KR101759423B1 - 디스플레이 제어방법 및 그것을 이용한 광학 디바이스 - Google Patents

Abstract

본 발명은 특정 파장대의 빛을 반사할 수 있는 그래핀 옥사이드 셀- 상기 그래핀 옥사이드 셀은 그래핀 옥사이드를 용매에 분산시켜 형성함-에 교류전압을 인가하여, 그래핀 옥사이드 셀의 반사율을 조절하는 광학 디바이스 방법에 관한 것이다.

Description

디스플레이 제어방법 및 그것을 이용한 광학 디바이스{DISPLAY CONTROL METHOD AND OPTICAL DEVICE USING THE SAME}

본 발명은 전기장에 의해 임의적으로 그래핀 옥사이드 배열을 제어하여 그래핀 옥사이드 셀에서 반사되는 빛의 반사율을 조절하는 디스플레이 제어방법 및 그를 이용한 광학 디바이스에 관한 것이다.

그래핀 옥사이드는 환원과정을 거쳐 그래핀을 제조하기 위한 물질로 관심을 받았으나, 최근에는 그래핀 옥사이드 자체의 전기적, 역학적 및 광학적 특성들도 관심을 받고 있다.

그 중 주목할만한 특성은 그래핀 옥사이드가 용매 상에서 그래핀 옥사이드의 농도에 따라 액정상을 갖는다는 것이다. 이와 같은 현상을 이용하여 그래핀 옥사이드의 배열을 일정한 방향으로(원하는 방향으로) 조절하기 위한 여러 연구가 진행되고 있는데, 그 중에서도 그래핀 옥사이드 입자 간 상호작용이 작은 등방성(Isotropic) 상태에서 전기장을 이용하는 방법이 이용될 수 있다. 이 경우 그래핀 옥사이드 입자는 전기장 반응성이 다른 물질에 비해 1000배 정도 뛰어나서 여러 디바이스에 적용 가능하나 특히 광학 디바이스에 적용하는 경우 큰 장점을 가질 수 있다. 이 때 그래핀 옥사이드의 배열은 전기장 인가에 따라 복굴절율 생성으로 확인할 수 있다. 이 경우 두 개의 서로 수직인 투과축을 갖는 편광판 두 장 사이에 그래핀 옥사이드 셀을 삽입한 후 백라이트를 이용하여 빛이 투과되는 양을 조절할 수 있다.

한편, 또 다른 그래핀 옥사이드의 특성 중 하나는 특정 농도의 그래핀 옥사이드가 외부 광에 의해 특정 파장의 컬러를 띠는 것이다. 이는 그래핀 옥사이드의 배열이 용매 상에서 일정한 간격으로 배열되어 일종의 포토닉 크리스탈(Photonic Crystal)과 같은 효과를 나타내기 때문에 발생하는 것으로 추정된다.

이러한 그래핀 옥사이드의 특성은 그 현상만 보고되었을 뿐 이를 구체적인 디바이스에 이용하기 위한 어떤 방법도 제안되고 있지 않은 상태이다. 특히 그래핀 옥사이드 셀 내에서 균일한 배열이 이루어지지 않을 뿐만 아니라 그 배열 자체도 외부 인자에 의해 조절되지 않기 때문에 이러한 현상만 가지고 디바이스로 제작하기에 무리가 있는 상태이다.

일반적으로 투과형 광학 디바이스는 반사형 광학 디바이스에 비해 백라이트가 추가되고, 이로 인해 소모되는 전기량이 많고, 외부 광이 밝은 경우에 투과형 광학 디바이스의 특성 확보가 어려운 단점이 있다. 또한, 투과형 광학 디바이스는 자발적인 색 발현이 어렵기 때문에 컬러 필터 등을 배치하여 색을 표현해야 하므로 광 투과율의 감소와 복잡한 구성의 단점이 있다.

한국등록공개공보: 10-14656560000, 2014.11.20 등록

본 발명은 그래핀 옥사이드 셀의 배열을 조절하여 그래핀 옥사이드 셀에서 반사되는 색의 반사율을 임의로 조절할 수 있는 디스플레이 제어방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 컬러 필터를 이용하지 않고서도 컬러를 조절할 수 있는 디스플레이 제어방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 제어방법은 상부 기판, 상기 상부 기판의 일면에 배치된 상부 전극부, 상기 상부 기판과 대향하여 이격 배치된 하부 기판, 상기 하부 기판의 일면에 배치된 하부 전극부, 상기 상부 기판과 상기 하부 기판 사이에 배치된 그래핀 옥사이드 셀- 상기 그래핀 옥사이드 셀은 그래핀 옥사이드를 용매에 분산시켜 형성하고, 광결정 구조에 의해 특정 파장의 빛을 반사할 수 있음-을 포함하는 디스플레이를 제어하기 위한 방법으로, 상기 제어방법은 상기 상부 전극부와 상기 하부 전극부에 인가되는 교류전압을 제어하여, 상기 그래핀 옥사이드 셀에서 반사되는 빛의 반사율을 조절하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 디스플레이는 상기 그래핀 옥사이드 셀의 좌측에 배치된 좌측 전극부와 상기 그래핀 옥사이드 셀의 우측에 배치된 우측 전극부를 더 포함하고, 상기 좌측 전극부와 상기 우측 전극부에 가해지는 교류전압을 제어하여, 상기 그래핀 옥사이드 셀에서 반사되는 빛의 반사율을 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 상부 전극부와 상기 하부 전극부는 동일한 간격으로 배열된 복수개의 스트라이프 형태의 전극들을 포함할 수 있다.

또한, 상기 상부 전극부는 제1 상부 전극, 제2 상부 전극을 포함하고, 상기 하부 전극부는 제1 하부 전극, 제2 하부 전극을 포함하되, 상기 제1 상부 전극과 상기 제1 하부 전극은 형태 및 단면적이 동일하고, 동일한 수직선 상에 배치되며, 상기 제2 상부 전극과 상기 제2 하부 전극은 형태 및 단면적이 동일하고, 동일한 수직선 상에 배치될 수 있다.

또한, 상기 상부 기판 및 상기 하부 기판과 수직인 전기장을 갖도록 교류전압을 인가하여, 상기 그래핀 옥사이드 셀의 반사율이 낮도록 제어할 수 있다.

또한, 상기 상부 기판 및 상기 하부 기판에 평행한 전기장을 갖도록 상기 교류전압을 인가하여, 상기 그래핀 옥사이드 셀의 반사율이 높도록 제어할 수 있다.

또한, 상기 그래핀 옥사이드 셀의 농도는 0.05 내지 0.5wt%일 수 있다.

또한, 상기 교류전압은 소정 주기를 갖는 사각 파형일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 광학 디바이스는 기판; 상기 기판의 일면에 도포된 그래핀 옥사이드 셀 -상기 그래핀 옥사이드 셀은 그래핀 옥사이드를 용매에 분산시켜 형성하고, 특정 파장의 빛을 반사할 수 있음 -;상기 그래핀 옥사이드 셀에 교류전압을 인가하는 제1 전극부 및 제2 전극부를 포함하되, 상기 인가된 교류전압에 의해 상기 그래핀 옥사이드 셀의 구조가 제어될 수 있다.

또한, 상기 제1 전극부 및 상기 제2 전극부는 소정의 단면을 가진 전극벽일 수 있다.

본 발명은 그래핀 옥사이드 셀에 가해지는 전기장을 제어하여 그래핀 옥사이드 셀에서 반사되는 색을 원하는 밝기로 제어할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 컬러 필터와 같은 부가적인 부품이 필요하지 않아 재료비 절감 및 공정의 단순화를 도모할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 그래핀 옥사이드에 인가되는 전기장이 기판에 평행인 전극 구조를 나타낸 것이다.
도 2 (a)는 도 1의 전극 구조에 10V의 사각 파형을 10kHz로 인가한 전 후 변화하는 반사 상태를 나타낸 것이다.
도 2 (b)는 도 1의 전극 구조를 서로 수직인 투과축을 갖는 두 개의 편광판 사이에 삽입한 후 10V의 사각 파형을 10kHz로 인가한 전 후 변화하는 투과 상태를 나타낸 것이다.
도 3은 그래핀 옥사이드에 인가되는 전기장이 기판에 수직인 전극 구조를 나타낸 것이다.
도 4는 도 3의 전극 배치를 갖는 그래핀 옥사이드 셀의 반사 상태를 나타낸 것이다
도 5은 도 3의 전극 구조를 이용한 경우에 그래핀 옥사이드의 각 농도별로 전압을 인가하였을 때 반사가 바뀌는 과정을 나타낸 것이다.
도 6은 도 5의 경우에 그래핀 옥사이드의 각 농도에서 0V의 반사율로 각 전압에서의 반사율을 나눈 상대 반사율을 나타낸 것이다.
도 7은 그래핀 옥사이드 셀을 효과적으로 구동하는 위한 전극 구조와 그 전압 인가 방식을 나타낸 것이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 옥사이드 셀은 그래핀 옥사이드를 용매에 혼합시킨 후 분산시켜 얻을 수 있다. 여기서, 용매는 물, 디메틸포름아미드(DMF), 테트라히드로푸란(THF) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 그래핀 옥사이드 셀(200)은 광결정 구조에 의해 특정 파장대의 빛을 반사할 수 있으며, 이렇게 반사되는 빛의 파장대는 내부에 배치된 그래핀 옥사이드의 농도에 따라 다를 수 있다. 본 발명에서 그래핀 옥사이드 셀(200)에 포함된 그래핀 옥사이드의 농도는 0.05~0.5wt%일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 그래핀 옥사이드 셀(200)은 서로 평행하게 배치된 상부 전극부(110)와 하부 전극부(120)에 가해지는 교류전압 및/또는 서로 평행하게 배치된 좌측 전극부(130)와 우측 전극부(140)에 가해지는 교류전압을 제어하여 그래핀 옥사이드 셀(200)에서 반사되는 색의 반사율을 조절할 수 있다.

본 발명에서 반사율이란, 그래핀 옥사이드 셀(200)에서 반사되는 빛의 양을 의미한다. 즉, 반사율이 높을수록 그래핀 옥사이드 셀(200)에서 반사되는 빛의 양이 많아, 그래핀 옥사이드 셀(200)이 밝게 나타나는 것을 지칭하며, 반사율이 낮을수록 그래핀 옥사이드 셀(200)에 입사된 빛이 반사되지 못해 그래핀 옥사이드 셀(200)이 어둡게 보이는 것을 지칭한다.

본 발명에서 반사모드는 그래핀 옥사이드 셀(200)에 입사된 빛이 특정 파장의 빛으로 반사(즉, 반사율이 높은 상태)되는 것을 지칭하며, 투과모드는 그래핀 옥사이드 셀(200)에 입사된 빛이 두 개의 서로 수직인 투과축을 갖는 편광판 사이에 배치된 셀에서 투과되는 것을 지칭하며, 다크(dark) 상태는 그래핀 옥사이드 셀(200)에 입사된 빛이 반사되거나 투과되지 못해 그래핀 옥사이드 셀(200)이 어둡게 보이는 것을 지칭한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이는 상부 기판(300), 상부 전극부(110), 하부 기판(400), 하부 전극부(120), 그래핀 옥사이드 셀(200)을 포함할 수 있다.

바람직하게, 이러한 상부 기판(300), 상부 전극부(110), 하부 기판(400), 하부 전극부(120)는 그래핀 옥사이드 셀(200)에서 반사되는 빛이 통과되도록 투명한 재질로 형성될 수 있다. 예컨대, 상부 기판(300) 및 하부 기판(400)은 유리로 형성되고, 상부 전극부(110)와 하부 전극부(120)는 투명 전극으로 형성될 수 있다. 또는, 후술할 좌측 전극부(130)와 우측 전극부(130) 역시 투명 전극으로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면 상부 전극부(110)는 상부 기판(300)의 일면에 배치될 수 있으며, 바람직하게는 투명 전극의 형태로 상부 전극부(110) 일면에 형성될 수 있다. 또한, 하부 전극부(120) 역시 하부 기판(400)의 일면에 배치될 수 있으며, 역시 투명 전극의 형태로 하부 전극부(120) 일면에 형성될 수 있다.

본 발명의 그래핀 옥사이드 셀(200)은 상부 기판(300)과 하부 기판(400) 사이에 배치된다. 바람직하게는 상부 전극부(110)와 하부 전극부(120) 사이에 배치될 수 있다. 즉, 상부 전극부(110)는 상부 기판(300) 하부에 배치되고, 하부 전극부(120)는 하부 기판(400) 상부에 배치되고, 상부 기판(300)과 하부 기판(400) 사이에 그래핀 옥사이드 셀(200)이 배치될 수 있다.

또는, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 디스플레이는 좌측 전극부(130)와 우측 전극부(140)를 더 포함할 수 있다. 이때, 좌측 전극부(130)는 그래핀 옥사이드 좌측에 배치되고, 우측 전극부(140)는 그래핀 옥사이드 우측에 배치되어, 전체적으로 보았을 때, 그래핀 옥사이드 셀(200)은 상부 전극부(110)와 하부 전극부(120) 사이에 배치되면서 좌측 전극부(130)와 우측 전극부(140) 사이에 배치되록 할 수 있다.

도 1은 본 발명은 그래핀 옥사이드 셀(200)에 인가되는 전기장의 방향이 상부 기판(300) 및 하부 기판(400)과 평행하도록 교류전압을 인가하는 것을 도시한 것이다. 여기서, 전기장의 방향이 상부 기판(300) 및 하부 기판(400)과 평행한 경우에, 사용자가 그래핀 옥사이드 셀(200)을 관측하는 방향과는 수직이 된다.

이를 구현하기 위한 하나의 실시예로, 상부 전극부(110)와 하부 전극부(120)에는 교류전압을 인가하지 않고, 그래핀 옥사이드 셀(200)의 좌측 전극부(130)와 우측 전극부(140)에 교류전압을 인가할 수 있다.

또는 후술할 도 7(d)와 같이 스트라이프 구조를 갖는 다수의 전극을 포함하는 상부 전극부(110)와 하부 전극부(120)에 인가되는 전압을 조절하여, 그래핀 옥사이드 셀(200)에 인가되는 전기장의 방향이 상부 기판(300)과 하부 기판(400)에 수직이 되도록 할 수 있다.

도 1을 참조하면, 좌측 전극부(130)와 우측 전극부(140)는 소정 단면적을 가진 전극 벽의 형태일 수 있다. 여기서, 좌측 전극부(130)에 가해지는 전압과 우측 전극부(140)에 가해지는 전압은 서로 다르며, 바람직하게는 좌측 전극부(130)에 일정한 교류전압이 인가되며, 우측 전극부(140)는 그라운드(ground)될 수 있다.

도 1을 계속 참조하면, 좌측 전극부(130)와 우측 전극부(140)는 상부 기판(300) 및 하부 기판(400)과 수직으로 배치되어, 그래핀 옥사이드 셀(200)에 인가되는 전기장의 방향이 상부 기판(300) 및 하부 기판(400)과는 평행하고, 관측방향과는 수직이 되도록 할 수 있다. 바람직하게는, 우측 전극부(140)를 공통전극으로 하고, 좌측 전극부(130)에 교류전압을 인가하여 그래핀 옥사이드의 배열을 제어할 수 있다.

도 2는 도 1의 전극 구조에 10V의 사각 파형을 10kHz로 인가한 후 변화하는 반사와 투과상태를 각각 도시한 것이다.

도 2를 계속 참조하면, 교류전압이 인가되는 그래핀 옥사이드 셀(200)에서의 그래핀 옥사이드의 비율은 0.3wt%로, 이 때 그래핀 옥사이드 셀(200)에서 반사되는 빛의 파장은 녹색 영역대인 것을 알 수 있다.

도 2 (a)를 참조하면, 그래핀 옥사이드 셀(200)의 반사상태가 전압 이전(0V)에는 불균일하나, 전압 인가 이후(10V)에는 균일한 것을 알 수 있다. 즉, 전기장의 방향이 상부 및 하부 기판(400)에 평행이 되도록, 우측 전극부(140)를 공통전극으로 하고, 좌측 전극부(130)에 교류전압을 인가한 경우에 그래핀 옥사이드의 배열이 균일하게 되어 그래핀 옥사이드 셀(200) 전체 표면에서 균일한 색반사가 일어나는 것을 알 수 있다.

도 2 (b)를 참조하면, 0.3wt%의 그래핀 옥사이드는 그래핀 옥사이드 액정상 중 네마틱(nematic)과 isotropic이 섞여있는 이방성(biphasic)에 해당하는 농도로, 셀(200)을 두 장의 서로 수직인 투과축을 갖는 편광판 사이에 배치시키고 빛이 지나는 방향으로 관측하는 투과형일 때, 전압 인가 전(0V)에는 굴절률이 없어 어둡게 보였으나, 전압이 인가된 경우(10V)에는 그래핀 옥사이드가 정렬되면서 굴절률이 발생하고 그에 따라 투과율이 발생하는 것을 알 수 있다. 이때 두 polarizer의 투과축 방향을 A/P로 표시하였다.

도 2 (a)와 (b)의 결과를 참조하면, Bragg 반사에 의한 그래핀 옥사이드 셀(200)의 색 반사는 표면에 주로 영향을 받기 때문에, 복굴절 생성으로 대표되는 셀(200)의 내부 정렬과는 무관하게 발생되는 것을 알 수 있다. 또한, 그래핀 옥사이드 셀(200)에 전압인가 시 반사모드에 의한 색 반사와 투과 모드에 의한 투과율 발생을 동시에 조절할 수 있는 것을 알 수 있다.

도 3을 참조하면, 서로 이격된 상부 전극부(110)와 하부 전극부(120) 사이에 그래핀 옥사이드 셀(200)을 배치하고, 이 상부 전극부(110)와 하부 전극부(120)에 교류전압을 인가하여, 인가되는 전기장의 방향이 상부 기판(300) 및 하부 기판(400)과 수직이 되도록(그래핀 옥사이드 셀(200)에 인가되는 전기장의 방향이 관측방향과 수평이 되도록) 할 수 있다.

도 3을 계속 참조하면, 상부 전극부(110)와 하부 전극부(120)는 소정 단면적을 가진 전극 벽의 형태로 소정 간격을 두고 서로 평행하게 배치될 수 있다. 여기서, 상부 전극부(110)에 가해지는 전압과 하부 전극부(120)에 가해지는 교류전압은 서로 다르며, 바람직하게는 상부 전극부(110)에 일정한 교류전압이 인가되며, 하부 전극부(120)는 그라운드(ground)될 수 있다.

도 3를 계속 참조하면, 그래핀 옥사이드 셀(200)을 상부 전극부(110)와 하부 전극부(120) 사이에 배치하고, 그래핀 옥사이드 셀(200), 상부 전극부(110), 하부 전극부(120)가 서로 평행하도록 배치하여, 그래핀 옥사이드에 인가되는 전기장이 관측방향에 대하여 평행하게 인가되도록 할 수 있다.

도 4는 도 3의 전극 배치를 갖는 그래핀 옥사이드 셀(200)의 반사 상태를 나타낸 것이다. 도 4의 왼쪽부터 처음 두 그림은 도 3의 전극 구조를 이용하였을 때 전압 인가 전후의 그래핀 옥사이드 셀(200)에서 반사되는 빛의 반사율 변화를 나타내고 있다. 그 다음 3개의 그림은 전압 인가 후 다시 전압을 인가하지 않았을 때 시간에 따른 빛의 반사율 변화를 나타낸 것으로 왼쪽부터 각각 5분후, 10분후, 16시간후의 상태를 나타낸 것이다.

도 4를 참조하면, 전압 인가 전(V=0으로 표시됨)에 녹색 영역대의 파장을 주로 반사시키는 그래핀 옥사이드 셀(200)에 10V의 사각파형을 갖는 10kHz의 교류전압을 인가(10V로 표시됨)하면 어둡게 변하는 것을 알 수 있다. 이때, 인가된 교류전압을 다시 오프시킨 경우에 단시간 내(오프 후 5분; Voff_5min, 오프 후 10분; Voff_10min)에는 원래의 반사모드로 동작하지 못 하고, 오랜시간(오프 후 16시간;Voff_16Hr)이 지난 이후에 불완전하게나마 원래의 반사모드로 동작할 있다는 것을 알 수 있다.

도 5은 도 3의 전극 구조를 이용한 경우에 그래핀 옥사이드의 각 농도별로 전압을 인가하였을 때 반사율이 변하는 과정을 나타낸 것이다. 도 6은 도 5의 경우에 그래핀 옥사이드의 각 농도에서 0V의 반사율로 각 전압에서의 반사율을 나눈 상대 반사율을 나타낸 것이다.

도 5을 참조하면, 그래핀 옥사이드의 농도가 0.27wt%에서 0.54wt%로 증가하는 경우에 0V에서 그래핀 옥사이드 셀(200)에서 반사되는 빛의 파장이 엘로우(yellow) 영역에서 블루(blue) 영역으로 바뀌는 것을 알 수 있다. 이와 같이, 본 발명에 의하면 별도의 컬러 필터 없이도 그래핀 옥사이드의 농도를 제어함으로써, 그래핀 옥사이드 셀(200)에서 반사되는 빛의 파장을 조절할 수 있는 장점이 있다.

도 5과 6을 계속 참조하면, 그래핀 옥사이드의 농도가 높을수록 더 높은 전압을 인가해야 반사되는 빛이 사라져 어둡게 보이는 것을 알 수 있다. 도 5과 6을 참조하면 그래핀 옥사이드의 농도가 0.27wt%인 경우에 그래핀 옥사이드 셀(200)에서 반사되는 빛이 사라져 어둡게 보이기 위해, 2V의 전압이 필요하나, 0.30wt%인 경우에는 4V의 전압이 필요하며, 0.39wt%인 경우에는 10V의 전압이 필요하며, 0.54wt%인 경우에는 10V보다 큰 전압이 필요한 것을 알 수 있다. 이는 그래핀 옥사이드의 농도가 높아질수록 그래핀 옥사이드 입자 간 상호 거리가 줄어들어 반사파장이 짧아지기 때문이며, 농도 증가에 의한 입자 간 상호작용이 증가하여 동일한 전압을 가하는 경우에 입자가 이동하기 어렵기 때문이다.

도 7은 그래핀 옥사이드 셀(200)을 효과적으로 구동하는 위한 전극 구조의 다른 실시예와 그 전압 인가 방식을 나타낸 것이다. 도 7 (a)는 블루 영역대의 빛을 반사하고 있는 그래핀 옥사이드 셀(200)에 전압을 인가 전 상태(초기 상태)이며, 도 7 (b)는 상부 전극부(110)와 하부 전극부(120)에 서로 다른 전압을 인가했을 때, 그래핀 옥사이드 셀(200)에서의 반사율이 낮아져, 어둡게 보이는 상태를 나타낸다. 도 7 (c)는 도 7 (b)의 전압이 인가된 상태에서 인가되는 전압을 제거하어 그래핀 옥사이드 셀(200)에서 반사되었던 빛을 나타내게 하는 방법을 나타낸다. 즉, 도 7(c)는 상부 전극부(110)와 하부 전극부(120) 모두에서 인가된 전압을 제거한 것을 나타낸다. 도 7 (d)는 도 7 (b)의 전압이 인가된 상태에서 전압을 제거하여 색을 다시 나타내게 하는 또 다른 방법을 나타내며, 그 방법은 같은 기판의 스트라이프 전극에 서로 번갈아 다른 전압을 인가하되, 상하 기판의 동일 위치에 있는 전극에서는 같은 전압을 인가하는 것을 보여준다.

도 7 (a)을 참조하면, 상부 전극부(110)와 하부 전극부(120)를 소정 간격으로 이격시킨 뒤 서로 평행하게 배치하고, 그 이격 공간에 그래핀 옥사이드 셀(200)을 평행하게 배치할 수 있다.

도 7(a) 내지 (d)를 참조하면, 상부 전극부(110)와 하부 전극부(120)는 동일한 간격으로 배열된 스트라이프 형태의 전극일 수 있다. 또한, 스트라이프 전극 간의 간격은 전극 폭보다 클 수 있다.

도 7에서 상부 기판(300)에 배치된 스트라이프 전극들을 각각 제1 상부 전극(111), 제2 상부 전극(112), 제3 상부 전극(113)로 지칭하며, 하부 기판(400)에 배치된 스트라이프 전극들을 각각 제1 하부 전극(121), 제2 하부 전극(122), 제3 하부 전극(123)으로 지칭한다.

도 7을 계속 참조하면, 제1 상부 전극(111)과 제1 하부 전극(121)은 동일한 형태 및 동일한 단면적을 갖는 스트라이프 전극이며, 서로 동일한 수직선 상에 배치된다. 또한, 제2 상부 전극(112)과 제2 하부 전극(122), 제3 상부 전극(113)과 제3 하부 전극(123) 또한 동일하다.

도 7(a)는 제1 내지 제3 상부 전극(111, 112, 113)과 제1 내지 제3 하부 전극(121, 122, 123)에 모두 전압이 인가되지 않는 상태를 나타낸 것이다. 도 7(a)를 참조하면, 특정 색의 빛을 반사하는 반사모드의 그래핀 옥사이드 셀(200)에 교류전류가 인가되지 않으면 반사모드가 유지되는 것을 알 수 있다.

도 7(b)는 상부 기판(300) 및 하부 기판(400)에 수직으로 전기장이 인가되는 것을 나타낸 것이다. 상부 기판(300) 및 하부 기판(400)에 수직으로 전기장이 인가되도록 제1 내지 제3 상부 전극(111, 112, 113)에는 동일한 교류전압이 인가되며, 제1 내지 제3 하부 전극(121, 122, 123)에도 역시 동일한 전압이 인가되나, 상부 전극과 하부 전극에 가해지는 교류전압은 상이하다. 즉, 상부 기판(300)에 배치된 전극들(111, 112, 113)은 서로 동일한 전압을 가지고, 하부 기판(400)에 배치된 전극들(121, 122, 123)도 모두 동일한 전압을 가지나, 상부 기판(300)에 인가된 전압과 하부 기판(400)에 인가된 전압은 상이하다. 하나의 실시예로, 상부 기판(300)에 배치된 전극들(111, 112, 113)에 동일한 전압을 인가하고 하부 기판(400)의 전극들(121, 122, 123)은 그라운드(ground)시킬 수 있다.

도 7(b)를 참조하면, 반사모드인 상부 기판(300) 및 하부 기판(400)에 수직으로 전기장을 인가하는 경우에, 그래핀 옥사이드 셀(200)에서의 반사율이 낮아져, 그래핀 옥사이드 셀(200)이 어둡게 변하는 것을 알 수 있다.

도 7(c)는 도 7(b) 상태에서 인가된 전압을 제거한 것을 나타낸 것이다. 도 7(c)를 참조하면, 15분이 지난 후에도 그래핀 옥사이드 셀(200)에서 반사했던 원래의 빛을 반사하지 못하고, 일부분만 부분적으로 빛을 반사하는 것을 알 수 있다.

도 7(d)는 도 7(b) 상태에서 상부 전극들 및 하부 전극들에 인가되는 전압을 나타낸 것이다. 도 7(d)를 참조하면, 제1 상부 전극(111)과 제1 하부 전극(121)에 동일한 교류전압을 인가하고, 제2 상부 전극(112)과 제2 하부 전극(122)에 동일한 교류전압을 인가하고, 제3 상부 전극(113)과 제3 하부 전극(123)에 동일한 교류전압을 인가하되. 제1 상부 전극(111) 및 제1 하부 전극(121)에 가해지는 전압은 제3 상부 전극 및 제3 하부 전극(113)에 가해지는 전압과 동일하며, 제2 상부 전극(112) 및 제2 하부 전극(122)에 가해지는 전압과 상이할 수 있다. 바람직하게는 제1 상부 전극(111), 제1 하부전극(121), 제3 상부 전극(113), 제3 하부 전극(123)에는 일정한 교류전압이 인가되고, 제2 상부 전극(112), 제2 하부 전극(122)은 그라운드 될 수 있다.

도 7(d)를 계속 참조하면, 반사율이 낮아 어둡게 보이는 그래핀 옥사이드 셀(200)에 교류전압을 상부 기판(300) 및 하부 기판(400)에 평행하게 인가하는 경우에 3분 이내에 스트라이프 형태로 원래의 반사율로 돌아오는 부분(밝게 보이는 부분)이 발생하는 것을 알 수 있다. 즉, 좌측 전극부(130)와 우측 전극부(140)를 구동시키지 않고도, 스트라이프 구조의 상부 전극부(110)와 하부 전극부(120)에 가해지는 교류전압을 제어하여, 그래핀 옥사이드 셀(200)의 반사율이 높아지도록 할 수 있다.

이후, 다시 도 7(b)와 같이 스트라이프 형태로 색을 반사하는 그래핀 옥사이드 셀(200)에 상부 기판(300) 및 하부 기판(400)과 수직인 방향으로 교류전압을 인가하면, 그래핀 옥사이드 셀(200)은 빛을 반사하지 못 해, 어둡게 변하고(반사율이 낮아지고), 다시 도 7(d)와 같이 상부 기판(300) 및 하부 기판(400)과 평행하게 교류전압을 인가(관측방향에 수직으로 인가)하면, 그래핀 옥사이드 셀은 다시 반사율이 높은 상태(색을 반사하는 상태)로 바뀔 수 있다.

이와 같이 도 7(b)와 (d)의 스트라이프 전극 구조와 전압 인가방식을 이용하는 경우에 응답시간이 개선된 on/off 형태의 그래핀 옥사이드 구동이 가능함을 알 수 있다.

Claims (10)

1. 상부 기판, 상기 상부 기판의 일면에 배치된 상부 전극부;
   상기 상부 기판과 대향하여 이격 배치된 하부 기판, 상기 하부 기판의 일면에 배치된 하부 전극부; 및
   상기 상부 기판과 상기 하부 기판 사이에 배치된 그래핀 옥사이드 셀 - 상기 그래핀 옥사이드 셀은 그래핀 옥사이드를 용매에 분산시켜 형성하고, 광결정 구조에 의해 특정 파장의 빛을 반사할 수 있음 - 을 포함하는 디스플레이를 제어하는 방법에 있어서,
   상기 상부 전극부와 상기 하부 전극부에 인가되는 교류전압을 제어하여, 상기 그래핀 옥사이드 셀에서 반사되는 빛의 반사율을 조절하는 단계를 포함하고,
   상기 상부 기판 및 상기 하부 기판과 수직인 전기장을 갖도록 교류전압을 인가하여, 상기 그래핀 옥사이드 셀의 반사율이 낮도록 제어하고, 상기 상부 기판 및 상기 하부 기판에 평행한 전기장을 갖도록 상기 교류전압을 인가하여, 상기 그래핀 옥사이드 셀의 반사율이 높도록 제어하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 제어방법.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 디스플레이는 상기 그래핀 옥사이드 셀의 좌측에 배치된 좌측 전극부와 상기 그래핀 옥사이드 셀의 우측에 배치된 우측 전극부를 더 포함하고,
   상기 좌측 전극부와 상기 우측 전극부에 가해지는 교류전압을 제어하여, 상기 그래핀 옥사이드 셀에서 반사되는 빛의 반사율을 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 제어방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 상부 전극부와 상기 하부 전극부는 동일한 간격으로 배열된 복수개의 스트라이프 형태의 전극들을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 제어방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 상부 전극부는 제1 상부 전극, 제2 상부 전극을 포함하고, 상기 하부 전극부는 제1 하부 전극, 제2 하부 전극을 포함하되,
   상기 제1 상부 전극과 상기 제1 하부 전극은 형태 및 단면적이 동일하고, 동일한 수직선 상에 배치되며,
   상기 제2 상부 전극과 상기 제2 하부 전극은 형태 및 단면적이 동일하고, 동일한 수직선 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 제어방법.
5. 삭제
6. 삭제
7. 제1항에 있어서, 상기 그래핀 옥사이드 셀의 농도는 0.05 내지 0.5wt%인 것을 특징으로 하는 디스플레이 제어방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 교류전압은 소정 주기를 갖는 사각 파형인 것을 특징으로 하는 디스플레이 제어방법.
9. 기판;
   상기 기판의 일면에 도포된 그래핀 옥사이드 셀 - 상기 그래핀 옥사이드 셀은 그래핀 옥사이드를 용매에 분산시켜 형성하고, 특정 파장의 빛을 반사할 수 있음 - ;
   상기 그래핀 옥사이드 셀에 교류전압을 인가하는 제1 전극부 및 제2 전극부를 포함하되,
   상기 인가된 교류전압에 의해 상기 그래핀 옥사이드 셀의 구조가 제어되고,
   상기 기판과 수직인 전기장을 갖도록 교류전압이 인가되어, 상기 그래핀 옥사이드 셀의 반사율이 낮도록 제어되고, 상기 기판에 평행한 전기장을 갖도록 상기 교류전압이 인가되어, 상기 그래핀 옥사이드 셀의 반사율이 높도록 제어되는 것을 특징으로 하는 광학 디바이스.
10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 전극부 및 상기 제2 전극부는 소정의 단면을 가진 전극벽인 것을 특징으로 하는 광학 디바이스.

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