KR20250024595A

KR20250024595A - 잔상이 개선된 고분자 분산 액정 디스플레이

Info

Publication number: KR20250024595A
Application number: KR1020230104611A
Authority: KR
Inventors: 김봉희; 김승기; 도효정; 김경진
Original assignee: 주식회사 리비콘
Priority date: 2023-08-10
Filing date: 2023-08-10
Publication date: 2025-02-19
Also published as: CN119472105A; US20250053041A1; EP4506751A1

Abstract

본 발명의 일 실시예는, 제1 전극; 상기 제1 전극 상의 제2 전극; 및 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 배치된 PDLC층을 포함하고, 상기 PDLC층은 액정 방울 및 상기 액정 방울을 둘러싸는 고분자를 포함하고, 상기 액정 방울은 0.8 내지 1.5㎛ 범위의 크기를 갖고, 상기 PDLC층은 15 내지 25㎛ 범위의 두께를 갖고, 개별적으로 구동되는 다중의 도메인을 갖는, 고분자 분산 액정 디스플레이를 제공하고자 한다.

Description

잔상이 개선된 고분자 분산 액정 디스플레이 {Polymer Dispersed Liquid Crystal Display with the improved image sticking}

본 발명은 스마트 윈도우의 한 종류인 고분자 분산 액정 디스플레이(Polymer Dispersed Liquid Crystal Display, PDLCD)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 헤이즈 차이로 인해 발생하는 잔상이 개선된 고분자 분산 액정 디스플레이(Polymer Dispersed Liquid Crystal Display, PDLCD)에 관한 것이다.

고분자 분산 액정(PDLC) 디스플레이는 제작이 간편하고, 전력소모가 작다는 장점을 갖고 있다. PDLC는 현재 가장 널리 사용되는 스마트 윈도우 중 하나이다.

일반적으로, 고분자 분산 액정 디스플레이(PDLCD)는 고분자계에 액정이 분산되어 있는 것으로, 초기 전위차가 없는 경우 입사된 광이 산란되는 산란 상태와 필름에 전위차를 가하여 액정 분자를 빛의 방향과 같은 방향으로 정렬시켜 입사된 광이 산란없이 통과되어 투명하게 보이는 투명 상태를 제어할 수 있는 것이다.

한편, 고분자 분산 액정 디스플레이(PDLCD)는 복수의 도메인을 개별적으로 구동할 수 있다. 그러나, 개별 구동하는 도메인 중 어느 하나를 산란모드로 변경 시 인접한 다른 도메인과 액정 배열 상태가 달라 도메인 간 헤이즈 차이로 인해 잔생이 발생하는 문제가 발생하며, 이후 시간이 지나 도메인 간 헤이즈 차이가 발생하지 않으면 잔상은 사라진다.

따라서, 고분자 분산 액정 디스플레이(PDLCD)에서 도메인간 잔상이 개선되도록 하는 연구가 지속적으로 이루어지고 있다.

본 발명의 일 실시예는, 잔상이 개선된 고분자 분산 액정 디스플레이를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예는, 고분자 분산 액정 디스플레이를 이용하여 제조된, 스마트 윈도우를 제공하고자 한다.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 제1 전극; 상기 제1 전극 상의 제2 전극; 및 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 배치된 PDLC층을 포함하고, 상기 PDLC층은 액정 방울 및 상기 액정 방울을 둘러싸는 고분자를 포함하고, 상기 액정 방울은 0.8 내지 1.5㎛ 범위의 크기를 갖고, 상기 PDLC층은 15 내지 25㎛ 범위의 두께를 갖고, 개별적으로 구동되는 다중의 도메인을 갖는, 고분자 분산 액정 디스플레이를 제공하고자 한다.

상기 고분자는 하기 화학식 1로 표현되는 제1 화합물을 포함하는 고분자 전구체에 의하여 형성될 수 있다.

상기 제1 화합물은 상기 고분자 전구체의 전체 함량 대비 5 내지 50중량%일 수 있다.

상기 액정 방울은 하기 화학식 2로 표현되는 제2 화합물을 포함할 수 있다.

상기 제2 화합물은, 상기 액정 방울의 전체 함량 대비 3 내지 20중량%일 수 있다.

상기 액정 방울은 하기 화학식 3으로 표현되는 제3 화합물을 포함할 수 있다.

상기 제3 화합물은 50 내지 1000ppm 범위의 농도를 가질 수 있다.

상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 투명 전도성 재료를 포함할 수 있다.

상기 투명 전도성 재료는, ITO(Indium tin oxide), IZO(Indium zinc oxide)중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예는 상기 고분자 분산 액정 디스플레이를 이용하여 제조된 스마트 윈도우를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 분산 액정 디스플레이는, 도메인간 헤이즈 차이로 인한 잔상을 개선할 수 있다.

위에서 언급된 효과 외에도, 본 발명의 다른 특징 및 이점들이 이하에서 기술되거나, 그러한 기술 및 설명으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 분산 액정 디스플레이의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 분산 액정 디스플레이에서의 잔상을 보여주는 도면이다.
도 3은 전기장에 따른 액정 방울 내 액정의 움직임을 보여주는 도면이다.
도 4A 내지 4C는 고분자 분산 액정 디스플레이의 제작 과정을 보여주는 도면이다.
도 5는 헤이즈 측정 방식을 보여주는 개략도이다.

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 알려주기 위해 제공되는 것이다.

본 발명의 실시예들을 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로, 본 발명이 도면에 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 구성 요소는 동일 참조 부호로 지칭될 수 있다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명은 생략된다.

본 명세서에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이라는 표현이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소가 단수로 표현된 경우, 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함한다.

구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.

예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이라는 표현이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수 있다.

공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below, beneath)", "하부 (lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작 시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below)" 또는 "아래(beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓여 질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 마찬가지로, 예시적인 용어인 "위" 또는 "상"은 위와 아래의 방향을 모두 포함할 수 있다.

시간 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~후에', '~에 이어서', '~다음에', '~전에' 등으로 시간적 선후 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이라는 표현이 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.

"적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제1 항목, 제2 항목 및 제3 항목 중에서 적어도 하나"의 의미는 제1 항목, 제2 항목 또는 제3 항목 각각 뿐만 아니라 제1 항목, 제2 항목 및 제3 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 실시될 수도 있다.

본 발명의 실시예들을 설명하는 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 분산 액정 디스플레이(100)의 단면도이다.

도 1을 참조하면, 고분자 분산 액정 디스플레이(100)는 제1 전극(121) 및 제2 전극(122)을 포함할 수 있다.

제1 전극(121) 및 제2 전극(122)은 모두 투명 전도성 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(121) 및 제2 전극(122)은 모두 ITO(Indium tin oxide), IZO(Indium zinc oxide)중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 바람직하게는 제1 전극(121) 및 제2 전극(122)은 ITO(Indium tin oxide)일 수 있다.

도 1을 참조하면, 고분자 분산 액정 디스플레이(100)는 PDLC층(110)을 포함할 수 있다. 구체적으로, PDLC층(110)은 제1 전극(121) 및 제2 전극(122) 사이에 배치될 수 있다.

도면에는 도시되지 않았지만, 고분자 분산 액정 디스플레이(100)는 제1 기판 및 제2 기판을 포함할 수 있다. 구체적으로, 제1 기판 및 제2 기판은 모두 투명한 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 기판 및 제2 기판은 유리 단일층, 투명 플라스틱 필름 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, PDLC층(110)은 액정 방울(111) 및 고분자(112)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 액정 방울(111)은 PDLC층 (110) 내에 복수 개로 분포할 수 있다. 구체적으로, PDLC층 (111)은 액정 방울(111) 및 고분자(112)로 이루어지며, 고분자(112)는 액정 방울(111)을 둘러싼다.

액정 방울(111)은 고분자(112)와 상 분리가 일어난다. 구체적으로, 고분자 액정 혼합물(113)을 경화 시키는 경우, PDLC층(110)이 형성되고, PDLC층(110) 내의 액정 방울(111)과 고분자(112)의 분산성이 증가할 수 있다. 이 과정에서, 고분자(112)는 액정 방울(111)과 상(phase) 분리가 일어나고 액정 방울(111)과 구별될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, PDLC층 (110)은 15 내지 25㎛ 범위의 두께를 가질 수 있다. 구체적으로, 액정 방울(111)의 산란 및 고분자 분산 액정 디스플레이(100)의 제조 공정 안정성을 위하여, PDLC층 (110)은 15 내지 25㎛ 범위의 두께를 갖는 것이 바람직하다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 분산 액정 디스플레이에서의 잔상을 보여주는 도면이다.

도 2를 참조하면, 고분자 분산 액정 디스플레이(100)의 제2 도메인(D2)이 투과 모드에서 산란 모드로 변경하는 경우 인접한 다른 제1 도메인(D1)과의 헤이즈 차이로 인해 잔상이 발생하게 된다. 구체적으로, 이러한 차이의 원인은 제1 도메인(D1)과 제2 도메인(D2)의 액정 배열이 동일하지 않아 발생한다.

도 2의 (a)를 참조하면, 고분자 분산 액정 디스플레이(100)는 개별적으로 구동되는 다중의 도메인을 가지며, 그 중 제1 도메인(D1)은 산란 상태이고, 제2 도메인(D2)은 투과 상태이다.

다음, 도 2의 (b)를 참조하면, 일정 시간(T1)을 거쳐, 제2 도메인(D2)을 투과 모드에서 산란 모드로 변경하는 경우, 제1 도메인(D1)과 제2 도메인(D2)간의 헤이즈 차이가 발생하여 잔상이 발생하게 된다.

다음 도 2의 (c)를 참조하면, 일정 시간(T2)이 지난 후 제2 도메인(D2)이 완전히 산란 모드로 변경되어, 제1 도메인(D1)과 제2 도메인(D2) 간의 헤이즈 차이가 발생하지 않아, 잔상이 발생하지 않게 된다. 따라서, 헤이즈 차이로 인한 잔상이 개선되기 위해서는 T2의 시간이 짧아져야 한다. 구체적으로, 특정 도메인을 산란 모드로 변경하는 경우, 완전한 산란 모드가 되기 위한 시간(T2)이 짧아질 필요가 있다.

대채로 잔상의 수치적인 정의는 도 2 (a) 상태에서 D2를 on에서 off로 변경 5초 뒤, D1과 D2의 헤이즈 차이(Δhaze)를 의미한다. Δhaze가 0.3% 이면 대체로 잔상을 느끼지 못하지만, 0.3%를 초과하면 잔상을 느낀다.

도 3은 전기장에 따른 액정 방울 내 액정의 움직임을 보여주는 도면이다.

구체적으로, 도 3을 참조하면, (1) 상태에서 (3) 상태로 변화하는 것은 산란 상태에서 투과 상태로 변화하는 단계를 보여주고, (3) 상태에서 (1) 상태로 변화하는 것은 투과 상태에서 산란 상태로 변화하는 것을 의미한다. 실질적으로, 도 3의 (3) 상태에서 (1) 상태로 변화하는 과정은 도 2의 제2 도메인(D2)이 투과 상태에서 산란 상태로 변화하는 것에 대응된다. 즉, 도 3의 (4) 상태에서 (1) 상태로 변화하는 시간이 도 2의 T2 시간에 대응된다.

도 2 및 도 3에 따르면, (4) 상태에서 (1) 상태로 변화하는 시간(T2)이 짧아지기 위해서는, 액정 방울(111)의 표면에서 액정을 끌어당기는 힘 또는 표면 에너지가 커야 한다. 구체적으로, 액정 방울(111)과 고분자(112)는 동일한 유기 물질로서 상호 작용을 한다. 도 3을 참조하면, (3) 상태에서 (1) 상태로 진행하는 과정에서 전계가 제거된 경우, 액정은 액정 방울(111)의 표면에서 평행하도록 배열되는 것이 자유 에너지 관점에서 유리하다. 만약, 액정 방울(111)의 크기가 작으면, 체적 대비 표면적이 커서, 액정이 보다 쉽게 액정 방울(111)의 표면과 평행하도록 배열되므로, 도 3의 (4) 상태에서 (1) 상태로 빠르게 진행된다.

이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 액정 방울(111)은 0.8 내지 1.5㎛ 범위의 크기를 가질 수 있다. 액정 방울(111)의 크기가 0.8 내지 1.5㎛ 범위인 경우, 투과 상태에서 산란 상태로 변경하는 경우, 빠르게 산란 상태로 진행하게 되어 헤이즈 차이가 발생하지 않게 되고, 그로 인해, 잔상이 발생하지 않게 된다. 여기서 잔상이 발생하지 않는다는 의미는 도메인간 헤이즈 차이가 0.3% 이내를 의미힌다. 헤이즈 차이가 0.3% 이하이 경우 시각적으로 사람이 헤이즈의 차이를 느끼지 못한다.

반면, 액정 방울(111)이 0.8㎛ 미만의 크기를 갖는 경우, 고분자 분산 액정 디스플레이(100)에서 붉은색 파장이 산란되지 않는다. 그 결과, 고분자 분산 액정 디스플레이(100)가 전반적으로 붉은 색을 띄게 된다. 또한, 산란 효율이 떨어져, 산란 상태에서 헤이즈가 감소하는 문제가 발생하게 된다.

또한, 액정 방울(111)이 1.5㎛ 초과의 크기를 갖는 경우, 잔상이 빠른 시간내에 제거되지 않는다. 일 실시예 및 비교예에 따르면 1.5㎛를 초과하면 PDLC를 on상태에서 off 상태로 변경 후 5s이내에 헤이즈 차이는 0.3%를 초과한다. 따라서, 잔상을 개선하기 위해서 액정 방울(111)은 0.8 내지 1.5㎛ 범위로 조절된다. 보다 바람직하게는, 액정 방울은 0.8 내지 1.3㎛ 범위로 조절될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, PDLC층(110) 내의 액정 방울(111)은 공정 상의 경화조건에 의해 조절된다. 구체적으로, 경화조건은 자외선 세기는 2 내지 6mW/cm², 경화 시 온도는 25 내지 45℃이다. 그 결과, 액정 방울(111)의 크기가 0.8 내지 1.5㎛ 범위로 조절될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 고분자 분산 액정 디스플레이(100)의 잔상을 개선시키기 위해서 고분자(112)의 계면 에너지가 증가할 필요가 있다. 구체적으로, 고분자(112)와 액정 방울(111)의 계면에서 액정과 고분자(112)의 상호 작용을 증가시켜 계면의 에너지가 증가하면 잔상을 개선할 수 있다.

액정은 시아노기(-CN) 또는 불소(-F) 등이 치환되어 있다. 이러한 치환기는 유도 쌍극자의 특성을 살리기 위해 전기 음성도가 큰 원자들로 구성되어 있다. 만약, 계면에 하이드록시기(-OH)가 있다면 계면의 수소와 액정의 불소 또는 질소는 수소 결합을 할 수 있다. 따라서, 계면에 하이드록시기(-OH)가 있다면 계면의 에너지가 증가하게 되고, 고분자(112)와 액정의 상호 작용이 증가하여 잔상을 개선될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 고분자(112)는 하기 화학식 1로 표현되는 제1 화합물을 포함하는 고분자 전구체에 의하여 형성될 수 있다.

이 때, 고분자 전구체는 고분자(112)가 경화되기 전이라고 할 수 있다. 구체적으로, 고분자 전구체는 화학식 1로 표현되는 제1 화합물을 포함하고, 경화에 의해 고분자(112)가 형성될 수 있다.

[화학식 1]

M은 메틸기 또는 수소를 의미하고, n, m은 0 내지 9이고, n과 m을 더한 값은 1 내지 10이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 화학식 1은 하기 화학식 1-1 내지 1-13 중에서 선택되는 어느 하나의 그룹일 수 있다.

[화학식 1-1]

[화학식 1-2]

[화학식 1-3]

[화학식 1-4]

[화학식 1-5]

[화학식 1-6]

[화학식 1-7]

[화학식 1-8]

[화학식 1-9]

[화학식 1-10]

[화학식 1-11]

[화학식 1-12]

[화학식 1-13]

본 발명의 일 실시예에 따르면, 화학식 1로 표현되는 제1 화합물은 고분자 전구체의 전체 함량 대비 5 내지 50중량%일 수 있다. 계면의 에너지가 증가하여 잔상을 개선하기 위해서는 제1 화합물은 고분자 전구체의 전체 함량 대비 5 내지 50 중량%일 필요가 있다.

반면, 제1 화합물이 고분자 전구체의 전체 함량 대비 5 중량% 미만인 경우, 제1 화합물에 의한 잔상 개선 효과가 발생하지 않게 된다.

또한, 제1 화합물이 고분자 전구체의 전체 함량 대비 50 중량% 초과인 경우, 고분자의 다른 물성을 제어하는데 어려움이 있을 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 액정 방울(111)은 화학식 2로 표현되는 제2 화합물을 포함할 수 있다.

[화학식 2]

화학식 2에서 R¹¹은 C2~C10의 알킬기, 에틸렌기, 알콕시기 중 적어도 하나를 의미하고, 고리 A는 페닐기 또는 사이클로헥실기를 의미하며, (F)는 불소 또는 수소를 의미하고, R²²는 C2~C10의 알킬기, 불소 또는 시아노기를 의미한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 화학식 2은 하기 화학식 2-1 내지 2-11 중에서 선택되는 어느 하나의 그룹일 수 있다.

[화학식 2-1]

[화학식 2-2]

[화학식 2-3]

[화학식 2-4]

[화학식 2-5]

[화학식 2-6]

[화학식 2-7]

[화학식 2-8]

[화학식 2-9]

[화학식 2-10]

[화학식 2-11]

제2 화합물은 액정 방울(111)의 투명점을 100℃ 이상으로 유지하기 위해서는 필수적인 물질이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 화학식 2로 표현되는 제2 화합물은 3 내지 20 중량%일 수 있다. 구체적으로 중량%는, 액정 방울(111)의 전체 함량 대비 3 내지 20 중량%를 의미한다. 액정 방울(111)이 100℃ 이상의 투명점을 유지하기 위해서는 제2 화합물이 3 내지 20 중량%로 유지될 필요가 있다.

반면, 제2 화합물이 3 중량% 미만인 경우, 액정 방울(111)의 투명점을 90℃ 이상으로 유지하기 힘들 수 있다.

또한, 제2 화합물이 20 중량% 초과인 경우, 저온에서 결정화되는 가능성이 커져, 결정이 석출되는 문제가 발생하게 된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 액정 방울(111)은 화학식 3으로 표현되는 제3 화합물을 더 포함할 수 있다.

[화학식 3]

화학식 3으로 표현되는 제3 화합물은 PDLC층(110)에서 열에 의한 라디칼 반응 시 연쇄 반응을 막는 역할을 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제3 화합물은 50 내지 1000ppm 범위의 농도를 가질 수 있다. PDLC층(110)의 열적 안정성을 확보하기 위해서는 제3 화합물은 50 내지 1000ppm 범위의 농도로 유지될 필요가 있다.

반면, 제3 화합물의 농도가 50ppm 미만인 경우, PDLC층(110)에서 열에 의한 라디칼 반응을 막는 효과가 저하되는 문제가 발생하고, 그 결과, PDLC층 (110)에서의 열적 안정성이 저하된다.

또한, 제3 화합물의 농도가 1000ppm 초과인 경우, 액정 방울(111)의 투명점이 낮아져 고분자 분산 액정 디스플레이(100)의 전기 광학 특성이 저하되는 문제가 발생한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 고분자 분산 액정 디스플레이(100)는 제1 전극(121) 및 제2 전극(122)에 구동전압을 가해줄 수 있는 전원(130)이 제공될 수 있다.

도 4C를 참조하면, 제1 전극(121) 및 제2 전극(122)에 구동 전압이 가해지지 않은 상태, 즉 개회로(open circuit) 상태에서는 제1 전극(121) 및 제2 전극(122) 사이에 전기장이 발생되지 않을 수 있다. 이 경우, 액정 방울(111)은 일정한 방향성 없이 배치되어, 입사된 광(Incident Light)이 산란되어 불투명하게 보이는 산란 상태가 된다.

또한, 도 4C를 참조하면, 제1 전극(121), 제2 전극(122) 및 전원(130)이 전기적으로 연결되어 폐회로(closed circuit) 상태에서는 제1 전극(121) 및 제2 전극(122) 사이에 전기장이 발생될 수 있다. 전기장의 방향은 제1 전극(121) 및 제2 전극(122)에 수직한 방향일 수 있다. 액정 방울(111)은 전기장에 평행한 방향으로 정렬될 수 있다. 즉 액정 방울(111)의 장축은 전기장의 방향과 평행하게 배치되어, 입사된 광(Incident Light)이 산란없이 통과되어 투명하게 보이는 투과 상태가 된다.

도 4A 내지 4C는 고분자 분산 액정 디스플레이(100)의 제작 과정을 보여주는 도면이다.

구체적으로, 도 4A를 참조하면, 고분자 분산 액정 디스플레이(100)의 제작 공정은 고분자 액정 혼합물(113)을 제1 전극(121)의 일면에 도포한 다음 그 위에 제2 전극(122)을 롤러를 이용해 합치시켜 고분자 분산 액정 셀(101)을 제조하였다.

그 다음, 도 4B를 참조하면, 고분자 액정 혼합물(113)을 포함한 제1 전극(121)에 자외선(UV)을 조사하여 고분자 액정 혼합물(113)을 경화시켜, 고분자 분산 액정 디스플레이(100)를 제조하였다.

그 다음, 도 4C를 참조하면, 제1 전극(121) 및 제2 전극(122)를 연결하는 전원(130)을 설치할 수 있다.

이 때, 제1 전극(121) 및 제2 전극(122)에 구동 전압이 가해지지 않은 상태, 즉 개회로(open circuit) 상태에서는 제1 전극(121) 및 제2 전극(122) 사이에 전기장이 발생되지 않을 수 있다. 이 경우, 액정 방울(111)은 일정한 방향성 없이 배치될 수 있다.

또한, 제1 전극(121), 제2 전극(122) 및 전원(130)이 전기적으로 연결되어 폐회로(closed circuit) 상태에서는 제1 전극(121) 및 제2 전극(122) 사이에 전기장이 발생될 수 있다. 전기장의 방향은 제1 전극(121) 및 제2 전극(122)에 수직한 방향일 수 있다. 액정 방울(111)은 전기장에 평행한 방향으로 정렬될 수 있다. 즉 액정 방울(111)의 장축은 전기장의 방향과 평행할 수 있다.

도 5는 헤이즈 측정 방식을 보여주는 개략도이다.

구체적으로, 도 5은 고분자 분산 액정(PDLC)에 대한 헤이즈 측정 방식을 보여주는 개략도이다. 여기서, 고분자 분산 액정(PDLC)는 본 발명의 PDLC층(110)에 대응될 수 있다.

도 5을 참조하면, 고분자 분산 액정(PDLC)으로 입사하는 광을 I₀라 하고, 입사한 광(I₀)이 ±2.5°의 오차범위에서 정면으로 투과하는 광을 I_r이라 하며, 투과한 광 중 정면으로 투과하는 광(I_r)을 제외한 광을 I_s라 할 때, 헤이즈는 I_s/(I_r+I_s)로 정의된다.

이하에서는, 실시예들 및 비교예들을 통해 본 발명을 구체적으로 설명한다. 다만, 하기의 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐으로, 본 발명의 권리범위가 이들 실시예들로 제한되지 않는다.

실시예 1-4 및 비교예 1-3

본 발명의 개선 사항을 위해, 여러가지 고분자/액정 혼합물을 이용하여 고분자 분산 액정 디스플레이를 제조하였다. 고분자/액정 혼합물의 함량은 아래 표 1과 같다.

[실시예 1]

고분자 전구체는 표 1과 같은 함량으로 진행하였으며, 제1 화합물의 비율이 10%이다. 액정은 HGKH-015(Bayi사)을 사용하였으며 제2 화합물로 (화학식 2-4) 3중량%와 (화학식 2-5) 4중량%가 있으며, 제3 화합물로 산화 방지제(4-sec-Butyl-2,6-di-tert-butylphenol; TIC사) 0.03 중량%가 되도록 추가하였다. 고분자 전구체와 액정을 50:50 비율로 혼합 후 개시제를 1중량% 되도록 혼합하여 "고분자/액정 혼합물"을 만들었다.

제1 전극 및 제2 전극은 도요보사의 A4165 PET 필름에 ITO를 스퍼터링하여 사용하였으며, 레이져 트리머(laser trimmer)를 이용하여 ITO 전극층을 60㎛ 폭으로 제거한 한 것을 화소전극 ITO-PET로 사용하였다. 이러한 화소전극 ITO-PET에 고분자/액정 혼합물을 슬롯다이로 코팅 후 공통전극 ITO-PET와 합지하고 365nm 파장의 3mW/cm2 자외선 램프를 이용하여 적산광량 1J 진행하였다. 제조 후 17㎛의 PDLC 층을 제조하였고, 액정 방울의 크기는 아래 표 1과 같다.

[실시예 2-4, 비교예 1-3]

고분자 전구체는 표 1의 함량에 따라 준비하였다. 액정은 비교예 1을 제외하고 HGKH-015 액정을 사용하였으며, 제 2 화합물은 7% 함유하고 있다. 제 3 화합물은 표 1과 같이 실시예 2 내지 4는 0.03중량%, 비교예 1 내지 3은 추가하지 않았다. 비교예 1의 액정은 E7(머크사)으로 제 2 화합물과 제 3 화합물이 없다.

그 외 PDLC 필름을 만드는 과정은 실시예 1과 동일하며 결과를 표 1에 정리하였다.

구분			실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	비교예1	비교예2	비교예3
고분자 전구체 구성비 (중량%)	NOA65		50	46	47	47	51	51	51
	2-EHA		20	20	20	20	45	45	40
	2-EHMA		0	0	0	0	0	0	5
	HDDA		20	4	3	3	4	4	4
	제1 화합물	HEM	10	15	20	20	0	0	0
	제1 화합물	4-HBA	0	15	10	10	0	0	0
액정 방울 구성비 (중량%)	액정 종류		HGKH-015	HGKH-015	HGKH-015	HGKH-015	E7	HGKH-015	HGKH-015
	제2 화합물		7	7	7	7	0	7	7
	제3 화합물		0.03	0.03	0.03	0.03	0	0	0
TPO(중량%)			1	1	1	1	1	1	1
액정 방울 크기(㎛)			1.2	1.0	1.0	1.2	1.7	1.7	2.5
잔상 결과	Haze(잔상)(%)		0.25	0.18	0.17	0.15	0.90	0.90	1.1
신뢰성 결과	Haze(신뢰성)(%)		0.2	0.2	0.2	0.2	3.0	3.0	2.6
90℃ 헤이즈	90℃ OFF 산란 헤이즈(%)		90	89	90	91	20	84	85

NOA65: Norland Optical Adhesive 65(에드몬드 옵틱스 코리아)

2-EHA: 2-Ethylhexyl Acrylate(알드리치)

2-EHMA: 2-Ethylhexyl Methacrylate(알드리치)

HDDA: 1,6-hexanediol diacrylate(알드리치)

HEM: 2-Hydroxyethyl methacrylate(알드리치)

4-HBA: 4-Hydroxybutyl Acrylate(알드리치)

TPO: 2,4,6-트리메틸벤조일-디페닐-포스핀옥사이드(Ciba Special Chemicals)

이와 같이 제조된 실시예 1-4 및 비교예 1-3의 고분자 분산 액정 디스플레이들에 대해 i) Haze(잔상), ii) Haze(신뢰성), iii) 90℃ OFF 산란 헤이즈를 확인하였다.

i) Haze(잔상) 측정

도 2를 참고하면, 제2 도메인(D2)을 48V로 전압을 10초 동안 가한 후 전압을 Off 상태로 변경하여 5초 뒤에 헤이즈(Haze 2)를 측정하고, 이후 제1 도메인(D1)의 Off 상태에서 헤이즈(Haze 1)를 측정한 후, Haze 1에서 Haze 2를 뺀 것을 Haze(잔상)로 표현하였다.

Haze(신뢰성)

도 2를 참고하면, 제2 도메인(D2)을 48V로 전압을 가한 후 헤이즈(Haze A)를 측정하고, 이후 Off 상태의 고분자 분산 액정 디스플레이를 85℃의 고온 챔버에 넣고 168시간 가열한 후 고분자 분산 액정 디스플레이를 상온으로 식혀 제2 도메인(D2)을 48V로 전압을 가한 후 헤이즈(Haze B)를 측정하였다. 이 때, Haze A에서 Haze B 뺀 값을 Haze(신뢰성)로 표현하였다.

iii) 90℃ OFF 산란 헤이즈

90℃ OFF 산란 헤이즈는 고분자 분산 액정 디스플레이를 90℃로 가열하여 전기가 인가되지 않은 상태에서 측정한 헤이즈를 의미한다.

iv) 헤이즈 측정

고분자 분산 액정(PDLC)으로 입사하는 광을 I₀라 하고, 입사한 광(I₀)이 ±2.5°의 오차범위에서 정면으로 투과하는 광을 I_r이라 하며, 투과한 광 중 정면으로 투과하는 광(I_r)을 제외한 광을 I_s라 할 때, 헤이즈는 I_s/(I_r+I_s)로 정의된다.

헤이즈 측정기기는 Nippon Denshoku사의 NDH 7000II을 이용하였으며, 측정 표준을 ASTM D 1003을 사용하였다.

표 1을 참조하면 다음과 같은 결과를 확인 할수 있다.

실시예 1 내지 실시예 4를 보면 액정 방울의 크기가 1.5㎛이하로 Δhaze(잔상)이 0.3% 이하로 잔상 수준이 매우 좋은 것을 알 수 있다. 또한 고분자에서 제 1 화합물의 비율이 30 중량%인 실시예 2 내지 실시예 4의 ΔHaze(잔상)이 0.2% 이하이지만 제 1 화합물의 비율이 10 중량%인 실시예 1은 ΔHaze(잔상)이 0.25%로 다른 실시예에 비해 높다, 결과적으로 액정 방울의 크기가 작고, 제1 화합물의 비율이 많을수록 잔상이 낮은 것을 알 수 있다. 이에 비해 액정 방울의 크기가 1.5㎛이상이고, 제1 화합물이 포함되지 않은 비교예 1 내지 비교예 3은 ΔHaze(잔상)이 0.9% 이상으로 매우 높은 것을 알 수 있다.

또한 액정에 제2 화합물을 포함한 실시예는 ΔHaze(신뢰성)이 0.5% 이내 이지만, 제 2 화합물이 없는 비교예는 ΔHaze(신뢰성)이 2.0% 이상이다. 이와 같이 제2 화합물은 열에 의한 PDLC층의 열화를 막아주는 역할을 한다.

또한 제3 화합물이 없는 비교예 1은 90℃ OFF 산란 헤이즈(%)은 20%로 차폐 능력을 거의 상실하였으나, 다른 실시예 및 비교예는 85% 이상으로 매우 좋은 값을 나타내고 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 기술적 사항을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미, 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 고분자 분산 액정 디스플레이 110: PDLC 층
111: 액정 방울 112: 고분자
121: 제1 전극 122: 제2 전극
130: 전원

Claims

제1 전극;
상기 제1 전극 상의 제2 전극; 및
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 배치된 PDLC층을 포함하고,
상기 PDLC층은 액정 방울 및 상기 액정 방울을 둘러싸는 고분자를 포함하고,
상기 액정 방울은 0.8 내지 1.5㎛ 범위의 크기를 갖고,
상기 PDLC층은 15 내지 25㎛ 범위의 두께를 갖고,
개별적으로 구동되는 다중의 도메인을 갖는, 고분자 분산 액정 디스플레이.
제1항에 있어서,
상기 고분자는 하기 화학식 1로 표현되는 제1 화합물을 포함하는 고분자 전구체에 의하여 형성된, 고분자 분산 액정 디스플레이:
[화학식 1]

M은 메틸기 또는 수소를 의미하고,
n, m은 0 내지 9이고,
n과 m을 더한 값은 1 내지 10이다.
제2항에 있어서,
상기 제1 화합물은 상기 고분자 전구체의 전체 함량 대비 5 내지 50중량%인, 고분자 분산 액정 디스플레이.
제1항에 있어서,
상기 액정 방울은 하기 화학식 2로 표현되는 제2 화합물을 포함하는 고분자 분산 액정 디스플레이:
[화학식 2]

R¹¹은 C2~C10의 알킬기, 에틸렌기, 알콕시기 중 적어도 하나를 의미하고,
(F)는 불소 또는 수소를 의미하고,
고리 A는 페닐기 또는 사이클로헥실기를 의미하고,
R²²은 C2~C10의 알킬기, 불소 또는 시아노기를 의미한다.
제4항에 있어서,
상기 제2 화합물은, 상기 액정 방울의 전체 함량 대비 3 내지 20중량%인, 고분자 분산 액정 디스플레이.
제1항에 있어서,
상기 액정 방울은 하기 화학식 3으로 표현되는 제3 화합물을 포함하는, 고분자 분산 액정 디스플레이:
[화학식 3]
제6항에 있어서,
상기 제3 화합물은 50 내지 1000ppm 범위의 농도를 갖는, 고분자 분산 액정 디스플레이.
제1항에 있어서,
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 투명 전도성 재료를 포함하는, 고분자 분산 액정 디스플레이.
제8항에 있어서,
상기 투명 전도성 재료는, ITO(Indium tin oxide), IZO(Indium zinc oxide)중 적어도 하나를 포함하는, 고분자 분산 액정 디스플레이.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 고분자 분산 액정 디스플레이를 이용하여 제조된, 스마트 윈도우.