KR102473111B1 - 스위칭가능한 광학 소자를 전기적으로 구동시키는 방법 - Google Patents

스위칭가능한 광학 소자를 전기적으로 구동시키는 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102473111B1
KR102473111B1 KR1020197031092A KR20197031092A KR102473111B1 KR 102473111 B1 KR102473111 B1 KR 102473111B1 KR 1020197031092 A KR1020197031092 A KR 1020197031092A KR 20197031092 A KR20197031092 A KR 20197031092A KR 102473111 B1 KR102473111 B1 KR 102473111B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
voltage
state
transparent
liquid crystal
level
Prior art date
Application number
KR1020197031092A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20190136021A (ko
Inventor
용 티스 데
파울 베르분트
Original Assignee
메르크 파텐트 게엠베하
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 메르크 파텐트 게엠베하 filed Critical 메르크 파텐트 게엠베하
Publication of KR20190136021A publication Critical patent/KR20190136021A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102473111B1 publication Critical patent/KR102473111B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/13306—Circuit arrangements or driving methods for the control of single liquid crystal cells
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E06—DOORS, WINDOWS, SHUTTERS, OR ROLLER BLINDS IN GENERAL; LADDERS
    • E06B—FIXED OR MOVABLE CLOSURES FOR OPENINGS IN BUILDINGS, VEHICLES, FENCES OR LIKE ENCLOSURES IN GENERAL, e.g. DOORS, WINDOWS, BLINDS, GATES
    • E06B9/00—Screening or protective devices for wall or similar openings, with or without operating or securing mechanisms; Closures of similar construction
    • E06B9/24—Screens or other constructions affording protection against light, especially against sunshine; Similar screens for privacy or appearance; Slat blinds
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/137—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/137—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering
    • G02F1/13718—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering based on a change of the texture state of a cholesteric liquid crystal
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
    • G09G3/00—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes
    • G09G3/20—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters
    • G09G3/34—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters by control of light from an independent source
    • G09G3/36—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters by control of light from an independent source using liquid crystals
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E06—DOORS, WINDOWS, SHUTTERS, OR ROLLER BLINDS IN GENERAL; LADDERS
    • E06B—FIXED OR MOVABLE CLOSURES FOR OPENINGS IN BUILDINGS, VEHICLES, FENCES OR LIKE ENCLOSURES IN GENERAL, e.g. DOORS, WINDOWS, BLINDS, GATES
    • E06B9/00—Screening or protective devices for wall or similar openings, with or without operating or securing mechanisms; Closures of similar construction
    • E06B9/24—Screens or other constructions affording protection against light, especially against sunshine; Similar screens for privacy or appearance; Slat blinds
    • E06B2009/2464—Screens or other constructions affording protection against light, especially against sunshine; Similar screens for privacy or appearance; Slat blinds featuring transparency control by applying voltage, e.g. LCD, electrochromic panels
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/137—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering
    • G02F1/13706—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering the liquid crystal having positive dielectric anisotropy
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/137—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering
    • G02F1/13756—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering the liquid crystal selectively assuming a light-scattering state

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)
  • Liquid Crystal Substances (AREA)

Abstract

액정 매질의 상태가 인가되는 전기장에 의해 제어되는, 스위칭가능한 광학 소자를 전기적으로 구동하는 방법이 제공된다. 제공된 방법은 다음 중 하나 이상을 포함한다:
a) 구동 전압을 제 1 투명 전압(Vc1)으로 상승시키고, 구동 전압을 제 1 기간(t1) 동안 제 1 투명 전압(Vc1)에서 유지한 다음, 상태가 다시 스위칭될 때까지 구동 전압을 제 2 투명 전압(Vc2)으로 낮춤으로써, 산란 상태로부터 투명한 상태로 스위칭함;
b) 구동 전압을 제 2 기간(t2) 동안 제 2 투명 전압(Vc2)으로부터 저전압(VL)으로 낮춘 후, 구동 전압을 프라이버시 전압(Vp)으로 상승시킴으로써, 투명한 상태에서 산란 상태로 스위칭함;
c) 상태가 다시 스위칭될 때까지 구동 전압을 프라이버시 전압(Vp)과 저전압(VL) 사이에서 교번시킴으로써, 산란 상태를 유지시킴(이 때, 프라이버시 전압(Vp)은 제 4 기간(t4) 동안 유지되고, 저전압(VL)은 제 5 기간(t5) 동안 유지됨).

Description

스위칭가능한 광학 소자를 전기적으로 구동시키는 방법
본 발명은 하나 이상의 스위칭 층을 포함하는 스위칭가능한 광학 소자를 전기적으로 구동시키는 방법에 관한 것으로, 여기서 스위칭 층은 3개 이상의 상태를 갖는 액정 매질을 포함하고, 액정 매질의 상태는 인가되는 전기장에 의해 제어된다.
배텐스(R. Baetens) 등의 리뷰 논문["Properties, requirements and possibilities of smart windows for dynamic daylight and solar energy control in buildings: A state-of-the-art review", Solar Energy Materials & Solar Cells 94(2010) 87-105 페이지]은 착색가능한 스마트 윈도우를 기재한다. 스마트 윈도우는 통전 변색(electrochromism)에 기초한 소자, 액정 소자 및 전기 영동 또는 현탁 입자 소자와 같이 빛의 투과율을 조절하기 위해 여러 가지 기술을 사용할 수 있다. 액정 기반 소자는 전기장을 인가함으로써 2개의 전도성 전극 사이에서 액정 분자의 배향의 변화를 이용하여 투과율을 변화시킨다. 액정을 사용하는 시판중인 스마트 윈도우는 65 내지 230V AC의 전압에서 작동되며, 투명한 상태에서 일정한 전력이 필요하므로 스위칭 동안에만 전력이 필요한 통전 변색 윈도우와는 달리 3.5 내지 15.5W/m2의 전력 소비가 발생한다.
WO 2009/141295 A1 호는 스위칭가능한 층, 하나 이상의 정렬 층 및 광 에너지 변환 수단과 접촉하는 도광 시스템을 갖는 광학 소자를 개시한다. 스위칭가능한 층은 발광 물질을 포함한다. 하나의 실시양태에서, 스위칭가능한 층으로서 액정이 사용되며, 액정은 게스트-호스트 시스템에서 발광 물질을 용해시키고 정렬시킨다. 발광 물질은 이색성을 나타내므로, 발광 물질은 제 1 축을 따라 강한 흡수를 가지며 임의의 다른 축에서는 흡수가 더 낮다. 광학 소자의 광학 특성은 발광 물질의 정렬에 의존한다. 발광 물질의 흡수 축이 스위칭가능한 층의 평면의 주 연장부에 수직으로 정렬되면 광학 소자는 투과 상태에 있고, 흡수 축이 스위칭가능한 층의 평면의 주 연장부에 평행하게 정렬되면 광학 장치는 흡수 상태에 있다. 추가의 산란 상태는 발광 물질의 흡수 축이 평행 정렬과 수직 정렬 사이에서 교대로 또는 무작위적인 방식으로 배열된 중간 상태이다. 상태 사이에서 스위칭하기 위해 전극을 갖는 폴리이미드 층이 정렬 층으로서 사용되고, 제 1 전기 신호는 스위칭가능한 층을 투과 상태로 만들고, 제 2 전기 신호의 적용은 스위칭가능한 층을 흡수 상태로 만들며, 제 3 전기 신호는 스위칭가능한 층을 산란 상태로 만든다.
WO 2016/173693 호는 스위칭 소자에 사용하기 위한 스위칭 층을 개시하고 있다. 스위칭 소자는 투명한 상태 및 흐릿한(hazy) 상태를 갖는다. 투명한 상태에서는 가시광이 산란 없이 스위칭 소자를 통과할 수 있다. 흐릿한 상태에서는 산란이 발생하여 광의 확산 투과가 발생한다. 스위칭 소자는 2개의 전극 및 2개의 전극 사이에 배열된 액정 매질을 포함한다. 액정 매질은 네마틱 배향된 분자 및 임의의 중합체 분획을 포함할 수 있다. 2개의 스위칭 평면 사이에 전압을 인가함으로써, 액정 매질의 상태가 제어될 수 있다. 인가된 전압에 따라, 액정 매질은 액정 매질이 키랄 네마틱 멀티도메인(chiral nematic multidomain) 상태인 산란 상태 또는 액정 매질이 호메오트로픽(homeotropic) 상태인 비-산란 상태를 채택한다. 비-산란 상태의 전압은 산란 상태의 전압보다 높다. 비-산란 상태로 스위칭하기 위해 제 1 전압을 인가하고, 산란 상태로 스위칭하기 위해 더 낮은 제 2 전압을 인가한다. 또한, 이러한 스위칭 소자를 포함하는 윈도우 소자가 개시된다. 윈도우는 흐릿한 상태 또는 프라이버시 상태 및 투명한 무-헤이즈 상태를 채택할 수 있다.
WO 2016/173693 호의 스위칭 소자는 예를 들어 투명 상태와 불투명 상태 사이에서 스위칭할 수 있는 스마트 윈도우에 사용될 수 있다. 투명 상태에서 빛은 산란 없이 스마트 윈도우를 통과할 수 있으며, 윈도우 외관은 투명하고 헤이즈가 없다. 불투명 상태에서, 윈도우를 통해 투과되는 빛은 산란되고 윈도우 외관은 흐릿하다.
본 발명의 목적은 그러한 스위칭가능한 광학 소자를 전기적으로 구동하기 위한 개선된 방법을 제공하는 것이며, 이 때 액정 매질의 상태는 인가된 전기장을 이용하여 제어되고, 액정 매질은 인가되는 구동 전압에 따라 둘 이상의 상이한 상태를 채택한다.
스위칭가능한 광학 소자를 전기적으로 구동하는 방법이 제공된다. 스위칭가능한 광학 소자는 하나 이상의 스위칭 층을 포함하고, 여기서 스위칭 층은 3개 이상의 상태를 갖는 액정 매질을 포함하고, 액정 매질의 상태는 인가되는 전기장에 의해 제어되며, 스위칭 층은 구동 전압이 제 1 레벨을 초과할 때 투명한 상태를 채택하고, 전압이 낮아지면 구동 전압이 제 2 레벨 미만으로 떨어질 때까지 투명한 단계가 유지되고, 구동 전압이 더 감소되어 제 3 레벨 아래로 떨어질 때 스위칭 층은 산란 상태를 채택하며, 구동 전압이 더 감소되어 제 4 레벨 아래로 떨어질 때 스위칭 층은 제 3 상태를 채택한다. 제공된 방법은 다음 중 하나 이상을 포함한다:
a) 구동 전압을 제 1 레벨 이상인 제 1 투명 전압(Vc1)으로 상승시키고, 구동 전압을 제 1 기간(t1) 동안 제 1 투명 전압(Vc1)에서 유지한 다음, 구동 전압을 제 1 레벨보다 낮고 제 2 레벨보다 높은 제 2 투명 전압(Vc2)으로 낮춤으로써, 산란 상태 또는 제 3 상태로부터 투명한 상태로 스위칭하고, 상태가 다시 스위칭될 때까지 구동 전압을 제 2 투명 전압(Vc2)에서 유지함;
b) 구동 전압을 제 2 기간(t2) 동안 제 2 투명 전압(Vc2)으로부터 저전압(VL)으로 낮춘 후, 구동 전압을 프라이버시 전압(Vp)으로 상승시킴으로써, 투명한 상태에서 산란 상태로 스위칭함(이 때, 프라이버시 전압(Vp)은 제 3 레벨 이하이고 제 4 레벨보다 높으며, 저전압(VL)은 프라이버시 전압(Vp)보다 낮음);
c) 상태가 다시 스위칭될 때까지 구동 전압을 프라이버시 전압(Vp)과 저전압(VL) 사이에서 교번시킴으로써, 산란 상태를 유지시킴(이 때, 프라이버시 전압(Vp)은 제 4 기간(t4) 동안 유지되고, 저전압(VL)은 제 5 기간(t5) 동안 유지되며, 프라이버시 전압(Vp)은 제 3 레벨 이하이고 제 4 레벨보다 높으며, 저전압(VL)은 프라이버시 전압(Vp)보다 낮음).
제안된 방법을 이용하여 제어되는 스위칭가능한 광학 소자는 다층 구조에 내장된 하나 이상의 스위칭 층을 포함한다. 바람직하게는, 스위칭 층은 2개의 제어 층 사이에 위치되며, 각각의 제어 층은 바람직하게는 투명 전극을 포함한다. 바람직하게는, 제어 층의 2개의 투명 전극 사이에 AC 구동 전압이 인가된다.
제어 층은 투명 전극으로 코팅된 투명 기판을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 제어 층은 코팅된 기판의 일면에 배열된 정렬 필름을 추가로 포함한다. 정렬 필름은 바람직하게는 투명 전극으로 코팅된 면에 배열된다. 정렬 필름은 정렬 방향으로 러빙될 수 있다.
2개의 제어 층 및 액정 매질은 2개의 제어 층에 의해 형성된 간극에 액정 매질이 배치되는 셀로서 배열된다. 간극의 크기는 바람직하게는 1 내지 300㎛, 바람직하게는 3 내지 100㎛, 더욱 바람직하게는 5 내지 100㎛, 가장 바람직하게는 10 내지 50㎛이다.
스위칭 층은 액정 매질을 포함한다. 액정 매질은 액정의 특성을 갖는 물질로 정의된다. 전형적인 액정 매질은 긴 막대형 분자를 갖는 하나 이상의 조성물을 포함한다. 본 발명과 함께 사용되는 액정 매질은 3가지 이상의 상태를 갖는다. 액정 매질의 상태는 2개의 제어 층 사이에 인가된 구동 전압에 의해 생성되는 전기장을 이용하여 제어된다. 전기장이 인가되지 않으면, 액정 매질이 이완되고, 이완이 완료된 후 바람직하게는 평면 콜레스테릭(cholesteric) 상태에 있게 된다. 구동 전압의 전압 및 제 1 레벨, 제 2 레벨, 제 3 레벨 및 제 4 레벨에 상응하는 전압은 아래에서 평균제곱근(RMS) 전압으로 주어진다.
구동 전압을 인가하여 스위칭 층이 전기장에 노출되면, 액정 분자의 정렬이 변경된다. 인가 전압이 제 1 레벨을 초과할 때, 액정 매질은 바람직하게는 호메오트로픽 정렬 상태를 채택한다. 인가된 전압이 제 2 레벨 아래로 낮아지면, 호메오트로픽 정렬 상태는 소실되고 액정 매질은 혼합 상태 또는 전이 상태를 채택할 수 있다.
인가된 전압이 제 3 전압 미만으로 낮아질 때, 액정 매질은 바람직하게는 멀티도메인 상태를 채택한다. 전기장이 인가되지 않도록 전압이 제 4 레벨 아래로 더 낮아지거나 0으로 설정될 때, 액정 매질은 바람직하게는 평면 콜레스테릭 상태로 이완된다. 제 1 레벨의 전압과 제 2 레벨의 전압은 액정 매질의 히스테리시스(hysteresis)로 인해 상이하다.
스위칭가능한 층이 투명한 상태에 있을 때 액정 매질은 바람직하게는 호메오트로픽 상태에 있고, 스위칭가능한 층이 산란 상태에 있을 때 액정 매질은 바람직하게는 멀티도메인 상태에 있다.
호메오트로픽 상태로부터 멀티도메인 상태로 즉시 스위칭될 수 있는 액정 매질이 사용되는 경우, 전이 또는 혼합 상태가 사용되지 않는다. 이 경우에는, 제 2 레벨과 제 3 레벨이 동일할 수 있다.
호메오트로픽 상태(투명한 상태)에서, 막대형 액정 분자는 스위칭 층의 평면에 수직으로 정렬된다.
평면 콜레스테릭(평면 키랄 네마틱) 상태(제 3 상태)에서, 액정 분자는 스위칭 층의 평면에 평행하게 정렬되고, 이들은 스위칭 층의 평면에 수직인 방향에서 더 긴 키랄 배열을 겪게 된다.
멀티도메인 상태(산란 상태)에서, 액정 분자는 스위칭 층의 평면에 평행하게 정렬되며, 여기서 분자는 공통 배향 축을 갖지 않고 공통 나선형 축을 갖지 않는다. 대신, 분자가 동일한 축 방향을 공유하는 여러 도메인이 발생한다. 각 도메인마다 광 전파 특성이 다르다. 결과적으로, 스위칭 층을 통해 투과되는 광이 산란된다. 따라서 광이 확산 투과되어 스위칭 소자가 흐릿하게 보인다.
헤이즈(확산 투과)는 빛이 물질을 통해 통과할 때 발생하는 빛의 산란으로 인해 발생한다. BYK 가드너(BYK Gardner)의 BYK 헤이즈-가드 i(BYK haze-gard i) 기기를 사용하여 헤이즈(H) 및 투명도(C)를 측정한다. 측정 및 계산은 표준 ASTM D 1003-00에 따라 수행된다.
액정 매질의 멀티도메인 상태에서, 스위칭 층은 흐릿한 것으로 보이고, 20% 이상, 바람직하게는 30% 이상, 특히 바람직하게는 35% 이상, 가장 바람직하게 40% 이상의 헤이즈(H)를 갖는다. 멀티도메인 상태의 투명도는 바람직하게는 80% 미만, 보다 바람직하게는 60% 미만, 가장 바람직하게는 40% 미만이다. 멀티도메인 상태는 또한 스위칭가능한 광학 소자의 프라이버시 상태로 지칭된다.
액정 매질의 호메오트로픽 상태에서, 스위칭 층은 투명하고 투명해 보이며 5% 미만, 바람직하게는 3% 미만의 헤이즈(H)를 갖는다. 호메오트로픽 상태의 투명도(C)는 바람직하게는 80% 이상, 보다 바람직하게는 90% 이상, 가장 바람직하게는 95% 이상이다. 호메오트로픽 상태는 또한 스위칭가능한 광학 소자의 투명한 상태로 지칭된다.
제 1 레벨은 구동 전압이 제로 전압으로부터 상승될 때 5% 미만의 헤이즈(H)가 최초로 관찰되는 전압 레벨에 의해 정의될 수 있다.
제 2 레벨은 구동 전압이 제 1 레벨로부터 낮아질 때 5% 이상의 헤이즈(H)가 최초로 관찰되는 전압 레벨에 의해 정의될 수 있다.
제 3 레벨은 구동 전압이 제 2 레벨로부터 낮아질 때 헤이즈(H)가 최초로 20%를 초과하는 전압 레벨에 의해 정의될 수 있다.
산란 상태로부터 제 3 상태로의 전이를 나타내는 제 4 레벨은 바람직하게는 액정이 헤이즈를 감소시키는 상태로 이완되는 전압 레벨에 의해 정의된다. 전압 레벨이 제 4 레벨 미만의 레벨로 유지되면 액정의 완화 및 이에 따른 헤이즈 감소가 시간이 지남에 따라 증가할 수 있다. 제 4 레벨은 바람직하게는 구동 전압이 제 3레벨에서 시작하여 낮아질 때 산란 상태(프라이버시 상태)에서의 최대 헤이즈보다10% 이상 낮은 헤이즈가 관찰되는 전압 레벨로 정의된다.
따라서, 제 3 상태는 산란 상태의 최대 헤이즈의 90% 이하의 헤이즈에 의해 정의된다.
바람직하게는, 각각의 전압 레벨을 찾기 위해 작은 단계로 구동 전압을 상승/하강시키고, 액정에는 이완을 위한 시간 및 구동 전압의 각 변화 후 정상 상태에 도달하기 위한 시간이 주어진다. 정상 상태에 도달한 후, 헤이즈(H) 및/또는 투명도(C)가 측정된다.
제안된 방법의 단계 (a)에 따라 광학 소자를 호메오트로픽 또는 투명한 상태로 스위칭하기 위해, 인가된 구동 전압을 먼저 제 1 레벨 이상인 제 1 투명 전압(Vc1)으로 상승시킨다. 그 후, 구동 전압을 제 1 기간(t1) 동안 제 1 투명 전압(Vc1)으로 유지시킨다. 제 1 기간(t1)이 경과한 후, 구동 전압을 제 2 투명 전압(Vc2)으로 낮추는데, 이 제 2 투명 전압은 제 1 레벨보다 낮고 제 2 레벨보다 높다. 광학 소자의 상태가 프라이버시 상태로 스위칭될 때까지 구동 전압을 제 2 투명 전압(Vc2)으로 유지시킨다.
제안된 구동 방법은 투명한 상태로의 전이를 완료하기에 충분히 길게 액정 분자를 호메오트로픽 상태로 정렬시키는데 필요한 강한 전기장만을 인가한다. 스위칭 층이 투명한 상태를 채택하면, 액정 분자를 호메오트로픽 상태로 유지하는데 더 약한 전기장이면 충분하다. 더 낮은 제 2 투명 전압(Vc2)을 인가하는 데에는 더 높은 제 1 투명 전압(Vc1)을 인가하는 것에 비해 더 적은 전력이 요구된다. 따라서, 본 발명의 방법은 스위칭가능한 광학 소자를 투명한 상태로 유지하는데 필요한 전력량을 유리하게 감소시킨다.
바람직하게는 제 2 투명 전압(VC2)은 제 2 레벨을 결정하고 결정된 제 2 레벨 전압에 안전 여유를 추가함으로써 선택된다.
제 1 기간(t1)은 바람직하게는 1ms 내지 60s에서 선택된다.
광학 소자를 호메오트로픽 또는 투명한 상태에서 멀티도메인 상태로 스위칭하기 위해, 구동 전압을 제 2 투명 전압(Vc2)에서 저전압(VL)으로 낮춘다. 저전압(VL)은 프라이버시 전압(Vp)보다 낮고 제 4 레벨보다 낮을 수 있다. 바람직하게는, 저전압(VL)은 0 내지 1V의 범위의 전압으로 설정되며, 여기서 0V가 가장 바람직하다. 바람직하게는, 저전압(VL)을 제 2 기간(t2) 동안 유지하고 구동 전압을 프라이버시 전압(Vp)으로 상승시킨다. 프라이버시 전압(Vp)은 제 3 레벨 이하이고 제 4 레벨보다 높다. 바람직하게는, 프라이버시 전압(Vp)은 0V 내지 10V의 범위, 보다 바람직하게는 3V 내지 6V의 범위에 있다.
저전압(VL)을 인가함으로써, 전기장 또한 낮아져 액정 매질이 이완될 수 있게 한다. 기간(t2)이 만료된 후 인가된 전압을 다시 상승시킨다. 바람직하게는, 기간(t2)이 경과된 후에, 액정 매질은 아직 평면 콜레스테릭 상태로 이완되지 않았으며 여전히 멀티도메인 상태에 있다.
바람직하게는, 제 2 기간(t2) 동안 구동 전압을 VC2에서 저전압(VL)으로 점진적으로 낮춘다. 제 2 투명 전압(Vc2)으로부터 저전압(VL)으로의 점진적이고 느린 전이는 인가된 전압의 단일 단계 변화에 대해 얻어진 분포보다 멀티도메인 상태에서의 도메인의 보다 균일한 분포를 초래하는 것으로 밝혀졌다. 결과적으로, 프라이버시 상태에서 스위칭가능한 광학 소자의 외관 또한 더욱 균일하다.
제 2 기간(t2)은 바람직하게는 1ms 내지 3s의 범위에서 선택된다. 보다 바람직하게는, t2는 1초 내지 2초의 범위에서 선택된다.
바람직하게는 VL에서 Vp로의 구동 전압의 상승은 제 3 기간(t3) 동안 점진적으로 수행된다.
제 3 기간(t3)은 바람직하게는 1ms 내지 60s의 범위에서 선택된다. 보다 바람직하게는, t3은 1ms 내지 3s의 범위에서 선택된다.
스위칭 층이 산란(프라이버시) 상태를 채택한 후에, 인가된 전압은 광학 소자가 다시 스위칭될 때까지 프라이버시 전압(Vp)으로 유지되는 것이 바람직하다.
다르게는, 방법의 단계 c)에 따라, 스위칭 층이 산란 상태를 채택한 이후에 인가 전압을 프라이버시 전압(Vp)과 저전압(VL) 사이에서 교번시키는데, 이 때 구동 전압을 제 4 기간(t4) 동안에는 프라이버시 전압(Vp)에서, 또한 제 5 기간(t5) 동안에는 저전압에서 각각 유지시킨다. 전압이 저전압(VL)으로 설정되면, 액정 매질은 서서히 제 3 상태(평면 콜레스테릭 상태)로 다시 완화된다. 전압이 프라이버시 전압(Vp)으로 다시 설정되면 이 과정은 역전된다. 저전압(VL)과 프라이버시 전압(Vp) 사이에서 인가되는 구동 전압을 교번시킴으로써, 전기장이 전체 시간의 일부 동안에만 최대 강도로 인가되므로 에너지 소비가 감소된다. 또한, 일정한 인가 전압에 있어서의 도메인의 점진적인 성장이 회피된다. 따라서, 프라이버시 상태는 안정적이다.
제 4 기간(t4)은 바람직하게는 1 내지 60초에서 선택된다. 제 5 기간(t5)은 바람직하게는 1 내지 60초로부터 선택된다.
인가되는 전압은 바람직하게는 AC 전압, 보다 바람직하게는 스퀘어 파형(square waveform) 또는 사인(sine) 파형을 갖는 AC 전압이다. 바람직하게는 AC 전압의 주파수는 0.1 내지 1000Hz의 범위, 보다 바람직하게는 40 내지 80Hz의 범위에서 선택된다.
스위칭가능한 광학 소자는 바람직하게는 투명한 투명 상태로부터 흐릿한 프라이버시 상태로 스위칭될 수 있는 윈도우 소자이다.
바람직하게는, 소자의 하나 이상의 상태에서, 액정 매질은 네마틱 배향 분자를 갖는 상으로 존재한다.
액정 매질은 중합체 분획을 추가로 포함할 수 있다.
바람직하게는, 중합체 분획은 반응성 메소겐의 중합에 의해 수득된 중합체 네트워크를 포함한다.
바람직하게는, 액정 매질은 키랄 도판트를 포함하고, 여기서 액정 매질에서의 키랄 도판트의 양은 0.1중량% 내지 30중량%, 보다 바람직하게는 0.1중량% 내지 10중량%이다.
액정 매질의 산란 상태는 바람직하게는 투명한 상태가 발생하는 전압보다 작은 인가 전압에서 발생한다. 특히, 산란 스위칭 상태를 달성하기 위한 인가 전압은 0보다 상당히 더 크고, 바람직하게는 2 내지 10V, 특히 바람직하게는 3 내지 7V이다. 투명한 상태를 달성하기 위한 인가 전압은 바람직하게는 10 내지 60V, 특히 바람직하게는 15 내지 50V, 가장 바람직하게는 15 내지 30V이다.
스위칭 층이 H>20%인 스위칭 상태, 즉 산란 상태인 경우, 액정 매질의 분자는 바람직하게는 키랄 네마틱 상이다.
추가의 바람직한 실시양태에서, H>20%인 산란 상태의 키랄 네마틱 상은 다중도메인으로 정렬된 상(멀티도메인 상태)이다. 본 발명에서, "다중도메인으로 정렬 된 상"은 액정 매질의 분자가 균일한 배향 축을 가지지 않고 균일한 공통 선형 나선 축을 갖지 않는 상태를 의미한다. 스위칭 층에서 다중도메인으로 정렬된 상은, 균질하고 바람직하게는 전체 영역에 걸쳐 가시적 결함이 없는 이점을 갖는다. 특히, 이는 기판 층에 균일하게 평행한 나선이 발생하는 상 및/또는 소위 스트립 도메인을 갖는 상에 비해 이점이다. 다중도메인으로 정렬된 상의 또 다른 장점은 평면 또는 호메오트로픽 방식으로 배향된 종래의 정렬 층(정렬 필름)으로 달성될 수 있다는 것, 즉 정렬 층의 특별한 추가 처리로 되돌아갈 필요가 없다는 것이다.
다른 바람직한 실시양태에서, 하나의 스위칭 상태에서 키랄 네마틱 상은 적어도 국부적으로 꼬여 있으며, 다르게는 또한 그로부터 형성될 수 있는 상위 거시적 구조 배열이다.
다른 바람직한 실시양태에서, 다른 스위칭 상태의 상은 꼬이지 않거나(즉, 호메오트로픽 또는 평면 방식으로 정렬되거나), 또는 낮은 정도의 꼬임을 갖는다. 여기서 낮은 정도의 꼬임은 5° 내지 360°, 바람직하게는 45° 내지 300°, 특히 바람직하게는 90°, 180° 또는 270°의 층 두께에 걸친 분자의 꼬임을 의미한다.
키랄 도판트는 바람직하게는 네마틱 상에 균질하게 분포되어, 액정 매질의 분자와 키랄 도판트는 서로 균질하게 분포된다.
키랄 도판트는 특히 바람직하게는 네마틱 상에 용해된다.
키랄 네마틱 상은 바람직하게는 네마틱 액정 혼합물의 형태로 사용되며, 여기서 혼합물은 굴절률 이방성 Δn 및 유전율 이방성 Δε을 갖는다. 바람직하게는, 혼합물은 양의 유전율 이방성 Δε을 갖는다. 혼합물은 바람직하게는 0.03 내지 0.40의 범위, 특히 바람직하게는 0.07 내지 0.30의 범위의 Δn, 및/또는 -50 내지 +100의 범위, 특히 바람직하게는 -15 내지 +70의 범위의 유전율 이방성 Δε을 갖는다. 또한, 유전율 이방성 Δε에 대해 상기 표시된 바람직한 값이 이와 관련하여 적용된다.
액정 혼합물은 바람직하게는 하나 이상의 성분 I의 화합물, 하나 이상의 성분 II의 화합물 및 하나 이상의 성분 III의 화합물을 포함한다.
성분 I의 화합물은 F, CN, 1 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 알킬기, 2 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 알케닐기 및 1 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 알콕시기로부터 선택된 하나 이상의 말단기를 함유하는 이환상 화합물로부터 선택된다.
성분 II의 화합물은 F, CN, 1 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 알킬기, 2 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 알케닐기 및 1 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 알콕시기로부터 선택된 하나 이상의 말단기를 함유하는 삼환상 화합물로부터 선택된다.
성분 III의 화합물은 F, CN, 1 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 알킬기, 2 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 알케닐기 및 1 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 알콕시기로부터 선택된 하나 이상의 말단기를 함유하는 4환상 화합물로부터 선택된다.
액정 매질에서 성분 I, II 및 III의 화합물의 비율은 함께 바람직하게는 70중량% 이상, 바람직하게는 80중량% 이상, 특히 바람직하게는 85중량% 이상이다.
바람직하게 사용되는 액정 분자의 혼합물은 하기에 도시된 분자의 혼합물[액정 매질 #1(LCM-1)로 지칭됨]이다:
Figure 112019107622035-pct00001
Figure 112019107622035-pct00002
액정 매질 LCM-1의 조성은 표 1에 주어진다.
성분 비율(중량%)
PZG-2-N 9
PZG-3-N 10
PZG-4-N 14
PZG-5-N 14
CP-3-N 2
PPTUI-3-2 20
PPTUI-3-4 28
CGPC-3-3 3
바람직하게 사용되는 액정 분자의 추가 혼합물은 하기에 도시된 분자의 혼합물[액정 매질 #2(LCM-2)로 지칭됨]이다:
Figure 112019107622035-pct00003
Figure 112019107622035-pct00004
Figure 112019107622035-pct00005
액정 매질 LCM-2의 조성은 표 2에 주어진다.
성분 비율(중량%)
CP-3-N 16
CP-5-N 16
CPG-3-F 5
CPG-5-F 5
CPU-3-F 15
CPU-5-F 15
CCGU-3-F 7
CGPC-3-3 4
CGPC-5-3 4
CGPC-5-5 4
CCZPC-3-3 3
CCZPC-3-4 3
CCZPC-3-5 3
사용되는 키랄 도판트는 바람직하게는 아래에 도시된 분자 중 하나이며, 여기서 아래에 나타낸 키랄 도판트 S-5011 또는 S-811이 특히 바람직하다:
Figure 112019107622035-pct00006
Figure 112019107622035-pct00007
Figure 112019107622035-pct00008
스위칭 층은 바람직하게는 평균 굴절률(n)을 가지며, 분자는 피치(p)를 갖는데, 여기에서 곱 n·p는 >0.8㎛, 특히 바람직하게는 >1.0㎛, 매우 특히 바람직하게는 >1.2㎛이고, 특히 바람직하게는 50㎛ 내지 0.8㎛의 범위이고, 매우 특히 바람직하게는 25㎛ 내지 0.8㎛의 범위이다.
또한, 피치(p)가 0.5㎛ 내지 50㎛, 특히 바람직하게는 0.5㎛ 내지 30㎛, 매우 특히 바람직하게는 0.5㎛ 내지 15㎛인 것이 바람직하다. p는 가장 바람직하게는 1㎛ 내지 5㎛이다. 따라서, 낮은 스위칭 전압이 달성될 수 있는 것으로 밝혀졌다. 낮은 스위칭 전압은 특히 안전상의 이유로 스위칭가능한 윈도우에 유리하다.
값 p는 키랄 도판트 및 그의 나선형 꼬임력(β)의 적절한 선택, 및 그의 농도를 통해 당 업자에 의해 조정될 수 있다.
키랄 도판트를 갖는 액정 매질을 포함하는 스위칭 층의 추가의 바람직한 실시양태에서는, 나선형 꼬임력 β=(p·c)-1μm-1을 갖는 키랄 도판트가 바람직하게 사용되며, 여기에서 p는 액정 매질의 분자의 피치(μm)이고, c는 전체 액정 매질을 기준으로 한 키랄 도판트의 농도(중량%)이며, β는 5μm-1보다 크다. 키랄 도판트는 바람직하게는 5 내지 250㎛-1, 특히 바람직하게는 7 내지 150㎛-1인 나선형 꼬임력을 갖는다.
또한, d/p 값이 >2인 것이 바람직한데, 여기에서 d는 스위칭 층의 두께이고, p는 액정 매질의 분자의 피치이다. d/p는 특히 바람직하게는 <20이다. d/p는 매우 특히 바람직하게는 3 내지 10의 값을 갖는다. d/p의 적합한 값은 특히 고 산란 스위칭 층, 즉 높은 헤이즈 값을 갖는 스위칭 층을 수득하게 한다.
일반적으로, 액정 매질은 바람직하게는 >90℃, 보다 바람직하게는 >100℃ 또는 >105℃, 매우 특히 바람직하게는 >110℃의 투명점(clearing point)을 갖는다.
또한, 스위칭 층의 액정 매질은 일반적으로 >1.0·109Ω·cm, 특히 바람직하게는 >1.0·1011Ω·cm의 비저항을 갖는다.
도 1은 종래 기술에 따라 광학 소자를 투명한 상태로 스위칭하기 위한 구동 방법이다.
도 2는 종래 기술에 따라 광학 소자를 프라이버시 상태로 스위칭하기 위한 구동 방법이다.
도 3은 광학 소자를 투명한 상태로, 그리고 후에 프라이버시 상태로 스위칭하기 위한 구동 방법의 제 1 실시양태이다.
도 4는 광학 소자를 프라이버시 상태로 스위칭하기 위한 구동 방법의 제 2 실시양태이다.
도 5는 어느 전압 수준에서 광학 소자의 상태의 스위칭이 발생하는지를 보여주는 도표이다.
도 6은 스위칭가능한 광학 소자용 제어 층의 제조를 도시한다.
도 7은 스위칭가능한 광학 소자의 개략도이다.
도 8은 투명한 상태의 현미경 이미지이다.
도 9는 최초 프라이버시 상태의 현미경 이미지이다.
도 10은 두 번째 프라이버시 상태의 현미경 이미지이다.
도 11은 세 번째 프라이버시 상태의 현미경 이미지이다.
도 1에는 종래 기술에 따라 스위칭가능한 광학 소자를 투명한 상태로 스위칭하기 위한 구동 방식이 도시되어 있다. 플롯은 AC 구동 전압의 평균 제곱근 값(RMS) 대 시간을 도시한다.
스위칭가능한 광학 소자를 프라이버시 상태(II)로부터 투명한 상태(I)로 스위칭하기 위해, 구동 전압을 투명 전압(Vc)으로 상승시킨다. 투명한 상태가 유지되는 한, 구동 전압은 일정 레벨(Vc)로 유지된다.
도 2에는 종래 기술에 따라 스위칭가능한 광학 소자를 프라이버시 상태로 스위칭하기 위한 구동 방식이 도시되어 있다. 플롯은 AC 구동 전압의 평균 제곱근 값(RMS) 대 시간을 도시한다.
스위칭가능한 광학 소자를 투명한 상태(I)에서 프라이버시 상태(II)로 스위칭하기 위해, 구동 전압을 프라이버시 전압(Vp)으로 낮춘다. 프라이버시 상태가 유지되는 한, 구동 전압은 일정한 레벨(Vp)로 유지된다.
도 3은 제안된 구동 방식의 제 1 실시양태를 도시한다. 도 3의 플롯에서는, AC 구동 전압의 RMS 값이 시간(t)에 대해 플롯팅된다.
스위칭가능한 광학 소자를 프라이버시 상태(II)에서 투명한 상태(I)로 스위칭하기 위해, 구동 전압을 먼저 제 1 투명 전압(Vc1)으로 상승시킨다. 이 인가된 전압을 제 1 기간(t1) 동안 유지한다. 제 1 기간(t1)이 경과된 후, 구동 전압을 제 2 투명 전압(Vc2)으로 낮춘다. 투명한 상태가 유지되는 한, 구동 전압은 일정한 레벨(Vc2)로 유지된다.
스위칭가능한 광학 소자를 투명한 상태(I)로부터 프라이버시 상태(II)로 스위칭하기 위해, 구동 전압을 먼저 바람직하게는 0V로 설정된 저전압(VL)으로 낮춘다. 제 2 기간(t2)에 걸쳐 점진적으로 낮춘다. 기간(t2)이 종료된 후, 인가된 구동 전압은 저전압(VL)에 있고 거기에서 프라이버시 전압(Vp)으로 다시 상승시킨다. 구동 전압의 상승도 또한 기간(t3)에 걸쳐 점진적으로 수행한다. 기간(t3)이 만료된 후, 구동 전압은 다음 스위치가 발생할 때까지 일정한 레벨(Vp)로 유지된다.
도 4는 제안된 구동 방식의 다른 실시양태를 도시한다. 도 4의 플롯에서는, AC 구동 전압의 RMS 값이 시간(t)에 대해 플롯팅된다.
스위칭가능한 광학 소자를 투명한 상태(I)로부터 프라이버시 상태(II)로 스위칭하기 위해, 구동 전압을 먼저 바람직하게는 0V로 설정된 저전압(VL)으로 낮춘다. 제 2 기간(t2)에 걸쳐 점진적으로 낮춘다. 기간(t2)이 끝난 후, 인가된 구동 전압은 저전압(VL)에 있으며, 단일 단계로 여기에서 프라이버시 전압(Vp)으로 다시 상승시킨다. 구동 전압을 제 4 기간(t4) 동안 프라이버시 전압(Vp)으로 유지시킨다. 기간(t4)이 종료된 후, 구동 전압을 단일 단계로 저전압(VL)까지 낮춘다. 저전압을 제 5 기간(t5) 동안 유지시킨다. 제 5 기간이 종료된 후, 구동 전압을 다시 프라이버시 전압(Vp)으로 상승시킨다. 투명한 상태로의 다음 스위칭이 발생될 때까지 구동 전압을 기재된 방식으로 프라이버시 전압(Vp)과 저전압(VL) 사이에서 교번시킨다.
도 5는 구동 전압이 최대 전압까지 선형으로 상승한 다음 다시 낮아지는, 시간에 대한 구동 전압의 플롯을 도시한다.
구동 전압이 상승하면, 스위칭가능한 광학 소자는 구동 전압이 제 1 레벨을 초과할 때 투명한 상태를 채택한다. 제 1 레벨에 상응하는 전압은 도 5에서 (V1)로 표시된다. 이어 구동 전압이 낮아질 때, 산란(프라이버시) 상태로의 완화는 동일한 레벨에서는 발생하지 않는다. 구동 전압이 도 5에서 (V2)로 표시된 제 2 레벨 아래로 낮아질 때까지 광학 소자는 투명한 상태로 유지된다. 이 히스테리시스는 제 1 투명 전압 레벨 및 제 2 투명 전압 레벨을 정의하는데 사용된다. 제 1 투명 전압(Vc1)은 (V1)으로 표시된 전압과 같거나 약간 위에서 선택되고, 제 2 투명 전압(Vc2)은 도 5에서 (V2)로 표시된 전압과 같거나 약간 위에서 선택된다. 제 1 및 제 2 투명 전압은 바람직하게는, 제 1 투명 전압이 항상 광학 소자를 투명한 상태로 안전하게 스위칭할만큼 충분히 높고, 제 2 투명 전압이 투명한 상태를 안전하게 유지하기에 충분히 높도록 보장하기 위해 안전 여유를 추가함으로써, 각각의 (V1) 및 (V2) 전압보다 약간 더 높게 선택될 수 있다.
도 6은 스위칭가능한 광학 소자용 제어 층의 제조를 도시한다. 두 개의 유리 기판을, 직사각형 기판의 대각선으로 마주보는 두 모서리를 제거함으로써 도 6에 도시된 형상으로 절단한다. 유리 기판은 산화주석인듐(ITO) 투명 전극으로 코팅된다. 또한, 정렬 층이 ITO 전극 상에 배열된다. 2개의 유리 기판이 액정 매질을 수용하기 위한 간극을 형성하는 셀로 배열될 때, 정렬 층은 액정 분자의 정렬을 위한 바람직한 방향을 제공한다. 도 6의 실시양태에서, 2개의 유리 기판의 정렬 층은 90°의 개별적인 러빙 방향 각도로 배열된다. 30°, 40°, 50°, 60°, 70° 및 80°, 및 100°, 110°, 120°, 130°, 140° 및 150°와 같은 다른 각도도 가능하다.
2개의 유리 기판 각각에서, 2개의 모서리가 절단되었다. 2개의 유리 기판이 셀 구성으로 배열될 때, ITO 전극은 형성된 간극의 내부를 향한다. 절단된 모서리는 전극의 일부를 노출시켜 전극이 전기적으로 접촉될 수 있게 한다.
도 7은 스위칭가능한 광학 소자(1)의 개략도를 도시한다. 스위칭가능한 광학 소자(1)는 이 순서로 제 1 유리 기판(11), 제 1 투명 전극(12), 제 1 정렬 층(13), 스위칭 층(14), 제 2 정렬 층(15), 제 2 투명 전극(16) 및 제 2 유리 기판(17)을 포함한다.
스위칭 층(14)은 액정 매질을 포함한다. 액정 매질의 상태는 제 1 투명 전극(12)과 제 2 투명 전극(16) 사이에 인가되는 구동 전압에 의해 발생되는 전기장에 의해 제어된다.
도 8은 투명 상태의 현미경 이미지를 도시한다. 현미경 이미지에서 보이는 구조는 기판의 유리 표면의 구조 및 결함이다. 스위칭 층의 구조는 보이지 않는다.
도 9는 최초 프라이버시 상태의 현미경 이미지를 보여준다. 이미지는 구동 전압이 최초로 프라이버시 전압(Vp)으로 설정된 상태에서 스위칭이 발생한 직후의 프라이버시 상태를 도시한다. 이미지는 도메인의 균일한 분포를 보여준다.
도 10은 두 번째 프라이버시 상태의 현미경 이미지를 보여준다. 이미지는 도 4에 도시된 구동 방법에 따라 제 5 기간(t5) 후의 프라이버시 상태를 도시한다. 일부 영역은 평면 콜레스테릭 상태로 다시 이완되었지만 대부분의 도메인은 여전히 작은 크기여서 도시된 시간에서는 광학 소자의 프라이버시 상태가 여전히 유지된다.
도 11은 세 번째 프라이버시 상태의 현미경 이미지이다. 이미지는 도 4에 도시된 구동 방법에 따라 제 4 기간(t4) 후의 프라이버시 상태를 도시한다. 이미지는 다시 멀티도메인 상태의 도메인의 균질한 분포를 도시한다.
실시예
실시예 1:
전도성 ITO(산화주석인듐) 코팅된 유리 두 장을 수득한다. 시트를 도 6에 표시된 형상으로 절단 및 연마한다.
기판을 세척한 후, 폴리이미드 정렬 층을 코팅된 면에 인쇄한다. 기판을 오븐에서 베이킹하고 폴리이미드를 러빙하여 상호 회전이 90°인 정렬 층을 수득한다. 이어서, 기판을 셀 간극이 25㎛인 셀로서 배열한다(정렬 층이 내부를 향함). 셀로 조합할 때, 하나의 기판의 절단된 모서리는 다른 기판의 절단되지 않은 모서와 대면하여 전기 접촉이 이루어질 수 있는 4개의 영역을 생성시킨다.
네마틱 액정 매질 LCM-1(조성에 대해서는 표 1 참조) 및 키랄 도판트 R-5011 1.2중량%로 이루어진 혼합물을 제조한다. 이어서, 진공 충전을 이용하여 셀을 액정/키랄 도판트 혼합물로 충전하고, 압축한 다음, 최종 경화 단계를 위해 오븐에 넣는다. 스위칭가능한 윈도우를 수득하기 위해, 액정 셀을 유리 시트와 함께 절연 유리 유닛으로 조합한다. 전기 배선은 납땜을 통해 접촉 영역에 연결한다.
제어가능한 전압을 갖는 주파수 60Hz 및 스퀘어 파형의 AC 전원을 준비하고, 스위칭가능한 윈도우에 연결한다.
투명한 상태를 얻기 위해 57V의 RMS(평균 제곱근) 전압을 약 10초 동안 인가한다. 이어, 전압을 45V로 낮추고 여전히 투명한 상태를 유지한다. 헤이즈(H)는 0.5%로 측정되고, 투명도(C)는 99.8%로 측정된다(측정은 표준 ASTM D 1003-00을 이용하는 BYK 헤이즈-가드 i 기기를 사용하여 수행됨).
프라이버시 상태를 수득하기 위해, 전압을 3초에 걸쳐 점진적으로 감소시킴으로써 전압을 45V에서 4V로 감소시킨다. 헤이즈(H)는 85%로 측정되고 투명도(C)는 29%로 측정된다.
실시예 2:
25㎛ 셀 간극을 갖는 유리 셀을 실시예 1과 유사하게 생성시킨다. 그러나, 이번에는 정렬 층을 가하지 않는다. 네마틱 액정 매질 LCM-2(조성에 대해서는 표 2 참조) 및 키랄 도판트 S-811 2.1중량%로 구성되는 혼합물을 제조한다. 이어서, 셀을 액정/키랄 도판트 혼합물로 충전시킨다. 전기 배선을 납땜으로 연결하고, 셀을 가변 전압 공급원에 연결한다.
전압을 25V에서 5V로 낮춤으로써 셀을 산란 상태로 스위칭시킨다. 도 9에 도시된 현미경 이미지는 관찰된 멀티도메인 상태를 도시한다.
셀을 25V에서 0V로 스위칭시킨 다음 0V로 유지하면, 도 10에 도시된 현미경 이미지에서 볼 수 있듯이 점진적으로 커지는 평면 도메인이 관찰될 수 있다. 이로 인해 프라이버시가 점진적으로 손실된다.
셀을 25V에서 5V로, 이어 0V로, 30초 후에 다시 5V로 스위칭시킨다. 25V에서 5V로 스위칭시킨 후 멀티도메인 상태가 수득된다. 0V에서 평면 도메인이 점진적으로 커지기 시작한다. 이어, 셀을 30초 동안 5V로 다시 스위칭시킨다. 이 30초 후에 완전한 멀티도메인 상태가 다시 수득된다(도 11 참조). 0V와 5V 사이에서 변하는 이러한 패턴을 지속함으로써, 산란 윈도우를 유지한다.

Claims (15)

  1. 하나 이상의 스위칭 층을 포함하는 스위칭가능한 광학 소자를 전기적으로 구동하는 방법으로서,
    상기 스위칭 층이 3개 이상의 상태를 갖는 액정 매질을 포함하고,
    상기 액정 매질의 상태가 인가되는 전기장에 의해 제어되며,
    구동 전압이 제 1 레벨을 초과할 때 스위칭 층이 투명한 상태를 채택하고, 전압이 낮아지면 구동 전압이 제 2 레벨 미만으로 떨어질 때까지 투명한 단계가 유지되고, 구동 전압이 더 감소되어 제 3 레벨 아래로 떨어질 때 스위칭 층이 산란(scattering) 상태를 채택하며, 구동 전압이 더 감소되어 제 4 레벨 아래로 떨어질 때 스위칭 층이 제 3 상태를 채택하고,
    상기 방법은
    a) (i) 구동 전압을 제 1 레벨 이상인 제 1 투명 전압(Vc1)으로 상승시켜 산란 상태(scattering state) 또는 제 3 상태로부터 투명한 상태로 스위칭하고, (ii) 구동 전압을 제 1 기간(t1) 동안 제 1 투명 전압(Vc1)에서 유지한 다음, (iii) 구동 전압을 제 1 레벨보다 낮고 제 2 레벨보다 높은 제 2 투명 전압(Vc2)으로 낮추고 상태가 다시 스위칭될 때까지 구동 전압을 제 2 투명 전압(Vc2)에서 유지함;
    b) 구동 전압을 제 2 기간(t2) 동안 제 2 투명 전압(Vc2)으로부터 저전압(VL)으로 낮춘 후, 구동 전압을 프라이버시 전압(Vp)으로 상승시킴으로써, 투명한 상태에서 산란 상태로 스위칭함(이 때, 프라이버시 전압(Vp)은 제 3 레벨 이하이고 제 4 레벨보다 높으며, 저전압(VL)은 프라이버시 전압(Vp)보다 낮음);
    c) 상태가 다시 스위칭될 때까지 구동 전압을 프라이버시 전압(Vp)과 저전압(VL) 사이에서 교번(alternating)시킴으로써, 산란 상태를 유지시킴(이 때, 프라이버시 전압(Vp)은 제 4 기간(t4) 동안 유지되고, 저전압(VL)은 제 5 기간(t5) 동안 유지되며, 프라이버시 전압(Vp)은 제 3 레벨 이하이고 제 4 레벨보다 높으며, 저전압(VL)은 프라이버시 전압(Vp)보다 낮음)
    중 하나 이상을 포함하는, 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 단계 (b)에서 구동 전압을 제 2 기간(t2) 동안 점진적으로 낮추는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 단계 (b)에서 구동 전압의 프라이버시 전압(Vp)으로의 상승을 제 3 기간(t3)에 걸쳐 점진적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동 전압이 0.1 내지 1000Hz의 주파수를 갖는 스퀘어 파형(square waveform)인 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 기간(t1)이 1ms 내지 60s인 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 기간(t2)이 1ms 내지 60s인 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 3 기간(t3)이 1ms 내지 3s인 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위칭 층이 투명한 상태일 때 상기 스위칭 층의 헤이즈가 5% 미만인 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위칭 층이 산란 상태일 때 상기 스위칭 층이 20% 이상의 헤이즈를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 산란 상태에서 제 3 상태로의 전이가 산란 상태에서 관찰된 최대 헤이즈로부터 10% 이상만큼의 헤이즈 감소에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정 매질이 적어도 호메로트로픽(hemeotropic) 상태 및 멀티도메인(multidomain) 상태를 가지며, 상기 액정 매질이 호메로트로픽 상태일 때 스위칭가능한 층이 투명한 상태이고, 상기 액정 매질이 멀티도메인 상태일 때 스위칭가능한 층이 산란 상태인 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정 매질이 양의 유전율 이방성 Δε을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정 매질이 키랄 도판트를 포함하고, 상기 액정 매질에서 키랄 도판트의 양이 0.1중량% 내지 30중량%인 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정 매질이 중합체 분획을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스위칭가능한 광학 소자가 윈도우 소자(window element)인 것을 특징으로 하는 방법.
KR1020197031092A 2017-03-29 2018-03-27 스위칭가능한 광학 소자를 전기적으로 구동시키는 방법 KR102473111B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP17163455 2017-03-29
EP17163455.3 2017-03-29
PCT/EP2018/057711 WO2018178043A1 (en) 2017-03-29 2018-03-27 Method for electrically driving a switchable optical element

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190136021A KR20190136021A (ko) 2019-12-09
KR102473111B1 true KR102473111B1 (ko) 2022-12-01

Family

ID=58454924

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020197031092A KR102473111B1 (ko) 2017-03-29 2018-03-27 스위칭가능한 광학 소자를 전기적으로 구동시키는 방법

Country Status (7)

Country Link
US (1) US10823991B2 (ko)
EP (1) EP3602190B1 (ko)
JP (1) JP7160830B2 (ko)
KR (1) KR102473111B1 (ko)
CN (1) CN110431478B (ko)
TW (1) TWI788336B (ko)
WO (1) WO2018178043A1 (ko)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3594737A4 (en) * 2017-03-10 2020-10-21 Dai Nippon Printing Co., Ltd. LIGHT CONTROL FILM, LIGHT CONTROL SYSTEM AND LIGHT CONTROL ELEMENT
JP6981052B2 (ja) * 2017-06-08 2021-12-15 凸版印刷株式会社 調光装置
CN113253535B (zh) * 2021-04-12 2023-06-02 浙江上方电子装备有限公司 电致变色器件的控制方法、系统、计算机设备以及存储介质
JP2023117330A (ja) * 2022-02-10 2023-08-23 凸版印刷株式会社 調光装置、スクリーンシステム、調光窓、および、調光シート
WO2023245424A1 (zh) * 2022-06-21 2023-12-28 绚丽光电股份有限公司 调光玻璃切换方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3330940B2 (ja) 1991-05-02 2002-10-07 ケント ステイト ユニバーシティ 液晶光変調デバイスと液晶物質
JP2003140112A (ja) 2001-11-05 2003-05-14 Japan Science & Technology Corp 液晶表示素子の駆動方法
US20070008262A1 (en) 2005-07-05 2007-01-11 Fuji Xerox Co., Ltd. Driving method of liquid crystal device and driving device of liquid crystal device
JP2009229895A (ja) 2008-03-24 2009-10-08 Stanley Electric Co Ltd 液晶表示装置

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS54155796A (en) * 1978-05-30 1979-12-08 Seiko Instr & Electronics Ltd Driving method for phase-transition type liquid-crystal display unit
JPH0279894A (ja) * 1988-09-16 1990-03-20 Fujitsu Ltd 液晶表示装置
JP3013496B2 (ja) * 1991-05-14 2000-02-28 凸版印刷株式会社 液晶シャッターの駆動方法
US6674504B1 (en) * 2000-09-29 2004-01-06 Kent Optronics, Inc. Single layer multi-state ultra-fast cholesteric liquid crystal device and the fabrication methods thereof
WO2003083523A2 (en) * 2002-03-27 2003-10-09 Avery Dennison Corporation Switchable electro-optical laminates
US6894668B2 (en) * 2002-05-03 2005-05-17 Eastman Kodak Company General 2 voltage levels driving scheme for cholesterical liquid crystal displays
JP4602400B2 (ja) * 2005-02-21 2010-12-22 富士通株式会社 液晶表示素子
JP2008242097A (ja) * 2007-03-27 2008-10-09 Sharp Corp 液晶表示装置および表示装置
JP2010531468A (ja) 2007-06-25 2010-09-24 ヴライト イノヴェーションズ リミテッド 高分子分散液晶構造
JP2009093143A (ja) * 2007-09-18 2009-04-30 Fujifilm Corp 液晶デバイス
KR101539926B1 (ko) 2008-05-21 2015-07-28 피어 플러스 비.브이. 이방성 발광 재료를 갖는 광학 장치
KR101953833B1 (ko) * 2011-11-18 2019-03-05 엘지디스플레이 주식회사 콜레스테릭 액정층을 구비한 액정표시장치의 구동방법
CN107548471B (zh) 2015-04-27 2021-07-02 默克专利股份有限公司 用于光学切换元件的光学切换层
JP6543129B2 (ja) * 2015-07-29 2019-07-10 ルネサスエレクトロニクス株式会社 電子装置
CN105930707A (zh) * 2016-04-14 2016-09-07 北京小米移动软件有限公司 系统切换方法及装置
US11001758B2 (en) * 2016-06-10 2021-05-11 Dow Silicones Corporation Non-linear side chain liquid crystal polyorganosiloxanes and methods for their preparation and use in electro-optic applications and devices

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3330940B2 (ja) 1991-05-02 2002-10-07 ケント ステイト ユニバーシティ 液晶光変調デバイスと液晶物質
JP2003140112A (ja) 2001-11-05 2003-05-14 Japan Science & Technology Corp 液晶表示素子の駆動方法
US20070008262A1 (en) 2005-07-05 2007-01-11 Fuji Xerox Co., Ltd. Driving method of liquid crystal device and driving device of liquid crystal device
JP2009229895A (ja) 2008-03-24 2009-10-08 Stanley Electric Co Ltd 液晶表示装置

Also Published As

Publication number Publication date
EP3602190A1 (en) 2020-02-05
TW201837566A (zh) 2018-10-16
US10823991B2 (en) 2020-11-03
KR20190136021A (ko) 2019-12-09
WO2018178043A1 (en) 2018-10-04
CN110431478B (zh) 2022-07-05
JP2020515902A (ja) 2020-05-28
JP7160830B2 (ja) 2022-10-25
US20200209664A1 (en) 2020-07-02
EP3602190B1 (en) 2022-03-30
TWI788336B (zh) 2023-01-01
CN110431478A (zh) 2019-11-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102473111B1 (ko) 스위칭가능한 광학 소자를 전기적으로 구동시키는 방법
JP3330940B2 (ja) 液晶光変調デバイスと液晶物質
US5453863A (en) Multistable chiral nematic displays
KR101689902B1 (ko) 넓은 온도 범위의 스멕틱 액정 물질
JP7317467B2 (ja) 光スイッチング要素において使用するための光スイッチング層
US7859638B2 (en) Method for driving liquid crystal light modulating device, and liquid crystal light modulating device
EP3720924A1 (en) Liquid-crystalline medium for use in a switching element
JP2021505937A (ja) 液晶セル
CN110320687A (zh) 电控双稳态调光器件的驱动方法
EP2698415A2 (en) Liquid-crystal composition and liquid-crystal element
WO2011102892A1 (en) Fast-switching surface-stabilized liquid crystal cells
WO2020154433A1 (en) Polymer networked liquid crystal smart window device and methods of making the same
EP0179592A2 (en) Ferroelectric liquid crystal display cells
US10871694B2 (en) Bistable cholesteric liquid crystal switchable window
EP0251639A1 (en) Liquid crystal cell
EP0742915B1 (en) Multistable chiral nematic displays
WO2020229434A1 (en) Method for preparing a liquid crystal-based switching element
CN113195683A (zh) 用于切换元件的切换层
US20150049267A1 (en) Optical Device
DE10111452B4 (de) Bistabile elektrooptische Flüssigkristallanzeigen und Verfahren zu ihrer Herstellung
CN1256619C (zh) 液晶盒系统以及改进液晶盒系统的方法
JP2021505939A (ja) 液晶セル
TW201312238A (zh) 光學裝置
WO2013038150A1 (en) Addressing arrangement
Belyaev et al. Stereo-Glasses with Composite and Chiral Liquid Crystals

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant