JP6557940B2 - 光学素子 - Google Patents

Description

本出願は２０１５年１２月２日付韓国特許出願第１０−２０１５−０１７０５９３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。

技術分野
本出願は光学素子およびその用途に関するものである。

サンルーフは通常車両の天井に存在する固定または作動（ベンティングまたはスライディング）する開口部（ｏｐｅｎｉｎｇ）を意味するもので、光または新鮮な空気が車両の内部に流入するようにする機能をする。このようなサンルーフは手動で作動するかまたはモーターで駆動することができ、サンルーフの形状、大きさまたはスタイルは目的とする用途にしたがって多様な種類が存在する。例えば、サンルーフは作動方式によって、ポップ‐アップサンルーフ、スポイラー（ｔｉｌｅ ＆ ｓｌｉｄｅ）タイプサンルーフ、インビルトタイプサンルーフ、フォールディングタイプサンルーフ、トップ‐マウントタイプサンルーフ、パノラミックルーフシステムタイプサンルーフ、除去可能なルーフパネルズ（ｔ−ｔｏｐｓまたはｔａｒｇａ ｒｏｏｆｔｓ）タイプサンルーフまたはソーラータイプサンルーフなどに分類される。またサンルーフの材料に対する研究も活発に進行中にあり、例えば、特許文献１は特定の組成のガラス組成物を利用して紫外線および太陽熱線の吸収が優秀なサンルーフを製造する技術を開示している。

本出願は外部作用の印加の有無により透過度が変わる光学素子を提供する。

本出願の光学素子は、熱変形による耐久性の低下を効果的に防止することができる。

本出願は光学素子およびその用途に関するものである。

本出願の光学素子は、外部作用の印加の有無により透過度が変わるものであり、このような光学素子は透過度可変部材、例えば車両用サンルーフなどに利用され得る。

本出願に係る光学素子は、外部作用の印加の有無により透過度が変わる液晶化合物を含む液晶層を導入することによって、透過モードと遮断モードとを選択的にスイッチングすることができる。

本出願に係る光学素子は、また基板と偏光層および液晶層の位置および構造を適切に設計することによって、基板と偏光層の間または基板と他の層の間に弾性係数および熱膨張係数の差による素子の変形を効果的に防止することができる。

本出願の光学素子は第１基板；前記第１基板上に位置する第１偏光層；および液晶化合物を有する液晶層を含む液晶ウインドウを有する。また、１００℃の温度で２４０時間耐熱テスト後の透過度変化率（％）が±１０％以下である。光学素子の前記透過度変化率（％）が小さいということは、熱による素子の収縮あるいは膨張による素子の光学的物性変化が小さいということを意味するので、±１０％以下の範囲内でその数値が特に制限されるものではなく、例えば±５％以下、±３％以下または１％以下であり得る。

前記において用語「変化率（％）」は、素子試片の初期透過度値対比素子試片を１００℃で２４０時間の間放置した後に変化した透過度値の比率を表わすもので、例えば下記の数学式１によって計算された値であり得る。

［数学式１］
変化率（％）＝｜（Ｔ_２−Ｔ_１）｜／Ｔ_１×１００

前記数学式１で、Ｔ_１は素子試片の初期透過度値であり、Ｔ_２は１００℃で２４０時間の間放置した後の素子試片の透過度値である。

前記数学式１の変化率（％）は外部電界の印加の有無などが同じ条件で測定されたＴ_１およびＴ_２値を基準にして計算されたものである。

前記透過度変化率（％）は本出願に係る光学素子の光学的物性の変化が小さいことを例示するものであり、前記透過度の他に他の光学素子の光学的物性、例えばヘイズなども前述した１０％以下の変化率（％）を満足することができる。前記透過度などの光学的物性は、例えばＣ標準光源に対して測定した値であり得る。

すなわち、本出願の光学素子は、第１基板と第１偏光層を隣接して配置することによって、基板、偏光層および液晶ウインドウ内の基材層の間に熱膨張係数および弾性係数の差により発生し得る応力を最小化することができ、最終的には素子の収縮や膨張による変形およびそれによる光学的物性の変化を防止することができる。

また本出願の光学素子は素子の収縮や膨張による変形およびそれによる液晶層を支持するシーラント（ｓｅａｌａｎｔ）の損傷を防止することができる。

一つの例示において、本出願の光学素子は、１００℃の温度で２４０時間耐熱テスト後の変形率（％）が１％以下であり得る。

前記変形率（％）は、例えば下記の数学式２によって計算されるものであり得る。

［数学式２］
変形率（％）＝｜（Ｌ_２−Ｌ_１）｜／Ｌ_１×１００

前記数学式２で、Ｌ_１は素子試片の初期長さであり、Ｌ_２は１００℃で２４０時間の間放置した後の素子試片の長さである。

前記変形率（％）が小さいということは光学素子の収縮あるいは膨張が小さいということを意味するので、１％以下の範囲内でその数値は特に制限されるものではなく、例えば０．８％以下、０．５％以下または０％であり得る。

図１には本出願に係る光学素子の一構造が図示されている。

図１に図示された通り、本出願の光学素子１０００は第１基板１００ａ；前記第１基板１００ａに隣接して配置されている第１偏光層２００；および前記第１偏光層２００の第１基板１００が位置する面の反対面に存在し、液晶化合物を有する液晶層３０１を含む液晶ウインドウ３００を有する。またこのような光学素子は外部作用の印加の有無により透過度が変わる。

本出願において用語「外部作用」とは、液晶層内に含まれている液晶化合物の配向を変化させることができる程度の外力を意味する。一つの例示において、前記外部作用は後述する電極層を通じて誘導される外部電圧であり得る。

すなわち、本出願に係る光学素子は外部作用によってその配向方向が変化する液晶化合物を有する液晶層を含む液晶ウインドウを導入して、透過モードおよび遮断モードを選択的に具現することができる。

本出願において用語「透過モード」とは、可視光領域の透過度が１５％以上、２０％以上、２５％以上、３０％以上または４０％以上である状態を意味し得る。

本出願において用語「遮断モード」とは、可視光領域の透過度が３％以下、２％以下または１％以下である状態を意味し得る。

一つの例示において、本出願の光学素子は外部作用によって、可視光領域の透過度が１５％以上である透過モードと可視光領域の透過度が３％以下である遮断モードの間をスイッチングすることができる。前記光学素子の透過度は、例えばＣ標準光源に対して測定した値であり得る。

本出願の光学素子の構造を説明する用語において、「Ａ上に位置するまたは存在するＢ」または「Ａ面に位置するまたは存在するＢ」とは、Ａが直接Ｂと接する場合だけでなく、Ａ上に他の任意の層が少なくとも１層以上介在された後、Ｂがその上に位置または存在する場合を意味する。

特に、用語「Ａに隣接して配置されるＢ」とは、Ａと直接Ｂが接しているか、またはＡとＢの間に一層のみが介在されている状態を意味し得る。

光学素子の第１基板は、素子の支持体の役割を遂行するものであって、例えば適切な剛性を有して撓みが少ない特性を有し、また適切な透明性を有する素材であれば制限なく本出願で用いることができる。

一つの例示において、第１基板はガラス基板；結晶性または非結晶性シリコンフィルム；石英またはＩＴＯフィルムなどの無機系フィルム；またはプラスチック基板などであり得る。

具体的な例示において、プラスチック基板としては、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）またはアモルファスフッ素樹脂などを含むものを利用することができるが、これに制限されない。

第１基板は、例えば熱膨張係数（ＣＴＥ）が１００ｐｐｍ／Ｋ以下、９０ｐｐｍ／Ｋ以下、８０ｐｐｍ／Ｋ以下、７０ｐｐｍ／Ｋ以下、６０ｐｐｍ／Ｋ以下、５０ｐｐｍ／Ｋ以下、４０ｐｐｍ／Ｋ以下、３０ｐｐｍ／Ｋ以下または２０ｐｐｍ／Ｋ以下であり得る。このような熱膨張係数（ＣＴＥ）の範囲内で適切な剛性を維持することができ、液晶ウインドウおよび偏光層などを積層構造による熱変形を防止することができる。前記熱膨張係数（ＣＴＥ）の下限値は、例えば３ｐｐｍ／Ｋ以上、５ｐｐｍ／Ｋ以上または７ｐｐｍ／Ｋ以上であり得るがこれに制限されるものではない。前記熱膨張係数（ＣＴＥ）値は、例えば０℃、１００℃の温度区間で１０℃／ｍｉｎの速度で冷却および昇温しながら測定した平均熱膨脹率を線熱膨張係数で算出した値であり得る。

第１基板は、例えば弾性係数が２０ＧＰａ以上、３０ＧＰａ以上、４０ＧＰａ以上または５０ＧＰａ以上であり得る。このような弾性係数の範囲内で適切な剛性を維持することができ、液晶ウインドウおよび偏光層などを積層構造による熱変形を防止することができる。前記弾性係数の上限値は、例えば１５０ＧＰａ以下、１００ＧＰａ以下または８０ＧＰａ以下であり得るがこれに制限されるものではない。前記弾性係数値はＡＳＴＭ Ｄ８８２により測定した値を意味し得る。

第１偏光層は前記第１基板と隣接して配置されている。隣接して配置されているということは、前述した通り、他の任意の層が介在されずに直接第１偏光層と第１基板が接しているか、または他の任意の１層、例えば後述する粘着剤層または接着剤層を媒介として第１基板と第１偏光層が付着しているということを意味し得る。

一つの例示において、第１偏光層は第１基板と直接接しているか、または粘着剤層または接着剤層を媒介として第１基板に付着していることもある。

本出願において用語「偏光層」とは、入射光に対して選択的透過および遮断特性、例えば反射または吸収特性を表わす機能性層を意味し得る。偏光層は例えば、多様な方向に振動する入射光からいずれか一方向に振動する光は透過し、残りの方向に振動する光は遮断させる機能を有することができる。

前記偏光層の種類は特に制限されず、反射型、吸収型または散乱型偏光層などが挙げられる。

反射型偏光層として例えば、ＤＢＥＦ（Ｄｕａｌ Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ Ｆｉｌｍ）、リオトロピック液晶層（ＬＬＣ層：Ｌｙｏｔｒｏｐｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）またはワイヤグリッド偏光器（ｗｉｒｅ ｇｒｉｄ ｐｏｌａｒｉｚｅｒ）などを使用することができ、吸収型偏光層として例えば、ＰＶＡ延伸フィルムなどのような高分子延伸フィルムにヨードを染着した偏光子または配向された状態で重合された液晶をホストにし、前記液晶の配向にしたがって配列された異方性染料をゲストとするゲスト−ホスト型偏光層を使うことができるがこれに制限されるものではない。

第１偏光層は所定の吸収軸を有することができる。

一つの例示において、外部作用がない状態で前記第１偏光層の吸収軸と液晶層の光軸は、例えば０度〜９０度の角度をなすことができる。前記角度範囲内で第１偏光層の吸収軸と液晶層の光軸の角度を調節することによって、可視光領域の光に対する透過度を調節することができる。

本出願において用語「光軸」とは、入射光が該当領域を透過する時の遅相軸を意味し得、液晶化合物が棒（ｒｏｄ）の形状の場合には棒の長軸方向を意味し得、液晶化合物が円盤（ｄｉｓｃｏｓｔｉｃ）の形状の場合には円盤面の法線方向であり得る。

例えば、液晶層内の液晶化合物は水平配向、垂直配向または傾斜配向されていることもあるが、このような液晶化合物の配向状態により前記第１偏光層の吸収軸と液晶層の光軸の角度を変えることができる。

本出願の光学素子は液晶層の種類によって、液晶層のある一面に偏光層が存在する場合だけでなく、対向する２つの偏光層の間に液晶層が存在する構造も含むことができる。

一つの例示において、本出願の光学素子は液晶ウインドウの第１偏光層が位置する面の反対面に位置する第２偏光層をさらに含むことができる。

前記第２偏光層の吸収軸は、例えば第１偏光層の吸収軸と垂直をなすことができる。本出願において用語「垂直」は実質的な垂直を意味するものであって、±５度、±４度、±３度、±２度以内の誤差を含むものと理解することができる。

本出願の光学素子は液晶ウインドウを含む。また前記液晶ウインドウは液晶化合物を有する液晶層を含む。

液晶ウインドウは外部作用の存在の有無により、その配向が変わる液晶化合物を有する液晶層を含み、光学素子に透過度可変特性を付与する役割を遂行することができる。

液晶層に含まれる液晶化合物は外部作用の存在の有無により、その配向方向が変更され得るものであれば、本出願ではこれを制限なく利用することができる。

一つの例示において、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）液晶化合物またはコレステリック（ｃｈｏｌｅｓｔｅｒｉｃ）液晶化合物などを使うことができる。また外部信号の印加によってその配向方向が変更され得るように、液晶化合物は例えば重合性基または架橋性基を有さない化合物であり得る。

一つの例示において液晶化合物としては、ネマチック液晶化合物を使うことができる。前記化合物としては、例えば、下記の数式１を満足するネマチック液晶化合物を使うことができる。

［数式１］
（１．５３−ｂ）＜｛（２ｎ_ｏ ^２＋ｎ_ｅ ^２）／３｝^０．５＜（１．５３＋ｂ）
数式１で、ｎ_ｏは液晶化合物の正常屈折率（ｏｒｄｉｎａｒｙ ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ）、例えばネマチック液晶化合物の短軸方向の屈折率であり、ｎ_ｅは液晶化合物の異常屈折率（ｅｘｔｒａｏｒｄｉｎａｒｙ ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ）、例えば、ネマチック液晶化合物の長軸方向の屈折率であり、ｂは０．１≦ｂ≦１を満足する数である。数式１を満足する液晶化合物を選択して、電圧が印加されていない状態でも優秀な透明性が確保される液晶セルを製作することができる。数式１でｂは他の例示においては、０．１〜０．９、０．１〜０．７、０．１〜０．５または０．１〜０．３であり得る。

液晶化合物はまた異常誘電率（εｅ、ｅｘｔｒａｏｒｄｉｎａｒｙ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ、長軸方向の誘電率）と正常誘電率（εｏ、ｏｒｄｉｎａｒｙ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ、短軸方向の誘電率）の差が３以上、３．５以上、４以上、６以上、８以上または１０以上であり得る。このような誘電率を有すると駆動電圧特性が優秀な素子を提供することができる。前記誘電率の差は、その数値が高いほど素子が適切な特性を表わすことができるもので、その上限は特に制限されない。例えば、液晶化合物としては異常誘電率（εｅ、ｅｘｔｒａｏｒｄｉｎａｒｙ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ、長軸方向の誘電率）が６〜５０程度であり、正常誘電率（εｏ、ｏｒｄｉｎａｒｙ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ、短軸方向の誘電率）が２．５〜７程度である化合物を使うことができる。

液晶層はまた、異方性染料をさらに含むことができる。

本出願において用語「染料」とは、可視光領域、例えば、４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長の範囲内で少なくとも一部または全体の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体の範囲で光の異方性吸収が可能な物質を意味し得る。

前記のような異方性染料の使用を通じて光学素子の光透過度を調節することができる。異方性染料は特に制限されないが、例えば黒色染料（ｂｌａｃｋ ｄｙｅ）またはカラー染料（ｃｏｌｏｒ ｄｙｅ）を使うことができる。

前記異方性染料は、二色比（ｄｉｃｈｒｏｉｃ ｒａｔｉｏ）、すなわち異方性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方向に平行な偏光の吸収で割った値が１以上、２以上または３以上である染料を使うことができる。前記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３０以下、２０以下、１５以下または１４以下程度であり得る。異方性染料の種類は特に制限されず、例えば、前記のような特性を有しながら液晶化合物の配向にしたがって配向され得る特性を有するものと公知されたすべての種類の染料を使うことができる。

前記異方性染料を液晶層内に含ませる場合、素子内に前述した第２偏光板をさらに含まなくてもよく、光学素子の薄型化を図ることができる。

すなわち、光学素子内に液晶化合物および異方性染料を含ませる場合、前記液晶層内に存在する液晶化合物および異方性染料の配向を調節することによって、前記異方性染料の配列方向と平行な方向の偏光および垂直方向の偏光に対する非等方性の光吸収を調節することができる。

例えば、液晶層内の液晶化合物および／または異方性染料の配向は外部信号の印加によって配向が調節され得、これに伴い、前記液晶層は外部信号の印加の有無により非等方性の光吸収を調節することができる。このような特性を有する液晶層をいわゆる能動型偏光子（Ａｃｔｉｖｅ Ｐｏｌａｒｉｚｅｒ）と呼称することができ、前述した通り、外部作用の存在下で、前記偏光層の透過軸および／または吸収軸との関係を調節することによって光学素子の全体透過度を調節することができる。

このような異方性染料は、例えば液晶化合物１００重量部対比１〜１０重量部または１〜５重量部内の比率で液晶層に含まれ得る。

液晶化合物は液晶層内に一定の配向を有して含まれ得る。

一つの例示において、液晶化合物は外部作用がない状態で水平配向、垂直配向、または傾斜配向され得る。

本出願において用語「水平配向」とは、液晶層の光軸が液晶層の平面に対して約０度〜１５度、約０度〜１０度、約０度〜５度の範囲内の傾斜角を有する場合を意味し得る。

本出願において用語「垂直配向」とは、液晶層の光軸が液晶層の平面に対して約９０度〜８５度の傾斜角を有する場合を意味し得る。

本出願において用語「傾斜配向」は、液晶層の光軸が液晶層の平面に対して水平配向または垂直配向以外の傾斜角を有する場合を意味し得、例えば液晶層の光軸が液晶層の平面に対して約１５度超過〜８５度未満の傾斜角を有する場合を意味し得る。

このような液晶化合物の配向条件は、液晶ウインドウの駆動モードおよび液晶化合物の誘電率特性などを考慮して適切に調節され得る。

液晶層は所定の面方向位相差（Ｒｉｎ）および厚さ方向位相差（Ｒｔｈ）を有することができる。

一つの例示において、液晶層内の液晶化合物を水平配向している状態で液晶層の面方向位相差（Ｒｉｎ）は、例えば、１０ｎｍ以上、２０ｎｍ以上、３０ｎｍ以上、４０ｎｍ以上、５０ｎｍ以上、６０ｎｍ以上、７０ｎｍ以上、８０ｎｍ以上、９０ｎｍ以上、１００ｎｍ以上、１１０ｎｍ以上、１２０ｎｍ以上、１３０ｎｍ以上または１４０ｎｍ以上であり得る。また外部作用がない状態で前記液晶層の面方向の位相差の上限は、３００ｎｍ以下、２９０ｎｍ以下、２８０ｎｍ以下、２７０ｎｍ以下、２６０ｎｍ以下、２５０ｎｍ以下、２４０ｎｍ以下、２３０ｎｍ以下、２２０ｎｍ以下、２１０ｎｍ以下、２００ｎｍ以下、１９０ｎｍ以下、１８０ｎｍ以下、１７０ｎｍ以下または１６０ｎｍ以下であり得る。

また外部作用が存在し、液晶化合物が垂直配向している状態で前記液晶層の厚さ方向位相差（Ｒｔｈ）は、例えば、１０ｎｍ以上、２０ｎｍ以上、３０ｎｍ以上、４０ｎｍ以上、５０ｎｍ以上、６０ｎｍ以上、７０ｎｍ以上、８０ｎｍ以上、９０ｎｍ以上、１００ｎｍ以上、１１０ｎｍ以上、１２０ｎｍ以上、１３０ｎｍ以上または１４０ｎｍ以上となることができる。また外部作用が存在する場合、液晶層の厚さ方向の位相差の上限は、３００ｎｍ以下、２９０ｎｍ以下、２８０ｎｍ以下、２７０ｎｍ以下、２６０ｎｍ以下、２５０ｎｍ以下、２４０ｎｍ以下、２３０ｎｍ以下、２２０ｎｍ以下、２１０ｎｍ以下、２００ｎｍ以下、１９０ｎｍ以下、１８０ｎｍ以下、１７０ｎｍ以下または１６０ｎｍ以下程度となり得る。

本出願において用語「面方向位相差（Ｒｉｎ）」は、下記の一般式１で計算される数値であり、用語「厚さ方向位相差（Ｒｔｈ）」は下記の一般式２で計算される数値である。

［一般式１］
Ｒｉｎ＝（ｎｘ−ｎｙ）×ｄ

［一般式２］
Ｒｔｈ＝（ｎｚ−ｎｙ）×ｄ

一般式１および２において、符号ｎｘ、ｎｙ、ｎｚおよびｄはそれぞれ液晶層の面内遅相軸方向の屈折率、面内進相軸方向の屈折率、厚さ方向の屈折率および厚さを意味する。前記各屈折率は例えば、５５０ｎｍ波長の光に対して測定された屈折率であり得る。

液晶化合物の配向により、光学素子の透過度は調節され得る。

液晶ウインドウは例えば、ＥＣＢ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モードまたはＳＴＮ（Ｓｕｐｅｒ Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モードで駆動され得るが、これに制限されず、このような液晶ウインドウの駆動モードにより液晶層内の液晶化合物の整列特性が変化され得る。

一つの例示において、液晶化合物は第１偏光板の吸収軸といずれか一つの角度をなすように配向された状態で存在するか、第１偏光板の吸収軸と水平または垂直をなすように配向された状態で存在するか、またはツイステッド配向された状態で存在することができる。

本出願で「ツイステッド配向された状態」は液晶層の光軸が液晶層の平面に対して、約０度〜１５度、約０度〜１０度、約０度〜５度の範囲内の傾斜角を有して水平配向されているが、液晶層に含まれている隣り合う液晶化合物の長軸方向の角度は少しずつ変わり、捻られて配列されている状態を意味し得る。

前述した通り、液晶層内の液晶化合物は外部作用の印加によって整列特性が変更され得る。

一つの例示において、外部作用がない状態で、液晶層が水平配向である場合、外部作用の印加によって垂直配向状態にスイッチングすることによって透過度を高めることができる。

他の例示において、外部作用がない状態で、液晶層が垂直配向である場合、外部作用の印加によって水平配向状態にスイッチングすることによって透過度を減少させることができる。また初期垂直配向状態から水平配向状態にスイッチングするにおいて、液晶化合物の配向方向を決定するために一定方向のプレチルト（Ｐｒｅ Ｔｉｌｔ）が必要な場合もある。前記でプレチルトを付与する方式は特に制限されず、例えば意図するプレチルトを付与できるように適切な配向膜を配置することによって可能となる。

また前記で液晶層が異方性染料をさらに含み、液晶化合物が垂直配向された状態では、異方性染料の整列方向が下部に存在する偏光層の平面に対して垂直をなすため、偏光層を透過した光が液晶層の異方性染料に吸収されずに透過され得、これを通じて光学素子の透過度を増加させることができる。反面、液晶層の液晶化合物が水平配向された状態では、異方性染料の整列方向が下部に存在する偏光層の平面に対して平行をなしているため、液晶層の光軸を偏光層の吸収軸に対して所定の角度を有するように配置する場合、偏光層を透過した光の一部を異方性染料に吸収させることができ、これを通じて光学素子の透過度を減少させることができる。

一つの例示において、光学素子は外部作用が存在する状態で、可視光領域の透過度が１５％以上である透過モードが具現され、外部作用が存在しない状態で、可視光領域の透過度が３％以下である遮断モードが具現され得る。

液晶ウインドウがＴＮモードまたはＳＴＮモードで駆動する場合、液晶層はキラル剤（ｃｈｉｒａｌ ａｇｅｎｔ）をさらに含むことができる。キラル剤は前記液晶化合物および／または異方性染料の分子配列が螺旋構造を有するように誘導することができる。前記キラル剤としては、液晶性、例えば、ネマチック規則性を損傷させることなく、目的とする螺旋構造を誘発できるものであれば、特に制限なく使うことができる。液晶に螺旋構造を誘発するためのキラル剤は分子構造の中にキラルリティー（ｃｈｉｒａｌｉｔｙ）を少なくとも含む必要がある。キラル剤としては、例えば、１つまたは２つ以上の非対称炭素（ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ｃａｒｂｏｎ）を有する化合物、キラルアミンまたはキラルスルホキシドなどのヘテロ原子上に非対称点（ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ｐｏｉｎｔ）がある化合物またはクムレン（ｃｕｍｕｌｅｎｅ）またはビナフトール（ｂｉｎａｐｈｔｈｏｌ）などの軸不斉を有する光学活性である部位（ａｘｉａｌｌｙ ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ｏｐｔｉｃａｌｌｙ ａｃｔｉｖｅ ｓｉｔｅ）を有する化合物が挙げられる。キラル剤は例えば分子量が１，５００以下である低分子化合物であり得る。キラル剤としては、市販のキラルネマチック液晶、例えば、Ｍｅｒｃｋ社で市販するキラルドーパント液晶Ｓ−８１１またはＢＡＳＦ社のＬＣ７５６などを使うこともできる。

液晶層の厚さは、例えば５〜３０μｍの範囲内にあり得る。このような厚さ範囲内で適切な透過度の調節が可能であり、また熱変形による素子の変形およびそれによる液晶層の損傷などを防止することができる。

前記のような液晶層は、例えば前述した液晶化合物および／または異方性染料とその他の添加剤を含む組成物を、互いに離隔して配置されている基板上に側面を封止した状態でスクイージングする方式を利用するか、または任意の基材上に組成物をコートした後、剥離したフィルムを基材層とラミネーティングする方式を利用するか、基材層上に直接組成物をコートした後に硬化して形成するなどの公知の液晶層形成方式によって製造され得る。

液晶ウインドウは液晶層と隣接して配置されている配向膜をさらに含むことができる。前記配向膜は液晶化合物や追加で含まれ得る異方性染料の整列状態を調節するために採択された構成であり、前記目的を達成できる程度の配置状態、例えば液晶層の両面に配向膜が直接接している状態で液晶ウインドウ内に含まれ得る。

配向膜としては、特に制限なく公知の垂直、水平または傾斜配向膜を使うことができる。このような配向膜は、ラビング配向膜のように接触式配向膜や、あるいは光配向性化合物を含み、例えば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表わすことができる光配向膜などの公知された配向膜を使うことができる。

すなわち、前記配向膜は公知のラビング工程を通じて配向されたラビング配向膜であるか、配向膜を形成する組成物を塗布した後、光または熱を照射して配向性を付与した光硬化型配向膜または熱硬化型配向膜であり得る。

ラビング配向膜はポリイミドまたはポリビニルアルコールなどの樹脂をラビング布などを利用して所定圧力および回数でラビングする工程によって形成され得る。

光配向膜は、例えば光配向性化合物を含むことができる。

本出願において用語「光配向性化合物」は、光の照射などを通して所定方向に整列（ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎａｌｌｙ ｏｒｄｅｒｅｄ）され、前記整列された状態で異方性相互作用（ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ）などの相互作用を通じて隣接する液晶化合物を所定方向に配向させることができる化合物を意味し得る。

光配向膜で光配向性化合物は方向性を有するように整列された状態で存在することができる。光配向性化合物は、単分子化合物、単量体性化合物、オリゴマー性化合物または高分子性化合物であり得る。また光配向性化合物は、光感応性残基（ｐｈｏｔｏｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｍｏｉｅｔｙ）を含む化合物であり得る。

具体的に光配向性化合物は、トランス−シス光異性化（ｔｒａｎｓ−ｃｉｓ ｐｈｏｔｏｉｓｏｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ）により整列される化合物；鎖切断（ｃｈａｉｎ ｓｃｉｓｓｉｏｎ）または光酸化（ｐｈｏｔｏ−ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）などのような光分解（ｐｈｏｔｏ−ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｏｎ）により整列される化合物；［２＋２］添加環化（［２＋２］ ｃｙｃｌｏａｄｄｉｔｉｏｎ）、［４＋４］添加環化または光二量化（ｐｈｏｔｏｄｉｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ）などのような光架橋または光重合によって整列される化合物；光フリーズ再配列（ｐｈｏｔｏ−Ｆｒｉｅｓ ｒｅａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）により整列される化合物；または開環／閉環（ｒｉｎｇ ｏｐｅｎｉｎｇ／ｃｌｏｓｕｒｅ）反応によって整列される化合物；などを使うことができる。

前記トランス−シス光異性化によって整列される化合物としては、例えば、スルホ化ジアゾ染料（ｓｕｌｆｏｎａｔｅｄ ｄｉａｚｏ ｄｙｅ）またはアゾ高分子（ａｚｏ ｐｏｌｙｍｅｒ）などのアゾ化合物やスチルベン化合物（ｓｔｉｌｂｅｎｅｓ）などが挙げられる。

前記光分解によって整列される化合物としては、シクロブタンテトラカルボン酸二無水物（ｃｙｃｌｏｂｕｔａｎｅ−１，２，３，４−ｔｅｔｒａｃａｒｂｏｘｙｌｉｃ ｄｉａｎｈｙｄｒｉｄｅ）；芳香族ポリシランまたはポリエステル；ポリスチレン；またはポリイミド；などが挙げられる。

前記光架橋または光重合によって整列される化合物としては、シンナメート（ｃｉｎｎａｍａｔｅ）化合物、クマリン（ｃｏｕｍａｒｉｎ）化合物、シンナムアミド（ｃｉｎｎａｍａｍｉｄｅ）化合物、テトラヒドロフタルイミド（ｔｅｔｒａｈｙｄｒｏｐｈｔｈａｌｉｍｉｄｅ）化合物、マレイミド（ｍａｌｅｉｍｉｄｅ）化合物、ベンゾフェノン化合物、ジフェニルアセチレン（ｄｉｐｈｅｎｙｌａｃｅｔｙｌｅｎｅ）化合物、光感応性残基としてカルコニル（ｃｈａｌｃｏｎｙｌ）残基を有する化合物（以下、カルコン化合物）またはアントラセニル（ａｎｔｈｒａｃｅｎｙｌ）残基を有する化合物（以下、アントラセニル化合物）などが挙げられる。

光配向性化合物は、単分子化合物、単量体性化合物、オリゴマー性化合物または高分子性化合物であるか、前記光配向性化合物と高分子のブレンド（ｂｌｅｎｄ）形態であり得る。前記でオリゴマー性または高分子性化合物は、前述した光配向性化合物から誘導された残基または前述した光感応性残基を主鎖内または測鎖に有することができる。

光配向性化合物から誘導された残基または光感応性残基を有するか、前記光配向性化合物と混合され得る高分子としては、ポリノルボルネン、ポリオレフィン、ポリアリレート、ポリアクリレート、ポリ（メタ）アクリレート、ポリイミド、ポリアミック酸（ｐｏｌｙ（ａｍｉｃ ａｃｉｄ））、ポリマレイミド、ポリアクリルアミド、ポリメタクリルアミド、ポリビニルエーテル、ポリビニルエステル、ポリスチレン、ポリシロキサン、ポリアクリロニトリルまたはポリメタクリロニトリルなどが例示されるが、これに制限されるものではない。

配向性化合物に含まれ得る高分子としては、代表的にはポリノルボルネンシンナメート、ポリノルボルネンアルコキシシンナメート、ポリノルボルネンアリロイルオキシシンナメート、ポリノルボルネンフッ素化シンナメート、ポリノルボルネン塩素化シンナメートまたはポリノルボルネンジシンナナメートなどが挙げられるが、これに制限されるものではない。

前記光配向膜は例えば、前記光配向性化合物に光開始剤などの必要な添加剤を配合してコーティングした後、所望の方向の偏光紫外線などを照射して形成することができる。

本出願の液晶ウインドウに含まれる配向膜はまた、前述したラビング配向膜または光配向膜を形成する工程を組み合わせて形成することもできるが、これに制限されるものではない。

液晶ウインドウは液晶層に外部作用、例えば外部電界を印加することができるようにする電極層をさらに含むことができる。

電極層は、例えば可視光領域で高い光透過度を有することができる。

一つの例示において、電極層は可視光領域、例えば、約４００ｎｍ〜７００ｎｍ範囲内のいずれか一つの波長または５５０ｎｍ波長の光に対する透過度が８０％以上、８５％以上または９０％以上であり得る。

電極層は、また赤外線領域で低い光透過度を有するので熱を遮断する効果があるだけでなく、高い電気伝導度および低い面抵抗値を有することができる。

一つの例示において、電極層は赤外線領域、例えば、約７００ｎｍ〜１０００ｎｍ範囲内のいずれか一つの波長または７８０ｎｍ以上の光に対する透過度が７０％以下、６５％以下または６０％以下であり得る。前記数値範囲を満足する電極層は赤外線領域の熱を遮断することができるので、例えば、エネルギー節減が可能である。電極層の赤外線領域の光透過度の下限値は、特に制限されないが、例えば、下限値が０％以上または５％以上であり得る。

電極層は面抵抗値が５００Ω／□以下、４００Ω／□以下または３００Ω／□以下であり得、下限値は特に制限されないが、１Ω／□以上、５Ω／□以上または１０Ω／□以上であり得る。前記数値範囲の面抵抗値を有する電極層が光学素子に適用される場合、消費電力を最小化することができるので光学素子の効率を向上できる長所がある。

電極層の素材は前記光透過度および面抵抗値を有し、液晶化合物の配向を変更できるようにする適切な外部作用を印加できるものであれば、公知のものを制限なく利用できる。

例えば、電極層は金属酸化物；金属ワイヤ；金属ナノチューブ；金属メッシュ；炭素ナノチューブ；グラフィン；または伝導性ポリマーやこれらの複合材料などを利用することができる。

一つの例示において、電極層はアンチモン（Ｓｂ）、バリウム（Ｂａ）、ガリウム（Ｇａ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ハフニウム（Ｈｆ）、インジウム（Ｉｎ）、ランタン（Ｌａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、セレン（Ｓｅ）、アルミニウム（Ａｌ）、ケイ素（Ｓｉ）、タンタル（Ｔａ）、チタニウム（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、イットリウム（Ｙ）、亜鉛（Ｚｎ）およびジルコニウム（Ｚｒ）からなる群から選択される１種以上の金属を含む金属酸化物を含むことができる。

電極層の厚さは本出願の目的を損なわない範囲内で適切に選択され得る。例えば、可視光領域で高い光透過度、赤外線領域で低い光透過度、優秀な電気伝導度および低い抵抗特性を表わすために、電極層の厚さは５０ｎｍ〜３００ｎｍまたは７０ｎｍ〜２００ｎｍ範囲内に調節され得る。

電極層は前述した素材を含む断層構造であるか、または積層構造であり得、積層構造の場合、各層を構成する素材は同一であるか、または相異し得る。

本出願の液晶ウインドウは液晶層の両側に位置するシーラント（Ｓｅａｌａｎｔ）をさらに含むことができる。このようなシーラント（Ｓｅａｌａｎｔ）は図２に図示された通り、液晶層の側面に位置し、液晶層の間隔を維持するとともに液晶層内の液晶化合物を密封（ｓｅａｌｉｎｇ）する役割を遂行することができる。

一つの例示において、前記シーラント（Ｓｅａｌａｎｔ）はポリマー層であり得る。このようなポリマー層は、例えば熱硬化、ＵＶ硬化または熱硬化とＵＶ硬化がすべて可能なタイプであり得る。

一つの例示において、シーラント（Ｓｅａｌａｎｔ）は（メタ）アクリル酸エステルの重合単位を含むアクリル系ポリマー層であり得る。

前記（メタ）アクリル酸エステルはメタクリル酸またはアクリル酸やその誘導体を意味するものであって、具体的な前記（メタ）アクリル酸エステルとしては、炭素数が１〜１４のアルキル基を有するアルキル（メタ）アクリレートであり得、その例としては、メチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、ｎ−プロピル（メタ）アクリレート、イソプロピル（メタ）アクリレート、ｎ−ブチル（メタ）アクリレート、ｔ−ブチル（メタ）アクリレート、ｓｅｃ−ブチル（メタ）アクリレート、イソブチル（メタ）アクリレート、２−エチルヘキシル（メタ）アクリレート、２−エチルブチル（メタ）アクリレート、ペンチル（メタ）アクリレート、ヘキシル（メタ）アクリレート、ｎ−オクチル（メタ）アクリレート、ジシル（メタ）アクリレート、ドデシル（メタ）アクリレート、トリデシル（メタ）アクリレート、オクタデシル（メタ）アクリレート、イソオクチル（メタ）アクリレート、イソノニル（メタ）アクリレートまたはテトラデシル（メタ）アクリレートなどが挙げられるが、これに制限されるものではない。

また、前記アクリル系ポリマー層にはその他の架橋性官能基を有する単量体の重合単位をさらに含むことができる。前記架橋性官能基を有する単量体は例えば、２−ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート、４−ヒドロキシブチル（メタ）アクリレート、６−ヒドロキシヘキシル（メタ）アクリレートまたは８−ヒドロキシオクチル（メタ）アクリレートなどのようなヒドロキシアルキル（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシポリエチレングリコール（メタ）アクリレートまたは２−ヒドロキシポリプロピレングリコール（メタ）アクリレートなどのようなヒドロクシ基を有する単量体；または（メタ）アクリル酸、２−（メタ）アクリロイルオキシ酢酸、３−（メタ）アクリロイルオキシプロピル酸、４−（メタ）アクリロイルオキシブチル酸、アクリル酸二量体、イタコン酸、マレイン酸またはマレイン酸無水物などのようなカルボクシ基を有する単量体などが例示されるがこれに制限されるものではない。

シーラント（Ｓｅａｌａｎｔ）の厚さは、例えば５〜１００μｍの範囲内にあり得、このような範囲内で液晶層に構造的安定性を提供することができる。

一つの例示において、シーラント（Ｓｅａｌａｎｔ）は３ｍｍ〜１５ｍｍの幅を有し得るがこれに制限されるものではない。

前記シーラント（Ｓｅａｌａｎｔ）は、例えば液晶ウインドウ面の面積対比３０％以下、２０％以下、１０％以下または１％以下の面積を有することができる。前記面積は、シーラント（Ｓｅａｌａｎｔ）が配向膜などに接している面の比率を意味するものである。このような面積範囲内で、液晶層の間隔を維持する役割および液晶層を密封する役割を遂行することができ、また液晶層内の液晶化合物の透過度可変特性を阻害しないことができる。

前記シーラント（Ｓｅａｌａｎｔ）には、前述したポリマーの他に透過度可変特性や、剛性を調節するために、適切な添加剤をさらに含むことができる。例えば、シーラント（Ｓｅａｌａｎｔ）は透過度可変特性や剛性などを調節するために、公知の無機粒子や無機顔料などを適正量さらに含むことができる。

本出願の光学素子に含まれる液晶ウインドウは、スペーサーをさらに含むことができる。前記スペーサーは液晶層の上部および下部に存在する層の間隔を維持できるように形成されたものであり得る。前記スペーサーは、例えば液晶層の液晶化合物が存在しない領域に存在することができる。

スペーサーは例えば、液晶層に隣接して存在する上部および下部層のうちいずれか一つの層上に形成されており、粘着剤または接着剤によって他の一つの層に付着した状態であるか、直接液晶層に隣接する二層の間に存在することができる。

本出願の光学素子に適用されるスペーサーは、外部作用がない状態でも低いヘイズを維持できるようにする適切な色相および大きさを有するものであり得る。

スペーサーの構造は、例えばコラム形状であるか、ボール状であり得る。

一つの例示において、スペーサーがコラム状である場合、その形および個数とスペーサーの間の間隔や基板上の位置などは、本出願の目的を達成できる程度の範囲内でこの技術分野の通常の知識を有する者が自由に設計変更できる。

例えば、コラム状のスペーサーは３個〜６個のメインスペーサーおよび各メインスペーサーは２個〜４個のサブスペーサーを含むことができる。

具体的な例示において、コラム状のスペーサーは例えば、６個のメインスペーサーを含むことができ、各メインスペーサーは４個のサブスペーサーを含むことができるがこれに制限されるものではない。

コラム状のスペーサーの間の間隔も特に制限されず、例えばスペーサーは２０μｍ〜５，０００μｍまたは５０μｍ〜１，０００μｍの範囲内の間隔をおいて配置され得る。
一つの例示において、コラム状のスペーサーは硬化性樹脂を含むことができる。硬化性樹脂の種類は特に制限されず、例えば熱硬化性樹脂または光硬化性樹脂、例えば紫外線硬化性樹脂を使うことができる。

熱硬化性樹脂としては、例えばシリコン樹脂、ケイ素樹脂、フラン樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、アミノ樹脂、フェノール樹脂、ヨウ素樹脂、ポリエステル樹脂またはメラミン樹脂などを使うことができるがこれに制限されるものではない。

紫外線硬化性樹脂としては、代表的にアクリル重合体、例えば、ポリエステルアクリレート重合体、ポリスチレンアクリレート重合体、エポキシアクリレート重合体、ポリウレタンアクリレート重合体またはポリブタジエンアクリレート重合体、シリコンアクリレート重合体またはアルキルアクリレート重合体などを使うことができるがこれに制限されるものではない。

他の例示において、コラム状のスペーサーは高分子ネットワークおよび液晶化合物を含むことができる。具体的にコラム状のスペーサーは高分子ネットワークおよび液晶化合物を含む組成物の層をインプリンティングして形成することができるが、これに制限されない。前記コラム状のスペーサーに含まれる高分子ネットワークおよび液晶化合物は前述した高分子ネットワークおよび液晶層の種類を制限なく利用できる。

このような、コラム状のスペーサーは、例えば液晶層に隣接するいずれか一つの層上に形成されており、粘着剤または接着剤を媒介として液晶層に隣接する他の層に付着している固着タイプであり得る。

またスペーサーがボール形状の場合、ガラス繊維、プラスチックまたはシリカなどを含むことができ、このようなボール形状のスペーサーは、例えば液晶層と隣接する二層間に直接介在される未固着タイプであり得る。

具体的な例示において、スペーサーはブラックコラムスペーサーであり得る。すなわち、本出願に係る光学素子は外部作用の存在の有無により透過度が可変する特性を有するスマートウインドウを含んでいる。ただし、このようなスマートウインドウを含む光学素子で外部作用が存在しない時、スペーサーによって初期ヘイズ特性が低減される問題があり得る。しかし、光学素子にブラックコラムスペーサーを導入する場合、外部作用の印加の有無にかかわらず低いヘイズ値を維持することができる。

一つの例示において、本出願の光学素子は外部作用がない状態で、ヘイズが１５％以下、１４％以下、１３％以下、または１２％以下であり得る。前記ヘイズの上限値は特に制限されないか、例えば１％以上または２％以上であり得る。前記ヘイズは、例えばＣ標準光源に対して、ヘイズメーター（ＮＤＨ ５０００ＳＰ）を利用して測定された値であり得る。

本出願の液晶ウインドウはまた、液晶層のある一面または両面に位置する基材層をさらに含むことができる。

一つの例示において、基材層は液晶層のある一面にのみ位置することができる。

具体的に、図２に図示された通り、本出願の光学素子１０００は液晶層３０１、前記液晶層３０１の両面に順次配置されている配向膜３０２ａ、ｂおよび電極層３０３ａ、ｂを含み、液晶層３０１の第１偏光層２００が位置する面の反対面に存在する基材層３０５ｂを含む構造を有することができる。この場合、第１偏光層２００は液晶ウインドウ３００と直接接していることができる。本出願において用語「Ａと直接接するＢ」とは、ＡとＢの間にいかなる層や構成も介在されない状態を意味する。

また、図２をもう少し詳察すると、本出願の光学素子１０００の液晶ウインドウ３００が一つの基材層３０５ｂを含む構造の場合、第１偏光層２００の液晶ウインドウ３００と接している面の反対面は粘着剤層または接着剤層４００を媒介として第１基板１００ａに付着していることができる。

図２に図示された通り、第１偏光層が液晶ウインドウと直接接する構造、具体的に基材層が液晶層の第１偏光層が位置する面の反対面にのみ位置する構造を有する場合、基板、偏光層および基材層の間に熱膨張係数（ＣＴＥ）および弾性係数の差による素子の収縮または膨張による変形などを防止することができ、目的とする光学素子の透過度などの光学的物性変化率（％）および変形率（％）を達成することができる。

他の例示において、基材層は液晶層の両面に位置することができる。

具体的に、図３に図示された通り、本出願の光学素子１０００は液晶層３０１、前記液晶層３０１の両面に順次配置されている配向膜３０２ａ、ｂ、電極層３０３ａ、ｂおよび基材層３０５ａ、ｂを含む構造を有することができる。この場合、第１偏光層２００は粘着剤層または接着剤層４００を媒介として液晶ウインドウ３００に付着していることができ、第１偏光層２００の液晶ウインドウ３００と接している面の反対面は粘着剤層または接着剤層４００を媒介として第１基板１００ａに付着していることができる。

前記液晶ウインドウに含まれる基材層は所定の弾性係数および熱膨張係数（ＣＴＥ）を有することもできる。

一つの例示において、基材層は熱膨張係数（ＣＴＥ）が１００ｐｐｍ／Ｋ以下、９０ｐｐｍ／Ｋ以下、８０ｐｐｍ／Ｋ以下、７０ｐｐｍ／Ｋ以下、６０ｐｐｍ／Ｋ以下、５０ｐｐｍ／Ｋ以下、４０ｐｐｍ／Ｋ以下、３０ｐｐｍ／Ｋ以下または２０ｐｐｍ／Ｋ以下であり得る。このような熱膨張係数（ＣＴＥ）の範囲内で適切な剛性を維持することができ、液晶ウインドウおよび偏光層などを積層構造による熱変形を防止することができる。前記熱膨張係数（ＣＴＥ）の下限値は、例えば３ｐｐｍ／Ｋ以上、５ｐｐｍ／Ｋ以上または７ｐｐｍ／Ｋ以上であり得るがこれに制限されるものではない。前記熱膨張係数（ＣＴＥ）値は、例えば０℃、１００℃の温度区間で１０℃／ｍｉｎの速度で冷却および昇温しながら測定した平均熱膨脹率を線熱膨張係数で算出した値であり得る。

基材層は、例えば弾性係数が２０ＧＰａ以下、１５ＧＰａ以下または１０ＧＰａ以下であり得る。このような弾性係数の範囲内で適切な剛性を維持することができ、液晶ウインドウおよび偏光層などを積層構造による熱変形を防止することができる。前記弾性係数の下限値は、例えば０．５ＧＰａ以上または２．５ＧＰａ以上であり得るがこれに制限されるものではない。前記弾性係数値はＡＳＴＭ Ｄ８８２により測定した値を意味し得る。

基材層は、例えば５％以下、または３％以下のヘイズを有する透明基材フィルムであることが好ましい。

基材層はまた、５５０ｎｍでの屈折率が１．５〜２．０、または１．５〜１．７の間の値を有した方が良い。

基材層の厚さは、例えば３０〜３００μｍ、好ましくは４０〜２５０μｍであることが良い。

基材層のガラス転移温度は、例えば１００℃〜３００℃、好ましくは１００℃〜１５０℃の範囲内にあり得る。

基材層の素材は、前述した条件を満足するものであれば制限されないが、例えばポリエチレンまたはポリプロピレンなどのポリオレフィン；ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートなどのポリエステル；トリアセチルセルロース、ジアセチルセルロース、プロピオニルセルロース、ブチルセルロースまたはアセチルセルロースなどのセルロース；６−ナイロンまたは６，６−ナイロンなどのポリアミド；ポリメチルメタクリレ−トなどのアクリルポリマー；ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリイミド、ポリビニルアルコール、ポリカーボネートまたはエチレンビニルアルコールなどの有機高分子で形成された高分子フィルムや、またはガラス基板であり得る。

基材層は前記１種または２種以上の混合物または重合体で形成されたものでもよく、複数の層を積層させた構造のものでもよい。

基材層は表面が改質されたものであり得る。前記表面改質は電極層との接着力などを確保するための目的で実施するものであり、化学的処理、コロナ放電処理、機械的処理、紫外線（ＵＶ）処理、活性プラズマ処理またはグロー放電処理などの処理方式を採択することができるが、これに制限されない。

前記のような基材層は、例えば、前述した素材を公知の混合器（ｅｘ．オムニミキサーなど）でブレンディングし、収得された混合物を公知の混合器（ｅｘ．短縮押出機、２軸押出機などの押出機または加圧ニーダーなど）で押出、混合した後、公知のフィルム成形法（ｅｘ．溶液キャスティング法、溶融押出法、カレンダー法、圧縮成形法など）で製造することができ、特に溶液キャスティング法または溶融押出法などで製造することが好ましい。

このような、基材層は液晶層の一面または両面に位置することができる。
液晶ウインドウに基材層が液晶層の一面にのみ位置する場合、前述した通り、第１偏光層は液晶ウインドウに直接接する構造を有することができ、これを通じて光学素子の優秀な耐久性を達成することができる。この時、第１偏光層の液晶ウインドウと接する面の反対面は粘着剤層または接着剤層を媒介として第１基板と付着していることができる。

前記第１偏光層と第１基板の間に介在される粘着剤層または接着剤層は、例えばアクリル系；エポキシ系；ウレタン系；またはゴム系；粘着剤または接着剤などの公知の粘着剤または接着剤を制限なく利用できる。

例えば、粘着剤層または接着剤層は下記の一般式３で表示されるゲル含量（％）が３０〜９５％の範囲内にあり得る。

［一般式３］
ゲル含量（％）＝Ｂ／Ａ×１００

前記一般式３で、Ａは粘着剤層または接着剤層の質量を表わし、Ｂは常温でエチルアセテートで７２時間沈積後前記粘着剤層または粘着剤層の不溶解分の乾燥質量を表わす。前記ゲル含量が３０％未満であると、高温および／または高温高湿条件下で耐久信頼性が低下する恐れがあり、９５％を超過すると、粘着剤層または接着剤層の応力緩和特性が低下する恐れがある。

粘着剤層または接着剤層は、例えば１０μｍ〜１００μｍ範囲内の厚さを有することができる。このような厚さ範囲内で目的とする粘着または接着特性を発揮するとともに、優秀な機械的特性を達成することができる。

粘着剤層は、例えば２５℃で動粘度が１０，０００ｃＳｔ〜１０，０００，０００ｃＳｔの範囲内にあり得る。特に前記動粘度範囲が１０，０００ｃＳｔ〜１００，０００ｃＳｔ範囲内にある粘着剤層を流体粘着剤層と言うことができる。

すなわち、本出願において用語「流体粘着剤層」とは、粘着剤層を形成する化合物が硬化されず、２５℃で動粘度が１０，０００ｃＳｔ〜１００，０００ｃＳｔ範囲内にある粘着剤から形成された層を意味し得る。

本出願の光学素子の構造において、液晶ウインドウに基材層が液晶層の両面に位置する場合、前述した通り、第１偏光層は粘着剤層または接着剤層を媒介として液晶ウインドウに付着している構造を有することができるが、このとき、第１偏光層と液晶ウインドウを付着している粘着剤層または接着剤層は、例えば前述した流体粘着剤層であり得る。

前記流体粘着剤層を形成する素材は、前述した動粘度範囲を満足し、未硬化タイプの粘着剤であって、公知のものを制限なく利用できる。

一つの例示において、前記流体粘着剤層はシリコンオイルなどが例示されるがこれに制限されるものではない。

前記流体粘着剤層は、例えば凍点が−４０℃以下または−３５℃以下であり得る。また前記流体粘着剤層は、沸点が１５０℃以上、または１８０℃以上であり得る。このような凍点および沸点の範囲内で熱による素子の変形を効果的に防止することができる。

一つの例示において、流体粘着剤層は、凍点が−４０℃以下であり、沸点が１５０℃以上であるものであり得る。

このような流体粘着剤層を媒介として、第１偏光層と液晶ウインドウを付着させる場合、基板、偏光層および基材層の間に熱膨張係数（ＣＴＥ）および弾性係数の差による熱変形による素子内応力強化現象を防止することができ、最終的には素子の変形およびそれによる光学的物性の変化を効果的に予防することができる。

また本出願の光学素子は液晶層の両面に基材層を含む構造の場合、第１基板と第１偏光層が直接接している構造を有することができる。この時、光学素子は、液晶ウインドウの第１偏光層が接する面の反対面に位置する第２基板をさらに含むことができる。

すなわち、本出願の光学素子は液晶層の両面に基材層を含む構造の場合、図３に図示された通り、第１偏光層は粘着剤層または接着剤層を媒介として第１基板に付着しているか、図４に図示された通り、第１偏光層の両面が第１基板および液晶ウインドウと直接接していることができる。この場合、光学素子は、液晶ウインドウの第１偏光層が接する面の反対面に位置する第２基板をさらに含むことができる。

図４は本出願に係る光学素子の一例示図である。具体的に、図４に図示された通り、光学素子１０００は液晶層３０１の両面に順次配置されている配向膜３０２ａ、ｂ、電極層３０３ａ、ｂおよび基材層３０５ａ、ｂを含み、第１偏光層２００のある一面は液晶ウインドウ３００の基材層３０５ａと直接接しており、第１偏光層２００の他の一面は第１基板１００ａと直接接しており、第１偏光層２００が第１基板１００ａと接している面の反対面に位置する第２基板１００ｂをさらに含む構造であり得る。

すなわち、図４に図示されたような構造の光学素子の場合、液晶ウインドウと偏光層が粘着剤層または粘着剤層を媒介として付着しておらず、また第１および第２基板が粘着剤層または接着剤層を媒介として偏光層や液晶ウインドウを付着していないので、偏光層と液晶ウインドウが基板の間から自由に移動することができ、したがって基板、偏光層および基材層の間に熱変形差による応力強化現象およびそれによる素子の変形問題を発生させないことができる。

第２基板の具体的な種類は前述の第１基板で言及したものと同一であり、第１基板および第２基板の具体的な素材は同種であるか、前述した目的を害しない範囲内で変更され得る。

本出願の光学素子はまた視野角補償フィルムを含むことができる。前記視野角補償フィルムは、例えばＡプレート、＋Ｂプレート、−Ｂプレート、＋Ｃプレートなどを含む断層構造または積層構造であり得る。このような視野角補償フィルムは、例えば液晶層内の液晶化合物がツイステッド配向されたＥＣＢモードの場合、適用できる構成である。

本出願はまた、前記光学素子の用途に関するものである。本出願の光学素子は外部信号の印加の有無により透過度を可変することができ、熱変形差による応力強化およびそれにともなう素子の変形を効果的に防止することができる。このような光学素子は多様な光学装置に適用されて使われ得る。

すなわち、本出願は光学素子を含む透過度可変部材に関するものである。前記透過度可変部材は、例えば、サンルーフであり得る。

本出願において用語「サンルーフ」は、車両の天井に存在する固定または作動（ベンティングまたはスライディング）する開口部（ｏｐｅｎｉｎｇ）であって、光または新鮮な空気が車両の内部に流入するようにする機能をすることができる装置を纏めて呼ぶ意味であり得る。本出願でサンルーフの作動方式は特に制限されず、例えば、手動で作動するかまたはモーターで駆動することができ、サンルーフの形状、大きさまたはスタイルは目的とする用途に合わせて適切に選択され得る。例えば、サンルーフは作動方式により、ポップ‐アップサンルーフ、スポイラー（ｔｉｌｅ ＆ ｓｌｉｄｅ）タイプサンルーフ、インビルトタイプサンルーフ、フォールディングタイプサンルーフ、トップ‐マウントタイプサンルーフ、パノラミックルーフシステムタイプサンルーフ、除去可能なルーフパネルズ（ｔ−ｔｏｐｓまたはｔａｒｇａ ｒｏｏｆｔｓ）タイプサンルーフまたはソーラータイプサンルーフなどが例示されるがこれに制限されるものではない。

本出願の例示的なサンルーフは本出願の前記光学素子を含むことができ、この場合光学素子に対する具体的なことは前記光学素子の項目で記述した内容を同一に適用できる。

前記サンルーフはまた、紫外線遮断層をさらに含むことができる。本明細書で「紫外線遮断層」とは、紫外線遮断機能を有する公知の機能性層を意味し得る。紫外線遮断層は偏光層、液晶層または電極層などの一側または両側に形成され得る。このような紫外線遮断層としては例えば、紫外線遮断粘着剤または紫外線遮断フィルムを使うことができる。紫外線遮断粘着剤としては、公知の粘着剤成分に公知の紫外線遮断機能を有する添加剤を添加させたものを使うことができる。紫外線遮断フィルムとしては、例えば、公知の粘着剤の一面に公知の紫外線遮断機能を有する添加剤を含む層を形成したものを使うことができる。紫外線遮断粘着剤としては、例えばＤＡＩＯ Ｐａｐｅｒ社のＥＷ１５０１−Ｄ１−ＵＶ、ＥＷ１５０２−Ｄ１−ＵＶまたはＥＷ１５０４−Ｄ１−ＵＶなどを使うことができるが、これに制限されるものではない。

本出願は透過度が可変できる光学素子およびその用途に関するものである。

本出願に係る光学素子は、各層の間に物性の差によって発生し得る応力強化現象およびそれにともなう素子の変形を効果的に制御することができる。

本出願に係る光学素子はまた、外部作用がない状態でも低いヘイズ値を有することができる。

本出願に係る光学素子の一例示図。 本出願に係る光学素子の一例示図。 本出願に係る光学素子の一例示図。 本出願に係る光学素子の一例示図。

以下、本出願について実施例を通じてより詳細に説明するが、本出願の要旨に限定された実施例に過ぎない。一方、本出願は以下の実施例で提示する工程条件に制限されず、本出願の目的を達成するために必要な条件の範囲内で任意に選択できることはこの技術分野の通常の知識を有した者に自明である。

実施例１．
下記の方法により、図２のような構造を有する光学素子を製造した。
ＰＥＴ基材層上にＩＴＯ電極層を形成し、公知の吸収型線形偏光層上にＩＴＯ電極層を形成した後、二つのＩＴＯ電極層上に液晶化合物の水平配向を誘導する光配向膜を形成した。その後、ＩＴＯ電極層および光配向膜が形成されているＰＥＴ基材層上に液晶化合物（ＨＰＣ２１６００、ＨＣＣＨ社製）および前記液晶化合物１００重量部に対して異方性染料（Ｘ１２、ＢＡＳＦ社製）を１〜３重量部の比率で含む液晶層を形成（厚さ約１５μｍ）し、側面をシーリングした。その後、光配向膜およびＩＴＯ電極層が形成された吸収型線形偏光層と前記液晶層が形成されているＰＥＴ基材層を合着させ、図２に図示された通り、液晶ウインドウと偏光層が一体形成されている構造を製作した。その後、前記偏光層の液晶ウインドウと接する面の反対面にＯＣＡ（ＤＡＩＯ Ｐａｐｅｒ社のＥＷ１５０１−Ｄ１−ＵＶ）を媒介としてガラス基板と合着し、光学素子を製造した。偏光層と液晶層の光軸は約９０度の角度をなすように形成した。

実施例２．
ＰＥＴ基材層および吸収型線形偏光層上にＩＴＯ電極層の代わりに銀ナノワイヤを利用したコート層電極層を形成したことを除いては実施例１と同じ方式で光学素子を製造した。この時、偏光層と液晶層の光軸は約９０度の角度をなすように形成した。

実施例３．
下記の方法により、図３のような構造を有する光学素子を製造した。
一対のポリカーボネート基材層上にＩＴＯ電極層および水平光配向膜をそれぞれ形成した。その後、ＩＴＯ電極層および光配向膜が形成されているポリカーボネート基材層上に液晶化合物（ＨＰＣ２１６００、ＨＣＣＨ社製）とキラル剤（ＢＡＳＦ社のＬＣ７５６）および前記液晶化合物１００重量部に対して異方性染料（Ｘ１２、ＢＡＳＦ社製）を１〜３重量部の比率で含むツイストネマチック液晶層（厚さ約１５μｍ）を形成して側面をシーリングした。また二つのポリカーボネート基材層を合着させて図３に図示された構造を有する液晶ウインドウを製造した。その後、前記液晶ウインドウを流体粘着剤層（シリコンオイル）を媒介として公知の吸収型線形偏光層のある一面に付着させ、前記偏光層の液晶ウインドウが付着されていない面はＯＣＡ（ＤＡＩＯ Ｐａｐｅｒ社のＥＷ１５０１−Ｄ１−ＵＶ）を媒介としてガラス基板と合着して図３に図示された構造のような光学素子を製造した。この時、偏光層に近い側に位置する液晶層内の液晶化合物の長軸方向は偏光層の吸収軸と約９０度の角度をなし、偏光層に遠い側に位置する液晶層内の液晶化合物の長軸方向は偏光層の吸収軸と約０度の角度をなす。

実施例４．
下記の方法により、図４のような構造を有する光学素子を製造した。
一対のポリカーボネート基材層上にＩＴＯ電極層および水平光配向膜をそれぞれ形成した。その後、ＩＴＯ電極層および光配向膜が形成されているポリカーボネート基材層上に液晶化合物（ＨＰＣ２１６００、ＨＣＣＨ社製）とキラル剤（ＢＡＳＦ社のＬＣ７５６）および前記液晶化合物１００重量部に対して異方性染料（Ｘ１２、ＢＡＳＦ社製）を１〜３重量部の比率で含むツイストネマチック液晶層（厚さ約１５μｍ）を形成して側面をシーリングした。また二つのポリカーボネート基材層を合着させて図４に図示された構造を有する液晶ウインドウを製造した。前記液晶ウインドウと公知の吸収型線形偏光層を粘着剤層や接着剤層を介在することなく積層させた後、液晶ウインドウと吸収型線形偏光層の他側に一対のガラス基板を積層させ、図４のような構造の光学素子を製造した。この時、偏光層に近い側に位置する液晶層内の液晶化合物の長軸方向は偏光層の吸収軸と約９０度の角度をなし、偏光層に遠い側に位置する液晶層内の液晶化合物の長軸方向は偏光層の吸収軸と約０度の角度をなす。

実施例５．
実施例１に係る光学素子を形成する工程でブラックコラムスペーサーを形成した後、二層を合着して液晶ウインドウを製造したことを除いては実施例１と同じ構造および方式で光学素子を製造した。

実施例６．
実施例２に係る光学素子を形成する工程でブラックコラムスペーサーを形成した後、二層を合着して液晶ウインドウを製造したことを除いては実施例２と同じ構造および方式で光学素子を製造した。

実施例７．
実施例３に係る光学素子を形成する工程でブラックコラムスペーサーを形成した後、二層を合着して液晶ウインドウを製造したことを除いては実施例３と同じ構造および方式で光学素子を製造した。

実施例８．
実施例４に係る光学素子を形成する工程でブラックコラムスペーサーを形成した後、二層を合着して液晶ウインドウを製造したことを除いては実施例４と同じ構造および方式で光学素子を製造した。

比較例１．
下記のような構造の光学素子を製造した。
具体的に、実施例３と同じ方式で液晶ウインドウを製造した後、前記液晶ウインドウのある一面はＯＣＡ（ＤＡＩＯ Ｐａｐｅｒ社のＥＷ１５０１−Ｄ１−ＵＶ）を媒介としてガラス基板と合着し、他の一面はＯＣＡ（ＤＡＩＯ Ｐａｐｅｒ社のＥＷ１５０１−Ｄ１−ＵＶ）を媒介として吸収型偏光層と合着し、ガラス基板／ＯＣＡ／液晶ウインドウ／ＯＣＡ／偏光層構造の光学素子を製造した。この時、偏光層に近い側に位置する液晶層内の液晶化合物の長軸方向は偏光層の吸収軸と９０度の角度をなし、偏光層に遠い側に位置する液晶層内の液晶化合物の長軸方向は偏光層の吸収軸と０度の角度をなす。

試験例１−耐久性テスト
実施例１〜８および比較例１により製造された光学素子を１００℃で２４０時間の間放置した後、液晶ウインドウの破損や変形があるかどうかを確認して表１に表示した。具体的に、素子の破損の有無は肉眼で確認し、Ｏ（破損有り）、Ｘ（破損なし）で評価し、下記の表１に表示した。

試験例２−透過度とヘイズ特性評価および透過度変化率（％）評価
実施例１〜８および比較例１で製造された光学素子に対して、垂直電界を印加できる電源を連結した後駆動電圧（２０Ｖ）による光学素子のＣ標準光源に対する透過度およびヘイズをヘイズメーターＮＤＨ ５０００ＳＰ ［メーカー：Ｎｉｐｐｏｎ Ｄｅｎｓｈｏｋｕ （ＪＡＰＡＮ）］装置を利用して測定し、その結果を表２に表示した。

また素子の透過度変化率（％）は破損されていない素子に限って下記の数学式１によって測定し、下記の表１に表示した。

変化率（％）＝｜（Ｔ_２−Ｔ_１）｜／Ｔ_１×１００

前記数学式１で、Ｔ_１は素子試片の初期透過度値であり、Ｔ_２は１００℃で２４０時間の間放置した後の素子試片の透過度値である。

本出願は外部作用の印加の有無により透過度が変わる光学素子を提供することができ、前記光学素子は、各層の間に物性の差により発生し得る応力強化現象およびそれにともなう素子の変形を効果的に制御し、外部作用がない状態でも低いヘイズ値を有することができる。

１０００：光学素子
１００ａ、ｂ：第１、２基板
２００：第１偏光層
３００：液晶ウインドウ
３０１：液晶層
３０２ａ、ｂ：配向膜
３０３ａ、ｂ：電極層
３０４：シーラント
３０５ａ、ｂ：基材層
４００：粘着剤層または接着剤層

Claims (16)

1. 第１基板；
   前記第１基板上に位置する第１偏光層；および
   前記第１偏光層の第１基板が位置する面の反対面に存在し、液晶化合物を有する液晶層を含む液晶ウインドウを有し、
   前記液晶ウインドウは前記液晶層の前記第１偏光層が位置する面の反対面にのみ存在する１つの基材層をさらに含むか、
   前記液晶ウインドウは前記液晶層の両面に位置する基材層をさらに含み、前記第１偏光層は前記液晶ウインドウに、粘着剤層を意味する流体粘着剤層を介して付着しているか、または、
   前記液晶ウインドウは前記液晶層の両面に位置する基材層をさらに含み、前記第１偏光層のある一面は前記第１基板と直接接し、前記第１偏光層の他の一面は前記液晶ウインドウと直接接しており、
   １００℃の温度で２４０時間耐熱テスト後の透過度変化率（％）が±１０％以下である、光学素子。
2. 外部電圧によって、可視光領域の透過度が１５％以上である透過モードと可視光領域の透過度が３％以下である遮断モードの間をスイッチングする、請求項１に記載の光学素子。
3. 第１偏光層は第１基板と直接接しているか、または粘着剤層または接着剤層を媒介として第１基板に付着している、請求項１または２に記載の光学素子。
4. 第１基板は熱膨張係数（ＣＴＥ）が１００ｐｐｍ／Ｋ以下である、請求項１から３のいずれか一項に記載の光学素子。
5. 外部電圧がない状態で、第１偏光層の吸収軸と液晶層の光軸は０度〜９０度の角度をなす、請求項１から４のいずれか一項に記載の光学素子。
6. 液晶化合物はスメクチック、ネマチックまたはコレステリック液晶化合物である、請求項１から５のいずれか一項に記載の光学素子。
7. 液晶層は二色比が１〜３０の範囲内にある異方性染料をさらに含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の光学素子。
8. 液晶層は厚さが５〜３０μｍの範囲内にある、請求項１から７のいずれか一項に記載の光学素子。
9. 基材層は弾性係数が２０ＧＰａ以下である、請求項１に記載の光学素子。
10. 基材層は熱膨張係数（ＣＴＥ）が１００ｐｐｍ／Ｋ以下である、請求項９に記載の光学素子。
11. 粘着剤層は２５℃で動粘度が１０，０００ｃＳｔ〜１００，０００ｃＳｔの範囲内にある流体粘着剤層である、請求項１に記載の光学素子。
12. 流体粘着剤層は凍点が−４０℃以下で、沸点が１５０℃以上である、請求項１１に記載の光学素子。
13. 液晶ウインドウの第１偏光層が直接接する面の反対面に位置する第２基板をさらに含む、請求項１に記載の光学素子。
14. 液晶ウインドウは液晶層の上部および下部に存在する層の間隔を維持できるように形成されたスペーサーをさらに含む、請求項１から１３のいずれか一項に記載の光学素子。
15. 外部電圧がない状態で、ヘイズが１５％以下である、請求項１４に記載の光学素子。
16. 請求項１から１５のいずれか一項に記載された光学素子を含む、透過度可変部材。

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