水平电场型液晶显示装置及其制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种水平电场型液晶显示器(LCD)装置及其制造方法。该LCD装置包括：第一和第二基板，彼此相向且隔开地设置；第一电极，形成在第一基板的内表面上；第二电极，与第一电极相应且配置用于产生电场；以及液晶(LC)层，形成在第一和第二基板之间，LC层包括聚合物网络以及被聚合物网络限制在多畴中的LC分子。
【专利说明】水平电场型液晶显示装置及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及液晶显示器(LCD)装置，更具体而言，涉及包括使用反应性材料形成的聚合物网络的水平电场型LCD装置及其制造方法。
【背景技术】
[0002]—般而言,液晶显不器(IXD)装置可基于光学各向异性和液晶(LC)偏振被驱动。因为LC分子薄且长，所以LC分子可沿特定方向排列，LC分子排列的方向可以通过人工向LC施加电场而受到控制。
[0003]也就是说，当使用电场来改变LC分子的排列时，光可以由于LC的光学各向异性而在LC分子排列的方向上被折射，从而可以显示图像。
[0004]近年来，其中TFT和像素电极布置为矩阵形状的有源矩阵IXD(AM-1XD)装置吸引了众多关注，因为该装置具有高分辨率且能够很好地体现移动图像。
[0005]典型的扭曲向列(TN)模式LCD可包括具有像素电极的阵列基板、具有公共电极的滤色器基板以及插置在阵列基板和滤色器基板之间的LC层。在TN模式的LCD装置中，LC层可由于通过公共电极和像素电极产生的竖直电场被驱动。此外，TN模式LCD装置可具有高透射率和高孔径比。
[0006]然而，其中LC层由于竖直电场被驱动的IXD器件的视角特性会较差。
[0007]为了克服TN模式LCD装置的缺点，已经提出了具有良好的视角特性的水平电场型IXD装置，如边缘场开关(FFS)模式IXD装置或平面转换(IPS)模式IXD装置。现在将参考图1描述FFS模式IXD装置，作为水平电场型IXD装置的一示例。
[0008]图1是传统的FFS模式IXD装置10的截面图。
[0009]参考图1，FFS模式IXD装置10可包括相向设置并彼此隔开的第一和第二基板20和30以及插置在第一和第二基板20和30之间的LC层70。
[0010]具有板形状的第一电极40可形成在第一基板20的内表面上，绝缘层42可形成在第一电极40上。
[0011]具有柱形状的多个第二电极50可形成在绝缘层42上并彼此间隔开。第一配向层60可形成在多个第二电极50上。
[0012]此外，第二配向层62可形成在第二基板20的内表面上。
[0013]LC层70可形成在第一和第二配向层60和62之间。LC层70的LC分子72的主轴可平行于第一和第二基板20和30水平地布置。
[0014]当将不同的电压施加到第一和第二电极40和50时,可在第一和第二电极40和50之间产生电场。LC层70的LC分子72可由于该电场而在水平面上旋转并且可重排列以显示图像。
[0015]在FFS模式IXD装置10中，因为LC层70的LC分子72总在平行于第一和第二基板20和30的平面上重排列，所以视角可基于LCD装置10的前表面而在竖直和水平方向上
得以改善。[0016]然而，与传统的竖直电场型LCD装置不同，在传统的水平电场型LCD装置中，强电场可仅产生于与设置在第一基板内表面上的电极相邻的区域中，弱电场可产生于与第二基板相邻的区域中。因而，与第二基板相邻的区域中存在的LC分子会比与第一基板相邻的区域中存在的LC分子更慢地驱动。
[0017]此外，因为LC层的LC分子的旋转粘性随着环境温度下降而增加，随着环境温度降低，传统的水平电场型LCD装置的LC响应时间会增加，并且其响应速度会减小。
【发明内容】
[0018]本发明涉及水平电场型液晶显示器(LCD)装置及其制造方法，其实质上避免了由于现有技术的限制和缺点而引起的一个或多个问题。
[0019]本发明的一方提供一种水平电场型IXD装置及其制造方法，在该IXD装置中聚合物网络通过固化反应性材料形成在LC层中使得在室温和低温下的响应时间和响应速度可以得到改善。
[0020]本发明的额外特征和优点将在以下描述中阐述，且部分将通过该描述明显或者可以通过对本发明的实践而习知。本发明的目的和其它优点将通过在文字描述及其权利要求书以及附图中具体指出的结构实现和获得。
[0021]为了实现这些和其它优点并依照本发明的目的，如在此具体和概括描述的，一种水平电场型LCD装置包括:彼此相向且隔开地设置的第一和第二基板；形成在第一基板的内表面上的第一电极；与第一电极相应且配置用于产生电场的第二电极；以及形成在第一和第二基板之间的液晶(LC)层，LC层包括聚合物网络以及被聚合物网络限制在多畴中的LC分子。
[0022]聚合物网络可以通过固化反应性材料形成。
[0023]反应性材料可以是反应性液晶单元或反应性单体。
[0024]在另一方面，一种制造水平电场型IXD装置的方法包括:在第一基板上形成第一电极和第二电极，第二电极与第一电极相应并且配置用于产生电场；使第一和第二基板彼此接合；使用包括LC材料和反应性材料的组成在第一和第二基板之间形成液晶层；以及通过固化反应性材料而在LC层中形成聚合物网络。
[0025]反应性材料可以以按重量计约0.1%或更多的含量被包含。
[0026]反应性材料可以是反应性液晶单元或反应单体。
[0027]反应性材料可以具有正A(+A)型或正C(+C)型折射系数特性。
[0028]聚合物网络的形成可以包括将紫外线(UV)光照射到反应性材料。
[0029]UV光可具有大约lmW/cm2或更大的功率密度。
[0030]在形成聚合物网络期间，可以向第一和第二电极施加相同的电压，或第一和第二电极可以电浮置。
[0031]可以理解的是，上述概括描述以及以下详细描述均是示例及解释性的，其仅旨在提供对所主张的发明的解释。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]包括附图以提供对本发明的进一步理解并且并入说明书中且组成该说明书的一部分，附图示出了本发明的实施方式并与说明书文字一起用于解释本发明的原理。在附图中:
[0033]图1是传统的边缘场开关(FFS)模式的液晶显示器(LCD)装置的截面图；
[0034]图2是显示出根据本发明实施方式的水平电场型LCD装置的结构的图示；
[0035]图3A至图3C是示出根据本发明实施方式的水平电场型LCD装置的制造方法的图示；
[0036]图4是显示出根据本发明实施方式的水平电场型LCD装置的响应时间的曲线图；
[0037]图5A至图是曲线图，显示出在根据本发明实施方式的水平电场型IXD装置中，在大约20°C (室温)、大约10°C、(TC和-10°C的环境温度的，关于含量(wt%)的响应时间(ms)，其中在该水平电场型LCD装置中，聚合物网络使用正C(+C)型反应性材料形成；
[0038]图6A至图6D是曲线图，显示出在根据本发明实施方式的水平电场型IXD装置中，在大约20°C (室温)、大约10°C、0°C、和-10°C的环境温度的，关于含量(wt%)的响应时间(ms)，其中在该水平电场型LCD装置中，聚合物网络使用正A(+A)型反应性材料形成；以及
[0039]图7A至图7D是曲线图，显示出在根据本发明实施方式的水平电场型IXD装置中，在大约20V (室温)、大约10°C、(TC、和-10°c的环境温度，关于UV光的能量密度的响应时间(ms)，其中在该水平电场型IXD装置中，聚合物网络由按重量计的约0.5%的正A(+A)型反应性材料形成。
【具体实施方式】
[0040]现在将详细提及示例性实施方式，其示例在附图中示出。
[0041]现在将参考附图描述根据本发明的水平电场型液晶显示器(LCD)装置及其制造方法，在附图中显示出本发明的实施方式。在下文中，将描述边缘场开关(FFS)模式的LCD装置作为示例。
[0042]图2是显示出根据本发明实施方式的水平电场型LCD装置110的结构的图示。
[0043]参考图2，根据本发明实施方式的IXD装置110可包括彼此相向且隔开设置的第一和第二基板120和130以及插置在第一和第二基板120和130之间的液晶(LC)层170。
[0044]具有板形状的第一电极140可形成在设置于第一基板120内表面上的像素区中。绝缘层142可形成在第一电极140上。
[0045]具有柱形状的多个第二电极150可形成在绝缘层142上且彼此间隔开，第一配向层160可形成在多个第二电极150上。
[0046]第一基板120可包括多个像素区(未示出)。栅线(未示出)和数据线(未示出)可形成在第一基板120的内表面上并且彼此交叉以限定多个像素区。薄膜晶体管(TFT)可连接到栅线和数据线。
[0047]每个TFT可包括形成在第一基板120上且连接到栅线的栅电极、形成在栅电极上的栅绝缘层、形成在栅绝缘层上的半导体层、形成在半导体层上且连接到数据线的源电极、以及形成在半导体层上并且与源电极相反地且隔开地形成的漏电极。
[0048]第一和第二电极140和150的其中之一可用作连接到TFT的漏电极且配置用于接收数据电压的像素电极，第一和第二电极140和150的另一个可用作配置用于接收公共电压的公共电极。[0049]此外，第二配向层162可形成在第二基板120的内表面上。
[0050]LC层170可形成在第一和第二配向层160和162之间。LC层170可包括LC分子172和聚合物网络174。
[0051]LC分子172可水平地布置，使得LC分子172的主轴平行于第一和第二基板120和130。
[0052]聚合物网络174可通过固化反应性材料形成。LC分子172可通过具有网形状的聚合物网络174被分成多畴。
[0053]现在将参考图3A至图3C描述制造水平电场型IXD装置的方法。
[0054]图3A至图3C是示出根据本发明实施方式的水平电场型LCD装置的制造方法的图
/Jn ο
[0055]参考图3A，可在具有多个像素区的第一基板120上形成栅线、数据线、TFT、第一电极140、绝缘层142、多个第二电极150及第一配向层160，可在第二基板130上形成第二配向层162,第一和第二基板120和130可彼此接合使得第一和第二配向层160和162相向且彼此隔开地设置。
[0056]此外，可使用注射工艺或滴注工艺在第一和第二基板120和130之间形成LC层170。
[0057]LC层170可使用包含LC材料和反应性材料174a的组分形成。反应性材料174a可以以基于所述组分的总重量，按重量计的约0.1%或更多(例如，按重量计的大约0.1至10%)的含量被包含。
[0058]此外，反应性材料174a可以是光反应性材料，该光反应性材料可在其分子的至少一端上具有光反应官能团并且可以通过光(如，紫外线(UV)光)被固化。例如，反应性材料174a可以是反应性液晶元(RM)或反应性单体。
[0059]反应性材料174a可具有正A (+A)型或正C (+C)型折射率特性。
[0060]例如,假设反应性材料174a存在于xyz坐标系的xy面上,x轴和y轴指的是反应性材料174a的面方向，z轴指的是其厚度方向，反应性材料174a可具有分别沿x轴、y轴和z轴的nx、ny和nz折射率。
[0061]此外，在反应性材料174a的面方向(x轴方向或y轴方向)上获得的相位差可以通过Rin (这里，“in”指的是面内)表示并且定义为(nx-ny)，在反应性材料174a的厚度方向(z轴方向)上获得的相位差可以通过Rth(这里，“th”指的是厚度)表示并且定义为(nz-nx)或(nz-ny)。
[0062]这里，+A型和-A型可分别满足关系:(nx>ny=nz)和(nx〈ny=nz), +C型和-C型可分别满足关系:(nz>nx=ny)和(nz〈nx=ny)。
[0063]因此，+A型反应性材料174a可具有(nx>ny=nz)的折射率特性，+C型反应性材料174a可具有(nz>nx=ny)的折射率特性。
[0064]在上述LC层170中，LC分子172和反应性材料174a可以任意地混合和分散。
[0065]如图3B所示，UV光可以从接合的第一和第二基板120和130的第二基板130的外表面照射到LC层170以固化LC层170的反应性材料174a。
[0066]在利用UV照射的固化工艺期间，可以不向LC层170施加竖直电场或水平电场，可以不向第一和第二电极140和150施加不同的电压。[0067]例如，在UV照射期间，可以被向第一和第二电极140和150施加相同的电压，或第一和第二电极140和150可以电浮置。
[0068]用于固化反应性材料174a的UV光可具有大约lmW/cm2或更大的功率密度，例如，大约lmW/cm2至45000mW/cm2。可以控制UV光照射的时间，使得照射到反应性材料174a的UV光具有大约3J/cm2或更大的能量密度。
[0069]如图3C所示，相邻的反应性材料174a的光反应官能团可以由于UV光而彼此接合且被聚合以形成具有网形状的聚合物网络174。
[0070]因而，LC分子172可以被限制和布置在由聚合物网络174限定的多畴D中。
[0071]在水平电场型IXD装置110中，当向第一和第二电极140和150施加不同的电压时，可以在第一和第二电极140和150之间产生电场，LC层170的LC分子172可以由于该电场而在平行于第一和第二基板120和130的水平面上旋转并且可以重排列以显示图像。
[0072]这里，因为LC层170的LC分子172总在平行于第一和第二基板120和130的水平面上旋转和布置，所以可以基于水平电场型LCD装置110的前表面而改善在竖直和水平方向上的视角。
[0073]此外，因为LC层170的LC分子172通过聚合物网络174被限制在多畴D中且在多畴D中重排列，所以与LC分子172在整个LC层170上重排列的情形相比，可以显著减小单元间隙。结果，可以改善在室温和低温下的LC层170的响应时间和响应速度。
[0074]现在将描述在LC层170的响应时间方面的改善。
[0075]图4是曲线图，显示出根据本发明实施方式的水平电场型LCD装置的响应时间。
[0076]参考图4，当将不同的电压施加到水平电场型IXD装置的第一和第二电极(在图2中指的是140和150)并被取消时，水平电场型LCD装置的透射率从O增加到1，然后减小到O0
[0077]在该情形下，在关于电压施加时间点(Oms)的预定上升延迟时间内，透射率从O变到I ;在关于电压去除时间点(IOOms)的下降延迟时间内，透射率从I变到O。透射率从0.1 (最大值的10%)变到0.9 (最大值的90%)消耗的时间以及透射率从0.9变到0.1消耗的时间可以分别被定义为开响应时间(Ton)和关响应时间(Toff)。
[0078]图5A至是曲线图，显示出在根据本发明实施方式的水平电场型IXD装置中，在大约20°C (室温)、大约10°C、0°C、和-10°C的环境温度下，关于含量(wt%)的响应时间(ms)，其中在该水平电场型LCD装置中聚合物网络使用正C(+C)型反应性材料形成。
[0079]在图5A至图中，含量是按重量计为0%的情形表示关于没有添加反应性材料的传统水平电场型LCD装置的数据。用于固化反应性材料的UV光具有大约lOmW/cm2的功率密度并且被照射大约10分钟。
[0080]此外，将用于汽车的具有宽温度范围的液晶用作LC材料，将P1-PAA混合型PI用作第一和第二配向层的每一个。
[0081 ] 如图5A至图所示，与传统的水平电场型IXD装置相比，在根据本发明实施方式的使用+C型反应性材料的水平电场型LCD装置中，可以看出，在大约20°C、大约10°C、0°C和-10的每个环境温度下，开和关响应时间得以改善。
[0082]特别地，与传统的水平电场型IXD装置相比，当+C型反应性材料以按重量计为约0.5%的含量被包含时，开和关响应时间在大约20°C的环境温度分别减少多达约10%和大约19%，在大约10°C的环境温度分别减少多达约9%和12%，在大约0°C的环境温度分别减少多达约5%和15%，以及在大约-10°C的环境温度分别减少多达约16%和17%。
[0083]图6A至图6D是曲线图，显示出在根据本发明实施方式的水平电场型LCD装置中在大约20°C (室温)、10°C、0°C和-10°C的环境温度下关于含量(wt%)的响应时间(ms)，在该水平电场型LCD装置中聚合物网络使用正A(+A)型反应性材料形成。
[0084]在图6A至图6D中，含量是按重量计为0%的情形表示关于没有添加反应性材料的传统水平电场型LCD装置的数据。用于固化反应性材料的UV光具有大约50mW/cm2的功率密度并且被照射大约2分钟。
[0085]此外，将用于汽车的具有宽温度范围的液晶用作LC材料，将P1-PAA混合型PI用作第一和第二配向层的每一个。
[0086]如图6A至图6D所示，与传统的水平电场型IXD装置相比，在根据本发明实施方式的使用+A型反应性材料的水平电场型LCD装置中，可以看出开和关响应时间在大约20°C、10°C、(TC和-10°C的每个环境温度下得到改善。
[0087]特别地，与传统的水平电场型IXD装置相比，当+A型反应性材料以按重量计约0.5%的含量被包含时，开和关响应时间在大约20°C的环境温度下分别减少多达约28%和约32%，在大约10°C的环境温度下分别减少多达约27%和26%，在大约(TC的环境温度下分别减少多达约30%和27%，以及在大约-10°C的环境温度下分别减少多达约44%和47%。
[0088]图7A至图7D是曲线图，显示出在根据本发明实施方式的水平电场型IXD装置中，分别在大约20V (室温)、10°C、(TC和-10°c的环境温度下，与UV光的功率密度相关的响应时间(ms)，在该水平电场型IXD装置中聚合物网络由按重量计约0.5%的正A(+A)型反应性材料形成。UV光具有大约Omw/cm2的功率密度的情形表示关于其中没有照射UV光的传统水平电场型LCD装置的数据。
[0089]此外，将用于汽车的具有宽温度范围的液晶用作LC材料，将P1-PAA混合型PI用作第一和第二配向层的每一个。
[0090]如图7A至图7D所示，与传统的水平电场型IXD装置相比，在根据本发明实施方式的使用按重量计大约0.5%的+A型反应性材料的水平电场型LCD装置中，可以看出开和关响应时间在大约20°C、10°C、0°C和-1o°c的每个环境温度下得到改善。
[0091]特别地，与传统的水平电场型IXD装置相比，当UV光具有大约50mW/cm2的功率密度并且被照射大约2分钟时，开和关响应时间在大约20°C的环境温度下分别减少多达约28%和约32%，在大约10°C的环境温度下分别减少多达约27%和26%，在大约(TC的环境温度下分别减少多达约30%和27%，以及在大约-10°C的环境温度下分别减少多达约44%和47%。
[0092]在根据本发明实施方式的水平电场型LCD装置中，可以通过聚合物网络形成多畴，该聚合物网络通过固化反应性材料形成，LC分子可以被限制在多畴中并且重排列。因而，当在与LC分子被驱动的空间相应的单元间隙减小时，可以产生相同的效应。结果，可以改善响应时间和响应速度。
[0093]开响应时间和关响应时间可以分别由方程式⑴和(2)表示。因为单元间隙d减小，所以开响应时间和关响应时间可以减短而改善响应时间。
【权利要求】
1.一种水平电场型液晶显示器装置，包括: 第一和第二基板，彼此相向且隔开地设置； 第一电极，形成在所述第一基板的内表面上； 第二电极，与所述第一电极相应且配置用于产生电场；以及 液晶层，形成在所述第一和第二基板之间，所述液晶层包括聚合物网络以及被所述聚合物网络限制在多畴中的液晶分子。
2.根据权利要求1所述的液晶显示器装置，其中所述聚合物网络是通过固化反应性材料形成。
3.根据权利要求2所述的液晶显示器装置，其中所述反应性材料是反应性液晶单元或反应性单体。
4.一种制造水平电场型液晶显示器装置的方法，所述方法包括: 在第一基板上形成第一电极和第二电极，所述第二电极与所述第一电极相应并且配置用于产生电场； 使所述第一和第二基板彼此接合； 使用包括液晶材料和反应性材料的组分在所述第一和第二基板之间形成液晶层；以及 通过固化所述反应性材料而在所述液晶层中形成聚合物网络。
5.根据权利要求4所述的方法，其中以按重量计约0.1%或更多的含量包含所述反应性材料。
6.根据权利要求4所述的方法，其中所述反应性材料是反应性液晶单元或反应性单体。
7.根据权利要求4所述的方法，其中所述反应性材料具有正A型或正C型折射率特性。
8.根据权利要求4所述的方法，其中所述形成所述聚合物网络包括将紫外线光照射到所述反应性材料。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述紫外线光具有大约lmW/cm2或更大的功率密度。
10.根据权利要求4所述的方法，其中在形成所述聚合物网络期间，向所述第一和第二电极施加相同的电压，或所述第一和第二电极电浮置。
【文档编号】G02F1/1343GK103631060SQ201210567863
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2012年12月24日 优先权日:2012年8月20日
【发明者】朴星一, 姜成求, 沈有厘, 李先容, 尹台焄, 朴秉旭, 兪炳勋, 宋东翰, 崔善旭 申请人:乐金显示有限公司, 釜山国立大学校产学协力团