KR101568333B1 - 액정 캡슐의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 액정 캡슐 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 내부에 물 흐름을 포함하는 제 1 상 및 오일 흐름을 포함하는 제 2 상을 포함시키기 위한 외부관; 상기 외부관의 내부 중, 제 1 상 측에 위치하는 내부관; 상기 내부관과 마주보게 위치하며, 상기 외부관의 내부 중 제 2 상 측에 위치하는 오리피스;를 포함하는 미세 유체 시스템(Microfluidic system)을 준비하는 단계(단계 1); 상기 단계 1에서 준비된 미세 유체 시스템의 외부관에 광경화성 고분자를 포함하는 물 흐름을 형성하고, 상기 물 흐름과 반대방향으로 흐르는 오일 흐름을 형성하여 제 1 상 및 제 2 상을 형성하는 단계(단계 2); 상기 단계 2에서 형성된 제 1 상 측에 위치한 내부관에 제 1 상과 동일방향으로 흐르며 액정 물질을 포함하는 액정 흐름을 형성하여 제 2 상 측에 위치한 오리피스 내에서 이중 액적을 제조하는 단계(단계 3); 및 상기 단계 3에서 제조된 이중 액적에 자외선을 조사하여 경화시키는 단계(단계 4);를 포함하는 액정 캡슐의 제조방법을 제공한다. 본 발명에 따른 액정 캡슐의 제조방법은 미세 유체 시스템을 사용하여 액정 물질을 포함하는 액적과 고분자 캡슐막으로 이루어진 액정 캡슐을 단일 공정으로 제조할 수 있으며, 빠른 유속으로 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 제조방법으로 제조된 액정 캡슐은 균일한 크기를 가지며, 평면 구조뿐만 아니라 다양한 기하학적인 구조를 가지는 광학 소자에 이용 가능하다.

Description

액정 캡슐의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 액정 캡슐{The method for preparation of encapsulated liquid crystal and the encapsulated liquid crystal thereby}
본 발명은 액정 캡슐의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 액정 캡슐에 관한 것이다.
유기물을 이용한 차세대 인쇄 전자 소자 산업이 급속히 발전하면서, 발광 다이오드(LED), 박막 트랜지스터, 유기 태양 전지 등의 제작과 관련된 연구가 많이 이루어지고 있다. 특히, 이들 인쇄 전자 소자를 제작함에 있어서, 핵심이 되는 유기물들이 고성능을 발휘할 수 있도록 분자 정렬을 제어하고, 이러한 물질들을 원하는 위치와 모양으로 패터닝 하는 기술이 핵심적인 부분으로 취급되고 있으며, 이에 대한 연구의 필요성이 강조되고 있다.
한편, 액정(Liquid crystal)이란 액체이면서 광학적(光學的)으로는 어떤 종류의 결정의 성질을 갖고, 전계(電界)를 가하면 분자 배열의 방향성이 변화하는 물질이다. 상기 액정을 액적(Spherical droplet) 형태로 제조하는 경우, 액정 고유의 광학적 특징을 3 차원 상으로 이용할 수 있는 장점이 있으나, 기계적 물성이 불안정한 문제가 있다.
이때, 액정을 캡슐화할 경우에는 상기와 같은 기계적 안정성 문제를 해결할 수 있기 때문에 액정 표시 장치(Liquid crystal display, LCD)와 같은 평면 구조를 가지는 광학 소자뿐만 아니라, 다양한 기하학적(Geometry)인 형태를 가지는 광학 소자에도 이용 가능한 장점이 있다.
상기와 같은 액정을 사용하는 액정 표시 장치(Liquid crystal display)는 현재 가장 널리 사용되고 있는 평판 표시 장치(Flat panel display) 중 하나로서, 전극이 형성되어 있는 두 장의 기판과 그 사이에 삽입되어 있는 액정 층으로 이루어져, 전극에 전압을 인가하여 액정층의 액정 분자들을 재배열시킴으로써 투과되는 빛의 양을 조절하는 표시 장치이다.
액정 표시 장치의 액정 층이 복수 개의 액정 캡슐로 형성된 경우에는 액정 표시 장치가 휘거나 액정 표시 장치의 표면에 압력이 가해질 때 발생하는 화면 왜곡 현상을 최소화할 수 있다. 이러한 액정 캡슐은 일반적으로 교반기를 이용하여 액정과 캡슐막 물질을 교반시켜 제조한다. 그러나, 이 경우 액정 캡슐의 크기를 균일하게 구현하기 어렵다. 불균일한 크기의 액정 캡슐을 이용한 액정 표시 장치는 액정 캡슐의 크기에 따라 전기 광학적 특성이 달라지며, 액정 캡슐의 크기가 불균일하므로 액정 캡슐을 이루는 액정과 캡슐막 간의 굴절율 차이로 인해 산란이 발생하여 광특성이 저하된다.
상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 균일한 액정 캡슐을 제조하는 일례를 살펴보면, 대한민국 공개특허 제10-2013-0016184호에서는 액정 캡슐을 포함하는 액정 표시 장치가 개시된 바 있다. 상세하게는, 제1 기판, 상기 제1 기판 위에 형성되어 있는 제1 전극, 상기 제1 기판과 마주하고 있는 제2 기판, 상기 제2 기판 위에 형성되어 있는 제2 전극, 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 형성되어 있으며 액정과 상기 액정을 둘러싸고 있는 캡슐막을 포함하는 복수 개의 액정 캡슐, 상기 액정 캡슐 사이에 분산되어 있는 복수 개의 나노 입자을 가지는 액정층을 포함하고, 상기 복수 개의 액정 캡슐의 직경은 ±6.5 %의 편차를 가지는 액정 표시 장치를 제공한다.
이에 본 발명자들은 액정 캡슐을 제조하는 방법에 대하여 연구하던 중, 미세 유체 시스템을 이용하여 단일 공정을 통해 손쉽게 균일한 크기의 액정 캡슐을 제조할 수 있는 방법을 개발하고, 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 액정 캡슐의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 액정 캡슐을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
내부에 물 흐름을 포함하는 제 1 상 및 오일 흐름을 포함하는 제 2 상을 포함시키기 위한 외부관; 상기 외부관의 내부 중, 제 1 상 측에 위치하는 내부관; 상기 내부관과 마주보게 위치하며, 상기 외부관의 내부 중 제 2 상 측에 위치하는 오리피스;를 포함하는 미세 유체 시스템(Microfluidic system)을 준비하는 단계(단계 1);
상기 단계 1에서 준비된 미세 유체 시스템의 외부관에 광경화성 고분자를 포함하는 물 흐름을 형성하고, 상기 물 흐름과 반대방향으로 흐르는 오일 흐름을 형성하여 제 1 상 및 제 2 상을 형성하는 단계(단계 2);
상기 단계 2에서 형성된 제 1 상 측에 위치한 내부관에 제 1 상과 동일방향으로 흐르며 액정 물질을 포함하는 액정 흐름을 형성하여 제 2 상 측에 위치한 오리피스 내에서 이중 액적을 제조하는 단계(단계 3); 및
상기 단계 3에서 제조된 이중 액적에 자외선을 조사하여 경화시키는 단계(단계 4);를 포함하는 액정 캡슐의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은
상기의 제조방법으로 제조되고, 고분자 캡슐막으로 둘러싸인 것을 특징으로 하는 액정 캡슐을 제공한다.
나아가, 본 발명은
상기의 액정 캡슐을 포함하는 액정 표시 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 액정 캡슐의 제조방법은 미세 유체 시스템을 사용하여 액정 물질을 포함하는 액적과 고분자 캡슐막으로 이루어진 액정 캡슐을 단일 공정으로 제조할 수 있으며, 빠른 유속으로 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 제조방법으로 제조된 액정 캡슐은 균일한 크기를 가지며, 평면 구조뿐만 아니라 다양한 기하학적인 구조를 가지는 광학 소자에 이용 가능하다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 액정 캡슐을 제조하는 미세 유체 시스템의 모식도이고;
도 3은 본 발명에 따른 실시예 1에서 제조된 액정 캡슐의 광학현미경 사진이고;
도 4는 본 발명에 따른 실시예 2 내지 4에서 제조된 액정 캡슐의 광학현미경 사진이다.
본 발명은
내부에 물 흐름을 포함하는 제 1 상 및 오일 흐름을 포함하는 제 2 상을 포함시키기 위한 외부관; 상기 외부관의 내부 중, 제 1 상 측에 위치하는 내부관; 상기 내부관과 마주보게 위치하며, 상기 외부관의 내부 중 제 2 상 측에 위치하는 오리피스;를 포함하는 미세 유체 시스템(Microfluidic system)을 준비하는 단계(단계 1);
상기 단계 1에서 준비된 미세 유체 시스템의 외부관에 광경화성 고분자를 포함하는 물 흐름을 형성하고, 상기 물 흐름과 반대방향으로 흐르는 오일 흐름을 형성하여 제 1 상 및 제 2 상을 형성하는 단계(단계 2);
상기 단계 2에서 형성된 제 1 상 측에 위치한 내부관에 제 1 상과 동일방향으로 흐르며 액정 물질을 포함하는 액정 흐름을 형성하여 제 2 상 측에 위치한 오리피스 내에서 이중 액적을 제조하는 단계(단계 3); 및
상기 단계 3에서 제조된 이중 액적에 자외선을 조사하여 경화시키는 단계(단계 4);를 포함하는 액정 캡슐의 제조방법을 제공한다.
이하, 본 발명에 따른 액정 캡슐의 제조방법에 대하여 각 단계별로 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 액정 캡슐의 제조방법에 있어서, 단계 1은 내부에 물 흐름을 포함하는 제 1 상 및 오일 흐름을 포함하는 제 2 상을 포함시키기 위한 외부관; 상기 외부관의 내부 중, 제 1 상 측에 위치하는 내부관; 상기 내부관과 마주보게 위치하며, 상기 외부관의 내부 중 제 2 상 측에 위치하는 오리피스;를 포함하는 미세 유체 시스템(Microfluidic system)을 준비하는 단계이다.
상기 단계 1은 미세 유체 시스템을 준비하는 단계로, 내부에 물 흐름을 포함하는 제 1 상 및 오일 흐름을 포함하는 제 2 상을 포함시키기 위한 외부관과, 상기 외부관의 내부 중, 제 1 상 측에 위치하는 내부관과, 상기 내부관과 마주보게 위치하며 상기 외부관의 내부 중 제 2 상 측에 위치하는 오리피스를 포함하는 미세 유체 소자를 준비하는 단계이다.
상기와 같이, 외부관에 물 흐름 및 오일 흐름을 포함하는 두 가지 상을 형성하고, 제 1 상에 내부에는 내부관을, 제 2 상 내부에는 오리피스를 형성함으로써 단일 공정으로 수행 가능하며, 빠른 유속으로 이중 액적(Double emulsion droplet)을 제조하기 때문에 생산성을 향상시킬 수 있다.
구체적으로, 도 1에 나타낸 바와 같이, 상기 단계 1의 미세 유체 시스템(10)은 내부에 물 흐름을 포함하는 제 1 상(4) 및 오일 흐름을 포함하는 제 2 상(5)을 포함시키기 위한 외부관(1)이 형성되어 있다. 이때, 상기 외부관(1) 내부의 제 1 상 측에는 내부관(2)이 위치하며, 상기 내부관(2)과 마주보게 위치하도록, 상기 외부관(1) 내부의 제 2 상 측에 오리피스(3)를 위치시킨다. 상기와 같이 준비된 미세 유체 시스템(10)은 빠른 유속으로 이중 액적(Double emulsion droplet)을 제조할 수 있는 장점이 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 액정 캡슐의 제조방법에 있어서, 단계 2는 상기 단계 1에서 준비된 미세 유체 시스템의 외부관에 광경화성 고분자를 포함하는 물 흐름을 형성하고, 상기 물 흐름과 반대방향으로 흐르는 오일 흐름을 형성하여 제 1 상 및 제 2 상을 형성하는 단계이다.
상기 단계 2는 액정 캡슐을 형성하기 위하여 외부관에 제 1 상 및 제 2 상에 포함되는 물질들을 사용하여 외부관 내부에 흐름을 형성하는 단계로써, 제 1 상에는 광경화성 고분자를 포함하는 물 흐름을 형성하고, 제 2 상에는 오일 흐름을 형성한다.
구체적으로, 상기 단계 2의 광경화성 고분자는 물에 용해되는 광경화성 고분자이면 제한되지 않고 사용할 수 있으나, 일례로써, 폴리에틸렌 글라이콜 디아크릴레이트(Poly(ethylene glycol) diacrylate, PEGDA), 폴리비닐알콜(Poly(vinyl alcohol)), 에폭시 아크릴레이트(Epoxy acrylate), 페놀릭 레진(Phenolic resin), 우레탄메틸아크릴레이트(Urethane methyl acrylate), 젤라틴(Gelatin) 및 아라빅검(Arabic gum) 등의 광경화성 고분자를 사용할 수 있다.
이때, 상기 단계 2의 광경화성 고분자의 함량은 전체 물 흐름에 대하여 50 내지 80 중량%일 수 있다. 만약, 상기 단계 2의 광경화성 고분자의 함량이 전체 물 흐름에 대하여 50 중량% 미만일 경우에는 고분자 캡슐을 형성하기 위한 광경화성 고분자를 포함하는 액적 부분이 매우 얇게 형성되어 기계적 안정성에 문제를 가져올 수 있으며, 80 중량%를 초과하는 경우에는 물 흐름의 점도가 향상되어 유속을 조절하기 어려우며, 균일한 형상의 캡슐을 제조하기 어려운 문제가 있다.
또한, 상기 단계 2의 물 흐름은 광 개시제 및 계면활성제를 포함할 수 있다. 상기 광경화성 고분자를 수월하게 반응시키기 위하여 광 개시제를 추가할 수 있으며, 물 흐름을 안정화시키기 위한 다양한 계면활성제를 추가할 수 있다.
이때, 상기 광 개시제는 2-하이드록시-1-[4-(2-하이드록시데톡시)페닐]-2-메틸프로판-1-온(2-Hydroxy-1-[4-(2-hydroxyethoxy)phenyl]-2-methylpropan-1-one), 2-하이드록시-2-메틸-1-페닐프로판-1-온(2-Hydroxy-2-methyl-1-phenylpropan-1-one), 2-벤질-2-(디메틸아미노)-1-[4-(4-모르폴리닐)페닐]-1-부타논(2-Benzyl-2-(dimethylamino)-1-[4-(4-morpholinyl)phenyl]-1-butanone), 1-하이드록시사이클로헥실 벤조페논 (1-Hydroxycyclohexyl benzophenone), 1-하이드록시사이클로헥실 페닐케톤 (1-Hydroxycyclohexyl phenylketone), 2-하이드록시-4'-(2-하이드록시에톡시)-2-메틸프로피어페논(2-Hydroxy-4'-(2-hydroxyethoxy)-2-methylpropiophenone), 2,2-다이메톡시-1,2-다이페닐에탄온(2,2-Dimethoxy-1,2-di(phenyl)ethanone) 및 메탄온,1,1'-(페닐포스피니리덴)비스[1-(2,3,6-트리메틸페닐)](Methanone,1,1'-(phenylphosphinylidene)bis[1-(2,4,6-trimethylphenyl)]) 등을 사용할 수 있으나, 일반적으로 사용될 수 있는 광 개시제이면 이에 제한되지 않고 사용할 수 있다. 일례로써, 2-하이드록시-1-[4-(2-하이드록시데톡시)페닐]-2-메틸프로판-1-온을 사용할 수 있다.
또한, 상기 계면활성제는 물 흐름을 안정화시킬 수 있는 계면활성제면 제한 없이 사용할 수 있으며, 바람직하게는 비이온성 계면 활성제, 음이온계 계면 활성제, 양이온계 계면 활성제 및 양성 계면 활성제 등의 계면 활성제를 사용할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 비이온성 계면 활성제의 일례로서 플루로닉(Pluronic)을 사용하거나, 음이온성 계면 활성제의 일례로서 소듐 도데실 설페이트(Sodium dodecyl sulfate, SDS)를 사용할 수 있다.
이때, 상기 광 개시제의 함량은 전체 물 흐름에 대하여 0.1 내지 10 중량%일 수 있다. 만약, 상기 광 개시제의 함량이 전체 물 흐름에 대하여 0.1 중량% 미만일 경우에는 광경화성 고분자를 수월하게 반응시키기 어려운 문제가 있으며, 10 중량%를 초과하는 경우에는 급격한 반응으로 인하여 균일한 캡슐을 제조하기 어려운 문제가 있다.
또한, 상기 계면활성제의 함량은 전체 물 흐름에 대하여 0.1 내지 5 중량%일 수 있다. 만약, 상기 계면활성제의 함량이 전체 물 흐름에 대하여 0.1 중량% 미만일 경우에는 물 흐름을 충분히 안정시키기 힘든 문제가 있으며, 5 중량%를 초과하는 경우에는 과량의 계면활성제로 인하여 균일한 캡슐 형성을 방해할 수 있는 문제가 있다.
나아가, 상기 단계 2의 오일 흐름은 소수성 유체와 함께 계면활성제를 포함할 수 있다. 이때, 일례로써 소수성 유체는 미네랄 오일을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 계면활성제는 비이온성 계면 활성제, 음이온계 계면 활성제, 양이온계 계면 활성제 및 양성 계면 활성제 등의 계면 활성제를 사용할 수 있으나, 오일 흐름을 안정화시킬 수 있는 계면활성제면 이에 제한되지 않고 사용할 수 있다.
이때, 상기 계면활성제의 함량은 전체 오일 흐름에 대하여 0.1 내지 5 중량%일 수 있다. 만약, 상기 계면활성제의 함량이 전체 오일 흐름에 대하여 0.1 중량% 미만일 경우에는 물 흐름을 충분히 안정시키기 힘든 문제가 있으며, 5 중량%를 초과하는 경우에는 과량의 계면활성제로 인하여 균일한 캡슐 형성을 방해할 수 있는 문제가 있다.
또한, 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 외부관에 물 흐름 및 오일 흐름은 역방향으로 흐르며 제 1 상 및 제 2 상을 형성하게 된다.
다음으로, 본 발명에 따른 액정 캡슐의 제조방법에 있어서, 단계 3은 상기 단계 2에서 형성된 제 1 상 측에 위치한 내부관에 제 1 상과 동일방향으로 흐르며 액정 물질을 포함하는 액정 흐름을 형성하여 제 2 상 측에 위치하는 오리피스 내에서 이중 액적을 제조하는 단계이다.
상기 단계 3은 외부관 내부 중, 제 1 상에 위치한 내부관에 제 1 상과 동일 방향으로 흐르는 액정 흐름을 형성하고, 이의 유속을 조절하여 제 2 상 측에 위치하는 오리피스 내에서 고분자 캡슐막과 액정을 포함하는 이중 액적을 제조하는 단계이다.
도 2를 참조하면, 외부관에 물 흐름 및 오일 흐름이 역방향으로 흐르며 제 1 상과 제 2 상을 형성하게 되고, 제 1 상 측에는 물 흐름과 동일방향으로 흐르는 액정 흐름이 형성된 내부관이 있다. 액정 흐름을 따라 흐르는 액정 물질은 제 1 상의 물 흐름을 지나며, 제 1 상과 제 2 상의 경계로 이동한다. 이에 따라 물 흐름에 포함되어 있는 광경화성 고분자로 캡슐막을 형성하게 되며, 제 1 상과 제 2 상의 경계를 지나 제 2 상 측에 있는 오리피스 내로 이동하며 이중 액적을 형성하게 된다.
구체적으로, 상기 단계 3의 액정 물질은 콜레스테릭 액정, 네마틱 액정, 스멕틱 액정, 블루페이즈 액정, 유방성을 가지는 생체 액정재료(DNA, 셀룰로오스, 마이크로튜블 등) 및 나노입자를 포함하고 있는 액정 혼합물 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않고 용도에 따라 다양한 액정 물질 및 액정 혼합물을 사용할 수 있다.
또한, 상기 단계 3에서 내부관은 2 개 이상의 구역으로 구획될 수 있다. 이때, 상기 2 개 이상의 구역으로 구획된 내부관을 통해 유입되는 액정 물질은 서로 다른 액정 물질일 수 있다. 이와 같이, 상기 단계 3의 내부관을 2 개 이상의 구역으로 구획하여 각 구역마다 다양한 액정 물질을 사용할 수 있으며, 이에 따라 다양한 조성의 액정 액적 구조를 형성할 수 있다.
나아가, 상기 단계 2 및 상기 단계 3의 세 종류의 흐름(물 흐름, 오일 흐름 및 액정 흐름)의 유량은 제조하고자 하는 이중 액적의 크기, 내부 액적의 개수 및 관의 크기 등에 따라 달라지는데 안정하게 원하는 이중 액적을 형성할 수 있는 조건이라면 어떤 유량이든 사용할 수 있다. 전형적으로는 분당 1 내지 10,000 마이크로리터(㎕) 정도의 유량이 사용된다.
다음으로, 본 발명에 따른 액정 캡슐의 제조방법에 있어서, 단계 4는 상기 단계 3에서 제조된 이중 액적에 자외선을 조사하여 경화시키는 단계이다.
구체적으로, 상기 단계 4의 자외선 조사는 1 내지 100 mW/cm2의 광도에서 0.1 내지 10 초 동안 수행할 수 있으나, 이중 액적의 고분자 캡슐막이 완전하게 광경화되는 조건이라면 어떤 광도와 노광시간도 가능하다. 이때 자외선의 조사 시간은 자외선 노광 영역의 길이와 3 가지 상의 유속에 의해 결정되게 된다.
또한, 본 발명은
상기의 제조방법으로 제조되고, 고분자 캡슐막으로 둘러싸인 것을 특징으로 하는 액정 캡슐을 제공한다.
본 발명에 따른 제조방법으로 제조되어, 고분자 캡슐막으로 둘러싸인 액정으로 구성된 액정 캡슐은 미세 유체 시스템을 사용하여 단일 공정으로 제조되었으며, 균일한 크기를 가지는 장점이 있다. 또한, 액정이 고분자 캡슐막으로 둘러싸임으로써 안정적인 액정 구조를 형성하여, 다양한 광학 소자에 적용될 수 있다.
구체적으로, 본 발명에 따른 액정 캡슐에 있어서, 상기 액정은 콜레스테릭 액정, 네마틱 액정, 스멕틱 액정, 블루페이즈 액정, 유방성을 가지는 생체 액정재료(DNA, 셀룰로오스, 마이크로튜블 등) 및 나노입자를 포함하고 있는 액정 혼합물 등을 사용하여 형성된 액정일 수 있으나, 이에 제한되지 않고 용도에 따라 다양한 액정을 사용할 수 있다. 또한, 상기 액정은 2 가지 이상의 다양한 조성의 액정일 수 있다.
나아가, 본 발명은
상기의 액정 캡슐을 포함하는 액정 표시 장치를 제공한다.
액정 표시 장치(Liquid crystal display)는 현재 가장 널리 사용되고 있는 평판 표시 장치(Flat panel display) 중 하나로서, 전극이 형성되어 있는 두 장의 기판과 그 사이에 삽입되어 있는 액정층으로 이루어져, 전극에 전압을 인가하여 액정층의 액정 분자들을 재배열시킴으로써 투과되는 빛의 양을 조절하는 표시 장치이다. 액정 표시 장치의 액정층이 복수개의 액정 캡슐로 형성된 경우에는 액정 표시 장치가 휘거나 액정 표시 장치의 표면에 압력이 가해질 때 발생하는 화면 왜곡 현상을 최소화할 수 있다.
이에 본 발명에 따른 액정 캡슐을 포함하는 액정 표시 장치는 균일한 액정 캡슐을 포함함으로써, 우수한 성능의 액정 표시장치를 제공할 수 있다.
이하, 하기 실시예 및 실험예에 의하여 본 발명을 상세히 설명한다.
단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 발명의 범위가 실시예 및 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1> 액정 캡슐의 제조 1
단계 1: 외부관 내부의 제 1 상으로는 폴리에틸렌 글라이콜 디아크릴레이트(Poly(ethylene glycol) diacrylate, PEGDA) 70 중량%, 소듐 도데실 설페이트(Sodium dodecyl sulfate, SDS), 0.25 중량%, 플루로닉 F108(BASF) 1 중량% 및 2-하이드록시-1-[4-(2-하이드록시데톡시)페닐]-2-메틸프로판-1-온(2-Hydroxy-1-[4-(2-hydroxyethoxy)phenyl]-2-methylpropan-1-one, Darocur 2959) 0.5 중량%를 물과 혼합하여 물 흐름을 형성하였다. 물 흐름의 유속은 130 ㎕/h로 설정하였다.
또한, 외부관 내부의 제 2 상으로는 ABIL EM90 2.5 중량%를 N-헥사데칸(N-Hexadecane)에 용해시켜 오일 흐름을 형성하였다. 오일 흐름의 유속은 777 ㎕/h로 설정하였다.
단계 2: 상기 외부관 내부의 제 1 상 측에 위치한 내부관에는 액정 물질로써 콜레스테릭 액정을 사용하여 액정 흐름을 형성하였으며, 액정 흐름의 유속은 60 ㎕/h로 설정하였다.
이에 따라, 도 2에 나타낸 바와 같이, 이중 액적이 형성되어 오리피스를 통해 이동하게 된다.
단계 3: 상기 단계 2에서 형성된 이중 액적이 오리피스를 통해 이동하며 10 mW/cm2 광도의 자외선 노출 영역을 1 초간 지나가게 하여 광경화 시켜 액정 캡슐을 제조하였다.
<실시예 2>
단계 1: 외부관 내부의 제 1 상으로는 폴리에틸렌 글라이콜 디아크릴레이트(Poly(ethylene glycol) diacrylate, PEGDA) 65 중량%, 소듐 도데실 설페이트(Sodium dodecyl sulfate, SDS), 0.25 중량%, 플루로닉 F108(BASF) 1 중량% 및 2-하이드록시-2-메틸-1-페닐프로판-1-온(2-Hydroxy-2-methyl-1-phenylpropan-1-one, Darocur 1173) 2 중량%를 물과 혼합하여 물 흐름을 형성하였다. 물 흐름의 유속은 350 ㎕/h로 설정하였다.
또한, 외부관 내부의 제 2 상으로는 ABIL EM90 3 중량%를 미네랄 오일(Mineral oil)에 용해시켜 오일 흐름을 형성하였다. 오일 흐름의 유속은 850 ㎕/h로 설정하였다.
단계 2: 상기 외부관 내부의 제 1 상 측에 위치한 내부관에는 2 개의 구역으로 구획하여 액정 물질로써 콜레스테릭 액정(Blue) 및 콜레스테릭 액정(Red)을 사용하여 액정 흐름을 형성하였으며, 액정 흐름의 유속은 각각 45 및 0 ㎕/h로 설정하였다. 이때, 콜레스테릭 액정(Blue)의 유속을 통해 액정 흐름이 형성되어, 콜레스테릭 액정(Red)와 함께 흐른다.
이에 따라, 2 가지 액정 구조를 가지는 이중 액적이 형성되어 오리피스를 통해 이동하게 된다.
단계 3: 상기 단계 2에서 형성된 이중 액적이 오리피스를 통해 이동하며 10 mW/cm2 광도의 자외선 노출 영역을 1 초간 지나가게 하여 광경화 시켜 액정 캡슐을 제조하였다.
<실시예 3> 액정 캡슐의 제조 3
상기 실시예 2의 단계 2에서 액정 흐름의 유속을 각각 22.5 및 22.5 ㎕/h로 설정한 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일하게 수행하여 액정 캡슐을 제조하였다.
<실시예 4> 액정 캡슐의 제조 4
상기 실시예 2의 단계 2에서 액정 흐름의 유속을 각각 0 및 45 ㎕/h로 설정한 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일하게 수행하여 액정 캡슐을 제조하였다.
<실험예 1> 광학현미경 분석
본 발명에 따른 액정 캡슐의 형상을 확인하기 위하여, 상기 실시예 1 내지 4에서 제조된 액정 캡슐을 광학현미경으로 분석하였으며, 그 결과를 도 3 및 도 4에 나타내었다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 액정 캡슐인 실시예 1의 형상을 살펴보면, 균일한 크기의 액정 캡슐이 형성되었음을 확인할 수 있다.
또한, 도 4에 나타낸 바와 같이, 두 종류의 액정의 유속 조절을 통해 얻어진 실시예 2 내지 4의 경우에는 두 종류의 액정, 콜레스테릭 액정(Blue)와 콜레스테릭 액정(Red)를 사용하여 유속 조절을 통해 다양한 색상이 구현되는 것을 확인할 수 있었다.
10 : 미세 유체 시스템
1 : 외부관
2 : 내부관
3 : 오리피스
4 : 제 1 상
5 : 제 2 상

Claims (10)

  1. 내부에 물 흐름을 포함하는 제 1 상 및 오일 흐름을 포함하는 제 2 상을 포함시키기 위한 외부관; 상기 외부관의 내부 중, 제 1 상 측에 위치하는 내부관; 상기 내부관과 마주보게 위치하며, 상기 외부관의 내부 중 제 2 상 측에 위치하는 오리피스;를 포함하는 미세 유체 시스템(Microfluidic system)을 준비하는 단계(단계 1);
    상기 단계 1에서 준비된 미세 유체 시스템의 외부관에 광경화성 고분자를 포함하는 물 흐름을 형성하고, 상기 물 흐름과 반대방향으로 흐르는 오일 흐름을 형성하여 제 1 상 및 제 2 상을 형성하는 단계(단계 2);
    상기 단계 2에서 형성된 제 1 상 측에 위치한 내부관에 제 1 상과 동일방향으로 흐르며 액정 물질을 포함하는 액정 흐름을 형성하여 제 2 상 측에 위치한 오리피스 내에서 이중 액적을 제조하는 단계(단계 3); 및
    상기 단계 3에서 제조된 이중 액적에 자외선을 조사하여 경화시키는 단계(단계 4);를 포함하는 액정 캡슐의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단계 2의 광경화성 고분자는 폴리에틸렌 글라이콜 디아크릴레이트(Poly(ethylene glycol) diacrylate, PEGDA), 폴리비닐알콜(Poly(vinyl alcohol)), 에폭시 아크릴레이트(Epoxy acrylate), 페놀릭 레진(Phenolic resin), 우레탄메틸아크릴레이트(Urethane methyl acrylate), 젤라틴(Gelatin) 및 아라빅검(Arabic gum)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 종 이상인 것을 특징으로 하는 액정 캡슐의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 단계 2의 물 흐름은 광 개시제 및 계면활성제를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 캡슐의 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 광 개시제는 2-하이드록시-1-[4-(2-하이드록시데톡시)페닐]-2-메틸프로판-1-온(2-Hydroxy-1-[4-(2-hydroxyethoxy)phenyl]-2-methylpropan-1-one), 2-하이드록시-2-메틸-1-페닐프로판-1-온(2-Hydroxy-2-methyl-1-phenylpropan-1-one), 2-벤질-2-(디메틸아미노)-1-[4-(4-모르폴리닐)페닐]-1-부타논(2-Benzyl-2-(dimethylamino)-1-[4-(4-morpholinyl)phenyl]-1-butanone), 1-하이드록시사이클로헥실 벤조페논 (1-Hydroxycyclohexyl benzophenone), 1-하이드록시사이클로헥실 페닐케톤 (1-Hydroxycyclohexyl phenylketone), 2-하이드록시-4'-(2-하이드록시에톡시)-2-메틸프로피어페논(2-Hydroxy-4'-(2-hydroxyethoxy)-2-methylpropiophenone), 2,2-다이메톡시-1,2-다이페닐에탄온(2,2-Dimethoxy-1,2-di(phenyl)ethanone) 및 메탄온,1,1'-(페닐포스피니리덴)비스[1-(2,3,6-트리메틸페닐)](Methanone,1,1'-(phenylphosphinylidene)bis[1-(2,4,6-trimethylphenyl)])로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 종 이상인 것을 특징으로 하는 액정 캡슐의 제조방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 계면활성제는 비이온성 계면활성제, 음이온계 계면활성제, 양이온계 계면활성제 및 양성 계면활성제로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 종 이상인 것을 특징으로 하는 액정 캡슐의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 단계 3의 액정 물질은 콜레스테릭 액정, 네마틱 액정, 스멕틱 액정, 블루페이즈 액정, 유방성을 가지는 생체 액정재료 및 나노입자를 포함하고 있는 액정 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 종 이상인 것을 특징으로 하는 액정 캡슐의 제조방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항의 제조방법으로 제조되고, 고분자 캡슐막으로 둘러싸인 것을 특징으로 하는 액정 캡슐.
  10. 제9항의 액정 캡슐을 포함하는 액정 표시 장치.
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