KR100212287B1 - 요오드화칼륨 수용액을 이용한 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 표시 장치는 서로 마주보는 두 전극과 그 사이에 주입되어 있는 요오드화칼륨(KI) 수용액에 요오드(I2)가 용해되어 있는 혼합 용액을 포함하고 있다. 요오드 분자(I2)는 요오드 이온(I-)과 반응하여 I3 -를 이루며, 요오드(I2)의 양을 적절히 조절하면 투명한 상태가 된다. 한 전극에 양의 전압을 인가하면 I3 -는 분해되어 요오드 분자(I2)와 요오드 이온(I-)이 되고 요오드 분자(I2)는 전극에 흡착된다. 요오드(I2)는 임의의 방향으로 결정화되어 있으므로, 입사하는 모든 빛을 흡수되어 표시 장치는 블랙 상태가 된다. 다시, 전극에 인가된 전압을 제거하면 역반응이 일어나 요오드 분자(I2)와 요오드 이온(I-)이 결합하여 I3 -가 되므로 다시 투명해진다.

Description

요오드화칼륨 수용액을 이용한 표시 장치
본 발명은 표시 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 요오드화칼륨 수용액을 이용한 표시 장치에 관한 것이다.
현재 가장 활발하게 연구가 진행되고 있는 일반적인 액정 표시 장치는 화소 전극(pixel electrode)이 형성되어 있는 한 기판과 공통 전극(common electrode)이 형성되어 있는 다른 기판, 그리고 그 사이에 삽입되어 있는 액정 물질로 이루어져 있다. 이러한 액정 표시 장치에서 액정 분자들을 구동하기 위해서는 화소 전극과 공통 전극에 각각 전압을 인가하여 두 기판에 대하여 수직 방향으로 전기장을 형성하는 방식을 취하는 것이 일반적이다. 그리고 이 경우 액정 분자들이 한 기판에서부터 다른 기판에 이르기까지 90°비틀리게 배열되어 있는 비틀린 네마틱 방식(TN: twisted-nematic)이 주로 이용된다. 기판에 대하여 수직으로 입사한 광은 두 기판으로 이루어진 액정 셀을 통과할 때 액정 분자의 뒤틀림을 따라 90° 만큼 회전하게 된다. 이러한 변화를 광투과량의 변화로 이용하기 위하여 셀의 상부 및 하부에 각각 편광판을 부착하여 이용한다. 두 개의 편광판의 편광 방향을 서로 수직하게 설치하면, 하나의 편광판을 통과한 직선 편광은 90° 회전되어 다른 편광판을 그대로 통과하게 되므로 밝은 상태가 되고, 따라서 노멀리 화이트 모드(normaly white mode)라 불린다. 이러한 액정 셀의 공통 전극 및 화소 전극에 전압을 인가하면 유전율 이방성에 의해 액정 분자가 전장 방향으로 재배열되어 빛의 선광성이 사라지게 되고, 입사된 편광은 액정 셀을 통과한 뒤 다른 편광판을 통과하지 못하게 되어 어두운 상태가 된다. 두 개의 편광판의 편광 방향을 평행하게 설치하면, 앞의 경우와 반대가 되고 전압을 인가하지 않은 상태에서 어둡게 되므로 노멀리 블랙 모드(normaly black mode)라고 불린다.
그리고, 평면 구동 방식의 액정 표시 장치는 한 기판에 화소 전극 및 공통 전극을 모두 형성하여 액정 표시 장치를 구동하는 방식으로서, 두 기판 사이의 전위차를 이용하는 일반적인 방식과는 달리, 한 기판 내에서 전위차를 주어 액정 분자의 반응을 일으키는 방법이다.
이러한 평면 구동 방식의 액정 표시 장치에서는 공통 전극과 화소 전극의 전위차를 이용하여 액정 분자의 배열 방향을 변화시키고, 하나의 편광판을 지난 편광된 빛은 액정 분자의 배열 방향을 따라 편광 방향이 회전하여 다른 편광판을 통과하게 되고, 전압이 인가되지 않은 상태에서는 액정 분자가 편광된 빛의 편광 방향을 다른 편광판을 통과하도록 유도하지 않으므로 어두운 상태가 된다.
이러한 TN 방식의 액정 표시 장치나 평면 구동 방식의 액정 표시 장치에서 광투과량의 변화를 만들기 위해서는 상부 기판 및 하부 기판에 편광판을 부착하는 것이 필수적이다.
일반적으로 편광판은 빛을 통과시켜 한 방향으로만 진동하는 전기장 또는 자기장을 가지는 편광된 빛을 얻고자할 때 또는 입사하는 빛이 편광된 빛인가를 조사하는 경우에 사용되는 장치이다.
이러한 일반적인 편광판의 구조 및 편광자의 제조 과정을 더욱 자세하게 살펴보면 다음과 같다.
도 1은 일반적인 기술에 따른 편광판의 구조를 도시한 단면도이고, 도 2는 일반적인 편광자의 제조 과정을 도시한 도면이다.
도 1에서 보는 바와 같이, 편광자(10)를 중심으로 상부 및 하부에 편광자(10)를 지지하기 위한 지지체(20)가 있으며, 상부 지지체(20)의 상부에는 보호용 필름(30)이 부착되어 있고 하부 지지체(20)의 하부에는 액정 표시 장치에 부착하기 위해 접착제(40)가 도포되어 있다.
이러한 편광판에 사용되는 편광자(10)의 제조 방법은 도 2a에서 보는 바와 같이, 우선 폴리비닐 알콜(PVA : polyvinyl alcohol)로 이루어진 필름(11)을 이방성이 큰 요오드(I2) 수용액에 담가서 폴리비닐 알콜(PVA) 분자에 요오드 분자(I2)가 흡착되도록 한다.
다음, 요오드(I2) 및 폴리비닐 알콜(PVA) 분자가 임의 방향으로 배열되어 있는 상태에서 한 방향으로 균일한 이방성을 주기 위해 폴리비닐 알콜의 필름(11)을 가로 방향으로 연신하여 폴리비닐 알콜(PVA) 및 요오드 분자(I2)를 가로 방향으로 재배열시킨다.
이러한 편광자(10)의 편광 현상은 이방성이 큰 요오드(I2)에 의한 것으로서, 등방성을 가진 빛이 편광자(10)를 통과하면 연신된 방향에 수직으로 진동하는 전기장 또는 자기장을 가지는 편광된 빛은 그대로 통과되고, 나머지 다른 방향으로 진동하는 전기장 또는 자기장을 가지는 빛은 요오드 분자(I2)의 전자 구름이 방해하여 열에너지 등으로 흡수된다.
그러나, 이러한 종래의 액정 표시 장치에서는 상부 기판 및 하부 기판에 편광판을 부착해야 하므로 비용이 상승하고, 모듈의 두께가 증가하고, 요오드 계의 편광판인 경우에 승화 작용으로 인하여 신뢰성이 떨어지고, 투과율이 감소하는 문제점을 가지고 있다.
또한 액정 물질의 복굴절성, 선광성 등의 성질을 이용하는 것으로 액정 물질을 선정하기 위해 액정 분자의 장축 방향의 유전율 및 굴절률과 단축 방향의 유전율 및 굴절률의 차이(Δε,Δn)를 고려해야 하고, 이에 따른 엄격한 액정 셀의 두께 조절이 요구된다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 제조 비용을 감소시키고, 공정을 간소화하는 동시에, 액정의 굴절률 이방성을 이용하지 않고 트리요오다이드(Tri-iodide)의 분리-흡착 반응을 이용하는 표시 장치를 제시하는 데 있다.
도 1은 일반적인 기술에 따른 편광판의 구조를 도시한 단면도이고,
도 2는 일반적인 편광판의 제조 과정을 도시한 도면이며,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 표시 장치 및 그 구동 원리를 도시한 도면이다.
이러한 본 발명에 따른 표시 장치에는 상부 기판과 하부 기판 사이에 요오드화칼륨(KI) 수용액 및 요오드(I2)가 주입되어 있다.
또한, 두 기판 중 하나의 기판에는 공통 전극이 형성되어 있으며, 나머지 다른 기판에는 화소 전극이 형성되어 있다.
여기서 요오드화칼륨 수용액은 칼륨 이온(K+)과 요오드 이온(I-)으로 이루어지며, 요오드 분자(I2)는 요오드 이온(I-)과 반응하여 투명한 트리요오다이드 이온(I3 -)이 만들어질 때까지 투입된다.
따라서 이러한 상태에서는 입사하는 빛을 투과되어 노멀리 화이트 모드가 된다.
다음, 공통 전극과 화소 전극에 전압을 인가하고 화소 전극에 양의 전위를 걸어주게 되면, 양의 화소 전극은 음의 트리요오다이드 이온(I3 -)을 끌어당기게 되고 I3 -는 요오드 분자(I2) 요오드 이온(I-)으로 분해되고 요오드 분자(I2)는 화소 전극에 흡착되어 결정화된다.
이때, 요오드 분자(I2)는 화소 전극에 얇은 결정을 이루게 되고, 임의의 방향으로 결정화되어 있기 때문에 모든 입사광을 흡수하여 블랙이 표시된다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 표시 장치의 한 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 기술을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 표시 장치 및 그 구동 원리를 도시한 도면이다.
도 3a에서 보는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 표시 장치는 공통 전극(300)이 형성되어 있는 상부 기판(100)과 화소 전극(400)이 형성되어 있는 하부 기판(200)으로 이루어져 있다. 두 기판(100, 200) 사이에는 요오드화칼륨(KI) 수용액이 주입되어 있으며, 요오드화칼륨(KI) 수용액에는 요오드 분자(I2)가 녹아있는 상태이다.
초기의 요오드화 칼륨(KI) 수용액은 칼륨 이온(K+)과 요오드 이온(I-)으로 이루어져 있으며, 요오드(I2)가 투입되면서 요오드 이온(I-)이 요오드 분자(I2)와 반응하여 트리요오다이드 이온(I3 -)이 만들어진다.
여기서, 투입되는 요오드(I2)의 양은 수용액이 투명해질 때까지 계속되며, 이를 통하여 요오드 이온(I-)과 요오드 분자(I2)가 반응하여 만들어지는 I3 -는 투명하다는 것을 알 수 있다.
따라서, 이러한 상태에서는 입사하는 빛은 모두 투과하게 되어 화이트를 표시하게 된다.
다음 도 3b에서 보는 바와 같이, 공통 전극(300)과 화소 전극(400)에 전압을 인가하되 화소 전극에 양의 전위를 걸어주게 되면, 수용액 중의 음의 트리요오다이드 이온(I3 -)은 화소 전극(400)으로 몰리게 되고, 트리요오다이드 이온(I3 -)은 요오드(I2)와 요오드 이온(I-)으로 분해되고, 요오드 분자(I2)는 화소 전극(400)에 흡착되어 얇은 결정막을 형성하게 된다. 또한 분해된 요오드 이온(I-)들도 서로 결합하여 요오드 분자(I2)가 되어 화소 전극(400)에 흡착된다. 이러한 과정을 화학식으로 나타내면 다음과 같다.
I3 -→ I2(흡착) + I-
이때, 화소 전극(400)에 흡착된 요오드 분자(I2) 결정은 임의의 방향으로 배열되어 있다. 따라서, 이방성이 강한 특징을 가진 요오드 분자(I2)가 임의의 방향으로 배열되어 있기 때문에 모든 입사광을 흡수한다. 그러므로 블랙으로 표시된다.
다시, 공통 전극(300)과 화소 전극(400)의 전위차를 제거하면, 앞에서 설명한 반응의 역반응이 일어나 다시 요오드(I2)는 요오드화칼륨(KI) 수용액에 녹아들어 I3 -상태로 되어 화이트를 표시하게 된다.
따라서 본 발명에 따른 표시 장치는 편광판을 사용하지 않고 요오드화칼륨 수용액에 요오드를 편광자로 사용하고 분리-흡착 반응을 이용함으로써, 시야각의 한계를 배제하여 광학적 특성을 향상시킬 수 있고, 제조 공정을 단순화할 수 있으며, 제조 비용을 절감할 수 있다. 또한 액정을 사용하지 않음으로써, 셀 갭(gap)의 엄격한 조절을 고려하지 않아도 된다.

Claims (3)

  1. 서로 마주보는 두 기판,
    상기 두 기판 각각 형성되어 있는 두 개의 전극, 그리고
    상기 두 기판 사이에 주입되어 있는 요오드화칼륨(KI) 수용액에 요오드(I2)가 용해되어 있는 혼합 용액을 포함하는 표시 장치.
  2. 청구항 1에서,
    상기 요오드(I2) 량은 입사하는 빛이 모두 투과할 때까지 용해되어 있는 표시 장치.
  3. 청구항 1에서,
    상기 두 전극 중 하나에 양의 전위 인가시, 상기 화소 전극에 상기 요오드(I2)가 흡착 결정화되어 상기 두 기판을 통과하여 입사하는 빛은 모두 흡수하는 표시 장치.
KR1019960070572A 1996-12-23 1996-12-23 요오드화칼륨 수용액을 이용한 표시 장치 KR100212287B1 (ko)

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