KR20110039926A - Optically-isotropic liquid crystal display - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 광등방성 액정표시소자에 관한 것으로서, 좀 더 상세하게는 하나 이상의 경사부를 구비한 새로운 구조의 전극 형상을 포함하는 광등방성 액정표시소자에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
액정표시장치는 전계를 이용하여 액정의 광투과율을 조절함으로써 화상을 표시한다. 이러한 액정표시장치는 액정을 구동시키는 전계의 방향에 따라 수직 전계형과 수평 전계형으로 구분된다. 수직 전계형 액정표시장치는 상부기판에 형성되는 수직 전계에 의해 VA(Vertical Alignment) 모드 의 액정을 구동한다.The liquid crystal display device displays an image by adjusting the light transmittance of the liquid crystal using an electric field. Such liquid crystal displays are classified into a vertical electric field type and a horizontal electric field type according to the direction of the electric field for driving the liquid crystal. The vertical field type liquid crystal display device drives the liquid crystal in VA (Vertical Alignment ) mode by the vertical electric field formed on the upper substrate.
이에 반해, 수평전계형 액정표시장치는 일반적으로 도 1에서와 같이, 컬러필터(도시하지 않음)가 형성된 상부기판(20)과, 박막트랜지스터가 형성된 하부기판(10), 두 기판(10,20) 외부에 90도로 교차되어 배치된 편광판(30)과 두 기판 사이에 마련된 액정공간에 충진된 액정을 구비한다. 액정표시장치는 공통전극(12)과 화소전극(11)에 인가되는 수평전계에 의해 인 플레인 스위치(In Plane Switch; 이 하 IPS로 함) 모드의 액정을 구동한다. IPS모드의 경우 상층부에서 액정분자들이 회전하지 않아 광효율이 떨어지고, 구동전압이 높으며, 시야각에 따른 색띰 문제가 존재하는 문제가 제기되어 왔다.In contrast, a horizontal field type liquid crystal display device generally includes an
한편, 액정표시패널에 이용되는 액정으로는 네마틱(Nematic) 액정, 스멕틱 액정(smectic) 및 콜레스테릭(Cholesteric)액정 등이 있으며, 네마틱 액정이 주로 이용된다. 이러한 네마틱 액정은 화소전극과 공통전극 사이에 형성된 전계에 따라 경사각이 조절되고, 액정층은 네마틱 액정의 경사각에 따라 광 투과율을 조절한다. 이에 따라, 액정표시패널의 휘도는 액정층의 두께의 두께, 즉, 액정표시패널의 셀 갭과 액정의 이방성 굴절률에 의해 결정된다.Meanwhile, liquid crystals used in the liquid crystal display panel include nematic liquid crystals, smectic liquid crystals and cholesteric liquid crystals, and nematic liquid crystals are mainly used. The nematic liquid crystal of the nematic liquid crystal is adjusted according to the electric field formed between the pixel electrode and the common electrode, the liquid crystal layer adjusts the light transmittance according to the inclination angle of the nematic liquid crystal. Accordingly, the luminance of the liquid crystal display panel is determined by the thickness of the liquid crystal layer, that is, the cell gap of the liquid crystal display panel and the anisotropic refractive index of the liquid crystal.
이로 인해, 액정표시패널의 균일한 셀 갭이 요구되고, 액정의 이방성 굴절률로 인해 시야각이 저하된다. 이러한 시야각 저하 및 셀 갭 의존도를 극복하기 위해 블루상(Blue phase) 액정을 갖는 액정표시패널이 제안되고 있으며, 그 일례가 미국특허 4,767.149호에 개시되어 있다. 또한, 이러한 블루상 액정은 배향막을 사용하지 않으며 기존 액정보다 빠른 응답속도를 가지는 장점도 있다. For this reason, a uniform cell gap of the liquid crystal display panel is required, and the viewing angle is lowered due to the anisotropic refractive index of the liquid crystal. In order to overcome such a decrease in viewing angle and cell gap dependency, a liquid crystal display panel having a blue phase liquid crystal has been proposed, and an example thereof is disclosed in US Pat. No. 4,767.149. In addition, such a blue phase liquid crystal does not use an alignment layer and has an advantage of having a faster response speed than conventional liquid crystals.
도 2a 내지 도 2e는 블루상 액정의 구조와 광학적 상태이다. 도시한 바와 같이 광학적으로 등방성인 블루상 액정은 콜레스테릭 네마틱 액정상과 등방성 액정 사이의 온도범위에 존재하는 액정상으로 격자구조(도 2a, 도 2b)를 갖고 격자 내부에 실린더(도 2c)가 존재하며 그 실린더 내부에 카이랄 도판트에 의해 액정이 꼬여있는 형태로, 전압을 인가하기 전에는 광학적으로 등방상태(도 2d)이다. 하지만 전압을 인가하게 되면 아래 식에서 볼 수 있듯이 외부에 형성된 전기장에 의해 굴절율 이방 성이 발생(도 2e)하여 밝음 상태를 구현할 수 있게 된다. 2A to 2E show the structure and optical state of a blue phase liquid crystal. As shown, the optically isotropic blue phase liquid crystal is a liquid crystal phase present in the temperature range between the cholesteric nematic liquid crystal phase and the isotropic liquid crystal phase and has a lattice structure (FIGS. 2A and 2B) and a cylinder (FIG. 2C) inside the lattice. ) In the form of a liquid crystal twisted by a chiral dopant inside the cylinder, and optically isotropically before the voltage is applied (FIG. 2D). However, when voltage is applied, refractive anisotropy is generated by the electric field formed outside (FIG. 2E), thereby realizing a bright state.
△n=λKE2 Δn = λ KE 2
△n = 유도 굴절율 이방성Δn = induced refractive index anisotropy
λ= 사용된 광원의 파장λ = wavelength of light source used
K = Kerr 상수K = Kerr constant
E = 전기장E = electric field
하지만 블루상 액정이 존재하는 온도범위가 1도 내외로 매우 좁아 디스플레이로 활용하기 부적합하여 최근에는 블루상 액정에 자외선을 이용하여 고분자네트워크를 형성해 상온에서의 존재범위를 확대하는 기술이 발전됨에 따라 광학적으로 등방성인 블루상 액정을 포함하여 나노구조를 갖는 액정 혼합물을 디스플레이로 활용하려는 기술이 시도되고 있다. 하지만 여전히 블루상 액정을 이용할 경우 마이크로초의 빠른 응답속도에도 불구하고 고분자 네트워크에 갇혀 있는 액정을 구동시켜야 하기 때문에 종래 IPS를 사용하여 구동할 경우 높은 구동전압과 빛의 투과율이 떨어지는 문제점이 있다. However, since the temperature range where blue phase liquid crystals exist is very narrow, around 1 degree, it is unsuitable for use as a display, and recently, as a technology for expanding the existence range at room temperature by forming a polymer network using ultraviolet rays in blue phase liquid crystals has been developed. As a result, a technique has been attempted to utilize a liquid crystal mixture having a nanostructure, including an isotropic blue phase liquid crystal, as a display. However, in the case of using the blue phase liquid crystal, despite the fast response speed of microseconds, the liquid crystal trapped in the polymer network has to be driven. Therefore, when using the conventional IPS, there is a problem in that high driving voltage and light transmittance are reduced.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 구동전압을 낮춤과 동 시에 높은 투과율을 가지는 새로운 구조의 수평전계형 액정표시장치를 제공하고자 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and to provide a horizontal field type liquid crystal display device having a novel structure having a low transmission voltage and a high transmittance at the same time.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 양상은 서로 이격 배치된 화소전극 및 공통전극을 포함하는 하부 기판 ; 상기 하부기판에 대향하여 배치된 상부 기판 ; 상기 상부기판 및 하부기판 사이에 배치되고, 전계부재시 등방성 상태에서 전계가 인가되면 이방성 상태로 변하는 액정층 ; 및 상기 상부기판과 하부기판에 교차하여 배치된 편광판을 구비하는 액정표시소자에 있어서, 상기 화소전극 및 공통전극은 하나 이상의 경사부를 포함하는 액정표시소자에 관한 것이다. One aspect of the present invention for achieving the above object is a lower substrate comprising a pixel electrode and a common electrode spaced apart from each other; An upper substrate disposed opposite the lower substrate; A liquid crystal layer disposed between the upper substrate and the lower substrate and changed into an anisotropic state when an electric field is applied in an isotropic state in the absence of an electric field; And a polarizing plate intersecting the upper substrate and the lower substrate, wherein the pixel electrode and the common electrode include at least one inclined portion.
본 발명은 구동전극의 형상을 종래 직사각형 구조가 아닌 하나 이상의 경사부를 구비함에 따라 전극윗면에서 경사전기장이 형성되고, 이러한 경사전기장의 수평전기장은 블루상 액정에 유도 리타데이션(retardation)을 발생시켜 투과율을 높일 수 있다. 그 결과 본 발명에 의한 액정표시소자는 종래의 구조보다 더 빨리 최대 투과율에 도달할 수 있으므로 구동전압을 상당히 감소시킬 수 있다.According to the present invention, the inclination electric field is formed on the top surface of the electrode as the shape of the driving electrode includes one or more inclined portions, which are not conventional rectangular structures, and the horizontal electric field of the inclined electric field generates induction retardation in the blue phase liquid crystal to transmittance. Can increase. As a result, the liquid crystal display device according to the present invention can reach the maximum transmittance faster than the conventional structure, thereby significantly reducing the driving voltage.
따라서, 본 발명은 광학적으로 등방성인 블루상 액정을 적용하여 마이크로초의 응답속도로 동영상을 구현할 수 있음에도 소비전력을 크게 낮출 수 있는 액정 표시소자를 제공할 수 있다. Accordingly, the present invention can provide a liquid crystal display device capable of significantly lowering power consumption even though a moving image can be realized at a microsecond response speed by applying an optically isotropic blue phase liquid crystal.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명에 의한 하나 이상의 경사부를 포함하는 전극을 구비한 액정표시소자의 단면도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 액정표시소자는 하부기판(100), 상기 하부기판 상에 형성된 화소전극(110) 및 공통전극(120), 상부기판(200), 액정층(300), 하부기판 아래, 상부기판 위에 90도로 교차하여 배치된 편광판(400)을 포함한다. 3 is a cross-sectional view of a liquid crystal display device having an electrode including at least one inclined portion according to the present invention. Referring to FIG. 3, the liquid crystal display of the present invention includes a
상기 화소전극(110) 및 공통전극(120)은 하부기판(100)상에 교대로 배치된다. 상기 화소전극(110) 및 공통전극(120)은 하부 기판에 접촉하는 바텀부(a), 상기 바텀부로부터 소정 높이(h)로 이격된 탑부(b) 및 상기 바텀부와 탑부를 연결하는 측부(c)를 포함하고, 상기 측부가 하나 이상의 경사부(s)를 포함한다.The
도 4의 A 내지 D는 본 발명에 의한 경사부를 구비한 상기 화소전극(110)과 공통전극(120)의 단면도이다. 4A to 4D are cross-sectional views of the
상기에서 사용된 용어인 측부(c)는 전극의 양 측면을 의미하고, 보통 종래 전극 측면은 기판과 수직으로 형성되는 것이 일반적인 구조이다. 또한, 측부(c)는 좌측부(c1)와 우측부(c2)가 있고 이들의 길이가 같거나 다를 수 있으며, 본 발명에서는 측부(c)가 이들을 포괄하는 개념으로 사용한다.As used herein, the side portion (c) means both sides of the electrode, and the conventional electrode side is generally formed perpendicular to the substrate. In addition, the side portion c has a left portion c1 and a right portion c2 and may have the same or different lengths. In the present invention, the side portion c uses the concept encompassing them.
본 발명에서의 전극은 상기 측부(c)가 하나 이상의 경사부를 포함할 수 있고, 경사부 개수의 상한치는 수학적으로 무한대가 가능하지만, 바람직하게는 1~10 개, 가장 바람직하게는 양 측부에 하나씩 2개가 형성될 수 있다. In the electrode of the present invention, the side portion c may include one or more inclined portions, and the upper limit of the number of inclined portions may be mathematically infinite, but preferably 1 to 10, most preferably one on each side. Two may be formed.
본 발명에서 사용되는 용어인 경사부는 측부 중에 수직이 아닌 형상들을 포괄하는 개념으로 사용한다. 예를 들어, 측부 중에 수직이 아닌 형상으로는 기울기를 가지는 직선, 곡선, 타원, 포물선, 반구, 너울, 사인, 역사인, 역타원 형상 등이 있을 수 있다. The inclined portion, which is a term used in the present invention, is used as a concept to encompass non-vertical shapes among the sides. For example, non-vertical shapes in the sides may include straight lines, curves, ellipses, parabolas, hemispheres, shoulders, sines, inverse ellipses, and the like having slopes.
본 발명에서 사용되는 용어인 경사각 내지 접선각은 경사부의 기울기를 나타낸다. As used herein, the inclination angle to the tangential angle represent the inclination of the inclined portion.
경사각은 상기 경사부의 수직단면이 직선인 경우 바텀부(와의 연장선)와 이루는 각을 나타낸다. 상기 접선각은 경사부의 수직단면이 곡선인 경우 경사각은 곡선부가 시작되는 지점에 접선을 그었을 때의 각도를 나타낸다.The inclination angle represents an angle formed with the bottom part (extension line) when the vertical section of the inclination part is a straight line. The tangential angle represents the angle when the tangential angle is tangential to the starting point of the curved portion when the vertical section of the inclined portion is curved.
도 4의 A와 D는 측부 전부가 경사부이고, B는 상기 측부가 수직부와 경사부를 모두 포함한다. 도 4의 A 내지 C를 참조하면, 전극단면에서 두 개의 경사부 s1, s2는 각각 경사각 θ1,θ2를 가진다. 상기 경사각 내지 접선각 θ1과 θ2는 같거나 다를 수 있다. 4A and 4D, all of the side portions are inclined portions, and B side portions include both vertical portions and inclined portions. Referring to FIGS. 4A to 4, two inclined portions s1 and s2 have an inclination angle θ1 and θ2 at the electrode end surface. The inclination angle to the tangential angle θ1 and θ2 may be the same or different.
도 4의 C를 참조하면, 전극의 측부가 포물선 형상의 경사부를 구비하는 경우로서, 이는 상기 곡선형상의 양쪽 2개의 경사부(전체적으로 포물선 형상)가 교차하는 지점(포물선의 최대점)이 탑부(b)가 된다.Referring to FIG. 4C, the side of the electrode includes a parabolic inclined portion, which is a point where the two inclined portions (total parabolic shape) intersect with each other (the parabolic maximum point) at the top portion (the parabolic shape). b).
상기 경사부의 경사각은 0°초과 90°미만의 범위이다. 경사각이 90°가 되면 종래와 같이 직사각형 구조를 나타내어 본 발명의 효과를 나타낼 수 없다. 상기 경사각은 바람직하게는 15°내지 85°이고, 보다 바람직하게는 30° 내지 70° 이다.The inclination angle of the inclined portion is in the range of more than 0 ° and less than 90 °. When the inclination angle is 90 °, the rectangular structure is exhibited as in the prior art, and thus the effect of the present invention cannot be exhibited. The inclination angle is preferably 15 ° to 85 °, more preferably 30 ° to 70 °.
한편, 측부가 곡선인 경우 상기 접선각이 0° 내지 90°가 될 수 있다. 상기 접선각이 90°인 경우의 예는 반원을 들 수 있고, 0°가 되는 예는 포물선이 될 수 있다.On the other hand, when the side is curved, the tangential angle may be 0 ° to 90 °. An example where the tangential angle is 90 ° may be a semicircle, and an example that becomes 0 ° may be a parabola.
상기 탑부(b)는 그 폭이 0 초과 바텀부의 폭(W) 미만일 수 있다. 4a 내지 4d를 다시 참조하면, 상기 탑부(b)는 사다리꼴의 윗면과 같이 길이를 갖는 선형의 편평부가 될 수 있고, 바람직하게는 편평부의 길이가 바텀부의 폭(W)보다 짧은 것이 바람직하고, 탑부(b)의 길이가 짧을수록 즉, 탑부가 돌기(돌출)된 뾰족(sharp) 구조를 가지는 것이 보다 바람직하고, 상기 탑(b)부가 양 경사부가 만나는 교차지점인 점(dot)으로 표시되는 것이 가장 바람직하다. 여기서, 탑부의 폭이 0초과라는 의미는 점(dot)에서와 같이 편평한 선형부분이 없어 그 길이를 측정할 수 없음을 나타낸다.The top portion b may have a width less than the width W of more than zero bottom portion. Referring again to 4a to 4d, the top portion b may be a linear flat portion having a length, such as the upper surface of the trapezoid, and preferably, the length of the flat portion is shorter than the width W of the bottom portion. It is more preferable that the length of (b) is shorter, that is, the top portion has a sharp structure with protrusions (protrusions), and the top (b) portion is indicated by a dot that is an intersection point where both inclined portions meet. Most preferred. Here, the meaning that the width of the top portion is greater than zero indicates that there is no flat linear portion as in the dot, and thus the length thereof cannot be measured.
도 5는 본 발명에 사용될 수 있는 상기 화소전극 및 공통전극의 형상들의 바람직한 예를 나타낸 것이다. 도 5를 참조하면, 상기 화소전극 및 공통전극은 경사부로서 그 수직 단면의 형상이 사다리꼴, 삼각형, 타원형, 역타원형, 사인곡선, 역사인곡선, 반원, S형상일 수 있다. 바람직하게는 단면이 대칭구조인 것이 좋다. Figure 5 shows a preferred example of the shape of the pixel electrode and the common electrode that can be used in the present invention. Referring to FIG. 5, the pixel electrode and the common electrode may have an inclined portion, and the vertical cross-section may have a trapezoid, a triangle, an ellipse, an inverted ellipse, a sinusoidal curve, an inverted curve, a semicircle, and an S shape. Preferably, the cross section is preferably a symmetrical structure.
상기 사다리꼴 형상의 전극에서의 탑부(b)는 그 폭이 바텀부 폭(W) 미만이 되고, 삼각형이나, 역타원, 반원의 경우 등은 꼭지점, 최대점 등의 점(dot) 구조로서 표시된다. The top portion b of the trapezoidal electrode has a width smaller than the bottom portion width W, and triangles, inverted ellipses, and semicircles are represented as dot structures such as vertices and maximum points. .
본 발명은 구동전극의 형상을 종래 직사각형 구조가 아닌 하나 이상의 경사 부를 구비함에 따라 전극윗면에서 경사전기장이 형성되고, 이러한 경사전기장의 수평전기장은 블루상 액정에 유도 리타데이션(retardation)을 발생시켜 투과율을 높일 수 있다. 그 결과 본 발명에 의한 액정표시소자는 종래의 구조보다 더 빨리 최대 투과율에 도달할 수 있으므로 구동전압을 상당히 감소시킬 수 있다.According to the present invention, the inclination electric field is formed on the upper surface of the electrode as the shape of the driving electrode includes one or more inclined portions instead of the rectangular structure, and the horizontal electric field of the inclined electric field generates induction retardation in the blue phase liquid crystal to transmittance. Can increase. As a result, the liquid crystal display device according to the present invention can reach the maximum transmittance faster than the conventional structure, thereby significantly reducing the driving voltage.
한편, 본 발명에 의한 전극은 그 단면 면적이 상기 바텀부의 폭(W)과 상기 높이의 곱보다 작다. On the other hand, in the electrode according to the present invention, its cross-sectional area is smaller than the product of the width W of the bottom portion and the height.
본 발명에서의 전극 높이가 종래 직사각형 구조에서의 높이(두께)보다 더 크게 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 기판에서 더 높이 돌출될 수 있는 구조일 수 있다. It is preferable to form the electrode height larger than the height (thickness) in the conventional rectangular structure in this invention. That is, it may be a structure that can protrude higher from the substrate.
상기 화소전극 및 공통전극의 높이가 0.04~30㎛, 바람직하게는 1~10㎛, 보다 바람직하게는 1~3㎛이다.The height of the pixel electrode and the common electrode is 0.04 to 30 µm, preferably 1 to 10 µm, and more preferably 1 to 3 µm.
전극의 높이가 높아질 경우 수평전기장이 더 많이 발생하기 때문에 높은 투과율을 얻을 수 있고 구동전압도 낮아진다. 이를 개구율 측면에서 해석하면, 전극의 폭이 일정하면 높이에 관계없이 개구율은 일정하지만 전극의 윗면에서 높은 투과율이 발생되면 개구율이 늘어날 수 있다.As the height of the electrode increases, a higher horizontal electric field is generated, thereby obtaining a high transmittance and lowering the driving voltage. In terms of the aperture ratio, if the width of the electrode is constant, the aperture ratio is constant regardless of the height, but if a high transmittance occurs on the upper surface of the electrode, the aperture ratio may increase.
본 발명의 전극형상은 경사부를 구비함과 동시에 종래 전극보다 높은 높이(h)를 가지게 되어 더 높은 투과율과 개구율을 얻을 수 있게 된다.The electrode shape of the present invention is provided with an inclined portion and at the same time has a height (h) higher than that of a conventional electrode, thereby obtaining a higher transmittance and aperture ratio.
상기 바텀부의 길이(W)가 1~10㎛, 바람직하게는 1.5~10㎛일 수 있다.The length W of the bottom portion may be 1 to 10 μm, preferably 1.5 to 10 μm.
상기 화소전극 및 공통전극의 간격(L)이 1~40㎛, 바람직하게는 1.5~20㎛ 일 수 있다.The distance L between the pixel electrode and the common electrode may be 1 to 40 μm, preferably 1.5 to 20 μm.
상기 W/L의 값이 1/40~2, 바람직하게는 1/4~1일 수 있다. The value of W / L may be 1 / 40-2, preferably 1 / 4-1.
상기 W/L의 값을 일정하게 유지하는 경우에 L의 값을 작게 하는 것이 바람직하다. 예를 들면 W/L의 값을 1/2로 고정한 상태에서 L의 값을 10, 8, 6, 4, 2의 순으로 줄이는 것이 수평전기장의 세기를 높일 수 있으므로 유리하다. 일반적으로 W가 감소하면 전극 두께의 감소로 인해 전기력선 밀도가 감소하고, 반면 L이 감소하면 전극과 전극사이의 간격이 감소하므로 전기장의 세기는 증가하게 된다. 두 개의 변수를 모두 고려하는 경우에는 L의 감소가 전기장 세기에 더 큰 영향을 미치게 되어 전체 전기장 밀도는 증가하게 된다. When the value of W / L is kept constant, it is preferable to reduce the value of L. For example, it is advantageous to reduce the value of L in the order of 10, 8, 6, 4, 2 while fixing the value of W / L to 1/2, since the strength of the horizontal electric field can be increased. In general, when W decreases, the electric line density decreases due to the decrease of the electrode thickness, whereas when L decreases, the distance between the electrode and the electrode decreases, thereby increasing the electric field strength. If both variables are taken into account, the decrease in L has a greater effect on the electric field strength, resulting in an increase in the overall electric field density.
본 발명의 일구현예에 사용될 수 있는 액정층(300)은 포켈스(Pockels) 효과 또는 커 효과를 나타내는 물질 등, 전계 무인가시에 광학적으로는 등방(거시적으로 보아 등방인 것이 바람직함)이고, 전계 인가에 의해 광학적 이방성이 발현되는 물질일 수도 있으며, 전계 무인가시에 광학적 이방성을 가지며, 전계 인가에 의해 상기 광학적 이방성이 소실되어 광학적으로 등방성(거시적으로 보아 등방인 것이 바람직함)을 나타내는 물질일 수도 있다. 또한, 상기 액정층이 전계 무인가시에 광학적 이방성을 나타내고, 전계를 인가함으로써 광학적 이방성 정도가 변화하는 것일 수 도 있다. 바람직하게는 전계 무인가시에는 광학적으로 등방(거시적으로 보아 등방인 것이 바람직함)이고, 전계인가에 의해 광학 변조(특히, 전계 인가에 의해 복굴절이 상승하는 것이 바람직함)되는 액정층이다. The
상기 액정층(300)에 대해 특별한 제한이 있는 것은 아니다. 그 일예로서, 상기 액정층(300)은 광학적으로 등방성인 콜레스테릭 블루상 액정을 구비한 나노구조 액정혼합물(Nanostructured Liquid crystal Composite)을 포함할 수 있다. 사용되는 액정으로는 5CB(p-n pentyl-p'-cyanobiphenyl), JC-1041(치소)등이 가능하며, 카이랄 도판트(chiral dopant)로는 ZLI-4572(머크),ISO-(60BA)2, CB-15등이 사용될 수 있으며, 자외선 경화를 통해 단분자를 고분자로 형성시켜 블루상을 안정화시키기 위해 사용되는 단분자로는 RM275, EHA등이 사용될 수 있고, 광 개시제로는 Trimethylopropane triacrylate등이 사용될 수 있다. 이들의 구조는 아래와 같다. There is no particular limitation on the
액정 5CB(p-n pentyl-p'-cyanobiphenyl)Liquid crystal 5CB (p-n pentyl-p'-cyanobiphenyl)
액정 JC-1041LCD JC-1041
카이랄 도판트(chiral dopant) ZLI-4572Chiral dopant ZLI-4572
카이랄 도판트(chiral dopant) ISO-(60BA)2Chiral dopant ISO- (60BA) 2
카이랄 도판트(chiral dopant) CB-15Chiral dopant CB-15
모노머 RM-257Monomer RM-257
모노머 EHA (2-Ethylhexyl Acrylate)Monomer EHA (2-Ethylhexyl Acrylate)
광 개시제 (Trimethylopropane triacrylate) Photo Initiator (Trimethylopropane triacrylate)
또한, 상기 액정층(300)은 스메틱 블루(BPSm)상을 포함할 수 있다. 상기 스메틱 블루상은 콜레스테릭 블루상과 마찬가지로 높은 대칭성 구조를 가지며(예를 들면, "Eric Grelet 외 3명, 「Structural Investigations on Smectic Blue Phases」, PHYSICAL REVIEW LETTERS, The American Physical Society, 2001년 4월 23일, vol.86, No.17, p3791-3794"), 가시광 파장 미만의 질서(질서 구조, 배향 질서)를 갖고 있기 때문에 거의 투명한 물질이며, 전계 인가에 의해 배향 질서의 정도가 변화하여 광학적 이방성이 발현된다(광학적 이방성 정도가 변화함). 즉, 스메틱 블루상은 광학적으로 대략 등방성을 나타내며, 전계 인가에 의해 액정 분자가 전계 방향을 향하기 때문에 격자가 왜곡되어 광학적 이방성을 발현한다.In addition, the
상기 하부 기판(100), 상부 기판(200), 전극(110, 120), 편광판(400)은 종래 공지된 것들을 사용할 수 있으며 이에 대한 특별한 제한이 있는 것은 아니다.The
예를 들면, 상기 전극 (110, 120)들은 ITO 등의 투명 전극 재료 이외에도 알루미늄 등의 금속 전극 재료 등을 사용할 수 있다. For example, the
상기 기판(100, 200)로서 유리 기판을 사용할 수 있으나 이것으로 한정되는 것은 아니며, 기판 (100, 200) 중 적어도 한쪽이 투명한 기판인 것이 바람직하고, 예를 들면 종래부터 공지된 각종 기판을 사용할 수 있다. 또한, 필름형 기판일 수도 있고, 또한 가요성을 갖는 것일 수도 있다.A glass substrate may be used as the
상기 하부기판(100) 상에 형성되는 전극의 제조방법은 공지된 방법을 사용할 수 있다. 그 일례로 기판위에 고분자 레진을 피라미드 내지 삼각형상 등의 원하는 형상으로 코팅하고, 그 윗면에 금속재료를 증착시킨다. 이어서 상기 증착된 금속의 윗면에 포토레지스트(PR)를 도포한 후 마스크를 사용해 전극이외의 부분을 선택적으로 UV노광하고, 현상, 에칭하여 원하는 전극형상을 제조할 수 있다. The manufacturing method of the electrode formed on the
상기 고분자 레진을 원하는 형상으로 코팅하는 방법에는 기판에 고분자 레진을 코팅한 후 PR 도포하여 원하는 패턴을 갖는 마스크를 이용해 UV 노광, 현상, 에칭하는 방법을 사용할 수 있다. As a method of coating the polymer resin in a desired shape, a method of coating the polymer resin on a substrate and then applying PR to use a mask having a desired pattern for UV exposure, development, and etching.
또한, 음각으로 원하는 패턴이 형성된 마스터에 고분자 레진을 삽입하고 이를 기판에 부착한 다음 마스터만을 제거하여 기판상에 원하는 형상의 고분자를 코팅할 수 있다.In addition, the polymer resin may be inserted into the master on which the desired pattern is formed in an intaglio, attached to the substrate, and then only the master may be removed to coat a polymer having a desired shape on the substrate.
도 6은 도 3에서 제시한 경사부를 가지는 전극을 포함하는 IPS 액정 표시소자의 단위화소(10)를 나타내는 평면도이다. 도 6을 참조하면, 투명 유리기판 또는 플라스틱 기판 위에 경사부를 구비하는 공통전극(1)을 형성시키고 게이트 라인(9), TFT(8)층과 절역막 층을 형성한 후 화소전극(2)을 공통전극과 평행한 방향으로 형성시킨다. 이때 데이터 버스 라인(7)과 게이트 버스 라인(9)은 전극의 높이를 제한하지 않는다. FIG. 6 is a plan view illustrating a
도 7a 및 도 7b는 블루상 액정을 포함하여 나노구조를 갖는 액정혼합물을 전 기장에 의해 구동하는 원리를 보여주고 있다. 도시한 바와 같이 전압이 인가되지 않은 상태에서 공통전극(1)과 화소전극(2) 사이에 있는 액정 혼합물은 광학적으로 등방한 상태를 갖으며(도 7a 참조) 전압이 인가되면 공통전극(1)과 화소전극(2)사이에 형성되는 강한 전기장에 의해 전기장방향으로 액정 혼합물에 유도 굴절율이 발생하여 광학적으로 비등방한 상태를 갖으며(도 7b 참조) 밝음 상태를 구현한다. 7A and 7B illustrate a principle of driving a liquid crystal mixture having a nanostructure including a blue phase liquid crystal by an electric field. As shown in FIG. 7A, the liquid crystal mixture between the
비교예Comparative example 1 One
도 1에 제시된 종래 구조에 기초하여 BPLC 셀의 투과율의 전압 의존성을 조사하여 도 9에 나타내고, 도 9에는 BPLC 셀의 투과율을 전압과 거리에 따라 표시하였다. Based on the conventional structure shown in FIG. 1, the voltage dependence of the transmittance of the BPLC cell is examined and shown in FIG. 9, and the transmittance of the BPLC cell is shown according to voltage and distance.
공통전극 및 화소전극이 모두 0.04㎛ 두께의 하부 기판상에 위치하고, 전극 폭(W)과 전극들 사이의 패턴 공간(L)이 각각 4㎛, 8㎛이고, LC 셀 갭 간격이 6㎛이다. Both the common electrode and the pixel electrode are located on the lower substrate having a thickness of 0.04 μm, the electrode width W and the pattern space L between the electrodes are 4 μm and 8 μm, respectively, and the LC cell gap spacing is 6 μm.
시뮬레이션을 위해, K, Δn, Δ는 각각 5.5×10-10m/V2, 0.150, 4.5로 하였다. BPLC 셀의 전기 광학 특성을 계산하기 위해, 상업적으로 유용한 소프트웨어로서 "TechWiz LCD (Sanayisystem, Korea)를 이용하여 커(Kerr) 효과에 의한 유도 복굴절을 계산하였다.For the simulation, K, Δn , Δ were set to 5.5 × 10 −10 m / V 2 , 0.150, and 4.5, respectively. In order to calculate the electro-optic properties of the BPLC cells, induced birefringence by Kerr effect was calculated using "TechWiz LCD (Sanayisystem, Korea) as a commercially available software.
비교예 1에서는 하나의 트랜지스터(이하, 1TR(Transistor), 화소 전극 전압의 증폭이 하나의 화소에의 하나의 트랜지스터에 의해 제어됨, 반면 공통전극전압 은 고정됨)과 2TR(하나의 픽셀에서 두 개의 TR을 사용하여 화소전극과 공통전극의 전압을 각각 제어)을 각각 사용하였다.In Comparative Example 1, one transistor (hereinafter, 1TR (transistor), amplification of the pixel electrode voltage is controlled by one transistor to one pixel, while the common electrode voltage is fixed) and 2TR (two at one pixel) TR was used to control the voltages of the pixel electrode and the common electrode, respectively).
도 8을 참조하면, 2TR에서 발생된 더 높은 전계 때문에, 2TR 구동법은 1TR보다 두 배 빠르기의 V-T특성을 보여준다. Referring to Fig. 8, because of the higher electric field generated at 2TR, the 2TR driving method shows a V-T characteristic that is twice as fast as 1TR.
도 9의 a를 참조하면, 화소전극과 공통전극 사이 부분(즉, 패턴공간 L)에서는 높은 투과율을 보여주고 있으나 전극들 위에서는 거의 투과율이 없음을 알 수 있다. 또한, 패턴공간 L의 경우에도 높은 전압인 경우에는 투과율의 변동이 매우 크다는 문제가 있음을 알 수 있다.Referring to FIG. 9A, it can be seen that although the portion between the pixel electrode and the common electrode (that is, the pattern space L) shows high transmittance, there is almost no transmittance on the electrodes. In addition, even in the case of the pattern space L, it can be seen that there is a problem that the variation in transmittance is very large at a high voltage.
도 9의 b를 참조하면, 강한 수평전계가 에지(모서리) 부분에 집중되어 있고, 반면에 패턴공간 L에서는 약한 수평전계가 넓게 분포되어 있음을 알 수 있다.Referring to b of FIG. 9, it can be seen that a strong horizontal electric field is concentrated at an edge (edge), whereas in the pattern space L, a weak horizontal electric field is widely distributed.
도 9의 c를 참조하면, 종래 구조의 경우 개구율이 71.7%에 불과함을 알 수 있다.Referring to FIG. 9C, it can be seen that the opening ratio of the conventional structure is only 71.7%.
실시예Example 1 One
본 발명에 의한 경사부의 수직단면이 직선인 전극형상을 구비하는 소자를 사용하여 BPLC 셀의 전압-투과율의 변화를 도 11에 나타내었다. 2TR을 채용하고, 경사부의 경사각을 15°~85°로 변화시키고, 전극의 높이를 최대 2㎛로 한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 조건에서 실시하였다. The change in the voltage-transmittance of the BPLC cell is shown in FIG. 11 using a device having an electrode shape in which the vertical section of the inclined portion is straight. It implemented on the same conditions as the comparative example 1 except having adopted 2TR, changing the inclination angle of the inclination part to 15 degrees-85 degrees, and making the height of the
실시예Example 2 2
경사부의 수직단면이 곡선인 전극형상을 포함하는 소자를 사용하여 BPLC 셀의 전압-투과율의 변화를 도 11에 나타내었다. 2TR을 채용하고, 전극형상을 타원, 사인, 삼각형(Linear), S, 역사인, 역타원형으로 하고, 전극의 높이를 2㎛로 한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 조건에서 실시하였다.The change in the voltage-transmittance of the BPLC cell is shown in FIG. 11 using an element including an electrode shape having a curved vertical section of the inclined portion. 2TR was employed, and the electrode shape was ellipse, sine, triangle, S, inverse ellipse shape, and the electrode was made under the same conditions as in Comparative Example 1 except that the height of the electrode was 2 μm.
실시예Example 3 3
2TR을 채용, 전극형상이 역타원(R-Ellipse)인 것을 사용하고, 전압을 98V로 가하는 것을 제외하고 비교예 1과 동일한 조건에서 실시하였다. 도 12는 실시예 3에 의한 BPLC 셀의 투과율을 전압과 거리에 따라 표시하였다. 2TR was used and the electrode shape was an inverted ellipse (R-Ellipse), and it carried out on the same conditions as the comparative example 1 except having applied the voltage at 98V. 12 shows the transmittance of the BPLC cell according to Example 3 according to the voltage and distance.
도 8과 도 10을 비교하면, 15°도의 삼각형상인 경우에 110V 부근에서 최대 투과율 0.26을 보여주고 있으며, 이에 반해 비교예 1의 경우에는 112~113부근에서 0.25보다 작은 최대투과율을 보여주고 있다. 또한, 45°도의 삼각형상인 경우에 90V 부근에서 투과율 0.27을 보여주고, 60°의 사다리꼴 형상인 경우는 80V 부근에서 0.26정도의 투과율을 보여주고 있다. 45°도의 삼각형상과 60°의 사다리꼴 형상의 경우는 현저히 우수한 효과를 보여줌을 확인할 수 있다.In comparison with FIG. 8 and FIG. 10, the maximum transmittance of 0.26 is shown in the case of a triangular shape of 15 °, and in Comparative Example 1, the maximum transmittance is smaller than 0.25 in the vicinity of 112 to 113. In addition, in the case of a triangular shape of 45 degrees, the transmittance was 0.27 around 90V, and in the case of a 60 ° trapezoidal shape, the transmittance was about 0.26 in the vicinity of 80V. In the case of 45 ° triangle and 60 ° trapezoidal shape, the effect is remarkably excellent.
도 8과 도 11의 b를 비교하면, 타원(Ellipse)형상은 80V 미만에서 최대 투과율 0.25를 나타내고, 역타원(R.Ellipse)형상은 98V에서 최대투과율 0.32를 보여주고 있다. 실시예 2가 비교예 1보다 저 구동전압을 나타내면서도 우수한 투과율을 보여주고 있음을 확인할 수 있다.When comparing b of FIG. 8 and FIG. 11, the ellipse shape exhibits a maximum transmittance of 0.25 at less than 80V, and the R.Ellipse shape shows a maximum transmittance of 0.32 at 98V. It can be seen that Example 2 shows a lower transmit voltage than Comparative Example 1 and shows excellent transmittance.
도 11의 c는 역타원(R.Ellipse)형상에 있어서 개구율을 나타내고 있다. 비교예 1의 개구율이 71.7%에 불과한데 비해 실시예 2에서는 98.3%이므로 이것에 의해 투과율의 현저한 차이를 보여준다. Fig. 11C shows the aperture ratio in the inverted ellipse (R.Ellipse) shape. The opening ratio of Comparative Example 1 is only 71.7%, whereas in Example 2, it is 98.3%, thereby showing a remarkable difference in transmittance.
도 12(실시예 3)와 도 9(비교예 1)를 비교하면, 실시예 3은 비교예 1과 비교하여 전극 상부에서도 투과율이 높고, 또한, 패턴공간 L의 경우에도 높은 투과율을 유지하면서 그 변동폭이 작다는 점을 확인할 수 있다.Comparing FIG. 12 (Example 3) and FIG. 9 (Comparative Example 1), Example 3 has a higher transmittance in the upper part of the electrode than in Comparative Example 1, and also maintains high transmittance even in the case of pattern space L. It can be seen that the variation is small.
이상에서 본 발명의 바람직한 구현예를 들어 본 발명을 상세하게 설명하였으나 본 발명은 상술한 구현예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에 의해 많은 변형이 가능함은 자명할 것이다. Although the present invention has been described in detail with reference to preferred embodiments of the present invention, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and many modifications are made by those skilled in the art to which the present invention pertains within the technical spirit of the present invention. This possibility will be self-evident.
도 1은 종래 수평전계형 액정표시장치의 단면도를 나타낸다.1 is a cross-sectional view of a conventional horizontal field type liquid crystal display device.
도 2a 내지 도 2e는 블루상 액정의 구조와 광학적 상태를 나타내는 개략도이다.2A to 2E are schematic diagrams showing the structure and optical state of a blue phase liquid crystal.
도 3은 본 발명의 일구현예에 의한 하나 이상의 경사부를 포함하는 전극을 구비한 액정표시소자의 단면도이다.3 is a cross-sectional view of a liquid crystal display device having an electrode including one or more inclined portions according to one embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 일구현예에 의한 경사부를 구비한 상기 화소전극(110)과 공통전극(120)의 단면도이다. 4 is a cross-sectional view of the
도 5는 본 발명에 사용될 수 있는 상기 화소전극 및 공통전극의 형상들의 예를 나타낸 것이다. 5 shows examples of shapes of the pixel electrode and the common electrode that can be used in the present invention.
도 6은 도 3에서 제시한 경사부를 가지는 전극을 포함하는 IPS 액정 표시소자의 단위화소(10)를 나타내는 평면도이다.FIG. 6 is a plan view illustrating a
도 7a 및 도 7b는 블루상 액정을 포함하여 나노구조를 갖는 액정혼합물을 전기장에 의해 구동하는 원리를 보여주고 있다7A and 7B illustrate a principle of driving a liquid crystal mixture having a nanostructure including a blue phase liquid crystal by an electric field.
도 8은 비교예 1의 전극 구조에 기초하여 BPLC 셀의 전압-투과율의 변화를 그래프로 나타내었다.8 graphically shows the change in voltage-transmittance of a BPLC cell based on the electrode structure of Comparative Example 1. FIG.
도 9는 비교예 1의 전극구조에 기초하여 BPLC 셀의 투과율을 전압과 거리에 따라 표시하였다. 9 shows the transmittance of the BPLC cell based on the voltage and distance based on the electrode structure of Comparative Example 1.
도 10은 실시예 1의 전극구조에 기초하여 BPLC 셀의 전압-투과율의 변화를 나타내었다.FIG. 10 shows the change in voltage-transmittance of the BPLC cell based on the electrode structure of Example 1. FIG.
도 11은 실시예 2의 전극구조에 기초하여 BPLC 셀의 전압-투과율의 변화를 나타내었다.FIG. 11 shows the change in the voltage-transmittance of the BPLC cell based on the electrode structure of Example 2. FIG.
도 12는 실시예 3에 의한 BPLC 셀의 투과율을 전압과 거리에 따라 표시하였다. 12 shows the transmittance of the BPLC cell according to Example 3 according to the voltage and distance.
도면 주요 부분의 간단한 설명Brief description of the main parts of the drawing
100 ; 하부기판 200 ; 상부기판 300 ; 액정층100;
400 : 편광판 110 : 화소전극 120 : 공통전극400
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