KR101333784B1 - 액정 캡슐 제조 장치 및 그 방법, 그리고 액정 캡슐을 포함하는 액정 표시 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 액정 캡슐 제조 장치는 액정이 흐르는 적어도 하나 이상의 제1 유관, 캡슐막 물질이 흐르는 적어도 하나 이상의 제2 유관, 상기 제1 유관의 유출부 및 상기 제2 유관의 유출부에 유입부가 연결되어 있는 제3 유관, 그리고 상기 액정 액적을 경화시켜 액정 캡슐을 제조하는 경화기를 포함할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 액정 캡슐 제조 장치는 제1 유관 및 제2 유관에 각각 액정과 캡슐막 물질을 유입하고, 액정과 캡슐막 물질의 유량비, 유동 속도 등을 조절함으로써 균일한 크기의 액정 캡슐을 제조할 수 있다.

Description

액정 캡슐 제조 장치 및 그 방법, 그리고 액정 캡슐을 포함하는 액정 표시 장치{APPARATUS AND METHOD FOR MAKING ENCAPSULATED LIQUID CRYSTAL, AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY INCLUDING ENCAPSULATED LIQUID CRYSTAL}

본 발명은 액정 캡슐 제조 장치 및 그 방법, 그리고 액정 캡슐을 포함하는 액정 표시 장치에 관한 것이다.

액정 표시 장치(Liquid Crystal Display)는 현재 가장 널리 사용되고 있는 평판 표시 장치(Flat Panel Display) 중 하나로서, 전극이 형성되어 있는 두 장의 기판과 그 사이에 삽입되어 있는 액정층으로 이루어져, 전극에 전압을 인가하여 액정층의 액정 분자들을 재배열시킴으로써 투과되는 빛의 양을 조절하는 표시 장치이다.

액정 표시 장치의 액정층이 복수개의 액정 캡슐로 형성된 경우에는 액정 표시 장치가 휘거나 액정 표시 장치의 표면에 압력이 가해질 때 발생하는 화면 왜곡 현상을 최소화할 수 있다.

이러한 액정 캡슐은 일반적으로 교반기를 이용하여 액정과 캡슐막 물질을 교반시켜 제조한다. 그러나, 이 경우 액정 캡슐의 크기를 균일하게 구현하기 어렵다. 불균일한 크기의 액정 캡슐을 이용한 액정 표시 장치는 액정 캡슐의 크기에 따라 전기 광학적 특성이 달라지며, 액정 캡슐의 크기가 불균일하므로 액정 캡슐을 이루는 액정과 캡슐막 간의 굴절율 차이로 인해 산란이 발생하여 광특성이 저하된다.

본 발명은 전술한 배경 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 균일한 크기의 액정 캡슐을 제조할 수 있는 액정 캡슐 제조 장치 및 그 방법, 그리고 액정 캡슐을 포함하는 액정 표시 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 액정 캡슐 제조 장치는 액정이 흐르는 적어도 하나 이상의 제1 유관, 캡슐막 물질이 흐르는 적어도 하나 이상의 제2 유관, 상기 제1 유관의 유출부 및 상기 제2 유관의 유출부에 유입부가 연결되어 있으며, 상기 액정 및 캡슐막 물질이 혼합된 액정 액적이 흐르는 제3 유관, 그리고 상기 액정 액적을 경화시켜 액정 캡슐을 제조하는 경화기를 포함할 수 있다.

상기 제1 유관의 유출부, 상기 제2 유관의 유출부 및 상기 제3 유관의 유입부가 동시에 만나는 액정 액적 생성부에서 상기 액정 및 캡슐막 물질은 혼합하여 액정 액적을 생성할 수 있다.

상기 제1 유관에 상기 액정을 유입시키는 제1 유입기, 상기 제2 유관에 상기 캡슐막 물질을 유입시키는 제2 유입기를 더 포함할 수 있다.

상기 제1 유입기의 압력을 조절하여 상기 제1 유관을 흐르는 상기 액정의 유량 및 유동 속도를 조절하고, 상기 제2 유입기의 압력을 조절하여 상기 제2 유관을 흐르는 상기 캡슐막 물질의 유량 및 유동 속도를 조절할 수 있다.

상기 캡슐막 물질은 실리카계 또는 플로린계의 광경화 계면활성제이거나, 다른 종류의 경화가능한 계면활성제 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.

상기 캡슐막 물질은 이온화 젤라틴, 폴리비닐 알콜, 라텍스 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.

상기 제1 유관 내지 제3 유관의 직경은 마이크로 미터 단위의 크기일 수 있다.

상기 제2 유관과 상기 제3 유관은 동일 직선상에 위치하고, 상기 제1 유관은 상기 제2 유관 및 제3 유관과 상기 액정 액적 생성부에서 직교할 수 있다.

상기 제1 유관과 상기 제3 유관은 동일 직선상에 위치하고, 상기 제2 유관은 상기 제1 유관 및 제3 유관과 상기 액정 액적 생성부에서 직교할 수 있다.

상기 제1 유관과 상기 제3 유관은 동일 직선상에 위치하고, 상기 제2 유관은 상기 제1 유관 및 제3 유관과 상기 액정 액적 생성부에서 직교하며, 상기 제2 유관은 상기 액정 액적 생성부에서 만나는 상부 제2 유관 및 하부 제2 유관을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 캡슐 제조 방법은 제1 유입기를 이용하여 제1 유관에 액정을 유입시키는 단계, 제2 유입기를 이용하여 제2 유관에 캡슐막 물질을 유입시키는 단계, 상기 제1 유관의 유출부, 상기 제2 유관의 유출부 및 제3 유관의 유입부가 동시에 만나는 액정 액적 생성부에서 상기 액정과 캡슐막 물질이 혼합된 액정 액적을 형성하는 단계, 상기 액정 액적을 경화시켜 액정 캡슐을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 제3 유관 내부를 흐르는 상기 액정 액적의 캡슐막 물질을 경화시켜 상기 액정 캡슐을 제조할 수 있다.

상기 제3 유관에서 유출된 상기 액정 액적의 캡슐막 물질을 경화시켜 상기 액정 캡슐을 제조할 수 있다.

상기 제1 유입기의 압력을 조절하여 상기 제1 유관을 흐르는 상기 액정의 유량 및 유동 속도를 조절하고, 상기 제2 유입기의 압력을 조절하여 상기 제2 유관을 흐르는 상기 캡슐막 물질의 유량 및 유동 속도를 조절할 수 있다.

상기 캡슐막 물질은 실리카계 또는 플로린계의 광경화 계면활성제, 다른 종류의 경화가능한 계면활성제, 이온화 젤라틴, 폴리비닐 알콜, 라텍스 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 제1 기판, 상기 제1 기판 위에 형성되어 있는 제1 전극, 상기 하부 기판과 마주하고 있는 제2 기판, 상기 제2 기판 위에 형성되어 있는 제2 전극, 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 형성되어 있으며 액정과 상기 액정을 둘러싸고 있는 캡슐막을 포함하는 복수개의 액정 캡슐을 가지는 액정층을 포함하고, 상기 복수개의 액정 캡슐의 직경은 ±6.5%의 편차를 가질 수 있다.

상기 액정 캡슐은 콜레스테릭 액정과 상기 콜레스테릭 액정을 둘러싸고 있는 콜레스테릭 캡슐막을 포함하는 콜레스테릭 액정 캡슐일 수 있다.

상기 액정 캡슐은 좌선성 콜레스테릭 액정과 상기 좌선성 콜레스테릭 액정을 둘러싸고 있는 좌선성 코레스테릭 캡슐막을 포함하는 좌선성 콜레스테릭 액정 캡슐, 우선성 콜레스테릭 액정과 상기 우선성 콜레스테릭 액정을 둘러싸고 있는 우선성 코레스테릭 캡슐막을 포함하는 우선성 콜레스테릭 액정 캡슐을 포함할 수 있다.

상기 복수개의 좌선성 콜레스테릭 액정 캡슐은 좌선성 콜레스테릭 액정 캡슐층을 이루고, 상기 복수개의 우선성 콜레스테릭 액정 캡슐은 우선성 콜레스테릭 액정 캡슐층을 이룰 수 있다.

상기 액정 캡슐은 네마틱 액정과 상기 네마틱 액정을 둘러싸고 있는 네마틱 캡슐막을 포함하는 네마틱 액정 캡슐일 수 있다.

상기 액정 캡슐층의 상기 액정 캡슐은 분산되어 있을 수 있다.

상기 액정 캡슐층의 상기 액정 캡슐은 적어도 하나의 층을 이루고 있을 수 있다.

상기 액정 캡슐층은 상기 액정 캡슐 사이에 분산되어 있는 나노 입자를 더 포함할 수 있고, 상기 나노 입자는 상기 캡슐막과 유전율이 다를 수 있다.

상기 액정 캡슐의 직경은 10nm 내지 100㎛이고, 상기 캡슐막의 두께는 1nm 내지 10㎛일 수 있다.

본 발명에 따르면, 제1 유관 및 제2 유관에 각각 액정과 캡슐막 물질을 유입하고, 액정과 캡슐막 물질의 유량, 유동 속도 등을 조절함으로써 균일한 크기의 액정 캡슐을 제조할 수 있다.

또한, 균일한 크기의 액정 캡슐을 포함하는 액정층을 형성함으로써 전기광학적 특성이 일정하고 광특성이 우수한 액정 표시 장치를 제조할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 캡슐 제조 장치의 개략도이다.
도 2는 도 1의 A 부분의 확대도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 캡슐 제조 장치를 이용하여 액정 캡슐을 제조하는 방법을 순서대로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 캡슐 제조 장치의 개략도이다
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제5 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제6 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.

그러면 도 1 및 2를 참고로 하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 캡슐 제조 장치에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 캡슐 제조 장치의 개략도이고, 도 2는 도 1의 A 부분의 확대도이다.

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 캡슐 제조 장치는 액정(13)이 흐르는 제1 유관(1), 캡슐막 물질(14)이 흐르는 제2 유관(2), 제1 유관(1)의 유출부 및 제2 유관(2)의 유출부에 유입부가 연결되어 있는 제3 유관(3)을 포함한다.

액정(13)은 콜레스테릭 액정이거나 네마틱 액정일 수 있다. 그리고, 캡슐막 물질(14)은 실리카계 또는 플로린계의 광경화 계면활성제이거나, 다른 종류의 경화가능한 계면활성제일 수 있다. 또한, 캡슐막 물질(14)은 이온화 젤라틴(deionized gelatin), 폴리비닐 알코올(polyvinyl alchohol), 라텍스(latex) 등의 물에 녹을 수 있는 고분자 재료일 수 있다.

그리고, 제1 유관 내지 제3 유관(1, 2, 3)은 폴리다이메틸실록산 (PDMS, polydimethylsiloxane), 실리콘, 유리 등의 틀(T)에 형성된 관 패턴일 수도 있다. 이러한 제1 유관 내지 제3 유관(1, 2, 3)의 직경은 마이크로 미터(㎛) 단위의 크기일 수 있다.

그리고, 제1 유관(1)에 액정(13)을 유입시키는 제1 유입기(5)가 제1 유관(1)의 유입부에 연결되어 있고, 제2 유관(2)에 캡슐막 물질(14)을 유입시키는 제2 유입기(6)가 제2 유관(2)의 유입부에 연결되어 있다. 제1 유입기(5)는 그 압력을 조절하여 제1 유관(1)을 흐르는 액정(13)의 유량 및 유동 속도를 조절하고, 제2 유입기(6)는 그 압력을 조절하여 제2 유관(2)을 흐르는 캡슐막 물질(14)의 유량 및 유동 속도를 조절한다.

제1 유관(1)의 유출부, 제2 유관(2)의 유출부 및 제3 유관(3)의 유입부가 동시에 만나는 부분에 액정 액적 생성부(4)가 형성되어 있다. 제2 유관(2)과 제3 유관(3)은 동일 직선상에 위치하고 있으며, 제1 유관(1)은 제2 유관(2) 및 제3 유관(3)과 액정 캡슐 생성부(4)에서 직교할 수 있으며, 제1 유관(1)과 제2 유관(2)의 위치가 바뀔 수 있다. 이러한 액정 액적 생성부(4)에서 액정(13) 및 캡슐막 물질(14)은 혼합하여 액정 액적(10)을 만든다.

마이크로 미터 단위 크기의 제1 유관(1) 및 제2 유관(2)으로 각각 액정(13) 및 캡슐막을 주입하면 제1 유관(1) 및 제2 유관(2)이 만나는 액정 캡슐 생성부(4)에서 수력학적 불안정성(hydrodynamic instability)에 의해 액정(13) 및 캡슐막 물질(14)이 혼합되어 액정 액적(10)이 생성된다. 캡슐막 물질(14)은 자기 배열(Self-assembly) 효과에 의해 액정의 주위를 둘러 싸고 있다.

그리고, 액정 액적(10)을 경화시키는 경화기(8)가 제1 유관 내지 제3 유관(1, 2, 3)과 소정 간격 이격되어 설치되어 있다. 경화기(8)는 액정 액적(10)에 자외선(UV)을 조사하여 액정 액적(10)의 캡슐막 물질(14)을 캡슐막(15)으로 경화시켜 액정 액적(10)을 액정 캡슐(30)로 제조한다.

이때, 액정(13)과 캡슐막 물질(14)의 표면 장력, 점성, 유량 및 유동 속도(또는 유동 압력)를 조절하여 액정 액적(10) 또는 액정 캡슐(30)의 크기를 조절할 수 있다.

제1 유관 내지 제3 유관(1, 2, 3)의 직경은 마이크로 미터(㎛) 단위의 크기이므로, 제3 유관(3)을 흐르는 액정 캡슐(30)의 직경도 마이크로 미터(㎛) 단위의 크기일 수 있으며, 구체적으로는 액정 캡슐(30)의 직경은 10nm 내지 100㎛일 수 있다

또한, 이와 같은 액정 캡슐 제조 장치에 의해 제조된 복수개의 액정 캡슐(30)의 크기는 서로 균일하며, 액정 캡슐(30)의 크기는 ㅁ6.5%의 편차 내의 직경을 가질 수 있다.

종래의 교반기를 이용한 액정 캡슐 제조 장치를 사용하여 액정 캡슐을 제조하는 경우, 액정이 1ml이고, 캡슐막 물질이 100ml이며, 교반기를 500rpm으로 한 시간 동안 회전시켰을 때, 제조되는 액정 캡슐 중 최대의 직경을 가지는 액정 캡슐은 4.62㎛의 직경을 가지고, 최소의 직경을 가지는 액정 캡슐은 1.68㎛의 직경을 가지며, 액정 캡슐의 직경의 평균값은 2.67㎛이다. 따라서, 이러한 액정 캡슐은 평균값을 가지는 액정 캡슐의 직경을 기준으로 ±50% 이상의 큰 편차를 가지므로, 이러한 불균일한 크기의 액정 캡슐을 이용한 액정 표시 장치는 액정 캡슐의 크기에 따라 전기 광학적 특성이 달라지며, 액정 캡슐의 크기가 불균일하므로 액정 캡슐을 이루는 액정과 캡슐막 간의 굴절율 차이로 인해 산란이 발생하여 광특성이 저하된다.

그러나, 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 캡슐 제조 장치를 사용하여 액정 캡슐을 제조하는 경우, 액정(13)의 유동 속도는 37μl/min이고, 캡슐막 물질(14)의 유동 속도는 5000μl/min 일 때, 제조되는 액정 캡슐(30) 중 최대의 직경을 가지는 액정 캡슐(30)은 56.1㎛의 직경을 가지고, 최소의 직경을 가지는 액정 캡슐(30)은 49.4㎛의 직경을 가지며, 액정 캡슐(30)의 직경의 평균값은 52.9㎛이다. 따라서, 이러한 액정 캡슐(30)은 평균값을 가지는 액정 캡슐(30)의 직경을 기준으로 ±6.5%의 오차 범위 내의 균일한 직경을 가짐을 알 수 있다.

이와 같이 균일한 크기의 액정 캡슐(30)을 포함하는 액정층을 가지는 액정 표시장치를 제조함으로써 브러싱(Bruising), 풀딩(Pooling) 등 외부 압력에 의한 화면 왜곡 현상을 방지할 수 있다.

다음으로, 도 1 및 도 2에 도시한 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 캡슐 제조 장치를 이용하여 액정 캡슐을 제조하는 방법에 대하여 도 2 내지 도 4를 참조하여 상세하게 설명한다.

도 3 및 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 캡슐 제조 장치를 이용하여 액정 캡슐을 제조하는 방법을 순서대로 도시한 도면이다.

우선, 도 3에 도시한 바와 같이, 제1 유입기(5)로 제1 유관(1)에 액정(13)을 주입하고, 제2 유입기(6)로 제2 유관(2)에 캡슐막 물질(14)을 주입한다. 이 때, 액정 캡슐 생성부(4)에서 액정(13)과 접촉하는 캡슐막 물질(14)은 액정(13)의 표면에 부착한다.

다음으로, 도 4에 도시한 바와 같이, 액정 캡슐 생성부(4)로 유입된 액정(13)과 캡슐막 물질(14)이 혼합된다. 즉, 액정 캡슐 생성부(4)에서 액정(13)과 접촉하는 캡슐막 물질(14)은 액정(13)의 표면에 부착되어 액정(13)을 둘러싸게 된다. 이 때, 캡슐막 물질(14)의 유동 압력에 의해 액정(13)이 액적(droplet) 형상으로 분리된다.

다음으로, 도 2에 도시한 바와 같이, 캡슐막 물질(14)이 자기배열 효과에 의해 액적 형상의 액정(13)을 감싸게 되어 액정 액적(10)을 형성하게 된다.

이 때, 액정 액적(10)에 자외선(UV)을 조사하여 액정 액적(10)의 캡슐막 물질(14)을 캡슐막(15)으로 경화시켜 액정 액적(10)을 액정 캡슐(30)로 제조한다. 이러한 액정 캡슐(30)은 제3 유관(3)을 따라 흐르게 된다.

한편, 캡슐막 물질(14)이 액적 형상의 액정(13)을 감싸고 있는 액정 액적(10)이 제3 유관(3)에서 유출된 후, 자외선을 조사하여 액정 액적(10)을 액정 캡슐(30)로 제조할 수도 있다. 이때, 액정(13)과 캡슐막 물질(14)의 표면 장력, 점성, 유량 및 유동 속도(또는 유동 압력)를 조절하여 액정 캡슐(30)의 크기를 조절할 수 있다.

이와 같은 제조 공정을 반복하여 복수개의 액정 캡슐(30)을 제조할 수 있으며, 이러한 액정 캡슐(30)은 균일한 크기로 제조될 수 있다. 액정 캡슐(30)의 크기는 -±6.5%의 오차 범위 내의 직경을 가질 수 있다.

이와 같이 균일한 크기의 액정 캡슐(30)을 포함하는 액정층을 가지는 액정 표시 장치를 제조함으로써 외부 압력에 의한 화면 왜곡 현상을 방지할 수 있다.

제1 실시예에서는 캡슐막 물질(14)이 흐르는 제2 유관(2)과 액정 캡슐(30)이 흐르는 제3 유관(3)은 동일 직선상에 위치하고 있으며, 액정(13)이 흐르는 제1 유관(1)은 제2 유관(2) 및 제3 유관(3)과 액정 캡슐 생성부(4)에서 직교하는 구조이었으나, 액정 캡슐(30)의 크기와 제조 조건을 최적화하기 위해 제1 유관 내지 제3 유관(1, 2, 3)을 다양한 위치에 배치할 수 있다.

이하에서, 도 5를 참조하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 캡슐 제조 장치에 대해 상세히 설명한다.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 캡슐 제조 장치의 개략도이다.

제2 실시예는 도 1 및 도 2에 도시된 제1 실시예와 비교하여 제1 유관 내지 제3 유관의 배치 위치만을 제외하고 실질적으로 동일한 바 반복되는 설명은 생략한다.

도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 캡슐 제조 장치는 액정(13)이 흐르는 제1 유관(1), 캡슐막 물질(14)이 흐르는 제2 유관(2), 제1 유관(1)의 유출부 및 제2 유관(2)의 유출부에 유입부가 연결되어 있는 제3 유관(3)을 포함한다. 제1 유관(1)과 제3 유관(3)은 동일 직선상에 위치하고, 제2 유관(2)은 액정 캡슐 생성부(4)에서 만나는 상부 제2 유관(21) 및 하부 제2 유관(22)을 포함한다. 상부 제2 유관(21) 및 하부 제2 유관(22)은 제1 유관(1) 및 제3 유관(3)과 액정 캡슐 생성부(4)에서 직교하고 있다.

그리고, 제1 유관(1)에 액정(13)을 유입시키는 제1 유입기(5)가 제1 유관(1)의 유입부에 연결되어 있고, 상부 제2 유관(21)에 캡슐막 물질(14)을 유입시키는 상부 제2 유입기(61)가 상부 제2 유관(21)의 유입부에 연결되어 있고, 하부 제2 유관(22)에 캡슐막 물질(14)을 유입시키는 하부 제2 유입기(62)가 하부 제2 유관(22)의 유입부에 연결되어 있다.

제1 유관(1)을 흐르는 액정(13)은 상부 제2 유관(21)과 하부 제2 유관(22)을 흐르는 캡슐막 물질(14)과 액정 캡슐 생성부(4)에서 혼합된다. 이 때, 상부와 하부에서 각각 액정 캡슐 생성부(4)로 향하는 캡슐막 물질(14)의 유동 압력에 의해 액정(13)은 액적 형상으로 분리된다. 그리고, 캡슐막 물질(14)이 자기배열 효과에 의해 액적 형상의 액정(13)을 감싸게 되어 액정 액적(10)을 형성하게 된다. 이 때, 액정 액적(10)에 경화기(8)에서 자외선(UV)을 조사하여 액정 액적(10)의 캡슐막 물질(14)을 캡슐막(15)으로 경화시켜 액정 액적(10)을 액정 캡슐(30)로 제조한다. 이러한 액정 캡슐(30)은 제3 유관(3)을 따라 흐르게 된다.

한편, 캡슐막 물질(14)이 액적 형상의 액정(13)을 감싸고 있는 액정 액적(10)이 제3 유관(3)에서 유출된 후, 경화기(8)에서 자외선을 조사하여 액정 액적(10)을 액정 캡슐(30)로 제조할 수도 있다.

이와 같은 제조 공정을 반복하여 균일한 크기의 복수개의 액정 캡슐을 제조할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 액정 캡슐 제조 장치 및 그 방법에 의해 제조된 액정 캡슐을 포함하는 액정 표시 장치에 대하여 도 6을 참조하여 이하에서 상세히 설명한다.

도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이다.

도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치는 서로 마주하는 제1 기판(110)과 제2 기판(210) 및 이들 두 기판(110, 210) 사이에 들어 있는 콜레스테릭 액정층(310)을 포함한다. 제1 기판(110) 위에는 제1 전극(190)이 형성되어 있고, 제2 기판(210) 위에는 제2 전극(270)이 형성되어 있어 제1 전극(190)과 제2 전극(270) 사이에 전계를 형성할 수 있다. 제1 기판(110)과 제2 기판(210) 사이에는 스페이서가 위치하여 콜레스테릭 액정층(310)의 두께를 조절할 수 있다.

제1 기판(110) 및 제2 기판(210)은 투명한 유리 또는 플라스틱 등의 절연 기판으로 만들어진다.

콜레스테릭 액정층(310)에는 복수개의 균일한 크기의 콜레스테릭 액정 캡슐(31)이 분산되어 있으며, 콜레스테릭 액정 캡슐(31)은 콜레스테릭 캡슐막(31a) 내부에 위치하고 있는 콜레스테릭 액정(31b)을 포함하고 있다. 콜레스테릭 액정(31b)은 가시광선인 380nm 내지 770nm 파장의 광을 반사하는 나선 피치를 가지며, 콜레스테릭 캡슐막(31a)의 두께는 1nm 내지 10㎛일 수 있다. 콜레스테릭 캡슐막(31a)의 두께가 너무 작을 경우 콜레스테릭 액정 캡슐(31)이 부서지기 쉬우며, 콜레스테릭 캡슐막(31a)의 두께가 너무 클 경우 콜레스테릭 액정 캡슐(31)의 탄성력이 저하되어 외압 발생 시 화면 왜곡 현상이 발생할 수 있다. 이러한 콜레스테릭 캡슐막(31a)의 두께는 콜레스테릭 캡슐막 재료의 물성에 따라 달라질 수 있다.

복수개의 콜레스테릭 액정 캡슐(31)의 크기는 10nm 내지 100㎛로서, 서로 균일하며, ±6.5%의 편차 내의 직경을 가질 수 있다.

콜레스테릭 액정층(310)은 플라나 상태(planar state)와 포컬 코닉 상태(focal conic state)의 두 개의 안정된 상태를 가지며 외부에서 일정 전압을 인가해 주지 않아도 두 개의 안정된 상태를 유지할 수 있다. 플라나 상태에서는 콜레스테릭 액정(31b)은 나선 구조(helical structure)를 가지고 나선 피치(helical pitch)에 따라 특정 파장의 광을 반사시키며, 포컬 코닉 상태에서는 나선 축(helical axis)이 제1 전극(190) 및 제2 전극(270)에 수평한 방향으로 배열되어 광을 투과시킨다.

이와 같이, 콜레스테릭 액정 캡슐(31)을 포함하는 콜레스테릭 액정층(310)을 형성함으로써 시야각에 따른 색변이(color shift)를 최소화할 수 있고, 액정 표시 장치가 휘어지거나 액정 표시 장치의 표면에 압력이 가해지는 경우 발생하는 화면 왜곡 현상을 최소화할 수 있어 콜레스테릭 액정층(310)의 쌍안정성을 유지할 수 있다.

또한, 균일한 크기의 콜레스테릭 액정 캡슐(31)을 포함하는 콜레스테릭 액정층(310)을 형성함으로써 외부 압력에 의한 화면 왜곡 현상을 방지할 수 있어 전기광학적 특성이 일정하고 광특성이 우수한 액정 표시 장치를 제조할 수 있다.

상기에서는 수직 전계를 인가하기 위해 제1 전극(190) 및 제2 전극(270)을 형성하였으나, 수평 전계를 인가하기 위해 제1 전극(190) 및 제2 전극(270)을 제1 기판(110) 위에 모두 형성할 수도 있고, 수직 전계와 수평 전계를 모두 인가하기 위해 3개 이상의 전극을 형성할 수도 있다.

또한, 적색, 녹색 및 청색의 빛을 각각 반사시키는 적색 반사 콜레스테릭 액정, 녹색 반사 콜레스테릭 액정 및 청색 반사 콜레스테릭 액정을 균일한 크기의 콜레스테릭 액정 캡슐(31)로 형성함으로써 외부 압력에 의한 화면 왜곡 현상을 방지하면서, 컬러를 구현할 수 있다.

한편, 상기에서는 콜레스테릭 액정층(310)의 콜레스테릭 액정 캡슐(31)이 좌선성이거나 우선성 중 어느 하나인 경우이나, 좌선성 콜레스테릭 액정 캡슐과 우선성 콜레스테릭 액정 캡슐(312)이 혼합된 콜레스테릭 액정층(310)도 가능하다.

이하에서, 도 7을 참조하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대해 상세히 설명한다.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이다.

제2 실시예는 도 6에 도시된 제1 실시예와 비교하여 콜레스테릭 액정층(310)이 좌선성 콜레스테릭 액정 캡슐과 우선성 콜레스테릭 액정 캡슐을 모두 포함하는 것만을 제외하고 실질적으로 동일한 바 반복되는 설명은 생략한다.

도 7에 도시한 바와 같이, 콜레스테릭 액정층(310)에는 복수개의 균일한 크기의 좌선성 콜레스테릭 액정 캡슐(311)과 우선성 콜레스테릭 액정 캡슐(312)이 분산되어 있다. 좌선성 콜레스테릭 액정 캡슐(311) 및 우선성 콜레스테릭 액정 캡슐(312)은 균일한 크기를 가지며, ±6.5%의 편차 내의 직경을 가질 수 있다. 따라서, 외부 압력에 의한 화면 왜곡 현상을 방지할 수 있어 전기광학적 특성이 일정하고 광특성이 우수한 액정 표시 장치를 제조할 수 있다.

좌선성 콜레스테릭 액정 캡슐(311)은 좌선성 콜레스테릭 캡슐막(311a) 내부에 좌선성 콜레스테릭 액정(311b)을 포함하고 있고, 우선성 콜레스테릭 액정 캡슐(312)은 우선성 콜레스테릭 캡슐막(312a) 내부에 우선성 콜레스테릭 액정(312b)을 포함하고 있다. 좌선성 콜레스테릭 액정(311b)은 좌원 편광(L)을 반사시키고, 우선성 콜레스테릭 액정(312b)은 우원 편광(R)을 반사시킨다.

제1 실시예의 액정 표시 장치의 경우 좌선성 콜레스테릭 액정 캡슐(311)이나 우선성 콜레스테릭 액정 캡슐(312) 중 하나만이 콜레스테릭 액정층(310)에 포함되므로 콜레스테릭 액정층(310)의 반사율이 최대 50%를 넘을 수 없다. 그러나, 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치는 좌선성 콜레스테릭 액정 캡슐(311)과 우선성 콜레스테릭 액정 캡슐(312)이 콜레스테릭 액정층(310)에 혼재되어 있으므로 반사율을 최대화할 수 있다.

한편, 상기 제2 실시예에서는 좌선성 콜레스테릭 액정 캡슐(311)과 우선성 콜레스테릭 액정 캡슐(312)을 랜덤하게 혼재하여 콜레스테릭 액정층(310)을 형성하였으나, 좌선성 콜레스테릭 액정 캡슐(311)과 우선성 콜레스테릭 액정 캡슐(312)을 층상 구조로 형성할 수도 있다.

이하에서, 도 8을 참조하여, 본 발명의 제3 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대해 상세히 설명한다.

도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이다.

제3 실시예는 도 7에 도시된 제2 실시예와 비교하여 콜레스테릭 액정층(310)의 좌선성 콜레스테릭 액정 캡슐(311)과 우선성 콜레스테릭 액정 캡슐(312)이 층상 구조인 것만을 제외하고 실질적으로 동일한 바 반복되는 설명은 생략한다.

도 8에 도시한 바와 같이, 콜레스테릭 액정층(310)은 좌선성 콜레스테릭 액정 캡슐층(313)과 그 위에 배치되어 있는 우선성 콜레스테릭 액정 캡슐층(314)을 포함한다.

좌선성 콜레스테릭 액정 캡슐층(313)은 복수개의 균일한 크기의 좌선성 콜레스테릭 액정 캡슐(311)로 이루어지며, 우선성 콜레스테릭 액정 캡슐층(314)은 복수개의 균일한 크기의 우선성 콜레스테릭 액정 캡슐(312)로 이루어진다. 좌선성 콜레스테릭 액정 캡슐(311) 및 우선성 콜레스테릭 액정 캡슐(312)은 균일한 크기를 가지며, ±6.5%의 편차 내의 직경을 가질 수 있다. 따라서, 외부 압력에 의한 화면 왜곡 현상을 방지할 수 있어 전기광학적 특성이 일정하고 광특성이 우수한 액정 표시 장치를 제조할 수 있다.

또한, 좌원 편광을 반사시키는 좌선성 콜레스테릭 액정 캡슐층(313)과 우원 편광을 반사시키는 우선성 콜레스테릭 액정 캡슐층(314)으로 콜레스테릭 액정층(310)이 형성되어 있어 좌원 편광(L)과 우원 편광(R)을 모두 반사시킬 수 있으므로 반사율을 최대화할 수 있다.

한편, 상기 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치는 콜레스테릭 액정 캡슐을 포함하는 콜레스테릭 액정층(310)을 형성하나, 네마틱 액정 캡슐을 포함하는 네마틱 액정층을 형성할 수도 있다.

이하에서, 도 9를 참조하여, 본 발명의 제4 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대해 상세히 설명한다.

도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이다.

제4 실시예는 도 9에 도시된 제4 실시예와 비교하여 네마틱 액정층을 형성한것만을 제외하고 실질적으로 동일한 바 반복되는 설명은 생략한다.

도 9에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제4 실시예에 따른 액정 표시 장치는 서로 마주하는 제1 기판(110)과 제2 기판(21) 및 이들 두 기판(110, 210) 사이에 들어 있는 네마틱 액정층(320)을 포함한다. 제1 기판(110) 위에는 제1 전극(190)이 형성되어 있고, 제2 기판(210) 위에는 제2 전극(270)이 형성되어 있어 제1 전극(190)과 제2 전극(270) 사이에 전계를 형성할 수 있다. 제1 기판(110) 아래 및 제2 기판(210) 위에 각각 제1 편광판(111) 및 제2 편광판(211)이 형성되어 있다. 제1 편광판(111)과 제2 편광판(211)의 투과축은 서로 수직이거나 수평일 수 있으며, 소정 각을 이루도록 배치될 수 있다. 제1 편광판(111)과 제2 편광판(211)에는 위상 지연 필름이 추가로 형성되어 시야각을 향상시킬 수 있다.

네마틱 액정층(320)에는 복수개의 균일한 크기의 네마틱 액정 캡슐(32)이 분산되어 있으며, 네마틱 액정 캡슐(32)은 네마틱 캡슐막(32a) 내부에 네마틱 액정(32b)을 포함하고 있다. 네마틱 액정 캡슐(32)의 크기는 직경-±6.5%의 오차를 가질 수 있다. 따라서, 외부 압력에 의한 화면 왜곡 현상을 방지할 수 있어 전기광학적 특성이 일정하고 광특성이 우수한 액정 표시 장치를 제조할 수 있다.

네마틱 액정(32b)은 트위스티드 네마틱(twisted nematic, TN) 액정, 수평 배열 네마틱 액정, 축 대칭 배열 네마틱 액정 등을 포함할 수 있고, 양의 유전율 이방성 액정이거나 음의 유전율 이방성 액정일 수 있다. 도 9에는 TN 액정이 도시되어 있다.

상기에서는 수직 전계를 인가하기 위해 제1 전극(190) 및 제2 전극(270)을 형성하였으나, 수평 전계를 인가하기 위해 제1 전극(190) 및 제2 전극(270)을 제1 기판 위에 모두 형성할 수도 있고, 수직 전계와 수평 전계를 모두 인가하기 위해 3개 이상의 전극을 형성할 수도 있다.

또한, 제1 전극 또는 제2 전극에 개구 패턴을 형성하여 멀티 도메인을 형성함으로써 시야각에 따른 색변이를 최소화할 수 있다.

한편, 상기 제4 실시예에 따른 액정 표시 장치의 네마틱 액정층에 나노 입자를 추가함으로써 캡슐막에 의한 구동 전압의 상승을 최소화할 수 있다.

이하에서, 도 10을 참조하여, 본 발명의 제5 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대해 상세히 설명한다.

도 10은 본 발명의 제5 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이다.

제5 실시예는 도 9에 도시된 제4 실시예와 비교하여 네마틱 액정층에 나노 입자가 추가된 것만을 제외하고 실질적으로 동일한 바 반복되는 설명은 생략한다.

도 9에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제4 실시예에 따른 액정 표시 장치는 서로 마주하는 제1 기판(110)과 제2 기판(21) 및 이들 두 기판(110, 210) 사이에 들어 있는 네마틱 액정층(320)을 포함한다.

네마틱 액정층(320)에는 복수개의 균일한 크기의 네마틱 액정 캡슐(32)이 분산되어 있으며, 네마틱 액정 캡슐(32) 사이에는 복수개의 나노 입자(40)가 분산되어 있다.

나노 입자(40)의 직경은 10nm 내지 1㎛일 수 있고, 나노 입자(40)는 금, 은, 탄소나노튜브, 강유전성 재료 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.

네마틱 액정 캡슐(32)은 캡슐막(32a) 내부에 네마틱 액정(32b)을 포함하고 있다. 도 10에는 수평 배향 네마틱 액정이 도시되어 있다. 복수개의 네마틱 액정 캡슐(32)은 균일한 크기를 가지며, ±6.5%의 편차 내의 직경을 가질 수 있다. 따라서, 외부 압력에 의한 화면 왜곡 현상을 방지할 수 있어 전기광학적 특성이 일정하고 광특성이 우수한 액정 표시 장치를 제조할 수 있다.

그리고, 나노 입자(40)를 네마틱 액정층(320)에 분산시킴으로써 네마틱 캡슐막(32a)의 유전율을 상승시킬 수 있다. 아래 수학식 1에는 네마틱 캡슐막(32a)과 나노 입자(40)의 혼합물의 유전율에 관한 식이 기재되어 있다.

여기서, εm은 네마틱 캡슐막(32a)과 나노 입자(40)의 혼합물의 유전율, ε1은 캡슐막(32a)의 유전율, ε2는 나노 입자(40)의 유전율, B1은 네마틱 캡슐막(32a)의 부피, B2는 나노 입자(40)의 부피이다.

수학식 1에 나타난 바와 같이, 소정 부피와 유전율을 가진 나노 입자(40)를 네마틱 액정층(320)에 추가함으로써 네마틱 캡슐막(32a)과 나노 입자(40)의 혼합물의 유전율(εm)을 상승시킬 수 있다.

따라서, 네마틱 캡슐막(32a)에 의해 전압 감소가 발생하는 것을 방지하여 구동 전압의 상승을 방지할 수 있다. 또한, 상기 제5 실시예에 따른 액정 표시 장치는 나노 입자(40)가 네마틱 액정층(320)에 분산되어 있으나, 나노 입자(40)는 콜레스테릭 액정층(310)에 분산되어 있을 수 있다.

한편, 상기 제5 실시예에 따른 액정 표시 장치는 네마틱 액정 캡슐(32)과 나노 입자(40)가 서로 분리되어 네마틱 액정층(320)에 분산되어 있으나, 복수개의 네마틱 액정 캡슐(32)이 하나의 층으로 형성되는 경우 나노 입자(40)가 네마틱 액정층(320)과 접촉되어 있을 수 있다.

이하에서, 도 11을 참조하여, 본 발명의 제6 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대해 상세히 설명한다.

도 11은 본 발명의 제6 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이다.

제6 실시예는 도 10에 도시된 제5 실시예와 비교하여 복수개의 네마틱 액정 캡슐이 하나의 층으로 형성되어 나노 입자(40)가 네마틱 액정층과 접촉되는 구조만을 제외하고 실질적으로 동일한 바 반복되는 설명은 생략한다.

도 11에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제6 실시예에 따른 액정 표시 장치는 서로 마주하는 제1 기판(110)과 제2 기판(21) 및 이들 두 기판(110, 210) 사이에 들어 있는 네마틱 액정층(320)을 포함한다.

네마틱 액정층(320)에는 복수개의 균일한 크기의 네마틱 액정 캡슐(32)이 서로 접촉되어 있으며, 네마틱 액정 캡슐(32) 사이에는 복수개의 나노 입자(40)가 부착되어 있다.

네마틱 액정 캡슐(32)은 네마틱 캡슐막(32a) 내부에 네마틱 액정(32b)을 포함하고 있다. 도 11에는 TN 액정이 도시되어 있다. 복수개의 네마틱 액정 캡슐(32)의 크기는 균일하며 ±6.5%의 편차내의 직경을 가질 수 있다. 따라서, 외부 압력에 의한 화면 왜곡 현상을 방지할 수 있어 전기광학적 특성이 일정하고 광특성이 우수한 액정 표시 장치를 제조할 수 있다.

또한, 소정 부피와 유전율을 가진 나노 입자(40)를 네마틱 액정층(320)에 추가함으로써 네마틱 캡슐막(32a)과 나노 입자(40)의 혼합물의 유전율(εm)을 상승시킬 수 있다. 따라서, 네마틱 캡슐막(32a)에 의해 전압 감소가 발생하는 것을 방지하여 구동 전압의 상승을 방지할 수 있다.

본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 바람직한 실시예를 통해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.

1: 제1 유관 2: 제2 유관
3: 제3 유관 4: 액정 캡슐 생성부
310: 콜레스테릭 액정층 31: 콜레스테릭 액정 캡슐
320: 네마틱 액정층 32: 네마틱 액정 캡슐
40: 나노 입자

Claims (26)

1. 액정이 흐르는 적어도 하나 이상의 제1 유관,
   캡슐막 물질이 흐르는 적어도 하나 이상의 제2 유관,
   상기 제1 유관의 유출부 및 상기 제2 유관의 유출부에 유입부가 연결되어 있으며, 상기 액정 및 캡슐막 물질이 혼합된 액정 액적이 흐르는 제3 유관, 그리고
   상기 액정 액적을 경화시켜 액정 캡슐을 제조하는 경화기
   를 포함하고,
   상기 제1 유관의 유출부, 상기 제2 유관의 유출부 및 상기 제3 유관의 유입부가 동시에 만나는 액정 액적 생성부에서 상기 액정 및 캡슐막 물질은 혼합하여 액정 액적을 생성하고,
   상기 제1 유관과 상기 제3 유관은 동일 직선상에 위치하고, 상기 제2 유관은 상기 제1 유관 및 제3 유관과 상기 액정 액적 생성부에서 직교하며, 상기 제2 유관은 상기 액정 액적 생성부에서 만나는 상부 제2 유관 및 하부 제2 유관을 포함하는 액정 캡슐 제조 장치.
2. 삭제
3. 제1항에서,
   상기 제1 유관에 상기 액정을 유입시키는 제1 유입기,
   상기 제2 유관에 상기 캡슐막 물질을 유입시키는 제2 유입기를 더 포함하는 액정 캡슐 제조 장치.
4. 제3항에서,
   상기 제1 유입기의 압력을 조절하여 상기 제1 유관을 흐르는 상기 액정의 유량 및 유동 속도를 조절하고,
   상기 제2 유입기의 압력을 조절하여 상기 제2 유관을 흐르는 상기 캡슐막 물질의 유량 및 유동 속도를 조절하는 액정 캡슐 제조 장치.
5. 제1항에서,
   상기 캡슐막 물질은 실리카계 또는 플로린계의 광경화 계면활성제이거나, 다른 종류의 경화가능한 계면활성제 중에서 선택된 어느 하나인 액정 캡슐 제조 장치.
6. 제1항에서,
   상기 캡슐막 물질은 이온화 젤라틴, 폴리비닐 알콜, 라텍스 중에서 선택된 어느 하나인 액정 캡슐 제조 장치.
7. 제1항에서,
   상기 제1 유관 내지 제3 유관의 직경은 마이크로 미터 단위의 크기인 액정 캡슐 제조 장치.
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 제1 유입기를 이용하여 제1 유관에 액정을 유입시키는 단계,
    제2 유입기를 이용하여 제2 유관에 캡슐막 물질을 유입시키는 단계,
    상기 제1 유관의 유출부, 상기 제2 유관의 유출부 및 제3 유관의 유입부가 동시에 만나는 액정 액적 생성부에서 상기 액정과 캡슐막 물질이 혼합된 액정 액적을 형성하는 단계,
    상기 액정 액적을 경화시켜 액정 캡슐을 제조하는 단계
    를 포함하고,
    상기 제1 유관과 상기 제3 유관은 동일 직선상에 위치하고, 상기 제2 유관은 상기 제1 유관 및 제3 유관과 상기 액정 액적 생성부에서 직교하며, 상기 제2 유관은 상기 액정 액적 생성부에서 만나는 상부 제2 유관 및 하부 제2 유관을 포함하는 액정 캡슐 제조 방법.
12. 제11항에서,
    상기 제3 유관 내부를 흐르는 상기 액정 액적의 캡슐막 물질을 경화시켜 상기 액정 캡슐을 제조하는 액정 캡슐 제조 방법.
13. 제11항에서,
    상기 제3 유관에서 유출된 상기 액정 액적의 캡슐막 물질을 경화시켜 상기 액정 캡슐을 제조하는 액정 캡슐 제조 방법.
14. 제11항에서,
    상기 제1 유입기의 압력을 조절하여 상기 제1 유관을 흐르는 상기 액정의 유량 및 유동 속도를 조절하고,
    상기 제2 유입기의 압력을 조절하여 상기 제2 유관을 흐르는 상기 캡슐막 물질의 유량 및 유동 속도를 조절하는 액정 캡슐 제조 방법.
15. 제11항에서,
    상기 캡슐막 물질은 실리카계 또는 플로린계의 광경화 계면활성제, 다른 종류의 경화가능한 계면활성제, 이온화 젤라틴, 폴리비닐 알콜, 라텍스 중에서 선택된 어느 하나인 액정 캡슐 제조 방법.
16. 삭제
17. 삭제
18. 삭제
19. 삭제
20. 삭제
21. 삭제
22. 삭제
23. 삭제
24. 삭제
25. 삭제
26. 삭제

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