KR101705422B1 - 액정 소자 - Google Patents

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KR101705422B1
KR101705422B1 KR1020150009204A KR20150009204A KR101705422B1 KR 101705422 B1 KR101705422 B1 KR 101705422B1 KR 1020150009204 A KR1020150009204 A KR 1020150009204A KR 20150009204 A KR20150009204 A KR 20150009204A KR 101705422 B1 KR101705422 B1 KR 101705422B1
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Abstract

본 출원은, 액정 소자, 액정 소자의 제조 방법 및 액정 소자의 용도에 대한 것이다. 본 출원의 액정 소자는 다양한 모드 사이에서 스위칭될 수 있고, 이러한 스위칭이 낮은 구동 전압을 통해서도 수행될 수 있다. 이러한 액정 소자는 스마트 윈도우, 윈도우 보호막, 플렉서블 디스플레이 소자, 3D 영상 표시용 액티브 리타더(active retarder) 또는 시야각 조절 필름 등과 같은 다양한 광변조 장치에 적용될 수 있다.

Description

액정 소자{Liquid Crystal Device}
본 출원은, 액정 소자, 액정 소자의 제조방법 및 액정 소자의 용도에 관한 것이다.
LCD(Liquid Crystal Display)는, 액정 화합물을 배향시키고, 전압의 인가를 통해 배향을 스위칭시켜서 화상을 구현한다. LCD의 제조 공정은 고비용의 공정이고, 대형의 생산 라인 및 설비가 필요하다.
폴리머 내에 액정 화합물을 분산시켜서 구현되는 소위 PDLC(Polymer Dispersed Liquid Crystal, 본 명세서에서 용어 PDLC는 소위 PNLC(Polymer Network Liquid Crystal)나 PSLC(Polymer Stabilized Liquid Crystal) 등을 포함하는 상위 개념이다.)가 알려져 있다. PDLC는, LCD보다 간단한 공정으로 제조할 수 있다.
특허문헌 1 등에 기재된 바와 같이 PDLC 내에서 통상 액정 화합물은 배향되어 있지 않은 상태로 존재한다. 따라서 PDLC는 전압이 인가되지 않은 상태에서는 뿌연 불투명 상태이고, 이러한 상태는 소위 산란 모드로 호칭된다. PDLC에 전압이 인가되면, 액정 화합물이 그에 따라 정렬되어 투명한 상태가 되는데, 이를 이용하여 투과 모드와 산란 모드의 스위칭이 가능하다.
한국공개특허 제1993-0013794호
본 출원은, 액정 소자, 액정 소자의 제조방법 및 액정 소자의 용도를 제공한다.
예시적인 액정 소자(liquid crystal device)는 제 1 층, 확산 방지층 및 제 2 층을 순차로 포함할 수 있다. 제 1 층은 폴리머 네트워크 및 제 1 액정 화합물을 포함할 수 있다. 제 1 액정 화합물은 폴리머 네트워크 내에 액정 영역을 형성하면서 폴리머 네트워크와는 상분리된 상태로 존재할 수 있다. 제 2 층은 제 2 액정 화합물 및 이방성 염료를 포함할 수 있다. 제 2 층은 격벽 또는 기둥을 포함할 수 있고, 제 2 액정 화합물 및 이방성 염료는 상기 격벽 또는 기둥이 존재하지 않는 영역 내에 존재할 수 있다.
도 1은 폴리머 네트워크(1011) 및 상기 폴리머 네트워크(1011) 내에 분산되어 있는 제 1 액정 화합물(1012)를 포함하는 제 1 층(101); 확산 방지층(102) 및 격벽 또는 기둥(1031)을 가지고, 상기 격벽 또는 기둥(1031)이 존재하지 않는 영역(1032) 내에 존재하는 제 2 액정 화합물(1033)과 이방성 염료(1034)를 포함하는 제 2 층(103)을 포함하는 액정 소자를 예시적으로 나타낸다. 도 1에서, 제 1 액정 화합물은(1012) 폴리머 네트워크(1011) 내에 액정 영역(붉은색 원으로 도시)을 형성하면서 폴리머 네트워크와는 상 분리된 상태로 존재하고 있다.
제 1 액정 화합물은 폴리머 네트워크 내에 배향이 스위칭 가능하도록 분산되어 존재할 수 있다. 또한, 제 2 액정 화합물 및 이방성 염료도 격벽 또는 기둥이 존재하지 않는 제 2 층의 영역 내에 배향이 스위칭 가능하도록 존재할 수 있다. 본 출원에서 액정 화합물 또는 이방성 염료의 배향이 스위칭 가능하다는 것은 액정 화합물 또는 이방성 염료의 정렬 방향이 전압의 인가와 같은 외부 작용에 의해 변경될 수 있다는 것을 의미한다.
폴리머 네트워크는 중합성 화합물을 포함하는 전구 물질의 폴리머 네트워크일 수 있고, 상기 중합성 화합물은 중합된 상태로 폴리머 네트워크를 형성할 수 있다. 중합성 화합물로는, 예를 들어, 소위 PDLC의 폴리머 네트워크를 형성할 수 있는 것으로 알려진 하나 이상의 중합성 관능기를 가지는 화합물을 사용할 수 있다. 중합성 관능기로는 예를 들어, 알케닐기, 에폭시기, 시아노기, 카복실기, (메타)아크릴로일기 또는 (메타)아크릴로일옥시기 등이 예시될 수 있고, 본 출원의 일 실시예에 따르면, (메타)아크릴로일기를 가지는 화합물을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다,
폴리머 네트워크의 전구 물질은 상기 언급한 중합성 화합물에 추가로 필요한 경우에 용매, 라디칼 또는 양이온 개시제, 염기성 물질, 네트워크를 형성할 수 있는 기타 반응성 화합물, 액정 화합물 또는 계면 활성제 등의 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.
제 1 액정 화합물로는, 폴리머 네트워크 내에서 배향이 스위칭될 수 있는 상태로 존재할 수 있고, 그 배향의 스위칭에 의해 제 1 층의 광변조 특성을 조절할 수 있는 것이라면 특별한 제한 없이 다양한 종류를 사용 가능하다. 예를 들면, 제 1 액정 화합물로는, 그 배향이 소정 방향으로 규칙적으로 정렬되어 있지 않고 랜덤하게 배치된 경우에 폴리머 네트워크와의 작용을 통해 광의 산란을 유도할 수 있고, 그 배향이 소정 방향으로 규칙적으로 정렬된 경우에는 그 배향 방향에 따라 투과 모드 또는 적절한 위상차를 나타내는 모드로 작용할 수 있는 화합물을 사용할 수 있다.
예를 들면, 액정 화합물로는 스멕틱(smectic) 액정 화합물, 네마틱(nematic) 액정 화합물 또는 콜레스테릭(cholesteric) 액정 화합물 등을 사용할 수 있다. 액정 화합물은, 폴리머 네트워크와는 결합되어 있지 않으며, 외부에서 전압이 인가될 경우에 그에 따라서 배향이 변경될 수 있는 형태일 수 있다. 이를 위하여, 예를 들면, 액정 화합물은, 중합성기 또는 가교성기를 가지지 않는 액정 화합물을 사용할 수 있다.
제 1 액정 화합물로는, 예를 들어 하기 수식 A를 만족하는 네마틱 액정 화합물을 사용할 수 있다.
[수식 A]
(ne+no)/2 - b ≤ {(2no 2 + ne 2)/3}0.5 ≤ (ne+no)/2 + b
수식 A에서 ne는 액정 화합물의 이상 굴절률이고, no는 액정 화합물의 정상 굴절률이며, b는 0.1 내지 1의 범위 내의 어느 한 수이다. 수식 A에서 b는 다른 예시에서는 0.1 내지 0.9, 0.1 내지 0.7, 0.1 내지 0.5 또는 0.1 내지 0.3일 수 있다.
제 1 액정 화합물로는, 예를 들어 양의 유전율 이방성 또는 음의 유전율 이방성을 가지는 액정 화합물을 사용할 수 있다. 본 출원에서 유전율 이방성은 이상 유전율(장축 방향의 유전율, εe, extraordinary dielectric anisotropy)과 정상 유전율(단축 방향의 유전율, εo, ordinary dielectric anisotropy)의 차이를 의미하고, 양의 유전율 이방성은 이상 유전율이 정상 유전율에 비해 큰 경우를 의미하며, 음의 유전율 이방성은 이상 유전율이 정상 유전율이 비해 작은 경우를 의미한다.
제 1 층 내에서 폴리머 네트워크 및 제 1 액정 화합물의 함량 비율을 목적하는 물성을 손상시키지 않는 범위 내에서 적절히 조절될 수 있다. 예를 들어, 제 1 층은 폴리머 네트워크 5 중량부 내지 70 중량부 및 제 1 액정 화합물 30 중량부 내지 95 중량부를 포함할 수 있다. 다른 예시에서 제 1 층은, 폴리머 네트워크 5 중량부 내지 65 중량부 및 제 1 액정 화합물 35 중량부 내지 95 중량부, 폴리머 네트워크 5 중량부 내지 60 중량부 및 제 1 액정 화합물 40 중량부 내지 95 중량부, 폴리머 네트워크 5 중량부 내지 55 중량부 및 제 1 액정 화합물 55 중량부 내지 95 중량부, 폴리머 네트워크 5 중량부 내지 50 중량부 및 제 1 액정 화합물 50 중량부 내지 95 중량부, 폴리머 네트워크 5 중량부 내지 45 중량부 및 제 1 액정 화합물 55 중량부 내지 95 중량부, 폴리머 네트워크 5 중량부 내지 40 중량부 및 제 1 액정 화합물 60 중량부 내지 95 중량부, 폴리머 네트워크 5 중량부 내지 35 중량부 및 제 1 액정 화합물 65 중량부 내지 95 중량부, 폴리머 네트워크 5 중량부 내지 30 중량부 및 제 1 액정 화합물 70 중량부 내지 95 중량부, 폴리머 네트워크 5 중량부 내지 25 중량부 및 제 1 액정 화합물 75 중량부 내지 95 중량부, 폴리머 네트워크 20 중량부 내지 50 중량부 및 제 1 액정 화합물 80 중량부 내지 95 중량부 또는 폴리머 네트워크 5 중량부 내지 15 중량부 및 제 1 액정 화합물 85 중량부 내지 95 중량부을 포함할 수 있다. 이러한 중량 비율의 범위 내에서 목적 물성, 예를 들면, 폴리머 네트워크의 배향성이 적절하게 유지될 수 있다.
확산 방지층은 제 1 층과 제 2 층의 사이에 존재할 수 있다. 확산 방지층은 제 2 층 내에 존재하는 이방성 염료가 제 1 층으로 확산되는 것을 방지하는 기능을 수행할 수 있다. 확산 방지층은 이방성 염료의 확산 방지 기능에 더불어 접착력 또는 액정 배향능을 가질 수 있다. 이러한 확산 방지층은 예를 들어, UV 경화성 수지층, 접착제층 및 배향막 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 확산 방지층은 UV 경화성 수지층, 접착제층 또는 배향막 중 어느 하나이거나, 또는 UV 경화성 수지층 상에 접착제층 또는 배향막이 코팅된 구조이거나, 또는 접착력과 배향능을 동시에 가지는 단일층일 수도 있다. 도 2 및 도 3은 각각 UV 경화성 수지층(1021) 상에 접착제층(1022) 또는 배향막(1023)이 코팅된 구조의 확산 방지층을 포함하는 액정 소자를 예시적으로 나타낸다.
UV 경화성 수지층으로는 특별한 제한 없이 공지의 경화성 관능기를 가지는 모노머의 경화물을 선택하여 사용할 수 있고, 접착제층으로는 특별한 제한 없이 공지의 PSA(Pressure Sensitive Adhesvie), OCR(Optical Clear Resin) 또는 OCA(Optical Clear Adhesvie)를 적절히 선택하여 사용할 수 있으며, 배향막으로는 특별한 제한 없이 공지의 수직 또는 수평 배향막을 사용할 수 있다. 이러한 배향막은, 러빙 배향막과 같이 접촉식 배향막이나 또는 광배향성 화합물을 포함하여, 예를 들면 직선 편광의 조사 등과 같은 비접촉식 방식에 의해 배향 특성을 나타낼 수 있는 것으로 광 배향막을 사용할 수 있다. 또한, 접착력과 배향능을 동시에 가지는 단일층으로는 액정 배향능을 가지는 접착제를 사용할 수 있다. 액정 배향능을 가지는 접착제로는 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어, Si 함유 접착제를 사용할 수 있으며, Si 함유 접착제는 액정에 대한 수직 배향능을 가질 수 있다.
확산 방지층이 접착력을 가지는 경우, 예를 들어 확산 방지층이 접착제층을 포함하는 경우, 제 2 층의 격벽 또는 기둥에 대하여 접착력을 유지할 수 있다. 이로 인해, 액정 소자에 상·하부 필름 기판을 적용 시 상·하부 필름 기판의 분리를 방지할 수 있을 뿐만 아니라 외부 충격에 의한 제 2 층의 셀 갭의 변화를 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 제 2 층이 수직으로 배치되는 경우에 유체의 흐름 특성에 기인한 중력 불량, 예를 들어 제 2 층 내의 액정 화합물이 아래로 흐르면서, 상부의 액정 화합물은 빠지고 하부의 셀 갭이 증가하는 문제를 해소할 수 있다. 또한, 확산 방지층이 액정 배향능을 가지는 경우, 예를 들어 확산 방지층이 배향막을 포함하는 경우, 인접하는 액정 화합물 및 이방성 염료를 배향시키는 역할을 수행할 수 있다.
제 2 층은 격벽 또는 기둥을 가질 수 있다. 도 4는 제 2 층의 격벽의 배치를 예시적으로 나타내며 확산 방지층과 인접하는 제 2 층의 측면을 도식한 것이다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 제 2 층은 하나 또는 2개 이상의 격벽에 의하여 분할되어 있는 영역을 가질 수 있고, 제 2 액정 화합물 및 이방성 염료는 상기 분할되어 있는 영역 내에 존재할 수 있다. 다른 하나의 예시에서, 제 2 층은 하나 또는 2개 이상의 기둥이 제 2 층 내에 서로 이격되어 배치된 구조를 가질 수 있고, 제 2 액정 화합물 및 이방성 염료는 상기 기둥이 존재하지 않는 영역 내에 존재할 수 있다.
격벽 또는 기둥은 셀 갭을 유지하는 역할을 수행하며, 전술한 바와 같이 확산 방지층과 접촉된 상태로 존재할 수 있다. 이러한 구조의 격벽 또는 기둥은 전술한 바와 같이 제 2 층의 셀 갭을 효과적으로 유지할 수 있고, 액정 화합물의 흐름 특성에 기인하는 중력 불량의 문제를 해소할 수 있다.
격벽 또는 기둥의 재료로는, 액정 화합물 및 이방성 염료를 포함하는 제 2 층 내에서, 셀 갭을 유지할 수 있고 또한 확산 방지층과 적절한 접착력을 유지할 수 있는 것이라면 특별히 제한하지 않고 적절히 선택하여 사용할 수 있다. 격벽 또는 기둥은 예를 들어, 경화 가능한 중합성 화합물, 예를 들어 에폭시 화합물 또는 아크릴레이트 화합물을 사용할 수 있으며, 상기 경화 가능한 중합성 화합물을 격벽 또는 기둥 형상으로 중합시키는 것에 의하여 형성할 수 있다.
격벽 또는 기둥의 너비, 간격 및 제 2 액정층 내에서 격벽 또는 기둥의 면적 비율은 본 출원의 목적을 손상시키지 않는 범위 내에서 적절히 선택될 수 있다. 예를 들어, 격벽 또는 기둥의 너비는 1㎛ 내지 500㎛일 수 있고, 격벽 또는 기둥 간의 간격은 10㎛ 내지 5000㎛일 수 있으며, 제 2 층 내의 격벽 또는 기둥의 면적 비율은 제 2 층의 전체 면적 100%에 대하여 0.1% 내지 50%일 수 있다. 또한, 격벽 또는 기둥의 높이는 제 2 층 내에 존재하되 확산 방지층에 접촉된 상태로 존재할 수 있도록 제 2 층의 두께와 유사한 범위 내에서 조절될 수 있다. 격벽 또는 기둥의 배열 방식은 특별히 제한되지 않으며, 목적하는 배열 방식에 따라 규칙적으로 또는 불규칙적으로 배열될 수 있다.
제 2 층의 격벽 또는 기둥이 존재하지 않는 영역에는 전술한 바와 같이 제 2 액정 화합물 및 이방성 염료가 존재할 수 있다. 제 2 액정 화합물로는, 예를 들면 제 1 액정 화합물의 항목에서 기술한 액정 화합물 중에서 적절한 종류를 선택할 수 있다. 제 1 액정 화합물과 제 2 액정 화합물은 서로 동일하거나 또는 상이한 종류일 수 있다. 제 1 액정 화합물은 이방성 염료 없이 폴리머 네트워크 내에서 배향이 스위칭 가능하도록 존재하는 것에 적절한 액정 화합물을 적절히 선택하여 사용할 수 있고, 제 2 액정 화합물은 폴리머 네트워크없이 이방성 염료와 함께 존재하는 것에 적절한 액정 화합물을 적절히 선택하여 사용할 수 있다.
제 2 층은 이방성 염료와 관련하여, 본 명세서에서 용어 「염료」는, 가시광 영역, 예를 들면, 400 nm 내지 700 nm 파장 범위 내에서 적어도 일부 또는 전체 범위 내의 광을 집중적으로 흡수 및/또는 변형시킬 수 있는 물질을 의미할 수 있고, 용어 「이방성 염료」는 상기 가시광 영역의 적어도 일부 또는 전체 범위에서 광의 이방성 흡수가 가능한 물질을 의미할 수 있다. 상기와 같은 염료의 사용을 통해서 액정셀이 표시 장치에 적용되었을 경우에 장치의 색감을 조절할 수 있다.
이방성 염료의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 상기와 같은 특성을 가지면서 액정 화합물의 배향에 따라 배향될 수 있는 특성을 가지는 것으로 공지된 모든 종류의 염료가 사용될 수 있다. 이방성 염료로는, 예를 들면 흑색 염료(black dye) 또는 컬러 염료(color dye)를 사용할 수 있다. 상기 이방성 염료는, 이색비(dichroic ratio), 즉 이방성 염료의 장축 방향에 평행한 편광의 흡수를 상기 장축 방향에 수직하는 방향에 평행한 편광의 흡수로 나눈 값이 5 이상, 6 이상 또는 7 이상인 염료를 사용할 수 있다. 상기 염료는 가시광 영역의 파장 범위 내, 예를 들면, 약 380 nm 내지 700 nm 또는 약 400 nm 내지 700 nm의 파장 범위 내에서 적어도 일부의 파장 또는 어느 한 파장에서 상기 이색비를 만족할 수 있다. 상기 이색비는 높을수록 차단율 개선 또는 컬러 구현에 효과적이므로 상한은 특별히 제한되지 않고 의도하는 컬러 구현의 정도를 고려하여 적절한 이색비를 가지는 이방성 염료를 선택하여 사용할 수 있다.
이방성 염료의 제 2 층 내의 비율은 목적하는 물성을 손상시키지 않는 범위 내에서 적절히 선택될 수 있다. 예를 들어, 이방성 염료는 제 2 액정 화합물 100 중량부 대비 0.01 중량부 내지 5 중량부 정도의 비율로 포함될 수 있으나, 상기 비율은 필요에 따라 적정 범위로 변경될 수 있다.
본 출원의 액정 소자는 이방성 염료의 사용으로 인해 컬러 구현 또는 차단율 개선이 가능함과 동시에 확산 방지층의 존재로 인하여 제 2 층의 이방성 염료가 폴리머 네트워크 내로 유입되는 것을 방지 할 수 있다. 이로 인해, 액정 소자는 투과 모드에서 높은 투명성을 확보할 수 있고, 이방성 염료가 제 1 층의 폴리머 네트워크를 형성하기 위한 자외선을 차단하지 않으므로 경화 특성이 향상되어 접착력이 개선될 뿐만 아니라, 이방성 염료가 폴리머 네트워크 전구 물질 내의 개시제와 접촉하지 않으므로 공정 중에 이방성 염료가 개시제에 의하여 열화되어 컬러가 변색되는 문제점을 개선할 수 있다.
제 1 및 제 2 액정 화합물과 이방성 염료 중 적어도 하나는 초기 상태에서 정렬된 상태로 존재하거나, 또는 정렬되지 않은 상태로 존재할 수 있다. 초기 상태에서 정렬된 상태는, 예를 들면, 수직 배향 상태, 수평 배향 상태 또는 트위스트 배향 상태일 수 있다. 본 명세서에서 용어 「초기 상태」는, 외부 전압과 같이 액정 화합물의 배향에 영향을 미칠 수 있는 외부 작용이 존재하지 않는 상태를 의미할 수 있다.
제 1 및 제 2 액정 화합물과 이방성 염료 등의 초기 정렬 상태의 조절하고, 전압의 인가와 같은 외부 작용을 인가 등을 통해 상기 액정 소자는 다양한 모드의 사이를 스위칭할 수 있다. 예를 들면, 액정 소자는, 화이트 모드와 컬러(예를 들면, 블랙) 모드의 사이를 스위칭하거나 또는 헤이즈 모드와 투과 모드의 사이를 스위칭할 수 있다. 상기에서 화이트 모드 또는 컬러 모드는 각각 헤이즈 모드이거나 투과 모드일 수 있다. 본 출원에서 용어 헤이즈 모드는, 액정 소자가 예정된 일정 수준 이상의 헤이즈를 나타내는 모드를 의미하고, 투과 모드는 광의 투과가 가능한 상태 또는 액정 소자가 화이트 모드 또는 컬러 모드인 상태에서 예정된 일정 수준 이하의 헤이즈를 나타내는 모드를 의미할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 컬러 모드가 헤이즈 모드인 경우에는 액정 소자가 예정된 컬러를 나타내면서 일정 수준 이상의 헤이즈를 나타낼 수 있고, 투과 모드인 경우에는 액정 소자가 예정된 컬러를 나타내면서 일정 수준 이하의 헤이즈를 나타낼 수 있다.
예를 들어, 투과 모드에서 액정 소자의 헤이즈는 10% 이하, 8% 이하, 6% 이하 또는 5% 이하이다. 예를 들어, 헤이즈 모드에서는 액정 소자 는, 헤이즈가 10% 이상, 15% 이상, 20% 이상, 25% 이상, 30% 이상, 35% 이상, 40% 이상, 45% 이상, 50% 이상, 55% 이상, 60% 이상, 65% 이상, 70% 이상, 75% 이상, 80% 이상, 85% 이상, 90% 이상 또는 95% 이상일 수 있다. 상기 헤이즈는, 헤이즈는 측정 대상을 투과하는 전체 투과광의 투과율에 대한 확산광의 투과율의 백분율일 수 있다. 상기 헤이즈는, 헤이즈미터(hazemeter, NDH-5000SP)를 사용하여 평가할 수 있다. 헤이즈는 상기 헤이즈미터를 사용하여 다음의 방식으로 평가할 수 있다. 즉, 광을 측정 대상을 투과시켜 적분구 내로 입사시킨다. 이 과정에서 광은 측정 대상에 의하여 확산광(DT)과 평행광(PT)으로 분리되는데, 이 광들은 적분구 내에서 반사되어 수광 소자에 집광되고, 집광되는 광을 통해 상기 헤이즈의 측정이 가능하다. 즉, 상기 과정에 의한 전 투과광(TT)는 상기 확산광(DT)과 평행광(PT)의 총합(DT+PT)이고, 헤이즈는 상기 전체 투과광에 대한 확산광의 백분율(Haze(%) = 100×DT/TT)로 규정될 수 있다.
하나의 예시에서, 제 1 액정 화합물은 초기 상태에서 정렬되어 있고, 제 2 액정 화합물과 이방성 염료는 초기 상태에서 정렬되어 있지 않은 상태일 수 있다. 초기 상태에서 정렬된 상태가, 예를 들면, 수직 정렬인 경우에, 구동 전압이 인가되지 않은 상태에서 제 1 층은 투과 모드를, 제 2 층은 블랙 모드를 나타낼 수 있고, 구동 전압이 인가된 상태에서 제 1 층은 산란 모드를, 제 2 층은 투과 모드를 나타낼 수 있다.
다른 하나의 예시에서, 제 1 액정 화합물은 초기 상태에서 정렬되어 있지 않고, 제 2 액정 화합물과 이방성 염료는 초기 상태에서 정렬되어 있을 수 있다. 초기 상태에서 정렬된 상태가, 예를 들면, 수직 정렬인 경우에, 구동 전압이 인가되지 않은 상태에서 제 1 층은 산란 모드를, 제 2 층은 투과 모드를 나타낼 수 있고, 구동 전압이 인가된 상태에서 제 1 층은 투과 모드를, 제 2 층은 블랙 모드를 나타낼 수 있다.
다른 하나의 예시에서, 제 1 및 제 2 액정 화합물과 이방성 염료는 초기 상태에서 정렬되어 있을 수 있다. 초기 상태에서 정렬 상태가, 예를 들면, 수직 정렬인 경우에, 구동 전압이 인가되지 않은 상태에서 제 1 층은 투과 모드를, 제 2 층은 투과 모드를 나타낼 수 있고, 구동 전압이 인가된 상태에서 제 1 층은 산란 모드를, 제 2 층은 블랙 모드를 나타낼 수 있다.
예시적인 액정 소자는, 제 1 층과 제 2 층의 두께 비율을 적절하게 조절함으로써 소자의 구동 전압 특성을 개선할 수 있다. 예를 들어, 액정 소자는 제 1 층의 두께(T1)와 제 2 층의 두께(T2)의 비율(T1/T2)이 0.1 내지 10의 범위 내 일수 있다. 즉, 액정 소자는 높은 구동 전압이 요구되는 제 1 층의 두께는 작게 할 수 있고, 낮은 구동 전압이 요구되는 제 2 층이 감소된 제 1 층의 두께를 대신할 수 있다. 액정 소자는 제 1 층과 제 2 층의 분리로 인하여 폴리머 네트워크 내로 이방성 염료가 오염되는 것을 감소시킬 수 있으므로 이방성 염료의 효율을 증가시킬 수 있고, 이로 인해 이방성 염료를 포함하는 제 2 층의 두께를 감소시킬 수 있는 것이다. 따라서, 본 출원의 액정 소자는, 동일한 두께를 가지는 기존 PDLC 소자 대비 낮은 구동 전압으로도 구동이 가능하다. 상기에서, 제 1 층의 두께 및 제 2 층의 두께는 목적하는 물성을 손상시키지 않는 범위 내에서 적절히 조절될 수 있고, 예를 들어 제 1 층의 두께는 5㎛ 내지 30㎛ 범위 내일 수 있고, 제 2 층의 두께는 1㎛ 내지 30㎛ 범위 내일 수 있다.
전술한 바와 같이 제 2 층의 구동 전압은 제 1 층의 구동 전압보다 낮을 수 있다. 예를 들어, 제 2 층에서 제 2 액정 화합물의 배향이 최대가 되는 시점에서의 전압(V2)과 제 1 층에서 제 1 액정 화합물의 배향이 최대가 되는 시점에서의 전압(V1)의 비율(V2/V1)이 1/100 내지 1/1.5의 범위 내일 수 있다. 상기 범위를 만족하는 액정 소자는, 예를 들면, 도 5에 나타낸 바와 같이 전압이 인가되지 않은 상태(Off State)와 제 1 층 및 제 2층의 투과율이 최대가 되는 상태 즉, 제 1 층 및 제 2 층의 액정 화합물이 최대로 배향된 상태(Full-on State)의 중간 상태(Half-on State)의 전압을 액정 소자에 인가하는 것에 의하여 제 2 층만 구동하고 제 1 층은 구동하지 않게 할 수 있다.
이러한 구동 전압의 차이를 이용하는 경우, 예를 들면 도 6에 나타낸 바와 같이 다양한 모드의 액정 소자를 구현할 수 있다. 즉, 액정소자는 헤이즈가 50% 이상인 블랙 모드, 헤이즈가 50% 이상인 화이트 모드, 헤이즈가 50% 미만인 투과 모드, 헤이즈가 50% 미만인 블랙 모드 중 적어도 2개의 모드 사이를 스위칭 가능할 수 있다.
보다 구체적으로, 도 6의 1)과 같이 제 1 액정 화합물, 제 2 액정 화합물 및 이방성 염료가 초기 상태에서 정렬되지 않은 경우, 예를 들어 액정 소자에 배향막이 존재하지 않는 경우, Off State에서는 제 1 층은 헤이즈 모드이고, 제 2 층은 흑색 모드이므로, 액정 소자는 헤이즈가 50% 이상인 흑색 모드를 구현할 수 있고, Half-on State에서는 제 1 층은 헤이즈 모드이고, 제 2 층은 투과 모드이므로, 액정 소자는 헤이즈가 50% 이상인 백색 모드를 구현할 수 있으며, Full-on State에서는 제 1 층 및 제 2 층의 액정 화합물이 모두 수직 배향 되어있으므로, 헤이즈가 50% 미만인 투과 모드가 구현될 수 있다.
다른 하나의 예시에서, 도 6의 2)와 같이 제 1 액정 화합물은 초기 상태에서 정렬되어 있지 않고, 제 2 액정 화합물 및 이방성 염료는 초기 상태에서 정렬되어 있는 경우, 예를 들어 액정 소자의 제 2 층에만 인접하는 수직 배향막이 존재하는 경우, Off State에서는 제 1 층은 헤이즈 모드이고, 제 2 층은 투과 모드이므로, 액정 소자는 헤이즈가 50% 이상인 백색 모드를 구현할 수 있고, Half-on State에서는 제 1 층은 헤이즈 모드이고, 제 2 층은 흑색 모드이므로, 액정 소자는 헤이즈가 50% 이상인 흑색 모드를 구현할 수 있으며, Full-on State에서는 제 1 층은 투과 모드이고 제 2 층은 흑색 모드이므로, 액정 소자는 헤이즈가 50% 미만인 흑색 모드를 구현할 수 있다.
다른 하나의 예시에서, 도 6의 3)과 같이 제 1 및 제 2 액정 화합물과 이방성 염료가 초기 상태에서 정렬되어 있는 경우, 예를 들어 액정 소자의 제 1 층 및 제 2 층에 인접하는 수직 배향막이 존재하는 경우, Off State에서는 제 1 층 및 제 2 층의 액정 화합물이 모두 수직 배향되어 있으므로 액정 소자는 헤이즈가 50% 미만인 투과 모드가 구현될 수 있다. Half-on State에서는 제 1 층은 투과 모드 및 제 2 층은 흑색 모드이므로, 액정 소자는 헤이즈가 50% 미만인 흑색 모드를 구현할 수 있으며, Full-on State에서는 제 1 층은 헤이즈 모드이고 제 2 층은 흑색 모드이므로, 헤이즈가 50% 이상인 흑색 모드를 구현할 수 있다.
액정 소자는, 하나 또는 2개 이상의 기재층을 포함할 수 있다. 통상적으로, 액정 소자의 제 1 및 제 2 층은 대향 배치된 2개의 기재층의 사이에 배치될 수 있다. 도 7은, 서로 소정 간격으로 이격되어 대향 배치되어 있는 기재층(701A, 701B)의 사이에 존재하는 제 1 층(101), 확산 방지층(102) 및 제 2층(103)을 순차로 포함하는 액정 소자를 예시적으로 나타낸다.
기재층으로는, 특별한 제한 없이 공지의 소재를 사용할 수 있다. 예를 들면, 유리 필름, 결정성 또는 비결정성 실리콘 필름, 석영 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 필름 등의 무기계 필름이나 플라스틱 필름 등을 사용할 수 있다. 기재층으로는, 광학적으로 등방성인 기재층이나, 위상차층과 같이 광학적으로 이방성인 기재층 또는 컬러 필터 기판 등을 사용할 수 있다.
플라스틱 기재층으로는, TAC(triacetyl cellulose); 노르보르넨 유도체 등의 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) 또는 비정질 불소 수지 등을 포함하는 기재층을 사용할 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니다. 기재층에는, 필요에 따라서 금, 은, 이산화 규소 또는 일산화 규소 등의 규소 화합물의 코팅층이나, 반사 방지층 등의 코팅층이 존재할 수도 있다.
액정 소자는 액정 화합물 및/또는 이방성 염료 등의 초기 정렬을 조절하기 위하여 배향막을 추가로 포함할 수 있다. 배향막은, 예를 들면, 제 1 또는 제 2 층과 인접하여 배치되어 있을 수 있다. 본 출원에서 배향막이 제 1 또는 제 2 층과 인접하여 배치되어 있다는 것은, 배향막이 제 1 또는 제 2 층의 배향이 영향을 미칠 수 있도록 배치되어 있음을 의미할 수 있다. 전술한 바와 같이, 배향막은 확산 방지층 자체일 수 있고, 또는 UV 경화성 수지층 상에 배향막이 코팅된 구조로 확산 방지층을 구성할 수도 있다. 또는, 배향막은 액정 소자가 기재층을 포함하는 경우에 기재층의 내측 예를 들면, 제 1 층과 기재층의 사이 또는 제 2 층과 기재층의 사이에 상기 배향막이 배치될 수 있다. 도 8은 기재층(701A, 701B)의 내측에 존재하는 배향막(801A, 801B) 및 상기 배향막의 사이에 존재하는 제 1 층(101), 확산 방지층(102) 및 제 2 층(103)을 포함하는 액정 소자를 예시적으로 나타낸다.
액정 소자는 전극층을 추가로 포함할 수 있다. 전극층은, 기재층의 표면, 예를 들면, 기재층의 제 1 및 제 2 층 측의 표면에 배치될 수 있다. 전극층은, 예를 들면, 전도성 고분자, 전도성 금속, 전도성 나노와이어 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등의 금속 산화물 등을 증착하여 형성할 수 있다. 전극층은, 투명성을 가지도록 형성될 수 있다. 이 분야에서는, 투명 전극층을 형성할 수 있는 다양한 소재 및 형성 방법이 공지되어 있고, 이러한 방법은 모두 적용될 수 있다. 필요한 경우에, 기재층의 표면에 형성되는 전극층은, 적절하게 패턴화되어 있을 수도 있다.
본 출원은 또한, 액정 소자의 제조 방법에 관한 것이다. 상기 제조 방법은 예를 들어, 전술한 액정 소자의 제조 방법일 수 있다. 예시적인 액정 소자의 제조 방법은 폴리머 네트워크 및 상기 폴리머 네트워크 내에 분산된 상태로 존재하는 제 1 액정 화합물을 포함하는 제 1 층; 확산 방지층; 및 격벽 또는 기둥을 포함하고, 상기 격벽 또는 기둥이 존재하지 않는 영역 내에 존재하는 제 2 액정 화합물 및 이방성 염료를 포함하는 제 2 층을 순차로 형성하는 것을 포함할 수 있다.
제 1 층은 제 1 층의 전구 조성물에 의하여 형성될 수 있다. 제 1 층의 전구 조성물은 폴리머 네트워크를 형성할 수 있도록 조성된 전구 물질, 예를 들면, 전술한 폴리머 네트워크의 전구 물질 및 제 1 액정 화합물을 포함할 수 있다. 따라서, 제 1 층의 전구 조성물 대한 구체적인 사항은 상기 액정 소자의 제 1 층의 항목에서 기술한 내용이 동일하게 적용될 수 있다. 제 1 층의 전구 조성물은 필요한 경우에 용매를 추가로 포함할 수 있다. 용매는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 톨루엔, 크실렌, 시클로펜타논 또는 시클로헥사논 등의 공지의 용매에서 적절한 종류가 선택될 수 있다.
하나의 예시에서, 확산 방지층은 제 1 층 상에 UV 경화성 수지층, 접착제층 및 배향막 중 하나 이상을 코팅하는 것에 의하여 형성할 수 있다. 상기 UV 경화성 수지층, 접착제층 및 배향막에 대한 구체적인 내용은 액정 소자의 항목에서 전술한 내용이 동일하게 적용될 수 있다.
다른 하나의 예시에서, 확산 방지층은 제 1 층의 상부를 하부에 비해 더 강하게 경화시키는 것에 의하여 형성할 수 있다. 보다 구체적으로, 제 1 층의 상부를 하부에 비해 더 강하게 경화시키는 경우 제 1 층의 상부에 하부 대비 폴리머의 함량 비율이 높아질 수 있다. 이로 인해, 제 1 층의 상부에 하부에 비하여 단단한 막을 형성하는 것이 가능하며, 상기 단단한 막이 확산 방지층의 기능을 수행할 수 있다. 상기에서 단단한 막은 물리적인 강도 측면에서 단단한 막을 의미할 뿐만 아니라 제 2 층 내에 존재하는 액정 화합물 및 이방성 염료가 제 1 층 내로 확산되는 것을 방지하는 측면에서 단단한 막을 의미할 수도 있다. 제 1 층의 상부를 하부에 비해 더 강하게 경화시키는 것은, 당 업계에 알려진 공지의 방법에 의하여 수행될 수 있으며, 예를 들어 Robust Flexible LCD's with Paintable Technology, Joost P.A. Vogels et al., SID 04 Digest, pp. 767-769에 개시된 바와 같이, 광의 조사를 위한 램프 포커스를 광의 세기가 두께 방향으로 갈수록 점점 약해지도록 세팅하는 것에 의하여 가능하다.
제 2 층은 제 2 층의 전구 조성물에 의하여 형성될 수 있다. 제 2 층의 전구 조성물은 제 2 액정 화합물과 이방성 염료를 포함할 수 있다. 제 2 액정 화합물 및 이방성 염료에 대한 구체적인 사항은 액정 소자의 항목에서 전술한 내용이 동일하게 적용될 수 있다. 제 2 층의 전구 조성물은 필요한 경우에 용매를 추가로 포함할 수 있다. 용매는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 톨루엔, 크실렌, 시클로펜타논 또는 시클로헥사논 등의 공지의 용매에서 적절한 종류가 선택될 수 있다.
상기 제조 방법의 제 1 구현예에 의하면, 확산 방지층 상에 제 2 층을 형성하는 것은, 격벽 또는 기둥을 포함하고, 상기 격벽 또는 기둥이 존재하지 않는 영역 내에 존재하는 제 2 액정 화합물 및 이방성 염료를 포함하는 제 2 층을 제조한 후 이를 확산 방지층 상에 적층하는 것에 의하여 수행될 수 있다.
또는, 상기 제조 방법의 제 2 구현 예에 의하면, 확산 방지층 상에 제 2 층을 형성하는 것은 확산 방지층 상에 제 2 층의 조성물의 층을 형성한 후 상기 층에 격벽 또는 기둥을 가지는 상부 기판을 적층하는 것에 의하여 수행될 수 있다. 도 9는 제 2 구현 예에 따른 제조 방법을 보다 구체적으로 나타낸다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 제 1 층은 하부 기판(예를 들어 기재층 및 전극층을 포함) 상에 제 1 층의 전구 조성물을 코팅한 후에, 상기 코팅된 제 1 층의 전구 조성물을 경화시키는 것에 의하여 형성될 수 있다. 상기에서 경화는, 경화를 유도할 수 있는 적절한 에너지, 예를 들면 광을 조사하여 수행할 수 있다. 경화에 의하여 제 1 층에서 폴리머 네트워크의 전구 물질의 중합과 액정 화합물의 상 분리에 의해 폴리머 네트워크 및 액정 영역이 형성될 수 있다. 경화는, 예를 들어, 제 1 층의 전구 조성물이 용매 등을 포함하는 경우에는, 형성된 층을 적절한 조건에서 건조하여 용매를 휘발시킨 후에 수행할 수 있다. 다음으로, 제 1 층 상에 확산 방지층이 전술한 방법에 의하여 형성될 수 있으며, 제 2 층은 상기 확산 방지층 상에 제 2 층의 전구 조성물을 형성한 후에, 격벽 또는 기둥이 확산 방지층과 접촉하도록 상기 제 2 액정 전구 조성물의 층으로 격벽 또는 기둥을 가지는 상부 기판(예를 들어, 기재층 및 전극층을 포함)을 적층하는 것에 의하여 확산 방지층 상에 형성될 수 있다.
상기 격벽 또는 기둥에 대한 구체적인 내용은 액정 소자의 항목에서 전술한 내용이 동일하게 적용될 수 있다. 또한, 격벽 또는 기둥은 예를 들면, 임프린팅 방식에 의하여 형성될 수 있다. 상기 격벽 또는 기둥의 재료로는 예를 들면, 경화 가능한 중합성 화합물을 사용할 수 있다. 상기 경화 가능한 중합성 화합물로는, 예를 들면, 에폭시 화합물 또는 아크릴레이트 화합물 등을 사용할 수 있다. 보다 구체적으로 상기 격벽 또는 기둥은, 적절한 상부 기재 상에 경화 가능한 중합성 화합물을 포함하는 전구 조성물을 코팅한 후에 목적하는 격벽 또는 기둥의 형상을 전사시킬 수 있는 패턴을 가진 스탬프 또는 롤러를 접촉시킨 후 제거하는 방식에 의하여 형성될 수 있다. 또한, 상기 경화 가능한 중합성 화합물을 경화 또는 중합시키기 위한 에너지의 인기는 상기 임프린팅 공정의 전 후 또는 동시에 수행될 수 있다. 경화 또는 중합을 위한 에너지의 인가, 예를 들면, 광의 조사의 조건은, 상기 전구 조성물이 적절히 경화되어 격벽을 형성할 수 있도록 수행되는 한 특별히 제한되지 않는다. 필요한 경우에 중합을 촉진하기 위하여 상기 광의 조사 공정의 전 또는 후, 또는 그와 동시에 적절한 열의 인가 또는 노광 공정을 수행할 수 있다.
상기 제조 방법의 제 3 구현예에 의하면, 제 1 층 상에 형성되어 있는 확산 방지층 상에 제 2 층을 형성하는 것은, 확산 방지층 상에 중합성 고분자 전구 물질, 제 2 액정 화합물 및 이방성 염료를 포함하는 제 2 층 전구 조성물을 형성한 후에 상기 중합성 고분자 전구 물질을 격벽 또는 기둥 형상으로 중합시켜 제 2 층의 격벽 또는 기둥은 형성하는 것에 의하여 수행될 수 있다. 상기 제 3 구현 예에서, 제 1 층 및 확산 방지층에 대한 구체적인 사항은 제 1 및 제 2 구현 예의 항목에서 전술한 내용이 동일하게 적용될 수 있다. 또한, 제 2 층의 전구 조성물에서 제 2 액정 화합물 및 이방성 염료에 대한 구체적인 사항도 제 1 및 제 2 구현 예의 항목에서 전술한 내용이 동일하게 적용될 수 있다.
제 3 구현 예에서 중합성 고분자 전구 물질을 격벽 또는 기둥 형상으로 중합시키는 것은 예를 들면, 패턴 마스크를 매개로 광을 조사하는 것에 의하여 수행될 수 있다. 상기 중합성 고분자 전구 물질은 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, UV 경화에 의하여 중합 가능한 고분자 전구 물질을 사용할 수 있고, 예를 들어 아크릴레이트 화합물을 사용할 수 있다.
도 10은 제 3 구현예에 따른 액정 소자의 제조 방법을 예시적으로 나타낸다. 도 10에 나타낸 바와 같이, 제 1 층 상에 확산 방지층을 형성한 후, 상기 확산 방지층 상에 중합성 고분자 물질, 제 2 액정 화합물 및 이방성 염료를 포함하는 제 2 층의 전구 조성물을 코팅하고 상부 기재를 적층한 후 상부 기재 상에 목적하는 격벽 또는 기둥 형상이 패턴화되어 있는 패턴 마스크를 위치시키고 상기 패턴 마스크를 매개로 광을 조사하는 경우 패턴 마스크에 의하여 노출된 부분의 고분자 전구 물질만이 중합됨으로써 제 2 층 내에 격벽 또는 기둥을 형성할 수 있다.
본 출원은 또한, 상기 액정 소자의 용도에 대한 것이다. 예시적인 액정 소자는, 액정 소자는 또한 플렉서블 소자로 구현될 수 있으며, 우수한 콘트라스트 비율을 확보할 수 있다.
예를 들면, 본 출원은 상기 액정 소자를 포함하는 광변조 장치에 대한 것이다. 광변조 장치로는, 스마트 윈도우, 윈도우 보호막, 플렉서블 디스플레이 소자, 3D 영상 표시용 액티브 리타더(active retarder) 또는 시야각 조절 필름 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기와 같은 광 변조 장치를 구성하는 방식은 특별히 제한되지 않고, 상기 액정 소자가 사용되는 한 통상적인 방식이 적용될 수 있다.
본 출원의 액정 소자는 다양한 모드 사이에서 스위칭될 수 있고, 이러한 스위칭이 낮은 구동 전압을 통해서도 수행될 수 있다. 이러한 액정 소자는 스마트 윈도우, 윈도우 보호막, 플렉서블 디스플레이 소자, 3D 영상 표시용 액티브 리타더(active retarder) 또는 시야각 조절 필름 등과 같은 다양한 광변조 장치에 적용될 수 있다.
도 1 내지 3은 액정 소자를 예시적으로 나타낸다.
도 4는 격벽의 배치를 예시적으로 나타낸다.
도 5는 제 1 층과 제 2 층의 구동전압을 예시적으로 나타낸다.
도 6은 액정 소자의 다양한 모드를 예시적으로 나타낸다.
도 7 내지 8은 액정 소자를 예시적으로 나타낸다.
도 9 및 도 10은 액정소자의 제조 방법을 예시적으로 나타낸다.
도 11 및 도 12는 실시예 1 및 비교예 1의 액정 소자의 구동 전압에 따른 전체 투과도 측정 결과를 나타낸다.
도 13은 실시예 1 및 비교예 1의 액정 소자의 구동 전압에 따른 구현 모드를 관찰한 이미지이다.
실시예 및 비교예를 통하여 상기 기술한 내용을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 출원의 범위가 하기 제시된 내용에 의해 제한되는 것은 아니다.
실시예 1
ITO 투명 전극층이 증착된 PET 필름(100mm x 100mm) 상에 PDLC 조성물을 코팅한 후 30 mW의 고압 수은등 하에서 20초 동안 UV를 조사하여 경화시켜 두께 20um의 제 1 층(White-PDLC)을 형성하였다. 이어서, 상기 제 1 층 상에 확산 방지층으로서 두께 3~5um의 접착제층을 코팅하였다. 이어서, 상기 확산 방지층 상에 Dye-LC 조성물을 15um 두께로 코팅한 후 상기 Dye-LC 조성물의 코팅 층 상에 격벽(너비: 20um, 간격: 250um)이 임프린팅 된 ITO 투명 전극층이 증착된 PET 필름(100mm x 100mm)을 상기 격벽이 확산 방지층에 접촉하도록 적층하여 제 2 층(Dye-LC Cell)을 형성함으로써 액정 소자를 제조하였다.
PDLC 조성물로는 우레탄 아크릴레이트 다관능성 올리고머(SUS30, Mw: 5,000, 솔텍사社) 100 mg, 2 관능성 아크릴레이트(HDDA, aldrich社) 300mg, 3 관능성 아크릴레이트(PETA, aldrich社) 20mg, 일관능성 아크릴레이트(EHA, TCI社) 570mg, 광 개시제로서 Zs-539(fuji film社) 10mg 및 액정 화합물로서 HPC21600(HCCH社) 2.3g을 혼합한 것을 사용하였고, Dye-LC 조성물로는 액정 화합물(HPC21600, HCCH社) 2g 및 이방성 염료(X12, BASF社) 20 mg의 혼합물을 사용하였으며, 접착제층으로는 UV 경화성 접착제 LOCA(Liquid Optically Clear Adhesives) 3193HS (Henkel社)를 사용하였다.
비교예 1
ITO 투명 전극층이 증착된 PET 필름(100mm x 100mm) 상에 PDLC 전구 조성물을 코팅한 후 30 mW의 고압 수은등 하에서 20초 동안 UV를 조사하여 경화시켜 제 1 층(white-PDLC층)을 형성하였고, 상기 제 1 층 상에 Dye-LC 조성물을 코팅하여 Dye-LC Cell을 형성한 후, ITO 투명 전극층이 증착된 PET 필름(100mm x 100mm)이 Dye-LC 조성물의 코팅층에 접하도록 적층하여 형성함으로써 액정 소자를 제조하였다. PDLC 전구 조성물 및 Dye-LC 조성물의 조성은 실시예 1과 동일하다.
참조예 1
ITO 투명 전극층이 증착된 PET 필름(100mm x 100mm) 상에 PDLC 전구 조성물을 코팅한 후 30 mW의 고압 수은등 하에서 20초 동안 UV를 조사하여 경화시켜 두께 20um의 White-PDLC층을 형성한 후 ITO 투명 전극층이 증착된 PET 필름(100mm x 100mm)을 적층하여 White-PDLC 소자를 제조하였다. PDLC 전구 조성물의 조성은 실시예 1과 동일하다.
참조예 2
ITO 투명 전극층이 증착된 PET 필름(100mm x 100mm) 상에 Dye-LC 조성물을 코팅하여 Dye-LC층을 형성한 후, ITO 투명 전극층이 증착된 PET 필름(100mm x 100mm)을 적층하여 Dye-LC Cell을 제조하였다.
시험예 1: 전압에 따른 전체 투과도 측정 및 구현 모드 관찰
참조예 1, 2 및 비교예 1의 소자에 대하여 상하 PET 필름의 ITO 투명층에 AC 전원을 연결하고 구동시키면서 전압에 따른 전체 투과도(T/T: Total Transmittance) 및 헤이즈를 측정하고 그 결과를 도 11 내지 도 12에 나타내었으며, 실시예 1 및 비교예 1에 대하여 전압에 따른 액정 소자의 구현 모드를 관찰하고 그 결과를 도 13에 나타내었다. 전체 투과도는 헤이즈 미터(NDH-5000SP)를 이용하여, ASTM 방식으로 측정하였다.
실시예 1은 확산 방지층으로 인해 Dye-LC 셀의 액정 화합물 및 이방성 염료가 제 1 층으로 확산되는 현상이 관찰되지 않았으나, 비교예 1은 확산 방지층이 존재하지 않으므로 Dye-LC 셀의 액정 화합물 및 이방성 염료가 제 1 층으로 확산되는 현상(확산 PDLC)이 관찰되었다.
또한, 실시예 1은 전압에 따라 블랙-헤이즈, 화이트-헤이즈 및 클리어-투명 모드의 3 종류의 모드 사이를 스위칭할 수 있지만, 비교예 1은 블랙-헤이즈 및 클리어-투명 모드 사이만을 스위칭하는 것을 알 수 있다.
참조예 1
White-PDLC		 참조예 2
Dye-LC Cell		 실시예 1 비교예 1
액정소자
구현모드		 확산 PDLC 액정소자
구현모드
T/T(%) Haze(%) T/T(%) Haze(%) T/T(%) Haze(%)
0V 60.70 92.80 38.72 6.46 블랙-
헤이즈		 36.11 94.79 블랙-
헤이즈
25V 69.64 89.13 66.81 2.17 화이트-
헤이즈		 4018 85.40 블랙-
헤이즈
150V 85.47 6.33 67.89 1.01 클리어-
투명 		77.58 4.19 클리어-
투명
시험예 2: 접착력 평가
실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 액정 소자에 대하여 Texture Analyzer를 이용하여 박리력을 측정함으로써 접착력을 평가하였고, 그 결과를 하기 표 2에 기재하였다. 구체적으로, 액정 소자의 상하 기판 중 하나를 스테이지에 양면 테이프로 고정한 후 나머지 기판을 상기 고정된 기판에 90도의 박리각도로 들어올리면서 박리될 때까지 필요한 힘을 측정하였다. 측정 결과, 실시예 1은 0.23 내지 0.24 N/cm의 박리력을 나타내고, 비교예 1은 측정 장비의 한계(0.01N/cm 이하)로 박리력 측정이 불가하였다(약 0 N/cm로 추정).
실시예 1 비교예 1
박리력 (N/cm) 0.23 ~ 0.24 N/cm 약 0 N/cm
101: 제 1 층
1011: 폴리머 네트워크
1012: 제 1 액정 화합물
102: 확산 방지층
1021: UV 경화성 수지층
1022: 접착제층
1023: 배향막
103: 제 2 층
1031: 격벽 또는 기둥
1032: 격벽 또는 기둥이 존재하지 않는 영역
1033: 제 2 액정 화합물
1034: 이방성 염료
701A, 701B: 기재층
801A, 801B: 배향막

Claims (22)

  1. 기재층 및 전극층을 포함하는 하부 기판; 폴리머 네트워크 및 상기 폴리머 네트워크 내에 분산된 상태로 존재하는 제 1 액정 화합물을 포함하는 제 1 층; 확산 방지층; 격벽 또는 기둥을 가지고, 상기 격벽 또는 기둥이 존재하지 않는 영역 내에 존재하는 제 2 액정 화합물 및 이방성 염료를 포함하는 제 2 층; 및 기재층 및 전극층을 포함하는 상부 기판을 순차로 포함하며, 상기 제 1 층은 이방성 염료를 포함하지 않고, 상기 제 2 층은 폴리머 네트워크를 포함하지 않으며, 상기 제 1 층 및 제 2 층 사이에 전극층을 포함하지 않는 액정 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    제 1 액정 화합물은 폴리머 네트워크 내에 배향이 스위칭 가능하도록 분산되어 있는 액정 소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    확산 방지층은 UV 경화성 수지층, 접착제층 및 배향막 중 하나 이상을 포함하는 액정 소자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    제 2 액정 화합물은 격벽 또는 기둥이 존재하지 않는 영역 내에 배향이 스위칭 가능하도록 존재하는 액정 소자.
  5. 제 1 항에 있어서,
    제 2 층의 격벽 또는 기둥은 확산 방지층과 접촉된 상태로 존재하는 액정 소자.
  6. 제 1 항에 있어서,
    이방성 염료는 흑색 염료 또는 컬러 염료인 액정 소자.
  7. 제 1 항에 있어서,
    제 1 및 제 2 액정 화합물과 이방성 염료 중 적어도 하나는 초기 상태에서 정렬된 상태로 존재하거나, 또는 정렬되지 않은 상태로 존재하는 액정 소자.
  8. 제 7 항에 있어서,
    초기 상태에서 정렬된 상태는 수직 배향 상태, 수평 배향 상태 또는 트위스트 배향 상태인 액정 소자.
  9. 제 1 항에 있어서,
    제 1 액정 화합물은 초기 상태에서 정렬되어 있고, 제 2 액정 화합물과 이방성 염료는 초기 상태에서 정렬되어 있지 않은 액정 소자.
  10. 제 1 항에 있어서,
    제 1 액정 화합물은 초기 상태에서 정렬되어 있지 않고, 제 2 액정 화합물과 이방성 염료는 초기 상태에서 정렬되어 있는 액정 소자.
  11. 제 1 항에 있어서,
    제 1 및 제 2 액정 화합물과 이방성 염료는 초기 상태에서 정렬되어 있는 액정 소자.
  12. 제 1 항에 있어서,
    제 1 층의 두께(T1)와 제 2 층의 두께(T2)의 비율(T1/T2)이 0.1 내지 10의 범위 내인 액정 소자.
  13. 제 1 항에 있어서,
    제 2 층의 제 2 액정 화합물의 배향이 최대가 되는 시점에서의 전압(V2)과 제 1 층의 제 1 액정 화합물의 배향이 최대가 되는 시점에서의 전압(V1)의 비율(V2/V1)이 1/100 내지 1/1.15 범위 내인 액정 소자.
  14. 제 1 항에 있어서,
    헤이즈가 50% 이상인 블랙 모드, 헤이즈가 50% 이상인 화이트 모드, 헤이즈가 50% 미만인 투과 모드, 헤이즈가 50% 미만인 블랙 모드 중 적어도 2개의 모드 사이를 스위칭 가능하도록 형성된 액정 소자.
  15. 제 1 항에 있어서,
    제 1 층 또는 제 2 층과 인접하고 있는 배향막을 추가로 포함하는 액정 소자.
  16. 기재층 및 전극층을 포함하는 하부 기판; 폴리머 네트워크 및 상기 폴리머 네트워크 내에 분산된 상태로 존재하는 제 1 액정 화합물을 포함하는 제 1 층; 확산 방지층; 격벽 또는 기둥을 가지고, 상기 격벽 또는 기둥이 존재하지 않는 영역 내에 존재하는 제 2 액정 화합물 및 이방성 염료를 포함하는 제 2 층; 및 기재층 및 전극층을 포함하는 상부기판을 순차로 형성하며, 상기 제 1 층은 이방성 염료를 포함하지 않고, 상기 제 2 층은 폴리머 네트워크를 포함하지 않으며, 상기 제 1 층 및 제 2층 사이에 전극층을 포함하지 않는 액정 소자의 제조 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    확산 방지층은 제 1 층 상에 UV 경화성 수지층, 접착제층 및 배향막 중 하나 이상을 코팅하는 것에 의하여 형성되는 액정 소자의 제조 방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    확산 방지층은 제 1 층의 상부를 하부에 비해 더 강하게 경화시킴으로써, 제 1 층의 상부에 하부 대비 폴리머 네트워크의 함량 비율을 더 높여, 제 1 층의 상부에 하부에 비하여 단단한 막을 형성하는 것에 의하여 형성되는 액정 소자의 제조 방법.
  19. 제 16 항에 있어서,
    제 2 층의 격벽 또는 기둥은 임프린팅 방식으로 형성하는 액정 소자의 제조 방법.
  20. 제 16 항에 있어서,
    제 2 층의 격벽 또는 기둥은 확산 방지층 상에 중합성 고분자 전구 물질, 제 2 액정 화합물 및 이방성 염료를 포함하는 제 2 층 조성물의 층을 형성한 후에 상기 중합성 고분자 전구 물질을 격벽 또는 기둥 형상으로 중합시켜 형성하는 액정 소자의 제조 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    격벽 또는 기둥 형상으로 중합시키는 것은 패턴 마스크를 매개로 광을 조사하는 것에 의하여 수행되는 액정 소자의 제조 방법.
  22. 제 1 항의 액정 소자를 포함하는 광 변조 장치.
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