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WO2011074719A1 - 엘시디 광 감쇄장치 및 이를 이용한 차량용 스마트 미러 - Google Patents

엘시디 광 감쇄장치 및 이를 이용한 차량용 스마트 미러 Download PDF

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WO2011074719A1
WO2011074719A1 PCT/KR2009/007522 KR2009007522W WO2011074719A1 WO 2011074719 A1 WO2011074719 A1 WO 2011074719A1 KR 2009007522 W KR2009007522 W KR 2009007522W WO 2011074719 A1 WO2011074719 A1 WO 2011074719A1
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WO
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liquid crystal
layer
lcd
substrate
light
Prior art date
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PCT/KR2009/007522
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English (en)
French (fr)
Inventor
이종천
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Sody
Original Assignee
Sody
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Priority to EP09852328.5A priority patent/EP2515164A4/en
Priority to PCT/KR2009/007522 priority patent/WO2011074719A1/ko
Priority to CN2009801618780A priority patent/CN102667599A/zh
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • G02F2203/00—Function characteristic
    • G02F2203/06—Polarisation independent

Definitions

  • the present invention relates to an LCD light attenuator for a smart mirror for a vehicle. More specifically, the present invention relates to a room mirror or side mirror of a vehicle in order to protect a driver's eyesight and prevent glare from strong light from behind during night driving. The present invention relates to an LCD light attenuation device and a smart mirror for a vehicle using the same.
  • the light attenuator is widely applied to ski goggles, sunglasses, vehicle smart mirrors to prevent the glare of the vehicle driver, and light transmittance control windows.
  • Sunglasses and ski goggles mainly use a photo-chromic material to implement a light attenuation device.
  • This photochromic material has the advantage of being easy to apply, but it is difficult to apply to a smart mirror for a vehicle due to the slow reaction speed.
  • the optical attenuator of the smart mirror for vehicles is mainly implemented by ECM (Electro chronic mirror) technology, but this ECM technology is also relatively inadequate to be applied to automotive exterior smart mirrors because the response speed is relatively slow from several seconds to several tens of seconds. .
  • US Pat. No. 4,272,162 and US Pat. No. 4,278,328 disclose techniques for controlling light transmittance by adding a dichroic dye to a nematic liquid crystal (NLC) with a positive dielectric anisotropic. . Since the light attenuation apparatus to which this technique is applied has a lower light transmittance in a state where no electric field is applied, the light transmittance is lowered and maintains a dark state when no electric field is applied. Therefore, when applied to the smart mirror of the vehicle, the smart mirror in the emergency that the electricity supply is cut off, which hinders the driver's safe driving, which in turn violates the international safety regulations of the automotive mirror.
  • NLC nematic liquid crystal
  • a guest-host LCD is formed by mixing a negative dielectric liquidity and a small amount of dichroic dye between two substrates coated with a vertical alignment layer to form a liquid crystal layer.
  • a transmissive optical attenuator This means that the dichroic dye molecules are anisotropically arranged on the substrate plane with the pitch of the cholesteric phase being more than four times the thickness of the liquid crystal cell in a state where voltage is applied. Will be. If the pitch of the cholesteric phase is more than four times the thickness of the liquid crystal cell, the liquid crystal molecules have a twisted structure of up to 90 degrees on the substrate's flat surface, and the dichroic dye molecules that absorb light also line up with the liquid crystal molecules.
  • US 6,621, 550 discloses a technique for incorporating a dichroic dye into a nematic liquid crystal having a negative dielectric anisotropy in the structure of a reflective LCD and injecting it into a vertically oriented cell.
  • a 1/4 wavelength film is formed between the liquid crystal layer and the reflecting plate in the liquid crystal cell to rotate the polarization direction of the light by 90 degrees when the light is incident and reflected, thereby absorbing the incident light.
  • a more complicated process is required, and there is a disadvantage in that light absorption is not constant according to the polarization direction of incident light.
  • the present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and the object of the present invention is to provide an LCD optical attenuator that has a fast response rate of transmittance or reflectance change and low power consumption without depending on the polarization direction of incident light. There is this.
  • Another object of the present invention is to provide a smart mirror for a vehicle using the above-described LCD light attenuating device.
  • An LCD panel including at least one liquid crystal cell, and a power supply device for supplying an electric field to the LCD panel, wherein the liquid crystal cell includes a liquid crystal layer and two substrate layers facing the liquid crystal layer.
  • the liquid crystal layer is a nematic liquid crystal having a negative dielectric anisotropy, a chiral material such that the nematic liquid crystal is a cholesteric phase having a pitch of 1 to 4 times the cell gap of the liquid crystal layer, and whether or not the electric field is supplied. Filled with a mixture of dichroic dyes that are rearranged with nematic liquid crystals to transmit or absorb light,
  • the substrate layer includes a vertical alignment layer for arranging the nematic liquid crystal and the dichroic dye in a first array perpendicular to the substrate layer plane, and an electric field passing through the liquid crystal layer to generate the nematic liquid crystal and the dichroic dye. And an electrode to allow the dye to be rearranged in a second array different from the first array.
  • An LCD panel including at least one liquid crystal cell, a power supply for supplying an electric field to the LCD panel, an incident light sensing unit for sensing the brightness of the surroundings, and the power supply apparatus according to the ambient brightness detected by the incident light sensing unit.
  • the smart mirror for a vehicle including an operation status analysis unit for operating the LCD panel by controlling the liquid crystal cell and a liquid crystal layer and two substrate layers facing the liquid crystal layer,
  • the liquid crystal layer is a nematic liquid crystal having a negative dielectric anisotropy, a chiral material such that the nematic liquid crystal is a cholesteric phase having a pitch of 1 to 4 times the cell gap of the liquid crystal layer, and whether or not the electric field is supplied. Filled with a mixture of dichroic dyes that are rearranged with nematic liquid crystals to transmit or absorb light,
  • the substrate layer includes a vertical alignment layer for arranging the nematic liquid crystal and the dichroic dye in a first array perpendicular to the substrate layer plane, and an electric field passing through the liquid crystal layer to generate the nematic liquid crystal and the dichroic dye. And an electrode to allow the dye to be rearranged in a second array different from the first array.
  • the present invention has the following effects.
  • an optical attenuator capable of controlling light transmittance or light reflectance may be configured as an LCD panel that does not use a polarizing plate.
  • an optical attenuator capable of uniformly controlling both polarized light and unpolarized light can be configured.
  • an energy-saving optical attenuation device can be configured.
  • the light transmittance or the light reflectance and the reaction rate can be arbitrarily adjusted according to the change in the brightness of the surroundings by using the fast response speed and halftone of the LCD.
  • the light transmittance and the light reflectance of the optical attenuator can be maintained in a high state.
  • the dichroic dye to be used it is possible to arbitrarily select a region in which the light transmittance or the light reflectance can be adjusted in the wavelength range of the visible ray band.
  • FIG. 1 and 2 are structural diagrams showing a transmissive LCD optical attenuator according to a first embodiment of the present invention, in which FIG. 1 shows a state where no power is supplied, and FIG. 2 shows a state where power is supplied. .
  • FIG. 3 is a structural diagram illustrating an LCD panel of an LCD light attenuating device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a structural diagram showing the LCD panel of the LCD light attenuating device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a structural diagram illustrating an LCD panel of an LCD light attenuating device according to another embodiment of the present invention.
  • the present invention implements a transmissive and reflective optical attenuator using an LCD comprising a dichroic dye and a chiral material in a nematic liquid crystal having a negative dielectric anisotropy.
  • the LCD light attenuation apparatus comprises at least one liquid crystal cell and a power supply unit for supplying an electric field to the liquid crystal cell.
  • Each liquid crystal cell includes a liquid crystal layer formed between two substrate layers.
  • Each liquid crystal layer can be rearranged according to the intensity of the electric field, and a nematic liquid crystal in which the dielectric anisotropy is negative and the nematic liquid crystal are mixed with each other to produce light of a constant wavelength range. It comprises an absorbing amount of dichroic dye and a chiral material that allows the nematic liquid crystal to have a twisted structure.
  • the transparent nematic liquid crystal material of the liquid crystal layer is rearranged on a plane parallel to the substrate, and the dichroic dye molecules are also isotropically rearranged together with the liquid crystal molecules.
  • the dichroic dye molecules have different wavelengths of light to be absorbed depending on the arrangement state, and the dichroic dye molecules can realize a light attenuation function without a polarizing plate.
  • FIG. 1 and 2 are structural diagrams showing a transmissive LCD optical attenuator according to a first embodiment of the present invention, in which FIG. 1 shows a state where no power is supplied, and FIG. 2 shows a state where power is supplied. .
  • the LCD light attenuation apparatus includes a guest-host LCD panel including at least one liquid crystal cell 100, and a power supply unit 200 for supplying an electric field to each liquid crystal cell 100 of the LCD panel.
  • the liquid crystal cell 100 includes a liquid crystal layer 110 and two substrate layers 120 and 130 stacked opposite to both sides of the liquid crystal layer 110.
  • the liquid crystal layer 110 includes a spacer 111 for maintaining a gap between the two substrate layers 120 and 130, and can be rearranged and transparent according to the strength of the electric field, and the dielectric anisotropy is negative.
  • a negative nematic liquid crystal 112 a positive dichroic dye 113 mixed with the nematic liquid crystal 112 to absorb light of a predetermined wavelength band, and the nema Tick liquid crystal 112 is filled with a mixture of chiral material 114 such that it has a twisted structure.
  • the liquid crystal layer 110 is sealed by the sealant 115.
  • positive dichroism refers to a characteristic of absorbing light waved in the long axis direction of a dye molecule.
  • Each of the substrate layers 120 and 130 has antireflection layers 121 and 131, transparent substrates 122 and 132, transparent electrode layers 123 and 133, transparent protective layers 124 and 134, and liquid crystals from the outside.
  • the alignment layers 125 and 135 are stacked, and the liquid crystal layer 110 is formed between the two liquid crystal alignment layers 125 and 135.
  • the anti-reflective layers 121 and 131 are located at the outermost surface of the LCD panel to minimize the reflectance of light entering or passing through the transparent substrates 122 and 132 and the air interface. It is designed to have a reflectance of less than 1% at the fleet.
  • the transparent substrates 122 and 132 are made of glass or plastic material, and have a flat or curved surface shape. In the case of a flexible plastic substrate, it may be attached to flat and transparent glass to maintain a flatness or curvature.
  • the transparent electrode layers 123 and 133 are generally made of an indium tin oxide (ITO) thin film having a thickness of 300 nm or less, and may be manufactured by coating a thickness of about 1500 ⁇ on the transparent substrates 122 and 132, or by using a metal of 100 nm or less. It can also be used with very thin coatings. However, there is a problem that the light transmittance loss is increased when the metal is coated.
  • ITO indium tin oxide
  • the transparent protective layers 124 and 134 are thin silicon nitride films or silicon oxide thin films, and block various impurities introduced into the liquid crystal layer 110 from the transparent substrates 122 and 132 or the transparent electrode layers 123 and 133.
  • the liquid crystal alignment layers 125 and 135 allow the nematic liquid crystal molecules 112 of the liquid crystal layer 110 to be arranged in a direction perpendicular to the plane of the substrate layer. Generally, liquid crystal molecules are arranged at an angle of 80 degrees to 90 degrees with respect to the substrate.
  • the functional vertical alignment agent mainly uses a silane surfactant or polyimide (PI), and rubbing with a soft cloth to obtain a slightly tilted homeotropic alignment. )do.
  • the spacer 111 maintains a constant gap between the two substrate layers 120 and 130, so that even if the two substrate layers 120 and 130 are bent in a curved surface shape, the thickness of the liquid crystal layer 110 is a cell gap. keep (d) constant.
  • the spacer 111 is generally formed by dispersing a spherical cinnabar or round rod-shaped micro pearl, and forming a partition or column using polyimide (PI) on the substrate layers 120 and 130. It can be formed by the method.
  • the liquid crystal layer 110 is filled with a mixture of the nematic liquid crystal 112, the dichroic dye 113, and the chiral material 114 while maintaining the cell gap d by the spacer 111.
  • the cell gap d of the liquid crystal layer 110 is several micrometers to several tens of micrometers, and is formed in VA (Vertically Aligned) mode.
  • VA Very Aligned
  • the liquid crystal alignment layers 125 and 135 the liquid crystal molecules 112 are vertically arranged in a direction of 80 degrees to 90 degrees with respect to the substrate plane. This vertical alignment state is extended to the inside of the cell by the interaction between the liquid crystal molecules, and has an induced nematic phase over the entire liquid crystal layer 110.
  • the cholesteric phase is a helical structure, the pitch P 0 of which is proportional to the inverse of the content of the chiral material, so that it can be controlled relatively accurately.
  • This pitch P 0 is the pitch of the cholesteric phase when the liquid crystal is not affected from the outside in the bulk state, and is strongly influenced by the liquid crystal alignment layer in the liquid crystal cell of the thin film state as in the present invention. That is, in the vertically aligned thin cell as in the present invention, the vertical alignment force of the liquid crystal alignment layer deforms the helical structure of the cholesteric phase into the induced nematic phase.
  • the smaller the cell gap d and the larger the pitch P 0 of the cholesteric phase the better the induced nematic phase is formed.
  • P is larger than 0/2, which in other words 180 twisted cholesteric liquid crystal phase, or P 0/2 cholesteric liquid when the liquid crystal phase is located between a vertically oriented substrate-induced nematic liquid crystal having a thickness of It means that the phase exists stably.
  • the chiral material 114 is mixed such that the pitch Po on the cholesteric of the nematic liquid crystal is 2d so that the nematic liquid crystal molecules have a spiral structure twisted about 180 degrees between both substrates.
  • dichroic dye 113 Since the dichroic dye 113 has a rectangular shape similar to that of the nematic liquid crystal molecules, the nematic liquid crystal molecules and the dichroic dye molecules are well mixed with each other.
  • Representative dichroic dyes include azo base dyes G165, G205, G232, G239 and anthraquinone dyes commercialized by Mitsui.
  • Dichroic dye molecules strongly absorb light in a particular wavelength range in the visible range and display a particular color. Thus, mixing dichroic dyes that display multiple colors can produce a black dye mixture that absorbs light evenly in the visible range.
  • the liquid crystal layer of the present invention is composed by mixing 90% to 98% of the negative dielectric anisotropy, 1% to 5% of the dichroic dye, and 0.1% to 5% of the chiral material.
  • the mixture of the nematic liquid crystal and the dichroic dye constituting the liquid crystal layer has a nematic liquid crystal phase by the liquid crystal alignment layer in a state where no electric field is applied from the outside, and a cholesteric liquid crystal phase in a state where the electric field is applied from the outside.
  • the sealant 115 protects the liquid crystal mixture filled in the liquid crystal layer 110 from external air or impurities and limits the region of the liquid crystal layer 110.
  • the power supply unit 200 includes a power source 210 connected between the transparent electrode layers 123 and 133 of the two substrate layers 120 and 130, and a switch 220 that switches between the power source 210 and the transparent electrode layers 123 and 133. ).
  • the nematic liquid crystal molecules are vertically aligned by the liquid crystal alignment layers 125 and 135, and the dichroic dye molecules are also arranged in a direction perpendicular to the substrate plane. It is arranged in a direction perpendicular to the plane.
  • the incident light Oin proceeds in parallel with the long axis of the dichroic dye molecule of the liquid crystal layer, since the vibration direction of the light is orthogonal to the long axis of the dye molecule, light absorption is minimized and the light emitted through the liquid crystal layer ( Oout) is the maximum value, so it becomes bright.
  • the light transmittance of the LCD light attenuator according to the present invention is 60 to 70%.
  • the nematic liquid crystal molecules mixed with the chiral material 114 have a pitch on the cholesteric phase.
  • P 0 2d the nematic liquid crystal molecules have a helical arrangement twisted about 180 degrees between both substrate layers. That is, the liquid crystal molecules close to the substrate layer are arranged parallel to the substrate plane while being parallel to the substrate plane, and the liquid crystal molecules twisted spirally and positioned at the center of the liquid crystal layer are rotated 90 degrees while being parallel to the substrate plane to rotate the substrate up and down.
  • the liquid crystal molecules close to the direction and adjacent to the opposite substrate layer are rotated 180 degrees and are arranged in parallel with the vertical direction of the substrate.
  • the nematic liquid crystal molecules 112 are arranged in a helical structure rotated 180 degrees corresponding to 1/2 pitch of the cholesteric phase over the entire liquid crystal layer 110, and the positive dichroic dye molecules 113 Since they are arranged side by side with the nematic liquid crystal molecules 112, the rectangular nematic liquid crystal molecules and the dichroic dye molecules are uniformly arranged at 360 degree azimuth angle on the plane parallel to the substrate by the symmetry of the head and tail portions. Therefore, it is transmitted with uniform intensity regardless of the polarization direction of incident light Oin. In addition, since the incident light Oin proceeds in a direction orthogonal to the dichroic dye molecules, the light absorption rate becomes a maximum value and the transmitted light Oout has a minimum value.
  • FIG. 3 is a structural diagram illustrating an LCD panel of an LCD light attenuating device according to another embodiment of the present invention.
  • the LCD light attenuator shown in FIG. 3 has a reflective structure.
  • the opaque metal film 31 is applied to the substrate 132 instead of the transparent electrode layer 133 of one substrate layer.
  • the function as an electrode and the light reflection plate which are necessary for an LCD drive are simultaneously implemented.
  • the antireflective layer of the one substrate layer is omitted.
  • any one of aluminum, chromium and silver is suitable, and the light reflectance of the opaque metal film 31 is 50% to 99%.
  • the opaque metal film 31 is protected by the protective layer 134 in the liquid crystal process and impurities which can be supplied to the liquid crystal layer 110 are blocked.
  • the substrate 132 may be made of glass or plastic, and may be easily applied to a flat surface or a curved surface.
  • the incident light Oin passes through the liquid crystal layer 110 of the LCD panel and is reflected by the metal film 31, and then passes through the liquid crystal layer 110 of the LCD panel and is emitted to the outside. Accordingly, since the reflective optical attenuator has a two-fold increase in optical path compared with the transmission type optical attenuator as shown in Figs. 1 and 2, the intensity of light emitted from the reflective optical attenuator is minimized.
  • the light attenuation device can be applied to an anti-glare mirror for automobiles.
  • FIG. 4 is a structural diagram illustrating an LCD panel of an LCD light attenuating device according to another embodiment of the present invention.
  • the metal reflective layer 41 and the metal protective layer 42 are further deposited on the outer surface of the transparent substrate 132 of one substrate layer of the transmissive LCD optical attenuator shown in FIGS. 1 and 2, and the antireflective layer is omitted.
  • the metal reflection layer 41 serves to reflect incident light
  • the metal protective layer 42 serves to prevent damage of the metal reflection layer 41.
  • the substrate 132 may be made of glass or plastic, and may be easily applied to a flat surface or a curved surface.
  • the metal reflection layer is made of any one of aluminum, chromium and silver.
  • FIG. 5 is a structural diagram illustrating an LCD panel of an LCD light attenuating device according to another embodiment of the present invention.
  • a substrate 52 (ie, a substrate having a mirror function) in which a reflective layer 51 is coated on an outer surface of the transparent substrate 132 without omitting an antireflection layer of one substrate layer of the transmissive LCD light attenuator shown in FIGS. 1 and 2. ) Is bonded with a transparent curing agent.
  • This transparent curing agent is a transparent thermosetting resin or UV curing resin, and forms a hardening layer 53 between the transparent substrate 132 and the reflective layer 51.
  • the cured layer 53 has a refractive index of 1.4 to 1.55 in the visible light band, which is similar to that of the transparent glass substrate and the plastic substrate, thereby minimizing internal reflection at the interface between other materials.
  • variable optical attenuator can adjust transmittance or reflectance at a fast response rate of several tens of msec.
  • the power consumption of LCD is several tens of mA or less and the driving voltage required by this invention is less than 10V, portable batteries can be used as a power source. good.
  • an optical attenuation apparatus independent of the polarization direction of incident light is possible.
  • a portable battery only a primary battery such as an alkaline battery may be used, or a solar cell and a rechargeable secondary battery may be used in parallel.
  • the smart mirror of the vehicle to which the LCD light attenuating device according to the present invention is applied comprises an incident light detecting unit, an operation status analyzing unit, a power supply and a driving unit, and an LCD light attenuating device.
  • the incident light detecting unit recognizes the brightness of the front and rear of the vehicle with an optical sensor, and the operation analysis unit operates the power and the driving unit to operate the LCD light attenuating device when the brightness of the incident light corresponds to the glare condition of the driver.
  • the power is not applied to the LCD light attenuator, and as shown in FIG. Since it is arranged perpendicular to the plane to maintain a high light transmittance and a high reflectance, it satisfies the safety condition criteria of the automotive mirror that must maintain a bright condition in the absence of voltage.
  • the light attenuation apparatus can be applied to a transmittance variable ski goggles, a helmet window or a smart window, or can be applied to a reflectance variable automobile smart mirror.
  • the smart mirror for a vehicle according to the present invention can be applied to a side mirror and a room mirror of a vehicle.

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Abstract

이 발명은 야간 운전시에 후방에서 비추는 강한 빛으로부터 차량 운전자의 시력을 보호하고 눈부심을 방지하기 위하여 차량의 룸미러나 사이드미러에 적용되는 엘시디 광 감쇄장치 및 이를 이용한 차량용 스마트 미러에 관한 것이다. 이 발명에 따른 엘시디 광 감쇄장치는, 하나 이상의 액정셀을 포함한 엘시디패널과, 상기 엘시디패널에 전기장을 공급하는 전원공급장치를 포함한다. 상기 액정셀은 액정층과, 상기 액정층을 중심으로 대면하는 두 개의 기판층을 포함한다. 상기 액정층은 유전율 이방성이 음인 네마틱 액정과, 상기 네마틱 액정이 피치가 상기 액정층의 셀갭의 1배 내지 4배인 콜레스테릭 상이 되도록 하는 카이랄 물질과, 상기 전기장의 공급 여부에 따라 상기 네마틱 액정과 함께 재배열되어 빛을 투과 또는 흡수하는 이색성 염료의 혼합물로 충진된다. 상기 기판층은 각각 상기 네마틱 액정과 이색성 염료가 상기 기판층 평면에 수직하는 제1배열로 배열되도록 하는 수직배향층과, 상기 액정층을 통과하는 전기장을 발생하여 상기 네마틱 액정과 이색성 염료가 상기 제1배열과는 다른 제2배열로 재배열되도록 하는 전극을 포함한다.

Description

[규칙 제26조에 의한 보정 10.02.2010]　엘시디 광 감쇄장치 및 이를 이용한 차량용 스마트 미러
이 발명은 차량용 스마트 미러에 사용되는 엘시디 광 감쇄장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 야간 운전시에 후방에서 비추는 강한 빛으로부터 차량 운전자의 시력을 보호하고 눈부심을 방지하기 위하여 차량의 룸미러나 사이드미러에 적용되는 엘시디 광 감쇄장치 및 이를 이용한 차량용 스마트 미러에 관한 것이다.
일반적으로 광 감쇄장치는 스키 고글, 선글라스, 차량 운전자의 눈부심을 방지하는 차량 스마트 미러, 그리고 광 투과율 조절 창문 등에 다양하게 적용되고 있다. 선글라스나 스키 고글에는 주로 광 변색물질(photo-chromic material)을 이용하여 광 감쇄장치를 구현하는데, 이 광 변색물질은 적용이 간편한 장점이 있으나, 반응속도가 느리기 때문에 차량용 스마트 미러에 적용하기가 곤란하다. 한편, 차량용 스마트 미러의 광 감쇄장치는 주로 ECM(Electro chronic mirror) 기술로 구현되지만, 이 ECM 기술도 반응속도가 수초에서 수십 초로 비교적 느린 편이기 때문에, 차량용 아웃사이드 스마트 미러 등에 적용하기에는 다소 미흡하다.
이에 반응속도를 개선하기 위하여, 엘시디(LCD)로 구현된 광 감쇄장치가 제안되었으며, 대표적인 특허로서 미국 특허인 US4,272,162, US4,278,328, US4,357,374, US4,676,601, US4,696,548, US4729638, US4,848,878, US5,015,086, US6,239,778, US6,759,945와, 대한민국 특허인 KR10-0646444 등이 공개되었다.
US5,015,086와 KR10-0646444 에서는 편광판을 포함한 엘시디를 이용하여 광 감쇄장치를 구현한다. 그러나, 편광판을 포함하면 입사광의 편광 방향에 따라서 광 투과율이 다른 값을 갖게 되며 광 투과율이나 광 반사율이 낮아지는 문제점이 있는 바, US5,015,086에서 제안된 기술의 최대 투과율은 35% 수준이고, KR10-0646444에서 제안된 기술의 최대 투과율은 44% 수준이다.
US4,272,162와 US4,278,328에서는 유전율 이방성(dielectric anisotropic)이 양(positive)인 네마틱 액정(nematic liquid crystal, NLC)에 이색성 염료(Dichroic Dye)를 첨가하여 광 투과율을 조절하는 기술을 개시한다. 이 기술이 적용된 광 감쇄장치는 전기장을 인가하지 않은 상태의 광 투과율이 전기장을 인가한 상태보다 낮기 때문에, 전기장이 인가되지 않을 때 광 투과율이 낮아져서 어두운 상태를 유지한다. 따라서, 이를 차량의 스마트 미러에 적용할 경우, 전기 공급이 차단되는 비상시 스마트 미러가 어둡게 되기 때문에 운전자의 안전 운행에 방해가 되며, 결국 이는 자동차용 미러의 국제안전규정에 위배된다.
US6,239,778에서는 수직 배향층이 코팅된 두 장의 기판 사이에 유전율 이방성이 음(negative)인 네마틱 액정과 소량의 이색성 염료를 섞어서 액정층을 형성하여 게스트-호스트 엘시디(guest-host LCD)를 만들어 투과형 광 감쇄장치를 구현한다. 이는 전압이 인가된 상태에서의 콜레스테릭 상의 피치가 액정셀 두께의 4배 이상으로 이색성 염료 분자가 기판 평면상에서 비등방적으로 배열되며, 편광된 빛이 입사되면 편광 방향에 따라서 투과율의 변화가 있게 된다. 이와 같이 콜레스테릭　상의　피치가　액정셀　두께의　4배 이상인　경우,　액정분자는　기판의　평면　상에서　최대　90도　트위스트된　구조를　갖게 되고, 빛을　흡수하는　이색성　염료　분자도　액정분자들과　나란하게　배열되므로　기판의　평면　상에서 90도 트위스트된 구조를 갖는다. 즉, 거의 대부분의 이색성 염료 분자들이 180도의　방위각　방향으로만　배열되기 때문에 액정분자에　나란한　편광방향을　가진　빛은 흡수가 잘 되지만, 액정분자에 수직인 편광방향을 가진 빛은 광 흡수가 되기 어렵다. 즉, 염료분자의 비등방적 배열은 같은 염료분자량으로 등방적으로　편광된　입사광의 흡수를 극대화할 수 없다.
US6,621,550에서는 반사형 엘시디의 구조에서 유전율 이방성이 음인 네마틱 액정에 이색성 염료를 포함시키고 수직 배향된 셀에 주입하는 기술을 개시한다. 이색성 염료의 광 흡수를 개선하기 위하여 액정 셀 내에 액정층과 반사판 사이에 1/4파장 필름을 형성하여 빛이 입사할 때와 반사되어 나갈 때 빛의 편광 방향을 90도 회전 시켜 입사광의 흡수를 개선한다. 그러나 이 1/4파장의 고분자 액정 필름을 셀 내에 형성시키기 위해서는 보다 복잡한 공정이 요구되며, 입사광의 편광 방향에 따라서 광 흡수율이 일정하지 않은 단점이 있다.
이 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 입사되는 빛의 편광방향에 의존하지 않고 투과율 또는 반사율 변화의 반응속도가 빠르며 전력소모가 적은 엘시디 광 감쇄장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 이 발명은 상술한 엘시디 광 감쇄장치를 이용한 차량용 스마트 미러를 제공하는데 다른 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 이 발명에 따른 엘시디 광 감쇄장치는,
하나 이상의 액정셀을 포함한 엘시디패널과, 상기 엘시디패널에 전기장을 공급하는 전원공급장치를 포함하고, 상기 액정셀은 액정층과, 상기 액정층을 중심으로 대면하는 두 개의 기판층을 포함한 엘시디 광 감쇄장치에 있어서,
상기 액정층은 유전율 이방성이 음인 네마틱 액정과, 상기 네마틱 액정이 피치가 상기 액정층의 셀갭의 1배 내지 4배인 콜레스테릭 상이 되도록 하는 카이랄 물질과, 상기 전기장의 공급 여부에 따라 상기 네마틱 액정과 함께 재배열되어 빛을 투과 또는 흡수하는 이색성 염료의 혼합물로 충진되고,
상기 기판층은 각각 상기 네마틱 액정과 이색성 염료가 상기 기판층 평면에 수직하는 제1배열로 배열되도록 하는 수직배향층과, 상기 액정층을 통과하는 전기장을 발생하여 상기 네마틱 액정과 이색성 염료가 상기 제1배열과는 다른 제2배열로 재배열되도록 하는 전극을 포함한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 이 발명에 따른 차량용 스마트 미러는,
하나 이상의 액정셀을 포함한 엘시디패널과, 상기 엘시디패널에 전기장을 공급하는 전원공급장치와, 주변의 밝기를 감지하는 입사광감지부와, 상기 입사광감지부에서 감지된 주변의 밝기에 따라 상기 전원공급장치를 제어하여 상기 엘시디패널을 동작시키는 작동여부분석부를 포함하고, 상기 액정셀은 액정층과, 상기 액정층을 중심으로 대면하는 두 개의 기판층을 포함한 차량용 스마트 미러에 있어서,
상기 액정층은 유전율 이방성이 음인 네마틱 액정과, 상기 네마틱 액정이 피치가 상기 액정층의 셀갭의 1배 내지 4배인 콜레스테릭 상이 되도록 하는 카이랄 물질과, 상기 전기장의 공급 여부에 따라 상기 네마틱 액정과 함께 재배열되어 빛을 투과 또는 흡수하는 이색성 염료의 혼합물로 충진되고,
상기 기판층은 각각 상기 네마틱 액정과 이색성 염료가 상기 기판층 평면에 수직하는 제1배열로 배열되도록 하는 수직배향층과, 상기 액정층을 통과하는 전기장을 발생하여 상기 네마틱 액정과 이색성 염료가 상기 제1배열과는 다른 제2배열로 재배열되도록 하는 전극을 포함한 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이 이 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 편광판을 사용하지 않는 엘시디 패널로 광 투과율이나 광 반사율을 조절할 수 있는 광 감쇄장치를 구성할 수 있다.
둘째, 편광된 빛이나 편광되지 않은 빛 모두를 균일하게 조절할 수 있는 광 감쇄장치를 구성할 수 있다.
셋째, 엘시디 패널의 전력 소모가 적기 때문에 에너지절감형의 광 감쇄장치를 구성할 수 있다.
넷째, 엘시디의 빠른 반응속도와 중간계조를 이용하여 주위의 밝기 변화에 따라서 광 투과율 또는 광 반사율과 그 반응속도를 임의적으로 조절할 수 있다.
다섯째, 전력 공급이 차단되어도 광 감쇄장치의 광 투과율이나 광 반사율을 높은 상태로 유지할 수 있다.
여섯째, 사용하는 이색성 염료의 특성에 따라서 가시광선대의 파장 영역에서 광 투과율이나 광 반사율을 조절할 수 있는 영역을 임의적으로 선택할 수 있다.
일곱째, 엘시디 기판으로 평탄하거나 곡면의 유리나 플라스틱을 사용할 수 있다.
도 1과 도 2은 이 발명의 제1실시예에 따른 투과형 엘시디 광 감쇄장치를 도시한 구조도로서, 도 1은 전원이 공급되지 않는 상태를 도시하고, 도 2는 전원이 공급되는 상태를 도시한다.
도 3은 이 발명의 다른 실시예에 따른 엘시디 광 감쇄장치의 엘시디 패널을 도시한 구조도이다.
도 4는 이 발명의 또 다른 실시예에 따른 엘시디 광 감쇄장치의 엘시디 패널을 도시한 구조도이다.
도 5는 이 발명의 또 다른 실시예에 따른 엘시디 광 감쇄장치의 엘시디 패널을 도시한 구조도이다.
이 발명은 유전율 이방성이 음인 네마틱 액정에 이색성 염료와 카이랄 물질을 포함하는 엘시디를 이용하여 투과형 및 반사형 광 감쇄장치를 구현한다.
좀 더 상세하게 설명하면, 이 발명에 따른 엘시디 광 감쇄장치는, 하나 이상의 액정셀(cell)과 상기 액정셀에 전기장을 공급하는 전원공급부로 이루어진다. 상기 각 액정셀은 2개의 기판층 사이에 형성된 액정층을 포함한다. 각 액정층은 전기장의 세기에 따라 재배열이 가능하고 투명하며 유전율 이방성(dielectric anisotropy)이 음(negative)인 네마틱 액정(nematic liquid crystal)과, 상기 네마틱 액정과 혼합되어 일정한 파장대의 빛을 흡수하는 양의 이색성 염료(positive dichroic dye)와, 상기 네마틱 액정이 트위스트 구조를 갖도록 하는 카이랄 물질(chiral material)을 포함하며 이루어진다.
전압공급부에서 인가되는 전압에 의해 액정층의 투명한 네마틱 액정 물질이 기판과 나란한 평면 상에서 재배열되고, 아울러 이색성 염료 분자도 액정 분자와 함께 등방적(isotropic)으로　재배열된다. 이색성 염료분자는 배열 상태에 따라서 흡수하는 빛의 파장대가 달라지며, 이 이색성 염료 분자에 의해 편광판이 없이도 광 감쇄기능을 구현할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 이 발명의 한 실시예에 따른 엘시디 광 감쇄장치 및 이를 이용한 차량용 스마트 미러를 보다 상세하게 설명한다.
도 1과 도 2은 이 발명의 제1실시예에 따른 투과형 엘시디 광 감쇄장치를 도시한 구조도로서, 도 1은 전원이 공급되지 않는 상태를 도시하고, 도 2는 전원이 공급되는 상태를 도시한다.
이 발명에 따른 엘시디 광 감쇄장치는, 적어도 하나 이상의 액정셀(100)로 이루어진 게스트-호스트 엘시디 패널과, 상기 엘시디 패널의 각 액정셀(100)에 전기장을 공급하는 전원공급부(200)로 이루어진다. 액정셀(100)은 액정층(110)과, 상기 액정층(110)의 양 면에 마주보게 적층된 2개의 기판층(120, 130)으로 이루어진다.
액정층(110)은 두 기판층(120, 130)의 사이 간격을 유지하기 위한 스페이서(111)를 포함하고, 전기장의 세기에 따라 재배열이 가능하고 투명하며 유전율 이방성(dielectric anisotropy)이 음(negative)인 네마틱 액정(nematic liquid crystal)(112)과, 상기 네마틱 액정(112)과 혼합되어 일정한 파장대의 빛을 흡수하는 양의 이색성 염료(positive dichroic dye)(113)와, 상기 네마틱 액정(112)이 트위스트 구조를 갖도록 하는 카이랄 물질(chiral material)(114)의 혼합물로 충진된다. 또한, 이 액정층(110)은 실런트(115)에 의해 밀봉된다. 여기서, 양의 이색성이라 함은 염료 분자의 장축 방향으로 파동하는 빛을 흡수하는 특성을 말한다.
각각의 기판층(120, 130)은 외부로부터 무반사층(121, 131)과, 투명기판(122, 132)과, 투명전극층(123, 133)과, 투명보호층(124, 134)과, 액정배향층(125, 135)이 적층되며, 두 액정배향층(125, 135) 사이에 액정층(110)이 형성된다.
무반사층(121, 131)은　엘시디 패널의　최외곽면에　위치하여，투명기판(122, 132)과　공기와의　경계면에서　입사하는　빛이나　투과하는　빛의　반사율을　최소화하는 기능을 하며, 일반적으로　가시광선대에서　1％　이하의　반사율을　갖도록 설계된다.
투명기판(122, 132)은　유리나　플라스틱　재질로서,　평면이나　곡면　형태로 이루어진다. 　잘 휘어지는 플라스틱 재질의 기판의 경우, 평탄하고 투명한 유리에 부착하여 평탄도나 곡면성을 일정하게 유지할 수도 있다.
투명전극층(123, 133)은　일반적으로　300nm 이하　두께의　ITO(indium tin oxide) 박막으로 이루어지며, 투명기판(122, 132) 상에 1500Å 정도의 두께로 코팅하여 제조할 수도 있고, 메탈을　100nm 이하로　아주　얇게　코팅하여　사용할　수도　있다. 그러나, 메탈을 코팅하여 사용할 경우 광 투과율 손실이 커지는 문제점이 있다.
투명보호층(124, 134)은 질화실리콘 박막 또는 산화실리콘 박막으로서, 투명기판(122, 132)이나　투명전극층(123, 133)으로부터　액정층(110)으로　유입되는　여러　가지　불순물들을　차단한다．
액정배향층(125, 135)은 액정층(110)의 네마틱 액정 분자(112)가 기판층 평면에 수직하는 방향으로 배열되도록 한다. 일반적으로 액정 분자를 기판에 대하여 80도에서 90도의 각도로 배열시킨다. 이러한 기능의 수직 배향제로는 주로 사일레인 계면활성제(silane surfactant)나 폴리이미드(PI:poly-imide) 등을 사용하며, 약간 기울어진 수직 배향(tilted homeotropic alignment)을 얻기 위하여 부드러운 천으로 러빙(rubbing)한다.
스페이서(111)는　두　기판층(120, 130)　사이의 간격을　일정하게　유지함으로써, 두 기판층(120, 130)이　곡면　형태로　구부러지더라도　액정층(110)의　두께　즉,　셀갭（cell gap)(d)을　일정하게　유지시킨다. 스페이서(111)는　일반적으로　구형의 진사구나　둥근 막대형의 마이크로 펄을　산포하여 구성하는 방법과, 기판층(120, 130)에　폴리이미드(PI: poly-imide) 등을　이용한 격벽이나 기둥을　형성하는 방법으로 형성할 수 있다.
액정층(110)은 스페이서(111)에 의해 셀갭(d)을 유지하며 네마틱 액정(112)과, 이색성 염료(113)와, 카이랄 물질(114)의 혼합물로 충진된다.
액정층(110)의 셀갭(d)은 수㎛ ~ 수십㎛이며, VA(Vertically Aligned) 모드로 형성된다. 액정배향층(125, 135)에 의해 액정 분자(112)는 기판 평면을 기준으로 80도 내지 90도 방향으로 수직 배열된다. 이러한 수직 배향 상태는 액정 분자간의 상호작용으로 셀 안쪽까지 확대되어, 전 액정층(110)에 걸쳐서 유도된 네마틱 상(induced nematic phase)을 갖게 된다.
논문 G. W. Gray and D. G. McDonnell, Mol. Cryst. Liq. Cryst., 37, 189, 1976년 등에 개시된 바와 같이, 네마틱 액정에 이 발명에서와 같이 카이랄 물질(114)을 소량 첨가하면 액정 분자가 비틀린(twisted) 배열을 이루게 되어 콜레스테릭 상(cholesteric phase)을 이룬다. 이 발명에서는 카이랄 물질이 네마틱 액정에 작용하여 그 피치가 액정층의 셀갭의 1배 내지 4배인 콜레스테릭 상이 되도록 네마틱 액정에 카이랄 물질을 첨가한다.
콜레스테릭 상은 나선형 구조로서, 그 피치(pitch) P 0 는 카이랄 물질의 함량의 역수에 비례하므로 비교적 정확하게 조절이 가능하다. 이 피치 P 0 는 액정이 벌크 상태로 외부로부터 아무런 영향을 받지 않을 때 콜레스테릭 상의 피치이며, 이 발명에서와 같은 얇은 박막 상태의 액정 셀 내에서는 액정배향층의 영향을 강하게 받는다. 즉, 이 발명에서와 같이 수직 배향된 얇은 셀 내에서는 액정배향층의 수직 배향력이 콜레스테릭 상의 나선형 구조를 유도된 네마틱 상(induced nematic phase)으로 변형시킨다. 셀갭(d)이 작을수록 그리고 콜레스테릭 상의 피치 P 0 가 클수록, 유도된 네마틱 상이 잘 형성된다.
단순히 박막 상태의 수직 배향력에 의해 콜레스테릭 상이 네마틱 상을 갖는 한계는 액정 자체의 물리적인 특성에 크게 의존한다. P. R. Gerber(Z. Naturforsch., 36A, 718, 1981년)는 (P 0 / d) = 0.98로 보고하였고, 이 발명의 발명자인 Jong-cheon Lee(Ph.D thesis, Kent State University, 1990년)은 (d / P 0 ) = 0.74로 보고하였다. 공통적으로 셀갭(d)은 P 0 /2 보다 크며, 이는 달리 말하면 180도 뒤틀린 콜레스테릭 액정 상 또는 P 0 /2 두께의 콜레스테릭 액정 상이 수직 배향된 기판 사이에 위치하면 유도된 네마틱 액정 상으로 안정적으로 존재함을 의미한다. 이 발명에서는 네마닉 액정의 콜레스테릭 상에서의 피치 Po가 2d가 되도록 카이랄 물질(114)를 혼합하여, 네마틱 액정 분자들이 양 기판 사이에서 약 180도 뒤틀린 나선형 구조를 갖도록 한다.
이색성 염료(113)는 네마틱 액정 분자와 유사한 장방형의 모양을 가지기 때문에 네마틱 액정 분자와 이색성 염료 분자는 상호 잘 섞인다. 대표적인 이색성 염료로는 미쓰이(Mitsui) 사에서 상품화한 azo base dye G165, G205, G232, G239, anthraquinone dye 등이 있다. 이색성 염료 분자들은 가시광선 대의 특정한 파장대에서의 광을 강하게 흡수하여 특정한 색상을 표시한다. 따라서, 여러 색상을 표시하는 이색성 염료들을 혼합하면 가시광선대에서의 빛을 비교적 고르게 흡수하는 검은 색의 염료 혼합체를 만들 수 있다.
이 발명의 액정층은 유전율 이방성이 음인 네마틱 액정 90% ~ 98%, 이색성 염료 1% ~ 5%, 그리고 카이랄 물질 0.1% ~ 5%을 혼합하여 구성한다. 이 액정층을 구성하는 네마틱 액정과 이색성 염료의 혼합체는 외부로부터 전기장이 인가되지 않은 상태에서는 액정배향층에 의해 네마틱 액정 상을 가지며, 외부로부터 전기장이 인가되는 상태에서는 콜레스테릭 액정 상을 갖는다.
실런트(115)는　액정층(110) 에 충진된　액정 혼합물을　외부　공기나　불순물로부터　보호하며　액정층(110)의　영역을　한정시킨다.
전원공급부(200)는 두 기판층(120, 130)의 투명전극층(123, 133) 사이에 연결된 전원(210)과, 전원(210)과 투명전극층(123, 133) 사이를 스위칭하는 스위치(220)를 포함한다.
도 1을 참조하며, 전압공급부의 스위치를 오픈하여 엘시디 패널에 전원이 인가되지 않은 상태에서 이 발명에 따른 엘시디 광 감쇄장치의 동작을 설명한다.
전원공급부(200)로부터 엘시디 패널에 전원이 공급되지 않으면, 액정배향층(125, 135)에 의해 네마틱 액정 분자가 수직 배향되는 바, 기판 평면과 수직인 방향으로 배열되고 이색성 염료 분자 또한 기판 평면과 수직인 방향으로 배열된다.
이 상태에서, 입사광(Oin)은 액정층의 이색성 염료 분자의 장축과 나란하게 진행하므로, 빛의 진동 방향이 염료 분자의 장축과 직교하므로 광 흡수가 최소화되어 액정층을 투과하여 출사되는 광(Oout)은 최대치가 되므로 밝은 상태가 된다. 실험에 의하면 이 발명에 따른 엘시디 광 감쇄장치의 광투과율은 60 ~ 70 % 에 이른다.
도 2를 참조하며, 전압공급부의 스위치를 온하여 엘시디 패널에 전원을 인가하는 상태에서 이 발명에 따른 엘시디 광 감쇄장치의 동작을 설명한다.
두 기판층(120, 130)의 투명전극층(123, 133) 사이에 임계 전압 이상의 충분한 전위차를 인가하면, 액정층(110)에 전기장이 형성된다. 그러면, 음의 유전율 이방성을 가진 네마틱 액정 분자들은 기판 평면과 평행한 방향으로 재배열된다.
카이랄 물질(114)이 섞인 네마틱 액정 분자는 콜레스테릭 상에서의 피치 P 0 가 2d로서, 네마틱 액정 분자들은 양 기판층 사이에서 약 180도 뒤틀린 나선형 배열을 갖는다. 즉, 일 기판층에 근접한 액정 분자들은 기판 평면에 평행하면서 기판의 상하방향과 평행하게 배열되고, 나선형으로 트위스트되어 액정층의 중심부에 위치한 액정 분자들은 기판 평면에 평행하면서 90도 회전하여 기판의 상하방향과 수직하게 배열되며, 반대쪽 기판층에 근접한 액정 분자들은 180도 회전하여 기판의 상하방향과 다시 평행하게 배열된다.
즉, 네마틱 액정 분자(112)들은 전 액정층(110)에 걸쳐서 콜레스테릭 상의 1/2 피치에 해당하는 180도 회전된 나선형 구조로 배열되고, 양의 이색성 염료 분자(113)들은 이 네마틱 액정 분자(112)와 나란하게 배열하므로, 장방형의 네마틱 액정 분자와 이색성 염료 분자들은 그 머리와 꼬리 부분의 대칭성에 의해 기판과 나란한 평면상에서 360도 전 방위각에서 균일하게 배열된다. 따라서 입사광(Oin)의 편광 방향과 관계없이 균일한 세기로 투과된다. 또한, 입사광(Oin)은 이색성 염료 분자와 직교하는 방향으로 진행하므로 광 흡수율이 극대값이 되고 투과광(Oout)은 극소값을 갖게 된다.
이때, 액정층에 전기장이 인가되어 네마틱 액정과 이색성 염료가 콜레스테릭 상을 가지면, 빛의 편광 여부에 관계없이 전 방위각의 빛이 균일하게 흡수됨으로써, 균일한 반사율을 갖는다.
도 3은 이 발명의 다른 실시 예에 따른 엘시디 광 감쇄장치의 엘시디 패널을 도시한 구조도이다. 이 도 3에 도시된 엘시디 광 감쇄장치는 반사형 구조로서, 도 1 및 도2의 엘시디 광 감쇄장치에서 일 기판층의 투명전극층(133) 대신에 기판(132)에 불투명 금속막(31)을 코팅함으로써, 엘시디 구동에 필요한 전극으로서의 기능과 광 반사판으로서의 기능을 동시에 구현한다. 이때, 상기 일 기판층의 무반사층은 생략한다.
이 불투명 금속막(31)의 재료는 알루미늄, 크롬, 은 중 어느 하나가 적합하며 불투명 금속막(31)의 광 반사율은 50% ~ 99% 이다. 이 불투명 금속막(31)은 보호층(134)에 의해 액정 공정에서 보호되고 액정층(110)에 공급될 수 있는 불순물들이 차단된다. 기판(132)은 유리나 플라스틱 재질을 사용할 수 있으며, 평면이나 곡면에 적용하기가 용이하다.
입사광(Oin)은 엘시디 패널의 액정층(110)을 통과하여 금속막(31)에서 반사되며, 다시 엘시디 패널의 액정층(110)을 통과하여 외부로 출사된다. 따라서, 이러한 반사형 광 감쇄장치는 도 1 및 도 2와 같은 투과형 광 감쇄장치에 비해, 광로가 2배로 증가하기 때문에 이 반사형 광 감쇄장치에서 출사되는 빛의 세기는 그만큼 최소화되며, 이 반사형 광 감쇄장치는 자동차용 눈부심 방지 미러에 적용될 수 있다.
이 엘시디 패널에 전원이 인가되지 않는 상태와 전원이 인가되는 상태에서의 액정층의 동작은 도 1 및 도 2에 도시된 투과형 광 감쇄장치의 엘시디 패널과 동일하다.
도 4는 이 발명의 또 다른 실시 예에 따른 엘시디 광 감쇄장치의 엘시디 패널을 도시한 구조도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 투과형 엘시디 광 감쇄장치의 일 기판층의 투명기판(132)의 바깥 면에 금속반사층(41)과 금속보호층(42)를 더 증착하고, 무반사층을 생략한다. 금속반사층(41)은 입사된 빛을 반사하는 기능을 하고, 금속보호층(42)은 금속반사층(41)의 손상을 막는 기능을 한다. 기판(132)은 유리나 플라스틱 재질을 사용할 수 있으며, 평면이나 곡면에 적용하기가 용이하다. 이 금속반사층은 알루미늄, 크롬, 은 중 어느 하나로 이루어진다.
이 엘시디 패널에 전원이 인가되지 않는 상태와 전원이 인가되는 상태에서의 액정층의 동작은 도 1 및 도 2에 도시된 투과형 광 감쇄장치의 엘시디 패널과 동일하다.
도 5는 이 발명의 또 다른 실시예에 따른 엘시디 광 감쇄장치의 엘시디 패널을 도시한 구조도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 투과형 엘시디 광 감쇄장치의 일 기판층의 무반사층을 생략하고 투명기판(132) 외부면에 반사층(51)이 코팅된 기판(52)(즉, 거울 기능을 가진 기판)을 투명 경화제로 접착한다. 이 투명 경화제는 투명한 열 경화 수지 또는 UV 경화 수지로서, 투명기판(132)과 반사층(51) 사이에 경화층(53)을 형성한다. 이 경화층(53)은 가시광선 대의 굴절율이 1.4 ~ 1.55로서, 투명 유리기판과 플라스틱 기판의 굴절율과 유사하여 다른 물질들간의 경계면에서의 내부 반사를 최소화한다.
이 엘시디 패널에 전원이 인가되지 않는 상태와 전원이 인가되는 상태에서의 액정층의 동작은 도 1 및 도 2에 도시된 투과형 광 감쇄장치의 엘시디 패널과 동일하다.
이러한 가변형 광 감쇄장치는 수십 msec의 빠른 반응속도로 투과율이나 반사율을 조절할 수 있다. 아울러, 엘시디의 전력소모량은 수십 mA 이하로서 이 발명에서 요구되는 구동전압이 10V로 이하로 낮기 때문에 휴대형 건전지를 전원으로 사용할 수 있으며, 편광판을 사용하지 않으므로 섭씨 100도 이상에서도 손상이 되지 않아 내열성이 좋다. 또한 입사광의 편광 방향에 독립적인 광 감쇄장치가 가능하다. 휴대형 건전지를 사용할 경우, 알카린 전지와 같은 1차 전지만을 사용하거나, 태양전지와 재충전 가능한 2차 전지를 병행하여 사용할 수도 있다.
이 발명에 따른 엘시디 광 감쇄장치가 적용된 차량의 스마트 미러는, 입사광감지부와, 작동여부분석부와, 전원 및 구동부와, 엘시디 광 감쇄장치로 이루어진다. 입사광감지부는 차량 전방 및 후방의 밝기를 광센서로 인식하고, 작동여부분석부는 입사되는 빛의 밝기가 운전자의 눈부심 조건에 해당하면 전원 및 구동부를 동작시켜 엘시디 광 감쇄장치를 동작시킴으로써, 차량의 미러에서 반사되는 반사율이 낮아지도록 한다.
한편, 작동여부분석부에서의 분석결과 입사되는 빛의 밝기가 운전자의 눈부심 조건에 해당되지 않으면 엘시디 광 감쇄장치에 전원을 인가하지 않으며, 이때에는 도 1에 도시된 바와 같이 네마틱 액정 분자들이 기판 평면에 수직하도록 배열되어 광 투과율 및 반사율이 높은 상태를 유지하기 때문에, 전압이 인가되지 않은 상태에서 밝은 조건을 유지해야 하는 자동차용 미러의 안전조건 기준을 만족시킨다.
이상에서 본 발명에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
이 발명에 따른 광 감쇄장치는 투과율 가변형 스키고글이나 헬멧창 또는 스마트 윈도우에 적용가능하며, 또는 반사율 가변형 자동차용 스마트 미러에 적용할 수 있다. 이 발명에 따른 자동차용 스마트 미러는 차량의 사이드 미러와 룸 미러 등에 적용할 수 있다.

Claims (30)

  1. 하나 이상의 액정셀을 포함한 엘시디패널과, 상기 엘시디패널에 전기장을 공급하는 전원공급장치를 포함하고, 상기 액정셀은 액정층과, 상기 액정층을 중심으로 대면하는 두 개의 기판층을 포함한 엘시디 광 감쇄장치에 있어서,
    상기 액정층은 유전율 이방성이 음인 네마틱 액정과, 상기 네마틱 액정이 피치가 상기 액정층의 셀갭의 1배 내지 4배인 콜레스테릭 상이 되도록 하는 카이랄 물질과, 상기 전기장의 공급 여부에 따라 상기 네마틱 액정과 함께 재배열되어 빛을 투과 또는 흡수하는 이색성 염료의 혼합물로 충진되고,
    상기 기판층은 각각 상기 네마틱 액정과 이색성 염료가 상기 기판층 평면에 수직하는 제1배열로 배열되도록 하는 수직배향층과, 상기 액정층을 통과하는 전기장을 발생하여 상기 네마틱 액정과 이색성 염료가 상기 제1배열과는 다른 제2배열로 재배열되도록 하는 전극을 포함한 것을 특징으로 하는 엘시디 광 감쇄장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 액정층은 상기 액정층의 셀갭을 일정하게 유지시키는 스페이서를 더 포함한 것을 특징으로 하는 엘시디 광 감쇄장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 이색성 염료는 가시광선에 대해 양의 이색성을 갖는 것을 특징으로 하는 엘시디 광 감쇄장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 기판층은 상기 액정층에 유입되는 불순물을 차단하는 보호층을 더 포함한 것을 특징으로 하는 엘시디 광 감쇄장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 카이랄 물질은 콜레스테릭 상과 네마틱 상 중 어느 하나를 갖는 것을 특징으로 하는 엘시디 광 감쇄장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 혼합물은 상기 전기장이 인가되지 않으면 수직 배향된 네마틱 상을 이루고, 상기 전기장이 인가되면 콜레스테릭 상을 이루는 것을 특징으로 하는 엘시디 광 감쇄장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 전기장이 인가되지 않은 액정층의 광 투과율은 상기 전기장이 인가된 액정층의 광 투과율보다 높은 것을 특징으로 하는 엘시디 광 감쇄장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 혼합물은 90% ~ 98%의 상기 네마틱 액정과, 1% ~ 5%의 상기 이색성 염료와, 0.1% ~ 5%의 상기 카이랄 물질로 혼합된 것을 특징으로 하는 엘시디 광 감쇄장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전극은 투명전극인 것을 특징으로 하는 엘시디 광 감쇄장치.
  10. 제 10 항에 있어서, 상기 기판층은 각각 최외측면이 무반사층으로 코팅된 것을 특징으로 하는 엘시디 광 감쇄장치.
  11. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 두 개의 기판층 중 빛이 입사되는 기판층의 전극은 투명 전극이고, 나머지 기판층의 전극은 불투명 금속막 전극인 것을 특징으로 하는 엘시디 광 감쇄장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 불투명 금속막 전극은 기판 표면 위에 알루미늄, 크롬, 은 중 어느 하나로 코팅되어 형성된 것을 특징으로 하는 엘시디 광 감쇄장치.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 빛이 입사되는 기판층의 최외측면이 무반사층으로 코팅된 것을 특징으로 하는 엘시디 광 감쇄장치.
  14. 제 11 항에 있어서, 상기 불투명 금속막 전극의 광 반사율이 50% ~ 99%인 것을 특징으로 하는 엘시디 광 감쇄장치.
  15. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전극은 투명 전극이고,
    상기 두 개의 기판층의 기판은 투명기판이고, 상기 두 개의 기판층 중 하나의 기판층의 기판 외부에 반사층이 형성된 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 엘시디 광 감쇄장치.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 반사층은 금속막과 보호막으로 구성된 특징으로 하는 엘시디 광 감쇄장치.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 두 개의 기판층 중 나머지 기판층의 최외측면이 무반사층으로 코팅된 것을 특징으로 하는 엘시디 광 감쇄장치.
  18. 제 11 항에 있어서, 상기 반사층의 광 반사율이 50% ~ 99%인 것을 특징으로 하는 엘시디 광 감쇄장치
  19. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전극이 투명 전극이고, 상기 두 개의 기판층의 기판이 투명기판이며, 상기 두 개의 기판층 중 하나의 기판층의 외측면에 반사막이 코팅된 기판을 접착제로 접착하여 형성된 것을 특징으로 하는 엘시디 광 감쇄장치.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 두 개의 기판층 중 나머지 기판층의 최외측면이 무반사층으로 코팅된 것을 특징으로 하는 엘시디 광 감쇄장치.
  21. 제 19 항에 있어서, 상기 접착제는 투명하고, 상기 접착제층의 가시광선대 굴절률이 1.4 ~ 1.55인 것을 특징으로 하는 엘시디 광 감쇄장치.
  22. 하나 이상의 액정셀을 포함한 엘시디패널과, 상기 엘시디패널에 전기장을 공급하는 전원공급장치와, 주변의 밝기를 감지하는 입사광감지부와, 상기 입사광감지부에서 감지된 주변의 밝기에 따라 상기 전원공급장치를 제어하여 상기 엘시디패널을 동작시키는 작동여부분석부를 포함하고, 상기 액정셀은 액정층과, 상기 액정층을 중심으로 대면하는 두 개의 기판층을 포함한 차량용 스마트 미러에 있어서,
    상기 액정층은 유전율 이방성이 음인 네마틱 액정과, 상기 네마틱 액정이 피치가 상기 액정층의 셀갭의 1배 내지 4배인 콜레스테릭 상이 되도록 하는 카이랄 물질과, 상기 전기장의 공급 여부에 따라 상기 네마틱 액정과 함께 재배열되어 빛을 투과 또는 흡수하는 이색성 염료의 혼합물로 충진되고,
    상기 기판층은 각각 상기 네마틱 액정과 이색성 염료가 상기 기판층 평면에 수직하는 제1배열로 배열되도록 하는 수직배향층과, 상기 액정층을 통과하는 전기장을 발생하여 상기 네마틱 액정과 이색성 염료가 상기 제1배열과는 다른 제2배열로 재배열되도록 하는 전극을 포함한 것을 특징으로 하는 차량용 스마트 미러.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 전원공급부는 상기 차량의 전원, 1차 전지, 2차 전지, 및 태양 전지 중 하나인 것을 특징으로 하는 차량용 스마트 미러.
  24. 제 22 항에 있어서, 상기 액정층은 상기 액정층의 셀갭을 일정하게 유지시키는 스페이서를 더 포함한 것을 특징으로 하는 차량용 스마트 미러.
  25. 제 22 항에 있어서, 상기 이색성 염료는 가시광선에 대해 양의 이색성을 갖는 것을 특징으로 하는 차량용 스마트 미러.
  26. 제 22 항에 있어서, 상기 기판층은 상기 액정층에 유입되는 불순물을 차단하는 보호층을 더 포함한 것을 특징으로 하는 차량용 스마트 미러.
  27. 제 22 항에 있어서, 상기 카이랄 물질은 콜레스테릭 상과 네마틱 상 중 어느 하나를 갖는 것을 특징으로 하는 차량용 스마트 미러.
  28. 제 22 항에 있어서, 상기 혼합물은 상기 전기장이 인가되지 않으면 수직 배향된 네마틱 상을 이루고, 상기 전기장이 인가되면 콜레스테릭 상을 이루는 것을 특징으로 하는 차량용 스마트 미러.
  29. 제 28 항에 있어서, 상기 전기장이 인가되지 않은 액정층의 광 투과율은 상기 전기장이 인가된 액정층의 광 투과율보다 높은 것을 특징으로 하는 차량용 스마트 미러.
  30. 제 22 항에 있어서, 상기 혼합물은 90% ~ 98%의 상기 네마틱 액정과, 1% ~ 5%의 상기 이색성 염료와, 0.1% ~ 5%의 상기 카이랄 물질로 혼합된 것을 특징으로 하는 차량용 스마트 미러.
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