KR20240090364A - 다중 곡면형 광학 디바이스 및 이를 형성하기 위한 방법 - Google Patents
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- G02F1/13725—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering based on guest-host interaction
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Abstract
광학 디바이스는 다중 곡면형 표면을 갖는 낮은 가요성 캐리어, 다중 곡면형 표면 위에 등각으로 제공된 가요성 액정 필름 구조체, 및 다중 곡면형 표면과 액정 필름 구조체 사이에 개재된 접착제를 포함한다. 가요성 액정 필름 구조체는 다중 곡면형 표면의 형상에 적층 형성된다. 캐리어는 창문, 앞유리, 조종석, 디스플레이, 헤드업 디스플레이, 선루프, 거울, 증강 현실 또는 가상 현실을 위한 헤드셋, 고글, 바이저, 렌즈, 안경 또는 선글라스일 수 있다.
Description
관련된 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 미국 특허 가출원 일련 번호 63/262,277(발명의 명칭: MULTICURVED OPTICAL DEVICES, AND METHODS FOR MAKING SAME, 출원일: 2021년 10월 8일)에 대한 우선권 및 이의 임의의 다른 이득을 주장하고, 이 기초 출원의 전체 내용은 본 명세서에 참조에 의해 완전히 원용된다.
기술 분야
본 발명은 광학 디바이스, 특히 다중 곡면형 액정 필름 구조체를 포함하는 광학 디바이스에 관한 것이다.
액정("LC") 디바이스는 광 관리를 활성화하기 위해 낮은 비용, 낮은 전력 소비 접근법을 제공한다. 전통적으로, 이는 유리 기판을 사용하는 디스플레이 응용 분야를 위해 이용되었다. 더욱 최근에, 곡면형 디스플레이가 시장에 진출했다. 등각 디바이스에 대한 필요성이 증가했지만, 현재까지의 제품은 원통형(1차원으로 만곡됨)으로 제한되었다. 그러나, 2차원 이상의 곡률을 갖는 광학 디바이스에 대한 시장은 크다. 유감스럽게도, 편평한 디바이스를 다중 곡면형 구성에 맞추는 것은 어려운데, 이는 무엇보다도 지형적 조건을 만족시키기 위해 영역 변경을 요구하기 때문이다.
이 문제에 대해 몇 가지 해결책이 제안되었다. 한 가지 해결책은 곡면형 LC 디바이스를 만드는 것이다. 이는 다중 곡면형 기판으로 시작함으로써 행해질 수 있다. 이 기판은 사전에 원하는 곡률로 열성형되고, 이어서 종래의 LC 디바이스 제조 방법으로 조립될 수 있다(즉, LC 혼합물로 채워진다). 그러나, 이 접근법은 성장을 방해하는 2가지 근본적인 어려움을 갖는다. 첫째, 2개의 기판의 곡률은 LC 기판 사이의 일정한 간격을 유지하기 위해 LC 디바이스 구성의 허용 오차 내에서 유지되어야 한다. 이 허용 오차가 불과 몇 마이크론에 불과하기 때문에, 이 기판을 제작하는 것은 매우 어렵고 비용이 많이 들게 된다. 또한, 이 허용 오차는 크기에 관계 없이 동일하게 유지되어야 한다. 이것은 기판의 곡률이, 일부 응용 분야에 대해, 예를 들면, 1미터에 걸쳐 매칭될 필요가 있을 것임을 의미한다. 1미터에 대해 몇 마이크론의 허용 오차를 유지하는 것은 매우 어렵고 비용이 많이 든다. 둘째, 2개의 다중 곡면형 기판의 취급과 연관된 어려움은 대규모 생산을 크게 방해한다. 현재 생산 시스템은 넓은 면적의 편평한 유리를 취급하도록 설계된다.
또 다른 접근법은 편평한 LC 디바이스(즉, LC 혼합물이 있거나 없이 원하는 갭을 유지하기 위해 조립된 2개의 기판을 이미 가지고 있는 디바이스)를 제작하고, 이어서 미국 특허 제7,811,482호, 제7,705,959호 및 제7,102,602호에서 설명된 바와 같이, 디바이스를 최종 곡면형 구성으로 열성형하는 것이다. 열성형 방법이 제한된 응용 분야에서 어느 정도 성공을 거둘지라도, LC 디바이스의 온도는 기판의 유리 전이 온도 이상으로 높아져야 하고, 이는 이러한 가열 동안 LC 디바이스의 구조적 무결성을 유지하는 것과 관련된 새로운 세트의 과제를 생성한다. 이 새로운 문제에 대한 해결책은 예컨대, 부유 입자 디바이스(SPD)에서 사용되는 것과 같은 겔 유형의 물질을 사용하거나 중합체 분산 액정(PDLC) 디바이스에서와 같은 갭 변화를 피하기 위해 중합체를 부가함으로써 디바이스 자체의 중요한 특징을 변경하는 것을 일반적으로 요구하지만, 이러한 디바이스 아키텍처 변경은 중요한 성능 속성을 희생할 수 있다. 게다가, 많은 플라스틱 기판의 유리 전이 온도가 액정의 등방성 전이 온도에 대해 네마틱보다 높다는 점을 유의해야 한다. 이와 같이, 열성형은 액정이 상이한(예컨대 등방성) 상태에 있는 동안 발생한다. 이는 최종 디바이스가 등방성 상태에서 액정의 물리적 속성의 변화로 인해 동작 온도로 돌아온 후에 불균일을 야기할 수 있다.
열성형된 LC 디바이스와 연관된 단점이 없는 다중 곡면형의 작고 넓은 면적의 LC 디바이스에 대한 필요성이 존재한다. 이를 위해, 높은 광학적 투명도/낮은 헤이즈 및 낮은 구동 전압을 갖는 다중 곡면형 디바이스를 성취하기 위한 새로운 접근법에 대한 필요성이 존재한다.
본 발명의 일부 실시형태에 따르면, 광학 디바이스는 다중 곡면형 표면을 갖는 낮은 가요성 캐리어, 다중 곡면형 표면 위에 등각으로 제공된 가요성 액정 필름 구조체, 및 다중 곡면형 표면과 액정 필름 구조체 사이에 개재된 접착제를 포함한다. 가요성 액정 필름 구조체는 다중 곡면형 표면의 형상에 적층 형성된다. 캐리어는 창문, 앞유리, 조종석, 디스플레이, 헤드업 디스플레이, 선루프, 거울, 증강 현실 또는 가상 현실을 위한 헤드셋, 고글, 바이저, 렌즈, 안경 또는 선글라스일 수 있다.
본 발명의 일부 실시형태에 따르면, 광학 디바이스를 형성하는 방법으로서, 방법은 다중 곡면형 표면을 갖는 낮은 가요성 캐리어를 제공하는 단계 및 가요성 액정 필름 구조체를 제공하는 단계를 포함한다. 가요성 액정 필름 구조체는 제1 가요성 기판 및 전기 광학 물질을 포함하도록 설계된 갭을 형성하기 위해 제1 가요성 기판으로부터 이격된 제2 가요성 기판을 포함할 수 있고, 제1 가요성 기판의 외부 표면은 가요성 액정 필름 구조체의 제1 표면에 대응하고 제2 가요성 기판의 외부 표면은 가요성 액정 필름 구조체의 제2 표면에 대응한다. 방법은 i) 다중 곡면형 표면, ii) 가요성 액정 필름 구조체의 제1 표면 또는 iii) (i) 및 (ii) 둘 다에 접착제를 도포하는 단계를 더 포함한다. 캐리어는 가요성 액정 필름 구조체에 대해 정렬되고 압력은 캐리어의 다중 곡면형 표면에 따라 가요성 액정 필름 구조체를 형성하기 위해 다중 곡면형 표면과 가요성 액정 필름 구조체의 제1 표면 사이에 가해진다. 방법은 형성된 가요성 액정 필름 구조체를 다중 곡면형 표면에 등각으로 접착하는 단계를 더 포함한다.
도 1은 본 발명의 일부 실시형태에 따른 광학 디바이스의 개략적인 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일부 실시형태에 따른 가요성 액정 필름 구조체를 도시하는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일부 실시형태에 따른 다중 곡면형 표면의 개략적인 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일부 실시형태에 따른 다중 곡면형 표면 및 투영된 가상 영역의 개략적인 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일부 실시형태에 따른 광학 디바이스의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일부 실시형태에 따른 광학 디바이스의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일부 실시형태에 따른 광학 디바이스를 형성하기 위한 단계를 도시하는 블록도.
도 8a 내지 도 8g는 본 발명의 일부 실시형태에 따른 광학 디바이스의 구성을 보여주는 일련의 단면도이다.
도 9a는 본 발명의 일부 실시형태에 따른 롤러의 단면도이다.
도 9b는 본 발명의 일부 실시형태에 따른 롤러의 단면도이다.
도 10a 내지 도 10d는 본 발명의 일부 실시형태에 따른 광학 디바이스의 구성을 보여주는 일련의 단면도이다.
도 11은 일부 실시형태에 따른 광학 디바이스의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일부 실시형태에 따른 가요성 액정 필름 구조체를 도시하는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일부 실시형태에 따른 다중 곡면형 표면의 개략적인 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일부 실시형태에 따른 다중 곡면형 표면 및 투영된 가상 영역의 개략적인 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일부 실시형태에 따른 광학 디바이스의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일부 실시형태에 따른 광학 디바이스의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일부 실시형태에 따른 광학 디바이스를 형성하기 위한 단계를 도시하는 블록도.
도 8a 내지 도 8g는 본 발명의 일부 실시형태에 따른 광학 디바이스의 구성을 보여주는 일련의 단면도이다.
도 9a는 본 발명의 일부 실시형태에 따른 롤러의 단면도이다.
도 9b는 본 발명의 일부 실시형태에 따른 롤러의 단면도이다.
도 10a 내지 도 10d는 본 발명의 일부 실시형태에 따른 광학 디바이스의 구성을 보여주는 일련의 단면도이다.
도 11은 일부 실시형태에 따른 광학 디바이스의 단면도이다.
다중 곡면형 광학 디바이스에 관한 다양한 기술 및 이를 형성하기 위한 방법은 이제 도면을 참조하여 설명된다. 도면이 본 발명의 개념을 도시하는 목적을 위한 것이고 크기대로 도시되지 않을 수 있다는 것을 이해해야 한다.
도 1은 본 발명의 일부 실시형태에 따른 광학 디바이스의 개략적인 사시도이다. 광학 디바이스(80)는 제1 축을 따르는 적어도 제1 곡률(62-1) 및 제2 축을 따르는 제2 곡률(62-2)을 포함하는 다중 곡면형 표면(62)을 갖는 캐리어(60)를 포함한다. 광학 디바이스(80)는 다중 곡면형 표면(62) 위에 등각으로 제공된 가요성 액정 필름 구조체(10)를 더 포함한다. 개재된 접착제(40)는 가요성 액정 필름 구조체(10)를 다중 곡면형 표면(62)에 접착한다. 가요성 액정 필름 구조체는 다중 곡면형 표면의 형상에 적층 형성된다. 이 요소의 각각에 대한 부가적인 상세는 하기에서 제공된다.
도 2는 일부 실시형태에 따른 가요성 액정 필름 구조체(10)를 도시하는 단면도이다. 일부 실시형태에서, 가요성 액정 필름 구조체는 본 명세서의 어딘가에서 논의된 바와 같이, 창문, 바이저, AR/VR 고글, 안경 등을 어둡게 하기 위해 사용될 수 있는 가변 투과 디바이스일 수 있다. 가요성 액정 필름 구조체(10)는 제1 기판(12) 및 제2 기판(14)을 포함한다. 제1 기판(12)의 외부 표면은 가요성 액정 필름 구조체(10)의 제1 표면(13)에 대응한다. 제2 기판(14)의 외부 표면은 가요성 액정 필름 구조체(10)의 제2 표면(15)에 대응한다. 응용 분야에 의존하여, 기판은 선택적으로 전도층(16)으로 코팅될 수 있다. 광학적으로 투명한 전도층은 인듐 주석 산화물(ITO), 전도 중합체, 전도 나노와이어 등을 포함한다. 대안적으로 또는 부가적으로, 기판은 또한, 폴리이미드 등과 같은 정렬층(18)으로 코팅될 수 있다.
기판(12 및 14)은 때때로 "셀"로 지칭된 가요성 액정 필름 구조체 유닛을 구성하기 위해 적합한 투명한 플라스틱 또는 유연한 유리와 같은 투명한 가요성 물질로 만들어진다. 기판(12)은 화학적 조성, 두께, 광학적 투명도 또는 다른 특징과 관련하여 기판(14)과 동일하거나 상이할 수 있다. 적합한 플라스틱은, 예를 들면, 폴리카보네이트(PC), 폴리카보네이트 및 공중합체 혼합물, 폴리에터설폰(PES), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 셀룰로오스 트라이아세테이트(TAC), 폴리아미드, p-나이트로페닐부티레이트(PNB), 폴리에터에터케톤(PEEK), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리에터가미드(PEI), 폴리아릴레이트(PAR), 폴리비닐 아세테이트, 환형 올레핀 중합체(COP) 또는 당업계에 알려진 다른 유사한 플라스틱을 포함한다. 유연한 유리는 Corning® Willow® Glass 등과 같은 물질을 포함한다. 가요성 액정 필름 구조체가 다중 곡면형 표면에 적층 형성될 때 본 명세서에서 일반적으로 플라스틱 기판이 바람직하다. 이 기판 중 다수는, 예컨대, Mitsubishi Plastics 또는 Teijin DuPont films로부터 상업적으로 이용 가능하고, 하드 코팅과 같은 다양한 선택적 코팅이 표준으로 제공될 수 있다. 여기서 사용된 바와 같이, "투명한"은 450nm과 700nm 사이의 파장을 갖는 가시 방사선에 대해 45%보다 높은 투과율을 갖는 물질을 의미한다. 일부 예에서, 투명 기판은 50%, 60%, 70% 또는 80%의 투과율을 가질 수 있다. 일부 실시형태에서, 기판(14)은 기판(12)에 비해 더 높은 광학 투과율 또는 더 낮은 헤이즈를 가질 수 있다. 일부 실시형태에서, 하나 또는 두 기판은 300MPa 미만, 대안적으로 200MPa 미만 또는 100MPa의 극한 인장 강도를 갖는 가요성 중합체 물질을 포함한다. 일부 실시형태에서, 하나 또는 두 기판은 20 내지 50MPa, 50 내지 100MPa, 100 내지 150MPa, 150 내지 200MPa, 200 내지 300MPa, 300 내지 500MPa의 범위, 또는 이들 범위의 조합의 극한 인장 강도를 갖는 가요성 중합체 물질을 포함한다. 일부 실시형태에서, 하나 또는 두 기판은 영률이 10GPa 미만, 대안적으로 5GPa 미만인 가요성 중합체 물질을 포함한다.
일부 실시형태에서, 기판(12 또는 14)의 두께는 10 내지 20μm, 20 내지 30μm, 30 내지 40μm, 40 내지 50μm, 50 내지 75μm, 75 내지 100μm, 100 내지 150μm, 150 내지 200μm, 200 내지 250μm, 250 내지 300μm, 300 내지 350μm, 350 내지 400μm, 400 내지 450μm, 450 내지 500μm, 500 내지 600μm, 600 내지 800μm, 800 내지 1000μm의 범위, 또는 이들의 연속 범위의 임의의 조합에 있을 수 있다.
기판(12, 14)은 일반적으로, 제어된 갭(25) 또는 거리만큼 분리되고, 이는 일부 실시형태에서 스페이서(24)에 의해 유지될 수 있다. 기판 사이의 체적은 전기 광학 물질("EOM")(26)에 의해 채워진다.
스페이서(24)는 기판 사이의 제어된 거리 또는 갭을 유지하기 위해 사용될 수 있다. 일부 실시형태에서, 제어된 갭(25)은 3 내지 4μm, 대안적으로 4 내지 5μm, 5 내지 6μm, 6 내지 7μm, 7 내지 8μm, 8 내지 9μm, 9 내지 10μm, 10 내지 12μm, 12 내지 14μm, 14 내지 16μm, 16 내지 18μm, 18 내지 20μm, 20 내지 25μm, 25 내지 30μm, 30 내지 40μm, 40 내지 50μm, 50 내지 60μm, 60 내지 80μm, 80 내지 100μm의 범위, 또는 이들의 연속 범위의 임의의 조합에 있다. "제어된" 갭 또는 거리는 기판 사이의 거리 변동이 스페이서 직경(제어된 갭을 결정함)의 평균 30% 미만내로 유지되어야 함을 의미한다. 일부 실시형태에서, 변동은 스페이서 직경의 25%, 20%, 15%, 10% 또는 5% 미만이다. 일부 실시형태에서, 액정 필름 구조체의 활성 영역에 걸친 갭은 활성 영역에 걸쳐 측정된 평균 갭의 30%로 유지된다.
일반적으로, 본 발명의 다양한 실시형태에 따라 기판 사이의 제어된 거리를 유지하기 위해 2가지 종류의 스페이서가 사용될 수 있다. 하나의 범주는 "패턴화된 스페이서"를 포함하고, 이는 미리 결정된 패턴을 형성하기 위해 의도적으로 기판 상에 배치되거나 생성되거나, 포토리소그래피 또는 당업계에 알려진 유사한 방법을 사용하여 생성되고 원하는 패턴을 생성하는 스페이서이다. 예는 중합체 벽을 포함한다. 일부 경우에, 패턴화된 스페이서는 가요성 액정 필름 구조체 갭보다 큰 길이 및 폭을 가질 수 있고, 즉, 이는 디바이스에서 눈에 보이는 패턴을 생성할 수 있는 패턴에서 20 초과인 가요성 액정 필름 구조체 갭에 대한 긴 측의 종횡비를 갖고, 이는 바람직하지 않을 수 있다.
또 다른 범주는 스페이서가 회절 패턴 등과 같은 광학적 수차를 생성하지 않는 방식으로 배치되는 위치에 무작위로 배치되거나(예컨대, 이에 분사되거나) 인쇄되는 것으로서 본 명세서에서 정의되는 "패턴화되지 않은 스페이서"를 포함한다. 본 발명의 패턴화되지 않은 스페이서는 구형일 수 있거나 이는 30/1, 20/1, 10/1, 5/1, 4/1 또는 3/1 미만의 종횡비(길이/폭)를 갖는 직사각형일 수 있다. 스페이서는 기판 사이의 거리를 3 내지 100μm, 바람직하게는 4 내지 20μm 또는 5 내지 10μm으로 유지하기 위해 사용된다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, "회절 패턴"은 구조의 간격을 갖는 주기적인 구조를 통한 광 전파에 의해 생성된 주기적인 광 패턴이 입사 광의 파장의 100배 미만일 때, 즉, (예컨대, 스페이서 또는 AGC의) 반복된 패턴의 주기성이 광 파장의 100배 미만인 경우 발생한다.
일부 실시형태에서, 긴 패턴화된 스페이서가 선택된 위치에 배치될 때보다 더 큰 밀도의 더 작은 스페이서로 기판이 덮일 때 디바이스 성능이 더 양호하다. 일부 실시형태에서, 스페이서 개수는 평방 mm(mm2)당 적어도 80개이다.
일부 실시형태에서, 스페이서(24)는 기판에 미리 도포될 수 있거나(예컨대, 시트는 스페이서로 미리 코팅됨) EOM 충전 프로세스 동안 예컨대, 롤 충전 프로세스 동안 기판에 도포될 수 있다. 예를 들면, 스페이서(24)는 스페이서가 무작위로 배열되거나 회절 생성 패턴으로 배열되는 층에 분사되거나 도포될 수 있다. 이는 당업계에 알려진 바와 같이 습식 또는 건식 방법을 사용하여 분산될 수 있다. 스페이서는 정렬층(도 2의 (18))의 상단에 배치되거나 분사될 수 있거나 정렬층 내에 배치될 수 있다. 일부 실시형태에서, 스페이서는 접착 요소를 포함할 수 있고, 예를 들면 이는 접착층(도시되지 않음)으로 코팅될 수 있다.
구형 스페이서는 FERGASON의 특허 출원 제PCT/US1982/001240호(WO/1983/001016)(발명의 명칭: "Encapsulated Liquid Crystal and Method")에서 설명된 것과 같은 구형 캡슐화된 액정과 구별되는데, 이는 EOM의 임의의 체적을 캡슐화하지 않기 때문이다.
특정 실시형태에서, 스페이서(24)는 정렬층(18) 내부에 또는 이의 일부로서 증착될 수 있어서, 정렬층이 하나 또는 두 기판에 도포될 때 도포되게 한다. 다른 실시형태에서, 구형 스페이서(24)는 기판 상에 증착되는 전기 광학 물질에 통합될 수 있다.
일부 실시형태에서, 가요성 액정 필름 구조체(10)는 가요성 액정 필름 구조체 내부에 EOM(26)을 포함하고 외부 환경과 EOM 사이에 장벽을 형성하는 경계 밀봉부(에지 밀봉부)(27/28)를 더 포함하여, EOM(26)이 가요성 액정 필름 구조체 밖으로 흐르는 것을 방지할 뿐만 아니라, 환경적 인자(공기, 습기, 이물질)가 가요성 액정 필름 구조체 내부로 들어가는 것을 방지한다. 일부 실시형태에서, 경계 밀봉부(27/28)는 기판(12, 14) 중 하나 또는 둘 다에 경계 실런트를 적용함으로써 형성되고, 이는 함께 모아지고 경화될 때, 가요성 액정 필름 구조체 내에 포함된 EOM 주위에 경계 밀봉부를 형성할 것이다. 일부 실시형태에서, 가요성 액정 필름 구조체의 활성 영역 또는 부분은 EOM이 경계 밀봉부에 의해 제한되는 영역에 대응한다.
가요성 액정 필름 구조체(10) 내에 EOM을 포함시키기 위한 방법은 당업계에 잘 알려져 있다. 예를 들면, 일부 실시형태에서, EOM(26)은 진공 충전 공정 또는 액정 적하 주입(one drop filling) 공정을 사용하여 가요성 액정 필름 구조체(10)의 갭에 주입될 수 있다. 진공 충전 공정의 경우에, 가요성 액정 필름 구조체(10) 주위의 에지 밀봉부는 아직 연속적이지 않고 "충전 구멍"으로 지칭된 개구부를 갖는다. 이어서, 가요성 액정 필름 구조체(10)는 가요성 액정 필름 구조체(10) 내로부터 공기를 비우기 위해 진공 챔버에 배치된다. 이 단계 후에, 및 여전히 진공 하에 있는 동안, EOM(26)은 충전 구멍으로 도입된다. 이어서, EOM은 모세관력으로 인해 가요성 액정 필름 구조체(10) 내부의 갭을 채운다. 이는 충전 홀에 EOM을 도입한 후에 가요성 액정 필름 구조체(10)를 대기압으로 이동시킴으로써 가속화될 수 있다. 일단 EOM이 가요성 액정 필름 구조체의 갭을 채웠으면 공정이 완료된다. 일부 경우에, 향후 문제(예컨대, 수축, 기포 형성 등)를 피하기 위해, 가요성 액정 필름 구조체(10)의 EOM 양은 예상된 체적보다 많을 수 있다. 이러한 경우에, 가요성 액정 필름 구조체(10)는 이어서 "냉간 압착"으로 지칭된 공정에 의해 과잉 EOM을 제거하기 위해 압착된다. 이어서, 충전 구멍은, 예컨대, 공기가 가요성 액정 필름 구조체에 진입하는 것을 방지하기 위해 에폭시를 사용함으로써 밀봉된다.
액정 적하 주입 또는 ODF로 지칭된 EOM 충전 공정은 당업계에 잘 알려져 있고 가요성 액정 필름 구조체를 채우기 위해 사용될 수 있다.
일부 실시형태에서, EOM(26)은, 예컨대, 전체 내용이 모든 목적을 위해 참조에 의해 본 명세서에 원용되는 미국 특허 번호 제11,435,610호(Miller et al.)에 개시된 바와 같이, 롤 충전 방법을 사용하여 도입될 수 있다.
도 2는 경계 밀봉부가 도포될 때 기판(12, 14) 상의 다양한 코팅에 의존하는 경계 밀봉부(27/28)의 변동을 도시한다. 도 2에서, 하나의 측에서, 경계 밀봉부(27)는 가요성 기판(12, 14)을 함께 밀봉한다. 대안적으로, 경계 밀봉부 배열은 정렬층(18) 및/또는 전도층(16) 사이의 갭을 밀봉하는 경계 밀봉부(28)를 갖는 가요성 액정 필름 구조체(10)의 다른 측에 묘사된 바와 같을 수 있다. 특정한 배열은 경계 밀봉부 응용 및 EOM(26)의 충전 타이밍 및 방법에 의존할 것이다.
경계 밀봉부(27/28)는 브러시, 롤러, 필름 또는 펠릿, 분사 건, 어플리케이터 건, 스크린 인쇄, 잉크젯 인쇄, 플렉소그래픽 인쇄, 평면 코팅, 롤러 압착 또는 열 압착, 또는 이들의 임의의 조합을 사용하는 것을 포함하지만, 이로 제한되지 않는, 당업계에서 알려진 임의의 기술을 사용하여 도포될 수 있다. 이 모든 것은 수동으로 행해질 수 있거나 기계로 자동화될 수 있거나, 이의 조합으로 행해질 수 있다. 경계 밀봉부는 적합한 접착제(UV, 열, 화학, 압력, 다중 부분 에폭시 및/또는 방사선 경화), 폴리아이소부틸렌 또는 아크릴레이트 기반 실런트 등, 또는 감압 접착제, 2부분 접착제, 수분 경화 접착제 등일 수 있다. 다른 유형의 경계(에지) 밀봉부는 가요성 액정 필름 구조체의 에지 위에 부착된 금속화된 포일 또는 다른 배리어 포일로 구성될 수 있다. 하이브리드 방사선 및 열경화 실런트(즉, 열 포스트 베이킹을 통해 경화 가능한 UV)가 특정 장점을 제공할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 일부 실시형태에서, Threebond 30Y-491 물질(오하이오주 신시내티 소재의 Threebond Corporation 제품)은 이의 유리한 수증기 차단 속성, 에지 밀봉부 물질의 용이한 증착을 위한 승온에서의 낮은 점도, 우수한 습윤 특성, 및 관리 가능한 경화 속성으로 인해 특히 유용할 수 있다. 고급 밀봉재에 익숙한 당업자는 비슷한 성능을 제공하는 다른 실런트를 식별할 수 있을 것이다.
가요성 액정 필름 구조체(10)는 전기 광학 물질(EOM)(26)로 채워진다. 전기 광학 물질은 디바이스를 위해 의도된 원하는 동작 특성을 갖도록 가요성 액정 필름 구조체에 걸쳐 인가된 전기장에 반응하는 임의의 물질일 수 있고 전류 또는 전압을 인가함으로써 변경될 수 있는 임의의 물질을 포함한다. 예를 들면, EOM은 염료(이색성 염료, 다색성 염료 등) 등과 같은 다른 첨가제와의 액정 물질, 전기 변색 물질, 부유 입자 디바이스(SPD)의 조합 또는 이중 하나일 수 있고, 여기서 전기 광학 물질은 전류나 전압을 인가함으로써 변경될 수 있다. 일 바람직한 실시형태에서, EOM은 게스트-호스트 액정-이색성 염료 혼합물이다.
일부 실시형태에서, 전기 광학 물질은 전체적으로 중합 가능하지 않고, 캡슐화되지 않고, 분리되지 않는다. 따라서, 이 실시형태에서, EOM은 PDLC, PELC, PSCT, PNLC, NCAP 등과 같은 중합체성 또는 캡슐화된 액정 조성물을 제외한다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, "중합 가능하지 않음"은 물질의 상을 고체, 반고체 또는 겔 등으로 변화시킴으로써 EOM 층을 치수적으로 안정화시키기 위해 필요한 양으로 화학 성분(예컨대, 중합체 전구체)을 포함하지 않는 EOM 조성물을 의미한다. 중합 가능하지 않은 EOM은 10% 미만의 중합 가능한 물질을 포함한다.
"비분리적"은 캡슐화, 중합체 벽, 중합체 네트워크, 패턴화된 스페이서 등에 의해 분리된, 별개의 구획으로 분할되지 않은 EOM을 의미한다.
"캡슐화되지 않은"은 캡슐의 경계 또는 내부 체적 내에 포함되지 않은 EOM을 의미한다. 캡슐은 "캡슐화된 EOM"이 캡슐화된 매체 예컨대, 중합체 캡슐에서 제한되거나 이에 포함된 다량의 EOM이 되도록, 액정과 같은 다량의 EOM을 제한하는 봉쇄 디바이스 또는 매체를 언급한다. 캡슐은 구형 형상을 가질 수 있거나, 임의의 다른 적합한 형상을 가질 수 있다. 캡슐화된 EOM(예컨대, 캡슐화된 액정)은 흐르는 것을 방지하기 위해 만들어진다. 캡슐화된 EOM의 일부 비제한적인 예는 중합체 네트워크 내부의 액정 방울로 구성되는 중합체 분산 액정(PDLC)을 포함한다.
예를 들면, 마이크로캡슐화 방법은 FERGASON에 의해, 특허 번호 제4,435,047호(발명의 명칭: "Encapsulated liquid crystal and method"(1984)) 및 특허 출원 제PCT/US1982/001240호(WO/1983/001016)(발명의 명칭: "Encapsulated Liquid Crystal and Method")에서 설명된다. 이 방법에서, 수지 물질은 분리된 양의 LC 물질을 포함하는 만곡된 구형 캡슐을 형성하도록 액정(LC) 물질을 캡슐화하기 위해 사용된다. 이는 LC 물질과 LC 물질이 용해되지 않을 캡슐화 매체(예컨대, 수지)를 함께 혼합하고 LC 물질을 포함하는 분리된 캡슐의 형성을 허용함으로써 만들어진다. 마이크로캡슐화에서, 액정은 물에 용해된 중합체와 혼합된다. 물이 증발될 때, 액정은 중합체로 둘러싸인다. 다수의 작은 "캡슐"은 대용량 중합체를 통해 생산되고 분산된다. 캡슐화에 의해 제조된 물질은 NCAP 또는 네마틱 곡선 정렬 상으로 지칭된다.
대안적인 실시형태에서, EOM은 PNLC 또는 PSCT 등에서 발견되는 것과 같은 메소제닉 중합 가능한 성분을 포함할 수 있다.
여전히 다른 실시형태에서, EOM은 중합화 유도 상 분리(PIPS), 용매 유도 상 분리(SIPS), 온도 유도 상 분리(TIPS) 등과 같은 공통적으로 알려진 공정을 사용하여 생성된, PDLC 또는 NCAP에서 발견된 것과 같은 중합체 물질을 포함할 수 있다.
일부 실시형태에서, 예컨대, 가요성 액정 필름 구조체 크기가 큰 경우, 패턴화되지 않은 스페이서에 더하여, 가요성 액정 필름 구조체는 하나 이상의 접착 갭 제어 요소(AGC)를 포함할 수 있다. AGC는 무작위로 또는 비회절 패턴으로 배치된 접착 요소이고 2개의 가요성 액정 필름 구조체 기판(12, 14)의 접착을 돕는다. 일부 실시형태에서, AGC 요소는 가요성 액정 필름 구조체 유닛 내부에 매트릭스를 형성하는 벽이지만, 가요성 액정 필름 구조체의 전기 연결성 면에서 이를 분할하지 않고, 즉, 가요성 액정 필름 구조체 및 이의 EOM은 단일 전기 연결부에 의해 활성화되고 가요성 액정 필름 구조체 또는 디바이스는 전체적으로 픽셀화되거나 분할되지 않는다.
다른 실시형태에서, 전도층(16)(예컨대, ITO)이 분할된 영역을 포함하는 경우, AGC는 세그먼트를 분할하기 위해 사용될 수 있다(즉, AGC는 세그먼트 경계와 일치할 것이다). 여전히 다른 실시형태에서, 전도층이 분할된 영역을 포함하는 경우, AGC는 ITO 세그먼트 경계와 일치하지 않을 수 있다.
일부 실시형태에서, EOM은 "게스트-호스트" 액정-염료 혼합물을 포함하고, 여기서 혼합물은 액정 "호스트" 용액 내부에 혼합된 다량의 하나 이상의 이색성 염료 "게스트"를 포함한다. 액정 "호스트" 분자는 기판에 걸쳐 인가된 전압을 조정함으로써 변경 가능한 방향 축을 갖는다. "게스트" 염료 혼합물은 액정 호스트 내에서 용해되고, 액정 분자의 방향과 정렬되고 편광의 흡수가 염료 분자에서 흡수 쌍극자에 비해 편광 방향에 크게 의존하는 하나 이상의 이색성 염료를 포함한다. 인가된 전압은 게스트-호스트 방향이 여기서 "투명한 상태"로 지칭된, 최대 광 투과를 허용하는 제1 상태와, 게스트-호스트 방향이 여기서 "어두운 상태"로 지칭된, 최소 광 투과를 허용하는 제2 상태 사이의 전환, 및 완전히 투명한 상태와 완전히 어두운 상태 사이의 중간 상태의 조합을 야기한다. 게스트-호스트 혼합물의 구성에 의존하여, 투명한 상태는 제로 전압(오프 상태)에서 발생할 수 있다. 대안적으로, 혼합물은 제로 전압(오프 상태)가 어두운(최소 투과) 상태에 대응되도록 제형화될 수 있다. 일부 실시형태에서, EOM은 선택적으로, 광 흡수율이 태양광과 같은 UV 광에 대한 노출에 의해 활성화될 수 있는 광변색(PC) 염료 또는 광변색-이색성(PCDC) 염료를 더 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, EOM은, 예컨대, 투명한 상태에서 원하는 전체 색상을 디바이스에 제공하기 위해 소량의 종래의 흡수 염료를 더 포함할 수 있다.
게스트-호스트 액정-염료 혼합물을 포함하는 가요성 액정 필름 구조체는 가요성 액정 필름 구조체 갭 내의 변동에 대한 이의 더 큰 허용 오차로 인해 본 명세서에서 설명된 방법에 따라 제조하기 위해 특히 아주 적합하고, 즉, 가요성 액정 필름 구조체는 더 관대하고, 가요성 액정 필름 구조체 갭이 편광판 기반 LC 디바이스와 같은, 상 지연에 의존하는 가요성 액정 필름 구조체와 비교하여 약간의 변동(스페이서 직경의 +/- 5%, 10%, 15%, 20%, 25% 또는 심지어 30%와 같은 허용 가능한 한도 내의)을 갖더라도 잘 기능할 수 있고, 여기서 가요성 액정 필름 구조체 갭의 허용 오차 또는 변동은 1% 미만으로 유지되어야 한다.
일부 실시형태에서, 상기 설명된 게스트-호스트 액정-염료 혼합물은 광학 디바이스(예컨대, 캐리어가 한 쌍의 안경, AR 또는 VR 고글, 바이저, 창문, 앞유리창, 조종석 등임)에서 광을 감쇠시키기 위해 사용된다.
동작 시에, 예를 들면, 제로 전압(오프 상태)에서 투명한 상태(최대 투과율)를 갖는 가요성 액정 필름 구조체가 성취될 수 있고, 여기서 게스트-호스트 액정-염료 혼합물은 수직 정렬(즉, 기판에 수직임)을 갖는다. 어떠한 전압도 인가되지 않을 때, 액정 호스트는 음의 유전 이방성을 갖고 이색성 염료는 양의 이색성을 갖는다, 즉, 편광이 염료 분자의 장분자 축에 평행할 때 최대 흡수를 갖고 편광이 장축에 수직일 때 최소 흡수를 갖는다. 이러한 디바이스에서, 전압의 인가 시에(온 상태), 게스트-호스트 혼합물은 평면 또는 균질한 정렬, 즉, 기판에 평행하다고 가정하고, 최대로 광을 흡수하게 된다(어두워진다). 이러한 배열은, 예를 들면, 고글, 안경, 바이저 등에서 사용될 수 있고, 여기서 밝은 광이 존재할 때 인가된 전압에 응답하여 디바이스를 "어둡게" 하는 것이 바람직할 수 있다. 다른 응용 분야는 창문(차량, 건물, 항공기 등), 태양/달 루프, 디스플레이 디바이스 등을 포함한다.
다른 예에서 역방향 정렬은 게스트-호스트 액정-염료 혼합물이 인가된 전압이 오프일 때, 어두운 상태에서 평면 정렬(균질함), 및 전압이 인가될 때 투명한 상태에서 수직 정렬을 가질 수 있도록 구현될 수 있다. 이는 양의 이색성을 갖는 염료 및 양의 유전 이방성을 갖는 액정 물질과 결부하여 정렬층을 위한 평면 표면 처리를 사용함으로써 성취될 수 있다. 이러한 배열은, 예를 들면, 창문이나 선루프에서 사용될 수 있고, 여기서 디바이스가 정상적으로 "어두운" 상태에 있지만, 전압을 인가함으로써 투명한 상태로 전환할 수 있는 것이 바람직하다.
도 2를 다시 참조하면, 가요성 액정 필름 구조체(10)는 가요성 액정 필름 구조체에 걸쳐 전기장 또는 전압을 인가하기 위해 제어 회로(30)에 연결될 수 있다. 전압원은 AC 또는 DC일 수 있다.
일부 실시형태에서, 가요성 액정 필름 구조체(10)는 100 내지 150μm, 150 내지 200μm, 200 내지 250μm, 250 내지 300μm, 300 내지 350μm, 350 내지 400μm, 400 내지 450μm, 450 내지 500μm, 500 내지 600μm, 600 내지 700μm, 700 내지 800μm, 800 내지 900μm, 900 내지 1000μm의 범위의, 또는 이들의 연속 범위의 임의의 조합의 두께(29)를 갖는다.
접착제
압력 활성화 접착제
일부 경우에, 접착제는 압력을 가할 때 점착성 또는 접착력을 증가시키는 물질인 압력 활성화 접착제("PAA")일 수 있다. 일부 실시형태에서, PAA는 점탄성 중합체 및 선택적으로 점착제를 포함한다. PAA는 아크릴레이트 중합체, 실리콘 중합체, 천연 고무 또는 열가소성 엘라스토머를 포함할 수 있다. PAA는 수지(예컨대, 로진 및 이의 유도체, 테르펜 및 변형된 테르펜, 지방족, 지환족 및 방향족 수지(C5 지방족 수지, C9 방향족 수지 및 C5/C9 지방족/방향족 수지), 수소화된 탄화수소 수지 및 이들의 혼합물, 테르펜-페놀 수지(TPR, 에틸렌-비닐 아세테이트 접착제와 함께 자주 사용됨)), 또는 노볼락(Novolacs)을 더 포함할 수 있다. PAA는 습기에 강할 수 있다.
일부 실시형태에서, PAA는 롤로서 공급되고 백킹(backing)과 이형층 사이에 제공되고, 둘 다는 이후에 설명된 바와 같이 사용될 때 제거된다. PAA를 사용할 때 열이나 UV 방사선의 인가는 일반적으로 요구되지 않는다. 그러나, 일부 실시형태에서, 시스템을 더 안정화하기 위해 적층 후의 단계에서 열이나 UV 또는 일부 다른 처리 공정이 사용될 수 있다.
경화성 접착제
일부 실시형태에서, 접착제는 경화 단계 동안 접착제에 변화를 야기하는 화학적 반응성 작용기 또는 성분을 포함하는 경화성 물질 또는 전구체로부터 형성될 수 있다. 경화 단계는 열 처리, UV 방사선, 성분 혼합, 공기에 대한 노출 또는 일부 다른 경화 공정을 포함할 수 있다. 열 처리에 의한 경화는 가요성 액정 구조와 호환 가능한 온도에서 이루어져야 한다. 일부 경우에, 경화는 액정 필름 구조체를 캐리어에 접착할 수 있는 접착제를 형성하는 중합화 또는 다른 반응을 야기한다. 예를 들면, 경화성 물질은 에폭시, 사이아노아크릴레이트, 아크릴산 에스테르, 알킬렌-비닐-아세테이트, 또는 일부 다른 경화성 반응성 물질을 포함할 수 있다. 경화성 물질 자체는 액체, 겔, 또는 미리 형성된 필름의 형태일 수 있다. 일부 실시형태에서, 경화성 접착제는 PAA와 결부하여 사용될 수 있다.
핫 멜트 접착제(Hot Melt Adhesive)
일부 실시형태에서, 접착제는 경화를 요구하지 않지만, 연화 및/또는 용융을 야기하도록 더 높은 온도로의 이동에 의해 활성화되는 핫 멜트 접착제일 수 있다. 핫 멜트 물질의 일부 비제한적인 예는 폴리올레핀 및 열가소성 폴리우레탄을 포함한다. 예를 들면, 액정 필름 구조체와 캐리어 사이에 핫 멜트 필름이 제공될 수 있다. 열 및 압력의 적용 시에, 핫 멜트 필름은 접착 필름(접착제)을 형성하기 위해 부드러워진다. 일부 전형적인 가열 온도는 50℃, 60℃, 80℃ 또는 심지어 100℃ 또는 그 초과이다. 일반적으로, 가열 온도나 시간은 EOM 및 가요성 액정 필름 구조체에 효과적이고 이와 호환 가능하도록 선택된다. 예를 들면, 액정 EOM 및/또는 기판은 이러한 상승된 온도를 수용하도록 선택될 수 있다. 그러나, 이러한 선택은 가요성 액정 필름 구조체를 형성하기 위한 설계의 자유도를 제한할 수 있고, 따라서 일부 경우에, 핫 멜트 접착제가 덜 선호될 수도 있다. 핫 멜트 접착제는 PAA와 조합하여 사용될 수 있다.
접착제는 10 내지 15μm, 15 내지 20μm, 20 내지 25μm, 25 내지 30μm, 30 내지 40μm, 40 내지 50μm, 50 내지 60μm, 60 내지 70μm, 70 내지 80μm, 80 내지 90μm, 90 내지 100μm, 100 내지 125μm, 125 내지 150μm, 150 내지 175μm, 175 내지 200μm, 200 내지 250μm, 250 내지 500μm, 또는 이들의 연속 범위의 임의의 조합의 두께를 가질 수 있다.
일부 실시형태에서, 접착 물질의 단일 층을 사용하기보다, 접착제의 다수의 하위층은 접착제(40)를 형성하기 위해 적층될 수 있다. 이러한 하위층은 동일하거나 상이한 화학적 조성 또는 두께를 가질 수 있다. 예를 들면, 제1 PAA는 가요성 액정 필름 구조체에 더 양호하게 접착할 수 있고, 제2 PAA는 캐리어에 더 양호하게 접착할 수 있고 제1 및 제2 PAA 하위층은 서로 잘 접착한다.
일부 경우에, 접착제는 다중 곡면형 표면(62)과 가요성 액정 필름 구조체(10)의 제1 표면(13) 사이에 상대적으로 균일한 필름을 형성할 수 있어야 한다. 일부 실시형태에서, "상대적으로 균일하다"는 것은 평균 두께의 30%, 대안적으로 20%, 15% 또는 10% 내의 변동을 갖는 두께를 갖는 것을 의미한다. 일부 실시형태에서, PAA는 광학적으로 투명하다.
일부 실시형태에서, 접착제 및 액정 필름 구조체는 함께, 450nm 내지 700nm의 파장 범위에서 가시 광선의 적어도 40%, 대안적으로 적어도 50%, 60%, 70%, 80%, 85% 또는 90%를 투과시킨다. 일부 실시형태에서, 접착제 및 액정 필름 구조체는 함께, 오프 상태 또는 15%, 10%, 7%, 5%, 3%, 2% 또는 1% 미만의 최대 투과 상태에서 헤이즈 값을 제공한다. 일부 실시형태에서, 접착제의 평균 두께에 대한 액정 필름 구조체의 평균 두께의 비는 10, 8 또는 5 미만이다.
다중 곡면형 표면 및 캐리어
언급된 바와 같이, 캐리어는 다중 곡면형 표면을 포함한다. 도 1의 다중 곡면형 표면은 많은 가능한 예 중 단지 하나이다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, "다중 곡면형 표면"은, 예를 들면, 도넛형 형상, 편구 회전타원체, 편원 타원체, 장형 회전타원체, 장형 타원체일 수 있는 2개의 직교축(수평축 및 수직축)의 곡률이 상이한 경우, 또는 2개의 직교 평면을 따른 표면, 예를 들면, 말이나 원숭이 안장과 같은 안장 형상 또는 표면의 기본 곡률이 반대인 경우, 구형 표면, 비구형 표면, 및 도넛형 표면을 포함하지만 이로 제한되지 않는 비개발 가능한 형상으로서 또한 언급된, 복합 곡선을 갖는 비평면 형상을 의미한다. 다중 곡면형 표면의 다른 예는 타원형 쌍곡면, 쌍곡선 포물면 및 구형 원통형 표면을 포함하지만, 이로 제한되지 않고, 여기서 다중 곡면형 표면은 일정하거나 다양한 곡률 반경을 가질 수 있다. 다중 곡면형 표면은 또한, 이러한 표면의 세그먼트 또는 부분을 포함하거나, 이러한 곡선과 표면의 조합으로 구성될 수 있다. 일부 실시형태에서, 다중 곡면형 표면은 2개의 직교축을 따르는 곡률 반경을 가질 수 있다. 다양한 실시형태에서, 다중 곡면형 표면은 비대칭일 수 있다.
도 3을 참조하면, 다중 곡면형 표면(62)은, 일부 경우에, 제1 높이(H1) 및 제1 방향을 따라 측정된 제1 길이(L1)를 갖는 제1 곡률(62-1)을 갖는 것을 특징으로 할 수 있고, 제1 곡률 비 C1=H1/L1이다. 다중 곡면형 표면은 또한, 제2 높이(H2) 및 제1 방향과 상이한 제2 방향을 따라 측정된 제2 길이(L2)를 갖는 제2 곡률(62-2)을 갖는 것을 특징으로 할 수 있고, 제2 곡률 비 C2=H2/L2이다. 일부 실시형태에서, 제2 방향은 제1 방향에 직교할 수 있다. 곡률 높이가 L1 및 L2에 의해 형성된 가상 평면 위에서 측정되는 경우 양수 값으로 표시되더라도, 일부 실시형태에서, C1 및 C2 중 하나 또는 둘 다는 높이가 평면 아래의 거리인 경우 음수일 수 있다. 도 3에 도시된 것과 같은 일부 실시형태에서. L1 및 L2는 가요성 액정 필름 구조체와 적층하기 위해 의도된 부분에 대응하는 전체 종단 간 길이에 대응할 수 있다. 일부 실시형태에서, L1 및 L2는 대신에, 곡선의 변곡점 사이의 길이를 정의하는 다중 곡면형 표면의 일부에 대응할 수 있다. 일부 실시형태에서, C1 및 C2 둘 다는 제로가 아니고, C1 및 C2 중 적어도 하나 또는 선택적으로 둘 다의 절대값은 1, 0.9, 0.8, 0.7, 0.6, 0.5, 0.4, 0.3, 0.2, 0.1, 0.05, 0.02, 0.01, 0.005, 0.002 또는 0.001 미만이다. 대안적으로, 임의 지점의 곡률은 D=0.5/R로서 정의된 로컬 "디옵터(diopter)" 면에서 설명될 수 있고, 여기서 R은 미터 단위로 측정된 지점에서 임의의 하나의 방향의 곡률의 반경이다. 일부 경우에, 임의의 하나의 방향의 D는 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0.5 또는 0.2 미만이거나 이와 같을 수 있다.
일부 실시형태에서, 다중 곡면형 표면(62)은 0 디옵터보다 큰 제1 값으로 만곡된 제1 곡률(62-1), 및 제1 곡률과 상이한 축을 따르고 0 디옵터보다 큰 제2 값으로 만곡된 제2 곡률(62-2)을 특징으로 할 수 있다. 일부 실시형태에서, 제2 곡률은 제1 곡률과 직교할 수 있다. 제1 값 및 제2 값 중 하나 또는 둘 다는 10, 8, 6, 5, 4, 3, 2 또는 1 미만이다.
도 4를 참조하면, 다중 곡면형 표면(62)의 표면 영역(62A)은 다중 곡면형 표면을 편평한 표면에 투영함으로써 정의된 가상 영역(62V)보다 크다. 가상 영역(62V)에 비해, 표면 영역(62A)은 0.1 내지 0.2%, 0.2 내지 0.3%, 0.3 내지 0.4%, 0.4 내지 0.5%, 0.5 내지 0.6%, 0.6 내지 0.7%, 0.7 내지 0.8%, 0.8 내지 1.0%, 1.0 내지 1.2%, 1.2 내지 1.4%, 1.4 내지 1.6%, 1.6 내지 1.8%, 1.8 내지 2.0%, 2.0 내지 2.5%, 2.5 내지 3.0%, 3.0 내지 3.5%, 3.5 내지 4.0% , 4.0 내지 4.5%, 4.5 내지 5%, 5 내지 6%, 6 내지 7%, 7 내지 8%, 8 내지 9%, 9 내지 10%, 10 내지 11%, 11 내지 12%, 12 내지 13%, 13 내지 14%, 14 내지 15%, 15 내지 20%의 범위, 또는 이들의 연속 범위의 임의의 조합에서 더 클 수 있다.
가요성 액정 필름 구조체는 하기에 설명된 바와 같이 적층 형성 공정에 의해 다중 곡면형 표면의 형상에 적층 형성된다. 적층 형성의 영향을 받는 가요성 액정 필름 구조체는 본 명세서에서 적층 형성된 액정 필름 구조체로 지칭될 수 있다. 적층 형성된 액정 필름 구조체는 원래의 가요성 액정 필름 구조체에 비해 변경된 표면 영역을 가질 수 있다. 일부 경우에, 적층 형성된 액정 필름 구조체의 활성 부분은 전체 캐리어를 덮을 수 있다. 일부 실시형태에서, 적층 형성된 액정 필름 구조체의 활성 부분은 캐리어의 일부만을 덮을 수 있다.
일부 비제한적인 예에서, 캐리어는 창문, 앞유리, 조종석, 디스플레이, 헤드업 디스플레이, 선루프, 거울, 헤드셋(예컨대, 증강 현실 또는 가상 현실 헤드셋), 고글, 바이저, 렌즈, 안경(예를 들면, 선글라스 또는 AR/CR 안경을 포함함) 또는 일부 다른 안경으로서 기능할 수 있다. 캐리어에는 어떠한 특별한 제한도 존재하지 않지만, 대부분의 실시형태에서, 이는 450nm 내지 700nm의 파장 범위에서 가시 광선의 적어도 10%를 투과시킨다(또는 거울이면 반사한다). 일부 실시형태에서, 캐리어는 450nm 내지 700nm의 파장 범위에서 가시 광선의 적어도 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90% 또는 95%를 투과시킨다. 일부 실시형태에서, 캐리어는 낮은 광 산란으로 광을 투과시키거나 반사할 수 있다. 일부 경우에, 캐리어는, 예컨대, 사생활 보호 창문과 같이 의도적으로 불투명한 외관을 갖거나 광을 산란시킬 수 있다. 일부 경우에, 캐리어가 투명하거나 무색으로 보일 수 있지만, 일부 실시형태에서, 캐리어는 색상이나 컬러를 가질 수 있다. 일반적으로, 액정 필름 구조체가 부착되는 캐리어의 적어도 일부는 액정 필름 구조체보다 낮은 가요성을 갖는다, 즉, "낮은 가요성 캐리어"이다. 낮은 가요성 캐리어는 영률이 적어도 10GPa, 또는 대안적으로 적어도 20GPa, 30GPa, 40GPa, 50GPa, 60GPa, 70Gpa, 80GPa 또는 90Gpa인 캐리어 물질(예컨대, 유리, 금속, 특정 플라스틱 또는 복합재)을 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 낮은 가요성 캐리어는 적어도 10GPa 또는 대안적으로 적어도 20GPa의 전단 계수를 갖는 것을 특징으로 할 수 있다. 일부 실시형태에서, 접착제 및 액정 필름 구조체의 조합된 두께는 액정 필름 구조체가 제공되는 임의의 치수에서 캐리어의 최대 길이의 2%, 1%, 0.5% 또는 0.2% 미만이다.
일부 실시형태에서, 광학 디바이스는 2개 이상의 액정 필름 구조체를 포함할 수 있다. 예를 들면, 도 5는 다중 곡면형 표면(162)을 갖는 캐리어(160), 다중 곡면형 표면(162) 위의 접착층(140) 및 접착제 위에 제공된 제1 표면(113)을 갖는 제1 가요성 액정 필름 구조체(110-1)를 갖는 도 1에 도시된 것과 유사한 광학 디바이스(180)의 단면도이다. 이 단면은 제1 곡률(162-1)만을 보여준다. 제1 가요성 액정 필름 구조체(110-1)는 제1 및 제2 기판, EOM, 스페이서, 정렬층, 전도층, 및 다른 특징부를 포함하는 상기 설명된 바와 같을 수 있으나, 이는 명확성을 위해 생략된다. 도 5에서, 광학 디바이스는 제1 가요성 액정 필름 구조체(110-1)의 다중 곡면형 제2 표면(115) 위에 접착층(145)을 더 포함한다. 접착층(145)은 동일한 접착층(140)일 수 있거나 이와 상이할 수 있다. 제2 가요성 액정 필름 구조체(110-2)는 접착층(145) 위에 제공될 수 있다. 제2 가요성 액정 필름 구조체는 물질, 물리적 속성 및/또는 기능에 대해 제1 가요성 액정 필름 구조체와 동일하거나 상이할 수 있다. 제2 가요성 액정 필름 구조체는 제1 가요성 액정 필름 구조체의 다중 곡면형 표면 제2 표면(115)의 형상에 적층 형성될 수 있다.
일부 실시형태에서, 광학 디바이스는 캐리어의 반대 측에 가요성 액정 필름 구조체를 가질 수 있다. 예를 들면, 도 6은 다중 곡면형 표면(262)을 갖는 캐리어(260), 다중 곡면형 표면(262) 위의 접착층(240) 및 접착제 위에 제공된 제1 표면(213)을 갖는 제1 가요성 액정 필름 구조체(210-1)를 갖는 도 1에 도시된 것과 유사한 광학 디바이스(280)의 단면도이다. 이 단면은 제1 곡률(162-1)만을 보여준다. 제1 가요성 액정 필름 구조체는 제1 및 제2 기판, EOM, 스페이서, 정렬층, 전도층, 및 다른 특징부를 포함하는 상기 설명된 바와 같을 수 있으나, 이는 명확성을 위해 생략된다. 도 6에서, 광학 디바이스는 캐리어의 반대 표면(264)과 접촉하는 접착층(245)을 더 포함한다. 반대 표면(264)은 편평하거나, 만곡되거나, 다중 곡면형일 수 있다. 접착층(245)은 동일한 접착층(240)이거나 이와 상이할 수 있다. 제2 가요성 액정 필름 구조체(210-2)는 접착층(245)과 접촉하여 제공될 수 있다. 제2 가요성 액정 필름 구조체는 물질, 물리적 속성 또는 기능에 대해 제1 가요성 액정 필름 구조체와 동일하거나 상이할 수 있다.
적층 형성
다양한 단계는 적층-형성된 액정 필름 구조체를 야기하고 본 명세서에서 적층 형성으로서 집합적으로 지칭될 수 있다. 본 명세서에서 설명된 바와 같이, 적층 형성은 일반적으로, 가요성 액정 필름 구조체의 형상을 변경하기 위해 접착제의 사용 및 압력의 적용을 수반하지만, 기판 유리 전이 온도 또는 Tg 또는 EOM 네마틱 등방성 전이 온도(TNI) 또는 둘 다와 같은 가요성 액정 필름 구조체의 전이 온도에 접근하는 온도를 포함하지 않는다. 일부 실시형태에서, 가요성 액정 필름 구조체를 수반하는 적층 형성에 사용되는 단계는 기판 Tg 또는 EOM(TNI)보다 적어도 10℃ 낮은 온도에서 행해질 수 있다. 일부 경우에, 가요성 액정 필름 구조체를 수반하는 적층 형성에 사용되는 단계는 70℃ 미만, 대안적으로 60℃, 50℃, 40℃, 30℃ 또는 20℃ 미만의 온도에서 행해질 수 있다. 이러한 단계는 선택적으로 실온(예컨대, 15 내지 25℃의 범위)에서 수행될 수 있다. 이 온도 범위는 가요성 액정 필름 구조체 자체에서 측정된 온도에 대응할 수 있다. 일부 경우에, 적층 구성요소 또는 도구는 상기 나열된 것보다 높은 온도를 가질 수 있지만, 가요성 액정 구조의 온도는, 예컨대, 가열된 적층 구성요소 또는 도구에 노출되는 시간을 제한함으로써 상기 언급된 범위 내에 있을 수 있다. 적층 형성은 일부 경우에, 가요성 액정 필름 구조체의 기판 중 하나 또는 둘 다의 약간의 신장 또는 압축을 야기할 수 있다.
일부 바람직한 실시형태에서, 용어 "적층 형성된"은 전기 광학 속성을 여전히 유지하면서 적층 형성된 가요성 액정 구조의 곡률이 영구적인 변화(즉, 이의 사전 적층 상태로부터의 곡률의 적어도 일부 변화)를 겪었다는 사실을 언급한다. 예를 들면, 적층 형성된 가요성 액정 구조가 이의 캐리어로부터 분리되어야 했으면, 이는 적층 형성 이전과 상이한 곡률을 가질 것이다.
도 7은 본 발명의 일부 실시형태에 따른 적층 형성에 의해 광학 디바이스를 형성하기 위한 단계를 도시하는 블록도이다. 단계(301)에서, 다중 곡면형 표면을 갖는 캐리어는 제1 표면 및 제2 표면을 갖는 가요성 액정 필름 구조체와 함께 제공된다. 캐리어 및 가요성 액정 필름 구조체는 상기 설명되었다.
단계(303)에서, 캐리어의 다중 곡면형 표면 또는 가요성 액정 필름 구조체의 제1 표면에 접착제가 도포된다. 대안적으로, 접착 물질은 캐리어의 다중 곡면형 표면 및 가요성 액정 필름 구조체의 제1 표면 둘 다에 도포될 수 있다. 도 8A 내지 도 8G는 본 발명의 일부 실시형태에 따른 PAA를 사용한 광학 디바이스의 구성을 도시하는 일련의 단면도이다. 언급되고 단면도 도 8A에 도시된 바와 같이, PAA(440)는 일부 실시형태에서 백킹 층(441)과 이형 라이너(442)(집합적으로 PAA 전구체 시트(444)) 사이에 제공될 수 있다. 일부 실시형태에서, 도 8B에 도시된 바와 같이, PAA 전구체 시트는 이전에 원하는 크기로 미리 절단될 수 있고 백킹 층(441)은 제거될 수 있고 노출된 PAA 표면은 타겟 표면 예컨대, 캐리어(460)의 다중 곡면형 표면(462) 및/또는 가요성 액정 필름 구조체의 제1 표면에 도포될 수 있다. PAA를 타겟 표면에 도포하는 것은 균일한 도포를 보장하기 위해 하나 이상의 롤러 또는 금형을 사용하는 것을 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 도 8C에 도시된 바와 같이, 이형층(442)의 일부는 PAA(440)의 노출된 부분(446)을 형성하기 위해 제거될 수 있다. PAA(440)는 이전에 논의된 물질 또는 속성 중 임의의 것을 포함할 수 있다.
일부 실시형태에서, 액체 접착제(도시되지 않음)는 또한, PAA와 결부하여 사용될 수 있다. 이러한 액체 접착제는 PAA에 또는 PAA를 수용하고 이와 접착시키도록 의도된 표면에 도포될 수 있다. 일부 경우에, 액체 접착제는 구조가 결합되고 적층될 때 공기 기포를 제거하는데 도움이 될 수 있다. 일부 실시형태에서, 접착제 이외의 액체는 PAA에 또는 PAA를 수용하고 이와 접착시키도록 의도된 표면 예컨대, 갇힌 공기를 제거하기 위한 습식 적층에 도포될 수 있다. 액체는 용매계 물질일 수 있다.
단계(305)에서, 캐리어는 가요성 액정 필름 구조체와 정렬된다. 이는 지그, 금형 또는 일부 다른 도구를 사용하여 행해질 수 있다. 도 8D에 도시된 바와 같이 일부 실시형태에서, 정렬의 일부는 가요성 액정 필름 구조체(410)의 하나의 에지를 PAA와 예를 들면, PAA의 노출된 부분(446)을 액정 필름 구조체의 제1 표면(413)과 접촉시키는 것을 포함할 수 있다. 접촉은 초기에, 정렬을 조정하기 위해 부드러울 수 있다. 일단 정렬이 성취되면, 구조를 캐리어에 고정하기 위해 더 강한 접촉이 행해질 수 있다. 가요성 액정 필름 구조체(410)는 제1 및 제2 기판, EOM, 스페이서, 정렬층, 전도층, 및 다른 특징부를 포함하는 상기 설명된 바와 같을 수 있지만, 이는 명확성을 위해 생략된다.
단계(307)에서, 가요성 액정 필름 구조체를 다중 곡면형 표면에 등각으로 접착시키기 위해 다중 곡면형 표면과 가요성 액정 필름 구조체의 제1 표면 사이에 압력이 가해진다. 일부 실시형태에서, 도 8E에 도시된 바와 같이, 도 8D로부터의 정렬된 구조는 다중 곡면형 표면과 가요성 액정 필름 구조체의 제1 표면 사이에 압력(473)을 제공하도록 설계된 적어도 상단 롤러(471) 및 선택적으로 하단 롤러(472)를 포함하는 롤러 조립체 내에 제공된다. 롤러는 선택적으로, 롤러가 회전하는 내부 축(474 및 475)을 포함할 수 있다. 이형층(442)의 나머지 부분이 제거된다. 도 8F에서, 롤러 조립체는 캐리어 및 가요성 액정 필름 구조체를 함께 적층하기 위해 압력을 가하고 캐리어 및 가요성 액정 필름 구조체를 가로질러 이동하고, 그에 의해 도 8G에 도시된 광학 디바이스(480)를 형성한다. 롤러 조립체는 자체 이동할 수 있거나, 대안적으로 캐리어 및 가요성 액정 필름 구조체는 롤러 조립체를 통해 이동할 수 있거나, 둘 다 가능할 수 있다. 도시되지 않았지만, 일부 실시형태에서 이형층(442)이 제거된 후에(도 8E) 경화성 액체 또는 겔 접착 물질이 PAA에 적용되고 선단 에지가 롤러를 빠져나갈 때, 예컨대, UV 방사선에 의해 후속적으로 경화될 수 있다.
일부 실시형태에서, 다중 곡면형 표면과 가요성 액정 구조의 제1 표면 사이의 적어도 상단 롤러의 길이를 따라 가해진 압력(473)은 가해진 평균 압력의 50% 내, 대안적으로 40%, 30%, 20% 또는 10% 내에 있다.
일부 실시형태에서, 적어도 하나의 롤러(471, 472)는 적층 프로세스가 진행됨에 따라 다중 곡면형 표면(462)에 실질적으로 일치할 수 있는 변형 가능한 롤러이다. 변형 가능한 롤러는 압축 가능한 물질을 포함할 수 있다. 일부 경우에, 변형 가능한 롤러는 90, 80, 70 또는 60 미만의 범위의 경도계를 가질 수 있다. 변형 가능한 롤러는 롤러를 따라 가해진 압력의 전반적인 균일성을 개선하도록 각각의 세그먼트에 가해진 힘을 독립적으로 조정하기 위해 이의 길이를 따라 다수의 세그먼트 예컨대, 내부 휠을 포함할 수 있다. 다른 실시형태에서, 변형 가능한 롤러는 가요성 롤러를 포함할 수 있고 롤러의 내부 굴대(internal axle)(474)는 다중 곡면형 표면에 가해진 압력에 반응하여 휘어진다.
볼록한 다중 곡면형 표면에 압력을 가할 때, 롤러(471)는 롤러 길이의 중간에서의 롤러 반경이 롤러의 단부에서의 반경 미만인 오목한 측면 형상을 가질 수 있다. 이는 내부 굴대(574)를 포함하는 롤러(571)의 길이를 따라 도 9A에서 단면으로 도시된다. 형상에 부가하여, 롤러(571)는 또한 변형 가능한 롤러일 수 있다. 오목한 다중 곡면형 표면에 압력을 가할 때, 롤러는 길이의 중간에서의 롤러 반경이 롤러의 단부에서보다 큰 볼록한 측면 형상을 가질 수 있다. 이는 내부 굴대(674)를 포함하는 롤러(671)의 길이를 따라 도 9B에서 단면으로 도시된다. 형상에 부가하여, 롤러(671)는 또한 변형 가능한 롤러일 수 있다.
일부 실시형태에서, 접착력을 개선하기 위해 롤러가 가열될 수 있지만, 이러한 가열은 가요성 액정 필름 구조체의 제1 또는 제2 기판의 Tg보다 낮게 유지되어야 한다. 예를 들면, 롤러는 어느 하나의 기판의 Tg보다 적어도 30℃ 내지 적어도 10℃ 낮은 온도로 가열될 수 있다. 일부 실시형태에서, 롤러 표면은 가요성 액정 필름 구조체의 제2 표면과 롤러 사이의 원하지 않는 접착을 방해하는 코팅 또는 처리를 가질 수 있다. 예를 들면, 이러한 코팅 또는 처리는 플루오린화 중합체 또는 표면 그룹의 도포를 포함할 수 있다.
일부 실시형태에서, 롤링보다는, 상기 설명된 "롤러"로서 설명된 요소가 요소와 액정 필름 구조체 사이의 마찰이 낮은 한 단순히 표면을 가로질러 미끄러질 수 있다. 대안적으로, 균일한 압력을 가하기 위해 다른 형성된 요소가 사용될 수 있다.
압력을 가하기 위해 롤러를 사용하기보다, 다중 곡면형 표면에 대응하는 형상("금형 면")을 갖는 금형이 사용될 수 있다. 금형 면은 다중 곡면형 표면 형상과 같을 필요는 없지만, 일부 실시형태에서, 금형 면은 다중 곡면형 표면과 충분히 유사하여 다중 곡면형 표면에 걸쳐 가해진 압력이 평균 압력의 50% 내, 대안적으로 40%, 30%, 20% 또는 10% 내에 있게 한다.
도 10A 내지 도 10D는 단계(307)에서와 같이 압력을 가하기 위해 금형을 사용하는 비제한적인 실시형태를 도시하는 일련의 단면도이다. 도 10A에서, 접착제(740)를 갖는 캐리어(760)는 제1 표면(713)을 갖는 가요성 액정 필름 구조체(710)와 정렬된다. 가요성 액정 필름 구조체(710)는 제1 및 제2 기판, EOM, 스페이서, 정렬층, 전도층, 및 다른 특징부를 포함하는 상기 설명된 바와 같을 수 있으나, 이는 명확성을 위해 생략된다. 가요성 액정 필름 구조체(710)는 다중 곡면형 표면(762)과 형상이 유사한 금형 면(776)을 갖는 금형(775)에 배치된다. 가요성 액정 필름 구조체(710)는 이 도면에서 일반적으로 편평하지만, 대안적으로 부분적으로 만곡될 수 있다. 도 10B에서, 캐리어, 접착제 및 가요성 필름 구조는 초기에 접촉하기 위해 함께 이동된다. 이러한 접촉(여기에 도시된 바와 같음)은 다중 곡면형 표면의 중심이나 이 근처에서 이루어질 수 있지만, 반드시 그런 것은 아니다. 도 10C에서, 힘(773)은 가요성 액정 필름 구조체로 하여금 등각으로 접착하고 광학 디바이스(780)(도 10D)를 형성하게 하기 위해 금형과 캐리어의 반대 표면(764)(다중 곡면형 표면(762)의 반대 측) 사이에 가해진다. 일부 실시형태에서, 캐리어의 반대 표면에 가해진 힘은 반대 표면의 형상과 유사한 제2 면을 갖는 제2 금형의 사용을 포함할 수 있다.
일부 실시형태에서, 접착력을 개선하기 위해 금형(들)이 가열될 수 있지만, 이러한 가열은 가요성 액정 필름 구조체의 제1 또는 제2 기판의 Tg보다 낮게 유지되어야 한다. 예를 들면, 금형(들)은 어느 하나의 기판의 Tg보다 적어도 30℃ 내지 적어도 10℃ 낮은 온도로 가열될 수 있다. 접착제가 PAA가 아니면, 부품이 도 10C와 같이 제 위치에 있는 동안 경화 단계가 포함될 수 있다.
일부 실시형태에서, 금형은 특히 금형 면이 다중 곡면형 표면과 동일하지 않을 때 개선된 접촉 및 균일한 압력 적용을 허용하기 위해 일부 가요성을 가질 수 있다. 일부 경우에, 금형은 캐리어보다 더 유연하지만 가요성 액정 필름 구조체보다 덜 유연할 수 있다. 일부 실시형태에서, 금형 면은 가요성 액정 필름 구조체의 제2 표면과 금형 면 사이의 원치 않는 접착을 방지하는 코팅 또는 처리를 가질 수 있다. 예를 들면, 이러한 코팅 또는 처리는 플루오린화 중합체 또는 표면 그룹의 도포를 포함할 수 있다.
일부 실시형태에서, 더 많은 압력은 가요성 액정 필름 구조체의 중앙 영역보다 외부 영역에 가해질 수 있다. 일부 실시형태에서, 단계(307)에서와 같이 압력을 가하는 것은 가요성 액정 필름 구조체, 접착제 및 캐리어가 모두 감소된 압력, 즉, 대기압보다 낮은 압력 하에 있는 환경 또는 챔버에서 행해질 수 있다. 예를 들면, 압력을 가하는 것은 100, 50, 10, 5 또는 1 토르 미만의 가스 압력을 갖는 환경에서 행해질 수 있다. 가스는 질소, 아르곤 또는 공기와 같은 혼합물일 수 있다. 감소된 압력 하에서 적층하는 것은 기포를 야기할 수 있는 갇힌 공기의 발생을 감소시킬 수 있다. 일부 실시형태에서, 오토클레이브(autoclave)를 통한 사후 처리는 또한, 갇힌 공기를 감소시키거나 제거할 수 있다. 일부 실시형태에서, 적층은 진공 백 공정을 사용하여 수행될 수 있다.
일부 실시형태에서, 광학 디바이스는 2개의 캐리어를 포함할 수 있다. 도 11은 일부 실시형태에 따른 광학 디바이스의 단면도이다. 광학 디바이스(880)는 다중 곡면형 표면(862-a)을 갖는 제1 캐리어(860-a)를 포함한다. 광학 디바이스(880)는 제1 캐리어(860-a)의 다중 곡면형 표면(862-a) 위에 등각으로 제공된 가요성 액정 필름 구조체(810)를 더 포함한다. 개재된 제1 접착제(840-a)는 가요성 액정 필름 구조체(810)를 다중 곡면형 표면(862-a)에 접착시킨다. 다중 곡면형 표면(862-b)을 갖는 제2 캐리어(860-b)는 가요성 액정 필름 구조체(810) 위에 제공될 수 있다. 개재된 제2 접착제(840-b)는 다중 곡면형 표면(862-b)을 가요성 액정 필름 구조체(810)에 접착시킨다. 가요성 액정 필름 구조체(810)는 제1 및 제2 기판, EOM, 스페이서, 정렬층, 전도층, 및 다른 특징부를 포함하는 상기 설명된 바와 같을 수 있으나, 이는 명확성을 위해 생략된다. 유사하게, 제1 및 제2 접착제, 제1 및 제2 캐리어, 및 특정 적층 방법은 상기 설명된 바와 같은 임의의 것을 포함할 수 있다.
일부 실시형태에서, 광학 디바이스(880)를 형성하기 위해 2단계 적층 공정이 사용될 수 있다. 예를 들면, 제1 단계로서, 가요성 액정 구조(810)는 제1 캐리어의 다중 곡면형 표면(862-a)에 적층 형성될 수 있다. 제2 단계로서, 적층 형성된 액정 구조의 상부 표면에 제2 캐리어가 적층되거나 그렇지 않으면 접착될 수 있다. 일부 경우에, 가요성 액정 구조가 이미 이의 원하는 형상을 가지고 있을 수 있으므로 제2 단계는 적층 형성을 수반하지 않는다. 대안적으로, 제1 단계에서, 가요성 액정 구조(810)는 제2 캐리어의 다중 곡면형 표면(862-b)에 적층 형성될 수 있고, 제2 단계에서 제1 캐리어는 적층 형성된 액정 구조의 하부 표면에 적층되거나 그렇지 않으면 접착될 수 있다.
일부 실시형태에서, 광학 디바이스는 단지 단일 캐리어 및 하나 이상의 적층 형성된 액정 필름 구조체를 가질 수 있다. 이러한 구조는 일부 경우에 제조가 더 단순할 수 있다. 예를 들면, 캐리어로서의 증강 현실 헤드셋은 하나 이상의 적층 형성된 액정 필름 구조체를 포함하지만, 유리판 등과 같은 오버레이되는 제2 캐리어를 포함하지 않을 수 있다.
이전 도면 및 설명에서, 가요성 액정 필름 구조체는 일반적으로, 적층 형성 이전에 편평한 것으로서 설명되었다. 그러나, 일부 실시형태에서, 가요성 액정 필름 구조체는 적층 형성 이전에 일부 부분적인 곡률을 가질 수 있다. 즉, 적층 형성을 겪는 가요성 액정 필름 구조체는 편평하지 않지만 여전히 캐리어의 다중 곡면형 표면의 완전한 곡률을 갖지 않을 수 있다.
일부 실시형태에서, 가요성 액정 필름 구조체는 적층 시에, 즉, 압력을 가할 때 EOM을 포함한다. EOM으로 채워진 갭을 갖는 것은 가요성 액정 필름 구조체의 2개의 기판 사이에 압력을 분산시키는데 도움이 될 수 있다. 그러나, 일부 실시형태에서, EOM은 상기 논의된 충전 방법(예컨대, 진공 충전)을 사용하여 압력을 가한 후에 부가될 수 있다. 일부 경우에, EOM은 PAA와 접착되는 동안 사용될 수 있는 압력이나 선택적인 가열 또는 부가적인 경화 단계에 민감할 수 있고, 따라서 이를 나중에 부가하는 것이 바람직할 수 있다. 대안적으로, 갭은 기판 사이에 압력을 분산시키는데 도움이 되는 물질로 예컨대, 압력을 가하는 동안 무해한 낮은 증기압 용매로 일시적으로 채워지고, 이어서 압력을 가하는 단계 후에 제거되고 원하는 EOM으로 다시 채워질 수 있다. 이러한 낮은 증기압 용매의 비제한적인 예는 특정 하이드로플루오로에터를 포함할 수 있다.
본 발명의 방법 및 물질은 이전에 언급된 열성형된 LC 디바이스와 연관된 단점을 갖지 않는 광학 디바이스의 제조를 가능하게 한다. 이러한 광학 디바이스는 높은 수율로, 그리고 놀랍게도 열성형 없이 다중 곡면형 표면 위에 적층될 때 예상될 수 있는 가요성 액정 필름 구조체의 주름과 같은 결함이 없이 형성될 수 있다. 본 발명의 광학 디바이스는 높은 광학 투명도/낮은 헤이즈 및 낮은 구동 전압을 가질 수 있다.
스크래치, UV 방사선, 습기 등으로 인한 손상으로부터 광학 디바이스 표면 또는 에지를 보호하기 위해 부가적인 층 또는 물질이 선택적으로 도포될 수 있다. 이러한 부가적인 층 또는 물질은 또한 또는 대신에, 반사 방지, 편광, 색조 등과 같은 일부 성능 특징을 향상시킬 수 있다.
특정한 실시형태의 특정 상세는 본 발명의 실시형태의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있다. 그러나, 본 발명의 다른 실시형태는 각각의 개별적인 양태 또는 이 개별적인 양태의 특정 조합과 관련된 특정 실시형태에 관한 것일 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시형태의 상기 설명은 예시 및 설명의 목적을 위해 제공되었다. 이는 본 발명을 총망라한 것이 되도록 또는 이를 설명된 정확한 형태로 제한하도록 의도되지 않고, 상기 교시에 비추어 많은 수정 및 변형이 가능하다.
이전의 설명에서, 설명의 목적을 위해, 본 기술의 다양한 실시형태의 이해를 제공하기 위해 많은 상세가 제시되었다. 그러나, 특정 실시형태가 이 상세 중 일부 없이, 또는 부가적인 상세로 실행될 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다.
몇몇 실시형태를 설명했지만, 당업자에 의해, 본 발명의 사상을 벗어나지 않고 다양한 수정, 대안적인 구성, 및 등가물이 사용될 수 있음이 인식될 것이다. 부가적으로, 본 발명을 불필요하게 모호하게 하는 것을 피하기 위해 다수의 잘 알려진 공정 및 요소는 설명되지 않았다. 부가적으로, 임의의 특정 실시형태의 상세는 이 실시형태의 변형에 항상 존재하지 않을 수 있거나 다른 실시형태에 부가될 수 있다.
값의 범위가 제공되는 경우, 이 범위의 상한과 하한 사이의, 문맥이 명백하게 달리 지시하지 않는 한 하한의 단위의 10분의 1까지의 각각의 중간 값이 또한 구체적으로 개시됨이 이해된다. 임의의 명시된 값 또는 명시된 범위의 중간 값과 이 명시된 범위의 임의의 다른 명시된 또는 중간 값 사이의 각각의 더 작은 범위가 포함된다. 이 더 작은 범위의 상한 및 하한은 독립적으로 범위에 포함되거나 제외될 수 있고, 더 작은 범위에 어느 하나의 한도, 둘 다가 포함되거나, 어느 하나의 한도도 포함되지 않는 각각의 범위는 또한 본 발명 내에 포함되어, 명시된 범위에서 임의의 구체적으로 제외된 한도의 영향을 받는다. 명시된 범위가 한도 중 하나 또는 둘 다를 포함하는 경우, 이 포함된 한도 중 어느 하나 또는 둘 다를 제외하는 범위가 또한 포함된다.
본 명세서 및 첨부된 청구항에서 사용된 바와 같이, 영어의 관사("a", "an", 및 "the")가 선행하는 단수 형태는 문맥이 명백하게 달리 지시하지 않는 한 복수의 지시 대상을 포함한다. 따라서, 예를 들면, "방법"에 대한 언급은 복수의 이러한 방법을 포함하고 "층"에 대한 언급은 하나 이상의 층 및 당업자에게 알려진 이의 등가물에 대한 언급을 포함하고 등이다. 본 발명은 이제 명료성 및 이해의 목적을 위해 상세히 설명되었다. 그러나, 첨부된 청구항의 범위 내에서 특정 변경 및 수정이 실행될 수 있다는 것이 인식될 것이다.
본 명세서에 인용된 모든 공보, 특허 및 특허 출원의 전체 내용은 이에 의해, 모든 목적을 위해 참조에 의해 원용된다.
Claims (49)
- 광학 디바이스로서,
다중 곡면형 표면을 갖는 낮은 가요성 캐리어;
상기 다중 곡면형 표면 위에 등각으로 제공된 가요성 액정 필름 구조체; 및
상기 다중 곡면형 표면과 상기 액정 필름 구조체 사이에 개재된 접착제로서, 상기 가요성 액정 필름 구조체는 상기 다중 곡면형 표면의 형상에 적층 형성되는, 상기 접착제
를 포함하는, 광학 디바이스. - 제1항에 있어서, 상기 접착제는 압력 활성화 접착제를 포함하는, 광학 디바이스.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 접착제는 경화성 접착제를 포함하는, 광학 디바이스.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액정 필름 구조체는 상기 접착제와 접촉하는 제1 가요성 기판, 갭을 형성하기 위해 상기 제1 가요성 기판으로부터 이격된 제2 가요성 기판, 및 상기 갭에서 제공되고 경계 밀봉부에 의해 둘러싸인 전기 광학 물질을 포함하는, 광학 디바이스.
- 제4항에 있어서, 상기 전기 광학 물질은 게스트-호스트 이색성 염료-액정 혼합물을 포함하는, 광학 디바이스.
- 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 전기 광학 물질은 10 중량% 미만의 중합체 물질을 포함하는, 광학 디바이스.
- 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액정 필름 구조체는 상기 제1 및 제2 가요성 기판 사이에 제공된 패턴화되지 않은 스페이서를 더 포함하는, 광학 디바이스.
- 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액정 필름 구조체의 활성 영역에 걸친 상기 갭은 상기 활성 영역에 걸쳐 측정된 평균 갭의 20% 내로 유지되는, 광학 디바이스.
- 제4항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액정 필름 구조체 영역의 적어도 95%에 걸쳐, 상기 갭은 전체 액정 필름 구조체 영역에 걸쳐 측정된 평균 갭의 20% 내로 유지되는, 광학 디바이스.
- 제4항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 평균 갭은 5μm 내지 10μm의 범위인, 광학 디바이스.
- 제4항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 기판, 상기 제2 기판 또는 둘 다는 가요성 중합체 물질을 포함하는, 광학 디바이스.
- 제4항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 기판은 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리비닐 아세테이트 또는 환형 올레핀 중합체를 포함하는, 광학 디바이스.
- 제4항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 기판은 화학적 조성물 또는 두께와 관련하여 상기 제2 기판과 상이한, 광학 디바이스.
- 제4항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 상기 제1 기판은 75μm 내지 300μm의 범위의 평균 두께를 갖는, 광학 디바이스.
- 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액정 필름 구조체는 150μm 내지 750μm의 범위의 평균 두께를 갖는, 광학 디바이스.
- 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 접착제는 점탄성 중합체 및 점착제를 포함하는, 광학 디바이스.
- 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 접착제는 25μm 내지 100μm의 범위의 평균 두께를 갖는, 광학 디바이스.
- 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 접착제의 평균 두께에 대한 상기 액정 필름 구조체의 평균 두께의 비는 10 미만인, 광학 디바이스.
- 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다중 곡면형 표면은,
i) 제1 방향을 따라 측정된 제1 높이(H1) 및 제1 길이(L1)를 갖는 제1 곡률로서, 제1 곡률 비 C1=H1/L1인, 상기 제1 곡률; 및
ii) 상기 제1 방향에 직교하는 제2 방향을 따라 측정된 제2 높이(H2) 및 제2 길이(L2)를 갖는 제2 곡률로서, 제2 곡률 비 C2=H2/L2인, 상기 제2 곡률
을 특징으로 하고, C1 및 C2 둘 다는 제로보다 크고, C1 및 C2 중 적어도 하나는 0.5 미만인, 광학 디바이스. - 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다중 곡면형 표면은,
i) 0 디옵터(diopter)보다 큰 제1 값으로 만곡된 제1 곡률; 및
ii) 상기 제1 곡률에 직교하고 0 디옵터보다 큰 제2 값으로 만곡된 제2 곡률
을 특징으로 하고, 상기 제1 값 및 제2 값 중 적어도 하나는 8 디옵터 미만인, 광학 디바이스. - 제20항에 있어서, 상기 제1 값 및 제2 값 중 적어도 하나는 4 미만인, 광학 디바이스.
- 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다중 곡면형 표면의 영역은 상기 다중 곡면형 표면을 편평한 표면에 투영함으로써 정의된 가상 영역보다 0 내지 15% 큰, 광학 디바이스.
- 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 접착제와 상기 액정 필름 구조체는 함께 가시 광선의 적어도 40%를 투과시키는, 광학 디바이스.
- 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 접착제와 상기 액정 필름 구조체는 함께 오프 상태에서 10% 미만의 헤이즈 값을 제공하는, 광학 디바이스.
- 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캐리어는 창문, 앞유리, 조종석, 디스플레이, 헤드업 디스플레이, 선루프, 거울, 증강 현실 또는 가상 현실을 위한 헤드셋, 고글, 바이저, 렌즈, 안경 또는 선글라스를 포함하는, 광학 디바이스.
- 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 접착제와 상기 액정 필름 구조체의 조합된 두께는 상기 액정 필름 구조체가 제공되는 상기 캐리어의 최대 길이의 1% 미만인, 광학 디바이스.
- 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액정 필름 구조체의 활성 부분은 상기 캐리어의 일부만을 덮는, 광학 디바이스.
- 광학 디바이스를 형성하는 방법으로서,
다중 곡면형 표면을 갖는 낮은 가요성 캐리어를 제공하는 단계;
가요성 액정 필름 구조체를 제공하는 단계로서, 상기 가요성 액정 필름 구조체는,
제1 가요성 기판; 및
전기 광학 물질을 포함하도록 설계된 갭을 형성하기 위해 상기 제1 가요성 기판으로부터 이격된 제2 가요성 기판
을 포함하고, 상기 제1 가요성 기판의 외부 표면은 상기 가요성 액정 필름 구조체의 제1 표면에 대응하고 상기 제2 가요성 기판의 외부 표면은 상기 가요성 액정 필름 구조체의 제2 표면에 대응하는, 상기 가요성 액정 필름 구조체를 제공하는 단계;
i) 상기 다중 곡면형 표면, ii) 상기 가요성 액정 필름 구조체의 제1 표면 또는 iii) (i) 및 (ii) 둘 다에 접착제를 도포하는 단계;
상기 캐리어를 상기 가요성 액정 필름 구조체와 정렬시키는 단계;
상기 캐리어의 다중 곡면형 표면에 따라 상기 가요성 액정 필름 구조체를 형성하기 위해 상기 다중 곡면형 표면과 상기 가요성 액정 필름 구조체의 제1 표면 사이에 압력을 가하는 단계; 및
적층 형성된 액정 필름 구조체를 생성하기 위해 상기 형성된 가요성 액정 필름 구조체를 상기 다중 곡면형 표면에 등각으로 접착시키는 단계
를 포함하는, 방법. - 제28항에 있어서, 상기 접착제는 압력 활성화 접착제를 포함하고 압력을 가하는 단계는 상기 접착시키는 단계를 야기하는, 방법.
- 제28항 또는 제29항에 있어서, 상기 접착제는 경화성 접착제를 포함하고 상기 접착시키는 단계는 경화 단계를 포함하는, 방법.
- 제30항에 있어서, 상기 경화 단계는 UV 방사선에 대한 노출을 포함하는, 방법.
- 제30항 또는 제31항에 있어서, 상기 경화성 접착제는 유체 또는 겔의 형태인, 방법.
- 제28항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압력을 가하는 단계 및 상기 등각으로 접착시키는 단계는 60℃ 또는 이 미만의 온도에서 수행되는, 방법.
- 제33항에 있어서, 압력을 가하는 단계는 상기 캐리어, 상기 가요성 액정 필름 구조체의 제2 표면 또는 둘 다를 하나 이상의 롤러와 접촉시키는 단계를 포함하는, 방법.
- 제34항에 있어서, 적어도 하나의 롤러는 변형 가능한 롤러인, 방법.
- 제34항 또는 제35항에 있어서, 적어도 하나의 롤러는 상기 다중 곡면형 표면의 볼록한 부분에 압력을 가하는 오목한 측면 형상을 갖는, 방법.
- 제34항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 롤러는 상기 다중 곡면형 표면의 오목한 부분에 압력을 가하는 볼록한 측면 형상을 갖는, 방법.
- 제34항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 롤러는 상기 제1 기판 또는 상기 제2 기판의 Tg보다 적어도 30℃ 내지 적어도 10℃ 낮은 온도로 가열되는, 방법.
- 제34항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 롤러에 걸쳐 가해진 상기 압력은 가해진 평균 압력의 50% 내인, 방법.
- 제28항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서, 압력을 가하는 단계는 상기 가요성 액정 필름 구조체의 제2 표면을 금형 면을 갖는 금형과 접촉시키는 단계를 포함하고, 상기 금형 면은 상기 다중 곡면형 표면의 형상에 대응하는 형상을 갖는, 방법.
- 제40항에 있어서, 상기 금형은 상기 가요성 액정 필름 구조체보다 덜 유연하고 상기 캐리어보다 더 유연한, 방법.
- 제40항 또는 제41항에 있어서, 상기 금형은 상기 제1 기판 또는 상기 제2 기판의 Tg보다 적어도 30℃내지 적어도 10℃낮은 온도로 가열되는, 방법.
- 제28항 내지 제42항 중 어느 한 항에 있어서, 더 많은 압력은 상기 가요성 액정 필름 구조체 영역의 중앙 영역보다 외부 영역에 가해지는, 방법.
- 제28항 내지 제43항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 광학 물질은 상기 다중 곡면형 표면과 상기 가요성 액정 필름 구조체의 제1 표면 사이에 압력을 가하기 이전에 상기 갭 내에 제공되고 경계 밀봉부에 의해 둘러싸이는, 방법.
- 제28항 내지 제43항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 광학 물질은 상기 다중 곡면형 표면과 상기 가요성 액정 필름 구조체의 제1 표면 사이에 압력을 가한 후에 상기 갭 내에 제공되고 경계 밀봉부에 의해 둘러싸이는, 방법.
- 제28항 내지 제45항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다중 곡면형 표면과 상기 가요성 액정 필름 구조체의 제1 표면 사이에 압력을 가하는 단계는 100 토르 미만의 가스 압력을 갖는 환경에서 행해지는, 방법.
- 제28항 내지 제46항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캐리어를 상기 가요성 액정 필름 구조체와 정렬시키는 단계는 상기 캐리어의 일단부에서 상기 접착제, 상기 다중 곡면형 표면 및 상기 가요성 액정 필름 구조체의 제1 표면을 접촉시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
- 제28항 내지 제46항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캐리어를 상기 가요성 액정 필름 구조체와 정렬시키는 단계는 상기 캐리어의 중앙 영역에서 상기 접착제, 상기 다중 곡면형 표면 및 상기 가요성 액정 필름 구조체의 제1 표면을 접촉시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
- 제28항 내지 제48항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캐리어는 창문, 앞유리, 조종석, 디스플레이, 헤드업 디스플레이, 선루프, 거울, 증강 현실 또는 가상 현실을 위한 헤드셋, 고글, 바이저, 렌즈, 안경 또는 선글라스를 포함하는, 방법.
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