KR20120130153A - 반사형 컬러 표시 장치 - Google Patents

반사형 컬러 표시 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 반사형 컬러 표시 장치는, 제1 파장의 광을 반사하는 반사 상태와 입사광을 투과시키는 투명 상태 중 어느 한 상태로 전환될 수 있는 제1 액정, 및 제2 파장의 광을 반사하는 반사 상태와 입사광을 투과시키는 투명 상태 중 어느 한 상태로 전환될 수 있는 제2 액정을 포함하고, 상기 제1 액정의 상태 전환에 필요한 제1 문턱 전압과 상기 제2 액정의 상태 전환에 필요한 제2 문턱 전압은 서로 다르고, 상기 제1 액정 및 상기 제2 액정에 대하여 인가되는 전압이 변화함에 따라 상기 제1 액정 및 상기 제2 액정 중 적어도 하나가 반사 상태로 전환되고, 이로써 제1 파장의 광 및 제2 파장의 광 중 적어도 하나가 반사되도록 하는 것을 특징으로 한다.

Description

반사형 컬러 표시 장치{REFLECTIVE COLOR DISPLAY DEVICE}
본 발명은 반사형 컬러 표시 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명에 따른 반사형 컬러 표시 장치는, 반사 상태와 투과 상태로 가역적으로 전환되고, 반사 상태와 투과 상태에서 쌍안정성을 가지며, 반사 상태에서 투과 상태로(혹은 투과 상태에서 반사 상태로) 전환 시 문턱 전압이 존재하고, 반사 상태와 투과 상태 전환 시 이력 특성(동일한 전압에서 과거 상태에 따라 특성이 다르게 나타나는 특성)을 가지는 액정을 이용하여 컬러를 표시할 수 있다. 즉, 반사 상태에서 서로 다른 파장을 반사하고 서로 다른 문턱전압을 가지는 복수의 액정을 조합하고 이들 액정에 인가되는 전압(즉, 전기장)을 조절함으로써, 이들 액정으로부터 반사되는 다양한 파장 대역의 광을 조합하여 원하는 컬러를 구현하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
반사형 컬러 디스플레이에 관한 다양한 종래 기술이 소개된 바 있다.
일 예로서, 콜레스테릭 액정(ChLCD: Cholesteric LCD)을 이용한 디스플레이는 광이 입사되면 상이한 파장의 빛을 선택적으로 반사하여 컬러를 표현할 수 있는 콜레스테릭(Cholesteric)이라는 특수한 액정을 사용한다. 초기 상태에서 콜레스테릭 액정은 반사 특성을 나타내는 planar 상태와 투과 특성을 나타내는 focal conic 상태로 존재 가능하며, 이 콜레스테릭 액정에 대하여 전압을 인가함에 따라 planar 상태와 focal conic 상태를 가역적으로 전환시킬 수 있으며, 결과적으로 전압 인가에 따라 특정 컬러를 가역적으로 표시되도록 할 수 있다. 또한, 콜레스테릭 액정의 반사 상태와 투과 상태는 그 상태가 안정적으로 유지되는 쌍안정성(bi-stable) 특성을 지닐 수 있기 때문에 표시 상태를 유지시키기 위해서 별도의 에너지를 소비할 필요가 없고 PM(Passive Matrix) 구현이 가능하게 된다.
도 1는 Kent 사의 콜레스테릭 액정을 이용한 디스플레이의 구성을 나타내는 도면이다. Kent 사의 종래 기술에 따르면, 반사 상태에서 R, G, B 컬러를 반사하는 3 종류의 콜레스테릭 액정이 수직으로 적층시키고, 이들 콜레스테릭 액정을 독립적으로 제어함으로써 R, G, B 컬러가 복합적으로 표시될 수 있게 된다.
하지만, Kent 사의 종래 기술에 의하면, R, G, B 컬러를 구현하기 위해서 패널을 적층 구조를 쌓아야 하고 각각 R, G, B 컬러를 반사시키는 복수의 콜레스테릭 액정을 독립적으로 구동해야 하기 때문에 디스플레이 모듈의 두께가 두꺼워지고 신호 처리가 복잡해지며, 이로 인하여 제조 비용이 높아지게 되는 문제점이 발생한다.
본 발명은 반사형 컬러 표시 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 반사형 컬러 표시 장치는, 제1 파장의 광을 반사하는 반사 상태와 입사광을 투과시키는 투명 상태 중 어느 한 상태로 전환될 수 있는 제1 액정, 및 제2 파장의 광을 반사하는 반사 상태와 입사광을 투과시키는 투명 상태 중 어느 한 상태로 전환될 수 있는 제2 액정을 포함하고, 상기 제1 액정의 상태 전환에 필요한 제1 문턱 전압과 상기 제2 액정의 상태 전환에 필요한 제2 문턱 전압은 서로 다르고, 상기 제1 액정 및 상기 제2 액정에 대하여 인가되는 전압이 변화함에 따라 상기 제1 액정 및 상기 제2 액정 중 적어도 하나가 반사 상태로 전환되고, 이로써 제1 파장의 광 및 제2 파장의 광 중 적어도 하나가 반사되도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 반사형 컬러 표시 장치를 제공할 수 있게 된다.
도 1는 Kent 사의 콜레스테릭 액정을 이용한 디스플레이의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반사형 컬러 표시 장치의 구성을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반사형 컬러 표시 장치의 구성을 예시적으로 나타내는 도면이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세하게 설명하도록 한다.
[반사형 컬러 표시 장치의 구성]
본 발명의 일 실시예에 따르면, 반사형 컬러 표시 장치는 특정 파장의 광을 반사하는 반사 상태와 입사광을 투과시키는 투명 상태 사이에서 가역적으로 전환될 수 있는 콜레스테릭 액정(ChLC, Cholesteric Liquid Crystal)을 포함할 수 있다. 다만, 본 발명에 따른 반사형 컬러 표시 장치에 포함될 수 있는 물질이 반드시 콜레스테릭 액정에 한정되는 것은 아니며, 다음과 같은 3가지 특성을 나타내는 다른 물질을 포함할 수도 있다.
(1) 전압에 따라 반사 상태와 투과 상태가 가역적으로 전환되는 물질.
(2) 반사 상태에서 투과 상태로의 전환(혹은 투과 상태에서 반사 상태로의 전환)에 필요한 문턱 전압을 갖는 물질.
(3) 반사 상태에서 투과 상태로의 전환(혹은 투과 상태에서 반사 상태로의 전환) 시 이력 특성이 존재하는 물질.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 콜레스테릭 액정은 Planar 상태와 Focal conic 상태의 두 개의 안정된 상태를 가진다(쌍안정성, bistability). 여기서, 두 가지 상태의 쌍안정성은 기판의 요철 구조 또는 표면 처리에 의하여 더욱 강해질 수 있다.
한편, 콜레스테릭 모드에서 빛의 반사는 Bragg 반사의 원리를 통해 설명되는데 아래의 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
<수학식 1>
λ=nP
수학식 1에서, λ는 반사광의 파장이고, n은 액정의 굴절률의 평균이며, P는 pitch이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 액정이 helical 구조를 가지도록 하기 위해 chiral dopant를 첨가할 수 있다. Planar 상태에서는 Bragg 반사가 일어나며 Focal conic 상태에서는 액정의 꼬여있는 helical 구조가 임의 방향으로 배열되어서 빛의 산란이 약해져서 전반적으로 투명하게 된다. 콜레스테릭 액정모드를 반사형 디스플레이 모드로 사용할 경우에는 반대 측 기판에 빛을 흡수하는 흡수층을 두어 Focal conic 상태에서는 dark가 되도록 하고 Planar 상태에서는 color를 반사하여 정보를 표시한다. 두 상태 사이의 전환은 전압을 인가함으로써 이루어지며 AM(Active Matrix) 또는 PM(Passive Matrix) 구동이 가능하다.
특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 반사형 컬러 표시 장치에는, 반사 상태(즉, Planar 상태)에서 서로 다른 파장의 광을 반사하고 서로 다른 문턱 전압(즉, 상태 전환을 위해 요구되는 임계 전압)을 가지는 적어도 두 가지 종류의 콜레스테릭 액정(LC)이 서로 혼합 또는 조합된 상태로 포함될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 반사형 컬러 표시 장치에 인가되는 전압의 세기, 방향, 인가 시간, 인간 주기 등에 따라 반사형 컬러 표시 장치로부터 반사되는 광의 파장이 변화할 수 있게 된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반사형 컬러 표시 장치의 구성을 예시적으로 나타내는 도면이다.
보다 구체적으로, 도 2에 나타난 바와 같이 각각 제1, 제2 및 제3 문턱 전압을 갖고 반사 상태에서 각각 제1, 제2 및 제3 파장의 광(예를 들면, R, G, B 컬러의 광이나 C, M, Y 컬러의 광과 같이 3가지 파장 대역의 광을 조합함으로써 모든 컬러를 구현할 수 있는 제1, 제2 및 제3 파장의 광)을 반사시키는 제1, 제2 및 제3 콜레스테릭 액정이 혼합되어 있는 경우를 가정할 수 있는데, 이러한 경우 반사형 컬러 표시 장치에 인가되는 전압의 세기가 달라짐에 따라 제1, 제2 및 제3 콜레스테릭 액정 중 적어도 하나가 반사 상태로 전환되고 이에 따라 제1, 제2 및 제3 파장의 광 중 적어도 하나가 반사될 수 있게 된다. 이로써, 다양한 파장대의 광을 반사시킬 수 있게 되는 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반사형 컬러 표시 장치의 구성을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 3의 (a)를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 반사형 컬러 표시 장치에서는 서로 다른 문턱 전압을 가지고 반사 상태에서 서로 다른 파장을 광을 반사시키는 제1 물질, 제2 물질 및 제3 물질이 동일 평면(즉, side-by-side)에 형성될 수 있다.
도 3의 (b)를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 반사형 컬러 표시 장치에서는 서로 다른 문턱 전압을 가지고 반사 상태에서 서로 다른 파장을 광을 반사시키는 제1 물질, 제2 물질 및 제3 물질이 수직으로 적층될 수 있다. 참고로, 도 1에 도시된 종래 기술의 경우에는 제1 물질, 제2 물질 및 제3 물질이 각각의 상하부 전극이 구비되어야 하고 이들 상하부 전극에 인가되는 전압이 따로따로 조절되어야 하지만, 도 3의 (b)에 도시된 본 발명에 따른 반사형 컬러 표시 장치의 경우에는 제1 물질, 제2 물질 및 제3 물질을 모두 아우르는 한 쌍의 상하부 전극만을 필요하며, 제1 물질, 제2 물질 및 제3 물질의 두께 및 유전율을 조절하고 한 쌍의 상하부 전극에 인가되는 전압을 조절함으로써 다양한 컬러의 반사광을 구현할 수 있다.
도 3의 (c)를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 반사형 컬러 표시 장치에서는 서로 다른 문턱 전압을 가지고 반사 상태에서 서로 다른 파장을 광을 반사시키는 제1 물질, 제2 물질 및 제3 물질이 서로 혼합된 상태로 한 쌍의 상하부 전극 사이에 충진될 수 있다. 여기서, 제1 물질, 제2 물질 및 제3 물질은 서로 혼재된 상태로 존재할 수 있고, 수평 방향으로 혹은 수직 방향으로 상분리가 되어 도 3의 (a) 혹은 (b)에 도시된 바와 같은 상태로 존재할 수도 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 반사형 컬러 표시 장치에 포함되는 콜레스테릭 액정은 광투과성 물질로 이루어진 캡슐로 캡슐화되거나 격벽으로 구획화될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 콜레스테릭 액정을 캡슐화함으로써 서로 다른 캡슐에 포함되는 콜레스테릭 액정 사이에 혼입 등의 직접적인 간섭이 발생하는 것을 방지할 수 있고, 입자 및 용매의 밀봉(sealing)을 용이하게 하여 반사형 컬러 표시 장치의 필름 형태로의 가공성을 향상시킬 수 있다. 이에 따라 반사형 컬러 표시 장치에 포함되는 콜레스테릭 액정을 각 캡슐마다 독립적으로 제어할 수 있게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반사형 컬러 표시 장치에 포함되는 콜레스테릭 액정은 광투과성 물질로 이루어진 매질 내에 산재될 수 있다. 보다 구체적으로는, 전기장 등의 외부 자극에 대하여 유동적이지 않은 광 투과성 물질 내에 콜레스테릭 액정이 물방울(Droplet) 형태로 산재되도록 함으로써 반사형 컬러 표시 장치에 포함되는 콜레스테릭 액정을 부분적으로 격리시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반사형 컬러 표시 장치에 포함되는 콜레스테릭 액정은 광경화성 물질과 혼합될 수 있고, 이에 따라 자외선 등의 소정의 패턴에 따라 조사되면 해당 패턴에 따라 광경화성 물질이 경화되어 격벽을 형성하도록 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 반사형 컬러 표시 장치의 하부 기판에는 광 흡수층(예를 들면, 검은색 층)이 형성될 수 있으며, 이에 따라 콜레스테릭 액정이 반사 상태에 있는 동안에 콜레스테릭 액정으로부터 반사되는 광만이 주로 표시되도록 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 반사형 컬러 표시 장치는 편광판을 포함할 수 있으며, 이에 따라 이에 따라 콜레스테릭 액정이 반사 상태에 있는 동안에 콜레스테릭 액정으로부터 반사되는 광과 편광판 하부의 컬러가 혼합되어 표시되도록 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 반사형 컬러 표시 장치는 광 셔터를 포함할 수 있다. 구체적으로, 반사 모드에서는 광 셔터를 닫아(close) 반사광만 표시되도록 할 수 있고, 투과 모드에서는 광 셔터를 열어(open) 투과 상태가 구현되도록 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 반사형 컬러 표시 장치는 발광형 표시 장치를 포함할 수 있다. 구체적으로, 발광형 표시 장치는 반사형 컬러 표시 장치 하부에 위치할 수 있는데, 이에 따라 주변 환경이 어두운 경우에는 반사형 컬러 표시 장치를 투과 모드로 설정하여 발광형 표시 장치로부터 방출되는 광이 표시되도록 하고, 주변 환경이 밝은 경우에는 발광형 표시 장치를 오프 상태로 설정하여 검은색 광을 반사하도록 하고(배경 화면의 역할을 수행할 수 있도록), 반사형 컬러 표시 장치를 반사 모드로 설정하여 반사형 컬러 표시 장치로부터 반사되는 광이 표시되도록 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 반사형 컬러 표시 장치에 포함되는 상부 기판과 하부 기판은 모두 광투과성 물질로 이루어질 수 있으며, 이에 따라 반사형 컬러 표시 장치가 투명 디스플레이를 구현할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 반사형 컬러 표시 장치에 포함되는 콜레스테릭 액정은 반사 상태에서 Red, Green, Blue 컬러의 광을 반사시키는 콜레스테릭 액정을 포함할 수 있고, 반사 상태에서 Cyan, Magenta, Yellow 컬러의 광을 반사시키는 콜레스테릭 액정을 포함할 수도 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 반사형 컬러 표시 장치는, 외부 에너지(광 에너지, 열 에너지, 전기 에너지, 자기 에너지 등)가 인가됨에 따라 특정 파장의 광을 반사하는 반사 상태와 입사광을 투과시키는 투명 상태 사이에서 비가역적으로 전환될 수 있는 콜레스테릭 액정(ChLC, Cholesteric Liquid Crystal)을 포함할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 반사 상태에서 서로 다른 파장의 광을 반사시키는 적어도 두 종류의 콜레스테릭 액정이 동일한 평면 상이 혼합되어 있는 상태에서 외부 에너지를 국부적으로(부분적으로) 인가함으로써 외부 에너지가 인가된 영역에서만 특정 파장의 광이 반사되도록 할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 반사형 컬러 표시 장치는, 특정 파장의 광을 반사하는 반사 상태와 입사광을 투과시키는 투명 상태 사이에서 가역적으로 전환되는 콜레스테릭 액정(ChLC, Cholesteric Liquid Crystal)으로서 외부 에너지(광 에너지, 열 에너지, 전기 에너지, 자기 에너지 등)가 인가됨에 따라 상태 전환에 필요한 문턱 전압이 변화되는 콜레스테릭 액정을 포함할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 반사형 컬러 표시 장치의 하부 기판 상에 2가지 이상의 컬러를 소정의 패턴에 따라 형성시킨 상태에서 하부 기판 상의 패턴에 맞추어 외부 에너지를 국부적으로(부분적으로) 인가하여 외부 에너지가 인가된 영역에 존재하는 콜레스테릭 액정의 문턱 전압을 조절할 수 있으며, 이에 따라 추후 인가되는 전압의 세기에 따라 외부 에너지가 인가되었던 영역에서만 반사광이 아닌 하부 기판의 컬러가 표시되도록 할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (1)

  1. 제1 파장의 광을 반사하는 반사 상태와 입사광을 투과시키는 투명 상태 중 어느 한 상태로 전환될 수 있는 제1 액정, 및
    제2 파장의 광을 반사하는 반사 상태와 입사광을 투과시키는 투명 상태 중 어느 한 상태로 전환될 수 있는 제2 액정
    을 포함하고,
    상기 제1 액정의 상태 전환에 필요한 제1 문턱 전압과 상기 제2 액정의 상태 전환에 필요한 제2 문턱 전압은 서로 다르고,
    상기 제1 액정 및 상기 제2 액정에 대하여 인가되는 전압이 변화함에 따라 상기 제1 액정 및 상기 제2 액정 중 적어도 하나가 반사 상태로 전환되고, 이로써 제1 파장의 광 및 제2 파장의 광 중 적어도 하나가 반사되도록 하는 것을 특징으로 하는 반사형 컬러 표시 장치.
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