WO2016159601A1 - 반사형 액정 소자 및 이의 용도 - Google Patents

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오동현
민성준
유정선
김정운
임은정
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    • G02F2413/05—Single plate on one side of the LC cell
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    • G02F2413/08—Indexing scheme related to G02F1/13363, i.e. to birefringent elements, e.g. for optical compensation, characterised by the number, position, orientation or value of the compensation plates with a particular optical axis orientation

Definitions

  • the present application relates to a reflective liquid crystal device and its use.
  • a dichroic dye is mixed as a guest molecule with respect to the host molecule of the liquid crystal layer, and the arrangement of the host molecule and the guest molecule is changed by the voltage applied to the liquid crystal to improve the light absorption rate of the liquid crystal layer. Can change.
  • the dichroic dye when a dichroic dye having a rod-like structure is used as a guest molecule, the dichroic dye has a property of being oriented in parallel to the host molecule. Therefore, when an electric field is applied to change the orientation of the host molecule, the dichroic dye is aligned. Orientation may also vary with host molecules.
  • Such a reflective device typically implements a blocking mode in the absence of an external electric field due to a liquid crystal array that is horizontally oriented in the guest-host liquid crystal, and a continuous electric field must be applied to implement the transmission mode. Therefore, there is a problem that power consumption is increased, and when the alignment of the liquid crystal changes from the horizontal alignment mode to the vertical alignment mode, there is a problem that haze occurs due to disordered alignment of the liquid crystal.
  • Patent Document 1 Korean Laid-Open Patent Publication 2008-0079564
  • the present application provides a reflective liquid crystal device and its use.
  • the present application provides a reflection type liquid crystal device of a conventional transmission mode and its use to implement the transmission mode in the state that no external electric field is applied.
  • the present application also provides a reflective liquid crystal device capable of switching an excellent light blocking property to a blocking mode when the external electric field is used, and a use thereof.
  • the present application further provides a reflection type liquid crystal device having no haze characteristic and its use even when an external electric field is applied and a blocking mode is implemented.
  • the present application relates to a reflective liquid crystal device and its use.
  • the liquid crystal device of the present application has reflection characteristics, and may be applied to various display devices using liquid crystals, for example, liquid crystal displays, or to devices using liquid crystals, such as automotive room mirrors or side mirrors.
  • the reflective liquid crystal device has a structure including a polarizing plate 100, a liquid crystal cell 200, and a reflecting plate 300.
  • the reflective liquid crystal device including the polarizing plate as described above, there may be various problems such as loss of reflectance and / or blocking rate due to the polarizing plate, and the thickness thereof may be too thick to meet the thinning of the liquid crystal device.
  • the reflective liquid crystal device of the present application replaces the polarizing plate with a guest-host liquid crystal cell, thereby preventing the loss of light due to the polarizing plate during reflection, and preventing the reduction of the blocking rate due to polarization and absorption during blocking. .
  • a blocking mode is realized in a state in which an external electric field is not applied due to the molecular arrangement of the horizontally aligned liquid crystal, and by application of an external electric field. Since the transparent mode is implemented, there is a problem in that an electric field must be continuously applied to implement the transparent mode.
  • the conventional reflective liquid crystal device since the guest-host liquid crystal layer containing the liquid crystal compound that is pretilt vertically aligned at a predetermined angle by the pretilt vertical alignment film, the conventional reflective liquid crystal device is The problem of power consumption which has had can be improved.
  • the present application further includes a quarter wave plate in the reflective liquid crystal device, and thus, when the blocking mode is implemented by the application of an external electric field, there is an advantage in that better light blocking characteristics can be realized.
  • the present application may improve the haze increase problem that may occur due to disorderly alignment of the liquid crystal compounds when an external electric field is applied.
  • the reflective liquid crystal device of the present application is a guest-host liquid crystal layer; Pretilt vertical alignment film; And quarter wave plates.
  • the present application is a guest-host liquid crystal layer comprising a liquid crystal compound and a dichroic dye; A pretilt vertical alignment layer existing on one or both surfaces of the guest-host liquid crystal layer; And quarter-wave plates.
  • the liquid crystal device of the present application includes a guest-host liquid crystal layer.
  • the guest-host liquid crystal layer of the present application mixes a dichroic dye as a guest molecule to a liquid crystal compound which is a host molecule, and changes the arrangement of the host molecule and the guest molecule by a voltage applied to the liquid crystal to implement a transmission mode or a blocking mode. It may mean a liquid crystal layer.
  • This guest-host liquid crystal layer contains a liquid crystal compound and a dichroic dye. That is, the guest-host liquid crystal layer of the present application may be a layer formed by mixing a dichroic dye with the liquid crystal compound.
  • the guest-host liquid crystal layer of the present application may include a liquid crystal compound oriented in one direction and a dichroic dye oriented by the liquid crystal compound.
  • the dichroic dye included in the guest-host liquid crystal layer of the present application may be oriented by the liquid crystal compound, and may anisotropically absorb light entering the liquid crystal layer depending on whether voltage is applied.
  • the guest-host liquid crystal layer of the present application absorbs, among the unpolarized light incident to the guest-host liquid crystal layer, for example light parallel to the direction of orientation of the dichroic dye molecules, Light perpendicular to the direction of orientation of the dye molecules may be allowed to pass.
  • the light passing through the guest-host liquid crystal layer by the above process may be light polarized in one direction.
  • the term “dye” may refer to a material capable of intensively absorbing and / or modifying light in at least part or entire range within a visible light region, for example, in a wavelength range of 400 nm to 800 nm
  • the term “dichroic dye” may refer to a material capable of anisotropic absorption of light in at least part or entire range of the visible light region.
  • dichroic dye for example, all kinds of dyes known to have properties as described above and can be oriented according to the alignment direction of the liquid crystal compound may be used.
  • the dichroic dye is a dye having a maximum absorbance in the visible region, for example, 400 nm to 800 nm, and includes an azo compound, an anthraquinone compound, a phthalocyanine compound, an azomethine compound, and an indigo.
  • Indigoid or thioindigoid compounds merocyanine compounds, 1,3-bis dicyanomethylene indan compounds, azulene ) -Based compounds, quinophthalonic compounds, triphenodioxazine compounds, indolo [2,3, b] quinoxaline compounds, Imidazo [1,2-b] -1,2,4 triazines-based compounds, tetrazine-based compounds, benzo-based compounds
  • Compounds having a molecular skeleton of compounds, naphtoquinones-based compounds, or a combination thereof may be used.
  • the dichroic dye may be selected from compounds where the difference in solubility parameters from the liquid crystal compound is less than about 7.4 (cal / cm 3 ) 1/2 .
  • the solubility parameter indicates a degree of interaction between two or more kinds of compounds. The smaller the solubility parameter difference between the compounds, the greater the interaction. The larger the solubility parameter between the compounds, the less the interaction. Means that.
  • the solubility parameter is related to the structure of the compound, and by having a difference in the solubility parameter in the above range, it is possible to increase the interaction between the liquid crystal compound and the dichroic dye in the liquid crystal layer to increase the melt mixing, and to bundle the dichroic dyes Can be prevented and excellent dispersibility can be achieved.
  • the dichroic dye may have a dichroic ratio in the range of 1.5 to 14. Also, it may be about 3 to 12 within the above range, and may be about 5 to 10 within the above range.
  • the dichroic ratio is a value obtained by dividing the planar polarization absorption in the direction parallel to the axis of the liquid crystal compound in the liquid crystal layer by the polarization absorption in the vertical direction, and may indicate the degree to which the dichroic dyes are arranged side by side in one direction. .
  • the dichroic dye may have sufficient affinity with the liquid crystal compound, thereby enabling melt mixing and inducing the orientation of the dichroic dye according to the alignment of the liquid crystal compound. Can be improved.
  • the dichroic dye may be included in an appropriate range in the liquid crystal layer.
  • the reflectance and blocking rate of the liquid crystal layer may be changed according to the content of the dichroic dye, and in the present application, the content may be adjusted in consideration of the desired reflectance and blocking range.
  • the guest-host liquid crystal layer may include a dichroic dye in a ratio of 0.3 to 3 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the liquid crystal compound.
  • the liquid crystal device of the present application can achieve a desired reflectance and blocking range.
  • the dichroic dye may be included in the guest-host liquid crystal layer in the range of 0.4 to 2.8 parts by weight, 0.5 to 2.5 parts by weight or 0.8 to 2 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the liquid crystal compound.
  • the guest-host liquid crystal layer of the present application includes a liquid crystal compound.
  • the liquid crystal compound may be broadly classified into a thermotropic liquid crystal or a lyotropic liquid crystal.
  • the thermotropic liquid crystal may refer to a liquid crystal whose molecular structure changes only by heat.
  • the lyotropic liquid crystal may refer to a liquid crystal having a property of changing molecular structure by other factors besides heat.
  • the thermotropic liquid crystal may be referred to as a temperature transfer liquid crystal, and the lyotropic liquid crystal may be referred to as a concentration transition liquid crystal.
  • the liquid crystal compound included in the liquid crystal cell of the present application may be a temperature transfer liquid crystal compound or a concentration transition liquid crystal compound.
  • the temperature transfer type liquid crystal compound or the concentration transfer type liquid crystal compound may be classified into a rod-like liquid crystal compound or a discotic liquid crystal compound according to the shape thereof.
  • according to the difference in the arrangement method can be divided into smectic, nematic or cholesteric liquid crystal compound.
  • the liquid crystal compound included in the liquid crystal layer of the present application may be a nematic liquid crystal compound.
  • the liquid crystal compound included in the liquid crystal layer of the present application may be an N-type nematic liquid crystal compound.
  • the extraordinary dielectric anisotropy ( ⁇ e) is about 1 to 5
  • the normal dielectric constant ( ⁇ o) ordinary dielectric anisotropy) may be in the range of about 4 to about 40 degrees.
  • the liquid crystal layer of the present application uses the above-mentioned liquid crystal compound as a host molecule, mixes the dichroic dye into a guest molecule and forms it on the alignment film described later, thereby providing a guest-containing liquid crystal compound and a dichroic dye oriented in a predetermined direction.
  • a host liquid crystal layer can be formed.
  • the method for forming the guest-host liquid crystal layer of the present application for example, by mixing a liquid crystal compound and a dichroic dye contained in a predetermined amount compared to the liquid crystal compound and other additives to prepare a composition for forming a liquid crystal layer Thereafter, a method of injecting the liquid crystal layer forming composition between the substrate layers on which the alignment layer and the transparent electrode are formed and spaced apart from each other and applying heat or light may be used, but is not limited thereto.
  • the liquid crystal compound included in the guest-host liquid crystal layer formed by the above method may be in a state of being aligned in a predetermined direction by the pretilt vertical alignment layer.
  • the liquid crystal compound included in the guest-host liquid crystal layer of the present application may be pretilt aligned at a predetermined angle with respect to the liquid crystal layer base surface by the pretilt vertical alignment layer.
  • the pretilt vertical alignment of the liquid crystal compound may mean a state in which the plane of the guest-host liquid crystal layer and the optical axis of the liquid crystal compound in the liquid crystal layer are aligned at a predetermined angle, for example, 70 ° to 90 °. .
  • the optical axis may mean a slow axis or a fast axis, but may preferably mean a slow axis.
  • the pretilt angle of the liquid crystal compound included in the guest-host liquid crystal layer may be in a range of 70 ° to 90 °.
  • liquid crystal layer including the pretilt vertically aligned liquid crystal compound when used as the guest-host liquid crystal layer, it is possible to provide a liquid crystal device in a transmissive mode, and the liquid crystal compounds are randomly oriented when the voltage is applied to the haze. Can be prevented from occurring.
  • the pretilt angle of the liquid crystal compound included in the guest-host liquid crystal layer may be in the range of 75 ° to 88 ° or 78 ° to 85 °.
  • the thickness of the guest-host liquid crystal layer may be in the range of 3 ⁇ m to 30 ⁇ m, for example. Within the range as described above, the liquid crystal device can be thinned and the desired light blocking rate and reflectance can be realized, the problem of deterioration due to the viewing angle can be overcome, and the contrast ratio can be improved. In another example, the liquid crystal layer may have a thickness range of 5 ⁇ m to 25 ⁇ m or 8 ⁇ m to 20 ⁇ m.
  • the reflective liquid crystal device of the present application includes a pretilt vertical alignment layer.
  • the pretilt vertical alignment layer may exist on one or both sides of the guest-host liquid crystal layer so as to orient the liquid crystal compound in the guest-host liquid crystal layer, and for example, may exist on both sides of the guest-host liquid crystal layer.
  • the pretilt vertical alignment layer may pre-tilt the guest-host liquid crystal layer, and may prevent the liquid crystal compounds from being randomly arranged when a voltage is applied.
  • the pretilt vertical alignment layer of the present application may have a pretilt angle within a range of 70 ° to 90 °.
  • the pretilt angle may refer to an angle formed between a surface normal perpendicular to the alignment layer plane and an optical axis direction of a compound included in the alignment layer, for example, a liquid crystal compound.
  • the pretilt vertical alignment layer may have a pretilt angle within a range of 75 ° to 88 ° or 78 ° to 85 °.
  • the pretilt vertical alignment layer of the present application may be, for example, a photo alignment layer or a rubbing alignment layer.
  • the pretilt vertical alignment layer is formed in a rubbing process in which a vertical alignment layer is formed using a composition for forming a vertical alignment layer, for example, a photoalignable compound including a vertically oriented polar functional group, and then gives a predetermined pretilt angle. It may be formed by, but is not limited thereto.
  • the photo-alignment compound is aligned in a predetermined direction through irradiation of light or the like, and in the aligned state, the liquid crystal compound in the adjacent liquid crystal layer through an interaction such as anisotropic interaction in a predetermined direction. It can mean a compound that can be oriented.
  • the alignment layer may include a photoalignable compound.
  • the photo-alignment compound may be, for example, a monomolecular compound, a monomer compound, an oligomeric compound, or a high molecular compound.
  • the photoalignable compound may be a compound including a photosensitive moiety.
  • Photoalignable compounds include, for example, compounds aligned by trans-cis photoisomerization; Compounds aligned by photo-destruction, such as chain scission or photo-oxidation; Compounds ordered by photocrosslinking or photopolymerization such as [2 + 2] addition cyclization ([2 + 2] cycloaddition), [4 + 4] addition cyclization or photodimerization; Compounds aligned by photo-Fries rearrangement; Or compounds ordered by a ring opening / closure reaction; Etc. can be used.
  • Examples of the compound aligned by the trans-cis photoisomerization include azo compounds, stilbenes, and the like, such as sulfated diazo dyes or azo polymers. Can be.
  • Examples of the compound aligned by photolysis include cyclobutane tetracarboxylic dianhydride (cyclobutane-1,2,3,4-tetracarboxylic dianhydride); Aromatic polysilanes or polyesters; polystyrene; Or polyimide; And the like can be exemplified.
  • cyclobutane tetracarboxylic dianhydride cyclobutane-1,2,3,4-tetracarboxylic dianhydride
  • Aromatic polysilanes or polyesters polystyrene; Or polyimide; And the like can be exemplified.
  • Examples of the compound aligned by photo-crosslinking or photopolymerization include cinnamate compounds, coumarin compounds, cinnanam compounds, tetrahydrophthalimide compounds, maleimide compounds, Benzophenone compounds, diphenylacetylene compounds, compounds having chalconyl residues (hereinafter referred to as chalconyl compounds) or compounds having anthracenyl residues (hereinafter referred to as anthracenyl compounds) as photosensitive residues May be exemplified.
  • the photo-alignment compound may be a monomolecular compound, a monomer compound, an oligomeric compound or a polymer compound, or may be in the form of a blend of the photo-alignment compound and the polymer.
  • the oligomer or polymer compound may have a residue derived from the above-described photoalignable compound or a photosensitive residue described above in the main chain or in the side chain.
  • Polymers having residues or photosensitive residues derived from photo-alignment compounds or that can be mixed with the photo-alignment compounds include polynorbornene, polyolefins, polyarylates, polyacrylates, poly (meth) acrylates, poly Examples include mead, poly (amic acid), polymaleimide, polyacrylamide, polymethacrylamide, polyvinyl ether, polyvinyl ester, polystyrene, polysiloxane, polyacrylonitrile or polymethacrylonitrile It may be, but is not limited thereto.
  • Polymers that may be included in the oriented compound include, for example, polynorbornene cinnamate, polynorbornene alkoxy cinnamate, polynorbornene allylyloxy cinnamate, polynorbornene fluorinated cinnamate, polynorbornene chlorinated cinnamate or Polynorbornene discinnamate and the like can be exemplified, but is not limited thereto.
  • the alignment compound is a polymeric compound
  • the compound may have, for example, a number average molecular weight of about 10,000 g / mol to about 500,000 g / mol, but is not limited thereto.
  • the photoalignable compound may include a vertically oriented polar functional group to impart vertical alignment characteristics to the alignment layer.
  • the term vertically oriented polar functional group may include all kinds of functional groups capable of imparting a vertical alignment force to the alignment layer that can vertically align the liquid crystal compound through interaction with the liquid crystal compound, for example.
  • a functional group an acryloyl group, a methacryloyl group, etc. can be illustrated.
  • the pretilt angle may be imparted to the vertical alignment layer by forming a vertically aligned alignment layer using a photoalignable compound including a vertically aligned polar functional group and then performing a rubbing process.
  • the rubbing process may include a step of rubbing the vertical alignment layer with a fibrous cloth or the like.
  • the rubbing process may be performed such that the rubbing directions of the pair of alignment layers cross each other.
  • the liquid crystal compounds in the liquid crystal layer between the pair of alignment layers may be aligned in one direction, and the phenomenon in which haze occurs may be reduced when the voltage is applied.
  • the liquid crystal device of the present application includes a quarter wave plate.
  • the quarter-wave plate of the present application refers to an optically anisotropic layer for linearly polarizing light linearly polarized or right polarized light, or linearly polarizing left circularly polarized or right polarized light.
  • the quarter-wave plate of the present application may include a coating layer including a liquid crystal compound, a polymer film having optical anisotropy, or a laminated structure of a coating layer and a polymer film including a liquid crystal compound.
  • the liquid crystal compound may be formed by, for example, polymerizing reactive mesogen.
  • reactive mesogen in the present application may refer to a mesogen including a reactor capable of inducing polymerization by light or heat, for example, a polymerizable functional group.
  • mesogen refers to a meso phase compound that can cause the layer to exhibit liquid crystal phase behavior when a polymerizable liquid crystal compound such as reactive mesogen is polymerized to form a layer. It may mean.
  • the reactive mesogen included in the quarter-wave plate may be, for example, mesogen having two or three or more polymerizable functional groups.
  • the following formula 1 or formula 2 It may have a structure.
  • P may mean a polymerizable functional group
  • A may mean a mesogenic group
  • Sp may mean a linking group.
  • linker serves to connect the polymerizable functional group and the mesogenic group, and when the liquid crystal compound is polymerized to form an optically anisotropic layer, it may mean that the role of providing flexibility of the optically anisotropic layer is provided. have.
  • Examples of the polymerizable functional group may be (meth) acrylate, (meth) acrylamide, acrylonitrile, styrene, alkyl group, cyano group, alkoxy group or vinyl group, but are not limited thereto. Any functional group having reactivity to inducible heat or light may be used without limitation.
  • the term (meth) acrylate may mean acrylate or methacrylate
  • the term (meth) acrylamide may mean acrylamide or methacrylamide.
  • the mesogenic group may be a calamitic mesogenic group or a discotic mesogenic group.
  • the calamitic mesogenic group is a rod-shaped shape including one or more aromatic or aliphatic rings connected in one direction, and may refer to a mesogenic group that can be polymerized to form a rod-like liquid crystal structure.
  • a calamitic mesogenic group may include one or more functional groups at the end or side of the rod-shaped.
  • calamitic mesogenic group may be represented by the following Equation 3.
  • the discotic mesogenic group is a mesogenic group having a planar core structure including one or more aromatic or aliphatic rings, and may mean a mesogenic group that can be polymerized to form a discotic liquid crystal structure.
  • a mesogenic group that can be polymerized to form a discotic liquid crystal structure.
  • there may be triphenylene and the like, but is not limited thereto.
  • the linking group included in Formulas 1 and 2 may be, for example, in the form of-(A 4 -B) m- , wherein A 4 is a linear or branched alkylene group having 1 to 12 carbon atoms. And B may be oxygen or sulfur and m may be a number from 1 to 5.
  • the polymer film may be used without limitation as long as it can provide optical anisotropy to the polymer.
  • the polymer film may be polyolefin, such as polyethylene, polypropylene or norbornene-based polymer, polyvinyl alcohol, poly methacrylate ester, polyacrylic acid ester or cellulose ester and the like.
  • the polymer film may use a copolymer of these polymers or a mixture of polymers.
  • optical anisotropy of the polymer film can be obtained by stretching. Stretching may be uniaxial or biaxial stretching.
  • the uniaxial stretching for imparting optical anisotropy to the polymer film is preferably a longitudinal uniaxial stretching using a speed difference of two or more rolls or a tenter stretching in which both sides of the polymer film are drawn and stretched in the width direction.
  • the quarter wave plate of the present application is applied to a reflective liquid crystal device by applying an external electric field and horizontally aligning the liquid crystal compound included in the guest-host liquid crystal layer. It can play a role in making it effective.
  • the optical axis of the quarter wave plate may form an angle of 40 ° to 50 ° with the optical axis of the liquid crystal compound included in the horizontally aligned guest-host liquid crystal layer by application of an external electric field.
  • a quarter wave plate having switching characteristics of desired linear polarization and circular polarization can be realized, and excellent light blocking characteristics of the reflective liquid crystal device can be exhibited.
  • the optical axis of the quarter wave plate may mean, for example, an optical axis of the liquid crystal compound when the quarter wave plate is a coating layer containing a liquid crystal compound.
  • the optical axis of the quarter wave plate is 42 ° to 48 °, 43 ° to 47 °, 44 ° with the optical axis of the liquid crystal compound included in the horizontally oriented guest-host liquid crystal layer by application of an external electric field. To about 46 ° or about 45 °.
  • the manufacturing method is a step of coating a mixture containing reactive mesogen, an initiator, and other additives on a substrate using a known coating method, and then curing the mixture. This may be illustrated but is not limited thereto.
  • the quarter wave plate is a polymer film
  • a method of manufacturing the solvent may be exemplified, but the present invention is not limited thereto.
  • Various known production methods may be used without limitation.
  • the reflective liquid crystal device of the present application may further include a base layer formed on one or both sides of the guest-host liquid crystal layer.
  • the reflective liquid crystal device of the present application may include a pair of base layers, and may have a structure including a guest-host liquid crystal layer and an alignment layer between the base layers.
  • the reflective liquid crystal device of the present application includes a guest-host liquid crystal layer 600 existing between a pair of base layers 401a and b, and the pair of base layers
  • One of the substrate layers 401b of 401a and b may have a structure including a quarter wave plate 700 positioned on a surface opposite to the surface where the guest-host liquid crystal layer 600 is present.
  • a structure including a pair of alignment layers 500 and a pair of electrode layers 402 which are sequentially formed on both sides of the guest-host liquid crystal layer 600 between the pair of base layers 401a and b. You can have more.
  • the reflective liquid crystal device of the present application includes a base layer 401a, a guest-host liquid crystal layer 600 formed on the base layer 401a, and a quarter wavelength. It may have a structure including a plate 700. In this case, the reflective liquid crystal device may further have a structure including a pair of alignment layers 500 and a pair of electrode layers 402 that are sequentially formed on both surfaces of the guest-host liquid crystal layer 600.
  • the substrate layer may use a known material without particular limitation.
  • inorganic films, plastic films, etc. such as a glass film, a crystalline or amorphous silicon film, or quartz, can be used.
  • an optically isotropic base material layer or an optically anisotropic base material layer such as a retardation layer can be used.
  • the plastic base layer includes triacetyl cellulose, cyclic olefin copolymer, polymethyl (meth) acrylate, polycarbonate, polyethylene terephthalate, polyimide, polyarylate, polysulfone, and amorphous fluorocarbon resin. It may be any one or more selected from, but is not limited thereto. If necessary, a coating layer of a silicon compound such as gold, silver, silicon dioxide or silicon monoxide, or a coating layer such as an antireflection layer may be present in the base layer.
  • a silicon compound such as gold, silver, silicon dioxide or silicon monoxide
  • a coating layer such as an antireflection layer
  • the reflective liquid crystal device of the present application may further include a pair of electrode layers for changing the orientation of the liquid crystal compound included in the guest-host liquid crystal layer.
  • the reflective liquid crystal device of the present application includes a guest-host liquid crystal layer 600 and the guest-host liquid crystal layer 600 existing between a pair of substrate layers 401a and b.
  • the layer 600 may have a structure including a quarter wave plate 700 positioned on a side opposite to the side on which the layer 600 is present.
  • the electrode layer may be, for example, a transparent electrode.
  • the transparent electrode may be formed by, for example, depositing a conductive polymer, a conductive metal, a conductive nanowire, or a metal oxide such as indium tin oxide (ITO).
  • ITO indium tin oxide
  • One of the transparent electrodes may have a pattern formed to prevent a phenomenon in which an external object is seen through the reflecting plate.
  • the transparent electrode in which the reflecting plate is located close to the transparent electrode may be patterned.
  • the thickness of the electrode layer may be in the range of 50 ⁇ m to 200 ⁇ m, for example.
  • the thickness may be appropriately adjusted in consideration of the thickness of the guest-host liquid crystal layer described later.
  • the thickness range of the liquid crystal layer, the base layer, and the electrode layer may be set to satisfy the following Equation 1.
  • Equation 1 b is the thickness of the guest-host liquid crystal layer, a is the sum of the thickness of the base layer and the electrode layer.
  • the guest-host liquid crystal layer of the present application has a thickness range set to satisfy Equation 1, it is possible to overcome a problem of deterioration due to the viewing angle, improve contrast ratio, and achieve desired reflectance and transmittance. Can be.
  • the thickness of the base layer and the electrode layer and the thickness of the guest-host liquid crystal layer may be adjusted such that b / a of Equation 1 is in the range of 0.02 to 0.5 or 0.04 to 0.4. However, it is not limited thereto.
  • the reflective liquid crystal device of the present application may further include a reflector.
  • the reflective plate may be located on the opposite side of the surface where the guest-host liquid crystal layer of the quarter wave plate exists.
  • the reflective liquid crystal device of the present application has a structure including a pair of base layers
  • the reflective liquid crystal device is sequentially on both sides of the guest-host liquid crystal layer 600, as shown in FIG. And a pair of alignment layers 500, a pair of electrode layers 402, and a pair of base layers 401a and b, and are farther from the direction in which light is incident among the pair of base layers 401a and b.
  • It may have a structure including a quarter wave plate 700 and a reflecting plate 300 sequentially positioned on the opposite side of the surface where the guest-host liquid crystal layer 600 of the substrate layer 401b is located.
  • the reflective liquid crystal device of the present application implements a transmission mode in a state where no external electric field is applied.
  • the term “normal transmission mode” refers to a mode in which the reflectance of the liquid crystal element is 30% or more in a state where no external electric field is applied.
  • the reflectance may be measured by using a D65 light source, for example, using a Corica Minolta spectrophotometer (CM-2500d).
  • CM-2500d Corica Minolta spectrophotometer
  • the reflective liquid crystal device of the present application may maintain a transmission mode exhibiting a reflectance of 30% or more in a state where no external electric field is applied.
  • the reflective liquid crystal device of the present application may maintain a transmission mode that exhibits a reflectance of at least 40%, at least 50%, or at least 60% without an external electric field applied.
  • the orientation of the liquid crystal compound included in the guest-host liquid crystal layer may be changed, and thus the reflectance of the liquid crystal device may be changed.
  • the reflective liquid crystal device of the present application may satisfy the following Equation 2.
  • Equation 2 A represents a reflectance in a state where no external electric field is applied, and B represents a reflectance in a state where an external electric field is applied.
  • the reflective liquid crystal device of the present application may exhibit a difference in reflectance of greater than about 40% depending on whether an external electric field is applied.
  • the reflectance difference may be greater than 41%, greater than 42%, greater than 43%, greater than 44% or greater than 45%.
  • Such a reflective liquid crystal device may switch the transmission mode and the blocking mode according to whether an external electric field is applied.
  • the reflective liquid crystal device of the present application may maintain the blocking mode in a state where an external electric field is applied.
  • blocking mode in the present application means a state in which the reflectance of the liquid crystal element is less than 30%.
  • the reflective liquid crystal device may maintain a blocking mode that exhibits a reflectance of 25% or less while an external electric field is applied. In another example, the reflective liquid crystal device may maintain a blocking mode that exhibits a reflectance of 20% or less, 15% or less, 14% or less, or 13% or less while an external electric field is applied.
  • the reflective liquid crystal device of the present application may also implement a transparent mode having a low haze value even when the blocking mode is implemented by application of an external electric field due to the arrangement of the liquid crystal compounds in the liquid crystal layers aligned in one direction.
  • the reflective liquid crystal device of the present application may maintain the transparent mode in a state where an external electric field is applied.
  • the term "transparent mode” means a state in which the haze of the liquid crystal element is less than 10%. That is, the reflective liquid crystal device may maintain a transparent mode in which haze is less than 10% in a state where an external electric field is applied.
  • the reflective liquid crystal device of the present application may simultaneously implement a blocking mode having a reflectance of less than 30% and a transparent mode having a haze of less than 10% while an external electric field is applied.
  • the reflective liquid crystal device of the present application is driven by the liquid crystal compound in the liquid crystal layer aligned in one direction, and can drive the transparent mode while being in the blocking mode even when an external electric field is applied.
  • the liquid crystal compound 601 in the guest-host liquid crystal layer 600 of the reflective liquid crystal device of the present application has a pretilt angle of 70 ° to 90 ° when no electric field is applied. Is pretilt vertically aligned, and the dichroic dye 602 is aligned according to the alignment of the liquid crystal compound 601.
  • the light 800 incident from the lower substrate side passes through the vertically aligned liquid crystal layer 600 in an unpolarized state, and the unpolarized light passing through the liquid crystal layer 600 is a quarter wavelength.
  • the liquid crystal device may implement the transparent mode as a whole.
  • the liquid crystal compound 601 in the liquid crystal layer 600 is horizontally oriented in the pretilt-oriented direction, and the dichroic dye 602 is the liquid crystal compound 601. It is oriented according to the orientation of.
  • the light 801 parallel to the orientation direction of the dichroic dye 602 is absorbed among the light 800 incident from the lower substrate side, and the light 802 perpendicular to the orientation direction of the dichroic dye is a liquid crystal layer.
  • the linearly polarized light passing through the liquid crystal layer 600 is circularly polarized by the quarter wave plate 700 and then reflected by the reflector plate 300 to become the circularly rotated circular light.
  • the reversely rotated circularly polarized light passes through the quarter wave plate 700 again to become linearly polarized light in a direction parallel to the alignment direction of the dichroic dye 602, and is absorbed by the dichroic dye 602. Since light is not emitted, the reflective liquid crystal device may implement a blocking mode.
  • a transmission mode may be generally implemented.
  • the present application also relates to a mirror including the reflective liquid crystal device.
  • the mirror may be used for, but not limited to, a side mirror that can replace an automobile room mirror or an ECM mirror.
  • the present application can provide a reflective liquid crystal device of the normal transmission mode and its use to implement the transmission mode in the state that no external electric field is applied.
  • the present application may also provide a reflective liquid crystal device capable of switching excellent light blocking properties to a blocking mode when the external electric field is used, and a use thereof.
  • the present application may further provide a reflection type liquid crystal device having no haze characteristics and its use even when an external electric field is applied and a blocking mode is implemented.
  • FIG. 1 is a schematic view of a conventional reflective liquid crystal device.
  • FIG. 2 and 3 is a schematic view of the liquid crystal device of the present application.
  • liquid crystal compound HCM009, HCCH Co.
  • a quarter wave plate having an optical axis of the liquid crystal compound in the liquid crystal layer horizontally aligned by application of an external electric field and an optical axis of an angle of about 45 ° is formed,
  • the reflective plate was further positioned on the opposite side of the quarter-wave plate of the guest-host liquid crystal layer to produce the same reflective liquid crystal device A1 as the structure shown in FIG. 2.
  • a reflective liquid crystal device A3 was manufactured in the same manner as in Example 1 except that a reflective liquid crystal device having a structure as shown in FIG. 3 was manufactured.
  • the reflective liquid crystal device B1 was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the reflective liquid crystal device having the structure without the quarter wave plate was formed.
  • Reflective liquid crystal device in the same manner as in Example 1, except that a quarter wave plate having an optical axis of the liquid crystal compound in the liquid crystal layer horizontally aligned by application of an external electric field and an optical axis at an angle of about 20 ° was formed. (B2) was produced.
  • the reflectances of the liquid crystal elements according to the examples and the comparative examples were measured when no electric field was applied and when an electric field was caused.
  • the reflectance of the liquid crystal device according to the Examples and Comparative Examples compared to the reflectance of the reflector with respect to the D65 light source due to the electric field is not applied and due to the electric field Each case was measured and expressed as a percentage. At this time, the external electric field applied 30V.
  • Example 1 Example 2 Example 3 Comparative Example 1 Comparative Example 2 % Reflectance without electricity 60 69 62 53 60 Reflectance at electric field (%) 11 23 11 32 20

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Abstract

본 출원은 액정 소자 및 이의 용도에 관한 것이다. 본 출원의 액정 소자는, 외부 전계가 인가되지 않은 상태에서, 통상 투과 모드를 구현할 수 있어, 소비 전력 측면에서 이점이 있으며, 외부 전계가 인가되는 경우, 우수한 차단 특성을 나타낼 수 있다.

Description

반사형 액정 소자 및 이의 용도
본 출원은, 반사형 액정소자 및 이의 용도에 관한 것이다.
본 출원은 2015년 03월 27일자 출원된 대한민국 특허 출원 10-2015-0043092호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 대한민국 특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
게스트-호스트 액정을 이용한 표시장치는, 액정층의 호스트 분자에 대해 이색성 염료를 게스트 분자로서 혼합하고, 액정에 가해지는 전압에 의해 호스트 분자 및 게스트 분자의 배열을 변화시켜 액정층의 광 흡수율을 변화시킬 수 있다.
예를 들면, 게스트 분자로서 봉형 구조의 이색성 염료를 이용하면, 이색성 염료는 호스트 분자에 대해 평행하게 배향하는 성질이 있으므로, 전계를 인가해 호스트 분자의 배향을 변화시키면, 이색성 염료의 배향 방향도 호스트 분자에 따라 변화할 수 있다.
이러한, 게스트-호스트 액정을 반사형 미러를 이용한 반사형 디스플레이에 이용하려는 다양한 시도가 있다.
이러한, 반사형 디바이스는, 통상적으로 게스트-호스트 액정 내에수평 배향되어 있는 액정 배열로 인하여, 외부 전계가 인가되지 않는 상태에서 차단 모드를 구현하고 있고, 투과 모드를 구현하기 위해서는 지속적인 전계를 인가해 주어야 하기 때문에, 소비 전력이 증대된다는 문제점이 존재하며, 또한, 수평 배향 모드에서 수직 배향 모드로 액정의 배향이 변화할 때, 무질서한 액정의 정렬로 인하여 헤이즈가 발생하는 문제점이 존재한다.
(선행기술문헌)
(특허문헌 1): 대한민국 공개특허공보 2008-0079564
본 출원은 반사형 액정 소자 및 이의 용도를 제공한다.
본 출원은 외부 전계가 인가되지 않는 상태에서 투과 모드를 구현하는 통상 투과모드의 반사형 액정 소자 및 이의 용도를 제공한다.
본 출원은 또한, 외부 전계가 되는 경우, 우수한 광 차단 특성을 차단 모드로 스위칭 할 수 있는 반사형 액정 소자 및 이의 용도를 제공한다.
본 출원은 더욱이, 외부 전계가 인가 되어, 차단 모드가 구현되는 경우에도 헤이즈 특성을 갖지 않는 반사형 액정 소자 및 이의 용도를 제공한다.
이하, 본 출원에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
본 출원은 반사형 액정 소자 및 이의 용도에 대한 것이다.
본 출원의 액정 소자는 반사 특성을 가지는 것으로써, 액정을 이용한 다양한 표시 장치, 예를 들면 액정 디스플레이에 적용되거나, 또는 자동차용 룸미러 또는 사이드 미러 등의 액정을 이용한 디바이스에 적용될 수 있다.
도 1은 공지의 일반적인 반사형 액정 소자에 대한 모식도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 반사형 액정 소자는 편광판(100), 액정셀(200) 및 반사판(300)을 포함하는 구조로 되어 있다. 상기와 같은 편광판을 포함하는 반사형 액정 소자의 경우 편광판에 의한 반사율 및/또는 차단율의 손실이 발생할 수 있고, 두께가 두꺼워져 액정 소자의 박형화에 부합하지 못하는 등의 다양한 문제점이 존재한다.
이에, 본 출원의 반사형 액정 소자는 편광판을 게스트-호스트 액정셀로 대체함으로써, 반사 시에는 편광판에 의한 빛이 손실을 막고, 차단 시에는 편광 및 흡수로 인한 차단율의 감소 등을 방지할 수 있다.
또한, 통상적으로, 게스트-호스트 액정층을 이용하는 반사형 액정 소자의 경우, 수평 배향되어 있는 액정의 분자 배열로 인하여, 외부 전계가 인가되지 않은 상태에서 차단 모드가 구현되고, 외부 전계의 인가에 의해 투가 모드가 구현되기 때문에, 투과 모드를 구현하기 위해서는 지속적으로 전계를 인가해 주어야 하는 문제점에 존재한다.
그러나, 본 출원에 따른 반사형 액정 소자의 경우, 프리틸트 수직 배향막에 의해 소정 각도로 프리틸트 수직 배향되어 있는 액정 화합물을 포함하는 게스트-호스트 액정층을 이용하기 때문에, 기존의 반사형 액정 소자가 가지고 있던, 소비전력의 문제점을 개선할 수 있다.
본 출원은 또한, 반사형 액정 소자에 1/4 파장판을 추가로 포함함으로써, 외부 전계의 인가에 의하여, 차단 모드가 구현될 때, 좀 더 우수한 광 차단 특성을 구현할 수 있는 이점이 있다.
본 출원은 더욱이, 게스트-호스트 액정층에 포함되는 액정 화합물이 일 방향으로 일정하게 정렬되어 있기 때문에, 외부 전계의 인가 시 액정 화합물이 무질서하게 정렬되어 발생할 수 있는 헤이즈 증가 문제를 개선할 수 있다.
이러한, 본 출원의 반사형 액정 소자는 게스트-호스트 액정층; 프리틸트 수직 배향막; 및 1/4 파장판을 포함한다. 구체적으로, 본 출원은 액정 화합물 및 이색성 염료를 포함하는 게스트-호스트 액정층; 상기 게스트-호스트 액정층의 어느 일면 또는 양면에 존재하는 프리틸트 수직 배향막; 및 1/4파장판을 포함한다.
본 출원의 액정 소자는 게스트-호스트 액정층을 포함한다. 본 출원의 게스트-호스트 액정층은 호스트 분자인 액정 화합물에 이색성 염료를 게스트 분자로서 혼합하고, 액정에 가해지는 전압에 의해 호스트 분자 및 게스트 분자의 배열을 변화시켜 투과 모드 또는 차단 모드를 구현하는 액정층을 의미할 수 있다.
이러한, 게스트-호스트 액정층은 액정 화합물 및 이색성 염료를 포함한다. 즉, 본 출원의 게스트-호스트 액정층은 액정 화합물에 이색성 염료를 혼합하여 형성된 층일 수 있다.
구체적으로, 본 출원의 게스트-호스트 액정층은 일 방향으로 배향된 액정 화합물 및 상기 액정 화합물에 의해 배향되어 있는 이색성 염료를 포함할 수 있다.
본 출원의 게스트-호스트 액정층에 포함되는 이색성 염료는 상기 액정 화합물에 의해 배향되어, 전압의 인가여부에 따라 액정층으로 유입되는 광을 이방적으로 흡수할 수 있다.
하나의 예시에서, 본 출원의 게스트-호스트 액정층은 상기 게스트-호스트 액정층으로 입사되는 비편광된 광 중에서, 예를 들면 이색성 염료 분자의 배향 방향에 대해 평행한 광을 흡수하고, 이색성 염료 분자의 배향 방향에 대해 수직인 광은 통과하게 할 수 있다. 상기 과정에 의해 게스트-호스트 액정층을 통과한 광은 일 방향으로 편광된 광이 될 수 있다.
이 경우, 도 1에 도시된 바와 같은 편광판이 없기 때문에, 탁월한 광 투과 효율을 나타낼 수 있고, 두께와 비용이 저감될 수 있다.
본 출원에서 용어 「염료」는, 가시광 영역, 예를 들면, 400 nm 내지 800 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.
이색성 염료는, 예를 들면, 상기와 같은 특성을 가지면서 액정 화합물의 배향방향에 따라 배향될 수 있는 특성을 가지는 것으로 공지된 모든 종류의 염료가 사용될 수 있다.
하나의 예시에서 이색성 염료는 가시광 영역 예를 들면, 400 nm 내지 800 nm 내에서 최대 흡광도를 가지는 염료로써, 아조계 화합물, 안트라퀴논계 화합물, 프탈로시아닌계 화합물, 아조메틴(azomethine)계 화합물, 인디고이드(indigoid) 또는 티오인디고이드(thioindigoid)계 화합물, 메로시아닌 (merocyanine)계 화합물, 1,3-비스 다이시아노메틸렌 인단(1,3- bis(dicyanomethylene)indan)계 화합물, 아쥴렌(azulene)계 화합물, 퀴노프탈로닉(quinophthalonic)계 화합물, 트리페노다이옥사진(triphenodioxazine)계 화합물, 인돌로[2,3,b]퀴녹살린(indolo[2,3,b]quinoxaline)계 화합물, 이미다조[1,2-b]-1,2,4 트리아진(imidazo[1,2-b]-1,2,4 triazines)계 화합물, 테트라진(tetrazines)계 화합물, 벤조(benzo)계 화합물, 나프토퀴논 (naphtoquinones)계 화합물 또는 이들의 조합의 분자 골격을 가지는 화합물 등이 사용될 수 있다.
하나의 예시에서, 이색성 염료는 액정 화합물과 용해도 파라미터(solubility parameter) 차이가 약 7.4 (cal/cm3)1/2 미만인 화합물에서 선택될 수 있다. 상기 용해도 파라미터는 두 종류 이상의 화합물들의 상호작용(interaction) 정도를 나타내는 수치로, 화합물들 사이의 용해도 파라미터 차이가 적을수록 상호작용이 큰 것을 의미하고 화합물들 사이의 용해도 파라미터 차이가 클수록 상호작용이 적은 것을 의미한다.
상기 용해도 파라미터는 화합물의 구조와 관련되어 있으며, 상기 범위의 용해도 파라미터 차이를 가짐으로써, 액정층 내에 액정 화합물과 이색성 염료의 상호작용을 높여 용융 혼합성을 높일 수 있고, 이색성 염료들끼리 뭉치는 것을 방지하고 우수한 분산성을 도모할 수 있다.
상기 이색성 염료는 이색 비(dichroic ratio)가 1.5 내지 14의 범위 내에 있을 수 있다. 또한, 상기 범위 내에서 약 3 내지 12일 수 있고, 상기 범위 내에서 약 5 내지 10 일 수 있다. 여기서 이색비는 액정층 내 액정 화합물의 축에 평행한 방향의 평면 편광 흡수를 그의 수직한 방향으로의 편광 흡수로 나눈 값으로, 상기 이색성 염료가 일 방향으로 나란히 배열되어 있는 정도를 나타낼 수 있다. 상기 범위의 이색 비를 가짐으로써 상기 이색성 염료가 상기 액정 화합물과 충분한 친화성(compatibility)을 가질 수 있어서 용융 혼합이 가능하고 액정 화합물의 배향에 따른 이색성 염료의 배향을 유도할 수 있어서 편광 특성을 개선할 수 있다.
상기 이색성 염료는 액정층 내에 적절한 범위로 포함될 수 있다. 상기 이색성 염료의 함량에 따라 액정층의 반사율 및 차단율을 변화시킬 수 있으며, 본 출원에서는 목적하는 반사율 및 차단율 범위를 고려하여 상기 함량을 조절할 수 있다.
하나의 예시에서, 게스트-호스트 액정층은 액정 화합물 100 중량부 대비 이색성 염료를 0.3 내지 3 중량부의 비율로 포함할 수 있다. 상기 범위 내에서 본 출원의 액정 소자는 목적하는 반사율 및 차단율 범위를 달성할 수 있다.
다른 예시에서, 상기 이색성 염료는 액정 화합물 100 중량부 대비 0.4 내지 2.8 중량부, 0.5 내지 2.5 중량부 또는 0.8 내지 2 중량부의 범위로 게스트-호스트 액정층에 포함될 수 있다.
본 출원의 게스트-호스트 액정층은 액정 화합물을 포함한다.
액정 화합물은 크게 열방성 액정(Thermotropic liquid crystal) 또는 유방성 액정(Lyotropic liquid crystal)로 분류될 수 있는데, 상기 열방성 액정(Thermotropic liquid crystal)은 열의 의해서만 분자구조가 변화하는 타입의 액정을 의미할 수 있고, 상기 유방성 액정(Lyotropic liquid crystal)은 열 이외에 다른 요인에 의해서도 분자구조가 바뀌는 성질을 가지는 액정을 의미할 수 있다. 상기 열방성 액정(Thermotropic liquid crystal)은 온도 전이형 액정이라 부를 수 있고, 상기 유방성 액정(Lyotropic liquid crystal)은 농도 전이형 액정이라 부를 수 있다.
즉, 본 출원의 액정셀에 포함되는 액정 화합물은 온도 전이형 액정 화합물 또는 농도 전이형 액정 화합물일 수 있다.
상기 온도 전이형 액정 화합물 또는 농도 전이형 액정 화합물은 그 모양에 따라, 봉상 액정 화합물 또는 디스코틱 액정 화합물 등으로 구분할 수 있다. 또한, 배열 방식의 차이에 따라 스메틱, 네마틱 또는 콜레스테릭 액정 화합물 등으로 구분할 수 있다.
하나의 예시에서, 본 출원의 액정층에 포함되는 액정 화합물은 네마틱 액정 화합물 일 수 있다.
액정층에 포함되는 네마틱 액정 화합물은, 예를 들면 550nm 파장에서 이상 굴절률(Ne: extraordinary refractive index)과 정상 굴절률(No: ordinay refractive index)의 차이(△n=Ne-No)가, 약 0.05 내지 3, 약 0.05 내지 2.5, 약 0.05 내지 2, 약 0.05 내지 1.5 또는 약 0.07 내지 1.5의 범위 내에 있을 수 있다.
네마틱 액정 화합물은 또한, 이상 유전율(εe, extraordinary dielectric anisotropy)과 정상 유전율(εo,ordinary dielectric anisotropy)의 차이(△ε=εe-εo)가 음의 값을 나타내는, 업계에서 소위 N형 액정이라 불리는 화합물일 수 있다.
하나의 예시에서, 본 출원의 액정층에 포함되는 액정 화합물은 N 형 네마틱 액정 화합물일 수 있다.
구체적으로, 네마틱 액정 화합물은 상기 이상 유전율(εe, extraordinary dielectric anisotropy)과 정상 유전율(εo,ordinary dielectric anisotropy)의 차이(△ε=εe-εo)가 약 -40 이상, 약 -35이상, 약 -30 이상 또는 약 -25 이상 일 수 있다. 또한, 상기 유전율 차이(△ε=εe-εo)의 상한은 특별히 제한되지 않고, 약 -15 이하, 약 -10이하, 약 -8이하, 약 -6 이하, 약 -4 이하, 약 -3.5 이하 또는 약 -3 이하일 수 있다. 액정 화합물의 유전율의 범위는 상기와 같이 차이(△ε=εe-εo)를 나타낸다면 특별히 제한되지 않고, 예를 들면 이상 유전율(εe, extraordinary dielectric anisotropy)이 1 내지 5 정도이고, 정상 유전율(εo,ordinary dielectric anisotropy)이 4 내지 40 정도의 범위 내에 있을 수 있다.
본 출원의 액정층은 전술한 액정 화합물을 호스트 분자로 이용하고, 이색성 염료를 게스트 분자로 혼합하여 후술하는 배향막 상에 형성함으로써, 소정 방향으로 배향된 액정 화합물 및 이색성 염료를 포함하는 게스트-호스트 액정층을 형성할 수 있다.
구체적으로, 본 출원의 게스트-호스트 액정층을 형성하는 방법은 예를 들면, 액정 화합물 및 상기 액정 화합물 대비 소정 함량으로 포함된 이색성 염료와 기타 첨가제를 적절히 혼합하여 액정층 형성용 조성물을 제조한 후, 서로 이격되어 배치되어 있고 배향막 및 투명 전극이 형성된 기재층 사이에 상기 액정층 형성용 조성물을 주입하고, 열 또는 빛을 적절히 인가하는 방식이 이용될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 방법에 의해 형성된 게스트-호스트 액정층에 포함되는 액정 화합물은 프리틸트 수직 배향막에 의해 소정 방향으로 배향되어 있는 상태일 수 있다.
하나의 예시에서, 본 출원의 게스트-호스트 액정층에 포함되는 액정 화합물은 프리틸트 수직 배향막에 의해 액정층 기재 면에 대하여 소정 각도로 프리틸트 배향되어 있을 수 있다. 액정 화합물이 프리틸트 수직 배향되어 있다는 것은, 게스트- 호스트 액정층의 면과 상기 액정층 내 액정 화합물의 광축이 소정 각도, 예를 들면 70° 내지 90°를 이루도록 배향되어 있는 상태를 의미할 수 있다. 상기 광축은 지상축(slow axis) 또는 진상축(fast axis)를 의미할 수 있으나, 바람직하게는 지상축을 의미할 수 있다.
구체적으로, 외부 전계가 인가되지 않은 상태에서, 게스트-호스트 액정층에 포함되는 액정 화합물의 프리틸트 각은 70° 내지 90°의 범위 내에 있을 수 있다.
상기와 같이, 프리틸트 수직 배향된 액정 화합물을 포함하는 액정층을 게스트-호스트 액정층으로 이용하는 경우, 통상 투과 모드의 액정 소자를 제공할 수 있고, 전압의 인가 시 액정 화합물들이 무질서하게 배향되어 헤이즈가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
다른 예시에서, 상기 게스트-호스트 액정층에 포함되는 액정 화합물의 프리틸트 각은 75° 내지 88° 또는 78° 내지 85°의 범위 내에 있을 수 있다.
게스트-호스트 액정층의 두께는, 예를 들면 3 ㎛ 내지 30㎛의 범위 내에 있을 수 있다. 상기와 같은 범위 내에서 액정 소자의 박형화 및 목적하는 광 차단율 및 반사율을 구현할 수 있으며, 시야각에 의한 품위 저하 문제를 극복할 수 있고, 콘트라스트비를 향상시킬 수 있다. 다른 예시에서, 상기 액정층은 5㎛ 내지 25 ㎛ 또는 8 ㎛ 내지 20 ㎛의 두께 범위를 가질 수 있다.
본 출원의 반사형 액정 소자는 프리틸트 수직 배향막을 포함한다. 상기 프리틸트 수직 배향막은 게스트-호스트 액정층 내 액정 화합물을 배향시킬 수 있도록, 게스트-호스트 액정층의 어느 일면 또는 양면에 존재하고 있으며, 예를 들면 게스트-호스트 액정층의 양면에 존재할 수 있다.
프리틸트 수직 배향막은, 게스트-호스트 액정층을 프리틸트 수직 배향시킬 수 있고, 전압의 인가 시 액정 화합물이 무질서하게 배열되는 것을 방지할 수 있다.
하나의 예시에서, 본 출원의 프리틸트 수직 배향막은 70° 내지 90° 범위 내의 프리틸트 각을 가질 수 있다. 상기 프리틸트 각은 배향막 평면에 수직인 표면 법선과 배향막에 포함되어 있는 화합물, 예를 들면 액정 화합물의 광축 방향이 이루는 각도를 의미할 수 있다. 다른 예시에서, 상기 프리틸트 수직 배향막은 75° 내지 88° 또는 78° 내지 85°의 범위 내의 프리틸트 각을 가질 수 있다.
본 출원의 프리틸트 수직 배향막은, 예를 들면 광 배향막 또는 러빙 배향막 일 수 있다.
하나의 예시에서, 프리틸트 수직 배향막은 수직 배향막 형성용 조성물 예를 들면, 수직 배향성 극성 관능기를 포함하는 광 배향성 화합물을 이용하여 수직 배향막을 형성한 후, 소정의 프리틸트 각을 부여하는 러빙 공정에 의해 형성될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 광 배향성 화합물은, 광의 조사 등을 통하여 소정 방향으로 정렬(orientationally ordered)되고, 상기 정렬된 상태에서 이방성 상호 작용(anisotropic interaction) 등의 상호 작용을 통하여 인접하는 액정층 내 액정 화합물을 소정 방향으로 배향시킬 수 있는 화합물을 의미할 수 있다.
구체적으로, 배향막은 광 배향성 화합물을 포함할 수 있다. 상기 광배향성 화합물은 예를 들면, 단분자 화합물, 단량체 화합물, 올리고머 화합물 또는 고분자 화합물일 수 있다. 또한, 광 배향성 화합물은, 광감응성 잔기(photosensitive moiety)를 포함하는 화합물일 수 있다.
광 배향성 화합물은, 예를 들면 트랜스-시스 광이성화(trans-cis photoisomerization)에 의해 정렬되는 화합물; 사슬 절단(chain scission) 또는 광산화(photo-oxidation) 등과 같은 광분해(photo-destruction)에 의해 정렬되는 화합물; [2+2] 첨가 환화([2+2] cycloaddition), [4+4] 첨가 환화 또는 광이량화(photodimerization) 등과 같은 광가교 또는 광중합에 의해 정렬되는 화합물; 광 프리즈 재배열(photo-Fries rearrangement)에 의해 정렬되는 화합물; 또는 개환/폐환(ring opening/closure) 반응에 의해 정렬되는 화합물; 등을 사용할 수 있다.
상기 트랜스-시스 광이성화에 의해 정렬되는 화합물로는, 예를 들면, 술포화 디아조 염료(sulfonated diazo dye) 또는 아조 고분자(azo polymer) 등의 아조 화합물이나 스틸벤 화합물(stilbenes) 등이 예시될 수 있다.
상기 광분해에 의해 정렬되는 화합물로는, 시클로부탄 테트라카복실산 이무수물(cyclobutane-1,2,3,4-tetracarboxylic dianhydride); 방향족 폴리실란 또는 폴리에스테르; 폴리스티렌; 또는 폴리이미드; 등이 예시될 수 있다.
상기 광가교 또는 광중합에 의해 정렬되는 화합물로는, 신나메이트(cinnamate) 화합물, 쿠마린(coumarin) 화합물, 신남아미드(cinnamamide) 화합물, 테트라히드로프탈이미드(tetrahydrophthalimide) 화합물, 말레이미드(maleimide) 화합물, 벤조페논 화합물, 디페닐아세틸렌(diphenylacetylene) 화합물, 광감응성 잔기로서 찰코닐(chalconyl) 잔기를 가지는 화합물(이하, 찰콘 화합물) 또는 안트라세닐(anthracenyl) 잔기를 가지는 화합물(이하, 안트라세닐 화합물) 등이 예시될 수 있다.
또한, 광배향성 화합물은, 단분자 화합물, 단량체 화합물, 올리고머 화합물 또는 고분자 화합물이거나, 상기 광배향성 화합물과 고분자의 블랜드(blend) 형태일 수 있다. 상기에서 올리고머 또는 고분자 화합물은, 상기 기술한 광배향성 화합물로부터 유도된 잔기 또는 상기 기술한 광감응성 잔기를 주쇄 내 또는 측쇄에 가질 수 있다.
광배향성 화합물로부터 유도된 잔기 또는 광감응성 잔기를 가지거나, 상기 광배향성 화합물과 혼합될 수 있는 고분자로는, 폴리노르보넨, 폴리올레핀, 폴리아릴레이트, 폴라아크릴레이트, 폴리(메타)아크릴레이트, 폴리이미드, 폴리암산(poly(amic acid)), 폴리말레인이미드, 폴리아크릴아미드, 폴리메타크릴아미드, 폴리비닐에테르, 폴리비닐에스테르, 폴리스티렌, 폴리실록산, 폴리아크릴니트릴 또는 폴리메타크릴니트릴 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
배향성 화합물에 포함될 수 있는 고분자로는, 대표적으로는 폴리노르보넨 신나메이트, 폴리노르보넨 알콕시 신나메이트, 폴리노르보넨 알릴로일옥시 신나메이트, 폴리노르보넨 불소화 신나메이트, 폴리노르보넨 염소화 신나메이트 또는 폴리노르보넨 디신나메이트 등이 예시될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
배향성 화합물이 고분자성 화합물인 경우에 상기 화합물은, 예를 들면, 약 10,000 g/mol 내지 500,000 g/mol 정도의 수평균 분자량을 가질 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 광 배향성 화합물은 배향막에 수직 배향 특성을 부여하기 위하여, 수직 배향성 극성 관능기를 포함할 수 있다. 용어 수직 배향성 극성 관능기의 범위에는, 예를 들면, 액정 화합물과의 상호 작용을 통하여 상기 액정 화합물을 수직 배향시킬 수 있는 수직 배향력을 배향막에 부여할 수 있는 모든 종류의 관능기가 포함될 수 있다. 이러한 관능기로는 아크릴로일기 또는 메타크릴로일기 등이 예시될 수 있다.
상기와 같이, 수직 배향성 극성 관능기를 포함하는 광 배향성 화합물을 이용하여, 수직 배향된 배향막을 형성한 후 러빙 공정을 거치면, 수직 배향막에 프리틸트 각을 부여할 수 있다. 상기 러빙 공정은 수직 배향막을 섬유질 천 등으로 문지르는 공정을 포함할 수 있다.
하나의 예시에서, 본 출원에 따른 반사형 액정 소자가 한 쌍의 프리틸트 수직 배향막을 포함하는 경우, 러빙 공정은 상기 한 쌍의 배향막의 러빙 방향이 교차되도록 수행되는 것일 수 있다. 상기와 같이 러빙 방향을 교차시킴으로써, 한 쌍의 배향막 사이의 액정층 내 액정 화합물을 일 방향으로 정렬 시킬 수 있고, 전압의 인가 시 액정 정렬이 흐트러져 헤이즈가 발생하는 현상을 감소시킬 수 있다.
본 출원의 액정 소자는 1/4 파장판을 포함한다. 본 출원의 1/4파장판은 선 편광된 빛을 좌원 편광 또는 우원 편광 시키거나, 좌원 편광 또는 우원 편광된 빛을 선 편광 시키는 광학 이방성층을 의미한다.
하나의 예시에서, 본 출원의 1/4파장판은 액정 화합물을 포함하는 코팅층, 광학 이방성을 가지는 고분자 필름, 또는 액정 화합물을 포함하는 코팅층과 고분자 필름의 적층 구조를 포함할 수 있다.
상기 액정 화합물은, 예를 들면 반응성 메조겐(Reactive Mesogen)이 중합되어 형성된 것일 수 있다. 본 출원에서 용어 「반응성 메조겐」은 광 또는 열에 의해 중합을 유도할 수 있는 반응기, 예를 들면, 중합성 관능기를 포함하는 메조겐을 의미 할 수 있다. 본 출원에서 용어 메조겐은 상기 반응성 메조겐(Reactive Mesogen)과 같은 중합성 액정 화합물이 중합되어 층을 형성할 때, 상기 층이 액정상의 거동을 나타내도록 할 수 있는 메조상(Meso phase)의 화합물을 의미할 수 있다.
1/4파장판에 포함되는 반응성 메조겐(Reactive Mesogen)은, 예를 들면 상기 중합성 관능기를 2개 이상 또는 3개 이상 가지는 메조겐 일 수 있으며, 예를 들면, 하기 식 1 또는 식 2의 구조를 가지는 것 일 수 있다.
[식 1]
P-Sp-A-Sp-P
[식 2]
P-A-Sp-A-P
상기 식 1 및 식 2에서, P는 중합성 관능기를 의미할 수 있고, A는 메조겐기를 의미하며, Sp는 연결기를 의미할 수 있다. 본 출원에서 용어 연결기는 상기 중합성 관능기와 상기 메조겐기를 연결시켜주는 역할을 하며, 액정 화합물이 중합되어 광학 이방성층을 형성할 때, 광학 이방성층의 유연성을 부여하는 역할을 하는 것을 의미할 수 있다.
상기 중합성 관능기의 일례는, (메타)아크릴레이트, (메타)아크릴아미드, 아크릴로니트릴, 스티렌, 알킬기, 시아노기, 알콕시기 또는 비닐기 등일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니며, 액정 화합물의 중합을 유도할 수 있는 열 또는 광에 대한 반응성을 가진 관능기이면 제한 없이 이용 가능할 수 있다. 본 출원에서 용어 (메타)아크릴레이트는 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트를 의미할 수 있으며, 본 출원에서 용어 (메타)아크릴아미드는 아크릴아미드 또는 메타크릴아미드를 의미할 수 있다.
상기 메조겐기는 칼라미틱(calamitic) 메조겐기 또는 디스코틱(discotic) 메조겐기 일 수 있다.
상기 칼라미틱(calamitic) 메조겐기는 한 방향으로 연결된 하나 또는 그 이상의 방향족 또는 지방족 고리를 포함하는 봉상모양으로써, 중합되어 봉상 액정구조를 형성할 수 있는 메조겐기를 의미할 수 있다. 또한, 칼라미틱(calamitic) 메조겐기는 상기 봉상모양의 말단 또는 측면에 하나 이상의 관능기가 포함될 수 있다.
상기 칼라미틱(calamitic) 메조겐기의 일례는 하기 식 3로 표현될 수 있다.
[식 3]
-(A2-Z)n-A3-
상기 식 3에서 A2 및 A3는 각각 독립적으로, 질소, 산소 또는 황원자로부터 선택되는 헤테로원자를을 포함하거나 포함하지 않는 방향족 또는 지방족 고리기를 의미하며, 상기 Z는 -O-,-S-,-CO-,-COO-, OCO-, -S-CO-, -CO-S-, -O-COO-, -CO- NR0-, -NR0-CO-, -NR0-CO-NR00, -NR0-CO-O-, -O-CO-NR0, -OCH2-, -CH2O-, -SCH2-, -CH2S-, CF2O-, OCF2-, -CF2S-, -SCF2-, -CH2CH2-, -(CH2)4-, -CF2CH2-, -CH2CHF2-, -CH=N-, -N=CH-, -N=N-, -CH=CR0-, -CY1=CY2, -C≡C-, -CH=CH-COO-, -OCO-CH=CH- 또는 단일 결합을 의미할 수 있고, 상기 R0 및 R00는 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 12의 알킬기를 의미할 수 있으며, 상기 Y1 및 Y2는 각각 독립적으로 수소, 플루오르, 염소 또는 시안일 수 있고, n은 1 내지 4의 수 일수 있다.
상기 디스코틱(discotic) 메조겐기는 하나 이상의 방향족 또는 지방족 고리를 포함하는 평면형태의 코어구조를 가지는 메조겐기로써, 중합되어 디스코틱 액정구조를 형성할 수 있는 메조겐기를 의미할 수 있으며, 예를 들면, 트리페닐렌 등이 있을 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
본 출원에서 상기 식 1 및 2에 포함되는 연결기는, 예를 들면, -(A4-B)m-의 형태일 수 있고, 상기 A4는 탄소수 1 내지 12의 선형 또는 분지형의 알킬렌기 일 수 있고, B는 산소 또는 황일 수 있으며, m는 1 내지 5의 수일 수 있다.
본 출원의 1/4 파장판이 고분자 필름일 경우, 상기 고분자 필름의 종류는 상기 고분자에 광학 이방성을 부여할 수 있는 것이면 제한이 없이 이용될 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 고분자 필름은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 노르보르넨계 폴리머 등의 폴리올레핀, 폴리비닐알코올, 폴리 메타크릴산 에스테르, 폴리아크릴산 에스테르 또는 셀룰로오스 에스테르 등이 예시될 수 있다. 또한, 고분자 필름은 이들 고분자의 공중합체 혹은 고분자의 혼합물을 이용할 수도 있다.
광학 이방성층이 고분자 필름일 경우, 고분자 필름의 광학 이방성은 연신에 의해 얻을 수 있다. 연신은 1축 또는 2축 연신일 수 있다.
하나의 예시에서, 고분자 필름에 광학 이방성을 부여하기 위한 1축 연신은 2이상의 롤의 속도차를 이용한 세로 1축 연신 또는 고분자 필름의 양쪽를 잡아 당겨 폭 방향으로 연신하는 텐터 연신이 바람직하다.
본 출원의 1/4 파장판은, 반사형 액정 소자에 외부 전계의 인가되어, 게스트-호스트 액정층에 포함되는 액정 화합물이 수평 배향됨으로써, 광이 차단될 경우, 반사율이 15% 이하인 차단 모드를 효과적으로 구현하게 하는 역할을 수행할 수 있다.
1/4 파장판의 광축은 외부 전계의 인가에 의하여, 수평 배향되어 있는 게스트-호스트 액정층에 포함되는 액정 화합물의 광축과 40°내지 50°의 각도를 형성할 수 있다. 상기와 같은 각도 범위 내에서, 목적하는 선 편광과 원 편광의 스위칭 특성을 가지는 1/4 파장판을 구현할 수 있으며, 반사형 액정 소자의 우수한 광 차단 특성이 나타날 수 있다. 상기에서 1/4 파장판의 광축은, 예를 들면 1/4 파장판이 액정 화합물을 포함하는 코팅층 일 경우, 상기 액정 화합물의 광축을 의미할 수 있다.
다른 예시에서, 1/4 파장판의 광축은 외부 전계의 인가에 의하여, 수평 배향되어 있는 게스트-호스트 액정층에 포함되는 액정 화합물의 광축과 42° 내지 48°, 43° 내지 47°, 44° 내지 46° 또는 약 45°의 각도를 형성할 수 있다.
1/4 파장판이 코팅층 일 경우, 그 제조방법은 반응성 메조겐(Reactive Mesogen), 개시제 및 기타 첨가제를 포함하는 혼합물을 임의의 기재상에 공지의 코팅 방법을 이용하여 코팅한 후, 경화시키는 공정 등이 예시될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 1/4 파장판이 고분자 필름일 경우 그 제조방법은, 용매 캐스트법 등이 예시될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니며, 공지의 다양한 제조방법이 제한 없이 이용될 수 있다.
본 출원의 반사형 액정 소자는 게스트-호스트 액정층의 어느 일면 또는 양면에 형성된 기재층을 추가로 포함할 수 있다.
하나의 예시에서, 본 출원의 반사형 액정 소자는 한 쌍의 기재층을 포함할 수 있으며, 상기 기재층 사이에 게스트-호스트 액정층 및 배향막을 포함하는 구조를 가질 수 있다.
구체적으로, 도 2에 도시된 바와 같이 본 출원의 반사형 액정 소자는 한 쌍의 기재층(401a,b) 사이에 존재하는 게스트-호스트 액정층(600)을 포함하고, 상기 한 쌍의 기재층(401a,b) 중 어느 한 기재층(401b)의 게스트-호스트 액정층(600)이 존재하는 면의 반대 면에 위치하는 1/4 파장판(700)을 포함하는 구조를 가질 수 있다. 이 경우, 한 쌍의 기재층(401a,b) 사이에는 게스트-호스트 액정층(600)의 양면에 순차적으로 형성되어 있는 한 쌍의 배향막(500) 및 한 쌍의 전극층(402)을 포함하는 구조를 더 가질 수 있다.
다른 예시에서, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 출원의 반사형 액정 소자는 기재층(401a), 상기 기재층(401a) 상에 형성되어 있는 게스트-호스트 액정층(600) 및 1/4 파장판(700)을 포함하는 구조를 가질 수 있다. 이 경우, 반사형 액정 소자는 게스트-호스트 액정층(600)의 양면에 순차적으로 형성되어 있는 한 쌍의 배향막(500) 및 한 쌍의 전극층(402)을 포함하는 구조를 더 가질 수 있다.
상기 기재층은 특별한 제한 없이 공지의 소재를 사용할 수 있다. 예를 들면, 유리 필름, 결정성 또는 비결정성 실리콘 필름 또는 석영 등의 무기계 필름이나 플라스틱 필름 등을 사용할 수 있다.
상기 기재층은, 광학적으로 등방성인 기재층이나, 위상차층과 같이 광학적으로 이방성인 기재층 등을 사용할 수 있다.
하나의 예시에서 플라스틱 기재층으로는, 트리아세틸셀룰로오스, 환상 올레핀 공중합체, 폴리메틸 (메타)아크릴레이트, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리이미드, 폴리아릴레이트, 폴리설폰 및 비정질 불소수지로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 기재층에는 필요에 따라서 금, 은, 이산화 규소 또는 일산화 규소 등의 규소 화합물의 코팅층이나, 반사 방지층 등의 코팅층이 존재할 수도 있다.
본 출원의 반사형 액정 소자는 게스트-호스트 액정층에 포함되는 액정 화합물의 배향을 변경시키는 한 쌍의 전극층을 추가로 포함할 수 있다.
즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 출원의 반사형 액정 소자는 한 쌍의 기재층(401a,b) 사이에 존재하는 게스트-호스트 액정층(600)와 상기 게스트-호스트 액정층(600)의 양면에 순차적으로 위치하는 한 쌍의 배향막(500) 및 한 쌍의 전극층(402)을 포함하고, 상기 한 쌍의 기재층(401a,b) 중 어느 한 기재층(401b)의 게스트-호스트 액정층(600)이 존재하는 면의 반대 면에 위치하는 1/4 파장판(700)을 포함하는 구조를 가질 수 있다.
상기 전극층은, 예를 들면 투명 전극일 수 있다. 상기 투명 전극은, 예를 들면, 전도성 고분자, 전도성 금속, 전도성 나노와이어 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등의 금속 산화물 등을 증착하여 형성할 수 있다.
상기 투명 전극 중 어느 한 전극은 외부에 있는 물체가 반사판에 비쳐 관찰되는 현상을 방지할 수 있도록 패턴을 형성된 것일 수 있다. 하나의 예시에서, 투명 전극 중 반사판이 가깝게 위치한 투명 전극은 패턴화 되어 있을 수 있다.
전극층의 두께는, 예를 들면 50 ㎛ 내지 200 ㎛의 범위 내에 있을 수 있다. 상기 두께는 후술하는 게스트-호스트 액정층의 두께를 고려하여 적절히 조절될 수 있다.
본 출원의 반사형 액정 소자는, 예를 들면 하기 수식 1을 만족하도록, 액정층 및 기재층과 전극층의 두께 범위가 설정될 수 있다.
[수식 1]
0.015 <b/a< 0.6
상기 수식 1에서, b는 게스트-호스트 액정층의 두께이고, a는 기재층 및 전극층의 두께의 합이다.
본 출원의 게스트-호스트 액정층은 상기 수식 1을 만족하도록 두께 범위가 설정됨으로 인해, 시야각에 의한 품위 저하 문제를 극복할 수 있고, 콘트라스트비를 향상시킬 수 있고, 목적하는 반사율 및 투과율을 달성할 수 있다. 상기 수식 1의 다른 수치 범위는, 예를 들면 상기 수식 1의 b/a가 0.02 내지 0.5 또는 0.04 내지 0.4의 범위 내에 있도록 기재층과 전극층의 두께 및 게스트-호스트 액정층의 두께범위가 조절될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
본 출원의 반사형 액정 소자는 반사판을 더 포함할 수 있다. 또한,상기 반사판은 1/4 파장판의 게스트-호스트 액정층이 존재하는 면의 반대 면에 위치할 수 있다.
구체적으로, 본 출원의 반사형 액정 소자가 한 쌍의 기재층을 포함하는 구조일 경우, 그러한 반사형 액정 소자는 도 2에 도시된 바와 같이, 게스트-호스트 액정층(600)의 양면에 순차적으로 한 쌍의 배향막(500), 한 쌍의 전극층(402) 및 한 쌍의 기재층(401a,b)을 포함하고, 상기 한 쌍의 기재층(401a,b) 중 빛이 입사되는 방향에서 보다 멀리 위치해 있는 기재층(401b)의 게스트-호스트 액정층(600)이 존재하는 면의 반대 면에 순차적으로 위치하는 1/4 파장판(700) 및 반사판(300)을 포함하는 구조를 가질 수 있다. 이와 같은 구조에 의해서, 목적하는 반사형 액정 소자를 구현할 수 있다.
본 출원의 반사형 액정 소자는, 전술한 바와 같이 외부 전계가 인가되지 않은 상태에서, 통상 투과모드를 구현한다.
본 출원에서 용어 「통상 투과 모드」는 외부 전계가 인가되지 않은 상태에서, 액정 소자의 반사율이 30% 이상인 모드를 의미한다. 상기 반사율은, 예를 들면 코리카미놀타社 분광측색계 (CM-2500d)를 이용하여, 반사판 대비 샘플의 반사율을 D65광원을 이용하여 측정한 것일 수 있다.
즉, 본 출원의 반사형 액정 소자는 외부 전계가 인가되지 않는 상태에서, 30% 이상의 반사율을 나타내는 투과 모드를 유지할 수 있다. 다른 예시에서, 본 출원의 반사형 액정 소자는 외부 전계가 인가되지 않는 상태에서, 40% 이상, 50% 이상 또는 60% 이상의 반사율을 나타내는 투과 모드를 유지할 수 있다.
본 출원의 반사형 액정 소자에 포함되는 전극층에 의해 외부 전계가 인가되는 경우, 게스트-호스트 액정층에 포함되는 액정 화합물의 배향이 변경될 수 있으며, 이에 따라 액정소자의 반사율이 변경될 수 있다.
하나의 예시에서, 본 출원의 반사형 액정 소자는 하기 수식 2를 만족할 수 있다.
[수식 2]
A-B>40%
수식 2에서, A는 외부 전계가 인가되지 않는 상태에서의 반사율을 나타내고, B는 외부 전계가 인가된 상태에서의 반사율을 나타낸다.
즉, 본 출원의 반사형 액정 소자는 외부 전계의 인가 여부에 따라, 약 40%를 초과하는 반사율 차이를 나타내는 것일 수 있다. 다른 예시에서, 상기 반사율 차이는 41% 초과, 42% 초과, 43% 초과, 44% 초과 또는 45% 초과 일 수 있다.
이와 같은, 반사형 액정 소자는 외부 전계의 인가 여부에 따라, 투과 모드 및 차단 모드를 스위칭 할 수 있다.
하나의 예시에서, 본 출원의 반사형 액정 소자는 외부 전계가 인가되는 상태에서 차단 모드를 유지할 수 있다.
본 출원에서 용어 「차단 모드」는 액정 소자의 반사율이 30% 미만인 상태를 의미한다.
하나의 예시에서, 반사형 액정 소자는 외부 전계가 인가되는 상태에서, 25% 이하의 반사율을 나타내는 차단 모드를 유지할 수 있다. 다른 예시에서, 반사형 액정 소자는 외부 전계가 인가되는 상태에서, 20%이하, 15%이하, 14%이하, 또는 13% 이하의 반사율을 나타내는 차단 모드를 유지할 수 있다.
본 출원의 반사형 액정 소자는 또한, 일 방향으로 정렬된 액정층 내 액정 화합물의 배열로 인하여, 외부 전계의 인가에 따라 차단 모드가 구현될 경우에도, 헤이즈 값이 낮은 투명 모드를 구현할 수 있다.
하나의 예시에서, 본 출원의 반사형 액정 소자는 외부 전계가 인가되는 상태에서, 투명 모드를 유지할 수 있다.
본 출원에서 용어 「투명 모드」는 액정 소자의 헤이즈가 10% 미만인 상태를 의미한다. 즉, 반사형 액정 소자는 외부 전계가 인가되는 상태에서, 헤이즈가 10% 미만인 투명 모드를 유지할 수 있다.
즉, 본 출원의 반사형 액정 소자는 외부 전계가 인가되는 상태에서, 30% 미만의 반사율을 나타내는 차단 모드 및 헤이즈가 10% 미만인 투명 모드를 동시에 구현할 수 있다. 이와 같이, 본 출원의 반사형 액정 소자는 일 방향으로 정렬되어 있는 액정층 내 액정 화합물에 기인하여, 외부 전계가 인가되는 상태에서도, 차단 모드이면서 동시에 투명 모드를 구동할 수 있다.
이하, 반사판을 포함하는 액정 소자의 동작 원리에 대하여 설명한다.
본 출원의 반사형 액정 소자의 게스트-호스트 액정층(600) 내 액정 화합물(601)은 도 4에 도시된 바와 같이, 전계의 무인가 시 액정층(600)은 70° 내지 90°의 프리틸트 각을 가지며 프리틸트 수직 배향되어 있고, 이색성 염료(602)는 상기 액정 화합물(601)의 배향에 따라 배향되어 있다. 이 때, 하부 기판 측으로부터 입사한 광(800)은 상기 수직 배향되어 있는 액정층(600)을 비편광된 상태로 투과하고, 액정층(600)을 통과한 비편광된 광은 1/4 파장판(700)을 역시 비편광된 상태로 투과한 후, 반사판(300)에 의해 반사되고, 반사된 광은 다시 1/4 파장판(700) 및 액정층(600)을 통해 출사하므로, 반사형 액정 소자는 전체적으로 투명 모드를 구현하게 될 수 있다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 전계의 인가 시 액정층(600) 내 액정 화합물(601)은 프리틸트 배향되어 있는 방향으로 수평 배향되고, 이색성 염료(602)는 상기 액정 화합물(601)의 배향에 따라 배향되어 있다. 이 때, 하부 기판 측으로부터 입사하는 광(800) 중 이색성 염료(602)의 배향 방향과 평행한 광(801)은 흡수되고, 이색성 염료의 배향 방향과 수직인 광(802)은 액정층(600)을 통과 한다. 액정층(600)을 통과한 선 편광된 광은 1/4 파장판(700)에 의해 원편광 된 후, 반사판(300)에 의해 반사되어 역회전의 원평광이 된다. 상기 역회전된 원편광은 다시 1/4 파장판(700)을 통과함으로써, 이색성 염료(602)의 배향 방향과 평행한 방향의 선편광이 되어 이색성 염료(602)에 의해 흡수되므로, 입사한 광은 출사되지 않아 반사형 액정 소자는 차단 모드가 구현될 수 있다.
상기와 같은 동작 원리에 의해 본 출원의 반사형 액정 소자를 반사형 액정 디스플레이에 적용할 경우, 통상 투과 모드가 구현될 수 있다.
본 출원은 또한, 반사형 액정 소자를 포함하는 미러에 관한 것이다. 상기 미러는 자동차용 룸미러 또는 ECM 미러를 대체할 수 있는 사이드 미러 등에 이용될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
본 출원은 외부 전계가 인가되지 않는 상태에서 투과 모드를 구현하는 통상 투과모드의 반사형 액정 소자 및 이의 용도를 제공할 수 있다.
본 출원은 또한, 외부 전계가 되는 경우, 우수한 광 차단 특성을 차단 모드로 스위칭 할 수 있는 반사형 액정 소자 및 이의 용도를 제공할 수 있다.
본 출원은 더욱이, 외부 전계가 인가 되어, 차단 모드가 구현되는 경우에도 헤이즈 특성을 갖지 않는 반사형 액정 소자 및 이의 용도를 제공할 수 있다.
도 1은 기존의 반사형 액정 소자에 대한 일 모식도이다.
도 2 및 3은 본 출원의 액정 소자에 대한 일 모식도이다.
도 4 및 도 5는 본 출원의 액정 소자의 동작 원리를 도시한 것이다.
(부호의 설명)
100 : 편광판
200 : 액정셀
300 : 반사판
401 a, b: 기재층
402: 전극층
500 : 배향막
600 : 게스트-호스트 액정층
700 : 1/4 파장판
800 : 하부 기판 측으로 입사하는 광
801 : 이색성 염료의 배향 방향과 평행인 광
802 : 이색성 염료의 배향 방향과 수직인 광
이하 본 출원에 대해서 실시예를 통해 보다 상세히 설명하겠지만, 본 출원의 요지에 국한된 실시예에 지나지 않는다. 한편 본 출원은 이하의 실시예에서 제시하는 공정조건에 제한되는 것이 아니며, 본 출원의 목적을 달성하기에 필요한 조건의 범위 안에서 임의로 선택 할 수 있음은 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.
실시예 1 - 반사형 액정 소자(A1)의 제조
ITO(Indium Tin Oxide) 투명 전극층이 증착된 한 쌍의 PET (Polyethylene terephthalate) 필름 상에 프리틸트 각이 86°인 프리틸트 수직 배향막을 형성한 후, 게스트-호스트 액정층 형성용 조성물(액정 화합물(HCM009, HCCH社):이방성 염료(X12, BASF社) =100:1(중량비율))을 코팅하여, 게스트-호스트 액정층을 형성하였다. 이어서, PET 필름의 투명 전극층이 형성되어 있지 않은 면에 외부 전계의 인가에 의해 수평배향 되어 있는 액정층 내 액정 화합물의 광축과 약 45°의 각도의 광축을 가지는 1/4 파장판을 형성하고, 상기 1/4 파장판의 게스트-호스트 액정층이 존재하는 면의 반대 면에 반사판을 추가로 위치시켜, 도 2에 도시된 구조와 동일한 반사형 액정 소자(A1)를 제작 하였다.
실시예 2- 반사형 액정 소자(A2)의 제조
게스트-호스트 액정 조성물(액정 화합물(HCM009, HCCH社):이방성 염료(X12, BASF社) =100:0.7(중량비율))을 이용하여 게스트-호스트 액정층을 형성한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 반사형 액정 소자(A2)를 제작하였다.
실시예 3 - 반사형 액정 소자(A3)의 제조
PET 필름을 하나만 이용하여, 도 3과 같은 구조의 반사형 액정 소자를 제작한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 반사형 액정 소자(A3)를 제작하였다.
비교예 1 - 1/4 파장판이 제외된 반사형 액정 소자(B1)
도 2와 같은 구조에서, 1/4 파장판이 제외된 구조를 가지는 반사형 액정 소자를 형성한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 반사형 액정 소자(B1)를 제작 하였다.
비교예 2 - 1/4 파장판의 각도 조절된 반사형 액정 소자(B2)
외부 전계의 인가에 의해 수평배향 되어 있는 액정층 내 액정 화합물의 광축과 약 20°의 각도의 광축을 가지는 1/4 파장판을 형성한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 반사형 액정 소자(B2)를 제작 하였다.
실험예 - 반사도 측정
실시예 및 비교예에 따른 액정 소자의 반사율을 전계가 인가되지 않는 경우와 전계를 인한 경우에 각각 측정하였다.
구체적으로, 코리카미놀타社 분광측색계 (CM-2500d)를 이용하여, D65 광원에 대하여, 반사판의 반사율 대비 실시예 및 비교예에 따른 액정 소자의 반사율을 전계가 인가되지 않는 경우와 전계를 인한 경우에 각각 측정하여 이를 백분율로 나타내었다. 이 때, 외부 전계는 30V를 인가하였다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
전기 비인가시 반사율(%) 60 69 62 53 60
전계 인가 시 반사율(%) 11 23 11 32 20

Claims (14)

  1. 액정 화합물 및 이색성 염료를 포함하는 게스트-호스트 액정층;
    상기 게스트-호스트 액정층의 어느 일면 또는 양면에 존재하는 프리틸트 수직 배향막; 및
    1/4파장판을 포함하는 반사형 액정 소자.
  2. 제 1항에 있어서,
    액정 화합물은 N형 네마틱 액정 화합물인 반사형 액정 소자.
  3. 제 1항에 있어서,
    게스트-호스트 액정층은 액정 화합물 100 중량부 대비 0.3 내지 3 중량부의 이색성 염료를 포함하는 반사형 액정 소자.
  4. 제 1항에 있어서,
    외부 전계가 인가되지 않은 상태에서, 게스트-호스트 액정층에 포함되는 액정 화합물의 프리틸트 각은 70° 내지 90°의 범위 내에 있는 반사형 액정 소자.
  5. 제 1항에 있어서,
    게스트-호스트 액정층은 3 ㎛ 내지 30㎛의 두께 범위를 가지는 반사형 액정 소자.
  6. 제 1항에 있어서,
    프리틸트 수직 배향막은 러빙 배향막 또는 광 배향막인 액정 소자.
  7. 제 1항에 있어서,
    1/4 파장판의 광축은 외부 전계의 인가에 의하여, 수평 배향되어 있는 게스트-호스트 액정층에 포함되는 액정 화합물의 광축과 40°내지 50°의 각도를 형성하는 반사형 액정 소자.
  8. 제 1항에 있어서,
    게스트-호스트 액정층의 어느 일면 또는 양면에 형성된 기재층을 추가로 포함하는 반사형 액정 소자.
  9. 제 1항에 있어서,
    게스트-호스트 액정층에 포함되는 액정 화합물의 배향을 변경시키는 한 쌍의 전극층을 추가로 포함하는 반사형 액정 소자.
  10. 제 1항에 있어서,
    반사판을 더 포함하고, 상기 반사판은 1/4 파장판의 게스트-호스트 액정층이 존재하는 면의 반대 면에 위치하는 반사형 액정 소자.
  11. 제 1항에 있어서,
    외부 전계가 인가되지 않는 상태에서, 30% 이상의 반사율을 나타내는 투과모드를 유지하는 반사형 액정 소자.
  12. 제 1항에 있어서,
    외부 전계가 인가되는 상태에서, 30% 미만의 반사율을 나타내는 차단 모드가 유지되는 반사형 액정 소자.
  13. 제 1항에 있어서,
    외부 전계가 인가되는 상태에서, 헤이즈가 10% 미만인 투명 모드를 구현하는 반사형 액정 소자.
  14. 제 1항의 반사형 액정 소자를 포함하는 미러.
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