KR102609521B1 - 곡면 부착용 투과도 가변 필름셀 및 이를 이용한 광학 기기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 곡면형 기기에 부착할 수 있는 투과도 가변 필름셀 및 이를 이용한 광학 기기에 관한 것으로, 특히 아이웨어와 같이 곡면형 광학 기재의 내측 곡면에 투과도 가변 필름셀을 부착 시 액정이 포함된 액정셀 내부에서의 기포 발생을 효과적으로 방지할 수 있도록 액정셀의 상하에 제공되는 점착제층의 점탄성 특성을 제어한 투과도 가변 필름셀 및 이를 이용한 광학 기기를 제공한다.
Description
본 발명은 투과도 가변 필름셀 및 이를 이용한 광학 기기에 대한 것으로, 보다 상세하게는 곡면형 광학 기재의 내측 곡면에 부착할 수 있는 투과도 가변 필름셀 및 이를 이용한 광학 기기에 관한 것이다.
투과도 가변 필름셀은 외부 전기 에너지 인가 유무에 따라 필름을 투과하는 가시광선 등 전자기파의 투과도를 가변시킬 수 있는 복합 필름을 의미한다.
이색성 염료가 혼합된 액정을 이용한 투과도 가변 필름셀은 대향 배치된 2장의 전극 필름(예를 들어, 기재 필름 상에 전극층과 배향막층이 형성된 구조를 가짐)과 외곽 봉지부가 형성하는 공간 내에 이색성 염료가 혼합된 액정층을 포함할 수 있고, 전압의 인가 유무에 따라 액정이 배향함과 동시에 이색성 염료도 배향하며 투과도를 가변할 수 있다.
투과도 가변 디바이스는 외부에서 유입되는 빛의 투과와 차단이 용이하여, 건축용 스마트 윈도우, 자동차용 선루프와 측면유리 및 투명 디스플레이의 차광판 등으로 활용될 수 있다. 또한, 바이크용 윈드 쉴드, 스포츠용 스마트 글라스 등과 같은 아이웨어 제품과 증강현실용 아이웨어의 정보 시인성 향상 목적에도 활용될 수 있다.
특히, 아이웨어 제품과 같이 곡면형 제품의 표면에 부착되는 투과도 가변 필름셀의 경우, 아이웨어 제품이 갖는 곡면 구조에 최적화된 특성을 보유해야 한다. 한편, 평면으로 제작된 필름셀을 곡면형 제품 상에 부착하는 경우 액정셀 내부에 원치 않는 기포가 발생할 수 있으므로, 이러한 기포 발생을 방지할 수 있는 필름셀의 특성이 요구된다.
곡률반경이 작거나 복수의 곡면을 가지는 곡면형 광학 기재의 내측 곡면에 투과도 가변 필름셀을 부착 시 광학 기재의 곡률로 인하여 액정셀 상하의 전극필름에 인장 내지 압축 응력이 발생하고, 특히 압축응력이 발생하는 전극필름의 변형은 길이의 여유를 유발하여 액정셀 간격(cell gap)을 불규칙하게 증가시킨다. 이러한 액정셀 간격의 불규칙한 증가는 필연적으로 액정셀 내부에 기포를 발생시킬 수 있다.
본 발명에서는 아이웨어와 같이 곡면형 광학 기재의 내측 곡면에 투과도 가변 필름셀을 부착 시 액정이 포함된 액정셀 내부에서의 기포 발생을 효과적으로 방지할 수 있는 투과도 가변 필름셀을 제공하는 것에 목적이 있다.
특히, 본 발명에서는 기존의 적층 구조 및 관련된 제조 공정을 그대로 활용할 수 있는 투과도 가변 필름셀을 제공하는 것에 또 다른 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 투과도 가변을 위한 액정층을 포함하는 액정셀; 상기 액정셀의 일측면에 위치하는 제1 점착제층; 및 상기 액정셀의 타측면에 위치하는 제2 점착제층;을 포함하는 투과도 가변 필름셀으로, 상기 투과도 가변 필름셀의 제1 점착제층은 곡면형 광학 기재의 내측 곡면에 부착되기 위한 부착면이고, 상기 제2 점착제층의 저장 탄성률은 상기 제1 점착제층의 저장 탄성률보다 더 큰 값을 갖는 것을 특징으로 하는 투과도 가변 필름셀을 제공한다.
상기 제1 점착제층의 저장 탄성률(G')은 0.1 MPa이고, 상기 제2 점착제층의 저장 탄성률(G')은 상기 제1 점착제층의 저장 탄성률(G')의 적어도 25배 이상일 수 있다.
상기 제1 점착제층은 0.05 MPa 내지 0.2 MPa 범위에서 선택된 저장 탄성률(G')을 가지며, 상기 제2 점착제층은 2 MPa 내지 6 MPa 범위에서 선택된 저장 탄성률(G')을 가질 수 있다.
상기 제2 점착제층 상에 커버층을 더 포함할 수 있다.
상기 커버층 기재의 소재는 TAC(triacetyl cellulose); 노르보르넨 유도체 등의 COP(cyclo olefin copolymer); PMMA(polymethyl methacrylate); PC(polycarbonate); PE(polyethylene); PP(polypropylene); PVA(polyvinyl alcohol); DAC(diacetyl cellulose); PAC(polyacrylate); PES(poly ether sulfone); PEEK(polyether ether ketone); PPS(polyphenylene sulfide), PEI(polyether imide); PEN(polyethylene naphthalate); PET(polyethylene terephthalate); PI(polyimide); PSF(polysulfone); PAR(polyarylate) 또는 비정질 불소 수지 중 어느 하나로 이루어진 필름층일 수 있다.
상기 제1 점착제층 및 상기 제2 점착제층은 상기 곡면형 광학 기재 및 상기 커버층과의 180도 Peel 접착강도(속도 12 in/min)가 30N/100mm이상인 아크릴계 또는 실리콘계 감압성 점착제(pressure sensitive adhesive: PSA) 조성물 또는 광학 투명 접착제 (optically clear adhesive: OCA) 조성물로 형성될 수 있다.
상기 제2 점착제층의 접착강도는 50N/100mm이상인 아크릴계 점착제이고, 상기 커버층은 PC 또는 PMMA로 이루어진 필름층일 수 있다.
상기 제1 점착제층의 손실 계수(tanδ=G”/G')는 상기 제2 점착제층의 손실 계수(tanδ=G”/G')보다 더 큰 값을 가질 수 있다.
상기 곡면형 광학 기재는 아이웨어용 또는 증강현실용 렌즈일 수 있다.
상기 곡면형 광학 기재의 곡률 반경에 따라 요구되는 액정셀의 기준 휨 각도(θ)보다 상기 액정셀의 휨 각도(θ')는 더 작은 값을 가질 수 있다.
상기 액정셀은 액정층을 기준으로 상하로 각각 배향막, 전극층, 기재층이 적층된 셀 조립체로 이루어지며, 상기 액정층 내에는 컬럼 스페이서가 배치되어, 상기 컬럼 스페이서에 의해 셀 갭을 유지하도록 구성될 수 있다.
상기 제1 점착제층의 외측에 위치하는 이형필름층을 더 포함하고, 상기 곡면형 광학 기재는 상기 이형필름층을 제거하여 상기 제1 점착제층에 직접 부착될 수 있다.
상기 투과도 가변 필름셀에 부착되는 상기 곡면형 광학 기재는 곡률반경이 70mm이상이고, 단곡면 또는 복곡면을 갖는 곡면형 광학 기재일 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 투과도 가변 필름셀; 및 상기 투과도 가변 필름셀이 부착되는 곡면형 광학 기재;를 포함하며, 상기 투과도 가변 필름셀은, 투과도 가변을 위한 액정층을 포함하는 액정셀과; 상기 액정셀 내 어느 한쪽의 투명 전도층 상에 부착된 컬럼 스페이서와; 상기 액정셀의 일측면에 위치하며, 상기 곡면형 광학 기재의 내측 곡면에 부착되는 제1 점착제층; 상기 액정셀의 타측면에 위치하는 제2 점착제층; 및 상기 제2 점착제층 상에 형성된 커버층을 포함하며, 상기 제2 점착제층의 저장 탄성률은 상기 제1 점착제층의 저장 탄성률보다 더 큰 값을 갖는 것을 특징으로 하는 투과도 가변형 광학 기기를 제공한다.
상기 곡면형 광학 기재는 곡률반경이 70mm이상이고, 단곡면 또는 복곡면을 갖는 곡면형 광학 기재인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 바람직한 구현예에 따른 투과도 가변 필름셀의 경우, 곡면 부착 시 문제가 되던 기포 발생을 효과적으로 개선할 수 있으므로, 투과도 가변 필름셀이 부착된 광학 기기의 상품성을 개선할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 투과도 가변 필름셀을 활용할 경우 점착제층의 기계적 물성을 제외하고 필름셀의 적층 구조 내 개별 층을 변경하지 않고도 액정셀 내부의 기포 발생을 효과적으로 개선할 수 있으므로, 제조 공정이 단순화되고 제조 원가를 저감할 수 있는 장점이 있다.
또한, 기존의 투과도 가변 필름셀의 기본적인 적층 구조를 유지할 수 있으므로, 기존의 생산 설비 및 공정 기술을 그대로 활용할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 투과도 가변 필름셀을 예시적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 구현예에 있어서, 액정셀의 세부 구조를 예시적으로 나타내는 단면도이다.
도 3은 곡면을 갖는 아이웨어의 내측 곡면에 부착 가능한 형태로 재단된 투과도 가변 필름셀을 예시적으로 나타낸 것이다.
도 4는 곡면을 갖는 광학 제품에 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 투과도 가변 필름셀이 부착되는 합지 공정을 예시적으로 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 투과도 가변 필름셀이 부착된 곡면형 광학 제품의 단면을 도시한 것이다.
도 6은 기능성 필름이 추가로 합지된 곡면형 광학 제품의 단면을 도시한 것이다.
도 7 및 도 8은 액정셀 상하의 점착제층 각각의 기계적 특성을 달리하여 곡면형 광학제품의 내측 표면에 부착 시 필름셀 단면외곽(contour)의 모양을 비교하기 위한 단면도로, 도 7은 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 투과도 가변 필름셀이 곡면형 광학제품에 부착된 예를 도시한 것이고, 도 8은 이에 대한 비교예로서, 동일하게 탄성이 매우 큰 2개의 점착제층에 의하여 투과도 가변 필름셀이 곡면형 광학제품의 내측 곡면에 부착된 예를 도시한 것이다.
도 9는 도 7의 실시예와 도 8의 비교예에서 휨 각도의 차이가 발생하는 것을 개념적으로 도시하고 있는 것이다.
도 10은 액정셀과 그 상하에 적층된 점착제층으로 구성된 필름셀이 곡면으로 휘어졌을 때 중립면이 액정셀의 중심에 위치하는 예를 개념적으로 도시한 단면도이다.
도 11은 도 10의 예에 비하여 중립면이 하향 이동되어 압축 영역이 감소된 예를 개념적으로 도시한 단면도이다.
도 12는 복수의 필름들이 적층된 구조에서 중립면의 위치를 산출하기 위한 주요 파라미터들을 표시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 구현예에 있어서, 액정셀의 세부 구조를 예시적으로 나타내는 단면도이다.
도 3은 곡면을 갖는 아이웨어의 내측 곡면에 부착 가능한 형태로 재단된 투과도 가변 필름셀을 예시적으로 나타낸 것이다.
도 4는 곡면을 갖는 광학 제품에 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 투과도 가변 필름셀이 부착되는 합지 공정을 예시적으로 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 투과도 가변 필름셀이 부착된 곡면형 광학 제품의 단면을 도시한 것이다.
도 6은 기능성 필름이 추가로 합지된 곡면형 광학 제품의 단면을 도시한 것이다.
도 7 및 도 8은 액정셀 상하의 점착제층 각각의 기계적 특성을 달리하여 곡면형 광학제품의 내측 표면에 부착 시 필름셀 단면외곽(contour)의 모양을 비교하기 위한 단면도로, 도 7은 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 투과도 가변 필름셀이 곡면형 광학제품에 부착된 예를 도시한 것이고, 도 8은 이에 대한 비교예로서, 동일하게 탄성이 매우 큰 2개의 점착제층에 의하여 투과도 가변 필름셀이 곡면형 광학제품의 내측 곡면에 부착된 예를 도시한 것이다.
도 9는 도 7의 실시예와 도 8의 비교예에서 휨 각도의 차이가 발생하는 것을 개념적으로 도시하고 있는 것이다.
도 10은 액정셀과 그 상하에 적층된 점착제층으로 구성된 필름셀이 곡면으로 휘어졌을 때 중립면이 액정셀의 중심에 위치하는 예를 개념적으로 도시한 단면도이다.
도 11은 도 10의 예에 비하여 중립면이 하향 이동되어 압축 영역이 감소된 예를 개념적으로 도시한 단면도이다.
도 12는 복수의 필름들이 적층된 구조에서 중립면의 위치를 산출하기 위한 주요 파라미터들을 표시한 단면도이다.
이하에서 설명되는 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 쉽게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로 인해 본 발명의 보호범위가 한정되는 것을 의미하지는 않는다. 따라서, 본 발명의 필수적인 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 일부 구성요소들에 대한 치환이나 변경이 이루어질 수 있다.
이하 설명에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자나 장치를 사이에 두고 연결되어 있는 경우를 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함'한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 언급이 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명에서의 투과도 가변 필름셀은 외부 전기에너지 인가 유무에 따라 필름셀을 투과하는 가시광선 등 전자기파의 투과도를 가변할 수 있는 액정셀을 포함하는 복합필름을 의미할 수 있다. 이러한 투과도 가변 필름셀은 단독 또는 다른 광학 부품 또는 기능성 필름층에 부착되어 활용될 수 있다. 특히, 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 투과도 가변 필름셀의 경우, 필름셀 단독으로 사용되기 보다는 광학부품 표면 내지 기능성 필름층 등 다른 기재에 부착되어 사용가능 하도록 점착제층을 포함하여 구성될 수 있다.
따라서, 본 명세서에서 투과도 가변 필름셀이라고 하면, 액정셀과 점착제층을 포함하고, 외부 전기에너지 인가 유무에 따라 전자기파의 투과도를 가변시킬 수 있는 복합 필름을 의미하는 것으로 정의하며, 넓게는 다른 기능성 필름층이 점착제층 상에 추가로 부착된 복합 필름까지 포함하는 것으로 확장 해석될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 곡면 부착용 투과도 가변 필름셀 및 이를 이용한 광학 기기를 예시적으로 설명하기로 하며, 첨부된 도면은 본 발명에 따른 곡면 부착용 투과도 가변 필름셀을 예시적으로 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명은 첨부된 도면에 따른 예로만 제한되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 투과도 가변 필름셀을 예시적으로 나타내는 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 곡면 부착용 투과도 가변 필름셀은 액정셀(10)과 액정셀(10)의 양측에 적층 배치되는 한 쌍의 점착제층들에 해당되는 제1 점착제층(20)과 제2 점착제층(30)을 포함할 수 있다. 또한, 제1 점착제층(20)과 제2 점착제층(30)에 각각 부착되는 제1 커버층(40)과 제2 커버층(50)이 더 포함될 수 있다. 여기에서 커버층은 점착제층을 이물로부터 보호하기 위한 이형필름일 수 있으며, 다양한 기능을 부여하기 위한 기능성 필름층일 수 있다.
도 1의 예는 본 발명의 바람직한 구현예에 대한 설명의 편의를 위해, 적층 구조를 보다 간단하게 나타낸 것으로, 도 1의 액정셀(10)은 투과도 가변 기능을 제공하기 위해 제공되는 액정층을 포함하는 셀 조립체이며, 액정셀(10)의 구체적인 구성에 대한 예시는 도 2에 도시되어 있다.
본 발명에서의 액정셀은 전압 등 외부에서 인가되는 전기적 신호에 의한 스위칭 동작을 통해 투과도를 가변시킬 수 있는 적층구조체이며, 액정 화합물을 포함하는 액정층을 포함할 수 있다. 이색성 염료가 포함된 액정 화합물을 사용하면 필름셀에 편광필름을 사용하지 않고도 투과도 가변 특성을 구현할 수 있다. 반면 이색성 염료를 사용하지 않으면 투과도 가변을 위하여 액정셀 상하에 두 장의 편광필름을 기능성필름으로서 사용할 수 있다. 본 발명에서는 이색성 염료가 혼합된 액정 화학물을 포함하는 경우를 예시적으로 설명하나 반드시 이에 국한된 것은 아니다. 예를 들어, 이러한 액정셀은 전압 신호와 같은 외부 신호에 따라 액정층 내 액정 화합물과 이색성 염료의 배열 상태 변화가 유도되어 투과도 가변이 가능한 구성일 수 있으며, 가령, 전압과 같은 외부 신호 인가 유무에 따라 서로 다른 투과율을 갖는 상태로 스위칭 가능한 적층 구조체를 의미하는 것일 수 있다.
액정셀의 스위칭 가능한 상태 모드는 전압 인가 여부에 따라 투과 모드와 차단 모드가 결정되는 것일 수 있다. 투과 모드 상태에서는 액정셀을 포함하는 투과도 가변 필름의 투과율이 적어도 20% 이상, 25% 이상, 30% 이상, 35% 이상, 40% 이상, 45% 이상, 50% 이상, 55% 이상, 60% 이상, 65% 이상, 70% 이상, 75% 이상 또는 80% 이상 정도일 수 있다. 또한, 상기 차단 모드 상태에서 투과도 가변 필름의 투과율은 60% 이하, 55% 이하, 50% 이하, 45% 이하, 40% 이하, 35% 이하, 30% 이하, 25% 이하, 20% 이하, 15% 이하, 10% 이하 또는 5% 이하일 수 있다. 투과 모드에서 투과율은 높을수록 유리하며, 차단 모드에서는 투과율이 낮을수록 유리하기 때문에, 상기 투과 모드 상태의 투과율의 상한과 차단 모드 상태의 투과율의 하한은 특별히 제한되지 않고, 일 예시에서 상기 투과 모드 상태의 투과율의 상한은 약 90%이고, 차단 모드 상태에서의 투과율의 하한은 약 3%일 수 있다.
또한, 투과율과 관련된 상태 변화는 투과 모드와 차단 모드 두 가지의 상태모드를 택일적으로 제공하는 것으로 국한되는 것은 아니며, 예를 들어 전압 제어를 통해 투과율을 원하는 수준으로 단계적으로 제어 가능하도록 다양한 상태 모드를 제공하도록 구성할 수도 있다. 투과도 가변 필름셀을 구성하기 위해 제공되는 액정셀의 구조는 이미 공지된 구조를 채용할 수 있으며, 본 명세서에서는 이러한 액정셀의 기본 구조를 첨부된 예시를 통해 간략하게 설명하도록 한다.
본 발명에서의 액정셀은 대향 배치된 2개의 투명 전도성 기판과 테두리 실링부(111)로 형성된 공간 내에 위치한 액정층을 가지는 밀폐 공간 구조로서, 투명 전도성 상하 기판에 외부 전압의 인가 여부에 따라 액정셀 내부 액정 화합물과 이색성 염료의 배향 상태를 변화시켜 투과도를 가변시킬 수 있도록 구성된 셀 조립체일 수 있다.
도 2의 예시를 참조하면, 액정셀(10)은 액정층(110)을 기준으로 상하로 배향막(120, 130), 투명 전극층(140, 150), 기재층(160, 170)이 적층된 구조일 수 있다. 예를 들어, 이러한 액정셀은 PET(polyethylene terephthalate) 필름 등으로 이루어질 수 있는 제1 기재층(160) 상에 ITO(indium tin oxide) 박막 등으로 이루어진 제1 전극층(140)과 액정 화합물에 대한 배향능을 갖는 제1 배향막(120)을 형성하고, 그 위로 액정층(110)을 주입한 구조일 수 있다. 또한, 액정층(110)의 상부로는 제2 배향막(130), ITO(indium tin oxide) 박막의 제2 전극층(150) 및 PET(polyethylene terephthalate) 필름의 제2 기재층(170)이 액정층(110)을 기준으로 대칭되게 순차적으로 적층된 구조일 수 있다.
상기 기재층으로는 플라스틱 필름 등을 사용할 수 있다. 플라스틱 필름의 구체적인 예로, TAC(triacetyl cellulose); 노르보르넨 유도체 등의 COP(cyclo olefin copolymer); PMMA(polymethyl methacrylate); PC(polycarbonate); PE(polyethylene); PP(polypropylene); PVA(polyvinyl alcohol); DAC(diacetyl cellulose); PAC(Polyacrylate); PES(polyether sulfone); PEEK(polyether ether ketone); PPS(polyphenylene sulfide), PEI(polyether imide); PEN(polyethylene naphthalate); PET(polyethylene terephthalate); PI(polyimide); PSF(polysulfone); PAR(polyarylate) 또는 비정질 불소 수지 등을 포함하는 필름이 예시될 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 전극층은 액정층의 배향 상태를 전환시킬 수 있도록 액정층에 전기적 에너지를 인가할 수 있는 공지의 투명 전극층이 적용될 수 있다. 이러한 투명 전극층의 예로는 전도성 고분자층, 전도성 금속층, 전도성 나노와이어층 또는 ITO(indium tin oxide) 등의 금속 산화물층이 사용될 수 있다.
상기 배향막은 액정 화합물을 배향시키기 위해 제공되는 것으로, 액정층의 배향을 제어할 수 있는 배향력을 가질 수 있다. 배향막으로는 액정 분자에 대한 배향력을 가지는 것으로 공지된 물질들이 사용될 수 있으며, 예를 들어, 러빙 배향에 의해 배향능을 나타내는 물질 또는 광조사에 의해 배향능을 나타내는 물질을 포함하여 이루어질 수 있다. 러빙 배향에 의해 배향능을 나타내는 물질로는 폴리이미드(polyimide) 화합물, 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol) 화합물, 폴리아믹산(polyamic acid) 화합물, 폴리스티렌(polystyrene) 화합물, 폴리아미드(polyamide) 화합물 및 폴리옥시에틸렌(polyoxyethylene) 화합물 등이 사용될 수 있으며, 광조사에 의해 배향능을 나타낼 수 있는 물질로는 폴리이미드(polyimide) 화합물, 폴리아믹산(polyamic acid) 화합물, 폴리노르보넨(polynorbornene) 화합물, 페닐말레이미드 공중합체(phenylmaleimide copolymer) 화합물, 폴리비닐신나메이트(polyvinyl cinnamate) 화합물, 폴리아조벤젠(polyazobenzene) 화합물, 폴리에틸렌이민(polyethylene imine) 화합물, 폴리비닐알콜(polyvinyl alcohol) 화합물, 폴리아미드(polyamide) 화합물, 폴리에틸렌(polyethylene) 화합물, 폴리스타일렌(polystyrene) 화합물, 폴리페닐렌프탈아미드(polyphenylene phthalamide) 화합물, 폴리에스테르(polyester) 화합물, CMPI(chloromethylated polyimide) 화합물 및 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate) 화합물 등이 사용될 수 있으며, 예시된 것 이외에 배향능을 제공할 수 있는 공지의 물질이 사용될 수 있다.
액정층은 액정 화합물을 포함하고 있는 층을 의미하며, 예를 들어 액정 화합물(호스트)과 이색성 염료(게스트)를 포함하는 게스트-호스트 액정층(guest- host liquid crystal layer)일 수 있다.
액정 화합물은 외부 전압 신호의 인가 여부에 따라 배향 방향이 변하도록 액정층 내에 존재할 수 있다. 액정 화합물로는 외부 신호의 인가에 의하여 그 배향 방향이 변경될 수 있는 것이라면 모든 종류의 액정 화합물을 사용할 수 있다. 예를 들며, 액정 화합물로는 스멕틱(smectic) 액정 화합물, 네마틱(nematic) 액정 화합물 또는 콜레스테릭(cholesteric) 액정 화합물 등을 사용할 수 있다. 또한, 외부 신호의 인가에 의하여 그 배향 방향이 자유롭게 변경될 수 있도록, 액정 화합물은 예를 들어 중합성기 또는 가교성기를 가지지 않는 화합물일 수 있다.
이색성 염료는 빛의 흡수율이 편광 방향에 따라서 달라지는 물질로서, 투과도 가변 특성을 제공하기 위해 가시광 영역, 예를 들면, 400 nm 내지 700 nm 파장 범위 내에서 적어도 일부 또는 전체 범위 내의 광을 집중적으로 흡수할 수 있는 유기 물질을 의미할 수 있다. 예를 들어, 이색성 염료는 흑색 염료(black dye)를 사용할 수 있다. 이러한 염료로는, 예를 들면, 아조 화합물 염료(azo compound dye) 또는 안트라퀴논 염료(anthraquinone dye) 등으로 공지되어 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 액정층(110) 내에는 스페이서(spacer; 112)가 더 포함될 수 있다. 이러한 스페이서(112)는 액정셀 내부에 존재하여 상하 기판 사이의 간격 즉, 셀 갭(cell gap)을 유지하는 기능을 갖는다. 이러한 스페이서(112)로는 칼럼 스페이서(column spacer) 또는 볼 스페이서(ball spacer)를 사용할 수 있다. 상기 스페이서는 탄소계 물질, 금속계 물질, 산화물계 물질 및 이들의 복합 물질로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 칼럼 스페이서는 상부 기판 또는 하부 기판에서 투명 전극 필름에 배향막을 형성하기 전에 형성할 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 볼 스페이서는 상부 기판 또는 하부 기판에서 상부 전극 필름 또는 하부 전극 필름에 배향막 코팅 시 배향막에 볼 스페이서를 혼합하여 코팅함으로써 형성할 수 있다. 상기 컬럼 스페이서의 폭(지름) 및 두께(높이) 및 볼 스페이서의 지름(높이)은 최종 타겟(target) 제품의 사이즈에 따라 적절히 변경할 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따른 투과도 가변 필름셀은 곡면에 부착됨에 따라 필름셀의 휨 발생으로 인한 성능 저하 내지 불량 발생, 특히 액정셀 내부 기포 발생을 저감하기 위한 것으로, 특정한 구조의 액정셀에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 도 2에서 제시된 액정셀의 구조는 본 발명을 설명하기 위한 하나의 예시일 뿐이며, 본 발명에 따른 투과도 가변 필름셀은 예시되지 않은 다양한 액정셀 구조를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 구현예에서는 투과도 가변을 위한 액정셀을 포함하는 것을 예시하고 있으나, 본 발명은 액정셀을 포함하는 예시에 한정되는 것은 아니며, 곡면 렌즈에 부착 시 내부에 기포가 발생할 수 있는 다른 형태의 셀 조립체, 예를 들어 전기 변색 물질을 통해 투과도를 조절할 수 있는 전기 변색(electrochromic) 필름셀과 같은 액체셀에도 적용될 수 있다.
한편, 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 액정셀 양면에 스크래치 방지 또는 김서림 방지 등과 같이 다양한 기능을 제공할 수 있는 기능성 필름 또는 이형 필름 등으로 이루어진 커버층이 부착될 수 있다.
이러한 커버층은 투과도 가변 필름셀을 보호하거나 필요한 기능을 부여하기 위한 기능성 필름층일 수 있으며, 이러한 기능성 필름으로는, 하드코팅층, 자외선 차단층, 근적외선 차단층, 반사 방지층, 지문 방지층, 김서림 방지층 및 미러층, 편광필름층, 색상보정층, 투과도조정층으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하여 이루어지는 것일 수 있으며, 언급된 것들 이외에도 요구되는 성능을 만족시키기 위한 기능성 필름이 사용될 수 있다.
또한, 커버층은 외부로 노출되는 면에 위치하며, 내부층에 대한 보호 필름으로 기능할 수 있다. 이러한 커버층은 플라스틱 필름을 사용할 수 있으며, 예를 들어, 상기 플라스틱 필름은, TAC(triacetyl cellulose); 노르보르넨 유도체 등의 COP(cyclo olefin copolymer); PMMA(polymethyl methacrylate); PC(polycarbonate); PE(polyethylene); PP(polypropylene); PVA(polyvinyl alcohol); DAC(diacetyl cellulose); PAC(polyacrylate); PES(poly ether sulfone); PEEK(polyether ether ketone); PPS(polyphenylene sulfide), PEI(polyether imide); PEN(polyethylene naphthalate); PET(polyethylene terephthalate); PI(polyimide); PSF(polysulfide); PAR(polyarylate) 또는 비정질 불소 수지 등을 포함할 수 있다.
이러한 커버층(40, 50)은 별도의 공정을 위해 제거 가능한 필름층으로 이루어질 수 있다. 예를 들어 커버층을 이형 필름으로 구성하는 경우, 투과도 가변 필름셀의 점착층에 부착된 이형 필름을 제거한 다음, 요구되는 성능에 따라 기능성 필름을 부착하는 방식으로 활용될 수 있다. 따라서, 본 발명에서의 커버층은 점착제층을 매개로 액정셀에 부착될 수 있으며, 제거 가능한 필름층 또는 영구적으로 부착되는 필름층일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 투과도 가변 필름셀은 아이웨어용 광학 렌즈 또는 증강현실용 광학 렌즈와 같이 곡면을 갖는 광학 부품에 효과적으로 부착될 수 있도록 구성하는 것에 특징이 있다.
이와 관련하여, 점착제층은 액정셀을 인접한 다른 층에 부착시키기 위해 제공되는 것으로, 액정셀의 양면에는 점착제층이 각각 형성될 수 있다. 특히, 액정셀의 상하 양면에 형성되는 두 개의 점착제층 중 어느 하나는 곡면을 갖는 렌즈와 같은 광학 부품에 액정셀을 직접 부착시키기 위한 용도로 활용될 수 있다.
한편, 앞서의 기능성 필름과 마찬가지로 곡면형 광학 부품은 후속 공정을 통해 부착될 수 있으며, 본 발명에 따른 투과도 가변 필름셀은 이러한 곡면형 광학 부품에 직접 부착된 것은 물론, 곡면형 광학 부품에 부착될 수 있도록 점착제층 상에 이형 필름이 부착되어 준비된 투과도 가변 필름셀을 포함한다. 따라서, 본 발명의 바람직한 실시예들의 경우, 곡면형 광학 부품에 부착 가능하도록 점착제층이 노출된 투과도 가변 필름셀, 또는 커버층에 의해 점착제층이 노출되지 않는 투과도 가변 필름셀, 또는 곡면형 광학 부품에 직접 부착된 투과도 가변 필름셀을 포함할 수 있다.
이와 관련, 도 1에서는 액정셀이 인접한 커버층(40, 50)과 점착제층(20, 30)을 매개로 접하면서 적층된 단면 구조를 형성하는 예를 도시하고 있다.
전술한 바와 같이, 점착제층은 렌즈 또는 커버층 등을 액정셀에 효과적으로 부착하기 위해 제공되는 것이며, 본 발명에서의 점착제층은 점착층 및 접착층을 포괄하는 의미로 사용된다. 이러한 점착제층은 예를 들어 실리콘계, 아크릴계 또는 우레탄계 감압성 점착제(pressure sensitive adhesive: PSA) 조성물 또는 광학 투명 접착제(optically clear adhesive: OCA) 조성물을 사용하여 형성될 수 있다. 특히 바람직하게는 상기 점착제층은 실리콘계 광학 투명 접착제(optically clear adhesive: OCA) 조성물로 형성된 OCA 필름층일 수 있다.
OCA 조성물로 이루어진 점착제층은 부착하고자 하는 대상에 부착되기 전 경화되어 점착성을 나타낼 수 있으며, 이러한 OCA 조성물을 사용한 필름층은 공지의 점착제 조성물을 사용할 수 있다.
투과도 가변 필름 내에 제공되는 점착제층은 점착제 조성물이 경화된 상태의 점착제 조성물의 경화체를 사용할 수 있다. 여기서 '경화체'는 점착제 조성물에 포함되어 있는 성분들이 물리적 혼합 내지 화학적 반응을 통하여 점착제 조성물의 접착성 또는 점착성이 발현된 상태의 물질을 의미하며, 조성물을 경화시키기 위해, 일정 시간 동안 열 및/또는 광을 인가하여 점착 조성물에 적절한 에너지를 가하는 과정이 실시될 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따른 투과도 가변 필름셀에서는 경화된 상태의 점착제층이 제공되는 것을 기본으로 하며, 후술할 점착제층의 저장 탄성률과 같은 특성들은 모두 경화된 상태의 점착제층에서 측정된 값을 기준으로 할 수 있다.
상기 점착제 조성물은, 예를 들어, 경화성 화합물을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 용어 '경화성 화합물'은 경화성 관능기를 하나 이상 가지는 화합물을 의미할 수 있다. 상기 점착제 조성물은, 예를 들어, 열 경화성 화합물, 활성 에너지선 경화성 화합물 또는 열 경화성 화합물과 활성 에너지선 경화성 화합물을 모두 포함할 수 있다.
하나의 예시에서, 경화성 화합물로는 아크릴계 모노머, 에폭시계 모노머 또는 실리콘계 모노머 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니고, 점착제를 형성할 수 있는 것으로 알려진 공지의 모노머 성분을 사용할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 점착제층으로는 예를 들어 아크릴계 점착제, 우레탄계 점착제, 실리콘계 점착제를 사용할 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 점착제층으로는 아크릴계 점착제를 사용할 수 있다.
상술한 바와 같은 구성을 같은 예시적인 실시예를 바탕으로, 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 투과도 가변 필름셀을 곡면형 광학 부품에 부착하는 예를 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명한다.
도 3은 곡면을 갖는 아이웨어에 부착 가능한 형태로 재단된 투과도 가변 필름셀을 예시적으로 나타낸 것이고, 도 4는 곡면을 갖는 제품에 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 투과도 가변 필름셀이 부착되는 합지 공정을 예시적으로 나타낸 것이다. 또한, 도 5는 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 투과도 가변 필름셀이 부착된 곡면형 광학 제품의 단면을 도시한 것이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 플랫한 필름 형태의 투과도 가변 필름셀은 렌즈와 같은 곡면형 광학 부품 상에 밀착되면서 일체로 부착되어, 도 5에서와 같은 곡면형 광학 제품을 완성하게 된다.
이 때, 도 4에서와 같은 합지 공정을 실시하기 전, 광학 제품에 요구되는 형태로 투과도 가변 필름셀을 미리 재단하여 사용할 수 있다. 도 3은 이와 같이 재단된 투과도 가변 필름셀의 예를 도시한 것으로, 아이웨어의 렌즈 형상에 따라 투과도 가변 필름셀이 미리 재단된 예를 도시하고 있다.
도 4를 참조하여 합지 공정을 설명하면, 도 1에서와 같은 적층 구조를 갖는 투과도 가변 필름셀을 우선 준비하고, 준비된 투과도 가변 필름셀의 최외측의 제1 이형필름층을 제거한다. 이후 제1 이형필름층이 제거됨에 따라 노출된 투과도 가변 필름셀의 제1 점착제층(20)을 곡면형 렌즈(60)의 내부 곡면에 부착하여 투과도 가변이 가능한 곡면형 광학 기기를 제작하게 된다.
도 5에서는 투과도 가변 필름셀이 부착된 곡면형 광학 제품의 단면을 도시한 것으로, 도 5에서와 같이, 렌즈에 부착된 투과도 가변 필름셀은 렌즈의 프로파일을 따라 일정한 곡면 형상을 이루게 된다.
도 6은 기능성 필름이 추가로 합지되어 곡면형 광학 제품을 제작하는 공정의 예를 도시한 것으로, 제2 이형필름층을 제거하고 요구되는 성능의 기능성 필름층(70)을 추가로 합지시킨 곡면형 광학 기기에 대한 적층 구조의 예를 도시한 것이다. 바람직하게는 기능성 필름층(70)의 합지 공정은 곡면형 렌즈(60)와의 합지 공정 이전에 실시될 수 있으며, 도 4에서와 같은 합지 공정을 통해 기능성 필름층(70)이 부착된 투과도 가변 필름셀을 곡면형 렌즈(60)에 부착시킬 수 있다.
한편, 점착제층은 렌즈 또는 커버층과의 부착 기능을 제공함과 동시에 곡면을 갖는 광학 부재에 투과도 가변 필름셀을 부착함에 따라 투과도 가변 필름셀의 액정셀 내부 기포 발생을 감소시킬 수 있도록 기능한다.
단곡면 또는 복곡면을 갖는 광학 부재에 투과도 가변 필름셀이 부착되는 경우, 특히 광학 부재의 내측 곡면에 부착되는 경우 곡면의 형상에 맞게 필름셀이 휘어짐에 따라 액정셀 내부 적층 구조로 가해지는 응력의 변화가 발생하고, 이러한 응력 변화로 인해 액정셀 내에 기포가 발생할 수 있다.
이러한 기포 발생 문제를 해결하기 위해 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 2 개의 점착제층은 서로 다른 점탄성 특성을 갖는 것을 특징으로 한다.
예를 들어, 2개의 점착제층은 곡면형 광학 기재 및 커버층과의 180도 Peel 접착강도(속도 12 in/min)가 30N/100mm이상인 아크릴계 또는 실리콘계 감압성 점착제(pressure sensitive adhesive: PSA) 조성물 또는 광학 투명 접착제 (optically clear adhesive: OCA) 조성물로 형성될 수 있다. 더욱 바람직하게는 2 개의 점착제층 중 제2 점착제층(30)은 접착강도가 50 N/100mm이상인 아크릴계 점착제로 형성하고, 상기 커버층은 PC 또는 PMMA로 이루어진 필름층으로 구성하여 휨에 따른 제2 점착층의 박리를 방지할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 투과도 가변 필름셀은 액정셀의 상하로 배치되는 한 쌍의 점착제층들을 포함하며, 곡면 광학 부품에 부착 시 액정셀 내부의 기포 발생을 완화시킬 수 있도록 각각의 점착제층이 서로 다른 점탄성 특성을 갖도록 구성될 수 있다.
점착제층의 점탄성 특성은 저장 탄성률(G'), 손실 탄성률(G'') 및 이들의 비율에 해당되는 손실 계수 tanδ 값으로 아래와 같이 표현될 수 있다.
동일한 복소 탄성률(G*=G'+iG”) 크기를 가지더라도 저장 탄성률이 높을수록 점착제는 하드(hard)하며 탄성이 높다고 할 수 있고, 손실 탄성률이 높을수록 점착제는 소프트(soft)하며 점성이 높다고 할 수 있다. 점착제는 탄성과 점성을 동시에 가지므로 손실 탄성률과 저장 탄성률의 비율인 손실계수 tanδ 값으로 표현될 수 있다.
유사한 복소 탄성률 크기를 가지는 두 개의 점착제층을 비교할 때, tanδ 값이 상대적으로 큰 값을 갖는 점착제층은 소프트(soft)한 점성 특성이 강한 점착제층이라 할 수 있으며, tanδ 값이 상대적으로 작은 값을 갖는 점착제층은 하드(hard)한 탄성 특성이 강한 점착제층이라 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 투과도 가변 필름셀의 두 개의 점착제층 중, 곡면형 광학 부재의 내측 곡면에 더 가까이 인접하게 위치한 점착제층, 예를 들어 렌즈(60) 등의 광학 부품에 직접 부착되는 제1 점착제층(20)의 경우 상대적으로 소프트(soft)한 특성의 점착제층을 배치하고, 그 반대되는 위치의 점착제층, 즉 렌즈 등의 광학 부품으로부터 상대적으로 이격된 제2 점착제층(30)의 경우 상대적으로 하드(hard)한 특성의 점착제층을 배치하는 것을 특징으로 한다.
2개의 점착제층이 요구되는 물성을 갖도록 구성함에 있어서, 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 투과도 가변 필름셀에서는, 저장 탄성률을 기준으로 2개의 점착제층을 구분 배치하는 것에 특징이 있다. 이러한 예에서는, 상대적으로 소프트한 특성이 요구되는 제1 점착제층(곡면형 광학 부품에 인접)은 낮은 저장 탄성률 값을 갖도록 구성하는 반면, 상대적으로 하드한 특성이 요구되는 제2 점착제층(곡면형 광학 부품으로부터 이격)은 높은 저장 탄성률 값을 갖도록 구성할 수 있다. 그러므로, 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 제2 점착제층의 저장 탄성률(G')은 제1점착제층의 저장 탄성률(G')보다 더 큰 값을 갖도록 구성될 수 있다.
제1 점착제층(20)의 저장 탄성률은 0.05 MPa 내지 0.2 MPa 범위에서 선택된 저장 탄성률(G') 값을 가질 수 있다. 제1 점착제층(20)의 저장 탄성률이 0.05 MPa 미만이면, 휨에 따른 과도한 변형이 불균일한 물리적 왜곡을 유발하여 광학 점착층으로서 기능이 소실될 수 있으며, 저장 탄성률이 0.2 MPa 초과인 경우, 필름셀의 휨 변형에 따른 렌즈 측의 인장 응력을 효과적으로 완화할 수 없어 액정셀 내 기포 발생 등의 문제가 발생할 수 있다.
또한, 제2 점착제층(30)은 2 MPa 내지 6 MPa 범위에서 선택된 저장 탄성률(G')을 가질 수 있다. 제2 점착제층(30)의 저장 탄성률이 2 MPa 미만이면 인접한 커버층과 투명전도성 기판에 가해지는 압축응력이 만들어내는 여분의 길이가 셀 갭(cell gap)의 불규칙적 증가와 이에 기인한 액정셀 내 기포 발생을 충분히 저감하는 효과를 발휘할 수 없으며, 저장 탄성률이 6 MPa 초과인 경우, 제2 점착제층(30)과 액정셀 또는 기능성 커버층의 계면에서 박리가 발생할 수 있다.
광학 부품의 예로 곡률반경이 70mm 이상인 렌즈를 적용할 수 있는데, 곡률 반경이 70mm 미만, 예를 들어 곡률반경이 60mm 정도로 휘어짐의 정도가 큰 광학 부품에서는 점착제의 점탄성 특성 제어로 인한 기포 발생 억제 효과가 제한적일 수 있다. 반면, 2 개의 점착제층에 대한 점탄성 특성 제어를 통해 액정셀 내 기포 발생을 억제하는 효과는 충분히 큰 곡률반경을 갖는 렌즈에도 효과적이다. 이론적으로는, 플랫하진 않지만 거의 무한대의 곡률반경을 갖는 렌즈에도 본 발명에 따른 투과도 가변 필름셀이 적용 가능하며, 따라서, 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 70mm 이상의 곡률반경을 갖는 광학 부품에 적용될 수 있다. 다만 본 발명은 기포 발생 문제가 많이 발생하는 120mm 이하의 곡률반경을 갖는 렌즈에 보다 효과적으로 적용 가능하므로, 보다 바람직하게는 70mm 내지 120mm의 곡률반경을 갖는 광학부품에 적용이 가능하다.
렌즈의 곡률반경이 70mm 내지 120mm인 예에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제1 점착제층(20)의 저장 탄성률은 0.1 MPa이고, 제2 점착제층(30)의 저장 탄성률은 5 MPa일 수 있다.
제2 점착제층(30)의 저장 탄성률은 제1 점착제층(20)의 저장 탄성률보다 충분히 크게 설정하는 것이 바람직하며, 예를 들어, 제1 점착제층(20)의 저장 탄성률은 제2 점착제층(30)의 저장 탄성률의 10배 이상, 바람직하게는 25배 내지 50배 이상일 수 있다.
또한, 보다 바람직하게는, 2개의 점착제층의 저장 탄성률 이외에 손실 계수를 추가로 고려할 수 있으며, 이러한 예에서는 제1 점착제층(20)의 손실 계수(tanδ)는 제2 점착제층(30)의 손실 계수(tanδ)보다 더 큰 값을 갖도록 구성할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 손실 계수는 손실 탄성률과 저장 탄성률의 비로 결정되는 파라미터이며, 이와 같이 저장 탄성률과 함께 손실 계수를 고려함에 있어서, 제1 점착제층(20)의 손실 계수(tanδ)는 제2 점착제층(30)의 손실 계수(tanδ)보다 더 큰 값을 갖도록 구성함에 따라 렌즈에 인접한 제1 점착제층(20)에 요구되는 인장 응력 완화 기능을 효과적으로 제공할 수 있다.
이와 같이 서로 현격하게 다른 저장 탄성률과 손실 계수를 갖는 점착제층을 상하 구분 배치함에 따라 필름셀의 상하 적층 구조로 가해지는 응력 변화와 여분의 길이 발생과 이에 따른 셀 갭(cell gap)의 들뜸에 효과적으로 대응하여 액정셀 내부 기포 발생을 억제할 수 있다.
내부 기포 발생을 억제하는 메커니즘은 액정셀 상하 점착제층의 점탄성 특성의 현격한 차이로 인한 액정셀 내부 응력 발생을 최소화하는 것으로 추정되는 바, 이를 설명함에 있어서, 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 투과도 가변 필름셀을 도시하고 있는 도 7 및 이와 대비되는 비교예에 관한 도 8을 참조한다.
도 7 및 도 8은 투과도 가변 필름셀의 휨에 따른 액정셀 외곽 부분의 변화를 모식적으로 도시하고 있는 것으로, 곡면형 광학제품의 내측 표면에 필름셀을 부착 시 점착제층의 점탄성 특성을 달리함에 따라 액정셀 단면 외곽(contour)의 휨 모양이 변화하는 것을 비교하기 위해 제공된다.
먼저, 도 7은 본 발명의 바람직한 구현예에 따라 서로 다른 점탄성 특성을 갖는 2개의 점착제층을 포함하는 투과도 가변 필름셀이 렌즈에 부착된 예의 단면을 개념적으로 도시한 것이고, 도 8은 이와 대비는 비교예로, 동일하게 탄성이 매우 큰 특성을 갖는 2개의 점착제층을 액정셀의 상하로 배치한 투과도 가변 필름셀을 렌즈에 부착된 예의 단면을 개념적으로 도시한 것이다. 도 7과 도 8의 예에서는 점착제층의 점탄성 특성을 달리하는 것을 제외하고는 동일한 조건의 투과도 가변 필름셀을 구현한 예를 도시한 것으로, 점착제층의 두께 또한 동일하다. 점착제층 각각의 기계적 특성과 관련, 도 7의 상부 제1 점착제층(20)의 저장 탄성률을 G1', 하부 제2 점착제층(30)의 저장 탄성률을 G2', 도 8의 점착제층들의 저장 탄성률을 G3'(도 8의 예에서는 상하 점착제층을 동일하게 구성)라 할 때, 각각의 저장 탄성률은 G1' ≪ G3' ≤G2'와 같은 관계를 갖는다. 또한, 도 7의 상부 제1 점착제층(20)의 손실 계수(tanδ)를 T1, 하부 제2 점착제층(30)의 손실 계수를 T2, 도 8의 점착제층의 손실 계수를 T3라 할 때, 각각의 손실 계수는 T1 ≫ T3 ≥ T2 와 같은 관계를 가질 수 있다.
도 7 및 도 8을 설명하기에 앞서, 본 명세서에서 사용되는 “휨 각도”를 아래와 같이 정의할 수 있다. 구체적으로, 본 명세서의 “휨 각도”란, 휘어지기 전 편평한 상태에서 일정한 길이(l)을 갖는 액정셀을 곡면형 렌즈(60)에 부착 시, 액정셀의 단면을 기준으로, 렌즈의 곡률반경에 따라 요구되는 액정셀의 외곽 양측 단부의 연장선이 이루는 각도를 액정셀의 휨 각도로 정의할 수 있다. 즉, 도 7 및 도 8에서와 같이 곡면형 렌즈(60) 상에 투과도 가변 필름셀을 부착 시, 투과도 가변 필름셀의 단면을 기준으로, 휘어진 액정셀의 곡률 중심을 향해 단면 상의 액정셀의 양측 단부의 연장선이 이루는 각도를 액정셀의 휨 각도라 할 수 있으며, 이상적인 조건(액정셀이 렌즈의 곡면과 일정한 갭을 이루며 나란하게 부착되는 경우)에서의 휨 각도는 곡면형 렌즈(60)의 곡률반경과 액정셀의 길이(l)에 의해 휘어지는 정도가 결정되는 바, 이러한 이상적인 조건에서의 휨 각도를 기준 휨 각도라고 할 수 있다.
한편, 도 7 및 도 8에서와 같이, 일정한 길이(l)을 갖는 액정셀에 대한 단면을 기준으로, 점착제층의 점탄성 변화로 인해 휨 각도의 변화가 발생하게 된다.
구체적으로, 액정셀은 렌즈의 곡면에 부착됨에 따라 렌즈의 곡률에 따라 소정의 휨 각도를 형성하면서 휘어지게 되는데, 도 8의 비교예의 기준 휨 각도(θ)에 비해 도 7의 예에서는 상대적으로 작은 휨 각도(θ')을 가지게 된다.
이러한 휨 각도의 차이가 발생하는 것은, 곡면 렌즈의 내측에 부착되는 제1 점착제층(20)의 경우 휨에 따른 액정셀의 인장 영역에 인접한 부분으로, 상대적으로 소프트한 특성의 점착제층이 위치하여 인장력을 완화시키는 반면, 렌즈로부터 멀리 떨어진 제2 점착제층(30)의 경우 액정셀의 압축 영역에 인접한 부분으로, 상대적으로 하드한 특성의 점착제층이 위치하여 압축력에 저항하기 때문이다.
즉, 도 7의 실시예의 경우, 액정셀의 인장 영역에 인접한 제1 점착제층(20)의 경우 인장 영역의 액정셀, 특히 인접한 투명 전도성 기재층에 가해지는 인장력을 완화시키는 반면, 액정셀의 압축 영역에 인접한 제2 점착제층(30) 및 이에 부착된 커버층은 압축 영역의 액정셀 및 이에 인접한 투명 전도성 기재층의 길이 변형을 억제하는 보강층으로 기능하게 된다. 따라서, 도 7에서와 같이 렌즈 곡면의 곡률에 따라 결정되는 휨 각도(θ')가 도 8의 비교예에서의 기준 휨 각도(θ)보다 작은 각도로 형성하면서 필름층의 단면의 외곽부(contour)가 변형되게 되고, 이러한 휨 각도 변화로 인해 액정셀의 길이 변화, 특히 기포 발생의 원인이 되는 것으로 추정되는 압축 영역에서의 길이의 왜곡과 이로 인한 셀 갭(cell gap)의 들뜸 현상을 감소시킬 수 있으므로, 액정층의 기포 발생이 억제될 수 있다.
도 9는 이러한 휨 각도의 차이(도 7의 실시예와 도 8의 비교예에서의 휨 각도의 차이)를 모식적으로 나타낸 것으로, 도 9에서와 같이 동일한 렌즈의 곡률에도 불구하고 두 개의 예시에서 휨 각도의 차이가 발생하는 것을 보여주고 있다. 도 9의 (a)에서는 도 8의 비교예를 도시하고 있는 것이고, 도 9의 (b)에서는 도 7의 실시예를 도시하고 있는 것으로, 이러한 휨 각도의 차이로 인해 액정층의 하부 측, 즉 액정층의 압축 영역에 작용하는 압축 응력이 상대적으로 줄어들게 되는 바, 액정층 하부의 길이 변화를 억제하고 내부 기포 발생을 저감시킬 수 있다.
한편, 액정셀 및 점착제층 적층체(이하, '액정셀 조립체' 라고 함)의 단면 상 중립면의 관점에서, 도 7의 실시예에서는 도 8의 비교예와는 달리, 중립면의 위치를 하향 이동시킬 수 있고, 결과적으로 액정셀 하부에서 압축 응력을 감소시킬 수 있어서, 액정셀 내 기포 발생을 저감시킬 수 있다.
이와 관련, 투과도 가변 필름셀의 단면을 기준으로, 필름셀 내부의 위치에 따라 인장 응력 또는 압축 응력을 받는 영역이 나타나게 되며, 이러한 영역에서는 필름셀의 변형, 즉 필름셀의 휨에 따른 길이의 변화가 발생하게 된다. 반면, 투과도 가변 필름셀의 단면에서의 중간 위치에서는 길이의 변화가 없는 면이 존재하고, 이와 같은 면을 중립면(neutral surface)라고 한다.
즉, 필름셀이 곡면 광학렌즈의 내측에 부착되어 휘어짐에 따라, 부착되는 상부면은 인장 응력을 받고 하부면은 압축 응력을 받아 변형하게 되는데, 이 때 상부면과 하부면 사이에 위치하는 중립면의 경우 인장 또는 압축 변형도 이루어지지 않기 때문에 실질적으로 변형률이 0이 되는 중립면을 형성하게 된다.
이와 관련, 도 10은 2 개의 점착제층을 동일한 두께, 동일한 물성으로 구성한 대칭 구조의 액정셀과 그 상하에 적층된 점착제층의 예에 있어서, 중립면이 단면의 가운데에 위치하는 것을 도시하고 있다.
한편, 이러한 대칭 구조의 액정셀 및 점착제층 적층체, 즉 '액정셀 조립체' 의 경우, 곡면 광학기재의 내측 곡면에 부착 시 시간 경과에 따라 액정셀의 내부에서 육안으로 식별가능한 크기의 대형 기포가 발생하는 문제가 나타날 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 본 발명에서는 중립면을 기준으로 액정셀 상하부의 인장 영역과 압축 영역을 구분하고, 각 영역 별로 서로 다른 점탄성을 갖는 점착제층을 액정셀의 상하에 적층함으로써 중립면의 위치를 변경하여, 곡면 광학기재의 내측 곡면에 부착 시 시간 경과에 따라 액정셀 내부의 기포 발생을 방지할 수 있도록 구성된다.
구체적으로, 액정셀의 하단부, 즉 곡면형 광학 부재에 상대적으로 이격된 위치의 경우, 액정셀 내부의 액정층과 그 하단 적층 구조가 압축 영역을 구성하게 된다. 이 때, 해당 적층 구조에 가해지는 압축력으로 인해 액정셀 내부 기판의 미세한 요철이 발생하는 것이 액정셀 내부에 기포가 발생하는 요인으로 추정된다. 따라서, 본 발명에서는 투과도 가변 필름셀의 액정셀 조립체의 적층 구조에 있어서 제2 점착제층(30)을 상대적으로 하드하게 구성하여 액정셀 하단부의 변형을 억제할 수 있도록 구성하게 된다. 반면, 액정셀의 상단부, 즉 곡면형 광학 부재에 인접한 위치의 경우, 액정셀 내부의 액정층과 그 상단 적층 구조가 인장 영역을 구성하게 되는 바, 액정셀 내부의 기재층 등이 인장되는 것을 완화시킬 수 있도록 제1 점착제층(20)을 소프트한 점착제층으로 구성하게 된다.
따라서, 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 액정층의 상부에 위치하는 것으로, 곡면형 광학 부재에 인접한 제1 점착제층(20)의 저장 탄성률은 곡면형 광학 부재에 이격되어 위치하는 제2 점착제층(30)의 저장 탄성률보다 현격하게 작은 값을 갖도록 구성될 수 있다.
이와 같이, 저장 탄성률이 상대적으로 작은 소프트한 제1 점착제층(20)을 렌즈에 직접 부착시킬 경우, 제1 점착제층(20)은 필름셀이 휘어짐에 따른 액정셀 내부의 인장 영역에 있어서, 렌즈 곡률에 따라 휨으로 발생하는 인장력을 완화시키는 완화층으로 기능하게 된다. 반면, 저장 탄성률이 상대적으로 큰 하드한 제2 점착제층(30)을 렌즈의 맞은편에 위치시킴에 따라 제2 점착제층(30)은 액정셀 내부의 압축 영역에 대한 보강층으로 기능하게 된다. 따라서, 이러한 2개의 점착제층을 상하로 구분하여 배치하는 필름셀의 적층 구조를 통해 액정층 내부에서의 기포 발생을 효과적으로 방지할 수 있다.
위와 같이 서로 다른 점탄성을 갖는 제1 점착제층(20)과 제2 점착제층(30)을 포함하는 적층 구조를 통해, 곡면 광학 기재에 가까운 상부의 소프트한 제1 점착제층(20)은 휨으로 인한 변형을 상대적으로 완화시키는 한편, 곡면 광학 기재에서 이격된 하부의 하드한 제2 점착제층(30)은 액정셀의 변형을 억제하게 되므로, 액정셀 하부의 변형을 상대적으로 줄여 액정셀 하부에서의 기포 발생을 억제할 수 있게 된다.
보다 바람직하게는, 하드(hard)한 제2 점착제층(30)의 기능을 보강하기 위해 PC(polycarbonate), TAC(triacetyl cellulose) 등과 같은 더욱 하드(hard)한 재질의 커버층을 추가할 수 있다.
또한, 중립면의 위치적 관점에서, 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 투과도 가변 필름셀에서는 제1 점착제층(20)과 제2 점착제층(30)의 점탄성을 조절하여 중립면을 하향 이동시키는 것에 특징이 있다.
액정셀 내부의 기포 발생은 액정셀 하부면, 즉 액정셀의 압축 영역에 과도한 압축 응력이 가해짐에 따라 필름셀 단면의 하부 외곽 형상에서 길이의 여유가 발생하기 때문으로 추정된다. 이러한 기포 발생 메커니즘을 효과적으로 억제할 수 있도록 본 발명에서는 투과도 가변 필름셀의 중립면을 하향 이동시켜 액정셀의 하부 측에 가해지는 압축 응력을 감소시키도록 중립면 위치를 제어하였다.
이와 관련, 도 10은 2개의 점착제층을 동일한 두께, 동일한 물성으로 구성한 대칭 구조의 액정셀과 그 상하에 적층된 점착제층의 예에 있어서, 중립면이 적층 구조의 중심에 위치하는 것을 도시하고 있다.
한편, 본 발명에서는 각 점착제층들의 점탄성 특성을 제어하여 액정셀 조립체의 중립면을 아래로 이동시켜 액정셀의 압축 영역(compressive area)을 축소시키는 것에 특징이 있으며, 이와 같이 중립면이 하향 이동된 예는 도 11에 도시되어 있다.
도 11에서와 같이, 중립면을 액정셀 조립체의 하부 영역으로 하향 이동시킨 경우, 중립면의 하향에 따라 액정셀 조립체 내부의 하부 영역에 가해지는 압축 응력의 크기가 감소될 수 있으며, 이를 통해 액정셀 내부에 기포가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
아래 수식 2는 도 12에서와 같이 복수의 필름들이 적층된 구조에서 중립면의 위치를 산출하기 위한 수식이다.
(λ는 중립면의 위치, Ei는 i번째 필름의 저장 탄성률, hi는 i번째 필름의 상부표면층 위치, ti는 i번째 필름의 두께이며, h0=0 임.)
위 수식 2에 따르면, 제2 점착제층의 저장 탄성률(E2)을 제1 점착제층의 저장 탄성률(E1)보다 더 큰 값을 갖도록 점탄성이 조절된 점착제층을 적용할 경우, 동일한 저장 탄성률을 갖는 2개의 점착제층을 포함하는 비교예에 비해, 중립면의 위치를 액정셀의 하부 측으로 하향 이동시킬 수 있다.
이를 통해 중립면의 위치를 단면의 압축 영역에 속하는 필름셀의 하부 측으로 하향 이동시킬 수 있으므로, 액정셀 하부면에 가해지는 압축 응력을 상대적으로 감소시킬 수 있으며, 이를 통해 기포 발생을 저감시킬 수 있다.
한편, 중립면의 위치가 하향 이동됨에 따라 액정셀 상부로 가해지는 인장 응력의 크기는 상대적으로 커질 수 있으나, 이러한 인장 응력은 액정셀 내부 기포 발생과는 직접적으로 관련이 없다. 이는, 인장 응력이 가해지는 필름셀 영역에서는 길이의 여분이 생기지 않지만, 압축 응력이 생기는 필름 쪽에는 길이의 여분이 생기므로 길이의 여분이 생기는 쪽에서 셀 갭(cell gap)의 들뜸이 발생하여 기포가 발생하기 때문인 것으로 추정된다. 또한, 액정셀 내부에는 스페이서가 삽입되는데, 이러한 스페이서를 통해 액정셀 내부의 셀 갭을 유지시킴으로써 인장 응력에 의한 액정셀 변형을 방지할 수 있다. 이와 같은 이유로 본 특허에서는 투과도가변 필름셀이 곡면 광학부품의 내측 곡면에 부착되는 경우 액정셀 내 기포 발생을 최소화하기 위해 액정셀에 인접한 압축 영역에서의 압축응력을 최소화하거나, 액정셀에 인접한 투명도전성 필름 길이의 변형을 보강해주는 방법을 제시하였다. 필름셀이 곡면 광학부품의 외측 곡면에 부착되는 경우 액정셀 내부 기포 발생이 적은 이유는 하드한 광학부품이 보강층의 역할을 하여 압축 영역에서 압축력에 저항하고, 인장 영역에서 발생한 인장 응력은 액정셀 어느 곳에서도 셀 갭(cell gap)의 들뜸을 유발하지 않고 오히려 셀 갭(cell gap)의 밀착을 유발하기 때문이다.
이하, 점탄성 특성 제어를 통해 기포 발생 저감 효과가 실제 발생하는지 여부를 검증하기 위해 점착제 샘플을 제작하고, 제작된 점착제 샘플을 이용하여 기포 발생 여부를 비교 분석하였다. 실시예 및 비교예에서의 점착제층과 관련, 아래와 같은 점착제 A~F를 준비하고 각각의 점착제를 경화시킨 다음, 각 점착제 샘플에 대한 물성을 하기의 방식으로 평가하였다.
1. 점착제 샘플의 제작
점착제 A~F의 아크릴계 점착 코팅액을 준비하고, 이형 필름 상에 점착 코팅액을 일정한 두께로 코팅하고, 점착 코팅액에 포함된 용매를 건조시킨 후 추가로 한 장의 이형필름을 열풍으로 건조된 점착제 상에 라미네이션 한 상태로 60도, 48시간 경화조건 하에서 경화시킨 후, 두 장의 이형필름으로부터 점착제만 따로 분리하고 적층하여 원하는 두께(1mm)의 점착제 시료를 만들고, 유변물성 측정을 위하여 직경 8mm 및 두께 1mm의 원형 시료 형태로 샘플을 제작하였다. 점착 코팅액에 포함된 가교제의 양을 달리하면서 점착제 A~F의 저장탄성율과 손실계수의 차이를 나타내도록 점착제 샘플을 제작하였다.
2. 저장 탄성률 및 손실 계수의 측정
제작된 점착제 A~F의 샘플들은 직경 8mm 및 두께 1mm의 원형 샘플 형태로 TA Instruments사의 회전식 Rheometer인 ARES-G2를 이용하여 저장 탄성률(G')과 손실 탄성률(G”)을 측정하고 손실계수(tanδ=G”/G')를 구하였다. 즉 25℃에서 선형 점탄성 거동을 나타내는 변형율(strain) 범위에서, 0.1 rad/sec의 주파수(angular frequency)에서 저장 탄성률(G'), 손실 탄성률(G”)을 측정하고 손실계수를 구하였다.
본 발명에서는 광학기재의 내측 곡면에 투과도 가변 필름셀을 부착한 후 상온에서 최소 1시간 이상의 장시간에 걸쳐 액정셀 내에 기포가 발생하는 현상을 다루고 있으므로 사용 가능한 점착제의 유변물성 측정도 상온 조건에서 매우 느리게 일어나는 주파수(angular frequency) 하에서 측정하였다. 별도의 언급이 없는 한 본 발명의 저장 탄성률, 손실 탄성률 및 손실 계수는 상온(25도)에서, 0.1 rad/sec의 주파수에서 측정 및 계산된 것을 의미한다.
아래 표 1에서는, 점착제 A~F에 대하여 주파수 0.1 rad/sec에서 측정한 저장 탄성률(G')과 손실 계수(tanδ=G”/G') 값을 나타내고 있다.
| 점착제A (SA) |
점착제B (HB) |
점착제C (MC) |
점착제D (MD) |
점착제E (HE) |
점착제F (SF) |
|
| 손실 계수(tanδ) | 0.42 | 0.17 | 0.42 | 0.37 | 0.14 | 0.40 |
| 저장탄성율 (MPa) |
0.10 | 2.59 | 1.72 | 0.19 | 5.30 | 0.15 |
3. 투과도 가변 필름셀의 곡면형 광학 부품 부착 시 불량 검사
앞서 설명한 바와 같이, 액정셀 상하에 위치하는 점착제층의 점탄성 특성을 달리 제어함에 따라 기포 발생 저감 효과가 실제 발생하는지 여부를 검증하기 위해, 제작된 점착제 샘플을 달리하여 제1 점착제층과 제2 점착제층을 구성한 투과도 가변 필름셀을 제작하고, 이를 곡면형 광학 부품의 내측 곡면에 부착한 다음 상온에서 20일 방치한 후 부착된 투과도 가변 필름셀의 액정셀 내 기포 발생 여부와 실링(sealing)영역에서 액정셀 터짐 여부를 확인하였다.
곡률 반경이 충분히 작은 서로 다른 2종의 곡면 광학 기재를 대상으로 테스트를 진행하였으며, 각각의 곡면 광학 기재의 내측 곡면에 제1 점착제층 쪽으로 부착한 6개의 실시예에 대하여 액정셀 내 기포 발생 여부 및 빈도를 확인하였다. 6가지 실시예는 기본적으로 제2 점착제층의 저장 탄성률이 제1 점착제층의 저장 탄성률보다 크도록 설정되었으며, 제2 점착제층의 저장 탄성률이 제1 점착제층의 저장 탄성률의 10배 이상 큰 샘플을 선정하여 투과도 가변 필름셀을 구성하였다.
한편, 비교예로는 동일한 점착제 샘플을 상하로 적층한 투과도 가변 필름셀과 제1 점착제층의 저장 탄성률이 제2 점착제층의 저장 탄성률보다 크도록 점착제층을 구성한 투과도 가변 필름셀을 곡률 반경이 다른 2종의 광학 부품에 부착한 예로 구성하였다.
| 실시예1 | 실시예2 | 실시예3 | 실시예4 | 실시예5 | 실시예6 | ||
| 제1 점착제층 |
종류 | 점착제A | 점착제F | 점착제D | 점착제A | 점착제F | 점착제A |
| 저장 탄성률 (MPa) |
0.10 | 0.15 | 0.19 | 0.10 | 0.15 | 0.10 | |
| 손실 계수 (tanδ) |
0.42 | 0.40 | 0.37 | 0.42 | 0.40 | 0.42 | |
| 제2 점착제층 |
종류 | 점착제B | 점착제B | 점착제B | 점착제C | 점착제C | 점착제E |
| 저장 탄성률 (MPa) |
2.59 | 2.59 | 2.59 | 1.72 | 1.72 | 5.30 | |
| 손실 계수 (tanδ) |
0.17 | 0.17 | 0.17 | 0.42 | 0.42 | 0.14 | |
| 액정셀 내 기포 발생 여부 (불량수/시료수) |
기포발생 없음 (0/30) |
기포발생 없음 (0/30) |
기포불량 양호 (1/30) |
기포불량 양호 (3/30) |
기포발생 양호 (3/30) |
기포불량 없음 (0/30) |
|
| 액정셀 터짐 여부(불량수/시료수) | 터짐 발생 없음 (0/30) |
터짐 발생 없음 (0/30) |
터짐 발생 없음 (0/30) |
터짐 발생 양호 (1/30) |
터짐 발생 양호 (2/30) |
터짐 발생 없음 (0/30) |
|
| 실시예7 | 실시예8 | 실시예9 | 실시예10 | 실시예11 | 실시예12 | ||
| 제1 점착제층 |
종류 | 점착제A | 점착제F | 점착제D | 점착제A | 점착제F | 점착제A |
| 저장 탄성률 (MPa) |
0.10 | 0.15 | 0.19 | 0.10 | 0.15 | 0.10 | |
| 손실 계수 (tanδ) |
0.42 | 0.40 | 0.37 | 0.42 | 0.40 | 0.42 | |
| 제2 점착제층 |
종류 | 점착제B | 점착제B | 점착제B | 점착제C | 점착제C | 점착제E |
| 저장 탄성률 (MPa) |
2.59 | 2.59 | 2.59 | 1.72 | 1.72 | 5.30 | |
| 손실 계수 (tanδ) |
0.17 | 0.17 | 0.17 | 0.42 | 0.42 | 0.14 | |
| 액정셀 내 기포 발생 여부 (불량수/시료수) |
기포발생 없음 (0/30) |
기포발생 양호 (1/30) |
기포불량 양호 (1/30) |
기포불량 양호 (4/30) |
기포발생 양호 (4/30) |
기포불량 없음 (0/30) |
|
| 액정셀 터짐 여부 (불량수/시료수) |
터짐 발생 없음 (0/30) |
터짐 발생 없음 (0/30) |
터짐 발생 없음 (0/30) |
터짐 발생 양호 (2/30) |
터짐 발생 양호 (2/30) |
터짐 발생 없음 (0/30) |
|
| 비교예1 | 비교예2 | 비교예3 | 비교예4 | 비교예5 | 비교예6 | ||
| 제1 점착제층 |
종류 | 점착제A | 점착제F | 점착제D | 점착제A | 점착제F | 점착제A |
| 저장 탄성률 (MPa) |
0.10 | 0.15 | 0.19 | 0.10 | 0.15 | 0.10 | |
| 손실 계수 (tanδ) |
0.42 | 0.40 | 0.37 | 0.42 | 0.40 | 0.42 | |
| 제2 점착제층 |
종류 | 점착제B | 점착제B | 점착제B | 점착제C | 점착제C | 점착제E |
| 저장 탄성률 (MPa) |
2.59 | 2.59 | 2.59 | 1.72 | 1.72 | 5.30 | |
| 손실 계수 (tanδ) |
0.17 | 0.17 | 0.17 | 0.42 | 0.42 | 0.14 | |
| 액정셀 내 기포 발생 여부 (불량수/시료수) |
기포발생 불량 (11/30) |
기포발생 불량 (13/30) |
기포불량 불량 (15/30) |
기포불량 불량 (24/30) |
기포발생 불량 (20/30) |
기포불량 불량 (10/30) |
|
| 액정셀 터짐 여부 (불량수/시료수) |
터짐 발생 (12/30) | 터짐 발생 (14/30) |
터짐 발생 (13/30) |
터짐 발생 (18/30) |
터짐 발생 (19/30) |
터짐 발생 (12/30) |
|
| 비교예7 | 비교예8 | 비교예9 | 비교예10 | 비교예11 | 비교예12 | ||
| 곡면형 광학부품곡률(mm) | 120 | 120 | 120 | 70 | 70 | 70 | |
| 제1 점착제층 |
종류 | 점착제A | 점착제B | 점착제B | 점착제A | 점착제B | 점착제B |
| 저장 탄성률(G') | 0.10 | 2.59 | 2.59 | 0.10 | 2.59 | 2.59 | |
| 손실 계수 (tanδ) |
0.42 | 0.17 | 0.17 | 0.42 | 0.17 | 0.17 | |
| 제2 점착제층 |
종류 | 점착제A | 점착제B | 점착제A | 점착제A | 점착제B | 점착제A |
| 저장 탄성률 (G') |
0.10 | 2.59 | 0.10 | 0.10 | 2.59 | 0.10 | |
| 손실 계수 (tanδ) |
0.42 | 0.17 | 0.42 | 0.42 | 0.17 | 0.42 | |
| 액정셀 내 기포 발생 여부 (불량수/시료수) |
기포불량 발생 (20/30) |
기포불량 발생 (15/30) |
기포불량 발생 (26/30) |
기포불량 발생 (25/30) |
기포불량 발생 (17/30) |
기포불량 발생 (30/30) |
|
| 액정셀 터짐 여부 (불량수/시료수) |
터짐 발생(12/30) | 터짐 발생 (10/30) |
터짐 발생 (19/30) |
터짐 발생 (16/30) |
터짐 발생 (14/30) |
터짐 발생 (25/30) |
|
위 표들에서와 같이, 곡률 반경(R)= 120mm인 곡면형 광학 부품에 부착된 투과도 가변 필름셀에 관한 실시예 1 내지 6의 경우, 기포 발생이 없거나 적은 숫자의 불량(기포 발생)이 발생하였으나, 비교예 7 내지 9에서는 액정셀 내에 기포 발생률이 50%를 초과하는 것으로 확인되었다. 또한 실시예 1 내지 6의 경우, 실링부에서의 액정셀 터짐이 없거나 적은 숫자의 불량이 발생하였으나, 비교예 7 내지 9에서는 액정셀의 터짐 불량이 1/3 이상 발생하였다.
상부 점착제층의 저장 탄성률을 더 크게 설정한 비교예 9의 경우, 동일한 점착제 샘플을 상하로 사용한 비교예 7, 8에 비해 더 많은 샘플에서 기포 불량이 발생되는 것을 확인할 수 있었으며, 이는 요구되는 물성과 반대의 점탄성 특성의 점착제층들이 상하로 적층되었기 때문인 것으로 보인다.
비교예들과는 달리, 실시예 1 내지 6에서 기포 발생이 억제되는 효과가 발휘되는 것은 앞서 설명한 바와 같이 액정셀의 상하부의 점착제층의 점탄성 특성을 조정한 것에 기인하는 것으로 추정된다. 즉, 저장 탄성률을 곡면형 광학 제품 측에 가까운 점착제층(제1 점착제층)의 저장 탄성률을 상대적으로 작게 구성하고, 곡면형 광학 제품으로부터 멀리 이격된 점착제층(제2 점착제층)의 저장 탄성률을 상대적으로 크게 구성함에 따라, 실시예 1 내지 실시예 6에서는 그에 대비되는 비교예들에 비해 감소된 불량률을 보이게 된다. 특히, 제1 점착제층의 저장 탄성률을 0.1 MPa로 설정하고, 제2 점착제층의 저장 탄성률을 제1 점착제층의 저장 탄성률에 25배 이상으로 하는 경우, 기포 발생을 효과적으로 억제하여 불량 샘플이 발생하지 않는 것을 확인할 수 있었다.
아울러, 실시예 1 내지 3, 실시예 6에서는 제1점착제층의 손실 계수(tanδ=G″/G′) 값이 제2 점착제층의 손실 계수 값에 비해 충분히 크도록 구성된 반면, 실시예 4, 5의 경우 동일하거나 제2점착제층의 손실 계수가 더 큰 값을 갖도록 구성되었으며, 이러한 실시예 4, 5의 예에서는 다른 실시예들에 비해 불량률이 좀 더 높게 나타나는 것을 확인할 수 있다.
한편, 곡률 반경(R)= 70mm 인 곡면형 광학 부품에 부착된 투과도 가변 필름셀에 관한 실시예 7 내지 12의 경우에도 앞서의 실시예 1 내지 6의 경우와 유사한 기포 발생 억제 효과를 확인할 수 있다.
반면, 곡률 반경(R)= 60mm 인 곡면형 광학부품에 부착된 투과도 가변 필름셀에 관한 비교예 1 내지 6의 경우 액정셀 내 기포발생 빈도가 모든 경우 1/3 이상을 나타내며, 액정셀의 실링부에 과도한 스트레스(Stress)가 가해져 액정셀 터짐 불량이 급증하므로 곡률 반경(R) 70mm 미만의 과도한 곡면에서는 액정셀 내 기포발생 저감효과를 확인할 수 없었다.
이상에서, 본 발명은 실시예 및 첨부도면에 기초하여 상세히 설명되었다. 그러나, 이상의 실시예들 및 도면에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않으며, 본 발명의 범위는 후술한 특허청구범위에 기재된 내용에 의해서만 제한될 것이다.
10: 액정셀
20: 제1 점착제층 30: 제2 점착제층
40: 제1 커버층 50: 제2 커버층
60: 곡면형 렌즈 70: 기능성 필름층
110: 액정층
111: 실링부 112: 스페이서
120: 제1 배향막층 130: 제2 배향막층
140: 제1 전극층 150: 제2 전극층
160: 제1 기재층 170: 제2 기재층
20: 제1 점착제층 30: 제2 점착제층
40: 제1 커버층 50: 제2 커버층
60: 곡면형 렌즈 70: 기능성 필름층
110: 액정층
111: 실링부 112: 스페이서
120: 제1 배향막층 130: 제2 배향막층
140: 제1 전극층 150: 제2 전극층
160: 제1 기재층 170: 제2 기재층
Claims (15)
- 투과도 가변을 위한 상부 기판, 하부 기판 및 액정층을 포함하는 액정셀;
상기 액정셀의 일측면에 위치하는 제1 점착제층; 및
상기 액정셀의 타측면에 위치하는 제2 점착제층;을 포함하는 평면형의 투과도 가변 필름셀로,
상기 투과도 가변 필름셀의 상기 제1 점착제층은 곡면형 광학 기재의 휘어진 내측 곡면에 부착되기 위한 부착면이고,
상기 제2 점착제층의 저장 탄성률은 상기 제1 점착제층의 저장 탄성률보다 더 큰 값을 가지며,
상기 투과도 가변 필름셀을 상기 곡면형 광학 기재의 휘어진 내측 곡면에 부착 시, 상기 곡면형 광학 기재의 곡률 반경에 따라 요구되는 액정셀의 기준 휨 각도(θ)보다 상기 액정셀의 휨 각도(θ')는 더 작은 값을 가지는 것을 특징으로 하는 투과도 가변 필름셀. - 청구항 1에 있어서,
상기 제1 점착제층의 저장 탄성률(G')은 0.1 MPa 이고
상기 제2 점착제층의 저장 탄성률(G')는 상기 제1 점착제층의 저장 탄성률(G')의 적어도 25배 이상인 것을 특징으로 하는 투과도 가변 필름셀.
- 청구항 1에 있어서,
상기 제1 점착제층은 0.05 MPa 내지 0.2 MPa 범위에서 선택된 저장 탄성률(G')을 가지며, 상기 제2 점착제층은 2 MPa 내지 6 MPa 범위에서 선택된 저장 탄성률(G')을 가지는 것을 특징으로 하는 투과도 가변 필름셀.
- 청구항 1에 있어서,
상기 제2 점착제층 상에 형성된 커버층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 투과도 가변 필름셀.
- 청구항 4에 있어서,
상기 커버층은 TAC(triacetyl cellulose); COP(cyclo olefin copolymer); PMMA(polymethyl methacrylate); PC(polycarbonate); PE(polyethylene); PP(polypropylene); PVA(polyvinyl alcohol); DAC(diacetyl cellulose); PAC(polyacrylate); PES(poly ether sulfone); PEEK(polyether ether ketone); PPS(polyphenylene sulfide), PEI(polyether imide); PEN(polyethylene naphthalate); PET(polyethylene terephthalate); PI(polyimide); PSF(polysulfone); PAR(polyarylate) 또는 비정질 불소 수지 중 어느 하나로 이루어진 필름층인 것을 특징으로 하는 투과도 가변 필름셀.
- 청구항 4에 있어서,
상기 제1 점착제층 및 상기 제2 점착제층은
상기 곡면형 광학 기재 및 상기 커버층과의 180도 Peel 접착강도(속도 12 in/min)가 30N/100mm이상인 아크릴계 또는 실리콘계 감압성 점착제(pressure sensitive adhesive: PSA) 조성물 또는 광학 투명 접착제 (optically clear adhesive: OCA) 조성물로 형성된 것을 특징으로 하는 투과도 가변 필름셀.
- 청구항 6에 있어서,
상기 제2 점착제층의 접착강도는 50N/100mm이상인 아크릴계 점착제이고, 상기 커버층은 PC 또는 PMMA로 이루어진 필름층인 것을 특징으로 하는 투과도 가변 필름셀.
- 청구항 1에 있어서,
상기 제1 점착제층의 손실 계수(tanδ=G”/G')는 상기 제2 점착제층의 손실 계수(tanδ=G”/G')보다 더 큰 값을 갖는 것(여기서, G'은 저장 탄성률, G”은 손실 탄성률을 의미)을 특징으로 하는 투과도 가변 필름셀.
- 청구항 1에 있어서,
상기 곡면형 광학 기재는 아이웨어용 또는 증강현실용 렌즈인 것을 특징으로 하는 투과도 가변 필름셀.
- 청구항 1에 있어서,
상기 액정셀은 액정층을 기준으로 상하로 각각 배향막, 전극층, 기재층이 적층된 셀 조립체로 이루어지며,
상기 액정층 내에는 컬럼 스페이서가 배치되어, 상기 컬럼 스페이서에 의해 셀 갭을 유지하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 투과도 가변 필름셀. - 청구항 1에 있어서,
상기 제1 점착제층의 외측에 위치하는 이형필름층을 더 포함하고,
상기 곡면형 광학 기재는 상기 이형필름층을 제거하여 상기 제1 점착제층에 직접 부착될 수 있도록 구성된 것을 특징으로 투과도 가변 필름셀. - 청구항 1에 있어서,
상기 투과도 가변 필름셀에 부착되는 상기 곡면형 광학 기재는 곡률반경이 70mm이상이고, 단곡면 또는 복곡면을 갖는 곡면형 광학 기재인 것을 특징으로 하는 투과도 가변 필름셀. - 투과도 가변 필름셀; 및
상기 투과도 가변 필름셀이 부착되는 곡면형 광학 기재;를 포함하며,
상기 투과도 가변 필름셀은,
투과도 가변을 위한 상부 기판, 하부 기판 및 액정층을 포함하는 액정셀과;
상기 액정셀 내 어느 한쪽의 투명 전도층 상에 부착된 컬럼 스페이서와;
상기 액정셀의 일측면에 위치하며, 상기 곡면형 광학 기재의 내측 곡면에 부착되기 위한 제1 점착제층;
상기 액정셀의 타측면에 위치하는 제2 점착제층; 및
상기 제2 점착제층 상에 형성된 커버층을 포함하며,
상기 제2 점착제층의 저장 탄성률은 상기 제1 점착제층의 저장 탄성률보다 더 큰 값을 가지는 평면형의 투과도 가변 필름셀로,
상기 평면형의 투과도 가변 필름셀을 상기 곡면형 광학 기재의 휘어진 내측 곡면에 부착 시, 상기 곡면형 광학 기재의 곡률 반경에 따라 요구되는 액정셀의 기준 휨 각도(θ)보다 상기 액정셀의 휨 각도(θ')는 더 작은 값을 가지면서 휘어지는 것을 특징으로 하는 투과도 가변형 광학 기기. - 청구항 13에 있어서,
상기 곡면형 광학 기재는 곡률반경이 70mm이상이고, 단곡면 또는 복곡면을 갖는 곡면형 광학 기재인 것을 특징으로 하는 투과도 가변형 광학 기기.
- 삭제
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| KR1020220088142A KR102609521B1 (ko) | 2022-07-18 | 2022-07-18 | 곡면 부착용 투과도 가변 필름셀 및 이를 이용한 광학 기기 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020220088142A KR102609521B1 (ko) | 2022-07-18 | 2022-07-18 | 곡면 부착용 투과도 가변 필름셀 및 이를 이용한 광학 기기 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102609521B1 (ko) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009180970A (ja) * | 2008-01-31 | 2009-08-13 | Toppan Printing Co Ltd | 光学部材及びバックライトユニット並びにディスプレイ装置 |
| KR20100007133A (ko) * | 2008-07-11 | 2010-01-22 | 동우 화인켐 주식회사 | 액정표시장치 |
| KR20160000946A (ko) * | 2014-06-25 | 2016-01-06 | 엘지디스플레이 주식회사 | 곡면 액정표시장치 |
| JP2019207420A (ja) * | 2017-06-26 | 2019-12-05 | 大日本印刷株式会社 | 調光部材、サンバイザ及び移動体 |
| KR20190140743A (ko) * | 2018-06-12 | 2019-12-20 | 주식회사 엘지화학 | 광학 디바이스 |
| KR102101149B1 (ko) | 2017-12-20 | 2020-04-17 | 주식회사 엘지화학 | 투과도 가변 필름 및 이의 용도 |
| KR20200044473A (ko) * | 2018-10-19 | 2020-04-29 | 주식회사 엘지화학 | 광학 디바이스 |
-
2022
- 2022-07-18 KR KR1020220088142A patent/KR102609521B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (7)
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