KR102025585B1 - 광 제어 장치 및 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
광 제어 장치 및 광 제어 장치의 제조 방법이 제공된다. 광 제어 장치는 제1 기판, 제1 기판에 대향하는 제2 기판, 제1 기판의 적어도 일부에 배치된 제1 전극, 제2 기판의 적어도 일부에 배치된 제2 전극, 및 제1 기판과 제2 기판 사이에 분산 가능한 복수의 광 제어 입자를 포함하고, 제2 전극은 제1 전극에 대해 스태거드 배열(staggered arrangement)로 배치된다.
Description
본 발명은 광 제어 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로써, 광의 투과율 및 차폐율을 높일 수 있는 광 제어 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
광 제어 장치는 창문, 자동차, 항공기, 광학 장치 또는 영상 표시 장치에 적용되어 광의 투과도나 반사도를 조절하는 용도로 연구되고 있다. 광 제어 장치는 다양한 종류의 대전 소자들의 특성 및 이동에 의해 자외선이나 가시광선, 근적외선 영역에서의 빛을 차단, 반사, 산란 또는 투과시킨다.
이러한 광 제어 장치가 건축물 또는 자동차의 창문에 적용되는 경우, 겨울에는 실내로 최대한 태양광선이 들어올 수 있도록 투명하게 조절하고, 여름에는 태양광선을 차단하도록 하면서 실내온도 및 실내밝기를 조절할 수 있으며, 이에 따라 난방 에너지 및 조명 에너지도 절약할 수 있다.
[관련기술문헌]
1. 수직 전극을 포함하는 광전달 전기영동 디스플레이 (미국 특허번호 제6,144,361호)
2. 디스플레이 구성 (미국 특허번호 제8,183,757호)
3. 이온 전기영동을 이용하는 정전기적으로 제어되는 회절 격자 (미국 특허번호 제7,576,905호)
본 발명의 발명자들은 광 제어 장치가 창문, 표시 장치 또는 어떠한 분야에서 적용되는 경우, 광 제어 장치는 높은 광투과율 및 높은 차폐율이 동시에 필요하지만, 높은 광투과율과 높은 차폐율은 서로 트레이드-오프(trade-off) 관계를 가지는 것이 일반적이어서 앞서 설명한 두 가지 속성을 동시에 만족시키는 것은 기술적으로 어려운 문제라는 것을 인식하였다. 이와 관련하여, 전원의 인가 여부에 따라 광도가 변경되는 PDLC(Polymer disperse liquid crystal) 등이 이용되고 있으나 충분한 광투과율 및 차폐율을 동시에 구현 하는 것이 용이하지 않다고 판단하였다. 이에 따라, 투과율 및 차폐율이 높은 광 제어 장치 및 광 제어 장치 자체의 내부 산란, 반사, 및 굴절률에 기인한 투과 영상의 왜곡을 개선할 수 있는 광 제어 장치 및 제조 방법을 발명했다.
이에, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 대전 입자들을 이용하는 광 제어 장치에서 대전 입자들의 움직임을 보다 효율적으로 제어하여 투과율을 최대화할 수 있는 광 제어 장치 및 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 대전 입자들을 이용하는 광 제어 장치에서 대전 입자들의 움직임을 보다 효율적으로 제어하여 차폐율 및 투과율을 동시에 최대화할 수 있는 광 제어 장치 및 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 광 제어 장치는 제1 기판, 제1 기판에 대향하는 제2 기판, 제1 기판의 적어도 일부에 배치된 제1 전극, 제2 기판의 적어도 일부에 배치된 제2 전극, 및 제1 기판과 제2 기판 사이에 분산 가능한 복수의 광 제어 입자를 포함하고, 제2 전극은 제1 전극에 대해 스태거드 배열(staggered arrangement)로 배치된다.
여기서, 제1 전극의 폭은 복수의 광 제어 입자의 농도에 기초할 수 있다.
여기서, 복수의 광 제어 입자는 광 흡수 대전 입자 또는 흑색 대전 입자일 수 있다.
여기서, 제1 기판은 광 제어 영역 및 주변 영역을 가지며, 제1 기판의 적어도 일부에 배치된 제1 전극은 광 제어 영역의 5%이하의 면적으로 배치될 수 있다.
여기서, 제1 기판, 및 제2 기판은 광 투과성일 수 있다.
여기서, 제1 전극 또는 제2 전극 중 적어도 하나는 광 투과성일 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 제어 장치는 적어도 제1 전극 상에 형성된 제1 절연막, 및 제2 전극 상에 형성된 제2 절연막을 더 포함한다.
여기서, 제2 전극은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), 그래핀(Grephene), 및 카본나노튜브(Carbon Nano Tube) 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다.
여기서, 제1 기판 상에 형성되고, 제1 전극을 노출하도록 형성된 절연 구조물을 더 포함하고, 제1 전극의 표면은 복수의 요철를 포함할 수 있다.
여기서, 제1 전극은 Cu, Mo, Al, Ti, MgAg, ITO, IZO, 그래핀 및 카본나노튜브 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 제어 장치는 제1 광 투과성 기판, 제1 광 투과성 기판에 대향하는 제2 광 투과성 기판, 제1 광 투과성 기판에 형성된 제1 전극, 제2 광 투과성 기판에 형성된 제2 전극, 및 제1 광 투과성 기판과 제2 광 투과성 기판 사이에 복수의 대전 입자를 포함하고, 제1 전극은 개구부를 포함하고, 제2 전극은 적어도 제1 전극의 개구부의 일부 영역에 대응된 것을 특징으로 한다.
여기서, 광투과성 제1 전극은 최소 일면으로 패터닝되어 있으며, 각 전극 간의 이격 거리는 제2 전극의 일면의 폭과 동일하거나 제2 전극의 폭의 ±20% 범위내의 폭을 가지는 것을 특징으로 할 수 있다.
여기서, 전기장의 인가에 의해 복수의 대전 입자가 제1 전극으로 이동된 경우, 제1 전극의 개구부 사이로 광이 투과되는 것을 특징으로 할 수 있다.
여기서, 전기장의 인가에 의해 복수의 대전 입자가 제2 전극으로 이동된 경우, 제1 전극에 의해 제1 전극으로 입사되는 빛의 적어도 일부가 차단되는 것을 특징으로 할 수 있다.
여기서, 제1 전극 또는 제2 전극 중 적어도 하나는 광 투과성인 것을 특징으로 할 수 있다.
여기서, 적어도 제1 전극 상에 형성된 제1 절연막, 및 적어도 제2 전극 상에 형성된 제2 절연막을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
여기서, 광 제어 장치는 차광 영역과 주변 영역을 가지는 것을 특징으로 할 수 있다.
여기서, 차광 영역은 제1 전극 및 제2 전극 및 복수의 대전 입자를 포함하고, 주변 영역은 제1 광 투과성 기판과 제2 광 투과성 기판 사이에 위치하며, 차광 영역 주변을 감싸는 실란트(Sealant), 및 제1 전극 및 제2 전극 각각과 전기적으로 연결된 복수의 패드부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
여기서, 패드부는 광 투과를 조절하는 제어부와 연결된 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 제어 장치는 복수의 제1 영역 및 제1 영역과는 상이한 복수의 제2 영역을 갖는 제1 광 투과성 기판, 제1 광 투과성 기판에 대향하는 제2 광 투과성 기판, 복수의 제1 영역 각각에 형성된 복수의 제1 전극, 복수의 제2 영역 각각에 대응하는 제2 광 투과성 기판의 영역 중 적어도 일부에 형성된 복수의 제2 전극, 및 제1 광 투과성 기판과 제2 광 투과성 기판 사이에 위치하는 복수의 대전 입자를 포함한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 제어 장치는 제1 투명 기판, 제1 투명 기판에 대향하는 제2 투명 기판, 제1 투명 기판에 배치된 제1 전극, 제2 투명 기판에 배치된 제2 투명 전극, 제1 전극 또는 제2 투명 전극 상에 형성된 적어도 하나의 절연막, 및 제1 투명 기판 및 제2 투명 기판 사이에 배치되고, 전기장의 인가에 의해 복수의 광 제어 상태를 제어하고, 복수의 광 제어 입자를 포함하는 유체층을 포함하고, 제1 투명 전극 및 제2 투명 전극은 스태거드 정렬로 배치된다.
여기서, 복수의 광 제어 상태는 적어도 광 투과 상태 및 차광 상태를 포함할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 제어 장치는 광투과성 제1 기판, 제1 기판에 대향하는 광투과성 제2 기판, 제1 기판 상에 형성된 복수의 제1 전극, 제2 기판 상에 형성된 공통 전극, 공통 전극 상에 형성된 절연막, 절연막 상에 형성되고, 복수의 제1 전극에 대향하여 형성된 복수의 제2 전극, 및 제1 기판 및 제2 기판 사이에 배치된 차폐 입자 충진층을 포함한다.
여기서, 복수의 제2 전극의 폭은 복수의 제1 전극의 폭 이하일 수 있다.
여기서, 공통 전극 및 복수의 제2 전극은 독립적으로 구동될 수 있다
여기서, 복수의 제1 전극 상에 형성된 제1 절연성 보호층, 및 복수의 제2 전극 상에 형성된 제2 절연성 보호층을 더 포함할 수 있다.
여기서, 제1 기판 상에 형성되고, 제1 전극을 노출하도록 형성된 절연 구조물을 더 포함하고, 제1 전극의 표면은 복수의 요철을 포함할 수 있다.
여기서, 제1 기판 및 제2 기판은 연성일 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 투명 디스플레이 장치는 광 제어 장치, 및 투명 유기 발광 표시 장치를 포함한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 스마트 윈도우는 기재된 광 제어 장치, 및 지지재를 포함한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 제어 장치 제조 방법은 제1 투명 기판을 준비하는 단계, 제1 투명 기판 상에 패턴을 포함하는 복수의 제1 전극을 형성하는 단계, 제2 투명 기판 상에 패턴과 엇갈리는 영역에 복수의 제2 전극을 형성하는 단계, 제1 투명 기판 상에 격벽을 형성하는 단계, 제1 투명 기판에 대향하도록 제2 투명 기판을 결합하는 단계, 및 대전 입자를 포함하는 광학 매체를 제1 투명 기판 및 제2 투명 기판 사이에 충진하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.
즉, 대전 입자들을 이용하는 광 제어 장치에서 대전 입자들의 움직임을 보다 효율적으로 제어하여 투과율을 최대화할 수 있는 광 제어 장치 및 제조 방법을 제공할 수 있다.
또, 대전 입자들을 이용하는 광 제어 장치에서 대전 입자들의 움직임을 보다 효율적으로 제어하여 차폐율을 최대화할 수 있는 광 제어 장치 및 제조 방법을 제공할 수 있다.
또 대전 입자들을 이용하는 광 제어 장치에서 대전 입자들의 움직임을 보다 효율적으로 제어하여 구동속도를 개선할 수 있다.
또한, 우수한 투과율 특성의 광 제어 장치가 표시 장치 일면에 적용되는 경우에는, 일반적인 표시 기능과 함께 광 제어 장치 건너편의 사물을 보여줄 수 있다.
또한, 이러한 광 제어 장치가 다용도 판(Panel), 문(Door) 인테리어 건축자재 등에도 적용될 수 있다.
또한, 이러한 광 제어 장치는 직사각형, 정사각형, 다각형, 유선형, 원형, 또는 다양한 디자인을 가지는 광 제어 장치 등에도 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 제어 장치의 평면도이다.
도 2 내지 6은 도 1의 II-II' 선에 따른 광 제어 장치의 단면도들이다.
도 7a 및 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 제어 장치의 전기장을 설명하기 위한 전기력선에 대한 개략도이다.
도 8 내지 도 11은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 광 제어 장치의 단면도들이다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 제어 장치를 설명하기 위한 단면도들이다.
도 14는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 광 제어 장치의 적용이 가능한 능동 매트릭스형 광 제어 장치를 설명하기 위한 평면도이다.
도 15는 도 14의 XV-XV' 선에 따른 능동 매트릭스형 광 제어 장치의 단면도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 제어 장치의 배선을 설명하기 위한 단면도이다.
도 17은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 광 제어 장치의 적용이 가능한 표시 장치를 설명하기 위한 개략도이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 제어 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 19는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 제어 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2 내지 6은 도 1의 II-II' 선에 따른 광 제어 장치의 단면도들이다.
도 7a 및 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 제어 장치의 전기장을 설명하기 위한 전기력선에 대한 개략도이다.
도 8 내지 도 11은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 광 제어 장치의 단면도들이다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 제어 장치를 설명하기 위한 단면도들이다.
도 14는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 광 제어 장치의 적용이 가능한 능동 매트릭스형 광 제어 장치를 설명하기 위한 평면도이다.
도 15는 도 14의 XV-XV' 선에 따른 능동 매트릭스형 광 제어 장치의 단면도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 제어 장치의 배선을 설명하기 위한 단면도이다.
도 17은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 광 제어 장치의 적용이 가능한 표시 장치를 설명하기 위한 개략도이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 제어 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 19는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 제어 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층 "위(on)", “상에” 으로 지칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 도시된 것이며, 본 발명이 도시된 구성의 크기 및 두께에 반드시 한정되는 것은 아니다.
본 발명에서 광 제어 장치는 장치로 입사되는 광이 장치를 투과하거나 장치에서 산란되거나, 흡수되어 차폐되는 등, 광의 경로를 변화시키거나 광 특성을 변화시키는 것을 의미하는 것으로써, 광의 특성을 변화시키는 입자를 제어하는 장치를 의미한다. 본 발명에서 광 제어 장치는 능동 차폐막, 전기 셔터 장치, 액티브 차광막, 광 제어 장치 등과 동일한 의미로 사용될 수 있다.
이하에서는, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 이하의 실시예에서는 광 제어 장치로써, 대전 입자들을 적용한 경우를 예로 하여 설명할 것이다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 광 제어 장치는 이하에서 설명되는 실시예에 제한되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 제어 장치의 평면도이다. 도 2 내지 4는 도 1의 II-II' 선에 따른 광 제어 장치의 단면도들이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 광 제어 장치(100, 200)는 하나의 셀(cell; 110) 내에 제1 기판(210), 제2 기판(220), 제1 기판(210) 상에 형성된 제1 전극(140, 240), 제2 기판(220) 상에 형성된 제2 전극(250), 대전 입자(260) 및 격벽(130, 230)을 포함한다.
셀(110)이란 광 제어 장치(100, 200)에서 격벽(130, 230)에 의해 구분되는 하나의 영역 단위를 의미한다. 도 1 및 도 2에서는 편의상 하나의 셀(110) 내에 2 개의 제1 전극(140, 240)이 형성되는 것을 도시하였지만, 셀(110) 내의 제1 전극(140, 240)의 수는 제한되지 않으며, 하나의 셀(110) 내의 하나의 제1 전극(140, 240) 내지는 복수의 제1 전극(140, 240)이 이격되어 배치될 수도 있다.
도 1에서 제1 전극(140)은 세로 방향으로 연장되도록 형성되는 것을 도시하였으나, 제1 전극(140)은 형성되는 모양이 제한되지 않는다. 즉, 제1 전극(140)은 세로 방향으로 연장되도록 형성되는 것 외에 가로, 대각선 등 어떠한 방향으로도 연장될 수 있으며, 꺾이는 선이나 곡선으로 형성될 수 있으며, 규칙/불규칙의 패턴을 갖도록 형성될 수도 있다.
도 2를 참조하면, 제1 기판(210) 및 제2 기판(220)은 광 제어 장치(200)의 여러 엘리먼트들을 지지하기 위한 기판이며, 제1 기판(210) 및 제2 기판(220)은 상호 대향하도록 배치된다. 제1 기판(210) 및 제2 기판(220)은 광 제어 장치(200)의 상부 또는 하부에 위치하며, 기판, 지지 부재, 지지 기판, 백플레인 등으로 지칭될 수도 있다. 제1 기판(210) 및 제2 기판(220)은 절연 물질로 구성될 수도 있고, 예를 들어, 유리 또는 플라스틱 등으로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되지 않고, 다양한 물질로 형성될 수 있다.
본 명세서에서 대응되도록 또는 대향하도록 배치 또는 형성된다는 의미는 서로 마주보도록 형성되는 것을 의미하나, 대응 또는 대향한다는 것은 마주보는 영역이 일치하도록 형성되는 것 뿐만아니라 마주보는 영역이 일부 중첩되지 않게 형성되는 것(non overlapping)도 포함한다.
제1 기판(210) 및 제2 기판(220)은 광 제어 장치(200)의 광 제어 목적이나 그 적용 목적에 따라 상이한 물질이 사용될 수도 있다. 광 제어 장치(200)가 광 투과에 목적이 있는 경우, 제1 기판(210) 및 제2 기판(220)은 절연성인 동시에, 광 투과성인 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제1 기판(210) 및 제2 기판(220)은 모두 유리로 이루어진 투명 기판일 수 있다.
제1 기판(210) 및 제2 기판(220) 상에는 공기와의 굴절률 차에 의한 반사를 저감하도록 반사저감막을 더 포함할 수 있다. 반사저감막은 입사되는 광이 굴절률이 다른 두 매체 사이의 계면에서 반사되지 않고 투과 또는 흡수되도록 하는 막을 의미하는 것으로써, 기판과 공기와의 굴절률 차에 의한 반사를 저감하도록 구성될 수 있다. 반사저감막은 기판의 굴절률과 공기와 같은 기체의 굴절률 사이의 굴절률을 갖는 모든 필름, 층, 또는 막을 포함할 수 있다. 예컨대, 반사저감막은 단결정 실리콘 반사저감막, 다결정 실리콘 반사저감막, 유전체 나노 반사저감막, PET (Polyehylene terephthalate), PMMA (Polymethyl Methacrylate), PC등으로 이루어진 AG(Anti-Glare) 코팅, AR (Anti-Reflection) 필름, LR (Low-Reflection) 코팅을 포함할 수 있다.
광 제어 장치(200)가 플렉서블 광 제어 장치인 경우, 제1 기판(210) 및 제2 기판(220)은 연성의 절연 물질로 형성될 수 있다. 여기서, 사용 가능한 연성의 절연 물질은 폴리이미드(polyimide, PI)를 비롯하여 폴리에테르 이미드 (polyetherimide, PEI), 폴리에틸렌 테레프탈레이드(polyethyelene terephthalate, PET) 등이 사용될 수 있다.
제1 전극(240)은 제1 기판(210) 상에 형성되는 도전성의 구조물이다. 제1 전극(240)은 제1 전극 구조물, 제1 화소 전극, 제1 전극 적층체로도 지칭될 수 있다. 또한, 제1 전극(240)은 대전 입자(260)를 좁은 영역에 모으는 역할을 하므로 수집 전극(collecting electrode)으로 지칭 될 수도 있다. 제1 전극(240)은 투명한 도전성 물질로 형성될 수도 있고, 도전성 있는 금속물질로도 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(240)은 인듐 주석 산화물(ITO), 인듐 아연 산화물(IZO), 카본나노튜브(Carbon Nano Tube), 그래핀(Graphene), PEDOT:PSS (Poly(3,4-ehylenedioxythiophene)poly(styrenesulfonate)) 등의 물질로 형성될 수 있고, 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 마그네슘-은 합금(MgAg), 마그네슘-칼슘 합금(MgCa), 알루미늄-은 합금(AlAg), 또는 이터븀-은 합금(YbAg), 나노 Ag 등의 금속, 또는 전술한 금속물질 이외의 복수개의 다른 금속물질로 형성될 수도 있다. 제1 전극(240)은 제1 기판(210)의 적어도 일부에 배치될 수 있다. 제1 전극(240)은 패터닝되어 제1 기판(210) 상의 일부 영역에 형성될 수 있다.
제2 전극(250)은 제2 기판(220) 상에 평행하도록 형성되는 도전성의 구조물이다. 제2 전극(250)은 제2 화소 전극 등으로 지칭될 수 있다. 또한, 제2 전극(250)은 대전 입자(260)를 넓게 퍼트리는 기능을 수행하므로 확산 전극 (spreading electrode)으로도 지칭될 수 있다. 제2 전극(250)은 투명한 도전성 물질로 형성될 수도 있고, 도전성 있는 금속물질로도 형성될 수 있다. 예를 들어, 제2 전극(250)은 인듐 주석 산화물 (ITO), 인듐 아연 산화물(IZO), 카본나노튜브, 그래핀, PEDOT:PSS 등의 물질로 형성될 수 있고, 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 마그네슘-은 합금(MgAg), 마그네슘-칼슘 합금(MgCa), 알루미늄-은 합금(AlAg), 또는 이터븀-은 합금(YbAg), 나노 Ag 등의 금속, 또는 전술한 금속물질 이외의 복수개의 다른 금속물질로 형성될 수도 있다. 제2 전극(250)은 제2 기판(220)의 적어도 일부에 배치될 수 있다. 제2 전극(250)은 패터닝되어 제2 기판(220) 상의 일부 영역에 형성될 수 있다.
제2 전극(250)은 전압이 인가되거나 그라운드 상태일 수 있으며, 플로팅(floating) 상태일 수도 있다. 플로팅 상태란 제2 전극(250)이 배선 등으로 연결되어 있지 않아 제2 전극(250)이 다른 구성과 전기적으로 연결되어 있지 않는 상태를 의미한다.
제1 전극(240)은 제2 전극(250)이 배치된 영역에 엇갈리도록 형성될 수 있다. 제1 전극(240)은 제2 전극(250)과 스태거드 배열(staggered arrangement)로 배치될 수 있다. 여기서, 스태거드 배열이란 제1 전극(240)과 제2 전극(250)이 제1 기판(210) 및 제2 기판(220) 상에서 교대로 엇갈리게 배치되는 것을 의미하는 것이다. 스태거드 배열의 의미는 제1 전극(240)과 제2 전극(250)의 패터닝된 영역 또는 제1 전극(240)의 패터닝된 영역과 제2 전극(250)이 정확하게 대응되는 것을 의미하는 것은 아니다.
즉, 도 3을 참고하면, 제1 전극(340)의 폭(W1)은 제2 전극(350) 사이의 이격된 영역의 폭(W3) 보다 좁아, 제1 전극(340)이 대응하는 제2 전극(350) 사이의 이격된 영역이 겹치지 않도록(non-overlapping) 형성될 수 있다. 또한, 도 4를 참고하면, 제1 전극(440)의 폭(W1)은 제2 전극(450) 사이의 이격된 영역의 폭(W3) 보다 넓어, 제1 전극(440)이 대응하는 제2 전극(450) 사이의 이격된 영역에 겹치도록(overlapping) 형성될 수도 있다.
또한, 도 3에서와 같이 제1 전극(340)의 폭(W1)이 제2 전극(350) 사이의 이격된 영역의 폭(W3) 보다 좁은 경우, 제1 전극(340)은 제2 전극(350) 사이의 이격된 영역(W3)의 중심을 기준으로 한 쪽으로 치우쳐 배치될 수 있다. 도 4와 같이 제1 전극(340)의 폭(W1)이 제2 전극(350) 사이의 이격된 영역의 폭(W3) 보다 더 큰 경우에도, 제1 전극(440)은 제2 전극(450) 사이의 이격된 영역(W3)의 중심을 기준으로 한 쪽으로 치우쳐 배치될 수도 있다.
도 2를 참조하면, 본 명세서에서 제1 전극(240)과 제2 전극(250)이 스태거드 배열을 갖도록 배치된다는 의미는 나아가 제1 전극(240)과 제2 기판(220)의 마주보는 영역이 제2 전극(250) 사이의 이격된 영역의 적어도 일부를 포함한다는 것일 수 있으며, 제1 전극(240)의 폭(W1)이 제2 전극(250) 사이의 이격된 영역(W2)의 폭 보다 ±20% 범위 내의 폭을 갖는 것을 포함할 수 있다.
제1 전극(240)이 제2 전극(250)과 스태거드 배열로 배치되는 것은 제1 전극(240)이 패터닝되고, 제2 전극(250)이 제1 전극(240)의 패터닝된 영역에 대응하도록 형성되는 것일 수 있다. 즉, 제1 전극(240)이 전면에 형성되고 패터닝되어 개구부를 형성하는 영역에 대응하도록 제2 전극(240)이 형성되어, 스태거드 배열이 형성될 수 있다.
제1 전극(240)의 폭 또는 제1 전극(240)의 선폭은 1μm 내지 10μm 일 수 있다. 제1 전극(240)의 폭이란 제1 전극(240)이 연장되는 방향과 수직 방향의 폭을 의미한다. 제1 전극(240)의 폭은 광 제어 장치(200)에서 입사되는 광을 제어 할 수 있는 동시에 충분한 투과율을 만족하도록 선택된다. 제1 전극(240)의 폭이 너무 좁은 경우에는 대전 입자(260)를 끌어당기기에 전기장이 충분히 형성되지 않을 수 있으며, 전극의 면적 감소에 의한 전극 저항 증가로 구동의 어려움이 발생할 수 있다. 제1 전극(240)의 폭이 너무 넓은 경우에는 투과율이 떨어질 수 있다.
제1 전극(240) 간의 간격은 10μm 내지 100μm 일 수 있다. 제1 전극(240) 사이의 간격 또한 대전 입자(260)를 제어할 수 있는 동시에 충분한 투과율과 차폐율을 만족하도록 선택될 수 있다. 제1 전극(240) 사이의 간격이 너무 좁은 경우에는 후술할 구동 방법의 투과 모드 시 투과율이 떨어질 수 있으며, 제1 전극(240) 사이의 간격이 너무 넓은 경우에는 대전 입자(260)를 모으기에 충분한 전기장이 형성되지 않아 대전 입자(260)를 제어하기 어려울 수 있다.
제1 전극(240)은 셀(110)의 일정 영역을 차지하도록 배치되며, 제1 전극(240)의 면적은 하나의 셀(110)의 면적의 1 내지 5%일 수 있다. 제1 전극(240)의 면적은 상술한 제1 전극(240)의 폭 및 제1 전극(240) 사이의 간격에 의해 결정된다. 제1 전극(240)의 면적이 셀(110)의 면적의 1% 이하인 경우에는 대전 입자(260)를 제어하기에 충분한 전기장을 형성하기 어려울 수 있으며, 5% 이상인 경우에는 대전 입자(260)를 제어하기에 용이하지만, 광 투과율이 떨어질 수 있다. 그러나 투과율보다 구동 속도를 우선시하는 광 제어 장치에서 전극(250)의 면적이 하나의 셀(110)의 면적의 30%가 되도록 전극(250)이 형성될 수도 있다.
한편, 이상에서는 제1 전극(240)의 폭, 간격, 면적에 대하여 고투과율의 광 제어 장치(200)를 기준으로 설명하였으나, 제1 전극(240)의 폭, 제1 전극(240)의 간격, 제1 전극(240)의 면적은 광 제어 장치(200)의 목적에 따라 상이하게 설정될 수도 있다. 예를 들어, 광 제어 장치(200)가 반투명 광 제어 장치인 경우에는 반투명에 대응되는 투과율을 갖도록 제1 전극(240)의 폭, 간격, 및 면적이 각각 설정될 수 있다.
광 제어 장치(200)는 제1 기판(210)과 제2 기판(220) 사이에 배치되는 격벽(230)을 또는 다른 형태의 분리/구분 구조/요소를 포함할 수 있다. 격벽(230)은 기둥 형태로 형성될 수 있으며, 제1 기판(210)과 제2 기판(220)에 정의된 셀(110) 각각을 분리할 수 있다. 즉, 격벽(230)은 제1 기판(210)과 제2 기판(220)에 정의된 셀(110) 각각을 분리하기 위해, 서로 이격된 셀(110) 사이에 배치될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 셀(110)이 서로 인접하게 정의되는 경우, 격벽(230)은 셀(110)을 적어도 부분적으로 점유하도록 배치될 수 있다. 격벽(230)이 셀(110) 각각을 분리함으로써, 셀(110) 내의 대전 입자(260)가 중력에 의해 일 방향으로 치우치는 것을 막을 수 있으며, 하나의 셀에서 대전 입자(260)가 다른 셀로 이동할 수 없어, 셀(110)에서의 대전 입자(260) 농도가 유지될 수 있다. 또한, 격벽(230)은 설계에 따라서 제1 기판(210) 상의 일부 영역에 형성되거나 형성되지 않을 수도 있다.
격벽(230)은 셀 간격 또는 셀겝(Cell Gap) 을 유지하도록 형성된다. 셀 간격이란 제1 전극(240) 및 제2 전극(250) 상에 절연성의 보호층이 형성되는 경우 절연성의 보호층 사이의 간격 또는 제2 전극(250)과 제1 기판(210) 사이의 간격을 의미할 수 있다. 격벽(230)은 예컨대, 제1 기판(210)과 제2 기판(220) 상의 제2 전극(250) 사이에 형성될 수 있다. 셀 간격의 유지는 후술할 대전 입자(260)의 퍼짐성에 중요한 요소로, 격벽(230)에 의해 대전 입자(260)의 균일한 퍼짐성이 유지될 수 있다. 또한, 격벽(230)은 광 제어 장치(200)의 투과율을 최대화 시키며, 대전 입자(270)가 한 방향으로 치우침이 없는 범위 내에서 형성된다.
격벽(230)은 투명 물질로 형성될 수 있다. 격벽(230)이 투명 물질로 형성되는 경우, 격벽(230)은 입사되는 광을 차폐하는 블랙 매트리스 상에 형성되거나, 격벽(230)은 광을 차폐하는 층을 포함할 수도 있다. 광 제어 장치(200)로 광이 입사되는 경우 격벽(230)을 통해 광은 투과될 수 있다. 따라서, 격벽(230)이 블랙 매트리스 상에 형성되거나 광을 차폐하는 층을 포함함으로써, 차폐율을 높일 수 있다.
제1 기판(210) 및 제2 기판(220) 사이의 격벽(230)이 둘러싸는 부분에 광학 매체층(270)이 형성된다. 광학 매체층(270)은 대전 입자 매체, 차폐 입자 충진층 등으로 지칭될 수도 있다. 광학 매체층(270)은 유체를 포함할 수 있다. 나아가 광학 매체층(270)은 유체 내에 분산된 대전 입자(260)를 포함할 수 있다. 광학 매체층(270)에 포함된 유체는 기체 또는 액상 용매일 수 있다. 유체는 그 내부에 분산된 대전 입자(260)를 외부의 충격으로부터 보호할 수 있다. 유체가 기체 용매인 경우에는 대전 입자(260)의 이동도가 빨라져 광 제어 장치(200)의 응답속도가 빨라 질 수 있으나, 기체가 용매임에 따라 구동 전압이 높을 수 있다. 유체가 액체 용매인 경우에는 광 제어 장치(200)의 구동 전압이 상대적으로 낮을 수 있고, 오프 시에도 대전 입자(260)의 위치가 유지될 수 있다. 용매는 바인더를 포함하며, 할로겐 솔벤트(halogenated solvents), 포화 탄화수소(saturated hydrocarbons), 실리콘 오일(silicone oils), 저 분자량 할로겐을 포함하는 폴리머(low molecular weight halogen-containing polymers), 에폭사이드(epoxides), 비닐 에테르(vinyl ethers), 비닐 에스테르(vinyl ester), 방향족 탄화수소(aromatic hydrocarbon), 톨루엔(toluene), 나프탈렌(naphthalene), 액상 파라핀(paraffinic liquids) 또는 폴리 클로로트리플루오로에틸렌 폴리머(poly chlorotrifluoroethylene polymers) 물질이 사용될 수 있다.
광학 매체층(270)에 분산되는 대전 입자(260)는 특정 색상을 갖고, 양전하 또는 음전하를 가질 수 있다. 대전 입자(260)는 광 제어 입자, 차폐 입자, 차광 입자, 이동성을 갖는 대전 입자 등으로 지칭될 수 있다. 대전 입자(260)는 코어 물질, 폴리머 및 대전 물질로 구성될 수 있다. 대전 물질의 전하에 따라 대전 입자(260)가 음전하인지 양전하인지가 결정된다. 대전 입자(260)의 색상은 백색, 흑색, 또는 유채색일 수도 있고, 고굴절률을 갖는 투명 입자일 수도 있다. 몇몇 실시예에서는, 유채색 대전 입자는 백색 대전 입자 및 흑색 대전 입자를 모두 포함할 수도 있다. 도 3 및 도 4에서 광학 매체층(270)에 대전 입자는 흑색 대전 입자인 것으로 가정하여 광 제어 장치(200)를 도시하며, 광 제어 장치(200)의 광학 매체층(270)이 백색 대전 입자 또는 고굴절률을 갖는 투명 대전 입자를 포함하는 경우는 도 11에서 후술한다.
대전 입자(260)의 직경은 5 nm에서 1 μm일 수 있다. 대전 입자(260)의 크기가 1 μm 이상인 경우에는 광 제어 장치(200)에서 차폐, 산란과 같은 광 제어 능력이 저하될 수 있으며, 대전 입자(260)의 크기가 5 nm 이하인 경우에는 대전 입자(260)들이 응집되어, 대전 입자(260)의 제어가 용이하지 않을 수 있다. 광 제어 장치(200)의 구체적인 구성에 따라, 상기 수치 한정과 상관 없이, 적합한 크기의 대전 입자(260)가 선택되어 사용될 수 있다. 흑색 대전 입자의 경우에는 직경이 50nm 내지 500nm일 수 있다.
광 제어 장치(200)의 광 흡수율은 광학 매체층(270)에 분사되는 대전 입자(260)의 농도에 따라 변할 수 있다. 하나의 셀(110)에서 대전 입자(260)의 농도는 하나의 셀에서 액체인 광학 매체의 무게를 100wt%로 할 때 0.1wt% 내지 10wt% 일 수 있다. 0.1wt% 이하에서는 셀(110)의 광 흡수율이 낮고, 10wt% 이상에서는 투과율이 낮을 수 있다. 대전 입자(260)의 이동에 대해서는 광 제어 장치(200)의 구동 방법의 부분에서 후술한다.
제1 전극(240) 또는 제2 전극(250) 상에는 절연성의 보호층이 형성될 수 있다. 보호층은 대전 입자의 특성을 유지하고, 광 제어 장치(200)의 신뢰성을 위해 형성된다. 절연성의 보호층은 절연막, 투과성 절연층, 투명성 절연층 등으로 지칭될 수도 있다. 절연성의 보호층은 제1 전극(240) 또는 제2 전극(250)의 표면과 전하를 띄고 있는 대전 입자(260)가 반응하여 대전 입자(260)가 산화 또는 환원이 되는 것을 막기 위함일 수 있다. 또한, 제1 전극(240) 또는 제2 전극(250) 사이에 잔류 전류가 흐를 경우, 구동시 전압 강하가 발생할 수 있으므로, 전압 강하를 막아 소비 전력 개선 또는 구동의 안정성을 확보하기 위함일 수 있다.
본 명세서에서, 광 제어 장치는 제1 전극 및/또는 제2 전극 상에 절연성의 보호층을 포함할 수 있으며, 절연성의 보호층이 도시되지 않았다고하여 절연성의 보호층이 포함되지 않는다는 의미로 해석될 수 없으며, 절연성의 보호층은 광 제어 장치에서 필요나 용도에 따라 포함되지 않거나 포함될 수 있다.
도 5 및 도 6은 도 1의 II-II' 선에 따른 광 제어 장치의 단면도들이다. 설명의 편의상, 제1 기판(510, 610), 제2 기판(520, 620), 격벽(530, 630), 제1 전극(540, 640), 제2 전극(550, 650), 및 광학 매체층(570, 670)은 도 2에서 설명된 제1 기판(210), 제2 기판(220), 격벽(230), 제1 전극(240), 제2 전극(250), 및 광학 매체층(270)과 동일하므로 중복 설명을 생략한다.
도 5 및 도 6을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 광 제어 장치(500, 600)의 구동을 설명한다. 설명의 편의를 위해, 광학 매체층(570, 670)에 분산된 대전 입자(561, 562)는 음전하를 띠는 것을 가정하지만, 대전 입자(561, 562)가 양전하를 띠는 경우도 가능하다.
또한, 광 제어 장치(500, 600)가 투명 모드로 동작하기 위해서는 제1 기판(510, 610), 및 제2 기판(520, 620)은 광 투과성 물질로 이루어지고, 제1 전극(540, 640) 및 제2 전극(550, 650) 중 적어도 하나는 투명 전극으로 이루어질 수 있다. 아래에서는 제2 전극(550, 650)을 광투과성 물질로 이루어진 것으로 설명한다.
도 5에서는 광 제어 장치(500)의 구동을 위해, 제2 전극(550) 및 제1 전극(540)에 양의 전압 및 음의 전압을 인가할 수 있다. 제2 전극(550)에 양의 전압이 인가되는 경우, 음전하를 띠는 대전 입자(561)는 제2 전극(550) 측으로 이동하게 된다.
도 5는 제2 기판(520) 상에 형성된 제2 전극(550)에 양의 전압이 인가된 상태를 예시적으로 도시한다. 또한, 도 5에서, 제2 기판(520) 상의 제2 전극(550)에는 레퍼런스 전압, 0V가 인가되거나 그라운드 상태일 수 있다.
전기장의 형성에 따라, 대전 입자(561)가 제2 기판(520) 측으로 이동하여 제2 전극(550)의 3 면을 커버하도록 위치할 수 있다. 광 제어 장치로 입사되는 광의 일부는 제1 기판(510)을 통과하여 대전 입자(561)에 도달되고, 입사된 광은 대전 입자(561)들에 의해 흡수된다. 한편, 대전 입자(561)의 농도, 제2 전극(550) 사이의 이격 거리에 따라, 제2 전극(550) 사이의 이격 영역에는 대전 입자(561)가 배치되지 않을 수 있다. 이 경우, 대전 입자(561)가 배치되지 않은 부분으로 광이 누설될 수 있으나, 제1 전극(540)이 제2 전극(550) 사이의 이격된 영역에 대향되도록 배치되어 있으므로, 제2 전극(550) 사이의 이격된 영역으로 입사되는 광은 제1 전극(540)에 의해 반사되거나 흡수될 수 있다.
또한, 도 5에서는 대전 입자(561)들을 두 개의 열로 도시하고 있으나, 대전 입자(561)의 농도에 따라 대전 입자(561)는 2 개 이상의 열로 배열될 수 있다. 이 경우에는 대전 입자(561) 사이로 통과되거나 굴절된 광도 인접한 대전 입자(561)에 의해 흡수될 수 있다.
이와 같은 대전 입자(561)들의 배열에 의해 광 제어 장치(500)의 상부에서는 검은 색을 시인할 수 있다. 상술한 바와 같은 전압 인가에 따른 대전 입자(561)들의 배열은 광을 차폐하므로 이러한 광 제어 장치(500)의 상태를 차폐 모드라고 지칭한다.
도 5에서 제1 기판(510)측으로 입사되는 광을 도시하였으나, 제2 기판(520) 측으로 입사되는 광도 차폐될 수 있다. 제2 기판(520) 측으로 입사되는 광은 제2 기판(520) 및/또는 제2 전극(550)을 투과하고, 대전 입자(561)에 도달된다. 입사된 광은 대전 입자(561)들에 의해 흡수된다. 제2 기판(520) 측으로 입사되는 광의 일부는 제2 전극(550) 사이의 이격된 영역을 통해 투과될 수 있으나, 제1 전극(540)에 의해 흡수된다. 따라서, 차폐 모드에서는 광 제어 장치(500)의 상부에서 또한 검은 색을 시인할 수 있다.
도 6은 제1 기판(610) 상에 형성된 제1 전극(640)에 양의 전압이 인가된 상태를 예시적으로 도시한다. 제2 기판(620) 상의 제2 전극(650)에는 레퍼런스 전압이 인가되거나, 0V가 인가되거나, 제2 전극(650)이 그라운드 상태일 수 있다.
전기장의 형성에 따라, 대전 입자(662)는 제1 기판(610) 측으로 이동하여 제1 기판(610)의 제1 전극(640)의 3 개의 면 주위에 위치할 수 있다.
제1 기판(620) 측에서 광 제어 장치(600)로 입사되는 광은 제1 기판(610), 광학 매체층(670), 제2 전극(650) 및 제2 기판(620)을 차례로 통과하여 광 제어 장치(600)를 빠져나간다. 입사된 광이 광 제어 장치(600)를 투과하므로, 광 제어 장치(600)의 하부에서는 광 제어 장치(600) 후면의 사물을 시인할 수 있다. 상술한 바와 같은 전압 인가에 따른 대전 입자(662)들의 배열은 광을 투과시키므로 이러한 광 제어 장치(600)의 상태를 투과 모드 또는 투명 모드라고 지칭한다.
도 6에서 제1 기판(610) 측으로 입사되는 광을 도시하였으나, 제2 기판(620) 측으로 입사되는 광도 투과될 수 있다. 제2 기판(620) 측으로 입사되는 광은 제2 기판(620), 제2 전극(650), 광학 매체층(670) 및 제1 기판(610)을 투과하여 광 제어 장치(600)를 빠져나간다. 제2 기판(620) 측으로 입사되는 광의 일부는 제1 기판(610) 상에 형성된 제1 전극(640) 또는 제1 전극(640) 주위에 배치된 대전 입자(662)에 의해 반사되거나 흡수될 수 있으나, 도 2에서 전술한 바와 같이 제1 전극(640)의 면적은 셀(110)의 면적의 5% 이내이기 때문에 광 제어 장치(600) 후면의 사물을 시인하는데 어려움이 없다. 따라서, 투명 모드에서는 광 제어 장치(600)의 상부에서 또한 후면의 사물을 시인할 수 있다.
본 명세서에서는 편의상 광 제어 장치(500, 600)가 차폐 모드와 투명 모드로 동작하는 것에 대하여 설명하지만, 광 제어 장치(500, 600)는 투명 모드 및 차폐 모드 이외의 전압 구동에 따라 회색 모드, 불투명 모드 등으로 구현될 수 있다.
제1 전극(640) 또는 제2 전극(650)에 전압이 인가되면, 제1 전극(640) 또는 제2 전극(650)을 중심으로 전기장이 형성되는데, 대전 입자는 제1 전극(640) 또는 제2 전극(650)의 전기장에 기초하여 이동한다. 아래에서는 제1 전극(640) 및 제2 전극(650)의 전기장의 형성, 대전 입자의 이동에 대해서 설명한다.
도 7a, 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 제어 장치의 전기장을 설명하기 위한 전기력선에 대한 개략도이다. 도 7a, 도 7b에서도 대전 입자가 제1 기판(710) 및 제2 기판(720) 사이의 광학 매체층에 분산되어 형성되나, 도 7a, 7b에서는 설명의 편의상 대전 입자의 표시는 생략된다.
도 7a를 참조하면, 제1 기판(710) 및 제2 기판(720)이 대향하여 형성되고, 제1 기판(710) 상에 제1 전극(743)이 형성되고, 제2 기판(720) 상에 공통전극(753)이 형성된다. 제1 전극(743)의 주위에는 전기장(771)이 형성된다. 제1 전극(743)의 전기장(771)은 제1 전극(743)을 중심으로 펼쳐지며, 제1 전극(743)에서 멀어질수록 약해진다. 제1 전극(743)의 전기장(771)은 제1 전극(743)의 측면에도 형성된다. 따라서, 도 7a에서는 도시되지 않았으나 제1 기판(710) 및 제2 기판(720) 사이에 대전 입자가 분산되는 경우, 대전 입자는 제1 전극(743)의 상면뿐만 아니라 제1 전극(743)의 양 측면으로도 이동할 수 있다. 한편, 공통전극(753)은 패터닝되지 않아 비교적 균일한 전기장을 형성한다.
도 7a와 같이, 제1 기판(710) 측에는 복수의 제1 전극(743)의 주위로 전기장이 강하게 형성되고 공통전극(753)은 균일한 전기장을 형성한다. 아래에서는 도 7a의 전기장 하에서, 제1 전극(743)과 공통전극(753)에 번갈아 가며 전압이 인가되는 경우 대전 입자의 움직임에 대해서 설명한다. 제1 전극(743)에 전압을 인가하는 경우, 대전 입자는 제1 전극(743)의 주위로 배치되어, 광 제어 장치는 투명 모드가 된다. 그 후, 공통전극(753)에 전압을 인가하면, 제1 전극(743)에 모여 있던 대전 입자는 수직 전기력에 의해 공통전극(753)의 일면으로 이동하지만, 공통전극(753)에 균일하게 퍼지지 못하고, 제1 전극(743)에 대향하는 면에 몰려 배치된다. 즉, 공통전극(753)은 대전 입자에 수평 전기력을 가할 수 없고, 대전 입자에는 수평으로 가해지는 힘이 작용하지 않아 공통전극(753) 상에서 충분히 퍼지지 못한다.
한편, 도 7b를 참조하면, 제1 기판(710) 및 제2 기판(720)이 대향하여 형성되고, 제1 기판(710) 상에 제1 전극(744)이 형성되고, 제2 기판(720) 상에 제2 전극(754)이 스태거드 배열로 배치된다. 제1 전극(744) 및 제2 전극(754)의 주위에는 전기장(772)이 형성된다. 제1 전극(744)의 전기장(772)은 제1 전극(744)을 중심으로 형성되며, 제2 전극(754)의 전기장은 제2 전극(754)을 중심으로 제1 전극(744)과 어긋나게 형성된다.
이하에서는 도 7b의 전기장 하에서, 제1 전극(744)과 제2 전극(754)에 번갈아 가며 전압이 인가되는 경우 대전 입자의 움직임에 대해서 설명한다. 제1 전극(744)에 전압을 인가하는 경우, 대전 입자는 제1 전극(744)의 주위로 배치되어, 광 제어 장치는 투명 모드가 된다. 그 후, 제2 전극(754)에 전압을 인가하면, 제1 전극(744)에 모여 있던 대전 입자는 수직 전기력에 의해 제2 기판(720)측으로 이동하는 동시에, 제2 전극(754)에 의한 수평 전기력에 의해 제2 전극(754)의 중심 방향으로 이동하게 된다. 즉, 제2 전극(754)이 제1 전극(744)과 엇갈려 배치됨으로써, 대전 입자가 수평 및 수직 전기력을 모두 충분히 받게 되어, 제2 전극(754)에 전압 인가 시 대전 입자의 퍼짐성이 향상된다.
제2 전극(754)에 전압 인가 시 대전 입자의 퍼짐성이 향상되면, 차폐 모드에서 광 제어 장치의 차폐율이 높아진다. 광 제어 장치의 차폐율이 높으면, 광이 누설되지 않아, 광 흡수가 뛰어나고 투명 표시 장치 후면에 배치 시 콘트라스트 비(contrast ratio)가 향상된다.
대전 입자의 농도가 높아지면, 투명 모드에서 제1 전극(744) 주위의 대전 입자가 제어되기 어려워 제1 전극(744) 주위로 모아두기가 어렵고, 결국 투과율이 떨어진다. 따라서, 광 제어 장치에서 차폐율과 투과율은 트레이드-오프(Trade-Off)관계에 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 광 제어 장치에서는 제1 전극(744)과 제2 전극(754)을 엇갈리게 배치하는 구성을 통하여, 수평 전기력이 작용되도록 전기장을 변형한다. 따라서, 대전 입자의 농도를 유지하면서 대전 입자의 퍼짐성을 향상시키고, 결국, 광 제어 장치의 차폐율과 투과율을 동시에 높일 수 있다.
이하에서는 대전 입자의 퍼짐성을 개선함으로써, 광 제어 장치의 투과율을 유지하며 차폐율을 높이는 것에 더하여, 대전 입자를 효율적으로 제어함으로써, 광 제어 장치의 투과율을 높이는 구성들에 대해서 설명한다.
도 8은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 광 제어 장치의 단면도이다. 설명의 편의상, 제1 기판(810), 제2 기판(820), 격벽(830), 제2 전극(850), 및 광학 매체층(870)은 도 2에서 설명된 제1 기판(210), 제2 기판(220), 격벽(230), 제2 전극(250), 및 광학 매체층(270)과 동일하므로 중복 설명을 생략한다.
제1 기판(810) 상에는 폴리머(848)가 형성되고 폴리머(848) 상에 제1 전극(845)이 형성된다. 제1 전극(845)의 표면은 버클링(buckling) 구조 또는 돌출 형성된 복수의 요철을 포함한다. 표면에 요철이 형성된다는 것은 제1 전극(845)의 표면에 돌출부와 골이 교대되는 구조가 형성되는 것을 의미한다. 복수의 요철은 도 8에 도시된 바와 같이 유선형 형상일 수 있다. 도 8에서는 설명의 편의를 위해 복수의 요철의 단면 형상을 유선형 또는 반원으로 도시하였으나, 이에 제한되지 않고 복수의 요철의 단면 형상은 사각형, 테이퍼 형태 등 일 수 있다. 또한, 요철은 융기로 지칭될 수도 있다.
버클링이란 제1 전극(845)이 축방향으로 일정 이상의 힘을 받으면 횡 방향으로 휘어지는 축방향 변위(lateral displacement)를 의미하는 것으로써, 버클링 구조란 버클링이 행해짐으로써 형성될 수 있는 모든 표면의 형상을 포함한다. 버클링 구조는 요철을 포함할 수 있다. 제1 전극(845) 표면 상에 복수의 요철이 생성된다는 것은 제1 전극(845)의 표면에 요철이 형성되는 것 또는 제1 전극(845)의 표면에 버클링 구조가 형성된 것을 의미한다. 요철은 표면 거칠기로도 표현될 수 있다.
이하에서는 설명의 편의상 표면에 제1 전극(845)의 표면에 버클링 구조가 형성되는 구성에 대해서 설명하나, 제1 전극(845)이 표면 처리되는 경우도 있을 수 있다. 표면 처리된다는 의미는 제1 전극(845)에 추가적인 공정을 가하거나, 제1 전극(845) 재료의 특성을 이용하여 제1 전극(845)의 표면적을 넓히는 모든 공정을 포함한다. 표면 처리는 텍스쳐링(Texturing)하여 표면 거칠기를 높이거나, 버클링(buckling) 구조를 포함하도록 하는 것, 표면에 융기 또는 요철을 형성하는 것 등을 포함할 수 있다.
제1 전극(845)의 표면은 돌출 형성된 복수의 요철을 포함한다. 투과 모드에서 대전 입자들(863)은 제1 전극(845)의 면에 모이게 되며, 입사되는 광은 광 제어 장치(800)를 투과한다. 광 제어 장치(800)의 제1 전극(845) 이외의 면으로 대전 입자(863)가 이동하게 되면, 대전 입자(863)에 의해 광이 흡수되거나 산란되어 투과도가 떨어지게 된다. 제1 전극(845)에 대전 입자(863)를 많이 모이게 하기 위해서, 전술한 바와 같이 제1 전극(845)의 폭을 늘릴 수 있으나, 이 경우에는 개구율이 떨어지게 된다. 반대로, 제1 전극(845)의 면적이 대전 입자(863)의 농도에 대비하여 낮아지게 되면, 대전 입자(863)는 제1 전극(845)의 면뿐만이 아니라 제1 전극(845) 주위의 기판에 모이게 된다. 이 경우에는, 제1 전극(845)의 면적 밖에 대전 입자(863)가 존재하게 되므로 광의 투과율이 떨어진다. 한편, 대전 입자(863)를 제1 전극(845) 면에 모으기 위한 다른 방법은, 제1 전극(845)의 표면적을 확장함으로써, 더 많은 대전 입자(863)가 제1 전극(845)의 표면에 모이게 하는 것일 수 있다. 제1 전극(845)의 표면적은 제1 전극(845)의 면적 이상일 수 있다.
광 제어 장치(800)에서 제1 전극(845)의 표면에 형성된 복수의 요철은 적어도 대전 입자(863)를 하나 이상 수용하도록 형성된다. 요철의 간격은 2개의 요철 사이의 간격을 의미하는 것으로, 대전 입자(863)의 직경 보다 클 수 있다. 요철의 간격, 높이 또는 단차 또한 대전 입자(863)의 직경에 따라 결정될 수도 있다. 또한, 요철의 높이는 셀의 높이에 기초하여 결정될 수 있다.
제1 전극(845) 상에 형성된 복수의 요철은 불규칙하게 생성될 수도 있으므로, 복수의 요철 각각의 폭(w) 및 높이(h)는 상이할 수 있다. 요철의 폭(w)은 골의 바닥부 사이의 수평 거리 또는 돌출부의 정상부 사이의 수평 거리를 의미할 수 있고, 요철의 높이(h)는 골의 바닥부와 돌출부의 정상부 사이의 수직 거리를 의미할 수 있다. 복수의 요철의 폭(w)과 높이(h)는 공정 조건들에 따라 다양하게 설정되는데, 광 제어 장치(800)의 대전 입자(863)의 직경이 고려되어야 한다.
복수의 요철이 제1 전극(848)의 상면에 형성되면, 제1 전극(845)의 표면적이 늘어난다. 제1 전극(845)의 표면적은 요철의 높이에 비례하여 증가한다. 따라서, 대전 입자(863)를 수용할 수 있는 공간도 요철의 높이에 비례하여 증가한다. 다만, 제1 전극(845)의 높이가 광 제어 장치(800)의 셀의 높이와 비교하여 너무 높아지는 경우에는 광 제어 장치(800)의 신뢰성 및 차광율을 저감할 수 있으므로, 요철의 높이를 포함하는 제1 전극(845)의 높이는 제한될 수 있다. 한편, 제1 전극(845)의 전기장은 제1 전극(845)의 표면적이 늘어남에 따라 포텐셜 크기가 늘어날 수 있어, 제1 전극(845) 상에 요철이 형성되면, 대전 입자(863)를 제어하기 보다 용이할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광 제어 장치(800)에서는 복수의 요철을 포함하는 제1 전극(845)을 통하여, 투과율을 높일 수 있다. 투명 모드 시 제1 전극(845)에 전압이 인가되면 대전 입자(863)는 먼저 제1 전극(845) 표면에 형성된 요철에 수용되고, 스택됨으로써, 제1 전극(845)은 제한된 면적에서 최대한의 대전 입자(863)를 모을 수 있게 된다. 따라서, 제1 전극(845) 상에 복수의 요철을 형성함으로써, 차폐율의 저감 없이 투명 모드에서 투과율을 높일 수 있다.
제1 전극(845) 표면 상의 복수의 요철은 다양한 방법으로 형성될 수 있다. 이하에서는 폴리머(848)에 의해 제1 전극(845)의 표면이 버클링 구조를 갖도록 하는 구조에 대해서 설명한다.
제1 기판(810) 상에 폴리머(848)가 형성되고, 폴리머(848) 상에는 제1 전극(845)이 형성된다. 제1 전극(845)의 표면은 폴리머(848)의 형상에 따라 형성되고, 제1 전극(845)의 표면 상에는 복수의 요철이 형성된다. 폴리머(848)는 고유의 유리전이온도(Tg)를 가지며, 고유의 유리전이온도 이하에서는 고체이나 유리전이온도 이상에서는 고무상태로 상변이가 된다. 고무상태에서는 폴리머(848)가 연성으로 유연하게 되고, 다시 온도가 유리전이온도 이하로 내려가면 폴리머(848)는 고체로 상변이가 된다. 이 과정에서 폴리머(848)의 표면은 버클링 구조를 형성하게 된다. 폴리머(848)의 형상이 변함에 따라 압축응력 및 인장응력이 폴리머(848) 상의 제1 전극(845)에 작용된다. 압축응력 및 인장응력이 동시에 작용함에 따라 제1 전극(845)의 표면은 폴리머(848) 표면의 버클링 구조에 따르도록 형성된다.
폴리머(848)의 두께는 10nm 내지 5μm이고, 제1 전극(845)의 두께는 10nm 내지 1μm 로 형성될 수 있다. 폴리머(848) 및 제1 전극(845)의 두께가 10 nm 이하인 경우에는 상변이에 의한 버클링 구조를 형성하기 어려우며, 폴리머(848)의 두께가 5μm, 제1 전극(845)의 두께가 1μm이상에서는 버클링 구조를 형성하기에는 너무 높은 온도의 공정이 필요하다.
제1 기판(810) 상에 폴리머(848)가 먼저 적층됨으로써, 제1 전극(845)을 바로 기판 위에 적층하는 것 보다 제1 기판(810)과 폴리머(848)과의 접착력이 상대적으로 뛰어나고, 요철의 크기를 보다 용이하게 제어할 수 있으며, 표면적 증가 효과가 뛰어나다. 결국, 제1 전극(845)의 표면적이 확장됨으로써, 더 많은 대전 입자(863)가 제1 전극(845)의 표면에 모이고, 상대적으로 더 많은 대전 입자(863)가 제1 전극(845) 상에 응집하게 되어 결과적으로 광 제어 장치(800)의 투과율이 높아진다.
도 9는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 광 제어 장치의 단면도이다. 설명의 편의상, 제1 기판(910), 제2 기판(920), 격벽(930), 제2 전극(950), 및 광학 매체층(970)은 도 2에서 설명된 제1 기판(210), 제2 기판(220), 격벽(230), 제2 전극(250), 및 광학 매체층(270)과 동일하므로 중복 설명을 생략한다.
제1 전극(946)에 접하도록 제1 기판(910) 상에 절연 구조물(982)이 형성된다. 절연 구조물(982)은 대전 입자(964)들이 제1 전극(946)으로 유도되도록 하며, 제1 전극(946)의 일부를 개구시키도록 형성될 수 있다. 절연 구조물(982)은 적층체, 유기물, 입자 유도층 등으로 지칭될 수 있다. 절연 구조물(982)은 유기 절연 물질, 예를 들어, 폴리이미드, 포토아크릴(photo acryl), 벤조사이클로뷰텐(BCB) 중 어느 하나로 이루어지거나, 포토리지스트로 이루어질 수 있다.
절연 구조물(982)의 두께는 제1 전극(946)의 두께 보다 두껍도록 형성된다. 절연 구조물(982)의 두께가 제1 전극(946)의 두께 보다 얇은 경우, 대전 입자(964)들을 제1 전극(946)으로 유도하기 어렵다. 절연 구조물(982)의 두께는 대전 입자(964)의 농도에 따라 대전 입자(964)를 제1 전극(946)의 면으로 유도하고, 대전 입자(964)를 수용할 정도로 두꺼워야 하고, 투과 모드 시 투과율을 저하시키지 않을 정도로 얇아야 한다.
또한, 절연 구조물(982)은 제1 전극(946)을 노출하도록 형성된 개구부를 포함할 수 있다. 도 9를 참조하면 절연 구조물(982)은 정테이퍼 형상이다. 제1 기판(910)과 평행한 면과 개구부 또는 절연 구조물(982)의 측면과의 각도는 30° 내지 90°일 수 있다. 각도가 30° 이하인 경우에는 대전 입자(964)를 제1 전극(946)으로 유도하는데 용이하지 않으며, 90°이상인 경우에는 대전 입자(964)가 유도되거나 마찰 등에 의해 대전 입자(964)가 개구부를 빠져나가기 용이하지 않아 대전 입자(964)를 제어하기 어렵다. 본 발명의 일 실시예에 따른 광 제어 장치의 절연 구조물(982)은 곡선 단면을 가질 수 있다. 절연 구조물(982)의 측면이 곡선 단면을 갖는 경우, 제1 기판(910)과 평행한 면과 절연 구조물(982)의 측면과의 각도는, 절연 구조물(982)의 높이의 절반 위치에서 측면에 접하는 평면 및 제1 기판(910)과 평행한 면 사이에 형성된 각도로써 정의될 수 있다.
제1 전극(946)에 전압이 인가되면, 제1 전극(946)의 주위에 전기장이 형성된다. 제1 전극(946)의 전기장은 제1 전극(946)을 중심으로 펼쳐지며, 제1 전극(946)에서 멀어질수록 약해진다. 따라서, 절연 구조물(982)이 없는 경우, 제1 기판(910) 및 제2 기판(920) 사이에 대전 입자(964)가 분산되면, 대전 입자(964)는 제1 전극(946)의 상면뿐만 아니라 제1 전극(946)의 양 측면으로도 이동할 수 있다. 이 경우, 입사되는 광은 대전 입자(964)에 도달하여 흡수되거나 굴절되어 광 제어 장치(900)의 투과율을 떨어뜨릴 수 있다.
절연 구조물(982)이 형성된 광 제어 장치(900)의 제1 기판(910) 및 제1 기판(920) 사이에 대전 입자(964)가 분산되는 경우, 대전 입자(964)는 절연 구조물(982)에 의해 제1 전극(946)의 양 측면으로 이동되지 못하고 제1 전극(946)의 상면으로 이동하게 된다. 또한, 절연 구조물(982)은 제1 전극(946)으로 이동하는 대전 입자(964)들이 제1 전극(946) 쪽으로 모일 수 있도록 역테이퍼 형상의 개구부를 포함한다. 경사진 개구부의 측면으로 대전 입자(964)가 이동하게 되면 제1 전극(946)의 전기장에 의해 대전 입자(964)는 보다 제1 전극(946) 방향으로 가이드 된다.
대전 입자(964)는 절연 구조물(982)이 형성하는 개구부 내에 위치하고 있다. 상술한 바와 같이 대전 입자(964)는 제1 전극(946)의 전기장에 의해 움직이며, 절연 구조물(982)에 의해 대전 입자(964)는 제1 전극(946)의 측면이 아닌 제1 전극(946)의 상면으로 가이드 된다. 따라서, 개구부의 측면과 제1 기판과 평행하는 면의 각도는 대전 입자(964)가 가이드되도록 30° 내지 90°, 바람직하게는 40° 내지 80°일 수 있다
도 10은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 광 제어 장치의 단면도이다. 설명의 편의상, 제1 기판(1010), 제2 기판(1020), 격벽(1030), 제2 전극(1050), 및 광학 매체층(1070)은 도 2에서 설명된 제1 기판(210), 제2 기판(220), 격벽(230), 제2 전극(250), 및 광학 매체층(270)과 동일하므로 중복 설명을 생략한다.
도 10을 참조하면, 제1 기판(1010) 상에는 폴리머(1048), 표면에 버클링 구조를 갖는 제1 전극(1045), 및 절연 구조물(1082)이 형성된다. 대전 입자(1065)는 절연 구조물(1082)의 개구부 내에 위치한다.
제1 전극(1045)에 전압이 인가되는 경우, 버클링 구조를 갖는 제1 전극(1045) 및 대전 입자를 제1 전극(1045)의 표면으로 가이드하는 절연 구조물(1082)에 의해 대전 입자(1065)가 제1 전극(1045) 상면에 모이게 되므로, 투명 모드에서 광 제어 장치의 투과율이 향상된다.
한편, 제2 기판(1020) 상에 형성된 제2 전극(1050)은 제1 전극(1045)과 엇갈리도록 또는 제1 전극(1045)에 대하여 스태거드 배열을 갖도록 배치되므로, 제2 전극(1050)에 전압이 인가되는 경우, 대전 입자(1065)에 수평 전기력을 가하여져 대전 입자(1065)의 좌우 퍼짐성이 향상된다. 따라서, 광 제어 장치(1000)는 투과율에 대해서는 제1 전극(1045)에서 대전 입자(1065)를 제1 전극(1065)의 상면으로 모으고. 차폐율에 대해서는 제2 전극(1050)에서 최대한 좌우 퍼짐성을 향상시킴으로써, 트레이드 오프 관계인 투과율과 차폐율을 동시에 향상시킬 수 있다. 나아가, 대전 입자(1065)의 농도를 높이거나 제1 전극(1045)의 간격을 변경하지 않고, 투과율과 차폐율을 동시에 높일 수 있으므로, 광 제어 장치(1000)의 효율이 높아진다.
도 11은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 광 제어 장치의 단면도이다. 광 제어 장치의 단면도이다. 설명의 편의상, 제1 기판(1110), 제2 기판(1120), 격벽(1130), 제1 전극(1140), 제2 전극(1150), 및 광학 매체층(1170)은 도 2에서 설명된 제1 기판(210), 제2 기판(220), 격벽(230), 제1 전극(240), 제2 전극(250), 및 광학 매체층(270)과 동일하므로 중복 설명을 생략한다.
도 11에서는 흑색 대전 입자 대신에 백색 대전 입자(1166) 또는 고굴절률의 투명 대전 입자가 사용된다. 흑색 대전 입자는 광을 흡수하나, 백색 대전 입자(1166) 또는 고굴절률의 투명 대전 입자는 광이 입사되는 경우 입사된 광을 산란시킨다. 백색 대전 입자(1166)는 입사되는 광의 경로를 굴절시킴으로써, 광의 산란을 일으킨다. 이하에서는 백색 대전 입자(1166)에 대해 설명한다. 백색 대전 입자(1166)는 음전하를 띠는 것을 가정하지만, 백색 대전 입자(1166)가 양전하를 띠는 경우도 가능하다는 것은 당업자에게 자명하다.
광 제어 장치(1100)의 구동을 위해, 제2 전극(1150)에 양의 전압이 인가되는 경우, 음전하를 띠는 백색 대전 입자(1166)는 제2 전극(1150) 측으로 이동할 수 있다. 설명의 편의를 위해, 제2 기판(1120) 측으로 입사되는 광에 대해서 먼저 설명하고, 제1 기판(1110) 측으로 입사되는 광에 대해서 설명한다. 입사광은 제1 기판(1110) 또는 제2 기판(1120)의 상부나 제2 전극(1150)의 상하부에서 굴절되거나 반사될 수도 있으나 이러한 계면 특성은 무시하는 것으로 가정한다.
상술한 전압의 인가에 따라, 백색 대전 입자(1166)는 제2 기판(1120) 측으로 이동하여 제2 기판(1120)을 둘러싸도록 위치한다. 제2 기판(1120) 측으로 입사되는 광은 제2 기판(1120) 및 제2 전극(1150)을 통과하여 백색 대전 입자(1166)에 도달하게 되고, 입사된 광은 백색 대전 입자(1166)들에 의해 산란된다. 도 11에서는 백색 대전 입자(1166)들을 2 개의 열로 도시하고 있으나, 대전 입자의 농도에 따라 백색 대전 입자(1166)는 2 이상의 열로 배열될 수 있다. 따라서, 백색 대전 입자(1166) 사이에서 산란된 광은 인접한 백색 대전 입자(1166)에 의해 산란되어 제2 기판(1120) 밖으로 나가게 될 수 있다. 이와 같은 백색 대전 입자(1166)들의 배열에 의해 광 제어 장치의 상부에서는 불투명한 영역을 시인할 수 있다.
상술한 바와 같은 전압 인가에 따른 백색 대전 입자(1166)들의 배열은 광을 산란시키므로 광 제어 장치(1100)의 이러한 상태를 불투명 모드라고 한다.
이하에서는 제1 기판(1110) 측으로 입사되는 광에 대해서 설명한다. 제1 기판(1110) 측으로 입사되는 광은 제1 기판(1110)을 투과하고, 백색 대전 입자(1166)에 도달된다. 입사된 광은 백색 대전 입자(1166)들에 의해 산란된다. 따라서, 불투명 모드에서는 광 제어 장치의 하부에서 또한 불투명한 영역을 시인할 수 있다.
흑색 대전 입자를 사용하는 경우에는 흑색 대전 입자가 광을 흡수하여 프로젝션(projection) 영상이 조사되는 경우, 비쳐지는 영상의 화질이 낮아져, 시인성이 떨어질 수 있다. 그러나, 백색 대전 입자(1166)는 입사되는 광에 대해 산란성이 좋아 불투명 상태의 구현이 가능해, 불투명 상태에서 프로젝션 영상을 조사하면 프로젝션 스크린으로써, 시인성이 우수하며, 고화질의 영상 구현이 가능하다.
제2 전극(1150) 및 제1 전극(1140)이 광 투과성이고, 백색 대전 입자(1166)를 이용하는 경우에는, 전술한 입사된 광의 이동과 같이 제1 전극(1140)에 입사된 광에 대해서도 흡수가 되지 않고 산란된다. 따라서, 백색 대전 입자(1166)를 이용하는 경우에는 투과율 70% 이상의 고투과 광 제어 장치의 구현이 가능하다.
제1 전극(1140) 상에는 절연성의 보호층(1180)이 형성될 수 있다. 보호층(1180)은 절연층 등으로도 지칭될 수 있다. 보호층(1180)은 광 투과성이며 절연성의 물질로 알루미나(Al2O3), 산화실리콘(SiO2) 등 중에서 선택될 수 있다. 전술한 바와 같이 전극 상에 형성되는 보호층(1180)은 백색 대전 입자(1166)가 제1 전극(1140)에 직접 접촉하지 않도록 형성될 수 있다. 보호층(1180)의 형성에는 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition)이 사용될 수 있으며, 백색 대전 입자(1166)가 제1 전극(1140)에 직접 접촉하지 않도록 절연층을 형성할 수 있는 물질 또는 방법이면 어떠한 물질 또는 방법을 선택하여도 무방하다. 다만, 입사된 광이 투과하는 부분에 대해서는 투과율의 향상을 위해, 보호층(1180)의 물질은 보호층(1180)의 상하면에 형성되는 물질과 유사한 굴절률을 갖는 물질로 선택되는 것이 바람직하다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 제어 장치를 설명하기 위한 단면도들이다. 설명의 편의상, 제1 기판(1210, 1310), 제2 기판(1220, 1320), 격벽(1230, 1330), 및 광학 매체층(1270, 1370)은 도 2에서 설명된 제1 기판(210), 제2 기판(220), 격벽(230), 및 광학 매체층(270)과 동일하므로 중복 설명을 생략한다.
제2 기판(1220, 1320) 상에는 공통전극(1253, 1353)이 형성된다. 공통전극(1253, 1353)은 제2 기판(1220, 1320) 상에 평행하도록 형성되는 도전성의 구조물이다. 공통전극(1253, 1353)은 투명한 도전성 물질로 형성될 수도 있고, 도전성 있는 금속물질로도 형성될 수 있다. 예를 들어, 공통전극(1253, 1353)은 인듐 주석 산화물 (ITO), 인듐 아연 산화물(IZO), 카본나노튜브, 그래핀, PEDOT:PSS 등의 물질로 형성될 수 있고, 크롬(Cr), 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 마그네슘-은 합금(MgAg), 마그네슘-칼슘 합금(MgCa), 알루미늄-은 합금(AlAg), 또는 이터븀-은 합금(YbAg) 등의 금속으로 형성될 수도 있다.
공통전극(1253, 1353) 상에는 절연층(1281, 1381)이 형성되고, 절연층(1281, 1381) 상에는 제3 전극(1254, 1354)이 형성된다.
제3 전극(1254, 1354)은 제2 기판(1210, 1310) 상에 형성되는 도전성의 구조물로, 제1 전극(1240, 1340)에 대향하도록 배치된다. 제3 전극(1254, 1354)은 투명한 도전성 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제3 전극(1254, 1354)은 인듐 주석 산화물 (ITO), 인듐 아연 산화물(IZO), 카본나노튜브, 그래핀, PEDOT:PSS 등의 물질로 형성될 수 있다.
도 12는 제1 전극(1240) 및 제3 전극(1254)에 양의 전압이 인가된 상태를 예시적으로 도시한다. 제2 기판(1220) 상의 공통전극(1253)에는 레퍼런스 전압, 0V가 인가되거나 그라운드 상태 또는 플로팅(floating) 될 수 있다.
상술된 전압의 인가에 따라, 대전 입자(1267)가 이동하여 제1 전극(1240) 및 제3 전극(1254)의 3 개의 면에 모이도록 위치한다.
제1 기판(1220) 측에서 광 제어 장치(1200)로 입사되는 광은 제1 기판(1210), 광학 매체층(1270), 절연층(1281), 공통전극(1253), 및 제2 기판(1220)을 차례로 통과하여 광 제어 장치(1200)를 빠져나간다. 입사된 광이 광 제어 장치(1200)를 투과하므로, 광 제어 장치(1200)의 하부에서는 광 제어 장치(1200) 후면의 사물을 시인할 수 있다. 상술한 바와 같은 전압 인가에 따른 대전 입자(1267)들의 배열은 광을 투과시키므로 이러한 광 제어 장치(1200)의 상태를 투과 모드 또는 투명 모드라고 한다.
제2 기판(1220) 측으로 입사되는 광도 투과될 수 있다. 제2 기판(1220) 측으로 입사되는 광은 제2 기판(1220), 공통전극(1253), 광학 매체층(1270) 및 제1 기판(1210)을 투과하여 광 제어 장치(1200)를 빠져나간다. 따라서, 투명 모드에서는 광 제어 장치(1200)의 상부에서 또한 후면의 사물을 시인할 수 있다.
도 13은 제2 기판(1320) 상에 형성된 공통전극(1353) 및 제3 전극(1354)에 양의 전압이 인가된 상태를 예시적으로 도시한다. 또한, 제1 기판(1310) 상의 제1 전극(1340)에는 레퍼런스 전압, 0V가 인가되거나 그라운드 상태일 수 있다.
상술된 전압의 인가에 따라, 대전 입자(1368)는 제2 기판(1320) 측으로 이동하여 제3 전극(1354)의 삼면 및 공통전극(1353)에 대응되는 영역을 커버하도록 위치한다. 광 제어 장치(1300)로 입사되는 광의 일부는 제1 기판(1310)을 통과하여 대전 입자(1368)에 도달되고, 입사된 광은 대전 입자(1368)들에 의해 흡수된다.
또한, 도 13에서는 대전 입자(1368)들을 하나의 열로 도시하고 있으나, 대전 입자의 농도에 따라 대전 입자(1368)는 2 개 이상의 열로 배열될 수 있다. 이 경우에는 대전 입자(1368) 사이로 통과되거나 굴절된 광도 인접한 대전 입자(1368)에 의해 흡수될 수 있다.
이와 같은 대전 입자(1368)들의 배열에 의해 광 제어 장치(1300)의 상부에서는 검은 색을 시인할 수 있다. 상술한 바와 같은 전압 인가에 따른 대전 입자(1368)들의 배열은 광을 차폐하므로 광 제어 장치(1300)의 이러한 상태를 차폐 모드라고 지칭한다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 광 제어 장치(1300)에서는 제2 기판(1320) 측으로 입사되는 광도 차폐될 수 있다. 제2 기판(1320) 측으로 입사되는 광은 제2 기판(1320), 공통전극(1354), 절연층(1381), 및/또는 제3 전극(1354)을 투과하고, 대전 입자(1368)에 도달된다. 입사된 광은 대전 입자(1368)들에 의해 흡수된다. 따라서, 차폐 모드에서는 광 제어 장치(1300)의 상부에서 또한 검은 색을 시인할 수 있다.
또는, 본 발명의 다른 실시예에 따르는 광 제어 장치는 제2 기판에 전극이 형성되지 않고, 제1 기판 상에만 전극을 형성하도록 구성될 수도 있다. 광 제어 장치는 제1 기판 상에 형성된 복수의 제1 전극, 복수의 제1 전극 상에 형성된 제1 절연막, 제1 절연막 상이며 복수의 제1 전극 사이에 형성되는 제2 전극을 포함하고, 대전 입자가 제1 기판 및 제2 기판 사이에 분산되는 광 제어 장치일 수 있다. 즉, 제1 기판 상에 제1 전극과 제2 전극이 엇갈려 형성되는 구조일 수 있다. 이러한 광 제어 장치에서 대전 입자는 제1 전극에 전압 인가 시 제1 전극을 둘러싸도록 위치되어 투명 모드가 될 수 있다. 제2 전극에 전압 인가 시에는 대전 입자가 제2 전극의 주위 및 제1 전극과 제2 전극 사이의 영역에 퍼져 차폐 모드가 될 수 있다. 이 경우, 제1 전극은 불투명 물질로 구성될 수 있다.
도 14는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 광 제어 장치의 적용이 가능한 능동 매트릭스형 광 제어 장치를 설명하기 위한 평면도이다. 도 15는 도 14의 XV-XV'선에 따른 능동 매트릭스형 광 제어 장치의 단면도이다. 도 15에서는 설명의 편의를 위해 대전 입자의 도시는 생략하나, 대전 입자는 제1 기판(1510), 및 제2 기판(1520) 사이에 분산되어 포함될 수 있다.
도 14 및 도 15를 참조하면, 광 제어 장치(1400, 1500)는 하나의 셀(1490) 내에 제1 기판(1510), 제2 기판(1520), 제1 기판(1510) 상에 형성된 박막 트렌지스터, 제1 전극(1440, 1540), 제2 기판(1520) 상에 형성된 제2 전극(1550), 및 제1 기판(1510) 상에 형성된 절연 구조물(1570), 및 격벽(1530)을 포함한다. 도 14 및 도 15에서는 하나의 셀 내에 가로로 4개의 전극이 형성되는 것을 도시하였지만, 셀(1490) 내의 제1 전극(1440, 1540)이 형성되는 구조는 이에 제한되지 않는다. 셀(1490) 내의 제1 전극(1440, 1540)은 개구율을 최대로 하며, 대전 입자의 이동을 빠르고 퍼짐성이 높도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 셀(1490) 내의 제1 전극(1440, 1540)은 격자 형태, 다이아몬드 형태, 벌집 형태, 꺽쇠 형태 등으로 형성될 수 있다.
제1 기판(1510) 상에는 적어도 하나의 전도성 물질층 및 적어도 하나의 절연 물질층이 형성될 수 있다. 전도성 물질층은 각종 전극들, 각종 전극들에 신호를 인가하는 배선들을 포함할 수 있다. 전도성 물질층은 게이트 전극(1463, 1563), 소스 전극(1461, 1561), 드레인 전극(1462, 1562), 제1 전극(1440, 1540)을 포함할 수 있다. 배선들은 게이트 전극(1463, 1563)에 전기적으로 연결되는 복수의 게이트 라인(1465), 소스 전극(1461, 1561)에 전기적으로 연결되는 복수의 데이터 라인(1466) 등을 포함할 수 있다.
도 15에 도시된 바와 같이, 드레인 전극(1562)은 제1 전극(1540)과 동일한 물질로 형성되어 상술한 제1 전극(1540)으로 기능할 수 있으며, 또는 드레인 전극(1562) 상에 드레인 전극(1562)과는 상이한 도전성 물질로 형성된 제1 전극(1540)이 적층되어 형성될 수도 있다. 제1 전극(1540)은 절연 구조물(1570)의 개구부(1464,1564)에 의해 노출되도록 형성될 수도 있다.
또한, 제1 기판(1510) 상에는 적어도 하나의 스위칭 소자(1569)가 형성될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서는 제1 기판(1510) 상에는 게이트 라인(1465) 및 데이터 라인(1466, 1566)과 연결되는 박막 트랜지스터가 형성될 수 있다. 박막 트랜지스터는 적어도 하나의 드레인 전극(1569)에 대응되어, 드레인 전극(1569)에 인가되는 전압을 온오프할 수 있다.
게이트 라인(1465)은 제1 기판(1510)의 제1 방향으로 연장되어 형성될 수 있다. 예를 들어, 게이트 라인(1465)은 제1 기판(1510)에서 가로 방향으로 형성될 수 있다. 게이트 라인(1465)은 은(Ag), 알루미늄(Al) 등의 금속 또는 그 합금의 단일층으로 형성될 수 있으며, 이러한 단일층에 물리적, 전기적 접촉 특성이 우수한 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta) 등의 물질로 이루어진 다른 층을 포함하는 다층막으로 이루어질 수도 있다.
데이터 라인(1466, 1566)은 제1 기판(1510)의 제2 방향으로 연장되어 형성될 수 있다. 예를 들어, 데이터 라인(1466)은 제2 기판(1520)에서 세로 방향으로 형성될 수 있다. 데이터 라인(1466)은 은(Ag), 알루미늄(Al) 등의 금속 또는 그 합금의 단일층으로 형성될 수 있으며, 이러한 단일층에 물리적, 전기적 접촉 특성이 우수한 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta) 등의 물질로 이루어진 다른 층을 포함하는 다층막으로 이루어질 수도 있다. 데이터 라인(1466, 1566) 및 게이트 라인(1465)은 제1 기판(1510) 상에 형성되어 매트릭스 형태로 배열되는 단위 셀(1490)을 구분한다.
또한, 제1 기판(1510) 상에 형성되는 절연 물질층은 게이트 절연막(1568), 층간 절연막, 및/또는 절연 구조물(1570) 등을 포함할 수 있다.
제1 기판(1510)의 각각의 단위 셀(1490)에 상술한 적어도 하나의 전도성 물질층 및 적어도 하나의 절연 물질층이 적절하게 배열되어 셀(1490) 별 독립 구동을 가능하게 할 수 있다.
도면에서는 설명의 편의상 제1 기판(1510) 상에 하나의 박막 트랜지스터만이 배치되며, 하나의 박막 트랜지스터가 하나의 셀(1490)을 점유하는 것을 예시한다. 다만, 당업자라면 적절한 구동을 위해 복수의 박막 트랜지스터가 적절하게 배열될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
제2 전극(1550)은 제1 전극(1540)과 엇갈리도록 제2 기판(1520) 상에 배치되며, 제1 기판(1510) 및 제2 기판(1520) 사이에는 대전 입자가 분산될 수 있다. 각 구성들 및 대전 입자와의 관계는 도 5 및 도 6과 관련하여 전술한 것과 동일하다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 제어 장치의 단면도이다.
도 16은 광 제어 장치를 구동하기 위한 배선 및 구동부를 나타낸다. 도 16에서 광 제어 장치는 차광 영역과 주변 영역을 포함한다. 차광 영역은 광 제어 장치에서 광이 제어되는 영역으로써 제1 전극(1640), 제2 전극(1650), 대전 입자를 포함하는 광학 매체층(1670)을 포함할 수 있으며, 광 제어 영역 등으로 지칭될 수 있다. 주변 영역은 광 제어 장치에서 차광 영역을 제외한 부분을 포함할 수 있다. 차광 영역은 복수의 배선을 주변 영역으로 배출하고, 배출된 배선은 주변 영역을 통해 구동부로 연결된다. 도 16에서는 도시되지 않았으나 차광 영역은 도시된 배선의 수 이상의 배선을 포함할 수 있다.
도 16은 차광 영역의 상판에 전극이 형성된 경우 배선으로 연결하는 것을 나타낸 단면도이다. 도 16에서 광 제어 장치는 제1 기판(1610) 상에 제1 전극(1640)이 형성되고, 제2 기판(1620)이 제1 기판(1610)에 대향하여 형성되고, 제2 기판(1620) 상에 제2 전극(1650)이 제1 전극(1640)에 대해 엇갈려 형성된다. 제1 기판(1610) 및 제2 기판(1620) 사이에는 격벽(1630)이 형성된다.
제2 기판(1620) 상의 제2 전극(1650)은 차광 영역의 끝에서 제1 배선(1681)과 전기적으로 연결되고 제1 배선(1681)은 패드(1682a)에 연결될 수 있다. 패드(1682a, 1682b)는 제1 기판(1610) 및 제2 기판(1620) 상에 형성되어 있으며 도전성이다. 패드(1682a, 1682b)는 볼(1683)에 의해 전기적으로 연결되고, 제1 기판(1610) 상의 패드(1682b)는 제2 배선(1684)에 전기적으로 연결된다. 패드(1682a, b)는 볼(1683)을 고정하여 전기적으로 연결되도록 하는 도전성의 층일 수도 있다. 또한, 볼(1683)은 솔더볼 또는 도전볼로 지칭될 수 있으며, 제1 기판(1610)과 제2 기판(1620)이 결합될 때 패드(1682a, 1682b)에 의해 전기적으로 연결되고 고정될 수 있다. 제2 배선(1684)은 구동부(1686)에 전기적으로 연결된다. 제1 기판(1610) 및 제2 기판(1620)은 실란트(sealant; 285)에 의해 유체가 세지 않고 접착되어 구조가 유지되도록 제1 기판(1610) 및 제2 기판(1620) 사이에 형성된다.
도 16에서는 제2 전극(1650)과 패드(1682a)가 배선(1681)로, 패드(1682b)와 구동부(1686)가 배선(1684)로 전기적으로 연결되는 구성에 대해 도시하였으나, 이에 제한되지 않는다. 즉, 배선(1684)이 배치되지 않고, 제2 전극(1650)이 격벽(1630) 외부로 확장되어 직접 패드(1682a)에 전기적으로 연결되거나, 패드(1682b)가 연장되어 배선없이 직접 구동부(1686)에 전기적으로 연결되는 구성도 가능하다.
도 17은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 광 제어 장치의 적용이 가능한 표시 장치를 설명하기 위한 개략도이다. 표시장치(1700)는 투명 유기 발광 표시 장치(1710), 접착층(1720), 및 광 제어 장치 (1730)을 포함할 수 있다.
유기 발광 표시 장치는 탑 에미션(top emission) 방식 및 바텀 에미션(bottom emission) 방식의 유기 발광 표시 장치를 모두 포함한다.
탑 에미션 방식의 유기 발광 표시 장치는 유기 발광 소자에서 발광된 빛이 유기 발광 표시 장치 상부로 방출되는 유기 발광 표시 장치를 의미한다. 여기서, 탑 에미션 방식은 전면 발광 방식, 상면 발광 방식으로도 지칭될 수 있다. 본 명세서에서 바텀 에미션 방식의 유기 발광 표시 장치는 유기 발광 소자에서 발광된 빛이 유기 발광 표시 장치 하부로 방출되는 유기 발광 표시 장치를 의미한다. 여기서, 바텀 에미션 방식은 후면 발광 방식, 배면 발광 방식, 하면 발광 방식으로도 지칭될 수 있다. 본 명세서에서 양면 발광(dual emission) 방식의 유기 발광 표시 장치는 유기 발광 소자에서 발광된 빛이 유기 발광 표시 장치 상부 및 하부로 방출되는 유기 발광 표시 장치를 의미하는 것으로써, 탑 에미션 방식과 바텀 에미션 방식으로 동시에 구동 가능한 유기 발광 표시 장치를 의미한다.
유기 발광 표시 장치는 기판, 복수의 박막 트랜지스터, 애노드, 유기 발광층 및 캐소드를 포함하는 유기 발광 소자를 포함한다.
유기 발광 표시 장치에는 유기 발광층을 발광 시키기 위해 박막 트랜지스터가 포함된다. 예를 들어, 박막 트랜지스터는 게이트 배선으로부터 스캔 신호가 인가되면, 데이터 배선으로부터의 데이터 신호를 구동 박막 트랜지스터의 게이트 전극으로 전달하는 스위칭 박막 트랜지스터 및 스위칭 박막 트랜지스터로부터 전달받은 데이터 신호에 의해 전원 배선을 통해 전달되는 전류를 애노드로 전달하며, 애노드로 전달되는 전류에 의해 해당 화소 또는 서브 화소의 유기 발광층의 발광을 제어하는 구동 박막 트랜지스터를 포함할 수 있다.
도 17에서 유기 발광 표시 장치는 특히 투명 유기 발광 표시 장치(1710)일 수 있다. 투명 유기 발광 표시 장치(1710)는 투과율을 위해, 기판, 애노드, 캐소드 등이 광 투과성 물질로 이루어질 수 있다.
또한, 투명 유기 발광 표시 장치(1710)는 표시광을 발광하도록 구성된 발광부와 입사되는 광을 통과하도록 구성된 투과부를 포함할 수 있다. 발광부는 애노드, 유기 발광 소자, 캐소드가 적층되어 유기 발광 소자가 발광하도록 구성되며, 애노드, 캐소드가 광 투과성 물질로 이루어져 양면발광이 가능하도록 구성될 수도 있다. 투과부는 애노드, 유기 발광 소자, 및 캐소드가 적층되지 않는 구성을 도시하고 있으나, 애노드, 유기 발광 소자 및 캐소드 중 하나 또는 두 개의 층이 적층된 구조일 수도 있다. 도 17에서는 투과부가 포함되지 않는 투명 유기 발광 표시 장치(1710)를 도시한다.
도 17에서 광 제어 장치(1730)는 전술한 일 실시예 또는 다른 실시예의 광 제어 장치일 수 있으며, 중복되는 설명은 생략한다.
광 제어 장치(1730)는 투명 유기 발광 표시 장치(1710)에 부착될 수 있다. 예컨대, 투명 유기 발광 표시 장치(1710)는 광 제어 장치는 접착제 또는 접착층(1720)에 의해 광 제어 장치(1730) 상에 배치될 수 있다. 도 17에서는 광 제어 장치(1730)가 투명 유기 발광 표시 장치(1710)의 하단에 위치하도록 도시되었지만, 투명 유기 발광 표시 장치(1710) 상에 형성될 수도 있다.
광 제어 장치(1730)가 투명 유기 발광 표시 장치(1710)에 부착되는 경우에는 광 제어 장치(1730)는 투명 유기 발광 표시 장치(1710)가 발광 시에 콘트라스트 비를 높일 수 있도록 광을 차광하게 제어될 수 있다. 또한, 광 제어 장치(1730)는 투명 유기 발광 표시 장치(1710)가 오프 시에 투명 모드로 동작하여 표시 장치 뒤의 사물이 보이도록 할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따른 광 제어 장치는 다양한 어플리케이션에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 광 제어 장치는 다양한 표시 장치에 사용될 수 있고, 유기 발광 표시 장치뿐만 아니라 액정 표시 장치(LCD) 등 다양한 표시 장치에 사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하며, 당업자가 충분히 이해할 수 있듯이 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따른 광 제어 장치가 표시 장치에 부착되어 사용되는 경우, 표시 장치의 종류에 의해 광 제어 장치의 설계가 일부 변형될 수 있다. 예를 들어, 표시 장치가 플렉서블 표시 장치인 경우, 표시 장치는 반복적인 굽힘 또는 접힘이 가능하여야 하므로, 광 제어 장치를 구성하는 다양한 엘리먼트들 또한 굽힘 또는 접힘이 용이하도록 채택될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따른 광 제어 장치가 표시 장치에 부착되어 사용되는 경우, 표시 장치의 설치 물품에 의해 광 제어 장치의 설계가 일부 변형될 수 있다. 예를 들어, 표시 장치가 핸드폰, 태블릿 PC, PDA 등과 같은 소형화 장치 또는 모바일 장치에 설치되는 경우, 외부 전원이 공급되지 않고 자체 배터리를 사용하게 되므로, 한정된 배터리 용량에 알맞도록 광 제어 장치의 엘리먼트들이 설계될 수 있다. 또한, 표시 장치가 텔레비전, 모니터, 스크린, 전광판 등과 같은 대형화 장치 또는 고정 장치에 부착되어 설치되는 경우, 외부 전원이 공급되므로 안정적인 공급 전원 하에서 표시 장치가 보다 고화질을 구현할 수 있도록 광 제어 장치의 엘리먼트들이 설계될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따른 광 제어 장치가 스마트 윈도우로 사용되는 경우, 적어도 스마트 윈도우로 사용되기 위한 지지체를 포함할 수 있으며, 지지체는 필름, 보호막, 보호필름 등 스마트 윈도우로 사용되기 위해 사용될 수 있는 모든 종류의 필름 또는 막을 포함한다.
또한, 스마트 윈도우의 설치 장소에 의해 광 제어 장치의 설계가 일부 변형될 수 있다. 예를 들어, 광 제어 장치가 화장실, 세면대, 샤워실, 부엌 등 습기가 높은 곳에 설치되는 경우, 광 제어 장치는 습기에 강한 엘리먼트들로 설계될 수 있다.
또한, 스마트 윈도우가 건물 외벽, 건물 유리, 차량 유리 등 외부로부터의 충격에 용이하게 노출되는 곳에 설치되는 경우, 광 제어 장치는 충격을 쉽게 흡수하거나, 충격으로부터의 내성이 강한 엘리먼트들로 설계될 수 있다.
또한, 스마트 윈도우로 사용되는 경우, 광 및/또는 물리적 특성을 보강하는 각종 광학필름들을 부착하여 사용될 수 있다. 반사필름, 확산필름, 프리즘 필름, 랜즈패턴 복합필름, 이중 휘도 향상 필름, 무반사 코팅필름, 자외선 차단 필름, 적외선 차단 필름 등이 부착되어 광 및/또는 물리적 특성을 보강할 수 있다. 보강된 특성에 따라 광 제어 장치가 부착된 스마트 윈도우는 자동차의 윈도우, 스마트 도어, 프로젝션 월, 스마트 미러 등으로 사용될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따른 광 제어 장치가 스마트 윈도우, 집의 도어, 냉장고의 도어 등으로 사용되는 경우, 광 제어 장치는 광학 센서를 포함되도록 구성될 수도 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따른 광 제어 장치가 직사각형, 정사각형, 다각형, 유선형, 원형, 또는 다양한 디자인을 가지는 광 제어 장치로 사용되는 경우에는, 광 제어 장치가 전술된 다양한 모양으로 절단되고 다양한 모양에 알맞도록 배선 및 구동 장치가 설정될 수 있다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 제어 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 먼저, 제1 기판 상에 제1 전극이 형성된다(S100), 제1 전극은 선택적으로 에칭되고(S110), 제1 전극 상에는 보호층이 형성된다(S120).
제2 기판 상에는 제2 전극이 형성된다(S105). 또한, 제2 전극은 제1 전극의 패턴과 엇갈리도록 선택적으로 에칭되며(S115), 제2 전극 상에는 보호층이 형성된다(S125). 제1 기판, 및 제2 기판이 격벽을 사이에 두고 결합되고(S130), 제1 기판 및 제2 기판이 결합된 후, 모세관 현상을 통해 유체 및 대전 입자는 제1 기판 및 제2 기판 사이에 주입되어 형성된다(S140). 유체 및 대전 입자는 진공 배기된 상태에서 광 제어 장치의 주입구를 통해 모세관 현상으로 주입될 수 있다.
도 19는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 제어 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 먼저, 제1 기판 상에 제1 전극이 형성된다(S200), 제1 전극은 선택적으로 에칭된다(S210). 도 19에서는 생략되었으나, 제1 전극 상에 도 18에서와 같이 보호층이 형성될 수 있다.
제2 기판 상에는 제2 전극이 형성된다(S205). 제2 전극 상에는 절연층이 형성되고(S215), 절연층 상에 제1 전극에 대향하도록 제3 전극이 형성된다(S225). 즉, 제2 전극상의 절연층에 의해 제2 전극과 제3 전극이 전기적으로 연결되지 않고 독립 구동이 가능하다. 도 19에서는 생략되었으나, 제3 전극 상에도 보호층이 형성될 수 있다.
제1 기판 및 제2 기판은 격벽을 사이에 두고 결합되고(S230), 제1 기판 및 제2 기판이 결합된 후, 유체 및 대전입자는 제1 기판 및 제2 기판 사이에 주입된다(S240).
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1100, 1200, 1300, 1400, 1500, 1730 : 광 제어 장치
110, 1490 : 셀
210, 310, 410, 510, 610, 710, 810, 910, 1010, 1110, 1210, 1310, 1510, 1610 : 제1 기판
220, 320, 420, 520, 620, 720, 820, 920, 1020, 1120, 1220, 1320, 1520, 1620 : 제2 기판
130, 230, 330, 430, 530, 630, 830, 930, 1030, 1130, 1230, 1330, 1530, 1630 : 격벽
140, 240, 340, 440, 540, 640, 743, 744, 845, 946, 1045, 1140, 1240, 1340, 1440, 1540, 1640 : 제1 전극
848, 1048 : 폴리머
250, 350, 450, 550, 650, 753, 754, 850, 950, 1050, 1150, 1550, 1650 : 제2 전극
1253, 1353 : 공통전극
1254, 1354 : 제3 전극
260, 561, 662, 863, 964, 1065, 1267, 1368 : 대전 입자
1166 : 백색 대전 입자
270, 370, 470, 570, 670, 870, 970, 1070, 1170, 1270, 1370, 1670 : 광학 매체층
771, 772 : 전기장
1180, 1281, 1381 : 보호층
982, 1082, 1570 : 절연 구조물
1466, 1566 : 데이터 라인
1461, 1561 : 소스 전극
1462, 1562 : 드레인 전극
1463, 1563 : 게이트 전극
1464, 1564 : 개구부
1465 : 게이트 라인
1568 : 절연층
1569 : 스위칭 소자
1681, 1684 : 배선
1682 : 패드
1683 : 솔더볼
1685 : 실란트
1686 : 구동부
1700 : 표시 장치
1710 : 투명 유기 발광 표시 장치
1720 : 접착층
110, 1490 : 셀
210, 310, 410, 510, 610, 710, 810, 910, 1010, 1110, 1210, 1310, 1510, 1610 : 제1 기판
220, 320, 420, 520, 620, 720, 820, 920, 1020, 1120, 1220, 1320, 1520, 1620 : 제2 기판
130, 230, 330, 430, 530, 630, 830, 930, 1030, 1130, 1230, 1330, 1530, 1630 : 격벽
140, 240, 340, 440, 540, 640, 743, 744, 845, 946, 1045, 1140, 1240, 1340, 1440, 1540, 1640 : 제1 전극
848, 1048 : 폴리머
250, 350, 450, 550, 650, 753, 754, 850, 950, 1050, 1150, 1550, 1650 : 제2 전극
1253, 1353 : 공통전극
1254, 1354 : 제3 전극
260, 561, 662, 863, 964, 1065, 1267, 1368 : 대전 입자
1166 : 백색 대전 입자
270, 370, 470, 570, 670, 870, 970, 1070, 1170, 1270, 1370, 1670 : 광학 매체층
771, 772 : 전기장
1180, 1281, 1381 : 보호층
982, 1082, 1570 : 절연 구조물
1466, 1566 : 데이터 라인
1461, 1561 : 소스 전극
1462, 1562 : 드레인 전극
1463, 1563 : 게이트 전극
1464, 1564 : 개구부
1465 : 게이트 라인
1568 : 절연층
1569 : 스위칭 소자
1681, 1684 : 배선
1682 : 패드
1683 : 솔더볼
1685 : 실란트
1686 : 구동부
1700 : 표시 장치
1710 : 투명 유기 발광 표시 장치
1720 : 접착층
Claims (30)
- 제1 투명 기판;
상기 제1 투명 기판에 대향하는 제2 투명 기판;
상기 제1 투명 기판의 적어도 일부에 배치된 제1 전극;
상기 제2 투명 기판의 적어도 일부에 배치되고, 광 투과성 물질로 이루어진 제2 전극; 및
상기 제1 투명 기판과 상기 제2 투명 기판 사이에 분산 가능한 복수의 광 제어 입자를 포함하고,
상기 제2 전극은 상기 제1 전극에 대해 스태거드 배열(staggered arrangement)로 배치되고,
상기 제1 전극의 표면은 상기 복수의 광 제어 입자가 수용되는 복수의 요철을 포함하고,
상기 복수의 요철 간의 간격은 상기 복수의 광 제어 입자의 직경보다 크며,
전기장의 인가에 의해 상기 복수의 광 제어 입자가 상기 제1 전극으로 이동된 경우, 상기 제1 투명 기판 측으로 입사되는 광은 상기 제1 투명 기판, 상기 제2 전극 및 상기 제2 투명 기판을 투과하고, 상기 제2 투명 기판 측으로 입사되는 광은 상기 제2 투명 기판, 상기 제2 전극 및 상기 제1 투명 기판을 투과하는, 광 제어 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1 전극의 폭은 상기 복수의 광 제어 입자의 농도에 기초하는, 광 제어 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1 투명 기판은 광 제어 영역 및 주변 영역을 가지며, 상기 제1 투명 기판의 적어도 일부에 배치된 상기 제1 전극은 상기 광 제어 영역의 5%이하의 면적으로 배치된, 광 제어 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1 투명 기판, 및 상기 제2 투명 기판은 광 투과성인, 광 제어 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1 전극은 광 투과성인, 광 제어 장치. - 제1항에 있어서,
적어도 상기 제1 전극 상에 형성된 제1 절연막; 및
상기 제2 전극 상에 형성된 제2 절연막을 더 포함하는, 광 제어 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제2 전극은 ITO (Indium Tin Oxide), IZO (Indium Zinc Oxide), 그래핀 (Grephene), 및 카본나노튜브 (Carbon Nano Tube) 중 적어도 하나로 이루어진, 광 제어 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1 투명 기판 상에 형성되고, 상기 제1 전극을 노출하도록 형성된 절연 구조물을 더 포함하는, 광 제어 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1 전극은 Cu, Mo, Al, Ti, MgAg, ITO, IZO, 그래핀 및 카본나노튜브 중 적어도 하나로 이루어진, 광 제어 장치. - 제1 광 투과성 기판;
상기 제1 광 투과성 기판에 대향하는 제2 광 투과성 기판;
상기 제1 광 투과성 기판에 형성된 제1 전극;
상기 제2 광 투과성 기판에 형성되고, 광 투과성 물질로 이루어진 제2 전극; 및
상기 제1 광 투과성 기판과 상기 제2 광 투과성 기판 사이에 복수의 대전 입자를 포함하고,
상기 제1 전극은 개구부를 포함하고,
상기 제2 전극은 적어도 상기 제1 전극의 개구부의 일부 영역에 대응되며,
상기 제1 전극의 표면은 상기 복수의 대전 입자가 수용되는 복수의 요철을 포함하고,
상기 복수의 요철 간의 간격은 상기 복수의 대전 입자의 직경보다 크며,
전기장의 인가에 의해 상기 복수의 대전 입자가 상기 제1 전극으로 이동된 경우, 상기 제1 광 투과성 기판 측으로 입사되는 광은 상기 제1 광 투과성 기판, 상기 제2 전극 및 상기 제2 광 투과성 기판을 투과하고, 상기 제2 광 투과성 기판 측으로 입사되는 광은 상기 제2 광 투과성 기판, 상기 제2 전극 및 상기 제1 광 투과성 기판을 투과하는, 광 제어 장치. - 제10항에 있어서,
상기 제1 전극은 최소 일면으로 패터닝되어 있으며, 각 전극 간의 이격 거리는 상기 제2 전극의 상기 일면의 폭과 동일하거나 상기 제2 전극의 폭의 ±20% 범위내의 폭을 가지는 것을 특징으로 하는, 광 제어 장치. - 제10항에 있어서,
전기장의 인가에 의해 상기 복수의 대전 입자가 상기 제1 전극으로 이동된 경우, 상기 제1 전극의 개구부 사이로 광이 투과되는 것을 특징으로 하는, 광 제어 장치. - 제10항에 있어서,
전기장의 인가에 의해 상기 복수의 대전 입자가 상기 제2 전극으로 이동된 경우, 상기 제1 전극에 의해 상기 제1 전극으로 입사되는 빛의 적어도 일부가 차단되는 것을 특징으로 하는, 광 제어 장치. - 제10항에 있어서,
상기 제1 전극은 광 투과성인 것을 특징으로 하는, 광 제어 장치. - 제10항에 있어서,
적어도 상기 제1 전극 상에 형성된 제1 절연막; 및
적어도 상기 제2 전극 상에 형성된 제2 절연막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 광 제어 장치. - 제10항에 있어서,
상기 광 제어 장치는 차광 영역과 주변 영역을 가지는 것을 특징으로 하는, 광 제어 장치. - 제16항에 있어서,
상기 차광 영역은 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 및 상기 복수의 대전 입자를 포함하고,
상기 주변 영역은 상기 제1 광 투과성 기판과 상기 제2 광 투과성 기판 사이에 위치하며, 상기 차광 영역 주변을 감싸는 실란트(Sealant), 및 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 각각과 전기적으로 연결된 복수의 패드부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 광 제어 장치. - 제17항에 있어서,
상기 패드부는 광 투과를 조절하는 제어부와 연결된 것을 특징으로 하는, 광 제어 장치 - 복수의 제1 영역 및 상기 제1 영역과는 상이한 복수의 제2 영역을 갖는 제1 광 투과성 기판;
상기 제1 광 투과성 기판에 대향하는 제2 광 투과성 기판;
상기 복수의 제1 영역 각각에 형성된 복수의 제1 전극;
상기 복수의 제2 영역 각각에 대응하는 상기 제2 광 투과성 기판의 영역 중 적어도 일부에 형성되고, 광 투과성 물질로 이루어진 복수의 제2 전극; 및
상기 제1 광 투과성 기판과 상기 제2 광 투과성 기판 사이에 위치하는 복수의 대전 입자를 포함하고,
상기 복수의 제1 전극의 표면은 상기 복수의 대전 입자가 수용되는 복수의 요철을 포함하고,
상기 복수의 요철 간의 간격은 상기 복수의 대전 입자의 직경보다 크며,
전기장의 인가에 의해 상기 복수의 대전 입자가 상기 복수의 제1 전극으로 이동된 경우, 상기 제1 광 투과성 기판 측으로 입사되는 광은 상기 제1 광 투과성 기판, 상기 복수의 제2 전극 및 상기 제2 광 투과성 기판을 투과하고, 상기 제2 광 투과성 기판 측으로 입사되는 광은 상기 제2 광 투과성 기판, 상기 복수의 제2 전극 및 상기 제1 광 투과성 기판을 투과하는, 광 제어 장치. - 제1 투명 기판;
상기 제1 투명 기판에 대향하는 제2 투명 기판;
상기 제1 투명 기판에 배치된 제1 전극;
상기 제2 투명 기판에 배치된 제2 투명 전극;
상기 제1 전극 또는 상기 제2 투명 전극 상에 형성된 적어도 하나의 절연막; 및
상기 제1 투명 기판 및 상기 제2 투명 기판 사이에 배치되고, 전기장의 인가에 의해 복수의 광 제어 상태를 제어하고, 복수의 광 제어 입자를 포함하는 유체층을 포함하고,
상기 제1 전극 및 상기 제2 투명 전극은 스태거드 정렬로 배치되고,
상기 제1 전극의 표면은 상기 복수의 광 제어 입자가 수용되는 복수의 요철을 포함하고,
상기 복수의 요철 간의 간격은 상기 복수의 광 제어 입자의 직경보다 크며,
전기장의 인가에 의해 상기 복수의 광 제어 입자가 상기 제1 전극으로 이동된 경우, 상기 제1 투명 기판 측으로 입사되는 광은 상기 제1 투명 기판, 상기 제2 투명 전극 및 상기 제2 투명 기판을 투과하고, 상기 제2 투명 기판 측으로 입사되는 광은 상기 제2 투명 기판, 상기 제2 투명 전극 및 상기 제1 투명 기판을 투과하는, 광 제어 장치. - 제20항에 있어서,
상기 복수의 광 제어 상태는 적어도 광 투과 상태 및 차광 상태를 포함하는, 광 제어 장치. - 광 투과성 제1 기판;
상기 광 투과성 제1 기판에 대향하는 광 투과성 제2 기판;
상기 광 투과성 제1 기판 상에 형성된 복수의 제1 전극;
상기 광 투과성 제2 기판 상에서 상기 광 투과성 제2 기판 전면에 형성되고, 광 투과성 물질로 이루어진 공통 전극;
상기 공통 전극 상에 형성된 절연막;
상기 절연막 상에 형성되고, 상기 복수의 제1 전극에 대향하여 형성된 복수의 제2 전극; 및
상기 광 투과성 제1 기판 및 상기 광투과성 제2 기판 사이에 배치되고, 복수의 대전 입자가 분산된 차폐 입자 충진층을 포함하고,
상기 복수의 제1 전극의 표면은 복수의 요철을 포함하고,
상기 복수의 요철 간의 간격은 상기 복수의 대전 입자의 직경보다 크며,
전기장의 인가에 의해 상기 복수의 대전 입자가 상기 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제2 전극으로 이동된 경우, 상기 광 투과성 제1 기판 측으로 입사되는 광은 상기 광 투과성 제1 기판, 상기 공통 전극 및 상기 광 투과성 제2 기판을 투과하고, 상기 광 투과성 제2 기판 측으로 입사되는 광은 상기 광 투과성 제2 기판, 상기 공통 전극 및 상기 광 투과성 제1 기판을 투과하는, 광 제어 장치. - 제22항에 있어서,
상기 복수의 제2 전극의 폭은 상기 복수의 제1 전극의 폭 이하인, 광 제어 장치. - 제22항에 있어서,
상기 공통 전극 및 상기 복수의 제2 전극은 독립적으로 구동되는, 광 제어 장치. - 제22항에 있어서,
상기 복수의 제1 전극 상에 형성된 제1 절연성 보호층; 및
상기 복수의 제2 전극 상에 형성된 제2 절연성 보호층을 더 포함하는, 광 제어 장치. - 제22항에 있어서,
상기 광 투과성 제1 기판 상에 형성되고, 상기 복수의 제1 전극을 노출하도록 형성된 절연 구조물을 더 포함하는, 광 제어 장치. - 제22항에 있어서,
상기 광 투과성 제1 기판 및 상기 광 투과성 제2 기판은 연성인, 광 제어 장치. - 제1항 내지 제27항 중 어느 한 항에 기재된 광 제어 장치; 및
투명 유기 발광 표시 장치를 포함하는, 투명 디스플레이 장치. - 제1항 내지 제27항 중 어느 한 항에 기재된 광 제어 장치; 및
지지재를 포함하는, 스마트 윈도우. - 제1 투명 기판을 준비하는 단계;
상기 제1 투명 기판 상에 패턴을 포함하는 복수의 제1 전극을 형성하는 단계;
제2 투명 기판 상에 상기 패턴과 엇갈리는 영역에 광 투과성 물질로 이루어진 복수의 제2 전극을 형성하는 단계;
상기 제1 투명 기판 상에 격벽을 형성하는 단계;
상기 제1 투명 기판에 대향하도록 상기 제2 투명 기판을 결합하는 단계; 및
대전 입자를 포함하는 광학 매체를 상기 제1 투명 기판 및 상기 제2 투명 기판 사이에 충진하는 단계를 포함하고,
상기 복수의 제1 전극의 표면은 상기 대전 입자가 수용되는 복수의 요철을 포함하고,
상기 복수의 요철 간의 간격은 상기 대전 입자의 직경보다 크며,
전기장의 인가에 의해 상기 대전 입자가 상기 복수의 제1 전극으로 이동된 경우, 상기 제1 투명 기판 측으로 입사되는 광은 상기 제1 투명 기판, 상기 복수의 제2 전극 및 상기 제2 투명 기판을 투과하고, 상기 제2 투명 기판 측으로 입사되는 광은 상기 제2 투명 기판, 상기 복수의 제2 전극 및 상기 제1 투명 기판을 투과하도록 구성되는, 광 제어 장치 제조 방법.
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