KR20180059370A - 액정필름셀 및 이의 용도 - Google Patents

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Abstract

본 출원의 액정필름셀은 기재필름에 상기 기재필름과 고온 팽창률이 다른 팽창 제어층을 적용하여 고온에서 기재필름의 팽창을 제어할 수 있고, 이를 통해 고온에서 셀 갭을 효과적으로 유지함으로써, 고온 내구성이 개선되고 중력 불량을 없앨 수 있다.

Description

액정필름셀 및 이의 용도{Liquid crystal cell and use thereof}
본 출원의 액정필름셀 및 이의 용도에 관한 것이다.
본 출원은 2016년 11월 25일자 한국 특허 출원 제10-2016-0158401에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된　모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
액정필름셀은 일반적으로 상부 기재필름, 액정층 및 하부 기재필름을 순차로 포함한다. 그러나 기존의 액정필름셀은 고온에서 기재필름의 팽창으로 인해 문제점이 발생한다. 첫 번째 문제점은 고온에서 기재필름의 팽창과 액정층의 팽창의 차이 때문에 에어 버블(air bubble)이 발생한다는 것이다. 두 번째 문제점은 고온에서 기재필름의 팽창으로 인해 액정필름셀의 셀갭 유지가 되지 않는다는 것이다. 자동차용 윈도우, 예를 들어, 후면 유리 또는 측면 유리, 혹은 자동차용 선루프 등과 같이 기재필름이 밖으로 노출되어 있는 경우, 셀갭 유지가 되지 않을 시에 중력에 의해 액정과 염료가 액정필름셀의 아래쪽으로 적층되어 상부는 투과도가 상승하고 하부는 투과도가 감소하는 불량이 발생하게 된다. 이와 같은 문제는 액정필름셀의 크기가 커질수록 더 쉽게 발생되며, 액정필름셀의 제품화를 위해서는 반드시 해결해야 하는 문제이다.
대한민국 특허공개 제10-2008-0102072호
본 출원의 과제는 고온에서 기재필름의 팽창을 제어함으로써 고온에서 액정필름셀의 셀 갭을 유지하여 고온 내구성이 개선되고 중력 불량을 없앨 수 있는 액정필름셀을 제공하는 것이다.
본 출원은 상기 과제를 해결할 수 있는 액정필름셀에 관한 것이다. 상기 액정필름셀은 제1 기재필름, 액정층 및 제2 기재필름을 순차로 포함할 수 있다. 상기 액정필름셀은 팽창 제어층을 더 포함할 수 있다. 상기 팽창 제어층은 상기 제1 기재필름 또는 제2 기재필름의 일면에 배치될 수 있다. 상기 팽창 제어층은 상기 제1 기재필름 또는 제2 기재필름과 25℃ 내지 120℃ 온도에서의 팽창률이 상이할 수 있다.
본 출원의 상기 액정필름셀은 제1 기재필름 또는 제2 기재필름에 상기 기재필름과 고온 팽창률이 다른 팽창 제어층을 적용하여 고온에서 상기 기재필름의 팽창을 제어할 수 있고, 이를 통해 고온에서 셀 갭을 효과적으로 유지함으로써, 고온 내구성이 개선되고 중력 불량을 없앨 수 있다. 이하 본 출원의 액정필름셀을 구체적으로 설명한다.
상기 팽창 제어층은 상기 제1 기재필름 또는 제2 기재필름의 일면에 배치될 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 팽창 제어층은 상기 제1 기재필름 또는 제2 기재필름의 일면에 직접 형성되어 있을 수 있다.
본 명세서에서 A가 B에 직접 형성되어 있다는 것은 A와 B사이에 다른 매개체 없이 A와 B가 서로 접하여 형성된 것을 의미할 수 있다. 상기 팽창 제어층은 제1 기재필름 또는 제2 기재필름의 일면에 형성되어 온도가 상승함에 따라 액정필름셀 내부로 필름이 변형하도록 설계하여 샐 갭을 유지할 수 있다. 특히 액정필름셀이 대형화될수록 내부로 변형하는 힘이 커지므로 셀 갭을 더욱 안정적으로 유지할 수 있다. 고온에서 셀 갭을 안정적으로 유지하게 되면 고온 내구성 및 중력 불량을 해소할 수 있다.
상기 팽창제어층은 상기 제1 기재필름 또는 제2 기재필름과 25℃ 내지 120℃ 온도에서의 팽창률이 상이할 수 있다. 본 명세서에서 25℃ 내지 120℃ 온도에서의 팽창률이 상이하다는 것은 25℃ 내지 120℃의 온도 전 범위에서 팽창률이 상이하다는 것을 의미하거나, 25℃ 내지 120℃의 온도 범위 중 일부 범위 또는 특정 온도에서의 팽창률이 상이하다는 것을 의미할 수 있다. 본 출원의 일 실시예에 의하면 상기 팽창 제어층은 120℃ 온도에서 제1 기재필름 및 제2 기재필름과 팽창률이 상이할 수 있다. 본 명세서에서 상기 25℃ 내지 120℃ 온도에서의 팽창률은 열 팽창 계수 측정기(TMA)에 의해 측정된 열 팽창률을 의미할 수 있다. 상기 25℃ 내지 120℃ 온도에서의 팽창률은 하기 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용의 항목에서 기술하는 <고온 팽창률 측정> 방법에 따라 측정될 수 있다.
본 명세서에서 팽창률은 기재 필름 내지 팽창 제어층의 길이 변화에 기초한 팽창률일 수 있다. 상기 팽창률은 하기 수식 1로 계산될 수 있다.
[수식 1]
E = {L[120℃]-L[25℃]}/L[25℃] x 100
상기 수식 1에서 E는 기재 필름 내지 팽창 제어층의 팽창률이고, L[25℃]는 기재 필름 내지 팽창 제어층의 25℃에서의 길이이며, L[120℃]는 기재 필름 내지 팽창 제어층을 25℃에서부터 5℃씩 온도를 상승시켜 120℃ 에서 10시간 방치 후의 길이를 의미할 수 있다. 상기 길이는 종 방향 또는 횡 방향의 길이를 의미할 수 있고, L[25℃] 및 L[120℃]는 각각 동일한 방향의 길이를 의미한다. 팽창 제어층의 E 값이 음수인 경우 수축성 제어 필름으로 호칭할 수 있고, 팽창 제어층의 E 값이 양수인 경우 팽창성 제어 필름으로 호칭할 수 있다. 상기 팽창률 측정에 사용되는 기재 필름의 면적은 10mm×5mm이고, 두께는 100㎛일 수 있으며, 팽창 제어층의 면적은 10mm×5mm이고, 두께는 1㎛일 수 있다.
상기 팽창 제어층은 제1 기재 필름 또는 제2 기재필름과 25℃ 내지 120℃ 온도에서의 팽창률의 차이가 -30% 내지 30%일 수 있다. 이를 통해, 상기 팽창 제어층은 온도가 상승함에 따라서, 액정필름셀 내부로 기재 필름이 변형하도록 설계하여 셀 갭을 효과적으로 유지할 수 있다.
상기 제1 기재필름 또는 제2 기재필름에 대한 상기 팽창 제어층의 25℃ 내지 120℃ 온도에서의 팽창률의 비는 1:0.7 내지 1:1.3일 수 있다. 이를 통해, 상기 팽창 제어층은 온도가 상승함에 따라서, 액정필름셀 내부로 기재 필름이 변형하도록 설계하여 셀 갭을 효과적으로 유지할 수 있다.
상기 팽창 제어층은 제1 기재필름 또는 제2 기재필름의 외부 면에 배치되거나 또는 내부 면에 배치될 수 있다. 본 명세서에서 제1 또는 제2 기재필름의 외부 면은 액정층이 배치된 방향의 면의 반대 면을 의미할 수 있다. 본 명세서에서 제1 또는 제2 기재필름의 내부 면은 액정층이 배치된 방향의 면을 의미할 수 있다.
상기 팽창 제어층은 제1 기재필름 또는 제2 기재필름의 외부 면에 배치되는지 또는 내부 면에 배치되는지에 따라 상기 팽창 제어층과 상기 제1 또는 제2 기재필름과의 고온 팽창률의 관계가 조절될 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 팽창 제어층은 제1 기재필름 또는 제2 기재필름의 외부 면에 배치될 수 있다. 이 경우 상기 팽창 제어층은 제1 기재필름 또는 제2 기재필름에 비하여 25℃ 내지 120℃ 온도에서의 팽창률이 더 작은 수축성 제어 필름일 수 있다. 이 경우, 상기 제1 기재필름 또는 제2 기재필름에 대한 상기 수축성 제어 필름의 25℃ 내지 120℃ 온도에서의 팽창률의 비는 1:0.999 내지 1:0.7일 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 제1 기재필름 또는 제2 기재필름과 팽창성 제어 필름의 팽창률 차이의 절대 값은 0. 1% 내지 30%일 수 있고, 구체적으로 1% 이상, 2% 이상, 3% 이상, 4% 이상, 5% 이상, 6% 이상, 7% 이상, 8% 이상, 9% 이상 또는 10% 이상일 수 있고, 30% 이하, 25% 이하, 20% 이하, 15% 이하, 13% 이하 또는 11% 이하일 수 있다. 이를 통해, 상기 팽창 제어층은 온도가 상승함에 따라서, 액정필름셀 내부로 기재 필름이 변형하도록 설계하여 셀 갭을 효과적으로 유지할 수 있다.
다른 하나의 예시에서, 상기 팽창 제어층은 제1 기재필름 또는 제2 기재필름의 내부 면에 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 팽창 제어층은 제1 기재필름 또는 제2 기재필름에 비하여 25℃ 내지 120℃ 온도에서의 팽창률이 더 큰 팽창성 제어 필름일 수 있다. 이 경우 상기 제1 기재필름 또는 제2 기재필름에 대한 상기 팽창성 제어 필름의 25℃ 내지 120℃ ℃온도에서의 팽창률의 비는 1:1.001 내지 1:1.3일 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 제1 기재필름 또는 제2 기재필름과 팽창성 제어 필름의 팽창률 차이의 절대 값은 0. 1% 내지 30%일 수 있고, 구체적으로 1% 이상, 2% 이상, 3% 이상, 4% 이상, 5% 이상, 6% 이상, 7% 이상, 8% 이상 또는 9% 이상일 수 있고, 30% 이하, 25% 이하, 20% 이하, 15% 이하, 13% 이하, 11% 이하 또는 10% 이하일 수 있다. 이를 통해, 상기 팽창 제어층은 온도가 상승함에 따라서, 액정필름셀 내부로 기재 필름이 변형하도록 설계하여 셀 갭을 효과적으로 유지할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 팽창 제어층은 제1 기재필름 및 제2 기재필름 각각의 일면에 배치될 수 있다. 다른 하나의 예시에서, 상기 팽창 제어층은 제1 기재필름 및 제2 기재필름 중 어느 하나의 기재필름의 일면에 배치될 수 있다.
본 출원의 제 1 실시예에 따르면, 상기 액정필름셀은 제1 기재필름, 액정층 및 제2 기재필름을 순차로 포함하되, 상기 제1 기재필름의 외부 면 및 제2 기재필름의 외부 면에 각각 제1 수축성 제어필름 및 제2 수축성 제어 필름을 포함할 수 있다.
본 출원의 제 2 실시예에 따르면, 상기 액정필름셀은 제1 기재필름, 액정층 및 제2 기재필름을 순차로 포함하되, 상기 제1 기재필름의 외부 면에 제1 수축성 제어필름을 포함할 수 있다.
본 출원의 제 3 실시예에 따르면, 상기 액정필름셀은 제1 기재필름, 액정층 및 제2 기재필름을 순차로 포함하되, 상기 제2 기재필름의 외부 면에 제2 수축성 제어필름을 포함할 수 있다.
본 출원의 제 4 실시예에 따르면, 상기 액정필름셀은 제1 기재필름, 액정층 및 제2 기재필름을 순차로 포함하되, 상기 제1 기재필름의 내부 면 및 제2 기재필름의 내부 면에 각각 제1 팽창성 제어 필름 및 제2 팽창성 제어 필름을 포함할 수 있다.
본 출원의 제 5 실시예에 따르면, 상기 액정필름셀은 제1 기재필름, 액정층 및 제2 기재필름을 순차로 포함하되, 상기 제1 기재필름의 내부 면에 제1 팽창성 제어 필름을 포함할 수 있다.
본 출원의 제 6 실시예에 따르면, 상기 액정필름셀은 제1 기재필름, 액정층 및 제2 기재필름을 순차로 포함하되, 상기 제2 기재필름의 내부 면에 제2 팽창성 제어 필름을 포함할 수 있다.
상기 제1 기재필름 및/또는 제2 기재필름으로는 유리 기재, 결정성 또는 비결정성 실리콘 필름, 석영 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 필름 등의 무기계 필름이나 플라스틱 필름 등을 사용할 수 있다. 제1 기재필름 또는 제2 기재필름으로는 광학적으로 등방성인 기재 또는 위상차층과 같이 광학적으로 이방성인 기재를 사용할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 의하면 상기 제1 기재필름 및/또는 제2 기재필름으로는 플라스틱 필름을 사용할 수 있다. 상기 플라스틱 필름은 폴리머를 포함할 수 있다. 상기 플라스틱 필름의 구체적인 예로, 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 기재 필름이 예시될 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니다. 기재에는, 필요에 따라서 금, 은, 이산화 규소 또는 일산화 규소 등의 규소 화합물의 코팅층이나, 반사 방지층 등의 코팅층이 존재할 수도 있다.
상기 제1 기재필름 및/또는 제2 기재필름의 팽창률은 본 출원의 목적을 고려하여 적절히 선택될 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 제1 기재필름 및/또는 제2 기재필름의 120 ℃온도에서의 팽창률은 -30% 내지 30%, -20% 내지 20%, -10% 내지 10%, -5% 내지 5%, -3% 내지 3%, -1% 내지 1%, -0.5% 내지 0.5% 일 수 있다. 이 경우 액정 필름 셀의 구조안정화 측면에서 유리할 수 있다. 제1 기재필름과 제2 기재필름의 팽창률을 서로 동일하거나 또는 상이할 수 있다.
상기 제1 기재필름 및/또는 제2 기재필름의 두께는 본 출원의 목적을 고려하여 적절히 선택될 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 제1 기재필름 및/또는 제2 기재필름의 두께는 50㎛ 내지 300㎛, 60㎛ 내지 250㎛, 70㎛ 내지 200㎛, 80㎛ 내지 150㎛ 또는 90㎛ 내지 110㎛일 수 있다. 상기 제1 기재필름 및/또는 제2 기재필름의 두께가 상기 범위인 경우 액정 필름 셀의 구조안정화 측면에서 유리하다.
상기 팽창 제어층의 팽창률은 본 출원의 목적을 고려하여 적절히 선택될 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 팽창 제어층이 제1 기재필름 또는 제2 기재필름의 외부 면에 배치되는 경우 25℃ 내지 120℃ 온도에서의 팽창률은 -30% 이상 내지 30% 미만일 수 있다. 상기 팽창률은 구체적으로 -30% 이상, -25% 이상, -20% 이상, -15% 이상, -13% 이상 또는 -11% 이상일 수 있고, 30% 미만, 25% 이하, 20% 이하, 15% 이하, 10% 이하, 5% 이하, 0% 이하, -5% 이하, -7% 이하 또는 -9% 이하일 수 있다.
다른 하나의 예시에서, 상기 팽창 제어층이 제1 기재필름 또는 제2 기재필름의 내부 면에 배치되는 경우 25℃ 내지 120℃ 온도에서의 팽창률은 -30% 초과 내지 30% 이하일 수 있다. 상기 팽창률은 구체적으로 -30% 초과, -25% 이상, -20% 이상, -15% 이상, -10% 이상, -5% 이상, 0% 이상, 5% 이상, 7% 이상 또는 9% 이상일 수 있고, 30% 이하, 25% 이하, 20% 이하, 15% 이하, 13% 이하 또는 11% 이하일 수 있다. 이 경우 액정 필름 셀의 구조안정화 측면에서 유리할 수 있다.
상기 팽창 제어층의 두께는 본 출원의 목적을 고려하여 적절히 선택될 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 팽창 제어층의 두께는 0.5㎛ 내지 300㎛일 수 있다. 상기 두께는 0.5㎛ 이상 또는 1㎛ 이상일수 있고, 100㎛ 이하, 80㎛ 이하, 60㎛ 이하, 40㎛ 이하, 20㎛ 이하, 10㎛ 이하, 5㎛ 이하 또는 3㎛ 이하일 수 있다. 상기 팽창 제어층의 두께가 상기 범위인 경우 액정 필름 셀의 구조안정화 측면에서 유리하다.
상기 팽창 제어층은 폴리머를 포함할 수 있다. 예를 들어 상기 팽창 제어층은 에폭시계 폴리머 또는 아크릴계 폴리머를 포함할 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 팽창 제어층이 수축성 제어 필름인 경우 에폭시계 폴리머를 포함할 수 있다. 다른 하나의 예시에서, 상기 팽창 제어층이 팽창성 제어 필름인 경우 아크릴계 폴리머를 포함할 수 있다.
상기 팽창 제어층은 상기 에폭시계 폴리머 또는 아크릴계 폴리머, 개시제 및 용매를 포함하는 조성물을 기재에 코팅하고 건조하여 용매를 제거한 후 자외선 경화를 통해 제조할 수 있다.
상기 팽창 제어층의 고온 팽창률은 당 업계에 공지된 방법에 의해 조절될 수 있다. 하나의 예로, 상기 팽창 제어층의 팽창률은 상기 조성물 내의 상기 폴리머의 조성과 상기 팽창 제어층의 두께 조절을 통해 조절될 수 있다. 상기 팽창 제어층의 폴리머의 함량은 0.1중량% 내지 50중량%일 수 있다. 상기 폴리머의 함량은 팽창 제어층을 형성하기 위한 조성물에서 폴리머 단량체, 예를 들어 에폭시계 단량체 또는 아크릴계 단량체의 함량을 의미할 수 있다. 상기 함량은 구체적으로 0.1 중량% 이상, 0.5 중량% 이상, 1 중량% 이상, 2 중량% 이상, 3 중량% 이상 또는 4 중량% 이상일 수 있고, 50 중량% 이하, 40 중량% 이하, 30 중량% 이하, 20 중량% 이하, 10 중량% 이하, 8 중량% 이하 또는 6 중량% 이하일 수 있다. 상기에서 단량체 외의 잔여 중량%는 용매로 하여 그 합계가 100 중량%일 수 있다. 상기 용매로는 공지의 유기 용매, 예를 들어, 톨루엔 용매를 사용할 수 있다. 상기 기술한 바와 같이 상기 팽창 제어층의 두께는 0.5㎛ 내지 300㎛범위 내에서 목적하는 팽창률에 따라 적절히 조절될 수 있다.
상기 팽창 제어층은 무기 화합물은 포함하지 않을 수 있다. 상기 무기 화합물로는 금속이나, 붕소, 규소 등의 비금속을 예시할 수 있고, 상기 금속 또는 비금속의 산화물, 황화물, 질화물 등을 예시할 수 있다. 본 출원에서는 폴리머를 포함하는 팽창 제어층을 이용하여, 고온에서 기재필름의 팽창을 제어함으로써, 고온에서 액정필름셀의 셀 갭을 유지하여 고온 내구성이 개선되고 중력 불량을 없앨 수 있는 액정필름셀을 제공하는데 더욱 유리할 수 있다.
상기 액정층은 액정 화합물 및 이방성 염료를 포함할 수 있다. 상기 액정층은 외부 전압 인가에 따라 배향을 전환할 수 있다. 상기 액정층은 외부 전압 인가에 따라 상기 액정 및 이방성 염료의 정렬을 전환할 수 있다. 상기 액정층은 외부 전압 인가에 따라 투과도를 가변할 수 있다. 상기 액정층은 이방성 염료의 정렬 방향과 상기 정렬 방향의 수직한 방향에 대하여 각각 비등방성 광흡수 특성을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 이방성 염료는 빛의 흡수율이 편광 방향에 따라서 달라지는 물질로서, 장축 방향으로 편광된 빛의 흡수율이 크면 p형 염료로 호칭하고 단축 방향으로 편광된 빛의 흡수율이 크면 n형 염료라고 호칭할 수 있다. 하나의 예시에서, p형 염료가 사용되는 경우, 염료의 장축 방향으로 진동하는 편광은 흡수되고 염료의 단축 방향으로 진동하는 편광은 흡수가 적어 투과시킬 수 있다.
상기 액정 화합물로는 외부 전압 인가에 의하여 그 배향 방향이 변경될 수 있는 액정 화합물을 특별한 제한없이 사용할 수 있다. 상기 액정으로는 예를 들어 스멕틱(smectic) 액정, 네마틱(nematic) 액정 또는 콜레스테릭(cholesteric) 액정 등을 사용할 수 있다. 또한, 외부 전압 인가에 의하여 그 배향 방향이 변경될 수 있도록, 상기 액정은 예를 들어 중합성기 또는 가교성기를 가지지 않는 화합물일 수 있다.
상기 액정 화합물 및 이방성 염료는 수직 배향, 수평 배향, 경사 배향 스프레이 배향, 하이브리드 배향 또는 트위스트 배향 상태로 액정층 내에 존재할 수 있다.
본 명세서에서 수직 배향 상태는 모든 액정 분자의 방향자가 액정 층의 평면에 대하여 수직하게 배열된 상태, 예를 들어, 90도 내지 85도, 90도 내지 86도, 90도 내지 87도, 90도 내지 88도, 90도 내지 89도, 바람직하게는 약 90도를 이루는 배열 상태를 의미할 수 있다.
본 명세서에서 수평 배향 상태는 모든 액정 분자의 방향자가 액정 층의 평면에 대하여 평행으로 배열된 상태, 예를 들어, 0도 내지 5도, 0도 내지 4도, 0도 내지 3도, 0도 내지 2도, 0도 내지 1도 바람직하게는 0도를 이루는 배열 상태를 의미할 수 있다.
본 명세서에서 경사 배향 상태는 모든 액정 분자의 방향자가 액정층에 평면에 대하여 일정한 경사각을 가지도록 배열된 상태를 의미할 수 있다.
본 명세서에서 스프레이 배향 상태는 액정 분자의 틸트각이 액정층의 두께 방향을 따라 점진적으로 변화하도록 배열된 상태를 의미할 수 있다.
본 명세서에서 하이브리드 배향 상태는 액정 분자의 틸트각이 액정층의 두께 방향을 따라 점진적으로 변하여, 액정층의 어느 일면 면에서는 액정층 평면에 대하여 수직으로 배열되지만 다른 면에서는 액정층 평면에 대하여 평행으로 배열된 상태를 의미할 수 있다.
본 명세서에서 트위스트 배향 상태는 모든 액정 분자의 방향자가 액정 층의 평면에 대하여 평행하지만, 이웃하는 액정 분자의 방향자가 액정층의 두께 방향으로 조금씩 각도가 변하여 틀어져 나선축을 따라 꼬이는 형태의 배열 상태를 의미할 수 있다. 하나의 예시에서, 트위스트 배열 상태는 액정층의 두께 방향을 따라 최상부의 액정 분자의 방향자는 최하부의 액정 분자의 방향자에 대하여 약 90도 또는 약 180도 내지 약 270도로 비틀어질 수 있다.
본 명세서에서 용어 「광축」은 지상축을 의미할 수 있고, 액정이 막대 (rod) 모양인 경우 액정의 장축 방향의 축을 의미할 있으며, 액정이 원판 (discotic) 모양인 경우 평면의 법선 방향의 축을 의미할 수 있다.
상기 액정은 배향이 스위칭 가능하도록 액정층 내에 존재할 수 있다. 본 명세서에서 「배향이 스위칭 가능하다는 것」은 액정의 정렬 방향이 전압의 인가와 같은 외부 신호 인가에 의해 변경될 수 있다는 것을 의미한다.
상기 액정 화합물 및 이방성 염료의 배향 상태는 상기 배향 상태 중 적어도 2개 이상의 배향 상태의 사이를 스위칭할 수 있다. 본 출원의 일 실시예에 의하면 상기 액정 화합물 및 이방성 염료는 수직 배향 상태 및 수평 배향 상태의 사이를 스위칭할 수 있다. 예를 들어, 액정 층은 초기 상태에서 수직 배향 상태 및 수평 배향 상태 중 어느 하나의 상태를 구현할 수 있고 전압의 인가와 같은 외부 작용에 나머지 다른 하나의 상태로 스위칭될 수 있다. 상기에서 외부 작용을 제거하는 경우 액정 층은 초기 상태의 배향 상태로 스위칭될 수 있다. 본 명세서에서 용어 「초기 상태」는 전압 무인가 상태, 즉 외부 전압과 같이 액정층의 배향에 영향을 미칠 수 있는 외부 작용이 존재하지 않는 상태를 의미할 수 있다.
본 명세서에서 용어 「염료」는, 가시광 영역, 예를 들면, 400 nm 내지 700 nm 파장 범위 내에서 적어도 일부 또는 전체 범위 내의 광을 집중적으로 흡수 및/또는 변형시킬 수 있는 물질을 의미할 수 있고, 용어 「이방성 염료」는 상기 가시광 영역의 적어도 일부 또는 전체 범위에서 광의 이방성 흡수가 가능한 물질을 의미할 수 있다.
상기 이방성 염료로는, 예를 들면, 액정의 정렬 상태에 따라 정렬될 수 있는 특성을 가지는 것으로 알려진 공지의 염료를 선택하여 사용할 수 있다. 이방성 염료로는, 예를 들면, 흑색 염료(black dye)를 사용할 수 있다. 이러한 염료로는, 예를 들면, 아조 염료 또는 안트라퀴논 염료 등으로 공지되어 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 이방성 염료의 이색비(dichroic ratio)는 예를 들어, 5 이상, 6 이상 또는 7 이상일 수 있다. 본 명세서에서 용어 「이색비」는, 예를 들어, p형 염료인 경우, 염료의 장축 방향에 평행한 편광의 흡수를 상기 장축 방향에 수직하는 방향에 평행한 편광의 흡수로 나눈 값을 의미할 수 있다. 이방성 염료는 가시광 영역의 파장 범위 내, 예를 들면, 약 380 nm 내지 700 nm 또는 약 400 nm 내지 700 nm의 파장 범위 내에서 적어도 일부의 파장 또는 어느 한 파장에서 상기 이색비를 만족할 수 있다. 상기 이색비의 상한은, 예를 들면 20 이하, 18 이하, 16 이하 또는 14 이하 정도일 수 있다.
상기 이방성 염료의 액정층 내의 비율은 목적 물성, 예를 들면, 액정층의 목적하는 투과도 내지 반사도 가변 특성에 따라 적절히 선택될 수 있다. 상기 액정층은 이방성 염료를 0.1 중량% 내지 5 중량%로 포함할 수 있다.
상기 액정층은 셀 갭을 유지하는 하나 이상의 스페이서를 포함할 수 있다. 상기 스페이서는 액정층 내에서 상기 액정 화합물 및 이방성 염료가 존재하지 않는 영역에 존재할 수 있다. 상기 스페이서는 상기 액정층의 양 면에 접하는 부재에 접하여 존재할 수 있다. 상기 액정층의 양면에 접하는 부재는 상기 제1 및 제2 기재필름이거나, 또는 후술하는 제1 및 제2 배향막이거나, 또는 후술하는 제1 및 제 2 전극층일 수 있다.
상기 스페이서는 볼 형상의 스페이서 또는 칼럼 형상의 스페이서일 수 있다. 본 출원의 일 실시예에 따르면 상기 스페이서로 볼 형상의 스페이서를 사용할 수 있다.
상기 스페이서는 경화성 수지를 포함할 수 있다. 상기 경화성 수지로는 자외선 경화성 수지 또는 열 경화성 수지 등을 사용할 수 있다. 상기 스페이서의 크기는 목적하는 셀 갭의 크기를 고려하여 적절히 선택될 수 있다.
상기 액정층은 측면에 실란트를 더 포함할 수 있다. 상기 실란트는 액정층에서 액정이 새는 것을 방지하며 셀 갭을 일정 간격 유지시키며 단단히 접합시키는 역할을 할 수 있다. 상기 실란트는 상기 액정층의 양 면에 접하는 부재에 인접하여 존재할 수 있다. 상기 액정층의 양면에 접하는 부재는 제1 및 제2 기재필름이거나, 또는 후술하는 제1 및 제2 배향막이거나, 또는 후술하는 제1 및 제 2 전극층일 수 있다.
상기 실란트는 경화성 수지를 포함할 수 있다. 상기 경화성 수지로는 자외선 경화성 수지 또는 열 경화성 수지 등을 사용할 수 있다.
상기 액정필름셀은 상기 액정층의 양면에 배치된 제1 배향막 및 제2 배향막을 더 포함할 수 있다. 상기 제1 배향막은 제1 기재필름과 액정층의 사이에 배치될 수 있다. 상기 제2 배향막은 제2 기재필름과 액정층의 사이에 배치될 수 있다. 이러한 배향막은 액정 층 내의 액정 화합물 및 이방성 염료의 초기 정렬 상태를 제어할 수 있는 배향력을 가진다. 상기 배향막으로는 수직 배향막 또는 수평 배향막을 사용할 수 있다. 상기 배향막으로는 예를 들어 러빙 배향막과 같이 접촉식 배향막 또는 광배향막 화합물을 포함하여 직선 편광의 조사 등과 같은 비접촉식 방식에 의해 배향 특성을 나타낼 수 있는 것으로 공지된 배향막을 사용할 수 있다.
상기 액정필름셀은 액정층의 양면에 배치된 제1 전극층 및 제2 전극층을 더 포함할 수 있다. 상기 제1 전극층은 제1 기재필름과 액정층의 사이에 배치될 수 있다. 상기 액정필름셀이 제1 배향막을 포함하는 경우 상기 제1 전극층은 상기 제1 배향막과 액정층 사이에 배치될 수 있다. 상기 제2 전극층은 제2 기재필름과 액정층의 사이에 배치될 수 있다. 상기 액정필름셀이 제2 배향막을 포함하는 경우 상기 제2 전극층은 상기 제2 배향막과 액정층 사이에 배치될 수 있다
본 출원은 상기 액정필름셀의 용도에 관한 것이다. 하나의 예시에서, 본 출원은 상기 액정필름셀을 포함하는 윈도우에 관한 것이다. 다른 하나의 예시에서, 본 출원은 상기 액정필름셀을 포함하는 선루프에 관한 것이다.
상기 윈도우 또는 선루프는 차량용 윈도우 또는 차량용 선루프일 수 있다. 상기 차량용 윈도우는 후면 유리, 측면 유리 등을 포함할 수 있다. 상기 선루프는 차량의 천장에 존재하는 고정된 또는 작동(벤딩 또는 슬라이딩)하는 개구부(opening)로서, 빛 또는 신선한 공기가 차량의 내부로 유입되도록 하는 기능을 할 수 있는 장치를 통칭한다. 상기와 같은 윈도우 또는 선루프를 구성하는 방식은 특별히 제한되지 않고, 상기 액정필름셀이 사용되는 한 통상적인 방식이 적용될 수 있다.
본 출원의 액정필름셀은 기재필름에 상기 기재필름과 고온 팽창률이 다른 팽창 제어층을 적용하여 고온에서 기재필름의 팽창을 제어할 수 있고, 이를 통해 고온에서 셀 갭을 효과적으로 유지함으로써, 고온 내구성이 개선되고 중력 불량을 없앨 수 있다.
도 1은 실시예 1의 액정필름셀의 구조이다.
도 2는 실시예 2의 액정필름셀의 구조이다.
도 3은 실시예 3의 액정필름셀의 구조이다.
도 4는 실시예 4의 액정필름셀의 구조이다.
도 5는 실시예 5의 액정필름셀의 구조이다.
도 6은 실시예 6의 액정필름셀의 구조이다.
도 7은 비교예 1의 액정필름셀의 구조이다.
도 8은 실시예 1의 액정필름셀의 고온에서의 변형을 나타낸다.
도 9는 비교예 1의 액정필름셀의 고온에서의 변형을 나타낸다.
도 10은 TMA 장비의 상세도이다.
이하 실시예 및 비교예를 통하여 상기 내용을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 출원의 범위가 하기 제시된 내용에 의해 제한되는 것은 아니다.
<고온 팽창률 측정>
기재 필름 및 팽창 제어층에 대하여 TA instruments 제조사의 Q400 상품명의 TMA(Thermomechanical analysis) 장비를 이용하여, 25℃ 내지 120℃ 조건에서, 시료에 5℃ 온도를 변화시키면서 나타나는 열 팽창율의 변화를 측정하는 방식으로 고온 팽창률을 측정하였다. 상기 열 팽창률의 변화는 시료의 길이 변화에 기초하며, 실시예 및 비교예 항목에서 팽창률은 120℃ 온도에서 10분 방치 후에 측정 팽창률을 의미한다.
구체적으로, 열팽창률은 열팽창계수측정기(TMA)에 의해 측정된다. TMA란 시료(Sample)를 주어진 온도 조건으로 가열 또는 냉각 하였을 경우 주어진 하중 하에서 나타나는 시료의 변형을 온도 및 시간의 함수로써 측정하는 측정법이다. 도 10에 나타낸 바와 같이 온도에 따른 열변형이 거의 없는 석영 스테이지와 프루브 사이에 시료를 누르는 힘은 0.05 N이며 조절 가능하다. 온도를 제어하면서 시료에 의한 프루브의 위치변화를 LVDT의 전기신호로 측정한다. 고분자 시료의 경우 유리전이 온도 또는 용융 현상이 일어날 경우 열 팽창율의 변화를 동반하므로 기울기의 변화를 통하여 전이온도의 측정이 가능하다.
- 힘 인가 범위: 0.001N 내지 2N
- 온도 범위: -150 내지 1000℃
- 해상도: 15nm
- 감도: 20nm 이하
< 실시예 1>
하기 제작 방법에 따라 도 1의 구조를 가지는 실시예 1의 액정필름셀을 제작하였다.
제1 및 제2 기재필름(41, 42)으로는 120℃의 온도에서 팽창률이 0.1%이고, 두께가 100㎛인 플라스틱 필름을 사용하였다. 상기 제1 및 제2 기재필름은 캐스팅 방법을 이용하여 제조된 PC(Polycarbonate) 필름이다.
제1 및 제2 팽창 제어층인 제1 및 제2 수축성 제어필름(51, 52)으로는 120℃의 온도에서 팽창률이 -10%이고, 두께가 1㎛인 에폭시계 폴리머 필름을 사용하였다. 구체적으로, 상기 제1 및 제2 팽창 제어층은 에폭시 단량체 5 중량%, 톨루앤 용매 95 중량% 및 광개시제(Igacure907)를 적정량 포함하는 용액을 바코터 #3번을 사용하여 상기 기재 필름에 코팅한 후에 100℃의 건조 오븐에 2분간 건조하고 1000 mJ 세기 및 3 m/min 속도로 UV-A 및 UV-B를 갖는 UV광을 통과시키면서 제조하였다.
제1 및 제2 배향막(21, 22)으로는 광개시제(Igacure907) 및 올레핀을 포함하는 조성물을 코팅한 후 UV 경화를 통하여 두께 3㎛의 배향막을 준비하였다.
제1 및 제2 전극층(31, 32)은 ITO(indium-tin-oxide)를 20㎛ 두께로 증착하여 제조하였다.
액정층(10)은 Merck사의 액정 및 Merck사의 이방성 염료를 100:2의 중량 비율로 포함하고, 10㎛ 스페이서(80)를 이용하여 셀 갭이 10㎛가 되도록 하고, 측면에 실란트(70)를 적용하여 제작하였다.
실시예 1의 액정 필름셀은 상기 제1 및 제2 기재필름, 제1 및 제2 팽창 제어층, 제1 및 제2 배향막, 제1 및 제2 전극층과 액정층을 도 1의 적층 순서에 따라 ODF(one-drop filling)방식으로 적층하여 제작하였다. 제작된 액정필름셀은 폭이 500mm이고 높이가 1000mm이다.
< 실시예 2>
실시예 1에서 제2 수축성 제어필름 제외하고, 제1 수축성 제어필름(51)을 제1 기재필름의 외부에만 배치한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 도 2의 구조를 가지는 액정필름셀을 제작하였다.
< 실시예 3>
실시예 1에서 제1 수축성 제어필름을 제외하고, 제2 수축성 제어필름(52)을 제2 기재필름의 외부에만 배치한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 도 3의 구조를 가지는 액정필름셀을 제작하였다.
< 실시예 4>
제1 및 제2 수축성 제어필름 대신에, 제1 및 제2 팽창성 제어필름(61, 62)으로서 120℃의 온도에서 팽창률이 10%이고, 두께가 1㎛인 아크릴계 폴리머 필름을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 도 4의 구조를 가지는 액정필름셀을 제작하였다. 상기 제1 및 제2 팽창성 제어필름은 에폭시계 단량체 대신에 아크릴계 단량체를 5 중량% 사용한 것을 제외하고는 실시예 1의 제1 및 제2 수축성 제어필름의 제조 방법과 동일한 방법으로 제조하였다.
< 실시예 5>
실시예 4에서 제2 팽창성 제어필름을 제외하고, 제1 팽창성 제어필름(61)을 제1 기재필름의 내부에만 배치한 것을 제외하고는 실시예 4와 동일한 방식으로 도 5의 구조를 가지는 액정필름셀을 제작하였다.
< 실시예 6>
실시예 4에서 제1 팽창성 제어필름을 제외하고, 제2 팽창성 제어 필름(62)을 제2 기재필름의 내부에만 배치한 것을 제외하고는 실시예 4와 동일한 방식으로 도 6의 구조를 가지는 액정필름셀을 제작하였다.
< 비교예 1>
실시예 1에서 제1 및 제2 팽창 제어층을 적층하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 도 7의 구조를 가지는 액정필름셀을 제작하였다.
<고온 내구성 및 중령 불량 평가>
실시예 1 내지 2 및 비교예 1의 액정필름셀을 항온항습오븐(votsch 사의 VT3000)에 120℃ 온도에서 세워두는 방식으로 고온 내구성 및 중력 불량을 평가하였다. 도 8은 실시예 1의 액정필름셀의 고온에서의 변형을 나타내는 모식도이고, 도 9는 비교예 1의 액정필름셀의 고온에서의 변형을 나타내는 모식도이다. 고온 내구성 및 중력 불량은 액정필름셀의 높이에 대한 투과율을 측정함으로써 평가하였고, 그 결과를 하기 표 1에 기재하였다.
높이(mm) 투과율(%)
25℃ 120℃
(비교예 1)		 120℃
(실시예 1)		 120℃
(실시예 4)
0 0.5 0.1 0.5 0.5
200 0.5 0.7 0.5 0.5
400 0.5 2 0.5 0.5
600 0.5 5 0.5 0.5
800 0.5 10 0.5 0.5
1000 0.5 20 0.5 0.5
표 1은 폭이 500mm이고 높이가 1000mm인 액정필름셀을 항온항습 오븐에 세워놓은 상태에서 120℃ 온도에서 2시간 방치 후에 중력 불량을 측정한 결과이다. 중력불량은 고온에서 필름팽창으로 인한 셀갭 변화로 액정 및 이방성 염료가 중력에 의해서 바닥 쪽으로 흘러내리는 현상을 말한다. 팽창성 제어필름(기재 필름의 내측)이나 수축성 제어필름(기재 필름의 외 측)을 사용하여 중력불량을 발생을 방지시킬 수 있으며, 상기 표 1에 나타낸 투과율 측정을 통해서 위치 별로 셀갭 변화를 측정할 수 있다. 예를 들어 투과율이 0.5%인 경우 액정 및 이방성 염료를 포함하는 층의 두께가 10㎛이고, 투과율이 20%인 경우 액정 및 이방성 염료를 포함하는 액정층의 두께가 7㎛이며, 투과율 0.1%인 경우 액정 및 이방성 염료를 포함하는 액정층의 두께가 20㎛임을 의미한다. 팽창 제어층이 없는 비교예 1의 경우에는 중력불량이 발생하여 높이에 따른 액정 및 이방성 염료의 함량이 달라져 투과율 불균일이 발생된다. 그러나 팽창 제어층이 포함된 실시예 1의 경우에는 높이에 따른 균일한 액정 및 이방성 염료의 함량을 유지하기 때문에 높이에 따른 투과율이 일정하다.
10: 액정층
21, 22: 제1 및 제2 배향막
31, 32: 제1 및 제2 전극층
41, 42: 제1 및 제2 기재필름
51, 52: 제1 및 제2 수축성 제어필름
61, 62: 제1 및 제2 팽창성 제어필름
70: 실란트
80: 스페이서
101: 로드(Load)
102: LVDT (Linear variable differential transformer)
103: 위치에 관한 신호(Signal related to position)
104: 서모커플(Thermocouple)
105: 프로브(Probe)
106: 샘플(Sample)
107: 퍼니스(Furnace)

Claims (18)

  1. 제1 기재필름, 액정층 및 제2 기재필름을 순차로 포함하고, 상기 제1 기재필름 또는 제2 기재필름의 일면에 배치되고, 상기 제1 기재필름 또는 제2 기재필름과 25℃ 내지 120℃ 온도에서의 팽창률이 상이한 팽창 제어층을 포함하는 액정필름셀.
  2. 제1항에서, 상기 제1 기재필름 또는 제2 기재필름과 상기 팽창 제어층의 25℃ 내지 120℃ 온도에서의 팽창률의 차이는 -30% 내지 30%인 액정필름셀.
  3. 제1항에서, 상기 제1 기재필름 또는 제2 기재필름과 상기 팽창 제어층의 25℃ 내지 120℃ 온도에서의 팽창률의 비는 1:0.7 내지 1:1.3인 액정필름셀.
  4. 제1항에서, 상기 팽창 제어층은 제1 기재필름 또는 제2 기재필름의 외부 면에 배치되고, 상기 제1 기재필름 또는 제2 기재필름에 비하여 25℃ 내지 120℃ 온도에서의 팽창률이 더 작은 수축성 제어 필름인 액정필름셀.
  5. 제4항에서, 상기 제1 기재필름 또는 제2 기재필름에 대한 상기 수축성 제어 필름의 25℃ 내지 120℃ 온도에서의 팽창률의 차이의 절대 값은 0.1% 내지 30% 범위 내인 액정필름셀.
  6. 제1항에서, 상기 팽창 제어층은 제1 기재필름 또는 제2 기재필름의 내부 면에 배치되고, 상기 제1 기재필름 또는 제2 기재필름에 비하여 25℃ 내지 120℃ 온도에서의 팽창률이 더 큰 팽창성 제어 필름인 액정필름셀.
  7. 제6항에서, 상기 제1 기재필름 또는 제2 기재필름에 대한 상기 팽창성 제어 필름의 25℃ 내지 120℃ 온도에서의 팽창률의 차이의 절대 값은 0.1% 내지 30%인 액정필름셀.
  8. 제1에서, 상기 팽창 제어층은 제1 기재필름 및 제2 기재필름 각각의 일면에 배치되는 액정필름셀.
  9. 제1항에서, 상기 팽창 제어층은 제1 기재필름 및 제2 기재필름 중 어느 하나의 기재필름의 일면에 배치되는 액정필름셀.
  10. 제1항에서, 상기 제1 기재필름 또는 제2 기재필름은 플라스틱 필름을 포함하는 액정필름셀.
  11. 제1항에서, 상기 팽창 제어층은 에폭시계 폴리머 또는 아크릴계 폴리머를 포함하는 액정필름셀.
  12. 제1항에서, 상기 액정층은 액정 화합물 및 이방성 염료를 포함하는 액정필름셀.
  13. 제1항에서, 상기 액정층은 셀 갭을 유지하는 스페이서를 포함하는 액정필름셀.
  14. 제1항에서, 상기 액정층은 측면에 실란트를 포함하는 액정필름셀.
  15. 제1항에서, 상기 액정층의 양면에 각각 배치된 제1 배향막 및 제2 배향막을 더 포함하는 액정필름셀.
  16. 제1항에서, 상기 액정층의 양면에 각각 배치된 제1 전극층 및 제2 전극층을 더 포함하는 액정필름셀.
  17. 제1항의 액정필름셀을 포함하는 윈도우.
  18. 제1항의 액정필름셀을 포함하는 선루프.
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