JP7102607B2 - 透過度可変デバイス - Google Patents
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Description
Rin=d×(nx-ny)
0.05×△nd×T/μm+10≦A≦0.16×△nd×T/μm+60
0.16×△nd×T/μm-10≦A≦0.16×△nd×T/μm+20
A=(42±5)+(17±5)×sin(2△n×d×f)
A=(132±5)+(17±5)×sin(2△n×d×f)
高分子フィルムの面内位相差値Rinは、Agilent社のUV/VIS spectroscope 8453装備を利用して550nm波長の光に対して測定した。UV/VIS spectroscopeに2枚の偏光子を透過軸が互いに直交するように設置し、前記2枚の偏光子の間に高分子フィルムの遅相軸が2枚の偏光子の透過軸とそれぞれ45度を成すように設置した後、波長による透過度を測定した。波長による透過度グラフにおいて各ピーク(peak)の位相遅延次数(Phase retardation order)を取得する。具体的に、波長による透過度グラフにおいて、波形は、下記数式Aを満たし、サイン(Sine)波形で最大ピーク(Tmax)条件は、下記数式Bを満たす。数式Aでλmaxである場合、数式AのTと数式BのTは、同一であるので、数式を展開する。n+1、n+2およびn+3に対しても数式を展開し、nとn+1数式を整理してRを消去して、nをλnおよびλn+1数式で整理すると、下記数式Cが導き出される。数式AのTと数式BのTが同一であることに基づいてnとλを知ることができるので、各λn、λn+1、λn+2およびλn+3に対してRを取得する。4ポイントに対して波長によるR値の直線傾向線を求め、数式550nmに対するR値を算定する。直線傾向線の関数は、Y=ax+bであり、aおよびbは、定数である。前記関数のxに550nmを代入したときのY値が550nm波長の光に対するRin値である。
T=sin2[(2πR/λ)]
T=sin2[((2n+1)π/2)]
n=(λn-3λn+1)/(2λn+1+1-2λn)
透過度可変層の厚さ、すなわちセルギャップは、スペクトロメーターを使用して下記の方式で測定した。図6に示されたように、セルギャップdを有する透過度可変層の一面で光IIを照射し、他の面で透過した光ITを計測する。前記光の照射時には、照射角度を透過度可変層の仮想の表面法線方向と平行にする。このような方式で波長別の透過率を確認してみると、補強干渉などにより図7に示されたような透過率グラフが得られることができる。図7のように得られたグラフは、透過度可変層の厚さであるセルギャップdと下記数式Eの関係を有するが、下記数式Eでκは、図7で波長λ1と波長λ2の間に存在するピーク(peak)の数である。すなわち、図7のように求めたグラフから、前記κである波長λ1と波長λ2の間のピークの数を求め、また、前記波長λ1およびλ2を数式Eに代入してセルギャップdを取得することができる。
透過度可変層の屈折率異方性△nは、Abbe屈折計を使用して次の方式で評価する。Abbe屈折計のMeasuring Prismとillumination Prismの面に垂直配向膜をコーティングし、測定しようとする液晶化合物をMeasuring Prismに塗布した後に、illumination Prismで覆うと、二つの界面の垂直配向力により液晶化合物は、垂直に配向される。前記過程で適用される液晶化合物は、二色性染料など他の物質と混合されない透過度可変層に適用される液晶化合物だけである。その後、図8に示されたように、接眼レンズ側に線形偏光板を適用して、光(Light)を照射して観測すると、図8に示されたようなθeおよびθoを取得することができ、Measuring prismの屈折率npと前記角度θeおよびθoを通じて異常屈折率ne=npsinθeと正常屈折率no=npsinθoを取得することができ、その差ne-noが屈折率異方性と規定され得る。前記測定時の基準波長は、略550nmである。
高分子フィルム基板として、Toyobo社の高延伸PET(Polyethylene terephthalate)フィルム基板(SRF基板、厚さ:80μm、製造社:Toyobo、製品名:TA044)を使用してデバイスを製作した。前記SRF基板の一面にまずITO(Indium Tin Oxide)膜(電極層)を蒸着し、配向膜を形成した。前記で適用されたSRF基板は、前記ITO膜が蒸着された後に、面内位相差が550nm波長を基準として略11,000nm~14,000nmの水準である。配向膜としては、厚さが略300nmのポリイミド系水平配向膜(SE-7492,Nissan)をラビング布でラビング処理して形成し、この際、ラビング方向(配向方向)とSRF基板の遅相軸方向は、前記ラビング方向(配向方向)から始まって液晶層のツイスティング方向に測定した場合に、略57度になるようにした(上部基板、視認側基板の製作)。同一に下部基板を製作した。前記上部基板と下部基板をそれぞれの配向膜が対向するように配置して(セルギャップ:11μm)、その内部に液晶物質を注入した後に密封して、デバイスを製作した。前記配置時には、上部基板と下部基板の配向方向が互いに平行にするものの、ラビング方向は、互いに逆方向になるように配置した。また、前記液晶物質としては、屈折率異方性△nが0.076である正の誘電率異方性を有する液晶化合物および二色性染料を含むGHLC混合物(SHN-5011XX(JNC社)に二色性染料としてLG化学の二色性染料(JD 12,英国color Synthesis solution上のcyan,magenta,yellow colorの3種dyeを混合した染料)を略1.8重量%の濃度で配合した混合物)にキラルドーパント(S811(Merck社))を約0.63重量%の濃度で配合した組成物を使用した。得られた透過度可変層(液晶層)は、ねじれ角(twisted angle)が略270度であるツイストモード液晶層であり、前記ツイストモードのツイスティング方向に従って測定した前記上部基板(SRF基板)の遅相軸と前記液晶配向膜の配向方向が成す角度は、略57度となる。
高分子フィルム基板として、等方性のフィルム基板であるPC(Polycarbonate)フィルム基板(PC基板、厚さ:100μm、製造社:Teijin、製品名:PFC100-D150)を適用したことを除いては、実施例1と同一にデバイスを製作した。この場合、適用されたフィルム基板が等方性フィルム基板であるので、配向膜の配向方向と基板の遅相軸の関係は考慮されない。
実施例および比較例でそれぞれ製作されたデバイスの上部SRF基板またはPC基板面に吸収型線形PVA(poly(vinyl alcohol))偏光子を配置し、その偏光子の吸収軸を0度から360度の範囲に回転させながら出光される光の色座標(CIE La*b*)の変化を測定した。図9は、前記のような測定結果として、実施例1および比較例1の比較図面である。図9でSRF ITO_57度は、実施例1、PC_ITOは、比較例1である。図面から比較例1の場合に比べて実施例1の場合が色座標(a*-b* color coordinate)の変化が明確に少ないことを確認することができる。
図10は、実施例1と同じ方式でデバイスを製作するものの、液晶物質として、屈折率異方性△nが0.13である正の誘電率異方性を有する液晶化合物および二色性染料を含むGHLC混合物(MDA-16-1235,Merck)にキラルドーパント(S811,Merck)を配合した液晶物質を使用し、液晶層の厚さ、すなわちセルギャップを6μmにした場合における結果を示す図である。図面でX軸は、デバイスのツイスト角度Tであり、Y軸は、当該ツイスト角度Tで試験例1と同じ方式で色座標の変化を測定したときに、最小色座標の変化を示すSRF基板の遅相軸の角度である。前記SRF基板の遅相軸の角度は、上部基板(SRF基板)の遅相軸と前記上部基板に形成された液晶配向膜の配向方向が成す角度(遅相軸と配向方向が成す角度のうち小さい角度)であり、これは、デバイスの製作時に実施例1に示された方式のように配向膜の配向方向を制御して調節することができる。また、ツイスト角度(X軸)は、添加されるキラルドーパントの量を通じて制御可能である。図面に示された縦散布バー(bar)が最適の遅相軸の角度を示す。図面からツイスト角度が180度以上である場合に、最適角度として、遅相軸と配向方向が成す角度のうち小さい角度は、下記数式1に従い、遅相軸と配向方向が成す角度のうち大きい角度は、下記数式2に従うことが分かる。
A=(42±5)+(17±5)×sin(2△n×d×f)
A=(132±5)+(17±5)×sin(2△n×d×f)
図11は、実施例1と同じ方式でデバイスを製作するものの、液晶物質として、屈折率異方性△nが0.076である正の誘電率異方性を有する液晶化合物および二色性染料を含むGHLC混合物(SHN-5011XX(JNC社)に二色性染料としてLG化学の二色性染料(JD 12,英国color Synthesis solution上のcyan,magenta,yellow colorの3種dyeを混合した染料)を略1.8重量%の濃度で配合した混合物)にキラルドーパント(S811,Merck)を配合した液晶物質を使用し、液晶層の厚さ、すなわちセルギャップを11μmにした場合における結果を示す図である。図面でX軸は、デバイスのツイスト角度Tであり、Y軸は、当該ツイスト角度Tで試験例1と同じ方式で色座標の変化を測定したときに、最小色座標の変化を示すSRF基板の遅相軸の角度である。前記SRF基板の遅相軸の角度は、上部基板(SRF基板)の遅相軸と前記上部基板に形成された液晶配向膜の配向方向が成す角度であり、これは、デバイスの製作時に実施例1に示された方式のように配向膜の配向方向を制御して調節することができる。また、ツイスト角度(X軸)は、添加されるキラルドーパントの量を通じて制御可能である。図面に示された縦散布バー(bar)が最適の遅相軸の角度を示す。図面からツイスト角度が180度以上である場合に、最適角度として、遅相軸と配向方向が成す角度のうち小さい角度は、実施例2の数式1に従い、遅相軸と配向方向が成す角度のうち大きい角度は、実施例2の数式2に従うことが分かる。
図12は、実施例1と同じ方式でデバイスを製作するものの、液晶物質として、屈折率異方性△nが0.076である正の誘電率異方性を有する液晶化合物および二色性染料を含むGHLC混合物(SHN-5011XX(JNC社)に二色性染料としてLG化学の二色性染料(JD 12,英国color Synthesis solution上のcyan,magenta,yellow colorの3種dyeを混合した染料)を略1.8重量%の濃度で配合した混合物)にキラルドーパント(S811,Merck)を配合した液晶物質を使用し、液晶層の厚さ、すなわちセルギャップを12μmにした場合における結果を示す図である。図面でX軸は、デバイスのツイスト角度Tであり、Y軸は、当該ツイスト角度Tで試験例1と同じ方式で色座標の変化を測定したときに、最小色座標の変化を示すSRF基板の遅相軸の角度である。前記SRF基板の遅相軸の角度は、上部基板(SRF基板)の遅相軸と前記上部基板に形成された液晶配向膜の配向方向が成す角度であり、これは、デバイスの製作時に実施例1に示された方式のように配向膜の配向方向を制御して調節することができる。また、ツイスト角度(X軸)は、添加されるキラルドーパントの量を通じて制御可能である。図面に示された縦散布バー(bar)が最適の遅相軸の角度を示す。図面からツイスト角度が180度以上である場合に、最適角度として、遅相軸と配向方向が成す角度のうち小さい角度は、実施例2の数式1に従い、遅相軸と配向方向が成す角度のうち大きい角度は、実施例2の数式2に従うことが分かる。
Claims (13)
- 550nm波長の光に対する面内位相差が5,000nm以上である位相差フィルム、液晶配向膜、およびツイスト配向モードを具現し得る液晶層をこの順に含む透過度可変デバイスであって、
前記液晶層は二色性色素を含み、
前記透過度可変デバイスは受動偏光層を含まず、
前記ツイスト配向モードのツイスト角度は、180度以上であり、
前記位相差フィルムの遅相軸と前記液晶配向膜の配向方向が成す角度のうち小さい角度Aが下記数式1を満たす透過度可変デバイスであって、
[数式1]
A=(42±5)+(17±5)×sin(2△n×d×f)
数式1で△nは、前記液晶層の550nm波長の光に対する屈折率異方性であり、dは、前記液晶層の厚さ(単位:μm)であり、fは、前記ツイスト配向モードのツイスト角度(単位:度)である。 - 550nm波長の光に対する面内位相差が5,000nm以上である位相差フィルム、液晶配向膜、およびツイスト配向モードを具現し得る液晶層をこの順に含む透過度可変デバイスであって、
前記液晶層は二色性色素を含み、
前記透過度可変デバイスは受動偏光層を含まず、
前記ツイスト配向モードのツイスト角度は、180度以上であり、
前記位相差フィルムの遅相軸と前記液晶配向膜の配向方向が成す角度のうち大きい角度Aが下記数式2を満たす透過度可変デバイスであって、
[数式2]
A=(132±5)+(17±5)×sin(2△n×d×f)
数式2で△nは、前記液晶層の550nm波長の光に対する屈折率異方性であり、dは、前記液晶層の厚さ(単位:μm)であり、fは、前記ツイスト配向モードのツイスト角度(単位:度)である。 - 最大透過率Tmaxと最小透過率Tminの比率Tmax/Tminが1.5~10の範囲内である、請求項1または2に記載の透過度可変デバイス。
- 数式1の角度Aは、液晶配向膜の配向方向でツイスト配向モードのツイスティング方向に従って測定した角度である、請求項1に記載の透過度可変デバイス。
- 数式2の角度Aは、液晶配向膜の配向方向でツイスト配向モードのツイスティング方向の逆方向に従って測定した角度である、請求項2に記載の透過度可変デバイス。
- ツイスティング方向が時計方向または反時計方向である、請求項4または5に記載の透過度可変デバイス。
- ツイスト角度は、180度~600度の範囲内である、請求項1から6の何れか一項に記載の透過度可変デバイス。
- 前記位相差フィルムの表面に前記液晶配向膜が形成されている、請求項1から7の何れか一項に記載の透過度可変デバイス。
- 前記液晶配向膜がその表面に形成された基板をさらに含み、前記位相差フィルムは、前記基板の前記液晶配向膜が形成されていない表面に付着している、請求項1から7の何れか一項に記載の透過度可変デバイス。
- ツイスト配向モードは、水平ツイスト配向モードまたは傾斜ツイスト配向モードである、請求項1から9の何れか一項に記載の透過度可変デバイス。
- 前記液晶層は、キラル剤を含む、請求項1から10の何れか一項に記載の透過度可変デバイス。
- 前記液晶層の厚さが20μm以下である、請求項1から11の何れか一項に記載の透過度可変デバイス。
- 左眼用レンズと右眼用レンズ、および前記左眼用レンズと右眼用レンズを支持するフレームを含むアイウェアであって、
前記左眼用レンズおよび右眼用レンズは、それぞれ請求項1から12の何れか一項に記載の透過度可変デバイスを含むアイウェア。
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