KR100210688B1 - Photo switch using lc cell - Google Patents
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Abstract
본 발명은 액정셀을 이용한 포토스위치에 관한 것으로, 콜레스테릭 액정셀 중 첫 번째 셀이 특정 원편광을 투과시키고 두 번째 셀에서 인가전압 여부에 다라 특정 원편광을 차단 또는 투과시켜서 편광필름을 사용치 않고도 빛의 개폐효과를 얻도록 하는 것이다.The present invention relates to a photo switch using a liquid crystal cell, wherein the first cell of the cholesteric liquid crystal cell transmits specific circularly polarized light and blocks or transmits the specific circularly polarized light depending on whether or not an applied voltage is applied to the second cell. To achieve the opening and closing effect of light without hitting.
이와 같은 본 발명은 콜레스테릭 액정의 뒤틀림 방향이 서로 반대인 두 콜레스테릭 액정셀을 결합한 후 상기 첫 번째 액정셀의 양단에 공정오차를 보정하는 바이어스전압을 인가하고, 두 번째 액정셀의 양단에는 신호전압을 공급하여 첫 번째 액정셀을 투과한 특정 원편광을 차단 또는 투과시키도록 구성함으로써, 달성되는 것이다.As described above, the present invention combines two cholesteric liquid crystal cells in which the twisting directions of the cholesteric liquid crystals are opposite to each other, and then applies bias voltages to correct process errors at both ends of the first liquid crystal cell, and at both ends of the second liquid crystal cell. Is achieved by supplying a signal voltage to block or transmit a specific circularly polarized light transmitted through the first liquid crystal cell.
Description
제1도는 종래 액정셀을 이용한 포토 스위치 구성도로서, (a)는 전압 비인가시의 동작 상태를 보인 것이고, (b)는 전압 인가시의 동작 상태를 보인 것이다.1 is a configuration diagram of a conventional photo switch using a liquid crystal cell, (a) shows an operating state when no voltage is applied, and (b) shows an operating state when a voltage is applied.
제2도는 본 발명 액정셀을 이용한 포토 스위치 구성도로서, (a)는 전압 비인가시의 동작 상태를 보인 것이고, (b)는 전압 인가시의 동작 상태를 보인 것이다.2 is a configuration diagram of a photo switch using the liquid crystal cell of the present invention, (a) shows an operating state when no voltage is applied, and (b) shows an operating state when a voltage is applied.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
1, 2 : 콜레스테릭 액정층 3 : 입사광1, 2: cholesteric liquid crystal layer 3: incident light
4 : 반사광 9 : 교류 바이어스전압4: reflected light 9: AC bias voltage
11 : 제1콜레스테릭 액정셀 12 : 제2콜레스테릭 액정셀11: first cholesteric liquid crystal cell 12: second cholesteric liquid crystal cell
본 발명은 콜레스테릭(Cholesteric) 액정셀(Cell)을 이용한 액정 표시장치에 관한 것으로, 특히 콜레스테릭 액정셀 중 첫 번째 셀이 특정 원편광을 투과시키고 두 번째 셀에서 인가전압 여부에 따라 특정 원편광을 차단 또는 투과시켜서 빛의 개폐효과를 얻도록 하는 액정셀을 이용한 포토스위치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a liquid crystal display using a cholesteric liquid crystal cell. In particular, the first cell of the cholesteric liquid crystal cell transmits specific circularly polarized light and is determined according to whether the second cell is applied. The present invention relates to a photo switch using a liquid crystal cell that blocks or transmits circularly polarized light to obtain an opening and closing effect of light.
종래 액정셀을 이용한 포토스위치는 첨부된 도면 제1도에 도시된 바와 같이, 세척된 유리판(100)에 투명전극 역할을 하는 ITO막(102)을 스퍼터링(Sputtering)으로 코팅을 하고, 상기 ITO(102)의 일측 표면에 PI막(103)을 도포한 후 적정조건에서 러빙(Rubbing)하여 액정문자 배향방향을 결정한다. 이후 상기 두장의 유리판(100)을 러빙 방향이 서로 수직하게 부착하여 적정 셀겝(Cell Gap)이 유지되도록 공간을 형성한다. 이와 같이 형성된 액정셀의 양면에 편광필름(101)(101')을 부착하여 그 두 편광필름(101)(101')의 흡수측이 평행할 경우는 전압 비인가시에 어두운 상태가 되고, 흡수측이 수직할 경우에는 전압 비인가시에 밝은상태가 된다. 상기에서 도면 중 미 설명부호 106은 입사광이고, 107은 투과광이며, 105는 스위치(SW)에 의해 전압이 공급되는 전압공급부이고 104는 액정층이다.Conventionally, a photo switch using a liquid crystal cell, as shown in FIG. 1, is attached to the cleaned glass plate 100 by sputtering the ITO film 102 serving as a transparent electrode, and the ITO ( The PI film 103 is applied to one surface of the surface 102 and then rubbed under appropriate conditions to determine the liquid crystal character alignment direction. Thereafter, the two glass plates 100 are attached to each other in a rubbing direction to form a space to maintain an appropriate cell gap. When the polarizing films 101 and 101 'are attached to both surfaces of the liquid crystal cell thus formed, and the absorption sides of the two polarizing films 101 and 101' are parallel, they become dark when no voltage is applied. In this vertical case, the light becomes bright when no voltage is applied. In the drawings, reference numeral 106 denotes incident light, 107 denotes transmitted light, 105 denotes a voltage supply unit to which a voltage is supplied by a switch SW, and 104 denotes a liquid crystal layer.
이와 같이 구성된 종래 액정셀을 이용한 포토 스위치에서 먼저 전압공급부(105)의 스위치(SW)를 오프시켜 전압을 액정셀에 인가하지 않을 경우에는 제1도의 (a)와 같이, 액정셀의 액정분자는 초기배열 상태를 유지하게 된다. 이와 같은 상태에서 입사광(106)이 첫 번째 편광필름(101)을 투과하여 액정층(104)을 지나게 되면 그 편광 방향이 90°회전한 선편광은 두 번째 편광필름(101')의 흡수측에 평행함으로써, 흡수가 되어 어두운 상태가 된다.In the photo switch using the conventional liquid crystal cell configured as described above, when the switch SW of the voltage supply unit 105 is first turned off and no voltage is applied to the liquid crystal cell, the liquid crystal molecules of the liquid crystal cell as shown in FIG. Maintain the initial arrangement. In this state, when the incident light 106 passes through the first polarizing film 101 and passes through the liquid crystal layer 104, the linearly polarized light whose polarization direction is rotated by 90 ° is parallel to the absorption side of the second polarizing film 101 '. As a result, absorption becomes dark.
한편 전압공급부(105)의 스위치(SW)를 턴-온시켜 전압을 액정셀에 인가할 경우에는 제1도의 (b)와 같이, 액정셀의 액정분자들은 전기장 방향으로 배열되고 액정층(104)의 선광효과는 거의 없어지게 된다. 이와 같은 상태에서 입사광(106)이 첫 번째 편광필름(101)을 투과하고 편광방향에 변화없이 액정층(104)을 통과하게 된다. 상기 액정층(104)을 통과한 선편광은 두 번째 편광필름(101')의 흡수측에 수직이므로 흡수없이 대부분이 투과되어 밝은 상태가 된다.On the other hand, when the switch SW of the voltage supply unit 105 is turned on to apply a voltage to the liquid crystal cell, as shown in FIG. 1B, the liquid crystal molecules of the liquid crystal cell are arranged in the electric field direction and the liquid crystal layer 104 is disposed. The beneficiation effect of is almost eliminated. In this state, the incident light 106 passes through the first polarizing film 101 and passes through the liquid crystal layer 104 without changing the polarization direction. Since the linearly polarized light passing through the liquid crystal layer 104 is perpendicular to the absorption side of the second polarizing film 101 ′, most of the linearly polarized light is transmitted through the liquid crystal layer 104 and is bright.
그러나 이와 같은 종래 액정셀을 이용한 포토 스위는 액정셀의 양면에 두 개의 편광필름이 필수적으로 사용되어야 하고 그 부착 방향의 오차는 전체 액정셀의 광학특성 저하를 가져오므로 수율이 저하되고, 또한 편광필름에 의해 흡수된 빛은 열로 변화되어 이로 인한 온도상승은 액정셀의 특성저하를 초래하게 되는 문제점이 있었다.However, in the photo switch using the conventional liquid crystal cell, two polarizing films must be used on both sides of the liquid crystal cell, and the error in the direction of attachment leads to a decrease in optical characteristics of the entire liquid crystal cell, so that the yield is lowered and polarized light. The light absorbed by the film is converted into heat, thereby resulting in a temperature rise resulting in deterioration of the characteristics of the liquid crystal cell.
따라서 본 발명의 목적은 클레스테릭 액정셀 중 첫 번째 셀이 특정 원편광을 투과시키고 두 번째 셀에서 인가전압 여부에 따라 특정 원평광을 차단 또는 투가시켜서 편광필름을 사용치 않고도 빛의 개폐효과를 얻도록 액정셀을 이용한 포토스위치를 제공함에 있다.Therefore, an object of the present invention is to open and close the light without using a polarizing film by the first cell of the clesteric liquid crystal cell transmits the specific circularly polarized light and the specific circular flat light according to the applied voltage in the second cell To provide a photo switch using a liquid crystal cell to obtain.
이와 같은 본 발명의 목적은 콜레스테릭 액정의 뒤틀림 방향이 서로 반대인 두 콜레스테릭 액정셀을 결합한 후 상기 첫 번째 액정셀의 양단에 공정오차를 보정하는 바이어스전압을 인가하고, 두 번째 액정셀의 양단에는 신호전압을 공급하여 첫 번째 액정셀을 투과한 특정 원편광을 차단 또는 투과시키도록 구성함으로써, 달성되는 것으로, 이하 본 발명을 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.The object of the present invention is to combine the two cholesteric liquid crystal cells in which the twisting directions of the cholesteric liquid crystals are opposite to each other, and then apply a bias voltage for correcting the process error to both ends of the first liquid crystal cell, and the second liquid crystal cell. It is achieved by supplying a signal voltage at both ends of the configuration to block or transmit a specific circularly polarized light transmitted through the first liquid crystal cell, will be described below in detail with reference to the accompanying drawings of the present invention.
제2도는 본 발명 액정셀을 이용한 포토스위치 구성도로서, 이에 도시한 바와같이, 같은 두께를 가지며 콜레스테릭 액정의 뒤틀림 방향이 서로 반대로 이루어진 제1, 제2콜레스테릭 액정셀(1)(2)을 형성하여 이를 결합하고, 상기 제1, 제2콜레스테릭 액정셀(11)(12)의 내부에는 콜레스테릭 액정층(1)(2)을 형성하며 상기 제1콜레스테릭 액정셀(11)의 양단에는 공정오차를 보정하는 교류 바이어스전압(9)을 인가하고, 또다른 제2콜레스테릭 액정셀(11)의 양단에는 스위치(SW)에 의해 신호전압을 공급하는 공급 및 차단하는 전압공급부(11)를 연결하여 제1콜렉스테릭 액정셀(11)을 투과한 특정 원평광을 차단 또는 투과시키도록 구성한다.2 is a configuration diagram of a photo switch using a liquid crystal cell of the present invention. As shown in the drawing, the first and second cholesteric liquid crystal cells 1 (1) having the same thickness and having the opposite twist directions of the cholesteric liquid crystals ( 2) to form a combination thereof, the cholesteric liquid crystal layer (1) (2) is formed inside the first and second cholesteric liquid crystal cells (11, 12) and the first cholesteric liquid crystal An alternating current bias voltage 9 is applied to both ends of the cell 11 to correct a process error, and a supply voltage is supplied to both ends of another second cholesteric liquid crystal cell 11 by a switch SW; It is configured to block or transmit the specific circular light transmitted through the first Cholesteric liquid crystal cell 11 by connecting the blocking voltage supply unit 11.
이와 같이 구성된 본 발명의 작용, 효과를 상세히 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation, effects of the present invention configured as described above in detail.
전압공급부(10)의 스위치(SW)를 오프시켜 전압을 액정셀에 인가하지 않을 경우에는 제2도의 (a)와 같이 제1, 제2콜레스테릭 액정셀(11)(12)의 콜레스테릭 액정분자(1)(2)는 초기배열 상태를 유지한다.When the switch SW of the voltage supply unit 10 is turned off and a voltage is not applied to the liquid crystal cell, the cholester of the first and second cholesteric liquid crystal cells 11 and 12 is as shown in FIG. Rick liquid crystal molecules (1) (2) maintain the initial arrangement state.
그리고 상기 제1콜레스테릭 액정셀(11)의 콜레스테릭 액정분자(1)가 좌원방향으로 뒤틀리고 제2콜레스테릭 액정셀(12)의 콜레스테릭 액정분자(2)가 우원방향으로 뒤틀리 경우에 제1콜레스테릭 액정셀(11)에 입사한 좌원편광 상태의 입사광(3)은 반사광(4)으로 전부 반사되고, 우원편광된 입사광(5)은 제1투과광(6)으로 제1콜레스테릭 액정셀(11)을 완전 투과하게 된다.The cholesteric liquid crystal molecules 1 of the first cholesteric liquid crystal cell 11 are distorted in the left circle direction, and the cholesteric liquid crystal molecules 2 of the second cholesteric liquid crystal cell 12 are rearward in the right direction. In the wrong case, the incident light 3 in the left circularly polarized state incident on the first cholesteric liquid crystal cell 11 is entirely reflected by the reflected light 4, and the right circularly polarized incident light 5 is formed by the first transmitted light 6. One cholesteric liquid crystal cell 11 is completely transmitted.
상기 제1콜레스테릭 액정셀(11)을 투과한 후 제1투과광(6)은 우원편광 상태이므로 제2콜레스테릭 액정셀(12)에서 제2반사광(7)으로 전부 반사된 후 좌원편광이 되며 다시 제1콜레스테릭 액정셀(11)에서 반사된다.After passing through the first cholesteric liquid crystal cell 11, since the first transmitted light 6 is in a right circularly polarized state, all of the second cholesteric liquid crystal cell 12 is reflected by the second reflected light 7 and then left circularly polarized light. It is again reflected from the first cholesteric liquid crystal cell (11).
이와 같이 제1, 제2콜레스테릭 액정샐(11)(12)사이의 공간에서 다중반사를 거듭하여 빛은 소멸되므로써 어둔상태가 된다.In this way, the light is disappeared by repeating multiple reflections in the space between the first and second cholesteric liquid crystal cells 11 and 12, thereby becoming dark.
한편 전압공급부(10)의 스위치(SW)를 턴-온시켜 전압을 제1콜레스테릭 액정셀(12)에 인가할 경우에는 제도의 (b)와 같이 제1콜레스테릭 액정셀(11)의 액정분자(1)는 초기 배열상태로 유지하게 되고, 제2콜레스테릭 액정셀(12)의 액정분자(2)는 전기장 방향으로 향하여 수직 입사한 빛에 대하여 등방성 매질화한다.On the other hand, when the switch SW of the voltage supply unit 10 is turned on to apply a voltage to the first cholesteric liquid crystal cell 12, the first cholesteric liquid crystal cell 11 as shown in (b) of the drawing. The liquid crystal molecules 1 are kept in an initial arrangement, and the liquid crystal molecules 2 of the second cholesteric liquid crystal cell 12 are isotropically mediated with respect to light incident vertically toward the electric field direction.
상기 제콜레스테릭 액정셀(11)의 액정분자(1)가 좌원방향으로 뒤틀리고 제2콜레스테릭 액정셀(12)의 액정분자(2)가 전기장 방향으로 향할 경우 제1콜레스테릭 액정셀(11)에 입사한 좌원편광 상태의 입사광(3)은 반사광(4)으로 전부 반사되고 우원편광상태의 입사광(5)은 제1투사광(6)으로 제1콜레스테릭 액정셀(1)을 완전 투과하게 된다.The first cholesteric liquid crystal cell when the liquid crystal molecules 1 of the cholesteric liquid crystal cell 11 are distorted in the left circle direction and the liquid crystal molecules 2 of the second cholesteric liquid crystal cell 12 are directed in the electric field direction. The incident light 3 in the left circularly polarized state incident on (11) is totally reflected by the reflected light 4, and the incident light 5 in the right circularly polarized state is the first projection light 6 as the first cholesteric liquid crystal cell 1. Is completely transmitted.
상기 제1콜레스테릭 액정셀(11)을 투과한 제1투과광(6)은 우원상태이므로 제2콜레스테릭 액정셀(12)을 통해 제2투과광(8)으로 투과한다.Since the first transmitted light 6 having passed through the first cholesteric liquid crystal cell 11 is in a right-circular state, it passes through the second cholesteric liquid crystal cell 12 to the second transmitted light 8.
상기에서와 같이, 콜레스테릭 액정을 사용한 광스위치에서 셀갭의 오차를 보정하기 위해서 바이어스 전압을 제1콜레스테릭 액정셀(11)에 인가하는 방법은 다음과 같다.As described above, in order to correct an error in the cell gap in the optical switch using the cholesteric liquid crystal, a bias voltage is applied to the first cholesteric liquid crystal cell 11 as follows.
1) 상기 두 액정셀(11)(12)의 두께는 ∏△n*d/Θλ=(2*N)2-1의 조건을 만족해야 하며 이때 △n=nΘ-no. d는 셀의 두께, θ는 액정이 꼬여있는 각도, λ는 빛의 파장을 나타내고, N은 정수이다.1) The thicknesses of the two liquid crystal cells 11 and 12 must satisfy a condition of ΔΔn * d / Θλ = (2 * N) 2 −1, wherein Δn = n Θ −n o . d is the thickness of the cell,? is the angle at which the liquid crystal is twisted,? is the wavelength of light, and N is an integer.
2) 상기의 식은 △n*d=const(θ, λ, N)과 같이 쓸 수 있고, const(θ, λ, N)은 θ, λ, N이 정해지면 그 값이 변화하지 않는다.2) The above equation can be written as Δn * d = const (θ, λ, N), and const (θ, λ, N) does not change when θ, λ, N are determined.
3) 상기와 같은 조건에 맞는 두께의 액정셀을 제작할 때 공정성오차의 개입은 불가피하며 이로인한 셀 두께의 변화는 액정셀의 광학특성이 저하를 가져온다.3) When manufacturing a liquid crystal cell having a thickness that meets the above conditions, involvement of fairness error is inevitable, and a change in cell thickness causes a decrease in optical characteristics of the liquid crystal cell.
4) 초기조건보다 더 두꺼운 셀이 제작되었을 경우 △N*d const(θ, λ, N)이 되나 △n값을 감소시킬 수 있다면 △n*d=const(θ, λ, N)으로의 복귀가 가능하다. 그 방법은 5향과 같다.4) If a cell thicker than the initial condition is produced, △ N * d const (θ, λ, N), but if △ n can be reduced, return to Δn * d = const (θ, λ, N) Is possible. The method is like five.
5) 액정셀 양단에 바이어스전압을 가하면 액정분자들은 전기장 방향으로 배열하려고 하며, 이는 결과적으로 △n값의 감소를 유발하는 것처럼 보이게 된다. 따라서 상기 조건식을 성립시킬 수 있을 정도로 △n값을 낮추는 것은 가능하다.5) When bias voltage is applied across the liquid crystal cell, the liquid crystal molecules try to align in the direction of the electric field. As a result, the liquid crystal molecules appear to cause a decrease in Δn value. Therefore, it is possible to lower the value of Δn so that the above conditional expression can be established.
6) 이때 교류 바이어스전압을 인가하는 것은 직류 바이어스전압을 가할 경우 셀 내부의 극성을 가한 분자 혹은 이온이 저극쪽으로 이동하여 셀의 특성을 저하시키는 것을 막기 위함이다.6) At this time, the application of the AC bias voltage is to prevent the molecules or ions applied with the polarity inside the cell from moving toward the low pole and degrading the characteristics of the cell.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 편광자 사용이 필요없으므로 제작공정이 단순해 지고, 편광자 사이에서 발생하는 열로 인한 광학특성의 저하를 막을 수 있는 효과가 있다.As described in detail above, since the present invention does not require the use of polarizers, the manufacturing process is simplified, and there is an effect of preventing degradation of optical characteristics due to heat generated between the polarizers.
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