KR100679772B1 - 액정컬러스위치 및 그의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정컬러스위치의 한 종류에 관한 것으로 콜레스테릭(CHOLESTERIC) 액정층으로부터 만들어진다. 인가된 전압변화에 의해 컬러라이트스위치의 반사파장이 제어되고 반사된 빛의 빠른 변화는 빨강에서 녹색 내지 파란색으로 변화하는 현상을 가져온다. 따라서 컬러디스플레이장치를 만들수 있는 것이다. 본 발명에 의한 핵심기술은 언트위스트 전압과 원뿔상태 초점형상 이외에 콜레스테릭 액정층에 전압을 인가한다는 점과, 상기 액정층과 동일한 방향으로 상하 대칭구조가 형성된다는 점, 그리고 피치가 인가된 전압에 따라 변화된다는 점이다.
콜레스테릭(CHOLESTERIC), 액정셀, 전압, 컬러라이트스위치, 디스플레이

Description

액정컬러스위치 및 그의 제조방법{LIQUID CRYSTAL COLOR SWITCH AND METHOD OF MANUFACTURE}
도1은 본 발명에 의한 컬러라이트 스위치의 실시예를 도시한 것이고,
도2는 본 발명에 의한 컬러라이트 스위치가 두개의 지지 사다리꼴프리즘과 결합된 것을 도시한 것이고,
도3은 본 발명에 의한 컬러라이트의 인가된 다양한 제어전압 하에서 반사빛 컬러스펙트럼의 그래프를 도시한 것이다.
[도면부호의 설명]
101 ... 기판 102 ... 전체면
103 ...투명전극 104 ... 얼라이먼트 층
105 ... 액정층 106,206 ... 대칭축
201 ... 액정재료 200,202 ... 사다리꼴프리즘
203,204,205 ... 빛
본원출원은 2002년 8월15일에 출원된 중국출원 #02128839.9과 동일한 출원이다.
소비자들은 보다 양질의 저전력 컬러 LCD를 요구하고 있다. 몇몇 특별한 출원에서, 예를 들면 대형 스크린 LCOS(LIQUID CRYSTAL ON SILICON)프로젝션 표시장치에서, 필요조건은 실제의 사진과 같은 화면, 빠르고 정확한 컬러 및 하이라이트 효율(HIGH LIGHT EFFICIENCY)이다. 지금까지, 디스플레이중에 강한 빛의 조도를 받아들이고 빛을 0에 가깝게 흡수할 수 있는 컬러라이트스위치는 존재하지 않았다.
현재, 두종류의 주요한 기술이 컬러를 디스플레이 하기 위해 액정표시장치(이하 'LCD')를 이용하고 있는 추세이다. 가장 공통적인 것은 STN-LCD 와 TFT-LCD이고 이들은 외부수단에 의해 변화되지 않는 기본 컬러를 결정하는 컬러필터를 잉용한다. 다른 하나는 ECB(ELECTRICALLY CONTROLLED BRIEFRINGENCE) LCD 기술이며, 기본컬러들은 지연을 변화하기 위해 액정층에 인가되는 전압을 조절하여 얻어진다. 상기 빛은 대부분 중앙에 집중되고 따라서 에지 주변은 밝지 않고 빛 효율은 떨어진다. 이러한 기술은 컬러를 빠르게 변화할 수 없다. 또한, 두가지 기술은 편광프리즘을 사용하고 빛을 흡수하는 컬러 필터를 사용한다. 강한 빛이 프로젝션 디스플레이장치에 사용되는 이미저(IMAGER)에 비추어 질 때, 온도는 이미저의 일반 동작범위를 넘는 점까지 상승할 것이다. 그러므로, 현재의 액정기술에 기초하는 컬러 디스플레이장치는 컬러프로젝션의 필요성을 만족시키지 못할 것이다.
본 발명은 컬러라이트스위치 및 그 제조방법에 관한 것이다. 인가전압의 조절를 통해 본 발명에 의한 컬러라이트 스위치는 임계반사 파장을 변화해서 기울어 진 각도로부터 흔히 있는 백생광이 인가전압에 응답하는 빠르고 연속적인 빨간색, 녹색 및 파란색을 순차적으로 반사할 것이고 따라서 컬러 디스플레이시스템이 실현될 것이다.
본 발명의 목적은 상부 및 하부 투명기판을 포함하고 투명전극을 구비하는 코팅된 투명기판의 내측면에 부합되며 전체면이 밀폐되고 액정셀을 구비하는 액정컬러 라이트스위치를 제공하는 것이다.
상기 투명전극의 내측표면은 1° 내지 89°범위의 프리틸트를 구비하는 얼라이먼트층으로 코팅된다. 원뿔 형상의 촛점상태에서 콜레스테릭(CHOLESTERIC) 액정층은 두전극에 평행한 동일방향의 모든 도메인들의 대칭축을 구비하는 두개의 전극사이에 구비된다. 상기 제어전압은 임계반사 파장이 변화되도록 인가된다.
본 발명의 부가적인 목적은 콜레스테릭(CHOLESTERIC) 위상에서 무게비 약 0.67:1 내지 10:1의 네마틱(NEMATIC) 액정과 치럴(CHIRAL) 성분으로 혼합되는 액정이 구비되는 액정컬러 라이트스위치를 제조하는 방법을 제공하는 것이다. 상기 상부 및 하부 기판에는 투명전극이 증착되고 부가하여 유기물질이 코팅되거나 얼라이먼트 층으로서 무기물질로 증착된다. 상기 구비된 액정셀은 오븐 내측에 위치되고 액정혼합물의 클리닝 포인트 70℃ 내지 100℃ 이상으로 가열되고 일면이 원뿔형상의 촛점상태에 이를때 까지 서서히 냉각된다.
일반적인 액정셀은 평면적이고 원뿔형상의 촛점상태를 포함하는 콜레스테릭(CHOLESTERIC) 액정층으로 채워진다. 상기 평면적인 상태에서는 대칭축이 수직이거나 기판에 대하여 수직에 가깝다. 빛이 동일한 회전방향을 갖도록 는투사되었을 때 콜레스테릭(CHOLESTERIC) 액정구조는 브래그(BRAGG)반사를 일으키고 반면에 나머지는 액정층의 밖으로 전달될 것이다.
정지된 상태에서는 인가된 전압이 없고, 반사된 빛과 대역폭의 파장은 각각이다:
일반적인 원뿔형상의 촛점상태에서, 대칭축은 평행하거나 기판에 대하여 평행에 가깝고 상기 도메인은 불규칙적으로 2차원면에 분배된다. 투사된 빛이 비추어졌을 때 적은양은 뒤쪽으로 흩어지는 반면에 나머지는 장치를 통해 전달된다.
정지된 상태에서, 두개의 서로 다른 구조/상태 및 다양한 그레이스케일(GRAY SCALE)의 모든 것이 안정적인 중간상태가 있다. 그리고 서로 다른 방향으로 마주하는 대칭축을 갖는 다수의 작은 도메인들이 있다. 어떠한 전기장에서 두개의 서로 다른 상태는 복원되거나 동일한 위상에서 변화될 수 있다.
본 발명은 특정 표면의 취급방법을 이용하는 것이고 전체적 또는 얼라인된 원뿔형상의 촛점상태의 안정한 일면인 부분적인 액정층 내에서 얻어지는 기술을 운용하는 것이다. 투사된 빛과 반사된 빛은 액정셀의 마주하는 면에 있다.
식(1)에 따르면 임계반사파장은 피치 P, 투사각 테타(THETA) 및 액정재료의 평균 굴절율에 의해 결정되는 것을 알 수 있다. 콜레스테릭(CHOLESTERIC) 액정의 피치 P는 인가된 전압의 변화에 의해 조절된다. 다시 말하면 P는 V 의 함수이다. 인가된 전기자기장이 충분히 강할 때, 피치 P는 무한정 길어진다.
이러한 액정컬러라이트 스위치는, 액정셀이 원뿔형상의 촛점상태로 지속되고 평면상태로 나타나지 않도록 제한된 값의 범위에 있을 때 동작하는 것이다.
또한 다른 전기자기장에서, 대응하는 피치(P)는 다른 반사파장에 부합된다. 반사파장이 내측의 가시광선 스펙트럼일 때, 반사파장의 중심은 연속적으로 조절가능하다.
본 발명은 현재의 기술을 극복하는 다음과 같은 장점이 있다.
1 . 본 발명은 반사빛 파장을 변화하는 액정층에 인가된 전압을 이용한 콜레스테릭(CHOLESTERIC) 액정층의 전기광학 특성을 이용하므로 전압이 반사되는 컬러를 빠르게 변화할 수 있다.
2. 본 발명은 강한 빛 조사하에서 장치의 동작온도를 올리고 장치의 빛 효율을 감소하는 빛 흡수층, 예를 들면 편광프리즘, 컬러필터를 이용하지 않았다. 상기 장치는 강한 빛의 조사를 필요하게 하고 LCOS, DMD 및 다른 이미저(IMAGERS)들과 함께 쓰이는 것이 적합하고 다른 전기통신장치 들에 적합하다.
3. 본 발명은 매우 작은 빛의 산란을 가져온다. 전송되고 반사된 빛은 산란효과 없이 이동할 수 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 목적, 작용, 효과를 포함하여 기타 다른 목적들, 특징점들, 그리고 작동상의 이점들이 바람직한 실시예의 설명에 의해 보다 명확해질 것이다.
도1은 본 발명에 의한 컬러라이트 스위치의 실시예를 도시한 것으로 액정셀이 구비되어 있다. 상기 액정셀은 상부 및 하부투명 기판(101)로 구성되고 상기 투명기판은 유리 또는 다른 재료로 형성된 것이다. 상기 액정셀은 전체면(102)이 밀폐되며 투명전극(103)으로 코팅된 투명기판의 내측면과 대응되고, 투명전도코팅은 일반적으로 ITO(tin-oxide 로 도프된 Indium-oxide, Indium-Tin Oxide)로 제조된다. 상기 투명전극의 내측표면은 얼라이먼트층(104)로 코팅되고, 1° 내지 89°범위의 프리틸트를 구비하고, 보다 큰 프리틸트각( ＞ 30°)은 보다 안정한 원뿔형상의 촛점상태를 만들어낸다. 상기 얼라이먼층은 정확한 얼라이먼트 및 프리틸트 각을 갖는 액정셀을 얼라인하도록 한다. 상기 실시예에서 프리틸트 각은 약 60°이다.
상기 두개의 투명기판 사이에 콜레스테릭(CHOLESTERIC) 액정층이 구비되고, 상기 액정층은 얼라인된 원뿔형상의 촛점상태가 있는 하나의 면에 있다. 모든 도메인의 대칭축(106)은 동일한 방향에 있고, 두개의 투명기판과 평행하다. 상기 인가된 전압은 임계반사파장을 변화하도록 제어된다. 상기 콜레스테릭(CHOLESTERIC) 액정층 재료는 마틱(NEMATIC) 액정과 치럴(CHIRAL) 성분으로 혼합된 물질이고 그 무게비는 2:3 내지 10:1 이다. 상기 혼합의 가장 바람직한 비율은 약 1:1 내지 4:1 이다. 비활성 재료로는 응고제 및 계면활성제 등이 더해질 수 있고 혼합의 무게비는 5%를 넘지 않는다.
상기 액정컬러스위치의 성공적인 열쇠는 액정셀의 구조 및 액정혼합물의 선택이다. 상기 액정셀의 두께는 얇게 해야 한다. 상기 실시예에서 두께는 1 내지 10 마이크로미터이다. 상기 액정셀의 크기는 0.8" × 0.8" 이다.
도2는 본 발명에 의한 컬러라이트 스위치가 두개의 지지 사다리꼴프리즘(200,202)와 결합된 것을 도시한 것이다. 적합한 크기로 생산하기 위한 간단한 방법은 액정셀기판에 투명프리즘을 접착하기 위한 카나디언 발삼(Canadian Balsam) 또는 치료용 레진과 같은 호환성 있는 굴절율을 갖는 재료를 이용하는 것이다. 액정셀의 내측은 원뿔형상의 촛점상태 내에 얼라인된 콜레스테릭(CHOLESTERIC) 액정층 재료(201)의 일면이고 대칭축(206)은 다른 하나 및 다른 기판에 평행하게 된다. 투사된 빛(203) 과 반사된 빛(205)은 액정셀의 반대측에 투사되고 대칭축과 동일한 면에 있다. 우리가 왼쪽 및 오른쪽이 원형 프리즘으로 구성된 것과 같은 투사된 백색빛을 볼 수 있다면, 어떠한 파장에서 콜레스테릭(CHOLESTERIC) 액정층으로서 동일한 편광프리즘을 갖는 빛이 반사될 것이고 나머지는 전달되는 빛(204)을 형성해서 전달될 것이다. 상기 전달된 빛은 반사된 빛을 보완하는 것이고 반사된 빛을 제외한 투사된 빛이다.
이하 반사된 빛의 중심파장에 관한 것이다.
도3은 V0 전압이 액정셀에 인가되었을 때, 반사된 빛 스펙트럼을 도시한 곡선(301)은 400㎚의 파장에서 중심에 있다. V1 전압이 액정셀에 인가되었을 때, 반사된 빛 스펙트럼을 도시한 곡선(302)은 450㎚의 파장에서 중심에 있다. V2 전압이 액정셀에 인가되었을 때, 반사된 빛 스펙트럼을 도시한 곡선(303)은 550㎚의 파장에서 중심에 있다. V3 전압이 액정셀에 인가되었을 때, 반사된 빛 스펙트럼을 도시한 곡선(303)은 610㎚의 파장에서 중심에 있다.
상술한 실시예에서 인가된 전압은 시간을 넘은 직류전류성분을 갖지 않는 펄스전압이다.
실시예1은 컬러라이트 스위치 제조에서 이용되는 방법이다.
a. EM을 보충한 화학물질을 이용하여 액정혼합물을 준비하는 단계; ZL1-5400-100 : R1011 : CB-15 : R-811 의 무게비는 76 : 5 : 12 : 7 이다.
b. 투명전극을 형성하여 증착에 의해 ITO의 상부 및 하부 기판 박막필릉층을 증착하는 단계; 로서 투명전극의 상부는 SiOx 로 적층되고 프리틸트 각은 약 60°가 된다.
c. 상부 및 하부 전극 상에 얼라이먼트 층의 프리틸트 각은 반대방향이 아니고 평행하다.
d. 2,3 마이크로미터를 갖는 액정셀를 만드는 단계로서 크기는 0.8" × 0.8" 이다. 진공흡입 또는 구비된 액정혼합물을 캐필래리 반응을 통해 구비된 액정혼합물로 셀을 채우는 단계이고 밀폐제를 가지고 밀폐하는 단계이다.
e. 상부 및 하부 유리기판의 외면을 철저하게 클리닝하고, 카나디언 발삼(Canadian Balsam)을 이용하여 클리닝된 면에 두개의 사다리꼴 프리즘을 거품이 발생되지 않게 주의하면서 접착하는 단계이다;
f. 구비된 액정셀을 오븐 내측에 구비하고 액정혼합물의 클리닝 포인트 이상으로 가열하는 단계 및 원뿔형상이되는 촛점상태에 이르는 70℃ 내지 100℃ 에 이를때까지 서서히 냉각하는 단계;(바람직한 온도는 80℃ 이다)
실시예2는 컬러라이트 스위치 제조에서 이용되는 방법이다.
a. EM을 보충한 화학물질을 이용하여 액정혼합물을 준비하는 단계; ZL1-5400-100 : R1011 : CB-15 : R-811 의 무게비는 76 : 5 : 12 : 7 이다.
b. 상부 및 하부 유리기판 상의 투명전극의 증착은 65°의 프리틸트 각을 갖는 Si0x 이다.
c. 단일방향에서의 러블링은 표면에 유기얼라이먼트 재료에 반대되게 구된다.
d. 진공흡입 또는 캐필래리 반응을 통해 구비된 액정혼합물로 셀을 채우는 단계 및 전체면을 밀폐하는 단계이다.
e. 상부 및 하부 유리기판의 외면을 철저하게 클리닝하고, 카나디언 발삼(Canadian Balsam)이 적용되고 클리닝된 면에 두개의 사다리꼴 프리즘을 거품이 발생되지 않게 주의하면서 접착하는 단계이다.
f. 두개의 기판 사이에 언트위스트 전압보다 큰 전압 10 마이크로초보다 길게 1KHz 의 교류주파수, 약 25V 전압을 약 2초 또는 그 보다 길게 인가하고, 점차 10V로 낮추고 유도된 네마틱(NEMATIC) 상태 필드로 액정이 들어갈 수 있도록 일면이 원뿔형상이 되는 촛점상태에 이를 때까지 서서히 전압을 감소한다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 액정컬러스위치 및 그의 제조방법에 의하면 인가전압의 조절를 통해 임계반사 파장을 변화해서 기울어진 각도로부터 흔히 있는 백생광이 인가전압에 응답하는 빠르고 연속적인 빨간색, 녹색 및 파란색을 순차적으로 반사할 수 있으므로 컬러를 빠르게 변화할 수 있는 컬러 디스플레이시스템을 실현할 수 있다.
참고로, 여기에서 개시되는 실시예는 여러가지 실시 가능한 예 중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 실시예를 선정하여 제시한 것일 뿐, 본 발명의 기술적 사상이 반드시 이 실시예에만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변화와 부가 및 변경이 가능함은 물론, 균등한 타의 실시예가 가능함을 밝혀 둔다.

Claims (6)

  1. 액정 컬러라이트 스위치에 있어서,
    전체면이 밀폐된 상부 및 하부 투명기판(101)을 구비하는 액정셀(105)을 포함하되, 상기 상부와 하부 투명기판(101)의 내측표면은 0°내지 90°의 프리틸트 범위를 갖는 얼라이먼트층(104)으로 코팅됨과 동시에 임계반사 파장이 변화되도록 제어전압이 인가되는 2개의 투명전극(103)이 구비되며,
    상기 액정셀은 콜레스테릭(CHOLESTERIC) 액정층으로 형성되며 투명전극에 평행하고 상하부 대칭인 것을 특징으로 하는 액정컬러라이트 스위치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 액정셀의 두께는 1-10 마이크로미터인 것을 특징으로 하는 액정컬러라이트 스위치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 액정셀은 콜레스테릭(CHOLESTERIC) 액정층으로 무게비 약 0.67:1 내지 10:1의 네마틱(NEMATIC) 액정과 치럴(CHIRAL) 성분으로 혼합되는 것을 특징으로 하는 액정컬러라이트 스위치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 프리틸트 각은 5°- 65°인 것을 특징으로 하는 액정컬러라이트 스위치.
  5. 액정 컬러라이트스위치의 제조방법에 있어서,
    a. 네마틱(NEMATIC)과 치럴(CHIRAL) 성분을 약 0.67:1 내지 10:1 로 설정한 액정혼합물을 콜레스테릭(CHOLESTERIC) 액정층으로 형성하는 단계;
    b. 상부 및 하부 기판상에서 투명전극을 증착하는 단계;
    c. 유기물질을 갖는 투명전극을 코팅하거나 얼라이먼트층으로써 SiOx와 같은 무기물질과 함께 증착하는 단계;
    d. 상부와 하부 유리기판의 러빙(RUBBING)방향은 서로 평행하며 단일방향으로 표면상의 유기재료를 러빙(RUBBING)하는 단계;
    e. 진공흡입 또는 구비된 액정 혼합물을 캐필래리 반응을 통해 셀을 채우는 단계 및 전체면을 밀폐하는 단계;
    f. 상부 및 하부 유리기판의 외면을 클리닝하고, 클리닝된 면에 두개의 사다리꼴 프리즘을 카나디언 발삼(Canadian Balsam)을 이용하여 거품이 발생되지 않게 접착하는 단계;
    g. 오븐 내측에 구비된 액정셀을 위치하고 상기 액정 혼합물의 클리닝 포인트인 70℃ 내지 100℃ 이상으로 오븐에서 가열하고 일면이 원뿔형상의 촛점상태에 이를 때까지 서서히 냉각하는 단계;
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정 컬러라이트 스위치의 제조방법.
  6. 액정 컬러라이트스위치의 제조방법에 있어서,
    a. 네마틱(NEMATIC)과 치럴(CHIRAL) 성분을 약 0.67:1 내지 10:1 로 설정한 액정혼합물을 콜레스테릭(CHOLESTERIC) 액정층으로 형성하는 단계;
    b. 상부 및 하부 기판상에서 투명전극을 증착하는 단계;
    c. 유기물질을 갖는 투명전극을 코팅하거나 프리틸트 각이 65°인 얼라이먼트층으로써 SiOx와 같은 무기물질과 함께 증착하는 단계;
    d. 상부와 하부 유리기판의 러빙(RUBBING)방향은 서로 평행하며 단일방향으로 표면상의 유기재료를 러빙(RUBBING)하는 단계;
    e. 진공흡입 또는 구비된 액정 혼합물을 캐필래리 반응을 통해 셀을 채우는 단계 및 전체면을 밀폐하는 단계;
    f. 상부 및 하부 유리기판의 외면을 클리닝하고, 클리닝된 면에 두개의 사다리꼴 프리즘을 카나디언 발삼(Canadian Balsam)을 이용하여 거품이 발생되지 않게 접착하는 단계;
    g. 두개의 기판 사이에 언트위스트 전압보다 큰 전압 10 마이크로초보다 길게 1KHz 의 교류주파수, 약 25V 전압을 약 2초 또는 그 보다 길게 인가하고, 점차 10V로 낮추고 유도된 네마틱(NEMATIC) 상태 필드로 액정이 들어갈 수 있도록 일면이 원뿔형상이 되는 촛점상태에 이를 때까지 서서히 전압을 감소하는 단계; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정 컬러라이트 스위치의 제조방법.
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