KR102401938B1 - 광 제어 장치와 이를 포함한 투명표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 투명 모드 및 차광 모드를 구현할 수 있는 광 제어 장치와 이를 포함한 투명표시장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 광 제어 장치는 서로 마주보는 제1 기판 및 제2 기판; 상기 제1 기판 위에 있는 제1 전극; 상기 제2 기판 위에 있는 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 콜레스테릭 액정들을 포함하는 액정층을 포함하고, 상기 콜레스테릭 액정들은 전압이 인가되지 않는 경우 차광 모드에서 포컬 코닉 상(focal conic state)을 가지고, 상기 콜레스테릭 액정들은 전압이 인가되는 경우 투명 모드에서 호메오트로픽 상(homeotropic state)을 갖는 것을 특징으로 한다.

Description

광 제어 장치와 이를 포함한 투명표시장치{LIGHT CONTROLLING APPARATUS AND TRANSPARENT DISPLAY DEVICE USING THE SAME}
본 발명은 투명 모드 및 차광 모드를 구현할 수 있는 광 제어 장치와 이를 포함한 투명표시장치에 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 투명표시장치에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
투명표시장치는 공간활용성, 인테리어 및 디자인의 장점을 가지며, 다양한 응용분야를 가질 수 있다. 투명표시장치는 정보인식, 정보처리 및 정보표시의 기능을 투명한 전자기기로 구현함으로써 기존 전자기기의 공간적 및 시각적 제약을 해소할 수 있다. 이러한 투명표시장치는 스마트 창(smart window)에 사용될 수 있으며 스마트 창은 스마트 홈이나 스마트 자동차용 창으로 응용하는 것이 가능하다.
이 중 LCD를 활용한 투명표시장치는, 에지 타입의 백라이트를 적용하여 구현하는 방식이 있으나, 투과율이 매우 낮고, LCD 기술을 적용한 투명표시장치는 블랙(black) 구현을 위해 사용되는 편광판에 의해 투명도가 저하되는 단점이 있으며, 야외 시인성에 대해 단점을 나타내고 있다.
그리고, OLED를 접목한 투명표시장치는 소비 전력이 LCD에 비해 높으며, 트루 블랙(true black) 표현에 어려움이 있으며, 어두운 환경에서는 명암비(contrast ratio)에 문제가 없으나 빛이 있는 일반 환경에서는 명암비가 저하되는 투명표시장치로서의 단점을 가지고 있다.
이러한 단점을 개선하기 위해, 투명표시장치의 뒷면으로 입사되는 빛을 투과시키는 투명 모드와 차광하는 차광 모드를 모두 구현할 수 있는 차광 장치를 투명표시장치에 적용하는 방법이 제안되고 있다.
1. 반사형 액정표시장치 및 그 제어방법 (특허출원번호 제10-2011-0103726호)
본 발명은 콜레스테릭 액정들의 포컬 코닉 상(focal conic state)과 호메오트로픽 상(homeotropic state)을 이용하여 빛을 투과시키거나 차광할 수 있는 광 제어 장치와 그를 포함한 투명표시장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 적외선 파장대 또는 자외선 파장대를 반사하는 콜레스테릭 액정을 적용함으로써, 투명 모드에서 투과율이 저하되지 않고, 차광 모드에서 차광율을 높일 수 있는 투명표시장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 이색성 염료들을 포함하는 액정층을 이용하여 차광 모드에서 차광율이 높은 광 제어 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 차광 모드를 구현하기 위하여 별도의 전력 소비가 필요 없는 광 제어 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 제조 공정을 단순화하여, 비용을 절감할 수 있는 액정층을 이용한 광 제어 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 가시광선 파장대의 빛을 반사하지 않는 콜레스테릭 액정들을 이용한 광 제어 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 이색성 염료들에 따라 특정한 색을 표시함으로써 뒷 배경이 보이지 않는 광 제어 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 액정층의 셀갭(cell gap)을 유지하기 위한 스페이서들을 포함하여, 외부로부터 힘이 가해지는 경우 액정층의 내부를 보호함과 동시에 스페이서들이 액정층을 구획하는 격벽의 기능을 할 수 있는 광 제어 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 굴절률 차이를 줄여 투과율을 높이기 위해 굴절률 매칭층을 포함하는 광 제어 장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 광 제어 장치는 서로 마주보는 제1 기판 및 제2 기판; 상기 제1 기판 위에 있는 제1 전극; 상기 제2 기판 위에 있는 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 콜레스테릭 액정들을 포함하는 액정층을 포함하고, 상기 콜레스테릭 액정들은 전압이 인가되지 않는 경우 차광 모드에서 포컬 코닉 상(focal conic state)을 가지고, 상기 콜레스테릭 액정들은 전압이 인가되는 경우 투명 모드에서 호메오트로픽 상(homeotropic state)을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 광 제어 장치는 서로 마주보는 제1 기판 및 제2 기판; 및 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 있고, 콜레스테릭 액정들을 포함하는 액정층을 포함하고, 차광 모드에서 상기 콜레스테릭 액정들은 무질서하게 배열되어 입사되는 빛을 산란하고, 투명 모드에서 수직 방향으로 배열되어 입사되는 빛을 통과시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 투명표시장치는 투과 영역과 영상을 표시하는 발광 영역을 포함하는 투명표시패널; 및 상기 투명표시패널의 적어도 일면상에 있는 광 제어 장치를 포함하고, 상기 광 제어 장치는 콜레스테릭 액정들을 갖는 액정층을 포함하고, 상기 입사되는 빛을 차광하기 위한 차광 모드로 구현되도록 상기 액정층은 상기 발광 영역이 상기 영상을 표시하는 표시 모드에서 포컬 코닉 상(focal conic state)을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는 콜레스테릭 액정들을 포컬 코닉 상태(focal conic state)로 제어하여 입사되는 빛을 산란시킴으로써 차광 모드에서 빛을 산란 및 차광하는 효과를 높일 수 있다.
본 발명에서는 콜레스테릭 액정들을 호메오트로픽 상(homeotropic state)으로 제어하여 투명 모드에서 빛의 투과율을 높일 수 있다. 또한, 본 발명에서는 전압을 인가하지 않는 경우 차광 모드를 구현할 수 있으므로, 차광 모드를 구현하기 위하여 별도의 전력 소비가 필요 없다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에서는 전압이 인가되지 않는 초기 상태에서 액정층의 콜레스테릭 액정들이 무질서(random)하게 배열되므로, 액정층을 배열하기 위한 배향막이 필요 없게 되어 제조 공정을 단순화할 수 있으며, 비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 콜레스테릭 액정의 피치가 가시광선 파장대가 아닌 적외선 파장대(780nm 이상의 파장대) 또는 자외선 파장대(380nm 이하의 파장대)를 반사하도록 설계한다. 따라서, 콜레스테릭 액정이 가시광선 파장대의 빛을 반사하지 않으므로, 가시광선의 일부가 반사되어 사용자에게 시인되는 문제를 해결할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 적외선 파장대 또는 자외선 파장대를 반사하는 콜레스테릭 액정을 적용함으로써, 투명 모드에서 투과율이 저하되지 않고, 차광 모드에서 차광율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명에서는 콜레스테릭 액정의 플래너 상을 적용하지 않음으로써, 투명 모드에서 반사에 의한 투과율의 손실을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명에서는 액정층에 포함된 이색성 염료들에 의해 특정한 색을 표시함으로써 광 제어 장치의 뒷 배경을 보이지 않게 할 수 있으므로 차광율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에서는 액정층에 포함된 폴리머 네트워크에 의해 입사되는 빛을 더욱 산란시킬 수 있으므로, 입사되는 빛이 이색성 염료들에 흡수되어 차광율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명에서는 액정층의 셀갭(cell gap)을 유지하기 위한 스페이서들을 포함한다. 스페이서들로 인하여 외부로부터 힘이 가해지는 경우 액정층의 내부를 보호함과 동시에 제1 전극과 제2 전극이 단선(short)되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 스페이서들이 액정층을 구획하는 격벽의 기능을 할 수 있다. 따라서, 구획된 공간마다 동일한 양의 액정들이 형성되거나 구획된 공간마다 콜레스테릭 액정의 피치를 다르게 제어하여 콜레스테릭 액정의 피치가 다른 액정들을 형성할 수 있다.
또한, 콜레스테릭 액정의 피치를 다르게 제어함으로써, 입사되는 빛을 산란시킬 수 있으며, 뒷 배경이 보이지 않게 할 수 있으므로, 차광율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에서는 굴절률 매칭층을 포함하므로, 기판과 공기 사이, 기판과 전극 사이 또는 전극과 액정층 사이의 굴절률 차이를 줄일 수 있다.
나아가, 본 발명에서는 광 제어 장치를 투명표시장치에 적용할 수 있다. 구체적으로, 투명표시패널의 화소들이 화상을 표시하는 표시 모드에서 광 제어 장치가 투명표시패널의 배면에 입사되는 빛을 차단하는 차광 모드로 구현되는 경우 투명표시패널이 표시하는 화상의 품질을 높일 수 있다.
또한, 투명표시패널의 화소들이 화상을 표시하지 않는 비표시 모드에서 광 제어 장치가 투명 모드로 구현되는 경우 투명표시장치는 투명하게 구현되므로, 사용자는 투명표시장치를 통해 투명표시장치 뒤의 배경을 볼 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광 제어 장치를 보여주는 사시도.
도 2는 도 1의 광 제어 장치의 일 예를 상세히 보여주는 단면도.
도 3a 및 도 3b는 차광 모드와 투명 모드에서 도 2의 광 제어 장치를 보여주는 단면도들.
도 3c는 플래너 상(planar state)의 콜레스테릭 액정을 포함하는 액정층을 보여주는 일 예시도면.
도 4는 콜레스테릭 액정들의 피치에 따른 반사 파장대를 보여주는 일 예시도.
도 5는 도 1의 광 제어 장치의 또 다른 예를 상세히 보여주는 단면도.
도 6a 및 도 6b는 차광 모드와 투명 모드에서 도 5의 광 제어 장치를 보여주는 단면도들.
도 7은 도 1의 광 제어 장치의 또 다른 예를 상세히 보여주는 단면도.
도 8a 및 도 8b는 차광 모드와 투명 모드에서 도 7의 광 제어 장치를 보여주는 단면도들.
도 9a 내지 도 9c는 도 1의 광 제어 장치의 다른 예들을 상세히 보여주는 단면도들.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 투명표시장치를 보여주는 사시도.
도 11a는 도 10의 투명표시패널의 하부 기판의 일 예를 상세히 보여주는 단면도.
도 11b는 도 10의 투명표시패널의 하부 기판의 다른 예를 상세히 보여주는 단면도.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 투명표시장치를 보여주는 사시도.
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.
본 발명의 실시예를 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 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시할 수도 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
투명표시장치의 차광 장치로 활용하기 위한 액정층으로 게스트 호스트(Guest-Host) 액정층이 연구되고 있다. 여기서 게스트(Guest)란 액정에 첨가되는 이색성 염료를 의미하며, 호스트(Host)란 액정을 의미한다. 게스트-호스트 방식에서는 액정의 배열 방향은 인가 전압에 의해 발생되는 전계에 의해 제어되며, 이색성 염료는 액정의 방향과 동일한 방향으로 동시에 정렬된다. 따라서, 액정과 이색성 염료에 의해 입사광이 산란(scattering) 및 흡수되어 차광 모드가 구현된다. 그리고, 전압이 인가되면 액정 및 이색성 염료는 기판의 표면에 수직인 방향으로 배향되며, 모든 입사광은 게스트-호스트 액정을 통과하여 투명 모드가 구현된다.
이 때, 호스트에 사용되는 액정은 크게 네마틱 액정(nematic liquid crystal), 스메틱 액정(smectic liquid crystal), 콜레스테릭 액정(cholesteric liquid crystal) 등으로 분류될 수 있다.
이 중에서 콜레스테릭 액정들은 두 개의 안정한 상태인 플래너 상(planar state)과 포컬 코닉 상(focal conic state), 그리고 호메오트로픽 상(homeotropic state)으로 이루어지는 세 가지 상(state)으로 상 변화(state transition or phase transition)할 수 있다. 플래너 상은 입사되는 빛 중에서 특정 파장의 빛을 반사하고, 포컬 코닉 상(focal conic state)은 입사되는 빛을 산란(light scattering)시키며, 호메오트로픽 상(homeotropic state)은 입사되는 빛을 투과시킬 수 있다. 콜레스테릭 액정들은 상 변화를 통해 빛을 반사, 산란 또는 투과시킬 수 있으므로, 반사형 표시장치에 많이 이용되고 있다.
콜레스테릭 액정들은 포컬 코닉 상(focal conic state)의 산란을 이용하여 차광 모드를 구현하고 전압이 인가된 상태를 투명 모드로 구현할 수 있으나, 차광 모드에서 빛 산란만을 이용하여 백색(white)의 차광 모드를 나타내게 된다. 그러나, 본 발명의 발명자들은 투명표시장치를 위한 차광 장치를 위해서는 시인성이나 명암비에서 차광 모드는 백색(white)보다는 블랙(black)이 구현되어야 함을 인식하였다. 또한, 포컬 코닉 상(focal conic state)의 산란 정도가 약하므로 산란 특성을 개선하여야 함을 인식하였다.
따라서, 본 발명의 발명자들은 블랙(black)의 차광 모드를 구현하기 위해서, 게스트-호스트 액정층(GHLC)에 대하여 실험을 하였다. 여기서 게스트-호스트 액정층(GHLC)은 염료가 포함된 액정층이라고 할 수 있다. 그리고, 본 발명의 발명자들은 염료가 포함된 액정층은 염료의 광흡수에 의해 블랙의 차광 모드를 구현할 수 있음을 확인할 수 있었다. 그러나, 염료가 포함된 액정층은 폴리머(polymer)를 포함하지 않는 경우, 폴리머(polymer)의 부재로 산란 구현이 어려우므로 차광 모드에서 차광율이 낮아진다. 따라서, 차광율을 높이기 위해 액정층에 포함된 염료(Dye)의 양을 늘리는 경우 투명 모드에서 투과율이 낮아지는 문제가 생긴다.
이에 본 발명의 발명자들은 위에 언급한 문제점들을 인식하고, 투명 모드에서 염료의 광흡수를 최소화하면서 투과율을 높이고, 차광 모드에서 차광율이 높은 차광 모드를 구현할 수 있는 새로운 구조의 광 제어 장치를 발명하였다.
이에 대해서는 아래 실시예에서 설명한다.
[광 제어 장치]
도 1, 도 2, 도 3a 내지 도 3c, 도 4, 도 5, 도 6a, 도 6b, 도 7, 도 8a, 도 8b, 및 도 9a 내지 도 9c를 결부하여 본 발명의 실시예들에 따른 광 제어 장치를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광 제어 장치를 보여주는 사시도이다. 도 2는 도 1의 광 제어 장치의 일 예를 상세히 보여주는 단면도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 광 제어 장치(100)는 제1 기판(110), 제1 전극(120), 액정층(liquid crystal layer, 130), 제2 전극(140), 및 제2 기판(150)을 포함한다.
제1 기판(110)과 제2 기판(150)은 투명한 유리기판(glass substrate) 또는 플라스틱 필름(plastic film)일 수 있다. 예를 들어, 제1 기판(110)과 제2 기판(150)은 TAC(triacetyl cellulose) 또는 DAC(diacetyl cellulose) 등과 같은 셀룰로오스 수지, 노르보르넨 유도체(norbornene derivatives) 등의 COP(cyclo olefin polymer), COC(cyclo olefin copolymer), PMMA(poly(methylmethacrylate)) 등의 아크릴 수지, 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 필름일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
제1 기판(110)상에는 제1 전극(120)이 마련되고, 제2 기판(150)상에는 제2 전극(140)이 마련된다. 제1 전극(120)은 제1 기판(110)의 일면 전체에 마련될 수 있고, 제2 전극(140) 역시 제2 기판(150)의 일면 전체에 마련될 수 있다. 제1 및 제2 전극들(120, 140)은 투명한 전극일 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 전극들(120, 140)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), 롬 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) 또는 안티몬 주석 산화물(예; Antimony Tin Oxide, ATO)일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
도 1에 도시한 바와 같이, 광 제어 장치(100)는 제1 기판(110)과 제2 기판(150) 사이에 액정층(130)을 포함한다. 도 2에 도시한 바와 같이, 액정층(130)은 콜레스테릭 액정(cholesteric liquid crystal, 131)들과 콜레스테릭 액정(131)들을 나선 구조로 배열하기 위한 카이럴 도펀트(chiral dopant) 또는 감광성 카이럴 도펀트(photo-sensitive chiral dopant)를 포함한다. 콜레스테릭 액정(131)은 카이럴 네마틱 액정(chiral nematic liquid crystal)으로 칭하기도 한다. 또한, 액정층(130)은 광개시제와 같은 첨가제를 더 포함할 수도 있다.
콜레스테릭 액정(131)들은 네마틱 액정(nematic liquid crystal)일 수 있다. 콜레스테릭 액정(131)들은 플래너 상(planar state)과 포컬 코닉 상(focal conic state)에서 카이럴 도펀트에 의해 나선상으로 회전하도록 배열될 수 있다. 또한, 콜레스테릭 액정(131)들은 호메오트로픽 상(homeotropic state)에서 수직 방향(y축 방향)으로 배열될 수 있다. 즉, 콜레스테릭 액정(131)들은 호메오트로픽 상(homeotropic state)에서 장축이 수직 방향(y축 방향)으로 배열될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 광 제어 장치(100)는 제1 및 제2 전극들(120, 140)에 인가되는 전압을 제어함으로써 빛을 차광하는 차광 모드 또는 빛을 투과하는 투명 모드로 구현될 수 있다. 이하에서는 도 3a 및 도 3b를 결부하여 광 제어 장치(100)의 투명 모드와 차광 모드에 대하여 상세히 설명한다.
도 3a는 차광 모드에서 도 2의 광 제어 장치를 보여주는 단면도이고, 도 3b는 투명 모드에서 도 2의 광 제어 장치를 보여주는 단면도이다.
광 제어 장치(100)는 도 3a 및 도 3b와 같이 제1 및 제2 전극들(120, 140) 각각에 소정의 전압을 공급하는 전압 공급부(160)를 더 포함할 수 있다. 제1 전극(120)에 인가되는 제1 전압(V1)과 제2 전극(140)에 인가되는 제2 전압(V2)에 따라 콜레스테릭 액정(131)의 상을 변화함으로써 입사되는 빛을 차단하는 차광 모드 또는 입사되는 빛을 투과하는 투명 모드로 구현될 수 있다.
도 3a에 도시한 바와 같이, 광 제어 장치(100)가 별도의 배향막을 포함하지 않기 때문에, 전압이 인가되지 않은 경우, 액정층(130)의 콜레스테릭 액정(131)들은 포컬 코닉 상(focal conic state)에 있게 된다. 구체적으로, 전압이 인가되지 않는 경우는 제1 및 제2 전극들(120, 140)에 전압이 인가되지 않거나 제1 전극(120)에 인가된 제1 전압(V1)과 제2 전극(140)에 인가된 제2 전압(V2) 간의 전압 차가 제1 기준 전압보다 작은 경우를 포함한다. 또는, 전압이 인가되지 않는 경우는 제1 전극에 인가된 제1 전압과 제2 전극에 인가된 제2 전압 간의 전압 차가 기준 전압보다 작은 경우를 포함할 수 있다. 포컬 코닉 상(focal conic state)에서 콜레스테릭 액정(131)들은 도 3a와 같이 카이럴 도펀트에 의해 나선상으로 회전하도록 배열될 수 있다. 포컬 코닉 상(focal conic state)에서 카이럴 도펀트에 의해 나선 구조로 배열되는 콜레스테릭 액정(131)들은 무질서(random)하게 배열될 수 있다.
이 경우, 액정층(130)에 입사되는 빛은 콜레스테릭 액정(131)들에 의해 산란(light scattering)된다. 즉, 액정층(130)은 차광 모드에서 입사되는 빛을 산란시켜 우유 빛깔과 같은 불투명한 흰색을 표시함으로써 입사되는 빛을 차단할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 차광 모드에서 액정층(130)의 콜레스테릭 액정(131)들이 포컬 코닉 상(focal conic state)에 있도록 제어함으로써, 광 제어 장치의 뒷 배경을 보이지 않게 할 수 있다.
도 3a에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 실시예는 전압을 인가하지 않는 경우 차광 모드를 구현할 수 있으므로, 차광 모드를 구현하기 위해 별도의 전력 소비가 필요 없다는 장점이 있다.
또한, 액정층(130)은 전압이 인가되지 않은 초기 상태에서 카이럴 도펀트에 의해 나선 구조로 배열되는 콜레스테릭 액정(131)들이 무질서(random)하게 배열되는 포컬 코닉 상(focal conic state)를 가지므로, 본 발명의 실시예에 따른 광 제어 장치(100)는 콜레스테릭 액정(131)들을 배열하기 위한 배향막이 필요 없다. 따라서, 본 발명의 실시예는 배향막을 형성하는 공정을 삭제할 수 있으므로, 제조 공정을 단순화할 수 있어 비용을 절감할 수 있다.
도 3b에 도시한 바와 같이, 전압이 인가되는 경우, 즉 제1 전극(120)에 제1 전압(V1)이 인가되고 제2 전극(140)에 제2 전압(V2)이 인가되는 경우, 액정층(130)의 콜레스테릭 액정(131)들은 수직 전계(y축 방향 전계)에 의해 호메오트로픽 상(homeotropic state)에 있게 된다. 호메오트로픽 상(homeotropic state)에서는 콜레스테릭 액정(131)들이 도 3b와 같이 수직 방향(y축 방향)으로 배열될 수 있다.
이 경우, 콜레스테릭 액정(131)들이 빛이 입사되는 방향으로 배열되기 때문에, 액정층(130)에 입사되는 빛의 산란은 최소화된다. 그러므로, 광 제어 장치(100)에 입사되는 빛의 대부분은 액정층(130)을 통과할 수 있다.
액정층(130)의 콜레스테릭 액정(131)이 수직 전계에 의해 호메오트로픽 상(homeotropic state)에 있기 위해서는, 전압이 인가되어야 하며, 특히 제1 전극(120)에 인가된 제1 전압(V1)과 제2 전극(140)에 인가된 제2 전압(V2) 간의 전압 차가 제2 기준 전압보다 커야 한다. 제2 기준 전압은 제1 기준 전압보다 크게 설정될 수 있다. 또는, 전압이 인가되는 경우는 제1 전극에 인가된 상기 제1 전압과 제2 전극에 인가된 제2 전압 간의 전압 차가 기준 전압 이상인 경우를 포함할 수 있다. 특히, 본 발명의 실시예는 액정층(130)의 콜레스테릭 액정(131)이 호메오트로픽 상(homeotropic state)을 유지하기 위해서는 수직 전계가 필요하므로, 제1 전극(120)에 제1 전압(V1)을 지속적으로 인가하고, 제2 전극(140)에 제2 전압(V2)을 지속적으로 인가하여야 한다.
본 발명의 실시예에서 차광 모드는 광 제어 장치(100)의 투과율이 a% 보다 작은 경우를 나타내고, 투명 모드는 광 제어 장치(100)의 투과율이 b% 이상인 경우를 나타낸다고 가정할 수 있다. 광 제어 장치(100)의 투과율은 광 제어 장치(100)에 입사되는 광 대비 출력되는 광의 비율을 나타낸다. 예를 들어 a%는 10 내지 50%일 수 있으며, b%는 60 내지 90%일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 이 경우, 제1 및 제2 전극들(120, 140)에 전압이 인가되지 않거나 제1 전극(120)에 인가된 제1 전압(V1)과 제2 전극(140)에 인가된 제2 전압(V2) 간의 전압 차가 제1 기준 전압보다 작은 경우, 광 제어 장치(100)는 투과율이 a% 보다 작은 차광 모드로 구현된다. 제1 전극(120)에 인가된 제1 전압(V1)과 제2 전극(140)에 인가된 제2 전압(V2) 간의 전압 차가 제2 기준 전압보다 큰 경우, 광 제어 장치(100)는 투과율이 b% 이상인 투명 모드로 구현된다. 만약, 제1 전극(120)에 인가된 제1 전압(V1)과 제2 전극(140)에 인가된 제2 전압(V2) 간의 전압 차가 제1 기준 전압 이상이고 제2 기준전압 이하인 경우에는 광 제어 장치(100)의 투과율이 a% 보다 작지도 않고 b% 이상이지도 않기 때문에, 본 발명의 투명 모드와 차광 모드를 모두 만족시키지 못한다.
한편, 제2 기준 전압은 제1 기준 전압보다 크게 설정될 수 있으나, 제1 기준 전압과 실질적으로 동일하게 설정될 수 있다. 이 경우, 차광 모드의 투과율 기준과 투명 모드의 투과율 기준은 c% 로 동일하게 설정될 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(120)에 인가된 제1 전압(V1)과 제2 전극(140)에 인가된 제2 전압(V2) 간의 전압 차가 기준 전압보다 작은 경우, 광 제어 장치(100)는 투과율이 c% 보다 작은 차광 모드로 구현된다. 제1 전극(120)에 인가된 제1 전압(V1)과 제2 전극(140)에 인가된 제2 전압(V2) 간의 전압 차가 기준 전압 이상인 경우, 광 제어 장치(100)는 투과율이 c% 이상인 투명 모드로 구현된다. 예를 들어 c%는 10 내지 50% 일 수 있다.
액정층(130)의 콜레스테릭 액정(131)들은 도 3c와 같이 콜레스테릭 액정(131)의 나선축이 수직 방향(y축 방향)으로 배열되는 플래너 상(planar state)에 있을 수 있다.
도 3c는 플래너 상(planar state)의 콜레스테릭 액정을 포함하는 액정층을 보여주는 일 예시도이다.
도 3c에 도시한 바와 같이, 액정층(130)의 콜레스테릭 액정(131)을 플래너 상(planar state)으로 제어하기 위해서는 제1 전극(120) 또는 제2 전극(140)을 복수 개의 전극들로 분할하여 수평 전계를 인가하여야 한다. 하지만, 본 발명의 실시예는 액정층(130)의 콜레스테릭 액정(131)을 호메오트로픽 상(homeotropic state) 및 포컬 코닉 상(focal conic state)으로 제어함으로써, 투명 모드와 차광 모드를 구현한다. 따라서, 본 발명의 실시예는 수평 전계를 인가하기 위해서 제1 전극(120) 또는 제2 전극(140)을 복수 개의 전극들로 분할할 필요가 없으므로, 제조 공정을 단순화할 수 있으며 비용을 절감할 수 있다.
도 3a 및 도 3b에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예는 차광 모드에서 액정층(130)의 콜레스테릭 액정(131)을 포컬 코닉 상(focal conic state)으로 제어함으로써 입사되는 빛을 산란시킬 수 있으며, 투명 모드에서 액정층(130)의 콜레스테릭 액정(131)을 호메오트로픽 상(homeotropic state)으로 제어함으로써 입사되는 빛을 투과시킬 수 있다.
그리고, 콜레스테릭 액정(131)의 플래너 상(planar state)에 의해 투명 모드를 나타내고, 콜레스테릭 액정(131)의 포컬 코닉 상(focal conic state)에 의해 차광 모드를 나타내는 경우, 플래너 상(planar state)이 외부 광 반사로 인한 투명 모드를 나타내므로 투명 모드에서 반사로 인하여 투과율이 저하되는 문제가 생긴다. 이에 투명 모드에서 투과율이 저하되는 문제점을 해결하기 위해서 투명 모드에서 투과율이 저하되지 않고, 차광 모드에서 차광율을 높이기 위한 방안을 제시한다. 이에 대해서는 도 4를 참조하여 설명한다.
카이럴 도펀트에 의해 나선 구조로 배열된 콜레스테릭 액정(131)들은 도 4와 같이 피치(P)에 따라 반사하는 빛의 파장대가 달라질 수 있다.
도 4는 콜레스테릭 액정들의 피치에 따른 반사 파장대를 보여주는 일 예시도이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 카이럴 도펀트에 의해 나선 구조로 배열된 콜레스테릭 액정(131)들의 피치(P)는 나선축(Helical axis)의 길이를 나타낸다. 카이럴 도펀트에 의해 나선 구조로 배열된 콜레스테릭 액정(131)들의 피치(P)가 커질수록 장파장의 빛을 반사시키고, 피치(P)가 작을수록 단파장의 빛을 반사시킨다. 예를 들여, 콜레스테릭 액정(131)들의 피치(P)가 커질수록 장파장의 빛인 레드(red) 계열을 빛을 반사하고, 콜레스테릭 액정(131)들의 피치(P)가 작을수록 단파장의 빛인 블루(blue) 계열의 빛을 반사할 수 있다. 즉, 카이럴 도펀트에 의해 나선 구조로 배열된 콜레스테릭 액정(131)들의 피치(P)를 어떻게 설계하느냐에 따라 어느 파장의 빛을 반사시킬지를 결정할 수 있다. 나선 구조로 배열된 콜레스테릭 액정(131)들의 피치(P)는 카이럴 도펀트의 양에 따라 조정될 수 있다.
카이럴 도펀트에 의해 나선 구조로 배열된 콜레스테릭 액정(131)들이 가시광선 파장대의 빛을 반사하는 경우, 가시광선의 일부가 반사되어 사용자에게 시인될 수 있으므로, 차광율이 감소할 수 있다. 그리고, 투명 모드에서 투과율이 저하되지 않고, 차광 모드에서 차광율을 높이기 위해서 카이럴 도펀트에 의해 나선 구조로 배열된 콜레스테릭 액정(131)들이 가시광선 파장대가 아닌 적외선 파장대(780nm 이상의 파장대) 또는 자외선 파장대(380nm 이하의 파장대)를 반사하도록 설계될 수 있다. 그리고, 카이럴 도펀트에 의해 나선 구조로 배열된 콜레스테릭 액정(131)들의 피치(P)는 파장 영역에 따라 달라질 수 있다. 카이럴 도펀트에 의해 나선 구조로 배열된 콜레스테릭 액정(131)들의 피치(P)는 수학식 1과 같이 콜레스테릭 액정(131)의 평균 굴절률(n)과 반사하고자 하는 빛의 반사 파장(λ)에 따라 산출될 수 있다.
Figure 112015054627510-pat00001
수학식 1에서, P는 카이럴 도펀트에 의해 나선 구조로 배열된 콜레스테릭 액정(131)들의 피치, λ는 빛을 반사하는 반사 파장, n은 콜레스테릭 액정(131)의 평균 굴절률을 나타낸다. 예를 들어, 반사 파장(λ)이 780nm이고, 콜레스테릭 액정(131)의 평균 굴절률(n)이 1.5인 경우, 카이럴 도펀트에 의해 나선 구조로 배열된 콜레스테릭 액정(131)들의 피치(P)는 520nm로 산출될 수 있다. 또한, 반사 파장(λ)이 380nm이고, 콜레스테릭 액정(131)의 굴절률(n)이 1.5인 경우 카이럴 도펀트에 의해 나선 구조로 배열된 콜레스테릭 액정(131)들의 피치(P)는 253nm로 산출될 수 있다. 즉, 콜레스테릭 액정(131)의 굴절률(n)이 1.5인 경우 적외선 파장대(780nm 이상의 파장대) 또는 자외선 파장대(380nm 이하의 파장대)를 반사하기 위해서 카이럴 도펀트에 의해 나선 구조로 배열된 콜레스테릭 액정(131)들의 반사 파장(λ)이 780nm 이상 380nm 이하가 될 수 있도록 피치(P)는 253nm 이하 또는 520nm 이상으로 설계될 수 있다.
도 5는 도 1의 광 제어 장치의 또 다른 예를 상세히 보여주는 단면도이다. 도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광 제어 장치(200)는 제1 기판(210), 제1 전극(220), 액정층(230), 제2 전극(240), 및 제2 기판(250)을 포함한다.
도 5의 제1 기판(210), 제1 전극(220), 제2 전극(240), 및 제2 기판(250)은 도 1 및 도 2를 결부하여 설명한 제1 기판(110), 제1 전극(120), 제2 전극(140), 및 제2 기판(150)과 실질적으로 동일하다. 따라서, 도 5의 제1 기판(210), 제1 전극(220), 제2 전극(240), 및 제2 기판(250)에 대한 자세한 설명은 생략한다.
액정층(230)은 콜레스테릭 액정(231)들, 이색성 염료(232)들 및 스페이서(234)들, 및 콜레스테릭 액정(231)들과 이색성 염료(232)들을 나선 구조로 배열하기 위한 카이럴 도펀트(chiral dopant) 또는 감광성 카이럴 도펀트(photo-sensitive chiral dopant)를 포함한다. 또한, 액정층(230)은 광개시제와 같은 첨가제를 더 포함할 수도 있다.
콜레스테릭 액정(231)들은 네마틱 액정일 수 있다. 이색성 염료(232)들은 네마틱 액정임과 동시에 빛을 흡수하는 염료일 수 있다. 예를 들어, 이색성 염료(232)들은 가시광선 파장대의 빛을 모두 흡수하는 블랙 염료 또는 또는 특정한 색(예를 들어 적색)의 파장대 이외의 빛을 흡수하고 특정한 색(예를 들어 적색)의 파장대의 빛을 반사하는 염료일 수 있다. 본 발명의 실시예와 같이 빛을 차단하는 차광율을 높이기 위해 이색성 염료(232)들이 블랙 염료인 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 콜레스테릭 액정(231)들과 이색성 염료(232)들은 포컬 코닉 상에서 도 5와 같이 카이럴 도펀트에 의해 나선상으로 회전할 수 있다.
이색성 염료(232)들은 알루미늄산화아연(예; Aluminum Zinc Oxide, AZO)을 포함하는 물질일 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 이색성 염료(232)들은 액정층(230)의 셀 갭이 5㎛ 내지 15㎛일 때 액정층(230)에 0.5wt% 내지 1.5wt% 로 포함될 수 있다. 그러나, 이색성 염료(232)들의 차광율이 높을수록 액정층(230)에 0.5wt%보다 더 작은 양의 이색성 염료(232)들이 포함될 수 있다. 따라서, 이색성 염료(232)들의 차광율이 높을수록 이색성 염료(232)들의 양은 최대 0.1wt%까지 줄일 수 있다. 또는, 액정층(230)의 셀 갭이 작은 경우 차광율을 향상시키기 위해 1.5wt%보다 더 많은 양의 이색성 염료(232)들이 포함되어야 한다. 따라서, 셀 갭이 5㎛보다 작은 경우 이색성 염료(232)들은 최대 3wt%까지 포함될 수 있다. 한편, 이색성 염료(232)들은 소정의 굴절률을 가지나, 액정층(230)에 포함된 이색성 염료(232)들의 양은 소량이며 이색성 염료(232)들은 입사되는 광을 흡수한다.
또한, 상기 광 제어 장치는 차광 모드에서 차광율을 높이기 위해 액정층(230)에서 이색성 염료(232)들의 양을 늘릴 수 있으나, 투과율이 낮아질 수 있다. 따라서, 액정층(230)에서 이색성 염료(232)들의 양은 차광 모드의 차광율과 투명 모드의 투과율을 고려하여 설정될 수 있다.
또한, 이색성 염료(232)들은 자외선(이하 “UV”라 칭함)에 의해 쉽게 변색될 수 있다. 구체적으로, 이색성 염료(232)들을 포함하는 PDLC층(polymer dispersed liquid crystal layer) 또는 PNLC층(polymer network liquid crystal layer)은 폴리머(polymver)를 경화하기 위한 UV 공정이 필수적이며, 이 경우 이색성 염료(232)들이 UV로 인해 변색되는 문제가 발생할 수 있다. 예를 들어, 청색의 이색성 염료(232)는 UV에 의해 자색(보라색)으로 변색될 수 있다. 이 경우, 이색성 염료(232)들에 의해 흡수되는 빛의 파장대가 달라지므로, 원래 의도한 바와 다른 색으로 차광되는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 이색성 염료(232)들은 UV로 인해 손상될 수 있으며, 이로 인해 이색성 염료(232)들의 광 흡수율이 감소할 수 있다. 따라서, 광 제어 장치의 차광 모드의 차광율이 낮아지게 되어 이색성 염료(232)들의 양을 늘려야 하므로, 비용이 증가될 수 있다. 그러므로, 이색성 염료(232)들을 포함하는 액정층(230)은 UV 공정이 필요하지 않은 액정층(230)으로 구성하는 것이 바람직하다.
스페이서(234)들은 액정층(230)의 셀갭(cell gap)을 유지하기 위한 것이다. 또한, 스페이서(234)들은 외부로부터 힘이 가해지는 경우, 액정층(230)의 내부를 보호함과 동시에 제1 전극(220)과 제2 전극(240)이 맞닿아 단선(short)되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 스페이서(234)들은 액정층(230)을 구획하는 격벽의 기능을 할 수 있으며, 구획된 공간마다 동일한 양의 콜레스테릭 액정(231)들이 포함되거나 구획된 공간마다 카이럴 도펀트의 양을 조정하여 카이럴 도펀트에 의해 나선 구조로 배열되는 콜레스테릭 액정(231)들의 피치(P)를 다르게 할 수 있다. 카이럴 도펀트에 의해 나선 구조로 배열된 콜레스테릭 액정(231)들의 피치(P)를 다르게 하는 경우, 도 4와 같이 카이럴 도펀트에 의해 나선 구조로 배열된 콜레스테릭 액정(231)들에 의해 반사되는 빛의 파장대를 조정할 수 있다. 스페이서(234)들은 빛을 통과시킬 수 있는 투명한 재질의 포토 레지스트(photo resist), 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane), 폴리머(polymer), 광경화성 폴리머(uv curable polymer) 중 어느 하나로 이루어질 수 있으며, 이들에 한정되지 않는다. 한편, 스페이서(234)들 없이도 액정층(230)의 셀갭을 유지할 수 있는 경우, 도 2와 같이 스페이서(234)들은 생략될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 광 제어 장치(200)는 제1 및 제2 전극들(220, 240)에 인가되는 전압을 제어함으로써 빛을 차광하는 차광 모드 또는 빛을 투과하는 투명 모드로 구현될 수 있다. 이하에서는 도 6a 및 도 6b를 결부하여 광 제어 장치(200)의 투명 모드와 차광 모드에 대하여 상세히 설명한다.
도 6a는 차광 모드에서 도 5의 광 제어 장치를 보여주는 단면도이다.
도 6a에 도시한 바와 같이, 광 제어 장치(200)가 별도의 배향막을 포함하지 않기 때문에, 전압이 인가되지 않는 경우, 액정층(230)의 콜레스테릭 액정(231)들과 이색성 염료(232)들은 포컬 코닉 상(focal conic state)에 있게 된다. 그리고, 전압이 인가되지 않는 경우는 제1 전극 및 제2 전극에 전압이 인가되지 않는 경우와 상기 제1 전극에 인가되는 제1 전압과 상기 제2 전극에 인가되는 제2 전압 간의 차가 제1 기준 전압보다 작은 경우를 포함한다. 또는, 전압이 인가되지 않는 경우는 제1 전극에 인가된 제1 전압과 제2 전극에 인가된 제2 전압 간의 전압 차가 기준 전압보다 작은 경우를 포함할 수 있다. 즉, 제1 및 제2 전극들(220, 240)에 전압이 인가되지 않거나 제1 전극(220)에 인가된 제1 전압(V1)과 제2 전극(240)에 인가된 제2 전압(V2) 간의 전압 차가 제1 기준 전압보다 작은 경우, 액정층(230)의 콜레스테릭 액정(231)들과 이색성 염료(232)들은 포컬 코닉 상(focal conic state)에 있게 된다. 포컬 코닉 상(focal conic state)에서 콜레스테릭 액정(231)들과 이색성 염료(232)들은 도 6a와 같이 카이럴 도펀트에 의해 나선상으로 회전한 상태로 존재한다. 또한, 카이럴 도펀트에 의해 나선 구조로 배열되는 콜레스테릭 액정(231)들과 이색성 염료(232)들은 도 6a와 같이 무질서(random)하게 배열된다.
이 때, 액정층(230)에 입사되는 빛은 도 6a와 같이 콜레스테릭 액정(231)들에 의해 산란되거나 이색성 염료(232)들에 의해 흡수된다. 이색성 염료(232)들이 블랙 염료인 경우, 액정층(230)은 차광 모드에서 블랙의 색을 표시함으로써 입사되는 빛을 차단할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 차광 모드에서 액정층(230)의 콜레스테릭 액정(231)들과 이색성 염료(232)들이 포컬 코닉 상(focal conic state)에 있도록 제어함으로써, 광 제어 장치의 뒷 배경을 보이지 않게 할 수 있다.
도 6a에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 실시예는 전압을 인가하지 않는 경우 차광 모드를 구현할 수 있으므로, 차광 모드를 구현하기 위해 별도의 전력 소비가 필요 없다는 장점이 있다.
또한, 액정층(230)은 전압이 인가되지 않은 초기 상태에서 도 6a와 같이 카이럴 도펀트에 의해 나선 구조로 배열되는 콜레스테릭 액정(231)들과 이색성 염료(232)들이 무질서(random)하게 배열되는 포컬 코닉 상(focal conic state)을 가지므로, 본 발명의 실시예에 따른 광 제어 장치(200)는 콜레스테릭 액정(231)들을 배열하기 위한 배향막이 필요 없다. 따라서, 본 발명의 실시예는 제조 공정을 단순화할 수 있으므로, 비용을 절감할 수 있다.
도 6b는 투명 모드에서 도 5의 광 제어 장치를 보여주는 단면도이다.
도 6b에 도시한 바와 같이, 전압이 인가되는 경우, 즉 제1 전극(220)에 제1 전압(V1)이 인가되고 제2 전극(240)에 제2 전압(V2)이 인가되는 경우, 액정층(230)의 콜레스테릭 액정(231)들과 이색성 염료(232)들은 수직 전계(y축 방향 전계)에 의해 호메오트로픽 상(homeotropic state)에 있게 된다. 호메오트로픽 상(homeotropic state)에서는 카이럴 도펀트에 의해 나선상으로 회전한 상태를 가졌던 콜레스테릭 액정(231)들과 이색성 염료(232)들이 도 6b와 같이 수직 방향(y축 방향)으로 배열될 수 있다.
이 때, 콜레스테릭 액정(231)들은 빛이 입사되는 방향으로 배열되기 때문에, 액정층(230)에 입사되는 빛의 산란은 최소화된다. 그러므로, 광 제어 장치(200)에 입사되는 빛의 대부분은 액정층(230)을 통과할 수 있다.
액정층(230)의 콜레스테릭 액정(231)들과 이색성 염료(232)들이 수직 전계에 의해 호메오트로픽 상(homeotropic state)에 있기 위해서는, 전압이 인가되어야 하며, 특히 제1 전극(220)에 인가된 제1 전압(V1)과 제2 전극(240)에 인가된 제2 전압(V2) 간의 전압 차가 제2 기준 전압보다 커야 한다. 또는, 제1 전극(220)에 인가된 제1 전압(V1)과 제2 전극(240)에 인가된 제2 전압(V2) 간의 전압 차가 기준 전압 이상일 수 있다. 특히, 본 발명의 실시예는 액정층(230)의 콜레스테릭 액정(231)들과 이색성 염료(232)들이 호메오트로픽 상(homeotropic state)을 유지하기 위해서는 수직 전계가 필요하므로, 제1 전극(220)에 제1 전압(V1)을 지속적으로 인가하고, 제2 전극(240)에 제2 전압(V2)을 지속적으로 인가하여야 한다.
한편, 염료들이 포함된 액정층에 폴리머(polymer)가 포함하지 않는 경우, 폴리머(polymer)의 부재로 산란 구현이 어렵기 때문에, 차광 모드에서 액정층의 염료들에 흡수되는 빛만이 차광된다. 따라서, 염료들을 포함한 액정층은 뒷 배경이 그대로 보이게 되므로 차광율이 낮아지는 문제가 있다. 이를 해결하기 위해, 염료들이 포함한 액정층의 차광율을 높이기 위해 염료의 양을 늘리는 경우, 투명 모드에서 투과율이 낮아지는 문제가 생긴다.
본 발명의 실시예는 차광 모드의 경우 포컬 코닉 상(focal conic state)에서 카이럴 도펀트에 의해 나선상으로 회전한 상태의 콜레스테릭 액정(231)들과 이색성 염료(232)들이 무질서하게 배열되므로, 입사되는 빛이 콜레스테릭 액정(231)들에 의해 산란된다. 입사되는 빛이 산란되는 경우 빛의 경로가 길어지기 때문에, 콜레스테릭 액정(231)들에 의해 다시 산란되거나 이색성 염료(232)들에 의해 흡수될 확률이 높아진다. 따라서, 본 발명의 실시예는 차광 모드에서 염료들을 포함하나 폴리머(polymer)를 포함하지 않는 액정층보다 콜레스테릭 액정(231)들에 의한 빛 산란 및 이색성 염료(232)들의 빛 흡수에 의해서 차광율을 높일 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예는 이색성 염료(232)의 양을 폴리머(polymer)를 포함하지 않는 액정층에 비해 줄일 수 있으므로, 이색성 염료(232)에 의한 빛 흡수가 최소화되어 염료를 포함하나 폴리머(polymer)를 포함하지 않는 액정층보다 투명 모드에서 투과율을 높일 수 있다.
한편, 액정층(230)의 콜레스테릭 액정(231)들과 이색성 염료(232)들은 도 3c와 같이 콜레스테릭 액정(231)들의 나선축이 수직 방향(y축 방향)으로 배열되는 플래너 상(planar state)일 수 있다. 콜레스테릭 액정(231)들과 이색성 염료(232)들을 플래너 상으로 제어하기 위해서는 제1 전극(220) 또는 제2 전극(240)을 복수 개의 전극들로 분할하여 수평 전계를 인가하여야 한다. 하지만, 본 발명의 실시예는 콜레스테릭 액정(231)들과 이색성 염료(232)들을 호메오트로픽 상(homeotropic state) 및 포컬 코닉 상(focal conic state)으로만 제어함으로써, 투명 모드와 차광 모드를 구현한다. 따라서, 본 발명의 실시예는 수평 전계를 인가하기 위해서 제1 전극(220) 또는 제2 전극(240)을 복수 개의 전극들로 분할할 필요가 없으므로, 제조 공정을 단순화할 수 있으며 비용을 절감할 수 있다.
도 6a 및 도 6b에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예는 차광 모드에서 액정층(230)의 콜레스테릭 액정(231)들과 이색성 염료(232)들을 포컬 코닉 상(focal conic state)으로 제어함으로써 입사되는 빛을 산란시키거나 이색성 염료(232)들에 의해 입사되는 빛을 흡수할 수 있다. 그리고, 투명 모드에서 액정층(230)의 콜레스테릭 액정(231)들과 이색성 염료(232)들을 호메오트로픽 상(homeotropic state)으로 제어함으로써 입사되는 빛을 투과시킬 수 있다. 또한, 이색성 염료가 포함된 액정층(230)에서 액정층으로 적외선 파장대 또는 자외선 파장대를 반사하도록 나선 구조로 배열된 콜레스테릭 액정(231)들과 이색성 염료(232)들의 피치를 적용함으로써, 투명 모드에서 투과율이 저하되지 않고, 차광 모드에서 차광율을 높일 수 있다. 또한, 콜레스테릭 액정의 플래너 상을 적용하지 않음으로써, 투명 모드에서 반사에 의한 투과율의 손실을 줄일 수 있다.
도 7은 도 1의 광 제어 장치의 또 다른 예를 상세히 보여주는 단면도이다.
도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광 제어 장치(300)는 제1 기판(310), 제1 전극(320), 액정층(330), 제2 전극(340), 및 제2 기판(350)을 포함한다.
도 7의 제1 기판(310), 제1 전극(320), 제2 전극(340), 및 제2 기판(350)은 도 1 및 도 2를 결부하여 설명한 제1 기판(110), 제1 전극(120), 제2 전극(140), 및 제2 기판(150)과 실질적으로 동일하다. 따라서, 도 5의 제1 기판(310), 제1 전극(320), 제2 전극(340), 및 제2 기판(350)에 대한 자세한 설명은 생략한다.
액정층(330)의 콜레스테릭 액정(331)들, 이색성 염료(332)들, 스페이서(334)들, 폴리머 네트워크(335)들, 및 콜레스테릭 액정(231)들과 이색성 염료(232)들을 나선 구조로 배열하기 위한 카이럴 도펀트(chiral dopant) 또는 감광성 카이럴 도펀트(photo-sensitive chiral dopant)를 포함한다. 액정층(330)은 광개시제와 같은 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.
콜레스테릭 액정(331)들은 네마틱 액정일 수 있다. 이색성 염료(332)들은 네마틱 액정임과 동시에 빛을 흡수하는 염료일 수 있다. 예를 들어, 이색성 염료(332)들은 가시광선 파장대의 빛을 모두 흡수하는 블랙 염료 또는 또는 특정한 색(예를 들어 적색)의 파장대 이외의 빛을 흡수하고 특정한 색(예를 들어 적색)의 파장대의 빛을 반사하는 염료일 수 있다. 본 발명의 실시예와 같이 빛을 차단하는 차광율을 높이기 위해 이색성 염료(332)들이 블랙 염료인 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 콜레스테릭 액정(331)들과 이색성 염료(332)들은 포컬 코닉 상에서 도 7과 같이 카이럴 도펀트에 의해 나선상으로 회전할 수 있다.
도 7의 스페이서(334)들은 도 2를 결부하여 설명한 스페이서(334)들과 실질적으로 동일하다. 따라서, 도 7의 스페이서(334)들에 대한 자세한 설명은 생략한다.
폴리머 네트워크(335)는 모노머를 액정층(330)에 혼합한 후 UV 경화시킴으로써 형성될 수 있으며, 폴리머가 그물 형태로 형성된 구조를 갖는다. 이때, 폴리머 네트워크(335)는 콜레스테릭 액정(331)의 단축 방향 굴절률과 유사한 굴절률을 갖도록 형성될 수 있다. 예를 들어 액정층(330)의 굴절률이 1.4인 콜레스테릭 액정(331)으로 구성된다면 폴리머 네트워크(335)의 재료로 사용될 모노머는 다양한 화합물 중 굴절율이 1.4인 것을 선택할 수 있다.
폴리머 네트워크(335)는 입사되는 빛을 산란시킬 수 있다. 따라서, 폴리머 네트워크(335)를 포함한 액정층(330)은 폴리머 네트워크(355)를 포함하지 않는 액정층(330)에 비해 입사되는 빛을 더욱 산란시킬 수 있다. 이로 인해, 폴리머 네트워크(335)를 포함한 액정층(330)에 입사되는 빛의 경로는 폴리머 네트워크(355)를 포함하지 않는 액정층(330)에 입사되는 빛의 경로보다 길어지게 된다. 그러므로, 폴리머 네트워크(335)를 포함한 액정층(330)에 입사되는 빛은 이색성 염료(332)들에 의해 흡수될 확률이 높아진다. 따라서, 본 발명의 실시예와 같이 폴리머 네트워크(355)를 포함하는 경우, 폴리머 네트워크(355)를 포함하지 않고 차광할 때보다 차광율을 높일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 광 제어 장치(300)는 제1 및 제2 전극들(320, 340)에 인가되는 전압을 제어함으로써 빛을 차광하는 차광 모드 또는 빛을 투과하는 투명 모드로 구현될 수 있다. 이하에서는 도 8a 및 도 8b를 결부하여 광 제어 장치(300)의 투명 모드와 차광 모드에 대하여 상세히 설명한다.
도 8a는 차광 모드에서 도 7의 광 제어 장치를 보여주는 단면도이고, 도 8b는 투명 모드에서 도 7의 광 제어 장치를 보여주는 단면도이다.
도 8a에 도시한 바와 같이, 광 제어 장치(300)는, 전압이 인가되지 않는 경우, 액정층(330)의 콜레스테릭 액정(331)들과 이색성 염료(232)들은 포컬 코닉 상(focal conic state)에 있게 되므로, 콜레스테릭 액정(331)들과 이색성 염료(332)들을 배열하기 위한 별도의 배향막이 필요 없게 된다. 전압이 인가되지 않는 경우는 제1 및 제2 전극들(320, 340)에 전압이 인가되지 않거나 제1 전극(320)에 인가된 제1 전압(V1)과 제2 전극(340)에 인가된 제2 전압(V2) 간의 전압 차가 제1 기준 전압보다 작은 경우를 포함한다. 또는, 전압이 인가되지 않는 경우는 제1 전극(320)에 인가된 제1 전압(V1)과 제2 전극(340)에 인가된 제2 전압(V2) 간의 전압 차가 기준 전압보다 작은 경우를 포함할 수 있다. 포컬 코닉 상(focal conic state)에서 콜레스테릭 액정(331)들과 이색성 염료(332)들은 도 8a와 같이 카이럴 도펀트에 의해 나선상으로 회전한 상태로 존재한다. 또한, 카이럴 도펀트에 의해 나선 구조로 배열된 콜레스테릭 액정(331)들과 이색성 염료(332)들은 도 8a와 같이 무질서(random)하게 배열된다.
이 경우, 액정층(330)에 입사되는 빛은 도 8a와 같이 액정(331)들과 폴리머 네트워크(335)에 의해 산란되거나 이색성 염료(332)들에 의해 흡수된다. 이색성 염료(332)들이 블랙 염료인 경우, 액정층(330)은 차광 모드에서 블랙 계열의 색을 표시함으로써 입사되는 빛을 차단할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 차광 모드에서 액정층(330)의 콜레스테릭 액정(331)들과 이색성 염료(332)들이 포컬 코닉 상(focal conic state)에 있도록 제어함으로써, 광 제어 장치(300)의 뒷 배경을 보이지 않게 할 수 있다.
도 8a에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 실시예는 전압을 인가하지 않는 경우 차광 모드를 구현할 수 있으므로, 차광 모드를 구현하기 위해 별도의 전력 소비가 필요 없다는 장점이 있다.
또한, 액정층(330)은 전압이 인가되지 않은 초기 상태에서 도 8a와 같이 카이럴 도펀트에 의해 나선 구조로 배열되는 콜레스테릭 액정(331)들과 이색성 염료(332)들이 무질서(random)하게 배열되는 포컬 코닉 상(focal conic state)을 가지므로, 본 발명의 실시예에 따른 광 제어 장치(300)는 콜레스테릭 액정(331)들과 이색성 염료(332)들을 배열시키기 위한 배향막이 필요 없다. 따라서, 본 발명의 실시예는 제조 공정을 단순화할 수 있으므로, 비용을 절감할 수 있다.
도 8b에 도시한 바와 같이, 전압이 인가되는 경우, 즉 제1 전극(320)에 제1 전압(V1)이 인가되고 제2 전극(340)에 제2 전압(V2)이 인가되는 경우, 액정층(330)의 콜레스테릭 액정(331)들과 이색성 염료(332)들은 수직 전계(y축 방향 전계)에 의해 호메오트로픽 상(homeotropic state)에 있게 된다. 호메오트로픽 상(homeotropic state)에서는 카이럴 도펀트에 의해 나선상으로 회전한 상태를 가졌던 콜레스테릭 액정(331)들과 이색성 염료(332)들이 도 8b와 같이 수직 방향(y축 방향)으로 배열될 수 있다.
이 때, 콜레스테릭 액정(331)들은 빛이 입사되는 방향으로 배열되기 때문에, 액정층(330)에 입사되는 빛의 산란은 최소화된다. 그러므로, 광 제어 장치(300)에 입사되는 빛의 대부분은 액정층(330)을 통과할 수 있다.
액정층(330)의 콜레스테릭 액정(331)들과 이색성 염료(332)들이 수직 전계에 의해 호메오트로픽 상(homeotropic state)에 있기 위해서는, 전압이 인가되어야 하며, 특히 제1 전극(320)에 인가된 제1 전압(V1)과 제2 전극(340)에 인가된 제2 전압(V2) 간의 전압 차가 제2 기준 전압보다 커야 한다. 또는, 전압이 인가되는 경우는 제1 전극(320)에 인가된 제1 전압(V1)과 제2 전극(340)에 인가된 제2 전압(V2) 간의 전압 차가 기준 전압 이상인 것을 포함할 수 있다. 특히, 본 발명의 실시예는 액정층(330)의 콜레스테릭 액정(331)들과 이색성 염료(332)들이 호메오트로픽 상(homeotropic state)을 유지하기 위해서는 수직 전계가 필요하므로, 제1 전극(320)에 제1 전압(V1)을 지속적으로 인가하고, 제2 전극(340)에 제2 전압(V2)을 지속적으로 인가하여야 한다.
본 발명의 실시예에서 차광 모드는 광 제어 장치(300)의 투과율이 a% 보다 작은 경우를 나타내고, 투명 모드는 광 제어 장치(300)의 투과율이 b% 이상인 경우를 나타낸다고 가정할 수 있다. 광 제어 장치(300)의 투과율은 광 제어 장치(300)에 입사되는 광 대비 출력되는 광의 비율을 나타낸다. 예를 들어, a%는 10% 내지 50%일 수 있으며, b%은 60% 내지 90%일 수 있다.
이 경우, 제1 및 제2 전극들(320, 340)에 전압이 인가되지 않거나 제1 전극(320)에 인가된 제1 전압(V1)과 제2 전극(340)에 인가된 제2 전압(V2) 간의 전압 차가 제1 기준 전압보다 작은 경우, 광 제어 장치(300)는 투과율이 a% 보다 작은 차광 모드로 구현된다. 제1 전극(320)에 인가된 제1 전압(V1)과 제2 전극(340)에 인가된 제2 전압(V2) 간의 전압 차가 제2 기준 전압보다 큰 경우, 광 제어 장치(300)는 투과율이 b% 이상인 투명 모드로 구현된다. 만약, 제1 전극(320)에 인가된 제1 전압(V1)과 제2 전극(340)에 인가된 제2 전압(V2) 간의 전압 차가 제1 기준 전압 이상이고 제2 기준전압 이하인 경우에는 광 제어 장치(300)의 투과율이 a% 보다 작지도 않고 b% 이상이지도 않기 때문에, 본 발명의 투명 모드와 차광 모드를 모두 만족시키지 못한다.
한편, 제2 기준 전압은 제1 기준 전압보다 크게 설정되는 것이 바람직하나, 제1 기준 전압과 실질적으로 동일하게 설정될 수 있다. 이 경우, 차광 모드의 투과율 기준과 투명 모드의 투과율 기준은 c% 로 동일하게 설정될 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(320)에 인가된 제1 전압(V1)과 제2 전극(340)에 인가된 제2 전압(V2) 간의 전압 차가 기준 전압보다 작은 경우, 광 제어 장치(300)는 투과율이 c% 보다 작은 차광 모드로 구현된다. 제1 전극(320)에 인가된 제1 전압(V1)과 제2 전극(340)에 인가된 제2 전압(V2) 간의 전압 차가 기준 전압 이상인 경우, 광 제어 장치(300)는 투과율이 c% 이상인 투명 모드로 구현된다. 예를 들어, c%는 10% 내지 50%일 수 있다.
한편, 액정층(330)의 콜레스테릭 액정(331)들과 이색성 염료(332)들은 도 3c와 같이 콜레스테릭 액정(331)들과 이색성 염료(332)들의 나선축이 수직 방향(y축 방향)으로 배열되는 플래너 상(planar state)으로 있게 될 수 있다. 콜레스테릭 액정(331)들과 이색성 염료(332)들을 플래너 상(planar state)으로 제어하기 위해서는 제1 전극(320) 또는 제2 전극(340)을 복수 개의 전극들로 분할하여 수평 전계를 인가하여야 한다. 하지만, 본 발명의 실시예는 액정층(330)의 콜레스테릭 액정(331)들과 이색성 염료(332)들을 호메오트로픽 상(homeotropic state) 및 포컬 코닉 상(focal conic state)으로만 제어함으로써, 투명 모드와 차광 모드를 구현한다. 따라서, 본 발명의 실시예는 수평 전계를 인가하기 위해서 제1 전극(320) 또는 제2 전극(340)을 복수 개의 전극들로 분할할 필요가 없으므로, 제조 공정을 단순화할 수 있으며 비용을 절감할 수 있다.
도 8a 및 도 8b에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예는 차광 모드에서 액정층(330)의 콜레스테릭 액정(331)들과 이색성 염료(332)들을 포컬 코닉 상(focal conic state)으로 제어함으로써 입사되는 빛을 산란시킬 수 있으며, 투명 모드에서 액정층(330)의 콜레스테릭 액정(331)들과 이색성 염료(332)들을 호메오트로픽 상(homeotropic state)으로 제어함으로써 입사되는 빛을 투과시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 광 제어 장치는 도 9a 내지 도 9c와 같이 굴절률 매칭층을 더 포함할 수 있다. 이하에서는 도 9a 내지 도 9c를 결부하여 굴절률 매칭층을 더 포함하는 광 제어 장치에 대하여 상세히 설명한다.
도 9a는 도 1의 광 제어 장치의 또 다른 예를 상세히 보여주는 단면도이다.
도 9a에 도시한 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광 제어 장치(400)는 제1 기판(410), 제1 전극(420), 액정층(430), 제2 전극(440), 제2 기판(450), 제1 굴절률 매칭층(460), 및 제2 굴절률 매칭층(470)을 포함한다.
도 9a의 제1 기판(410), 제1 전극(420), 액정층(430), 제2 전극(440), 및 제2 기판(450)은 도 1 및 도 2를 결부하여 설명한 제1 기판(110), 제1 전극(120), 액정층(130), 제2 전극(140), 및 제2 기판(150)과 실질적으로 동일하다. 따라서, 도 9a의 제1 기판(410), 제1 전극(420), 액정층(430), 제2 전극(440), 및 제2 기판(450)에 대한 자세한 설명은 생략한다.
제1 굴절률 매칭층(460)은 제1 전극(420)이 마련되는 제1 기판(410)의 일면의 반대면에 마련될 수 있다. 즉, 제1 기판(410)의 일면에는 제1 전극(420)이 마련되고, 제1 기판(410)의 일면의 반대면에 해당하는 타면에는 제1 굴절률 매칭층(460)이 마련될 수 있다.
공기와 제1 기판(410) 사이의 굴절률 차이로 인해 프레넬 반사가 발생할 수 있다. 예를 들어, 공기와 제1 기판(410) 사이에 굴절률 차이가 있는 경우, 공기를 통해 제1 기판(510)에 입사한 빛이 공기와 제1 기판(410) 사이의 굴절률 차이로 인하여 반사될 수 있다. 그러므로, 제1 굴절률 매칭층(460)은 공기와 제1 기판(410) 사이의 굴절률 차이를 줄이기 위해 공기와 제1 기판(410) 사이의 굴절률을 가질 수 있다. 예를 들어, 공기의 굴절률은 1이고, 제1 기판(410)의 굴절률이 1.6인 경우, 제1 굴절률 매칭층(460)은 공기와 제1 기판(410) 사이의 굴절률 차이를 줄이기 위해 1.1 내지 1.5의 굴절률을 가질 수 있다.
제2 굴절률 매칭층(470)은 제2 전극(450)이 마련되는 제2 기판(450)의 일면의 반대면에 마련될 수 있다. 즉, 제2 기판(450)의 일면에는 제2 전극(440)이 마련되고, 제2 기판(450)의 일면의 반대면에 해당하는 타면에는 제2 굴절률 매칭층(470)이 마련될 수 있다.
공기와 제2 기판(450) 사이의 굴절률 차이로 인해 프레넬 반사가 발생할 수 있다. 예를 들어, 공기와 제2 기판(450) 사이에 굴절률 차이가 있는 경우, 제2 기판(450)을 통과한 빛의 일부가 공기에 입사될 때 굴절률 차이로 인하여 반사될 수 있다. 그러므로, 제2 굴절률 매칭층(470)은 공기와 제2 기판(450) 사이의 굴절률 차이를 줄이기 위해 공기와 제2 기판(450) 사이의 굴절률을 가질 수 있다. 예를 들어, 공기의 굴절률은 1이고, 제2 기판(450)의 굴절률이 1.6인 경우, 제2 굴절률 매칭층(470)은 공기와 제2 기판(450) 사이의 굴절률 차이를 줄이기 위해 1.1 내지 1.5의 굴절률을 가질 수 있다.
제1 및 제2 굴절률 매칭층들(460, 470) 각각은 OCA(optically clear adhesive)와 같은 투명접착필름, 열 경화 또는 UV 경화가 가능한 유기화합물 점착제 등으로 이루어질 수 있다.
도 9b는 도 1의 광 제어 장치의 또 다른 예를 상세히 보여주는 단면도이다.
도 9b에 도시한 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광 제어 장치(500)는 제1 기판(510), 제1 전극(520), 액정층(530), 제2 전극(540), 제2 기판(550), 제1 굴절률 매칭층(560), 및 제2 굴절률 매칭층(570)을 포함한다.
도 9b의 제1 기판(510), 제1 전극(520), 액정층(530), 제2 전극(540), 및 제2 기판(550)은 도 1 및 도 2를 결부하여 설명한 제1 기판(110), 제1 전극(120), 액정층(130), 제2 전극(140), 및 제2 기판(150)과 실질적으로 동일하다. 따라서, 도 9b의 제1 기판(510), 제1 전극(520), 액정층(530), 제2 전극(540), 및 제2 기판(550)에 대한 자세한 설명은 생략한다.
제1 굴절률 매칭층(560)은 제1 기판(510)과 제1 전극(520) 사이에 마련될 수 있다. 제1 기판(510)과 제1 전극(520) 사이의 굴절률 차이로 인해 프레넬 반사가 발생할 수 있다. 예를 들어, 제1 기판(510)과 제1 전극(520) 사이에 굴절률 차이가 있는 경우, 제1 기판(510)을 통과한 빛의 일부가 제1 전극(520)에 입사될 때 굴절률 차이로 인하여 반사될 수 있다. 그러므로, 제1 굴절률 매칭층(560)은 제1 기판(510)과 제1 전극(520) 사이의 굴절률 차이를 줄이기 위해 제1 기판(510)과 제1 전극(520) 사이의 굴절률을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 기판(510)의 굴절률이 1.6이고, 제1 전극(520)의 굴절률이 2인 경우, 제1 굴절률 매칭층(560)은 제1 기판(510)과 제1 전극(520) 사이의 굴절률 차이를 줄이기 위해 1.7 내지 1.9의 굴절률을 가질 수 있다.
제2 굴절률 매칭층(570)은 제2 기판(550)과 제2 전극(540) 사이에 마련될 수 있다. 제2 기판(550)과 제2 전극(540) 사이의 굴절률 차이로 인해 프레넬 반사가 발생할 수 있다. 예를 들어, 제2 전극(540)과 제2 기판(550) 사이에 굴절률 차이가 있는 경우, 제2 전극(540)을 통과한 빛의 일부가 제2 기판(550)에 입사될 때 굴절률 차이로 인하여 반사될 수 있다. 그러므로, 제2 굴절률 매칭층(570)은 제2 기판(550)과 제2 전극(540) 사이의 굴절률 차이를 줄이기 위해 제2 기판(550)과 제2 전극(540) 사이의 굴절률을 가질 수 있다. 예를 들어, 제2 기판(550)의 굴절률이 1.6이고, 제2 전극(540)의 굴절률이 2인 경우, 제2 굴절률 매칭층(570)은 제2 기판(550)과 제2 전극(540) 사이의 굴절률 차이를 줄이기 위해 1.7 내지 1.9의 굴절률을 가질 수 있다.
제1 및 제2 굴절률 매칭층들(560, 570) 각각은 OCA(optically clear adhesive)와 같은 투명접착필름, 열 경화 또는 UV 경화가 가능한 유기화합물 점착제 등으로 이루어질 수 있다.
도 9c는 도 1의 광 제어 장치의 또 다른 예를 상세히 보여주는 단면도이다. 도 9c에 도시한 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광 제어 장치(600)는 제1 기판(610), 제1 전극(620), 액정층(630), 제2 전극(640), 제2 기판(650), 제1 굴절률 매칭층(660), 및 제2 굴절률 매칭층(670)을 포함한다.
도 9c의 제1 기판(610), 제1 전극(620), 액정층(630), 제2 전극(640), 및 제2 기판(650)은 도 1 및 도 2를 결부하여 설명한 제1 기판(110), 제1 전극(120), 액정층(130), 제2 전극(140), 및 제2 기판(150)과 실질적으로 동일하다. 따라서, 도 9c의 제1 기판(610), 제1 전극(620), 액정층(630), 제2 전극(640), 및 제2 기판(650)에 대한 자세한 설명은 생략한다.
제1 굴절률 매칭층(660)은 제1 전극(620)과 액정층(630) 사이에 마련될 수 있다. 제1 전극(620)과 액정층(630) 사이의 굴절률 차이로 인해 프레넬 반사가 발생할 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(620)과 액정층(630) 사이에 굴절률 차이가 있는 경우, 제1 전극(620)을 통과한 빛의 일부가 액정층(630)에 입사될 때 굴절률 차이로 인하여 반사될 수 있다. 그러므로, 제1 굴절률 매칭층(660)은 제1 전극(620)과 액정층(630) 사이의 굴절률 차이를 줄이기 위해 제1 전극(620)과 액정층(630) 사이의 굴절률을 가질 수 있다.
제2 굴절률 매칭층(670)은 제2 전극(640)과 액정층(630) 사이에 마련될 수 있다. 제2 전극(640)과 액정층(630) 사이의 굴절률 차이로 인해 프레넬 반사가 발생할 수 있다. 예를 들어, 제2 전극(640)과 액정층(630) 사이에 굴절률 차이가 있는 경우, 제2 전극(640)을 통과한 빛의 일부가 액정층(630)에 입사될 때 굴절률 차이로 인하여 반사될 수 있다. 그러므로, 제2 굴절률 매칭층(670)은 제2 전극(640)과 액정층(630) 사이의 굴절률 차이를 줄이기 위해 제2 전극(640)과 액정층(630) 사이의 굴절률을 가질 수 있다.
제1 및 제2 굴절률 매칭층들(660, 670) 각각은 OCA(optically clear adhesive)와 같은 투명접착필름, 열 경화 또는 UV 경화가 가능한 유기화합물 점착제 등으로 이루어질 수 있다.
[투명표시장치]
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 투명표시장치를 보여주는 사시도이다. 도 10에 도시한 바와 같이, 투명표시장치는 광 제어 장치(1000), 투명표시패널(1100), 및 접착층(1200)을 포함한다.
광 제어 장치(1000)는 도 1, 도 2, 도 3a 내지 도 3c, 도 4, 도 5, 도 6a, 도 6b, 도 7, 도 8a, 도 8b, 및 도 9a 내지 도 9c를 결부하여 설명한 본 발명의 실시예들에 따른 광 제어 장치들(100, 200, 300, 400, 500, 600) 중 어느 하나로 구현될 수 있다. 따라서, 광 제어 장치(1000)는 차광 모드에서 입사되는 빛을 차단하고, 투명 모드에서 입사되는 빛을 투과시킬 수 있다. 광 제어 장치(1000)는 이색성 염료들에 따라 특정한 색을 표현함으로써 광 제어 장치의 뒷 배경을 보이지 않게 할 수 있으므로, 차광 기능 이외에 사용자에게 심미감을 주도록 구현될 수도 있다.
도 11a는 도 10의 투명표시패널의 하부 기판의 일 예를 상세히 보여주는 단면도이다. 도 11b는 도 10의 투명표시패널의 하부 기판의 다른 예를 상세히 보여주는 단면도이다. 도 11a 및 도 11b에 도시한 바와 같이, 투명표시패널(1100)은 하나의 서브 화소 영역에서 투과 영역(Transmissive Area; TA)과 발광 영역(Emissive Area; EA)을 포함한다. 그리고, 발광 영역(EA)은 발광부로, 투과 영역(TA)은 투과부로 지칭될 수도 있다. 발광 영역(EA)은 실제 화상을 표시하는 영역이고, 투과 영역(TA)은 투명표시패널에 외부광이 투과되는 영역을 의미한다. 따라서, 투명표시패널이 구동되지 않는 경우, 사용자는 투과 영역(TA)을 통해 투명표시패널의 배경, 즉 투명표시패널 후면 또는 뒷 배경의 사물을 시인할 수 있게 된다. 또는, 투명표시패널이 구동되는 경우, 사용자는 발광 영역(EA)의 실제 화상과 투과 영역(TA)을 통한 배경을 동시에 시인할 수 있게 된다. 서브 화소 영역에서 발광 영역(EA) 및 투과 영역(TA)의 면적비는 시인성 및 투과율 측면에서 다양하게 설정될 수 있다.
발광 영역(EA)에는 화상을 표시하는 화소(Pixel, P)들이 마련된다. 화소(Pixel, P)들 각각에는 도 11a 및 도 11b와 같이 트랜지스터 소자(T), 애노드 전극(AND), 유기층(EL), 캐소드 전극(CAT)이 마련될 수 있다.
트랜지스터 소자(T)는 하부 기판(1101)상에 마련되는 액티브층(ACT), 액티브층(ACT)상에 마련되는 제1 절연막(I1), 제1 절연막(I1)상에 마련된 게이트 전극(GE), 게이트 전극(GE)상에 마련된 제2 절연막(I2), 제2 절연막(I2)상에 마련되고 제1 및 제2 콘택홀들(CNT1, CNT2)을 통해 액티브층(ACT)에 접속되는 소스 전극(SE)과 드레인 전극(DE)을 포함한다. 도 11a 및 및 도 11b에서 트랜지스터 소자(T)는 탑 게이트 방식으로 형성된 것을 예시하였으나, 이에 한정되지 않으며, 보텀 게이트 방식으로 형성될 수도 있다.
애노드 전극(AND)은 소스 전극(SE)과 드레인 전극(DE)상에 마련된 층간 절연막(ILD)을 관통하는 제3 콘택홀(CNT3)을 통해 트랜지스터 소자(T)의 드레인 전극(DE)에 접속된다. 서로 인접한 애노드 전극(AND)들 사이에는 격벽이 마련되며, 이로 인해 서로 인접한 애노드 전극(AND)들은 전기적으로 절연될 수 있다.
애노드 전극(AND)상에는 유기층(EL)이 마련된다. 유기층(EL)은 정공 수송층(hole transporting layer), 유기발광층(organic light emitting layer), 전자 수송층(electron transporting layer)을 포함할 수 있다.
유기층(EL)과 격벽(W)상에는 캐소드 전극(CAT)이 마련된다. 애노드 전극(AND)과 캐소드 전극(CAT)에 전압이 인가되면 정공과 전자가 각각 정공 수송층과 전자 수송층을 통해 유기발광층으로 이동되며, 유기발광층에서 서로 결합하여 발광하게 된다.
도 11a에서는 투명표시패널(1100)이 배면 발광(bottom emission) 방식으로 구현된 것을 예시하였다. 광 제어 장치투명표시패널(1100)이 배면 발광 방식으로 구현되는 경우, 빛은 하부기판(1101) 방향으로 출광한다. 따라서, 광 제어 장치(1000)는 상부기판 상에 배치 될 수 있다.
배면 발광 방식에서는 유기층(EL)의 빛이 하부기판(1101) 방향으로 출광하므로, 트랜지스터(T)로 인한 휘도 감소를 줄이기 위하여 트랜지스터(T)는 격벽(W) 아래에 마련될 수 있다. 또한, 배면 발광 방식에서는 애노드 전극(AND)이 ITO, IZO와 같은 투명한 금속물질로 형성되며, 캐소드 전극(CAT)은 알루미늄, 알루미늄과 ITO의 적층 구조와 같은 반사율이 높은 금속물질로 형성될 수 있다. 그리고, 투과율을 향상시키기 위해서 캐소드 전극(CAT)은 발광 영역(EA)에만 패터닝(Patterning)하여 형성될 수 있다.
도 11b에서는 투명표시패널(1100)이 전면 발광(top emission) 방식으로 구현된 것을 예시하였다. 투명표시패널(1100)이 전면 발광 방식으로 구현되는 경우, 빛은 상부기판 방향으로 출광한다. 따라서, 광 제어 장치(1000)는 하부기판(1101) 아래에 배치될 수 있다.
전면 발광 방식에서는 유기층(EL)의 빛이 상부기판 방향으로 출광하므로, 트랜지스터(T)가 격벽(W)과 애노드 전극(AND) 아래에 넓게 마련될 수 있다. 따라서, 전면 발광 방식은 배면 발광 방식에 비해 트랜지스터(T)의 설계 영역이 넓다는 장점이 있다. 또한, 전면 발광 방식에서는 애노드 전극(AND)이 알루미늄, 알루미늄과 ITO의 적층 구조와 같은 반사율이 높은 금속물질로 형성되고, 캐소드 전극(CAT)이 ITO, IZO와 같은 투명한 금속물질로 형성될 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 투명표시패널은 양면 발광(dual emission) 방식으로도 구현될 수 있다.
접착층(1200)은 광 제어 장치(1000)와 투명표시패널(1100)을 접착한다. 접착층(1200)은 OCA(optically clear adhesive)와 같은 투명접착필름 또는 OCR(optically clear resin)과 같은 투명접착제일 수 있다.
광 제어 장치(1000)가 투명표시패널(1100)의 빛이 출광하는 방향에 부착되면, 투명표시패널(1100)의 발광 영역(EA)은 차광하지 않고 투과 영역(TA)만을 차광하여야 한다. 그러므로, 광 제어 장치(1000)는 투명표시패널(1100)의 투과 영역(TA)만을 차광하기 위해, 광 제어 장치를 패터닝(Patterning)하여 차광 영역을 형성할 수 있다. 이 경우, 차광 영역은 투명표시패널(1100)의 투과 영역(TA)에 정렬될 수 있다. 이상에서 살펴본 바와 같이, 광 제어 장치(1000)가 투명표시패널(1100)의 빛이 출광하는 방향에 부착되면, 광 제어 장치(1000)의 차광 영역을 패터닝(Patterning)하여야 할 뿐만 아니라 차광 영역을 투명표시패널(1100)의 투과 영역에 정렬하여야 하므로, 광 제어 장치(1000)는 투명표시패널(1100)의 빛이 출광하는 방향의 반대 방향에 부착하는 것이 바람직할 것이다. 예를 들어, 도 11b와 같은 전면 발광 방식의 경우, 접착층(1200)의 일면은 투명표시패널(1100)의 하부기판(1101) 아래에 접착되고, 다른 일면은 광 제어 장치(1000)에 접착될 수 있다. 도 11a와 같은 배면 발광 방식의 경우, 접착층(1200)의 일면은 투명표시패널(1100)의 상부기판 위에 접착되고, 다른 일면은 광 제어 장치(1000)에 접착될 수 있다. 접착층(1200)이 OCA와 같은 투명접착필름 또는 OCR과 같은 투명접착제로 구성하는 경우, 1.4 내지 1.9 사이의 굴절률을 가질 수 있다.
또한, 투명표시장치가 트루 블랙(true black)을 구현하기 위해, DR(dichroic ratio)이 우수한 이색성 염료(232)들을 이용할 수 있다. DR은 이색성 염료(232)의 단축 방향 광 흡수율 대비 장축 방향 광 흡수율을 나타낸다. 이색성 염료(232)들은 도 6b와 같이 투명 모드에서 수직 방향(y축 방향)으로 배열되며 도 6a와 같이 차광 모드에서 카이럴 도펀트에 의해 나선상으로 회전한 상태로 배열되므로, 이색성 염료(232)의 단축 방향 광 흡수율은 투명 모드에서 이색성 염료(232)의 광 흡수율일 수 있고, 장축 방향 광 흡수율은 차광 모드에서 이색성 염료(232)의 광 흡수율일 수 있다. 트루 블랙의 투명표시장치를 구현하기 위해서는 DR이 7 이상인 이색성 염료(232)들을 이용하는 것이 효율적일 수 있다. 또한, 투명표시패널(1100)의 하부기판(1101) 또는 상부기판은 광 제어 장치(1000)의 제2 기판일 수 있다. 이 경우, 광 제어 장치(1000)의 제2 전극(140)은 투명표시패널(1100)의 하부기판(1101) 또는 상부기판 상에 마련될 수 있다.
투명표시패널(1100)은 화소(Pixel)들이 화상을 표시하는 표시 모드와 화소(Pixel)들이 화상을 표시하지 않는 비표시 모드로 구현될 수 있다. 화소(Pixel)들이 화상을 표시하는 표시 모드로 구현되는 경우, 광 제어 장치(1000)는 화상의 품질을 높이기 위해 투명표시패널(1100)의 배면을 통해 입사되는 빛을 차단하는 차광 모드로 구현될 수 있다.
화소(Pixel)들이 화상을 표시하지 않는 비표시 모드에서 광 제어 장치(1000)는 차광 모드 또는 투명 모드로 구현될 수 있다. 화소(Pixel)들이 화상을 표시하지 않는 비표시 모드에서 광 제어 장치(1000)가 차광 모드로 구현되는 경우, 투명표시장치는 사용자에게 블랙으로 보인다. 화소(Pixel)들이 화상을 표시하지 않는 비표시 모드에서 광 제어 장치(1000)가 투명 모드로 구현되는 경우, 투명표시장치는 투명하게 구현되므로, 사용자는 투명표시장치를 통해 투명표시장치 뒤의 배경을 볼 수 있다.
도 12은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 투명표시장치를 보여주는 사시도이다.
도 12에 도시한 바와 같이, 투명표시장치는 제1 광 제어 장치(1000a), 제2 광 제어 장치(1000b), 투명표시패널(1100), 제1 접착층(1200), 및 제2 접착층(1300)을 포함한다.
제1 및 제2 광 제어 장치들(1000a, 1000b) 각각은 도 1, 도 2, 도 3a 내지 도 3c, 도 4, 도 5, 도 6a, 도 6b, 도 7, 도 8a, 도 8b, 및 도 9a 내지 도 9c를 결부하여 설명한 본 발명의 실시예들에 따른 광 제어 장치들(100, 200, 300, 400, 500, 600) 중 어느 하나로 구현될 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 광 제어 장치들(1000a, 1000b) 각각은 차광 모드에서 입사되는 빛을 차단하고, 투명 모드에서 입사되는 빛을 투과시킬 수 있다. 제1 및 제2 광 제어 장치들(1000a, 1000b) 각각은 이색성 염료들에 따라서 차광 기능 이외에 사용자에게 심미감을 주도록 구현될 수도 있다.
투명표시패널(1100)은 도 11 및 도 12를 결부하여 설명한 바와 실질적으로 동일하다. 따라서, 투명표시패널(1100)에 대한 자세한 설명은 생략한다.
제1 접착층(1200)은 제1 광 제어 장치(1000a)와 투명표시패널(1100)을 접착한다. 제1 접착층(1200)은 OCA(optically clear adhesive)와 같은 투명접착필름일 수 있다. 제1 접착층(1200)의 일면은 투명표시패널(1100)의 하부기판(1101) 아래 또는 상부기판 상에 접착되고, 다른 일면은 제1 광 제어 장치(1000a)에 접착될 수 있다. 제1 접착층(1200)이 OCA와 같은 투명접착필름으로 구성되는 경우, 1.4 내지 1.9 사이의 굴절률을 가질 수 있다.
제2 접착층(1300)은 제2 광 제어 장치(1000b)와 투명표시패널(1100)을 접착한다. 제2 접착층(1300)은 OCA(optically clear adhesive)와 같은 투명접착필름일 수 있다. 제2 접착층(1300)의 일면은 투명표시패널(1100)의 하부기판(1101) 아래 또는 상부기판 상에 접착되고, 다른 일면은 제2 광 제어 장치(1000b)에 접착될 수 있다. 제2 접착층(1300)이 OCA와 같은 투명접착필름으로 구성되는 경우, 1.4 내지 1.9 사이의 굴절률을 가질 수 있다.
투명표시패널(1100)은 화소(Pixel)들이 화상을 표시하는 표시 모드와 화소(Pixel)들이 화상을 표시하지 않는 비표시 모드로 구현될 수 있다. 사용자가 제2 광 제어 장치(1000b)에서 화상을 시청한다고 가정하면, 화소(Pixel)들이 화상을 표시하는 표시 모드로 구현되는 경우, 제1 광 제어 장치(1000a)는 화상의 품질을 높이기 위해 투명표시패널(1100)의 배면을 통해 입사되는 빛을 차단하는 차광 모드로 구현될 수 있으며, 제2 광 제어 장치(1000b)는 투명 모드로 구현되는 것이 바람직하다.
화소(Pixel)들이 화상을 표시하지 않는 비표시 모드에서 제1 및 제2 광 제어 장치들(1000a, 1000b)은 차광 모드 또는 투명 모드로 구현될 수 있다. 화소(Pixel)들이 화상을 표시하지 않는 비표시 모드에서 제1 및 제2 광 제어 장치들(1000a, 1000b)이 차광 모드로 구현되는 경우, 투명표시장치는 사용자에게 블랙으로 보인다. 화소(Pixel)들이 화상을 표시하지 않는 비표시 모드에서 제1 및 제2 광 제어 장치들(1000a, 1000b)이 투명 모드로 구현되는 경우, 투명표시장치는 투명하게 구현되므로, 사용자는 투명표시장치를 통해 투명표시장치 뒤의 배경을 볼 수 있다.
한편, 투명표시패널(1100)은 양면 방향으로 화상을 표시할 수 있는 양면 투명표시패널로 구현될 수 있다. 양면 투명표시패널이 양면 방향으로 모두 화상을 표시하는 표시 모드에서 제1 및 제2 광 제어 장치들(1000a, 1000b)이 투명 모드로 구현되는 경우, 양면 방향 모두에서 사용자들이 화상을 시청할 수 있다. 또한, 양면 투명표시패널이 양면 방향으로 모두 화상을 표시하는 표시 모드에서 제1 및 제2 광 제어 장치들(1000a, 1000b) 중 어느 하나는 차광 모드로 구현되는 경우, 양면 방향 중 어느 하나의 방향에서 사용자가 화상을 시청하는 것을 차단할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100, 200, 300, 400, 500, 600, 1000: 광 제어 장치
110, 210, 310, 410, 510, 610: 제1 기판
120, 220, 320, 420, 520, 620: 제1 전극
130, 230, 330, 430, 530, 630: 액정층
140, 240, 340, 440, 540, 640: 제2 전극
150, 250, 350, 450, 550, 650: 제2 기판
460, 560, 660: 제1 굴절률 매칭층
470, 570, 670: 제2 굴절률 매칭층
1000a: 제1 광 제어 장치
1000b: 제2 광 제어 장치
1100: 투명표시패널

Claims (20)

  1. 서로 마주보는 제1 기판 및 제2 기판;
    상기 제1 기판 위에 있는 제1 전극;
    상기 제2 기판 위에 있는 제2 전극;
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 콜레스테릭 액정들, 폴리머 네트워크 및 이색성 염료들을 포함하는 액정층; 및
    상기 제1 전극과 상기 액정층 사이에 마련되고, 상기 제1 전극과 상기 액정층 사이의 굴절률을 갖는 제1 굴절률 매칭층을 포함하고,
    상기 콜레스테릭 액정들은 전압이 인가되지 않는 경우 차광 모드에서 포컬 코닉 상(focal conic state)을 가지고, 상기 콜레스테릭 액정들은 전압이 인가되는 경우 투명 모드에서 호메오트로픽 상(homeotropic state)을 가지며,
    상기 폴리머 네트워크는 상기 콜레스테릭 액정의 단축 방향 굴절률과 유사한 굴절률을 가지고,
    상기 이색성 염료의 단축 방향 광 흡수율 대비 장축 방향 광 흡수율을 나타내는 DR(dichroic ratio)은 7 이상인 광 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 콜레스테릭 액정들은 상기 제1 및 제2 전극들 사이에 인가되는 전압에 따라 두 개의 상으로 동작하는 광 제어 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 기판들 위에는 배향막이 없는 광 제어 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 차광 모드에서 상기 콜레스테릭 액정들은 무질서하게 배열되는 광 제어 장치.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 차광 모드에서, 상기 콜레스테릭 액정들은 입사되는 빛을 산란하고 상기 이색성 염료들은 입사되는 빛을 흡수하는 광 제어 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 투명 모드에서, 상기 콜레스테릭 액정들과 상기 이색성 염료들은 수직 방향으로 배열되는 광 제어 장치.
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전극 사이에 상기 액정층의 셀갭을 유지하기 위한 스페이서들을 더 포함하는 광 제어 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 전압이 인가되지 않는 경우는 상기 제1 전극에 인가된 제1 전압과 상기 제2 전극에 인가된 제2 전압 간의 전압 차가 제1 기준 전압보다 작은 경우를 포함하고,
    상기 전압이 인가되는 경우는 상기 제1 전극에 인가된 상기 제1 전압과 상기 제2 전극에 인가된 상기 제2 전압 간의 전압 차가 제2 기준 전압보다 큰 경우를 포함하는 광 제어 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 전압이 인가되지 않는 경우는 상기 제1 전극에 인가된 제1 전압과 상기 제2 전극에 인가된 제2 전압 간의 전압 차가 기준 전압보다 작은 경우를 포함하고,
    상기 전압이 인가되는 경우는 상기 제1 전극에 인가된 상기 제1 전압과 상기 제2 전극에 인가된 상기 제2 전압 간의 전압 차가 상기 기준 전압 이상인 경우를 포함하는 광 제어 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 콜레스테릭 액정은 적외선 파장대 또는 자외선 파장대를 반사하는 광 제어 장치.
  13. 서로 마주보는 제1 기판 및 제2 기판;
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 있고, 콜레스테릭 액정들, 폴리머 네트워크 및 이색성 염료들을 포함하는 액정층; 및
    상기 제1 기판과 상기 액정층 사이에 마련되고, 상기 제1 기판과 상기 액정층 사이의 굴절률을 갖는 제1 굴절률 매칭층을 포함하고,
    상기 폴리머 네트워크는 상기 콜레스테릭 액정의 단축 방향 굴절률과 유사한 굴절률을 가지고,
    차광 모드에서 상기 콜레스테릭 액정들은 무질서하게 배열되어 입사되는 빛을 산란하고, 투명 모드에서 수직 방향으로 배열되어 입사되는 빛을 통과시키는 광 제어 장치.
  14. 삭제
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 콜레스테릭 액정들과 상기 이색성 염료들은 상기 차광 모드에서 무질서하게 배열되어 입사되는 빛을 산란 및 흡수하고, 상기 콜레스테릭 액정들과 상기 이색성 염료들은 상기 투명 모드에서 상기 수직 방향으로 배열되어 입사되는 빛을 통과시키는 광 제어 장치.
  16. 투과 영역과 영상을 표시하는 발광 영역을 포함하는 투명표시패널; 및
    상기 투명표시패널의 적어도 일면상에 있는 광 제어 장치를 포함하고,
    상기 광 제어 장치는 콜레스테릭 액정들, 폴리머 네트워크 및 이색성 염료들을 갖는 액정층을 포함하고, 입사되는 빛을 차광하기 위한 차광 모드로 구현되도록 상기 액정층은 상기 발광 영역이 상기 영상을 표시하는 표시 모드에서 포컬 코닉 상(focal conic state)을 가지며,
    상기 폴리머 네트워크는 상기 콜레스테릭 액정의 단축 방향 굴절률과 유사한 굴절률을 가지고,
    상기 이색성 염료의 단축 방향 광 흡수율 대비 장축 방향 광 흡수율을 나타내는 DR(dichroic ratio)은 7 이상인 투명표시장치.
  17. 삭제
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 발광 영역이 상기 영상을 표시하지 않는 비표시 모드에서 상기 광 제어 장치가 입사되는 빛을 통과시키기 위한 투명 모드로 구현되도록 상기 액정층은 호메오트로픽 상(homeotropic state)을 갖는 투명표시장치.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 발광 영역이 상기 영상을 표시하지 않는 비표시 모드에서 상기 광 제어 장치가 상기 입사되는 빛을 차광하기 위한 차광 모드로 구현되도록 상기 액정층은 포컬 코닉 상(focal conic state)을 갖는 투명표시장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 광 제어 장치는 제1 전극 및 제2 전극을 더 포함하고,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이의 액정층은 전압이 인가되지 않는 경우 상기 포컬 코닉 상(focal conic state)을 가지고, 상기 전압이 인가되는 경우 호메오트로픽 상(homeotropic state)을 갖는 투명표시장치.
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