JP2021505937A - 液晶セル - Google Patents
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Abstract
本出願は、液晶セル、その製造方法及びその用途に関するもので、本出願は、通常透過モードであり、透過モードと散乱モードの透過率可変特性に優れ、散乱モードでヘイズ特性に優れた液晶セル及び液晶セルの製造方法を提供することができる。このような液晶セルは、スマートウィンドウ、ウィンドウ保護膜、フレキシブルディスプレイ素子、透明ディスプレイ用遮光板、３Ｄ映像表示用アクティブリターダー（ａｃｔｉｖｅ ｒｅｔａｒｄｅｒ）又は視野角調節フィルムなどのような多様な光変調装置に適用され得る。
Description
関連出願との相互引用
本出願は、２０１７年１２月２２日に提出された大韓民国特許出願第１０−２０１７−０１７８１０７号に基づく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組み込まれる。
本出願は、２０１７年１２月２２日に提出された大韓民国特許出願第１０−２０１７−０１７８１０７号に基づく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組み込まれる。
技術分野
本出願は、液晶セル、その製造方法及びその用途に関する。
本出願は、液晶セル、その製造方法及びその用途に関する。
通常透過モード素子は、例えば、外部作用がない状態では透過モードが具現され、外部作用下で遮断モードに転換され、外部作用が除去されると、また透過モードに転換される素子である。
特許文献１（大韓民国公開特許公報第１０−２０１４−００７７８６１号）には、透過モードと散乱モードとの間の可変が可能な通常透過モード素子が開示されている。特許文献１の素子は、高分子マトリックス内に液晶を分散させて具現される、いわゆるＰＤＬＣ（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）素子であって、ＰＤＬＣ内で通常液晶化合物は配向されていない状態で存在するので、電圧が印加されない状態では散乱状態であるが、垂直配向膜を適用することで通常透過モードを具現している。
しかし、特許文献１のＰＤＬＣを用いた通常透過モード素子は、駆動電圧が高く、露光特性による残留ヘイズレベルの変動及びヘイズ特性の低下などの問題があるため、前記問題点を補完し得る通常透過モード素子の開発が必要な実情である。
本出願は、通常透過モードであり、透過モードと散乱モードの透過率可変特性に優れ、散乱モードでヘイズ特性に優れた液晶セル、その製造方法及びその用途を提供することを目的とする。
本出願は、液晶セルに関する。以下、添付された図面を参照して本出願の液晶セルを説明し、添付された図面は例示的なものであって、本出願の液晶セルが添付された図面に制限されるものではない。
図１は、本出願の一実施例による液晶セルを例示的に示す。図１に示したように、前記液晶セルは、対向配置された２個の基板１００、３００；及び前記２個の基板１００、３００の間に存在する液晶層２００を含む。
前記液晶セルは、通常透過モード素子を具現し得る。本明細書で用語「通常透過モード素子」は、外部作用がない状態（すなわち、初期状態又は通常状態）では透過モードが具現され、外部作用下で散乱モードに転換され、外部作用が除去されると、また透過モードに転換される素子を意味し得る。本出願で用語「外部作用」は、液晶化合物の整列を変更させるように行われる全ての種類の作用を意味し、代表的な例としては、電圧の印加 がある。
一つの例示で、液晶セルに一定電圧以上を印加するようになると、印加された外部電場と液晶層２００に含まれた伝導度調節剤の分極による誘導電界作用により非反応性液晶に回転力が発生され、それによって、渦流が発生され得る。前記渦流が発生するためには、伝導度調節剤の濃度が一定レベル以上である必要があり、前記伝導度調節剤の濃度は、平均電流密度で評価し得る。
例えば、前記液晶層２００は、平均電流密度が３０μＡ／ｃｍ２〜６０μＡ／ｃｍ２であってもよい。具体的に、前記液晶層２００の平均電流密度の下限は、３３μＡ／ｃｍ２以上、３６μＡ／ｃｍ２以上、３９μＡ／ｃｍ２以上又は４０μＡ／ｃｍ２以上であってもよく、前記液晶層２００の平均電流密度の上限は、５９μＡ／ｃｍ２以下、５８μＡ／ｃｍ２以下、５７μＡ／ｃｍ２以下又は５６μＡ／ｃｍ２以下であってもよい。本明細書で「電流密度」は、単位面積を通じて流れる電流の量を意味し、本明細書で「平均電流密度」は、特定強度及び周波数の電圧を液晶セルに印加した後、特定時間の間測定した電流密度の平均値を意味する。本明細書で「サイクル（ｃｙｃｌｅ）」は、交流電圧の印加時に特定電圧が印加される周期を意味する。一つの例示で、前記電流密度は、交流電圧を印加した後にすぐ測定する場合、過測定される傾向があるため、安定化されたと判断される時点である５番目のサイクルで測定された値であってもよい。一実施例による前記液晶層２００の平均電流密度は、４０Ｖの電圧及び６０Ｈｚの周波数の交流電圧を液晶セルに印加した後、６４ｍｓ（ｍｉｌｌｉｓｅｃｏｎｄ）から７２ｍｓまで、すなわち、５番目のサイクル（Ｃｙｃｌｅ）の０ｍｓから８ｍｓまで測定された電流密度の平均値であってもよい。前記液晶層２００が上述した範囲内の平均電流密度を満足することで、通常透過モードであり、透過モードと散乱モードの透過率可変特性に優れ、散乱モードでヘイズ特性に優れた液晶セルを提供し得る。前記液晶層２００の平均電流密度が過度に低い場合、伝導度調節剤の濃度が低くて前記伝導度調節剤の渦流が充分に発生しないので、ヘイズ特性が低下され得る。また、前記液晶層２００の平均電流密度が過度に高い場合、ヘイズ特性は優れるが、初期状態の透過率と６０Ｖの電圧を印加したときの透過率の差が減少し得、液晶セルの大面積化に不利に作用され得る。前記液晶層の平均電流密度は、液晶層の組成、加熱時間によって調節され得る。
前記電流密度は、半導体特性分析器で測定し得、一つの具現例による前記電流密度は、ｄｓｌｃ ｃｅｌｌ Ｋｅｉｔｈｌｙ ４２００半導体特性分析器を用いて測定した。前記半導体特性分析器の駆動波形は、周期が０．００１０ｓｅｃ〜０．０３００ｓｅｃであってもよく、パルス幅が０．００５００ｓｅｃ〜０．０１０００ｓｅｃであってもよく、上昇時間が０．００００１ｓｅｃ〜０．０００２０ｓｅｃであってもよく、下降時間が０．００００１ｓｅｃ〜０．０００２０ｓｅｃであってもよく、基本電圧が−６０Ｖ〜−２０Ｖであってもよく、振幅が５０Ｖ〜１００Ｖであってもよい。具体的に、前記半導体特性分析器の駆動波形は、周期が０．０１００ｓｅｃ〜０．０２５０ｓｅｃ又は０．０１５０ｓｅｃ〜０．０２００ｓｅｃであってもよく、パルス幅が０．００６００ｓｅｃ〜０．００９５０ｓｅｃ、０．００７００ｓｅｃ〜０．００９００ｓｅｃ又は０．００８００ｓｅｃ〜０．００８５０ｓｅｃであってもよく、上昇時間が０．００００４ｓｅｃ〜０．０００１６ｓｅｃ又は０．００００８ｓｅｃ〜０．０００１２ｓｅｃであってもよく、下降時間が０．００００４ｓｅｃ〜０．０００１６ｓｅｃ又は０．００００８ｓｅｃ〜０．０００１２ｓｅｃであってもよく、基本電圧が−５５Ｖ〜−２５Ｖ、−５０Ｖ〜−３０Ｖ又は−４５Ｖ〜−３５Ｖであってもよく、振幅が６０Ｖ〜９５Ｖ、７０Ｖ〜９０Ｖ又は７５Ｖ〜８５Ｖであってもよい。
前記周期は、振動現象で振動中心周りに往復運動が一回行われるか物理的な値の揺れが一回起きるまでかかる時間を意味する。前記パルス幅は、パルスの上昇時間と下降時間において振幅が１／２になる時刻での間隔を意味する。前記上昇時間は、パルス波が最小値から最大値まで増大して行く期間のうち最大値の１０％から９０％になる間の時間を意味する。前記下降時間は、パルス波が最大値から最小値になるまでの期間のうち最大値の９０％から１０％になる間の時間を意味する。前記基本電圧は、電流密度を測定するとき特定電圧を印加する前の０秒での電圧を意味する。前記振幅は、周期的な振動があるとき振動の中心から最大に動いた距離あるいは変位を意味する。
前記液晶層２００は、非反応性液晶を含み得る。前記液晶層２００内の非反応性液晶は、外部作用、例えば、外部電圧の印加有無によって配向を変化することで透過度可変の機能を行うことができる。前記非反応性液晶としては、外部作用の印加によってその配向方向が変更され得るものであれば、全ての種類の液晶化合物が用いられる。例えば、前記液晶化合物としては、スメクチック（ｓｍｅｃｔｉｃ）液晶化合物、ネマチック（ｎｅｍａｔｉｃ）液晶化合物又はコレステリック（ｃｈｏｌｅｓｔｅｒｉｃ）液晶化合物などが用いられる。また、外部作用の印加によってその配向方向が変更されるように、液晶化合物は、例えば、重合性基又は架橋性基を有しない化合物であってもよい。
一つの例示で、前記非反応性液晶は、誘電率異方性が負数であってもよい。本明細書で用語「誘電率異方性 (△ε)」は、液晶の水平誘電率（ε／／）と垂直誘電率（ε⊥）との差（ε／／−ε⊥）を意味し得る。本明細書で用語「水平誘電率（ε／／）」は、液晶分子の方向子と印加電圧による電場の方向が実質的に水平に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⊥）」は、液晶分子の方向子と印加電圧による電場の方向が実質的に垂直に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。
一つの例示で、前記非反応性液晶の誘電率異方性（△ε）の絶対値は、例えば、約１〜１０範囲内であってもよい。前記非反応性液晶の誘電率異方性（△ε）の絶対値の下限は、１以上、２以上、３以上又は４以上であってもよく、前記非反応性液晶の誘電率異方性（△ε）の絶対値の上限は、１０以下、９以下、８以下、７以下、６以下又は５以下であってもよい。前記非反応性液晶の誘電率異方性が前記範囲を満足する場合、低い駆動電圧でも駆動が可能であり、優れたヘイズ特性を示すことができるので、透明モードと散乱モードとの間をスイッチングする液晶セルを具現するのに有利である。
一つの例示で、前記非反応性液晶の屈折率異方性は、目的物性、例えば、液晶セルのヘイズ特性を考慮して適切に選択され得る。本出願で用語「屈折率異方性」は、非反応性液晶の正常屈折率（ｏｒｄｉｎａｒｙ ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ）と異常屈折率（ｅｘｔｒａｏｒｄｉｎａｒｙ ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ）との差を意味し得る。前記異常屈折率は、非反応性液晶の光軸に対する屈折率を意味し、前記正常屈折率は、非反応性液晶の光軸に垂直した方向に対する屈折率を意味し得る。液晶化合物の屈折率異方性の下限は、例えば、０．１以上、０．１２以上、０．１４以上、０．１６以上、０．１８以上又は０．１９以上であってもよく、前記液晶化合物の屈折率異方性の上限は、０．３以下、０．２８以下、０．２６以下、０．２４以下、０．２２以下又は０．２以下であってもよい。非反応性液晶の屈折率異方性が前記範囲を満足する場合、例えば、ヘイズ特性に優れた通常透過モード素子を具現し得る。また、本明細書で用語「光軸」は、液晶が棒（ｒｏｄ）状である場合、液晶の長軸方向の軸を意味し得、液晶が円板（Ｄｉｓｃｏｔｉｃ) 状である場合、円板の平面の法線方向の軸を意味し得る。
前記液晶層２００は、伝導度調節剤をさらに含み得る。本出願の一実施例によると、前記液晶層２００は、動的散乱（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）モードで駆動する液晶層であってもよい。動的散乱モードは、電気流体力学的不安定状態（ＥＨＤＩ；Ｅｌｅｃｔｒｏ ｈｙｄｒｏ ｄｙｎａｍｉｃ ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ）を誘発する液晶モードを意味し得る。一般的に動的散乱モード液晶層は、ネマチック又はスメクチック相の非反応性液晶及びＥＨＤＩを誘発する伝導度調節剤を含み、前記液晶層２００に電界が印加される場合、ＥＨＤＩにより対流が発生し、電界が増加すると、継続して新しい対流構造が生じて最終的な乱流に変化しながら液晶の光学的異方性と流体運動により強く光を散乱させる。
一つの例示で、前記液晶層２００内に前記伝導度調節剤を含む場合、前記伝導度調節剤は、前記非反応性液晶１００重量部に対して、０．１重量部〜２０重量部の割合で含まれ得る。具体的に、前記伝導度調節剤は、前記非反応性液晶１００重量部に対して、０．１重量部〜１５重量部、０．１重量部〜１０重量部、０．１重量部〜５．５重量部、０．１重量部〜５重量部又は０．１重量部〜２．５重量部の割合で含まれ得る。前記液晶層２００内に上述した範囲の割合で伝導度調節剤を含むことで、散乱モードで優れたヘイズ特性を示すことができ、液晶層の物性も安定的に維持することができる。
前記ＥＨＤＩを誘発する伝導度調節剤としては、例えば、異方性染料、反応性モノマー及びイオン性化合物から選択される一つ以上を含み得る。前記反応性モノマーは、反応性液晶であってもよい。一つの例示で、前記液晶セルは、液晶層２００に伝導度調節剤として、異方性染料、反応性液晶及びイオン性化合物を含み得、他の一つの例示で、前記液晶セルは、液晶層２００に伝導度調節剤として、異方性染料、反応性液晶及びイオン性化合物を含み得る。
前記異方性染料は、液晶セルの遮光率を改善して透過度可変に寄与し得る。本明細書で用語「染料」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又は全体範囲内の光を集中的に吸収及び／又は変形させる物質を意味し得る。また、本明細書で用語「異方性染料」は、前記可視光領域の少なくとも一部又は全体範囲で光の異方性吸収が可能な物質を意味し得る。前記異方性染料としては、例えば、液晶の整列状態によって整列される特性を有すると知られた公知の染料を選択して用いることができ、例えば、黒色染料（ｂｌａｃｋ ｄｙｅ）を用いることができる。このような染料としては、例えば、アゾ染料又はアントラキノン染料などが用いられる。
前記液晶層２００内に前記異方性染料を含む場合、前記異方性染料は、前記非反応性液晶１００重量部に対して、０．１重量部〜２重量部の割合で含まれ得る。具体的に、前記異方性染料は、前記非反応性液晶１００重量部に対して、０．１重量部〜１．８重量部、０．１重量部〜１．６重量部、０．１重量部〜１．４重量部、０．１重量部〜１．２重量部、０．１重量部〜１．０重量部又は０．１重量部〜０．８重量部の割合で含まれ得る。前記液晶層２００内に上述した範囲の割合で異方性染料を含むことで、液晶セルの遮光率を改善して透過度可変に寄与し得る。
反応性モノマーとしては、上述したように液晶と混合性が良い反応性液晶を用いることができ、前記反応性液晶は、反応性メソゲン（Ｒｅａｃｔｉｖｅ ｍｅｓｏｇｅｎ）と呼称され得る。本明細書で「反応性メソゲン」は、液晶性を示す部位、例えば、メソゲン骨格を含み、また反応性官能基を一つ以上含む化合物を意味し得る。前記反応性官能基としては、例えば、重合性官能基又は架橋性官能基が例示され得る。前記反応性基としては、アクリロイル基、アクリロイルオキシ基、メタクリロイル基、メタクリロイルオキシ基、カルボキシル基、ヒドロキシ基、ビニル基、エポキシ基などが例示され得るが、これに制限されず、重合性基として知られた公知の官能基が含まれ得る。前記反応性メソゲンは、多官能性反応性メソゲン又は単官能性反応性メソゲンを含み得る。本明細書で用語「多官能性反応性メソゲン」は、前記メソゲンのうち反応性官能基を２個以上含む化合物を意味し得る。一つの例示で、多官能性反応性メソゲンは、反応性官能基を２個〜１０個、２個〜８個、２個〜６個、２個〜５個、２個〜４個、２個〜３個又は２個を含み得る。また、用語「単官能性反応性メソゲン」は、前記メソゲンのうち一つの反応性官能基を含む化合物を意味し得る。
前記液晶層２００内に前記反応性モノマーを含む場合、前記反応性モノマーは、前記非反応性液晶１００重量部に対して、０．５重量部〜１５重量部の割合で含まれ得る。具体的に、前記反応性モノマーは、前記非反応性液晶１００重量部に対して、０．５重量部〜１２重量部、０．５重量部〜１０重量部、０．５重量部〜５重量部、０．５重量部〜２．５重量部又は０．５重量部〜１重量部の割合で含まれ得る。前記液晶層２００内に上述した範囲の割合で反応性モノマーを含むことで、伝導度を効果的に確保すると共に優れた物性の液晶層を形成することができる。
本明細書で「イオン性化合物（Ｉｏｎｉｃ ｃｏｍｐｏｕｎｄ）」は、互いに反対される電荷を有したイオンが、例えば、陽イオンと陰イオンがイオン結合により構成された塩形態の化合物を意味し得る。前記イオン性化合物は、電気的に中性であってもよい。このようなイオン性化合物としては、例えば、窒素含有オニウム塩、硫黄含有オニウム塩又はリン含有オニウム塩などが例示され得るが、これに制限されるものではない。具体的に、前記イオン性化合物としては、イオン不純物、イオン性液体（ｉｏｎｉｃ ｌｉｑｕｉｄ）又は塩（Ｓａｌｔ）を用いることができ、例えば、前記イオン不純物としては、２，２，６，６−Ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌｐｉｐｅｒｉｄｉｎｅ−１−Ｏｘｙｌ Ｆｒｅｅ ｒａｄｉｃａｌを用いることができ、前記イオン性液体としては、ＴＭＡＰＦ６（Ｔｒｉｍｅｔｈｙｌａｌｕｍｉｎｕｍ−Ｈｅｘａｆｌｕｏｒｏｐｈｏｓｐｈａｔｅ）又はＢＭＩＮ−ＢＦ４（［１−ｂｕｔｙｌ−３−ｍｅｔｈｙｌｉｍｉｄａｚｏｌｉｕｍ］ＢＦ４）を用いることができ、塩としては、ＣＴＡＢ（Ｃｅｔｒｉｍｏｎｉｕｍ ｂｒｏｍｉｄｅ）、ＣＴＡＩ（Ｃｅｔｒｉｍｏｎｉｕｍ Ｉｏｄｉｄｅ）、ＣＴＡＩ３（Ｃｅｔｒｉｍｏｎｉｕｍ ｔｒｉｉｏｄｉｄｅ）を用いることができる。
前記液晶層２００内に前記イオン性化合物を含む場合、前記イオン性化合物は、前記非反応性液晶１００重量部に対して、０．１重量部〜２重量部の割合で含まれ得る。具体的に、前記イオン性化合物は、前記非反応性液晶１００重量部に対して、０．１重量部〜１．５重量部、０．１重量部〜１．２重量部、０．１重量部〜１．０重量部又は０．１重量部〜０．５重量部の割合で含まれ得る。前記液晶層２００内に上述した範囲の割合でイオン性化合物を含むことで、液晶層の伝導度を効果的に確保することができ、前記イオン性化合物は、液晶化合物に対する溶解度を考慮して上述した範囲の少量を含み得る。
一つの例示で、前記液晶層２００が反応性モノマーとイオン性化合物を全て含む場合、前記反応性モノマーとイオン性化合物の重量割合は、２．５：１〜１５０：１であってもよい。具体的に、前記反応性モノマーとイオン性化合物の重量割合は、２．５：１〜１３０：１、２．５：１〜１００：１、２．５：１〜８０：１、２．５：１〜５０：１、２．５：１〜３０：１又は２．５：１〜１０：１であってもよい。前記液晶層２００内に上述した範囲の割合でイオン性化合物を含むことで、伝導度を効果的に確保すると共に優れた物性の液晶層を形成することができる。
前記液晶セルは、非反応性液晶の初期整列状態を調節して電圧のような外部作用の印加などを通じて透過モードと散乱モードとの間をスイッチングすることができる。例えば、非反応性液晶が垂直に整列された状態で存在する場合、液晶セルは透明モードを示すことができ、非反応性液晶が不規則に配列された状態で存在する場合、液晶セルは散乱モードを示すことができる。
本明細書で用語「散乱モード」は、液晶セルが予定された一定レベル以上のヘイズを示すモードを意味し、用語「透過モード」は、光の透過が可能な状態又は予定された一定レベル以下のヘイズを示すモードを意味し得る。
例えば、散乱モードで液晶セルは、ヘイズが１０％以上、１５％以上、２０％以上、２５％以上、３０％以上、３５％以上、４０％以上、４５％以上、５０％以上、５５％以上、６０％以上、６５％以上、７０％以上、７５％以上、８０％以上、８５％以上、９０％以上又は９５％以上であってもよい。透明モードで液晶セルは、例えば、ヘイズが１０％未満、８％以下、６％以下又は５％以下であってもよい。
前記ヘイズは、測定対象を透過する全体透過光の透過率に対する拡散光の透過率の百分率であってもよい。前記ヘイズは、ヘイズメーター（ｈａｚｅｍｅｔｅｒ、ＮＤＨ−５０００ＳＰ）を用いて評価することができる。ヘイズは、前記ヘイズメーターを用いて次の方式で評価することができる。すなわち、光を測定対象を透過させて積分区内に入射させる。この過程で、光は測定対象により拡散光（ＤＴ）と平行光（ＰＴ）に分離されるが、この光は積分区内で反射されて受光素子に集光され、集光される光を通じて前記ヘイズの測定が可能である。すなわち、前記過程による全透過光（ＴＴ）は、前記拡散光（ＤＴ）と平行光（ＰＴ）の総合（ＤＴ＋ＰＴ）であり、ヘイズは、前記全体透過光に対する拡散光の百分率（Ｈａｚｅ（％）＝１００ＸＤＴ／ＴＴ）で規定され得る。
前記液晶セルは、外部作用が印加されない状態で透明モードであり、外部作用が印加 される場合、散乱モードにスイッチングされ得る。前記液晶セルは、外部作用が印加されない状態で、液晶層２００が垂直配向された状態で存在し得る。
図２及び図３は、それぞれ本出願の液晶セルの透過モード及び散乱モードの駆動を例示的に示す。図２に示したように、初期状態、すなわち、外部作用が印加されない状態で、非反応性液晶は液晶層２００の平面に対して垂直配向された状態で存在することができ、透明モード（Ａ）を具現することができる。このような初期状態で外部作用、例えば、垂直電界を印加する場合、図３に示したように、非反応性液晶は、伝導度調節剤により誘発されるＥＨＤＩによって不規則な配列状態を有しつつ散乱モード（Ｂ）に転換され得る。上記で垂直電界を除去する場合、初期状態の透明モードに転換され得る。一つの例示で、透明モードから散乱モードへの転換は、例えば、約１〜５００Ｈｚ、約１〜１００Ｈｚの垂直電界を印加することで行われ得、これは、必要に応じて、例えば、ヘイズ特性を考慮して適切に変更され得る。
一つの例示で、前記液晶層２００は、初期状態の透過率と６０Ｖの電圧を印加したときの透過率との差が４０％以上であってもよい。以下、本明細書で「初期状態の透過率と６０Ｖの電圧を印加したときの透過率との差」は、透過度可変幅で定義した。具体的に、前記液晶層２００の透過度可変幅は、４１％以上又は４２％以上であってもよく、前記液晶層２００の透過度可変幅の上限は、４５％であってもよい。前記液晶層２００が上述した範囲内の優れた透過度可変幅を有することで、液晶セルの駆動特性が優秀になる。
例えば、前記液晶層２００の初期状態の透過率は、６０％〜９５％であってもよく、具体的に、前記液晶層２００の初期状態の透過率は、６０％〜９０％、６０％〜８０％又は６０％〜７０％であってもよい。また、前記液晶層２００に６０Ｖの電圧を印加したときの透過率は、１５％〜５０％であってもよく、具体的に、前記液晶層２００に６０Ｖの電圧を印加したときの透過率は、１５％〜４５％、１５％〜３５％又は１５％〜２６％であってもよい。
前記液晶層２００は、６０Ｖの電圧を印加したときに液晶層２００内に存在する非反応性液晶のドメインの間の屈折率差によりヘイズを発現し得る。前記屈折率は、特に異に規定しない限り、約５５０ｎｍ波長の光に対する屈折率を意味する。
例えば、前記液晶層２００は、６０Ｖの電圧を印加したときにヘイズが９０％以上であってもよい。具体的に、前記液晶層２００に６０Ｖの電圧を印加したときのヘイズは、９１％以上、９２％以上、９３％以上又は９４％以上であってもよく、前記液晶層２００に６０Ｖの電圧を印加したときのヘイズの上限は、９８％以下であってもよい。前記液晶層２００は、６０Ｖの電圧を印加したときに上述した範囲内のヘイズを有することで、液晶セルが散乱モードで優れた遮光特性を有し得る。
また、前記液晶層２００は、初期状態でヘイズが９％以下であってもよい。具体的に、前記液晶層２００の初期状態でのヘイズは、８％以下、６％以下又は５％以下であってもよく、前記液晶層２００の初期状態でのヘイズの下限は、０．４％以上であってもよい。前記液晶層２００が初期状態で上述した範囲内のヘイズを有することで、液晶セルが通常透過モードで優れた透過特性を有し得る。
前記２個の基板１００、３００は、それぞれ電極層１２０、３２０及び垂直配向膜１３０、３３０を含み得る。具体的に、前記２個の基板１００、３００は、それぞれ基材１１０、３１０、及び前記基材１１０、３１０上に電極層１２０、３２０及び垂直配向膜１３０、３３０を順に含み得る。
前記基材１１０、３１０としては、光学的透明性を有するものを用いることができる。例えば、前記基材１１０、３１０としては、光学的に透明なガラスあるいはプラスチックフィルム又はシートを用いることができる。具体的に、前記プラスチックフィルム又はシートとしては、ＤＡＣ（ｄｉａｃｅｔｙｌ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ）又はＴＡＣ（ｔｒｉａｃｅｔｙｌ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ）フィルム又はシートのようなセルロースフィルム又はシート；ノルボルネン誘導体樹脂フィルム又はシートなどのＣＯＰ（ｃｙｃｌｏ ｏｌｅｆｉｎ ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）フィルム又はシート；ＰＭＭＡ（ｐｏｌｙ（ｍｅｔｈｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）フィルム又はシートなどのアクリルフィルム又はシート；ＰＣ（ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）フィルム又はシート；ＰＥ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）又はＰＰ（ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）フィルム又はシートなどのようなオレフィンフィルム又はシート；ＰＶＡ（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ａｌｃｏｈｏｌ）フィルム又はシート；ＰＥＳ（ｐｏｌｙ ｅｔｈｅｒ ｓｕｌｆｏｎｅ）フィルム又はシート；ＰＥＥＫ（ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｅｔｈｅｒｋｅｔｏｎｅ）フィルム又はシート；ＰＥＩ（ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｉｍｉｄｅ）フィルム又はシート；ＰＥＮ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｎａｐｈｔｈａｔｌａｔｅ）フィルム又はシート；ＰＥＴ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｔｅｒｅｐｈｔａｌａｔｅ）フィルム又はシートなどのようなポリエステルフィルム又はシート；ＰＩ（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）フィルム又はシート；ＰＳＦ（ｐｏｌｙｓｕｌｆｏｎｅ）フィルム又はシート；ＰＡＲ（ｐｏｌｙａｒｙｌａｔｅ）フィルム又はシート又はフルオロ樹脂フィルム又はシートなどが例示され得るが、一般的には、セルロースフィルム又はシート、ポリエステルフィルム又はシート又はアクリルフィルム又はシートなどが用いられ得、好ましくは、ＴＡＣフィルム又はシートが用いられ得るが、本出願の目的を考慮して適切に選択され得る。
前記電極層１２０、３２０は、液晶層２００の整列状態を転換するように液晶層２００に電界を印加し得る。前記電極層１２０、３２０としては、透明伝導性層を用いることができる。例えば、前記電極層１２０、３２０としては、伝導性高分子、伝導性金属、伝導性ナノワイヤ又はＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）などの金属酸化物などを蒸着して形成したものを用いることができる。一つの例示で、前記電極層１２０、３２０としては、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）を用いることができる。
前記垂直配向膜１３０、３３０としては、隣接する液晶層に対して垂直配向能を有する配向膜であれば、特な制限なしに選択して用いることができる。例えば、ラビング配向膜のように接触式配向膜又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り配向特性を示すことができるもので公知にされた配向膜を用いることができる。
また、本出願は、液晶セルの製造方法に関する。前記液晶セルの製造方法は、例えば、上述した液晶セルを製造するための製造方法に関する。したがって、後述する液晶セルの製造方法に対する具体的な事項は、前記液晶セルで記述した内容が同一に適用され得る。前記方法によって製造された液晶セルは、初期透過モードでの透過率と電圧印加時の散乱モードでの透過率との差に優れ、散乱モードで優れたヘイズを発現することができる。
本出願の液晶セルの製造方法は、対向配置された２個の基板及び前記２個の基板の間に存在する液晶層を含む液晶セルに関する。前記液晶セルの製造方法は、上述した液晶セルの製造方法であってもよい。
前記液晶セルの製造方法は、前記液晶層の平均電流密度を３０μＡ／ｃｍ２〜６０μＡ／ｃｍ２で調節するステップを含み得る（ただし、前記平均電流密度は、４０Ｖの電圧及び６０Ｈｚの周波数の交流電圧を液晶セルに印加した後、５番目のサイクル（Ｃｙｃｌｅ）の０ｍｓから８ｍｓまで測定された電流密度の平均値である。）。前記液晶セルは、液晶層の平均電流密度を上述した範囲内に調節することで、初期透過モードでの透過率と電圧印加時の散乱モードでの透過率との差に優れ、散乱モードで優れたヘイズを発現することができる。
前記液晶セルは、上述した液晶層の平均電流密度を調節するステップを含むと、特別な制限なしに公知の方法で製造され得、一つの例示で、前記液晶セルは、２個の基板の間に加熱した液晶組成物を注入し、エッジをシーリングすることによって製造され得る。
前記液晶層の平均電流密度を調節する方法は、前記液晶組成物に含まれた組成及び含量を適切に選択し、加熱条件を調節する方法を適用することができる。
一つの例示で、前記液晶組成物が非反応性液晶、及び伝導度調節剤として異方性染料、反応性液晶及びイオン性化合物を含み、前記反応性液晶を８ｗｔ％〜１２ｗｔ％で含む場合、液晶組成物を９０℃〜１１０℃の温度で２０時間〜３０時間の間加熱することで、前記液晶層の平均電流密度を上述した範囲内に調節することができる。具体的に、前記反応性液晶を８ｗｔ％〜１２ｗｔ％で含む場合、液晶組成物を９３℃〜１０７℃、９５℃〜１０５℃又は９８℃〜１０２℃の温度で２０時間〜３０時間、２１時間〜２８時間、２２時間〜２７時間又は２３時間〜２６時間の間加熱することで、前記液晶層の平均電流密度を上述した範囲内に調節することができる。前記液晶セルは、上述した条件で液晶層の平均電流密度を上述した範囲内に調節することで、初期透過モードでの透過率と電圧印加時の散乱モードでの透過率との差に優れ、散乱モードで優れたヘイズを発現することができる。
また一つの例示で、前記液晶組成物が非反応性液晶、及び伝導度調節剤として異方性染料、反応性液晶及びイオン性化合物を含み、前記反応性液晶を１ｗｔ％〜５ｗｔ％で含む場合、液晶組成物を１１０℃〜１３０℃の温度で１時間〜７時間の間加熱することで、前記液晶層の平均電流密度を上述した範囲内に調節することができる。具体的に、前記反応性液晶を１ｗｔ％〜５ｗｔ％で含む場合、液晶組成物を１１３℃〜１２７℃、１１６℃〜１２４℃又は１１９℃〜１２１℃の温度で１時間〜６時間又は２時間〜６時間の間加熱することで、前記液晶層の平均電流密度を上述した範囲内に調節することができる。前記液晶セルは、上述した条件で液晶層の平均電流密度を上述した範囲内に調節することで、初期透過モードでの透過率と電圧印加時の散乱モードでの透過率との差に優れ、散乱モードで優れたヘイズを発現することができる。
また、本出願は、液晶セルの用途に関する。例示的な液晶セルは、初期透過モードでの透過率と電圧印加時の散乱モードでの透過率との差に優れ、散乱モードで優れたヘイズを発現することができる。このような液晶セルは、スマートウィンドウ、ウィンドウ保護膜、フレキシブルディスプレイ素子、透明ディスプレイ用遮光板、３Ｄ映像表示用アクティブリターダー（ａｃｔｉｖｅ ｒｅｔａｒｄｅｒ）又は視野角調節フィルムなどのような多様な光変調装置に適用され得る。
本出願は、通常透過モードであり、透過モードと散乱モードの透過率可変特性に優れ、散乱モードでヘイズ特性に優れた液晶セル及び液晶セルの製造方法を提供し得る。このような液晶セルは、スマートウィンドウ、ウィンドウ保護膜、フレキシブルディスプレイ素子、透明ディスプレイ用遮光板、３Ｄ映像表示用アクティブリターダー（ａｃｔｉｖｅ ｒｅｔａｒｄｅｒ）又は視野角調節フィルムなどのような多様な光変調装置に適用され得る。
以下、実施例を通じて本出願を詳しく説明するが、本出願の範囲が下記実施例によって制限されるものではない。
＜実施例１＞
液晶セルの製造
ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）透明電極層と垂直配向膜が順次に形成されている２枚のガラス基板を、前記垂直配向膜が互いに対向し、間隔が約９μｍ程度になるように離隔配置させた後、前記離隔配置された２枚のガラス基板の間に１００℃で２４時間加熱された液晶組成物を注入し、エッジ（ｅｄｇｅ）をシーリングして面積２．５ｃｍ×３．０ｃｍ 及び間隔９μｍである液晶セルを製作した。
液晶セルの製造
ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）透明電極層と垂直配向膜が順次に形成されている２枚のガラス基板を、前記垂直配向膜が互いに対向し、間隔が約９μｍ程度になるように離隔配置させた後、前記離隔配置された２枚のガラス基板の間に１００℃で２４時間加熱された液晶組成物を注入し、エッジ（ｅｄｇｅ）をシーリングして面積２．５ｃｍ×３．０ｃｍ 及び間隔９μｍである液晶セルを製作した。
上記で垂直配向膜は、垂直配向組成物（Ｎｉｓｓａｎ ５６６１）をＩＴＯ透明電極層上にコーティングして１００℃の温度で１０分間塑性を進行して形成した。前記液晶組成物は、下記表１に示した誘電率異方性が−５．０であり、屈折率異方性が０．１９９５である常用液晶ＬＣ（ＨＣＣＨ ７２６２、ＨＣＣＨ社製）と異方性染料（Ｘ１２、ＢＡＳＦ社製）、反応性液晶として、４−メトキシフェニル４−（（６−（アクリロイルオキシ）ヘキシル）オキシ）ベンゾエート（ＨＣＭ−０２１、ＨＣＣＨ社製）及びイオン性化合物としてＣＴＡＢ（セチルトリメチルアンモニウムブロマイド）を９０：１．６：１０：１（ＬＣ：異方性染料：ＲＭ：ＣＴＡＢ）の重量割合で混合して製造した。
＜実施例２〜実施例５及び比較例１〜比較例４＞
液晶セルの製造
下記表１に示した液晶組成物の組成及び加熱条件を用いたこと以外は、実施例１と同一の方式で液晶セルを製造した。
液晶セルの製造
下記表１に示した液晶組成物の組成及び加熱条件を用いたこと以外は、実施例１と同一の方式で液晶セルを製造した。
＜評価例１．電流密度の評価＞
実施例及び比較例で製造された液晶セルに対して下記表２の駆動波形を有する半導体特性分析器のＫｅｉｔｈｌｙ ４２００を用いて瞬間電流−電圧（Ｉ− Ｖ）を測定した。具体的に、実施例及び比較例で製造された液晶セルの対向配置された２個の基板に４０Ｖ、６０Ｈｚの交流電圧を印加したとき流れる電流を測定し、図４に示した。このとき、安定化のために５番目のサイクル（Ｃｙｃｌｅ）後に測定された電流値を取った。電圧を印加した後、８ｍｓでの電流を面積で分けた値を最終電流密度とし、０ｍｓから８ｍｓまで測定された電流密度の平均値を平均電流密度で決めた。前記測定された電流密度の平均値を下記表３に示した。
実施例及び比較例で製造された液晶セルに対して下記表２の駆動波形を有する半導体特性分析器のＫｅｉｔｈｌｙ ４２００を用いて瞬間電流−電圧（Ｉ− Ｖ）を測定した。具体的に、実施例及び比較例で製造された液晶セルの対向配置された２個の基板に４０Ｖ、６０Ｈｚの交流電圧を印加したとき流れる電流を測定し、図４に示した。このとき、安定化のために５番目のサイクル（Ｃｙｃｌｅ）後に測定された電流値を取った。電圧を印加した後、８ｍｓでの電流を面積で分けた値を最終電流密度とし、０ｍｓから８ｍｓまで測定された電流密度の平均値を平均電流密度で決めた。前記測定された電流密度の平均値を下記表３に示した。
＜評価例２．ヘイズ及び透過率の評価＞
実施例及び比較例で製造された液晶セルに対してヘイズメーター、ＮＤＨ-５０００ＳＰを用い、ＡＳＴＭ方式でヘイズ及び透過率を測定した。具体的に、実施例及び比較例で製造された液晶セルに垂直電界を印加するように対向配置された２個の基板にＡＣ電源を連結し、初期電圧の非印加時の透過モード及び６０Ｖ、６０Ｈｚの電圧を印加した散乱モードでのヘイズを測定し、下記表３に示した。また、前記透過率は、初期電圧の非印加時（０Ｖ）の透過モードでの透過率と６０Ｖ、６０Ｈｚの電圧を印加した散乱モードでの透過率を測定した後、これらの差を下記一般式１に示したように透過度可変幅で決め、下記表３に示した。
実施例及び比較例で製造された液晶セルに対してヘイズメーター、ＮＤＨ-５０００ＳＰを用い、ＡＳＴＭ方式でヘイズ及び透過率を測定した。具体的に、実施例及び比較例で製造された液晶セルに垂直電界を印加するように対向配置された２個の基板にＡＣ電源を連結し、初期電圧の非印加時の透過モード及び６０Ｖ、６０Ｈｚの電圧を印加した散乱モードでのヘイズを測定し、下記表３に示した。また、前記透過率は、初期電圧の非印加時（０Ｖ）の透過モードでの透過率と６０Ｖ、６０Ｈｚの電圧を印加した散乱モードでの透過率を測定した後、これらの差を下記一般式１に示したように透過度可変幅で決め、下記表３に示した。
［一般式１］
透過度可変幅 ＝ Ｔ０−Ｔ６０
透過度可変幅 ＝ Ｔ０−Ｔ６０
上記一般式１で、Ｔ０は、初期電圧非印加（０Ｖ）時の透過率であり、Ｔ６０は、６０Ｖ、６０Ｈｚの電圧の印加時の透過率を意味する。
上記表３及び図５に示したように、実施例１〜比較例５で製造された液晶セルは、比較例１及び比較例２で製造された液晶セルに比べて液晶層に伝導性調節剤をさらに含むことで、平均電流密度が高く現われることを確認した。また、前記液晶層に伝導度調節剤を含む実施例１〜実施例５で製造された液晶セルは、前記実施例１〜実施例５で製造された液晶セルと液晶層の液晶組成物が同一な比較例３及び比較例４で製造された液晶セルに比べて低い時間の間、すなわち、９時間未満の間加熱することで、平均電流密度が低く現われることを確認した。すなわち、実施例１〜実施例５で製造された液晶セルは、上述した条件を全て満足することで、３０μＡ／ｃｍ２〜６０μＡ／ｃｍ２の平均電流密度を満足することを確認した。また、実施例１〜実施例５で製造された液晶セルは、比較例１及び比較例２で製造された液晶セルに比べて平均電流密度が高いことで、散乱モードで優れたヘイズを発現することを確認した。
また、前記実施例１〜実施例５で製造された液晶セルは、３０μＡ／ｃｍ２〜６０μＡ／ｃｍ２の平均電流密度を満足することで、上述した平均電流密度範囲を満足しない比較例１〜比較例４で製造された液晶セルに比べて透過度可変幅に優れたことを確認した。
１００、３００：基板
１１０、３１０：基材
１２０、３２０：電極層
１３０、３３０：垂直配向膜
２００：液晶層
１１０、３１０：基材
１２０、３２０：電極層
１３０、３３０：垂直配向膜
２００：液晶層
Claims (14)
- 対向配置された２個の基板と、
前記２個の基板の間に存在し、平均電流密度が３０μＡ／ｃｍ２〜６０μＡ／ｃｍ２である液晶層と、を含む、液晶セル（ただし、前記平均電流密度は、４０Ｖ電圧及び６０Ｈｚの周波数の交流電圧を液晶セルに印加した後、５番目のサイクル（Ｃｙｃｌｅ）の０ｍｓから８ｍｓまで測定された電流密度の平均値である）。 - 前記液晶層は、非反応性液晶及び伝導度調節剤を含む、請求項１に記載の液晶セル。
- 前記非反応性液晶は、誘電率異方性が負数である、請求項２に記載の液晶セル。
- 前記伝導度調節剤は、異方性染料、反応性液晶及びイオン性化合物から選択される一つ以上を含む、請求項２または３に記載の液晶セル。
- 前記伝導度調節剤は、前記非反応性液晶１００重量部対して、０．１重量部〜２０重量部の割合で含まれる、請求項２から４のいずれか一項に記載の液晶セル。
- 前記液晶層は、初期状態で透過モードを具現し、電圧印加時に散乱モードを具現する、請求項１から５のいずれか一項に記載の液晶セル。
- 前記液晶層は、初期状態の透過率と６０Ｖの電圧を印加したときの透過率との差が４０％以上である、請求項６に記載の液晶セル。
- 前記液晶層は、６０Ｖの電圧を印加したときにヘイズが９０％以上である、請求項６または７に記載の液晶セル。
- 前記２個の基板は、それぞれ電極層及び垂直配向膜を含む、請求項１から８のいずれか一項に記載の液晶セル。
- 対向配置された２個の基板と、前記２個の基板の間に存在する液晶層と、を含む液晶セルの製造方法であって、
前記液晶層の平均電流密度を３０μＡ／ｃｍ２〜６０μＡ／ｃｍ２で調節することを含む、液晶セルの製造方法（ただし、前記平均電流密度は、４０Ｖ電圧及び６０Ｈｚの周波数の交流電圧を液晶セルに印加した後、５番目のサイクル（Ｃｙｃｌｅ）の０ｍｓから８ｍｓまで測定された電流密度の平均値である）。 - 前記液晶セルは、２個の基板の間に加熱した液晶組成物を注入し、エッジをシーリングすることによって製造される、請求項１０に記載の液晶セルの製造方法。
- 前記液晶組成物は、非反応性液晶と、伝導度調節剤として異方性染料、反応性液晶及びイオン性化合物と、を含み、前記反応性液晶を８ｗｔ％〜１２ｗｔ％で含む場合、前記加熱は、９０℃〜１１０℃の温度で２０時間〜３０時間の間行う、請求項１１に記載の液晶セルの製造方法。
- 前記液晶組成物は、非反応性液晶と、伝導度調節剤として異方性染料、反応性液晶及びイオン性化合物と、を含み、前記反応性液晶を１ｗｔ％〜５ｗｔ％で含む場合、前記加熱は、１１０℃〜１３０℃の温度で１時間〜７時間の間行う、請求項１１に記載の液晶セルの製造方法。
- 請求項１から９のいずれか一項に記載の液晶セルを含む、光変調装置。
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