KR20160067018A - 광 제어 장치 및 이의 제조 방법 - Google Patents

광 제어 장치 및 이의 제조 방법 Download PDF

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KR20160067018A KR1020150087803A KR20150087803A KR20160067018A KR 20160067018 A KR20160067018 A KR 20160067018A KR 1020150087803 A KR1020150087803 A KR 1020150087803A KR 20150087803 A KR20150087803 A KR 20150087803A KR 20160067018 A KR20160067018 A KR 20160067018A
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Abstract

광 제어 장치 및 이의 제조 방법이 제공된다. 광 제어 장치는 서로 마주보는 제1 전극부와 제2 전극부 및 제1 전극부와 제2 전극부 사이의 액정부를 포함하고, 액정부는, 액정, 액정 내부에 위치하고, 액정과 유사한 형상을 갖는 제1 모노머로부터 폴리머화된 제1 폴리머 및 제1 모노머와 상이한 형상을 갖는 제2 모노머로부터 폴리머화된 제2 폴리머를 포함하는 그물막 및 액정 내부에 위치하고, 제1 폴리머 및 제2 폴리머를 포함하는 격벽을 포함한다.

Description

광 제어 장치 및 이의 제조 방법{A LIGHT CONTROLLING APPARATUS AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}
본 발명은 광 제어 장치 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
최근 정보화 시대로 접어듦에 따라 대량의 정보를 처리 및 표시하는 디스플레이(display) 분야가 급속도로 발전해 왔고, 이에 부응하여 여러 가지 다양한 평판표시장치가 개발되어 각광받고 있다.
이와 같은 표시장치의 구체적인 예로는 액정표시장치(Liquid Crystal Display device: LCD), 플라즈마표시장치(Plasma Display Panel device: PDP), 전계방출표시장치(Field Emission Display device: FED), 전기발광표시장치(Electroluminescence Display device: ELD), 유기발광소자(Organic Light Emitting Diodes: OLED) 등을 들 수 있다. 이 표시장치는 박형화, 경량화, 및 저소비전력화의 우수한 성능을 보여 현재는 표시장치의 적용 분야가 계속 증가하고 있다. 특히 대부분의 전자 장치나 모바일 기기에서 표시장치가 사용자 인터페이스의 하나로 사용되고 있다.
또한, 최근에는 특성상 사용자가 표시장치를 투과해 반대편에 위치한 사물 또는 이미지를 볼 수 있는 투명 표시 장치에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
투명 표시 장치는 공간활용성, 인테리어 및 디자인의 장점을 가지며, 다양한 응용분야를 가질 수 있다. 투명 표시 장치는 정보인식, 정보처리 및 정보표시의 기능을 하는 표시 장치를 투명한 전자기기로 구현함으로써, 기존 표시 장치 대비 전자기기의 공간적 및 시각적 제약을 해소할 수 있다. 이러한 투명 표시 장치는 스마트 창(smart window)에 사용될 수 있으며 스마트 창은 스마트 홈이나 스마트 자동차에서 사용되는창으로 응용될 수 있다.
이 중 LCD는 에지 타입의 백라이트를 적용하여 투명 표시 장치로 구현될 수 있으나, LCD를 활용한 투명 표시 장치는 투과율이 매우 낮고, 블랙(black) 구현을 위해 사용되는 편광판에 의해 투명도가 저하되는 단점이 있으며, 야외 시인성에 대해 단점을 가지고 있다.
그리고, OLED를 접목한 투명 표시 장치는 소비 전력이 LCD를 활용한 투명 표시 장치에 비해 높으며, 트루 블랙(true black) 표현에 어려움이 있으며, 어두운 환경에서는 명암비(contrast ratio)에 문제가 없으나 빛이 있는 일반 환경에서는 명암비가 저하되는 투명 표시 장치로서의 단점을 가지고 있다.
따라서, 투과 모드 및 차광 모드를 구현하기 위해서, OLED를 접목한 투명 표시 장치의 광 제어 장치에 하나의 층(single layer)으로 구성된 고분자 분산형 액정(polymer dispersed liquid crystal, PDLC) 또는 고분자 네트워크 액정(polymer networked liquid crystal, PNLC)을 활용하는 방안이 제안되고 있다. 하나의 층(single layer)으로 구성된 고분자 분산형 액정(polymer dispersed liquid crystal, PDLC) 또는 고분자 네트워크 액정(polymer networked liquid crystal, PNLC)은 모노머(monomer)와 액정을 혼합한 후 자외선(UV)을 조사하여 형성될 수 있다.
특히 고분자 분산형 액정(PDLC)은 폴리머(polymer) 내에 액정(liquid crystal)이 형성된 구조이고, 고분자 네트워크 액정(PNLC)은 액정 상에 폴리머(polymer)가 네트워크(network) 구조로 분포되어 있다.
고분자 분산형 액정(PDLC) 또는 고분자 네트워크 액정(PNLC)에 전계를 인가하게 되면 액정의 배열이 변화하여, 외부로부터 입사하는 빛(light)을 산란 또는 투과시킬 수 있다. 즉, 고분자 분산형 액정(PDLC) 또는 고분자 네트워크 액정(PNLC)를 이용하는 장치는 편광판이 없이도 빛을 산란시키거나 또는 빛을 투과시킬 수 있으므로, 투명 표시 장치의 광 제어 장치로 적용하는 것이 가능하다.
본 발명의 목적은 전압이 인가되지 않는 초기 상태에서 외부로부터 들어온 빛을 투과시켜, 초기 상태에서 투명 모드를 구현할 수 있으므로, 소비 전력이 감소된 광 제어 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 액정부 내부에 그물막과 격벽이 동시에 포함된 광 제어 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 서로 다른 2종 이상의 모노머(monomer)를 이용하여 2종의 폴리머를 모두 포함하는 격벽 및 그물막을 포함하는 광 제어 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 액정과 유사한 형상을 갖는 모노머를 사용하여 액정의 수직 배열을 돕고, 무질서한 형상을 갖는 모노머를 사용하여 액정을 무질서하게 배열시킴으로써, 투과율 및 차광율이 개선된 차광 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 외부로부터 들어오는 빛을 차단 또는 산란하여 색을 표시하거나 장치의 뒷 배경을 보이지 않게 할 수 있는 차광 모드를 가지는 광 제어 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 투명 표시 장치에 결합되어 사용자에게 투명 모드를 제공하거나 외부의 빛을 차단하는 차광 모드를 제공함으로써 영상 시인성이 높은 광 제어 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 플렉서블(flexible) 표시 장치에 적용할 수 있는 광 제어 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 광 제어 장치는 서로 마주보는 제1 전극부와 제2 전극부 및 제1 전극부와 제2 전극부 사이의 액정부를 포함하고, 액정부는, 액정, 액정부 내부에 위치하고, 액정과 유사한 형상을 갖는 제1 모노머로부터 폴리머화된 제1 폴리머 및 제1 모노머와 상이한 형상을 갖는 제2 모노머로부터 폴리머화된 제2 폴리머를 포함하는 그물막 및 액정부 내부에 위치하고, 제1 폴리머 및 제2 폴리머를 포함하는 격벽을 포함한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 광 제어 장치는 제1 전극부 및 제2 전극부 중 적어도 하나에 배치된 스페이서를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 제1 모노머 및 제2 모노머는 UV 경화형 모노머인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 제1 모노머를 경화시키기 위해 사용되는 UV 파장과 제2 모노머를 경화시키기 위해 사용되는 UV 파장은 동일한 파장 범위를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 제1 모노머는 RM(Reactive Mesogen) 계열 모노머인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 제2 모노머는 Bisphenol A Dimethacrylate 계열 모노머인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 제1 모노머는 액정의 수직 배향을 돕고, 제2 모노머는 액정이 무질서하게 배열되는 것을 돕는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 액정이 네거티브 액정 또는 DFLC(dual frequency liquid crystal) 중 하나인 경우, 제1 전극부 및 제2 전극부 각각은 공통 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 액정이 네거티브 액정인 경우, 제1 전극부 및 제2 전극부 각각은 액정부에 수직 전계를 인가하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 전압이 인가되지 않은 광 제어 장치는 호메오트로픽 상(homeotropic state)을 갖는 액정에 의해 투명 모드를 나타내고, 전압이 인가된 광 제어 장치는 무질서한 상(random state)을 갖는 액정에 의해 차광 모드를 나타내는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 액정이 포지티브 액정 또는 DFLC 중 하나인 경우, 제1 전극부 및 제2 전극부 중 적어도 하나는 복수의 패턴 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 패턴 전극에 수평 전계가 인가되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 전압이 인가되지 않은 경우, 광 제어 장치는 호메오트로픽 상(homeotropic state)을 갖는 액정에 의해 투명 모드를 나타내고, 전압이 인가된 경우, 광 제어 장치는 무질서한 상(random state)을 갖는 액정에 의해 차광 모드를 나타내는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 액정이 포지티브 액정 또는 DFLC 중 하나인 경우, 제1 전극부 및 제2 전극부 중 적어도 하나는 복수의 패턴 전극 및 공통 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 패턴 전극 및 공통 전극에 수평 전계가 인가되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 전압이 인가되지 않은 경우, 광 제어 장치는 호메오트로픽 상(homeotropic state)을 갖는 액정에 의해 투명 모드를 나타내고, 전압이 인가된 경우, 광 제어 장치는 무질서한 상(random state)을 갖는 액정에 의해 차광 모드를 나타내는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 광 제어 장치는 액정을 호메오트로픽 상(homeotropic state)으로 배열하기 위한 배향부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 배향부는 액정부의 위 또는 아래에 배치된 것을 특징으로 한다.
전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 광 제어 장치 제조 방법은 제1 전극부와 제2 전극부를 합착하는 단계, 제1 전극부와 제2 전극부 사이에, 제1 모노머, 제2 모노머 및 액정을 포함하는 혼합 액정을 포함하는 액정부를 형성하는 단계, 패턴을 갖는 마스크를 제1 전극부 또는 제2 전극부 상에 위치시키는 단계 제1 모노머 및 제2 모노머를 폴리머화하여 패턴과 대응하는 영역에 격벽을 형성하는 단계 및 제1 모노머 및 제2 모노머를 격벽을 형성하는 단계보다 낮은 조사 에너지로 폴리머화하여 그물막을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 광 제어 장치 제조 방법은 제1 전극부 및 제2 전극부 중 적어도 하나에 스페이서를 배치하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 제1 모노머와 제2 모노머는 동일한 파장대의 빛에 의해 폴리머화되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 격벽을 형성하는 단계 및 그물막을 형성하는 단계 각각은 UV 조사에 의해 제1 모노머 및 제2 모노머를 폴리머화하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 제1 모노머는 RM(Reactive Mesogen) 계열 모노머인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 제2 모노머는 Bisphenol A Dimethacrylate 계열 모노머인 것을 특징으로 한다.
전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 액정, 제1 모노머 및 제2 모노머가 포함된 혼합 액정에 있어서, 제1 모노머는 액정과 유사한 형상을 갖고, 제2 모노머는 제1 모노머와 다른 형상을 갖고, 제1 모노머 및 제2 모노머는 광 제어 장치 내에 그물막 및 격벽이 있도록 구성된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 전압이 인가되지 않은 경우, 광 제어 장치는 호메오트로픽 상(homeotropic state)을 갖는 액정에 의해 투명 모드를 나타내고, 전압이 인가된 경우, 광 제어 장치는 무질서한 상(random state)을 갖는 액정에 의해 차광 모드를 나타내는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 제1 모노머 및 제2 모노머는 동일한 파장대의 UV 조사에 의해 경화되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 제1 모노머는 RM(Reactive Mesogen) 계열 모노머인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 제2 모노머는 Bisphenol A Dimethacrylate 계열 모노머인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 제1 모노머 및 제2 모노머는 UV 조사에 의해 폴리머화되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 액정은 포지티브 액정, 네거티브 액정 또는 DFLC(dual frequency liquid crystal) 중 하나인 것을 특징으로 한다.
전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는 표시 패널 및 표시 패널에 부착되고, 청구항 1항에 기재된 하나 이상의 광 제어 장치를 포함한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 표시 패널은 유기 전계 발광 표시 패널인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 광 제어 장치는 표시 패널의 전면(front surface)에 부착된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 광 제어장치는 표시 패널의 배면(rear surface)에 부착된 것을 특징으로 한다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명은 전압의 인가 없이도 외부로부터 들어오는 빛을 통과시켜 투명 모드로 구동할 수 있는 광 제어 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 광 제어 장치는 액정이 초기 상태에서 외부로부터 들어온 빛을 통과시키는 상을 이루고 있기 때문에, 초기 상태에서 투명 모드를 구현할 수 있으므로, 소비 전력을 줄일수 있다.
또한, 본 발명은 색을 가지는 염료(dye)로 이루어지는 발색부재를 배치하여 블랙(black) 또는 블랙 이외의 다른 색을 표현함으로써 광 제어 장치의 뒷 배경을 보이지 않게 하는 차광 모드로 구현될 수 있는 광 제어 장치를 제공할 수 있다
또한, 본 발명은 액정부 내부에 서로 다른 2종 이상의 모노머(monomer)를 모두 이용하여 그물막과 격벽이 동시에 포함된 광 제어 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 액정부 내부에 그물막이 위치하기 때문에 액정이 무질서한 상을 가질 수 있으므로, 외부로부터 들어온 빛의 산란효과를 높일 수 있다.
또한, 본 발명은 액정부 내부에 격벽이 위치하기 때문에 발색부재가 특정 영역으로 쏠리는 현상을 방지함으로써 발색부재가 광 제어 장치 내에 고르게 분포하여 빛샘을 방지할 수 있으므로, 광 제어 장치의 차광율을 높일 수 있다
또한, 본 발명은 액정부 내부에 격벽이 위치하기 때문에 외부에서 가해지는 충격을 흡수할 수 있기 때문에 플렉서블(flexible) 표시 장치에 적용할 수 있다.
또한 본 발명은 각 구성요소 간의 굴절률 차이를 보정 할 수 있는 굴절률 매칭층을 광 제어 장치의 내부에 배치하여 굴절률 차이를 줄임으로써 투명 모드 구현시 투과율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 격벽 또는 굴절률 매칭층을 통하여 광 제어 장치의 내부에서 발생하는 단선(short, 쇼트)을 방지하여 구동 신뢰성을 높일 수 있다.
또한, 본 발명은 액정들이 전극부에 수직하는 호메오트로픽 상(homeotropic state)을 가질 수 있으므로, 광 제어 장치의 투과율을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광 제어 장치의 투명 모드에 따른 단면도.
도 2는 도 1에 도시된 광 제어 장치의 차광 모드에 따른 단면도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 제어 장치의 단면도.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광 제어 장치의 단면도.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광 제어 장치의 단면도.
도 6은 도 5의 전극부의 다른 실시예에 따른 광 제어 장치의 단면도.
도 7은 도 5의 전극부의 또 다른 실시예에 따른 광 제어 장치의 단면도
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광 제어 장치의 단면도.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광 제어 장치의 단면도.
광 제어 장치
도 10a 내지 도 10f는 본 발명의 실시예들에 따른 광 제어 장치의 제조공정에 대한 개략적인 순서도.
도 11a 는 본 발명의 실시예에 따른 광 제어 장치가 적용된 표시 장치를 설명하기 위한 개략적인 평면도.
도 11b는 도 11a의 XI-XI'에 따른 표시 장치의 단면도.
도 11c 및 도 11d는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 표시 장치의 단면도.
도 12a는 본 발명의 실시예에 따른 광 제어 장치가 적용된 표시 장치를 설명하기 위한 개략적인 평면도.
도 12b는 도 12a의 XII-XII'에 따른 표시 장치의 단면도.
도 12c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 장치의 단면도.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 실시 예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
본 명세서에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.
시간 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~후에', '~에 이어서', '~다음에', '~전에' 등으로 시간적 선후 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.
제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.
"X축 방향", "Y축 방향" 및 "Z축 방향"은 서로 간의 관계가 수직으로 이루어진 기하학적인 관계만으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 구성이 기능적으로 작용할 수 있는 범위 내에서보다 넓은 방향성을 가지는 것을 의미할 수 있다.
"적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제 1 항목, 제 2 항목 및 제 3 항목 중에서 적어도 하나"의 의미는 제 1 항목, 제 2 항목 또는 제 3 항목 각각 뿐만 아니라 제 1 항목, 제 2 항목 및 제 3 항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미할 수 있다.
본 발명의 여러 실시 예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시 예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시할 수도 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
투명 표시 장치의 광 제어 장치로 활용하기 위한 고분자 분산형 액정(PDLC)과 고분자 네트워크 액정(PNLC)은 모노머(monomer)와 액정의 혼합 비율에서 차이가 있다. 일반적으로 고분자 분산형 액정(PDLC)이 고분자 네트워크 액정(PNLC)보다 모노머(monomer)의 비율이 높다. 따라서, 고분자 분산형 액정(PDLC)은 전압이 인가되지 않은 초기 상태에 랜덤(random) 하게 배열된 액정과 폴리머(polymer)화된 모노머(monomer)에 의해 입사한 빛이 산란(scattering)되는 초기 차광 모드가 구현되며, 전압을 인가하여 액정을 수직 배열하면 입사한 빛이 산란되지 않고 그대로 투과되어 투명 모드가 구현된다. 고분자 분산형 액정(PDLC)을 투명 표시 장치의 광 제어 장치로 활용하는 경우 대기 모드에서 투명 모드 구현을 위해 전압을 계속 인가해야 하는 어려움이 있었다.
따라서 본 발명의 발명자은 모노머의 비율이 상대적으로 낮아 전압이 인가되지 않은 초기 상태에서 투명 모드 구현이 유리한 고분자 네트워크 액정(PNLC)에 대하여 실험하였다. 그러나 고분자 네트워크 액정(PNLC)은 고분자 분산형 액정(PDLC)보다 폴리머(polymer)화된 모노머(monomer)의 비율이 작기 때문에 외부충격에 견디는 정도가 약하다. 따라서, 외부충격을 견디기 위한 격벽이 필요하다. 그러나 격벽을 형성하면 그물막 형성이 어렵고, 그물막을 형성하면 격벽 형성이 어려운 문제점을 인식하였다.
이에 본 발명의 발명자들은 위에 언급한 문제점들을 인식하고, 격벽과 그물막을 형성하여 투명 모드와 차광 모드를 구현할 수 있는 새로운 구조의 광 제어 장치를 발명하였다. .
이에 대해서는 아래 실시예에서 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광 제어 장치의 투명 모드에 따른 단면도이고 도 2는 도 1에 도시된 광 제어 장치의 차광 모드에 따른 단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 광 제어 장치(100)는 전극부(110), 액정부(120), 배향부(130), 격벽(140), 그물막(150) 및 스페이서를 포함한다.
전극부(110)는 서로 마주보도록 위치하는 제1 전극부(111) 및 제2 전극부(112)로 이루어지며, 액정부(120)는 제1 전극부(111)와 제2 전극부(112) 사이에 위치한다. 제1 전극부(111)는 투명한 재질로 이루어지는 기판(111a)과 기판(111a) 상에 위치하는 전극(111b)을 포함한다. 제1 전극부(111)와 제2 전극부(112)는 구성이 동일할 수 있으며, 제2 전극부(112) 또한 제1 전극부(111)와 동일하게 기판(112a)과 전극(112b)을 포함한다.
제1 전극부(111)의 기판(111a)과 제2 전극부(112)의 기판(112a)은 일반적인 표시 장치 또는 플렉서블 표시 장치의 제조에 사용되는 기판을 제한 없이 사용할 수 있다. 보다 구체적으로 기판(111a, 112a)으로서 사용되는 재질은 투명한 유리 계열 또는 투명한 플라스틱 계열일 수 있다. 예를 들면 TAC(triacetyl cellulose) 또는 DAC(diacetyl cellulose) 등과 같은 셀룰로오스 수지(cellulose resin), 노르보르넨 유도체(norbornene derivatives) 등의 COP(cyclo olefin polymer), COC(cyclic olefin copolymer), PMMA(poly(methylmethacrylate) 등의 아크릴 수지(acrylic resin), PC(polycarbonate), PE(polyethylene) 또는 PP(polypropylene) 등의 폴리올레핀(polyolefin), PVA(polyvinyl alcohol), PES(poly ether sulfone), PEEK(polyetheretherketone), PEI(polyetherimide), PEN(polyethylenenaphthalate), PET(polyethyleneterephthalate) 등의 폴리에스테르(polyester), PI(polyimide), PSF(polysulfone), 또는 불소 수지(fluoride resin) 등을 포함하는 시트 또는 필름이 기판(111a, 112a)으로 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
전극(111b, 112b)은 기판(111a, 112a)의 일 면 상에 배치되고, 패턴을 가지지 않는 전극 형상을 가진다. 전극(111b, 112b)은 전도성을 가지는 동시에 외부 광을 투과시킬 수 있는 투명한 도전 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어 전극(111b, 112b)은 은 산화물(예; AgO 또는 Ag2O 또는 Ag2O3), 알루미늄 산화물(예; Al2O3), 텅스텐 산화물(예; WO2 또는 WO3 또는 W2O3), 마그네슘 산화물(예; MgO), 몰리브덴 산화물(예; MoO3), 아연 산화물(예; ZnO), 주석 산화물(예; SnO2), 인듐 산화물(예; In2O3), 크롬 산화물(예; CrO3 또는 Cr2O3), 안티몬 산화물(예; Sb2O3 또는 Sb2O5), 티타늄 산화물(예; TiO2), 니켈 산화물(예;NiO), 구리 산화물(예; CuO 또는 Cu2O), 바나듐 산화물(예; V2O3 또는 V2O5), 코발트 산화물(예; CoO), 철 산화물(예; Fe2O3 또는 Fe3O4), 니오븀 산화물(예; Nb2O5), 인듐 주석 산화물(예; Indium Tin Oxide, ITO), 아연 산화물(예; Indium Zinc Oxide, IZO), 알루미늄 도핑된 아연 산화물(예; Aluminium doped Zinc Oxide, ZAO), 알루미늄 도핑된 주석 산화물(예; Aluminum Tin Oxide, TAO) 및 안티몬 주석 산화물(예; Antimony Tin Oxide, ATO) 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1을 참조하면, 배향부(130)는 액정부(120)의 액정(120a)을 초기 상태에서 호메오트로픽 상(homeotropic state)으로 배열시키기 위한 부재이다. 본 명세서에서 호메오트로픽 상은 액정(120a)이 전극부(110)에 대해 수직한 방향으로 배열되어 있는 것을 말한다. 즉, 호메오트로픽 상은 액정(120a)의 장축(120L)이 전극부(110)에 대해 수직하고 단축(120S)이 전극부(110)에 대해 수평하게 배열되어 있는 것을 말한다.
배향부(130)는 액정부(120)의 상부 및 하부에 위치할 수 있다. 구체적으로, 배향부(130)는 제1 전극부(111)와 액정부(120) 사이에 위치하는 제1 배향부재(131) 및 제2 전극부(112)와 액정부(120) 사이에 위치하는 제2 배향부재(132)를 포함한다. 배향부(130)를 구성하는 제1 배향부재(131) 및 제2 배향부재(132)는 수직배향물질로 이루어진다. 보다 구체적으로 배향부(130)는 폴리이미드(polyimide) 계열, 포스파티딜콜린(phosphatidylcholine, PPC) 계열 중 어느 하나로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이외에도 배향부(130)는 수직배향물질인 HTAB(hexadecyltrimethylammonium Bromide) 혹은 CTAB(cetyl trimethyl ammonium bromide)를 이소프로필알코올(isopropyl alchol, IPA)과 같은 솔벤트(solvent)에 섞어서 제1 전극부(111) 및 제2 전극부(112)에 코팅 후 솔벤트를 증발시킴으로써 형성될 수도 있다.
도 1에서는 배향부(130)가 액정부(120)의 상부 및 하부 모두에 위치하는 것으로 도시되었으나, 배향부(130)는 액정부(120)의 상부 및 하부 중 어느 하나에만 위치할 수도 있다.
액정부(120)는 제1 전극부(111)와 제2 전극부(112) 사이에 위치한다. 구체적으로, 도 1을 참조하면 액정부(120)는 제1 배향부재(131)와 제2 배향부재(132) 사이에 배치된다.
액정부(120)는 액정(120a), 격벽(140) 및 그물막(150)을 포함한다. 액정(120a)은 네거티브 액정 또는 DFLC(dual frequency liquid crystal) 중 어느 하나일 수 있다. 액정(120a)의 종류에 따른 광 제어 장치(100)의 구동 방법에 대해서는 후술한다.
몇몇 실시예에서, 액정부(120)에 제1 폴리머(141)와 제2 폴리머(142)를 형성하기 위한 모노머들이 남아 있을 수도 있다. 이에 대한 상세한 설명은 격벽(140)과 함께 후술한다.
도 1에 도시된 바와 같이 광 제어 장치(100)의 내부에 격벽(wall; 140)이 배치된다. 구체적으로, 제1 전극부(111)와 제2 전극부(112) 사이에 격벽(140)이 배치된다. 광 제어 장치(100) 내부에서의 격벽(140)의 위치는 자유롭게 변경 가능하다.
격벽(140)은 제1 폴리머(141)와 제2 폴리머(142)를 포함한다. 제1 폴리머(141)와 제2 폴리머(142)는 빛을 통과시킬 수 있는 투명한 재질로 이루어지는 서로 다른 모노머(monomer)에 의해 형성된다.
이때 예를 들어, 제1 폴리머(141)를 형성하기 위한 모노머는 RM(Reactive Mesogen) 계열의 광경화성 모노머이고, 제2 폴리머(142)를 형성하기 위한 모노머는 Bisphenol A Dimethacrylate 계열의 광경화성 모노머이다. 예를 들어, 제1 폴리머(141)와 제2 폴리머(142)는 서로 다른 모노머의 UV 경화에 의해 폴리머화시키는 방식으로 형성될 수 있고, 제1 폴리머(141)와 제2 폴리머(142)를 형성하기 위한 모노머는 350 내지 380 nm의 파장대에서 경화되는 모노머일 수 있다. 다만, 제1 폴리머(141)와 제2 폴리머(142)를 형성하기 위한 모노머들을 경화시키기 위한 광의 파장대는 기판(111a, 112a)을 구성하는 물질에 따라 상이하게 결정될 수 있다. 이하에서는, 제1 폴리머(141)가 제1 모노머로부터 폴리머화된 폴리머이고, 제2 폴리머(142)가 제2 모노머로부터 폴리머화된 폴리머인 것으로 가정한다.
제1 폴리머(141)는 액정(120a)과 유사한 형상을 갖는 폴리머로서, 액정(120a)과 유사한 형상을 갖는 제1 모노머로부터 형성될 수 있다. 제1 모노머가 폴리머화된 제1 폴리머(141)는 액정(120a)과 유사한 형상을 가짐에 따라, UV 경화 시에 배향부재(130)가 액정(120a)을 호메오트로픽 상(homeotropic state) 으로 배열시키는 것을 도울 수 있다. 즉, 제1 모노머 및 제1 모노머가 폴리머화된 제1 폴리머(141)는 액정(120a)과 동일 형상을 가져, UV 경화 시에 액정(120a)의 수직 배열을 향상시킬 수 있다.
제2 폴리머(142)는 액정(120a)과 상이한 형상을 갖는 폴리머로서, 액정(120a)과 상이한 형상을 갖는 제2 모노머로부터 형성될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제2 폴리머(142)는 무질서한 형상을 갖는 폴리머로서, 다양한 형상을 갖는 제2 모노머로부터 형성될 수도 있다. 제2 폴리머(142)가 무질서한 형상을 가짐에 따라, 광 제어 장치(100) 차광 모드 시에 액정(120a)이 하나의 방향으로 배열되지 않고, 무질서하게 배열되는 것을 도울 수 있다. 즉, 제2 모노머가 폴리머화된 제2 폴리머(142)가 다양한 형상을 가지므로, 광 제어 장치(100)의 차광 모드 시에 액정(120a)이 다양한 방향으로 누울 수 있고, 이에 따라 액정(120a)에 의한 빛의 산란이 증가될 수 있다.
서로 다른 모노머에 의해 형성된 제1 폴리머(141) 및 제2 폴리머(142)를 포함하는 격벽(140)은 외부로부터 가해지는 힘으로부터 액정부(120)의 내부를 보호할 수 있다. 따라서, 상술한 바와 같은 격벽(140)을 포함하는 광 제어 장치(100)는 플렉서블(flexible)한 투명 표시 장치에 적용이 가능하다. 또한 격벽(140)은 액정부(120)의 셀 갭(h)을 유지할 수 있고 외부로부터 광 제어 장치(100)에 힘이 가해짐에 따라 제1 전극부(111)와 제2 전극부(112)가 맞닿아 단선(short, 쇼트)이 발생되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 격벽(140)은 광 제어 장치(100) 내부의 공간을 구분하여 액정부(120)의 내부를 블록(block)화 할 수 있으며, 격벽에 의해 정의되는 각각의 공간마다 액정(120a)을 형성하는 방식으로 액정부(120)를 형성할 수도 있다.
제1 폴리머(141)를 형성하기 위한 제1 모노머를 경화시키기 위해 사용되는 광의 파장대와 제2 폴리머(142)를 형성하기 위한 제2 모노머를 경화시키기 위해 사용되는 광의 파장대가 동일하므로, 격벽(140) 내에서의 제1 폴리머(141)와 제2 폴리머(142)의 비율은 실질적으로 동일할 수 있다. 즉, 1 폴리머(141)를 형성하기 위한 제1 모노머와 제2 폴리머(142)를 형성하기 위한 제2 모노머가 동일한 파장대의 광에 반응하므로, 동일 공정 내에서 경화되는 제1 폴리머(141)의 양과 제2 폴리머(142)의 양은 실질적으로 동일할 수 있고, 이에 따라 격벽(140) 내에서의 제1 폴리머(141)와 제2 폴리머(142)의 비율은 실질적으로 동일할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 격벽(140) 및 액정부(120)에 제1 폴리머(141)와 제2 폴리머(142)를 형성하기 위한 모노머들이 남아 있을 수도 있다. 최종 제품에 모노머들이 남아 있는 경우 시간이 지남에 따라 해당 모노머들이 폴리머가 되어 광 제어 장치(100)의 특성이 달라질 수도 있으므로, 모노머들을 모두 폴리머로 경화시킬 수도 있다. 다만, 제조 공정 상 여러가지 요소들에 의해 격벽(140) 및 액정부(120)에 제1 폴리머(141)와 제2 폴리머(142)를 형성하기 위한 모노머들이 남아 있을 수도 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 광 제어 장치(100)의 내부에 그물막(150)이 배치된다. 구체적으로, 제1 전극부(111)와 제2 전극부(112) 사이에 그물막(150)이 배치된다. 광 제어 장치(100) 내부에서의 그물막(150)의 위치는 자유롭게 변경 가능하다. 그물막(150)은 액정부(120)의 내부에서 그물 형상으로 분포된다. 이에 따라, 액정부(120)에 전압이 인가되어 액정부(120)의 액정(120a)의 상이 변화할 때 그물막(150) 주변에 있는 액정(120a)은 플래너 상(planar state)으로 되는 대신 임의의 틸트 각을 가지며 변한다. 여기서 플래너 상(planar state)은 액정(120a)의 단축(120S)이 전극부(110)에 대해 수직하고 장축(120L)이 전극부(110)에 대해 수평하게 배열되어 있는 것을 말한다. 액정부(120)에 전압이 인가됨에 따라 액정(120a)의 상이 변화하는 것에 대해서는 도 2를 참조하여 후술한다.
그물막(150)은 앞서 설명한 격벽(140)과 동일하게 2개의 폴리머를 포함하고, 2개의 폴리머 각각은 제1 폴리머(141) 및 제2 폴리머(142)와 동일한 물질로 이루어질 수 있다. 즉, 그물막(150)을 구성하는 2개의 폴리머는 빛을 통과시킬 수 있는 투명한 재질로 이루어지는 서로 다른 모노머에 의해 형성된다. 예를 들어, 이때 제1 폴리머(141)를 형성하기 위한 모노머는 RM(Reactive Mesogen) 계열의 광경화성 모노머이고, 제2 폴리머(142)를 형성하기 위한 모노머는 Bisphenol A Dimethacrylate 계열의 광경화성 모노머이다. 여기서 RM(Reactive Mesogen) 계열은 봉상(rod like) 형상의 액정 상을 갖는 물질일 수 있다. RM(Reactive Mesogen) 계열은 그 말단기가 자외선(UV) 또는 열에 의하여 중합이 가능할 수 있다. UV에 의해 중합이 가능한 말단기는 아크릴레이트(acrylate), 에틸렌(ethylene), 아세틸렌(acetylene), 스티렌(stylene) 중 어느 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 그리고, 열에 의해 중합이 가능한 말단기는 옥세탄(oxetane) 또는 에폭시(epoxy) 중 어느 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
그물막(150)이 제1 폴리머(141) 및 제2 폴리머(142)와 동일한 폴리머로 구성됨에 따라, 그물막(150)에 포함된 2개의 폴리머 중 제1 폴리머(141)는 UV 경화시에 액정(120a)을 호메오트로픽 상으로 배열시키는 것을 도울 수 있고, 제2 폴리머(142)는 광 제어 장치(100) 구동 시에 액정(120a)이 특정 방향으로 배열되지 않고, 무질서하게 배열되는 것을 도울 수 있다. 또한 제1 폴리머(141)를 형성하기 위한 모노머와 제2 폴리머(142)를 형성하기 위한 모노머를 경화시키기 위한 광의 파장대가 동일하므로, 그물막(150) 내에서의 제1 폴리머(141)와 제2 폴리머(142)의 비율은 실질적으로 동일할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 격벽(140)과 동일하게 그물막(150)에 제1 폴리머(141)와 제2 폴리머(142)를 형성하기 위한 모노머들이 남아 있을 수도 있다.
도 1에 도시되지는 않았으나 스페이서가 제1 전극부(111)와 제2 전극부(112) 사이에 배치될 수 있다. 구체적으로, 스페이서는 제1 전극부(110), 제2 전극부(120) 또는 제1 전극부(110) 및 제2 전극부(120) 모두에 배치될 수 있다. 스페이서는 볼(ball) 형상일 수도 있고, 길쭉한 모양일 수도 있으나, 스페이서의 형상이 이에 제한되는 것은 아니다. 스페이서는 액정부 내에 분산되어 액정부(120)의 셀 갭(h)을 결정하는 동시에 셀 갭을 지지할 수 있다. 스페이서는 실리카(silica, SiO2) 계열로 이루어질 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면 광 제어 장치(100)의 제조 공정에 있어서, 제1 전극부(111)와 제2 전극부(112)를 합착한 후 액정부(120)를 형성하기 위한 액정(120a)을 제1 전극부(111)와 제2 전극부(112)의 사이에 주입하게 되는데 이 때 엑정부(120)의 셀 갭을 유지하기 위하여 제1 전극부(111)와 제2 전극부(112) 사이에 스페이서를 위치시킨 후 제1 전극부(111)와 제2 전극부(112)를 서로 합착한다. 이때 스페이서의 크기(높이) 및 개수에 의해서 광 제어 장치(100)의 셀 갭(h)이 결정되는 동시에 앞서 설명한 격벽(140)의 높이도 함께 결정된다.
이하에서는, 도 1 및 도 2를 참조로 광 제어 장치(100)의 투명 모드 및 차광 모드의 구동 방식을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 1에 도시한 바와 같이, 광 제어 장치(100)의 초기 상태(normally)에서의 액정부(120)의 액정(120a)의 상(state)은 호메오트로픽 상이기 때문에 광 제어 장치(100)는 외부로부터 들어오는 빛을 통과시키는 투명 모드로 구현된다. 여기서, 초기 상태는 광 제어 장치(100)를 구성하는 액정부(120)에 전압이 인가되지 않은 상태로서, 전극부(110)를 구성하는 제1 전극부(111) 및 제2 전극부(112)에 전압이 인가되지 않는 상태이다.
보다 구체적으로 광 제어 장치(100)의 제조 공정 시 배향부(130) 및 격벽(140)과 그물막(150)에 포함된 제1 폴리머(141)에 의해 액정부(120)의 액정(120a)은 이미 호메오트로픽 상으로 배열되어 있다. 따라서, 초기 상태에서는 외부로부터 들어오는 빛은 액정부(120)를 그대로 통과하게 되어 광 제어 장치(100)는 투명 모드가 된다.
다시 말하면 액정부(120)의 액정(120a)은 격벽(140)과 그물막(150)에 포함된 제1 폴리머(141) 및 배향부(130)에 의해 호메오트로픽 상인 상태로 경화되기 때문에, 액정부(120)의 액정(120a)은 초기 상태에서는 호메오트로픽 상을 유지할 수 있다. 따라서, 광 제어 장치(100)는 초기 상태에서는 외부로부터 들어온 빛을 통과시키는 상을 갖기 때문에, 초기 상태에서 투명 모드를 구현할 수 있으므로, 광 제어 장치(100)의 소비 전력이 감소될 수 있다.
이후 도 2에 도시한 바와 같이, 광 제어 장치(100)의 제1 및 제2 전극부(111, 112)에 전압을 공급하여 액정부(120)에 전압을 인가하면, 액정부(120)의 액정(120a)은 호메오트로픽 상(homeotropic state)에서 플래너 상을 포함하는 무질서한 상(random state)으로 변한다. 플래너 상을 포함하는 무질서한 상이란, 액정부(120)에 전압이 인가되어 액정(120a)의 상이 변하게 되는 경우 대다수의 액정(120a)은 플래너 상으로 변하지만 그물막(150)에 인접한 액정(120a)은 그물막(150)에 포함된 폴리머들에 의해 임의의(random) 틸트 각(tilt angle)을 가지는 상인 것을 말한다. 또한, 임의의 틸트 각이란 미리 정해지지 않고 무작위로 각이 결정된 것을 의미한다.
구체적으로, 액정(120a)이 네거티브 액정일 경우, 액정(120a)의 단축(120S)이 전계 방향에 대해 움직이므로, 제1 전극부(111)와 제2 전극부(112)에 전압을 공급하여 수직 전계를 형성하여 액정(120a)이 호메오트로픽 상에서 플래너 상을 포함하는 무질서한 상으로 변화할 수 있다. 여기서, 제1 전극부(111)와 제2 전극부(112)에 인가되는 전압의 차이는 5V 이상이지만 이에 제한되는 것은 아니다.
그리고 액정(120a)이 주파수를 이용하여 상이 전환되는 DFLC일 경우, 제1 전극부(111)와 제2 전극부(112)에는 일정한 주파수를 가지는 전압을 인가하면 되는데, 예를 들어, 10KHz 내지 1MHz를 가지는 임의의 전압을 공급하여 액정(120a)이 호메오트로픽 상에서 플래너 상을 포함하는 무질서한 상으로 변화할 수 있다. 다만, 주파수가 본 발명의 내용을 제한하는 것은 아니다.
상술한 바와 같이 제1 전극부(111) 및 제2 전극부(112)에 전압을 인가하여 액정부(120)의 액정(120a)의 상 변화가 이루어지는 경우, 대다수의 액정(120a)은 호메오트로픽 상에서 플레너 상으로 바뀌게 되는데 그물막(150)에 인접한 액정(120a)은 플래너 상으로 변하는 대신 임의의(random) 틸트 각(tilt angle)을 가지며 배열된다. 즉, 그물막(150)은 무질서한 형상을 갖는 제2 폴리머를 포함하므로, 차광 모드에서 그물막(150)에 포함된 제2 폴리머에 의해 그물막(150)에 인접한 액정(120a)은 임의의(random) 틸트 각(tilt angle)을 가지며 무질서하게 된다. 따라서, 차광 모드 에서 액정부(120)에서는 플래너 상을 가지는 액정(120a)에 의해서도 빛이 산란이 되지만 임의의(random) 틸트 각(tilt angle)을 가지고 무질서하게 배열된 액정(120a)에 의해서도 빛이 산란된다. 따라서, 액정부(120)의 액정(120a)은 호메오트로픽 상에서 플래너 상을 포함하는 무질서한 상을 가지게 되어 빛을 산란하게 된다. 한편, 격벽(140)도 제2 폴리머(142)를 포함하므로, 격벽(140)에 인접한 액정(120a)도 임의의(random) 틸트 각(tilt angle)을 가지며 무질서하게 배열될 수 있다. 다만, 격벽(140)은 그물막(150)에 비해 상대적으로 표면적이 매우 넓으므로, 격벽(140)에 인접한 액정(120a)은 그물막(150)에 인접한 액정(120a)보다 상대적으로 덜 틸트될 수 있다.
따라서, 차광 모드에서 외부로부터 액정부(120)로 빛이 들어오면 액정부(120)의 액정(120a)은 무질서한 상을 유지하고 있기 때문에 액정부(120) 내부에서는 빛의 산란이 일어난다.
이와 같은 과정에 의해, 액정부(120)가 차광 모드로 구동할 경우 우유 빛깔의 불투명한 상태, 예를 들어 불투명한 흰색 또는 회색 계열의 색을 표시하게 됨으로써 결과적으로는 광 제어 장치(100)의 뒷 배경을 보이지 않게 할 수 있다.
광 제어 장치(100)가 차광 모드에서 다시 도 1에 도시된 바와 같은 투명 모드로 전환하는 방법은 다음과 같다. 먼저 액정부(120)의 액정(120a)이 네거티브 액정일 경우, 광 제어 장치(100)의 제1 전극부(111) 및 제2 전극부(112)에 공급한 전압을 차단하면, 액정부(120)의 액정(120a)은 무질서한 상에서 호메오트로픽 상으로 상 전이되므로, 광 제어 장치(100)는 투명 모드로 전환된다.
또한 액정부(120)가 DFLC일 경우, 광 제어 장치(100)의 제1 전극부(111) 및 제2 전극부(112)에 공급한 전압을 차단하거나 일정한 주파수를 가지는 전압을 공급하면, 액정부(120)의 액정(120a)은 무질서한 상에서 호메오트로픽 상으로 상 전이되므로, 광 제어 장치(100)는 투명 모드로 전환된다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 광 제어 장치(100)는 제1 전극부(111) 및 제2 전극부(112)에 전압이 인가되지 않는 초기 상태에서는 투명 모드를 유지할 수 있으며, 제1 전극부(111) 및 제2 전극부(112)에 전압이 인가되면 차광 모드를 유지할 수 있다. 이에 따라서 광 제어 장치(100)는 평상시에는 투명 모드를 유지하면서 필요에 따라서 차광 모드를 유지할 수 있으므로, 광 제어 장치(100)의 소비전력이 감소하게 되고 광 제어 장치(100)는 공공 시설의 유리창 또는 스마트 윈도우로 사용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 제어 장치의 단면도이다. 본 실시예를 설명함에 있어 이전 실시예와 동일 또는 대응되는 구성요소에 대한 설명은 생략하기로 한다. 이하, 이를 참조하여 본 실시예에 따른 광 제어 장치(200)에 대해 설명하기로 한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 광 제어 장치(200)는 전극부(210), 액정부(220), 배향부(230), 격벽(240), 그물막(250), 스페이서 및 발색부재(270)를 포함한다. 보다 구체적으로, 본 실시예의 광 제어 장치(200)를 구성하는 전극부(210), 액정부(220), 배향부(230), 격벽(240), 그물막(250) 및 스페이서는 도 1 및 도 2를 참조로 설명한 광 제어 장치(100)를 구성하는 전극부(110), 액정부(120), 배향부(130), 격벽(140), 그물막(150) 및 스페이서와 동일하다. 따라서 앞서 도 1 및 도 2를 참조로 이미 설명한 중복되는 구성요소에 대한 설명은 생략하기로 한다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 광 제어 장치(200)는 액정부(220)의 내부에 위치하는 발색부재(270)를 더 포함한다.
보다 구체적으로 발색부재(270)는 블랙(black), 레드(red), 그린(green), 블루(blue), 옐로우(yellow) 중 어느 하나의 색을 가지거나 또는 이들의 혼합으로 이루어지는 색을 가지는 염료(dye)로 이루어질 수 있다.
먼저, 발색부재(270)가 블랙(black) 계열의 염료(dye)로 이루어지고 광 제어 장치(200)가 차광 모드로 동작하는 경우, 액정부(220)의 액정(220a)과 그물막(250)에 의해 산란된 빛은 최종적으로는 발색부재(270)에 의해 흡수된다. 이로써 광 제어 장치(200)는 블랙(black)을 나타내는 차광 모드로 동작하여 블랙의 상태를 유지할 수 있다.
또한 광 제어 장치(200)가 투명 표시 패널에 결합되는 경우 패널의 구동 시 사용자에게 높은 영상 시인성을 제공하기 위해 광 제어 장치(200)가 블랙을 표시할 수 있는 차광 모드로 동작해야 하는데, 이러한 경우 발색부재(270)는 블랙의 색을 가질 수 있다.
그리고 앞서 설명한 바에 따라 발색부재(270)가 레드(red), 그린(green), 블루(blue), 옐로우(yellow) 중 어느 하나의 색을 가지거나 또는 이들의 혼합으로 이루어지는 색을 가지는 염료인 경우, 차광 모드 시 광 제어 장치(200)는 발색부재(270)의 색을 표시할 수 있다. 이로써 본 실시예에 따른 광 제어 장치(200)는 차광 모드로 구현 시 블랙 계열의 색이 아닌 다양한 색을 표현하면서 뒷 배경을 차광할 수 있다. 이에 따라 본 발명의 실시예에 따른 광 제어 장치(200)는 차광 모드 구현 시 다양한 색을 제공할 수 있기 때문에 사용자에게 심미적 효과를 제공할 수 있다. 예를 들어 광 제어 장치(200)가 공공장소에 사용되는 경우, 광 제어 장치(200)는 투명 모드 및 차광 모드가 필요한 스마트 윈도우 또는 퍼블릭 윈도우(public window)에 적용될 수 있고, 시간 또는 장소에 따라 다양한 색을 표현하면서 차광할 수 있다.
그리고 발색부재(270)는 액정(220a)의 방향에 영향을 받아 배열이 변화된다. 즉 초기 상태의 발색부재(270)는 액정부(220)의 액정(220a)을 따라서 제1 전극부(211) 또는 제2 전극부(212)에 대해 수직이기 때문에 발색부재(270)의 장축(270L)이 길고 단축(270S)이 짧을수록 투명 모드 구현시 높은 투과율을 유지할 수 있으며 차광 모드 구현시 높은 차광율을 유지할 수 있다.
보다 구체적으로 도 3을 참조하면, 전압이 인가되지 않은 초기 상태에서 액정(220a)은 제1 전극부(211) 또는 제2 전극부(212)에 대해 수직하기 때문에 발색부재(270) 역시 제1 전극부(211) 또는 제2 전극부(212)에 대해 수직인 호메오트로픽 상이 된다. 이에 따라서 액정부(220)에 전압이 인가되지 않은 초기 상태에서는 빛은 발색부재(270)의 장축(270L)보다 상대적으로 길이가 짧은 단축(270S)에 닿게 되기 때문에, 액정부(220)에서 빛이 흡수(absorption)되는 양은 매우 작고 대다수의 빛은 액정부(220)를 통과하기 때문에 광 제어 장치(200)는 투명한 상태를 유지하는 투명 모드로 구현될 수 있다.
즉 액정부(220)에 전압이 인가되지 않은 상태에서는 액정부(220)의 액정(220a)은 빛을 통과시고 이때 빛이 발색부재(270)에 닿는 영역은 아주 미비하기 때문에 광 제어 장치(200)는 투명 모드를 유지할 수 있게 된다.
그리고 광 제어 장치(200)가 차광 모드로 구현하는 경우, 발색부재(270)는 전계의 영향을 받는 주변에 있는 액정(220a)이 눕는 방향(즉 액정(220a)의 배열 방향)을 따라 눕는다. 발색부재(270)의 배열방향이 변하는 것은 액정(220a)은 액체 상태이고 발색부재(270)는 고체이거나 또는 고체에 가까운 상태이기 때문에 액체가 흐르는 방향(즉 액정(220a)의 상이 변하는 방향)으로 고체인 발색부재(270)의 배열이 변하게 되는 원리에 따른 것이다. 즉 도 2에 도시된 바와 같은 전압이 인가된 상태에서의 액정(220a)은 플래너 상을 포함하는 임의의(random) 틸트 각(tilt angle)을 가지고 무질서한 배열을 하기 때문에 발색부재(270)는 주변에 있는 액정(220a)의 영향을 받아 플래너 상이 되거나 무질서한 배열을 하게 된다. 예를 들어, 액정(220a)이 X 방향으로 누우면 근처에 있는 발색부재(270)는 액정(220a)을 따라 X 방향으로 눕게 되고, 발색부재(270)의 장축(270L)은 제1 및 제2 전극부(211, 212)와 평행하게 놓이게 된다. 또한 액정(220a)이 Y 방향으로 누우면 근처에 있는 발색부재(270)는 액정(220a)을 따라 Y 방향으로 눕게 되고, 발색부재(270)의 장축(270L)은 제1 및 제2 전극부(211, 212)와 평행하게 놓이게 된다. 그리고 그물막(250) 근처에 있는 발색부재(270)는 그물막(250) 근처에 있는 액정(220a)과 동일하게 임의의(random) 틸트 각(tilt angle)을 가지고 무질서한 배열이 될 수 있다. 즉 액정부(220)에 전계가 형성되어 액정부(220)의 액정(220a)의 상이 변화할 때 그물막(250) 주변에 있는 발색부재(270)는 플래너 상으로 되는 대신 임의의(random) 틸트 각(tilt angle)을 가지고 무질서하게 변한다. 이에 따라서 액정(220a)과 그물막(250)에 의해 산란된 빛은 발색부재(270)의 단축(270S)보다 상대적으로 길이가 긴 발색부재(270)의 장축(270L)에 닿게 되는데 이때 빛이 발색부재(270)에 닿는 영역은 상당히 많기 때문에 대부분의 빛은 발색부재(270)에 흡수된다. 이에 따라서 광 제어 장치(200)는 발색부재(270)가 가지는 색을 표현하면서 차광 상태를 유지하는 차광 모드로 구현될 수 있다.
액정부(220)에는 격벽(240)이 형성되어 있기 때문에 액정부(220)의 내부 다시 말하면 액정(220a)과 함께 섞여 있는 발색부재(270)가 특정 영역으로 쏠리는 것이 방지될 수 있다. 보다 구체적으로 액정부(220)의 내부는 격벽(240)에 의해 여러 구획(또는 영역)으로 나뉘게 되며 각 구획에 위치하는 발색부재(270)는 다른 구획으로 이동할 수 없게 된다. 만약 액정부(220) 내에 격벽(240)이 없다면 외부의 압력 또는 광 제어 장치(200)의 구현 상태에 따라서 발색부재(270)는 액정부(220)의 내부에서 이동할 수도 있다. 이에 따라서 발색부재(270)가 액정부(220) 내에 전체적으로 고르게 분포하지 못한 상황에서 광 제어 장치(200)가 차광 모드로 구현될 경우 일부 영역에서는 빛이 새는 문제점이 발생할 수 있다. 하지만 본 실시예의 광 제어 장치(200)와 같이 액정부(220) 내에 격벽(240)이 배치되고 격벽(240)에 의해 형성된 구획 안에 발색부재(270)가 위치하는 구조에서는 발색부재(270)의 이동이 매우 제한적이기 때문에 광 제어 장치(200)는 전체적으로 고르게 차광 모드로 구현할 수 있으므로 광 제어 장치(200)의 차광 모드에서 차광율을 높일 수 있다.
발색부재(270)의 중량비는 광 제어 장치(200)가 적용되는 표시 장치의 종류에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 광 제어 장치(200)가 실내에 배치되는 투명 표시 장치인 경우, 광 제어 장치(200)가 투명 모드에서 높은 투과율을 갖는 것이 중요하므로, 발색부재(270)의 중량비는 상대적으로 작은 것이 바람직하다. 또한, 광 제어 장치(200)가 실외에 배치되는 투명 표시 장치인 경우, 광 제어 장치(200)가 차광 모드에서 높은 차광율을 갖는 것이 중요하므로, 발색부재(270)의 중량비는 상대적으로 큰 것이 바람직하다. 몇몇 실시예에서, 발색부재(270)의 중량비는 1wt%일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광 제어 장치의 단면도이다. 본 실시예를 설명함에 있어 이전 실시예와 동일 또는 대응되는 구성요소에 대한 설명은 생략하기로 한다. 이하, 이를 참조하여 본 실시예에 따른 광 제어 장치에 대해 설명하기로 한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 광 제어 장치(300)는 전극부(310), 액정부(320), 배향부(330), 격벽(340), 그물막(350), 스페이서, 발색부재(370) 및 굴절률 매칭층(380)을 포함한다. 보다 구체적으로, 본 실시예의 광 제어 장치(300)를 구성하는 전극부(310), 액정부(320), 배향부(330), 격벽(340), 그물막(350) 및 스페이서는 도 1 및 도 2를 참조로 설명한 광 제어 장치(100)를 구성하는 전극부(110), 액정부(120), 배향부(130), 격벽(140), 그물막(150) 및 스페이서와 동일하다. 또한 광 제어 장치(300)를 구성하는 발색부재(370)는 도 3을 참조로 설명한 발색부재(270)와 동일하다. 따라서 앞서 도 1 내지 도 3을 참조로 이미 설명한 중복되는 구성요소에 대한 설명은 생략하기로 한다.
도 4를 참조하면, 광 제어 장치(300)는 굴절률 매칭층(380)을 더 포함한다. 도 4에 도시된 바와 같이 굴절률 매칭층(380)은 전극부(310)의 내부에 위치한다. 보다 구체적으로 굴절률 매칭층(380)은 는 제1 전극부(311)의 내부인 기판(311a)과 전극(311b) 사이 및 제2 전극부(312)의 내부인 기판(312a)과 전극(312b) 사이에 위치한다.
이외에도 전극부(310)와 배향부(330)의 사이에 굴절률 매칭층(380)이 위치할 수도 있다. 예를 들어 제1 전극부(311)를 구성하는 전극(311b)과 배향부(330)를 구성하는 제1 배향부재(331) 사이에 굴절률 매칭층(380)이 위치할 수도 있고, 제2 전극부(312)를 구성하는 전극(312b)과 배향부(330)를 구성하는 제2 배향부재(332) 사이에 굴절률 매칭층(380)이 위치할 수도 있다.
또한, 배향부(330)와 액정부(320) 사이에도 굴절률 매칭층(380)이 위치할 수 있는데, 보다 구체적으로 액정부(320)와 제1 배향부재(331)의 사이 및/또는 액정부(320)와 제2 배향부재(332) 사이에 굴절률 매칭층(380)이 위치할 수 있다.
즉 굴절률 매칭층(380)은 광 제어 장치(300)를 구성하는 구성요소 중 굴절률의 차이가 있는 구성요소들 사이에 위치하여, 외부에서 들어오는 빛은 최대한 손실 없이 광 제어 장치(300)의 내부를 통과할 수 있다.
굴절률 매칭층(380)은 폴리머, 광학용 투명 접착제 중 하나인 OCA(optical clear adhesive), 열 또는 UV 경화가 가능한 유기고분자화합물질과 같은 유기화합물 점착제 중 어느 하나로 이루어질 수 있으며 1.3 내지 1.9의 굴절률을 가진다. 본 발명의 광 제어 장치(300)를 구성하는 제1 전극부(311) 및 제2 전극부(312)는 1.6 내지 1.8 범위 내의 굴절률을 가질 수 있고 액정부(320)의 액정(320a)은 1.3 내지 1.6 범위 내의 굴절률을 가질 수 있다. 예를 들어 기판(311a, 312a)은 대략 1.6의 굴절률을 가지고 전극(311b, 312b)은 대략 1.8 정도의 굴절률을 가질 수 있다. 배향부(330)는 일반적으로 액정부(320)의 액정(320a)의 굴절률에 맞춰 동일하게 구성될 수 있다.
이와 같이 광 제어 장치(300)를 구성하는 각 구성요소 마다 굴절률의 차이가 발생할 수 있는데 굴절률 매칭층(380)을 적용하면 굴절률 차이를 보정할 수 있다. 즉 굴절률 매칭층(380)이 제1 전극부(311) 내부에서의 굴절률 차이 및 제2 전극부(312) 내부에서의 굴절률 차이를 상쇄시킴으로써 외부에서 들어오는 빛은 최대한 손실 없이 광 제어 장치(300)의 내부를 통과할 수 있다.
따라서, 광 제어 장치(300)가 투명 모드로 하여 투명 상태를 유지하는 동안 사용자에게 보다 향상된 투과율을 제공할 수 있다. 또한 광 제어 장치(300)가 차광 모드로 하여 차광 상태를 유지하는 동안 사용자에게 보다 향상된 차광율을 제공할 수 있다.
이하에서는 광 제어 장치(300)가 투명 모드로 동작하는 경우를 그 예로 설명한다.
먼저 액정부(320)의 액정(320a)에 전압이 인가되지 않은 상태에서 제1 전극부(311)의 기판(311a)을 통과한 빛이 전극(311b)으로 입사할 때 기판(311a)과 전극(311b) 간의 굴절률 차이로 인하여 빛은 기판(311a) 방향으로 산란될 수 있다. 또한, 빛이 제1 배향부재(331)를 통과하여 액정부(320)로 입사할 때 굴절률 차이로 인하여 빛은 제1 전극부(311) 방향으로 산란될 수 있다. 또한, 액정부(320)와 배향부(330)를 통과한 빛이 제2 전극부(312)을 통과할 때 전극(312b)과 기판(312a)의 굴절률 차이로 인하여 또 다시 빛은 액정부(320) 방향으로 산란될 수 있다. 이와 같이 광 제어 장치(300)가 투명 모드로 할 경우 각 구성요소들의 굴절률 차이로 인해 빛의 산란이 일어나게 되어 일부 빛이 광 제어 장치(300)를 통과하지 못하게 되어 광 제어 장치(300)의 투과율이 떨어질 수 있다.
반면 각 구성요소들의 굴절률 차이를 고려하여 광 제어 장치(300) 내부에 굴절률 매칭층(380)을 배치하게 되면 광 제어 장치(300)가 투명 모드로 동작하는 동안 빛이 광 제어 장치(300)를 통과할 때 산란이 일어나지 않게 된다. 즉 굴절률 매칭층(380)에 의해 기판(311a, 312a)과 전극(311b, 312b) 간의 굴절률 차이, 전극부(310)과 배향부(330) 간의 굴절률 차이, 액정부(320)와 배향부(330) 간의 굴절률 차이가 줄어들 수 있다. 따라서 광 제어 장치(300)가 투명 모드로 동작하는 동안에는, 외부로부터 입사한 빛은 최대한 손실 없이 그대로 광 제어 장치(300) 내부를 통과할 수 있기 때문에 사용자에게 높은 투과율을 제공할 수 있다.
또한 광 제어 장치(300)가 차광 모드로 할 경우에도 각각의 구성요소 간의 굴절률 차이로 인하여 차광에 필요한 산란이 아닌 불필요한 산란이 발생하여 산란율(light scattering rate) 및 차광율(shielding rate)이 떨어질 수 있다. 반면 각 구성요소들의 굴절률 차이를 고려하여 광 제어 장치(300) 내부에 굴절률 매칭층(380)을 배치하게 되면 광 제어 장치(300)가 차광 모드로 동작하는 동안, 산란된 빛은 최대한 손실 없이 그대로 액정부(320) 방향으로 이동하여 대부분의 빛이 발색부재(370)에 닿게 되기 때문에 사용자에게 높은 차광율을 제공할 수 있다.
또한 앞서 언급한 바와 같이 굴절률 매칭층(380)은 폴리머, 광학용 투명 접착제 중 하나인 OCA(optical clear adhesive), 열 또는 UV 경화가 가능한 유기고분자화합물질과 같은 유기화합물 점착제 중 어느 하나로 이루어질 수 있기 때문에 광 제어 장치(300) 내부에서 발생할 수 있는 단선(short, 쇼트)을 예방할 수 있다. 보다 구체적으로 또한 광 제어 장치(300) 제조공정 도중 미세한 이물질이 액정부(320)의 액정(320a)과 함께 섞일 가능성이 있다. 이물질은 제1 전극부(311)의 전극(311a)과 제2 전극부(312)의 전극(312a)의 전기적 연결을 가능하게 하는 전도체의 역할을 하게 되어, 광 제어 장치(300) 내부에서는 전극(311a)과 전극(312a)이 단선되는 문제가 발생할 수 있다.
그러나 본 발명의 실시예에 따른 굴절률 매칭층(380)은 앞서 언급한 바와 같은 재질로 이루어지기 때문에 절연체(insulator) 역할을 할 수 있다. 따라서 굴절률 매칭층(380)은 광 제어 장치(300) 내부에서 단선이 발생하는 것을 방지할 수 있으며 이를 통해 광 제어 장치(300)의 구동 신뢰성을 높일 수 있다.
따라서, 굴절률 매칭층(380)은 광 제어 장치(300)의 투과율 및 차광율을 향상시킬 수 있는 동시에 광 제어 장치(300)의 구동 신뢰성을 높일 수 있다.
굴절률 매칭층(380)은 광 제어 장치(300)에 채용하지 않을 수도 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광 제어 장치의 단면도이며 도 6은 도 5의 전극부의 다른 실시예에 따른 광 제어 장치의 단면도이다. 본 실시예를 설명함에 있어 이전 실시예와 동일 또는 대응되는 구성요소에 대한 설명은 생략하기로 한다. 이하, 이를 참조하여 본 실시예에 따른 광 제어 장치에 대해 설명하기로 한다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 광 제어 장치(400)는 전극부(410), 액정부(420), 배향부(430), 격벽(440), 그물막(450) 및 스페이서를 포함한다. 보다 구체적으로, 본 실시예의 광 제어 장치(400)를 구성하는 배향부(430), 격벽(440), 그물막(450) 및 스페이서는 도 1 및 도 2를 참조로 설명한 광 제어 장치(100)를 구성하는 배향부(130), 격벽(140), 그물막(150) 및 스페이서와 동일하다. 따라서 앞서 도 1 내지 도 2를 참조로 이미 설명한 중복되는 구성요소에 대한 설명은 생략하기로 한다.
액정부(420)는 액정(420a)을 포함한다. 액정부(420)를 구성하는 액정(420a)은 포지티브 액정(positive liquid crystal) 또는 DFLC 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 액정(420a)의 종류에 따른 광 제어 장치(400)의 구동 방법에 대해서는 후술한다.
도 5에 도시한 바와 같이, 광 제어 장치(400)를 구성하는 전극부(410)는 서로 마주보도록 위치하는 제1 전극부(411) 및 제2 전극부(412)로 이루어지며, 이때 액정부(420)는 제1 전극부(411)와 제2 전극부(412) 사이에 위치할 수 있다. 제1 전극부(411)는 투명한 재질로 이루어지는 기판(411a)과 기판(411a) 상에 위치하는 전극(411b)을 포함하는데, 전극(411b)은 복수의 패턴 전극으로 이루어진다. 그리고 제2 전극부(412) 또한 제1 전극부(411)와 동일하게 기판(412a)과 전극(412b)을 포함하고, 전극(412b)은 복수의 패턴 전극으로 이루어진다. 그리고, 평면 상에서 전극(411b, 412b)의 형상은 직선 형상(straight shape) 또는 지그재그 형상(zigzag shape) 으로 형성할 수 있다. 지그재그 형상은 전극(411b, 412b)의 적어도 하나가 벤딩 부분(bending portion)을 갖는 형상을 의미하며, 지그재그 형상은 벤딩 부분을 적어도 하나 이상 포함할 수 있다.
그리고, 제1 및 제2 전극부(411, 412)의 패턴 전극(411b, 412b)은 액정부(420)의 액정(420a)에 수평 전계를 인가하도록 구성된다. 이 때, 도 5에 도시된 바와 같이 제1 및 제2 전극부(411, 412)의 전극들이 모두 패턴 전극(411b, 412b)으로 이루어질 경우에는 제1 및 제2 전극부(411, 412)에 수평 전계를 인가하면 액정(420a)의 상을 변화시킬 수 있는 전계가 생성되기 때문에, 패턴 전극(411b, 412b)이 한쪽에만 형성되는 경우에 비해서 적은 전압을 인가하여도 액정(420a)을 호메오트로픽 상에서 무질서한 상으로 쉽게 상 변화시킬 수 있다. 서로 인접하는 패턴 전극(411b, 412b)에 인가되는 전압은 상이한 극성일 수 있다. 예를 들어 어느 하나의 패턴 전극(411b, 412b)에 양(+)의 전압이 인가되면 해당 패턴 전극과 이웃하는 패턴 전극(411b, 412b)에는 음(-)의 전압이 인가될 수 있다. 즉, 홀수번째 패턴 전극(411b, 412b)들은 홀수번째 패턴 전극(411b, 412b)끼리 동일한 전압이 인가되고, 짝수번째 패턴 전극(411b, 412b)들은 짝수번째 패턴 전극(411b, 412b)끼리 동일한 전압이 인가된다. 따라서, 서로 인접하는 복수의 패턴 전극(411b, 412b)은 사이에 전압 차이가 발생하게 되어 패턴 전극(411b, 412b)에는 수평 전계가 인가될 수 있다. 또한, 서로 마주보는 패턴 전극(411b, 412b)은 동일한 극성의 전압이 인가되도록 구성될 수 있다. 이 때, 서로 인접하는 패턴 전극(411b, 412b)에 인가되는 전압의 차이는 5V 이상이지만 이에 제한되는 것은 아니다. 기판(411a, 412a)은 앞서 도 1을 참조로 설명한 기판(111a, 112a)과 동일하다. 그리고 제1 및 제2 전극부(411, 412)를 구성하는 각각의 전극(411b, 412b)의 물질은 앞서 도 1을 참조로 설명한 전극(111b, 112b)을 구성하는 물질과 동일하다.
또는, 제1 전극부(411) 또는 제2 전극부(412) 중 하나의 전극부에만 패턴 전극이 형성될 수도 있다. 이 경우에는 제1 전극부(411)가 패턴 전극을 포함하고, 제2 전극부(412)는 패턴되지 않은 전극을 포함할 수 있다. 또는, 제1 전극부(411)가 패턴되지 않은 전극을 포함하고, 제2 전극부(412)는 패턴 전극을 포함할 수 있다. 이 때, 패턴 전극을 포함하는 전극부의 구동 방식은 상술한 방식과 동일하므로 중복 설명을 생략한다.
이하에서는 도 5에 도시된 본 실시예에 따른 광 제어 장치(400)의 투명 모드 및 차광 모드의 구동 방식을 설명한다.
우선 도 5를 참조로 광 제어 장치(400)의 액정부(420)의 액정(420a)이 포지티브 액정 또는 DFLC에 상관없이 액정(420a)은 호메오트로픽 상이므로 초기 상태에서 외부로부터 들어오는 빛을 통과시키는 투명 모드로 동작한다.
보다 구체적으로 광 제어 장치(400)의 제조공정 시 배향부(430) 및 격벽(440)과 그물막(450)의 제1 폴리머(441)에 의해 액정부(420)의 액정(420a)은 이미 호메오트로픽 상으로 되기 때문에 초기 상태에서 외부로부터 들어오는 빛은 액정부(420)를 그대로 통과하고, 광 제어 장치(400)는 뒷 배경을 보이게 하는 투명 모드로 동작한다.
이후, 광 제어 장치(400)의 제1 및 제2 전극부(411, 412)에 전압을 공급하여 액정부(420)에 전압을 인가하면, 액정부(420)의 액정(420a)의 상은 호메오트로픽 상에서 플래너 상을 포함하는 임의의(random) 틸트 각(tilt angle)을 가지는 무질서한 상으로 변한다.
구체적으로, 액정부(420)의 액정(420a)이 포지티브 액정일 경우, 액정(420a)의 장축이 전계 방향에 대해 움직이므로, 제1 전극부(411)와 제2 전극부(412)에 전압을 공급하여 수평 전계를 형성하여 액정(120a)이 호메오트로픽 상에서 플래너 상을 포함하는 임의의(random) 틸트 각(tilt angle)을 가지는 무질서한 상으로 변화할 수 있다. 구체적으로, 제1 전극부(411)의 각각의 패턴 전극(411b)은 이웃하는 패턴 전극(411b)과 상이한 극성의 전압이 인가되도록 구성되고, 제2 전극부(412)의 각각의 패턴 전극(412b)은 이웃하는 패턴 전극(412b)과 상이한 극성의 전압이 인가되도록 구성된다. 예를 들어 어느 하나의 패턴 전극에 양(+)의 전압이 인가되면 해당 패턴 전극과 이웃하는 패턴 전극에는 음(-)의 전압이 인가될 수 있다. 서로 인접하는 패턴 전극에 인가되는 전압의 차이는 5V 이상이지만 이에 제한되는 것은 아니다.
또한 액정부(420)의 액정(420a)이 주파수를 이용하여 상이 전환되는 DFLC일 경우, 제1 전극부(411)와 제2 전극부(412)에는 일정한 주파수(Hz)를 가지는 전압을 인가하면 되는데, 예를 들어, 10KHz 내지 1MHz를 가지는 임의의 구동 전압을 공급하여 액정(420a)이 호메오트로픽 상에서 플래너 상을 포함하는 임의의(random) 틸트 각(tilt angle)을 가지는 무질서한 상으로 변화할 수 있다. 다만, 주파수의 범위가 본 발명을 제한하는 것은 아니다.
이에 따라서 외부로부터 액정부(420)로 빛이 들어오면 액정부(420)의 액정(420a)은 임의의(random) 틸트 각(tilt angle)을 가지는 무질서한 상을 유지하고 있기 때문에 액정부(420) 내부에서는 빛의 산란이 일어난다. 이때 앞서 언급한 바와 같이 액정부(420)의 내부에는 그물막(450)이 위치하고 있기 때문에, 액정부(420) 내부에서는 빛의 산란이 무작위로 더욱 발생하게 된다. 이와 같은 과정에 의해 액정부(420)는 차광 모드로 동작할 경우 우유 빛깔의 불투명한 상태, 예를 들어 불투명한 흰색 또는 회색 계열의 색을 표시할 수 있게 되어 결과적으로는 외부로부터 들어오는 빛을 차단할 수 있게 된다.
그리고 다시 차광 모드에서 투명 모드로 되돌아 가는 방법은 다음과 같다. 먼저 액정부(420)의 액정(420a)이 포지티브 액정일 경우, 광 제어 장치(400)의 제1 전극부(411) 및 제2 전극부(412)에 공급한 전압을 차단하면 액정부(420)의 액정(420a)은 임의의(random) 틸트 각(tilt angle)을 가지는 무질서한 상에서 호메오트로픽 상으로 상 전이되므로, 광 제어 장치(400)는 투명 모드로 전환된다.
또한 액정부(420)가 DFLC일 경우, 광 제어 장치(400)의 제1 전극부(411) 및 제2 전극부(412)에 공급한 전압을 차단하거나 일정한 주파수를 가지는 전압을 공급하면, 액정부(420)의 액정(420a)은 임의의(random) 틸트 각(tilt angle)을 가지는 무질서한 상에서 호메오트로픽 상으로 상 전이되므로, 광 제어 장치(400)는 투명 모드로 전환된다.
전극부에 대한 다른 실시예에 따른 광 제어 장치의 단면도인 도 6을 참조하면, 전극부(410)를 구성하는 제1 전극부(411)와 제2 전극부(412)는 각각 공통 전극(common electrode, 411c, 412c) 및 절연층(411d, 412d)을 더 포함할 수 있다.
구체적으로 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 전극부(411)가 기판(411a), 복수의 패턴 전극(411b), 공통 전극(411c) 및 절연층(411d)으로 구성되는 경우 기판(411a) 위에 공통 전극(411c)이 위치하고, 공통 전극(411c) 위에는 절연층(411d)이 위치하며 절연층(411d) 위에는 패턴 전극(411b)이 위치한다. 공통 전극(411c)은 도 6에 도시된 바와 같이 기판(411a) 전체 영역에 걸쳐서 형성될 수 있고, 특정 영역 단위로 패터닝될 수 있다. 따라서, 공통전극(411c)은 복수의 패턴 전극(411b)과 중첩하도록 배치될 수도 있다. 절연층(411d)은 SiNx, SiOx 등의 실리콘 질화물(Silicon Nitride) 또는 실리콘 산화물(Silicon Oxide)과 같은 무기계 절연물질로 이루어질 수 있지만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니다. 이외에도 절연층(411d)은 포토아크릴(Photo acryl) 또는 벤조사이클로부텐(BCB) 등과 같은 유기계 절연물질로 이루어질 수도 있다.
또한, 제2 전극부(412)가 기판(412a), 복수의 패턴 전극(412b), 공통 전극(412c) 및 절연층(412d)으로 구성되는 경우 기판(412a) 아래에 공통 전극(412c)이 위치하고, 공통 전극(412c) 아래에는 절연층(412d)이 위치하며 절연층(412d) 아래에는 패턴 전극(412b)이 위치한다. 공통 전극(412c)은 도 6에 도시된 바와 같이 기판(412a) 전체 영역에 걸쳐서 형성될 수도 있고, 특정 영역 단위로 패터닝될 수 있다. 따라서, 공통전극(412c)은 복수의 패턴 전극(412b)과 중첩하도록 배치될 수도 있다. 제2 전극부(412)의 절연층(412d)은 제1 전극부(411)의 절연층(411d)과 동일한 물질로 이루어질 수 있다.
이하에서는 도 6에 도시된 본 실시예에 따른 광 제어 장치(400)의 투명 모드 및 차광 모드의 구동 방식을 설명한다.
우선 도 6을 참조로 광 제어 장치(400)의 액정부(420)의 액정(420a)이 포지티브 액정 또는 DFLC에 상관없이 액정(420a)은 호메오트로픽 상이므로, 초기 상태에서 외부로부터 들어오는 빛을 통과시키는 투명 모드로 동작한다.
이후, 광 제어 장치(400)의 제1 및 제2 전극부(411, 412)에 전압을 공급하여 액정부(420)에 전압을 인가하면, 액정부(420)의 액정(420a)은 호메오트로픽 상에서 플래너 상을 포함하는 임의의(random) 틸트 각(tilt angle)을 가지는 무질서한 상으로 변한다.
구체적으로, 액정부(420)의 액정(420a)이 포지티브 액정일 경우, 액정(420a)의 장축이 전계 방향에 대해 움직이므로, 제1 전극부(411)와 제2 전극부(412)에 전압을 공급하여 수평 전계를 형성하여 액정(120a)이 호메오트로픽 상에서 플래너 상을 포함하는 임의의(random) 틸트 각(tilt angle)을 가지는 무질서한 상으로 변화할 수 있다. 구체적으로, 제1 전극부(411)의 각각의 패턴 전극(411b)과 공통 전극(411c)은 서로 다른 극성의 전압이 공급되도록 구성되고, 제2 전극부(412)의 각각의 패턴 전극(412b)과 공통 전극(412c)은 서로 다른 극성의 전압이 공급되도록 구성된다. 이에 따라, 제1 전극부(411)의 패턴 전극(411b)과 공통 전극(411c)에 수평 전계가 인가되고, 제2 전극부(412)의 패턴 전극(412b)과 공통 전극(412c)에 수평 전계가 인가된다. 예를 들어 패턴 전극(411b, 412b)에 양(+)의 전압이 인가되면 공통 전극(411c, 412c)에는 음(-)의 전압이 인가될 수 있다. 따라서, 제1 전극부(411)의 패턴 전극(411b)과 공통 전극(411c) 사이에 전압 차이를 만들어 액정부(420)에 수평 전계를 인가하고, 제2 전극부(412)의 패턴 전극(412b)과 공통 전극(412c) 사이에 전압 차이를 만들어 액정부(420)에 수평 전계를 인가한다. 또한, 서로 마주보는 패턴 전극(411b, 412b)은 동일한 극성의 전압이 인가되도록 구성될 수 있다.
또한 액정부(420)의 액정(420a)이 주파수를 이용하여 상이 전환되는 DFLC일 경우, 제1 전극부(411)와 제2 전극부(412)에는 일정한 주파수(Hz)를 가지는 전압을 인가하면 되는데, 예를 들어, 10KHz 내지 1MHz를 가지는 임의의 구동 전압을 공급하여 액정(420a)이 호메오트로픽 상에서 플래너 상을 포함하는 임의의(random) 틸트 각(tilt angle)을 가지는 무질서한 상으로 변화할 수 있다. 다만, 주파수의 범위가 본 발명을 제한하는 것은 아니다.
따라서, 외부로부터 액정부(420)로 빛이 들어오면 액정부(420)의 액정(420a)은 임의의(random) 틸트 각(tilt angle)을 가지는 무질서한 상을 유지하고 있기 때문에 액정부(420) 내부에서는 빛의 산란이 일어난다.
그리고 다시 차광 모드에서 투명 모드로 되돌아 가는 방법은 도 5를 참조하여 설명한 방식과 같다.
도 5 및 도 6에 도시된 실시예를 종합하면, 본 발명의 실시예에 따른 광 제어 장치(400)는 초기 상태에서는 투명 모드를 유지할 수 있으며, 제1 전극부(411) 및 제2 전극부(412)에 전압이 인가되면 차광 모드를 유지할 수 있다. 이에 따라서 광 제어 장치(400)는 평상시에는 투명모드를 유지하다 필요에 따라서 차광 모드를 유지할 수 있기 때문에, 광 제어 장치(400)의 소비전력이 감소하게 되고 이에 따라 광 제어 장치(400)는 공공 시설의 유리창 또는 스마트 윈도우로 사용될 수 있다.
도 5에서는 제1 전극부(411) 및 제2 전극부(412) 둘 모두가 복수의 패턴 전극을 포함하는 것으로 도시되었으나, 제1 전극부(411) 및 제2 전극부(412) 중 하나만 복수의 패턴 전극을 포함할 수도 있다. 또한, 도 6에서는 제1 전극부(411) 및 제2 전극부(412) 모두가 복수의 패턴 전극과 공통 전극을 포함하는 것으로 도시되었으나, 제1 전극부(411) 및 제2 전극부(412) 중 하나만 복수의 패턴 전극 및 공통 전극을 포함할 수도 있다.
도 7은 도 5의 전극부의 다른 실시예에 따른 광 제어 장치의 단면도이다. 본 실시예를 설명함에 있어 이전 실시예와 동일 또는 대응되는 구성요소에 대한 설명은 생략하기로 한다. 이하, 이를 참조하여 본 실시예에 따른 광 제어 장치에 대해 설명하기로 한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 광 제어 장치(500)는 전극부(510), 액정부(520), 배향부(530), 격벽(540), 그물막(550) 및 스페이서를 포함한다. 보다 구체적으로, 본 실시예의 광 제어 장치(500)를 구성하는 배향부(530), 격벽(540), 그물막(550) 및 스페이서는 도 5를 참조로 설명한 광 제어 장치(400)를 구성하는 배향부(430), 격벽(440), 그물막(450) 및 스페이서와 동일하다. 따라서 앞서 도 5를 참조로 이미 설명한 중복되는 구성요소에 대한 설명은 생략하기로 한다.
도 7에 도시한 바와 같이, 광 제어 장치(500)를 구성하는 전극부(510)는 서로 마주보도록 위치하는 제1 전극부(511) 및 제2 전극부(512)로 이루어지며, 이때 액정부(520)는 제1 전극부(511)와 제2 전극부(512) 사이에 위치할 수 있다. 제1 전극부(511)는 투명한 재질로 이루어지는 기판(511a)과 기판(511a) 상에 위치하는 전극(511b)을 포함하는데, 전극(511b)은 복수의 패턴 전극으로 이루어진다. 다만, 제2 전극부(512)는 투명한 재질로 이루어지는 기판(512a)만을 포함할 뿐 기판 상에 별도의 전극이 형성되지 않는다. 즉, 제1 전극부(511) 및 제2 전극부(512) 중 제1 전극부(511)만이 복수의 패턴 전극(511b)을 포함하고, 제2 전극부(512)는 전극을 포함하지 않는다. 제1 전극부(511)의 패턴 전극(511b)은 액정부(520)의 액정(520a)에 수평 전계를 인가하도록 구성된다. 이 때, 패턴 전극(511b)을 포함하는 제1 전극부(511)의 구동 방식은 도 5를 참조하여 설명한 방식과 동일하므로 중복 설명을 생략한다. 기판(511a, 512a)은 앞서 도 1을 참조로 설명한 기판(111a, 112a)과 동일하다. 그리고 제1 전극부(511)를 구성하는 전극(511b)의 물질은 앞서 도 1을 참조로 설명한 전극(111b)을 구성하는 물질과 동일하다.
도 7에 도시되지는 않았으나, 제2 전극부(512)가 복수의 패턴 전극을 포함하고, 제1 전극부(511)가 전극을 포함하지 않을 수도 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광 제어 장치의 단면도이다. 본 실시예를 설명함에 있어 이전 실시예와 동일 또는 대응되는 구성요소에 대한 설명은 생략하기로 한다. 이하, 이를 참조하여 본 실시예에 따른 광 제어 장치에 대해 설명하기로 한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 광 제어 장치(600)는 전극부(610), 액정부(620), 배향부(630), 격벽(640), 그물막(650), 스페이서 및 발색부재(670)를 포함한다. 보다 구체적으로, 본 실시예의 광 제어 장치(600)를 구성하는 전극부(610), 액정부(620), 배향부(630), 격벽(640), 그물막(650) 및 스페이서는 도 5 및 도 6을 참조로 설명한 광 제어 장치(400)를 구성하는 전극부(410), 액정부(420), 배향부(430), 격벽(440), 그물막(450) 및 스페이서와 동일하다. 따라서 앞서 도 5 및 도 6을 참조로 이미 설명한 중복되는 구성요소에 대한 설명은 생략하기로 한다.
도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 광 제어 장치(600)는 액정부(620)의 내부에 위치하는 발색부재(670)를 더 포함한다. 본 실시예에 따른 발색부재(670)는 앞서 도 3을 참조로 설명한 발색부재(270)와 동일하다. 즉, 발색부재(670)는 블랙(black), 레드(red), 그린(green), 블루(blue), 옐로우(yellow) 중 어느 하나의 색을 가지거나 이들의 혼합으로 이루어지는 색을 가지는 염료(dye)로 이루어질 수 있다.
이로써 본 실시예에 따른 광 제어 장치(600)는 차광 모드로 구현 시 블랙 계열의 색뿐만 아니라 다양한 색을 표현하면서 뒷 배경을 차광할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 광 제어 장치(600)는 차광 모드 구현 시 다양한 색을 제공할 수 있기 때문에 사용자에게 심미적 효과를 제공할 수 있다. 예를 들어 광 제어 장치(600)는 공공장소에 사용될 수 있으며, 투명 모드 및 차광 모드가 필요한 스마트 윈도우 또는 퍼블릭 윈도우(public window)에 광 제어 장치(600)가 적용될 경우 시간 또는 장소에 따라 다양한 색을 표현하면서 차광할 수 있다. 추가적으로, 본 실시예에 따른 발색부재(670)의 역할 및 효과 그리고 구동 방법은 앞서 도 3을 참조로 설명한 발색부재(270)의 역할 및 효과 그리고 구동 방법과 동일하다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광 제어 장치의 단면도이다. 본 실시예를 설명함에 있어 이전 실시예와 동일 또는 대응되는 구성요소에 대한 설명은 생략하기로 한다. 이하, 이를 참조하여 본 실시예에 따른 광 제어 장치에 대해 설명하기로 한다.
도 9에 도시된 바와 같이, 광 제어 장치(700)는 전극부(710), 액정부(720), 배향부(730), 격벽(740), 그물막(750), 스페이서, 발색부재(770) 및 굴절률 매칭층(780)을 포함한다. 보다 구체적으로, 본 실시예의 광 제어 장치(700)를 구성하는 전극부(710), 액정부(720), 배향부(730), 격벽(740), 그물막(750) 및 스페이서는 도 5를 참조로 설명한 광 제어 장치(400)를 구성하는 전극부(410), 액정부(420), 배향부(430), 격벽(440), 그물막(450) 및 스페이서와 동일하다. 또한 광 제어 장치(700)를 구성하는 발색부재(770)는 도 8을 참조로 설명한 발색부재(670)와 동일하다.
도 9를 참조하면, 광 제어 장치(700)는 굴절률 매칭층(780)을 더 포함한다. 이 때, 굴절률 매칭층(780)은 앞서 도 4를 참조로 설명한 굴절률 매칭층(380)과 역할, 효과 및 기능이 동일하다. 따라서 앞서 도 4 내지 도 8을 참조로 이미 설명한 중복되는 구성요소에 대한 설명은 생략하기로 한다.
굴절률 매칭층(780)은 광 제어 장치(700)를 구성하는 각 구성요소의 굴절률 차이를 보정하여 광 제어 장치(700)가 투명 모드로 동작하는 경우 보다 향상된 투과율을 제공할 수 있고, 광 제어 장치(700)가 차광 모드로 동작하는 경우 보다 향상된 차광율을 제공할 수 있다. 또한, 굴절률 매칭층(780)이 절연 물질로 이루어짐에 따라, 광 제어 장치(700) 내부에서 단선이 발생하는 것을 방지할 수 있으므로 광 제어 장치(700)의 구동 신뢰성을 높일 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 실시예들에 따른 광 제어 장치의 제조공정에 대한 개략적인 순서도인 도 10a 내지 도 10f를 참조로 본 발명의 실시예들에 따른 광 제어 장치의 제조공정에 대해 설명한다. 도 10a 내지 도 10f에서는 도 1에 도시된 광 제어 장치(100)를 기준으로 광 제어 장치(100)의 제조 공정을 도시한다.
도 10a에 도시한 바와 같이, 제1 모노머(141m), 제2 모노머(142m)와 액정(120a)을 혼합한 혼합 액정(120m)을 준비한다. 이때 액정(120a)은 네거티브 액정, 포지티브 액정 또는 DFLC 중 어느 하나의 액정으로 이루어진다. 서로 다른 종류의 모노머(141m, 142m) 중 제1 모노머(141m)는 제1 폴리머(141)를 형성하기 위한 모노머이고, 제2 모노머(142m)는 제2 폴리머(142)를 형성하기 위한 모노머이다.
여기서, 액정(120a)과 모노머(141m, 142m)의 비율은 80:20 내지 95:5일 수 있다. 액정(120a)의 비율이 혼합 액정(120m)의 80wt%보다 작은 경우, 액정(120a)에 의한 빛의 산란이 잘 이루어지지 않는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 액정(120a)의 비율이 혼합 액정(120m)의 95wt%보다 큰 경우, 액정(120a)에 의한 빛의 산란이 지나치게 잘 이루어지어 투명 모드가 잘 구현되지 않는 문제가 발생할 수 있다. 이에, 액정(120a)과 모노머(141m, 142m)의 비율은 80:20 내지 95:5일 수 있다. 여기서, 제1 모노머(141m)와 제2 모노머(142m)의 비율은 혼합 액정(120m) 내에서의 액정(120a)과 모노머(141m, 142m)의 비율과 무관하게 1:1 내지 1:2.5일 수 있다.
몇몇 실시예에서, 혼합 액정(120m)은 도 3, 도 4, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같은 발색부재(270, 370, 670, 770)를 더 포함할 수도 있다. 이 때, 발색부재(270, 370, 670, 770)는 액정(120a)과 모노머(141m, 142m)에 비해 상대적으로 소량이고, 발색부재(270, 370, 670, 770)의 양이 모노머(141m, 142m)의 비율에 영향을 미치지 않으므로, 모노머(141m, 142m)의 비율은 발색부재(270, 370, 670, 770)의 존재 여부와 무관하게 상술한 내용과 동일하다.
이어서, 도 10b에 도시한 바와 같이, 제1 전극부(111)와 제2 전극부(112)를 준비한다. 구체적으로, 기판(111a)의 일 면에 전극(111b)을 배치하고, 기판(112a)의 일 면에 전극(112b)을 배치하여 제1 전극부(111)와 제2 전극부(112)를 준비할 수 있다. 추가적으로, 도 10b에 도시된 바와 같이 제1 배향 부재(131)를 제1 전극부(111) 상에 배치하고, 제2 배향 부재(132)를 제2 전극부(112) 상에 배치할 수 있다.
이어서, 제1 전극부(111) 및 제2 전극부(112) 중 적어도 하나에 스페이서를 위치시킨다. 예를 들어, 제1 전극부(111)에 위에 스페이서를 위치시킬 수도 있고, 제2 전극부(112)에 위에 스페이서를 위치시킬 수도 있다.
이어서, 스페이서를 사이에 두고 제1 전극부(111)와 제2 전극부(112)를 합착한다.
이어서, 도 10c에 도시한 바와 같이, 스페이서에 의해 셀 갭이 형성된 상태에서 제1 전극부(111)와 제2 전극부(112)에 혼합 액정(120m)을 포함하는 액정부를 형성한다. 보다 구체적으로 제1 전극부(111)와 제2 전극부(112)가 합착된 상태에서 모세관 현상을 이용한 주입 방식을 이용하여 혼합 액정(120m)을 제1 전극부(111)와 제2 전극부(112) 사이에 주입할 수 있다.
몇몇 실시예에서 롤 투 롤(roll to roll) 공정을 이용하여 제1 전극부(111)와 제2 전극부(112)를 합착하는 경우, 롤 투 롤 공정과 동시에 혼합 액정을 주입하는 스퀴즈(Squeeze) 방식을 이용하여 제1 전극부(111)와 제2 전극부(112) 사이에 주입할 수 있다.
이어서, 도 10d 및 도 10e에 도시한 바와 같이, 패턴(PT)을 갖는 마스크(M)를 위치시킨 후 모노머(141m, 142m)들을 UV를 이용하여 경화하여 패턴(PT)과 대응하는 영역에 격벽(140)을 형성한다. 예를 들어, 10 내지 100mW의 강도로 10 내지 60분의 시간 동안 365 nm 파장의 UV를 조사하는 방식으로 경화 공정이 수행될 수 있다. 이때 패턴(PT)과 대응하는 영역에는 격벽(140)이 형성되는데 격벽(140)은 각각의 모노머(141m, 142m)가 경화되어 폴리머화된 제1 폴리머(141) 및 제2 폴리머(142)를 포함한다.
보다 구체적으로 UV가 조사된 영역, 즉 마스크(M)의 패턴(PT)과 대응하는 영역에 있는 모노머(141m, 142m)들은 함께 섞여 있었던 혼합 액정(120m)으로부터 상 분리되면서 경화가 진행된다. 경화가 진행될수록 경화되는 영역에서 모노머가 폴리머로 변화한다. 경화 과정이 진행될수록 혼합 액정(120m) 내에서는 UV가 조사되지 않는 영역에 있는 모노머(141m, 142m)들은 폴리머가 있는 곳으로 이동하게 된다. 따라서, 혼합 액정(120m)의 내부에 전체적으로 퍼져 있는 모노머(141m, 142m)들은 경화가 진행되는 영역으로 모여들게 되면서 최종적으로는 제1 및 제2 폴리머(141, 142)를 포함하는 격벽(140)이 형성된다.
이때, 제1 모노머(141m)는 액정(120a)과 동일한 형상을 갖는 모노머이다. 제1 모노머(141m)는 액정(120a)과 동일한 형상을 가짐에 따라, UV 경화 과정에서 액정(120a)을 호메오트로픽 상이 되는 것을 도울 수 있다. 즉, 제1 모노머(141m)는 액정(120a)과 동일한 형상을 가져, UV 경화 공정 시에 액정(120a)의 수직 배열을 향상시킬 수 있다.
이어서, 도 10e 및 도 10f에 도시한 바와 같이, 전 영역에 걸쳐 UV를 이용하여 모노머(141m, 142m)들을 격벽을 형성하기 위한 경화보다 경화 시간을 짧게 경화하여 그물막(150)을 형성한다. 예를 들어, 10 내지 300mW의 강도로 3 내지 100초의 시간 동안 365 nm 파장의 UV를 조사하는 방식으로 경화 공정이 수행될 수 있다. 그리고, UV 조사 에너지는 UV 조사 시간과 조사 강도에 의해 결정된다. 여기서는 조사 시간을 달리하여 경화 공정을 진행한다. 또는, 조사 강도를 달리하여 경화 공정을 진행할 수도 있다. 따라서 격벽(140)은 그물막(150)을 형상하기 위한 경화보다 상대적으로 높은 UV 조사 에너지로 경화하여 격벽(140)을 형성하며, 그물막(150)은 격벽(140)을 형성하기 위한 경화보다 상대적으로 낮은 UV 조사 에너지로 경화하여 그물막(150)을 형성할 수 있다.
이때 그물막(150)도 격벽(140)과 마찬가지로 각각의 모노머(141m, 142m)가 경화되어 폴리머화된 제1 폴리머(141) 및 제2 폴리머(142)를 포함한다. 구체적으로, 그물막을 형성하기 위한 경화 공정 시에 격벽(140)을 형성하기 위한 경화 공정에서 남은 모노머(141m, 142m)들이 전 영역에 걸쳐서 임의의 위치에서 경화되어 그물막(150)이 형성된다.
도 11a는 본 발명의 실시예에 따른 광 제어 장치가 적용된 표시 장치를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다. 도 11b는 도 11a의 XI-XI'에 따른 표시 장치의 단면도이다. 도 11a 및 도 11b를 참조하면, 표시 장치(1100)는 표시 패널(1190) 및 광 제어 장치(100)를 포함한다. 도 11a에서는 설명의 편의를 위해 표시 장치(1100)의 복수의 화소(P) 중 일부만을 도시하였고, 표시 장치(1100)의 블랙 매트릭스(1140) 및 격벽(140)만을 도시하였다.
표시 패널(1190)은 영상을 표시하기 위한 패널로서, 예를 들어, 유기 전계 발광 표시 패널일 수 있다. 구체적으로, 표시 패널(1190)은 도 11a 및 도 11b에 도시된 바와 같이 투과 영역(TA)을 포함하는 투명 유기 전계 발광 표시 패널 또는 투명 플렉서블 유기 전계 발광 표시 패널일 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고, 표시 패널(1190)은 다양한 방식으로 영상을 표시할 수 있다.
도 11b를 참조하면, 표시 패널(1190)은 유기 발광 소자(1130)로부터 발광된 광이 상부 기판(1115) 측으로 출광되는 탑 에미션(top emission) 방식의 유기 전계 발광 표시 패널이다. 또한, 표시 패널(1190)은 투과 영역(TA)을 포함하는 투명 유기 전계 발광 표시 패널이다.
도 11a 및 도 11b를 참조하면, 표시 패널(1190)은 복수의 화소(P)를 포함하고, 각각의 화소(P)는 투과 영역(TA), 발광 영역(EA) 및 회로 영역(CA)을 포함한다. 투과 영역(TA)은 표시 패널(1190) 외부로부터 입사하는 외부 광을 투과시키는 영역으로서, 사용자는 투과 영역(TA)을 통해 배경, 즉, 표시 장치(1100) 뒷 배경을 시인할 수 있다. 발광 영역(EA)은 유기 발광 소자(1130)로부터 발광된 광이 방출되는 영역으로서, 유기 발광 소자(1130)에 의해 영상이 표시되는 영역이다. 회로 영역(CA)은 유기 발광 소자(1130)를 구동하기 위한 다양한 회로들이 배치되는 영역으로서, 발광 영역(EA)과 중첩할 수 있다.
도 11b를 참조하면, 표시 패널(1190)의 하부 기판(1111) 상에 박막 트랜지스터(1120)가 배치된다. 구체적으로 박막 트랜지스터(1120)는 회로 영역(CA)에 배치되고, 게이트 전극, 액티브층, 소스 전극 및 드레인 전극을 포함한다. 또한, 게이트 전극과 액티브층을 절연시키기 위한 게이트 절연층(1112)이 배치된다. 박막 트랜지스터(1120) 상에 박막 트랜지스터(1120) 상부를 평탄화하기 위한 평탄화층(1113)이 배치되고, 평탄화층(1113) 상에 유기 발광 소자(1130)가 배치된다. 유기 발광 소자(1130)는 발광 영역(EA)에 배치되고, 유기 발광층(1132)에 정공을 공급하는 애노드(1131), 유기 발광층(1132) 및 유기 발광층(1132)에 전자를 공급하는 캐소드(1133)를 포함한다. 애노드(1131)는 평탄화층(1113)의 컨택홀을 통해 박막 트랜지스터(1120)와 전기적으로 연결된다. 상술한 바와 같이, 표시 패널(1190)이 탑 에미션 방식의 유기 전계 발광 표시 패널이므로, 애노드(1131)는, 예를 들어, 적어도 투명 도전성 산화물(TCO)로 이루어지는 투명 도전층 및 투명 도전층 하부에 배치되고 유기 발광 소자(1130)로부터 발광된 광을 표시 패널(1190) 상부로 반사시키는 반사층을 포함한다. 다만, 애노드(1131)는 투명 도전층만을 포함하는 것으로 정의되고, 반사층은 애노드(1131)와 별개의 구성요소인 것으로 정의될 수도 있다. 애노드(1131) 상에는 발광 영역(EA)을 정의하는 뱅크(1114)가 배치되고, 애노드(1131) 및 뱅크(1114) 상에 유기 발광층(1132) 및 캐소드(1133)가 배치된다. 유기 발광층(1132)은 특정 색의 광을 발광할 수 있으며, 예를 들어, 백색, 적색, 녹색 및 청색 중 어느 하나의 색의 광을 발광할 수 있다. 이하에서는, 유기 발광층(1132)이 백색광을 발광하는 것으로 설명한다. 유기 발광층(1132) 상에 캐소드(1133)가 배치된다. 상술한 바와 같이, 표시 패널(1190)이 탑 에미션 방식의 유기 전계 발광 표시 패널(1190)이므로, 캐소드(1133)는 투명 도전성 물질 또는 금속 물질로 이루어질 수 있다. 캐소드(1133)가 금속 물질로 이루어지는 경우, 매우 얇은 두께로 캐소드(1133)가 형성되어 유기 발광층(1132)으로부터 발광된 광이 캐소드(1133)를 통과할 수 있다.
표시 패널(1190)의 상부 기판(1115)에 블랙 매트릭스(1140)가 배치된다. 블랙 매트릭스(1140)는 화소(P)의 경계 및 투과 영역(TA)과 발광 영역(EA)의 경계에 배치된다. 또한, 컬러 필터(1150)가 표시 패널(1190)의 상부 기판(1115)에서 발광 영역(EA)에 배치된다. 컬러 필터(1150)는 적색 컬러 필터, 녹색 컬러 필터 및 청색 컬러 필터 중 하나일 수 있으나, 이에 제한되지 않고 다른 색의 광을 통과시킬 수 있는 컬러 필터일 수도 있다. 상부 기판(1115)과 하부 기판(1111)은 접착층(1160)에 의해 합착된다. 도 11b에 도시되지는 않았으나, 유기 발광 소자(1130)를 외부로부터의 수분 및 산소로부터 보호하기 위한 봉지층이 표시 패널(1190)에 더 포함될 수도 있다.
광 제어 장치(100)는 표시 패널(1190)과 결합 할 수 있다. 따라서, 광 제어 장치(100)는 사용자에게 차광 모드와 투명 모드를 제공할 수 있다. 보다 구체적으로, 광 제어 장치(100)는 표시 패널(1190)의 출광면인 표시 패널(1190)의 전면(front surface)의 반대면인 표시 패널(1190)의 배면(rear surface)에 합착될 수 있다. 이 때, 도 11b에 도시되지는 않았으나, 광학용 투명 접착제 중 하나인 OCA(optical clear adhesive)와 같은 접착 부재를 이용하여 광 제어 장치(100)를 투명 표시 패널(1190)의 배면에 부착한 후 라미네이션(lamination) 과정을 거치게 되면 최종적으로 광 제어 장치(100)와 표시 패널(1190)이 결합될 수 있다. 또한, OCA는 1.4 내지 1.9 사이의 범위 내에서 선택된 굴절률 값을 가질 수 있다.
광 제어 장치(100)의 격벽(140)은 표시 패널(1190)의 블랙 매트릭스(1140)에 대응하도록 배치된다. 즉, 도 11a 및 도 11b에 도시된 바와 같이 광 제어 장치(100)의 격벽(140)은 표시 패널(1190)의 블랙 매트릭스(1140)와 중첩하도록 배치되어, 표시 패널(1190)의 화소(P)들간의 경계 및 투과 영역(TA)과 발광 영역(EA)간의 경계 모두에 배치된다. 이 때, 격벽(140)의 폭(WA)은 블랙 매트릭스(1140)의 폭(WB)과 동일하거나 블랙 매트릭스(1140)의 폭(WB)보다 더 작을 수 있다. 광 제어 장치(100)의 격벽(140)이 상술한 바와 같이 배치되는 경우, 격벽(140)은 도 11a에 도시된 바와 같이 평면 상에서 메쉬(mesh) 구조로 배치될 수 있다. 또한, 격벽(140)은 도시되지는 않았으나 블랙 매트릭스(1140) 일 부와만 중첩하도록 스트라이프(stripe) 구로조 배치될 수도 있다.
상술한 바와 같은 광 제어 장치(100)의 격벽(140)은 도 10d에서 설명한 바와 같은 방식으로 제조될 수 있다. 즉, 표시 패널(1190)의 블랙 매트릭스(1140)에 대응하는 위치에 격벽(140)을 형성하기 위해, 표시 패널(1190)의 블랙 매트릭스(1140)에 대응하는 패턴(PT)을 갖는 마스크(M)를 사용하여 UV를 조사하는 방식으로 격벽(140)이 형성될 수 있다.
이하에서는, 표시 장치(1100)가 영상을 제공하는 것과 관련하여 광 제어 장치(100)의 투명 모드 및 차광 모드의 구동 방식을 설명한다.
표시 패널(1190)이 영상을 제공하지 않는 동안 광 제어 장치(100)는 투명 모드로 구현된다. 상술한 바와 같이 광 제어 장치(100)의 초기 상태(normally)에서의 액정부(120)의 액정(120a)의 상은 호메오트로픽 상(homeotropic state)이기 때문에, 광 제어 장치(100)는 광 제어 장치(100)에 전압이 인가되지 않은 상태에서 외부로부터 들어오는 빛을 통과시키는 투명 모드로 구현된다.
또한, 표시 패널(1190)이 영상을 제공하는 동안 광 제어 장치(100)는 표시 패널(1190)의 출광면인 전면(front surface)의 반대면인 배면(rear surface)으로부터 입사하는 빛을 차단하도록 구현된다. 구체적으로, 표시 패널(1190)이 영상을 제공하는 동안 광 제어 장치(100)의 제1 전극부(111) 및 제2 전극부(112) 사이에 전압 차이가 생기도록 제1 전극부(111) 및 제2 전극부(112)에 전압을 인가하여 액정부(120)의 액정(120a)이 무질서하게 배열된다. 이에 따라, 액정부(120)는 외부로부터 들어오는 빛을 산란시키게 되고, 광 제어 장치(100)는 외부로부터의 빛이 표시 패널(1190)의 배면을 통해 시인되는 것을 차단하여 영상의 화질을 향상시킬 수 있다.
또한 광 제어 장치(100)는 필요에 따라서는 차광판 기능 이외에도 사용자에게 심미적 효과를 줄 수 있다. 예를 들어 광 제어 장치(100)에 도 3에 도시된 바와 같은 발색부재(270)를 적용하는 경우, 발색부재(270)가 가지는 색깔을 나타냄으로써 사용자에게 색깔을 가지는 배경 화면이 제공될 수도 있다.
도 11b에서는 광 제어 장치(100)의 격벽(140)이 표시 패널(1190)의 화소(P)들간의 경계 및 투과 영역(TA)과 발광 영역(EA)간의 경계 모두에 배치되는 것으로 도시되었으나, 격벽(140)은 표시 패널(1190)의 화소(P)들간의 경계에 배치된 블랙 매트릭스(1140)에만 중첩하도록 배치될 수도 있다.
또한, 표시 패널(1190)의 발광 영역(EA)은 빛이 발광되는 영역이고, 외부 광을 통과시킬 수 있는 영역이 아니므로, 발광 영역(EA)에 대응하는 광 제어 장치(100)의 부분이 차광 모드와 투명 모드로 구현되지 않을 수 있다. 즉, 발광 영역(EA)에 대응하는 광 제어 장치(100)의 부분은 항상 투명 모드이어도 무방하다. 이에, 도 11b에서는 제1 전극부(111)의 전극(111b) 및 제2 전극부(112)의 전극(112b)이 발광 영역(EA) 및 투과 영역(TA) 모두에 대응하도록 배치되는 것으로 도시되었으나, 제1 전극부(111)의 전극(111b) 및 제2 전극부(112)의 전극(112b)은 투과 영역(TA)에만 배치될 수도 있다.
도 11b에서는 광 제어 장치(100)로서 도 1 및 도 2에 도시된 광 제어 장치(100)가 사용되는 것으로 도시되었으나, 이에 제한되지 않고 도 3 내지 도 9에 도시된 광 제어 장치(200, 300, 400, 500, 600, 700)가 표시 패널(1190)과 결합되어 사용될 수 있다. 또한, 도 11b에서는 광 제어 장치(100)의 제1 전극부(111)가 표시 패널(1190)의 하부 기판(1111)과 접하는 것으로 도시되었으나, 광 제어 장치(100)의 제2 전극부(112)가 표시 패널(1190)의 하부 기판(1111)과 접할 수도 있다.
또한, 표시 패널(1190)의 하부 기판(1111)이 광 제어 장치(100)의 제1 전극부(111) 또는 제2 전극부(112)를 구성하는 기판 중 하나가 될 수도 있다. 예를 들어, 광 제어 장치(100)를 구성하는 제1 전극부(111)의 전극(111b) 또는 제2 전극부(112)의 전극(112b)을 표시 패널(1190)의 하부 기판(1111)의 배면에 형성하면 제1 전극부(111) 또는 제2 전극부(112)를 구성하는 기판(111a, 112a)의 역할을 표시 패널(1190)의 하부 기판(1111)이 하게 된다. 따라서, 하부 기판(1111)과 제1 전극부(111)의 전극(111b) 또는 제2 전극부(112)의 전극(112b)의 구성이 앞서 설명한 제1 전극부(111) 또는 제2 전극부(112)가 될 수 있다.
도 11c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 장치의 단면도이다. 본 실시예를 설명함에 있어 이전 실시예와 동일 또는 대응되는 구성요소에 대한 설명은 생략하기로 한다. 이하, 이를 참조하여 본 실시예에 따른 표시 장치에 대해 설명하기로 한다.
도 11c를 참조하면, 광 제어 장치(100)의 격벽(140)은 표시 패널(1190)의 블랙 매트릭스(1140)와 중첩하도록 배치되고, 표시 패널(1190)의 발광 영역(EA)에도 배치될 수 있다. 이 때, 블랙 매트릭스(1140)에만 중첩하는 격벽(140)의 폭(WA1)은 블랙 매트릭스(1140)의 폭(WB)과 동일하고, 블랙 매트릭스(1140) 및 발광 영역(EA)과 중첩하는 격벽(140)의 폭(WA2)보다 작다. 표시 패널(1190)의 발광 영역(EA)은 빛이 발광되는 영역이고, 외부 광을 통과시킬 수 있는 영역이 아니므로, 발광 영역(EA)에 대응하는 광 제어 장치(100)의 부분에 외부 광을 차단하거나 통과시키기 위한 액정(120a)이 배치되지 않을 수 있다. 따라서, 도 11c에 도시된 바와 같이 발광 영역(EA) 전체에 대응하도록 광 제어 장치(100)의 격벽(140)이 형성될 수도 있다.
광 제어 장치(100)의 격벽(140)은 도 10d에서 설명한 바와 같은 방식으로 제조될 수 있다. 즉, 표시 패널(1190)의 블랙 매트릭스(1140)에 대응하는 위치 및 발광 영역(EA)에 대응하는 위치에 패턴(PT)을 갖는 마스크(M)를 사용하여 UV를 조사하는 방식으로 격벽(140)이 형성될 수 있다.
표시 패널(1190)과 결합된 광 제어 장치(100)의 구동 방식은 앞서 도 11b를 참조하여 설명한 바와 동일하므로, 중복 설명을 생략한다.
도 11c에서는 격벽(140)이 발광 영역(EA) 전체에 대응하도록 형성되는 것으로 도시되었으나, 격벽(140)은 발광 영역(EA)의 일부 영역에만 대응하도록 형성될 수도 있다.
도 11d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 장치의 단면도이다. 본 실시예를 설명함에 있어 이전 실시예와 동일 또는 대응되는 구성요소에 대한 설명은 생략하기로 한다. 이하, 이를 참조하여 본 실시예에 따른 표시 장치에 대해 설명하기로 한다.
도 11d를 참조하면, 광 제어 장치(100)는 표시 패널(1190)의 출광면인 전면(front surface)에 합착될 수 있다. 이 때, 도 11d에 도시되지는 않았으나, 광학용 투명 접착제 중 하나인 OCA와 같은 접착 부재를 이용하여 광 제어 장치(100)를 투명 표시 패널(1190)의 배면에 부착한 후 라미네이션 과정을 거치게 되면 최종적으로 광 제어 장치(100)와 표시 패널(1190)이 결합될 수 있다.
광 제어 장치(100)의 격벽(140)은 표시 패널(1190)의 블랙 매트릭스(1140)에 대응하도록 배치된다. 즉, 도 11d에 도시된 바와 같이 광 제어 장치(100)의 격벽(140)은 표시 패널(1190)의 블랙 매트릭스(1140)와 중첩하도록 배치되어, 표시 패널(1190)의 화소(P)들간의 경계 및 투과 영역(TA)과 발광 영역(EA)간의 경계 모두에 배치된다. 이 때, 격벽(140)의 폭(WA)은 블랙 매트릭스(1140)의 폭(WB)과 동일하거나 블랙 매트릭스(1140)의 폭(WB)보다 더 작을 수 있다. 광 제어 장치(100)의 격벽(140)이 상술한 바와 같이 배치되는 경우, 격벽(140)은 평면 상에서 메쉬(mesh) 구조로 배치될 수 있다. 또한, 격벽(140)은 도시되지 않았으나 블랙 매트릭스(1140) 일부와 중첩하도록 스트라이프(stripe) 구조로 배치될 수도 있다.
상술한 바와 같은 광 제어 장치(100)의 격벽(140)은 도 10d에서 설명한 바와 같은 방식으로 제조될 수 있다. 즉, 표시 패널(1190)의 블랙 매트릭스(1140)에 대응하는 위치에 격벽(140)을 형성하기 위해, 표시 패널(1190)의 블랙 매트릭스(1140)에 대응하는 패턴(PT)을 갖는 마스크(M)를 사용하여 UV를 조사하는 방식으로 격벽(140)이 형성될 수 있다.
광 제어 장치(100)가 표시 패널(1190)의 전면에 배치됨에 따라, 제1 전극부(111)의 전극(111b) 및 제2 전극부(112)의 전극(112b)은 투과 영역(TA)에만 대응하도록 형성된다. 광 제어 장치(100)의 제조 공정 상 액정(120a)는 광 제어 장치(100)의 모든 영역에 배치된다. 즉, 도 10c 내지 도 10f에 도시된 바와 같이, 광 제어 장치(100) 전체 영역에 혼합 액정(120m)이 배치된 상태에서 격벽(140) 및 그물막(150)을 경화시키는 방식으로 광 제어 장치(100)가 제조되므로, 발광 영역(EA)에 대응하는 광 제어 장치(100)의 부분에 액정(120a)을 배치시키지 않고, 해당 부분을 빈 공간으로 두는 것은 공정상 어렵다. 이에 따라, 발광 영역(EA)에도 제1 전극부(111)의 전극(111b) 및 제2 전극부(112)의 전극(112b)이 배치되는 경우 발광 영역(EA)에서도 광 제어 장치(100)가 구동될 것이고, 이에 따라 발광 영역(EA)에서 방출되는 빛이 광 제어 장치(100)에 의해 차단될 수도 있다. 이에, 도 11d에 도시된 바와 같이, 제1 전극부(111)의 전극(111b) 및 제2 전극부(112)의 전극(112b)을 투과 영역(TA)에만 대응하도록 형성하여, 투과 영역(TA)에 대응하는 광 제어 장치(100)의 부분만을 구동시키고, 발광 영역(EA)에 대응하는 광 제어 장치(100)의 부분은 항상 투명 모드로 유지되도록 할 수 있다.
이하에서는, 표시 장치(1100)가 영상을 제공하는 것과 관련하여 광 제어 장치(100)의 투명 모드 및 차광 모드의 구동 방식을 설명한다.
표시 패널(1190)이 영상을 제공하지 않는 동안 광 제어 장치(100)는 투명 모드로 구현된다. 즉, 광 제어 장치(100)에 전압이 인가되지 않은 상태에서 광 제어 장치(100)는 외부로부터 들어오는 빛을 통과시키는 투명 모드로 구현된다.
표시 패널(1190)이 영상을 제공하는 동안 광 제어 장치(100)는 배면으로부터 입사하는 빛을 차단하도록 구현된다. 구체적으로, 표시 패널(1190)이 영상을 제공하는 동안 광 제어 장치(100)의 제1 전극부(111)의 전극(111b) 및 제2 전극부(112)의 전극(112b)에 전압을 인가하여 액정부(120)의 액정(120a)이 무질서하게 배열된다. 따라서, 액정부(120)는 외부로부터 들어오는 빛을 산란시키게 되고, 광 제어 장치(100)는 외부로부터의 빛이 표시 패널(1190)의 투과 영역(TA)을 통해 시인되는 것을 차단하여 영상의 화질을 향상시킬 수 있다. 이 때, 발광 영역(EA)에 대응하는 광 제어 장치(100)의 부분에는 제1 전극부(111)의 전극(111b) 및 제2 전극부(112)의 전극(112b)이 형성되지 않으므로, 여전히 투명 모드로 동작하게 되고, 사용자는 발광 영역(EA)을 통해 영상을 시인할 수 있다.
도 11d에서는 광 제어 장치(100)의 격벽(140)이 표시 패널(1190)의 화소(P)들간의 경계 및 투과 영역(TA)과 발광 영역(EA)간의 경계 모두에 배치되는 것으로 도시되었으나, 격벽(140)은 표시 패널(1190)의 화소(P)의 경계에 배치된 블랙 매트릭스(1140)에만 중첩하도록 배치될 수도 있다.
또한, 표시 패널(1190)의 상부 기판(1115)이 광 제어 장치(100)의 제1 전극부(111) 또는 제2 전극부(112)를 구성하는 기판 중 하나가 될 수도 있다. 예를 들어, 광 제어 장치(100)를 구성하는 제1 전극부(111)의 전극(111b) 또는 제2 전극부(112)의 전극(112b)을 표시 패널(1190)의 상부 기판(1115)의 전면에 형성하면 제1 전극부(111) 또는 제2 전극부(112)를 구성하는 기판(111a, 112a)의 역할을 표시 패널(1190)의 상부 기판(1115)이 하게 된다. 따라서, 상부 기판(1115)과 제1 전극부(111)의 전극(111b) 또는 제2 전극부(112)의 전극(112b)의 구성이 앞서 설명한 제1 전극부(111) 또는 제2 전극부(112)가 될 수 있다.
또한, 광 제어 장치(100)는 표시 패널(1190)의 출광면인 전면(front surface)에 합착될 때, 격벽(140)이 발광 영역(EA)에도 형성될 수 있다. 즉, 도 11c에 도시된 바와 같이 격벽(140) 중 일부는 블랙 매트릭스(1140)와만 중첩하고, 다른 일부는 블랙 매트릭스(1140) 및 발광 영역(EA)과 중첩할 수 있다. 상술한 바와 같이, 격벽(140)은 빛을 통과시킬 수 있는 투명한 재질의 광경화성 모노머를 통해 만들어지므로, 격벽(140)을 발광 영역(EA) 전체에 대응하도록 형성하여 발광 영역(EA)에 대응하는 광 제어 장치(100)의 부분이 항상 빛을 투과시키도록 할 수 있다.
도 11a 내지 도 11d에서는 표시 패널(1100)이 탑 에미션 방식의 유기 전계 발광 표시 패널이거나 바텀 에미션 방식의 유기 전계 발광 표시 패널인 것으로 설명하였으나, 표시 패널(1100)은 양면 발광 방식의 유기 전계 발광 표시 패널일 수도 있다. 즉, 표시 패널(1100)은 표시 패널의 전면(front surface) 및 배면(rear surface)을 통해 영상을 표시할 수 있다. 이 경우, 광 제어 장치(100)는 표시 패널(1100)의 전면(front surface) 및 배면(rear surface) 중 어느 하나에만 배치될 수도 있고, 표시 패널(1100)의 전면 및 배면 둘 모두에 배치될 수도 있다. 즉, 적어도 하나의 광 제어 장치(100)가 표시 패널(1100)에 부착될 수 있다.
도 12a는 본 발명의 실시예에 따른 광 제어 장치가 적용된 표시 장치를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다. 도 12b는 도 12a의 XII-XII'에 따른 표시 장치의 단면도이다. 도 12a 및 도 12b를 참조하면, 표시 장치(1200)는 표시 패널(1290) 및 광 제어 장치(100)를 포함한다. 도 12a에서는 설명의 편의를 위해 표시 장치(1200)의 복수의 화소(P) 중 일부만을 도시하였고, 표시 장치(1200)의 블랙 매트릭스(1240) 및 격벽(140)만을 도시하였다. 본 실시예를 설명함에 있어 이전 실시예와 동일 또는 대응되는 구성요소에 대한 설명은 생략하기로 한다. 이하, 이를 참조하여 본 실시예에 따른 표시 장치(1200)에 대해 설명하기로 한다.
도 12b를 참조하면, 표시 패널(1290)은 유기 발광 소자(1230)로부터 발광된 광이 하부 기판(1211) 측으로 출광되는 바텀 에미션(bottom emission) 방식의 유기 전계 발광 표시 패널이다. 또한, 표시 패널(1290)은 투과 영역(TA)을 포함하는 투명 유기 전계 발광 표시 패널이다.
도 12a 및 도 12b를 참조하면, 표시 패널(1290)은 복수의 화소(P)를 포함하고, 각각의 화소(P)는 투과 영역(TA), 발광 영역(EA) 및 회로 영역(CA)을 포함한다. 도 11a 및 도 11b를 참조하여 설명한 표시 장치(1100)와 비교하여, 도 12a 및 도 12b에 도시된 표시 패널(1290)은 바텀 에미션 방식의 유기 전계 발광 표시 패널이므로, 발광 영역(EA)과 회로 영역(CA)은 서로 중첩하지 않는다. 즉, 발광 영역(EA)에서 발광된 빛이 하부 기판(1211)을 통과하여 외부로 방출되어야 하므로, 다양한 회로들이 배치된 회로 영역(CA)은 발광 영역(EA)과 중첩하지 않는다.
도 12b를 참조하면, 표시 패널(1290)의 하부 기판(1211) 상에 박막 트랜지스터(1220)가 배치된다. 구체적으로 박막 트랜지스터(1220)는 회로 영역(CA)에 배치된다. 또한, 게이트 전극과 액티브층을 절연시키기 위한 게이트 절연층(1212)이 배치된다. 박막 트랜지스터(1220) 상에 박막 트랜지스터(1220) 상부를 평탄화하기 위한 평탄화층(1213)이 배치되고, 평탄화층(1213) 상에 유기 발광 소자(1230)가 배치된다. 유기 발광 소자(1230)는 발광 영역(EA)에 배치되고, 유기 발광층(1232)에 정공을 공급하는 애노드(1231), 유기 발광층(1232) 및 유기 발광층(1232)에 전자를 공급하는 캐소드(1233)를 포함한다. 애노드(1231)는 평탄화층(1213)의 컨택홀을 통해 박막 트랜지스터(1220)와 전기적으로 연결된다. 상술한 바와 같이, 표시 패널(1290)이 바텀 에미션 방식의 유기 전계 발광 표시 패널이므로, 애노드(1231)는 투명 도전성 산화물(TCO)로 이루어지는 투명 도전층을 포함한다. 애노드(1231) 상에는 발광 영역(EA)을 정의하는 뱅크(1214)가 배치되고, 애노드(1231) 및 뱅크(1214) 상에 유기 발광층(1232) 및 캐소드(1233)가 배치된다. 유기 발광층(1232)은 특정 색의 광을 발광할 수 있으며, 예를 들어, 백색, 적색, 녹색 및 청색 중 어느 하나의 색의 광을 발광할 수 있다. 이하에서는, 유기 발광층(1232)이 백색광을 발광하는 것으로 설명한다. 유기 발광층(1232) 상에 캐소드(1233)가 배치된다. 상술한 바와 같이, 표시 패널(1290)이 바텀 에미션 방식의 유기 전계 발광 표시 패널이므로, 캐소드(1233)는 금속 물질로 이루어질 수 있다. 상부 기판(1215)과 하부 기판(1211)은 접착층(1260)에 의해 합착된다. 도 12b에 도시되지는 않았으나, 유기 발광 소자(1230)를 외부로부터의 수분 및 산소로부터 보호하기 위한 봉지층이 표시 패널(1290)에 더 포함될 수도 있다.
표시 패널(1290)의 하부 기판(1211)에 블랙 매트릭스(1240)가 배치된다. 블랙 매트릭스(1240)는 화소(P)들간의 경계, 발광 영역(EA)과 회로 영역(CA)간의 경계, 투과 영역(TA)과 회로 영역(CA)간의 경계 및 회로 영역(CA)에 배치된다. 또한, 컬러 필터(1250)가 표시 패널(1290)의 하부 기판(1211)에서 발광 영역(EA)에 배치된다. 컬러 필터(1250)는 적색 컬러 필터, 녹색 컬러 필터 및 청색 컬러 필터 중 하나일 수 있으나, 이에 제한되지 않고 다른 색의 광을 통과시킬 수 있는 컬러 필터일 수도 있다. 컬러 필터(1250) 상에 컬러 필터(1250) 상부를 평탄화시키는 오버코팅층(1216)이 배치되고, 오버코팅층(1216) 상에 박막 트랜지스터(1220)가 배치된다.
광 제어 장치(100)는 표시 패널(1290)과 결합하여 차광판 기능을 할 수 있다. 보다 구체적으로 도 12b를 참조하면, 광 제어 장치(100)는 표시 패널(1290)의 출광면인 표시 패널(1290)의 배면의 반대면인 표시 패널(1290)의 전면에 합착될 수 있다. 이 때, 도 12b에 도시되지는 않았으나, 광학용 투명 접착제 중 하나인 OCA와 같은 접착 부재를 이용하여 광 제어 장치(100)를 투명 표시 패널(1290)의 배면에 부착한 후 라미네이션 과정을 거치게 되면 최종적으로 광 제어 장치(100)와 표시 패널(1290)이 결합될 수 있다.
광 제어 장치(100)의 격벽(140)은 표시 패널(1290)의 블랙 매트릭스(1240)에 대응하도록 배치된다. 즉, 도 12b에 도시된 바와 같이 광 제어 장치(100)의 격벽(140)은 화소(P)들간의 경계, 발광 영역(EA)과 회로 영역(CA)간의 경계, 투과 영역(TA)과 회로 영역(CA)간의 경계 및 회로 영역(CA)에 배치된다. 이 때, 화소(P)의 경계에 배치된 격벽(140)의 폭(WA1)은 화소(P)의 경계에 배치된 블랙 매트릭스(1240)의 폭(WB1)과 동일하거나 블랙 매트릭스(1240)의 폭(WB1)보다 작을 수 있고, 회로 영역(CA)에 배치된 격벽(140)의 폭(WA2)은 회로 영역(CA)에 배치된 블랙 매트릭스(1240)의 폭(WB2)과 동일하거나 블랙 매트릭스(1240)의 폭(WB2)보다 작을 수 있다. 광 제어 장치(100)의 격벽(140)이 상술한 바와 같이 배치되는 경우, 격벽(140)은 도 12a에 도시된 바와 같이 평면 상에서 메쉬(mesh) 구조로 배치될 수 있다. 또한, 격벽(140)은 도시되지 않았으나 블랙 매트릭스(1240) 일부와만 중첩하도록 스트라이프(stripe) 구조로 배치될 수도 있다.
상술한 바와 같은 광 제어 장치(100)의 격벽(140)은 도 10d에서 설명한 바와 같은 방식으로 제조될 수 있다. 즉, 표시 패널(1290)의 블랙 매트릭스(1240)에 대응하는 위치에 격벽(140)을 형성하기 위해, 표시 패널(1290)의 블랙 매트릭스(1240)에 대응하는 패턴(PT)을 갖는 마스크(M)를 사용하여 UV를 조사하는 방식으로 격벽(140)이 형성될 수 있다.
이하에서는, 표시 장치(1200)가 영상을 제공하는 것과 관련하여 광 제어 장치(100)의 투명 모드 및 차광 모드의 구동 방식을 설명한다.
표시 패널(1290)이 영상을 제공하지 않는 동안 광 제어 장치(100)는 투명 모드로 구현된다. 상술한 바와 같이 광 제어 장치(100)의 초기 상태(normally)에서의 액정부(120)의 액정(120a)은 호메오트로픽 상(homeotropic state)이기 때문에, 광 제어 장치(100)에 전압이 인가되지 않은 상태에서 외부로부터 들어오는 빛을 통과시키는 투명 모드로 구현된다.
또한, 표시 패널(1290)이 영상을 제공하는 동안 광 제어 장치(100)는 표시 패널(1290)의 출광면인 배면(rear surface)의 반대면인 전면(front surface)으로부터 입사하는 빛을 차단하도록 구현된다. 구체적으로, 표시 패널(1290)이 영상을 제공하는 동안 광 제어 장치(100)의 제1 전극부(111) 및 제2 전극부(112) 사이에 전압 차이가 생기도록 제1 전극부(111) 및 제2 전극부(112)에 전압을 인가하여 액정부(120)의 액정(120a)이 무질서하게 배열된다. 이에 따라, 액정부(120)는 외부로부터 들어오는 빛을 산란시키게 되고, 광 제어 장치(100)는 외부로부터의 빛이 표시 패널(1290)의 배면(rear surface)을 통해 시인되는 것을 차단하여 영상의 화질을 향상시킬 수 있다.
또한 광 제어 장치(100)는 필요에 따라서는 차광판 기능 이외에도 사용자에게 심미적 효과를 줄 수 있다. 예를 들어 광 제어 장치(100)에 도 3에 도시된 바와 같은 발색부재(270)를 적용하는 경우, 발색부재(270)가 가지는 색깔을 나타냄으로써 사용자에게 색깔을 가지는 배경 화면이 제공될 수도 있다.
도 12b에서는 광 제어 장치(100)의 격벽(140)이 화소(P)들간의 경계, 발광 영역(EA)과 회로 영역(CA)간의 경계, 투과 영역(TA)과 회로 영역(CA)간의 경계 및 회로 영역(CA) 모두에 배치되는 것으로 도시되었으나, 격벽(140)은 표시 패널(1290)의 화소(P)의 경계에 배치된 블랙 매트릭스(1240)에만 중첩하도록 배치될 수도 있다.
또한, 광 제어 장치(100)의 격벽(140)은 발광 영역(EA)에도 배치될 수 있다. 격벽(140)은 빛을 통과시킬 수 있는 투명한 재질의 광경화성 모노머를 통해 만들어지므로, 격벽(140)을 발광 영역(EA) 전체에 대응하도록 형성하여 발광 영역(EA)에 대응하는 광 제어 장치(100)의 부분이 항상 빛을 투과시키도록 할 수 있다. 이 경우 격벽(140)은 회로 영역(CA)에는 배치되지 않을 수도 있다.
또한, 도 12b에서는 제1 전극부(111)의 전극(111b) 및 제2 전극부(112)의 전극(112b)이 발광 영역(EA) 및 투과 영역(TA) 모두에 대응하도록 배치되는 것으로 도시되었으나, 제1 전극부(111)의 전극(111b) 및 제2 전극부(112)의 전극(112b)은 투과 영역(TA)에만 배치될 수도 있다. 즉, 표시 패널(1290)의 발광 영역(EA)은 빛이 발광되는 영역이고, 외부 광을 통과시킬 수 있는 영역이 아니므로, 발광 영역(EA)에 대응하는 광 제어 장치(100)의 부분이 차광 모드와 투명 모드로 구현되지 않을 수 있다. 즉, 발광 영역(EA)에 대응하는 광 제어 장치(100)의 부분은 항상 투명 모드이어도 무방하다. 이에, 제1 전극부(111)의 전극(111b) 및 제2 전극부(112)의 전극(112b)은 투과 영역(TA)에만 배치될 수도 있다.
도 12b에서는 광 제어 장치(100)로서 도 1 및 도 2에 도시된 광 제어 장치(100)가 사용되는 것으로 도시되었으나, 이에 제한되지 않고 도 3 내지 도 9에 도시된 광 제어 장치(200, 300, 400, 500, 600, 700)가 표시 패널(1290)과 결합되어 사용될 수 있다. 또한, 도 11b에서는 광 제어 장치(100)의 제1 전극부(111)가 표시 패널(1290)의 하부 기판(1211)과 접하는 것으로 도시되었으나, 광 제어 장치(100)의 제2 전극부(112)가 표시 패널(1290)의 하부 기판(1211)과 접할 수도 있다.
또한, 표시 패널(1290)의 상부 기판(1215)이 광 제어 장치(100)의 제1 전극부(111) 또는 제2 전극부(112)를 구성하는 기판 중 하나가 될 수도 있다. 예를 들어, 광 제어 장치(100)를 구성하는 제1 전극부(111)의 전극(111b) 또는 제2 전극부(112)의 전극(112b)을 표시 패널(1290)의 상부 기판(1215)의 전면에 형성하면 제1 전극부(111) 또는 제2 전극부(112)를 구성하는 기판(111a, 112a)의 역할을 표시 패널(1290)의 상부 기판(1215)이 하게 된다. 따라서, 상부 기판(1215)과 제1 전극부(111)의 전극(111b) 또는 제2 전극부(112)의 전극(112b)의 구성이 앞서 설명한 제1 전극부(111) 또는 제2 전극부(112)가 될 수 있다.
도 12a 및 도 12b에서는, 하나의 화소(P)에서 투과 영역(TA), 회로 영역(CA), 발광 영역(EA)의 순서로 각각의 영역들이 배치되는 것으로 도시되었으나, 하나의 화소(P)에서 투과 영역(TA), 회로 영역(CA) 및 발광 영역(EA)의 배치 순서는 이에 제한되지 않는다.
도 12c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 장치의 단면도이다. 본 실시예를 설명함에 있어 이전 실시예와 동일 또는 대응되는 구성요소에 대한 설명은 생략하기로 한다. 이하, 이를 참조하여 본 실시예에 따른 표시 장치에 대해 설명하기로 한다.
도 12c를 참조하면, 광 제어 장치(100)는 표시 패널(1290)이 영상을 출광하는 표시 패널(1290)의 배면(rear surface)에 합착될 수 있다. 이 때, 도 12c에 도시되지는 않았으나, 광학용 투명 접착제 중 하나인 OCA와 같은 접착 부재를 이용하여 광 제어 장치(100)를 투명 표시 패널(1290)의 배면(rear surface)에 부착한 후 라미네이션 과정을 거치게 되면 최종적으로 광 제어 장치(100)와 표시 패널(1290)이 결합될 수 있다.
광 제어 장치(100)의 격벽(140)은 표시 패널(1290)의 블랙 매트릭스(1240)에 대응하도록 배치된다. 즉, 도 12c에 도시된 바와 같이 광 제어 장치(100)의 격벽(140)은 표시 패널(1290)의 블랙 매트릭스(1240)와 중첩하도록 배치되어, 표시 패널(1290)의 화소(P)들간의 경계, 발광 영역(EA)과 회로 영역(CA)간의 경계, 투과 영역(TA)과 회로 영역(CA)간의 경계 및 회로 영역(CA) 모두에 배치된다.
상술한 바와 같은 광 제어 장치(100)의 격벽(140)은 도 10d에서 설명한 바와 같은 방식으로 제조될 수 있다. 즉, 표시 패널(1290)의 블랙 매트릭스(1240)에 대응하는 위치에 격벽(140)을 형성하기 위해, 표시 패널(1290)의 블랙 매트릭스(1240)에 대응하는 패턴(PT)을 갖는 마스크(M)를 사용하여 UV를 조사하는 방식으로 격벽(140)이 형성될 수 있다.
광 제어 장치(100)가 표시 패널(1290)의 배면(rear surface)에 배치됨에 따라, 제1 전극부(111)의 전극(111b) 및 제2 전극부(112)의 전극(112b)은 투과 영역(TA)에만 대응하도록 형성된다. 광 제어 장치(100)의 제조 공정 상 액정(120a)는 광 제어 장치(100)의 모든 영역에 배치된다. 즉, 도 10c 내지 도 10f에 도시된 바와 같이, 광 제어 장치(100) 전체 영역에 혼합 액정(120m)이 배치된 상태에서 격벽(140) 및 그물막(150)을 경화시키는 방식으로 광 제어 장치(100)가 제조되므로, 발광 영역(EA)에 대응하는 광 제어 장치(100)의 부분에 액정(120a)을 배치시키지 않고, 해당 부분을 빈 공간으로 두는 것은 공정상 어렵다. 따라서, 발광 영역(EA)에도 제1 전극부(111)의 전극(111b) 및 제2 전극부(112)의 전극(112b)이 배치되는 경우 발광 영역(EA)에서도 광 제어 장치(100)가 구동될 것이고, 이에 따라 발광 영역(EA)에서 방출되는 빛이 광 제어 장치(100)에 의해 차단될 수도 있다. 이에, 도 11d에 도시된 바와 같이, 제1 전극부(111)의 전극(111b) 및 제2 전극부(112)의 전극(112b)을 투과 영역(TA)에만 대응하도록 형성하여, 투과 영역(TA)에 대응하는 광 제어 장치(100)의 부분만을 구동시키고, 발광 영역(EA)에 대응하는 광 제어 장치(100)의 부분은 항상 투명 모드로 유지되도록 할 수 있다.
이하에서는, 표시 장치(1200)가 영상을 제공하는 것과 관련하여 광 제어 장치(100)의 투명 모드 및 차광 모드의 구동 방식을 설명한다.
표시 패널(1290)이 영상을 제공하지 않는 동안 광 제어 장치(100)는 투명 모드로 구현된다. 즉, 광 제어 장치(100)에 전압이 인가되지 않은 상태에서 광 제어 장치(100)는 외부로부터 들어오는 빛을 통과시키는 투명 모드로 구현된다.
표시 패널(1290)이 영상을 제공하는 동안 광 제어 장치(100)는 배면(rear surface)으로부터 입사하는 빛을 차단하도록 구현된다. 구체적으로, 표시 패널(1290)이 영상을 제공하는 동안 광 제어 장치(100)의 제1 전극부(111)의 전극(111b) 및 제2 전극부(112)의 전극(112b)에 전압을 인가하여 액정부(120)의 액정(120a)이 무질서하게 배열되고, 액정부(120)는 외부로부터 들어오는 빛을 산란시키게 되고, 광 제어 장치(100)는 외부로부터의 빛이 표시 패널(1290)의 투과 영역(TA)을 통해 시인되는 것을 차단하여 영상의 화질을 향상시킬 수 있다. 이 때, 발광 영역(EA)에 대응하는 광 제어 장치(100)의 부분에는 제1 전극부(111)의 전극(111b) 및 제2 전극부(112)의 전극(112b)이 형성되지 않으므로, 여전히 투명 모드로 동작하게 되고, 사용자는 발광 영역(EA)을 통해 영상을 시인할 수 있다.
도 12c에서는 광 제어 장치(100)의 격벽(140)이 화소(P)들간의 경계, 발광 영역(EA)과 회로 영역(CA)간의 경계, 투과 영역(TA)과 회로 영역(CA)간의 경계 및 회로 영역(CA) 모두에 배치되는 것으로 도시되었으나, 격벽(140)은 표시 패널(1290)의 화소(P)의 경계에 배치된 블랙 매트릭스(1240)에만 중첩하도록 배치될 수도 있다.
또한, 광 제어 장치(100)의 격벽(140)은 발광 영역(EA)에도 배치될 수 있다. 격벽(140)은 빛을 통과시킬 수 있는 투명한 재질의 광경화성 모노머를 통해 만들어지므로, 격벽(140)을 발광 영역(EA) 전체에 대응하도록 형성하여 발광 영역(EA)에 대응하는 광 제어 장치(100)의 부분이 항상 빛을 투과시키도록 할 수 있다. 이 경우 격벽(140)은 회로 영역(CA)에는 배치되지 않을 수도 있다.
표시 패널(1290)의 하부 기판(1211)이 광 제어 장치(100)의 제1 전극부(111) 또는 제2 전극부(112)를 구성하는 기판 중 하나가 될 수도 있다. 예를 들어, 광 제어 장치(100)를 구성하는 제1 전극부(111)의 전극(111b) 또는 제2 전극부(112)의 전극(112b)을 표시 패널(1290)의 하부 기판(1211)의 전면에 형성하면 제1 전극부(111) 또는 제2 전극부(112)를 구성하는 기판(111a, 112a)의 역할을 표시 패널(1290)의 하부 기판(1211)이 하게 된다. 따라서, 하부 기판(1211)과 제1 전극부(111)의 전극(111b) 또는 제2 전극부(112)의 전극(112b)의 구성이 앞서 설명한 제1 전극부(111) 또는 제2 전극부(112)가 될 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 광 제어 장치 및 이의 제조 방법에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
100: 광 제어 장치 111: 제1 전극부
112: 제2 전극부 120: 액정부
130: 배향부재 140: 격벽
150: 그물막
1100, 1200: 표시 장치 1111, 1211: 하부 기판
1112, 1212: 게이트 절연층 1113, 1213: 평탄화층
1114, 1214: 뱅크 1115, 1015: 상부 기판
1120, 1220: 박막 트랜지스터 1130, 1230: 유기 발광 소자
1131, 1231: 애노드 1132, 1232: 유기 발광층
1133, 1233: 캐소드 1140, 1240: 블랙 매트릭스
1150, 1250: 컬러 필터 1160, 1260: 접착층
1190, 1290: 표시 패널 1116: 오버코팅층

Claims (35)

  1. 서로 마주보는 제1 전극부와 제2 전극부; 및
    상기 제1 전극부와 상기 제2 전극부 사이의 액정부를 포함하고,
    상기 액정부는,
    액정;
    상기 액정부 내부에 위치하고, 상기 액정과 유사한 형상을 갖는 제1 모노머로부터 폴리머화된 제1 폴리머 및 상기 제1 모노머와 상이한 형상을 갖는 제2 모노머로부터 폴리머화된 제2 폴리머를 포함하는 그물막; 및
    상기 액정부 내부에 위치하고, 상기 제1 폴리머 및 상기 제2 폴리머를 포함하는 격벽을 포함하는 것을 특징으로 하는, 광 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극부 및 상기 제2 전극부 중 적어도 하나에 배치된 스페이서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 광 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 모노머 및 상기 제2 모노머는 UV 경화형 모노머인 것을 특징으로 하는, 광 제어 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 모노머를 경화시키기 위해 사용되는 UV 파장과 상기 제2 모노머를 경화시키기 위해 사용되는 UV 파장은 동일한 파장 범위를 갖는 것을 특징으로 하는, 광 제어 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 모노머는 RM(Reactive Mesogen) 계열 모노머인 것을 특징으로 하는, 광 제어 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 모노머는 Bisphenol A Dimethacrylate 계열 모노머인 것을 특징으로 하는, 광 제어 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 모노머는 상기 액정의 수직 배향을 돕고,
    상기 제2 모노머는 상기 액정이 무질서하게 배열되는 것을 돕는 것을 특징으로 하는, 광 제어 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 액정이 네거티브 액정 또는 DFLC(dual frequency liquid crystal) 중 하나인 경우,
    상기 제1 전극부 및 상기 제2 전극부 각각은 공통 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는, 광 제어 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 액정이 네거티브 액정인 경우,
    상기 제1 전극부 및 상기 제2 전극부 각각은 상기 액정부에 수직 전계를 인가하도록 구성된 것을 특징으로 하는, 광 제어 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    전압이 인가되지 않은 경우, 상기 광 제어 장치는 호메오트로픽 상(homeotropic state)을 갖는 상기 액정에 의해 투명 모드를 나타내고,
    전압이 인가된 경우, 상기 광 제어 장치는 무질서한 상(random state)을 갖는 상기 액정에 의해 차광 모드를 나타내는 것을 특징으로 하는, 광 제어 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 액정이 포지티브 액정 또는 DFLC 중 하나인 경우,
    상기 제1 전극부 및 상기 제2 전극부 중 적어도 하나는 복수의 패턴 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는, 광 제어 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 패턴 전극에는 수평 전계가 인가되는 것을 특징으로 하는, 광 제어 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    전압이 인가되지 않은 경우, 상기 광 제어 장치는 호메오트로픽 상(homeotropic state)을 갖는 상기 액정에 의해 투명 모드를 나타내고,
    전압이 인가된 경우, 상기 광 제어 장치는 무질서한 상(random state)을 갖는 상기 액정에 의해 차광 모드를 나타내는 것을 특징으로 하는, 광 제어 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 액정이 포지티브 액정 또는 DFLC 중 하나인 경우,
    상기 제1 전극부 및 상기 제2 전극부 중 적어도 하나는 복수의 패턴 전극 및 공통 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는, 광 제어 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 패턴 전극 및 상기 공통 전극에 수평 전계가 인가되는 것을 특징으로 하는, 광 제어 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    전압이 인가되지 않은 경우, 상기 광 제어 장치는 호메오트로픽 상(homeotropic state)을 갖는 상기 액정에 의해 투명 모드를 나타내고,
    전압이 인가된 경우, 상기 광 제어 장치는 무질서한 상(random state)을 갖는 상기 액정에 의해 차광 모드를 나타내는 것을 특징으로 하는, 광 제어 장치.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 액정을 호메오트로픽 상(homeotropic state)으로 배열하기 위한 배향부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 광 제어 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 배향부는 상기 액정부의 위 또는 아래에 배치된 것을 특징으로 하는, 광 제어 장치.
  19. 제1 전극부와 제2 전극부를 합착하는 단계;
    상기 제1 전극부와 상기 제2 전극부 사이에, 제1 모노머, 제2 모노머 및 액정을 포함하는 혼합 액정을 포함하는 액정부를 형성하는 단계;
    패턴을 갖는 마스크를 상기 제1 전극부 또는 상기 제2 전극부 상에 위치시키는 단계 상기 제1 모노머 및 상기 제2 모노머를 폴리머화하여 상기 패턴과 대응하는 영역에 격벽을 형성하는 단계; 및
    상기 제1 모노머 및 상기 제2 모노머를 상기 격벽을 형성하는 단계보다 낮은 조사 에너지로 폴리머화하여 그물막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 광 제어 장치의 제조 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제1 전극부 및 상기 제2 전극부 중 적어도 하나에 스페이서를 배치하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 광 제어 장치의 제조 방법.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 제1 모노머와 상기 제2 모노머는 동일한 파장대의 빛에 의해 폴리머화되는 것을 특징으로 하는, 광 제어 장치의 제조 방법.
  22. 제19항에 있어서,
    상기 격벽을 형성하는 단계 및 상기 그물막을 형성하는 단계 각각은 UV 조사에 의해 상기 제1 모노머 및 상기 제2 모노머를 폴리머화하는 것을 특징으로 하는, 광 제어 장치의 제조 방법.
  23. 제19항에 있어서,
    상기 제1 모노머는 RM(Reactive Mesogen) 계열 모노머인 것을 특징으로 하는, 광 제어 장치의 제조 방법.
  24. 제19항에 있어서,
    상기 제2 모노머는 Bisphenol A Dimethacrylate 계열 모노머인 것을 특징으로 하는, 광 제어 장치의 제조 방법.
  25. 액정, 제1 모노머 및 제2 모노머가 포함된 혼합 액정에 있어서,
    상기 제1 모노머는 상기 액정과 유사한 형상을 갖고,
    상기 제2 모노머는 상기 제1 모노머와 다른 형상을 갖고,
    상기 제1 모노머 및 상기 제2 모노머는 광 제어 장치 내에 그물막 및 격벽이 있도록 구성된 것을 특징으로 하는, 혼합 액정.
  26. 제25항에 있어서,
    전압이 인가되지 않은 경우, 상기 광 제어 장치는 호메오트로픽 상(homeotropic state)을 갖는 상기 액정에 의해 투명 모드를 나타내고,
    전압이 인가된 경우, 상기 광 제어 장치는 무질서한 상(random state)을 갖는 상기 액정에 의해 차광 모드를 나타내는 것을 특징으로 하는, 혼합 액정.
  27. 제25항에 있어서,
    상기 제1 모노머 및 상기 제2 모노머는 동일한 파장대의 UV 조사에 의해 경화되는 것을 특징으로 하는, 혼합 액정.
  28. 제25항에 있어서,
    상기 제1 모노머는 RM(Reactive Mesogen) 계열 모노머인 것을 특징으로 하는, 혼합 액정.
  29. 제25항에 있어서,
    상기 제2 모노머는 Bisphenol A Dimethacrylate 계열 모노머인 것을 특징으로 하는, 혼합 액정.
  30. 제25항에 있어서,
    상기 제1 모노머 및 상기 제2 모노머는 UV 조사에 의해 폴리머화되는 것을 특징으로 하는, 혼합 액정.
  31. 제25항에 있어서,
    상기 액정은 포지티브 액정, 네거티브 액정 또는 DFLC(dual frequency liquid crystal) 중 하나인 것을 특징으로 하는, 혼합 액정.
  32. 표시 패널; 및
    상기 표시 패널에 부착되고, 청구항 1항에 기재된 하나 이상의 광 제어 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는, 표시 장치.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 표시 패널은 유기 전계 발광 표시 패널인 것을 특징으로 하는, 표시 장치.
  34. 제32항에 있어서,
    상기 광 제어 장치는 상기 표시 패널의 전면(front surface)에 부착된 것을 특징으로 하는, 표시 장치.
  35. 제32항에 있어서,
    상기 광 제어장치는 상기 표시 패널의 배면(rear surface)에 부착된 것을 특징으로 하는, 표시 장치.
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