JP2021002071A - 反射率可変ミラー - Google Patents
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Abstract
【課題】液晶セルを利用して反射率可変特性に優れている反射率可変ミラーを提供する。【解決手段】本出願は液晶セルを利用した反射率可変ミラーに関するものである。本出願の反射率可変ミラーは、ゲストホスト液晶層を含む第１液晶セル、第１反射型偏光フィルム、位相差可変液晶層を含む第２液晶セル、第２反射型偏光フィルムおよび吸収板を順に含むことができる。本出願の反射率可変ミラーは、反射防止モードで反射率を低くすることによって優れた反射率可変特性を具現することができる。【選択図】図１
Description
本出願は反射率可変ミラーに関するものである。
本出願は２０１６年１２月２３日付韓国特許出願第１０−２０１６−０１７７５７８号および２０１７年１２月２２日付韓国特許出願第１０−２０１７−０１７７６７８号に基づいた優先権の利益を主張し、該当韓国特許出願の文献に開示されたすべての内容は本明細書の一部として含まれる。
反射率可変ミラーは入射光の反射率を調節できるように製作されたミラーを指すものであって、スマートミラー（Ｓｍａｒｔ Ｍｉｒｒｏｒ）と呼称され得る。既存のエレクトロクロミック方式の反射率可変ミラーは応答速度が遅いという短所のため、代替方式に対する必要性が台頭している（特許文献１：大韓民国公開特許公報第２００４−００９８０５１号）。
エレクトロクロミック方式の反射率可変ミラーの代案として、ゲストホスト液晶セル、１／４波長板およびミラーを適用する方式が考慮できるが、既存のエレクトロクロミック方式の反射率可変ミラーに比べて反射率可変特性が低いという問題点がある。
本出願の課題は、液晶セルを利用して反射率可変特性に優れている反射率可変ミラーを提供することである。
本出願は反射率可変ミラーに関するものである。前記反射率可変ミラーは、ゲストホスト液晶層を含む第１液晶セル、第１反射型偏光フィルム、位相差可変層を含む第２液晶セル、第２反射型偏光フィルムおよび吸収板を順に含むことができる。以下、前記第１液晶セルは、ゲストホスト液晶セルとも呼称され得、前記第２液晶セルは位相差可変液晶セルとも呼称され得る。
本明細書において、角度を定義するときに、ある一つの角度を特定するか、垂直、平行、直交または水平などの用語を使う場合、これは目的とする効果を損傷させない範囲での特定角度や、実質的な垂直、平行、直交または水平を意味するものであって、例えば、製造誤差（ｅｒｒｏｒ）または偏差（ｖａｒｉａｔｉｏｎ）等を勘案した誤差を含むものである。例えば、前記のそれぞれの場合は、約±１５度以内の誤差、約±１０度以内の誤差または約±５度以内の誤差を含むことができる。
前記ゲストホスト液晶層は液晶および異方性染料を含むことができる。本明細書で用語「ゲストホスト液晶層」とは、液晶の配列にしたがって異方性染料が共に配列されて、異方性染料の整列方向と前記整列方向の垂直方向に対してそれぞれ非等方性光吸収特性を示す機能性層を意味し得る。例えば、異方性染料は光吸収率が偏光方向によって変わる物質であって、長軸方向に偏光した光の吸収率が大きければｐ型染料と呼称し、短縮方向に偏光した光の吸収率が大きければｎ型染料と呼称され得る。一つの例示において、ｐ型染料が使用される場合、染料の長軸方向に振動する偏光は吸収され、染料の短縮方向に振動する偏光は吸収が少ないため透過させることができる。以下、特に言及しない限り、異方性染料はｐ型染料であると仮定する。
ゲストホスト液晶層は能動型偏光子（Ａｃｔｉｖｅ Ｐｏｌａｒｉｚｅｒ）として機能することができる。本明細書で用語「能動型偏光子（Ａｃｔｉｖｅ Ｐｏｌａｒｉｚｅｒ）」は、外部作用の印加により非等方性光吸収を調節できる機能性素子を意味し得る。例えば、ゲストホスト液晶層の液晶および異方性染料の配列は、磁場または電場のような外部作用の印加によって調節され得るので、ゲストホスト液晶層は外部作用の印加により非等方性光吸収を調節することができる。
前記ゲストホスト液晶層は電圧印加の有無により垂直配向状態と水平配向状態を切り替えることができる。
本明細書において垂直配向状態は、液晶分子の配向子が液晶層の平面に対して垂直に配列された状態、例えば、８５度〜９０度、８６度〜９０度、８７度〜９０度、８８度〜９０度、８９度〜９０度、好ましくは９０度をなす配列状態を意味し得、水平配向状態は液晶分子の配向子が液晶層の平面に対して水平に配列された状態、例えば、０度〜５度、０度〜４度、０度〜３度、０度〜２度、０度〜１度、好ましくは０度をなす配列状態を意味し得る。本明細書において用語「液晶分子の配向子」という液晶分子が棒（ｒｏｄ）の形状である場合、長軸を意味し得、液晶分子が円板（ｄｉｓｃｏｔｉｃ）の形状である場合、円板平面の法線方向の軸を意味し得る。
ゲストホスト液晶層が垂直配向状態である場合、液晶および異方性染料は垂直配向された状態で存在する。前記垂直配向状態のゲストホスト液晶層に偏光されていない光源が通過する場合、前記光源に偏光性を付与しない。前記ゲストホスト液晶層が垂直配向状態である場合、前記反射率可変ミラーは鏡モードを具現することができる。
ゲストホスト液晶層が水平配向状態である場合、液晶および異方性染料は水平配向された状態で存在する。前記水平配向状態のゲストホスト液晶層に偏光されていない光源が通過する場合、異方性染料の吸収軸と平行な振動成分は吸収され、異方性染料の吸収軸と直交する振動成分は透過することによって、前記光源に偏光性を付与することができる。前記ゲストホスト液晶層が水平配向状態である場合、前記反射率可変ミラーは反射防止モードを具現することができる。
一つの例示において、前記ゲストホスト液晶層は電圧無印加状態で垂直配向状態で存在することができる。前記ゲストホスト液晶層は電圧印加時に水平配向状態で存在することができる。このような配向状態は、前記第１液晶セルをＶＡモードゲストホスト液晶セルに具現する場合に適合し得る。
液晶の種類および物性は、第１液晶セルの駆動モードを考慮して適切に選択され得る。
一つの例示において、前記ゲストホスト液晶層の液晶は、ネマティック（ｎｅｍａｔｉｃ）液晶またはスメクティック（ｓｍｅｃｔｉｃ）液晶であり得る。ネマティック液晶は、棒状の液晶分子が位置に対する規則性はないが液晶分子の長軸方向に平行して配列されている液晶を意味し得、スメクティック液晶は、棒状の液晶分子が規則的に並んで層をなした構造を形成し、長軸方向に規則性を有して平行に配列されている液晶を意味し得る。
前記ゲストホスト液晶層の液晶は、誘電率異方性が正数であるか負数であり得る。本明細書において用語「誘電率異方性（△ε）」とは、液晶の水平誘電率（ε//）と垂直誘電率（ε⊥、）の差（ε//−ε⊥）を意味し得る。本明細書において用語「水平誘電率（ε//）」とは、液晶分子の配向子と印加電圧による電場の方向が実質的に水平となるように電圧を印加した状態で前記電場の方向に沿って測定した誘電率値を意味し、「垂直誘電率（ε⊥）」とは、液晶分子の配向子と印加電圧による電場の方向が実質的に垂直となるように電圧を印加した状態で前記電場の方向に沿って測定した誘電率値を意味する。
一つの例示において、前記ゲストホスト液晶層をＥＣＢモードで駆動する場合、誘電率異方性が正数である液晶を使うことができる。他の例として、ゲストホスト液晶層をＶＡモードで駆動する場合、誘電率異方性が負数である液晶を使うことができる。
一つの例示において、前記ゲストホスト液晶層の液晶の誘電率異方性は、−２０〜２０であり得る。ゲストホスト液晶層の液晶の誘電率異方性が前記範囲を満足する場合、応答速度が速く、反射率可変特性に優れている反射率可変ミラーを具現するのに有利であり得る。
本明細書において用語「染料」とは、可視光領域、例えば、４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長範囲内で、少なくとも一部または全範囲内の光を集中的に吸収および／または変形させることができる物質を意味し得、用語「異方性染料」は前記可視光領域の少なくとも一部または全範囲において光の異方性吸収が可能な物質を意味し得る。
異方性染料としては、例えば、液晶の整列状態に応じて整列され得る特性を有すると知られている公知の染料を選択して使うことができる。異方性染料としては、例えば、黒色染料（ｂｌａｃｋ ｄｙｅ）を使うことができる。このような染料としては、例えば、アゾ染料またはアントラキノン染料などが公知にされているが、これに制限されるものではない。
異方性染料の二色比（ｄｉｃｈｒｏｉｃ ｒａｔｉｏ）は例えば、５以上、６以上または７以上であり得る。本明細書において用語「二色比」とは、例えば、ｐ型染料である場合、染料の長軸方向に平行な偏光の吸収を前記長軸方向に垂直な方向に平行な偏光の吸収で割った値を意味し得る。異方性染料は可視光領域の波長範囲内、例えば、約３８０ｎｍ〜７００ｎｍまたは約４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長範囲内で少なくとも一部の波長またはいずれか一つの波長で前記二色比を満足することができる。前記二色比の上限は、例えば２０以下、１８以下、１６以下または１４以下程度であり得る。異方性染料の二色比が前記範囲を満足する場合、反射率可変特性に優れている反射率可変ミラーを具現するのに有利であり得る。
ゲストホスト液晶層の異方性染料の含量は本出願の目的を考慮して適切に選択され得る。例えば、ゲストホスト液晶層の異方性染料の含量は、０．１重量％以上、０．２５重量％以上、０．５重量％以上、０．７５重量％以上、１重量％以上、１．２５重量％以上または１．５重量％以上であり得る。ゲストホスト液晶層の異方性染料の含量の上限は、例えば、３．０重量％未満、２．７５重量％以下、２．５重量％以下、２．２５重量％以下、２．０重量％以下、１．７５重量％以下または１．５重量％以下であり得る。ゲストホスト液晶層の異方性染料の含量が前記範囲を満足する場合、反射率可変特性に優れている反射率可変ミラーを具現するのに有利であり得る。
ゲストホスト液晶層の厚さは本出願の目的を考慮して適切に選択され得る。ゲストホスト液晶層の厚さは例えば、約３μｍ〜２０μｍまたは３μｍ〜１５μｍであり得る。ゲストホスト液晶層の厚さが前記範囲を満足する場合、反射率可変特性に優れているミラー素子を提供するのに有利であり得る。
図３は本出願の反射率可変ミラーの構造を例示的に示している。
図３に示した通り、第１液晶セルは配向膜をさらに含むことができる。前記配向膜は前記ゲストホスト液晶層に隣接するように配置され得る。一つの例示において、第１液晶セルは前記ゲストホスト液晶層の両面に対向配置された２個の配向膜（以下、第１および第２配向膜（図３の１１Ａおよび１１Ｂ）と呼称する）を含むことができる。
第１および第２配向膜は、液晶および異方性染料の初期状態の整列を制御できる配向力を有することができる。本明細書において初期状態は外部電圧が印加されていない状態を意味し得る。
ゲストホスト液晶層乃至位相差可変液晶層の配向状態は、配向膜のプレチルトによって調節することができる。本明細書においてプレチルトは、角度（ａｎｇｌｅ）と方向（ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）を有することができる。前記プレチルト角度は、極角（Ｐｏｌａｒ ａｎｇｌｅ）と呼称することができ、前記プレチルト方向は方位角（Ａｚｉｍｕｔｈａｌ ａｎｇｌｅ）と呼称することもできる。
前記プレチルト角度は液晶分子の光軸が配向膜と水平な面に対してなす角度を意味し得る。前記プレチルト方向は液晶分子の光軸が配向膜の水平な面に射影された方向を意味し得る。
前記第１および第２配向膜はそれぞれ水平配向膜または垂直配向膜であり得る。一つの例示において、前記第１および第２配向膜がそれぞれ垂直配向膜であり得る。この場合、液晶分子の配向子は垂直配向膜の平面に対して垂直に配列され得る。他の一つの例示において、前記第１および第２配向膜がそれぞれ水平配向膜であり得る。この場合、液晶分子の配向子は前記配向膜の平面に対して水平に配列され得る。
第１および第２配向膜としては、液晶分子に対する配向力を有するものとして当業界に公知にされた配向膜を適切に選択して使うことができる。配向膜としては、例えばラビング配向膜のように接触式配向膜または光配向膜化合物を含んで直線偏光の照射などのような非接触式方式によって配向特性を示すことができる光配向膜を使うことができる。
図３に示した通り、第１液晶セルは透明電極基材をさらに含むことができる。前記透明電極基材は、基材層および前記基材層上に透明電極層を含むことができる。前記電極層は、液晶および異方性染料の整列状態を切り替えることができるように、ゲストホスト液晶層に適切な電界を印加することができる。一つの例示において、前記第１液晶セルは、前記ゲストホスト液晶層の両面に対向配置された２個の透明電極基材（以下、第１および第２透明電極基材（図３の１２Ａおよび１２Ｂ）と呼称する）を含むことができる。第１液晶セルが第１および第２配向膜を含む場合、前記第１および第２透明電極基材はそれぞれ前記第１および第２配向膜のゲストホスト液晶層の反対側面に隣接して配置され得る。
前記電極層としては透明電極層を使うことができる。透明電極層としては、例えば、伝導性高分子、伝導性金属、伝導性ナノワイヤーまたはＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）等の金属酸化物などを蒸着して形成したものを使うことができる。その他にも透明電極を形成できる多様な素材および形成方法が公知にされており、これを制限なく適用することができる。
前記基材層としては透明基材層を使うことができる。例えば、基材層としては、ガラス基板、結晶性または非結晶性シリコンフィルム、石英またはＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）フィルムなどの無機系フィルムやプラスチックフィルムなどを使うことができる。基材層としては、また、光学的に等方性の基材または位相差層のように光学的に異方性の基材を使うことができる。
プラスチックフィルムの具体的な例として、ＴＡＣ（ｔｒｉａｃｅｔｙｌ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ）；ノルボルネン誘導体などのＣＯＰ（ｃｙｃｌｏ ｏｌｅｆｉｎ ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）；ＰＭＭＡ（ｐｏｌｙ（ｍｅｔｈｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）；ＰＣ（ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）；ＰＥ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）；ＰＰ（ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）；ＰＶＡ（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ａｌｃｏｈｏｌ）；ＤＡＣ（ｄｉａｃｅｔｙｌ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ）；Ｐａｃ（Ｐｏｌｙａｃｒｙｌａｔｅ）；ＰＥＳ（ｐｏｌｙ ｅｔｈｅｒ ｓｕｌｆｏｎｅ）；ＰＥＥＫ（ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｅｔｈｅｒｋｅｔｏｎ）；ＰＰＳ（ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｓｕｌｆｏｎｅ）、ＰＥＩ（ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｉｍｉｄｅ）；ＰＥＮ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｍａｐｈｔｈａｔｌａｔｅ）；ＰＥＴ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｔｅｒｅｐｈｔａｌａｔｅ）；ＰＩ（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）；ＰＳＦ（ｐｏｌｙｓｕｌｆｏｎｅ）；ＰＡＲ（ｐｏｌｙａｒｙｌａｔｅ）または非晶質フッ素樹脂などを含むフィルムが例示され得るが、これに制限されるものではない。
本明細書において反射型偏光フィルムは、入射光に対して選択的透過および反射特性を有し得る。例えば前記反射型偏光フィルムは、光の横波と縦波成分のうち一成分は透過し他の成分は反射する特性を有し得る。前記反射型偏光フィルムに光が入射する場合、反射型偏光フィルムを透過する光と反射型偏光フィルムから反射する光は偏光特性を有することができる。一つの例示において、前記透過する光の偏光方向と前記反射する光の偏光方向とは互いに直交し得る。すなわち、反射型偏光フィルムは、面方向に直交する透過軸および反射軸を有することができる。反射型偏光フィルムは、光の横波と縦波成分のうち一成分はほとんど透過し他の成分はほとんど反射する特性を有するため、ハーフミラー（Ｈａｌｆ Ｍｉｒｒｏｒ）の形態で具現することができる。前記反射型偏光フィルムとしては、例えばＤＢＥＦ（Ｄｕａｌ Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ Ｆｉｌｍ）を使うことができる。前記反射型偏光フィルムに対する事項は後述する第１および第２反射型偏光フィルムに適用され得る。
前記第１反射型偏光フィルムは、前記第１液晶層の下部に配置され得る。前記第１反射型偏光フィルムは、一方向に形成された第１反射軸を有することができる。前記第１反射軸は、前記ゲストホスト液晶層の水平配向時の異方性染料の吸収軸方向と平行し得る。前記第１反射型偏光フィルムは、第１反射軸と直交する第１透過軸を有することができる。前記第１反射軸と第１透過軸は水平方向（面方向）に形成され得る。
前記第２液晶セルは前記第１反射型偏光フィルムの下部に配置され得る。前記第２液晶セルは、位相差モードと非位相差モードとの間で切り替えられる位相差可変液晶層を含むことができる。前記位相差可変液晶層は液晶を含むことができる。前記液晶の種類および物性は第２液晶セルの駆動モードを考慮して適切に選択され得る。
前記位相差可変液晶層は、電圧印加の有無により位相差モードと非位相差モードに切り替えられ得る。
前記位相差可変液晶層が位相差モードである場合、入射光に対して位相遅延特性を有し得る。前記位相差可変液晶層は、位相差モードで入射する線偏光の振動方向を８０度〜１００度、８２度〜９８度、８４度〜９６度、８６度〜９４度、８８度〜９２度、好ましくは９０度回転させる位相遅延特性を有し得る。前記位相差可変液晶層が位相差モードである場合、前記反射率可変ミラーは鏡モードを具現することができる。
前記位相差可変液晶層が非位相差モードである場合、入射光に対して位相遅延特性を有さないモードを意味し得る。前記位相差可変液晶層は非位相差モードで入射する線偏光の振動方向を変化させない。前記位相差可変液晶層が位相差モードである場合、前記反射率可変ミラーは反射防止モードを具現することができる。
一つの例示において、前記位相差可変液晶層は電圧無印加状態で位相差モードを具現することができ、電圧印加状態で非位相差モードを具現することができる。このような配向状態は、前記第２液晶セルを９０度ＴＮ液晶セルに具現する場合に適合し得る。
前記第２液晶セルは、前記位相差モードと非位相差モードとの間で切り替えられるように適切なモードで駆動され得る。前記第２液晶セルは、位相差可変特性が１／２波長板のような役割をする液晶基盤モードで具現されるかあるいは前記役割をする液晶基盤モードと補償フィルムの積層素子で具現され得る。一つの例示において、前記第２液晶セルは、９０度ＴＮモード液晶セル、２７０度ＳＴＮモード液晶セル、ＥＣＢモード液晶セルまたは１／２波長板とＶＡモード液晶セルの積層体であり得る。
ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ ｎｅｍａｔｉｃ）モード液晶セルは、液晶層内の液晶分子が電圧無印加状態で９０度以下のねじれ角度でツイスト配向状態で存在し得、電圧印加状態で垂直配向状態で存在し得る。９０度ＴＮ液晶セルは前記ねじれ角度が９０度であるＴＮ液晶セルを意味し得る。
ＳＴＮ（Ｓｕｐｅｒ ｔｗｉｓｔｅｄ ｎｅｍａｔｉｃ）モード液晶セルは、液晶層内の液晶分子が電圧無印加状態で９０度超過のねじれ角度でツイスト配向状態で存在し得、電圧印加状態で垂直配向状態で存在し得る。２７０度ＳＴＮ液晶セルは前記ねじれ角度が２７０度であるＳＴＮ液晶セルを意味し得る。
ＥＣＢ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード液晶セルは、液晶層内の液晶分子が電圧無印加状態で水平配向状態で存在し得、電圧印加状態で垂直配向状態で存在し得る。
ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード液晶セルは、液晶層内の液晶分子が電圧無印加状態で垂直配向状態で存在し得、電圧印加状態で水平配向状態で存在し得る。
前記ねじれ角度は、ツイスト配向液晶層で最も下部に存在する液晶分子の光軸と最も上部に存在する液晶分子の光軸とがなす角度を意味する。前記電圧の印加は、第３および第４透明電極基材の面と垂直方向に印加され得る。
位相差可変液晶層の厚さは本出願の目的を考慮して適切に選択され得る。位相差可変液晶層の厚さは例えば、約３μｍ〜２０μｍまたは３μｍ〜１５μｍであり得る。位相差可変液晶層の厚さが前記範囲を満足する場合、反射率可変特性に優れているミラー素子を提供するのに有利であり得る。
前記第２液晶セルは配向膜をさらに含むことができる。一つの例示において、前記第２液晶セルは前記位相差可変液晶層の両側に対向配置された第３および第４配向膜（図３の３１Ａおよび３１Ｂ）をさらに含むことができる。第３および第４配向膜については、前記第１および第２配向膜の項目で記述した内容が同様に適用され得、第２液晶セルの駆動モードに適合した配向膜を適用することができる。
一つの例示において、前記第２液晶セルが９０度ＴＮ液晶セルまたは２７０ＳＴＮ液晶セルである場合、第３および第４配向膜のうち第１反射型偏光フィルムに、より近く配置される第３配向膜のプレチルト方向は第１反射型偏光フィルムの反射軸と直交し得、第４配向膜のプレチルト方向は第１反射型偏光フィルムの反射軸と平行し得る。
他の一つの例示において、前記第２液晶セルがＥＣＢモード液晶セルである場合、第３および第４配向膜のプレチルト方向は第１反射型偏光フィルムの反射軸と約４５度をなし得る。
他の一つの例示において、前記第２液晶セルが１／２波長板とＶＡモード液晶セルの積層体である場合、前記１／２波長板の遅相軸と第１反射型偏光フィルムの反射軸は約４５度をなし得、前記１／２波長板の遅相軸とＶＡモード液晶セルの水平配向方向（ＶＡモード液晶セルの配向膜のプレチルト方向）は約４５度をなし得る。この場合、ＶＡ液晶セルに電圧非印加状態でミラーモードを具現することができ、電圧印加状態で反射防止モードを具現することができる。
前記第２液晶セルは透明電極基材をさらに含むことができる。一つの例示において、前記第２液晶セルは前記位相差可変液晶層の両側に第３および第４透明電極基材（図３の３２Ａおよび３２Ｂ）をさらに含むことができる。第３および第４透明電極基材については、前記第１および第２透明電極基材の項目で記述した内容が同様に適用され得、第２液晶セルの駆動モードに適合した透明電極基材を適用することができる。
前記第２反射型偏光フィルムは前記第２液晶セルの下部に配置され得る。前記第２反射型偏光フィルムは、前記第１反射軸と平行な方向に形成された第２反射軸を有することができる。前記第２反射型偏光フィルムは、第２反射軸と直交する第２透過軸を有することができる。前記第２反射軸と第２透過軸は水平方向（面方向）に形成され得る。前記第２反射軸は、前記第２液晶セルの前記位相差可変液晶層の位相差モードを通過した線偏光の振動方向と平行となり得る。
前記吸収板は前記第２反射型偏光フィルムの下部に配置され得る。前記吸収板は、前記第１液晶セル、第１反射型偏光フィルム、第２液晶セルおよび第２反射型偏光フィルムを透過した残光を吸収して消滅させる役割をすることができる。前記吸収板は公知の光吸収物質を含むことができる。前記光吸収物質としては、例えばカーボンブラック（ｃａｒｂｏｎ ｂｌａｃｋ）インク、黒鉛または酸化鉄などのような黒色無機顔料や、アゾ系顔料またはフタロシアニン系顔料などの黒色有機顔料インク（Ｂｌａｃｋ ｏｒｇａｎｉｃ ｐｉｇｍｅｎｔ ｉｎｋ）を含むインクが挙げられる。
前記吸収板の光吸収率は、約９０％以上、９５％以上または９８％以上であり得る。前記光吸収率は、可視光領域、例えば約３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ波長の光に対する光吸収率を意味し得る。前記光吸収率は、前記３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの波長帯域のうちいずれか一つの波長または所定波長帯域の光吸収率を意味するか、前記波長帯域のすべての波長での光吸収率を意味するか、または前記波長帯域の平均光吸収率を意味し得る。
前記反射率可変ミラーは、電圧印加の有無により鏡モードと反射防止モードに切り替えられ得る。本明細書において鏡モードは、前面光反射率が約５０％以上であるモードを意味し得、反射防止モードは前面光透過率が約１０％以下であるモードを意味し得る。
図１および図２は、それぞれ第１液晶セルがＶＡモードのゲストホスト液晶セルであり、第２液晶セルが９０度ＴＮモード液晶セルである場合の、反射率可変ミラーの鏡モードと反射防止モードの具現原理を例示的に示している。図１および図２に例示的に示したように、反射率可変ミラーは、液晶１０１および異方性染料１０２を含むゲストホスト液晶層１０、第１反射軸Ｒ１を有する第１反射型偏光フィルム２０、液晶３０１を含む位相差可変液晶層３０、第２反射軸Ｒ２を有する第２反射型偏光フィルム４０および吸収板５０を順に含むことができる。
図１および２において、実線
は偏光されていない光を意味し、点線
は０度振動成分を意味し、点線
は９０度振動成分を意味する。
前記例示的な反射率可変ミラーは、第１液晶セルおよび第２液晶セルのそれぞれに電圧無印加状態で鏡モードを具現することができる。以下、図１のミラーモードの具現時の光経路を例示的に説明する。第１および第２反射型偏光フィルムの反射軸をそれぞれ０度と仮定する。
（１）ＶＡモードのゲストホスト液晶セルは、電圧無印加状態で垂直配向状態で存在する。前記垂直配向ゲストホスト液晶層に入射する偏光されていない光源は、前記ゲストホスト液晶層に一部吸光され、前記ゲストホスト液晶層を通過しながら非偏光状態を維持する。（２）前記ゲストホスト液晶層を透過した光のうち第１反射型偏光フィルムの第１反射軸０度と平行に振動する０度振動光源は、第１反射型偏光フィルムによって反射され、前記ゲストホスト液晶層を通じて出光される。（３）前記ゲストホスト液晶層を通過した光のうち第１反射型偏光フィルムの第１反射軸と直交する９０度振動光源および一部の０度振動光源は、第１反射型偏光フィルムを透過する。（４）第１反射型偏光フィルムを透過した光は、ＴＮモード液晶セルの位相差可変液晶層を通り過ぎながら９０度位相遅延される。すなわち、９０度振動光源は位相差可変液晶層を通り過ぎて０度振動光源成分に変化する。（５）前記（４）で０度振動光源は第２反射型偏光フィルムの第２反射軸と平行な光源成分であるので反射する。（６）前記（５）で反射した０度振動光源は前記（４）で発生した効果と同様に、位相差可変液晶層を通過しながら９０度位相遅延されて９０度振動光源に変化する。（７）第１反射型偏光フィルムの透過軸は９０度であるため、前記（６）で発現した９０度振動光源はいずれも第１反射型偏光フィルムを透過する。したがって、入射光源の０度、９０度偏光成分をほとんど反射光源で抽出可能である。
前記例示的な反射率可変ミラーは、第１液晶セルおよび第２液晶セルのそれぞれに電圧印加状態で反射防止モードを具現することができる。以下、図２の反射防止モードの具現時の光経路を例示的に説明する。第１および第２反射型偏光フィルムの反射軸をそれぞれ０度と仮定する。
（１）ＶＡモードのゲストホスト液晶セルは、電圧印加状態で水平配向状態で存在する。前記水平配向時の異方性染料の吸収軸を０度と仮定する。前記垂直配向ゲストホスト液晶層に入射する偏光されていない光源は、前記異方性染料の吸収軸が０度である水平配向ゲストホスト液晶層を通り過ぎながら０度振動成分が吸収されて９０度振動成分の偏光が発生する。（２）前記ゲストホスト液晶層を通過した一部の偏光された光源のうち第１反射型偏光フィルムの第１反射軸０度と平行に振動する０度振動光源は反射され、前記ゲストホスト液晶層を通過しながら追加の吸光が発生して出光される。（３）前記ゲストホスト液晶層を通過した一部の偏光された光源のうち第１反射型偏光フィルムの第１反射軸と直交する９０度振動光および一部の０度振動光源は、第１反射型偏光フィルムを透過する。（４）前記ＴＮモード液晶セルは電圧印加状態で垂直配向された状態で存在する。したがって、前記位相差可変液晶層は位相遅延特性を有さないため、第１反射型偏光フィルムを透過した光は前記位相差可変液晶層をそのまま通過する。すなわち、９０度振動光源は９０度振動光源成分に維持される。（５）前記（４）で９０度振動光源は第２反射型偏光フィルムの第２透過軸と平行な光源成分であるため、そのまま透過して吸収板に吸光および消滅する。（６）前記（５）で一部の反射した０度および９０度振動光源はそのまま位相差可変液晶層を通過する。（７）第１反射型偏光フィルムの透過軸は９０度であるため、前記（６）の残留光源のうち９０度振動光源はゲストホスト液晶層の短軸吸収によって吸光が発生し、９０度振動光源は第１反射型偏光フィルムで追加に反射および一部が出光されるか、ゲストホスト液晶層の長軸の吸収軸と平行であるため、追加の吸光が発生する。したがって、入射光源の０度、９０度偏光成分の反射を防止することができる。
本出願の反射率可変ミラーは、前記鏡モードと反射防止モードの具現原理により反射防止モードで反射率を１０％以下に具現することができる。これに伴い、前記反射率可変ミラーは優れた反射率可変特性を有することができる。例えば、前記反射率可変ミラーの鏡モードと反射防止モードの反射率差は、５０％以上であり得る。また、本出願の反射率可変ミラーは液晶セルを基盤とするため、応答速度が速いという長所がある。
本出願の反射率可変ミラーは、反射率可変ミラーの適用が必要な多様な光学素子に適用され得る。前記反射率可変ミラーを含む限り、他の部品乃至構造などは特に制限されず、この分野で公知にされているすべての内容が適切に適用され得る。しかし、本出願の反射率可変ミラーは画像表示パネルを含まなくてもよい。すなわち、本出願の反射率可変ミラーは画像表示装置ではない。
本出願の反射率可変ミラーは、反射防止モードで反射率を低くすることによって優れた反射率可変特性を具現することができる。
以下、実施例を通じて本出願の反射率可変ミラーを具体的に説明するが、本出願の範囲は下記に提示された内容によって制限されるものではない。
製造例１．ＶＡモードＧＨＬＣセルの製造
ポリカーボネートフィルム（横×縦＝１５ｃｍ×５ｃｍ）上に、ＩＴＯ電極層および垂直配向膜が順に形成された２個のセル基板を垂直配向膜が互いに対向し、セルギャップが８μｍとなるように離隔配置し、その間に液晶組成物を注入し、エッジをシーリングしてＶＡモードＧＨＬＣセルを製造した。液晶組成物はネマティック液晶（ＨＣＣＨ社のＨＮＧ７３０６、誘電率異方性：−５．０）および異方性染料（ＢＡＳＦ社のＸ１２）を含み、異方性染料の含量は１．４重量％である。
ポリカーボネートフィルム（横×縦＝１５ｃｍ×５ｃｍ）上に、ＩＴＯ電極層および垂直配向膜が順に形成された２個のセル基板を垂直配向膜が互いに対向し、セルギャップが８μｍとなるように離隔配置し、その間に液晶組成物を注入し、エッジをシーリングしてＶＡモードＧＨＬＣセルを製造した。液晶組成物はネマティック液晶（ＨＣＣＨ社のＨＮＧ７３０６、誘電率異方性：−５．０）および異方性染料（ＢＡＳＦ社のＸ１２）を含み、異方性染料の含量は１．４重量％である。
製造例２．ＶＡモードＧＨＬＣセルの製造
ポリカーボネートフィルム（横×縦＝１５ｃｍ×５ｃｍ）上に、ＩＴＯ電極層および垂直配向膜が順に形成された２個のセル基板を垂直配向膜が互いに対向し、セルギャップが８μｍとなるように離隔配置し、その間に液晶組成物を注入し、エッジをシーリングしてＶＡモードＧＨＬＣセルを製造した。液晶組成物はネマティック液晶（ＨＣＣＨ社のＨＮＧ７３０６、誘電率異方性：−５．０）および異方性染料（ＢＡＳＦ社のＸ１２）を含み、異方性染料の含量は１．０重量％である。
ポリカーボネートフィルム（横×縦＝１５ｃｍ×５ｃｍ）上に、ＩＴＯ電極層および垂直配向膜が順に形成された２個のセル基板を垂直配向膜が互いに対向し、セルギャップが８μｍとなるように離隔配置し、その間に液晶組成物を注入し、エッジをシーリングしてＶＡモードＧＨＬＣセルを製造した。液晶組成物はネマティック液晶（ＨＣＣＨ社のＨＮＧ７３０６、誘電率異方性：−５．０）および異方性染料（ＢＡＳＦ社のＸ１２）を含み、異方性染料の含量は１．０重量％である。
製造例３．ＥＣＢモードＧＨＬＣセルの製造
ガラス（横×縦＝１５ｃｍ×５ｃｍ）上に、ＩＴＯ電極層および水平配向膜が順に形成された２個のセル基板を向かい合う水平配向膜の配向方向が平行であり、セルギャップが１１μｍとなるように離隔配置した後、その間に液晶組成物を注入し、エッジをシーリングしてＥＣＢモードＧＨＬＣセルを製造した。液晶組成物はネマティック液晶（ＨＣＣＨ社のＨＰＣ２１６０、誘電率異方性：１８．２）および異方性染料（ＢＡＳＦ社のＸ１２）を含み、異方性染料の含量は１．５重量％である。
ガラス（横×縦＝１５ｃｍ×５ｃｍ）上に、ＩＴＯ電極層および水平配向膜が順に形成された２個のセル基板を向かい合う水平配向膜の配向方向が平行であり、セルギャップが１１μｍとなるように離隔配置した後、その間に液晶組成物を注入し、エッジをシーリングしてＥＣＢモードＧＨＬＣセルを製造した。液晶組成物はネマティック液晶（ＨＣＣＨ社のＨＰＣ２１６０、誘電率異方性：１８．２）および異方性染料（ＢＡＳＦ社のＸ１２）を含み、異方性染料の含量は１．５重量％である。
製造例４．ＶＡモードＧＨＬＣセルの製造
ポリカーボネートフィルム（横×縦＝１５ｃｍ×５ｃｍ）上に、ＩＴＯ電極層および垂直配向膜が順に形成された２個のセル基板を垂直配向膜が互いに対向し、セルギャップが１２μｍとなるように離隔配置し、その間に液晶組成物を注入し、エッジをシーリングしてＶＡモードＧＨＬＣセルを製造した。液晶組成物はネマティック液晶（ＨＣＣＨ社のＨＮＧ７３０６、誘電率異方性：−５．０）および異方性染料（ＢＡＳＦ社のＸ１２）を含み、異方性染料の含量は１．４重量％である。
ポリカーボネートフィルム（横×縦＝１５ｃｍ×５ｃｍ）上に、ＩＴＯ電極層および垂直配向膜が順に形成された２個のセル基板を垂直配向膜が互いに対向し、セルギャップが１２μｍとなるように離隔配置し、その間に液晶組成物を注入し、エッジをシーリングしてＶＡモードＧＨＬＣセルを製造した。液晶組成物はネマティック液晶（ＨＣＣＨ社のＨＮＧ７３０６、誘電率異方性：−５．０）および異方性染料（ＢＡＳＦ社のＸ１２）を含み、異方性染料の含量は１．４重量％である。
製造例５．ＴＮモード液晶セルの製造
ポリカーボネートフィルム（横×縦＝１５ｃｍ×５ｃｍ）上に、ＩＴＯ電極層および水平配向膜が順に形成された２個のセル基板を向かい合う水平配向膜の配向方向が直交し、セルギャップが７μｍとなるように離隔配置し、その間に液晶組成物を注入し、エッジをシーリングして９０度ＴＮモードＧＨＬＣセルを製造した。液晶組成物はネマティック液晶（Ｍｅｒｃｋ社のＭＡＴ−１６−９７０、誘電率異方性：５．０）およびキラル剤（Ｓ８１１、ＨＣＣ社）を含み、キラル剤の含量は０．０８重量％である。製造されたＴＮモード液晶セルのセルギャップ×△ｎ（液晶の屈折率異方性）値は約４８０ｎｍである。
ポリカーボネートフィルム（横×縦＝１５ｃｍ×５ｃｍ）上に、ＩＴＯ電極層および水平配向膜が順に形成された２個のセル基板を向かい合う水平配向膜の配向方向が直交し、セルギャップが７μｍとなるように離隔配置し、その間に液晶組成物を注入し、エッジをシーリングして９０度ＴＮモードＧＨＬＣセルを製造した。液晶組成物はネマティック液晶（Ｍｅｒｃｋ社のＭＡＴ−１６−９７０、誘電率異方性：５．０）およびキラル剤（Ｓ８１１、ＨＣＣ社）を含み、キラル剤の含量は０．０８重量％である。製造されたＴＮモード液晶セルのセルギャップ×△ｎ（液晶の屈折率異方性）値は約４８０ｎｍである。
実施例１
第１および第２反射型偏光フィルムとしてそれぞれ非偏光入射光に対する反射率が５２％であるＤＢＥＦ（Ｄｕａｌ Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ Ｆｉｌｍ、３Ｍ社）を準備した。吸収板として吸収率が９８％以上であるブラックシート（ＬＧ化学）を準備した。
第１および第２反射型偏光フィルムとしてそれぞれ非偏光入射光に対する反射率が５２％であるＤＢＥＦ（Ｄｕａｌ Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ Ｆｉｌｍ、３Ｍ社）を準備した。吸収板として吸収率が９８％以上であるブラックシート（ＬＧ化学）を準備した。
製造例１のＶＡモードＧＨＬＣセル１０、第１反射型偏光フィルム２０、製造例５のＴＮモード液晶セル３０、第２反射型偏光フィルム４０および吸光板５０を図３のように順に積層して反射率可変ミラーを製作した。第１反射型偏光フィルムの反射軸Ｒ１と第２反射型偏光フィルムの反射軸Ｒ２は、平行なように配置した。第１反射型偏光フィルムの反射軸はＧＨＬＣセルの水平配向時の吸収軸方向と平行し、第２反射型偏光フィルムの反射軸は前記ＴＮモード液晶セルの第２反射型偏光フィルムの側の配向方向と直交するように配置した。
実施例２
製造例１のＶＡモードＧＨＬＣセルの代わりに製造例２のＶＡモードＧＨＬＣセルを使用したことを除いては実施例１と同様にして反射率可変ミラーを製作した。
製造例１のＶＡモードＧＨＬＣセルの代わりに製造例２のＶＡモードＧＨＬＣセルを使用したことを除いては実施例１と同様にして反射率可変ミラーを製作した。
比較例１
製造例３のＥＣＢモードＧＨＬＣセル６０、１／４波長板７０および反射率が９０％である商用ミラー８０を図４のように順に積層して反射率可変ミラーを製作した。ＧＨＬＣセルの水平配向時の吸収軸ａと１／４波長板の光軸ｏが約４５度をなすように配置した。
製造例３のＥＣＢモードＧＨＬＣセル６０、１／４波長板７０および反射率が９０％である商用ミラー８０を図４のように順に積層して反射率可変ミラーを製作した。ＧＨＬＣセルの水平配向時の吸収軸ａと１／４波長板の光軸ｏが約４５度をなすように配置した。
比較例２
製造例３のＥＣＢモードＧＨＬＣセルの代わりに製造例４のＶＡモードＧＨＬＣセルを使用したことを除いては比較例１と同様にして反射率可変ミラーを製作した。
製造例３のＥＣＢモードＧＨＬＣセルの代わりに製造例４のＶＡモードＧＨＬＣセルを使用したことを除いては比較例１と同様にして反射率可変ミラーを製作した。
比較例３
実施例２から第１液晶セルを除いた構造で反射率可変ミラーを製作した。
実施例２から第１液晶セルを除いた構造で反射率可変ミラーを製作した。
評価例１．反射率可変特性の評価
実施例１〜２および比較例１〜３の反射率可変ミラーの製作に使われたＧＨＬＣセルに対して、電圧印加の有無による透過率を測定して下記の表１に記載した。実施例１〜２および比較例１〜３の反射率可変ミラーに対して、電圧印加の有無により反射率を測定して下記の表１に記載した。
実施例１〜２および比較例１〜３の反射率可変ミラーの製作に使われたＧＨＬＣセルに対して、電圧印加の有無による透過率を測定して下記の表１に記載した。実施例１〜２および比較例１〜３の反射率可変ミラーに対して、電圧印加の有無により反射率を測定して下記の表１に記載した。
透過率は背面光透過率であり、反射率は前面光反射率である。前面光は視認側から反射率可変ミラーに入射する光であり、背面光は視認側の反対側から反射率可変ミラーに入射する光であり、前記背面光透過率および前面光反射率は視認側で測定された値である。
実施例１〜２および比較例１〜３で視認側はＧＨＬＣセル側である。前記反射率は、ＫＯＮＩＣＡ ＭＩＮＯＬＴＡ社のＣＭ−２６００ｄを利用してＳＣＩ（ｓｐｅｃｕｌａｒ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｉｎｃｌｕｄｅｄ、正反射光を含む）方式で、３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ波長の光に対して測定した値である。下記の表２の前面光反射率は前面光入射光量をそれぞれ１００％にした場合に対する数値である。
１０：ゲストホスト液晶層
１０１：液晶
１０２：異方性染料
１１Ａおよび１１Ｂ：第１および第２配向膜
１２Ａおよび１２Ｂ：第１および第２透明電極基材
２０：第１反射型偏光フィルム
３０：位相差可変液晶層
３０１：液晶
３１Ａおよび３１Ｂ：第３および第４配向膜
３２Ａおよび３２Ｂ：第３および第４透明電極基材
４０：第２反射型偏光フィルム
５０：吸収板
６０：ゲストホスト液晶層
６０１：液晶
６０２：異方性染料
６１Ａ、６１Ｂ：配向膜
６２Ａ、６２Ｂ：透明電極層
６３：基材層
７０：１／４波長板
８０：ミラー
Ｒ１：第１反射型偏光フィルムの反射軸
Ｒ２：第２反射型偏光フィルムの反射軸
ａ：ゲストホスト液晶層の吸収軸
ｏ：１／４波長板の光軸
１０１：液晶
１０２：異方性染料
１１Ａおよび１１Ｂ：第１および第２配向膜
１２Ａおよび１２Ｂ：第１および第２透明電極基材
２０：第１反射型偏光フィルム
３０：位相差可変液晶層
３０１：液晶
３１Ａおよび３１Ｂ：第３および第４配向膜
３２Ａおよび３２Ｂ：第３および第４透明電極基材
４０：第２反射型偏光フィルム
５０：吸収板
６０：ゲストホスト液晶層
６０１：液晶
６０２：異方性染料
６１Ａ、６１Ｂ：配向膜
６２Ａ、６２Ｂ：透明電極層
６３：基材層
７０：１／４波長板
８０：ミラー
Ｒ１：第１反射型偏光フィルムの反射軸
Ｒ２：第２反射型偏光フィルムの反射軸
ａ：ゲストホスト液晶層の吸収軸
ｏ：１／４波長板の光軸
Claims (15)
- 液晶および異方性染料を含むゲストホスト液晶層を有する第１液晶セル、
一方向に形成された第１反射軸を有する第１反射型偏光フィルム、
線偏光の振動方向を９０度回転させる位相差モードと非位相差モードを切り替える位相差可変液晶層を有する第２液晶セル．
前記第１反射軸と平行な第２反射軸を有する第２反射型偏光フィルムおよび
吸収板を順に含む、反射率可変ミラー。 - 前記ゲストホスト液晶層は、電圧印加の有無により垂直配向状態と水平配向状態を切り替える、請求項１に記載の反射率可変ミラー。
- 前記第１液晶セルは、前記ゲストホスト液晶層の両側に対向配置された第１および第２配向膜をさらに含む、請求項１に記載の反射率可変ミラー。
- 前記第１液晶セルは、前記ゲストホスト液晶層の両側に対向配置された第１および第２透明電極基材をさらに含む、請求項１に記載の反射率可変ミラー。
- 前記第１反射型偏光フィルムは第１反射軸と直交する第１透過軸を有し、前記第１反射軸と第１透過軸は水平方向に形成された、請求項１に記載の反射率可変ミラー。
- 前記第１反射型偏光フィルムの第１反射軸は前記ゲストホスト液晶層の水平配向時の異方性染料の吸収軸方向と平行な、請求項１に記載の反射率可変ミラー。
- 前記位相差可変液晶層は、電圧印加の有無により位相差モードと非位相差モードを切り替える、請求項１に記載の反射率可変ミラー。
- 前記第２液晶セルは、前記位相差可変液晶層の両側に対向配置された第３および第４配向膜をさらに含む、請求項１に記載の反射率可変ミラー。
- 前記第２液晶セルは、前記位相差可変液晶層の両側に対向配置された第３および第４透明電極基材をさらに含む、請求項１に記載の反射率可変ミラー。
- 前記第２液晶セルは、９０度ＴＮモード液晶セル、２７０度ＳＴＮモード液晶セル、ＥＣＢモード液晶セル、または１／２波長板とＶＡモード液晶セルの積層体である、請求項１に記載の反射率可変ミラー。
- 前記第２反射型偏光フィルムは第２反射軸と直交する第２透過軸を有し、前記第２反射軸と第２透過軸は水平方向に形成された、請求項１に記載の反射率可変ミラー。
- 前記第２反射型偏光フィルムの第２反射軸は、前記位相差可変液晶層の位相差モードを通過した線偏光の振動方向と平行な、請求項１に記載の反射率可変ミラー。
- 前記反射率可変ミラーは、前記第１液晶セルが垂直配向状態であり、第２液晶セルが位相差モードである場合に鏡モードを具現する、請求項１に記載の反射率可変ミラー。
- 前記反射率可変ミラーは、第１液晶セルが水平配向状態であり、第２液晶セルが非位相差モードである場合に反射防止モードを具現する、請求項１に記載の反射率可変ミラー。
- 前記反射率可変ミラーは、画像表示パネルを含まない、請求項１に記載の反射率可変ミラー。
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