KR20230049320A - Liquid crystal display device - Google Patents

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KR20230049320A
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김민수
이승희
박형수
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전북대학교산학협력단
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Abstract

The present invention provides a liquid crystal display device, which includes: an upper substrate; a lower substrate; and a liquid crystal layer which is formed between the upper substrate and the lower substrate, and in which cholesteric liquid crystal is distributed. When pressure is applied to the liquid crystal layer, a phase of the cholesteric liquid crystal transitions from a focal conic state to a planar phase to display information, and when light is irradiated to the phase-changed liquid crystal layer, the phase of the cholesteric liquid crystal transitions from the planar phase to the focal conic phase, so that the displayed information is locally erased.

Description

액정 표시장치{Liquid crystal display device}Liquid crystal display device {Liquid crystal display device}

본 발명은 액정 표시장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 콜레스테릭 액정의 광이성질화를 이용하여 표시된 정보의 국부적인 소거가 가능한 액정 표시장치에 관한 것이다.The present invention relates to a liquid crystal display device, and more particularly, to a liquid crystal display device capable of locally erasing displayed information using photoisomerization of cholesteric liquid crystals.

종래의 액정 표시장치에 사용되는 액정으로는 트위스티드 네마틱 액정(twisted nematic liquid crystal), 스메틱 액정(semetic liquid crystal), 콜레스테릭 액정(cholesteric liquid crystal) 등이 있다.Liquid crystals used in conventional liquid crystal displays include twisted nematic liquid crystals, semetic liquid crystals, cholesteric liquid crystals, and the like.

이중 콜레스테릭 액정은 반사형 표시장치에 이용되어 왔다. 보다 구체적으로 콜레스테릭 액정은 두 개의 안정한 상태인 플래너 상(planar state)과 포컬 코닉 상(focal conic state) 그리고 이외의 호메오트로픽 상(homeotropic state)으로 이루어지는 세 가지 상(state)으로 변화할 수 있다.Double cholesteric liquid crystals have been used in reflective display devices. More specifically, the cholesteric liquid crystal can change into three states consisting of two stable states, a planar state and a focal conic state, and a homeotropic state. can

또한 콜레스테릭 액정은 외부 광에 대해 파장별로 선택적으로 반사할 수 있으며 특히 콜레스테릭 액정의 상 변화(state transition) 중 외부 광을 산란하는 포컬 코닉 상과 외부 광을 반사하는 플래너 상을 반사형 표시장치에 이용해 왔다.In addition, cholesteric liquid crystals can selectively reflect external light by wavelength, and in particular, during the phase transition of cholesteric liquid crystals, a focal conic phase that scatters external light and a planar image that reflects external light are reflective. have been used for display.

특히 종래의 콜레스테릭 액정에 있어서 플래너 상에서 포컬 코닉 상으로 변할 때 또는 포컬 코닉 상에서 플래너 상으로 상(state) 변화가 일어날 때에는 콜레스테릭 액정에 전압을 인가하거나 또는 인가된 전압을 조절하여 호메오트로픽 상을 거친 후 다른 상으로 변해 왔다.In particular, when a phase change occurs from a planar phase to a focal conic phase or from a focal conic phase to a planar phase in a conventional cholesteric liquid crystal, a voltage is applied to the cholesteric liquid crystal or the applied voltage is adjusted to make a homeotropic phase change. After going through the tropic phase, it has changed to other phases.

현재 콜레스테릭 액정이 적용되어 상용화된 액정 표시장치는 국부적으로 압력을 주어 정보를 표시한 후 전기장을 인가하여 표시된 정보를 소거하고 있으나, 이때 전극이 전 영역을 커버한 채로 전기장을 인가하므로 표시된 모든 정보가 동시에 지워지는 단점이 있다.Currently, commercially available liquid crystal displays with cholesteric liquid crystal display information by applying pressure locally and then apply an electric field to erase the displayed information. There is a disadvantage that the information is erased at the same time.

이를 해결하기 위해 전극을 패터닝하고 박막트랜지스터(thin film transistor)를 이용하여 특정 영역만을 제어하는 방식이 사용되고 있으나, 이는 제조공정이 복잡하고 제조가격이 높아 효율적이지 못한 문제점이 있다.In order to solve this problem, a method of patterning an electrode and controlling only a specific area using a thin film transistor has been used, but this has problems in that the manufacturing process is complicated and the manufacturing cost is high, which is not efficient.

1. 반사형 액정표시장치 및 그 제어방법 (특허출원번호 제10-2011-0103726호)1. Reflective liquid crystal display and its control method (Patent Application No. 10-2011-0103726)

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 전기장의 인가 없이도 빛 조사에 의한 콜레스테릭 액정의 광이성질화를 이용하여 표시된 정보의 국부적인 소거가 가능한 액정 표시장치를 제공하기 위한 것이다.The present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, and an object of the present invention is a liquid crystal display capable of locally erasing displayed information by using photoisomerization of cholesteric liquid crystal by light irradiation without applying an electric field. to provide a device.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 이하의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem to be solved by the present invention is not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시장치는 상부 기판, 하부 기판 및 상기 상부 기판과 하부 기판 사이에 형성되고 콜레스테릭 액정이 분포된 액정층을 포함하며, 상기 액정층에 압력이 가해지는 경우, 상기 콜레스테릭 액정의 상이 포컬 코닉 상(focal conic state)에서 플래너 상(planar)으로 전이하여 정보가 표시되고, 상기 상 변화된 액정층의 일 영역에 빛이 조사되는 경우, 상기 콜레스테릭 액정의 상이 플래너 상에서 포컬 코닉 상으로 전이하여 상기 표시된 정보가 국부적으로 소거된다.A liquid crystal display according to an embodiment of the present invention for achieving the above object includes an upper substrate, a lower substrate, and a liquid crystal layer formed between the upper substrate and the lower substrate and in which cholesteric liquid crystal is distributed, wherein the liquid crystal layer When pressure is applied to the cholesteric liquid crystal, the phase of the cholesteric liquid crystal transitions from a focal conic state to a planar phase, information is displayed, and light is irradiated to one region of the phase-changed liquid crystal layer , the phase of the cholesteric liquid crystal transitions to the focal conic phase on the planar and the displayed information is locally erased.

본 발명의 일 실시예로 상기 상부 기판은 플라스틱 기판일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the upper substrate may be a plastic substrate.

본 발명의 일 실시예로 상기 콜레스테릭 액정은 아조벤젠기를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the cholesteric liquid crystal may include an azobenzene group.

본 발명의 일 실시예로 상기 아조벤젠기는 상기 콜레스테릭 액정을 구성하는 네마틱 액정 및 카이랄 도펀트 중 어느 하나 이상에 포함될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the azobenzene group may be included in at least one of a nematic liquid crystal and a chiral dopant constituting the cholesteric liquid crystal.

본 발명의 일 실시예로 상기 아조벤젠기는 콜레스테릭 액정 이외에 상기 액정층에 첨가되는 광개시제, 안료 및 고분자 물질 중 어느 하나 이상에 포함될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the azobenzene group may be included in at least one of a photoinitiator, a pigment, and a polymer material added to the liquid crystal layer in addition to the cholesteric liquid crystal.

본 발명의 일 실시예로 상기 액정층의 상부 및 하부에 형성되며, 아조벤젠기를 포함하는 광배향 물질을 포함하는 배향층을 더 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, an alignment layer formed on and below the liquid crystal layer and including an optical alignment material containing an azobenzene group may be further included.

본 발명의 일 실시예로 상기 상 변화된 액정층에 빛이 조사되는 경우, 상기 아조벤젠기의 분자 구조가 Trans 에서 Cis 형태로 변화할 수 있다.In one embodiment of the present invention, when light is irradiated on the phase-changed liquid crystal layer, the molecular structure of the azobenzene group may change from Trans to Cis.

본 발명의 일 실시예로 상기 조사되는 빛의 파장은 자외선 영역 일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the wavelength of the irradiated light may be in the ultraviolet region.

본 발명의 일 실시예로 상기 빛은 외부 발광체를 통해 조사될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the light may be irradiated through an external light emitting body.

본 발명은 전기장의 인가 없이도 빛 조사에 의한 콜레스테릭 액정의 상 변화를 이용하여 표시된 정보의 국부적인 소거가 가능한 효과가 있다.The present invention has an effect of enabling local erasure of displayed information by using a phase change of cholesteric liquid crystal by light irradiation without application of an electric field.

이에 따라 전기장의 인가 없이도 정보를 표시하고 국부적으로 소거할 수 있기 때문에 소비전력을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.Accordingly, since information can be displayed and locally erased without application of an electric field, power consumption can be reduced.

또한 표시된 정보를 소거하기 위한 전극의 패터닝, 박막트랜지스터 등이 불필요하므로 제조공정이 단축되고 제조단가가 절감되는 효과가 있다.In addition, since patterning of electrodes, thin film transistors, and the like for erasing displayed information are unnecessary, the manufacturing process is shortened and the manufacturing cost is reduced.

이로써 기존 종이노트, 칠판 등을 대체하여 전자책, 전자칠판, 개인용 전자노트패드 등에 적용될 수 있는 액정 표시장치를 제공할 수 있는 효과가 있다.This has an effect of providing a liquid crystal display device that can be applied to an electronic book, an electronic blackboard, a personal electronic note pad, etc. by replacing existing paper notebooks, blackboards, and the like.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시장치의 구조를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시장치의 작동상태에 따른 콜레스테릭 액정층의 상 변화를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시장치의 작동상태에 따른 아조벤젠의 광이성질화를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시장치의 빛 조사에 의한 상변화 및 정보표시 상태를 나타내는 도면이다.
1 is a diagram showing the structure of a liquid crystal display according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram showing a phase change of a cholesteric liquid crystal layer according to an operating state of a liquid crystal display according to an exemplary embodiment of the present invention.
3 is a view showing photoisomerization of azobenzene according to an operating state of a liquid crystal display according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram showing a phase change and information display state by light irradiation of a liquid crystal display according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.Since the present invention can make various changes and have various embodiments, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description.

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. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of related known technologies may obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.

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.Terms used in this application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.

본 발명에서, "포함한다" 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, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In the present invention, the term "comprises" or "has" is intended to designate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features It should be understood that the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시장치의 구조를 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시장치는 상부 기판, 하부 기판 및 상기 상부 기판과 하부 기판 사이에 형성되고 콜레스테릭 액정이 분포된 액정층을 포함한다.1 is a diagram showing the structure of a liquid crystal display according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1 , a liquid crystal display device according to an exemplary embodiment includes an upper substrate, a lower substrate, and a liquid crystal layer formed between the upper substrate and the lower substrate and in which cholesteric liquid crystal is distributed.

상기 상부 기판은 일반적인 액정 표시장치 또는 플렉서블 액정 표시장치에 사용되는 기판을 제한 없이 사용할 수 있으며, 보다 구체적으로는 투명한 유리 기판 또는 플라스틱 기판을 사용할 수 있으나, 유연성과 내구성 측면에서 플라스틱 기판을 사용하는 것이 바람직하다.As the upper substrate, a substrate used in a general liquid crystal display or a flexible liquid crystal display may be used without limitation, and more specifically, a transparent glass substrate or a plastic substrate may be used, but it is preferable to use a plastic substrate in terms of flexibility and durability. desirable.

예를 들면, TAC(triacetyl cellulose) 또는 DAC(diacetyl cellulose) 등과 같은 셀룰로오스 수지, 노르보르넨 유도체 등의 COP(cylic olefin polymer), PMMA(poly(methylmethacrylate)) 등의 아크릴 수지, PC(polycarbonate) 또는 PP(polypropylene) 등의 폴리올레핀, PVA(polyvinyl alcohol), PES(poly ether sulfone), PEEK(polyetheretherketone), PEI(polyetherimide), PEN(polyethylenenaphthalate), PET(polyethyleneterephthalate) 등의 폴리에스테르, PI(polyimide), PSF(polysulfone) 또는 불소 수지 등을 포함하는 시트 또는 필름이 사용될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.For example, cellulose resins such as triacetyl cellulose (TAC) or diacetyl cellulose (DAC), cylic olefin polymers (COPs) such as norbornene derivatives, acrylic resins such as poly (methylmethacrylate) (PMMA), polycarbonate (PC), or Polyolefin such as PP (polypropylene), polyester such as PVA (polyvinyl alcohol), PES (poly ether sulfone), PEEK (polyetheretherketone), PEI (polyetherimide), PEN (polyethylenenaphthalate), PET (polyethyleneterephthalate), PI (polyimide), A sheet or film containing PSF (polysulfone) or a fluororesin may be used, but is not necessarily limited thereto.

상기 하부 기판은 상기 콜레스테릭 액정이 플래너 상인 경우에 반사되는 특정 파장의 빛을 제외하고 산란되는 전 파장의 빛을 흡수하는 역할을 하며, 이에 따라 검은색을 띄게 된다. 즉, 검은색으로 표시되어 액정 표시장치에서 정보가 표시되기 전의 배경상태 또는 표시된 정보가 소거된 후의 정보 소거상태를 나타낸다.The lower substrate serves to absorb scattered light of all wavelengths except light of a specific wavelength reflected when the cholesteric liquid crystal is a planar phase, and thus has a black color. That is, it is displayed in black to indicate a background state before information is displayed in the liquid crystal display or an information erasure state after the displayed information is erased.

상기 하부 기판은 빛을 흡수할 수 있도록 검은색 유성페인트가 도포된 기판을 사용할 수 있다.The lower substrate may use a substrate coated with black oil paint to absorb light.

상기 액정층은 콜레스테릭(cholesteric) 액정을 포함하여 압력 또는 빛 조사에 따른 상 변화를 통해 입사되는 빛을 산란 또는 반사함으로써 액정 표시장치에 정보를 표시하거나 소거한다.The liquid crystal layer includes cholesteric liquid crystal and displays or erases information on the liquid crystal display device by scattering or reflecting incident light through a phase change due to pressure or light irradiation.

콜레스테릭 액정은 네마틱(nematic) 액정에 주기적인 나선구조를 유도하는 카이랄 도펀트(chiral dopant) 또는 감광성 카이랄 도펀트(photo-sensitive chiral dopant)를 첨가하여 형성되는 카이랄 네마틱(chiral nematic) 액정을 의미하며, 형성 과정에서 광개시제와 같은 첨가제가 추가로 포함될 수 있다.Cholesteric liquid crystal is a chiral nematic liquid crystal formed by adding a chiral dopant or a photo-sensitive chiral dopant that induces a periodic helical structure to a nematic liquid crystal. ) means a liquid crystal, and additives such as a photoinitiator may be additionally included in the formation process.

콜레스테릭 액정은 분자의 배열 구조에 따라 호메오트로픽(homeotropic) 상, 플래너(planar) 상 또는 포컬 코닉(focal conic) 상을 가질 수 있으며, 세 가지 상은 외부의 전압이나 압력이 가해지지 않으면 이 상을 유지하려는 특성, 즉 쌍안정성(bistability)을 갖는다.Cholesteric liquid crystals can have a homeotropic phase, a planar phase, or a focal conic phase depending on the molecular arrangement structure. It has the property of maintaining a phase, that is, bistability.

플래너 상은 나선 구조를 갖는 콜레스테릭 액정의 나선 축(herical axis)이 상기 상부기판 및 하부기판에 대해서 수직 방향으로 배열된 상태, 포컬 코닉 상은 나선 구조를 갖는 콜레스테릭 액정의 나선 축이 상기 상부기판 및 하부기판에 대해서 랜덤하게 배열된 상태, 호메오트로픽 상은 콜레스테릭 액정의 나선 구조가 풀리면서 상기 상부기판 및 하부기판에 수직한 방향으로 배열된 상태를 의미한다.The planar phase is a state in which the spiral axis of cholesteric liquid crystals having a helical structure is arranged in a direction perpendicular to the upper substrate and the lower substrate, and the focal conic phase is a state in which the helical axis of cholesteric liquid crystals having a helical structure is aligned in the upper substrate. A state in which the substrate and the lower substrate are randomly arranged, and the homeotropic phase means a state in which the spiral structure of the cholesteric liquid crystal is unwound and aligned in a direction perpendicular to the upper and lower substrates.

광학적으로 콜레스테릭 액정이 호메오트로픽 상일 때 입사되는 빛은 반사, 산란되지 않고 투과되어 투명한 상태를 유지한다.Optically, when the cholesteric liquid crystal is in the homeotropic phase, incident light is transmitted without reflection or scattering and maintains a transparent state.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시장치의 작동상태에 따른 콜레스테릭 액정층의 상 변화를 나타내는 도면이다.2 is a diagram showing a phase change of a cholesteric liquid crystal layer according to an operating state of a liquid crystal display according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 콜레스테릭 액정이 플래너 상일 때 브래그 반사(bragg reflection)에 의해 입사되는 빛의 특정 파장이 반사되고, 반사되는 파장(λ)은 콜레스테릭 액정의 주기(p)와 액정의 평균 굴절률(n)의 곱으로 표현된다(λ= n x p). 이때, 액정의 주기는 네마틱 액정에 첨가되는 카이랄 도펀트의 양에 따라 결정되므로 반사되는 빛의 파장을 적절한 카이랄 도펀트의 선택에 따라 결정할 수 있으며, 이러한 성질을 이용하여 가시광선(빨강, 파랑, 초록 등) 영역대의 파장을 반사시킴으로써 정보의 표시가 가능하게 된다.Referring to FIG. 2, when the cholesteric liquid crystal is in a planar phase, a specific wavelength of incident light is reflected by bragg reflection, and the reflected wavelength (λ) is the period (p) of the cholesteric liquid crystal and the liquid crystal It is expressed as a product of the average refractive index (n) of (λ = n x p). At this time, since the period of the liquid crystal is determined by the amount of chiral dopant added to the nematic liquid crystal, the wavelength of the reflected light can be determined by selecting an appropriate chiral dopant, and by using this property, visible light (red, blue) , green, etc.), it is possible to display information by reflecting the wavelength of the gamut.

반사되는 빛의 파장은 콜레스테릭 액정의 주기(p)에 의해 결정되며, 주기가 길수록 레드(red) 계열의 장 파장대가 반사되고 주기가 짧을수록 블루(blue) 계열의 단 파장대가 반사된다. 또한, 콜레스테릭 액정의 주기를 조절하여 가시광선 중 550nm의 근처 파장대인 그린(green) 계열의 파장대를 반사할 수 있으며, 이외에도 콜레스테릭 액정의 주기를 다양하게 조절함으로써 특정 파장대의 빛을 반사할 수 있다. The wavelength of the reflected light is determined by the period (p) of the cholesteric liquid crystal. As the period is longer, a long wavelength range of red series is reflected, and as the period is short, a short wavelength range of blue series is reflected. In addition, by adjusting the period of the cholesteric liquid crystal, it is possible to reflect a green wavelength range, which is a wavelength range near 550 nm, among visible light. can do.

반면 콜레스테릭 액정이 포컬 코닉 상일 때 입사되는 빛은 반사되지 않고 산란되며, 산란된 빛은 상술한 하부 기판에 흡수됨으로써 정보의 소거가 가능하게 된다.On the other hand, when the cholesteric liquid crystal is in the focal conic phase, incident light is not reflected but scattered, and the scattered light is absorbed by the lower substrate, thereby enabling erasing of information.

이처럼 콜레스테릭 액정의 광학적 특성을 이용하여 액정 표시장치에 정보를 표시하거나 소거하기 위해서는 플래너 상과 포컬 코닉 상이 가역적으로 전이되어야 한다. 일반적으로 초기 포컬 코닉 상에서 압력이나 높은 전기장을 인가하면 액정 분자들은 호메오트로픽 상으로 전이되고, 호메오트로픽 상에서 전기장을 순간적으로 제거하면 액정 분자들은 플래너 상으로 전이되며, 플래너 상에서 낮은 전기장을 인가하면 포컬 코닉 상으로 전이된다.As such, in order to display or erase information on a liquid crystal display device using the optical properties of cholesteric liquid crystals, a planar phase and a focal conic phase must be reversibly transferred. In general, when pressure or a high electric field is applied in the initial focal conic phase, the liquid crystal molecules are transferred to the homeotropic phase, and when the electric field is momentarily removed in the homeotropic phase, the liquid crystal molecules are transferred to the planar phase. Transition to the focal conic phase.

이때 전기장의 인가에 따른 콜레스테릭 액정의 상 변화를 통해 액정 표시장치에 표시된 정보를 소거하는 방식은 전극이 액정층의 전 영역을 커버한 채로 전기장을 인가하여 플래너 상이 전부 포컬 코닉 상으로 전이되므로, 사용자가 원하는 정보만을 소거하지 못하는 문제점이 있다.At this time, in the method of erasing the information displayed on the liquid crystal display through the phase change of the cholesteric liquid crystal according to the application of the electric field, the electric field is applied while the electrodes cover the entire area of the liquid crystal layer, so that the planar phase is all converted to the focal conic phase. However, there is a problem in that only information desired by the user cannot be erased.

이에 액정층의 일 부분에만 전기장을 인가하여 특정 영역을 제어하기 위한 방법으로 패턴 전극, 박막트랜지스터 등을 사용하고 있으나, 제조 공정이 복잡하고 제조가격이 비싼 단점이 있다.Accordingly, pattern electrodes, thin film transistors, and the like are used as a method for controlling a specific region by applying an electric field only to a portion of the liquid crystal layer, but the manufacturing process is complicated and the manufacturing price is high.

이와 달리 본 발명은 전기장의 인가 없이도 빛의 조사를 통해 콜레스테릭 액정이 플래너 상에서 포컬 코닉 상으로 전이되도록 하여 액정 표시장치에 표시된 정보를 국부적으로 소거할 수 있다.In contrast, according to the present invention, information displayed on a liquid crystal display can be locally erased by allowing the cholesteric liquid crystal to be transferred from the planar phase to the focal conic phase through light irradiation without application of an electric field.

본 발명의 일 실시예로, 액정 표시장치는 콜레스테릭 액정이 분포된 액정층(콜레스테릭 액정층)의 내부 또는 외부에 아조벤젠(azobenzene)기를 갖는 화합물을 포함할 수 있다. 아조벤젠기는 안정한 trans- 형태에서 trans- 이성질체가 흡수하는 영역의 파장의 빛을 받게 되면 cis- 형태로 이성질화하고, cis- 이성질체가 흡수하는 영역의 파장의 빛을 받게 되면 다시 trans- 형태로 이성질화되는 가역적인 광이성질화(photoisomerization)가 일어난다. 즉, 본 발명은 아조벤젠기의 광이성질화를 통해 콜레스테릭 액정의 상전이(플래너 상에서 포컬 코닉 상)를 유도하여 표시된 정보를 국부적으로 소거할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the liquid crystal display device may include a compound having an azobenzene group inside or outside a liquid crystal layer (cholesteric liquid crystal layer) in which cholesteric liquid crystals are distributed. Azobenzene group isomerizes from its stable trans- form to cis- form when exposed to light of wavelengths in the region absorbed by trans- isomers, and isomerizes back to trans- form when exposed to light of wavelengths in the region absorbed by cis- isomers. A reversible photoisomerization occurs. That is, the present invention can locally erase displayed information by inducing a phase transition (focal conic phase on a planar phase) of cholesteric liquid crystal through photoisomerization of an azobenzene group.

콜레스테릭 액정층의 내부에 아조벤젠기를 갖는 화합물이 존재하는 경우로서, 아조벤젠기를 포함하는 네마틱 액정, 아조벤젠기를 포함하는 카이랄 도펀트 또는 아조벤젠기를 포함하는 광개시제와 같은 첨가제 등 콜레스테릭 액정 분자 구조내에 아조벤젠기를 포함하거나, 콜레스테릭 액정 외에 아조벤젠기를 포함하는 안료, 아조벤젠기를 포함하는 고분자(반응성 단량체) 등이 첨가되어 콜레스테릭 액정층을 구성할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 어떠한 형태로든 콜레스테릭 액정층의 내부에 아조벤젠기를 갖는 화합물이 존재하여 광이성질화를 통해 콜레스테릭 액정의 상전이를 유도하는 구성이라면, 본 발명의 범위에 포함된다.As a case where a compound having an azobenzene group exists inside the cholesteric liquid crystal layer, in the cholesteric liquid crystal molecular structure, such as an additive such as a nematic liquid crystal containing azobenzene group, a chiral dopant containing azobenzene group, or a photoinitiator containing azobenzene group. A cholesteric liquid crystal layer may be formed by adding an azobenzene group or a cholesteric liquid crystal, a pigment containing an azobenzene group, a polymer (reactive monomer) containing an azobenzene group, etc. Any configuration in which a compound having an azobenzene group is present inside the liquid crystal layer to induce a phase transition of the cholesteric liquid crystal through photoisomerization is included in the scope of the present invention.

또한 콜레스테릭 액정층의 외부에 아조벤젠기를 갖는 화합물이 존재하는 경우로서, 콜레스테릭 액정층과 구별되어 아조벤젠기를 갖는 화합물이 포함된 광배향층을 포함할 수 있다. 광배향층은 콜레스테릭 액정층의 상, 하부에 형성될 수 있고, 빛에 반응하여 광이성질화를 일으키는 아조벤젠기를 갖는 화합물, 즉 광배향 물질을 포함함으로써, 빛의 조사에 의해 콜레스테릭 액정 분자들을 정렬시키고, 결과적으로 콜레스테릭 액정의 상전이를 유도할 수 있다.In addition, as a case where a compound having an azobenzene group is present outside the cholesteric liquid crystal layer, an optical alignment layer containing a compound having an azobenzene group may be included to be distinguished from the cholesteric liquid crystal layer. The photo-alignment layer may be formed on the upper and lower portions of the cholesteric liquid crystal layer, and includes a compound having an azobenzene group that causes photoisomerization in response to light, that is, an photo-alignment material, thereby forming a cholesteric layer by irradiation of light. It aligns the liquid crystal molecules and consequently induces a phase transition of the cholesteric liquid crystal.

상기 아조벤젠기를 포함하는 화합물은 콜레스테릭 액정층 또는 광배향층을 구성하는 총 물질 100 중량부 대비 10 중량부 이상 포함할 수 있으며, 바람직하게는 10~30 중량부를 포함하는 것이 바람직하다.The compound containing the azobenzene group may be included in an amount of 10 parts by weight or more, preferably 10 to 30 parts by weight, based on 100 parts by weight of the total materials constituting the cholesteric liquid crystal layer or the optical alignment layer.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시장치의 작동상태에 따른 아조벤젠의 광이성질화를 나타내는 도면이다.3 is a view showing photoisomerization of azobenzene according to an operating state of a liquid crystal display according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 빛의 조사에 의해 cis-trans 형태간의 가역적인 전환이 용이한 아조벤젠기의 광이성질화에 따라 콜레스테릭 액정이 플래너 상(정보 표시상태)에서 포컬 코닉 상(정보 소거상태)으로 전이되어 정보를 소거할 수 있다.Referring to FIG. 3, according to the photoisomerization of the azobenzene group, which is easily reversibly converted between cis-trans forms by irradiation of light, the cholesteric liquid crystal changes from the planar phase (information display state) to the focal conic phase (information erased state) to erase information.

특히 빛을 받는 아조벤젠기의 일부 영역만이 광이성질화가 일어나 콜레스테릭 액정의 상 변화가 발생하므로, 패턴 전극 없이도 빛 조사에 의한 아조벤젠기의 trans- 형태에서 cis- 형태로의 이성질화를 통해 콜레스테릭 액정의 일부 영역만의 상 변화를 유도함으로써 표시된 정보를 국부적으로 소거할 수 있다.In particular, photoisomerization occurs only in a part of the azobenzene group that receives light, resulting in a phase change of the cholesteric liquid crystal. Therefore, through isomerization of the azobenzene group from the trans- form to the cis- form by light irradiation without a pattern electrode. Displayed information can be locally erased by inducing a phase change of only a part of the cholesteric liquid crystal.

상기 아조벤젠기를 포함하는 화합물로서, 아조벤젠기를 주쇄 또는 측쇄에 포함하는 네마틱 액정(J. Mater. Chem. C, 2014), 카이랄 도펀트(J. Mater. Chem. C, 2014), 안료(N-Ethyl-N-(2-hydroxyethyl)-4-(4-nitrophenylazo)aniline), 고분자(Polydisperse Orange 3 methacrylamide 또는 Polydisperse Red 1 methacrylate), 광배향 물질(Langmuir 26, 2010) 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.As the compound containing the azobenzene group, a nematic liquid crystal containing an azobenzene group in the main chain or side chain (J. Mater. Chem. C, 2014), a chiral dopant (J. Mater. Chem. C, 2014), a pigment (N- Ethyl-N-(2-hydroxyethyl)-4-(4-nitrophenylazo)aniline), polymers (Polydisperse Orange 3 methacrylamide or Polydisperse Red 1 methacrylate), and photo-alignment materials (Langmuir 26, 2010) can be used, but are limited to these it is not going to be

조사되는 빛의 파장은 자외선 영역(absorption by the π-π*)이며, 상기 파장대에서 아조벤젠기의 trans- 형태에서 cis- 형태로의 광이성질화가 일어나 콜레스테릭 액정의 상전이를 유도할 수 있다. 이와 반대로 아조벤젠기의 cis-형태에서 trans- 형태로의 광이성질화는 가시광선 영역 (absorption by the n-π*)에서 일어날 수 있다.The wavelength of the irradiated light is in the ultraviolet region (absorption by the π-π*), and photoisomerization of the azobenzene group from the trans- form to the cis- form occurs in the above wavelength range, thereby inducing a phase transition of the cholesteric liquid crystal. . Conversely, photoisomerization of the azobenzene group from the cis-form to the trans-form can occur in the visible light region (absorption by the n-π*).

또한 빛의 조사는 상기 파장대의 빛을 방출하여 액정 표시장치에 표시된 정보를 소거할 수 있는 외부 발광체, 예를 들어 지우개 형태의 발광체를 통해 수행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 아조벤젠기의 광이성질화가 일어날 수 있도록 상기 파장대의 빛을 방출하는 외부 발광체를 통해 빛이 조사되는 한 본 발명의 범위에 포함된다.In addition, the irradiation of light may be performed through an external light emitting element capable of erasing information displayed on a liquid crystal display by emitting light of the above wavelength range, for example, an eraser type light emitting element, but is not limited thereto, and azobenzene light It is included in the scope of the present invention as long as light is irradiated through an external light emitting body that emits light in the wavelength range so that tempering can occur.

이하 본 발명의 다양한 실시예, 실험예에 따라 액정 표시장치를 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, a liquid crystal display device according to various embodiments and experimental examples of the present invention will be described in more detail.

실시예Example

1. 아조벤젠기를 포함한 콜레스테릭 액정 혼합물1. A cholesteric liquid crystal mixture containing an azobenzene group

실시예 1-1Example 1-1

아조벤젠기를 포함한 액정(J. Photochem. Photobiol. C: Photochem, 2004 또는 Appl. Chem. Eng, 2015)에 R1011을 약 5.5%로 배합하고, Trimethylolpropane triacrylate (TMPTA), Pentaerythritol tetraacrylate (PETA) 및 1,6-Hexanediol diacrylate (HDDA) 중 어느 하나 이상을 섞어 콜레스테릭 액정에 약 20% 이상 배합하여 혼합물을 제조한다. About 5.5% of R1011 is mixed in liquid crystal containing an azobenzene group (J. Photochem. Photobiol. C: Photochem, 2004 or Appl. Chem. Eng, 2015), and trimethylolpropane triacrylate (TMPTA), pentaerythritol tetraacrylate (PETA) and 1,6 - Mix at least one of Hexanediol diacrylate (HDDA) and mix it with cholesteric liquid crystal by about 20% or more to prepare a mixture.

실시예 1-2Example 1-2

아조벤젠기를 포함하는 카이랄 도펀트 (J. Mater. Chem. C, 2014)를 액정에 1.9%로 배합하고, Trimethylolpropane triacrylate (TMPTA), Pentaerythritol tetraacrylate (PETA) 및 1,6-Hexanediol diacrylate (HDDA) 중 어느 하나 이상을 섞어 콜레스테릭 액정에 약 20% 이상을 배합하여 혼합물을 제조한다.A chiral dopant (J. Mater. Chem. C, 2014) containing an azobenzene group is blended into the liquid crystal at 1.9%, and any of Trimethylolpropane triacrylate (TMPTA), Pentaerythritol tetraacrylate (PETA) and 1,6-Hexanediol diacrylate (HDDA) A mixture is prepared by mixing one or more and blending about 20% or more of the cholesteric liquid crystal.

실시예 1-3Example 1-3

액정과 R1011을 약 5.5%로 배합하고, Trimethylolpropane triacrylate (TMPTA), Pentaerythritol tetraacrylate (PETA) 및 1,6-Hexanediol diacrylate (HDDA) 중 어느 하나 이상을 섞어 콜레스테릭 액정에 약 20% 이상을 배합한 후, 이 혼합물에 Disperse Red 1 (Sigma-Aldrich 사)을 0.6% 배합하여 혼합물을 제조한다.Liquid crystal and R1011 are mixed at about 5.5%, and at least one of Trimethylolpropane triacrylate (TMPTA), Pentaerythritol tetraacrylate (PETA) and 1,6-Hexanediol diacrylate (HDDA) is mixed and mixed at about 20% or more in cholesteric liquid crystal. After that, a mixture was prepared by mixing 0.6% of Disperse Red 1 (Sigma-Aldrich) to the mixture.

실시예 1-4Example 1-4

액정과 R1011을 약 5.5%로 배합하고, Poly(Disperse Red 1 acrylate), Poly(Disperse Orange 3 methacrylamide), Trimethylolpropane triacrylate (TMPTA), Pentaerythritol tetraacrylate (PETA) 및 1,6-Hexanediol diacrylate (HDDA) (Sigma-Aldrich 사) 중 어느 하나 이상을 섞어 콜레스테릭 액정에 약 20% 이상 배합하여 혼합물을 제조한다.Liquid crystal and R1011 were mixed at about 5.5%, Poly(Disperse Red 1 acrylate), Poly(Disperse Orange 3 methacrylamide), Trimethylolpropane triacrylate (TMPTA), Pentaerythritol tetraacrylate (PETA) and 1,6-Hexanediol diacrylate (HDDA) (Sigma -Aldrich Inc.) is mixed with at least about 20% of cholesteric liquid crystal to prepare a mixture.

2. 액정 표시장치2. Liquid crystal display

실시예 2-1Example 2-1

상기 콜레스테릭 액정 혼합물 중 하나를 전압을 인가할 수 있는 전극층을 포함하는 기판 (유리, 플라스틱, 혹은 그 외의 일정 투명도가 확보되는 기판) 사이에 일정한 거리가 유지될 수 있도록 ball type spacer와 함께 도포하고 약 30~50mW/cm2의 세기로 UV를 10~30분 동안 조사하여 경화를 한다.Apply one of the cholesteric liquid crystal mixtures together with a ball type spacer so that a certain distance can be maintained between substrates (glass, plastic, or other substrates having a certain level of transparency) including an electrode layer capable of applying a voltage. and curing by irradiating UV at an intensity of about 30 to 50 mW/cm 2 for 10 to 30 minutes.

실시예 2-2Example 2-2

액정과 R1011을 약 5.5%로 배합하고, Trimethylolpropane triacrylate (TMPTA), Pentaerythritol tetraacrylate (PETA), 1,6-Hexanediol diacrylate (HDDA) (Sigma-Aldrich 사) 중 어느 하나 이상을 섞어 콜레스테릭 액정에 약 20% 이상을 배합하여 콜레스테릭 액정 혼합물을 만든다. 전압을 인가할 수 있는 전극층을 포함하는 기판 (유리, 플라스틱 혹은 그 외의 일정 투명도가 확보되는 기판) 위에 광배향 물질 (Langmuir 26, 2010)을 도포하고, 그 후 양 기판 사이에 상기 콜레스테릭 액정 혼합물을 ball type spacer와 함께 도포한 후, 약 30~50mW/cm2의 세기로 UV를 10~30분 동안 조사하여 경화를 한다.Liquid crystal and R1011 are mixed at about 5.5%, and at least one of Trimethylolpropane triacrylate (TMPTA), Pentaerythritol tetraacrylate (PETA), and 1,6-Hexanediol diacrylate (HDDA) (Sigma-Aldrich) is mixed to form a cholesteric liquid crystal. A cholesteric liquid crystal mixture is made by blending 20% or more. An optical alignment material (Langmuir 26, 2010) is applied on a substrate (glass, plastic, or other substrate having certain transparency secured) including an electrode layer capable of applying voltage, and then the cholesteric liquid crystal is placed between the two substrates. After applying the mixture with a ball type spacer, it is cured by irradiating UV at an intensity of about 30 to 50 mW/cm 2 for 10 to 30 minutes.

실험예Experimental example

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시장치의 빛 조사에 의한 상변화 및 정보표시 상태를 나타내는 도면이다.4 is a diagram showing a phase change and information display state by light irradiation of a liquid crystal display according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 플래너 상0은 정보표시 상태를 나타내고 플래너 상0에서 포토마스크를 셀 위에 두고 UV를 조사하여 부분 영역을 포컬코닉 상1로 전환시켜 국부적으로 소거된 정보소거 상태를 구현하였다. 다음으로 상기 부분 영역에 압력을 가해 다시 포컬코닉 상1을 플래너 상1로 전환하였으며, 이후 다시 포토마스크를 셀 위에 두고 UV를 조사하여 부분 영역을 포컬코닉 상2로 전환시켜 위와 마찬가지로 국부적으로 소거된 정보소거 상태를 구현하였다. 이를 통해, 가역적으로 진행되는 빛 조사에 의한 콜레스테릭 액정의 상변화와 이에 따른 국부적인 정보소거가 가능함을 확인하였다.Referring to FIG. 4 , planar image 0 represents an information display state, and a photomask is placed on a cell in planner image 0 and UV is irradiated to convert a partial area into a focal conic image 1 to realize a locally erased information erase state. Next, pressure was applied to the partial area to convert the focal conic phase 1 to the planar phase 1 again, and then the photomask was placed on the cell again and UV was irradiated to convert the partial area to the focal conic phase 2, thereby locally erasing the same as above. The information erasure state was implemented. Through this, it was confirmed that the phase change of the cholesteric liquid crystal by light irradiation, which proceeds reversibly, and the local information erasure accordingly is possible.

Claims (9)

상부 기판;
하부 기판; 및
상기 상부 기판과 하부 기판 사이에 형성되고 콜레스테릭 액정이 분포된 액정층을 포함하며,
상기 액정층에 압력이 가해지는 경우, 상기 콜레스테릭 액정의 상이 포컬 코닉 상(focal conic state)에서 플래너 상(planar)으로 전이하여 정보가 표시되고,
상기 상 변화된 액정층의 일 영역에 빛이 조사되는 경우, 상기 콜레스테릭 액정의 상이 플래너 상에서 포컬 코닉 상으로 전이하여 상기 표시된 정보가 국부적으로 소거되는 것을 특징으로 하는 액정 표시장치.
upper substrate;
lower substrate; and
A liquid crystal layer formed between the upper substrate and the lower substrate and in which cholesteric liquid crystal is distributed,
When pressure is applied to the liquid crystal layer, information is displayed by transitioning the cholesteric liquid crystal from a focal conic state to a planar state,
When light is irradiated on one region of the phase-changed liquid crystal layer, a phase of the cholesteric liquid crystal transitions from a planar phase to a focal conic phase, and the displayed information is locally erased.
제1항에 있어서,
상기 상부 기판은 플라스틱 기판인 것을 특징으로 하는 액정 표시장치.
According to claim 1,
The upper substrate is a liquid crystal display device, characterized in that the plastic substrate.
제1항에 있어서,
상기 콜레스테릭 액정이 분포된 액정층은 아조벤젠기를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시장치.
According to claim 1,
The liquid crystal layer in which the cholesteric liquid crystal is distributed includes an azobenzene group.
제3항에 있어서,
상기 아조벤젠기는 상기 콜레스테릭 액정을 구성하는 네마틱 액정 및 카이랄 도펀트 중 어느 하나 이상에 포함되는 것을 특징으로 하는 액정 표시장치.
According to claim 3,
The liquid crystal display device, characterized in that the azobenzene group is included in at least one of a nematic liquid crystal and a chiral dopant constituting the cholesteric liquid crystal.
제3항에 있어서,
상기 아조벤젠기는 콜레스테릭 액정 이외에 상기 액정층에 첨가되는 광개시제, 안료 및 고분자 물질 중 어느 하나 이상에 포함되는 것을 특징으로 하는 액정 표시장치.
According to claim 3,
The azobenzene group is a liquid crystal display device, characterized in that included in at least one of a photoinitiator, a pigment and a polymer material added to the liquid crystal layer in addition to the cholesteric liquid crystal.
제1항에 있어서,
상기 액정층의 상부 및 하부에 형성되며, 아조벤젠기를 포함하는 광배향 물질을 포함하는 배향층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시장치.
According to claim 1,
The liquid crystal display device further comprises an alignment layer formed on top and bottom of the liquid crystal layer and including an optical alignment material containing an azobenzene group.
제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 상 변화된 액정층에 빛이 조사되는 경우, 상기 아조벤젠기의 분자 구조가 Trans 에서 Cis 형태로 변화하는 것을 특징으로 하는 액정 표시장치.
According to any one of claims 3 to 6,
When light is irradiated on the phase-changed liquid crystal layer, the molecular structure of the azobenzene group is changed from Trans to Cis form.
제1항에 있어서,
상기 조사되는 빛의 파장은 자외선 영역인 것을 특징으로 하는 액정 표시장치.
According to claim 1,
The liquid crystal display device, characterized in that the wavelength of the irradiated light is in the ultraviolet region.
제1항에 있어서,
상기 빛은 외부 발광체를 통해 조사되는 것을 특징으로 하는 액정 표시장치.
According to claim 1,
The liquid crystal display device, characterized in that the light is irradiated through an external light emitting body.
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