KR101876986B1 - 투과도 가변 필름 - Google Patents

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Abstract

본 출원은 투과율 가변 필름 및 이의 용도에 관한 것이다. 본 출원의 투과율 가변 장치는 클리어 상태 및 다크 상태의 사이를 스위칭할 수 있고, 좌우 시야각에서의 콘트라스트 비의 차이를 감소시킴으로써 우수한 좌우 대칭성을 확보할 수 있다. 이러한 본 출원의 투과율 가변 필름은 투과율의 조절이 필요한 다양한 건축용 또는 차량용 소재나, 증강 현실 체험용 또는 스포츠용 고글, 선글라스 또는 헬멧 등의 아이웨이(eyewear)를 포함하는 다양한 용도에 적용될 수 있다.

Description

투과도 가변 필름{FILM FOR ADJUSTING TRANSMITTANCE}
본 출원은 투과도 가변 필름에 관한 것이다.
호스트 물질(host material)과 이색성 염료 게스트(dichroic dye guest)의 혼합물을 적용한 소위 GH셀(Guest host cell)을 사용한 투과율 가변 장치는 공지이며, 상기에서 호스트 물질로는 주로 액정 화합물이 사용된다.
이러한 투과율 가변 장치는 선글라스나 안경 등의 아이웨어(eyewear), 건물 외벽 또는 차량의 선루프 등을 포함한 다양한 용도에 적용되고 있다. 최근에는 소위 증강 현실(AR, Augmented Reality)의 체험을 위한 아이웨어류에도 상기 투과율 가변 소자의 적용이 검토되고 있다.
본 출원은 투과도 가변 필름을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 출원은 투과율 가변 필름에 관한 것이다. 본 명세서에서 용어 투과율 가변 필름은 상대적으로 높은 투과율의 상태(이하, 투과 상태 또는 클리어 상태)와 상대적으로 낮은 투과율의 상태(이하, 차단 상태 또는 다크 상태)의 사이를 스위칭할 수 있도록 설계된 필름을 의미할 수 있다.
일 예시에서 상기 투과율 가변 필름은, 상기 투과 상태에서의 투과율이 약 30% 이상, 약 35% 이상, 약 40% 이상, 약 45% 이상 또는 약 50% 이상일 수 있다. 또한, 상기 투과율 가변 필름은, 상기 차단 상태에서의 투과율이 약 20% 이하, 약 15% 이하 또는 약 10% 이하일 수 있다.
상기 투과 상태에서의 투과율은 수치가 높을수록 유리하고, 차단 상태에서의 투과율은 낮을수록 유리하기 때문에 각각의 상한과 하한은 특별히 제한되지 않는다. 일 예시에서 상기 투과 상태에서의 투과율의 상한은 약 100, 약 95%, 약 90%, 약 85%, 약 80%, 약 75%, 약 70%, 약 65% 또는 약 60%일 수 있다. 상기 차단 상태에서의 투과율의 하한은 약 0%, 약 1%, 약 2%, 약 3%, 약 4%, 약 5%, 약 6%, 약 7%, 약 8%, 약 9% 또는 약 10%일 수 있다.
상기 투과율은 직진광 투과율일 수 있다. 용어 직진광 투과율은 소정 방향으로 투과율 가변 필름을 입사한 광 대비 상기 입사 방향과 동일한 방향으로 상기 투과율 가변 필름을 투과한 광(직진광)의 비율일 수 있다. 일 예시에서 상기 투과율은, 상기 투과율 가변 필름의 표면 법선과 평행한 방향으로 입사한 광에 대하여 측정한 결과(법선광 투과율)이거나, 혹은 상기 표면 법선과 0도를 초과하고, 20도 이내인 각도를 이루는 방향으로 입사한 광에 대해 측정한 결과(경사광 투과율)일 수 있다. 상기 경사광 투과율의 측정을 위해 입사하는 광의 방향이 상기 표면 법선과 이루는 각도는 다른 예시에서 약 0.5도 이상, 약 1도 이상 또는 약 1.5도 이상이거나, 약 19.5 도 이하, 약 19 도 이하, 약 18.5도 이하, 약 18도 이하, 약 17.5도 이하, 약 17도 이하, 약 16.5도 이하, 약 16도 이하, 약 15.5도 이하, 약 15도 이하, 약 14.5도 이하, 약 14도 이하, 약 13.5도 이하, 약 13도 이하, 약 12.5도 이하, 약 12도 이하, 약 11.5도 이하, 약 11도 이하, 약 10.5도 이하, 약 10도 이하, 약 9.5도 이하, 약 9 도 이하, 약 8.5 도 이하, 약 8 도 이하, 약 7.5 도 이하, 약 7 도 이하, 약 6.5 도 이하, 약 6 도 이하, 약 5.5 도 이하, 약 5 도 이하, 약 4.5 도 이하, 약 4 도 이하, 약 3.5 도 이하 또는 약 3 도 이하일 수 있다.
일 예시에서 상기 투과도 가변 필름의 투과 상태에서의 투과율 중에서 법선광 투과율에 비하여 경사광 투과율이 보다 높을 수 있다. 이러한 상태는 후술하는 것과 같이 프리틸트각 등을 제어하여 조절할 수 있다. 상기와 같이 법선광 투과율 대비 경사광 투과율이 높은 투과도 가변 필름은, 아이웨어용으로 특히 적합하게 적용될 수 있다.
적어도 2개의 게스트호스트 액정층(Guest host liquid crystal layer, 이하 GHLC층으로 호칭)을 포함하는 구조에서 상기 각 GHLC층 내의 이색성 염료의 배향을 조절하는 것에 의해 상기 투과 및 차단 상태간의 스위칭이 가능하게 될 수 있다.
본 출원의 예시적인 투과도 가변 필름은 제 1 액정 셀 및 제 2 액정 셀을 포함할 수 있다. 상기 제 1 액정 셀은 제 1 GHLC층을 포함할 수 있다. 상기 제 2 액정 셀은 제 2 GHLC층을 포함할 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 액정셀은 서로 중첩되어 포함되어 있을 수 있다. 이에 따라서 상기 제 1 액정셀을 투과한 광은 제 2 액정셀로 입사될 수 있고, 반대로 제 2 액정셀을 투과한 광도 제 1 액정셀로 입사될 수 있다.
도 1은, 상기와 같이 서로 중첩되어 있는 제 1 액정 셀(10) 및 제 2 액정 셀(20)의 상태를 모식적으로 나타낸 도면이다.
이러한 구조는 본 명세서에서 더블셀(double cell) 구조로 호칭될 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 액정셀은 각각 수직 배향 및 수평 배향 상태간을 스위칭할 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 수직 배향 및 수평 배향 상태 간의 스위칭은 액정 셀에 전압 인가 여부에 의해 수행될 수 있다. 예를 들어, 전압 비인가 상태에서 수직 배향 상태인 액정셀에 전압을 인가하여 수평 배향 상태로 전환시키거나, 반대로 수평 배향 상태인 액정셀에 전압을 인가하여 수직 배향 상태로 전환시킬 수 있다.
본 명세서에서 수직 배향 상태는 액정 분자의 방향자가 액정층의 평면에 대하여 수직하게 배열된 상태, 예를 들어, 약 85도 내지 95도 또는 약 90도를 이루는 배열 상태를 의미할 수 있다.
본 명세서에서 수평 배향 상태는 액정 분자의 방향자가 액정 층의 평면에 대하여 평행으로 배열된 상태, 예를 들어, -5도 내지 5도 또는 약 0도를 이루는 배열 상태를 의미할 수 있다.
본 명세서에서 액정 분자의 방향자는 액정층의 광축(Optical axis) 또는 지상축(Slow axis)을 의미할 수 있다. 상기 액정 분자의 방향자는 액정 분자가 막대(rod) 모양인 경우 장축 방향을 의미할 수 있고, 액정 분자가 원판(discotic) 모양인 경우 원판 평면의 법선 방향의 축을 의미할 수 있다.
상기 수평 배향 상태에서 제 1 액정셀과 제 2 액정셀의 광축은 약 85도 내지 95도 범위 내의 각도를 이루거나, 직교할 수 있다. 하나의 예시에서, 도 2에 나타낸 바와 같이, 수평 배향 상태에서 상기 제 1 및 제 2 액정셀(10, 20) 중 어느 하나, 예를 들면, 제 1 액정셀(10)은, 액정셀의 가로축(WA)을 기준으로 시계 방향으로 40도 내지 50도의 범위 내의 광축(OA)을 가지고, 다른 하나, 예를 들면, 제 2 액정셀(20)은 상기 액정셀의 가로축(WA)을 기준으로 시계 방향으로 130도 내지 140도의 범위 내의 광축(OA)을 가질 수 있다. 이러한 제 1 액정셀과 제 2 액정셀의 광축 관계를 통해 좌우 시야각에서의 콘트라스트 비의 차이를 감소시켜 좌우 대칭성이 우수한 투과도 가변 필름을 제공할 수 있다.
상기와 같은 액정셀의 광축은, 통상적으로 후술하는 배향막의 배향 방향에 따라 결정되고, 액정셀에 대해서는 다음과 같은 방식으로 측정할 수 있다. 우선 제 1 또는 제 2 액정셀을 수평 배향시킨 상태에서 상기 액정셀의 일면에 흡수형 선형 편광자를 배치하고, 상기 편광자를 360도 회전시키면서 투과율을 측정하여 확인할 수 있다. 즉, 상기 상태에서 액정셀 또는 흡수형 선형 편광자측으로 광을 조사하면서 다른 측에서 휘도(투과율)을 측정함으로써 광축 방향을 확인할 수 있다. 예를 들면, 상기 편광자를 360도 회전시키는 과정에서 투과율이 최소가 될 때에 상기 편광자의 흡수축과 수직을 이루는 각도 또는 수평을 이루는 각도를 광축의 방향으로 규정할 수 있다.
본 명세서에서 상기 액정셀의 가로축(WA)은, 액정셀의 장축 방향과 평행한 방향 또는 아이웨어 또는 TV 등의 디스플레이 장치에 적용되었을 때에 그 아이웨어를 착용한 관찰자 또는 디스플레이 장치를 관찰하는 관찰자의 양 눈을 연결하는 선과 평행한 방향을 의미할 수 있다.
제 1 GHLC층 및 제 2 GHLC층은 각각 액정 및 이방성 염료를 포함할 수 있다. 이하, 액정 및 이방성 염료를 기재하면서 특별한 언급이 없는 한 제 1 GHLC층 및 제 2 GHLC층의 액정 및 이방성 염료에 공통적으로 적용될 수 있는 내용이다.
본 명세서에서 용어 「GHLC층」은, 액정의 배열에 따라 이방성 염료가 함께 배열되어, 이방성 염료의 정렬 방향과 상기 정렬 방향의 수직한 방향에 대하여 각각 비등방성 광 흡수 특성을 나타내는 기능성 층을 의미할 수 있다. 예를 들어, 이방성 염료는 빛의 흡수율이 편광 방향에 따라서 달라지는 물질로서, 장축 방향으로 편광된 빛의 흡수율이 크면 p형 염료로 호칭하고 단축 방향으로 편광된 빛의 흡수율이 크면 n형 염료라고 호칭할 수 있다. 하나의 예시에서, p형 염료가 사용되는 경우, 염료의 장축 방향으로 진동하는 편광은 흡수되고 염료의 단축 방향으로 진동하는 편광은 흡수가 적어 투과시킬 수 있다. 이하 특별한 언급이 없는 한 이방성 염료는 p형 염료인 것으로 가정한다.
GHLC층을 포함하는 상기 액정 셀은 능동형 편광자(Active Polarizer)로 기능할 수 있다. 본 명세서에서 용어 「능동형 편광자(Active Polarizer)」는 외부 작용 인가에 따라 비등방성 광흡수를 조절할 수 있는 기능성 소자를 의미할 수 있다. 예를 들어 GHLC층은 액정 및 이방성 염료의 배열을 조절함으로써 상기 이방성 염료의 배열 방향과 평행한 방향의 편광 및 수직한 방향의 편광에 대한 비등방성 광 흡수를 조절할 수 있다. 액정 및 이방성 염료의 배열은 자기장 또는 전기장과 같은 외부 작용의 인가에 의하여 조절될 수 있으므로, GHLC층은 외부 작용 인가에 따라 비등방성 광 흡수를 조절할 수 있다.
제 1 GHLC층 및 제 2 GHLC층의 두께는 각각 본 출원의 목적을 고려하여 적절히 선택될 수 있다. 일 예시에서 상기 제 1 또는 제 2 GHLC층 또는 상기 층을 포함하는 액정셀의 두께는, 약 0.01μm 이상, 0.05μm 이상, 0.1μm 이상, 0.5μm 이상, 1μm 이상, 1.5μm 이상, 2μm 이상, 2.5μm 이상, 3μm 이상, 3.5μm 이상, 4μm 이상, 4.5μm 이상, 5μm 이상, 5.5μm 이상, 6μm 이상, 6.5μm 이상, 7μm 이상, 7.5μm 이상, 8μm 이상, 8.5μm 이상, 9μm 이상 또는 9.5μm 이상일 수 있다. 이와 같이 두께를 제어함으로써, 투과 상태에서의 투과율과 차단 상태에서의 투과율의 차이가 큰 필름, 즉 콘트라스트 비율이 큰 필름을 구현할 수 있다. 상기 두께는 두꺼울수록 높은 콘트라스트 비율의 구현이 가능하여 특별히 제한되는 것은 아니지만, 일반적으로 약 30 μm 이하, 25 μm 이하, 20 μm 이하 또는 15 μm 이하일 수 있다.
제 1 GHLC층 및 제 2 GHLC층에 각각 포함되는 액정으로는 전압 인가에 따라 배열 상태를 스위칭할 수 있는 액정을 적절히 선택하여 사용할 수 있다. 상기 액정으로는 예를 들어 네마틱 액정을 사용할 수 있다. 본 명세서에서 네마틱 액정은 막대 모양의 액정 분자가 위치에 대한 규칙성은 없으나 액정 분자의 장축 방향으로 평행하게 배열되어 있는 액정을 의미할 수 있다.
제 1 GHLC층 및 제 2 GHLC층은 각각 유전율 이방성이 음수인 액정을 포함할 수 있다. 액정의 유전율 이방성의 절대값은 본 출원의 목적을 고려하여 적절히 선택될 수 있다. 본 명세서에서 용어 「유전율 이방성(△ε)」은 액정의 수평 유전율(ε//)과 수직 유전율(εㅗ,)의 차이(ε// - εㅗ)를 의미할 수 있다. 본 명세서에서 용어「수평 유전율(ε//)」은 액정 분자의 방향자와 인가 전압에 의한 전기장의 방향이 실질적으로 수평하도록 전압을 인가한 상태에서 상기 전기장의 방향을 따라 측정한 유전율 값을 의미하고, 「수직 유전율(εㅗ)」은 액정 분자의 방향자와 인가 전압에 의한 전기장의 방향이 실질적으로 수직하도록 전압을 인가한 상태에서 상기 전기장의 방향을 따라 측정한 유전율 값을 의미한다.
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.
이방성 염료로는, 예를 들면, 액정의 정렬 상태에 따라 정렬될 수 있는 특성을 가지는 것으로 알려진 공지의 염료를 선택하여 사용할 수 있다. 이방성 염료로는, 예를 들면, 흑색 염료(black dye)를 사용할 수 있다. 이러한 염료로는, 예를 들면, 아조 염료 또는 안트라퀴논 염료 등으로 공지되어 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이방성 염료의 이색비(dichroic ratio)는 본 출원의 목적을 고려하여 적절히 선택될 수 있다. 예를 들어, 상기 이방성 염료는 이색비가 5 이상 내지 20 이하일 수 있다. 본 명세서에서 용어「이색비」는, 예를 들어, p형 염료인 경우, 염료의 장축 방향에 평행한 편광의 흡수를 상기 장축 방향에 수직하는 방향에 평행한 편광의 흡수로 나눈 값을 의미할 수 있다. 이방성 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 가질 수 있다.
제 1 GHLC층 및 제 2 GHLC층의 이방성 염료의 함량은 본 출원의 목적을 고려하여 적절히 선택될 수 있다. 예를 들어, 제 1 GHLC층 및 제 2 GHLC층의 이방성 염료의 함량은 각각 0.1 중량% 이상 내지 10 중량% 이하일 수 있다. 상기 이방성 염료의 비율은 목적하는 투과율 등을 고려하여 변경할 수 있다.
상기 제 1 및/또는 제 2 GHLC층 또는 그를 포함하는 제 1 및/또는 제 2 액정셀은 각각 또는 동시에 약 0.5 이상의 이방성도(R)를 가질 수 있다.
상기 이방성도(R)는 액정 호스트의 배향 방향(alignment direction)에 평행하게 편광된 광선의 흡광도(E(p)) 및 액정 호스트의 배향 방향에 수직으로 편광된 광선의 흡광도(E(s))로부터 하기 수학식에 따라 측정한다.
<이방성도 측정>
이방성도(R) = [E(p)-E(s)] / [E(p) + 2*E(s)].
상기에서 사용되는 기준은 GHLC층내에 염료를 함유하지 않는 다른 동일한 장치이다.
구체적으로 이방성도(R)는, 염료 분자가 수평 배향된 액정셀의 흡광도에 대한 값(E(p)) 및 염료 분자가 수직 배향된 동일한 액정셀의 흡광도에 대한 값(E(s))으로부터 측정될 수 있다. 상기 흡광도를, 염료를 전혀 함유하지 않지만 그 밖에는 동일한 구성을 갖는 액정셀과 비교하여 측정한다. 이러한 측정은, 진동면이 하나의 경우에는 배향 방향과 평행한 방향으로 진동(E(p))하고 후속 측정에서는 배향 방향과 수직인 방향으로 진동(E(s))하는 편광된 광선을 이용하여 수행될 수 있다. 액정셀은, 측정 도중에 스위칭되거나 회전되지 않고, 따라서, 상기 E(p) 및 E(s)의 측정은 편광된 입사광의 진동면을 회전시킴으로써 수행될 수 있다.
상세한 절차의 일 예시는 하기에 기술된 바와 같다. E(p) 및 E(s)의 측정을 위한 스펙트럼은 퍼킨 엘머 람다 1050 UV 분광계(Perkin Elmer Lambda 1050 UV spectrometer)를 이용하여 기록한다. 분광계에는 측정용 빔 및 기준 빔 모두에서 250 nm 내지 2500 nm의 파장 범위용의 글랜-톰슨 편광자(Glan-Thompson polariser)가 장착되어 있다. 2개의 편광자는 스테핑 모터(stepping motor)에 의해 제어되며, 동일한 방향으로 배향된다. 편광자의 편광자 방향에 있어서의 변화, 예를 들면 0도내지 90도의 전환은 측정용 빔 및 기준 빔에 대하여 항상 동기적으로 및 동일한 방향으로 수행된다. 개별 편광자의 배향은 뷔르츠부르크 대학교(University of Wurzburg)의 티. 카르스텐스(T. Karstens)의 1973년 학위 논문에 기술되어 있는 방법을 이용하여 측정할 수 있다.
이 방법에서, 편광자는 배향된 이색성 샘플에 대해 5도씩 단계적으로 회전되며, 흡광도는 바람직하게는 최대 흡수 영역에서 고정된 파장에서 기록된다. 각각의 편광자 위치에 대해 새로운 기준선 영점(zero line)이 실행된다. 2개의 이색성 스펙트럼 E(p) 및 E(s)의 측정을 위하여, JSR 사의 폴리이미드 AL-1054 로 코팅된 역평행-러빙된 테스트 셀은 측정용 빔 및 기준 빔 모두 내에 위치된다. 2개의 테스트 셀은 동일한 층 두께로 선택될 수 있다. 순수한 호스트(액정)을 함유하는 테스트 셀은 기준 빔 내에 위치된다. 액정 중에 염료의 용액을 함유하는 테스트 셀은 측정용 빔 내에 위치된다. 측정용 빔 및 기준 빔에 대한 2개의 테스트 셀은 동일한 배향 방향에서 음파 경로(ray path)내에 설치된다. 분광계의 최대로 가능한 정밀도를 보장하기 위하여, E(p)는 반드시 그의 최대 흡수 파장 범위, 예를 들면, 0.5 내지 1.5의 파장 범위 내에 있을 수 있다. 이는 30% 내지 5%의 투과도에 상응한다. 이는 층 두께 및/또는 염료 농도를 상응하게 조정함으로써 설정된다.
이방성도(R)는 문헌[참조: "Polarized Light in Optics and Spectroscopy", D. S. Kliger et al., Academic Press, 1990]에 나타나 있는 바와 같은 상기 수학식에 따라 E(p) 및 E(s)에 대한 측정값으로부터 계산될 수 있다.
상기 이방성도(R)는 다른 예시에서 약 0.55 이상, 0.6 이상 또는 0.65 이상일 수 있다. 상기 이방성도(R)는 예를 들면, 약 0.9 이하, 약 0.85 이하, 약 0.8 이하, 약 0.75 이하 또는 약 0.7 이하일 수 있다.
이러한 이방성도(R)는 액정셀의 종류, 예를 들면, 액정 화합물(호스트)의 종류, 이방성 염료의 종류 및 비율, 액정셀의 두께 등을 제어하여 달성할 수 있다.
상기 범위 내의 이방성도(R)를 통해 보다 저에너지를 사용하면서도, 투과 상태와 차단 상태에서의 투과율의 차이가 커져서 콘트라스트 비율이 높아지는 필름의 제공이 가능할 수 있다.
제 1 액정 셀 및 제 2 액정 셀은 각각 상기 제 1 GHLC층 및 제 2 GHLC층의 양측에 배치된 2장의 배향막을 더 포함할 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 제 1 액정셀은 제 1 수직 배향막, 제 1 GHLC층 및 제 2 수직 배향막을 순차로 포함할 수 있고, 상기 상기 제 2 액정셀은 제 3 수직 배향막, 제 2 GHLC층 및 제 4 수직 배향막을 순차로 포함할 수 있다.
본 출원의 투과도 가변 필름은 상기 제 1 GHLC층 및 제 2 GHLC층의 전압 비인가 시 및/또는 전압 인가 시의 배향 방향을 조절함으로써 투과도를 조절할 수 있다. 상기 배향 방향은 상기 제1 내지 제4 수직 배향막의 프리틸트 각 및 프리틸트 방향을 조절함으로써 조절할 수 있다.
본 명세서에서 프리틸트는 각도(angle)와 방향(direction)을 가질 수 있다. 상기 프리틸트 각도는 극각(Polar angle)으로 호칭할 수 있고, 상기 프리틸트 방향은 방위각(Azimuthal angle)으로 호칭할 수도 있다.
상기 프리틸트 각도는 액정 분자의 방향자가 배향막과 수평한 면에 대하여 이루는 각도 또는 액정셀의 표면 법선 방향과 이루는 각도를 의미할 수 있다. 상기 수직 배향막의 프리틸트 각도는 액정 셀에 전압 비인가 시의 수직 배향 상태를 유도할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 제 1 내지 제 4 수직 배향막은 프리틸트 각이 70도 내지 89도의 범위 내일 수 있다. 프리틸트 각도가 상기 범위 내인 경우 초기 투과도가 우수한 투과도 가변 필름을 제공할 수 있다. 상기 프리틸트각은 일 예시에서 약 71도 이상, 72 도 이상, 약 73 도 이상 또는 약 74 도 이상일 수 있고, 약 88.5도 이하 또는 약 88도 이하일 수 있다.
하나의 예시에서 상기 제 1 수직 배향막의 프리틸트 각도는 상기 배향막과 수평한 면을 기준으로 시계 방향 또는 반시계 방향으로 측정한 각도이고, 제 2 수직 배향막의 프리틸트 각도는 그와는 역방향, 즉 제 1 수직 배향막의 프리틸트 각도가 시계 방향으로 측정된 경우에 반시계 방향 또는 제 1 수직 배향막의 프리틸트 각도가 반시계 방향으로 측정된 경우에 시계 방향으로 측정된 각도일 수 있다.
또한, 상기 제 3 수직 배향막의 프리틸트 각도는 상기 배향막과 수평한 면을 기준으로 시계 방향 또는 반시계 방향으로 측정한 각도이고, 제 4 수직 배향막의 프리틸트 각도는 그와는 역방향, 즉 제 3 수직 배향막의 프리틸트 각도가 시계 방향으로 측정된 경우에 반시계 방향 또는 제 3 수직 배향막의 프리틸트 각도가 반시계 방향으로 측정된 경우에 시계 방향으로 측정된 각도일 수 있다.
상기 프리틸트 방향은 액정 분자의 방향자가 배향막의 수평한 면에 사영된 방향을 의미할 수 있다. 일 예시에서 상기 프리틸트 방향은 상기 사영된 방향과 상기 가로축(WA)이 이루는 각도일 수 있다. 상기 수직 배향막의 프리틸트 방향은 액정 셀에 전압 인가 시 수평 배향 상태의 배향 방향을 유도할 수 있다
상기 제 1 및 제 2 수직 배향막의 프리틸트 방향과 제 3 및 제 4 수직 배향막의 프리틸트 방향은 서로 교차할 수 있다. 하나의 예시에서, 제 1 및 제 2 수직 배향막의 프리틸트 방향과 제 3 및 제 4 수직 배향막의 프리틸트 방향은 서로 직교를, 예를 들어, 85도 내지 95도 또는 약 90도를 이룰 수 있다. 프리틸트 방향이 상기 조건을 만족하는 경우 전압 인가 시 차광 율이 우수한 투과도 가변 필름을 제공할 수 있다.
또한, 일 예시에서 상기 제 1 및 제 2 수직 배향막의 프리틸트 방향과 상기 제 3 및 제 4 수직 배향막의 프리틸트 방향 중 어느 하나의 방향, 예를 들면, 상기 제 1 및 제 2 수직 배향막의 프리틸트 방향은, 액정셀의 가로축(WA)을 기준으로 시계 방향으로 40도 내지 50도의 범위 내의 광축(OA)을 가지고, 다른 하나의 방향, 예를 들면, 상기 제 3 및 제 4 수직 배향막의 프리틸트 방향은, 상기 액정셀의 가로축(WA)을 기준으로 시계 방향으로 130도 내지 140도의 범위 내의 광축(OA)을 가질 수 있다. 이러한 관계를 통해 좌우 시야각에서의 콘트라스트 비의 차이를 감소시켜 좌우 대칭성이 우수한 투과도 가변 필름을 제공할 수 있다.
상기 언급한 프리틸트 각도 및 방향은, 일 예시에서 상기 각 액정셀의 GHLC층이 수직 배향상태인 경우에 각 GHLC층에서 측정되는 프리틸트각 및 방향일 수 있다.
상기 제 1 내지 제 4 수직 배향막은 러빙 배향막 또는 광 배향막일 수 있다. 러빙 배향막의 경우, 배향 방향은 러빙 방향에 의해 정해지고, 광배향막의 경우는, 조사되는 광의 편광 방향 등에 의해 결정된다. 상기 수직 배향막의 프리틸트 각도 및 프리틸트 방향은 배향 조건, 예를 들어 러빙 배향 시의 러빙 조건이나 압력 조건, 혹은 광 배향 조건, 예를 들어, 광의 편광 상태, 광의 조사 각도, 광의 조사 세기 등을 적절히 조절하여 구현할 수 있다.
예를 들어, 수직 배향막이 러빙 배향막인 경우에 상기 프리틸트 각도는 상기 러빙 배향막의 러빙 세기 등을 제어하여 달성할 수 있고, 프리틸트 방향은 상기 러빙 배향막의 러빙 방향을 제어하여 달성할 수 있으며, 이러한 달성 방식은 공지의 방식이다. 또한, 광배향막의 경우, 배향막 재료, 배향에 적용되는 편광의 방향, 상태 내지는 세기 등에 의해 달성될 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 제 1 내지 제 4 수직 배향막은 러빙 배향막일 수 있다. 상기 제 1 내지 제 4 수직 배향막은 각각 특유의 배향 방향을 가질 수 있다.
예를 들면, 상기 제 1 및 제 2 수직 배향막의 러빙 방향은 서로 역방향으로서, 약 170도 내지 190도를 이룰 수 있고, 역시 제 3 및 제 4 수직 배향막의 러빙 방향은 서로 역방향으로서 약 170도 내지 190도를 이룰 수 있다.
상기 러빙 방향은 프리틸트 각의 측정을 통해 확인할 수 있는데, 일반적으로 액정은 러빙 방향을 따라서 누우면서 프리틸트 각을 발생시키기 때문에, 하기 실시예에서 기재된 방식으로 프리틸트 각을 측정함으로써 상기 러빙 방향의 측정이 가능할 수 있다.
하나의 예시에서, 도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 제 1 수직 배향막(12)의 러빙 배향의 방향(RA)은 40도 내지 50도이고, 상기 제 2 수직 배향막(14)의 러빙 배향의 방향(RA)은 220도 내지 230도이고, 상기 제 3 수직 배향막(22)의 러빙 배향의 방향(RA)은 130도 내지 140도이고, 상기 제 4 수직 배향막(24)의 러빙 배향의 방향(RA)은 310도 내지 320도일 수 있다. 이러한 제 1 내지 제 4 수직 배향막의 러빙 배향 방향의 관계를 통해 수직 배향 상태와 수평 배향 상태 간의 스위칭이 효과적으로 이루어질 수 있는 투과도 가변 필름을 제공할 수 있다. 상기 각 러빙 배향의 방향(RA)은 상기 가로축(WA)을 기준을 기준으로 시계 방향 또는 반시계 방향으로 측정된 각도이다. 다만, 상기 각 러빙 배향의 방향(RA)을 측정하는 방향은 상기 시계 또는 반시계 방향 중에서 어느 한 방향만을 선택하여 측정한다.
일 예시에서 도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 제 1 수직 배향막(12)의 러빙 배향의 방향(RA)과 상기 가로축(WA)이 이루는 각도와 제 2 수직 배향막(14)의 러빙 방향(RA)과 상기 가로축(WA)이 이루는 각도는, 모두 상기 가로축(WA)을 기준으로 시계 방향으로 측정한 때에 40도 내지 50도의 범위 내이고, 상기 제 1 수직 배향막(12)의 러빙 배향의 방향(RA)과 제 2 수직 배향막(14)의 러빙 방향(RA)은 서로 역방향일 수 있다.
또한, 도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 제 3 수직 배향막(22)의 러빙 배향의 방향(RA)과 상기 가로축(WA)이 이루는 각도와 제 4 수직 배향막(24)의 러빙 방향(RA)과 상기 가로축(WA)이 이루는 각도는, 모두 상기 가로축(WA)을 기준으로 시계 방향으로 측정한 때에 130도 내지 140도의 범위 내이고, 상기 제 3 수직 배향막(22)의 러빙 배향의 방향(RA)과 제 4 수직 배향막(24)의 러빙 방향(RA)은 서로 역방향일 수 있다.
제 1 내지 제 4 수직 배향막으로서 광배향막이 사용되는 경우에도 상기 언급한 프리틸트 각도 및 방향이 달성될 수 있도록 조건이 제어될 수 있다.
예시적인 투과도 가변 필름은 상기 제 1 내지 제 4 수직 배향막의 외측에 배치된 전극 필름을 추가로 포함할 수 있다. 본 명세서에서 어느 구성의 외측은 액정층이 존재하는 측의 반대 측을 의미할 수 있다. 상기 제 1 내지 제 4 수직 배향막의 외측에 배치된 전극 필름을 각각 제 1 내지 제 4 전극 필름으로 호칭할 수 있다.
도 4는 GHLC층, 전극 필름 및 수직 배향막을 포함하는 제 1 액정 셀을 예시적으로 나타낸다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 제 1 액정 셀(10)은 제 1 전극 필름(11), 제 1 수직 배향막(12), 제 1 GHLC층(13), 제 2 수직 배향막(14) 및 제 2 전극 필름(15)을 순차로 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 전극 필름과 제 1 및 제 2 수직 배향막의 두께는 본 출원의 목적을 고려하여 적절히 선택될 수 있다.
도 5는 GHLC층, 전극 필름 및 수직 배향막을 포함하는 제 2 액정 셀을 예시적으로 나타낸다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 제 2 액정 셀(20)은 제 3 전극 필름(21), 제 3 수직 배향막(22), 제 2 GHLC층(23), 제 4 수직 배향막(24) 및 제 4 전극 필름(25)을 순차로 포함할 수 있다. 상기 제 3 및 제 4 전극 필름과 제 3 및 제 4 수직 배향막의 두께는 본 출원의 목적을 고려하여 적절히 선택될 수 있다.
상기 전극 필름은 각각 기재 필름 및 상기 기재 필름 상에 투명 전도성 층을 포함할 수 있다. 상기 전극 필름은 액정 및 이방성 염료의 정렬 상태를 전환할 수 있도록 제 1 액정 셀 및 2 액정 셀에 적절한 전계를 인계할 수 있다. 상기 전계의 방향은 수직 방향, 예를 들어, 제 1 액정 셀 및 2 액정 셀의 두께 방향일 수 있다.
상기 기재 필름으로는 플라스틱 필름 등을 사용할 수 있다. 플라스틱 필름으로는 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) 또는 PAR(polyarylate)을 포함하는 필름을 예시할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 제 1 및/또는 제 4 전극 필름은 광학적으로 등방성인 기재필름 또는 광학적으로 이방성인 기재필름을 포함할 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 제 2 및/또는 제 3 전극 필름은 광학적으로 등방성인 기재 필름, 예를 들어 PC(polycarbonate) 필름, COP(cyclo olefin copolymer) 필름 또는 PI(polyimide) 필름을 포함할 수 있다.
투명 전도성 층으로는 예를 들면, 전도성 고분자, 전도성 금속, 전도성 나노와이어 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등의 금속 산화물 등을 증착하여 형성한 것을 사용할 수 있다. 이외에도 투명 전도성 층을 형성할 수 있는 다양한 소재 및 형성 방법이 공지되어 있고, 이를 제한없이 적용할 수 있다.
본 출원의 투과도 가변 필름은 점착제를 더 포함할 수 있다. 상기 제 1 액정 셀 및 제 2 액정 셀은 상기 점착제에 의해 서로 합착된 상태로 존재할 수 있다. 상기 점착제로는 광학 필름의 부착에 사용되는 점착제층을 적절히 선택하여 사용할 수 있다. 상기 점착제의 두께는 본 출원의 목적을 고려하여 적절히 선택될 수 있다.
본 출원의 투과도 가변 필름은 하드 코팅 필름을 더 포함할 수 있다. 상기 하드 코팅 필름은 기재 필름 및 상기 기재 필름 상에 하드 코팅 층을 포함할 수 있다. 하드 코팅 필름은 본 출원의 목적을 고려하여 공지의 하드 코팅 필름을 적절히 선택하여 사용할 수 있다. 상기 하드 코팅 필름의 두께는 본 출원의 목적을 고려하여 적절히 선택될 수 있다.
상기 하드 코팅 필름은 제 1 액정 셀 및/또는 제 2 액정 셀의 외측에 점착제를 통하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 하드 코팅 필름은 제 1 전극 필름 및/또는 제 4 전극 필름의 외측에 점착제를 통하여 부착될 수 있다. 상기 점착제로는 광학 필름의 부착에 사용되는 점착제를 적절히 선택하여 사용할 수 있다.
본 출원은 투과도 가변 필름은 반사 방지 필름을 더 포함할 수 있다. 상기 반사 방지 필름은 기재 필름 및 상기 기재 필름 상에 반사 방지 층을 포함할 수 있다. 반사 방지 필름은 본 출원의 목적을 고려하여 공지의 반사 방지 필름을 적절히 선택하여 사용할 수 있다. 상기 반사 방지 필름의 두께는 본 출원의 목적을 고려하여 적절히 선택될 수 있다.
상기 반사 방지 필름은 제 1 액정 셀 및/또는 제 2 액정 셀의 외측에 점착제를 통하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 반사 방지 필름은 제 1 전극 필름 및/또는 제 4 전극 필름의 외측에 점착제를 통하여 부착될 수 있다. 상기 점착제로는 광학 필름의 부착에 사용되는 점착제를 적절히 선택하여 사용할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 출원의 투과도 가변 필름은 제1 액정셀 및 제2 액정셀에 전압 비인가 시 및 전압 인가 시의 배향 상태를 조절함으로써 전압 인가 여부에 따라 투과도를 조절할 수 있다. 액정 및 이방성 염료는 상기 배향 방향에 따라 정렬될 수 있다. 따라서, 배향 방향은 액정의 광축 방향 및/또는 이방성 염료의 흡수축 방향과 평행할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 투과도 가변 필름은 제 1 액정 셀 및 제 2 액정 셀이 각각 수직 배향 상태인 경우 클리어 상태를 구현할 수 있고, 수평 배향 상태인 경우 다크 상태를 구현할 수 있다. 본 명세서에서 클리어 상태는 투과율이 높은 상태를 의미할 수 있고, 다크 상태는 투과율이 낮은 상태를 의미할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 클리어 상태에서의 투과율은 40% 이상, 45% 이상 또는 50% 이상이고, 다크 상태에서의 투과율은 5% 이하, 4%이하 또는 3% 이하일 수 있다.
본 명세서에서 투과율은 수직광에 대한 직진광 투과율을 의미할 수 있다. 상기에서 수직광은, 상기 투과율 가변 필름의 표면의 법선 방향과 나란한 방향으로 입사하는 광이고, 수직광의 직진광 투과율은, 상기 투과도 가변 필름 표면에 입사한 수직광 중에서 역시 상기 법선 방향과 나란한 방향으로 투과된 광의 백분율이다.
도 6은 본 출원의 투과도 가변 필름의 투과도 조절 원리를 예시적으로 나타낸다. 도 6의 좌측 도면은 전압 비인가 상태이고 우측 도면은 전압 인가 상태이다. 화살표의 면적은 투과 광량을 의미한다. 좌측 및 우측 도면에서 상부 층은 제 1 액정 셀을 의미하고, 하부 층은 제 2 액정 셀을 의미하며, 푸른색 타원은 유전율 이방성이 음수인 액정을 의미하고, 검은색 타원은 이방성 염료를 의미한다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 본 출원의 투과도 가변 필름은 전압 비인가 시 제 1 액정 셀 및 제 2 액정 셀이 각각 수직 배향 상태로 존재하고 투과 광량이 상대적으로 증가하므로 클리어 모드를 구현할 수 있다. 상기 투과도 가변 필름은 전압 비인가 시 투과율이 약 40% 이상인 클리어 모드를 구현할 수 있다. 본 출원의 투과도 가변 필름은 PVA계 편광판 및 GHLC층을 갖는 능동형 편광자의 조합을 적용한 경우 초기 투과도가 약 40% 미만인 것에 비하여 전압 비인가 시 초기 투과도가 우수하다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 본 출원의 투과도 가변 필름은 전압 인가 시 제 1 액정 셀 및 제 2 액정 셀이 각각 수평 배향 상태로 존재할 수 있다. 상기 제 1 액정 셀의 일축 배향 방향과 제 2 액정 셀의 일축 배향 방향은 직교를 이룰 수 있다. 이 경우 제 1 액정 셀과 제 2 액정 셀의 흡수축이 직교를 이룰 수 있으므로, 크로스 폴 효과에 의해 투과 광량이 상대적으로 감소하므로 다크 상태를 구현할 수 있다. 상기 투과도 가변 필름은 전압 인가 시 투과율이 약 5% 이하인 다크 상태를 구현할 수 있다. 상기 투과도 가변 필름은 전압이 제거되는 경우 클리어 상태로 전환될 수 있다.
전술한 바와 같이 상기 수평 배향 상태에서 상기 제 1 액정셀은 상기 액정셀의 가로축을 기준으로 시계 방향으로 40도 내지 50도의 범위 내의 광축을 가지고, 상기 제 2 액정셀은 상기 액정셀의 가로축을 기준으로 시계 방향으로 130도 내지 140도의 범위 내의 광축을 가질 수 있다. 이러한 제 1 액정셀과 제 2 액정셀의 광축 관계를 통해 좌우 시야각에서의 콘트라스트 비의 차이를 감소시켜 좌우 대칭성이 우수한 투과도 가변 필름을 제공할 수 있다.
상기와 같은 투과율 가변 필름은 다양한 용도에 적용될 수 있다. 투과율 가변 필름이 적용될 수 있는 용도에는, 원도우 또는 선루프 등과 같은 건물, 용기 또는 차량 등을 포함하는 밀폐된 공간의 개구부나 아이웨어(eyewear) 등이 예시될 수 있다. 상기에서 아이웨어의 범위에는, 일반적인 안경, 선글라스, 스포츠용 고글 내지는 헬멧 또는 증강 현실 체험용 기기 등과 같이 관찰자가 렌즈를 통하여 외부를 관찰할 수 있도록 형성된 모든 아이 웨어가 포함될 수 있다.
본 출원의 투과율 가변 필름이 적용될 수 있는 대표적인 용도에는 아이웨어가 있다. 최근 선글라스, 스포츠용 고글이나 증강 현실 체험용 기기 등은 관찰자의 정면 시선과는 경사지도록 렌즈가 장착되는 형태의 아이웨어가 시판되고 있다. 본 출원의 투과율 가변 필름의 경우, 전술한 바와 같이 경사진 방향에서 관찰하게 될 때에 좌우 경사각에서의 콘트라스트 비의 차이를 감소시킴으로써 우수한 좌우 대칭성을 확보할 수 있으므로, 상기와 같은 구조의 아이웨어에도 효과적으로 적용될 수 있다.
본 출원의 투과율 가변 필름이 아이웨어에 적용되는 경우에 그 아이웨어의 구조는 특별히 제한되지 않는다. 즉, 공지의 아이웨어 구조의 좌안용 및/또는 우안용 렌즈 내에 상기 투과율 가변 필름이 장착되어 적용될 수 있다.
예를 들면, 상기 아이웨어는, 좌안용 렌즈와 우안용 렌즈; 및 상기 좌안용 렌즈와 우안용 렌즈를 지지하는 프레임을 포함할 수 있다.
도 10은, 상기 아이웨어의 예시적인 모식도로서, 상기 프레임(12) 및 좌안용과 우안용 렌즈(14)를 포함하는 아이웨어의 모식도이나, 본 출원의 투과율 가변 필름이 적용될 수 있는 아이웨어의 구조가 도 5에 제한되는 것은 아니다.
상기 아이웨어에서 좌안용 렌즈 및 우안용 렌즈는 각각 상기 투과율 가변 필름을 포함할 수 있다. 이러한 렌즈는, 상기 투과율 가변 필름만을 포함하거나, 기타 다른 구성을 포함할 수도 있다.
상기 아이웨어는 다양한 디자인을 가질 수 있으며, 예를 들면, 상기 프레임은 상기 아이웨어를 관찰자가 장착한 때에 상기 관찰자의 정면 시선 방향과 상기 투과율 가변 필름 표면의 법선이 이루는 각도가 15도 내지 40도의 범위 내가 되도록 경사지게 형성되어 있을 수 있다. 이러한 아이웨어로는, 스포츠용 고글이나 증강 현실 체험용 기기 등이 예시될 수 있다. 투과도 가변 필름이 아이웨어에 경사지게 형성되는 경우, 제1 내지 제 4 수직 배향막의 프리틸트 각의 조절을 통해 경사각에서의 콘트라스트 비를 개선할 수도 있다.
본 출원의 투과율 가변 필름은 클리어 상태 및 다크 상태의 사이를 스위칭할 수 있고, 좌우 시야각에서의 콘트라스트 비의 차이를 감소시킴으로써 우수한 좌우 대칭성을 확보할 수 있다. 이러한 본 출원의 투과율 가변 필름은 투과율의 조절이 필요한 다양한 건축용 또는 차량용 소재나, 증강 현실 체험용 또는 스포츠용 고글, 선글라스 또는 헬멧 등의 아이웨이(eyewear)를 포함하는 다양한 용도에 적용될 수 있다.
도 1은 본 출원의 투과도 가변 필름을 예시적으로 나타낸다.
도 2는 제 1 내지 제 2 액정셀의 수평 배향 상태에서 광축을 나타낸다.
도 3은 제 1 내지 제 4 수직 배향막의 프리틸트 방향을 나타낸다.
도 4는 제 1 액정셀을 예시적으로 나타낸다.
도 5는 제 2 액정셀을 예시적으로 나타낸다.
도 6은 본 출원의 투과도 가변 필름의 투과도 가변 원리를 나타낸다.
도 7은 실시예 1에 대한 전압-투과율 그래프이다.
도 8은 실시예 1에 대한 시야각-투과율 그래프이다.
도 9는 실시예 4에 대한 전압에 따른 파장-투과율 그래프이다.
도 10은 아이웨어를 예시적으로 나타낸다.
도 11과 12는 프리틸트 각도를 측정하는 방법의 예시이다.
하 실시예 및 비교예를 통하여 본 출원을 구체적으로 설명하지만, 본 출원의 범위가 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
프리틸트 각도의 측정 방법
액정셀의 프리틸트 각도는 다음의 방식으로 측정할 수 있다. 액정셀의 프리틸트 각도는 하나의 액정셀에 대해서 측정하는 방식과 2개의 액정셀이 중첩되어 있는 더블셀에서 측정하는 방식이 있는데, 이하 각각을 기술한다. 상기에서 더블셀에서 측정하는 방식의 경우는 제 1 내지 제 4 수직 배향막이 모두 유사한 프리틸트각도를 가지는 경우에 유용한다. 한편, 프리틸트 방향은, 각 액정셀을 수평 배향시킨 상태에서 상기 액정셀의 일면에 흡수형 선형 편광자를 배치하고, 상기 편광자를 360도 회전시키면서 투과율을 측정하여 확인할 수 있다. 예를 들면, 상기 편광자를 360도 회전시키는 과정에서 투과율이 최소가 될 때에 상기 편광자의 흡수축과 수직을 이루는 각도 또는 수평을 이루는 각도를 프리틸트 방향으로 규정할 수 있다.
1. 단일 액정셀의 프리틸트 각도의 측정
우선 도 11에 나타난 바와 같이 광원과 투과율 측정 센서(ex. LCMS-200)의 사이에 액정셀을 배치한다. 상기 상태에서 도면의 점선으로 표시된 바와 같이 측정 센서와 광원을 최단거리로 연결하는 방향을 Y축으로 상기 Y축과 직교하는 방향을 X축으로 정의한다. 그 후 도 11에 나타난 바와 같이 액정셀을 회전시키면서 광원으로 광을 조사하면서 측정 센서로 투과율을 평가한다. 이 과정에서 액정셀의 배향 상태는 수직 배향 상태로 유지할 수 있다. 상기와 같은 과정을 통해 투과율을 측정할 때에 투과율이 최대가 되는 지점에서 상기 액정셀의 표면 법선(도면에서 실선 표시)과 Y축이 이루는 각도를 통해 프리틸트 각을 측정한다. 예를 들어, 도 11에서 Y축과 상기 표면 법선이 A도를 이루는 경우에 가장 높은 투과율이 구현된다면, 프리틸트 각도는 90도에서 A도를 뺀 수치로 정의될 수 있다. 상기에서 A도는 시계 또는 반시계 방향으로 측정한 양의 수이다.
2. 더블셀의 프리틸트 각도의 측정
더블셀인 경우에도 상기와 같은 방식으로 프리틸트각을 측정할 수 있다. 우선 도 12에 나타난 바와 같이 더블셀을 광원과 투과율 측정 센서(ex. LCMS-200)의 사이에 배치한다. 즉, 도 12에서 제 1 액정셀(10)의 앞쪽(도면에서 나가는 방향) 또는 뒤쪽(도면에서 들어가는 방향) 중 어느 한쪽에 광원을 다른 한 쪽에 측정 센서를 배치하고, 더블셀을 도면의 회전 방향으로 회전시키면서, 투과율이 최대가 되는 시점에서 Y축(광원과 측정 센서를 최단거리로 연결하는 방향의 축)과 더블셀의 표면 법선이 이루는 각도(상기 A도)를 측정한 후에 90도에서 상기 각도의 절대값을 뺀 수치가 프리틸트 각으로 정의될 수 있다. 이 경우에도 액정셀(10, 20)의 배향은 수직 배향으로 유지될 수 있다.
실시예 1
투명 전도성 필름으로 가로의 길이가 약 300mm이고, 세로의 길이가 약 200mm인 PC(polycarbonate) 필름의 일면에 ITO(Indium Tin Oxide)층이 형성된 필름을 준비하였다. 상기 필름의 ITO층면에 수직 배향막으로는 한켐사의 PVM-11 폴리이미드층을 형성하였고, 액정으로는 HCCH사의 HNG730200(ne: 1.551, no: 1.476, ε∥: 9.6, ε⊥: 9.6, TNI: 100℃, △n: 0.075, △ ε: -5.7)를 준비하고, 이방성 염료로는 BASF사의 X12를 준비했다.
투명 전도성 필름의 ITO층 상에 상기 수직 배향막을 바코팅으로 코팅 후, 120℃ 온도에서 1시간동안 소성하여, 300nm 두께의 배향막을 얻었다. 상기 배향막을 러빙포로 러빙 처리하여 러빙 방향이 가로축을 기준으로 시계 방향으로 45도를 이루도록 하여 제1 상부 기판을 제조하였다. 이어서, 상기와 동일한 투명 전도성 필름의 ITO층상에 높이가 10μm이고, 직경이 15μm인 컬럼 스페이서를 250μm 간격으로 배치하고, 동일하게 ITO층 상에 수직 배향막을 바코팅으로 코팅 후, 러빙 처리하여 러빙 방향이 가로축을 기준으로 시계 방향으로 약 225도를 이루도록 하여 제 1 하부 기판을 제조하였다. 상기 액정 2g에 이방성 염료를 28 mg을 녹인 후, 0.2μm PP(polypropylene) 재질의 syringe filter로 부유물을 제거하였다. 제 1 하부 기판의 배향막 표면 위 테두리에 실란트를 실 디스펜서(seal dispenser)로 그렸다. 상기 제 1 하부 기판의 배향막에 액정-염료 혼합액을 뿌린 후, 제 1 상부 기판을 덮어주며 라미네이션하고 UV(Ultraviolet) 노광기로 UV B 기준 1J의 조사량으로 노광하여 제 1 액정셀을 제조하였다. 이때 제 1 상부 기판과 제 1 하부 기판의 러빙 방향이 서로 180도를 이루도록 라미네이션하였다.
제 1 상부 기판의 제조에 있어서, 러빙 방향이 가로축을 기준으로 시계방향으로 약 135도를 이루도록 변경한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 제 2 상부 기판을 제조하였다. 제 1 하부 기판의 제조에 있어서, 러빙 방향이 가로축을 기준으로 시계방향으로 약 315도를 이루도록 변경한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 제 2 하부 기판을 제조하였다. 상기 제 1 액정셀의 제조와 동일한 방법으로, 제 2 액정셀을 제조하였다.
상기 제 1 액정 셀 및 제 2 액정셀의 셀 갭은 각각 12㎛이고, 제 1 상부 기판, 제 1 하부 기판, 제 2 상부 기판 및 제 2 하부 기판의 수직 배향막의 프리틸트 각은 각각 88도였다. 제작된 제 1 액정셀과 제 2 액정셀을 제 1 상부 기판과 제 2 상부 기판의 러빙 방향이 서로 90도 직교하도록 OCA 점착제로 라미네이션하여 실시예 1의 투과도 가변 필름을 제작하였다.
실시예 2
실시예 1의 투과도 가변 필름의 제조에 있어서, 제 1 상부 기판, 제 1 하부 기판, 제 2 상부 기판 및 제 2 하부 기판의 수직 배향막의 프리틸트 각을 각각 82도로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 투과도 가변 필름을 제조하였다. 상기에서 프리틸트 각을 제어하기 위해서 러빙 시에 러빙포의 회전 rpm을 약 1000 rpm으로 하고, stage 이동 속도를 약 1.16m/min으로 하였으며, 러빙 깊이(rubbing depth)를 약 280μm로 제어하였다.
실시예 3
실시예 1의 투과도 가변 필름의 제조에 있어서, 제 1 상부 기판, 제 1 하부 기판, 제 2 상부 기판 및 제 2 하부 기판의 수직 배향막의 프리틸트 각을 각각 75도로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 투과도 가변 필름을 제조하였다. 상기에서 프리틸트 각을 제어하기 위해서 러빙 시에 러빙포의 회전 rpm을 약 1000 rpm으로 하고, stage 이동 속도를 약 1.16m/min으로 하였으며, 러빙 깊이(rubbing depth)를 약 380μm로 제어하였다.
실시예 4
실시예 1의 투과도 가변 필름의 제조에 있어서, 제 1 액정 셀 및 제 2 액정 셀의 셀 갭이 각각 8 ㎛로 되도록 스페이서의 크기를 변경한 것을 제외한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 투과도 가변 필름을 제조하였다.
비교예 1
실시예 1의 투과도 가변 필름의 제조에 있어서, 제 1 액정셀과 제 2 액정셀을 상부 기판과 상부 기판의 러빙 방향이 약 45도를 이루도록 OCA 점착제로 라미네이션한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 투과도 가변 필름을 제작하였다.
비교예 2
실시예 1의 제 1 액정셀의 제조에 있어서, 제 1 상부 기판과 제 1 하부 기판의 러빙 방향이 서로 180도가 아닌 90도가 되도록 라미네이션하고, 액정에 좌선성의 카이랄 도펀트(chiral dopant)를 첨가하여 피치가 100μm 가 되도록 한 것을 제외하고는 실시예 1의 제1 액정셀의 제조와 동일한 방법을 수행하여, reverse-TN형 액정-염료 필름셀을 제조함으로써 투과도 가변 필름을 준비하였다.
비교예 3
비교예 3의 투과도 가변 필름의 상부 기판의 러빙 방향과 흡수축이 일치하는 방향으로 편광판을 OCA 점착제로 라미네이션하여 비교예 4의 투과도 가변 필름을 제조하였다.
비교예 4
실시예 1의 투과도 가변 필름의 제조에 있어서, 제 1 상부 기판, 제 1 하부 기판, 제 2 상부 기판 및 제 2 하부 기판의 러빙 방향을 가로축을 기준으로 시계 방향으로 각각 0도, 180도, 90도 및 270도를 이루도록 러빙 배향한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 투과도 가변 필름을 제작하였다.
평가예 1 전기 광학 특성 평가
투과도 가변 필름의 액정 셀의 상부 기판 및 하부 기판의 배향막을 TMAH(Tetramethylammonium hydroxide) 2% 수용액 및 NMP(N-Methyl-2-Pyrrolidone)를 1:9로 혼합한 세정액으로, 끝부분을 세정후 실버페이스트를 묻혀, 100℃ 온도에서 15분간 가온 후, 전극 테이프로 연결하여, 전압인가 준비를 한다. 이때 더블 셀 구조의 투과도 가변 필름의 경우, 4개의 전극을 제 1 상부 기판과 제 2 상부 기판의 전극테이프를 연결하여 단자를 하나 만들고, 제 1 하부 기판과 제 2 하부 기판의 전극테이프를 연결하여 단자를 하나 만들어 내어 준비한다. 준비한 샘플을 백라이트 위에 올려놓고, 두 개의 전극을 함수 발생기(function generator)의 단자에 연결하고, 0Vrms에서 15Vrms까지 전압을 인가하면서 포토다이오드로 휘도 값을 계측하여 투과율을 측정하였다. 이때 백라이트의 초기 휘도 값을 계측하여 백분율로 환산하여 투과율 값을 기록한다. 콘트라스트 비는, 전압 무인가 상태에서의 투과율(Tc) 대비 15V 전압 인가 시의 투과율(T)의 비율(Tc/T)이다.
도 7은 실시예 1에 대해 측정한 전압-투과율 그래프이다. 상기 투과율은 400 nm 내지 700 nm 파장에 대한 평균 투과율이다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 실시예 1은 전압 비 인가 시 (0V), 약 51.5±0.5%의 투과율을 나타내는 클리어 모드이고, 약 15V 의 전압 인가 시 약 2.7±0.1%의 투과율을 나타내는 다크 모드로 스위칭되었다. 전압을 제거하는 경우, 다시 약 51.5±0.5%의 투과율을 나타내는 클리어 모드로 스위칭되었다. Hysteresis 현상이 발생하지 않았다.
도 8은 실시예 1에 대해 측정한 시야각-투과율 그래프이다. 상기 투과율은 400 nm 내지 700 nm 파장에 대한 평균 투과율이다. 도 8로부터 실시예 1은 좌우 시야각에서 투과율 대칭성이 우수함을 확인할 수 있다.
도 9는 실시예 4에 대한 전압에 따른 파장-투과율 그래프이다. 도 9로부터 본 출원의 투과율 가변 필름의 경우, 중간 전압에서 최대 전압 대비 높은 투과율(법선광 투과율)을 확보할 수 있도록 구성될 수 있음을 알 수 있다.
하기 표 1은 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3에 대하여 전압 비 인가시의 초기 투과도, 15V 전압 인가시의 차광 투과도 및 콘트라스트 비를 나타낸다. 하기 표 1로부터 실시예 1 내지 3은 초기 투과도 뿐만 아니라 콘트라스트 비도 우수함을 확인할 수 있다.
초기 투과도(0V) 차광 투과도(15V) CR
실시예1 51.5% 2.7% 19.1
실시예2 47.3% 2.6% 18.2
실시예3 42.5% 2.6% 16.3
비교예1 51.5% 9.4% 5.5
비교예2 70.2% 32.1% 2.2
비교예3 24.5% 1.3% 18.8
하기 표 2는 실시예 1 및 비교예 4에 대하여 정면, 좌우 시야각 30도에서 측정된 투과율을 나타낸다. 하기 표 2로부터 실시예 1이 비교예 4 대비 좌우 시야각에서의 투과도의 차이가 적으므로, 좌우 대칭성이 우수하다는 것을 확인할 수 있다.

 실시예1 비교예4
0V 15V 0V 15V
투과도(정면) 51.5% 2.7% 51.4% 2.6%
투과도(좌30도) 40.7% 2.6% 39.5% 2.6%
투과도(우30도) 40.1% 2.6% 42.7% 2.6%
하기 표 3은 실시예 1 내지 실시예 3 대하여 백라이트의 입사 광이 투과도 가변 필름의 표면 법선과 약 30도의 각도를 이루도록 조사하고, 초기 투과도, 차광 투과도 및 콘트라스트 비를 측정한 결과를 나타낸다. 표 3으로부터 투과도 가변 필름이 아이웨어에 경사각으로 장착되는 경우 수직 배향막의 프리틸트 각의 조절을 통해 경사각에서의 콘트라스트 비를 개선할 수 있음을 확인할 수 있다.
초기 투과도(30도 경사각) 차광 투과도(15V) CR
실시예1 43.2% 2.7% 16
실시예2 46.3% 2.6% 17.8
실시예3 49.6% 2.6% 19.1
10: 제1 액정셀,
20: 제2 액정셀,
11: 제 1 전극 필름,
12: 제 1 수직 배향막,
13: 제 1 GHLC층,
14: 제 2 수직 배향막,
15: 제 2 전극 필름,
21: 제 3 전극 필름,
22: 제 3 수직 배향막,
23: 제 2 GHLC층,
24: 제 4 수직 배향막,
25: 제 4 전극 필름
14: 좌안용 또는 우안용 렌즈,
12: 프레임

Claims (11)

  1. 제 1 게스트호스트 액정층을 포함하는 제 1 액정셀 및 제 2 게스트호스트 액정층을 포함하는 제2 액정셀을 포함하고,
    상기 제 1 및 제 2 액정셀은 서로 중첩되어 포함되어 있으며,
    상기 제 1 및 제 2 액정셀은 각각 광축이 게스트호스트 액정층의 평면에 대하여 수직하게 배열된 수직 배향 및 광축이 게스트호스트 액정층의 평면에 대해 평행으로 배열된 수평 배향 상태간을 스위칭할 수 있고,
    상기 수평 배향 상태에서 상기 제 1 액정셀은 상기 액정셀의 가로축을 기준으로 시계 방향으로 40도 내지 50도의 범위 내의 광축을 가지며, 상기 제 2 액정셀은 상기 액정셀의 가로축을 기준으로 시계 방향으로 130도 내지 140도의 범위 내의 광축을 가지는 투과도 가변필름.
  2. 제 1 항에 있어서,
    제 1 및 제 2 게스트호스트 액정층은 각각 액정 및 이방성 염료를 포함하는 투과도 가변 필름.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 액정은 유전율 이방성이 음수인 투과도 가변 필름.
  4. 제 1 항에 있어서, 제 1 또는 제 2 게스트호스트 액정층의 이방성도(R)가 0.5 이상 내지 0.9 이하인 투과도 가변 필름.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 액정셀은 제 1 수직 배향막, 제 1 게스트호스트 액정층 및 제 2 수직 배향막을 순차로 포함하고, 상기 제 2 액정셀은 제 3 수직 배향막, 제 2 게스트호스트 액정층 및 제 4 수직 배향막을 순차로 포함하는 투과도 가변 필름.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 내지 제 4 수직 배향막은 프리틸트 각이 70도 내지 89도의 범위 내이고, 상기 제 1 및 제 2 수직 배향막의 프리틸트 방향은 액정셀의 가로축 방향을 기준으로 시계 방향으로 각각 40도 내지 50도의 범위 내이고, 상기 제 3 및 제 4 수직 배향막의 프리틸트 방향은 액정셀의 가로축 방향을 기준으로 시계 방향으로 각각 130도 내지 140도의 범위 내인 투과도 가변 필름.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 수직 배향막의 프리틸트 각은 중 어느 하나는 상기 배향막과 수평한 방향을 기준으로 시계 방향으로 측정한 각도이고, 다른 하나는 상기 배향막과 수평한 방향을 기준으로 반시계 방향으로 측정한 각도이며, 상기 제 3 및 제 4 수직 배향막의 프리틸트 각은 중 어느 하나는 상기 배향막과 수평한 방향을 기준으로 시계 방향으로 측정한 각도이고, 다른 하나는 상기 배향막과 수평한 방향을 기준으로 반시계 방향으로 측정한 각도인 투과도 가변 필름.
  8. 제 5 항에 있어서,
    제 1 내지 제 4 수직 배향막의 외측에 배치된 전극 필름을 추가로 포함하는 투과도 가변 필름.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 액정셀은 서로 합착된 상태로 존재하는 투과도 가변 필름.
  10. 좌안용 렌즈와 우안용 렌즈; 및 상기 좌안용 렌즈와 우안용 렌즈를 지지하는 프레임을 포함하는 아이웨어로서,
    상기 좌안용 렌즈 및 우안용 렌즈는 각각 제 1 항의 투과도 가변 필름을 포함하고,
    상기 프레임은, 장착 시의 관찰자의 정면 시선 방향과 상기 투과도 가변 필름 표면의 법선이 이루는 각도가 15도 내지 40도의 범위 내가 되도록 형성되어 있는 아이웨어.
  11. 제 10 항에 있어서, 증강 현실 체험용 기기인 아이웨어.
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