KR101732789B1 - 액정 소자 - Google Patents

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Abstract

본 출원은 액정 소자 및 액정 소자의 용도에 대한 것이다. 본 출원의 예시적인 액정 소자는, 예를 들면, 통상 투과 모드를 구현할 수 있는 소자로서 높은 콘트라스트 비율을 나타내며 낮은 구동 전압으로 구동할 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 Element}
본 출원은 액정 소자 및 액정 소자의 용도에 관한 것이다.
LCD(Liquid Crystal Display)는, 액정 화합물을 일정 방향으로 배향시키고, 전압의 인가를 통해 배향을 스위칭시켜서 화상을 구현한다. LCD의 제조 공정은 복잡한 공정이 요구되는 고비용의 공정이고, 대형의 생산 라인 및 설비가 필요하다.
고분자 매트릭스 내에 액정을 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.) 소자가 알려져 있다. PDLC는, 액정 용액의 코팅을 통하여 제조가 가능하므로, 기존 LCD 대비 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.
그러나, 이러한 초기에 산란 상태를 나타내는 PDCL 모드는 전압 인가 전 초기가 산란 상태를 나타내기 때문에 투명한 상태를 유지하기 위해서는 셀에 전압을 항상 인가해야 하므로 전력 소모가 크다는 단점이 있다.
한국공개특허 제1993-0013794호
본 출원은 액정 소자 및 액정 소자의 용도를 제공한다.
본 출원의 예시적인 액정 소자(liquid crystal element)는, 상부에 몰드층이 형성되어 있는 제 1 기판, 상부에 수지층이 형성되어 있는 제 2 기판을 포함한다. 상기 몰드층에는 볼록부와 오목부가 형성되어 있을 수 있다. 또한, 상기 제 2 기판은 수지층이 몰드층의 볼록부와 접촉하도록 배치되어 있을 수 있다. 하나의 예시에서, 수지층은 액정 화합물에 대하여 수직 배향을 유도할 수 있는 표면 특성을 가질 수 있다. 액정 소자는 또한, 몰드층의 오목부에 존재하는 액정 화합물을 포함할 수 있다.
도 1은 본 출원의 예시적인 액정 소자의 모식도이다. 도 1의 액정 소자(1)는 상부에 볼록부(1011)와 오목부(1012)가 형성되어 있는 몰드층(101)이 존재하는 제 1 기판(102), 상부에 수지층(103)이 형성되어 있고, 상기 수지층이 상기 몰드층의 볼록부(1011)와 접촉하도록 배치되어 있는 제 2 기판(104) 및 상기 몰드층의 오목부(1012)에 존재하는 액정 화합물(105)을 포함하고 있다. 도 1 에 나타낸 바와 같이, 액정 화합물은 몰드층의 오목부와 수지층의 일면으로 형성된 격벽에 의해 분리된 상태로 액정 소자에 포함될 수 있다.
하나의 예시에서 몰드층은 가교성 또는 중합성 화합물을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 중합성 또는 가교성 화합물은 중합성 또는 가교성 관능기를 가지는 화합물을 의미할 수 있다. 몰드층은 예를 들어, 가교성 또는 중합성 화합물을 가교 또는 중합된 상태로 포함할 수 있다. 본 명세서에서 중합성 또는 가교성 관능기는 예를 들어, 알케닐기, 에폭시기, 시아노기, 카복실기, (메타)아크릴로일기 또는 (메타)아크릴로일옥시기 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 몰드층이 가교성 또는 중합성 재료를 포함하는 경우 수지층에 대하여 우수한 접착력을 나타낼 수 있다.
하나의 예시에서, 가교성 또는 중합성 화합물로는 아크릴레이트 화합물을 사용할 수 있다. 본 명세서에서 아크릴레이트 화합물은, 관능기로서 아크릴로일기 또는 메타크릴로일기를 포함하는 화합물을 의미하고, 상기 관능기를 하나 포함하는 화합물은 단관능성 아크릴레이트 화합물이고, 2개 이상 포함하는 화합물은 다관능성 아크릴레이트 화합물로 호칠할 수 있다. 구별의 편의를 위하여 이하에서 상기 관능기를 2개 포함하는 화합물은 이관능성 아크릴레이트 화합물로 호칭하며, 3관능 이상, 즉 상기 관능기를 3개 이상 포함하는 아크릴레이트 화합물은, 단순히 다관능성 아크릴레이트 화합물로 호칭한다. 다관능성 아크릴레이트 화합물은, 상기 관능기를 예를 들면, 3개 내지 8개, 3개 내지 7개, 3개 내지 6개, 3개 내지 5개 또는 3개 내지 4개 포함할 수 있다.
예를 들면, 단관능성 아크릴레이트 화합물로는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 사용할 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112015033358518-pat00001
화학식 1에서 R은 수소 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기이고, X는 탄소수 1 내지 20의 알킬기이다.
또한, 이관능성 아크릴레이트 화합물로는, 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 사용할 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112015033358518-pat00002
화학식 2에서 R은 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기이고, X는 탄소수 1 내지 20의 알킬렌기 또는 알킬리덴기이다.
또한, 다관능성 아크릴레이트 화합물로는 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물을 사용할 수 있다.
[화학식 3]
Figure 112015033358518-pat00003
화학식 3에서 n은 3 이상의 수이고, m은 0 내지 5의 수이며, R은 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기이고, X는 (m+n)가의 라디칼이며, Y는 수소 또는 알킬기이다.
화학식 1 내지 3에서 R 또는 Y에 존재할 수 있는 알킬기의 예로는 메틸기 또는 에틸기를 들 수 있다.
화학식 1에서 X의 알킬기는, 예를 들면, 탄소수 1 내지 20, 탄소수 1 내지 16, 탄소수 1 내지 12, 탄소수 4 내지 12, 탄소수 6 내지 12의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기일 수 있다.
화학식 2에서 X의 알킬렌기 또는 알킬리덴기는, 예를 들면, 탄소수 1 내지 16, 탄소수 1 내지 12, 탄소수 1 내지 10, 탄소수 1 내지 8, 탄소수 2 내지 8 또는 탄소수 4 내지 8의 알킬렌기 또는 알킬리덴기일 수 있다. 상기 알킬렌기 또는 알킬리덴기는, 예를 들면, 직쇄, 분지쇄 또는 고리형일 수 있다.
한편, 화학식 3에서 n은, 3 이상, 3 내지 8, 3 내지 7, 3 내지 6, 3 내지 5 또는 3 내지 4의 범위 내의 어느 하나의 수일 수 있다. 또한, 화학식 2에서 m은 0 내지 5, 0 내지 4, 0 내지 3, 0 내지 2 또는 0 내지 1의 범위 내의 어느 하나의 수일 수 있다.
화학식 3에서 X는 (m+n)가의 라디칼이고, 예를 들면, 예들 들면, 탄소수 2 내지 20, 탄소수 2 내지 16, 탄소수 2 내지 12, 탄소수 2 내지 8 또는 탄소수 2 내지 6의 하이드로카본, 예를 들면, 직쇄 또는 분지쇄의 알칸으로부터 유도된 (m+n)가 라디칼일 수 있다.
화학식 1 내지 3에서 정의된 치환기, 예를 들면, 알킬기, 알킬렌기, 알킬리덴기 또는 (m+n)가 라디칼 등은, 필요하다면 하나 이상의 치환기에 의해 치환되어 있을 수 있고, 이 때 치환기로는, 예를 들면, 알킬기, 알콕시기, 에폭시기, 옥소기, 옥세타닐기, 티올기, 시아노기, 카복실기 또는 아릴기 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
다른 하나의 예시에서 몰드층은 경화성 화합물을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 경화성 화합물은 경화성 관능기를 가지는 화합물을 의미할 수 있다. 몰드층은 예를 들어, 경화성 화합물을 경화된 상태로 포함할 수 있다. 경화성 화합물의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 본 출원의 목적을 손상시키지 않는 범위 내에서 적절히 선택될 수 있고, 예를 들어, 가열 경화성 화합물 또는 광 경화성 화합물을 사용할 수 있다. 하나의 구체적인 예로, 몰드층은 오목부에 존재하는 액정 화합물에 대한 수직 배향을 효과적으로 유도한다는 측면에서 경화성 실리콘 화합물을 포함할 수 있다. 경화성 실리콘 화합물에 대한 구체적인 사항은 이하 수지층 항목에서 기술한 내용이 동일하게 적용될 수 있다.
몰드층의 표면 특성은 본 출원의 목적을 손상시키지 않는 범위 내에서 적절히 조절될 수 있다. 하나의 예시에서, 몰드층은 오목부에 존재하는 액정 화합물의 수직 배향을 효과적으로 유도한다는 측면에서 하기의 표면 특성을 나타낼 수 있다. 몰드층의 표면 특성은 예를 들어 몰드층의 오목부 및 볼록부의 형상에 따라 변경될 수 있고, 하기에서 기술하는 몰드층의 표면 특성은 몰드층에 오목부 및 볼록부를 형성하기 전의 평평한 상태의 몰드층에 대한 표면 특성일 수 있다.
몰드층은 예를 들어, 하기 일반식 1의 조건을 만족할 수 있다.
[일반식 1]
0 = |Y - {1×10-4X3 - 1.2×10-3X 2 + 3.1×10-3 X - 1.6×10-3}| = 0.05
일반식 1에서, X는 몰드층의 AFM Z 스케일 표면 조도를 나타내고, Y는 몰드층의 표면 극성도를 나타낸다. 몰드층의 표면 에너지(γsurface)는 무극성 분자간의 분산힘과 극성 분자간의 상호 작용힘이 고려되어(γsurface = γispersion + γpolar) 계산될 수 있는데, 표면 에너지 γsurface에서 polar term(γpolar)의 비율을 그 표면의 극성도(polarity)로 정의할 수 있다. 몰드층은 표면의 조도 및 극성도의 상호 관계를 일반식 1과 같이 고려함으로써, 액정 소자에 외부 배향력이 인가되지 않은 상태에서 액정 화합물에 대하여 보다 우수한 수직 배향을 유도할 수 있다.
몰드층의 표면 에너지는, 예를 들어, 5 mN/m 내지 100 mN/m, 8 mN/m 내지 80 mN/m, 10 mN/m 내지 50 mN/m 또는 12 mN/m 내지 30 mN/m일 수 있다. 또한, 몰드층의 극성도는 예를 들어, 0 내지 0.5 또는 0 내지 0.4의 범위 내에 있을 수 있다. 또한, 몰드층의 AFM Z 스케일 표면 조도는 예를 들어, 0.1nm 내지 50 nm, 0.2 nm 내지 30 nm, 0.3 nm 내지 10 nm 또는 0.4 nm 내지 8 nm 범위 내일 수 있다. 상기 표면 에너지, 극성도 또는 표면 조도 범위 내에서 몰드층은 오목부에 존재하는 액정 화합물의 수직 배향을 효과적으로 유도할 수 있다. 그러나, 몰드층의 표면 특성이 상기에 제한되는 것은 아니고, 목적하는 액정의 수직 배향 정도에 따라 적절히 설계 변경될 수 있다.
본 명세서에서 「표면 에너지」는, 공지의 표면 에너지 측정 방식에 의하여 측정된 값으로서, 예를 들면, Static contact angle measurement를 통한 Owens-Wendt 방식으로 측정된 값일 수 있다. 구체적인 예로, 표면 에너지(γsurface, mN/m)는 γsurface = γdispersion + γpolar 로 계산될 수 있고, 물방울형 분석기(Drop Shape Analyzer, KRUSS사의 DSA100제품)를 사용하여 측정할 수 있다. 표면 에너지는 측정하고자 하는 대상 시료를 플루오르벤젠(flourobenzene)에 약 2 중량%의 고형분 농도로 희석시킨 코팅액을 기판에 약 50nm의 두께와 4 cm2의 코팅 면적(가로: 2cm, 세로: 2cm)으로 상온에서 약 1 시간 정도 건조시킨 후에 160°C에서 약 1시간 동안 열적 숙성(thermal annealing)시킨 막에 대하여 측정할 수 있다. 열적 숙성을 거친 상기 막에 표면 장력(surface tension)이 공지되어 있는 탈이온화수를 떨어뜨리고 그 접촉각을 구하는 과정을 5회 반복하여, 얻어진 5개의 접촉각 수치의 평균치를 구하고, 동일하게, 표면 장력이 공지되어 있는 디요오드메탄(diiodomethane)을 떨어뜨리고 그 접촉각을 구하는 과정을 5회 반복하여, 얻어진 5개의 접촉각 수치의 평균치를 구한다. 그 후, 구해진 탈이온화수와 디요오드메탄에 대한 접촉각의 평균치를 이용하여 Owens-Wendt-Rabel-Kaelble 방법에 의해 용매의 표면 장력에 관한 수치(Strom 값)를 대입하여 표면 에너지를 구할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 「표면 조도」는, 공지의 평균 표면 거칠기 측정 방식에 의하여 측정된 값으로서, 예를 들면 Bruker社의 Multimode AFM 기기를 사용하여 측정된 값일 수 있다.
몰드층의 표면 특성을 상기와 같이 조절하는 방법은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 몰드층의 재료로서 상기 표면 특성을 나타낼 수 있는 물질을 선택하거나, 몰드층에 상기 표면 특성을 나타낼 수 있는 첨가제를 첨가하거나, 또는 몰드층이 상기 표면 특성을 나타내도록 제조 공정을 제어할 수도 있다. 하나의 예시에서, 몰드층의 재료로 경화성 실리콘 화합물을 선택하거나, 혹은 몰드층에 수직 배향을 유도할 수 있는 첨가제를 첨가하거나, 혹은 몰드층에 코로나 처리 등을 수행할 수 있다. 코로나 처리 조건 및 방법은 특별히 제한되지 않으며 목적하는 몰드층의 표면 특성을 고려하여 적절히 조절될 수 있다.
하나의 구체적인 예로, 몰드층은 수직 배향을 유도할 수 있는 첨가제로서 수직 배향 폴리머를 포함할 수 있다. 수직 배향 폴리머로는 예를 들어, 말단에 탄소수 4 이상, 5 이상, 6 이상, 7 이상, 8 이상, 9 이상 또는 10 이상의 직쇄형 탄화수소기를 포함하는 중합 단위의 폴리머를 사용할 수 있다. 본 명세서에서 「탄화수소기」는 탄소와 수소로 이루어진 유기 화합물을 의미하는 것으로, 특별한 언급이 없는 한 알킬기, 알케닐기, 알키닐기 또는 아릴기 등을 의미할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 「직쇄형 탄화수소기」는 여러 개의 원자가 한 줄로 길게 이어진 구조를 가지는 탄화 수소기를 의미할 수 있다. 상기에서 직쇄형 탄화수소기의 탄소 수의 상한은 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어 24 이하, 22 이하, 20 이하, 18 이하 또는 16 이하의 탄소 수를 가지는 직쇄 탄화수소기를 의미할 수 있다. 혹은 수직 배향 폴리머로는 예를 들어, 염소(Cl) 불소(F) 또는 규소(Si)를 포함하는 폴리머를, 보다 구체적으로, 염소(Cl), 불소(F) 또는 규소(Si) 치환된 탄화수소기를 포함하는 중합 단위의 폴리머를 사용할 수 있다. 상기에서 탄화수소기는 예를 들어, 탄소수 1의 알킬기, 탄소수 2 이상의 알킬기, 알케닐기 또는 알키닐기, 탄소수 3 이상의 사이클로 알킬기 또는 탄소수 6 이상의 아릴기가 예시될 수 있다.
하나의 구체적인 예로, 수직 배향 폴리머로서 폴리메틸 메타크릴레이트, 아크릴산/메타크릴산 공중합체, 스티렌/말레인이미드 공중합체, 폴리비닐알코올, 변성 폴리비닐알코올, 폴리(N-메틸올 아크릴아미드), 스티렌/비닐 톨루엔 공중합체, 클로로설폰화 폴리에틸렌, 니트로셀루로스, 폴리염화비닐, 염소화 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리이미드, 초산비닐/염화 비닐 공중합체, 에틸렌/초산비닐 공중합체, 카르복시 메틸 셀룰로오스, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 폴리카보네이트 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
하나의 구체적인 예로, 몰드층은 하기 화학식 4의 화합물로부터 유도된 중합 단위를 포함하는 수직 배향 폴리머를 포함할 수 있다.
[화학식 4]
Figure 112015033358518-pat00004
상기 화학식 4에서, R1 내지 R9는 각각 독립적으로, 수소, 알킬기, 알케닐기, 알키닐기 또는 알콕시기이고, A는 단일결합, 알킬렌기 또는 알킬리덴기를 나타낸다. 상기에서, R5 내지 R9가 할로겐 원소인 경우를 제외할 수 있고, 할로겐으로 치환된 알킬기, 알케닐기, 알키닐기 또는 알콕시기도 제외될 수 있다.
본 명세서에서 용어 「단일 결합」은 A로 표시되는 부분에 별도의 원자가 존재하지 않는 경우를 의미한다. 예를 들어, 화학식 1에서 A가 단일 결합인 경우, A의 양측에 벤젠과 산소가 직접 연결되어있는 구조를 형성할 수 있다.
또한, 수직 배향 폴리머는 하기 화학식 5의 화합물로부터 유도된 중합 단위를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
[화학식 5]
Figure 112015033358518-pat00005
상기 화학식 5에서, R10은 수소, 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 또는 아릴기를 나타낼 수 있다.
또한, 수직 배향 폴리머는 하기 화학식 6의 화합물로부터 유도된 중합 단위를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
[화학식 6]
Figure 112015033358518-pat00006
상기 화학식 6에서, R11 내지 R16은 각각 독립적으로 수소, 알킬기 알케닐기, 알키닐기 또는 알콕시기 또는 -O-Q-P이되, R11 내지 R16 중 적어도 하나는 -O-Q-P이거나 혹은 R11 내지 R16 중 적어도 하나는 할로겐 치환 알킬기, 할로겐 치환 알케닐기, 할로겐 치환 알키닐기 또는 할로겐 치환 알콕시기이다. 상기에서, Q는 알킬렌기 또는 알킬리덴기이며, P는 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 아크릴로일옥시기 또는 메타크릴로일옥시기이다.
몰드층이 수직 배향 폴리머를 함유하는 경우, 몰드층 내의 수직 배향 폴리머의 함량은 본 출원의 목적을 손상시키지 않는 범위 내에서 적절히 선택될 수 있다. 예를 들어, 몰드층 내의 수직 배향 폴리머의 고형분 함량은 0.5중량% 내지 4.5중량%, 1중량% 내지 4중량%, 1.5중량% 내지 3.5중량% 또는 2중량% 내지 3.2중량%의 범위 내에 있을 수 있다. 본 명세서에서 상기 고형분 함량은 상기 폴리머가 코팅액 등의 형태로 제조되어 몰드층 제조 과정에 적용되는 시점에서의 고형분 함량을 의미한다. 수직 배향 폴리머의 함량이 상기 범위 내인 경우, 몰드층은 전술한 수직 배향 특성을 효과적으로 구현할 수 있다.
몰드층은, 상기 언급한 화합물에 추가로 필요한 경우에 용매, 상기 가교성 또는 중합성 화합물의 가교 또는 중합을 유도할 수 있는 라디칼 또는 양이온 개시제, 염기성 물질, 가교 또는 중합을 형성할 수 있는 기타 반응성 화합물 또는 계면 활성제 등의 첨가제를 추가로 포함하는 전구체로부터 형성될 있다.
몰드층은, 액정성 화합물, 예를 들면, 반응성 액정 화합물을 포함할 수 있다. 이러한 경우에도 상기 액정성 화합물의 비율은 소량으로 조절되는 것이 적절하다. 하나의 예시에서, 상기 몰드층의 복굴절의 절대값은 30 nm 이하 또는 20 nm 이하일 수 있다. 즉, 상기 몰드층은 등방성 몰드층이거나, 복굴절이 상기 범위 내에 있는 몰드층일 수 있다. 따라서, 액정 화합물이 포함되는 경우에도 몰드층이 상기 언급한 복굴절을 나타낼 수 있는 범위에서 포함되는 것이 좋다. 상기 복굴절은, 예를 들면, 하기 수식 1으로 계산되는 면상 위상차 또는 하기 수식 2로 계산되는 두께 방향의 위상차를 의미할 수 있다.
[수식 1]
Rin = d × (nx - ny)
[수식 2]
Rth = d × (nz - ny)
수식 1 및 2에서 Rin은 면상 위상차이고, Rth는 두께 방향 위상차이며, d는 몰드층의 두께이고, nx는 몰드층의 면상에서 지상축 방향의 굴절률이며, ny는 몰드층의 면상에서 진상축 방향의 굴절률이고, nz는 몰드층의 두께 방향의 굴절률이다.
몰드층의 오목부의 간격, 폭 및 두께는 본 출원의 목적을 손상시키지 않는 범위 내에서, 액정 화합물이 포함되는 영역을 고려하여 적절히 조절될 수 있다. 예를 들면, 오목부의 간격은 100 내지 400 ㎛ 또는 100 내지 300 ㎛ 범위 내에 있을 수 있고, 폭은 10 내지 40 ㎛ 또는 10 내지 30 ㎛ 범위 내에 있을 수 있으며, 높이는 10 내지 30 ㎛ 또는 10 내지 20 ㎛의 범위 내에 있을 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
액정 화합물은 몰드층의 오목부 내에 존재할 수 있다. 액정 화합물로는, 배향이 스위칭 가능하여 액정 소자의 광변조 특성을 조절할 수 있는 것이라면 특별한 제한없이 다양한 종류를 사용 가능하다. 본 명세서에서 배향이 스위칭 가능하다는 것은 액정 화합물의 정렬 방향이 전압의 인가와 같은 외부 작용에 의해 변경될 수 있다는 것을 의미할 수 있다. 액정 화합물로는, 예를 들면, 그 배향이 소정 방향으로 규칙적으로 정렬된 경우에는 그 배향 방향에 따라 투과 모드 또는 적절한 위상차를 나타내는 모드로 작용할 수 있고, 그 배향이 소정 방향으로 규칙적으로 정렬되어 있지 않고 랜덤하게 배치된 경우에는 몰드층과의 작용을 통해 광의 산란을 유도할 수 있는 화합물을 사용할 수 있다.
액정 화합물로는, 예를 들면, 스멕틱(smectic) 액정 화합물, 네마틱(nematic) 액정 화합물 또는 콜레스테릭(cholesteric) 액정 화합물 등을 사용할 수 있다. 액정 화합물은, 몰드층과는 결합되어 있지 않으며, 외부에서 전압과 같은 외부 작용 하에서 배향이 변경될 수 있는 형태일 수 있다. 이를 위하여, 예를 들면, 액정 화합물은, 중합성기 또는 가교성기를 가지지 않는 화합물일 수 있다. 필요한 경우, 액정 화합물은 수지층과의 적절한 접착력을 위하여 소량의 가교성 또는 중합성 화합물과 함께 오목부 내에 존재할 수 있다. 가교성 또는 중합성 화합물이 종류는 몰드층의 항목에서 기술한 내용이 동일하게 적용될 수 있다. 이 경우 가교성 또는 중합성 화합물의 함량 비율은 본 출원의 목적을 손상시키지 않는 범위 내에서 적절히 선택될 수 있다. 가교성 또는 중합성 화합물은, 예를 들어, 액정 화합물 100 중량부 대비 10 중량부 내지 15 중량부 비율로 포함될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
하나의 예시에서, 몰드층의 오목부에 존재하는 액정 화합물은 외부 작용 비인가 상태에서 배향된 상태로 존재할 수 있다. 이와 같이 배향된 상태로 존재하는 액정 화합물은 외부 작용에 의해 그 배향 방향이 변환될 수 있다. 본 명세서에서 「외부 작용」은, 액정 화합물의 배향 또는 정렬을 변경시킬 수 있도록 수행되는 모든 종류의 작용을 의미하고, 대표적인 예로는 전압의 인가가 있다. 또한, 본 명세서에서 「초기 배향」은 상기 외부 작용이 없는 상태에서의 상기 액정 화합물의 배향 또는 정렬 방향이나 상기 액정 화합물에 형성되는 광축을 의미할 수 있다. 액정 소자에서 액정 화합물은 상기 초기 배향 상태의 액정 화합물의 정렬 방향이 외부 작용에 의해 변환될 수도 있고, 외부 작용이 사라지면 다시 초기 배향 상태로 액정화합물이 복귀할 수 있다.
하나의 예시에서, 몰드층의 오목부에 존재하는 액정 화합물은 초기 상태에서 수직 배향된 상태로 존재할 수 있다. 본 명세서에서 수직 배향된 상태는 액정 화합물을 포함하는 액정층의 광축이 액정층의 평면에 대하여 약 90도 내지 약 65도, 약 90도 내지 약 75도, 약 90도 내지 약 80도, 약 90도 내지 약 85도 약 90도의 경사각을 가지는 경우를 의미할 수 있다. 본 명세서에서 「광축」은 액정 화합물이 막대 (rod) 모양인 경우 액정 화합물의 장축 방향의 축을 의미할 있고, 액정 화합물이 원판 (discotic) 모양인 경우 평면의 법선 방향의 축을 의미할 수 있다.
액정 화합물의 초기 수직 배향 상태는 외부 작용, 예를 들면 외부 전압의 인가에 의해 변화할 수 있다. 이에 따라, 액정 소자는 초기 상태에서는 투과 모드(transparent mode)를 유지하고, 외부 작용에 의해 투과 모드 외의 다양한 모드로 전환될 수 있다. 하나의 예시에서, 액정 소자는 투과 모드(transparent mode)와 산란 모드(scattering mode) 간의 상호 전환이 가능한 소자로 구현될 수 있다. 예를 들면, 본 출원의 액정 소자는 외부 작용이 없는 상태(즉, 초기 상태 또는 통상 상태)에서는 액정 화합물이 수직으로 배열되므로 투과 모드가 구현되고, 외부 작용 하에 액정 화합물이 무질서한 방향으로 배열되면서 산란 모드로 전환되며, 외부 작용이 제거되면 다시 투과 모드로 전환되는 소자(이러한 소자를 편의상 통상 투과 모드의 소자로 호칭할 수 있다)일 수 있다.
액정 소자의 위상차(Rc)는, 구현하고자 모드 또는 구조에 따라 적절하게 결정될 수 있다. 예를 들면, 액정 화합물의 영역은 초기 상태에서 면상 위상차가 30 nm 이하이고, 두께 방향 위상차가 500 nm 이상의 범위를 나타낼 수 있다. 이러한 범위의 위상차는, 예를 들면, 통상 투과 모드의 소자를 구현하기에 적절하다. 상기 위상차 값은 550nm 파장의 광에 대해 측정된 값일 수 있다.
제 2 기판 상부의 수지층은, 예를 들어 액정의 수직 배향을 유도할 수 있는 표면 특성을 가질 수 있다. 하나의 예시에서, 수지층은 45 mN/m 이하, 42.5 mN/m 이하, 40 mN/m 이하, 37.5 mN/m 이하, 35 mN/m 이하, 32.5 mN/m 이하 또는 30 mN/m 이하의 표면 에너지를 가질 수 있다. 수지층의 표면 에너지가 상기 범위를 나타내는 경우 몰드층의 오목부에 존재하는 액정 화합물에 대한 수직 배향을 효과적으로 유도할 수 있다. 수지층의 표면 에너지의 하한은 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어 0 mN/m 초과, 1 mN/m 이상, 2 mN/m 이상, 3 mN/m 이상, 4 mN/m 이상 또는 5 mN/m 이상일 수 있다.
수지층은 또한, 예를 들어 2 nm 이하, 1.9 nm 이하, 1.8 nm 이하, 1.7 nm 이하, 1.6 nm 이하 또는 1.5 nm 이하 범위 내의 AFM Z 스케일 표면 조도를 나타낼 수 있다. 수지층의 표면 거칠기가 상기 범위를 나타내는 경우 몰드층의 오목부에 존재하는 액정 화합물에 대한 수직 배향을 효과적으로 유도할 수 있다. 수지층의 AFM Z 스케일 표면 조도의 하한은 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어 0 nm 초과, 0.1 nm 이상, 0.2 nm 이상, 0.3 nm 이상 또는 0.4 nm 이상일 수 있다.
또한, 필요한 경우 수지층도 하기 일반식 1의 조건을 만족할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다
[일반식 1]
0 = |Y - {1×10-4X3 - 1.2×10-3X 2 + 3.1×10-3 X - 1.6×10-3}| = 0.05
상기 일반식 1에서, X는 상기 수지층의 AFM Z 스케일 표면 조도를 나타내고, Y는 상기 수지층의 표면 극성도를 나타낸다. 이 경우 수지층의 표면 극성도는 예를 들어, 예를 들어, 0 내지 0.5 또는 0 내지 0.4의 범위 내에 있을 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 수지층의 표면 에너지, 표면 조도 및 표면 극성도를 측정하는 방법은 몰드층의 항목에서 기술한 측정 방법의 내용이 동일하게 적용될 수 있다.
수지층의 표면 특성을 상기와 같이 조절하는 방법은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 수지층의 재료로서 상기 표면 특성을 나타낼 수 있는 물질을 선택하거나, 수지층에 상기 표면 특성을 나타낼 수 있는 첨가제를 첨가하거나, 또는 수지층이 상기 표면 특성을 나타내도록 제조 공정을 제어할 수도 있다. 하나의 예시에서, 수지층의 재료로 경화성 실리콘 화합물을 선택하거나, 혹은 수지층에 수직 배향을 유도할 수 있는 첨가제를 첨가하거나, 혹은 몰드층에 코로나 처리 등을 수행할 수 있다. 코로나 처리 조건 및 방법은 특별히 제한되지 않으며 목적하는 수지층의 표면 특성을 고려하여 적절히 조절될 수 있다. 또한, 수직 배향을 유도할 수 있는 첨가제에 대해서는 몰드층의 항목에서 기술한 내용이 동일하게 적용될 수 있다.
하나의 예시에서, 수지층은 경화성 화합물을 포함할 수 있다. 수지층은 예를 들어, 경화성 화합물을 경화된 상태로 포함할 수 있다. 경화성 화합물로는 예를 들어, 하나의 구체적인 예로, 수지층은 액정의 수직 배향을 효과적으로 유도한다는 측면에서 경화성 실리콘 화합물을 포함할 수 있다. 수지층은 경화성 실리콘 화합물을 단독으로 포함하거나 또는 몰드층의 항목에서 기술한 가교성 또는 중합성 화합물을 추가로 포함할 수 있다. 수지층은 예를 들어, 가열 경화성 실리콘 화합물 또는 자외선 경화형 실리콘 화합물을 사용할 수 있다. 이하, 경화성 실리콘 화합물에 대하여 구체적으로 설명한다.
본 출원의 일 태양에서, 상기 경화성 실리콘 화합물은 부가경화형 실리콘 화합물로서, (1) 분자 중에 2개 이상의 알케닐기를 함유하는 오르가노폴리실록산 및 (2) 분자 중에 2개 이상의 규소결합 수소원자를 함유하는 오르가노폴리실록산을 포함할 수 있다. 상기와 같은 실리콘 화합물은, 예를 들면, 후술하는 촉매의 존재 하에서, 부가 반응에 의하여 경화물을 형성할 수 있다.
상기에서 (1) 오르가노폴리실록산은, 실리콘 경화물을 구성하는 주성분으로서, 1 분자 중 적어도 2개의 알케닐기를 포함한다. 이 때, 알케닐기의 구체적인 예에는, 비닐기, 알릴기, 부테닐기, 펜테닐기, 헥세닐기 또는 헵테닐기 등이 포함되고, 이 중 비닐기가 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 (1) 오르가노폴리실록산에서, 전술한 알케닐기의 결합 위치는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 상기 알케닐기는 분자쇄의 말단 및/또는 분자쇄의 측쇄에 결합되어 있을 수 있다. 또한, 상기 (1) 오르가노폴리실록산에서, 전술한 알케닐 외에 포함될 수 있는 치환기의 종류로는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기 또는 헵틸기 등의 알킬기; 페닐기, 톨릴기, 크실릴기 또는 나프틸기 등의 아릴기; 벤질기 또는 페넨틸기 등의 아랄킬기; 클로로메틸기, 3-클로로프로필기 또는 3,3,3-트리플루오로프로필기 등의 할로겐 치환 알킬기 등을 들 수 있고, 이 중 메틸기 또는 페닐기가 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기와 같은, (1) 오르가노폴리실록산의 분자 구조는 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 직쇄상, 분지상, 고리상, 망상 또는 일부가 분지상을 이루는 직쇄상 등과 같이, 어떠한 형상이라도 가질 수 있다. 본 발명에서는 상기와 같은 분자 구조 중 특히 직쇄상의 분자 구조를 가지는 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 한편, 본 발명에서는, 경화물의 하드니스(hardness) 및 굴절률의 관점에서, 상기 (1) 오르가노폴리실록산으로서, 분자 구조 중에 아릴기 또는 아랄킬기와 같은 방향족기를 함유하는 오르가노폴리실록산을 사용하는 것이 바람직하지만, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에서 사용할 수 있는 상기 (1) 오르가노폴리실록산의 보다 구체적인 예로는, 분자쇄 양말단 트리메틸실록산기 봉쇄 디메틸실록산-메틸비닐실록산 공중합체, 분자쇄 양말단 트리메틸실록산기 봉쇄 메틸비닐폴리실록산, 분자쇄 양말단 트리메틸실록산기 봉쇄 디메틸실록산-메틸비닐실록산-메틸페닐실록산 공중합체, 분자쇄 양말단 디메틸비닐실록산기 봉쇄 디메틸폴리실록산, 분자쇄 양말단 디메틸비닐실록산기 봉쇄 메틸비닐폴리실록산, 분자쇄 양말단 디메틸비닐실록산기 봉쇄 디메틸실록산-메틸비닐실록산 공중합체, 분자쇄 양말단 디메틸비닐실록산기 봉쇄 디메틸실록산-메틸비닐실록산-메틸페닐실록산 공중합체, R1 2SiO1 /2로 표시되는 실록산 단위와 R1 2R2SiO1 /2로 표시되는 실록산 단위와 SiO4 /2로 표시되는 실록산 단위를 포함하는 오르가노폴리실록산 공중합체, R1 2R2SiO1 /2로 표시되는 실록산 단위와 SiO4 /2로 표시되는 실록산 단위를 포함하는 오르가노폴리실록산 공중합체, R1R2SiO2 /2로 표시되는 실록산 단위와 R1SiO3 /2로 표시되는 실록산 단위 또는 R2SiO3 /2로 표시되는 실록산 단위를 포함하는 오르가노폴리실록산 공중합체 및 상기 중 2 이상의 혼합물을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기에서, R1은 알케닐기 외의 탄화수소기로서, 구체적으로는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기 또는 헵틸기 등의 알킬기; 페닐기, 톨릴기, 크실릴기 또는 나프틸기 등의 아릴기; 벤질기 또는 페넨틸기 등의 아랄킬기; 클로로메틸기, 3-클로로프로필기 또는 3,3,3-트리플루오로프로필기 등의 할로겐 치환 알킬기 등일 수 있다. 또한, 상기에서 R2는 알케닐기로서, 구체적으로는 비닐기, 알릴기, 부테닐기, 펜테닐기, 헥세닐기 또는 헵테닐기 등일 수 있다.
본 발명의 일 태양에서, 상기 (1) 오르가노폴리실록산은 25℃에서의 점도가 50 내지 500,000 CP(centipoise), 바람직하게는 400 내지 100,000 CP일 수 있다. 상기 점도가 50 CP 미만이면, 실리콘 화합물의 경화물의 기계적 강도가 저하될 우려가 있고, 500,000 CP를 초과하면, 취급성 또는 작업성이 저하될 우려가 있다.
상기 부가경화형 실리콘 화합물에서, (2) 오르가노폴리실록산은 상기 (1) 오르가노폴리실록산을 가교시키는 역할을 수행할 수 있다. 상기 (2) 오르가노폴리실록산에서, 수소원자의 결합 위치는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 분자쇄의 말단 및/또는 측쇄에 결합되어 있을 수 있다. 또한, 상기 (2) 오르가노폴리실록산에서, 상기 규소결합 수소원자 외에 포함될 수 있는 치환기의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, (1) 오르가노폴리실록산에서 언급한 바와 같은, 알킬기, 아릴기, 아랄킬기 또는 할로겐 치환 알킬기 등을 들 수 있고, 이 중 메틸기 또는 페닐기가 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, (2) 오르가노폴리실록산의 분자 구조는 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 직쇄상, 분지상, 고리상, 망상 또는 일부가 분지상을 이루는 직쇄상 등과 같이, 어떠한 형상이라도 가질 수 있다. 본 발명에서는 상기와 같은 분자 구조 중 특히 직쇄상의 분자 구조를 가지는 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에서 사용할 수 있는 상기 (2) 오르가노폴리실록산의 보다 구체적인 예로는, 분자쇄 양말단 트리메틸실록산기 봉쇄 메틸하이드로젠폴리실록산, 분자쇄 양말단 트리메틸실록산기 봉쇄 디메틸실록산-메틸하이드로젠 공중합체, 분자쇄 양말단 트리메틸실록산기 봉쇄 디메틸실록산-메틸하이드로젠실록산-메틸페닐실록산 공중합체, 분자쇄 양말단 디메틸하이드로젠실록산기 봉쇄 디메틸폴리실록산, 분자쇄 양말단 디메틸하이드로젠실록산기 봉쇄 디메틸실록산-메틸페닐실록산 공중합체, 분자쇄 양말단 디메틸하이드로젠실록산기 봉쇄 메틸페닐폴리실록산, R1 3SiO1 /2로 표시되는 실록산 단위와 R1 2HSiO1 /2로 표시되는 실록산 단위와 SiO4 /2로 표시되는 실록산 단위를 포함하는 오르가노폴리실록산 공중합체, R1 2HSiO1 /2로 표시되는 실록산 단위와 SiO4/2로 표시되는 실록산 단위를 포함하는 오르가노폴리실록산 공중합체, R1HSiO2 /2로 표시되는 실록산 단위와 R1SiO3 /2로 표시되는 실록산 단위 또는 HSiO3 /2로 표시되는 실록산 단위를 포함하는 오르가노폴리실록산 공중합체 및 상기 중 2 이상의 혼합물을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기에서, R1은 알케닐기 외의 탄화수소기로서, 구체적으로는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기 또는 헵틸기 등의 알킬기; 페닐기, 톨릴기, 크실릴기 또는 나프틸기 등의 아릴기; 벤질기 또는 페넨틸기 등의 아랄킬기; 클로로메틸기, 3-클로로프로필기 또는 3,3,3-트리플루오로프로필기 등의 할로겐 치환 알킬기 등일 수 있다.
본 발명의 일 태양에서, 상기 (2) 오르가노폴리실록산은 25℃에서의 점도가 1 내지 500,000 CP(centipoise), 바람직하게는 5 내지 100,000 CP일 수 있다. 상기 점도가 1 CP 미만이면, 실리콘 화합물의 경화물의 기계적 강도가 저하될 우려가 있고, 500,000 CP를 초과하면, 취급성 또는 작업성이 저하될 우려가 있다.
본 발명의 일 태양에서, 상기 (2) 오르가노폴리실록산의 함량은, 적절한 경화가 이루어질 수 있을 정도로 포함된다면 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 상기 (2) 오르가노폴리실록산은, 전술한 (1) 오르가노폴리실록산에 포함되는 알케닐기 하나에 대하여, 규소결합 수소원자가 0.5 내지 10개가 되는 양으로 포함될 수 있다. 상기 규소원자 결합 수소 원자의 개수가 0.5개 미만이면, 경화성 실리콘 화합물의 경화가 불충분하게 이루어질 우려가 있고, 10개를 초과하면, 경화물의 내열성이 저하될 우려가 있다. 한편, 본 발명에서는, 경화물의 하드니스(hardness) 및 굴절률의 관점에서, 상기 (2) 오르가노폴리실록산으로서, 분자 구조 중에 아릴기 또는 아랄킬기와 같은 방향족기를 함유하는 (2) 오르가노폴리실록산을 사용하는 것이 바람직하지만, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 태양에서, 상기 부가경화형 실리콘 화합물은, 경화를 위한 촉매로서, 백금 또는 백금 화합물을 추가로 포함할 수 있다. 이와 같은, 백금 또는 백금 화합물의 구체적인 예로는, 백금 미분말, 백금흑, 백금 담지 실리카 미분말, 백금 담지 활성탄, 염화 백금산, 사염화 백금, 염화 백금산의 알코올 용액, 백금과 올레핀의 착체, 백금과 1,1,3,3-테트라메틸-1,3-디비닐디실록산 등의 알케닐실록산과의 착체, 이들 백금 또는 백금 화합물을 함유하는 입자경이 10 ㎛ 미만인 열가소성 수지 미분말(폴리스티렌 수지, 나이론 수지, 폴리카보네이트 수지, 실리콘 수지 등)을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 부가경화형 실리콘 화합물 내에 전술한 촉매의 함유량은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 전체 화합물 중 중량 단위로 0.1 내지 500 ppm, 바람직하게는 1 내지 50 ppm의 양으로 포함될 수 있다. 상기 촉매의 함유량이 0.1 ppm 미만이면, 조성물의 경화성이 저하될 우려가 있고, 500 ppm을 초과하면, 경제성이 떨어질 우려가 있다.
본 발명의 일 태양에서, 상기 부가경화형 실리콘 화합물은, 그 저장 안정성, 취급성 및 작업성 향상의 관점에서, 3-메틸-1-부틴-3-올, 3,5-디메틸-1-헥신-3-올, 페닐부틴올 등의 알킨 알코올; 3-메틸-3-펜텐-1-인, 3,5-디메틸-3-헥센-1-인 등의 에닌(enyne) 화합물; 1,2,5,7-테트라메틸-1,3,5,7-테트라비닐시클로테트라실록산, 1,3,5,7-테트라메틸-1,3,5,7-테트라헥세닐시클로테트라실록산, 벤조트리아졸 등의 경화억제제를 추가로 포함할 수 있다. 상기 경화억제제의 함량은, 발명의 목적을 해하지 않는 범위에서 적절하게 선택될 수 있으며, 예를 들면, 중량 기준으로 10 ppm 내지 50,000 ppm의 범위로 포함될 수 있다.
본 발명의 다른 태양에서는, 상기 실리콘 화합물은, 축합경화형 실리콘 화합물로서, 예를 들면 (a) 알콕시기 함유 실록산 폴리머; 및 (b) 수산기 함유 실록산 폴리머를 포함할 수 있다.
본 발명에서 사용될 수 있는 상기 (a) 실록산 폴리머는, 예를 들면, 하기 화학식 7로 표시되는 화합물일 수 있다.
[화학식 7]
R1 aR2 bSiOc(OR3)d
상기 식에서 R1 및 R1은, 각각 독립적으로, 수소 원자 또는 치환 또는 비치환된 1가 탄화수소기를 나타내고, R3은 알킬기를 나타내며, R1, R2 및 R3가 각각 복수개 존재하는 경우에는 서로 동일하거나 상이할 수 있고, a 및 b는 각각 독립적으로 0 이상, 1 미만의 수를 나타내고, a+b는 0 초과, 2 미만의 수를 나타내며, c는 0 초과, 2 미만의 수를 나타내고, d는 0 초과, 4 미만의 수를 나타내며, a+b+c×2+d는 4이다.
본 발명에서는 또한, 상기 화학식 7로 표시되는 실록산 폴리머가 겔 투과 크로마토그래피로 측정한, 폴리스티렌 환산의 중량평균분자량이 1,000 내지 100,000, 바람직하게는 1,000 내지 80,000, 보다 바람직하게는 1,500 내지 70,000일 수 있다. (a) 실록산 폴리머의 중량평균분자량이 상기 범위 내에 있음으로 해서, 실리콘 경화물의 형성 시에 크랙 등의 불량을 일으키지 않고, 양호한 경화물을 얻을 수 있다.
상기 화학식 7의 정의에서, 1가 탄화수소는, 예를 들면, 탄소수 1 내지 8의 알킬기, 페닐기, 벤질기 또는 톨릴기 등일 수 있고, 이 때 탄소수 1 내지 8의 알킬기로서는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 헵틸기 또는 옥틸기 등일 수 있다. 또한, 상기 화학식 7의 정의에서, 1가 탄화수소기는, 예를 들면, 할로겐, 아미노기, 머캅토기, 이소시아네이트기, 글리시딜기, 글리시독시기 또는 우레이도기 등의 공지의 치환기로 치환되어 있을 수 있다.
또한, 상기 화학식 7의 정의에서, R3의 알킬기의 예로는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기 또는 부틸기 등을 들 수 있다. 이와 같은 알킬기 중에서, 메틸기 또는 에틸기 등이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에서는, 상기 화학식 7의 폴리머 중 분지상 또는 3차 가교된 실록산 폴리머를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 이 (a) 실록산 폴리머에는, 본 발명의 목적을 손상시키지 않는 범위 내에서, 구체적으로는 탈알코올 반응을 저해하지 않는 범위 내에서 수산기가 잔존하고 있을 수 있다.
상기와 같은 (a) 실록산 폴리머는, 예를 들면, 다관능의 알콕시실란 또는 다관능 클로로 실란 등을 가수분해 및 축합시킴으로써 제조할 수 있다. 이 분야의 평균적 기술자는, 목적하는 (a) 실록산 폴리머에 따라 적절한 다관능 알콕시실란 또는 클로로 실란을 용이하게 선택할 수 있으며, 그를 사용한 가수분해 및 축합 반응의 조건 또한 용이하게 제어할 수 있다. 한편, 상기 (a) 실록산 폴리머의 제조 시에는, 목적에 따라서, 적절한 1관능의 알콕시 실란을 병용 사용할 수도 있다.
상기와 같은 (a) 실록산 폴리머로는, 예를 들면, 신에쯔 실리콘사의 X40-9220 또는 X40-9225, GE 토레이 실리콘사의 XR31-B1410, XR31-B0270 또는 XR31-B2733 등과 같은, 시판되고 있는 오르가노실록산 폴리머를 사용할 수 있다. 한편, 본 발명에서는, 경화물의 하드니스(hardness) 및 굴절률의 관점에서, 상기 (a) 오르가노폴리실록산으로서, 분자 구조 중에 아릴기 또는 아랄킬기와 같은 방향족기를 함유하는 (a) 오르가노폴리실록산을 사용하는 것이 바람직하지만, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 상기 축합경화형 실리콘 화합물에 포함되는, (b) 수산기 함유 실록산 폴리머로는, 예를 들면, 하기 화학식 8으로 나타나는 화합물을 사용할 수 있다.
[화학식 8]
Figure 112015033358518-pat00007
Figure 112015033358518-pat00008
상기 화학식 8에서, R4 및 R5은 각각 독립적으로, 수소원자 또는 치환 또는 비치환된 1가의 탄화수소기를 나타내고, R5 및 R6이 각각 복수 존재하는 경우에는, 상기는 서로 동일하거나, 상이할 수 있으며, n은 5 내지 2,000의 정수를 나타낸다.
상기 화학식 8의 정의에서, 1가 탄화수소기의 구체적인 종류로는, 예를 들면, 전술한 화학식 7의 경우와 동일한 탄화수소기를 들 수 있다.
본 발명에서, 상기 화학식 8의 실록산 폴리머는, 겔 투과 크로마토그래피로 측정한 폴리스티렌 환산 중량평균분자량이 500 내지 100,000, 바람직하게는 1,000 내지 80,000, 보다 바람직하게는 1,500 내지 70,000일 수 있다. (b) 실록산 폴리머의 중량평균분자량이 상기 범위 내에 있음으로 해서, 실리콘 경화물의 형성 시에 크랙 등의 불량을 일으키지 않고, 양호한 경화물을 얻을 수 있다.
상기와 같은 (b) 실록산 폴리머는, 예를 들면, 디알콕시실란 및/또는 디클로로 실란 등을 가수분해 및 축합시킴으로써 제조할 수 있다. 이 분야의 평균적 기술자는, 목적하는 (b) 실록산 폴리머에 따라 적절한 디알콕시 실란 또는 디클로로 실란을 용이하게 선택할 수 있으며, 그를 사용한 가수분해 및 축합 반응의 조건 또한 용이하게 제어할 수 있다. 상기와 같은 (b) 실록산 폴리머로는, 예를 들면, GE 토레이 실리콘사의 XC96-723, YF-3800, YF-3804 등과 같은, 시판되고 있는 2관능 오르가노실록산 폴리머를 사용할 수 있다. 한편, 본 발명에서는, 경화물의 하드니스(hardness) 및 굴절률의 관점에서, 상기 (1) 오르가노폴리실록산으로서, 분자 구조 중에 아릴기 또는 아랄킬기와 같은 방향족기를 함유하는 (1) 오르가노폴리실록산을 사용하는 것이 바람직하지만, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
하나의 예시에서, 수지층과 몰드층의 볼록부는 접착력에 의해 접촉되어 있거나 또는 수지층과 몰드층의 볼록부가 가교된 상태로 접촉되어 있을 수 있다. 수지층과 몰드층의 볼록부는 예를 들어, 전술한 경화성 화합물을 포함하는 것에 의하여 점착력을 나타낼 수 있다. 또는 수지층과 몰드층은, 예를 들어 몰드층 및 수지층 내에 잔존하는 중합성, 가교성 또는 경화성 관능기 사이의 가교를 통하여 가교된 상태로 접촉되어 있을 수 있다.
하나의 구체적인 예로, 제 2 기판의 상부에 존재하는 수지층이 인접하는 몰드층의 볼록부 및 액정 화합물에 대하여 우수한 접착력을 나타낼 수 있다. 하나의 예시에서 수지층 및 몰드층의 오목부 간의 90도 박리력은 예를 들어, 0.2 N/cm이상, 0.25 이상 N/cm 또는 0.3 N/cm 이상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이러한 수지층의 접착 타입은 특별히 제한되지 않고, 목적하는 용도에 따라 적절히 선택될 수 있으며, 예를 들어 고상 접착제, 반고상 접착제, 탄성 접착제 또는 액상 접착제의 타입을 적절히 적용하여 사용할 수 있다. 고상 접착제, 반고상 접착제 또는 탄성 접착제는 소위 감압성 접착제(PSA; Pressure Sensitive Adhesive)로 호칭될 수 있으며, 접착 대상이 합착되기 전에 경화될 수 있다. 액상 접착제는 소위 광학 투명 레진(OCR; Optical Clear Resin)으로 호칭될 수 있으며, 접착 대상이 합착된 후에 경화될 수 있다. 본 출원의 일 실시예에 따르면, 수직 배향력을 가지는 PSA 타입의 접착제로서 폴리디메틸실록산 접착제 (Polydimethyl siloxane adhesive) 또는 폴리메틸비닐실록산 접착제(Polymethylvinyl siloxane adhesive)를 사용할 수 있고, 수직 배향력을 가지는 OCR 타입의 접착제로서 알콕시실리콘 접착제 (Alkoxy silicone adhesive)을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
액정 소자를 형성하고 있는 제 1 기판과 제 2 기판은 액정 셀 형성에 요구되는 적절한 접착력에 의해 부착되어 있다. 종래, 고분자의 중합에 의해 상분리되는 액정 영역을 포함하는 액정 소자는, 통상 투과 모드를 구현하기 위해서는 고분자의 함량을 낮추어야 하는데, 이 경우에 액정 셀의 형성에 요구되는 접착력이 발생하지 않아 액정이 흘러나오는 문제점이 있었다. 반면, 본 출원의 액정 소자는 몰드층에 형성된 오목부와 수지층으로 형성된 격벽에 의해 액정 화합물이 분리되고 제 1 기판과 제 2 기판이 적절한 접착력에 의해 부착되어 있으므로, 액정이 흘러나오지 않고 이로 인해 높은 콘트라스트 비율을 나타낼 수 있다.
제 1 기판 또는 제 2 기판으로는 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 기재층을 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 또한 전극층을 추가로 포함할 수 있다. 전극층은 예를 들어, 제 1 기판 또는 제 2 기판의 표면, 예를 들어 몰드층 또는 수지층의 측면의 표면에 형성되어 있을 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 형성할 수 있다. 이 분야에서, 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.
액정 소자는 통상 투과 모드를 구현할 수 있다. 이러한 액정 소자는, 예를 들면, 초기 상태에서 헤이즈가 10% 이하, 8% 이하, 6% 이하, 또는 5% 이하이다. 상기 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. 또한, 이러한 액정 소자는 외부 작용 비인가 상태에서 우수한 투명성을 나타낼 수 있다. 예를 들면, 액정 소자는 초기 상태에서 45% 이상, 50% 이상, 55% 이상 또는 60% 이상의 광투과율을 나타낼 수 있다. 상기 광투과율은, 가시광선 영역, 예를 들면, 약 400 nm 내지 700 nm 범위 내의 어느 한 파장에 대한 광투과율일 수 있다.
액정 소자는 또한, 낮은 에너지 소비를 통해, 예를 들면, 낮은 구동 전압을 통해 구동이 가능하다. 통상 투과 모드(normally transparent mode)의 소자의 경우, 전압의 인가에 의해 액정 화합물의 정렬 방향을 변화시켜 산란 모드를 구현할 수 있는데, 본 출원의 액정 소자는 이러한 과정에서 요구되는 구동 전압을 낮출 수 있는 효과가 있다. 일반적으로 통상 투과 모드 소자를 구현하는 경우 RM(반응성 메조겐)과 액정을 함께 사용하게 되는데, 이 경우 RM이 경화되는 시스템으로 인하여 액정과의 앵커링(anchoring)이 높아져 구동 전압이 상승하게 되는 문제점이 있다. 반면 본 출원의 액정 소자는 RM을 사용하지 않으면서 몰드층의 오목부에 액정 또는 액정과 소량의 가교성 화합물을 주입하게 되므로 소자를 구동함에 있어서 외부에서 인가되는 전기장에만 영향을 받기 때문에 구동 전압이 현저히 낮아지는 장점이 있다.
액정 소자는 또한, 우수한 콘트라스트 비를 나타낼 수 있다. 본 명세서에서 용어 콘트라스트 비는, 상기 투과 모드에서 휘도(T)와 산란 모드에서의 휘도(S)의 비율(T/S)을 의미할 수 있다. 콘트라스트 비율이 높을수록 소자의 성능이 우수한 것을 의미하므로, 상기 콘트라스트 비율의 상한은 특별히 제한되지 않는다. 본 출원의 액정 소자는 전술한 바와 같이 몰드층의 오목부와 수지층으로 형성된 격벽에 의해 분리된 액정 화합물이 높은 수직 배향 상태를 유지하고 있으므로, 빛샘 현상이 줄어들고 이로 인해 상기와 같은 높은 콘트라스트 비율을 나타낼 수 있다.
본 출원은 또한 상기 액정 소자의 제조 방법에 관한 것이다. 예시적인 액정 소자의 제조 방법은, 상부에 볼록부와 오목부가 형성되어 있는 몰드층이 존재하는 제 1 기판의 오목부에 액정 화합물을 포함시킨 후, 상부에 표면 에너지가 45 mN/m 이하이며, AFM Z 스케일 표면 조도가 2 nm 이하인 수지층이 형성되어 있는 제 2 기판을 상기 수지층이 상기 몰드층의 볼록부와 접촉하도록 제 1 기판에 적층하는 것을 포함한다. 도 2는 예시적인 액정 소자의 제조 방법의 공정 모식도이다. 상기 제조 방법에서 몰드층, 수지층 및 액정 화합물에 대한 구체적인 사항은 상기 액정 소자의 항목에서 기술한 내용이 동일하게 적용될 수 있다.
액정 소자의 제조 방법은 제 1 기판의 상부에 몰드층을 형성한 후 몰드층에 볼록부와 오목부를 형성하는 것을 포함한다. 상기 몰드층은, 예를 들면, 제 1 기판의 상부에 중합성 또는 가교성 화합물, 경화성 화합물 및/또는 수직 배향 폴리머를 포함하는 몰드층 조성물을 코팅하여 형성된 층을 중합 또는 가교 및/또는 경화시켜 형성할 수 있다. 상기 중합 또는 가교는, 중합 또는 가교를 유도할 수 있는 적절한 에너지, 예를 들면 광을 조사하여 수행할 수 있다. 또한, 가교 또는 중합을 위한 에너지의 조사는 수지층 조성물을 적절히 가열 건조하는 공정과 함께 수행될 수 있다. 가열 건조는 70℃내지 250℃, 80℃ 내지 240℃ 또는 90℃ 내지 230℃로 행할 수 있다. 건조 시간은 1분 내지 60분 동안 수행할 수 있다. 상기 건조 온도 및 건조 시간을 상기 범위로 제어함으로써, 본 출원은 목적하는 몰드층의 표면 특성을 효과적으로 구현할 수 있다.
제 1 기판 상부에 수지층 조성물을 형성하는 방법은 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 롤 코팅, 인쇄법, 잉크젯 코팅, 슬릿 노즐법, 바 코팅, 콤마 코팅, 스핀 코팅 또는 그라비어 코팅 등과 같은 공지의 코팅 방식을 통한 코팅에 의해 형성될 수 있다.
몰드층에 볼록부와 오목부는, 예를 들면, 임프린팅 방식으로 형성될 수 있다. 이 경우에 상기 임프린팅 공정은 상기 몰드층을 형성하는 조성물이 용매 등을 포함하는 경우에는, 조성물의 코팅층을 적절한 조건에서 건조하여 용매를 휘발시킨 후에 수행할 수 있다. 임프린팅 공정은, 공지의 방식에 의해 수행될 수 있고, 예를 들면, 상기 몰드층 조성물의 코팅층에 목적하는 볼록부와 오목부를 전사시킬 수 있는 패턴을 가진 스탬프 또는 롤러를 사용하여 수행될 수 있다. 이 경우에, 상기 몰드층의 가교 또는 중합을 위한 에너지의 인가는 임프린팅 공정의 전, 후 또는 동시에 수행될 수 있다. 중합 또는 가교를 위한 에너지의 인가, 예를 들면, 광의 조사의 조건은, 몰드층이 적절히 경화되어 오목부와 볼록부를 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.
액정 소자의 제조 방법은 또한, 상기 몰드층의 오목부에 액정 화합물을 포함시키는 단계를 포함한다. 액정 화합물은 오목부와 볼록부와 형성된 몰드층의 상부에 액정 화합물을 포함하는 액정 조성물을 코팅하는 것에 의하여 오목부에 포함될 수 있다. 액정 화합물을 포함하는 조성물의 층은, 예를 들어, 바 코팅, 콤마 코팅, 잉크젯 코팅 또는 스핀 코팅 등의 통상의 코팅 방식으로 코팅하여 형성할 수 있다.
액정 소자의 제조 방법은 또한, 제 2 기판의 상부에 수지층을 형성한 후, 상기 제 2 기판을 수지층이 상기 몰드층의 볼록부와 접촉하도록 제 1 기판에 적층하는 것을 포함할 수 있다. 상기 수지층은, 예를 들면, 제 2 기판의 상부에 중합성 또는 가교성 화합물, 경화성 화합물 및/또는 수직 배향 폴리머를 포함하는 수지층 조성물을 코팅하여 형성될 수 있다. 수지층 조성물을 코팅하는 방법은 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 롤 코팅, 인쇄법, 잉크젯 코팅, 슬릿 노즐법, 바 코팅, 콤마 코팅, 스핀 코팅 또는 그라비어 코팅 등과 같은 공지의 코팅 방식을 통한 코팅에 의해 형성할 수 있다. 이 경우에 수지층은, 수지층 조성물이 용매 등을 포함하는 경우에는 적절한 조건에서 건조하여 용매를 휘발시킨 건조 상태나, 가교 또는 중합을 유도할 수 있는 적절한 에너지를 조사하여 부분 경화된 상태로 제조할 수 있다.
액정 소자의 제조 방법은 또한, 제 2 기판을 제 1 기판에 적층한 후에 가교, 중합 또는 경화를 유도할 수 있는 적절한 에너지, 예를 들면 광을 조사하는 단계를 포함할 수 있다. 상기에서 가교 또는 중합은 몰드층에 포함되는 가교성 또는 중합성 화합물 간의 가교 또는 중합과 수지층에 포함되는 가교성 또는 중합성 화합물 간의 가교 또는 중합을 포함하는 의미일 수 있다. 이로 인해, 수지층과 몰드층은 각각 완전 가교 또는 중합된 상태가 될 수 있다.
또한, 상기 가교 또는 중합은 수지층에 존재하는 가교성 또는 중합성 화합물과 몰드층의 볼록부 또는 액정 영역 내에 존재하는 가교성 화합물 간의 가교 또는 중합을 포함하는 의미일 수 있다. 이 경우에 수지층과 몰드층의 볼록부는 가교에 의하여 서로 접촉된 상태를 유지할 수 있으므로, 제 1 기판과 제 2 기판은 액정 셀을 형성하는데 요구되는 적절한 접착력을 나타낼 수 있고, 몰드층의 오목부와 수지층은 액정 화합물을 분리시키기 위한 격벽을 적절히 형성할 수 있게 된다. 이에 따라, 본 출원의 액정소자는 통상 투과 모드에서도 액정 화합물이 흘러내리는 일 없이 초기 배향 상태를 적절히 유지할 수 있으므로, 제조 후 롤투롤 공정이 가능할 뿐만 아니라 낮은 구동 전압에서도 높은 콘트라스트 비율을 나타낼 수 있다.
본 출원은 또한, 상기 액정 소자의 용도에 대한 것이다. 액정 소자는, 통상 투과 모드를 구현할 수 있고, 우수한 콘트라스트 비율 나타내며 낮은 전압으로 구동이 가능하다는 장점이 있다. 이러한 액정 소자는 예를 들어 광 변조 장치에 적용되어 사용될 수 있다. 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, 예를 들면, 통상 투과 모드를 구현할 수 있는 소자로서 높은 콘트라스트 비율을 나타내며 낮은 구동 전압으로 구동할 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 1은 예시적인 액정 소자의 모식도이다.
도 2는 예시적인 액정 소자의 제조 방법을 나타낸다.
도 3은 참조예 1 내지 6의 기재 필름의 표면 특성에 따른 액정에 대한 수직 배향 여부를 나타낸다.
도 4는 실시예 1 및 비교예 1의 수직 배향 여부를 알아볼 수 있는 OM 이미지이다.
도 5는 실시예 1 및 비교예 1의 박리력 평가 결과를 나타낸다.
도 6은 실시예 1 및 비교예 1의 시야각에 따른 직진 투과도 평가 결과를 나타낸다.
도 7은 실시예 1 및 비교예 1의 구동 전압에 따른 전체 투과도 평가 결과를 나타낸다.
이하 실시예 및 비교예를 통하여 상기 기술한 내용을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 출원의 범위가 하기 제시된 내용에 의해 제한되는 것은 아니다.
측정예 1. 표면 에너지 측정
표면 에너지는 물방울형 분석기(Drop Shape Analyzer, KRUSS사의 DSA100제품)를 사용하여 측정하였다. 측정하고자 하는 샘플에 표면 장력(surface tension)이 공지되어 있는 탈이온화수를 떨어뜨리고 그 접촉각을 구하는 과정을 5회 반복하여, 얻어진 5개의 접촉각 수치의 평균치를 구하고, 동일하게, 표면 장력이 공지되어 있는 디요오드메탄(diiodomethane)을 떨어뜨리고 그 접촉각을 구하는 과정을 5회 반복하여, 얻어진 5개의 접촉각 수치의 평균치를 구한다. 그 후, 구해진 탈이온화수와 디요오드메탄에 대한 접촉각의 평균치를 이용하여 Owens-Wendt-Rabel-Kaelble 방법에 의해 용매의 표면 장력에 관한 수치(Strom 값)를 대입하여 표면 에너지를 구하였다. 샘플의 표면 에너지(γsurface)는 무극성 분자간의 분산힘과 극성 분자간의 상호 작용힘이 고려되어(γsurface = γdispersion + γpolar) 계산될 수 있는데, 상기 표면 에너지 γsurface에서 polar term(γolar)의 비율을 그 표면의 극성도(polarity)로 정의할 수 있다.
측정예 2. 표면 거칠기 측정
표면 거칠기는 Bruker社의 Multimode AFM 기기를 사용하여 AFM Z 스케일 표면 조도(산술평균조도, Ra)를 측정함으로써 측정될 수 있다(측정 조건: 파라미터 - Mode: ScanAsyst in air, Samples/line: 512×512, Scan rate: 0.7 Hz, AFM probe: Silicon tip on nitride lever w/ Al coating (Bruker), Material: Silicon Nitride, Resonance Frequency: 50~90 kHz, Force Constant: 0.4 N/m, Thickness: 0.65um, Length: 115±10um, Width: 25um, Tip height: 5um, Software-Nanoscope 8.15)
참조예 1
PC(폴리카보네이트) 필름 상에 ITO (Indium Tin Oxide)층을 증착한 2 장의 기재 필름을 ITO층이 내측에 위치되도록 대향 배치한 후, 그 사이에 액정 조성물(7306, HCCH社제)을 약 3um 내지 30um의 두께가 되도록 주입하여 액정 셀을 제조하였다.
참조예 2
PC(폴리카보네이트) 필름 상에 ITO (Indium Tin Oxide) 층을 증착한 후 코로나 처리를 수행한 기재 필름 2장을 ITO층이 내측에 위치하도록 대향 배치한 후, 그 사이에 액정 조성물(7306, HCCH社제)을 약 3um 내지 30um의 두께가 되도록 주입하여 액정 셀을 제조하였다.
참조예 3
PET(폴리에틸렌테레프탈레이트) 필름 상에 ITO (Indium Tin Oxide) 층을 증착한 후, ITO층에 Daipo Paper사의 Si-Ahesvie를 약 7um 내지 50um의 두께로 전사한 기재 필름 2장을 접착제층이 내측에 위치하도록 대향 배치한 후, 그 사이에 액정 조성물(7306, HCCH社제)을 약 3um 내지 30um의 두께가 되도록 주입하여 액정 셀을 제조하였다.
참조예 4
PC(폴리카보네이트) 필름 상에 ITO (Indium Tin Oxide) 층을 증착한 후, ITO층의 상부에 SiOx계 배리어층을 형성한 기재 필름 2장을 배리어층이 내측에 위치하도록 대향 배치한 후, 그 사이에 액정 조성물(7306, HCCH社제)을 약 3um 내지 30um의 두께가 되도록 주입하여 액정 셀을 제조하였다..
참조예 5
PC(폴리카보네이트) 필름 상에 하드코팅층을 형성한 기재 필름 2장을 하드코팅층이 내측에 위치하도록 대향 배치한 후, 그 사이에 액정 조성물(7306, HCCH社제)을 약 3um 내지 30um의 두께가 되도록 주입하여 액정 셀을 제조하였다.
참조예 6
PET(폴리에틸렌테레프탈레이트) 필름 상에 ITO (Indium Tin Oxide) 층을 증착한 후, ITO층에 Henkel社의 3193H Adhesvie를 약 1um 내지 5um의 두께로 전사한 기재 필름 2장을 접착제층이 내측에 위치하도록 대향 배치한 후, 그 사이에 액정 조성물(7306, HCCH社제)을 약 3um 내지 30um의 두께가 되도록 주입하여 액정 셀을 제조하였다..
평가예 1. 표면 특성에 따른 수직 배향 여부 평가
참조예 1 내지 6에서 제조된 기재 필름에 대하여 전술한 방법으로 표면 에너지 및 표면 거칠기를 측정하고 도 3 및 표 1에 나타내었고, 참조예 1 내지 6에서 제조된 액정 셀에 대하여 수직 배향 여부를 평가하여 그 결과를 표 1 에 나타내었다. 구체적으로, 표면 에너지 및 표면 거칠기는 측정예 1 및 2의 방법으로 측정할 수 있고, 또한, 액정 셀을 정면(입사각 0°)으로 관찰하였을 때, 직진 투과율이 55% 이상인 경우를 수직 배향이 되었다고 평가하였다. 도 3 및 표 1에 나타낸 바와 같이 기재 필름의 표면 에너지가 45 mN/m 이하이고, 표면 거칠기가 2 nm 이하인 경우, 이를 상하부 기재 필름으로 하는 액정 셀은 액정에 대하여 수직 배향을 효과적으로 유도할 수 있는 것을 확인할 수 있다.
표면 에너지
(mN/m)		 표면 거칠기
(Ra, nm)		 투과율(%) 수직 배향
여부
참조예 1
(PC-ITO)		 23.1 0.4 66 O
참조예 2
(PC-ITO_C)		 29.7 0.4 65 O
참조예 3
(Si-A)		 8.5 1.3 69 O
참조예 4
(Barrier)		 61.0 2.3 48 X
참조예 5
(H/C)		 46.5 11.4 45 X
참조예 6
(3193HS)		 47.9 0.3 52 X
실시예 1
ITO 투명 전극층이 증착된 PET 필름 (100mm x 100mm) (이하, 제 1 기판)의 ITO층 상에 아크릴 기반의 몰드층 조성물(상품명: KAD-03, 제조사: 미뉴타텍사제)을 코팅한 후, 임프린팅 방식으로 Honeycombo type의 패턴을 형성하였다 (패턴의 볼록부의 너비: 10um ~ 50um, 볼록부의 높이: 3um ~ 20um, 오목부의 너비: 300um ~ 750um). 이어서, 임프린팅된 몰드층의 상부에 액정 화합물(7306, HCCH社제) 2g 및 이방성 염료(X12, BASF사제) 20mg을 포함하는 액정 조성물을 코팅하였다. 다음으로, ITO 투명 전극층이 증착된 PET 필름 (100mm x 100mm) (이하, 제 2 기판) 상에 수지층으로서 Daipo Paper사의 Si-Ahesvie를 약 10um 두께로 전사하였다. 이어서, 수지층이 몰드층의 오목부에 접촉되도록 제 1 기판 상부에 제 2 기판을 적층한 후, 조건에서 Fusion UV 70% 3 m/min 조건으로 광을 조사함으로써 액정소자를 제조하였다.
비교예 1
제 2 기판 상에 수지층으로서 Daipo Paper사의 Si-Ahesvie 대신에 Henkel社의 3193H Adhesvie를 약 3um 두께로 전사한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법을 수행하여 비교예 1의 액정 소자를 제조하였다.
평가예 2. 실시예 및 비교예 액정 소자의 수직 배향 여부 평가
실시예 1 및 비교예 2에서 제조된 액정 소자를 현미경(OM)으로 관찰한 이미지를 도 4에 나타내었다. 도 4에 보여지는 바와 같이, 비교예 1의 경우 액정 및 염료가 수직 배향 상태가 아니기 때문에 도메인을 형성하고 있으며 밝기가 어두운 것을 확인할 수 있다. 반면, 실시예 1의 경우 액정과 염료가 수직 배향 상태이므로 도메인도 관찰되지 않으며 색도 밝기가 밝은 것을 확인할 수 있다.
평가예 3. 접착력 평가
실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 액정 소자에 대하여 Texture Analyzer를 이용하여 수지층과 몰드층의 90도 박리력을 측정함으로써 접착력을 평가하고, 그 결과를 도 5 및 표 1 에 나타내었다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 실시예 1은 비교예 1 에 비하여 우수한 접착력을 나타내는 것을 알 수 있다.
평가예 4. 투과도 평가
실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 액정 소자에 대하여, 전압 무인가 상태에서 시야각에 따른 직진 투과도를 평가하고 그 결과를 도 6에 나타내었고, 정면에서의 구동 전압에 따른 전체 투과도를 평가하고 그 결과를 도 7에 나타내었다. 시야각에 따른 직진 투과율은, LCMS-200 장비를 이용하여 액정 소자에 입사되는 광의 각도에 따른 직진 투과율 변화를 측정하였으며, 전압의 인가에 따른 투과율은 상하 ITO-PET필름의 ITO 층에 AC 전원을 연결하고 구동시키면서 인가된 전압에 따른 전체 투과율을 헤이즈 미터(NDH-5000SP)를 이용하여 측정하였다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 실시예 1의 액정 소자는 전압 무인가 상태에서는 높은 투과율을 나타내고 전압 인가 상태에서는 낮은 투과율을 나타내는 것을 확인할 수 있고, 이를 통해 통상 투과 모드를 구현하는 것을 알 수 있다. 또한, 도 6에 나타낸 바와 같이, 실시예 1의 액정 소자는 비교예 1의 액정 소자에 비하여 전압 무인가 상태에서 정면 및 시야각에서 높은 투과율을, 즉 우수한 수직 배향 상태를 나타내고 있음을 알 수 있다.
1: 액정 소자
101: 몰드층
1011: 볼록부
1012: 오목부
102: 제 1 기판
103: 수지층
104: 제 2 기판
105: 액정 화합물

Claims (16)

  1. 상부에 볼록부와 오목부가 형성되어 있는 몰드층이 존재하는 제 1 기판; 상부에 표면 에너지가 45 mN/m 이하이며, AFM Z 스케일 표면 조도가 2 nm 이하인 수지층이 형성되어 있고, 상기 수지층이 상기 몰드층의 볼록부와 접촉하도록 배치되어 있는 제 2 기판; 및 초기 상태에서 수직 배향된 상태로 상기 몰드층의 오목부에 존재하는 액정 화합물을 포함하는 액정 소자.
  2. 제 1 항에 있어서, 몰드층 또는 수지층은 하기 일반식 1을 만족하는 액정 소자:
    [일반식 1]
    0 = |Y - {1×10-4X3 - 1.2×10-3X 2 + 3.1×10-3 X - 1.6×10-3}| = 0.05
    상기 일반식 1에서, X는 상기 몰드층 또는 수지층의 AFM Z 스케일 표면 조도를 나타내고, Y는 상기 몰드층 또는 수지층의 표면 극성도를 나타낸다(단, 몰드층의 표면 조도 및 표면 극성도는 볼록부 및 오목부가 형성되지 있지 않은 상태의 몰드층의 표면에 대하여 측정한 값이다).
  3. 제 1 항에 있어서, 몰드층 또는 수지층은 중합성 또는 가교성 화합물 또는 경화성 화합물을 포함하는 액정 소자.
  4. 제 3 항에 있어서, 중합성 또는 가교성 화합물은 아크릴레이트 화합물인 액정 소자.
  5. 제 3 항에 있어서, 경화성 화합물은 경화성 실리콘 화합물인 액정 소자.
  6. 제 3 항에 있어서, 몰드층 또는 수지층은 수직 배향을 유도할 수 있는 첨가제를 추가로 포함하는 액정 소자.
  7. 제 6 항에 있어서, 첨가제는 염소(Cl), 불소(F) 또는 규소(Si)를 포함하는 수직 배향 폴리머를 포함하는 액정 소자.
  8. 제 1 항에 있어서, 수지층과 몰드층의 볼록부는 점착력에 의해 접촉되어 있거나 또는 수지층과 몰드층의 볼록부가 가교된 상태로 접촉되어 있는 액정 소자.
  9. 삭제
  10. 제 1 항에 있어서, 초기 상태에서 액정 소자는 면상 위상차가 30 nm이하이고, 두께 방향 위상차는 500 nm이상인 액정 소자.
  11. 제 1 항에 있어서, 초기 상태에서 400nm 내지 700nm 파장의 광에 대한 투과율이 45% 이상이고, 헤이즈가 10%이하인 액정 소자.
  12. 제 11항에 있어서, 외부 에너지 인가에 의하여 400nm 내지 700nm 파장의 광에 대한 투과율이 45%미만이고, 헤이즈가 10% 초과인 산란 모드로 스위칭되는 액정 소자.
  13. 상부에 볼록부와 오목부가 형성되어 있는 몰드층이 존재하는 제 1 기판의 오목부에 초기 상태에서 수직 배향된 상태로 존재하는 액정 화합물을 포함시킨 후, 상부에 표면 에너지가 45 mN/m 이하이며, AFM Z 스케일 표면 조도가 2 nm 이하인 수지층이 형성되어 있는 제 2 기판을 상기 수지층이 상기 몰드층의 볼록부와 접촉하도록 제 1 기판 상부에 적층하는 것을 포함하는 액정 소자의 제조 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 몰드층의 볼록부와 오목부를 임프린팅 방식으로 형성하는 액정 소자의 제조 방법.
  15. 제 13 항에 있어서, 제 2 기판을 제 1 기판에 적층한 후 수지층과 몰드층의 볼록부를 가교시키는 것을 포함하는 액정 소자의 제조 방법.
  16. 제 1 항의 액정 소자를 포함하는 광 변조 장치.
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