KR20180118312A - 투과율 가변 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 투과도 가변 장치에 관한 것이다. 본 발명의 투과도 가변 장치는 적어도 1장의 게스트호스트 액정셀 및 광학 부재를 이용하되, 상기 게스트호스트 액정셀의 기판에 고착화된 스페이서의 위치를 특정하여 차광 모드일 때 투과도가 최소화되고 투과도 균일성을 최적화할 수 있다.

Description

투과율 가변 장치{Transmission Controllable Device}

본 발명은 투과율 가변 장치 및 이의 용도에 관한 것이다.

게스트호스트 액정셀(Guest Host Liquid Crystal Cell)은 호스트인 액정 내에 게스트인 이색성 염료를 첨가하여 원하는 파장의 흡광을 조절할 수 있다. 게스트호스트 액정셀이 기판에 평행하게 일축 배향 할 경우 이색성 염료에 의해 일축 방향의 빛만 흡수되어 편광판과 유사한 역할을 할 수 있다.

대한민국 특허공개공보 제2017-0004909호

게스트호스트 액정셀 2장을 중첩하여 더블 셀로 구현하거나 또는 게스트호스트 액정셀 1장과 편광 소자를 중첩하여 싱글 셀로 구현하는 경우 크로스 폴(Cross-pol.) 효과에 의해 낮은 투과율을 얻을 수 있으므로 투과율 가변 장치로 사용할 수 있다. 한편, 게스트호스트 액정 셀을 필름 셀로 구현하기 위해서는 기판에 고착화된 스페이서가 필요하다.

본 발명의 발명자는 게스트호스트 액정셀을 이용하여 투과율 가변 장치를 구현하는 경우, 기판에 고착화된 스페이서의 위치에 따라 낮은 투과율일 때의 특성이 달라진다는 점을 발견했다. 본 발명의 과제는 게스트호스트 액정셀을 이용하여, 차광 모드일 때 투과도가 최소화되고 투과도 균일성을 최적화할 수 있는 투과율 가변 장치 및 이의 용도를 제공하는 것이라고 할 수 있다.

본 발명은 투과율 가변 장치에 관한 것이다. 본 명세서에서 용어 투과율 가변 장치는 높은 투과율의 상태와 낮은 투과율의 상태의 사이를 스위칭할 수 있도록 설계된 장치를 의미할 수 있다. 후술하는 바와 같이 적어도 1장의 게스트호스트 액정층(Guest-Host Liquid Crystal Layer)을 포함하는 구조에서 상기 게스트호스트 액정층 내의 이색성 염료의 배향을 조절하는 것에 의해 상기 상태 간의 전환이 가능하게 될 수 있다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 본 출원의 투과율 가변 장치는 제 1 기판 (101), 제 1 게스트호스트 액정층 (102) 및 제 2 기판 (103)을 순차로 포함하는 제 1 액정셀 및 상기 제 2 기판의 외측에 배치된 광학 부재 (20) 를 포함할 수 있다. 상기 제 1 액정셀은 상기 제 1 기판의 내측 표면에 고착되고, 상기 제 2 기판의 내측 표면에는 고착되지 않은 제 1 스페이서를 포함할 수 있다. 상기 광학 부재는 제 3 기판, 제 2 게스트호스트 액정층 및 제 4 기판을 순차로 포함하는 제 2 액정셀이거나 또는 편광 소자일 수 있다. 본 명세서에서 용어 “내측”은 게스트호스트 액정층이 존재하는 방향을 의미할 수 있다.

본 출원의 투과율 가변 장치는 적어도 1장의 게스트호스트 액정셀 및 광학 부재를 포함하되, 고착화된 스페이서가 게스트호스트 액정셀의 광학 부재가 존재하는 반대 측 기판의 내측 표면에 위치하도록 설계함으로써 차광 모드일 때 투과도를 최소화하고 투과도 균일성을 최적화할 수 있다.

상기 제 1 액정셀 및 광학 부재는 서로 중첩된 상태로 장치 내에 포함되어 있다. 이에 따라서 상기 제 1 액정셀을 투과한 광은 제 2 액정셀 또는 편광 소자로 입사될 수 있고, 반대로 제 2 액정셀 또는 편광 소자를 투과한 광도 제 1 액정셀로 입사될 수 있다.

이하, 본 출원의 투과율 가변 장치를 구체적으로 설명한다.

도 2는 본 출원의 제 1 실시예에 따른 투과율 가변 장치를 예시적으로 나타낸다. 본 출원의 제 1 실시예에 따르면, 상기 광학 부재는 제 2 액정셀일 수 있다. 상기 투과율 가변 장치는 제 1 기판 (101), 제 1 게스트호스트 액정층 (102) 및 제 2 기판을 순차로 포함하는 제 1 액정셀 및 상기 제 2 기판의 외측에 배치되고 제 3 기판 (201), 제 2 게스트호스트 액정층 (202) 및 제 4 기판 (204)을 순차로 포함하는 제 2 액정셀을 포함할 수 있다.

상기 제 1 및 제 2 게스트호스트 액정층은 각각 액정 및 이색성 염료를 포함할 수 있다. 이하, 액정 및 이색성 염료를 기재하면서 특별한 언급이 없는 한 제 1 및 제 2 게스트호스트 액정층의 액정 및 이색성 염료에 공통적으로 적용될 수 있는 내용이다.

본 명세서에서 용어 「게스트호스트 액정층」은, 액정의 배열에 따라 이색성 염료가 함께 배열되어, 이색성 염료의 정렬 방향과 상기 정렬 방향의 수직한 방향에 대하여 각각 비등방성 광 흡수 특성을 나타내는 기능성 층을 의미할 수 있다. 예를 들어, 이색성 염료는 빛의 흡수율이 편광 방향에 따라서 달라지는 물질로서, 장축 방향으로 편광된 빛의 흡수율이 크면 p형 염료로 호칭할 수 있고 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. 이하 특별한 언급이 없는 한 이색성 염료는 p형 염료인 것으로 가정한다.

게스트호스트 액정층을 포함하는 장치는 능동형 편광자(Active Polarizer)로 기능할 수 있다. 본 명세서에서 용어 「능동형 편광자(Active Polarizer)」는 외부 작용 인가에 따라 비등방성 광흡수를 조절할 수 있는 기능성 소자를 의미할 수 있다. 예를 들어 게스트호스트 액정층은 액정 및 이색성 염료의 배열을 조절함으로써 상기 이색성 염료의 배열 방향과 평행한 방향의 편광 및 수직한 방향의 편광에 대한 비등방성 광 흡수를 조절할 수 있다. 액정 및 이색성 염료의 배열은 자기장 또는 전기장과 같은 외부 작용의 인가에 의하여 조절될 수 있으므로, 게스트호스트 액정층은 외부 작용 인가에 따라 비등방성 광 흡수를 조절할 수 있다.

상기 액정으로는 전압 인가에 따라 배열 상태를 스위칭할 수 있는 액정을 적절히 선택하여 사용할 수 있다. 상기 액정으로는 예를 들어 네마틱 액정을 사용할 수 있다. 본 명세서에서 네마틱 액정은 막대 모양의 액정 분자가 위치에 대한 규칙성은 없으나 액정 분자의 장축 방향으로 평행하게 배열되어 있는 액정을 의미할 수 있다.

상기 액정의 유전율 이방성은 양수 또는 음수 일 수 있다. 본 명세서에서 용어 「유전율 이방성(△ε)」은 액정의 수평 유전율(ε//)과 수직 유전율(ε⊥)의 차이(ε// - ε⊥)를 의미할 수 있다. 본 명세서에서 용어「수평 유전율(ε//)」은 액정 분자의 방향자와 인가 전압에 의한 전기장의 방향이 실질적으로 수평하도록 전압을 인가한 상태에서 상기 전기장의 방향을 따라 측정한 유전율 값을 의미하고, 「수직 유전율(ε⊥)」은 액정 분자의 방향자와 인가 전압에 의한 전기장의 방향이 실질적으로 수직하도록 전압을 인가한 상태에서 상기 전기장의 방향을 따라 측정한 유전율 값을 의미한다. 상기 액정의 유전율 이방성의 값은 본 출원의 목적을 고려하여 적절히 선택될 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 「이색성 염료」는 상기 가시광 영역의 적어도 일부 또는 전체 범위에서 광의 이색성 흡수가 가능한 물질을 의미할 수 있다.

상기 이색성 염료로는, 예를 들면, 액정의 정렬 상태에 따라 정렬될 수 있는 특성을 가지는 것으로 알려진 공지의 염료를 선택하여 사용할 수 있다. 이색성 염료로는, 예를 들면, 흑색 염료(black dye)를 사용할 수 있다. 이러한 염료로는, 예를 들면, 아조 염료 또는 안트라퀴논 염료 등으로 공지되어 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 이색성 염료의 이색비(dichroic ratio)는 본 출원의 목적을 고려하여 적절히 선택될 수 있다. 예를 들어, 상기 이색성 염료는 이색비가 5 이상 내지 20 이하일 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. 이색성 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 가질 수 있다.

제 1 및 제 2 게스트호스트 액정층의 이색성 염료의 함량은 본 출원의 목적을 고려하여 적절히 선택될 수 있다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 게스트호스트 액정층의 이색성 염료의 함량은 0.1 중량% 이상 내지 10 중량% 이하일 수 있다.

상기 제 1 기판, 제 2 기판, 제 3 기판 내지 제 4 기판은 각각 내측 방향으로 순차 배치된 기재층, 전극층 및 배향막을 포함할 수 있다.

즉, 상기 제 1 기판은 제 1 게스트호스트 액정층 측 방향으로 순차 배치된 제 1 기재층, 제 1 전극층 및 제 1 배향막을 포함할 수 있다. 상기 제 2 기판은 제 1 게스트호스트 액정층 측 방향으로 순차 배치된 제 2 기재층, 제 2 전극층 및 제 2 배향막을 포함할 수 있다. 상기 제 3 기판은 제2 게스트호스트 액정층 측 방향으로 순차 배치된 제 3 기재층, 제 3 전극층 및 제 3 배향막을 포함할 수 있다. 상기 제 4 기판은 제2 게스트호스트 액정층 측 방향으로 순차 배치된 제 4 기재층, 제 4 전극층 및 제 4 배향막을 포함할 수 있다.

하나의 예시에서, 상기 제 2 기재층과 제 3 기재층은 각각 별개의 기재층일 수 있다. 이 경우 상기 제 2 기재층과 제 3 기재층은 임의의 점착제층을 매개로 부착되어 있을 수 있다. 다른 하나의 예시에서, 어느 하나의 기재층이 상기 제 2 기재층과 제 3 기재층의 기능을 수행할 수도 있다.이하, 기재층, 전극층 및 배향막을 기재하면서, 특별한 언급이 없는 한, 상기 제 1 기판, 제 2 기판, 제 3 기판 내지 제 4 기판에 각각 포함되는 기재층, 전극층 및 배향막에 공통적으로 적용될 수 있는 내용이다.

상기 기재층으로는 특별한 제한 없이 공지의 소재가 사용될 수 있다. 예를 들면, 기재층으로는 유리 기재, 결정성 또는 비결정성 실리콘 기재, 석영 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 기재 등의 무기 기재이나 플라스틱 기재 등을 사용할 수 있다.

상기 플라스틱 기재로는, 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) 또는 PAR(polyarylate) 또는 비정질 불소 수지 등을 포함하는 기재를 사용할 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 기재층의 두께는 특별히 제한되지 않고, 적절한 범위에서 선택될 수 있다.

하나의 예시에서, 상기 제1 및/또는 제4 기재층으로는 광학적으로 등방성인 기재 또는 광학적으로 이방성인 기재층을 사용할 수 있다. 상기 제 2 및/또는 제 3기재층으로는 광학적으로 등방성인 기재층, 예를 들어 PC(polycarbonate) 필름, COP(cyclo olefin copolymer) 필름 또는 PI(polyimide) 필름사용 할 수 있다.

상기 전극층은 상기 기재층 상에 존재할 수 있다. 상기 전극층으로는 투명 전도성 층을 사용할 수 있다. 상기 투명 전도성 층으로는 전도성 고분자, 전도성 금속, 전도성 나노와이어 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등의 금속 산화물 등을 증착하여 형성한 것을 사용할 수 있다. 이외에도 투명 전도성 층을 형성할 수 있는 다양한 소재 및 형성 방법이 공지되어 있고, 이를 제한없이 적용할 수 있다.

상기 배향막은 상기 전극층 상에 존재할 수 있다. 상기 배향막으로는 수평 배향막 또는 수직 배향막을 사용할 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 배향막은 모두 수평 배향막이거나 또는 모두 수직 배향막일 수 있다. 상기 배향막으로는 러빙 배향막과 같은 접촉식 배향막이나 또는 광 배향막과 같은 비 접촉식 배향막을 사용할 수 있다.

상기 제 1 액정셀 및 제 2 액정셀은 각각 스페이서를 포함할 수 있다. 상기 제 1 액정셀은 상기 제1 기판의 내측 표면에 고착된 제1 스페이서를 포함할 수 있다. 상기 제 2 액정셀은 상기 제 4 기판의 내측 표면에 고착된 제2 스페이서를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 스페이서가 기판에 고착되어 있다는 것은, 스페이서가 기판에 단순히 접하고 있는 것과는 상이한 의미이며, 스페이서가 기판의 일면에 굳게 붙어 있는 것을 의미할 수 있다. 스페이서가 기판에 고착되어 있는 지 여부는 예를 들어 장치를 분해 시 스페이서가 어느 기판에 남아 있는지로 확인이 가능하다.

하나의 예시에서, 상기 제 1 스페이서는 제 1 기판에 포함되는 제 1 배향막의 내측 표면에 고착될 수 있다. 상기 제 1 스페이서는 제1 기판과 제2 기판 사이의 간격을 유지하는 역할을 할 수 있다.

하나의 예시에서, 상기 제 2 스페이서는 제 4 기판에 포함되는 제 4 배향막의 내측 표면에 고착될 수 있다. 상기 제 2 스페이서는 제 3 기판과 제 4 기판 사이의 간격을 유지하는 역할을 할 수 있다.

상기 제 1 스페이서는 상기 제 2 기판의 내측 표면에 고착되지 않을 수 있다. 즉, 상기 제 1 스페이서는 상기 제 2 배향막의 내측 표면에 고착되지 않을 수 있다. 상기 제 2 스페이서는 상기 제 3 기판의 내측 표면에 고착되지 않을 수 있다. 즉, 상기 제 2 스페이서는 상기 제 3 배향막의 내측 표면에 고착되지 않을 수 있다. 본 출원과 같이 적어도 1장의 게스트호스트 액정셀 및 광학 부재를 중첩하여 투과도 가변 장치를 구현하는 경우 상기 게스트호스트 액정셀 및 광학 부재가 만나는 제 2 기판 내지 제 3 기판에서 편광 성분이 결정되고, 크로스 폴 효과에 의하여 낮은 투과율을 구현할 수 있다. 기판 간의 간격을 유지하기 위해 기판에 고착화된 스페이서를 사용하는 경우, 스페이서가 고착된 영역의 주변은 배향막 테일 등에 의해 극소부의 배향 불량 영역이 발생하게 된다. 따라서, 고착화 스페이서가 게스트호스트 액정셀 및 광학 부재가 만나는 제2 기판 내지 제 3 기판의 표면에 위치하는 경우 배향 불량 영역에 의해 편광 효과가 감소될 수 있다. 이로 인해, 투과율 가변 장치로 차광 모드를 구현하고자 하는 경우 투과도가 증가하고 투과도 균일성이 저하될 수 있다.

본 출원에 의하면, 고착화 스페이서가 전술한 바와 같이, 게스트호스트 액정셀의 광학 부재가 존재하는 측의 반대 측 기판의 표면에 위치하고, 게스트호스트 액정셀의 광학 부재가 존재하는 측의 기판의 표면에는 위치하지 않도록 함으로써 투과율 가변 장치로 차광 모드를 구현하고자 하는 경우 투과도를 최소화하고 투과도 균일성을 최적화할 수 있다.

상기 제 1 스페이서 및 제 2 스페이서는 공지의 스페이서 고착 방법에 의해, 제 1 기판 내지 제4 기판에 각각 고착되어 있을 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 제 1 스페이서 및 제 2 스페이서는 각각 경화물을 매개로 제 1 기판 내지 제 4 기판의 내측 표면에 고착된 상태로 존재할 수 있다. 구체적으로, 제 1 기판 상에 제 1 스페이서, 경화성 물질 및 용매를 포함하는 조성물을 코팅, 건조 및 경화함으로써 제 1 기판의 일면에 제 1 스페이서를 고착시킬 수 있다. 또한, 제 4 기판 상에 제 2 스페이서, 경화성 물질 및 용매를 포함하는 조성물을 코팅, 건조 및 경화함으로써 제 4 기판의 일면에 제 2 스페이서를 고착시킬 수 있다.

상기 경화물은 경화성 물질을 포함할 수 있다. 상기 경화성 물질로는 열 경화성 물질 또는 광 경화성 물질을 사용할 수 있다. 상기 광 경화성 물질로는 자외선 경화성 물질을 사용할 수 있다. 상기 열 경화성 물질로는, 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 있다. 상기 자외선 경화성 물질로는 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 있다.

상기 경화성 물질로는 배향성 물질을 사용할 수 있다. 상기 배향성 물질로는 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리비닐알코올, 폴리아믹산 또는 폴리 신나메이트 등을 사용할 수 있다.

상기 제 1 및 제 2 스페이서의 형상은 본 출원의 목적을 고려하여 적절히 선택될 수 있다. 상기 상기 제 1 및 제 2 스페이서로는 각각 볼 스페이서 또는 칼럼 스페이서를 사용할 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 스페이서의 크기는 제 1 기판 및 제 2 기판 사이의 간격 및 제3 기판 및 제4 기판 사이의 간격을 고려하여 적절히 선택될 수 있다. 상기 스페이서는 탄소계 물질, 금속계 물질, 산화물계 물질 및 이들의 복합 물질로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.

본 출원의 제 2 실시예에 따르면, 상기 광학 부재는 편광 소자일 수 있다. 상기 투과율 가변 장치는 제 1 기판, 제 1 게스트호스트 액정층 및 제 2 기판을 순차로 포함하는 제 1 액정셀 및 상기 제 2 기판의 외측에 배치된 편광 소자를 포함할 수 있다.

상기 제 2 실시예의 투과도 가변 장치에 있어서, 상기 제 1 액정셀에 관한 내용은, 특별한 언급이 없는 한, 상기 제 1 실시예의 투과도 가변 장치의 항목에서 기술한 내용이 동일하게 적용될 수 있다.

상기 편광 소자는 액정셀이 아닐 수 있다. 상기 편광자는 선 편광자일 수 있다. 본 명세서에서 선편광자는 선택적으로 투과하는 광이 어느 하나의 방향으로 진동하는 선 편광이고 선택적으로 흡수 또는 반사하는 광이 상기 선편광의 진동 방향과 직교하는 방향으로 진동하는 선편광인 경우를 의미한다. 즉, 상기 선 편광자는 면 방향으로 직교하는 투과축 및 흡수축 내지 반사축을 가질 수 있다.

상기 편광 소자는 흡수형 편광자 또는 반사형 편광자일 수 있다. 상기 흡수형 편광자로는, 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 편광자를 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 반사형 편광자로는, 예를 들면, 소위 DBEF(Dual Brightness Enhancement Film)으로 공지되어 있는 반사형 편광자나 LLC(Lyotropic liquid crystal)과 같은 액정 화합물을 코팅하여 형성되는 반사형 편광자를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본 출원의 투과도 가변 장치는 적어도 1장의 게스트호스트 액정셀에 전압 인가 여부에 따라 액정 및 이색성 염료의 배향 방향을 조절함으로써 투과도를 조절할 수 있다. 상기 배향 방향은 상기 게스트호스트 액정셀에 포함되는 배향막의 프리틸트 각 및 프리틸트 방향을 조절함으로써 조절할 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 투과율 가변 장치는 적어도 1장의 게스트호스트 액정셀에 전압 인가 여부에 따라 투명 모드와 차단 모드를 스위칭할 수 있다. 상기 투명 모드는 상대적으로 높은 투과율을 나타내는 상태를 의미할 수 있고, 차광 상태는 상대적으로 낮은 투과율을 나타내는 상태를 의미할 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 투과율 가변 장치에서 적어도 1장의 게스트호스트 액정셀은 전압 비인가 시 수직 배향 상태 또는 수평 배향 상태로 존재할 수 있고, 전압 인가 시 수평 배향 상태 또는 수직 배향 상태로 전환될 수 있다.

본 명세서에서 수직 배향 상태는 액정 분자의 방향자가 액정층의 평면에 대하여 수직하게 배열된 상태, 예를 들어, 60도 내지 90도, 바람직하게는 약 80도 내지 90도의 프리틸트 각을 이루는 배열 상태를 의미할 수 있다.

본 명세서에서 수평 배향 상태는 액정 분자의 방향자가 액정 층의 평면에 대하여 평행으로 배열된 상태, 예를 들어, 0도 내지 30도, 바람직하게는 0도 내지 10도의 프리틸트 각을 이루는 배열 상태를 의미할 수 있다.

상기 제1 및 제2 게스트호스트 액정층의 배열 상태는 상기 수직 배향 상태 및 수평 배향 상태에만 제한된 것은 아니고, 프리틸트 각도를 상기 수직 배향과 수평 배향 사이의 각도로 조절함으로써 투명 모드와 차광 모드의 중간 상태의 투과율을 나타낼 수도 있다.

제 1 실시예의 투과율 가변 장치에 따르면, 상기 광학 부재는 제 2 액정셀이고, 상기 제 1 및 제 2 게스트호스트 액정층에 각각 전압 인가 여부에 따라 투명 모드와 차광 모드를 스위칭할 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 게스트호스트 액정층은 각각 전압 비인가 시 수직 배향 상태 또는 수평 배향 상태로 존재할 수 있다.

상기 투명 모드 시 제1 게스트호스트 액정층 및 제2 게스트호스트 액정층은 각각 수직 배향 상태로 존재할 수 있다. 상기 차광 모드 시 제1 게스트호스트 액정층 및 제2 게스트호스트 액정층은 배향 방향이 서로 직교하는 수평 배향 상태로 존재할 수 있다.

이하, 본 출원의 제 1 실시예의 투과도 가변 장치의 투과도 조절 원리를 구체적으로 설명한다. 본 출원의 투과도 가변 장치에서 제 1 및 제 2 게스트호스트 액정층이 수직 배향 상태로 존재하는 경우, 이색성 염료의 단축 방향의 투과를 통해 투명 모드를 구현할 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 투과도 가변 장치는 투명 모드에서 약 50% 이상의 투과율을 나타낼 수 있다. 본 출원의 투과도 가변 장치에서 제 1 및 제 2 게스트호스트 액정층이 배향 방향이 서로 직교하는 수평 배향 상태로 존재하는 경우, 제 1 게스트호스트 액정층의 흡수축과 제 2 게스트호스트 액정층의 흡수축이 직교를 이룰 수 있으므로, 크로스 폴 효과에 의하여 투과율을 낮추어 차광 모드를 구현할 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 투과도 가변 장치는 차광 모드에서 약 10% 이하의 투과율을 나타낼 수 있다.

본 출원의 투과도 가변 장치는 액정의 종류 및 배향막의 선택을 통해 전압 인가 시에 투과 모드를 구현할 지 차광 모드를 구현할 지를 조절할 수 있다. 하나의 예시에서, 음의 유전율 이방성을 갖는 액정을 사용하고, 제1, 제2, 제3 및 제4 배향막으로 수직 배향막을 사용하는 경우, 전압 비 인가 시 수직 배향 상태를 통해 투명 모드를 구현할 수 있고, 전압 인가 시 수평 배향 상태를 통해 차광 모드를 구현할 수 있다. 다른 하나의 예시에서, 양의 유전율 이방성을 갖는 액정을 사용하고, 제1, 제2, 제3 및 제4 배향막으로 수평 배향막을 사용하는 경우, 전압 비 인가 시 수평 배향 상태를 통해 차광 모드를 구현할 수 있고, 전압 인가 시 수직 배향 상태를 통해 투명 모드를 구현할 수 있다.

제 2 실시예의 투과율 가변 장치에 따르면, 상기 광학 부재는 편광 소자이고, 상기 제 1 게스트호스트 액정층에 전압 인가 여부에 따라 투명 모드와 차광 모드를 스위칭할 수 있다. 상기 제 1 게스트호스트 액정층은 전압 비인가 시 수직 배향 상태 또는 수평 배향 상태로 존재할 수 있다.

상기 투명 모드 시 제1 게스트호스트층은 수직 배향 상태로 존재할 수 있다. 상기 차광 모드 시, 제 1 게스트호스트 액정층의 배향 방향이 편광 소자의 투과축과 평행을 이루도록 수평 배향 상태로 존재할 수 있다.

이하, 본 출원의 제 2 실시예의 투과도 가변 장치의 투과도 조절 원리를 구체적으로 설명한다. 본 출원의 투과도 가변 장치에서 제 1 게스트호스트 액정층이 수직 배향 상태로 존재하는 경우, 이색성 염료의 단축 방향의 투과를 통해 투명 모드를 구현할 수 있다. 본 출원의 투과도 가변 장치에서 제 1 게스트호스트 액정층의 배향 방향이 편광 소자의 투과축과 평행을 이루도록 수평 배향 상태로 존재하는 경우, 제 1 게스트호스트 액정층의 흡수축과 편광 소자의 흡수축 내지 반사축이 직교를 이룰 수 있으므로, 크로스 폴 효과에 의하여 투과율을 낮추어 차광 모드를 구현할 수 있다.

상기와 같은 투과율 가변 장치는 다양한 용도에 적용될 수 있다. 투과율 가변 장치가 적용될 수 있는 용도에는, 원도우 또는 선루프 등과 같은 건물, 용기 또는 차량 등을 포함하는 밀폐된 공간의 개구부나 아이웨어(eyewear) 등이 예시될 수 있다. 상기에서 아이웨어의 범위에는, 일반적인 안경, 선글라스, 스포츠용 고글 내지는 헬멧 또는 증강 현실 체험용 기기 등과 같이 관찰자가 렌즈를 통하여 외부를 관찰할 수 있도록 형성된 모든 아이 웨어가 포함될 수 있다.

본 출원의 투과율 가변 장치가 적용될 수 있는 대표적인 용도에는 아이웨어가 있다. 최근 선글라스, 스포츠용 고글이나 증강 현실 체험용 기기 등은 관찰자의 정면 시선과는 경사지도록 렌즈가 장착되는 형태의 아이웨어가 시판되고 있다. 본 출원의 투과율 가변 장치의 경우, 전술한 바와 같이, 차광 상태에서 투과도를 최소화하고 투과도 균일성을 확보할 수 있으므로, 상기와 같은 구조의 아이웨어에도 효과적으로 적용될 수 있다. 이러한 아이웨어로는, 스포츠용 고글이나 증강 현실 체험용 기기 등이 예시될 수 있다.

본 발명의 투과도 가변 장치는 게스트호스트 더블 셀을 이용하되, 기판에 고착화된 스페이서의 위치를 특정하여 차광 모드일 때 투과도가 최소화되고 투과도 균일성을 최적화할 수 있다.

도 1 및 2는 본 출원의 투과도 가변 장치의 모식도이다.
도 3은 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2의 투과도 균일성 관찰 이미지이다.
도 4는 실시예 2 및 비교예 3의 투과도 균일성 관찰 이미지이다.
도 5는 실시예 2 및 비교예 3의 투과도 균일성 관찰 이미지이다.

이하 실시예를 통하여 본 출원을 구체적으로 설명하지만, 본 출원의 범위가 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.

실시예 1

수직 배향막과 용매 혼합액(고형분 1wt%)에 크기가 12 ㎛인 스페이서 1%(전체 용액 대비)를 혼합한 후, PC-ITO 필름 상에 코팅 후 130℃에서 10분 동안 건조하여 스페이서가 고착된 기판을 제조하였다. 스페이서를 포함하지 않은 것을 제외하고는 상기 기판과 동일한 방법으로 스페이서가 고착되지 않은 기판을 제조하였다. 상기 2장의 기판의 배향막 코팅면을 러빙 후 그 사이에 액정 및 염료의 혼합물을 위치시키고 셀을 합착하여 제 1 액정셀을 제조하였다. 상기 제 1 액정셀과 동일한 방법으로 제 2 액정셀을 제조하였다. 이때, 스페이서가 고착되지 않은 기판들이 접하도록, OCA를 이용하여, 제 1 액정셀과 제 2 액정셀을 합착하여 투과율 가변 가변 장치를 제조하였다. 이하, 제 1 액정셀 및 제 2 액정셀의 외측 기판을 각각 제 1 기판 및 제 4 기판으로 호칭하고, 제 1 액정셀 및 제 2 액정셀의 내측 기판을 각각 제 2 기판 및 제 3 기판으로 호칭한다.

도 3의 (A)는 실시예 1의 투과도 균일성을 현미경 및 육안으로 관찰한 이미지이다.

실시예 2

실시예 1의 제 1 액정셀과 동일한 방법으로 액정셀을 제조하였다. 스페이서가 고착되지 않은 기판에 흡수형 편광판(PVA계 편광판)을 그 투과축과 액정셀의 러빙축이 일치하도록 합지하여 실시예 2의 투과율 가변 장치를 제조하였다.

도 4의 (A)는 실시예 2의 투과도 균일성을 현미경으로 관찰한 이미지이다.

실시예 3

실시예 2에서 흡수형 편광판을 반사형 편광판(DBEF 필름)으로 변경한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 투과율 가변 장치를 제조하였다.

도 5의 (A)는 실시예 3의 투과도 균일성을 현미경으로 관찰한 이미지이다.

비교예 1

고착형 스페이서가 제1 기판 및 제3 기판에 위치하도록 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 투과율 가변 장치를 제조하였다.

도 3의 (B) 는 비교예 1의 투과도 균일성을 현미경 및 육안으로 관찰한 이미지이다.

비교예 2

고착형 스페이서가 제2 기판 및 제3 기판에 위치하도록 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 투과율 가변 장치를 제조하였다.

도 3의 (C)는 비교예 2의 투과도 균일성을 현미경 및 육안으로 관찰한 이미지이다.

비교예 3

실시예 2에 있어서, 흡수형 편광판을 스페이서가 고착된 기판에 합지한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 투과율 가변 장치를 제조하였다.

도 4의 (B)는 비교예 3의 투과도 균일성을 현미경으로 관찰한 이미지이다.

비교예 4

실시예 3에 있어서, 반사형 편광판을 스페이서가 고착된 기판에 합지한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법으로 투과율 가변 장치를 제조하였다.

도 5의 (B)는 비교예 3의 투과도 균일성을 현미경으로 관찰한 이미지이다.

실험예 1

실시예 1 및 비교예 1 내지 2에 대하여 헤이즈미터(Hazemeter, NDH-5000SP) 장비를 이용하여 전압 인가 여부에 따른 투과도를 측정하고 그 결과를 하기 표 1에 기재하였다.

	0V 투과율(%)	10V 투과율(%)
실시예 1	51.7	5.9
실시예 2	28.8	3.3
실시예 3	36.4	5.5
비교예 1	51.4	6.3
비교예 2	51.8	7.0
비교예 3	28.1	4.5
비교예 4	36.2	6.1

101: 제 1 기판, 102: 제 1 게스트호스트 액정층, 103: 제 2 기판, 20: 광학 부재, 201: 제 3 기판, 202: 제 2 게스트호스트 액정층, 203: 제 4 기판

Claims (15)

1. 제 1 기판, 제 1 게스트호스트 액정층 및 제 2 기판을 순차로 포함하는 제 1 액정셀 및 상기 제 2 기판의 외측에 배치된 광학 부재를 포함하고, 상기 제 1 액정셀은 상기 제 1 기판의 내측 표면에 고착되고, 상기 제 2 기판의 내측 표면에는 고착되지 않은 제 1 스페이서를 포함하며, 상기 광학 부재는 제 3 기판, 제 2 게스트호스트 액정층 및 제 4 기판을 순차로 포함하는 제 2 액정셀이거나 또는 편광 소자인 투과도 가변 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 게스트호스트 액정층은 각각 액정 및 이색성 염료를 포함하는 투과도 가변 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 스페이서는 제 1 기판의 내측 표면에 경화물에 의해 고착되고, 제 1 기판과 제 2 기판 사이의 간격을 유지하는 투과도 가변 장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 액정셀은 상기 제 4 기판의 내측 표면에 고착되고, 상기 제 3 기판의 내측 표면에는 고착되지 않은 제 2 스페이서를 포함하는 투과도 가변 장치.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 제 2 스페이서는 제 4 기판의 내측 표면에 경화물에 의해 고착되고, 제3 기판과 제4 기판 사이의 간격을 유지하는 투과도 가변 장치.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 기판 내지 제 4 기판은 각각 내측 방향으로 순차 배치된 기재층, 전극층 및 배향막을 포함하는 투과도 가변 장치.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 광학 부재는 제 2 액정셀이고, 상기 제 1 및 제 2 게스트호스트 액정층에 각각 전압 인가 여부에 따라 투명 모드와 차광 모드를 스위칭하는 투과도 가변 장치.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 제 1 또는 제 2 게스트호스트 액정층은 각각 전압 비인가 시 수직 배향 상태 또는 수평 배향 상태로 존재하는 투과도 가변 장치.
9. 제 7 항에 있어서, 상기 투명 모드 시 제 1 게스트호스트 액정층 및 제2 게스트호스트 액정층은 각각 수직 배향 상태로 존재하는 투과도 가변 장치.
10. 제 7 항에 있어서, 상기 차광 모드 시 제 1 게스트호스트 액정층 및 제 2 게스트호스트 액정층은 배향 방향이 서로 직교하는 수평 배향 상태로 존재하는 투과도 가변 장치.
11. 제 1 항에 있어서, 상기 편광 소자는 흡수형 편광자 또는 반사형 편광자를 포함하는 투과도 가변 장치.
12. 제 1 항에 있어서, 상기 광학 부재는 편광 소자이고, 상기 제 1 게스트호스트 액정층에 전압 인가 여부에 따라 투명 모드와 차단 모드를 스위칭하는 투과도 가변 장치.
13. 제 12 항에 있어서, 상기 제 1 게스트호스트 액정층은 전압 비인가 시 수직 배향 상태 또는 수평 배향 상태로 존재하는 투과도 가변 장치.
14. 제 12 항에 있어서, 상기 투명 모드 시 제1 게스트호스트층은 수직 배향 상태로 존재하는 투과도 가변 장치
15. 제 12 항에 있어서, 상기 차광 모드 시, 제 1 게스트호스트 액정층의 배향 방향이 편광 소자의 투과축과 평행을 이루도록 수평 배향 상태로 존재하는 투과도 가변 장치.

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