KR100319723B1 - 반사형고분자분산액정표시소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고분자 액정복합막을 이용하는 고분자분산 반사정 액정표시소자에 관한것으로, 반사형 표시장치에서는 투과율이 높은특성보다 기본적인 대비에 의한 콘트라스트가 중요하므로 하부기판 내면에 비표시부위의 기본투과율을 저하시켜 콘트라스트를 향상시키는 오버레이 그래픽수단을 부가한 것으로, 오버레이 그래픽 수단은 필름 스페이서에 표시부위만 고분자 액정층을 도포시켜 구현하거나, 도전성 하부 또는 상부기판의 비표시부 해당부위를 열처리하여 투과율을 낮춘구조로 구현 가능한 것이며, 별도의 오버레이 그래픽층이 필요없어 제조공정이 간단해지고 콘트라스트 향상 및 공정을 간소화시킨다.

Description

반사형 고분자분산 액정표시소자

본 발명은 반사형 고분자분산 액정표시소자에 관한 것으로, 특히 고정 패턴을 표시하는 반사형 액정 표시소자에 있어서 인식성을 향상시키도록 오버레이 그래픽층을 없애고 대신 하부 또는 상부기판 내면부에 표시부와 비표시부의 투과율이 다른 오버그래픽수단을 부가한 것이다.

현재까지 반사형, 특히 고정패턴을 표시하는 소자는 TN액정을 이용하는 것이었으며, 일부 고급제품이나 특수용도에 VFD(Vacuum Fluorescent Display) 소자가 사용되고 있으나 용도나 표시면적의 제한 및 가격이 비싼문제로 성장세는 TN보다 미약한 상태이다.

TN소자는 편광특성을 이용함으로서 편광판부착에 의한 투과율저하 시야각의 제한 및 블랙라이트(Backlight) 사용에 따른 전력소모등의 많은 문제점을 지니고있다. 따라서 최근 이를 개선하기 위한 소자로서 산란방식의 고분자액정복합막이 제안되어 액정표시 소자분야에 응용이 기대되고 있다.

액정을 고분자매트릭스에 분산시킨 고분자액정복합체를 이용하여 기존의 TN(Twisted Nematic)액정대신 기판사이에 사용하는 것으로 이와 같은 경우 액정은 전압인가시와 미인가시 고분자매트릭스와 굴절율 차이가있어 입사광이 투과하거나 산란되는 형태가 된다. 즉 전압을 인가하지 않을 경우 액정은 분산되어 있는 고분자벽면을 따라 불규칙하게 배열되므로 액정의 굴절율이 고분자매트릭스의 굴절율과 달라, 계면에서 광이 산란되어 백탁상태로 보인다. 그리나 전압을 인가할 경우 액정이 전극면에 수직으로 배열되므로 고분자매트릭스와 굴절율이 일치하여 광은 투과상태로 된다. 따라서 이와 같은 광학적차이를 이용하여 각종 표시가 가능하게 된다. 이와 같은 고분자액정복합체를 이용하면 대면적표시가 용이하며 편광판을 이용하지 않기 때문에 밝은 표시가 가능한 이점을 지니며 소정의 표시소자 및 광셔터등으로 사용 가능하다. 또한 공정상에서는 리빙공정이 필요없고 편광판을 사용하지 않아 투과율이 높아 밝은 화면을 제공할 수 있어 반사형 및 투과형표시소자로서 새로운 분야로 주목되고 있다. 그러나 산란방식이므로 오프(off)시 차단특성이 TN보다 양호하지 못함으로서 콘트라스트특성이 저하되어 응용에 가장 큰 장애요소로 작용하고 있다.

따라서 반사형 표시소자로서 투과율이 낮은 기판사용이나 산란향상을 위한 갭을 제공하는 필름층을 추가함으로서 최근 오프시의 기판투과율을 낮추어 가전제픔등의 반사형표시판으로 응용하려는 시도가 있다.(JP02-66821)

또한 콘트라스트향상을 위해 오버레이그래픽층을 흑색으로 만들어 비표시부가 주위광을 흡수함으로서 표시부와의 대비에 의한 인식성향상과 같은 노력을 기울이고 있다. 이는 제 1 도와 같이 상하기판(2,4) 사이에 캡을 유지하기 위하여 볼형 스페이서(7)를 안착시킨다음 고분자분산 액정층(3)을 구현하고, 상부기판(2)위에 UV 흡수층(6) 및 오버레이 그래픽층(1)을 형성한다.

이와 같은 구성에서는 오버그레이 그래픽층(1)의 추가, 갭형성층에 의한 공정증가 및 유연기판사용에 따른 재료물성저하등의 문제를 지니고 있다. 본 발명은 이를 해결코자 하는것으로 하부기판 내면에 오버레이 그래픽 수단을 부가시켜 별도의 오버레이 그래픽층이 필요없도록함을 특징으로 한다.

즉, 본 발명은 UV경화법에 의한 고분자 액정복합막을 이용하고, 반사형 표시장치에서는 투과율이 높은 특성보다 기본적인 대비에 의한 콘트라스트가 중요함으로, 상부기판 또는 하부기판내면에 비표시부위의 가본투과율을 저하하여 콘트라스트를 향상시키기 위한 오버레이 그래픽수단을 부가시킨 것이다.

본 발명에서의 오버레이 그래픽 수단은 스페이서기능을 발휘하는 필름형으로 하부기판 또는 상부기판 내면에 위치시키거나, 하부기판 또는 상부기판 내면에 비표시부 ITO(Indium Tin Oxide) 전극의 투과율을 기본적으로 낮춘것을 사용가능하다.

이하 본 발명을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

제 2a 도는 본 발병의 일예를 나타낸 구성도로,

상하부 기판(8,11) 사이에 오버레이 그래픽 수단인 필름 스페이서(10)를 안치시키고, 필름 스페이서(10)의 표시부에는 고분자분산액정층(9)을 형성한 것이다.

하부기판(11)밑에는 반사컬러층(12)이, 상부기판(8) 위에는 UV흡수층(13)이 형성된다.

상기 고분자 분산 액정층(9)은 필름 스페이서(10)의 표시부 부위(반사컬러층(12)의 반사대응부위)를 에칭 등에의해 흠을 만든다음 고분자분산 액정층(9)을 형성함이 바람직하고, 상부기판(8)은 기포를 제거하면서 압착시켜 상하전극을 형성함이 좋다. 상기 필름 스페이서는 10-80㎛이고 투과율이 낮은 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌의 일종 또는 2종 이상의 혼합물로 구성되며, 색상을 가져도 좋으나 흑색이 바람직하다. 이때 제 1 도에 보인 오버레이 그래픽층(1)은 생략할 수 있다.

제 2b도는 본 발명의 다른예를 나타낸 구성도로 하부기판(11)을 패턴 그래스로 구현하여 오버레이 그래픽 수단을 이루게 한 것으로, ITO 도전층을 가지는 하부기판(11)의 비표시부만 열처리하여 투과율을 낮춘것이다. 이때 하부기판(11)의 비표시 부위는 300-500℃로 열처리하여 기본투과율을 낮출수 있는데, 비표시부에서의 투과율은 거의 없고 반사가 적으며, 표시부의 투과율은 고분자분산액정층(9)의 구동시 40∼60% 범위를 이루게 하는것이 바람직하다. 상기 상부기판(8) 위에는 UV흡수층(13)이 위치하고, 상·하부기판(8,11) 사이는 스페이서(7) 및 고분자분산액정층(9')이 위치하며, 하부기판(11) 하면에는 표시부를 반사하는 반사 컬러층(12)이 안착된다. 상기에서는 하부기판(11)의 미표시부를 투과율이 낮도록 하였으나, 상하부기판(8,9)의 적어도 일면의 미표시부를 투과율이 낮도록 하면 된다.

본 발명에서 상하부기판(8,11)사이에 안착되는 고분자분산액정층(9,9')의 액정재료로는 네마틱액정이 바람직하고 고분자매트릭스재료로서는 투명한 폴리머가 좋으며 열가소성, 열경화성 및 광경화성의 어느 것도 좋으나 제조공정상 자외선경화형을 이용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는 자외선경화형 아크릴계 수지인 아크릴모노머, 아크릴올리고머를 들수있다. 고분자분산액정층(9,9')의 액정재료의 비율은 본 발명에서는 특별히 규정하지는 않으나 일반적으로 20-90 Wt% 정도가 바람직하며 더욱 좋기로는 50-70Wt%가 좋다. 이는 20Wt% 이하이면 액정드로플렛(droplet)의 양이 적고 산란의 효과가 부족하며 90Wt% 이상으로 하면 고분자와 액정이 상분리 되며, 50Wt% 이하에서는 액정이 드로플렛상으로 존재하고, 50Wt% 이상에서는 고분자와 액정이 그물형태의 연속상으로 분포되기 때문이다.

본 발명의 고분자분산 액정표시소자의 동작원리는 다음과 같다. 본 발명은 제 2a도의 경우 기존의 반사형액정표시소자의 구성을 이루는 제 1 도의 오버레이 그래픽층(1) 및 스페이서(7)에 해당하는 기능을 필름 스페이서(10)로서 구성한것으로, 외부조작(도시하지 않음)에 의해 상하부 기판(8,11)에 전압이 인가되면, 필름스페이서(10)의 비표시부(9-1)을 제외한 표시부에 전압이 인가되며 표시가 가능하게 된다. 즉, 하부기판(11) 위에 형성된 필름스페이서(10)는 표시부를 제외한 부분(비표시부(9-1))은 스페이서 기능을 유지하며 표시부 부분에는 고분자분산액정층(9)을 압착 또는 코팅하였기에 전원인가시 반사컬러층(12)의 반사모양이 필름스페이서(10)의 고분자분산액정층(9)을 통하여 표시되므로, 결국 필름스페이서(10)가 기존의 오버레이 그래픽층 기능을 수행 한다.

또한 제 2b도는 스페이서(7)층을 유지하면서 상하부기판(8,11)의 적어도 하나의 기판에 비표시부에 해당하는 부분의 투과율을 낮춘 패턴 글래스 형태를 이루게하여 오버레이 그래픽층의 기능을 상하부기판(8,11)의 하나가 지니게 한것으로 외부로부터 전압인가시 표시부의 고분자분산액정층(9')에는 상하부기판(14,16)의 전극를 통하여 전계가 인가되어 반사컬러층(12)의 표시가 가능하게 된다.

따라서 본 발명은 UV경화방법 고분자액정복합막을 이용하고 반사형 표시장치에서는 투과율이 높은 특성보다 기본적인 대비에 의한 콘트라스트가 중요함으로 기판의 기본투과율을 저하하여 콘트라스트를 향상시키고, 오버레이 그래픽층을 표면층에 형성하는 대신 상하부기판 사이의 필름스페이서가 스페이서 기능을 발휘하면서 그래픽기능을 형성하도록 하거나, 상하부기판의 적어도 일면의 비표시부 ITO(Indium Tin Oxide) 전극투과율을 기본적으로 낮추어 패턴을 형성하여 그래픽 기능을 동시에 발휘할 수 있도록 함으로서 콘트라스트향상 및 공정간소화를 도모할 수 있다.

이하 본 발병을 실시예를 들어 상세히 설명한다.

[실시예 1]

IT0전극이 형성되어 있는 하부기판(mode1 7059, 코닝사제)(11)에 두께 10㎛의 폴리에틸렌텔레프탈레이트필름의 필름 스페이서(10)를 온도 80℃ 이상에서 열압착하여 예비적으로 코팅하고 고분자액정혼합물을 표시부 중심에 떨어뜨려 고분자분산액정층(9)을 형성한다. 그 후 상부기판(8)을 중심부분으로 부터 서서히 압축하는 방법으로 기포가 발생하지 않도록 제조하였다. 그후 UV발생장치를 이용하여 10분정도 경화시켜 반사형액정표시소자를 제조하여 완성하였다.

특성측정을 위해 표시부 부분의 전압인가 및 미인가시의 투과율을 측정한 결과, 구동전압은 25V, 최대투과율 52%, 최소투과율 0.05%를 얻었고 또한 비표시부와의 인식성에서 양호한 결과를 나타내었다.

[실시예 2]

하부기판(1)을 사전에 표시부를 제외한 부분을 385℃에서 열처리하여 패턴을 형성한 후, 하부기판위에 10㎛의 스페이서를 도포하고 고분자분산 액정혼합물을 떨어뜨린다. 이어 패턴이 형성된 상부기판을 이용 압착하는 방법으로 액정표시소자를 제조하였다. 구동전압 22V, 최대투과율 48%, 최소투과율 0.03% 였으며 인식성 평가결과 기존의 액정표시소자보다 우수함을 알수 있었다.

[실시예 3]

실시예 2와 동일하게 제조하여 스페이서로 상기 실시예 1에서 사용한 단순필름 스페이서를 사용하여 제조하였다. 구동전압 29V, 최대투과율 42%, 최소투과율 0.02% 였고 인식성 평가결과, 기존의 액정표시소자보다 우수함을 알수 있었다.

[비교예 1]

기존의 ITO기판에 스페이서를 분산시키고 고분자액정혼합물을 떨어뜨려 상부기판을 압착제조한 후 그 위에 오버레이 그래픽층을 형성하여 반사형 고분자분산 액정표시소자를 제조하였다. 표시부의 최대투과율이 38%정도였으며 인식성이 상기 실시예 1,2,3 보다 떨어짐을 알수있었다.

제 1 도는 종래의 반사형 고분자분산 액정표시소자의 분해사시도,

제 2a 도는 본 발명의 일예를 나타낸 분해사시도,

제 2b 도는 본 발명의 다른예를 나타낸 분해사시도이다.

Claims (4)

1. 표시부와 비표시부가 구분된 오버레이 그래픽수단을 포함하는 반사형 고분자분산에 액정표시소자에 있어서,

   상기 오버레이 그래픽 수단으로 표시부와 비표시부의 투과율이 다르며, 각 표시부에 고분자분산 액정층이 코팅된 필름스페이서를 상하부기판사이에 안치시키는 것을 특징으로 하는 반사형 고분자 분산 액정표시소자.
2. 제 1 항에 있어서,

   필름스페이서 컬러가 형성되고 투과율이 낮은 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌의 일종 또는 2종 이상의 혼합물로 구성된 것으로 10-80㎛인 것을 특징으로 하는 반사형 고분자분산 액정표시소자.
3. 표시부와 비표시부가 구분된 오버레이 그래픽수단을 포함하는 반사형 고분자분산 액정표시소자에 있어서,

   상기 오버레이 그래픽 수단은 스페이서 및 내부의 고분자분산 액정층과 인접하는 상하기판 내면의 적어도 일면의 비표시부를 열처리하여 기본투과율을 낮추도록 하부기판과 일체로 이루어진 것을 특징으로 하는 고분자 분산 반사형 액정표시소자.
4. 제 3 항에 있어서,

   비표시부 즉 그래픽에 해당하는 부분은 300-500℃로 열처리하여 표시부보다 투과율이 낮도록 구성한 것을 특징으로 한는 고분자분산 반사형 액정표시소자.