KR102191610B1 - 광량 조절 장치 - Google Patents

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Abstract

본 출원은, 광량 조절 장치에 대한 것이다. 일 예시에서 본 출원은, 차단 상태와 투과 상태에서의 투과율 차이가 크고, 중간 수준의 투과율 등 원하는 투과율 수준을 자유롭게 조절할 수 있으며, 투과율 변동의 속도도 빠르게 가져갈 수 있는 광량 조절 장치를 제공할 수 있다.

Description

광량 조절 장치{Optical Device}
본 출원은, 광량 조절 장치에 관한 것이다.
광량을 조절하는 장치로서 알려진 장치는 다양하게 있다. 예를 들면, 주로 액정 화합물인 호스트(Liquid Crystal Host)과 이색성 염료 게스트(dichroic dye guest)의 혼합물을 적용한 소위 GH셀(Guest host cell)을 사용한 투과율 가변 장치는 공지이다(예를 들면, 특허문헌 1). 그렇지만, 상기 장치는, 변동 가능한 투과율의 범위가 크지 않아서, 차단 상태의 투과율과 투과 상태의 투과율의 차이가 크지 않다.
다른 광량 조절 장치로는, 소위 광변색층(photochromic layer)을 사용한 장치도 알려져 있다. 광변색층은, 조사되는 자외선의 양에 따라 가변되는 투과율이 결정된다. 상기와 같은 장치는, 변동 가능한 투과율은 넓지만, 조사되는 자외선의 강도에 따라서 변색 속도가 다르고, 전반적으로 투과율 가변 속도가 매우 느리다.
유럽 공개특허 제0022311호
본 출원은, 광량 조절 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 일 예시에서 본 출원은, 차단 상태와 투과 상태에서의 투과율 차이가 크고, 중간 수준의 투과율 등 원하는 투과율 수준을 자유롭게 조절할 수 있으며, 투과율 변동의 속도도 빠르게 가져갈 수 있는 광량 조절 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 출원은 광량 조절 장치에 대한 것이다. 본 출원의 광량 조절 장치는, 그 단독으로 혹은 다른 요소와 조합되어 투과율 가변 장치를 형성할 수 있다. 용어 투과율 가변 장치는 높은 투과율의 상태 및 낮은 투과율의 상태의 사이를 스위칭할 수 있도록 설계된 장치를 의미할 수 있다. 상기 투과율 가변 장치는, 필요한 경우에 상기 높은 투과율 상태와 낮은 투과율 상태의 중간 수준에서 임의로 원하는 투과율을 구현할 수도 있다.
본 명세서에서 상기 높은 투과율의 상태는 투과 상태로 호칭될 수 있고, 낮은 투과율의 상태는 차단 상태로 호칭될 수 있다.
상기 투과 상태는, 예를 들면, 상기 장치의 투과율이 40% 이상인 상태를 의미할 수 있고, 차단 상태는 상기 장치의 투과율이 10% 이하인 상태를 의미할 수 있다. 상기 투과 상태에서의 투과율은, 상기 광량 조절 장치 또는 투과율 가변 장치가 구현할 수 있는 가장 높은 상태의 투과율이고, 차단 상태에서의 투과율은, 상기 광량 조절 장치 또는 투과율 가변 장치가 구현할 수 있는 가장 낮은 상태의 투과율이다. 또한, 본 명세서에서 투과율은, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 가시광에 대한 투과율이고, 예를 들면, 약 400 내지 700 nm의 범위 내의 어느 한 파장, 또는 상기 전 파장 범위의 평균 투과율 또는 상기 파장 범위 중 가장 높거나, 낮은 투과율을 보이는 파장에서의 투과율일 수 있다. 일 예시에서 상기 투과 상태에서의 투과율은, 약 45% 이상, 50% 이상, 55% 이상, 60% 이상 또는 65% 이상일 수 있다. 또한, 상기 차단 상태에서의 투과율은 다른 예시에서 약 9% 이하, 8% 이하, 7% 이하, 6% 이하 또는 5.5% 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% 또는 약 70%일 수 있다. 상기 차단 상태에서의 투과율의 하한은 약 0%, 약 1%, 약 2%, 약 3%, 약 4% 또는 약 5%일 수 있다.
상기 투과율은 직진광 투과율일 수 있다. 용어 직진광 투과율은 소정 방향으로 광량 조절 장치 또는 투과율 가변 장치를 입사한 광 대비 상기 입사 방향과 동일한 방향으로 상기 장치를 투과한 광(직진광)의 비율일 수 있다. 일 예시에서 상기 투과율은, 상기 장치의 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
본 출원의 상기 광량 조절 장치는 능동 액정 소자를 포함하며, 상기 능동 액정 소자는, 능동 액정층(Active Liquid Crystal Layer)을 적어도 포함한다. 일 예시에서 상기 능동 액정층은 능동 게스트 호스트 액정층(Active Guest Host Liquid Crystal Layer, 이하, 능동 GH층으로 호칭할 수 있다.)일 수 있다. 상기에서 능동 액정층은 액정 화합물을 적어도 포함하면서, 상기 액정의 광축의 방향이 외부 신호, 예를 들면, 전압 등에 의해 변경될 수 있도록 형성된 액정층이고, 능동 GH층은, 액정 화합물(액정 호스트) 및 이색성 염료 게스트를 적어도 포함하는 층으로서, 역시 그 광축의 방향을 외부 신호, 예를 들면, 전압 등에 의해 변경할 수 있도록 형성된 액정층을 의미할 수 있다.
이하, 본 명세서에서는 편의상 상기 능동 액정층이 능동 GH층인 것으로 설명하지만, 상기 능동 GH층에 대한 사항은, 이색성 염료 게스트가 포함되지 않는 것 외에는, 능동 액정층에도 적용될 수 있다.
상기에서 광축은, 능동 액정층 또는 GH층의 액정 화합물의 광축(Optical axis) 또는 지상축(Slow axis)을 의미하고, 액정 화합물이 로드(rod) 형태인 경우에는 그 장축의 방향을 의미하고, 디스코틱(discotic) 액정의 경우, 원판 평면의 법선 방향과 평행한 축을 의미할 수 있다.
GH층에 포함되는 이색성 염료의 배향은, 소위 게스트 호스트 효과로 알려진 기작에 의해 액정 화합물에 따라 결정된다.
상기 능동 GH층의 광축은, 필요에 따라서 수직 배향 상태, 수평 배향 상태, 트위스트 네마틱(TN) 배향 상태, 슈퍼 트위스트 네마틱(STN) 배향 상태, 스플레이 배향 상태 및 콜레스테릭 배향 상태로 이루어진 군에서 선택된 2개 이상의 상태간을 스위칭할 수 있도록 형성되어 있을 수 있다.
상기에서 수직 배향 상태는, 상기 능동 액정층 또는 GH층의 광축 또는 평균 광축이 상기 GH층의 평면의 법선 방향과 대략 -10도 내지 10도의 범위 내, -8도 내지 8도의 범위 내, -6도 내지 6도의 범위 내, -4도 내지 4도의 범위 내, -2도 내지 2도의 범위 내의 각도를 이루거나, 실질적으로 평행한 경우를 의미한다. 또한, 수평 배향 상태는, 상기 능동 액정층 또는 GH층의 광축 또는 평균 광축이 상기 액정층 또는 GH층의 법선 방향과 수직한 방향과 대략 -10도 내지 10도의 범위 내, -8도 내지 8도의 범위 내, -6도 내지 6도의 범위 내, -4도 내지 4도의 범위 내, -2도 내지 2도의 범위 내의 각도를 이루거나, 실질적으로 평행한 경우를 의미한다.
또한, 상기에서 평균 광축은, 능동 액정층 또는 GH층의 액정 화합물의 광축의 벡터합일 수 있다.
상기 배향 상태 중에서 기타 트위스트 네마틱(TN) 배향 상태, 슈퍼 트위스트 네마틱(STN) 배향 상태, 스플레이 배향 상태 또는 콜레스테릭 배향 상태의 구체적인 광축 배향 상태는 공지된 내용에 따른다.
일 예시에서 상기 광량 조절 장치의 능동 액정층 또는 GH층은, 전압과 같은 외부 신호가 인가되지 않은 상태에서 상기 언급된 배향 상태 중에서 어느 하나의 배향 상태(초기 배향 상태)로 존재하다가, 외부 신호가 인가되면 상기 초기 배향 상태와는 다른 배향 상태로 스위칭되고, 다시 외부 신호가 없어지면 초기 배향 상태로 스위칭되도록 구성되어 있을 수 있다. 또한, 인가되는 신호의 세기의 조절을 통해 상기 배향 상태 중에서 적어도 세 가지 배향 상태간을 스위칭할 수도 있다.
상기와 같은 상태에서 상기 GH층의 두께, 즉 셀갭은 약 1 ㎛ 이상일 수 있다. GH층의 두께가 두꺼울수록 넓은 투과율 밴드, 즉 최소 투과율과 최대 투과율의 차이의 구현이 가능하기 때문에 상기 셀갭의 상한은 특별히 제한되지 않는다.
상기 셀갭은 다른 예시에서 약 2㎛ 이상, 약 3㎛ 이상, 약 4㎛ 이상, 약 5㎛ 이상, 6㎛ 이상, 7㎛ 이상, 8㎛ 이상, 9㎛ 이상, 10㎛ 이상, 11㎛ 이상, 12㎛ 이상, 13㎛ 이상, 14㎛ 이상 또는 14.5㎛ 이상일 수 있으며, 30㎛ 이하, 29㎛ 이하, 28㎛ 이하, 27㎛ 이하, 26㎛ 이하, 25㎛ 이하, 24㎛ 이하, 23㎛ 이하, 22㎛ 이하, 21㎛ 이하, 20㎛ 이하, 19㎛ 이하, 18㎛ 이하, 17㎛ 이하, 16㎛ 이하 또는 16.5㎛ 이하일 수 있다.
본 출원에서 능동 GH층에 포함되는 액정 화합물의 종류는 제한되지 않으며, GH셀을 구성할 수 있는 것으로 알려진 공지의 액정 화합물을 적용할 수 있다. 예를 들면, 상기 액정 화합물로는 네마틱 액정 화합물을 사용할 수 있다. 상기 액정 화합물은, 비반응성 액정 화합물일 수 있다. 비반응성 액정 화합물은, 중합성기를 가지지 않는 액정 화합물을 의미할 수 있다. 상기에서 중합성기로는, 아크릴로일기, 아크릴로일옥시기, 메타크릴로일기, 메타크릴로일옥시기, 카복실기, 히드록시기, 비닐기 또는 에폭시기 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되지 않고, 중합성기로서 알려진 공지의 관능기가 포함될 수 있다.
GH층에 포함되는 액정 화합물은 양의 유전율 이방성 또는 음의 유전율 이방성을 가질 수 있다. 본 출원에서 용어「유전율 이방성」은 액정 화합물의 이상 유전율(εe, extraordinary dielectric anisotropy, 장축 방향의 유전율)과 정상 유전율(εo, ordinary dielectric anisotropy, 단축 방향의 유전율)의 차이를 의미할 수 있다. 액정 화합물의 유전율 이방성은 예를 들어 ±40 이내, ±30 이내, ±10 이내, ±7 이내, ±5 이내 또는 ±3 이내의 범위 내일 수 있다. 액정 화합물의 유전율 이방성을 상기 범위로 조절하면 액정 소자의 구동 효율 측면에서 유리할 수 있다.
GH층 내에 존재하는 액정 화합물의 굴절률 이방성은 목적 물성, 예를 들어, 투과 특성이나, 콘트라스트 비율 등을 고려하여 적절히 선택될 수 있다. 용어 「굴절률 이방성」은 액정 화합물의 이상 굴절률(extraordinary refractive index)과 정상 굴절률(ordinary refractive index)의 차이를 의미할 수 있다. 액정 화합물의 굴절률 이방성은 예를 들어 0.1 이상, 0.12 이상 또는 0.15 이상 내지 0.23 이하 0.25 이하 또는 0.3 이하의 범위 내에 있을 수 있다.
GH층은 이색성 염료를 추가로 포함할 수 있다. 상기 염료는 게스트 물질로서 포함될 수 있다. 이색성 염료는, 예를 들면, 호스트 물질의 배향에 따라서 장치의 투과율을 제어하는 역할을 할 수 있다. 본 출원에서 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 「이색성 염료」는 상기 가시광 영역의 적어도 일부 또는 전체 범위에서 광의 이방성 흡수가 가능한 물질을 의미할 수 있다.
이색성 염료로는, 예를 들면, 소위 호스트 게스트(host guest) 효과에 의해 액정 화합물의 정렬 상태에 따라 정렬될 수 있는 특성을 가지는 것으로 알려진 공지의 염료를 선택하여 사용할 수 있다. 이러한 이색성 염료의 예로는, 소위 아조 염료, 안트라퀴논 염료, 메틴 염료, 아조메틴 염료, 메로시아닌 염료, 나프토퀴논 염료, 테트라진 염료, 페닐렌 염료, 퀴터릴렌 염료, 벤조티아다이아졸 염료, 다이케토피롤로피롤 염료, 스쿠아레인 염료 또는 파이로메텐 염료 등이 있으나, 본 출원에서 적용 가능한 염료가 상기에 제한되는 것은 아니다. 이색성 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.
이색성 염료는, 이색비(dichroic ratio), 즉 이색성 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 이색비의 상한은, 예를 들면 20 이하, 18 이하, 16 이하 또는 14 이하 정도일 수 있다.
이색성 염료의 GH층 내의 비율은 목적 물성, 예를 들면, 투과율 가변 특성에 따라 적절히 선택될 수 있다. 예를 들어, 이색성 염료는 0.01 중량% 이상, 0.1 중량% 이상, 0.2 중량% 이상, 0.3 중량% 이상, 0.4 중량% 이상, 0.5 중량% 이상, 0.6 중량% 이상, 0.7 중량% 이상, 0.8 중량% 이상, 0.9 중량% 이상, 또는 1.0 중량% 이상의 비율로 GH층 내에 포함될 수 있다. 이색성 염료의 GH층 내의 비율의 상한은, 예를 들면, 2 중량% 이하, 1.9 중량% 이하, 1.8 중량% 이하, 1.7 중량% 이하, 1.6 중량% 이하, 1.5 중량% 이하, 1.4 중량% 이하, 1.3 중량% 이하, 1.2 중량% 이하 또는 1.1 중량% 이하일 수 있다.
또한, GH층 내에서 상기 액정 화합물과 상기 이색성 염료의 합계 중량은, 예를 들면, 약 60 중량% 이상, 65 중량% 이상, 70 중량% 이상, 75 중량% 이상, 80 중량% 이상, 85 중량% 이상, 90 중량% 이상 또는 95 중량% 이상일 수 있고, 다른 예시에서는 약 100 중량% 미만, 98 중량% 이하 또는 96 중량% 이하일 수 있다.
상기 GH층은 상기 성분, 즉 액정 화합물 및 이색성 염료에 추가로 필요하다면, 공지의 GH층의 형성에 사용되는 임의적인 첨가 물질을 추가로 포함할 수 있다.
상기 GH층은, 예를 들면, 약 0.5 이상의 이방성도(R)를 가질 수 있다. 상기 이방성도(R)는, 문헌 Polarized Light in Optics and Spectroscopy, D. S. Kliger et al., Academic Press, 1990에 기재된 방식으로 측정할 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.
이방성도(R)는 예를 들면, 액정 화합물(호스트)의 종류 및/또는 비율, 이방성 염료의 종류 및/또는 비율이나 상기 셀갭 등을 제어하여 달성할 수 있다.
상기 능동 액정 소자는, 상기 GH층을 적어도 포함하고, 기타 필요한 구성을 추가로 포함할 수 있다.
일 예시에서 상기 능동 액정 소자는, 액정층의 일면 또는 양면에 형성된 전극층을 추가로 포함할 수 있다.
일 예시에서 상기 능동 액정 소자는, 서로 대향 배치되어 있는 제 1 및 제 2 기판을 포함할 수 있고, 이 때 상기 GH층은 상기 제 1 및 제 2 기판의 사이에 위치할 수 있다.
상기 기판으로는, 특별한 제한 없이 공지의 소재가 사용될 수 있다. 예를 들면, 기판으로는 유리 필름, 결정성 또는 비결정성 실리콘 필름, 석영 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 필름 등의 무기 필름이나 플라스틱 필름 등을 사용할 수 있다.
플라스틱 기판으로는, TAC(triacetyl cellulose) 기판; 노르보르넨 유도체 기판 등의 COP(cyclo olefin copolymer) 기판; PMMA(poly(methyl methacrylate) 기판; PC(polycarbonate) 기판; PE(polyethylene) 기판; PP(polypropylene) 기판; PVA(polyvinyl alcohol) 기판; DAC(diacetyl cellulose) 기판; Pac(Polyacrylate) 기판; PES(poly ether sulfone) 기판; PEEK(polyetheretherketon) 기판; PPS(polyphenylsulfone), PEI(polyetherimide) 기판; PEN(polyethylenemaphthatlate) 기판; PET(polyethyleneterephtalate) 기판; PI(polyimide) 기판; PSF(polysulfone) 기판; PAR(polyarylate) 기판 또는 비정질 불소 수지 등을 포함하는 기판을 사용할 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니다. 이러한 기판의 두께는 특별히 제한되지 않고, 적절한 범위에서 선택될 수 있다.
상기 기판에는 전극층이 존재할 수 있다. 예를 들면, 기판의 표면 중에서 상기 GH층을 향하는 표면 중 적어도 한 표면 또는 양 표면 모두에 전극층이 존재할 수 있다. 이 전극층은 GH층의 광축을 스위칭할 수 있는 외부 신호를 인가하는 요소일 수 있다. 본 출원에서 용어 기판의 내측 표면은 기판의 양 표면 중에서 GH층과 가까운 표면을 의미한다.
전극층은, 공지의 소재를 사용하여 형성할 수 있으며, 예를 들면, 상기 전극층은, 전도성 고분자, 전도성 금속, 전도성 나노와이어 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등의 금속 산화물 등을 포함할 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, 기판의 표면에 형성되는 전극층은, 적절하게 패턴화되어 있을 수도 있다.
상기 기판에는 액정 배향층이 존재할 수 있다. 상기 액정 배향층 역시 상기 기판의 내측 표면, 즉 GH층을 향하는 표면에 형성되어 있을 수 있다. 기판에 전술한 전극층이 존재하는 경우에는 상기 액정 배향층은 상기 전극층의 표면에 형성되거나, 혹은 전극층과 기판의 사이에 형성될 수도 있다. 예를 들면, 투과율 가변 장치에 포함되는 기판의 내측 표면 중에서 적어도 한 표면 또는 양 표면에 액정 배향층이 존재할 수 있다.
상기 배향층으로는 특별한 제한 없이 이 분야에서 공지된 다양한 러빙 배향층 또는 광배향층 등이 사용될 수 있다. 상기 배향층은, 수평 배향층 또는 수직 배향층일 수 있고, 일 예시에서는 수직 배향층일 수 있다.
상기 광량 조절 장치는, 상기 능동 액정 소자를 적어도 포함하고, 또한 상기 능동 액정 소자와 중첩 배치되어 있는 광변색층(photochromic layer)를 추가로 포함할 수 있다. 상기에서 능동 액정 소자와 광변색층이 중첩 배치되어 있다는 것은 양 층이 서로 오버랩되어서 능동 액정 소자를 투과한 광이 광변색층에 조사될 수 있고, 반대로 광변색층을 투과한 광도 능동 액정 소자에 조사될 수 있는 상태를 의미할 수 있다. 도 1은 상기와 같이 중첩 배치된 능동 액정 소자(100)와 광변색층(200)의 측면 상태를 모식적으로 나타낸 도면이다.
용어 광변색층(photochromic layer)은, 소위 포토크로믹 효과를 가지는 층으로서, 예를 들어, 자외선 등의 광이 조사되면, 그 색상이 변화하여 투과율이 변화되고, 광의 조사가 종료되면 원래의 색상으로 돌아오는 가역적 작용을 가지는 층을 의미한다.
상기 광변색층은 상기와 같은 역할을 하는 한 다양한 방식으로 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 광변색층은, 일반적인 광변색층이거나, 혹은 점착제층일 수 있다. 점착제층인 경우에, 상기 광변색층은, 후술하는 것과 같은 적절한 광변색 물질을 포함할 수 있다.
이 분야에서는 상기와 같은 작용을 나타내어서 광변색층에 사용될 수 있는 광변색 물질로서, 다양한 유기 및/또는 무기 화합물이 알려져 있고, 그러한 화합물을 통해 광변색층을 구현하는 방식도 공지이다.
예를 들면, 광변색층을 형성할 수 있는 무기 화합물로는, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Nb, Mo, Ru, In, Sn, Sb, Ta, W, Re, Os, Ir 및 Bi 중 적어도 하나의 원소를 포함하는 금속 산화물 등이 예시될 수 있고, 이러한 금속 산화물은 국재 표면 플라즈몬 공명에 의해 특정 파장을 흡수하는 특성을 가지게 될 수 있다. 예를 들면, 상기 금속의 종류, 입자의 크기, 입자간의 거리 및 이방성 등의 제어를 통해 광변색층이 흡수하는 파장 영역을 조절할 수 있다.
또한, 광변색층에 이용될 수 있는 유기 화합물로는, 디아릴에텐 화합물, 스피로피란 화합물, 스피로페리미딘 화합물, 비올로겐 화합물, 아조벤젠 화합물 및 스틸벤 화합물 중 어느 하나 이상이 예시될 수 있고, 이들의 유기 화합물의 말단 관능기를 부가 또는 제거하는 방식 등으로 광을 흡수하는 파장 영역을 조절할 수 있다.
따라서, 본 출원에서는 상기와 같은 공지의 광변색층을 적절하게 선택하여 사용할 수 있다.
또한, 본 출원의 상기 광량 조절 장치는, 상기 구성에 추가로 반사방지층이나 하드코팅층 등 공지의 요소를 추가로 포함할 수 있다.
또한, 상기 광량 조절 장치는, 상기 광변색층에 광을 조사할 수 있는 광원을 포함할 수 있으며, 이 광원은 상기 능동 액정 소자에 비해서 상기 광변색층에 더 가깝게 위치할 수 있다.
또한, 상기 광량 조절 장치는, 상기 능동 액정 소자와 조합되어 투과율을 조절할 수 있는 요소로서,
본 출원은 또한 투과율 가변 장치에 관한 것이다. 용어 투과율 가변 장치는 전술한 것처럼 투과 상태와 차단 상태의 사이를 스위칭할 수 있도록 설계된 장치를 의미할 수 있다.
상기 투과율 가변 장치는, 전술한 광량 조절 장치 단독으로 구성되거나, 다른 요소를 포함할 수도 있다. 상기 다른 요소의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 수동 편광층 또는 능동 GH층(이하, 광량 조절 장치의 능동 GH층과 구별을 위해 편의상 제 2 능동 GH층으로 호칭할 수 있다.)이 예시될 수 있다. 상기에서 수동 편광층으로는, 예를 들면, PVA(polyvinyl alcohol) 편광자 등의 공지의 직선 편광자 등을 사용할 수 있다. 상기 수동 편광층 또는 능동 GH층은, 상기 능동 액정 소자와 중첩되어 배치될 수 있다. 예를 들어, 투과 상태에서는, 본 출원의 능동 액저 소자의 능동 GH층의 광축을 상기 수동 편광층의 흡수축과 평행하게 유지하거나, 혹은 상기 능동 GH층을 수직 배향시킬 수 있고, 차단 상태에서는 상기 능동 GH층의 광축을 상기 수동 편광층의 흡수축과 수직 배향시켜서 투과 및 차단 상태를 유지할 수 있다.
능동 액정 소자와 제 2 능동 GH층이 포함되는 경우에, 투과 상태에서는 능동 액정 소자의 능동 GH층의 광축과 제 2 능동 GH층을 상호 수직 배향 상태로 유지하거나, 어느 하나는 수직 배향 상태이고, 다른 하나는 수평 배향 상태를 유지하거나, 서로의 광축이 평행하도록 수평 배향시킬 수 있고, 차단 상태에서는 상기 2개의 GH층의 광축을 서로 수직하게 배향시킬 수 있다.
상기에서 제 2 능동 GH층으로는, 이미 기술한 능동 액정 소자에 포함되는 것과 동일 종류의 GH층을 사용하거나, 혹은 공지의 다른 능동 GH층을 사용할 수도 있다. 이러한 제 2 능동 GH층도 수직 배향 상태와 수평 배향 상태의 사이를 스위칭할 수 있다.
본 출원의 광량 조절 장치는, 점착제, 예를 들면, 소위 OCA(optically clear adhesive)로 호칭되는 광학적으로 투명한 점착제를 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 전술한 능동 액정 소자와 광변색층은 상기 점착제 등에 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 장치는 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 광량 조절 장치의 외측에 점착제를 통하여 형성될 수 있다.
본 출원은 투과도 가변 장치는 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 광량 조절 장치의 외측에 점착제를 통하여 형성될 수 있다. 상기 점착제로는 광학 필름의 부착에 사용되는 점착제를 적절히 선택하여 사용할 수 있다.
상기와 같은 광량 조절 장치 및/또는 투과율 가변 장치는 다양한 용도에 적용될 수 있다. 투과율 가변 장치가 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 출원은, 광량 조절 장치에 대한 것이다. 일 예시에서 본 출원은, 차단 상태와 투과 상태에서의 투과율 차이가 크고, 중간 수준의 투과율 등 원하는 투과율 수준을 자유롭게 조절할 수 있으며, 투과율 변동의 속도도 빠르게 가져갈 수 있는 광량 조절 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 출원의 일 예시에 따른 광량 조절 장치이다.
도 2는 본 출원의 실시예에서 적용된 능동 액정 소자의 모식적인 단면도이다.
도 3은 본 출원의 실시예에서 적용된 광량 조절 장치의 모식적인 단면도이다.
이하 실시예를 통하여 본 출원의 광량 조절 장치를 구체적으로 설명하지만 본 출원의 광량 조절 장치의 범위가 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
실시예 1
능동 액정 소자는, 표면에 ITO(Indium Tin Oxide) 전극층과 액정 배향층이 순차 형성된 2장의 ITO 필름의 사이에 GH층을 형성하여 제조하였다. 상기에서 GH층은 STN(Super Twisted Nematic) 배향과 수직 배향의 사이를 스위칭할 수 있도록 형성하였으며, 두께, 즉 셀갭은 약 6μm 정도로 하였다. 배향층은, 폴리이미드 계열의 수직 배향층을 상기 ITO 전극층상에 바코팅으로 코팅하고, 130℃에서 약 30분동안 유지하고, 러빙포로 러빙 처리하여 약 200 nm의 두께로 형성하였다. 또한, 상기 GH층은, 액정 화합물로서, 유전율 이방성이 약 -4.9 이고, 굴절률 이방성이 약 0.132 정도인 네마틱 액정(MDA-06-821, Merck) 및 이색성 염료로서, 이색비가 약 6.5 내지 8 정도인 염료(X12, BASF)이 혼합된 GH 혼합물을 적용하여 형성하였다. 도 2에 나타난 바와 같이, 상기 2장의 ITO 필름(1000)의 사이에 상기 GH층(2000)을 형성하고, 하나의 ITO 필름(1000)의 일면에 반사 방지 처리가 된 TAC(triacetylcellulose) 필름(3000)을 점착제(OCA)로 부착하여 능동 액정 소자를 구성하였다. 상기 능동 액정 소자는 단독으로 초기 상태, 즉 전압이 인가되지 않은 상태에서의 투과율과 헤이즈가 각각 27.0% 및 1.2%였고, 15V 정도의 전압을 인가한 상태에서의 투과율과 헤이즈가 각각 70.5% 및 0.9%였으며, 응답 속도는 약 100 ms 미만이었다.
한편, 광변색층으로는, 점착제층으로서, 공지의 아크릴계 점착제층에 광변색 물질이 도입된 광변색층을 사용하였으며, 이러한 광변색층은 UVA의 조사 전에 투과율과 헤이즈가 각각 90.2% 및 0.4%이고, 32.7mJ/cm2 정도의 UVA가 조사되었을 때의 투과율과 헤이즈가 각각 43.3% 및 0.4%이며, 89.0 mJ/cm2 정도의 UVA가 조사되었을 때에 투과율과 헤이즈가 각각 20.1% 및 0.5%이고, 150.2 mJ/cm2 정도의 UVA가 조사되었을 때의 투과율과 헤이즈가 각각 15.4% 및 0.5%인 특성을 나타내었다. 상기와 같은 광변색층은, 투과율 가변 범위는 넓지만, 응답속도가 느려서, 야외 환경에서 변색에 소요되는 속도가 약 2분 내지 3분 정도였고, 밝은 상태로 복원하는 데에도 약 3분 내지 6분 정도가 소요되었다. 도 3에 나타난 바와 같이, 외부 기판(4000), 광변색 물질이 도입된 점착제층(광변색층)(5000) 및 TAC(triacetylcellulose) 필름(6000)을 포함하는 구조에 상기 능동 액정 소자를 부착하여 광량 조절 장치를 구성하였다. 상기 광량 조절 장치에 UVA를 조사할 수 있는 광원을 상기 능동 액정 소자에 비해서 상기 광변색층에 가깝도록 배치하고, 광변색층에 조사되는 에너지 및 능동 액정 소자에 인가되는 전압에 따른 투과율을 평가한 결과는 하기 표 1과 같다.
UVA 조사 에너지(단위: mJ/cm2) 인가전압(단위: V) 투과율(단위: %)
0 0 26.2
15 67.8
32.7
 0 9.3
15 39.4
89.0
 0 6.4
15 20.9
150.2
 0 5.0
15 19.7
상기와 같이 본 출원의 광량 조절 장치의 경우, 광변색층에 조사되는 광의 에너지와 인가 전압의 조절을 통해 최대 67.8%의 투과율과 최소 5.0%의 투과율을 구현할 수 있어서 넓은 투과율 밴드의 구현이 가능하고, 또한 능동 액정 소자의 빠른 응답 속도에 의해 투과율 가변 속도도 빠르게 가져갈 수 있다.

Claims (10)

  1. 서로 대향 배치되어 있는 제 1 기판 및 제 2 기판, 상기 제 1 기판과 제 2 기판의 사이에 위치하는 액정 화합물을 포함하는 능동 액정층 및 상기 제 1 기판과 제 2 기판의 내측 표면에 존재하는 전극층을 가지는 능동 액정 소자 및 상기 능동 액정 소자와 중첩 배치된 광변색층을 포함하는 광량 조절 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 능동 액정층은, 수직 배향 상태, 수평 배향 상태, 트위스트 배향 상태, 스플레이 배향 상태 및 콜레스테릭 배향 상태로 이루어진 군에서 선택된 2개 이상의 상태간을 스위칭할 수 있도록 형성되어 있는 광량 조절 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 액정 화합물은 네마틱 액정인 광량 조절 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 능동 액정층은 이색성 염료 게스트를 추가로 포함하는 광량 조절 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 이색성 염료는, 아조 염료, 안트라퀴논 염료, 메틴 염료, 아조메틴 염료, 메로시아닌 염료, 나프토퀴논 염료, 테트라진 염료, 페닐렌 염료, 퀴터릴렌 염료, 벤조티아다이아졸 염료, 다이케토피롤로피롤 염료, 스쿠아레인 염료 또는 파이로메텐 염료인 광량 조절 장치.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서, 광변색층은 광변색 물질을 포함하는 점착제층인 광량 조절 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 광변색층은, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Nb, Mo, Ru, In, Sn, Sb, Ta, W, Re, Os, Ir 및 Bi로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 금속의 산화물을 포함하는 광량 조절 장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 광변색층은 디아릴에텐 화합물, 스피로피란 화합물, 스피로페리미딘 화합물, 비올로겐 화합물, 아조벤젠 화합물 및 스틸벤 화합물로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 화합물을 포함하는 광량 조절 장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 광변색층에 광을 조사할 수 있도록 배치된 광원을 추가로 포함하는 광량 조절 장치.
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