are provided on the outer surfaces of the two substrates such that the polarities are perpendicular to each other.

이와 같은 종래의 액정표시장치는 자체적으로 빛을 통과시키거나 차단시키는 작용을 하여 화면에 정보를 표시한다. 그러므로, 빛의 통과 또는 차단을 위해서는 전압을 인가하여 액정의 분자회전을 유도하여 배향방향을 변화시켜야 한다.The conventional liquid crystal display device displays information on a screen by acting to pass or block light by itself. Therefore, in order to pass or block light, a voltage must be applied to induce molecular rotation of the liquid crystal to change the orientation direction.

한편, 액정표시장치에 사용되는 액정은 분자배열구조에 따라 방향질서만 존재하는 네마틱 액정, 위치질서도 함께 존재하는 스맥틱 액정으로 구분되며, 자발분극 존재 유무에 의해 상유전성 액정과 강유전성 액정 등으로 세분할 수 있다.Meanwhile, liquid crystals used in liquid crystal display devices are classified into nematic liquid crystals having only an aromatic order and smacktic liquid crystals having a positional order according to the molecular alignment structure. Can be broken down into

상유전성인 네마틱 액정과 전기장과의 상호 작용은 비극성이기 때문에 거시적으로 액정분자의 유전 이방성으로 설명된다. 이러한 네마틱 액정을 사용하는 비틀린 네마틱 액정표시장치에서는 유전 이방성에 의한 분자들의 응답속도가 수십에서 수백 ms 수준이기 때문에 고속 응답이 요구되는 액정표시장치에 적용하는데 어려움이 있었다.The interaction of the dielectric with the nematic liquid crystal and the electric field is nonpolar and is explained macroscopically by the dielectric anisotropy of the liquid crystal molecules. In the twisted nematic liquid crystal display using the nematic liquid crystal, the response speed of molecules due to dielectric anisotropy is in the range of tens to hundreds of ms, which makes it difficult to apply to liquid crystal display devices requiring high-speed response.

더구나, 다중 배향이나 추가의 광학 필름의 채용없이는 좁은 시야각과 낮은 대비비 특성을 보이는 단점이 존재한다.Moreover, there are disadvantages of showing narrow viewing angles and low contrast ratio properties without the use of multiple orientations or additional optical films.

네마틱 액정에 비하여 강유전성 액정에서는 분자들의 응답속도가 자발분극과 전기장과의 극성 상호 작용에 의해 유도되기 때문에 수십 ㎲정도로 매우 높아서 고속의 동화상 구현에 적합하다.Compared to nematic liquid crystals, ferroelectric liquid crystals have high response speeds of molecules due to spontaneous polarization and polar interaction between electric fields, which is very high in the order of several tens of microseconds, which is suitable for high speed moving images.

그러나, 기존의 표면 안정화된 강유전성 액정표시장치는 쌍안정모드로 동작하여 원천적으로 연속적인 계조표시가 불가능하고, 위치질서를 가진 층구조를 형성하기 때문에 대면적의 균일한 배향을 얻기가 대단히 어렵다.However, the conventional surface stabilized ferroelectric liquid crystal display device operates in bistable mode, and thus it is impossible to continuously display gray scales, and it is very difficult to obtain a uniform orientation of a large area because a layer structure having a positional order is formed.

최근에는 시간 혹은 공간분할 구동방식으로 다계조표시기능이 달성되었으나, 여전히 연속적인 계조표시는 불가능하며 복잡한 구동체계의 도입이 필수적으로 요구되는 등 여전히 많은 문제점을 가지고 있었다.Recently, a multi-gradation display function has been achieved by a time or space division driving method, but there are still many problems such as continuous display of gray scales is impossible and the introduction of a complex driving system is required.

최근에 소개되고 있는 반강유전성 액정표시장치의 경우 네마틱에 비해 빠른 응답속도와 제한된 다계조표시기능을 가지고 있으나, 여전히 대면적의 균일한 배향문제와 화면 떨림현상 등이 심각한 문제로 남아 있다.Recently introduced anti-ferroelectric liquid crystal display device has faster response speed and limited multi-gradation display function than nematic, but the problem of uniform orientation of large area and screen shaking is still a serious problem.

이와는 달리, 빛의 파장에 비해 매우 짧은 나선피치를 가지는 강유전성 액정의 수평배향구조에 전기장을 인가하여 나선구조를 변형시켜 연속적인 계조 표시를 달성하는 수평 배향 나선 변형 강유전성 액정표시장치가 제시되고 있다.On the contrary, a horizontally oriented spiral-modified ferroelectric liquid crystal display has been proposed in which a spiral field is modified by applying an electric field to a horizontal alignment structure of a ferroelectric liquid crystal having a very short spiral pitch compared to a wavelength of light to achieve continuous gray scale display.

그러나, 이 장치도 높은 응답속도를 보이지만 대면적의 균일한 배향을 얻기 위해서는 엇밀기나 전기장 처리 등의 추가 배향공정이 요구되며, 띠조직 등이 형성되어 대비비가 감소하고 화면 떨림현상 등의 문제가 존재한다.However, this device also shows high response speed, but in order to obtain a uniform orientation of the large area, additional alignment processes such as twisting and electric field treatment are required, and a band structure is formed to reduce the contrast ratio and to cause problems such as screen shaking. exist.

상술한 바와 같이, 층구조를 가지고 있는 강유전성 또는 반강유전성 액정표시장치의 제조시 공통적인 가장 큰 문제점은 대면적의 균일한 배향이며, 각 장치마다 원천적인 계조표시의 어려움이나 화질 저하 등의 단점을 가지고 있다.As described above, the biggest problem that is common in manufacturing ferroelectric or antiferroelectric liquid crystal display devices having a layer structure is the uniform orientation of a large area, and each device has disadvantages such as difficulty in display of gray scales and degradation of image quality. Have.

구체적으로는 강유전성 또는 반강유전성 액정은 일반적으로 나선피치를 가지고 있고, 자발분극과 전기장과의 강한 극성 상호작용에 의해 띠조직 등의 결함 구조가 나타나기 때문에 균일한 단일 배향구조를 얻기가 매우 어렵다. 그 결과 종래의 수평 배향된 나선 변형 강유전성 액정표시장치의 경우 대비비가 저하되며, 높은 투과도를 얻기가 불가능하다.Specifically, ferroelectric or antiferroelectric liquid crystals generally have a spiral pitch, and because of a strong polarization interaction between spontaneous polarization and an electric field, a defect structure such as a band structure appears, and thus it is very difficult to obtain a uniform single alignment structure. As a result, in the case of the conventional horizontally oriented spirally deformed ferroelectric liquid crystal display, the contrast ratio is lowered, and it is impossible to obtain high transmittance.

고품위의 대화면 액정표시장치를 구현하기 위해서는 대면적의 균일한 배향, 높은 응답속도, 높은 대비비에 부가하여 우수한 시야각 특성이 요구된다. 액정은 광학적 이방성이 매우 큰 물질로서 액정분자에 입사되는 빛의 각도에 따라 유효굴절률이 크게 달라진다. 현재 널리 사용되고 있는 비틀린 네마틱 모드의 경우 기판면에 수직한 축을 중심으로 경사진 방향에서의 방위각의 변화에 따른 대비비의 변화가 매우 비대칭적으로 나타난다.In order to realize a high quality large screen liquid crystal display, excellent viewing angle characteristics are required in addition to a large area of uniform alignment, high response speed, and high contrast ratio. Liquid crystal is a material having very high optical anisotropy, and the effective refractive index varies greatly depending on the angle of light incident on the liquid crystal molecules. In the widely used twisted nematic mode, the contrast ratio is very asymmetrical due to the change in the azimuth angle in the inclined direction about an axis perpendicular to the substrate surface.

이에 대한 개선방법으로 액정층의 유효 굴절율을 보상하는 조건의 단축성 또는 이축성 위상차 광학 필름을 추가로 사용하는 광보상방법이 널리 사용되고 있다.As an improvement method for this, an optical compensation method using a short-axis or biaxial retardation optical film under conditions for compensating the effective refractive index of the liquid crystal layer is widely used.

또 다른 방법들로는 각 화소에 액정의 배향 방향이 서로 다른 2개 또는 4개의 부화소에 다중 배향을 이용하는 방법이 사용되고 있다. 최근에는 동일 기판면에서의 분자 스위칭을 이용하는 기판내 스위칭 액정모드 등이 소개되고 있다.As another method, a method of using multiple alignments in two or four subpixels in which the alignment directions of liquid crystals are different in each pixel is used. Recently, in-substrate switching liquid crystal modes using molecular switching on the same substrate surface have been introduced.

상기한 방법 중, 다중 배향방법의 경우, 제조시에 다중 러빙 또는 광배향기법을 사용하게 되어 적어도 두 번 이상의 마스크공정이 사용되므로 이에 따른 공정의 복잡성과 배향 신뢰성의 확보 등의 문제점이 있다.Among the above methods, in the case of the multi-orientation method, since multiple rubbing or photo-alignment techniques are used in manufacturing, at least two or more mask processes are used, there are problems such as the complexity of the process and securing the orientation reliability.

한편, 기판내 스위칭 모드에서는 현재 네마틱 액정이 채용되고 있어 여전히 응답 속도가 낮으며 낮은 개구율에 따른 투과도의 저하와 잔상에 의한 화질의 저하, 배향불량 등이 수반된다. 이외에 액정 자체에서 일부 광학적으로 시야각 특성을 보상하는 광보상 휨 모드나 높은 대비비와 우수한 시야각 특성을 보이는 역비틀림 네마틱 모드 등이 알려져 있으나, 추가의 광학필름 없이 액정모드 자체만으로는 여전히 대칭적인 시야각 특성을 갖지 못한다.On the other hand, in the switching mode in the substrate, nematic liquid crystals are currently employed, and the response speed is still low, resulting in a decrease in transmittance due to a low aperture ratio, a decrease in image quality due to an afterimage, and a misalignment. In addition, there are known optical compensation bending modes for compensating some viewing angle characteristics optically in the liquid crystal itself, and inverse twist nematic modes that exhibit high contrast ratio and excellent viewing angle characteristics. Does not have

본 발명의 목적은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 빛의 파장보다 짧은 나선피치를 가지는 강유전성 액정을 두 기판 사이에 수직배향시키고 동일기판내의 전극배열에 의해 기판에 평행한 전자장을 이용하여 분자회전방향을 제어하므로써 대면적의 균일한 배향으로 높은 대비비를 가지며 연속적인 계조표시가 가능하고 넓은 시야각을 확보할 수 있는 새로운 수직배향 나선 변형 액정표시장치에 관한 것이다.An object of the present invention is to solve the problems of the prior art by vertically aligning a ferroelectric liquid crystal having a spiral pitch shorter than the wavelength of light between the two substrates and by using an electromagnetic field parallel to the substrate by the electrode arrangement in the same substrate The present invention relates to a new vertically-aligned spiral-modified liquid crystal display device having a high contrast ratio, a continuous gray scale display, and a wide viewing angle with a uniform orientation of a large area by controlling the rotation direction.

도 1은 본 발명에 의한 투과형 수직 배향 나선 변형 액정표시장치의 구성을 나타낸 도면.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a diagram showing the configuration of a transmissive vertically oriented spiral modified liquid crystal display device according to the present invention;

도 2는 도 1의 동작원리를 설명하기 위한 도면.2 is a view for explaining the principle of operation of FIG.

도 3은 본 발명에 의한 수직 배향 나선 변형 액정표시장치의 전기장 세기에 따른 광투과 특성을 나타낸 그래프.3 is a graph showing the light transmission characteristics according to the electric field strength of the vertically oriented spiral modified liquid crystal display according to the present invention.

도 4는 본 발명에 의한 수직 배향 나선 변형 액정표시장치의 구형파 전압파형에 대한 광투과 응답 특성을 나타낸 도면.4 is a view showing light transmission response characteristics of a square wave voltage waveform of a vertically oriented spiral-modified liquid crystal display device according to the present invention;

도 5는 본 발명에 의한 수직 배향 나선 변형 액정표시장치의 구동전극의 배열의 일 실시예의 구성을 나타낸 도면.5 is a view showing the configuration of one embodiment of the arrangement of the drive electrodes of the vertically oriented spiral modified liquid crystal display according to the present invention;

도 6은 본 발명에 의한 수직 배향 나선 변형 액정표시장치의 구동전극배열의 다른 실시예의 구성을 나타낸 도면.6 is a view showing the configuration of another embodiment of the drive electrode array of the vertically aligned spiral modified liquid crystal display according to the present invention.

도 7은 본 발명에 의한 반사형 수직 배향 나선 변형 액정표시장치의 구성을 나타낸 도면 .Fig. 7 is a diagram showing the configuration of a reflective vertically aligning spiral modified liquid crystal display device according to the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

10 : 제 1 유리기판 20 : 제 1 투명전극10: first glass substrate 20: first transparent electrode

30 : 제 2 투명전극 40 ; 제 1 수직 배향막30: second transparent electrode 40; First vertical alignment layer

50 : 제 2 유리기판 60 : 제 2 수직 배향막50: second glass substrate 60: second vertical alignment layer

70 : 강유전성 액정 80 : 제 1 편광판70: ferroelectric liquid crystal 80: first polarizing plate

82 : 반사판 84 : 위상차판82: reflection plate 84: phase difference plate

90 : 제 2 편광판 100 : 화소(ON)90: second polarizing plate 100: pixel (ON)

110 : 화소(OFF) 101 ∼ 104 : 부화소110: pixel (OFF) 101-104: subpixel

120 : 반사판120: reflector

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 장치는 서로 마주보는 두 면을 각각 가지는 제 1 및 제 2 유리기판들과, 제 1 유리기판의 제 1 면에 형성되고 제 1 전위를 가진 제 1 투명전극과, 제 1 유리기판의 제 1 면에 형성되고 상기 제 1 전위와 다른 제 2 전위를 가진 제 2 투명전극과, 제 1 및 제 2 투명전극들이 형성된 제 1 유리기판의 제 1 면상에 형성되는 제 1 수직 배향막과, 상기 제 2 유리기판의 제 1 면에 형성되는 제 2 수직배향막과, 제 1 및 제 2 수직 배향막들이 서로 마주보는 제 1 및 제 2 유리기판들 사이에 봉입되고, 빛의 파장보다 더 짧은 나선 피치를 가지며, 상기 제 1 및 제 2 투명전극 사이에 형성되는 전계에 응답하여 나선구조가 변형되어 특정 방향으로 분자들이 회전되는 강유전성 액정을 구비하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object of the present invention, the apparatus of the present invention comprises first and second glass substrates each having two surfaces facing each other, and a first electrode formed on the first surface of the first glass substrate and having a first potential. A first transparent electrode, a second transparent electrode formed on the first surface of the first glass substrate and having a second potential different from the first potential, and on the first surface of the first glass substrate on which the first and second transparent electrodes are formed; A first vertical alignment layer formed on the second substrate, a second vertical alignment layer formed on the first surface of the second glass substrate, and first and second glass substrates facing each other; And a ferroelectric liquid crystal having a spiral pitch shorter than a wavelength of light and having a deformed spiral structure in response to an electric field formed between the first and second transparent electrodes to rotate molecules in a specific direction.

상기 장치에서 투과형은 제 1 유리기판의 제 2 면에 설치된 제 1 편광판과, 제 2 유리기판의 제 2 면에 설치되고 제 1편광판과 직교하는 편광성을 가지는 제 2편광판을 더 구비한다.The transmission type further includes a first polarizing plate provided on a second surface of the first glass substrate, and a second polarizing plate provided on the second surface of the second glass substrate and having polarization perpendicular to the first polarizing plate.

상기 장치에서 반사형은 반사판이 제 2 유리기판의 제 1 면 혹은 제 2 면에 설치되고, 제 2 유리기판의 제 2 면에는 편광판이 없고, 빛의 파장의 1/4의 광지연특성을 가지는 위상차판이 제 1 유리기판의 제 2 면에 설치되고 그 위에 상기 위상차판의 광축과 45°를 이루는 광축을 가지는 편광판을 더 구비한다.In this device, the reflective type reflector is provided on the first or second surface of the second glass substrate, the second surface of the second glass substrate has no polarizing plate, and has the optical delay characteristic of 1/4 of the wavelength of light. A retardation plate is further provided on the second surface of the first glass substrate, and further includes a polarizing plate having an optical axis forming an angle of 45 ° with the optical axis of the retardation plate thereon.

즉, 본 발명에서는 기본적으로 강유전성 액정의 전기장 인가에 의한 나선 변형현상을 구동원리로 사용한다. 기존의 나선변형 강유전성 액정표시장치와는 달리 액정의 나선축 방향이 기판에 수직하게 배향되어 있고, 투명전극이 한 기판면에만 존재하여 동일 기판 내에서의 전기장 인가에 의한 연속적인 계조표시기능을 쉽게 달성할 수 있다. 그리고, 본 발명에서는 러빙이나 전기장 처리 등의 추가 배향공정없이 대면적의 균일한 수직배향에 의한 높은 대비비가 얻어진다.That is, the present invention basically uses the spiral deformation phenomenon by applying the electric field of the ferroelectric liquid crystal as a driving principle. Unlike the conventional spiral deformation ferroelectric liquid crystal display, the axial direction of the liquid crystal is oriented perpendicular to the substrate, and transparent electrodes exist on only one surface of the substrate to facilitate continuous gray scale display by applying an electric field in the same substrate. Can be achieved. In the present invention, a high contrast ratio is obtained by uniform vertical alignment of a large area without further alignment process such as rubbing or electric field treatment.

또한, 전기장의 극성에 의존하는 분자회전방향을 이용하여 각 화소마다 2개 또는 4개의 부화소를 구성하여 원천적인 다중배향구조에 의해 넓은 시야각 특성을 구현할 수 있다.In addition, by using two or four subpixels for each pixel by using the molecular rotation direction depending on the polarity of the electric field it is possible to implement a wide viewing angle characteristics by the original multi-orientation structure.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 일 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, it will be described in detail the present invention through a preferred embodiment of the present invention.

도 1은 본 발명에 의한 투과형 수직 배향 나선 변형 액정표시장치의 구성을 나타낸다.1 shows a configuration of a transmissive vertically oriented spiral modified liquid crystal display device according to the present invention.

본 발명의 액정표시장치는 제 1 유리기판(10)의 제 1 면(12)에 ITO와 같은 제1 및 제 2 투명전극들(20, 30)을 도 5 또는 도 6에 도시된 바와 같이 서로 교호로 형성한다. 제 1 및 제 2 투명전극들(20, 30)의 간격은 수십에서 수백㎛ 정도로 유지하며 본 실시예에서는 20㎛로 한다. 이어서, 투명전극들(20, 30)이 형성된 제 1 유리기판(10)의 제 1 면(12)의 표면에 JALS-204(Japan Synthetic Rubber Co.)와 같은 수직 배향제를 도포하여 제 1 수직 배향막(40)을 형성한다.In the liquid crystal display of the present invention, the first and second transparent electrodes 20 and 30, such as ITO, are disposed on the first surface 12 of the first glass substrate 10 as shown in FIG. 5 or 6. Form alternately. The interval between the first and second transparent electrodes 20 and 30 is maintained in the range of several tens to several hundreds of micrometers and is set to 20 micrometers in this embodiment. Subsequently, a vertical alignment agent such as JALS-204 (Japan Synthetic Rubber Co.) is applied to the surface of the first surface 12 of the first glass substrate 10 on which the transparent electrodes 20 and 30 are formed, thereby forming the first vertical. The alignment film 40 is formed.

또한, 제 2 유리기판(50)의 제 1 면(52)의 표면에 JALS-204(Japan Synthetic Rubber Co.)와 같은 폴리이미드계의 수직 배향제를 도포하여 제 2 수직 배향막(60)을 형성한다.In addition, a second vertical alignment layer 60 is formed by coating a polyimide-based vertical alignment agent such as JALS-204 (Japan Synthetic Rubber Co.) on the surface of the first surface 52 of the second glass substrate 50. do.

이어서, 제 1 및 제 2 수직 배향막들(12, 52)을 마주 보도록 두 유리기판들(10, 50)을 마주 보도록 하고 이들의 간격이 수㎛ 정도를 유지하도록 하며, 본 실시예에서는 5㎛로 한다. 이 때, 액정의 굴절률 이방성과 기판간격의 곱이 720nm 보다 작게 하는 것이 바람직하다. 수직배향막의 기판면에 대한 표면경사각을 θS라고 하면, 75°≤θs ≤90° 이며, 본 실시예에서는 90°로 한다. 그리고, 두 기판들(10, 50)의 사이에 FLC-108l7(Rolic Ltd.)과 같은 강유전성 액정(70)을 주입하고 봉입한다. 여기서, 강유전성 액정은 자발분극은 클수록 인가전압은 낮아지게 되며, 본 실시예에서는 115nC/㎠를 사용한다. 그리고, 분자 경사각은 22.5° ≤θ≤45° 범위이내이면 만족하나 본 실시예에서는 34°를 가진다. 그리고, 나선피치는 0.35㎛보다 짧아야 하며, 본 실시예에서는 0.2㎛로 한다.Subsequently, the two glass substrates 10 and 50 face each other such that the first and second vertical alignment layers 12 and 52 face each other, and the gap thereof is maintained at about several μm. do. At this time, it is preferable that the product of the refractive index anisotropy of the liquid crystal and the substrate interval be smaller than 720 nm. When the surface inclination angle of the vertical alignment film with respect to the substrate surface is θ S , it is 75 ° ≦ θs ≦ 90 °, and it is set to 90 ° in this embodiment. Then, a ferroelectric liquid crystal 70 such as FLC-108l7 (Rolic Ltd.) is injected and encapsulated between the two substrates 10 and 50. Here, in the ferroelectric liquid crystal, the larger the spontaneous polarization, the lower the applied voltage. In the present embodiment, 115 nC / cm 2 is used. In addition, the molecular tilt angle satisfies within the range of 22.5 ° ≦ θ ≦ 45 °, but has 34 ° in this embodiment. The spiral pitch should be shorter than 0.35 µm, and in this embodiment, 0.2 µm.

사용하는 강유전성 액정(70)의 상전이 순서는 스멕틱 A 상이 존재하면 균일한 배향을 얻기가 용이하나, 분자 경사각의 조건을 만족하는 경우 대부분의 물질은스메틱 A상을 가지고 있지 않다. 따라서, 본 발명의 실시예에서는 등방상-(64.5° ∼ 62.4°)-카이랄네마틱상-(62.4°∼ 61.5°)-카이랄 스멕틱C상(강유전상)으로 상전이하게 된다.In the phase transition order of the ferroelectric liquid crystal 70 to be used, it is easy to obtain a uniform orientation when the Smectic A phase is present, but most of the materials do not have the Smetic A phase when the condition of the molecular tilt angle is satisfied. Therefore, in the embodiment of the present invention, the phase transition is made to an isotropic phase- (64.5 ° to 62.4 °) -chiral nematic phase- (62.4 ° to 61.5 °) -chiral smectic C phase (ferroelectric phase).

투과형의 경우에는 제 1 유리기판(10)의 제 2 면(14)에 제 1 편광판(80)을 설치하고, 제 2 유리기판(50)의 제 2 면(54)에 제 2 편광판(90)을 설치한다. 제 1 편광판(80)의 광축이 기판에 평행한 전기장의 방향에 대해 45° ± 3°를 이루도록 한다. 그리고, 제 2 편광판(90)의 광측은 제 1 편광판(70)의 광축에 대해 90°를 이루도록 한다.In the case of the transmission type, the first polarizing plate 80 is provided on the second surface 14 of the first glass substrate 10, and the second polarizing plate 90 is provided on the second surface 54 of the second glass substrate 50. Install it. The optical axis of the first polarizing plate 80 is 45 ° ± 3 ° with respect to the direction of the electric field parallel to the substrate. The optical side of the second polarizing plate 90 forms 90 ° with respect to the optical axis of the first polarizing plate 70.

이와 같이 구성된 투과형 수직 배향 나선 변형 강유전성 액정표시장치의 구동원리는 다음과 같다.The driving principle of the transmissive vertically oriented spiral strain ferroelectric liquid crystal display configured as described above is as follows.

수직배향구조에서 전기장이 인가되지 않을 경우, 즉 도 1 내지 도 2의 중앙화소의 경우에는 액정의 스멕틱 층들의 나선구조가 유지되어 원추상의 모든 방향으로 액정 분자들이 배열되므로, 평균 광축방향(71)이 기판에 수직하게 되는 것을 나타낸다. 도 2에서 중앙화소의 분자배열의 사영된 구조는 모든 방향으로 분자가 배열된 것을 알 수 있다.When the electric field is not applied in the vertical alignment structure, that is, in the case of the central pixel of FIGS. 1 to 2, the spiral structure of the smectic layers of the liquid crystal is maintained so that the liquid crystal molecules are arranged in all the conical directions. 71) is perpendicular to the substrate. The projected structure of the molecular arrangement of the central pixel in Figure 2 can be seen that the molecules are arranged in all directions.

따라서, 두 개의 직교 편광판들(80, 90)의 사이에서는 완전히 빛이 차단된다.Thus, light is completely blocked between the two orthogonal polarizers 80 and 90.

그러나, 전기장이 인가될 경우 강유전성 액정분자의 분극 모멘트와 전기장 사이의 극성 상호작용에 의해 인가 전기장의 극성에 따라 평균 광축방향이 기판에 대해 기울어지게 되고, 그 결과 입사광은 전기장 방향과 45°를 이루는 직교 편광판(80, 90)을 투과하게 된다. 즉, 좌측 화소에서는 액정분자들이 모두 -90°방향, 즉 전방으로 기울어지는 배열을 이루게 되므로, 평균 광축방향(72)이 수직방향에서 전방으로 기울어지게 된다. 도 2에서 좌측화소의 분자배열의 사영된 구조는 하방으로만 분자가 배열된 것을 알 수 있다.However, when the electric field is applied, the polarization interaction between the polarization moment of the ferroelectric liquid crystal molecules and the electric field causes the average optical axis to be inclined with respect to the substrate according to the polarity of the applied electric field. As a result, the incident light is 45 ° with the electric field direction. It passes through the orthogonal polarizing plates 80 and 90. That is, in the left pixel, the liquid crystal molecules are all inclined in the −90 ° direction, that is, forward, so that the average optical axis direction 72 is inclined forward from the vertical direction. In FIG. 2, it can be seen that the projected structure of the molecular arrangement of the left pixel is arranged only downward.

그러나, 우측화소에서는 액정분자들이 모두 90°방향 즉 후방으로 기울어지는 배열을 이루게 되므로, 평균 광축방향(73)이 수직방향에서 후방으로 기울어지게의 가지를 가지는 n자형이고, 제 2 투명전극(30)은 3개의 가지를 가지는 m자형으로 구성되고 이들 두 전극들의 가지들이 서로 교호로 배치되도록 배열된다. 그러므로, 이들 가지들 사이에서 4개의 부화소가 1×4 형태를 가지게 된다.However, in the right pixel, the liquid crystal molecules are all inclined rearwardly in the 90 ° direction, so that the average optical axis direction 73 is an n-shaped branch having the inclination backward in the vertical direction, and the second transparent electrode 30 ) Is composed of an m shape having three branches and arranged so that the branches of these two electrodes are alternately arranged with each other. Therefore, four subpixels have a 1 × 4 shape between these branches.

따라서, 온상태의 화소(100)에서는 4개의 부화소들(101, 102, 103, 104)에서 인가되는 전기장의 방향이 교호로 배치되므로, 홀수번째 부화소들(101, 103)과 짝수번째 부화소들(102, 103)의 평균 광축방향은 서로 반대방향으로 대칭성을 가지게 된다. 즉, 이와 같은 한 화소 내의 복수의 부화소들의 대칭적인 평균 광축방향에 의해 넓은 시야각을 확보할 수 있도록 한다. 따라서, 본 발명에서는 종래 액정표시장치들과 비교하여 투명전극의 구성에 의해 쉽게 넓은 시야각의 확보가 가능하므로 추가적인 광학필름 등의 구성이 불필요하다.Therefore, in the pixel 100 in the on state, the directions of the electric fields applied from the four subpixels 101, 102, 103, and 104 are alternately arranged, and thus the odd subpixels 101 and 103 and the even subnumber are disposed. The average optical axis directions of the pixels 102 and 103 have symmetry in opposite directions. That is, a wide viewing angle can be ensured by the symmetric average optical axis direction of the plurality of subpixels in one pixel. Therefore, in the present invention, since a wide viewing angle can be easily secured by the configuration of the transparent electrode as compared to the conventional liquid crystal display devices, an additional optical film or the like is unnecessary.

도 6은 본 발명에 의한 수직 배향 나선 변형 액정표시장치의 구동전극배열의 다른 실시예의 구성을 나타낸다. 다른 실시예의 전극구조는 두 개의 제 1 투명전극들(20) 사이에 제 2 투명전극(30)을 배치하고, 제 1 투명전극(20)으로부터 수직방향으로 반복되는 복수의 가지들과 제 2 투명전극으로부터 수직방향으로 연장된 복수의 가지들이 서로 교호로 배치되도록 구성한 것이다. 따라서, 이들 가지들에 의해 구분되는 각 부화소들은 수평방향을 따라서 교호로 서로 반대방향의 평균 광축방향을 가지게 된다. 이러한 전극배열 구조에서는 4개의 부화소가 2×2 형태를 가지게 된다.6 shows the configuration of another embodiment of the drive electrode array of the vertically oriented spiral modified liquid crystal display device according to the present invention. According to another exemplary embodiment, an electrode structure includes a second transparent electrode 30 disposed between two first transparent electrodes 20, and a plurality of branches and a second transparent layer that are repeated in a vertical direction from the first transparent electrode 20. The plurality of branches extending in the vertical direction from the electrode are configured to be alternately arranged with each other. Thus, each subpixel divided by these branches has an average optical axis direction opposite to each other alternately along the horizontal direction. In such an electrode array structure, four subpixels have a 2 × 2 shape.

도 7은 본 발명에 의한 반사형 수직 배향 나선 변형 액정표시장치의 구성을 나타낸다. 도 7은 도 1과 비교하여 제 2 유리기판(50)의 제 1 면(52) 혹은 제 2 면(54)에 반사판(120)을 설치하고, 제 2 유리기판(50)의 제2면(54)에는 편광판이 없으며, 제 1 유리기판(10)과 편광판(80) 사이에 위상차판(84)을 설치한 점이 다르다. 따라서, 동일한 구성에 대해서는 동일 부호로 처리한다.7 shows a configuration of a reflection type vertically oriented spiral modified liquid crystal display device according to the present invention. FIG. 7 shows that the reflective plate 120 is installed on the first surface 52 or the second surface 54 of the second glass substrate 50, and the second surface of the second glass substrate 50 (FIG. The polarizing plate 54 does not have a polarizing plate, and the retardation plate 84 is provided between the first glass substrate 10 and the polarizing plate 80. Therefore, the same structure is processed with the same code | symbol.

위상차판(84)의 광축방향은 편광판(80)의 광축 방향과 45°가 되도록 구성한다. 위상차판(84)은 입사광 파장의 1/4의 위상지연을 갖도록 한다. 위상차판(84)의 위상차가 160 ×N nm와 200 ×N nm(여기서, N은 1,2,3, ...임) 사이의 값을 가진 것이 바람직하다.The optical axis direction of the phase difference plate 84 is comprised so that it may become 45 degrees with the optical axis direction of the polarizing plate 80. FIG. The retardation plate 84 has a phase delay of 1/4 of the incident light wavelength. It is preferable that the phase difference of the retardation plate 84 has a value between 160 x N nm and 200 x N nm (where N is 1,2,3, ...).

반사형에서는, 전기장이 인가되지 않은 경우, 평균광축은 기판에 수직인 방향이므로 광학특성은 위상차판의 위상지연에 의해 결정된다. 빛의 유효 위상차는 위상차판(84)의 위상지연의 2배인 어두운 상태가 실현된다.In the reflection type, when no electric field is applied, the average optical axis is in a direction perpendicular to the substrate, so the optical characteristic is determined by the phase delay of the retardation plate. The effective phase difference of light is realized in a dark state that is twice the phase delay of the retardation plate 84.

반사형에서, 전기장이 인가되면, 액정의 평균광축이 기판에 수직인 방향에서 수평방향으로 기울어지게 되어 유효 복굴절을 가지게 된다. 유효 복굴절과 기판 간격의 곱의 크기에 따른 위상지연에 의해 밝은 상태가 구현된다.In the reflection type, when an electric field is applied, the average optical axis of the liquid crystal is inclined in the horizontal direction from the direction perpendicular to the substrate to have an effective birefringence. The bright state is realized by the phase delay depending on the magnitude of the product of the effective birefringence and the substrate spacing.

이상, 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 대면적의 균일한 배향 및 연속적인 계조표시 기능을 쉽게 해결할 수 있어서 수직 배향에 의한 높은 대비비가 얻어진다. 또한, 전극 배열구조의 설계에 의한 원천적인 다중영역구조가 가능하여 넓은 시야각 특성을 얻을 수 있다. 또한, 러빙 등의 배향막 표면처리공정이 요구되지 않아 제조공정이 단순하여 제조비용을 줄이는데 이점이 있다.As described above, in the present invention, the uniform orientation of the large area and the continuous gray scale display function can be easily solved, and a high contrast ratio due to the vertical alignment is obtained. In addition, the original multi-domain structure is possible by designing the electrode array structure to obtain a wide viewing angle characteristic. In addition, since an alignment film surface treatment process such as rubbing is not required, the manufacturing process is simple, which is advantageous in reducing the manufacturing cost.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 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.Although described above with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art various modifications and variations of the present invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below I can understand that you can.

Claims (10)

서로 마주보는 두 면을 각각 가지는 제 1 및 제 2 유리기판들;First and second glass substrates each having two surfaces facing each other; 상기 제 1 유리기판의 제 1 면에 형성되고, 제 1 전위를 가진 제 1 투명전극;A first transparent electrode formed on a first surface of the first glass substrate and having a first potential; 상기 제 1 유리기판의 제 1 면에 형성되고, 상기 제 1 전위와 다른 제 2 전위를 가진 제 2 투명전극;A second transparent electrode formed on a first surface of the first glass substrate and having a second potential different from the first potential; 상기 제 1 및 제 2 투명전극들이 형성된 제 1 유리기판의 제 1 면상에 형성되는 제 1 수직 배향막;A first vertical alignment layer formed on a first surface of the first glass substrate on which the first and second transparent electrodes are formed; 상기 제 2 유리기판의 제 1 면에 형성되는 제 2 수직배향막;A second vertical alignment layer formed on the first surface of the second glass substrate; 상기 제 1 및 제 2 수직 배향막들이 서로 마주보는 제 1 및 제 2 유리기판들 사이에 봉입되고, 빛의 파장보다 더 짧은 나선 피치를 가지며, 상기 제 1 및 제 2 투명전극 사이에 형성되는 전계에 응답하여 나선변형되어 분자들이 특정 방향으로 회전되는 강유전성 액정을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 배향 나선 변형 강유전성 액정표시장치.The first and second vertical alignment layers are enclosed between the first and second glass substrates facing each other, have a spiral pitch shorter than a wavelength of light, and are formed between the first and second transparent electrodes. And a ferroelectric liquid crystal in which the spiral is deformed in response and the molecules are rotated in a specific direction. 제 1 항에 있어서, 상기 강유전성 액정에서 나선축에 대한 분자 경사각을 θ라고 하면, 분자 경사각이 22.5° ≤ θ ≤45°인 것을 특징으로 하는 수직 배향 나선변형 강유전성 액정표시장치.2. The vertically oriented spiral strain ferroelectric liquid crystal display device according to claim 1, wherein the inclination angle of the ferroelectric liquid crystal with respect to the helix axis is θ, wherein the inclination angle of the molecules is 22.5 ° ≤ θ ≤ 45 °. 제 1 항에 있어서, 상기 강유전성 액정의 나선피치가 0.35㎛ 보다 짧은 것을 특징으로 하는 수직 배향 나선변형 강유전성 액정표시장치.2. The vertically oriented spirally modified ferroelectric liquid crystal display according to claim 1, wherein the spiral pitch of the ferroelectric liquid crystal is shorter than 0.35 mu m. 제 1 항에 있어서, 상기 수직 배향막의 기판면에 대한 표면 경사각을 θS라고 하면, 75°≤θs ≤90°를 특징으로 하는 수직배향 나선변형 강유전성 액정표시장치.The vertically oriented spiral strain ferroelectric liquid crystal display according to claim 1, wherein when the surface inclination angle of the vertical alignment layer with respect to the substrate surface is θ S , 75 ° ≦ θs ≦ 90 °. 제 1 항에 있어서, 상기 강유전성 액정의 굴절률 이방성과 기판 사이의 간격의 곱이 720nm 보다 작은 것을 특징으로 하는 수직 배향 나선변형 강유전성 액정표시장치.2. The vertically oriented spiral strain ferroelectric liquid crystal display according to claim 1, wherein a product of refractive index anisotropy of the ferroelectric liquid crystal and a distance between the substrates is smaller than 720 nm. 제 1 항에 있어서, 상기 장치는The device of claim 1, wherein the device is 상기 제 1 유리기판의 제 2 면에 설치된 제 1 편광판; 및A first polarizing plate provided on a second surface of the first glass substrate; And 상기 제 2 유리기판의 제 2 면에 설치되고 제 1편광판과 직교하는 편광성을 가지는 제 2 편광판을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 배향 나선변형 강유전성 액정표시장치.And a second polarizing plate disposed on a second surface of the second glass substrate and having a polarization perpendicular to the first polarizing plate. 제 6 항에 있어서, 상기 제 1 편광판은 상기 제 1 및 제 2 투명전극들 사이에 형성되는 전기장의 방향에 대해 대략 45°의 광축방향을 가지는 것을 특징으로하는 수직 배향 나선변형 강유전성 액정표시장치.7. The vertically oriented spiral strain ferroelectric liquid crystal display according to claim 6, wherein the first polarizing plate has an optical axis direction of approximately 45 degrees with respect to a direction of an electric field formed between the first and second transparent electrodes. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 투명전극과 제 2 투명전극은 서로 교호로 배치되어 인접하는 좌우의 두 화소에서 평균 광축이 서로 반대 방향으로 대칭되도록 하는 것을 특징으로 하는 수직 배향 나선 변형 강유전성 액정표시장치.The vertically oriented spiral strain ferroelectric liquid crystal display of claim 1, wherein the first transparent electrode and the second transparent electrode are alternately disposed so that an average optical axis is symmetric in opposite directions in two adjacent left and right pixels. Device. 서로 마주보는 두 면을 각각 가지는 제 1 및 제 2유리기판들;First and second glass substrates each having two surfaces facing each other; 상기 제 1 유리기판의 제 1 면에 형성되고, 제 1 전위를 가진 제 1 투명전극;A first transparent electrode formed on a first surface of the first glass substrate and having a first potential; 상기 제 1 유리기판의 제 1 면에 형성되고, 상기 제 1 전위와 다른 제 2 전위를 가진 제 2 투명전극;A second transparent electrode formed on a first surface of the first glass substrate and having a second potential different from the first potential; 상기 제 1 및 제 2 투명전극들이 형성된 제 1 유리기판의 제 1 면상에 형성되는 제 1 수직 배향막;A first vertical alignment layer formed on a first surface of the first glass substrate on which the first and second transparent electrodes are formed; 상기 제 2 유리기판의 일측면에 설치된 반사판;A reflection plate installed on one side of the second glass substrate; 상기 제 2 유리기판의 제 1 면에 형성되는 제 2 수직배향막,A second vertical alignment layer formed on the first surface of the second glass substrate, 상기 제 1 유리기판의 제 2 면에 빛의 파장의 1/4의 광지연 특성을 가지는 위상차판;A retardation plate having a photo-delay characteristic of 1/4 of a wavelength of light on a second surface of the first glass substrate; 상기 제 1 유리기판의 제 2 면에 설치되고 상기 위상차판의 광축과 45°를 이루는 광축을 가지는 편광판; 및A polarizing plate disposed on a second surface of the first glass substrate and having an optical axis that forms an angle of 45 ° with the optical axis of the retardation plate; And 상기 제 1 및 제 2 수직 배향막들이 서로 마주보는 제 1 및 제 2 유리기판들사이에 봉입되고, 빛의 파장보다 더 짧은 나선 피치를 가지며, 상기 제 1 및 제 2 투명전극 사이에 형성되는 전계에 응답하여 나선변형되어 특정 방향으로 분자들이 회전되는 강유전성 액정을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 배향 나선변형 강유전성 액정표시장치.The first and second vertical alignment layers are enclosed between first and second glass substrates facing each other, have a spiral pitch shorter than a wavelength of light, and are formed between the first and second transparent electrodes. And a ferroelectric liquid crystal in which helix is responsive to rotate molecules in a specific direction. 제 9 항에 있어서, 상기 위상차판의 위상차가 160 ×N nm와 200 ×N nm(여기서, N은 1,2,3, ...임) 사이의 값을 가진 것을 특징으로 하는 수직 배향 나선변형 강유전성 액정표시장치.10. The vertically oriented spiral deformation according to claim 9, wherein the phase difference of the retardation plate has a value between 160 × N nm and 200 × N nm, where N is 1,2,3, ... Ferroelectric liquid crystal display device.
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