KR20170097028A - 반사율이 증가된 콜레스테릭 액정 셀 - Google Patents

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로랑 듀퐁
수먼 만나
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넥스터 시스템즈
앵스띠뛰 미네 뗄레콩 - 이엠떼 아틀란티끄 - 브르타뉴 - 뻬이 드 라 루와르
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Abstract

전극(3a, 3b)에 의해 덮이고 서로 마주하는 적어도 2개의 기판(2a, 2b)을 포함하되, 상기 기판들은 상기 기판들 사이에서 상기 기판을 분리하고 콜레스테릭 액정형 재료로 채워지는 체적부를 제한하며, 두 전극들은 전압원(5)에 연결되도록 된다. 상기 셀은 두 기판들(2a, 2b) 사이에 배치된 적어도 하나의 1/2 파장판(6)을 포함하며, 상기 체적부(4)를 각각이 동일한 콜레스테릭 액정의 부분(8a, 8b)을 둘러싸는 2개의 구획(4a, 4b)으로 분할하는 것을 특징으로 한다.

Description

반사율이 증가된 콜레스테릭 액정 셀{CHOLESTERIC LIQUID CRYSTAL CELL WITH INCREASED REFLECTIVITY}
본 발명의 기술 분야는 콜레스테릭 액정을 구현하는 반사 셀에 관한 것이다.
이러한 셀은 예를 들어 특허 WO2012/051127에 공지되어 있다. 콜레스테릭 액정은 액정과 관련된 키랄 도판트 재료의 유형에 의해 결정되는 가시 스펙트럼의 일부에 입사하는 광을 반사시키는 특이성을 갖는다. 스펙트럼의 다른 부분은 투과된다.
이들 액정이 특정 레벨의 전계를 받으면, 이들의 상태가 바뀌어 완전히 투명해진다.
투명성으로 인하여, 콜레스테릭 액정 셀은 적어도 2개의 기본색의 조합인 색을 반사할 수 있는 다색 셀을 구성하도록 서로 겹치게 할 수 있다.
이러한 구조는 특허 WO98/43129에 기술되어 있으며, 이는 적외선 영역에서의 동작을 또한 고려한다.
따라서, 각각이 원색(적색, 녹색 또는 청색)에 대응하는 3개의 콜레스테릭 셀들의 스택을 각각 포함하는 기본 픽셀들의 어셈블리를 포함하는 콜레스테릭 컬러 스크린을 만드는 것이 공지되어 있다. 각 기본 픽셀의 각 셀은 상기 셀의 반사 또는 투명도를 제어하기 위해 전자적으로 그리고 개별적으로 제어 가능하다. 픽셀은 픽셀의 셀에 의해 필터링되지 않은 빛의 반사를 막을 수 있는 흡수 검정색 배경에 부착된다.
통상적으로, 각 픽셀의 셀들의 제어 또는 어드레싱은 능동 매트릭스, 수동 매트릭스 또는 영숫자 직접 어드레싱을 통해 수행된다.
콜레스테릭 액정 셀의 단점 중 하나는, 종래의 액정에 대해, 50%의 환경 광만이 반사된다는 것이다.
이것은 균일한 재료를 구현하고 주어진(오른쪽 또는 왼쪽) 나선도(helicity)를 갖는 콜레스테릭 액정에 대한 사례이다. 실제로, 이러한 성질은 나선도와 동일한 방향으로 편광된 광만을 반사하는 재료의 나선도에 기인하며, 이로 인해 반사되는 비율을 수신된 자연광의 50%로 제한한다.
몇 가지 유형의 나선도와 관련된 재료가 있지만, 이들 재료는 구현하기가 더 복잡하고 더 비싸다.
또한, 미국 특허 제2011/019111호, 콜레스테릭 액정 디스플레이, 에 의해 공지되어 있으며, 이 디스플레이는 고려된 셀의 그레이 레벨을 제어할 수 있게 한다. 이 디스플레이는 액정의 유전 상수와는 다른(낮거나 더 큰) 유전 상수를 갖는 중간 층을 갖는다. 중간층은 주어진 전압에 대해 전기장이 보다 강한 액정 내의 영역을 생성할 수 있게 한다. 이러한 배열은 상이한 그레이 레벨들 사이에서 셀의 반사율을 조절할 수 있게 한다. 그러나, 그것은 셀의 반사율을 증가시키는 것을 허용하지 않는다.
본 발명은 수신된 광의 거의 100%를 반사시킬 수 있는 콜레스테릭 액정 셀을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이 셀은 구조가 간단하고 비용이 절감된다.
본 발명은 수신된 광의 100%를 반사하고 감소된 체적부를 갖는 그러한 셀을 제공하기 위한 것이다.
따라서, 본 발명은 각각이 전극에 의해 덮이고 서로 마주하는 적어도 2개의 기판을 포함하되, 상기 기판은 그들 사이에서 그들을 분리하고 콜레스테릭 액정형 재료로 채워진 체적부를 제한하며, 전극 모두는 전압원에 연결되도록 되어 있는 반사 셀에 관한 것으로, 상기 셀은 두 기판 사이에 배치된 적어도 하나의 1/2 파장판을 포함하며, 상기 체적부를 각각이 동일한 콜레스테릭 액정의 일부를 둘러싸는 2개의 구획으로 분할하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따르면, 1/2 파장판은 중합체 재료로 제조된 필름으로 구성될 수 있다.
특히, 1/2 파장판은 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로 제조될 수 있다.
특정 실시예에 따르면, 1/2 파장판은 광학적으로 투명한 전도성 재료의 퇴적물에 의해 각각의 면 상에 덮일 수 있으며, 상기 퇴적물은 전압원에 연결되도록 되어, 전기장이 각 기판과 1/2 파장판 사이에 설정될 수 있다.
전도성 재료의 퇴적물은 ITO 또는 PEDOT-PSS의 퇴적물에 의해 구성될 수 있다.
본 발명은 상이한 실시예에 대한 다음의 설명을 읽을 때 더 잘 이해될 것이며, 첨부된 도면을 참조하여 설명될 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 콜레스테릭 셀을 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 콜레스테릭 셀을 개략적으로 도시한다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 콜레스테릭 셀을 개략적으로 도시한다.
도 1은 종래 기술에 따른 콜레스테릭 셀(1)을 도시한다. 이 셀은 면 중 하나가 전극(3a 또는 3b)에 의해 각각 덮이는 2개의 기판(2a 및 2b)을 갖는다.
기판은 유리판일 수 있고, 각 전극은 고려된 유리판에 적용된 투명 전도성 퇴적물에 의해 구성될 수 있다.
투명한 전도성 퇴적물(3a, 3b)은 예를 들면 인듐 산화물(In2O3) 및 주석 산화물(SnO2)을 연관시키는 퇴적물에 의해 구성될 수 있을 것이다. 이러한 재료는 보통 약어 ITO(Indium Tin Oxide)로 지정된다.
기판(2a, 2b)은 양 기판(2a, 2b) 사이에 개재된 콜레스테릭 액정(8)이 배열된 체적부(4)를 한정한다.
양 전극(3a, 3b)은 전극(3a, 3b) 사이에 전압 U를 인가하는 발전기와 같은 전압원(5)에 연결되어, 양 기판(2a, 2b) 사이에, 따라서 두 표면 사이에 전기장 E를 생성하고, 액정(8)을 제한한다.
통상적으로, 콜레스테릭 액정(8)은 인가된 전계가 없는 상태(결정의 평면 상태라 칭함)에서 주기 P를 갖는 나선형 거시 구조를 포함하는 재료이다. 이 재료는 나선의 피치 P를 조절할 수 있는 키랄 도판트와 관련된 네마틱 상을 갖는다. 액정(8)에 의해 반사되는 파장은 피치(P)에 따라, 따라서 사용되는 키랄 도판트에 의존한다.
콜레스테릭 액정은 유휴 상태에서 피치 P와 관련된 파장을 갖는 광을 반사하는 평면 상태가 된다(λ = n.P, 수식에서 λ은 반사된 파장, n은 재료의 평균 인덱스, P는 나선의 피치).
전기장 E의 값이 증가하는 경우, 액정은 평면 상태에서 나선형 구조가 부분적으로 스위칭되는 포컬 코닉 상태(focal conic state)(반사율을 더욱 감소시킴)로 다음으로 액정이 전기장 E와 정렬되고 재료가 투명하게 되는 수직배향형(homeotropic) 상태로 천이한다.
평면 상태 및 포컬 코닉 상태는 재료가 전계가 없는 상태로 유지되는 안정된 상태이다. 수직배향형 상태(투명성)는 전기장의 존재를 필요로 하는 불안정한 상태이다.
전기장이 꺼지면, 재료는 수직배향형 상태에서 평면 상태(최대 반사 계수)로 천이한다.
ETH가 포컬 코닉 상태에서 수직배향형 상태로 천이할 수 있도록 임계 필드의 값을 나타낼 것이다.
많은 문서는 콜레스테릭 액정의 구조와 구성을 기술하고 있으므로, 여기서 더 자세한 내용을 제공할 필요는 없다.
예를 들어, 몇몇 콜레스테릭 액정 및 상이한 가시 파장에 대한 관련 키랄 도판트를 기술하는 특허 WO2012051127을 참고할 수 있다.
콜레스테릭 재료(8)의 오른쪽 또는 왼족 방향의 나선도는 액정 나선도와 같은 방향(오른쪽 또는 왼쪽 방향)으로 편광된 수신된 광의 부분의 반사(평면 상태에서)를 초래한다. 이 편광은 분명히 액정과 관련된 반사율 파장에 대해 발생한다.
따라서, 종래의 콜레스테릭 액정으로, 반사율은 50%를 초과할 수 없으므로, 반사된 이미지의 시인성을 손상시킨다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예를 도시한다.
이 실시예에 따르면, 2 장의 기판(2a, 2b) 사이에 1/2 파장판(6)이 배치되고, 이들 기판에 의해 제한된 체적부(4)를 각각이 동일한 콜레스테릭 액정 재료의 부분(8a, 8b)을 둘러싸는 2개의 구획(4a, 4b)으로 분할한다(따라서 각 부분(8a, 8b)에 대해 동일한 나선도를 갖는다).
1/2 파장판(6)은 예를 들면, 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)(PET)과 같은 고분자 재료로 이루어지는 필름으로 구성된다. 이 판(6)은 약 10 미크론의 두께를 갖는다.
1/2 파장판(6)의 존재는 우향 원형 편광을 좌향 원형 편광으로 및 그 반대로 변환시킨다.
따라서, 우향 나선도 콜레스테릭 액정으로, 입사 방사선(I)의 우향 편광부(ID)는 액정의 부분(8a)에 의해 반사될 것이다.
이 방사선의 좌향 편광부(IG)가 반사되지 않고 반대로 부분(8a)을 통과할 것이다. 이는 1/2 파장판(6)을 통과하고 그 판(6)의 출력단에서 우향 편광될 것이다.
그러므로, 방사선의 이 부분은 액정의 부분(8b)에 의해 반사될 수 있다. 그것은 반사 후에 다시 좌향 편광될 1/2 파장 판(6)을 통과할 것이고, 이에 의해 액정의 부분(8a)을 통과하도록 한다.
따라서, 셀(1)은 또한 입사 방사선 I의 좌향 편광부(IG)를 반사할 것이다.
본 발명에 따른 셀(1)은 그러므로 수신된 방사선의 100%를 반사한다.
그러나, 1/2 파장판(6)의 존재는 전극(3a 및 3b) 모두가 1/2 파장판(6)의 두께 e 만큼 분리되도록 한다. 상 변화 전계(ETH)를 얻기 위하여 필요한 전압은 그러므로 더 높다.
필요한 전압 증가는 1/2 파장판(6)의 두께(e) 대 액정의 전체 두께(2ε)의 비에 비례한다.
두께(2ε=40㎛)를 갖는 콜레스테릭 액정을 갖는 종래 기술에 따른 셀을 고려하고, 또한 본 발명에 따른 각각이 두께 ε=20 ㎛를 가지며 두께 e=10㎛를 갖는 1/2 파장판에 의해 분리되는 2개의 액정부를 갖는 셀을 고려하면, 전극(3a, 3b)을 분리하는 거리는 40㎛ 대신에 e+2ε=50㎛와 같으며, 이는 전기 전압 레벨의 필요 증가가 25% 가 되도록 한다.
이는 적당한 크기의 디스플레이에서 허용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예를 도시하며, 이는 요구되는 전압을 크게 감소시키고 따라서 셀의 어드레싱의 구현을 단순화 한다.
이 실시예는 1/2 파장판(6)(여전히 고분자 재료로 제조된 필름의 형태로 제조됨)이 전도성 및 광학적으로 투명한 물질의 퇴적물(7a 및 7b)에 의해 각각의 면 상에 덮여 있다는 점에서 이전 실시예와 상이하다.
투명 도전성 재료는 ITO(인듐 산화물/주석 산화물) 또는 PEDOT-PSS일 수 있다. PEDOT-PSS는 두 중합체, 폴리(3,4- 에틸렌디옥시티오펜)(또는 PEDOT)과 폴리스티렌 술폰산 나트륨(또는 PSS)의 혼합물을 지칭한다.
두 전도성 퇴적물(7a 및 7b)은 모두 전압원(5)의 입력단(57)에 접속된다.
또한, 전극(3a 및 3b)은 모두 전압원(5)의 다른 입력단(53)에 접속된다.
따라서, 전압원(5)은 도전성 퇴적물(7a)과 전극(3a) 사이에 전위차(Ua)와 도전 퇴적물(7b)과 전극(3b) 사이에 전위차(Ub)를 인가한다.
두 전극(3a, 3b)이 서로 접속되고 도전성 퇴적물(7a, 7b)도 서로 접속되기 때문에 전위차(Ua, Ub)는 동일하다.
콜레스테릭 액정부(8a 및 8b)의 두께(ε)는 또한 동일하고, 전압원(5)은 각 기판(2a, 2b)과 1/2 파장판(6) 사이에, 따라서 각 콜레스테릭 액정부(8a 및 8b)에 동일한 전계(Ea 및 Eb)를 인가하도록 한다.
그러므로, 이 실시예를 이용하여, 상변화 전계(ETH)를 얻기에 필요한 전압은 Va = Vb = ε × ETH (ε는 부분(8a 또는 8b)의 두께 또는 전극(3a)(각각 3b)과 퇴적물(7a)(각각 7b)) 사이의 거리이다).
두께(ε)는 재료(8)의 초기 두께(2ε)의 절반이고(도 1), 필요한 전압은 따라서 종래 기술에 따라 필요한 것의 절반이다.
또한, 앞의 실시예에서와 같이 반사율은 100%이다.
따라서, 이러한 최종 실시예는 큰 치수를 가지거나 거의 에너지를 소비하지 않도록 요구되는 반사 장치에 특히 잘 적용된다.

Claims (5)

  1. 각각이 전극(3a, 3b)에 의해 덮이고 서로 마주하는 적어도 2개의 기판(2a, 2b)을 포함하되, 상기 기판들은 상기 기판들 사이에서 상기 기판들을 분리하고 콜레스테릭 액정형 재료로 채워진 체적부(4)를 제한하며, 두 전극들은 전압원(5)에 연결되도록 되어 있는 반사 셀(1)로서,
    상기 셀은 두 기판들(2a, 2b) 사이에 배치된 적어도 하나의 1/2 파장판(6)을 포함하며, 상기 체적부(4)를 각각이 동일한 콜레스테릭 액정의 부분(8a, 8b)을 둘러싸는 2개의 구획(4a, 4b)으로 분할하는 것을 특징으로 하는 반사 셀.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 1/2 파장판(6)은 중합체 재료로 제조된 필름으로 구성되는 것을 특징으로 하는 반사 셀.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 1/2 파장판(6)은 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로 제조되는 것을 특징으로 하는 반사 셀.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 1/2 파장판(6)은 광학적으로 투명한 전도성 재료의 퇴적물(7a, 7b)에 의해 각각의 면이 덮이며, 상기 퇴적물은 상기 전압원(5)에 연결되도록 되어, 전기장이 각 기판(2a, 2b)과 상기 1/2 파장판(6) 사이에 설정될 수 있는 것을 특징으로 하는 반사 셀.
  5. 청구항 4에 있어서, 전도성 재료의 퇴적물(7a, 7b)은 ITO 또는 PEDOT-PSS의 퇴적물에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 반사 셀.
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