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KR100671101B1 - 컬러 필터를 갖는 분산 콜레스테릭 액정 디스플레이 - Google Patents

컬러 필터를 갖는 분산 콜레스테릭 액정 디스플레이 Download PDF

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KR100671101B1
KR100671101B1 KR1020050115545A KR20050115545A KR100671101B1 KR 100671101 B1 KR100671101 B1 KR 100671101B1 KR 1020050115545 A KR1020050115545 A KR 1020050115545A KR 20050115545 A KR20050115545 A KR 20050115545A KR 100671101 B1 KR100671101 B1 KR 100671101B1
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KR
South Korea
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liquid crystal
cholesteric liquid
clc
substrate
crystal display
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KR1020050115545A
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English (en)
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차오 헹 후앙
지 핑 루
Original Assignee
베로 베리아 코포레이션
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    • G02F1/13718—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering based on a change of the texture state of a cholesteric liquid crystal

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Abstract

분산 콜레스테릭 액정 디스플레이는, 상부 기판과; 복수의 흡수 부재가 아래에 놓여있는 셀에 배치된 복수의 하부 부재에 복수의 장벽으로 분리된 상부 층 및 하부 층과; 하부 기판과; 상기 상부 기판과 상부 층 사이에 배치된 상부 전극과; 상기 하부 기판과 하부 층 사이에 배치된 하부 전극과; 상기 복수의 하부 부재에 배치된 콜레스테릭 액정(CLC) 물질을 포함하되, 상기 CLC 물질은, 적색, 녹색, 및 청색 픽셀을 형성하도록, 적색, 녹색, 및 청색 컬러 특성을 가진다. CLC 물질은 증가된 온도 및 이에 따른 더 낮은 점도에서 분무하여 하부 부재에 도포된다.
콜레스테릭, 액정디스플레이, CLC

Description

컬러 필터를 갖는 분산 콜레스테릭 액정 디스플레이{DISPERSED CHOLESTERIC LIQUID CRYSTAL DISPLAY WITH COLOR FILTER}
도 1은 본 발명의 개략도.
도 2는 CLC 물질의 온도에 따른 점도 그래프.
도 3은 본 발명의 분무된 CLC 물질 액적의 시계열적인 포토그래프.
도 4는 본 발명의 분무된 CLC 물질의 도트 패턴의 포토그래프.
도 5는 본 발명의 분무된 CLC 물질의 도트 패턴의 포토그래프.
도 6은 다른 실시예에서 본 발명의 개략도.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 방법으로 제조된 디스플레이 패널의 포토그래프로서, 도 7a는 풀 컬러 디스플레이 패널을 도시하는 도면이고, 도 7b 및 도 7c는 단색 디스플레이 패널을 도시하는 도면.
<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 분무 헤드 2 : 장벽
3 : 하부 기판 4 : 콜레스테릭 액정(CLC) 물질
5 : 하부 부재 6 : 흡수 부재
7 : 상부 전극 8 : 상부 층
9 : 상부 기판 10 : 하부 전극
12 : 장벽 13 : 하부 층
14 : 콜레스테릭 액정 물질 15 : 상부 층
16 : 상부 기판 17 : 하부 기판
본 발명은 액정 디스플레이에 관한 것이며 보다 상세하게는 고 품질의 분산 콜레스테릭 액정 디스플레이 또는 컬러 필터 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
콜레스테릭 액정 디스플레이는 전원 공급 없이도 이미지 정보를 유지할 수 있는 쌍안정 액정 분자에 의해 동작한다. 이미지는 전기적 전압을 인가하여야만 변한다. 따라서, 콜레스테릭 액정 디스플레이는, 전자 종이(e-paper)와 같이 접을 수 있는 스크린을 포함하는 휴대용 어플리케이션 뿐만 아니라 광고나 가격 정보 판과 같은 정적인 어플리케이션에 잘 맞는다.
액정 디스플레이 중에, 콜레스테릭 액정 디스플레이(CLCD)는 특히 STN 또는 TN 디스플레이에 대해서보다 더 낮은 전력 소비를 한다.
표 1은 6.3인치의 VGA 풀 컬러 디스플레이와 5.4Wh(watt-hour)의 배터리에 대해, 그 방전 시간과 충전 시간이 명확히 상이함을 보여준다. 페이지당 5분의 디스플레이 시간을 가지는 경우, 배터리 동작 시간은 1350시간에 이른다. 능동 매트릭스와 50%의 픽셀 리프레쉬를 가지는 경우, 그 동작 시간은 3200 시간이 되며, 이는 이미지를 완전히 다시 로딩하는데 드는 시간보다 상당히 더 크다. 따라서, 능동 매트릭스 기술을 갖는 STN보다는 더 긴 동작 시간을 갖는 CLCD를 동적 이미지에 응용하는 것은 가능하지 않지만, 예를 들어 전자 책(e-book)을 위한 정적인 이미지에 응용하는 경우에는 잘 지원된다.
[표 1]
6.3인치의 VGA 풀 컬러 디스플레이를 위한 배터리 동작 시간
디스플레이 판독속도, 재충전까지 동작시간
` 1분. 2분. 5분. 페이지당 분
백라이트 소스로(능동 매트릭스 STN 또는 STN과 같은) 이미지의 즉각적인 리프레쉬 2시간, 2시간, 2시간
실용적인 전극으로 반사 18시간, 18시간, 18시간
반사성 쌍안정 CLCD 수동 매트릭스 270시간, 540시간, 1350시간
반사성 쌍안정 CLCD 능동 매트릭스 및 50% 픽셀 리프레쉬 기술 640시간, 1280시간, 3200시간
따라서 CLCD는 정적인 이미지를 디스플레이하는데 여러 가지 잇점을 제공한다. 그러나, 종래의 CLCD는 주로 단색이어서 능동 매트릭스 디스플레이의 특성만큼이나 우수한 컬러 디스플레이 특성을 나타내지는 않아 시장에서는 거의 시판되지 않는다.
브래그 반사에서, 파장 차(Δλ), 헤리컬 정도(helical order)(p) 및 복굴절 차(Δn)는 관계식 Δλ = p Δn으로 결정된다. 규칙적인 액정 디스플레이에서 복굴절 차(Δn)는 약 0.1 내지 0.2이다. 따라서, 적색, 녹색, 또는 청색용 단색 CLCD는 이미 개발되어있다. 그러나, 풀 컬러 디스플레이를 제공하는 CLCD는 너무 복잡하고 고가이어서 저 비용의 어플리케이션에는 적합지 않다.
종래의 컬러 필터는 제조 비용이 고가일 뿐만 아니라 약 28%의 투명도만을 가지고 상부 및 하부 편광자에서 최대 50%에 달하는 추가 손실을 가지고 있어 종래 LCD의 7%의 총 투명도를 제공하는 단점을 가지고 있다. 이와는 대조적으로, CLCD는 편광된 광을 생성하여 상당히 더 높은 26.8%에 이르는 총 투명도를 제공한다.
U.S.특허 6,377,321 "적층 컬러 액정 디스플레이 디바이스"는 컬러를 디스플레이용 적색, 녹색, 청색 정렬 층을 개시한다. 그러나, 시차 효과를 제한하고 우수한 해상도를 보장하기 위해, 이 층들은 0.3mm보다 더 얇아야 한다. 나아가, 픽셀을 중첩시키는데 더 긴 제조 시간과 더 높은 제조 비용을 요구한다. U.S.특허 6,061,107 "쌍안정 중합체 분산 콜레스테릭 액정 디스플레이"는 적색, 녹색, 및 청색의 디스플레이를 얻기 위해 투과된 자외선 광에 의한 분자의 헤리컬 정도(helical order)를 제어하는 것을 개시한다. 이 방법은 단일한 광 스크린에서는 수행될 수 없다. 마지막으로, U.S.특허 5,949,513 "인시추(in situ) 혼합 기술을 사용하여 다중 컬러 액정 디스플레이를 제조하는 방법"은 여러 가지 카이랠리티(chirality)의 분자를 혼합하여 상이한 컬러의 디스플레이를 얻기 위해 헤리컬 정도를 변경시키는 것을 개시한다. 그러나, 이에 의해 상이한 컬러 영역 사이에는 장벽이 요구된다. 타이완 특허 공개 578,925는 CLCD에서 여러 가지 컬러를 디스플레이하기 위한 컬러 필터로서 높은 복굴절 차를 갖는 액정 물질을 사용하는 것을 개시한다. 그러나, 종래의 컬러 필터는 제조 비용이 비싸며 높은 복굴절 차를 갖는 액정 물질은 단일 주파수용 액정 물질을 얻는 것을 더 어렵게 하여 더 비싸게 된다.
그러므로, CLCD에 있어서 풀 컬러 디스플레이를 저렴하고 용이하게 제조하여 제공할 수 있는 필요성이 존재한다.
본 발명의 목적은, 고휘도 및 저소비 전력으로 적색, 녹색, 및 청색을 디스플레이할 수 있고 모든 사이즈의 유리나 플라스틱 기판에 적용할 수 있으며 용이하고 저렴하게 제조할 수 있는 분산 콜레스테릭 액정 디스플레이 또는 컬러 필터 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 분산 콜레스테릭 액정 디스플레이는, 상부 기판과; 복수의 흡수 부재가 아래에 놓여있는, 셀에 배치된 복수의 하부 부재에 복수의 장벽으로 분리되어 있는 상부 층 및 하부 층과; 하부 기판과; 상기 상부 기판과 상부 층 사이에 배치된 상부 전극과; 상기 하부 기판과 하부 층 사이에 배치된 하부 전극과; 상기 복수의 하부 부재에 배치된 콜레스테릭 액정(CLC) 물질을 포함하되, 상기 CLC 물질은, 적색, 녹색, 및 청색 픽셀을 형성하도록, 적색, 녹색, 및 청색 컬러 특성을 가진다. 이 CLC 물질은 증가된 온도 및 이에 따른 더 낮은 점도에서 분무함으로써 하부 부재에 도포된다.
본 발명의 분산 콜레스테릭 액정 컬러 필터는, 상부 기판과; 복수의 흡수 부재가 아래에 놓여있는, 셀에 배치된 복수의 하부 부재에 복수의 장벽으로 분리되어 있는 상부 층 및 하부 층과; 하부 기판과; 복수의 하부 부재에 배치된 콜레스테릭 액정(CLC) 물질을 포함하되, 상기 CLC 물질은, 적색, 녹색, 및 청색 픽셀을 형성하도록, 적색, 녹색, 및 청색 컬러 특성을 가진다. 이 CLC 물질은 증가된 온도 및 이에 따른 더 낮은 점도에서 분무함으로써 하부 부재에 도포된다.
본 발명은, 다음의 2가지 잇점, 즉 분무법을 사용함으로써, 포토레지스트(photo-resist) 기술을 갖는 반도체 제조 방법과 같은 고가의 방법을 사용하지 않 고 신속하고 저렴한 제조를 할 수 있는 잇점을 제공한다. 또, 소프트웨어 제어를 사용함으로써, 임의의 원하는 분무 패턴을 달성할 수 있으며, 형상과 사이즈에 대해 어떠한 제한도 제공되지 않는다. 브래그 반사와 CLC 물질의 높은 복굴절 차를 이용함으로써, 편광자를 사용하지 않고도, 고 휘도 및 풀 컬러 디스플레이를 얻을 수 있으며, 이때 디스플레이되는 컬러는 적외선에서부터 자외선에 이르는 범위에 있다.
본 발명은 이하 상세한 설명과 첨부 도면을 참조하여 보다 완전히 이해할 수 있을 것이다.
본 발명은, 매우 효과적인 컬러 필터를 사용하는 풀 컬러 디스플레이를 생성하기 위해, CLCD 기술과 분산 기술을 결합하여, 3가지 컬러, 즉 적색, 녹색, 및 청색의 콜레스테릭 액정을 유리 및 플라스틱 기판 상에 도포하기 위한 분산법을 사용한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명은, 복수의 장벽(2)과; 유리 또는 플라스틱으로 만들어진 하부 기판(3)과; 콜레스테릭 액정(CLC) 물질(4)과; 복수의 하부 부재(5)와; 복수의 흡수 부재(6)와; 복수의 상부 전극(7)과; 상부 층(8)과; 유리나 플라스틱으로 만들어진 상부 기판(9)과; 복수의 하부 전극(10)을 포함한다. 상부 전극(7)은 상부 층(8)과 상부 기판(9) 사이에 배치된다. 각 장벽(2)은 하부 기판(3)에 놓이며 픽셀을 분리시키는 역할을 하며, 각 픽셀은 서로 상하로 놓여있는 하나의 흡수 부재(6)와 하나의 하부 전극(10)과 하나의 하부 부재(5)를 구비한다. 복 수의 분무 헤드(1)는 장벽(2) 위에 그리고 상부 층(8) 아래에 배치된다.
분무 헤드(1)는 압전 분무기의 SE-128 분무 헤드 또는 열적 버블 분무 헤드이다. 550nm(녹색)의 CLC 물질(4)의 반사 파장이 먼저 사용된다. 분무된 액적(droplet)의 재현 능력을 높이기 위해, 1-15cps의 점도가 사용된다. 그러나, 규칙적인 CLC 물질은 높은 점도를 가지며 SE-128 분무 헤드에는 적합지 않다. 그러므로, 신뢰할 수 있고 재현할 수 있는 분무를 할 수 있을 때까지 점도를 낮추기 위해 온도를 상승시킨다. 적절한 온도는 실험적으로 얻을 수 있다. 실험에 따르면, 온도를 올리면 점도가 낮아지고 온도를 내리면 점도가 올라간다는 것을 볼 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 온도가 60℃이면 점도는 분무에 적합한 10 cps가 된다.
적절한 온도에 도달한 경우, 도 3에 도시된 바와 같이 분무를 수행하며, 도 3에서 1a는 분무 헤드를 나타낸다. 도 3의 그림은 15μs 간격으로 취한 것이며 이 도 3은 선명한 액적이 형성된 것을 보여주며 또 온도를 증가시킴으로써 안정적이고 재현가능한 분무를 달성할 수 있다는 것을 보여준다.
도 4는, 직경 120㎛, 수평 방향으로 상호 거리 300㎛이며 수직 방향으로 상호 거리 508㎛인 도트(dot)를 가지는, 분무에 의하여 생성된 도트 패턴을 보여준다. 연속적으로 분무한 후에, 도 5에 도시된 바와 같이 스트립(strip) 패턴이 생성되며, 이 스트립은 폭 120㎛와 상호 거리 508㎛를 가지고 있다. 도 4 및 도 5는, 위성 액적(satellite droplet)이 생성되어 있지 않아, CLC 물질(4)과 분무 헤드(1)의 특성이 서로 적합지 않는 일이 없이 하부 기판(3)에 하부 부재(5)에 안정적이고 잘 한정된 분무를 수행할 수 있다는 것을 보여준다.
녹색 컬러용 CLC 물질은 도트나 스트립으로 기판 상에 분무된다. 유사하게, 적색과 청색 같은 다른 컬러용 CLC 물질은 모자이크 형상이나 삼각형 패턴과 같은 임의의 원하는 패턴으로 분무된다. 사용되는 CLC 물질은 높은 복굴절 차를 갖는 넓은 주파수 반사 범위 또는 좁은 주파수의 반사 범위를 가진다. 본 발명에서는, 반사 또는 투과성 CLC 물질이 사용된다. 본 발명은, 풀 컬러 디스플레이를 제공하면서도, 고 효율, 저 제조 비용, 고 휘도 및 콘트라스트, 저 소비 전력, 메모리 성능, 넓은 시야각 및 무섬광 현상을 보장한다.
본 발명의 제조 방법을 구현하기 위해, 기판과 장벽을 만든 후, 3개의 컬러, 즉 적색, 녹색, 및 청색용 CLC 물질이 도 7a에 도시된 바와 같이 장벽으로 분리된 셀에 분무된다. 160 x 160 x 3픽셀 및 7 x 7cm2의 단색 패널이 도 7b 및 도 7c에 도시된 바와 같이 생성된다.
위 실시예는 투명한 액정 패널에 비해 거의 전력을 소비하지 않는, 즉 1/50 이하의 전력을 소비하는 저가이면서 간단한 디스플레이를 제조할 수 있게 한다. 종래의 STN 또는 TFT 디스플레이에 비해, 전력 소비는 메모리 성능으로 인해 저하되며, 이는 전자 책의 페이지의 정적 디스플레이서와 같이 이미지 변화가 없는 한, 전력 소비 없이 디스플레이 할 수 있다. 정적 디스플레이는 전력 코드나 배터리의 고장시에도 유지된다. 따라서, 본 발명은 상업용 광고게시판 또는 휴대용 디바이스와 같은 실외 휴대용 기기에 적합하다.
도 6을 참조하면, 고효율의 컬러 필터로 사용하기 위해, 본 발명은, 다른 실 시예에서, 복수의 장벽(12)과; 하부 층(13)과; 콜레스테릭 액정(CLC) 물질(14)과; 상부 층(15)과; 상부 기판(16)과; 하부 기판(17)을 포함한다. 복수의 분무 헤드(11)는 장벽(12) 위에 배치된다. 분무 헤드(11)를 통해, 적색, 녹색, 및 청색 컬러의 CLC 물질은, 유리나 플라스틱으로 만들어진 하부 기판(17)에 놓여있는, 장벽(12) 사이에 있는, 하부 층(13)에 분무된다. 전술된 바와 유사하게, 분무 패턴은 도트, 정사각형, 삼각형, 스트립이나 모자이크 형상의 패턴이다.
컬러 필터는 풀 컬러 디스플레이에서 가장 고가의 성분인 반면 그 투명도는 손실로 인해 낮은 것으로 잘 알려져 있다. 컬러 필터는 약 28%의 투명도만을 가지고 있으며, 상부 및 하부 편광자에서 50%에 이르는 추가 손실이 있어, 결국 종래 LCD의 7%의 총 투명도를 제공하게 된다. 이와는 대조적으로, CLCD는 편광된 광을 생성하여, 26.8%의 총 투명도를 제공하는데, 이는 다음 계산식, 즉
100% * 30% * 94% * 95% = 26.8%
으로 알 수 있다.
위 설명으로 알 수 있듯이, 본 발명은 다음의 잇점을 제공한다:
1. 분무법을 사용함으로써, 포토레지스트 기술을 갖는 반도체 제조법과 같은 고가의 방법을 사용하지 않고 형상과 사이즈에 어떠한 제한도 없으며 신속하고 저가로 제조할 수 있다. 또 소프트웨어 제어를 사용함으로써, 임의의 원하는 분무 패턴을 얻을 수 있다.
2. 편광자를 사용하지 않고 고 휘도 및 풀 컬러 디스플레이를 얻을 수 있다. STN 및 TFT 디스플레이의 투명도보다도 더 우수한 투명도를 얻을 수 있다.

Claims (7)

  1. 분산 콜레스테릭 액정 디스플레이로서,
    상부 기판과; 복수의 흡수 부재가 아래에 놓여있는, 셀에 배치된 복수의 하부 부재에 복수의 장벽으로 분리되어 있는 상부 층 및 하부 층과; 하부 기판과; 상기 상부 기판과 상기 상부 층 사이에 배치된 상부 전극과; 상기 하부 기판과 상기 하부 층 사이에 배치된 하부 전극과; 상기 복수의 하부 부재에 배치된 콜레스테릭 액정(CLC) 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 분산 콜레스테릭 액정 디스플레이.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 CLC 물질은, 각 셀이 적색, 녹색, 또는 청색 픽셀에 대응하도록, 적색 또는 녹색 또는 청색 컬러의 좁은 주파수 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 분산 콜레스테릭 액정 디스플레이.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 CLC 물질은, 각 셀이 넓은 주파수 또는 좁은 주파수 특성의 픽셀에 대응하도록, 적색 또는 녹색 또는 청색 컬러의 넓은 주파수 또는 좁은 주파수 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 분산 콜레스테릭 액정 디스플레이.
  4. 분산 콜레스테릭 액정 디스플레이를 위한 컬러 필터에 있어서, 상부 기판과; 콜레스테릭 액정(CLC) 물질이 분무되어 있는 복수의 셀에 복수의 장벽으로 분리되어 있는 상부 층 및 하부 층과; 하부 기판을 구비하는 것을 특징으로 하는 컬러 필 터.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 CLC 물질은, 각 셀이 적색, 녹색, 또는 청색 픽셀에 대응하도록, 적색 또는 녹색 또는 청색 컬러의 좁은 주파수 특성을 가지며, 상기 셀은 삼각형, 정사각형, 길죽한 형상이나 모자이크 형상과 같은 임의의 형상으로 구성된 것을 특징으로 하는 컬러 필터.
  6. 분산 콜레스테릭 액정 디스플레이를 제조하는 방법으로서,
    (1) 기판에 장벽을 배치하는 단계와;
    (2) 상기 장벽으로 분리된 셀에 흡수 부재를 놓는 단계와;
    (3) 풀 컬러 또는 단색 디스플레이를 얻기 위해 넓은 주파수 또는 좁은 주파수 특성을 갖는 콜레스테릭 액정(CLC) 물질을 상기 셀에 분무하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 분산 콜레스테릭 액정 디스플레이를 제조하는 방법으로서,
    (1) 기판에 장벽을 배치하는 단계와;
    (2) 풀 컬러 또는 단색 디스플레이를 얻기 위해 하나의 넓은 주파수 또는 하나의 좁은 주파수 또는 두 개 이상의 좁은 주파수 특성을 갖는 콜레스테릭 액정(CLC) 물질을 상기 셀에 분무하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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