KR20200046110A - 아치형으로-접합된 만곡형 액정 셀 및 제조 방법 - Google Patents

아치형으로-접합된 만곡형 액정 셀 및 제조 방법 Download PDF

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KR20200046110A
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크리스티나 엠. 매그너손
루이스 엘.엠. 매드슨
라리사 주라브스카자
케네쓰 자레포스
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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 캄파니
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Abstract

기재들이 합동으로 만곡된 구성으로 구부러진 후에 경화된 에지 접착제에 의해 함께 유지되는 기재들을 포함하는 아치형으로-접합된 만곡형 액정 셀; 그러한 셀의 제조 방법; 및 그러한 셀을 포함하는 스위칭가능 셔터와 자동 차광 필터.

Description

아치형으로-접합된 만곡형 액정 셀 및 제조 방법
액정 셀(liquid-crystal cell)은 투과된 광의 양을 제어하는 능력이 요구되는 매우 다양한 응용에서 사용되었다.
개괄적으로 요약하면, 기재(substrate)들이 합동으로 만곡된 구성(congruently curved configuration)으로 구부러진 후에, 경화된 에지(edge) 접착제에 의해 함께 유지되는 기재들을 포함하는 아치형으로-접합된(arcuately-bonded) 만곡형 액정 셀들이 본 명세서에 개시된다. 또한, 그러한 아치형으로-접합된 만곡형 액정 셀을 제조하는 방법이 개시된다. 또한, 그러한 아치형으로-접합된 만곡형 액정 셀을 포함하는 시력 보호용 헤드기어(vision-protective headgear), 자동 차광 필터(automatic darkening filter), 및 스위칭가능 셔터(switchable shutter)가 개시된다. 이들 및 다른 태양이 아래의 상세한 설명으로부터 명백할 것이다. 그러나, 어떠한 경우에도, 청구가능한 발명 요지가 최초 출원된 출원의 청구범위에 제시되든 또는 보정되거나 달리 절차 진행 중에 제시되는 청구범위에 제시되든 간에, 이러한 대략적인 요약이 그러한 청구가능한 발명 요지를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
도 1은 예시적인 아치형으로-접합된 만곡형 액정 셀의 개략 단면도.
도 2는 에지 접착제를 갖는 예시적인 가요성의 다층 유리-기반(glass-based) 기재, 및 기재의 최내향 주 표면 상에 배치된 액정 재료의 평면도.
도 3은 아치형으로-접합된 만곡형 액정 셀을 포함하는 예시적인 스위칭가능 셔터의 측면 사시도.
도 4는 아치형으로-접합된 만곡형 액정 셀을 포함하는 예시적인 시력 보호용 헤드기어의 정면-측면 사시도.
다양한 도면에서 유사한 도면 부호는 유사한 요소를 나타낸다. 일부 요소는 동일하거나 균등한 다수로 존재할 수 있으며; 이러한 경우에 하나 이상의 대표적인 요소만이 도면 부호에 의해 지정될 수 있지만, 이러한 도면 부호가 모든 동일한 요소에 적용된다는 것을 이해할 것이다. 달리 지시되지 않는 한, 본 명세서의 모든 도면은 축척대로 그려진 것은 아니며, 본 발명의 상이한 실시 형태를 예시하는 목적을 위해 선택된다. 특히, 다양한 구성요소의 치수는 단지 예시적인 관점에서 도시되며, 다양한 구성요소의 치수들 사이의 관계는 그렇게 지시되지 않는 한 도면으로부터 추론되어서는 안 된다. "상단", "저부", "상부", "하부", "아래", "위", "수직", "수평", "정면", "배면", "전방", "후방" 등과 같은 용어들은, 시력 보호용 헤드기어가 직립한 인간 사용자에 의해 착용된 때, 헤드기어에 대한 그리고 그의 구성요소에 대한 그들의 통상적인 의미로 적용되는 것으로 이해될 것이다. 용어 "내향"은 액정 셀, 그의 구성요소(예컨대, 본 명세서에 기술된 바와 같은 다양한 층) 및 그와 함께 사용되는 다양한 아이템(예컨대, 다양한 편광 필터 등)과 관련하여 적용되고, 액정 셀의 내부를 향하는 방향을 나타낸다. 구체적인 예로서, 액정 재료의 층은 전형적으로 액정 셀의 최내측 층이다. 용어 "외향"은 액정 셀의 내부로부터 멀어지는 방향을 나타낸다.
특성 또는 속성에 대한 수식어로서 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "대체로"는 달리 구체적으로 정의되지 않는 한, 특성 또는 속성이 높은 정도의 근사를 요구함이 없이(예컨대, 정량화할 수 있는 특성에 대해 +/- 20% 이내) 당업자에 의해 용이하게 인식가능할 것임을 의미한다. 용어 "실질적으로"는 달리 구체적으로 정의되지 않는 한, 높은 정도의 근사(예컨대, 정량화할 수 있는 특성에 대해 +/- 5% 이내)를 의미한다.
아치형으로-접합된 만곡형 액정 셀, 그러한 셀의 제조 방법, 및 적어도 하나의 그러한 아치형으로-접합된 만곡형 액정 셀을 포함하는 스위칭가능 셔터, 자동 차광 필터, 시력 보호용 헤드기어가 본 명세서에 개시된다.
도 1은 예시적인 액정 셀(134)의 일부분을 개략 측단면도로 도시한다. 셀(134)은 간극(148)을 사이에 갖는 2개의 광학적으로-투명한 가요성의 다층 유리-기반 기재를 포함하는 층상 구조체이다. "유리-기반"은 다층 기재가 가요성 유리 시트, 예컨대 도 1에 도시된 바와 같은 시트(140, 142)인 적어도 하나의 기부 층을 포함하여야 함을 의미한다. 다양한 실시 형태에서, 각각의 유리 시트의 두께는 약 10 마이크로미터(μm) 내지 200 μm, 더 전형적으로는 약 30 내지 150 μm, 더욱 더 전형적으로는 약 75 내지 125 μm일 수 있다. 적어도 일부 실시 형태에서, 조립된 작동가능 액정 셀의 유리 시트들은 셀-조립 공정에 투입되는 바와 같은 유리 시트들과 동일한 두께를 갖는다. 다시 말하면, 그러한 유리 시트들은 함께 접합된 후에 유리 시트들의 두께를 감소시키기 위해 예컨대 에칭, 융제, 연삭, 또는 달리 처리되지 않는다. 각각의 유리 시트는 광학적으로-투명하며, 따라서 380 나노미터(nm) 내지 750 nm의 파장 범위에서 80, 85, 90, 95, 또는 98%보다 큰 광 투과율(optical transmission)을 나타낼 수 있다. 그러한 유리 시트는 임의의 적합한 조성물, 예컨대 실리카 유리, 붕규산 유리 등의 것일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 그러한 유리 시트는 비-알칼리 유리일 수 있으며, 이는 유리 시트가 1000 백만분율(parts per million, ppm) 이하(바람직하게는 500 ppm 이하, 더 바람직하게는 300 ppm 이하)의 알칼리 금속 산화물 수준을 가짐을 의미한다. 일부 실시 형태에서, 그러한 유리 시트는 그의 하나 또는 둘 모두의 주 표면 상에 배치되는 하나 이상의 층(예컨대, 보호 층, 타이 층(tie layer) 등)을 가질 수 있는데, 그러한 층 또는 층들이 본 명세서에 개시된 바와 같이 만곡되는 유리 시트의 능력을 방해하지 않고 유리 시트의 광학 투명성을 방해하지 않는 한 그러하다. 구매가능한 가요성 유리 시트의 일례는 쇼트 아게(Schott AG)(독일 마인츠 소재)로부터 상표명 D263T로 입수가능한 제품이다.
각각의 다층 유리-기반 기재는 다층 기재의 유리 시트(기부 층)의 내향으로 배치되는 투명 전도성 (전극) 층을 추가로 포함한다. 따라서, 도 1에 도시된 바와 같이, 전도성 층(144, 146)들은 유리 시트(140, 142)들의 내향으로 각각 배치된다. 특정 실시 형태에서, 전도성 층(144, 146)들의 외향 주 표면(245, 247)들은 유리 시트(140, 142)들의 내향 주 표면(141, 143)들과 접촉한다(예컨대, 그에 접합됨). 그러한 투명 전도성 층은 가요성 유리 시트의 내향 주 표면 상에 침착되거나 달리 제공된 임의의 적합한 재료, 예컨대 인듐 주석 산화물로 제조될 수 있다. 전도성 층(144, 146)들은 본 명세서에 후술되는 목적을 위해 기재들 사이의 간극(148)을 가로질러 전기장이 확립되게 한다.
각각의 다층 유리-기반 기재는 다층 기재의 투명 전도성 층의 내향으로 배치되는 투명 정렬 층을 추가로 포함한다. 따라서, 도 1에 도시된 바와 같이, 정렬 층(150, 152)들은 투명 전도성 층(144, 146)들의 내향으로 각각 배치된다. 특정 실시 형태에서, 정렬 층(150, 152)들의 외향 주 표면(251, 253)들은 전도성 층(144, 146)들의 내향 주 표면(145, 147)들과 접촉한다(예컨대, 그에 접합됨). 그러한 정렬 층은, 예컨대 전도성 층의 내향 주 표면 상에 침착되거나 달리 제공된 폴리이미드로 구성될 수 있다. 정렬 층들의 내향 주 표면들(예컨대, 표면(151, 153)들)은 특정한 미리 결정된 정렬 방향을 부여하기 위해 기계적으로, 예를 들어 브러싱(brushing) 또는 러빙(rubbing)에 의해 처리될 수 있다(또는 임의의 적합한 방식으로 처리될 수 있음).
주 표면(151)의 정렬 방향과 주 표면(153)의 정렬 방향은 미리 결정된 원하는 관계를 갖도록(즉, 그들 사이에 특정 각도, 예컨대 오프셋 각도(offset angle)를 갖도록) 선택될 것이다. 이는 이들 2개의 표면 사이의 간극(148) 내에 네마틱(nematic) 액정 재료를 배치할 때, 전기장이 없는 상태에서, 하나의 표면에 인접한 네마틱 분자들이 다른 하나의 표면에 인접한 네마틱 분자들에 대해 원하는 각도로 배향될 것을 제공할 것이다. 일부 실시 형태에서, 주 표면(151, 153)들은 실질적으로 또는 본질적으로 서로 직교(90도)하는 정렬 방향을 갖도록 구성될 수 있다. 그러나, 임의의 적합한 정렬 각도가 사용될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시 형태에서, 저-비틀림 각도(low-twist angle)가 예컨대 가령 80, 70, 60 또는 50도의 정렬 각도와 함께 사용될 수 있다. 저-비틀림 배열이, 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는 매그너슨(Magnusson)의 미국 특허 출원 공개 제20060203148호에 상세히 기술되어 있다. 일부 실시 형태에서, 더 낮은 정렬 각도(심지어 대략 0도만큼 낮음)가 사용될 수 있다.
본 명세서에 개시된 바와 같은 액정 셀은 따라서 (외향으로부터 내향으로 열거되는) 가요성 유리 시트(기부 층), 전도성 층, 및 정렬 층을 포함하는 제1의 광학적으로-투명한 가요성의 다층 유리-기반 기재를 포함할 수 있다. 액정 셀은 제2의 유사한 기재를 포함할 수 있으며, 이때 간극(148)이 2개의 기재의 최내향 주 표면들 사이에 존재한다(이들 최내향 주 표면은 전형적으로 정렬 층의 내향 주 표면(151, 153)들일 것임). 간극 거리(즉, 정렬 층들의 내향 주 표면(151, 153)들 사이의 거리)는 임의의 적합한 값(흔히, 3 내지 5 μm의 범위 내)일 수 있고, 도 1에 도시된 바와 같이 간극(148) 내에 스페이서(spacer)(154)들을 포함함으로써 확립되고 유지될 수 있다.
본 명세서에서 추후에 상세히 논의되는 바와 같이, 에지 접착제(156)의 사용에 의해, 액정 셀의 에지들이 밀봉될 수 있고, 전체 조립체가 함께 유지될 수 있다. 정의상, 에지 접착제(156)는 2개의 다층 유리-기반 기재 사이의 간극(148) 내에 적어도 부분적으로 존재하고 기재들을 간극 내부로부터 함께 유지할 것이 요구된다. 이와 같이, 에지 접착제는 예컨대 액정 셀의 외부 에지들 또는 표면들 둘레에만 적용될 수 있는 바와 같은 접착제, 개스킷 또는 밀봉제와 구별될 것이다(그러나 원하는 경우 임의의 그러한 보조 개스킷 또는 밀봉제가 사용될 수 있음). 적어도 일부 실시 형태에서, 에지 접착제는 (예컨대 임의의 상당한 정도로 유동가능하지 않은 감압 접착제라기보다는) 유동성 접착제일 것이다. 일부 실시 형태에서, 에지 접착제는 광경화성 접착제, 예컨대 미국 뉴저지주 크랜버리 소재의 놀랜드 프로덕츠(Norland Products)로부터 입수가능한 놀랜드 옵티컬 어드헤시브(Norland Optical Adhesive) 68일 수 있다. 다른 적합한 에지 접착제는, 예컨대 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니(3M Company)로부터 상표명 CA8 인스턴트 어드헤시브(Instant Adhesive)로 입수가능한 제품, 또는 독일 빈다슈 소재의 델로 인더스트리얼 어드헤시브 컴퍼니(Delo Industrial Adhesive Company)로부터 상표명 델로 카티오본드(Delo Katiobond) 698로 입수가능한 제품일 수 있다.
액정 재료(158)가 층으로 간극(148) 내에 배치되어, 액정 재료의 층의 주 표면(159, 259)들이 정렬 층(150, 152)들의 주 내향 표면(151, 153)들과 각각 접촉하도록 한다. 액정 재료는, 예컨대 당업계에 잘 알려져 있는 재료로부터 선택되는 임의의 적합한 네마틱 재료일 수 있다. 해당 분야의 기술자에 의해 잘 이해되는 바와 같이, 정렬 층(150, 152)들의 내향 주 표면(151, 153)들은 액정 재료의 층의 제1 주 외향 표면(159)의 네마틱 분자들이 액정 재료의 층의 제2 주 외향 표면(259)의 네마틱 분자들에 대해 원하는 미리 결정된 각도 배향으로 정렬되게 할 것이다. (예를 들어, 이들 2개의 표면에서의 네마틱 분자들은 위에서 논의된 바와 같이 예컨대 대략 90, 80, 70, 60, 50, 또는 0도의 비틀림 각도를 나타낼 수 있다.)
액정 셀(134)에는 제어 전압이 셀에 인가될 수 있게 하는 (도 3에 도시된 바와 같은) 커넥터(132)들이 제공될 수 있다. 전도성 층(144, 146)들에의 제어 전압의 인가는 간극(148)을 가로질러 전기장을 확립할 것이며, 이는 네마틱 분자들의 배열을 변경시킬 것이다. 즉, 네마틱 액정 분자들은 적어도 대체로 전기장과 정렬되어서, 액정 재료를 통과하는 광의 편광 상태에 영향을 미치는 액정 분자들의 능력을 변화시킬 것이다. 이는 본 명세서에서 추후에 논의되는 바와 같은 편광 필터의 존재와 조합하여, 액정 셀을 포함하는 스위칭가능 셔터를 통과하는 광의 양의 제어를 허용할 수 있다.
정의상, 액정 셀(134) 및 그의 다양한 층(유리 시트(140, 142)들을 포함함)은, 적어도 액정 셀의 하나의 위치에서, (예컨대, 액정 셀이 설치되는 시력 보호용 헤드기어의 수직 축을 따라 볼 때) 30 cm 미만의 곡률 반경을 나타내도록 만곡된다. 다양한 실시 형태에서, 그러한 곡률 반경은 25, 20, 15, 또는 10 cm 미만일 수 있다. 추가의 실시 형태에서, 곡률 반경은 약 5 또는 7 cm 이상일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 곡률 반경은 액정 셀의 길이를 따라 일정할 수 있다. 다른 실시 형태에서, 곡률 반경은 변할 수 있으며; 예컨대, 곡률 반경은 셀의 각각의 측방향(측부) 단부를 향해 감소할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 하나 이상의 그러한 만곡형 액정 셀을 포함하는 하나 이상의 만곡형 스위칭가능 셔터를 포함하는 만곡형 자동 차광 필터(60)는 비교적 작은 곡률 반경을 가진 (사용자의 눈의 바로 전방의) 아치형 전방-중심 영역을 포함할 수 있고, 덜 급격히 만곡되는(예컨대, 상대적으로 더 평평한) 우측 및 좌측 측부 영역들을 포함할 수 있다. 그러한 만곡된 자동 차광 필터 및 그러한 필터를 포함하는 시력 보호용 헤드기어의 다양한 구성이 본 명세서에서 추후에 상세히 논의된다.
합동으로 만곡됨
정의상, 액정 셀(134)의 유리 시트(140, 142)들(뿐만 아니라 임의의 투명 전도성 층 및 정렬 층)은 서로에 대해 합동으로 만곡된다. 이는 액정 셀의 광학-활성 영역(액정 재료(158)를 포함하는 영역)의 길이 및 폭을 따른 모든 위치에서, 유리 시트(140, 142)들이 서로 국소적으로 평행함을 의미한다. 구체적으로, 그러한 모든 위치에서, 유리 시트들의 각자의 내향 표면(141, 143)들은 표면들의 법선 축들이 플러스 또는 마이너스 5도 내로 서로 정렬되도록 서로 국소적으로 평행할 것이다.
아치형으로 접합됨
액정 셀(134)은 아치형으로-접합된 셀이다. 이는 다층 유리-기반 제1 및 제2 기재들(각각이 전도성 층 및 정렬 층을 구비하는 유리 시트를 포함함)이 제1 및 제2 기재들이 함께 접합되기 전에 평평한 구성으로부터 합동으로 만곡된 구성(즉, 원하는 미리 결정된 곡률 반경을 가짐)으로 동시에 구부러짐(즉, 만곡됨)을 의미한다. 이는 구체적으로 제1 및 제2 기재들이 그들 사이에 에지 접착제가 배치된 상태로 합쳐지고, 기재들이 그들의 원하는 합동으로 만곡된 구성으로 동시에 구부러지며; 이어서 (기재들이 이러한 만곡된 구성으로 유지되는 동안) 에지 접착제가 경화되어 기재들을 함께 영구적으로 접합시킴을 의미한다.
본 명세서의 개시에 기초하여, 아치형으로-접합된 만곡형 액정 셀이 예를 들어 다층 유리-기반 기재들을 서로 접합시킨 다음에 접합된 기재들을 만곡된 구성으로 구부림으로써 형성되는 "평평하게-접합된" 만곡형 셀에 비해 상당한 이점을 가질 수 있음이 인식될 것이다. 즉, 사이에 있는 접착제에 의해 함께 유지되는 2개의 유리 시트(및 언급된 바와 같은 다양한 다른 층)를 포함하는 액정 셀은 2개의 외측 층 및 2개의 외측 층을 함께 접합시키는 내측 층을 포함하는 소위 샌드위치 복합체의 일반적인 범주에 속한다. 층들이 평평한 동안에 함께 접합되면, 접합된 조립체를 아치형 형상으로 구부리려는 임의의 후속 시도는 외측 층들 중 하나를 인장 상태에 놓이게 하고 다른 하나를 압축 상태에 놓이게 하는데, 이때 이들 사이의 접합 층 내에 전단력이 존재한다. 이는 접합된 조립체가 인가된 굽힘력에 저항하게 하며, 이는 예컨대 굽힘에 대한 높은 저항을 나타내는 (예컨대, 차량 또는 건축 응용을 위한 구조용 구성요소를 위한) 평평한 패널을 제조하는 경우에 매우 유리할 수 있다. 그러나, 그러한 현상은 액정 셀을 평평한 상태로 조립한 다음에 액정 셀을 액정 셀이 유지되어야 할 아치형 형상으로 구부리는 경우에 불리할 수 있다. 즉, 평평하게-접합된 액정 셀은, 아치형 형상으로 구부러질 때, 셀이 더 쉽게 손상되게 할 높은 수준의 내부 응력을 나타낼 것이다(이는 예컨대 유리 시트들 중 하나 또는 둘 모두가 셀이 낙하되거나 거칠게 취급되는 경우에 파손되고/되거나 내측 접착제로부터 박리되는 결과를 가져올 수 있음).
본 명세서에 개시된 바와 같은 아치형으로-접합된 액정 셀은 구부러질 때 각각의 유리 시트에서 개별적으로 발생할 통상적인 힘을 받을 것이지만; 아치형으로-접합된 셀은, 유리 시트들이 아치형 형상으로 구부러지는 시점에 유리 시트들이 아직 함께 접합되어 있지 않기 때문에, 전술된 인장력/압축력/전단력을 덜한 정도로 발생시킬 것이다. 따라서, 본 명세서에 기술된 바와 같은 아치형으로-접합된 만곡형 액정 셀은 유리하게는 파손, 박리 등에 대한 우수한 저항을 나타낼 수 있다.
전술된 이점이 본 명세서에 개시된 바와 같은 유리의 층을 포함하는 기재에 의존하는 액정 셀에 특히 적용가능함이 인식될 것이다. 즉, 아치형 구성으로 구부러지기에 충분한 가요성을 나타내는 유리 시트들이 현재 이용가능하지만, 이들은 여전히 예컨대 많은 플라스틱 기재보다 훨씬 더 강성이며, 따라서 전술된 차등 인장력/압축력/전단력에 더 취약하다. 따라서, 유리-기반 기재는 본 명세서에 개시된 배열의 사용으로부터 크게 이익을 얻는다.
아치형으로-접합된 만곡형 액정 셀은 하기의 예시적인 방법에 따라 생성될 수 있다. 본 명세서의 이들 및 다른 설명에서, "내향" 및 "외향" 아이템들(예컨대, 다양한 층의 표면들)이 참조된다. 본 명세서에서 앞서 언급된 바와 같이, 용어 "내향"은 액정 셀의 내부를 향한 방향을 나타내고, 용어 "외향"은 액정 셀의 내부로부터 멀어지는 방향을 나타낸다. 그러한 용어는 다양한 아이템이 실제로 액정 셀로 조립되기 전에 아이템들에 적용될 때에도 본 명세서에서 편의상 사용될 것이다.
본 명세서에 개시된 바와 같은 액정 셀을 형성하기 위해, 가요성의 광학적으로-투명한 유리 시트(140)가 도 2의 예시적인 실시 형태에 도시된 바와 같이 얻어질 수 있다. 많은 편리한 실시 형태에서, 시트는 하나의 치수가 길 수 있어, 시트가 그러한 긴 치수에 직교하는 굽힘 축을 중심으로 구부러질 수 있도록 한다. 특정 실시 형태에서, 시트는 적어도 대체로 직사각형일 수 있다. 그러한 시트는 시트의 내향 주 표면(141)의 영역의 적어도 대부분(즉, 50% 초과) 상에 침착되는 투명 전도성 층(144)을 가질 수 있다. 일부 실시 형태에서, 투명 전도성 층은 시트의 내향 주 표면 전체 위에 균일하게 침착될 수 있고; 다른 실시 형태에서, 투명 전도성 층은 예컨대 생성된 액정 셀 내에 다수의 픽셀을 제공하는 것이 요구되는 경우 일정 패턴으로 침착될 수 있다. 이어서, 정렬 층(150)이 투명 전도성 층(144)의 내향 주 표면의 적어도 대부분 상에 침착될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 예컨대 기재의 에지를 따른 단부 영역(182)을 제외하고는 투명 전도성 층(144)의 내향 주 표면의 실질적으로 전부가 정렬 층(150)에 의해 덮일 수 있으며, 이러한 단부 영역은 전도성 층(144)의 노출된 내향 표면을 포함하여 (예컨대, 도 3에 도시된 바와 같은 커넥터(132)에 의한) 그에 대한 전기 접속이 확립될 수 있게 한다.
도 2의 예시적인 실시 형태에 도시된 바와 같이, 액정 재료(158)가 임의의 적합한 코팅 또는 인쇄 방법에 의해 가요성 다층 유리-기반 기재의 정렬 층(150)의 내향 주 표면(151)의 적어도 대부분 상에 침착될 수 있다. 액정 재료는 예컨대 연속 코팅으로서 침착될 수 있거나, 또는 액정 재료는 액적들이 후속하여 합체되어 적어도 실질적으로 공극이 없는 액정 재료를 형성하는 한 액적들로서 인쇄될 수 있다. 액정 재료(158)는 기재의 최내향 주 표면(예컨대, 정렬 층의 주 표면(151))의 내부 영역(181)을 차지할 것이며, 이러한 영역은 이러한 최내향 주 표면의 적어도 대부분을 차지하고, 예컨대 이러한 영역의 60, 70, 90, 90 또는 95%만큼 많이 차지할 수 있다. 많은 실시 형태에서, 액정 재료는 에지 접착제를 위해 남겨 둔 주연부 영역(180)(예컨대, 내부 영역(181)을 원주방향으로 경계설정하는 액자 경계(picture-frame border))을 제외하고는 최내향 주 표면 전체 상에 침착될 수 있다. 그러한 경계는 기재의 각각의 말단 에지(예컨대, 좌측, 우측, 상부 및 하부 에지들)로부터 내향으로 예컨대 2, 4, 6, 8 또는 10 mm만큼 연장될 수 있다.
에지 접착제(156)가 도 2의 예시적인 실시 형태에 도시된 바와 같이 액자 경계(180) 전체를 따라 침착된다. 에지 접착제는 원하는 대로, 액정 재료가 침착되기 전에 또는 그 후에 침착될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 에지 접착제는 연속 비드(bead)로서 침착될 수 있고; 다른 실시 형태에서, 에지 접착제는 액적들이 서로 합체되어 조립된 액정 셀을 위한 밀폐 시일(hermetic seal)을 제공할 수 있는 한, 액적들로서 침착될 수 있다. (접착제 및/또는 액정 재료의 합체는 예컨대 액적들이 침착된 후에 자발적으로 일어날 수 있거나; 또는, 합체는 조립 및 접합의 수행시 2개의 기재가 함께 가압됨에 따라 발생하는 힘으로 인해 일어날 수 있다.)
접착제 액적들이 단일 행으로 침착될 수 있거나, 다수의 행으로 또는 규칙적이거나 불규칙적인 패턴으로 침착될 수 있다. 에지 접착제는, 기재들이 합쳐질 때, 에지 접착제가 그의 최종 형태에서 약 1, 2, 3, 또는 4 mm의 (액정 셀의 내향-외향 축에 수직인 방향으로의) 폭을 나타내는 스트립(strip)이도록 제공될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 에지 접착제 및 액정 재료는, 액정 셀의 최종 조립 후에, 접착제 스트립과 액정 재료의 말단 에지 사이에 빈 공간이 거의 없거나 전혀 없도록 침착될 수 있다. (다시 말하면, 침착되는 액정 재료의 양은 액정 재료가 에지 접착제에 의해 경계설정되는 영역의 적어도 실질적으로 전부를 차지하도록 계산될 수 있다.)
전술된 바와 같이 그리고 도 2의 예시적인 실시 형태에 도시된 바와 같이 액정 재료(158) 및 미경화 에지 접착제(156)를 구비하는 제1의 가요성 다층 유리-기반 기재가 전술된 것과 유사한 투명 전도성 층 및 정렬 층을 포함하는 제2의 가요성 다층 유리-기반 기재와 근접하게 될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 제2 기재는 제1 기재와 유사하거나 동일한 크기 및 형상을 가질 수 있다. 일부 실시 형태에서, 스페이서(154)들(예컨대, 균일한 직경의 세라믹, 유리, 또는 중합체 구체들)이 본 명세서에서 앞서 논의된 목적을 위해 기재들 중 하나 또는 둘 모두 상에 배치될 수 있다. 다양한 실시 형태에서, 이는 예컨대 스페이서들을 제2 기재의 정렬 층의 주 표면 상에 침착시킴으로써, 또는 스페이서들을 제1 기재 상의 적어도 액정 재료의 층 상에 침착시킴으로써 행해질 수 있다. 어느 경우든, 후술되는 바와 같이 기재들을 합칠 때, 스페이서들은 이들이 원하는 간극(148)을 확립하도록 액정 재료 내로 가라앉을 것이다.
일부 실시 형태에서, 에지 접착제는, 2개의 다층 유리-기반 기재를 합칠 때, 도 2의 예시적인 실시 형태에 도시된 바와 같이, 에지 접착제가 액정 재료에 의해 점유된 영역(181)의 외부 에지들과 (예컨대 본 명세서의 다른 곳에 기술된 바와 같은 단부 영역(182)을 제외한) 제1 및 제2 기재들의 말단 에지들 사이의 주연부 영역(180)의 실질적으로 전부를 차지하도록 배치될 수 있다. 특정 실시 형태에서, 에지 접착제는 그러한 결과를 용이하게 하기 위해, 함께 가압되어 합쳐지는 기재들의 약간의 압력 하에서 적어도 약간 확산되는 유동성 접착제일 수 있다. (따라서, 일부 실시 형태에서, 도 2에 도시된 바와 같은 에지 접착제(156)의 배열이 기재들이 합쳐질 때까지 달성되지 않을 수 있음이 인식될 것이다.)
이러한 방식으로 에지 접착제를 배치하는 것은 주연부 영역(180)에서 다층 유리-기반 기재의 노출된 대향하는 전도성 표면들이 서로 근접하거나 접촉할 가능성을 최소화시킬 수 있다. 이는 바람직하지 않은 전기적 경로(예컨대, 단락)가 주연부 영역(180)에서 확립될 어떠한 가능성도 감소시킬 수 있다. 일부 실시 형태에서, 다층 유리-기반 기재의 대향하는 전도성 표면들이 주변 영역(180)에서 서로 너무 근접하게 접근하지 않는 것을 추가로 보장하기 위해 스페이서(154)들이 에지 접착제(156) 내에 포함될 수 있다. 그러한 스페이서들은 예컨대 접착제가 기재 상에 침착되기 전에 에지 접착제(156) 내에 물리적으로 혼합될 수 있거나, 반대편 기재의 주연부 영역(180) 상에 침착되어 기재들이 합쳐질 때 스페이서들이 에지 접착제 내로 가라앉게 할 수 있다.
기재들은 임의의 적합한 방식으로 합쳐질 수 있다. 일부 실시 형태에서, 두 기재는 배기가능 챔버(evacuable chamber)(즉, 기상 물질이 챔버로부터 제거될 수 있게 하는 펌프에 연결된 진공 챔버) 내에 투입될 수 있다. 예컨대 액정 재료 및 에지 접착제를 최내향 주 표면 상에 구비하는 제1 기재는 제1 진공 고정구(예컨대, 복수의 오리피스를 구비하는 압반(platen))에 맞대어져 제1 기재의 최외향 주 표면이 제1 진공 고정구의 표면에 맞닿아 견고히 유지되도록 할 수 있다. (예컨대, 최내향 주 표면 상에 스페이서들을 지닌) 제2 기재는 제2 진공 고정구에 맞대어져 제2 기재의 최외향 주 표면이 제2 진공 고정구의 표면에 맞닿아 견고히 유지되도록 할 수 있다.
제1 및 제2 기재들이 배기가능 챔버 내에서 진공 고정구에 의해 견고히 유지된 상태에서, 배기가능 챔버가 폐쇄되고 배기될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 제1 및 제2 기재들 둘 모두는 제1 및 제2 진공 고정구들에 의해 적어도 실질적으로 평평한 구성으로 유지될 것이다. 이어서, 제1 및 제2 진공 고정구들이 서로를 향해 이동되어(이러한 용어는 진공 고정구들 중 하나 또는 둘 모두를 이동시키는 것을 포함함) 기재들을 합칠 수 있다. 이는 하나의 기재의 임의의 부분이 반드시 다른 기재의 임의의 부분과 직접 접촉하여야 함을 암시하지 않는다. 오히려, 기재들은 제1 기재의 최내향 주 표면 상에 있는 액정 재료 및 에지 접착제가 제2 기재의 최내향 주 표면과 접촉하도록 서로를 향해 이동할 것이다. 기재들은 예컨대 액정 재료 및/또는 에지 접착제가 원하는 대로 합체 및/또는 확산되게 하기 위해 이러한 방식으로 임의의 원하는 시간 동안 함께 유지될 수 있다. 이 후에, 배기가능 챔버가 개방될 수 있고, 2개의 기재(이 시점에서 에지 접착제 및 액정 재료의 액체/습윤력에 의해 함께 유지되지만, 아직 서로 접합되지 않으며, 그에 따라서 "사전-조립체(pre-assembly)"로 지칭될 것임)가 진공 고정구들로부터 해제되고 챔버로부터 제거될 수 있다.
2개의 기재와 액정 재료 및 미경화 에지 접착제를 포함하는 비접합된 사전-조립체는 이어서 원하는 아치형 형상으로 만곡될(구부러질) 수 있다. 많은 실시 형태에서, 이는 편리하게는 사전-조립체를 맨드릴(mandrel)의 만곡된 표면과 접촉시키고 사전-조립체를 맨드릴의 만곡된 표면에 정합시킴으로써 행해질 수 있다. 이는 예컨대 수동으로 또는 로봇 조작의 사용에 의해 행해질 수 있다. 이어서, 사전-조립체는 에지 접착제가 경화되는 동안 이러한 위치에서 유지될 수 있으며, 이는 접착제가 응집 강도를 갖도록 경화됨과, 또한 접착제가 접촉하는 각각의 다층 기재의 내향 표면에 대한 접합을 확립함을 의미한다.
위의 논의로부터, 많은 실시 형태에서, 에지 접착제의 적어도 일부분이 가요성 유리 시트의 표면에 직접 접합되기보다는 정렬 층 또는 투명 전도성 층의 표면에 접합될 수 있음이 인식될 것이다. 따라서, 2개의 다층 유리-기반 기재가 함께 유지되도록 경화되는 에지 접착제의 용어가 접착제가 반드시 기재의 임의의 특정 층에 접합되거나 심지어 그와 직접 접촉하여야 함을 요구하지 않음이 이해될 것이다. 오히려, 그러한 용어는 예컨대 가요성 유리 시트에의, 투명 전도성 층에의, 그리고/또는 정렬 층에의 접합을 포함하며, 이들 중 임의의 것 또는 모두는 사용되는 투명 전도성 재료 및 정렬 재료의 특정 패턴에 따라 에지 접착제에 의해 접합될 수 있다.
위의 문제를 고려하여, 에지 접착제는 선택된 정렬 층에 만족스럽게 접합될 수 있도록 선택될 수 있다. 또한, 에지 접착제가 유리 시트에 직접 접합되기보다는 정렬 층에 적어도 부분적으로 접합되는 경우에, 정렬 층과 전도성 층 사이의, 그리고 전도성 층과 유리 시트 사이의 접합이 적절하도록 주의를 기울여야 한다. 예를 들어, 많은 광-경화성 접착제가 폴리이미드 정렬 층에 잘 접합될 수 있으며; 또한, 많은 폴리이미드 정렬 층이 인듐-주석-산화물 전도성 층에 잘 접합될 수 있고, 많은 인듐-주석-산화물 전도성 층이 유리에 잘 접합될 수 있음이 밝혀졌다.
일부 실시 형태에서, 에지 접착제는 광경화성일 수 있고, 맨드릴 내에 또는 그 뒤에 위치된 하나 이상의 전자기 방사선(예컨대, UV) 소스를 통해 경화될 수 있다. 그러한 실시 형태에서, 맨드릴은 그러한 작업을 허용하기 위해 광학적으로 투명할 수 있다(예컨대, 유리 또는 석영으로 제조될 수 있음). 원한다면, 전자기 방사선이 액정 재료에 임의의 유해한 영향을 미치지 않음을 보장하기 위하여 방사선이 액정-포함 영역(181)으로 들어가는 것을 막기 위해 불투명 마스크가 제공될 수 있다(예컨대, 맨드릴 상에 또는 그 내에 일시적 또는 영구적으로 장착될 수 있음). 조사(irradiation)는 임의의 조건 하에서 그리고 에지 접착제를 경화시키기에 적합한 임의의 길이의 시간 동안 수행될 수 있다. 사전-조립체는 (예컨대, 에지 접착제의 후-경화를 허용하기 위해) 임의의 원하는 추가의 시간 동안 맨드릴 상에 유지될 수 있다.
경화가 완료된 후에, 이렇게 형성된 액정 셀은 원하는 대로 추가의 처리를 위해 맨드릴로부터 제거될 수 있다. 그러한 처리는, 예컨대 액정 셀에의 전기 접속부의 부착, 액정 셀에의 편광 필터의 부착, 다수의 액정 셀 및 편광 필터를 함께 조립하는 것 등을 포함할 수 있다.
위에 제시된 예시적인 방법에 대한 많은 변형이 가능하고 본 명세서의 개시 내에 포함됨이 인식될 것이다. 예를 들어, 에지 접착제는 제1 다층 기재 상에 배치될 수 있고, 액정 재료는 동일한 기재 상에 배치되기보다는 제2 다층 기재 상에 배치될 수 있다(또는 그 역으로). 원한다면, 스페이서들은 액정 재료를 구비하지 않는 기재 상에 침착되기보다는 액정 재료 상에 침착될 수 있다. 원한다면, 맨드릴 내에 또는 그 뒤에 위치된 소스로부터 사전-조립체를 조사하기보다는 사전-조립체 뒤에 위치된 방사선 소스를 사용함으로써 광경화성 에지 접착제가 경화될 수 있다(그러한 경우에 맨드릴은 광학적으로 투명할 필요가 없을 수 있음). 원한다면, 2개의 기재는 이들이 그러한 작업을 위해 챔버로부터 제거되기보다는 여전히 배기가능 챔버 내에 있는 동안 합동으로 만곡된 형상으로 구부러질 수 있다. 일부 실시 형태에서, 에지 접착제는 광경화성이기보다는 어떤 다른 메커니즘에 의해(예컨대, 열의 사용에 의해, 수분에의 노출에 의해, 또는 단순히 시간의 경과에 의해) 경화가능한 유형의 것일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 2개의 기재는, 적어도 하나의 기재가 다른 하나의 기재의 말단 단부를 지나 돌출되는 단부 영역(예컨대, 전술된 단부 영역(182))을 포함하여 돌출 단부 상에 존재하는 전도성 층의 노출된 표면에의 전기 접속을 용이하게 하도록 조립될 수 있다. 일부 편리한 실시 형태에서, 2개의 기재는 각각의 기재가 전도성 단부 영역(182)을 구비하는 돌출 단부를 포함하도록 서로에 대해 약간 오프셋될 수 있다.
적어도 일부 실시 형태에서, 에지 접착제는, 경화될 때, 접착제가 액정 재료(158)를 포함하는 영역(181)을 원주방향으로 경계설정하도록 주연부 영역(액자 경계)(180) 전체 주위로 연장되는 연속 스트립으로서 존재하도록 선택되고 적용될 것이다. 연속 스트립은 공기 누출을 허용할 수 있는 임의의 관통-통로가 접착제에 없음을 의미하며; 다시 말하면, 그러한 접착제 스트립은 액정 재료(158)를 포함하는 영역(181)을 위한 밀폐 시일을 제공한다.
일부 실시 형태에서, 2개의 이동가능 진공 고정구는 사용될 필요가 없다. 오히려, 하나의 다층 유리-기반 기재가 (배기가능 챔버의 바닥 상에 있든, 챔버 내의 선반 또는 플랫폼 상에 있든, 또는 챔버 내의 비-이동 진공 고정구 상에 있든 간에) 고정되어 유지될 수 있으며, 이때 다른 하나의 기재는 움직이지 않는 기재와 접촉하게 조작 및 이동된다.
일부 실시 형태에서, 2개의 기재가 (예컨대, 진공 고정구에 의해) 평평하게 유지된 상태에서 합쳐지기보다는, 대안적인 절차가 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1 기재가 적어도 대체로 평평하게 유지될 수 있고, 제2 기재가 만곡된 상태로 일시적으로 강제될 수 있다. 제2의 일시적으로-만곡된 기재의 제1 단부가 (에지 접착제 및 액정 재료가 각각의 기재의 그러한 단부에서 두 기재의 최내향 주 표면들과 접촉하도록) 제1 기재의 대응하는 제1 단부에 근접하게 될 수 있다. 이어서, 제2 기재는 (예컨대, 강성 기재에의 가요성 기재의 적층과 유사한 절차로) 제1 단부로부터 제2 단부까지 곧게 펴지게(평평해지게) 하여, 제2 기재의 곧게 펴짐이 진행됨에 따라 액정 재료 및 에지 접착제와 두 기재의 접촉선이 기재의 제1 단부로부터 제2 단부까지 전진하도록 할 수 있다. 최종 결과는 제2 기재가 그의 평평한 상태로 복귀한다는 것이며, 이때 에지 접착제 및 액정 재료는 이제 원하는 접촉 영역 전체에 걸쳐 두 기재의 최내향 주 표면들과 접촉한다. 이어서, 생성된 사전-조립체는 전술된 바와 같이 만곡된 구성으로 구부러지고 접합될 수 있다.
많은 실시 형태에서, 예컨대 도 2에서와 같이 대체로 긴, 예컨대 직사각형 형상을 포함하는 기재가 사용될 수 있다. 그러한 기재는 도 4에 도시된 일반적인 유형의 긴 만곡형 자동 차광 필터(60)의 생성에 사용될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 기재는 예컨대 원하는 대로, 가령 상이한 곡률 반경들로 둥글게 된 다양한 코너를 가질 수 있다. 특정 실시 형태에서, 아치형으로-접합된 만곡형 액정 셀은 (예컨대, 만곡형 자동 차광 "렌즈"를 포함한 고글(goggle)의 형태로) 각각의 눈을 위해 별도로 제공되는 자동 차광 필터를 생성하는 데 사용될 수 있다. 따라서, "액자 경계"와 같은 용어가 설명의 편의상 사용되며, 기재, 또는 최종 액정 셀의 형상이 엄격히 직사각형이어야 함을 요구하지 않음이 인식될 것이다.
액정 셀의 조립에 대한 배경 지식을 갖는 통상의 기술자가 다수의 검출가능 특징 및 특성 중 하나 이상에 의해 아치형으로-접합된 액정 셀을 식별할 수 있을(특히, 예컨대 평평하게-접합된 액정 셀로부터 그러한 셀을 구별할 수 있을) 것임이 본 명세서의 개시에 기초하여 인식될 것이다. 예를 들어, 본 명세서의 앞선 논의는 아치형으로-접합된 만곡형 액정 셀이, 평평하게-접합된 액정 셀에 비해, 평평한 구성을 향해 펴지는 더 낮은 경향을 나타낼 수 있음을 보여준다. 또한, 평평한 동안에 접합된 다음에 만곡된 구성으로 구부러지는 셀의 에지 접착제는 셀이 평평해진 때보다 셀이 만곡된 때 더 높은 전단 응력 하에 있을 것이며; 아치형으로-접합된 셀에 대해서는 그 반대가 적용될 것이다. 그러한 효과는, 예컨대 셀이 평평한 상태 및 만곡된 상태에 있을 때 에지 접착제의 광탄성 검사를 수행함으로써(예컨대, 편광된 광 하에서 복굴절과 같은 현상을 검사함으로써) 확인될 수 있다.
여전히 또한, 에지 접착제가 경화(경질화)되기 전에 사전-조립체가 만곡된 구성으로 구부러졌음을 보여주는 증거를 알 수 있다. 예를 들어, 미경화 접착제는 2개의 기재를 구부리는 공정 동안 액체 유동에 대한 저항을 거의 보이지 않을 것이다. 따라서, 아치형으로-만곡된 셀의 접착제 스트립들 중 일부가 굽힘 공정 동안 미경화 접착제 비드에 부여되는 차등 전단으로 인해 약간 변형된 미경화 접착제 비드의 측벽들과 일치하는 약간의 경사를 갖는 측벽들을 나타낼 것이 예상될 것이다. (가장 간단한 경우에, 아치형으로-접합된 셀의 접착제 스트립은 직사각형과 유사하기보다는 마름모꼴과 유사한 단면 형상을 나타낼 것이다.) 또한, 굽힘 축에 직교하게 배향되는 접착제 스트립(예컨대, 도 2에 도시된 기재의 긴 변 상의 비드)의 형상에 비해 굽힘 축에 평행하게 배향되는 접착제 스트립(예컨대, 도 2에 도시된 기재의 짧은 변 상의 비드)의 측벽 및/또는 단면 형상에서 차이가 관찰될 수 있을 것이 예상될 것이다. 대조적으로, 기재들이 평평한 상태에서 경화/경질화되는 에지 접착제 비드는(이때, 기재들은 경화 공정이 완료된 후에만 만곡된 구성으로 구부러짐) 기재들을 구부리는 공정 동안 접착제의 액체 유동의 임의의 그러한 증거를 나타낼 것으로 예상되지 않을 것이다.
실제로, 임의의 상업적 생산 공정에 기인하는 바와 같은 다양한 접착제 스트립이 단면 형상 및 양상에서 어느 정도의 내재적 변동을 나타낼 것임이 이해될 것이다. 그러나, 액정 셀의 조립에 익숙한 기술자는 그럼에도 불구하고 기재들이 아치형 형상으로 구부러졌을 시점에, 에지 접착제가 유동성 상태에 있는지, 또는 이미 경화되고 고화되었는지 여부를 입증하는 특징을 검출할 수 있을 것으로 예상할 것이다.
또한, 본 명세서에 개시된 바와 같은 아치형으로-접합된 만곡형 액정 셀이 안정된 만곡형 구성의 기재들(예컨대, 평평한 구성으로 평평해지는 경향을 거의 또는 전혀 나타내지 않는, 만곡 형상으로 성형되거나 융제된 유리 또는 가요성 플라스틱의 기재들)을 얻은 다음에 기재들을 이들이 그들의 안정된 만곡형 구성에 있는 동안 함께 접합시킴으로써 생성되는 만곡형 액정 셀과 구별가능할 것임이 통상의 기술자에게 명백할 것이다.
많은 실시 형태에서, 아치형으로-접합된 만곡형 액정 셀(134)은 도 3의 예시적인 실시 형태에 도시된 바와 같이 만곡형 스위칭가능 셔터(10)의 일부로서 역할할 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같은 예시적인 스위칭가능 셔터(10)는 제1 편광 필터(114), 아치형으로-접합된 만곡형 액정 셀(134), 및 제2 편광 필터(130)를 포함한다. 편광 필터는 셀(134)의 곡률과 일치하도록 합동으로 만곡될 것이다. 일부 실시 형태에서, 도 1 및 도 3에 나타내어진 바와 같이, 제1 편광 필터(114)의 내향 주 표면(115)이 제1 가요성 유리 시트(140)의 외향 주 표면(241)에 접합될 수 있다. 유사하게, 제2 편광 필터(130)의 내향 주 표면(131)이 제2 가요성 유리 시트(142)의 외향 주 표면(243)에 접합될 수 있다.
일부 실시 형태에서, 제1 및 제2 편광 필터(114, 130)들은, 도 3의 예시적인 실시 형태에 도시된 바와 같이, 제1 편광 필터(114)의 편광 방향이 제2 편광 필터(130)의 편광 방향에 대략 90°로 배향되는 실질적으로 직교하는 편광 방향들을 가질 수 있다. 이들 직교 편광 방향은 이렇게 생성된 스위칭가능 셔터(10)가 제어 전압이 셀(134)에 인가되지 않을 때 "명(light)"(예컨대, 고-투광성) 상태를 유지할 수 있게 하고 제어 전압이 셀(134)에 인가될 때 "암(dark)" 상태로 스위칭하고 이러한 암 상태를 유지할 수 있게(즉, 강력 암화(power-darkening)될 수 있게) 할 수 있다.
일부 실시 형태에서, 스위칭가능 셔터는 전술된 편광 필터들 중 하나와 제3 편광 필터 사이에 개재되는 제2의 아치형으로-접합된 만곡형 액정 셀을 포함할 수 있다. 그러한 제2 액정 셀은, 예컨대 설계 및 구성이 전술된 액정 셀과 유사할 수 있지만, 전술된 제1 및 제2 편광 필터들과 상이한 상대 배향을 갖는 2개의 편광 필터 사이에 개재될 수 있다. 예를 들어, 제2 및 제3 편광 필터들의 편광 방향들은, 예컨대 서로 실질적으로 직교하기보다는 서로 실질적으로 정렬될 수 있어, 이들은 강력-명화(power-lightening)하는 스위칭가능 셔터를 제공할 수 있게 한다.
통상의 기술자는 스위칭가능 셔터가 흔히 예컨대 임의의 적합한 방식으로 배열되고 배향되는 2개 또는 3개의 액정 셀 및 연관된 편광 필터를 포함할 수 있음을 인식할 것이다. 일부 실시 형태에서, 편광 필터는 예컨대 다양한 충돌 각도로 광을 다룰 때 이렇게 생성된 셔터의 성능을 개선하기 위해 다양한 각도로(반드시 엄격히 직교하거나 엄격히 평행하지는 않을 수 있음) 서로 배향될 수 있다. 다양한 실시 형태에서, 예컨대 본 명세서에서 앞서 논의된 바와 같이 저 비틀림 각도 배열을 용이하게 하기 위해 편광 필터의 임의의 적합한 배향이 사용될 수 있다. 스위칭가능 셔터의 다양한 예시적인 배열이, 예컨대 모두 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는 미국 특허 출원 공개 제2014/0013479호 및 제2016/0262467호와 미국 가특허 출원 제62/520,010호에 기술되어 있다.
일부 실시 형태에서, 그러한 스위칭가능 셔터는, 액정 셀, 편광 필터 등의 하나 이상의 스위칭가능 조립체를 포함하는 것에 더하여, 예컨대 고-세기 입사광으로부터 적외선(IR) 및/또는 자외선(UV) 파장 성분을 감쇠시키는 대역 통과 필터와 같은 하나 이상의 수동 구성요소를 또한 포함할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 그러한 수동 필터는 셔터(10)를 위한 가요성 정면 또는 배면 커버 시트로서 역할할 수 있는 시트의 형태를 취할 수 있다.
많은 실시 형태에서, 도 4의 예시적인 실시 형태에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 아치형으로-접합된 만곡형 액정 셀(134)을 포함하는 적어도 하나의 스위칭가능 셔터(10)가 시력 보호용 헤드기어(1) 내에 장착되고 셔터 제어 시스템(11)에 연결되어 헤드기어의 소위 자동 차광 필터(60)를 제공할 수 있다. 많은 실시 형태에서, 만곡형 스위칭가능 셔터 및 그의 만곡형 액정 셀은 그러한 목적을 위해 지지 프레임에 의해 지지될 수 있다. 따라서, 적어도 일부 실시 형태에서, 액정 셀에는 예컨대 만곡형 액정 셀에 접착식으로 접합되는 그리고 셀의 곡률 부여 또는 유지의 목적을 위해 셀에 장력을 인가하는 보조 필름(예컨대, 사전-인장된 필름(pre-tensioned film))이 제공되지 않을 것이다. 일부 실시 형태에서, 자동 차광 필터는 헤드기어로부터 설치가능하고 제거가능한 모듈 또는 카트리지로서 제공될 수 있다. 다른 실시 형태에서, 자동 차광 필터는 헤드기어 내에 영구적으로 장착될 수 있다.
다양한 예시적인 실시 형태에서, 보호용 헤드기어(1)는 예컨대 헬멧(helmet), 실드(shield), 또는 바이저(visor)(예컨대, 용접 헬멧, 실드 또는 바이저)를 포함할 수 있으며, 이때 항상 이들 범주의 보호용 헤드기어 사이에 명확한 경계가 있지는 않을 수 있음에 유의한다. 도 4의 정면-측면 사시도의 예시적인 실시 형태에 도시된 바와 같이, 보호용 헤드기어(1)는 (통상적으로 사람에 의해 착용되는 바와 같은 헤드기어(1)의 경우) 광투과성 윈도우(optically-transmissive window)(2)를 포함하는 대체로 전방측(forward-facing) 부분을 포함하는 본체를 포함할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 광투과성 윈도우(2)는 관통-개구의 형태를 취할 수 있고; 다른 실시 형태에서, 광투과성 윈도우는 그 내부에 장착되는 하나 이상의 투명한 판유리(pane)를 가질 수 있다. 자동 차광 필터(60)는 필터(60)가 윈도우(2)의 적어도 일부분과 정렬되어 필터(60)가 윈도우(2)를 통과하는 전자기 방사선(예컨대, 가시광, 자외 방사선, 적외 방사선 등)을 필터링할 수 있도록 헤드기어(1) 내에 장착된다. 즉, 자동 차광 필터(60)는 헤드기어를 착용한 사람의 눈에 도달하는 임의의 전자기 방사선이 광학적으로 필터링되도록 자동 차광 필터(60)를 먼저 통과하여야 하도록 보호용 헤드기어(1) 내에 위치된다.
자동 차광 필터를 제공하기 위해, 적어도 하나의 스위칭가능 셔터(10)는 임의의 원하는 셔터 제어 시스템(11)에 연결될 수 있다. 그러한 셔터 제어 시스템은 셔터가 임의의 원하는 불투명 상태(예컨대, 명, 암, 중간 등)로 스위칭하고/하거나 이를 유지하게 하기 위해 셔터 제어 시스템이 적어도 제어 신호를 셔터에 송신할 수 있도록 셔터(10)에 제어가능하게 연결될 것이다. 셔터 제어 시스템은 임의의 편리한 제어 신호의 사용에 의해, 예를 들어, 셔터(10)에 인가되는 전압을 변화시키는 것에 의해 셔터를 다양한 상태 사이에서 스위칭할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 보호용 헤드기어(1)는 셔터 제어 시스템(11)이 연결되는 적어도 하나의 광 센서를 포함할 수 있다. 그러한 광 센서는 헤드기어(1)의 통상적인 사용 동안에 워크뷰(workview)로부터 유래하는 광 세기를 감지할 수 있고, 이러한 광 세기를 나타내는 신호를 임의의 적합한 연결부에 의해 셔터 제어 시스템(11)에 송신한다. 일부 실시 형태에서, 셔터 제어 시스템은 미국 (371) 특허 출원 제15/543352호에 상세히 기술된 바와 같은 적어도 하나의 이미지 획득 장치를 포함할 수 있다.
셔터 제어 시스템(11)(및 일반적으로 자동 차광 필터(60) 및 시력 보호용 헤드기어(1))은 (전술된 구성요소들 중 임의의 것에 더하여) 셔터 제어 시스템 등의 기능을 완전히 수행하는 데 필요한 바와 같은 다양한 하드웨어, 전자, 소프트웨어 및/또는 펌웨어 구성요소, 집적 회로, 전원 등을 포함할 수 있다. 셔터 제어 시스템은 전용 와이어, 광섬유, 무선 연결부 등일 수 있는 임의의 적합한 연결부에 의해, 스위칭가능 셔터에 그리고 원하는 대로 다른 구성요소에 작동가능하게 연결된다. 일부 실시 형태에서, 보호용 헤드기어(1)는 일부분을 도 4에서 볼 수 있는 그리고 임의의 적합한 부착 메커니즘에 의해 보호용 헤드기어(1)에 부착될 수 있는 서스펜션(suspension)을 포함할 수 있다. 사용되는 특정 배열에 상관없이, 본 명세서에 개시된 바와 같은 자동 차광 필터가 예컨대 액정 셀을 포함하는 디스플레이와 구별되는 것이 이해될 것이다. 즉, 본 명세서에 개시된 바와 같은 자동 차광 필터는 실제 워크뷰, 또는 그러한 워크뷰의 광학적으로-필터링된 서브세트(subset)가 그를 통과하게 하도록 작동한다. 이는 예컨대 명령에 따라 광을 방출하는 디스플레이 장치와 구별되는데, 이러한 방출된 광은 워크뷰로부터 발생되지 않는다.
자동 차광 필터(60)의 적어도 광학 활성 부분(즉, 적어도 하나의 액정 셀을 포함하는 부분)은 적어도 하나의 아치형으로-접합된 만곡형 액정 셀(134)을 포함하는 것에 의해 적어도 어느 정도 만곡된다. 본 명세서에서 이전에 언급된 바와 같이, 많은 실시 형태에서, 액정 셀(들)(134), 및 생성된 스위칭가능 셔터(들)(10) 및 자동 차광 필터(60)는 수직 축을 중심으로 만곡될 수 있다. 즉, 그러한 아이템은 평면도에서 볼 때(즉, 시력 보호용 헤드기어를 착용한 사람의 머리 위에서 볼 때) 그들의 측방향 범위의 적어도 일부분을 따라 만곡될 것이다. 다양한 실시 형태에서, 자동 차광 필터는 평면도에서 볼 때 그의 측방향 범위의 적어도 20, 40, 80, 또는 본질적으로 100%를 따라 용이하게 식별가능한 곡률(예컨대, 약 20 cm 미만의 곡률 반경에 대응함)을 나타낼 수 있다. 광학적으로-투명한 가요성의 다층 유리-기반 기재의 물리적 특성 및 본 명세서에 개시된 조립 방법은, 약 10 내지 600 제곱센티미터(㎠), 더 전형적으로는 30 ㎠ 내지 250 ㎠의 광학적 활성 시야 영역과 조합되어, 예컨대 약 5 cm 내지 30 cm의 곡률 반경을 갖는 만곡형 자동 차광 필터가 제조되도록 허용할 수 있다.
흔히, 보호용 헤드기어(1)는 보호용 헤드기어가 사용자에 의해 착용될 때 자동 차광 필터(60)의 측방향 중심 영역이 사용자의 눈의 전방에 위치되도록 구성될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 자동 차광 필터(60)는 원하는 정도로 보호용 헤드기어의 좌측 및 우측 측방향 측부를 향해 주위를 적어도 부분적으로 감싸는 영역(측방향 중심 영역에 일체로 연결되고 그부터 연장됨)을 포함할 수 있다. 비교적 작은 정도의 측부-감싸기가 도 4의 예시적인 설계에 존재하지만, 임의의 양의 측부-감싸기가 원하는 대로 사용될 수 있다. 자동 차광 필터의 정면/중심 영역, 및 측부 영역은 원한다면 곡률이 상이할 수 있다.
본 명세서에 기술된 바와 같은 자동 차광 필터를 포함하는 보호용 헤드기어는 예를 들어 용접(예컨대, 아크 용접, 토치 용접, 아세틸렌 용접), 절단(예컨대, 레이저 절단, 아세틸렌 절단), 브레이징, 솔더링 등의 공업상 작업과 관련하여 사용될 수 있다. 이들은 또한 높은 세기의 광을 수반하는 의료 시술(예컨대, 레이저 수술, 제모, 문신 제거, 치과용 수지의 광-경화 등) 및 다른 용도와 관련하여 사용될 수 있다.
예시적인 실시 형태의 목록
실시 형태 1은 아치형으로-접합된 만곡형 액정 셀로서, 광학적으로-투명한 가요성의 다층 유리-기반 제1 및 제2 기재들로서, 합동으로 만곡되고, 제1 기재의 최내향 주 표면과 제2 기재의 최내향 주 표면 사이에 간극을 한정하는, 상기 제1 및 제2 기재들; 및 제1 기재와 제2 기재 사이의 간극 내에 배치되고, 제1 기재의 최내향 주 표면 및 제2 기재의 최내향 주 표면과 접촉하는 액정 재료의 만곡된 층을 포함하고, 제1 및 제2 기재들은 제1 기재와 제2 기재 사이의 간극 내에 배치되고 제1 및 제2 기재들이 합동으로 만곡된 구성으로 구부러진 후에 경화되는 에지 접착제에 의해 함께 유지되어, 액정 셀이 아치형으로-접합된 만곡형 액정 셀이 되게 하는, 아치형으로-접합된 만곡형 액정 셀이다.
실시 형태 2는 실시 형태 1의 아치형으로-접합된 만곡형 액정 셀로서, 제1 및 제2 기재들 각각은 기재의 가요성 유리 시트의 내향 주 표면의 적어도 대부분 상에 배치되는 투명 전도성 층을 포함하는, 아치형으로-접합된 만곡형 액정 셀이다.
실시 형태 3은 실시 형태 2의 아치형으로-접합된 만곡형 액정 셀로서, 제1 및 제2 기재들 각각은 기재의 투명 전도성 층의 내향 주 표면의 적어도 대부분 상에 배치되는 정렬 층을 포함하고, 정렬 층들 각각은 기재의 최내향 주 표면을 제공하고 액정 재료의 외향 주 표면과 접촉하는 내향 주 표면을 포함하는, 아치형으로-접합된 만곡형 액정 셀이다.
실시 형태 4는 실시 형태 3의 아치형으로-접합된 만곡형 액정 셀로서, 에지 접착제는, 기재들의 액자 경계 전체를 따라 연장되고, 액정 재료를 수용하는 간극의 내부 영역을 완전히 원주방향으로 경계설정하는 연속 스트립으로서 존재하는, 아치형으로-접합된 만곡형 액정 셀이다.
실시 형태 5는 실시 형태 4의 아치형으로-접합된 만곡형 액정 셀로서, 에지 접착제의 스트립을 따른 적어도 일부 위치들에서, 에지 접착제는 제1 정렬 층의 내향 주 표면 및 제2 정렬 층의 내향 주 표면과 접촉하고 그에 접합되는, 아치형으로-접합된 만곡형 액정 셀이다.
실시 형태 6은 실시 형태 3 내지 실시 형태 5 중 어느 한 실시 형태의 아치형으로-접합된 만곡형 액정 셀로서, 에지 접착제는 접착제의 경화 후에 연속 접착제 스트립을 제공하도록 연속 비드로 합체되는 액적들의 형태로, 제1 기재 또는 제2 기재의최내향 주 표면 상에 침착된 합체형 접착제인, 아치형으로-접합된 만곡형 액정 셀이다.
실시 형태 7은 실시 형태 1 내지 실시 형태 6 중 어느 한 실시 형태의 아치형으로-접합된 만곡형 액정 셀로서, 아치형으로-접합된 만곡형 액정 셀은 액정 재료의 만곡된 층의 길이 및 폭 전체에 걸쳐 랜덤으로 분포된 다수의 별개의 스페이서들을 포함하는, 아치형으로-접합된 만곡형 액정 셀이다.
실시 형태 8은 만곡형 스위칭가능 필터로서, 제1 편광 방향을 갖는 만곡형 제1 편광 필터; 제1 편광 방향과 동일하거나 상이할 수 있는 제2 편광 방향을 갖는 만곡형 제2 편광 필터; 및 제1 편광 필터와 제2 편광 필터 사이에 개재되는 실시 형태 1 내지 실시 형태 7 중 어느 한 실시 형태의 아치형으로-접합된 만곡형 액정 셀을 포함하고, 만곡형 스위칭가능 필터는 적어도 암 상태와 명 상태 사이에서 스위칭될 수 있는, 만곡형 스위칭가능 필터이다.
실시 형태 9는 만곡형 자동 차광 필터로서, 실시 형태 8의 적어도 하나의 만곡형 스위칭가능 셔터; 및 스위칭가능 셔터에 제어가능하게 연결되는 셔터 제어 시스템을 포함하는, 만곡형 자동 차광 필터이다.
실시 형태 10은 시력 보호용 헤드기어로서, 시력 보호용 헤드기어의 광투과성 윈도우 내에 장착되는 실시 형태 9의 만곡형 자동 차광 필터를 포함하는, 시력 보호용 헤드기어이다.
실시 형태 11은 아치형으로-접합된 만곡형 액정 셀의 제조 방법으로서, 광학적으로-투명한 가요성의 다층 유리-기반 제1 기재의 최내향 주 표면의 액자 경계를 따라 에지 접착제를 침착시키는 단계; 광학적으로-투명한 가요성의 다층 유리-기반 제1 기재의 최내향 주 표면의 내부 영역 상에 또는 광학적으로-투명한 가요성의 다층 유리-기반 제2 기재의 최내향 주 표면의 내부 영역 상에 액정 재료를 침착시키는 단계; 이어서, 에지 접착제가 제1 기재의 최내향 주 표면 및 제2 기재의 최내향 주 표면과 접촉하도록 제1 및 제2 기재들을 합치는 단계; 이어서, 제1 기재와 제2 기재를 합동으로 만곡된 구성으로 동시에 구부리는 단계; 이어서, 제1 기재 및 제2 기재가 합동으로 만곡된 구성으로 유지되는 동안 에지 접착제를 경화시켜 아치형으로-접합된 만곡형 액정 셀을 생성하는 단계
를 포함하는, 방법이다.
실시 형태 12는 실시 형태 11의 방법으로서, 제1 기재 및 제2 기재는 임시 유지 고정구에 의해 합동으로 만곡된 구성으로 유지되고, 에지 접착제가 경화된 후에, 아치형으로-접합된 만곡형 액정 셀은 임시 유지 고정구로부터 해제되는, 방법이다.
실시 형태 13은 실시 형태 11 또는 실시 형태 12의 방법으로서, 제1 및 제2 기재들이 합쳐진 후에, 액정 재료를 수용하는 내부 영역은 에지 접착제에 의해 완전히 원주방향으로 경계설정되는, 방법이다.
실시 형태 14는 실시 형태 11 내지 실시 형태 13 중 어느 한 실시 형태의 방법으로서, 에지 접착제는 액적들의 형태로 제1 기재의 최내향 주 표면의 액자 경계를 따라 침착되고, 액적들은 주 표면 상에 침착된 후에 서로 합체되어, 접착제를 경화시킨 후에 연속 접착제 스트립을 제공하는 연속 비드를 형성하는, 방법이다.
실시 형태 15는 실시 형태 11 내지 실시 형태 14 중 어느 한 실시 형태의 방법으로서, 에지 접착제는 광경화성 접착제인, 방법이다.
실시 형태 16은 실시 형태 11 내지 실시 형태 15 중 어느 한 실시 형태의 방법으로서, 제1 및 제2 기재들은 맨드릴의 만곡 표면에 맞대어져 가압됨으로써 합동으로 만곡된 구성으로 동시에 구부러지는, 방법이다.
실시 형태 17은 실시 형태 16의 방법으로서, 에지 접착제는 광경화성 접착제이고, 제1 및 제2 기재들이 맞대어져 가압되는 만곡 표면으로부터 맨드릴의 반대편에 위치되는 전자기 방사선의 소스가 활성화되어 에지 접착제를 맨드릴의 투명 부분을 통해 광경화시키는, 방법이다.
실시 형태 18은 실시 형태 17의 방법으로서, 맨드릴의 미리 결정된 영역이 전자기 방사선이 통과하지 않도록 광학적으로 마스킹되고, 제1 및 제2 기재들은 액정 재료가 전자기 방사선의 소스로부터 가려지도록 맨드릴의 광학적으로 마스킹된 영역에 대해 위치되는, 방법이다.
실시 형태 19는 실시 형태 11 내지 실시 형태 18 중 어느 한 실시 형태의 방법으로서, 제1 기재의 최내향 주 표면 상에 에지 접착제를 침착시키는 단계는 제1 기재가 평평한 구성으로 유지된 상태에서 행해지고, 제1 기재 또는 제2 기재의 최내향 주 표면 상에 액정 재료를 침착시키는 단계는 액정 재료가 침착되는 기재가 평평한 구성으로 유지된 상태에서 행해지는, 방법이다.
실시 형태 20은 실시 형태 11 내지 실시 형태 19 중 어느 한 실시 형태의 방법으로서, 에지 접착제가 제1 기재의 최내향 주 표면 및 제2 기재의 최내향 주 표면과 접촉하도록 제1 및 제2 기재들을 합치는 단계는, 1 및 제2 기재들을 배기가능 챔버 내에 배치하는 단계; 배기가능 챔버 내의 제1 진공 고정구에 의해 제1 기재를 평평한 구성으로 유지시키는 단계; 배기가능 챔버 내의 제2 진공 고정구에 의해 제2 기재를 평평한 구성으로 유지시키는 단계; 배기가능 챔버를 폐쇄하고 배기가능 챔버의 기상 내용물을 배기시키는 단계; 이어서, 배기가능 챔버가 배기된 상태로 유지되는 동안 그리고 제1 및 제2 기재들이 평평한 구성으로 각각 유지되는 동안, 에지 접착제가 제1 기재의 최내향 주 표면 및 제2 기재의 최내향 주 표면과 접촉하도록 제1 및 제2 기재를 합치기 위해 제1 및 제2 진공 고정구들을 서로를 향해 이동시키는 단계
에 의해 행해지는, 방법이다.
실시 형태 21은 실시 형태 11의 방법으로서, 에지 접착제가 제1 기재의 최내향 주 표면 및 제2 기재의 최내향 주 표면과 접촉하도록 제1 및 제2 기재들을 합치는 단계는, 기재들 중 하나를 평평한 상태로 유지시키는 단계; 다른 기재를 만곡 상태로 일시적으로 강제하는 단계; 일시적으로-만곡된 기재의 제1 단부 영역을 평평한 기재의 제1 단부 영역에 근접시키는 단계; 이어서 일시적으로-만곡된 기재가 그의 일시적으로-만곡된 상태로부터 평평한 상태를 향해 다시 평평해지게 하는 단계에 의해 행해지고, 평평해지게 하는 공정은 일시적으로-만곡된 기재의 제1 단부로부터 일시적으로-만곡된 기재의 제2 단부로 진행하여, 평평해지게 하는 공정이 일시적으로-만곡된 기재의 제1 단부로부터 일시적으로-만곡된 기재의 제2 단부로 진행함에 따라 일시적으로-만곡된 기재의 나머지 영역이 평평한 기재의 나머지 영역과 근접하도록 하는, 방법이다.
실시 형태 22는 실시 형태 11 내지 실시 형태 21 중 어느 한 실시 형태의 방법으로서, 방법은 아치형으로-접합된 만곡형 액정 셀을 제1 편광 방향을 갖는 제1 만곡형 편광 필터와 제1 편광 방향과 동일하거나 상이할 수 있는 제2 편광 방향을 갖는 제2 만곡형 편광 필터 사이에 개재시켜 적어도 암 상태와 명 상태 사이에서 스위칭될 수 있는 만곡형 스위칭가능 필터를 생성하는 단계를 추가로 포함하는, 방법이다.
실시 형태 23은 실시 형태 22의 방법으로서, 만곡형 스위칭가능 필터에 셔터 제어 시스템을 연결하여 자동 차광 필터를 형성하는 단계를 추가로 포함하는, 방법이다. 실시 형태 24는 실시 형태 23의 방법으로서, 자동 차광 필터를 시력 보호용 헤드기어 내에 설치하는 단계를 추가로 포함하는, 방법이다.
실시예
아치형으로-접합된 만곡된 액정 셀을 하기의 방식으로 제조하였다.
미국 특허 출원 공개 제2014/0168546호에 기술된 일반적인 유형의 가요성 유리 시트를 얻었다. 각각의 유리 시트는 대략 0.1 mm 두께였고, 대략 80 × 140 mm의 크기를 갖는 직사각형 형상을 가졌다. 각각의 유리 시트는 유리 시트의 (액정 셀의 조립시 "내향" 면이 될) 일 면의 하나의 주 표면 전체 상에 ITO(인듐 주석 산화물)의 연속적인 투명 전도성 코팅을 가졌다.
2개의 그러한 유리 시트를 구매가능한 폴리이미드 정렬 재료의 얇은 층으로 각각 코팅하였다. 폴리이미드 정렬 재료를 각각의 시트의 "내향"(ITO-구비 면) 상에 잉크-제팅(ink-jetting)에 의해 코팅하였다. 폴리이미드 정렬 재료를, 작은 단부 영역(시트의 짧은 에지로부터 대략 2 mm의 거리만큼 내향으로 연장됨)을 제외하고는, ITO-구비 주 표면 전체 상에 코팅하여서, 이러한 단부 영역을 ITO가 노출된 상태로 남도록 하였다. 폴리이미드 정렬 재료를 대략 230℃의 범위 내의 온도의 핫플레이트(hotplate) 상에서 경화시켜, 폴리이미드 정렬 재료의 연속 층을 제공하였다. 이어서, 각각의 유리 시트의 폴리이미드 정렬 재료의 노출된 표면을 회전 펠트(felt) 천을 사용하여 표면을 규정된 방향으로 브러싱하는 기계적 러빙 공정에 의해 정렬시켰다. 제1 유리 시트의 정렬 재료를 제1 방향으로 정렬시켰고, 제2 유리 시트의 정렬 재료를 제1 방향으로부터 대략 80도만큼 떨어져 배향되는 제2 방향으로 정렬시켰다.
구매가능한 유동성의 광경화성(UV 경화성) 에지 접착제를 제팅 공정에 의해 전술된 유리 시트들 중 제1 유리 시트에 적용하였다. 에지 접착제를 유리 시트의 말단 에지로부터 약간 내향으로 원하는 거리에 위치된 긴 비드로서, 시트의 내향(ITO/폴리이미드-구비) 면에 적용하였다. 구체적으로, 비드를 유리 시트의 에지들 중 3개로부터 내향으로 대략 1.5 mm에, 그리고 제4 에지(전기 커넥터를 부착하기 위해 사용될, ITO가 노출된 단부 영역을 포함하는 에지)로부터 내향으로 대략 3.5 mm에 위치시켰다.
시트의 내향 주 표면의 내부 영역(즉, 에지 접착제의 비드에 의해 원주방향으로 경계설정되는 영역)을 잉크-제팅에 의해 액정 재료로 코팅하였다. 액정 재료는 구매가능한 네마틱 재료였다.
이러한 제1 유리 시트를 내향 면(에지 접착제 및 액정 재료를 구비하는 면)이 상향을 향하는 상태로 진공 챔버의 저부 부근의 수평 표면 상에 위치시켰다.
제2 유리 시트의 내향(ITO/폴리이미드-구비) 면에 에어 브러시(air brush)를 사용하여 4 μm 직경의 스페이서 비드를 분무하였다. 스페이서 비드들을 제1 유리 시트 상에 제공된 에지 접착제와 접촉하도록 의도되는 영역을 포함한 이러한 제2 유리 시트의 전체 표면에 걸쳐 침착시켰다. 제2 유리 시트를, 진공 챔버 내에서 제1 유리 시트 위에 위치된 이동가능/회전가능 진공 고정구(진공 테이블)의 수평 상향측 표면 상에, 내향 면을 위로 하여 위치시켰다. 제2 유리 시트가 진공 테이블에 의해 견고히 유지되도록 진공을 진공 테이블에 인가하였고, 그 후에 제2 유리 시트가 제2 유리 시트의 내향 면이 제1 유리 시트 위에서 아래로 향하는 상태로 뒤집히도록 진공 테이블을 회전시켰다. (스페이서 비드들을 정전기력에 의해 제2 유리 시트의 내향 표면에 적절히 유지시켰다.) 2개의 유리 시트를 시트들의 짧은 에지들 각각에서, 유리 시트들의 말단 에지들 사이에 대략 2 mm 오프셋이 존재하도록 위치시켰다(서로에 대해 수평으로 변위시켰음). 이들 작업 동안 유리 시트들 둘 모두를 평평하게 유지시켰다.
진공 챔버를 폐쇄하였고, 공기를 배기시켰다. 진공을 유지하면서, 제2 유리 시트를 유지시키는 진공 테이블을 2개의 유리 시트가 서로 접근하고 함께 약간 가압될 때까지 부드럽게 하강시켰다. 이어서, 진공 챔버를 통기시키고 개방시켰다. 진공 테이블에 제2 유리 시트를 유지시키는 진공을 해제시켰고, 그 후에 진공 테이블을 상향으로 이동시켜 유리 시트를 제거하였다.
2개의 유리 시트 및 그 상의 다양한 층과 재료의 생성된 평평한 "사전-조립체"를 챔버로부터 제거하였다. 2개의 유리 시트를 함께 약간 가압시키는 것은, 에지 시일 재료(앞서 적어도 몇몇 개별 도트들을 여전히 나타냈음)가 합체되고 확산되어 각각의 유리 시트의 전체 주연부 둘레에서 연장되는(다만, 각각의 유리 시트의 하나의 짧은 단부에 노출된 ITO의 전술된 단부 영역을 남김), 대략 2 내지 3 mm의 폭을 갖는 접착제의 연속 스트라이프를 형성하였다. 접착제 스트라이프에 의해 경계설정되는 직사각형의 내부 영역은 액정 혼합물의 대략 4 μm 두께의 층을 포함하였다. (에지 접착제보다 더 낮은 점도의 것인 액정 재료는 유리 시트들이 합쳐지기 전에 대부분 합체되어 연속 층을 형성하였으며; 유리 시트들을 함께 약간 가압시키는 것은 액정 재료가 완전히 합체되는 것을 보장하였다). 액정 재료가 접착제 스트라이프의 내부 에지까지 근접하게 이러한 내부 영역 전체를 실질적으로 충전하도록 (액정 재료가 차지할 내부 영역의 크기와 조합하여, 스페이서 비드들에 의해 확립될 간극의 4 μm 폭에 기초하여) 액정 재료의 양을 계산하였다.
이어서, 사전-조립체를 투명 석영으로 제조된 반-원통 맨드릴의 만곡 부분의 외측 표면 상에서 주의하여 수동으로 구부렸다. 가요성 압축 밴드(사전-조립체 전체를 덮었음)를 사전-조립체 위에 꼭 맞게 끼워맞추어 사전-조립체를 맨드릴의 만곡 표면 상에서 제 위치에 유지시켰다. 이어서, 석영 반-원통 내에 위치된 LED 소스로부터 방출된 UV 광으로 접착제를 조명함으로써 에지 접착제를 경화시켰다. (이러한 LED 소스가 사용되는 상태에서 액정 재료의 마스킹은 필요하지 않았다.) 에지 접착제의 경화 후에, 압축 밴드를 해제시켰고, 이렇게 생성된 아치형으로-접합된 만곡형 액정 셀을 석영 반-원통으로부터 제거할 수 있었다.
언급된 바와 같이, 각각의 유리 시트가 그의 짧은 에지를 따라 돌출 단부를 포함하도록 유리 시트들을 서로로부터 오프셋(수평으로 변위)시켰으며, 이때 노출된 단부 영역은 접근가능한 전도성 ITO를 구비하였다. 액정 셀을 작동시키기 위한 전기 접속부들을 확립하기 위해 (액정 셀의 대향 단부들에서) 시트 커넥터들을 각각의 유리 시트의 ITO 층에 부착하였다.
이어서, 다른 층, 구성요소 등을 아치형으로-접합된 만곡형 액정 셀에 추가하여 스위칭가능 셔터를 형성할 수 있었다. 예를 들어, 편광 필터를 유리 시트들의 노출된 외향 주 표면들 중 하나 또는 둘 모두에, 예컨대 광학적으로-투명한 감압 접착제로 접합시킬 수 있었다.
본 명세서에 개시된 특정 예시적인 요소, 구조, 특징, 상세 사항, 구성 등이 다수의 실시 형태에서 수정 및/또는 조합될 수 있음이 당업자에게 명백할 것이다. 모든 그러한 변형과 조합은 단지 예시적인 실례로서의 역할을 하도록 선택된 그러한 대표적인 설계가 아닌 고안된 발명의 범위 내에 있는 것으로 본 발명자에 의해 고려된다. 따라서, 본 발명의 범주는 본 명세서에 기술된 특정 예시적인 구조로 제한되어야 하는 것이 아니라, 오히려 적어도 청구범위의 언어에 의해 기술된 구조 및 그러한 구조의 등가물로 확장된다. 본 명세서에 대안으로서 분명하게 언급된 임의의 요소는, 원하는 대로 임의의 조합으로, 명시적으로 청구범위에 포함될 수 있거나 청구범위로부터 배제될 수 있다. 본 명세서에 개방형 언어(예컨대, 포함하다 및 그의 파생어)로 언급된 임의의 요소 또는 요소들의 조합은 폐쇄형 언어(예컨대, 구성되다 및 그의 파생어) 및 부분적 폐쇄형 언어(예컨대, 본질적으로 구성되다 및 그의 파생어)로 추가적으로 언급되는 것으로 고려된다. 기재된 바와 같은 본 명세서와 본 명세서에 참고로 포함되는 임의의 문헌의 개시 내용 사이에 임의의 상충 또는 불일치가 있는 경우에는, 기재된 바와 같은 본 명세서가 우선할 것이다.

Claims (23)

  1. 아치형으로-접합된 만곡형 액정 셀(curved, arcuately-bonded liquid-crystal cell)로서,
    광학적으로-투명한 가요성의 다층 유리-기반 제1 및 제2 기재(glass-based substrate)들로서, 합동으로(congruently) 만곡되고, 상기 제1 기재의 최내향 주 표면과 상기 제2 기재의 최내향 주 표면 사이에 간극을 한정하는, 상기 제1 및 제2 기재들; 및
    상기 제1 기재와 상기 제2 기재 사이의 상기 간극 내에 배치되고, 상기 제1 기재의 최내향 주 표면 및 상기 제2 기재의 최내향 주 표면과 접촉하는 액정 재료의 만곡된 층
    을 포함하고,
    상기 제1 및 제2 기재들은 상기 제1 기재와 상기 제2 기재 사이의 상기 간극 내에 배치되고 상기 제1 및 제2 기재들이 합동으로 만곡된 구성으로 구부러진 후에 경화되는 에지(edge) 접착제에 의해 함께 유지되어, 상기 액정 셀이 아치형으로-접합된 만곡형 액정 셀이 되게 하는, 아치형으로-접합된 만곡형 액정 셀.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 기재들 각각은 상기 기재의 가요성 유리 시트의 내향 주 표면의 적어도 대부분 상에 배치되는 투명 전도성 층을 포함하는, 아치형으로-접합된 만곡형 액정 셀.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 및 제2 기재들 각각은 상기 기재의 투명 전도성 층의 내향 주 표면의 적어도 대부분 상에 배치되는 정렬 층을 포함하고, 상기 정렬 층들 각각은 상기 기재의 최내향 주 표면을 제공하고 상기 액정 재료의 외향 주 표면과 접촉하는 내향 주 표면을 포함하는, 아치형으로-접합된 만곡형 액정 셀.
  4. 제3항에 있어서, 상기 에지 접착제는, 상기 기재들의 액자 경계(picture-frame border) 전체를 따라 연장되고, 상기 액정 재료를 수용하는 상기 간극의 내부 영역을 완전히 원주방향으로 경계설정하는 연속 스트립(strip)으로서 존재하는, 아치형으로-접합된 만곡형 액정 셀.
  5. 제4항에 있어서, 상기 에지 접착제의 스트립을 따른 적어도 일부 위치들에서, 상기 에지 접착제는 상기 제1 정렬 층의 내향 주 표면 및 상기 제2 정렬 층의 내향 주 표면과 접촉하고 그에 접합되는, 아치형으로-접합된 만곡형 액정 셀.
  6. 제3항에 있어서, 상기 에지 접착제는 상기 접착제의 경화 후에 상기 연속 접착제 스트립을 제공하도록 연속 비드(bead)로 합체되는 액적들의 형태로, 상기 제1 기재 또는 상기 제2 기재의 최내향 주 표면 상에 침착된 합체형 접착제인, 아치형으로-접합된 만곡형 액정 셀.
  7. 제1항에 있어서, 상기 아치형으로-접합된 만곡형 액정 셀은 상기 액정 재료의 만곡된 층의 길이 및 폭 전체에 걸쳐 랜덤으로 분포된 다수의 별개의 스페이서(spacer)들을 포함하는, 아치형으로-접합된 만곡형 액정 셀.
  8. 만곡형 스위칭가능 필터(switchable filter)로서,
    제1 편광 방향을 갖는 만곡형 제1 편광 필터;
    상기 제1 편광 방향과 동일하거나 상이할 수 있는 제2 편광 방향을 갖는 만곡형 제2 편광 필터; 및
    상기 제1 편광 필터와 상기 제2 편광 필터 사이에 개재되는 제1항의 아치형으로-접합된 만곡형 액정 셀
    을 포함하고,
    상기 만곡형 스위칭가능 필터는 적어도 암(dark) 상태와 명(light) 상태 사이에서 스위칭될 수 있는, 만곡형 스위칭가능 필터.
  9. 만곡형 자동 차광 필터(automatic darkening filter)로서,
    제8항의 적어도 하나의 만곡형 스위칭가능 셔터(shutter); 및
    상기 스위칭가능 셔터에 제어가능하게 연결되는 셔터 제어 시스템
    을 포함하는, 만곡형 자동 차광 필터.
  10. 시력 보호용 헤드기어(vision-protective headgear)로서,
    상기 시력 보호용 헤드기어의 광투과성 윈도우(optically transmissive window) 내에 장착되는 제9항의 만곡형 자동 차광 필터
    를 포함하는, 시력 보호용 헤드기어.
  11. 아치형으로-접합된 만곡형 액정 셀의 제조 방법으로서,
    광학적으로-투명한 가요성의 다층 유리-기반 제1 기재의 최내향 주 표면의 액자 경계를 따라 에지 접착제를 침착시키는 단계;
    상기 광학적으로-투명한 가요성의 다층 유리-기반 제1 기재의 최내향 주 표면의 내부 영역 상에 또는 광학적으로-투명한 가요성의 다층 유리-기반 제2 기재의 최내향 주 표면의 내부 영역 상에 액정 재료를 침착시키는 단계; 이어서,
    상기 에지 접착제가 상기 제1 기재의 최내향 주 표면 및 상기 제2 기재의 최내향 주 표면과 접촉하도록 상기 제1 및 제2 기재들을 합치는 단계; 이어서,
    상기 제1 기재와 상기 제2 기재를 합동으로 만곡된 구성으로 동시에 구부리는 단계; 이어서,
    상기 제1 기재 및 상기 제2 기재가 합동으로 만곡된 구성으로 유지되는 동안 상기 에지 접착제를 경화시켜 아치형으로-접합된 만곡형 액정 셀을 생성하는 단계
    를 포함하는, 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제1 기재 및 상기 제2 기재는 임시 유지 고정구에 의해 합동으로 만곡된 구성으로 유지되고, 상기 에지 접착제가 경화된 후에, 상기 아치형으로-접합된 만곡형 액정 셀은 상기 임시 유지 고정구로부터 해제되는, 제조 방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 제1 및 제2 기재들이 합쳐진 후에, 상기 액정 재료를 수용하는 상기 내부 영역은 상기 에지 접착제에 의해 완전히 원주방향으로 경계설정되는, 제조 방법.
  14. 제11항에 있어서, 상기 에지 접착제는 액적들의 형태로 상기 제1 기재의 최내향 주 표면의 액자 경계를 따라 침착되고, 상기 액적들은 상기 주 표면 상에 침착된 후에 서로 합체되어, 상기 접착제를 경화시킨 후에 연속 접착제 스트립을 제공하는 연속 비드를 형성하는, 제조 방법.
  15. 제11항에 있어서, 상기 에지 접착제는 광경화성 접착제인, 제조 방법.
  16. 제11항에 있어서, 상기 제1 및 제2 기재들은 맨드릴(mandrel)의 만곡 표면에 맞대어져 가압됨으로써 상기 합동으로 만곡된 구성으로 동시에 구부러지는, 제조 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 에지 접착제는 광경화성 접착제이고, 상기 제1 및 제2 기재들이 맞대어져 가압되는 상기 만곡 표면으로부터 상기 맨드릴의 반대편에 위치되는 전자기 방사선의 소스가 활성화되어 상기 에지 접착제를 상기 맨드릴의 투명 부분을 통해 광경화시키는, 제조 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 맨드릴의 미리 결정된 영역은 전자기 방사선이 통과하지 않도록 광학적으로 마스킹되고, 상기 제1 및 제2 기재들은 상기 액정 재료가 상기 전자기 방사선의 소스로부터 가려지도록 상기 맨드릴의 광학적으로 마스킹된 영역에 대해 위치되는, 제조 방법.
  19. 제11항에 있어서,
    상기 제1 기재의 최내향 주 표면 상에 상기 에지 접착제를 침착시키는 단계는 상기 제1 기재가 평평한 구성으로 유지된 상태에서 행해지고,
    상기 제1 기재 또는 상기 제2 기재의 최내향 주 표면 상에 상기 액정 재료를 침착시키는 단계는 상기 액정 재료가 침착되는 상기 기재가 평평한 구성으로 유지된 상태에서 행해지는, 제조 방법.
  20. 제11항에 있어서, 상기 에지 접착제가 상기 제1 기재의 최내향 주 표면 및 상기 제2 기재의 최내향 주 표면과 접촉하도록 상기 제1 및 제2 기재들을 합치는 단계는,
    상기 제1 및 제2 기재들을 배기가능 챔버 내에 배치하는 단계;
    상기 배기가능 챔버 내의 제1 고정구에 의해 상기 제1 기재를 평평한 구성으로 유지시키는 단계;
    상기 배기가능 챔버 내의 제2 고정구에 의해 상기 제2 기재를 평평한 구성으로 유지시키는 단계;
    상기 배기가능 챔버를 폐쇄하고 상기 배기가능 챔버의 기상 내용물을 배기시키는 단계;
    이어서, 상기 배기가능 챔버가 배기된 상태로 유지되는 동안 그리고 상기 제1 및 제2 기재들이 평평한 구성으로 각각 유지되는 동안, 상기 에지 접착제가 상기 제1 기재의 최내향 주 표면 및 상기 제2 기재의 최내향 주 표면과 접촉하도록 상기 제1 및 제2 기재를 합치기 위해 상기 제1 및 제2 고정구들을 서로를 향해 이동시키는 단계
    에 의해 행해지는, 제조 방법.
  21. 제11항에 있어서, 상기 방법은 상기 아치형으로-접합된 만곡형 액정 셀을 제1 편광 방향을 갖는 제1 만곡형 편광 필터와 상기 제1 편광 방향과 동일하거나 상이할 수 있는 제2 편광 방향을 갖는 제2 만곡형 편광 필터 사이에 개재시켜 적어도 암 상태와 명 상태 사이에서 스위칭될 수 있는 만곡형 스위칭가능 필터를 생성하는 단계를 추가로 포함하는, 제조 방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 만곡형 스위칭가능 필터에 셔터 제어 시스템을 연결하여 자동 차광 필터를 형성하는 단계를 추가로 포함하는, 제조 방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기 자동 차광 필터를 시력 보호용 헤드기어 내에 설치하는 단계를 추가로 포함하는, 제조 방법.
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