KR20170064744A - 광학 소자 - Google Patents

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KR20170064744A
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Abstract

본 출원은 광학 소자 및 이의 용도에 대한 것이다.
본 출원의 광학 소자는, 외부 작용의 존재 여부에 따라 투과도가 가변할 수 있는 부재로써, 내구성이 우수하다.

Description

광학 소자{Optical device}
본 출원은 광학 소자 및 이의 용도에 대한 것이다.
선루프는 통상적으로 차량의 천장에 존재하는 고정된 또는 작동(벤팅 또는 슬라이딩)하는 개구부(opening)를 의미하는 것으로, 빛 또는 신선한 공기가 차량의 내부로 유입되도록 하는 기능을 한다. 이러한 선루프는 수동으로 작동하거나 또는 모터로 구동할 수 있으며, 선루프의 형상, 크기 또는 스타일은 목적하는 용도에 따라 다양한 종류가 존재한다. 예를 들어, 선루프는 작동 방식에 따라 팝-업 타입 선루프, 스포일러(tile & slide) 타입 선루프, 인빌트 타입 선루프, 폴딩 타입 선루프, 탑-마운트 타입 선루프, 파노라믹 루프 시스템 타입 선루프, 제거 가능한 루프 패널즈(t-tops 또는 targa roofts) 타입 선루프 또는 솔라 타입 선루프 등으로 분류된다. 또한, 선루프의 재료에 대한 연구도 활발히 진행 중에 있으며, 예를 들어, 특허문헌 1은 특정 조성의 유리 조성물을 이용하여 자외선 및 태양열선의 흡수가 우수한 선루프를 제조하는 기술을 개시하고 있다.
국제출원공개 제2010-098576호
본 출원은 외부 작용의 인가 여부에 따라 투과도가 변하는 광학 소자를 제공한다.
본 출원의 광학 소자는, 열 변형에 의한 내구성 저하를 효과적으로 방지할 수 있다.
본 출원은 광학 소자 및 이의 용도에 대한 것이다.
본 출원의 광학 소자는, 외부 작용의 인가 여부에 따라 투과도가 변화는 것이며, 이러한 광학 소자는 투과도 가변 부재, 예를 들면 차량용 선루프 등에 이용될 수 있다.
본 출원에 따른 광학 소자는, 외부 작용 인가 여부에 따라 가변 하는 액정 화합물을 포함하는 액정층을 도입함으로써, 투과 모드와 차단 모드를 선택적으로 스위칭 할 수 있다.
본 출원에 따른 광학 소자는, 또한 기판과 편광층 및 액정층의 위치 및 구조를 적절히 설계함으로써, 기판과 편광층 사이 또는 기판과 다른 층들 사이에 탄성 계수 및 열 팽창 계수의 차이에 따른 소자의 변형을 효과적으로 방지할 수 있다.
본 출원의 광학 소자는 제 1 기판; 상기 제 1 기판 상에 위치하는 제 1 편광층; 및 액정 화합물을 가지는 액정층을 포함하는 액정 윈도우를 가진다. 또한, 100℃ 온도에서 240시간 내열 테스트 이후에 투과도 변화율(%)이 ±10% 이하이다. 광학 소자의 상기 투과도 변화율(%)이 작다는 것은, 열에 의한 소자의 수축 혹은 팽창에 의한 소자의 광학적 물성 변화가 작다는 것을 의미하므로, ±10% 이하의 범위 내에서 그 수치가 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들면 ±5% 이하, ±3% 이하 또는 1% 이하 일 수 있다.
상기에서 용어 「변화율(%)」은, 소자 시편의 초기 투과도 값 대비 소자 시편을 100℃에서 240 시간 동안 방치 한 후에 변화된 투과도 값의 비율을 나타내는 것으로써, 예를 들면 하기 수학식 1에 의해 계산된 값일 수 있다.
[수학식 1]
변화율(%) = |(T2-T1)|/T1 x 100
상기 수학식 1에서, T1은 소자 시편의 초기 투과도 값이고, T2는 100℃에서 240시간 동안 방치 한 후 소자 시편의 투과도 값이다.
상기 수학식 1의 변화율(%)은 외부 전계의 인가 여부 등이 동일한 조건에서 측정된 T1 및 T2값을 기준으로 계산된 것이다.
상기 투과도 변화율(%)은 본 출원에 따른 광학 소자의 광학적 물성의 변화가 작다는 것을 예시하는 것이며, 상기 투과도 이외에 다른 광학 소자의 광학적 물성, 예를 들면 헤이즈 등 또한, 전술한 10% 이하의 변화율(%)을 만족할 수 있다. 상기 투과도 등의 광학적 물성은, 예를 들면 C 표준 광원에 대하여 측정한 값일 수 있다.
즉, 본 출원의 광학 소자는, 제 1 기판과 제 1 편광층을 인접하게 배치함으로써, 기판, 편광층 및 액정 윈도우 내 기재층 사이에 열 팽창 계수 및 탄성 계수의 차이에 따라 발생할 수 있는 응력을 최소화할 수 있고, 궁극적으로 소자의 수축이나 팽창에 따른 변형 및 그에 따른 광학적 물성의 변화를 방지할 수 있다.
또한, 본 출원의 광학 소자는 소자의 수축이나 팽창에 따른 변형 및 그에 따른 액정층을 지지하는 실란트(sealant)의 손상을 방지할 수 있다.
하나의 예시에서, 본 출원의 광학 소자는, 100℃ 온도에서 240시간 내열 테스트 이후에 변형율(%)이 1% 이하일 수 있다.
상기 변형율(%)은, 예를 들면 하기 수학식 2에 의해 계산되는 것일 수 있다.
[수학식 2]
변형율(%) = |(L2-L1)|/L1 x 100
상기 수학식 1에서, L1은 소자 시편의 초기 길이이고, L2는 100℃에서 240시간 동안 방치 한 후 소자 시편의 나중 길이이다.
상기 변형율(%)이 작다는 것은 광학 소자의 수축 혹은 팽창이 작다는 것을 의미하므로, 1%이하의 범위 내에서 그 수치는 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들면 0.8% 이하, 0.5% 이하 또는 0% 일 수 있다.
도 1에는 본 출원에 따른 광학 소자의 일 구조가 도시되어 있다.
도 1 에 도시된 바와 같이, 본 출원의 광학 소자(1000)는 제 1 기판(100); 상기 제 1 기판(100)에 인접하여 배치되어 있는 제 1 편광층(200); 및 상기 제 1 편광층(200)의 제 1 기판(100)이 위치하는 면의 반대 면에 존재하고, 액정 화합물을 가지는 액정층(301)을 포함하는 액정 윈도우(300)를 가진다. 또한, 이러한 광학 소자는 외부 작용의 인가 여부에 따라 투과도가 변한다.
본 출원에서 용어 「외부 작용」이라는 것은, 액정층 내에 포함되어 있는 액정 화합물의 배향을 변화시킬 수 있을 정도의 외력을 의미 한다. 하나의 예시에서, 상기 외부 작용은 후술하는 전극층을 통해 유도되는 외부 전압 일 수 있다.
즉, 본 출원에 따른 광학 소자는 외부 작용에 의해 그 배향 방향이 변화하는 액정 화합물을 가지는 액정층을 포함하는 액정 윈도우를 도입하여, 투과 모드 및 차단 모드를 선택적으로 구현할 수 있다.
본 출원에서 용어 「투과 모드」는, 가시광 영역의 투과도가 15% 이상, 20% 이상, 25%이상, 30%이상 또는 40% 이상인 상태를 의미할 수 있다.
본 출원에서 용어 「차단 모드」는, 가시광 영역의 투과도가 3% 이하, 2% 이하 또는 1% 이하인 상태를 의미할 수 있다.
하나의 예시에서, 본 출원의 광학 소자는 외부 작용에 의해서, 가시광 영역의 투과도가 15% 이상인 투과 모드와 가시광 영역의 투과도가 3% 이하인 차단 모드 사이를 스위칭 할 수 있다. 상기 광학 소자의 투과도는, 예를 들면 C 표준 광원에 대하여 측정한 값일 수 있다.
본 출원의 광학 소자의 구조를 설명하는 용어에서, 「A상에 위치하는 또는 존재하는 B」또는「A 면에 위치하는 또는 존재하는 B」라는 것을 A 가 직접 B와 접하는 경우뿐만 아니라, A상에 다른 임의의 층이 적어도 1층 이상 게재된 후, B가 그 위에 위치 또는 존재하는 경우를 의미하는 것이다.
특히, 용어 「A에 인접하여 배치되는 B」라는 것은, A과 직접 B가 접하고 있거나, 또는 A와 B 사이에 한 층만이 게재되어 있는 상태를 의미할 수 있다.
광학 소자의 제 1 기판은, 소자의 지지체 역할을 수행하는 것으로써, 예를 들면 적절한 강성을 가져 휨이 적은 특성을 가지고 또한, 적절한 투명성을 가지는 소재이면 제한 없이 본 출원에서 이용될 수 있다.
하나의 예시에서, 제 1 기판은 유리 기판; 결정성 또는 비결정성 실리콘 필름; 석영 또는 ITO 필름 등의 무기계 필름; 또는 플라스틱 기판 등 일 수 있다.
구체적인 예시에서, 플라스틱 기판으로는, TAC(triacetyl cellulose); 노르보르넨 유도체 등의 COP(cyclo olefin copolymer); PMMA(poly(methyl methacrylate); PC(polycarbonate); PE(polyethylene); PP(polypropylene); PVA(polyvinyl alcohol); DAC(diacetyl cellulose); Pac(Polyacrylate); PES(poly ether sulfone); PEEK(polyetheretherketon); PPS(polyphenylsulfone), PEI(polyetherimide); PEN(polyethylenemaphthatlate); PET(polyethyleneterephtalate); PI(polyimide); PSF(polysulfone); PAR(polyarylate) 또는 비정질 불소 수지 등을 포함하는 것을 이용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
제 1 기판은, 예를 들면 열 팽창 계수(CTE)가 100 ppm/K 이하, 90 ppm/K 이하, 80 ppm/K 이하, 70 ppm/K 이하, 60 ppm/K 이하, 50 ppm/K 이하, 40 ppm/K 이하, 30 ppm/K 이하 또는 20 ppm/K 이하일 수 있다. 이러한 열 팽창 계수(CTE)의 범위 내에서 적절한 강성을 유지할 수 있고, 액정 윈도우 및 편광층 등을 적층 구조에 따른 열 변형을 방지할 수 있다. 상기 열 팽창 계수(CTE)의 하한 값은, 예를 들면 3 ppm/K 이상, 5 ppm/K 이상 또는 7 ppm/K 이상일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 열 챙창 계수(CTE) 값은, 예를 들면 0℃에서 100℃의 온도 구간에서 10℃/min의 속도로 냉각 및 승온 하면서 측정한 평균 열 팽창률을 선 열팽창 계수로 산출한 값일 수 있다.
제 1 기판은, 예를 들면 탄성 계수가 20 GPa 이상, 30 GPa 이상, 40 GPa 이상 또는 50 Gpa 이상일 수 있다. 이러한 탄성 계수의 범위 내에서 적절한 강성을 유지할 수 있고, 액정 윈도우 및 편광층 등을 적층 구조에 따른 열 변형을 방지할 수 있다. 상기 탄성 계수의 상한 값은, 예를 들면 150 GPa 이하, 100 GPa 이하 또는 80 GPa 이하일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 탄성 계수 값은 ASTM D882에 따라 측정한 값을 의미할 수 있다.
제 1 편광층은 상기 제 1 기판과 인접하여 배치되어 있다. 인접하여 배치되어 있다는 것은 전술한 바와 같이 다른 임의의 층이 게재되지 아니하고 직접 제 1 편광층과 제 1 기판이 접하고 있거나, 또는 다른 임의의 1층, 예를 들면 후술하는 점착제층 또는 접착제층을 매개로 제 1 기판과 제 1 편광층이 부착되어 있다는 것을 의미할 수 있다.
하나의 예시에서, 제 1 편광층은 제 1 기판과 직접 접하고 있거나, 또는 점착제층 또는 접착제층을 매개로 제 1 기판에 부착되어 있을 수 있다.
본 출원에서 용어「편광층」은 입사 광에 대하여 선택적 투과 및 차단 특성, 예를 들어 반사 또는 흡수 특성을 나타내는 기능성 층을 의미할 수 있다. 편광층은 예를 들어, 여러 방향으로 진동하는 입사 광으로부터 어느 한쪽 방향으로 진동하는 광은 투과하고, 나머지 방향으로 진동하는 광은 차단시키는 기능을 가질 수 있다.
상기 편광층의 종류는 특별히 제한되지 않고, 반사형, 흡수형 또는 산란형 편광층 등이 예시될 수 있다.
반사형 편광층으로서 예를 들어, DBEF(Dual Brightness Enhancement Film), 유방성 액정층(LLC층: Lyotropic Liquid Crystal) 또는 와이어 그리드 편광기(wire grid polarizer) 등을 사용할 수 있고, 흡수형 편광층으로서 예를 들어, PVA 연신 필름 등과 같은 고분자 연신 필름에 요오드를 염착한 편광자 또는 배향된 상태로 중합된 액정을 호스트로 하고, 상기 액정의 배향에 따라 배열된 이방성 염료를 게스트로 하는 게스트-호스트형 편광층을 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
제 1 편광층은 소정의 흡수축을 가질 수 있다.
하나의 예시에서, 외부 작용이 없는 상태에서 상기 제 1 편광층의 흡수축과 액정층의 광축은, 예를 들면 0도 내지 90도의 각도를 이룰 수 있다. 상기 각도 범위 내에서 제 1 편광층의 흡수축과 액정층의 광축의 각도를 조절함으로써, 가시광 영역의 광에 대한 투과도를 조절할 수 있다.
본 출원에서 용어 「광축」은 입사광이 해당 영역을 투과할 때의 지상축을 의미할 수 있고, 액정 화합물이 막대(rod) 형상인 경우에는 막대의 장축 방향을 의미할 수 있고, 액정 화합물이 원반(discostic) 형상인 경우에는 원반 면의 법선 방향일 수 있다.
예를 들면, 액정층 내 액정 화합물은 수평 배향, 수직 배향 또는 경사 배향 되어 있을 수 있는데, 이러한 액정 화합물의 배향 상태에 따라 상기 제 1 편광층의 흡수축과 액정층의 광축의 각도를 달라질 수 있다.
본 출원의 광학 소자는 액정층의 종류에 따라, 액정층의 어느 일면에 편광층이 존재하는 경우뿐만 아니라, 대향 하는 2개의 편광층 사이에 액정층이 존재하는 구조도 포함할 수 있다.
하나의 예시에서, 본 출원의 광학 소자는 액정 윈도우의 제 1 편광층이 위치하는 면의 반대 면에 위치하는 제 2 편광층을 추가로 포함할 수 있다.
상기 제 2 편광층의 흡수축은, 예를 들면 제 1 편광층의 흡수축과 수직을 이룰 수 있다. 본 출원에서 용어 「수직」이라는 것은 실질적인 수직을 의미하는 것으로써, ±5도, ±4도, ±3도, ±2도 이내의 오차를 포함하는 것으로 이해할 수 있다.
본 출원의 광학 소자는 액정 윈도우를 포함한다. 또한, 상기 액정 윈도우는 액정 화합물을 가지는 액정층을 포함한다.
액정 윈도우는 외부 작용의 존재 여부에 따라, 그 배향이 바뀌는 액정 화합물을 가지는 액정층을 포함하여, 광학 소자에 투과도 가변 특성을 부여하는 역할을 수행할 수 있다.
액정층에 포함되는 액정 화합물은 외부 작용의 존재 여부에 따라, 그 배향 방향이 변경될 수 있는 것이라면, 본 출원에서는 이를 제한 없이 이용할 수 있다.
하나의 예시에서, 액정 화합물로는 스멕틱(smectic) 액정 화합물, 네마틱(nematic) 액정 화합물 또는 콜레스테릭(cholesteric) 액정 화합물 등을 사용할 수 있다. 또한, 외부 신호 인가에 의하여 그 배향 방향이 변경될 수 있도록, 액정 화합물은 예를 들어 중합성기 또는 가교성기를 가지지 않는 화합물일 수 있다.
하나의 예시에서 액정 화합물로는, 네마틱 액정 화합물을 사용할 수 있다. 상기 화합물로는, 예를 들면, 하기 수식 1을 만족하는 네마틱 액정 화합물을 사용할 수 있다.
[수식 1]
(1.53 - b) < {(2no 2+ne 2)/3}0.5 < (1.53 + b)
수식 1에서, no는 액정 화합물의 정상 굴절률(ordinary refractive index), 예를 들면 네마틱 액정 화합물의 단축 방향의 굴절률이고, ne는 액정 화합물의 이상 굴절률(extraordinary refractive index), 예를 들면, 네마틱 액정 화합물의 장축 방향의 굴절률이며, b는 0.1 = b =1을 만족하는 수이다. 수식 1을 만족하는 액정 화합물을 선택하여, 전압이 인가되지 않은 상태에서도 우수한 투명성이 확보되는 액정셀을 제작할 수 있다. 수식 4에서 b는 다른 예시에서는 0.1 내지 0.9, 0.1 내지 0.7, 0.1 내지 0.5 또는 0.1 내지 0.3일 수 있다.
액정 화합물은 또한 이상 유전율(εe, extraordinary dielectric anisotropy, 장축 방향의 유전율)과 정상 유전율(εo, ordinary dielectric anisotropy, 단축 방향의 유전율)의 차이가 3 이상, 3.5 이상, 4 이상, 6 이상, 8 이상 또는 10 이상일 수 있다. 이러한 유전율을 가지면 구동 전압 특성이 우수한 소자를 제공할 수 있다. 상기 유전율의 차이는, 그 수치가 높을수록 소자가 적절한 특성을 나타낼 수 있는 것으로, 그 상한은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 액정 화합물로는 이상 유전율(εe, extraordinary dielectric anisotropy, 장축 방향의 유전율)이 6 내지 50 정도이고, 정상 유전율(εo, ordinary dielectric anisotropy, 단축 방향의 유전율)이 2.5 내지 7 정도인 화합물을 사용할 수 있다.
액정층은 또한, 이방성 염료를 추가로 포함할 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 「이방성 염료」는 상기 가시광 영역의 적어도 일부 또는 전체 범위에서 광의 이방성 흡수가 가능한 물질을 의미할 수 있다.
상기와 같은 이방성 염료의 사용을 통해서 광학 소자의 광 투과도를 조절할 수 있다. 이방성 염료는 특별히 제한되지 않으나, 예를 들면 흑색 염료(black dye) 또는 칼라 염료(color dye)를 사용할 수 있다.
상기 이방성 염료는, 이색비(dichroic ratio), 즉 이방성 염료의 장축 방향에 평행한 편광의 흡수를 상기 장축 방향에 수직하는 방향에 평행한 편광의 흡수로 나눈 값이 1 이상, 2 이상 또는 3 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 30 이하, 20 이하, 15 이하 또는 14 이하 정도일 수 있다. 이방성 염료의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 상기와 같은 특성을 가지면서 액정 화합물의 배향에 따라 배향될 수 있는 특성을 가지는 것으로 공지된 모든 종류의 염료가 사용될 수 있다.
상기 이방성 염료를 액정층 내에 포함시키는 경우, 소자 내에 전술한 제 2 편광판을 추가로 포함하지 않아도 되며, 광학 소자의 박형화를 도모할 수 있다.
즉, 광학 소자 내에 액정 화합물 및 이방성 염료를 포함시키는 경우, 상기 액정층 내에 존재하는 액정 화합물 및 이방성 염료의 배향을 조절함으로써, 상기 이방성 염료의 배열 방향과 평행한 방향의 편광 및 수직한 방향의 편광에 대한 비등방성 광 흡수를 조절할 수 있다.
예를 들어, 액정층 내의 액정 화합물 및/또는 이방성 염료의 배향은 외부 신호 인가에 의하여 배향이 조절될 수 있으며, 이에 따라 상기 액정층은 외부 신호 인가 여부에 따라 비등방성 광 흡수를 조절할 수 있다. 이러한 특성을 가지는 액정층을 소위 능동형 편광자(Active Polarizer)로 호칭할 수 있고, 전술한 바와 같이 외부 작용의 존재 하에, 상기 편광층의 투과축 및/또는 흡수축과의 관계를 조절함으로써 광학 소자의 전체 투과도를 조절할 수 있다.
이러한 이방성 염료는, 예를 들면 액정 화합물 100 중량부 대비 1 내지 10 중량부 또는 1 내지 5 중량부 내의 비율로 액정층에 포함될 수 있다.
액정 화합물을 액정층 내에 일정한 배향을 가지고 포함되어 있을 수 있다.
하나의 예시에서, 액정 화합물은 외부 작용이 없는 상태에서 수평 배향, 수직 배향, 또는 경사 배향 되어 있을 수 있다.
본 출원에서 용어 「수평 배향」은 액정층의 광축이 액정층의 평면에 대하여 약 0도 내지 15도, 약 0도 내지 10도, 약 0도 내지 5도 범위 내의 경사각을 가지는 경우를 의미할 수 있다.
본 출원에서 용어 「수직 배향」은 액정층의 광축이 액정층의 평면에 대하여 약 90도 내지 85도의 경사각을 가지는 경우를 의미할 수 있다.
본 출원에서 용어 「경사 배향」은, 액정층의 광축이 액정층의 평면에 대하여 수평 배향 또는 수직 배향 이외의 경사각을 가지는 경우를 의미할 수 있고, 예를 들어 액정층의 광축이 액정층의 평면에 대하여 약 15도 초과 내지 85도 미만의 경사각을 가지는 경우를 의미할 수 있다.
이러한 액정 화합물의 배향 조건은, 액정 윈도우의 구동 모드 및 액정 화합물 유전율 특성 등을 고려하여 적절히 조절될 수 있다.
액정층은 소정의 면상 위상차(Rin) 및 두께 방향 위상차(Rth)를 가질 수 있다.
하나의 예시에서, 액정층 내의 액정 화합물 수평 배향하고 있는 상태에서 액정층의 면 방향 위상차 (Rin)는, 예를 들면, 10nm이상, 20nm이상, 30nm이상, 40nm이상, 50nm이상, 60nm이상, 70nm이상, 80nm이상, 90nm이상, 100nm 이상, 110nm이상, 120nm이상, 130nm이상 또는 140nm이상일 수 있다. 또한, 외부 작용이 없는 상태에서 상기 액정층의 면 방향의 위상차의 상한은, 300nm이하, 290nm 이하, 280nm이하, 270nm이하, 260nm이하, 250nm이하, 240nm이하, 230nm 이하, 220nm이하, 210nm이하, 200nm이하, 190nm이하, 180nm이하, 170nm 이하 또는 160nm이하일 수 있다.
또한, 외부 작용이 존재하여, 액정 화합물이 수직 배향하고 있는 상태에서 상기 액정층의 두께 방향 위상차(Rth)는, 예를 들면, 10nm이상, 20nm이상, 30nm이상, 40nm이상, 50nm이상, 60 nm이상, 70nm이상, 80nm이상, 90nm이상, 100nm이상, 110nm이상, 120nm 이상, 130nm이상 또는 140nm이상이 될 수 있다. 또한, 외부 작용이 존재하는 경우, 액정층의 두께 방향의 위상차의 상한은, 300nm이하, 290nm이하, 280nm이하, 270nm 이하, 260nm이하, 250nm이하, 240nm이하, 230nm이하, 220nm이하, 210nm 이하, 200nm이하, 190nm이하, 180nm이하, 170nm이하 또는 160nm이하 정도로 될 수 있다.
본 출원에서 용어「면 방향 위상차(Rin)」는 하기 일반식 1로 계산되는 수치이고, 용어「두께 방향 위상차(Rth)」는 하기 일반식 2로 계산되는 수치이다.
[일반식 1]
Rin=(nx-ny)×d
[일반식 2]
Rth=(nz-ny)×d
일반식 1 및 2에서 부호 nx, ny, nz 및 d는 각각 액정층의 면내 지상축 방향의 굴절률, 면내 진상축 방향의 굴절률, 두께 방향의 굴절률 및 두께를 의미한다. 상기 각 굴절률은 예를 들면, 550nm 파장의 광에 대하여 측정된 굴절률일 수 있다.
액정 화합물의 배향에 따라, 광학 소자의 투과도는 조절될 수 있다.
액정 윈도우는 예를 들어, ECB(Electrically Controlled Birefringence) 모드, TN(Twisted Nematic) 모드 또는 STN(Super Twisted Nematic) 모드로 구동될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 이러한 액정 윈도우의 구동 모드에 따라 액정층 내 액정 화합물의 정렬 특성이 달라질 수 있다.
하나의 예시에서, 액정 화합물은 제 1 편광판의 흡수축과 어느 하나의 각도를 이루도록 배향된 상태로 존재하거나, 제 1 편광판의 흡수축과 수평 또는 수직을 이루도록 배향된 상태로 존재하거나, 또는 트위스티드 배향된 상태로 존재할 수 있다.
본 출원에서 「트위스티드 배향된 상태」는 액정층의 광축이 액정층의 평면에 대하여, 약 0도 내지 15도, 약 0도 내지 10도, 약 0도 내지 5도 범위 내의 경사각을 가지고 수평 배향 되어 있으나, 액정층에 포함되어 있는 이웃하는 액정 화합물의 장축 방향의 각도는 조금씩 변하여 비틀어져 배열되어 있는 상태를 의미할 수 있다.
전술한 바와 같이, 액정층 내 액정 화합물은 외부 작용의 인가에 의하여 정렬 특성이 변경될 수 있다.
하나의 예시에서, 외부 작용이 없는 상태에서, 액정층이 수평 배향 인 경우 외부 작용의 인가에 의하여 수직 배향 상태로 스위칭함으로써 투과도를 높일 수 있다.
다른 예시에서, 외부 작용이 없는 상태에서, 액정층이 수직 배향인 경우 외부 작용의 인가에 의하여 수평 배향 상태로 스위칭함으로써 투과도를 감소시킬 수 있다. 또한, 초기 수직 배향 상태에서 수평 배향 상태로 스위칭함에 있어서, 액정 화합물의 배향 방향을 결정하기 위하여 일정 방향의 프리 틸트(Pre Tilt)가 필요할 수 있다. 상기에서 프리 틸트를 부여하는 방식은 특별히 제한되지 않고, 예를 들어 의도하는 프리 틸트를 부여할 수 있도록 적절한 배향막을 배치하는 것에 의하여 가능하다.
또한, 상기에서 액정층이 이방성 염료를 추가로 포함하고 액정 화합물이 수직 배향된 상태에서는, 이방성 염료의 정렬 방향이 하부에 존재하는 편광층의 평면에 대하여 수직을 이루므로 편광층을 투과한 광이 액정층의 이방성 염료에 흡수되지 않고 투과될 수 있고, 이를 통해 광학 소자의 투과도를 증가시킬 수 있다. 반면, 액정층의 액정 화합물이 수평 배향된 상태에서는, 이방성 염료의 정렬 방향이 하부에 존재하는 편광층의 평면에 대하여 평행을 이루고 있으므로, 액정층의 광축이 편광층의 흡수축에 대하여 소정의 각도를 가지도록 배치하는 경우, 편광층을 투과한 광의 일부를 이방성 염료에 흡수시킬 수 있고, 이를 통해 광학 소자의 투과도를 감소시킬 수 있다.
하나의 예시에서, 광학 소자는 외부 작용이 존재하는 상태에서, 가시광 영역의 투과도가 15% 이상인 투과 모드가 구현되고, 외부 작용이 존재하지 않는 상태에서, 가시광 영역의 투과도가 3% 이하인 차단 모드가 구현될 수 있다.
액정 윈도우가 TN 모드 또는 STN 모드로 구동하는 경우, 액정층은 키랄제(chiral agent)를 추가로 포함할 수 있다. 키랄제는 상기 액정 화합물 및/또는 이방성 염료의 분자 배열이 나선 구조를 갖도록 유도할 수 있다. 상기 키랄제로는, 액정성, 예를 들면, 네마틱 규칙성을 손상시키지 않고, 목적하는 나선 구조를 유발할 수 있는 것이라면, 특별히 제한되지 않고 사용될 수 있다. 액정에 나선 구조를 유발하기 위한 키랄제는 분자 구조 중에 키랄리티(chirality)를 적어도 포함할 필요가 있다. 키랄제로는, 예를 들면, 1개 또는 2개 이상의 비대칭 탄소(asymmetric carbon)를 가지는 화합물, 키랄 아민 또는 키랄 술폭시드 등의 헤테로원자 상에 비대칭점(asymmetric point)이 있는 화합물 또는 크물렌(cumulene) 또는 비나프톨(binaphthol) 등의 축부제를 가지는 광학 활성인 부위(axially asymmetric optically active site)를 가지는 화합물이 예시될 수 있다. 키랄제는 예를 들면 분자량이 1,500 이하인 저분자 화합물일 수 있다. 키랄제로는, 시판되는 키랄 네마틱 액정, 예를 들면, Merck사에서 시판되는 키랄 도판트 액정 S-811 또는 BASF사의 LC756 등을 사용할 수도 있다.
액정층은 두께는, 예를 들면 5 내지 30 ㎛의 범위 내에 있을 수 있다. 이와 같은 두께 범위 내에서 적절한 투과도의 조절이 가능하며, 또한 열 변형에 의한 소자의 변형 및 그에 따른 액정층의 손상 등을 방지할 수 있다.
위와 같은 액정층은, 예를 들면 전술한 액정 화합물 및/또는 이방성 염료와 기타 첨가제를 포함하는 조성물을 서로 이격되어 배치되어 있는 기판 상에 측면을 봉지한 상태에서 스퀴징하는 방식을 이용하거나, 또는 임의의 기재 상에 조성물을 코팅 한 후, 박리한 필름을 기재층과 라미네이팅 하는 방식을 이용하거나, 기재층 상에 직접 조성물을 코팅 후 경화하여 형성하는 등 공지의 액정층 형성 방식에 의해 제조될 수 있다.
액정 윈도우는 액정층과 인접하게 배치되어 있는 배향막을 추가로 포함할 수 있다. 상기 배향막은 액정 화합물이나 추가로 포함될 수 있는 이방성 염료의 정렬 상태를 조절하기 위해 채택된 구성이며, 상기 목적을 달성할 수 있을 정도 배치 상태, 예를 들면 액정층의 양면에 배향막이 직접 접하고 있는 상태에서 액정 윈도우 내에 포함될 수 있다.
배향막으로는, 특별한 제한 없이 공지의 수직, 수평 또는 경사 배향막을 사용할 수 있다. 이러한 배향막은, 러빙 배향막과 같이 접촉식 배향막이거나, 혹은 광배향성 화합물을 포함하여, 예를 들면 직선 편광의 조사 등과 같은 비접촉식 방식에 의해 배향 특성을 나타낼 수 있는 광 배향막 등 공지된 배향막을 사용할 수 있다.
즉, 상기 배향막은 공지의 러빙공정을 통해 배향된 러빙 배향막이거나, 배향막을 형성하는 조성물을 도포 한 후, 광 또는 열을 조사하여 배향성을 부여한 광 경화형 배향막 또는 열 경화형 배향막 일 수 있다.
러빙 배향막은 폴리 이미드 또는 폴리 비닐 알코올 등의 수지를 러빙포 등을 이용하여 소정 압력 및 횟수로 러빙하는 공정에 의해 형성될 수 있다.
광 배향막은, 예를 들면 광 배향성 화합물을 포함할 수 있다.
본 출원에서 용어 「광 배향성 화합물」은, 광의 조사 등을 통하여 소정 방향으로 정렬(orientationally ordered)되고, 상기 정렬된 상태에서 이방성 상호 작용(anisotropic interaction) 등의 상호 작용을 통하여 인접하는 액정 화합물을 소정 방향으로 배향시킬 수 있는 화합물을 의미할 수 있다.
광 배향막에서 광 배향성 화합물은 방향성을 가지도록 정렬된 상태로 존재할 수 있다. 광 배향성 화합물은, 단분자 화합물, 단량체성 화합물, 올리고머성 화합물 또는 고분자성 화합물일 수 있다. 또한, 광 배향성 화합물은, 광감응성 잔기(photosensitive moiety)를 포함하는 화합물일 수 있다.
구체적으로 광 배향성 화합물은 트랜스-시스 광이성화(trans-cis photoisomerization)에 의해 정렬되는 화합물; 사슬 절단(chain scission) 또는 광산화(photo-oxidation) 등과 같은 광분해(photo-destruction)에 의해 정렬되는 화합물; [2+2] 첨가 환화([2+2] cycloaddition), [4+4] 첨가 환화 또는 광이량화(photodimerization) 등과 같은 광가교 또는 광중합에 의해 정렬되는 화합물; 광 프리즈 재배열(photo-Fries rearrangement)에 의해 정렬되는 화합물; 또는 개환/폐환(ring opening/closure) 반응에 의해 정렬되는 화합물; 등을 사용할 수 있다.
상기 트랜스-시스 광이성화에 의해 정렬되는 화합물로는, 예를 들면, 술포화 디아조 염료(sulfonated diazo dye) 또는 아조 고분자(azo polymer) 등의 아조 화합물이나 스틸벤 화합물(stilbenes) 등이 예시될 수 있다.
상기 광분해에 의해 정렬되는 화합물로는, 시클로부탄 테트라카복실산 이무수물(cyclobutane-1,2,3,4-tetracarboxylic dianhydride); 방향족 폴리실란 또는 폴리에스테르; 폴리스티렌; 또는 폴리이미드; 등이 예시될 수 있다.
상기 광가교 또는 광중합에 의해 정렬되는 화합물로는 신나메이트(cinnamate) 화합물, 쿠마린(coumarin) 화합물, 신남아미드(cinnamamide) 화합물, 테트라히드로프탈이미드(tetrahydrophthalimide) 화합물, 말레이미드(maleimide) 화합물, 벤조페논 화합물, 디페닐아세틸렌(diphenylacetylene) 화합물, 광감응성 잔기로서 찰코닐(chalconyl) 잔기를 가지는 화합물(이하, 찰콘 화합물) 또는 안트라세닐(anthracenyl) 잔기를 가지는 화합물(이하, 안트라세닐 화합물) 등이 예시될 수 있다.
광배향성 화합물은, 단분자 화합물, 단량체성 화합물, 올리고머성 화합물 또는 고분자성 화합물이거나, 상기 광배향성 화합물과 고분자의 블랜드(blend) 형태일 수 있다. 상기에서 올리고머성 또는 고분자성 화합물은, 상기 기술한 광배향성 화합물로부터 유도된 잔기 또는 상기 기술한 광감응성 잔기를 주쇄 내 또는 측쇄에 가질 수 있다.
광배향성 화합물로부터 유도된 잔기 또는 광감응성 잔기를 가지거나, 상기 광배향성 화합물과 혼합될 수 있는 고분자로는, 폴리노르보넨, 폴리올레핀, 폴리아릴레이트, 폴라아크릴레이트, 폴리(메타)아크릴레이트, 폴리이미드, 폴리암산(poly(amic acid)), 폴리말레인이미드, 폴리아크릴아미드, 폴리메타크릴아미드, 폴리비닐에테르, 폴리비닐에스테르, 폴리스티렌, 폴리실록산, 폴리아크릴니트릴 또는 폴리메타크릴니트릴 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
배향성 화합물에 포함될 수 있는 고분자로는, 대표적으로는 폴리노르보넨 신나메이트, 폴리노르보넨 알콕시 신나메이트, 폴리노르보넨 알릴로일옥시 신나메이트, 폴리노르보넨 불소화 신나메이트, 폴리노르보넨 염소화 신나메이트 또는 폴리노르보넨 디신나메이트 등이 예시될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 광 배향막은 예를 들면, 상기 광배향성 화합물에 광개시제 등 필요한 첨가제를 배합하여 코팅한 후에 원하는 방향의 편광 자외선 등을 조사하여 형성할 수 있다.
본 출원의 액정 윈도우에 포함되는 배향막은 또한, 전술한 러빙 배향막 또는 광 배향막을 형성하는 공정을 조합하여 형성되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
액정 윈도우는 액정층에 외부 작용, 예를 들면 외부 전계를 인가할 수 있도록 하는 전극층을 추가로 포함할 수 있다.
전극층은, 예를 들면 가시광 영역에서 높은 광 투과도를 가질 수 있다.
하나의 예시에서, 전극층은 가시광 영역, 예를 들면, 약 400 nm 내지 700 nm 범위 내의 어느 한 파장 또는 550 nm 파장의 광에 대한 투과도가 80% 이상, 85% 이상 또는 90% 이상일 수 있다.
전극층은, 또한 적외선 영역에서 낮은 광 투과도를 가지므로 열을 차단하는 효과가 있을 뿐만 아니라, 높은 전기 전도도 및 낮은 면 저항 값을 가질 수 있다.
하나의 예시에서 전극층은 적외선 영역, 예를 들면, 약 700 nm 내지 1000 nm 범위 내의 어느 한 파장 또는 780 nm 이상의 광에 대한 투과도가 70% 이하, 65% 이하 또는 60% 이하일 수 있다. 상기 수치범위를 만족하는 전극층은 적외선 영역의 열을 차단할 수 있으므로, 예를 들면, 에너지 절감이 가능하다. 전극층의 적외선 영역의 광 투과도의 하한 값은, 특별히 제한되지 않으나, 예를 들면, 하한 값이 0% 이상 또는 5% 이상 일 수 있다.
전극층은 면 저항 값이 500 Ω/□ 이하, 400 Ω/□ 이하 또는 300 Ω/□ 이하일 수 있고, 하한 값은 특별히 제한되지 않으나, 1 Ω/□ 이상, 5 Ω/□ 이상 또는 10 Ω/□ 이상 일 수 있다. 상기 수치범위의 면 저항 값을 가지는 전극층이 광학 소자에 적용될 경우 소비 전력을 최소화할 수 있으므로 광학 소자의 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.
전극층의 소재는 상기 광 투과도 및 면 저항 값을 가지고, 액정 화합물의 배향을 변경할 수 있도록 하는 적절한 외부 작용을 인가할 수 있는 것이면, 공지의 것이 제한 없이 이용될 수 있다.
예를 들면, 전극층은 금속 산화물; 금속 와이어; 금속 나노 튜브; 금속 메쉬; 탄소 나노 튜브; 그래핀; 또는 전도성 폴리머나 이들의 복합 재료 등을 이용할 수 있다.
하나의 예시에서, 전극층은 안티몬(Sb), 바륨(Ba), 갈륨(Ga), 게르마늄(Ge), 하프늄(Hf), 인듐(In), 란티늄(La), 마그네슘(Mg), 셀렌(Se), 알루미늄(Al), 규소(Si), 탄탈(Ta), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 이트륨(Y), 아연(Zn) 및 지르코늄(Zr)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 금속을 포함하는 금속 산화물을 포함할 수 있다.
전극층의 두께는 본 출원의 목적을 손상시키지 않는 범위 내에서 적절히 선택될 수 있다. 예를 들면, 가시광 영역에서 높은 광투과도, 적외선 영역에서 낮은 광투과도, 우수한 전기 전도도 및 낮은 저항 특성을 나타내기 위하여, 전극층의 두께는 50 nm 내지 300 nm 또는 70nm 내지 200 nm 범위 내로 조절될 수 있다.
전극층은 전술한 소재를 포함하는 단층 구조이거나, 또는 적층 구조일 수 있고, 적층 구조일 경우, 각 층을 구성하는 소재는 동일하거나, 또는 상이할 수 있다.
본 출원의 액정 윈도우는 액정층의 양측에 위치하는 실란트(Sealant)를 추가로 포함할 수 있다. 이러한 실란트(Sealant)는 도 2에 도시된 바와 같이, 액정층의 측면에 위치하여, 액정층의 간격을 유지함과 동시에 액정층 내 액정 화합물을 밀봉(sealing)하는 역할을 수행할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 실란트(Sealant)는 폴리머 층 일 수 있다. 이러한 폴리머 층은, 예를 들면 열 경화, UV 경화 또는 열 경화와 UV경화가 모두 가능한 타입일 수 있다.
하나의 예시에서, 실란트(Sealant)는 (메타)아크릴산 에스테르의 중합 단위를 포함하는 아크릴계 폴리머 층일 수 있다.
상기 (메타)아크릴산 에스테르는 메타크릴산 또는 아크릴산이나 그 유도체를 의미하는 것으로써, 구체적인 상기 (메타)아크릴산 에스테르로는 탄소수가 1 내지 14인 알킬기를 가지는 알킬 (메타)아크릴레이트 일 수 있으며, 그 예로는 메틸 (메타)아크릴레이트, 에틸 (메타)아크릴레이트, n-프로필 (메타)아크릴레이트, 이소프로필 (메타)아크릴레이트, n-부틸 (메타)아크릴레이트, t-부틸 (메타)아크릴레이트, sec-부틸 (메타)아크릴레이트, 이소부틸 (메타)아크릴레이트, 2-에틸헥실 (메타)아크릴레이트, 2-에틸부틸 (메타)아크릴레이트, 펜틸 (메타)아크릴레이트, 헥실 (메타)아크릴레이트, n-옥틸 (메타)아크릴레이트, 디실 (메타)아크릴레이트, 도데실 (메타)아크릴레이트, 트리데실 (메타)아크릴레이트, 옥타데실 (메타)아크릴레이트, 이소옥틸 (메타)아크릴레이트, 이소노닐 (메타)아크릴레이트 또는 테트라데실 (메타)아크릴레이트 등이 예시될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 아크릴계 폴리머 층에는 기타 가교성 관능기를 가지는 단량체의 중합 단위를 추가로 포함할 수 있다. 상기 가교성 관능기를 가지는 단량체는 예를 들면, 2-히드록시에틸 (메타)아크릴레이트, 2-히드록시프로필 (메타)아크릴레이트, 4-히드록시부틸 (메타)아크릴레이트, 6-히드록시헥실 (메타)아크릴레이트 또는 8-히드록시옥틸 (메타)아크릴레이트 등과 같은 히드록시알킬 (메타)아크릴레이트, 2-히드록시폴리에틸렌글리콜 (메타)아크릴레이트 또는 2-히드록시폴리프로필렌글리콜 (메타)아크릴레이트 등과 같은 히드록시기를 가지는 단량체; 또는 (메타)아크릴산, 2-(메타)아크릴로일옥시 아세트산, 3-(메타)아크릴로일옥시 프로필산, 4-(메타)아크릴로일옥시 부틸산, 아크릴산 이중체, 이타콘산, 말레산 또는 말레산 무수물 등과 같은 카르복시기를 가지는 단량체 등이 예시될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
실란트(Sealant)의 두께는, 예를 들면 5 내지 100㎛의 범위 내에 있을 수 있으며, 이러한 범위 내에서 액정층에 구조적 안정성을 제공할 수 있다.
하나의 예시에서, 실란트(Sealant)는 3mm 내지 15mm의 너비를 가질 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 실란트(Sealant)는, 예를 들면 액정 윈도우 면의 면적 대비 30% 이하, 20% 이하, 10% 이하 또는 1% 이하의 면적을 가질 수 있다. 상기 면적은, 실란트(Sealant)가 배향막 등에 접하고 있는 면의 비율을 의미하는 것이다. 이러한 면적 범위 내에서, 액정층의 간격을 유지하는 역할 및 액정층을 밀봉하는 역할을 수행할 수 있으며, 또한 액정층 내 액정 화합물의 투과도 가변 특성을 저해하지 않을 수 있다.
상기 실란트(Sealant)에는, 전술한 폴리머 이외에 투과도 가변 특성이나, 강성을 조절 하기 위하여, 적절한 첨가제를 추가로 포함할 수 있다. 예를 들면, 실란트(Sealant)는 투과도 가변 특성이나 강성 등을 조절하기 위하여, 공지의 무기 입자나 무기 안료 등을 적정량 추가로 포함할 수 있다.
본 출원의 광학 소자에 포함되는 액정 윈도우는, 스페이서를 추가로 포함할 수 있다. 상기 스페이서는 액정층의 상부 및 하부에 존재하는 층들의 간격을 유지할 수 있도록 형성된 것일 수 있다. 상기 스페이서는, 예를 들면 액정층의 액정 화합물이 존재하지 않는 영역에 존재 할 수 있다.
스페이서는 예를 들어, 액정층에 인접하여 존재하는 상부 및 하부 층 중 어느 하나의 층 상에 형성되어 있고, 점착제 또는 접착제에 의하여 다른 하나의 층에 부착된 상태이거나, 직접 액정층에 인접하는 두 층 사이에 존재할 수 있다.
본 출원의 광학 소자에 적용되는 스페이서는, 외부 작용이 없는 상태에서도 낮은 헤이즈를 유지할 수 있도록 하는 적절한 색상 및 크기를 가지는 것일 수 있다.
스페이서의 구조는, 예를 들면 컬럼 형상이거나, 볼 형상일 수 있다.
하나의 예시에서, 스페이서가 컬럼 형상일 경우, 그 모양 및 개수와 스페이서 사이의 간격이나 기판 상의 위치 등은 본 출원의 목적을 달성할 수 있을 정도의 범위 내에서 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 사람이 자유롭게 설계 변경할 수 있다.
예를 들면, 컬럼 형상의 스페이서는 3개 내지 6개의 메인 스페이서 및 각 메인 스페이서는 2개 내지 4개의 서브 스페이서를 포함할 수 있다.
구체적인 예시로써, 컬럼 형상의 스페이서는 예를 들면, 6개의 메인 스페이서를 포함할 수 있으며, 각 메인 스페이서는 4개의 서브 스페이서를 포함할 수 있으나 이에 제한 되는 것은 아니다.
컬럼 형상의 스페이서 사이의 간격 또한 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들면 스페이서는 20㎛ 내지 5,000㎛ 또는 50 ㎛ 내지 1,000㎛의 범위 내 간격을 두고 배치될 수 있다.
하나의 예시에서, 컬럼 형상의 스페이서는 경화성 수지를 포함할 수 있다. 경화성 수지의 종류는 특별히 제한되지 않고, 예를 들어 열 경화성 수지 또는 광 경화성 수지, 예를 들어 자외선 경화성 수지를 사용할 수 있다.
열 경화성 수지로는, 예를 들어 실리콘 수지, 규소 수지, 프란 수지, 폴리우레탄 수지, 에폭시 수지, 아미노 수지, 페놀 수지, 요소 수지, 폴리에스테르 수지 또는 멜라민 수지 등을 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
자외선 경화성 수지로는 대표적으로 아크릴 중합체, 예를 들어, 폴리에스테르 아크릴레이트 중합체, 폴리스티렌 아크릴레이트 중합체, 에폭시 아크릴레이트 중합체, 폴리우레탄 아크릴레이트 중합체 또는 폴리부타디엔 아크릴레이트 중합체, 실리콘 아크릴레이트 중합체 또는 알킬 아크릴레이트 중합체 등을 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
다른 예시에서, 컬럼 형상의 스페이서는 고분자 네트워크 및 액정 화합물을 포함할 수 있다. 구체적으로 컬럼 형상의 스페이서는 고분자 네트워크 및 액정 화합물을 포함하는 조성물의 층을 임프린팅하여 형성할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 컬럼 형상의 스페이서에 포함되는 고분자 네트워크 및 액정 화합물은 전술한 고분자 네트워크 및 액정층의 종류가 제한 없이 이용될 수 있다.
이러한, 컬럼 형상의 스페이서는, 예를 들면 액정층에 인접하는 어느 한 층 상에 형성되어 있고 점착제 또는 접착제를 매개로 액정층에 인접하는 다른 층에 부착되어 있는 고착 타입 일 수 있다.
또한, 스페이서가 볼 형상일 경우, 유리 섬유, 플라스틱 또는 실리카 등을 포함할 수 있으며, 이러한 볼 형상의 스페이서는, 예를 들면 액정층과 인접하는 두 층 사이에 직접 게재되는 미고착 타입일 수 있다.
구체적인 예시에서, 스페이서는 블랙 컬럼 스페이서일 수 있다. 즉, 본 출원에 따른 광학 소자는 외부 작용의 존재 여부에 따라 투과도가 가변하는 특성을 가지는 스마트 윈도우를 포함하고 있다. 다만, 이러한 스마트 윈도우를 포함하는 광학 소자에서 외부 작용이 존재하지 않을 때, 스페이서에 의해 초기 헤이즈 특성이 저감되는 문제가 있을 수 있다. 그러나, 광학 소자에 블랙 컬럼 스페이서를 도입하는 경우, 외부 작용의 인가 여부에 상관 없이 낮은 헤이즈 값을 유지할 수 있다.
하나의 예시에서, 본 출원의 광학 소자는 외부 작용이 없는 상태에서, 헤이즈가 15% 이하, 14% 이하, 13% 이하, 또는 12% 이하 일 수 있다. 상기 헤이즈의 상한 값은 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들면 1% 이상 또는 2 % 이상 일 수 있다. 상기 헤이즈는, 예를 들면 C 표준 광원에 대하여, 헤이즈 미터(NDH 5000SP)이용하여 측정된 값일 수 있다.
본 출원의 액정 윈도우는 또한, 액정층의 어느 일면 또는 양면에 위치하는 기재층을 추가로 포함할 수 있다.
일 예시에서, 기재층은 액정층의 어느 일면에만 위치할 수 있다.
구체적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 출원의 광학 소자(1000)는 액정층(301), 상기 액정층(301)의 양면에 순차적으로 배치되어 있는 배향막(302a,b) 및 전극층(303a,b)을 포함하고, 액정층(301)의 제 1 편광층(200)이 위치하는 면의 반대 면에 존재하는 기재층(305b)를 포함하는 구조를 가질 수 있다. 이 경우, 제 1 편광층(200)은 액정 윈도우(300)와 직접 접하고 있을 수 있다. 본 출원에서 용어 「A와 직접 접하는 B」라는 것은 A와 B 사이에 어떠한 층이나 구성도 게재되지 아니한 상태를 의미한다.
또한, 도 2를 좀 더 살펴보면, 본 출원의 광학 소자(1000)의 액정 윈도우(300)가 하나의 기재층(305b)을 포함하는 구조일 경우, 제 1 편광층(200)의 액정 윈도우(300)와 접하고 있는 면의 반대 면은 점착제층 또는 접착제층(400)을 매개로 제 1 기판(100a)에 부착되어 있을 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제 1 편광층이 액정 윈도우와 직접 접하는 구조, 구체적으로 기재층이 액정층의 제 1 편광층이 위치하는 면의 반대 면에만 위치하는 구조를 가질 경우, 기판, 편광층 및 기재층 사이에 열 팽창 계수(CTE) 및 탄성 계수 차이에 따른 소자의 수축 또는 팽창에 따른 변형 등을 방지할 수 있고, 목적하는 광학 소자의 투과도 등의 광학적 물성 변화율(%) 및 변형율(%)을 달성할 수 있다.
다른 예시에서, 기재층은 액정층의 양면에 위치할 수 있다.
구체적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 출원의 광학 소자(1000)는 액정층(301), 상기 액정층(301)의 양면에 순차적으로 배치되어 있는 배향막(302a,b), 전극층(303a,b) 및 기재층(305a,b)을 포함하는 구조를 가질 수 있다. 이 경우, 제 1 편광층(200)은 점착제층 또는 접착제층(400)을 매개로 액정 윈도우(300)에 부착되어 있을 수 있고, 제 1 편광층(200)의 액정 윈도우(300)와 접하고 있는 면의 반대 면은 점착제층 또는 접착제층(400)을 매개로 제 1 기판(100a)에 부착되어 있을 수 있다.
상기 액정 윈도우에 포함되는 기재층은 소정의 탄성 계수 및 열 팽창 계수(CTE)를 가지는 것일 수 있다.
하나의 예시에서, 기재층은 열 팽창 계수(CTE)가 100 ppm/K 이하, 90 ppm/K 이하, 80 ppm/K 이하, 70 ppm/K 이하, 60 ppm/K 이하, 50 ppm/K 이하, 40 ppm/K 이하, 30 ppm/K 이하 또는 20 ppm/K 이하일 수 있다. 이러한 열 팽창 계수(CTE)의 범위 내에서 적절한 강성을 유지할 수 있고, 액정 윈도우 및 편광층 등을 적층 구조에 따른 열 변형을 방지할 수 있다. 상기 열 팽창 계수(CTE)의 하한 값은, 예를 들면 3 ppm/K 이상, 5 ppm/K 이상 또는 7 ppm/K 이상일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 열 챙창 계수(CTE) 값은, 예를 들면 0℃에서 100℃의 온도 구간에서 10℃/min의 속도로 냉각 및 승온 하면서 측정한 평균 열 팽창률을 선 열팽창 계수로 산출한 값일 수 있다.
기재층은, 예를 들면 탄성 계수가 20GPa 이하, 15GPa이하 또는 10GPa 이하일 수 있다. 이러한 탄성 계수의 범위 내에서 적절한 강성을 유지할 수 있고, 액정 윈도우 및 편광층 등을 적층 구조에 따른 열 변형을 방지할 수 있다. 상기 탄성 계수의 하한 값은, 예를 들면 0.5 GPa 이상 또는 2.5GPa 이상 일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 탄성 계수 값은 ASTM D882에 따라 측정한 값을 의미할 수 있다.
기재층은, 예를 들면 5% 이하, 또는 3% 이하의 헤이즈를 가지는 투명 기재 필름인 것이 좋다.
기재층은 또한, 550nm에서의 굴절률이 1.5 내지 2.0, 또는 1.5 내지 1.7 사이의 값을 가지는 것이 좋다.
기재층의 두께는, 예를 들면 30 내지 300㎛, 바람직하게는 40 내지 250㎛인 것이 좋다.
기재층의 유리전이온도는, 예를 들면 100℃ 내지 300℃, 바람직하게는 100℃ 내지 150℃의 범위 내에 있을 수 있다.
기재층의 소재는, 전술한 조건을 만족하는 것이면 제한이 없으나, 예를 들면 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀; 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트 등의 폴리 에스테르; 트리아세틸 셀룰로오스, 디아세틸셀룰로오스, 프로피오닐 셀룰로오스, 부틸 셀룰로오스 또는 아세틸 셀룰로오스 등의 셀룰로오스 ; 6-나일론 또는 6,6-나일론 등의 폴리아미드; 폴리메틸메타크릴레이트 등의 아크릴 폴리머; 폴리스티렌, 폴리염화비닐, 폴리이미드, 폴리비닐알코올, 폴리카보네이트 또는 에틸렌비닐알코올 등의 유기 고분자로 형성된 고분자 필름이거나, 또는 유리 기판일 수 있다.
기재층은 상기 1종 또는 2종 이상의 혼합물 또는 중합체로 형성된 것일 수도 있고, 복수의 층을 적층 시킨 구조의 것일 수도 있다.
기재층은 표면이 개질 된 것일 수 있다. 상기 표면 개질은 전극층과의 접착력 등을 확보하기 위한 목적에서 실시하는 것으로써, 화학적 처리, 코로나 방전 처리, 기계적 처리, 자외선(UV) 처리, 활성 플라즈마 처리 또는 글로우 방전 처리 등의 처리방식을 채택할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
위와 같은 기재층은, 예를 들면, 전술한 소재를 공지의 혼합기(ex. 옴니 믹서 등)로 블렌딩하고, 수득된 혼합물을 공지의 혼합기(ex. 단축 압출기, 2축 압출기 등의 압출기 또는 가압 니더 등)로 압출, 혼합한 다음, 공지의 필름 성형법(ex. 용액 캐스팅법, 용융 압출법, 캘린더법, 압축 성형법 등)으로 제조할 수 있으며, 특히 용액 캐스팅법 또는 용융 압출법 등으로 제조하는 것이 바람직하다.
이러한, 기재층은 액정층의 일면 또는 양면에 위치할 수 있다.
액정 윈도우에 기재층이 액정층의 일면에만 위치할 경우, 전술한 바와 같이 제 1 편광층은 액정 윈도우에 직접 접하는 구조를 가질 수 있고, 이를 통해 광학 소자의 우수한 내구성을 달성할 수 있다. 이 때, 제 1 편광층의 액정 윈도우와 접하는 면의 반대 면은 점착제층 또는 접착제층을 매개로 제 1 기판과 부착되어 있을 수 있다.
상기 제 1 편광층과 제 1 기판 사이에 게재되는 점착제층 또는 접착제층은, 예를 들면 아크릴계; 에폭시계; 우레탄계; 또는 고무계; 점착제 또는 접착제 등 공지의 점착제 또는 접착제가 제한 없이 이용될 수 있다.
예를 들면, 점착제층 또는 접착제층은 하기 일반식 3으로 표시되는 겔 함량(%)이 30 내지 95%의 범위 내에 있을 수 있다.
[일반식 3]
겔 함량(%) = B/A × 100
상기 일반식 3에서, A는 점착제층 또는 접착제층의 질량을 나타내고, B는 상온에서 에틸 아세테이트로 72 시간 침적 후 상기 점착제층 또는 점착제층의 불용해분의 건조 질량을 나타낸다. 상기 겔 함량이 30% 미만이면, 고온 및/또는 고온고습 조건 하에서 내구신뢰성이 저하될 우려가 있고, 95%를 초과하면, 점착제층 또는 접착제층의 응력 완화 특성이 저하될 우려가 있다.
점착제층 또는 접착제층은, 예를 들면 10㎛ 내지 100㎛ 범위 내의 두께를 가질 수 있다. 이러한 두께 범위 내에서 목적하는 점착 또는 접착 특성을 발휘함과 더불어, 우수한 기계적 특성을 달성할 수 있다.
점착제층은, 예를 들면 25℃에서 동점도가 10,000 cSt 내지 10,000,000 cSt의 범위 내에 있을 수 있다. 특히 상기 동점도 범위가 10,000 cSt 내지 100,000 cSt 범위 내에 있는 점착제층을 유체 점착제층이라 할 수 있다.
즉, 본 출원에서 용어 「유체 점착제층」는, 점착제층을 형성하는 화합물이 경화되지 아니하여, 25℃에서 동점도가 10,000 cSt 내지 100,000 cSt 범위 내에 있는 점착제로부터 형성된 층을 의미할 수 있다.
본 출원의 광학 소자의 구조에 있어서, 액정 윈도우에 기재층이 액정층의 양면에 위치할 경우, 전술한 바와 같이 제 1 편광층은 점착제층 또는 접착제층을 매개로 액정 윈도우에 부착되어 있는 구조를 가질 수 있는데, 이 때, 제 1 편광층과 액정 윈도우를 부착하고 있는 점착제층 또는 접착제층은, 예를 들면 전술한 유체 점착제층 일 수 있다.
상기 유체 점착제층을 형성하는 소재는, 전술한 동점도 범위를 만족하며, 미경화 타입의 점착제로써, 공지의 것이 제한 없이 이용될 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 유체 점착제층을 실리콘 오일 등이 예시될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 유체 점착제층은, 예를 들면 어는점이 -40℃ 이하 또는 -35 이하일 수 있다. 또한, 상기 유체 점착제층은, 끓는점이 150℃ 이상, 또는 180℃ 이상일 수 있다. 이와 같은 어는점 및 끓는점 범위 내에서 열에 의한 소자의 변형을 효과적으로 방지할 수 있다.
하나의 예시에서, 유체 점착제층은, 어는점이 -40℃이하이고, 끓는점이 150℃ 이상인 것일 수 있다.
이러한 유체 점착제층을 매개로, 제 1 편광층과 액정 윈도우를 부착시키는 경우, 기판, 편광층 및 기재층 사이에 열 팽창 계수(CTE) 및 탄성 계수 차이에 따른 열 변형에 의한 소자 내 응력 강화 현상을 방지할 수 있고, 궁극적으로 소자의 변형 및 그에 따른 광학적 물성의 변화를 효과적으로 예방할 수 있다.
또한, 본 출원의 광학 소자는 액정층의 양면에 기재층을 포함하는 구조일 경우, 제 1 기판과 제 1 편광층이 직접 접하고 있는 구조를 가질 수 있다. 이 때, 광학 소자는, 액정 윈도우의 제 1 편광층이 접하는 면의 반대 면에 위치하는 제 2 기판을 추가로 포함할 수 있다.
즉, 본 출원의 광학 소자는 액정층의 양면에 기재층을 포함하는 구조일 경우, 도 3 에 도시된 바와 같이 제 1 편광층은 점착제층 또는 접착제층을 매개로 제 1 기판에 부착되어 있거나, 도 4에 도시된 바와 같이 제 1 편광층의 양면이 제 1 기판 및 액정 윈도우와 직접 접하고 있을 수 있다. 이 경우, 광학 소자는, 액정 윈도우의 제 1 편광층이 접하는 면의 반대 면에 위치하는 제 2 기판을 추가로 포함할 수 있다.
도 4는 본 출원에 따른 광학 소자의 일 예시도이다. 구체적으로, 도 4 에 도시된 바와 같이, 광학 소자(1000)는 액정층(301)의 양면에 순차적으로 배치되어 있는 배향막(302a,b), 전극층(303a,b) 및 기재층(305a,b)을 포함하고, 제 1 편광층(200)의 어느 일면은 액정 윈도우(300)의 기재층(305a)와 직접 접하고 있으며, 제 1 편광층(200)의 다른 일면은 제 1 기판(100a)과 직접 접하고 있고, 제 1 편광층(200)이 제 1 기판과(100a) 접하고 있는 면의 반대 면에 위치하는 제 2 기판(100b)을 추가로 포함하는 구조일 수 있다.
즉, 도 4에 도시된 바와 같은 구조의 광학 소자의 경우, 액정 윈도우와 편광층이 점착제층 또는 점착제층을 매개로 부착되어 있지 않고, 또한 제 1 및 제 2 기판이 점착제층 또는 접착제층을 매개로 편광층이나 액정 윈도우를 부착하고 있지 아니하므로, 편광층과 액정 윈도우가 기판 사이에서 자유롭게 이동할 수 있고, 따라서 기판, 편광층 및 기재층 사이에 열 변형 차이에 따른 응력 경화 현상 및 그로 인한 소자의 변형 문제가 발생하지 않을 수 있다.
제 2 기판의 구체적인 종류는 전술한 제 1 기판에서 언급한 것과 동일하며, 제 1 기판 및 제 2 기판의 구체적인 소재는 동종이거나, 전술한 목적을 해치지 아니하는 범위 내에서 변경될 수 있다.
본 출원의 광학 소자는 또한 시야각 보상 필름을 포함할 수 있다. 상기 시야각 보상 필름은, 예를 들면 A 플레이트, +B 플레이트, -B 플레이트, +C 플레이트 등을 포함하는 단층 구조 또는 적층 구조일 수 있다. 이러한 시야각 보상 필름은, 예를 들면 액정층 내 액정 화합물이 트위스티드 배향된 ECB 모드일 경우, 적용될 수 있는 구성이다.
본 출원은 또한, 상기 광학 소자의 용도에 관한 것이다. 본 출원의 광학 소자는 외부 신호에 인가에 여부에 따라 투과도를 가변 할 수 있고, 열 변형 차이에 따른 응력 강화 및 그에 따른 소자의 변형을 효과적으로 방지할 수 있다. 이러한 광학 소자는 다양한 광학 장치에 적용되어 사용될 수 있다.
즉, 본 출원은 광학 소자를 포함하는 투과도 가변 부재에 대한 것이다. 상기 투과도 가변 부재는, 예를 들어, 선루프 일 수 있다.
본 출원에서 용어「선루프」는 차량의 천장에 존재하는 고정된 또는 작동(벤팅 또는 슬라이딩)하는 개구부(opening)로서, 빛 또는 신선한 공기가 차량의 내부로 유입되도록 하는 기능을 할 수 있는 장치를 통칭하는 의미일 수 있다. 본 출원에서 선루프의 작동 방식은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 수동으로 작동하거나 또는 모터로 구동할 수 있으며, 선루프의 형상, 크기 또는 스타일은 목적하는 용도에 따라 적절히 선택될 수 있다. 예를 들어, 선루프는 작동 방식에 따라 팝-업 타입 선루프, 스포일러(tile & slide) 타입 선루프, 인빌트 타입 선루프, 폴딩 타입 선루프, 탑-마운트 타입 선루프, 파노라믹 루프 시스템 타입 선루프, 제거 가능한 루프 패널즈(t-tops 또는 targa roofts) 타입 선루프 또는 솔라 타입 선루프 등이 예시될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
본 출원의 예시적인 선루프는 본 출원의 상기 광학 소자를 포함할 수 있고, 이 경우 광학 소자에 대한 구체적인 사항은 상기 광학 소자의 항목에서 기술한 내용이 동일하게 적용될 수 있다.
상기 선루프는 또한, 자외선 차단층을 추가로 포함할 수 있다. 본 명세서에서 「자외선 차단층」은 자외선 차단 기능을 가지는 공지의 기능성 층을 의미할 수 있다. 자외선 차단층은 편광층, 액정층 또는 전극층 등의 일측 또는 양측에 형성되어 있을 수 있다. 이러한 자외선 차단층으로는 예를 들어, 자외선 차단 점착제 또는 자외선 차단 필름을 사용할 수 있다. 자외선 차단 점착제로는 공지의 점착제 성분에 공지의 자외선 차단 기능을 가지는 첨가제를 첨가시킨 것을 사용할 수 있다. 자외선 차단 필름으로는, 예를 들어, 공지의 점착제의 일면에 공지의 자외선 차단 기능을 가지는 첨가제를 포함하는 층을 형성한 것을 사용할 수 있다. 자외선 차단 점착제로는 예를 들어 DAIO Paper사의 EW1501-D1-UV, EW1502-D1-UV 또는 EW1504-D1-UV 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 출원은 투과도가 가변 할 수 있는 광학 소자 및 이의 용도에 대한 것이다.
본 출원에 따른 광학 소자는, 각 층 사이에 물성의 차이에 따라 발생할 수 있는 응력 강화 현상 및 그에 따른 소자의 변형을 효과적으로 제어할 수 있다.
본 출원에 따른 광학 소자는 또한, 외부 작용이 없는 상태에서도 낮은 헤이즈 값을 가질 수 있다.
도 1 내지 도 4는 본 출원에 따른 광학 소자의 일 예시도이다.
이하 본 출원에 대해서 실시예를 통해 보다 상세히 설명하겠지만, 본 출원의 요지에 국한된 실시예에 지나지 않는다. 한편 본 출원은 이하의 실시예에서 제시하는 공정조건에 제한되는 것이 아니며, 본 출원의 목적을 달성하기에 필요한 조건의 범위 안에서 임의로 선택 할 수 있음은 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.
실시예 1.
하기 방법에 따라, 도 2과 같은 구조를 가지는 광학 소자를 제조 하였다.
PET 기재층 상에 ITO 전극층을 형성하고, 공지의 흡수형 선형 편광층 상에 ITO 전극층을 형성한 후, 두 ITO 전극층 상에 액정 화합물의 수평 배향을 유도하는 광 배향막을 형성하였다. 그 후, ITO 전극층 및 광 배향막이 형성되어 있는 PET 기재층 상에 액정 화합물(HPC21600, HCCH사제) 및 상기 액정 화합물 100 중량부에 대하여 이방성 염료(X12, BASF사제)를 1 내지 3 중량부의 비율로 포함하는 액정층을 형성(두께 약 15㎛)하고, 측면을 실링 하였다. 그 후, 광 배향막 및 ITO 전극층이 형성된 흡수형 선형 편광층과 상기 액정층이 형성되어 있는 PET 기재층을 합착시켜, 도 2에 도시된 바와 같이, 액정 윈도우와 편광층이 일체로 형성되어 있는 구조를 제작 하였다. 그 후, 상기 편광층의 액정 윈도우와 접하는 면의 반대 면에 OCA(DAIO Paper사의 EW1501-D1-UV)를 매개로 유리 기판과 합착하여, 광학 소자를 제조 하였다. 편광층과 액정층의 광축은 약 90도의 각도를 이루도록 형성 하였다.
실시예 2.
PET 기재층 및 흡수형 선형 편광층 상에 ITO 전극층 대신에 은 나노 와이어를 이용한 코팅층 전극층을 형성한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 광학 소자를 제조하였다. 이 때, 편광층과 액정층의 광축은 약 90도의 각도를 이루도록 형성 하였다.
실시예 3.
하기 방법에 따라, 도 3과 같은 구조를 가지는 광학 소자를 제조 하였다.
한 쌍의 폴리카보네이트 기재층 상에 ITO 전극층 및 수평 광 배향막을 각각 형성 하였다. 그 후, ITO 전극층 및 광 배향막이 형성되어 있는 폴라카보네이트 기재층 상에 액정 화합물(HPC21600, HCCH사제)과 키랄제(BASF사의 LC756) 및 상기 액정 화합물 100 중량부에 대하여 이방성 염료(X12, BASF사제)를 1 내지 3 중량부의 비율로 포함하는 트위스트 네마틱 액정층(두께 약 15㎛)을 형성하고 측면을 실링 하였다. 또한, 두 폴리카보네이트 기재층을 합착시켜 도 3에 도시된 구조를 가지는 액정 윈도우를 제조 하였다. 그 후, 상기 액정 윈도우를 유체 점착제층(실리콘 오일)을 매개로 공지의 흡수형 선형 편광층의 어느 일면에 부착시키고, 상기 편광층의 액정 윈도우가 부착되어 있지 않은 면은 OCA(DAIO Paper사의 EW1501-D1-UV)를 매개로 유리 기판과 합착하여 도 3에 도시된 구조와 같은 광학 소자를 제조 하였다. 이 때, 편광층에 가까운 쪽에 위치하는 액정층 내 액정 화합물의 장축 방향은 편광층의 흡수축과 약 90도의 각도를 이루며, 편광층에 먼 쪽에 위치하는 액정층 내 액정 화합물의 장축 방향은 편광층의 흡수축과 약 0도의 각도를 이룬다.
실시예 4.
하기 방법에 따라, 도 4와 같은 구조를 가지는 광학 소자를 제조 하였다.
한 쌍의 폴리카보네이트 기재층 상에 ITO 전극층 및 수평 광 배향막을 각각 형성 하였다. 그 후, ITO 전극층 및 광 배향막이 형성되어 있는 폴라카보네이트 기재층 상에 액정 화합물(HPC21600, HCCH사제)과 키랄제(BASF사의 LC756) 및 상기 액정 화합물 100 중량부에 대하여 이방성 염료(X12, BASF사제)를 1 내지 3 중량부의 비율로 포함하는 트위스트 네마틱 액정층(두께 약 15㎛)을 형성하고 측면을 실링 하였다. 또한, 두 폴리카보네이트 기재층을 합착시켜 도 4에 도시된 구조를 가지는 액정 윈도우를 제조 하였다. 상기 액정 윈도우와 공지의 흡수형 선형 편광층을 점착제층이나 접착제층의 게재 없이 적층 시킨 후, 액정 윈도우와 흡수형 선형 편광층의 외 측에 한 쌍의 유리 기판을 적층시켜, 도 4와 같은 구조의 광학 소자를 제조 하였다. 이 때, 편광층에 가까운 쪽에 위치하는 액정층 내 액정 화합물의 장축 방향은 편광층의 흡수축과 약 90도의 각도를 이루며, 편광층에 먼 쪽에 위치하는 액정층 내 액정 화합물의 장축 방향은 편광층의 흡수축과 약 0도의 각도를 이룬다.
실시예 5.
실시예 1에 따른 광학 소자를 형성하는 공정에서 블랙 컬럼 스페이서를 형성한 후, 두 층을 합착하여 액정 윈도우를 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 구조 및 방식으로 광학 소자를 제조 하였다.
실시예 6.
실시예 2에 따른 광학 소자를 형성하는 공정에서 블랙 컬럼 스페이서를 형성한 후, 두 층을 합착하여 액정 윈도우를 제조한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 구조 및 방식으로 광학 소자를 제조 하였다.
실시예 7.
실시예 3에 따른 광학 소자를 형성하는 공정에서 블랙 컬럼 스페이서를 형성한 후, 두 층을 합착하여 액정 윈도우를 제조한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 구조 및 방식으로 광학 소자를 제조 하였다.
실시예 8.
실시예 4에 따른 광학 소자를 형성하는 공정에서 블랙 컬럼 스페이서를 형성한 후, 두 층을 합착하여 액정 윈도우를 제조한 것을 제외하고는 실시예 4와 동일한 구조 및 방식으로 광학 소자를 제조 하였다.
비교예 1.
하기와 같은 구조의 광학 소자를 제조 하였다.
구체적으로, 실시예 3와 동일한 방식으로 액정 윈도우를 제조한 후, 상기 액정 윈도우의 어느 일면은 OCA(DAIO Paper사의 EW1501-D1-UV)를 매개로 유리 기판과 합착하고, 다른 일면은 OCA(DAIO Paper사의 EW1501-D1-UV)를 매개로 흡수형 편광층과 합착하여, 유리기판/OCA/액정 윈도우/OCA/편광층 구조의 광학 소자를 제조 하였다. 이 때, 편광층에 가까운 쪽에 위치하는 액정층 내 액정 화합물의 장축 방향은 편광층의 흡수축과 90도의 각도를 이루며, 편광층에 먼쪽에 위치하는 액정층 내 액정 화합물의 장축 방향은 편광층의 흡수축과 0도의 각도를 이룬다.
시험예 1 - 내구성 테스트
실시예 1 내지 8및 비교예 1에 따라 제조된 광학소자를 100℃에서 240시간 동안 방치한 다음, 액정 윈도우의 파손이나 변형이 있는지 여부를 확인 하여 표1에 나타내었다. 구체적으로, 소자의 파손 여부는 육안으로 확인 하여, O(파손 있음), X(파손 없음)으로 평가 하였고, 하기 표 1에 나타내었다.
시험예 2 - 투과도와 헤이즈 특성 평가 및 투과도 변화율( % ) 평가
실시예 1 내지 8및 비교예 1에서 제조된 광학 소자에 대하여, 수직 전계를 인가할 수 있는 전원을 연결한 후 구동 전압(20V)에 따른 광학 소자의 C 표준 광원 대한 투과도 및 헤이즈를 헤이즈미터 NDH 5000SP [제조사: Nippon Denshoku (JAPAN)] 장치를 이용하여 측정하였고, 그 결과를 표2에 나타내었다.
또한, 소자의 투과도 변화율(%)은 파손되지 않은 소자에 한해 하기 수학식 1에 의해 측정하여, 하기 표 1에 나타내었다.
변화율(%) = |(T2-T1)|/T1 x 100
상기 수학식 1에서, T1은 소자 시편의 초기 투과도 값이고, T2는 100℃에서 240시간 동안 방치한 후 소자 시편의 투과도 값이다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6 실시예 7 실시예 8 비교예 1
액정 윈도우 파손 여부 X X X X X X X X O
투과도 변화율(%) 1.3% 1.2% 0.7% 1.5% 1.1% 1.0% 0.8% 1.1% -
구동평가(%) 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6 실시예 7 실시예 8 비교예 1
투과도 0 V 0.71 0.80 0.83 0.69 0.81 0.79 0.73 0.78 0.75
20 V 21.5 21.2 22.3 21.7 22.1 21.5 22.7 22.3 21.5
헤이즈 0 V 39.1 38.7 38.5 38.3 10.1 10.2 11.3 11.2 37.5
20 V 2.3 2.2 2.1 2.3 1.4 1.5 1.5 1.3 2.3
1000 : 광학 소자
100a,b : 제 1, 2 기판
200 : 제 1 편광층
300 : 액정 윈도우
301 : 액정층
302 a,b : 배향막
303a,b : 전극층
304 : 실란트
305 a,b : 기재층
400 : 점착제층 또는 접착제층

Claims (20)

  1. 제 1 기판;
    상기 제 1 기판 상에 위치하는 제 1 편광층; 및
    상기 제 1 편광층의 제 1 기판이 위치하는 면의 반대 면에 존재하고, 액정 화합물을 가지는 액정층을 포함하는 액정 윈도우를 가지며, 100℃ 온도에서 240시간 내열 테스트 이후에 투과도 변화율(%)이 ±10% 이하인 광학 소자.
  2. 제 1항에 있어서,
    외부 작용에 의해서, 가시광 영역의 투과도가 15% 이상인 투과 모드와 가시광 영역의 투과도가 3% 이하인 차단 모드 사이를 스위칭하는 광학 소자.
  3. 제 1항에 있어서,
    제 1 편광층은 제 1 기판과 직접 접하고 있거나, 또는 점착제층 또는 접착제층을 매개로 제 1 기판에 부착되어 있는 광학 소자.
  4. 제 1 기판은 열 팽창 계수(CTE)가 100 ppm/K 이하인 광학 소자.
  5. 제 1항에 있어서,
    외부 작용이 없는 상태에서, 제 1 편광층의 흡수축과 액정층의 광축은 0도 내지 90도의 각도를 이루는 광학 소자.
  6. 제 1항에 있어서,
    액정 화합물은 스멕틱, 네마틱 또는 콜레스테릭 액정 화합물인 광학 소자.
  7. 제 1항에 있어서,
    액정층은 이색비가 1 내지 30의 범위 내에 있는 이방성 염료를 추가로 포함하는 광학 소자.
  8. 제 1항에 있어서,
    액정층은 두께가 5 내지 30㎛의 범위 내에 있는 광학 소자.
  9. 액정 윈도우는 액정층의 어느 일면 또는 양면에 위치하는 기재층을 추가로 포함하는 광학 소자.
  10. 제 9항에 있어서,
    기재층은 탄성 계수가 20 GPa 이하인 광학 소자.
  11. 제 9항에 있어서,
    기재층은 열 팽창 계수(CTE)가 100 ppm/K 이상인 광학 소자.
  12. 제 11항에 있어서,
    기재층은 액정층의 양면에 위치하며, 제 1 편광층은 점착제층 또는 접착제층을 매개로 액정 윈도우에 부착되어 있는 광학 소자.
  13. 제 12항에 있어서,
    점착제층은 25℃에서 동점도가 10,000 cSt 내지 100,000 cSt의 범위 내에 있는 유체 점착제층인 광학 소자.
  14. 제 13항에 있어서,
    유체 점착제층은 어는점이 -40℃이하이고, 끓는점이 150℃이상인 광학 소자.
  15. 제 9항에 있어서,
    기재층은 액정층의 어느 일면에만 위치하며, 제 1 편광층은 액정 윈도우와 직접 접하고 있는 광학 소자.
  16. 제 15항에 있어서,
    제 1 편광층의 액정 윈도우와 직접 접하고 있는 면의 반대 면은 제 1기판과 직접 접하고 있는 광학 소자.
  17. 제 16항에 있어서,
    액정 윈도우의 제 1 편광층이 직접 접하는 면의 반대 면에 위치하는 제 2 기판을 추가로 포함하는 광학 소자.
  18. 제 1항에 있어서,
    액정 윈도우는 액정층의 상부 및 하부에 존재하는 층들의 간격을 유지할 수 있도록 형성된 스페이서를 추가로 포함하는 광학 소자.
  19. 제 18항에 있어서,
    외부 작용이 없는 상태에서, 헤이즈가 15 % 이하인 광학 소자.
  20. 제 1항의 광학 소자를 포함하는 투과도 가변 부재.
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