KR19990002078A - 전기전도성 폴리피롤막을 함유하는 액정표시소자 - Google Patents

전기전도성 폴리피롤막을 함유하는 액정표시소자 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기전도성 폴리피롤(polypyrrole)막으로 기존 소자의 전극층, 흡광층, 및 액정배향막층을 동시에 대체하며, 콘트라스트를 높일 수 있는 전기 전도성 폴리피롤막을 함유하는 액정표시소자에 관한 것으로, 상부 유리기판(2)과, 상기 상부 유리기판(2)에 대향 배치되도록 형성한 하부 유리기판(12)과, 상부 유리기판(2)의 내면에 코팅형성한 투명전극막(4)과, 상기 투명전극막(4)상에 형성한 액정배향막(6)과, 상기 하부 유리기판(12) 내면에 형성한 전기전도성 폴리피롤막(10)과, 그리고 상기 전기전도성 폴리피롤막(10)과 액정배향막(6) 사이에는 액정층(8)을 형성하도록 구성된 특징이 있다.

Description

전기전도성 폴리피롤막을 함유하는 액정표시소자
본 발명은 전기전도성 폴리피롤막을 함유하는 액정표시소자에 관한 것으로, 특히 전기전도성 폴리피롤(polypyrrole)막으로 기존 소자의 전극층, 흡광층, 및 액정배향막층을 동시에 대체할 수 있는 전기전도성 폴리피롤막을 함유하는 액정표시소자에 관한 것이다.
상기 본 발명은 사용자가 필요한 형태로 가공할 수 있도록 유리기판 위에 폴리피롤막을 코팅하여 액정 표시소자의 한쪽기판으로 사용함에 의해 액정표시소자의 전극층, 흡광층, 및 액정배향막층을 동시에 대체하며, 콘트라스트를 높일 수 있는 전기전도성 폴리피롤막을 함유하는 액정표시소자를 제공함에 있다.
도 1 은 폴리피롤막의 두께에 따르는 표면저항의 변화를 나타내는 그래프.
도 2a, 도 2b 는 본 발명에 따른 키랄네마틱 액정표시소자를 도시한 개략도.
도 3a, 도 3b 는 본 발명에 따른 고분자 분산형 액정표시소자를 도시한 개략도.
도 4 는 본 발명에 따른 키랄네마틱 액정표시소자의 반사스펙트럼를 나타내는 그래프.
도 5 는 본 발명에 따른 키랄네마틱/고분자 분산 액정표시소자의 반사스펙트럼을 나타내는 그래프.
도 6 은 본 발명에 따른 키랄네마틱/고분자 분산 액정표시소자의 교류에 의한 스윗칭 전압의 범위를 나타내는 그래프.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
2: 상부 유리기판 4: 투명전극막
6: 액정배향막 8: 액정층
10: 폴리피롤막 12: 하부 유리기판
14: 상부 유리기판 16: 투명 전극막
18: 복합막층 20: 폴리피롤막
22: 하부 유리기판
본 발명의 전도성 폴리피롤막을 함유하는 액정표시소자의 구성은, 상부 유리기판과, 상기 상부 유리기판에 대향 배치되도록 형성한 하부 유리기판과, 상부 유리기판의 내면에 코팅형성한 투명전극막과, 상기 투명전극막상에 형성한 액정배향막과, 상기 하부 유리기판 내면에 형성한 전기전도성 폴리피롤막과, 그리고 상기 전기전도성 폴리피롤막과 액정배향막 사이에는 액정층을 형성하도록 구성되어 있는 것이 특징이다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 전기 전도성 폴리피롤막을 함유하는 액정표시소자를 첨부된 도면을 참조하여 아래와 같이 상세하게 설명한다.
상기 본 발명의 제조 방법에 의해 제작된 전기 전도성 폴리피롤막이 내면에 부착된 유리기판을 이용하여, 다음과 같은 액정표시소자를 제공한다.
도 1 은 폴리피롤막의 두께에 따르는 표면 저항의 변화를 나타내는 그래프이고, 도 2a, 도 2b 는 본 발명에 따른 키랄네마틱 액정표시소자를 도시한 개략도이고, 도 3a, 도 3b 는 본 발명에 따른 고분자 분산형 액정표시소자를 도시한 개략도이고, 도 4 는 본 발명에 따른 키랄네마틱 액정표시소자의 반사스펙트럼를 나타내는 그래프이고, 도 5 는 본 발명에 따른 키랄네마틱/고분자 분산 액정표시소자의 반사스펙트럼을 나타내는 그래프이고, 도 6 은 본 발명에 따른 키랄네마틱/고분자 분산 액정표시소자의 교류에 의한 스윗칭 전압의 범위를 나타내는 그래프이다.
상기 키랄네마틱(chiral nematic) 또는 콜레스테릭(cholesteric) 액정을 사용하는 다안정성 키랄네마틱 표시소자(미국특허 제 5,453,863호), 고분자 안정화 콜레스테릭 텍스츄어(PSCT) 표시소자(미국특허 제 5,437,811호 및 J.W. Doane, D.-K. Yang, and Z, Yaniv, Jpn. Display, 9, 73(1992)참조) 및 고분자 분산형 키랄 액정표시소자(미국특허 제 5,251,048호 및 J.L. West, J. Francl, and J.W. Doan, Appl. Phys. Lett., 63, pp.1471∼1473(1993)참조)등은 키랄네마틱 액정의 쌍안정성(bistability)을 이용하고 있으며, 포칼 코닉(focal conic)상태에서는 가시광선을 약하게 산란하여 거의 투명한 상태가 되고 플라나(planear) 상태에서는 키랄네마틱 액정층의 피치(pitch)에 따라 특정 파장의 가시광선을 반사하는 특성을 보유하므로 이러한 쌍안정성(bistability)을 이용하여, 메모리형이며 저전력 소모형의 액정 표시소자를 제조하는데 이용될 수 있다.
또한 상기 액정 표시소자들은 전기장을 인가한 상태에서는 전기장 방향으로 배향하므로 전기장 존재시의 투명한 상태, 즉 호메오트로픽(homeotropic) 상태와 전기장 제거시 플라나 상태의 콘트라스트를 이용하여 지속적인 스윗칭에 의해서도 구동되는 표시소자를 제작할 수 있다.
상기 표시소자들에 있어서, 포칼 코닉 또는 호메오트로픽 상태에서 검은색을 표시하게 하면 플라나 상태에서의 특정색 반사와 함께 흑색/특정색의 콘트라스트를 얻을 수 있는데, 이를 위하여 대개는 소자의 뒷면에 검은 도료를 코팅하여 사용한다(T.Uchida, SID 96 Digest,pp.31∼34(1996)참조).
따라서, 본 발명의 실시예로서, 도 2a, 도 2b 에 도시된 바와 같이 본 발명의 폴리피롤막의 의한 새로운 구조의 키랄네마틱(콜레스테릭) 액정 표시소자의 단면구조를 나타내고 있는바, 상부 유리기판(2)과, 상기 상부 유리기판(2)에 대향 배치되도록 형성한 하부 유리기판(12)과, 상부 유리기판(2)의 내면에 코팅형성한 투명전극막(4)과, 상기 투명전극막(4)상에 형성한 액정배향막(6)과, 상기 하부 유리기판(12) 내면에 형성한 전기 전도성 폴리피롤막(10)과, 그리고 상기 전기 전도성 폴리피롤막(10)과 액정배향막(6) 사이에는 키랄네마틱 액정을 함유하는 액정층(8)을 형성하도록 구성하고 있다.
상기의 구성은 액정층(8) 내에는 고분자 물질이 혼합되어 있어도 무방하며 액정이 플라나 상태일때는 액정의 피치에 따라 특정 파장의 가시광선을 반사시키므로 검은 색의 폴리피롤막(10)은 외부에서 보이지 않고 반사된 특정색이 보이나 포칼코닉상태일때는 각 포칼코닉 도메인(focal conic domain)의 크기가 가시광선의 파장보다 짧으므로 가시광선을 거의 투과시키므로 하부 유리기판(12)의 내면에 코팅되어 있는 폴리피롤막(10)의 검은색이 그대로 보이게 된다.
따라서, 폴리피롤막(10)은 전극으로서의 역할과 흡광판의 역할을 동시에 수행하게 된다.
또 콘트라스트나 안정성의 향상을 위해 액정의 사전배향이 필요한 경우 종래의 폴리이미드 배향막에 주로 사용되어온 나일론이나 레이온 등의 천으로 폴리피롤막(10)의 표면을 마찰하는 방법을 사용하면 마찰방향으로 액정을 배향시키는 배향막의 기능 또한 가지게 된다.
상기 투명전극막(4)상에 코팅된 액정배향막(6) 역시 상기 마찰법에 의해 배향성능을 갖게 되며 액정층내에 고분자 물질을 많이 혼입하여 배향막의 기능이 중요하지 않을 경우에는 생략할 수도 있다.
상기 본 발명이 다른 실시예로써, 상기의 제조 방법에 의해 제조된 폴리피롤막을 이용한 고분자 분산형 액정표시소자는, 네마틱 액정방울들이 고분자 기제내에 분산되어 있는 고분자형 액정표시소자(미국 특허 제 4,688,900호 및 제 5,264,950호)에 있어서 본 발명은 전기 전도성 폴리피롤막이 한쪽기판의 내면에 존재하는 새로운 구조로 도 3a, 도 3b에 도시된 바와 같은 구조인 것으로 아래에 설명한 것과 같다.
상기 서로 대향되도록 배치된 상부 유리기판(14)과 하부 유리기판(22)의 상부 유리기판(14) 내면측에는 투명전극막(9)이 코팅되어 있다.
그리고 하부 유리기판(22) 내면측에는 전기 전도성 폴리피롤막(20)을 형성하고 있으며, 전기 전도성 폴리피롤막(20)과 투명전극막(9)의 사이에는 네마틱 액정/고분자 복합막층(18)이 형성된다.
또한 전기장을 인가하지 않았을 때에는 각 액정방울내의 액정분자들이 서로 다른 방향으로 배향하고 있으며, 액정방울들의 크기가 가시광선을 산란할 수 있도록 조절되면 폴리피롤막(20) 까지는 빛이 거의 도달하지 못하게 되므로 백색으로 보이게 된다.
그러나 전기장을 인가하면 각 액정방울내 액정분자들이 모두 전기장 방향으로 배향되며, 이때 고분자기제의 굴절율(ηP)과 액정의 분자 직각 방향 굴절율(ηO)이 일치하도록 액정과 고분자 물질이 선택되어 있다면 네마틱 액정/고분자 복합막층(18)에서 가시광선이 산란되지 않고 투과되었다가 폴리피롤막(20) 표면에서 흡수되므로 검은색으로 보이게 된다.
따라서, 전기장의 인가 및 제거에 의해 흑색/백색의 콘트라스트를 얻을 수 있으며, 이때 폴리피롤막(20)은 전극과 흡광층의 역할을 동시에 수행한다.
또한 폴리피롤막(20)의 두께는 용액의 농도 및 스핀캐스팅시의 회전 속도 등을 변화시킴에 의해 조절할 수 있는 것으로 도 1 에 도시된 바와 같이 표면저항은 막두께에 반비례한다.
실시예1
폴리피롤막이 부착된 유리기판을 두께 측정기(Depth Profiler)로 측정한 결과 폴리피롤막의 두께는 3.1㎛, 원자력간력현미경(Atomic Force Microscope)으로 측정된 막 표면의 평활도 0.01㎛ 이내였으며, 4단자법에 의해 측정된 표면전도도는 2.8㏀/□ 이였다.
그리고 폴리피롤막 위에 액정 E63 및 K15(영국BDH사)를 접촉시키고 20∼80℃에서 24시간 방치시킨후 관찰한 결과 폴리피롤이 액정에 용해된 징후가 발견되지 않았다.
실시예2
상기 실시예 1 에서 폴리피롤막 부착 유리기판 키랄네마틱 액정혼합물(CE: 21중량%, CB:21중량%, E48: 58중량%, 이상 독일 Merk사 제품)을 사용하여 액정층 두께 11㎛인 액정표시소자를 도 2 에 표시한 구조와 같이 형성한 것으로, 도 4 는 상기 소자에 70V 의 직류를 20msec 동안 인가했다 제거한 후 생성된 포칼코닉 상태의 부분과, 130V의 직류를 20msec 동안 인가했다 제거한 후 생성된 플라나 상태의 부분에 대한 반사스펙트럼을 나타내고 있는 바, 플라나 상태의 부분은 파장510㎚의 가시광선을 약 90% 반사하나 포칼코닉 상태의 부분은 거의 전영역에서 20% 미만만을 반사함을 알 수 있었다.
실시예 3
액정층의 구성물질로서 상기 키랄네마틱 액정혼합물과 광경화성 고분자 전구체 NOA65(미국 Norland사)를 중량비 80:20으로 혼합하고, 파장365㎚인 자외선을 15mW/cm2의 강도로 50℃에서 20분간 조사하여 경화시킨 키랄네마틱 액정/고분자 분산막을 형성하여 사용한 것으로 아래와 같은 결과가 나왔다.
따라서 도 5 에 표시된 표시소자내에 포칼코닉 상태의 부분과 플라나 상태의 부분에 대한 반사스펙트럼을 나타내고 있는 것으로 플라나 상태의 부분은 파장 560nm의 가시광선을 약 35% 반사하나 포칼코닉상태의 부분은 약 11% 만을 반사함을 알 수 있었다.
실시예 4
폴리머를 포함한 카랄네마틱/고분자 분산 액정표시소자에 대하여 직류 펄스가 아닌 교류에 의한 스윗칭 효과를 측정하였다.
도 6 과 같이 200Hz의 직각 파형 교류를 20msec 동안 인가했다 제거한 후 얻어지는 각 상태의 반사스펙트럼중 560nm에서의 반사율을 인가전압의 변화에 따라 도시한 것으로, 포칼코닉 상태에서 스윗칭을 시작한 경우, 약 100V이상의 교류를 인가후 제거하면 플라나 상태로 변하여 가시광선을 반사하며, 80 ∼ 100V 사이의 전압인가 및 제거에 의해서는 전압의 크기에 비례하는 중간 반사 상태들을 얻는다.
한편, 플라나 상태에서 스윗칭을 시작한 경우에는 60∼80V 사이의 전압인가 및 제거에 의해 포칼코닉상태로 변하여 가시광선을 반사하지 않게 된다.
그리고 0∼20V의 전압 범위에서는 플라나 상태를 그대로 유지하며 100V 이상에서는 전압제거후 다시 플라나 상태로 돌아가고, 또한 20∼60V 및 80∼100V 범위의 전압을 인가했다 제거한 후에는 반사상태를 보인다.
본 발명은 특히 예로써, 액정 표시소자의 유리기판에 전기전도성 폴리피롤막을 형성하여 사용하는 것으로 한정하여 설명하였지만 이에 한정되는 것은 아니고 여러 다른 분야에 응용할 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 폴리피롤막에 의해 종래의 액정표시소자의 전극층, 흡광층, 및 액정배향막을 동시에 대체할 수 있는 것으로 구조가 간단해지며, 공정도 단순화할 수 있을 뿐만 아니라, 콘트라스트가 높은 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 상부 유리기판(2)과, 상기 상부 유리기판(2)에 대향 배치되도록 형성한 하부 유리기판(12)과, 상부 유리기판(2)의 내면에 코팅형성한 투명전극막(4)과, 상기 투명전극막(4)상에 형성한 액정배향막(6)과, 상기 하부 유리기판(12) 내면에 형성한 전기 전도성 폴리피롤막(10)과, 그리고 상기 전기 전도성 폴리피롤막(10)과 액정배향막(6) 사이에는 액정층(8)을 형성하는 것을 특징으로 하는 키랄네마틱액정을 이용한 액정표시소자.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 액정층(8)은 키랄네마틱액정 또는 키랄네마틱과 고분자의 혼합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 키랄네마틱액정을 이용한 액정표시소자.
  3. 상부 유리기판(14)과, 상기 상부 유리기판(14)에 대향 배치되도록 형성한 하부 유리기판(12)과, 상부 유리기판(22)의 내면에 코팅형성한 투명전극막(4)과, 상기 하부 유리기판(22)의 내면에 형성한 전기전도성 폴리피롤막(20)과, 그리고 상기 전기전도성 폴리피롤막(20)과 투명전극막(16)의 사이에는 네마틱 액정/고분자 복합막층(18)을 형성하는 것을 특징으로 하는 고분자 분산형 액정표시소자.
KR1019970025596A 1997-06-19 1997-06-19 전기전도성 폴리피롤막을 함유하는 반사형 액정표시소자 KR100265062B1 (ko)

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