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컬러 고분자분산형 액정디스플레이를 위한 소재기술

키워드

기술개요

- 본 이전기술은 네마틱 액정과 고분자(매트릭스)로 구성된 고분자-액정 복합체에 컬러 염료를 혼합한 컬러 고분자분산형 액정디스플레이(PDLCD, polymer-dispersed liquid crystal display)의 소재기술에 관한 것으로 전기장에 의해 액정의 굴절율을 제어하는 방식으로 외부광의 투과도를 조절하는 것을 특징으로 함
- PDLCD는 1980년대 미국의 Kent 대학에서 처음으로 소재 및 공정이 개발된 이래 미국, 일본, 한국 등의 많은 연구기관에서 디스플레이에 응용하기 위해 연구를 진행하였으나 투과도 가변 범위의 한계로 인한 낮은 대조비 (<10:1) 및 낮은 투과도 (65~75%), 높은 구동전압 (대부분 70~100V 적용), 느린 응답속도, 컬러 구현의 어려움 등이 해결되지 못해 적용에 한계가 있음.
- 본 제안 기술은 낮은 구동전압(<50V)과 높은 대조비(> 100:1)를 가지면서 컬러 색상을 갖는 PDLCD 소재 및 배합 기술로서 컬러 염료의 배합비를 조절해 목적 및 요구에 맞게 색상을 조절하는 것을 특징으로 함
- 컬러 PDLCD는 고분자와 액정, 컬러 염료가 혼합되어 Power Off시 액정 분자가 무질서하게 배열되어 빛을 산란시켜 컬러 염료에 의한 염료색을 바탕으로 불투명하게 보이고, Power On시에는 액정 분자가 전기장 방향으로 정렬되면서 액정과 고분자의 굴절율이 같아져 입사 빛을 통과시켜 투명하게 보이는 디스플레이.
- 컬러 PDLCD를 위한 염료의 화학구조 (특허에 구조 포함)

기술이전 목적 및 필요성

- 통상의 LCD와는 다르게 PDLCD는 백라이터 및 편광판을 사용하지 않기 때문에 투과도가 2배 이상 높고, 액정을 배향시키기 위한 배향막 및 액정을 배향시키기 위한 러빙 공정이 생략될 수 있으므로 제조공정이 단순하고, 생산 비용이 낮다는 장점이 있음
- PDLCD는 고분자와 액정의 굴절률 차이만을 이용해 광의 투과도를 제어하는 디스플레이이므로, 별도의 컬러필터(color filter)와 같은 광학 부품을 이용하지 않으면 색상을 발현하는 것은 불가능함
- PDLCD는 별도의 컬러 염료의 추가 없이는 색상 구현이 어려운 구조로 인해서 우수한 특성에도 불구하고, 응용성 확보에 많은 제약이 있음

기술의 특징 및 장점

- 염료 분류표를 기준으로 고분자와 혼화성을 가질 것으로 예상하는 ‘유용성(solvent) 염료’ 군에서 300 여종의 염료와 액정의 혼화성을 평가해 고분자와 선택적인 용해성을 갖는 염료 구조 및 분산비를 확보 (컬러 PDLCD용 소재 특허 확보)
- 상용화된 제품 혹은 문헌상에 보고된 컬러 PDLCD 결과와 비교해서 ETRI가 확보한 염료를 사용할 경우 낮은 구동전압(<50 V), 높은 대조비(>100:1)를 가지면서 컬러 PDLCD 구현이 가능
- 액정에는 용해성이 없고 고분자에만 선택적인 용해성을 갖는 염료를 혼합해 소비자의 요구에 맞게 색상(명도, 채도) 조절이 가능한 PDLCD를 제공

기술의 성숙도

단계 : 5

활용방안 및 기대성과

1) 플렉서블 디스플레이용 이미지 필름
2) 스마트 윈도우
3) 레지던트 인테리어 (거실, 욕실, 창)
4) 빌딩 및 사무실의 칸막이
5) 후면주사방식 스크린

기술이전 내용 및 범위

- PDLCD에서 고분자에만 선택적인 용해성을 갖는 염료의 화학구조(지식재산권)
- 컬러 PDLCD에서 인가 전압에 따라 고대조비(CR, >100:1)를 유지할 수 있도록 하는 액정, 고분자, 염료의 배합비 및 분산제어 기술 (노하우 기술)
- 염료간의 혼합을 통해 컬러 PDLCD의 색상, 채도, 명도 제어기술 (노하우기술)

(1) 컬러 PDLCD를 위한 소재 특허(지식재산권)
- 고분자에만 선택적인 용해성을 갖는 염료의 화학구조
- 컬러 PDLCD를 위한 액정, 고분자, 염료의 배합비
(2) 컬러 PDLCD 제조 및 평가기술 (노하우 기술)
- 컬러 PDLCD에서 액정, 고분자, 염료의 상분리를 유도할 수 있는 공정기술
- 고대조비(CR, >100:1)을 확보할 수 있는 컬러 PDLCD의 광중합 기술
- 염료의 혼입양 및 종류가 PDLCD의 구동특성에 미치는 영향
- 컬러 PDLCD의 특성 평가방법 및 불량분석 기술
- 균일한 광/전기적 특성을 갖는 컬러 PDLCD 제조기술