KR102295656B1 - 광 제어 장치 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

광 제어 장치 및 이의 제조 방법이 제공된다. 광 제어 장치는 서로 마주보는 제1 전극부 및 제2 전극부 및 제1 전극부와 제2 전극부 사이에 있는 액정부를 포함하고, 액정부는, 액정, 액정부의 내부에 위치하고, 제2 모노머보다 높은 확산 속도를 갖는 제1 모노머로부터 폴리머화된 제1 폴리머를 포함하는 격벽 및 액정부의 내부에 위치하고, 제1 모노머보다 낮은 확산 속도를 갖는 제2 모노머로부터 폴리머화된 제2 폴리머를 포함하는 그물막을 포함한다.

Description

광 제어 장치 및 이의 제조 방법{A LIGHT CONTROLLING APPARATUS AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}
본 발명은 폴리머(polymer)가 포함된 액정을 이용하는 광 제어 장치 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
최근 정보화 시대로 접어듦에 따라 대량의 정보를 처리 및 표시하는 디스플레이(display) 분야가 급속도로 발전해 왔고, 이에 부응하여 여러 가지 다양한 표시장치가 개발되어 각광받고 있다.
이와 같은 표시장치의 구체적인 예로는 액정표시장치(Liquid Crystal Display device: LCD), 플라즈마표시장치(Plasma Display Panel device: PDP), 전계방출표시장치(Field Emission Display device: FED), 전기발광표시장치(Electroluminescence Display device: ELD), 유기발광소자(Organic Light Emitting Diodes: OLED) 등을 들 수 있다. 이 표시장치는 박형화, 경량화, 및 저소비전력화의 우수한 성능을 보여 현재는 표시장치의 적용 분야가 계속 증가하고 있다. 특히 대부분의 전자 장치나 모바일 기기에서 표시장치가 사용자 인터페이스의 하나로 사용되고 있다.
또한, 최근에는 특성상 사용자가 표시장치를 투과해 반대편에 위치한 사물 또는 이미지를 볼 수 있는 투명 표시 장치에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
투명 표시 장치는 공간활용성, 인테리어 및 디자인의 장점을 가지며, 다양한 응용분야를 가질 수 있다. 투명 표시 장치는 정보인식, 정보처리 및 정보표시의 기능을 하는 표시 장치를 투명한 전자기기로 구현함으로써, 기존 표시 장치 대비 전자기기의 공간적 및 시각적 제약을 해소할 수 있다. 이러한 투명 표시 장치는 스마트 창(smart window)에 사용될 수 있으며 스마트 창은 스마트 홈이나 스마트 자동차에서 사용되는 창으로 응용될 수 있다.
이 중 LCD는 에지 타입의 백라이트를 적용하여 투명 표시 장치로 구현될 수 있으나, LCD를 활용한 투명 표시 장치는 투과율이 매우 낮고, 블랙(black) 구현을 위해 사용되는 편광판에 의해 투명도가 저하되는 단점이 있으며, 야외 시인성에 대해 단점을 가지고 있다.
그리고, OLED를 접목한 투명 표시 장치는 소비 전력이 LCD를 활용한 투명 표시 장치에 비해 높으며, 트루 블랙(true black) 표현에 어려움이 있으며, 어두운 환경에서는 명암비(contrast ratio)에 문제가 없으나 빛이 있는 일반 환경에서는 명암비가 저하되는 투명 표시 장치로서의 단점을 가지고 있다.
따라서, 투명 모드 및 차광 모드를 구현하기 위해서, OLED를 접목한 투명 표시 장치의 광 제어 장치로 고분자 분산형 액정(polymer dispersed liquid crystal, PDLC) 또는 고분자 네트워크 액정(polymer networked liquid crystal, PNLC)을 활용하는 방안이 제안되고 있다. 고분자 분산형 액정(polymer dispersed liquid crystal, PDLC) 또는 고분자 네트워크 액정(polymer networked liquid crystal, PNLC)은 모노머(monomer)와 액정을 혼합한 후 자외선(UV)을 조사하여 형성될 수 있다.
특히 고분자 분산형 액정(PDLC)은 폴리머(polymer) 내에 액정(liquid crystal)이 형성된 구조이고, 고분자 네트워크 액정(PNLC)은 액정 상에 폴리머(polymer)가 네트워트 구조로 분포되어 있다.
고분자 분산형 액정(PDLC) 또는 고분자 네트워크 액정(PNLC)에 전계를 인가하게 되면 액정의 배열이 변화하여, 외부로부터 입사하는 빛(light)을 산란 또는 투과시킬 수 있다. 즉, 고분자 분산형 액정(PDLC) 또는 고분자 네트워크 액정(PNLC)를 이용하는 장치는 편광판이 없이도 빛을 산란시키거나 빛을 투과시킬 수 있으므로, 투명 표시 장치의 광 제어 장치로 적용하는 것이 가능하다.
본 발명의 목적은 전압이 인가되지 않는 초기 상태에서 외부로부터 들어온 빛을 통과시켜, 초기 상태에서 투명 모드를 구현할 수 있으므로, 소비 전력이 감소된 광 제어 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 외부로부터 들어오는 빛을 차단하여 색을 표시하거나 또는 장치의 뒷 배경을 보이지 않게 할 수 있는 광 제어 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 액정부 내부에 그물막과 격벽이 동시에 포함된 광 제어 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 투명 표시 장치에 결합되어 사용자에게 투명 모드를 제공하거나 외부의 빛을 차단하는 차광 모드를 제공함으로써 영상 시인성이 높은 광 제어 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 플렉서블(flexible) 표시 장치에 적용할 수 있는 광 제어 장치를 제공한다
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 광 제어 장치는 서로 마주보는 제1 전극부 및 제2 전극부 및 제1 전극부와 제2 전극부 사이에 있는 액정부를 포함하고, 액정부는, 액정, 액정부의 내부에 위치하고, 제2 모노머보다 높은 확산 속도를 갖는 제1 모노머로부터 폴리머화된 제1 폴리머를 포함하는 격벽 및 액정부의 내부에 위치하고, 제1 모노머보다 낮은 확산 속도를 갖는 제2 모노머로부터 폴리머화된 제2 폴리머를 포함하는 그물막을 포함한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 제1 전극부 및 제2 전극부 중 적어도 하나에 배치된 스페이서를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 제1 폴리머 및 제2 폴리머 각각은 광경화성 모노머(uv curable monomer) 계열, 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane), RM(Reactive Mesogen) 계열, NOA(Norland Optical Adhesive) 계열, Bisphenol A Dimethacrylate 계열, 포토 레지스트(photo resist)로 이루어진 그룹 중 선택된 적어도 하나의 모노머로부터 폴리머화된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 제1 모노머가 제1 경화 조건에 의해 경화되는 경우, 제2 모노머는 제1 경화 조건과 다른 제2 경화 조건에 의해 경화되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 제1 모노머가 광경화에 의해 경화되는 경우, 제2 모노머는 열경화에 의해 경화되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 제1 모노머가 광경화에 의해 경화되는 경우, 제2 모노머는 제1 모노머와는 다른 파장대에서 광경화되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 액정이 네거티브 액정 또는 DFLC(dual frequency liquid crystal) 중 하나인 경우, 제1 전극부 및 제2 전극부 각각은 공통 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 전압이 인가되지 않은 경우, 광 제어 장치는 호메오트로픽 상(homeotropic state)을 갖는 액정에 의해 투명 모드를 나타내고, 전압이 인가된 경우, 광 제어 장치는 무질서한 상(random state)을 갖는 액정에 의해 차광 모드를 나타내는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 액정이 포지티브 액정 또는 DFLC(dual frequency liquid crystal) 중 하나인 경우, 제1 전극부 및 제2 전극부 중 적어도 하나는 복수의 패턴 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 패턴 전극에 수평 전계가 인가되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 전압이 인가되지 않은 경우, 광 제어 장치는 호메오트로픽 상(homeotropic state)을 갖는 액정에 의해 투명 모드를 나타내고, 전압이 인가된 경우, 광 제어 장치는 무질서한 상(random state)을 갖는 액정에 의해 차광 모드를 나타내는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 액정이 포지티브 액정, 네거티브 액정 또는 DFLC(dual frequency liquid crystal) 중 하나인 경우, 제1 전극부 및 제2 전극부 중 적어도 하나는 복수의 패턴 전극 및 공통 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 패턴 전극 및 공통 전극에 수평 전계가 인가되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 전압이 인가되지 않은 경우, 광 제어 장치는 호메오트로픽 상(homeotropic state)을 갖는 액정에 의해 투명 모드를 나타내고, 전압이 인가된 경우, 광 제어 장치는 무질서한 상(random state)을 갖는 액정에 의해 차광 모드를 나타내는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 광 제어 장치는 액정부 내에 위치하며 액정을 수직 배향시키도록 구성된 배향 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 광 제어 장치의 제조 방법은 제1 전극부와 제2 전극부를 합착하는 단계, 제1 전극부와 제2 전극부 사이에, 제1 모노머, 제2 모노머 및 액정을 포함하는 혼합 액정을 포함하는 혼합 액정부를 형성하는 단계, 패턴을 갖는 마스크를 제1 전극부 또는 제2 전극부 상에 위치시키는 단계, 혼합 액정의 1차 경화에 의해 제2 모노머의 확산 속도보다 높은 확산 속도를 갖는 제1 모노머를 폴리머화하여 패턴과 대응되는 영역에 격벽을 형성하는 단계 및 혼합 액정의 2차 경화에 의해 제1 모노머의 확산 속도보다 낮은 확산 속도를 갖는 제2 모노머를 폴리머화하여 그물막을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 광 제어 장치의 제조 방법은 제1 전극부 및 제2 전극부 중 적어도 하나에 스페이서를 배치하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 1차 경화는 360nm 내지 380nm 범위의 파장에서 수행되고, 2차 경화는 330nm 내지 360nm 범위의 파장에서 수행되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 1차 경화는 UV 조사에 의해 수행되고, 2차 경화는 열처리에 의해 수행되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 1차 경화는 UV 조사에 의해 수행되고, 2차 경화는 1차 경화에서의 파장과 다른 파장에서 UV 조사에 의해 수행되는 것을 특징으로 한다.
전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 액정, 제1 모노머 및 제2 모노머가 분산된 혼합 액정에 있어서, 광 제어 장치용 격벽을 형성하기 위해 제2 모노머 보다 확산 작용(Diffusion)이 상대적으로 빨라 초기 경화에 의해 폴리머화되도록 구성된 제1 모노머 및 광 제어 장치용 그물막을 형성하기 위해 제1 모노머 보다 확산 작용(Diffusion)이 상대적으로 느려 후속 경화에 의해 폴리머화되도록 구성된 제2 모노머를 포함한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 전압이 인가되지 않은 경우, 광 제어 장치는 호메오트로픽 상(homeotropic state)을 갖는 액정에 의해 투명 모드를 나타내고, 전압이 인가된 경우, 광 제어 장치는 무질서한 상(random state)을 갖는 액정에 의해 차광 모드를 나타내는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 제1 모노머 및 제2 모노머는 다른 파장대에서의 UV 조사에 의해 경화되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 제1 모노머와 제2 모노머의 비율은 1:1 내지 1:2.5 또는 1:1 내지 2.5:1인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 제1 모노머는 광경화성 모노머이고, 제2 모노머는 광경화성 모노머 또는 열경화성 모노머인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 액정은 포지티브 액정, 네거티브 액정 및 DFLC(dual frequency liquid crystal) 중 하나인 것을 특징으로 한다.
전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는 표시 패널 및 표시 패널에 부착되고, 하나 이상의 광 제어 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 표시 패널은 유기 전계 발광 표시 패널인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 광 제어 장치는 표시 패널의 전면(front surface)에 부착된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 광 제어 장치는 표시 패널의 배면(rear surface)에 부착된 것을 특징으로 한다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명은 전압의 인가 없이도 외부로부터 입사되는 빛을 통과시켜 투명 모드로 구현할 수 있는 광 제어 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 광 제어 장치는 초기 상태에서 액정이 외부로부터 입사되는 빛을 통과시키는 상 배열을 이루고 있기 때문에, 초기 상태에서 투명 모드를 구현할 수 있으므로, 본 발명은 소비 전력이 감소된 광 제어 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 색을 가지는 염료(dye)로 이루어지는 발색부재를 포함하여 블랙(black) 또는 블랙 이외의 다른 색을 표현함으로써 광 제어 장치의 뒷 배경을 보이지 않게 하는 차광 모드로 구현하는 광 제어 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 액정부 내부에 서로 다른 2종 이상의 모노머(monomer)를 이용하여 형성된 그물막과 격벽이 모두 포함된 광 제어 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 액정부 내부에 위치한 그물막을 사용하여 광 제어 장치의 외부로부터 입사된 빛의 산란효과를 높일 수 있다.
또한, 본 발명은 액정부 내부에 위치한 격벽을 사용하여 발색부재가 특정 영역으로 쏠리는 현상을 방지함으로써 액정부 내에서 고르지 못한 발색부재에 의한 빛샘을 방지하므로 광 제어 장치의 차광율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명은 액정부 내부에 위치하는 격벽을 사용하여 외부에서 가해지는 충격을 흡수할 수 있으므로, 플렉서블(flexible) 표시 장치에 적용될 수 있는 광 제어 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 배향부재와 액정부 사이 또는 전극부와 액정부 사이에 배치되는 굴절률 매칭층을 이용하므로 굴절률 차이를 줄여 투명 모드 구현 시 광 제어 장치의 투과율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 격벽 또는 굴절률 매칭층을 통하여 광 제어 장치의 내부에서 발생하는 단선(short, 쇼트)을 예방하여 광 제어 장치의 구동 신뢰성을 높일 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광 제어 장치의 단면도.
도 2는 도 1에 도시된 광 제어 장치의 투명 모드를 도시한 단면도.
도 3은 도 1에 도시된 광 제어 장치의 차광 모드를 도시한 단면도.
도 4a 내지 도 4d는 전극부의 다양한 실시예를 도시한 단면도.
도 5는 전극부의 다른 실시예를 도시한 단면도.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 실시예에 따른 광 제어 장치에 대한 제조 단계별 공정 단면도.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 실시예에 따른 광 제어 장치에 대한 제조 단계별 공정 단면도.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 제어 장치의 단면도.
도 9a 는 본 발명의 실시예에 따른 광 제어 장치가 적용된 표시 장치를 설명하기 위한 개략적인 평면도.
도 9b는 도 9a의 IX-IX’에 따른 표시 장치의 단면도.
도 9c 및 도 9d는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 표시 장치의 단면도.
도 10a는 본 발명의 실시예에 따른 광 제어 장치가 적용된 표시 장치를 설명하기 위한 개략적인 평면도.
도 10b는 도 10a의 X-X’에 따른 표시 장치의 단면도.
도 10c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 장치의 단면도.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 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.
본 발명의 실시 예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
본 명세서에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.
시간 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~후에', '~에 이어서', '~다음에', '~전에' 등으로 시간적 선후 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.
제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.
"X축 방향", "Y축 방향" 및 "Z축 방향"은 서로 간의 관계가 수직으로 이루어진 기하학적인 관계만으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 구성이 기능적으로 작용할 수 있는 범위 내에서보다 넓은 방향성을 가지는 것을 의미할 수 있다.
"적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제 1 항목, 제 2 항목 및 제 3 항목 중에서 적어도 하나"의 의미는 제 1 항목, 제 2 항목 또는 제 3 항목 각각 뿐만 아니라 제 1 항목, 제 2 항목 및 제 3 항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미할 수 있다.
본 발명의 여러 실시 예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시 예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시할 수도 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
투명 표시 장치의 광 제어 장치로 활용하기 위한 고분자 분산형 액정(PDLC)과 고분자 네트워크 액정(PNLC)은 모노머(monomer)와 액정의 혼합 비율에서 차이가 있다. 일반적으로 고분자 분산형 액정(PDLC)이 고분자 네트워크 액정(PNLC)보다 모노머(monomer)의 비율이 높다. 따라서, 고분자 분산형 액정(PDLC)은 전압이 인가되지 않은 초기 상태에 랜덤(random) 배열된 액정과 폴리머(polymer)화된 모노머(monomer)에 의해 입사한 빛이 산란(scattering)되는 차광 모드가 구현되며, 전압을 인가하여 액정을 수직 배열하면 입사한 빛이 산란되지 않고 그대로 투과되어 투명 모드가 구현된다. 고분자 분산형 액정(PDLC)을 투명 표시 장치의 광 제어 장치로 활용하는 경우 대기 모드에서 투명 모드 구현을 위해 전압을 계속 인가해야 하는 어려움이 있었다.
따라서 본 발명의 발명자들은 모노머의 비율이 상대적으로 낮아 전압이 인가되지 않은 초기 상태에서 투명 모드 구현이 유리한 고분자 네트워크 액정(PNLC)에 대하여 실험하였다. 그러나 고분자 네트워크 액정(PNLC)은 고분자 분산형 액정(PDLC)보다 폴리머(polymer)화된 모노머(monomer)의 비율이 작기 때문에 외부충격에 견디는 정도가 약하다. 따라서, 외부충격을 견디기 위한 격벽이 필요하다. 그러나 격벽을 형성하면 그물막(network) 형성이 어렵고, 그물막 구조를 형성하면 격벽 형성이 어려운 문제점을 인식하였다.
이에 본 발명의 발명자들은 위에 언급한 문제점들을 인식하고, 격벽과 그물막을 형성하여 투명 모드와 차광 모드를 구현할 수 있는 새로운 구조의 광 제어 장치를 발명하였다. .
이에 대해서는 아래 실시예에서 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광 제어 장치의 단면도이고 도 2는 도 1에 도시된 광 제어 장치의 투명 모드를 도시한 단면도이며 도 3은 도 1에 도시된 광 제어 장치의 차광 모드를 도시한 단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 광 제어 장치(100)는 제1 전극부(110), 제2 전극부(120), 액정부(130), 발색부재(140), 배향부재(150), 격벽(160), 그물막(170), 굴절률 매칭층(180) 및 스페이서를 포함한다.
도 1을 참조하면, 제1 전극부(110)는 제1 기판(111) 및 제1 전극(112)을 포함한다. 보다 구체적으로 제1 전극부(110)는 투명 재질로 이루어지는 제1 기판(111)과 제1 기판(111) 상에 위치하는 제1 전극(112)을 포함한다. 제1 기판(111)은 일반적인 표시 장치 또는 플렉서블 표시 장치에서 사용되는 기판을 제한 없이 사용할 수 있다. 구체적으로 제1 기판(111)은 투명한 유리 계열 또는 투명한 플라스틱 계열의 물질로 이루어질 수 있고, 예를 들어, TAC(triacetyl cellulose) 또는 DAC(diacetyl cellulose) 등과 같은 셀룰로오스 수지(cellulose resin), 노르보르넨 유도체(norbornene derivatives)등의 COP(cyclo olefin polymer), COC(cyclic olefin copolymer), PMMA(poly(methylmethacrylate)) 등의 아크릴 수지(acrylic resin), PC(polycarbonate), PE(polyethylene) 또는 PP(polypropylene) 등의 폴리올레핀(polyolefin), PVA(polyvinyl alcohol), PES(poly ether sulfone), PEEK(polyetheretherketone), PEI(polyetherimide), PEN(polyethylenenaphthalate), PET(polyethyleneterephthalate) 등의 폴리에스테르(polyester), PI(polyimide), PSF(polysulfone), 또는 불소 수지(fluoride resin) 등을 포함하는 시트 또는 필름이 제1 기판(111)으로 사용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 전극(112)은 제1 기판(111)의 일 면 상에 배치되고, 패턴을 가지지 않는 형상을 가진다. 제1 전극(112)은 전도성을 가지는 동시에 외부 광을 투과시킬 수 있는 투명한 도전물질로 이루어진다. 예를 들어, 제1 전극(112)은 은 산화물(예; AgO 또는 Ag2O 또는 Ag2O3), 알루미늄 산화물(예; Al2O3), 텅스텐 산화물(예; WO2 또는 WO3 또는 W2O3), 마그네슘 산화물(예; MgO), 몰리브덴 산화물(예; MoO3), 아연 산화물(예; ZnO), 주석 산화물(예; SnO2), 인듐 산화물(예; In2O3), 크롬 산화물(예; CrO3 또는 Cr2O3), 안티몬 산화물(예; Sb2O3 또는 Sb2O5), 티타늄 산화물(예; TiO2), 니켈 산화물(예;NiO), 구리 산화물(예; CuO 또는 Cu2O), 바나듐 산화물(예; V2O3 또는 V2O5), 코발트 산화물(예; CoO), 철 산화물(예; Fe2O3 또는 Fe3O4), 니오븀 산화물(예; Nb2O5), 인듐 주석 산화물(예; Indium Tin Oxide, ITO), 인듐 아연 산화물(예; Indium Zinc Oxide, IZO), 알루미늄 도핑된 아연 산화물(예; Aluminium doped Zinc Oxide, ZAO), 알루미늄 도핑된 주석 산화물(예; Aluminum Tin Oxide, TAO) 및 안티몬 주석 산화물(예; Antimony Tin Oxide, ATO) 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제2 전극부(120)는 제2 기판(121) 및 제2 전극(122)을 포함한다. 보다 구체적으로 제2 전극부(120)는 투명 재질로 이루어지는 제1 기판(121)과 제1 기판(121) 상에 위치하는 제2 전극(122)을 포함한다. 제2 전극부(120)의 제2 기판(121) 및 제2 전극(122)의 형상 및 물질은 제1 전극부(110)의 제2 기판(111) 및 제2 전극(112)의 형상 및 물질과 동일할 수 있다.
배향부재(150)는 액정부(130)의 초기 상을 제1 전극부(110)와 제2 전극부(120)에 대해서 호메오트로픽 상(homeotropic state)으로 배열하기 위한 것으로서 수직배향물질로 이루어진다. 본 명세서에서 호메오트로픽 상(homeotropic state)은 액정(130a)이 제1 전극부(110)와 제2 전극부(120)에 대해 수직한 방향으로 배열되어 있는 것을 말한다.
배향부재(150)는 액정부(130)의 상부 및 하부에 위치한다. 즉, 배향부재(150)는 제1 전극부(110)를 구성하는 제1 전극(112)에 형성되는 제1 배향막과 제2 전극부(120)를 구성하는 제2 전극(122)에 형성되는 제2 배향막으로 이루어질 수 있다.
배향부재(150)는 폴리이미드(polyimide) 계열, 포스파티딜콜린(phosphatidylcholine, PPC) 계열 중 어느 하나로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이외에도 배향부재(150)는 HTAB(hexadecyltrimethylammonium Bromide) 혹은 CTAB(cetyl trimethyl ammonium bromide)를 이소프로필알코올(isopropyl alchol, IPA)과 같은 솔벤트(solvent)에 섞어서 제1 전극(121) 및 제2 전극(122)에 코팅 후 솔벤트를 증발시킴으로써 형성될 수도 있다.
도 1에서는 배향부재(150)가 액정부(130)의 상부 및 하부 모두에 위치하는 것으로 도시되었으나, 배향부재(150)는 액정부(130)의 상부 및 하부 중 어느 하나에만 위치할 수도 있다.
굴절률 매칭층(refractive index matching layer, 180)이 광 제어 장치(100) 내부에 배치된다. 즉, 도 1을 참조하면 굴절률 매칭층(180)은 배향부재(150)와 액정부(130)의 사이에 배치된다. 이외에도 굴절률 매칭층(180)은 제1 전극부(110)와 배향부재(150)의 사이 및 제2 전극부(120)와 배향부재(150)의 사이에 배치될 수 있다.
굴절률 매칭층(180)은 폴리머, 광학용 투명 접착제 중 하나인 OCA(optical clear adhesive), 열 또는 UV 경화가 가능한 유기고분자 화합물질과 같은 유기화합물 점착제 중 어느 하나로 이루어질 수 있으며 1.3 내지 1.9의 굴절률을 가진다. 본 발명의 광 제어 장치(100)를 구성하는 제1 전극부(110) 및 제2 전극부(120)는 1.6 내지 1.8의 굴절률을 가지고, 액정부(130)는 1.3 내지 1.6의 굴절률을 가질 수 있다.
이때 광 제어 장치(100) 내부에 굴절률 매칭층(180)이 없을 경우, 광 제어 장치(100) 내부로 빛이 입사하게 되면 제1 전극부(110) 및 제2 전극부(120)와 액정부(130) 간의 굴절률 차이로 인해 프레넬 반사(fresnel reflection)가 일어날 수 있다.
보다 구체적으로 광 제어 장치(100)가 투명 모드로 구현될 경우, 빛이 광 제어 장치(100) 내부로 진행하는 과정에서 제2 전극부(120)를 통과한 빛이 액정부(130)로 입사할 때 굴절률 차이로 인하여 상당량의 빛은 액정부(130) 밖으로 반사될 수 있다. 이후 액정부(130)를 통과한 빛이 다시 제1 전극부(110)를 통과할 때 제1 전극부(110)와 액정부(130) 간의 굴절률 차이로 인하여 또 다시 상당량의 빛은 액정부(130) 안쪽 방향으로 반사될 수 있다. 이와 같이 광 제어 장치(100)가 투명 모드로 구현될 경우 프레넬 반사에 의해 상당량의 빛이 광 제어 장치(100)를 통과하지 못하고 반사하게 되어 투명도가 떨어질 수 있다.
반면 본 발명의 실시예에 따라 배향부재(150)와 액정부(130) 사이에 굴절률 매칭층(180)이 배치되는 경우, 빛이 광 제어 장치(100)를 통과하는 동안 프레넬 반사가 거의 일어나지 않을 수 있다. 즉 굴절률 매칭층(180)에 의해 제1 전극부(110)와 액정부(130) 간의 굴절률 차이 및 제2 전극부(120)와 액정부(130) 간의 굴절률 차이가 줄어들게 된다.
따라서 광 제어 장치(100)가 투명 모드로 구현되는 동안 외부로부터 입사되는 빛은 손실 없이 그대로 광 제어 장치(100) 내부를 통과할 수 있기 때문에 사용자에게 높은 투명도를 제공할 수 있다.
또한 앞서 언급한 바와 같이 굴절률 매칭층(180)은 폴리머, 광학용 투명 접착제 중 하나인 OCA(optical clear adhesive), 열 또는 UV 경화가 가능한 유기고분자 화합물질과 같은 유기화합물 점착제 중 어느 하나로 이루어질 수 있기 때문에 광 제어 장치(100) 내부에서 발생할 수 있는 단선을 방지할 수 있다. 보다 구체적으로 광 제어 장치(100)에 물리적으로 압력이 가해질 경우 제1 전극부(110)와 제2 전극부(120)는 서로 맞닿게 되어 광 제어 장치(100) 내부에서는 단선이 발생할 수 있다. 또한 광 제어 장치(100) 제조공정 중 발생하는 미세한 이물질이 액정부(130)의 액정(130a)과 함께 섞일 가능성이 있다. 이러한 이물질은 액정부(130) 내에서 제1 전극부(110)와 제2 전극부(120)의 전기적 연결을 가능하게 하는 전도체의 역할을 하게 되어, 광 제어 장치(100) 내부에서는 제1 전극부(110)와 제2 전극부(120)가 단선되는 문제가 발생할 수 있다.
그러나 본 발명의 실시예에 따른 굴절률 매칭층(180)은 앞서 언급한 바와 같은 재질로 이루어지기 때문에 절연체(insulator) 역할을 할 수 있다. 따라서 굴절률 매칭층(180)은 광 제어 장치(100) 내부에서 단선이 발생하는 것을 방지할 수 있으며 이를 통해 광 제어 장치(100)의 구동 신뢰성을 높일 수 있다.
다만, 굴절률 매칭층(180)은 광 제어 장치(100)에 필수적으로 포함되어야 하는 구성요소는 아니며, 광 제어 장치(100)에 선택적으로 채용될 수 있다.
액정부(130)는 제1 전극부(110)와 제2 전극부(120) 사이에 위치한다. 구체적으로, 도 1을 참조하면 액정부(130)는 굴절률 매칭층(140) 사이에 배치된다.
액정부(130)는 액정(130a), 격벽(160) 및 그물막(170)을 포함한다. 액정(130a)은 네거티브 액정 또는 DFLC(dual frequency liquid crystal) 중 어느 하나일 수 있다. 액정(130a)의 종류에 따른 광 제어 장치(100)의 구동 방법에 대해서는 후술한다.
발색부재(140)는 액정부(130) 내부에 위치하며, 액정부(130) 내에서 액정(130a)과 함께 섞여있다. 발색부재(140)는 액정부(130)에 전압이 인가되어 액정(130a)의 상이 변화할 경우 발색부재(140)는 근처에 위치하는 액정(130a)의 상 변화를 따라서 발색부재(140)의 배열도 변화하게 된다.
발색부재(140)는 색을 가지는 염료(dye)로 이루어질 수 있으며 블랙(black), 레드(red), 그린(green), 블루(blue), 옐로우(yellow) 중 어느 하나의 색을 가지거나 또는 이들의 혼합으로 이루어지는 색을 가질 수 있다. 예를 들어 광 제어 장치(100)가 표시 장치를 구성하는 투명 표시 패널의 배면에 결합될 경우 영상을 구현하는 동안에는 영상의 시인성을 향상시키기 위하여 배면으로부터 들어오는 빛을 차단해야 하는데 이때에는 발색부재(140)는 블랙을 가지는 염료로 이루어질 수 있다. 이외에도 광 제어 장치(100)가 사용되는 장소와 목적에 따라 발색부재(140)가 가질수 있는 색을 선택적으로 변경함으로써 사용자에게 심미적 효과를 제공할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이 제1 전극부(110)와 제2 전극부(120) 사이, 즉 액정부(130) 내부에는 격벽(160)이 위치한다. 광 제어 장치(100) 내에서의 격벽(160)의 위치는 자유롭게 변경 가능하다.
격벽(160)은 빛을 통과시킬 수 있는 투명한 재질의 광경화성 모노머(monomer)로 만들어질 수 있다. 보다 구체적으로 광경화성 모노머(uv curable monomer)로 격벽(160)을 만들 경우, 광경화성 모노머는 330nm 내지 360nm 범위의 UV 파장대 또는 360nm 내지 380nm 범위의 UV 파장대에 반응하는 모노머일 수 있다. 이외에도 격벽(160)은 예를 들어 빛을 통과시킬 수 있는 투명한 재질의 포토 레지스트(photo resist), 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane), 광경화성 모노머(uv curable monomer), RM(Reactive Mesogen) 계열, NOA(Norland Optical Adhesive) 계열, Bisphenol A Dimethacrylate 계열로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 모노머로부터 폴리머화된 폴리머로 이루어질 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다. 다만 후술할 그물막(network, 170)이 광경화성 모노머로 만들어질 경우, 격벽(160)을 만들기 위한 광경화성 모노머는 그물막(170)를 만들기 위한 광경화성 모노머와 서로 다른 파장대에 반응하는 모노머이다. 즉, 격벽(160)을 만들기 위한 광경화성 모노머는 그물막(170)을 만들기 위한 광경화성 모노머와 다른 파장대에서 광경화에 의해 경화된다. 여기서 RM(Reactive Mesogen) 계열 모노머는 봉상(rod like) 형상의 액정 상을 갖는 물질일 수 있다. RM(Reactive Mesogen) 계열 모노머는 그 말단기가 자외선(UV) 또는 열에 의하여 중합이 가능할 수 있다. UV에 의해 중합이 가능한 말단기는 아크릴레이트(acrylate), 에틸렌(ethylene), 아세틸렌(acetylene), 스티렌(stylene) 중 어느 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 그리고, 열에 의해 중합이 가능한 말단기는 옥세탄(oxetane) 또는 에폭시(epoxy) 중 어느 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이렇게 광경화성 모노머를 통해 만들어지는 격벽(160)은 외부로부터 가해지는 힘에 대해 액정부(130)의 내부를 보호할 수 있다. 따라서, 상술한 바와 같은 격벽(160)을 포함하는 광 제어 장치(100)는 플렉서블(flexible)한 투명 표시 장치에 적용이 가능하다. 또한, 제1 전극부(110)와 제2 전극부(120)가 맞닿아 단선이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 격벽(160)은 공간과 공간 사이를 구분하는 기능을 할 수 있으며, 격벽(160)에 의해 정의되는 각각의 공간마다 액정(130a)을 형성할 수 있다.
이외에도 액정부(130) 내부에 격벽(160)를 형성함으로써 액정부(130) 내부에 포함되어 있는 발색부재(140)가 특정 영역으로 쏠리는 것을 방지할 수 있다. 보다 구체적으로 액정부(130)의 내부는 격벽(160)에 의해 여러 구획(또는 영역)으로 나뉘게 되며 각 구획에 위치하는 발색부재(140)는 다른 구획으로 이동할 수 없게 된다. 만약 액정부(130) 내부에 격벽(160)가 없다면 외부의 압력 또는 광 제어 장치(100)가 위치하는 상태에 따라서 발색부재(140)는 액정부(130) 내에서 자유롭게 움직일 수 있게 된다. 따라서, 발색부재(140)가 액정부(130) 내에 전체적으로 고르게 분포하지 못한 상태에서 광 제어 장치(100)가 차광 모드로 구현될 경우 일부 영역에서는 빛이 새는 문제점이 발생할 수 있다. 하지만 본 발명의 실시예와 같이 액정부(130) 내에 격벽(160)이 배치되고 격벽(160)에 의해 형성된 구획 안에 발색부재(140)가 위치하는 구조에서는 발색부재(140)의 이동이 매우 제한적이기 때문에, 광 제어 장치(100)는 전체적으로 고르게 차광 모드를 구현할 수 있고, 광 제어 장치(100)의 차광 모드에서의 차광율이 향상될 수 있다..
발색부재(140)의 중량비는 광 제어 장치(100)가 적용되는 표시 장치의 종류에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 광 제어 장치(100)가 실내에 배치되는 투명 표시 장치인 경우, 광 제어 장치(100)가 투명 모드에서 높은 투과율을 갖는 것이 중요하므로, 발색부재(140)의 중량비는 상대적으로 작은 것이 바람직하다. 또한, 광 제어 장치(100)가 실외에 배치되는 투명 표시 장치인 경우, 광 제어 장치(100)가 차광 모드에서 높은 차광율을 갖는 것이 중요하므로, 발색부재(140)의 중량비는 상대적으로 큰 것이 바람직하다. 몇몇 실시예에서, 발색부재(140)의 중량비는 1wt%일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
그물막(170)은 액정부(130) 내부에 폴리머 네트워크(polymer networked) 형태로 위치한다. 그물막(170)은 빛을 통과시킬 수 있는 투명한 재질의 광경화성 모노머 또는 투명한 재질의 열경화성 모노머로 만들어진다.
광경화성 모노머로 그물막(170)을 만들 경우 330nm 내지 360nm 범위의 UV 파장대 또는 360nm 내지 380nm 범위의 UV 파장대에 반응하는 모노머일 수 있다. 이외에도 그물막(170)은 예를 들어 빛을 통과시킬 수 있는 투명한 재질의 포토 레지스트(photo resist), 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane), 광경화성 모노머(uv curable monomer), RM(Reactive Mesogen) 계열, NOA(Norland Optical Adhesive)계열, Bisphenol A Dimethacrylate 계열로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 모노머로부터 폴리머화된 폴리머로 이루어질 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다.
다만, 격벽(160)을 광경화성 모노머로 만드는 경우, 격벽(160)을 만들기 위한 모노머와 그물막(170)을 만들기 위한 모노머는 서로 다른 파장대의 빛에 반응할 수 있다. 예를 들어, 격벽(160)은 360nm 내지 380nm 범위의 UV 파장대에서 경화하는 광경화성 모노머를 이용하여 만들고, 그물막(170)은 330nm 내지 360nm 범위의 UV 파장대에서 경화하는 광경화성 모노머를 이용하여 만들 수 있다.
한편, 격벽(160)을 광경화성 모노머로 만드는 반면 열경화성 모노머로 그물막(170)을 만드는 경우, 그물막(170)을 만들기 위한 모노머는 핫 플레이트(hot plate)와 같은 제조장치에 의해 제공되는 열에 반응하는 모노머일 수 있으며, 예를 들어 상온(20℃±5℃) 내지 50℃ 또는 50℃ 내지 80℃에서 열경화가 되는 모노머가 사용될 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다.
그리고 굴절률 차이에 의한 왜곡 현상을 최소화하기 위해 그물막(170)을 만들기 위한 광경화성 모노머 또는 열경화성 모노머는 액정부(130)의 액정(130a)의 단축 방향이 가지는 굴절률과 동일한 범위 내에 있는 굴절률을 가지는 물질이어야 한다. 예를 들어, 액정부(130)가 굴절률이 1.4인 액정(130a)으로 구성한다면 그물막(170)의 재질로 사용될 광 경화성 모노머는 굴절률이 1.4인 것을 선택할 수 있다.
광경화성 모노머 또는 열경화성 모노머로 액정부(130) 내부에 폴리머 네트워크(polymer networked) 형태로 형성된 그물막(170)은 도 3에서 후술할 차광 모드에서 액정(130a)을 무질서(random)하게 배열하여 산란 효과를 향상시킬 수 있다.
격벽(160)을 만들기 위한 모노머는 중합속도가 느리고, 격벽(160)을 만들기 위한 모노머의 확산 작용(Diffusion)에 의한 확산 속도는 그물막(170)을 만들기 위한 모노머의 확산 작용(Diffusion)에 의한 확산 속도보다 상대적으로 빨라 상분리가 잘될 수 있다. 반면에, 그물막(170)을 만들기 위한 모노머는 중합속도가 빠르고, 그물막(170)을 만들기 위한 모노머의 확산 작용(Diffusion)에 의한 확산 속도는 격벽(160)을 만들기 위한 모노머의 확산 작용(Diffusion)에 의한 확산 속도보다 상대적으로 느려 상분리가 잘 되지 않는다. 광 제어 장치(100)의 전체에서, 격벽(160)의 개수는 그물막(170)의 개수보다 적다. 또한, 격벽(160)은 광 제어 장치(100)에서 일정 간격을 가지고 형성되나, 그물막(170)은 광 제어 장치(100)에서 많은 개수로 형성된다. 따라서, 격벽(160)을 만들기 위한 경화 공정에서 격벽(160)을 만들기 위한 모노머는 빠르게 이동하여 격벽(160)이 형성될 위치에 있어야 한다. 다만, 그물막(170)을 만들기 위한 경화 공정에서 그물막(170)은 광 제어 장치(100) 전체에 형성되어야 하므로, 그물막(170)을 만들기 위한 모노머는 격벽(160)을 만들기 위한 모노머보다 확산 작용(Diffusion)에 의한 확산 속도가 느려야 한다. 즉, 중합 속도나, 확산 작용에 의한 확산 속도가 다른 모노머를 사용하여 격벽(160)과 그물막(170)을 동시에 포함하는 광 제어 장치(100)를 형성할 수 있다.
추가적으로 그물막(170)은 액정부(130) 내부에서 그물 모양의 구조를 이루기 때문에 제1 전극부(110) 및 제2 전극부(120) 사이의 지지구조의 역할을 할 수 있다.
도 1에 도시되지는 않았으나 스페이서가 제1 전극부(110)와 제2 전극부(120) 사이에 배치될 수 있다. 구체적으로, 스페이서는 제1 전극부(110), 제2 전극부(120) 또는 제1 전극부(110) 및 제2 전극부(120) 모두에 배치될 수 있다. 스페이서는 볼(ball) 형상일 수도 있고, 길쭉한 모양일 수도 있으나, 스페이서의 형상이 이에 제한되는 것은 아니다. 스페이서는 액정부 내에 분산되어 액정부(130)의 셀 갭을 결정하는 동시에 셀 갭을 지지할 수 있다. 스페이서는 실리카(silica, SiO2) 계열로 이루어질 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면 광 제어 장치(100)의 제조 공정에 있어서, 제1 전극부(110)와 제2 전극부(120)를 합착한 후 액정부(130)를 형성하기 위한 액정(130a)을 제1 전극부(110)와 제2 전극부(120)의 사이에 형성한다. 그리고. 액정부(130)의 셀 갭을 유지하기 위하여 제1 전극부(110)와 제2 전극부(120) 사이에 스페이서를 위치시킨 후 제1 전극부(110)와 제2 전극부(120)를 서로 합착한다. 이때 스페이서의 크기(높이) 및 개수에 의해서 광 제어 장치(100)의 셀 갭이 결정되는 동시에 앞서 설명한 격벽(160)의 높이도 함께 결정될 수 있다.
이하에서는, 도 2 및 도 3을 참조로 광 제어 장치(100)의 투명 모드 및 차광 모드의 구동 방식을 설명한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 광 제어 장치(100)의 초기 상태(normally)에서의 액정부(130)의 액정(130a)의 상(state)은 호메오트로픽 상(homeotropic state)이기 때문에 광 제어 장치(100)는 외부로부터 들어오는 빛(L)을 통과시키는 투명 모드로 구동한다. 여기서 초기 상태라 함은 광 제어 장치(100)의 제조공정이 완료된 후 제1 전극부(110) 및 제2 전극부(120)에 전압이 인가되지 않은 상태, 제1 전극부(110)와 제2 전극부(120) 사이에 전압이 인가되지 않은 상태 또는 제1 전극부(110)와 제2 전극부(120) 사이에 전압 차이가 없는 상태를 포함한다.
다시 말하면 액정부(130)의 액정(130a)은 수직 배향물질로 이루어지는 배향부재(150)에 의해 호메오트로픽 상인 상태로 경화되기 때문에 액정부(130)의 액정(130a)은 광 제어 장치(100)의 초기 상태에서는 호메오트로픽 상을 유지할 수 있다.
따라서, 광 제어 장치(100)는 초기 상태에서는 외부로부터 들어온 빛(L)을 통과시키는 상 배열을 이루고 있기 때문에, 초기 상태에서 투명 모드를 구현할 수 있으므로, 광 제어 장치(100)의 소비 전력이 감소될 수 있다.
도 3에 도시한 바와 같이 액정부(130)의 액정(130a)은 초기 상태에서 호메오트로픽 상(homeotropic state)으로 이루어져 있기 때문에, 액정부(130)가 무질서한 상(random state)을 가지기 위해서는 제1 전극부(110)와 제2 전극부(120)에 전압 차이를 만들어야 하므로, 액정부(130)에 전압을 인가하여야 한다. 본 명세서에서 무질서한 상은 도 3에 도시된 바와 같이 액정부(130)의 액정(130a)이 제1 전극부(110) 및 제2 전극부(120) 또는 제1 기판(111) 및 제2 기판(121)에 대해서 무질서(random)하게 배열된 상태를 말한다. 다시 말하면 액정(130a)이 무질서하게 배열된다는 것은 도 3에 도시된 좌표계를 기준으로 액정(130a)이 전계에 의해 X 방향으로 눕거나 Z 방향으로 눕는 것을 말한다.
구체적으로, 액정(130a)이 네거티브 액정일 경우, 액정(130a)의 단축이 전계 방향에 대해 움직이므로, 제1 전극부(110)와 제2 전극부(120)에 전압을 공급하여 수직 전계를 형성하여 액정(130a)이 호메오트로픽 상에서 무질서한 상으로 변화할 수 있다. 여기서, 제1 전극부(111)와 제2 전극부(112)에 인가되는 전압의 차이는 5V 이상이지만 이에 제한되는 것은 아니다.
그리고 액정(130a)이 주파수를 이용하여 상이 전환되는 DFLC일 경우, 제1 전극부(110)와 제2 전극부(120)에는 일정한 주파수를 가지는 전압을 인가하면 되는데, 예를 들어, 10KHz 내지 1MHz를 가지는 임의의 구동 전압을 공급하여 액정(130a)이 호메오트로픽 상에서 무질서한 상으로 변화할 수 있다. 다만, 이 주파수의 범위가 제한되는 것은 아니다.
이에 따라서, 액정부(130)는 외부로부터 들어오는 빛을 산란시킬 수 있는 무질서한 상을 가질 수 있다. 또한 도 3에 도시된 바와 같이 발색부재(170)도 액정(130a)을 따라 배열이 바뀐다. 보다 구체적으로 액정부(130)가 발색부재(140)를 액정부(130) 내부에 포함하지 않는 상태에서 빛을 산란할 경우 우유 빛깔의 불투명한 상태, 예를 들어 불투명한 흰색 또는 회색 계열의 색을 표시하게 됨으로써 결과적으로는 외부로부터 들어오는 빛을 산란할 수 있다. 또한, 외부로부터 들어오는 빛은 그물막(170)를 통하여 더 산란될 수 있다. 그러나 본 발명의 실시예에 따른 광 제어 장치(100)는 액정부(130) 내부에 색을 가지는 염료로 이루어질 수 있는 발색부재(140)를 포함한다. 따라서 액정부(130) 내부에서 산란된 빛의 일부는 광 제어 장치(100) 밖으로 나갈 수도 있지만 대다수의 빛은 최종적으로 발색부재(140)에서 산란 및 흡수가 이루어지므로 액정부(130)는 발색부재(140)가 가지는 색을 표시하게 되고, 이에 따라 외부로부터 들어오는 빛이 차단될 수 있다.
광 제어 장치(100)가 차광 모드에서 다시 도 2에 도시된 바와 같은 투명 모드로 전환하는 방법은 다음과 같다. 먼저 액정부(130)의 액정(130a)이 네거티브 액정일 경우, 광 제어 장치(100)의 제1 전극부(110) 및 제2 전극부(120)에 공급한 전압을 차단하면, 액정부(130)의 액정(130a)은 무질서한 상에서 호메오트로픽 상으로 상 전이되므로, 광 제어 장치(100)는 투명 모드로 전환된다.
또한 액정부(130)가 DFLC일 경우, 광 제어 장치(100)의 제1 전극부(110) 및 제2 전극부(120)에 공급한 전압을 차단하거나 일정한 주파수를 가지는 전압을 공급하면, 액정부(130)의 액정(130a)은 무질서한 상에서 호메오트로픽 상으로 상 전이된다, 무질서한 상에서 호메오트로픽 상으로 상 전이됨으로써, 광 제어 장치(100)는 투명 모드로 전환된다.
도 4a 내지 도 4d는 광 제어 장치의 전극부의 다양한 실시예들의 단면도이다. 본 실시예를 설명함에 있어 이전 실시예와 동일 또는 대응되는 구성요소에 대한 설명은 생략하기로 한다.
도 4a 내지 도 4d에 도시한 바와 같이, 제1 전극부(110) 또는 제2 전극부(120) 중 적어도 하나는 복수의 패턴 전극을 포함할 수 있다. 즉, 제1 전극부(110)의 제1 전극(112a) 및 제2 전극부(120)의 제2 전극(122b) 중 적어도 하나는 복수의 패턴 전극일 수 있다.
제1 전극부(110)의 제1 전극(112a)이 복수의 패턴 전극이거나, 제2 전극부(120)의 제2 전극(122b)이 복수의 패턴 전극인 경우, 액정부(130)가 포지티브 액정일 수 있다. 액정부(130)의 액정(130a)이 포지티브 액정일 경우, 액정(130a)의 장축이 전계 방향에 대해 움직이므로, 제1 전극부(110)와 제2 전극부(120)에 전압을 공급하여 수평 전계를 형성하여야 한다. 다만, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 제1 전극부(110)와 제2 전극부(120)가 전극을 포함하는 경우에는 수평 전계를 형성할 수 없다. 이에, 액정부(130)가 포지티브 액정인 경우, 광 제어 장치(100)의 제1 전극부(110) 또는 제2 전극부(120)는 도 4a 내지 도 4d에 도시된 바와 같이 복수의 패턴 전극을 가져야 한다.
이때 액정부(130)가 호메오트로픽 상의 투명 모드에서 무질서한 상으로 변화하여 차광모드로 전환하기 위해 제1 전극부(110) 또는 제2 전극부(120) 중 패턴 전극을 포함하는 전극부에 전압을 공급하여 수평 전계를 형성할 수 있다. 즉, 패턴 전극에는 수평 전계가 인가될 수 있다. 예를 들어, 도 4a에 도시된 바와 같이 제1 전극부(110)의 제1 전극(112a)이 복수의 패턴 전극으로 구성되는 경우, 각각의 패턴 전극(112a)은 이웃하는 패턴 전극(112a)과 다른 극성의 전압이 인가되도록 구성된다. 예를 들어 어느 하나의 패턴 전극에 양(+)의 전압이 인가되면 해당 패턴 전극과 이웃하는 패턴 전극에는 음(-)의 전압이 인가될 수 있다. 즉, 홀수번째 패턴 전극(112a)들은 홀수번째 패턴 전극(112a)끼리 동일한 전압이 인가되고, 짝수번째 패턴 전극(112a)들은 짝수번째 패턴 전극(112a)끼리 동일한 전압이 인가될 수 있다. 따라서, 서로 인접하는 복수의 패턴 전극(112a) 간에 전압 차이를 발생시켜 수평 전계를 형성할 수 있다. 서로 인접하는 패턴 전극에 인가되는 전압의 차이는 5V 이상이지만 이에 제한되는 것은 아니다. 그리고, 제2 전극부(120)의 제2 전극(122)은 복수의 패턴 전극(112a) 중 하나와 동일한 전압이 인가될 수 있다. 도 4b에 도시된 바와 같이 제2 전극부(120)의 제2 전극(122b)이 복수의 패턴 전극으로 구성되는 경우에도 상술한 바와 같이 전압이 인가될 수 있다.
그리고 액정부(130)가 무질서한 상의 차광 모드에서 호메오트로픽 상으로 변화하여 투명 모드로 전환하기 위해서는 제1 전극부(110)와 제2 전극부(120) 사이에 전압을 인가하지 않으면 된다.
이때 도 4c에 도시된 바와 같이 제1 전극(112a)과 제2 전극(122b)이 모두 패턴 전극으로 이루어질 경우에는 제1 전극(112a)과 제2 전극(122b)에 수평 전계를 인가하면 액정(130a)의 상을 변화시킬 수 있는 전계가 생성되기 때문에 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이 패턴 전극이 한쪽에만 형성되는 경우에 비해서 작은 전압을 인가하여도 호메오트로픽 상에 무질서한 상 배열로 쉽게 상 변화시킬 수 있다. 제1 전극(112a)과 제2 전극(122b)에 수평 전계를 인가하는 방법은 도 4a를 참조하여 설명한 방법과 동일하므로 중복 설명을 생략한다. 따라서, 제1 전극(112a)과 제2 전극(122b)이 모두 패턴 전극으로 이루어질 경우 광 제어 장치(100)는 저 전압으로 구동이 가능하며 상 변화가 보다 쉽게 일어나는 동시에 상 전환 시간을 단축할 수 있다.
또는, 도 4d에 도시된 바와 같이 제1 전극부(110)는 제1 기판(111)으로 이루어지고, 제2 전극부(120)의 제2 전극(122b)이 패턴 전극으로 이루어질 수 있다. 즉, 하나의 기판에는 전극이 형성되지 않고, 다른 하나의 기판에 패턴 전극이 형성되어, 다른 하나의 기판에 형성된 패턴 전극을 사용하여 액정(130a)의 상을 변화시킬 수 있는 전계가 생성될 수 있다. 도 4d에서는 제1 전극부(110)는 제1 기판(111)으로 이루어지고 제2 전극부(120)의 제2 전극(122b)이 패턴 전극으로 이루어지는 것으로 도시하였으나, 제1 전극부(120)의 제2 전극이 패턴 전극으로 이루어지고 제2 전극부(120)가 제2 기판(121)으로 이루어질 수도 있다.
도 5는 광 제어 장치의 전극부의 다른 실시예의 단면도이다. 본 실시예를 설명함에 있어 이전 실시예와 동일 또는 대응되는 구성요소에 대한 설명은 생략하기로 한다. 이하, 이를 참조하여 본 실시예에 따른 광 제어 장치에 대해 설명하기로 한다.
도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 제어 장치(200)는 제1 전극부(210), 제2 전극부(220), 액정부(230), 발색부재(240), 배향부재(250), 격벽(260), 그물막(270) 및 스페이서를 포함한다.
그리고 광 제어 장치(200)를 구성하는 액정부(230), 발색부재(240), 배향부재(250), 격벽(260), 그물막(270) 및 스페이서는 도 1을 참조로 설명한 광 제어 장치(100)를 구성하는 액정부(130), 발색부재(140), 배향부재(150), 격벽(160), 그물막(170) 및 스페이서와 동일하다.
다만 도 5를 참조하면, 제1 전극부(210)는 제1 기판(211), 복수의 패턴 전극인 제1 전극(212a), 공통 전극(213) 및 절연층(214)으로 구성된다. 이 경우, 제1 기판(211) 위에 공통 전극(213)이 위치하고, 공통 전극(213) 위에 절연층(214)이 위치하며 절연층(214) 위에는 제1 전극(212a)이 위치한다. 공통 전극(213)은 도 5에 도시된 바와 같이 제1 기판(211)의 전체 영역에 걸쳐서 형성될 수 있고, 특정 영역 단위로 패터닝될 수 있다. 따라서, 공통전극(213)은 복수의 패턴 전극인 제1 전극(212a)과 중첩하도록 배치될 수도 있다. 그리고, 평면 상에서 제1 전극(212a)의 형상은 직선 형상(straight shape) 또는 지그재그 형상(zigzag shape) 으로 형성할 수 있다. 지그재그 형상은 제1 전극(212a)의 적어도 하나가 벤딩 부분(bending portion)을 갖는 형상을 의미하며, 지그재그 형상은 벤딩 부분을 적어도 하나 이상 포함할 수 있다.
절연층(214)은 SiNx, SiOx 등의 실리콘 질화물(Silicon Nitride) 또는 실리콘 산화물(Silicon Oxide)과 같은 무기계 절연물질로 이루어질 수 있지만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니다. 이외에도 절연층(214)은 포토아크릴(Photo acryl) 또는 벤조사이클로부텐(BCB) 등과 같은 유기계 절연물질로 이루어질 수도 있다.
또한, 제2 전극부(220)는 제2 기판(221), 복수의 패턴 전극인 제2 전극(222b), 공통 전극(223) 및 절연층(224)으로 구성된다. 이 경우, 제2 기판(221) 위에 공통 전극(223)이 위치하고, 공통 전극(223) 위에 절연층(224)이 위치하며 절연층(224) 위에는 제2 전극(222b)이 위치한다. 제2 전극부(220)의 절연층(224)은 제1 전극부(210)의 절연층(214)과 동일한 물질로 이루어질 수 있다. 공통 전극(223)은 도 5에 도시된 바와 같이 제2 기판(221)의 전체 영역에 걸쳐서 형성될 수 있고, 특정 영역 단위로 패터닝될 수 있다. 따라서, 공통전극(223)은 복수의 패턴 전극인 제2 전극(222b)과 중첩하도록 배치될 수도 있다. 그리고, 평면 상에서 제2 전극(222b)의 형상은 직선 형상(straight shape) 또는 지그재그 형상(zigzag shape) 으로 형성할 수 있다. 지그재그 형상은 제2 전극(222b)의 적어도 하나가 벤딩 부분(bending portion)을 갖는 형상을 의미하며, 지그재그 형상은 벤딩 부분을 적어도 하나 이상 포함할 수 있다.
그리고, 공통 전극(213) 위에 제1 전극(212a)이 위치하고, 공통 전극(223) 위에 제2 전극(222b)이 위치함으로써, 액정부(230)에 수평 전계뿐만 아니라 수직 전계가 인가되도록 할 수도 있다. 이하에서는 도 5에 도시된 본 실시예에 따른 광 제어 장치(200)의 투명 모드 및 차광 모드의 구동 방식을 설명한다.
광 제어 장치(200)는 초기 상태(normally)에서 액정부(230)의 액정(230a)의 상(state)이 호메오트로픽 상이기 때문에, 광 제어 장치(200)는 외부로부터 들어오는 빛을 통과시키는 투명 모드로 구동한다.
이후, 광 제어 장치(200)의 제1 및 제2 전극부(210, 220)에 전압을 공급하여 액정부(230)에 전압이 인가하면, 액정부(230)의 액정(230a)은 호메오트로픽 상에서 플래너 상을 포함하는 임의의(random) 틸트 각(tilt angle)을 가지는 무질서한 상으로 변한다.
구체적으로, 액정부(230)의 액정(230a)이 포지티브 액정일 경우, 액정(230a)의 장축이 전계 방향에 대해 움직이므로, 제1 전극부(210)와 제2 전극부(220)에 전압을 공급하여 수평 전계를 형성하여 액정(230a)이 호메오트로픽 상에서 플래너 상을 포함하는 임의의(random) 틸트 각(tilt angle)을 가지는 무질서한 상으로 변화할 수 있다. 구체적으로, 제1 전극부(210)의 제1 전극(212a)과 공통 전극(213)은 서로 다른 극성의 전압이 공급되도록 구성되고, 제2 전극부(220)의 제2 전극(222b)과 공통 전극(223)은 서로 다른 극성의 전압이 공급되도록 구성된다. 따라서, 제1 전극(212a)과 공통 전극(213)에 수평 전계가 인가되고, 제2 전극(222b)과 공통 전극(223)에 수평 전계가 인가된다. 예를 들어 제1 전극(212a) 및 제2 전극(222b)에 양(+)의 전압이 인가되면 공통 전극(213, 223)에는 음(-)의 전압이 인가될 수 있다. 따라서, 제1 전극부(210)의 제1 전극(212a)과 공통 전극(213) 사이에 전압 차이를 만들어 액정부(230)에 수평 전계를 인가하고, 제2 전극부(220)의 제2 전극(222b)과 공통 전극(223) 사이에 전압 차이를 만들어 액정부(230)에 수평 전계를 인가할 수 있다. 또한, 서로 마주보는 제1 전극(212a)과 제2 전극(222b)은 동일한 극성의 전압이 인가되도록 구성될 수 있다.
또한 액정부(230)의 액정(230a)이 주파수를 이용하여 상이 전환되는 DFLC일 경우, 제1 전극부(210)와 제2 전극부(220)에는 일정한 주파수(Hz)를 가지는 전압을 인가하면 되는데, 예를 들어, 10KHz 내지 1MHz를 가지는 임의의 주파수를 가지는 전압을 공급하여 액정(420a)이 호메오트로픽 상에서 플래너 상을 포함하는 임의의(random) 틸트 각(tilt angle)을 가지는 무질서한 상으로 변화할 수 있다. 다만, 주파수의 범위가 본 발명을 제한하는 것은 아니다.
이에 따라서, 액정부(230)는 외부로부터 들어오는 빛을 산란시킬 수 있는 무질서한 상을 가질 수 있다. 또한 발색부재(270)도 근처의 액정(230a)을 따라 배열이 바뀐다. 따라서 액정부(230) 내부에서 산란된 빛의 일부는 광 제어 장치(200) 밖으로 나갈 수도 있지만 대다수의 빛은 최종적으로 발색부재(240)에서 산란 및 흡수가 이루어지므로 액정부(230)는 발색부재(240)가 가지는 색을 표시하게 되고, 이에 따라 외부로부터 들어오는 빛이 차단될 수 있다.
한편, 차광 모드에서 투명 모드로 되돌아 가는 방법은 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한 방식과 같다.
도 5에서는 제1 전극부(210) 및 제2 전극부(220) 둘 모두가 복수의 패턴 전극과 공통 전극을 포함하는 것으로 도시되었으나, 제1 전극부(210) 및 제2 전극부(220) 중 하나만이 복수의 패턴 전극 및 공통 전극을 포함할 수도 있다.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 실시예에 따른 광 제어 장치(100)에 대한 제조 단계별 공정 단면도이다. 이를 참조로 본 발명의 실시예에 따른 광 제어 장치(100)를 제조하는 방법은 다음과 같다.
우선 도 6a에 도시된 바와 같이, 유리 계열 또는 투명한 플라스틱 계열로 이루어질 수 있는 제1 기판(111)에 제1 전극(112)을 형성하여 제1 전극부(110)를 준비한다. 그리고 유리 계열 또는 투명한 플라스틱 계열로 이루어질 수 있는 제2 기판(121)에 제2 전극(122)을 형성하여 제2 전극부(120)를 준비한다. 제1 기판(111)에 제1 전극(112)을 형성하고, 제2 기판(121)에 제2 전극(122)을 형성할 때 스퍼터링(Sputtering), 패터닝(patterning), CVD(Chemical Vapor Deposition), 코팅(coating) 방식 등을 이용할 수 있다.
또한 이 과정에서 제1 전극(112) 및 제2 전극(122) 상에 수직배향물질로 이루어지는 배향부재(150)를 형성한다. 즉 배향부재(150)는 폴리이미드(polyimide) 계열, 포스파티딜콜린(phosphatidylcholine, PPC) 계열 중 어느 하나의 물질을 스핀 코팅(Spin coating), 임프린팅(imprinting) 방식을 이용하여 제1 전극(112) 및 제2 전극(122) 상에 형성할 수 있다.
또한 배향부재(150)는 HTAB(hexadecyltrimethylammonium Bromide) 혹은 CTAB(cetyl trimethyl ammonium bromide)를 이소프로필알코올(isopropyl alchol, IPA)과 같은 솔벤트(solvent)에 섞어서 제1 전극(121) 및 제2 전극(122)에 코팅 후 솔벤트를 증발시킴으로써 형성할 수도 있다.
그 다음, 필요에 따라서 배향부재(150)가 형성된 상태에서 제1 전극부(110)와 제2 전극부(120) 사이에 혼합 액정(mixed liquid crystal, 이하 mlc)을 배치하기 전 배향부재(150) 상부에 굴절률 매칭층(180)을 형성할 수도 있다. 추가적으로 제1 전극부(110)와 상기 제2 전극부(120)를 준비하는 단계에 있어서 굴절률 매칭층(180)를 형성하는 단계를 진행할 수 있다. 예를 들어, 제1 기판(111)에 제1 전극(112)을 형성하거나 제2 기판(121)에 제2 전극(122)을 형성한 후 제1 전극(112)의 상부 및 제2 전극(122)의 상부에 굴절률 매칭층(180)을 형성할 수도 있다. 이외에도 제1 기판(111)의 상부에 굴절률 매칭층(180)을 형성하거나 제2 기판(121)의 상부에 굴절률 매칭층(180)을 형성한 후 각각의 굴절률 매칭층(180) 상부에 제1 전극(112) 및 제2 전극(122)를 형성할 수도 있다.
이어서, 제1 전극부(110) 및 제2 전극부(120) 중 적어도 하나에 스페이서를 위치시키고, 스페이서를 사이에 두고 제1 전극부(110)와 제2 전극부(120)를 합착한다.
이어서, 도 6b에 도시된 바와 같이, 액정(130a), 염료(dye)로 이루어지는 발색부재(140), 복수 개의 경화부재(160a, 170a)를 혼합한 혼합 액정(mlc)을 준비한다. 도 6b에서 복수 개의 경화부재(160a, 170a)의 형상은 도 6b에 도시된 형상에 제한되지 않고 다양한 형상일 수 있다. 예를 들어, 제1 모노머(160a)가 RM(Reactive Mesogen)계열 모노머인 경우 경화부재(160a)는 액정 형상일 수 있다.
이때 복수 개의 경화부재(160a, 170a)는 추후 공정을 거쳐 격벽(160) 또는 그물막(170)을 만들기 위한 것이다.
보다 구체적으로 혼합 액정(mlc)에는 복수 개의 경화부재(160a, 170a)를 포함하는데, 복수 개의 경화부재(160a, 170a)는 격벽(160)을 만들기 위한 제1 모노머(160a) 및 그물막(170)을 만들기 위한 제2 모노머(170a)로 구성된다. 제1 모노머(160a) 및 제2 모노머(170a)는 모두 투명 재질의 광경화성 모노머로 구성되거나 투명 재질의 광경화성 모노머와 투명 재질의 열경화성 모노머의 조합으로 이루어질 수 있다. 이때 광경화 방식으로는 예를 들어 UV 조사 방식을 이용할 수 있으며, 열경화 방식으로는 예를 들어 핫 플레이트 방식을 이용할 수 있다.
만약 제1 모노머(160a) 및 제2 모노머(170a)를 광경화성 모노머 만으로 구성할 경우, 앞서 설명한 바와 같이 격벽(160)을 만들기 위한 제1 모노머(160a)와 그물막(170)을 만들기 위한 제2 모노머(170a)가 경화되는 파장대는 서로 다르게 이루어질 수 있다. 예를 들어 앞서 설명한 바와 같이 격벽(160)을 만들기 위한 제1 모노머(160a)인 광경화성 모노머가 360nm 내지 380nm 범위의 UV 파장대에서 반응하는 모노머를 선택한 경우, 그물막(170)를 만들기 위한 제2 모노머(170a)인 광경화성 모노머는 330nm 내지 360nm 범위의 UV 파장대에서 반응하는 모노머를 선택하는 것이 바람직하다.
여기서, 액정(130a)과 경화부재(160a, 170a)의 비율은 80:20 내지 95:5일 수 있다. 액정(130a)의 비율이 혼합 액정(mlc)의 80wt%보다 작은 경우, 액정(130a)에 의한 빛의 산란이 잘 일어나지 않는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 액정(130a)의 비율이 혼합 액정(mlc)의 95wt%보다 큰 경우, 액정(130a)에 의한 빛의 산란이 잘 일어나서 투명 모드가 잘 구현되지 않는 문제가 발생할 수 있다. 이에, 액정(130a)과 경화부재(160a, 170a)의 비율은 80:20 내지 95:5일 수 있다. 또한, 제1 모노머(160a)와 제2 모노머(170a)의 비율은 액정(130a)과 경화부재(160a, 170a)의 비율과 무관하게 1:1 내지 1:2.5일 수 있다. 또는, 격벽(160)이 넓게 형성될 필요가 있는 경우에는 제1 모노머(160a)와 제2 모노머(170a)의 비율은 1:1 내지 2.5:1일 수 있다.
또한, 발색부재(140)는 액정(130a)과 경화부재(160a, 170a)에 비해 상대적으로 소량이고, 발색부재(140)의 양이 경화부재(160a, 170a)의 비율에 영향을 미치지 않으므로, 경화부재(160a, 170a)의 비율은 발색부재(140)의 존재 여부와 무관하게 상술한 내용과 동일하다.
이어서, 혼합 액정(mlc)을 포함하는 혼합 액정부를 제1 전극부(110)와 제2 전극부(120) 사이에 형성한다. 만약 제1 전극부(110)와 제2 전극부(120)가 합착되어 결합된 상태일 경우, 모세관 현상을 이용한 주입 방식을 이용하여 혼합 액정(mlc)을 제1 전극부(110)와 제2 전극부(120) 사이에 형성할 수 있다.
또는 제1 전극부(110)와 제2 전극부(120)가 롤 투 롤(roll to roll) 공정을 이용하여 합착되는 경우, 제1 전극부(110)와 제2 전극부(120)를 합착하면서 동시에 혼합 액정(mlc)을 넣는 스퀴즈(Squeeze) 방식을 이용하여 혼합 액정(mlc)을 제1 전극부(110)와 제2 전극부(120) 사이에 형성할 수 있다.
이후 도 6c에 도시된 바와 같이, UV(자외선)와 같은 광을 혼합 액정(mlc)에 조사하여 1차 경화를 진행하게 되고, 1차 경화를 통해 제1 모노머(160a)를 경화시켜 격벽(160)을 형성할 수 있다.
예를 들어, 격벽(160)을 만들기 위한 광경화성 모노머인 제1 모노머(160a)를 경화시키기 위해 제1 모노머(160a)가 반응하는 UV 파장대의 광을 조사한다. 보다 구체적으로 패턴(PT)을 갖는 마스크(M)를 제1 전극부(110) 또는 제2 전극부(120) 중 어느 하나의 상부에 위치한 후 마스크(M)에 UV를 조사한다. 다시 말하면 홀 형상의 패턴(PT)을 갖는 마스크(M)를 제1 전극부(110) 상부에 위치한 후 UV를 조사한다. 예를 들어, 50 내지 300mW/cm2의 강도로 1 내지 60분의 시간 동안 360nm 내지 380nm 파장의 UV를 조사하는 방식으로 1차 경화 공정이 수행될 수 있다.
보다 구체적으로 UV가 조사된 영역, 즉 마스크(M)의 패턴(PT)과 대응하는 영역에 있는 격벽(160)을 만들기 위한 제1 모노머(160a)는 그물막(170)을 만들기 위한 제2 모노머(170a)보다 중합반응이 느리고, 제1 모노머(160a)의 확산 작용(Diffusion)에 의한 확산 속도는 제2 모노머(170a)의 확산 작용(Diffusion)에 의한 확산 속도보다 상대적으로 빠르다. 따라서, 제1 모노머(160a)는 함께 섞여 있었던 혼합 액정(mlc)으로부터 상 분리가 되면서 경화가 진행된다. 경화가 진행될수록 UV가 조사되는 마스크(M)의 패턴(PT)과 대응하는 영역에서 모노머가 폴리머로 변화한다. 1차 경화 과정이 진행될수록 혼합 액정(mlc) 내에서는 UV가 조사되지 않는 영역에 있는 제1 모노머(160a)는 폴리머가 있는 곳으로 이동하게 된다. 따라서, 혼합 액정(mlc)의 내부에 전체적으로 퍼져 있는 제1 모노머(160a)가 UV가 조사되는 영역으로 모여들게 되면서 최종적으로는 폴리머화된 격벽(160)이 혼합 액정(mlc)의 내부에 형성된다
이로써 격벽(160)이 혼합 액정(mlc)의 내부에 구획을 형성하면서 발색부재(140)를 다른 구획으로 이동하지 못하도록 가둬둘 수 있다. 이 밖에도 격벽(160)은 제1 전극부(110)와 제2 전극부(120) 사이에 형성되기 때문에 광 제어 장치(100)의 내부를 지지할 수 있는 구조물의 역할을 할 수 있다. 이후 도 6d에 도시된 바와 같이 UV와 같은 광을 혼합 액정(mlc)에 조사하여 2차 경화를 진행한다. 보다 구체적으로 격벽(160)이 형성된 혼합 액정(mlc) 전체에 UV를 조사한다.
이때 조사되는 UV는 혼합 액정(mlc) 내에 포함된 제2 모노머(170a)를 경화시키기 위하여, 예를 들어, 10 내지 100mW/cm2의 강도로 10 내지 300초의 시간 동안 330nm 내지 360nm 파장의 UV를 조사하는 방식으로 2차 경화 공정이 수행될 수 있다. 또는, 1차 경화 공정보다 작은 UV 에너지로 2차 경화 공정을 수행할 수 있다. UV 에너지는 UV 강도나 UV 조사 시간을 조절하여 변경할 수 있다. 따라서, 제1 모노머(160a)와 제2 모노머(170a)를 경화하기 위한 UV 에너지를 다르게 할 수 있다.
그물막(170)을 만들기 위한 제2 모노머(170a)는 제1 모노머(160a)보다 중합속도가 빠르고, 제2 모노머(170a)의 확산 작용(Diffusion)에 의한 확산 속도는 제1 모노머(160a)의 확산 작용(Diffusion)에 의한 확산 속도보다 상대적으로 느려 상분리가 되지 않는다. 따라서, 1차 경화 과정 이후 혼합 액정(mlc)에 남아 있는 그물막(170)을 만들기 위한 제2 모노머(170a)가 2차 경화 과정에서 경화된다. 즉, UV가 조사된 혼합 액정(mlc)의 전체 영역에 위치하는 그물막(170)을 만들기 위한 제2 모노머(170a)가 경화됨으로써 혼합 액정(mlc)의 내부에는 폴리머 네트워크(polymer networked) 형태를 가지는 그물막(170)이 형성된다.
이외에도 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 제어 장치에 대한 제조 단계별 공정 단면도인 도 7a 내지 도 7d를 참조로 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 제어 장치(100)를 제조하는 방법은 다음과 같다. 도 7a 내지 도 7d에서는 혼합 액정(mlc)에 포함된 복수 개의 경화부재(160a, 170a) 중 격벽(160)을 만들기 위한 제1 모노머(160b)를 광경화성 모노머로 하고 그물막(170)을 만들기 위한 제2 모노머(170b)를 열경화성 모노머로 선택한 경우를 설명하기로 한다.
그리고 도시된 바와 같이 도 7a, 도 7b, 도 7c에 도시된 단계들은 앞서 설명한 도 6a, 도 6b, 도 6c에 도시된 단계들과 동일한 제조공정이기에 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
도 7d에 도시된 바와 같이, 격벽(160)을 만든 후 혼합 액정(mlc)에 2차 경화를 진행하는데 이때의 2차 경화는 열처리에 의해 수행되는 열경화 단계이다.
만약 제2 모노머(170b)가 상온 내지 50℃에서 경화되는 열경화성 모노머인 경우 상온 내지 50℃ 범위의 열을 가지는 핫 플레이트(H) 상에 혼합 액정(mlc)을 위치시킨 다음 혼합 액정(mlc) 내에서 폴리머 네트워크 형상의 그물막(170)이 만들어질 때까지 계속 열경화를 진행한다. 또한, 제2 모노머(170b)가 50℃ 내지 80℃에서 경화되는 열경화성 모노머인 경우 50℃ 내지 80℃ 범위의 열을 가지는 핫 플레이트(H) 상에 혼합 액정(mlc)을 위치시킨 다음 혼합 액정(mlc) 내에서 폴리머 네트워크 형상의 그물막(170)이 만들어질 때까지 계속 열경화를 진행한다. 이와 같은 열경화 공정으로 제1 모노머(160a)와 제2 모노머(170a)를 독립적으로 경화시킬 수 있고, 격벽(160)과 그물막(170)이 형성될 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 제어 장치의 단면도이다. 본 실시예를 설명함에 있어 이전 실시예와 동일 또는 대응되는 구성요소에 대한 설명은 생략하기로 한다. 이하, 이를 참조하여 본 실시예에 따른 광 제어 장치에 대해 설명하기로 한다.
도 8에 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 제어 장치(300)는 제1 전극부(310), 제2 전극부(320), 액정부(330), 발색부재(340), 배향부재(350), 격벽(360), 그물막(370) 및 스페이서를 포함한다.
그리고 광 제어 장치(300)를 구성하는 제1 전극부(310), 제2 전극부(320), 액정부(330), 발색부재(340), 격벽(360), 그물막(370) 및 스페이서는 도 1을 참조로 설명한 광 제어 장치(100)를 구성하는 제1 전극부(110), 제2 전극부(120), 액정부(130), 발색부재(140), 격벽(160), 그물막(170) 및 스페이서와 동일하다.
다만 도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 배향부재(350)는 액정부(330)와 혼합되어 이루어진다. 즉 배향부재(350)는 액정부(330)와 함께 혼합되어 있으며 제조공정 중 하나인 UV 경화 후 액정부(330) 액정(330a)의 상을 호메오트로픽 상, 즉 제1 전극부(310) 및 제2 전극부(320)에 대하여 수직으로 배열시키는 물질이다. 보다 구체적으로 배향부재(350)는 HTAB(hexadecyltrimethylammonium bromide), CTAB(cetyl trimethyl ammonium bromide), POSS(polyhedral oligomeric silsesquioxane), 덴드로나이즈드 폴리머(dendronized polymer), 덴드리머(dendrimer) 또는 이들의 혼합물 중 어느 하나로 이루어질 수 있으며 이에 대해 한정되는 것은 아니다. 그리고 본 실시예에 따른 광 제어 장치(300)의 투명 모드에서 차광 모드로의 전환 및 차광 모드에서 투명 모드로의 전환하는 과정은 앞서 도 2 및 도 3을 참조로 설명한 광 제어 장치(100)의 구동 방법과 동일하다.
도 9a는 본 발명의 실시예에 따른 광 제어 장치가 적용된 표시 장치를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다. 도 9b는 도 9a의 IX-IX'에 따른 표시 장치의 단면도이다. 도 9a 및 도 9b를 참조하면, 표시 장치(900)는 표시 패널(990) 및 광 제어 장치(100)를 포함한다. 도 9a에서는 설명의 편의를 위해 표시 장치(900)의 복수의 화소(P) 중 일부만을 도시하였고, 표시 장치(900)의 블랙 매트릭스(940) 및 격벽(160)만을 도시하였다.
표시 패널(990)은 영상을 표시하기 위한 패널로서, 예를 들어, 유기 전계 발광 표시 패널일 수 있다. 구체적으로, 표시 패널(990)은 도 9b에 도시된 바와 같이 투과 영역(TA)을 포함하는 투명 유기 전계 발광 표시 패널 또는 투명 플렉서블 유기 전계 발광 표시 패널일 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고, 표시 패널(990)은 다양한 방식으로 영상을 표시할 수 있다.
도 9b를 참조하면, 표시 패널(990)은 유기 발광 소자(930)로부터 발광된 광이 상부 기판(915) 측으로 출광되는 탑 에미션(top emission) 방식의 유기 전계 발광 표시 패널이다. 또한, 표시 패널(990)은 투과 영역(TA)을 포함하는 투명 유기 전계 발광 표시 패널이다.
도 9a 및 도 9b를 참조하면, 표시 패널(990)은 복수의 화소(P)를 포함하고, 각각의 화소(P)는 투과 영역(TA), 발광 영역(EA) 및 회로 영역(CA)을 포함한다. 투과 영역(TA)은 표시 패널(990) 외부로부터 입사하는 외부 광을 투과시키는 영역으로서, 사용자는 투과 영역(TA)을 통해 배경, 즉, 표시 장치(900)의 뒷 배경을 시인할 수 있다. 발광 영역(EA)은 유기 발광 소자(930)로부터 발광된 광이 방출되는 영역으로서, 유기 발광 소자(930)에 의해 영상이 표시되는 영역이다. 회로 영역(CA)은 유기 발광 소자(930)를 구동하기 위한 다양한 회로들이 배치되는 영역으로서, 발광 영역(EA)과 중첩할 수 있다.
도 9b를 참조하면, 표시 패널(990)의 하부 기판(911) 상에 박막 트랜지스터(920)가 배치된다. 구체적으로 박막 트랜지스터(920)는 회로 영역(CA)에 배치되고, 게이트 전극, 액티브층, 소스 전극 및 드레인 전극을 포함한다. 또한, 게이트 전극과 액티브층을 절연시키기 위한 게이트 절연층(912)이 배치된다. 박막 트랜지스터(920) 상에 박막 트랜지스터(920) 상부를 평탄화하기 위한 평탄화층(913)이 배치되고, 평탄화층(913) 상에 유기 발광 소자(930)가 배치된다. 유기 발광 소자(930)는 발광 영역(EA)에 배치되고, 유기 발광층(932)에 정공을 공급하는 애노드(931), 유기 발광층(932) 및 유기 발광층(932)에 전자를 공급하는 캐소드(933)를 포함한다. 애노드(931)는 평탄화층(913)의 컨택홀을 통해 박막 트랜지스터(920)와 전기적으로 연결된다. 상술한 바와 같이, 표시 패널(990)이 탑 에미션 방식의 유기 전계 발광 표시 패널이므로, 애노드(931)는, 예를 들어, 적어도 투명 도전성 산화물(TCO)로 이루어지는 투명 도전층 및 투명 도전층 하부에 배치되고 유기 발광 소자(930)로부터 발광된 광을 표시 패널(990) 상부로 반사시키는 반사층을 포함한다. 다만, 애노드(931)는 투명 도전층만을 포함하는 것으로 정의되고, 반사층은 애노드(931)와 별개의 구성요소인 것으로 정의될 수도 있다. 애노드(931) 상에는 발광 영역(EA)을 정의하는 뱅크(914)가 배치되고, 애노드(931) 및 뱅크(914) 상에 유기 발광층(932) 및 캐소드(933)가 배치된다. 유기 발광층(932)은 특정 색의 광을 발광할 수 있으며, 예를 들어, 백색, 적색, 녹색 및 청색 중 어느 하나의 색의 광을 발광할 수 있다. 이하에서는, 유기 발광층(932)이 백색광을 발광하는 것으로 설명한다. 유기 발광층(932) 상에 캐소드(933)가 배치된다. 상술한 바와 같이, 표시 패널(990)이 탑 에미션 방식의 유기 전계 발광 표시 패널(990)이므로, 캐소드(933)는 투명 도전성 물질 또는 금속 물질로 이루어질 수 있다. 캐소드(933)가 금속 물질로 이루어지는 경우, 매우 얇은 두께로 캐소드(933)가 형성되어 유기 발광층(932)으로부터 발광된 광이 캐소드(933)를 통과할 수 있다.
표시 패널(990)의 상부 기판(915)에 블랙 매트릭스(940)가 배치된다. 블랙 매트릭스(940)는 화소(P)의 경계 및 투과 영역(TA)과 발광 영역(EA)의 경계에 배치된다. 또한, 컬러 필터(950)가 표시 패널(990)의 상부 기판(915)에서 발광 영역(EA)에 배치된다. 컬러 필터(950)는 적색 컬러 필터, 녹색 컬러 필터 및 청색 컬러 필터 중 하나일 수 있으나, 이에 제한되지 않고 다른 색의 광을 통과시킬 수 있는 컬러 필터일 수도 있다. 상부 기판(915)과 하부 기판(911)은 접착층(960)에 의해 합착된다. 도 9b에 도시되지는 않았으나, 유기 발광 소자(930)를 외부로부터의 수분 및 산소로부터 보호하기 위한 봉지층이 표시 패널(990)에 더 포함될 수도 있다.
광 제어 장치(100)는 표시 패널(990)과 결합 할 수 있다. 따라서, 광 제어 장치(100)는 사용자에게 차광 모드와 투명 모드를 제공할 수 있다. 보다 구체적으로, 광 제어 장치(100)는 표시 패널(990)의 출광면인 표시 패널(990)의 전면(front surface)의 반대면인 표시 패널(990)의 배면에 합착될 수 있다. 이 때, 도 9b에 도시되지는 않았으나, 광학용 투명 접착제 중 하나인 OCA(optical clear adhesive)와 같은 접착 부재를 이용하여 광 제어 장치(100)를 투명 표시 패널(990)의 배면에 부착한 후 라미네이션(lamination) 과정을 거치게 되면 최종적으로 광 제어 장치(100)와 표시 패널(990)이 결합될 수 있다. 또한, OCA는 1.4 내지 1.9 사이의 범위의 선택된 굴절률을 가질 수 있다.
광 제어 장치(100)의 격벽(160)은 표시 패널(990)의 블랙 매트릭스(940)에 대응하도록 배치된다. 즉, 도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같이 광 제어 장치(100)의 격벽(160)은 표시 패널(990)의 블랙 매트릭스(940)와 중첩하도록 배치되어, 표시 패널(990)의 화소(P)들간의 경계 및 투과 영역(TA)과 발광 영역(EA)간의 경계 모두에 배치된다. 이 때, 격벽(160)의 폭(WA)은 블랙 매트릭스(940)의 폭(WB)과 동일하거나 블랙 매트릭스(940)의 폭(WB)보다 더 작을 수 있다. 광 제어 장치(100)의 격벽(160)이 상술한 바와 같이 배치되는 경우, 격벽(160)은 도 9a에 도시된 바와 같이 평면 상에서 메쉬(mesh) 구조로 배치될 수 있다. 또한, 격벽(160)은 도시되지는 않았으나 블랙 매트릭스(940) 일부와 중첩되도록 스트라이프(stripe) 구로조 배치될 수도 있다.
상술한 바와 같은 광 제어 장치(100)의 격벽(160)은 도 6c에서 설명한 바와 같은 방식으로 제조될 수 있다. 즉, 표시 패널(990)의 블랙 매트릭스(940)에 대응하는 위치에 격벽(160)을 형성하기 위해, 표시 패널(990)의 블랙 매트릭스(940)에 대응하는 패턴(PT)을 갖는 마스크(M)를 사용하여 UV를 조사하는 방식으로 격벽(160)이 형성될 수 있다.
이하에서는, 표시 장치(900)가 영상을 제공하는 것과 관련하여 광 제어 장치(100)의 투명 모드 및 차광 모드의 구동 방식을 설명한다.
표시 패널(990)이 영상을 제공하지 않는 동안 광 제어 장치(100)는 투명 모드로 구동된다. 상술한 바와 같이 광 제어 장치(100)의 초기 상태(normally)에서의 액정부(130)의 액정(130a)은 호메오트로픽 상(homeotropic state)이기 때문에, 광 제어 장치(100)는 광 제어 장치(100)에 전압이 인가되지 않은 상태에서 외부로부터 들어오는 빛을 통과시키는 투명 모드로 구동한다.
또한, 표시 패널(990)이 영상을 제공하는 동안 광 제어 장치(100)는 표시 패널(990)의 출광면인 전면(front surface)의 반대면인 배면으로부터 입사하는 빛을 차단하도록 구동된다. 구체적으로, 표시 패널(990)이 영상을 제공하는 동안 광 제어 장치(100)의 제1 전극부(110) 및 제2 전극부(120) 사이에 전압 차이가 생기도록 제1 전극부(110) 및 제2 전극부(120)에 전압을 인가하여 액정부(130)의 액정(130a)이 무질서하게 배열된다. 이에 따라, 액정부(130)는 외부로부터 들어오는 빛을 산란시키게 되고, 광 제어 장치(100)는 외부로부터의 빛이 표시 패널(990)의 배면을 통해 시인되는 것을 차단하므로, 영상의 화질을 향상시킬 수 있다.
또한, 광 제어 장치(100)는 발색부재(140)가 가지는 색깔을 나타냄으로써 사용자에게 색깔을 가지는 배경 화면을 제공할 수도 있다. 따라서, 필요에 따라서는 차광 기능 이외에도 사용자에게 심미적 효과를 줄 수 있다.
도 9b에서는 광 제어 장치(100)의 격벽(160)이 표시 패널(990)의 화소(P)들간의 경계 및 투과 영역(TA)과 발광 영역(EA)간의 경계 모두에 배치되는 것으로 도시되었으나, 격벽(160)은 표시 패널(990)의 화소(P)들간의 경계에 배치된 블랙 매트릭스(940)에만 중첩하도록 배치될 수도 있다.
또한, 표시 패널(990)의 발광 영역(EA)은 빛이 발광되는 영역이고, 외부 광을 통과시킬 수 있는 영역이 아니므로, 발광 영역(EA)에 대응하는 광 제어 장치(100)의 부분이 차광 모드와 투명 모드로 구현되지 않을 수 있다. 즉, 발광 영역(EA)에 대응하는 광 제어 장치(100)의 부분은 항상 투명 모드이어도 무방하다. 이에, 도 9b에서는 제1 전극부(110)의 제1 전극(112) 및 제2 전극부(120)의 제2 전극(122)이 발광 영역(EA) 및 투과 영역(TA) 모두에 대응하도록 배치되는 것으로 도시되었으나, 제1 전극(112) 및 제2 전극(122)은 투과 영역(TA)에만 배치될 수도 있다.
도 9b에서는 광 제어 장치(100)로서 도 1 내지 도 3에 도시된 광 제어 장치(100)가 사용되는 것으로 도시되었으나, 이에 제한되지 않고 도 4a 내지 도 4d, 도 5에 도시된 광 제어 장치(100, 200)가 표시 패널(990)과 결합되어 사용될 수 있다. 또한, 도 9b에서는 광 제어 장치(100)의 제1 전극부(110)가 표시 패널(990)의 하부 기판(911)과 접하는 것으로 도시되었으나, 광 제어 장치(100)의 제2 전극부(120)가 표시 패널(990)의 하부 기판(911)과 접할 수도 있다.
또한, 표시 패널(990)의 하부 기판(911)이 광 제어 장치(100)의 제1 전극부(110) 또는 제2 전극부(120)를 구성하는 기판 중 하나가 될 수도 있다. 예를 들어, 광 제어 장치(100)를 구성하는 제1 전극부(110)의 제1 전극(112) 또는 제2 전극부(120)의 제2 전극(122)을 표시 패널(990)의 하부 기판(911)의 배면에 형성하면 제1 전극부(110) 또는 제2 전극부(120)를 구성하는 기판(111, 121)의 역할을 표시 패널(990)의 하부 기판(911)이 하게 된다. 따라서, 하부 기판(911)과 제1 전극부(110)의 제1 전극(112) 또는 제2 전극부(120)의 제2 전극(122)의 구성이 앞서 설명한 제1 전극부(110) 또는 제2 전극부(120)가 될 수 있다.
도 9c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 장치의 단면도이다. 본 실시예를 설명함에 있어 이전 실시예와 동일 또는 대응되는 구성요소에 대한 설명은 생략하기로 한다. 이하, 이를 참조하여 본 실시예에 따른 표시 장치에 대해 설명하기로 한다.
도 9c를 참조하면, 광 제어 장치(100)의 격벽(160)은 표시 패널(990)의 블랙 매트릭스(940)와 중첩하도록 배치되고, 표시 패널(990)의 발광 영역(EA)에도 배치될 수 있다. 이 때, 블랙 매트릭스(940)에만 중첩하는 격벽(160)의 폭(WA1)은 블랙 매트릭스(940)의 폭(WB)와 동일하고, 블랙 매트릭스(940) 및 발광 영역(EA)과 중첩하는 격벽(160)의 폭(WA2)보다 작다. 표시 패널(990)의 발광 영역(EA)은 빛이 발광되는 영역이고, 외부 광을 통과시킬 수 있는 영역이 아니므로, 발광 영역(EA)에 대응하는 광 제어 장치(100)의 부분에 외부 광을 차단하거나 통과시키기 위한 액정(130a) 및 발색부재(140)가 배치되지 않을 수 있다. 따라서, 도 9c에 도시된 바와 같이 발광 영역(EA) 전체에 대응하도록 광 제어 장치(100)의 격벽(160)이 형성될 수도 있다.
광 제어 장치(100)의 격벽(160)은 도 6c에서 설명한 바와 같은 방식으로 제조될 수 있다. 즉, 표시 패널(990)의 블랙 매트릭스(940)에 대응하는 위치 및 발광 영역(EA)에 대응하는 위치에 패턴(PT)을 갖는 마스크(M)를 사용하여 UV를 조사하는 방식으로 격벽(160)이 형성될 수 있다.
표시 패널(990)과 결합된 광 제어 장치(100)의 구동 방식은 앞서 도 9b를 참조하여 설명한 바와 동일하므로, 중복 설명을 생략한다.
도 9c에서는 격벽(160)이 발광 영역(EA) 전체에 대응하도록 형성되는 것으로 도시되었으나, 격벽(160)은 발광 영역(EA)의 일부 영역에만 대응하도록 형성될 수도 있다.
도 9d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 장치의 단면도이다. 본 실시예를 설명함에 있어 이전 실시예와 동일 또는 대응되는 구성요소에 대한 설명은 생략하기로 한다. 이하, 이를 참조하여 본 실시예에 따른 표시 장치에 대해 설명하기로 한다.
도 9d를 참조하면, 광 제어 장치(100)는 표시 패널(990)의 출광면인 전면(front surface)에 합착될 수 있다. 이 때, 도 9d에 도시되지는 않았으나, 광학용 투명 접착제 중 하나인 OCA와 같은 접착 부재를 이용하여 광 제어 장치(100)를 투명 표시 패널(990)의 배면에 부착한 후 라미네이션 과정을 거치게 되면 최종적으로 광 제어 장치(100)와 표시 패널(990)이 결합될 수 있다.
광 제어 장치(100)의 격벽(160)은 표시 패널(990)의 블랙 매트릭스(940)에 대응하도록 배치된다. 즉, 도 9d에 도시된 바와 같이 광 제어 장치(100)의 격벽(160)은 표시 패널(990)의 블랙 매트릭스(940)와 중첩하도록 배치되어, 표시 패널(990)의 화소(P)들간의 경계 및 투과 영역(TA)과 발광 영역(EA)간의 경계 모두에 배치된다. 이 때, 격벽(160)의 폭(WA)은 블랙 매트릭스(940)의 폭(WB)과 동일하거나 블랙 매트릭스(940)의 폭(WB)보다 더 작을 수 있다. 광 제어 장치(100)의 격벽(160)이 상술한 바와 같이 배치되는 경우, 격벽(160)은 평면 상에서 메쉬(mesh) 구조로 배치될 수 있다. 또한, 격벽(160)은 도시되지 않았으나 블랙 매트릭스(940) 일부와 중첩되도록 스트라이프(stripe) 구조로 배치될 수도 있다.
상술한 바와 같은 광 제어 장치(100)의 격벽(160)은 도 6c에서 설명한 바와 같은 방식으로 제조될 수 있다. 즉, 표시 패널(990)의 블랙 매트릭스(940)에 대응하는 위치에 격벽(160)을 형성하기 위해, 표시 패널(990)의 블랙 매트릭스(940)에 대응하는 패턴(PT)을 갖는 마스크(M)를 사용하여 UV를 조사하는 방식으로 격벽(160)이 형성될 수 있다.
광 제어 장치(100)가 표시 패널(990)의 전면에 배치됨에 따라, 제1 전극부(110)의 제1 전극(112) 및 제2 전극부(120)의 제2 전극(122)은 투과 영역(TA)에만 대응하도록 형성된다. 광 제어 장치(100)의 제조 공정 상 액정(130a) 및 발색부재(140)는 광 제어 장치(100)의 모든 영역에 배치된다. 즉, 도 6b 내지 도 6d에 도시된 바와 같이, 광 제어 장치(100) 전체 영역에 혼합 액정(mlc)이 배치된 상태에서 격벽(160) 및 그물막(170)을 경화시키는 방식으로 광 제어 장치(100)가 제조되므로, 발광 영역(EA)에 대응하는 광 제어 장치(100)의 부분에 액정(130a) 및 발색부재(140)를 배치시키지 않고, 해당 부분을 빈 공간으로 두는 것은 공정상 어려울 수 있다. 따라서, 발광 영역(EA)에도 제1 전극(112) 및 제2 전극(122)이 배치되는 경우 발광 영역(EA)에서도 광 제어 장치(100)가 구동될 것이고, 이에 따라 발광 영역(EA)에서 방출되는 빛이 광 제어 장치(100)에 의해 차단될 수도 있다. 이에, 도 9d에 도시된 바와 같이, 제1 전극(112) 및 제2 전극(122)을 투과 영역(TA)에만 대응하도록 형성하여, 투과 영역(TA)에 대응하는 광 제어 장치(100)의 부분만을 구동시키고, 발광 영역(EA)에 대응하는 광 제어 장치(100)의 부분은 항상 투명 모드로 유지할 수 있다.
이하에서는, 표시 장치(900)가 영상을 제공하는 것과 관련하여 광 제어 장치(100)의 투명 모드 및 차광 모드의 구동 방식을 설명한다.
표시 패널(990)이 영상을 제공하지 않는 동안 광 제어 장치(100)는 투명 모드로 구동된다. 즉, 광 제어 장치(100)에 전압이 인가되지 않은 상태에서 광 제어 장치(100)는 외부로부터 들어오는 빛을 통과시키는 투명 모드로 구현된다.
표시 패널(990)이 영상을 제공하는 동안 광 제어 장치(100)는 배면으로부터 입사하는 빛을 차단하도록 구현된다. 구체적으로, 표시 패널(990)이 영상을 제공하는 동안 광 제어 장치(100)의 제1 전극(112) 및 제2 전극(122)에 전압을 인가하여 액정부(130)의 액정(130a)이 무질서하게 배열된다. 따라서, 액정부(130)는 외부로부터 들어오는 빛을 산란시키게 되고, 광 제어 장치(100)는 외부로부터의 빛이 표시 패널(990)의 투과 영역(TA)을 통해 시인되는 것을 차단하므로, 영상의 화질을 향상시킬 수 있다. 이 때, 발광 영역(EA)에 대응하는 광 제어 장치(100)의 부분에는 제1 전극(112) 및 제2 전극(122)이 형성되지 않으므로, 여전히 투명 모드로 구현되고, 사용자는 발광 영역(EA)을 통해 영상을 시인할 수 있다.
도 9d에서는 광 제어 장치(100)의 격벽(160)이 표시 패널(990)의 화소(P)들간의 경계 및 투과 영역(TA)과 발광 영역(EA)간의 경계 모두에 배치되는 것으로 도시되었으나, 격벽(160)은 표시 패널(990)의 화소(P)들간의 경계에 배치된 블랙 매트릭스(940)에만 중첩하도록 배치될 수도 있다.
또한, 표시 패널(990)의 상부 기판(915)이 광 제어 장치(100)의 제1 전극부(110) 또는 제2 전극부(120)를 구성하는 기판 중 하나가 될 수도 있다. 예를 들어, 광 제어 장치(100)를 구성하는 제1 전극부(110)의 제1 전극(112) 또는 제2 전극부(120)의 제2 전극(122)을 표시 패널(990)의 상부 기판(915)의 전면에 형성하면 제1 전극부(110) 또는 제2 전극부(120)를 구성하는 기판(111, 121)의 역할을 표시 패널(990)의 상부 기판(915)이 하게 된다. 따라서, 상부 기판(915)과 제1 전극부(110)의 제1 전극(112) 또는 제2 전극부(120)의 제2 전극(122)의 구성이 앞서 설명한 제1 전극부(110) 또는 제2 전극부(120)가 될 수 있다.
또한, 광 제어 장치(100)는 표시 패널(990)의 출광면인 전면(front surface)에 합착될 때, 격벽(160)이 발광 영역(EA)에도 형성될 수 있다. 즉, 도 9c에 도시된 바와 같이 격벽(160) 중 일부는 블랙 매트릭스(940)와만 중첩하고, 다른 일부는 블랙 매트릭스(940) 및 발광 영역(EA)과 중첩할 수 있다. 상술한 바와 같이, 격벽(160)은 빛을 통과시킬 수 있는 투명한 재질의 광경화성 모노머를 통해 만들어지므로, 격벽(160)을 발광 영역(EA) 전체에 대응하도록 형성하여 발광 영역(EA)에 대응하는 광 제어 장치(100)의 부분이 항상 빛을 투과시키도록 할 수 있다.
도 9a 내지 도 9d에서는 표시 패널(900)이 탑 에미션 방식의 유기 전계 발광 표시 패널이거나 바텀 에미션 방식의 유기 전계 발광 표시 패널인 것으로 설명하였으나, 표시 패널(900)은 양면 발광 방식의 유기 전계 발광 표시 패널일 수도 있다. 즉, 표시 패널(900)은 표시 패널의 전면(front surface) 및 배면(rear surface)을 통해 영상을 표시할 수 있다. 이 경우, 광 제어 장치(100)는 표시 패널(900)의 전면(front surface) 및 배면(rear surface)중 어느 하나에만 배치될 수도 있고, 표시 패널(900)의 전면(front surface) 및 배면(rear surface) 둘 모두에 배치될 수도 있다. 즉, 적어도 하나의 광 제어 장치(100)가 표시 패널(900)에 부착될 수 있다.
도 10a는 본 발명의 실시예에 따른 광 제어 장치가 적용된 표시 장치를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다. 도 10b는 도 10a의 X-X'에 따른 표시 장치의 단면도이다. 도 10a 및 도 10b를 참조하면, 표시 장치(1000)는 표시 패널(1090) 및 광 제어 장치(100)를 포함한다. 도 10a에서는 설명의 편의를 위해 표시 장치(1000)의 복수의 화소(P) 중 일부만을 도시하였고, 표시 장치(1000)의 블랙 매트릭스(1040) 및 격벽(160)만을 도시하였다. 본 실시예를 설명함에 있어 이전 실시예와 동일 또는 대응되는 구성요소에 대한 설명은 생략하기로 한다. 이하, 이를 참조하여 본 실시예에 따른 표시 장치(1000)에 대해 설명하기로 한다.
도 10b를 참조하면, 표시 패널(1090)은 유기 발광 소자(1030)로부터 발광된 광이 하부 기판(1011) 측으로 출광되는 바텀 에미션(bottom emission) 방식의 유기 전계 발광 표시 패널이다. 또한, 표시 패널(1090)은 투과 영역(TA)을 포함하는 투명 유기 전계 발광 표시 패널이다.
도 10a 및 도 10b를 참조하면, 표시 패널(1090)은 복수의 화소(P)를 포함하고, 각각의 화소(P)는 투과 영역(TA), 발광 영역(EA) 및 회로 영역(CA)을 포함한다. 도 9a 및 도 9b를 참조하여 설명한 표시 장치(900)와 비교하여, 도 10a 및 도 10b에 도시된 표시 패널(1090)은 바텀 에미션 방식의 유기 전계 발광 표시 패널이므로, 발광 영역(EA)과 회로 영역(CA)은 서로 중첩하지 않는다. 즉, 발광 영역(EA)에서 발광된 빛이 하부 기판(1011)을 통과하여 외부로 출광되어야 하므로, 다양한 회로들이 배치된 회로 영역(CA)은 발광 영역(EA)과 중첩하지 않는다.
도 10b를 참조하면, 표시 패널(1090)의 하부 기판(1011) 상에 박막 트랜지스터(1020)가 배치된다. 구체적으로 박막 트랜지스터(1020)는 회로 영역(CA)에 배치된다. 또한, 게이트 전극과 액티브층을 절연시키기 위한 게이트 절연층(1012)이 배치된다. 박막 트랜지스터(1020) 상에 박막 트랜지스터(1020) 상부를 평탄화하기 위한 평탄화층(1013)이 배치되고, 평탄화층(1013) 상에 유기 발광 소자(1030)가 배치된다. 유기 발광 소자(1030)는 발광 영역(EA)에 배치되고, 유기 발광층(1032)에 정공을 공급하는 애노드(1031), 유기 발광층(1032) 및 유기 발광층(1032)에 전자를 공급하는 캐소드(1033)를 포함한다. 애노드(1031)는 평탄화층(1013)의 컨택홀을 통해 박막 트랜지스터(1020)와 전기적으로 연결된다. 상술한 바와 같이, 표시 패널(1090)이 바텀 에미션 방식의 유기 전계 발광 표시 패널이므로, 애노드(1031)는 투명 도전성 산화물(TCO)로 이루어지는 투명 도전층을 포함한다. 애노드(1031) 상에는 발광 영역(EA)을 정의하는 뱅크(1014)가 배치되고, 애노드(1031) 및 뱅크(1014) 상에 유기 발광층(1032) 및 캐소드(1033)가 배치된다. 유기 발광층(1032)은 특정 색의 광을 발광할 수 있으며, 예를 들어, 백색, 적색, 녹색 및 청색 중 어느 하나의 색의 광을 발광할 수 있다. 이하에서는, 유기 발광층(1032)이 백색광을 발광하는 것으로 설명한다. 유기 발광층(1032) 상에 캐소드(1033)가 배치된다. 상술한 바와 같이, 표시 패널(1090)이 바텀 에미션 방식의 유기 전계 발광 표시 패널이므로, 캐소드(1033)는 금속 물질로 이루어질 수 있다. 상부 기판(1015)과 하부 기판(1011)은 접착층(1060)에 의해 합착된다. 도 10b에 도시되지는 않았으나, 유기 발광 소자(1030)를 외부로부터의 수분 및 산소로부터 보호하기 위한 봉지층이 표시 패널(1090)에 더 포함될 수도 있다.
표시 패널(1090)의 하부 기판(1011)에 블랙 매트릭스(1040)가 배치된다. 블랙 매트릭스(1040)는 화소(P)들간의 경계, 발광 영역(EA)과 회로 영역(CA)간의 경계, 투과 영역(TA)과 회로 영역(CA)간의 경계 및 회로 영역(CA)에 배치된다. 또한, 컬러 필터(1050)가 표시 패널(1090)의 하부 기판(1011)에서 발광 영역(EA)에 배치된다. 컬러 필터(1050)는 적색 컬러 필터, 녹색 컬러 필터 및 청색 컬러 필터 중 하나일 수 있으나, 이에 제한되지 않고 다른 색의 광을 통과시킬 수 있는 컬러 필터일 수도 있다. 컬러 필터(1050) 상에 컬러 필터(1050) 상부를 평탄화시키는 오버코팅층(1016)이 배치되고, 오버코팅층(1016) 상에 박막 트랜지스터(1020)가 배치된다.
광 제어 장치(100)는 표시 패널(1090)과 결합하여 차광판 기능을 할 수 있다. 보다 구체적으로 도 10b를 참조하면, 광 제어 장치(100)는 표시 패널(1090)의 출광면인 표시 패널(1090)의 배면(rear surface)의 반대면인 표시 패널(1090)의 전면(front surface)에 합착될 수 있다. 이 때, 도 10b에 도시되지는 않았으나, 광학용 투명 접착제 중 하나인 OCA와 같은 접착 부재를 이용하여 광 제어 장치(100)를 투명 표시 패널(1090)의 배면에 부착한 후 라미네이션 과정을 거치게 되면 최종적으로 광 제어 장치(100)와 표시 패널(1090)이 결합될 수 있다.
광 제어 장치(100)의 격벽(160)은 표시 패널(1090)의 블랙 매트릭스(1040)에 대응하도록 배치된다. 즉, 도 10b에 도시된 바와 같이 광 제어 장치(100)의 격벽(160)은 화소(P)들간의 경계, 발광 영역(EA)과 회로 영역(CA)간의 경계, 투과 영역(TA)과 회로 영역(CA)간의 경계 및 회로 영역(CA)에 배치된다. 이 때, 화소(P)의 경계에 배치된 격벽(160)의 폭(WA1)은 화소(P)의 경계에 배치된 블랙 매트릭스(1040)의 폭(WB1)과 동일하거나 블랙 매트릭스(1040)의 폭(WB1)보다 작을 수 있고, 회로 영역(CA)에 배치된 격벽(160)의 폭(WA2)은 회로 영역(CA)에 배치된 블랙 매트릭스(1040)의 폭(WB2)과 동일하거나 블랙 매트릭스(1040)의 폭(WB2)보다 작을 수 있다. 광 제어 장치(100)의 격벽(160)이 상술한 바와 같이 배치되는 경우, 격벽(160)은 도 10a에 도시된 바와 같이 평면 상에서 메쉬(mesh) 구조로 배치될 수 있다. 또한, 격벽(160)은 도시되지 않았으나 블랙 매트릭스(940) 일부와만 중첩하도록 스트라이프(stripe) 구조로 배치될 수도 있다.
상술한 바와 같은 광 제어 장치(100)의 격벽(160)은 도 6c에서 설명한 바와 같은 방식으로 제조될 수 있다. 즉, 표시 패널(1090)의 블랙 매트릭스(1040)에 대응하는 위치에 격벽(160)을 형성하기 위해, 표시 패널(1090)의 블랙 매트릭스(1040)에 대응하는 패턴(PT)을 갖는 마스크(M)를 사용하여 UV를 조사하는 방식으로 격벽(160)이 형성될 수 있다.
이하에서는, 표시 장치(1000)가 영상을 제공하는 것과 관련하여 광 제어 장치(100)의 투명 모드 및 차광 모드의 구동 방식을 설명한다.
표시 패널(1090)이 영상을 제공하지 않는 동안 광 제어 장치(100)는 투명 모드로 구동된다. 상술한 바와 같이 광 제어 장치(100)의 초기 상태(normally)에서의 액정부(130)의 액정(130a)은 호메오트로픽 상(homeotropic state)이기 때문에, 광 제어 장치(100)에 전압이 인가되지 않은 상태에서 외부로부터 들어오는 빛을 통과시키는 투명 모드로 구동한다.
또한, 표시 패널(1090)이 영상을 제공하는 동안 광 제어 장치(100)는 표시 패널(1090)의 출광면인 배면(rear surface)의 반대면인 전면(front surface)으로부터 입사하는 빛을 차단하도록 구동된다. 구체적으로, 표시 패널(1090)이 영상을 제공하는 동안 광 제어 장치(100)의 제1 전극부(110) 및 제2 전극부(120) 사이에 전압 차이가 생기도록 제1 전극부(110) 및 제2 전극부(120)에 전압을 인가하여 액정부(130)의 액정(130a)이 무질서하게 배열된다. 이에 따라, 액정부(130)는 외부로부터 들어오는 빛을 산란시키게 되고, 광 제어 장치(100)는 외부로부터의 빛이 표시 패널(1090)의 배면(rear surface)을 통해 시인되는 것을 차단하여 영상의 화질을 향상시킬 수 있다.
또한 광 제어 장치(100)는 필요에 따라서는 차광 기능 이외에도 사용자에게 심미적 효과를 줄 수 있다. 예를 들어 광 제어 장치(100)를 구성하는 발색부재(140)가 가지는 색깔을 나타냄으로써 광 제어 장치(100)는 사용자에게 색깔을 가지는 배경 화면이나 뒷 배경을 제공할 수도 있다.
도 10b에서는 광 제어 장치(100)의 격벽(160)이 화소(P)들간의 경계, 발광 영역(EA)과 회로 영역(CA)간의 경계, 투과 영역(TA)과 회로 영역(CA)간의 경계 및 회로 영역(CA) 모두에 배치되는 것으로 도시되었으나, 격벽(160)은 표시 패널(1090)의 화소(P)의 경계에 배치된 블랙 매트릭스(1040)에만 중첩하도록 배치될 수도 있다.
또한, 광 제어 장치(100)의 격벽(160)은 발광 영역(EA)에도 배치될 수 있다. 격벽(160)은 빛을 통과시킬 수 있는 투명한 재질의 광경화성 모노머를 통해 만들어지므로, 격벽(160)을 발광 영역(EA) 전체에 대응하도록 형성하여 발광 영역(EA)에 대응하는 광 제어 장치(100)의 부분이 항상 빛을 투과시키도록 할 수 있다. 이 경우 격벽(160)은 회로 영역(CA)에는 배치되지 않을 수도 있다.
또한, 도 10b에서는 제1 전극부(110)의 제1 전극(112) 및 제2 전극부(120)의 제2 전극(122)이 발광 영역(EA) 및 투과 영역(TA) 모두에 대응하도록 배치되는 것으로 도시되었으나, 제1 전극(112) 및 제2 전극(122)은 투과 영역(TA)에만 배치될 수도 있다. 즉, 표시 패널(1090)의 발광 영역(EA)은 빛이 발광되는 영역이고, 외부 광을 통과시킬 수 있는 영역이 아니므로, 발광 영역(EA)에 대응하는 광 제어 장치(100)의 부분이 차광 모드와 투명 모드로 구동되지 않을 수 있다. 즉, 발광 영역(EA)에 대응하는 광 제어 장치(100)의 부분은 항상 투명 모드이어도 무방하다. 이에, 제1 전극(112) 및 제2 전극(122)은 투과 영역(TA)에만 배치될 수도 있다.
도 10b에서는 광 제어 장치(100)로서 도 1 내지 도 3에 도시된 광 제어 장치(100)가 사용되는 것으로 도시되었으나, 이에 제한되지 않고 도 4a 내지 도 4d, 도 5에 도시된 광 제어 장치(100, 200)가 표시 패널(1090)과 결합되어 사용될 수 있다. 또한, 도 9b에서는 광 제어 장치(100)의 제1 전극부(110)가 표시 패널(1090)의 상부 기판(1015)과 접하는 것으로 도시되었으나, 광 제어 장치(100)의 제2 전극부(120)가 표시 패널(1090)의 상부 기판(1015)과 접할 수도 있다.
또한, 표시 패널(1090)의 상부 기판(1015)이 광 제어 장치(100)의 제1 전극부(110) 또는 제2 전극부(120)를 구성하는 기판 중 하나가 될 수도 있다. 예를 들어, 광 제어 장치(100)를 구성하는 제1 전극부(110)의 제1 전극(112) 또는 제2 전극부(120)의 제2 전극(122)을 표시 패널(1090)의 상부 기판(1015)의 전면에 형성하면 제1 전극부(110) 또는 제2 전극부(120)를 구성하는 기판(111, 121)의 역할을 표시 패널(1090)의 상부 기판(1015)이 하게 된다. 따라서, 상부 기판(1015)과 제1 전극부(110)의 제1 전극(112) 또는 제2 전극부(120)의 제2 전극(122)의 구성이 앞서 설명한 제1 전극부(110) 또는 제2 전극부(120)가 될 수 있다.
도 10a 및 도 10b에서는, 하나의 화소(P)에서 투과 영역(TA), 회로 영역(CA), 발광 영역(EA)의 순서로 각각의 영역들이 배치되는 것으로 도시되었으나, 하나의 화소(P)에서 투과 영역(TA), 회로 영역(CA) 및 발광 영역(EA)의 배치 순서는 이에 제한되지 않는다.
도 10c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 장치의 단면도이다. 본 실시예를 설명함에 있어 이전 실시예와 동일 또는 대응되는 구성요소에 대한 설명은 생략하기로 한다. 이하, 이를 참조하여 본 실시예에 따른 표시 장치에 대해 설명하기로 한다.
도 10c를 참조하면, 광 제어 장치(100)는 표시 패널(1090)이 영상을 출광사하는 표시 패널(1090)의 배면(rear surface)에 합착될 수 있다. 이 때, 도 10c에 도시되지는 않았으나, 광학용 투명 접착제 중 하나인 OCA와 같은 접착 부재를 이용하여 광 제어 장치(100)를 투명 표시 패널(1090)의 배면(rear surface)에 부착한 후 라미네이션 과정을 거치게 되면 최종적으로 광 제어 장치(100)와 표시 패널(1090)이 결합될 수 있다.
광 제어 장치(100)의 격벽(160)은 표시 패널(1090)의 블랙 매트릭스(1040)에 대응하도록 배치된다. 즉, 도 10c에 도시된 바와 같이 광 제어 장치(100)의 격벽(160)은 표시 패널(1090)의 블랙 매트릭스(1040)와 중첩하도록 배치되어, 표시 패널(1090)의 화소(P)들간의 경계, 발광 영역(EA)과 회로 영역(CA)간의 경계, 투과 영역(TA)과 회로 영역(CA)간의 경계 및 회로 영역(CA) 모두에 배치된다.
상술한 바와 같은 광 제어 장치(100)의 격벽(160)은 도 6c에서 설명한 바와 같은 방식으로 제조될 수 있다. 즉, 표시 패널(1090)의 블랙 매트릭스(1040)에 대응하는 위치에 격벽(160)을 형성하기 위해, 표시 패널(1090)의 블랙 매트릭스(1040)에 대응하는 패턴(PT)을 갖는 마스크(M)를 사용하여 UV를 조사하는 방식으로 격벽(160)이 형성될 수 있다.
광 제어 장치(100)가 표시 패널(1090)의 배면(rear surface)에 배치됨에 따라, 제1 전극부(110)의 제1 전극(112) 및 제2 전극부(120)의 제2 전극(122)은 투과 영역(TA)에만 대응하도록 형성된다. 광 제어 장치(100)의 제조 공정 상 액정(130a) 및 발색부재(140)는 광 제어 장치(100)의 모든 영역에 배치된다. 즉, 도 6b 내지 도 6d에 도시된 바와 같이, 광 제어 장치(100) 전체 영역에 혼합 액정(mlc)이 배치된 상태에서 격벽(160) 및 그물막(170)을 경화시키는 방식으로 광 제어 장치(100)가 제조되므로, 발광 영역(EA)에 대응하는 광 제어 장치(100)의 부분에 액정(130a) 및 발색부재(140)를 배치시키지 않고, 해당 부분을 빈 공간으로 두는 것은 공정상 어려울 수 있다. 따라서, 발광 영역(EA)에도 제1 전극(112) 및 제2 전극(122)이 배치되는 경우 발광 영역(EA)에서도 광 제어 장치(100)가 구동될 것이고, 이에 따라 발광 영역(EA)에서 방출되는 빛이 광 제어 장치(100)에 의해 차단될 수도 있다. 이에, 도 10c에 도시된 바와 같이, 제1 전극(112) 및 제2 전극(122)을 투과 영역(TA)에만 대응하도록 형성하여, 투과 영역(TA)에 대응하는 광 제어 장치(100)의 부분만을 구동시키고, 발광 영역(EA)에 대응하는 광 제어 장치(100)의 부분은 항상 투명 모드로 유지되도록 할 수 있다.
이하에서는, 표시 장치(1000)가 영상을 제공하는 것과 관련하여 광 제어 장치(100)의 투명 모드 및 차광 모드의 구동 방식을 설명한다.
표시 패널(1090)이 영상을 제공하지 않는 동안 광 제어 장치(100)는 투명 모드로 구현된다. 즉, 광 제어 장치(100)에 전압이 인가되지 않은 상태에서 광 제어 장치(100)는 외부로부터 들어오는 빛을 통과시키는 투명 모드로 구현된다.
표시 패널(1090)이 영상을 제공하는 동안 광 제어 장치(100)는 배면(rear surface)으로부터 입사하는 빛을 차단하도록 구현된다. 구체적으로, 표시 패널(1090)이 영상을 제공하는 동안 광 제어 장치(100)의 제1 전극(112) 및 제2 전극(122)에 전압을 인가하여 액정부(130)의 액정(130a)이 무질서하게 배열되고, 액정부(130)는 외부로부터 들어오는 빛을 산란시키게 되므로, 광 제어 장치(100)는 외부로부터의 빛이 표시 패널(1090)의 투과 영역(TA)을 통해 시인되는 것을 차단하여 영상의 화질을 향상시킬 수 있다. 이 때, 발광 영역(EA)에 대응하는 광 제어 장치(100)의 부분에는 제1 전극(112) 및 제2 전극(122)이 형성되지 않으므로, 여전히 투명 모드로 동작하게 되고, 사용자는 발광 영역(EA)을 통해 영상을 시인할 수 있다.
도 10c에서는 광 제어 장치(100)의 격벽(160)이 화소(P)들간의 경계, 발광 영역(EA)과 회로 영역(CA)간의 경계, 투과 영역(TA)과 회로 영역(CA)간의 경계 및 회로 영역(CA) 모두에 배치되는 것으로 도시되었으나, 격벽(160)은 표시 패널(1090)의 화소(P)의 경계에 배치된 블랙 매트릭스(1040)에만 중첩하도록 배치될 수도 있다.
또한, 광 제어 장치(100)의 격벽(160)은 발광 영역(EA)에도 배치될 수 있다. 격벽(160)은 빛을 통과시킬 수 있는 투명한 재질의 광경화성 모노머를 통해 만들어지므로, 격벽(160)을 발광 영역(EA) 전체에 대응하도록 형성하여 발광 영역(EA)에 대응하는 광 제어 장치(100)의 부분이 항상 빛을 투과시키도록 할 수 있다. 이 경우 격벽(160)은 회로 영역(CA)에는 배치되지 않을 수도 있다.
표시 패널(1090)의 하부 기판(1011)이 광 제어 장치(100)의 제1 전극부(110) 또는 제2 전극부(120)를 구성하는 기판 중 하나가 될 수도 있다. 예를 들어, 광 제어 장치(100)를 구성하는 제1 전극부(110)의 제1 전극(112) 또는 제2 전극부(120)의 제2 전극(122)을 표시 패널(1090)의 하부 기판(1011)의 전면에 형성하면 제1 전극부(110) 또는 제2 전극부(120)를 구성하는 기판(111, 121)의 역할을 표시 패널(1090)의 하부 기판(1011)이 하게 된다. 따라서, 하부 기판(1011)과 제1 전극부(110)의 제1 전극(112) 또는 제2 전극부(120)의 제2 전극(122)의 구성이 앞서 설명한 제1 전극부(110) 또는 제2 전극부(120)가 될 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 광 제어 장치 및 이의 제조 방법에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
100: 광 제어 장치 110: 제1 전극부
120: 제2 전극부 130: 액정부
140: 발색부재 150: 배향부재
160: 격벽 170: 그물막
180: 굴절률 매칭층
900, 1000: 표시 장치 911, 1011: 하부 기판
912, 1012: 게이트 절연층 913, 1013: 평탄화층
914, 1014: 뱅크 915, 1015: 상부 기판
920, 1020: 박막 트랜지스터 930, 1030: 유기 발광 소자
931, 1031: 애노드 932, 1032: 유기 발광층
933, 1033: 캐소드 940, 1040: 블랙 매트릭스
950, 1050: 컬러 필터 960, 1060: 접착층
990, 1090: 표시 패널 1016: 오버코팅층

Claims (30)

  1. 서로 마주보는 제1 전극부 및 제2 전극부; 및
    상기 제1 전극부와 상기 제2 전극부 사이에 있는 액정부를 포함하고,
    상기 액정부는,
    액정;
    상기 액정부의 내부에 위치하고, 제2 모노머보다 높은 확산 속도 및 낮은 중합 속도를 갖는 제1 모노머로부터 폴리머화된 제1 폴리머를 포함하는 격벽; 및
    상기 액정부의 내부에 위치하고, 상기 제1 모노머보다 낮은 확산 속도 및 높은 중합 속도를 갖는 상기 제2 모노머로부터 폴리머화된 제2 폴리머를 포함하는 그물막을 포함하는 것을 특징으로 하는, 광 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극부 및 상기 제2 전극부 중 적어도 하나에 배치된 스페이서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 광 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 폴리머 및 상기 제2 폴리머 각각은 광경화성 모노머(uv curable monomer) 계열, 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane), RM(Reactive Mesogen) 계열, NOA(Norland Optical Adhesive) 계열, Bisphenol A Dimethacrylate 계열, 포토 레지스트(photo resist)로 이루어진 그룹 중 선택된 적어도 하나의 모노머로부터 폴리머화된 것을 특징으로 하는, 광 제어 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 모노머가 제1 경화 조건에 의해 경화되는 경우, 상기 제2 모노머는 상기 제1 경화 조건과 다른 제2 경화 조건에 의해 경화되는 것을 특징으로 하는, 광 제어 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 모노머가 광경화에 의해 경화되는 경우, 상기 제2 모노머는 열경화에 의해 경화되는 것을 특징으로 하는, 광 제어 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 모노머가 광경화에 의해 경화되는 경우, 상기 제2 모노머는 상기 제1 모노머와는 다른 파장대에서 광경화되는 것을 특징으로 하는, 광 제어 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 액정이 네거티브 액정 또는 DFLC(dual frequency liquid crystal) 중 하나인 경우,
    상기 제1 전극부 및 상기 제2 전극부 각각은 공통 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는, 광 제어 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    전압이 인가되지 않은 경우, 상기 광 제어 장치는 호메오트로픽 상(homeotropic state)을 갖는 상기 액정에 의해 투명 모드를 나타내고,
    전압이 인가된 경우, 상기 광 제어 장치는 무질서한 상(random state)을 갖는 상기 액정에 의해 차광 모드를 나타내는 것을 특징으로 하는, 광 제어 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 액정이 포지티브 액정 또는 DFLC( dual frequency liquid crystal ) 중 하나인 경우,
    상기 제1 전극부 및 상기 제2 전극부 중 적어도 하나는 복수의 패턴 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는, 광 제어 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 패턴 전극에 수평 전계가 인가되는 것을 특징으로 하는, 광 제어 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    전압이 인가되지 않은 경우, 상기 광 제어 장치는 호메오트로픽 상(homeotropic state)을 갖는 상기 액정에 의해 투명 모드를 나타내고,
    전압이 인가된 경우, 상기 광 제어 장치는 무질서한 상(random state)을 갖는 상기 액정에 의해 차광 모드를 나타내는 것을 특징으로 하는, 광 제어 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 액정이 포지티브 액정, 네거티브 액정 또는 DFLC(dual frequency liquid crystal) 중 하나인 경우,
    상기 제1 전극부 및 상기 제2 전극부 중 적어도 하나는 복수의 패턴 전극 및 공통 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는, 광 제어 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 패턴 전극 및 상기 공통 전극에 수평 전계가 인가되는 것을 특징으로 하는, 광 제어 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    전압이 인가되지 않은 경우, 상기 광 제어 장치는 호메오트로픽 상(homeotropic state)을 갖는 상기 액정에 의해 투명 모드를 나타내고,
    전압이 인가된 경우, 상기 광 제어 장치는 무질서한 상(random state)을 갖는 상기 액정에 의해 차광 모드를 나타내는 것을 특징으로 하는, 광 제어 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 액정부 내에 위치하며 상기 액정을 수직 배향시키도록 구성된 배향 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 광 제어 장치.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
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