KR20230002604A - 삽입형 기판을 포함하는 액정 장치 - Google Patents

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KR20230002604A
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electrode
electrode layer
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밍퀴안 헤
안드리 바레니시아
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코닝 인코포레이티드
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Abstract

적어도 2개의 액정층, 상기 액정층을 분리하는 적어도 하나의 삽입형 기판, 및 상기 삽입형 기판의 대향하는 표면 상에 배치된 적어도 2개의 배향막을 포함하는 액정 장치는 개시된다. 또한, 상기 액정 장치를 혼입하는 액정 윈도우는 개시된다.

Description

삽입형 기판을 포함하는 액정 장치
본 출원은 2020년 4월 20일에 출원된 미국 가출원 제63/012,543호의 우선권을 주장하며, 이의 내용은 전체가 참조로서 여기에 혼입된다.
본 개시는 일반적으로 적어도 하나의 삽입형 기판(interstitial substrate)을 포함하는 액정 장치(liquid crystal devices)에 관한 것이고, 좀 더 구체적으로는, 삽입형 기판에 의해 분리된 적어도 2개의 액정층을 포함하는 액정 윈도우(windows)에 관한 것이다.
액정 장치는, 건물 및 자동차용 창, 문, 공간 칸막이, 및 채광창과 같은, 다양한 건축 및 수송용 적용들에 사용된다. 많은 상업적 적용들의 경우, 액정 장치는 온(on)과 오프 상태들(off states) 사이에 높은 명암비(contrast ratio)를 제공하는 동시에 우수한 에너지 효율 및 비용 효율성을 제공하는 것이 바람직하다. 더 높은 명암비는 더 많은 양의 액정 물질 및/또는 광 흡수 첨가제(light absorbing additives)를 사용하여 달성될 수 있다. 그러나, 액정층이 두꺼워질수록, 결정의 방향(orientation)을 제어하기가 더 어려워지고, 이는 전체 장치의 광학 효율성 및 명암비에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 그래서, 단일 액정 셀 설계(single liquid crystal cell design)를 사용하여 높은 명암비를 달성하는 것은 지금까지 어려운 과제였다.
이중 셀 구조, 예를 들어, 2개의 나란한 액정 셀 유닛(unit)을 포함하는 액정 장치는 원하는 높은 명암비를 얻기 위해 통상적으로 사용되어 왔다. 그러나, 이중 셀 구조는 또한 유닛의 증가된 전체 중량 및 두께 및 부가적인 유리층 및 전극 부품의 존재로 인한 높은 제조 비용 및 복잡성과 같은, 다양한 단점을 갖는다. 부가적인 유리 인터페이스(interfaces)는 또한 이중 셀 구조 전체에 걸쳐 광손실(optical losses)을 결과할 수 있다.
그래서, 상업적 적용들에 대한 허용가능한 명암비를 제공하는 더 가볍고/또는 더 얇은 액정 장치에 대한 요구가 있다. 또한, 이러한 액정 장치를 제조하는 비용 및 복잡성을 감소시키는 것도 유리할 것이다. 이러한 액정 장치의 에너지 효율 및 광학 효과를 개선시키는 것은 더욱 유리할 것이다.
제1 및 제2 유리 기판 어셈블리(assemblies), 제1 및 제2 액정층, 및 제1 및 제2 액정층을 분리하는 제3 삽입형 기판 어셈블리를 포함하는 액정 장치는 여기에 개시된다. 또한, 여기에 개시된 바와 같은 액정 장치 및 상기 액정 장치로부터 밀봉된 갭(sealed gap)에 의해 분리된 부가적인 유리 기판을 포함하는 액정 윈도우는 여기에 개시된다.
다양한 구현예에서, 본 개시는: 제1 유리 기판, 제1 배향막(alignment layer), 및 이들 사이에 배치된 제1 전극층을 포함하는 제1 기판 어셈블리; 제2 유리 기판, 제2 배향막, 및 이들 사이에 배치된 제2 전극층을 포함하는 제2 기판 어셈블리; 제3 배향막, 제4 배향막, 제3 전극층, 제4 전극층, 및 제3 기판을 포함하고, 여기서, 상기 제3 전극층은 제3 기판과 제3 배향막 사이에 배치되고, 상기 제4 전극층은 제3 기판과 제4 배향막 사이에 배치되는, 제3 기판 어셈블리; 상기 제1 기판 어셈블리와 제3 기판 어셈블리 사이에 배치된 제1 액정층; 및 상기 제2 기판 어셈블리와 제3 기판 어셈블리 사이에 배치된 제2 액정층를 포함하는, 액정 장치에 관한 것이다.
비-제한적인 구현예에서, 상기 제1 액정층은 제1 배향막 및 제3 배향막과 직접 접촉할 수 있고, 상기 제2 액정층은 제2 배향막 및 제4 배향막과 직접 접촉할 수 있다. 상기 제1 및 제2 유리 기판의 두께는 독립적으로 약 0.1 ㎜ 내지 약 4 ㎜의 범위이다. 상기 제1 및 제2 유리 기판은, 소다-라임 실리케이트, 알루미노실리케이트, 알칼리-알루미노실리케이트, 보로실리케이트, 알칼리보로실리케이트, 알루미노보로실리케이트, 및 알칼리-알루미노보로실리케이트 유리로부터 독립적으로 선택될 수 있다. 다양한 구현예에 따르면, 상기 제3 기판의 두께는 약 0.005 ㎜ 내지 약 1 ㎜의 범위일 수 있다. 특정 구현예에서, 상기 제3 기판의 두께는 제1 또는 제2 액정층의 두께와 실질적으로 동일할 수 있다. 상기 제3 기판은, 예를 들어, 유리, 세라믹, 또는 플라스틱 물질을 포함할 수 있다.
부가적인 구현예에서, 상기 제1, 제2, 제3, 및 제4 전극층의 두께는 독립적으로 약 1 ㎚ 내지 약 100 ㎚의 범위일 수 있다. 상기 제1, 제2, 제3, 및 제4 전극층은, 투명 전도성 산화물, 그래핀, 금속 나노와이어, 탄소 나노튜브, 및 전도성 잉크층으로부터 독립적으로 선택될 수 있다. 상기 제1, 제2, 제3, 및 제4 전극층 중 적어도 하나는, 복수의 라인(lines) 또는 복수의 정사각형 또는 직사각형 픽셀들과 같은, 패턴을 포함할 수 있다. 비-제한적인 구현예에 따르면, 상기 제1 및 제2 전극층은 전원에 연결될 수 있고, 상기 제3 및 제4 전극층은 전원에 연결되지 않지만, 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 부가적인 구현예에서, 상기 제1 및 제2 전극층은 전원에 연결될 수 있고, 상기 제1 및 제4 전극층들은 서로 전기적으로 연결될 수 있으며, 상기 제2 및 제3 전극층들은 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 다른 구현예에서, 상기 제1 및 제2 전극층들은 제1 전원에 연결될 수 있고, 상기 제3 및 제4 전극층들은 제2 전원에 연결될 수 있다.
본 개시의 다른 구현예는, 약 0.001 ㎜ 내지 약 0.2 ㎜의 범위에서 독립적으로 두께를 갖는 제1 및 제2 액정층을 포함한다. 상기 제1 및 제2 액정층은, 예를 들어, 아카이랄 네마틱 액정(achiral nematic liquid crystal), 카이랄(chiral) 네마틱 액정, 콜레스테릭 액정(cholesteric liquid crystal), 또는 스멕틱 액정(smectic liquid crystal)을 포함할 수 있다. 몇몇 구현예에서, 상기 액정층은, 염료, 착색제, 카이랄 도펀트, 중합가능한 반응성 단량체, 광개시제, 및 중합 구조물(polymerized structures)로부터 선택된 적어도 하나의 부가적인 성분을 선택적으로 더욱 포함할 수 있다.
배향막은, 액정 장치에 존재할 수 있고, 제1 및/또는 제2 액정층과 직접 접촉할 수 있다. 상기 배향막의 두께는 독립적으로 약 1 ㎚ 내지 약 100 ㎚의 범위일 수 있다. 상기 배향막용 대표적인 물질은, 층 이방성(anisotropy)을 갖는 주쇄 또는 측쇄 폴리이미드, 표면 이방성을 갖는 감광성 아조벤젠-계 화합물, 및 주기적인 표면 미세구조를 갖는 무기 박막을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 제1 유리 기판, 제1 전극층, 및 선택적으로, 제1 배향막을 포함하는 제1 기판 어셈블리; 제2 유리 기판, 제2 전극층, 및 선택적으로, 제2 배향막을 포함하는 제2 기판 어셈블리; 제3 전극층, 제4 전극층, 제3 기판, 및 선택적으로, 제3 배향막 및 제4 배향막 중 하나 또는 모두를 포함하는, 제3 기판 어셈블리; 상기 제1 기판 어셈블리와 제3 기판 어셈블리 사이에 배치된 제1 액정층; 및 상기 제2 기판 어셈블리와 제3 기판 어셈블리 사이에 배치된 제2 액정층을 포함하는 액정 장치는 여기에서 개시된다.
제1 유리 기판, 제1 배향막, 및 이들 사이에 배치된 제1 전극층을 포함하는 제1 기판 어셈블리; 제2 유리 기판 및 제2 전극층을 포함하는 제2 기판 어셈블리; 제3 배향막, 제3 전극층, 제4 전극층, 및 제3 기판을 포함하며, 여기서, 상기 제3 전극층은 제3 기판과 제3 배향막 사이에 배치되고, 상기 제3 기판은 제3 전극층과 제4 전극층 사이에 배치되는, 제3 기판 어셈블리; 상기 제1 기판 어셈블리와 제3 기판 어셈블리 사이에 배치된 액정층; 및 상기 제2 기판 어셈블리와 제3 기판 어셈블리 사이에 배치된 전기변색층(electrochromic layer)을 포함하는 액정 장치는 여기에서 더욱 개시된다.
상기 구현예들의 임의의 액정 장치 및 상기 액정 장치로부터 밀봉된 갭에 의해 분리된 유리 기판을 포함하는 액정 윈도우는 여기에서 더욱 개시된다. 상기 밀봉된 갭은, 다양한 구현예에서, 공기, 불활성 가스, 또는 이들의 혼합물을 함유할 수 있다.
본 개시의 부가적인 특색 및 장점들은 하기 상세한 설명에서 서술될 것이고, 부분적으로 하기 상세한 설명으로부터 기술분야의 당업자에게 명백하거나, 또는 하기 상세한 설명, 청구범위뿐만 아니라 첨부된 도면을 포함하는, 여기에 기재된 구현예를 실행시켜 용이하게 인지될 것이다.
전술한 배경기술 및 하기 상세한 설명 모두는 단지 대표적인 것이고, 청구범위의 본질 및 특징을 이해하기 위한 개요 또는 틀거리를 제공하도록 의도된 것으로 이해될 것이다. 수반되는 도면은 또 다른 이해를 제공하기 위해 포함되고, 본 명세서에 병합되며, 본 명세서의 일부를 구성한다. 도면은 본 개시의 다양한 구현예를 예시하고, 상세한 설명과 함께 다양한 구현예의 원리 및 작동을 설명하는 역할을 한다.
하기 상세한 설명은 다음의 도면들과 함께 판독하는 경우 더욱 이해될 수 있다. 가능한 한, 동일한 참조 번호는 동일하거나 또는 유사한 부분을 지칭하는 것으로 도면 전체에 걸쳐 사용될 것이다. 도들은 스케일 대로 도시되지 않으며, 각각의 도시된 구성요소의 크기 또는 하나의 구성요소의 다른 구성요소에 대한 상대적인 크기는 제한하는 것으로 의도되지 않는 것으로 이해될 것이다.
도 1은 본 개시의 다양한 구현예에 따른 액정 장치의 단면도를 도시한다;
도 2는 본 개시의 부가적인 구현예에 따른 액정 장치의 단면도를 도시한다;
도 3은 본 개시의 다른 구현예에 따른 액정 장치의 단면도를 도시한다;
도 4는 본 개시의 또 다른 구현예에 따른 액정 장치의 단면도를 도시한다;
도 5는 본 개시의 특정 구현예에 따른 액정 장치의 단면도를 도시한다;
도 6은 본 개시의 비-제한적인 구현예에 따른 액정 윈도우의 단면도를 도시한다.
여기에 개시되는 액정 장치는: 제1 유리 기판, 제1 배향막, 및 이들 사이에 배치된 제1 전극층을 포함하는 제1 기판 어셈블리; 제2 유리 기판, 제2 배향막, 및 이들 사이에 배치된 제2 전극층을 포함하는 제2 기판 어셈블리; 제3 배향막, 제4 배향막, 제3 전극층, 제4 전극층, 및 제3 기판을 포함하고, 여기서, 상기 제3 전극층은 제3 기판과 제3 배향막 사이에 배치되고, 상기 제4 전극층은 제3 기판과 제4 배향막 사이에 배치되는, 제3 기판 어셈블리; 상기 제1 기판 어셈블리와 제3 기판 어셈블리 사이에 배치된 제1 액정층; 및 상기 제2 기판 어셈블리와 제3 기판 어셈블리 사이에 배치된 제2 액정층를 포함한다.
또한, 여기에 개시되는 액정 장치는: 제1 유리 기판, 제1 전극층, 및 선택적으로, 제1 배향막을 포함하는 제1 기판 어셈블리; 제2 유리 기판, 제2 전극층, 및 선택적으로, 제2 배향막을 포함하는 제2 기판 어셈블리; 제3 전극층, 제4 전극층, 제3 기판, 및 선택적으로, 제3 배향막 및 제4 배향막 중 하나 또는 모두를 포함하는, 제3 기판 어셈블리; 상기 제1 기판 어셈블리와 제3 기판 어셈블리 사이에 배치된 제1 액정층; 및 상기 제2 기판 어셈블리와 제3 기판 어셈블리 사이에 배치된 제2 액정층을 포함한다.
여기에서 더욱 개시되는 액정 장치는: 제1 유리 기판, 제1 배향막, 및 이들 사이에 배치된 제1 전극층을 포함하는 제1 기판 어셈블리; 제2 유리 기판 및 제2 전극층을 포함하는 제2 기판 어셈블리; 제3 배향막, 제3 전극층, 제4 전극층, 및 제3 기판을 포함하며, 여기서, 상기 제3 전극층은 제3 기판과 제3 배향막 사이에 배치되고, 상기 제3 기판은 제3 전극층과 제4 전극층 사이에 배치되는, 제3 기판 어셈블리; 상기 제1 기판 어셈블리와 제3 기판 어셈블리 사이에 배치된 액정층; 및 상기 제2 기판 어셈블리와 제3 기판 어셈블리 사이에 배치된 전기변색층을 포함한다. 또한, 여기에 개시된 바와 같은 임의의 액정 장치 및 상기 액정 장치로부터 밀봉된 갭에 의해 분리된 유리 기판을 포함하는 액정 윈도우는 여기에서 더욱 개시된다.
이하, 본 개시의 구현예는, 본 개시의 다양한 관점들을 예시하는, 도 1-6을 참조하여 논의될 것이다. 도 1-5는, 액정 장치(100(도 1), 200(도 2), 300(도 3), 400(도 4), 및 500(도 5))의 비-제한적인 구현예의 단면도를 예시한다. 도 6은 액정 윈도우의 비-제한적인 구현예의 단면도를 예시한다. 하기 상세한 설명은 청구된 장치의 개요를 제공하도록 의도되고, 다양한 관점들은 비-제한적으로 도시된 구현예를 참조하여 본 개시 전체에 걸쳐 보다 구체적으로 논의될 것이며, 이들 구현예는 본 개시의 맥락 내에서 서로 교환가능하다.
도 1을 참조하면, 액정 장치(100)는 제1 및 제2 기판 어셈블리(100A, 100B)를 포함한다. 제1 기판 어셈블리(100A)는 제1 표면(101A) 및 제2 표면(101B)을 갖는 제1 유리 기판(101)을 포함한다. 제1 전극층(103)은 제1 유리 기판(101)의 제2 표면(101B) 상에 및/또는 제2 표면(101B)과 직접 접촉하여 형성된다. 제1 기판 어셈블리(100A)는 제1 배향막(106)을 더욱 포함한다. 제1 배향막(106)은 제1 전극층(103) 상에 및/또는 제1 전극층(103)과 직접 접촉하여 형성된다. 따라서, 제1 전극층(103)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 유리 기판(101)과 제1 배향막(106) 사이에 배치된다. 다양한 구현예에 따르면, 제1 전극층(103)과 제1 기판(101) 사이 또는 제1 전극층(103)과 제1 배향막(106) 사이에 부가적인 층들은 존재하지 않는다. 다른 구현예에서, 제1 기판 어셈블리(100A)는, 제1 기판(101), 제1 전극(103), 및 제1 배향막(106)으로 이루어진다. 제1 기판 어셈블리(100A)는 여기에서 "외부" 기판 어셈블리로 상호교환가능하게 지칭될 수 있고, 제1 유리 기판(101)은 여기에서 "외부" 기판으로 지칭될 수 있으며, 제1 전극층(103)은 여기에서 "외부" 전극으로 지칭될 수 있다.
유사하게, 제2 기판 어셈블리(100B)는 제1 표면(102A) 및 제2 표면(102B)을 갖는 제2 유리 기판(102)을 포함한다. 제2 전극층(104)은 제2 유리 기판(102)의 제1 표면(102A) 상에 및/또는 제1 표면(102A)과 직접 접촉하여 형성된다. 제2 기판 어셈블리(100B)는 제2 배향막(109)을 더욱 포함한다. 제2 배향막(109)은 제2 전극층(104) 상에 및/또는 제2 전극층(104)과 직접 접촉하여 형성된다. 따라서, 제2 전극층(104)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 제2 유리 기판(102)과 제2 배향막(109) 사이에 배치된다. 다양한 구현예에 따르면, 제2 전극층(104)과 제2 기판(102) 사이 또는 제2 전극층(104)과 제2 배향막(109) 사이에 부가적인 층들은 존재하지 않는다. 다른 구현예에서, 제2 기판 어셈블리(100B)는, 제2 기판(102), 제2 전극(104), 및 제2 배향막(109)으로 이루어진다. 제2 기판 어셈블리(100B)는 여기에서 "외부" 기판 어셈블리로 상호교환가능하게 지칭될 수 있고, 제2 유리 기판(102)은 여기에서 "외부" 기판으로 지칭될 수 있으며, 제2 전극층(104)은 여기에서 "외부" 전극으로 지칭될 수 있다.
액정 장치(100)는 또한 제1 및 제2 기판 어셈블리(100A, 100B) 사이에 배치된 제3 기판 어셈블리(100C)를 포함한다. 제3 기판 어셈블리(100C)는 제3 전극층(123), 제4 전극층(124), 제3 배향막(107), 제4 배향막(108), 및 제3 기판(105)을 포함한다. 제3 기판(105)은 제1 및 제2 기판(101, 102)과 유사한 유리를 포함할 수 있거나, 또는 세라믹 또는 플라스틱과 같은, 임의의 다른 적절한 물질을 포함할 수 있다. 제3 및 제4 전극층(123, 124)은 제3 기판(105)의 대향 표면 상에 및/또는 대향 표면과 직접 접촉하여 형성된다. 따라서, 제3 기판(105)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 제3 전극층(123)과 제4 전극층(124) 사이에 배치된다. 다양한 구현예에 따르면, 제3 기판(105)과 제3 전극층(123) 사이 또는 제3 기판(105)과 제4 전극층(124) 사이에 부가적인 층은 존재하지 않는다. 제3 및 제4 배향막(107, 108)은, 각각, 제3 및 제4 전극층(123, 124) 상에 및/또는 제3 및 제4 전극층(123, 124)과 직접 접촉하여 형성된다. 제3 전극층(123)은, 따라서, 제3 배향막(107)과 제3 기판(105) 사이에 배치되고, 제4 전극층(124)은 제4 배향막(108)과 제3 기판(105) 사이에 배치된다.
특정 구현예에서, 제3 전극층(123)과 제3 배향막(107) 사이 또는 제3 전극층(123)과 제3 기판(105) 사이에 부가적인 층은 존재하지 않는다. 다른 구현예에서, 제4 전극층(124)과 제4 배향막(108) 사이 또는 제4 전극층(124)과 제3 기판(105) 사이에 부가적인 층은 존재하지 않는다. 또 다른 구현예에서, 제3 기판 어셈블리(100C)는 제3 전극층(123), 제4 전극층(124), 제3 배향막(107), 제4 배향막(108), 및 제3 기판(105)으로 이루어진다. 제3 기판 어셈블리(100C)는 여기에서 "삽입형" 기판 어셈블리로 상호교환가능하게 지칭될 수 있고, 제3 기판(105)은 여기에서 "삽입형" 기판으로 지칭될 수 있으며, 제3 및 제4 전극층(123, 124)은 여기에서 "삽입형" 전극으로 지칭될 수 있다.
액정 장치(100)는, 제1 및 제3 기판 어셈블리(100A, 100C)와 제2 및 제3 기판 어셈블리(100B, 100C) 사이에 각각 배치되는, 제1 및 제2 액정층(110, 111)을 더욱 포함한다. 제1 액정층(110)은 제1 기판 어셈블리(100A)의 제1 배향막(106)과 직접 접촉할 수 있고, 제3 기판 어셈블리(100C)의 제3 배향막(107)과 직접 접촉할 수 있다. 다양한 구현예에 따르면, 제1 액정층(110)과 제1 배향막(106) 사이 또는 제1 액정층(110)과 제3 배향막(107) 사이에 부가적인 층들은 존재하지 않는다. 유사하게, 제2 액정층(111)은 제2 기판 어셈블리(100B)의 제2 배향막(109)과 직접 접촉할 수 있고, 제3 기판 어셈블리(100C)의 제4 배향막(108)과 직접 접촉할 수 있다. 특정 구현예에서, 제2 액정층(111)과 제2 배향막(109) 사이 또는 제2 액정층(111)과 제4 배향막(108) 사이에 부가적인 층들은 존재하지 않는다. 다른 구현예에 따르면, 액정 장치는, 제1 기판 어셈블리(100A), 제2 기판 어셈블리(100B), 제3 기판 어셈블리(100C), 제1 액정층(110), 및 제2 액정층(111)으로 이루어질 수 있다.
도 2는 액정 장치(200)에 대한 비-제한적인 형태를 예시한다. 도 1의 액정 장치(100)와 유사하게, 액정 소자(200)는 제1 기판 어셈블리(100A), 제2 기판 어셈블리(100B), 제3 기판 어셈블리(100C), 제1 액정층(110), 및 제2 액정층(111)을 포함한다. 장치(200)에서 서로에 대한 이들 구성요소 및 이들의 서브-구성요소의 방향은 장치(100)를 참조하여 위에서 논의된 것과 동일할 수 있다. 도 2는 액정 장치(200)가 제1 및 제2 밀봉부(s1, s2)를 사용하여 밀봉될 수 있는 방법을 더욱 예시한다.
제1 기판 어셈블리(100A)는, 예를 들어, 제1 기판(101)의 제2 표면(101B) 상에 제1 전극층(103)을 코팅, 인쇄, 또는 침착시키고, 제1 전극층(103) 상에 제1 배향막(106)을 코팅, 인쇄, 또는 침착시켜 생성될 수 있다. 유사하게, 제2 기판 어셈블리(100B)는, 제2 기판(102)의 제1 표면(102A) 상에 제2 전극층(104)을 코팅, 인쇄, 또는 침착시키고, 제2 전극층(104) 상에 제2 배향막(109)을 코팅, 인쇄, 또는 침착시켜 생성될 수 있다. 제3 기판 어셈블리(100C)는, 제3 기판(105)의 대향 표면 상에 제3 및 제4 전극층(123, 124)을 코팅, 인쇄, 또는 침착시키고, 제3 및 제4 전극층(123, 124) 상에 제3 및 제4 배향막(107, 108)을 코팅, 인쇄, 또는 침착시켜 생성될 수 있다. 그 다음, 이들 기판 어셈블리는, 제1 및 제2 기판 어셈블리(100A, 100C) 사이에 제3 기판 어셈블리(100C)와 함께 배열되어, 액정 물질로 채워져 액정층(110, 111)을 형성할 수 있는, 2개의 갭을 형성할 수 있다. 몇몇 구현예에서, (예시되지 않은) 스페이서(spacers)는 원하는 셀 갭 및 그 결과로 생성된 액정층 두께를 유지하기 위해 사용될 수 있다. 액정 물질은, 광학적 또는 열적 경화성 수지와 같은, 임의의 적절한 물질을 사용하여 모든 에지 주위의 셀 갭에서 밀봉되어 제1 밀봉부(s1)를 형성할 수 있다. 제2 밀봉부(s2)는 선택적으로 기판 및/또는 전극의 노출된 에지 및/또는 장치 내에 임의의 전기적 연결을 기계적 충격 및 물 또는 응결과 같은 액체에 대한 노출로부터 보호하기 위해 적용될 수 있다.
몇몇 구현예에서, 도 2에 나타낸 바와 같이, 제1 및 제2 전극층(103, 104)은, (도시되지 않은) 전원에 대한 전기적 연결을 가능하게 하기 위해, 예를 들어, 밀봉부(s1 및 s2)의 외부로 연장하여 적어도 부분적으로 노출될 수 있다. 도 2는, 장치(200) 내에 전극들을 전기적으로 연결하기 위한 하나의 비-제한적인 형태를 더욱 예시한다. 도시된 구현예에서, 제3 및 제4 전극층(123, 124)은 연결부(125)를 통해 서로 전기적으로 연결되거나 또는 "단락"된다. 그래서, 삽입형(예를 들어, 제3 및 제4) 전극층(123, 124)은, 전원에 연결되지 않은 반면, 외부(예를 들어, 제1 및 제2) 전극층(103, 104)은 전원이 공급된다. 이론에 의해 구속되는 것을 원하지는 않지만, 본 구현예는, 액정 장치(200)에 필요한 구동 전압을 감소시킬 수 있는 것으로 믿어진다.
도 3은 액정 장치(300)에 대한 비-제한적인 형태를 예시한다. 도 1-2의 액정 장치(100, 200)와 유사하게, 액정 소자(300)는 제1 기판 어셈블리(100A), 제2 기판 어셈블리(100B), 제3 기판 어셈블리(100C), 제1 액정층(110), 및 제2 액정층(111)을 포함한다. 장치(300)에서 서로에 대한 이들 구성요소 및 이들의 서브-구성요소의 방향은 장치(100)를 참조하여 위에서 논의된 것과 동일할 수 있다. 도 3은, 액정 장치(300) 내에 전극층을 전기적으로 연결하기 위한 다른 형태를 더욱 예시한다. 도시된 구현예에서, 제3 및 제4 전극층(123, 124)은 연결부(126A, 126B)를 통해 제1 및 제2 전극층에 전기적으로 연결된다. 제1 전극층(103)은 연결부(126A)를 통해 제4 전극층(124)에 연결될 수 있고, 제2 전극층(104)은 연결부(126B)를 통해 제3 전극층(123)에 연결될 수 있다. 그래서, 삽입형(예를 들어, 제3 및 제4) 전극층(123, 124)은, (도시되지 않은) 전원에 연결된, 대향 외부(예를 들어, 제1 및 제2) 전극층(103, 104)에 연결된다.
도 4는 액정 장치(400)에 대한 비-제한적인 형태를 예시한다. 도 1-3의 액정 장치(100, 200, 300)와 유사하게, 액정 장치(400)는, 제1 기판 어셈블리(100A), 제2 기판 어셈블리(100B), 제3 기판 어셈블리(100C), 제1 액정층(110), 및 제2 액정층(111)을 포함한다. 장치(400)에서 서로에 대한 이들 구성요소 및 이들의 서브-구성요소의 방향은 장치(100)를 참조하여 위에서 논의된 것과 동일할 수 있다. 도 4는, 액정 장치(300)의 전극층을 전기적으로 연결하기 위한 다른 형태를 더욱 예시한다. 도시된 구현예에서, 제1 및 제2 전극층(103, 104)은 (도시되지 않은) 제1 전원에 전기적으로 연결되고, 제3 및 제4 전극층(123, 124)은 (도시되지 않은) 제2 전원에 개별적으로 연결된다. 그래서, 삽입형(예를 들어, 제3 및 제4) 전극층(123, 124) 및 외부(예를 들어, 제1 및 제2) 전극층(103, 104)은 서로 전기적으로 연결되지 않고 서로 독립적으로 작동될 수 있다.
도 5는 액정 장치(500)에 대한 대안적인 형태를 예시한다. 도 1의 액정 장치(100)와 유사하게, 액정 장치(500)는, 제1 기판 어셈블리(100A), 제2 기판 어셈블리(100F), 제3 기판 어셈블리(100G), 및 제1 액정층(110)을 포함한다. 도시된 구현예에서, 전기변색층(131)은, 제2 액정층보다는, 제2 및 제3 기판 어셈블리들(100F, 100G) 사이에 존재한다. 제2 및 제4 배향막(108, 109)은, 액정층 대신에 전기변색층(131)을 포함하는 경우, 장치(500)로부터 제거될 수 있다. 물론, 도시된 형태는 제한적이지 않고, 전기변색층(131)은, 제1 액정층(110)을 교체(및 이에 따라 제1 및 제3 배향막(106, 107)을 제거)하는 것과 같이, 장치(500) 내에 다른 위치에 삽입될 수 있다. 전기변색층(131)은 제3 및 제4 전극(123, 124)에 의해 제어되어 본 층을 통한 광 투과율의 정도를 변화시킬 수 있다.
몇 가지 예를 들면, 리튬 이온, 전기변색 염료, 및 나노결정을 포함하는, 임의의 적합한 전기변색 물질은 전기변색층(131)에 사용될 수 있다. 전기변색 물질은 광의 감쇠에 영향을 미치는 전압의 인가시 화학적 및/또는 물리적 변화를 겪을 수 있다. 예를 들어, 리튬 이온은, 전압의 인가시에 분리막을 통해 (예를 들어, LiCoO2를 포함하는) 제3 전극으로부터 (예를 들어, WO3을 포함하는) 제4 전극으로 이동할 수 있다. 제4 전극과 리튬 이온의 상호작용은, 이것이 광을 반사시킬 수 있고, 이는 전극을 어둡고/불투명하게 효과적으로 바꿀 수 있다. 리튬 이온들은 전압이 전환될 때까지 그 위치에 남아 있어서, 이들을 제3 전극으로 다시 이동시키고, 밝고/투명한 상태로 되돌아 가게 한다. 전기변색 염료는, 전압의 인가시 색상이 변화될 수 있고, 이에 의해 온 및 오프 상태 사이에서 광의 감쇠를 변화시킨다. 나노결정은 유사하게 인가된 전압에 따라 전기변색층을 통해 더 많거나 더 적은 광의 통과를 가능하게 할 수 있다. 전기변색층(131)에 다른 전기변색 물질, 코팅, 및/또는 어셈블리를 제한 없이 사용하는 것도 가능하다.
액정 장치(100, 200, 300, 400, 및 500)의 다양한 구성요소는 이하 보다 상세하게 논의될 것이다. 비-제한적인 구현예에 따르면, 외부(예를 들어, 제1 및 제2) 기판, 삽입형(예를 들어, 제3 및 제4) 기판, 전극층, 및 배향막 중 적어도 하나는 광학적으로 투명한 물질을 포함할 수 있다. 여기에 사용된 바와 같은, 용어 "광학적으로 투명한"은, 구성요소 및/또는 층이 스펙트럼의 가시 영역(~400-700 ㎚)에서 약 80%를 초과하는 투과율을 갖는 것을 나타내도록 의도된다. 예를 들어, 대표적인 구성요소 또는 층은, 가시광선 범위에서 약 85%를 초과하는 투과율, 예컨대, 약 90% 초과, 또는 약 95% 초과, 이들 사이에 모든 범위 및 서브범위를 포함하는 투과율을 가질 수 있다. 특정 구현예에서, 유리 기판, 삽입형 기판(들), 전극층, 및 배향막들 모두는 광학적으로 투명한 물질을 포함한다.
비-제한적인 구현예에서, 제1 및 제2 유리 기판(101, 102)은 광학적으로 투명한 유리 시트를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 유리 기판(101, 102)은, 직사각형, 정사각형, 또는 규칙적이고 불규칙한 형상 및 하나 이상의 곡선으로 이루어진 에지를 갖는 형상을 포함하는, 임의의 다른 적절한 형상과 같은, 임의의 형상 및/또는 크기를 가질 수 있다. 다양한 구현예에 따르면, 제1 및 제2 유리 기판(101, 102)은, 약 4 ㎜ 이하, 예를 들어, 약 0.1 ㎜ 내지 약 4 ㎜, 약 0.2 ㎜ 내지 약 3 ㎜ 범위, 약 0.3 ㎜ 내지 약 2 ㎜, 약 0.5 ㎜ 내지 약 1.5 ㎜, 또는 약 0.7 ㎜ 내지 약 1 ㎜의 범위, 이들 사이의 모든 범위 및 서브범위를 포함하는 두께를 가질 수 있다. 특정 구현예에서, 유리 기판은, 0.5 ㎜ 이하의 두께, 예컨대, 0.4 ㎜, 0.3 ㎜, 0.2 ㎜, 또는 0.1 ㎜, 이들 사이의 모든 범위 및 서브범위를 포함하는 두께를 가질 수 있다. 비-제한적인 구현예에서, 유리 기판은, 약 1 ㎜ 내지 약 3 ㎜, 예컨대, 약 1.5 내지 약 2 ㎜ 범위, 이들 사이의 모든 범위 및 서브범위를 포함하는 두께를 가질 수 있다. 제1 및 제2 유리 기판(101, 102)은, 몇몇 구현예들에서, 동일한 두께를 포함하거나, 또는 다른 두께를 가질 수 있다.
제1 및 제2 유리 기판(101, 102)은, 당업계에 공지된 임의의 유리, 예를 들어, 소다-라임 실리케이트, 알루미노실리케이트, 알칼리-알루미노실리케이트, 보로실리케이트, 알칼리보로실리케이트, 알루미노보로실리케이트, 알칼리-알루미노보로실리케이트, 및 기타 적합한 디스플레이 유리를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 유리 기판(101, 102)은, 몇몇 구현예들에서, 동일한 유리를 포함할 수 있거나, 또는 다른 유리일 수 있다. 유리 시트는, 다양한 구현예에서, 화학적으로 강화 및/또는 열적으로 템퍼링될 수 있다. 적절한 상업적으로 이용 가능한 유리의 비-제한적 예로는, 몇 가지 예를 들면, Corning Incorporated의 EAGLE XG®, Lotus™, Willow®, 및 Gorilla® 유리를 포함한다. 화학적으로 강화된 유리는, 예를 들어, 미국 특허 제7,666,511호, 제4,483,700호, 및 제5,674,790호에 따라 제공될 수 있으며, 이들의 전체적인 내용은 여기에 참고로서 혼입된다.
다양한 구현예에 따르면, 유리 기판은 퓨전 인발 공정(fusion draw process)에 의해 생성된 유리 시트로부터 선택될 수 있다. 이론에 의해 구속되는 것을 원하지는 않지만, 퓨전 인발 공정은, 다양한 액정 적용들에 이로울 수 있는, 비교적 낮은 정도의 파상도(또는 높은 정도의 평탄도)를 갖는 유리 시트를 제공할 수 있는 것으로 믿어진다. 따라서, 대표적인 유리 기판은, 특정 구현예들에서, 접촉식 프로필로미터로 측정된 것으로 약 100 ㎚ 미만의 표면 파상도, 예컨대, 약 80 ㎚ 이하, 약 50 ㎚ 이하, 약 40 ㎚ 이하, 또는 약 30 ㎚ 이하, 이들 사이의 모든 범위 및 서브범위 포함하는, 표면 파상도를 포함할 수 있다. 접촉식 프로필로미터로 파상도(0.8∼8㎜)를 측정하기 위한 대표적인 표준 기술은, SEMI D15-1296 "FPD Glass Substrate Surface Waviness Measurement Method"에 요약되어 있다. 도 1-2를 참조하면, 제1 유리 기판(101)의 제1 및 제2 표면(101A, 101B) 중 적어도 하나 및/또는 제2 유리 기판(102)의 제1 및 제2 표면(102A, 102B) 중 적어도 하나는, 몇몇 구현예들에서, 예를 들어, 약 100 ㎚ 미만의 전술된 바와 같은 표면 파상도를 포함할 수 있다. 유사하게, (라벨링되지 않은) 제3 기판(105)의 대향하는 주 표면 중 적어도 하나는, 비-제한적인 구현예에서, 또한 약 100 ㎚ 미만의 표면 파상도를 포함할 수 있다.
제3 기판(105), 뿐만 아니라 액정 장치에 존재할 수 있는 임의의 다른 삽입형 기판은, 제1 및 제2 유리 기판(101, 102)과 관련하여 위에서 논의된 바와 같은 유리 물질을 포함할 수 있다. 몇몇 구현예에서, 외부(예를 들어, 제1 및 제2) 기판 및 삽입형(예를 들어, 제3 기판) 기판은 모두, 같거나 다른 유리 물질일 수 있는, 유리 물질을 포함할 수 있다. 다른 구현예에 따르면, 제3 기판(105)과 같은, 삽입형 기판은, 유리 세라믹을 포함하는, 플라스틱 및 세라믹과 같은, 유리 이외의 물질을 포함할 수 있다. 적합한 플라스틱 물질은, 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)와 같은 폴리아크릴레이트, 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)와 같은 폴리에틸렌을 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 부가적인 삽입형 기판이 존재하는 경우, 이들은 제3 기판(105)과 동일한 물질을 포함할 수 있거나, 또는 이들은 다른 물질을 포함할 수 있다.
제3 기판(105), 뿐만 아니라 액정 장치에 존재할 수 있는 임의의 다른 삽입형 기판은, 직사각형, 정사각형, 또는 규칙적이고 불규칙한 형상 및 하나 이상의 곡선으로 이루어진 에지를 갖는 형상을 포함하는, 임의의 다른 적합한 형상과 같은, 임의의 형상 및/또는 크기를 가질 수 있다. 다양한 구현예에 따르면, 제3 기판(105)은, 약 4 ㎜ 이하, 예를 들어, 약 0.005 ㎜ 내지 약 4 ㎜, 약 0.01 ㎜ 내지 약 3 ㎜, 약 0.02 ㎜ 내지 약 2 ㎜, 약 0.05 ㎜ 내지 약 1.5 ㎜, 약 0.1 ㎜ 내지 약 1 ㎜, 약 0.2 ㎜ 내지 약 0.7 ㎜, 또는 약 0.3 ㎜ 내지 약 0.5 ㎜의 범위, 이들 사이의 모든 범위 및 서브범위를 포함하는, 두께를 가질 수 있다. 특정 구현예에서, 삽입형 기판(들)은, 0.5 ㎜ 이하, 예컨대, 0.4 ㎜, 0.3 ㎜, 0.2 ㎜, 0.1 ㎜, 0.05 ㎜, 0.02 ㎜, 0.01 ㎜, 또는 그 이하, 이들 사이의 모든 범위 및 서브범위를 포함하는, 두께를 가질 수 있다. 부가적인 삽입형 기판이 존재하는 경우, 이들은 제3 기판(105)과 동일한 물질을 포함할 수 있거나, 또는 이들은 다른 물질을 포함할 수 있다.
다양한 구현예에 따르면, 액정 장치의 작동 동안에, 삽입형 기판(들), 예를 들어, 제3 기판(105)의 대향 표면은, 동일하거나 실질적으로 동일한 전위(electrical potential)에 있을 수 있다. 이론에 의해 구속되는 것을 원하지는 않지만, 삽입형 기판 전체에 걸쳐 실질적으로 일정한 전위를 유지하는 것은, 액정 셀 전체에 걸쳐 전압 강하(voltage drop)를 감소시킬 수 있고, 이에 의해 전체 장치의 에너지 효율을 향상시키는 것으로 믿어진다. 특정 구현예에서, 삽입형 기판(들)은, 액정 물질의 유전 상수와 실질적으로 동일하거나 더 큰 유전 상수를 갖는 물질을 포함할 수 있다. 액정 유전 상수는, 몇몇 구현예들에서, 약 1 내지 약 100, 예컨대, 약 5 내지 약 90, 약 10 내지 약 80, 약 15 내지 약 70, 약 20 내지 약 60, 약 25 내지 약 50, 또는 약 30 내지 약 40, 이들 사이의 모든 범위 및 서브범위를 포함하는, 범위일 수 있다. 비-제한적인 예로서, 제3 기판(105), 및 장치에 존재할 수 있는 임의의 다른 삽입형 기판의 유전 상수는, 약 1 이상, 예컨대, 약 5 이상, 약 10 이상, 약 20 이상, 약 50 이상, 또는 약 100 이상, 예를 들어, 약 1 내지 약 100의 범위, 예컨대, 약 5 내지 약 90, 약 10 내지 약 80, 약 15 내지 약 70, 약 20 내지 약 60, 약 25 내지 약 50, 또는 약 30 내지 약 40, 이들 사이의 모든 범위 및 서브범위일 수 있다. 다양한 구현예에서, 제3 기판(105) 및 장치에 존재하는 임의의 다른 삽입형 기판의 유전 상수는 약 10 이상일 수 있다.
다른 구현예에 따르면, 삽입형 기판(들)은, 고전도성 물질, 예를 들어, 적어도 약 10-5 S/m, 적어도 약 10-4 S/m, 적어도 약 10-3 S/m, 적어도 약 10-2 S/m, 적어도 약 0.1 S/m, 적어도 약 1 S/m, 적어도 약 10 S/m, 또는 적어도 약 100 S/m, 예를 들어, 0.0001 S/m 내지 약 1000 S/m의 범위, 이들 사이의 모든 범위 및 서브범위 포함하는 전기 전도도를 갖는 물질을 포함할 수 있다. 삽입형 기판 전체에 걸쳐 실질적으로 일정한 전위는, 예를 들어, 위에서 상세히 논의된, 도 2에 나타낸 바와 같이, 삽입형 기판의 양측 상에 단락된 전극층을 제공하여, 액정 장치 내에 형태 변화를 통해 달성될 수도 있다.
액정 물질의 방향은, 여기에서 "방향자(director)"로 지칭되는, 단위 벡터(unit vector)로 기재될 수 있으며, 이는 액정 분자의 분자 장축의 평균 국부 방향(average local orientation)을 나타낸다. 액정 장치에서 기판은, 인가된 전압이 없는 접지 또는 "오프" 상태에서 액정 방향자의 원하는 배향을 촉진하는 표면 에너지를 가질 수 있다. 수직 또는 호메오트로픽 배향(homeotropic alignment)은, 액정 방향자가 기판의 평면에 대해 직각 또는 실질적으로 직각 방향을 가질 때 달성된다. 평면 또는 균질 배향(homogeneous alignment)은, 액정 방향자가 기판의 평면에 대해 평행하거나 실질적으로 평행한 방향을 가질 때 달성된다. 사각 배향(oblique alignment)은, 액정 방향이 기판의 평면에 대해 큰 각도를 가질 때 달성되며, 이는 평면 또는 호메오트로픽 방향과 실질적으로 다른, 즉, 약 20° 내지 약 70°의 범위, 예컨대, 약 30° 내지 약 60°, 또는 약 40° 내지 약 50°, 이들 사이의 모든 범위 및 서브범위를 포함한다.
액정의 특정 배향은, 기판 및/또는 전극의 표면에 배향막, 예를 들어, 도 1-5에 나타낸 바와 같은 배향막(106, 107, 108, 및 109)으로 코팅시켜 달성될 수 있다. 배향막은, 이의 표면과 직접 접촉하는 액정에 대해 원하는 방향을 촉진하는 표면 에너지 및 이방성을 갖는 물질의 박막을 포함할 수 있다. 대표적인 물질은, 기계적으로 문질러(rubbed) 층 이방성을 발생시킬 수 있는, 주쇄 또는 측쇄 폴리이미드; 선형 편광(linearly polarized light)에 노출되어 표면 이방성을 발생시킬 수 있는, 아조벤젠-계 화합물과 같은, 감광성 고분자(photosensitive polymers); 및 표면에 주기적 미세구조를 형성하기 위해 열 증발 기술(thermal evaporating techniques)을 사용하여 침착될 수 있는, 실리카와 같은, 무기 박막을 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 액정 분자의 수직 또는 호메오트로픽 방향을 촉진하는 유기 배향막은, 기판의 평면에 대해 90°가 아닌 다른 프리틸트 각(pretilt angles)을 생성하도록 문질러질 수 있다. 기판 표면에 대해 액정 분자의 프리틸트 각은, 수직 방향으로부터 스위칭(switching)하는 동안 대칭을 깰 것이고, 액정 스위칭의 방위각 방향(azimuthal direction)을 정의할 수 있다.
유기 배향막은, 예를 들어, 용액을 원하는 표면 상에 스핀코팅하거나 또는 인쇄 기술을 사용하여 침착될 수 있다. 무기 배향막은 열 증발 기술을 사용하여 침착될 수 있다. 다양한 구현예에 따르면, 제1, 제2, 제3, 및 제4 배향막(106, 107, 108, 109), 뿐만 아니라 장치에 존재할 수 있는 임의의 부가적인 배향막은, 약 100 ㎚ 이하, 예를 들어, 약 1 ㎚ 내지 약 100 ㎚, 약 5 ㎚ 내지 약 90 ㎚, 약 10 ㎚ 내지 약 80 ㎚, 약 20 ㎚ 내지 약 70 ㎚, 약 30 ㎚ 내지 약 60 ㎚, 또는 약 40 ㎚ 내지 약 50 ㎚의 범위, 이들 사이의 모든 범위 및 서브범위를 포함하는, 두께를 가질 수 있다. 배향막(106, 107, 108, 109) 및 임의의 다른 부가적인 배향막은, 몇몇 구현예들에서, 동일한 두께를 포함하거나, 또는 다른 두께를 가질 수 있다.
액정의 개선된 배향이 배향막의 사용을 통해 달성될 수 있지만, 이러한 배향막은 여기에 개시된 액정 장치에 대한 필수 구성요소가 아니다. 도 1-5가 액정층(110, 111)의 양면과 접촉하는 배향막을 도시하지만, 배향막이 액정층(들)과 접촉하지 않거나 또는 단 하나의 배향막이 액정층과 접촉하도록, 배향막 중 하나 이상을 제거하는 것은 가능하다. 그래서, 도 1을 참조하면, 배향막(106, 107, 108, 및 109) 중 하나 이상은 본 개시의 범주를 벗어나지 않고 장치(100)로부터 제거될 수 있다. 제1 기판 어셈블리(100A)는, 즉, 제1 배향막(106)이 존재하지 않고, 제1 기판(101) 및 제1 전극(103)을 포함하거나 이들로 이루어질 수 있다. 유사하게, 제2 기판 어셈블리(100B)는 제2 기판(102) 및 제2 전극(104)을 포함하거나 이루어질 수 있다. 제3 기판 어셈블리(100C)는 단독으로 또는 제3 또는 제4 배향막(107, 108) 중 오직 하나와 조합하여 제3 기판(105), 제3 전극(123), 및 제4 전극(124)을 포함하거나 이루어질 수 있다. 배향막(106, 107, 108, 및 109) 중 하나 이상은 마찬가지로 도 2-5에 도시된 장치(200, 300, 400, 500)로부터 제거될 수 있다. 액정 윈도우(들)(600)는 하나 이상의 배향막을 제거하도록 상응하게 변경될 수 있다.
제1, 제2, 제3, 및 제4 전극층(103, 104, 123, 124)은, 인듐 주석 산화물(ITO), 인듐 아연 산화물(IZO), 갈륨 아연 산화물(GZO), 알루미늄 아연 산화물(AZO), 및 기타 유사한 물질과 같은, 하나 이상의 투명한 전도성 산화물(TCO)을 포함할 수 있다. 대안적으로, 전극층(103, 104, 123, 124)은, 예를 들어, 은 나노와이어와 같은 금속 또는 그래핀 또는 탄소 나노튜브와 같은 다른 나노물질을 포함하는, 전도성 메쉬(mesh)와 같은, 다른 투명 물질을 포함할 수 있다. C3Nano Inc.의 ActiveGrid™와 같은, 인쇄 가능한 전도성 잉크층은 또한 사용될 수 있다. 다양한 구현예에 따르면, 전극층(103, 104, 123, 124)의 시트 저항은, 약 10 Ω/□(ohms/square) 내지 약 1000 Ω/□, 예컨대, 약 50 Ω/□ 내지 약 900 Ω/□, 약 100 Ω/□ 내지 약 800 Ω/□, 약 200 Ω/□ 내지 약 700 Ω/□, 약 300 Ω/□ 내지 약 600 Ω/□, 또는 약 400 Ω/□ 내지 약 500 Ω/□, 이들 사이의 모든 범위 및 서브범위를 포함하는 범위일 수 있다.
제1, 제2, 제3 및 제4 전극층(103, 104, 123, 124)은, 진공 스퍼터링, 필름 적층, 또는 인쇄 기술과 같은, 당업계에 공지된 임의의 기술을 사용하여 제조될 수 있다. 도 1-5를 참조하면, 제1 및 제2 전극층(103, 104)은, 제1 유리 기판(101)의 제2 표면(101B) 및 제2 유리 기판(102)의 제1 표면(102A) 상에 각각 침착될 수 있다. 제3 및 제4 전극층(123, 124)은 제3 기판(105)의 대향 표면 상에 침착될 수 있다. 각 전극층의 두께는, 예를 들어, 독립적으로 약 1 ㎚ 내지 약 1000 ㎚, 예컨대, 약 5 ㎚ 내지 약 500 ㎚, 약 10 ㎚ 내지 약 300 ㎚, 약 20 ㎚ 내지 약 200 ㎚, 약 30 ㎚ 내지 약 150 ㎚, 또는 약 50 ㎚ 내지 약 100 ㎚, 이들 사이의 모든 범위 및 서브범위를 포함하는, 범위일 수 있다.
비-제한적인 구현예에 따르면, 제1 및 제2 전극층(103, 104) 및/또는 제3 및 제4 전극층(123, 124)은 깍지형 전극층(interdigitated electrode layers)을 포함할 수 있다. 깍지형 전극층은 다른 전압으로 에너지를 공급받는 단일 표면 상에 한 쌍의 전극을 포함한다. 액정층(들)은 IPS(In Plane Switching)를 사용하여 깍지형 전극에 의해 제어될 수 있다. 전기장(electric field)은, 더 높은 전압의 깍지형 전극에서 시작하여, 임의의 주변 매체(예컨대, 인접 액정층)를 통해 이동하고, 더 낮은 전압의 깍지형 전극에서 끝난다. 도 1을 참조하면, 전극층(103)은 제1 기판(101)의 제2 표면(101B) 상에 깍지형 전극을 포함할 수 있다. 인가된 전기장은 그 다음 제2 표면(101B) 상에 고전압 깍지형 전극으로부터 이동할 수 있고, 제1 액정층(110)을 통해 고리 모양으로 움직일 수 있으며, 표면(101B) 상에 저전압 깍지형 전극에서 끝날 수 있다. 전극층(104)은 제2 기판(102)의 제1 표면(102A) 상에 깍지형 전극을 유사하게 포함할 수 있으며, 여기에 전기장이 적용되어 제2 액정층(111)의 배향을 제어할 수 있다. 이러한 구현예에서, 제3 및 제4 전극층(123, 124)은 제거될 수 있으며, 이는 제조 비용 및/또는 복잡성의 관점에서 유리할 수 있다. 깍지형 전극층의 위치는 외부 기판 어셈블리에만 제한되지 않을 수 있다. 깍지형 전극층은 또한 삽입형 기판 어셈블리의 일부일 수 있다. 예를 들어, 제3 및 제4 전극층(123, 124)은 깍지형 전극을 포함할 수 있고, 제1 및 제2 전극층(103, 104)은 제거될 수 있다.
비-제한적인 구현예에서, 제1, 제2, 제3, 및 제4 전극층(103, 104, 123, 124)은 패턴을 포함할 수 있어, 이들은 전체 액정 장치 또는 오직 상기 장치의 원하는 부분의 스위칭을 가능하게 하는 원하는 존(zones) 또는 픽셀을 생성한다. 예를 들어, 전극층(103, 104, 123, 124)은 수직 또는 수평 방향을 갖는 복수의 라인 또는 스트라이프(stripes)를 형성하도록 패터닝될 수 있다. 이러한 패턴은, 예를 들어, 교호의 스트라이프를 켜거나 인접한 전극 스트라이프를 다른 투과 강도로 설정하여 기계적 음영과 유사한 윈도우 투과(window transmission)를 구성하는데 사용될 수 있다. 본 개시의 범주 내에 속하는 것으로서, 예를 들어, 임의적인 패턴을 제공하도록 윈도우 투과를 구성하는데 사용될 수 있는, 정사각형 또는 직사각형 픽셀의 매트릭스와 같은, 대안적인 패턴은 가능하고 구상된다. 패턴화된 라인 및/또는 픽셀의 폭은, 다양한 구현예에서, 약 1 ㎜ 내지 약 500 ㎜, 예컨대, 약 2 ㎜ 내지 약 400 ㎜, 약 3 ㎜ 내지 약 300 ㎜, 약 5 ㎜ 내지 약 200 ㎜, 약 10 ㎜ 내지 약 100 ㎜, 또는 약 20 ㎜ 내지 약 50 ㎜, 이들 사이의 모든 범위 및 서브범위를 포함하는 범위일 수 있다.
도 1-4와 관련하여 위에서 논의된 바와 같이, 전극층(103, 104, 123, 124)은 다양한 형태로 전기적으로 연결되거나 또는 쌍을 이룰 수 있다. 전원이 공급된 "온" 상태에서, 하나 또는 모두의 전극쌍 전체에 걸쳐 인가된 외부 전압은, 장치 내에서 액정의 방향을 재배향하는데 사용될 수 있는 하나 이상의 전기장을 장치 내에서 발생시킨다. 액정 혼합물에서 용해되거나 액정과 조합된 첨가제 분자는 통상적으로 액정과 동일한 방향을 따른다. "오프" 상태에서, 액정 및 셀 내에 임의의 첨가제 분자는 자유 에너지의 양이 가장 적은 방향으로 배향될 것이다. 이러한 상태는, 예를 들어, 배향막(들)에 의해 액정에 작용하는 고정력(anchoring force)에 의해 정의될 수 있다. 따라서, 전극에 인가된 전압은, 사용자가 액정 및 첨가제 분자들의 방향을 변화시켜 액정층을 통과하는 광의 감쇠 정도를 제어하는 것을 가능하게 한다. 밝고/투명한 상태에서, 액정의 기하학적 구조 및 선택은, 셀에 입사하는 광의 모든 편광에 대해 동일하거나 실질적으로 동일한 투과율을 제공하도록 선택될 수 있다. 유사하게, 어둡고/불투명한 상태에서, 액정의 기하학적 구조 및 선택은, 셀에 입사하는 광의 모든 편광에 대해 동일하거나 실질적으로 동일한 감쇠를 제공할 수 있다.
액정 장치(100, 200, 300, 및 400)는, 제1 액정층(110) 및 제2 액정층(111)과 같은, 둘 이상의 액정층을 포함할 수 있다. 부가적인 액정층은 또한 장치에 존재할 수 있다. 액정층은, 액정 및 하나 이상의 부가적인 성분, 예컨대, 염료 또는 기타 착색제, 카이랄 도펀트, 중합가능한 반응성 단량체, 광개시제, 중합 구조물, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 액정은, 약 -40℃ 내지 약 100℃와 같은, 광범위한 온도에서 작동 가능한, 아카이랄 네마틱 액정(NLC), 카이랄 네마틱 액정, 콜레스테릭 액정(CLC), 또는 스멕틱 액정과 같은, 임의의 액정 상(phase)을 가질 수 있다.
다양한 구현예에 따르면, 액정층(110, 111)은 액정 물질로 채워진 셀 갭 또는 공동(cavity)을 포함할 수 있다. 액정층의 두께, 또는 셀 갭 거리는, 액정층에 분산된 입자 스페이서 및/또는 기둥형 스페이서(columnar spacers)에 의해 유지될 수 있다. 제1 및 제2 액정층(110, 111), 뿐만 아니라 임의의 부가적인 액정층은, 약 0.2 ㎜ 이하, 예를 들어, 약 0.001 ㎜ 내지 약 0.1 ㎜, 약 0.002 ㎜ 내지 약 0.05 ㎜, 약 0.003 ㎜ 내지 약 0.04 ㎜, 약 0.004 ㎜ 내지 약 0.03 ㎜, 약 0.005 ㎜ 내지 약 0.02 ㎜, 또는 약 0.01 ㎜ 내지 약 0.015 ㎜의 범위, 이들 사이의 모든 범위 및 서브범위를 포함하는, 두께를 가질 수 있다. 제1 및 제2 액정층(110, 111), 및 장치에 존재하는 임의의 다른 액정층은, 몇몇 구현예에서, 동일한 두께를 포함할 수 있거나, 또는 다른 두께를 가질 수 있다.
TN(트위스트 네마틱) 모드, VA(수직 배향) 모드, IPS(평면 스위칭) 모드, BP(청색 상) 모드, FFS(프린지 필드 스위칭) 모드, ADS(Advanced Super Dimension Switch) 모드, 등과 같은, 당업계에 알려진 임의의 액정 스위칭 모드는 사용될 수 있다. 아날로그 스위칭 모드는, 전극에 인가되는 전압의 크기에서 점진적인 변화가 그레이 스케일 효과(gray scale effect)를 달성하기 위해 투과된 광 강도 수준의 변화를 가능하게 하는, 특정 구현예에서 바람직할 수 있다. 액정 장치는 또한 2개의 이용 가능한 광 강도 투과 수준 - 밝고/투명한 (높은 광 투과율) 및 어둡고/불투명한 (낮은 광 투과율)을 갖는 바이너리(binary) 스위칭 모드에서 기능할 수 있다. 바이너리 모드 스위칭의 하나의 잠재적인 장점은, 쌍안정성 방식(bistable fashion)으로 기능하는 능력이어서, 전력은 온 및 오프 상태 사이를 전환하는 동안에만 소비되고, 이들 상태가 도달되면 소비되지 않는다.
도 4를 참조하면, 2개의 액정층(110, 111)을 포함하는 액정 장치(400) 및 2개의 독립적으로 작동 가능한 전극쌍(예를 들어, 103, 104 및 123, 124)은 3개의 안정적인 광학 상태를 가능하게 할 수 있다. 각각의 쌍안정성 액정층은 독립적으로 밝고/투명한 상태 또는 어둡고/불투명한 상태로 전환될 수 있다. 제1 광학 상태에서, 제1 및 제2 액정층(110, 111)은 모두 밝고/투명한 상태로 전환된다. 제2 광학 상태에서, 제1 및 제2 액정층(110, 111)은 모두 어둡고/불투명한 상태로 전환된다. 제3 광학 상태에서, 제1 또는 제2 전극층(110, 111) 중 하나는, 투명한 상태로 전환되고, 다른 하나는 어둡고/불투명한 상태로 전환된다.
몇몇 구현예에서, 이색성 염료와 같은, 염료 또는 다른 착색제는, 액정층(들)을 통해 투과된 광을 흡수하기 위해 액정층(110, 111) 중 하나 이상에 첨가될 수 있다. 이색성 염료는 통상적으로 염료 분자의 더 긴 분자 축인, 염료 분자에서 전이 쌍극자 모멘트(transition dipole moment)의 방향과 평행한 방향을 따라 좀더 강하게 광을 흡수한다. 장축이 광 편광의 방향에 수직으로 배향된 염료 분자는, 낮은 광 감쇠를 제공하는 반면, 장축이 광 편광의 방향과 평행하게 배향된 염료 분자는, 강한 광 감쇠를 제공할 것이다.
"오프" 상태에서 가장 높은 광 투과율을 갖는 보통의 밝고/투명한 액정 장치는, 다양한 구현예에서, 호메오트로픽 배향, 및 음의 유전 이방성을 갖는 액정 및 첨가 염료 분자를 포함하는 액정층을 사용하여 달성될 수 있다. 이러한 형태에서, 염료 분자는 전원이 "오프" 상태에서 저-흡수 수직 방향으로 배향될 것이고, 전원이 "온" 상태에서 액정과 함께 고-흡수 평행 방향으로 회전될 것이다. 유사하게, "온" 상태에서 가장 높은 광 투과율을 갖는 보통의 어둡고/불투명한 액정 장치는, 특정 구현예에서, 평면 배향, 및 양의 유전 이방성을 갖는 액정 및 첨가 염료 분자를 포함하는 액정층을 사용하여 달성될 수 있다. 이러한 형태에서, 염료 분자는 전원이 "오프" 상태에서 고-흡수 평행 배향으로 배향될 것이고, 전원이 "온" 상태에서 액정과 함께 저-흡수 수직 방향으로 회전될 것이다.
일반적으로, 보통의 밝고/투명한 및 보통의 어둡고/불투명한 액정 장치 모두는, 관찰자가 왜곡이 거의 또는 전혀 없이 액정 장치를 통해 볼 수 있도록 헤이즈(haze)가 없거나 또는 저-헤이즈 방식으로 기능을 한다. 그러나, 어떤 사례에서, 관찰자가 액정 장치를 통해 볼 수 있는 이미지가 어두워지거나 확산되도록 액정 장치에 "프라이버시(privacy)" 모드를 제공하는 것은 바람직할 수 있다. 이러한 프라이버시 모드는, 예를 들어, 염료에 의해 흡수되는 광량이 증가되도록 액정층 내에 광을 포획하는 광 산란 효과를 제공하여 달성될 수 있다.
액정층 내에 광 산란 효과는, 액정의 랜덤 배향을 촉진하거나 향상시키는 여러 다른 방식으로 달성될 수 있다. 하나 이상의 카이랄 도펀트는 액정 혼합물에 첨가되어 고도로 트위스트된 콜레스테릭 액정(CLC)을 형성할 수 있으며, 이는, 여기에서 초점 원추형 텍스처(focal conic texture)로 지칭되는, 광 산란 효과를 제공하는 랜덤 배향을 가질 수 있다. 랜덤 액정 배향은 또한 여기에서 고분자 안정화된 콜레스테릭 텍스처(PSCT)로 지칭되는, 액정층의 매트릭스에, 고분자 섬유와 같은, 고분자 구조를 포함시켜 촉진되거나 도움을 받을 수 있다. 랜덤 액정 배향은 또한, 여기에서 고분자 분산 액정(PDLC)으로 지칭되는, 고체 고분자 층 또는 고분자 섬유의 조밀한 네트워크, 또는 고분자 벽에 랜덤하게 분산된 (카이랄 도펀트가 없는) 네마틱 액정의 작은 액적(droplets)을 사용하여 달성될 수 있다.
다양한 구현예에 따르면, 고분자는 액정층의 매트릭스에 또는 유리 및 삽입형 기판의 내부 표면 상에 분산될 수 있다. 이러한 고분자는 액정 혼합물에 용해된 단량체의 중합에 의해 형성될 수 있다. 특정 구현예에서, 고분자 돌출부(protrusions) 또는 다른 중합 구조물은, 방위각 스위칭 방향을 정의하기 위해, 그리고 전기-광학 스위칭 속도를 개선하기 위해, 호메오트로픽 배향막(들)을 갖는 보통의 투명한 액정 장치에서와 같은, 외부 기판 및/또는 삽입형 기판의 내부 표면 상에 형성될 수 있다.
위에서 언급된 바와 같이, 카이랄 도펀트는, 여기에서 콜레스테릭 액정(CLC)으로 지칭되는, 액정 분자의 트위스트된 초분자 구조를 달성하기 위해 액정 혼합물에 첨가될 수 있다. CLC에서 트위스트의 양은 셀 갭 두께 전체에 걸쳐 360도 만큼 국부 액정 방향자의 회전 각을 나타내는 나선형 피치(helical pitch)로 기재된다. CLC 트위스트는 또한 CLC 나선형 피치(p)에 대한 셀 갭 두께(d)의 비(d/p)로 정량화될 수 있다. 액정 적용의 경우, 액정 혼합물에 용해된 카이랄 도펀트의 양은 주어진 셀 갭 거리 전체에 걸쳐 원하는 양의 트위스트를 달성하도록 제어될 수 있다. 원하는 트위스트 효과를 달성하기 위해 적절한 도펀트 및 이의 양을 선택하는 것은 당업자의 능력 내에 있다.
다양한 구현예에서, 여기에 개시된 액정층은, 약 0° 내지 약 25x360°의 범위(또는 약 0 내지 약 25.0 범위의 d/p), 예를 들어, 약 45° 내지 약 1080°(약 0.125 내지 약 3의 d/p), 약 90° 내지 약 720°(약 0.25 내지 약 2의 d/p), 약 180° 내지 약 540°(약 0.5 내지 약 1.5의 d/p), 또는 약 270° 내지 약 360°(약 0.5 내지 약 1의 d/p), 이들 사이의 모든 범위 및 서브범위를 포함하는 트위스트의 양을 가질 수 있다. 여기에 사용된 바와 같은, 카이랄 도펀트를 포함하지 않는 액정 혼합물은 네마틱 액정(NLC)으로 지칭된다. 카이랄 도펀트를 포함하고, 작은 피치 및 큰 트위스트를 갖는 액정은, d/p가 1을 초과하는 CLC 혼합물을 지칭한다. 카이랄 도펀트를 포함하고, 큰 피치 및 작은 트위스트를 갖는 액정은, d/p가 1 이하인 CLC 혼합물을 지칭한다.
위에서 논의된 바와 같이, 이색성 염료는, 염료 분자의 장축이 편광의 방향과 평행하게 배향될 때 더 강하게 광을 흡수한다. 따라서, 네마틱 액정층을 포함하는 장치는, 오직 하나의 광의 선형 편광이 있는 경우에 가장 잘 작동한다. 그러나, 자동차 글레이징(glazings)과 같은, 특정 상업용 적용에서, 액정 장치를 통과하는 광은 편광되지 않는다. 이러한 사례에서, 네마틱 액정을 포함하는 둘 이상의 액정층을 포함하는 액정 장치를 제공하고, 편광되지 않은 광을 효과적으로 감쇠시키기 위해 액정층을 서로에 대해 직교 방향(예를 들어, 90°로 회전)으로 위치시키는 것은 유리할 수 있다. 대안적으로, 편광되지 않은 광의 감쇠는, 트위스트된 CLC 액정을 포함하는 둘 이상의 액정층을 포함하는 액정 장치를 사용하여 달성될 수 있다. 예를 들어, 적어도 90°의 트위스트가 셀 갭 두께 전체에 걸쳐 CLC에 의해 제공된 경우, 염료의 분자는 편광되지 않은 광의 실질적으로 모든 선형으로 편광된 성분을 흡수할 수 있다.
평면 또는 균질 배향의 경우, "오프" 상태에서, 트위스트된 CLC 구조는 염료 분자를 평행 또는 수평 방향으로 배향할 것이고, 이에 의해 최소 광 투과로 어둡고/불투명한 상태를 생성한다. "온" 상태에서, 액정층은 인가된 전기장에 의해 직각 또는 수직 방향으로 재배향될 것이고, 이에 의해 최대 광 투과로 밝고/투명한 상태를 생성한다. 유사하게, 수직 또는 호메오트로픽 배향의 경우, "오프" 상태에서, 트위스트된 CLC 구조는 액정층의 양쪽에 있는 배향막에 의해 억제될 것이어서, 염료 분자를 직각/수직 방향으로 배향시키고, 이에 의해 최대 광 투과로 밝고/투명한 상태를 생성한다. "온" 상태에서, 액정층은 인가된 전기장에 의해 평행/수평 방향으로 재배향될 것이고, 이에 의해 최소 광 투과로 어둡고/불투명한 상태를 생성한다.
본 개시의 범주는 도 1-5에 도시된 구현예에만 제한되지 않는 것으로 이해될 것이다. 여기에 개시된 액정 장치는, 부가적인 액정층, 부가적인 삽입형 기판, 부가적인 배향막, 및/또는 부가적인 전극층을 포함할 수 있고, 이는 같거나 다를 수 있으며 제한 없이 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있다. 장치에서 개별 액정층은 같거나 다른 액정 물질 및/또는 첨가제, 같거나 다른 두께, 같거나 다른 스위칭 모드, 및 서로에 대해 같거나 다른 방향을 포함할 수 있다. 하나를 초과하는 삽입형 기판이 장치 내에 존재하는 경우, 삽입형 기판은 같거나 다른 물질 및 같거나 다른 두께를 포함할 수 있다. 유사하게, 장치에서 개별 배향막은 같거나 다른 물질, 같거나 다른 두께, 및 서로에 대해 같거나 다른 방향을 포함할 수 있다. 마찬가지로, 장치에서 개별 전극층은, 같거나 다른 물질, 같거나 다른 두께, 및 같거나 다른 패턴을 포함할 수 있다.
특정 구현예에서, 액정 구조로부터의 광학 효과는, 서로에 대해 특정 방향으로 배향막을 갖는 액정 장치를 조립하여 증폭될 수 있다. 예를 들어, 러빙(rubbing)의 방향에 의해, 정의될 수 있는, 다른 배향막의 축은, 서로 평행하거나, 서로 역평행하거나, 서로에 대해 90°로 회전되거나, 또는 서로에 대해 다른 각도로 회전될 수 있다. 도 1-4를 참조하면, 제1 및 제3 배향막(106, 107) 및 제1 액정층(110)은, "오프" 상태에서 제1 액정 방향자를 생성할 수 있는 반면, 제4 및 제2 배향막(108, 109) 및 제2 액정층(111)은, "오프" 상태에서 제1 액정 방향자와 다른 제2 액정 방향자를 생성할 수 있다.
여기에 개시된 액정 장치는 다양한 건축 및 수송용 적용들에 사용될 수 있다. 예를 들어, 액정 장치는, 건물, 자동차, 및 기차, 비행기, 보트, 등과 같은 기타 수송용 차량의 문, 공간 칸막이, 채광창, 및 창에 포함될 수 있는 액정 윈도우로 사용될 수 있다. 도 6을 참조하면, 액정 윈도우(600)는, 몇몇 구현예에서, 갭(602)에 의해 액정 장치(100)로부터 분리된, 부가적인 유리 기판(601)을 포함할 수 있다. 부가적인 유리 기판(601)은, 제1 및 제2 유리 기판(101, 102)과 관련하여 위에서 논의된 것을 포함하여, 임의의 원하는 두께를 갖는 임의의 적합한 유리 물질을 포함할 수 있다. 갭(602)은, 예를 들어, 제3 밀봉부(s3)에 의해 밀봉될 수 있고, 공기, 불활성 가스, 또는 이들의 혼합물로 채워질 수 있으며, 이는 액정 윈도우의 열 성능을 개선시킬 수 있다. 적합한 불활성 가스는, 아르곤, 크립톤, 크세논, 및 이들의 조합을 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 불활성 가스의 혼합물 또는 하나 이상의 불활성 가스와 공기의 혼합물은 또한 사용될 수 있다. 대표적인 비-제한적인 불활성 가스 혼합물은, 90/10 또는 95/5 아르곤/공기, 95/5 크립톤/공기, 또는 22/66/12 아르곤/크립톤/공기 혼합물을 포함한다. 불활성 가스 또는 불활성 가스와 공기의 다른 비율들도 액정 윈도우의 최종 용도 및/또는 원하는 열 성능에 따라 사용될 수 있다.
다양한 구현예에서, 유리 기판(601)이, 예를 들어, 건물 또는 차량의 내부를 향하는, 내부 판유리(pane)이지만, 유리(601)는 외부를 향하는 대향 방향도 가능하다. 건축용 적용들에 사용하기 위한 액정 윈도우 장치는, 2' x 4'(폭 x 높이), 3' x 5', 5' x 8', 6' x 8', 7' x 10', 또는 7' x 12'를 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 임의의 원하는 치수를 가질 수 있다. 더 크고 더 작은 액정 윈도우는 또한 구상되고 본 개시의 범주 내에 속하는 것으로 의도된다. 예시되지는 않았지만, 액정 장치(600)는, 프레임 또는 다른 구조적 구성요소, 전원, 및/또는 제어 장치 또는 시스템과 같은, 하나 이상의 부가적인 구성요소를 포함할 수 있는 것으로 이해될 것이다. 또한, 도 6이 도 1의 액정 장치(100)를 포함하는 액정 윈도우(600)를 예시하지만, 여기에 도시된 및/또는 기재된 액정 장치 중 어느 하나는 또한 액정 윈도우 적용에 사용될 수 있는 것으로 이해될 것이다.
여기에 개시된 액정 장치 및 윈도우는, 종래 기술의 장치와 비교하여 다양한 장점을 가질 수 있다. 예를 들어, 액정 장치는 전통적인 이중 셀 장치에 필적하는 높은 명암비를 가질 수 있지만, 전체 구조에서 더 적은 유리를 사용하기 때문에 더 얇고 및/또는 더 가벼운 프로파일(profile)을 가질 수 있다. 특정 구현예에서, 여기에 개시된 액정 장치의 명암비는, 1:20 이상, 예컨대, 1:30 초과, 1:40 초과, 또는 1:50 초과, 이들 사이의 모든 범위 및 서브범위를 포함할 수 있다. 어둡고/불투명한 상태에서 가시광선 투과율은, 약 3% 이하, 예컨대, 약 2% 이하, 또는 약 1% 이하, 이들 사이의 모든 범위 또는 서브범위를 포함할 수 있는 반면, 밝고/투명한 상태에서 광 투과율은, 약 70% 이상, 예컨대, 약 80% 이상, 또는 약 90 이상, 이들 사이의 모든 범위 또는 서브범위를 포함할 수 있다. 광학 손실은 또한 장치 내에 유리 인터페이스의 감소로 인해 최소화될 수 있다. 다양한 구현예에 따르면, 여기에 개시된 액정 장치는, 낮은 헤이즈 값, 예컨대, 약 1% 미만, 약 0.5% 미만, 또는 약 0.1% 미만, 이들 사이의 모든 범위 및 서브범위를 포함하는 헤이즈 값을 가질 수 있다.
전통적인 이중 셀 장치가, 각 액정 셀에 대해 2개인, 4개의 판유리를 포함하지만, 여기에 개시된 액정 장치는 오직 3개의 기판, 예를 들어, 제1 및 제2(외부) 유리 기판 및 제3 (삽입형) 유리 기판을 포함할 수 있다. 부가적으로, 삽입형 기판이 전체 장치의 구조적 안정성의 측면에서 중요하지 않기 때문에, 이러한 기판은, 몇몇 구현예에서, 외부 기판에 비해 상대적으로 얇은 두께를 가질 수 있다. 따라서, 하나를 초과하는 삽입형 기판이 존재하는 구현예에서도, 장치의 전체 두께 및/또는 중량은 여전히 이중 셀 장치의 것보다 상당히 낮을 수 있다. 제조 복잡성 및/또는 비용은 또한, 유리 기판과 같은, 구성요소의 수를 줄일 수 있어 감소될 수 있다.
다양한 개시된 구현예는 그 특정 구현예와 연관하여 기재된 특정 특색, 요소 또는 단계를 포함할 수 있는 것으로 인식될 것이다. 또한, 특정 특색, 요소 또는 단계가, 비록 하나의 특정 구현예에 관련하여 기재될지라도, 다양한 예시되지 않은 조합 또는 치환에서 선택적인 구현예와 상호교환되거나 또는 조합될 수 있는 것으로 인식될 것이다.
특정 구현예들의 다양한 특색, 요소 또는 단계들이 전환 문구 "포함하는" 사용하여 개시된 경우, 전환 문구 "이루어지는" 또는 "필수적으로 이루어지는"을 사용하여 기재될 수 있는 것들을 포함하는, 대체 가능한 구현예가 함축된 것으로 이해될 것이다. 따라서, 예를 들어, A+B+C를 포함하는 장치에 대한 함축된 선택적인 구현예들은 A+B+C로 이루어진 장치인 경우의 구현예 및 A+B+C로 필수적으로 이루어진 장치인 경우의 구현예를 포함한다.
다양한 변형 및 변화가 본 개시의 사상 및 범주를 벗어나지 않고 본 개시에 대해 만들어질 수 있음은 당업자에게 명백할 것이다. 본 개시의 사상 및 물질을 혼입하는 개시된 구현예의 변형, 조합, 서브-조합 및 변화가 기술분야에서 당업자에게 발생할 수 있기 때문에, 본 개시는 첨부된 청구범위 및 이들의 균등물의 범주 내의 모든 것을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (23)

  1. (a) 제1 유리 기판, 제1 배향막, 및 이들 사이에 배치된 제1 전극층을 포함하는 제1 기판 어셈블리;
    (b) 제2 유리 기판, 제2 배향막, 및 이들 사이에 배치된 제2 전극층을 포함하는 제2 기판 어셈블리;
    (c) 제3 배향막, 제4 배향막, 제3 전극층, 제4 전극층, 및 제3 기판을 포함하고, 여기서, 상기 제3 전극층은 제3 기판과 제3 배향막 사이에 배치되고, 상기 제4 전극층은 제3 기판과 제4 배향막 사이에 배치되는, 제3 기판 어셈블리;
    (d) 상기 제1 기판 어셈블리와 제3 기판 어셈블리 사이에 배치된 제1 액정층; 및
    (e) 상기 제2 기판 어셈블리와 제3 기판 어셈블리 사이에 배치된 제2 액정층를 포함하는, 액정 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 액정층은 제1 배향막 및 제3 배향막과 직접 접촉하고, 상기 제2 액정층은 제2 배향막 및 제4 배향막과 직접 접촉하는, 액정 장치.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 제1 및 제2 유리 기판의 두께는 독립적으로 약 0.1 ㎜ 내지 약 4 ㎜의 범위인, 액정 장치.
  4. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 유리 기판은, 소다-라임 실리케이트, 알루미노실리케이트, 알칼리-알루미노실리케이트, 보로실리케이트, 알칼리보로실리케이트, 알루미노보로실리케이트, 및 알칼리-알루미노보로실리케이트 유리로부터 독립적으로 선택되는, 액정 장치.
  5. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제3 기판은 유리, 세라믹, 또는 플라스틱 기판으로부터 선택되는, 액정 장치.
  6. 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제3 기판의 두께는 약 0.005 ㎜ 내지 약 1 ㎜의 범위인, 액정 장치.
  7. 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제3 기판의 두께는 제1 또는 제2 액정층의 두께와 실질적으로 동일한, 액정 장치.
  8. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 제1, 제2, 제3, 및 제4 전극층의 두께는 독립적으로 약 1 ㎚ 내지 약 100 ㎚의 범위인, 액정 장치.
  9. 청구항 1 내지 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1, 제2, 제3, 및 제4 전극층은, 투명 전도성 산화물, 그래핀, 금속 나노와이어, 탄소 나노튜브, 및 전도성 잉크층으로부터 독립적으로 선택되는, 액정 장치.
  10. 청구항 1 내지 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1, 제2, 제3, 및 제4 전극층 중 적어도 하나는 패턴을 포함하는, 액정 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 패턴은, 복수의 라인, 복수의 정사각형 픽셀, 또는 복수의 직사각형 픽셀을 포함하는, 액정 장치.
  12. 청구항 1 내지 11 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전극층은 전원에 연결되고, 상기 제3 및 제4 전극층은 전원에 연결되지 않으며, 상기 제3 전극층은 제4 전극층에 전기적으로 연결되는, 액정 장치.
  13. 청구항 1 내지 12 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전극층은 전원에 연결되고, 상기 제1 전극층은 제4 전극층에 전기적으로 연결되며, 상기 제2 전극층은 제3 전극층에 전기적으로 연결되는, 액정 장치.
  14. 청구항 1 내지 13 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전극층은 제1 전원에 연결되고, 상기 제3 및 제4 전극층은 제2 전원에 연결되는, 액정 장치.
  15. 청구항 1 내지 14 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 액정층의 두께는 독립적으로 약 0.001 ㎜ 내지 약 0.2 ㎜의 범위인, 액정 장치.
  16. 청구항 1 내지 15 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 액정층은, 아카이랄 네마틱 액정, 카이랄 네마틱 액정, 콜레스테릭 액정, 및 스멕틱 액정으로부터 독립적으로 선택되는, 액정 장치.
  17. 청구항 1 내지 16 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 액정층은, 염료, 착색제, 카이랄 도펀트, 중합가능한 반응성 단량체, 광개시제, 및 중합 구조물로부터 선택된 적어도 하나의 부가적인 성분을 더욱 포함하는, 액정 장치.
  18. 청구항 1 내지 17 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1, 제2, 제3, 및 제4 배향막의 두께는 독립적으로 약 1 ㎚ 내지 약 100 ㎚의 범위인, 액정 장치.
  19. 청구항 1 내지 18 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1, 제2, 제3, 및 제4 배향막은, 층 이방성을 갖는 주쇄 또는 측쇄 폴리이미드, 표면 이방성을 갖는 감광성 아조벤젠-계 화합물, 및 주기적인 표면 미세구조를 갖는 무기 필름으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함하는, 액정 장치.
  20. 청구항 1 내지 19 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는 약 1% 미만의 헤이즈 값을 갖는, 액정 장치.
  21. (a) 제1 유리 기판, 제1 전극층, 및 선택적으로, 제1 배향막을 포함하는 제1 기판 어셈블리;
    (b) 제2 유리 기판, 제2 전극층, 및 선택적으로, 제2 배향막을 포함하는 제2 기판 어셈블리;
    (c) 제3 전극층, 제4 전극층, 제3 기판, 및 선택적으로, 제3 배향막 및 제4 배향막 중 하나 또는 모두를 포함하는, 제3 기판 어셈블리;
    (d) 상기 제1 기판 어셈블리와 제3 기판 어셈블리 사이에 배치된 제1 액정층; 및
    (e) 상기 제2 기판 어셈블리와 제3 기판 어셈블리 사이에 배치된 제2 액정층을 포함하는, 액정 장치.
  22. (a) 제1 유리 기판, 제1 배향막, 및 이들 사이에 배치된 제1 전극층을 포함하는 제1 기판 어셈블리;
    (b) 제2 유리 기판 및 제2 전극층을 포함하는 제2 기판 어셈블리;
    (c) 제3 배향막, 제3 전극층, 제4 전극층, 및 제3 기판을 포함하며, 여기서, 상기 제3 전극층은 제3 기판과 제3 배향막 사이에 배치되고, 상기 제3 기판은 제3 전극층과 제4 전극층 사이에 배치되는, 제3 기판 어셈블리;
    (d) 상기 제1 기판 어셈블리와 제3 기판 어셈블리 사이에 배치된 제1 액정층; 및
    (e) 상기 제2 기판 어셈블리와 제3 기판 어셈블리 사이에 배치된 전기변색층을 포함하는, 액정 장치.
  23. (a) 청구항 1-22 중 어느 한 항의 액정 장치; 및
    (b) 상기 액정 장치로부터 밀봉된 갭에 의해 분리된 유리 기판을 포함하는, 액정 윈도우.
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