KR970009162B1 - 캡슐형 다색 액정장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

캡슐형 다색 액정장치

제1도는 본 발명에 따른 액정장치에 대한 개략도.

제2도 및 제3도는 각각 전계가 인가되지 않았거나 전계가 인가되어있는 상태에서 본 발명에 따른 캡슐형 액정에 대한 확대도.

제4도 내지 제6도는 본 발명에 따라 캡슐형 액정에 염료를 흡수시키는 방법에 있어서의 여러 단계를 도시한 개략도.

제7도 및 제8도는 각각 전계가 인가되지 않았거나 전계가 인가되어있는 상태에서 본 발명의 일실시예에 의한 액정장치의 개략도.

제9도는 에어갭을 사용하여 내부전반사를 일으키는 본 발명의 다른 실시예에 의한 액정장치의 개략도.

제10도 및 제11도는 전계가 인가되지 않았거나 전계가 인가된 상태에서 광학적 간섭원리를 이용한 본 발명의 또다른 실시예에 의한 액정장치의 개략도.

제12도는 본 발명에 따른 액정표시장치에 대한 등각 사시도.

제13도는 액정재료층이 연속하여 전극이 분할되고 있는 액정장치에 대한 일실시예를 도시한 단면도.

제14도는 제13도의 액정장치의 내부구조에 대한 등각 투명도.

제15도는 본 발명의 여러실시예에서 지지매질층과 캡슐형 액정층의 크기관계를 도시한 개략도.

제16도는 콜레스테릭 첨가제를 첨가한 네마틱 액정캡슐에 대한 개략도.

제17도 및 제18도는 각각 전계가 인가되지 않았거나 전계가 인가되어 있는 상태에서 배면에서 조명되는 광조절 필름을 갖춘 액정장치에 대한 다른 실시예를 도시한 개략도.

제19도는 제17도 및 제18도와 유사한 것으로서 광조절필름이 지지매질에 접합된 액정장치에 대한 개략도.

제20도는 제2도 및 제3도와 같은 캡슐형 액정에 대한 또다른 실시예를 도시한 개략도.

제21도는 제9도의 액정장치에 형광염료를 사용한 실시예를 도시한 개략도.

제22도는 본 발명에 따른 평평한 다색표시 장치의 개요도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

9:비다색성 염료 10:액정장치

11:캡슐형 액정재료 12:지지매질

13,14:전극 17:광빔

18:반사매질 21:광흡수층

30:액정 33:밀봉매질

51:액정분자층 60:표시부

63:외부매질 65:입사빔

80:공기매질 81:흡 또는 착색광 흡수체

90:액정 표시부 91:동조 유전 간섭층

100:액정표시장치

본 발명과 관련된 출원으로서는, 본 출원인의 캡슐형 액정장치 및 방법이라는 제하로 1981년 9월 16일자로 출원된 미합중국 특허출원 제302,780호와 캡슐형 액정장치 및 방법이라는 제하로 1983년 3월21일자로 출원된 미합중국 특허출원 제477,242호와, 그리고 전압감도로 산란을 증가시킨 캡슐형 액정이라는 제하로 1983년 3월 21일자로 출원된 미합중국 특허출원 제477,138호가 있다. 상기 출원들의 내용들이 참고로 본 명세서에 기재된다.

본 발명은 액정장치의 컬러출력을 발생시키는 액정기술에 관한 것으로서, 특히 빛을 착색하기 위해 비다색성 염료를 사용하여 빛의 착색을 가능하도록 액정장치에서 광로 길리을 증가시킨 액정대로에 의해 빛을 산란시키고 산란된 빛을 반사하는 것에 관한 것이다. 또한 본 발명은 밀봉 매질, 그의 지지매질 및 액정재료 비다색성 염료를 삽입한 에멀션과 같은 밀봉매질내에 수용된액정재료를 사용하는 것에 관한 것이다. 그리고 본 발명은 액정장치에 형광염료를 사용하는 것에 관한 것이며, 또한 칼라 텔레비젼 수상관과 같이 광출력을 다색하하기 위하여 캡슐형 액정재료에 비다색성 염료를 흡수시키고 액정장치의 각 다색부를 주사하는 것에 관한 것이다.

현재 액정재료는, 예를들어 시각표시장치와 같은 광학장치를 포함하는 여러 가지 장치에 광범위하게 사용되고 있다. 시각표시장치에 이용되는 액정의 성질은, 액정이 불규칙하게 배열되어 있을 경우에 빛을 산란 흡수하고 액정이 규칙배열되어 있을 때 빛을 투과시킨다는 것이다.

흔히, 액정을 사용한 시각표시장치는 회색 또는 비교적 밝은 배경에 검은 문자를 표시하는 것이 많다. 그러나 경우에 따라 비교적 어두운 배경에 비교적 밝은 문자 또는 다른 정보등을 용이하게 표시할 수 있는 액정재료를 사용하는 것이 바람직할 때도 있다. 그러므로 표시된 문자와 표시장치의 배경간에 유효 콘크라스트를 개선시키는 것이 바람직하다.

미합중국 특허 제3,322,485호에는 전기적으로 응답하는 액정재료 및 그 이용에 관한 일예가 기재되어 있다. 어떤 종류의 액정재료는 온도에 따라 응답하여 불규칙 배열 또는 규칙배열과 같은 광학적 특성이 변화된다.

현재 액정재료는, 콜레스테릭, 네마틱 및 스멕틱 액정의 세가지로 분류된다. 본 발명에서는 네마틱 액정재료를 이용하던가 또는 네마틱 액정과 스멕틱 액정을 조합한 것을 이용하는 것이 바람직하다. 보다 세부적으로 설며아면 액정재료가 네마틱형으로 가능, 즉 네마틱 액정재료와 같이 작용하는 것이 바람직하다. 네마탁형으로 가능하다고 하는 것은, 외부에서 전계가 인가되지 않을 때 액정구조의 왜곡이 콜레스테릭 재료에서와 같은 강한 비틀림이나 스멕틱재료에서의 층상배열과 같은 벌크(bulk)효과가 아니라 액정의 경계에서 액정의 방향에 의해 지배된다는 것을 의미하는 것이다. 따라서, 비틀림을 야기시키기는 하지만 경계배열효과를 극복하기 어려운 키랄(chiral) 성분이 네마틱을 작용할 것이다. 이러한 재료는 확실한 유전이방성을 가져야 한다. 종래 기술에 의해 각종 액정재료의 여러 가지 특성이 이미 공지되어 있지만 그중 한가지 알려진 특성은 가역성이 있다는 것이다. 특히, 네마틱 액정재료는 가역성이지만 콜레스테릭 재료는 보통 비가역성이다.

또한, 액정재료에 다색성 염료를 첨가하여 흡수성을 증가시키는 기술되 알려져 있다. 그러나 네마틱형에서의 다색표시장치는 비교적 콘트라스트가 낮다. 과거에는, 콘트라스트비를 향상시키기 위해 다색염료와 함께 콜레스테릭 재료를 네마틱 재료에 첨가하였다. 저널 오브 어플라이드 피직스(Journal of Applied Physics) 1974년 11월, 45권, 11호 4718∼4723페이지에 발표된 화이트의 논문을 참조할 수 있다. 그러나 네마틱 재료는 전계가 인가되는 것에 관계없이 가역성이지만, 콜레스테릭 재료는 전계가 제거되었을 때 전계가 제로인 원래의 상태로 환원되는 성질이 없다. 액정재료에 다색성 염료용액을 사용함에 따른 단점은, 전계가 인가된 상태에서 염료의 흡수성이 제로가 안되고 오히려 전계가 인가된 상태에서 염료의 흡수성은 염료의 상대적 배열에 관련되거나 또는 그 함수인 규칙배열 매개변수를 따른다는 점이다. 더구나 다색성 염료는 비교적 값이 비싸면 보통 액정재료에 직접 혼합하여야 하기 때문에 조심해서 사용하여야 한다.

보통 액정재료는 광학적으로 이방성(복굴절성)인데, 예를들어 네마틱 재료의 경우에는 전기적 이방성을 갖는다. 특히 다색성 염료가 액정재료와 용액상태에 있을 때, 광학적 이방성이란, 액정재료가 불규칙한 배열상태에 있을 경우에는 빛을 산란 및 흡수시키고 규칙배열상태에 있을 경우에는 액정재료를 통해 빛이 투과되는 것이다. 전기적 이방성은 액정재료의 배열에 관한 유전률 또는 유전률간의 관계일 수도 있다.

종래의 시각표시장치와 같은 액정을 이용한 장치는 비교적 소형이었다. 본 출원인의 현재 계류중인 미합중국 특허출원 제302,780호, 제477,242호 및 제477,138호에 발표된 캡슐형 액정을 사용함으로서, 상기 특허출원들에 기재되어 있는 바와 같이 빌보오드(광고계시판)와 같은 비교적 대형 시각표시장치에 액정을 만족스럽게 이용할 수 있게 되었다. 또한 또다른 대규모(또는 소규모)의 용도는 빌딩의 창문 또는 창문과 같은 곳에서 한구역으로부터 다른 구역으로 빛의 통과를 제어하기 위한 광학셔터에 이용될 수도 있다. 본 발명은, 이러한 캡슐형 액정의 개선에 관한 것이며, 그리고 비교적 적은 양의 표준 또는 다른 비다색성염료를 함유하고 있는 재료에서 광로의 길이를 증가시키기 위해 액정재료의 빛산란특성과 내부 전반사 및/또는 광보강간섭을 이용함에 의한 산란된 빛의 반사에 관한 것이다. 상기 염료를 경유하여 증가된 광로 길이가 커지면 출력광은 목표한대로 착색된다. 또한, 본 발명은, 소형, 대형표시 장치 및 광학셔터등에서 비교적 어둡거나 또는 착색된 배경에 밝은 문자 또는 정보를 표시하기 위해 이러한 재료 및 그 특성을 이용하는 것에 관한 것이다. 이러한 대형 표시장치 및 광학 셔터등의 표면적은 약 1평방피트 또는 그 이상일 수도 있다. 본 발명에 따른 가장 바람직한 액정재료는 캡슐형이다.

본 발명에서 캡슐형 액정이란 분리된 캡슐 또는 셀(cell)과 같이 밀봉된 밀봉매질내에 들어있는 액정재료를 의미하는 것이며, 액정재료와 밀봉매질로 구성된 에멀션의 형태이면 바람직하다. 이러한 에멀션은 안정한 에멀션이어야 한다. 이러한 캡슐형 액정재료를 제조하고 그것을 이용하는 여러 가지 방법 및 그에 따른 여러 가지 장치가 전술한 본 출원인의 계류중인 특허출원 및 다음에 기술되어 있다.

종래의 액정표시장치와 비교하여 본 발명을 더 쉽게 이해하기 위해 대표적인 종래의 표시장치가 이하에 기술되어 있다. 이러한 종래의 표시장치는, 지지매질 및 그에 의해 지지된 액정재료를 포함하고 매질의 배면에는, 액정재료가 있는 부분에 형성된 비교적 어두운 문자에 비해 매질을 비교적 밝게해주는 광반사성 피막이 설치되어 있다. 여기서 배면, 정면, 상부면, 하부면 등은 단순히 편의에 의한 것이며, 예를들어 작동중에 관측방향이 반드시 상부면이어야 한다는 제약은 없다. 액정재료가 규칙적으로 배열되어 있을 때, 관측방향에서 입사된 빛은 액정재료를 거쳐 광반사성 피막에 전달되며, 액정재료가 없는 부분에서는 상기 입사된 빛은 직접 광반사성 피막에 전달되어, 관측방향에서는 어떠한 문자도 관측되지 않는다. 빛은 직접 광반사성 피막에 전달되어, 관축방향에서는 어떠한 문자도 관측되지 않는다. 그러나 액정재료가 불규칙적으로 배열되어 있을 때, 입사된 빛의 일부는 흡수 및 산란됨으로서 액정재료가 없는 부분 또는 액정재료가 불규칙하게 배열된 부분에 입사된 빛을 연속적으로 반사시키는 광반사피막의 종류에 따라 회색 또는 다른 색의 비교적 밝은 배경에 비교적 어두운 문자가 관측될 수 있다.

이러한 종류의 표시장치에서 산란된 빛의 일부가 관측방향에 대해 배면으로 되돌아옴으로서 표시장치의 배경에 대한 문자의 혹은(darkness) 또는 콘트라스트가 감소하게 되어 액정재료에 의한 빛의 산란이 만족스럽지 못하다. 다색성 염료를 액정재료에 첨가하여 액정재료가 불규칙하게 배열되어 있을때의 흡수성을 증가시켜 그 콘트라스트를 증가시킬 수도 있다. 전기 발광배열(electroluminescent array)이 반복 주사되는 평면스크린 텔레비젼 시스템이 미합중국 특허 제3,627,924호에 기재되어 있으며, 미합중국 특허 제3,636,244호 및 제3,639,685호에는 컬러텔레비젼 수상관의 신호처리회고가 기재되어 있다. 상기 특허들의 내용도 본 발명에서 참조한다.

본 발명을 간단히 요약하면 다음과 같다.

본 발명은, 비다색성염료를 사용한 액정장치의 컬러출력발생에 관한 것이고, 액정재료에 전계가 인가되어있지 않거나 왜곡배열상태에 있을때는 배경에 비해 비교적 밝은 색의 형상과 문자 및 정보등을 형성하고, 그리고 액정재료에 전계가 인가되거나 규칙배열상태에 있을때는 상기 배경과 같은 다른 빛깔 또는 어두운 형상을 형성하기 위하여 염료를 통과하는 광로를 증가시킬 수 있도록 빛을 등방산란시키며 등방산란된 빛을 장치내에서 반사하는 것에 관한 것이다. 액정재료가 불규칙한 배열상태에 있을 때 거의 완전하게 등방산란될 수 있는 액정재료가 바람직하다. 여기서, 등방산란이란 빛이 액정재료에 입사될 때 산란된 빛의 방사각을 전혀 예측할 수 없다는 것의 의미한다.

중요한 것은, 염료가 밀봉매질, 지지매질 또는 액정재료내에 존재하며, 상기 염료는 특수한 다색성염료일 필요가 없다는 것이다. 염료는 용해할 수 있는 것이어야 하며, 따라서 염료를 함유하고 있는 매질에 용해되어야 한다. 예를들면, 수용성 염료는 물을 베이스로하는 폴리비닐알콜 알코올을 함유한 밀봉매질에 용해되며, 유용성 염료는 기름을 베이스로 하는 액정재료에 용해될 수 있다.

광출력의 착색현상은 지지매질내에서의 반사 바람직하게는 내부 전반사에 의해 등방산란된 빛의 광로가 길어지기 때문이다. 지지매질에서 내부 전반사되지 않은 빛은 관측표면으로 방출되어 착색문자 또는 출력에 영향을 미칠 것이다.

염료를 액정이 아니라 지지매질에 가하는데에 따른 장점은, 통상적인 베이스 저장 캡슐형 액정을 제조 및 저장함으로서 필요에 따라 어떤 빛깔의 착색 지지매질로 조합하여 사용하여 목표한 컬러표시장치를 얻도록 제작할 수 있다는 점이다.

형광색호를 사용하는데에 따름면, 인쇄기술을 이용하여, 지지매질에 이미 갖추어진 캡슐형 액정의 베이스 표면에 수용성염료가 도포된다. 또한, 캡슐형 액정의 밀봉매질 또는 캡슐매질도 PVA(폴리비닐알콜)와 같은 물을 베이스로 하는 재료이며, 따라서 수용성이다. 다음에 수분이 가해지면 수용성 염료는 밀봉 매질에 직접 흡수될 것이다. 마스크를 사용하여 캡슐형 액정베이스의 선별된 부분이 착색되는 것을 방지하며, 다른 부분을 각각 다른 색으로 착색시킬 수 있다.

염료를 캡슐형 액정에 흡수시키는데에 따른 중요한 장점은, 지지매질에 통상적인 캡슐형 액정의저장소를 미리 만들어 저장해두고 일부 가공된 원료로서 사용할 수 있어 필요에 따라 요구되는 컬러표시장치를 얻을 수 있다는 것이다.

본 발명에서 왜곡배열, 불규칙한 배열 및 전계가 인가되어 있지않은 상태라는 것은 본질적으로 같은것으로서, 액정분자의 방향이 유효한 굴곡형상으로 왜곡되어 있다는 것을 의미한다.이러한 왜곡은 각 캡솔의 벽에 의해 행해진다. 소정의 캡슐에서 액정재료의 특이한 왜곡배열은 전계가 인가되지 않을때와 실제로 같은 것이다.

반면에 본 발명에서 평행배열, 규칙배열 및 전계가 인가된 상태란 캡슐의 액정재료가 외부에서 인가된 전계에 반응하여 배열되어 있는 것을 말한다.

본 발명의 한 양상에 따른 액정표시장치는 비교적 어두운 배경에 대해 비교적 밝거나 또는 흰 문자 및 정보등을 형성하고, 밝게 착색된 문자는 불규칙하게 배열된 액정재료에 의해 형성된다. 비다색성 염료에 의해 착색된 재료를 경유하는 빛의 다중경로에 의해 표시장치 및 광학셔터장치등에 의해 출력된 빛은 만족스럽게 착색된다. 배경은 규칙배열되어 광학적으로 투명한 액정재료에 의해 만들어지던가 또는 액정 재료가 없는 부분에 의해 만들어진다. 액정재료가 평행 또는 규칙배열되어 있을때는 광흡수재에 의하여 형성된 비교적 어두운 배경만이 나타날 것이다. 이와같은 것은 비교적 낮은 전력과 최소한의 액정재료 및 관측방향 또는 표시장치의 배면(비관측 방향)에서 조명에 의해 얻어진다. 또한 본 발명의 원리는, 광셔터 또는 빛의 밝기를 제어하기 위한 광조절장치와 다색표시장치에 이용된다.

본 발명이 다색표시장치에 따른 본 발명의 다른 양상은 비교적 큰 표면적의 캡슐형 액정장치에서 비교적 작은 부분으로 분리된 영역을 착색시키고, 전압원과 같이 일정 또는 더 바람직하게는 전계를 주기적으로 반복 주사하는 전계 주사원인 전압원을 사용하여 각각 분리된 영역에 제어된 크기를 전계를 선택저긍로 인가할 수 있다. 따라서, 출력을 제어할 수 있어서 각종 화상을 표시할 수 있는 비교적 대형의 광학표시장치를 얻을 수 있으며, 특히 상술한 바와같이 다색부분을 선택적으로 주사할 수 있음으로서, 컬러텔레비젼 수상관의 착색된 화소와 색화상이 결합되어 평평한 패널형 표시스크린을 구비한 컬러텔레비젼의 영상효과를 얻을 수 있게 되는 것이다.

간단히 말해서, 액정장치는 규정된 입력에 응답하여 선택적으로 빛을 산란 또는 투과하는 액정재료와, 상기 액정재료를 수용 또는 지지하는 지지매질을 포함하고 있다. 본 발명의 바람직한 구현예에 따라 액정재료는 밀봉매질에 액정재료가 수용되는 캡슐형이며, 상기 캡슐형 액정은 지지매질에 위치하거나 설치된다. 다른 방법으로서 밀봉매질이 지지매질의 전체 또는 그 일부를 구성하도록 할수도 있다.

상기 캡슐형 액정재료는 입사된 빛을 등방산란시키며, 입사된 빛의 일부는 관측방향으로 나와서 관측자의 눈을 향하여 산란된다. 보다 바람직한 액정재료는 네마틱형으로 동작하는 것으로서, 확실한 유전이방성을 가지며, 밀봉 또는 캡슐매질과 거의 같은 정상굴절률을 갖는 것이 바람직하다.

본 발명의 일예의 액정재료에 의해 등방산란된 대부분으 빛으 지지매질에 의해 내부 전반사되어 액정재료의 뒤쪽에서 액정재료를 조명하고, 또한 등방산란되어 관측자의 시야에 액정재료를 밝혀준다. 지지매질과 밀봉매질 또는 액정재료에서 그중 하나 또는 그 이상에 수용된 염료에 의해 광로가 길어지며 전계가 인가되지 않아 액정의 구조가 불규칙 또는 왜곡배열되어 있을 때 착색된 출력형상을 얻기위한 빛의 목표한 착색이 가능하게 된다. 지지매질의 내주 전반사 특성은 지지매질의 굴절률이 다른 매질의 굴절률보다 크기 때문에 다른 매질(고체, 액체, 공기를 포함한 기체)과 배면과의 경계면에 의해 일어나는 것이다. 지지매질은 몇 개의 성분으로 구성되며, 예를들면 밀봉캡슐 재료(또는, 에멀션상태의 액정 재료), 캡슐 또는 다른 재료의 추가량, 플라스틱 필름 또는 유리등과 같은 접속매질을 포함하며, 이들에 대해서는 다음에 상세히 설명한다.

지지매질의 배면은 광학적으로 투과성이 있으므로 법선 방향으로 그 배면에 도달된 빛은 투과될 것이다. 이러한 배면의 배후에 빛을 흡수하는 광흡수 재료는 액정재료에 위해 형성된 문자를 나타내는 외관배경의 혹화 또는 색화를 돕는다. 액정 재료가 규칙배열되면 적어도 등방산란만은 배제됨으로서 액정재료를 통과하는 거의 모든 빛은 지지매질의 배면을 통과하게 될 것이다.

다른 실시예로서 증착등을 이용하여 지지매질의 배면에 동조유전 피막을 형성시킴으로서 광학적 간섭을 선택적인 보강 및 상쇄시킬 수 있다. 동조유전피막의 두께는 장치에 가해진 광파장(λ)의 (1/2=λ/2)에 대한 함수일 것이다. 보강간섭은 특히 지지매질내에서 빛이 전전으로 전반사되지 않는 입체각을 줄임으로서 빛의 전반사를 촉진시키고 따라서 이러한 간섭은 액정재료에 표시된 문자의 외관을 더욱 밝게 해줄 것이다.

본 발명을 구현한 한 실시예에서의 액정표시장치는 전면 또는 관측쪽으로부터 입사조명된다. 대안으로서, 배면에서 입사조명할 수도 있으나 그 경우에는 마스크 또는 방향기를 통해 액정재료를 투과된 빛은 관측쪽에서 관측각 외부로 나모여 액정 재료에서 산란된 빛만 관측된다. 또한, 특히 캡슐이 비교적 큰 경우 네마틱 액정재료에 콜레스테릭 첨가하여 전계가 제거되었을 때 일반적으로 캡슐 또는 셀벽의 배열에 따라 네마틱료가 왜곡배열로 빨리 환원될 수 있다. 또한, 필요하다면 점성조절첨가제를 액정에 혼합할 수 있으며, 캡슐에서 액정구조의 우선배열을 조성할 수 있는 첨가제를 사용할 수도 있다.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

제1도, 제2도 및 제3도는 본 발명에 사용된 캡슐형 액정재료를 도시한 것이다. 제1도에는 본 발명에 따른 액정장치(10)내에 비다색성염로(9)가 도시되어 있으며, 도면을 명료하게 하기 위하여 이러한 염료들은 몇 개의 X 표시로 도시되어 있으나, 일반적으로 각 매질 또는 재료에 균일하거나 또는 다른 규정된 방법으로 분산되어 있음을 알 수 있을 것이다.

액정장치(10)는 제1도 내지 제3도에서는 단 한 개의 캡슐로 표시된 캡슐형 액정재료(11)를 포함하고 있다. 도면에서는 캡슐이 2차원적으로 도시되어 있으나 캡슐은 3차원적인 구형인 것이 가장 바람직하다는 것을 알 수 있다. 캡슐형 액정재료(11)는 바람직하게는 투명한 지지매질(12)에 설치되어 있으나 지지매질(12)의 상부 및 하부(12a,12b)와는 서로 일체형일 수도 있다. 액정장치(10)는 한쌍의 전극(13.14)을 포함하고 있는데 스위치(15)를 닫으면 통상의 전원(16)으로부터 전극이 작동하여 액정재료에 전계를 가해준다.

바다색성 염료(9)는 한 개 또는 그 이상의 지지매질(12) 및 바람직하게는 밀봉매질(33)에 삽입되며, 액정재료(30)내에 삽입될 수도 있다. 또한, 염료가 재료 또는 매질에 용해되어 재료 또는 매질에서 염료가 석출하는 문제를 방지하고 염료가 목표한데로 균일 또는 제어된 상태로 분산하도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 중요한 특징은 불규칙한 배열상태에서 캡슐형 액정재료에 입사빔을 등방산란시키며, 규책배열상태에서는 캡슐형 액정재료가 광학적으로 투명하다는 것이다.

캡슐형 액정재료(11)는 분리형성된, 더욱 바람직하게는 액정재료를 캡슐재료 또는 밀봉매질내에 혼합하여 안정한 에멀션으로 형성된 많은 캡슐중의 하나임을 알 수 있다. 도시되어 있는 바와같이 이러한 에멀션은 지지매질의 상부 및 하부(12a,12b)와 전극(13,14) 사이에 도포하기도 하며 끼워져 있고, 필요하다면 지지매질(12)과 캡슐재료 또는 밀봉매질은 동일한 재료로 할 수 있다. 또한 지지매질의 상부 및 하부(12a,12b) 또는 그중의 하나를 플라스틱 또는 유리 바람직하게는 투명한 설치재료를 이용할 수도 있다. 여기에서, 투명하게 함으로써 염료를 투명재료에 삽입하는 것이 가능하게 된다. 상기 설치재료에 전극(13,14)을 설치하고, 많은 캡슐형 액정재료를 포함한 캡슐형 액정재료/에멀션은 상기 설치재료 사이에 삽입하여 다음에 기술한 바와같은 액정장치(10)을 형성한다.

반사매질(18)은 지지매질의 하부(12b)와 경계면(19)을 형성하여 내부 전반사기능을 얻게된다. 이러한 내부 전반사 기능에 의해 캡슐(11)의 액정재료는 광비임(17)으로 도시된 입사광과 액정장치(10)에서 등방산란된 빛에 의해 조명됨으로서 지지매질의 상부(12a)에 대해 전계가 인가되지않은 상태, 즉 스위치(15)가 열린상태에서 관측구역(20)에 대해 액정재료(11)는 비교적 밝은 색으로 착색되어 나타난다. 이러한 등방산란(특히, 캡슐형 액정재료에 내재한 다색성염료에 일부 흡수)은 미합중국 특허 제302,780호에도 발표되어 있지만, 본 발명의 내부 전반사원리는 이러한 비다색성 염료에 의한 반사/산란된 빛을 산란과 착색을 개선시키고, 따라서 캡슐형 액정재료에 의해 형성된 문자등의 시각적/광학적 착색외형을 밝게 해준다. 반사매질(19)과 일정거리를 두고 배면에 설치된 흑색 또는 착색된 재료의 광흡수층(21)이 입사된 빛을 흡수한다.

전극(13)은 예를들어 지지매질(12b)의 하부에 진공증착시킨 일정양의 인듐 주석산화물이고, 전극(14)은 예를들어 전기전도성 잉크를 액정재료에 직접가하거나 또는 전극(13)과 같은 것으로 할수도 있다. 상기 두 전극에 대해서도 다른 재료 또는 설치수단을 사용해도 좋다. 예를들면 주석산화물 및 안티몬을 첨가한 주석산화물이 있다. 전극으로서는 비교적 얇고(예를들어 약 200Å, 투명하여 액정장치(10)의 광학현상에 크게 영향을 주지않는 것이 바람직하다.

캡슐형 액정재료(11)는 캡슐(32)의 내부공간(31)에 삽입된 액정(30)을 포함하고 있다. 각 캡슐(32)은 분리될 수 있는 것이고 또한 액정재료를 담을 수 있도록 다수의 캡슐과 같은 상태를 형성하는 밀봉 매질 또는 캡슐재료 (33)의 안정한 에멀션에 액정(30)이 담겨있을 수도 있다. 본 발명에 따라 가장 바람직한 캡슐(32)은 일반적으로 구형이고, 액정(30)은 확실한 유전이방성을 갖는 네마틱으로 동작하는 액정재료이다. 그러나 본 발명의 원리는 캡슐(32)이 구형이 아닐때도 적용되며, 캡슐은 액정(30)의 광학적 특성, 예를들면 굴절률과 만족스럽게 작용하는 광학적 및 전기적 특성을 갖추고 있음으로서 전계가 인가괸 상태에서 전계가 액정(30)에 작용하여 액정의 규칙 또는 팽행배열이 수행될 수 있는 형상이어야 한다. 또한, 그 형상은 전계가 인가되지않은 상태또는 불규칙 배열상태에서 액정재료를 왜곡시키는 것이여야 한다. 구형 캡슐에 대한 특이한 장점은, 전계가 인가되지않은 상태에서 캡슐 내부의 액정(30)에 왜곡이 일어난다는 점이다. 이러한 변형의 적어도 일부는 캡슐과 액정 피치의 상대적 크기에 기인한 것이며, 바람직한 것은 그들이 같거나 또는 적어도 같은 크기이어야 한다. 더욱이 네마틱 액정재료는 유동성을 가지고 있으므로 전계가 인가되지 않을 때 캡슐형의 형상에 대해 부합하거나 그 변형이 용이하게 된다. 반면에, 전계가 인가되어 있는 상태에서는 네마틱 재료는 비교적 쉽게 규칙적을 배열된다.

그 캡슐형 액정재료가 네마틱으로 동작하는한 네마틱과는 다른 종류의 액정재료 또는 여러 가지 액정재료의 조합의 액정재료 및/또는 다른 첨가제가 본 예의 네마틱액정 재료와 함께 사용하거나 또는 대체시킬 수 있다. 그러나, 콜레스테릭 또는 스멕틱 액정재료는 일반적으로 체적 구동됨으로서 캡슐벽의 형상과 캡슐의 에너지에 부합하기 위해 그 체적구조가 깨어지기는 더욱 어렵게 된다.

비다색성 염료(9)는 밀봉매질(33) 그 자체에 직접 삽입할 수 있는데, 그 염료의 양은 밀봉매질(33) 의 약 0.01중략% 내지 1중량%, 바람직하게는 약 0.1중략% 정도로 적은 양이다. 밀봉 매질은 물을 베이스로 하고 염료는 수용성이 바람직하다. 따라서, 예를들어 혼합 또는 흡수과정에서 염료가 매질내에 용해될 것이며, 액정으로 옮겨가지는 않을 것이다. 그러나, 밀봉매질내에서 대부분의 빛에 대한 긴 광로에 의해 상기와 같이 적은 양의 염료로도 효과적으로 빛을 착색시켜주게될 것이다. 또한, 본 발명의 광착색은 예를들어 녹색페인트와 같이 빛낄의 외형을 나타내게 되는데, 이것이 녹색필터를 사용한 비교적 질이 낮은 녹색빛과 다른 점이다. 이와 비슷한 현상은 다른 빛깔에서도 마찬가지이다.

비다색성 염료에 대한 예로서는 수용성염료와 식용색소 및 섬유의 염료가 있다. 특이한 예로서, 아메리칸 컬러 코포레이션(American Color Corp.)사의 디렉트 오렌지 72(Direct Orange72), 디렉트 블루 Ⅰ(Direct Blue Ⅰ), 디렉트 옐로우 #4 지엘(Direct Yellow # 4 GL), 디렉트 예로우 #6(DirectYellow #6)과 함께 FD C 옐로우 #5 타르타진(tartazine)이 포함된다.

대체안으로서 비다색성 염료(9)는 기름진 베이스로 하는 액정재료에 용해되고 밀봉매질로 이동하지 않는 유용성 염료일 수도 있다. 상기 염료의 예로서 FDC 옐로우 #2와 나프톨 옐로우 예스(Naphthol Yellow S)가 있다. 그러나, 이 경우, 염료는 액정에 혼합되어야 한고, 주위의 습한 분위기에 흡수되지 않아야 한다.

제2도와 제3도는, 액정(30)을 담고 있는 캡슐(32)를 전계가 인가되지 않거나 전계가 인가된 상태에서 각각 도시한 것이며, 캡슐(32)은 구형이며, 캡슐 체적(31)의 경계를 한정하는 일반적으로 완만하게 굴곡진 내벽표면(50)을 갖는다. 내벽 표면(50)과 전체 캡슐(32)의 실제치수는 캡슐에 담긴 액정(30)의 양과 다른 특성에 관련된 것이며, 또한, 캡슐은 액정(30)에 힘을 가하여 캡슐의 내부 체적(31)에 압축시키거나 또는 압력을 일정하게 유지시키는 경향이 있다. 액정은 불규칙하게 분산되어 있을지라도 내벽표면(50)의 비교적 근접한 부분에 평행한 되는 경향이 있는 액정은 불규칙하게 분산되어 있을지라고 내벽표면(50)의 비교적 근접한 부분에 평행한 방향으로 굴곡되어 왜곡된다. 이러한 왜곡에 의해 액정에는 탄성에너지가 축적된다. 도면을 단단히 하기 위해서 그 방향성이 점선(52)으로 표시되어 있는 액정 분자층(51)은 내벽표면(50)에 가장 인접하여 도시되어 있다. 액정분자(52)의 방향은 내벽표면(50)의 인접지역에 평행한 방향으로 굴곡되어 왜곡된다. 캡슐내부의 경계층에서 떨어진 액정분자의 방향은 도면번호 53으로 표시되어 잇다. 액정분자는 지향성을 가지고 층상으로 도시되어 있지만 분자자체는 상기층에서 제한되어 있지는 않다. 따라서 각 캡슐의 조직은 벽에서 구조(52)의 조직에 의해 사전에 결정되며, 전계와 같은 외력이 가해지지 않는한 고정되어 있다. 전계가 제거되면 방향성느 제2도에 도시된 원상태로 회복된다.

네마틱형 재료는 보통 평행구조를 가지며, 광학편향 방향에 반응한다. 그러나 캡슐형 액정재료(11)의 액정분자(52)는 변형되어 캡슐(32)의 3차원 굴곡형으로 왜곡되기 때문에 이러한 캡슐의 네마틱 액정재료는 입사광의 광학편극 방향에 민감하게 개선된 특성을 띄게 된다.

캡슐(32)내의 액정(30)은 벽(50)과 평행하고 최소의 탄성에너지를 필요로 하도록 균일하게 배열될 수 없기 때문에 일반적으로 구형인 방향에 불연속(55)을 나타낸다. 이러한 불연속은 3차원적이고, 액정(30)의 왜곡현상을 일으키기 때문에 액정(30)이 입사광의 광편극 방향에 민감하게 되는 가능성을 더욱 감소케 한다. 불연속(55)은 캡슐내부에 산란 및 흡수를 일으키는 경향이 있고, 캡슐의 내벽 표면 표면(50)에 접하거나 평행한 액정분자도 캡슐(32)내의 산란 및 흡수를 야기시킨다. 제3도에서와 같이 전계가 인가되면 불연속은 더 이상 존재하지 않게되어 캡슐형 액정재료(11)가 전계가 인가된 상태 또는 규칙배열상태에 있을 때 광학투과에 극소의 영향을 미친다.

전술한 내용은 액정재료의 균일한 방향(캡슐벽에 평행)에 관한 것이지만 본 발명의 필요조건은 아니다. 필요한 것은 벽과 액정의 상호작용이 벽 근처의 액정을 일반적으로 균일하고 연속적인 방향이 되도록 하여 캡슐 전체에 걸친 액정재료의 공간적 평균방향이 심하게 굴곡되고 전계가 인가되지 않은 상태에서 액정구조의 방향에 어떠한 평행방향도 일어나지 않도록 하는 것이다. 이러한 심한 굴곡방향은 전계가 인가되지않은 상태에서 본 발명의 특징인 산란과 편극불감응도를 야기시킨다.

제3도에서와 같이 액정이 규칙 또는 평행 배열되게 하는 전계가 인가된 상태 또는 다른 어떤 상태에서 캡슐형 액정재료(11)는 모든 입사광을 투과시키고 액정캡슐이 지지매질(12)에서 보이지 않는 경향이 있다. 반면에, 제2도에서와 같이 액정이 왜곡배열(불규칙배열)된 전계가 인가되지 않는 상태에서 흡수되는 일부 입사광의 대부분은 지지매질(12)에 등방산란된다. 전반사에 의해 등방산란된 빚은 캡슐형 액정재료(11), 예를들어 착색액정에 다시 향하게 되어 액정재료를 밝혀줌으로서 관측자 또는 관측기구에 비교적 밝은 빛깔로 나타나도록 해준다.

전계가 인가된 상태 또는 규칙배열상태에서 캡슐(32)의벽의 굴절률과 액정(30)의 정상굴절률이 가능한 일치하도록 하여 입사광의 굴절에 의해 광학적 왜곡되는 것을 방지해야 한다. 그러나 액정재료가 왜곡 또는 불규칙한 배열상태, 즉 전계가 인가되지 않은 상태일 때 액정(30)과 캡슐(32)의 벽 경계에서 굴절률간의 차이가 나타나게 된다. 즉, 액정의 비정상 굴절률이 캡슐의 굴절률 보다 커진다. 이러한 것이 액정 재료와 밀봉 또는 캡슐매질의 경계면 또는 경계에서 굴절을 일으켜 산란을 더욱 야기시킨다. 산란된 빛은 내측으로 전반사되어 액정의 외형을 더욱 밝혀 주게 된다. 이와같이 굴절률의 차이가 나타나는 현상은 복굴절성으로 알려진 것으로서, 복굴절성의 원리는 Sears의 옵틱스(Optics)와 그리고 Hartshorne 및 Sears공저의 크리스탈스 엔드 더 폴러라이징 마이크로스코프(Crystals And The Polarizing Microscope)에 기재되어 있으며, 관련된 사항은 본 발명에 참조로 기재되어 있다. 캡슐 또는 밀봉매질(32)과 그리고 지지매질(12)은 같은 굴절률을 갖는 광학적으로 같은 재료로서 광학적으로 간섭이 발생하는 것을 발재해야만 한다.

액정재료의 정상굴절률이 비정상굴절률보다 캡슐매질의 굴절률에 더 가깝기 때문에 전계가 인가되 상태에서 전계가 인가되지않은 상태로 전환하거나 그 역인 경우에 산란의 변화가 일어난다. 정상굴절률과 매질의 굴절률과 일치될 때 콘트라스트는 최대가 되며, 굴절률 일치정도는 장치의 콘트라스트 및 투명도에 따르지만 액정의 정상 굴절률과 매질의 굴절률과의 차이는 0,03를 넘지않는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 0.01, 가장 바람직한 것은 0.001을 넘지않는 것이 좋다. 허용되는 차이는 캡슐의 크기에 따라 다르다.

바람직한 실시예에 의하면, 제3도에 도시된 전계 E는 캡슐재료에 분산되거나 전압강하되지 않고 대부분이 캡슐(32)의 액정(30)에 인가되는 것이 좋다. 캡슐(32)의 벽을 구성하는 재료의 양단에서 전압강하가 있어서는 안되며, 전압강하는 캡슐(32)의 내부 체적(31)내의 액정(30)의 양단에서 일어나야 할 필요가 있다.

실제로 캡슐매질의 전기임피던스는 캡슐의 액정 임피던스 보다 충분히 크기 때문에 벽(54)을 통해서 만은, 즉 액정을 우회하여 점(A)로부터 벽면을 따라 점(B)까지에는 단락회로가 생기지 않도록 할 필요가 있다. 따라서, 예를들면, 점(A)에서 점(B)까지 벽(54)만을 경유하는 유도전류 또는 변위전류에 대한 유효임피던스는 점(A)에서 내벽표면(50) 내측의 점(A')까지, 체적(31)내의 액정(30)을 지나 점(B')까지, 그리고 궁극적으로 점(B)까지의 경로에서의 임피던스보다 커야한다. 이러한 조건이 점(A)와 점(B)사이의 전위차가 생기게 될 것이다. 액정을 배열시킬 수 있는 전계가 액정에 인가될 수 있을 정도로 이러한 전위차는 충분히 커야한다. 기하학적인 고려 즉, 벽만을 경유한 점(A)로부터 점(B)까지의 거리에 의해 벽재료의 실제 임피던스가 액정재료의 임피던스 보다 낮을지라도 상기한 조건이 충족되어짐을 알 수가 있다.

캡슐매질을 형성하는 재료의 유절율과 액정을 구성하고 있는 재료의 유전률 및 특히 반경방향에서의 캡슐벽(54)의 유효 캐패시던스와 전계(E)가 인가되는 액정의 유효커패시던스 값은 캡슐(32)의 벽(54)에 인가된 전계(E)의 세기를 줄어들지 않도록 서로 관련되어 있어야 한다. 이상적으로는, 제7도에서 캡슐형 액정재료의 전체 층(61)에 대한 캐패시턴스 유전률이 전계가 인가된 상태에 대해서 동일해야 한다.

액정(30)은 이방성 유전률을 갖을 것이다. 벽(54)의 유전률은 이방성 액정재료(30)의 유전률 보다 낮지 않도록 하여 최적동작을 위한 상기 조건을 만족시킬 수 있도록 하는 것이 바람직하며, 전계(E)에 필요한 전압을 낮추기 위해서 비교적 높은 유전이방성을 갖는 것이좋다. 전계(E)가 인가되지 않을 때 비교적 작아야 하는 액정의 유전률과 전계가 인가되었을 때 비교적 커야하는 액정의 유전률간의 차이는 가능하면 커야한다. 하지만 유전률과 인가된 전계간의 중요한 관계는 캡슐의 액정재료의 양단에 인가되는 전계가 액정구조를 배열시키기에 충분하도록 해야할 필요가 있다. 예를들어 통상적인 액정의 낮은쪽의 유전률은 작게는 3.5에서 크게는 8까지이다.

캡슐(32)은 여러 가지의 크기로 할 수 있으나, 크기가 작으면 작을수록 캡슐의 액정을 배열시키는데 필요한 전계는 커야할 것이다. 가능한한 캡슐의 크기는 균일하게 하며 표시장치와 같은 캡슐형 액정을 사용하는 장치의 광학적 및 전기적 특성을 포함한 여러 가지 특성을 균일하게 하는 것이 바람직하다. 더욱이 캡슐(32)의 직경을 최소한 1미크론 정도로 하여 입사광빔에 대해 분리된 캡슐로서 나타날 수 있도록 하여야 한다. 직경이 작으면 광빔은 캡슐을 연속하게 균일한 층으로서 나타나게 되어 등방산란을 일으키지 못할 것이다. 캡슐의 크기(1-30마코론)와 액정재료에 대한 예는 상기한 특허출원에 기재되어 있으며 여기서 참고로 기재한다.

본 발명에 가장 적합한 액정재료는 네마틱재료 NM-8250으로서 이는 아메리칸 리퀴드 크리스탈 케미칼 코포레이션9American Liquid Chemical Corp., Kent, Ohio, U.S.A)의 제품인 에스테르(ester)이다. 다른 예로서는 에스테르 조합물, 바이페닐(byphenyl) 및 바이페닐 조합물 등이 있다.

본 발명에 사용될 수 있는 몇가지 다른 종류의 액정재료는 다음 4가지로서 각각은 각 액정재료에 대한 배합표이다. 10% 무질은 약 10%의 4-시아노 치환물질을 가지고, 20% 물질은 약 20%의 4-시아노 치환물질을 갖는다.

10% 물질

펜틸페닐메톡시 벤조에이트(Pentylphenylmethoxy Benzoate)…54g

펜틸페닐펜틸옥시 벤조에니트(Pentylphenylpentyloxy Benzoate)…36g

시아노페닐펜틸벤조에니트(Cyanophenylpentyl Benzoate)…2.6g

시아노페닐헵틸벤조에니트(Cyanophenylheptyl Benzoate)…3.9g

시아노페닐펜틸옥시벤조에니트(Cyanophenylpentyloxy Benzoate)…1.2g

시아노페닐헵틸옥시벤조에니트(Cyanophenylheptyloxy Benzoate)…1.1g

시아노페닐옥틸옥시벤조에니트(Cyanophenyloctyloxy Benzoate)…9.94g

시아노페닐메톡시벤조에니트(Cyanophenylmethoxy Benzoate)…0.35g

20% 물질

펜틸페닐메톡시 벤조에이트(Pentylphenylmethoxy Benzoate)…48g

펜틸페닐펜틸옥시 벤조에니트(Pentylphenylpentyloxy Benzoate)…32g

시아노페닐펜틸벤조에니트(Cyanophenylpentyl Benzoate)…5.17g

시아노페닐헵틸벤조에니트(Cyanophenylheptyl Benzoate)…7.75g

시아노페닐펜틸옥시벤조에니트(Cyanophenylpentyloxy Benzoate)…2.35g

시아노페닐헵틸옥시벤조에니트(Cyanophenylheptyloxy Benzoate)…2.12g

시아노페닐옥틸옥시벤조에니트(Cyanophenyloctyloxy Benzoate)…1.88g

시아노페닐메톡시벤조에니트(Cyanophenylmethoxy Benzoate)…0.705g

40% 물질

펜틸페닐메톡시 벤조에이트(Pentylphenylmethoxy Benzoate)…36g

펜틸페닐펜틸옥시 벤조에니트(Pentylphenylpentyloxy Benzoate)…24g

시아노페닐펜틸벤조에니트(Cyanophenylpentyl Benzoate)…10.35g

시아노페닐헵틸벤조에니트(Cyanophenylheptyl Benzoate)…15.52g

시아노페닐펜틸옥시벤조에니트(Cyanophenylpentyloxy Benzoate)…4.7g

시아노페닐헵틸옥시벤조에니트(Cyanophenylheptyloxy Benzoate)…4.23g

시아노페닐옥틸옥시벤조에니트(Cyanophenyloctyloxy Benzoate)…3.76g

시아노페닐메톡시벤조에니트(Cyanophenylmethoxy Benzoate)…1.41g

40% MOD

펜틸페닐메톡시 벤조에이트(Pentylphenylmethoxy Benzoate)…36g

펜틸페닐펜틸옥시 벤조에니트(Pentylphenylpentyloxy Benzoate)…24g

시아노페닐펜틸벤조에니트(Cyanophenylpentyl Benzoate)…16g

시아노페닐헵틸벤조에니트(Cyanophenylheptyl Benzoate)…24g

각 캡슐(32)을 형성하는 캡슐매질은 전적으로 액정재로에 영향을 받지 않으며, 액정재료에 영향을 미치지 않는 것이어야 한다. 여러 가지 구지 및/또는 중합체를 캡슐 매질로서 사용할 수 있다. 바람직한 캡슐매질은 비교적 높고 양호한 유전률과 액정재료에 거의 근접하는 굴절률을 갖는 폴리비닐알콜(PVA)이다. 폴리비닐알콜에 대한 좋은 일예는 분자량이 적어도 1,000인 수화수지를 약 84% 포함한다는 것이다. 겔바톨(Gelvatol) 20/30으로 알려진 몬산토 캄파니(Monsanto Company)의 폴리비닐알콜이 본 발명에 가장 적합하다.

에멀션 또는 캡슐형 액정(11) 제조방법에는 밀봉 또는 캡슐매질, 액정재료 및 물과 같은 운반매질을 서로 홉합하는 것이 포함된다. 혼합과정에는 분쇄기(Blender)와 콜로이드 밀(Colloid Mill)등과 같은 여러 가지 혼합장치를 이용한다. 혼합중에 성분의 에멀션이 형성되고, 그후 에멀션을 건조시켜 물과 같은 운반매질은 소거시킬 수 있으며, 폴리비닐알콜과 같은 탭슐매질을 경화시킨다. 이렇게 하여 제조된 캡슐형 액정(11)의 캡슐(32)은 완전한 구형은 아니지만, 초기에 형성되어 건조 및/또는 경화된 후 유제의 각 소적, 구 또는 캡슐은, 구형이 가장 낮은 에너지 상태임으로 각 캡슐의 형상은 구형일 것이다. 또한 사용된 염료가 수용성이라면, 폴리비닐알콜을 함유하는 밀봉매질과 같은 물을 베이스로 하는 재료 또는 매질에 혼합되어 있거나 또는/ 및 용해되어야 하며, 또는 다음에 기술된 바와같이 흡수될 수 있다. 염료가 유용성이면 액정재료와 같은 기름을 베이스로 하는 매질에 미리 혼합되어 있거나 또는/ 및 용해되어야 한다.

입사광에 대한 효과와 전계의 반응에 대한 작용의 균일성을 위해서 에멀션내에서 캡슐크기(직경)는 균일해야 한다. 대표적인 캡슐 크기는 약 0.3 내지 약 100미크론, 바람직하게는 0.3 내지 30미크론, 특히 3 내지 15미크론, 예를들면 5 내지 15미크론으로 하는 것이 바람직하다. 캡슐매질 또는 밀봉매질와 같은 또는 유사한 재료로서 지지매질(12)를 형성하는데에는 여러 가지 기술이 있다. 예를들면, 지지매질의 하부(12b)는 성형 또는 주조방법을 이용하여 형성할 수 있다. 전극(13)과 액정재료는 지지매질의 하부(12b)에 지지될 수 있다. 전극은 지지매질과 캡슐형 액정재료 사이의 인트렉스(Intrex) 재료층일 수 있으며, 전극(14)은 인쇄 기술을 이용하여 설치할 수 있다. 캡슐형 액정재료와 전극을 완전히 둘러싸도록 상부 지지매질(12d)를 주입 또는 주조한다. 대안으로서 실시예 1에서와 같이 지지매질의 상부 및 하부(12a,12b)를 투명한 플래스틱 필름 또는 유리판으로 할 수 있다. 지지매질(12a, 12b)로서 가장 바람직한 마일러(Mylar)와 같은 폴리에스테르 필름이다.

하부 지지매질(12b)로서 바람직한 것은 투명한 폴리에스테르재료이고, 가장 바람직한 것은 수 미리의 두께를 가진 마일러 판 또는 미일러 필름이다. 전극(13)은 인트렉스(Intrex) 재료가 바람직하며, 마일러판(12b) 상부표면상의 투명도이다. 이러한 조립체에 액정재료와 밀봉매질과의 에멀션을 도포하여 대단히 밀집하여 충전된 몇 층의 액정캡슐을 형성할 수 있다. 제7도에서 이러한 에멀션이 건조되면 캡슐형 액정재료의 층(61)에 남게되는데 이 층은 약간 캡슐두께가 바람직하다. 상기 재료는 일반적으로 빛깔이 없으며 다음에 기술되어 있는 바오같이 차후의 염료흡수를 위한 기준재료로 사용된다.

예를들어, 반사매질(18)이 고체이면 주조 또는 성형기술을 이용하여 지지매질의 하부(12b)에 증착될 수 있으며, 대체안으로서 지지매질의 하부와 흡수층(21) 사이의 공기 또는 다른 유체간의 간격을 반사매질로 하거나 또는 다음에 기술되어 있는 바와같이 종래의 증착기술을 이용하여 반사매질(18) 대신에 동조유전층을 지지매질의 하부 배면에 직접 증착시킬 수 있다.

다음은 본 발명에 따른 재료와 액정표시장치의 제조방법 및 그 동작특성에 대한 몇가지 실시예를 기술한 것이다.

실시예1

점성도가 낮은 22% 용액(나머지는 물)의 가수분해 중합체 15g과, 4% 물질의 배합표의 액정재료 5g과, 0.1% 콜레스테릴 올레핀산영(cholesteryl oleate)3g과, 0.1% LO 630의 1% 용액(즉, LO 630의 양은 액정재료에 대해 약 0.1중량%)과 15% 클로로포름 0.75g 그리고 0.4%의 M.C.Green 염체염료 0.06g을 사용하여 일예의 착색등방산란 재료를 제조하였다.

염료를 폴리비니알콜에 용해시킨 후 상기 성분을 조합하였다. 이러한 혼합물은 저진공 삽입스크린 CBB와 AA(스크린 여과 시스템)를 사용하여 재료를 작은 여과 플레스크로 대단히 천천히 여과시켰다.

여과된 에멀션을 사용하고 있는 재료로 슬라이드를 제조하고, 재료를 건조시킨후 현미경을 사용하여 관찰한 결과 캡슐의 직경은 약 3 내지 4미크론이었다.

5미리 간격으로 설치된 독터 프레이트를 사용하여 밝은 마일러 필름 지지체상에 설치된 인트렉스(Intrex) 전극에 에설션 필름을 인장시킨 후 건조시켰다. 안정한 에멀션 필름이 작동하여 빛을 산란시키는데 약 10볼트에서 빛을 투과시키기 시작하였고(즉, 전계에 대해 액정구조가 배열됨) 약 30볼트에서 빛을 완전히 투과시켰다.

실시예 2

그린(Green)염료를 0.4%의 M.B.Blue 액체염료로 대체시킨 것을 제외하고는 실시예 1의 성분과 방법을 사용하였다. 결과는 실시예 1과 동일하였다.

에멀션의 안정성 및 피복의 균일성을 향상시키기 위해 0.001%의 GAFLO 630(상품명 : GAF사 제품)이 비이온 계면활성제(세제)를 혼합단계전에 첨가하였다. 전극/폴리에스테르 필름 베이스에 에멀션의 피복과 에멀션의 불안정성에 있어서 성능이 향상되었다.

따라서, 본 발명에 따라 계면활성제, 바람직하게는 비이온 계면활성제, 세제등을 상기한 바와같이 전극이 피복된 필름에 증착하기 전에 캡슐형 액정재료와 혼합시킬 수 있음을 알 수 있다.

실시예 7에서 제조된 재료의 작용에서, 키랄 첨가제에 의해 네마틱 캡슐형 액정재료의 응답 시간이개선, 즉 감소되었을 때, 특히 전계가 인가되지않은 상태로 바뀐후 즉시 각 캡슐의 벽형상에 따른 왜곡배열로 회복되었다. 직경이 적어도 8미크론 정도로 비교적 큰 캡슐은 전계가 인가되지않은 상태로 바뀔 때 캡슐벽에 인접한 액정재료가 캡슐중심부의 액정재료 보다 신속하게 캡슐벽 형상 또는 곡률을 따른 왜곡배열로 회복된다. 이러한 차이에 의해 재료의 전반적인 응답시간이 지체되는 경향이 있다. 그러나 키랄 첨가제를 주입하므로 구조의 왜곡 경향을 야기시킨다. 내마틱 재료에 미치는 이러한 영향은 캡슐벽에서 멀어질수록 두드러지기 때문에 캡슐벽의 형상에 따라 비교적 먼 재료의 왜곡배열을 촉진시켜주게된다. 이러한 키랄 첨가제는 액정재료의 약 0.1 내지 8%의 범위이며, 바람직한 범위는 약 2 내지 5%의 범위이다. 그 양은 첨가제 및 액정에 따라 다를 수 있으며, 캡슐이 네마틱형으로 가능하는 한 상기한 범위를 벗어날 수도 있다.

상기 실시예에서 사용된 바와같이, 액정장치를 제조하는 과정에서 액정의 점도를 감소시키거나 또는 점도를 조절하기 위해 다른 첨가제를 사용할 수도 있다. 이렇게 감소된 점도는 에멀션 형성 또는 에멀션에 전극이 갖추어진 지지매질(12)에 가하는 작업에 있어서 적극적인 효과를 준다. 건조시 수용성 클로로포름은 에멀션에서 제거된다.

본 발명에 따른 다른 종류의 지지매질(12)은 폴리에스테르 재료와 코델(Kodel)필름과 같은 폴리카보네이트 재료(polycarbonate)가 포함된다. 전극의 부착이 충분할 경우에는 대단히 불활성인 테들러(Tadlar) 필름도 사용할 수 있다. 이러한 지지매질(12)은 광학적으로 투명한 것이 바람직하다.

본 발명에 사용할 수 있는 산(acid)형 밀봉 매질의 한예는 카르보폴(carbo pole ; B,F. Goodrichcal Company의 Carboxy polymethylene polymer)또는 다중산(polyacied)이있다.

다음표에 기술된 바와같은 여러 가지의 중합체 밀봉매질이 사용될 수 있으며, 표 1에는 각 중합체에 대한 몇가지 특성이 제시되어 있다.

다른 겔바틀 폴리비닐알콜 물질은 온산토(Monsanto)사 제품으로서 20-90, 9000, 20-60, 6000, 3000 및 40-10이 있다.

액정재료와 밀봉매질의 혼합비율은 밀봉매질의 3중량부에 대해 액정재료의 약 1중량부이다. 본 발명에서 수긍할 수 있는 캡슐형 액정재료는 밀봉재질, 겔바틀 폴리비닐알콜의 약 2중량부와 액정재료 약 1중량부를 혼합하여 얻을 수도 있다. 또한 1:1의 비율도 가능하지만, 약 1:2에서 약 1:3의 비율로 제작된 재료 만큼 양호하게 기능하지 못하다.

실시예3

염료를 사용하지 않은 것을 제외하고는 실시예1에서와 같은 성분과 방법을 사용하였다. 이 방법은 다음에 기술된 흡수법과 같이 염료를 첨가할 수 있는 무색기준 액정을 제조하는데 사용할 수도 있다.

제4도 내지 제6도는 본 발명에 따라 액정재료에 염료를 흡수시키는 방법을 도시한 것이다. 기준액정(56)은 마일러의 하부지지매질(12b)과 전극(13) 및 하나 또는 그 이상의 캡슐형 액정재료층(57)으로 형성되어 있다. 제4도에서 캡슐형 액정재료를 경화, 건조, 고형화시킨후 선정된 캡슐(32)의 노출표면(58) 특히 캡슐형 액정재료층(57)의 선정된 부분의 노출표면에 직접 필요한 빛깔의 수용성염표(9)를 포도하는 것이 바람직하다. 염료의 일예로서 FD C 레드 #3(Erythrosine)이 있다. 염료(9)는 코팅, 인쇄, 수동 또는 자동으로 서법(writing) 또는 제도(drawing)를 이용하여 표면(58)에 가할 수 있고, 바람직하고 효과적인 다른 방법을 이용할 수도 있다. 착색시키지 않으려는 부분 또는 다음 단계에서 다른 빛깔로 착색시키려는 부분에 마스크(59)를 사용할 수도 있으며, 한번에 한가지 염료를 정확하게 도포하고, 번짐을 방지하는 것이 바람직하다. 그러나 필요하다면 층(57)의 각 부분에 여러 가지 염료를 동시에 도포할 수도 있다. 또한, 번짐이 문제가 되지 않는다면 어떤 착색단계중에 착색시키지 않으려는 부분을 마스크(59)로 보호할 필요가 없다.

제5도에 도시되어 있는 바와같이 염료가 가해진 캡슐형 액정(11)의 기준액정(56)과 하부 지지매질(12b)에 습기를 가한다. 이러한 습기는 습기에 대해 용해특성을 갖고 있는 밀봉매질(33)과 캡슐의 벽(54)에 수용성염료(9)를 일부 용해시키는 경향이 있다. 염료(9)는 밀봉매질(33) 및 벽(54)에 흡수되어 밀봉매질에 용해될 것이다. 염료 및/또는 습기로부터 캡슐을 보호해주기 때문에 마스크(59)에 덮힌 부분의 캡슐에는 염료(9)가 흡수되지 않을 것이다. 선명도를 높이기 위해서 층(57)의 부분마다 다른 빛깔을 착색시킬 경우, 한가지 염료를 철저하개 착색/흡수시킨 다음 다른 빛깔의 염료를 흡수시킨다. 그러나 각 빛깔 부분간의 경제의 분해능/정확도가 유지될 수 있는 한 몇 개의 다른 부분에 다른 빛깔의 염료를 동시에 흡수시킬 수 있다.

제6도는 상기 작업의 결과로서, 기준액정이 지지매질(12b)과 착색부(57d) 및 비착색부(57b)로 되어 있음을 도시하고 있다. 착색캡슐(32)에 빛이 중복 통과함으로서 빛이 착색되기 때문에 많은 양의 염료를 사용할 필요는 없다. 따라서, 상기 염료는 액정재료의 굴절률에 유해한 영향은 주지않을 것이다. 예를들면, 0.1 또는 0.2%의 염료로 액정을 통과하는 빛을 만족스럽게 착색시키기에 충분하다. 염료(9)가 액정 또는 캡슐매질과 화학적으로 반응해서는 않된다.

제7도 및 제8도는 본 발명에 따른 액정표시장치의 표시부(60)를 도시한 것이다. 표시부(60)는 제1도의 액정장치를 완성시킨 것으로서 여러개의 실제로는, 여러층의 캡슐형 액정재료(11)가 지지매질(12)내에 주입되어 있는 것이다. 제7도와 제8도에 도시된 여러 부품의 크기, 두께, 직경등은 일정 비율일 필요가 없고, 그 크기는 여러 부품과 그 동작을 도시하는데 필요한 것이다.

전극(13,14)은 전계를 인가할 때 예를들면, 제3도와 같이 액정재료를 선택적으로 배열시키기 위한 것이다. 전극이 아닌 다른 수단을 이용하여 표시부(60)에 다른 종류의 입력을 가함으로서 액정을 규칙 또는 불규칙 배열시킬 수도 있다.

캡슐형액정(11)은 표시부(60)의 일부층(61)으로서 집합적으로 표시되어 캡슐형 액정재료(11)는 몇 개의 층(61)으로서 표시부(60)내에 배열되어 있다. 상기 층(61)은 표시부(60)에 표시될 여러문자 또는 문자의 일부를 나타내는 여러부분으로 분리될 수 있다. 예를들면 제7도의 층(61)에서 길게 연장된 좌측부분(61L)은 7-세그멘트 표시형의 일부이고, 비교적 짧은 우측부분(61R)은 다른 7-세그멘트 표시형의 일부를 나타낸다고 할 수 있다. 본 발명에서는 여러 가지 표시형의 액정재료가 사용되며, 지지매체(12)의 영역(62)은 액정층의 우측부분(61R)과 좌측부분(61L) 사이의 부분을 채워주고 있다. 차후로 층(61)에 대한 것은 여러 높이 또는 같은 구성하는 층을 총괄하여 표시한다. 일예로서 층(61)의 합성두께는 0.3미리에서 약 10미리까지이며, 두께가 균일한 것이 전기장, 산란등에 대해 균일하게 반응한다.

안정 에멀션에 의해 형성되는 것과 같이 분리된 밀봉매질에 액정이 캡슐 또는 밀봉됨으로서 지지매질(12) 또는 다른 매질에 의해 영역(62)으로 분리된 캡슐형 액정재료(61L,61R)의 이러한 배열 또는 형상은 용이해지고, 또는 가능하게 된다. 따라서 표시장치, 광고 게시판, 광학셔터 등과 비교적 대형장치에는 캡슐형 액정재료를 선별적으로 광학적 특성이 필요한 부분의 지지매질에 도포한다. 이러한 방법으로서 어떤 특정한 사용에 필요한 재료의 양을 어느 정도 줄일 수 있다. 다음에 기술한 장치의 기능작동으로 인해서 본 발명에 따른 캡슐형 액정재료를 사용한 장치의 바람직한 동작에 상기한 같은 방법이 더욱 부합되게 된다.

예를들어 표시부(60)가 대기(63)에서 사용될 때 대기는 관측면 또는 관측방향에서 지지매질(12)과의 경계면(64)을 형성한다. 외부매질(63)의 굴절률(N)은 캡슐매질(12)의 굴절률(N')과 다르며, 보통 N'은 N보다 크다. 결과적으로 관측방향(20)으로부터 계면(64)을 통과하며 지지매질(12)로 들어가는 입사빔(65)은 경계면(64)에 수직한 가상선(66)인 법선을 향하여 위어지게 된다. 지지매질(12)의 내측광빔(65a)이 입사빔(65)보다 법선에 더 근접하며 Nsinθ=N'sinθ'의 관계식이 만족되고 여기에는 θ는 입사빔(65)과 법선이 이루는 각도이며, θ'는 내측광빔(65a)과 법선이 이루는 각도이다. 이러한 수식관계는 N'sinθ'=Nsinθ로 유출되어 경계면(19)에서도 적용된다.

본 발명에 따라 바람직한 내부 전반사를 성취하기 위해서는 반사매질(18)의 굴절률(N)이 지지매질(12)의 굴절률(N')보다 작아야 한다. 따라서 내측광빔(65a)이 경계면(19)을 통과하게 되면, 광빔(65a)은 경계면(19)의 법선과 θ각을 이루며 편향될 것이다. 실제로 광빔(65,65a)은 영역(62)을 통과하기 때문에 액정층(61)에 의해 진로가 산란되지 않음으로서 경계면(19)을 통해 방출될 것이다.

제7도를 참조하여 본 발명에 따른 액정표시부(60)의 동작을 기술하면 다음과 같다.

액정표시부(60)의 동작에서 네마틱형으로 동작하는 액정(30)은 전계가 인가되지 않은 상태에서 왜곡 또는 불규칙하게 배열된다. 입사빔(70)이 경계면(64)을 지나 지지매질(12)로 들어가서 입사빔으로서 캡슐형 액정층(61)과 충돌하는 광빔(70a)으로 휘어진다. 불규칙 또는 왜곡 배열된 액정재료가 입사빔을 등반산란시킬 것이다. 따라서 광빔(70a)이 산란될 수 있는 몇가지 확률이 있다.

가. 첫 번째 확률은 입사광빔(70a)이 점선(70b)을 따라 경계면(19)으로 진행하는 것이다. 광빔(70b)이 경계면(19)과 충돌하는 각도가 원뿔조명의 입체각 α(제7도에서 점선(71)에 의해 평면상에 정의됨)내에 있게 되는 경우이다. 입체각 α내에 있는 빛은 경계면(19)을 통과하여 법선에서 휘어짐을서 광빔(70c)을 형성한다. 광빔(70c)은 반사매질(18)을 통과하여 층(21)에 흡수된다.

나. 두 번째 확률은 광빔(70a)이 광빔(70d)의 방향을 따라 입체각 α의 외부로 등반산란되는 것이다. 경계면(19)에서 내부전반사가 일어나 광빔(70d)은 캡슐형 액정재료층(61)을 향한 광빔(70e)으로서 반사됨으로서 광빔(70a)과 같이 독립된 입사빔으로 취급할 수 있다. 따라서 광빔(70e)은 다시 등방산란되게 된다.

다. 세 번째 확률은 광빔(70e)을 포함한 입사광빔(70a)이 경계면(64)의 법선에 근접한 각도로 등방산란되어 빔이 경계면(64)을 거쳐 공기와 같은 외부매질(63)로 진행함으로서 관측사 또는 관측기구에 노출되는 것이다. 산란된 광빔(70e)이 경계면(64)을 통해 방출되지 않도록 하는 입체각 α의 범위는 일점쇄선(72)으로 표시되어 있다. 광빔(70f)은 표시부(60)에서 방출된 광빔을 나타낸다. 경계면(64)에서 방출된 광빔(70f)의 합은 캡슐형 액정재료(11)의 층(61)이 관측방향(20)에서 희거나 또는 밝은 문자의 형상으로 보이게 하는 것랬.

라. 네 번째 확률은 광빔(70a)이 광빔(70g)의 방향으로 등방산란되는 것이다. 광빔(70g)은 입체각 α외부에 있음르로 경계면(64)에서 전반사되어 반사된 빔(70h)은 층(61)에서 다시 충돌함으로서 상기한 빔(70e)와 같이 독립된 입사광빔으로서 작용하여 유사한 효과를 갖게 된다.

보통 전극(13,14)의 굴절률은 밀봉 및 지지매질의 굴절률 보다 크며, 밀봉 및 지지매질의 굴절률은 적어도 같은 것이 바람직하다. 따라서 밀봉매질로부터 전극으로 진행하는 빛은 법선을 향해 휘어지고, 전극으로부터 지지매질로 향하는 빛은 법선으로부터 멀어질 것이다. 따라서 전극에 의한 효과는 무시할 수 있다. 즉, 전반사의 대부분은 경계면(19,64)에서 일어날 것이다.

관측방향(20)에서 영역(62)은 흡수층(21)의 조성에 따라 흑색으로 나타나거나 착색되게 된다. 이러한 것은, 영역(62)을 통과하는 대부분의 광빔(65,65a,65b)이 각 경계면의 법선에서 멀어지거나 또는 근접하여 휘어지면서 경계면(64), 지지매질(12), 경계면(19) 및 반사매질(18)을 투과하여 결국 흡수층(21)에서 흡수되기 때문이다.

제8도는 표시부(60)에서 캡슐형 액정층(61)의 규칙배열과 그 동작을 도시한 것이다. 제8도의 층(61)에서 캡슐형 액정재료(11)는 제3도에 도시된 것과 같다. 따라서 영역(62)을 통과하는 광빔(65,65a,65b)은 흡수층(21)에 흡수되며, 광빔(70,70a,70i)은 규칙 배열되어 투명효과를 가지거나 또는 비산란층(61)을 투과하여 상기와 같은 경로를 따르게 될 것이다. 경계면(19)에서 광빔(70a)은 법선에서 멀어지는 쪽으로 휘어져 광빔(70i)으로서 흡수층(21)에 흡수될 것이다. 따라서 광빔(65)에 의해 관측방향(20)의 관측자에게 어떠한 외관으로 나타날지라도, 규칙 배열된 캡슐형 액정재료를 통과하는 광빔(70)도 역시 같은 효과를 가져올 것이다. 즉, 표시부(60) 특히 그 내부의 캡슐형 액정재료가 규칙배열 또는 전계가 인가된 상태에 있을 때 액정이 위치한 영역도, 영역(62)과 같은 형태를 갖게 될 것이다.

입사광빔(65,70)이 법선과 큰 각을 이루며 경계면(64)에서 지지매질(12)로 들어감으로서 입체각 α보다 큰 각으로 경계면(19)에 충돌하게 되면 빔은 경계면(19)에서 전반사될 것이다. 그러나 반사된 빛은 액정재료층(61)을 투과하여 경계면(64)에 다시 전반사됨으로서 지지매질(12)내에 잔존하게 될 것이다.

제9도는 반사매질로서 공기가 이용된 것이다. 제9도에서 프라임, 부호는 제7도 및 제8도에서 프라임 부호가 붙지않은 것에 해당하는 것이다. 제9도에서 프라임, 부호는 제7도 및 제8도에서 프라임 부호가 붙지않은 것에 해당하는 것이다. 제9도에서 프라임, 부호는 제7도 및 제8도에서 프라임 부호가 붙지않은 것에 해당하는 것이다. 표시부(60')는 공기(80)와의 경계면(19')을 갖는다. 경계수체(81)가 위치한다. 바람직한 흡수체(81)는 제9도에서와 같이 위치한 지지표면에 장착시킬 수 있는 카아본 블랙(carbon black)이다. 상기한 바와같이, 바람직한 액정은 NM-8250이며, 밀봉매질은 폴리비닐알콜이며, 지지매질(12)은 폴리에스테르이다. 또한 액정의 지지매질(12a,12b)과 밀봉매질의 골절률은 적어도 같은 것이 바람직하다. 이렇게 함으로서 경계면(19',64')에서 주로 전반사가 일어나고 밀봉매질과 지지매질간의 경계면에서는 전반사가 일어난다. 하더라도 극히 미약하게 일어나게 되며, 콘크라스트를 극대화하면서 광학적 왜곡을 극소화할 수 있다. 표시부(60')는 제7도와 제8도의 표시부(60)와 그 기능이 같다.

제10도와 제11도는 개선된 액정표시부(90)로서 상기와 같은 층상의 캡슐형 액정재료(61)를 갖춘 지지매질(12)을 포함하고 있다. 그러나 온도면에는 경계면(19)에 동조유전 간섭층(91)이 있다. 도면에 확대 도시되어 있는 유전층(91)의 두께는 2λ/2, 5λ/2등과 같이 λ/2의 흡수배이며, λ는 표시부(60)의 광파장이다. 동조유전 간섭층(91)은 종래의 증착기술을 이용하여 지지매질(12)의 배면에 증착될 수 있다. 유전층은 필요한 간섭기능을 갖는 바륙옥사이드(Ba0), 리튬플루오라이드(LiF) 또는 다른 재료를 이용할 수 있다. 입체각 α내의 빛이 전반사될 수 있는 경계면(19)을 얻기 위해서 상기 간섭층(91)은 지지매질(12) 보다 작은 굴절률을 갖는 것이 바람직하다. 광학적 간섭현상에 관한 것은 본(born)과 울프(Wolf)의 옵틱스(Pttics) 그리고 레스닉(Resnick)과 홀리데이(Halliday)의 펀드맨탈스 오브 피직스(Fundamentals of physics; 2nd Ed., 1981)의 731에서 735페이지, 또한 시어스(Sears)와 제만스키(Zemansky) 의 유니버시트 피직스(University physics)를 참고할 수 있다.

제10도와 같이 전계가 인가되지 않은 상태, 즉 불규칙 배열상태에서, 표시부(90)는 상기한 표시부(60)와 같은 기능을 갖는다. 즉 첫째, 캡슐형 액정 재료층(61)의한 빛의 등방산란 둘째, 제10의 경계면(19)에서 입체각 α외부 또는 경계면(64)으로 등방산란된 빛에 대한 입체각 α만큼 외부에 떨어지는 빛의 전반사 셋째, 비교적 어두운 배경에 흰문자를 나타내기 위하여 광빔(70f)과 같이 관측방향(20)으로 향하는 빛의 투과는 전기한 표시부(60)와 같은 현상이다. 동조유전 건섭층(91)과 광학적 간섭현상에 의해 전계가 인가되지 않는 상태에서 캡슐형 액정층(61)의 조명효과는 더욱 개선된다. 즉 입체각α은 제10도의 입체각 Φ으로 축소된다. 일반적으로 경계면(64)에 충돌하는 입사광빔(92)은 층(61)에 입사되는 광빔(92a)으로 편향될 것이다. 광빔(92a)이 입체각 α보다 큰 각도에서 광빔(92b)으로 등방산란되면 전술한 표시부(60)에서와 같이 전반사가 일어난다. 그러나 광빔(92a)이 입체각 α와 Φ사이의 광빔(92c)으로 등방산란되면 보강간섭이 일어나 캡슐형 액정층(61)의 조명이 향상된다.

특히, 광빔(92c)이 동조유전 간섭층(91)에 충돌하면 적어도 일부(92b)는 경계면(19)을 향하여 반사될 것이다. 경계면(19)에서 다른 입사광빔(93)과 보강간섭이 일어남으로서 내측으로 반사되는 합성광빔(94)의 유효강도가 증가되어 캐슐형 액정층(61)으로 다시 진행함으로서 조명이 개선된다. 이러한 보강간섭이 일어남으로서 표시부(90)는 표시부(60)보다 더 많은 빛을, 층(61)으로 산란 또는 반사시켜준다. 그러나 표시부(90)가 효율적으로 동작하는 관측각도가 표시부(60)의 경우보다 작다는 단점이 있다. 상세히 설명하면 동조유전 간섭층(91)의 반사표면이 거울과 같이 작용하여 경계면(64)과 이루는 각 δ와 같거나 또는 작은 각도로 지지매질(12)에 입사된 광빔은 전부 반사되는 경향이 있어, 표시부(90)에서의 콘트라스트가 손실된다. 표시부(60)에서의 각 δ가 표시부(90)에서의 각보다 작다.

제10도에서 표시부(90)의 영역(62)을 통과하는 광빔(95,96)과 제11도에서 규칙 배열된 액정층(61)을 통과하여 입체각 Φ에 떨어지는 광빔(92')은 상쇄간섭된다. 따라서 관측방향(20)에서 볼 때 규칙배열된 액정부분과 영역(62)은 비교적 어둡게, 즉 전계가 인가되지 않은 상태에서 산란되어 밝은 빛깔로 조명된 액정층(61)에 비해 어두운 배경으로 나타나게 될 것이다. 필요하다면 층(91)에 흡수체를 사용할 수 있다. 또한 층(91)의 두께에 따라 배경의 빛깔을 바꾸어 줄 수 있다.

제12도는 본 발명에 따른 액정장치(100)의 일 예로서 액정표시 장치를 도시한 것이다. 본 예에서 마일러(mYLAR)와 같은 플래스틱 재료 또는 유리와 같은 다른 재료일 수도 있는 기판 또는 지지매질(12)내부에 정방형 8자 모양(101)으로 나타날 수 있다. 정방형 8자 모양을 형성하는 빗금친 부분은 하나 또는 그 이상의 층(61)으로 기판(12)에 부착된 캡슐형 액정재료(11)로 구성되어 있다. 8자 모양의 확대된 일부가 제7도 내지 제11도에서의 표시부(60,60',90)로서 제7도에 도시되어 있다.

8자 모양에서 7개의 세그멘트가 각각 선택적으로 에너지화되어 여러 가지 숫자를 형성한다. 예를들어 세그멘트(101A,101B)가 에너지화되면 숫자 1을 표시하고, 세그멘트(101A,101B,101C)가 에너지화 되면 숫자 7을 표시하게 될 것이다. 여기에서 에너지화란 각 세그멘트가 배경에 대해 밝게 나타나는 조건이 된다는 것을 의미한다. 따라서 예를들면 세그멘트(101a,101b)가 불규칙하게 배열되고 나머지 다른 세그멘트가 규칙배열되면 숫자 1을 표시한다.

제13도와 제15도는 지지매질(12)에 액정층(61)과 전극(13,14)이 바람직하게 배치되어 있는 것을 도시한 단면도 및 등각투명도이다. 제13도 및 제14도에서 두 개의 프라임 부호는 제7도와 제8도에서의 프라임이 붙지않은 부호 및 제9도에서의 프라임부호를 해당하는 부분을 나타낸다. 특히, 제13도 및 제14도에 따라 표시장치(60) 는 표시장치의 전체 또는 비교적 많은 부분에 걸쳐 연속적인 액정층(61)과 전극(13)을 갖추는 것이 바람직하다. 예를들면 전극(13)은 전기적 접지전원에 연결되 수도 있다. 전극(14a,14b)와 같이 전극(14)은 전기적으로 절연된 다수의 전극으로 분할되어, 각각의 전극이 전원에 선택적으로 연결되어 전극(13)과 에너지화된 전극(14a, 또는 14b)사이의 액정재료에 전계가 형성하게할 수도 있다. 따라서 예를들면 전극(14a,13) 사이에 진계가 인가되어 그 사이의 캐슐형 액정 재료가 규칙배열됨으로서 전술한 바와같이 광학적으로 투명하게 할 수 있다. 동시에 전극(14b)은 전원에 연결되지 않아 전극(14b)과 전극(13)사이의 액정재료가 불규칙하게 배열됨으로서 관측방향(20)에 대해 비교적 밝게 나타날 것이다. 전극(14a,14b)사이의 작은 간격(120)은 전기적으로 절연되어 상술한 영향을 받지않게 된다.

제15도는 본 발명의 가장 바람직한 표시부(60)를 도시한 것이다.제15도에서 세겹의 프라임 부호는 상술한 바와같은 부호에 해당하는 부분을 표시한 것이며, 표시장치(60)는 상기한 예의 표시장치(60,60',60)와 같은 것이다. 특히,지지 매질의 하부(12b)는 인듐이 첨가된 주석산화물 인트렉스전극(13)을 갖춘 마일러 필름으로 구성되어 있다. 도시된 바와같이 캡슐형 액정재료층(61)을 전극 피막 표면에 가하였으며, 간격(120''')을 사이에 둔 몇 개의 전극(14a''',14b''')을 지지매질(12b''') 반대쪽 층(61''')표면 또는 지지매질(12a''')에 직접 가하였고, 지지매질(12a''')를 제15도에 도시된 바와같이 설치하여 샌드의치 모양의 표시장치(60''')를 완성하였다. 간격(120''')은 각각의 전극(14''',14b''')을 전기적으로 분리시켜 그 개별적인 에너지화를 가능하게 함으로서 층(61)의 액정재료에 인가된 전계의 강도에 따라 완전히 배열 또는 부분적으로 배열되게 하며, 전계가 인가되지 않거나 그 강도가 충분하기 못하여 층(61)의 다른 일부는 왜곡 배열상태로 할 수 있다. 또한 반사매질(80''')은 공기이며 제12도에서와 같이 지지부에 설치된 카본블랙 흡수체(21''')는 지지매질(12b''')로부터 공기간격(80''')반대쪽에 위치시켰다. 표시장치(60''')의 작동은 제4도 내지 제6도 및 제10도의 경우와 같다.

제16도는 다음에 기술된 캡슐형 액정(130)을 개략적으로 도시한 것이다. 상기 캡슐(130)은 밀봉재료(132)의 구형 캡슐벽(131)과 캡슐내부의 네마틱형을 동작하는 액정재료(133) 및 콜레스테릭키랄(chiral) 첨가제(134)를 포함한다. 첨가제(134)는 일반적으로 네마틱재료(13)와 용액상태이고, 제16도에 도시된 바와 같이 중심부에 위치하여 있지만 그 기능은 캡슐벽에서 떨어진 액정재료에 관련된다. 캡슐(130)은 제2도와 같이 내부의 액정재료가 전계가 인가되지 않은 상태 즉, 왜곡 배열상태에 있으며, 벽(131)에 인접한 액정재료는 벽의 내경계면과 같이 굴곡형으로 강제왜곡되는 경향이 있고, 불연속(135)은 제2도에 불연속(135)과 유사한 것이다.

제16도의 캡슐형 액정(130)은 본 발명의 여러 가지 응용예에서 기술한 캡슐형 액정과 대치하거나 그와함께 사용할 수도 있다. 그 작동은 실시예 1,2 및 3에 기술한 내용에 따른다.

제17도와 제18도는 본 발명에 따른 개선된 액정표시장치(140)를 도시한 것이다. 장치(14)에서 1차 조명원은 표시장치의 배면 또는 비관측면(142)에 있는 광원(141)이다. 보사 상세히 설명하면, 표시장치(14)는 전술한 제15도에서와 같이 지지매질의 상부 및 하부(12a,12b)에 지지된 한쌍의 전극(13,14)사이에 캡슐형 액정층(61)을 포함하고 있다. 반사매질(80)은 전술한 예에서와 같이 공기간격이다.

광조절피름(LCF; 143)은 3-M-사(3-M company) 제품으로서, 바람직한 제품은 LCFS-ABRO-30°-OB-60°-CLEAR-GLOS-030이라는 상품이다. 광조절필름(143)은 배면(145)에서 전표면면(146)으로 이러지는 흑 마이크로 로우버(144)를 갖춘 흑광 흡수재료인 얇은 플래스틱 판이다. 이러한 필름 또는 재료는 본 발며의 여러예에 사용할 수도 있다. 실제로 필름은 액정재료에 충돌하기 위해 통과하는 빛을 평행하게 해주는 경향이 있다.

마이크로 루우버의 기능은 액정이 규칙 배열되어 광학적으로 투명할 때 베니스 블라인드(venetianblind)와 같은 광원(141)으로 부터의 광빔(150,151)이 관측방향으로부터 표시장치(140)를 바라보는 관측자의 시선범위 밖의 각도로 표시장치(140), 특히 지지매질(12) 및 액정층(61)을 투과하도록 하는 것이다. 제17도에서와 같이 전계가 인가된 배열상태에 있을 때 광빔(150,151)은 시선범위 외부로 표시장치(140)를 통과한다. 또한 관측방향(20)으로부터 표시장치에 입사된 광빔(152)은 지지매질(12) 및 규칙 배열된 액정층(61)을 통과하여 흡수체(21)와 같은 기능을 하는 흑색필름(143)에 흡수된다.

그러나 제18도에서와 같이 액정층(61)이, 전계가 인가되지 않은 상태, 즉 불규칙 배열상태에 있을 때 광원(14)으로 부터의 광빔(150,151)은 액정재료층(61)에 의해 등방산란되어 전반사를 일으킴으로서 전술한 바와같이 액정재료의 형상을 밝혀준다. 따라서 빔(151)이 빔(151a)으로 등방산란되어 빔(151b)으로 전반사된 후 다시 빔(151c)으로 등방산란되어 경계면(64)을 통해 관측방향(20)으로 향하게 된다.

제17도 및 제18도의 표시장치(140)는 배면 또는 비관측면에서 조명하는 것이 필요할 때 특히 유용하다. 그러나 상기 장치는 충분한 빛이 관측방향(20)에서 부여되는데 배면의 광원(14)이 없이도 제15도의 표시장치(60)의 기능을 할 것이다. 따라서 표시장치(140)는 광원(141)이 있건 없건 외공에 의해 한쪽 또는 양쪽에서 조명되는 낮시간에 사용할 수 있고, 광원(141)에 의한 조명으로서 필요한 명도를 위한 외광이 충분하지 못한 밤이나 또는 다른 여건하에서 사용할 수도 있다.

제19도는 광조절필름(161)이 경계면(162)에서 지지매질(12b)에 직접 접착되거나 지지매질(12b)에 인접 위치한 것을 제외하고는 표시장치(140)와 유사한 표시장치(160)를 도시한 것이다. 표시장치(160)가 공기와 지지매질(12a)의 경계면(64)에 의해 관측방향(20)으로부터 조명될 때 전술한 바와같이 전반사가 일어난다. 또한 경계면(162)에서도 전반사가 일어난다. 그러나 LCF 필름이 지지매질(12b)에 직접 가해지기 때문에 경계면(162)에 도달되는 비교적 많은 양의 빛이 흑필름에 흡수될 것이다. 따라서 표시장치(160)에서는 배면광원(141)을 설치하여 본 발명에 다른 밝은 문다 표시가능을 성취하기에 충분한 액정층의 조명을 보장하는 것이 바람직하다.

제20도는 본 발명의 여러 실시예에 대체하여 사용할 수 있는 캡슐형 액정재료(200)의 다른 일 예를 도시한 것이다. 캡슐형 액정재료(200)는 일반적으로 바람직한 구형벽(203)의 캡슐(202)에 네마틱 액정재료(201)를 포함하고 있다. 제20도에서 재료(200)는 전계가 인가되지 않은 상태이며, 액정분자의 구조(204)는 경계면(205)에서 벽에 수직한 방향이다. 따라서 경계면(205)에서의 구조(204)는 일반적으로 캡슐(202)의 형상에 대해 방사방향이다. 캡슐(202)의 중심으로 갈수록 액정분자의 적어도 일부에 대한 구조(204)의 방향은 캡슐액정의 최소에너지 배열로서 캡슐(202)의 체적을 이용, 즉 체적을 채우기 위해 휘어지는 경향이 있다.

이러한 배열은 지지매질과 반응하여 캡슐내벽에 수직한 스테릴(steryl) 또는 알킬(alkyl)족을 형성하는 첨가제를 액정에 첨가하였기 때문이다. 특히 이러한 첨가제는 지지매질(12)의 폴리비닐알콜과 반응하여 액정재료에 방사상으로 돌출하는 경향이 있는 스테릴족과 함께 비교적 딱딱한 캡슐벽(203)을 형성하는 크롬스레릴 복합체 또는 웨르너(Werner) 복합체일 수도 있다. 또한 일반적인 분자방향에 수직으로 취해진 방향 도함수가 영이 아니기 때문에 액정의 이러한 배열은 전계가 인가되지 않은 상태에서 액정구조의 강한 굴곡변형을 따르게 된다.

제21도는 형과색소와 상기한 캡슐형 액정(311)을 사용한 본 발명의 일예를 도시한 것이다. 형광색소에 대한 예로서 지용성 형광색소 D-250과 수용성 형광색소인 D-834가 있다. 제21도에서 유용성 형광색도(9F)는 기름을 베이스로 한 액정재료(30)에 도시되어 있고, 수용성 형광색소(9F)는 밀봉매질(33) 및 지지매질(12)에 도시되어 있다. 그러나 형광색소는 밀봉매질에 존재하는 것이 가장 바람직하며, 액정재료 및 지지매질에 존재하는 것은 별로 바람직하지 못하다. 그러나 형광색소는 한 개 이상의 매질 또는 재료에 존재하여도 무방하다.

형광은 입사방사선에 의해 야기되는 방사선이다. 본 발명의 가장 바람직한 일예에 따르면 형광색소에 의한 방사선 및 형광방사선은 가시광의 파장이거나 또는 그 근처의 파장이다. 일반적으로 형광물질에 의해 방출된 빛은 등방성이다. 즉 입사광에 감응하여 방출된 빛의 방향을 예측하기가 불가능하다.

제21도의 관측방향(320)에서 고려해본 액정장치(360)의 작동은 몇 개의 도면을 참조하여 전술한 다른 장치 또는 표시장치에서와 동일하다. 그러나 형광색소분자 또는 그 입자는 입사광빔에 감응하여 형광 또는 빛 그 자체를 방출하는 경향이 있으며, 동시에 층(361)의 액정재료는 빛을 등방산란시켜줄 것이다. 실제로 특히 층(361)의 액정재료가 산란배열되어 있을 때 거의 레이저와 유사한 방법으로 충전되는 광위(light level)의 형성이 장치(360)에 생기게 된다. 따라서 제21도의 관측방향(320)에서 관측되는 출력광(380)의 명도, 강도, 콘트라스트 및/또는 다른 특성이 더욱 향상된다. 상기 동작중에 왜곡 액정재료에 의해 등방산란된 빛과 방사광 또는 형광은 장치(306)의 정면경계면 및/또는 배면경계면에서 전술한 바와같이 전반사되어 요구되는 명도를 얻을 수 있다는 것도 알 수 있다. 또한 그 자체가 투과성이거나 또는 제21도의 영역(362)에서와 같이 액정재료가 없는 지지매질 및/또는 밀봉매질 재료에 위치한 형광색소로 부터의 빛 또는 그 빛의 적어도 다수 상기한 바와같이 각각의 경계면에서 전반사될 것이다.

따라서 그러한 빛은 관측방향(320)으로 투과되는 적은 양을 제외하고 지지매질(12)에 포착되거나 전반사에 의해 층(361)의 왜곡된 캡슐형 액정재료(311)로 향하게 됨으로서 그에 대한 다른 광입력이 되거나 또는 재료를 밝혀줄 것이다.

실시예4

모든 성분을 조합하기 전에 0.4%의 D-250 유용성 형광염료(0.02g)를 기름을 베이스로 하는 액정재료에 혼합시키는 것을 제외하고는 실시예 1에서와 같은 성분 및 방법을 사용하였다. 상기와 같이 재료를 얇게 자른후 슬라이드를 만들었다. 슬라이드를 건조시켜 현미경으로 관찰한 결과 캡슐의 직경이 약 3 내지 4미크론이었다. 또한 5미리 간격의 독터블레이드를 사용하여 형성된 에멀션 필름을 인장시켜 인트렉스 전극이 갖추어진 마일러층에 가하였다. 작동시켜보면 8볼트의 전압이 인가되기 전에 완전히 산란되었으며, 8볼트에서 산란이 감소되기 시작하였고, 25볼트에서 산란이 완전히 중단되었다.

실시예5

모든 성분을 조합하기 전에 0.4%의 D-834 수용성 형광염료(0.06g)를 물을 베이스로 하는 액정재료에 혼합시킨 것을 제외하고는 실시예 1에서의 성분과 방법을 사용하였다. 재료를 얇게 잘른 후 상기와 같은 슬라이드를 제조하였으며, 슬라이드를 건조시켜 현미경으로 관찰한 결과 캡슐의 직경은 약 3 내지 4미크론이었다. 또한 5미리 간격의 독터블레이드를 사용하여 형성된 에멀션 필름을 인장시켜 인트렉스 전극이 갖추어진 마일러 기판에 가하였다. 작동시켜본 결과 8보트의 전압이 인가되기 전까지 완전히 산란이 일어났으며, 7볼트에서 산란이 감소되기 시작하였고, 25볼트에서 산란이 완전히 중단되었다.

실시예 6

D-250 염료 대신에 0.4%의 콩고레드(Congo Red) 염료를 대치시킨 것을 제외하고는 실시예3에서와 같은 성분과 방법을 사용하였다. 결과는 유사하였으며, 즉 9볼트에서 산란이 감소되기 시작하였고, 30볼트에서 산란이 완전히 중단되었다.

본 발명의 몇가지 다른 예와 특징에 형광염료를 사용할 수 있다.

제22도는 본 발명의 다른 예로서 평평한 다색표시장치(390)를 도시한 것이다.

표지장치(390)는 다수의 분리전극을 갖추고 있는 비교적 대형의 표시장치로서 표시장치의 분리된 또는 선정된 부분에 전계를 인가시켜 선택적인 에너지화를 기할 수 있다. 간단히 말해서 표시장치(390)는 상술한 지지매질(120과 같이 각기 다른 빛깔의 염료를 흡수시킬 수 있는 네마틱형 캡슐액정이 침전된 기준액정으로 형성된 지지매질(392)로 되어있다. 두 개의 전극(393,394)만이 일예로서 도시되어 있다. 표시장치(390)의 여러부분은 예를들어 여러 가지 재료의 성분, 표시장치 제조방법, 전반사구조, 광흡수필름/배면조명구조 및 상기한 바와같은 네마틱형으로 동작하는 캡슐형 액정재료, 등반산란기능 또는 투과기능등을 포함하여 본 발명의 특징 중 하나 또는 그 이상을 구현한 것이다.

전술한 마스크와 흡수기술을 사용함으로서 예를들면 종래의 컬러텔레비젼 수상관에서의 칼라돗트 또는 인광물질에 사용된 패턴으로 반복적인 적, 녹, 청패턴을 이용하여 기준액정의 분리된 부분을 다른 빛깔로 착색시킬 수 있다. 상기 분리영역은 도면번호 400R, 400G, 400B 등으로 표시되어 있다. 영역(400r)과 같이 반복 착색된 부분의 실제표면적은 컬러텔레비젼 수상관의 칼라돗트와 마찬가지로 비교적 작다. 이하, 화소라 칭하는 도면번호 400R, 400G, 400B 등의 면적과 그 간격으로 인해서 종래의 컬러텔레비젼 수상과나에서와 유사한 광학적 방법으로 기능하는 착색광출력이 가능하게 됨으로서 주어진 화소에서 색광의 명도 또는 강도가 조절되어 색스펙트럼을 효과적으로 출력시킬 수가 있다. 또한 각 화소를 주사하여 어떠한 색광을 출력시킴으로서 종래의 컬러텔레비젼에서와 유사한 방법으로 색상이 발생한다.

본 발명의 바람직한 일예로서 세 개의 개별적인 과정으로 기준액정에 염료를 인쇄하여 각 화소부분에 적, 녹 또는 청염료를 가하는 방법이 있다. 각각의 색인쇄 단계중에 표시장치(390)에 습기를 가함으로서 바로전에 인쇄된 염료가 흡수될 것이다. 모든 염료가 선정된 부분에 흡수된 후 서로의 경계부분 또는 각 화수부분 사이에서 착색되지 않은 액정부분을 착색되지 않은 상태로 남겨둘 수도 있다. 상기와 같이 형성된 화소에 대한 보호 마스크를 부여하는 상부지지매질로서 전극(396)을 가한다. 염료에 대한 일예로서 청색의 영역(400B)에는 FD 블루 #2(Indigo Carmine), 적색의 영역에는 FD C 레드 #3(Erythrosine) 및 녹색의 영역(400G)에는 2량의 FD 옐로우 #5(Tetrazine)와 1량의 FD 블루 #2(Indigo Carmine)의 조합체가 있다.

표시장치(390)의 동작에 있어서, 비교적 강한 전계가 적색 및 녹색 황소(400R,400G)에 가해지고 청색화소(400B)에 전계가 인가되지지 않는다면 표시장치(390)의 전표면은 장치에서 출력된 청색광에 의해 청색으로 나타날 것이다. 또는 적색의 화소(400R)가 전계가 인가되지 않은 상태에 있거나 또는 색의화소(400G)만이 전계가 인가되지 않은 상태에 각각 적 또는 녹색의 출력을 발생할 것이다. 전계가 인가되던지 또는 그렇지 않든지간에, 표시장치(390)의 주어진 부분 또는 영역에서 주어진 빛깔의 화소 또는 화소의 군집에 가해진 전계의 크기는 전기회로(401)에 의해 조절됨으로서 종래의 컬러텔레비젼수상관에서와, 비슷한 색 또는 다색상을 형성할 수 있다. 컬러텔레비젼 기술의 경우와 같이 회로(401)에 의해 화소가 주사됨으로서 전계가 인가되거나 인가되거나 인가되지 않은 상태로 되고 주사중 형성된 복합상은 관측자의 눈에서 집적되어 컬러텔레비젼에서와 유사한 겉보기상을 얻을 수 있다.

일예로서 회로(401)는 예를들어 휘도 및 색도정보를 갖고있는 입력 영상신호를 수신하는 입력회로를 포함하고 있다. 상기 입력회로(402)는 색도 및 휘도정보를 분리시키고 구동회로(404)에 적절한 응답출력신호를 공급하는 코드해석 또는 검파회로(403)에 연결되어 있다. 구동회로(404)는 회로(403)에서 수신된 정보를 증폭 및/또는 동기조정하여 주사회로(405)를 구동시킨다. 주사회로(4050는 표시장치(390)의 각 화소를 반복 주사하여 주어진 화소에 전계를 인가하거나 또는 인가하지 않으며, 인가된 전계의 크기를 조절한다. 상기 주사방식은 종래의 컬러텔레비젼에서의 주사방식과 흡사한 것이다. 배경기술로서 회로(402∼405)는 미합중국 특허 제3,627,924호, 제3,636,244호 및 제3,639,685호에 발표된 종류이거나 그에따라 작동하는 것일 수도 있다. 특히 상기 미합중국 특허 제3,636,244호와 제3,649,685호는 컬러텔레비젼 신호 코드해석기와 컬러텔레비젼 시스템에의 이용에 관한 것이며, 미합중국, 특허 제3,627,924호는 전체 전기발광 배열에서 전기발광점을 주사하기 위한 시스템을 발표한 것이다. 상기 주사는 본 발명에 이용할 수 있으며, 신호 이용과 코딩 또한 바람직한 다색표시 출력을 얻기 위한 본 발명에 적용할 수 있는 것이다.

본 발명의 예에서는 적, 녹 및 청색화소(400R, 400G, 400B)를 사용하지만, 그 각각에는 다수의 캡슐형 액정 또는 그 층(61)의 여러부분이 포함되며, 본 발명에 따라 선정된 염료는 하나 또는 그 이상의 다른 빛깔일 수도 있다. 또한 표시장치(390)는 관측면에서의 분위기 조명 또는 비관측면에서의 조명에 의해 조명됨을 알 수 있다. 그리고 상기 표시장치(390)에 캡슐형 액정기술을 이용함으로서 종래의 컬러텔레비젼에서의 부과되는 제약에 의해 표시장치의 유효표면적이 제한을 받지 않으며, 오히려 표지장치(390)는 종래의 컬러텔레비젼 수상관에 비해 상당히 크게 할 수 있다.

다음예의 재료 및 방법은 상기한 여러 가지 예에 따라 본 발명을 실시하는데에 있어서 대표적인 것이다.

실시예7

캡슐형 액정재료의 필름에 염료를 흡수시키는 것은 다음과정으로 표시하였다.

22%의 20/30 겔바를 폴리비닐알콜 15g과, 1%의 LO630 표면활성제의 0.1%, 40%의 액정재료 5g, 20%의 클로로포름 및 3%의 콜레스테릴 올레인산염을 사용하여 기준액정을 제조하였다.

상기 재료를 수동식으로 혼합한 액정재료를 폴리비날알콜에 주입하였다. 혼합물을 표준스크린 CBB-AA를 통과시켰다. 3.5미리 간격의 독터블레이드를 사용하여 필름을 전기전도성 에칭한 유리 위에 인장시켰다. 층류 후드에서 2시간 동안, 그리고 약 50℃의 적외선 패널에서 30분 동안 건조하여 기준액정을 제조하였다.

기준액정에 흡수시키기 위한 염료를 다음과 같은 과정을 거친다. 0.7%의 수용성 데이-글로(Day-Glo)형광색소 D-834 50g은 증류수에 혼합한 용액을 표준미세여과시스템을 통해 여과시켰다.

염색용액을 여과시킨 후 흡수패드에 흡수시켜 기준액정에서 착색흡수시키려는 부분과 같은 형상으로 절단하였다. 패드는 취급을 고려하여 실온에서 건조되도록 하였으며, 착색시키려는 정확한 부분의 캡슐형 액정재료에 접속하여 기준액정위에 위치시켰다.

색패드가 구비된 기준액정을 100% 상대습도의 종형(bell jar)에서 4시간 동안 유시시켰다. 빛깔이 패드로부터 캡슐로 이동한다. 이때에 염료가 캡슐부분에 완전히 흡수되었다.

패드를 조심스럽게 제거시킨 후 기준액정을 건조시켰다.

상기와 같이 형성된 재료의 동작에서 흑흡수체를 기준액정 배면에 위치시켰다. 전계가 인가되지 않을시에 관측면으로부터 기준액정의 착색부는 황색으로 나타났고, 전계가 인가되지 않은 상태에서 기준액정의 비착색부는 흰색으로 나타났다. 각 부분에 선택적으로 전계를 인가함으로서 흰부분 또는 노란부분을 검은색으로 나타나게 할 수도 있었다. 또한, 두부분 모두에 전계를 인가하여 두부분을 검은색으로 나타나게 할 수도 있었으며, 이것은 재료의 비관측면에서의 흑흡수체의 흡수에 의한 것이었다.

실시예 8

착색시키지 않으려는 기준액정 부분을 차단시키기 위해 형판 또는 패턴 마스크를 도려낸 것을 제외하고는 실시예 7에와 같은 과정을 수행하였다. 패턴에서 개방된 부분은 염료를 받아들이기 위한 것이었으며, 차단된 부분, 즉 형판 또는 패턴 마스크에 덮힌 부분은 염색되지 않는 부분이다.

공기브러쉬 또는 다른 에어로솔 수단을 사용하여 가려진 기준액정 특히 지지매질에 지지되어 노출된 캡슐형 액정에 염료를 가하였다. 에어로솔은 균일한 착색이 일어날 때 까지 골고루 가하였다. 에어로솔은 물과 염료의 조합체를 담고 있기 때문에 캡슐형 액정재료의 밀봉매질에 염료가 즉시 흡수되었다.

마스크를 제거하기 전에 재료를 건조시키고 마스크를 제거시킨 후 만져도 될 때까지 완전히 건조시켰다.

작동은 실시예 7의 경우와 같게 하였다.

또한 수용성 염료는 초기에 기술한 디랙트 블루 #1 및 디랙트레드 #80 또는 다른 디랙트염료를 사용할 수도 있다.

본 발명은 데이터, 문자, 정보, 도면 등의 색표시 또는 소규모 및 대규모적으로 광조절을 간단하게 수행하기 위한 여러 가지 방법에 사용할 수 있다. 본 발명에 따라 가장 바람직한 것은 염료가 밀봉매질에 있는 것이지만, 상기한 하나 또는 그 이상의 매질 또는 재료에 비다색성 염료를 사용할 수 있다. 본 발명에서 가장 바람직한 적은 지지매질(12)에서 문자등이 형성되는 부분에만 액정재료가 위치하는 것이다. 대체안으로서 지지매질(12)전체에 층(61)을 연장시키고 문자가 표시될 부분에만 전극을 설치하여 액정층(61)에 인접부분에 대한 전계가 인가되거나 인가되자 않은 상태를 조절할 수 있다. 광학셔터에서와 같이, 본 발명은 관측면에서 관측된 빛의 유효명도 및/또는 겉보기명도를 조절할 수 있다.

지금까지 기술한 내용은 본 발명의 이해를 돕기 위해서 본 발명에 따른 몇가지 예를 설명한 것이지, 본 발명이 상기한 몇가지 예에만 국한된다는 의미는 아니다. 따라서 본 발명의 요지와 그 범위를 벗어나지 않고서도 여러 가지 다른 변형 및 그 개조가 가능하다.

Claims (20)

1. 색출력을 형성하기 위한 다색 액정장치에 있어서, 매질(33)내에 액정재료(30)를 포함하고, 상기 매질은 캡슐(32)의 곡선지 내벽표면(50)에 대해 상기 액정재료가 배열되도록 상기 액정재료(30)에 접한 곡선진 내벽표면(50)을 구비하며, 상기 액정재료의 정상굴절률은 상기 매질(33)의 굴절률과 같으며 비정상 굴절률은 상기 매질(33)의 굴절률과 다르고, 상기 액정재료(30) 또는 매질(33)에 주입된 비다색성 염료(9)를 포함하고, 상기 액정재료(30)에 전계를 인가하기 위한 수단(13,14)을 포함하고, 전계가 인가되지 않을 때 상기 액정재료(30)는 빛의 산란으로 색표시를 제공하는 반면 전계가 인가될 때 상기 액정재료(30)는 빛의 산란을 감소시켜 색표시를 제공하지 않거나 색표시를 감소시키는 것을 특징으로 하는 색출력을 형성하기 위한 다색액정장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 염료는 복수개의 각각 다른 색의 염료(9)들을 포함하는 것을 특징으로 하는 색출력을 형성하기 위한 다색액정장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 염료(9)들은 첨가색 반응을 제공하도록 위치하는 것을 특징으로 하는 색출력을 형성하기 위한 다색액정장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한항에 있어서, 상기 염료가 매질(33)내에 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 색출력을 형성하기 위한 다색액정장치.
5. 제1항 내지 제3항중 어느 한항에 있어서, 상기 매질(33)은 수용성 매질이며, 상기 염료(9)는 매질(33)에 흡수되는 것을 특징으로 하는 색출력을 형성하기 위한 다색 액정장치.
6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한항에 있어서, 상기 염료(9)는 액정재료(30)내에 포함되는 것을 특징으로 하는 색출력을 형성하기 위한 다색액정장치.
7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한항에 있어서, 지지수단(12)을 포함하고, 상기 액정재료(30) 및 매질(33)이 상기 지지수단(12)내에서 또는 지지수단에 접하여 분산되고, 염료(9)를 경유하여 광선의 경로를 증가하도록 상기 매질(33) 또는 지지수단(12)은 산란된 과언(70d,70e)이 내부전반사가 되도록 동작하는 것을 특징으로 하는 색출력을 형성하기 위한 다색액정장치.
8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한항에 있어서, 상기 염료가 형광염료(9F)인 것을 특징으로 하는 색출력을 형성하기 위한 다색 액정장치.
9. 제1항 내지 제3항 중 어는 한항에 있어서, 전계를 인가하기 위한 수단(1,314)이 상기 액정재료(30)의 각 부분들에 전계를 선택적으로 인가하도록 규정된 패턴(101a∼101c)으로 제공된 전극수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 색출력을 형성하기 위한 다색액정장치.
10. 제1항 내지 제3항 중 어느 한항에 있어서, 상기 액정재료(30)가 확실한 유전 비등방성을 가지는 네마틱액정으로서 동작하는 것을 특징으로 하는 색출력을 형성하기 위한 다색액정장치.
11. 제1항 내지 제3항 중 어느 한항에 있어서, 상기 액정재료(30)가 상기 매질(33)로 형성된 분리된 마이크로 캡슐(32)내에 포함되던지 또는 액정재료(30)를 포함한 캡슐형을 형성하는 상기 매질(330)을 가진 안정한 에멀션내에 포함하는 것을 특징으로 하는 색출력을 형성하기 위한 다색 액정장치.
12. 네마틱형으로 동작하는 액정재료(30)를 포함하고, 전계가 인가되지 않을 때 빛을 산란시키도록 상기 액정재료와 인접한 내부표면(50)을 가지면서 상기 액정재료(30)를 포함하는 매질(33)을 포함하고 상기 액정(30)이 빛의 산란을 감소하도록 상기 전계에 응답하는 색출력을 형성하기 위한 다색액정 장치에 있어서, 각기 다른색의 비다색성 염료(9)를 상기 장치의 각 위치에서 산란된 빛을 착색하도록 포함하고, 상기 액정재료(30)는, 상기 전계가 상기 액정재료(30)에 인가되거나 인가되지 않음에 따라 색출력을 제공하기 위해 비치을 산란시키지 않도록 작동하는 것을 특징으로 하는 색출력을 형성하기 위한 다색액정장치.
13. 제12항에 있어서, 각기 다른 비다색성 염료가 장치의 각 위치에서 산란된 빛을 착색하도록 포함하고, 상기 염료가 상기 장치에 의해 색 출력을 얻기위해 첨가색 반응을 제공하도록 위치하는 것을 특징으로 하는 색출력을 형성하기 위한 다색액정장치.
14. 제12항에 있어서, 상기 비다색성 염료는, 장치의 각 위치에서 산란된 빛을 착색하도록 포함된 각각의 다른색의 형광염료(9F)를 포함하는 것을 특징으로 하는 색출력을 형성하기 위한 다색액정장치.
15. 네마틱형으로 동작하는 액정재료(30)를 포함하고, 전계가 인가되지 않을 때 빛을 산란시키도록 상기 액정재료와 인접한 내부표면(50)을 가지면서 상기 액정재료(30)를 포함하는 매질(33)을 포함하고 상기 액정(30)이 빛의 산란을 감소하도록 상기 전계에 응답하는 색출력을 형성하기 위한 다색액정장치에 있어서, 실제로 연속한 지지수단(12)을 포함하고, 상기 액정재료 및 매질은 입사광선을 선택적으로 산란 또는 투과시키기 위해 상기 지지수단(12)내에서 또는 지지수단에 접하여 액정재료 및 매질을 연속하여 분산하도록 형성하고, 각각 다른 비다색성 염료(9)가 장치의 각 위치에서 산란된 빛을 착색하도록 포함하고, 상기 액정재료(30)는, 상기 전계가 상기 액정재료(30)에 인가되거나 인가되지 않음에 따라 색출력을 제공하기 위해 빛을 산란시키거나 산란시키니 않도록 작동하는 것을 특징으로 하는 색출력을 형성하기 위한 다색액정장치.
16. 제15항에 있어서, 각각 다른 비다색성 염료가 장치의 각 위치에서 산란된 빛을 착색하도록 포함하고, 상기 염료가 상기 장치에 의해 색 출력을 얻기위해 첨가색 반응을 제공하도록 위치하는 것을 특징으로 하는 색출력을 형성하기 위한 다색액정장치.
17. 제15항에 있어서, 상기 비다색성 염료는, 장치의 각 위치에서 산란된 빛을 착색하도록 포함된 각각의 다른색의 형광염료(9F)를 포함하는 것을 특징으로 하는 색출력을 형성하기 위한 다색액정장치.
18. 네마틱형으로 동작하는 액정재료(30)를 포함하고 전계가 인가되지 않을 때 빛을 산란시키도록 상기 액정재료와 인접한 내부표면(50)을 가지면서 상기 액정재료(30)를 포함하는 매질(33)을 포함하고, 상기 액정(30)이 빛의 산란을 감소하도록 상기 전계에 응답하는 색출력을 형성하기 위한 다색액정 장치에 있어서, 실제로 연속한 지지수단(12)을 포함하고, 상기 액정재료 및 매질은 입사광선을 선택적으로 산란 또는 투과시키기 위해 상기 지지수단(12)내에서 또는 지지수단에 접하여 액정재료 및 매질을 연속하여 분산하도록 형성하고, 각각 다른 비다색성 염료(9)가 장치의 각 위치에서 산란된 빛을 착색하도록 포함하고, 상기 액정재료(30)는, 상기 전계가 상기 액정재료(30)에 인가되거나 인가되지 않음에 따라 색출력을 제공하기 위해 빛을 산란시키거나 산란시키지 않도록 작동하고, 그리고 염료를 경유하여 광선의 경로를 증가하도록 상기 매질 또는 지지수단은 산란된 광선이 내부전반사가 되도록 동작하는 것을 특징으로 하는 색출력을 형성하기 위한 다색액정장치.
19. 제18항에 있어서, 각각 다른 비다색성 염료가 장치의 각 위치에서 산란된 빛을 착색하도록 포함하고, 상기 장치에 의해 색출력을 얻기위해 첨가색 반응을 제공하도록 위치하는 것을 특징으로 하는 색출력을 형성하기 위한 다색액정장치.
20. 제19항에 있어서, 상기 비다색성 염료는, 장치의 각 위치에서 산란된 빛을 착색하도록 포함된 각각의 다른색의 형광염료(9F)를 포함하는 것을 특징으로 하는 색출력을 형성하기 위한 다색액정장치.

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