WO2014175587A1 - 그래핀-그래파이트 광변조기 - Google Patents

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WO2014175587A1
WO2014175587A1 PCT/KR2014/003197 KR2014003197W WO2014175587A1 WO 2014175587 A1 WO2014175587 A1 WO 2014175587A1 KR 2014003197 W KR2014003197 W KR 2014003197W WO 2014175587 A1 WO2014175587 A1 WO 2014175587A1
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WO
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graphene
graphite
optical modulator
lower electrode
electrode
Prior art date
Application number
PCT/KR2014/003197
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English (en)
French (fr)
Inventor
이승희
임영진
철위위
Original Assignee
전북대학교 산학협력단
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/02—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the intensity of light
    • G02B26/026—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the intensity of light based on the rotation of particles under the influence of an external field, e.g. gyricons, twisting ball displays
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—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
    • G02F1/01—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 
    • G02F1/169—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 orientable non-spherical particles having a common optical characteristic, e.g. suspended particles of reflective metal flakes
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—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
    • G02F1/01—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 
    • G02F1/17—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 variable-absorption elements not provided for in groups G02F1/015 - G02F1/169

Definitions

  • the present invention relates to a graphene to graphite light modulator using rearrangement of graphene or graphite flakes. More specifically, it relates to graphene-graphite optical modulators that display information using the property that graphene or graphite is rearranged by an electric field.
  • Electronic paper is a display device that combines the advantages of paper with the advantages of display, and can be used in various forms in the fields of replacing existing papers such as electronic books, electronic newspapers, and electronic dictionaries, mobile phones, PDAs, and large billboards. It is expected to be used. However, even with these advantages, the conventional method uses a charged particle to express information, which makes it difficult to implement video.
  • the transparent display is a display device that shows the background of the screen behind, and was conventionally implemented by projecting on a transparent screen.
  • OLED Organic Light Emitting Display
  • LCD Liquid Crystal Display
  • 0LED has a problem that the transparent state can be realized but the dark state display is difficult, and the LCD also displays the dark state perfectly, but since the polarizer is used, the transparency problem is deteriorated.
  • the graphene to graphite flakes dispersed in the dielectric medium are rearranged under voltage application, and the light absorption ability is increased depending on the degree of rearrangement.
  • a graphene-graphite optical modulator that displays information using changing phenomena.
  • the graphene or graphite flakes dispersed in the entire medium display information by using a phenomenon in which light absorption is reduced according to the rearrangement degree under voltage application, it is difficult to implement a video generated in a conventional electronic paper. It can overcome the technical limitations of conventional photovoltaics, such as the difficulty of realizing perfect transparency and darkness in the conventional transparent display.
  • FIG. 1 is an enlarged photograph showing the degree of rearrangement of graphene flake aggregates dispersed in a dielectric medium (liquid crystal) according to the intensity of an electric field under an alternating voltage;
  • FIG. 6 and 7 show a color image through a rearrangement of color graphite flakes having a graphene layer of 50 or more layers coated with a color acrylic lacquer in a third embodiment.
  • FIG. 8 and 9 illustrate rearrangement of color graphene to color graphite flakes having less than 50 graphene layers coated with a color acrylic lacquer in the fourth embodiment.
  • the operation principle of the transmission-type graphene-graphite optical modulator displaying an image through the rearrangement of the graphite flake having more than 50 layers of graphene layer under alternating voltage application Is a diagram schematically illustrating;
  • FIG. 14 and FIG. 15 show a color image through the rearrangement of color graphite flakes having 50 or more graphene layers coated with a color acrylic lacquer in the seventh embodiment.
  • FIG. 16 and 17 show the rearrangement of color graphene to color graphite flakes having less than 50 graphene layers coated with a color acrylic lacquer 7 ⁇ according to the eighth embodiment.
  • Fig. 1 is a schematic diagram showing the operation principle of a transmissive graphene-graphite optical modulator displaying a color image through the present invention.
  • the expression “on” or “on” may be used to refer to a relative position concept, as well as the case where another component or layer is directly located on the layer mentioned. It is to be understood that other layers (increased layers) or components may be interposed or positioned in between. Thus, unless otherwise used, the expression “directly” may be understood as a relative concept as described above. ⁇ 23> Similarly.
  • the expression “below” or “below” below may also be understood to mean the relative position of a particular layer and the Daron layer.
  • the terms “bright state” and “dark state” can be understood in a relative meaning, in general, electrons emit (or reflect) light through most of incident light. While the latter may refer to a state (which may be referred to as a dark state) while absorbing most of the incident light.
  • the graphene-graphite optical modulator of the present invention includes graphene to graphite flakes dispersed in an upper electrode and a lower electrode, and a dielectric medium interposed therebetween.
  • the optical modulator may include a lower substrate on which the lower electrode is formed; An upper substrate spaced apart from the lower substrate, and having an upper electrode facing the lower electrode; And a mixture including the graphene to graphite flakes interposed between the opposite lower electrode and the upper electrode, and dispersed in a dielectric medium.
  • the graphene When the voltage is applied to the lower electrode and the upper electrode, the graphene The graphite flakes are rearranged and have a light modulation function.
  • graphene means that one carbon atom is bonded to three other carbon atoms (Si
  • Single layer graphene is a two-dimensional planar shape, 0.2 nm thick, extremely thin, and high physical and chemical stability.
  • graphene to graphite flakes is a type known in the art without particular limitation, for example, single layer graphene pole flakes, multilayer graphene (when graphene of a single layer is piled up to 10 or less layers, Flakes, etc.) to graphite (commonly referred to as graphite when a single layer of graphene is stacked in excess of 10 layers) may be used alone or in combination.
  • liquid crystal or silicone oil which is typically a low volatility dielectric medium, may be used as the liquid dielectric medium.
  • the method of obtaining a dispersion of graphene to graphite full rake in the dielectric medium is not particularly limited, but for example, the graphene or graphite flakes are sonicated in a solvent, and the supernatant is supernatant. It can be obtained by mixing and dispersing in a dielectric medium and then removing the solvent. At this time, the length of the graphene to graphite flakes subjected to the ultrasonic treatment may typically be a level of several micro to several hundred micro.
  • DCE di chloroethane
  • DMF dimethyl formamide
  • NMP N-methyl-2-pyrrol idone
  • EtOH ethanol: polar proton solvent
  • the concentration of graphene to graphite flakes in the dielectric medium is preferably about 0.5 to 50% by weight, more preferably about 1 to 10% by weight, particularly preferably about 1 to 10%. It may be in the range of 5% increase.
  • FIG. 1 is an optical microscope showing the degree to which graphite poles dispersed in a dielectric medium (liquid crystal) are rearranged according to the intensity of an electric field under an alternating voltage. It is a photograph (AC 60Hz).
  • the graphite flakes are rearranged as the electric field increases, and as the rearrangement thereof, the light absorption ability of the graphite flakes decreases, thereby showing a bright state in the highest rearranged state.
  • the strength of the electric field when an alternating voltage is applied is a threshold field of the graphene to graphite flakes (the electric field where the graphene to graphite flakes begin to be rearranged). It can be adjusted above.
  • the threshold electric field is preferably adjusted to be less than or equal to the maximum electric field (the electric field when the rearrangement of the flakes is completed, meaning that there is no deformation or rotation of the flake even when an additional electric field is applied).
  • the threshold electric field and the maximum electric field may vary depending on the type, content and type of the dielectric medium of the graphene to graphite flakes.
  • the threshold electric field may be about 14 mV / um, and the maximum electric field may be about 142 mV / ura. .
  • Graphene to graphite full lakes have the lowest light absorption (i.e., high light transmittance) near the maximum electric field when alternating voltage is applied, and low light transmittance below the threshold electric field.
  • high light transmittance i.e., high light transmittance
  • low light transmittance below the threshold electric field.
  • the graphene to graphite flakes dispersed in the dielectric medium have a size capable of exhibiting rearrangement characteristics adjusted to properly implement a video under an alternating voltage.
  • the size is the area of the pin to the graphite flake may be preferably from 2 2 about lOOnm to 300.
  • the frequency applied when the AC voltage is applied may be in the range of about 1Hz to about 5kHz, preferably 10Hz to 1kHz.
  • the graphene-graphite optical modulator may operate while interchanging an AC voltage application mode.
  • the graphene to graphite flakes have a large area to easily induce the nematic liquid crystal molecules, resulting in van der Waals forces between the flake surface and the liquid crystal molecules.
  • Large charge accumulation occurs between the liquid crystal and the pole, and when an external electric field is applied, induced polarization occurs due to charge accumulation on the surface, causing the flake to rotate.
  • the liquid crystal used by this invention is a positive nematic liquid crystal.
  • the graphene or graphite poles are reoriented, but do not return to their initial state when the electric field is removed.
  • the liquid crystals are initially horizontally arranged because they move in a direction perpendicular to the electric field. Therefore, since the liquid crystal does not move when the voltage is removed, the flake does not move and does not return to its original state.
  • the optical modulator may be transmissive or reflective.
  • the reflected light or transmitted light may be linearly polarized with the graphene to graphite flake layer surface in a vertical direction.
  • the incident light absorbs the light irrespective of the vertical and horizontal.
  • the lower electrode may serve as a reflector by patterning a metal material having a high reflectance.
  • the optical modulator may include a reflecting plate on a lower surface of the lower substrate when the lower electrode is a transparent electrode.
  • the lower electrode or the reflector serving as the reflector may have a white coating layer formed on an upper surface thereof.
  • the optical modulator is a contrast ratio of the graphene to graphite flakes
  • the rearrangement time can be reduced by increasing the aspect ratio.
  • the optical modulator may control the rearrangement time by changing the area of the graphene to graphite flakes or the intensity of the applied electric field.
  • the present invention relates to a graphene-graphite optical modulator capable of realizing full color.
  • An upper substrate spaced apart from the lower substrate and formed with an upper electrode facing the lower electrode;
  • It includes a polymer wall for separating the coated graphene to graphite flakes in red, green, blue.
  • the graphene, graphite, substrate, dielectric medium, etc. may refer to the above-described contents.
  • the full color graphene-graphite optical modulator of the present invention may be transmissive or reflective.
  • the optical modulator When the optical modulator is a transmission type, it may include a graphene to graphite flake region that is not coated in any color other than the graphene to graphite flakes coated with red, green, and blue.
  • the lower electrode may be a black electrode in an opaque state or a hop layer formed under the transparent lower electrode.
  • Coating of the graphene to graphite flakes with red and green blue may be performed by a known method.
  • the polymer wall separates graphene or graphite flakes into red, green, and blue.
  • the polymer walls can be formed by commonly known photoresist processes.
  • a voltage is applied to the lower electrode and the upper electrode to rearrange the graphene to graphite flakes coated in red, green, and blue to reduce color reproducibility.
  • FIG. 2 and 3 illustrate a reflective graphene-graphite optical modulator 100 driven through rearrangement of graphite flakes having more than 50 graphene layers under an alternating voltage application according to the first embodiment.
  • the lower electrode 102 is attached to the upper surface of the lower substrate 101, and the upper electrode 105 is formed below the upper substrate 106 with a space therebetween. have.
  • the lower electrode 102 and the upper electrode 105 are arranged to face each other, and the lower electrode 102 and the upper electrode 105 are graphite having 50 or more layers of graphene in the dielectric medium 103.
  • the flakes 104 are dispersed.
  • the lower substrate 101 and the upper substrate 106 are preferably made of glass or transparent plastics (polyethylene terephthalate, polycarbonate, poly) in order to minimize the influence on light transmission and light reflection characteristics. Ether sulfone, polyamide, etc.) material.
  • the upper electrode 105 preferably uses a transparent electrode.
  • the material of such a transparent electrode is not particularly limited, but In, Sn, Zn, Ga, Cd, Mg, Be, Ag, Mo, V, Cu, Ir, Rh, W, Co, Cr, Ni, Ti, Mn Transparent electrode materials such as La and the like may be constituted alone or in combination.
  • indium tin oxide preferably, indium tin oxide
  • IT0 indium zinc oxide
  • IZO indium zinc oxide
  • gallium zinc oxide gallium zinc oxide
  • aluminum zinc oxide aluminum zinc oxide
  • the lower electrode 102 may serve as an electrode and a reflecting plate at the same time, and the external incident light 107 passes through the upper substrate 106 and the upper electrode 105 to open a space (the upper electrode and the upper electrode).
  • the reflector may be made of a metal material having a high reflectance.
  • Such a reflective layer can be composed of, for example, Al, Ag, Cr, Mo, Au, Cu or the like alone or in combination.
  • the lower electrode is a transparent electrode made of the above-mentioned transparent material
  • a separate reflector (not shown) may be formed on the lower surface of the lower substrate, and the component may be a metal having the high reflectance mentioned above. Can be composed of materials. '
  • a white coating layer (not shown) may be formed on the reflecting plate coated on the lower substrate.
  • White pigments usable in such coating layers are, for example, barium titanate (BaTi0 3 ), strontium titanate (SrTi), chalcitatinate (CaTi0 3 ), lead titanate (PbTi0 3 ), titania (Ti0 2 ), Tin Oxide (Sn0 2 ), Calcium Oxide (CaO), Magnesium Oxide (MgO), Alumina (AI 2 0 3 ), Iron Oxide
  • Fe 2 0 3 gamma iron oxide, magnesium silicate (MgSi), magnetite (Fe 3 0 4 ), zirconia (Zr3 ⁇ 4), boron oxide (3 ⁇ 4), silicon carbide (SiC), silicon nitride (Si 3 N 4 ), at least one may be selected from nickel ferrite, zinc ferrite, nickel zinc ferrite, barium ferrite (BaFe 2 O 4 ), and the like.
  • the white pigment is a conductive material
  • a lower electrode serving as a reflector (102) It is also possible to coat white pigments on top.
  • FIG. 2 shows the inside of the cell of the reflective graphene-graphite optical modulator 100 before the application of an alternating voltage, in which the graphite flakes 104 having more than 50 layers of graphene have a top and bottom in the dielectric medium 103. Since it is distributed horizontally with respect to the substrates 101 and 106, the external incident light 107 is absorbed by the graphite flakes 104 to indicate a dark state.
  • FIG. 3 shows the inside of the cell of the reflective graphene-graphite optical modulator 100 under the application of an alternating voltage, in which an alternating voltage (vertical electric field) is applied to the upper electrode 105 and the lower electrode 102.
  • an alternating voltage vertical electric field
  • FIGS. 4 and 5 are reflective graphene-graphite optical modulators 200 according to the second embodiment, through rearrangement of graphene to graphite plates having less than 50 layers of graphene layers under alternating voltage application. Is a diagram schematically showing the principle of displaying images.
  • the present embodiment may display the dark and the bright state using graphene to graphite plates having a graphene layer of less than 50 layers.
  • FIG. 4 shows the inside of a sal of a reflective graphene-graphite optical modulator 200 before applying an alternating voltage, and has a graphene to graphite flake having less than 50 layers of graphene in the sal before applying an alternating voltage. Since 204 is uniformly distributed in the dielectric medium 203 and absorbs a substantial portion of the external incident light 207, it displays a kind of frosted state.
  • FIG. 5 shows the interior of the cell of the reflective graphene-graphite optical modulator 200 under the application of an alternating voltage, and applies an alternating voltage (vertical electric field) to the upper electrode 205 and the lower electrode 202.
  • an alternating voltage vertical electric field
  • the graphene to graphite flakes 204 having less than 50 layers of graphene are rotated 90 degrees and rearranged in the vertical direction.
  • the light absorption capacity is lowered in response to the rearrangement.
  • the reflected reflected light 208 comes out linearly polarized light oscillating in a direction perpendicular to the graphene monolayer. Subsequently, if the voltage is stopped, the graphene to graphite flakes 204 having the rearranged graphene layers less than 50 are returned to their original form to reduce the light transmittance.
  • FIG. 6 and 7 are graphene layers of at least 50 layers coated with red (R), green (G), and blue (B) color acrylic lacquers, respectively, in the third embodiment.
  • the reflective graphene-graphite optical modulator 100 of the first embodiment is provided with a full color function.
  • the upper surface of the lower substrate 301 is coated with an absorbing layer 309 layer
  • the lower electrode 302 is attached to the upper surface of the absorbing layer 310
  • An upper electrode 305 is formed below the upper substrate 306 to leave the space therebetween.
  • the lower electrode 302 and the upper electrode 305 are arranged to face each other, and the lower electrode 302 and the upper electrode 305 are formed of red (R), green (G), and blue (B).
  • Color graphite flakes 304a, 304b, 304c having at least 50 layers of graphene, each coated with colored acrylic lacquer, are evenly dispersed in the dielectric medium 303 with the polymer walls 309 interposed therebetween.
  • the absorption layer 310 is the external incident light (307a, 307b, 307c) is the upper substrate
  • the absorbing layer 310 may be made of a material having a high absorption rate.
  • Such an absorption layer can be comprised, for example independently or in combination of Cr, low reflection Cr, carbon black which is organic substance, etc.
  • the absorbing layer 310 may be formed on the lower surface of the lower substrate 301 (not shown).
  • the lower electrode 302 is a transparent electrode using only a transparent material without a role of a reflecting plate, but when the lower electrode 302 is blackened through anodizing, it is an opaque contact electrode and uses a separate absorbing layer. Not required (not shown).
  • the polymer wall 309 can be formed through a commonly known PR (Photo resistor) process, a detailed description thereof will be omitted.
  • the inside of the sal of 300 is shown, and the color graphite flakes having 50 or more layers of graphene coated with red (R), green (G), and blue (B) colored acrylic lacquer in the cell before the alternating voltage is applied.
  • 304a, 304b, and 304c are uniformly dispersed in the dielectric medium 303 with the polymer wall 309 interposed therebetween, so that the external incident light 307a, 307b, and 307c gradually transmits through the cell space.
  • FIG. 7 illustrates the interior of the cell of the reflective graphene-graphite optical modulator 300 under the application of an alternating voltage, and applies an alternating voltage (vertical electric field) to the upper electrode 305 and the lower electrode 302.
  • FIG. 7 illustrates the interior of the cell of the reflective graphene-graphite optical modulator 300 under the application of an alternating voltage, and applies an alternating voltage (vertical electric field) to the upper electrode 305 and the lower electrode 302.
  • FIG. 7 illustrates the interior of the cell of the reflective graphene-graphite optical modulator 300 under the application of an alternating voltage, and applies an alternating voltage (vertical electric field) to the upper electrode 305 and the lower electrode 302.
  • FIG. 7 illustrates the interior of the cell of the reflective graphene-graphite optical modulator 300 under the application of an alternating voltage, and applies an alternating voltage (vertical electric field) to the upper electrode 305 and the lower electrode 302.
  • FIG. 7 illustrates the interior of the cell of the reflective graphene-graph
  • the external incident light 307a, 307b, and 307c gradually pass through the cell space and the lower electrode, and are absorbed by the absorbing layer 310 positioned below the lower electrode 302 to become dark. Then, when the voltage application is stopped, the rearranged graphite plays 304a, 304b, 304c coated with red (R), green (G), and blue (B) coated with acrylic resin are returned to their original form. The reflected light of three colors of red (R), green (G), and blue (B) increases.
  • the white light can be expressed through three color combinations of red (R), green (G), and blue (B).
  • FIG. 8 and 9 show, in the fourth embodiment, a color graph having less than 50 layers of graphene charges coated with red (R), green (G), and blue (B) colored acrylic lacquers, respectively.
  • the reflective graphene-graphite optical modulator 200 of the second embodiment described above is provided with a full color function.
  • This embodiment is different from the previous embodiment, color graphene to graphite having less than 50 graphene layers coated with red (R), green (G), and blue (B) colored acrylic lacquers, respectively.
  • the plate can be used to display a full color display.
  • the polymer wall 409 can be formed through a commonly known photo resistor (PR) process, detailed description thereof will be omitted.
  • PR photo resistor
  • FIG. 8 shows a full 3 ⁇ 4 reflective graphene-graphite optical modulator before applying an alternating voltage.
  • Fin to graphite poles 404a, 404b, 404c are uniformly dispersed in the dielectric medium 403 with the polymer wall 409 interposed therebetween so that the external incident light 407a, 407b, 407c gradually penetrates the cell space.
  • the three colors of blue (B) are reflected by the respective color graphene to graphite flakes 404a, 404b, 404c to emit full color reflected light 408a, 408b, 408c.
  • the reflected full color reflected light (408a, 408b, 408c) is a linearly polarized light (not shown) that oscillates in a direction perpendicular to the graphene single layer plane.
  • FIG. 9 shows the interior of the cell of the reflective graphene-graphite optical modulator 400 under alternating voltage, and applies an alternating voltage (vertical electric field) to the upper electrode 405 and the lower electrode 402.
  • red (R), green (G), and blue (B) colored acrylic lacquer coated with graphene to graphite pole lakes having less than 50 layers of graphene (404a, 404b) , 404c is rotated 90 degrees and rearranged in the vertical direction, and the external incident light 407a, 407b, and 407c corresponds to the degree of rearrangement, corresponding to three colors of red (R), green (G), and blue (B).
  • the color reflectance of the is lowered.
  • the external incident light 407a, 407b, 407c gradually penetrates the sal space and the lower electrode, and is absorbed by the absorbing layer 410 located under the lower electrode 402 to become a dark state. Then, when the voltage application is stopped, the red (R), green (G) and blue (B) rearranged colored acrylic lacquer is coated with graphene or graphite flakes. 404a, 404b, and 404c return to their original forms, and the reflected light of three colors of red (R), green (G), and blue (B) is increased.
  • the white light can be expressed through three color combinations of red (R), green (G), and blue (B).
  • FIG. 10 and 11 illustrate a transmission type graphene-optic graphite optical modulator 500 driven through rearrangement of graphite flakes having 50 or more graphene layers under alternating voltage application according to the fifth embodiment. a drawing, showing the principle of displaying an image. FIG.
  • the present embodiment can display the dark and the bright states through the transmissive mode.
  • the lower electrode 502 is attached to the upper surface of the lower substrate 501, while the upper electrode 505 is formed below the upper substrate 506 with a space therebetween. It is made. At this time, the lower electrode 502 and the upper electrode 505 are arranged to face each other, the graphite flake having a graphene layer of 50 or more layers in the dielectric medium 503 between the lower electrode 502 and the upper electrode 505 504 is dispersed.
  • FIG. 10 shows the inside of the cell of the transmissive graphene-graphite optical modulator 500 before the alternating voltage is applied.
  • the graphite flakes having the graphene layer of 50 or more layers are formed on the upper and lower substrates in the dielectric medium 503. Since it is horizontally distributed with respect to 501 and 506, the incident light 507 from the side back light unit (not shown) is absorbed by the graphite flake 504 to indicate a dark state.
  • FIG. 11 illustrates the inside of a cell of the transmissive graphene-graphite optical modulator 500 under an alternating current voltage, which is applied to the upper electrode 505 and the lower electrode 502 by applying an alternating voltage (vertical electric field). Accordingly, since the vertical electric field is formed, the graphite flakes 504 having more than 50 graphene layers are rearranged in a vertical direction by rotating 90 degrees, and the light absorption capacity is lowered corresponding to the degree of rearrangement. As a result, the incident light 507 from the side backlight gradually passes through the cell space, and finally passes through the upper electrode 502 and the upper substrate 506, resulting in a transparent bright state.
  • alternating voltage vertical electric field
  • 12 and 13 illustrate a transmission type graphene-graphite optical modulator 600 through rearrangement of graphene to graphite plates having a graphene layer of less than 50 layers under alternating voltage application in the sixth embodiment.
  • the present embodiment can display the dark and the bright state using graphene to graphite plates having a graphene layer of less than 50 layers.
  • FIG. 12 shows the inside of a cell of a transmissive graphene-graphite optical modulator 600 prior to alternating voltage application, with graphene to graphite flakes 604 having less than 50 layers of graphene in sal before alternating voltage application. ) Is uniformly distributed in the dielectric medium 603, which absorbs a significant portion of the better incident light 607 by side backlights (not shown), indicating a kind of dark state.
  • FIG. 13 shows the inside of the cell of the transmissive graphene-graphite optical modulator 600 under an alternating current voltage, which is applied to the upper electrode 605 and the lower electrode 602 by applying an alternating voltage (vertical electric field). Accordingly, because the vertical electric field is formed, the graphene to graphite flakes 604 having a graphene layer of less than 50 layers are rotated 90 degrees and rearranged in the vertical direction, and the optical hop performance is lowered due to the degree of rearrangement. As a result, the incident light 607 is gradually transmitted through the cell space by the side backlight, and finally passes through the upper electrode 602 and the upper substrate 606, resulting in a transparent bright state.
  • alternating voltage vertical electric field
  • the transmitted light is a linearly polarized light (not shown) that vibrates in a direction perpendicular to the graphene single layer surface. Then, as voltage application is increased, the graphene to graphite poles 604 having the rearranged graphene layers less than 50 are returned to their original form to reduce the light transmittance.
  • FIG. 14 and 15 show, in the seventh embodiment, graphite flakes having more than 50 layers of pure graphene and color acrylic lacquers of red (R), green (G) and blue (B).
  • ic lacquer schematically shows the operation principle of the transmissive graphene ⁇ graphite light modulator 700 displaying a full color (fuU color) image through the rearrangement of the color graphite flakes having more than 50 layers of graphene layers coated with
  • the full-color function is provided to the transmissive graphene-graphite optical modulator 500 of the fifth embodiment described above.
  • the lower electrode 702 is attached to the upper surface of the lower substrate 701.
  • the upper electrode 705 is formed below the upper engine 706 with a space on the upper side.
  • the lower electrode 702 and the upper electrode 705 are arranged to face each other, and between the lower electrode 702 and the upper electrode 705 is a graphite flake 708d having more than 50 layers of pure graphene.
  • Colored graphite flakes (704a, 704b, 704c) having more than 50 layers of graphene coated with red (R), green (G), and blue (B) colored acrylic lacquers, respectively, with the polymer walls 709 interposed therebetween. It is evenly distributed in the dielectric medium 703.
  • the lower substrate 7 01, the lower electrode 702, the upper substrate 706, and the upper electrode 705 ′ with respect to the dielectric medium 703 are the same as described with reference to FIGS. 2 to 3. The description will be omitted.
  • the polymer wall 709 can be formed through a commonly known PR (Photo resistor) process, a detailed description thereof will be omitted.
  • FIG. 14 is a full color transmissive graphene-graphite optical modulator before AC voltage is applied;
  • (700) shows the interior of the sal, before the application of alternating voltage, graphite (708d) and red (R), green (G), blue (B) colored acrylic lacquer having more than 50 layers of pure graphene in the cell
  • Color graphite fulllakes 704a, 704b, 704c, each having more than 50 layers of graphene coated, are uniformly dispersed in the dielectric medium 703 with the polymer walls 709 interposed therebetween, thus providing a side-lit backlight (not shown).
  • Incident light (707a, 707b, 707c, 704d) gradually penetrates the cell space, and is coated with pure graphite flake (704d) and colored acrylic lacquer of red 00, green (G), and blue (B).
  • the color graphite flakes coated with red (R), green (G), and blue (B) colors are respectively colored graphite flakes (704a, 704b, 704c). Emits full color by the polymer wall 709 In the separated pure graphite region, the pure graphite flake 704d absorbs the incident light 704d to represent the dark state.
  • white light can be expressed through three color combinations of red (R), green (G), and blue (B).
  • Fig. 15 shows the inside of the cell of the transmissive graphene-graphite optical modulator 700 under alternating voltage application, and applies an alternating voltage (vertical electric field) to the upper electrode 705 and the lower electrode 702.
  • alternating voltage vertical electric field
  • pure graphite flakes having more than 50 layers of graphene (704d) and graphite polyflakes coated with red (R), green (G) and blue (B) colored acrylic lacquer ( 704a, 704b, and 704c rotate 90 degrees and rearrange in the vertical direction, and incident light 707a, 707b, 707c, and 707d from side backlights
  • the color reflectance and darkness of the three colors of red (R), green (G) and blue (B) are lowered due to the degree of arrangement.
  • incident light 707a, 707b, 707c, and 707d emitted from the side backlight gradually passes through the cell space and the upper electrode 705 and the upper substrate 706, resulting in a transparent bright state.
  • the rearranged graphite flakes (704a, 704b, 704c) coated with the colored acrylic lacquer of red (R), green (G), and blue (B) return to their original form.
  • the transparent transmitted light of three colors of red (R), green (G), and blue (B) increases, and pure graphite flakes also return to their original form, increasing the dark state.
  • Transmissive graphene-graphite optical modulator (800) displaying full color images through rearrangement of color graphene to graphite flakes with less than 50 layers of graphene each coated with a color acrylic lacquer
  • a diagram schematically illustrating the operation principle of, for example, the full-color function is given to the transmissive graphene-graphite photochromic device 600 of the sixth embodiment described above.
  • the polymer wall 809 can be formed through a commonly known PR (Photo resist or) process, a detailed description thereof will be omitted.
  • (800) shows the inside of the cell, before the alternating voltage is applied to the graphene to graphite (808d) and red (R), green (G), blue (B) having less than 50 layers of pure graphene in the cell
  • Colored graphene to graphite poles 804a, 804b, and 804c having less than 50 graphene layers each coated with colored acrylic lacquer are uniformly dispersed in the dielectric medium 803 with the polymer wall 809 interposed therebetween.
  • the incident light (807a, 807b, 807c, 804d) from the side backlight (not shown) gradually penetrates the sal space, and becomes pure graphene or graphite flake (804d) and red (R), green (G).
  • the colored acrylic lacquer of blue (B) is coated with colored graphene to graphite poles 804a, 804b, and 804c
  • the green (G) and blue (B) tricolor coated color graphene to graphite pole flake regions emit full color by the respective color graphene to graphite flakes 804a, 804b, and 804c, and the polymer wall 809
  • the pure graphite region divided by) shows that the pure graphene to graphite flake 804d absorbs the incident light 804d so as to represent the dark state.
  • the white light can be expressed through three color combinations of red (R), green (G), and blue (B). '
  • FIG. 17 illustrates the inside of a cell of the transmissive graphene-graphite optical modulator 800 under an alternating current voltage.
  • an alternating voltage vertical electric field
  • the graphene is coated with pure graphene to graphite flakes (804d) and red (R), green (G) and blue (B) colored acrylic lacquers with less than 50 layers of graphene due to the formation of a vertical electric field.
  • Fin to graphite flakes 804a, 804b, 804c are rotated 90 degrees and rearranged in the vertical direction, and better incident light (807a, 807b, 807c, 807d) in the side-side backlight is red (R) due to the degree of rearrangement.
  • the color reflectance and darkness of the three colors of green (G) and blue (B) are lowered.
  • incident light 807a, 807b, 807c, 807d from the side backlight gradually passes through the cell space and the upper electrode 805 and the upper substrate 806, resulting in a transparent bright state.
  • the transmitted full color transmitted light is preferably linearly polarized light (not shown) which vibrates in a direction perpendicular to the graphene single layer plane.
  • the graphene to graphite flakes 804a, 804b, and 804c coated with the colored acrylic lacquer of red 00, green (G) and blue (B) rearranged are returned to their original form.
  • the transparent transmitted light of three colors of red (R), green (G) and blue (B) increases, and pure graphene to graphite flakes also return to their original form, increasing the dark state.
  • the graphene-graphite optical modulator may be susceptible to direct current voltage.
  • Figure 18a shows the rising time of the optical modulator of the first embodiment according to the frequency and voltage (the time taken for the flakes to be rearranged vertically from the horizontal state when a vertical electric field is applied), and b of Figure 18b.
  • the voltage may increase, and as the contrast ratio increases, the rising time decreases by one steam.
  • the graphene-graphite optical modulator according to the present invention uses graphene or graphite, which is present in the form of flakes in the dielectric medium, to reduce the light absorption ability according to the rearrangement degree under alternating voltage application. You can implement a video using the phenomenon. Therefore, various images can be realized by a simple operation such as switching between AC voltage modes in a single display device. Furthermore, it is also possible to express an image in full color using color graphene or graphite.
  • the present invention is applicable to the electronic paper and transparent display industry.

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Abstract

본 발명은 개선된 성능을 갖는 그래핀-그래파이트 광변조기로서, 그래핀 내지 그래파이트 플레이크에 의하여 정보표시가 가능한 그래핀-그래파이트 광변조기에 관한 것이다.

Description

【명세서】
【발명의 명칭】
그래핀—그래파이트 광변조기
【기술분야】
<ι> 본 발명은 그래핀 내지 그래파이트 플레이크 (Graphene or Graphite f lake)의 재배열성을 이용한 그래핀 내지 그래파이트 광변조기에 관한 것이다. 좀 더 상세하 게는 그래핀 내지 그래파이트가 전기장에 의해 재배열되는 성질을 이용하여 정보를 표시하는 그래핀ᅳ그래파이트 광변조기에 관한 것이다 .
【배경기술】
<2> 최근， 컴퓨터 및 미디어 산업의 급격한 진보로 인하여 경량 박형의 평판 디 스플레이 장치에 대한 요구가 증대되고 있다. 이러한 요구에 부응하여 둥장한 광변 조기에는 전자종이 (electronic paper； e-paper)와 투명디스폴레이가 있다 .
<3> 전자종이는 종이의 장점과 디스폴레이의 장점을 결합한 표시소자로서 전자 책， 전자 신문 및 전자사전과 같은 기존의 종이 대체 용도부터 휴대폰， PDA, 대형 광고게시판 등의 분야에서 다양한 형 태로 사용될 수 있을 것으로 기대되고 있다 . 하지 만 이러 한 장점에도 종래의 방식은 전하를 띄는 입자를 사용하여 정보를 표현 하기 때문에 동영상 구현이 어려운 한계를 갖는다 .
<4> 또한， 투명디스플레이는 화면의 뒷 배경이 비춰 보이는 디스플레이소자로서 종래에는 주로 투명 한 스크린에 투사하여 구현하였으나， 지금은 직접 투명한 화면 을 구성하는 방향으로 개발이 진행되고 있으며 , 최근 급속한 기술적 발전을 보이고 있는 유기발광디스플레이 (OLED: Organic Light Emitt ing Di splay)와 액정디스플레 이 (LCD: Liquid Crystal Display)가 주로 응용되고 있다 . 하지만 0LED는 투명상태 는 구현이 가능하나 어둠상태표시가 어 려운 문제점을 가지고 있고， LCD 또한 어둠 상태가 완벽하게 표시가능하나 편광자를 사용하기 때문에 투명도가 저하되는 치명 적인 문제점이 발생한다.
【발명의 상세한 설명】
【기술적 과제】
<5> 본 발명에서는 종래 기술의 한계를 극복하고 보다 개선된 광변조기를 개발하 기 위하여 유전체 매질 내에 분산된 그래핀 내지 그래파이트 플레이크가 전압 인가 하에서 재배열되고， 그 재배열 정도에 따라 광 흡수능이 변화하는 현상을 이용하여 정보를 표시하는 그래핀 -그래파이트 광변조기에 관한 것이다 .
【기술적 해결방법】
<6> 상기목적을 달성하기 위해 투명 유전체 매질 내에 분산된 그래핀 내지 그래 파이트 플레이크를 구동하는 데 있어 상부기판에 통 전극 형태의 공통전극을 두고, 하부기판에 통전극 형태의 픽셀전극을 두어 두 기판의 전압의 크기를 제어해주어 계조를 표현할 수 있는 정보표시가 가능한 그래핀 -그래파이트 광변조기를 제안한 다.
【유리한 효과】
<7> 본 발명은 전체 매질 내에 분산된 그래핀 내지 그래파이트 플레이크가 전압 인가 하에서 재배열성 정도에 따라 광 흡수능이 저감되는 현상을 이용하여 정보를 표시하기 때문에 종래 전자종이에서 제기된 동영상 구현의 어려움 및 종래 투명디 스플레이에서 제기된 완벽한 투명상태와 어둠상태 구현의 어려움과 같은 종래 광변 조기들의 기술적 한계를 극복할수 있다.
<8> 따라서， 향후 광범위한 상용화가 기대된다.
【도면의 간단한설명】
<9> 도 1은 유전체 매질 (액정) 내에 분산된 그래핀 플레이크 응집체가 교류전압 인가하에서 전기장의 세기에 따라 재배열돠는 정도를 보여주는 확대 사진이고；
<10> 도 2 및 도 3는， 제 1 실시예에 있어서, 교류전압 인가 하에서 50층 이상의 그래핀 층을 갖는 그래파이트 플레이크의 재배열성올 통해 화상을 표시하는 반사형 그래핀 -그래파이트 광변조기의 동작원리를 개략적으로 도시하는 도면이고;
<π> 도 4 및 도 5는, 제 2 실시예에 있어서， 교류전압 인가 하에서 50층 미만의 그래핀 층을 갖는 그래핀 내지 그래파이트 플레이트의 재배열성을 통해 화상을 표 시하는 반사형 그래핀 -그래파이트 광변조기의 동작원리를 개략적으로 도시하는 도 면이고;
<12> 도 6 및 도 7는， 제 3 실시예에 있어서， 컬러 아크릴 락카 (Color acrylic lacquer)가 코팅된 50층 이상의 그래핀 층을 갖는 컬러 그래파이트 플레이크의 재 배열성을 통해 컬러 화상을 표시하는 반사형 그래핀 -그래파이트 광변조기의 동작원 리를 개략적으로 도시하는도면이고;
<13> 도 8 및 도 9는, 제 4 실시예에 있어서, 컬러 아크릴 락카 (Color acrylic lacquer)가 코팅된 50층 미만의 그래핀 층을 갖는 컬러 그래핀 내지 컬러 그래파이 트 플레이크의 재배열성을 통해 컬러 화상을 표시하는 반사형 그래핀 -그래파이트 광변조기의 동작원리를 개략적으로 도시하는 도면이고;
<14> 도 10 및 도 11는， 제 5실시예에 있어서， 교류전압 인가 하에서 50층 이상의 그래핀 층을 갖는 그래파이트 플레이크의 재배열성을 통해 화상을 표시하는 투과형 그래핀ᅳ그래파이트 광변조기의 동작원리를 개략적으로 도시하는 도면이고;
<15> 도 12 및 도 13는， 제 6실시예에 있어서， 교류전압 인가하에서 50층 미만의 그래핀 층을 갖는 그래핀 내지 그래파이트 플레이트의 재배열성을 통해 화상을 표 시하는 투과형 그래핀 -그래파이트 광변조기의 동작원리 개략적으로 도시하는 도면 이고;
<16> 도 14 및 도 15는， 제 7 실시예에 있어서, 컬러 아크릴 락카 (Color acrylic lacquer)가 코팅된 50층 이상의 그래핀 층을 갖는 컬러 그래파이트 플레이크의 재 배열성을 통해 컬러 화상을 표시하는 투과형 그래핀 -그래파이트 광변조기의 동작원 리 개략적으로 도시하는 도면이고;
<17> 도 16 및 도 17는， 제 8 실시예에 있어서， 컬러 아크릴 락카 (Color acrylic lacquer )7} 코팅된 50층 미만의 그래핀 층을 갖는 컬러 그래핀 내지 컬러 그래파이 트 플레이크의 재배열성을 통해 컬러 화상을 표시하는 투과형 그래핀ᅳ그래파이트 광변조기의 동작원리 개략적으로 도시하는도면이다.
<18> 도 10의 a는 제 1실시예의 광변조기에서 주파수， 전압에 따른 rising time을 나타내고, 도 10의 b는 제 1실시예의 광변조기에서 주파수， 대조비에 따른 rising time을 나타낸다.
<19> 도 19은플레이크 면적， 대조비에 따른 rising time을 나타낸다.
<20>
【발명의 실시를 위한 형태】
<21> 본 발명은 첨부된 도면을 참고로 하여 하기의 설명에 의하여 모두 달성될 수 있다. 하기의 설명은 본 발명의 바람직한 구체 예를 기술하는 것으로 이해되어야 하며， 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아님을 이해해야한다 . 또한， 첨부된 도면은 이해를 돕기 위하여 실제 층의 두께 (또는 높이) 또는 다른 층과의 비율을 다소 과장되게 표현된 것일 수 있다.
<22> 본 명세서에 있어서， "상에 " 또는 "위에 "라는 표현은 상대적인 위치 개념을 언급하기 위하여 사용될 수 있는바， 언급된 층에 다른 구성 요소 또는 층이 직접적 으로 위치하는 경우뿐만 아니라, 그 사이에 다른 층 (증간 층) 또는 구성 요소가 개 재되거나 위치할 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 별도로 "직접적으로 "라 는 표현을사용하지 않는 한， 상술한 바와 같이 상대적 개념으로 이해될 수 있다. <23> 이와 유사하게 . "하면에 "하측에 '' 또는 "아래에"라는 표현 역시 특정 층과 다론층의 상대적 위치를 의미하는 것으로 이해될 수 있다.
<24> 또한， 본 명세서에 있어서， "밝음 상태" 및 "어둠 상태' '라는 용어는 상대적 인 의미로 이해될 수 있는바, 대체적으로 전자는 입사광올 대부분 통과시켜 빛을 방출 (또는 반사)하는 상태 (white 상태로 언급될 수 있음)를 의미하는 한편, 후자는 입사광의 대부분을흡수하는 상태 (dark상태로 언급될 수 있음)를 의미할 수 있다. <25> 본 발명의 그래핀 -그래파이트 광변조기는 상부전극과 하부전극， 이들 사이에 개재된 유전체 매질 내에 분산된 그래편 내지 그래파이트 플레이크를 포함한다.
<26> 상기 광변조기는 광변조기는 상기 하부전극이 형성된 하부기판 ; 상기 하부기판과 이격되고 , 상기 하부전극과 대향하는 상부전극이 형성된 상부기판; 및 상기 대향하는 하부전극과 상부전극 사이에 개재되며， 유전체 매질 내에 분산된 상 기 그래핀 내지 그래파이트 플레이크를 포함하는 혼합물을 구비하고 , 상기 하부전 극과 상부전극에 전압이 인가되면， 상기 그래핀 내지 그래파이트 플레이크가 재배 열되면서 광변조기능을 갖는다 .
<27> 통상적으로， "그래핀 "은 하나의 탄소원자가 3개의 다른 탄소원자와 결합 ( Si
결합)되어 있고 육각형 벌집 형상을 구성하는 물질을 의미한다 . 단층의 그래핀은 2 차원 평면형 태로， 두께는 0.2nm로 엄 청나게 얇으면서 물리적， 화학적 안정성도 높 다.
<28> 본 발명에 있어서， 그래핀 내지 그래파이트 플레이크는 특별한 제한 없이 당 업 계에서 알려진 종류， 예를 들면 단층 그래핀 폴레이크， 다층 그래핀 (단층의 그 래핀이 10층 이하로 쌓여 있을 때 통상적으로 그래핀이라 칭함) 내지 그래파이트 ( 단층의 그래핀이 10층 초과로 쌓여 있을 때 통상적으로 그래파이트라 칭함) 플레이 크 등을 단독으로 또는 조합하여 사용할 수 있다 .
<29> 본 발명에 있어서， 사용되는 유전체 매질은， 전형적으로는 액상 유전체 매질 로서 휘발성이 작은 유전제 매질인 액정 또는 실리콘 오일을 사용할 수 있다 .
<30> 유전체 매질 내 그래핀 내지 그래파이트 풀레이크의 분산물을 얻는 방법은 특별히 한정되는 것은 아니지 만， 예를 들면 그래핀 내지 그래파이트 플레이크를 용 매에 넣어 초음파처리하고， 그 상층액 (supernatant )을 유전체 매질에 혼합하여 분 산시킨 후 상기용매를 제거하는 방식으로 얻을 수 있다 . 이때 , 초음파 처리를 거친 그래핀 내지 그래파이트 플레이크의 길이는 전형적으로 수 마이크로 내지 수백 마 이크로 수준일 수 있다. 또한 용매로서 DCE(di chloroethane) , DMF(dimethyl formamide) , NMP(N-methyl-2-pyrrol idone) , EtOH(ethanol：극성양성자 용매 )등을 사용할 수 있다 .
<31> 본 발명을 실현하기 위해서는 유전체 매질 내에서 그래핀 내지 그래파이트 플레이크의 농도는， 바람직하게는 약 0.5 내지 50 중량 %， 보다 바람직하게는 약 1 내지 10중량 %， 특히 바람직하게는 약 1 내지 5증량 % 범위일 수 있다 .
<32> 도 1은 유전체 매질 (액정 ) 내에 분산되어 있는 그래파이트 폴레이크가 교류 전압 인가 하에서 전기장의 세기에 따라 재배열되는 정도를 보여주는 광학 현미경 사진이다 (AC 60Hz).
<33> 상기 도면에 따르면, 그래파이트 플레이크가 전기장의 세기가 증가할수록 재 배열 되고， 재배열됨에 따라 그래파이트 플레이크의 광 흡수능이 저감되어 가장 높 은 재배열 상태에서는 밝음상태를 나타내고 있음을 알수 있다.
<34> 한편, 본 발명에 따른 그래핀 -그래파이트 광변조기에서 교류 전압 인가 시 전기장의 세기는 상기 그래핀 내지 그래파이트 플레이크의 문턱 전기장 (threshold field; 그래핀 내지 그래파이트 플레이크가 재배열되기 시작하는 전기장)이상으로 조절될 수 있다. 바람직하게는 문턱 전기장에서 최대 전기장 (플레이크의 재배열이 완료된 경우의 전기장, 전기장을 추가로 인가하여도 플레이크의 변형이나 회전이 없는 경우를 의미함) 이하로 조절하는 것이 바람직하다. 상기 문턱 전기장 및 최대 전기장은 그래핀 내지 그래파이트 플레이크의 종류, 함량 및 유전체 매질의 종류에 따라 변화할 수 있다. 예를 들면, 두께가 l~1.5um인 그래파이트 플레이크를 양 0.005중량 ¾의 농도로 액정에 분산시켜 형성된 그래파이트 플레이크의 경우 문턱 전 기장은 약 14mV/um, 그리고 최대 전기장은 약 142mV/ura일 수 있다.
<35> 그래핀 내지 그래파이트 풀레이크는 교류 전압 인가 시 최대 전기장 근처에 서 광 흡수능이 가장 낮고 (즉， 높은 광투과율을 가짐), 문턱 전기장 미만에서는 광 투과율이 낮다. 상술한 현상을 이용하여， 전기장의 세기로 그래핀 내지 그래파이트 플레이크의 재배열 정도를 조절함으로써 광 흡수능 (또는 광 투과능)을 조절할 수 있으며, 이를 통하여 다양한 계조 (gray scale) 표현 (빛의 투과율을 여러 증간 단계 로조절하여 나타내는것)이 가능하기 때문에 정보표시에 효과적이다.
<36> 본 발명에 있어서, 유전체 매질 내에 분산된 그래핀 내지 그래파이트플레이 크는 교류전압 인가 하에서 동영상을 적절히 구현할 수 있도록 조절된 재배열 특성 을 나타낼 수 있는 크기를 갖는 것이 바람직하다.
<37> 상기 그래핀 내지 그래파이트 플레이크의 크기는 면적으로는 바람직하게는 약 lOOnm2내지 300 2일 수 있다.
<38> 또한, 본 발명에 있어서 , 교류전압 인가시 인가되는 주파수의 범위는 약 1Hz 내지 약 5kHz, 바람직하게는 10Hz 내지 1kHz 범위 일 수 있다.
<39> 본 발명의 실시예에 따르면, 그래핀 -그래파이트 광변조기는 교류 전압 인가 모드를상호 스위칭하면서 작동시킬 수 있다.
<40> 교류 전압인가 시 그래핀 내지 그래파이트 플레이크는 재배열되면서 광흡수 능이 낮아지고， 재배열 정도에 따라 입사광이 반사되는 량을 조절할 수 있기 때문 에 높은 계조 표현이 가능하다. 전압 인가 방식이 수직 전기장 방식 (수직 전계방식)인 경우， 셀 (cell) 내부 전체에 균일한 전기장이 형성되기 때문에 그래핀 내지 그래파이트 플레이크가 수직 방향으로 재배열되고， 반면, 인가된 전압이 제거되면 처음의 배열 형태로 복귀하게 된다.
상기 그래핀 내지 그래파이트 플레이크는 넓은 면적을 가져 네마틱 액정 분 자를 쉽게 흡착 유도하고， 그 결과 플레이크 표면과 액정 분자들 사이에는 반데르 발스 힘이 유발된다. 액정과 폴레이크 사이에는 큰 전하 축적이 발생하는테， 이때 외부전기장이 가해지면 표면의 전하 축적에 의해 유도 분극이 발생하여 플레이크가 회전하게 된다.
본 발명에서 사용되는 액정은 포지티브 네마틱 액정인 것이 바람직하다. 네거티브 네마틱 액정 매질에서 상기 그래핀 또는 그래파이트 폴레이크가 재 배향되지만， 전기장이 제거되는 경우 처음 상태로 되돌아가지 않는다. 음의 액정의 경우 전기장에 수직인 방향으로 이동하기 패문에 액정이 초기에 수평 배열되어 있 어 수직 전기장 인가시 액정은 움직이지 않는다. 따라서， 전압 제거시에 액정이 움 직이지 않기 때문에 플레이크도움직이지 않아원래 상태로 돌아오지 못한다.
상기 광변조기는투과형 또는 반사형일 수 있다.
본 발명의 광변조기는 상기 그래핀 내지 그래파이트 풀레이크가 50층 미만인 경우에 반사광 또는 투과광은 그래핀 내지 그래파이트 플레이크 층면과 수 직 방향으로 선편광될 수 있다. 50층 이상의 경우에는 플레이크가 두껍기 때문에 입사광의 빛이 수직 수평 관계없이 빛을흡수시킨다.
상기 하부전극은 높은 반사율을 갖는 금속재질로 패턴하여 반사판 역 할을 수행할수 있다. ,
상기 광변조기는 상기 하부전극이 투명전극일 경우 상기 하부기판의 하면에 반사판이 구비될 수 있다.
상기 반사판 역할을 하는 하부전극이나 반사판은 상면에 백색 코팅층 이 형성될 수 있다.
상기 광변조기는 상기 그래핀 내지 그래파이트 플레이크의 대조비
(aspect ratio)를 증가시켜 재배열 시간을 감소시킬 수 있다.
상기 광변조기는 상기 그래핀 내지 그래파이트 플레이크의 면적 또는 인가되 는 전기장의 세기를 변화시켜 재배열 시간올 제어할 수 있다. 다른 양상에서 본 발명은 풀컬러를 구현할 수 있는 그래핀 -그래파이트 광변조기에 관계한다. <54> 본 발명은
<55> 하부전극이 형성된 하부기판;
<56> 상기 하부기판과 이격되고， 상기 하부전극과 대향하는 상부전극이 형 성된 상부기판;
<57> 상기 대향하는 하부전극과 상부전극 사이에 개재되며， 유전체 매질 내 에 분산된 적, 녹， 청색이 코팅된 그래핀 내지 그래파이트 플레이크를 포함하는 흔 합물; 및
<58> 상기 코팅된 그래핀 내지 그래파이트 플레이크를 적, 녹, 청색으로 분 리하는 고분자 벽을포함한다.
<59> 상기 그래핀， 그래파이트， 기판， 유전체 매질 등은 앞에서 상술한 내 용을 참고할수 있다.
<60> 본 발명의 풀컬러 그래핀 -그래파이트 광변조기는 투과형 또는 반사형 일 수 있다. 상기 광변조기가 투과형인 경우， 적， 녹, 청색이 코팅된 그래핀 내지 그래파이트 플레이크 이외에 어떤 색으로도 코팅되지 않은 그래핀 내지 그래파이트 플레이크 영역을포함할 수 있다.
<61> 본 발명의 풀컬러 그래핀 -그래파이트 광변조기기 반사형일 경우에는 상기 하부전극이 불투명 상태의 블랙전극이거나， 또는 상기 투명상태의 하부전극 아래에 형성된 홉수층을 포함할 수 있다.
<62> 상기 그래핀 내지 그래파이트 플레이크를 적， 녹 청색을 코팅하는 것 은 공지된 방법으로 수행할수 있다.
<63> 상기 고분자 벽은 그래핀 또는 그래파이트 플레이크를 적， 녹， 청색으 로 분리한다. 상기 고분자 벽은 통상적으로 알려진 포토레지스터 공정으로 형성할 수 있다.
<64> 상기 하부전극과 상부전극에 전압올 인가하여 상기 적， 녹， 청색으로 코팅된 그래핀 내지 그래파이트 플레이크를 재배열시켜 감소된 색재현성을 갖는다.
<65> 도 2 및 도 3는， 제 1 실시예에 따른교류전압 인가 하에서 50층 이상의 그래 핀 층을 갖는 그래파이트 플레이크의 재배열 성을 통해 구동되는 반사형 그래핀-그 래파이트 광변조기 (100)의 화상을표시하는 원리를 개략적으로 도시하는 도면이다. <66> 상기 제 1 실시예에 있어서， 하부기판 (101)의 상면에는 하부전극 (102)이 부착 되어 있는 한편， 상측에 공간을 두고 상부기판 (106) 하부에 상부전극 (105)이 형성 되어 있다. 이때， 하부전극 (102)과 상부전극 (105)은 서로 대향 하도록 배열되어 있 으며， 하부전극 (102)과 상부전극 (105) 사이는 유전체 매질 (103) 내에 50층 이상의 그래핀 층을 갖는 그래파이트 플레이크 (104)가분산되어 있다. <67> 또한, 상기 하부기판 (101)과 상기 상부기판 (106)은 광투과 및 광 반사특성 에 대한 영향을 최소화하기 위하여， 바람직하게는 유리 또는 투명성 플라스틱 (폴리 에틸렌테레프탈레이트， 폴리카보네이트， 폴리에터르설폰， 폴리아미드 등) 재질로 구성할 수 있다.
<68> 또한， 상기 상부전극 (105)은 투명전극을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 투명 전극의 재질로는 특별히 한정되는 것은 아니지만， In, Sn, Zn, Ga, Cd, Mg, Be, Ag, Mo, V， Cu, Ir, Rh, W, Co, Cr, Ni , Ti , Mn, La등의 투명성 전극 물질을 단독으로 또는 조합하여 구성할수 있다. 바람직하게는, 산화인듐주석 (indium tin
<69> oxide; IT0), 산화인듬아연 (indium zinc oxide; IZO), 산화갈륨아연 (gall ium zinc oxide), 산화알루미늄아연 (aluminum zinc oxide) 또는 이들의 조합으로 구성 할수 있다.
<70> 또한， 상기 하부전극 (102)은 전극 및 반사판 역할을 동시에 수행할 수 있는 데, 외부 입사광 (107)이 상부 기판 (106) 및 상부전극 (105)을 거쳐 샐 공간 (상부전 극과 하부전극 사이의 공간， 또는 그래파이트함유층)을 투과할 경우에 반사판 역할 을 하는 하부전극 (102)의 표면에 의하여 반사되어 다시 상부 전극 (105) 및 상부 기 판 (106)을 통하여 외부로 방출될 수 있다. 이때， 반사판은 높은 반사율을 갖는 금 속 재질로 구성할 수 있다. 이러한 반사층은， 예를 들면 Al, Ag, Cr, Mo, Au, Cu 등을 단독으로 또는조합하여 구성할수 있다.
<71> 또한， 상기 하부전극이 상기 언급한 투명재질로 만든 투명 전극일 경우 하부 기판의 하측 면에는 별도의 반사판 (도시하지 않음)이 형성될 수 있는데 그 성분은 상기 언급한높은 반사율을 갖는 금속재질로구성할수 있다. '
<72> 또한， 밝음 (White)상태에서 백색을 좀더 강하게 표현하기 위하여ᅳ 하부기판 하부에 코팅된 반사판 상에 백색 코팅층 (도시되지 않음)을 형성할 수 있다. 이러한 코팅층에 사용 가능한 백색 안료는， 예를 들면 바륨티타네이트 (BaTi03), 스트론튬티 타네이트 (SrTi ), 칼슴티타네이트 (CaTi03), 납티타네이트 (PbTi03), 티타니아 (Ti02), 산화주석 (Sn02), 산화칼슘 (CaO), 산화마그네슴 (MgO), 알루미나 (AI203), 산화철
(Fe203), 감마 산화철， 마그네슘실리케이트 (MgSi ), 마그네타이트 (Fe304), 지르코니 아 (Zr¾), 산화보론 ( ¾), 실리콘카바이드 (SiC), 실리콘 나이트라이드 (Si3N4), 니켈 페라이트, 징크페라이트，니켈징크페라이트， 바륨페라이트 (BaFe204) 등으로부터 적어 도 하나가선택될 수 있다.
<73> 이때 상기 백색 안료가 전도성 물질인 경우 반사판 역할을 하는 하부전극 ( 102) 상부에도 백색 안료를 코팅할 수 있다.
<74> 도 2는 교류전압 인가 전에 반사형 그래핀 -그래파이트 광변조기 ( 100)의 셀 내부를 도시한 것으로서， 50층 이상의 그래핀층을 갖는 그래파이트 플레이크 (104) 는 유전체 매질 (103) 내에서 상하부기판 (101， 106)에 대해 수평하게 분포되어 있기 때문에 외부 입사광 ( 107)은 그래파이트 플레이크 (104)에 의하여 흡수되어 어둠 (dark)상태를 표시한다 .
<75> 도 3는 교류전압 인가 하에서 반사형 그래핀—그래파이트 광변조기 ( 100)의 셀 내부를 도시한 것으로서， 상부전극 ( 105)과 하부전극 ( 102)에 교류전압 (수직 전기장) 을 인가함에 따라, 수직 전기장이 형성되기 때문에 50층 이상의 그래핀층을 갖는 그 래파이트 폴레이크 ( 104)는 90도 회 전하여 수직 방향으로 재배열되고， 그 재배열 정도에 대웅하여 광흡수능이 낮아진다. 그 결과, 외부 입사광 (107)은 점차 셀 공 간을 투과하게 되고， 반사판 역할을 하는 하부전극 ( 102)에 의하여 반사되어 반사광 ( 108)으로 방출된다ᅳ 이후， 전압 인가를 중단하면， 재배열된 50층 이상의 그래핀층 을 갖는 그래파이트 플레이크 (104)는 본래의 형 태로 복귀하여 광 투과성올 감소시 키 게 된다 .
<76> 도 4 및 도 5는 , 제 2 실시 예에 있어서， 교류전압 인가 하에서 50층 미만의 그래핀 층을 갖는 그래편 내지 그래파이트 플레이트의 재배열성을 통해 반사형 그 래핀 -그래파이트 광변조기 (200)의 화상을 표시하는 원리를 개략적으로 도시하는 도 면이다 .
<77> 본 실시예는 앞선 제 1 실시 예와 달리 50층 미만의 그래핀 층을 갖는 그래핀 내지 그래파이트 플레이트를 사용하여 어둠 및 밝음 상태를 표시할 수 있다 .
<78> 하부기판 (201) , 하부전극 (202) , 상부기판 (206) , 상부전극 (205)， 유전체 매질
(203)과 관련하여， 도 2 내지 도 3에서 설명한 바와 동일한 내용에 대한 설명은 생 략하기로 한다 .
<79> 도 4는 교류전압 인가 전의 반사형 그래핀 -그래파이트 광변조기 (200)의 샐 내부를 도시한 것으로서， 교류 전압 인가 전에는 샐 내에 50층 미만의 그래핀 층을 갖는 그래핀 내지 그래파이트 플레이크 (204)가 유전체 매질 (203) 내에 균일하게 분 산되어 있어 외부 입사광 (207)의 상당 부분을 흡수하기 때문에 일종의 어등 상태를 표시한다.
<80> 도 5는 교류전압 인가 하에서의 반사형 그래핀 -그래파이트 광변조기 (200)의 셀 내부를 도시한 것으로서， 상부전극 (205)과 하부전극 (202)에 교류전압 (수직 전기 장)을 인가함에 따라， 수직 전기장이 형성되기 때문에 50충 미만의 그래핀 층을 갖 는 그래핀 내지 그래파이트 플레이크 (204)는 90도 회 전하여 수직 방향으로 재배열 되고， 그 재배열 정도에 대응하여 광흡수능이 낮아진다. 그 결과, 외부 입사광
(207)은 점차 샐 공간을 투과하게 되고， 반사판 역할을 하는 하부전극 (202)에 의하 여 반사되어 반사광 (208)으로 방출된다. 이때， 반사되어 나오는 반사광 (208)은 그 래핀 단일 층면과 수직인 방향으로 진동하는 선편광된 빛이 나온다. 이후， 전압 인 가를 중단하면， 재배열된 50층 미만의 그래핀 층을 갖는 그래핀 내지 그래파이트 플레이크 (204)는 본래의 형태로 복귀하여 광투과성을 감소시키게 된다.
<8i> 도 6 및 도 7는， 제 3 실시예에 있어서， 적 (R), 녹 (G), 청 (B)의 컬러 아크릴 락카 (Color acrylic lacquer)가 각각 코팅된 50층 이상의 그래핀 층을 갖는 컬러 그래파이트 플레이크의 재배열성을 통해 풀 컬러 (full color) 화상을 표시하는 반 사형 그래핀 -그래파이트 광변조기 (300)의 동작원리를 개략적으로 도시하는 도면으 로서, 예를 들면 앞서 기술한 제 1 실시예의 반사형 그래핀ᅳ그래파이트 광변조기 (100)에 풀 컬러 기능을부여한 것이다.
<82> 상기 제 3 실시예에 있어서'， 하부기판 (301)의 상면에는 흡수층 (309)층코팅되 어있고， 상기 흡수층 (310) 상면에는 하부전극 (302)이 부착되어 있는 한편, 상측에 공간올 두고 상부기판 (306) 하부에 상부전극 (305)이 형성되어 있다. 이때， 하부전 극 (302)과 상부전극 (305)은 서로 대향 하도록 배열되어 있으며， 하부전극 (302)과 상부전극 (305) 사이는 적 (R), 녹 (G), 청 (B)의 컬러 아크릴 락카가 각각 코팅된 50 층 이상의 그래핀 층을 갖는 컬러 그래파이트 플레이크 (304a, 304b, 304c)가 고분 자벽 (309)을사이에 두고 유전체 매질 (303) 내에 고르게 분산되어 있다.
<83> 상기 하부기판 (301), 하부전극 (302)， 상부기판 (306)， 상부전극 (305)， 유전체 매질 (303)과 관련하여， 도 2 내지 도 3에서 설명한 바와 동일한 내용에 대한 설명 은 생략하기로 한다.
<84> 또한， 상기 흡수층 (310)은 외부 입사광 (307a, 307b, 307c)이 상기 상부기판
(306) 및 상부전극 (305)을 거쳐 셀 공간 (상부전극과 하부전극 사이의 공간， 또는 적 (R), 녹 (G), 청 (B)의 컬러 아크릴 락카가 각각 코팅된 그래파이트함유충) 및 하 부 전극 (302)를 투과할 경우에 외부 입사광 (307a, 307b, 307c)을 흡수시킨다. 이 때， 흡수층 (310)은 높은 흡수율을 갖는 재질로 구성할 수 있다. 이러한 흡수층은， 예를 들면 Cr, 저반사 Cr, 유기물인 카본 블랙 (carbon black) 등을 단독으로 또는 조합하여 구성할 수 있다. 이때, 상기 흡수층 (310)은 하부기판 (301) 하면에 형성될 수 있다 (도시하지 않음).
<85> 또한， 상기 하부전극 (302)은 반사판 역할을 하지 않고 투명재질만을 사용한 투명전극이지만， 상기 하부전극 (302)을 아노다이징을 통해 흑화처리하면 불투명 상 태의 블택전극이 되어 별도의 흡수층을 사용하지 않아도 된다 (도시하지 않음). <86> 또한， 상기 고분자벽 (309)은 통상적으로 알려진 PR(Photo resistor)공정을 통해 형성할 수 있기 때문에 상세한 설명은 생략한다.
<87> 도 6는 교류전압 인가 전의 풀 컬러 반사형 그래핀 -그래파이트 광변조기
(300)의 샐 내부를 도시한 것으로서， 교류 전압 인가 전에는 셀 내에 적 (R), 녹 (G)， 청 (B)의 컬러 아크릴 락카가 각각 코팅된 50층 이상의 그래핀 층을 갖는 컬러 그래파이트 플레이크 (304a, 304b, 304c)가 고분자벽 (309)을 사이에 두고 유전체 매 질 (303) 내에 균일하게 분산되어 있어 외부 입사광 (307a, 307b, 307c)은 점차 셀 공 간을 투과하게 되고， 적 00， 녹 (G), 청 (B)의 컬러 아크릴 락카가 코팅된 컬러 그래 피아트 플레이크 (304a, 304b, 304c)를 만나면 적 (R), 녹 (G), 청 (B)의 3색은 각각의 컬러 그래파이트 플레이크 (304a, 304b, 304c)에 의해 반사되어 풀 컬러 반사광 (308a, 308b, ,308c)을 방출한다. 예를 들어, 적 (R)색을 표현하기 위해서는 상부기 관 (306) 및 상부전극 (305)올 통과한 외부 입사광 (307a)이 각각의 적 (R)색의 컬러 그래핀 내지 그래파이트 플레이크 (304a)를 통과하게 되면 각 층에서 적 (R)색만이 반사되게 되고 나머지 모든 컬러는 적 (R)색의 컬러 그래핀 내지 그래파이트 플레이 크 (304a)에 의해 흡수된다. 녹 (G)색과， 청 (B)색도 적 (R)색과 같은 원리로 설명은 생략하기로 한다.
<88> 도 7는 교류전압 인가 하에서의 반사형 그래핀 -그래파이트 광변조기 (300)의 셀 내부를 도시한 것으로서， 상부전극 (305)과 하부전극 (302)에 교류전압 (수직 전기 장)을 인가함에 따라， 수직전기장이 형성되기 때문에 50층 이상의 그래핀층을 갖는 적 (R), 녹 (G), 청 (B)의 컬러 아크릴 락카가 코팅된 그래파이트 플레이크 (304a, 304b, 304c)는 90도 회전하여 수직 방향으로 재배열되고, 외부 입사광 (307a, 307b, 307c)은 그 재배열 정도에 대웅하여 적 00， 녹 (G), 청 (B)의 3색의 컬러 반사율이 낮아진다. 그 결과, 외부 입사광 (307a, 307b, 307c)은 점차 셀 공간 및 하부전극을 투과하게 되고， 하부전극 (302) 하부에 위치한 흡수층 (310)에 의해 흡수되어 어둠상 태가 된다. 이후, 전압 인가를 중단하면， 재배열된 상기 적 (R), 녹 (G), 청 (B)의 ¾ 러 아크릴 락카가 코팅된 그래파이트 플레이 (304a, 304b, 304c)는 본래의 형태로 복귀하여 적 (R), 녹 (G), 청 (B)의 3색의 반사광이 증가하게 된다.
<89> 또한, 백색광은 적 (R), 녹 (G), 청 (B)의 3색의 컬러 조합을 통하여 표현할 수 있다.
<90> 도 8 및 도 9는， 제 4 실시예에 있어서, 적 (R), 녹 (G), 청 (B)의 컬러 아크릴 락카가 각각 코팅된 50층 미만의 그래핀 충을 갖는 컬러 그래핀 내지 그래파이트 플레이크의 재배열성을 통해 풀 컬러 (full color) 화상을 표시하는 반사형 그래핀- 그래파이트 광변조기 (400)의 동작원리를 개략적으로 도시하는 도면으로서, 예를 들 면 앞서 기술한 제 2 실시예의 반사형 그래핀 -그래파이트 광변조기 (200)에 풀 컬러 기능을부여한 것이다.
<9i> 본 실시예는 앞선 제 3 실시예와 달리 적 (R), 녹 (G), 청 (B)의 컬러 아크릴 락 카가 각각 코팅된 50층 미만의 그래핀 층을 갖는 컬러 그래핀 내지 그래파이트 플 레이트를사용하여 풀컬러 디스플레이를 표시할수 있다.
<92> 하부기판 (401), 하부전극 (402), 상부기판 (406)， 상부전극 (405)， 유전체 매질
(403)과 관련하여, 도 2 내지 도 3에서 설명한 바와 동일한 내용에 대한 설명은 생 략하기로 한다.
<93> 또한， 고분자벽 (409)은 통상적으로 알려진 PR(Photo resistor)공정올 통해 형성할수 있기 때문에 상세한설명은 생략한다.
<94> 또한， 흡수층 (410)과 관련하여, 도 6 내지 도 7에서 설명한 바와 동일한 내 용에 대한 설명은 생략하기로 한다.
<95> 도 8는 교류전압 인가 전의 풀 ¾러 반사형 그래핀—그래파이트 광변조기
(400)의 샐 내부를 도시한 것으로서， 교류 전압 인가 전에는 셀 내에 적 (R), 녹 (G), 청 (B)의 컬러 아크릴 락카가 각각 코팅된 50층 미만의 그래핀 층을 갖는 컬러 그래핀 내지 그래파이트 폴레이크 (404a, 404b, 404c)가 고분자벽 (409)을 사이에 두 고 유전체 매질 (403)내에 균일하게 분산되어 있어 외부 입사광 (407a ,407b, 407c)은 점차 셀 공간을 투과하게 되고, 적 (R), 녹 (G), 청 (B)의 컬러 아크릴 락카가코팅된 컬러 그래핀 내지 그래피아트 플레이크 (40 a, 404b, 404c)를 만나면 적 (R), 녹 (G), 청 (B)의 3색은 각각의 컬러 그래핀 내지 그래파이트 플레이크 (404a, 404b, 404c)에 의해 반사되어 풀 컬러 반사광 (408a, 408b, 408c)올 방출한다. 이때, 반사되어 나 오는 풀 컬러 반사광 (408a, 408b, 408c)은 그래핀 단일 층면과 수직인 방향으로 진 동하는 선편광된 빛 (도시하지 않음)이 나온다.
<96> 도 9는 교류전압 인가 하에서의 반사형 그래핀 -그래파이트 광변조기 (400)의 셀 내부를 도시한 것으로서， 상부전극 (405)과 하부전극 (402)에 교류전압 (수직 전기 장)을 인가함에 따라， 수직전기장이 형성되기 때문에 50층 미만의 그래핀 층을 갖 는 적 (R), 녹 (G), 청 (B)의 컬러 아크릴 락카가 코팅된 그래핀 내지 그래파이트 폴 레이크 (404a, 404b, 404c)는 90도 회전하여 수직 방향으로 재배열되고, 외부 입사 광 (407a, 407b, 407c)은 그 재배열 정도에 대응하여 적 (R), 녹 (G), 청 (B)의 3색의 컬러 반사율이 낮아진다. 그 결과， 외부 입사광 (407a, 407b, 407c)은 점차 샐 공간 및 하부전극을 투과하게 되고， 하부전극 (402) 하부에 위치한 흡수층 (410)에 의해 흡수되어 어둠 상태가 된다. 이후， 전압 인가를 중단하면， 재배열된 상기 적 (R), 녹 (G), 청 (B)의 컬러 아크릴 락카가 코팅돤 그래핀 내지 그래파이트 플레이크 (404a, 404b, 404c)는 본래의 형태로 복귀하여 적 (R), 녹 (G), 청 (B)의 3색의 컬러 반사광이 증가하게 된다.
<97> 또한， 백색광은 적 (R), 녹 (G), 청 (B)의 3색의 컬러 조합을 통하여 표현할수 있다.
<98>
<99> *도 10 및 도 11는, 제 5 실시예에 따른 교류전압 인가 하에서 50층 이상의 그래핀 층을 갖는 그래파이트 플레이크의 재배열 성을 통해 구동되는 투과형 그래 핀ᅳ그래파이트 광변조기 (500)의 화상을 표시하는 원리를 개략적으로 도시하는 도면 · 이다.
<ιοο> 본 실시예는 앞선 제 1에서 제 4 실시예와 달리 투과형 모드를 통해 어둠 및 밝음상태를 표시할 수 있다.
<ιοι> 상기 제 5 실시예에 있어서， 하부기판 (501)의 상면에는 하부전극 (502)이 부 착되어 있는 한편, 상측에 공간을 두고 상부기판 (506) 하부에 상부전극 (505)이 형 성되어 있다. 이때， 하부전극 (502)과 상부전극 (505)은 서로 대향하도록 배열되어 있으며, 하부전극 (502)과 상부전극 (505) 사이는 유전체 매질 (503)내에 50층 이상의 그래핀 층을 갖는 그래파이트 플레이크 (504)가분산되어 있다.
<102> 상기 하부기관 (501), 하부전극 (502)， 상부기판 (506), 상부전극 (505), 유전체 매질 (503)과 관련하여， 도 2 내지 도 3에서 설명한 바와 동일한 내용에 대한 설명 은 생략하기로 한다 . '
<103> 도 10는 교류전압 인가 전에 투과형 그래핀 -그래파이트 광변조기 (500)의 셀 내부를 도시한 것으로서， 50층 이상의 그래핀층을 갖는 그래파이트 플레이크 (504) 는 유전체 매질 (503)내에서 상하부기판 (501， 506)에 대해 수평하게 분포되어 있기 때문에 사이드형 백라이트 (back light unit; 도시하지 않음)에서 나온 입사광 (507) 은 그래파이트 플레이크 (504)에 의하여 흡수되어 어듬 (dark)상태를 표시한다.
<104> 도 11는 교류전압 인가 하에서 투과형 그래핀 -그래파이트 광변조기 (500)의 셀 내부를 도시한 것으로서, 상부전극 (505)과 하부전극 (502)에 교류전압 (수직 전기 장)을 인가함에 따라, 수직전기장이 형성되기 때문에 50층 이상의 그래핀층올 갖는 그래파이트 플레이크 (504)는 90도 회전하여 수직 방향으로 재배열되고， 그 재배열 정도에 대응하여 광흡수능이 낮아진다. 그 결과， 사이드형 백라이트에서 나온 입사 광 (507)은 점차 셀 공간을 투과하게 되고, 최종적으로 상기 상부전극 (502)과 상부 기판 (506)을 통과하게 되어 투명한 밝음 상태가 된다. 이후， 전압 인가를 중단하 면， 재배열된 50층 이상의 그래핀층을 갖는 그래파이트 플레이크 (504)는 본래의 형 태로 복귀하여 광투과성을 감소시키게 된다. <i05> 도 12 및 도 13는， 제 6 실시 예에 있어서 , 교류전압 인가 하에서 50층 미만의 그래핀 층을 갖는 그래핀 내지 그래파이트 플레이트의 재배열성을 통해 투과형 그 래핀 -그래파이트 광변조기 (600)의 화상을 표시하는 원리를 개략적으로 도시하는 도 면이다 .
<106> 본 실시예는 앞선 제 5 실시 예와 달리 50층 미만의 그래핀 층을 갖는 그래핀 내지 그래파이트 플레이트를 사용하여 어둠 및 밝음 상태를 표시할 수 있다.
<107> 하부기판 (601)， 하부전극 (602)， 상부기판 (606)， 상부전극 (605)， 유전체 매질
(603)과 관련하여， 도 2 내지 도 3에서 설명한 바와 동일한 내용에 대한 설명은 생 략하기로 한다.
<108> 도 12는 교류전압 인가 전의 투과형 그래핀 -그래파이트 광변조기 (600)의 셀 내부를 도시한 것으로서， 교류 전압 인가 전에는 샐 내에 50층 미만의 그래핀 층을 갖는 그래핀 내지 그래파이트 플레이크 (604)가 유전체 매질 (603)내에 균일하게 분 산되어 있어 사이드형 백라이트 (도시하지 않음)에 의해 나은 입사광 (607)의 상당 부분을 흡수하기 때문에 일종의 어둠 상태를 표시 한다.
<109> 도 13는 교류전압 인가 하에서의 투과형 그래핀 -그래파이트 광변조기 (600)의 셀 내부를 도시한 것으로서 , 상부전극 (605)과 하부전극 (602)에 교류전압 (수직 전기 장)을 인가함에 따라， 수직전기장이 형성되기 때문에 50층 미만의 그래핀 층을 갖 는 그래핀 내지 그래파이트 플레이크 (604)는 90도 회 전하여 수직 방향으로 재배열 되고 , 그 재배열 정도에 대웅하여 광홉수능이 낮아진다 . 그 결과， 사이드형 백라이 트에 의해 나은 입사광 (607)은 점차 셀 공간을 투과하게 되고， 최종적으로 상기 상 부전극 (602)과 상부기판 (606)을 통과하게 되어 투명한 밝음 상태가 된다 . 이때 , 투 과된 광은 그래핀 단일 층면과 수직 인 방향으로 진동하는 선편광된 빛 (도시하지 않 음)이 나온다. 이후， 전압 인가를 증단하면， 재배열된 50층 미만의 그래핀 층을 갖 는 그래핀 내지 그래파이트 폴레이크 (604)는 본래의 형 태로 복귀 하여 광 투과성을 감소시키 게 된다 .
<ιιο> 도 14 및 도 15는 , 제 7 실시 예에 있어서， 순수한 50층 이상의 그래핀 층을 갖는 그래파이트 플레이크와 적 (R) , 녹 (G) , 청 (B)의 컬러 아크릴 락카 (Color acryl i c lacquer )가 각각 코팅된 50층 이상의 그래핀 층을 갖는 컬러 그래파이트 플레이크의 재배열성을 통해 풀 컬러 (fuU color) 화상을 표시하는 투과형 그래핀ᅳ 그래파이트 광변조기 (700)의 동작원리를 개략적으로 도시하는 도면으로서 , 예를 들 면 앞서 기술한 제 5 실시 예의 투과형 그래핀 -그래파이트 광변조기 (500)에 풀 컬러 기능을 부여한 것이다 .
<ιιι> 상기 제 7 실시 예에 있어서， 하부기판 (701)의 상면에는 하부전극 (702)이 부착 되어 있는 한편， 상측에 공간을 두고 상부기관 (706) 하부에 상부전극 (705)이 형성 되어 있다 . 이때， 하부전극 (702)과 상부전극 (705)은 서로 대향 하도록 배열되어 있 으며， 하부전극 (702)과 상부전극 (705) 사이는 순수한 50층 이상의 그래핀 층올 갖 는 그래파이트 플레이크 (708d)와 적 (R) , 녹 (G) , 청 (B)의 컬러 아크릴 락카가 각각 코팅 된 50층 이상의 그래핀 층을 갖는 컬러 그래파이트 플레이크 (704a, 704b, 704c)가 고분자벽 (709)을 사이에 두고 유전체 매질 (703)내에 고르게 분산되어 있 다.
<Π2> 상기 하부기판 (701)， 하부전극 (702) , 상부기판 (706)， 상부전극 (705)ᅳ 유전체 매질 (703)과 관련하여， 도 2 내지 도 3에서 설명한 바와 동일한 내용에 대한 설명 은 생략하기로 한다.
<Π3> 또한， 고분자벽 (709)은 통상적으로 알려진 PR(Photo resistor)공정을 통해 형성할 수 있기 때문에 상세한 설명은 생략한다.
<114> 도 14는 교류전압 인가 전의 풀 컬러 투과형 그래핀 -그래파이트 광변조기
(700)의 샐 내부를 도시한 것으로서， 교류 전압 인가 전에는 셀 내에 순수한 50층 이상의 그래핀 층을 갖는 그래파이트 (708d)와 적 (R) , 녹 (G) , 청 (B)의 컬러 아크릴 락카가 각각 코팅된 50층 이상의 그래핀 층을 갖는 컬러 그래파이트 풀레이크 (704a , 704b, 704c)가 고분자벽 (709)을 사이에 두고 유전체 매질 (703) 내에 균일하 게 분산되어 있어 사이드형 백라이트 (도시하지 않음)에서 나온 입사광 (707a, 707b, 707c, 704d)은 점차 셀 공간을 투과하게 되고， 순수한 그래파이트 플레이크 (704d) 와 적 00， 녹 (G) , 청 (B)의 컬러 아크릴 락카가 코팅된 컬러 그래피아트 폴레이크 (704a, 704b, 704c)를 만나면 적 (R) , 녹 (G) , 청 (B) 3색이 코팅된 컬러 그래파이트 플레이크 영 역은 각각의 컬러 그래파이트 플레이크 (704a, 704b, 704c)에 의해 풀 컬러를 방출하고， 고분자 벽 (709)에 의해 구분된 순수한 그래파이트 영 역은 순수한 그래파이트이트 플레이크 (704d)가 입사광 (704d)을 모두 흡수시켜 어둠상태를 나타 낸다.
<ι ΐ 5> 또한 , 백색광은 적 (R) , 녹 (G) , 청 (B)의 3색의 컬러 조합올 통하여 표현할 수 있다 .
<ι ΐ6> 도 15는 교류전압 인가 하에서의 투과형 그래핀ᅳ그래파이트 광변조기 (700)의 셀 내부를 도시 한 것으로서， 상부전극 (705)과 하부전극 (702)에 교류전압 (수직 전기 장)을 인가함에 따라, 수직전기장이 형성되기 때문에 50층 이상의 그래핀 층을 갖 는 순수한 그래파이트 플레이크 (704d)와 적 (R) , 녹 (G) , 청 (B)의 컬러 아크릴 락카 가 코팅된 그래파이트 폴레이크 (704a, 704b, 704c)는 90도 회 전하여 수직 방향으로 재배열되고， 사이드형 백라이트에서 나온 입사광 (707a, 707b, 707c , 707d)은 그 재 배열 정도에 대웅하여 적 (R), 녹 (G), 청 (B)의 3색의 컬러 반사율 및 어둠상태가 낮 아진다. 그 결과, 사이드형 백라이트에서 나온 입사광 (707a, 707b, 707c, 707d)은 점차 셀 공간 및 상부전극 (705) 및 상부기판 (706)을 투과하게 되어 투명 밝음상태 가 된다. 이후， 전압 인가를 중단하면， 재배열된 상기 적 (R), 녹 (G), 청 (B)의 컬러 아크릴 락카가 코팅된 그래파이트 플레이크 (704a, 704b, 704c)는 본래의 형태로 복 귀하여 적 (R), 녹 (G), 청 (B)의 3색의 투명한 투과광이 증가하게 되고 순수한 그래 파이트 플레이크 또한본래의 형태로 복귀하여 어둠상태가증가하게 된다.
<117> 도 16 및 도 17는, 제 8 실시예에 있어서， 순수한 50층 미만의 그래핀 층을 갖는 그래핀 내지 그래파이트 플레이크와 적 (R), 녹 (G), 청 (B)의 컬러 아크릴 락카 (Color acrylic lacquer)가 각각 코팅된 50층 미만의 그래핀 층을 갖는 컬러 그래 핀 내지 그래파이트 플레이크의 재배열성을 통해 풀 컬러 (full color) 화상을 표시 하는 투과형 그래핀 -그래파이트 광변조기 (800)의 동작원리를 개략적으로 도시하는 도면으로서， 예를 들면 앞서 기술한 제 6 실시예의 투과형 그래핀 -그래파이트 광변 조기 (600)에 풀 컬러 기능을부여한 것이다.
<U8> 본 실시예에서는 앞선 제 7 실시예와 달리 순수한 50층 미만의 그래핀 층을 갖는 그래핀 내지 그래파이트 플레이크와 적 (R), 녹 (G), 청 (B)의 컬러 아크릴 락카 가 각각 코팅된 50층 미만의 그래핀 층을 갖는 컬러 그래핀 내지 그래파이트 플레 이트를 사용하여 풀 컬러 투과형 그래핀—그래파이트 광변조기 (800)를 표시할 수 있 다.
<ιΐ9> 하묵기판 (801), 하부전극 (802)， 상부기판 (806)， 상부전극 (805), 유전체 매질
(803)과 관련하여， 도 2 내지 도 3에서 설명한 바와 동일한 내용에 대한 설명은 생 략하기로 한다.
<120> 또한， 고분자벽 (809)은 통상적으로 알려진 PR(Photo resist or)공정을 통해 형성할수 있기 때문에 상세한설명은 생략한다.
<i2i> 도 1616 교류전압 인가 전의 풀 컬러 투과형 그래핀 -그래파이트 광변조기
(800)의 셀 내부를 도시한 것으로서， 교류 전압 인가 전에는 셀 내에 순수한 50충 미만의 그래핀 층을 갖는 그래핀 내지 그래파이트 (808d)와 적 (R), 녹 (G), 청 (B)의 컬러 아크릴 락카가 각각 코팅된 50층 미만의 그래핀 층을 갖는 컬러 그래핀 내지 그래파이트 폴레이크 (804a, 804b, 804c)가 고분자벽 (809)을 사이에 두고 유전체 매 질 (803) 내에 균일하게 분산되어 있어 사이드형 백라이트 (도시하지 않음)에서 나온 입사광 (807a, 807b, 807c, 804d)은 점차 샐 공간을 투과하게 되고， 순수한 그래핀 내지 그래파이트 플레이크 (804d)와 적 (R), 녹 (G), 청 (B)의 컬러 아크릴 락카가 코 팅된 컬러 그래핀 내지 그래파이트 폴레이크 (804a, 804b, 804c)를 만나면 적 (R), 녹 (G), 청 (B) 3색이 코팅된 컬러 그래핀 내지 그래파이트 폴레이크 영역은 각각의 컬러 그래핀 내지 그래파이트 플레이크 (804a, 804b, 804c)에 의해 풀 컬러를 방출 하고, 고분자 벽 (809)에 의해 구분된 순수한 그래파이트 영역은 순수한 그래핀 내 지 그래파이트 플레이크 (804d)가 입사광 (804d)을 모두 흡수시켜 어둠상태를 나타낸 다.
<122> 또한， 백색광은 적 (R), 녹 (G), 청 (B)의 3색의 컬러 조합을 통하여 표현할 수 있다. '
<123> 도 17는 교류전압 인가하에서의 투과형 그래핀 -그래파이트 광변조기 (800)의 셀 내부를 도시한 것으로서， 상부전극 (805)과 하부전극 (802)에 교류전압 (수직 전기 장)을 인가함에 따라, 수직전기장이 형성되기 때문에 50층 미만의 그래핀 층을 갖 는 순수한 그래핀 내지 그래파이트 플레이크 (804d)와 적 (R), 녹 (G), 청 (B)의 컬러 아크릴 락카가 코팅된 그래핀 내지 그래파이트 플레이크 (804a, 804b, 804c)는 90도 회전하여 수직 방향으로 재배열되고， 사이드형 백라이트에서 나은 입사광 (807a, 807b, 807c, 807d)은 그 재배열 정도에 대웅하여 적 (R), 녹 (G), 청 (B)의 3색의 컬 러 반사율 및 어둠상태가 낮아진다. 그 결과, 사이드형 백라이트에서 나온 입사광 (807a, 807b, 807c, 807d)은 점차 셀 공간 및 상부전극 (805) 및 상부기판 (806)을 투과하게 되어 투명 밝음상태가 된다. 이때， 투과된 풀 컬러 투과광은 그래핀 단일 층면과 수직인 방향으로 진동하는 선편광된 빛 (도시하지 않음)이 나은다. 이후， 전 압 인가를 중단하면, 재배열된 상기 적 00， 녹 (G), 청 (B)의 컬러 아크릴 락카가 코 팅된 그래핀 내지 그래파이트 플레이크 (804a, 804b,ᅳ 804c)는 본래의 형태로 복귀하 여 적 (R), 녹 (G), 청 (B)의 3색의 투명한 투과광이 증가하게 되고 순수한 그래핀 내 지 그래파이트 플레이크 또한본래의 형태로 복귀하여 어둠상태가증가하게 된다.
<124> 본 발명의 상기 실시예 3， 5， 7, 9에 있어서， 그래핀 내지 그래파이트 플레 이크가 50층 이하일 때는 광변조기를 통해 나온 광이 선편광된 빛이 되기 때문에 입사광의 위상과 진폭을 동시에 조절할수 있는 광변조기에도 웅용이 가능하다.
<125> 본 발명의 모든 실시예에 있어서， 그래핀 -그래파이트 광변조기는 직류전압에 서도구동이 가능하다.
<126> 도 18의 a는 제 1실시예의 광변조기에서 주파수， 전압에 따른 rising time( 수직 전기장을 가하였을 때 플레이크가 수평 상태에서 수직으로 재배열하는데 걸리 는 시간)올 나타내고, 도 18의 b는 제 1실시예의 광변조기에서 주파수， 대조비에 따른 rising time을 나타낸다. 도 18의 a, b를 참고하면, 전압이 증가할수특， 대조 비가증가할수록 rising time이 김1소함올 확인할수 있다.
<127> 도 19은 플레이크 면적， 대조비에 따른 rising time을 나타낸다. 도 19을 참 고하면， 풀레이크 면적이 클수록， 대조비가 작을수록 rising time이 증가함을 알수 있다.
<128> 이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 그래핀—그래파이트 광변조기는， 유전체 매질 내에 플레이크 형태로 존재하는 그래핀 내지 그래파이트를 이용하여 교류전압 인가 하에서 재배열 정도에 따라 광 흡수능이 저감되는 현상을 이용하여 동영상을 구현할 수 있다. 따라서 단일 표시 장치 내에서 교류전압모드 간의 스위 칭과 같은 간단한 조작에 의하여 다양한 화상을 구현할 수 있다. 더 나아가 컬러 그래핀 내지 그래파이트를 이용하여 풀 컬러로 화상을표사할 수도 있다.
<129> 본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로， 본 발명의 구체적인 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다. 【산업상 이용가능성】
<130> 본 발명은 전자종이와투명 디스플레이 산업에 이용가능하다.
<131>

Claims

【청구의 범위】
【청구항 1】
상부전극과 하부전극， 이들 사이에 개재된 유전체 매질 내에 분산된 그래핀 내지 그래파이트 플레이크를 포함하는 그래핀 -그래파이트 광변조기 .
【청구항 2]
제 1 항에 있어서， 광변조기는
상기 하부전극이 형성된 하부기판 ;
상기 하부기판과 이 격되고， 상기 하부전극과 대향하는 상부전극이 형성된 상 부기판 ; 및
상기 대향하는 하부전극과 상부전극 사이에 개재되며， 유전체 매질 내에 분 산된 상기 그래핀 내지 그래파이트 플레이크를 포함하는 흔합물을 구비하고，
상기 하부전극과 상부전극에 전압이 인가되면， 상기 그래핀 내지 그래파이트 플레이크가 재배열되면서 광변조기능을 갖는 것을 특¾으로 하는 그래핀-그래파이 트 광변조기 .
【청구항 3】
제 1항에 있어서，
상기 유전체 매질은 액정 또는 실리콘 오일인 것을 특징으로 하는 그래핀-그래파이 트 광변조기 .
【청구항 4】
제 1항에 있어서，
상기 그래핀 내지 그래파이트 플레이크는 인가된 전압이 제거되면 본래의 형 태로 복귀 (rel axat ion)하는 것을 특징으로 하는 그래핀 -그래파이트 광변조기 .
【청구항 5】
제 1항에 있어서 ,
상기 흔합물 내에 그래핀 내지 그래파이트 플레이크가 0.5 내지 50 증량 ¾로 함유된 것을 특징으로 하는 그래핀 -그래파이트 광변조기
【청구항 6]
제 1항에 있어서，
상기 흔합불 내에 분산된 각각의 그래핀 내지 그래파이트 플레이크는 그 크기가 lOOnm2 내지 300/ m2 인 것을 특징으로 하는 그래핀 -그래파이트 광변조기
【청구항 7】
제 1항에 있어서， 전압이 인가되면 상기 그래핀 내지 그래파이트 플레이크는 수직방향으로 재배열되 고, 상기 그래핀 내지 그래파이트 풀레이크가 50층 미만인 경우에 반사광또는 투과 광은 그래핀 내지 그래파이트 플레이크 층면과 수직 방향으로 선편광되는 것을 특 징으로 하는 그래핀 -그래파이트 광변조기.
【청구항 8】
제 1항에 있어서，
상기 하부전극은 높은 반사율을 갖는 금속재질로 패턴하여 반사판 역할을 수행하는 것을특징으로 하는 그래핀 -그래파이트 광변조기.
【청구항 9]
제 1항에 있어서，
상기 하부전극이 투명전극일 경우 상기 하부기판의 하면에 반사판이 구비된 것을 특징으로 하는 그래핀 -그래파이트 광변조기.
【청구항 10】
제 8항또는 제 9항에 있어서,
상기 반사판 역할을 하는 하부전극이나 반사판은 상면에 백색 코팅층이 형성된 것 을특징으로 하는 그래핀 -그래파이트 광변조기.
【청구항 11】
제 1항에 있어서, 상기 광변조기는 상기 그래핀 내지 그래파이트 플레이크의 대조비 (aspect ratio)를 증가시켜 재배열 시간을 감소시키는 것을 특징으로 하는 그래핀 -그래파이트 광변조기.
【청구항 12】
제 1항에 있어서， 상기 광변조기는 상기 그래핀 내지 그래파이트 플레이크의 면적 또는 인가되는 전기장의 세기를 변화시켜 재배열 시간을 제어하는 것을 특징 으로 하는 그래핀 -그래파이트 광변조기 제조방법 .
【청구항 13】
하부전극이 형성된 하부기판;
상기 하부기판과 이격되고, 상기 하부전극과 대향하는 상부전극이 형성된 상 부기판;
상기 대향하는 하부전극과 상부전극 사이에 개재되며, 유전체 매질 내에 분 산된 적， 녹， 청색이 코팅된 그래핀 내지 그래파이트 폴레이크를 포함하는 흔합물; 상기 코팅된 그래핀 내지 그래파이트 플레이크를 적, 녹， 청색으로 분리하는 고분 자 벽을포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀 -그래파이트 광변조기.
【청구항 14】
제 13항에 있어서，
상기 하부전극이 불투명 상태의 블랙전극이거나， 또는
상기 광변조기는 상기 투명상태의 하부전극 아래에 형성된 흡수층을 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀—그래파이트 광변조기.
【청구항 15】
제 13항에 있어서， 상기 방법은
상기 하부전극과 상부전극에 전압을 인가하여 상기 적， 녹, 청색으로코팅된 그래핀 내지 그래파이트 플레이크를 재배열시켜 감소된 색재현성올 갖는 것을 특징 으로 하는 그래핀-그래파이트 광변조기.
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