KR20120071361A - 캡슐화된 폴리머 네트워크 액정 물질, 장치, 및 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

폴리머 네트워크 액정 물질은 강성(rigidity) 및 경도(hardness)와 같은 기계적 특성을 향상시키고 전기-광학적 성능을 실질적으로 향상시킨다. PNLC 물질은 제조 프로세스를 실질적으로 단순화하기 위해서 유제(emulsion) 프로세스로 제조될 수 있다. 각각의 LC 액적은 상기 LC 액적을 실질적으로 가로질러 연장되는 폴리머 네트워크로 구성될 수 있고, 상기 폴리머 네트워크는 LC 액적의 표면 장력을 낮추기 위해 액정과 상호 작용할 수 있는 플루오르화 아크릴레이트와 같은, 실질적으로 스위칭 전압을 낮추는 물질을 포함할 수 있다. PNLC 물질은 실질적으로 구동 전압을 감소시키기 위해서 폴리머 네트워크와 연결된 계면층을 포함할 수 있다

Description

캡슐화된 폴리머 네트워크 액정 물질, 장치, 및 제조 방법{ENCAPSULATED POLYMER NETWORK LIQUID CRYSTAL MATERIAL, DEVICE AND APPLICATIONS}
본 발명은 전기-광학(electro-optic) 응용 분야에서 사용하기 위한 액정 물질에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명의 다수의 실시예들은 액정/폴리머 복합 물질, 이러한 복합 물질의 제조 방법 및 장치, 및 이러한 복합 물질의 용도에 관한 것이다.
전압 이미징(imaging) 기술은 평판 박막 트랜지스터(thin film transistor; 이하 "TFT") 어레이에서 결함을 검출하고 측정하는데 이용될 수 있다. 이 측정 기술에 의하면, TFT 어레이의 성능은 그것이 마치 TFT 셀 내에 결합된 것처럼 시뮬레이션되고, 상기 TFT 어레이의 특성은 전기-광학(이하 "EO") 광 변조기 기반 검출기를 사용해서, 패널 상의 실제 전압 분포를 간접적으로 측정함으로써, 즉, 소위 전압 이미징에 의해 측정된다.
전압 이미징 광학 시스템(voltage imaging optical system; 이하, "VIOS")은 가장 기본적인 형태에 있어서 EO 변조기(EO modulator), 이미징 대물 렌즈, 전하 결합 소자(charge coupled device; CCD) 카메라 또는 다른 적절하거나 유사한 센서, 및 이미지 프로세서를 포함한다. 상기 EO 변조기의 전기-광학 센서는 폴리머 매트릭스 내의 액정(liquid crystal; 이하, "LC") 액적, 예컨대, 폴리머 매트릭스(액정/폴리머 복합재료, 또는 LC/폴리머) 필름 내의 네마틱(nematic) 액정 액적의 광 산란(scattering) 특성을 기초로 한다. 종래의 동작에서, EO 변조기는 TFT 어레이의 표면에서 약 5 내지 75 마이크론(micron) 위에 위치되고, EO 변조기의 표면 상의 인듐 주석 산화물(indium tin oxide; 이하, "ITO") 층의 투명 전극을 가로질러 전압 바이어스가 인가된다. 그 결과, EO 변조기가 TFT 어레이에 용량성 결합하고, 이로써 TFT 어레이와 관련된 전계가 액정/폴리머 복합재료 층에 의해 감지된다. LC/폴리머 층을 투과한 입사광의 강도는 액정/폴리머 복합재료 층 내의 액정(LC) 물질을 가로지르는 전계의 세기의 변동에 의해 달라진다, 즉, 변조된다. 이 광은 유전체 거울로부터 반사되고 CCD 카메라 또는 유사한 센서에 의해 수집된다. LC/폴리머 필름 및 유전체 거울에 빛을 비추기 위해, 예컨대, 적외광 또는 가시광일 수 있는 입사 복사(incident radiation)의 소스가 제공된다.
피시험 패널(panel under test; PUT)에 대한 부품들의 근접성 때문에, LC/폴리머 변조기 구조는 통상적인 사용 중에 원치않는 입자들에 의해 손상될 수 있고, 이는 유효 수명을 심각하게 단축시킬 수 있다. 따라서, 변조기의 수명 향상은 LC/폴리머 변조기 연구 및 개발에 있어서 중요한 목표 중 하나가 될 수 있다. 예를 들어, 미국특허 제7,817,333호는 향상된 LC/폴리머 변조기 구조를 개시한다. 그러나, LC 변조기의 기계적 특성을 양보함이 없이 스위칭 전압과 간극 거리를 추가적으로 향상시키는 것이 유용할 것이다.
변조기의 감도는 LC 변조기 장치의 또 하나의 중요한 특성일 수 있다. 향상된 변조기 감도는 향상된 검출 능력을 가져오므로, LC 변조기 개발, 특히 LC/폴리머 매트릭스의 연구 및 개발에 있어 중요한 측면일 수 있다. 결함 검출에 대한 감도는 TFT 어레이 상의 정상 픽셀과 결함이 있는 픽셀 간의 전압 차이에 대한 투과 광의 변화의 비율로서 정의될 수 있다. 또한, 노트북 컴퓨터와 휴대용 장치를 위한 LC 디스플레이와 같은 일부 응용분야는 전력 소모에 민감할 수 있는데, 이상적인 감도보다 낮은 감도와 이상적인 전압보다 높은 전압을 갖는 종래의 디스플레이는 전력 소모를 증가시키고 적어도 일정한 상황에서는 배터리 수명을 감소시킬 수 있다.
본 발명과 관련된 연구는 현재의 LC 물질과 그와 관련된 현재의 제조 시험 방법은 이상적인 것에 비해 부족할 수 있음을 시사한다. 예를 들어, 입자형 오염 물질은 시험 장치, 예컨대, 전압 이미징 시스템 및/또는 피시험 패널을 손상시킬 수 있다. 또한, 시험 장치의 감도는 이상적인 것에 비해 낮을 수 있다.
폴리머 네트워크 액정(polymer network liquid crystal; 이하 "PNLC")은 폴리머 안정화 액정(polymer stabilized liquid crystal; 이하, "PSLC")의 일 형태일 수 있고, 종래의 PNLC 및 PSLC 물질은 적어도 일정한 경우에는 전압 이미징 시스템에서 사용하기에 적합하지 않을 수 있다. 예를 들어, 이러한 종래의 물질들은 고유의 기계적 강도가 부족하고, 예를 들어, 적어도 일정한 경우에는 10%보다 적은, 낮은 폴리머의 비율로 인해 필름 경도(hardness)가 충분하지 않을 수 있다. 액정과 프리폴리머(prepolymer) 혼합물을 캡슐화하기 위해 계면 중합(interfacial polymerization)이 사용되어 왔지만, 이러한 종래의 계면 중합은 꽤 복잡할 수 있고 적어도 일정한 경우에는 이상적인 것보다 부족한 LC 물질을 제공할 수 있다. 예를 들어, 계면 중합은 고도로 교차 결합된(cross-linked) 단단한 껍질 층을 생성할 수 있고, 이러한 교차 결합된 껍질 층은 껍질 내에 포함된 액정의 스위칭에 부정적인 영향을 미칠 수 있다.
US 7,817,333 B2 (Chen, Xianhai) 2010.10.19.
상기 물질, 장치 및 방법은 일정한 용도에는 적합할 수 있지만, 관련 기술 분야에서는 향상된 전기-광학 LC 물질, 보다 구체적으로는 전기-광학 LC 물질 및 시험 장치의 향상된 감도 및 수명 성능에 대한 요구가 존재한다.
본 발명은 전기-광학 응용 분야에서 사용하기 위한 액정 물질에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명의 다수의 실시예들은 액정/폴리머 복합 센서 물질, 이러한 복합 물질의 제조 방법 및 장치, 및 이러한 복합 물질의 용도에 관한 것이다. 단지 예로서, 본 발명의 물질, 방법 및 장치는 전압 이미징 시스템을 포함하는 실시예를 참조로 설명된다. 본 발명의 물질, 방법 및 장치는 다른 많은 전기-광학 응용 분야, 예컨대, 평판 디스플레이에 사용되는 액정 복합 물질에서 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 강성(rigidity) 및 경도와 같은 향상된 기계적 특성을 갖는 향상된 폴리머 네트워크 액정 센서 물질을 제공하고 PNLC는 전기-광학적 성능을 실질적으로 향상시킨다. PNLC 센서 물질은 유제(emulsion) 프로세스로 제조될 수 있고 이에 따라 제조 프로세스를 실질적으로 단순화시킬 수 있다. 유제 프로세스는, 실질적으로 1㎛ 내지 10㎛의 범위 내가 될 수 있는 적합한 크기 분포를 갖는 복수의 액정 물질 액적을 생성할 수 있다. 수성(water based) 캡슐화 프로세스는 자외선(UV) 경화와 결합되어, 상기 액정의 복수의 액적 내에 폴리머 네트워크를 형성할 수 있다. 다수의 실시예에서, 각각의 LC 액적은 실질적으로 LC 액적을 가로질러 연장되는 폴리머 네트워크를 포함하고, 폴리머 네트워크는 액적의 외측 경계에서 실질적으로 고정되지 않고 계면 물질 또는 폴리머 매트릭스와 접할 수 있다. 복수의 액정 액적의 각각의 폴리머 네트워크는, LC 액적의 표면 장력을 완화하기 위해서 액정과 상호 작용할 수 있는, 플루오르화 아크릴레이트, 또는 실리콘 아크릴레이트와 같은 물질을 포함하여 실질적으로 스위칭 전압을 낮출 수 있다. 캡슐화된 PNLC 센서 물질은 구동 전압을 실질적으로 감소시키기 위해서 폴리머 네트워크와 결합된 계면층을 포함할 수 있다.
다수의 실시예에서, 전압 이미징 광학 시스템은 캡슐화된 PNLC 물질로 만들어진 전기-광학 변조기를 포함하고 경도와 같은 기계적 특성을 감소시키지 않으면서 결합 검출과 감도를 현저히 향상시킨다. 캡슐화된 PNLC 물질의 변조기는 또한 매우 높은 공기 간극에서 만족스러운 결함 검출 감도로 동작할 수 있고, 이에 따라 전압 이미징 시스템에서 사용될 때 변조기의 수명을 실질적으로 증가시킬 수 있다. 다수의 실시예에서, 캡슐화된 PNLC 변조기는 TFT 패널 위로 100㎛보다 큰 공기 간극을 두고 동작할 수 있고, 결함에 대한 감도는 약 30% 내지 70%의 범위 내에서 향상될 수 있다. 캡슐화된 PNLC 변조기는 TFT 패널 위로 더 높은 공기 간극을 두고 작동될 때 실질적으로 더 긴 수명을 가질 수 있는데, 피시험 패널과 접촉할 가능성 뿐만 아니라 패널 상의 입자 또는 다른 잔류물과 관련이 있을 수 있는 손상의 가능성이 감소되기 때문이다. 피시험 패널에 대한 손상의 가능성도 감소될 수 있다.
다수의 실시예는 PNLC 물질을 제조하는 향상된 방법을 제공한다. LC 액적의 캡슐화를 위해 향상된 유화 프로세스가 사용될 수 있고, 이에 따라 PNLC 물질의 복수의 성분이 결합될 수 있다. 건조 전에 PNLC 유제의 성분들은 모노머, 프리폴리머, 및 광 개시제의 각각의 대부분이 액정의 액적에 용해되도록 분산되고, 유화 프로세스 후에 액정 액적은 실질적으로 계면 화합물에 의해 둘러싸일 수 있다. 유화 및 코팅 프로세스 동안에 복잡한 PNLC 구조를 제공할 수 있도록 PNLC 유제의 성분들이 유제 내에서 형성될 수 있다. 액정, 계면층, 및 폴리머 네트워크를 포함하는 유제 물질은 폴리머 매트릭스 내의 LC 액적의 스위칭 전압을 더욱 감소시키도록 결합될 수 있다.
PNLC 물질은 광을 투과시키는 스위칭 전압을 실질적으로 감소시키도록 형성된 구조를 갖는 복수의 성분들을 포함할 수 있다. PNLC 물질은 구동 전압에 응답하여 광 투과를 제공하기 위해서 LC 물질의 복수의 액적을 포함할 수 있고, 스위칭 전압을 감소시키기 위해 폴리머 네트워크는 실질적으로 각각의 액적을 가로질러 연장되며, 기계적 강성 및 경도를 제공하기 위해 폴리머 매트릭스는 실질적으로 각각의 액적 주위로 연장된다. PNLC 센서 물질은 투과 전압을 감소시키기 위해 계면층을 더 포함할 수 있다. 스위칭 전압을 실질적으로 감소시키기 위해 계면층은 각각의 액적을 캡슐화할 수 있고, 계면층은 이중층 구조를 포함할 수 있다. 폴리머 매트릭스는 충분한 강성 및 경도를 제공하기에 충분한 양의 폴리머를, 예컨대, 액정에 대한 폴리머 매트릭스의 중량비가 실질적으로 20/80 내지 50/50의 범위로 포함할 수 있다. 폴리머 매트릭스는 폴리우레탄 또는 폴리아크릴레이트 라텍스, 또는 이들의 혼합물과 같은 폴리머 물질을 포함하여, 기계적 안정성과 필름 경도를 제공할 수도 있다. 폴리머 네트워크는 다수의 교차 결합된 물질들 중 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있고, 플루오르화(fluorinated) 성분 또는 실리콘 아크릴레이트 성분, 또는 이들의 조합을 포함할 수도 있다. 폴리머 네트워크는 증가된 광 산란(scattering) 및 향상된 스위칭 속도를 제공하여 대비(contrast)를 향상시킬 수 있다.
제1 국면에서, 실시예들은 액정 센서 물질을 제공한다. 상기 액정 센서 물질은, 복수의 액정 액적과 폴리머 매트릭스를 포함한다. 각각의 액적은 액정 물질 및 복수의 교차 결합된 폴리머 사슬(crosslinked polymer chain)을 포함하는 폴리머 네트워크(polymer network)를 포함한다. 상기 폴리머 네트워크는 상기 센서 물질의 광 투과 전압(light transmission voltage)를 감소시키도록 구성되어, 감소된 전압에서 광이 상기 센서 물질을 투과할 수 있다. 폴리머 매트릭스는, 상기 복수의 액정 액적 각각이 그 내측에 위치하도록 상기 복수의 액정 액적 각각의 주변에 위치한다.
다수의 실시예에서, 계면제로 상기 복수의 액정 액적의 각각을 캡슐화하기 위해서 계면제가 폴리머 매트릭스와 상기 각각의 액정 액적 사이에 위치하고, 이에 따라 폴리머 네트워크는 계면제에 의해 폴리머 매트릭스로부터 분리된다.
다른 국면에서, 실시예는 센서 물질을 제조하는 방법을 제공한다. 유제는 수성 액체(aqueous liquid)에 분산된 복수의 액정 물질의 액적을 포함하도록 만들어진다. 상기 액적은 상기 액정 물질에 용해된 프리폴리머를 포함하고, 상기 수성 액체 물질은 수용성 폴리머 또는 수성 라텍스 또는 이들의 조합과 같은 수성 폴리머(water based polymer)를 포함한다. 상기 수용성 폴리머 또는 수성 라텍스가 상기 복수의 액적 각각의 주변에 폴리머 매트릭스를 형성하도록 상기 유제가 건조된다. 상기 폴리머 매트릭스가 상기 복수의 액적 각각의 주변에 위치할 때, 상기 프리폴리머가 상기 복수의 액적 각각의 내부에 폴리머 네트워크(polymer network)를 형성하도록 상기 건조된 유제가 경화된다.
다른 국면에서, 실시예들은 전기-광학 변조기 어셈블리를 제공한다. 상기 어셈블리는 투명한 기판 및 상기 투명한 기판에 의해 지지되는 액정 센서 물질을 포함한다. 상기 액정 센서 물질은 복수의 액정 액적 및 폴리머 매트릭스를 포함할 수 있고, 액적은 액정 물질 및 복수의 교차 결합된 폴리머 사슬을 포함하는 폴리머 네트워크를 포함한다. 계면제로 상기 복수의 액정 액적의 각각을 캡슐화하기 위해서 계면제가 폴리머 매트릭스와 상기 각각의 액정 액적 사이에 위치하고, 이에 따라 폴리머 네트워크는 계면제에 의해 폴리머 매트릭스로부터 분리된다.
본 발명에 의하면, 전압 이미징 광학 시스템은 캡슐화된 PNLC 물질로 만들어진 전기-광학 변조기를 포함하고 경도와 같은 기계적 특성을 감소시키지 않으면서 결합 검출과 감도를 현저히 향상시킨다. 캡슐화된 PNLC 물질의 변조기는 또한 매우 높은 공기 간극에서 만족스러운 결함 검출 감도로 동작할 수 있고, 이에 따라 전압 이미징 시스템에서 사용될 때 변조기의 수명을 실질적으로 증가시킬 수 있다. 캡슐화된 PNLC 변조기는 TFT 패널 위로 100㎛보다 큰 공기 간극을 두고 동작할 수 있고, 결함에 대한 감도는 약 30% 내지 70%의 범위 내에서 향상될 수 있다. 캡슐화된 PNLC 변조기는 TFT 패널 위로 더 높은 공기 간극을 두고 작동될 때 실질적으로 더 긴 수명을 가질 수 있는데, 피시험 패널과 접촉할 가능성 뿐만 아니라 패널 상의 입자 또는 다른 잔류물과 관련이 있을 수 있는 손상의 가능성이 감소되기 때문이다. 피시험 패널에 대한 손상의 가능성도 감소될 수 있다.
본 발명은 또한 PNLC 물질을 제조하는 향상된 방법을 제공한다. LC 액적의 캡슐화를 위해 향상된 유화 프로세스가 사용될 수 있고, 이에 따라 PNLC 물질의 복수의 성분이 결합될 수 있다. 건조 전에 PNLC 유제의 성분들은 모노머, 프리폴리머, 및 광 개시제의 각각의 대부분이 액정의 액적에 용해되도록 분산되고, 유화 프로세스 후에 액정 액적은 실질적으로 계면 화합물에 의해 둘러싸일 수 있다. 유화 및 코팅 프로세스 동안에 복잡한 PNLC 구조를 제공할 수 있도록 PNLC 유제의 성분들은 유제 내에서 형성될 수 있다. 액정, 계면층, 및 폴리머 네트워크를 포함하는 유제의 물질은 폴리머 매트릭스 내의 LC 액적의 스위칭 전압을 더욱 감소시키도록 결합될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한, LC/폴리머 센서 물질로 구성된 전기-광학 변조기를 포함하는 전압 이미징 시스템의 개략도이다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 의한, 액정 센서 물질을 포함하는 전기-광학 변조기 어셈블리의 개략도이다.
도 2b는 본 발명의 실시예에 의한, 액정 물질 센서 물질의 개략도이다.
도 2c는 본 발명의 실시예에 의한, 폴리머 네트워크에 사용하기에 적합한 아크릴레이트 모노머를 도시한다.
도 2d는 본 발명의 실시예에 의한, 폴리머 네트워크에 사용하기에 적합한 디아크릴레이트(di-acrylate) 프리폴리머를 도시한다.
도 2e는 본 발명의 실시예에 의한, 폴리머 네트워크에 사용하기에 적합한 트리아크릴레이트(tri-acrylate) 프리폴리머를 도시한다.
도 3a는 본 발명의 실시예에 의한, 두 개의 ITO 기판 사이에 끼워진 LC/폴리머 복합재료에 대한 투과(transmission)-바이어스 전압 곡선의 일 예를 도시한다.
도 3b는 본 발명의 실시예에 의한, LC/폴리머 복합재료 변조기에 대한 투과-바이어스 전압 곡선의 일 예를 동작 지점과 함께 도시한다.
도 4a는 본 발명의 실시예에 의한, 폴리머 네트워크 액정 물질을 포함하는 전기-광학 변조기 어셈블리를 만드는 방법을 도시한다.
도 4b는 유제를 건조시킨 후와 자외광에 노출되기 전의 중간 센서 물질을 도시한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한, 캡슐화된 PNLC를 포함하고 두 개의 ITO 마일라(Mylar) 필름 사이에 끼워진 어셈블리의 전기-광학 특성의 측정 결과를 도시한다.
본 발명의 실시예들은 전기-광학 응용 분야에서 사용하기 위한 액정 물질에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명의 실시예들은 액정/폴리머 복합 물질, 이러한 복합 물질의 제조 방법 및 장치, 및 이러한 복합 물질의 용도에 관한 것이다. 단지 실시예들에 관한 예시로서, 본 발명의 방법 및 장치는 전압 이미징 시스템을 참조로 설명된다. 본 발명의 실시예들의 물질, 방법 및 장치는 다른 많은 전기-광학 응용 분야, 예컨대, 평판 디스플레이에 사용되는 액정 복합 물질에서 사용될 수 있다.
포톤 다이나믹스, 인코포레이티드(Photon Dynamics, Inc.)에게 양도된 이하의 특허들은 이러한 물질을 사용하는 변조기 어셈블리 및 LC 물질 코팅 프로세스를 개시한다: 마이클 에이. 브라이언의 "변조기 전송 프로세스 및 어셈블리(Modulator Transfer Process and Assembly)"라는 명칭의 미국특허 제6,151,153호(2000); 마이클 에이. 브라이언의 "변조기 제조 프로세스 및 장치(Modulator Manufacturing Process and Device)"라는 명칭의 미국특허 제6,211,991 B1호(2001); 시안하이 첸의 "스핀 코팅을 사용하여 PDLC 기반 전기-광학 변조기를 제조하는 방법(Method for Manufacturing PDLC-Based Electro-Optic Modulator Using Spin Coating)"이라는 명칭의 미국특허 제6,866,887 B1호(2005); 시안하이 첸의 "긁힘 및 흠집 저항성을 갖는 PDLC 변조기(Scratch and Mar Resistant PDLC Modulator)"라는 명칭의 미국특허 제7,099,067 B2호(2006); 시안하이 첸의 "향상된 감도 및 수명을 갖는 변조기(Modulator with Improved Sensitivity and Lifetime)"라는 명칭의 미국특허 제7,817,333 B2호(2010); 상기 특허들의 각각은 그 전체가 참조에 의해 본 명세서에 편입되고 본 명세서에 개시된 실시예들과 관련하여 조합하기에 적합하다.
본 명세서에서, UV 광은 자외광을 가리킨다.
본 명세서에서, NCAP는 네마틱 곡선상 정렬 상(nematic curvilinear aligned phase)을 가리킨다.
본 명세서에서, PDLC는 폴리머 분산 액정(polymer dispersed liquid crystal)을 가리킨다.
본 명세서에서, ChLC는 콜레스테릭 액정(cholesteric liquid crystal)을 가리킨다.
다수의 실시예에서, 스위칭 전압은 소정 양의 광 투과를 제공하기 위한 전압의 양에 대응된다. 예를 들어, 50% 투과 문턱값(이하, "V50")은, 실질적으로 50%의 최대 광 투과량에 해당하는 광 투과량을 제공하기에 충분한 전압의 양에 해당하고, 90% 투과 문턱값(이하, "V90")은 실질적으로 90%의 최대 광 투과량에 해당하는 광 투과량을 제공하기에 충분한 전압의 양에 해당한다.
본 명세서에 개시된 액정 물질은 캡슐화된 PNLC를 포함할 수 있고 다양한 방식으로 사용될 수 있으며 LC 디바이스, 예컨대, LC 변조기와 결합될 수도 있다. 상기 액정 물질은 결합된 계면제(interfacial agent) 및 폴리머 네트워크를 포함하는 캡슐화된 PNLC를 포함할 수 있고, 이에 따라 LC 변조기의 스위칭 시간 및 구동 전압을 실질적으로 감소시킬 수 있다. 본 명세서에 개시된 LC 물질은 실질적으로 0℃ 내지 60℃ 범위 내의 주위 온도에서 사용하기에 매우 적합하다.
캡슐화된 PNLC를 포함하는 액정 물질은 전기-광학 변조기와 조합하기에 적합한 이하의 물질 특성들 중 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다.
1. 낮은 구동 전압. 본 명세서에 개시된 낮은 구동 전압의 전기-광학 물질로 만들어진 변조기는 AM-LCD TFT 패널에서 높은 공기 간극을 두고 동작할 수 있는 동시에, 우수한 결함 검출 감도를 유지한다.
2. 실질적으로 강성(rigid)인 기계적 특성. 상기 전기-광학 변조기는 얇은 마일라 필름에 의해 보호될 수 있고 사용 중에는 공기 베어링에 의해 들어올려 질 수 있다. 다수의 실시예에서, 실질적인 물질의 변형이나 성능의 저하없이 변조기를 들어올릴 수 있도록 변조기 표면 아래에 공기 유동이 제공될 수 있다. 예를 들어, 공기 유동은 실질적으로 90 파운드/인치2(이하, "psi")의 압력에 대응될 수 있다.
3. 낮은 유전체 상수(dielectric constant). 낮은 유전체 상수는 TFT 패널과 변조기 사이의 공기 간극을 허용한다. 더 낮은 유전체 상수는 변조기 물질층 위에 증가된 전압을 제공한다. 낮은 유전체 상수는 실질적으로 3 내지 7의 범위 내일 수 있다.
4. 피시험 패널에 인가된 전압의 변화에 대해 빠른 응답을 제공하는 빠른 스위칭.
본 명세서에 개시된 액정 물질은, 상기 LC 물질이 충분한 강성을 가질 수 있도록 충분한 폴리머를 포함할 수 있다. PNLC(또는 PSLC)를 캡슐화함으로써, 폴리머 매트릭스는 기계적 강도를 제공할 수 있고 전기-광학적 성능은 실질적으로 향상될 수 있다. 폴리머의 비율이 적어도 25%이면 변조기 용도를 위한 LC 물질의 허용가능한 기계적 특성을 제공하기에 충분할 수 있다.
도 1은 실시예에 따라 결합하기에 적합한 TFT 검사를 위한 전압 이미징 시스템 100의 구성요소들을 개략적으로 도시한다. 상기 전압 이미징 시스템의 구성요소들은 미국특허 제7,639,319호에 개시된 하나 또는 그 이상의 구성요소 및/또는 상업적으로 이용가능한 전압 이미징 시스템의 구성요소들을 포함한다. 전압 이미징 시스템 100은 전기-광학 변조기 어셈블리 200, 조명기 114, 빔 스플리터(beam splitter) 116 및 CCD 카메라 118을 포함할 수 있다. 전기-광학 변조기 어셈블리 200은 투명 전극 250(전극 A), 상기 투명 전극 250을 지지하기 위한 투명 기판 220, 폴리머 네트워크 액정 센서 물질 260, 및 얇은 플라스틱 필름, 예컨대 펠리클에 의해 지지되는 유전체 거울 270을 포함할 수 있다. 투명 전극 250은 인듐 주석 산화물(ITO)로 만들어지는, 가시광에 대해 투명한 박막을 포함할 수 있다. 액정 센서 물질 260은 전계 하에서 전기-광학적 응답을 갖는다. 전극 B 104는 피시험 패널(PUT), 예컨대, TFT 플레이트를 포함할 수 있다. 투명 전극 250(전극 A)에 전압을 인가하고 전극 B를 접지함으로써, 투과-전압(T-V) 곡선이 얻어질 수 있다. TFT 시험에 있어서, 응답 곡선의 중간에 가까운 일정한 전압이 변조기에 인가될 때, CCD 카메라 118로부터의 광 강도의 변화로서 각각의 픽셀에 인가되는 전압이 검출될 수 있다. 결함이 있는 픽셀은 비정상적인 응답을 보일 것이다.
전극 A와 B 사이에 인가되는 전압은 다음의 수학식으로 표현될 수 있다.
Figure pat00001
VBias는 전극 A와 전극 B 사이에 인가되는 전압이다;
Vsensor는 센서 물질에 요구되는 전압이다;
Vpellicle와 Vair는 펠리클과 공기 간극을 가로지르는 전압이다;
ε은 각 물질의 유전체 상수이다;
d는 각 물질의 두께이다.
VBias가 고정될 때, 전극들 사이의 공기 간극 dair는 액정 센서 물질의 고유 동작 전압(Vsensor)의 함수이다. 다수의 실시예에서, 액정 센서 물질의 고유 스위칭 전압은, 상기 센서 물질을 통한 광 투과가 상기 센서 물질을 가로지르는 전압의 변화에 대한 감도가 최대일 때의, 센서 물질을 가로지르는 전압에 해당하고, 이에 관해서는 도 3a 및 3b를 참조로 이하에서 보다 상세히 설명된다. 다수의 실시예에서, 상기 전극들을 가로지르는 동작 전압은 상기 수학식을 사용함으로써 LC 물질의 고유 스위칭 전압과 관련된다. 스위칭 시간은 감소된 고유 스위칭 전압을 갖는 물질을 제공함으로써 감소될 수 있다.
도 2a는 전기-광학 변조기 어셈블리 200의 개략도이다. 변조기 어셈블리 200은 센서 물질 260을 포함한다. 센서 물질 260은 본 명세서에 개시된 캡슐화된 폴리머 네트워크 액정 물질을 포함할 수 있다. 변조기 어셈블리는 반사방지 코팅 210을 포함할 수 있다. 변조기 어셈블리는 광학 유리 220과 같은 광학적으로 투명한 지지 기판을 포함할 수 있다. 반사방지 코팅 210은 광학 유리 220의 상부 표면에 놓일 수 있다. 광학 접착제 230은 광학 유리 220의 하부 표면에 위치될 수 있다. 상업적으로 이용가능한 마일라TM와 같은 연신(stretched) 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate; PET)을 포함하는 폴리에스테르 필름 층 240은 상기 접착제 230으로 상기 광학 유리에 연결될 수 있다. ITO와 같은 광학적으로 투명한 전극 250은 상기 폴리에스테르 필름 240에 연결될 수 있다. 캡슐화된 폴리머 네트워크 액정 센서 물질 260은 광학적으로 투명한 전극 250에 연결될 수 있다. 예컨대 마일라TM와 같은 PET의 박막 위에 놓인 유전체 거울 층을 포함하는 유전체 펠리클 거울 270은 캡슐화된 폴리머 네트워크 액정 센서 물질의 하부 표면에 연결될 수 있다. 유기 하드 코팅(organic hard coat) 280은 유전체 펠리클 거울 250에 부착될 수 있다. 유기 하드 코팅 280은 미국특허 제7,099,067호에 개시된 하드 코팅의 성분들을 포함할 수 있다.
도 2b는 실시예에 의한 캡슐화된 폴리머 네트워크 액정 센서 물질을 포함하는 센서 물질 260의 개략도이다. 센서 물질 260은 액정 물질 262의 복수의 액적(droplet) 261을 포함한다. 복수의 액적의 각각은 실질적으로 당해 액적을 가로질러 연장되는 폴리머 네트워크 264를 포함할 수 있다. 계면층 266은 복수의 액적 261의 각각을 캡슐화한다. 매트릭스 268과 복수의 액적을 함유하기 위해 폴리머 매트릭스 268이 복수의 액적 주변에 위치될 수 있다. 액정 액적의 표면 장력을 감소시키기 위해 계면층 266은 폴리머 매트릭스 268에 연결되기 위한 제1 부분 266A 및 액정 액적의 표면에 연결되기 위한 제2 부분 266B을 포함할 수 있다. 폴리머 네트워크 264는 복수의 교차 결합된 폴리머 사슬을 포함할 수 있다. 스위칭 전압을 감소시키기 위해, 폴리머 네트워크 264는 액적을 가로질러 실질적으로 제1 단부 264A로부터 제2 단부 264B로 연장될 수 있다. 폴리머 네트워크 264의 제1 단부 264A와 제2 단부 264B는, 예컨대 계면층 266에 대한 폴리머 네트워크 264의 실질적인 고정(anchoring)없이 계면층 266에 연결될 수 있다.
예컨대, V90 또는 V50과 같은 스위칭 전압을 실질적으로 감소시키기 위해 액정 센서 물질 260은 세 개의 구성요소 중 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다. 액정 액적의 표면 장력을 감소시키고 액정 액적의 대응되는 스위칭 전압을 낮추기 위해, 액정 물질 262, 폴리머 네트워크 264 및 계면층 266은 각각 하나 또는 그 이상의 물질을 포함할 수 있다. 폴리머 네트워크는, 예를 들어, 플루오르화 아크릴레이트(fluorinated acrylate) 또는 실리콘 아크릴레이트, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 계면층은 표면 장력과 스위칭 전압을 감소시키기 위한 하나 또는 그 이상의 성분을 포함할 수 있다. 액정 물질은, 감소된 V90 및 대응되는 표면 장력을 제공하기 위해 폴리머 네트워크 및 계면층과 조합하기에 적합한 액정 물질을 포함할 수 있다.
LC 물질 262의 액정은, 예컨대, 하나 또는 그 이상의 네마틱 LC, 강유전성(ferroelectric) LC, 블루 페이즈(Blue Phase) LC, LC/이색성 염료(Dichronic Dye) 혼합물, 또는 ChLC를 포함할 수 있다. 이색성 염료+LC 시스템에서, 이색성 염료는 오프-상태에서 빛을 흡수하고 온-상태에서 광을 투과할 수 있으며, 이는 더 높은 광 강도를 사용함으로써 s-곡선의 기울기에 해당하는 광 투과 전압 감도를 향상시킬 것이다. 액정 물질은 실질적으로 소수성(hydrophobic)이므로, LC 물질의 액적은 유제를 써서 형성될 수 있고 프리폴리머(pre-polymer)와 광 개시제(photo-initiator)는 실질적으로 LC 액적 내에 용해될 수 있다. 유제의 액정 액적이 광 개시제와 프리폴리머 혼합물의 대부분을 포함할 수 있도록, 프리폴리머와 광 개시제는 실질적으로 소수성일 수 있다.
폴리머 매트릭스 물질 268은 하나 또는 그 이상의, 폴리 비닐 알코올(poly vinyl alcohol; PVA)과 같은 수성 폴리머, 네오레즈(Neorez) R-967(DSM의 일 부문인 NeoResin에 의해 제조됨)과 같은 수성 라텍스(water based latex)를 포함할 수 있다. 폴리머 매트릭스 물질의 양은 센서 물질의 강도(strength) 및 강성(rigidity)에 대응될 수 있다. 폴리머 매트릭스 물질에 대한 액정 물질의 중량비는, 예컨대, 실질적으로 50/50 내지 80/20의 범위 내일 수 있다. 폴리머 매트릭스 물질의 양이 증가되면 센서 물질의 강도를 증가시킬 수 있다.
폴리머 네트워크 264는 액적의 액정 물질의 스위칭 전압을 실질적으로 낮추는 하나 또는 그 이상의 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 50% 광 투과 전압 또는 90% 광 투과 전압, 또는 이들 모두와 같은 광 투과 전압을 감소시키기 위해, 폴리머 네트워크는 각각의 액적의 표면 장력을 감소시키는 물질을 포함할 수 있다. 폴리머 네트워크는 복수의 교차 결합된 폴리머 사슬을 포함할 수 있다. 폴리머 사슬은, 각각의 액정 액적의 스위칭 전압 및 표면 장력을 낮추기 위해, 하나 또는 그 이상의 미치환 지방족 탄소 사슬(unsubstituted aliphatic carbon chain) 또는 치환 지방족 탄소 사슬을 포함하는 지방족 탄소 사슬(aliphatic carbon chain)을 갖는 카르복실산 에스테르(carboxylic acid ester)를 포함할 수 있다. 치환 지방족 탄소 사슬은, 예를 들어, 표면 장력을 완화하기 위해 플루오르화(fluorinated) 지방족 탄소 사슬을 포함할 수 있다. 폴리머 사슬은 아크릴 산의 에스테르를 포함하는 복수의 폴리아크릴레이트(polyacrylate) 사슬을 포함할 수 있다. 선택적으로 또는 조합하여, 폴리머 네트워크는 실리콘 아크릴레이트를 포함할 수 있다. 에스테르의 지방족 사슬은 스위칭 전압을 감소시키기 위해, 예컨대, 플루오르화 지방족 사슬 아크릴레이트와 같은 플루오르화 지방족 사슬을 포함할 수 있다.
액정 물질 262는 전압이 인가되지 않을 때 광을 산란시킬 수 있고, 폴리머 네트워크 264는 액정 물질의 광 산란을 증가시켜 대비(contrast)를 향상시킬 수 있다.
복수의 교차 결합된 폴리머 사슬을 포함하는 폴리머 네트워크는 계면층 266의 내측 표면에, 상기 내측 표면과 복수의 교차 결합된 폴리머 사슬 사이에 연장되는 실질적인 교차 결합식 화학적 결합(bond)없이 약한 분자간 상호작용력 만으로 연결될 수 있다. 본 명세서에 개시된 프리폴리머(들) 및 모노머(들)의 폴리아크릴레이트 에스테르는 계면층 266에 대한 교차 결합식 화학적 결합을 형성하지 않을 수도 있고, 이에 따라 화학적 결합(bond)을 갖는 계면층에 대한 폴리머 네트워크의 교차 결합이 억제될 수 있다.
도 2c는 폴리머 네트워크에 사용하기에 적합한 아크릴레이트 모노머를 도시한다.
도 2d는 폴리머 네트워크에 사용하기에 적합한 디아크릴레이트(di-acrylate) 프리폴리머를 도시한다.
도 2e는 폴리머 네트워크에 사용하기에 적합한 트리아크릴레이트(tri-acrylate) 프리폴리머를 도시한다.
지방족기(alphatic group) R1 내지 R5는, 예컨대, 하나 또는 그 이상의 알킬기 또는 플루오르화 알킬기(fluorinated alkyl group)를 포함할 수 있다. 실시예들과 관련된 연구는 플루오르화 알킬기가 스위칭 전압을 실질적으로 감소시킬 수 있다는 점과 스위칭 전압을 낮추기 위해 LC 물질의 액적에 대한 감소된 표면 장력을 제공할 수도 있다는 점을 시사한다.
모노아크릴레이트(mono-acrylate), 디아크릴레이트, 트리아크릴레이트, 다기능성 아크릴레이트(multifunctional acrylate), 또는 이들의 혼합물을 포함하는 세 가지 또는 그 이상의 타입의 아크릴레이트 프리폴리머들은 감소된 스위칭 전압을 갖는 폴리머 네트워크를 제공하기 위해 다양한 방법으로 결합될 수 있다. 다수의 실시예에서, 교차 결합된 폴리머 네트워크와 폴리머 매트릭스 물질 간에는 실질적인 화학적 결합이 전혀 형성되지 않는다. 예를 들어, 폴리머 네트워크는 폴리머 네트워크로부터 계면층까지 연장되는 실질적인 화학적 결합 없이 폴리머 네트워크와 접하는 계면층 266을 갖도록 형성될 수 있다. 계면층 266이 없는 실시예에서, 폴리머 네트워크는, 예컨대, 폴리머 네트워크와 폴리머 매트릭스 사이에 연장되는 실질적인 화학적 결합 없이 형성될 수 있다. 선택적으로 또는 조합하여, 폴리머 네트워크를 형성하는 하나 또는 그 이상의 프리폴리머는 스위칭 전압을 감소시키기 위해 플루오르를 갖는 치환 알킬기(substituted alkyl group)를 포함할 수 있다.
아크릴레이트 프리폴리머는 LC 물질에 용해될 수 있고 적어도 부분적으로 소수성이어서, 실질적으로 LC 물질에는 용해되지만 각각의 액적을 둘러싸는 수분 함유 물질에는 실질적으로 용해되지 않는다.
프리폴리머를 중합하고 교차 결합시키기 위해, 광 개시제는 LC 물질에 녹는 다수의 공지된 광 개시제 중 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다. 적합한 광 개시제의 예는 시바 스페셜티 케미칼즈(Ciba Specialty Chemicals)의 이가큐어(Irgacure) 시리즈 및 다로큐어(Darocure) 시리즈, 바스프(BASF)의 루시린 티피오(Lucirin TPO), 사토머(Sartomer)의 에스큐어(Escure) 시리즈 등을 포함한다.
계면층 266은 계면제 물질을 포함한다. 센서 물질은 계면제를 중량으로 0%부터 10%까지 포함할 수 있고, 계면제는 유화(emulsification) 중에 첨가될 수 있다. LC 액적, 폴리머 네트워크와 폴리머 매트릭스 간의 배향규제력(anchoring force) 및/또는 마찰력을 감소시키기 위해, 계면제가 액정 및 폴리머 물질과 혼합될 수 있다. 다수의 실시예에서, 계면제 물질은 블록 공중합체(block co-polymer)와 같은 비이온성 계면제와 교차 결합가능한 반응성 계면활성제(reactive surfactant) 중 어느 하나 또는 모두를 포함할 수 있다. 계면제가 적합한 화학적 특성을 갖는 두 부분을 포함하는 분자들을 포함하고 LC 물질의 형성 중에 충분한 양으로 존재할 때, 상기 계면제는 계면층을 형성할 수 있다. 계면제의 제1 부분 266A, 예컨대 계면제 분자의 폴리머와 친화성이 있는 부분은 폴리머 매트릭스 가까이에 위치될 수 있고, 제2 부분 266B, 예컨대 계면제 분자의 표면 장력이 낮은 부분은 액적 가까이에 위치될 수 있고 LC 물질의 마찰과 배향규제 중 어느 하나 또는 모두를 감소시킬 수 있도록 액적과 접한다. 계면제의 제1 부분 266A는, 폴리머 매트릭스 내에서 계면제를 효과적으로 부동화(immobilization)하기 위해, 폴리머 매트릭스 268에 용해될 수 있다. 폴리머 매트릭스 268에 대한 계면층 266의 부동화는 물리적 결합(블록 공중합체에 대한) 또는 화학적 결합(반응성 계면활성제의 경우에서와 같이 교차 결합을 통한), 또는 이들의 조합일 수 있다. 계면층의 부동화는 예컨대, 증가된 온도에서, 계면층의 증가된 안정성을 제공할 수 있다. 계면층 내에 구성되어 있는 계면제의 제2 부분 266B는 LC 분자와 결정 중 어느 하나 또는 모두에 낮은 표면 장력과 낮은 마찰 중 어느 하나 또는 모두를 제공하는 화학적 구성을 가질 수 있다. LC 분자들, 폴리머 네트워크, 및 폴리머 매트릭스 간의 배향규제와 마찰은 계면층에 의해 감소될 수 있고, 따라서 전계가 인가될 때 LC 분자들의 정렬 배향(alignment orientation) 및 스위칭 속도가 더 낮은 전압에서 더 빠르게 일어날 수 있다.
<계면제의 예>
명칭 설명 제조자
BYK-022 폴리글리콜 내의 거품 파괴 폴리실록산(polysiloxane)과 소수성 고체의 혼합물 비와이케이 케미
(BYK Chemie)
Fluorolink D10 A-CF2O(CF2CF2O)m(CF2O)nCF2-A, A=CH2OH, MW=1000 솔배이 솔렉시스
(Solvay Solexis)
Fluorolink D A-CF2O(CF2CF2O)m(CF2O)nCF2-A, A=CH2OH, MW=500 솔배이 솔렉시스
(Solvay Solexis)
Surfynol DF-58 수성(aqueous) 시스템에 유용한 실리콘 기반의 거품 조절제. 제품은 강한 거품 제어 및 탈기(de-aeration) 성능을 갖는다. 에어 프로덕츠
(Air Products)
Surfynol DF-62 뛰어난 녹다운(knockdown) 거품 제거 및 시간이 지나도 유지되는 거품 방지 능력을 제공하도록 설계된 에테르 변성 폴리실록산 기반의 소포제(defoamer). 에어 프로덕츠
(Air Products)
Surfynol DF-574 유기 및 유기 변성(organo-modified) 실리콘 성분으로 제조되고, 제조 과정 중에 생성된 거품과 혼입된 공기를 효과적으로 제거하는 자기 유화(self-emulsifying) 제품. 에어 프로덕츠
(Air Products)
Surfynol DF-695 물 기반의 제재에서 초기의 그리고 지속되는 소포 성능을 제공하는 실리콘 유제 소포제. 100% 활성 액체. 에어 프로덕츠
(Air Products)
Flexiwet NI-M100 에톡시화(ethoxylated) 된, 부분적으로 플루오르화된 알코올. 이노베이티브 케미컬 테크놀로지즈 인코포레이티드(Innovative Chemical Technologies, Inc.)
Flexiwet NI-55 기능기(functionality)를 갖지 않는 비이온성(플루오르) 폴리머 계면활성제. 이노베이티브 케미컬 테크놀로지즈 인코포레이티드(Innovative Chemical Technologies, Inc.)
표 1은 본 발명의 실시예에 의한 LC 물질 및 폴리머 네트워크와 결합될 수 있는 계면제의 일부 목록이다. 폴리머 네트워크 액정 센서 물질을 제공하기 위해서, 계면제는 NCAP 기반 물질과 결합될 수 있다. 본 명세서의 예시에 나타난 바와 같이, 예컨대, 폴리머 네트워크 물질을 포함하는 유제와 함께 낮은 비율의 비이온성 계면제를 첨가함으로써, 구동 전압이 실질적으로 감소될 수 있다. 계면제 분자의 표면 장력이 낮은 부분은 Fluorolink D 또는 Flexiwet과 같은 플루오르화 화합물을 포함할 수 있고, Surfynol DF-62와 같은 폴리머-실록산 또는 실리콘 공중합체를 포함할 수 있다. 특히, 반응성 플루오르화 화합물은 표 1에 기재된 화학 구조를 가질 수 있고, 실록산은 예컨대, -OH, -NH2, 또는 -COOH와 같은 반응성 말단기를 가질 수 있다. 다수의 실시예에서, 이러한 물질들은 LC/폴리머 상 분리 과정 동안에 LC/폴리머 계면으로 이동한다. 계면제 분자들의 다른 부분은 수소 결합, 반 데르 발스(Van Der Waals) 힘, 및/또는 폴리머 매트릭스 내에 반응기가 존재할 때는 화학적 결합과 같은 메커니즘을 통해 폴리머에 물리적으로 결합될 수 있다. 약간의 가열은 화학적 결합 프로세스를 가속시킬 수 있다.
폴리머 네트워크 액정 센서 물질은 교차 결합된 폴리머 네트워크와 표 1에 열거된 것과 같은 계면활성제를 사용해서, 라텍스 기반의 NCAP와 수성 폴리머(예컨대, PVA) 기반의 NCAP 모두에서 스위칭 전압의 향상을 나타낸다. 다수의 실시예에서, 폴리머 네트워크와 소포(defoaming) 특성을 갖는 계면제를 사용하여 고유의 스위칭 전압 감도를 확연히 향상시킬 수 있다. 예를 들어, Surfynol DF 시리즈 화합물과 결합된 폴리머 네트워크는 라텍스 기반의 NCAP의 동작 전압을 실질적으로 감소시킬 수 있다.
소포제는 수성 매질(aqueous medium)에 분산될 수 있는 일군의 계면활성제이고 계면층 266의 계면제는 하나 또는 그 이상의 소포제를 포함할 수 있다. 다수의 실시예에서, 소포제는 수성 매질에서 매우 낮은 용해도를 갖고, HLB(친수성-친유성 균형; hydrophile-lipophile balance)가 10보다 적을 수 있다. 소포제는 물에서 매우 낮은 용해도를 가질 수 있기 때문에, 소포제는 작은 클러스터들을 형성할 수 있다. 클러스터들의 각각은 제1 부분과 제2 부분을 갖는 분자들을 포함할 수 있다. 상기한 바와 같이, 클러스터의 분자들의 제1 부분 266A는 친수성을 가질 수 있고, 클러스터의 분자들의 제2 부분은 소수성을 가질 수 있다. 다수의 실시예에서, 클러스터들은 용액을 향해서 외측으로 배향된 제1 부분과 소포제 클러스터의 다른 분자들을 향해서 내측으로 배향된 제2 부분을 갖는 미셀(micelle) 형태일 수 있다. 유화 중에, 클러스터들은 많은 공기 거품들을 깨트림으로써 거품의 형성을 억제할 수 있다. 유화 및 가스 제거 후에, 클러스터들은 폴리머 네트워크 물질을 갖는 LC 액적, 수성 폴리머 및 물의 혼합물 내에서 자유롭게 움직인다. 다수의 실시예에서, 클러스터들은 폴리머 네트워크 물질을 갖는 LC 액적의 표면을 향해 이동할 수 있다. 유제가 건조될 때, 소포제는 폴리머 네트워크 물질을 갖는 LC 액적 주위에 계면제 층 266을 형성할 수 있고, 이로써 계면층 266은 폴리머 네트워크 물질을 갖는 LC 액적과 폴리머 매트릭스 사이에 위치된다. 다수의 실시예에서, 소포제 분자의 낮은 표면 장력을 갖는 끝 부분은 폴리머 네트워크 물질을 갖는 LC 액적에 인접하여 분산되어 계면층 266의 제2 부분 266B를 형성하고, 소포제 분자의 고정된 끝 부분은 폴리머 매트릭스에 연결되어 계면층 266의 제1 부분 266A를 형성한다.
<PNLC 물질의 조성의 예시>
예 액정
(중량%)		 폴리머 매트릭스
(중량%)		 폴리머 네트워크(중량%)
 계면제
(중량%)
모노아크릴레이트 디아크릴레이트 트리아크릴리에트 플루오르화 아크릴레이트
1 57.4 28.7 2.4 0 1.2 1.2 9.2
2 58.6 29.3 2.4 0 1.2 1.2 7.0
3 59.5 29.8 1.8 0 0.9 0.9 7.1
4 59.5 29.8 1.8 1.2 0 0.6 7.1
5 59.5 29.8 1.8 0.6 0.6 0.6 7.1
표 2는 실시예에 의한 PNLC 매트릭스 유제 물질의 조성을 도시한다. 중량 퍼센트는 성분들의 중량비를 기초로 유제가 건조되었을 때의 조성의 중량을 가리킨다. 폴리머 네트워크 물질은 플루오르화 아크릴레이트 화합물을 포함할 수 있고, 계면제는 하나 또는 그 이상의 플루오르화 또는 실리콘 기반 물질을 포함할 수 있다. 폴리머 네트워크와 계면제의 플루오르화 및/또는 실리콘 물질은 액정 액적의 표면 장력을 실질적으로 감소시킬 수 있고 물질의 스위칭 전압을 실질적으로 감소시킬 수 있다.
도 3a는 폴리머 네트워크 264와 계면층 266을 포함하는 센서 물질에 대한 투과-바이어스 전압 곡선 304의 예를 도시한다. 곡선 302는 본 명세서에 개시된 폴리머 네트워크와 결합된 계면제를 포함하지 않는 LC/폴리머 조성물의 전압 반응 특성을 나타낸다. 향상된 전기-광학 변조기 성능에 있어서, 목표는 전압 반응 곡선을 경사가 더 급하고 더 낮은 전압으로 천이된 곡선 304로 천이시키는 것이다. 다수의 실시예에서, 이러한 전압 반응 특성은 더 낮은 동작 전압에서 더 높은 감도를 가능하게 하고, 또한 동일한 동작 전압에서 더 큰 공기 간극을 가능하게 한다. 일부 실시예에서, 이러한 전압 반응 특성은 더 낮은 동작 전압과 더 큰 공기 간극에서 더 높은 감도를 가능하게 한다. 더 높은 감도는 결함 검출을 향상시킬 수 있다. 증가된 공기 간극은 더 긴 변조기 수명을 제공할 수 있다.
투과 곡선의 경사는 LC 장치의 감도를 반영한다. 투과 곡선의 경사로서 표현된 LC 이미징 장치의 감도는, 상기와 같이, 일반적으로 전극 A와 전극 B를 가로질러 인가되는 전압의 변화 당 투과율(%)의 변화에 대응된다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 투과 곡선의 중점은 TFT 플레이트에 전압이 없고 LC 장치와 플레이트 간의 간극 크기가 고정된 상태에서 대략 전압 Vmid 310에 대해서 정해진다. 다음으로, 전압의 작은 변화 +/-1/2△V 312가 TFT 플레이트에 인가되고, 투과의 변화가 측정된다. 투과 곡선 302에 있어서 픽셀에 인가된 전압 +/-1/2△V에 대한 투과의 변화는 △I1 314이다. 더 경사가 급한 투과 곡선 304에 있어서 픽셀에 인가된 동일한 +/-1/2△V에 대한 투과의 변화는 △I2 316이고, △I2는 △I1보다 크다. 즉, 투과 곡선의 기울기가 더 크다면 픽셀에 인가되는 동일한 압력의 변화에 대해서 더 큰 신호(△I2)가 발생한다.
TFT 시험 시스템에서, CCD(도 1의 118)에 의해 포착되는 신호는 변조기 투과 곡선의 경사에 비례한다. 수학식 1에 의하면, 모듈레이터의 손상을 피하거나 수명을 향상시키기 위해 공기 간극(dair)이 커지면 투과 곡선은 평평해 진다(경사가 줄어듦). 공기 간극이 커지면 변조기에 분포되는 전압이 감소할 것이다. 감도는 변조기의 LC 물질의 고유 스위칭 전압을 감소시킴으로써 향상될 수 있고, 이에 따라 전압 이미징 시스템 장치는 감소된 고유 동작 전압을 가질 수 있다.
다수의 실시예에서, 본 명세서에 개시된 전기-광학 LC 물질의 감소된 고유 스위칭 전압은 전압 이미징 시스템의 감도를 실질적으로 손상시키지 않으면서 증가된 공기 간극을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 공기 간극은 실질적으로 적어도 75마이크로미터일 수 있고, 예컨대, 실질적으로 100마이크로미터 또는 그 이상일 수 있다.
NCAP 또는 PDLC와 같은 액정 감지 물질의 동작 전압 및 감도는 다음의 항목들과 관련된다.
1. 액정 및 폴리머 매트릭스의 특성.
2. 센서 물질 내에서 액정 액적 크기의 분포.
3. 폴리머 네트워크 물질의 특징.
4. 폴리머 매트릭스와 액정 사이의 계면 특성.
다수의 실시예에서, 도 3a와 도 3b의 곡선들의 경사는 액적의 크기 분포 및 폴리머 매트릭스, 계면층, 폴리머 매트릭스와 액정 사이의 계면특성에 의해 영향을 받는다. 액적이 균일한 크기를 갖고 LC 액적 내의 결정이 폴리머 매트릭스에 대해 용이하게 움직이거나 스위칭할 수 있다면, 경사가 더 급해질 수 있다. 도 3a와 도 3b에 도시된 곡선의 전압 천이는 폴리머 매트릭스와 액정 사이의 계면 특성에 의해 영향을 받는다. LC가 폴리머 매트릭스에 대해 용이하게 움직이거나 스위칭할 수 있다면, 곡선은 더 낮은 전압으로 천이될 수 있다. 본 발명의 실시예들은 T-V 곡선의 경사를 더 급하게 만들고 LC 물질과 전압 이미징 시스템의 동작 전압을 더 낮은 범위로 천이시키기 위해서 폴리머 매트릭스와 액정 사이의 계면 배향규제와 마찰 중 어느 하나 또는 모두를 감소시킨다. 폴리머 매트릭스에 대한 LC 분자들의 배향규제는 LC 물질의 고유 동작 전압을 증가시킬 수 있다. 선택적으로 또는 조합하여, LC 물질에 대한 폴리머 네트워크의 배향규제는 LC 물질의 고유 동작 전압을 조금 증가시킬 수 있고, 이는 예컨대 낮은 표면 장력의 폴리머 네트워크 물질을 도입함으로써 해결될 수 있다. 마찰력은 폴리머 매트릭스에 대한 LC 분자들의 정지 마찰과 관련될 수 있는 배향규제력을 포함할 수 있고, LC 분자, 폴리머 매트릭스와 폴리머 네트워크 사이의 상대적 운동과 관련된 동마찰(dynamic friction)을 포함할 수도 있다. 마찰은 주위의 폴리머 매트릭스에 대해 분자들이 움직이는 속도에 영향을 미칠 수 있기 때문에, 감소된 마찰은 LC 분자들의 스위칭 속도를 증가시킬 수 있다. 전압의 증가는 폴리머 매트릭스 또는 폴리머 네트워크에 대한 LC 분자들의 배향규제를 극복하기 위해 요구될 수 있기 때문에, 증가된 배향규제는 LC 복합 물질의 고유 동작 전압의 증가와 관련될 수 있다.
캡슐화된 폴리머 네트워크 액정을 만드는 방법
도 4a는 캡슐화된 폴리머 네트워크 액정 물질을 만드는 방법 400을 도시한다.
단계 410에서, 액정은 광 개시제(들)과 하나 또는 그 이상의 UV 경화성(curable) 프리폴리머(들) 또는 모노머(들)과 혼합되어 혼합물(이하, "LC/프리폴리머(들)/모노머(들)/광 개시제(들) 혼합물")을 형성한다. 프리폴리머는 예를 들어, 모노아크릴레이트, 디아크릴레이트, 트리아크릴레이트, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. UV 경화성 프리폴리머 또는 모노머의 예는, 본 명세서에 개시된 바와 같이, 아크릴레이트, 디아크릴레이트, 및 다기능성 아크릴레이트와 같은 다수의 자유 라디칼 경화성(free radical curable) 화합물, 티올-엔 레진(thiol-ene resin), 및 플루오르화 아크릴레이트와 이들 화합물의 혼합물을 포함한다.
많은 액정들이 사용될 수 있다. 그 예는 네마틱 LC, 강유전성(ferroelectric) LC, 블루 페이즈(Blue Phase) LC, LC/이색성 염료(Dichronic Dye) 혼합물, ChLC 등을 포함할 수 있다(이색성 염료+LC 시스템에서, 이색성 염료는 오프-상태에서 광을 흡수하고 온-상태에서 광을 투과하며, 이는 더 높은 광 강도를 사용함으로써 s-곡선의 경사(또는 감도)를 향상시킬 것이다.). 모노머 또는 프리폴리머, 및 광 개시제는, 경화 전에 액정에 실질적으로 완전히 녹을 수 있도록 선택될 수 있다.
단계 420에서, 하나 또는 그 이상의 폴리비닐 알코올(polyvinyl alcohol; PVA) 또는 수성 라텍스와 같은 수성 폴리머가 제공된다. 수성 라텍스는, 예를 들어 본 명세서에 기재된 바와 같이, 아크릴레이트 라텍스 또는 폴리우레탄 라텍스, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
단계 430에서는, 계면제가 제공된다. 계면제는, 예를 들어 표 1에 제시된 바와 같이, 계면활성제, 디블록 공중합체(diblock copolymer), 또는 소포제 중 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다. 계면층 물질의 예는, 앞서 참조에 의해 편입된 미국특허 제7,817,333호에 개시되어 있고 본 명세서에 개시된 실시예의 적어도 일부에 따라 조합하기에 적합하다.
단계 440에서, 상기 LC/UV 경화성 폴리머 및 광 개시제 혼합물은 수용성 폴리머 또는 수성 라텍스 폴리머와 같은 수성 프리폴리머에 의해 유화된다. 다수의 유화 방법이 사용될 수 있다. 그 예는 기계적 교반(stirring), 블렌딩(blending), 미세 유체 공학(microfluidics), 균질기(homogenizer) 등을 포함한다. LC/모노머/프리폴리머(들)/광 개시제 혼합물의 액적 크기는 제어될 수 있고 실질적으로 1 내지 10 마이크론의 범위 내에 있을 수 있다.
단계 450에서는, 유제의 가스가 제거된다.
단계 460에서, 유제는 인듐 주석 산화물(ITO; LC 물질에 대한 바이어스 전압의 인가를 허용)과 같은, 투명 또는 반투명 전극을 갖는 기판에 코팅된다. 다수의 습식 코팅 방법이 사용될 수 있다. 그 예는 와이어 권취봉(wire wound rod), 닥터 블레이드(doctor blade), 슬롯 다이(slot die), 압출(extrusion), 스피닝(spinning), 스프레이, 잉크젯 등을 포함한다.
단계 470에서, 코팅된 유제가 건조된다. 건조 후, LC/프리폴리머(들)/광 개시제(들) 혼합물의 액적들은 폴리머 매트릭스 268 내에서 캡슐화된다.
도 4b는 유제를 건조한 후 UV 광에 노출시키기 전의 중간 물질 260I를 도시한다. 중간 물질 260I는 계면층 266과 건조된 폴리머 매트릭스 268 내에서 캡슐화된 LC/프리폴리머(들)/광 개시제(들) 혼합물의 복수의 액적 261을 포함한다.
단계 480에서, 코팅은 투명 또는 반투명 전극을 포함하는 또는 포함하지 않는 다른 기판과 적층된다.
단계 490에서, 사이에 놓인 상기 필름은 자외광에 노출된다. UV 경화성 모노머(들), 또는 프리폴리머(들) 또는 이들의 혼합물은 경화 및/또는 교차 결합되어, 예컨대, 도 2b에 도시된 바와 같이 액적 내에 폴리머 네트워크를 형성한다. 바람직하게는, 실질적으로 LC 액적을 가로질러 연장되는 네트워크 벽을 형성하기 위해 플루오르화 모노머, 또는 비플루오르화(non-fluorinated) 모노머와의 혼합물이 사용될 수 있고, 이로써 LC 액적의 표면 장력을 감소시키고 나아가 구동 전압을 감소시킬 수 있다.
도 4에 도시된 구체적인 단계들은 본 발명의 실시예에 따른 캡슐화된 폴리머 네트워크 액정 물질을 만드는 특정한 방법을 제공한다는 점이 인식되어야 한다. 다른 실시예에서는 이 단계들이 다른 배열로 수행될 수도 있다. 예를 들어, 본 발명의 다른 실시예는 상기한 순서들을 다른 순서로 수행할 수 있다. 또한, 도 4에 도시된 개별 단계는 그 단계에 적합하도록 다양한 배열로 수행될 수 있는 다수의 하위 단계들을 포함할 수 있다. 또한, 응용 분야에 따라서는 추가적인 단계들이 부가되거나 제거될 수도 있다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 많은 변형, 수정 및 대안을 인식할 수 있을 것이다.
실험
방법 400의 실시예에 따라 제조된 변조기 200의 센서 물질의 경도 및 광 스위칭을 결정하기 위한 실험들이 수행되었다. 방법 400에 의해 만들어지는 센서 물질은 캡슐화되지 않은 종래의 폴리머 네트워크 물질과 유사한 비율의 폴리머를 포함하고 그에 비해 현저히 향상된 경도를 갖고, 폴리머 네트워크(NCAP 또는 PDLC)가 없는 캡슐화된 액정과 비교할 때 전기-광학적 성능을 현저히 향상시켰다.
본 명세서에 개시된 실시예에 의한 센서 물질을 갖는 변조기 200을 제조하기 위해 방법 400에 따라서 다음의 과정이 수행된다.
1. 아크릴레이트 프리폴리머가 0.5~10 wt-% 광 개시제와 혼합되었다. 아크릴레이트 프리폴리머의 예는 다수의 모노아크릴레이트, 트리아크릴레이트, 플루오르화 아크릴레이트 및 이들의 혼합물을 포함한다. 다수의 자유 라디칼 광 개시제가 사용될 수 있다. 그 예는 시바 스페셜티 케미칼즈(Ciba Specialty Chemicals)의 이가큐어(Irgacure) 시리즈 및 다로큐어(Darocure) 시리즈, 바스프(BASF)의 루시린 티피오(Lucirin TPO), 사토머(Sartomer)의 에스큐어(Escure) 시리즈, 및 이들의 조합 등을 포함한다. 일 예로서, 다로큐어와 TPO의 혼합물이 사용될 수 있다.
2. 액정이 실질적으로 99/1 내지 99/10 범위의 중량비로 상기 아크릴레이트/광 개시제와 혼합되었다.
3. 상기 액정, 아크릴레이트 및 광 개시제의 혼합물이 50/50 내지 80/20의 범위의 중량비로, PVA 또는 네오레즈 R-967(DSM의 일 부문인 NeoResin에 의해 제조됨)과 같은 수성 라텍스와 같은, 수용성 폴리머로 유화되었다. 유화 중에 서피놀(Surfynol) 계면제가 10wt-%까지 첨가될 수 있다.
4. 상기 NCAP 유제는 ITO 필름을 갖는 기판에 코팅되어, 건조되고 다른 ITO 기판과 적층되었다.
5. 사이에 놓인 상기 필름은 약 2분 동안 자외광에 노출되었다. 약 365nm의 파장과 5~50mW/cm2의 강도를 갖는 UV 광이 사용될 수 있다.
6. 투과 곡선이 측정된다. 액적 내에 폴리머 네트워크가 존재하지 않는 NCAP와 비교할 때 캡슐화된 PNLC에 대해서는 적어도 25% 더 낮은 전극 간의 구동 전압이 요구된다.
도 5는, 실시예에 의한 두 개의 마일라 필름 사이에 놓인 약 24㎛ 두께의 캡슐화된 PNLC를 포함하는 어셈블리의 측정된 전기-광학적 특성을 도시한다. 전압의 함수로서의 퍼센트 광 투과가 캡슐화된 PNLC와 미국특허 제7,817,333호에 개시된 비교 물질에 대해 별개의 곡선으로서 도시된다. 상기 비교 물질은 실질적으로 동일한 성분(폴리머 매트릭스, 액정, 계면 화합물, 및 대응되는 비율) 및 액적 크기를 갖지만 액적 내에 폴리머 네트워크를 갖지 않는 캡슐화된 액정을 포함한다. 폴리머 네트워크를 제공함으로써 구동 전압은 적어도 실질적으로 25%, 예컨대, 실질적으로 50% 감소될 수 있다. 캡슐화된 PNLC에 대한 V90은 약 16V이고, 종래 물질에 대해서는 약 28V였다. 캡슐화된 PNLC 및 종래 물질에 대한 V50(50% 투과에 대한 전압)은 각각 약 9V 및 18V였다.
스위칭 전압은 LC 액적이 위치되는 곳의 국부적인 전계 강도에 대응하기 때문에, 측정된 필름의 두께는 주목할 가치가 있다. 일반적으로, 스위칭 전압은 두께에 비례하고, 서로 다른 두께를 갖는 LC 물질의 필름을 비교하기 위해 전압은 두께를 기초로 조정, 예컨대, 정규화(normalize)될 수 있다. 예를 들어, 12㎛ 두께의 필름에 있어서 약 15~20V 범위의 V90은 24㎛ 두께의 필름에 있어서 약 30~40V 범위의 V90에 실질적으로 대응한다. 따라서, 24㎛ 두께의 필름에 있어서 약 15~20V의 범위의 본 명세서에 개시된 캡슐화된 PNLC 물질에 대한 V90은 12㎛ 두께의 필름에 있어서 약 7.5~10V 범위의 V90에 대응된다.
도 2a의 실시예에 의한 전기-광학 변조기는 위에서 만들어진 캡슐화된 PNLC를 사용함으로써 조립되었다. 상기 변조기는 결함 검출 감도를 감소시키지 않으면서 TFT 패널 위로 100㎛보다 큰 간극에서 동작될 수 있다. 상기 변조기는 또한 더 낮은 공기 간극에서 실질적으로 향상된 감도로 동작될 수 있다. 예를 들어, 미국특허 제7,817,333호에 개시된 폴리머 네트워크가 존재하지 않는 액정 물질로 만들어진 변조기에 비해 30%보다 큰 감도의 향상은 75㎛ 공기 간극에서 관찰되었다.
예시로서 그리고 이해의 명확성을 위해 예시적인 실시예들이 상세히 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 다양한 수정, 적응, 및 변경이 이용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 권리범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 제한되어야 한다.

Claims (24)

  1. 액정 센서 물질에 있어서,
    복수의 액정 액적 - 각 액적은 액정 물질 및 복수의 교차 결합된 폴리머 사슬(crosslinked polymer chain)을 포함하는 폴리머 네트워크(polymer network)를 포함하되, 상기 폴리머 네트워크는 상기 센서 물질의 광 투과 전압(light transmission voltage)를 감소시킴 -; 및
    상기 복수의 액정 액적 각각이 그 내측에 위치하도록 상기 복수의 액정 액적 각각의 주변에 위치하는 폴리머 매트릭스(polymer matrix)
    를 포함하는 액정 센서 물질.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폴리머 네트워크는,
    상기 복수의 액정 액적의 50% 광 투과 전압을, 상기 폴리머 네트워크가 존재하지 않는 경우에 비하여 적어도 실질적으로 25% 적은 양에 해당하는 만큼 감소시키는
    액정 센서 물질.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 폴리머 네트워크는,
    상기 각 액적의 표면 장력을 감소시켜 상기 복수의 액정 액적의 50% 광 투과 전압을 상기 양만큼 감소시키는 물질을 포함하는
    액정 센서 물질.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 교차 결합된 폴리머 사슬은, 상기 각 액정 액적의 표면 장력을 완화하기 위한 하나 또는 그 이상의 미치환 지방족 탄소 사슬(unsubstituted aliphatic carbon chain) 또는 치환 지방족 탄소 사슬(substituted aliphatic carbon chain)을 포함하는 지방족 탄소 사슬(aliphatic carbon chain)을 갖는 카르복실산 에스테르(carboxylic acid ester)를 포함하는
    액정 센서 물질.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 각 액정 액적의 표면 장력을 완화하기 위한 상기 치환 지방족 탄소 사슬은, 표면 장력을 완화하기 위한 플루오르화 지방족 탄소 사슬(fluorinated aliphatic carbon chain)을 포함하는
    액정 센서 물질.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 각 액적의 상기 폴리머 네트워크는, 아크릴 산(acrylic acid)의 에스테르를 포함하는 복수의 폴리아크릴레이트 사슬(polyacrylate chain)을 포함하는
    액정 센서 물질.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 각 액적의 상기 폴리머 네트워크는, 실리콘 아크릴레이트(silicone acrylate)를 포함하는
    액정 센서 물질.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 폴리머 매트릭스와 상기 각 액정 액적 사이에 계면층(interfacial layer)을 더 포함 - 상기 복수의 액정 액적의 각각을 상기 계면층으로 캡슐화(encapsulate)하고 네트워크화된 폴리머와 상기 계면층의 결합(coupling)을 방지하도록 함 - 하는
    액정 센서 물질.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 교차 결합된 폴리머 사슬을 포함하는 상기 폴리머 네트워크는, 상기 계면층에 실질적으로 고정되지 않으면서 상기 계면층으로 연장되는
    액정 센서 물질.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 복수의 교차 결합된 폴리머 사슬을 포함하는 상기 폴리머 네트워크는, 상기 계면층과 접촉된 상기 각 액정 액적의 표면 장력과 마찰을 감소시키도록 플루오르화 아크릴레이트(fluorinated acrylate)를 포함하는
    액정 센서 물질.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 각 액적의 상기 복수의 교차 결합된 폴리머 사슬을 포함하는 상기 폴리머 네트워크는, 실질적으로 상기 계면층의 내측 표면과 복수의 교차 결합된 폴리머 사슬 사이에 연장되는 교차 결합식 화학적 결합(cross-linking chemical bond) 없이 약한 분자간 상호작용력(weak molecular interaction)으로만 상기 계면층의 내측 표면에 연결되는
    액정 센서 물질.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 액정 물질의 각 액적의 계면층은, 내측 소수성 면 및 외측 친수성 면을 갖는 이중층을 포함 - 상기 내측 소수성 면은, 상기 복수의 액정 액적의 50% 광 투과 전압을 실질적으로 감소시키도록, 상기 액정 물질과 접하고 상기 폴리머 네트워크와 고정되지 않도록 접함 - 하는
    액정 센서 물질.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 복수의 교차 결합된 폴리머 사슬을 포함하는 상기 폴리머 네트워크는, 상기 각 액적의 제1면의 상기 계면층의 제1 부분으로부터 상기 각 액적의 제2면의 상기 계면층의 제2 부분으로 상기 액적의 각각을 실질적으로 가로질러 연장되는
    액정 센서 물질.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 폴리머 네트워크는, 하나 또는 그 이상의 아크릴레이트, 디아크릴레이트(di-acrylate), 다기능성 아크릴레이트(multi-functional acrylate), 티올-엔 레진(thiol-ene resin), 실리콘 아크릴레이트 또는 플루오르화 아크릴레이트를 포함하는 액정 물질에 용해가능한 자유 라디칼 경화성 모노머(free radical cured monomer) 또는 폴리머를 포함하며,
    상기 액정은, 하나 또는 그 이상의 네마틱 액정, 강유전성 액정, 블루 페이즈(Blue Phase) 액정, 액정/이색성 염료 혼합물, 콜레스테릭 액정(LC/Dichroic Dye mixture ChLC)을 포함하며,
    상기 계면층은 하나 또는 그 이상의 디블록 공중합체(diblock copolymer) 또는 반응성 계면제(reactive interfacial agent)를 포함하는
    액정 센서 물질.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 수성 폴리머(water based polymer)는, 하나 또는 그 이상의 폴리 비닐 알코올(poly vinyl alcohol: PVA), 수성 라텍스(water based latex), 수성 아크릴 라텍스(water based acrylic latex), 또는 수성 폴리우레탄 라텍스(water based polyurethane latex)를 포함하며,
    상기 계면층은 하나 또는 그 이상의 디블록 공중합체 또는 계면제를 포함하는
    액정 센서 물질.
  16. 액정 센서 물질에 있어서,
    복수의 액정 액적 - 각 액적은 액정 물질 및 복수의 교차 결합된 폴리머 사슬(crosslinked polymer chain)을 포함하는 폴리머 네트워크(polymer network)를 포함함 -;
    상기 복수의 액정 액적 각각이 그 내측에 위치하도록 상기 복수의 액정 액적 각각의 주변에 위치하는 폴리머 매트릭스(polymer matrix); 및
    상기 폴리머 매트릭스와 상기 각 액정 액적 사이에 위치한 계면제(interfacial agent) - 상기 복수의 액정 액적 각각을 상기 계면제로 캡슐화하여 상기 폴리머 네트워크가 상기 폴리머 매트릭스로부터 상기 계면제에 의하여 분리됨 -;
    를 포함하는 액정 센서 물질.
  17. 센서 물질의 제조 방법에 있어서,
    수성 액체(aqueous liquid)에 분산된 복수의 액정 물질의 액적을 포함하는 유제(emulsion)를 제조하는 단계 - 상기 액적은 상기 액정 물질에 용해된 프리폴리머(prepolymer)를 포함하며, 상기 수성 액체는 수성 폴리머(water based polymer)를 포함함 -;
    상기 수성 폴리머가 상기 복수의 액적 각각의 주변에 폴리머 매트릭스를 형성하도록 상기 유제를 건조하는 단계; 및
    상기 폴리머 매트릭스가 상기 복수의 액적 각각의 주변에 위치할 때, 상기 프리폴리머가 상기 복수의 액적 각각의 내부에 폴리머 네트워크(polymer network)를 형성하도록 상기 건조된 유제를 경화하는 단계
    를 포함하는 센서 물질 제조 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 폴리머 네트워크는,
    상기 복수의 액정 액적의 50% 광 투과 전압을, 상기 폴리머 네트워크가 존재하지 않는 경우에 비하여 적어도 실질적으로 25% 적은 양에 해당하는 만큼 감소시키는
    센서 물질 제조 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 폴리머 네트워크는,
    상기 복수의 액적 각각의 표면 장력을 감소시켜 상기 복수의 액정 액적의 50% 광 투과 전압을 상기 양만큼 감소시키는 물질을 포함하는
    센서 물질 제조 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 계면제는 상기 액정 물질 및 상기 수성 용액과 혼합되어 상기 계면제가 상기 복수의 액적 각각을 캡슐화하며,
    상기 계면제 및 상기 폴리머 네트워크가 함께 상기 각 액적의 표면 장력을 완화하는
    센서 물질 제조 방법.
  21. 제17항에 있어서,
    상기 수성 용액의 액정 물질의 액적의 유제층으로 표면을 코팅하는 단계를 더 포함하는
    센서 물질 제조 방법.
  22. 제17항에 있어서,
    상기 용해된 프리폴리머를 포함하는 액정 물질의 액적은 상기 수용성 폴리머를 포함하는 수성 용액에 노출되는
    센서 물질 제조 방법.
  23. 전기-광학 변조기 어셈블리에 있어서,
    투명한 기판; 및
    상기 투명한 기판에 의해 지지되며 캡슐화된 폴리머 네트워크를 포함하는 액정 센서 물질을 포함하는
    전기 광학 변조기 어셈블리.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 액정 센서 물질은, 제1항 내지 제15항 중의 어느 한 항의 액정 센서 물질을 포함하는
    전기 광학 변조기 어셈블리.
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