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KR102314707B1 - 광 제어 장치, 상기 광 제어 장치의 제조방법, 및 상기 광 제어 장치를 포함한 투명표시장치 - Google Patents

광 제어 장치, 상기 광 제어 장치의 제조방법, 및 상기 광 제어 장치를 포함한 투명표시장치 Download PDF

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KR102314707B1
KR102314707B1 KR1020150083127A KR20150083127A KR102314707B1 KR 102314707 B1 KR102314707 B1 KR 102314707B1 KR 1020150083127 A KR1020150083127 A KR 1020150083127A KR 20150083127 A KR20150083127 A KR 20150083127A KR 102314707 B1 KR102314707 B1 KR 102314707B1
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KR
South Korea
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layer
liquid crystal
light
substrate
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김기한
안지영
이문선
김푸름
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엘지디스플레이 주식회사
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Abstract

본 발명의 실시예는 고분자 분산형 액정층과 이색성 염료들을 포함하는 게스트 호스트 액정층을 이용하여 빛을 투과시키거나 차광시킬 수 있는 광 제어 장치, 상기 광 제어 장치의 제조방법, 및 상기 광 제어 장치를 포함한 투명표시장치에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 광 제어 장치는 서로마주보는 제1 기판 및 제2 기판; 상기 제1 기판 상에 있는 제1 전극; 상기 제2 기판 상에 있는 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 있는 고분자 분산형 액정층과 게스트 호스트 액정층을 구비하고, 상기 고분자 분산형 액정층은 제1 액정들을 갖는 액적(droplet)들을 포함하는 고분자 분산형 액정층이고, 상기 게스트 호스트 액정층은 제2 액정들과 이색성 염료들을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

광 제어 장치, 상기 광 제어 장치의 제조방법, 및 상기 광 제어 장치를 포함한 투명표시장치{LIGHT CONTROLLING APPARATUS, METHOD OF FABRICATING THE LIGHT CONTROLLING APPARATUS, AND TRANSPARENT DISPLAY DEVICE INCLUDING THE LIGHT CONTROLLING APPRATUS}
본 발명은 투명 모드 및 차광 모드를 구현할 수 있는 광 제어 장치, 광 제어 장치의 제조방법, 및 광 제어 장치를 포함한 투명표시장치에 관한 것이다.
최근 정보화 시대로 접어듦에 따라 대량의 정보를 처리 및 표시하는 디스플레이(display) 분야가 급속도로 발전해 왔고, 이에 부응하여 여러 가지 다양한 표시장치가 개발되어 각광받고 있다.
이와 같은 표시장치의 구체적인 예로는 액정표시장치(Liquid Crystal Display device: LCD), 플라즈마표시장치(Plasma Display Panel device: PDP), 전계방출표시장치(Field Emission Display device : FED), 전기발광표시장치(Electroluminescence Display device : ELD), 유기발광소자(Organic Light Emitting Diodes : OLED) 등을 들 수 있다. 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 투명표시장치에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
투명표시장치는 공간활용성, 인테리어 및 디자인의 장점을 가지며, 다양한 응용분야를 가질 수 있다. 투명표시장치는 정보인식, 정보처리 및 정보표시의 기능을 투명한 전자기기로 구현함으로써 기존 전자기기의 공간적 및 시각적 제약을 해소할 수 있다. 이러한 투명표시장치는 스마트 창(smart window)에 사용될 수 있으며 스마트 창은 스마트 홈이나 스마트 자동차용 창으로 응용하는 것이 가능하다.
이 중 LCD를 활용한 투명표시장치는, 에지 타입의 백라이트를 적용하여 구현하는 방식이 있으나, 투과율이 매우 낮고, LCD 기술을 적용한 투명표시장치는 블랙(black) 구현을 위해 사용되는 편광판에 의해 투명도가 저하되는 단점이 있으며, 야외 시인성에 대해 단점을 나타내고 있다.
그리고, OLED를 접목한 투명표시장치는 전력 소비가 LCD에 비해 높으며, 트루 블랙(true black) 표현에 어려움이 있으며, 어두운 환경에서는 명암비(contrast ratio)에 문제가 없으나 빛이 있는 일반 환경에서는 명암비가 저하되는 투명표시장치로서의 단점을 가지고 있다.
따라서, 투명 모드 및 차광 모드를 구현하기 위해서, OLED를 접목한 투명표시장치의 광 제어 장치로는 하나의 층(single layer)으로 구성된 고분자 분산형 액정(polymer dispersed liquid crystal, PDLC)을 활용하는 방안이 제안되고 있다. 하나의 층(single layer)으로 구성된 고분자 분산형 액정(polymer dispersed liquid crystal, PDLC)은 모노머(monomer)에 액정을 혼합한 후 자외선(UV) 경화를 통해 모노머를 폴리머로 변화시켜 액정을 폴리머 내에서 액적(droplet) 상태로 만듦으로써 형성될 수 있다.
고분자 분산형 액정(polymer dispersed liquid crystal, PDLC)에 전계를 인가하게 되면 폴리머 내에 위치하는 액정의 배열이 변화된다. 따라서, 고분자 분산형 액정층(polymer dispersed liquid crystal, PDLC)은 외부로부터 입사하는 빛(light)을 산란 또는 투과시킬 수 있다. 즉, 고분자 분산형 액정층(polymer dispersed liquid crystal, PDLC)을 이용하는 장치는 편광판이 없이도 빛을 산란시키거나 또는 빛을 투과시킬 수 있으므로, 투명표시장치의 광 제어 장치로 적용하는 것이 가능하다.
본 발명은 고분자 분산형 액정(PDLC) 층 및 게스트 호스트 액정(GHLC) 층을 포함하는 복수의 액정층들을 이용하여, 하나의 고분자 분산형 액정(PDLC) 층을 포함하는 경우보다 투과모드에서 빛의 투과율을 높이고, 차광 모드에서는 빛의 차광율이 높은 광 제어 장치, 광 제어 장치의 제조방법, 및 광 제어 장치를 포함한 투명표시장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 게스트 호스트 액정(GHLC) 층에 포함된 이색성 염료의 양을 줄일 수 있으므로, 투명 모드에서 빛의 투과율이 높은 광 제어 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 게스트 호스트 액정(GHLC) 층에 포함된 격벽의 댐들 상에서 제1 배향막과 제2 배향막이 접착한 광 제어 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 이색성 염료들에 의해서 특정한 색을 표시함으로써 차광 모드에서 광 제어 장치의 뒷 배경을 보이지 않게 할 수 있는 광 제어 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 제조 공정을 단순화하여, 비용을 절감할 수 있는 고분자 분산형 액정(PDLC) 층 및 게스트 호스트 액정(GHLC) 층을 포함하는 복수의 액정층들을 이용한 광 제어 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 게스트 호스트 액정(GHLC) 층의 격벽의 댐들을 투명표시패널의 발광 영역에 마련한 투명표시장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광 제어 장치는 서로 마주보는 제1 기판 및 제2 기판; 상기 제1 기판 상에 있는 제1 전극; 상기 제2 기판 상에 있는 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 있는 고분자 분산형 액정층과 게스트 호스트 액정층을 구비하고, 상기 고분자 분산형 액정층은 제1 액정들을 갖는 액적(droplet)들을 포함하며, 상기 게스트 호스트 액정층은 제2 액정들과 이색성 염료들을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 투명표시장치는 투과 영역과 발광 영역을 포함하며, 상기 발광 영역에는 화상을 표시하는 화소들이 마련되는 투명표시패널; 및 상기 투명 표시패널의 일면에 있는 광 제어 장치는, 서로 마주보는 제1 기판 및 제2 기판; 상기 제1 기판 상에 있는 제1 전극; 상기 제2 기판 상에 있는 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 고분자 분산형 액정층 및 게스트 호스트 액정층을 포함하는 복수의 액정층들을 포함하고, 상기 복수의 액정층들은 전압이 인가되지 않는 경우 입사되는 빛을 투과시키는 투명 모드로 구현되고, 전압이 인가되는 경우 입사되는 빛을 차단하는 차광 모드로 구현되고, 상기 화소들이 화상을 표시하는 표시 모드에서는 상기 복수의 액정층들은 입사되는 빛을 차광하는 차광 모드로 구현되며, 상기 화소들이 화상을 표시하지 않는 비표시 모드에서는 경우 상기 복수의 액정층들은 입사되는 빛을 투과시키는 투명 모드 또는 입사되는 빛을 차광하는 차광 모드로 구현된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 투명표시장치는 하부 기판과 상부 기판을 포함하는 투명표시패널; 및 상기 투명 표시패널의 하부 기판 아래 또는 상부 기판 상에 있는 광 제어 장치를 구비하고, 상기 광 제어 장치는, 제1 기판 상에 있는 제1 전극; 상기 하부 기판 또는 상부 기판 기판상에 있는 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 고분자 분산형 액정층 및 게스트 호스트 액정층을 포함하는 복수의 액정층들을 포함하고, 상기 복수의 액정층들은 전압이 인가되지 않는 경우 입사되는 빛을 투과시키는 투명 모드로 구현되고, 전압이 인가되는 경우 입사되는 빛을 차단하는 차광 모드로 구현되고, 상기 화소들이 화상을 표시하는 표시 모드에서는 상기 복수의 액정층들은 입사되는 빛을 차광하는 차광 모드로 구현되며, 상기 화소들이 화상을 표시하지 않는 비표시 모드에서는 경우 상기 복수의 액정층들은 입사되는 빛을 투과시키는 투명 모드 또는 입사되는 빛을 차광하는 차광 모드로 구현된다.
본 발명에서는 고분자 분산형 액정(PDLC) 층 및 게스트 호스트 액정(GHLC) 층을 포함하는 복수의 액정층들을 포함함으로써, 하나의 층으로 구성된 액정층보다 투명 모드에서 투과율을 높이고, 차광 모드에서 차광율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명에서는 고분자 분산형 액정(PDLC) 층 및 게스트 호스트 액정(GHLC) 층을 포함하는 복수의 액정층들을 포함함으로써, 하나의 층으로 구성된 액정층보다 이색성 염료의 양을 줄일 수 있으므로, 투명 모드에서 투과율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명에서는 고분자 분산형 액정(PDLC) 층 및 게스트 호스트 액정(GHLC) 층을 포함하는 복수의 액정층들을 포함함으로써, 차광 모드에서 산란된 빛의 경로가 길어진다. 따라서, 이색성 염료에 의한 광흡수가 증가되어, 차광 모드에서 차광율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명에서는 게스트 호스트 액정(GHLC) 층의 이색성 염료들에 따라 특정한 색을 표시함으로써 차광 모드에서 광 제어 장치의 뒷 배경을 보이지 않게 할 수 있으므로, 차광 기능 이외에 사용자에게 심미감을 주도록 구현될 수도 있다.
또한, 본 발명에서는 투명 모드를 전압 인가 없이 구현할 수 있으므로, 투명 모드를 구현하기 위하여 별도의 전력 소비가 필요 없다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에서는 게스트 호스트 액정(GHLC) 층의 격벽의 댐들 상에서 제1 배향막과 제2 배향막을 접착하여 게스트 호스트 액정(GHLC) 층이 외부압력에 취약한 점을 보완할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 제1 기판과 제2 기판 사이에 액정을 주입하는 방식이 아니라 기판에 액정물질을 형성하고 UV로 경화하는 방식을 이용하기 때문에 제조 공정을 단순화할 수 있으므로, 제조 비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 투명표시패널의 화소들이 화상을 표시하는 표시 모드에서 광 제어 장치가 투명표시패널의 배면에 입사되는 빛을 차단하는 차광 모드로 구현되는 경우 투명표시패널이 표시하는 화상의 품질을 높일 수 있다.
또한, 본 발명에서는 게스트 호스트 액정(GHLC) 층의 격벽의 댐들을 투명표시패널의 발광 영역에 마련하여 격벽의 댐들의 면적을 최대한 넓힘으로써, 제1 배향막과 제2 배향막 사이의 접착력을 높일 수 있다.
또한, 본 발명에서는 투명표시패널의 하부 기판 또는 상부 기판을 광 제어 장치의 기판으로도 사용한다. 즉, 투명표시패널과 광 제어 장치는 기판을 서로 공용할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 기판을 줄일 수 있으므로, 투명표시장치의 두께를 줄일 수 있으며, 투과율을 높일 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과는 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이상에서 해결하고자 하는 과제, 과제 해결 수단, 효과에 기재한 발명의 내용이 청구항의 필수적인 특징을 특정하는 것은 아니므로, 청구항의 권리범위는 발명의 내용에 기재된 사항에 의하여 제한되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 제어 장치를 보여주는 사시도.
도 2는 도 1의 광 제어 장치의 일 예를 상세히 보여주는 단면도.
도 3은 투명 모드의 광 제어 장치의 일 예를 도시한 단면도.
도 4는 차광 모드의 광 제어 장치의 일 예를 도시한 단면도.
도 5a 및 도 5b는 광 제어 장치의 다른 예들을 상세히 보여주는 단면도들.
도 6a 내지 도 6d는 도 1의 광 제어 장치의 다른 예들을 상세히 보여주는 단면도들.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 제어 장치의 제조방법을 보여주는 흐름도.
도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 제어 장치의 제조 공정을 보여주는 단면도들.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 제어 장치의 제조공정을 보여주는 또 다른 단면도.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 제어 장치의 제조방법을 보여주는 흐름도.
도 11a 내지 도 11c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광 제어 장치의 제조 공정을 보여주는 단면도들.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광 제어 장치의 제조방법을 보여주는 흐름도.
도 13a 및 도 13b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광 제어 장치의 제조 공정을 보여주는 단면도들.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 투명표시장치를 보여주는 사시도.
도 15a는 도 14의 투명표시패널의 하부 기판의 일 예를 상세히 보여주는 단면도.
도 15b는 도 14의 투명표시패널의 하부 기판의 또 다른 예를 상세히 보여주는 단면도.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 투명표시장치를 보여주는 사시도.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 투명표시장치를 보여주는 단면도.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 투명표시장치를 보여주는 단면도.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 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 실시예를 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 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시할 수도 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
투명표시장치의 광 제어 장치로 활용하기 위한 복수의 액정층들은 배향막에 의해 액정을 수직 방향으로 배열하여 입사된 빛이 그대로 투과되어 투명 모드가 구현되며, 전압을 인가하여 수평 방향으로 배열된 액정과 게스트 물질에 의해 입사한 빛이 산란(scattering) 및 흡수되어 차광 모드가 구현된다.
이에 본 발명의 발명자들은 여러 실험을 거쳐서 복수의 액정층을 이용하여 투명 모드와 차광 모드가 구현될 수 있는 새로운 구조의 광 제어 장치를 발명하였다. 이에 대해서는 아래 실시예에서 설명한다.
[광 제어 장치]
염료(dye)를 포함하지 않는 하나의 층(single layer)으로 구성된 액정층에 의해 투명 모드와 차광 모드를 구현할 수 있으나, 이 경우 차광 모드에서 빛 산란에 의해서 백색(white)의 차광 모드가 구현된다. 그러나, 본 발명의 발명자들은 투명표시장치를 위한 광 제어 장치를 위해서는 시인성이나 명암비에서 차광 모드를 백색(white)보다는 블랙(black)으로 구현하여야 함을 인식하였다.
따라서, 본 발명의 발명자들은 복수의 액정층의 차광 상태를 개선하기 위해서 여러 실험을 하였다. 본 발명의 발명자들은 블랙(black)의 차광 모드를 구현하기 위해서, 염료(dye)를 포함한 게스트 호스트 액정(GHLC)에 대하여 실험하였다. 염료(dye)가 포함된 게스트 호스트 액정(GHLC)은 염료의 광흡수에 의해 블랙의 차광 모드를 구현할 수 있음을 확인할 수 있었다. 그러나, 게스트 호스트 액정(GHLC)은 폴리머(polymer)의 부재로 산란 구현이 어려워서 차광 모드에서 차광율이 낮다. 따라서, 차광율을 높이기 위해 염료(Dye)의 양을 증가하였으나 투명 모드를 구현할 경우, 염료의 광흡수로 인해 투과율이 낮아지므로 투명 모드의 구현이 어려워짐을 인식하였다.
이에 본 발명의 발명자들은 위에 언급한 문제점들을 인식하고, 투명 모드에서 염료의 광흡수를 최소화함으로써 투과율을 높이고, 차광 모드에서 차광율이 높은 블랙의 차광 모드를 구현할 수 있는 새로운 구조의 광 제어 장치를 발명하였다.
도 1 내지 도 4, 도 5a, 도 5b, 및 도 6a 내지 도 6d를 결부하여 본 발명의 실시예들에 따른 광 제어 장치를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광 제어 장치의 사시도이다. 도 2는 도 1의 광 제어 장치의 일 예를 상세히 보여주는 단면도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 광 제어 장치(100)는 제1 기판(110), 제1 전극(120), 복수의 액정층들(130), 제2 전극(140), 및 제2 기판(150)을 포함한다.
제1 기판(110)과 제2 기판(150)은 투명한 유리 기판(glass substrate) 또는 플라스틱 필름(plastic film)일 수 있다. 예를 들어, 제1 기판(110)과 제2 기판(150)은 TAC(triacetyl cellulose) 또는 DAC(diacetyl cellulose) 등과 같은 셀룰로오스 수지(Cellulose resin), 노르보르넨 유도체(Norbornene derivatives) 등의 COP(cyclo olefin polymer), COC(cyclo olefin copolymer), PMMA(poly(methylmethacrylate) 등의 아크릴 수지(acrylic resin), PC(polycarbonate), PE(polyethylene) 또는 PP(polypropylene) 등의 폴리올레핀(polyolefin), PVA(polyvinyl alcohol), PES(poly ether sulfone), PEEK(polyetheretherketone), PEI(polyetherimide), PEN(polyethylenenaphthalate), PET(polyethyleneterephthalate) 등의 폴리에스테르(polyester), PI(polyimide), PSF(polysulfone), 또는 불소 수지(fluoride resin) 등을 포함하는 시트 또는 필름일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
제1 기판(110) 상에는 제1 전극(120)이 마련되고, 제2 기판(150) 상에는 제2 전극(140)이 마련된다. 제1 및 제2 전극들(120, 140)은 투명한 전극일 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 전극들(120, 140)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), 인듐 아연 산화물(예; Indium Zinc Oxide, IZO), 알루미늄 도핑된 아연 산화물(예; Aluminium doped Zinc Oxide, ZAO), 알루미늄 도핑된 주석 산화물(예; Aluminum Tin Oxide, TAO) 또는 안티몬 주석 산화물(예; Antimony Tin Oxide, ATO)일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
도 1에 도시한 바와 같이, 제1 기판(110)과 제2 기판(150) 사이에 복수 개의 액정층들(130)은 고분자 분산형 액정층(polymer dispersed liquid crystal layer, 131, 이하 "PDLC 층"이라 칭함)과 게스트 호스트 액정층(guest host liquid crystal layer, 132, 이하 "GHLC 층"이라 칭함)을 포함할 수 있다. 도 1에서는 복수 개의 액정층들(130)이 PDLC 층(131)과 GHLC 층(132)만을 포함하는 것을 예시하였으나, 이에 한정되지 않는다. 즉, 복수 개의 액정층들(130)은 PDLC 층(131)과 GHLC 층(132) 이외에 적어도 하나의 PDLC 층이나 GHLC 층을 더 포함할 수도 있다. 또한, PDLC 층(131)은 고분자 네트워크 액정층(polymer network liquid crystal layer; PNLC)으로 대체될 수 있으나, 이 경우 고분자 네트워크 액정층은 스페이서 또는 격벽을 포함할 수 있다.
이에 대해서 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이, PDLC 층(131)상에는 GHLC 층(132)이 마련된다. PDLC 층(131)은 폴리머(131a)와 액적(droplet)(131b)들을 포함한다. 액적(droplet)(131b)들 각각에는 복수의 제1 액정(131c)들이 포함될 수 있다. 즉, 제1 액정(131c)들은 폴리머(131a)에 의해 복수의 액적(droplet)(131b)들로 분산될 수 있다. 제1 액정(131c)들은 제1 및 제2 전극들(120, 140)의 수직(y축 방향) 전계에 의해 배열이 변경되는 네마틱(nematic) 액정일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. PDLC 층(131)은 폴리머(131a)로 인해 액적(droplet)(131b)들을 제외한 나머지 부분이 고체 상태에 있다. 따라서, PDLC 층(131)은 스페이서 또는 격벽이 없이도 셀 갭을 유지할 수 있다.
블랙(black)의 차광 모드를 구현하기 위해 GHLC 층(132)은 제2 액정(132a)들과 이색성 염료(dichroic dye, 132b)들을 포함한다. 제2 액정(132a)들은 호스트 물질(host material)이고, 이색성 염료(132b)들은 게스트 물질(guest material)일 수 있다. 이 때, 이색성 염료(132b)들의 광흡수에 의해 차광 모드의 블랙 상태가 구현될 수 있다. 따라서, 외부 광은 PDLC 층(131)을 통과하여 산란되고, 산란된 외부 광은 GHLC 층(132)의 이색성 염료(132b)들에 의해 광흡수되어 차광 상태를 구현하게 된다. 또한, PDLC 층(131)을 통과하여 산란된 빛이 긴 광경로를 가지고 GHLC 층(132)을 통과하므로 차광율을 높일 수 있다.
제2 액정(132a)들과 이색성 염료(132b)들은 수직(y축 방향) 전계에 의해 배열이 변경되는 네마틱(nematic) 액정일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 이색성 염료(132b)들은 빛을 흡수하는 염료일 수 있다. 예를 들어, 이색성 염료(132b)들은 가시광선 파장대의 빛을 모두 흡수하는 블랙 염료(black dye) 또는 특정한 색(예를 들어 적색)의 파장대 이외의 빛을 흡수하고 특정한 색(예를 들어 적색)의 파장대의 빛을 반사하는 염료일 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 빛을 차단하는 차광율을 높이기 위해 이색성 염료(132b)들이 블랙 염료(black dye)인 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 이색성 염료(132b)는 레드(red), 그린(green), 블루(blue), 옐로우(yellow) 중 어느 하나의 색을 갖거나 또는 이들의 혼합으로 이루어진 색을 가지는 염료일 수 있다. GHLC 층(132)의 이색성 염료(132b)들이 레드(red) 계열의 색을 가지는 염료인 경우 PDLC 층(131)으로부터 GHLC 층(132)을 통과한 빛은 레드 계열의 색이 된다. 따라서, 전압이 인가되지 않는 경우, 빛이 PDLC 층(131)으로부터 GHLC 층(132)을 통과함에 따라 광 제어 장치(100)는 GHLC 층(132)에 위치하는 이색성 염료(132b)들이 가지는 색을 표시할 수 있다. 따라서, 본 발명의 광 제어 장치(100)는 차광 모드로 구현 시 블랙 계열의 색이 아닌 다양한 색을 표현하면서 뒷 배경을 차광할 수 있다. 이로 인해, 차광 시 다양한 색을 제공할 수 있기 때문에 사용자에게 심미적 효과를 제공할 수 있다. 예를 들어 공공장소에 사용될 수 있으며 투명 모드 및 차광 모드가 필요한 스마트 윈도우 또는 퍼블릭 윈도우(public window)에 광 제어 장치(100)가 적용될 경우 시간 또는 장소에 따라 다양한 색을 표현하면서 차광할 수 있다.
또한, PDLC 층(131) 역시 이색성 염료를 포함할 수 있으나, 이 경우 PDLC 층(131)에 포함되는 이색성 염료의 양은 투명 모드에서 PDLC 층(131)을 통과한 빛의 투과율이 크게 저하되지 않을 정도인 것이 바람직하다.
이색성 염료(132b)들은 알루미늄산화아연(예; Aluminum Zinc Oxide, AZO)을 포함하는 물질일 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 이색성 염료(132b)들은 액정층(130)의 셀 갭이 5㎛ 내지 15㎛일 때 액정층(130)에 0.5wt% 내지 1.5wt% 로 포함될 수 있다. 그러나, 차광 모드의 차광율이 향상될수록 액정층(130)에 0.5wt%보다 더 작은 양의 이색성 염료(132b)들이 포함될 수 있다. 따라서, 차광 모드의 차광율이 향상될수록 이색성 염료(132b)들의 양은 0.1wt%까지 줄일 수 있다. 또는, 액정층(130)의 셀 갭이 작을 경우 차광율을 향상시키기 위해 1.5wt%보다 더 많은 양의 이색성 염료(132b)들이 포함되어야 한다. 따라서 셀 갭이 5㎛보다 작은 경우 이색성 염료(132b)들은 3wt%까지 포함될 수 있다. 한편, 이색성 염료(132b)들은 소정의 굴절률을 가지나, 액정층(130)에 포함된 이색성 염료(132b)들의 양은 소량이며 이색성 염료(132b)들은 입사되는 광을 흡수하므로, 이색성 염료(132b)들은 입사되는 빛을 굴절시키는데 거의 기여하지 않는다.
또한, 상기 광 제어 장치는 차광 모드에서 차광율을 높이기 위해 액정층(130) 에서 이색성 염료(132b)들의 양을 늘리는 경우, 투과율이 낮아질 수 있다. 따라서, 액정층(130)에서 이색성 염료(132b)들의 양은 차광 모드의 차광율과 투명 모드의 투과율을 고려하여 설정될 수 있다.
또한, 이색성 염료(132b)들은 자외선(이하 “UV”라 칭함)에 의해 쉽게 변색될 수 있다. 구체적으로, 이색성 염료(132b)들을 포함하는 PDLC 층(polymer dispersed liquid crystal layer) 또는 PNLC 층(polymer network liquid crystal layer)은 폴리머(polymer)를 경화하기 위한 UV 공정이 필수적이며, 이 경우 이색성 염료(132b)들이 UV로 인해 변색되는 문제가 발생할 수 있다. 예를 들어, 청색의 이색성 염료(132b)들은 UV에 의해 자색(보라색)으로 변색될 수 있다. 이 경우, 이색성 염료(132b)들에 의해 흡수되는 빛의 파장대가 달라지므로, 원래 의도한 바와 다른 색으로 차광되는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 이색성 염료(132b)들은 UV로 인해 손상될 수 있으며, 이로 인해 이색성 염료(132b)들의 광 흡수율이 감소할 수 있다. 따라서, 차광 모드의 차광율이 낮아지는 것을 방지하기 위해, 이색성 염료(132b)들의 양을 늘려야 하므로, 비용이 증가될 수 있다. 그러므로, 이색성 염료(132b)들을 포함하는 액정층(130)은 UV 공정이 필요하지 않은 액정층(130)으로 구성할 수 있다. 그리고, GHLC 층(132)은 PDLC 층(131)과 다르게 액체 상태에 있다. 따라서, 고체상태인 PDLC 층(131)은 외부압력에 취약하지 않고, 스페이서 또는 격벽이 없이도 제1 기판(110)과 제2 기판(150) 사이의 셀 갭을 유지할 수 있는 있으며, GHLC 층(132)은 외부압력에 취약한 점을 보완하고, 셀 갭을 유지하기 위한 스페이서 또는 격벽이 필요하다.
격벽(132c)은 요철 형태로 형성되며, 댐(CA1)들을 포함할 수 있다. 격벽(132c)의 댐(CA1)들 사이에는 복수의 액정 영역(LCA)들이 마련된다. 제2 액정(132a)들과 이색성 염료(132b)들은 격벽(132c)의 댐(CA1)들 사이에 있는 복수의 액정 영역(LCA)들에 마련된다. 어느 한 액정 영역(LCA)에 마련된 제2 액정(132a)들과 이색성 염료(132b)들은 댐(CA1)에 의해 또 다른 액정 영역(LCA)에 마련된 제2 액정(132a)들과 이색성 염료(132b)들과 분리될 수 있다. 따라서, 이색성 염료(132b)들의 이동이 매우 제한적이기 때문에 광 제어 장치는 전체적으로 고르게 차광 모드를 구현할 수 있다. 그리고, 본 발명의 실시예의 격벽(132c)은 제1 기판(110)과 제2 기판(150) 사이의 셀 갭을 유지할 수 있을 뿐만 아니라, 광 제어 장치 내에서 복수의 액정 영역(LCA)마다 제2 액정(132a)들과 이색성 염료(132b)들의 비율을 거의 유사하게 유지할 수 있다. 예를 들어, 복수의 액정영역(LCA)들 사이에서 제2 액정(132a)들과 이색성 염료(132b)들의 비율은 1% 이내로 차이가 날 수 있다. 복수의 액정영역(LCA)들 사이에서 제2 액정(132a)들과 이색성 염료(132b)들의 비율이 1%보다 크게 차이가 나는 경우 복수의 액정영역(LCA)들 사이에서 투명 모드에서 투과율과 차광 모드에서 차광율이 서로 다를 수 있다.
격벽들(132c)은 투명한 재질의 포토 레지스트(photo resist), 광경화성 폴리머 및 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane) 중 어느 하나일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
격벽(132c)상에는 제1 배향막(133)이 마련되고, 제2 전극(140)상에는 제2 배향막(134)이 마련된다. 제1 및 제2 배향막들(133, 134)에 의해 제2 액정(132a)들과 이색성 염료(132b)들은 일정한 방향으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이 제2 액정(132a)들과 이색성 염료(132b)들은 수직 방향(y축 방향)으로 배열될 수 있다.
또한, 유연성(flexiblity)이 있는 광 제어 장치를 구현하기 위해서 제1 및 제2 기판들(110, 150)은 플라스틱 필름일 수 있다. 이 경우, 제1 및 제2 기판들(110, 150)은 높은 온도의 공정에 의해 손상될 수 있다. 그러므로, 제1 및 제2 기판들(110, 150)에 제1 및 제2 배향막들(133, 134)을 형성하기 위한 공정은 200℃ 이하의 저온에서 형성 가능한 수직배향물질을 이용할 수 있다.
이 때, 제2 배향막(134)은 접착물질을 포함하여 격벽(132c)의 댐(CA1)들 상에 있는 제1 배향막(133)과 접착될 수 있다. 이 때, 격벽(132c)의 댐(CA1)들의 면적이 넓을수록 제1 배향막(133)과 제2 배향막(134)의 접착 면적이 넓어지므로, 제1 배향막(133)과 제2 배향막(134) 사이의 접착력이 높아질 수 있다. 따라서, GHLC 층(132)이 외부압력에 취약한 점을 보완할 수 있으므로 유연성(flexibility)이 있는 광 제어 장치를 구현할 수 있다. 또한, 제1 및 제2 기판들(110, 150)이 플라스틱 필름인 경우 별도의 접착제를 이용하여 제1 및 제2 기판들(110, 150)을 합착하기 어려우므로, 제1 배향막(133)과 제2 배향막(134) 사이의 접착력을 높이기 위해 제1 배향막(133)과 제2 배향막(134)의 접착 면적을 넓히는 것이 바람직하지만 격벽(132c)의 댐(CA1)들의 면적이 넓어질수록 액정 영역(LCA)들의 면적은 좁아진다. 이 때, 제2 액정(132a)들과 이색성 염료(132b)들이 마련되는 면적이 좁아지기 때문에, 차광 모드에서 차광 불량이 발생할 수 있다. 따라서, 격벽(132c)의 댐(CA1)들의 면적은 차광율과 접착력을 고려하여 설정되는 것이 바람직하다.
또한, GHLC 층(132)은 폴리머 네트워크를 포함할 수 있다. 이 때, GHLC 층(132)은 폴리머 네트워크로 인하여 입사되는 빛의 산란 효과를 높일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 광 제어 장치(100)는 제1 및 제2 전극들(120, 140)에 인가되는 전압을 제어함으로써 빛을 차광하는 차광 모드 또는 빛을 투과하는 투명 모드로 구현될 수 있다. 이하에서는 도 3 및 도 4를 결부하여 광 제어 장치(100)의 투명 모드와 차광 모드에 대하여 상세히 설명한다.
도 3은 투명 모드의 광 제어 장치의 일 예를 도시한 단면도이고, 도 4는 차광 모드의 광 제어 장치의 일 예를 도시한 단면도이다.
도3 및 도 4와 같이 광 제어 장치(100)는 제1 및 제2 전극들(120, 140) 각각에 소정의 전압을 공급하는 전압 공급부(160)를 더 포함할 수 있다. 제1 전극(120)에 인가되는 전압과 제2 전극(140)에 인가되는 전압에 따라 복수 개의 액정층들(130)의 액정들과 이색성 염료들의 배열을 제어함으로써 입사되는 빛을 차단하는 차광 모드 또는 입사되는 빛을 투과하는 투명 모드로 구현될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 전압이 인가되지 않는 경우 PDLC 층(131)의 제1 액정(131c)들과 GHLC 층(132)의 제2 액정(132a)들 및 이색성 염료(132b)들은 제1 및 제2 배향막들(133, 134)에 의해 수직 방향(y축 방향)으로 배열될 수 있다. 구체적으로, 제1 및 제2 전극들(120, 140)에 전압이 인가되지 않거나 제1 전극(120)에 인가되는 제1 전압과 제2 전극(140)에 인가되는 제2 전압 간의 차이가 제1 기준 전압보다 작은 경우 PDLC 층(131)의 제1 액정(131c)들과 GHLC 층(132)의 제2 액정(132a)들 및 이색성 염료(132b)들은 제1 및 제2 배향막들(133, 134)에 의해 수직 방향(y축 방향)으로 배열될 수 있다.
이 경우, 제1 액정(131c)들은 빛이 입사되는 방향으로 배열되며, PDLC 층(131)의 폴리머(131a)와 제1 액정(131c)들 간의 굴절률이 최소가 되기 때문에, PDLC 층(131)에 입사되는 빛의 산란은 최소화된다. 또한, 제2 액정(132a)들과 이색성 염료(132b)들은 역시 빛이 입사되는 방향으로 배열되기 때문에, GHLC 층(132)에 입사되는 빛의 흡수는 최소화된다. 그러므로, 광 제어 장치(100)에 입사되는 빛의 대부분은 복수의 액정층들(130)을 통과할 수 있다.
도 3에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 실시예는 전압을 인가하지 않는 경우 투명 모드를 구현할 수 있으므로, 투명 모드를 구현하기 위하여 별도의 전력 소비가 필요없다는 장점이 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 전압이 인가되는 경우 PDLC 층(131)의 제1 액정(131c)들과 GHLC 층(132)의 제2 액정(132a)들 및 이색성 염료(132b)들은 수평 방향(x축 및 z축 방향)으로 배열될 수 있다. 구체적으로, 제1 전극(120)에 인가되는 제1 전압과 제2 전극(140)에 인가되는 제2 전압 간의 차이가 제2 기준 전압보다 큰 경우 PDLC 층(131)의 제1 액정(131c)들과 GHLC 층(132)의 제2 액정(132a)들 및 이색성 염료(132b)들은 수평 방향(x축 및 z축 방향)으로 배열될 수 있다. 이 때, 제2 기준 전압은 제1 기준 전압과 크거나 같은 값일 수 있다.
이 때, PDLC 층(131)의 폴리머(131a)와 제1 액정(131c)들 간의 굴절률 차이는 최대가 되기 때문에, PDLC 층(131)에 입사되는 빛은 제1 액정(13c)들에 의해 산란된다. 제1 액정(131c)들에 의해 산란된 빛은 GHLC 층(132)의 제2 액정(132a)들에 의해 산란되거나 이색성 염료(132b)들에 의해 흡수된다. 따라서, 광 제어 장치(100)는 차광 모드에서 입사되는 빛을 차단할 수 있다. 예를 들어, 광 제어 장치(100)는 이색성 염료(132b)들이 블랙 염료인 경우 차광 모드에서 블랙 계열의 색을 표시함으로써 입사되는 빛을 차단할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예는 이색성 염료(132b)들에 따라 특정한 색을 표시함으로써 광 제어 장치의 뒷 배경을 보이지 않게 할 수 있다.
본 발명의 실시예에서 차광 모드는 광 제어 장치(100)의 투과율이 a% 보다 작은 경우를 나타내고, 투명 모드는 광 제어 장치(100)의 투과율이 b% 이상인 경우를 나타낸다고 가정할 수 있다. 광 제어 장치(100)의 투과율은 광 제어 장치(100)에 입사되는 광 대비 출력되는 광의 비율을 나타낸다. 예를 들어 a%는 10 내지 50%일 수 있으며, b%는 60 내지 90%일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 이 경우, 제1 및 제2 전극들(120, 140)에 전압이 인가되지 않거나 제1 전극(120)에 인가된 제1 전압(V1)과 제2 전극(140)에 인가된 제2 전압(V2) 간의 전압 차가 제1 기준 전압보다 작은 경우, 광 제어 장치(100)는 투과율이 a% 보다 작은 차광 모드로 구현된다. 제1 전극(120)에 인가된 제1 전압(V1)과 제2 전극(140)에 인가된 제2 전압(V2) 간의 전압 차가 제2 기준 전압보다 큰 경우, 광 제어 장치(100)는 투과율이 b% 이상인 투명 모드로 구현된다. 만약, 제1 전극(120)에 인가된 제1 전압(V1)과 제2 전극(140)에 인가된 제2 전압(V2) 간의 전압 차가 제1 기준 전압 이상이고 제2 기준전압 이하인 경우에는 광 제어 장치(100)의 투과율이 a% 보다 작지도 않고 b% 이상이지도 않기 때문에, 본 발명의 투명 모드와 차광 모드를 모두 만족시키지 못한다.
한편, 제2 기준 전압은 제1 기준 전압보다 크게 설정될 수 있으나, 제1 기준 전압과 실질적으로 동일하게 설정될 수 있다. 이 경우, 차광 모드의 투과율 기준과 투명 모드의 투과율 기준은 c% 로 동일하게 설정될 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(120)에 인가된 제1 전압(V1)과 제2 전극(140)에 인가된 제2 전압(V2) 간의 전압 차가 기준 전압보다 작은 경우, 광 제어 장치(100)는 투과율이 c% 보다 작은 차광 모드로 구현된다. 제1 전극(120)에 인가된 제1 전압(V1)과 제2 전극(140)에 인가된 제2 전압(V2) 간의 전압 차가 기준 전압 이상인 경우, 광 제어 장치(100)는 투과율이 c% 이상인 투명 모드로 구현된다. 예를 들어 c%는 10 내지 50% 일 수 있다.
도 3 및 도 4에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 실시예는 제1 액정(131c)들을 포함하는 PDLC 층(131)이 투명 모드에서 빛을 투과시키고 차광 모드에서 빛을 산란시키며, 제2 액정(132a)들과 이색성 염료(132b)들을 포함하는 GHLC 층(132)이 투명 모드에서 빛을 투과시키고 차광 모드에서 빛을 흡수할 수 있으므로, 투명 모드에서 빛을 투과시키고, 차광 모드에서 빛을 차단할 수 있다.
한편, 광 제어 장치(100)가 이색성 염료들을 포함하는 하나의 액정층을 포함하는 경우, 예를 들어, 하나의 액정층이 GHLC 층인 경우 폴리머(polymer)의 부재로 산란 구현이 어렵다. 따라서, 차광 모드에서 차광율이 낮아지는 문제가 있다. 이 때, 차광율을 높이기 위해서는 빛을 흡수하기 위해 이색성 염료들을 하나의 액정층인 예를 들어, GHLC 층에 많이 포함시켜야 한다. 그러나, 이색성 염료들을 많이 포함시킬 경우, 이색성 염료들에 의한 광 흡수로 인하여 투명 모드에서 광 제어 장치(100)의 투과율이 낮아지는 문제가 있다.
본 발명의 실시예에 따른 광 제어 장치(100)의 경우 차광 모드에서 도 4와 같이 PDLC 층(131)에 입사된 빛은 제1 액정(131c)들에 의해 산란되며, 이로 인해 빛의 경로는 길어지게 된다. 본 발명의 실시예에 따른 광 제어 장치(100)의 경우, 빛의 경로가 길어진 빛이 GHLC 층(132)에 입사되므로, GHLC 층(132)에 입사된 빛은 제2 액정(132a)들에 의해 산란되거나 이색성 염료(132b)들에 의해 흡수될 확률이 높다. 즉, PDLC 층(131) 및 GHCL(132)층과 같은 복수의 액정층들을 포함하는 경우 이색성 염료(132b)들에 의한 광흡수가 증가 되므로, 차광율을 높일 수 있다.
한편, 투명 모드에서 GHLC(132)층의 이색성 염료(132b)들이 빛을 흡수하므로, 투과율을 높이기 위해서는 이색성 염료(132b)들의 양을 줄이는 것이 바람직하다. 따라서, 광 제어 장치는 하나의 GHLC 층을 포함하는 경우보다 PDLC 층과 GHLC 층들(131, 132)을 포함하는 경우 이색성 염료(132b)들의 양을 줄이면서 차광율을 높일 수 있다. 따라서, 투명 모드에서 이색성 염료(132b)들에 의한 빛의 흡수를 최소화 하여, 투과율을 높일 수 있다. 본 발명의 실시예는 PDLC 층과 GHLC 층들(131, 132)을 포함함으로써, 하나의 GHLC 층을 포함하는 경우보다 차광모드에서 차광율을 높이면서, 투명 모드에서는 투과율을 높일 수 있다.
도 5a는 도 1의 광 제어 장치의 또 다른 예를 상세히 보여주는 단면도이다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 광 제어 장치(200)는 제1 기판(210), 제1 전극(220), PDLC 층(231), GHLC 층(232), 제2 전극(240), 및 제2 기판(250)을 포함한다.
도 5a의 제1 기판(210), 제1 전극(220), PDLC 층(231), 제2 전극(240), 및 제2 기판(250)은 도 1 및 도 2를 결부하여 설명한 제1 기판(110), 제1 전극(120), PDLC 층(131), 제2 전극(140), 및 제2 기판(150)과 실질적으로 동일하다. 따라서, 도 5a의 제1 기판(210), 제1 전극(220), PDLC 층(231), 제2 전극(240), 및 제2 기판(250)에 대한 자세한 설명은 생략한다.
GHLC 층(232)은 제2 전극(240)상에 마련된다. GHLC 층(232)은 제2 액정(232a)들과 이색성 염료(232b)들을 포함한다. 도 5a의 제2 액정(232a)들과 이색성 염료(232b)들은 도 1 및 도 2를 결부하여 설명한 제2 액정(132a)들과 이색성 염료(132b)들과 실질적으로 동일하다. 따라서, 도 5a의 제2 액정(232a)들과 이색성 염료(232b)들에 대한 자세한 설명은 생략한다.
GHLC 층(232)은 PDLC 층(231)과 다르게 액체 상태에 있다. 따라서, GHLC 층(232)은 셀 갭을 유지하기 위한 스페이서 또는 격벽이 필요하다.
격벽(232c)은 요철 형태로 형성되며, 댐(CA1)들을 포함할 수 있다. 격벽(132c)의 댐(CA1)들 사이에는 복수의 액정 영역(LCA)들이 마련된다. 제2 액정(132a)들과 이색성 염료(132b)들은 격벽(132c)의 댐(CA1)들 사이의 복수의 액정 영역(LCA)들에 마련된다. 따라서, 어느 한 액정 영역(LCA)에 마련된 제2 액정(232a)들과 이색성 염료(232b)들은 댐(CA1)에 의해 또 다른 액정 영역(LCA)에 마련된 제2 액정(232a)들과 이색성 염료(232b)들과 분리될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 액정 영역(LCA)마다 제2 액정(232a)들과 이색성 염료(232b)들의 비율을 거의 유사하게 유지할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예는 광 제어 장치(200) 내에서 제2 액정(232a)들과 이색성 염료(232b)들의 비율을 고르게 유지할 수 있다. 예를 들어, 복수의 액정영역(LCA)들 사이에서 제2 액정(132a)들과 이색성 염료(132b)들의 비율은 1% 이내로 차이가 날 수 있다. 복수의 액정영역(LCA)들 사이에서 제2 액정(132a)들과 이색성 염료(132b)들의 비율이 1%보다 크게 차이가 나는 경우 복수의 액정영역(LCA)들 사이에서 투명 모드에서 투과율과 차광 모드에서 차광율이 서로 다를 수 있다. 격벽들(232c)은 투명한 재질의 포토 레지스트(photo resist), 광경화성 폴리머 및 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane) 중 어느 하나일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
격벽(232c)상에는 제1 배향막(233)이 마련되고, PDLC 층(231)상에는 제2 배향막(234)이 마련된다. 제1 및 제2 배향막들(233, 234)에 의해 제2 액정(232a)들과 이색성 염료(232b)들은 일정한 방향으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 도 5a와 같이 제2 액정(232a)들과 이색성 염료(232b)들은 수직 방향(y축 방향)으로 배열될 수 있다. 또한, 제2 배향막(234)은 접착 물질을 포함하여 격벽(232c)의 댐(CA1)들 상에 있는 제1 배향막(233)과 접착될 수 있다. 이 때, 격벽(232c)의 댐(CA1)들의 면적이 넓을수록 제1 배향막(233)과 제2 배향막(234)의 접착 면적이 넓어지므로, 제1 배향막(233)과 제2 배향막(234) 사이의 접착력이 높아질 수 있다. 제1 및 제2 기판들(210, 250)이 플라스틱 필름인 경우 별도의 접착제를 이용하여 제1 및 제2 기판들(210, 250)을 합착하기 어려우므로, 제1 배향막(233)과 제2 배향막(234) 사이의 접착력을 높이기 위해 제1 배향막(233)과 제2 배향막(234)의 접착 면적을 넓히는 것이 바람직하다. 하지만, 격벽(232c)의 댐(CA1)들의 면적이 넓어질수록 액정영역(LCA) 들의 면적은 좁아지며, 이 경우 제2 액정(232a)들과 이색성 염료(232b)들이 마련되는 면적이 좁아지기 때문에, 차광 모드에서 차광 불량이 발생할 수 있다. 따라서, 격벽(232c)의 댐(CA1)들의 면적은 차광율과 접착력을 고려하여 적절하게 설정될 수 있다.
또한, GHLC 층(232)은 폴리머 네트워크를 포함할 수 있다. 이 때, GHLC 층(232)은 폴리머 네트워크로 인하여 입사되는 빛의 산란 효과를 높일 수 있다.
도 5a에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 광 제어 장치(200)는 제1 및 제2 전극들(220, 240)에 인가되는 전압을 제어함으로써 빛을 차광하는 차광 모드 또는 빛을 투과하는 투명 모드로 구현될 수 있으며, 도 5a에 도시된 광 제어 장치(200)의 투명 모드와 차광 모드는 도 3 및 도 4를 결부하여 설명한 바와 실질적으로 동일하다.
도 5b는 도 1의 광 제어 장치의 또 다른 예를 상세히 보여주는 단면도이다. 도 5b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 광 제어 장치(300)는 제1 기판(310), 제1 전극(320), PDLC 층(331), GHLC 층(332), 제2 전극(340), 및 제2 기판(350)을 포함한다.
도 5b의 제1 기판(310), 제1 전극(320), PDLC 층(331), 제2 전극(340), 및 제2 기판(350)은 도 1 및 도 2를 결부하여 설명한 제1 기판(110), 제1 전극(120), PDLC 층(131), 제2 전극(140), 및 제2 기판(150)과 실질적으로 동일하다. 따라서, 도 5b의 제1 기판(310), 제1 전극(320), PDLC 층(331), 제2 전극(340), 및 제2 기판(350)에 대한 자세한 설명은 생략한다.
GHLC 층(332)은 PDLC 층(331)상에 마련된다. GHLC 층(332)은 제2 액정(332a)들과 이색성 염료(332b)들을 포함한다. 도 5b의 제2 액정(332a)들과 이색성 염료(332b)들은 도 1 및 도 2를 결부하여 설명한 제2 액정(332a)들과 이색성 염료(332b)들과 실질적으로 동일하다. 따라서, 도 5b의 제2 액정(332a)들과 이색성 염료(332b)들에 대한 자세한 설명은 생략한다.
GHLC 층(332)은 PDLC 층(331)과 다르게 액체 상태에 있다. 따라서, GHLC 층(332)은 셀 갭을 유지하기 위한 스페이서 또는 격벽(332c)이 필요하다. 격벽(332c)은 투명한 재질의 포토 레지스트(photo resist), 광경화성 폴리머 및 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane) 중 어느 하나일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
제2 액정(332a)들과 이색성 염료(332b)들은 격벽(332c)의 댐(CA1)들 사이의 복수의 액정 영역(LCA)들에 마련된다. 따라서, 어느 한 액정 영역(LCA)에 마련된 제2 액정(332a)들과 이색성 염료(332b)들은 댐(CA1)에 의해 또 다른 액정 영역(LCA)에 마련된 제2 액정(332a)들과 이색성 염료(332b)들과 분리될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 액정 영역(LCA)마다 제2 액정(332a)들과 이색성 염료(332b)들의 비율을 거의 유사하게 유지할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예는 광 제어 장치(300) 내에서 제2 액정(332a)들과 이색성 염료(332b)들의 비율을 고르게 유지할 수 있다. 예를 들어, 복수의 액정영역(LCA)들 사이에서 제2 액정(332a)들과 이색성 염료(332b)들의 비율은 1% 이내로 차이가 날 수 있다. 복수의 액정영역(LCA)들 사이에서 제2 액정(332a)들과 이색성 염료(332b)들의 비율이 1%보다 크게 차이가 나는 경우 복수의 액정영역(LCA)들 사이에서 투명 모드에서 투과율과 차광 모드에서 차광율이 서로 다를 수 있다.
PDLC 층(331)상에는 제1 배향막(333)이 마련되고, GHLC 층(332)상에는 제2 배향막(334)이 마련된다. 제1 및 제2 배향막들(333, 334)에 의해 제2 액정(332a)들과 이색성 염료(332b)들은 일정한 방향으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 도 6b와 같이 제2 액정(332a)들과 이색성 염료(332b)들은 수직 방향(y축 방향)으로 배열될 수 있다. 또한, 격벽(332c)은 UV 조사에 의해 경화되어 제1 및 제2 배향막들(333, 334)에 고착될 수 있다.
도 5b에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 광 제어 장치(300)는 제1 및 제2 전극들(320, 340)에 인가되는 전압을 제어함으로써 빛을 차광하는 차광 모드 또는 빛을 투과하는 투명 모드로 구현될 수 있으며, 도 5b에 도시된 광 제어 장치(300)의 투명 모드와 차광 모드는 도 3 및 도 4를 결부하여 설명한 바와 실질적으로 동일하다.
도 6a는 도 1의 광 제어 장치의 또 다른 예를 상세히 보여주는 단면도이다. 도 6a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 광 제어 장치(400)는 제1 기판(410), 제1 전극(420), 복수 개의 액정층들(430), 제2 전극(440), 제2 기판(450), 제1 굴절률 매칭층(460), 및 제2 굴절률 매칭층(470)을 포함한다.
도 6a의 제1 기판(410), 제1 전극(420), 복수 개의 액정층들(430), 제2 전극(440), 및 제2 기판(450)은 도 1 및 도 2를 결부하여 설명한 제1 기판(110), 제1 전극(120), 복수 개의 액정층들(130), 제2 전극(140), 및 제2 기판(150)과 실질적으로 동일하다. 따라서, 도 6a의 제1 기판(410), 제1 전극(420), 복수 개의 액정층들(430), 제2 전극(440), 및 제2 기판(450)에 대한 자세한 설명은 생략한다.
제1 굴절률 매칭층(460)은 제1 전극(420)이 마련되는 제1 기판(410)의 일면의 반대면에 마련될 수 있다. 즉, 제1 기판(410)의 일면에는 제1 전극(420)이 마련되고, 제1 기판(410)의 일면의 반대면에 해당하는 타면에는 제1 굴절률 매칭층(460)이 마련될 수 있다.
공기와 제1 기판(410) 사이의 굴절률 차이로 인해 프레넬 반사가 발생할 수 있다. 예를 들어, 공기와 제1 기판(410) 사이에 굴절률 차이가 있는 경우, 공기를 통해 제1 기판(410)에 입사한 빛이 공기와 제1 기판(410) 사이의 굴절률 차이로 인하여 반사될 수 있다. 그러므로, 제1 굴절률 매칭층(460)은 공기와 제1 기판(410) 사이의 굴절률 차이를 줄이기 위해 공기와 제1 기판(410) 사이의 굴절률을 가질 수 있다. 예를 들어, 공기의 굴절률은 1이고, 제1 기판(410)의 굴절률이 1.6인 경우, 제1 굴절률 매칭층(460)은 공기와 제1 기판(410) 사이의 굴절률 차이를 줄이기 위해 1.1 내지 1.5의 굴절률을 가질 수 있다.
제2 굴절률 매칭층(470)은 제2 전극(450)이 마련되는 제2 기판(450)의 일면의 반대면에 마련될 수 있다. 즉, 제2 기판(450)의 일면에는 제2 전극(440)이 마련되고, 제2 기판(450)의 일면의 반대면에 해당하는 타면에는 제2 굴절률 매칭층(470)이 마련될 수 있다.
공기와 제2 기판(450) 사이의 굴절률 차이로 인해 프레넬 반사가 발생할 수 있다. 예를 들어, 공기와 제2 기판(450) 사이에 굴절률 차이가 있는 경우, 제2 기판(450)을 통과한 빛의 일부가 공기에 입사될 때 굴절률 차이로 인하여 반사될 수 있다. 그러므로, 제2 굴절률 매칭층(470)은 공기와 제2 기판(450) 사이의 굴절률 차이를 줄이기 위해 공기와 제2 기판(450) 사이의 굴절률을 가질 수 있다. 예를 들어, 공기의 굴절률은 1이고, 제2 기판(450)의 굴절률이 1.6인 경우, 제2 굴절률 매칭층(470)은 공기와 제2 기판(450) 사이의 굴절률 차이를 줄이기 위해 1.1 내지 1.5의 굴절률을 가질 수 있다.
제1 및 제2 굴절률 매칭층들(460, 470) 각각은 OCA(optically clear adhesive)와 같은 투명접착필름, 열 경화 또는 UV 경화가 가능한 유기화합물 점착제 등으로 이루어질 수 있다.
도 6b는 도 1의 광 제어 장치의 또 다른 예를 상세히 보여주는 단면도이다. 도 6b에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 광 제어 장치(500)는 제1 기판(510), 제1 전극(520), 복수 개의 액정층들(530), 제2 전극(540), 제2 기판(550), 제1 굴절률 매칭층(560), 및 제2 굴절률 매칭층(570)을 포함한다.
도 6b의 제1 기판(510), 제1 전극(520), 복수 개의 액정층들(530), 제2 전극(540), 및 제2 기판(550)은 도 1 및 도 2를 결부하여 설명한 제1 기판(110), 제1 전극(120), 복수 개의 액정층들(130), 제2 전극(140), 및 제2 기판(150)과 실질적으로 동일하다. 따라서, 도 6b의 제1 기판(510), 제1 전극(520), 복수 개의 액정층들(530), 제2 전극(540), 및 제2 기판(550)에 대한 자세한 설명은 생략한다.
제1 굴절률 매칭층(560)은 제1 기판(510)과 제1 전극(520) 사이에 마련될 수 있다. 제1 기판(510)과 제1 전극(520) 사이의 굴절률 차이로 인해 프레넬 반사가 발생할 수 있다. 예를 들어, 제1 기판(510)과 제1 전극(520) 사이에 굴절률 차이가 있는 경우, 제1 기판(510)을 통과한 빛의 일부가 제1 전극(520)에 입사될 때 굴절률 차이로 인하여 반사될 수 있다. 그러므로, 제1 굴절률 매칭층(560)은 제1 기판(510)과 제1 전극(520) 사이의 굴절률 차이를 줄이기 위해 제1 기판(510)과 제1 전극(520) 사이의 굴절률을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 기판(510)의 굴절률이 1.6이고, 제1 전극(520)의 굴절률이 2인 경우, 제1 굴절률 매칭층(460)은 제1 기판(510)과 제1 전극(520) 사이의 굴절률 차이를 줄이기 위해 1.7 내지 1.9의 굴절률을 가질 수 있다.
제2 굴절률 매칭층(570)은 제2 기판(550)과 제2 전극(540) 사이에 마련될 수 있다. 제2 기판(550)과 제2 전극(540) 사이의 굴절률 차이로 인해 프레넬 반사가 발생할 수 있다. 예를 들어, 제2 전극(540)과 제2 기판(550) 사이에 굴절률 차이가 있는 경우, 제2 전극(540)을 통과한 빛의 일부가 제2 기판(550)에 입사될 때 굴절률 차이로 인하여 반사될 수 있다. 그러므로, 제2 굴절률 매칭층(570)은 제2 기판(550)과 제2 전극(540) 사이의 굴절률 차이를 줄이기 위해 제2 기판(550)과 제2 전극(540) 사이의 굴절률을 가질 수 있다. 예를 들어, 제2 기판(550)의 굴절률이 1.6이고, 제2 전극(540)의 굴절률이 2인 경우, 제2 굴절률 매칭층(570)은 제2 기판(550)과 제2 전극(540) 사이의 굴절률 차이를 줄이기 위해 1.7 내지 1.9의 굴절률을 가질 수 있다.
제1 및 제2 굴절률 매칭층들(560, 570) 각각은 OCA(optically clear adhesive)와 같은 투명접착필름, 열 경화 또는 UV 경화가 가능한 유기화합물 점착제 등으로 이루어질 수 있다.
도 6c는 도 1의 광 제어 장치의 또 다른 예를 상세히 보여주는 단면도이다. 도 6c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 광 제어 장치(600)는 제1 기판(610), 제1 전극(620), 복수 개의 액정층들(630), 제2 전극(640), 제2 기판(650), 제1 굴절률 매칭층(660), 및 제2 굴절률 매칭층(670)을 포함한다.
도 6c의 제1 기판(610), 제1 전극(620), 복수 개의 액정층들(630), 제2 전극(640), 및 제2 기판(650)은 도 1 및 도 2를 결부하여 설명한 제1 기판(110), 제1 전극(120), 복수 개의 액정층들(130), 제2 전극(140), 및 제2 기판(150)과 실질적으로 동일하다. 따라서, 도 6c의 제1 기판(610), 제1 전극(620), 복수 개의 액정층들(630), 제2 전극(640), 및 제2 기판(650)에 대한 자세한 설명은 생략한다.
제1 굴절률 매칭층(660)은 제1 전극(620)과 PDLC 층(631) 사이에 마련될 수 있다. 제1 전극(620)과 PDLC 층(631) 사이의 굴절률 차이로 인해 프레넬 반사가 발생할 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(620)과 PDLC 층(631) 사이에 굴절률 차이가 있는 경우, 제1 전극(620)을 통과한 빛의 일부가 PDLC 층(631)에 입사될 때 굴절률 차이로 인하여 반사될 수 있다. 그러므로, 제1 굴절률 매칭층(660)은 제1 전극(620)과 PDLC 층(631) 사이의 굴절률 차이를 줄이기 위해 제1 전극(620)과 PDLC 층(631) 사이의 굴절률을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(620)은 1.6 내지 1.8 사이의 굴절률을 가질 수 있고, PDLC 층(631)은 1.3 내지 1.6 사이의 굴절률을 가질 수 있으며, 이 경우 제1 굴절률 매칭층(660)은 1.3 내지 1.8 사이에서 제1 전극(620)과 PDLC 층(631) 사이의 굴절률을 가질 수 있다.
제2 굴절률 매칭층(670)은 제2 전극(640)과 GHLC 층(632) 사이에 마련될 수 있다. 제2 전극(640)과 GHLC 층(632) 사이의 굴절률 차이로 인해 프레넬 반사가 발생할 수 있다. 예를 들어, 제2 전극(640)과 GHLC 층(632) 사이에 굴절률 차이가 있는 경우, 제2 전극(640)을 통과한 빛의 일부가 GHLC 층(632)에 입사될 때 굴절률 차이로 인하여 반사될 수 있다. 그러므로, 제2 굴절률 매칭층(670)은 제2 전극(640)과 GHLC 층(632) 사이의 굴절률 차이를 줄이기 위해 제2 전극(640)과 GHLC 층(632) 사이의 굴절률을 가질 수 있다. 예를 들어, 제2 전극(640)은 1.6 내지 1.8 사이의 굴절률을 가질 수 있고, GHLC 층(632)은 1.3 내지 1.6 사이의 굴절률을 가질 수 있으며, 이 경우 제2 굴절률 매칭층(670)은 1.3 내지 1.8 사이에서 제2 전극(640)과 GHLC 층(632) 사이의 굴절률을 가질 수 있다.
제1 및 제2 굴절률 매칭층들(660, 670) 각각은 OCA(optically clear adhesive)와 같은 투명접착필름, 열 경화 또는 UV 경화가 가능한 유기화합물 점착제 등으로 이루어질 수 있다.
도 6d는 도 1의 광 제어 장치의 또 다른 예를 상세히 보여주는 단면도이다. 도 6d에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 광 제어 장치(700)는 제1 기판(710), 제1 전극(720), 복수 개의 액정층들(730), 제2 전극(740), 제2 기판(750), 및 굴절률 매칭층(760)을 포함한다.
도 6d의 제1 기판(710), 제1 전극(720), 복수 개의 액정층들(730), 제2 전극(740), 및 제2 기판(750)은 도 1 및 도 2를 결부하여 설명한 제1 기판(110), 제1 전극(120), 복수 개의 액정층들(130), 제2 전극(140), 및 제2 기판(150)과 실질적으로 동일하다. 따라서, 도 6d의 제1 기판(710), 제1 전극(720), 복수 개의 액정층들(730), 제2 전극(740), 및 제2 기판(750)에 대한 자세한 설명은 생략한다.
굴절률 매칭층(760)은 복수 개의 액정층들(730) 사이에 마련될 수 있다. 즉, 굴절률 매칭층(760)은 PDLC 층(731)과 GHLC 층(732) 사이에 마련될 수 있다. 굴절률 매칭층(760)은 PDLC 층(731)과 GHLC 층(732) 사이의 굴절률 차이로 인해 프레넬 반사가 발생하는 것을 방지하기 위해, PDLC 층(731)과 GHLC 층(732) 사이의 굴절률을 가질 수 있다.
굴절률 매칭층(760)은 OCA(optically clear adhesive)와 같은 투명접착필름, 열 경화 또는 UV 경화가 가능한 유기화합물 점착제 등으로 이루어질 수 있다.
광 제어 장치 내부에 굴절률 매칭층이 없을 경우를 예로 들어 설명하면, 광 제어 장치 내부로 빛이 입사하게 되면 제1 전극과 PDLC 층 사이의 굴절률 차이 그리고 제2 전극과 GHLC 층 사이의 굴절률 차이로 인해 프레넬 반사가 일어난다. 즉, 광 제어 장치가 투명 모드로 구현될 경우, 빛이 광 제어 장치 내부로 진행하는 과정에서 제1 전극을 통과한 빛이 PDLC 층으로 입사할 때 굴절률 차이로 인하여 상당량의 빛은 PDLC 층 밖으로 반사된다. 이후, PDLC 층 및 GHLC 층을 통과한 빛이 다시 제2 전극으로 통과할 때 제2 전극과 GHLC 층 사이의 굴절률 차이로 인하여 또다시 상당량의 빛은 GHLC 층의 안쪽 방향으로 반사된다. 따라서, 광 제어 장치가 투명 모드로 구현될 경우 프레넬 반사에 의해 상당량의 빛이 광 제어 장치를 통과하지 못하고 반사하게 되어 투명도가 저하될 수 있다.
반면, 도 6a 내지 도 6d에서 설명한 바와 같이 본 발명의 광 제어 장치는 굴절률 매칭층이 배치되므로 빛이 광 제어 장치를 통과하는 동안 프레넬 반사가 거의 일어나지 않게 된다. 예를 들어, 굴절률 매칭층에 의해 제1 전극과 PDLC 층 사이의 굴절률 차이와 제2 전극과 GHLC 층 사이의 굴절률 차이를 상쇄시킴으로써 외부에서 입사되는 빛의 손실을 방지하여 광 제어 장치 내부를 통과할 수 있다. 따라서, 광 제어 장치가 투명 모드로 구현될 때 사용자에게 보다 향상된 투명도를 제공할 수 있다,
그리고, 이미 설명한 바와 같이 굴절률 매칭층은 OCA(optically clear adhesive)와 같은 투명접착필름, 열 경화 또는 UV 경화가 가능한 유기화합물 점착제 등으로 이루어질 수 있으므로, 광 제어 장치 내부에서 발생할 수 있는 단선(short)을 방지할 수 있다. 예를 들어, 광 제어 장치에 물리적으로 압력이 가해질 경우 제1 전극과 제2 전극은 서로 맞닿게 되어 광 제어 장치 내부에서 단선이 발생할 수 있다. 또한, 광 제어 장치 제조 공정 중에 미세한 이물질이 PDLC 층 및 GHLC 층에 섞일 가능성이 있으며, 상기 이물질은 PDLC 층 및 GHLC 층 내에서 제1 전극과 제2 전극의 전기적 연결을 가능하게 하는 전도체의 역할을 하여 광 제어 장치 내부에서 단선이 발생할 수 있다. 그러나, 본 발명의 굴절률 매칭층은 앞서 언급한 물질로 이루어지므로 절연체 역할을 할 수 있다. 따라서, 굴절률 매칭층은 광 제어 장치 내부에서 단선이 발생하는 것을 방지할 수 있으므로, 광 제어 장치의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 도 6a 내지 도 6d에 도시된 본 발명의 실시예들에 따른 광 제어 장치들(400, 500, 600, 700)은 제1 및 제2 전극들에 인가되는 전압을 제어함으로써 빛을 차광하는 차광 모드 또는 빛을 투과하는 투명 모드로 구현될 수 있으며, 도 6a 내지 도 6d에 도시된 광 제어 장치들(400, 500, 600, 700) 각각의 투명 모드와 차광 모드는 도 3 및 도 4를 결부하여 설명한 바와 실질적으로 동일하다.
[광 제어 장치의 제조방법]
도 7, 도 8a 내지 도 8d, 도 9, 도 10, 도 11a 내지 도 11c, 도 12, 도 13a 및 도 13b를 결부하여, 본 발명의 실시예들에 따른 광 제어 장치의 제조방법을 상세히 설명한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 제어 장치의 제조방법을 보여주는 흐름도이다. 도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 제어 장치의 제조 공정을 보여주는 단면도들이다. 이하에서는 도 7 및 도 8a 내지 도 8d를 결부하여 본 발명의 일 실시예에 따른 광 제어 장치의 제조방법을 상세히 설명한다.
첫 번째로, 도 8a에 도시된 바와 같이, 제1 기판(110)상에 제1 전극(120)을 형성하고, 제2 기판(150)상에 제2 전극(140)을 형성한다. 제1 기판(110)과 제2 기판(150)은 투명한 유리 기판(glass substrate) 또는 플라스틱 필름(plastic film)일 수 있다. 제1 및 제2 전극들(120, 140)은 투명한 전극일 수 있다. (도 7의 S101)
두 번째로, 도 8b에 도시된 바와 같이, PDLC 층(131)을 형성하기 위한 제1 액정물질을 제1 전극(120)상에 도포하여 PDLC 층(131)을 형성한다.
이 때, 제1 액정물질을 제1 전극(120)상에 도포하고 UV 경화하여 PDLC 층(131)을 형성할 수 있다. 제1 액정물질은 복수의 모노머들, 제1 액정(131c)들 및 광개시제를 포함한다. 이 때, 복수의 모노머들과 제1 액정(131c)들의 혼합 비율은 30 wt%:70 wt% 내지 50 wt%:50 wt% 일 수 있다. 제1 액정물질에 포함된 복수의 모노머들의 비율이 30 wt% 이하가 되면, 제1 액정물질의 차광율이 낮아진다. 또한, 제1 액정물질 내에서 복수의 모노머들의 비율이 50 wt% 이상이 되면 제1 액정물질의 투과율이 낮아진다. 따라서, 복수의 모노머들과 제1 액정(131c)들의 혼합 비율은 차광율이나 투과율을 고려하여 상기 범위 내에서 설정될 수 있다. UV 경화를 통해 PDLC(131)층을 형성할 때, PDLC 층(131)의 제1 액정(131c)들이 수직 방향(y축 방향)으로 배열되기 위해서는 복수의 모노머들은 표면 에너지가 서로 다른 물질이다. 서로 다른 복수의 모노머들 중 표면 에너지가 상대적으로 낮은 모노머는 UV 경화 시 폴리머(131a)가 되어서 액적(droplet)(131b)의 표면부가 되므로, 액적(droplet)(131b)의 표면 에너지를 낮아지게 한다. 따라서, 표면 에너지가 낮아진 액적(droplet)(131b)은 제1 액정(131c)들을 수직 방향(y축 방향)으로 배열되게 한다. UV 경화 시, UV 파장대는 10 내지 400nm 일 수 있으며, 바람직하게는 320 내지 380nm일 수 있다. 그리고, 복수의 모노머들에 따라 UV 조사 시간은 다르지만 예를 들어, UV 조사 시간은 10s(10초) 내지 100s(100초) 일 수 있다. 이 때, UV 강도는 10 내지 50mW/cm2, 바람직하게는 10 내지 20mW/cm2으로 할 수 있다. 또는, UV 경화 없이 PDLC(131)층을 형성할 때, PDLC 층(131)의 제1 액정(131c)들이 수직 방향(y 축 방향)으로 배열되기 위해서는 제1 액정물질은 제1 액정(131c)들을 갖는 액적(droplet)(131b)들이 용매(solvent)에 포함되어야 한다. 이 때, 제1 액정물질을 제1 전극(120)상에 도포하고 건조(drying)시켜 PDLC 층(131)을 형성할 수 있다. 제1 액정물질이 건조(drying)될 때 용매(solvent)는 기화되고, 액적(droplet)(131b)은 구형에서 타원형으로 변형된다. 따라서 PDLC 층(131)의 액적(droplet)(131b) 내부에 있는 제1 액정(131c)들이 수직 방향(y축 방향)으로 배열된다. (도 7의 S102)
세 번째로, 도 8c에 도시된 바와 같이 PDLC 층(131)상에 격벽(132c)을 형성하고, 격벽(132c)상에 제1 배향막(133)을 형성하며, 격벽(132c)의 댐(CA1)들 사이에 마련되는 액정 영역(LCA)들에 제2 액정물질을 주입한다. 격벽(132c)은 임프린팅(imprinting) 방식 또는 포토 리소그래피(photo lithography) 방식으로 형성될 수 있다. 격벽(132c)이 임프린팅 방식으로 형성되는 경우, 격벽(132c)을 형성할 물질을 PDLC 층(131)상에 도포한 후 실리콘, 석영 또는 고분자 물질로 이루어지는 몰드(mold)로 가압함으로써, 격벽(132c)을 형성할 수 있다. 몰드에는 격벽(132c)의 댐(CA1)들의 두께(thickness), 높이(height), 폭(width) 등이 설계된 격벽(132c)의 패턴이 형성되어 있다. 격벽(132c)이 포토 리소그래피(photo lithography) 방식으로 형성되는 경우, 격벽(132c)을 형성할 물질을 PDLC 층(131)상에 도포한 후 포토 공정을 이용하여 노광함으로써, 격벽(132c)을 형성할 수 있다. 격벽(132c)은 포토 레지스트(photo resist), 광경화성 폴리머 및 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane) 중 어느 하나일 수 있다.
제2 액정물질은 제2 액정(132a)들 및 이색성 염료(132b)들을 포함할 수 있다. 이 경우, 제2 액정물질을 격벽(132c)의 댐(CA1)들 사이에 마련되는 액정 영역(LCA)들에 주입하여 GHLC 층(132)을 형성할 수 있다. 제2 액정물질에 포함된 이색성 염료(132b)들은 제2 액정물질에 0.5 wt% 내지 5 wt% 포함될 수 있다. 차광 모드에서 이색성 염료(132b)들에 의한 차광율을 얻기 위해서는 이색성 염료(132b)들이 제2 액정물질에 0.5 wt% 이상 포함될 수 있다. 또한, 이색성 염료(132b)들은 투명 모드에서도 빛을 일부 흡수하므로, 투명 모드에서 투과 율을 얻기 위해서는 투과율이 크게 저하되지 않을 정도로 이색성 염료(132d) 양을 조정해야 한다. 그러므로, 이색성 염료(132b)들은 제2 액정물질에 5 wt% 이하 포함될 수 있다. (도 7의 S103)
네 번째로, 도 8d에 도시된 바와, 같이 제2 전극(140)상에 제2 배향막(134)을 형성한다. 이 때, 제2 배향막(134)은 격벽(132c)의 댐(CA1)들 상에 있는 제1 배향막(133)과 접착될 수 있도록 접착 물질을 포함할 수 있다. 따라서, 격벽(132c)의 댐(CA1)들 상에 마련된 제1 배향막(133)은 제2 배향막(134)과 접착될 수 있다. 따라서, 제1 기판(110)과 제2 기판(150)은 접착될 수 있다. 격벽(132c)의 댐(CA1)들의 면적이 넓을수록 제1 배향막(133)과 제2 배향막(134)의 접착 면적이 넓어지므로, 제1 배향막(133)과 제2 배향막(134) 사이의 접착력이 높아질 수 있다. 따라서, GHLC 층(132)이 외부압력에 취약한 점을 보완할 수 있으므로 유연성(flexibility)이 있는 광 제어 장치를 구현할 수 있다. 또한, 제1 및 제2 기판들(110, 150)이 플라스틱 필름인 경우 별도의 접착제를 이용하여 제1 및 제2 기판들(110, 150)을 합착하기 어려우므로, 제1 배향막(133)과 제2 배향막(134) 사이의 접착력을 높이기 위해 제1 배향막(133)과 제2 배향막(134)의 접착 면적을 넓히는 것이 바람직하지만 격벽(132c)의 댐(CA1)들의 면적이 넓어질수록 액정 영역(LCA)들의 면적은 좁아진다. 이 때, 제2 액정(132a)들과 이색성 염료(132b)들이 마련되는 면적이 좁아지기 때문에, 차광 모드에서 차광 불량이 발생할 수 있다. 따라서, 격벽(132c)의 댐(CA1)들의 면적은 차광율과 접착력을 고려하여 적절하게 설정될 수 있다. 예를 들어, 격벽(132c)의 블록부(CA1)들 상에 마련된 제1 배향막(133)과 제2 배향막(134)의 접착력은 0.05 내지 0.3 N/cm 일 수 있다. 이때, N/cm는 1cm의 폭을 갖는 광 제어 장치(100)를 구부렸을 때, 제1 배향막(133)과 제2 배향막(134)의 접착부가 받는 힘을 가리킨다. (도 7의 S104)
또는, 제1 기판(110) 상에 제1 전극(120)과 PDLC 층(131)을 형성하며, 제2 기판(150) 상에 제2 전극(140)을 형성하고, 제2 전극(140) 상에 격벽(132c)을 형성할 수 있다. 그리고, 격벽(132c) 상에 제1 배향막(133)을 형성하며, 격벽(132c)의 댐(CA1)들 사이에 마련되는 액정 영역(LCA)들에 제2 액정물질을 주입한다. 그리고, 격벽(132c)을 PDLC 층(131) 상에 배치하고, 격벽(132c)을 열 경화시킴으로써 격벽(132c)과 PDLC 층(131)을 접착시킬 수 있다. 이 경우, 열 경화에 의해 격벽(132c)은 PDLC 층(131)과 가교 결합(cross-linking)하므로 GHLC 층(132)을 지지할 수 있다.
한편, 도 7의 S102 내지 S104 단계들은 도 9와 같이 롤투롤(Roll to Roll) 방식으로 형성될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 제어 장치의 제조공정을 보여주는 또 다른 단면도이다.
도 9에 도시한 바와 같이, 첫 번째로, 제1 전극(120)이 마련된 제1 기판(110)은 롤러(R)들에 의해 이동하며, 제1 액정물질 주입 장치(LD1)는 제1 액정물질(LM1)을 제1 전극(120) 상에 도포한다. UV 조사 장치(UVD1)는 제1 전극(120)상에 도포된 제1 액정물질(LM1)에 UV를 조사하며, 이로 인해 PDLC 층(131)이 형성된다. PDLC 층(131)을 형성하기 위해 조사되는 UV 에너지는 도 8b를 결부하여 설명한 바와 같다.
두 번째로, PDLC 층(131)이 마련된 제1 기판(110)은 롤러들에 의해 이동하며, PDLC 층(131)상에 격벽(132c)을 형성하고, 격벽(132c)상에 제1 배향막(133)을 형성하며, 격벽(132c)의 댐(CA1)들 사이에 마련되는 액정 영역(LCA)들에 제2 액정물질 주입 장치(LD2)가 제2 액정물질(LM2)을 PDLC 층(131)상에 도포한다. 따라서, GHLC 층(132)이 형성된다.
세 번째로, PDLC 층(131)과 GHLC 층(132)이 마련된 제1 기판(110)은 롤러들에 의해 이동한다. 따라서, 제1 기판(110)과 제2 전극(140)상에 있는 제2 배향막(134)이 마련된 제2 기판(150)은 도 9과 같이 합착될 수 있다.
네 번째로, 합착된 제1 및 제2 기판들(110, 150)을 커팅함으로써 광 제어 장치(100)가 제조될 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 도 7 및 도 8a 내지 도 8d 또는 도 9에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법에 따라 도 2에 도시된 광 제어 장치(100)가 완성될 수 있다. 또한, 도 6a 내지 도 6d에 도시된 다른 실시예들에 따른 광 제어 장치들(400, 500, 600, 700) 역시 도 7 및 도 8a 내지 도 8d 또는 도 9에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법에 따라 제조될 수 있다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광 제어 장치의 제조방법을 보여주는 흐름도이다. 도 11a 내지 도 11c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광 제어 장치의 제조 공정을 보여주는 단면도들이다. 이하에서는 도 10 및 도 11a 내지 도 11c를 결부하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광 제어 장치의 제조방법을 상세히 설명한다.
도 10에 도시된 광 제어 장치의 제조방법의 S201 및 S202 단계들은 도 7, 도 8a 및 도 8b를 결부하여 설명한 S101 및 S102 단계들과 실질적으로 동일하다. 따라서, 도 10에 도시된 광 제어 장치의 제조방법의 S201 및 S202 단계들에 대한 자세한 설명은 생략한다.
도 11a에 도시된 바와 같이, 제2 전극(240)상에 격벽(232c)을 형성하고, 격벽(232c)상에 제1 배향막(233)을 형성한다.
격벽(232c)은 임프린팅(imprinting) 방식 또는 포토 리소그래피(photo lithography) 방식으로 형성될 수 있다. 격벽(232c)이 임프린팅 방식으로 형성되는 경우, 격벽(232c)을 형성할 물질을 제2 전극(240)상에 도포한 후 실리콘, 석영 또는 고분자 물질로 이루어지는 몰드(mold)로 가압함으로써, 격벽(232c)을 형성할 수 있다. 몰드에는 격벽(232c)의 댐(CA1)들의 두께(thickness), 높이(height), 폭(width) 등이 설계된 격벽(232c)의 패턴이 형성되어 있다. 격벽(232c)이 포토 리소그래피(photo lithography) 방식으로 형성되는 경우, 격벽(232c)을 형성하기 위한 물질을 제 2 전극(240) 상에 도포한 후 포토 공정을 이용하여 액정 영역(LCA)들이 마련될 영역을 부분 노광함으로써, 격벽(232c)을 형성할 수 있다. 격벽(232c)은 포토 레지스트(photo resist), 광경화성 폴리머 및 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane) 중 어느 하나일 수 있다. (도 10의 S203)
도 11b에 도시된 바와 같이, 격벽(232c)의 댐(CA1)들 사이에 마련되는 액정 영역(LCA)들에 제2 액정물질을 주입한다. 제2 액정물질은 제2 액정(232a)들 및 이색성 염료(232b)들을 포함할 수 있다. 이 경우, 제2 액정물질을 격벽(232c)의 댐(CA1)들 사이에 마련되는 액정 영역(LCA)들에 주입하여 GHLC 층(232)을 형성할 수 있다. 제2 액정물질은 제2 액정(232a)들과 이색성 염료(232b)들을 포함할 수 있다. 이색성 염료(232b)들은 제2 액정물질에 0.5 wt% 내지 5 wt% 포함될 수 있다. 차광 모드에서 이색성 염료(232b)들에 의한 차광율을 얻기 위해서는 이색성 염료(232b)들이 제2 액정물질에 0.5 wt% 이상 포함될 수 있다. 또한, 이색성 염료(232b)들은 투명 모드에서도 빛을 일부 흡수하므로, 투명 모드에서 투과율을 얻기 위해서는 빛의 투과율이 크게 저하되지 않을 정도로 이색성 염료(232b) 양을 조정해야 한다. 그러므로, 이색성 염료(232b)들은 제2 액정물질에 5 wt% 이하 포함될 수 있다. (도 10의 S204)
도 11c에 도시된 바와 같이, 라미네이션 공정을 통해 제2 배향막(234)을 격벽(232c)의 블록부(CA1)들 상에 마련된 제1 배향막(233)에 접착한다. 제2 배향막(234)은 접착 물질을 포함할 수 있다. 한편, 격벽(232c)의 댐(CA1)들의 면적이 넓을수록 제1 배향막(233)과 제2 배향막(234)의 접착 면적이 넓어지므로, 제1 배향막(233)과 제2 배향막(234) 사이의 접착력이 높아질 수 있다. 따라서, GHLC 층232)이 외부압력에 취약한 점을 보완할 수 있으므로 유연성(flexibility)이 있는 광 제어 장치를 구현할 수 있다. 또한, 제1 및 제2 기판들(210, 250)이 플라스틱 필름인 경우 별도의 접착제를 이용하여 제1 및 제2 기판들(210, 250)을 합착하기 어려우므로, 제1 배향막(233)과 제2 배향막(234) 사이의 접착력을 높이기 위해 제1 배향막(233)과 제2 배향막(234)의 접착 면적을 넓히는 것이 바람직하다. 하지만, 격벽(232c)의 댐(CA1)들의 면적이 넓어질수록 액정 영역(LCA)들의 면적은 좁아진다. 이 때, 제2 액정(232a)들과 이색성 염료(232b)들이 마련되는 면적이 좁아지기 때문에, 차광 모드에서 차광 불량이 발생할 수 있다. 따라서, 격벽(232c)의 댐(CA1)들의 면적은 차광율과 접착력을 고려하여 설정되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 격벽(232c)의 블록부(CA1)들 상에 마련된 제1 배향막(233)과 제2 배향막(234)의 접착력은 0.05 내지 0.3 N/cm2 일 수 있다. 이때, N/cm는 1cm의 폭을 갖는 광 제어 장치(200)를 구부렸을 때, 제1 배향막(233)과 제2 배향막(234)의 접착부가 받는 힘을 가리킨다. (도 10의 S205)
또는, 제1 기판(210) 상에 제1 전극(220)과 PDLC 층(231)을 형성하며, 제2 기판(250) 상에 제2 전극(240)을 형성하고, 제2 전극(240) 상에 격벽(232c)을 형성할 수 있다. 그리고, 격벽(232c) 상에 제1 배향막(233)을 형성하며, 격벽(232c)의 댐(CA1)들 사이에 마련되는 액정 영역(LCA)들에 제2 액정물질을 주입한다. 그리고, 격벽(232c)을 PDLC 층(131) 상에 배치하고, 격벽(232c)을 열 경화시킴으로써 격벽(232c)과 PDLC 층(131)을 접착시킬 수 있다. 이 경우, 열 경화에 의해 격벽(232c)은 PDLC 층(231)과 가교 결합(cross-linking)하므로 GHLC 층(232)을 지지할 수 있다.
또한, 도 10 및 도 11a 내지 도 11c에 도시된 S202 내지 S205 단계들은 도 8 및 도 10을 결부하여 설명한 롤투롤(Roll to Roll) 방식으로 형성될 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 도 10, 도 11a 내지 도 11c에 도시된 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제조방법에 따라 도 5a에 도시된 광 제어 장치(200)가 완성될 수 있다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광 제어 장치의 제조방법을 보여주는 흐름도이다. 도 13a 및 도 13b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광 제어 장치의 제조 공정을 보여주는 단면도들이다. 이하에서는, 도 12, 도 13a 및 도 13b를 결부하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광 제어 장치의 제조방법을 상세히 설명한다.
도 12에 도시된 광 제어 장치의 제조방법의 S301 및 S302 단계들은 도 8, 도 9a 및 도 9b를 결부하여 설명한 S101 및 S102 단계들과 실질적으로 동일하다. 따라서, 도 12에 도시된 광 제어 장치의 제조방법의 S301 및 S302 단계들에 대한 자세한 설명은 생략한다.
도 13a에 도시된 바와 같이, PDLC 층(331)상에 제1 배향막(333)을 형성하고, 제1 배향막(333)상에 제2 액정물질(LC)을 도포하며, 도포된 제2 액정물질(LC2) 상에 제2 기판(340)을 배치한다.
제2 액정물질(LC2)은 제2 액정(332a)들, 이색성 염료(332b)들, 및 광경화성 폴리머들을 포함할 수 있다. 이색성 염료(332b)들은 제2 액정물질에 0.5 wt% 내지 5 wt% 포함될 수 있다. 차광 모드에서 이색성 염료(332b)들에 의한 차광율을 얻기 위해서는 이색성 염료(332b)들이 제2 액정물질에 0.5 wt% 이상 포함될 수 있다. 한편, 이색성 염료(332b)들은 UV가 조사되는 경우 UV를 흡수하기 때문에, 모노머의 일부가 폴리머로 경화되지 못할 수 있다. 이색성 염료)들의 양이 증가할수록 이색성 염료(332b)들의 UV 흡수로 GHLC 층(332)에 잔존하는 모노머의 양이 증가하게 된다. 이로 인해, 투명 모드에서 GHLC 층(332)의 투과율이 낮아지는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 이색성 염료(332b)들은 제2 액정물질에 5 wt% 이하 포함될 수 있다. (도 12의 S303)
도 13b에 도시된 바와, 같이 개구부(O)와 차단부(B)를 포함하는 마스크(M)를 제2 기판(350)상에 배치하고, UV를 조사하여 제2 액정물질(LC2)의 광경화성 폴리머들을 경화시킴으로써 격벽(332c)들을 형성한다. 구체적으로, 마스크(M)의 개구부(O)를 통해 UV가 조사되는 영역에 있는 광경화성 폴리머들은 경화되며, UV가 조사되지 않는 영역에 있는 광경화성 폴리머들은 폴리머의 농도가 높은 곳으로 이동하게 된다. 따라서, 제2 액정물질의 광경화성 폴리머들은 UV가 조사되는 마스크(M)의 개구부(O)에 대응되는 영역에 모여들게 되며, 이로 인해 격벽(332c)들이 형성된다. 특히, 격벽(332c)들은 제1 및 제2 배향막(333, 334)들에 고착되므로, 이에 의해 제1 및 제2 기판들(310, 350)은 합착된다. (도 12의 S304)
이상에서 살펴본 바와 같이, 도 12, 도 13a 및 도 13b에 도시된 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제조방법은 제1 기판과 제2 기판 사이에 액정을 주입하는 방식이 아니라 기판에 액정물질을 도포하고 UV로 경화하는 방식을 이용한다. 따라서, 제조 공정을 단순화할 수 있으므로, 비용을 절감하면서 도 5b에 도시된 광 제어 장치(300)가 완성될 수 있다
[투명표시장치]
도 14 내지 도 18을 결부하여 본 발명의 실시예들에 따른 투명표시장치를 상세히 설명한다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 투명표시장치를 보여주는 사시도이다. 도 14를 참조하면, 투명표시장치는 광 제어 장치(1000), 투명표시패널(1100), 및 접착층(1200)을 포함한다.
광 제어 장치(1000)는 도 2, 도 5a 및 도 5b, 도 6a 내지 도 6d를 결부하여 설명한 본 발명의 실시예들에 따른 광 제어 장치들(100, 200, 300, 400, 500, 600, 700) 중 어느 하나로 구현될 수 있다. 따라서, 광 제어 장치(1000)는 차광 모드에서 입사되는 빛을 차단하고, 투명 모드에서 입사되는 빛을 투과시킬 수 있다. 또한, 광 제어 장치(1000)는 이색성 염료들에 따라 특정한 색을 표현함으로써 광 제어 장치의 뒷 배경을 보이지 않게 할 수 있으므로, 차광 기능 이외에 사용자에게 심미감을 줄 수 있다.
도 15a는 도 14의 투명표시패널의 하부 기판의 일 예를 상세히 보여주는 단면도이다. 도 15b는 도 14의 투명표시패널의 하부 기판의 다른 예를 상세히 보여주는 단면도이다.
도 15a 및 도 15b에 도시한 바와 같이, 투명표시패널(1100)은 하나의 서브 화소 영역에서 투과 영역(Transmissive Area; TA)과 발광 영역(Emissive Area; EA)을 포함한다. 그리고, 발광 영역(EA)은 발광부로, 투과 영역(TA)은 투과부로 지칭될 수도 있다. 발광 영역(EA)은 실제 화상을 표시하는 영역이고, 투과 영역(TA)은 투명표시패널에 외부광이 투과되는 영역을 의미한다. 따라서, 투명표시패널이 구동되지 않는 경우, 사용자는 투과 영역(TA)을 통해 투명표시패널의 배경, 즉 투명표시패널의 후면 또는 뒷 배경의 사물을 시인할 수 있게 된다. 또는, 투명표시패널이 구동되는 경우, 사용자는 발광 영역(EA)의 실제 화상과 투과 영역(TA)을 통한 배경을 동시에 시인할 수 있게 된다. 서브 화소 영역에서 발광 영역(EA) 및 투과 영역(TA)의 면적비는 시인성 및 투과율 측면에서 다양하게 설정될 수 있다
발광 영역(EA)에는 화상을 표시하는 화소(P)들이 마련된다. 화소(P)들 각각에는 도 15a 및 도 15b와 같이 트랜지스터 소자(T), 애노드 전극(AND), 유기층(EL), 캐소드 전극(CAT)이 마련될 수 있다.
트랜지스터 소자(T)는 하부 기판(1101)상에 마련되는 액티브층(ACT), 액티브층(ACT)상에 마련되는 제1 절연막(I1), 제1 절연막(I1)상에 마련된 게이트 전극(GE), 게이트 전극(GE)상에 마련된 제2 절연막(I2), 제2 절연막(I2)상에 마련되고 제1 및 제2 콘택홀들(CNT1, CNT2)을 통해 액티브층(ACT)에 접속되는 소스 전극(SE)과 드레인 전극(DE)을 포함한다. 도 15a 및 도 15b에서 트랜지스터 소자(T)는 탑 게이트(top gate) 방식으로 형성된 것을 예시하였으나, 이에 한정되지 않으며, 보텀 게이트(bottom gate) 방식으로 형성될 수도 있다.
애노드 전극(AND)은 소스 전극(SE)과 드레인 전극(DE)상에 마련된 층간 절연막(ILD)을 관통하는 제3 콘택홀(CNT3)을 통해 트랜지스터 소자(T)의 드레인 전극(DE)에 접속된다. 서로 인접한 애노드 전극(AND)들 사이에는 격벽이 마련되며, 이로 인해 서로 인접한 애노드 전극(AND)들은 전기적으로 절연될 수 있다.
애노드 전극(AND)상에는 유기층(EL)이 마련된다. 유기층(EL)은 정공 수송층(hole transporting layer), 유기발광층(organic light emitting layer), 전자 수송층(electron transporting layer) 등을 포함할 수 있다.
유기층(EL)과 격벽(W)상에는 캐소드 전극(CAT)이 마련된다. 애노드 전극(AND)과 캐소드 전극(CAT)에 전압이 인가되면 정공과 전자가 각각 정공 수송층과 전자 수송층을 통해 유기발광층으로 이동되며, 유기발광층에서 정공과 전자가 결합하여 발광하게 된다.
도 15a에서는 투명표시패널(1100)이 배면 발광(bottom emission) 방식으로 구현된 것을 예시하였다. 투명표시패널(1100)이 배면 발광 방식으로 구현되는 경우, 빛은 하부기판(1101) 방향으로 출광한다. 따라서, 광 제어 장치(1000)는 상부기판 상에 배치될 수 있다.
배면 발광 방식에서는 유기층(EL)의 빛이 하부기판(1101) 방향으로 출광하므로, 트랜지스터(T)로 인한 휘도 감소를 줄이기 위하여 트랜지스터(T)는 격벽(W) 아래에 마련될 수 있다. 또한, 배면 발광 방식에서는 애노드 전극(AND)이 ITO, IZO와 같은 투명한 금속물질로 형성되며, 캐소드 전극(CAT)은 알루미늄, 알루미늄과 ITO의 적층 구조와 같은 반사율이 높은 금속물질로 형성될 수 있다. 그리고, 투과율을 향상시키기 위해서 캐소드 전극(CAT)은 발광 영역(EA)에만 패터닝(Patterning)하여 형성될 수도 있다.
도 15b에서는 투명표시패널(1100)이 전면 발광(top emission) 방식으로 구현된 것을 예시하였다. 투명표시패널(1100)이 전면 발광 방식으로 구현되는 경우, 빛은 상부기판 방향으로 출광한다. 따라서, 광 제어 장치(1000)는 하부기판(1101) 아래에 배치될 수 있다.
전면 발광 방식에서는 유기층(EL)의 빛이 상부기판 방향으로 출광하므로, 트랜지스터(T)가 격벽(W)과 애노드 전극(AND) 아래에 넓게 마련될 수 있다. 따라서, 전면 발광 방식은 배면 발광 방식에 비해 트랜지스터(T)의 설계 영역이 넓다는 장점이 있다. 또한, 전면 발광 방식에서는 애노드 전극(AND)이 알루미늄, 알루미늄과 ITO의 적층 구조와 같은 반사율이 높은 금속물질로 형성되고, 캐소드 전극(CAT)이 ITO, IZO와 같은 투명한 금속물질로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 투명표시패널은 양면 발광(dual emission) 방식으로도 구현될 수 있다. 투명표시패널(1100)이 양면 발광 방식으로 구현되는 경우, 빛은 상부기판 방향과 하부기판 방향으로 출광한다.
접착층(1200)은 광 제어 장치(1000)와 투명표시패널(1100)을 접착한다. 접착층(1200)은 OCA(optically clear adhesive)와 같은 투명접착필름 또는 OCR(optically clear resin)과 같은 투명접착제일 수 있다.
광 제어 장치(1000)가 투명표시패널(1100)의 빛이 출광하는 방향에 부착되면, 투명표시패널(1100)의 발광 영역(EA)은 차광하지 않고 투과 영역(TA)만을 차광하여야 한다. 그러므로, 광 제어 장치(1000)는 투명표시패널(1100)의 투과 영역(TA)만을 차광하기 위해, 광 제어 장치를 패터닝(Patterning)하여 차광 영역을 형성할 수 있다. 이 경우, 차광 영역은 투명표시패널(1100)의 투과 영역(TA)에 정렬되어야 한다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 광 제어 장치(1000)가 투명표시패널(1100)의 빛이 출광하는 방향에 부착되면, 광 제어 장치(1000)의 차광 영역을 패터닝하여야 하고, 차광 영역을 투명표시패널(1100)의 투과 영역(TA)에 정렬하여야 하므로, 광 제어 장치(1000)는 투명표시패널(1100)의 빛이 출광하는 방향의 반대 방향에 부착하는 것이 바람직할 것이다. 예를 들어, 도 15b와 같은 전면 발광 방식의 경우, 접착층(1200)의 일면은 투명표시패널(1100)의 하부기판(1101) 아래에 접착되고, 다른 일면은 광 제어 장치(1000)에 접착될 수 있다. 도 15a와 같은 배면 발광 방식의 경우, 접착층(1200)의 일면은 투명표시패널(1100)의 상부기판 위에 접착되고, 다른 일면은 광 제어 장치(1000)에 접착될 수 있다. 접착층(1200)이 OCA와 같은 투명접착필름 또는 OCR과 같은 투명접착제로 구성하는 경우, 1.4 내지 1.9 사이의 굴절률을 가질 수 있다.
또한, 투명표시장치가 트루 블랙(true black)을 구현하기 위해, DR(dichroic ratio)이 우수한 이색성 염료들을 이용할 수 있다. DR은 이색성 염료의 단축 방향의 광 흡수율 대비 장축 방향의 광 흡수율을 나타낸다. 이색성 염료들은 투명 모드에서 수직 방향(y축 방향)으로 배열되며 차광 모드에서 수평 방향(x축 및 z축 방향)으로 배열되므로, 이색성 염료의 단축 방향 광 흡수율은 투명 모드에서 이색성 염료의 광 흡수율일 수 있고, 장축 방향 광 흡수율은 차광 모드에서 이색성 염료의 광 흡수율일 수 있다. 트루 블랙의 투명표시장치를 구현하기 위해서는 DR이 7 이상인 이색성 염료들을 이용하는 것이 효율적일 수 있다.
또한, 투명표시패널(1100)의 하부기판(1101) 또는 상부기판은 광 제어 장치(1000)의 제2 기판일 수 있다. 이 때, 광 제어 장치(1000)의 제2 전극(140)은 투명표시패널(1100)의 하부기판(1101) 또는 상부기판상에 마련될 수 있다.
투명표시패널(1100)은 화소(P)들이 화상을 표시하는 표시 모드와 화소(P)들이 화상을 표시하지 않는 비표시 모드로 구현될 수 있다. 화소(P)들이 화상을 표시하는 표시 모드로 구현되는 경우, 광 제어 장치(1000)는 화상의 품질을 높이기 위해 투명표시패널(1100)의 배면을 통해 입사되는 빛을 차단하는 차광 모드로 구현될 수 있다.
화소(P)들이 화상을 표시하지 않는 비표시 모드에서 광 제어 장치(1000)는 차광 모드 또는 투명 모드로 구현될 수 있다. 화소(P)들이 화상을 표시하지 않는 비표시 모드에서 광 제어 장치(1000)가 차광 모드로 구현되는 경우, 투명표시장치는 사용자에게 블랙으로 보인다. 화소(P)들이 화상을 표시하지 않는 비표시 모드에서 광 제어 장치(1000)가 투명 모드로 구현되는 경우, 투명표시장치는 투명하게 구현되므로, 사용자는 투명표시장치를 통해 투명표시장치의 뒷 배경을 볼 수 있다.
또한, 투명표시패널(1100)의 발광 영역(EA)은 광 제어 장치(1000)가 차광 모드 또는 투명 모드로 구현되는 것에 상관없이 빛을 차단하므로, GHLC 층(132)의 격벽(132c)의 댐(CA1)들은 발광 영역(EA)에 마련되는 것이 바람직하다. 격벽(232c)의 댐(CA1)들의 면적이 넓을수록 제1 배향막(233)과 제2 배향막(234)의 접착 면적이 넓어지므로, 본 발명의 실시예는 GHLC 층(132)의 격벽(132c)의 댐(CA1)들을 투명표시패널(1100)의 발광 영역(EA)에서 최대한 넓은 면적으로 형성함으로써, 제1 배향막(233)과 제2 배향막(234) 사이의 접착력을 높일 수 있다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 투명표시장치를 보여주는 사시도이다. 도 16을 참조하면, 투명표시장치는 제1 광 제어 장치(1000a), 제2 광 제어 장치(1000b), 투명표시패널(1100), 제1 접착층(1200), 및 제2 접착층(1300)을 포함한다.
제1 및 제2 광 제어 장치들(1000a, 1000b) 각각은 도 1, 도 2, 도 5a, 도 5b, 및 도 6a 내지 도 6d을 결부하여 설명한 본 발명의 실시예들에 따른 광 제어 장치들(100, 200, 300, 400, 500, 600, 700) 중 어느 하나로 구현될 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 광 제어 장치들(1000a, 1000b) 각각은 차광 모드에서 입사되는 빛을 차단하고, 투명 모드에서 입사되는 빛을 투과시킬 수 있다. 제1 및 제2 광 제어 장치들(1000a, 1000b) 각각은 이색성 염료들에 따라서 차광 기능 이외에 사용자에게 심미감을 줄 수 있다.
투명표시패널(1100)은 도 14 및 도 15를 결부하여 설명한 바와 실질적으로 동일하다. 따라서, 투명표시패널(1100)에 대한 자세한 설명은 생략한다.
제1 접착층(1200)은 제1 광 제어 장치(1000a)와 투명표시패널(1100)을 접착한다. 제1 접착층(1200)은 OCA(optically clear adhesive)와 같은 투명접착필름일 수 있다. 제1 접착층(1200)의 일면은 투명표시패널(1100)의 하부기판(1101) 아래 또는 상부기판상에 접착되고, 다른 일면은 제1 광 제어 장치(1000a)에 접착될 수 있다. 제1 접착층(1200)이 OCA와 같은 투명접착필름으로 구성되는 경우, 1.4 내지 1.9 사이의 굴절률을 가질 수 있다.
제2 접착층(1300)은 제2 광 제어 장치(1000b)와 투명표시패널(1100)을 접착한다. 제2 접착층(1300)은 OCA(optically clear adhesive)와 같은 투명접착필름일 수 있다. 제2 접착층(1300)의 일면은 투명표시패널(1100)의 하부기판(1101) 아래 또는 상부기판상에 접착되고, 다른 일면은 제2 광 제어 장치(1000b)에 접착될 수 있다. 제2 접착층(1300)이 OCA와 같은 투명접착필름으로 구성되는 경우, 1.4 내지 1.9 사이의 굴절률을 가질 수 있다.
투명표시패널(1100)은 화소(P)들이 화상을 표시하는 표시 모드와 화소(P)들이 화상을 표시하지 않는 비표시 모드로 구현될 수 있다. 사용자가 제2 광 제어 장치(1000b)에서 화상을 시청한다고 가정하면, 화소(P)들이 화상을 표시하는 표시 모드로 구현되는 경우, 제1 광 제어 장치(1000a)는 화상의 품질을 높이기 위해 투명표시패널(1100)의 배면을 통해 입사되는 빛을 차단하는 차광 모드로 구현될 수 있으며, 제2 광 제어 장치(1000b)는 투명 모드로 구현되는 것이 바람직하다.
화소(P)들이 화상을 표시하지 않는 비표시 모드에서 제1 및 제2 광 제어 장치들(1000a, 1000b)은 차광 모드 또는 투명 모드로 구현될 수 있다. 화소(P)들이 화상을 표시하지 않는 비표시 모드에서 제1 및 제2 광 제어 장치들(1000a, 1000b)이 차광 모드로 구현되는 경우, 투명표시장치는 사용자에게 블랙으로 보인다. 화소(P)들이 화상을 표시하지 않는 비표시 모드에서 제1 및 제2 광 제어 장치들(1000a, 1000b)이 투명 모드로 구현되는 경우, 투명표시장치는 투명하게 구현되므로, 사용자는 투명표시장치를 통해 투명표시장치의 뒷 배경을 볼 수 있다.
한편, 투명표시패널(1100)은 양면 방향으로 화상을 표시할 수 있는 양면 투명표시패널로 구현될 수 있다. 양면 투명표시패널이 양면 방향으로 모두 화상을 표시하는 표시 모드에서 제1 및 제2 광 제어 장치들(1000a, 1000b)이 투명 모드로 구현되는 경우, 양면 방향 모두에서 사용자들이 화상을 시청할 수 있다. 또한, 양면 투명표시패널이 양면 방향으로 모두 화상을 표시하는 표시 모드에서 제1 및 제2 광 제어 장치들(1000a, 1000b) 중 어느 하나는 차광 모드로 구현되는 경우, 양면 방향 중 어느 하나의 방향에서 사용자가 화상을 시청하는 것을 차단할 수 있다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 투명표시장치를 보여주는 단면도이다. 도 17을 참조하면, 투명표시장치는 광 제어 장치(1000) 및 투명표시패널(1100)을 포함한다.
투명표시패널(1100)의 단면은 도 15a에 도시된 배면 발광 방식의 단면 또는 도 15b에 도시된 전면 발광 방식의 단면과 실질적으로 동일할 수 있으나, 도 17에서는 설명의 편의를 위해 하부 기판(1101)과 상부 기판(1102)만을 도시하였다. 투명표시패널(1100)이 도 15b와 같이 전면 발광 방식으로 구현되는 경우, 투명표시패널(1100)의 빛은 상부 기판(1102) 방향으로 나가므로, 광 제어 장치(1000)는 도 17과 같이 하부 기판(1101) 아래에 배치될 수 있다. 또한, 투명표시패널(1100)이 도 15a와 같이 배면 발광 방식으로 구현되는 경우, 투명표시패널(1100)의 빛은 하부 기판(1101) 방향으로 나가므로, 광 제어 장치(1000)는 상부 기판(1102) 상에 배치될 수 있다.
투명표시패널(1100)이 도 15b와 같이 전면 발광 방식으로 구현되는 경우, 도 17의 광 제어 장치(1000)는 제2 전극(140)이 제2 기판이 아닌 투명표시패널(1100)의 하부 기판(1101)에 형성된 것을 제외하고는 도 2에 도시된 광 제어 장치와 실질적으로 동일하게 구현될 수 있다. 또한, 투명표시패널(1100)이 도 15a와 같이 배면 발광 방식으로 구현되는 경우, 광 제어 장치(1000)는 제2 전극(140)이 제2 기판이 아닌 투명표시패널(1100)의 상부 기판(1102)에 형성된 것을 제외하고는 도 2에 도시된 광 제어 장치와 실질적으로 동일하게 구현될 수 있다.
또한, 제2 전극(140)과 하부 기판(1101) 사이에는 제2 전극(140)과 하부 기판(1101) 사이의 굴절률 차이를 줄이기 위한 굴절률 매칭층이 구성될 수 있다. 나아가, PDLC 층(131)의 측면 또는 측면과 하면을 감싸는 보호막이 구성될 수 있다. PDLC 층(131)의 하면은 제1 전극(120)과 맞닿는 PDLC 층(131)의 일면을 나타낸다. 또한, 보호막은 PDLC 층(131)뿐만 아니라 제1 전극(120)을 보호하는 역할을 할 수 있다. 보호막은 일정한 강도를 가지는 동시에 외부의 빛을 통과시킬 수 있는 투명 무기질 재료로 이루어질 수 있다. 보호막은 폴리머, OCA(optical clear adhesive), 열 또는 UV 경화가 가능한 고분자 유기 화합물질, 투명 무기질 계열인 SiOx, SiNx, 폴리이미드(polyimide) 중 어느 하나로 이루어질 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 보호막은 투명표시장치의 사용 환경에 따라 더 높은 강도를 요구할 경우, PET(polyethylene terephthalate) 또는 PMMA(poly(methyl methacrylate))와 같은 투명 플라스틱 또는 투명 기판일 수 있다. 나아가, 보호막은 굴절률 매칭을 위해 1.3 내지 1.9의 굴절률을 가질 수 있다.
또한, 광 제어 장치(1000)와 투명표시패널(1100)을 결합하기 위해서 접착층아 더 구성될 수 있다. 접착층은 광 제어 장치(1000)의 제2 전극(140)과 투명표시패널(1100)의 하부기판(1101) 사이에 배치된다. 예를 들어, 접착층은 광학용 투명 접착제 중 하나인 OCA(optical clear adhesive)와 같은 접착 필름일 수 있다. 이 경우, 광 제어 장치(1000)의 제2 전극(140) 또는 투명표시패널(1100)의 하부기판(1101)의 배면에 부착된 후 라미네이션 공정을 거쳐서 광 제어 장치(1000)와 투명표시패널(1100)이 결합될 수 있다. 그리고, 접착층으로 이용되는 OCA는 1.4~1.9 사이의 굴절률을 가질 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 실시예는 투명표시패널(1100)의 하부 기판(1101) 또는 상부 기판(1102)을 광 제어 장치(1000)의 기판으로도 사용한다. 즉, 투명표시패널(1100)과 광 제어 장치(1000)는 기판을 서로 공용한다. 따라서, 본 발명의 실시예는 기판을 줄일 수 있으므로, 투명표시장치의 두께를 줄일 수 있으며, 투명도를 높일 수 있다.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 투명표시장치를 보여주는 단면도이다. 도 18을 참조하면, 투명표시장치는 광 제어 장치(1000’) 및 투명표시패널(1100)을 포함한다.
투명표시패널(1100)의 단면은 도 15a에 도시된 배면 발광 방식의 단면 또는 도 15b에 도시된 전면 발광 방식의 단면과 실질적으로 동일할 수 있으나, 도 18에서는 설명의 편의를 위해 하부 기판(1101)과 상부 기판(1102)만을 도시하였다. 투명표시패널(1100)이 도 15b와 같이 전면 발광 방식으로 구현되는 경우, 투명표시패널(1100)의 빛은 상부 기판(1102) 방향으로 나가므로, 광 제어 장치(1000’)는 도 18과 같이 하부 기판(1101) 아래에 배치될 수 있다. 또한, 투명표시패널(1100)이 도 15a와 같이 배면 발광 방식으로 구현되는 경우, 투명표시패널(1100)의 빛은 하부 기판(1101) 방향으로 나가므로, 광 제어 장치(1000')는 상부 기판(1102) 상에 배치될 수 있다.
광 제어 장치(1000’)는 도 18과 같이 제1 기판(110), 제1 전극(120), PDLC 층(131), 및 제2 전극(140)을 포함할 수 있다. 즉, 도 18에서는 광 제어 장치(1000’)가 하나의 액정층을 포함하는 것을 예시하였다. 도 18에서는 하나의 액정층이 고분자 분산형 액정층에 해당하는 PDLC 층(131)인 것을 예시하였으나, 이에 한정되지 않으며, 고분자 네트워크 액정층(polymer network liquid crystal layer) 또는 콜레스테릭 액정층(cholesteric liquid crystal layer)으로 구현될 수 있다.
도 18에 도시된 광 제어 장치(1000’)의 제1 기판(110), 제1 전극(120), PDLC 층(131), 및 제2 전극(140)은 제2 전극(140)이 제2 기판이 아닌 투명표시패널(1100)의 하부 기판(1101)에 형성된 것을 제외하고는 도 2를 결부하여 설명한 바와 실질적으로 동일하다. 또한, 투명표시패널(1100)이 도 15a와 같이 배면 발광 방식으로 구현되는 경우, 광 제어 장치(1000’)의 제2 전극(140)은 제2 기판이 아닌 투명표시패널(1100)의 상부 기판(1102)에 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예는 PDLC 층(131)의 측면 또는 측면과 하면을 감싸는 보호막(135)이 구성될 수 있다. PDLC 층(131)의 하면은 제1 전극(120)과 맞닿는 PDLC 층(131)의 일면을 나타낸다. 또한, 보호막(135)은 PDLC 층(131)뿐만 아니라 제1 전극(120)을 보호하는 역할을 할 수 있다. 보호막(135)은 일정한 강도를 가지는 동시에 외부의 빛을 통과시킬 수 있는 투명 무기질 재료로 이루어질 수 있다. 보호막(135)은 폴리머, OCA(optical clear adhesive), 열 또는 UV 경화가 가능한 고분자 유기 화합물질, 투명 무기질 계열인 SiOx, SiNx, 폴리이미드(polyimide) 중 어느 하나로 이루어질 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 보호막(135)은 투명표시장치의 사용 환경에 따라 더 높은 강도를 요구할 경우, PET(polyethylene terephthalate) 또는 PMMA(poly(methyl methacrylate))와 같은 투명 플라스틱 또는 투명 기판일 수 있다.
나아가, 보호막(135)은 제1 전극(120)과 PDLC 층(131) 사이의 굴절률 차이로 인해 프레넬 반사가 발생하는 것을 방지하기 위해 1.3 내지 1.8의 굴절률을 가질 수 있다.예를 들어, 제1 전극(120)이 1.6 내지 1.8 사이의 굴절률을 가질 수 있고, PDLC 층(131)은 1.3 내지 1.6 사이의 굴절률을 가질 수 있으므로, 보호막(135)은 1.3 내지 1.8 사이에서 제1 전극(120)과 PDLC 층(131) 사이의 굴절률을 가지는 경우 제1 전극(120)과 PDLC 층(131) 사이의 굴절률 차이로 인해 프레넬 반사가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 광 제어 장치(1000’)가 보호막(135)을 포함하지 않는 경우, 광 제어 장치 내부에서 발생할 수 있는 단선(short)을 방지할 수 있다. 예를 들어, 광 제어 장치(1000’)에 물리적으로 압력이 가해질 경우 제1 전극(120)과 제2 전극(140)은 서로 맞닿게 되어 광 제어 장치(1000’) 내부에서 단선이 발생할 수 있다. 또한, 광 제어 장치(1000’) 제조 공정 중에 미세한 이물질이 PDLC 층(131)에 섞일 가능성이 있으며, 상기 이물질은 PDLC 층(131) 내에서 제1 전극(120)과 제2 전극(140)의 전기적 연결을 가능하게 하는 전도체의 역할을 하여 광 제어 장치 내부에서 단선이 발생할 수 있다. 그러나, 보호막(135)은 앞서 언급한 물질로 이루어지므로 절연체 역할을 할 수 있다. 따라서, 보호막(135)은 광 제어 장치(1000’) 내부에서 단선이 발생하는 것을 방지할 수 있으므로, 광 제어 장치의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
나아가, 제2 전극(140)과 하부 기판(1101) 사이에는 제2 전극(140)과 하부 기판(1101) 사이의 굴절률 차이를 줄이기 위한 굴절률 매칭층이 구성될 수 있다. 또한, 제2 전극(140)과 PDLC 층(131) 사이에는 제2 전극(140)과 PDLC 층(131) 사이의 굴절률 차이를 줄이기 위한 굴절률 매칭층이 구성될 수 있다.
또한, 광 제어 장치(1000’)와 투명표시패널(1100)을 결합하기 위해서 접착층이 더 구성될 수 있다. 접착층은 광 제어 장치(1000’)의 제2 전극(140)과 투명표시패널(1100)의 하부기판(1101) 사이에 배치된다. 예를 들어, 접착층은 광학용 투명 접착제 중 하나인 OCA(optical clear adhesive)와 같은 접착 필름일 수 있다. 광 제어 장치(1000’)의 제2 전극(140) 또는 투명표시패널(1100)의 하부기판(1101)의 배면에 부착된 후 라미네이션 공정을 거쳐서 광 제어 장치(1000’)와 투명표시패널(1100)이 결합될 수 있다. 그리고, 접착층으로 이용되는 OCA는 1.4~1.9 사이의 굴절률을 가질 수 있다. 이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 실시예는 투명표시패널(1100)의 하부 기판(1101) 또는 상부 기판(1102)을 광 제어 장치(1000’)의 기판으로도 사용한다. 즉, 투명표시패널(1100)과 광 제어 장치(1000’)는 기판을 서로 공용한다. 따라서, 본 발명의 실시예는 기판을 줄일 수 있으므로, 투명표시장치의 두께를 줄일 수 있으며, 투명도를 높일 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 1000: 광 제어 장치
110, 210, 310, 410, 510, 610, 710: 제1 기판
120, 220, 320, 420, 520, 620, 720: 제1 전극
130, 230, 330, 430, 530, 630, 730: 액정층들
131, 231, 331, 431, 531, 631, 731: PDLC 층
132, 232, 332, 432, 532, 632, 732: GHLC 층
140, 240, 340, 440, 540, 640, 740: 제2 전극
150, 250, 350, 450, 550, 650, 750: 제2 기판
460, 560, 660: 제1 굴절률 매칭층
470, 570, 670: 제2 굴절률 매칭층
760: 굴절률 매칭층
1000a: 제1 광 제어 장치
1000b: 제2 광 제어 장치
1100: 투명표시패널

Claims (20)

  1. 서로 마주보는 제1 기판 및 제2 기판;
    상기 제1 기판 상에 있는 제1 전극;
    상기 제2 기판 상에 있는 제2 전극;
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되며 제1 액정들을 갖는 액적(droplet)들을 구비한 고분자 분산형 액정층;
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되며, 제2 액정들, 이색성 염료들 및 댐들을 갖는, 격벽을 구비한 게스트 호스트 액정층;
    상기 격벽 상에 있는 제1 배향막; 및
    접착물질을 갖는 제2 배향막을 포함하고,
    상기 댐들 사이에는 상기 제2 액정들과 상기 이색성 염료들을 포함하는 복수의 액정 영역들이 마련되고,
    상기 제1 배향막과 상기 제2 배향막은 상기 댐들 상에서 접착되어 상기 제2 액정들 및 상기 이색성 염료들을 어느 한 방향으로 배열하는, 광 제어 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 액정영역들 사이에서 상기 제2 액정들과 상기 이색성 염료들의 비율은 1% 이내의 차이를 갖는 것을 특징으로 하는 광 제어 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 배향막은, 상기 제1 배향막과 상기 제2 전극 사이에 있는, 광 제어 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 배향막은, 상기 제1 배향막과 상기 고분자 분산형 액정층 사이에 있는, 광 제어 장치.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 고분자 분산형 액정층과 상기 게스트 호스트 액정층은 상기 제1 및 제2 전극들에 전압이 인가되지 않거나 상기 제1 전극에 인가되는 제1 전압과 상기 제2 전극에 인가되는 제2 전압 간의 차이가 제1 기준 전압보다 작은 경우 입사되는 빛을 투과시키는 투명 모드로 구현되는, 광 제어 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전극들에 전압이 인가되지 않거나 상기 제1 전극에 인가되는 제1 전압과 상기 제2 전극에 인가되는 제2 전압 간의 차이가 제1 기준 전압보다 작은 경우 상기 제1 액정들, 상기 제2 액정들, 및 상기 이색성 염료들은 수직 방향으로 배열되는, 광 제어 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 고분자 분산형 액정층과 상기 게스트 호스트 액정층은 상기 제1 전극에 인가되는 제1 전압과 상기 제2 전극에 인가되는 제2 전압 간의 차이가 제2 기준 전압보다 큰 경우 입사되는 빛을 차광하는 차광 모드로 구현되는, 광 제어 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 전극에 인가되는 제1 전압과 상기 제2 전극에 인가되는 제2 전압 간의 차이가 제2 기준 전압보다 큰 경우 상기 제1 액정들, 상기 제2 액정들, 및 상기 이색성 염료들은 수평 방향으로 배열되는, 광 제어 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 전극이 있는 상기 제1 기판의 일면의 반대면에 있고, 상기 제1 기판의 굴절률과 공기의 굴절률 사이의 굴절률을 갖는 제1 굴절률 매칭층; 및
    상기 제2 전극이 있는 상기 제2 기판의 일면의 반대면에 있고, 상기 제2 기판의 굴절률과 상기 공기의 굴절률 사이의 굴절률을 갖는 제2 굴절률 매칭층을 더 포함하는 광 제어 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 기판과 상기 제1 전극 사이에 있고, 상기 제1 기판의 굴절률과 상기 제1 전극의 굴절률 사이의 굴절률을 갖는 제1 굴절률 매칭층; 및
    상기 제2 기판과 상기 제2 전극 사이에 있고, 상기 제2 기판의 굴절률과 상기 제2 전극의 굴절률 사이의 굴절률을 갖는 제2 굴절률 매칭층을 더 포함하는, 광 제어 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 전극과 상기 고분자 분산형 액정층 사이에 있고, 상기 제1 전극의 굴절률과 상기 고분자 분산형 액정층의 굴절률 사이의 굴절률을 갖는 제1 굴절률 매칭층; 및
    상기 제2 전극과 상기 게스트 호스트 액정층 사이에 마련되고, 상기 제2 전극의 굴절률과 상기 게스트 호스트 액정층의 굴절률 사이의 굴절률을 갖는 제2 굴절률 매칭층을 더 포함하는, 광 제어 장치.
  14. 투과 영역과 발광 영역을 포함하며, 상기 발광 영역에는 화상을 표시하는 화소들이 마련되는 투명표시패널; 및
    상기 투명 표시패널의 일면에 있는 광 제어 장치를 포함하며,
    상기 광 제어 장치는,
    서로 마주보는 제1 기판 및 제2 기판;
    상기 제1 기판 상에 있는 제1 전극;
    상기 제2 기판 상에 있는 제2 전극;
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되며, 제1 액정들을 갖는 액적(droplet)들을 구비한 고분자 분산형 액정층, 그리고 제2 액정들, 이색성 염료들 및 댐들을 갖는, 격벽을 구비한 게스트 호스트 액정층을 포함하는 복수의 액정층들;
    상기 격벽 상에 있는 제1 배향막;
    접착물질을 갖는 제2 배향막을 포함하고,
    상기 댐들 사이에는 상기 제2 액정들과 상기 이색성 염료들을 포함하는 복수의 액정 영역들이 마련되고,
    상기 제1 배향막과 상기 제2 배향막은 상기 댐들 상에서 접착되어 상기 제2 액정들 및 상기 이색성 염료들을 어느 한 방향으로 배열하며,
    상기 복수의 액정층들은 전압이 인가되지 않는 경우 입사되는 빛을 투과시키는 투명 모드로 구현되고, 전압이 인가되는 경우 입사되는 빛을 차단하는 차광 모드로 구현되고,
    상기 화소들이 화상을 표시하는 표시 모드에서는 상기 복수의 액정층들은 입사되는 빛을 차광하는 차광 모드로 구현되며, 상기 화소들이 화상을 표시하지 않는 비표시 모드에서는 경우 상기 복수의 액정층들은 입사되는 빛을 투과시키는 투명 모드 또는 입사되는 빛을 차광하는 차광 모드로 구현되는, 투명표시장치.
  15. 삭제
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 제1 액정들, 상기 제2 액정들, 및 상기 이색성 염료들은 상기 전압이 인가되지 않는 경우 수직 방향으로 배열되고, 상기 전압이 인가되는 경우 수평 방향으로 배열되는, 투명표시장치.
  17. 삭제
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 격벽의 댐들은 상기 발광 영역에 있는, 투명표시장치.
  19. 제 14 항에 있어서,
    상기 복수의 액정영역들 사이에서 상기 제2 액정들과 상기 이색성 염료들의 비율은 1% 이내의 차이를 갖는, 투명표시장치.
  20. 하부 기판과 상부 기판을 포함하는 투명표시패널; 및
    상기 투명 표시패널의 하부 기판 아래 또는 상부 기판 상에 있는 광 제어 장치를 구비하고,
    상기 광 제어 장치는,
    제1 기판 상에 있는 제1 전극;
    상기 하부 기판 또는 상부 기판 기판상에 있는 제2 전극; 및
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되며, 제1 액정들을 갖는 액정(droplet)들을 구비한 고분자 분산형 액정층, 그리고 제2 액정들, 이색성 염료들 및 댐들을 갖는 격벽을 구비한 게스트 호스트 액정층을 포함하는 복수의 액정층들;
    상기 격벽 상에 있는 제1 배향막;
    접착물질을 갖는 제2 배향막을 포함하고,
    상기 댐들 사이에는 상기 제2 액정들과 상기 이색성 염료들을 포함하는 복수의 액정 영역들이 마련되고,
    상기 제1 배향막과 상기 제2 배향막은 상기 댐들 상에서 접착되어 상기 제2 액정들 및 상기 이색성 염료들을 어느 한 방향으로 배열하며,
    상기 복수의 액정층들은 전압이 인가되지 않는 경우 입사되는 빛을 투과시키는 투명 모드로 구현되고, 전압이 인가되는 경우 입사되는 빛을 차단하는 차광 모드로 구현되고, 상기 투명표시패널이 화상을 표시하는 표시 모드에서는 상기 복수의 액정층들은 입사되는 빛을 차광하는 차광 모드로 구현되며, 상기 투명표시패널이 화상을 표시하지 않는 비표시 모드에서는 경우 상기 복수의 액정층들은 입사되는 빛을 투과시키는 투명 모드 또는 입사되는 빛을 차광하는 차광 모드로 구현되는, 투명표시장치.
KR1020150083127A 2014-06-27 2015-06-12 광 제어 장치, 상기 광 제어 장치의 제조방법, 및 상기 광 제어 장치를 포함한 투명표시장치 Active KR102314707B1 (ko)

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