JP6673471B2 - 液晶ウィンドウ及びこれを含む光学素子 - Google Patents

Description

本発明は、液晶ウィンドウ、光学素子及びその用途に関する。本願は、２０１５年１２月１７日に出願された韓国特許出願第１０−２０１５−０１８０９０１号の優先権を主張する。

液晶化合物を利用したディスプレイは、多様な表示装置及び透過率可変装置等に用いられている。

このような液晶化合物を利用したディスプレイは、一対の基材層の間に液晶化合物を含む液晶層を配置し、液晶層の両側に位置する層の間隔を維持させるために、スペーサ（ｓｐａｃｅｒ）を含む。

液晶ディスプレイにおいてセルギャップ（ｃｅｌｌ ｇａｐ）を維持する役目を行うスペーサは、ボール形状又はカラム形状であることができ、ディスプレイ装置の目的及び用途によって多様な形状及び材料のスペーサを使用できる。

なお、ボール形状のスペーサを利用して液晶層のセルギャップを維持させようとする場合、スペーサの流動に起因して、セルギャップ維持の役目を行うのにあたって問題が存在し、このような問題を解決するために、ボールスペーサを固着させる多様な技術が発展して来た。

このようなボールスペーサの固着化技術は、通常、熱を利用してスペーサの表面の一部をとかして固着させる方法を採択しているが、これは、熱に露出する時間が長時間かかると共に、温度を過度に高める場合、基材層が損傷される等、多様な問題点が存在し、ボールスペーサの固着化方法に対する新しい必要性が要求された。

本発明の目的は、配向特性に優れていると同時に、スペーサの流動を最小化し、セルギャップ維持特性に優れた液晶ウィンドウ及びこれを含む光学素子を提供することにある。

本発明の他の目的は、熱による損傷等を防止し、工程上経済的な液晶ウィンドウの製造方法を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、液晶ウィンドウ及び光学素子の用途を提供することにある。

本発明は、液晶ウィンドウ及びその製造方法、液晶ウィンドウを含む光学素子及びその用途に関する。

本発明の液晶ウィンドウは、光学素子の一構成として使用されるものである。

具体的に、液晶ウィンドウは、外部作用の適用可否によって透過度が変化する液晶層を含み、光学素子に透過モード又は遮断モードの選択的スイッチングを可能にすることができる。

このような本発明の液晶ウィンドウは、液晶層の上部及び下部に存在する層の間隔を維持できるスペーサの固着方法を改善し、基材層の熱による損傷を防止でき、また、スペーサを効果的に固着させて、セルギャップ維持特性に優れている。

すなわち、本発明の光学素子用液晶ウィンドウは、液晶化合物を含む液晶層と、前記液晶層の両面に位置し、前記液晶化合物の配向を誘導する配向膜と、前記液晶層の上部及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、前記液晶層の両面に位置する配向膜のうちいずれか一つに陥入され固着されたスペーサとを含む。

通常、液晶ウィンドウに含まれるスペーサを固着させるためには、配向膜が形成された基材層上にスペーサを含む溶液をコーティング及び乾燥した後、追加的な熱を加えて固着化する方法が用いられているが、この場合、熱による基材層の変形が発生し得、また、加熱工程による時間所要が多くて、製品生産性の側面で不利であり、且つ、このような固着方法による場合、スペーサの流動が発生し得、セルギャップ維持特性の確保に不利な側面が存在した。

これより、本発明は、後述するように、スペーサを含む配向膜形成用組成物を基材層上にコーティングし、スペーサが配向膜に陥入され固着されるようにすることによって、前述した問題点を克服できる。

前記で用語「陥入」は、図１に示されたように、基材層５００ａ上に形成されている配向膜２００ａの内部にスペーサ２０１の所定部分が含まれている状態を意味できる。

本発明の液晶ウィンドウは、外部作用の適用可否によって、配向が変わる液晶化合物を含む液晶層を含み、光学素子の透過モード又は遮断モードを提供できる。

本発明で用語「外部作用」というのは、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ほどの外力を意味する。一つの例示で、前記外部作用は、後述する電極層を介して誘導される外部電圧であることができる。

液晶層に含まれる液晶化合物は、外部作用の存在可否によって、その配向方向が変更され得るものであれば、本発明では、これを制限なしに利用できる。

一つの例示で、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）液晶化合物等を使用できる。また、外部信号の適用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、例えば重合性基又は架橋性基を有しない化合物であることができる。

一つの例示で、液晶化合物としては、ネマチック液晶化合物を使用できる。前記化合物としては、例えば、下記数式１を満足するネマチック液晶化合物を使用できる。

［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、０．１〜１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、電圧が適用されない状態でも優れた透明性が確保される液晶セルを製作できる。数式１で、ｂは、他の例示では、０．１〜０．９、０．１〜０．７、０．１〜０．５又は０．１〜０．３であることができる。

液晶化合物は、また、異常誘電率ε_ｅ（ｅｘｔｒａｏｒｄｉｎａｒｙ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ、長軸方向の誘電率）と正常誘電率ε_ｏ（ｏｒｄｉｎａｒｙ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ、短軸方向の誘電率）との差が３以上、３．５以上、４以上、６以上、８以上又は１０以上であることができる。このような誘電率を有する場合、駆動電圧特性に優れた素子を提供できる。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示すことができるものであって、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ε_ｅが６〜５０程度であり、正常誘電率ε_ｏが２．５〜７程度である化合物を使用できる。

液晶層は、また、異方性染料をさらに含むことができる。

本発明で用語「染料」は、可視光領域、例えば、４００ｎｍ〜７００ｎｍ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／又は変形させることができる物質を意味できる、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できる。

前記のような異方性染料を使用することによって、液晶ウィンドウ及びこれを含む光学素子の光透過度を調節できる。異方性染料は、特に制限されないが、例えば黒色染料（ｂｌａｃｋ ｄｙｅ）又はカラー染料（ｃｏｌｏｒ ｄｙｅ）を使用できる。

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な方向に平行な偏光の吸収で分けた値が１以上、２以上又は３以上の染料を使用できる。前記染料は、可視光領域の波長範囲内、例えば、約３８０ｎｍ〜７００ｎｍ又は約４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長範囲内で少なくとも一部の波長又はいずれか一つの波長で前記二色比を満足できる。前記二色比の上限は、例えば３０以下、２０以下、１５以下又は１４以下程度であることができる。すなわち、二色比は、１〜３０、２〜２０、３〜１５又は３〜１４であることができる。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、且つ液晶化合物の配向によって配向され得る特性を有するものであって、公知されたすべての種類の染料が使用され得る。

前記異方性染料を液晶層内に含ませる場合、液晶ウィンドウを含む素子の薄形化を図ることができる。

具体的に、光学素子内に液晶化合物及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及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及び垂直な方向の偏光に対する非等方性光吸収を調節できる。

例えば、液晶層内の液晶化合物及び／又は異方性染料の配向は、外部信号の適用によって調節され得、これにより、前記液晶層は、外部信号の適用可否によって非等方性光吸収を調節できる。

このような異方性染料は、例えば液晶化合物１００重量部に対して１〜１０重量部又は１〜５重量部内の比率で液晶層に含まれることができる。

液晶化合物は、液晶層内に一定の配向を持って含まれていてもよい。

一つの例示で、液晶化合物は、外部作用がない状態で水平配向、垂直配向、又は傾斜配向に配向され得る。

本発明で用語「水平配向」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できる。

本発明で用語「垂直配向」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できる。

本発明で用語「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又は垂直配向以外の傾斜角を有する場合を意味でき、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できる。

このような液晶化合物の配向条件は、液晶ウィンドウの駆動モード及び液晶化合物の誘電率特性等を考慮して適宜調節され得る。

液晶層は、所定の面上における位相差Ｒｉｎ及び厚さ方向の位相差Ｒｔｈを有することができる。

一つの例示で、液晶層内の液晶化合物が水平配向している状態で液晶層の面方向の位相差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以上又は１４０ｎｍ以上であることができる。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以下又は１６０ｎｍ以下であることができる。すなわち、面方向位相差Ｒｉｎは１０〜３００ｎｍ、５０〜２５０ｎｍ又は１００〜２００ｎｍであることができる。

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の位相差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以上又は１４０ｎｍ以上になり得る。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以下又は１６０ｎｍ以下程度になり得る。すなわち、厚さ方向位相差Ｒｔｈは、１０〜３００ｎｍ、５０〜２５０ｎｍ又は１００〜２００ｎｍであることができる。

本発明で用語「面方向位相差Ｒｉｎ」は、下記数式２で計算される数値であり、用語「厚さ方向位相差Ｒｔｈ」は、下記数式３で計算される数値である。

［数式２］
Ｒｉｎ＝（ｎｘ−ｎｙ）×ｄ

［数式３］
Ｒｔｈ＝（ｎｚ−ｎｙ）×ｄ

数式２及び３で、参照符号ｎｘ、ｎｙ、ｎｚ及びｄは、それぞれ液晶層の面内における遅相軸方向の屈折率、面内における進相軸方向の屈折率、厚さ方向の屈折率及び厚さを意味する。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ることができる。

液晶化合物の配向によって、液晶ウィンドウ及び光学素子の透過度は調節され得る。

液晶ウィンドウは、例えば、ＥＣＢ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モード又はＳＴＮ（Ｓｕｐｅｒ Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モード等で駆動される光学素子に含まれることができ、このような駆動モードによって液晶層内の液晶化合物の整列特性が変わることができ、具体的な内容は、光学素子部分で後述する。

液晶ウィンドウがＴＮモード又は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、前記液晶化合物及び／又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、目的する螺旋構造を誘発できるものであれば、特に制限されずに使用され得る。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リティ（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個又は２個以上の非対称炭素（ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ｃａｒｂｏｎ）を有する化合物、キラルアミン又はキラルスルホキシド等のヘテロ原子上に非対称点（ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ｐｏｉｎｔ）がある化合物又はクムレン（ｃｕｍｕｌｅｎｅ）又はビナフトール（ｂｉｎａｐｈｔｈｏｌ）等の軸不斉を有する光学活性部位（ａｘｉａｌｌｙ ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃｏｐｔｉｃａｌｌｙ ａｃｔｉｖｅ ｓｉｔｅ）を有する化合物が例示され得る。キラル剤は、例えば分子量が１，５００以下の低分子化合物であることができる。キラル剤としては、市販されるキラルネマチック液晶、例えば、Ｍｅｒｃｋ社で市販されるキラルドーパント液晶Ｓ−８１１又はＢＡＳＦ社のＬＣ７５６等を使用することもできる。

液晶層の厚さは、例えば５〜３０μｍ又は１０〜２５μｍ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及びそれによる液晶層の損傷等を防止できる。

前記のような液晶層は、例えば前述した液晶化合物及び／又は異方性染料とその他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材層上に側面を封止した状態でスキージングする方式を利用するか、任意の基材上に組成物をコーティングした後、剥離したフィルムを基材層とラミネートする方式を利用するか、又は基材層上に直接組成物をコーティングした後、硬化して形成する等、公知の液晶層形成方式により製造され得る。

液晶ウィンドウは、また、液晶層の一面又は両面方向に位置する基材層をさらに含むことができる。

一つの例示で、基材層は、図２に示されたように、液晶層のいずれか一面方向にのみ位置してもよく、また、図３及び図４に示されたように、液晶層の両面方向に位置してもよい。具体的な基材層の位置は、液晶ウィンドウを含む光学素子の構造によって異なることができる。

前記基材層は、所定の弾性係数及び熱膨張係数ＣＴＥを有するものであることができる。

一つの例示で、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以下又は２０ｐｐｍ／Ｋ以下であることができる。前記熱膨張係数ＣＴＥの下限値は、例えば３ｐｐｍ／Ｋ以上、５ｐｐｍ／Ｋ以上又は７ｐｐｍ／Ｋ以上であることができるが、これに制限されるものではない。すなわち、基材層の熱膨張係数は、３〜１００ｐｐｍ／Ｋ、５〜８０ｐｐｍ／Ｋ又は７〜６０ｐｐｍ／Ｋであることができる。このような熱膨張係数ＣＴＥの範囲内で適切な剛性を維持でき、液晶ウィンドウ及び偏光層等に対して積層構造による熱変形を防止できる。前記熱膨張係数ＣＴＥ値は、例えば０℃から１００℃の温度区間で１０℃／ｍｉｎの速度で冷却及び昇温しながら測定した平均熱膨張率を線熱膨脹係数として算出した値であることができる。

基材層は、例えば弾性係数が２０ＧＰａ以下、１５ＧＰａ以下又は１０ＧＰａ以下であることができる。前記弾性係数の下限値は、例えば０．５ＧＰａ以上又は２．５ＧＰａ以上であることができるが、これに制限されるものではない。すなわち、基材層の弾性係数は、０．５〜２０ＧＰａ、２．５〜１５ＧＰａ又は２．５〜１０ＧＰａであることができる。このような弾性係数の範囲内で適切な剛性を維持でき、液晶ウィンドウ及び偏光層等に対して積層構造による熱変形を防止できる。前記弾性係数値は、ＡＳＴＭＤ８８２によって測定した値を意味できる。

基材層は、例えば５％以下、又は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においての屈折率が１．５〜２．０、又は１．５〜１．７の間の値を有するものであることができる。

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

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。

また、基材層は、０．０５ＭＰａ〜５，０００ＭＰａ範囲内の弾性係数を有するフレキシブルなものであることができる。

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、ポリエチレン又はポリプロピレン等のポリオレフィン系素材；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等のポリエステル系素材；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、ブチルセルロース又はアセチルセルロース等のセルロース系素材；６−ナイロン又は６、６−ナイロン等のポリアミド系素材；ポリメチルメタクリレート等のアクリル系素材；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、ポリカーボネート又はエチレンビニルアルコール等の有機高分子で形成された高分子フィルムであるか、又はガラス基板であることができる。

基材層は、前記物質のうち１種又は２種以上の混合物又は重合体で形成されたものであってもよく、複数の層を積層させた構造のものであってもよい。

基材層は、表面が改質されたものであることができる。前記表面改質は、電極層との接着力等を確保するための目的で実施するものであって、化学的処理、コロナ放電処理、機械的処理、紫外線（ＵＶ）処理、活性プラズマ処理又はグロー放電処理等の処理方式を採択できるが、これに制限されるものではない。

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機（例えば、オムニミキサー等）でブレンディングし、収得された混合物を公知の混合機（例えば、単軸押出機、二軸押出機等の押出機又は加圧ニーダ等）で押出、混合した後、公知のフィルム成形法（例えば、溶液キャスティング法、溶融押出法、カレンダー法、圧縮成形法等）で製造でき、特に溶液キャスティング法又は溶融押出法等で製造することが好ましい。

液晶ウィンドウは、液晶層に外部作用、例えば外部電界を適用できるようにする電極層をさらに含むことができる。前記電極層は、例えば基材層上に形成され得る。

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。

一つの例示で、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又は５５０ｎｍ波長の光に対する透過度が８０％以上、８５％以上又は９０％以上であることができる。

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

一つの例示で、電極層は、赤外線領域、例えば、約７００ｎｍ〜１，０００ｎｍ範囲内のいずれか一つの波長又は７８０ｎｍ以上の光に対する透過度が７０％以下、６５％以下又は６０％以下であることができる。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％以上又は５％以上であることができる。すなわち、前記光透過度は、０〜７０％、５〜６５％又は５〜６０％であることができる。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できるので、例えば、エネルギー節減が可能である。

電極層は、面抵抗値が５００Ω／□以下、４００Ω／□以下又は３００Ω／□以下であることができ、下限値は、特に制限されないが、１Ω／□以上、５Ω／□以上又は１０Ω／□以上であることができる。すなわち、前記面抵抗値は、１〜５００Ω／□、５〜４００Ω／□又は１０〜３００Ω／□であることができる。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、消費電力を最小化できるので、光学素子の効率を高めることができる長所がある。

電極層の素材は、前記光透過度及び面抵抗値を有し、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適用できるものであれば、公知のものが制限なしに利用され得る。

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；グラフェン；又は伝導性ポリマーやこれらの複合材料等を利用できる。

一つの例示で、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）、ランチニウム（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）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、イットリウム（Ｙ）、亜鉛（Ｚｎ）及びジルコニウム（Ｚｒ）よりなる群から選択される１種以上の金属の金属酸化物を含むことができる。

電極層の厚さは、本発明の目的を損傷させない範囲内で適宜選択され得る。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、優れた電気伝導度及び低い抵抗特性を示すために、電極層の厚さは、５０ｎｍ〜３００ｎｍ又は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単層構造であるか、又は積層構造であることができる。また、前記電極層が積層構造である場合、各層を構成する素材は、同一であるか、又は異なることができる。

液晶ウィンドウは、液晶層の両面に位置し、液晶化合物の配向を誘導する配向膜を含む。

前記配向膜は、液晶層に含まれる液晶化合物の配向を誘導できるほどの位置、例えば液晶層の両面に配向膜が直接当接している状態で液晶ウィンドウ内に含まれることができる。

液晶ウィンドウに含まれる配向膜のうちいずれか一つは、スペーサを陥入している。

すなわち、本発明は、配向膜を形成するための組成物にスペーサを一緒に含ませて配向膜を形成することによって、熱による基材層の損傷を防止でき、工程上の経済性を図ることができる。

また、本発明は、配向膜形成用組成物に含まれるスペーサの含量を適宜調節し、スペーサの組成物内の分散性を確保でき、究極的に適切な配向特性を達成できる。

配向膜としては、特別な制限なしに公知の垂直、水平又は傾斜配向膜を使用できる。このような配向膜は、ラビング配向膜のように、接触式配向膜であるか、あるいは光配向性化合物を含み、例えば直線偏光の照射等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光配向膜等公知された配向膜を使用できる。

一つの例示で、配向膜は、配向膜形成用組成物をコーティングした後、光又は熱を照射し、配向性を付与した光硬化型配向膜又は熱硬化型配向膜であることができる。

光配向膜は、例えば光配向性化合物を含むことができる。

本発明で用語「光配向性化合物」は、光の照射等により所定方向に整列（ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎａｌｌｙ ｏｒｄｅｒｅｄ）され、前記整列された状態で異方性相互作用（ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ）等の相互作用により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できる。

光配向膜において光配向性化合物は、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又は高分子性化合物であることができる。また、光配向性化合物は、光感応性残基（ｐｈｏｔｏｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｍｏｉｅｔｙ）を含む化合物であることができる。

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）又は光酸化（ｐｈｏｔｏ−ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）等のような光分解（ｐｈｏｔｏ−ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｏｎ）により整列される化合物；［２＋２］添加環化（［２＋２］ｃｙｃｌｏａｄｄｉｔｉｏｎ）、［４＋４］添加環化又は光二量化（ｐｈｏｔｏｄｉｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ）等のような光架橋又は光重合により整列される化合物；光フリーズ再配列（ｐｈｏｔｏ−Ｆｒｉｅｓｒｅ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）により整列される化合物又は開環／閉環（ｒｉｎｇ ｏｐｅｎｉｎｇ／ｃｌｏｓｕｒｅ）反応により整列される化合物等を使用できる。

前記トランス−シス光異性化により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）又はアゾ高分子（ａｚｏ ｐｏｌｙｍｅｒ）等のアゾ化合物やスチルベン化合物（ｓｔｉｌｂｅｎｅｓ）等が例示され得る。

前記光分解により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）、芳香族ポリシラン又はポリエステル、ポリスチレン又はポリイミド等が例示され得る。

また、光架橋又は光重合により整列される化合物としては、シンナマート（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又はジフェニルアセチレン（ｄｉｐｈｅｎｙｌａｃｅｔｙｌｅｎｅ）化合物や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、カルコン化合物という）又はアントラセニル（ａｎｔｈｒａｃｅｎｙｌ）残基を有する化合物（以下、アントラセニル化合物という）等が例示され得る。

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又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）形態であることができる。前記でオリゴマー性又は高分子性化合物は、前記記述した光配向性化合物から誘導された残基又は前記記述した光感応性残基を主鎖内に又は側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又は光感応性残基を有するか、又は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、ポリアミド酸（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、ポリアクリルニトリル又はポリメタクリルニトリル等が例示され得るが、これに制限されるものではない。

配向性化合物に含まれることができる高分子としては、代表的には、ポリノルボルネンシンナマート、ポリノルボルネンアルコキシシンナマート、ポリノルボルネンアリロイルオキシシンナマート、ポリノルボルネンフッ素化シンナマート、ポリノルボルネン塩素化シンナマート又はポリノルボルネンジシンナマート等が例示され得るが、これに制限されるものではない。

配向膜を形成するための光配向性化合物は、前述したもののうち、スペーサとの混合性及びスペーサの溶液内の分散特性等を考慮して適切な種類が選択され得る。

前記光配向膜は、例えば、前記光配向性化合物に光開始剤等必要な添加剤を配合し、コーティングした後、所望の方向の偏光紫外線等を照射して形成し得る。

具体的な例示で、配向膜は、配向性化合物及びスペーサを含む組成物のコーティング層であることができる。

このような組成物内にスペーサの含量は、組成物の溶液に対して０．１〜５重量％、０．５〜３重量％、０．５〜２重量％又は０．５〜１．５重量％の範囲内で適宜調節され得る。前記範囲内でスペーサが組成物内に適切に分散した状態で存在でき、配向膜の配向性を阻害せず、また、セルギャップ維持特性を達成できる。

液晶ウィンドウは、液晶層の上部及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、前記液晶層の両面に位置する配向膜のうちいずれか一つに陥入され固着されたスペーサを含む。すなわち、本発明のスペーサは、固着タイプであって、配向膜に陥入され固着されているものであることができる。

配向膜に陥入されたスペーサは、配向性形成用組成物に均一に分散され得、セルギャップ維持特性を確保できる形状を有するものであって、例えばポールタイプのスペーサであることができる。

本発明のスペーサ、例えばボールタイプのスペーサは、別途の熱固着方法を利用せず、配向膜の形成とともにスペーサを固着させることによって、セルギャップ維持特性だけでなく、熱変形による基材層の損傷防止及び液晶ウィンドウ生産工程の経済性等を追加に図ることができる。

前記スペーサは、例えば熱又は紫外線硬化性樹脂と、ガラスファイバー及びシリカよりなる群から選択されるいずれか一つを含むことができる。

前記熱硬化性樹脂としては、例えばシリコーン樹脂、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、尿素樹脂、ポリエステル樹脂又はメラミン樹脂等を使用できるが、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（メタ）アクリレート重合体、ポリスチレン（メタ）アクリレート重合体、エポキシ（メタ）アクリレート重合体、ポリウレタン（メタ）アクリレート重合体、ポリブタジエン（メタ）アクリレート重合体、シリコン（メタ）アクリレート重合体又はアルキル（メタ）アクリレート重合体等を使用できるが、これに制限されるものではない。前記で「（メタ）アクリレート」は、アクリレート又はメタクリレートを意味する。

このようなスペーサは、直径が配向膜の厚さより大きい。すなわち、図１に示されたように、配向膜に陥入され、且つスペーサがセルギャップ維持特性を確保するためには、配向膜自体の厚さに対してスペーサの直径が大きくなければならない。

一つの例示で、スペーサは、直径が１〜１００μｍの範囲内にあり得る。他の例示で、スペーサは、直径が５〜３０μｍ、１０〜３０μｍ、又は１５〜３０μｍの範囲内にあり得る。

スペーサは、配向膜に全体が陥入されず、好ましくは、部分的に陥入され得る。部分的に陥入される場合、スペーサは、配向膜の全体厚さにわたって陥入されるか、又は配向膜の厚さ方向のうち一部にのみ陥入され得る。配向膜内にスペーサの陥入深さは、一方又は両方の配向膜に対してスペーサの直径に対して０．１〜５０％、１〜４０％、３〜３０％、５〜２０％であることができる。スペーサは、一方の配向膜にのみ部分的に陥入され、他方の配向膜とはスペーサの上端又は下端部分が接触できる。また、スペーサは、両方の配向膜にそれぞれ部分的に陥入され得る。スペーサがない部位では、液晶層が上部及び下部の配向膜とそれぞれ直接接触できる。

また、スペーサは、ホワイト又はブラックスペーサであることができる。一つの例示で、スペーサは、ブラックボールスペーサであることができる。

前記で用語「ホワイトスペーサ」は、５５０ｎｍ波長の光に対する透過率が８５％以上である透明スペーサを意味し、用語「ブラックスペーサ」は、５５０ｎｍ波長の光に対する透過率が２０％以下であるスペーサを意味する。

液晶ウィンドウは、外部作用の存在可否によって透過度が可変する特性を有し、このような液晶ウィンドウ内の液晶層に外部作用が適用されないとき、スペーサにより初期ヘイズ特性が低減される問題があり得る。しかし、ブラックボールスペーサを導入する場合、外部作用の適用可否に関係なく、低いヘイズ値を維持できる。

本発明の液晶ウィンドウは、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は、液晶層の側面に位置し、液晶層の間隔を維持すると同時に、液晶層内の液晶化合物を密封（ｓｅａｌｉｎｇ）する役目を行うことができる。

一つの例示で、前記シーラントは、ポリマー層であることができる。このようなポリマー層は、例えば熱硬化、ＵＶ硬化又は熱硬化とＵＶ硬化がすべて可能なタイプであることができる。

一つの例示で、シーラントは、（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ることができる。

前記（メタ）アクリル酸エステルは、メタクリル酸又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）アクリレートであることができ、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、デシル（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）アクリレート又はテトラデシル（メタ）アクリレート等が例示され得るが、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）アクリレート又は８−ヒドロキシオクチル（メタ）アクリレート等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）アクリレート又は２−ヒドロキシポリプロピレングリコール（メタ）アクリレート等のようなヒドロキシ基を有する単量体；又は（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オン酸、４−（メタ）アクリロイルオキシ酪酸、アクリル酸二量体、イタコン酸ン、マレイン酸又はマレイン酸無水物等のようなカルボキシ基を有する単量体等が例示され得るが、これに制限されるものではない。

シーラントの厚さは、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できる。

一つの例示で、シーラントは、３ｍｍ〜１５ｍｍの幅を有することができるが、これに制限されるものではない。

前記シーラントは、例えば液晶ウィンドウ面の面積に対して３０％以下、２０％以下、１０％以下又は１％以下の面積を有することができる。前記面積は、シーラントが配向膜等に当接している面の比率を意味する。このような面積範囲内で、液晶層の間隔を維持する役目及び液晶層を密封する役目を行うことができ、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。

前記シーラントには、前述したポリマー以外に、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、シーラントは、透過度可変特性や剛性等を調節するために、公知の無機粒子や無機顔料等を適正量さらに含むことができる。

本発明は、また、液晶ウィンドウを含む光学素子に関する。

一つの例示で、光学素子は、第１基板と、前記第１基板上に位置する第１偏光層と、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する液晶ウィンドウとを含む。また、前記液晶ウィンドウは、液晶化合物を含む液晶層と、前記液晶層の両面に位置し、前記液晶化合物の配向を誘導する配向膜と、前記液晶層の上部及び下部に存在する層の間隔を維持するように形成され、前記液晶層の両面に位置する配向膜のうちいずれか一つに陥入され固着されたスペーサとを含む。

本発明の光学素子は、配向膜の中に陥入されたスペーサを含む液晶ウィンドウを含むことによって、スペーサの固着工程による基材層の損傷や工程時間上の制約を低減できる。

このような光学素子は、外部作用の適用可否によって透過度が変化するものであり、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等に利用され得る。

本発明による光学素子は、外部作用の適用可否によって可変す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を選択的にスイッチングすることができる。

本発明で用語「透過モード」は、可視光領域の透過度が１５％以上、２０％以上、２５％以上、３０％以上又は４０％以上の状態を意味できる。すなわち、透過モードの透過度は１５〜１００％、２０〜１００％、２５〜１００％、３０〜１００％、又は４０〜１００％であることができる。

本発明で用語「遮断モード」は、可視光領域の透過度が３％以下、２％以下又は１％以下の状態を意味できる。すなわち、遮断モードの透過度は、０〜３％、０〜２％、又は０〜１％であることができる。

一つの例示で、本発明の光学素子は、外部作用により、可視光領域の透過度が１５％以上（１５〜１００％）である透過モードと可視光領域の透過度が３％以下（０〜３％）である遮断モードと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ることができる。

光学素子の第１基板は、素子の支持体の役目を行うものであって、例えば適切な剛性を有し、反り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、制限なしに本発明で利用され得る。

一つの例示で、第１基板は、ガラス基板；結晶性又は非結晶性シリコンフィルム；石英又はＩＴＯフィルム等の無機系フィルム；又はプラスチック基板等であることができる。

具体的な例示で、プラスチック基板としては、ＴＡＣ（ｔｒｉａｃｅｔｙｌ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ）；ノルボルネン誘導体等のＣＯＰ（ｃｙｃｌｏｏｌｅｆｉｎ ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）；ＰＭＭＡ（ｐｏｌｙ（ｍｅｔｈｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）；ＰＣ（ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）；ＰＥ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）；ＰＰ（ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）；ＰＶＡ（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ａｌｃｏｈｏｌ）；ＤＡＣ（ｄｉａｃｅｔｙｌ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ）；Ｐａｃ（Ｐｏｌｙａｃｒｙｌａｔｅ）；ＰＥＳ（ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｓｕｌｆｏｎｅ）；ＰＥＥＫ（ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｅｔｈｅｒｋｅｔｏｎ）；ＰＰＳ（ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｓｕｌｆｏｎｅ）、ＰＥＩ（ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｉｍｉｄｅ）；ＰＥＮ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｍａｐｈｔｈａｔｌａｔｅ）；ＰＥＴ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｔｅｒｅｐｈｔａｌａｔｅ）；ＰＩ（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）；ＰＳＦ（ｐｏｌｙｓｕｌｆｏｎｅ）；ＰＡＲ（ｐｏｌｙａｒｙｌａｔｅ）又は非晶質フッ素樹脂等を含むものを利用できるが、これに制限されるものではない。

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以下又は２０ｐｐｍ／Ｋ以下であることができる。前記熱膨張係数ＣＴＥの下限値は、例えば３ｐｐｍ／Ｋ以上、５ｐｐｍ／Ｋ以上又は７ｐｐｍ／Ｋ以上であることができるが、これに制限されるものではない。すなわち、第１基板の熱膨張係数は、３〜１００ｐｐｍ／Ｋ、５〜８０ｐｐｍ／Ｋ又は７〜６０ｐｐｍ／Ｋであることができる。このような熱膨張係数ＣＴＥの範囲内で適切な剛性を維持でき、液晶ウィンドウ及び偏光層等に対して積層構造による熱変形を防止できる。前記熱膨張係数ＣＴＥ値は、例えば０℃から１００℃の温度区間で１０℃／ｍｉｎの速度で冷却及び昇温しながら測定した平均熱膨張率を線熱膨脹係数として算出した値であることができる。

第１基板は、例えば弾性係数が２０ＧＰａ以上、３０ＧＰａ以上、４０ＧＰａ以上又は５０Ｇｐａ以上であることができる。前記弾性係数の上限値は、例えば１５０ＧＰａ以下、１００ＧＰａ以下又は８０ＧＰａ以下であることができるが、これに制限されるものではない。すなわち、第１基板の弾性係数は、２０〜１５０ＧＰａ、３０〜１００ＧＰａ又は４０〜８０ＧＰａであることができる。このような弾性係数の範囲内で適切な剛性を維持でき、液晶ウィンドウ及び偏光層等に対して積層構造による熱変形を防止できる。前記弾性係数値は、ＡＳＴＭＤ８８２により測定した値を意味できる。

本発明による光学素子は、また、基板と偏光層及び液晶層の位置及び構造を適切に設計することによって、基板と偏光層との間又は基板と他の層との間に弾性係数及び熱膨張係数の差による素子の変形を効果的に防止できる。

一つの例示で、本発明の光学素子は、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、偏光層及び液晶ウィンドウ内の基材層の間に熱膨張係数及び弾性係数の差によって発生し得る応力を最小化でき、究極的に、素子の収縮や膨張による変形及びそれによる光学的物性の変化を防止できる。

また、本発明の光学素子は、素子の収縮や膨張による変形及びそれによる液晶層を支持するシーラントの損傷を防止できる。

第１偏光層は、例えば第１基板と直接当接しているか、又は粘着剤層又は接着剤層を介して第１基板に付着されていてもよい。

本発明で用語「偏光層」は、入射光に対して選択的透過及び遮断特性、例えば反射又は吸収特性を示す機能性層を意味できる。偏光層は、例えば、様々な方向に振動する入射光からいずれか一つの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、吸収型又は散乱型偏光層等が例示され得る。

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）又はワイヤグリッド偏光機（ｗｉｒｅ ｇｒｉｄ ｐｏｌａｒｉｚｅｒ）等を使用できる。吸収型偏光層として、例えば、ＰＶＡ延伸フィルム等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、又は配向された状態に重合された液晶をホストとし、前記液晶の配向によ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用できるが、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。

一つの例示で、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度の角度を成すことができる。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できる。

本発明で用語「光軸」は、入射光が当該領域を透過するときの遅相軸を意味でき、液晶化合物が棒（ｒｏｄ）形状である場合には、棒の長軸方向を意味でき、液晶化合物が円盤（ｄｉｓｃｏｓｔｉｃ）形状である場合には、円盤面の法線方向であることができる。

例えば、液晶層内の液晶化合物は、水平配向、垂直配向又は傾斜配向に配向されていることができ、このような液晶化合物の配向状態によって前記第１偏光層の吸収軸と液晶層の光軸の角度が変わることができる。

本発明の光学素子は、液晶層の種類によって、液晶層のいずれか一面の方向に偏光層が存在する場合だけでなく、対向する２個の偏光層の間に液晶層が存在する構造をも含むことができる。

一つの例示で、本発明の光学素子は、液晶ウィンドウの第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成すことができる。本発明で用語「垂直」というのは、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できる。

光学素子の液晶ウィンドウ内には、液晶化合物を含む液晶層が存在し、前述したように、液晶ウィンドウの駆動モードによって初期配向状態を変更できる。

一つの例示で、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成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又は垂直を成すように配向された状態で存在するか、又はトウィステッド配向された状態で存在することができる。

本発明で「トウィ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度範囲内の傾斜角を持っ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、少しずつ変わって、ねじられて配列されている状態を意味できる。

このような液晶層内の液晶化合物は、外部作用の適用によって整列特性が変更され得る。

一つの例示で、外部作用がない状態で、液晶層が水平配向である場合、外部作用の適用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。

他の例示で、外部作用がない状態で、液晶層が垂直配向である場合、外部作用の適用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、初期垂直配向状態で水平配向状態にスイッチングするに際して、液晶化合物の配向方向を決定するために、所定方向のプレチルト（Ｐｒｅ Ｔｉｌｔ）が必要なことがある。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である。

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成すので、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るし、これにより、光学素子の透過度を増加させることができる。一方、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成しているので、液晶層の光軸が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、これにより、光学素子の透過度を減少させることができる。

光学素子に含まれる液晶ウィンドウは、例えば基材層を液晶層のいずれか一面又は両面方向に含むことができる。

一例示で、基材層は、液晶層のいずれか一面の方向にのみ位置できる。

具体的に、図２に示されたように、本発明の光学素子２０００は、液晶層１００と、前記液晶層１００の両面に順次に配置されている配向膜２００ａ、２００ｂ及び電極層３００ａ、３００ｂを含み、液晶層１００の第１偏光層４００が位置する面の反対面に存在する基材層５００ｂを含む構造を有することができる。この場合、第１偏光層４００は、液晶ウィンドウ１０００と直接当接していてもよい。本発明で用語「Ａと直接当接するＢ」というのは、ＡとＢとの間にいずれの層や構成も配置されない状態を意味する。

さらに図２を参照すると、本発明の光学素子２０００の液晶ウィンドウ１０００が一つの基材層５００ｂを含む構造の場合、第１偏光層４００の液晶ウィンドウ１０００と当接している面の反対面は、粘着剤層又は接着剤層６００を介して第１基板７００ａと付着していてもよい。

図２に示されたように、第１偏光層４００が液晶ウィンドウ１０００と直接当接する構造、具体的に基材層５００ｂが液晶層１００の第１偏光層４００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、偏光層及び基材層の間に熱膨張係数ＣＴＥ及び弾性係数差による素子の収縮又は膨張による変形等を防止でき、光学素子の透過度等の光学的物性変化率（％）及び変形率（％）を最小化できる。

他の例示で、基材層は、液晶層の両面方向に位置できる。

具体的に、図３に示されたように、本発明の光学素子２０００は、液晶層１００、前記液晶層１００の両面に順次に配置されている配向膜２００ａ、２００ｂ、電極層３００ａ、３００ｂ及び基材層５００ａ、５００ｂを含む構造を有することができる。この場合、第１偏光層４００は、粘着剤層又は接着剤層６００を介して液晶ウィンドウ１０００に付着していてもよく、第１偏光層４００の液晶ウィンドウ１０００と当接している面の反対面は、粘着剤層又は接着剤層６００を介して第１基板７００ａに付着していてもよい。

前記第１偏光層と第１基板との間に配置される粘着剤層又は接着剤層は、例えばアクリル系、エポキシ系、ウレタン係、又はゴム系粘着剤又は接着剤等公知の粘着剤又は接着剤が制限なしに利用され得る。

例えば、粘着剤層又は接着剤層は、下記数式４で表示されるゲル含量（％）が３０〜９５％の範囲内にあり得る。

［数式４］
ゲル含量（％）＝Ｂ／Ａ×１００

前記数式４で、Ａは、粘着剤層又は接着剤層の質量を示し、Ｂは、常温でエチルアセテートで７２時間沈積した後、前記粘着剤層又は粘着剤層の不溶解分の乾燥質量を示す。前記ゲル含量が３０％未満であれば、高温及び／又は高温高湿の条件下で耐久信頼性が低下するおそれがあり、９５％を超過すると、粘着剤層又は接着剤層の応力緩和特性が低下するおそれがある。

粘着剤層又は接着剤層は、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する粘着又は接着特性を発揮するとともに、優れた機械的特性を果たすことができる。

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。

本発明の光学素子の構造において、液晶ウィンドウに含まれる基材層が液晶層の両面方向に位置する場合、前述したように、第１偏光層は、粘着剤層又は接着剤層を介して液晶ウィンドウに付着している構造を有することができ、この際、第１偏光層と液晶ウィンドウを付着している粘着剤層又は接着剤層は、例えば流体粘着剤層であることができる。

本発明で用語「流体粘着剤層」は、氷点が−４０℃以下（−２００〜−４０℃）であるか、又は沸騰点が１５０℃以上（１５０〜５００℃）である未硬化粘着剤層を意味する。このような流体粘着剤層は、例えば２５℃で動粘度が１０，０００ｃＳｔ〜１００，０００ｃＳｔ範囲内にあり得る。

前記流体粘着剤層を形成する素材は、前述した氷点や沸騰点を満足する未硬化タイプの粘着剤として、公知のものが制限なしに利用され得る。

一つの例示で、前記流体粘着剤層は、シリコーンオイル等が例示され得るが、これに制限されるものではない。

前記流体粘着剤層は、氷点が、例えば−４０℃以下又は−３５以下であることができる。また、前記流体粘着剤層は、沸騰点が１５０℃以上、又は１８０℃以上であることができる。このような氷点及び沸騰点の範囲内で熱による素子の変形を効果的に防止できる。

具体的に、流体粘着剤層は、氷点が−４０℃以下であり、沸騰点が１５０℃以上であることができる。

このような流体粘着剤層を介して、第１偏光層と液晶ウィンドウを付着させる場合、基板、偏光層及び基材層の間に熱膨張係数ＣＴＥ及び弾性係数の差による熱変形による素子内の応力強化現象を防止でき、究極的に、素子の変形及びそれによる光学的物性の変化を効果的に予防できる。

また、本発明の光学素子は、液晶層の両面方向に基材層を含む構造である場合、第１基板と第１偏光層が直接当接している構造を有することができる。この際、光学素子は、液晶ウィンドウの第１偏光層が当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、本発明の光学素子は、液晶層の両面方向に基材層を含む構造である場合、図３に示されたように、第１偏光層は、粘着剤層又は接着剤層を介して第１基板に付着しているか、図４に示されたように、第１偏光層の両面が第１基板及び液晶ウィンドウと直接当接していることができる。この場合、光学素子は、液晶ウィンドウの第１偏光層が当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、本発明による光学素子の一つの例示図である。具体的に、図４に示されたように、光学素子２０００は、液晶層１００の両面に順次に配置されている配向膜２００ａ、２００ｂと、電極層３００ａ、３００ｂ及び基材層５００ａ、５００ｂを含み、第１偏光層４００のいずれか一面は、液晶ウィンドウ１０００の基材層５００ａと直接当接しており、第１偏光層４００の他面は、第１基板７００ａと直接当接しており、第１偏光層４００が第１基板７００ａと当接している面の反対面に位置する第２基板７００ｂをさらに含む構造であることができる。

すなわち、図４に示されたような構造の光学素子２０００の場合、液晶ウィンドウ１０００と偏光層４００が粘着剤層又は粘着剤層６００を介して付着されず、また、第１及び第２基板７００ａ、７００ｂが粘着剤層又は接着剤層６００を介して偏光層４００や液晶ウィンドウ１０００を付着していないので、偏光層４００と液晶ウィンドウ１０００が基板７００ａ、７００ｂの間で自由に移動でき、したがって、基板、偏光層及び基材層の間に熱変形の差異による応力硬化現象及びそれによる素子の変形問題が発生しない。

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

本発明の光学素子は、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プレート等を含む単層構造又は積層構造であることができる。このような視野角補償フィルムは、例えば光学素子がＥＣＢモードで駆動される場合、適用され得る構成である。

本発明は、また、液晶ウィンドウの製造方法に関する。

本発明の液晶ウィンドウの製造方法は、配向膜を形成する組成物にスペーサを含み、配向膜を形成しながらスペーサを配向膜に陥入して固着させることによって、熱固着方法により発生し得る基材層の変形や、工程上の制約を克服でき、ひいては、組成物内に適正量のスペーサを含ませることによって、配向膜の配向特性を適切に確保できる。

すなわち、本発明による光学素子用液晶ウィンドウの製造方法は、基材層上にスペーサ及び配向性化合物を含む配向膜形成用組成物をコーティングする段階と、液晶化合物を含む液晶層形成用組成物をコーティングする段階とを含む。

前記基材層の種類及び物性は、前述した液晶ウィンドウで言及したものが同一に使用され得、また、液晶層に外部電界を適用するために、基材層上に配向膜形成用組成物をコーティングする前に、電極層を形成する工程をさらに含むことができる。

前記配向膜形成用組成物は、配向性化合物及びスペーサを含む。前記配向性化合物は、例えば光配向性化合物であることができ、その具体的な種類は、前述した通りである。

配向膜形成用組成物は、スペーサを含む。

前記配向膜形成用組成物は、０．１〜５重量％の範囲内の含量でスペーサを含むことができる。スペーサの含量が過度に多い場合、分散性が劣り、配向特性の確保が難しくなり、スペーサの含量が過度に少ない場合、セルギャップ維持が困難になり得るので、前述した範囲内で分散特性やセルギャップ維持効果等を考慮して適正範囲が選択され得る。他の例示で、スペーサの含量は、組成物の溶液に対して０．５重量％〜３．５重量％又は０．６重量％〜３重量％の範囲内であることができる。

配向膜形成用組成物は、また、スペーサ及び配向性化合物の適切な分散を図ることができる溶媒をさらに含むことができる。前記溶媒は、配向膜の形成温度等を考慮して公知の適切な有機溶媒が使用され得る。

一つの例示で、有機溶媒は、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、１−ブタノール、２−ブタノール、イソブチルアルコール、ｔｅｒｔ−ブチルアルコール、アセトン、２−ブタノン、エチルアセテート、酢酸プロピル、テトラヒドロフラン、アセトニトリル、ジオキサン、トルエン、キシレン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、ジアセトンアルコール、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、３−メトキシプロピオン酸メチル、３−エトキシプロピオン酸エチル、Ｎ−メチルピロリドン、又はγ−ブチロラクトン等が挙げられる。

前記配向膜形成用組成物をコーティングする方式は、特に制限されるものではなく、公知のコーティング方式、例えばバーコーティング、グラビアコーティング、リバースロールコーティング、リバースグラビアコーティング、スロットダイコーティング、コンマコーティング、スプレーコーティング、ナイフコーティング、ダイコーティング、ディップコーティング、マイクログラビアコーティング又はワイヤバーコーティング等の方式が利用され得るが、これに制限されるものではない。

基材層上に配向膜形成用組成物をコーティングした後、配向膜を形成するために前記コーティングされた組成物を硬化する工程をさらに含むことができる。

前記硬化する工程は、例えば配向膜形成用組成物に適切なエネルギーを加えて、溶媒を揮発し、組成物を硬化させる公知の配向膜形成工程のすべての方法が制限なしに利用され得、例えば適切な熱及び／又は光を適用し、組成物を硬化させることができる。

一つの例示で、硬化する工程は、基材層上にコーティングされた配向膜形成用組成物を５０〜１５０℃のオーブンで１０秒〜１，０００秒の時間の間に乾燥した後、ＵＶ光、例えば偏光ＵＶ光を適正光量で照射する工程を含むことができる。好ましくは、乾燥温度（オーブン温度）は、６０〜１００℃、乾燥時間は、５０秒〜３００秒であることができる。

前記硬化工程を経る場合、基材層上に配向膜が形成され、図１に示されたように、配向膜にスペーサが陥入され固着され得る。

本発明による液晶ウィンドウの製造方法は、また、液晶化合物を含む液晶層形成用組成物をコーティングする段階を含む。

液晶層形成用組成物に含まれる液晶化合物は、液晶ウィンドウで言及したスメクチック、コレステリック又はネマチック液晶化合物が利用され得、液晶層形成用組成物のコーティング方法も、前述した公知のコーティング方法が制限なしに利用され得る。

本発明による液晶ウィンドウの製造方法は、また、追加に、基材層上に順次に電極層及び配向膜が形成されていることと、前述した工程によって形成された、配向膜に陥入され固着されたスペーサ及びその上に形成された液晶層を含む基材層とラミする工程を含むことができる。

本発明は、また、前記光学素子の用途に関する。本発明の光学素子は、外部信号の適用可否によって透過度を可変することができ、熱変形の差異による応力強化及びそれによる素子の変形を効果的に防止できる。このような光学素子は、多様な光学装置に適用され使用され得る。

すなわち、本発明は、光学素子を含む透過度可変部材に関する。前記透過度可変部材は、例えば、サンルーフであることができる。

本発明で用語「サンルーフ」は、車両の天井に存在する固定された又は作動（ベンティング又はスライディング）する開口部（ｏｐｅｎｉｎｇ）であって、光又は新鮮な空気が車両の内部に流入されるようにする機能をすることができる装置を総称する意味であることができる。本発明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、又はモーターにより駆動することができ、サンルーフの形状、サイズ又はスタイルは、目的する用途によって適宜選択され得る。例えば、サンルーフは、作動方式によってポップ−アップタイプサンルーフ、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、除去可能なルーフペノルズ（ｔ−ｔｏｐｓ又はｔａｒｇａ ｒｏｏｆｔｓ）タイプサンルーフ又はソーラータイプサンルーフ等が例示され得るが、これに制限されるものではない。

本発明の例示的なサンルーフは、本発明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事項は、前記光学素子の項目で記述した内容が同一に適用され得る。

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」は、紫外線遮断機能を有する公知の機能性層を意味できる。紫外線遮断層は、偏光層、液晶層又は電極層等の一側又は両側に形成されていてもよい。このような紫外線遮断層としては、例えば、紫外線遮断粘着剤又は紫外線遮断フィルムを使用できる。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用できる。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用できる。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又はＥＷ１５０４−Ｄ１−ＵＶ等を使用できるが、これに制限されるものではない。

本発明の液晶ウィンドウは、配向特性に優れると同時に、スペーサの流動を最小化し、セルギャップ維持特性に優れている。

本発明は、液晶ウィンドウの製造方法は、熱による基材層の損傷等を防止し、工程上の経済性を図ることができる。

本発明の液晶ウィンドウ内のスペーサが配向膜に陥入されている構造を図式化した図である。 本発明による光学素子の一例示図である。 本発明による光学素子の一例示図である。 本発明による光学素子の一例示図である。 実施例及び比較例による液晶ウィンドウ内のスペーサのＳＥＭ断面写真及び配向状態を示す図である。 実施例及び比較例による液晶ウィンドウに対するラミネーションテスト結果を示す図である。

以下、本発明について実施例により詳しく説明するが、本発明の要旨に限った実施例に過ぎない。なお、本発明は、以下の実施例で提示する工程条件に制限されるものではなく、本発明の目的を達成するのに必要な条件の範囲内で任意に選択できることは、この技術分野における通常の知識を有する者に自明である。

［実施例１］
１００×１００ｍｍサイズのＩＴＯ電極層が形成されているポリカーボネートフィルム上にメイヤーバー（＃４）を利用してスペーサが１ｗｔ％含まれている配向膜形成用組成物をコーティングした後、８０℃オーブンで２分間乾燥し、偏光ＵＶを照射し、配向膜を形成した。その後、液晶（ＭＤＡ−１４−４１４５）１ｇをコーティングし、液晶層／配向膜／ＩＴＯ電極層／ポリカーボネートフィルム構造を形成した。最後に、順次に配向膜／ＩＴＯ電極層が形成されているポリカーボネートフィルムの配向膜面と前記液晶層の面をラミし、液晶ウィンドウを製作した。

実施例１によるスペーサは、図５に示されたように、配向膜に一部が陥入され固着された状態で含まれていることを確認できる。

［比較例１］
１００×１００ｍｍサイズの配向膜／ＩＴＯ電極層が順次形成されているポリカーボネートフィルム上にメイヤーバー（＃４）を利用してスペーサが１ｗｔ％含まれているイソプロピルアルコール溶液をコーティングした後、１２０℃のオーブンで１０分間乾燥及び固着させて、配向膜上に固着されたスペーサを形成した。その後、スペーサが形成された配向膜の面に液晶（ＭＤＡ−１４−４１４５）１ｇをコーティングし、液晶層／配向膜／ＩＴＯ電極層／ポリカーボネートフィルム構造を形成した。最後に、順次に配向膜／ＩＴＯ電極層が形成されているポリカーボネートフィルムの配向膜面と前記液晶層の面をラミし、液晶ウィンドウを製作した。

比較例１によるスペーサは、図５に示されたように、配向膜上で固着されていることを確認できる。

［試験例１：ラミネーションテスト］
実施例１及び比較例１による液晶ウィンドウのラミネーションテストを実施した。
具体的に、製作された液晶ウィンドウを上下ラバーロール（ｒｕｂｂｅｒ ｒｏｌｌ）の間に通過させて圧力をかける方式でラミネーションテストを実施し、その結果を図６に示した。

図６に示されたように、実施例１によるスペーサは、配向膜内に陥入され、固着度に優れ、変動がほとんどない状態であるが、比較例１によるスペーサは、配向膜上で固着され、目視で黒いドットが確認されるほどに固着度が低かった。これにより、本発明の液晶ウィンドウがスペーサの固着性の側面で優れていることを確認できた。

Claims (13)

1. 液晶化合物を含む液晶層と、
   前記液晶層の両面に位置し、前記液晶化合物の配向を誘導する配向膜と、
   前記液晶層の上部及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、前記液晶層の両面に位置する前記配向膜のうちいずれか一つに陥入され固着されたスペーサと、
   を含み、
   前記配向膜のうち、スペーサが陥入され固着された前記配向膜は、配向性化合物及び前記スペーサを含む組成物のコーティング層であり、
   前記スペーサは、前記配向膜に部分的に陥入され、
   配向膜内への前記スペーサの陥入深さは、前記スペーサの直径に対して５〜５０％であり、
   前記液晶化合物は、スメクチック、ネマチック又はコレステリック液晶化合物であり、
   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み、
   液晶層は、厚さが５〜３０μｍの範囲内にある、
   光学素子用液晶ウィンドウ。
2. 液晶層のいずれか一面又は両面方向に位置する基材層と、
   基材層上に形成されている電極層と、
   をさらに含む、
   請求項１に記載の光学素子用液晶ウィンドウ。
3. 前記スペーサは、ボールタイプのスペーサであり、
   前記スペーサは、直径が１〜１００μｍの範囲内にある、
   請求項１または２に記載の光学素子用液晶ウィンドウ。
4. 前記スペーサは、熱又は紫外線硬化性樹脂と、ガラスファイバー及びシリカよりなる群から選択されるいずれか一つを含む、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の光学素子用液晶ウィンドウ。
5. 前記スペーサは、ホワイト又はブラックスペーサである、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の光学素子用液晶ウィンドウ。
6. 第１基板と、
   前記第１基板上に位置する第１偏光層と、
   前記第１偏光層上に位置する請求項１から５のいずれか１項に記載の光学素子用液晶ウィンドウと、
   を含む
   光学素子。
7. 外部作用の適用可否によって、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との間をスイッチングする、
   請求項６に記載の光学素子。
8. 前記第１偏光層は、粘着剤層又は接着剤層を介して前記光学素子用液晶ウィンドウに付着しており、
   前記粘着剤層又は前記接着剤層は、氷点が−４０℃以下であり、沸騰点が１５０℃以上である流体粘着剤層である、
   請求項６または７に記載の光学素子。
9. 前記第１偏光層は、前記光学素子用液晶ウィンドウと直接当接している、
   請求項６または７に記載の光学素子。
10. 前記第１偏光層は、前記第１基板と直接当接しているか、又は粘着剤層又は接着剤層を介して前記第１基板に付着している、
    請求項６または７に記載の光学素子。
11. 前記第１偏光層のいずれか一面は、前記第１基板と直接当接しており、
    他の一面は、前記光学素子用液晶ウィンドウと直接当接している、
    請求項６または７に記載の光学素子。
12. 前記光学素子用液晶ウィンドウ上に位置する第２基板をさらに含む、
    請求項６から１１のいずれか１項に記載の光学素子。
13. 外部作用の適用可否によって、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との間をスイッチングし、
    前記第１偏光層のいずれか一面は、前記第１基板と直接当接しており、
    他の一面は、前記光学素子用液晶ウィンドウと直接当接している、
    請求項６に記載の光学素子。