KR20160008397A - 쌍안정 고속 콜레스테릭 액정표시소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 콜레스테릭 액정표시소자에 3전극 구조를 적용하여 쌍안정 특성을 유지하며, 안정된 두 상간의 고속응답을 통하여 동화상 구현이 가능하도록 한 쌍안정 고속 콜레스테릭 액정표시소자에 관한 것으로, 수직 전계와 수평 전계를 인가할 수 있도록 서로 대향되는 상판 통전극 및 하판 통전극;상기 하판 통전극의 절연막상에 형성되는 패턴 전극;액정을 수평 혹은 수직 배열시킬 수 있는 배향막층;서로 대향되는 상판 통전극 및 하판 통전극 사이에 위치하여 입사된 빛을 투과하거나, 반사시키는 콜레스테릭 액정층;을 포함하는 것이다.

Description

쌍안정 고속 콜레스테릭 액정표시소자{Bistable Cholesteric Liquid Crystal Display Device with Fast Response Time}
본 발명은 액정표시소자에 관한 것으로, 구체적으로 콜레스테릭 액정표시소자에 3전극 구조를 적용하여 쌍안정 특성을 유지하며, 안정된 두 상간의 고속응답을 통하여 동화상 구현이 가능하도록 한 쌍안정 고속 콜레스테릭 액정표시소자에 관한 것이다.
콜레스테릭(Cholesteric) 액정은 네마틱 액정을 나선상으로 비틀어지게 배향한 액정 조성물로서, 나선 피치에 따라 광의 반사투과 성질이 제어된다.
즉, 액정 분자의 나선 피치에 따라 소정의 파장 대역의 광이 선택적으로 반사되는데, 화소마다 나선 피치를 다르게 정하여 반사 파장 대역을 조절하여 색상을 구현한다.
도 1은 2전극 구조를 사용한 콜레스테릭 액정표시소자의 기본 구조이다.
종래 기술의 콜레스테릭 액정표시소자의 구조는 각각 상판 통전극(20)이 증착된 상판기판(10)와 하판 통전극(40)이 증착된 하판기판(50) 사이에 액정층(30)이 존재하는 구조이다.
도 2는 2전극 구조를 사용한 콜레스테릭 액정표시소자의 동작 원리를 나타낸 구성도이다.
종래 기술의 콜레스테릭 액정표시소자에서는 두 개의 안정한 상태인 플라나 상과 포칼코닉 상 사이를 수직 전계를 이용하여 스위칭한다.
초기 액정분자가 나선 구조로 꼬인 플라나 상에서 낮은 수직 전계를 인가하면 나선축이 셀 내부에서 임의로 배열된 포칼코닉 상을 가지게 되며, 전계를 제거해도 포칼코닉 상을 유지한다.
포칼코닉 상에서 플라나 상으로 돌아가기 위해서는 높은 수직 전계를 인가해서 액정분자들이 기판과 수직한 방향으로 배열되는 호메오트로픽 상을 거친 후 전계를 제거해야 한다.
도 3은 2전극 구조를 사용한 콜레스테릭 액정표시소자의 액정 응답 특성을 나타낸 그래프이다.
종래 기술의 콜레스테릭 액정표시소자는 플라나 상에서 포칼코닉 상으로 스위칭 되는 시간은 수 ms 로 동화상 구현에 적합하지만, 포칼코닉 상에서 플라나 상으로 스위칭 될 때에는 수백 ms 이상으로 매우 느리기 때문에 액정표시소자로 적용 시 동화상 구현에는 적합하지 않다.
현재 액정표시소자에서 동화상 구현은 매우 중요한 부분이기 때문에 기존의 쌍안정 콜레스테릭 액정표시소자를 빠르게 구동할 수 있는 발명이 필요하다.
고속 응답을 통한 동화상 구현이 가능하며 동시에 쌍안정 특성으로 전력소모를 최소화할 수 있는 기술이 필요한 실정이다.
한국공개특허번호 10-2014-0037466호 한국공개특허번호 10-2011-0009557호
본 발명은 이와 같은 종래 기술의 쌍안정 콜레스테릭 액정표시소자의 문제를 해결하기 위한 것으로, 콜레스테릭 액정표시소자에 3전극 구조를 적용하여 쌍안정 특성을 유지하며, 안정된 두 상간의 고속응답을 통하여 동화상 구현이 가능하도록 한 쌍안정 고속 콜레스테릭 액정표시소자를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 3전극 구조를 이용해 수직 전계와 수평 전계를 선택적으로 인가할 수 있으며, 저전력구동이 가능한 쌍안정 콜레스테릭 액정 표시소자의 고속 스위칭을 통해 동화상 구현이 가능한 쌍안정 고속 콜레스테릭 액정표시소자를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 turn-on 시에는 상판과 하판의 통전극을 사용하여 안정한 상태인 플라나(planar) 상에서 또 다른 안정한 상태인 포칼코닉(focal-conic) 상으로 스위칭하며, turn-off 시에는 하판의 패턴전극과 통전극을 사용하여 포칼코닉(focal-conic) 상에서 플라나(planar) 상으로 고속 스위칭하는 쌍안정 고속 콜레스테릭 액정표시소자를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 쌍안정 고속 콜레스테릭 액정표시소자는 수직 전계와 수평 전계를 인가할 수 있도록 서로 대향되는 상판 통전극 및 하판 통전극;상기 하판 통전극의 절연막상에 형성되는 패턴 전극;액정을 수평 혹은 수직 배열시킬 수 있는 배향막층;서로 대향되는 상판 통전극 및 하판 통전극 사이에 위치하여 입사된 빛을 투과하거나, 반사시키는 콜레스테릭 액정층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 턴온시에는 상판 통전극과 하판 통전극을 사용하여 안정한 상태인 플라나(planar) 상에서 또 다른 안정한 상태인 포칼코닉(focal-conic) 상으로 스위칭하고, 턴오프시에는 패턴전극과 하판 통전극을 사용하여 포칼코닉(focal-conic) 상에서 플라나(planar) 상으로 스위칭하는 것을 특징으로 한다.
그리고 콜레스테릭 액정의 플라나 상에서 포칼코닉 상으로 스위칭 시에 수직 전계를 이용하는 것을 특징으로 한다.
그리고 콜레스테릭 액정의 포칼코닉 상에서 플라나 상으로 스위칭 시에 수평 전계를 이용하는 것을 특징으로 한다.
그리고 콜레스테릭 액정층은, 나선축이 셀 표면과 수직한 방향인 플라나 상에서 낮은 전압을 인가하면 나선축이 셀 내부에서 임의의 방향으로 배열되면서 멀티 도메인 구조를 가지며 광을 산란시키는 포칼코닉 상이 되고, 전계를 제거해도 포칼코닉 상을 유지하고, 더 높은 전계를 인가하면 액정 분자들의 나선 구조가 풀리면서 셀 표면과 수직하게 배열되는 호메오트로픽 상이 되고, 전계를 제거하면 초기 플라나 상으로 되돌아가는 것을 특징으로 한다.
그리고 콜레스테릭 액정층은 양의 유전율 이방성 값을 갖는 것을 특징으로 한다.
그리고 콜레스테릭 액정층은 음의 유전율 이방성 값을 갖는 것을 특징으로 한다.
그리고 콜레스테릭 액정층은 폴리머 입자 또는 나노 입자가 첨가된 것을 특징으로 한다.
그리고 광학 보상을 위해 액정층 외부에 광학 필름이 더 구성되는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 쌍안정 고속 콜레스테릭 액정표시소자는 다음과 같은 효과를 갖는다.
첫째, 콜레스테릭 액정표시소자에 3전극 구조를 적용하여 쌍안정 특성을 유지하며, 안정된 두 상간의 고속응답을 통하여 동화상 구현이 가능하다.
둘째, 3전극 구조를 이용해 수직 전계와 수평 전계를 선택적으로 인가할 수 있으며, 저전력구동이 가능하다.
셋째, turn-on 시에는 상판과 하판의 통전극을 사용하여 안정한 상태인 플라나(planar) 상에서 또 다른 안정한 상태인 포칼코닉(focal-conic) 상으로 스위칭하며, turn-off 시에는 하판의 패턴전극과 통전극을 사용하여 포칼코닉(focal-conic) 상에서 플라나(planar) 상으로 고속 스위칭하여 안정적인 구동이 가능하다.
도 1은 2전극 구조를 사용한 콜레스테릭 액정표시소자의 기본 구성도
도 2는 2전극 구조를 사용한 콜레스테릭 액정표시소자의 동작 원리를 나타낸 구성도
도 3은 2전극 구조를 사용한 콜레스테릭 액정표시소자의 액정 응답 특성을 나타낸 그래프
도 4는 본 발명에 따른 3전극 구조의 쌍안정 고속 콜레스테릭 액정표시소자의 구성도
도 5는 본 발명에 따른 쌍안정 고속 콜레스테릭 액정표시소자의 동작 원리를 나타낸 구성도
도 6은 본 발명에 따른 쌍안정 고속 콜레스테릭 액정표시소자의 전압에 따른 반사율 특성을 나타낸 그래프
도 7은 본 발명에 따른 쌍안정 고속 콜레스테릭 액정표시소자의 액정 응답특성을 나타낸 그래프
이하, 본 발명에 따른 쌍안정 고속 콜레스테릭 액정표시소자의 바람직한 실시 예에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 쌍안정 고속 콜레스테릭 액정표시소자의 특징 및 이점들은 이하에서의 각 실시 예에 대한 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 3전극 구조의 쌍안정 고속 콜레스테릭 액정표시소자의 구성도이고, 도 5는 본 발명에 따른 쌍안정 고속 콜레스테릭 액정표시소자의 동작 원리를 나타낸 구성도이다.
본 발명은 콜레스테릭 액정을 이용한 디스플레이에 3전극 구조를 적용하여 고속응답 쌍안정 콜레스테릭 액정 셀을 구동하는 기술에 관한 것이다.
이를 위하여, turn-on 시에는 상판과 하판의 통전극을 사용하여 안정한 상태인 플라나(planar) 상에서 또 다른 안정한 상태인 포칼코닉(focal-conic) 상으로 스위칭하며, turn-off 시에는 하판의 패턴전극과 통전극을 사용하여 포칼코닉(focal-conic) 상에서 플라나(planar) 상으로 고속 스위칭하는 방법에 대한 것이다.
본 발명에 따른 3전극 구조의 쌍안정 고속 콜레스테릭 액정표시소자는 수평 또는 수직 배향막과, 수직 전계를 형성할 수 있는 전극 구조와, 수평 전계를 형성할 수 있는 패턴 된 전극 구조와, 양 또는 음의 유전율 이방성을 가지는 콜레스테릭 액정을 사용하며 폴리머 또는 나노 입자를 포함한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 콜레스테릭 액정표시소자의 기본구조를 나타낸 것이다.
상판과 하판의 전극은 수직 전계와 수평 전계를 인가할 수 있는 구조로 형성되며, 이 사이에 콜레스테릭 액정을 주입하여 구동하는 형태를 가진다.
본 발명에 의한 콜레스테릭 액정표시소자의 구조는 도 4에 도시된 바와 같이, 각각 상판 통전극(20)이 증착된 상판기판(10)과, 하판 통전극(40)이 증착된 하판기판(50)과, 상판기판(10)과 하판기판(50)사이에 액정층(30)이 위치하는 구조이다.
이때, 하판기판(50)에는 패턴전극(60)을 추가로 증착하며, 하판 통전극(40)과 패턴전극(60) 사이에는 절연층(70)이 위치한다.
액정층(30)은 양의 유전율 이방성 값을 가지는 액정 또는 음의 유전율 이방성 값을 가지는 액정이 사용될 수 있다.
그리고 액정층(30)에는 폴리머 입자가 첨가되거나, 나노 입자가 첨가될 수 있다.
그리고 광학 보상을 위해 액정층(30) 외부에 광학 필름을 추가하는 것도 가능하다.
이와 같은 본 발명에 따른 쌍안정 고속 콜레스테릭 액정표시소자는 콜레스테릭 액정의 플라나 상에서 포칼코닉 상으로 스위칭 시에는 수직 전계를 이용하고, 콜레스테릭 액정의 포칼코닉 상에서 플라나 상으로 스위칭 시에는 수평 전계를 이용하는 것이 바람직하다.
이와 같이 콜레스테릭 액정을 이용한 디스플레이에 3전극 구조를 적용하여 고속응답 쌍안정 콜레스테릭 액정 셀을 구동하는 것이다.
고속응답 쌍안정 콜레스테릭 액정 셀 구동을 위하여, turn-on 시에는 상판기판(10)과 하판기판(50)의 상판 통전극(20)과 하판 통전극(40)을 사용하여 안정한 상태인 플라나(planar) 상에서 또 다른 안정한 상태인 포칼코닉(focal-conic) 상으로 스위칭하며, turn-off 시에는 하판기판(50)의 패턴전극(60)과 하판 통전극(40)을 사용하여 포칼코닉(focal-conic) 상에서 플라나(planar) 상으로 고속 스위칭한다.
도 5는 도 4의 3전극 콜레스테릭 액정표시소자의 구동 방법을 나타낸다.
상판 통전극(20)과 하판 통전극(40) 사이에 수직 전계를 인가하여 플라나 상을 포칼코닉 상으로 스위칭하며, 포칼코닉 상에서 플라나 상으로 스위칭할 때는 하판 통전극(40)과 하판기판(50) 패턴전극(60) 사이에 수평 전계를 인가하여 in-plane-field-induced 상으로 스위칭한 다음, relaxation을 통해 플라나 상으로 스위칭 한다.
도 6은 도 4의 3전극 콜레스테릭 액정표시소자의 전압에 따른 반사율 특성을 나타낸 것이다.
초기 콜레스테릭 액정상을 전압을 인가하여 플라나 상으로 스위칭시킨 다음 인가 전압을 제거하였을 때의 반사율을 측정한 것이다.
나선축이 셀 표면과 수직한 방향인 플라나 상에서 낮은 전압을 인가하면 나선축이 셀 내부에서 임의의 방향으로 배열되면서 멀티 도메인 구조를 가지며 광을 산란시키는 포칼코닉 상이 되고, 이때 전계를 제거해도 포칼코닉 상을 유지한다.
더 높은 전계를 인가하면 액정 분자들의 나선 구조가 풀리면서 셀 표면과 수직하게 배열되는 호메오트로픽 상이 되고, 전계를 제거하면 초기 플라나 상으로 되돌아가게 된다.
도 7은 도 4의 3전극 콜레스테릭 액정표시소자의 플라나 상과 포칼코닉 상 사이를 스위칭할 때의 액정 응답특성을 나타내며, 반사율 감소 및 증가 시 수 ms 의 빠른 응답특성을 보인다.
이는 안정된 두 상 사이의 고속 스위칭을 통해 동화상 구현이 가능한 저전력 액정표시소자에 적용이 가능함을 보여주고 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 쌍안정 고속 콜레스테릭 액정표시소자는 콜레스테릭 액정표시소자에 3전극 구조를 적용하여 쌍안정 특성을 유지하며, 안정된 두 상간의 고속응답을 통하여 동화상 구현이 가능하도록 한 것이다.
또한, 3전극 구조를 이용해 수직 전계와 수평 전계를 선택적으로 인가할 수 있으며, 저전력구동이 가능한 쌍안정 콜레스테릭 액정 표시소자의 고속 스위칭을 통해 동화상 구현이 가능도록 한 것이다.
이상에서의 설명에서와 같이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명이 구현되어 있음을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 명시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구 범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
10. 상판기판 20. 상판 통전극
30. 액정층 40. 하판 통전극
50. 하판기판 60. 패턴전극
70. 절연층

Claims (9)

  1. 수직 전계와 수평 전계를 인가할 수 있도록 서로 대향되는 상판 통전극 및 하판 통전극;
    상기 하판 통전극의 절연막상에 형성되는 패턴 전극;
    액정을 수평 혹은 수직 배열시킬 수 있는 배향막층;
    서로 대향되는 상판 통전극 및 하판 통전극 사이에 위치하여 입사된 빛을 투과하거나, 반사시키는 콜레스테릭 액정층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 쌍안정 고속 콜레스테릭 액정표시소자.
  2. 제 1 항에 있어서, 턴온시에는 상판 통전극과 하판 통전극을 사용하여 안정한 상태인 플라나(planar) 상에서 또 다른 안정한 상태인 포칼코닉(focal-conic) 상으로 스위칭하고,
    턴오프시에는 패턴전극과 하판 통전극을 사용하여 포칼코닉(focal-conic) 상에서 플라나(planar) 상으로 스위칭하는 것을 특징으로 하는 쌍안정 고속 콜레스테릭 액정표시소자.
  3. 제 2 항에 있어서, 콜레스테릭 액정의 플라나 상에서 포칼코닉 상으로 스위칭 시에 수직 전계를 이용하는 것을 특징으로 하는 쌍안정 고속 콜레스테릭 액정표시소자.
  4. 제 2 항에 있어서, 콜레스테릭 액정의 포칼코닉 상에서 플라나 상으로 스위칭 시에 수평 전계를 이용하는 것을 특징으로 하는 쌍안정 고속 콜레스테릭 액정표시소자.
  5. 제 1 항에 있어서, 콜레스테릭 액정층은,
    나선축이 셀 표면과 수직한 방향인 플라나 상에서 낮은 전압을 인가하면 나선축이 셀 내부에서 임의의 방향으로 배열되면서 멀티 도메인 구조를 가지며 광을 산란시키는 포칼코닉 상이 되고, 전계를 제거해도 포칼코닉 상을 유지하고,
    더 높은 전계를 인가하면 액정 분자들의 나선 구조가 풀리면서 셀 표면과 수직하게 배열되는 호메오트로픽 상이 되고, 전계를 제거하면 초기 플라나 상으로 되돌아가는 것을 특징으로 하는 쌍안정 고속 콜레스테릭 액정표시소자.
  6. 제 1 항에 있어서, 콜레스테릭 액정층은 양의 유전율 이방성 값을 갖는 것을 특징으로 하는 쌍안정 고속 콜레스테릭 액정표시소자.
  7. 제 1 항에 있어서, 콜레스테릭 액정층은 음의 유전율 이방성 값을 갖는 것을 특징으로 하는 쌍안정 고속 콜레스테릭 액정표시소자.
  8. 제 1 항에 있어서, 콜레스테릭 액정층은 폴리머 입자 또는 나노 입자가 첨가된 것을 특징으로 하는 쌍안정 고속 콜레스테릭 액정표시소자.
  9. 제 1 항에 있어서, 광학 보상을 위해 액정층 외부에 광학 필름이 더 구성되는 것을 특징으로 하는 쌍안정 고속 콜레스테릭 액정표시소자.
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