KR20180121425A - 광변조 디바이스 - Google Patents

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KR20180121425A
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김진홍
이현준
김민준
홍경기
문인주
오동현
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Abstract

본 출원은 광변조 디바이스 및 이의 용도에 관한 것이다. 본 출원에서는 광학적으로도 비등방성이고, 기계적으로도 비등방성인 고분자 필름을 기판으로 적용하여, 기계적 물성과 광학적 물성이 모두 우수한 광변조 디바이스를 제공할 수 있다.

Description

광변조 디바이스{Light Modulating Device}
본 출원은 광변조 디바이스에 관한 것이다.
대향하는 두 개의 기판의 사이에 액정 화합물 등을 포함하는 광변조층을 위치시킨 광변조 디바이스는 다양한 용도에 사용되고 있다.
예를 들면, 특허문헌 1에는, 액정 호스트 물질(Liquid Crystal Host material)과 이색성 염료 게스트(dichroic dye guest)의 혼합물을 적용한 소위 GH셀(Guest host cell)을 광변조층으로 사용한 투과율 가변 장치가 알려져 있다.
이러한 디바이스에서 상기 기판으로는 주로 광학적 등방성이 우수하고, 치수 안정성 등이 좋은 유리 기판이 사용되어 왔다.
광변조 디바이스의 용도가 디스플레이 장치에 국한되지 않고, 아이웨어나 선루프 등의 스마트 윈도우 등으로 확대되고, 디바이스의 형태도 평면에 한정되지 않고, 폴딩(Folding) 형태 등 다양한 디자인이 적용되며, 소위 플렉서블 디바이스 등의 필요성도 나타나면서 광변조 디바이스의 기판으로서 유리 기판 대신 고분자 필름 기판을 적용하려는 시도가 있다.
고분자 필름 기판을 적용하는 경우에는, 유리 기판과 유사한 특성을 확보하기 위해서 가급적 광학적으로 등방성이고, 소위 MD(Machine Direction) 및 TD(transverse direction) 방향에서의 물성 차이가 작은 필름 기판을 적용하는 것이 유리하다고 알려져 있다.
유럽 공개특허 제0022311호
본 출원은 광변조 디바이스에 대한 것이다. 본 출원에서는 광학적 및 기계적으로 비등방성인 고분자 필름을 기판으로 적용하여, 기계적 물성과 광학적 물성이 모두 우수한 광변조 디바이스를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 명세서에서 각도를 정의하는 용어 중 수직, 평행, 직교 또는 수평 등은, 목적 효과를 손상시키지 않는 범위에서의 실질적인 수직, 평행, 직교 또는 수평을 의미하고, 상기 수직, 평행, 직교 또는 수평의 범위는 제조 오차(error) 또는 편차(variation) 등의 오차를 포함하는 것이다. 예를 들면, 상기 각각의 경우는, 약 ±15도 이내의 오차, 약 ±10도 이내의 오차 또는 약 ±5도 이내의 오차를 포함할 수 있다.
본 명세서에서 언급하는 물성 중에서 측정 온도가 해당 물성에 영향을 미치는 경우에 특별히 달리 규정하지 않는 한, 상기 물성은 상온에서 측정한 물성이다.
본 명세서에서 용어 상온은 특별히 가온되거나 감온되지 않은 상태에서의 온도로서, 약 10℃ 내지 30℃의 범위 내의 어느 한 온도, 예를 들면, 약 15℃ 이상, 18℃ 이상, 20℃ 이상 또는 약 23℃ 이상이면서, 약 27℃ 이하의 온도를 의미할 수 있다. 또한, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 본 명세서에서 언급하는 온도의 단위는 ℃이다.
본 명세서에서 언급하는 위상차 및 굴절률은, 특별히 달리 규정하지 않는 한 약 550 nm 파장의 광에 대한 굴절률을 의미한다.
특별히 달리 규정하지 않는 한, 본 명세서에서 언급하는 어느 2개의 방향이 이루는 각도는 상기 두 개의 방향이 이루는 예각 내지 둔각 중 예각이거나, 또는 시계 방향 및 반시계 방향으로 측정된 각도 중에서 작은 각도일 수 있다. 따라서, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 본 명세서에서 언급하는 각도는 양수이다. 다만, 경우에 따라서 시계 방향 또는 반시계 방향으로 측정된 각도간의 측정 방향을 표시하기 위해서 상기 시계 방향으로 측정된 각도 및 반시계 방향으로 측정된 각도 중에서 어느 하나의 각도를 양수로 표기하고, 다른 하나의 각도를 음수로 표기할 수도 있다.
본 명세서에서 능동 액정층 또는 광변조층에 포함되는 액정 화합물은, 액정 분자, 액정 호스트(이색성 염료 게스트와 함께 포함되는 경우) 또는 단순히 액정으로 호칭될 수도 있다.
본 출원의 광변조 디바이스에 관한 것이다. 용어 광변조 디바이스는, 적어도 2개 이상의 다른 광의 상태의 사이를 스위칭할 수 있는 디바이스를 의미할 수 있다. 상기에서 다른 광의 상태는, 적어도 투과율 및/또는 반사율이 다른 상태를 의미할 수 있다.
상기 광변조 디바이스가 구현할 수 있는 상태의 예로는, 투과, 차단, 고반사 및/또는 저반사 모드 상태가 있다.
일 예시에서 상기 광변조 디바이스는 적어도 상기 투과 및 차단 모드 상태의 사이를 스위칭할 수 있는 디바이스이거나, 혹은 상기 고반사 및 저반사 모드 상태의 사이를 스위칭할 수 있는 디바이스일 수 있다.
상기 투과 모드 상태에서의 광변조 장치의 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 광변조 장치의 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 100%이고, 차단 모드 상태에서의 투과율의 하한은 약 0%일 수 있다.
한편, 일 예시에서 상기 투과 모드 상태와 차단 모드 상태의 사이를 스위칭할 수 있는 광변조 디바이스에서 상기 투과 모드 상태에서의 투과율과 차단 모드 상태에서의 투과율의 차이(투과 모드 - 차단 모드)는, 15% 이상, 20% 이상, 25% 이상, 30% 이상, 35% 이상 또는 40% 이상일 수 있거나, 90% 이하, 85% 이하, 80% 이하, 75% 이하, 70% 이하, 65% 이하, 60% 이하, 55% 이하, 50% 이하 또는 45% 이하일 수 있다.
상기 언급된 투과율은, 예를 들면, 직진광 투과율일 수 있다. 직진광 투과율은, 상기 디바이스로 입사한 광에 대한 상기 입사 방향과 동일 방향으로 투과된 광의 비율의 백분율이다. 예를 들어, 상기 디바이스가 필름 또는 시트 형태라면, 상기 필름 또는 시트 표면의 법선 방향과 나란한 방향으로 입사한 광 중에서 역시 상기 법선 방향과 나란한 방향으로 상기 디바이스를 투과한 광의 백분율을 상기 투과율로 정의할 수 있다.
상기 고반사 모드 상태에서의 광변조 장치의 반사율은 적어도 10% 이상, 15% 이상, 20% 이상, 25% 이상, 30% 이상, 35% 이상 또는 40% 이상 정도일 수 있다. 또한, 상기 저반사 모드 상태에서 광변조 장치의 반사율은 20% 이하, 15% 이하, 10% 이하 또는 5% 이하일 수 있다. 고반사 모드에서 반사율은 높을수록 유리하며, 저반사 모드에서는 반사율이 낮을수록 유리하기 때문에, 상기 고반사 모드 상태의 반사율의 상한과 저반사 모드 상태의 반사율의 하한은 특별히 제한되지 않고, 일 예시에서 상기 고반사 모드 상태에서의 반사율은 약 60% 이하, 55% 이하 또는 50% 이하일 수 있고, 저반사 모드 상태에서의 반사율의 하한은 약 0%일 수 있다.
한편, 일 예시에서 상기 저반사 모드 상태와 고반사 모드 상태의 사이를 스위칭할 수 있는 광변조 디바이스에서 상기 고반사 모드 상태에서의 반사율과 저반사 모드 상태에서의 반사율의 차이(고반사 모드 - 저반사 모드)는, 5% 이상, 10% 이상 15% 이상, 20% 이상, 25% 이상, 30% 이상, 35% 이상 또는 40% 이상일 수 있거나, 90% 이하, 85% 이하, 80% 이하, 75% 이하, 70% 이하, 65% 이하, 60% 이하, 55% 이하, 50% 이하 또는 45% 이하일 수 있다.
상기 언급된 투과율 및 반사율은, 각각 가시광 영역, 예를 들면, 약 400 내지 700 nm 또는 약 380 내지 780 nm 범위 내의 어느 한 파장에 대한 투과율 또는 반사율이거나, 상기 가시광 영역 전체에 대한 투과율 또는 반사율이거나, 상기 가시광 영역 전체에 대한 투과율 또는 반사율 중에서 최대 또는 최소 투과율 또는 반사율이거나, 상기 가시광 영역 내의 투과율의 평균치 또는 반사율의 평균치일 수 있다.
본 출원의 광변조 디바이스는, 상기 투과 모드, 차단 모드, 고반사 모드 및 저반사 모드 상태에서 선택된 어느 한 상태 및 다른 한 상태의 적어도 2개 이상의 상태의 사이를 스위칭할 수 있도록 설계될 수 있다. 필요하다면, 상기 상태 외에 다른 상태, 예를 들면, 상기 투과 모드 및 차단 모드 상태의 중간 투과율의 상태, 상기 고반사 모드 및 저반사 모드 상태의 중간 반사율의 상태 등을 포함한 기타 제 3의 상태 또는 그 이상의 상태도 구현될 수 있다.
상기와 같은 광변조 디바이스의 스위칭은, 외부 신호의 인가, 예를 들면, 전압 신호의 인가 여부에 따라 조절할 수 있다. 예를 들면, 전압과 같은 외부 신호의 인가가 없는 상태에서 광변조 디바이스는 상기 기술한 상태 중에서 어느 한 상태를 유지하다가, 전압이 인가되면 다른 상태로 스위칭될 수 있다. 인가되는 전압의 세기, 주파수 및/또는 형태를 변경함으로써 또 모드의 상태를 변경하거나, 혹은 상기 제 3 의 다른 모드 상태를 구현할 수도 있다.
본 출원의 광변조 디바이스는, 기본적으로 대향 배치된 2개의 기판과 상기 기판의 사이에 위치한 광변조층을 가지는 광변조 필름층을 포함할 수 있다. 이하, 편의상 상기 대향 배치된 2개의 기판 중에서 어느 하나의 기판을 제 1 기판으로 호칭하고, 다른 기판을 제 2 기판으로 호칭한다.
도 1은 본 출원의 예시적인 광변조 필름층의 단면도이고, 상기 광변조 필름층은 대향 배치되어 있는 제 1 및 제 2 기판(11, 13) 및 상기 제 1 및 제 2 고분자 필름 기판의 사이에 존재하는 광변조층(12)을 포함할 수 있다.
본 출원의 광변조 디바이스에서는 상기 기판으로서 고분자 필름 기판을 적용한다. 상기 광변조 디바이스의 기판은 유리층을 포함하지 않을 수 있다. 본 출원에서는 광학적으로 큰 비등방성을 가지고, 또한 기계적 물성 측면에서도 비등방성인 고분자 필름 기판을 특정 관계로 배치함으로써, 소위 레인보우 현상 등의 광학적 결함이 없고, 기계적 물성도 우수한 디바이스를 구성할 수 있다. 이러한 결과는, 우수한 광학적 물성을 확보하기 위해서는 광학적으로 등방성인 기판이 적용되어야 하고, 기계적 물성이 등방성인 기판이 디바이스의 치수 안정성 등 기계적 물성 측면에서 유리하다는 종래 기술의 상식에 반하는 결과이다.
본 명세서에서 상기 광학적 및 기계적 물성 측면에서 비등방성인 고분자 필름 기판은 비대칭 기판 또는 비대칭 고분자 필름 기판으로 호칭될 수 있다. 상기에서 고분자 필름 기판이 광학적으로 비등방성이라는 것은 전술한 면내 위상차를 가지는 경우이고, 기계적 물성 측면에서 비등방성이라는 것은 후술하는 물성을 가지는 경우이다.
이하 본 명세서에서 언급하는 고분자 필름 기판의 물성은, 상기 고분자 필름 기판 자체의 물성이거나, 혹은 상기 고분자 필름 기판의 일면에 전극층이 형성된 상태에서의 물성일 수 있다. 이 때 상기 전극층은 상기 고분자 필름 기판이 광학 디바이스에 포함되어 있는 상태에서 형성되어 있는 전극층일 수 있다.
본 명세서에서 언급하는 각 고분자 필름 기판의 물성의 측정은, 본 명세서의 실시예 항목에 기술한 방식에 따라 측정한다.
일 예시에서 상기 제 1 및 제 2 고분자 필름 기판의 면내 위상차는, 각각 약 4,000 nm 이상일 수 있다.
본 명세서에서 면내 위상차(Rin)는 하기 수식 1로 계산된 값을 의미할 수 있다.
[수식 1]
Rin = d Х (nx - ny)
수식 1에서 Rin은 면내 위상차이고, d는 고분자 필름 기판의 두께이며, nx는 고분자 필름 기판의 지상축 방향의 굴절률이고, ny는 진상축 방향의 굴절률로서, 상기 지상축 방향과 직교하는 면내 방향의 굴절률이다.
상기 제 1 및 제 2 고분자 필름 기판의 면내 위상차는, 각각 4,000 nm 이상, 5,000nm 이상, 6,000nm 이상, 7,000nm 이상, 8,000nm 이상, 9,000m 이상, 10,000m 이상, 11,000m 이상, 12,000m 이상, 13,000m 이상, 14,000m 이상 또는 15,000m 이상 정도일 수 있다. 또한, 상기 제 1 및 제 2 고분자 필름 기판 각각의 면내 위상차는, 약 50,000 nm 이하, 약 40,000 nm 이하, 약 30,000 nm 이하, 20,000 nm이하, 18,000nm 이하, 16,000nm 이하, 15,000 nm이하 또는 12,000 nm이하 정도일 수 있다.
상기와 같은 큰 위상차를 가지는 고분자 필름으로는, 소위 고연신 PET(poly(ethylene terephthalate)) 필름 또는 SRF(Super Retardation Film) 등으로 알려진 필름이 대표적으로 알려져 있다. 따라서, 본 출원에서 상기 고분자 필름 기판은, 예를 들면, 폴리에스테르 필름 기판일 수 있다.
상기와 같이 극히 높은 위상차를 가지는 필름은 업계에 공지이고, 이러한 필름은 광학적으로 큰 비등방성은 물론 제조 과정에서의 고연신 등에 의해 기계적 물성도 큰 비대칭성을 나타낸다. 업계에 공지된 상태 상기 고분자 필름 기판의 대표적인 예로는, PET(poly(ethylene terephthalate)) 필름 등과 같은 폴리에스테르 필름이며, 예를 들면, Toyobo사에서 공급되는 상품명 SRF(Super Retardation Film) 계열의 필름이 있다.
일 예시에서 상기 각각의 고분자 필름 기판은 면내의 임의의 제 1 방향에서의 연신율(E1)과 상기 제 1 방향과 수직을 이루는 제 2 방향에서의 연신율(E2)의 비율(E1/E2)이 3 이상일 수 있다. 상기 비율(E1/E2)은 다른 예시에서 약 3.5 이상, 4 이상, 4.5 이상, 5 이상, 5.5 이상, 6 이상 또는 6.5 이상일 수 있다. 상기 비율(E1/E2)은 다른 예시에서 약 20 이하, 18 이하, 16 이하, 14 이하, 12 이하, 10 이하, 8 이하 또는 7.5 이하일 수 있다.
본 명세서에서 사용하는 용어 고분자 필름 기판의 제 1 방향, 제 2 방향 및 제 3 방향은 상기 필름 기판의 면내의 임의의 방향이다. 예를 들어, 고분자 필름 기판이 연신 고분자 필름 기판인 경우에 상기 면내의 방향은 상기 고분자 필름 기판의 MD(Machine Direction) 및 TD(transverse direction) 방향에 의해 형성되는 면내의 방향일 수 있다. 하나의 예시에서 본 명세서에서 기술하는 제 1 방향은, 고분자 필름 기판의 지상축 및 진상축 방향 중 어느 한 방향이고, 제 2 방향은 지상축 및 진상축 방향 중 다른 한 방향일 수 있다. 다른 예시에서 상기 제 1 방향은, 고분자 필름 기판이 연신 고분자 필름 기판인 경우에 MD(Machine Direction) 및 TD(transverse direction) 방향 중 어느 한 방향이고, 제 2 방향은 MD(Machine Direction) 및 TD(transverse direction) 방향 중 다른 한 방향일 수 있다.
하나의 예시에서 본 명세서에서 언급하는 고분자 필름 기판의 제 1 방향은, 상기 TD 방향 또는 지상축 방향일 수 있다.
상기에서 제 1 및 제 2 고분자 필름 기판 각각의 상기 제 1 방향(예를 들면, 전술한 지상축 방향 또는 TD 방향)에서의 연신율이 15% 이상 또는 20% 이상일 수 있다. 상기 연신율은 다른 예시에서 약 25% 이상, 30% 이상, 35% 이상 또는 40% 이상일 수 있거나, 약 60% 이하, 55% 이하, 50% 이하 또는 45% 이하일 수 있다.
하나의 예시에서 상기 제 1 및 제 2 고분자 필름 기판 각각은 상기 제 1 및 제 2 방향과 각각 40도 내지 50도의 범위 내의 각도 또는 약 45도를 이루는 제 3 방향에서의 연신율(E3)이 상기 제 1 방향에서의 연신율(E1)에 비해서 크고, 상기 제 3 방향에서의 연신율(E3)과 상기 제 2 방향에서의 연신율(E2)의 비율(E3/E2)이 5 이상일 수 있다.
상기 비율(E3/E2)은 다른 예시에서 5.5 이상, 6 이상, 6.5 이상, 7 이상, 7.5 이상, 8 이상 또는 8.5 이상일 수 있고, 약 20 이하, 18 이하, 16 이하, 14 이하, 12 이하 또는 10 이하일 수 있다.
제 1 및 제 2 고분자 필름 기판 각각의 상기 제 3 방향에서의 연신율이 30% 이상일 수 있다. 상기 연신율은 다른 예시에서 약 35% 이상, 40% 이상, 45% 이상, 50% 이상 또는 55% 이상일 수 있거나, 약 80% 이하, 75% 이하, 70% 이하 또는 65% 이하일 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 고분자 필름 기판은, 각각 상기 제 2 방향에서의 열팽창 계수(CTE2)와 상기 제 1 방향에서의 열팽창 계수(CTE1)의 비율(CTE2/CTE1)이 1.5 이상일 수 있다. 상기 열팽창 계수(CTE1, CTE2)는 각각 40℃ 내지 80℃ 의 온도 범위 내에서 확인되는 값이다. 상기 비율(CTE2/CTE1)은, 다른 예시에서 약 2 이상, 약 2.5 이상, 3 이상 또는 3.5 이상이거나, 10 이하, 9 이하, 8 이하, 7 이하, 6 이하, 5 이하 또는 4 이하일 수 있다.
상기 제 2 방향에서의 열팽창 계수(CTE2)는 5 내지 150 ppm/℃의 범위 내일 수 있다. 상기 열팽창 계수는, 약 10 ppm/℃ 이상, 15 ppm/℃ 이상, 20 ppm/℃ 이상, 25 ppm/℃ 이상, 30 ppm/℃ 이상, 35 ppm/℃ 이상, 40 ppm/℃ 이상, 45 ppm/℃ 이상, 50 ppm/℃ 이상, 약 55ppm/℃ 이상, 60 ppm/℃ 이상, 65 ppm/℃ 이상, 70 ppm/℃ 이상, 75 ppm/℃ 이상 또는 80 ppm/℃ 이상이거나, 140 ppm/℃ 이하, 130 ppm/℃ 이하, 120 ppm/℃ 이하, 100 ppm/℃ 이하, 95 ppm/℃ 이하, 90 ppm/℃ 이하, 85 ppm/℃ 이하, 80 ppm/℃ 이하, 40 ppm/℃ 이하, 30 ppm/℃ 이하 또는 25 ppm/℃ 이하일 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 고분자 필름 기판은, 각각 상기 제 2 방향에서의 탄성률(YM2)과 상기 제 1 방향에서의 탄성률(YM1)의 비율(YM1/YM2)이 1.5 이상일 수 있다. 상기 비율(YM1/YM2)은, 다른 예시에서 약 2 이상이거나, 10 이하, 9 이하, 8 이하, 7 이하, 6 이하, 5 이하, 4 이하, 3 이하 또는 2.5 이하일 수 있다.
상기 제 1 방향에서의 탄성률(YM1)은, 약 2 내지 10 GPa의 범위 내일 수 있다. 상기 탄성률(YM1)은, 다른 예시에서 약 2.5GPa 이상, 3GPa 이상, 3.5GPa 이상, 4GPa 이상, 4.5GPa 이상, 5GPa 이상 또는 5.5 GPa 이상이거나, 약 9.5GPa 이하, 9GPa 이하, 8.5GPa 이하, 8GPa 이하, 7.5GPa 이하, 7GPa 이하, 6.5GPa 이하 또는 6GPa 이하일 수도 있다.
상기 탄성률은 소위 영률(Young's modulus)이고, 후술하는 실시예의 방식에 따라서 측정한다.
상기 제 1 및 제 2 고분자 필름 기판은, 각각 상기 제 2 방향에서의 최대 응력(MS2)과 상기 제 1 방향에서의 최대 응력(MS1)의 비율(MS1/MS2)이 1.5 이상일 수 있다. 상기 비율(MS1/MS2)은, 다른 예시에서 약 2 이상이거나, 10 이하, 9 이하, 8 이하, 7 이하, 6 이하, 5 이하, 4 이하, 3 이하 또는 2.5 이하일 수 있다.
상기 제 1 방향(예를 들면, 전술한 지상축 방향 또는 TD 방향)에서의 최대 응력(MS1)은, 약 80 내지 300 MPa의 범위 내일 수 있다. 상기 최대 응력(MS1)은, 다른 예시에서 약 90 MPa 이상, 약 100 MPa 이상, 약 110 MPa 이상, 약 120 MPa 이상, 약 130 MPa 이상, 약 140 MPa 이상, 약 150 MPa 이상, 약 155MPa 이상, 160MPa 이상, 165MPa 이상, 170MPa 이상, 175MPa 이상 또는 180MPa 이상이거나, 약 300 MPa 이하, 약 290 MPa 이하, 약 280 MPa 이하, 약 270 MPa 이하, 약 260 MPa 이하, 약 250 MPa 이하, 약 245MPa 이하, 240MPa 이하, 235MPa 이하, 230MPa 이하, 225MPa 이하, 220MPa 이하, 215MPa 이하, 210MPa 이하, 205 MPa 이하, 200 MPa 이하, 195 MPa 이하 또는 190MPa 이하일 수도 있다.
본 출원의 광변조 디바이스에서 상기 제 1 고분자 필름 기판의 제 1 방향과 상기 제 2 고분자 필름 기판의 제 1 방향이 이루는 각도의 절대값은 0도 내지 10도 또는 0도 내지 5도의 범위 내이거나, 혹은 상기 제 1 방향들은 대략 서로 수평할 수 있다. 상기 제 1 방향은 전술한 것과 같이 고분자 필름 기판의 지상축 방향 또는 TD 방향일 수 있다.
본 출원에서는 상기와 같이 광학적 및 기계적 물성이 비대칭성인 고분자 필름 기판을 상기와 같은 특정 관계를 가지도록 배치하여 디바이스를 구성함으로써, 광학적 물성 및 기계적 물성을 우수하게 구현할 수 있다.
이러한 효과가 구현되는 이유는 명확하지는 않지만, 적어도 2개의 고분자 필름 기판이 가지는 큰 비대칭성을 유사하게 조절하고, 다시 상기 양자의 비대칭을 특정 축을 기준으로 대칭을 이루도록 배치함으로써, 등방성 구조의 필름의 적용 시에 비해서 보다 우수한 광학적 및 기계적 물성의 밸런스가 확보되기 때문인 것으로 추측된다.
전술한 바와 같이 상기와 같은 큰 광학적 및 기계적 비대칭성을 가지는 고분자 필름의 대표적인 예는 소위 고연신 폴리에스테르 필름 등으로 알려진 연신 PET(polyethyleneterephtalate) 필름이고, 이러한 필름은 업계에서 쉽게 입수할 수 있다.
통상 연신 PET 필름은 PET계 수지를 용융/압출로 제막하고, 연신하여 제조한 1층 이상의 일축 연신 필름 또는 제막 후 세로 및 가로 연신하여 제조한 1층 이상의 이축 연신 필름이다.
PET계 수지는 통상 반복 단위의 80 몰％ 이상이 에틸렌테레프탈레이트로 되는 수지를 의미하고, 다른 디카르복실산 성분과 디올 성분을 포함할 수도 있다. 다른 디카르복실산 성분으로서는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 이소프탈산, p-베타-옥시에톡시벤조산, 4,4'-디카르복시디페닐, 4,4'-디카르복시벤조페논, 비스(4-카르복시페닐)에탄, 아디프산, 세박산 및/또는 1,4-디카르복시시클로헥산 등을 들 수 있다.
다른 디올 성분으로서는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 프로필렌글리콜, 부탄디올, 네오펜틸글리콜, 디에틸렌글리콜, 시클로헥산디올, 비스페놀 A의 에틸렌옥사이드 부가물, 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜 및/또는 폴리테트라메틸렌글리콜 등을 들 수 있다.
상기 디카르복실산 성분이나 디올 성분은 필요에 따라서 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 또한, p-옥시벤조산 등의 옥시카르복실산을 병용할 수도 있다. 또한, 다른 공중합 성분으로서, 소량의 아미드 결합, 우레탄 결합, 에테르 결합 및 카르보네이트 결합 등을 함유하는 디카르복실산 성분, 또는 디올 성분이 이용될 수도 있다.
PET계 수지의 제조 방법으로서는, 테레프탈산, 에틸렌글리콜 및/또는 필요에 따라서 다른 디카르복실산 또는 다른 디올을 직접 중축합시키는 방법, 테레프탈산의 디알킬에스테르 및 에틸렌글리콜 및/또는 필요에 따라서 다른 디카르복실산의 디알킬에스테르 또는 다른 디올을 에스테르 교환 반응시킨 후 중축합시키는 방법, 및 테레프탈산 및/또는 필요에 따라서 다른 디카르복실산의 에틸렌글리콜에스테르 및/또는 필요에 따라서 다른 디올에스테르를 중축합시키는 방법 등이 채용된다.
각각의 중합 반응에는, 안티몬계, 티탄계, 게르마늄계 또는 알루미늄계 화합물을 포함하는 중합 촉매, 또는 상기 복합 화합물을 포함하는 중합 촉매를 사용할 수 있다.
중합 반응 조건은 사용되는 단량체, 촉매, 반응 장치 및 목적으로 하는 수지 물성에 따라서 적절하게 선택할 수 있고, 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면 반응 온도는 통상 약 150℃ 내지 약300℃, 약 200℃ 내지 약 300℃ 또는 약 260℃ 내지 약 300℃이다. 또한, 반응 압력은 통상 대기압 내지 약 2.7 Pa이고, 반응 후반에는 감압측일 수 있다.
중합 반응은 디올, 알킬 화합물 또는 물 등의 이탈 반응물을 휘발시킴으로써 진행된다.
중합 장치는 반응조가 하나로 완결되는 것일 수도 있고, 또는 복수의 반응조를 연결한 것일 수도 있다. 이 경우, 통상 중합도에 따라서 반응물은 반응조 사이를 이송되면서 중합된다. 또한, 중합 후반에 횡형 반응 장치를 구비하고, 가열/혼련하면서 휘발시키는 방법도 채용할 수 있다.
중합 종료 후의 수지는 용융 상태에서 반응조나 횡형 반응 장치로부터 방출된 후, 냉각 드럼이나 냉각 벨트 등에서 냉각ㆍ분쇄된 플레이크상의 형태로, 또는 압출기에 도입되어 끈 형상으로 압출된 후에 재단된 펠릿상의 형태로 얻어진다. 또한, 필요에 따라서 고상 중합을 행하여, 분자량을 향상시키거나 저분자량 성분을 감소시키거나 할 수도 있다. PET계 수지에 포함될 수 있는 저분자량 성분으로서는, 환상 3량체 성분을 들 수 있지만, 이러한 환상 3량체 성분의 수지 중에서의 함유량은 통상 5000 ppm 이하 또는 3000 ppm 이하로 조절된다.
PET계 수지의 분자량은, 페놀/테트라클로로에탄=50/50(중량비)의 혼합 용매에 수지를 용해시키고, 30℃에서 측정한 극한 점도로 나타내었 때, 통상 0.45 내지 1.0 dL/g, 0.50 내지 10dL/g 또는 0.52 내지 0.80 dL/g의 범위이다.
또한, PET계 수지는 필요에 따라서 첨가제를 함유할 수 있다. 첨가제로서는, 예를 들면 윤활제, 블로킹 방지제, 열 안정제, 산화 방지제, 대전 방지제, 내광제 및 내충격성 개량제 등을 들 수 있다. 그의 첨가량은 광학 물성에 악영향을 미치지 않는 범위로 하는 것이 바람직하다.
PET계 수지는 이러한 첨가제의 배합을 위해서, 및 후술하는 필름 성형을 위해서, 통상 압출기에 의해 조립된 펠릿 형상으로 이용된다. 펠릿의 크기나 형상은 특별히 제한되는 것은 아니지만, 통상 높이, 직경 모두 5 mm 이하인 원주상, 구상 또는 편평 구상이다. 이와 같이 하여 얻어지는 PET계 수지는 필름상으로 성형하고, 연신 처리함으로써, 투명하고 균질한 기계적 강도가 높은 PET 필름으로 할 수 있다. 그의 제조 방법으로서는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 다음에 기재하는 방법이 채용된다.
건조시킨 PET 수지로 이루어지는 펠릿을 용융 압출 장치에 공급하고, 융점 이상으로 가열하여 용융시킨다. 다음에, 용융된 수지를 다이로부터 압출, 회전 냉각 드럼 상에서 유리전이온도 이하의 온도가 되도록 급냉 고화시켜, 실질적으로 비결정 상태의 미연신 필름을 얻는다. 이 용융 온도는 사용되는 PET계 수지의 융점이나 압출기에 따라서 정해지는 것이고, 특별히 제한되는 것은 아니지만, 통상 250℃ 내지 350℃이다. 또한, 필름의 평면성을 향상시키기 위해서는, 필름과 회전 냉각 드럼과의 밀착성을 높이는 것이 바람직하고, 정 전 인가 밀착법 또는 액체 도포 밀착법이 바람직하게 채용된다. 정전 인가 밀착법이란, 통상 필름의 상면측에 필름의 흐름과 직교하는 방향으로 선상 전극을 설치하고, 그 전극에 약 5 내지 10 kV의 직류 전압을 인가함으로써 필름에 정전하를 제공하여, 회전 냉각 드럼과 필름과의 밀착성을 향상시키는 방법이다. 또한, 액체 도포 밀착법이란, 회전 냉각 드럼 표면의 전체 또는 일부(예를 들면 필름 양단부와 접촉하는 부분만)에 액체를 균일하게 도포함으로써, 회전 냉각 드럼과 필름과의 밀착성을 향상시키는 방법이다. 필요에 따라서 양자를 병용할 수 도 있다. 사용되는 PET계 수지는 필요에 따라서 2종 이상의 수지, 구조나 조성이 다른 수지를 혼합할 수도 있다. 예를 들면, 블로킹 방지제로서의 입상 충전재, 자외선 흡수제 또는 대전 방지제 등이 배합된 펠릿과, 무배합의 펠릿을 혼합하여 이용하는 것 등을 들 수 있다.
또한, 압출시키는 필름의 적층수는 필요에 따라서 2층 이상으로 할 수도 있다. 예를 들면, 블로킹 방지제로의 입상 충전재를 배합한 펠릿과 무배합의 펠릿을 준비하고, 다른 압출기로부터 동일한 다이로 공급하여 「충전재 배합/무배합/충전재 배합」의 2종 3층으로 이루어지는 필름을 압출시키는 것 등을 들 수 있다.
상기 미연신 필름은 유리 전이 온도 이상의 온도에서 통상, 우선 압출 방향으로 세로 연신된다. 연신 온도는 통상 70℃ 내지 150℃, 80 내지 130℃ 또는 90 내지 120℃이다. 또한, 연신 배율은 통상 1.1 내지 6배 또는 2 내지 5.5배이다. 연신은 1회로 끝낼 수도, 필요에 따라서 복수회로 나누어 행할수도 있다.
이렇게 하여 얻어지는 세로 연신 필름은, 이 후에 열 처리를 행할 수 있다. 이어서, 필요에 따라서 이완 처리를 행할 수도 있다. 이 열 처리 온도는 통상 150℃ 내지 250℃, 180 내지 245℃ 또는 200 내지 230℃이다. 또한, 열 처리 시간은 통상 1 내지 600 초간 또는 1 내지 300 초간 또는 1 내지 60 초간이다.
이완 처리의 온도는 통상 90 내지 200℃ 또는 120 내지 180℃이다. 또한, 이완량은 통상 0.1내지 20％ 또는 2 내지 5％이다. 이 이완 처리의 온도 및 이완량은, 이완 처리 후의 PET 필름의 150℃에서의 열수축률이 2 ％ 이하가 되도록, 이완량 및 이완 처리시의 온도를 설정할 수 있다.
일축 연신 및 이축 연신 필름을 얻는 경우, 통상 세로 연신 처리 후에, 또는 필요에 따라서 열 처리 또는 이완처리를 거친 후에, 텐터에 의해서 가로 연신이 행해진다. 이 연신 온도는 통상 70℃ 내지 150℃, 80℃ 내지 130℃ 또는 90℃ 내지 120℃이다. 또한, 연신 배율은 통상 1.1 내지 6배 또는 2 내지 5.5배이다. 이 후, 열 처리 및 필요에 따라서 이완 처리를 행할 수 있다. 열 처리 온도는 통상 150℃ 내지 250℃ 또는 180℃ 내지 245℃ 또는 200 내지 230℃이다. 열 처리 시간은 통상 1 내지 600초간, 1 내지 300 초간 또는 1 내지 60 초간이다.
이완 처리의 온도는 통상 100 내지 230℃, 110 내지 210℃ 또는 120 내지 180℃이다. 또한, 이완량은 통상 01 내지 20 ％, 1 내지 10 ％ 또는 2 내지 5 ％이다. 이 이완 처리의 온도 및 이완량은, 이완 처리 후의 PET필름의 150℃에서의 열수축률이 2 ％ 이하가 되도록, 그의 이완량 및 이완 처리시의 온도를 설정할 수 있다.
일축 연신 및 이축 연신 처리에 있어서는, 가로 연신 후, 보잉으로 대표되는 것과 같은 배향 주축의 변형을 완화시키기 위해서, 재차 열 처리를 행하거나 연신 처리를 행하거나 할 수 있다. 보잉에 의한 배향 주축의연신 방향에 대한 변형의 최대값은 통상 45도 이내, 30도 이내 또는 15도 이내이다. 또한, 여기서 연신 방향이란, 세로 연신 또는 가로 연신에 있어서의 연신 큰 방향을 말한다.
PET 필름의 이축 연신에서는, 통상 가로 연신 배율의 경우가 세로 연신 배율보다 약간 크게 행해지고, 이 경우, 연신 방향이란, 상기 필름의 긴 방향에 대하여 수직 방향을 말한다. 또한, 일축 연신에 서는, 통상 상기한 바와 같이 가로 방향으로 연신되며, 이 경우, 연신 방향이란, 동일하게 긴 방향에 대하여 수직 방향을 말한다.
또한, 배향 주축이란, 연신 PET 필름 상의 임의의 점에서의 분자 배향 방향을 말한다. 또한, 배향 주축의 연신 방향에 대한 변형이란, 배향 주축과 연신 방향과의 각도차를 말한다. 또한, 그의 최대값이란, 긴 방향에 대하여 수직 방향 상에서의 값의 최대값을 말한다.
상기 배향 주축의 확인 방향은 공지이고, 예를 들면 위상차 필름ㆍ광학 재료 검사 장치 RETS(오오쯔까 덴시 가부시끼가이샤 제조) 또는 분자 배향계 MOA(오지 게이소꾸 기끼 가부시끼가이샤 제조)를 이용하여 측정할 수 있다.
본 출원에서 사용되는 연신 PET 필름에는, 방현성(헤이즈)이 부여되어 있는 것일 수 있다. 방현성을 부여하는 방법은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 상기 원료 수지 중에 무기 미립자 또는 유기 미립자를 혼합하여 필름화하는 방법, 상기 필름의 제조 방법에 준하여, 한쪽에 무기 미립자 또는 유기 미립자가 혼합된 층을 갖는 미연신 필름으로부터 연신 필름화하는 방법, 또는 연신 PET 필름의 한쪽에, 무기 미립자 또는 유기 미립자를 경화성 바인더 수지에 혼합하여 이루어지는 도포액을 코팅하고, 바인더 수지를 경화하여 방현층을 설치하는 방법 등이 채용된다.
방현성을 부여하기 위한 무기 미립자로서는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 실리카, 콜로이달 실리카, 알루미나, 알루미나 졸, 알루미노실리케이트, 알루미나-실리카 복합 산화물, 카올린, 탈크, 운모, 탄산칼슘및 인산칼슘 등을 들 수 있다. 또한, 유기 미립자로서는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 가교 폴리아크릴산 입자, 메타크릴산메틸/스티렌 공중합체 수지 입자, 가교 폴리스티렌 입자, 가교 폴리메틸메타크릴레이트 입자, 실리콘 수지 입자 및 폴리이미드 입자 등을 들 수 있다. 이렇게 하여 얻어지는 방현성이 부여된 연신 PET 필름의 헤이즈값은 6 내지 45 ％의 범위 내일 수 있다.
상기 방현성이 부여된 연신 PET 필름 상에는, 도전층, 하드 코팅층 및 저반사층 등의 기능층을 더 적층할 수 있다. 또한, 상기 방현층을 구성하는 수지 조성물로서, 이들 중 어느 하나의 기능을 겸비하는 수지 조성물을 선택할 수도 있다.
상기 헤이즈값은, 예를 들면, JIS K 7136에 준거하여, 헤이즈ㆍ투과율계 HM-150(가부시끼가이샤 무라까미 시끼사이 기쥬쯔 겡뀨쇼 제조)을 이용하여 측정할 수 있다. 헤이즈값의 측정에 있어서는, 필름의 휘어짐을 방지하기 위해서, 예를 들면 광학적으로 투명한 점착제를 이용하여 방현성 부여면이 표면이 되도록 필름면을 유리기판에 접합시킨 측정 샘플을 이용할 수 있다.
본 출원에서 사용되는 연신 PET 필름에는, 본 출원의 효과를 방해하지 않는 한, 상기 방현층 등 이외의 기능층을 한쪽면 또는 양면에 적층할 수 있다. 적층되는 기능층에는, 예를 들면 도전층, 하드코팅층, 평활화층, 이활화(易滑化)층, 블로킹 방지층 및 이접착(易接着)층 등을 들 수 있다.
상기 설명한 PET 필름의 제조 방법은 본 출원의 고분자 필름 기판을 얻기 위한 하나의 예시적인 방법이며, 본 출원에서 적용 가능한 고분자 필름 기판은 상기 기술한 물성을 가진다면, 어떤 종류의 시판품도 사용될 수 있다.
하나의 예시에서 상기 고분자 필름 기판은 일면에 전극층이 형성되어 있는 필름 기판일 수 있다. 이러한 필름 기판은 전극 필름 기판으로 호칭될 수 있다. 전술한 위상차나 기계적 물성 등은 상기 전극층이 형성되어 있지 않은 고분자 필름 기판에 대한 것이거나, 상기 전극 필름 기판에 대한 것일 수 있다.
전극 필름 기판인 경우에 상기 고분자 필름 기판의 적어도 일면에는 각각 전극층이 형성되어 있고, 상기 각 전극층이 대향하도록 제 1 및 제 2 고분자 필름 기판이 배치되어 있을 수 있다.
상기 전극층으로는, 공지의 투명 전극층이 적용될 수 있는데, 예를 들면, 소위 전도성 고분자층, 전도성 금속층, 전도성 나노와이어층 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등의 금속 산화물층이 상기 전극층으로 사용될 수 있다. 이외에도 투명 전극층을 형성할 수 있는 다양한 소재 및 형성 방법이 공지되어 있고, 이를 제한없이 적용할 수 있다.
또한, 상기 고분자 필름 기판의 일면에는 배향막이 형성되어 있을 수 있고, 예를 들면, 전극 필름 기판인 경우에 상기 전극층의 상부에 배향막이 형성되어 있을 수 있다. 배향막으로는 공지의 배향막이 형성될 수 있으며, 원하는 모드에 따라서 적용될 수 있는 배향막의 종류는 공지이다.
전술한 바와 같이 본 출원에서 광변조 필름층에 포함되는 광변조층은 외부 신호의 인가 여부에 따라 광의 투과도, 반사도 및/또는 헤이즈 등을 가변할 수 있는 기능성 층이다. 이와 같은 광변조층은, 본 명세서에서 능동 광변조층으로 호칭될 수 있다.
본 명세서에서 외부 신호란, 광변조층 내에 포함되는 물질, 예를 들어 광변조 물질의 거동에 영향을 줄 수 있는 외부에 모든 요인, 예를 들면 외부 전압 등을 의미할 수 있다. 따라서, 외부 신호가 없는 상태란, 외부 전압 등의 인가가 없는 상태를 의미할 수 있다.
본 출원에서 광변조층의 종류는 상기 기술한 기능을 가지는 것이라면 특별히 제한되지 않고, 공지의 광변조층이 적용될 수 있다. 상기 광변조층은, 예를 들면, 액정층, 전기 변색 물질층, 광 변색 물질층, 전기 영동 물질층 또는 분산 입자 배향층일 수 있다. 이하, 상기 예시한 광변조층에 대하여 구체적인 예를 들어 설명하지만, 광변조층의 구성이 하기에 제한되는 것은 아니고, 광변조층과 관련하여 공지된 내용을 본 출원에 제한없이 적용할 수 있다.
액정층은 액정 화합물을 포함하는 층이다. 본 명세서에서 용어 액정층의 범위에는 액정 화합물을 포함하고 있는 층이 모드 포함되며, 예를 들어 후술하는 바와 같이 액정 화합물(액정 호스트)과 이색성 염료를 포함하는 소위 게스트 호스트층도 본 명세서에서 규정하는 액정층의 일종이다. 상기 액정층은 능동 액정층일 수 있고, 따라서 상기 액정 화합물은 외부 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 변경될 수 있도록, 액정 화합물은 예를 들어 중합성기 또는 가교성기를 가지지 않는 화합물일 수 있다.
액정층은 유전율 이방성이 양수 또는 음수인 액정 화합물을 포함할 수 있다. 액정의 유전율 이방성의 절대값은 본 출원의 목적을 고려하여 적절히 선택될 수 있다. 용어 「유전율 이방성(△ε)」은 액정의 수평 유전율(ε//)과 수직 유전율(ε⊥)의 차이(ε// - ε⊥)를 의미할 수 있다. 본 명세서에서 용어수평 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.
액정층의 구동 모드는, 예를 들어, DS(Dynamic Scattering) 모드, ECB(Electrically Controllable Birefringence) 모드, IPS(In-Plane Switching) 모드, FFS(Fringe-Field Wwitching)모드, OCB(Optially Compensated Bend) 모드, VA(Vertical Alignment) 모드, MVA(Multi-domain Vertical Alignment) 모드, PVA(Patterned Vertical Alignment) 모드, HAN(Hybrid Aligned Nematic) 모드, TN(Twisted Nematic) 모드, STN (Super Twisted Nematic) 모드 등을 예시할 수 있다.
하나의 예시에서, 액정층은 고분자 네트워크 액정층(Polymer Network Liquid Crystal Layer)일 수 있다. 상기 고분자 네트워크 액정층은 소위 고분자 분산형 액정층(Polymer Dispersed Liquid Crystal Layer)이나 고분자 안정화 액정층(Polymer Stablized Liquid Crystal Layer) 등을 포함하는 상위 개념이다. 고분자 네트워크 액정층은, 예를 들면, 고분자 네트워크 및 상기 고분자 네트워크와 상 분리된 상태로 분산되어 있는 액정 화합물을 포함하는 액정 영역을 포함할 수 있다. 상기에서 액정 화합물은 고분자 네트워크 내에 배향이 스위칭 가능하도록 존재할 수 있다. 상기 고분자 네트워크는 중합성 또는 가교성 화합물을 포함하는 전구 물질의 폴리머 네트워크일 수 있고, 상기 중합성 또는 가교성 화합물은 중합된 상태 또는 가교된 상태로 고분자 네트워크를 형성할 수 있다. 상기 중합성 또는 가교성 화합물로는 예를 들어 메타)아크릴로일기를 가지는 화합물을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
다른 하나의 예시에서, 액정층은 화소 고립형 액정층(PILC)일 수 있다. 화소 고립형 액정층은 화소 별로 셀의 갭을 유지하기 위한 격벽 구조가 도입된 액정층을 의미한다. 화소 고립형 액정층은, 외부에 의해 인가되는 신호에 의해 정렬 방향이 변환될 수 있는 액정 화합물을 포함할 수 있다. 화소 고립형 액정층도, 이러한 액정 화합물의 정렬 상태를 이용하여 광투과도를 조절할 수 있다.
전기 변색 물질층은 예를 들면, 전기화학적 산화 환원 반응에 의하여 전기 변색 물질의 광투과도가 변하는 현상을 이용한다. 전기 변색 물질은 전기적 신호가 인가되지 상태에서 색을 띠지 않고, 전기적 신호가 인가된 상태에서 색을 띠게 될 수 있으므로, 광투과도를 조절할 수 있다.
광 변색 물질층은, 예를 들면, 특정 파장의 빛이 조사되는 경우 광변색 물질의 결합 상태가 변하여 색이 (가역적으로) 변하는 현상을 이용하여 광투과도를 가변할 수 있다. 일반적으로 광 변색 물질은 자외선에 노출되면 착색되고 가시광선을 조사하게 되면 본래의 엷은 색을 띠게 되지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
전기 영동 물질층은, 예를 들어, 매질 액체와 전기 영동 물질의 조합에 의해 광 투과도를 가변할 수 있다. 하나의 예시에서, 전기 영동 물질로는, 양(+) 또는 음(-)의 전하를 띄고, 색을 갖는 입자를 사용할 수 있고, 상기 전기 영동 물질층의 상 하부에 존재하는 두 전극에 인가되는 전압에 따라 전기 영동 입자가 회전하거나 극성이 다른 전극 가까이로 이동하는 방식으로 광 투과도를 조절하여 원하는 색상을 표현할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
분산 입자 배향층은, 예를 들면, 나노 크기의 봉상 입자의 박막 적층체가 액정에 부유되어 있는 구조를 포함한다. 분산 입자 배향층은, 예를 들면, 외부 신호가 인가되지 않은 상태에서 부유 입자가 정렬되지 않은 상태로 존재하여 빛을 차단 및 흡수하고, 외부 신호가 인가된 상태에서 부유 입자가 정렬하여 빛을 통과시킬 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
광변조층은, 광투과도 가변 특성을 조절한다는 측면에서, 이색성 염료를 추가로 포함할 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 이방성 흡수가 가능한 물질을 의미할 수 있다. 이러한 염료로는, 예를 들면, 아조 염료 또는 안트라퀴논 염료 등으로 공지되어 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
하나의 예시에서, 상기 광변조층은 액정 및 이색성 염료를 포함하는 액정층으로서, 소위 게스트호스트 액정층(Guest host liquid crystal cell)일 수 있다. 용어 「GHLC층」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 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. 이하 특별한 언급이 없는 한 이색성 염료는 p형 염료인 것으로 가정한다.
게스트호스트 액정층을 광변조층으로 포함하는 광변조 필름층은 능동형 편광자(Active Polarizer)로 기능할 수 있다. 본 명세서에서 용어 「능동형 편광자(Active Polarizer)」는 외부 신호 인가에 따라 비등방성 광흡수를 조절할 수 있는 기능성 소자를 의미할 수 있다. 이러한 능동형 편광자는 후술하는 수동형 편광자가 외부 신호 인가와 무관하게 일정한 광흡수 내지 광반사 특성을 가지는 것과 구별될 수 있다. 상기 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 신호의 인가에 의하여 조절될 수 있으므로, 게스트호스트 액정층은 외부 신호 인가에 따라 비등방성 광 흡수를 조절할 수 있다.
광변조층의 두께는 각각 본 출원의 목적을 고려하여 적절히 선택될 수 있다. 일 예시에서 상기 광변조층의 두께는, 약 0.01㎛ 이상, 0.1㎛ 이상, 1㎛ 이상, 2㎛ 이상, 3㎛이상, 4㎛이상, 5㎛ 이상, 6㎛ 이상, 7㎛ 이상, 8㎛ 이상, 9㎛ 이상 또는 10㎛ 이상일 수 있다. 이와 같이 두께를 제어함으로써, 모드 상태에 따른 투과율 또는 반사율의 차이가 큰 디바이스를 구현할 수 있다. 상기 두께는 두꺼울수록 높은 투과율 및/또는 반사율의 차이를 구현할 수 있어서 특별히 제한되는 것은 아니지만, 일반적으로 약 30㎛이하, 25㎛ 이하, 20㎛ 이하 또는 15㎛ 이하일 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따라 상기 광변조층이 액정층인 경우에 상기 광변조층의 특정 상태에서의 광축과 상기 고분자 필름 기판의 제 1 방향(예를 들면, 전술한 지상축 방향 또는 TD 방향)의 배치를 조정함으로써 광학적 특성을 보다 개선할 수 있다.
본 출원에서 상기와 같은 형태의 광변조 필름층을 구현하는 방식은 기판으로서 전술한 고분자 필름 기판을 상기 언급한 방식으로 배치하는 것 외에는 공지의 방식이 적용될 수 있다.
따라서, 상기 광변조 필름층은, 공지의 구성, 예를 들면, 전술한 기판, 광변조층, 전극층에 추가로 기판간의 간격을 유지하는 스페이서나 실런트 등도 포함할 수 있다.
본 출원의 광변조 디바이스는 상기 언급한 광변조 필름층을 기본적으로 포함하면서, 필요에 따라서 추가의 다른 구성을 포함할 수도 있다. 즉, 구동 모드에 따라서는 상기 광변조 필름층 단독으로도 전술한 투과, 차단, 고반사 및/또는 저반사 모드의 구현 및 그들간의 스위칭이 가능하지만, 이러한 모드의 구현 내지 스위칭을 용이하게 하기 위해서 추가적인 구성의 포함도 가능하다.
예를 들면, 상기 디바이스는, 상기 광변조 필름층의 적어도 일측에 배치된 편광자(수동 편광자)를 추가로 포함할 수 있다. 도 2는 상기 구조의 예시로서, 제 1 및 제 2 고분자 필름 기판(11, 13)의 사이에 위치한 광변조층(12)을 가지는 광변조 필름층의 일측에 편광자(14)가 배치된 형태를 보여준다.
이러한 경우에 상기 수동 편광자의 투과축, 흡수축 혹은 반사축과 상기 고분자 필름 기판의 제 1 방향(예를 들면, 전술한 지상축 방향 또는 TD 방향)이 이루는 각도는 0도 내지 10도, 0도 내지 5도 또는 대략 0도이거나, 80도 내지 100도의 범위 내, 85도 내지 95도의 범위 내 또는 대략 90도일 수 있다. 상기 각도는 상기 투과축, 흡수축 또는 반사축과 상기 제 1 방향(예를 들면, 전술한 지상축 방향 또는 TD 방향)이 이루는 각도 중 예각이다. 이러한 배치를 통해 광학적 및 기계적 물성을 보다 개선할 수 있다.
또한, 상기 편광자를 포함하는 구체예에서 광변조층이 수평 배향 상태로 존재할 수 있는 액정층인 경우에 상기 광변조층의 수평 배향시의 광축은 상기 제 1 및 제 2 고분자 필름 기판의 제 1 방향(예를 들면, 지상축 방향 또는 TD 방향)과 0도 내지 10도, 0도 내지 5도 또는 대략 0도이거나, 80도 내지 100도, 85도 내지 95도 또는 대략 90도의 각도를 이룰 수 있다.
본 명세서에서 용어 편광자는 자연광 내지 비편광을 편광으로 변화시키는 소자를 의미할 수 있다. 또한, 수동 편광자 및 능동 편광자의 정의는 상기 기술한 바와 같다. 하나의 예시에서, 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 서로 직교하는 투과축 및 흡수축 내지 반사축을 가질 수 있다.
상기 편광자는 흡수형 편광자 또는 반사형 편광자일 수 있다. 상기 흡수형 편광자로는, 예를 들어, PVA(poly(vinyl alcohol)) 연신 필름 등과 같은 고분자 연신 필름에 요오드를 염착한 편광자 또는 배향된 상태로 중합된 액정을 호스트로 하고, 상기 액정의 배향에 따라 배열된 이색성 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.
광변조 디바이스는 상기 광변조 필름층의 양측 모두에 상기 편광자가 배치된 구조일 수도 있다. 이러한 경우에 상기 양측에 배치된 편광자의 투과축이 이루는 각도는 85도 내지 95도의 범위 내 또는 대략 수직일 수 있다.
본 출원의 광변조 디바이스는 상기 광변조 필름층을 2개 이상 포함할 수 있다. 이 경우 상기 광변조 필름층 각각은 2개의 기판을 포함할 수 있거나, 혹은 적어도 한 개의 기판은 공유할 수도 있다. 예를 들면, 상기 광변조 디바이스는 순차 적층된 제 1 기판, 제 1 광변조층, 제 2 기판, 제 3 기판, 제 2 광변조층 및 제 4 기판의 구조를 가지거나, 순차 적층된 제 1 기판, 제 1 광변조층, 제 2 기판, 제 2 광변조층 및 제 3 기판의 구조를 가질 수 있다. 이러한 경우에 상기 구조에서 적어도 2개의 기판은 전술한 비대칭성의 고분자 필름 기판일 수도 있고, 모든 기판이 상기 비대칭성의 고분자 필름 기판일 수 있다. 하나의 예시에서 모든 기판이 상기 비대칭 고분자 필름 기판인 경우에 모든 고분자 필름 기판들의 제 1 방향(예를 들면, 전술한 지상축 방향 또는 TD 방향)들이 이루는 각도가 0도 내지 10도의 범위 내, 0도 내지 5도의 범위내 또는 대략 0도일 수 있다.
도 3는 본 출원의 일 예시에 따른 광변조 디바이스를 나타낸다. 상기 광변조 디바이스는 서로 순차 중첩되어 배치되어 있는 제 1 내지 제 3 고분자 필름 기판 (21, 23, 25), 상기 제 1 및 제 2 고분자 필름 기판 (21, 23) 사이에 위치하는 제 1 광변조층 (22); 및 상기 제 2 및 제 3 고분자 필름 기판 (23, 25) 사이에 위치하는 제 2 광변조층 (24)을 포함할 수 있다.
본 명세서에서 2 이상의 고분자 필름 기판이 중첩되어 배치되어 있다는 것은 어느 하나의 고분자 필름 기판을 투과한 광이 다른 고분자 필름 기판으로 입사할 수 있음을 의미할 수 있다.
상기 제 1 내지 제 3 고분자 필름 기판 중 적어도 2개 이상은 전술한 비대칭 고분자 필름 기판일 수 있고, 모두가 상기 비대칭 고분자 필름 기판일 수 있다.
모든 기판이 상기 비대칭 고분자 필름 기판인 경우에 상기 제 1 및 제 3 고분자 필름 기판 각각의 제 1 방향(예를 들면, 전술한 지상축 방향 또는 TD 방향)은 서로 0도 내지 10도 또는 0도 내지 5도의 범위 내의 각도를 이루거나, 혹은 서로 대략 수평할 수 있다.
또한, 상기 제 1 및 제 3 고분자 필름 기판의 상기 제 1 방향(예를 들면, 전술한 지상축 방향 또는 TD 방향)과 제 2 고분자 고분자 기재 필름 기판의 상기 제 1 방향(예를 들면, 전술한 지상축 방향 또는 TD 방향)이 이루는 각도는 0도 내지 10도, 0도 내지 5도 또는 대략 0도이거나, 80도 내지 100도, 85도 내지 95도의 범위 내이거나 또는 대략 90도일 수 있다.
도 4는 본 출원의 다른 실시예에 따른 광변조 디바이스를 예시적으로 나타낸다. 상기 광변조 디바이스는 서로 순차 중첩되어 배치되어 있는 제 1 내지 제 4 고분자 필름 기판 (31, 33, 34, 36); 상기 제 1 및 제 2 고분자 필름 기판 (31, 33) 사이에 위치하는 제 1 광변조층 (32); 및 상기 제 3 및 제 4 고분자 필름 기판 (34, 36) 사이에 위치하는 제 2 광변조층 (35)을 포함할 수 있다.
상기 제 1 내지 제 4 고분자 필름 기판 중 적어도 2개 이상, 예를 들면 모두는 전술한 비대칭 고분자 필름 기판일 수 있다.
일 예시에서 상기 제 2 및 제 3 고분자 필름 기판의 상기 제 1 방향(예를 들면, 전술한 지상축 방향 또는 TD 방향)은 서로 대략 0도 내지 10도, 0도 내지 5도 또는 0도가 되도록 배치될 수 있다.
일 예시에서 상기 제 1 및 제 4 고분자 필름 기판의 상기 제 1 방향(예를 들면, 전술한 지상축 방향 또는 TD 방향)과 제 2 및 제 3 고분자 필름 기판의 상기 제 1 방향(예를 들면, 전술한 지상축 방향 또는 TD 방향)이 이루는 각도는 대략 0도 내지 10도, 0도 내지 5도 또는 대략 0도이거나, 대략 80도 내지 100도, 85도 내지 95도의 범위 내이거나 대략 90도일 수 있다.
상기 2개 이상의 광변조 필름층을 포함하는 광변조 디바이스에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 광변조층이 구현할 수 있는 배향 상태 중에는 수평 배향 상태가 있을 수 있고, 이러한 경우에 상기 제 1 및 제 2 광변조층의 수평 배향시의 광축은 상기 제 1 내지 제 3 고분자 필름 기판의 상기 제 1 방향과 0도 내지 10도의 범위 내, 0도 내지 5도의 범위 내이거나 또는 대략 0도이거나, 80도 내지 100도의 범위 내이거나, 85도 내지 95도의 범위 내이거나, 또는 대략 90도의 각도를 이룰 수 있다.
또한, 상기 4개의 기판을 포함하는 광변조 디바이스에 있어서도, 상기 제 1 및 제 2 광변조층은 각각 수평 배향 상태로 존재할 수 있는 액정층일 수 있고, 상기 제 1 및 제 2 광변조층의 수평 배향시의 광축은 제 1 내지 제 4 고분자 필름 기판의 상기 제 1 방향과 0도 내지 10도의 범위 내, 0도 내지 5도의 범위 내이거나 또는 대략 0도이거나, 80도 내지 100도의 범위 내이거나, 85도 내지 95도의 범위 내이거나, 또는 대략 90도의 각도를 이룰 수 있다.
본 명세서에서 용어 수평 배향 상태는 광변조층의 액정 화합물의 방향자가 액정 층의 평면에 대하여 대략 평행으로 배열된 상태, 예를 들어, 0도 내지 10도, 0도 내지 5도 또는 약 0도를 이루는 배열 상태를 의미할 수 있다.
본 명세서에서 용어 수직 배향 상태는 광변조층의 액정 화합물의 방향자가 액정층의 평면에 대하여 대략 수직하게 배열된 상태, 예를 들어, 약 80도 내지 100도 또는 85도 내지 95도 또는 약 90도를 이루는 배열 상태를 의미할 수 있다.
본 명세서에서 액정 분자 또는 액정 화합물의 방향자는 액정층의 광축(Optical axis) 또는 지상축(Slow axis)을 의미할 수 있다. 상기 액정 분자의 방향자는 액정 분자가 막대(rod) 모양인 경우 장축 방향을 의미할 수 있고, 액정 분자가 원판(discotic) 모양인 경우 원판 평면의 법선 방향의 축을 의미할 수 있다.
본 출원의 광변조 디바이스는 제 1 및 제 2 광변조층을 포함하는 경우, 제 1 및 제 2 광변조층 간의 수평 배향시의 광축을 조절함으로써 좌우 시야각에서의 콘트라스트 비의 차이를 감소시킴으로써 우수한 좌우 대칭성을 확보할 수 있다.
하나의 예시에서, 제 1 및 제 2 광변조층은 각각 수직 배향 및 수평 배향 상태간을 스위칭할 수 있는 액정층일 수 있고, 수평 배향 상태에서 제 1 광변조층과 제 2 광변조층의 광축은 약 80도 내지 100도의 범위 내, 약 85도 내지 95도 범위 내 또는 약 90도일 수 있다.
하나의 예시에서, 도 5에 나타낸 바와 같이, 제 1 광변조층(10)은 수평 배향 시의 광축(OA)이 가로축 (WA) 을 기준으로 시계 방향으로 40도 내지 50도 범위 내의 각도를 이룰 수 있고, 상기 제 2 광변조층(20)의 수평 배향 시의 광축(OA)은 상기 광변조층 가로축 (WA) 을 기준으로 시계 방향으로 130도 내지 140도의 범위 내 각도를 이룰 수 있다.
상기와 같은 광변조층의 광축은, 통상적으로 배향막의 배향 방향에 따라 결정되고, 광변조층에 대해서는 다음과 같은 방식으로 측정할 수 있다. 우선 제 1 또는 제 2 광변조층을 수평 배향시킨 상태에서 상기 광변조층의 일면에 흡수형 선형 편광자를 배치하고, 상기 편광자를 360도 회전시키면서 투과율을 측정하여 확인할 수 있다. 즉, 상기 상태에서 광변조층 또는 흡수형 선형 편광자 측으로 광을 조사하면서 다른 측에서 휘도(투과율)을 측정함으로써 광축 방향을 확인할 수 있다. 예를 들면, 상기 편광자를 360도 회전시키는 과정에서 투과율이 최소가 될 때에 상기 편광자의 흡수축과 수직을 이루는 각도 또는 수평을 이루는 각도를 광축의 방향으로 규정할 수 있다.
본 명세서에서 상기 광변조층의 가로축(WA)은, 광변조층의 장축 방향과 평행한 방향 또는 아이웨어 또는 디스플레이 장치에 적용되었을 때에 그 아이웨어를 착용한 관찰자 또는 디스플레이 장치를 관찰하는 관찰자의 양 눈을 연결하는 선과 평행한 방향을 의미할 수 있다.
상기 각 실시예에 따른 광변조 디바이스에 따르면, 상기 광변조층의 양측에는 각각 전술한 배향막이 형성되어 있을 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 배향막은 수직 배향막일 수 있다. 본 출원의 상기 하나의 실시예에 따라, 상기 광변조 디바이스는 제 1 고분자 필름 기판, 제 1 배향막, 광변조층, 제 2 배향막, 제 2 고분자 필름 기판 및 편광자를 순차로 포함할 수 있다. 본 출원의 제 2 실시예에 따르면, 상기 광변조 디바이스는 제 1 고분자 필름 기판, 제 1 수직 배향막, 제 1 광변조층, 제 2 수직 배향막, 제 2 고분자 필름 기판, 제 3 수직 배향막, 제 2 광변조층, 제 4 수직 배향막 및 제 3 고분자 필름 기판을 순차로 포함할 수 있다. 본 출원의 제 3 실시예에 따르면, 상기 광변조 디바이스는 제 1 고분자 필름 기판, 제 1 수직 배향막, 제 1 광변조층, 제 2 수직 배향막, 제 2 고분자 필름 기판, 제 3 고분자 필름 기판, 제 3 수직 배향막, 제 2 광변조층, 제 4 수직 배향막 및 제 4 고분자 필름 기판을 포함할 수 있다.
본 출원의 광변조 디바이스는 전압 비인가 시 및/또는 전압 인가 시의 광변조층의 배향 방향을 조절함으로써 투과도, 반사도 내지 헤이즈를 조절할 수 있다. 상기 배향 방향은 상기 배향막의 프리틸트 각 및 프리틸트 방향을 조절함으로써 조절할 수 있다.
본 명세서에서 프리틸트는 각도(angle)와 방향(direction)을 가질 수 있다. 상기 프리틸트 각도는 극각(Polar angle)으로 호칭할 수 있고, 상기 프리틸트 방향은 방위각(Azimuthal angle)으로 호칭할 수도 있다.
상기 프리틸트 각도는 액정 분자의 방향자가 배향막과 수평한 면에 대하여 이루는 각도 또는 광변조층의 표면 법선 방향과 이루는 각도를 의미할 수 있다. 상기 수직 배향막의 프리틸트 각도는 액정 셀에 전압 비인가 시의 수직 배향 상태를 유도할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 제 1 내지 제 4 수직 배향막은 프리틸트 각이 70도 내지 89도의 범위 내일 수 있다. 프리틸트 각도가 상기 범위 내인 경우 초기 투과도가 우수한 광변조 디바이스를 제공할 수 있다. 상기 프리틸트각은 일 예시에서 약 71도 이상, 72 도 이상, 약 73 도 이상 또는 약 74 도 이상일 수 있고, 약 88.5도 이하 또는 약 88도 이하일 수 있다.
하나의 예시에서 상기 제 1 수직 배향막의 프리틸트 각도는 상기 배향막과 수평한 면을 기준으로 시계 방향 또는 반시계 방향으로 측정한 각도이고, 제 2 수직 배향막의 프리틸트 각도는 그와는 역방향, 즉 제 1 수직 배향막의 프리틸트 각도가 시계 방향으로 측정된 경우에 반시계 방향 또는 제 1 수직 배향막의 프리틸트 각도가 반시계 방향으로 측정된 경우에 시계 방향으로 측정된 각도일 수 있다.
또한, 상기 제 3 수직 배향막의 프리틸트 각도는 상기 배향막과 수평한 면을 기준으로 시계 방향 또는 반시계 방향으로 측정한 각도이고, 제 4 수직 배향막의 프리틸트 각도는 그와는 역방향, 즉 제 3 수직 배향막의 프리틸트 각도가 시계 방향으로 측정된 경우에 반시계 방향 또는 제 3 수직 배향막의 프리틸트 각도가 반시계 방향으로 측정된 경우에 시계 방향으로 측정된 각도일 수 있다.
상기 프리틸트 방향은 액정 분자의 방향자가 배향막의 수평한 면에 사영된 방향을 의미할 수 있다. 일 예시에서 상기 프리틸트 방향은 상기 사영된 방향과 상기 가로축(WA)이 이루는 각도일 수 있다. 상기 수직 배향막의 프리틸트 방향은 액정 셀에 전압 인가 시 수평 배향 상태의 배향 방향을 유도할 수 있다
상기 제 2 또는 제 3 실시예에 따르면, 상기 제 1 및 제 2 수직 배향막의 프리틸트 방향과 제 3 및 제 4 수직 배향막의 프리틸트 방향은 서로 교차할 수 있다. 하나의 예시에서, 제 1 및 제 2 수직 배향막의 프리틸트 방향과 제 3 및 제 4 수직 배향막의 프리틸트 방향은 서로 직교를, 예를 들어, 85도 내지 95도 또는 약 90도를 이룰 수 있다. 프리틸트 방향이 상기 조건을 만족하는 경우 전압 인가 시 차광 율이 우수한 광변조 디바이스를 제공할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 제 1 및 제 2 수직 배향막의 프리틸트 방향과 상기 제 3 및 제 4 수직 배향막의 프리틸트 방향 중 어느 하나의 방향, 예를 들면, 상기 제 1 및 제 2 수직 배향막의 프리틸트 방향은, 광변조층의 가로축(WA)을 기준으로 시계 방향으로 40도 내지 50도의 범위 내의 광축(OA)을 가지고, 다른 하나의 방향, 예를 들면, 상기 제 3 및 제 4 수직 배향막의 프리틸트 방향은, 상기 광변조층의 가로축(WA)을 기준으로 시계 방향으로 130도 내지 140도의 범위 내의 광축(OA)을 가질 수 있다. 이러한 관계를 통해 좌우 시야각에서의 콘트라스트 비의 차이를 감소시켜 좌우 대칭성이 우수한 광변조 디바이스를 제공할 수 있다.
상기 언급한 프리틸트 각도 및 방향은, 일 예시에서 상기 액정층이 수직 배향상태인 경우에 각 액정층에서 측정되는 프리틸트각 및 방향일 수 있다.
상기 제 1 내지 제 4 수직 배향막은 러빙 배향막 또는 광 배향막일 수 있다. 러빙 배향막의 경우, 배향 방향은 러빙 방향에 의해 정해지고, 광 배향막의 경우는, 조사되는 광의 편광 방향 등에 의해 결정된다. 상기 수직 배향막의 프리틸트 각도 및 프리틸트 방향은 배향 조건, 예를 들어 러빙 배향 시의 러빙 조건이나 압력 조건, 혹은 광 배향 조건, 예를 들어, 광의 편광 상태, 광의 조사 각도, 광의 조사 세기 등을 적절히 조절하여 구현할 수 있다.
예를 들어, 수직 배향막이 러빙 배향막인 경우에 상기 프리틸트 각도는 상기 러빙 배향막의 러빙 세기 등을 제어하여 달성할 수 있고, 프리틸트 방향은 상기 러빙 배향막의 러빙 방향을 제어하여 달성할 수 있으며, 이러한 달성 방식은 공지의 방식이다. 또한, 광배향막의 경우, 배향막 재료, 배향에 적용되는 편광의 방향, 상태 내지는 세기 등에 의해 달성될 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 제 1 내지 제 4 수직 배향막은 러빙 배향막일 수 있다. 상기 제 1 내지 제 4 수직 배향막은 각각 특유의 배향 방향을 가질 수 있다.
예를 들면, 상기 제 1 및 제 2 수직 배향막의 러빙 방향은 서로 역방향으로서, 약 170도 내지 190도를 이룰 수 있고, 역시 제 3 및 제 4 수직 배향막의 러빙 방향은 서로 역방향으로서 약 170도 내지 190도를 이룰 수 있다.
상기 러빙 방향은 프리틸트 각의 측정을 통해 확인할 수 있는데, 일반적으로 액정은 러빙 방향을 따라서 누우면서 프리틸트 각을 발생시키기 때문에, 하기 실시예에서 기재된 방식으로 프리틸트 각을 측정함으로써 상기 러빙 방향의 측정이 가능할 수 있다.
하나의 예시에서, 도 6에 나타낸 바와 같이, 상기 제 1 수직 배향막(12)의 러빙 배향의 방향(RA)은 40도 내지 50도이고, 상기 제 2 수직 배향막(14)의 러빙 배향의 방향(RA)은 220도 내지 230도이고, 상기 제 3 수직 배향막(22)의 러빙 배향의 방향(RA)은 130도 내지 140도이고, 상기 제 4 수직 배향막(24)의 러빙 배향의 방향(RA)은 310도 내지 320도일 수 있다. 이러한 제 1 내지 제 4 수직 배향막의 러빙 배향 방향의 관계를 통해 수직 배향 상태와 수평 배향 상태 간의 스위칭이 효과적으로 이루어질 수 있는 광변조 디바이스를 제공할 수 있다. 상기 각 러빙 배향의 방향(RA)은 상기 가로축(WA)을 기준을 기준으로 시계 방향 또는 반시계 방향으로 측정된 각도이다. 다만, 상기 각 러빙 배향의 방향(RA)을 측정하는 방향은 상기 시계 또는 반시계 방향 중에서 어느 한 방향만을 선택하여 측정한다.
예시적인 광변조 디바이스는 상기 제 1 내지 제 4 배향막의 외측에 배치된 전술한 전극층을 추가로 포함할 수 있다. 본 명세서에서 어느 구성의 외측은 광변조층이 존재하는 측의 반대 측을 의미할 수 있다. 상기 제 1 내지 제 4 배향막의 외측에 배치된 전극 필름을 각각 제 1 내지 제 4 전극층으로 호칭할 수 있다.
상기 전극층은 투명 전극층을 포함할 수 있다. 상기 전극층은 광변조층의 정렬 상태를 전환할 수 있도록 광변조층에 적절한 전계를 인계할 수 있다. 상기 전계의 방향은 수직 또는 수평 방향, 예를 들어, 광변조층의 두께 방향 또는 면 방향일 수 있다.
본 출원의 광변조 디바이스는 점착제를 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 광변조 필름층 및 편광자는 상기 점착제에 의해 서로 합착된 상태로 존재할 수 있다. 다른 실시예에서 상기 제 1 및 제 2 광변조 필름층은 상기 점착제에 의해 서로 합착된 상태로 존재할 수 있다. 상기 점착제로는 광학 부재의 부착에 사용되는 점착제층을 적절히 선택하여 사용할 수 있다. 상기 점착제의 두께는 본 출원의 목적을 고려하여 적절히 선택될 수 있다.
본 출원의 광변조 디바이스는 하드 코팅 필름을 더 포함할 수 있다. 상기 하드 코팅 필름은 기재 필름 및 상기 기재 필름 상에 하드 코팅 층을 포함할 수 있다. 하드 코팅 필름은 본 출원의 목적을 고려하여 공지의 하드 코팅 필름을 적절히 선택하여 사용할 수 있다. 상기 하드 코팅 필름의 두께는 본 출원의 목적을 고려하여 적절히 선택될 수 있다.
상기 하드 코팅 필름은 상기 광변조 디바이스의 외측에 점착제를 통하여 형성될 수 있다.
본 출원의 광변조 디바이스는 반사 방지 필름을 더 포함할 수 있다. 상기 반사 방지 필름은 기재 필름 및 상기 기재 필름 상에 반사 방지 층을 포함할 수 있다. 반사 방지 필름은 본 출원의 목적을 고려하여 공지의 반사 방지 필름을 적절히 선택하여 사용할 수 있다. 상기 반사 방지 필름의 두께는 본 출원의 목적을 고려하여 적절히 선택될 수 있다.
본 출원의 광변조 디바이스는 NIR (Near-Infrared) 차단(cut) 기능의 염료의 층을 더 포함할 수 있다. 상기 염료는 IR 센서의 주파 장에 해당하는 영역의 IR을 차단하여 외광 성분에 의한 센서 오작동을 배제하기 위해 첨가될 수 있다. 상기 염료는 상기 제1 내지 제 4 고분자 필름 기판의 일면에 코팅되어 형성되거나 또는 상기 제1 및 제 2 광변조 필름층을 점착제 또는 접착제로 합착하고자 하는 경우 상기 점착제 또는 접착제에도 첨가하여 사용할 수 있다.
상기 반사 방지 필름은 광변조 디바이스의 외측에 점착제를 통하여 형성될 수 있다.
상기와 같은 광변조 디바이스는 다양한 용도에 적용될 수 있다. 광변조 디바이스가 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 광변조 디바이스가 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 광변조 디바이스는, 전술한 아이웨어에도 효과적으로 적용될 수 있다.
본 출원의 광변조 디바이스가 아이웨어에 적용되는 경우에 그 아이웨어의 구조는 특별히 제한되지 않는다. 즉, 공지의 아이웨어 구조의 좌안용 및/또는 우안용 렌즈 내에 상기 광변조 디바이스가 장착되어 적용될 수 있다.
예를 들면, 상기 아이웨어는, 좌안용 렌즈와 우안용 렌즈; 및 상기 좌안용 렌즈와 우안용 렌즈를 지지하는 프레임을 포함할 수 있다.
도 7은, 상기 아이웨어의 예시적인 모식도로서, 상기 프레임(82) 및 좌안용과 우안용 렌즈(84)를 포함하는 아이웨어의 모식도이나, 본 출원의 광변조 디바이스가 적용될 수 있는 아이웨어의 구조가 도 9에 제한되는 것은 아니다.
상기 아이웨어에서 좌안용 렌즈 및 우안용 렌즈는 각각 상기 광변조 디바이스를 포함할 수 있다. 이러한 렌즈는, 상기 광변조 디바이스만을 포함하거나, 기타 다른 구성을 포함할 수도 있다.
상기 아이웨어는 기타 구성 내지 디자인은 특별히 제한되지 않고, 공지의 방식이 적용될 수 있다.
본 출원에서는 광학적 및 기계적으로도 비등방성인 고분자 필름을 기판으로 적용하여, 기계적 물성과 광학적 물성이 모두 우수한 광변조 디바이스를 제공할 수 있다.
도 1 내지 4는 본 출원의 예시적인 광변조 디바이스의 모식도이다.
도 5는 제 1 및 제 2 광변조층의 수평 배향 상태에서 광축을 나타낸다.
도 6는 제 1 내지 제 4 수직 배향막의 프리틸트 방향을 나타낸다.
도 7은 아이웨어를 예시적으로 나타낸다.
도 8 및 9는 실시예 및 비교예에 대한 내구성 평가 결과를 보여준다.
도 10 내지 12는 실시예의 광변조 디바이스의 외관을 관찰한 결과이다.
이하 실시예를 통하여 본 출원을 구체적으로 설명하지만, 본 출원의 범위가 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
실시예 또는 비교예에서 적용한 고분자 필름 기판은, 통상 기판으로 적용되는 등방성의 필름 기판인 PC(Polycarbonate) 필름 기판(PC 기판, 두께: 100㎛, 제조사: Teijin, 제품명: PFC100-D150)과 본 출원에 따른 비대칭 기판인 PET(Polyethylene terephthalate) 필름 기판(SRF 기판, 두께: 80㎛, 제조사: Toyobo, 제품명: TA044)이고, 하기 물성은 각각의 필름 기판의 일면에 약 20 nm 두께의 ITO(Indium Tin Oxide)막이 형성된 상태에서의 측정 결과이다.
1. 고분자 필름 기판의 위상차 평가
고분자 필름 기판의 면내 위상차 값(Rin)은 Agilent사의 UV/VIS spectroscope 8453 장비를 이용하여 하기 방법에 따라 550nm 파장의 광에 대하여 측정하였다. UV/VIS spectroscope에 2장의 편광자를 투과축이 서로 직교하도록 설치하고, 상기 2장의 편광자 사이에 고분자 필름의 지상축이 2장의 편광자의 투과축과 각각 45도를 이루도록 설치한 후, 파장에 따른 투과도를 측정하였다. 파장에 따른 투과도 그래프에서 각 피크(peak)들의 위상 지연 차수(Phase retardation order)를 구한다. 구체적으로, 파장에 따른 투과도 그래프에서 파형은 하기 수식 A를 만족하고, 사인(Sine) 파형에서 최대 피크(Tmax) 조건은 하기 수식 B을 만족한다. 수식 A에서 λmax인 경우, 수식 A의 T와 수식 B의 T는 동일하기 때문에 수식을 전개한다. n+1, n+2 및 n+3에 대해서도 수식을 전개하고, n과 n+1 수식을 정리해서 R을 소거하여 n을 λn 및 λn+1 수식으로 정리하면, 하기 수식 C가 도출된다. 수식 A의 T와 수식 B의 T가 동일함에 근거하여 n과 λ를 알 수 있으므로 각 λn, λn+1, λn+2 및 λn+3 대해 R을 구한다. 4 포인트에 대해 파장에 따른 R값의 직선 추세선을 구하고 수식 550 nm에 대한 R 값을 산정한다. 직선 추세선의 함수는 Y=ax+b이고, a 및 b는 상수이다. 상기 함수의 x에 550nm를 대입했을 때의 Y 값이 550nm파장의 광에 대한 Rin 값이다.
[수식 A]
T = sin2[(2πR/λ)]
[수식 B]
T = sin2[((2n+1)π/2)]
[수식 C]
n = (λn -3λn+1)/(2λn+1 +1-2λn)
상기에서 R은 면내 위상차(Rin)를 의미하고, λ는 파장을 의미하고, n은 사인파형의 꼭지 차수를 의미한다.
2. 고분자 필름 기판의 인장 특성 및 열팽창 계수의 평가
고분자 필름 기판의 탄성률(Young's modulus), 연신율(Elongation) 및 최대 응력(Max. stress)은 UTM(Universal Testing Machine) 장비(Instron 3342)를 이용하여, 상온(25℃)에서 10 mm/min의 인장 속도로 힘을 가하여 규격에 따라 인장 강도(tensile strength) 시험을 진행하여 측정하였다. 이 경우에 각 시편은 폭이 약 10mm이고, 길이가 약 30mm가 되도록 재단하여 제조하였고, 상기 길이 방향의 양 끝단의 각 10mm씩을 테이핑하여 장비에 고정한 후에 평가를 진행하였다.
열팽창 계수는 TMA (Thermomechanical Analysis) 장비(Metteler toledo사, SDTA840)를 이용하여, 40℃에서 80℃로 온도를 10℃/분의 속도로 승온시키면서 길이 팽창 시험을 진행하여 규격에 따라 측정하였다. 측정 시에 시편의 측정 방향 길이는 10 mm로 하였고, 하중을 0.02N으로 설정하였다.
상기와 같은 방식으로 측정한 각 필름 기판에 대한 물성 평가 결과는 하기 표 1과 같다.
하기 표 1에서 MD 및 TD는 각각 연신 필름인 PC 기판과 SRF 기판의 MD(Machine Direction) 및 TD(transverse direction) 방향이고, 45는 상기 MD 및 TD 방향 모두와 45도를 이루는 방향이다.
방향 Rin(nm) 탄성률(GPa) 연신율(%) 최대응력(MPa) 열팽창계수
(ppm/℃)
PC
기판		 MD 12.1 1.6 13.6 63.4 119.19
TD 1.6 11.6 62.3 127.8
SRF
기판		 MD 14800 2.5 6.1 81.5 83.3
45 15176 3.2 60.4 101.6 52.2
TD 15049 5.8 44.7 184.6 21.6
실시예 1.
상기 SRF 기판을 2개 사용하여 광변조 디바이스를 제조하였다. 상기 SRF기판(가로: 15cm, 세로: 5cm)의 ITO(Indium Tin Oxide)막(전극층)상에 배향막을 형성하여 제 1 기판을 제조하였다. 배향막으로는 300 nm 두께의 폴리이미드계 수평 배향막(SE-7492, Nissan)을 러빙 포로 러빙 처리한 것을 사용하였다. 제 1 기판과 동일하게 제 2 기판을 제조하였다. 상기 제 1 및 제 2 기판을 서로의 배향막이 마주하도록 대향 배치하고, 그 사이에 굴절률 이방성(△n)이 0.13인 양의 유전율 이방성을 갖는 액정 화합물 및 이색성 염료를 포함하는 GHLC 혼합물(MDA-16-1235, Merck)에 키랄 도펀트(S811, Merck)를 약 0.519 중량%의 농도로 배합한 조성물을 위치시킨 후에 테두리를 봉하여 광변조 필름층을 제조하였다. 상기에서 제 1 및 제 2 기판의 TD방향(지상축 방향)은, 각각 제 1 기판 배향막의 러빙축을 기준으로 0도가 되고, 상기 제 1 및 제 2 배향막의 러빙 방향은 서로 90도를 이루도록 하였다. 얻어진 광변조층은 비틀림 각도(twisted angle)가 약 270도인 STN 모드 액정층이고, 셀 갭은 12㎛였다. 상기 광변조 필름층을 전압 무인가 시의 직진광 투과율이 약 28.0%이고, 약 15V의 전압을 인가한 경우에 직진광 투과율이 약 62.7%로서, 투과 및 차단 모드의 사이를 스위칭 가능한 디바이스이다. 상기에서 투과율은, NDH5000SP(세코스사제) 장비를 사용한 투과율로서, 약 550 nm 파장의 광에 대한 투과율이다.
비교예 1.
기판으로서 PC 기판을 적용한 것을 제외하면, 실시예 1과 동일하게 광변조 디바이스를 제조하였다.
시험예 1.
상기 실시예 1 및 비교예 1의 광변조 디바이스를 사용하여 도 8 및 9에 나타난 형태의 아이웨어 소자를 제조하고, 상기 소자를 벤딩시킨 상태에서 열충격 시험을 진행하였다. 열충격 시험은 상기 아이웨어를 약 -40℃에서 90℃까지 약 16.25℃/분의 승온 속도로 온도를 올린 후 10분 유지하고, 다시 약 16.25℃/분의 감온 속도로 90℃에서 -40℃의 온도까지 감온한 후 10분 유지하는 것을 1사이클로 하여 상기 사이클을 500회 반복하는 조건에 놓은 상태에서 진행하였고, 이 시험은 곡률 반경이 약 100R 정도인 벤딩 지그에 상기 아이웨어를 부착한 상태에서 진행하였다. 도 8은 실시예 1의 경우이고, 도 9는 비교예 1의 경우인데, 도면과 같이 비교예 1의 경우 심한 크랙이 관찰되었다.
비교예 2.
실시예 1과 동일하게 광변조 필름층을 제조하되, 제 1 및 제 2 기판의 제 1 방향(TD 방향)이 서로 90도가 되도록 하였다. 이 때 제 1 기판상의 배향막의 러빙 방향을 기준으로 제 1 기판의 제 1 방향은 0도, 제 2 기판의 제 1 방향은 90도가 되도록 하였다.
비교예 3.
실시예 1과 동일하게 광변조 필름층을 제조하되, 제 1 및 제 2 기판의 제 1 방향(TD 방향)이 서로 90도가 되도록 하였다. 이 때 제 1 기판상의 배향막의 러빙 방향을 기준으로 제 1 기판의 제 1 방향은 45도, 제 2 기판의 제 1 방향은 135도가 되도록 하였다.
시험예 2.
실시예 1, 비교예 2 및 3의 디바이스를 각각 60℃ 온도 및 85% 상대 습도에서 보관하면서 보이드 발생을 평가하고, 그 결과를 하기 표 2에 기재하였다. 구체적으로 상기 조건에서 보관하면서 광변조층에서 육안으로 시인되는 보이드가 발생하는 것인지 여부를 평가하였다. 일반적으로, 육안으로 시인되는 보이드의 크기는 약 10㎛ 정도이다.
초기 투입
시료 개수		 보이드 불량 시료
개수		 보이드
양품
시료
개수		 보이드
발생률		 보이드
최초
발생시간
비교예 2 12 12 0 100% 120h
비교예 3 12 12 0 100% 144h
실시예 1 12 1 11 8% 504h
표 2의 결과와 같이 비교예 2 및 3의 경우, 초기 투입된 시료 모두에서 500 시간 내에 보이드가 관찰되어 보이드 발생율을 100%이며, 최초로 보이드가 발생하는 시점도 각각 120 시간 및 144 시간 이내였다.
반면, 실시예 1의 경우, 500 시간 이내에 보이드가 관찰되는 경우는 없었으며, 최초로 보이드가 관찰되는 시간도 약 504 시간이었다.
실시예 2.
도 4의 구조의 광변조 디바이스를 제조하였다. 제 1 내지 제 4 고분자 필름 기판(31, 33, 34, 36)으로, 상기 SRF 기판을 사용하였다. 상기 SRF 기판의 ITO막상에 수직 배향막(한켐사의 PVM-11 폴리이미드층)을 형성하였고, 광변조층으로는 액정 및 이색성 염료를 포함하는 게스트호스트 액정층을 준비하되, 상기 액정으로는 HCCH사의 HNG730200(ne: 1.551, no: 1.476, ε∥: 9.6, ε⊥: 9.6, TNI: 100, △n: 0.075, △ε: -5.7)를 준비하고, 상기 이색성 염료로는 BASF사의 X12를 준비했다.
고분자 필름 기판의 ITO층 상에 상기 수직 배향막을 바코팅으로 코팅 후, 120℃ 온도에서 1시간동안 소성하여, 300nm 두께의 배향막을 얻었다. 상기 배향막을 러빙 포로 러빙 처리하여 제1 고분자 필름 기판을 제조하였다. 이어서, 상기와 동일한 고분자 필름 기판의 ITO층 상에 높이가 10㎛이고, 직경이 15㎛인 컬럼 스페이서를 250㎛ 간격으로 배치하고, ITO막상에 수직 배향막을 바코팅으로 코팅 후 러빙 처리하여 제 2 고분자 필름 기판을 제조하였다. 액정 2g에 이색성 염료를 28 mg을 녹인 후, 0.2㎛ PP(polypropylene) 재질의 syringe filter로 부유물을 제거하였다. 제 2 고분자 필름 기판의 배향막 표면 위 테두리에 실란트를 실 디스펜서(seal dispenser)로 그렸다. 상기 제 2 고분자 필름의 기판의 배향막에 액정-염료 혼합액을 뿌린 후 제 1 광변조층을 형성하고, 제 1 고분자 필름 기판을 덮어주며 라미네이션하여 제 1 광변조층을 제조하였다. 이때 제 1 및 제 2 기판의 제 1 방향(TD 방향, 지상축 방향)은 서로 평행을 이루고, 제 1 기판과 제 2 기판의 배향막의 러빙 방향이 서로 180도를 이루도록 라미네이션하였다. 동일한 방법으로 도 4의 제 3 기판(34), 제 4 기판(36) 및 제 2 광변조층(35)을 형성하여 제 2 광변조 필름층을 제조하였다. 이어서 제 1 광변조 필름층과 제 2 광변조 필름층을 서로의 배향막의 러빙 방향이 서로 90도 직교하도록 부착하여 실시예 2의 광변조 디바이스를 제조하였다.
상기 제 1 및 제 2 광변조층(32, 35)의 두께(셀 갭)은 각각 12㎛이다. 상기 제조된 광변조 디바이스에 있어서, 제 1 기판의 제 1 방향(TD 방향, 지상축 방향)을 0도라고 할 때, 제 2 내지 제 4 기판의 제 1 방향(TD 방향, 지상축 방향) 역시 0도이며, 제 1 광변조층의 수평 배향시의 광축은 0도, 제 2 광변조층의 수평 배향시의 광축은 90도이다.
실시예 3
실시예 2에 있어서, 제 1 기판의 제 1 방향(TD 방향, 지상축 방향)을 0도라고 할 때 제 2 및 제 3 기판의 제 1 방향(TD 방향, 지상축 방향)이 90도가 되도록 배치한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 광변조 디바이스를 제조하였다.
실시예 4
실시예 2에 있어서 제 1 광변조층의 수평 배향시의 광축이 +45도가 되도록 변경하고, 제 2 광변조층의 수평 배향 시의 광축을 -45도가 되도록 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 광변조 디바이스를 제조하였다.
시험예 3.
실시예 2 내지 4의 디바이스에 대하여, 정면(경사각 0도) 및 시야각(경사각 -23도)에서 레인보우 특성 및 전기광학 특성을 평가하고 그 결과를 도면과 하기 표 3에 기재하였다.
도 10 내지 11은 각각 실시예 2 내지 4에 대하여 경사각에서 레인보우 특성을 관찰한 결과인데, 도면과 같이 복수의 광변조 필름층을 중첩시킨 경우에도 레인보우 현상 등 광학적 결함은 발생하지 않았다.
전기광학 특성은, 광변조 디바이스의 제 1 내지 제 4 고분자 필름 기판의 전극층 중에서 제 1 및 제 3 고분자 필름 기판의 전극층을 하나의 단자로 연결하고, 제 2 및 제 3 고분자 필름 기판의 전극층을 하나의 단자로 연결한 후에 상기 광변조 디바이스를 백라이트 위에 놓고, 두 개의 전극 단자를 함수 발생기(function generator)의 단자에 연결하고, 0Vrms에서 28Vrms까지 전압을 인가하면서 포토다이오드로 휘도 값을 계측하여 투과율을 측정하여 평가하였다. 백라이트의 초기 휘도 값을 계측하여 백분율로 환산하여 투과율 값을 기록하였다.
콘트라스트 비(CR)는, 전압 무인가 상태에서의 투과율(Tc) 대비 28V 전압 인가 시의 투과율(T)의 비율(Tc/T)이다. dC*는 Lab 색좌표 이용 시 D65 광원의 색좌표 (a, b)=(0, 0)을 기준으로 하여, 실제 시료계측 시 색좌표 a', b'의 값에 대한 색차이며, SQRT(a'^+b'^2)의 식으로 환산된 색차 지수를 의미한다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3
Rainbow 무 무 무
투과율(0V) 44.4% 44.3% 45.6%
투과율(28V) 2.42% 2.17% 12.44%
CR 19.3:1 20.4:1 3.7:1
dC* 13.8 14.3 8.3

Claims (16)

  1. 대향 배치되어 있는 제 1 및 제 2 고분자 필름 기판과 상기 고분자 필름 기판들의 사이에 광변조층을 가지는 광변조 필름층을 포함하고,
    상기 고분자 필름 기판은, 각각 550 nm 파장의 광에 대한 면내 위상차가 4,000 nm 이상이며,
    상기 각각의 고분자 필름 기판의 제 1 방향에서의 연신율(E1)과 상기 제 1 방향과 수직을 이루는 제 2 방향에서의 연신율(E2)의 비율(E1/E2)이 3 이상이고,
    상기 제 1 고분자 필름 기판의 제 1 방향과 상기 제 2 고분자 필름 기판의 제 1 방향이 이루는 각도가 0도 내지 10도의 범위 내가 되도록 배치되어 있는 광변조 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서, 제 1 및 제 2 고분자 필름 기판은, 각각 일면에 전극층이 형성된 전극 필름 기판이고, 상기 각 전극층이 대향하도록 제 1 및 제 2 고분자 필름 기판이 배치되어 있는 광변조 디바이스.
  3. 제 1 항에 있어서, 제 1 및 제 2 고분자 필름 기판은, 폴리에스테르 필름 기판인 광변조 디바이스.
  4. 제 1 항에 있어서, 제 1 및 제 2 고분자 필름 기판 각각의 제 1 방향에서의 연신율이 15% 이상인 광변조 디바이스.
  5. 제 1 항에 있어서, 제 1 및 제 2 고분자 필름 기판 각각은 제 1 및 제 2 방향 모두와 40도 내지 50도의 범위 내의 각도를 이루는 제 3 방향에서의 연신율(E3)이 상기 제 1 방향에서의 연신율(E1)에 비해 크고, 상기 제 3 방향에서의 연신율(E3)과 상기 제 2 방향에서의 연신율(E2)의 비율(E3/E2)이 5 이상인 광변조 디바이스.
  6. 제 1 항에 있어서, 제 1 및 제 2 고분자 필름 기판은, 각각 제 2 방향에서의 열팽창 계수(CTE2)와 제 1 방향에서의 열팽창 계수(CTE1)의 비율(CTE2/CTE1)이 1.5 이상인 광변조 디바이스.
  7. 제 6 항에 있어서, 제 2 방향에서의 열팽창 계수(CTE2)가 5 내지 150 ppm/℃의 범위 내인 광변조 디바이스.
  8. 제 1 항에 있어서, 제 1 및 제 2 고분자 필름 기판은, 각각 제 2 방향에서의 탄성률(YM2)과 제 1 방향에서의 탄성률(YM1)의 비율(YM1/YM2)이 1.5 이상인 광변조 디바이스.
  9. 제 8 항에 있어서, 제 1 방향에서의 탄성률(YM1)이 2 내지 10 GPa의 범위 내인 광변조 디바이스.
  10. 제 1 항에 있어서, 제 1 및 제 2 고분자 필름 기판은, 각각 제 2 방향에서의 최대 응력(MS2)과 제 1 방향에서의 최대 응력(MS1)의 비율(MS1/MS2)이 1.5 이상인 광변조 디바이스.
  11. 제 10 항에 있어서, 제 1 방향에서의 최대 응력(MS1)이 150 내지 250 MPa의 범위 내인 광변조 디바이스.
  12. 제 1 항에 있어서, 광변조 필름층의 적어도 일측에 배치된 편광자를 추가로 포함하는 광변조 디바이스.
  13. 제 12 항에 있어서, 편광자의 투과축과 고분자 필름 기판의 제 1 방향이 이루는 각도가 0도 내지 10도 또는 80도 내지 100도의 범위 내인 광변조 디바이스.
  14. 제 1 항에 있어서, 광변조 필름층을 2층 포함하고, 상기 각 광변조 필름층에 포함되는 모든 고분자 필름 기판들의 제 1 방향이 이루는 각도가 0도 내지 10도의 범위 내에 있는 광변조 디바이스.
  15. 제 1 항에 있어서, 광변조층은 액정층, 전기 변색 물질층, 광 변색 물질층 또는 전기 영동 물질층, 분산 입자 배향층 또는 게스트 호스트 액정층인 광변조 디바이스.
  16. 좌안용 렌즈와 우안용 렌즈; 및 상기 좌안용 렌즈와 우안용 렌즈를 지지하는 프레임을 포함하는 아이웨어로서,
    상기 좌안용 렌즈 및 우안용 렌즈는 각각 제 1 항의 광변조 디바이스를 포함하는 아이웨어.
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