KR102431690B1 - Smart Liquid Crystal Display Device - Google Patents

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KR102431690B1 KR1020150169526A KR20150169526A KR102431690B1 KR 102431690 B1 KR102431690 B1 KR 102431690B1 KR 1020150169526 A KR1020150169526 A KR 1020150169526A KR 20150169526 A KR20150169526 A KR 20150169526A KR 102431690 B1 KR102431690 B1 KR 102431690B1
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Abstract

본 발명은, 서로 마주보며 이격되는 제1 및 제2기판과, 상기 제1 및 제2기판 사이에 배치되며, 액정분자와 광이성질체를 포함하는 액정층과, 상기 제1 및 제2기판 외면에 각각 배치되고, 서로 수직한 투과축을 갖는 제1 및 제2편광판을 포함하는 스마트 윈도우를 제공하는데, 액정에 광이성질체를 혼합하여 빛의 조사여부에 따라 벤드(bend) 상태 또는 스플레이(splay) 상태를 갖는 액정층을 형성함으로써, 외부광을 자동으로 개폐하고 소비전력이 절감된다. In the present invention, first and second substrates facing each other and spaced apart from each other, a liquid crystal layer disposed between the first and second substrates and including liquid crystal molecules and photoisomers, and the first and second substrates are formed on the outer surface of the substrate. A smart window is provided that includes first and second polarizing plates respectively disposed and having transmission axes perpendicular to each other. A bend state or a splay state is obtained depending on whether light is irradiated by mixing a photoisomer in liquid crystal. By forming a liquid crystal layer with

Description

스마트 액정표시장치 {Smart Liquid Crystal Display Device} Smart Liquid Crystal Display Device

본 발명은 스마트 액정표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 광이성질체 및 액정으로 이루어지는 액정층을 포함하는 스마트 액정표시장치에 관한 것이다. The present invention relates to a smart liquid crystal display, and more particularly, to a smart liquid crystal display including a liquid crystal layer made of a photoisomer and liquid crystal.

최근 정보기술 산업 및 자동차 산업뿐만 아니라 바이오 산업 등 전 방위적 산업발전에 따라, 외부환경 변화에 따라 기능이 부여되는 스마트 소재(smart material) 및 스마트 표시장치(smart display device)에 대한 요구가 급증하고 있다. Recently, with the development of omnidirectional industries such as the bio industry as well as the information technology industry and the automobile industry, the demand for smart materials and smart display devices that are given functions according to changes in the external environment is rapidly increasing. have.

스마트 소재란 빛, 온도, 산도(pH), 전기, 압력 등 외부환경 변화에 반응하여 모양 또는 부피가 변하거나 기계적, 광학적, 전기적 특성 등이 가역적으로 바뀌는 소재를 말하며, 스마트 표시장치란 외부환경 변화에 따라 상이하게 동작하는 표시장치를 말한다. A smart material is a material whose shape or volume changes in response to changes in the external environment such as light, temperature, acidity (pH), electricity, and pressure, or whose mechanical, optical, and electrical properties change reversibly. It refers to a display device that operates differently depending on the

스마트 표시장치의 예로서는, 태양광에 대한 자동개폐 기능을 갖는 스마트 윈도우나, 외부광이 강한 실외에서는 외부광을 이용하여 영상을 표시하고 외부광이 약한 실내에서는 백라이트 유닛의 내부광을 이용하여 영상을 표시하는 반투과형 액정표시장치가 있는데, 이를 도면을 참조하여 설명한다. As an example of a smart display device, a smart window having an automatic opening and closing function for sunlight or an image is displayed using external light in an outdoor environment where the external light is strong, and an image is displayed using the internal light of the backlight unit in a room where the external light is weak. There is a transflective liquid crystal display for displaying, which will be described with reference to the drawings.

도 1a 및 도 1b는 각각 종래의 스마트 윈도우의 차단상태 및 투과상태를 도시한 도면이다.1A and 1B are diagrams illustrating a blocking state and a transmissive state of a conventional smart window, respectively.

도 1a 및 도 1b에 도시한 바와 같이, 종래의 스마트 윈도우(10)는, 서로 마주보며 이격되는 제1 및 제2기판(20, 30)과, 제1 및 제2기판(20, 30) 사이의 액정층(40)을 포함한다.1A and 1B, the conventional smart window 10 is between the first and second substrates 20 and 30 and the first and second substrates 20 and 30 spaced apart from each other facing each other. a liquid crystal layer 40 of

제1기판(20) 내면에는 제1전극(22)이 형성되고, 제2기판(30) 내면에는 제2전극(32)이 형성된다. The first electrode 22 is formed on the inner surface of the first substrate 20 , and the second electrode 32 is formed on the inner surface of the second substrate 30 .

액정층(40)은 고분자(42)와 고분자(42) 내에 분산되는 액정분자(44)를 포함한다. The liquid crystal layer 40 includes a polymer 42 and liquid crystal molecules 44 dispersed in the polymer 42 .

이러한 종래의 스마트 윈도우(10)는, 태양광이 강할 때는 태양광을 차단하는 블라인드 역할을 하고, 태양광이 약할 때는 태양광을 그대로 투과시키는 창문의 역할을 한다.Such a conventional smart window 10, when the sunlight is strong, serves as a blind to block sunlight, and when the sunlight is weak, serves as a window that transmits sunlight as it is.

구체적으로, 도 1a에 도시한 바와 같이, 제1 및 제2전극(22, 32)에 전압이 인가되지 않는 차단상태에서는, 제1 및 제2전극(22, 32) 사이에 전기장이 생성되지 않고, 그 결과 액정분자(44)가 무작위로 배열되어 태양광이 고분자(42)와 액정분자(44)의 계면에서 산란되어 실내로 입사되지 않는다. Specifically, as shown in FIG. 1A , in the cut-off state in which no voltage is applied to the first and second electrodes 22 and 32 , an electric field is not generated between the first and second electrodes 22 and 32 . , as a result, the liquid crystal molecules 44 are randomly arranged so that sunlight is scattered at the interface between the polymer 42 and the liquid crystal molecules 44 and is not incident into the room.

그리고, 도 1b에 도시한 바와 같이, 제1 및 제2전극(22, 32)에 전압이 인가되는 투과상태에서는, 제1 및 제2전극(22, 32)에 전기장이 생성되고, 그 결과 액정분자(44)가 전기장에 따라 재배열되어 태양광이 고분자(42)와 액정분자(44)의 계면에서 산란되지 않고 실내로 입사된다. And, as shown in FIG. 1B, in the transmission state in which voltage is applied to the first and second electrodes 22 and 32, an electric field is generated in the first and second electrodes 22 and 32, and as a result, liquid crystal The molecules 44 are rearranged according to the electric field, so that sunlight is incident into the room without being scattered at the interface between the polymer 42 and the liquid crystal molecules 44 .

그러나, 이러한 종래의 스마트 윈도우(10)는 태양광에 따라 자동으로 차단상태 및 투과상태 사이에서 전환되는 것이 아니라, 인위적인 전압인가 여부에 따라 차단상태 및 투과상태 사이에서 전환되는 것이므로, 스마트 윈도우 본연의 기능성이 부족하고 소비전력이 증가하는 문제가 있다. However, such a conventional smart window 10 is not automatically switched between the blocking state and the transmission state according to sunlight, but is switched between the blocking state and the transmission state depending on whether an artificial voltage is applied. There is a problem in that functionality is insufficient and power consumption increases.

도 2는 종래의 반투과형 액정표시장치를 도시한 단면도이다. 2 is a cross-sectional view illustrating a conventional transflective liquid crystal display device.

도 2에 도시한 바와 같이, 종래의 반투과형 액정표시장치(110)는, 서로 마주보며 이격되는 제1 및 제2기판(120, 130)과, 제1 및 제2기판(120, 130) 사이의 액정층(140)을 포함하는데, 제1 및 제2기판(120, 130)의 화소영역(P)은 반사영역(RA) 및 투과영역(TA)을 포함한다.As shown in FIG. 2 , the conventional transflective liquid crystal display 110 is between first and second substrates 120 and 130 spaced apart from each other facing each other, and between the first and second substrates 120 and 130 . and a liquid crystal layer 140 of

제1기판(120) 내면의 반사영역(RA)에는 절연층(122)이 형성되고, 절연층(122) 상부에는 반사전극(124)이 형성되며, 제1기판(120) 내면의 투과영역(TA)에는 투과전극(126)이 형성되는데, 반사전극(124) 및 투과전극(126)은 화소전극의 역할을 한다. The insulating layer 122 is formed in the reflective area RA of the inner surface of the first substrate 120 , the reflective electrode 124 is formed on the insulating layer 122 , and the transmissive area ( ) of the inner surface of the first substrate 120 . A transmissive electrode 126 is formed in the TA), and the reflective electrode 124 and the transmissive electrode 126 serve as pixel electrodes.

제2기판(132) 내면에는 공통전극(132)이 형성된다. A common electrode 132 is formed on the inner surface of the second substrate 132 .

이러한 종래의 반투과형 액정표시장치(110)는, 외부광이 강한 실외에서는 외부광을 반사영역(RA)에서 반사시켜 영상을 표시하고, 외부광이 약한 실내에서는 제1기판(120) 하부의 백라이트 유닛(미도시)의 내부광을 투과영역(TA)으로 통과시켜 영상을 표시한다. Such a conventional transflective liquid crystal display 110 displays an image by reflecting external light in the reflective area RA in an outdoor environment where external light is strong, and a backlight under the first substrate 120 in an indoor environment where external light is weak. An image is displayed by passing the internal light of the unit (not shown) to the transmission area TA.

이때, 반사영역(RA) 및 투과영역(TA)에서의 광효율을 균일하게 유지하기 위하여, 반사영역(RA)에만 절연층(122)을 형성하여 액정층(140)의 두께로 정의되는 셀갭(cell gap)이 반사영역(RA) 및 투과영역(TA)에서 서로 다르도록 구성하는데, 예를 들어 반사영역(RA)의 제1셀갭(d1)이 투과영역(TA)의 제2셀갭(d2)의 약 1/2로 형성할 수 있다. At this time, in order to uniformly maintain the light efficiency in the reflective area RA and the transmissive area TA, the insulating layer 122 is formed only in the reflective area RA to form a cell gap defined by the thickness of the liquid crystal layer 140 . gap) is configured to be different in the reflection area RA and the transmission area TA. For example, the first cell gap d1 of the reflection area RA is the second cell gap d2 of the transmission area TA. It can be formed in about 1/2.

즉, 액정층(140)의 위상차는 액정의 굴절률이방성과 셀갭의 곱과 같으므로, 빛이 액정층(140)을 2회 통과하는 반사영역(RA)과 빛이 액정층(140)을 1회 통과하는 투과영역(TA)에서의 광효율의 차를 줄이기 위하여, 반사영역(RA)에서의 액정층(140)의 위상차는 λ/4로 설정하고, 투과영역(TA)에서의 액정층(140)의 위상차는 λ/2로 설정할 수 있다.That is, since the phase difference of the liquid crystal layer 140 is equal to the product of the refractive index anisotropy of the liquid crystal and the cell gap, the reflective area RA through which light passes through the liquid crystal layer 140 twice and the light passes through the liquid crystal layer 140 once. In order to reduce the difference in luminous efficiency in the transmissive region TA, the phase difference of the liquid crystal layer 140 in the reflective region RA is set to λ/4, and the liquid crystal layer 140 in the transmissive region TA is set to λ/4. may be set to λ/2.

그러나, 이와 같은 반투과형 액정표시장치(110)에서는, 반사영역(RA) 및 투과영역(TA) 사이에 단차를 형성함으로써, 공정이 복잡해지고 수율이 저하되는 문제가 있다. However, in the transflective liquid crystal display 110 as described above, since a step is formed between the reflective area RA and the transmissive area TA, there is a problem in that the process is complicated and the yield is lowered.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제시된 것으로, 액정에 광이성질체를 혼합하여 빛의 조사여부에 따라 벤드(bend) 상태 또는 스플레이(splay) 상태를 갖는 액정층을 형성함으로써, 외부광을 자동으로 개폐하고 전력소비가 없는 스마트 윈도우를 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention is proposed to solve this problem, and by mixing photoisomers in liquid crystal to form a liquid crystal layer having a bend state or a splay state depending on whether light is irradiated, external light is automatically opened and closed and to provide a smart window with no power consumption.

그리고, 본 발명은, 액정에 광이성질체를 혼합하여 빛의 조사여부에 따라 벤드(bend) 상태 또는 스플레이(splay) 상태를 갖는 액정층을 단일 셀갭으로 형성함으로써, 공정이 단순화되고 제조비용이 절감되는 반투과형 액정표시장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다. In addition, the present invention, by mixing a photoisomer in a liquid crystal to form a liquid crystal layer having a bend state or a splay state according to whether light is irradiated as a single cell gap, the process is simplified and the manufacturing cost is reduced. It is another object to provide a transflective liquid crystal display device.

위와 같은 과제의 해결을 위해, 본 발명은, 서로 마주보며 이격되는 제1 및 제2기판과, 상기 제1 및 제2기판 사이에 배치되며, 액정분자와 광이성질체를 포함하는 액정층과, 상기 제1 및 제2기판 외면에 각각 배치되고, 서로 수직한 투과축을 갖는 제1 및 제2편광판을 포함하는 스마트 윈도우를 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention provides first and second substrates facing each other and spaced apart from each other, and a liquid crystal layer disposed between the first and second substrates, the liquid crystal layer including liquid crystal molecules and photoisomers; There is provided a smart window including first and second polarizers disposed on the outer surfaces of the first and second substrates, respectively, and having transmission axes perpendicular to each other.

그리고, 상기 광이성질체는 아래의 화학반응식1에 따라 빛에 반응하는 아조벤젠(azobenzene), 아래의 화학반응식2에 따라 빛에 반응하는 스틸벤 계열(stilbene group)의 모이어티(moiety) 중 하나를 포함할 수 있다.In addition, the photoisomer includes one of azobenzene reacting to light according to Chemical Reaction Formula 1 below, and a moiety of a stilbene group that reacts to light according to Chemical Reaction Formula 2 below. can do.

[화학반응식1][Chemical Reaction Formula 1]

Figure 112015117167980-pat00001
Figure 112015117167980-pat00001

[화학반응식2][Chemical Reaction Formula 2]

Figure 112015117167980-pat00002
Figure 112015117167980-pat00002

또한, 상기 액정층은, 외부광이 조사될 경우 벤드 상태를 갖고, 외부광이 제거될 경우 스플레이 상태를 가질 수 있다.In addition, the liquid crystal layer may have a bend state when external light is irradiated, and a splay state when external light is removed.

그리고, 상기 벤드 상태의 상기 액정층은 제1위상차를 갖고, 상기 스플레이 상태의 상기 액정층은 상기 제1위상차보다 큰 제2위상차를 가질 수 있다.In addition, the liquid crystal layer in the bend state may have a first phase difference, and the liquid crystal layer in the splay state may have a second phase difference greater than the first phase difference.

또한, 상기 제1위상차는 0 내지 λ/4(λ는 입사광의 파장) 사이의 값이고, 상기 제2위상차는 λ/4와 λ/2 사이의 값일 수 있다.In addition, the first phase difference may be a value between 0 and λ/4 (λ is the wavelength of the incident light), and the second phase difference may be a value between λ/4 and λ/2.

그리고, 상기 액정층은 35도 내지 45도의 초기 선경사각을 가질 수 있다.In addition, the liquid crystal layer may have an initial pretilt angle of 35 degrees to 45 degrees.

한편, 본 발명은, 서로 마주보며 이격되고, 반사영역 및 투과영역을 포함하는 제1 및 제2기판과, 상기 제1 및 제2기판 사이에 배치되며, 액정분자와 광이성질체를 포함하는 액정층과, 상기 제1 및 제2기판 내면에 각각 배치되는 화소전극 및 공통전극과, 상기 제1 및 제2기판 외면에 각각 배치되고, 서로 수직한 투과축을 갖는 제1 및 제2편광판과, 상기 제1편광판 하부의 상기 반사영역에 배치되는 반사판을 포함하는 반투과형 액정표시장치를 제공한다.On the other hand, in the present invention, the first and second substrates facing each other and spaced apart, each having a reflective region and a transmissive region, and a liquid crystal layer disposed between the first and second substrates, the liquid crystal layer including liquid crystal molecules and photoisomers a pixel electrode and a common electrode respectively disposed on inner surfaces of the first and second substrates; first and second polarizing plates respectively disposed on outer surfaces of the first and second substrates and having transmission axes perpendicular to each other; Provided is a transflective liquid crystal display including a reflective plate disposed in the reflective region under the first polarizing plate.

그리고, 상기 광이성질체는 아래의 화학반응식1에 따라 빛에 반응하는 아조벤젠(azobenzene), 아래의 화학반응식2에 따라 빛에 반응하는 스틸벤 계열(stilbene group)의 모이어티(moiety) 중 하나를 포함할 수 있다.In addition, the photoisomer includes one of azobenzene reacting to light according to Chemical Reaction Formula 1 below, and a moiety of a stilbene group that reacts to light according to Chemical Reaction Formula 2 below. can do.

[화학반응식1][Chemical Reaction Formula 1]

Figure 112015117167980-pat00003
Figure 112015117167980-pat00003

[화학반응식2][Chemical Reaction Formula 2]

Figure 112015117167980-pat00004
Figure 112015117167980-pat00004

또한, 외부광이 조사될 경우, 상기 반사영역의 액정층은, 상기 외부광을 이용하여, 전압 인가 없이 λ/4의 위상차를 갖는 벤드 상태가 되어 화이트를 표시하거나, 상기 화소전극 및 상기 공통전극에 제1전압이 인가되어 0의 위상차를 갖고 블랙을 표시할 수 있다.In addition, when external light is irradiated, the liquid crystal layer of the reflective region uses the external light to be in a bend state having a phase difference of λ/4 without applying a voltage to display white, or the pixel electrode and the common electrode A first voltage may be applied to , so that black may be displayed with a phase difference of 0.

그리고, 외부광이 제거될 경우, 상기 투과영역의 액정층은, 백라이트 유닛의 내부광을 이용하여, 전압 인가 없이 λ/2의 위상차를 갖는 스플레이 상태가 되어 화이트를 표시하거나, 상기 화소전극 및 상기 공통전극에 제2전압이 인가되어 0의 위상차를 갖고 블랙을 표시할 수 있다.In addition, when external light is removed, the liquid crystal layer of the transmissive region becomes a splay state having a phase difference of λ/2 without applying a voltage using the internal light of the backlight unit to display white, or the pixel electrode and the A second voltage may be applied to the common electrode to have a phase difference of 0 and display black.

본 발명은, 액정에 광이성질체를 혼합하여 자외선의 조사여부에 따라 벤드(bend) 상태 또는 스플레이(splay) 상태를 갖는 액정층을 형성함으로써, 외부광을 자동으로 개폐하고 소비전력이 절감되는 효과를 갖는다. The present invention provides an effect of automatically opening and closing external light and reducing power consumption by mixing a photoisomer in a liquid crystal to form a liquid crystal layer having a bend state or a splay state depending on whether ultraviolet rays are irradiated or not have

그리고, 본 발명은, 액정에 광이성질체를 혼합하여 자외선의 조사여부에 따라 벤드(bend) 상태 또는 스플레이(splay) 상태를 갖는 액정층을 단일 셀갭으로 형성함으로써, 공정이 단순화되고 제조비용이 절감되는 효과를 갖는다. In addition, the present invention, by mixing a photoisomer in a liquid crystal to form a liquid crystal layer having a bend state or a splay state according to whether or not ultraviolet rays are irradiated as a single cell gap, the process is simplified and the manufacturing cost is reduced. have an effect

도 1a 및 도 1b는 각각 종래의 스마트 윈도우의 차단상태 및 투과상태를 도시한 도면.
도 2는 종래의 반투과형 액정표시장치를 도시한 단면도.
도 3a 및 도 3b는 각각 본 발명의 제1실시예에 따른 스마트 윈도우의 차단상태 및 투과상태를 도시한 도면.
도 4a 및 도 4b는 각각 본 발명의 제1실시예에 따른 스마트 윈도우의 액정층의 외부광을 조사한 경우 및 외부광을 제거한 경우의 선경사각에 따른 자유에너지를 도시한 그래프.
도 5a 및 도 5b는 각각 화이트 및 블랙을 표시하는 본 발명의 제2실시예에 따른 반투과형 액정표시장치의 단면도.1A and 1B are diagrams showing a blocking state and a transmissive state of a conventional smart window, respectively.
2 is a cross-sectional view showing a conventional transflective liquid crystal display device.
3A and 3B are views showing a blocking state and a transmitting state of the smart window according to the first embodiment of the present invention, respectively;
4A and 4B are graphs showing free energy according to a pretilt angle when external light is irradiated and when external light is removed, respectively, of the liquid crystal layer of the smart window according to the first embodiment of the present invention.
5A and 5B are cross-sectional views of a transflective liquid crystal display according to a second embodiment of the present invention, respectively, displaying white and black;

첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 스마트 액정표시장치를 설명한다. A smart liquid crystal display device according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 3a 및 도 3b는 각각 본 발명의 제1실시예에 따른 스마트 윈도우의 차단상태 및 투과상태를 도시한 도면이다.3A and 3B are diagrams illustrating a blocking state and a transmissive state of the smart window according to the first embodiment of the present invention, respectively.

도 3a 및 도 3b에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 스마트 윈도우(210)는, 서로 마주보며 이격되는 제1 및 제2기판(220, 230)과, 제1 및 제2기판(220, 230) 사이의 액정층(240)을 포함한다. 3A and 3B , the smart window 210 according to the first embodiment of the present invention faces and faces first and second substrates 220 and 230 spaced apart from each other, and the first and second and a liquid crystal layer 240 between the substrates 220 and 230 .

제1기판(220)의 외면에는 제1편광판(222)이 형성되고, 제2기판(230) 외면에는 제2편광판(232)이 형성되는데, 제1 및 제2편광판(222, 232)의 투과축은 서로 수직일 수 있다. A first polarizing plate 222 is formed on the outer surface of the first substrate 220 , and a second polarizing plate 232 is formed on the outer surface of the second substrate 230 , and the first and second polarizing plates 222 and 232 are transmitted. The axes may be perpendicular to each other.

예를 들어, 제1편광판(222)의 투과축이 -45도인 경우, 제2편광판(232)의 투과축은 +45도일 수 있으며, 설명의 편의상 제1편광판(222)의 투과축은 지면(紙面)에 평행한 방향을 갖고, 제2편광판(232)의 투과축은 지면에 수직한 방향을 갖는 것으로 도시할 수 있다.For example, when the transmission axis of the first polarizing plate 222 is -45 degrees, the transmission axis of the second polarizing plate 232 may be +45 degrees, and for convenience of explanation, the transmission axis of the first polarizing plate 222 is on the ground. It may have a direction parallel to , and the transmission axis of the second polarizing plate 232 may have a direction perpendicular to the paper.

액정층(240)은 액정분자(242)와 광이성질체(photo-isomer)(미도시)를 포함하는데, 도 3a에 도시한 바와 같이 태양광과 같은 외부광이 조사될 경우 광이성질체에 의하여 액정분자(242)는 벤드 상태로 배열되고, 도 3b에 도시한 바와 같이 태양광과 같은 외부광이 조사되지 않을 경우 광이성질체에 의하여 액정분자(242)는 스플레이 상태로 배열된다. The liquid crystal layer 240 includes a liquid crystal molecule 242 and a photo-isomer (not shown). Reference numeral 242 is arranged in a bend state, and when external light such as sunlight is not irradiated as shown in FIG. 3B , the liquid crystal molecules 242 are arranged in a splay state due to the photoisomer.

이러한 액정분자(242)의 배열 상태의 변화는 광이성질체의 변형에 기인하는데, 광이성질체는 아래의 화학반응식1에 따라 빛에 반응하는 아조벤젠(azobenzene) 또는 아래의 화학반응식2에 따라 빛에 반응하는 스틸벤 계열(stilbene group)의 모이어티(moiety) 중 하나일 수 있다. This change in the arrangement state of the liquid crystal molecules 242 is due to the transformation of the photoisomer, which is azobenzene that reacts to light according to Chemical Reaction Formula 1 below or that reacts to light according to Chemical Reaction Formula 2 below. It may be one of the moieties of the stilbene group.

[화학반응식1][Chemical Reaction Formula 1]

Figure 112015117167980-pat00005
Figure 112015117167980-pat00005

[화학반응식2][Chemical Reaction Formula 2]

Figure 112015117167980-pat00006
Figure 112015117167980-pat00006

즉, 액정층(240)에 자외선과 같은 빛을 조사할 경우, 광이성질체인 트랜스 아조벤젠 또는 E-스틸벤은 시스 아조벤젠 또는 Z-스틸벤으로 변형되고, 이에 따라 액정층(240)의 탄성계수비(K33/K11)가 감소한다. That is, when light such as ultraviolet light is irradiated to the liquid crystal layer 240 , trans azobenzene or E-stilbene, which is a photoisomer, is transformed into cis azobenzene or Z-stilbene, and accordingly, the elastic modulus ratio of the liquid crystal layer 240 . (K 33 /K 11 ) decreases.

그리고, 액정층(240)으로부터 자외선과 같은 빛을 제거할 경우(즉, 가시광선과 같은 빛을 조사할 경우), 광이성질체인 시스 아조벤젠 또는 Z-스틸벤은 트랜스 아조벤젠 또는 E-스틸벤으로 변형되고, 이에 따라 액정층(240)의 탄성계수비(K33/K11)가 원상태로 복귀한다. And, when light such as ultraviolet light is removed from the liquid crystal layer 240 (that is, when light such as visible light is irradiated), cis azobenzene or Z-stilbene, which is a photoisomer, is transformed into trans azobenzene or E-stilbene, and , accordingly, the elastic modulus ratio (K 33 /K 11 ) of the liquid crystal layer 240 returns to its original state.

이러한 광이성질체는 액정층(240) 형성 시 액정분자에 직접 혼합될 수 있는데, 다른 실시예에서는 제1 및 제2기판(220, 230) 내면에 형성되는 배향막(미도시)에 광이성질체가 혼합된 후 후속공정에서 액정층(240)이 형성될 때 배향막에 포함되어 있는 광이성질체가 액정층(240)으로 확산되어 혼합될 수도 있다.These photoisomers may be directly mixed into liquid crystal molecules when the liquid crystal layer 240 is formed. In another embodiment, the photoisomer is mixed in an alignment layer (not shown) formed on the inner surfaces of the first and second substrates 220 and 230 . When the liquid crystal layer 240 is formed in a subsequent subsequent process, the photoisomer included in the alignment layer may diffuse into the liquid crystal layer 240 and be mixed.

그리고, 액정층(240)의 벤드 상태 및 스플레이 상태의 자유 에너지는 초기 선경사각(initial pre-tilt angle)에 따라 변하는데, 이를 도면을 참조하여 설명한다. In addition, the free energy of the bend state and the splay state of the liquid crystal layer 240 changes according to an initial pre-tilt angle, which will be described with reference to the drawings.

도 4a 및 도 4b는 각각 본 발명의 제1실시예에 따른 스마트 윈도우의 액정층의 외부광을 조사한 경우 및 외부광을 제거한 경우의 선경사각에 따른 자유에너지를 도시한 그래프로서, 도 3a 및 도 3b를 함께 참조하여 설명한다.4A and 4B are graphs showing free energy according to pre-tilt angles when external light is irradiated and when external light is removed from the liquid crystal layer of the smart window according to the first embodiment of the present invention, respectively; FIGS. 3A and FIG. It will be described with reference to 3b together.

도 4a에 도시한 바와 같이, 약 35도 내지 약 45도의 선경사각으로 형성된 액정층(240)에 외부광을 조사한 경우에는 탄성계수비(K33/K11)가 약 2이고, 셀갭이 약 5μm이므로, 아래의 수학식1에 따라 벤드 상태의 자유에너지(free energy)가 스플레이 상태의 자유에너지보다 낮아서 액정층(240)은 벤드 상태가 된다. As shown in FIG. 4A , when external light is irradiated to the liquid crystal layer 240 formed at a pre-tilt angle of about 35 degrees to about 45 degrees, the elastic modulus ratio (K 33 /K 11 ) is about 2, and the cell gap is about 5 μm. Therefore, according to Equation 1 below, the free energy of the bend state is lower than the free energy of the splay state, so that the liquid crystal layer 240 is in the bend state.

그리고, 도 4b에 도시한 바와 같이, 약 35도 내지 약 45도의 선경사각으로 형성된 액정층(240)에 외부광을 제거한 경우(외부광을 조사하지 않은 경우)에는 탄성계수비(K33/K11)가 약 1이고, 셀갭이 약 5μm이므로, 아래의 수학식1에 따라 스플레이 상태의 자유에너지가 벤드 상태의 자유에너지보다 낮아서 액정층(240)은 스플레이 상태가 된다.And, as shown in FIG. 4B, when external light is removed (when external light is not irradiated) in the liquid crystal layer 240 formed at a pre-tilt angle of about 35 degrees to about 45 degrees, the elastic modulus ratio (K 33 /K) 11 ) is about 1 and the cell gap is about 5 μm, so the free energy of the splay state is lower than the free energy of the bend state according to Equation 1 below, so that the liquid crystal layer 240 is in the splay state.

[수학식1][Equation 1]

Figure 112015117167980-pat00007
Figure 112015117167980-pat00007

여기서, 액정층(240)의 초기 선경사각은 경사증착, 배향막 혼합(mixing), 스태킹(stacking) 등의 방법으로 다양하게 설정할 수 있다. Here, the initial pre-tilt angle of the liquid crystal layer 240 may be variously set by methods such as gradient deposition, mixing of alignment layers, and stacking.

이러한 자유에너지는 탄성변형 에너지(elastic deformation energy)라고 불리기도 하는데, 액정분자(242)는 제1 및 제2기판(220, 230)의 액정 방향자(director)가 결정될 경우, 탄성계수(K), 두께(d)와 같은 셀 매개변수(cell parameter)에 따라 액정층(240) 전체(bulk)에서의 배열이 결정된다. This free energy is also called elastic deformation energy, and the liquid crystal molecule 242 has an elastic modulus (K) when the liquid crystal directors of the first and second substrates 220 and 230 are determined. , an arrangement in the bulk of the liquid crystal layer 240 is determined according to a cell parameter such as a thickness d.

제1 및 제2기판(220, 230)을 동일한 방향으로 러빙(rubbing)할 경우, 스플레이 상태 또는 벤드 상태의 배향 상태가 존재할 수 있는데, 셀 형성 조건에 따른 탄성변형 에너지가 낮은 상태로 배향된다. When the first and second substrates 220 and 230 are rubbed in the same direction, an orientation state of a splay state or a bend state may exist, and the elastic deformation energy according to the cell formation condition is low.

따라서, 액정층(240)을 초기에 스플레이 상태로 배향한 후, 자외선과 같은 외부광을 조사하여 탄성계수비(K33/K11)를 감소시킬 경우, 벤드 탄성변형 에너지가 감소하여 액정층(240)은 벤드 상태가 되고, 이후 외부광이 제거될 경우 탄성계수비(K33/K11)가 다시 원상태로 복귀하여 벤드 탄성변형 에너지가 원상태로 복귀하고, 그 결과 액정층(240)은 다시 스플레이 상태가 된다. Therefore, when the liquid crystal layer 240 is initially oriented in the splay state and then irradiated with external light such as ultraviolet light to reduce the elastic modulus ratio (K 33 /K 11 ), the bend elastic deformation energy is reduced and the liquid crystal layer ( 240) is a bend state, and then, when the external light is removed, the elastic modulus ratio (K 33 /K 11 ) returns to the original state, and the bend elastic deformation energy returns to the original state, and as a result, the liquid crystal layer 240 is again becomes splay.

이때, 액정층(240)의 중앙부의 액정분자(242)의 배열방향이 수평방향 및 수직방향 사이에서 변화하므로, 위상차(retardation)가 변화하고, 그 결과 아래의 수학식2에 따라 액정층(240)의 투과율이 변한다.At this time, since the arrangement direction of the liquid crystal molecules 242 in the central part of the liquid crystal layer 240 changes between the horizontal direction and the vertical direction, the retardation changes, and as a result, the liquid crystal layer 240 according to Equation 2 below. ) changes in transmittance.

[수학식2][Equation 2]

Figure 112015117167980-pat00008
Figure 112015117167980-pat00008

따라서, 본 발명의 제1실시예에 따른 스마트 윈도우(210)는, 외부광의 강도에 따른 액정층(240)의 투과율 변화를 이용하여 외부광을 자동으로 개폐할 수 있다. Accordingly, the smart window 210 according to the first embodiment of the present invention can automatically open and close external light by using a change in transmittance of the liquid crystal layer 240 according to the intensity of external light.

즉, 외부광이 강할 때 액정층(240)은 벤드 상태를 갖게 되고 벤드 상태의 액정층(240)은 상대적으로 낮은 위상차(retardation)를 가지며, 외부광이 약할 때 액정층(240)은 스플레이 상태를 갖게 되고 스플레이 상태의 액정층(240)은 상대적으로 높은 위상차를 갖게 되는데, 예를 들어 벤드 상태의 액정층(240)은 0에 근접한 위상차를 가질 수 있고, 스플레이 상태의 액정층(240)은 벤드 상태의 액정층(240)의 위상차보다 크고 가변 가능한 위상차를 가질 수 있다.That is, when the external light is strong, the liquid crystal layer 240 has a bend state, the liquid crystal layer 240 in the bent state has a relatively low retardation, and when the external light is weak, the liquid crystal layer 240 has a splay state. and the liquid crystal layer 240 in the splay state has a relatively high phase difference. For example, the liquid crystal layer 240 in the bend state may have a phase difference close to zero, and the liquid crystal layer 240 in the splay state has a It may have a variable retardation greater than the retardation of the liquid crystal layer 240 in the bent state.

예를 들어, 외부광이 강할 때 외부광을 최대한 차단하면서도 외부를 볼 수 있도록 벤드 상태의 액정층(240)은 0과 λ/4(λ는 입사광의 파장) 사이의 위상차를 가질 수 있고, 외부광이 약할 때 스플레이 상태의 액정층(240)은 사용자가 원하는 외부를 볼 수 있는 정도에 따라 λ/4와 λ/2(λ는 입사광의 파장) 사이의 위상차를 가질 수 있다.For example, when the external light is strong, the liquid crystal layer 240 in the bent state may have a phase difference between 0 and λ/4 (λ is the wavelength of the incident light) so that the outside can be seen while blocking external light as much as possible. When the light is weak, the liquid crystal layer 240 in the splay state may have a phase difference between λ/4 and λ/2 (λ is the wavelength of incident light) depending on the degree to which the user can see the desired exterior.

이에 따라, 도 3a에 도시한 바와 같이, 외부광이 강할 때, 스마트 윈도우(210)로 입사되는 강도가 강한 제1외부광(EL1)은 지면에 수직한 투과축을 갖는 제2편광판(232)를 통과한 후 지면에 수직한 편광방향을 갖는 선편광의 제1투과상태(TS1)가 되고, 벤드 상태의 액정층(240)을 통과한 후 편광 상태의 변화 없이 지면에 수직한 편광방향을 갖는 선편광의 제2투과상태(TS2)가 되고, 지면에 평행한 투과축을 갖는 제1편광판(222)을 통과하면서 제1편광판(222)에 대부분 흡수되어, 제1편광판(222)을 통과한 후 강도가 약한 제2외부광(EL2)이 된다. Accordingly, as shown in FIG. 3A , when the external light is strong, the first external light EL1 having a strong intensity incident on the smart window 210 uses the second polarizing plate 232 having a transmission axis perpendicular to the ground. After passing, it becomes the first transmission state TS1 of the linearly polarized light having a polarization direction perpendicular to the ground, and after passing through the liquid crystal layer 240 in a bend state, the linear polarized light having a polarization direction perpendicular to the ground without a change in polarization state In the second transmission state TS2, most of the absorption is absorbed by the first polarizing plate 222 while passing through the first polarizing plate 222 having a transmission axis parallel to the ground, and after passing through the first polarizing plate 222, the strength is weak It becomes the second external light EL2.

그리고, 도 3b에 도시한 바와 같이, 외부광이 약할 때, 스마트 윈도우(210)로 입사되는 강도가 약한 제3외부광(EL3)은 지면에 수직한 투과축을 갖는 제2편광판(232)를 통과한 후 지면에 수직한 편광방향을 갖는 선편광의 제3투과상태(TS3)가 되고, 스플레이 상태의 액정층(240)을 통과한 후 편광 상태가 변화되어 지면에 평행한 편광방향을 갖는 선편광의 제4투과상태(TS4)가 되고, 대부분이 지면에 평행한 투과축을 갖는 제1편광판(222)을 통과하여, 제1편광판(222)을 통과한 후 제3외부광(EL3)과 실질적으로 동일한 강도를 갖는 제4외부광(EL4)이 된다. And, as shown in FIG. 3B , when the external light is weak, the third external light EL3 having a weak intensity incident on the smart window 210 passes through the second polarizing plate 232 having a transmission axis perpendicular to the ground. After this, it becomes the third transmission state TS3 of the linearly polarized light having a polarization direction perpendicular to the paper, and after passing through the liquid crystal layer 240 in the splay state, the polarization state is changed, and the first of the linearly polarized light having a polarization direction parallel to the paper is obtained. 4 It becomes the transmission state TS4, most of it passes through the first polarizer 222 having a transmission axis parallel to the ground, passes through the first polarizer 222, and then has substantially the same intensity as that of the third external light EL3 is the fourth external light EL4 having

따라서, 본 발명의 제1실시예에 따른 스마트 윈도우(210)는, 액정분자(242)와 광이성질체를 혼합하여 액정층(240)을 형성함으로써, 외부광이 상대적으로 강한 강도를 가질 때 외부광을 모두 흡수하거나 약화된 성분만 투과시켜 외부광을 차단하고, 외부광이 상대적으로 약한 강도를 가질 때 외부광을 모두 투과시켜 외부광을 통과시키며, 그 결과 외부광을 자동으로 개폐하고 소비전력을 절감할 수 있다.Accordingly, the smart window 210 according to the first embodiment of the present invention forms the liquid crystal layer 240 by mixing the liquid crystal molecules 242 and the photoisomer, so that when the external light has a relatively strong intensity, external light Blocks external light by absorbing all or only weakened components, and when external light has a relatively weak intensity, it transmits all external light and allows external light can save

제1실시예에서는 스마트 윈도우(210)가 외부광을 개폐하는 역할만 하는 것을 예로 들었으나, 다른 실시예에서는 제1 및 제2기판(220, 230)에 전극을 형성하여 액정층(240)에 전기장을 인가함으로써 스마트 윈도우(210)가 계조표시를 하는 표시장치의 역할을 하도록 할 수도 있다. In the first embodiment, the smart window 210 only serves to open and close external light, but in another embodiment, electrodes are formed on the first and second substrates 220 and 230 to form the liquid crystal layer 240 . By applying an electric field, the smart window 210 may serve as a display device displaying grayscale.

한편, 다른 실시예에서는 액정분자와 광이성질체를 포함하는 액정층으로 반투과형 액정표시장치를 구성할 수 있는데, 이를 도면을 참조하여 설명한다.Meanwhile, in another embodiment, a transflective liquid crystal display device may be configured with a liquid crystal layer including liquid crystal molecules and a photoisomer, which will be described with reference to the drawings.

도 5a 및 도 5b는 각각 화이트 및 블랙을 표시하는 본 발명의 제2실시예에 따른 반투과형 액정표시장치의 단면도이다. 5A and 5B are cross-sectional views of a transflective liquid crystal display device according to a second embodiment of the present invention that displays white and black, respectively.

도 5a 및 도 5b에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 반투과형 액정표시장치(310)는, 서로 마주보며 이격되는 제1 및 제2기판(320, 330)과, 제1 및 제2기판(320, 330) 사이의 액정층(340)을 포함하는데, 제1 및 제2기판(320, 330)의 화소영역(P)은 반사영역(RA) 및 투과영역(TA)을 포함한다. As shown in FIGS. 5A and 5B , the transflective liquid crystal display 310 according to the second embodiment of the present invention includes first and second substrates 320 and 330 spaced apart from each other facing each other, and a first and a liquid crystal layer 340 between the second substrates 320 and 330, wherein the pixel region P of the first and second substrates 320 and 330 forms a reflective region RA and a transmissive region TA. include

제1기판(320) 내면의 반사영역(RA) 및 투과영역(TA)에는 각각 화소전극(322)이 형성되며, 제1기판(120) 외면에는 제1편광판(324)이 형성되고, 제1편광판 하부의 반사영역(RA)에는 반사판(326)이 형성된다. A pixel electrode 322 is formed in each of the reflective area RA and the transmissive area TA of the inner surface of the first substrate 320 , and a first polarizing plate 324 is formed on the outer surface of the first substrate 120 , and the first A reflective plate 326 is formed in the reflective area RA under the polarizing plate.

제2기판(330) 내면에는 공통전극(332)이 형성되고, 제2기판(330) 외면에는 제2편광판(330)이 형성된다. The common electrode 332 is formed on the inner surface of the second substrate 330 , and the second polarizing plate 330 is formed on the outer surface of the second substrate 330 .

제1 및 제2편광판(324, 334)의 투과축은 서로 수직일 수 있는데, 예를 들어 제1편광판(322)의 투과축이 -45도인 경우, 제2편광판(232)의 투과축은 +45도일 수 있으며, 설명의 편의상 제1편광판(324)의 투과축은 지면(紙面)에 평행한 방향을 갖고, 제2편광판(334)의 투과축은 지면에 수직한 방향을 갖는 것으로 도시할 수 있다.The transmission axes of the first and second polarizers 324 and 334 may be perpendicular to each other. For example, when the transmission axes of the first polarizer 322 are -45 degrees, the transmission axes of the second polarizers 232 are +45 degrees. For convenience of explanation, the transmission axis of the first polarizing plate 324 may have a direction parallel to the paper surface, and the transmission axis of the second polarizing plate 334 may have a direction perpendicular to the paper surface.

액정층(340)은 액정분자(342)와 광이성질체(photo-isomer)(미도시)를 포함하는데, 도 5a의 반사영역(RA)에 도시한 바와 같이 태양광과 같은 외부광이 조사될 경우 광이성질체에 의하여 액정분자(342)는 벤드 상태로 배열되고, 도 5a의 투과영역(TA)에 도시한 바와 같이 태양광과 같은 외부광이 조사되지 않을 경우 광이성질체에 의하여 액정분자(342)는 스플레이 상태로 배열된다. The liquid crystal layer 340 includes liquid crystal molecules 342 and a photo-isomer (not shown). The liquid crystal molecules 342 are arranged in a bent state due to the photoisomer, and when external light such as sunlight is not irradiated as shown in the transmission area TA of FIG. 5A, the liquid crystal molecules 342 are formed by the photoisomer. arranged in a splay state.

이러한 액정분자(342)의 배열 상태의 변화는 광이성질체의 변형에 기인하는데, 광이성질체는 앞의 화학반응식1에 따라 빛에 반응하는 아조벤젠(azobenzene) 또는 아래의 화학반응식2에 따라 빛에 반응하는 스틸벤 계열(stilbene group)의 모이어티(moiety) 중 하나일 수 있다. This change in the arrangement state of the liquid crystal molecules 342 is due to the transformation of the photoisomer, which is azobenzene that reacts to light according to Chemical Reaction Equation 1 above or that reacts to light according to Chemical Reaction Equation 2 below. It may be one of the moieties of the stilbene group.

즉, 외부광이 강할 때, 액정층(340)은 벤드 상태를 갖게 되고 벤드 상태의 액정층(340)은 상대적으로 낮은 위상차를 가지며, 외부광이 약할 때 액정층(340)은 스플레이 상태를 갖게 되고 스플레이 상태의 액정층(340)은 상대적으로 높은 위상차를 갖게 되는데, 예를 들어 벤드 상태의 액정층(240)은 λ/4의 위상차를 가질 수 있고, 스플레이 상태의 액정층(340)은 λ/2의 위상차를 가질 수 있다.That is, when the external light is strong, the liquid crystal layer 340 has a bend state, the liquid crystal layer 340 in the bent state has a relatively low retardation, and when the external light is weak, the liquid crystal layer 340 has a splay state. The liquid crystal layer 340 in the splay state has a relatively high retardation. For example, the liquid crystal layer 240 in the bend state may have a retardation of λ/4, and the liquid crystal layer 340 in the splay state has a λ It may have a phase difference of /2.

그리고, 외부광이 강할 때 벤드 상태의 액정층(340)에 제1전압(V1)을 인가하여 액정층(340)이 0의 위상차를 갖도록 할 수 있으며, 외부광이 약할 때 스플레이 상태의 액정층(340)에 제2전압(V2)을 인가하여 액정층(340)이 0의 위상차를 갖도록 할 수 있으며, 이때 제2전압(V2)은 제1전압(V1)보다 큰 값일 수 있다.In addition, when the external light is strong, the first voltage V1 is applied to the liquid crystal layer 340 in the bend state so that the liquid crystal layer 340 has a phase difference of 0, and when the external light is weak, the liquid crystal layer in the splay state The second voltage V2 may be applied to 340 so that the liquid crystal layer 340 has a phase difference of 0, and in this case, the second voltage V2 may be greater than the first voltage V1.

따라서, 도 5a에 도시한 바와 같이, 외부광이 강할 때 화소전극(322) 및 공통전극(332)에 전압을 인가하지 않은 상태(V=0)에서 반사영역(RA)은 외부광(EL)을 이용하여 화이트를 표시하고, 외부광이 약할 때 화소전극(322) 및 공통전극(332)에 전압을 인가하지 않은 상태(V=0)에서 투과영역(TA)은 내부광(IL)을 이용하여 화이트를 표시할 수 있다. Accordingly, as shown in FIG. 5A , when the external light is strong, in a state in which no voltage is applied to the pixel electrode 322 and the common electrode 332 (V=0), the reflective area RA is the external light EL. is used to display white, and when external light is weak, in a state in which no voltage is applied to the pixel electrode 322 and the common electrode 332 (V=0), the transmissive area TA uses the internal light IL. to display white.

구체적으로, 외부광이 강할 때, 반투과형 액정표시장치(310)는 반사영역(RA)을 이용하여 화이트를 표시하는데, 반투과형 액정표시장치(310)로 입사되는 강도가 강한 외부광(EL)은 지면에 수직한 투과축을 갖는 제2편광판(334)을 통과한 후 지면에 수직한 편광방향을 갖는 선편광의 제1반사상태(RS1)가 되고, 전압이 인가되지 않아 λ/4의 위상차를 갖는 벤드 상태의 반사영역(RA)의 액정층(340)을 통과한 후 우원편광의 제2반사상태(RS2)가 되고, 지면에 평행한 투과축을 갖는 제1편광판(324)을 통과한 후 지면에 평행한 편광방향을 갖는 선편광의 제3반사상태(RS3)가 되고, 반사판(236)에서 반사된 후 지면에 평행한 편광방향을 갖는 선편광의 제4반사상태(RS3)가 되고, 지면에 평행한 투과축을 갖는 제1편광판(324)을 통과한 후 지면에 평행한 편광방향을 갖는 선편광의 제5반사상태(RS5)가 되고, 전압이 인가되지 않아 λ/4의 위상차를 갖는 벤드 상태의 반사영역(RA)의 액정층(340)을 통과한 후 좌원편광의 제6반사상태(RS6)가 되고, 지면에 수직한 투과축을 갖는 제2편광판(334)을 통과하여 화이트를 표시한다. Specifically, when the external light is strong, the transflective liquid crystal display 310 displays white using the reflective area RA, and external light EL with strong intensity incident to the transflective liquid crystal display 310 is used. After passing through the second polarizing plate 334 having a transmission axis perpendicular to the ground, it becomes the first reflection state RS1 of linearly polarized light having a polarization direction perpendicular to the ground, and has a phase difference of λ/4 because no voltage is applied. After passing through the liquid crystal layer 340 of the reflective area RA in the bent state, it becomes the second reflection state RS2 of the right circularly polarized light, and after passing through the first polarizing plate 324 having a transmission axis parallel to the ground It becomes the third reflection state RS3 of the linearly polarized light having a parallel polarization direction, and after being reflected by the reflecting plate 236, it becomes the fourth reflection state RS3 of the linearly polarized light having a polarization direction parallel to the ground, and is parallel to the ground. After passing through the first polarizing plate 324 having a transmission axis, it becomes a fifth reflection state RS5 of linearly polarized light having a polarization direction parallel to the ground, and a reflective region in a bend state having a phase difference of λ/4 because no voltage is applied After passing through the liquid crystal layer 340 of (RA), the left circularly polarized light is in the sixth reflection state RS6 and passes through the second polarizing plate 334 having a transmission axis perpendicular to the ground to display white.

그리고, 외부광이 약할 때, 반투과형 액정표시장치(310)는 투과영역(TA)을 이용하여 화이트를 표시하는데, 반투과형 액정표시장치(310)의 백라이트 유닛으로부터 방출되는 내부광(IL)은 지면에 평행한 투과축을 갖는 제1편광판(324)을 통과한 후 지면에 평행한 편광방향을 갖는 선편광의 제1투과상태(TS1)가 되고, 전압이 인가되지 않아 λ/2의 위상차를 갖는 스플레이 상태의 투과영역(TA)의 액정층(340)을 통과한 후 지면에 수직한 편광 방향을 갖는 선편광의 제2투과상태(TS2)가 되고, 지면에 수직한 투과축을 갖는 제2편광판(334)을 통과하여 화이트를 표시한다.And, when the external light is weak, the transflective liquid crystal display 310 displays white using the transmissive area TA, and the internal light IL emitted from the backlight unit of the transflective liquid crystal display 310 is After passing through the first polarizing plate 324 having a transmission axis parallel to the ground, it becomes a first transmission state TS1 of linearly polarized light having a polarization direction parallel to the ground, and a splay having a phase difference of λ/2 because no voltage is applied After passing through the liquid crystal layer 340 of the transmission area TA of the state, it becomes a second transmission state TS2 of linearly polarized light having a polarization direction perpendicular to the ground, and a second polarizing plate 334 having a transmission axis perpendicular to the ground. It passes through to display white.

그리고, 도 5b에 도시한 바와 같이, 외부광이 강할 때 화소전극(322) 및 공통전극(332)에 제1전압(V1)을 인가한 상태(V=V1)에서 반사영역(RA)은 외부광(EL)을 이용하여 블랙을 표시하고, 외부광이 약할 때 화소전극(322) 및 공통전극(332)에 제2전압(V2)을 인가한 상태(V=V2)에서 투과영역(TA)은 내부광(IL)을 이용하여 블랙을 표시할 수 있다.And, as shown in FIG. 5B , when the external light is strong, the reflective area RA is outside the pixel electrode 322 and the common electrode 332 when the first voltage V1 is applied (V=V1). The light EL is used to display black, and when the external light is weak, the second voltage V2 is applied to the pixel electrode 322 and the common electrode 332 (V=V2) in the transmission area TA. Silver may display black using internal light IL.

구체적으로, 외부광이 강할 때, 반투과형 액정표시장치(310)는 반사영역(RA)을 이용하여 블랙을 표시하는데, 반투과형 액정표시장치(310)로 입사되는 강도가 강한 외부광(EL)은 지면에 수직한 투과축을 갖는 제2편광판(334)을 통과한 후 지면에 수직한 편광방향을 갖는 선편광의 제1반사상태(RS1)가 되고, 제1전압(V1)이 인가되어 0의 위상차를 갖는 반사영역(RA)의 액정층(340)을 통과한 후 편광 상태의 변화 없이 지면에 수직한 편광방향을 갖는 선편광의 제2반사상태(RS2)가 되고, 지면에 평행한 투과축을 갖는 제1편광판(324)을 통과하면서 제1편광판(324)에 대부분 흡수되어 블랙을 표시한다. Specifically, when the external light is strong, the transflective liquid crystal display 310 displays black using the reflective area RA, and the strong external light EL incident to the transflective liquid crystal display 310 is used. After passing through the second polarizing plate 334 having a transmission axis perpendicular to the ground, it becomes a first reflection state RS1 of linearly polarized light having a polarization direction perpendicular to the ground, and a first voltage V1 is applied to obtain a phase difference of 0 After passing through the liquid crystal layer 340 of the reflection area RA having While passing through the first polarizing plate 324, most of it is absorbed by the first polarizing plate 324 to display black.

그리고, 외부광이 약할 때, 반투과형 액정표시장치(310)는 투과영역(TA)을 이용하여 화이트를 표시하는데, 반투과형 액정표시장치(310)의 백라이트 유닛으로부터 방출되는 내부광(IL)은 지면에 평행한 투과축을 갖는 제1편광판(324)을 통과한 후 지면에 평행한 편광방향을 갖는 선편광의 제1투과상태(TS1)가 되고, 제2전압(V2)이 인가되어 0의 위상차를 갖는 투과영역(TA)의 액정층(340)을 통과한 후 편광 상태의 변화 없이 지면에 평행한 편광방향을 갖는 선편광의 제2투과상태(TS2)가 되고, 지면에 수직한 투과축을 갖는 제2편광판(334)을 통과하면서 제2편광판(334)에 대부분 흡수되어 블랙을 표시한다.And, when the external light is weak, the transflective liquid crystal display 310 displays white using the transmissive area TA, and the internal light IL emitted from the backlight unit of the transflective liquid crystal display 310 is After passing through the first polarizing plate 324 having a transmission axis parallel to the ground, it becomes a first transmission state TS1 of linearly polarized light having a polarization direction parallel to the ground, and a second voltage V2 is applied to achieve a phase difference of 0 After passing through the liquid crystal layer 340 of the transmission area TA having While passing through the polarizing plate 334, most of the absorption is absorbed by the second polarizing plate 334 to display black.

따라서, 본 발명의 제2실시예에 따른 반투과형 액정표시장치(310)는, 액정분자(342)와 광이성질체를 혼합하여 액정층(340)을 형성함으로써, 외부광이 상대적으로 강한 강도를 가질 때 반사영역(RA)의 액정층(340)과 외부광을 이용하여 화이트 및 블랙을 표시하고, 외부광이 상대적으로 약한 강도를 가질 때 투과영역(TA)의 액정층(340)과 내부광을 이용하여 화이트 및 블랙을 표시하며, 그 결과 공정이 단순화되고 제조비용을 절감할 수 있다. Accordingly, in the transflective liquid crystal display device 310 according to the second embodiment of the present invention, the liquid crystal layer 340 is formed by mixing the liquid crystal molecules 342 and a photoisomer, so that external light has relatively strong intensity. When the liquid crystal layer 340 of the reflection area RA and external light are used to display white and black, and when the external light has a relatively weak intensity, the liquid crystal layer 340 of the transmission area TA and the internal light It is used to display white and black, and as a result, the process can be simplified and the manufacturing cost can be reduced.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to the preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art can variously modify and change the present invention within the scope without departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below. You will understand that it can be done.

210: 스마트 윈도우 220: 제1기판
230: 제2기판 240: 액정층
242: 액정분자 210: smart window 220: first substrate
230: second substrate 240: liquid crystal layer
242: liquid crystal molecules

Claims (12)

서로 마주보며 이격되는 제1 및 제2기판과;
상기 제1 및 제2기판 사이에 배치되며, 액정분자와 광이성질체를 포함하는 액정층과;
상기 제1 및 제2기판 외면에 각각 배치되고, 서로 수직한 투과축을 갖는 제1 및 제2편광판
을 포함하고,
외부광이 조사될 경우 상기 광이성질체에 의하여 상기 액정층의 탄성계수비가 감소하고 상기 액정층의 벤드 상태의 자유에너지가 상기 액정층의 스플레이 상태의 자유에너지보다 낮아져서 상기 액정분자는 상기 벤드 상태로 배열되고,
외부광이 제거될 경우 상기 광이성질체에 의하여 상기 액정층의 탄성계수비가 원상태로 복귀하고 상기 액정층의 상기 스플레이 상태의 자유에너지가 상기 액정층의 상기 벤드 상태의 자유에너지보다 낮아져서 상기 액정분자는 상기 스플레이 상태로 배열되는 스마트 윈도우.
first and second substrates facing each other and spaced apart;
a liquid crystal layer disposed between the first and second substrates and comprising liquid crystal molecules and a photoisomer;
First and second polarizing plates respectively disposed on the outer surfaces of the first and second substrates and having transmission axes perpendicular to each other
including,
When external light is irradiated, the elastic modulus ratio of the liquid crystal layer is reduced by the photoisomer, and the free energy of the bend state of the liquid crystal layer is lower than the free energy of the splay state of the liquid crystal layer, so that the liquid crystal molecules are arranged in the bent state become,
When the external light is removed, the elastic modulus ratio of the liquid crystal layer is returned to its original state by the photoisomer, and the free energy of the splay state of the liquid crystal layer is lower than the free energy of the bend state of the liquid crystal layer, so that the liquid crystal molecules are Smart windows arranged in a splay state.
 제 1 항에 있어서,
상기 광이성질체는 아래의 화학반응식1에 따라 빛에 반응하는 아조벤젠(azobenzene), 아래의 화학반응식2에 따라 빛에 반응하는 스틸벤 계열(stilbene group)의 모이어티(moiety) 중 하나를 포함하는 스마트 윈도우.
[화학반응식1]
Figure 112015117167980-pat00009

[화학반응식2]
Figure 112015117167980-pat00010

The method of claim 1,
The photoisomer is a smart containing one of azobenzene (azobenzene) reacting to light according to Chemical Reaction Formula 1 below, and a moiety of a stilbene group that reacts to light according to Chemical Reaction Formula 2 below. window.
[Chemical Reaction Formula 1]
Figure 112015117167980-pat00009

[Chemical Reaction Formula 2]
Figure 112015117167980-pat00010

 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 벤드 상태의 상기 액정층은 제1위상차를 갖고, 상기 스플레이 상태의 상기 액정층은 상기 제1위상차보다 큰 제2위상차를 갖는 스마트 윈도우.
The method of claim 1,
The liquid crystal layer in the bend state has a first phase difference, and the liquid crystal layer in the splay state has a second phase difference greater than the first phase difference.
 제 4 항에 있어서,
상기 제1위상차는 0과 λ/4(λ는 입사광의 파장) 사이의 값이고, 상기 제2위상차는 λ/4와 λ/2 사이의 값인 스마트 윈도우.
5. The method of claim 4,
The first phase difference is a value between 0 and λ/4 (λ is the wavelength of the incident light), and the second phase difference is a value between λ/4 and λ/2.
 제 1 항에 있어서,
상기 액정층은 35도 내지 45도의 초기 선경사각을 갖는 스마트 윈도우.
The method of claim 1,
The liquid crystal layer is a smart window having an initial pre-tilt angle of 35 degrees to 45 degrees.
 서로 마주보며 이격되고, 반사영역 및 투과영역을 포함하는 제1 및 제2기판과;
상기 제1 및 제2기판 사이에 배치되며, 액정분자와 광이성질체를 포함하는 액정층과;
상기 제1 및 제2기판 내면에 각각 배치되는 화소전극 및 공통전극과;
상기 제1 및 제2기판 외면에 각각 배치되고, 서로 수직한 투과축을 갖는 제1 및 제2편광판과;
상기 제1편광판 하부의 상기 반사영역에 배치되어 상기 제1편광판을 통과한 광을 반사하는 반사판
을 포함하는 반투과형 액정표시장치.
first and second substrates facing each other and spaced apart from each other and including a reflective region and a transmissive region;
a liquid crystal layer disposed between the first and second substrates and comprising liquid crystal molecules and a photoisomer;
a pixel electrode and a common electrode respectively disposed on inner surfaces of the first and second substrates;
first and second polarizing plates respectively disposed on the outer surfaces of the first and second substrates and having transmission axes perpendicular to each other;
A reflective plate disposed in the reflective area under the first polarizing plate to reflect the light passing through the first polarizing plate
A transflective liquid crystal display comprising a.
 제 7 항에 있어서,
상기 광이성질체는 아래의 화학반응식1에 따라 빛에 반응하는 아조벤젠(azobenzene), 아래의 화학반응식2에 따라 빛에 반응하는 스틸벤 계열(stilbene group)의 모이어티(moiety) 중 하나를 포함하는 반투과형 액정표시장치.
[화학반응식1]
Figure 112022028173931-pat00011

[화학반응식2]
Figure 112022028173931-pat00012

8. The method of claim 7,
The photoisomer is a half containing one of azobenzene reacting to light according to Chemical Reaction Formula 1 below, and a moiety of a stilbene group that reacts to light according to Chemical Reaction Formula 2 below. Transmissive liquid crystal display.
[Chemical Reaction Formula 1]
Figure 112022028173931-pat00011

[Chemical Reaction Formula 2]
Figure 112022028173931-pat00012

 제 7 항에 있어서,
외부광이 조사될 경우, 상기 반사영역의 액정층은, 상기 외부광을 이용하여, 전압 인가 없이 λ/4의 위상차를 갖는 벤드 상태가 되어 화이트를 표시하거나, 상기 화소전극 및 상기 공통전극에 제1전압이 인가되어 0의 위상차를 갖고 블랙을 표시하는 반투과형 액정표시장치.
8. The method of claim 7,
When external light is irradiated, the liquid crystal layer of the reflective region uses the external light to be in a bend state having a phase difference of λ/4 without applying a voltage to display white or to be applied to the pixel electrode and the common electrode. A transflective liquid crystal display device that displays black with a phase difference of 0 when a voltage of 1 is applied.
 제 9 항에 있어서,
외부광이 제거될 경우, 상기 투과영역의 액정층은, 백라이트 유닛의 내부광을 이용하여, 전압 인가 없이 λ/2의 위상차를 갖는 스플레이 상태가 되어 화이트를 표시하거나, 상기 화소전극 및 상기 공통전극에 상기 제1전압보다 큰 제2전압이 인가되어 0의 위상차를 갖고 블랙을 표시하는 반투과형 액정표시장치.
10. The method of claim 9,
When the external light is removed, the liquid crystal layer of the transmissive region uses the internal light of the backlight unit to be in a splay state having a phase difference of λ/2 without applying a voltage to display white, or the pixel electrode and the common electrode A transflective liquid crystal display device for displaying black with a phase difference of 0 by applying a second voltage greater than the first voltage to the ?
 제 1 항에 있어서,
제1외부광은, 상기 제2편광판을 통과한 후 제1편광방향을 갖는 선편광의 제1투과상태가 되고, 상기 벤드 상태의 상기 액정층을 통과한 후 편광 상태의 변화 없이 상기 제1편광방향을 갖는 선편광의 제2투과상태가 되고, 상기 제1편광판을 통과한 후 상기 제1외부광보다 강도가 약한 제2외부광이 되고,
상기 제1외부광보다 강도가 약한 제3외부광은, 상기 제2편광판을 통과한 후 상기 제1편광방향을 갖는 선편광의 제3투과상태가 되고, 상기 스플레이 상태의 상기 액정층을 통과한 후 편광 상태가 변화되어 상기 제1편광방향에 수직한 제2편광방향을 갖는 선편광의 제4투과상태가 되고, 상기 제1편광판을 통과한 후 상기 제3외부광과 동일한 강도를 갖는 제4외부광이 되는 스마트 윈도우.
The method of claim 1,
After passing through the second polarizing plate, the first external light becomes a first transmission state of linearly polarized light having a first polarization direction, and after passing through the liquid crystal layer in the bent state, the polarization state is not changed in the first polarization direction becomes a second transmission state of linearly polarized light having
After passing through the second polarizing plate, the third external light, which is weaker in intensity than the first external light, becomes a third transmission state of the linearly polarized light having the first polarization direction, and after passing through the liquid crystal layer in the splay state The polarization state is changed to become a fourth transmission state of linearly polarized light having a second polarization direction perpendicular to the first polarization direction, and after passing through the first polarizing plate, the fourth external light having the same intensity as the third external light Smart Windows.
 제 7 항에 있어서,
제1외부광은, 상기 제2편광판을 통과한 후 제1편광방향을 갖는 선편광의 제1반사상태가 되고, 상기 화소전극 및 상기 공통전극에 대한 전압 인가 없이 λ/4의 위상차를 갖는 벤드 상태의 상기 반사영역의 상기 액정층을 통과한 후 우원편광의 제2반사상태가 되고, 상기 제1편광판을 통과한 후 상기 제1편광방향에 수직한 제2편광방향을 갖는 선편광의 제3반사상태가 되고, 상기 반사판에서 반사된 후 상기 제2편광방향을 갖는 선편광의 제4반사상태가 되고, 상기 제1편광판을 통과한 후 상기 제2편광방향을 갖는 선편광의 제5반사상태가 되고, 전압 인가 없이 λ/4의 위상차를 갖는 상기 벤드 상태의 상기 반사영역의 상기 액정층을 통과한 후 좌원편광의 제6반사상태가 되고, 상기 제2편광판을 통과하여 화이트를 표시하고,
상기 제1외부광과 동일한 강도를 갖는 제2외부광은, 상기 제2편광판을 통과한 후 상기 제1편광방향을 갖는 선편광의 제7반사상태가 되고, 상기 화소전극 및 상기 공통전극에 제1전압이 인가되어 0의 위상차를 갖는 상기 반사영역의 상기 액정층을 통과한 후 편광 상태의 변화 없이 상기 제1편광방향을 갖는 선편광의 제8반사상태가 되고, 상기 제1편광판에 흡수되어 블랙을 표시하는 반투과형 액정표시장치.
8. The method of claim 7,
After passing through the second polarizing plate, the first external light becomes a first reflection state of linearly polarized light having a first polarization direction, and a bend state having a phase difference of λ/4 without applying a voltage to the pixel electrode and the common electrode After passing through the liquid crystal layer in the reflective region of becomes a fourth reflection state of linearly polarized light having the second polarization direction after being reflected by the reflecting plate, and becomes a fifth reflection state of linearly polarized light having the second polarization direction after passing through the first polarizing plate, voltage After passing through the liquid crystal layer in the reflective region of the bend state having a phase difference of λ/4 without application, it becomes a sixth reflective state of left circularly polarized light and passes through the second polarizing plate to display white,
After passing through the second polarizing plate, the second external light having the same intensity as the first external light becomes a seventh reflection state of the linearly polarized light having the first polarization direction, and is applied to the pixel electrode and the common electrode. After a voltage is applied and passing through the liquid crystal layer in the reflective region having a phase difference of 0, the eighth reflection state of the linearly polarized light having the first polarization direction is obtained without a change in the polarization state, and is absorbed by the first polarizing plate to produce black A transflective liquid crystal display that displays.
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