KR20200103379A - 광학 디바이스 - Google Patents

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Abstract

본 출원은 광학 디바이스에 대한 것이다. 본 출원은, 캡슐화된 구조에서 외부 전원이 연결되었을 때도 단락 등의 불량을 예방할 수 있는 광학 디바이스를 제공한다.

Description

광학 디바이스{Optical Device}
본 출원은, 광학 디바이스에 관한 것이다.
액정 화합물을 이용하여 투과율을 가변할 수 있도록 설계된 광학 디바이스는 다양하게 알려져 있다.
예를 들면, 주로 액정 화합물인 호스트 물질(host material)과 이색성 염료 게스트(dichroic dye guest)의 혼합물을 적용한 소위 GH(Guest host) 방식을 사용한 투과율 가변 장치가 알려져 있고, 상기 장치에서 호스트 물질로 주로 액정 화합물이 사용된다. 이러한 투과율 가변 장치는, TV나 모니터 등의 일반 디스플레이 장치는 물론 선글라스나 안경 등의 아이웨어(eyewear), 건물 외벽 또는 차량의 선루프 등을 포함한 다양한 용도에 적용되고 있다.
광학 디바이스의 용도의 확대를 위해서 광학 필름을 캡슐화제 등을 통해 캡슐화된 구조를 고려할 수 있다. 이러한 구조의 경우, 캡슐화제에 의한 캡슐화에 의해 광학 필름에 일정 수준의 압력이 가해질 수 있다. 광학 필름이 서로 대향하는 전극층을 포함하는 구조인 경우에 실제 이격되어 존재하여야 하는 상기 전극층이 상기 압력에 의해 적어도 일부가 서로 접촉될 수 있고, 이러한 경우에 광학 디바이스의 구동에 문제를 일으킬 수 있다. 따라서, 본 출원은, 상기와 같은 문제를 해결할 수 있는 광학 디바이스를 제공하는 것을 하나의 목적으로 한다.
이하, 첨부된 도면 등을 참조하여 본 출원을 상세히 설명한다. 첨부된 도면은 본 출원의 예시적인 실시형태를 도시한 것으로, 이는 본 출원의 이해를 돕도록 하기 위해 제공된다. 첨부된 도면에서, 각 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위해 두께는 확대하여 나타낸 것일 수 있고, 도면에 표시된 두께, 크기 및 비율 등에 의해 본 출원의 범위가 제한되는 것은 아니다.
본 명세서에서 언급하는 물성 중에서 측정 온도나, 압력이 결과에 영향을 미치는 경우에 특별히 달리 규정하지 않는 한, 해당 물성은 상온과 상압에서 측정한 것이다.
본 명세서에서 용어 「상온」은, 가온하거나 감온하지 않은 자연 그대로의 온도로서, 일반적으로 약 10℃ 내지 30℃의 범위 내의 어느 한 온도, 약 23℃ 또는 약 25℃ 정도의 온도일 수 있다.
본 명세서에서 용어 「상압」은, 특별히 줄이거나, 높이지 않은 자연 그대로의 압력으로서, 일반적으로 대기압과 같은 1기압 정도의 압력을 의미한다.
본 출원은 광학 디바이스에 관한 것이다. 상기 광학 디바이스는 광학 필름을 포함할 수 있다. 도 1은 예시적인 본 출원의 광학 필름을 도시한 그림이다. 도 1을 참고하면, 본 출원의 광학 필름은 대향 배치된 제 1 기재 필름(110)과 제 2 기재 필름(150), 상기 제 1 및 제 2 기재 필름(110, 150) 사이에 존재하는 광변조층(130)을 포함할 수 있다. 상기에서 상기 제 1 및 제 2 기재 필름(110, 150)의 서로 대향하는 면에는 각각 제 1 및 제 2 전극층(120, 140)이 형성되어 있을 수 있다.
기재 필름으로는, 예를 들면, 유리 등으로 되는 무기 필름 또는 플라스틱 필름 등이 사용될 수 있다. 플라스틱 필름으로는, TAC(triacetyl cellulose) 필름; 노르보르넨 유도체 등의 COP(cyclo olefin copolymer) 필름; PMMA(poly(methyl methacrylate) 등의 아크릴 필름; PC(polycarbonate) 필름; PE(polyethylene) 필름; PP(polypropylene) 필름; PVA(polyvinyl alcohol) 필름; DAC(diacetyl cellulose) 필름; Pac(Polyacrylate) 필름; PES(poly ether sulfone) 필름; PEEK(polyetheretherketon) 필름; PPS(polyphenylsulfone) 필름, PEI(polyetherimide) 필름; PEN(polyethylenemaphthatlate) 필름; PET(polyethyleneterephtalate) 필름; PI(polyimide) 필름; PSF(polysulfone) 필름; PAR(polyarylate) 필름 또는 불소 수지 필름 등이 사용될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 기재 필름에는, 필요에 따라서 금, 은, 이산화 규소 또는 일산화 규소 등의 규소 화합물의 코팅층이나, 반사 방지층 등의 코팅층이 존재할 수도 있다.
기재 필름으로는, 소정 범위의 위상차를 가지는 필름이 사용될 수 있다. 일 예시에서 상기 기재 필름은 정면 위상차가 100 nm 이하일 수 있다. 상기 정면 위상차는 다른 예시에서 약 95 nm 이하, 약 90 nm 이하, 약 85 nm 이하, 약 80 nm 이하, 약 75 nm 이하, 약 70 nm 이하, 약 65 nm 이하, 약 60 nm 이하, 약 55 nm 이하, 약 50 nm 이하, 약 45 nm 이하, 약 40 nm 이하, 약 35 nm 이하, 약 30 nm 이하, 약 25 nm 이하, 약 20 nm 이하, 약 15 nm 이하, 약 10 nm 이하, 약 5 nm 이하, 약 4 nm 이하, 약 3 nm 이하, 약 2 nm 이하, 약 1 nm 이하 또는 약 0.5 nm 이하일 수 있다. 상기 정면 위상차는 다른 예시에서 약 0 nm 이상, 약 1 nm 이상, 약 2 nm 이상, 약 3 nm 이상, 약 4 nm 이상, 약 5 nm 이상, 약 6 nm 이상, 약 7 nm 이상, 약 8 nm 이상, 약 9 nm 이상, 또는 약 9.5 nm 이상일 수 있다.
기재 필름의 두께 방향 위상차의 절대값은, 예를 들면, 200 nm 이하일 수 있다. 상기 두께 방향 위상차의 절대값은 다른 예시에서 190 nm 이하, 180 nm 이하, 170 nm 이하, 160 nm 이하, 150 nm 이하, 140 nm 이하, 130 nm 이하, 120 nm 이하, 110 nm 이하, 100 nm 이하, 90 nm 이하, 85 nm 이하, 80 nm 이하, 70 nm 이하, 60 nm 이하, 50 nm 이하, 40 nm 이하, 30 nm 이하, 20 nm 이하, 10 nm 이하, 5 nm 이하, 4 nm 이하, 3 nm 이하, 2 nm 이하, 1 nm 이하 또는 0.5 nm 이하일 수 있고, 0 nm 이상, 10 nm 이상, 20 nm 이상, 30 nm 이상, 40 nm 이상, 50 nm 이상, 60 nm 이상, 70 nm 이상 또는 75 nm 이상일 수 있다. 상기 두께 방향 위상차는 절대값이 상기 범위 내라면 음수이거나, 양수일 수 있으며, 예를 들면, 음수일 수 있다.
본 명세서에서 용어 「정면 위상차(Rin)」는, 하기 일반식 1로 계산되는 수치이고, 용어 「두께 방향 위상차(Rth) 」는, 하기 일반식 2로 계산되는 수치이며, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 상기 정면 및 두께 방향 위상차의 기준 파장은 약 550 nm이다.
[일반식 1]
정면 위상차(Rin) = d Х (nx - ny)
[일반식 2]
두께 방향 위상차(Rth) = d Х (nz - ny)
일반식 1 및 2에서 d는 기재 필름의 두께이고, nx는 기재 필름의 지상축 방향의 굴절률이며, ny는 기재 필름의 진상축 방향의 굴절률이고, nz는 기재 필름의 두께 방향의 굴절률이다.
기재 필름이 광학 이방성인 경우에 대향 배치되어 있는 기재 필름들의 지상축들이 이루는 각도는, 예를 들면, 약 -10도 내지 10도의 범위 내, -7도 내지 7도의 범위 내, -5도 내지 5도의 범위 내 또는 -3도 내지 3도의 범위 내이거나 대략 평행할 수 있다. 또한, 상기 기재 필름의 지상축과 후술하는 편광층의 광 흡수축이 이루는 각도는, 예를 들면, 약 -10도 내지 10도의 범위 내, -7도 내지 7도의 범위 내, -5도 내지 5도의 범위 내 또는 -3도 내지 3도의 범위 내이거나 대략 평행할 수 있거나, 혹은 약 80도 내지 100도의 범위 내, 약 83도 내지 97도의 범위 내, 약 85도 내지 95도의 범위 내 또는 약 87도 내지 92도의 범위 내이거나 대략 수직일 수 있다.
상기와 같은 위상차 조절 또는 지상축의 배치를 통해서 광학적으로 우수하고 균일한 투과 및 차단 모드의 구현이 가능할 수 있다.
기재 필름은, 열팽창 계수가 100 ppm/K 이하일 수 있다. 상기 열팽창 계수는, 다른 예시에서 95 ppm/K 이하, 90 ppm/K 이하, 85 ppm/K 이하, 80 ppm/K 이하, 75 ppm/K 이하, 70 ppm/K 이하 또는 65 ppm/K 이하이거나, 10 ppm/K 이상, 20 ppm/K 이상, 30 ppm/K 이상, 40 ppm/K 이상, 50 ppm/K 이상 또는 55 ppm/K 이상일 수 있다. 기재 필름의 열팽창 계수는, 예를 들면, ASTM D696의 규정에 따르 측정할 수 있고, 해당 규격에서 제공하는 형태로 필름을 재단하고, 단위 온도당 길이의 변화를 측정하여 열팽창 계수를 계산할 수 있으며, TMA(ThermoMechanic Analysis) 등의 공지의 방식으로 측정할 수 있다.
기재 필름으로는, 파단 신율이 90% 이상인 기재 필름을 사용할 수 있다. 상기 파단 신율은 95% 이상, 100% 이상, 105% 이상, 110% 이상, 115% 이상, 120% 이상, 125% 이상, 130% 이상, 135% 이상, 140% 이상, 145% 이상, 150% 이상, 155% 이상, 160% 이상, 165% 이상, 170% 이상 또는 175% 이상일 수 있고, 1,000% 이하, 900% 이하, 800% 이하, 700% 이하, 600% 이하, 500% 이하, 400% 이하, 300% 이하 또는 200% 이하일 수 있다. 기재 필름의 파단 신율은 ASTM D882 규격에 따라 측정할 수 있고, 해당 규격에서 제공하는 형태로 필름을 재단하고, Stress-Strain curve를 측정할 수 있는 장비(힘과 길이를 동시에 측정할 수 있는)를 이용하여 측정할 수 있다.
기재 필름이 상기 열팽창 계수 및/또는 파단 신율을 가지도록 선택되는 것에 의해 보다 우수한 내구성의 광학 디바이스가 제공될 수 있다.
상기 광학 필름에서 기재 필름의 두께는 특별히 제한되지 않으며, 통상적으로 약 50 ㎛ 내지 200 ㎛ 정도의 범위 내일 수 있다.
본 명세서에서 상기 제 1 전극층이 형성되어 있는 제 1 기재 필름을 제 1 전극 기재 필름이라 지칭하고, 상기 제 2 전극층이 형성되어 있는 제 2 기재 필름을 제 2 전극 기재 필름이라 지칭할 수 있다.
상기 전극 기재 필름은, 예를 들면 가시광 영역에서 투광성을 가질 수 있다. 하나의 예시에서, 전극 기재 필름은 가시광 영역, 예를 들면, 약 400 nm 내지 700 nm 범위 내의 어느 한 파장 또는 550 nm 파장의 광에 대한 투과도가 80% 이상, 85% 이상 또는 90% 이상일 수 있다. 상기 투과도는 그 수치가 높을 수록 유리한 것으로 그 상한은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 약 상기 투과도는 약 100% 이하 또는 100% 미만 정도일 수도 있다.
전극 기재 필름상에 형성되는 전극층의 소재는 특별히 제한되지 않으며, 광학 디바이스 분야에서 전극층을 형성하는 것에 적용되는 소재라면 특별한 제한 없이 이용될 수 있다.
예를 들면, 전극층으로는, 금속 산화물; 금속 와이어; 금속 나노 튜브; 금속 메쉬; 탄소 나노 튜브; 그래핀; 또는 전도성 폴리머나 이들의 복합 재료 등을 이용하여 형성되는 전극층이 적용될 수 있다.
하나의 예시에서, 전극층으로는, 안티몬(Sb), 바륨(Ba), 갈륨(Ga), 게르마늄(Ge), 하프늄(Hf), 인듐(In), 란티늄(La), 마그네슘(Mg), 셀렌(Se), 알루미늄(Al), 규소(Si), 탄탈(Ta), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 이트륨(Y), 아연(Zn) 및 지르코늄(Zr)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 금속을 포함하는 금속 산화물층이 이용될 수 있다.
전극층의 두께는 본 출원의 목적을 손상시키지 않는 범위 내에서 적절히 선택될 수 있다. 통상적으로 전극층의 두께는 50 nm 내지 300 nm의 범위 내 또는 70nm 내지 200 nm 범위 내일 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 전극층은, 전술한 소재로 되는 단층 구조이거나, 또는 적층 구조일 수 있고, 적층 구조일 경우, 각 층을 구성하는 소재는 동일하거나, 또는 상이할 수 있다.
상기 전극 기재 필름은, 상기 제 1 및 제 2 기재 필름상에 상기 전극층을 형성하여 얻을 수 있다.
본 출원에서 상기 전극층은, 광변조층에 외부 에너지에 해당하는 전계를 인가하는 부위(이하, 제 1 영역으로 호칭할 수 있다.)와 상기 전계를 인가할 수 있도록 상기 전극층을 외부 전원과 연결하는 부위(이하, 제 2 영역으로 호칭할 수 있다.)를 포함할 수 있다. 상기 2개의 부위는 서로 물리적으로 분리된 부위 혹은 물리적으로 연속되어 있는 부위이거나, 또는 실질적으로 서로 중복되어 있는 부위일 수도 있다. 통상적으로 상기 제 1 영역은, 대략적으로 광학 디바이스의 구조에서 상기 광학 디바이스를 그 표면의 법선 방향을 따라서 관찰할 때에 광변조층과 중복되는 영역이고, 제 2 영역은 외부 단자 등이 형성된 영역일 수 있다.
본 출원의 하나의 예시에서 상기 제 1 기재 필름(110)상의 전극층(120)의 제 2 영역과 상기 제 2 기재 필름(150)상의 전극층(140)의 제 2 영역은 서로 마주하지 않도록 배치될 수 있으며, 이에 따라서 상기 제 1 기재 필름(110)과 제 2 기재 필름(150)은 서로 엇갈리도록 광학 필름에 포함되어 있을 수 있다. 이러한 경우를 본 출원의 제 1 태양이라고 부를 수 있다.
도 2는 이와 같은 상태의 광학 필름의 측면 모식도이다. 도 2와 같이 기재 필름(110, 150)을 서로 엇갈리게 배치함으로써, 그 표면에 각각 형성된 상기 전극층(120, 140)도 서로 엇갈리게 되고, 제 1 기재 필름(110)상의 전극층(120) 중에서 제 2 기재 필름(150)상의 전극층(140)과 마주보지 않는 면상의 전극층(예를 들면, 도 3의 200으로 표시된 영역 내의 전극층(120))면에 단자 등을 형성하여 상기 제 2 영역을 형성하고, 동일하게 제 2 기재 필름(150)상의 전극층(140) 중에서 제 1 기재 필름(110)상의 전극층(120)과 마주보지 않는 면상의 전극층(예를 들면, 도 3의 200으로 표시된 영역 내의 전극층(140))에 단자 등을 형성하여 상기 제 2 영역을 형성하여 상기 구조를 도출할 수 있다. 도 2의 구조는 서로 마주하지 않는 제 2 영역을 형성하기 위한 기재 필름들의 배치의 일 예시이며, 동일한 목적이 달성된다면, 도 2 및 3의 구조 외에도 다양한 구조가 적용될 수 있다. 또한, 도 2 및 3의 구조와 같은 경우에 기재 필름을 서로 엇갈리게 배치하는 정도(예를 들면, 도 3에서 200으로 표시되는 영역의 길이)는 특별한 제한이 없으며, 광변조층(130)에 요구되는 면적이나, 단자를 형성하기 위해 요구되는 면적 등을 고려하여 적정하게 서로 엇갈린 배치를 채택하면 된다.
광학 필름은, 상기 제 1 및 제 2 기재 필름(110, 150)을 서로 부착시키고 있는 실런트(160)를 추가로 포함할 수 있는데, 이러한 경우에 상기 실런트(160)는, 도면과 같이 제 1 기재 필름(110)상의 제 1 및 제 2 영역의 경계와 상기 제 1 기재 필름(110)의 적어도 한 면의 가장 외측 부위에 존재하고, 또한 상기 제 2 기재 필름(150)상의 제 1 및 제 2 영역의 경계와 상기 제 2 기재 필름(150)의 적어도 한 면의 가장 외측에 존재하는 상태로 상기 제 1 및 제 2 기재 필름을 부착시키고 있을 수 있다.
다른 예시에서 상기 전극층은 패턴화되어 있을 수 있다. 예를 들면, 본 출원에서 각각의 전극층의 제 2 영역은, 상기 제 1 영역과 전기적으로 연결된 영역 A와 상기 제 1 영역과 전기적으로 연결되지 않은 영역 B로 패턴화되어 있을 수 있다. 즉, 영역 A가 외부 전원과 연결되면, 제 1 영역으로 전류가 흐르지만, 영역 B가 외부 전원과 연결되면, 제 1 영역으로 전류가 흐르지 않는다. 이러한 경우에 제 1 기재 필름상에 형성된 상기 영역 A와 제 2 기재 필름상에 형성된 상기 영역 A는 서로 대향하지 않도록 배치되어 있을 수 있다. 이러한 경우를 본 출원의 제 2 태양이라고 부를 수 있다.
또한, 이러한 경우에 제 2 영역은 제 1 영역을 둘러싸도록 형성되어 있을 수 있다.
또한, 이러한 경우에 제 1 및 제 2 기재 필름을 서로 부착시키고 있는 상기 실런트는, 기재 필름의 제 1 및 제 2 영역의 경계에 존재하면서 상기 제 1 및 제 2 기재 필름을 부착시키고 있을 수 있다.
이하 상기와 같은 전극층의 형태를 도면을 참조하여 예시적으로 설명한다. 도 4 및 5는 제 1 및 제 2 기재 필름에 각각 형성되어 있는 전극층의 예시이다. 다만, 본 출원에서 형성되는 전극층의 형태는 도 4 및 5에 제시된 구조에 제한되는 것은 아니다.
도 4는, 제 1 및 제 2 기재 필름상에 각각 형성된 전극층 중에서 어느 한 전극층의 예시이고, 도 5는, 다른 전극층의 예시일 수 있다. 본 출원의 광학 필름 내에서의 전극층의 배치를 구체적으로 설명하기 위해서 도 4는, 기재 필름상에 형성된 전극층을 상기 전극층이 형성된 면 측에서 관찰한 것이고, 도 5는 기재 필름상에 형성된 전극층을 상기 기재 필름의 전극층이 형성되지 않은 면에서 투시하여 도시한 것이다.
도 4 및 5는 전극층이 대향 배치될 때 어떠한 식으로 배치가 되는지를 설명하기 위하여 상술한 것과 같이 도시되었다.
도 4 및 5에 도시한 것과 같이, 전극층은 복수의 격실 구조 및 적어도 하나의 통로 구조를 포함할 수 있다. 본 출원에서 전극층의 격실 구조는 기재 필름 상에 형성된 전극 단위를 의미할 수 있으며, 상기 격실 구조 및 다른 격실 구조는 후술할 통로 구조가 없다면 서로 전기적으로 완전히 연결되어 있지 않은 단위를 지칭할 수 있다. 예를 들면, 도 4 및 5에 도시한 격실 구조(121, 122, 141, 142)를 들 수 있다. 본 출원에서 전극층의 「통로 구조」는 상술한 격실 구조 중 두 개의 격실 구조를 전기적으로 서로 연결하는 요소를 지칭할 수 있다. 상기 통로 구조는, 예를 들면, 도 4 및 5에 도시한 통로 구조(123, 143)를 지칭할 수 있다. 따라서, 전극층에 외부 전원을 연결할 경우, 외부 전원과 직접 연결된 격실 구조가 1차적으로 대전되며, 외부 전원과 연결된 격실 구조와 통로 구조를 통하여 전기적으로 연결된 격실 구조가 2차적으로 대전될 수 있다. 상기에서 2차적으로 대전되는 격실 구조가 전술한 제 1 영역일 수 있으며, 1차적으로 대전되는 격실 구조가 전술한 영역 A일 수 있다. 예를 들면, 상기 격실 구조(121, 122, 141, 142) 중 통로 구조(123, 143)에 의해 다른 격실과 전기적으로 연결되지 않은 격실 구조(122, 142)에 외부 전원이 연결될 경우, 상기 격실 구조(122, 142)만 대전될 뿐, 다른 격실 구조(121, 141)는 대전되지 않게 된다. 이러한 격실 구조(122, 142)는 전술한 영역 B일 수 있다. 다른 예시에서, 상기 격실 구조 중 통로 구조로 다른 격실과 전기적으로 연결된 격실 구조(121, 141)에 외부 전원이 연결될 경우, 외부 전원과 직접적으로 연결된 격실 구조(121, 141)뿐만 아니라 통로 구조에 의해 전기적으로 연결된 다른 격실 구조(122, 142) 또한 대전되게 된다.
도 4 및 5에 도시한 것처럼, 본 출원의 전극층(120, 140)의 복수의 격실 구조(121, 122, 125, 141, 142, 145)는 상부 또는 하부에 광변조층(130)이 위치하는 중앙 격실(124, 144)을 포함할 수 있다. 이 중앙 격실은 상기 제 1 영역일 수 있다. 중앙 격실(124, 144) 구조의 상부 또는 하부에 광변조층(130)이 위치한다는 것은 도 1에 도시한 것과 같이 제 1 및 제 2 전극층(120, 140)의 상부 또는 하부에 광변조층(130)이 위치하고, 특히 광변조층(130)이 제 1 및 2 전극층(120, 140)의 중앙 격실(124, 144)의 상부 또는 하부에 위치하는 것을 의미할 수 있다.
도 6은 상기 중앙 격실(124, 144), 상기 주변 격실(121, 122, 125, 141, 142, 145)과 상기 광변조층(130)의 위치 관계를 설명하기 위해 본 출원의 예시적인 광학 디바이스를 구성하는 구성요소를 중첩하여 그린 그림으로, 편의에 따라 일부 구성요소를 투시 또는 중첩하여 도시하였다.
도 6에 도시한 것과 같이, 광변조층(130)은 제 1 및 2 전극층(120, 140)의 중앙 격실(124, 144)의 상부 또는 하부에 위치할 수 있다.
본 출원의 제 1 및 제 2 전극층은 상부 또는 하부에 광변조층이 위치하지 않는 주변 격실을 포함할 수 있다. 도 6에 도시한 것과 같이, 주변 격실(121, 125, 141, 145)은 광변조층(130)이 상부 또는 하부에 위치하지 않는 제 1 및 2 투과성 전극층의 격실 구조를 의미할 수 있다.
본 출원의 제 1 및 제 2 전극층의 통로 구조는 중앙 격실과 적어도 하나의 주변 격실을 전기적으로 연결할 수 있다. 상부 또는 하부에 광변조층이 존재하는 중앙 격실과 주변 격실을 통로 구조가 전기적으로 연결할 경우, 외부 전원을 주변 격실에 연결함으로써 광변조층에 전계를 인가할 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 전극층은 광변조층을 어느 하나의 전극층의 대전 영역에 투영하였을 때, 투영된 광변조층의 면적과 중첩되지 않는 대전 영역이 나머지 하나의 전극층의 대전 영역과 중첩되지 않도록 형성될 수 있다.
하나의 예시에서, 제 1 및 제 2 전극층(120, 140)이 각각 도 4 및 5에 도시한 것과 같이 형성될 수 있다. 상기 도 4 및 5에 도시한 제 1 및 제 2 전극층(120, 140)의 대전 영역이 상술한 조건을 만족하기 위해서는, 예를 들면, 상기 전극층(120, 140)이 도 6에 도시한 것과 같은 방식으로 적층되어야 한다.
도 6은 상술한 것과 같이 제 1 및 제 2 전극층(120, 140)은 광변조층(130)을 어느 하나의 전극층(120, 140)의 대전 영역에 투영하였을 때, 투영된 광변조층(130)의 면적과 중첩되지 않는 대전 영역이 나머지 하나의 전극층(120, 140)의 대전 영역과 중첩되지 않도록 형성된 것을 보여주기 위한 도면이다. 도 6는 도 1에 도시한 광학 디바이스의 제 2 기재 필름(150)으로부터 광학 디바이스를 관찰하여 그린 그림으로, 설명의 편의를 위해 구성요소들의 일부를 투시하여 중첩되도록 도시하였다.
상기 예시에서, 도 6에 도시한 제 1 및 제 2 전극층(120, 140)에 외부 전원이 연결될 수 있으며, 예를 들면, 외부 전원이 격실 구조(121, 141)에 연결될 수 있다. 제 1 및 제 2 전극층(120, 140)에 상기와 같이 외부 전원이 연결될 경우, 도 4 및 5에 도시한 격실 구조 및 통로 구조를 참고할 때, 제 1 전극층(120)의 격실 구조(121, 124, 125)와 제 2 전극층(140)의 격실 구조(141, 144, 145)가 대전되어 대전 영역을 형성하게 된다. 따라서, 상기 예시에서 도 6을 참고하면, 광변조층(130)을 제 1 전극층(120)의 대전 영역(121, 124, 125)에 투영하였을 때 투영된 광변조층(130)의 면적과 중첩되지 않는 대전 영역(121, 125)이 제 2 전극층(140)의 대전 영역(141, 144, 145)을 제 1 전극층(120)에 투영한 면적과 중첩되지 않게 된다. 상기와 같이 전극층을 형성함으로써, 전극층에 외부 전원을 연결하였을 때 전극층이 서로 접촉하여도 단락 현상이 일어나지 않게 된다.
도 7은 본 출원의 광학 디바이스가 단락 현상을 예방하는 원리를 설명하기 위한 그림이다. 도 7은 도 6에 도시한 격실 구조(121, 141)측에서 바라본 그림이다. 상술한 예시에서 격실 구조(121,141)에 외부 전원이 연결되었을 경우, 도 7에 도시한 것처럼 대전 영역을 구성하는 격실 구조(121, 141)가 투광성 전극 기재 필름(110, 150)에 압력이 가해져도 서로 접촉하지 않도록 형성되어 있으므로, 본 출원의 광학 디바이스는 제 1 및 제 2 전극층(120, 140)이 서로 접촉하여도 단락 현상이 발생하지 않게 된다. 상기 예시에서 대전 영역을 구성하는 격실 구조(121)와 접촉할 수 있는 격실 구조(142)는 도 5에 도시한 것과 같이 대전 영역과 전기적으로 연결되어 있지 않고, 대전 영역을 구성하는 또 다른 격실 구조(141)와 접촉할 수 있는 격실 구조(122)는 도 4에 도시한 것과 같이 대전 영역과 전기적으로 연결되어 있지 않기 때문이다.
이상 설명한 전극층의 예시에서 전술한 중앙 격실은 상기 제 1 영역이며, 주변 격실이 제 2 영역이고, 주변 격실 중에서 중앙 격실과 전기적으로 연결된 격실이 영역 A이고, 중앙 격실과 전기적으로 연결되지 않은 격실이 영역 B일 수 있다.
도 6 및 7과 같은 배치를 통해서 제 1 기재 필름상의 영역 A와 제 2 기재 필름상의 영역 A가 서로 대향하지 않도록 배치된 디바이스가 구현될 수 있다.
그렇지만, 도 4 내지 7에 나타난 구조는 본 출원의 광학 필름을 구현할 수 있는 일 예시이다.
이와 같은 전극층의 패턴은 전극층을 패턴 형성하거나, 혹은 전극층을 일단 형성한 후에 적절한 수단(예를 들면, 레이저 패턴화 방식 등)을 적용하여 전극층을 패턴화하여 형성할 수 있다.
또 다른 예시에서 상기 전극층의 제 1 및 제 2 영역은 상기 본 출원의 제 1 태양에서와 같이 형성되어 있으면서, 각각이 서로 대향하도록 배치되어 있을 수도 있다. 즉, 이러한 경우에 상기 제 1 기재 필름상의 상기 제 2 영역과 상기 제 2 기재 필름상의 상기 제 2 영역은 서로 대향 배치되어 있을 수 있는데, 이러한 경우에는 절연층이 존재할 수 있다. 이러한 경우를 본 출원의 제 3 태양이라고 부를 수 있다.
도 8은 이러한 경우를 예시적으로 보여주고 있으며, 도 8과 같이 각 전극층(140, 120)의 제 2 영역의 사이에는 절연층(170)이 존재한다. 도 8은, 예시적인 형태이고, 필요하다면, 각 전극층에 제 2 영역이 복수 형성되어 있고, 이들이 대향 배치된 상태에서 그 사이에 절연층이 존재할 수도 있다.
즉, 예를 들면, 기재 필름을 표면상에서 상기 제 2 영역은 상기 제 1 영역을 둘러싸도록 형성되어 있을 수도 있고, 이러한 경우에 절연층은 각 제 2 영역의 사이에 존재할 수 있다. 또한, 이러한 구조에서 제 1 및 제 2 기재 필름을 서로 부착시키고 있는 실런트(도 8의 160)를 추가로 포함하며, 상기 실런트는, 기재 필름의 제 1 및 제 2 영역의 경계에 존재하면서 상기 제 1 및 제 2 기재 필름을 부착시키고 있을 수 있다.
상기와 같은 구조에서 절연층의 소재로 적용될 수 있는 재료의 종류는 특별히 제한되지 않는다. 즉, 업계에서 일반적으로 절연층으로 적용될 수 있는 것으로 알려진 다양한 무기, 유기 또는 유무기 복합 소재가 상기 절연층으로 사용될 수 있다. 또한, 본 출원에서 이러한 절연층을 형성하는 방식도 공지된 내용에 따른다.
통상 절연 재료로는, ASTM D149에 준거하여 측정한 절연파괴전압이 약 3 kV/mm 이상, 약 5 kV/mm 이상, 약 7 kV/mm 이상, 10 kV/mm 이상, 15 kV/mm 이상 또는 20 kV/mm 이상인 소재가 사용된다. 상기 절연파괴전압은 그 수치가 높을수록 우수한 절연성을 보이는 것으로 특별히 제한되는 것은 아니나, 약 50 kV/mm 이하, 45 kV/mm 이하, 40 kV/mm 이하, 35 kV/mm 이하, 30 kV/mm 이하일 수 있다.
예를 들면, 유리, 알루미나, ZnO, AlN(aluminum nitride), BN(boron nitride), 질화 규소(silicon nitride), SiC 또는 BeO 등과 같은 세라믹 소재, 폴리올레핀, 폴리염화 비닐, 각종 고무계 폴리머, 폴리에스테르, 아크릴 수지 또는 에폭시 수지 등의 고분자 소재 등이 상기 절연층으로 적용될 수 있다.
본 출원에서는 상기와 같은 구성을 통해서 외부 전원이 연결되었을 때 단락을 예방할 수 있는 광학 디바이스의 구조를 제공할 수 있다.
본 출원의 광학 필름은, 상기와 같은 형태로 전극층이 각각 형성되어 있는 제 1 및 제 2 기재 필름의 사이(즉, 적어도 전극층의 제 1 영역의 사이)에 광변조층을 포함할 수 있다. 이러한 광변조층은, 일 예시에서 적어도 액정 화합물을 가지는 능동 액정층일 수 있다. 용어 능동 액정층은, 액정 화합물을 포함하는 층이고, 외부 에너지를 통해 상기 액정 화합물의 배향 상태를 변경할 수 있는 층을 의미할 수 있다. 상기 능동 액정층을 이용해서, 광학 디바이스는 투과 모드와 차단 모드를 포함한 다양한 모드들의 사이를 선택적으로 스위칭할 수 있고, 따라서 상기 능동 액정층은 광변조층이 될 수 있다.
본 명세서에서 용어 투과 모드는 투과율이 약 10% 이상, 약 15% 이상, 약 20% 이상, 약 25% 이상, 30% 이상, 약 35% 이상, 약 40% 이상, 약 45% 이상 또는 약 50% 이상인 상태를 의미할 수 있다. 또한, 차단 모드는, 투과율이 약 20% 이하, 약 15% 이하, 약 10% 이하 또는 약 5% 이하 정도인 상태를 의미할 수 있다. 상기 투과 모드에서의 투과율은 수치가 높을수록 유리하고, 차단 모드에서의 투과율은 낮을수록 유리하기 때문에 각각의 상한과 하한은 특별히 제한되지 않는다. 일 예시에서 상기 투과 모드에서의 투과율의 상한은 약 100%, 약 95%, 약 90%, 약 85%, 약 80%, 약 75%, 약 70%, 약 65% 또는 약 60%일 수 있다. 상기 차단 모드에서의 투과율의 하한은 약 0%, 약 1%, 약 2%, 약 3%, 약 4%, 약 5%, 약 6%, 약 7%, 약 8%, 약 9% 또는 약 10%일 수 있다.
상기 투과율은 직진광 투과율일 수 있다. 용어 직진광 투과율은 소정 방향으로 광학 디바이스를 입사한 광 대비 상기 입사 방향과 동일한 방향으로 상기 광학 디바이스를 투과한 광(직진광)의 비율일 수 있다. 일 예시에서 상기 투과율은, 상기 광학 디바이스의 표면 법선과 평행한 방향으로 입사한 광에 대하여 측정한 결과(법선광 투과율)일 수 있다.
광학 디바이스에서 투과율이 조절되는 광은, UV-A 영역의 자외선, 가시광 또는 근적외선일 수 있다. 일반적으로 사용되는 정의에 따르면, UV-A 영역의 자외선은 320 nm 내지 380 nm의 범위 내의 파장을 갖는 방사선을 의미하는 것으로 사용되고, 가시광은 380 nm 내지 780 nm의 범위 내의 파장을 갖는 방사선을 의미하는 것으로 사용되며, 근저외선은 780 nm 내지 2000 nm의 범위 내의 파장을 갖는 방사선을 의미하는 것으로 사용된다.
본 명세서에서 용어 외부 에너지는, 상기 능동 액정층 내에 포함되어 있는 액정 화합물의 배향을 변화시킬 수 있을 정도의 수준으로 외부에서 인가되는 에너지를 의미한다. 일 예시에서, 상기 외부 에너지는 상기 전극층을 통해 유도되는 외부 전압에 의해 생성된 전계일 수 있다.
예를 들면, 능동 액정층은 액정 화합물의 배향 상태가 상기 외부 에너지의 인가 여부, 그 크기 및/또는 인가 위치 등에 의해 변화하면서 상술한 투과 모드와 차단 모드의 사이를 스위칭하거나, 기타 모드의 사이를 스위칭할 수 있다.
일 예시에서 상기 능동 액정층은, 소위 게스트 호스트 액정층으로 불리우는 액정층일 수 있으며, 이러한 경우에는 상기 능동 액정층은, 상기 액정 화합물과 함께 이방성 염료를 추가로 포함할 수 있다. 게스트 호스트 액정층은, 소위 게스트 호스트 효과(Guest Host Effect)를 이용한 액정층으로서, 상기 액정 화합물(이하, 액정 호스트라 칭할 수 있다)의 배향 방향에 따라 상기 이방성 염료가 정렬되는 액정층이다. 상기 액정 호스트의 배향 방향은 배향막 및/또는 전술한 외부 에너지를 사용하여 조절할 수 있다.
액정층에 사용되는 액정 호스트의 종류는 특별히 제한되지 않고, 게스트 호스트 효과의 구현을 위해 적용되는 일반적인 종류의 액정 화합물이 사용될 수 있다.
예를 들면, 상기 액정 호스트로는, 스멕틱 액정 화합물, 네마틱 액정 화합물 또는 콜레스테릭 액정 화합물이 사용될 수 있다. 일반적으로는 네마틱 액정 화합물이 사용될 수 있다. 용어 네마틱 액정 화합물은, 액정 분자의 위치에 대한 규칙성은 없지만, 모두 분자축 방향으로 질서를 가지고 배열할 수 있는 액정 화합물을 의미하고, 이러한 액정 화합물은 막대(rod) 형태이거나 원반(discotic) 형태일 수 있다.
이러한 네마틱 액정 화합물은 예를 들면, 약 40°C 이상, 약 50°C 이상, 약 60°C 이상, 약 70°C 이상, 약 80°C 이상, 약 90°C 이상, 약 100°C 이상 또는 약 110°C 이상 이상의 등명점(clearing point)를 가지거나, 상기 범위의 상전이점, 즉 네마틱상에서 등방상으로의 상전이점을 가지는 것이 선택될 수 있다. 일 예시에서 상기 등명점 또는 상전이점은 약 160°C 이하, 약 150°C 이하 또는 약 140°C 이하일 수 있다.
상기 액정 화합물은, 유전율 이방성이 음수 또는 양수일 수 있다. 상기 유전율 이방성의 절대값은 목적을 고려하여 적절히 선택될 수 있다. 예를 들면, 상기 유전율 이방성은 3 초과 또는 7 초과이거나, -2 미만 또는 -3 미만일 수 있다.
액정 화합물은 또한 약 0.01 이상 또는 약 0.04 이상의 광학 이방성(△n)을 가질 수 있다. 액정 화합물의 광학 이방성은 다른 예시에서 약 0.3 이하 또는 약 0.27 이하일 수 있다.
게스트 호스트 액정층의 액정 호스트로 사용될 수 있는 액정 화합물은 본 기술 분야에서 공지되어 있다.
액정층이 상기 게스트 호스트 액정층인 경우에 상기 액정층은 상기 액정 호스트와 함께 이방성 염료를 포함할 수 있다. 용어 「염료」는, 가시광 영역, 예를 들면, 380 nm 내지 780 nm 파장 범위 내에서 적어도 일부 또는 전체 범위 내의 광을 집중적으로 흡수 및/또는 변형시킬 수 있는 물질을 의미할 수 있고, 용어 「이방성 염료」는 상기 가시광 영역의 적어도 일부 또는 전체 범위에서 광의 이방성 흡수가 가능한 물질을 의미할 수 있다.
이방성 염료로는, 예를 들면, 액정 호스트의 정렬 상태에 따라 정렬될 수 있는 특성을 가지는 것으로 알려진 공지의 염료를 선택하여 사용할 수 있다. 예를 들면, 이방성 염료로는, 아조 염료 또는 안트라퀴논 염료 등을 사용할 수 있고, 넓은 파장 범위에서의 광 흡수를 달성하기 위해서 액정층은 1종 또는 2종 이상의 염료를 포함할 수도 있다.
이방성 염료의 이색비(dichroic ratio)는 목적을 고려하여 적절히 선택될 수 있다. 예를 들어, 상기 이방성 염료는 이색비가 5 내지 20의 범위 내일 수 있다. 용어「이색비」는, 예를 들어, p형 염료인 경우, 염료의 장축 방향에 평행한 편광의 흡수를 상기 장축 방향에 수직하는 방향에 평행한 편광의 흡수로 나눈 값을 의미할 수 있다. 이방성 염료는 가시광 영역의 파장 범위 내, 예를 들면, 약 380 nm 내지 780 nm 또는 약 400 nm 내지 700 nm의 파장 범위 내에서 적어도 일부의 파장 또는 어느 한 파장 또는 전 범위에서 상기 이색비를 가질 수 있다.
액정층 내에서의 이방성 염료의 함량은 목적을 고려하여 적절히 선택될 수 있다. 예를 들어, 액정 호스트와 이방성 염료의 합계 중량을 기준으로 상기 이방성 염료의 함량은 0.1 내지 10 중량% 범위 내에서 선택될 수 있다. 이방성 염료의 비율은 목적하는 투과율과 액정 호스트에 대한 이방성 염료의 용해도 등을 고려하여 변경할 수 있다.
액정층은 상기 액정 호스트와 이방성 염료를 기본적으로 포함하고, 필요한 경우에 다른 임의의 첨가제를 공지의 형태에 따라 추가로 포함할 수 있다. 첨가제의 예로는, 키랄 도펀트 또는 안정화제 등이 예시될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 액정층의 두께는, 예를 들면, 목적하는 모드 구현에 적합하도록 적절히 선택될 수 있다. 일 예시에서 상기 액정층의 두께는, 약 0.01μm 이상, 0.05μm 이상, 0.1μm 이상, 0.5μm 이상, 1μm 이상, 1.5μm 이상, 2μm 이상, 2.5μm 이상, 3μm 이상, 3.5μm 이상, 4μm 이상, 4.5μm 이상, 5μm 이상, 5.5μm 이상, 6μm 이상, 6.5μm 이상, 7μm 이상, 7.5μm 이상, 8μm 이상, 8.5μm 이상, 9μm 이상 또는 9.5μm 이상일 수 있다. 상기 액정층의 두께의 상한은 특별히 제한되는 것은 아니며, 일반적으로 약 30 μm 이하, 25 μm 이하, 20 μm 이하 또는 15 μm 이하일 수 있다.
상기와 같은 능동 액정층 또는 이를 포함하는 상기 광학 필름은, 제 1 배향 상태와 상기 제 1 배향 상태와는 다른 제 2 배향 상태의 사이를 스위칭할 수 있다. 상기 스위칭은, 예를 들면, 전압과 같은 외부 에너지의 인가를 통해 조절할 수 있다. 예를 들면, 전압 무인가 상태에서 상기 제 1 및 제 2 배향 상태 중에서 어느 한 상태가 유지되다가, 전압 인가에 의해 다른 배향 상태로 스위칭될 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 배향 상태는, 일 예시에서, 각각 수평 배향, 수직 배향, 스프레이 배향, 경사 배향, 트위스트 네마틱 배향 또는 콜레스테릭 배향 상태에서 선택될 수 있다. 예를 들면, 차단 모드에서 액정층 또는 광학 필름은, 적어도 수평 배향, 트위스트 네마틱 배향 또는 콜레스테릭 배향이고, 투과 모드에서 액정층 또는 광학 필름은, 수직 배향 또는 상기 차단 모드의 수평 배향과는 다른 방향의 광축을 가지는 수평 배향 상태일 있다. 액정소자는, 전압 무인가 상태에서 상기 차단 모드가 구현되는 통상 차단 모드(Normally Black Mode)의 소자이거나, 전압 무인가 상태에서 상기 투과 모드가 구현되는 통상 투과 모드(Normally Transparent Mode)를 구현할 수 있다.
위와 같은 능동 액정층은 다양한 모드를 가질 수 있다. 능동 액정층은, 예를 들어, 전압제어복굴절(ECB: Electrically Controlled Birefringence) 모드, 트위스티드 네마틱(TN: Twisted Nematic) 모드 또는 슈퍼 트위스티드 네마틱(STN: Super Twisted Nematic) 모드로 구동될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 이러한 능동 액정층의 구동 모드에 따라 능동 액정층 내 액정 화합물의 정렬 특성이 달라질 수 있다.
하나의 예시에서, 능동 액정층의 하나의 배향 상태에서 액정 화합물은 후술하는 편광층의 흡수축과 어느 하나의 각도를 이루도록 배향된 상태로 존재하거나, 편광층의 흡수축과 수평 또는 수직을 이루도록 배향된 상태로 존재하거나, 또는 트위스티드 배향된 상태로 존재할 수 있다.
본 명세서에서 용어 「트위스티드 배향된 상태」는, 능동 액정층의 광축이 능동 액정층의 평면에 대하여, 약 0도 내지 15도, 약 0도 내지 10도, 약 0도 내지 5도 범위 내의 경사각을 가지고 수평 배향 되어 있으나, 능동 액정층에 포함되어 있는 이웃하는 액정 화합물의 장축 방향의 각도는 조금씩 변하여 비틀어져 배열되어 있는 상태를 의미할 수 있다.
전술한 바와 같이, 능동 액정층 내 액정 화합물은 외부 작용의 인가에 의하여 정렬 특성이 변경될 수 있다.
하나의 예시에서, 외부 작용이 없는 상태에서, 능동 액정층이 수평 배향인 경우 외부 작용의 인가에 의하여 수직 배향 상태로 스위칭함으로써 투과도를 높일 수 있다.
다른 예시에서, 외부 작용이 없는 상태에서, 능동 액정층이 수직 배향인 경우 외부 작용의 인가에 의하여 수평 배향 상태로 스위칭함으로써 투과도를 감소시킬 수 있다. 또한, 초기 수직 배향 상태에서 수평 배향 상태로 스위칭함에 있어서, 액정 화합물의 배향 방향을 결정하기 위하여 일정 방향의 프리 틸트(Pre Tilt)가 필요할 수 있다. 상기에서 프리 틸트를 부여하는 방식은 특별히 제한되지 않고, 예를 들어 의도하는 프리 틸트를 부여할 수 있도록 적절한 배향막을 배치하는 것에 의하여 가능하다.
또한, 상기에서 능동 액정층이 이방성 염료를 추가로 포함하고 액정 화합물이 수직 배향된 상태에서는, 이방성 염료의 정렬 방향이 하부에 존재하는 편광층의 평면에 대하여 수직을 이루므로 편광층을 투과한 광이 능동 액정층의 이방성 염료에 흡수되지 않고 투과될 수 있고, 이를 통해 광학 디바이스의 투과도를 증가시킬 수 있다. 반면, 능동 액정층의 액정 화합물이 수평 배향된 상태에서는, 이방성 염료의 정렬 방향이 하부에 존재하는 편광층의 평면에 대하여 평행을 이루고 있으므로, 능동 액정층의 광축이 편광층의 흡수축에 대하여 소정의 각도를 가지도록 배치하는 경우, 편광층을 투과한 광의 일부를 이방성 염료에 흡수시킬 수 있고, 이를 통해 광학 디바이스의 투과도를 감소시킬 수 있다.
하나의 예시에서, 광학 디바이스는 외부 작용이 존재하는 상태에서, 가시광 영역의 투과도가 15% 이상인 투과 모드가 구현되고, 외부 작용이 존재하지 않는 상태에서, 가시광 영역의 투과도가 3% 이하인 차단 모드가 구현될 수 있다.
능동 액정층이 TN 모드 또는 STN 모드로 구동하는 경우, 능동 액정층은 키랄제(chiral agent)를 추가로 포함할 수 있다. 키랄제는 상기 액정 화합물 및/또는 이방성 염료의 분자 배열이 나선 구조를 갖도록 유도할 수 있다. 상기 키랄제로는, 액정성, 예를 들면, 네마틱 규칙성을 손상시키지 않고, 목적하는 나선 구조를 유발할 수 있는 것이라면, 특별히 제한되지 않고 사용될 수 있다. 액정에 나선 구조를 유발하기 위한 키랄제는 분자 구조 중에 키랄리티(chirality)를 적어도 포함할 필요가 있다. 키랄제로는, 예를 들면, 1개 또는 2개 이상의 비대칭 탄소(asy mmetric carbon)를 가지는 화합물, 키랄 아민 또는 키랄 술폭시드 등의 헤테로원자 상에 비대칭점(asy mmetric point)이 있는 화합물 또는 쿠물렌(cumulene) 또는 비나프톨(binaphthol) 등의 축부제를 가지는 광학 활성인 부위(axially asy mmetric optically active site)를 가지는 화합물이 예시될 수 있다. 키랄제는 예를 들면 분자량이 1,500 이하인 저분자 화합물일 수 있다. 키랄제로는, 시판되는 키랄 네마틱 액정, 예를 들면, Merck사에서 시판되는 키랄 도판트 액정 S-811 또는 BASF사의 LC756 등을 사용할 수도 있다.
액정층의 배향 상태에서 해당 액정층의 광축이 어떤 방향으로 형성되어 있는 것인지를 확인하는 방식은 공지이다. 예를 들면, 액정층의 광축의 방향은, 광축 방향을 알고 있는 다른 편광판을 이용하여 측정할 수 있으며, 이는 공지의 측정 기기, 예를 들면, Jascp사의 P-2000 등의 polarimeter를 사용하여 측정할 수 있다.
액정 호스트의 유전율 이방성, 액정 호스트를 배향시키는 배향막의 배향 방향 등을 조절하여 상기와 같은 통상 투과 또는 차단 모드의 액정소자를 구현하는 방식은 공지이다.
상기 광학 필름은, 상기 2장의 기재 필름의 사이에서 상기 2장의 기재 필름의 간격을 유지하는 스페이서 및/또는 대향 배치된 2장의 기재 필름의 간격이 유지된 상태로 상기 기재 필름을 부착시키고 있는 상기 실런트 등을 추가로 포함할 수 있다. 상기 스페이서 및/또는 실런트로는, 특별한 제한 없이 공지의 소재가 사용될 수 있다.
광학 필름에서 상기 기재 필름의 일면, 예를 들면, 상기 광변조층(예를 들면, 능동 액정층)을 향하는 면상에는 배향막이 존재할 수 있다. 예를 들면, 상기 전극층상에 상기 배향막이 존재할 수 있다.
배향막은 능동 액정층과 같은 광변조층에 포함되는 액정 호스트의 배향을 제어하기 위한 구성이고, 특별한 제한 없이 공지의 배향막을 적용할 수 있다. 업계에서 공지된 배향막으로는, 러빙 배향막이나 광배향막 등이 있다.
전술한 광축의 배향을 달성하기 위해서 상기 배향막의 배향 방향이 제어될 수 있다. 예를 들면, 대향 배치되어 있는 2장의 기재 필름의 각 면에 형성된 2개의 배향막의 배향 방향은 서로 약 -10도 내지 10도의 범위 내의 각도, -7도 내지 7도의 범위 내의 각도, -5도 내지 5도의 범위 내의 각도 또는 -3도 내지 3도의 범위 내의 각도를 이루거나 서로 대략 평행할 수 있다. 다른 예시에서 상기 2개의 배향막의 배향 방향은 약 80도 내지 100도의 범위 내의 각도, 약 83도 내지 97도의 범위 내의 각도, 약 85도 내지 95도의 범위의 각도 내 또는 약 87도 내지 92도의 범위 내의 각도를 이루거나 서로 대략 수직일 수 있다.
이와 같은 배향 방향에 따라서 능동 액정층의 광축의 방향이 결정되기 때문에, 상기 배향 방향은 능동 액정층의 광축의 방향을 확인하여 확인할 수 있다.
광학 디바이스는, 상기 광학 필름과 함께 편광층을 추가로 포함할 수 있다. 상기 편광층으로는, 예를 들면, 흡수형 편광층, 즉 일방향으로 형성된 광흡수축과 그와는 대략 수직하게 형성된 광투과축을 가지는 편광층을 사용할 수 있다.
상기 편광층은, 상기 광학 필름의 제 1 배향 상태에서 상기 차단 상태가 구현된다고 가정하는 경우에 상기 제 1 배향 상태의 평균 광축(광축의 벡터함)과 상기 편광층의 광흡수축이 이루는 각도가 80도 내지 100도 또는 85도 내지 95도를 이루거나, 대략 수직이 되도록 배치되어 있거나, 혹은 35도 내지 55도 또는 약 40도 내지 50도가 되거나 대략 45도가 되도록 배치되어 있을 수 있다.
배향막의 배향 방향을 기준으로 할 때에, 전술한 것과 같이 대향 배치된 광학 필름의 2장의 기재 필름의 각 면상에 형성된 배향막의 배향 방향이 서로 약 -10도 내지 10도의 범위 내의 각도, -7도 내지 7도의 범위 내의 각도, -5도 내지 5도의 범위 내의 각도 또는 -3도 내지 3도의 범위 내의 각도를 이루거나 서로 대략 평행한 경우에 상기 2개의 배향막 중에서 어느 하나의 배향막의 배향 방향과 상기 편광층의 광흡수축이 이루는 각도가 80도 내지 100도 또는 85도 내지 95도를 이루거나, 대략 수직이 될 수 있다.
다른 예시에서 상기 2개의 배향막의 배향 방향이 약 80도 내지 100도의 범위 내의 각도, 약 83도 내지 97도의 범위 내의 각도, 약 85도 내지 95도의 범위의 각도 내 또는 약 87도 내지 92도의 범위 내의 각도를 이루거나 서로 대략 수직인 경우에는 2장의 배향막 중에서 상기 편광층에 보다 가깝게 배치된 배향막의 배향 방향과 상기 편광층의 광흡수축이 이루는 각도가 80도 내지 100도 또는 85도 내지 95도를 이루거나, 대략 수직이 될 수 있다.
예를 들면, 상기 광학 필름과 상기 편광층는 서로 적층되어 있는 상태일 수 있다. 또한, 상기 상태에서 상기 광학 필름의 제 1 배향 방향의 광축(평균 광축)과 상기 편광층의 광 흡수축이 상기 관계가 되도록 배치될 수 있다.
일 예시에서 상기 편광층가 후술하는 편광 코팅층인 경우에는 상기 편광 코팅층이 상기 광학 필름의 내부에 존재하는 구조가 구현될 수 있다. 예를 들면, 상기 광학 필름의 기재 필름 중 어느 하나의 기재 필름과 상기 광변조층의 사이에 상기 편광 코팅층이 존재하는 구조가 구현될 수 있다. 예를 들면, 광학 필름의 2개의 기재 필름 중 적어도 하나의 기재 필름상에는 상기 전극층, 상기 편광 코팅층 및 상기 배향막이 순차 형성되어 있을 수 있다.
광학 디바이스에서 적용될 수 있는 상기 편광층의 종류는 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 편광층으로는, 기존 LCD 등에서 사용되는 통상의 소재, 예를 들면, PVA(poly(vinyl alcohol)) 편광층 등이나, 유방성 액정(LLC: Lyotropic Liquid Cystal)이나, 반응성 액정(RM: Reactive Mesogen)과 이색성 색소(dichroic dye)를 포함하는 편광 코팅층과 같이 코팅 방식으로 구현한 편광층을 사용할 수 있다. 본 명세서에서 상기와 같이 코팅 방식으로 구현된 편광층은 편광 코팅층으로 호칭될 수 있다. 상기 유방성 액정으로는 특별한 제한 없이 공지의 액정을 사용할 수 있으며, 예를 들면, 이색비(dichroic ratio)가 30 내지 40 정도인 유방성 액정층을 형성할 수 있는 유방성 액정을 사용할 수 있다. 한편, 편광 코팅층이 반응성 액정(RM: Reactive Mesogen)과 이색성 색소(dichroic dye)를 포함하는 경우에 상기 이색성 색소로는 선형의 색소를 사용하거나, 혹은 디스코팅상의 색소(discotic dye)가 사용될 수도 있다.
본 출원의 광학 디바이스는 상기와 같은 광학 필름과 편광층을 각각 하나씩만 포함하거나, 혹은 그 중 어느 하나를 2개 이상 포함할 수 있다. 따라서, 일 예시에서 상기 광학 디바이스는 오직 하나의 상기 광학 필름과 오직 하나의 상기 편광층을 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
예를 들면, 본 출원의 광학 디바이스는, 대향하는 2개의 편광층을 포함하고, 상기 광변조층이 상기 2개의 편광층의 사이에 존재하는 구조를 가질 수도 있다. 이러한 경우에 상기 대향하는 2개의 편광층(제 1 및 제 2 편광층)의 흡수축은, 서로 수직하거나, 혹은 수평할 수 있다. 상기에서 수직 및 수평은, 각각 실질적인 수직 및 수평으로서, ±5도, ±4도, ±3도, ±2도 이내의 오차를 포함하는 것으로 이해할 수 있다.
광학 디바이스는, 대향 배치되어 있는 2장의 외곽 기판을 추가로 포함할 수 있다. 본 명세서에서는 편의상 상기 2장의 외곽 기판 중에서 어느 하나를 제 1 외곽 기판으로 호칭하고, 다른 하나를 제 2 외곽 기판으로 호칭할 수 있으나, 상기 제 1 및 2의 표현이 외곽 기판의 선후 내지는 상하 관계를 규정하는 것은 아니다.
일 예시에서 상기 광학 필름 또는 상기 광학 필름과 편광층은 상기 2장의 외곽 기판의 사이에서 캡슐화되어 있을 수 있다. 이러한 캡슐화는 접착 필름을 사용하여 이루어질 수 있다. 예를 들면, 도 9에 나타난 바와 같이 상기 대향 배치된 2장의 외곽 기판(30)의 사이에 상기 광학 필름(10)과 편광층(20)가 존재할 수 있다.
상기 외곽 기판으로는, 예를 들면, 글라스 등으로 되는 무기 기판 또는 플라스틱 기판이 사용될 수 있다. 플라스틱 기판으로는, TAC(triacetyl cellulose) 필름; 노르보르넨 유도체 등의 COP(cyclo olefin copolymer) 필름; PMMA(poly(methyl methacrylate) 등의 아크릴 필름; PC(polycarbonate) 필름; PE(polyethylene) 필름; PP(polypropylene) 필름; PVA(polyvinyl alcohol) 필름; DAC(diacetyl cellulose) 필름; Pac(Polyacrylate) 필름; PES(poly ether sulfone) 필름; PEEK(polyetheretherketon) 필름; PPS(polyphenylsulfone) 필름, PEI(polyetherimide) 필름; PEN(polyethylenemaphthatlate) 필름; PET(polyethyleneterephtalate) 필름; PI(polyimide) 필름; PSF(polysulfone) 필름; PAR(polyarylate) 필름 또는 불소 수지 필름 등이 사용될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 외곽 기판에는, 필요에 따라서 금, 은, 이산화 규소 또는 일산화 규소 등의 규소 화합물의 코팅층이나, 반사 방지층 등의 코팅층이 존재할 수도 있다.
상기 외곽 기판의 두께는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면 약 0.3 mm 이상일 수 있다. 상기 두께는 다른 예시에서 약 0.5 mm 이상, 약 1 mm 이상, 약 1.5 mm 이상 또는 약 2 mm 이상 정도일 수 있고, 10 mm 이하, 9 mm 이하, 8 mm 이하, 7 mm 이하, 6 mm 이하, 5 mm 이하, 4 mm 이하 또는 3 mm 이하 정도일 수도 있다.
상기 외곽 기판은, 평편(flat)한 기판이거나, 혹은 곡면 형상을 가지는 기판일 수 있다. 예를 들면, 상기 2장의 외곽 기판은 동시에 평편한 기판이거나, 동시에 곡면 형상을 가지거나, 혹은 어느 하나는 평편한 기판이고, 다른 하나는 곡면 형상의 기판일 수 있다.
또한, 상기에서 동시에 곡면 형상을 가지는 경우에는 각각의 곡률 또는 곡률 반경은 동일하거나 상이할 수 있다.
본 명세서에서 곡률 또는 곡률 반경은, 업계에서 공지된 방식으로 측정할 수 있으며, 예를 들면, 2D Profile Laser Sensor(레이저 센서), Chromatic confocal line sensor(공초점 센서) 또는 3D Measuring Conforcal Microscopy 등의 비접촉식 장비를 이용하여 측정할 수 있다. 이러한 장비를 사용하여 곡률 또는 곡률 반경을 측정하는 방식은 공지이다.
또한, 상기 기판과 관련해서 예를 들어, 표면과 이면에서의 곡률 또는 곡률 반경이 다른 경우에는 각각 마주보는 면의 곡률 또는 곡률 반경, 즉 제 1 외곽 기판의 경우, 제 2 외곽 기판과 대향하는 면의 곡률 또는 곡률 반경과 제 2 외곽 기판의 경우 제 1 외곽 기판과 대향하는 면의 곡률 또는 곡률 반경이 기준이 될 수 있다. 또한, 해당 면에서의 곡률 또는 곡률 반경이 일정하지 않고, 상이한 부분이 존재하는 경우에는 가장 큰 곡률 또는 곡률 반경 또는 가장 작은 곡률 또는 곡률 반경 또는 평균 곡률 또는 평균 곡률 반경이 기준이 될 수 있다.
상기 기판은, 양자가 곡률 또는 곡률 반경의 차이가 10% 이내, 9% 이내, 8% 이내, 7% 이내, 6% 이내, 5% 이내, 4% 이내, 3% 이내, 2% 이내 또는 1% 이내일 수 있다. 상기 곡률 또는 곡률 반경의 차이는, 큰 곡률 또는 곡률 반경을 CL이라고 하고, 작은 곡률 또는 곡률 반경을 CS라고 할 때에 100Х(CL-CS)/CS로 계산되는 수치이다. 또한, 상기 곡률 또는 곡률 반경의 차이의 하한은 특별히 제한되지 않는다. 2장의 외곽 기판의 곡률 또는 곡률 반경의 차이는 동일할 수 있기 때문에, 상기 곡률 또는 곡률 반경의 차이는 0% 이상이거나, 0% 초과일 수 있다.
상기와 같은 곡률 또는 곡률 반경의 제어는, 본 출원의 광학 디바이스와 같이 광학 필름 및/또는 편광층이 접착 필름으로 캡슐화된 구조에 있어서 유용하다.
제 1 및 제 2 외곽 기판이 모두 곡면인 경우에 양자의 곡률은 동일 부호일 수 있다. 다시 말하면, 상기 2개의 외곽 기판은 모두 동일한 방향으로 굴곡되어 있을 수 있다. 즉, 상기 경우는, 제 1 외곽 기판의 곡률 중심과 제 2 외곽 기판의 곡률 중심이 모두 제 1 및 제 2 외곽 기판의 상부 및 하부 중에서 같은 부분에 존재하는 경우이다.
도 10은, 제 1 및 제 2 외곽 기판(30)의 사이에 광학 필름 등을 포함하는 캡슐화 부위(400)가 존재하는 측면 예시인데, 이 경우는 제 1 및 제 2 외곽 기판(30) 모두의 곡률 중심은 도면에서 하부에 존재하는 경우이다.
제 1 및 제 2 외곽 기판의 각각의 곡률 또는 곡률 반경의 구체적인 범위는 특별히 제한되지 않는다. 일 예시에서 상기 각각의 기판의 곡률 반경은, 100R 이상, 200R 이상, 300R 이상, 400R 이상, 500R 이상, 600R 이상, 700R 이상, 800R 이상 또는 900R 이상이거나, 10,000R 이하, 9,000R 이하, 8,000R 이하, 7,000R 이하, 6,000R 이하, 5,000R 이하, 4,000R 이하, 3,000R 이하, 2,000R 이하, 1,900R 이하, 1,800R 이하, 1,700R 이하, 1,600R 이하, 1,500R 이하, 1,400R 이하, 1,300R 이하, 1,200R 이하, 1,100R 이하 또는 1,050R 이하일 수 있다. 상기에서 R은 반지름이 1 mm인 원의 휘어진 경도를 의미한다. 따라서, 상기에서 예를 들어, 100R은 반지름이 100mm인 원의 휘어진 정도 또는 그러한 원에 대한 곡률 반경이다. 물론 기판이 평편한 경우에 곡률은 0이고, 곡률 반경은 무한대이다.
제 1 및 제 2 외곽 기판은 상기 범위에서 동일하거나 상이한 곡률 반경을 가질 수 있다. 일 예시에서 제 1 및 제 2 외곽 기판의 곡률이 서로 다른 경우에, 그 중에서 곡률이 큰 기판의 곡률 반경이 상기 범위 내일 수 있다.
일 예시에서 제 1 및 제 2 외곽 기판의 곡률이 서로 다른 경우에는 그 중에서 곡률이 큰 기판이 광학 디바이스의 사용 시에 보다 중력 방향으로 배치되는 기판일 수 있다.
일 예시에서 상기 제 1 및 제 2 외곽 기판 중에서 상부 기판에 비해서 하부 기판이 보다 큰 곡률을 가질 수 있다. 이러한 경우에 상기 제 1 및 제 2 외곽 기판의 곡률의 차이는 전술한 범위일 수 있다. 또한, 상기에서 상부는, 제 1 및 제 2 외곽 기판이 모두 곡면 기판이거나, 혹은 제 1 및 제 2 외곽 기판 중 어느 하나가 곡면 기판이고, 다른 하나는 평면 기판인 경우에 상기 곡면의 볼록한 부위를 향하는 방향을 따라서 결정되는 위치 관계이다. 예를 들어, 도 10의 경우, 도면의 하부에서 상부로 볼록한 방향이 형성되어 있기 때문에 상부의 외곽 기판이 상부 기판이 되고, 하부의 외곽 기판이 하부 기판이 된다. 이러한 구조에서는 접착 필름(400)에 의해서 서로 부착되어 있는 외곽 기판 중 곡면 기판이 나타내는 복원력에 의해 광학 디바이스의 중심부로 일정 수준의 압력이 발생하게 되어서 내부에 기포 등의 불량의 발생이 억제, 경감, 완화 및/또는 방지될 수 있다.
상기 캡슐화를 위해서는, 후술하는 바와 같이 접착 필름을 사용한 오토클레이브(Autoclave) 공정이 수행될 수 있고, 이 과정에서는 통상 고온 및 고압이 적용된다. 그런데, 이와 같은 오토클레이브 공정 후에 캡슐화에 적용된 접착 필름이 고온에서 장시간 보관되는 등의 일부 경우에는 일부 재융해 등이 일어나서, 외곽 기판이 벌어지는 문제가 발생할 수 있다. 이와 같은 현상이 일어나게 되면, 캡슐화된 능동 액정 소자 및/또는 편광층에 힘이 작용하고, 내부에 기포가 형성될 수 있다.
그렇지만, 기판간의 곡률 또는 곡률 반경을 위와 같이 제어하게 되면, 접착 필름에 의한 합착력이 떨어지게 되어도 복원력과 중력의 합인 알짜힘이 작용하여 벌어짐을 막아줄 수 있고, 오토클레이브와 같은 공정 압력에도 잘 견딜 수 있다. 또한, 상기 복원력과 중력의 합인 알짜힘이 광학 디바이스의 중심부에서 작용하기 때문에 실제 투과율 등이 조절되는 영역에서 기포 등의 불량의 발생을 보다 효과적으로 억제, 경감, 완화 및/또는 방지할 수 있다.
광학 디바이스는 상기 광학 필름 및/또는 편광층을 상기 외곽 기판 내에서 캡슐화하고 있는 접착 필름을 추가로 포함할 수 있다. 이러한 접착 필름(40)은, 예를 들면, 도 11에 나타난 바와 같이 외곽 기판(30)과 광학 필름(10)의 사이, 광학 필름(10)과 편광층(20)의 사이 및/또는 편광층(20)와 외곽 기판(30)의 사이에 존재할 수 있고, 상기 광학 필름(10)과 편광층(20)의 측면, 적절하게는 모든 측면에 존재할 수 있다.
접착 필름은, 상기 외곽 기판(30)과 광학 필름(10), 광학 필름(10)과 편광층(20) 및 편광층(20)와 외곽 기판(30)들을 서로 접착시키면서, 상기 광학 필름(10)과 편광층(20)를 캡슐화하고 있을 수 있다.
예를 들면, 목적하는 구조에 따라서 외곽 기판, 광학 필름, 편광층 및 접착 필름을 적층한 후에 진공 상태에서 압착하는 방식으로 상기 구조를 구현할 수 있다.
상기 접착 필름으로는, 공지의 소재가 사용될 수 있고, 예를 들면, 공지된 열가소성 폴리우레탄 접착 필름(TPU: Thermoplastic Polyurethane), TPS(Thermoplastic Starch), 폴리아마이드 접착 필름, 폴리에스테르 접착 필름, EVA(Ethylene Vinyl Acetate) 접착 필름, 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀 접착 필름 또는 폴리올레핀 엘라스토머 필름(POE 필름) 등 중에서 후술하는 물성을 만족하는 것이 선택될 수 있다.
접착 필름으로는, 소정 범위의 위상차를 가지는 필름이 사용될 수 있다. 일 예시에서 상기 접착 필름은 정면 위상차가 100 nm 이하일 수 있다. 상기 정면 위상차는 다른 예시에서 약 95nm 이하, 약 90nm 이하, 약 85nm 이하, 약 80nm 이하, 약 75nm 이하, 약 70nm 이하, 약 65nm 이하, 약 60nm 이하, 약 55nm 이하, 약 50nm 이하, 약 45nm 이하, 약 40nm 이하, 약 35nm 이하, 약 30nm 이하, 약 25nm 이하, 약 20 nm 이하, 약 15 nm 이하, 약 10nm 이하, 약 9nm 이하, 약 8nm 이하, 약 7nm 이하, 약 6nm 이하, 약 5nm 이하, 약 4nm 이하, 약 3nm 이하, 약 2nm 이하 또는 약 1nm 이하일 수 있다. 상기 정면 위상차는 다른 예시에서 약 0nm 이상, 약 1nm 이상, 약 2nm 이상, 약 3nm 이상, 약 4nm 이상, 약 5nm 이상, 약 6nm 이상, 약 7nm 이상, 약 8nm 이상, 약 9nm 이상, 또는 약 9.5nm 이상일 수 있다.
접착 필름의 두께 방향 위상차의 절대값은, 예를 들면, 200 nm 이하일 수 있다. 상기 절대값은 다른 예시에서 약 190nm 이하, 180nm 이하, 170nm 이하, 160nm 이하, 150nm 이하, 140nm 이하, 130nm 이하, 120 nm 이하 또는 115 nm 이하일 수 있거나nm 이상, 0nm 이상, 10nm 이상, 20nm 이상, 30nm 이상, 40nm 이상, 50nm 이상, 60nm 이상, 70nm 이상, 80 nm 이상 또는 90 nm 이상일 수 있다. 상기 두께 방향 위상차는 상기 범위 내의 절대값을 가지는 한 음수이거나nm 이상, 양수일 수 있다.
상기 접착 필름의 정면 위상차(Rin) 및 두께 방향 위상차(Rth)는 각각 상기 수식 1 및 2에서 두께(d), 지상축 방향 굴절률(nx), 진상축 방향 굴절률(ny) 및 두께 방향의 굴절률(nz)을 접착 필름의 두께(d), 지상축 방향 굴절률(nx), 진상축 방향 굴절률(ny) 및 두께 방향의 굴절률(nz)로 대체하여 계산하는 것 외에는 동일하게 계산될 수 있다.
상기 접착 필름의 두께는 상기 외곽 기판(30)과 능동 액정층(10)의 사이의 접착 필름의 두께, 예를 들면 상기 양자간의 간격, 광학 필름(10)과 편광층(20)의 사이의 접착 필름의 두께, 예를 들면 상기 양자간의 간격 및 편광층(20)와 외곽 기판(30)의 사이의 접착 필름의 두께, 예를 들면 상기 양자간의 간격일 수 있다.
접착 필름의 두께는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면 약 200 μm 내지 600μm 정도의 범위 내일 수 있다. 상기에서 접착 필름의 두께는 상기 외곽 기판(30)과 광학 필름(10)의 사이의 접착 필름의 두께, 예를 들면 상기 양자간의 간격, 광학 필름(10)과 편광층(20)의 사이의 접착 필름의 두께, 예를 들면 상기 양자간의 간격 및 편광층(20)와 외곽 기판(30)의 사이의 접착 필름의 두께, 예를 들면 상기 양자간의 간격일 수 있다.
광학 디바이스는 상기 구성 외에도 필요한 임의 구성을 추가로 포함할 수 있고, 예를 들면, 위상차층, 광학 보상층, 반사 방지층, 하드코팅층 등의 공지의 구성을 적절한 위치에 포함할 수 있다.
본 출원의 상기 광학 디바이스를 제조하는 방법은 특별히 제한되지 않는다. 일 예시에서 상기 광학 디바이스는, 전술한 캡슐화를 위해서 오토클레이브 공정을 거쳐 제조될 수 있다.
예를 들면, 상기 광학 디바이스의 제조 방법은, 대향 배치되어 있는 제 1 및 제 2 외곽 기판의 사이에 있는 광학 필름 및/또는 편광층을 접착 필름을 사용한 오토클레이브 공정을 통해 캡슐화하는 단계를 포함할 수 있다. 이 과정에서 상기 제 1 및 제 2 외곽 기판의 곡률의 차이 등을 포함한 구체적인 사항은 전술한 바와 같다.
상기 오토클레이브 공정은, 외곽 기판의 사이에 목적하는 캡슐화 구조에 따라서 접착 필름과 능동 액정소자 및/또는 편광층을 배치하고, 가열/가압에 의해 수행할 수 있다.
예를 들어, 외곽 기판(30), 접착 필름(40), 능동 액정층(10), 접착 필름(40), 편광층(20), 접착 필름(40) 및 외곽 기판(30)을 상기 순서로 배치하고, 능동 액정층(10)과 편광층(20)의 측면에도 접착 필름(40)을 배치한 적층체를 오토클레이브 공정으로 가열/가압 처리하면, 도 11에 나타난 것과 같은 광학 디바이스가 형성될 수 있다.
상기 오토클레이브 공정의 조건은 특별한 제한이 없고, 예를 들면, 적용된 접착 필름의 종류에 따라 적절한 온도 및 압력 하에서 수행할 수 있다. 통상의 오토클레이트 공정의 온도는 약 80°C 이상, 90°C 이상 또는 100°C 이상이며, 압력은 2기압 이상이나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 공정 온도의 상한은 약 200°C 이하, 190°C 이하, 180°C 이하 또는 170°C 이하 정도일 수 있고, 공정 압력의 상한은 약 10기압 이하, 9기압 이하, 8기압 이하, 7기압 이하 또는 6기압 이하 정도일 수 있다.
상기와 같은 광학 디바이스는 다양한 용도로 사용될 수 있으며, 예를 들면, 선글라스나 AR(Argumented Reality) 또는 VR(Virtual Reality)용 아이웨어(eyewear) 등의 아이웨어류, 건물의 외벽이나 차량용 선루프 등에 사용될 수 있다.
하나의 예시에서 상기 광학 디바이스는, 그 자체로서 차량용 선루프일 수 있다.
예를 들면, 적어도 하나 이상의 개구부가 형성되어 있는 차체를 포함하는 자동차에 있어서 상기 개구부에 장착된 상기 광학 디바이스 또는 차량용 선루프를 장착하여 사용될 수 있다.
이 때 외곽 기판의 곡률 또는 곡률 반경이 서로 상이한 경우에는 그 중에서 곡률 반경이 더 작은 기판, 즉 곡률이 더 큰 기판이 보다 중력 방향으로 배치될 수 있다.
선루프는, 차량의 천장에 존재하는 고정된 또는 작동(벤팅 또는 슬라이딩)하는 개구부(opening)로서, 빛 또는 신선한 공기가 차량의 내부로 유입되도록 하는 기능을 할 수 있는 장치를 통칭하는 의미일 수 있다. 본 출원에서 선루프의 작동 방식은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 수동으로 작동하거나 또는 모터로 구동할 수 있으며, 선루프의 형상, 크기 또는 스타일은 목적하는 용도에 따라 적절히 선택될 수 있다. 예를 들어, 선루프는 작동 방식에 따라 팝-업 타입 선루프, 스포일러(tile & slide) 타입 선루프, 인빌트 타입 선루프, 폴딩 타입 선루프, 탑-마운트 타입 선루프, 파노라믹 루프 시스템 타입 선루프, 제거 가능한 루프 패널즈(t-tops 또는 targa roofts) 타입 선루프 또는 솔라 타입 선루프 등이 예시될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
본 출원의 예시적인 선루프는 본 출원의 상기 광학 디바이스를 포함할 수 있고, 이 경우 광학 디바이스에 대한 구체적인 사항은 상기 광학 디바이스의 항목에서 기술한 내용이 동일하게 적용될 수 있다.
본 출원은, 캡슐화된 구조에서 외부 전원이 연결되었을 때도 단락 등의 불량을 예방할 수 있는 광학 디바이스를 제공한다.
도 1은 예시적인 광학 필름의 측면도이다.
도 2 내지 8은, 전극층의 형성 형태를 설명하기 위한 도면이다.
도 9 내지 11은, 예시적인 광학 소자의 측면도이다.
이하 실시예를 통하여 본 출원을 보다 상세히 설명하나, 본 출원의 범위가 하기 실시예로 제한되는 것은 아니다.
실시예 1.
광변조층으로서, GH(Guest-Host) 액정층을 가지는 광학 필름을 제조하였다. 일면에 ITO(Indium Tin Oxide) 전극층(도 1의 120, 140)과 액정 배향막(도 1에는 미도시)이 순차 형성되어 있는 2장의 PC(polycarbonate) 필름(도 1의 110, 150)을 약 12㎛ 정도의 셀갭(cell gap)이 유지되도록 대향 배치한 상태에서 그 사이에 액정 호스트(Merck社의 MAT-16-969 액정) 및 이색성 염료 게스트(BASF社, X12)의 혼합물을 주입하고, 실런트로 테두리를 봉하여 광학 필름을 제작하였다. 상기 PC 필름의 대향 배치는 서로 배향막이 형성된 면이 마주보도록 하였다. 또한, 도 2 및 3에 나타난 바와 같이 기재 필름이 서로 엇갈리게 배치되도록 하였다. 상기 GH 액정층은, 전압 무인가시에는 수평 배향 상태이고, 전압 인가에 의해 수직 배향 상태로 스위칭될 수 있다. 이어서 각 기재 필름상에 형성된 전극층의 마주보지 않는 테두리(도 3의 200으로 표시된 영역 내의 전극층)에 외부 전원과 연결될 수 있도록 단자를 형성하였다.
상기 광학 필름과 PVA(polyvinylalcohol)계 편광층을 2장의 외곽 가판의 사이에서 열가소성 폴리우레탄 접착 필름(두께: 약 0.38 mm, 제조사: Argotec사, 제품명: ArgoFlex)으로 캡슐화하여 광학 소자를 제조하였다. 상기에서 외곽 기판으로는 두께가 약 3mm 정도인 글라스 기판을 사용하였으며, 곡률 반경이 약 1030R인 기판(제 1 외곽 기판)과 곡률 반경이 1000R인 기판(제 2 외곽 기판)을 사용하였다. 상기 제 1 외곽 기판, 상기 접착 필름, 상기 광학 필름, 상기 접착 필름, 상기 편광층, 상기 접착 필름 및 상기 제 2 외곽 기판을 상기 순서로 적층하고, 광학 필름의 모든 측면에도 상기 접착 필름을 배치하여 적층체를 제조하였다(제 1 외곽 기판에 비해서 제 2 외곽 기판이 중력 방향으로 배치). 그 후, 약 100°C의 온도 및 2기압 정도의 압력으로 오토클레이브 공정을 수행하여 광학 소자를 제조하였다.
이와 같은 방식으로 형성한 광학 디바이스의 제 2 영역(즉, 상기 전극층의 단자가 형성된 영역)에 외부 전원을 연결하고, 구동하였을 때에 투과 모드와 차단 모드의 사이를 효율적으로 스위칭하였으며, 그 과정에서 단락 현상은 발생하지 않았다.

Claims (14)

  1. 대향 배치된 제 1 및 제 2 기재 필름; 및 상기 제 1 및 제 2 기재 필름의 사이에 존재하는 광변조층을 포함하는 광학 필름을 가지고,
    상기 제 1 및 제 2 기재 필름의 서로 대향하는 면에는 각각 전극층이 형성되어 있으며,
    상기 전극층은, 상기 광변조층에 전계를 인가할 수 있도록 형성된 제 1 영역과 상기 제 1 영역이 상기 전계를 인가할 수 있도록 상기 전극층을 외부 전원과 연결하고 있는 제 2 영역을 포함하고,
    상기 제 1 기재 필름상의 전극층에 형성되어 있는 제 2 영역과 상기 제 2 기재 필름상의 전극층에 형성되어 있는 제 2 영역이 서로 마주하지 않도록 상기 제 1 및 제 2 기재 필름이 서로 엇갈리게 배치되어 있는 광학 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서, 제 1 및 제 2 기재 필름을 서로 부착시키고 있는 실런트를 추가로 포함하는 광학 디바이스.
  3. 제 2 항에 있어서, 실런트는, 제 1 기재 필름상의 제 1 및 제 2 영역의 경계와 상기 제 1 기재 필름의 적어도 한 면의 가장 외측 부위에 존재하고, 또한 상기 제 2 기재 필름상의 제 1 및 제 2 영역의 경계와 상기 제 2 기재 필름의 적어도 한 면의 가장 외측에 존재하는 상태로 상기 제 1 및 제 2 기재 필름을 부착시키고 있는 광학 디바이스.
  4. 제 1 항에 있어서, 광변조층은 액정 화합물을 포함하는 능동 액정층인 광학 디바이스.
  5. 제 1 항에 있어서, 광변조층은, 액정 호스트 및 이방성 염료 게스트를 포함하고, 적어도 2가지 서로 다른 배향 상태의 사이를 스위칭할 수 있는 능동 액정층인 광학 디바이스.
  6. 제 5 항에 있어서, 서로 다른 배향 상태는 수직 배향 상태와 수평 배향 상태를 포함하는 광학 디바이스.
  7. 제 1 항에 있어서, 편광층을 추가로 포함하는 광학 디바이스.
  8. 제 6 항에 있어서, 편광층을 추가로 포함하며, 상기 편광층은, 능동 액정층의 수평 배향 상태의 평균 광축과 편광층의 광흡수축이 이루는 각도가 80도 내지 100도 또는 35도 내지 55도의 범위 내 가 되도록 배치되어 있는 광학 디바이스.
  9. 제 1 항에 있어서, 제 1 및 제 2 기재 필름의 광변조층을 향하는 면상에 존재하는 배향막을 추가로 포함하는 광학 디바이스.
  10. 제 9 항에 있어서, 제 1 및 제 2 기재 필름상의 배향막의 배향 방향이 이루는 각도는 -10도 내지 10도의 범위 내 또는 80도 내지 90도의 범위 내인 광학 디바이스.
  11. 제 1 항에 있어서, 광학 필름의 적어도 일측에 배치된 편광층을 포함하고, 상기 광학 필름은, 제 1 및 제 2 기재 필름의 광변조층을 향하는 면상에 존재하는 배향막을 추가로 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 기재 필름 중에서 상기 편광층에 가까운 기재 필름상에 형성된 배향막의 배향 방향과 상기 편광층의 광 흡수축이 이루는 각도가 80도 내지 90도의 범위 내인 광학 디바이스.
  12. 제 1 항에 있어서, 대향 배치되어 있는 2장의 외곽 기판을 추가로 포함하고, 광학 필름은, 상기 외곽 기판의 사이에 존재하는 광학 디바이스.
  13. 제 12 항에 있어서, 광학 필름은, 2장의 외곽 기판의 사이에서 캡슐화제에 의해 전면이 캡슐화되어 있는 광학 디바이스.
  14. 하나 이상의 개구부가 형성되어 있는 차체; 및 상기 개구부에 장착된 제 1 항의 광학 디바이스를 포함하는 자동차.
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