KR102362561B1 - 액정 소자 및 그의 동작 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정 소자 및 그의 동작 방법을 제공한다. 기판 상에 적층된 제1 전극, 액정층, 및 제2 전극을 포함하는 액정 소자의 동작 방법에 있어서, 상기 기판은 복수의 픽셀 영역들을 갖고, 상기 픽셀 영역들 각각은 평면적 관점에서 상기 제1 전극과 중첩되는 제1 영역 및 상기 제1 전극과 이격되는 제2 영역을 포함하고, 상기 액정층은 서로 상분리된 액정 분자들 및 소수성 부분을 포함할 수 있다. 액정 소자의 동작 방법은 상기 소수성 부분을 상기 기판의 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역과 평면적 관점에서 중첩시키는 것; 및 상기 소수성 부분을 상기 기판의 상기 제1 영역과 평면적 관점에서 이격시키는 것을 포함할 수 있다.

Description

액정 소자 및 그의 동작 방법 {Liquid crystal device, and Methods of operating thereof}
본 발명은 액정 소자 및 그의 동작 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 액정 소자의 액정층에 관한 것이다.
액정(liquid crystal)이란 결정과 액체의 중간 상태(mesophase)인 물질일 수 있다. 액정이라고 하는 명칭은 액체(Liquid)의 유동성과 결정(Crystal)의 이방성의 특징에서 유래되었다. 액정은 결정상태에서 입자의 위치와 방향에 질서를 가진다. 하지만 액정은 액체 상태에서 무질서한 위치 및 방향을 가진다.
3차원 영상을 구현하는 방법으로는 홀로그래픽(holography), 스테레오스코피 (stereoscopy), 및 집적 영상(integral imaging) 기술이 개발되고 있다. 홀로그래피 방식은 사용자가 피로감 없이 입체 영상을 느낄 수 있는 가장 이상적인 방식으로 알려져 있다. 홀로그래피 방식은 광의 간섭 현상을 이용하여 거리와 깊이를 표현한다. 홀로그래피 방식은 공간 광 변조기(SLM: spatial Light Modulator)가 요구되는데, 공간 광 변조기는 입사 광의 투과도를 조절하거나 광의 위상 정보를 출력하는 기능을 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는 크로스 토크(cross talk) 현상이 개선된 액정 소자 및 그 동작 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 고해상도의 액정 소자 및 그 동작 방법을 제공하는 것에 있다.
액정 소자 및 그의 동작 방법이 제공된다. 본 발명의 개념에 따른 액정 소자는 제1 기판; 상기 제1 기판 상의 제1 전극; 상기 제1 전극 상에 배치되고, 액정 분자들을 포함하는 액정 부분 및 소수성 물질들을 포함하는 소수성 부분을 포함하는 액정층; 및 상기 액정층 상의 제2 전극을 포함할 수 있다. 상기 소수성 부분은 상기 액정 부분과 상분리되고, 상기 소수성 부분은 상기 액정 부분보다 낮은 유전율을 가질 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 제1 전극 및 상기 액정층 사이에 배치되는 제1 배향막; 및 상기 액정층 및 상기 제2 전극 사이에 배치되는 제2 배향막을 더 포함할 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 제1 배향막 및 상기 제2 배향막은 소수성을 갖고, 상기 액정 부분은 상기 제1 배향막 및 상기 제2 배향막과 이격될 수 있다. .
실시예들에 따르면, 상기 소수성 부분은 상기 제1 배향막 및 상기 제2 배향막과 이격되고, 상기 액정 부분은 상기 소수성 부분과 상기 제1 배향막 사이 및 상기 소수성 부분과 상기 제2 배향막 사이에 제공될 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 제1 기판은 픽셀 영역들을 갖고, 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 사이의 간격은 상기 픽셀 영역들의 너비들과 동일하거나 더 클 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 액정 부분은 제1 염료를 더 포함하고, 상기 소수성 부분은 제2 염료를 더 포함할 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 소수성 부분은 상기 액정 부분과 다른 굴절률을 가질 수 있다.
본 발명에 따른 액정 소자 동작 방법은 기판 상에 적층된 제1 전극, 액정층, 및 제2 전극을 포함하는 액정 소자의 동작 방법에 있어서, 상기 기판은 복수의 픽셀 영역들을 갖고, 상기 픽셀 영역들 각각은 평면적 관점에서 상기 제1 전극과 중첩되는 제1 영역 및 상기 제1 전극과 이격되는 제2 영역을 포함하고, 상기 액정층은 서로 상분리된 액정 분자들 및 소수성 부분을 포함하고, 상기 소수성 부분을 상기 기판의 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역과 평면적 관점에서 중첩시키는 것; 및 상기 소수성 부분을 상기 기판의 상기 제1 영역과 평면적 관점에서 이격시키는 것을 포함할 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 소수성 부분을 상기 기판의 제1 영역과 이격시키는 것은: 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 전압차를 발생시키는 것을 포함할 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 소수성 부분을 상기 기판의 상기 제1 영역과 이격시키는 것은: 상기 전압차에 의해 상기 액정 분자들을 정렬시키는 것을 더 포함할 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 정렬된 액정 분자들은 평면적 관점에서 상기 기판의 상기 제1 영역과 중첩될 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 소수성 부분을 상기 기판의 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역과 중첩시키는 것은 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 전압차를 가하지 않은 상태에서 진행될 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 소수성 부분은 상기 액정 분자들의 1/100 내지 1/2의 유전율을 가질 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 사이의 간격은 상기 픽셀 영역들의 너비들과 동일하거나 더 클 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 액정 소자는: 상기 제1 전극 및 상기 액정층 사이에 배치되는 제1 배향막; 및 상기 액정층 및 상기 제2 전극 사이에 배치되는 제2 배향막을 더 포함할 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 소수성 부분은 상기 제1 배향막 및 상기 제2 배향막과 이격되고, 상기 액정 분자들은 상기 소수성 부분과 상기 제1 배향막 사이 및 상기 소수성 부분과 상기 제2 배향막 사이에 제공될 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 액정 분자들은 상기 제1 배향막 및 상기 제2 배향막과 이격되고, 상기 소수성 부분은 상기 제1 배향막 및 상기 제2 배향막과 물리적으로 접촉할 수 있다.
본 발명에 따르면, 액정 소자의 동작 과정에서 액정층의 소수성 부분은 픽셀 영역들을 구획하는 격벽들로 기능할 수 있다. 서로 다른 픽셀 영역들의 액정 분자들 사이의 간섭이 감소/방지될 수 있다. 픽셀 영역들이 미세 피치를 갖더라도, 소수성 부분이 픽셀 영역들 사이의 크로스 토크의 발생이 방지/감소시킬 수 있다. 이에 따라, 액정 소자의 해상도가 향상될 수 있다.
소수성 부분이 액정 부분들을 구획하므로, 액정층 내에 별도의 격벽이 제공되지 않을 수 있다. 이에 따라, 액정층이 소형화될 수 있다. 격벽 형성 공정이 생략되어, 액정 소자의 제조가 보다 간소화될 수 있다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 소자를 도시한 평면도이다.
도 1b는 도 1a의 Ⅰ-Ⅱ선을 따라 자른 단면이다.
도 2a는 도 1a의 액정 소자의 동작 방법을 설명하기 위한 평면도이다.
도 2b는 도 2a의 Ⅰ-Ⅱ선을 따라 자른 단면이다.
도 3은 다른 실시예에 따른 액정 소자를 도시한 단면도이다.
도 4a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정 소자를 도시한 평면도이다.
도 4b는 도 4a의 Ⅰ-Ⅱ선을 따라 자른 단면이다.
도 5a는 도 4a의 액정 소자의 동작 방법을 설명하기 위한 평면도이다.
도 5b는 도 5a의 Ⅰ-Ⅱ선을 따라 자른 단면이다.
도 6은 또 다른 실시예에 따른 액정 소자를 도시한 단면도이다.
도 7은 실시예들에 따른 표시 장치를 도시한 단면도이다.
본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 설명한다. 그러나 본 발명은, 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 여러 가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예들의 설명을 통해 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 당해 기술분야에서 통상의 기술을 가진 자는 본 발명의 개념이 어떤 적합한 환경에서 수행될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 ‘포함한다(comprises)’ 및/또는 ‘포함하는(comprising)’은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 명세서에서 어떤 막(또는 층)이 다른 막(또는 층) 또는 기판 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 막(또는 층) 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 막(또는 층)이 개재될 수도 있다.
본 명세서의 다양한 실시 예들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 영역, 막들(또는 층들) 등을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 영역, 막들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 소정 영역 또는 막(또는 층)을 다른 영역 또는 막(또는 층)과 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에의 제1막질로 언급된 막질이 다른 실시 예에서는 제2막질로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다
본 발명의 실시예들에서 사용되는 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.
이하, 본 발명의 개념에 따른 액정 소자 및 그 동작 방법을 설명한다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 소자를 도시한 평면도이다. 도 1b는 도 1a의 Ⅰ-Ⅱ선을 따라 자른 단면이다. 도 2a는 도 1a의 액정 소자의 동작 방법을 설명하기 위한 평면도이다. 도 2b는 도 2a의 Ⅰ-Ⅱ선을 따라 자른 단면이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 액정 소자(11)는 적층된 제1 기판(100), 제1 전극(110), 액정층(300), 제2 전극(210), 및 제2 기판(200)을 포함할 수 있다. 제1 기판(100)은 도 1a와 같이 평면적 관점에서 복수의 픽셀 영역들(Px)을 가질 수 있다. 픽셀 영역들(Px) 각각은 제1 영역(R1) 및 제2 영역(R2)을 포함할 수 있다. 각각의 픽셀 영역들(Px)에서 제2 영역(R2)은 제1 영역(R1)을 둘러쌀 수 있다. 제1 기판(100)은 투명할 수 있다. 제1 기판(100)은 유기물 또는 무기물을 포함할 수 있다. 제1 기판(100)은 예를 들어, 플리스틱, 폴리머, 또는 유리를 포함할 수 있다.
제1 전극(110)이 제1 기판(100) 상에 배치될 수 있다. 제1 전극(110)은 도 1a와 같이 사각형의 형상을 가질 수 있다. 다른 예로, 제1 전극(110)의 평면적 형상은 원형, 타원형, 또는 육각형과 같이 다양하게 변형될 수 있다. 제1 전극(110)은 평면적 관점에서 제1 기판(100)의 제1 영역(R1)과 중첩되며, 제1 기판(100)의 제1 영역(R1)을 덮을 수 있다. 제1 전극(110)은 평면적 관점에서 제1 기판(100)의 제2 영역(R2)과 중첩되지 않을 수 있다. 도 1b와 같이 제1 전극(110)은 제1 기판(100)의 제2 영역(R2)을 노출시킬 수 있다. 제1 전극(110)은 투명할 수 있다. 제1 전극(110)은 인듐 주석 산화물(ITO) 또는 인듐 아연 산화물(IZO)와 같은 투명 전도성 산화물을 포함할 수 있다.
제1 배향막(120)이 제1 전극(110) 상에 배치될 수 있다. 제1 배향막(120)은 제1 전극(110) 및 제1 전극(110)에 의해 노출된 제1 기판(100)의 제2 영역(R2)을 덮을 수 있다. 제1 배향막(120)은 소수성 배향 물질을 포함할 수 있다. 소수성 배향 물질은 불소를 함유하는 폴리머를 포함할 수 있다. 제2 배향막(220)에 포함된 소수성 배향 물질은 제1 배향막(120)에 포함된 소수성 배향 물질과 동일 또는 상이할 수 있다.
제2 배향막(220)이 제1 배향막(120)과 수직적으로 이격 배치될 수 있다. 제2 배향막(220)은 소수성 배향 물질을 포함할 수 있다.
제2 전극(210)이 제2 배향막(220) 상에 제공될 수 있다. 제2 전극(210)은 제1 기판(100)의 제1 영역(R1) 및 제2 영역(R2)과 평면적 관점에서 중첩될 수 있다. 제2 전극(210)은 공통 전극으로 기능할 수 있다. 제2 전극(210)은 투명할 수 있다. 제2 전극(210)은 인듐 주석 산화물(ITO) 또는 인듐 아연 산화물(IZO)와 같은 투명 전도성 산화물을 포함할 수 있다.
제2 기판(200)이 제2 전극(210) 상에 배치될 수 있다. 제2 기판(200)은 유기물 또는 무기물을 포함할 수 있다.
액정층(300)은 제1 기판(100)의 픽셀 영역들(Px) 상에 배치될 수 있다. 액정층(300)이 제1 전극(110) 및 제2 전극(210) 사이에 제공될 수 있다. 보다 구체적으로, 액정층(300)이 제1 배향막(120) 및 제2 배향막(220) 사이에 제공될 수 있다. 액정층(300)은 제1 기판(100)의 픽셀 영역들(Px) 각각의 제1 영역(R1) 및 제2 영역(R2)과 평면적 관점에서 중첩될 수 있다. 별도의 격벽이 액정층(300) 내에 제공되지 않을 수 있다. 이에 따라, 픽셀 영역들(Px) 너비(B)가 감소할 수 있다. 픽셀 영역들(Px)의 너비(B)는 제1 기판(100) 및 제2 기판(210) 사이의 간격(A)과 같거나 더 작을 수 있다. 픽셀 영역들(Px)의 너비(B)는 픽셀 영역들(Px)의 피치와 실질적으로 동일한 값을 가질 수 있다. 여기에서, 제1 전극(110)은 복수의 제1 전극들(110)을 포함하고, 픽셀 영역들(Px)의 피치는 인접한 두 제1 전극들(110)의 사이의 피치를 의미할 수 있다. 이하, 설명의 간소화를 위해 단수의 제1 전극(110)에 관하여 기술한다.
액정층(300)은 서로 상분리된 액정 부분(310) 및 소수성 부분(320)을 포함할 수 있다. 액정 부분(310) 및 소수성 부분(320)은 각 픽셀 영역들(Px)의 제1 영역(R1) 및 제2 영역(R2)과 평면적 관점에서 중첩될 수 있다. 액정 부분(310)은 액정 분자들(311)을 포함할 수 있다. 액정 분자들(311)은 양의 유전율 또는 음의 유전율을 가질 수 있다. 소수성 부분(320)은 소수성 물질들을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 소수성은 물에 대한 접촉각이 90도보다 큰 것을 의미한다. 소수성 물질들은 예를 들어, 불소를 함유하는 폴리머를 포함할 수 있다. 소수성 물질들은 예를 들어, tetrafluoroethylene, trifluoroethylene, difluoroethylene, 2,2-bisfluoromethyl-4,5-difluoro-1,3-dixole, 및 chlorotrifluoroethylene 중에서 선택된 적어도 하나의 모노머로부터 중합된 폴리머를 포함할 수 있다. 소수성 물질들은 액정 분자들(311)보다 비극성을 나타낼 수 있다. 액정 분자들(311)보다 낮은 유전율을 가질 수 있다. 소수성 물질들은 액정 분자들(311)의 1/100 내지 1/2의 유전율을 가질 수 있다. 소수성 물질들은 예를 들어, 1 내지 10의 유전율을 가질 수 있다. 본 명세서에서, 액정 부분(310)의 굴절률 및 유전율은 각각 액정 분자들(311)의 굴절률 및 유전율과 실질적으로 동일할 수 있다. 소수성 부분(320)의 굴절률은 액정 부분(310)의 굴절률과 다를 수 있다. 소수성 부분(320)의 굴절룰은 액정 부분(310)의 굴절률보다 작을 수 있다. 예를 들어, 소수성 부분(320)의 굴절률은 1.29 내지 1.42이고, 액정 부분(310)의 굴절률은 1.45 내지 1.55일 수 있다. 본 명세서에서, 소수성 부분(320)의 굴절률 및 유전율은 각각 소수성 물질들의 굴절률 및 유전율과 실질적으로 동일할 수 있다. 소수성 부분(320)은 무정형(amorphous)일 수 있다. 소수성 부분(320)은 투명할 수 있다. 소수성 부분(320)은 액체 상태일 수 있다.
액정층(300)은 별도의 외력(예를 들어, 전기장)이 없는 상태일 수 있다. 제1 및 제2 배향막들(120, 220)과 소수성 부분(320) 사이의 상호 작용의 세기는 제1 및 제2 배향막들(120, 220)과 액정 부분(310) 사이의 상호작용의 세기와 다를 수 있다. 제1 배향막(120) 및 제2 배향막(220)이 소수성 배향 물질들을 포함하므로, 제1 배향막(120) 및 제2 배향막(220)은 액정 부분(310)보다 소수성 부분(320)과 더 강하게 상호 작용할 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 배향막들(120, 220)과 소수성 부분(320) 사이의 친화도는 제1 및 제2 배향막들(120, 220)과 액정 부분(310) 사이의 친화도보다 클 수 있다. 소수성 부분(320)은 서로 이격된 제1 서브 소수성 부분(321) 및 제2 서브 소수성 부분(322)을 포함할 수 있다. 제1 서브 소수성 부분(321)은 제1 배향막(120)과 물리적으로 접촉하고, 제2 서브 소수성 부분(322)은 제2 배향막(220)과 물리적으로 접촉할 수 있다. 제1 서브 소수성 부분(321)의 상면 및 제2 서브 소수성 부분(322)의 하면은 편평한 것으로 도시되었으나, 이와 달리, 제1 서브 소수성 부분(321)의 상면 및 제2 서브 소수성 부분(322)의 하면 중 적어도 하나는 굴곡질 수 있다.
액정 부분(310)은 제1 배향막(120) 및 제2 배향막(220)과 이격될 수 있다. 액정 부분(310)은 제1 서브 소수성 부분(321) 및 제2 서브 소수성 부분(322) 사이에 제공될 수 있다.
이하, 액정 소자(11)의 동작에 관하여 설명한다.
도 1a 및 도 1b에서 액정 소자(11)는 제1 전극(110) 및 제2 전극(210) 사이에 전압차가 형성되지 않는 상태일 수 있다. 일 예로, 제1 전극(110) 및 제2 전극(210)에 전압이 인가되지 않을 수 있다. 다른 예로, 제1 전압 및 제2 전압이 제1 전극(110) 및 제2 전극(210)에 각각 인가되고, 제2 전압은 제1 전압과 동일할 수 있다. 소수성 부분(320)은 액정층(300)의 픽셀 영역들(Px)의 제1 영역들(R1) 및 제2 영역들(R2)과 중첩될 수 있다. 액정 부분(310)의 액정 분자들(311)은 정렬되지 않고, 무질서하게 배열될 수 있다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 제1 전극(110) 및 제2 전극(210) 사이에 전압차가 발생할 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(110)에 제3 전압이 인가되고, 제2 전극(210)에 제4 전압이 인가될 수 있다. 제4 전압은 제3 전압과 다를 수 있다. 상기 전압차에 의해 액정 분자들(311)은 방향성을 갖고, 규칙적으로 정렬될 수 있다. 도 2b와 같이 액정 분자들(311)은 제1 기판(100)의 상면에 수직한 방향으로 정렬될 수 있다. 액정 분자들(311)의 정렬 방향은 이에 제한되지 않고 다양하게 변형될 수 있다. 이 때, 정렬된 액정 분자들(311)은 전기장이 강하게 작용하는 위치, 즉, 제1 전극(110)과 제2 전극(210) 사이에 배치될 수 있다. 정렬된 액정 분자들(311)은 제1 전극(110)과 수직적으로 중첩되는 부분 상에 배치될 수 있다. 상기 정렬된 액정 분자들(311)은 인접한 다른 액정 분자들(311)과 강한 상호작용을 할 수 있다. 이에 따라, 인접한 액정 분자들(311)이 제1 전극(110)과 수직적으로 중첩되는 부분 상에 모여들고, 정렬될 수 있다. 따라서, 액정 부분(310)은 평면적 관점에서 제1 기판(100)의 픽셀 영역들(Px)의 제1 영역들(R1)과 중첩될 수 있다. 소수성 부분(320)은 낮은 유전율(예를 들어, 1 내지 10의 유전율)을 가질 수 있다. 소수성 물질들의 배열은 전기장에 의해 직접적으로 영향을 받지 않을 수 있다. 소수성 부분(320)은 상기 액정 분자들(311)에 의해 제1 전극(110)과 중첩되지 않는 부분(예를 들어, 제2 영역(R2))으로 밀려날 수 있다. 액정 부분(310)의 일부가 제1 서브 소수성 부분(321) 및 제2 서브 소수성 부분(322) 사이로 연장될 수 있다. 이 때, 제1 서브 소수성 부분(321) 및 제2 서브 소수성 부분(322) 사이의 액정 분자들(311)은 정렬되지 않을 수 있다.
소수성 부분(320)은 픽셀 영역들(Px)의 제1 영역들(R1)과 중첩되지 않을 수 있다. 소수성 부분(320)은 픽셀 영역들(Px)의 제2 영역들(R2)과 중첩될 수 있다. 소수성 부분(320)은 픽셀 영역들(Px)을 구획하는 격벽들로 기능할 수 있다. 즉, 픽셀 영역들(Px)의 제2 영역들(R2)은 각각의 픽셀 영역들(Px)을 정의하는 분리 영역들로 기능할 수 있다. 소수성 물질들은 서로 다른 픽셀 영역들(Px)의 액정 분자들(311) 사이의 크로스 토크(cross talk)의 발생이 방지/감소될 수 있다. 이에 따라, 액정 소자(11)의 해상도가 향상될 수 있다. 소수성 물질들의 유전율이 액정 분자들(311)의 유전율의 1/2보다 크면, 소수성 부분(320)이 격벽으로 기능하기 어려울 수 있다. 실시예들에 따르면, 소수성 물질들의 유전율을 액정 분자들(311)의 유전율의 1/2보다 작을 수 있다. 전압차에 의해 소수성 부분(320)이 픽셀 영역들(Px)의 제1 영역들(R1)의 액정 분자들(311)을 구획하므로, 액정층(300) 내에 별도의 격벽이 제공되지 않을 수 있다. 이에 따라, 액정층(300)이 소형화될 수 있다. 격벽 형성 공정이 생략되어, 액정 소자(11)의 제조가 보다 간소화될 수 있다. 제1 기판(100)의 픽셀 영역들(Px)이 피세 피치를 갖더라도, 소수성 부분(320)은 픽셀 영역들(Px)을 양호하게 구획할 수 있다. 실시예들에 따르면, 픽셀 영역들(Px)의 너비(B)는 제1 기판(100) 및 제2 기판(200) 사이의 간격(A)과 동일하거나 더 작을 수 있다. 액정 소자(11)의 픽셀 영역들(Px)의 너비(B)가 감소하여, 액정 소자(11)의 해상도가 더욱 향상될 수 있다.
다른 예로, 액정층(300) 내에 소수성 물질들의 함량비가 조절되어, 제1 기판(100)의 제2 영역들(R2) 중 적어도 어느 하나에서, 대응되는 제1 서브 소수성 부분(321)은 제2 서브 소수성 부분(322)과 연결될 수 있다. 소수성 부분(320)의 형상은 도시된 바에 제한되지 않고 다양하게 변형될 수 있다.
도 3은 다른 실시예에 따른 액정 소자를 도시한 단면도로, 도 1a의 Ⅰ-Ⅱ선을 따라 자른 단면에 대응된다. 이하, 앞서 설명한 바와 중복되는 내용은 생략한다.
도 3을 참조하면, 액정 소자(12)는 적층된 제1 기판(100), 제1 전극(110), 제1 배향막(120), 액정층(300), 제2 배향막(220), 제2 전극(210), 및 제2 기판(200)을 포함할 수 있다. 제1 기판(100), 제1 전극(110), 제1 배향막(120), 액정층(300), 제2 배향막(220), 제2 전극(210), 및 제2 기판(200)은 앞서 도 1a 및 도 1b에서 설명한 바와 실질적으로 동일할 수 있다.
액정층(300)의 액정 부분(310)은 액정 분자들(311)에 더하여 제1 염료(410)를 더 포함할 수 있다. 제1 염료(410)는 액정 분자들(311)에 대해 용해성을 갖고, 액정 부분(310) 내에 분산될 수 있다. 제1 염료(410)는 제1 색을 나타낼 수 있다. 소수성 부분(320)은 소수성 물질들에 더하여 제2 염료(420)를 더 포함할 수 있다. 제2 염료(420)는 소수성 물질들에 대해 용해성을 갖고, 소수성 부분(320) 내에 분산될 수 있다. 제2 염료(420)는 상기 제1 색과 다른 제2 색을 나타낼 수 있다. 다른 예로, 제1 염료(410) 및 제2 염료(420) 중에서 어느 하나는 생략될 수 있다.
도 3에서 제1 전극(110) 및 제2 전극(210) 사이에 전압차가 형성되지 않은 상태일 수 있다. 제1 전극(110) 및 제2 전극(210) 사이에 전압차를 가하여, 액정 소자(12)가 동작할 수 있다. 액정 소자(12)의 동작 방법은 앞서 도 1a 내지 도 2b의 액정 소자(11)의 동작에서 설명한 바와 실질적으로 동일할 수 있다.
도 4a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정 소자를 도시한 평면도이다. 도 4b는 도 4a의 Ⅰ-Ⅱ선을 따라 자른 단면이다. 도 5a는 도 4a의 액정 소자의 동작 방법을 설명하기 위한 평면도이다. 도 5b는 도 5a의 Ⅰ-Ⅱ선을 따라 자른 단면이다. 이하, 앞서 설명한 바와 중복되는 내용은 생략한다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 액정 소자(13)는 적층된 제1 기판(100), 제1 전극(110), 제1 배향막(120), 액정층(300), 제2 배향막(220), 제2 전극(210), 및 제2 기판(200)을 포함할 수 있다. 제1 기판(100), 제1 전극(110), 제2 전극(210), 및 제2 기판(200)은 앞서 도 1a 및 도 1b에서 설명한 바와 실질적으로 동일할 수 있다. 픽셀 영역들(Px)의 너비(B)는 제1 기판(100) 및 제2 기판(200) 사이의 간격(A)과 동일하거나 더 작을 수 있다. 제1 배향막(120) 및 제2 배향막(220)의 배치는 도 1a 및 도 1b의 제1 배향막(120) 및 제2 배향막(220)의 배치와 실질적으로 동일할 수 있다. 다만, 제1 배향막(120) 및 제2 배향막(220)은 유기 배향 물질 또는 무기 배향 물질을 포함할 수 있다. 유기 배향 물질은 폴리이미드 또는 폴리비닐알코올과 같은 폴리머를 포함할 수 있다. 무기 배향 물질은 실리콘옥사이드(SiO), 실리콘나이트라이드(SiN), 실리콘옥시나이트라이드(SION), 또는 알루미늄옥사이드(AlO)을 포함할 수 있다. 제2 배향막(220)은 제1 배향막(120)과 동일 또는 상이한 물질을 포함할 수 있다.
액정층(300)은 상분리된 액정 부분(310) 및 소수성 부분(320')을 포함할 수 있다. 실시예에 따르면, 제1 및 제2 배향막들(120, 220)과 액정 부분(310) 사이의 친화력은 제1 및 제2 배향막들(120, 220)과 소수성 부분(320') 사이의 친화력보다 더 클 수 있다. 소수성 부분(320')은 제1 배향막(120) 및 제2 배향막(220)과 이격될 수 있다. 액정 부분(310)은 복수의 액정 부분들(310)을 포함할 수 있다. 액정 부분들(310)은 소수성 부분(320')과 제1 배향막(120) 사이 또는 소수성 부분(320')과 제2 배향막(220) 사이에 제공될 수 있다. 액정 부분들(310)은 제1 배향막(120) 또는 제2 배향막(220)과 물리적으로 접촉할 수 있다. 별도의 외력(예를 들어, 전기장)이 액정층(300)에 가해지지 않더라도, 도 4a 및 4b와 같이 제1 배향막(120)에 인접한 액정 분자들(311)은 제1 배향막(120)에 의해 정렬될 수 있다. 제2 배향막(220)에 인접한 액정 분자들(311)은 제2 배향막(220)에 의해 정렬될 수 있다. 도 4b를 도 1a와 함께 참조하면, 제1 및 제2 배향막들(120, 220)로부터 일정 거리 이상 이격된 액정 분자들(311), 예를 들어, 소수성 부분(320')과 인접한 액정 분자들(311)은 정렬되지 않고, 무질서하게 배열될 수 있다. 이하, 단수의 액정 부분들(310)에 관하여 기술한다.
액정 소자(13)의 동작 방법에 대하여 설명한다.
도 4a 및 도 4b에서, 액정 소자(13)는 제1 전극(110) 및 제2 전극(210) 사이에 전압차가 형성되지 않은 상태일 수 있다. 액정 부분(310) 및 소수성 부분(320')의 배치는 앞서 설명한 바와 동일할 수 있다. 소수성 부분(320)은 액정층(300)의 픽셀 영역들(Px)의 제1 영역들(R1) 및 제2 영역들(R2)과 중첩될 수 있다. 액정 분자들(311)이 제1 및 제2 배향막들(120, 220)로부터 일정 거리 이상 이격되면, 상기 액정 분자들(311)은 랜덤하게 배열될 수 있다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 액정 소자(13)의 제1 전극(110) 및 제2 전극(210) 사이에 전압차가 발생할 수 있다. 예를 들어, 제3 전압 및 제4 전압이 제1 전극(110) 및 제2 전극(210)에 각각 인가될 수 있다. 제4 전압은 제3 전압과 다를 수 있다. 상기 전압차에 의해 액정 분자들(311)은 방향성을 갖고, 규칙적으로 정렬될 수 있다. 상기 정렬된 액정 분자들(311)은 제1 전극(110)과 수직적으로 중첩되는 부분 상에 배치되고, 액정 부분(310)은 평면적 관점에서 픽셀 영역들(Px)의 제1 영역들(R1)과 중첩될 수 있다. 소수성 부분(320')은 상기 액정 분자들(311)에 의해 픽셀 영역들(Px)의 제2 영역들(R2) 상으로 밀려날 수 있다. 소수성 부분(320’)은 제1 기판(100)의 제2 영역들(R2)과 중첩될 수 있다. 소수성 부분(320’)은 평면적 관점에서 픽셀 영역들(Px)의 제1 영역들(R1)과 이격될 수 있다. 소수성 부분(320’)에 의해 각각의 픽셀 영역들(Px)의 액정 분자들(311) 사이의 크로스 토크의 발생이 방지/감소될 수 있다. 이에 따라, 액정 소자(13)의 해상도가 향상될 수 있다.
소수성 물질들은 제1 배향막(120) 및 제2 배향막(220)에 대해 낮은 친화도를 가지므로, 도 2b와 같이 액정 부분(310)의 일부가 제1 배향막(120)과 소수성 부분(320') 사이 및 소수성 부분(320')과 제2 배향막(220) 사이로 연장될 수 있다. 픽셀 영역들(Px)의 제2 영역들(R2) 상의 액정 분자들(311)의 정렬 방향은 제1 및 제2 배향막들(120, 220)에 의해 결정될 수 있다. 픽셀 영역들(Px)의 제2 영역들(R2) 상의 액정 분자들(311)은 제1 영역들(R1) 상의 액정 분자들(311)과 다른 방향으로 정렬될 수 있다. 소수성 부분(320’)의 형상은 도시된 바에 제한되지 않고 다양하게 변형될 수 있다.
도 6은 또 다른 실시예에 따른 액정 소자를 도시한 단면도이다. 이하, 앞서 설명한 바와 중복되는 내용은 생략한다.
도 6을 참조하면, 액정 소자(14)는 적층된 제1 기판(100), 제1 전극(110), 제1 배향막(120), 액정층(300), 제2 배향막(220), 제2 전극(210), 및 제2 기판(200)을 포함할 수 있다. 제1 기판(100), 제1 전극(110), 제2 전극(210), 및 제2 기판(200)은 앞서 도 1a 및 도 1b에서 설명한 바와 실질적으로 동일할 수 있다. 제1 배향막(120), 액정층(300), 및 제2 배향막(220)은 앞서 도 4a 및 도 4b에서 설명한 바와 실질적으로 동일할 수 있다.
액정층(300)의 액정 부분(310)은 액정 분자들(311)에 더하여 제1 염료(410)를 더 포함할 수 있다. 제1 염료(410)는 제1 색을 나타낼 수 있다. 소수성 부분(320')은 소수성 물질들에 더하여 제2 염료(420)를 더 포함할 수 있다. 제2 염료(420)는 상기 제1 색과 다른 제2 색을 나타낼 수 있다. 다른 예로, 제1 염료(410) 및 제2 염료(420) 중에서 어느 하나는 생략될 수 있다.
도 6의 액정 소자(14)는 제1 전극(110) 및 제2 전극(210) 사이에 전압차가 제공되지 않은 상태일 수 있다. 제1 전극(110) 및 제2 전극(210) 사이에 전압차를 가하여, 액정 소자(14)가 동작할 수 있다. 액정 소자(14)의 동작 방법은 앞서 도 4a 내지 도 5b의 액정 소자(13)의 동작에서 설명한 바와 실질적으로 동일할 수 있다.
도 7은 실시예들에 따른 표시 장치를 도시한 단면도이다. 이하, 앞서 설명한 바와 중복되는 내용은 생략한다.
도 7을 참조하면, 표시 장치(1000)는 발광 소자(20) 및 액정 소자(10)를 포함할 수 있다. 발광 소자(20)는 액정 소자(10)로 빛을 방출할 수 있다.
액정 소자(10)가 발광 소자(20) 상에 제공될 수 있다. 액정 소자(10)는 도 4a 및 도 4b의 액정 소자(13)를 포함할 수 있다. 이 경우, 액정 소자(10)의 동작 방법은 앞서 도 4a 내지 도 5b의 액정 소자(13)의 동작에서 설명한 바와 실질적으로 동일할 수 있다. 도시된 바와 달리, 액정 소자(10)는 도 1a 및 도 1b에서 설명한 액정 소자(11)일 수 있고, 이 경우, 액정 소자(10)의 동작 방법은 앞서 도 1a 내지 도 2b의 액정 소자(11)의 동작에서 설명한 바와 실질적으로 동일할 수 있다. 또 다른 예로, 액정 소자(10)는 도 3의 액정 소자(12) 또는 도 6의 액정 소자(14)와 동일할 수 있다.
표시 장치(1000)는 홀로그램 디스플레이 장치로 기능할 수 있다. 발광 소자(20)는 백라이트 유닛을 포함할 수 있다. 액정 소자(10)는 광 변조기(Light Modulator)로 기능할 수 있다. 표시 장치(1000)는 홀로그램 디스플레이 장치에 제한되지 않고, 다양한 분야에 적용될 수 있다.
이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니며, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (17)

  1. 제1 기판;
    상기 제1 기판 상의 제1 전극;
    상기 제1 전극 상에 배치되고, 액정 분자들을 포함하는 액정 부분 및 소수성 물질들을 포함하는 소수성 부분을 포함하는 액정층;
    상기 액정층 상의 제2 전극;
    상기 제1 전극 및 상기 액정층 사이에 배치되는 제1 배향막; 및
    상기 액정층 및 상기 제2 전극 사이에 배치되는 제2 배향막을 포함하고,
    상기 소수성 부분은 상기 액정 부분과 상분리되고,
    상기 소수성 부분은 상기 액정 부분보다 낮은 유전율을 갖고,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 전압차가 형성되지 않은 제1 상태에서, 상기 소수성 부분은 상기 제1 배향막 및 상기 제2 배향막과 이격되고,
    상기 제1 상태에서 상기 액정 부분은 상기 소수성 부분과 상기 제1 배향막 사이 및 상기 소수성 부분과 상기 제2 배향막 사이에 제공되는 액정 소자.
  2. 삭제
  3. 제1 기판;
    상기 제1 기판 상의 제1 전극;
    상기 제1 전극 상에 배치되고, 액정 분자들을 포함하는 액정 부분 및 소수성 물질들을 포함하는 소수성 부분을 포함하는 액정층;
    상기 액정층 상의 제2 전극;
    상기 제1 전극 및 상기 액정층 사이에 배치되는 제1 배향막; 및
    상기 액정층 및 상기 제2 전극 사이에 배치되는 제2 배향막을 포함하고,
    상기 소수성 부분은 상기 액정 부분과 상분리되고,
    상기 소수성 부분은 상기 액정 부분보다 낮은 유전율을 갖고,
    평면적 관점에서 상기 액정층은 상기 제1 전극과 중첩되는 제1 영역 및 상기 제1 전극과 중첩되지 않는 제2 영역을 가지고,
    상기 제1 배향막 및 상기 제2 배향막은 소수성을 갖고,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 전압차가 형성되지 않은 상태에서, 상기 액정 부분은 상기 제1 배향막 및 상기 제2 배향막과 이격되며,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 전압차가 가해진 상태에서, 상기 액정 부분은 상기 제1 영역과 중첩되고, 상기 제2 영역과 이격되고,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 전압차가 가해진 상태에서, 상기 소수성 부분은 상기 제2 영역과 중첩되나, 상기 제1 영역과 이격되는 액정 소자.
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 전극 상에 배치된 제2 기판을 더 포함하되,
    상기 제1 기판은 픽셀 영역들을 갖고,
    상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 사이의 간격은 상기 픽셀 영역들의 너비들과 동일하거나 더 큰 액정 소자.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 액정 부분은 제1 염료를 더 포함하고,
    상기 소수성 부분은 제2 염료를 더 포함하는 액정 소자.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 소수성 부분은 상기 액정 부분과 다른 굴절률을 갖는 액정 소자.
  8. 기판 상에 적층된 제1 전극, 액정층, 및 제2 전극을 포함하는 액정 소자의 동작 방법에 있어서, 상기 기판은 복수의 픽셀 영역들을 갖고, 상기 픽셀 영역들 각각은 평면적 관점에서 상기 제1 전극과 중첩되는 제1 영역 및 상기 제1 전극과 이격되는 제2 영역을 포함하고, 상기 액정층은 서로 상분리된 액정 분자들 및 소수성 부분을 포함하고,
    상기 소수성 부분을 상기 기판의 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역과 평면적 관점에서 중첩시키는 것; 및
    상기 소수성 부분을 상기 기판의 상기 제1 영역과 평면적 관점에서 이격시키는 것을 포함하는 액정 소자 동작 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 소수성 부분을 상기 기판의 제1 영역과 이격시키는 것은:
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 전압차를 발생시키는 것을 포함하는 액정 소자 동작 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 소수성 부분을 상기 기판의 상기 제1 영역과 이격시키는 것은:
    상기 전압차에 의해 상기 액정 분자들을 정렬시키는 것을 더 포함하는 액정 소자 동작 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 정렬된 액정 분자들은 평면적 관점에서 상기 기판의 상기 제1 영역과 중첩되는 액정 소자 동작 방법.
  12. 제 8항에 있어서,
    상기 소수성 부분을 상기 기판의 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역과 중첩시키는 것은 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 전압차를 가하지 않은 상태에서 진행되는 액정 소자 동작 방법.
  13. 제 8항에 있어서,
    상기 소수성 부분은 상기 액정 분자들의 1/100 내지 1/2의 유전율을 갖는 액정 소자 동작 방법.
  14. 제 8항에 있어서,
    상기 제2 전극의 상면 상에 배치된 상부 기판을 더 포함하되,
    상기 기판 및 상기 상부 기판 사이의 간격은 상기 픽셀 영역들의 너비들과 동일하거나 더 큰 액정 소자 동작 방법.
  15. 제 8항에 있어서,
    상기 액정 소자는:
    상기 제1 전극 및 상기 액정층 사이에 배치되는 제1 배향막; 및
    상기 액정층 및 상기 제2 전극 사이에 배치되는 제2 배향막을 더 포함하는 액정 소자 동작 방법.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 소수성 부분은 상기 제1 배향막 및 상기 제2 배향막과 이격되고,
    상기 액정 분자들은 상기 소수성 부분과 상기 제1 배향막 사이 및 상기 소수성 부분과 상기 제2 배향막 사이에 제공되는 액정 소자 동작 방법.
  17. 제 15항에 있어서,
    상기 액정 분자들은 상기 제1 배향막 및 상기 제2 배향막과 이격되고,
    상기 소수성 부분은 상기 제1 배향막 및 상기 제2 배향막과 물리적으로 접촉하는 액정 소자 동작 방법.
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