KR20200048625A - 소형 액정 조리개용 액정 소재 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은, 소형화가 가능한 액정 조리개의 광 투과율을 높일 수 있는 액정 소재를 제공하고자 하는 것이다.
또한, 본 발명은 상기 액정을 전자식 조리개로 제작하기 위해 액정을 조리개 모듈에 주입하고 실링하는 액정 조리개 모듈 제조 공정을 양산 가능하도록 설계하고자 한다.
상기 목적에 따라 본 발명은 액정조성물로서, 고분자 계열의 액정과 모노머 계열의 액정을 소정 비율로 혼합하고 가열하여 투과율을 높인 액정조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은, 전자식 조리개를 만들기 위해, 조리개 형태의 단계적 구경을 형성할 수 있는 동심고리형상의 투명전극을 형성한 투명기판에 마이크로 스페이서를 배열한 후, 진공 챔버에 넣어 상기 투명기판에 고투과율 액정 조성물을 디스펜싱하고, 투명기판의 가장자리에 엔드 실(end seal)을 도포한 후, 커버용 투명기판을 덮어 실링하는 제조방법을 제공한다.

Description

소형 액정 조리개용 액정 소재 및 그 제조방법{Liquid Crystal Composition for Small Liquid crystal Camera Aperture and manufacturing method thereof}

본 발명은 모바일 기기와 같이 소형 기기에 장착되는 소형 카메라용 전자식 액정 조리개에 관한 것이다.

스마트폰과 같은 모바일기기에 탑재되는 카메라는 소형이라야 하기 때문에 조리개를 적용하지 못하고 있다. 기계식 조리개는 소형화에 한계가 있기 때문이다. 최근 스마트폰 카메라 성능은 점점 더 향상되고 있고, 스마트폰 선택에 영향을 미치는 주요 요인으로 작용하기도 하며, 디지탈 카메라와 성능이 대비되기도 한다. 스마트폰 카메라에도 조리개가 적용된다면 밝은 옥외에서의 CMOS 이미지 센서의 포화상태를 방지할 수 있어 높은 조도하에서도 양질의 이미지를 얻을 수 있어 소형화가 가능한 액정 조리개의 상용화를 고려할 필요가 있다.

최근 LCD 기술을 이용한 광 셔터나 광 투과율 조절수단이 제시되고 있지만 LCD에 적용되는 편광판으로 인하여 광 투과율이 낮아지고 편광된 빛의 입사 시 편광판에 의해 화질이 손상되는 문제가 있어 상품성이 낮다.

공개특허 10-2015-0067688는 액정을 이용한 전자식 조리개에 대해 공개한다. 이러한 전자식 조리개는 소형화가 가능하여 스마트폰 카메라에 적용되기에 적합하다. 하지만, 실제 상용화를 위해서는 액정의 광 투과율을 90% 이상으로 높여 최대한 많은 광량이 이미지 센서에 도달하게 하여야 하며, 소형의 조리개 모듈에 액정을 주입하고 실링하되, 양산성있는 제조공정을 개발하여야 한다.

따라서 본 발명의 목적은, 소형화가 가능한 액정 조리개의 광 투과율을 높일 수 있는 액정 소재를 제공하고자 하는 것이다.

또한, 본 발명은 상기 액정을 전자식 조리개로 제작하기 위해 액정을 조리개 모듈에 주입하고 실링하는 액정 조리개 모듈 제조 공정을 양산 가능하도록 설계하고자 한다.

상기 목적에 따라 본 발명은 액정조성물로서, 고분자 계열의 액정과 모노머 계열의 액정을 소정 비율로 혼합하고 가열하여 투과율을 높인 액정조성물을 제공한다.

또한, 본 발명은, 전자식 조리개를 만들기 위해, 조리개 형태의 단계적 구경을 형성할 수 있는 동심고리형상의 투명전극을 형성한 투명기판에 마이크로 스페이서를 배열한 후, 진공 챔버에 넣어 상기 투명기판에 고투과율 액정 조성물을 디스펜싱하고, 투명기판의 가장자리에 엔드 실(end seal)을 도포한 후, 커버용 투명기판을 덮어 실링하는 제조방법을 제공한다.

즉, 본 발명은,

네마틱 액정, 광학 접착제, Urethane acrylate계 광경화형 고분자, 카이럴 도펀트(chiral dopant), 및 이색성 염료를 포함하여 광 투과율과 광 차단율을 향상시킨 것을 특징으로 하는 액정 조성물을 제공한다.

상기에 있어서, 네마틱 액정: 광학 접착제: 광 경화형 고분자의 혼합비는 60~99.5:20~0.25:20~0.25중량부인 것을 특징으로 하는 액정 조성물을 제공한다.

상기에 있어서, 네마틱 액정, 광학 접착제 및 광 경화형 고분자를 혼합한 혼합물 총량에 대해 카이럴 도펀트는 20 내지 30중량%가 혼합된 것을 특징으로 하는 액정 조성물을 제공한다.

상기에 있어서, 네마틱 액정, 광학 접착제 및 광 경화형 고분자를 혼합한 혼합물 총량에 대해 이색성 염료는 0.3 내지 1중량% 첨가된 것을 특징으로 하는 액정 조성물을 제공한다.

상기에 있어서, 광학 접착제는, 티올-엔(thiol-ene)계 광경화형 고분자, 트리메티롤프로판 디알리에테르(trimethylolpropane diallyether), 트리메티롤프로판 티티올(trimethylolpropane tithiol), 이소포론 디이소시아네이트 에스테르(isophorone diisocyanate ester) 및 광개시제로서 벤조페논(benzophenone)이 함유된 혼합물로 이루어지고, 광경화형 고분자는 우레탄 아크릴레이트(Urethane acrylate)계 광경화형 고분자 인 것을 특징으로 하는 액정 조성물을 제공한다.

상기에 있어서, 상기 이색성 염료는 청색 이색성 염료 및 황색 이색성 염료의 혼합, 또는 적색 이색성 염료 및 황색 이색성 염료의 혼합으로 이루어진 것임을 특징으로 하는 액정 조성물을 제공한다.

상기에 있어서, 이색성 염료의 혼합에 있어서, 황색 이색성 염료의 혼합비는 청색 또는 적색 이색성 염료의 혼합비에 비해 적게 설정된 것을 특징으로 하는 액정 조성물을 제공한다.

또한, 본 발명은,

상기의 액정 조성물을 적용한 것을 특징으로 하는 전자식 조리개 모듈을 제공한다.

상기에 있어서, 상기 전자식 조리개 모듈은,

단계적 구경을 형성할 수 있는 다수의 동심고리 형상의 투명전극이 형성된 투명기판;

상기 투명전극 위에 디스펜싱된 액정 조성물에 의한 액정층; 및

상기 액정 조성물을 덮는 커버용 투명기판;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자식 조리개 모듈을 제공한다.

상기에 있어서, 상기 액정층은 두 개의 층으로 형성되며, 청색 이색성 염료 및 황색 이색성 염료의 혼합물이 첨가된 제1층과 적색 이색성 염료 및 황색 이색성 염료의 혼합물이 첨가된 제2층을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자식 조리개 모듈을 제공한다.

또한, 본 발명은,

전자식 조리개 모듈의 제조방법에 있어서,

단계적 구경을 형성할 수 있는 다수의 동심고리 형상의 투명전극을 투명기판에 형성하는 단계;

투명기판의 가장자리를 따라 마이크로 스페이서를 배열하는 단계;

상기 투명기판에 상기 액정 조성물을 디스펜싱하는 단계; 및

투명기판의 가장자리에 엔드 실(end seal)을 도포한 후, 커버용 투명기판을 덮어 실링하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자식 조리개 모듈의 제조방법을 제공한다.

상기에 있어서, 액정 조성물을 디스펜싱하는 단계부터 진공 환경에서 실시되는 것을 특징으로 하는 전자식 조리개 모듈의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 따르면 액정조성물의 투과율이 90% 이상으로 매우 높아 전자식 조리개에 적용되며, 이러한 전자식 조리개를 적용한 소형 카메라의 해상도를 크게 향상시킬 수 있다.

즉, 저 조도 하에서의 노이즈 최소화로 화질의 선명도 향상을 기대할 수 있고, 옥외의 고 조도 환경 하에서의 CMOS Chip 포화 상태 방지로 화질을 대폭 개선할 수 있으며, 조리개를 작게 조절할 수 있어 화질의 심도(Depth of Field 또는 Depth of Focus)를 개선하여, 스마트 폰 카메라의 이미지 인식 기능 향상으로 디지털카메라 수준의 화질 확보가 가능해진다.

또한, 본 발명은 전자식 조리개 제작 공정에서도 액정의 주입방법을 기존의 모세관 방식이 아닌 ODF 방식을 채택함으로써 공정을 간소화하고 양산성을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 액정을 이용한 전자식 조리개의 구성을 보여주는 개요도이다.
도 2는 본 발명의 액정 조성물을 구성하는 네마틱 액정의 특성을 보여주는 표이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 액정을 이용한 전자식 조리개의 구성을 보여주는 개요도이다.

유리 또는 수정과 같은 투명기판 위에 조리개 형태의 단계적 구경을 형성할 수 있는 동심고리 형상의 투명전극을 형성하고 그 위에 액정을 배열한 다음 다시 투명기판을 덮어 전자식 조리개 모듈을 만들 수 있다. 동심고리는 두 개 이상으로 필요에 따라 2 내지 5 개 정도 형성할 수 있다. 각각의 동심고리 부분에 배선하여 전압인가로 액정이 빛을 투과시키게 함으로서 동심고리 부분이 선택적으로 투명하게 되어 조리개 개방 상태가 되며, 중심부에 있는 동심고리로부터 외곽으로 배열된 동심고리들을 동시 또는 순차로 투명하게 되도록 전압을 제어함으로써 조리개 개방 정도를 조절할 수 있다.

도 1 하단에는 F2.8 및 F1.6의 기계식 조리개와 그에 상응하여 동심고리를 이루는 액정으로 구동한 전자식 조리개를 도시하였다.

본 발명은 상기와 같은 전자 조리개의 광 투과율을 높여 전자 조리개의 성능을 향상시키기 위해 다음과 같은 액정 조성물을 제조하였다.

즉, 네마틱 액정에 광학 접착제와 광경화형 고분자를 소량 혼합하여 네마틱 액정의 기존 광 투과율을 넘는 효과를 얻었다. 광학 접착제는 thiol-ene계 광경화형 고분자, trimethylolpropane diallyether, trimethylolpropane tithiol, isophorone diisocyanate ester와 광개시제로 benzophenone이 함유된 혼합물로 이루어진 NOA65이고, 광경화형 고분자는 Urethane acrylate계 광경화형 고분자를 사용하였다.

또한, 액정과 광 경화형 고분자를 혼합한 혼합물에 카이럴 도펀트(chiral dopant)를 혼합하였으며, 가시광 영역에서 좀 더 높은 광 투과율을 나타내도록 액정의 색 조정을 실시하였다. 네마틱 액정에 카이럴 도판트(chiral dopant)를 첨가함으로써 액정 분자들끼리 층 구조를 나타내면서 꼬임 상태가 되며, 나선형 구조를 가지게 되어 콜레스테릭의 특성을 갖게된다. 콜레스테릭 액정의 한층은 네마틱 액정과 유사하지만, 층을 옮김에 따라 카이럴성을 갖는 특징에 의해 회전하는 모양과 층간 거리에 따라 구조적 특성을 달리할 수 있다.

또한, 색 조정을 위해 액정층을 두 개의 층으로 구성하였고, 색좌표를 이용하여 청색 및 황색 이색성 염료를 첨가한 제1층과 적색 및 황색 이색성 염료를 첨가한 제2층을 중첩되게 하였다.

그에 따라 본 발명의 전자 조리개용 고 투과율 액정 조성물은, 네마틱 액정, 광학 접착제로서 thiol-ene계 광경화형 고분자, trimethylolpropane diallyether, trimethylolpropane tithiol, isophorone diisocyanate ester와 광개시제로 benzophenone이 함유된 혼합물 및 Urethane acrylate계 광경화형 고분자를 혼합한 혼합물에 대해 소정의 chiral dopant를 더 혼합하고, 여기에 이색성 염료를 소량 첨가하여 제조되었다.

이와 같이 제조된 전자 조리개용 고 투과율 액정 조성물은 이른 바 ODF 공법에 의해 액정 조리개 모듈로 제작되며, 이는 양산성이 우수하다.

즉, 조리개 용 투명전극이 형성된 투명기판의 가장자리에 마이크로 스페이서를 배열한 후, 진공 챔버에 넣어 상기 투명기판에 고투과율 액정 조성물을 디스펜싱하고, 투명기판의 가장자리에 엔드 실(end seal)을 도포한 후, 커버용 투명기판을 덮어 실링한다.

이와 같이 제작된 전자 조리개 모듈은 스마트폰과 같은 소형 기기에 탑재되어 화질을 디지털 카메라 수준으로 향상시킬 수 있다.

다음은 본 발명의 상세한 실시예에 대해 기술한다.

먼저, 네마틱 액정을 준비한다. 본 실시예에서는 E7(merck社)의 것을 사용하였다.

상기 제품은 시아노비페닐(cyanobiphenyl계) 액정으로 말단기가 알킬(alkyl)기와 알콕실(alkoxyl)기인 시아노비페닐 액정 화합물은 무색이며 화학적 안정성과 광학적 안정성이 우수하다. 각종 방식의 LCD에 광범위하게 사용되고 있는 대표적인 네마틱 액정 재료이다. 네마틱 액정의 특성은 도 2에 도시하였다.

시아노비니페닐 액정을 실제 사용할 때는 Nematic 액정의 온도범위 확대, 복굴절성의 증대, multiplex 구동성능의 향상 등을 위한 첨가제인 시아노타페닐 액정 화합물을 blend로서 사용한다.

네마틱 액정의 고투과율 및 고차단율을 위해 광학 접착제로서 thiol-ene계 광경화형 고분자, trimethylolpropane diallyether, trimethylolpropane tithiol, isophorone diisocyanate ester와 광개시제로 benzophenone이 함유된 혼합물과 Urethane acrylate계 광경화형 고분자를 혼합한다.

광학 접착제로서 thiol-ene계 광경화형 고분자, trimethylolpropane diallyether, trimethylolpropane tithiol, isophorone diisocyanate ester와 광개시제로 benzophenone이 함유된 혼합물은 상품명 NOA65(nolrand社)를 사용하였고, Urethane acrylate계 광경화형 고분자는 상품명 QU6158(큐엔탑社)를 사용하였다.

상기에서, 네마틱 액정, 상품명 NOA65 및 상품명 QU6158의 혼합비는 중량부로서, 네마틱 액정: NOA65: QU6158= 60~99.5:20~0.25:20~0.25로 할 수 있다. 상기 조성비는 광 투과율 향상에 있어 매우 민감하고도 중요한 변수이다.

또한, 상기에서, NOA65:QU6158=1~20:1중량부로 혼합될 수 있다.

이와 같이 하여 1차적 액정 혼합물을 만들고, 상기 액정 혼합물 총량에 대해 20 내지 30중량%의 chiral dopant를 첨가한다. 카이럴 도펀트로서, S-811 또는 R-811 (Shijiazhuang Huarui Scientific and Technoloogical社)를 사용할 수 있으며, 본 실시예에서는 두 개의 액정층을 만들기 위해 상기 두 종류의 카이럴 도펀트를 각각 사용하여 두 종류의 2차적인 액정 혼합물을 만들었다.

다음으로, 2차적인 액정 혼합물에 대해 이색성 염료를 첨가하여 가시광선 대역의 투과율 및 차단율을 더욱 높여 좀 더 선명한 화질을 제공하고자 하였다.

즉, S-811이 혼합된 2차적 액정 조성물에는 SI-497(Blue), SI-486(Yellow)를 첨가하고, R-811이 혼합된 2차적 액정 조성물에는, SI-426(Red)와 SI-486(Yellow)를 첨가하였다. 이들은 모두 mitsui fine chimicals社 제품이다.

SI-497(Blue)와 SI-486(Yellow)의 혼합에서 SI-497(Blue)의 조성비가 SI-486(Yellow)에 비해 더 높고, SI-426(Red)와 SI-486(Yellow)의 혼합에서 SI-426(Red)의 조성비가 SI-486(Yellow) 보다 더 높게 하는 것이 바람직하다.

이러한 이색성 염료는 1차적 액정 혼합물의 총량에 대해 0.3 내지 1중량% 첨가한다. 상기에서 청색과 적색 이색성 염료를 상대적으로 황색 이색성 염료에 비해 더 많이 추가함으로 인해 좀 더 밝은 화질과 콘트라스트를 구현할 수 있다.

이와 같이 하여 최종적인 액정 조성물이 제조된다.

본 실시예에서 제조된 두 종류의 액정 조성물은 디스펜서에 의해 두 층으로 중첩적으로 디스펜싱된다. 적색-황색의 이색성 염료가 포함된 것을 하층에 그리고 청색-황색의 이색성 염료가 포함된 것을 상층에 적층할 수 있지만, 그 반대로 적층할 수도 있다.

이와 같이 하여 고 투과율 및 고 차단율의 전자 조리개용 액정 조성물을 제조할 수 있다.

또한, 본 발명의 전자 조리개 모듈은 스마트 윈도우에도 그대로 적용될 수 있다.

현재 스마트 윈도우 내지 전자 커튼은 필름을 이용하고 있지만, 본 발명의 액정 조성물을 창유리에 적용하여 만들 경우, 더욱 높은 투과율과 차단율을 나타내며, 양산성있는 제품을 생산할 수 있을 것이다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시 예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

Claims (13)

1. 네마틱 액정, 광학 접착제, 우레탄 아크릴레이트(Urethane acrylate)계 광경화형 고분자, 카이럴 도펀트(chiral dopant), 및 이색성 염료를 포함하여 광 투과율과 광 차단율을 향상시킨 것을 특징으로 하는 액정 조성물.
2. 제1항에 있어서, 네마틱 액정: 광학 접착제: 광 경화형 고분자의 혼합비는 90~99.5:5~0.25:5~0.25중량부인 것을 특징으로 하는 액정 조성물.
3. 제2항에 있어서, 네마틱 액정, 광학 접착제 및 광 경화형 고분자를 혼합한 혼합물 총량에 대해 카이럴 도펀트는 20 내지 30중량%가혼합된 것을 특징으로 하는 액정 조성물.
4. 제2항에 있어서, 네마틱 액정, 광학 접착제 및 광 경화형 고분자를 혼합한 혼합물 총량에 대해 이색성 염료는 0.3 내지 1중량% 첨가된 것을 특징으로 하는 액정 조성물.
5. 제2항에 있어서, 광학 접착제는, 티올-엔(thiol-ene)계 광경화형 고분자, 트리메티롤프로판 디알리에테르(trimethylolpropane diallyether), 트리메티롤프로판 티티올(trimethylolpropane tithiol), 이소포론 디이소시아네이트 에스테르(isophorone diisocyanate ester) 및 광개시제로서 벤조페논(benzophenone)이 함유된 혼합물로 이루어지고, 광경화형 고분자는 우레탄 아크릴레이트(Urethane acrylate)계 광경화형 고분자 인 것을 특징으로 하는 액정 조성물.
6. 제4항에 있어서, 상기 이색성 염료는 청색 이색성 염료 및 황색 이색성 염료의 혼합, 또는 적색 이색성 염료 및 황색 이색성 염료의 혼합으로 이루어진 것임을 특징으로 하는 액정 조성물.
7. 제6항에 있어서, 이색성 염료의 혼합에 있어서, 황색 이색성 염료의 혼합비는 청색 또는 적색 이색성 염료의 혼합비에 비해 적게 설정된 것을 특징으로 하는 액정 조성물.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 액정 조성물을 적용한 것을 특징으로 하는 전자식 조리개 모듈.
9. 제8항에 있어서, 상기 전자식 조리개 모듈은,
   단계적 구경을 형성할 수 있는 다수의 동심고리 형상의 투명전극이 형성된 투명기판;
   상기 투명전극 위에 디스펜싱된 액정 조성물에 의한 액정층; 및
   상기 액정 조성물을 덮는 커버용 투명기판;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자식 조리개 모듈.
10. 제9항에 있어서, 상기 액정층은 두 개의 층으로 형성되며, 청색 이색성 염료 및 황색 이색성 염료의 혼합물이 첨가된 제1층과 적색 이색성 염료 및 황색 이색성 염료의 혼합물이 첨가된 제2층을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자식 조리개 모듈.
11. 전자식 조리개 모듈의 제조방법에 있어서,
    단계적 구경을 형성할 수 있는 다수의 동심고리 형상의 투명전극을 투명기판에 형성하는 단계;
    투명기판의 가장자리를 따라 마이크로 스페이서를 배열하는 단계;
    상기 투명기판에 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 액정 조성물을 디스펜싱하는 단계; 및
    투명기판의 가장자리에 엔드 실(end seal)을 도포한 후, 커버용 투명기판을 덮어 실링하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자식 조리개 모듈의 제조방법.
12. 제11항에 있어서, 액정 조성물을 디스펜싱하는 단계부터 진공 환경에서 실시되는 것을 특징으로 하는 전자식 조리개 모듈의 제조방법.
13. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 액정 조성물을 적용한 것을 특징으로 하는 스마트 윈도우.
    
    
    
    
    
    
    
    
    

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