KR20210051757A - 광변조 디바이스 - Google Patents
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Abstract
본 출원은 두 개의 기판 중에서 한쪽의 기판에만 액정 배향막을 형성하고, 다른 쪽 기판에는 배향막 대신 점착제층 또는 접착제층을 형성한 구조의 광변조 디바이스에서 초기 배향 안정성과 우수한 배향 특성을 확보할 수 있다.
Description
본 출원은 광변조 디바이스에 관한 것이다.
두 개의 기판의 사이에 액정 화합물 등을 포함하는 광변조층을 위치시킨 광변조 디바이스는 다양한 용도에 사용되고 있다.
광변조 디바이스가 목적하는 용도에 적합한 성능을 나타내기 위해서는, 상기 기판 사이에서 상기 액정 화합물의 배향 상태를 목적에 맞추어 제어하는 것이 중요하다. 통상 액정 화합물의 배향(특히 초기 배향)을 조절하기 위해서, 액정 화합물을 적용하는 디바이스는 대향하는 상기 두 개의 기판 표면에 모두 배향막을 형성한다.
상기와는 달리 대향하는 두 개의 기판 중에서 한쪽의 기판에만 액정 배향막을 형성하고, 다른 쪽 기판에는 배향막 대신 소정의 점착제층 또는 접착제층을 형성하면, 상기 배향막과 점착제층 또는 접착제층의 표면 작용에 의해서 특히 스마트 윈도우(smart window)나 아이웨어(eye wear) 용도에 적합한 액정 화합물의 배향 상태가 얻어질 수 있다.
상기와는 달리 대향하는 두 개의 기판 중에서 한쪽의 기판에만 액정 배향막을 형성하고, 다른 쪽 기판에는 배향막 대신 소정의 점착제층 또는 접착제층을 형성한 광변조 디바이스에서 액정 화합물의 배향은 특정 용도에 적합하지만, 액정 배향막이 1층만 존재하기 때문에, 초기 배향의 안정성을 확보하는 것이 쉽지 않다.
따라서, 본 출원은 두 개의 기판 중에서 한쪽의 기판에만 액정 배향막을 형성하고, 다른 쪽 기판에는 배향막 대신 점착제층 또는 접착제층을 형성한 구조의 광변조 디바이스에서 초기 배향의 안정성을 확보할 수 있도록 하는 것을 주요한 목적으로 한다.
또한, 본 출원은 두 개의 기판 중에서 한쪽의 기판에만 액정 배향막을 형성하고, 다른 쪽 기판에는 배향막 대신 점착제층 또는 접착제층을 형성한 구조의 광변조 디바이스에서 배향 상태를 보다 개선할 수 있도록 하는 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 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, 반사율, 색상 및/또는 헤이즈이 다른 상태를 의미할 수 있다.
광변조 디바이스가 구현할 수 있는 상태의 예로는, 투과, 차단, 고반사, 저반사 및/또는 특정 색상을 나타내는 색상 모드 상태 등이 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
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 디바이스의 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.
상기 차단 모드 상태에서 광변조 디바이스의 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.
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 디바이스의 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 디바이스의 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.
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, 저반사 모드 및 색상 모드(color mode) 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 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, 대향 배치된 2개의 기판과 상기 기판의 사이에 위치한 광변조층을 가지는 광변조 필름층을 기본 단위로 포함할 수 있다. 도 1은 상기 광변조 필름층의 일 예시를 나타내는 도면이다. 도면과 같이 광변조 필름층은, 대향 배치된 제 1 기판(100)과 제 2 기판(200)을 포함한다. 도면과 같이 제 1 기판(100)의 하나의 표면(이하, 제 1 표면이라 칭할 수 있다)상에는 점착제층 또는 접착제층이 형성되고, 다른 제 2 기판(200)의 하나의 표면(이하, 제 1 표면이라 칭할 수 있다.)에는 액정 배향막(2001)이 형성되며, 상기 대향 배치된 제 1 기판(100)과 제 2 기판(200)의 사이에 광변조층(600)이 위치한다. 광변조층이 액정층인 경우에 통상적으로 제 1 및 제 2 기판(100, 200)의 양쪽 표면 모두에 액정 배향막이 형성되지만, 제 1 기판(100)상에 액정 배향막 대신 점착제층 또는 접착제층을 형성하고, 제 2 기판(200)에만 액정 배향막을 형성함으로써, 특정 용도(예를 들면, smart window나 eye wear)에서 매우 유용한 액정 화합물의 배향 상태가 얻어질 수 있다. 따라서, 본 출원의 광변조 필름층의 제 1 기판에는 액정 배향막이 형성되지 않을 수 있다. 또한, 도면에는 도시되어 있지 않지만, 광변조 필름층의 제 1 및 제 2 기판 중 어느 한 기판에는 제 1 및 제 2 기판의 간격(cell gap)을 유지하는 스페이서가 존재하는데, 도면과 같이 제 1 기판(100)상에 점착제층 또는 접착제층(1001)을 형성하는 경우에 상기 스페이서에 상기 점착제층 또는 접착제층(1001)이 부착되어 제 1 및 제 2 기판간의 합착력을 크게 개선할 수 있다.
본 명세서에서 기판의 제 1 표면은 기판의 주표면과 그 반대측 표면 중에서 어느 하나의 표면을 의미하고, 제 2 표면은 기판의 주표면과 그 반대측 표면 중에서 다른 하나의 표면을 의미한다.
상기 기판으로는, 특별한 제한 없이 공지의 기판 소재가 사용될 수 있다. 예를 들면, 기판으로는 유리 기판, 결정성 또는 비결정성 실리콘 기판 또는 석영 기판 등의 무기 기판이나 플라스틱 기판 등을 사용할 수 있다. 플라스틱 기판으로는, TAC(triacetyl cellulose) 기판; 노르보르넨 유도체 기판 등의 COP(cyclo olefin copolymer) 기판; PMMA(poly(methyl methacrylate) 기판; PC(polycarbonate) 기판; PE(polyethylene) 기판; PP(polypropylene) 기판; PVA(polyvinyl alcohol) 기판; DAC(diacetyl cellulose) 기판; Pac(Polyacrylate) 기판; PES(poly ether sulfone) 기판; PEEK(polyetheretherketon) 기판; PPS(polyphenylsulfone), PEI(polyetherimide) 기판; PEN(polyethylenemaphthatlate) 기판; PET(polyethyleneterephtalate) 기판 등의 폴리에스테르 기판; PI(polyimide) 기판; PSF(polysulfone) 기판; PAR(polyarylate) 기판 또는 비정질 불소 수지 등을 포함하는 기판을 사용할 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니다. 이러한 기판의 두께는 특별히 제한되지 않고, 적절한 범위에서 선택될 수 있다.
상기 기판의 사이에 존재하는 광변조층은 외부 신호의 인가 여부에 따라, 단독으로 혹은 다른 구성 요소와 연계하여, 광의 투과도, 반사도, 헤이즈 및/또는 색상 등을 변경할 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 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.
하나의 예시에서 광변조층으로는 상기 액정층이 적용될 수 있다. 액정층은, 액정 화합물을 포함하는 층이다. 본 명세서에서 용어 액정층의 범위에는 액정 화합물을 포함하고 있는 층이 모두 포함되며, 예를 들어 후술하는 바와 같이 액정 화합물(액정 호스트)과 이색성 염료를 포함하는 소위 게스트 호스트층이나 키랄 도펀트 등 기타 첨가제를 액정 화합물과 함께 포함하는 층도 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 용어 수평 유전율(ε//)은 액정 분자의 방향자와 인가 전압에 의한 전기장의 방향이 실질적으로 수평하도록 전압을 인가한 상태에서 상기 전기장의 방향을 따라 측정한 유전율 값을 의미하고, 수직 유전율(ε⊥)은 액정 분자의 방향자와 인가 전압에 의한 전기장의 방향이 실질적으로 수직하도록 전압을 인가한 상태에서 상기 전기장의 방향을 따라 측정한 유전율 값을 의미한다.
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 또는 R-TN(Reversed Twisted Nematic) 모드 등을 예시할 수 있다.
액정층인 광변조층은, 상기 액정 화합물과 함께 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 편광층(Active Polarizer)로 기능할 수 있다. 본 명세서에서 용어 「능동형 편광층(Active Polarizer)」는 외부 신호 인가에 따라 비등방성 광흡수를 조절할 수 있는 기능성 소자를 의미할 수 있다. 이러한 능동형 편광층은 후술하는 수동형 편광층이 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.
광변조층인 액정층은 액정 화합물과 함께 소위 키랄 도펀트(chiral dopant)를 포함할 수도 있다. 이러한 키랄 도펀트는 액정 화합물에 나선 구조의 배향을 유도할 수 있다.
키랄 도펀트(Chiral dopant)로는, 액정성, 예를 들면, 네마틱 규칙성을 손상시키지 않고 목적하는 회전(twisting)을 유도할 수 있는 것이라면, 특별히 제한되지 않고 사용될 수 있다. 액정 분자에 회전을 유도하기 위한 키랄 도펀트는 분자 구조 중에 키랄리티(chirality)를 적어도 포함할 필요가 있다. 키랄 도펀트는, 예를 들면, 1개 또는 2개 이상의 비대칭 탄소(asymmetric carbon)를 가지는 화합물, 키랄 아민 또는 키랄 술폭시드 등의 헤테로원자 상에 비대칭점(asymmetric point)이 있는 화합물 또는 크물렌(cumulene) 또는 비나프톨(binaphthol) 등의 축부제를 가지는 광학 활성인 부위(axially asymmetric, optically active site)를 가지는 화합물이 예시될 수 있다. 키랄 도펀트는 예를 들면, 분자량이 1,500 이하인 저분자 화합물일 수 있다. 키랄 도펀트로는, 시판되는 키랄 네마틱 액정, 예를 들면, Merck사에서 시판되는 키랄 도판트 액정 S811 또는 BASF사의 LC756 등이 적용될 수 있다.
키랄 도펀트의 비율에도 특별한 제한은 없으나, 광변조층의 두께(d, cell gap)와 상기 키랄 도펀트의 첨가에 의해 발생하는 액정 화합물의 나선 구조의 피치(p)의 비율(d/p)이 후술하는 수식 1 또는 2를 만족시킬 수 있도록 선택될 수 있다. 수식 1 또는 2를 만족시킬 수 있는 상기 비율(d/p)은 점착제층 또는 접착제층과 액정 배향막에 의해 유도되는 액정 화합물의 배향과 연계되어 적용 용도에 적합한 배향 상태를 도출할 수 있고, 또한 초기 배향 안정성을 크게 개선할 수 있다.
키랄 도펀트가 적용된 소위 트위스트 또는 콜레스테릭 배향모드의 광변조층(액정층)의 피치(p)는, Wedge cell을 이용한 계측 방법으로 측정할 수 있고, D.Podolskyy 등의 Simple method for accurate measurements of the cholesteric pitch using a stripe-wedge Grandjean-Cano cell(Liquid Crystals, Vol. 35, No. 7, July 8\2008, 789-791)에 기재된 방식으로 측정할 수 있다. 또한, 키랄 도펀트의 함량(중량%)은, 100/(HTP(Helixcal Twisting power) Х 피치(nm)의 수식으로 계산되며, 목적하는 피치(p)를 고려하여 적정 비율로 선택될 수 있다.
광변조층(cell gap)의 두께는 본 출원의 목적을 고려하여 적절히 선택될 수 있다. 일 예시에서 상기 광변조층의 두께는, 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 두께에서 모드 상태에 따른 투과율, 반사율, 헤이즈 및/또는 색상의 차이가 큰 디바이스를 구현할 수 있다. 상기 두께는 두꺼울수록 상기 차이를 구현할 수 있어서 특별히 제한되는 것은 아니지만, 일반적으로 약 30㎛이하, 25㎛ 이하, 20㎛ 이하, 15㎛ 이하 또는 10㎛ 이하일 수 있다.
광변조 필름층에서 제 1 기판의 제 1 표면상에 형성되는 점착제층 또는 접착제층의 종류는 특별히 제한되지 않는다. 업계에서 소위 OCA(Optically Clear Adhesive) 또는 OCR(Opticall Clear Resin)로 공지된 다양한 유형의 점착제 또는 접착제들은 액정 배향막과 조합되어 액정 화합물의 적합한 배향을 유도할 수 있다. 상기 점착제 또는 접착제로는, 예를 들면, 아크릴계, 실리콘계, 에폭시계 또는 우레탄계의 점착제 또는 접착제가 적용될 수 있다.
적절한 점착제 또는 접착제로서, 실리콘계 점착제 또는 접착제가 예시될 수 있다. 실리콘계 점착제 또는 접착제가 가지는 특유의 표면 특성은 액정 배향막(특히, 수직 배향막)과 조합되어 목적에 적합한 액정 화합물의 배향 상태를 유도할 수 있다.
상기 실리콘계 점착제 또는 접착제는, 경화성 실리콘 접착제 또는 점착제 조성물(이하, 단순히 경화성 실리콘 조성물이라 호칭할 수 있다.)의 경화물을 사용할 수 있다. 경화성 실리콘 조성물의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 가열 경화성 실리콘 조성물 또는 자외선 경화성 실리콘 조성물을 사용할 수 있다.
하나의 예시에서 상기 경화성 실리콘 조성물은 부가 경화성 실리콘 조성물로서, (1) 분자 중에 2개 이상의 알케닐기를 함유하는 오르가노폴리실록산 및 (2) 분자 중에 2개 이상의 규소결합 수소원자를 함유하는 오르가노폴리실록산을 포함할 수 있다. 상기와 같은 실리콘 화합물은, 예를 들면, 백금 촉매 등의 촉매의 존재 하에서, 부가 반응에 의하여 경화물을 형성할 수 있다.
상기 (1) 오르가노폴리실록산은, 실리콘 경화물을 구성하는 주성분으로서, 1 분자 중 적어도 2개의 알케닐기를 포함한다. 이 때, 알케닐기의 구체적인 예에는, 비닐기, 알릴기, 부테닐기, 펜테닐기, 헥세닐기 또는 헵테닐기 등이 포함되고, 이 중 비닐기가 통상 적용되지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 (1) 오르가노폴리실록산에서, 전술한 알케닐기의 결합 위치는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 상기 알케닐기는 분자쇄의 말단 및/또는 분자쇄의 측쇄에 결합되어 있을 수 있다. 또한, 상기 (1) 오르가노폴리실록산에서, 전술한 알케닐 외에 포함될 수 있는 치환기의 종류로는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기 또는 헵틸기 등의 알킬기; 페닐기, 톨릴기, 크실릴기 또는 나프틸기 등의 아릴기; 벤질기 또는 페넨틸기 등의 아랄킬기; 클로로메틸기, 3-클로로프로필기 또는 3,3,3-트리플루오로프로필기 등의 할로겐 치환 알킬기 등을 들 수 있고, 이 중 메틸기 또는 페닐기가 통상 적용되지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 (1) 오르가노폴리실록산의 분자 구조는 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 직쇄상, 분지상, 고리상, 망상 또는 일부가 분지상을 이루는 직쇄상 등과 같이, 어떠한 형상이라도 가질 수 있다. 통상 상기와 같은 분자 구조 중 특히 직쇄상의 분자 구조를 가지는 것이 적용되지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 (1) 오르가노폴리실록산의 보다 구체적인 예로는, 분자쇄 양말단 트리메틸실록산기 봉쇄 디메틸실록산-메틸비닐실록산 공중합체, 분자쇄 양말단 트리메틸실록산기 봉쇄 메틸비닐폴리실록산, 분자쇄 양말단 트리메틸실록산기 봉쇄 디메틸실록산-메틸비닐실록산-메틸페닐실록산 공중합체, 분자쇄 양말단 디메틸비닐실록산기 봉쇄 디메틸폴리실록산, 분자쇄 양말단 디메틸비닐실록산기 봉쇄 메틸비닐폴리실록산, 분자쇄 양말단 디메틸비닐실록산기 봉쇄 디메틸실록산-메틸비닐실록산 공중합체, 분자쇄 양말단 디메틸비닐실록산기 봉쇄 디메틸실록산-메틸비닐실록산-메틸페닐실록산 공중합체, R1 2SiO2/2로 표시되는 실록산 단위와 R1 2R2SiO1/2로 표시되는 실록산 단위와 SiO4/2로 표시되는 실록산 단위를 포함하는 오르가노폴리실록산 공중합체, R12R2SiO1/2로 표시되는 실록산 단위와 SiO4/2로 표시되는 실록산 단위를 포함하는 오르가노폴리실록산 공중합체, R1R2SiO2/2로 표시되는 실록산 단위와 R1SiO3/2로 표시되는 실록산 단위 또는 R2SiO3/2로 표시되는 실록산 단위를 포함하는 오르가노폴리실록산 공중합체 및 상기 중 2 이상의 혼합물을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기에서, R1은 알케닐기 외의 탄화수소기로서, 구체적으로는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기 또는 헵틸기 등의 알킬기; 페닐기, 톨릴기, 크실릴기 또는 나프틸기 등의 아릴기; 벤질기 또는 페넨틸기 등의 아랄킬기; 클로로메틸기, 3-클로로프로필기 또는 3,3,3-트리플루오로프로필기 등의 할로겐 치환 알킬기 등일 수 있다. 또한, 상기에서 R2는 알케닐기로서, 구체적으로는 비닐기, 알릴기, 부테닐기, 펜테닐기, 헥세닐기 또는 헵테닐기 등일 수 있다.
상기 부가경화성 실리콘 조성물에서, (2) 오르가노폴리실록산은 상기 (1) 오르가노폴리실록산을 가교시키는 역할을 수행할 수 있다. 상기 (2) 오르가노폴리실록산에서, 수소원자의 결합 위치는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 분자쇄의 말단 및/또는 측쇄에 결합되어 있을 수 있다. 또한, 상기 (2) 오르가노폴리실록산에서, 상기 규소결합 수소원자 외에 포함될 수 있는 치환기의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, (1) 오르가노폴리실록산에서 언급한 바와 같은, 알킬기, 아릴기, 아랄킬기 또는 할로겐 치환 알킬기 등을 들 수 있고, 이 중 통상 메틸기 또는 페닐기가 적용되지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 (2) 오르가노폴리실록산의 분자 구조는 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 직쇄상, 분지상, 고리상, 망상 또는 일부가 분지상을 이루는 직쇄상 등과 같이, 어떠한 형상이라도 가질 수 있다. 상기와 같은 분자 구조 중 통상 직쇄상의 분자 구조를 가지는 것이 적용되지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 (2) 오르가노폴리실록산의 보다 구체적인 예로는, 분자쇄 양말단 트리메틸실록산기 봉쇄 메틸하이드로젠폴리실록산, 분자쇄 양말단 트리메틸실록산기 봉쇄 디메틸실록산-메틸하이드로젠 공중합체, 분자쇄 양말단 트리메틸실록산기 봉쇄 디메틸실록산-메틸하이드로젠실록산-메틸페닐실록산 공중합체, 분자쇄 양말단 디메틸하이드로젠실록산기 봉쇄 디메틸폴리실록산, 분자쇄 양말단 디메틸하이드로젠실록산기 봉쇄 디메틸실록산-메틸페닐실록산 공중합체, 분자쇄 양말단 디메틸하이드로젠실록산기 봉쇄 메틸페닐폴리실록산, R1 3SiO1/2로 표시되는 실록산 단위와 R1 2HSiO1/2로 표시되는 실록산 단위와 SiO4/2로 표시되는 실록산 단위를 포함하는 오르가노폴리실록산 공중합체, R1 2HSiO1/2로 표시되는 실록산 단위와 SiO4/2로 표시되는 실록산 단위를 포함하는 오르가노폴리실록산 공중합체, R1HSiO2/2로 표시되는 실록산 단위와 R1SiO3/2로 표시되는 실록산 단위 또는 HSiO3/2로 표시되는 실록산 단위를 포함하는 오르가노폴리실록산 공중합체 및 상기 중 2 이상의 혼합물을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기에서, R1은 알케닐기 외의 탄화수소기로서, 구체적으로는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기 또는 헵틸기 등의 알킬기; 페닐기, 톨릴기, 크실릴기 또는 나프틸기 등의 아릴기; 벤질기 또는 페넨틸기 등의 아랄킬기; 클로로메틸기, 3-클로로프로필기 또는 3,3,3-트리플루오로프로필기 등의 할로겐 치환 알킬기 등일 수 있다.
상기 (2) 오르가노폴리실록산의 함량은, 적절한 경화가 이루어질 수 있을 정도로 포함된다면 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 상기 (2) 오르가노폴리실록산은, 전술한 (1) 오르가노폴리실록산에 포함되는 알케닐기 하나에 대하여, 규소결합 수소원자가 0.5 내지 10개가 되는 양으로 포함될 수 있다. 이러한 범위에서 경화를 충분하게 진행시키고, 내열성을 확보할 수 있다.
상기 부가경화성 실리콘 조성물은, 경화를 위한 촉매로서, 백금 또는 백금 화합물을 추가로 포함할 수 있다. 이와 같은, 백금 또는 백금 화합물의 구체적인 종류는 특별한 제한은 없다. 촉매의 비율도 적절한 경화가 이루어질 수 있는 수준으로 조절되면 된다.
상기 부가경화성 실리콘 조성물은, 저장 안정성, 취급성 및 작업성 향상의 관점에서 필요한 적절한 첨가제를 적정 비율로 또한 포함할 수도 있다.
다른 예시에서 상기 실리콘 조성물은, 축합경화성 실리콘 조성물로서, 예를 들면 (a) 알콕시기 함유 실록산 폴리머; 및 (b) 수산기 함유 실록산 폴리머를 포함할 수 있다.
상기 (a) 실록산 폴리머는, 예를 들면, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물일 수 있다.
[화학식 1]
R1 aR2 bSiOc(OR3)d
화학식 1에서 R1 및 R2는, 각각 독립적으로, 수소 원자 또는 치환 또는 비치환된 1가 탄화수소기를 나타내고, R3은 알킬기를 나타내며, R1, R2 및 R3가 각각 복수개 존재하는 경우에는 서로 동일하거나 상이할 수 있고, a 및 b는 각각 독립적으로 0 이상, 1 미만의 수를 나타내고, a+b는 0 초과, 2 미만의 수를 나타내며, c는 0 초과, 2 미만의 수를 나타내고, d는 0 초과, 4 미만의 수를 나타내며, a+b+cХ2+d는 4이다.
화학식 1의 정의에서, 1가 탄화수소는, 예를 들면, 탄소수 1 내지 8의 알킬기, 페닐기, 벤질기 또는 톨릴기 등일 수 있고, 이 때 탄소수 1 내지 8의 알킬기로서는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 헵틸기 또는 옥틸기 등일 수 있다. 또한, 화학식 1의 정의에서, 1가 탄화수소기는, 예를 들면, 할로겐, 아미노기, 머캅토기, 이소시아네이트기, 글리시딜기, 글리시독시기 또는 우레이도기 등의 공지의 치환기로 치환되어 있을 수 있다.
화학식 1의 정의에서, R3의 알킬기의 예로는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기 또는 부틸기 등을 들 수 있다. 알킬기 중에서, 메틸기 또는 에틸기 등이 통상 적용되지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
화학식 1의 폴리머 중 분지상 또는 3차 가교된 실록산 폴리머를 사용할 수 있다. 또한, 이 (a) 실록산 폴리머에는, 목적을 손상시키지 않는 범위 내에서, 구체적으로는 탈알코올 반응을 저해하지 않는 범위 내에서 수산기가 잔존하고 있을 수 있다.
상기 (a) 실록산 폴리머는, 예를 들면, 다관능의 알콕시실란 또는 다관능 클로로 실란 등을 가수분해 및 축합시킴으로써 제조할 수 있다. 이 분야의 평균적 기술자는, 목적하는 (a) 실록산 폴리머에 따라 적절한 다관능 알콕시실란 또는 클로로 실란을 용이하게 선택할 수 있으며, 그를 사용한 가수분해 및 축합 반응의 조건 또한 용이하게 제어할 수 있다. 한편, 상기 (a) 실록산 폴리머의 제조 시에는, 목적에 따라서, 적절한 1관능의 알콕시 실란을 병용 사용할 수도 있다.
상기 (a) 실록산 폴리머로는, 예를 들면, 신에쯔 실리콘사의 X40-9220 또는 X40-9225, GE 토레이 실리콘사의 XR31-B1410, XR31-B0270 또는 XR31-B2733 등과 같은, 시판되고 있는 오르가노실록산 폴리머를 사용할 수 있다.
상기 축합경화성 실리콘 조성물에 포함되는, (b) 수산기 함유 실록산 폴리머로는, 예를 들면, 하기 화학식 2으로 나타나는 화합물을 사용할 수 있다.
[화학식 2]
화학식 2에서, R4 및 R5은 각각 독립적으로, 수소원자 또는 치환 또는 비치환된 1가의 탄화수소기를 나타내고, R5 및 R6이 각각 복수 존재하는 경우에는, 상기는 서로 동일하거나, 상이할 수 있으며, n은 5 내지 2,000의 정수를 나타낸다.
화학식 2의 정의에서, 1가 탄화수소기의 구체적인 종류로는, 예를 들면, 상기 화학식 1의 경우와 동일한 탄화수소기를 들 수 있다.
상기 (b) 실록산 폴리머는, 예를 들면, 디알콕시실란 및/또는 디클로로 실란 등을 가수분해 및 축합시킴으로써 제조할 수 있다. 이 분야의 평균적 기술자는, 목적하는 (b) 실록산 폴리머에 따라 적절한 디알콕시 실란 또는 디클로로 실란을 용이하게 선택할 수 있으며, 그를 사용한 가수분해 및 축합 반응의 조건 또한 용이하게 제어할 수 있다. 상기와 같은 (b) 실록산 폴리머로는, 예를 들면, GE 토레이 실리콘사의 XC96-723, YF-3800, YF-3804 등과 같은, 시판되고 있는 2관능 오르가노실록산 폴리머를 사용할 수 있다.
위에 기술한 부가 경화형 혹은 축합 경화형 실리콘 조성물은 본 출원에서 적용되는 실리콘 점착제 또는 접착제를 형성하기 위한 재료의 하나의 예시이다. 즉, 기본적으로 업계에서 OCA 또는 OCR 등으로 알려진 시릴콘 점착제 또는 접착제가 모두 본 출원에서 적용될 수 있다.
상기 점착제 또는 접착제 혹은 그를 형성하는 경화성 조성물의 유형은 특별히 제한되지 않고, 목적하는 용도에 따라 적절히 선택될 수 있다. 예를 들면, 고상, 반고상 또는 액상의 점착제 또는 접착제 또는 경화성 조성물이 사용될 수 있다. 고상 또는 반고상의 점착제 또는 접착제 또는 경화성 조성물은 접착 대상이 합착되기 전에 경화될 수 있다. 액상의 점착제 또는 접착제 또는 경화성 조성물은, 소위 광학 투명 레진(OCR; Optical Clear Resin)으로 호칭되고, 접착 대상이 합착된 후에 경화될 수 있다. 일 예시에 따르면 상기 점착제 또는 접착제 또는 경화성 조성물로서는, 소위 폴리디메틸실록산계(Polydimethyl siloxane-based) 점착제 또는 접착제 또는 경화성 조성물 또는 폴리메틸비닐실록산계(Polymethylvinyl siloxane-based) 점착제 또는 접착제 또는 경화성 조성물 또는 알콕시실리콘계(Alkoxy silicone-based) 점착제 또는 접착제 또는 경화성 조성물 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 점착제층 또는 접착제층의 두께는 특별히 제한되지 않고, 목적하는 접착력 또는 점착력의 확보를 위한 적정 범위로 선택될 수 있다. 상기 두께는 대략 1㎛ 내지 50㎛의 범위 내일 수 있다. 상기 두께는 다른 예시에서 2㎛ 이상, 3㎛ 이상, 4㎛ 이상, 5㎛ 이상, 6㎛ 이상, 7㎛ 이상, 8㎛ 이상, 9㎛ 이상 또는 10㎛ 이상이거나, 45㎛ 이하, 40㎛ 이하, 35㎛ 이하, 30㎛ 이하, 25㎛ 이하, 20㎛ 이하, 15㎛ 이하 또는 10㎛ 이하 정도일 수도 있다.
제 2 기판의 제 1 표면상에 형성되는 배향막의 종류도 특별한 제한은 없다. 즉, 상기 배향막으로는 목적하는 초기 배향을 고려하여 공지의 수직 혹은 수평 배향막이나 기타 배향막이 적용될 수 있다. 배향막의 유형도 러빙 배향막과 같은 접촉식 배향막이나, 광배향막과 같은 비접촉식 배향막이 적용될 수 있다. 하나의 예시에서 상기 배향막으로는 수직 배향막을 사용할 수 있다. 수직 배향막과 상기 점착제층 또는 접착제층의 조합은 다양한 용도에 적합한 액정 화합물의 배향 상태를 유도할 수 있다.
광변조층인 액정층에서 상기 점착제층 또는 접착제층과 액정 배향막에 의해 형성되는, 액정 화합물의 초기 배향은, 수직 배향, 수평 배향, 경사 배향 또는 스프레이 배향일 수 있다. 또한, 상기 수직 배향, 수평 배향, 경사 배향 상태 또는 스프레이 배향 상태에서 액정 화합물은 트위스팅되어 트위시팅 배향 또는 콜레스테릭 배향 상태로 존재하거나, 그렇지 않을 수도 있다. 상기에서 초기 배향은, 액정 화합물을 포함하는 광변조층에 전압과 같은 외부 신호가 인가되지 않은 상태에서의 배향을 의미한다.
상기 수평 배향, 경사 배향, 수직 배향 또는 스프레이 배향의 의미는 업계에서 공지된 바와 같다. 광변조층의 액정 화합물은 초기 상태에서 상기 수평 배향, 경사 배향, 수직 배향 또는 스프레이 배향의 상태를 유지하다가, 외부 신호에 따라서 그와는 다른 배향 상태로 변경될 수 있다.
하나의 예시에서 상기 광변조층에서의 액정 화합물의 초기 배향은 수직 배향이거나, 혹은 수직 배향과 유사한 배향 상태일 수 있다. 이러한 배향 상태는 상기 액정 배향막으로서 수직 배향막을 적용함으로써 얻어진다. 이와 같은 배향은 소위 R-TN(Reversed Twisted Nematic) 배향을 구현하는 소자에서 유용하다.
상기 수직 배향 또는 수직 배향과 유사한 배향 상태에서 광변조층의 면상 위상차(550 nm 파장 기준)는, 예를 들면, 약 30 nm 이하, 25 nm 이하, 20 nm 이하, 15 nm 이하, 10 nm 이하 또는 5 nm 이하이거나, 0 nm 이상 또는 0 nm 초과일 수 있다.
상기 면상 위상차(또는 면내 위상차)는 하기 수식 3에 따라서 구해질 수 있다.
[수식 3]
Rin = d Х (nx - ny)
수식 3에서 Rin은 면상 위상차 또는 면내 위상차이고, nx는 광변조층 내의 액정 화합물의 지상축 방향 굴절률이며, ny는 광변조층 내의 액정 화합물의 진상축 방향 굴절률이고, d는 광변조층의 두께이다.
광변조 필름층은, 상기 제 1 및 제 2 기판의 간격(spacer)을 유지하는 스페이서를 추가로 포함할 수 있다. 스페이서로는 통상적으로 적용되는 스페이서로서, 볼 스페이서나 컬럼 스페이서 또는 격벽형 스페이서가 적용될 수 있다. 적절한 예시에서 상기 스페이서로는 상기 격벽형 스페이서가 사용될 수 있으며, 특히 상기 격벽들이 적어도 하나의 폐도형을 형성하고 있는 격벽형 스페이서가 적용될 수 있다. 격벽형 스페이서가 형성하는 폐도형으로는 육각형(예를 들면, 정육각형 등)이나 사각형(예를 들면, 정사각형 또는 직사각형)이 예시될 수 있다. 상기 폐도형이 육각형, 특히 정육각형인 격벽형 스페이서는 소위 허니콤(honeycomb)형 스페이서로도 불리운다. 이와 같은 허니콤형 또는 사각형의 격벽형 스페이서는 공지된 바와 같이 기판상에 형성된 격벽형 스페이서의 형태를 기판의 법선 방향에서 관찰한 때에 상기 격벽형 스페이서에 의해 형성되는 도형이 허니콤형 또는 사각형인 경우를 의미한다. 상기 허니콤형은 통상 정육각형의 조합으로 되고, 사각형의 경우, 정사각형, 직사각형 또는 정사각형과 직사각형의 조합 등이 있을 수 있다. 제 1 및 제 2 기판간의 부착력을 고려하여 스페이서로는 격벽형 스페이서를 적용할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
스페이서의 피치 등도 목적하는 부착력이나 셀갭의 유지 효율 등을 고려하여 적절하게 선택될 수 있다. 예를 들어, 격벽형 스페이서가 적용되는 경우, 상기 격벽형 스페이서의 피치가 50μm 내지 2,000μm의 범위 내일 수 있다. 격벽형 스페이서에서 피치를 구하는 방식은 공지이다. 예를 들어, 격벽형 스페이서가 허니콤형이라면, 상기 허니콤을 이루는 육각형에서 마주보는 변들의 간격을 통해 피치를 구하고, 사각형인 경우에 사각형의 변의 길이를 통해 피치를 구한다. 상기 허니콤을 이루는 육각형에서 마주보는 변들의 간격이나, 사각형의 변의 길이가 일정하지 않은 경우에는 그들의 평균치를 피치로 규정할 수 있다.
상기 격벽형 스페이서가 폐도형을 구성하는 경우에, 예를 들면, 상기 폐도형의 면적(즉, 예를 들면, 육각형이나 사각형의 면적)은, 예를 들면, 약 1 내지 200 mm2의 범위 내일 수 있다. 격벽형 스페이서에 의해서 복수의 폐도형이 형성되고, 그 폐도형들의 면적이 각기 상이한 경우에는 상기 면적은 산술 평균치이다.
상기 격벽형 스페이서의 선폭, 예를 들면, 상기 허니콤을 이루는 육각형이나 사각형의 각 벽의 폭은, 예를 들면, 약 5μm 내지 50μm의 범위 내에 있을 수 있다. 상기 선폭은 다른 예시에서 약 10 μm 이상 또는 15 μm 이상이거나, 45 μm 이하, 40 μm 이하, 35 μm 이하, 30 μm 이하, 25 μm 이하 또는 20 μm 이하 정도일 수도 있다.
위와 같은 범위에서 셀갭이 적절하게 유지되고, 기판간의 부착력도 우수하게 유지할 수 있다.
기판들의 사이에 상기와 같은 볼 스페이서, 컬럼 스페이서 또는 격벽형 스페이서를 형성하는 방식은 공지이다.
상기와 같이 격벽형 스페이서가 형성되는 경우에 격벽형 스페이서에 의해 형성되는 패턴의 사이즈를 고려하여 상기 d/p 비율을 제어함으로써 초기 배향 안정성이 우수한 광변조 디바이스를 제공할 수 있다. 이러한 초기 배향 안정성은 특히 상기 액정 배향막이 수직 배향막이고, 상기 초기 배향이 그에 따른 수직 배향 또는 수직 배향과 유사한 배향인 경우에 유용하다.
예를 들면, 상기 격벽형 스페이서가 그 피치가 600μm 이하가 되거나, 상기 격벽형 스페이서에 의해 형성되는 폐도형(전술한 육각형 또는 사각형)의 면적이 13 mm2 이하가 되도록 형성되는 경우(이하, 본 출원의 제 1 태양이라고 호칭할 수 있다.)에는, 상기 d/p 비율은 하기 수식 1을 만족할 수 있다.
[수식 1]
0.1 ≤ d/p ≤ -0.002×d +0.655
수식 1에서 d는 상기 제 1 및 제 2 기판의 간격(cell gap)이며, p는 상기 액정층에서 상기 키랄 도펀트에 의해서 형성되는 나선 피치(단위: μm)이다.
상기 제 1 태양에서 상기 격벽형 스페이서의 피치는 다른 예시에서 50 μm 이상, 100 μm 이상, 150 μm 이상, 200 μm 이상 또는 250 μm 이상이거나, 550 μm 이하, 500 μm 이하, 450 μm 이하, 400 μm 이하, 350 μm 이하 또는 300 μm 이하 정도일 수도 있다.
또한, 상기 제 1 태양에서 상기 격벽형 스페이서에 의해 형성되는 폐도형의 면적은 다른 예시에서 0.5mm2 이상, 1 mm2 이상, 1.5 mm2 이상 또는 2 mm2 이상이거나, 10 mm2 이하, 9 mm2 이하, 8 mm2 이하, 7 mm2 이하, 6 mm2 이하, 5 mm2 이하, 4 mm2 이하 또는 3 mm2 이하 정도일 수도 있다.
이와 같은 격벽형 스페이서의 형성 패턴에서 상기 수식 1을 만족할 수 있도록 d/p의 비율이 제어되는 경우에 초기 배향 안정성과 배향 특성이 우수한 광변조 디바이스가 얻어질 수 있다.
상기 수식 1에서 d/p 비율은 다른 예시에서 0.15 이상, 0.2 이상, 0.25 이상, 0.3 이상, 0.35 이상, 0.4 이상, 0.45 이상, 0.5 이상 또는 0.55 이상 정도일 수도 있다.
또한 상기 수식 1에서 -0.002×d +0.655와 d/p 비율의 차이(-0.002×d +0.655 - d/p)는, 일 예시에서 0.001 내지 0.15의 범위 내일 수 있다. 상기 차이(-0.002×d +0.655 - d/p)는 다른 예시에서 0.005 이상, 0.01 이상, 0.015 이상, 0.02 이상, 0.025 이상, 0.03 이상, 0.035 이상, 0.04 이상, 0.045 이상, 0.05 이상, 0.055 이상, 0.06 이상, 0.065 이상, 0.07 이상, 0.075 이상, 0.08 이상, 0.085 이상, 0.09 이상, 0.095 이상 또는 0.1 이상이거나, 0.1 이하, 0.095 이하, 0.09 이하, 0.085 이하, 0.08 이하, 0.075 이하, 0.07 이하, 0.065 이하, 0.06 이하, 0.055 이하, 0.05 이하, 0.045 이하, 0.04 이하, 0.035 이하, 0.03 이하 또는 0.025 이하 정도일 수도 있다.
다른 예시에서 상기 격벽형 스페이서가 그 피치가 600μm 초과가 되거나, 상기 격벽형 스페이서에 의해 형성되는 폐도형(전술한 육각형 또는 사각형)의 면적이 13 mm2 초과가 되도록 형성되는 경우(이하, 본 출원의 제 2 태양이라고 호칭할 수 있다.)에는, 상기 d/p 비율은 하기 수식 2를 만족할 수 있다.
[수식 2]
0.1 ≤ d/p ≤ -0.002×d +0.77
수식 2에서 d는 상기 제 1 및 제 2 기판의 간격(cell gap)이며, p는 상기 액정층에서 상기 키랄 도펀트에 의해서 형성되는 나선 피치(단위: μm)이다.
상기 제 2 태양에서 상기 격벽형 스페이서의 피치는 다른 예시에서 650 μm 이상, 700 μm 이상, 750 μm 이상, 800 μm 이상, 850 μm 이상, 900 μm 이상 또는 950 μm 이상이거나, 2,000 μm 이하, 1,800 μm 이하, 1,600 μm 이하, 1,400 μm 이하, 1,200 μm 이하 또는 1,000 μm 이하 정도일 수도 있다.
또한, 상기 제 1 태양에서 상기 격벽형 스페이서에 의해 형성되는 폐도형의 면적은 다른 예시에서 15mm2 이상 또는 20 mm2 이상이거나, 100 mm2 이하, 90 mm2 이하, 80 mm2 이하, 70 mm2 이하, 60 mm2 이하, 50 mm2 이하, 40 mm2 이하 또는 30 mm2 이하 정도일 수도 있다.
이와 같은 격벽형 스페이서의 형성 패턴에서 상기 수식 2를 만족할 수 있도록 d/p의 비율이 제어되는 경우에 초기 배향 안정성과 배향 특성이 우수한 광변조 디바이스가 얻어질 수 있다.
상기 수식 2에서 d/p 비율은 다른 예시에서 0.15 이상, 0.2 이상, 0.25 이상, 0.3 이상, 0.35 이상, 0.4 이상, 0.45 이상, 0.5 이상 또는 0.55 이상 정도일 수도 있다.
또한 상기 수식 2에서 -0.002×d +0.77와 d/p 비율의 차이(-0.002×d +0.655 - d/p)는, 일 예시에서 0.001 내지 0.4의 범위 내일 수 있다. 상기 차이(-0.002×d +0.655 - d/p)는 다른 예시에서 0.005 이상, 0.01 이상, 0.015 이상, 0.02 이상, 0.025 이상, 0.03 이상, 0.035 이상, 0.04 이상, 0.045 이상, 0.05 이상, 0.055 이상, 0.06 이상, 0.065 이상, 0.07 이상, 0.075 이상, 0.08 이상, 0.085 이상, 0.09 이상, 0.095 이상, 0.1 이상 또는 0.15 이상이거나, 0.35 이하, 0.3 이하, 0.25 이하, 0.2 이하, 0.15 이하, 0.1 이하, 0.095 이하, 0.09 이하, 0.085 이하, 0.08 이하, 0.075 이하, 0.07 이하, 0.065 이하, 0.06 이하, 0.055 이하, 0.05 이하, 0.045 이하, 0.04 이하, 0.035 이하, 0.03 이하 또는 0.025 이하 정도일 수도 있다.
위와 같은 관계를 만족시키는 거에 의해서 초기 배향 안정성과 배향 특성이 우수한 광변조 디바이스를 제공할 수 있다.
상기 광변조 필름층의 각 기판에는 광변조층에 외부 신호를 인가하기 위한 구성요소로서, 전극층이 형성되어 있을 수 있다. 예를 들면, 제 1 기판에서 제 1 표면과 상기 점착제 또는 접착제층의 사이(도 1에서 100과 1001의 사이) 및/또는 제 2 기판에서 제 1 표면과 배향막의 사이(도 1에서 200과 2001의 사이)(스페이서가 존재하는 경우, 스페이서 및 배향막의 사이)에는 전극층이 존재할 수 있다. 제 2 기판의 경우, 제 1 표면에 우선 전극층을 형성하고, 그 상부에 스페이서 및 배향막을 순차 형성하는 것이 일반적이기 때문에 스페이서가 존재하는 경우, 전극층은 제 2 기판의 제 1 표면과 스페이서 및 배향막의 사이에 위치할 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.
광변조 디바이스는 상기 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 일측 또는 양측에 배치된 편광층(수동 편광층)를 추가로 포함할 수 있다. 도 2는 상기 구조의 예시로서, 도 1의 구조에서 광변조 필름층의 일면에만 편광층(400)이 배치된 경우이고, 도 3은 도 1의 구조에서 광변조 필름층의 양면에 편광층(400)이 배치된 경우이다. 또한, 스페이서로서 상기 격벽형 스페이서가 적용되고, 그 형태가 사각형(정사각형 또는 직사각형)인 경우에 상기 사각형의 변과 상기 편광층의 흡수축은 서로 실질적으로 수직 또는 수평을 이루도록 배치되는 것이 적절하다.
용어 편광층은 자연광 내지 비편광을 편광으로 변화시키는 소자를 의미할 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 편광층은 선 편광층일 수 있다. 선편광층은 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 편광층은 면 방향으로 서로 직교하는 투과축 및 흡수축 내지 반사축을 가질 수 있다.
상기 편광층은 흡수형 편광층 또는 반사형 편광층일 수 있다. 상기 흡수형 편광층으로는, 예를 들어, PVA(poly(vinyl alcohol)) 연신 필름 등과 같은 고분자 연신 필름에 요오드를 염착한 편광층 또는 배향된 상태로 중합된 액정을 호스트로 하고, 상기 액정의 배향에 따라 배열된 이색성 염료를 게스트로 하는 게스트-호스트형 편광층을 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 반사형 편광층으로는, 예를 들면, 소위 DBEF(Dual Brightness Enhancement Film)으로 공지되어 있는 반사형 편광층이나 LLC(Lyotropic liquid crystal)과 같은 액정 화합물을 코팅하여 형성되는 반사형 편광층을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 3과 같이 상기 광변조 필름층의 양측 모두에 상기 편광층이 배치된 구조일 수도 있다. 이러한 경우에 상기 양측에 배치된 편광층의 투과축이 이루는 각도는 85도 내지 95도의 범위 내 또는 대략 수직일 수 있다.
일 예시에서 상기 광학 디바이스는 편광층을 포함하지 않고, 구성될 수도 있다. 예를 들면, 상기 액정층에 추가 성분으로서 이색성 염료를 배합한 후에 편광층을 적용하지 않고, 광학 디바이스가 구성될 수도 있다.
광변조 디바이스는 상기 구성에 추가로 필요한 다른 구성을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 제 1 기판의 제 1 표면상에 형성되는 점착제층 또는 접착제층 외에 다른 구성 요소를 부착시키기 위한 점착제층이나 접착제층, 하드코팅 필름, 반사 방지 필름 및/또는 NIR(Near-Infrared) 차단(cut)층 등과 같이 광변조 디바이스의 구동 내지 사용에 필요한 임의의 다른 구성이 추가될 수 있다.
상기와 같은 광변조 디바이스를 제조하는 방식은 특별히 제한되지 않으며, 각 구성 요소로서 상기 요소가 적용되는 것 외에는 공지의 방식을 통해 상기 디바이스를 제조할 수 있다.
본 출원의 상기 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 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 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, 반사율, 색상 및/또는 헤이즈이 다른 상태를 의미할 수 있다.
광변조 디바이스가 구현할 수 있는 상태의 예로는, 투과, 차단, 고반사, 저반사 및/또는 특정 색상을 나타내는 색상 모드 상태 등이 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
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 디바이스의 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.
상기 차단 모드 상태에서 광변조 디바이스의 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.
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 디바이스의 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 디바이스의 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.
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, 저반사 모드 및 색상 모드(color mode) 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 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, 대향 배치된 2개의 기판과 상기 기판의 사이에 위치한 광변조층을 가지는 광변조 필름층을 기본 단위로 포함할 수 있다. 도 1은 상기 광변조 필름층의 일 예시를 나타내는 도면이다. 도면과 같이 광변조 필름층은, 대향 배치된 제 1 기판(100)과 제 2 기판(200)을 포함한다. 도면과 같이 제 1 기판(100)의 하나의 표면(이하, 제 1 표면이라 칭할 수 있다)상에는 점착제층 또는 접착제층이 형성되고, 다른 제 2 기판(200)의 하나의 표면(이하, 제 1 표면이라 칭할 수 있다.)에는 액정 배향막(2001)이 형성되며, 상기 대향 배치된 제 1 기판(100)과 제 2 기판(200)의 사이에 광변조층(600)이 위치한다. 광변조층이 액정층인 경우에 통상적으로 제 1 및 제 2 기판(100, 200)의 양쪽 표면 모두에 액정 배향막이 형성되지만, 제 1 기판(100)상에 액정 배향막 대신 점착제층 또는 접착제층을 형성하고, 제 2 기판(200)에만 액정 배향막을 형성함으로써, 특정 용도(예를 들면, smart window나 eye wear)에서 매우 유용한 액정 화합물의 배향 상태가 얻어질 수 있다. 따라서, 본 출원의 광변조 필름층의 제 1 기판에는 액정 배향막이 형성되지 않을 수 있다. 또한, 도면에는 도시되어 있지 않지만, 광변조 필름층의 제 1 및 제 2 기판 중 어느 한 기판에는 제 1 및 제 2 기판의 간격(cell gap)을 유지하는 스페이서가 존재하는데, 도면과 같이 제 1 기판(100)상에 점착제층 또는 접착제층(1001)을 형성하는 경우에 상기 스페이서에 상기 점착제층 또는 접착제층(1001)이 부착되어 제 1 및 제 2 기판간의 합착력을 크게 개선할 수 있다.
본 명세서에서 기판의 제 1 표면은 기판의 주표면과 그 반대측 표면 중에서 어느 하나의 표면을 의미하고, 제 2 표면은 기판의 주표면과 그 반대측 표면 중에서 다른 하나의 표면을 의미한다.
상기 기판으로는, 특별한 제한 없이 공지의 기판 소재가 사용될 수 있다. 예를 들면, 기판으로는 유리 기판, 결정성 또는 비결정성 실리콘 기판 또는 석영 기판 등의 무기 기판이나 플라스틱 기판 등을 사용할 수 있다. 플라스틱 기판으로는, TAC(triacetyl cellulose) 기판; 노르보르넨 유도체 기판 등의 COP(cyclo olefin copolymer) 기판; PMMA(poly(methyl methacrylate) 기판; PC(polycarbonate) 기판; PE(polyethylene) 기판; PP(polypropylene) 기판; PVA(polyvinyl alcohol) 기판; DAC(diacetyl cellulose) 기판; Pac(Polyacrylate) 기판; PES(poly ether sulfone) 기판; PEEK(polyetheretherketon) 기판; PPS(polyphenylsulfone), PEI(polyetherimide) 기판; PEN(polyethylenemaphthatlate) 기판; PET(polyethyleneterephtalate) 기판 등의 폴리에스테르 기판; PI(polyimide) 기판; PSF(polysulfone) 기판; PAR(polyarylate) 기판 또는 비정질 불소 수지 등을 포함하는 기판을 사용할 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니다. 이러한 기판의 두께는 특별히 제한되지 않고, 적절한 범위에서 선택될 수 있다.
상기 기판의 사이에 존재하는 광변조층은 외부 신호의 인가 여부에 따라, 단독으로 혹은 다른 구성 요소와 연계하여, 광의 투과도, 반사도, 헤이즈 및/또는 색상 등을 변경할 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 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.
하나의 예시에서 광변조층으로는 상기 액정층이 적용될 수 있다. 액정층은, 액정 화합물을 포함하는 층이다. 본 명세서에서 용어 액정층의 범위에는 액정 화합물을 포함하고 있는 층이 모두 포함되며, 예를 들어 후술하는 바와 같이 액정 화합물(액정 호스트)과 이색성 염료를 포함하는 소위 게스트 호스트층이나 키랄 도펀트 등 기타 첨가제를 액정 화합물과 함께 포함하는 층도 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 용어 수평 유전율(ε//)은 액정 분자의 방향자와 인가 전압에 의한 전기장의 방향이 실질적으로 수평하도록 전압을 인가한 상태에서 상기 전기장의 방향을 따라 측정한 유전율 값을 의미하고, 수직 유전율(ε⊥)은 액정 분자의 방향자와 인가 전압에 의한 전기장의 방향이 실질적으로 수직하도록 전압을 인가한 상태에서 상기 전기장의 방향을 따라 측정한 유전율 값을 의미한다.
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 또는 R-TN(Reversed Twisted Nematic) 모드 등을 예시할 수 있다.
액정층인 광변조층은, 상기 액정 화합물과 함께 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 편광층(Active Polarizer)로 기능할 수 있다. 본 명세서에서 용어 「능동형 편광층(Active Polarizer)」는 외부 신호 인가에 따라 비등방성 광흡수를 조절할 수 있는 기능성 소자를 의미할 수 있다. 이러한 능동형 편광층은 후술하는 수동형 편광층이 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.
광변조층인 액정층은 액정 화합물과 함께 소위 키랄 도펀트(chiral dopant)를 포함할 수도 있다. 이러한 키랄 도펀트는 액정 화합물에 나선 구조의 배향을 유도할 수 있다.
키랄 도펀트(Chiral dopant)로는, 액정성, 예를 들면, 네마틱 규칙성을 손상시키지 않고 목적하는 회전(twisting)을 유도할 수 있는 것이라면, 특별히 제한되지 않고 사용될 수 있다. 액정 분자에 회전을 유도하기 위한 키랄 도펀트는 분자 구조 중에 키랄리티(chirality)를 적어도 포함할 필요가 있다. 키랄 도펀트는, 예를 들면, 1개 또는 2개 이상의 비대칭 탄소(asymmetric carbon)를 가지는 화합물, 키랄 아민 또는 키랄 술폭시드 등의 헤테로원자 상에 비대칭점(asymmetric point)이 있는 화합물 또는 크물렌(cumulene) 또는 비나프톨(binaphthol) 등의 축부제를 가지는 광학 활성인 부위(axially asymmetric, optically active site)를 가지는 화합물이 예시될 수 있다. 키랄 도펀트는 예를 들면, 분자량이 1,500 이하인 저분자 화합물일 수 있다. 키랄 도펀트로는, 시판되는 키랄 네마틱 액정, 예를 들면, Merck사에서 시판되는 키랄 도판트 액정 S811 또는 BASF사의 LC756 등이 적용될 수 있다.
키랄 도펀트의 비율에도 특별한 제한은 없으나, 광변조층의 두께(d, cell gap)와 상기 키랄 도펀트의 첨가에 의해 발생하는 액정 화합물의 나선 구조의 피치(p)의 비율(d/p)이 후술하는 수식 1 또는 2를 만족시킬 수 있도록 선택될 수 있다. 수식 1 또는 2를 만족시킬 수 있는 상기 비율(d/p)은 점착제층 또는 접착제층과 액정 배향막에 의해 유도되는 액정 화합물의 배향과 연계되어 적용 용도에 적합한 배향 상태를 도출할 수 있고, 또한 초기 배향 안정성을 크게 개선할 수 있다.
키랄 도펀트가 적용된 소위 트위스트 또는 콜레스테릭 배향모드의 광변조층(액정층)의 피치(p)는, Wedge cell을 이용한 계측 방법으로 측정할 수 있고, D.Podolskyy 등의 Simple method for accurate measurements of the cholesteric pitch using a stripe-wedge Grandjean-Cano cell(Liquid Crystals, Vol. 35, No. 7, July 8\2008, 789-791)에 기재된 방식으로 측정할 수 있다. 또한, 키랄 도펀트의 함량(중량%)은, 100/(HTP(Helixcal Twisting power) Х 피치(nm)의 수식으로 계산되며, 목적하는 피치(p)를 고려하여 적정 비율로 선택될 수 있다.
광변조층(cell gap)의 두께는 본 출원의 목적을 고려하여 적절히 선택될 수 있다. 일 예시에서 상기 광변조층의 두께는, 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 두께에서 모드 상태에 따른 투과율, 반사율, 헤이즈 및/또는 색상의 차이가 큰 디바이스를 구현할 수 있다. 상기 두께는 두꺼울수록 상기 차이를 구현할 수 있어서 특별히 제한되는 것은 아니지만, 일반적으로 약 30㎛이하, 25㎛ 이하, 20㎛ 이하, 15㎛ 이하 또는 10㎛ 이하일 수 있다.
광변조 필름층에서 제 1 기판의 제 1 표면상에 형성되는 점착제층 또는 접착제층의 종류는 특별히 제한되지 않는다. 업계에서 소위 OCA(Optically Clear Adhesive) 또는 OCR(Opticall Clear Resin)로 공지된 다양한 유형의 점착제 또는 접착제들은 액정 배향막과 조합되어 액정 화합물의 적합한 배향을 유도할 수 있다. 상기 점착제 또는 접착제로는, 예를 들면, 아크릴계, 실리콘계, 에폭시계 또는 우레탄계의 점착제 또는 접착제가 적용될 수 있다.
적절한 점착제 또는 접착제로서, 실리콘계 점착제 또는 접착제가 예시될 수 있다. 실리콘계 점착제 또는 접착제가 가지는 특유의 표면 특성은 액정 배향막(특히, 수직 배향막)과 조합되어 목적에 적합한 액정 화합물의 배향 상태를 유도할 수 있다.
상기 실리콘계 점착제 또는 접착제는, 경화성 실리콘 접착제 또는 점착제 조성물(이하, 단순히 경화성 실리콘 조성물이라 호칭할 수 있다.)의 경화물을 사용할 수 있다. 경화성 실리콘 조성물의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 가열 경화성 실리콘 조성물 또는 자외선 경화성 실리콘 조성물을 사용할 수 있다.
하나의 예시에서 상기 경화성 실리콘 조성물은 부가 경화성 실리콘 조성물로서, (1) 분자 중에 2개 이상의 알케닐기를 함유하는 오르가노폴리실록산 및 (2) 분자 중에 2개 이상의 규소결합 수소원자를 함유하는 오르가노폴리실록산을 포함할 수 있다. 상기와 같은 실리콘 화합물은, 예를 들면, 백금 촉매 등의 촉매의 존재 하에서, 부가 반응에 의하여 경화물을 형성할 수 있다.
상기 (1) 오르가노폴리실록산은, 실리콘 경화물을 구성하는 주성분으로서, 1 분자 중 적어도 2개의 알케닐기를 포함한다. 이 때, 알케닐기의 구체적인 예에는, 비닐기, 알릴기, 부테닐기, 펜테닐기, 헥세닐기 또는 헵테닐기 등이 포함되고, 이 중 비닐기가 통상 적용되지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 (1) 오르가노폴리실록산에서, 전술한 알케닐기의 결합 위치는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 상기 알케닐기는 분자쇄의 말단 및/또는 분자쇄의 측쇄에 결합되어 있을 수 있다. 또한, 상기 (1) 오르가노폴리실록산에서, 전술한 알케닐 외에 포함될 수 있는 치환기의 종류로는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기 또는 헵틸기 등의 알킬기; 페닐기, 톨릴기, 크실릴기 또는 나프틸기 등의 아릴기; 벤질기 또는 페넨틸기 등의 아랄킬기; 클로로메틸기, 3-클로로프로필기 또는 3,3,3-트리플루오로프로필기 등의 할로겐 치환 알킬기 등을 들 수 있고, 이 중 메틸기 또는 페닐기가 통상 적용되지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 (1) 오르가노폴리실록산의 분자 구조는 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 직쇄상, 분지상, 고리상, 망상 또는 일부가 분지상을 이루는 직쇄상 등과 같이, 어떠한 형상이라도 가질 수 있다. 통상 상기와 같은 분자 구조 중 특히 직쇄상의 분자 구조를 가지는 것이 적용되지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 (1) 오르가노폴리실록산의 보다 구체적인 예로는, 분자쇄 양말단 트리메틸실록산기 봉쇄 디메틸실록산-메틸비닐실록산 공중합체, 분자쇄 양말단 트리메틸실록산기 봉쇄 메틸비닐폴리실록산, 분자쇄 양말단 트리메틸실록산기 봉쇄 디메틸실록산-메틸비닐실록산-메틸페닐실록산 공중합체, 분자쇄 양말단 디메틸비닐실록산기 봉쇄 디메틸폴리실록산, 분자쇄 양말단 디메틸비닐실록산기 봉쇄 메틸비닐폴리실록산, 분자쇄 양말단 디메틸비닐실록산기 봉쇄 디메틸실록산-메틸비닐실록산 공중합체, 분자쇄 양말단 디메틸비닐실록산기 봉쇄 디메틸실록산-메틸비닐실록산-메틸페닐실록산 공중합체, R1 2SiO2/2로 표시되는 실록산 단위와 R1 2R2SiO1/2로 표시되는 실록산 단위와 SiO4/2로 표시되는 실록산 단위를 포함하는 오르가노폴리실록산 공중합체, R12R2SiO1/2로 표시되는 실록산 단위와 SiO4/2로 표시되는 실록산 단위를 포함하는 오르가노폴리실록산 공중합체, R1R2SiO2/2로 표시되는 실록산 단위와 R1SiO3/2로 표시되는 실록산 단위 또는 R2SiO3/2로 표시되는 실록산 단위를 포함하는 오르가노폴리실록산 공중합체 및 상기 중 2 이상의 혼합물을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기에서, R1은 알케닐기 외의 탄화수소기로서, 구체적으로는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기 또는 헵틸기 등의 알킬기; 페닐기, 톨릴기, 크실릴기 또는 나프틸기 등의 아릴기; 벤질기 또는 페넨틸기 등의 아랄킬기; 클로로메틸기, 3-클로로프로필기 또는 3,3,3-트리플루오로프로필기 등의 할로겐 치환 알킬기 등일 수 있다. 또한, 상기에서 R2는 알케닐기로서, 구체적으로는 비닐기, 알릴기, 부테닐기, 펜테닐기, 헥세닐기 또는 헵테닐기 등일 수 있다.
상기 부가경화성 실리콘 조성물에서, (2) 오르가노폴리실록산은 상기 (1) 오르가노폴리실록산을 가교시키는 역할을 수행할 수 있다. 상기 (2) 오르가노폴리실록산에서, 수소원자의 결합 위치는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 분자쇄의 말단 및/또는 측쇄에 결합되어 있을 수 있다. 또한, 상기 (2) 오르가노폴리실록산에서, 상기 규소결합 수소원자 외에 포함될 수 있는 치환기의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, (1) 오르가노폴리실록산에서 언급한 바와 같은, 알킬기, 아릴기, 아랄킬기 또는 할로겐 치환 알킬기 등을 들 수 있고, 이 중 통상 메틸기 또는 페닐기가 적용되지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 (2) 오르가노폴리실록산의 분자 구조는 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 직쇄상, 분지상, 고리상, 망상 또는 일부가 분지상을 이루는 직쇄상 등과 같이, 어떠한 형상이라도 가질 수 있다. 상기와 같은 분자 구조 중 통상 직쇄상의 분자 구조를 가지는 것이 적용되지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 (2) 오르가노폴리실록산의 보다 구체적인 예로는, 분자쇄 양말단 트리메틸실록산기 봉쇄 메틸하이드로젠폴리실록산, 분자쇄 양말단 트리메틸실록산기 봉쇄 디메틸실록산-메틸하이드로젠 공중합체, 분자쇄 양말단 트리메틸실록산기 봉쇄 디메틸실록산-메틸하이드로젠실록산-메틸페닐실록산 공중합체, 분자쇄 양말단 디메틸하이드로젠실록산기 봉쇄 디메틸폴리실록산, 분자쇄 양말단 디메틸하이드로젠실록산기 봉쇄 디메틸실록산-메틸페닐실록산 공중합체, 분자쇄 양말단 디메틸하이드로젠실록산기 봉쇄 메틸페닐폴리실록산, R1 3SiO1/2로 표시되는 실록산 단위와 R1 2HSiO1/2로 표시되는 실록산 단위와 SiO4/2로 표시되는 실록산 단위를 포함하는 오르가노폴리실록산 공중합체, R1 2HSiO1/2로 표시되는 실록산 단위와 SiO4/2로 표시되는 실록산 단위를 포함하는 오르가노폴리실록산 공중합체, R1HSiO2/2로 표시되는 실록산 단위와 R1SiO3/2로 표시되는 실록산 단위 또는 HSiO3/2로 표시되는 실록산 단위를 포함하는 오르가노폴리실록산 공중합체 및 상기 중 2 이상의 혼합물을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기에서, R1은 알케닐기 외의 탄화수소기로서, 구체적으로는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기 또는 헵틸기 등의 알킬기; 페닐기, 톨릴기, 크실릴기 또는 나프틸기 등의 아릴기; 벤질기 또는 페넨틸기 등의 아랄킬기; 클로로메틸기, 3-클로로프로필기 또는 3,3,3-트리플루오로프로필기 등의 할로겐 치환 알킬기 등일 수 있다.
상기 (2) 오르가노폴리실록산의 함량은, 적절한 경화가 이루어질 수 있을 정도로 포함된다면 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 상기 (2) 오르가노폴리실록산은, 전술한 (1) 오르가노폴리실록산에 포함되는 알케닐기 하나에 대하여, 규소결합 수소원자가 0.5 내지 10개가 되는 양으로 포함될 수 있다. 이러한 범위에서 경화를 충분하게 진행시키고, 내열성을 확보할 수 있다.
상기 부가경화성 실리콘 조성물은, 경화를 위한 촉매로서, 백금 또는 백금 화합물을 추가로 포함할 수 있다. 이와 같은, 백금 또는 백금 화합물의 구체적인 종류는 특별한 제한은 없다. 촉매의 비율도 적절한 경화가 이루어질 수 있는 수준으로 조절되면 된다.
상기 부가경화성 실리콘 조성물은, 저장 안정성, 취급성 및 작업성 향상의 관점에서 필요한 적절한 첨가제를 적정 비율로 또한 포함할 수도 있다.
다른 예시에서 상기 실리콘 조성물은, 축합경화성 실리콘 조성물로서, 예를 들면 (a) 알콕시기 함유 실록산 폴리머; 및 (b) 수산기 함유 실록산 폴리머를 포함할 수 있다.
상기 (a) 실록산 폴리머는, 예를 들면, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물일 수 있다.
[화학식 1]
R1 aR2 bSiOc(OR3)d
화학식 1에서 R1 및 R2는, 각각 독립적으로, 수소 원자 또는 치환 또는 비치환된 1가 탄화수소기를 나타내고, R3은 알킬기를 나타내며, R1, R2 및 R3가 각각 복수개 존재하는 경우에는 서로 동일하거나 상이할 수 있고, a 및 b는 각각 독립적으로 0 이상, 1 미만의 수를 나타내고, a+b는 0 초과, 2 미만의 수를 나타내며, c는 0 초과, 2 미만의 수를 나타내고, d는 0 초과, 4 미만의 수를 나타내며, a+b+cХ2+d는 4이다.
화학식 1의 정의에서, 1가 탄화수소는, 예를 들면, 탄소수 1 내지 8의 알킬기, 페닐기, 벤질기 또는 톨릴기 등일 수 있고, 이 때 탄소수 1 내지 8의 알킬기로서는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 헵틸기 또는 옥틸기 등일 수 있다. 또한, 화학식 1의 정의에서, 1가 탄화수소기는, 예를 들면, 할로겐, 아미노기, 머캅토기, 이소시아네이트기, 글리시딜기, 글리시독시기 또는 우레이도기 등의 공지의 치환기로 치환되어 있을 수 있다.
화학식 1의 정의에서, R3의 알킬기의 예로는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기 또는 부틸기 등을 들 수 있다. 알킬기 중에서, 메틸기 또는 에틸기 등이 통상 적용되지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
화학식 1의 폴리머 중 분지상 또는 3차 가교된 실록산 폴리머를 사용할 수 있다. 또한, 이 (a) 실록산 폴리머에는, 목적을 손상시키지 않는 범위 내에서, 구체적으로는 탈알코올 반응을 저해하지 않는 범위 내에서 수산기가 잔존하고 있을 수 있다.
상기 (a) 실록산 폴리머는, 예를 들면, 다관능의 알콕시실란 또는 다관능 클로로 실란 등을 가수분해 및 축합시킴으로써 제조할 수 있다. 이 분야의 평균적 기술자는, 목적하는 (a) 실록산 폴리머에 따라 적절한 다관능 알콕시실란 또는 클로로 실란을 용이하게 선택할 수 있으며, 그를 사용한 가수분해 및 축합 반응의 조건 또한 용이하게 제어할 수 있다. 한편, 상기 (a) 실록산 폴리머의 제조 시에는, 목적에 따라서, 적절한 1관능의 알콕시 실란을 병용 사용할 수도 있다.
상기 (a) 실록산 폴리머로는, 예를 들면, 신에쯔 실리콘사의 X40-9220 또는 X40-9225, GE 토레이 실리콘사의 XR31-B1410, XR31-B0270 또는 XR31-B2733 등과 같은, 시판되고 있는 오르가노실록산 폴리머를 사용할 수 있다.
상기 축합경화성 실리콘 조성물에 포함되는, (b) 수산기 함유 실록산 폴리머로는, 예를 들면, 하기 화학식 2으로 나타나는 화합물을 사용할 수 있다.
[화학식 2]
화학식 2에서, R4 및 R5은 각각 독립적으로, 수소원자 또는 치환 또는 비치환된 1가의 탄화수소기를 나타내고, R5 및 R6이 각각 복수 존재하는 경우에는, 상기는 서로 동일하거나, 상이할 수 있으며, n은 5 내지 2,000의 정수를 나타낸다.
화학식 2의 정의에서, 1가 탄화수소기의 구체적인 종류로는, 예를 들면, 상기 화학식 1의 경우와 동일한 탄화수소기를 들 수 있다.
상기 (b) 실록산 폴리머는, 예를 들면, 디알콕시실란 및/또는 디클로로 실란 등을 가수분해 및 축합시킴으로써 제조할 수 있다. 이 분야의 평균적 기술자는, 목적하는 (b) 실록산 폴리머에 따라 적절한 디알콕시 실란 또는 디클로로 실란을 용이하게 선택할 수 있으며, 그를 사용한 가수분해 및 축합 반응의 조건 또한 용이하게 제어할 수 있다. 상기와 같은 (b) 실록산 폴리머로는, 예를 들면, GE 토레이 실리콘사의 XC96-723, YF-3800, YF-3804 등과 같은, 시판되고 있는 2관능 오르가노실록산 폴리머를 사용할 수 있다.
위에 기술한 부가 경화형 혹은 축합 경화형 실리콘 조성물은 본 출원에서 적용되는 실리콘 점착제 또는 접착제를 형성하기 위한 재료의 하나의 예시이다. 즉, 기본적으로 업계에서 OCA 또는 OCR 등으로 알려진 시릴콘 점착제 또는 접착제가 모두 본 출원에서 적용될 수 있다.
상기 점착제 또는 접착제 혹은 그를 형성하는 경화성 조성물의 유형은 특별히 제한되지 않고, 목적하는 용도에 따라 적절히 선택될 수 있다. 예를 들면, 고상, 반고상 또는 액상의 점착제 또는 접착제 또는 경화성 조성물이 사용될 수 있다. 고상 또는 반고상의 점착제 또는 접착제 또는 경화성 조성물은 접착 대상이 합착되기 전에 경화될 수 있다. 액상의 점착제 또는 접착제 또는 경화성 조성물은, 소위 광학 투명 레진(OCR; Optical Clear Resin)으로 호칭되고, 접착 대상이 합착된 후에 경화될 수 있다. 일 예시에 따르면 상기 점착제 또는 접착제 또는 경화성 조성물로서는, 소위 폴리디메틸실록산계(Polydimethyl siloxane-based) 점착제 또는 접착제 또는 경화성 조성물 또는 폴리메틸비닐실록산계(Polymethylvinyl siloxane-based) 점착제 또는 접착제 또는 경화성 조성물 또는 알콕시실리콘계(Alkoxy silicone-based) 점착제 또는 접착제 또는 경화성 조성물 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 점착제층 또는 접착제층의 두께는 특별히 제한되지 않고, 목적하는 접착력 또는 점착력의 확보를 위한 적정 범위로 선택될 수 있다. 상기 두께는 대략 1㎛ 내지 50㎛의 범위 내일 수 있다. 상기 두께는 다른 예시에서 2㎛ 이상, 3㎛ 이상, 4㎛ 이상, 5㎛ 이상, 6㎛ 이상, 7㎛ 이상, 8㎛ 이상, 9㎛ 이상 또는 10㎛ 이상이거나, 45㎛ 이하, 40㎛ 이하, 35㎛ 이하, 30㎛ 이하, 25㎛ 이하, 20㎛ 이하, 15㎛ 이하 또는 10㎛ 이하 정도일 수도 있다.
제 2 기판의 제 1 표면상에 형성되는 배향막의 종류도 특별한 제한은 없다. 즉, 상기 배향막으로는 목적하는 초기 배향을 고려하여 공지의 수직 혹은 수평 배향막이나 기타 배향막이 적용될 수 있다. 배향막의 유형도 러빙 배향막과 같은 접촉식 배향막이나, 광배향막과 같은 비접촉식 배향막이 적용될 수 있다. 하나의 예시에서 상기 배향막으로는 수직 배향막을 사용할 수 있다. 수직 배향막과 상기 점착제층 또는 접착제층의 조합은 다양한 용도에 적합한 액정 화합물의 배향 상태를 유도할 수 있다.
광변조층인 액정층에서 상기 점착제층 또는 접착제층과 액정 배향막에 의해 형성되는, 액정 화합물의 초기 배향은, 수직 배향, 수평 배향, 경사 배향 또는 스프레이 배향일 수 있다. 또한, 상기 수직 배향, 수평 배향, 경사 배향 상태 또는 스프레이 배향 상태에서 액정 화합물은 트위스팅되어 트위시팅 배향 또는 콜레스테릭 배향 상태로 존재하거나, 그렇지 않을 수도 있다. 상기에서 초기 배향은, 액정 화합물을 포함하는 광변조층에 전압과 같은 외부 신호가 인가되지 않은 상태에서의 배향을 의미한다.
상기 수평 배향, 경사 배향, 수직 배향 또는 스프레이 배향의 의미는 업계에서 공지된 바와 같다. 광변조층의 액정 화합물은 초기 상태에서 상기 수평 배향, 경사 배향, 수직 배향 또는 스프레이 배향의 상태를 유지하다가, 외부 신호에 따라서 그와는 다른 배향 상태로 변경될 수 있다.
하나의 예시에서 상기 광변조층에서의 액정 화합물의 초기 배향은 수직 배향이거나, 혹은 수직 배향과 유사한 배향 상태일 수 있다. 이러한 배향 상태는 상기 액정 배향막으로서 수직 배향막을 적용함으로써 얻어진다. 이와 같은 배향은 소위 R-TN(Reversed Twisted Nematic) 배향을 구현하는 소자에서 유용하다.
상기 수직 배향 또는 수직 배향과 유사한 배향 상태에서 광변조층의 면상 위상차(550 nm 파장 기준)는, 예를 들면, 약 30 nm 이하, 25 nm 이하, 20 nm 이하, 15 nm 이하, 10 nm 이하 또는 5 nm 이하이거나, 0 nm 이상 또는 0 nm 초과일 수 있다.
상기 면상 위상차(또는 면내 위상차)는 하기 수식 3에 따라서 구해질 수 있다.
[수식 3]
Rin = d Х (nx - ny)
수식 3에서 Rin은 면상 위상차 또는 면내 위상차이고, nx는 광변조층 내의 액정 화합물의 지상축 방향 굴절률이며, ny는 광변조층 내의 액정 화합물의 진상축 방향 굴절률이고, d는 광변조층의 두께이다.
광변조 필름층은, 상기 제 1 및 제 2 기판의 간격(spacer)을 유지하는 스페이서를 추가로 포함할 수 있다. 스페이서로는 통상적으로 적용되는 스페이서로서, 볼 스페이서나 컬럼 스페이서 또는 격벽형 스페이서가 적용될 수 있다. 적절한 예시에서 상기 스페이서로는 상기 격벽형 스페이서가 사용될 수 있으며, 특히 상기 격벽들이 적어도 하나의 폐도형을 형성하고 있는 격벽형 스페이서가 적용될 수 있다. 격벽형 스페이서가 형성하는 폐도형으로는 육각형(예를 들면, 정육각형 등)이나 사각형(예를 들면, 정사각형 또는 직사각형)이 예시될 수 있다. 상기 폐도형이 육각형, 특히 정육각형인 격벽형 스페이서는 소위 허니콤(honeycomb)형 스페이서로도 불리운다. 이와 같은 허니콤형 또는 사각형의 격벽형 스페이서는 공지된 바와 같이 기판상에 형성된 격벽형 스페이서의 형태를 기판의 법선 방향에서 관찰한 때에 상기 격벽형 스페이서에 의해 형성되는 도형이 허니콤형 또는 사각형인 경우를 의미한다. 상기 허니콤형은 통상 정육각형의 조합으로 되고, 사각형의 경우, 정사각형, 직사각형 또는 정사각형과 직사각형의 조합 등이 있을 수 있다. 제 1 및 제 2 기판간의 부착력을 고려하여 스페이서로는 격벽형 스페이서를 적용할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
스페이서의 피치 등도 목적하는 부착력이나 셀갭의 유지 효율 등을 고려하여 적절하게 선택될 수 있다. 예를 들어, 격벽형 스페이서가 적용되는 경우, 상기 격벽형 스페이서의 피치가 50μm 내지 2,000μm의 범위 내일 수 있다. 격벽형 스페이서에서 피치를 구하는 방식은 공지이다. 예를 들어, 격벽형 스페이서가 허니콤형이라면, 상기 허니콤을 이루는 육각형에서 마주보는 변들의 간격을 통해 피치를 구하고, 사각형인 경우에 사각형의 변의 길이를 통해 피치를 구한다. 상기 허니콤을 이루는 육각형에서 마주보는 변들의 간격이나, 사각형의 변의 길이가 일정하지 않은 경우에는 그들의 평균치를 피치로 규정할 수 있다.
상기 격벽형 스페이서가 폐도형을 구성하는 경우에, 예를 들면, 상기 폐도형의 면적(즉, 예를 들면, 육각형이나 사각형의 면적)은, 예를 들면, 약 1 내지 200 mm2의 범위 내일 수 있다. 격벽형 스페이서에 의해서 복수의 폐도형이 형성되고, 그 폐도형들의 면적이 각기 상이한 경우에는 상기 면적은 산술 평균치이다.
상기 격벽형 스페이서의 선폭, 예를 들면, 상기 허니콤을 이루는 육각형이나 사각형의 각 벽의 폭은, 예를 들면, 약 5μm 내지 50μm의 범위 내에 있을 수 있다. 상기 선폭은 다른 예시에서 약 10 μm 이상 또는 15 μm 이상이거나, 45 μm 이하, 40 μm 이하, 35 μm 이하, 30 μm 이하, 25 μm 이하 또는 20 μm 이하 정도일 수도 있다.
위와 같은 범위에서 셀갭이 적절하게 유지되고, 기판간의 부착력도 우수하게 유지할 수 있다.
기판들의 사이에 상기와 같은 볼 스페이서, 컬럼 스페이서 또는 격벽형 스페이서를 형성하는 방식은 공지이다.
상기와 같이 격벽형 스페이서가 형성되는 경우에 격벽형 스페이서에 의해 형성되는 패턴의 사이즈를 고려하여 상기 d/p 비율을 제어함으로써 초기 배향 안정성이 우수한 광변조 디바이스를 제공할 수 있다. 이러한 초기 배향 안정성은 특히 상기 액정 배향막이 수직 배향막이고, 상기 초기 배향이 그에 따른 수직 배향 또는 수직 배향과 유사한 배향인 경우에 유용하다.
예를 들면, 상기 격벽형 스페이서가 그 피치가 600μm 이하가 되거나, 상기 격벽형 스페이서에 의해 형성되는 폐도형(전술한 육각형 또는 사각형)의 면적이 13 mm2 이하가 되도록 형성되는 경우(이하, 본 출원의 제 1 태양이라고 호칭할 수 있다.)에는, 상기 d/p 비율은 하기 수식 1을 만족할 수 있다.
[수식 1]
0.1 ≤ d/p ≤ -0.002×d +0.655
수식 1에서 d는 상기 제 1 및 제 2 기판의 간격(cell gap)이며, p는 상기 액정층에서 상기 키랄 도펀트에 의해서 형성되는 나선 피치(단위: μm)이다.
상기 제 1 태양에서 상기 격벽형 스페이서의 피치는 다른 예시에서 50 μm 이상, 100 μm 이상, 150 μm 이상, 200 μm 이상 또는 250 μm 이상이거나, 550 μm 이하, 500 μm 이하, 450 μm 이하, 400 μm 이하, 350 μm 이하 또는 300 μm 이하 정도일 수도 있다.
또한, 상기 제 1 태양에서 상기 격벽형 스페이서에 의해 형성되는 폐도형의 면적은 다른 예시에서 0.5mm2 이상, 1 mm2 이상, 1.5 mm2 이상 또는 2 mm2 이상이거나, 10 mm2 이하, 9 mm2 이하, 8 mm2 이하, 7 mm2 이하, 6 mm2 이하, 5 mm2 이하, 4 mm2 이하 또는 3 mm2 이하 정도일 수도 있다.
이와 같은 격벽형 스페이서의 형성 패턴에서 상기 수식 1을 만족할 수 있도록 d/p의 비율이 제어되는 경우에 초기 배향 안정성과 배향 특성이 우수한 광변조 디바이스가 얻어질 수 있다.
상기 수식 1에서 d/p 비율은 다른 예시에서 0.15 이상, 0.2 이상, 0.25 이상, 0.3 이상, 0.35 이상, 0.4 이상, 0.45 이상, 0.5 이상 또는 0.55 이상 정도일 수도 있다.
또한 상기 수식 1에서 -0.002×d +0.655와 d/p 비율의 차이(-0.002×d +0.655 - d/p)는, 일 예시에서 0.001 내지 0.15의 범위 내일 수 있다. 상기 차이(-0.002×d +0.655 - d/p)는 다른 예시에서 0.005 이상, 0.01 이상, 0.015 이상, 0.02 이상, 0.025 이상, 0.03 이상, 0.035 이상, 0.04 이상, 0.045 이상, 0.05 이상, 0.055 이상, 0.06 이상, 0.065 이상, 0.07 이상, 0.075 이상, 0.08 이상, 0.085 이상, 0.09 이상, 0.095 이상 또는 0.1 이상이거나, 0.1 이하, 0.095 이하, 0.09 이하, 0.085 이하, 0.08 이하, 0.075 이하, 0.07 이하, 0.065 이하, 0.06 이하, 0.055 이하, 0.05 이하, 0.045 이하, 0.04 이하, 0.035 이하, 0.03 이하 또는 0.025 이하 정도일 수도 있다.
다른 예시에서 상기 격벽형 스페이서가 그 피치가 600μm 초과가 되거나, 상기 격벽형 스페이서에 의해 형성되는 폐도형(전술한 육각형 또는 사각형)의 면적이 13 mm2 초과가 되도록 형성되는 경우(이하, 본 출원의 제 2 태양이라고 호칭할 수 있다.)에는, 상기 d/p 비율은 하기 수식 2를 만족할 수 있다.
[수식 2]
0.1 ≤ d/p ≤ -0.002×d +0.77
수식 2에서 d는 상기 제 1 및 제 2 기판의 간격(cell gap)이며, p는 상기 액정층에서 상기 키랄 도펀트에 의해서 형성되는 나선 피치(단위: μm)이다.
상기 제 2 태양에서 상기 격벽형 스페이서의 피치는 다른 예시에서 650 μm 이상, 700 μm 이상, 750 μm 이상, 800 μm 이상, 850 μm 이상, 900 μm 이상 또는 950 μm 이상이거나, 2,000 μm 이하, 1,800 μm 이하, 1,600 μm 이하, 1,400 μm 이하, 1,200 μm 이하 또는 1,000 μm 이하 정도일 수도 있다.
또한, 상기 제 1 태양에서 상기 격벽형 스페이서에 의해 형성되는 폐도형의 면적은 다른 예시에서 15mm2 이상 또는 20 mm2 이상이거나, 100 mm2 이하, 90 mm2 이하, 80 mm2 이하, 70 mm2 이하, 60 mm2 이하, 50 mm2 이하, 40 mm2 이하 또는 30 mm2 이하 정도일 수도 있다.
이와 같은 격벽형 스페이서의 형성 패턴에서 상기 수식 2를 만족할 수 있도록 d/p의 비율이 제어되는 경우에 초기 배향 안정성과 배향 특성이 우수한 광변조 디바이스가 얻어질 수 있다.
상기 수식 2에서 d/p 비율은 다른 예시에서 0.15 이상, 0.2 이상, 0.25 이상, 0.3 이상, 0.35 이상, 0.4 이상, 0.45 이상, 0.5 이상 또는 0.55 이상 정도일 수도 있다.
또한 상기 수식 2에서 -0.002×d +0.77와 d/p 비율의 차이(-0.002×d +0.655 - d/p)는, 일 예시에서 0.001 내지 0.4의 범위 내일 수 있다. 상기 차이(-0.002×d +0.655 - d/p)는 다른 예시에서 0.005 이상, 0.01 이상, 0.015 이상, 0.02 이상, 0.025 이상, 0.03 이상, 0.035 이상, 0.04 이상, 0.045 이상, 0.05 이상, 0.055 이상, 0.06 이상, 0.065 이상, 0.07 이상, 0.075 이상, 0.08 이상, 0.085 이상, 0.09 이상, 0.095 이상, 0.1 이상 또는 0.15 이상이거나, 0.35 이하, 0.3 이하, 0.25 이하, 0.2 이하, 0.15 이하, 0.1 이하, 0.095 이하, 0.09 이하, 0.085 이하, 0.08 이하, 0.075 이하, 0.07 이하, 0.065 이하, 0.06 이하, 0.055 이하, 0.05 이하, 0.045 이하, 0.04 이하, 0.035 이하, 0.03 이하 또는 0.025 이하 정도일 수도 있다.
위와 같은 관계를 만족시키는 거에 의해서 초기 배향 안정성과 배향 특성이 우수한 광변조 디바이스를 제공할 수 있다.
상기 광변조 필름층의 각 기판에는 광변조층에 외부 신호를 인가하기 위한 구성요소로서, 전극층이 형성되어 있을 수 있다. 예를 들면, 제 1 기판에서 제 1 표면과 상기 점착제 또는 접착제층의 사이(도 1에서 100과 1001의 사이) 및/또는 제 2 기판에서 제 1 표면과 배향막의 사이(도 1에서 200과 2001의 사이)(스페이서가 존재하는 경우, 스페이서 및 배향막의 사이)에는 전극층이 존재할 수 있다. 제 2 기판의 경우, 제 1 표면에 우선 전극층을 형성하고, 그 상부에 스페이서 및 배향막을 순차 형성하는 것이 일반적이기 때문에 스페이서가 존재하는 경우, 전극층은 제 2 기판의 제 1 표면과 스페이서 및 배향막의 사이에 위치할 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.
광변조 디바이스는 상기 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 일측 또는 양측에 배치된 편광층(수동 편광층)를 추가로 포함할 수 있다. 도 2는 상기 구조의 예시로서, 도 1의 구조에서 광변조 필름층의 일면에만 편광층(400)이 배치된 경우이고, 도 3은 도 1의 구조에서 광변조 필름층의 양면에 편광층(400)이 배치된 경우이다. 또한, 스페이서로서 상기 격벽형 스페이서가 적용되고, 그 형태가 사각형(정사각형 또는 직사각형)인 경우에 상기 사각형의 변과 상기 편광층의 흡수축은 서로 실질적으로 수직 또는 수평을 이루도록 배치되는 것이 적절하다.
용어 편광층은 자연광 내지 비편광을 편광으로 변화시키는 소자를 의미할 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 편광층은 선 편광층일 수 있다. 선편광층은 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 편광층은 면 방향으로 서로 직교하는 투과축 및 흡수축 내지 반사축을 가질 수 있다.
상기 편광층은 흡수형 편광층 또는 반사형 편광층일 수 있다. 상기 흡수형 편광층으로는, 예를 들어, PVA(poly(vinyl alcohol)) 연신 필름 등과 같은 고분자 연신 필름에 요오드를 염착한 편광층 또는 배향된 상태로 중합된 액정을 호스트로 하고, 상기 액정의 배향에 따라 배열된 이색성 염료를 게스트로 하는 게스트-호스트형 편광층을 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 반사형 편광층으로는, 예를 들면, 소위 DBEF(Dual Brightness Enhancement Film)으로 공지되어 있는 반사형 편광층이나 LLC(Lyotropic liquid crystal)과 같은 액정 화합물을 코팅하여 형성되는 반사형 편광층을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 3과 같이 상기 광변조 필름층의 양측 모두에 상기 편광층이 배치된 구조일 수도 있다. 이러한 경우에 상기 양측에 배치된 편광층의 투과축이 이루는 각도는 85도 내지 95도의 범위 내 또는 대략 수직일 수 있다.
일 예시에서 상기 광학 디바이스는 편광층을 포함하지 않고, 구성될 수도 있다. 예를 들면, 상기 액정층에 추가 성분으로서 이색성 염료를 배합한 후에 편광층을 적용하지 않고, 광학 디바이스가 구성될 수도 있다.
광변조 디바이스는 상기 구성에 추가로 필요한 다른 구성을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 제 1 기판의 제 1 표면상에 형성되는 점착제층 또는 접착제층 외에 다른 구성 요소를 부착시키기 위한 점착제층이나 접착제층, 하드코팅 필름, 반사 방지 필름 및/또는 NIR(Near-Infrared) 차단(cut)층 등과 같이 광변조 디바이스의 구동 내지 사용에 필요한 임의의 다른 구성이 추가될 수 있다.
상기와 같은 광변조 디바이스를 제조하는 방식은 특별히 제한되지 않으며, 각 구성 요소로서 상기 요소가 적용되는 것 외에는 공지의 방식을 통해 상기 디바이스를 제조할 수 있다.
본 출원의 상기 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.
도 1 내지 3은 본 출원의 예시적인 광변조 디바이스의 모식도이다.
도 4 내지 25는 실시예 또는 비교예의 광변조 디바이스의 초기 배향 안정성을 평가한 결과이다.
도 4 내지 25는 실시예 또는 비교예의 광변조 디바이스의 초기 배향 안정성을 평가한 결과이다.
이하 실시예를 통하여 본 출원을 구체적으로 설명하지만, 본 출원의 범위가 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
실시예 1.
제 1 기판으로서, 제 1 표면에 ITO(Indium Tin Oxide)층이 약 30 nm 정도의 두께로 증착된 두께 125 μm 정도의 PET(poly(ethylene terephthalate)) 필름을 사용하였다. 상기 PET 필름의 상기 ITO층상에 실리콘 점착제을 형성하였다. 점착제는 실리콘 점착제 조성물(Shinetsu社, KR3700)을 바 코팅하고, 약 150℃ 정도에서 5분 동안 건조하여 10 μm 정도의 두께로 형성하였다.
제 2 기판으로서, 역시 제 1 표면에 ITO(Indium Tin Oxide)층이 약 30 nm 정도의 두께로 증착된 두께 125 μm 정도의 PET(poly(ethylene terephthalate)) 필름을 사용하였다. 상기 PET 필름의 ITO층상에 우선 허니콤형 격벽형 스페이서로서, 허니콤을 구성하는 정육각형(폐도형)의 피치가 약 280 μm 정도이고, 높이(cell gap)가 약 6.3 μm 정도이며, 선폭이 약 34 μm 정도인 격벽형 스페이서를 형성하고, 상기 형성된 스페이서상에 수직 배향막(5661LB3, Nissan社)을 약 300 nm 정도의 두께로 형성하였다. 상기 수직 배향막은 일 방향으로 러빙 처리하여 형성하였다. 따라서, 상기 격벽형 스페이서에 의해서 형성되는 폐도형(정육각형)의 면적은 대략 2.14 mm2 정도였다.
이어서 상기 제 2 기판의 수직 배향막의 표면에 액정 조성물을 코팅하고, 상기 제 1 기판의 점착제층을 상기 액정 조성물의 코팅된 면과 마주보도록 하여 합지하였다.
상기에서 액정 조성물로는, 액정 화합물(JNC, SHN-7002XXT12), 키랄 도펀트(Merck, S811) 및 이색성 염료(X12, BASF社)를 포함하는 조성물을 사용하였고, 상기 키랄 도펀트의 함량은 상기 키랄 더펀트에 의해 형성되는 나선형 피치(키랄 피치)(p)와 상기 격벽형 스페이서의 높이(d)의 비율(d/p)이 대략 0.62 정도가 되도록 형성하였다. 상기 비율(d/p)은, D.Podolskyy 등의 Simple method for accurate measurements of the cholesteric pitch using a stripe-wedge Grandjean-Cano cell(Liquid Crystals, Vol. 35, No. 7, July 8\2008, 789-791)에 기재된 방식으로 확인하였다. 또한, 이색성 염료의 비율은 액정층 내에서 대략 1 중량% 정도가 되도록 하였다.
위와 같이 제작한 직후에 상기 액정층의 초기 배향 상태 및 상기 광변조 디바이스를 100℃에서 7일 유지한 후에 초기 배향 상태를 각각 현미경으로 관찰하였다. 도 4는 이와 같은 관찰 결과를 보여주는 사진이다. 도면으로부터 초기의 액정 화합물의 배향 상태가 100℃에서 7일 유지 후에도 안정적으로 유지되는 것을 확인할 수 있다. 도 4의 상단 사진은 디바이스 제작 직후의 경우이고, 하단은 100℃에서 7일 유지한 후의 사진이다.
실시예 2.
격벽형 스페이서의 높이(cell gap)을 약 8 μm 정도로 하고, 상기 d/p 비율이 약 0.61 정도가 되도록 키랄 도펀트의 비율을 조정한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 광변조 디바이스를 제조하였다. 도 5는 이와 같은 관찰 결과를 보여주는 사진이다. 도면으로부터 초기의 액정 화합물의 배향 상태가 100℃에서 7일 유지 후에도 안정적으로 유지되는 것을 확인할 수 있다. 도 5의 상단 사진은 디바이스 제작 직후의 경우이고, 하단은 100℃에서 7일 유지한 후의 사진이다.
실시예 3.
격벽형 스페이서의 높이(cell gap)을 약 9.1 μm 정도로 하고, 상기 d/p 비율이 약 0.52 정도가 되도록 키랄 도펀트의 비율을 조정한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 광변조 디바이스를 제조하였다. 도 6은 이와 같은 관찰 결과를 보여주는 사진이다. 도면으로부터 초기의 액정 화합물의 배향 상태가 100℃에서 7일 유지 후에도 안정적으로 유지되는 것을 확인할 수 있다. 도 6의 상단 사진은 디바이스 제작 직후의 경우이고, 하단은 100℃에서 7일 유지한 후의 사진이다.
실시예 4.
격벽형 스페이서의 높이(cell gap)을 약 9.1 μm 정도로 하고, 상기 d/p 비율이 약 0.57 정도가 되도록 키랄 도펀트의 비율을 조정한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 광변조 디바이스를 제조하였다. 도 7은 이와 같은 관찰 결과를 보여주는 사진이다. 도면으로부터 초기의 액정 화합물의 배향 상태가 100℃에서 7일 유지 후에도 안정적으로 유지되는 것을 확인할 수 있다. 도 7의 상단 사진은 디바이스 제작 직후의 경우이고, 하단은 100℃에서 7일 유지한 후의 사진이다.
비교예 1.
상기 d/p 비율이 약 0.66 정도가 되도록 키랄 도펀트의 비율을 조정한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 광변조 디바이스를 제조하였다. 도 8은 이와 같은 관찰 결과를 보여주는 사진이다. 도면으로부터 초기의 액정 화합물의 배향 상태가 100℃에서 7일 유지 후에도 안정적으로 유지되지 못하는 것을 확인할 수 있다. 도 8의 상단 사진은 디바이스 제작 직후의 경우이고, 하단은 100℃에서 7일 유지한 후의 사진이다.
비교예 2.
상기 d/p 비율이 약 0.75 정도가 되도록 키랄 도펀트의 비율을 조정한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 광변조 디바이스를 제조하였다. 도 9는 이와 같은 관찰 결과를 보여주는 사진이다. 도면으로부터 초기의 액정 화합물의 배향 상태가 100℃에서 7일 유지 후에도 안정적으로 유지되지 못하는 것을 확인할 수 있다. 도 9의 상단 사진은 디바이스 제작 직후의 경우이고, 하단은 100℃에서 7일 유지한 후의 사진이다.
비교예 3.
상기 d/p 비율이 약 0.64 정도가 되도록 키랄 도펀트의 비율을 조정한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일하게 광변조 디바이스를 제조하였다. 도 10은 이와 같은 관찰 결과를 보여주는 사진이다. 도면으로부터 초기의 액정 화합물의 배향 상태가 100℃에서 7일 유지 후에도 안정적으로 유지되지 못하는 것을 확인할 수 있다. 도 10의 상단 사진은 디바이스 제작 직후의 경우이고, 하단은 100℃에서 7일 유지한 후의 사진이다.
비교예 4.
상기 d/p 비율이 약 0.66 정도가 되도록 키랄 도펀트의 비율을 조정한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일하게 광변조 디바이스를 제조하였다. 도 11은 이와 같은 관찰 결과를 보여주는 사진이다. 도면으로부터 초기의 액정 화합물의 배향 상태가 100℃에서 7일 유지 후에도 안정적으로 유지되지 못하는 것을 확인할 수 있다. 도 11의 상단 사진은 디바이스 제작 직후의 경우이고, 하단은 100℃에서 7일 유지한 후의 사진이다.
비교예 5.
상기 d/p 비율이 약 0.74 정도가 되도록 키랄 도펀트의 비율을 조정한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일하게 광변조 디바이스를 제조하였다. 도 12는 이와 같은 관찰 결과를 보여주는 사진이다. 도면으로부터 초기의 액정 화합물의 배향 상태가 100℃에서 7일 유지 후에도 안정적으로 유지되지 못하는 것을 확인할 수 있다. 도 12의 상단 사진은 디바이스 제작 직후의 경우이고, 하단은 100℃에서 7일 유지한 후의 사진이다.
비교예 5.
상기 d/p 비율이 약 0.69 정도가 되도록 키랄 도펀트의 비율을 조정한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일하게 광변조 디바이스를 제조하였다. 도 13은 이와 같은 관찰 결과를 보여주는 사진이다. 도면으로부터 초기의 액정 화합물의 배향 상태가 100℃에서 7일 유지 후에도 안정적으로 유지되지 못하는 것을 확인할 수 있다. 도 13의 상단 사진은 디바이스 제작 직후의 경우이고, 하단은 100℃에서 7일 유지한 후의 사진이다.
실시예 5.
격벽형 스페이서의 피치를 940 μm 정도가 되도록 하고, 높이(cell gap)을 약 6.0 μm 정도로 하며, 액정층의 상기 d/p 비율이 약 0.7 정도가 되도록 키랄 도펀트의 비율을 조정한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 광변조 디바이스를 제조하였다. 따라서, 상기 격벽형 스페이서에 의해서 형성되는 폐도형(정육각형)의 면적은 대략 24.12 mm2 정도였다. 도 14는 이와 같은 관찰 결과를 보여주는 사진이다. 도면으로부터 초기의 액정 화합물의 배향 상태가 100℃에서 7일 유지 후에도 안정적으로 유지되는 것을 확인할 수 있다. 도 14의 상단 사진은 디바이스 제작 직후의 경우이고, 하단은 100℃에서 7일 유지한 후의 사진이다.
실시예 6.
상기 d/p 비율이 약 0.73 정도가 되도록 키랄 도펀트의 비율을 조정한 것을 제외하고는 실시예 5와 동일하게 광변조 디바이스를 제조하였다. 도 15는 이와 같은 관찰 결과를 보여주는 사진이다. 도면으로부터 초기의 액정 화합물의 배향 상태가 100℃에서 7일 유지 후에도 안정적으로 유지되는 것을 확인할 수 있다. 도 15의 상단 사진은 디바이스 제작 직후의 경우이고, 하단은 100℃에서 7일 유지한 후의 사진이다.
실시예 7.
상기 d/p 비율이 약 0.75 정도가 되도록 키랄 도펀트의 비율을 조정한 것을 제외하고는 실시예 5와 동일하게 광변조 디바이스를 제조하였다. 도 16은 이와 같은 관찰 결과를 보여주는 사진이다. 도면으로부터 초기의 액정 화합물의 배향 상태가 100℃에서 7일 유지 후에도 안정적으로 유지되는 것을 확인할 수 있다. 도 16의 상단 사진은 디바이스 제작 직후의 경우이고, 하단은 100℃에서 7일 유지한 후의 사진이다.
비교예 6.
상기 d/p 비율이 약 0.85 정도가 되도록 키랄 도펀트의 비율을 조정한 것을 제외하고는 실시예 5와 동일하게 광변조 디바이스를 제조하였다. 도 17은 이와 같은 관찰 결과를 보여주는 사진이다. 도면으로부터 초기의 액정 화합물의 배향 상태가 100℃에서 7일 유지 후에도 안정적으로 유지되지 못하는 것을 확인할 수 있다. 도 17의 상단 사진은 디바이스 제작 직후의 경우이고, 하단은 100℃에서 7일 유지한 후의 사진이다.
실시예 8.
격벽형 스페이서의 높이(cell gap)을 약 7.7 μm 정도로 하며, 액정층의 상기 d/p 비율이 약 0.67 정도가 되도록 키랄 도펀트의 비율을 조정한 것을 제외하고는 실시예 5와 동일하게 광변조 디바이스를 제조하였다. 따라서, 상기 격벽형 스페이서에 의해서 형성되는 폐도형(정육각형)의 면적은 대략 24.12 mm2 정도였다. 도 18은 이와 같은 관찰 결과를 보여주는 사진이다. 도면으로부터 초기의 액정 화합물의 배향 상태가 100℃에서 7일 유지 후에도 안정적으로 유지되는 것을 확인할 수 있다. 도 18의 상단 사진은 디바이스 제작 직후의 경우이고, 하단은 100℃에서 7일 유지한 후의 사진이다.
실시예 9.
상기 d/p 비율이 약 0.7 정도가 되도록 키랄 도펀트의 비율을 조정한 것을 제외하고는 실시예 8과 동일하게 광변조 디바이스를 제조하였다. 도 19는 이와 같은 관찰 결과를 보여주는 사진이다. 도면으로부터 초기의 액정 화합물의 배향 상태가 100℃에서 7일 유지 후에도 안정적으로 유지되는 것을 확인할 수 있다. 도 19의 상단 사진은 디바이스 제작 직후의 경우이고, 하단은 100℃에서 7일 유지한 후의 사진이다.
실시예 10.
상기 d/p 비율이 약 0.72 정도가 되도록 키랄 도펀트의 비율을 조정한 것을 제외하고는 실시예 8과 동일하게 광변조 디바이스를 제조하였다. 도 20은 이와 같은 관찰 결과를 보여주는 사진이다. 도면으로부터 초기의 액정 화합물의 배향 상태가 100℃에서 7일 유지 후에도 안정적으로 유지되는 것을 확인할 수 있다. 도 20의 상단 사진은 디바이스 제작 직후의 경우이고, 하단은 100℃에서 7일 유지한 후의 사진이다.
비교예 7.
상기 d/p 비율이 약 0.82 정도가 되도록 키랄 도펀트의 비율을 조정한 것을 제외하고는 실시예 8과 동일하게 광변조 디바이스를 제조하였다. 도 21은 이와 같은 관찰 결과를 보여주는 사진이다. 도면으로부터 초기의 액정 화합물의 배향 상태가 100℃에서 7일 유지 후에도 안정적으로 유지되지 못하는 것을 확인할 수 있다. 도 21의 상단 사진은 디바이스 제작 직후의 경우이고, 하단은 100℃에서 7일 유지한 후의 사진이다.
실시예 11.
격벽형 스페이서의 높이(cell gap)을 약 9.0 μm 정도로 하며, 액정층의 상기 d/p 비율이 약 0.58 정도가 되도록 키랄 도펀트의 비율을 조정한 것을 제외하고는 실시예 5와 동일하게 광변조 디바이스를 제조하였다. 따라서, 상기 격벽형 스페이서에 의해서 형성되는 폐도형(정육각형)의 면적은 대략 24.12 mm2 정도였다. 도 21은 이와 같은 관찰 결과를 보여주는 사진이다. 도면으로부터 초기의 액정 화합물의 배향 상태가 100℃에서 7일 유지 후에도 안정적으로 유지되는 것을 확인할 수 있다. 도 21의 상단 사진은 디바이스 제작 직후의 경우이고, 하단은 100℃에서 7일 유지한 후의 사진이다.
실시예 12.
상기 d/p 비율이 약 0.63 정도가 되도록 키랄 도펀트의 비율을 조정한 것을 제외하고는 실시예 11과 동일하게 광변조 디바이스를 제조하였다. 도 22는 이와 같은 관찰 결과를 보여주는 사진이다. 도면으로부터 초기의 액정 화합물의 배향 상태가 100℃에서 7일 유지 후에도 안정적으로 유지되는 것을 확인할 수 있다. 도 22의 상단 사진은 디바이스 제작 직후의 경우이고, 하단은 100℃에서 7일 유지한 후의 사진이다.
실시예 13.
상기 d/p 비율이 약 0.67 정도가 되도록 키랄 도펀트의 비율을 조정한 것을 제외하고는 실시예 11과 동일하게 광변조 디바이스를 제조하였다. 도 24는 이와 같은 관찰 결과를 보여주는 사진이다. 도면으로부터 초기의 액정 화합물의 배향 상태가 100℃에서 7일 유지 후에도 안정적으로 유지되는 것을 확인할 수 있다. 도 24의 상단 사진은 디바이스 제작 직후의 경우이고, 하단은 100℃에서 7일 유지한 후의 사진이다.
비교예 8.
상기 d/p 비율이 약 0.76 정도가 되도록 키랄 도펀트의 비율을 조정한 것을 제외하고는 실시예 11과 동일하게 광변조 디바이스를 제조하였다. 도 25는 이와 같은 관찰 결과를 보여주는 사진이다. 도면으로부터 초기의 액정 화합물의 배향 상태가 100℃에서 7일 유지 후에도 안정적으로 유지되지 못하는 것을 확인할 수 있다. 도 25의 상단 사진은 디바이스 제작 직후의 경우이고, 하단은 100℃에서 7일 유지한 후의 사진이다.
Claims (11)
- 제 1 표면에 점착제층 또는 접착제층이 형성되어 있는 제 1 기판;
제 1 표면에 액정 수직 배향막이 형성되어 있는 제 2 기판; 및
액정 화합물과 키랄 도펀트를 포함하는 액정층을 포함하고,
상기 제 1 및 제 2 기판은 서로의 제 1 표면이 마주하도록 대향 배치되어 있으며,
상기 제 1 기판의 점착제층 또는 접착제층과 상기 제 2 기판의 액정 수직 배향막의 사이에 상기 액정층이 존재하고,
상기 제 1 및 제 2 기판의 간격은 격벽형 스페이서에 의해 유지되어 있으며,
상기 격벽형 스페이서는, 피치가 600μm 이하가 되거나, 상기 격벽형 스페이서에 의해 형성되는 폐도형의 면적이 13 mm2 이하가 되도록 형성되어 있고,
하기 수식 1을 만족하는 광변조 디바이스:
[수식 1]
0.1 ≤ d/p ≤ -0.002×d +0.655
수식 1에서 d는 상기 제 1 및 제 2 기판의 간격(cell gap)이며, p는 상기 액정층에서 상기 키랄 도펀트에 의해서 형성되는 나선 피치(단위: μm)이다. - 제 1 항에 있어서, 격벽형 스페이서는, 피치가 100μm 내지 500μm의 범위 내가 되거나, 상기 격벽형 스페이서에 의해 형성되는 폐도형의 면적이 1 내지 10 mm2의 범위 내가 되도록 형성되어 있는 광변조 디바이스.
- 제 1 표면에 점착제층 또는 접착제층이 형성되어 있는 제 1 기판;
제 1 표면에 액정 수직 배향막이 형성되어 있는 제 2 기판; 및
액정 화합물과 키랄 도펀트를 포함하는 액정층을 포함하고,
상기 제 1 및 제 2 기판은 서로의 제 1 표면이 마주하도록 대향 배치되어 있으며,
상기 제 1 기판의 점착제층 또는 접착제층과 상기 제 2 기판의 액정 수직 배향막의 사이에 상기 액정층이 존재하고,
상기 제 1 및 제 2 기판의 간격은 격벽형 스페이서에 의해 유지되어 있으며,
상기 격벽형 스페이서는, 피치가 600μm 초과가 되거나, 상기 격벽형 스페이서에 의해 형성되는 폐도형의 면적이 13 mm2 초과가 되도록 형성되어 있고,
하기 수식 2을 만족하는 광변조 디바이스:
[수식 2]
0.1 ≤ d/p ≤ -0.002×d +0.77
수식 2에서 d는 상기 제 1 및 제 2 기판의 간격(cell gap)이며, p는 상기 액정층에서 상기 키랄 도펀트에 의해서 형성되는 나선 피치(단위: μm)이다. - 제 1 항에 있어서, 격벽형 스페이서는, 피치가 700μm 내지 1,600μm의 범위 내가 되거나, 상기 격벽형 스페이서에 의해 형성되는 폐도형의 면적이 15 내지 100 mm2의 범위 내가 되도록 형성되어 있는 광변조 디바이스.
- 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 제 1 및 제 2 기판의 간격(cell gap)이 0.01μm 내지 30μm의 범위 내에 있는 광변조 디바이스.
- 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 점착제층 또는 접착제층은 실리콘 점착제층 또는 접착제층인 광변조 디바이스.
- 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 제 1 기판에는 액정 배향막이 형성되어 있지 않은 광변조 디바이스.
- 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 제 1 기판의 제 1 표면과 점착제층 또는 접착제층의 사이에는 전극층이 형성되어 있는 광변조 디바이스.
- 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 격벽형 스페이서는 허니콤형 스페이서 또는 사각형 스페이서인 광변조 디바이스.
- 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 제 2 기판의 제 1 표면과 스페이서 및 배향막의 사이에는 전극층이 형성되어 있는 광변조 디바이스.
- 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 액정층은 이색성 염료를 추가로 포함하는 광변조 디바이스.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190137432A KR20210051757A (ko) | 2019-10-31 | 2019-10-31 | 광변조 디바이스 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190137432A KR20210051757A (ko) | 2019-10-31 | 2019-10-31 | 광변조 디바이스 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20210051757A true KR20210051757A (ko) | 2021-05-10 |
Family
ID=75917669
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020190137432A KR20210051757A (ko) | 2019-10-31 | 2019-10-31 | 광변조 디바이스 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20210051757A (ko) |
-
2019
- 2019-10-31 KR KR1020190137432A patent/KR20210051757A/ko not_active Application Discontinuation
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