KR102405312B1 - 광 제어장치, 그를 포함한 투명표시장치 및 그의 제조방법 - Google Patents

광 제어장치, 그를 포함한 투명표시장치 및 그의 제조방법 Download PDF

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KR102405312B1
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 투명표시장치는 입사되는 빛을 투과시키는 투과 영역들과 빛을 발광하는 발광 영역들을 포함하는 투명표시패널과, 상기 투명표시패널의 배면에 배치되고, 입사되는 빛을 투과시키는 투과 모드와 입사되는 빛을 차광하는 차광 모드가 가능한 광 제어장치, 광 제어장치의 제조 방법 및 상기 광 제어장치를 포함하는 투명 표시 장치에 관한 것이다. 상기 광 제어장치는 서로 마주보는 제 1 기판과 제 2 기판, 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 마련된 액정셀들, 상기 액정셀들의 셀갭을 유지하기 위한 격벽들을 포함한다. 상기 격벽은 허니컴 구조를 가질 수 있으며, 격벽 사이사이에는 복수의 컬럼 스페이서들을 포함할 수 있다.

Description

광 제어장치, 그를 포함한 투명표시장치 및 그의 제조방법{LIGHT CONTROLLING DEVICE, TRANSPARENT DISPLAY DEVICE INCLUDING THE SAME, AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}
본 발명은 광 제어장치와 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.
최근에는 표시장치는 박형화, 경량화, 및 저소비전력화되고 있으며, 이로 인해 표시장치의 적용 분야가 계속 증가하고 있다. 특히, 표시장치는 대부분의 전자 장치나 모바일 기기에서 사용자 인터페이스의 하나로 사용되고 있다.
또한, 최근에는 특성상 사용자가 표시장치의 배면(背面)에 위치한 사물 또는 배경을 볼 수 있는 투명표시장치에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 투명표시장치는 공간 활용성, 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. 예를 들어, 투명표시장치는 건물이나 자동차의 창문(window)에 적용되어 배경을 보이거나 화상을 표시하는 스마트 창(smart window)으로 구현될 수 있다.
투명표시장치는 유기발광표시장치로 구현될 수 있으며, 이 경우 전력 소비가 적은 장점이 있으나, 어두운 환경에서는 명암비(contrast ratio)에 문제가 없지만 빛이 있는 환경에서는 명암비가 저하되는 단점이 있다. 어두운 환경의 명암비는 암실 명암비, 빛이 있는 환경의 명암비는 명실 명암비로 정의될 수 있다. 즉, 투명표시장치는 배면(背面)에 위치한 사물 또는 배경을 볼 수 있도록 하기 위해 투과 영역이 존재하므로, 이로 인해 명실 명암비가 저하되는 문제가 있다. 그러므로, 투명표시장치가 유기발광표시장치로 구현되는 경우 명실 명암비가 저하되는 것을 방지하기 위해 빛을 차단하는 차광 모드와 빛을 투과시키는 투과 모드를 구현할 수 있는 광 제어장치가 필요하다.
광 제어 장치는 제 1 기판, 제 2 기판, 제 1 기판 상에 배치된 제 1 전극, 제 2 기판 상에 배치된 제 2 전극, 및 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 배치된 액정들과 이색성 염료들을 이용하여 광을 투과시키거나 차광하는 액정층, 및 액정층의 갭을 일정하게 유지하기 위한 격벽들을 포함할 수 있다. 최근에는 표시장치의 대면적화로 인해 투명표시장치 역시 대면적으로 제조되고 있다. 이 경우, 광 제어장치 역시 대면적화되므로, 광 제어장치의 액정층의 액정들과 이색성 염료들이 중력 불량에 의해 한쪽으로 몰리는 문제가 발생할 수 있다. 이로 인해, 액정들과 이색성 염료들이 광 제어장치의 액정층에 불균일하게 분포하며, 그 결과 액정층의 일부분이 차광 모드에서 차광 투과율 증가로 차광율 저하가 발생할 수 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 중력 불량에 의해 액정들과 이색성 염료들이 광 제어장치의 액정층에 불균일하게 분포하는 것을 개선할 수 있는 광 제어장치 및 투명표시장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 본 발명에 따른 투명표시장치는 입사되는 빛을 투과시키는 투과 영역들과 빛을 발광하는 발광 영역들을 포함하는 투명표시패널과 상기 투명표시패널의 일면에 배치되고, 입사되는 빛을 투과시키는 투과모드와 입사되는 빛을 차광하는 차광 모드가 가능한 광 제어장치를 구비하고, 상기 광 제어장치는 서로 마주보는 제 1 기판과 제 2 기판, 상기 제 2 기판과 마주보는 상기 제 1 기판의 일면 상에 배치된 제 1 전극, 상기 제 1 기판과 마주보는 상기 제 2 기판의 일면 상에 배치된 제 2 전극, 상기 제 2 기판과 마주보는 제 1 전극의 일면 상에 배치되며, 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 사이에 갭을 유지하는 격벽 및 상기 제 1 및 제 2 전극들 사이에 배치되며, 광을 투과시키거나 차광하는 액정셀들을 구비하고, 상기 격벽에 의해 둘러싸인 액정셀들 각각에는 복수의 컬럼 스페이서들을 포함한다.
상기 과제의 해결 수단에 의하면, 격벽 면적을 최소화 하여 차광 모드에서 일정 수준의 차광율 확보가 가능하다.
또한 허니컴 구조 사이사이에 컬럼 스페이서를 형성하여 셀갭의 균일도를 개선할 수 있다.
추가적으로 허니컴 구조와 컬럼 스페이서로 이루어진 격벽 설계로 액정셀들의 중력불량을 방지할 수 있다.
위에서 언급된 본 발명의 효과 외에도, 본 발명의 다른 특징 및 이점들이 이하에서 기술되거나, 그러한 기술 및 설명으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 투명표시장치를 보여주는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 투명표시장치의 투명표시패널, 게이트 구동부, 소스 드라이브 IC, 연성 필름, 회로 보드 및 타이밍 제어부를 보여주는 평면도이다.
도 3은 도 2의 표시 영역의 투과 영역과 발광 영역을 보여주는 도면이다.
도 4는 도 3의 선 I-I'의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 광 제어장치를 상세히 보여주는 사시도이다.
도 6은 광 제어장치의 격벽들과 컬럼 스페이서들 일부를 보여주는 평면도이다.
도 7은 도 6의 A영역의 확대도이다. (제 1 실시예)
도 8은 도 5의 일측 단면도이다.
도 9는 격벽의 접점으로 인한 잔막을 보여주는 도면이다.
도 10은 도 6의 A 영역의 또 다른 예를 보여주는 확대도이다. (제 2 실시예)
도 11은 도 6의 A 영역의 또 다른 예를 보여주는 확대도이다. (제 3 실시예)
도 12는 컬럼 스페이서가 격벽에 소정의 간격보다 인접하게 배치된 경우 잔막 발생 여부를 보여주는 도면이다
도 13은 도 6의 A 영역의 또 다른 예를 보여주는 확대도이다. (제 4 실시예)
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 광 제어장치의 제조 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 15a 내지 도 15e는 본 발명의 실시예에 따른 광 제어장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 광 제어장치의 또 다른 제조 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 17a 내지 도 17e는 본 발명의 실시예에 따른 광 제어장치의 또 다른 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 18은 도 16의 제조 방법에 따른 격벽의 구조를 나타내는 도면이다.
본 명세서에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 정의하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "제 1", "제 2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. "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 의미한다. "상에"라는 용어는 어떤 구성이 다른 구성의 바로 상면에 형성되는 경우뿐만 아니라 이들 구성들 사이에 제3의 구성이 개재되는 경우까지 포함하는 것을 의미한다.
이하에서는 본 발명에 따른 광 제어장치와 이를 포함하는 디스플레이 장치의 바람직한 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 투명표시장치를 보여주는 사시도이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 투명표시장치의 투명표시패널, 게이트 구동부, 소스 드라이브 IC, 연성필름, 회로보드, 및 타이밍 제어부를 보여주는 평면도이다. 도 3은 도 2의 표시영역의 투과부와 발광부를 보여주는 일 예시도면이다. 도 4는 도 3의 I-I'의 단면도이다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 광 제어장치를 상세히 보여주는 사시도이다.
이하에서는 도 1 내지 도 5를 결부하여 본 발명의 실시예에 따른 투명표시장치를 상세히 설명한다. 도 1 내지 도 5에서 X축은 게이트 라인과 나란한 방향을 나타내고, Y축은 데이터 라인과 나란한 방향을 나타내며, Z축은 투명표시장치의 높이 방향을 나타낸다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 투명표시장치는 투명표시패널(100), 게이트 구동부(120), 소스 드라이브 집적회로(integrated circuit, 이하 "IC"라 칭함)(130), 연성필름(140), 회로보드(150), 타이밍 제어부(160), 광 제어 장치(200), 및 접착층(300)을 포함한다
본 발명의 실시예에 따른 투명표시장치는 유기발광 표시장치(Organic Light Emitting Display)로 구현된 것을 중심으로 설명하였으나, 액정표시장치(Liquid Crystal Display) 또는 전기영동 표시장치(Electrophoresis display)로도 구현될 수 있다.
투명표시패널(100)은 하부 기판(111)과 상부 기판(112)을 포함한다. 상부 기판(112)은 봉지 기판일 수 있다. 하부 기판(111)은 상부 기판(112)보다 크게 형성되며, 이로 인해 하부 기판(111)의 일부는 상부 기판(112)에 의해 덮이지 않고 노출될 수 있다.
투명표시패널(100)의 표시영역(DA)에는 게이트 라인들과 데이터 라인들이 형성되며, 게이트 라인들과 데이터 라인들의 교차 영역들에는 발광부들이 형성될 수 있다. 표시영역(DA)의 발광부들은 화상을 표시할 수 있다.
표시영역(DA)은 도 3과 같이 투과 영역(TA)와 발광 영역(EA)을 포함한다. 투명표시패널(100)은 투과 영역(TA)들로 인해 투명표시패널(100)의 배면(背面)에 위치한 사물 또는 배경을 볼 수 있으며, 발광 영역(EA)들로 인해 화상을 표시할 수 있다. 도 3에서는 투과 영역(TA)과 발광 영역(EA)이 게이트 라인 방향(X축 방향)으로 길게 형성된 것을 예시하였으나, 이에 한정되지 않는다. 즉, 투과 영역(TA)과 발광 영역(EA)은 데이터 라인 방향(Y축 방향)으로 길게 형성될 수도 있다.
투과 영역(TA)은 입사되는 빛을 거의 그대로 통과시키는 영역이다. 발광 영역(EA)은 빛을 발광하는 영역이다. 발광 영역(EA)은 복수의 화소(P)들을 포함할 수 있으며, 화소(P)들 각각은 도 3과 같이 적색 발광부(RE), 녹색 발광부(GE), 및 청색 발광부(BE)를 포함하는 것을 예시하였지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 화소(P)들 각각은 적색 발광부(RE), 녹색 발광부(GE) 및 청색 발광부(BE) 외에 흰색 발광부를 더 포함할 수도 있다. 또는, 화소(P)들 각각은 적색 발광부(RE), 녹색 발광부(GE), 청색 발광부(BE), 옐로우(yellow) 발광부, 자홍색(magenta) 발광부, 및 청록색(cyan) 발광부 중에 적어도 두 개 이상의 발광부들을 포함할 수 있다.
적색 발광부(RE)는 적색광을 발광하는 영역이고, 녹색 발광부(GE)는 녹색광을 발광하는 영역이며, 청색 발광부(BE)는 청색광을 발광하는 영역이다. 발광 영역(EA)의 적색 발광부(RE), 녹색 발광부(GE), 및 청색 발광부(BE)는 소정의 빛을 발광하며, 입사되는 빛을 투과시키지 않는 비투과 영역에 해당한다.
적색 발광부(RE), 녹색 발광부(GE), 및 청색 발광부(BE) 각각에는 도 4와 같이 트랜지스터(T), 애노드 전극(AND), 유기층(EL), 캐소드 전극(CAT)이 마련될 수 있다.
트랜지스터(T)는 하부 기판(111)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 4에서는 트랜지스터(T)가 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(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 4에서는 투명표시패널(100)이 전면(前面) 발광(top emission) 방식으로 구현된 것을 예시하였으나, 이에 한정되지 않으며, 배면(背面) 발광(bottom emission) 방식으로 구현될 수도 있다. 광 제어장치(200)는 투명표시패널(100)이 발광하는 방향의 반대 방향에 배치되는 것이 바람직하다. 따라서, 광 제어장치(200)는 전면 발광 방식에서는 투명표시패널(100)의 아래, 즉 하부 기판(111)의 아래에 배치되고, 배면 발광 방식에서는 투명표시패널(100)의 위, 즉 상부 기판(112)의 위에 배치되는 것이 바람직하다.
전면 발광 방식에서는 유기층(EL)의 빛이 상부기판 방향으로 발광하므로, 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. 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 형성되는 것이 바람직하다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 투명표시장치의 화소(P)들 각각은 입사되는 빛을 거의 그대로 통과시키는 투과 영역(TA)과 빛을 발광하는 발광 영역(EA)을 포함한다. 그 결과, 본 발명의 실시예는 투명표시장치의 투과 영역(TA)들을 통해 투명표시장치의 배면에 위치한 사물 또는 배경을 볼 수 있다.
게이트 구동부(120)는 타이밍 제어부(160)로부터 입력되는 게이트 제어신호에 따라 게이트 라인들에 게이트 신호들을 공급한다. 도 2에서는 게이트 구동부(120)가 투명표시패널(100)의 표시영역(DA)의 일 측 바깥쪽에 GIP(gate driver in panel) 방식으로 형성된 것을 예시하였으나, 이에 한정되지 않는다. 즉, 게이트 구동부(120)는 투명표시패널(100)의 표시영역(DA)의 양 측 바깥쪽에 GIP 방식으로 형성될 수도 있고, 또는 구동 칩으로 제작되어 연성필름에 실장되고 TAB(tape automated bonding) 방식으로 투명표시패널(100)에 부착될 수도 있다.
소스 드라이브 IC(130)는 타이밍 제어부(160)로부터 디지털 비디오 데이터와 소스 제어신호를 입력받는다. 소스 드라이브 IC(130)는 소스 제어신호에 따라 디지털 비디오 데이터를 아날로그 데이터전압들로 변환하여 데이터 라인들에 공급한다. 소스 드라이브 IC(130)가 구동 칩으로 제작되는 경우, COF(chip on film) 또는 COP(chip on plastic) 방식으로 연성필름(140)에 실장될 수 있다.
하부 기판(111)은 상부 기판(112)보다 크게 형성될 수 있으며, 이로 인해 하부 기판(111)의 일부는 상부 기판(112)에 의해 덮이지 않고 노출될 수 있다. 상부 기판(112)에 의해 덮이지 않고 노출된 하부 기판(111)의 일부에는 데이터 패드들과 같은 패드들이 마련된다. 연성필름(140)에는 패드들과 소스 드라이브 IC(130)를 연결하는 배선들, 패드들과 회로보드(150)의 배선들을 연결하는 배선들이 형성될 수 있다. 연성필름(140)은 이방성 도전 필름(antisotropic conducting film)을 이용하여 패드들 상에 부착되며, 이로 인해 패드들과 연성필름(140)의 배선들이 연결될 수 있다.
회로보드(150)는 연성필름(140)들에 부착될 수 있다. 회로보드(150)는 구동 칩들로 구현된 다수의 회로들이 실장될 수 있다. 예를 들어, 회로보드(150)에는 타이밍 제어부(160)가 실장될 수 있다. 회로보드(150)는 인쇄회로보드(printed circuit board) 또는 연성 인쇄회로보드(flexible printed circuit board)일 수 있다.
타이밍 제어부(160)는 외부의 시스템 보드(미도시)로부터 디지털 비디오 데이터와 타이밍 신호를 입력받는다. 타이밍 제어부(60)는 타이밍 신호에 기초하여 게이트 구동부(120)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 게이트 제어신호와 소스 드라이브 IC(130)들을 제어하기 위한 소스 제어신호를 발생한다. 타이밍 제어부(60)는 게이트 제어신호를 게이트 구동부(120)에 공급하고, 소스 제어신호를 소스 드라이브 IC(30)들에 공급한다.
광 제어장치(200)는 차광 모드에서 입사되는 빛을 차단하고, 투과 모드에서 입사되는 빛을 투과시킬 수 있다. 광 제어장치(200)는 도 5와 같이 제 1 기판(210), 제 2 기판(220), 제1 전극(230), 제2 전극(240), 및 액정층(250)을 포함한다.
제1 및 제 2 기판들(210, 220) 각각은 플라스틱 필름(plastic film)일 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제 2 기판들(210, 220) 각각은 TAC(triacetyl cellulose) 또는 DAC(diacetyl cellulose) 등과 같은 셀룰로오스 수지(Cellulose resin), 노르보르넨 유도체(Norbornene derivatives) 등의 COP(cyclo olefin polymer), COC(cyclo 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 필름일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
제 1 기판(210)의 일면 상에는 제1 전극(230)이 마련되고, 제 1 기판(210)과 마주보는 제 2 기판(220)의 일면 상에는 제2 전극(240)이 마련된다. 제1 및 제2 전극들(230, 240) 각각은 투명한 전극일 수 있다.
제1 및 제2 전극들(230, 240) 각각은 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) 또는 안티몬 주석 산화물(예; Antimony Tin Oxide, ATO)일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
액정층(250)은 입사되는 빛을 투과시키는 투과 모드와 입사되는 빛을 차단하는 차광 모드로 구현될 수 있다. 광 제어 장치(100)의 투과율은 광 제어 장치(100)에 입사되는 광 대비 출력되는 광의 비율을 나타낸다.
액정층(250)은 액정들과 이색성 염료들을 포함하는 게스트 호스트 액정층(guest host liquid crystal layer)일 수 있다. 이 경우, 액정들은 호스트 물질(host material)이고, 이색성 염료들은 게스트 물질(guest material)일 수 있다. 또는, 액정층(250)은 액정들, 이색성 염료들, 및 폴리머 네트워크(polymer network)를 포함하는 폴리머 네트워크 액정층(polymer network liquid crystal layer)일 수 있다. 이 경우, 액정층(250)은 폴리머 네트워크로 인해 입사되는 빛의 산란 효과를 높일 수 있다. 또는, 액정층(250)은 액정들, 이색성 염료들, 및 이온 물질들을 포함하는 동적 산란 모드 액정층(dynamic scattering mode liquid cyrstal layer)일 수 있다. 동적 산란 모드의 경우, 제1 및 제2 전극들(230, 240)에 교류 전압이 인가되면, 이온 물질들은 액정들과 이색성 염료들을 랜덤하게 움직이게 한다.
접착층(300)은 투명표시패널(100)과 광 제어장치(200)를 접착한다. 접착층(300)은 OCA(optically clear adhesive)와 같은 투명접착필름 또는 OCR(optically clear resin)과 같은 투명접착제일 수 있다. 이 경우, 접착층(300)은 투명표시패널(100)과 광 제어장치(200) 사이의 굴절률 매칭을 위해 1.4 내지 1.9 사이의 굴절률을 가질 수 있다.
광 제어장치(200)가 투명표시패널(100)이 발광하는 방향에 부착되면, 광 제어 장치(200)를 패터닝하여 차광 영역들을 형성하여야 하고, 차광 영역들을 투명표시패널(100)의 투과 영역(TA)들에 대응되도록 정렬하여야 하는 번거로운 작업이 필요하므로, 광 제어 장치(200)는 투명표시패널(100)이 발광하는 방향의 반대 방향에 부착되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 투명표시패널(100)이 전면 발광 방식인 경우 광 제어장치(200)는 투명표시패널(100)의 아래, 즉 하부 기판(111)의 아래에 배치되고, 투명표시패널(100)이 배면 발광 방식인 경우 투명표시패널(100)의 위, 즉 상부 기판(112)의 위에 배치되는 것이 바람직하다.
도 6은 도 5의 일측 단변을 나타낸 단면도이다. 설명의 편의를 위해 액정층(250)이 동적 산란 모드 액정층으로 구현된 것을 예시하였다.
구체적으로, 액정층(250)은 도 6과 같이 액정셀(251)들, 격벽(252), 제1 배향막(253), 제 2 배향막(254), 접착막(255), 컬럼 스페이서(260)들을 포함할 수 있다.
액정셀(251)들은 액정(251a)들, 이색성 염료(251b)들, 및 이온 물질(253b)들을 포함한다. 액정(251a)들은 제 1 및 제 2 전극들(230, 240)의 수직(z축 방향) 전계에 의해 배열이 변경되는 네마틱(nematic) 액정일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 액정(251a)들은 제 1 및 제 2 전극들(230, 240)에 전압이 인가되지 않는 경우 제 1 및 제 2 배향막들(253, 254)에 의해 수직 방향(Z축 방향)으로 배열되는 네거티브 액정들일 수 있다.
이색성 염료(251b)들은 액정(251a)들처럼 수직(y축 방향) 전계에 의해 배열이 변경될 수 있다. 또한, 이색성 염료(251b)들은 액정(251a)들처럼 제 1 및 제 2 전극들(230, 240)에 전압이 인가되지 않는 경우 제 1 및 제 2 배향막들(253, 254)에 의해 수직 방향(Z축 방향)으로 배열될 수 있다.
이색성 염료(251b)들은 빛을 흡수하는 염료일 수 있다. 예를 들어, 이색성 염료(251b)들은 가시광선 파장대의 빛을 모두 흡수하는 블랙 염료(black dye) 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 실시예에서는 빛을 차단하는 차광율을 높이기 위해 이색성 염료(251b)들이 블랙 염료(black dye)인 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 이색성 염료(251b)들은 레드(red), 그린(green), 블루(blue), 옐로우(yellow) 중 어느 하나의 색을 갖거나 또는 이들의 혼합으로 이루어진 색을 가지는 염료일 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예는 차광 모드시 블랙 계열의 색이 아닌 다양한 색을 표현하면서 뒷 배경을 차광할 수 있다. 이로 인해, 본 발명의 실시예는 차광 모드시 다양한 색을 제공할 수 있기 때문에 사용자는 심미감을 느낄 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 따른 투명표시장치는 공공장소에 사용될 수 있으며, 투과 모드와 차광 모드가 필요한 스마트 윈도우 또는 퍼블릭 윈도우(public window)에 적용될 경우 시간 또는 장소에 따라 다양한 색을 표현하면서 차광할 수 있다.
이온 물질(251c)들은 액정들과 이색성 염료들이 랜덤하게 움직일 수 있도록 하는 역할을 한다. 먼저, 이온 물질(251c)들은 소정의 극성을 가질 수 있으며, 이 경우 제 1 전극(230)과 제2 전극(240)에 인가되는 전압의 극성에 따라 제 1 전극(230) 또는 제 2 전극(240)으로 이동하게 된다. 예를 들어, 이온 물질(251c)들이 부극성을 갖는 경우, 제 1 전극(230)에 정극성의 전압이 인가되고 제 2 전극(240)에 부극성의 전압이 인가되면 이온 물질(251c)들은 제 1 전극(230)으로 이동한다. 또한, 이온 물질(251c)들이 부극성을 갖는 경우, 제2 전극(240)에 정극성의 전압이 인가되고 제 1 전극(230)에 부극성의 전압이 인가되면 이온 물질(251c)들은 제 2 전극(240)으로 이동한다. 또한, 이온 물질(251c)들이 정극성을 갖는 경우, 제 1 전극(230)에 정극성의 전압이 인가되고 제 2 전극(240)에 부극성의 전압이 인가되면 이온 물질(251c)들은 제 2 전극(240)으로 이동한다. 또한, 이온 물질(251c)들이 정극성을 갖는 경우, 제 2 전극(240)에 정극성의 전압이 인가되고 제 1 전극(230)에 부극성의 전압이 인가되면 이온 물질(251c)들은 제 1 전극(230)으로 이동한다.
그러므로, 제 1 및 제 2 전극들(230, 240)에 소정의 주기를 갖는 교류 전압이 인가되는 경우, 이온 물질(251c)들은 소정의 주기로 제 1 전극(230)에서 제 2 전극(240)으로 갔다가 다시 제 1 전극(230)으로 되돌아오는 이동을 반복하게 된다. 이 경우, 이온 물질(251c)들이 이동하면서 액정(251a)들과 이색성 염료(251b)들에 부딪치게 되므로, 액정(251a)들과 이색성 염료(251b)들이 랜덤하게 움직이게 된다
또는, 이온 물질(251c)들은 제 1 전극(230)과 제 2 전극(240)에 인가되는 전압의 극성에 따라 서로 전자들을 주고 받을 수 있다. 그러므로, 제 1 및 제 2 전극들(230, 240)에 소정의 주기를 갖는 교류 전압이 인가되는 경우, 이온 물질(251c)들은 소정의 주기로 전자들을 주고 받게 된다. 이 경우, 전자들이 이동하면서 액정(251a)들과 이색성 염료(251b)들에 부딪치게 되므로, 액정(251a)들과 이색성 염료(251b)들이 랜덤하게 움직이게 된다.
본 발명의 실시예에 따른 광 제어장치(200)는 투과 모드에서 제 1 및 제 2 전극들(230, 240)에 전압을 인가하지 않으며, 이 경우 액정셀(251)들 각각의 액정(251a)들과 이색성 염료(251b)들은 제 1 및 제 2 배향막들(253, 254)에 의해 수직 방향(Z축 방향)으로 배열된다. 이로 인해, 액정(251a)들과 이색성 염료(251b)들이 빛이 입사되는 방향으로 배열되므로, 액정(251a)들과 이색성 염료(251b)들로 인한 빛의 산란 및 흡수는 최소화된다. 따라서, 광 제어장치(200)에 입사되는 빛의 대부분은 액정셀(251)들을 통과할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 광 제어장치(200)는 차광 모드에서 제 1 및 제 2 전극들(230, 240)에 소정의 주기를 갖는 교류 전압을 인가하며, 이 경우 이온 물질(251c)들의 이동에 의해 액정(251a)들과 이색성 염료(251b)들이 랜덤하게 움직이게 된다. 이로 인해, 액정(251a)들과 이색성 염료(251b)들은 랜덤하게 움직이므로, 액정(251a)들에 의해 빛이 산란되거나 이색성 염료(251b)들에 의해 빛이 흡수된다. 따라서, 광 제어장치(200)에 입사되는 빛의 대부분은 액정셀(251)들에서 차단될 수 있다.
격벽(252)은 본 발명의 특징적인 부분으로 도 7을 참조하여, 컬럼 스페이서(260)와 함께 후술하기로 한다.
제 1 배향막(253)은 제 1 전극(230)과 격벽(252)들 상에 마련된다. 제 2 배향막(254)은 제2 전극(240) 상에 마련된다. 제 1 및 제 2 배향막들(253, 254)은 제 1 및 제 2 전극들(230, 240)에 전압이 인가되지 않는 경우 액정(251a)들과 이색성 염료(251b)들을 수직 방향(Z축 방향)으로 배열하기 위한 수직 배향막일 수 있다.
접착막(255)들은 격벽(252)들 상에 마련된 제 1 배향막(253) 상에 마련된다. 따라서, 접착막(255)들은 격벽(252)들 상에 마련된 제 1 배향막(253)과 제 2 배향막(254)을 접착한다. 도 6에서는 접착막(255)이 격벽(252)들 상에 마련된 제 1 배향막(253) 상에만 마련된 것을 예시하였으나, 격벽(252)들 뿐만 아니라 액정셀(251)들 상에 마련될 수도 있다.
도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광 제어장치의 격벽 구조에 대한 평면도를 나타내며 도 8은 도 7의 A영역의 확대도이다.
이하 사용될 차광율과 차광 투과율을 다음과 같이 정의하기로 한다. 광 제어장치(200)의 차광 모드에서의 차광율을 이하 간단히 차광율이라 표현하고, 차광 모드에서의 투과율을 이하 간단히 차광 투과율이라 표현한다. 차광 모드에서는 차광율이 높고, 차광 투과율이 낮을수록 차광 효과가 우수하다.
도 7을 참조하면, 격벽(252)은 육각형의 허니컴(Honeycomb) 구조를 이루고 있으며, 격벽(252) 사이사이에는 복수 컬럼 스페이서(Culumn spacer)(260)들이 일정한 간격으로 마련되어 있다. 본 발명의 따른 광 제어장치(200)는 허니컴 구조의 격벽(252)을 갖는 것으로 설명하고 있으나, 이는 설명의 편의를 위한 것으로 n 각형(n은 3이상의 양의 정수)의 단면을 갖는 격벽을 포함할 수 있다.
상기 격벽(252)은 투명한 재질로 형성될 수 있다. 이 경우, 격벽(252)은 포토 레지스트(photo resist), 광경화성 폴리머 및 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane) 중 어느 하나로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
또한 격벽(252)은 액정셀(251)들과 같이 능동적으로 광을 통과시키거나 광을 차단하지 못한다. 즉, 격벽(252)이 투명한 물질로 형성되는 경우 광을 통과시킬 뿐이며, 빛을 차단하는 역할을 하지 못한다. 또한, 격벽(252)이 빛을 흡수하는 물질 또는 빛을 산란시키는 물질을 포함하는 경우 광을 산란시키거나 차단할 뿐이며, 광을 통과시키지 못한다. 본 발명의 실시예들에서는 격벽(252)과 컬럼 스페이서(260)는 동일한 재질의 투명 물질로 이루어진다.
여기서 광 제어장치의 격벽(252)이 스트라이프 형상과 같이 개방된 구조로 이루어진다면, 액정층(250)이 고정되어 있지 않아서, 대면적하에서 액정층(250)이 한쪽으로 몰리게 되는 중력 불량이 발생할 수 있다. 따라서 상기 격벽(252)은 허니컴 형상 등과 같이 닫혀진 구조로 이루어진 것이 중력 불량과 같은 문제 개선에 보다 바람직하다. 이때, 허니컴 형상의 격벽의 경우, 격벽이 차지하는 면적에 따른 차광율 손실이 발생할 수 있으며, 이를 방지 하기 위해 격벽 간격을 넓힐 경우 제 1 기판(210)과 제 2 기판(220)의 갭 유지가 불리해지는 트레이드 오프(Trade off)의 관계에 놓여있다.
따라서 전술한 문제점을 개선하기 위한 본 발명에 따른 광 제어장치(200)의 격벽 구조는 허니컴 구조의 격벽(252)과 컬럼 스페이서(260)의 구조를 동시에 갖는 하이브리드 타입으로 마련된다. 허니컴 구조의 격벽(252)들은 액정층(250)을 격벽들 사이에 고립시켜 액정층(250)이 한쪽으로 몰리는 중력 불량을 방지할 수 있다. 또한 허니컴 구조의 격벽(252)들 사이사이에 마련된 컬럼 스페이서(260)들은 허니컴 구조의 격벽(252)간의 간격이 멀어짐으로 발생할 수 있는 제 1 기판(210)과 제 2 기판(220) 사이의 갭 유지 문제 및 라미네이팅 공정 불량을 방지할 수 있다. 여기서 라미네이팅 공정 불량이란, 광 제어장치(200)의 제 1 기판(210)과 제 2 기판(220)이 달라 붙는 공정 상의 불량을 의미한다.
이러한 허니컴 구조의 격벽(252)과 컬럼 스페이서(260)가 마련된 본 발명에 따른 광 제어장치(200)의 경우, 각각의 구조가 차지하는 면적들로 인해, 상기 격벽(252)과 컬럼 스페이서(260)가 구비되지 않은 광 제어장치와 대비하여 필연적으로 차광 투과율이 증가하게 된다. 차광 투과율이 증가하면 광 제어장치(200)의 차광 모드에서 차광율이 저하될 수 있으므로, 차광 투과율을 최소로 설계하는 것이 바람직하다. 예를 들어 허니컴 구조의 격벽(252)과 컬럼 스페이서(260)가 구비되지 않은 광 제어장치와 대비하여 차광 투과율이 0.7%를 초과하지 않도록 허니컴 구조의 격벽(252)과 컬럼 스페이서(260)의 면적이 설계되어야 한다.
도 8은 전술한 상기 이슈들을 개선하면서 차광 투과율을 만족할 수 있는 최적의 조건을 산출하기 위한 격벽과 컬럼 스페이서에 관련된 각 수치들을 도시하였다.
도 8을 도시된 바와 같이, 선폭(W)이란 본 발명의 따른 허니컴 구조로 이루어진 하나의 격벽(252) 및 상기 하나의 격벽(252)과 맞닿은 다른 하나의 허니컴 구조의 격벽(252)을 합한 두께를 의미한다. 이러한 선폭(W)의 면적이 증가할수록 차광율이 저하될 수 있으므로 허니컴 격벽(252)의 선폭은 10~50㎛ 범위를 가질 수 있다.
이때, 허니컴 격벽(252)과 컬럼 스페이서(260)의 각각의 두께가 두꺼워 질수록 차광율이 저하되어 광 제어장치의 효율이 떨어지게 된다. 따라서 본 발명에서는 허니컴 격벽(252)과 컬럼 스페이서(260)의 두께를 동일하게 설정하였으나, 이에 한정되지 않는다.
C/S 간격이란 허니컴 구조의 격벽(252) 사이사이에 마련된 컬럼 스페이서(260)들 간의 최단 거리를 의미한다. 상기 컬럼 스페이서(260)들은 일정한 간격을 갖도록 미리 설계되며, 이러한 컬럼 스페이서(260)들 간의 간격이 멀어질수록 제 1 기판(210)과 제 2 기판(220) 사이의 갭 유지에 불리할 수 있고, 라미네이팅 공정 상의 이슈가 발생 할 수 있다. 또한 컬럼 스페이서(260)들 간의 간격이 너무 가까워 지면 컬럼 스페이서(260) 전체 개수가 증가하게 되어 차광율이 감소하게된다. 따라서 본 발명에 따른 광 제어장치(200)는 컬럼 스페이서(260)의 간격을 100~500㎛ 범위로 가질 수 있다.
C/S 개수란 허니컴 구조의 격벽(252) 사이사이에 마련된 컬럼 스페이서(260)들의 총 수를 말한다. C/S 개수가 증가할수록 컬럼 스페이서(260)가 전체 면적 대비 차지하는 면적이 넓어져서 차광율 손실이 발생할 수 있다.
H/C 간격이란 하나의 허니컴 구조 격벽(252)의 일 측변에서 마주보는 타 측변까지의 거리를 의미한다. 액정층들을 고정시키는 허니컴 구조 격벽(252)의 H/C간격이 라미네이팅 불량을 일으키지 않으면서 최대의 넓이를 가질 때, 격벽 면적에 따른 차광율 손실을 최소화 할 수 있다..
면적비(B)란 전체 액정층이 차지할 수 있는 면적 대비 허니컴 격벽(252)과 컬럼 스페이서(270)를 합한 면적의 비율을 의미한다. 차광 투과율 0.7% 증가를 만족하기 위하여 본 발명에 따른 광 제어장치(200)의 경우 면적비(B)는 1~2%의 값을 가질 수 있다.
하기 표 1은 면적비는 1.31%로 고정하고, 차광 투과율은 격벽 구조를 갖지 않는 광 제어 장치 대비 0.7% 증가를 고정 변수로 하여, 격벽의 선폭(W) 증가에 따른 최적 조건을 도출하는 실험의 결과이다.
실험 결과
선폭(W) 15㎛ 20㎛ 30㎛ 40㎛
H/C 간격 17350㎛ 9840㎛ 34700㎛ 19680㎛
C/S 간격 100㎛ 150㎛ 200㎛ 300㎛
C/S 개수 22500개 3249개 2250개 3249개
면적비 1.31% 1.31% 1.31% 1.31%
차광 투과율 0.7% 0.7% 0.7% 0.7%
표 1에 나타난 바와 같이 미리 설정한 면적비와 차광 투과율을 만족하는 허니컴 구조의 격벽(252)과 컬럼 스페이터(260)의 조건은 선폭이 15㎛ 일때 H/C 간격은 17350㎛, C/S 간격은 100㎛. C/S 개수는 22500개이며, 선폭이 20㎛ 일때 H/C 간격은 9840㎛, C/S 간격은 150㎛, C/S 개수는 3249개이며, 선폭이 30㎛ 일때 H/C 간격은 34700㎛, C/S 간격은 200㎛, C/S 개수는 2250개이며, 선폭이 40㎛ 일때 H/C 간격은 19680, C/S 간격 300㎛은 C/S 개수는 3249개 이다.
이와 같이 본 발명에 따른 광 제어장치(200)는 면적비 조절을 통해 차광 투과율을 제어할 수 있으며, 면적비를 고정 변수로 설정한 경우, 상기 표 1과 같이 허니컴 격벽(252)의 선폭(W) 및 간격, 컬럼 스페이서(260)의 간격과 개수를 설계할 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 광 제어장치(200)는 차광 투과율을 종래의 광 제어장치의 수준을 유지하면서, 종래의 광 제어장치의 문제점인 중력 불량과 라미네이팅 공정 불량 및 제 1 기판(210)과 제 2 기판(220) 사이의 갭 유지 등의 문제점을 개선할 수 있다.
도 9는 허니컴 구조의 격벽(252)의 각 변이 모이는 접점에서 잔막이 발생하는 현상을 나타내는 도면이고, 도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광 제어장치를 나타내는 도면이다.
도 9에서 알 수 있듯이, 일반적인 허니컴 구조는 전술한 선폭(W)을 가지고 있고, 각 허니컴 격벽(252)의 접점 부분은 세 개의 변이 만나서 선폭(W)이 증가하게 된다. 이로 인해, 각 접점 부위가 잔막을 형성하여 시인성이 증가하여 표시 불량을 야기할 수 있으며, 차광율 저하 및 빛샘 등의 불량이 발생할 수 있다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광 제어장치(200)의 허니컴 격벽(252) 구조는 한 접점에서 만나는 변들 중 어느 한 변이 그 접점과 만나지 않는 구조로 마련된다. 이러한 구조는 접점에서 만나는 변들중 적어도 어느 한 변이 접점과 끊어진 형태이므로, 접점 부근의 선폭(W)을 절감할 수 있어 상기와 같은 문제점을 방지할 수 있다.
도 11은 본 발명에 따른 광 제어장치(200)의 제 3 실시예를 나타내는 도면이다. 본 발명에 따른 광 제어장치(200)의 제 3 실시예는 상기 제 2 실시예와 마찬가지로 선폭(W) 증가에 따른 시인성 불량을 방지하기 위해, 허니컴 격벽(252)의 육각형 구조를 이루는 각 변 모두가 인접한 접점과 만나지 않는 구조를 이루고 있다. 허니컴 격벽(252)의 육각형 구조를 이루는 각 변 모두가 만나지 않는 구조의 경우, 접점의 선폭(W)을 절감시킬 수 있어 제 2 실시예와 마찬가지로 전술한 문제점을 방지할 수 있다. 이때, 격벽의 구조가 n개의 변을 갖는 다각형의 단면 형상을 갖는다면, n개의 변 모두가 인접한 접점과 만나지 않는 구조로 마련될 수 있다.
도 12는 컬럼 스페이서가 허니컴 격벽에서 부터 소정의 간격보다 인접하게 배치된 경우, 잔막이 발생함을 보여주는 도면이다. 도 13은 본 발명에 따른 광 제어장치(200)의 제 4 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 12에서 알 수 있듯이, 허니컴 구조의 격벽(252) 일측변에 컬럼 스페이서(260)가 겹치거나 근접한 거리로 형성되었을 때 격벽(252)의 일측변과 근접한 거리의 컬럼 스페이서(260)를 연결하는 잔막이 형성되어 시인성이 증가하여 표시 불량을 야기할 수 있으며, 차광율 저하 및 빛샘 등의 불량이 발생할 수 있다.
따라서 이를 방지하기 위해 도 13에 도시된 바와 같이, 허니컴 구조의 격벽(252)과 컬럼 스페이서(260)가 겹치는 부분을 제거하고, 허니컴 구조의 격벽(252)의 모든 변에서부터 컬럼 스페이서(260)로의 거리가 동일하도록 C/S 간격을 조절한다. 이 경우, 허니컴 구조의 격벽(252)의 일측변으로부터 컬럼 스페이서(260)가 일정 거리를 유지하기 때문에 전술한 시인성 불량 등을 방지할 수 있다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 광 제어장치의 제조 방법을 보여주는 흐름도이다. 도 15a 내지 도 15e는 본 발명의 실시예에 따른 광 제어장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다. 이하에서는 도 14 및 도 15a 내지 15e를 결부하여 본 발명의 실시예에 따른 광 제어장치의 제조 방법을 상세히 살펴본다.
첫 번째로, 도 15a에 도시된 바와 같이 제 2 기판(220)과 마주보는 제 1 기판(210)의 일면 상에 제 1 전극(230)을 형성하고, 제 1 기판(210)과 마주보는 제 2 기판(220)의 일면 상에 제 2 전극(240)을 형성한다.
제 1 및 제 2 기판들(210,220) 각각은 유리 기판(glass substrate) 또는 플라스틱 필름(plastic film)일 수 있다. 제 1 및 제 2 기판들(210, 220) 각각이 플라스틱 필름인 경우, TAC(triacetyl cellulose) 또는 DAC(diacetyl cellulose) 등과 같은 셀룰로오스 수지(Cellulose resin), 노르보르넨 유도체(Norbornene derivatives) 등의 COP(cyclo olefin polymer), COC(cyclo 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 필름일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
제 1 및 제 2 전극들(230, 240) 각각은 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) 또는 안티몬 주석 산화물(예; Antimony Tin Oxide, ATO)일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. (도 14의 S101)
두 번째로, 제 2 기판(220)과 마주보는 제 1 전극(230)의 일면 상에 허니컴 격벽(252)과 컬럼 스페이서(260)들을 동시에 형성한다. 허니컴 격벽(252)과 컬럼 스페이서(260)들은 임프린팅(imprinting) 방식 또는 포토 리소그래피(photo lithography) 방식으로 형성될 수 있다.
허니컴 격벽(252)과 컬럼 스페이서(260)들이 임프린팅 방식으로 형성되는 경우, 형성할 물질을 제 2 기판(220)과 마주보는 제 1 전극(230)의 일면 상에 도포한 후, 실리콘, 석영 또는 고분자 물질로 이루어지는 몰드(mold)로 가압함으로써 허니컴 격벽(252)과 컬럼 스페이서(260)들을 형성할 수 있다.
허니컴 격벽(252)과 컬럼 스페이서(260)들이 포토 리소그래피(photo lithography) 방식으로 형성되는 경우, 형성할 물질을 제 2 기판(220)과 마주보는 제 1 전극(230)의 일면 상에 도포한 후 포토 공정을 이용하여 노광함으로써, 허니컴 격벽(252)과 컬럼 스페이서(260)들을 형성할 수 있다. (도 14의 S102)
세 번째로, 제 2 기판(220)과 마주보는 제 1 전극(230)의 일면과 허니컴 격벽(252)과 컬럼 스페이서(260) 상에 제 1 배향막(253)을 형성한다. 또한, 제 1 기판(210)과 마주보는 제 2 전극(240)의 일면 상에 제 2 배향막(254)을 형성한다. 제 1 및 제 2 배향막들(253, 254)은 제 1 및 제 2 전극들(230, 240)에 전압이 인가되지 않는 경우 액정들과 이색성 염료들의 장축 방향을 수직 방향(Z축 방향)으로 배열하기 위한 수직 배향막들일 수 있다. (도 14의 S103)
네 번째로, 격벽(252)들에 의해 구획된 영역들에 액정물질을 채움으로써 액정층을 형성한다. 격벽(252)들에 의해 구획된 영역들에 액정물질을 채우는 공정은 잉크젯 방식으로 수행될 수 있으며, 액정물질은 액정(251a)들, 이색성 염료(251b)들, 및 이온 물질(251c)들을 포함할 수 있다. (도 14의 S104)
다섯 번째로, 도 15e와 같이 제 1 배향막(253)과 제 2 배향막(254)을 접착함으로써, 제1 기판(210)과 제2 기판(220)을 합착한다. 제 1 배향막(253)과 제 2 배향막(254)은 접착막(255)들을 이용하여 접착될 수 있다. 접착막(255)들은 허니컴 격벽(252)과 컬럼 스페이서(260)들 상에 배치된 제 1 배향막(253) 상에 배치될 수 있으며, 제 1 배향막(253)과 제 2 배향막(254)을 접착한다. 또는, 접착막(255)들은 제 1 기판(210)과 마주보는 제 2 전극(240)의 일면 상에 배치될 수 있으며, 이 경우 접착막(255)은 격벽(252)들 뿐만 아니라 액정층 상에도 배치될 수도 있다. 도 15e에서는 컬럼 스페이서(260) 상에서 제 1 배향막(253)과 제 2 배향막(254)은 서로 떨어져 있는 것으로 도시되었으나, 제 1 배향막(253)과 제 2 배향막(254)은 서로 맞닿을 수 있다.
또한, 제 2 배향막(254)은 접착물질을 포함할 수 있으며, 이 경우 제2 배향막(254)은 접착막(255)들 없이도 제 1 배향막(253)들과 접착될 수 있으므로, 접착막(255)들은 생략될 수 있다. 제 2 배향막(254)에 포함된 접착물질은 실란 커플링제(silane coupling agent)일 수 있다. (도 14의 S105)
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 광 제어장치의 또 다른 제조 방법을 보여주는 흐름도이다. 도 17a 내지 도 17e는 본 발명의 실시예에 따른 광 제어장치의 또 다른 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다. 이하에서는 도 16 및 도 17a 내지 17e를 결부하여 본 발명의 실시예에 따른 광 제어장치의 제조 방법을 상세히 살펴본다.
도 16에 도시된 S201단계는 도 14 및 도 15a 결부하여 설명한 S101 단계와 실질적으로 동일하다. 따라서, 도 16과 도 17a에 도시된 광 제어 장치의 제조 방법의 S201 단계에 대한 자세한 설명은 생략한다.
도 17a의 기판(210,220)과 전극(230,240)을 형성한 후 두 번째로, 제 2 기판(220)과 마주보는 제 1 전극(230)의 일면 상에 컬럼 스페이서(260)들을 형성한다. 컬럼 스페이서(260)들은 임프린팅(imprinting) 방식 또는 포토 리소그래피(photo lithography) 방식으로 형성될 수 있다. (도 16의 S202)
세 번째로, 제 2 기판(220)과 마주보는 제 1 전극(230)의 일면과 컬럼 스페이서(260) 상에 제 1 배향막(253)을 형성한다. 또한, 제 1 기판(210)과 마주보는 제 2 전극(240)의 일면 상에 제 2 배향막(254)을 형성한다. 제 1 및 제 2 배향막들(253, 254)은 제 1 및 제 2 전극들(230, 240)에 전압이 인가되지 않는 경우 액정들과 이색성 염료들의 장축 방향을 수직 방향(Z축 방향)으로 배열하기 위한 수직 배향막들일 수 있다. (도 16의 S203)
네 번째로, 컬럼 스페이서(260) 들에 의해 구획된 영역들에 액정물질을 채움으로써 액정층을 형성하고 제 2 기판(220)을 상부에 배치한다. 격벽(252)들에 의해 구획된 영역들에 액정물질을 채우는 공정은 잉크젯 방식으로 행해질 수 있다.
액정물질은 액정(251a)들, 이색성 염료(251b)들, 이온 물질(251c)들 및 광 경화성 모노머(251d)와 광 개시제(Photoinitiator)를 포함한다. 이색성 염료(251b)들은 UV가 조사되는 경우 UV를 흡수하기 때문에, 모노머(251d)의 일부가 폴리머로 경화되지 못할 수 있다. 이색성 염료(251b)들의 양이 증가할수록 이색성 염료(251b)들의 UV 흡수로 액정층에 잔존하는 모노머(251d)의 양이 증가하게 된다. 이로 인해, 투과 모드에서 액정층의 투과율이 낮아지는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 이색성 염료(251b)들은 액정물질에 5 wt% 이하 포함될 수 있다. (도 16의 S204)
다섯 번째로 도 17e에 도시된 바와 같이, 개구부(O)와 차단부(B)를 포함하는 마스크를 제 2 기판(220) 상부에 배치하고, UV광을 조사하여 액정물질의 광 경화성 모노머(251d)들을 경화시킴으로써 허니컴 격벽(252)들을 형성 하고, 제 1 기판과 제 2 기판을 합착시킨다. 구체적으로, 마스크의 개구부(O)를 통해 UV광이 조사되는 영역에 있는 광 경화성 모노머들(251d)은 경화되며, UV광이 조사되지 않는 영역에 있는 광 경화성 모노머(251d)들은 모노머(251d)의 농도가 높은 곳으로 이동하게 된다. 따라서, 액정물질의 광 경화시 모노머(251d)들은 UV광이 조사되는 마스크의 개구부(O)에 대응되는 영역에 모여들어 폴리머 월(Polymer Wall)을 형성하며, 이로 인해 허니컴 격벽(252)들이 형성된다. (도 16의 S205)
도 18은 이러한 폴리머 월의 제조 방법을 이용하여 격벽을 형성한 모습을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 18에 알 수 있듯이, 본 제조 방법에 의해 형성된 격벽(252)은 UV광이 직접적으로 조사된 제 2 배향막(254)과 접하는 상부 폭(W1)이 제 1 배향막(253)과 접하는 하부폭(W2) 보다 넓은 형태를 갖는다. 이는 UV광이 직접적으로 조사되는 상부(W1)쪽으로 광 경화성 모노머(251d)들이 보다 많이 모이게 되어 넓은 범위에서 경화가 일어나기 때문이다. 상기 폴리머 월의 제조 방법에 따른 광 제어장치의 경우 다음과 같은 이점이 있다.
첫 번째, 기존의 필름 마스크에 의한 노광 공정의 경우 15㎛ 이하의 폭을 갖는 격벽(252)을 형성하기 어려워서 차광율 제어에 제한이 따르지만, 폴리머 월의 제조 방법을 이용하면 격벽(252)의 폭을 10㎛ 내외로 형성이 가능하기 때문에 차광율이 우수한 광 제어장치를 얻을 수 있다. 이 경우 컬럼 스페이서(260)는 격벽(252) 동일한 폭을 갖도록 형성할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
두 번째, 격벽(252)과 컬럼 스페이서(260)를 동시에 형성하는 포토 공정의 경우 전술한 바와 같이 잔막에 따른 시인성 불량이 야기될 수 있는 반면, 폴리머 월 제조 방법을 이용하면 컬럼 스페이서(260)와 격벽(252)의 형성 순서가 동일하지 않기 때문에 잔막 형성으로 인한 시인성 불량을 방지할 수 있다. 추가적으로 접착막을 따로 필요로 하지 않는 공정상의 이점도 가질 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사항을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 투명표시패널 300: 접착층
111: 하부 기판 112: 상부 기판
120: 게이트 구동부 130: 소스 드라이브 IC
140: 연성필름 150: 회로보드
160: 타이밍 제어부 200: 광 제어장치
210: 제 1 기판 220: 제 2 기판
230: 제 1 전극 240: 제 2 전극
250: 액정층 251: 액정셀
252: 격벽 253: 제1 배향막
254: 제2 배향막 255: 접착막
260: 컬럼 스페이서

Claims (14)

  1. 서로 마주보는 제 1 기판과 제 2 기판;
    상기 제 2 기판과 마주보는 상기 제 1 기판의 일면 상에 배치된 제 1 전극;
    상기 제 1 기판과 마주보는 상기 제 2 기판의 일면 상에 배치된 제 2 전극;
    상기 제 2 기판과 마주보는 제 1 전극의 일면 상에 배치되며, 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 사이에 갭을 유지하는 복수의 격벽; 및
    상기 제 1 및 제 2 전극들 사이에 배치되며, 광을 투과시키거나 차광하는 액정셀들을 구비하고,
    상기 복수의 격벽 각각에 의해 둘러싸인 액정셀들 각각에는 복수의 컬럼 스페이서들이 배치되고,
    상기 복수의 격벽 각각은 허니컴 구조를 갖고,
    하나의 상기 격벽 내에 배열된 복수의 컬럼 스페이서들 중 상기 격벽에 인접한 컬럼 스페이서들은 모두 상기 격벽으로부터 동일한 간격으로 이격된 광 제어장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전극의 일면과 상기 복수의 격벽 상에 배치되는 제 1 배향막; 및
    상기 제 1 기판과 마주보는 상기 제 2 전극의 일면 상에 배치되는 제 2 배향막을 더 구비하고,
    상기 제 1 배향막과 상기 제 2 배향막은 상기 복수의 격벽 상에서 서로 접착되는 광 제어장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 격벽 각각의 폭은 상기 컬럼 스페이서들 간의 간격보다 좁은 광 제어장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 격벽들의 면적과 상기 컬럼 스페이서들의 면적의 합은 전체 면적 대비 1~2%의 면적비를 갖는 광 제어장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 배향막과 접하는 격벽 상부의 폭은,
    상기 제 1 배향막과 접하는 격벽 하부의 폭보다 넓은 광 제어장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 허니컴 구조를 이루는 격벽의 변들 중 어느 한 변은 그에 인접한 적어도 어느 한 변과 만나지 않는 광 제어장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 컬럼 스페이서들은 상기 변들로부터 소정의 간격만큼 떨어진 광 제어장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 각각의 컬럼 스페이서들은 인접한 또 다른 컬럼 스페이서로부터 거리가 동일한 광 제어장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정셀들 각각은,
    액정들과 빛을 흡수하는 이색성 염료들을 포함하는 광 제어장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 액정셀들 각각은,
    상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극에 전압들이 인가되는 경우 상기 액정들과 상기 이색성 염료들을 이동시키는 이온 물질들을 더 포함하는 광 제어장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 액정셀들 각각은,
    폴리머 네트워크를 더 포함하는 광 제어장치.
  12. 입사되는 빛을 투과시키는 투과 영역들과 빛을 발광하는 발광 영역들을 포함하는 투명표시패널; 및
    상기 투명표시패널의 일면에 배치되고, 입사되는 빛을 투과시키는 투과모드와 입사되는 빛을 차광하는 차광 모드가 가능한 광 제어장치를 구비하고,
    상기 광 제어장치는,
    서로 마주보는 제 1 기판과 제 2 기판;
    상기 제 2 기판과 마주보는 상기 제 1 기판의 일면 상에 배치된 제 1 전극;
    상기 제 1 기판과 마주보는 상기 제 2 기판의 일면 상에 배치된 제 2 전극;
    상기 제 2 기판과 마주보는 제 1 전극의 일면 상에 배치되며, 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 사이에 갭을 유지하는 복수의 격벽; 및
    상기 제 1 및 제 2 전극들 사이에 배치되며, 광을 투과시키거나 차광하는 액정셀들을 구비하고.
    상기 복수의 격벽 각각에 의해 둘러싸인 액정셀들 각각에는 복수의 컬럼 스페이서들이 배치되고,
    상기 복수의 격벽 각각은 허니컴 구조를 갖고,
    하나의 상기 격벽 내에 배열된 복수의 컬럼 스페이서들 중 상기 격벽에 인접한 컬럼 스페이서들은 모두 상기 격벽으로부터 동일한 간격으로 이격된 투명표시장치.
  13. 제 1 기판의 일면 상에 제1 전극을 형성하고, 상기 제 1 기판과 마주보는 제 2 기판의 일면 상에 제 2 전극을 형성하는 단계;
    상기 제 1 전극의 일면 상에 복수의 격벽과 복수의 컬럼 스페이서를 형성하는 단계;
    상기 제 1 전극의 일면과 상기 복수의 격벽 및 상기 복수의 컬럼 스페이서 상에 제 1 배향막을 형성하고, 상기 제 1 기판과 마주보는 상기 제 2 전극의 일면 상에 제 2 배향막을 형성하는 단계;
    상기 복수의 격벽과 상기 복수의 컬럼 스페이서에 의해 구획되는 영역들에 액정들, 이색성 염료들, 및 이온 물질들을 포함하는 액정물질을 채우는 단계; 및
    상기 제 1 배향막과 상기 제 2 배향막을 접착함으로써, 제 1 기판과 제 2 기판을 합착하는 단계를 포함하고,
    상기 복수의 격벽 각각은 허니컴 구조를 갖고,
    하나의 상기 격벽 내에 배열된 복수의 컬럼 스페이서들 중 상기 격벽에 인접한 컬럼 스페이서들은 모두 상기 격벽으로부터 동일한 간격으로 이격된 광 제어장치의 제조 방법.
  14. 제 1 기판의 일면 상에 제1 전극을 형성하고, 상기 제 1 기판과 마주보는 제 2 기판의 일면 상에 제 2 전극을 형성하는 단계;
    상기 제 1 전극의 일면 상에 복수의 컬럼 스페이서를 형성하는 단계;
    상기 제 1 전극의 일면과 상기 복수의 컬럼 스페이서 상에 제 1 배향막을 형성하고, 상기 제 1 기판과 마주보는 상기 제 2 전극의 일면 상에 제 2 배향막을 형성하는 단계;
    상기 복수의 컬럼 스페이서에 의해 구획되는 영역들에 액정들, 이색성 염료들, 이온 물질들 및 광 경화성 모노머를 포함하는 액정물질을 채우는 단계;
    개구부와 차단부를 갖는 마스크를 배치하고, 개구부를 통해 UV광을 조사함으로써 상기 액정물질에 첨가된 모노머를 폴리머로 경화하여 복수의 격벽을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 복수의 격벽 각각은 허니컴 구조를 갖고,
    하나의 상기 격벽 내에 배열된 복수의 컬럼 스페이서들 중 상기 격벽에 인접한 컬럼 스페이서들은 모두 상기 격벽으로부터 동일한 간격으로 이격된 광 제어장치의 제조 방법.
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