WO2018199718A1 - 광변조 디바이스 - Google Patents

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WO2018199718A1
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liquid crystal
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less
layer
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이현준
임은정
유정선
김민준
오동현
김진홍
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주식회사 엘지화학
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    • G02F2202/00—Materials and properties
    • G02F2202/04—Materials and properties dye
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    • G02F2413/00—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
    • G02F2413/01—Number of plates being 1

Definitions

  • the present application relates to a light modulation device.
  • An optical modulation device in which an optical modulation layer containing a liquid crystal compound or the like is positioned between two opposing substrates is used for various applications.
  • Patent Document 1 European Patent Publication No. 00223111 discloses a so-called GH cell (Guest host cell) to which a mixture of a liquid crystal host material and a dichroic dye guest is applied.
  • permeability apparatus used as a modulation layer is known.
  • a glass substrate having excellent optical isotropy and good dimensional stability has been mainly used as the substrate.
  • optical modulation device is not limited to the display device, but is expanded to smart windows such as eyewear and sunroof, and the shape of the device is not limited to a flat surface, and various designs such as folding shapes are applied.
  • shape of the device is not limited to a flat surface, and various designs such as folding shapes are applied.
  • polymer film substrate instead of a glass substrate as a substrate of the optical modulation device while also showing the necessity of a flexible device.
  • the present application is directed to a light modulation device.
  • an optical and mechanically anisotropic polymer film is applied to a substrate, and an object of the present invention is to provide an optical modulation device having excellent mechanical and optical properties.
  • Vertical, parallel, orthogonal or horizontal, etc. of the terms defining the angle in the present specification means a substantially vertical, parallel, orthogonal or horizontal in a range that does not impair the desired effect, the range of the vertical, parallel, orthogonal or horizontal Includes errors such as manufacturing error or variation.
  • each of the above cases may include an error within about ⁇ 15 degrees, an error within about ⁇ 10 degrees or an error within about ⁇ 5 degrees.
  • the physical properties mentioned in the present specification unless the measurement temperature affects the corresponding physical properties, the physical properties are measured at room temperature unless otherwise specified.
  • room temperature is a temperature in a particularly warmed or undecreased state, and any temperature within a range of about 10 ° C to 30 ° C, for example, about 15 ° C or more, 18 ° C or more, 20 ° C or more, or about 23 ° C. It may mean a temperature of about 27 ° C. or lower while being higher than or equal to ° C.
  • the unit of temperature referred to in this specification is ° C.
  • the retardation and refractive index referred to herein mean the refractive index for light of about 550 nm wavelength unless otherwise specified.
  • an angle formed by any two directions mentioned herein may be an acute angle of an acute or obtuse angle formed by the two directions, or may be a small angle among angles measured in a clockwise and counterclockwise direction. . Therefore, unless otherwise specified, the angles referred to herein are positive. However, in order to indicate the measurement direction between the angles measured in the clockwise or counterclockwise direction, one of the angles measured in the clockwise direction and the angle measured in the counterclockwise direction is expressed as a positive number, and the other The angle of can also be represented as a negative number.
  • liquid crystal compound included in the active liquid crystal layer or the light modulation layer herein may be referred to as liquid crystal molecules, liquid crystal host (when included with the dichroic dye guest), or simply liquid crystal.
  • the present invention relates to a light modulation device of the present application.
  • the term light modulation device may refer to a device capable of switching between states of at least two or more different lights.
  • the state of other light may mean a state in which at least the transmittance and / or the reflectance are different.
  • Examples of states that may be implemented by the light modulation device include a transmission mode state, a blocking mode state, a high reflection mode state and / or a low reflection mode state.
  • the light modulation device may be a device capable of switching at least between the transmission mode state and the blocking mode state, or may be a device capable of switching between the high reflection mode and the low reflection mode.
  • the transmittance of the optical modulator in the transmission mode is at least 20%, at least 25%, at least 30%, at least 35%, at least 40%, at least 45%, at least 50%, at least 55%, at least 60%, 65 At least%, at least 70%, at least 75% or at least 80%.
  • the transmittance of the optical modulator in the blocking mode is 60% or less, 55% or less, 50% or less, 45% or less, 40% or less, 35% or less, 30% or less, 25% or less, 20% or less, 15 Up to 10% or up to 5%.
  • the upper limit of the transmittance of may be about 100%, and the lower limit of the transmittance in the blocking mode state may be about 0%.
  • the difference between the transmittance in the transmission mode state and the transmittance in the blocking mode state (transmission mode-blocking mode) in the optical modulation device capable of switching between the transmission mode state and the blocking mode state is 15 It may be at least%, at least 20%, at least 25%, at least 30%, at least 35% or at least 40%, or at most 90%, at most 85%, at most 80%, at most 75%, at most 70%, at most 65%, 60 Up to 55%, up to 50%, or up to 45%.
  • the above-mentioned transmittance may be, for example, a straight light transmittance.
  • the linear light transmittance is a percentage of the ratio of light transmitted in the same direction as the incidence direction to light incident on the device.
  • the transmittance may be defined as the transmittance. Can be.
  • the reflectance of the optical modulator in the high reflection mode may be at least 10%, at least 15%, at least 20%, at least 25%, at least 30%, at least 35%, or at least 40%.
  • the reflectance of the optical modulation device in the low reflection mode, may be 20% or less, 15% or less, 10% or less, or 5% or less. Since the higher the reflectance is advantageous in the high reflection mode, the lower the reflectance is advantageous in the low reflection mode, so that the upper limit of the reflectance in the high reflection mode state and the lower limit of the reflectance in the low reflection mode state are not particularly limited.
  • the reflectance in the high reflection mode state may be about 60% or less, 55% or less or 50% or less, and the lower limit of the reflectance in the low reflection mode state may be about 0%.
  • the difference between the reflectance in the high reflection mode state and the reflectance in the low reflection mode state (high reflection mode-low) in an optical modulation device capable of switching between the low reflection mode state and the high reflection mode state Reflection mode) may be at least 5%, at least 10% at least 15%, at least 20%, at least 25%, at least 30%, at least 35%, or at least 40%, at most 90%, at most 85%, at most 80%, 75% or less, 70% or less, 65% or less, 60% or less, 55% or less, 50% or less, or 45% or less.
  • the above-mentioned transmittances and reflectances are transmittances or reflectances for any wavelength in the visible light region, for example, in the range of about 400 to 700 nm or about 380 to 780 nm, or transmittances or reflectances for the entire visible light region, or
  • the transmittance or reflectance of the entire visible light region may be the maximum or minimum transmittance or reflectance, or the average value of the transmittance or reflectance in the visible light region.
  • the light modulation device of the present application may be designed to be able to switch between at least two or more states of one state and the other state selected from the above transmission mode, blocking mode, high reflection mode and low reflection mode states. If necessary, other third states including those other than the above state, for example, the state of the intermediate transmittance of the transmission mode and the blocking mode state, the state of the intermediate reflectance of the high reflection mode and the low reflection mode state, and the like, or the like.
  • the above state can also be implemented.
  • the switching of the optical modulation device as described above may be adjusted according to the application of an external signal, for example, the application of a voltage signal.
  • an external signal for example, the application of a voltage signal.
  • the optical modulation device may maintain one of the states described above and then switch to another state when a voltage is applied.
  • By changing the strength, frequency and / or shape of the applied voltage it is also possible to change the state of the mode or to implement the third other mode state.
  • the light modulation device of the present application may basically include a light modulation film layer having two substrates disposed opposite to each other and a light modulation layer positioned between the substrates.
  • a first substrate any one of the two oppositely arranged substrates
  • the other substrate is referred to as a second substrate.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a light modulating film layer of an exemplary light modulating device of the present application, wherein the light modulating film layer is opposed to the first and second polymer film substrates 11 and 13 and the first and second It may include a light modulating layer 12 existing between the polymer film substrate.
  • a polymer film substrate is applied as the substrate.
  • the substrate of the light modulation device may not include a glass layer.
  • a device having no mechanical defects such as rainbow phenomenon and excellent mechanical properties can be formed. This result is contrary to the common knowledge of the prior art that an optically isotropic substrate should be applied to secure excellent optical properties, and that the substrate having isotropic mechanical properties is advantageous in terms of mechanical properties such as dimensional stability of the device.
  • the polymer film substrate that is anisotropic in terms of optical and mechanical properties may be referred to as an asymmetric substrate or an asymmetric polymer film substrate.
  • the optically anisotropic polymer film substrate is a case having the in-plane retardation described above, and the anisotropy in terms of mechanical properties is a case of having the following physical properties.
  • the physical properties of the polymer film substrate referred to in the present specification may be physical properties of the polymer film substrate itself or physical properties in a state in which an electrode layer is formed on one surface of the polymer film substrate.
  • the electrode layer may be an electrode layer formed in a state where the polymer film substrate is included in an optical device.
  • the in-plane retardation of the first and second polymer film substrates may be about 4,000 nm or more, respectively.
  • the in-plane retardation Rin may mean a value calculated by Equation 1 below.
  • Rin d ⁇ (nx-ny)
  • Rin is an in-plane retardation
  • d is a thickness of the polymer film substrate
  • nx is an index of refraction in the in-plane slow axis direction of the polymer film substrate
  • ny is an index of refraction in the fast axis direction, and is in-plane perpendicular to the slow axis direction. Is the refractive index.
  • the in-plane retardation of the first and second polymer film substrates is 4,000 nm or more, 5,000 nm or more, 6,000 nm or more, 7,000 nm or more, 8,000 nm or more, 9,000 m or more, 10,000 m or more, 11,000 m or more, or 12,000 m or more, respectively. It may be at least 13,000m, at least 14,000m, or at least 15,000m.
  • the in-plane retardation of each of the first and second polymer film substrates may be about 50,000 nm or less, about 40,000 nm or less, about 30,000 nm or less, 20,000 nm or less, 18,000 nm or less, 16,000 nm or less, 15,000 nm or less, or 12,000 nm. It may be less than.
  • the polymer film substrate may be, for example, a polyester film substrate.
  • a representative example of the polymer film substrate is a polyester film such as PET (poly (ethylene terephthalate)) film, for example, a film of the brand name SRF (Super Retardation Film) series supplied by Toyobo have.
  • PET poly (ethylene terephthalate)
  • SRF Super Retardation Film
  • the thickness direction retardation value calculated by Equation 2 of each of the polymer film substrates may be about 1,000 nm or less.
  • Equation 2 Rth is a retardation in the thickness direction
  • d is a thickness of the polymer film substrate
  • ny and nz are refractive indices in the y-axis and z-axis directions of the polymer film substrate, respectively.
  • the y axis of the polymer film substrate is an in-plane fastening axis direction
  • the z axis direction is a thickness direction of the polymer film substrate.
  • the polymer film substrate may also have a gas permeability of less than 0.002 GPU at room temperature.
  • the gas permeability of the polymer film substrate may be, for example, 0.001 GPU or less, 0.0008 GPU or less, 0.006 GPU or less, 0.004 GPU or less, 0.002 GPU or less, or 0.001 GPU or less.
  • the lower limit of the range of the gas permeability is not particularly limited. That is, gas permeability is advantageous as the numerical value is small.
  • each of the polymer film substrates has a ratio (E1 / E2) of elongation E1 in any first direction in plane and elongation E2 in a second direction perpendicular to the first direction. It may be abnormal.
  • the ratio E1 / E2 may in another example be at least about 3.5, at least 4, at least 4.5, at least 5, at least 5.5, at least 6, or at least 6.5.
  • the ratio E1 / E2 may be about 20 or less, 18 or less, 16 or less, 14 or less, 12 or less, 10 or less, 8 or less, or 7.5 or less.
  • the first, second and third directions of the polymer film substrate are any directions in the plane of the film substrate.
  • the in-plane direction may be an in-plane direction formed by MD (Machine Direction) and TD (transverse direction) directions of the polymer film substrate.
  • the first direction described herein may be one of the slow axis and the fast axis direction of the polymer film substrate
  • the second direction may be the other direction of the slow axis and the fast axis direction.
  • the first direction is any one of a machine direction (MD) and a transverse direction (TD) direction when the polymer film substrate is a stretched polymer film substrate
  • the second direction is a machine direction (MD) and TD ( transverse direction) may be one of the other directions.
  • the first direction of the polymer film substrate referred to herein may be the TD direction or the slow axis direction.
  • the elongation in the first direction (eg, the slow axis direction or the TD direction) of each of the first and second polymer film substrates may be 15% or more or 20% or more.
  • the elongation may in another example be at least about 25%, at least 30%, at least 35%, or at least 40%, or at most about 100%, at most 90%, at most 80%, at most 70%, at most about 60%, at most 55%. , Up to 50% or up to 45%.
  • each of the first and second polymer film substrates may have an elongation (E3) in the third direction forming an angle within the range of 40 degrees to 50 degrees or about 45 degrees, respectively, with the first and second directions. It is larger than the elongation E1 in one direction (for example, the slow axis direction or the TD direction described above), and the ratio of the elongation E3 in the third direction and the elongation E2 in the second direction ( E3 / E2) may be 5 or more.
  • the ratio E3 / E2 may in another example be at least 5.5, at least 6, at least 6.5, at least 7, at least 7.5, at least 8, or at least 8.5, at most about 20, at most 18, at most 16, at most 14, at most 12, or May be 10 or less.
  • the angle formed by the third direction and the first or second direction is an acute angle among angles formed by the first direction and the third direction, and is an acute angle of an angle formed by the second direction and the third direction.
  • the elongation in the third direction of each of the first and second polymer film substrates may be 30% or more.
  • the elongation may in another example be at least about 35%, at least 40%, at least 45%, at least 50%, or at least 55%, or at most about 80%, at most 75%, at most 70%, or at most 65%.
  • the first and second polymer film substrates each have a coefficient of thermal expansion (CTE2) in the second direction and a coefficient of thermal expansion (CTE1) in the first direction (for example, the slow axis direction or the TD direction described above).
  • the ratio CTE2 / CTE1 may be at least 1.5.
  • the thermal expansion coefficients (CTE1, CTE2) are the values found within the temperature range of 40 ° C to 80 ° C, respectively.
  • the ratio CTE2 / CTE1 may be about 2 or more, about 2.5 or more, 3 or more, or 3.5 or more, or 10 or less, 9 or less, 8 or less, 7 or less, 6 or less, 5 or less, or 4 or less.
  • the coefficient of thermal expansion (CTE2) in the second direction may be in the range of 5 to 150 ppm / ° C.
  • the thermal expansion coefficient is about 10 ppm / ° C or higher, 15 ppm / ° C or higher, 20 ppm / ° C or higher, 25 ppm / ° C or higher, 30 ppm / ° C or higher, 35 ppm / ° C or higher, 40 ppm / ° C or higher, 45 ppm Or at least 50 ° C., at least 50 ppm / ° C., at least about 55 ppm / ° C., at least 60 ppm / ° C., at least 65 ppm / ° C., at least 70 ppm / ° C., at least 75 ppm / ° C., or at least 80 ppm / ° C., or at least 140 ppm / ° C.
  • 130 ppm / ° C or less 120 ppm / ° C or less, 100 ppm / ° C or less, 95 ppm / ° C or less, 90 ppm / ° C or less, 85 ppm / ° C or less, 80 ppm / ° C or less, 40 ppm / ° C or less , 30 ppm / ° C. or less, or 25 ppm / ° C. or less.
  • the first and second polymer film substrates each have a ratio of elastic modulus YM2 in the second direction and elastic modulus YM1 in the first direction (for example, the slow axis direction or the TD direction described above).
  • YM1 / YM2 may be at least 1.5.
  • the ratio YM1 / YM2 may be about 2 or more, 10 or less, 9 or less, 8 or less, 7 or less, 6 or less, 5 or less, 4 or less, 3 or less, or 2.5 or less.
  • the elastic modulus YM1 in the first direction may be in a range of about 2 to 10 GPa.
  • the elastic modulus YM1 is, in another example, about 2.5 GPa or more, 3 GPa or more, 3.5 GPa or more, 4 GPa or more, 4.5 GPa or more, 5 GPa or more or 5.5 GPa or more, about 9.5 GPa or less, 9 GPa or less, 8.5 GPa or less, 8 GPa or less It may be 7.5 GPa or less, 7 GPa or less, 6.5 GPa or less, or 6 GPa or less.
  • the elastic modulus is a so-called Young's modulus and is measured according to the method of the embodiment described later.
  • the first and second polymer film substrates each have a maximum stress MS2 in the second direction and a maximum stress MS1 in the first direction (for example, the slow axis direction or the TD direction described above).
  • the ratio MS1 / MS2 may be at least 1.5. In another example, the ratio MS1 / MS2 may be about 2 or more, 10 or less, 9 or less, 8 or less, 7 or less, 6 or less, 5 or less, 4 or less, 3 or less, or 2.5 or less.
  • the maximum stress MS1 in the first direction may be in a range of about 80 to 300 MPa.
  • the maximum stress MS1 is, in another example, at least about 90 MPa, at least about 100 MPa, at least about 110 MPa, at least about 120 MPa, at least about 130 MPa, at least about 140 MPa, at least about 150 MPa, at least about 155 MPa, 160 MPa or more, 165 MPa or more, 170 MPa or more, 175 MPa or more, or 180 MPa or more, about 300 MPa or less, about 290 MPa or less, about 280 MPa or less, about 270 MPa or less, about 260 MPa or less, about 250 MPa or less, about 245 MPa or less, It may be 240 MPa or less, 235 MPa or less, 230 MPa or less, 225 MPa or less, 220 MPa or less, 215 MPa or less, 210 MPa or less, 205 MPa or less
  • the absolute value of the angle formed between the first direction of the first polymer film substrate and the first direction of the second polymer film substrate is in a range of 0 degrees to 10 degrees or 0 degrees to 5 degrees, Alternatively, the first directions may be substantially horizontal to each other. As described above, the first direction may be a slow axis direction or a TD direction of the polymer film substrate.
  • the optical and mechanical properties can be excellently implemented.
  • each of the first and second polymer film substrates is not particularly limited and may be set in an appropriate range according to the purpose. Typically, the thickness may be in the range of about 10 ⁇ m to 200 ⁇ m.
  • a representative example of the polymer film having such a large optical and mechanical asymmetry is a stretched PET (polyethyleneterephtalate) film known as a so-called high-stretch polyester film, and such a film is easily available in the industry.
  • a stretched PET film is one or more layers of uniaxially stretched films produced by melting / extruding PET resins by stretching or stretching, or one or more layers of biaxially stretched films produced by longitudinal and transverse stretching after film formation.
  • PET resin generally means resin in which 80 mol% or more of a repeating unit becomes ethylene terephthalate, and may also contain another dicarboxylic acid component and a diol component.
  • another dicarboxylic acid component For example, isophthalic acid, p-beta-oxyethoxy benzoic acid, 4,4'- dicarboxydiphenyl, 4,4'- dicarboxy benzophenone, bis (4-carboxyphenyl) ethane, adipic acid, sebacic acid and / or 1,4-dicarboxycyclohexane, etc. are mentioned.
  • the other diol component is not particularly limited, but may be propylene glycol, butanediol, neopentyl glycol, diethylene glycol, cyclohexanediol, ethylene oxide adduct of bisphenol A, polyethylene glycol, polypropylene glycol, and / or polytetramethylene glycol. Can be mentioned.
  • the said dicarboxylic acid component and diol component can be used in combination of 2 or more type as needed. Moreover, you may use together oxycarboxylic acids, such as p-oxybenzoic acid. In addition, as the other copolymerization component, a dicarboxylic acid component or a diol component containing a small amount of amide bond, urethane bond, ether bond, carbonate bond, or the like may be used.
  • a method for producing a PET-based resin As a method for producing a PET-based resin, a method of directly polycondensing terephthalic acid, ethylene glycol and / or other dicarboxylic acids or other diols as necessary, dialkyl esters of terephthalic acid and ethylene glycol and / or other dikars as necessary Polycondensation of a dialkyl ester or other diol of an acid followed by a transesterification reaction, and polycondensation of ethylene glycol esters of terephthalic acid and / or other dicarboxylic acids and / or other diol esters as necessary. Method and the like are employed.
  • a polymerization catalyst containing an antimony-based, titanium-based, germanium-based or aluminum-based compound, or a polymerization catalyst containing the complex compound can be used.
  • the polymerization reaction conditions may be appropriately selected depending on the monomers used, the catalyst, the reaction apparatus, and the desired resin physical properties.
  • the reaction temperature is usually about 150 ° C to about 300 ° C and about 200 ° C. To about 300 ° C or about 260 ° C to about 300 ° C.
  • the reaction pressure is usually from atmospheric pressure to about 2.7 Pa, may be on the pressure-reducing side later in the reaction.
  • the polymerization reaction proceeds by volatilizing leaving reactants such as diols, alkyl compounds or water.
  • the polymerization apparatus may be one complete reaction tank, or may be a combination of a plurality of reactors. In this case, depending on the degree of polymerization, the reactants are polymerized while being transferred between the reaction tanks. Moreover, the horizontal reaction apparatus is provided in the latter half of superposition
  • the resin is discharged from the reaction tank or the horizontal reactor in the molten state and then cooled or pulverized in a cooling drum or a cooling belt, or in the form of pellets which have been introduced into an extruder and extruded in a string shape. Obtained.
  • the solid phase polymerization may be carried out to improve the molecular weight or to reduce the low molecular weight component.
  • a low molecular weight component which can be contained in PET resin although a cyclic trimer component is mentioned, content of such a cyclic trimer component in resin is adjusted to 5000 ppm or less or 3000 ppm or less normally.
  • the molecular weight of PET resin is 0.45-1.0 dL / g, 0.50-normally when melt
  • dissolving resin in the mixed solvent of phenol / tetrachloroethane 50/50 (weight ratio), and showing it by the intrinsic viscosity measured at 30 degreeC. 10 dL / g or 0.52 to 0.80 dL / g.
  • PET-based resin can contain an additive as needed.
  • an additive a lubricating agent, an antiblocking agent, a heat stabilizer, antioxidant, an antistatic agent, a light resistant agent, an impact resistance improvement agent, etc. are mentioned, for example. It is preferable to make the addition amount into the range which does not adversely affect optical physical property.
  • PET-based resins are usually used in pellet form assembled by an extruder for blending such additives and for film molding described later.
  • the size and shape of the pellets are not particularly limited, but are usually cylindrical, spherical or flat spherical with a height of 5 mm or less.
  • the PET resin obtained in this manner can be formed into a film shape and stretched to form a PET film having high transparent and homogeneous mechanical strength.
  • the pellet which consists of dried PET resin is supplied to a melt extrusion apparatus, and it heats and melts above melting
  • the molten resin is extruded from the die and quenched and solidified to a temperature below the glass transition temperature on a rotary cooling drum to obtain an unstretched film in a substantially amorphous state.
  • This melting temperature is determined depending on the melting point and the extruder of the PET resin used, and is not particularly limited, but is usually 250 ° C to 350 ° C.
  • the electrostatic application adhesion method usually provides a linear electrode on the upper surface side of the film in a direction orthogonal to the flow of the film, and provides electrostatic charge to the film by applying a DC voltage of about 5 to 10 kV to the electrode, thereby rotating cooling. It is a method of improving the adhesiveness of a drum and a film.
  • the liquid coating adhesion method is a method of improving the adhesiveness of a rotating cooling drum and a film by apply
  • PET resin used can also mix 2 or more types of resin, resin from which a structure and a composition differ as needed. For example, the mixture which uses the pellet which mix
  • the laminated number of the film to extrude can also be made into two or more layers as needed.
  • pellets in which granular fillers as an antiblocking agent are mixed and pellets without blending are prepared, and fed into the same die from different extruders to form a film composed of two or three layers of "filler blending / no blending / filler blending". Extrusion is possible.
  • the unstretched film is usually longitudinally stretched in the extrusion direction at a temperature above the glass transition temperature.
  • the stretching temperature is usually 70 ° C to 150 ° C, 80 to 130 ° C or 90 to 120 ° C.
  • a draw ratio is 1.1 to 6 times or 2 to 5.5 times normally. Stretching may be completed by one time, or may be performed by dividing into multiple times as necessary.
  • the longitudinally stretched film obtained in this way can heat-process after this. Subsequently, a relaxation process may be performed as needed.
  • This heat treatment temperature is 150 degreeC-250 degreeC, 180-245 degreeC, or 200-230 degreeC normally. Further, the heat treatment time is usually 1 to 600 seconds or 1 to 300 seconds or 1 to 60 seconds.
  • the temperature of a relaxation process is 90-200 degreeC or 120-180 degreeC normally.
  • the amount of relaxation is usually 0.1 to 20% or 2 to 5%.
  • the temperature and relaxation amount of this relaxation process can set the relaxation amount and the temperature at the time of a relaxation process so that the thermal contraction rate in 150 degreeC of PET film after a relaxation process may be 2% or less.
  • transverse stretching is normally performed by a tenter after a longitudinal stretch process or after heat processing or a relaxation process as needed.
  • stretching temperature is 70 degreeC-150 degreeC, 80 degreeC-130 degreeC, or 90 degreeC-120 degreeC normally.
  • a draw ratio is 1.1 to 6 times or 2 to 5.5 times normally.
  • the heat treatment temperature is usually 150 ° C to 250 ° C or 180 ° C to 245 ° C or 200 to 230 ° C.
  • the heat treatment time is usually 1 to 600 seconds, 1 to 300 seconds or 1 to 60 seconds.
  • the temperature of a relaxation process is 100-230 degreeC, 110-210 degreeC, or 120-180 degreeC normally.
  • the amount of relaxation is usually 01 to 20%, 1 to 10%, or 2 to 5%.
  • the temperature of this relaxation process and the amount of relaxation can set the amount of relaxation and the temperature at the time of a relaxation process so that the thermal contraction rate in 150 degreeC of PET film after a relaxation process may be 2% or less.
  • stretching direction means the extending
  • the stretching direction refers to a direction perpendicular to the long direction of the film.
  • the stretching is usually performed in the horizontal direction as described above, and in this case, the stretching direction refers to the vertical direction with respect to the longitudinally the same direction.
  • an orientation main axis means the molecular orientation direction in the arbitrary point on a stretched PET film.
  • stretching direction of an orientation main axis means the angle difference of an orientation main axis and an extending direction.
  • the maximum value means the maximum value of the value on a perpendicular direction with respect to a long direction.
  • the confirmation direction of the said orientation main axis is well-known, For example, it measures using retardation film and an optical material inspection apparatus RETS (manufactured by Otsuka Denshi Co., Ltd.) or a molecular orientation system MOA (manufactured by Oji Kiso Co., Ltd.). Can be.
  • RETS optical material inspection apparatus
  • MOA molecular orientation system
  • Anti-glare may be provided to the stretched PET film used by this application.
  • the method of providing anti-glare property is not specifically limited, For example, according to the method of mixing and forming an inorganic fine particle or organic fine particle in the said raw material resin, and the manufacturing method of the said film, an inorganic fine particle or organic fine particle mixes on one side. A coating liquid formed by mixing inorganic fine particles or organic fine particles with a curable binder resin is coated on one side of a stretched film or a stretched PET film with an unstretched layer, and the binder resin is cured to provide an antiglare layer. And the like are employed.
  • the inorganic fine particles for imparting anti-glare properties are not particularly limited, but for example, silica, colloidal silica, alumina, alumina sol, aluminosilicate, alumina-silica composite oxide, kaolin, talc, mica, calcium carbonate and phosphoric acid Calcium etc. are mentioned. Moreover, it is although it does not specifically limit as organic microparticles
  • fine-particles For example, crosslinked polyacrylic acid particle, methyl methacrylate / styrene copolymer resin particle, crosslinked polystyrene particle, crosslinked polymethylmethacrylate particle, silicone resin particle, and polyimide particle Etc. can be mentioned.
  • the haze value of the stretched PET film provided with the anti-glare property obtained in this way may exist in 6 to 45% of range.
  • the said haze value can be measured using the haze transmittance meter HM-150 (manufactured by Matsuki Kiyoshi Co., Ltd.) according to JIS K 7136, for example.
  • the measurement sample which bonded the film surface to the glass substrate so that the anti-glare surface may become a surface using an optically transparent adhesive for example can be used.
  • the method of manufacturing the PET film described above is one exemplary method for obtaining the polymer film substrate of the present application, and any polymerizable product may be used as long as the polymer film substrate applicable in the present application has the above-described physical properties.
  • the polymer film substrate may be a film substrate having an electrode layer formed on one surface thereof.
  • a film substrate may be referred to as an electrode film substrate.
  • the retardation, mechanical properties, and the like described above may be for the polymer film substrate on which the electrode layer is not formed, or for the electrode film substrate.
  • an electrode layer may be formed on at least one surface of the polymer film substrate, and the first and second polymer film substrates may be disposed to face each electrode layer.
  • a known transparent electrode layer may be applied.
  • a so-called conductive polymer layer, a conductive metal layer, a conductive nanowire layer, or a metal oxide layer such as indium tin oxide (ITO) may be used as the electrode layer.
  • ITO indium tin oxide
  • various materials and forming methods capable of forming a transparent electrode layer are known, and this may be applied without limitation.
  • an alignment layer may be formed on the electrode layer.
  • a well-known liquid crystal aligning film can be formed as an oriented film, The kind of aligning film which can be applied according to a desired mode is well-known.
  • the light modulation layer included in the light modulation film layer in the present application is a functional layer that can vary the transmittance, reflectance and / or haze of light depending on whether an external signal is applied.
  • the light modulation layer in which the state of light changes depending on whether or not an external signal is applied may be referred to as an active light modulation layer in the present specification.
  • the light modulation layer when the light modulation layer is a layer including a liquid crystal compound, the light modulation layer may be referred to as an active liquid crystal layer, wherein the active liquid crystal layer is a liquid crystal compound in the active liquid crystal layer by application of the external signal. Means the liquid crystal layer of the form which can be changed.
  • the light modulation film layer including the active liquid crystal layer may be referred to as an active liquid crystal film layer.
  • the external signal may mean all factors, for example, an external voltage, etc., which may affect the behavior of a material included in the light modulation layer, for example, the light modulation material. Therefore, the state without an external signal may mean a state without application of an external voltage.
  • the type of light modulation layer in the present application is not particularly limited as long as it has the above-described function, a known light modulation layer can be applied.
  • the light modulation layer may be a liquid crystal layer, and a structure including a liquid crystal layer between the first and second polymer film substrates disposed opposite to each other may also be referred to as a liquid crystal cell.
  • Exemplary light modulation devices can have excellent durability against gas permeability.
  • the optical modulation device may have a void generation rate of 20% or less when stored at 60 ° C. temperature and 85% relative humidity.
  • the void generation rate may refer to a ratio of the number of void generation samples to the number of samples used for void generation evaluation.
  • the first and second polymer film substrates may be substrates heat treated at 130 ° C. for 1 hour, and the optical modulation device including such polymer film substrates may be at 60 ° C. temperature and 85% relative humidity.
  • voids may not occur due to ingress of external gases for 500 hours. This can be achieved by arranging the transverse directions of the first and second polymer film substrates in parallel to each other as described above.
  • the light modulation layer may be an active liquid crystal layer including liquid crystal molecules (liquid crystal host) and a dichroic dye.
  • a liquid crystal layer may be referred to as a guest host liquid crystal layer (GHLC layer).
  • GHLC layer the structure including the light modulation layer between the polymer film substrates may be referred to as an active liquid crystal film layer.
  • the term "GHLC layer” is a dichroic dye is arranged together in accordance with the arrangement of the liquid crystal molecules, each of which can exhibit anisotropic light absorption characteristics with respect to the alignment direction of the dichroic dye and the vertical direction of the alignment direction. May mean a layer.
  • a dichroic dye is a material whose light absorption varies depending on the polarization direction.
  • the absorption rate of light polarized in the long axis direction When the absorption rate of light polarized in the long axis direction is large, it is called a p-type dye. When the absorption rate of light polarized in the short axis direction is large, it is called an n-type dye. It can be called.
  • a p-type dye when used, the polarized light vibrating in the long axis direction of the dye is absorbed and the polarized light vibrating in the short axis direction of the dye is less absorbed and thus can be transmitted.
  • the dichroic dye is assumed to be a p-type dye, but the type of dichroic dye to be applied in the present application is not limited thereto.
  • the GHLC layer may function as an active polarizer.
  • active polarizer may refer to a functional device capable of adjusting anisotropic light absorption according to application of external action.
  • the active GHLG layer can control anisotropic light absorption for polarization in a direction parallel to the arrangement direction of the dichroic dye and polarization in a vertical direction by adjusting the arrangement of the liquid crystal molecules and the dichroic dye. Since the arrangement of liquid crystal molecules and dichroic dyes can be controlled by the application of an external action, such as a magnetic or electric field, the active GHLC layer can control anisotropic light absorption in accordance with the application of the external action.
  • the liquid crystal molecules may be nematic liquid crystals or smectic liquid crystals.
  • Nematic liquid crystals may refer to liquid crystals in which rod-shaped liquid crystal molecules have no regularity of position but are arranged in parallel in the long axis direction of the liquid crystal molecules. It may mean a liquid crystal that is formed in a parallel structure with regularity in the long axis direction. According to the exemplary embodiment of the present application, a nematic liquid crystal may be used as the liquid crystal molecules.
  • the liquid crystal molecules may be non-reactive liquid crystal molecules.
  • the non-reactive liquid crystal molecules may mean liquid crystal molecules having no polymerizable group.
  • the polymerizable group include acryloyl group, acryloyloxy group, methacryloyl group, methacryloyloxy group, carboxyl group, hydroxy group, vinyl group or epoxy group, but are not limited thereto.
  • the refractive index anisotropy of the liquid crystal molecules may be appropriately selected in consideration of target properties, for example, variable transmittance characteristics.
  • the term “refractive anisotropy” may mean a difference between an extraordinary refractive index and an ordinary refractive index of a liquid crystal molecule.
  • the refractive index anisotropy of the liquid crystal molecules may be in the range of 0.01 to 0.3, for example.
  • the refractive anisotropy may be 0.01 or more, 0.05 or more, 0.07 or more, 0.09 or more, or 0.1 or more, and 0.3 or less, 0.2 or less, 0.15 or less, 0.14 or less, or 0.13 or less.
  • the refractive index anisotropy of the liquid crystal molecules is within the above range, it is possible to provide an optical modulation device having excellent transmittance variable characteristics.
  • the lower the refractive index of the liquid crystal molecules within the above range can provide an optical modulation device having excellent transmittance variable characteristics.
  • the dielectric anisotropy of the liquid crystal molecules may have a positive dielectric anisotropy or a negative dielectric anisotropy in consideration of a desired driving method of the liquid crystal cell.
  • the term “dielectric anisotropy” may mean a difference between an abnormal dielectric constant ( ⁇ e, extraordinary dielectric anisotropy) and a normal dielectric constant ( ⁇ o, ordinary dielectric anisotropy).
  • the dielectric anisotropy of the liquid crystal molecules may be, for example, within a range of within ⁇ 40, within ⁇ 30, within ⁇ 10, within ⁇ 7, within ⁇ 5, or within ⁇ 3. Adjusting the dielectric anisotropy of the liquid crystal molecules in the above range may be advantageous in terms of driving efficiency of the optical modulation device.
  • the liquid crystal layer may include a dichroic dye.
  • the dye may be included as a guest material.
  • Dichroic dyes may serve to control the transmittance of the light modulation device, for example, depending on the orientation of the host material.
  • the term “dye” may mean a material capable of intensively absorbing and / or modifying light in at least part or the entire range within the visible light region, for example, in the 400 nm to 700 nm wavelength range
  • 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.
  • the dichroic dye for example, a known dye known to have a property that can be aligned according to the alignment state of the liquid crystal molecules by a so-called host guest effect can be selected and used.
  • dichroic dyes include so-called azo dyes, anthraquinone dyes, methine dyes, azomethine dyes, merocyanine dyes, naphthoquinone dyes, tetrazine dyes, phenylene dyes, quiterylene dyes, and benzothiadiazole dyes. , Diketopyrrolopyrrole dye, squaraine dye or pyromethene dye and the like, but the dye applicable to the present application is not limited to the above.
  • black dye can be used, for example.
  • Such dyes are known, for example, but not limited to azo dyes, anthraquinone dyes, and the like.
  • the dichroic dye has a dichroic ratio, i.e., a value obtained by dividing the absorption of polarized light parallel to the long axis direction of the dichroic dye by the absorption of polarized light parallel to the direction perpendicular to the long axis direction. 7 or more dyes can be used.
  • the dye may satisfy the dichroic ratio at at least some of the wavelengths or at any one within the wavelength range of the visible region, for example, in the wavelength range of about 380 nm to 700 nm or about 400 nm to 700 nm.
  • the upper limit of the dichroic ratio may be, for example, about 20 or less, 18 or less, 16 or less, or about 14 or less.
  • the dichroic dye content of the liquid crystal layer may be appropriately selected in consideration of the purpose of the present application.
  • the content of the dichroic dye of the liquid crystal layer may be 0.1 wt% or more, 0.25 wt% or more, 0.5 wt% or more, 0.75 wt% or more, 1 wt% or more, 1.25 wt% or more or 1.5 wt% or more.
  • the upper limit of the content of the dichroic dye in the liquid crystal layer is, for example, 5.0 wt% or less, .4.0 wt% or less, 3.0 wt% or less, 2.75 wt% or less, 2.5 wt% or less, 2.25 wt% or less, 2.0 wt% Up to 1.75 wt% or up to 1.5 wt%.
  • the content of the dichroic dye of the liquid crystal layer satisfies the above range, it is possible to provide an optical modulation device having excellent transmittance variable characteristics.
  • the higher the content of the dichroic dye within the above range can provide a light modulation device having excellent transmittance variable characteristics.
  • the total weight of the liquid crystal molecules and the dichroic dye in the liquid crystal layer is, for example, about 60% by weight, 65% by weight, 70% by weight, 75% by weight, 80% by weight, 85% by weight. Or at least 90 wt.% Or at least 95 wt.%, In other examples, less than about 100 wt.%, Up to 98 wt.%, Or up to 96 wt.
  • the liquid crystal layer may switch the alignment state depending on whether a voltage is applied.
  • the voltage may be applied in a direction perpendicular to the polymer film substrate.
  • the liquid crystal layer may switch between at least a horizontal alignment state and a vertical alignment state.
  • the liquid crystal layer may exist in a horizontal alignment state when no voltage is applied and may exist in a vertical alignment state when voltage is applied.
  • a liquid crystal cell may be referred to as an electrically controllable birefringence (ECB) mode liquid crystal cell.
  • the liquid crystal molecules may exist in a state in which an optical axis is arranged substantially horizontally with respect to the plane of the liquid crystal layer.
  • the optical axis of the liquid crystal molecules may form an angle of about 0 degrees to 20 degrees, 0 degrees to 15 degrees, 0 degrees to 10 degrees, or 0 degrees to 5 degrees, or about 0 degrees with respect to the plane of the liquid crystal layer.
  • the optical axes of the liquid crystal molecules in the horizontally aligned liquid crystal layer may be parallel to each other, and may form, for example, an angle of 0 degrees to 10 degrees, 0 degrees to 5 degrees, or approximately 0 degrees.
  • the liquid crystal molecules in the vertically aligned liquid crystal layer may exist in a state in which an optical axis is arranged substantially perpendicular to the plane of the liquid crystal layer.
  • the optical axis of the liquid crystal molecules may form an angle of about 70 degrees to 90 degrees, 75 degrees to 90 degrees, 80 degrees to 90 degrees, or 85 degrees to 90 degrees with respect to the plane of the liquid crystal layer.
  • the optical axes of the liquid crystal molecules in the vertically aligned liquid crystal layer may be parallel to each other, and may, for example, form an angle within a range of 0 degrees to 10 degrees, 0 degrees to 5 degrees, or about 0 degrees.
  • the cell gap of the liquid crystal layer may be appropriately selected in consideration of the purpose of the present application.
  • the thickness of the liquid crystal layer is, for example, about 0.01 ⁇ m or more, 0.1 ⁇ m or more, 1 ⁇ m or more, 2 ⁇ m or more, 3 ⁇ m or more, 4 ⁇ m or more, 5 ⁇ m or more, 6 ⁇ m or more, 7 ⁇ m or more, 8 ⁇ m or more, 9 ⁇ m or more or 10 ⁇ m or more.
  • the upper limit of the thickness of the liquid crystal layer may be, for example, about 30 ⁇ m or less, 25 ⁇ m or less, 20 ⁇ m or less, or 15 ⁇ m or less.
  • the thickness of the liquid crystal layer satisfies the above range, it is possible to provide an optical modulation device having excellent transmittance variable characteristics.
  • the thinner the thickness of the liquid crystal layer within the above range can provide an optical modulation device having excellent transmittance variable characteristics.
  • the optical modulation device may further include, as the aforementioned alignment film, first and second alignment films existing inside the first and second polymer film substrates, respectively.
  • first and second alignment films existing inside the first and second polymer film substrates, respectively.
  • the inside of the first and second polymer film substrates may mean a side where the light modulation layer is present, and the outside may mean an opposite side of the side where the light modulation layer is present.
  • both the first and second alignment layers may be horizontal alignment layers.
  • the optical modulation device may adjust transmittance, reflectivity, and haze by adjusting the alignment state of the liquid crystal layer according to whether a voltage is applied.
  • the alignment state of the liquid crystal layer can be adjusted by pretilt of the alignment film.
  • the pretilt may have an angle and a direction.
  • the pretilt angle may be referred to as a polar angle, and the pretilt direction may be referred to as an azimuthal angle.
  • the pretilt angle may refer to an angle formed by the optical axis of the liquid crystal molecules with respect to the plane parallel to the alignment layer.
  • the vertical alignment layer may have a pretilt angle of about 70 degrees to 90 degrees, 75 degrees to 90 degrees, 80 degrees to 90 degrees, or 85 degrees to 90 degrees.
  • the pretilt angle of the horizontal alignment layer may be about 0 degrees to 20 degrees, 0 degrees to 15 degrees, 0 degrees to 10 degrees, or 0 degrees to 5 degrees.
  • the pretilt direction may refer to a direction in which the optical axis of the liquid crystal molecules is projected onto the horizontal surface of the alignment layer.
  • the pretilt direction may be an angle formed between the projected direction and the horizontal axis WA of the liquid crystal layer.
  • the horizontal axis WA of the liquid crystal layer observes an observer or a display device wearing the eyewear when a direction parallel to the long axis direction of the liquid crystal layer or an optical modulation device is applied to a display device such as an eyewear or a TV. It may mean a direction parallel to the line connecting both eyes of the observer.
  • the pretilt direction of the first alignment layer and the second alignment layer may be appropriately adjusted in consideration of the alignment of the liquid crystal layer.
  • the pretilt directions of the first alignment layer and the second alignment layer may be parallel to each other for horizontal alignment when no voltage is applied.
  • the pretilt directions of the first alignment layer and the second alignment layer may be anti-parallel, for example, 170 ° to 190 °. Degrees, in the range of 175 to 185 degrees, or approximately 180 degrees can be achieved.
  • any one having an alignment capability with respect to an adjacent liquid crystal layer can be selected and used without particular limitation.
  • a photoalignment layer known to be capable of exhibiting an orientation characteristic by a non-contact method such as, for example, a contact alignment layer or a photoalignment layer compound, such as a rubbing alignment layer, or irradiation with linearly polarized light, may be used.
  • a non-contact method such as, for example, a contact alignment layer or a photoalignment layer compound, such as a rubbing alignment layer, or irradiation with linearly polarized light.
  • the pretilt direction and angle of a rubbing alignment film or a photo alignment film may be parallel to the rubbing direction, and the pretilt angle may be achieved by controlling rubbing conditions, for example, pressure conditions during rubbing, rubbing intensity, and the like.
  • the pretilt direction may be adjusted by the direction of the polarized light to be irradiated, and the pretilt angle may be adjusted by the irradiation angle of the light, the irradiation intensity of the light, or the like.
  • each of the first and second alignment layers may be a rubbing alignment layer.
  • the rubbing directions of the first and second alignment layers may be anti-parallel to each other, for example, the rubbing direction, that is, The orientation directions may be approximately 180 degrees, with angles in the range of 170 degrees to 190 degrees, 175 degrees to 185 degrees to each other.
  • the rubbing direction may be confirmed by measuring the pretilt angle.
  • the transverse directions of the first and second polymer film substrates may be parallel to the rubbing axis of any one of the first and second alignment layers, respectively.
  • the optical modulation device may further include, as the electrode layer, first and second electrode layers respectively present inside the first and second polymer film substrates.
  • first electrode layer may be present between the first polymer film substrate and the first alignment layer
  • second electrode layer may be present between the second polymer film substrate and the second alignment layer. Can be.
  • an electrode layer formed on the electrode film substrate may serve as the electrode layer.
  • the light modulation device may further comprise an antireflection layer.
  • the light modulation device may further include a first and / or second anti-reflection layer existing on the outside of the first and / or second polymer film substrate, respectively.
  • the anti-reflection layer a known anti-reflection layer may be used in consideration of the purpose of the present application, and for example, an acrylate layer may be used.
  • the thickness of the antireflection layer may be, for example, 200 nm or less or 100 nm or less.
  • the light modulation device may further comprise an ultraviolet absorbing layer.
  • the light modulation device may further include a first and a second ultraviolet absorbing layer which is respectively located on the outside of the first and second polymer film substrate.
  • the ultraviolet absorbing layer a known ultraviolet absorbing layer may be appropriately selected and used in consideration of the purpose of the present application.
  • the light modulation device may be formed by coating the anti-reflection layer, the ultraviolet absorbing layer, etc. directly on the polymer film substrate.
  • Using the first and second polymer film substrates may be advantageous in terms of refractive index matching and coating process optimization. In this case, there is an advantage that can simplify the process and reduce the thickness of the device.
  • the light modulation device may form the anti-reflection layer or the ultraviolet absorbing layer on one surface of the base film and attach the base film to the polymer film substrate through an adhesive or an adhesive.
  • the optical modulation device may exhibit variable transmittance according to the alignment state of the liquid crystal layer with or without voltage applied. That is, the device can switch between the above-described transmission mode state and blocking mode state.
  • the light modulation device may have a difference between 20% and 60% of a transmittance when a 15V voltage is applied and a transmittance when no voltage is applied.
  • the light modulation device can be applied to various applications requiring varying transmittance characteristics.
  • applications requiring variable transmittance may include openings or eyewear in an enclosed space including a building, a container, or a vehicle such as a window or a sunroof.
  • the eyewear may include all eyewear configured to allow the observer to observe the outside through a lens, such as general glasses, sunglasses, sports goggles or a helmet, or an augmented reality experience device.
  • An eyewear is a representative application to which the light modulation device of the present application can be applied.
  • sunglasses, sports goggles and augmented reality experience devices such as eyewear in which the lens is mounted so as to be inclined with the observer's frontal view is commercially available.
  • the optical modulation device of the present application can be effectively applied to the eyewear described above.
  • the structure of the eyewear is not particularly limited. That is, the light modulation device may be mounted and applied in the left eye and / or right eye lens of a known eyewear structure.
  • the eyewear includes a left eye lens and a right eye lens; And a frame supporting the left eye lens and the right eye lens.
  • FIG. 2 is an exemplary schematic diagram of the eyewear, a schematic diagram of the eyewear including the frame 82 and the left and right eye lenses 84, but the structure of the eyewear to which the optical modulation device of the present application can be applied. Is not limited to FIG. 2.
  • the left eye lens and the right eye lens may each include the light modulation device.
  • Such a lens may include only the light modulation device or other configuration.
  • the eyewear is not particularly limited in other configurations or designs, and a known method may be applied.
  • an optically anisotropic and mechanically anisotropic polymer film may be applied to a substrate to provide an optical modulation device having excellent mechanical and optical properties.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of an exemplary light modulation device of the present application.
  • the polymer film substrates applied in Examples or Comparative Examples include a PC (Polycarbonate) film substrate (PC substrate, thickness: 100 ⁇ m, manufacturer: Teijin, product name: PFC100-D150), which is an isotropic film substrate commonly applied as a substrate, and the present application.
  • PC Polycarbonate
  • PET Polyethylene terephthalate
  • SRF substrate thickness: 80 ⁇ m, manufacturer: Toyobo, product name: TA044
  • ITO Indium Tin
  • the polymer film substrates applied in Examples or Comparative Examples include a PC (Polycarbonate) film substrate (PC substrate, thickness: 100 ⁇ m, manufacturer: Teijin, product name: PFC100-D150), which is an isotropic film substrate commonly applied as a substrate, and the present application.
  • PC Polycarbonate
  • PET Polyethylene terephthalate
  • SRF substrate thickness: 80 ⁇ m, manufacturer: Toyobo, product name: TA044
  • ITO Indium Tin
  • the in-plane retardation value (Rin) of the polymer film substrate was measured for light having a wavelength of 550 nm using Agilent's UV / VIS spectroscope 8453 device according to the following method.
  • the two polarizers are installed on the UV / VIS spectroscope so that the transmission axes are perpendicular to each other, and the slow axis of the polymer film is disposed between the two polarizers so as to form 45 degrees with the transmission axes of the two polarizers, respectively, and then the transmittance according to the wavelength is determined.
  • the phase retardation order of each peak is calculated from the transmittance graph according to the wavelength.
  • Equation A the waveform in the transmittance graph according to the wavelength satisfies Equation A below, and the maximum peak Tmax condition in the sine waveform satisfies Equation B below.
  • ⁇ max in the expression A since the T of the expression A and the T of the expression B are the same, the expression is expanded.
  • Formulas are also developed for n + 1, n + 2 and n + 3, n and n + 1 formulas are summarized, R is eliminated, and n is arranged into ⁇ n and ⁇ n + 1 formulas. Since n and ⁇ can be known based on the same T in Equation A and T in Equation B, R is obtained for each of ⁇ n, ⁇ n + 1, ⁇ n + 2 and ⁇ n + 3.
  • the Y value when 550 nm is substituted into the function x is the Rin value for light of 550 nm wavelength.
  • n ( ⁇ n -3 ⁇ n + 1) / (2 ⁇ n + 1 + 1-2 ⁇ n)
  • R in-plane retardation (Rin)
  • ⁇ means wavelength
  • n vertex order of sinusoidal waveform
  • the Young's modulus, elongation and maximum stress of the polymer film substrates were tensile at 10 mm / min at room temperature (25 ° C) using a universal testing machine (UTM) instrument (Instron 3342). The force was applied at a speed and measured by a tensile strength test according to the specification. In this case, each specimen was prepared by cutting so that the width was about 10 mm and the length was about 30 mm, and each 10 mm of each end of the longitudinal direction was taped to fix the equipment and then evaluated.
  • the coefficient of thermal expansion was measured in accordance with the specification using a TMA (Thermomechanical Analysis) equipment (Metteler toledo, SDTA840), proceeding the length expansion test while increasing the temperature from 40 °C to 80 °C at a rate of 10 °C / min.
  • the measurement direction length of the specimen was 10 mm at the time of measurement, and the load was set to 0.02N.
  • MD and TD are MD (Machine Direction) and TD (transverse direction) directions of a PC substrate and an SRF substrate, respectively, which are stretched films, and 45 is a direction forming 45 degrees with both the MD and TD directions.
  • Two SRF substrates were used to fabricate the light modulation device.
  • An alignment layer was formed on an indium tin oxide (ITO) electrode layer of the SRF substrate (width: 15 cm, length: 5 cm) to prepare a first substrate.
  • ITO indium tin oxide
  • As the alignment film one obtained by rubbing treatment of a polyimide-based horizontal alignment film (SE-7492, Nissan) having a thickness of 300 nm with a rubbing cloth was used.
  • SE-7492, Nissan polyimide-based horizontal alignment film having a thickness of 300 nm with a rubbing cloth was used.
  • a second substrate was prepared in the same manner as the first substrate.
  • the GHLC mixture comprising a liquid crystal compound and a dichroic dye having a dielectric constant anisotropy having a refractive index anisotropy ( ⁇ n) of 0.13 therebetween, with the first and second substrates facing each other so as to face each other. 16-1235, Merck) and then the edge was sealed to make a light modulating device.
  • the TD directions (ground axis directions) of the first and second substrates are respectively 0 degrees with respect to the rubbing axis of the first substrate alignment layer, and the rubbing directions of the first and second alignment layers are horizontal to each other and are inversely horizontal. In other words, the rubbing direction of the first alignment film and the rubbing direction of the second alignment film were reversed.
  • the obtained optical modulation layer was a guest host liquid crystal layer of ECB (Electrically Controllable Birefringence) mode, and the cell gap was 12 micrometers.
  • An optical modulation device was manufactured in the same manner as in Example 1 except that a PC substrate was applied as the substrate.
  • Example 1 Using the optical modulation device of Example 1 and Comparative Example 1 was prepared an eyewear device of the type shown in Figures 3 and 4, the thermal shock test was conducted while the device is bent. Thermal shock test is to raise the eyewear at a temperature increase rate of about 16.25 ° C / min from about -40 ° C to 90 ° C for 10 minutes, then again at a temperature reduction rate of about 16.25 ° C / min. After the temperature was lowered to a temperature and maintained for 10 minutes, the cycle was performed under the condition of repeating the cycle 500 times, and the test was performed while the eyewear was attached to a bending jig having a radius of curvature of about 100 R. It was. 3 is a case of Example 1, Figure 4 is a case of Comparative Example 1, as shown in the case of Comparative Example 1 severe cracks were observed.
  • An optical modulation device was manufactured in the same manner as in Example 1, but the optical modulation device was manufactured such that the first direction (TD direction) of the first and second substrates was 90 degrees to each other. At this time, the first direction of the first substrate was 0 degrees and the first direction of the second substrate was 90 degrees based on the rubbing direction of the alignment film on the first substrate.
  • An optical modulation device was manufactured in the same manner as in Example 1, but the optical modulation device was manufactured such that the first direction (TD direction) of the first and second substrates was 90 degrees to each other. At this time, the first direction of the first substrate was 45 degrees and the first direction of the second substrate was 135 degrees based on the rubbing direction of the alignment film on the first substrate.
  • the void generation was evaluated while the devices of Example 1, Comparative Examples 2 and 3 were stored at 60 ° C. temperature and 85% relative humidity, respectively, and the results are shown in Table 2 below. Specifically, it was evaluated whether or not voids visually recognized in the light modulation layer while being stored in the above conditions. In general, the size of the visible void is about 10 ⁇ m.
  • Example 1 no void was observed within 500 hours, and the time when the void was first observed was about 504 hours.
  • the electro-optical characteristics and the rainbow phenomenon were evaluated.
  • the electro-optic properties were evaluated by measuring the change in transmittance with or without voltage applied to the optical modulation device. Specifically, the transmittance according to the applied voltage was measured using a haze meter (NDH5000SP, manufactured by Sekos Corporation) while connecting and driving an AC power source to the electrode layer of the electrode film substrate.
  • the transmittance is the average transmittance for light with a wavelength of 380 nm to 780 nm.
  • the evaluation of the rainbow phenomenon is a cognitive evaluation, and when a pattern representing two or more different luminance is generated in the sample, the rainbow phenomenon occurs.

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Abstract

본 출원은 대향 배치되어 있는 제 1 및 제 2 고분자 필름 기판과 상기 고분자 필름 기판들의 사이에 존재하며, 액정 호스트 및 이색성 염료 게스트를 포함하는 능동 액정층을 가지는 능동 액정 필름층을 포함하는 광변조 디바이스 및 이의 용도에 관한 것으로, 광학적으로도 비등방성이고, 기계적으로도 비등방성인 고분자 필름을 기판으로 적용하여, 기계적 물성과 광학적 물성이 모두 우수한 광변조 디바이스를 제공할 수 있다.

Description

광변조 디바이스
본 출원은 광변조 디바이스에 관한 것이다.
본 출원은 2017년 4월 28일자 한국 특허 출원 제10-2017-0054964호, 2018년 1월 11월자 한국 특허 출원 제10-2018-0003783호, 한국 특허 출원 제10-2018-0003784호, 한국 특허 출원 제10-2018-0003785호, 한국 특허 출원 제10-2018-0003786호, 한국 특허 출원 제10-2018-0003787호, 한국 특허 출원 제10-2018-0003788호, 한국 특허 출원 제10-2018-0003789호, 2018년 1월 12일자 한국 특허 출원 제10-2018-0004305호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된　모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
대향하는 두 개의 기판의 사이에 액정 화합물 등을 포함하는 광변조층을 위치시킨 광변조 디바이스는 다양한 용도에 사용되고 있다.
예를 들면, 특허문헌 1(유럽 공개특허 제0022311호)에는, 액정 호스트 물질(Liquid Crystal Host material)과 이색성 염료 게스트(dichroic dye guest)의 혼합물을 적용한 소위 GH셀(Guest host cell)을 광변조층으로 사용한 투과율 가변 장치가 알려져 있다.
이러한 디바이스에서 상기 기판으로는 주로 광학적 등방성이 우수하고, 치수 안정성 등이 좋은 유리 기판이 사용되어 왔다.
광변조 디바이스의 용도가 디스플레이 장치에 국한되지 않고, 아이웨어나 선루프 등의 스마트 윈도우 등으로 확대되고, 디바이스의 형태도 평면에 한정되지 않고, 폴딩(Folding) 형태 등 다양한 디자인이 적용되며, 소위 플렉서블 디바이스 등의 필요성도 나타나면서 광변조 디바이스의 기판으로서 유리 기판 대신 고분자 필름 기판을 적용하려는 시도가 있다.
고분자 필름 기판을 적용하는 경우에는, 유리 기판과 유사한 특성을 확보하기 위해서 가급적 광학적으로 등방성이고, 소위 MD(Machine Direction) 및 TD(transverse direction) 방향에서의 물성 차이가 작은 필름 기판을 적용하는 것이 유리하다고 알려져 있다.
본 출원은 광변조 디바이스에 대한 것이다. 본 출원에서는 광학적 및 기계적으로 비등방성인 고분자 필름을 기판으로 적용하여, 기계적 물성과 광학적 물성이 모두 우수한 광변조 디바이스를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 명세서에서 각도를 정의하는 용어 중 수직, 평행, 직교 또는 수평 등은, 목적 효과를 손상시키지 않는 범위에서의 실질적인 수직, 평행, 직교 또는 수평을 의미하고, 상기 수직, 평행, 직교 또는 수평의 범위는 제조 오차(error) 또는 편차(variation) 등의 오차를 포함하는 것이다. 예를 들면, 상기 각각의 경우는, 약 ±15도 이내의 오차, 약 ±10도 이내의 오차 또는 약 ±5도 이내의 오차를 포함할 수 있다.
본 명세서에서 언급하는 물성 중에서 측정 온도가 해당 물성에 영향을 미치는 경우에 특별히 달리 규정하지 않는 한, 상기 물성은 상온에서 측정한 물성이다.
본 명세서에서 용어 상온은 특별히 가온되거나 감온되지 않은 상태에서의 온도로서, 약 10℃ 내지 30℃의 범위 내의 어느 한 온도, 예를 들면, 약 15℃ 이상, 18℃ 이상, 20℃ 이상 또는 약 23℃ 이상이면서, 약 27℃ 이하의 온도를 의미할 수 있다. 또한, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 본 명세서에서 언급하는 온도의 단위는 ℃이다.
본 명세서에서 언급하는 위상차 및 굴절률은, 특별히 달리 규정하지 않는 한 약 550 nm 파장의 광에 대한 굴절률을 의미한다.
특별히 달리 규정하지 않는 한, 본 명세서에서 언급하는 어느 2개의 방향이 이루는 각도는 상기 두 개의 방향이 이루는 예각 내지 둔각 중 예각이거나, 또는 시계 방향 및 반시계 방향으로 측정된 각도 중에서 작은 각도일 수 있다. 따라서, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 본 명세서에서 언급하는 각도는 양수이다. 다만, 경우에 따라서 시계 방향 또는 반시계 방향으로 측정된 각도간의 측정 방향을 표시하기 위해서 상기 시계 방향으로 측정된 각도 및 반시계 방향으로 측정된 각도 중에서 어느 하나의 각도를 양수로 표기하고, 다른 하나의 각도를 음수로 표기할 수도 있다.
본 명세서에서 능동 액정층 또는 광변조층에 포함되는 액정 화합물은, 액정 분자, 액정 호스트(이색성 염료 게스트와 함께 포함되는 경우) 또는 단순히 액정으로 호칭될 수도 있다.
본 출원의 광변조 디바이스에 관한 것이다. 용어 광변조 디바이스는, 적어도 2개 이상의 다른 광의 상태의 사이를 스위칭할 수 있는 디바이스를 의미할 수 있다. 상기에서 다른 광의 상태는, 적어도 투과율 및/또는 반사율이 다른 상태를 의미할 수 있다.
상기 광변조 디바이스가 구현할 수 있는 상태의 예로는, 투과 모드 상태, 차단 모드 상태, 고반사 모드 상태 및/또는 저반사 모드 상태가 있다.
일 예시에서 상기 광변조 디바이스는 적어도 상기 투과 모드 상태와 차단 모드 상태의 사이를 스위칭할 수 있는 디바이스이거나, 혹은 상기 고반사 모드와 저반사 모드의 사이를 스위칭할 수 있는 디바이스일 수 있다.
상기 투과 모드 상태에서의 광변조 장치의 투과율이 적어도 20% 이상, 25% 이상, 30% 이상, 35% 이상, 40% 이상, 45% 이상, 50% 이상, 55% 이상, 60% 이상, 65% 이상, 70% 이상, 75% 이상 또는 80% 이상 정도일 수 있다. 또한, 상기 차단 모드 상태에서 광변조 장치의 투과율은 60% 이하, 55% 이하, 50% 이하, 45% 이하, 40% 이하, 35% 이하, 30% 이하, 25% 이하, 20% 이하, 15% 이하, 10% 이하 또는 5% 이하일 수 있다. 투과 모드에서 투과율은 높을수록 유리하며, 차단 모드에서는 투과율이 낮을수록 유리하기 때문에, 상기 투과 모드 상태의 투과율의 상한과 차단 모드 상태의 투과율의 하한은 특별히 제한되지 않고, 일 예시에서 상기 투과 모드 상태의 투과율의 상한은 약 100%이고, 차단 모드 상태에서의 투과율의 하한은 약 0%일 수 있다.
한편, 일 예시에서 상기 투과 모드 상태와 차단 모드 상태의 사이를 스위칭할 수 있는 광변조 디바이스에서 상기 투과 모드 상태에서의 투과율과 차단 모드 상태에서의 투과율의 차이(투과 모드 - 차단 모드)는, 15% 이상, 20% 이상, 25% 이상, 30% 이상, 35% 이상 또는 40% 이상일 수 있거나, 90% 이하, 85% 이하, 80% 이하, 75% 이하, 70% 이하, 65% 이하, 60% 이하, 55% 이하, 50% 이하 또는 45% 이하일 수 있다.
상기 언급된 투과율은, 예를 들면, 직진광 투과율일 수 있다. 직진광 투과율은, 상기 디바이스로 입사한 광에 대한 상기 입사 방향과 동일 방향으로 투과된 광의 비율의 백분율이다. 예를 들어, 상기 디바이스가 필름 또는 시트 형태라면, 상기 필름 또는 시트 표면의 법선 방향과 나란한 방향으로 입사한 광 중에서 역시 상기 법선 방향과 나란한 방향으로 상기 디바이스를 투과한 광의 백분율을 상기 투과율로 정의할 수 있다.
상기 고반사 모드 상태에서의 광변조 장치의 반사율은 적어도 10% 이상, 15% 이상, 20% 이상, 25% 이상, 30% 이상, 35% 이상 또는 40% 이상 정도일 수 있다. 또한, 상기 저반사 모드 상태에서 광변조 장치의 반사율은 20% 이하, 15% 이하, 10% 이하 또는 5% 이하일 수 있다. 고반사 모드에서 반사율은 높을수록 유리하며, 저반사 모드에서는 반사율이 낮을수록 유리하기 때문에, 상기 고반사 모드 상태의 반사율의 상한과 저반사 모드 상태의 반사율의 하한은 특별히 제한되지 않고, 일 예시에서 상기 고반사 모드 상태에서의 반사율은 약 60% 이하, 55% 이하 또는 50% 이하일 수 있고, 저반사 모드 상태에서의 반사율의 하한은 약 0%일 수 있다.
한편, 일 예시에서 상기 저반사 모드 상태와 고반사 모드 상태의 사이를 스위칭할 수 있는 광변조 디바이스에서 상기 고반사 모드 상태에서의 반사율과 저반사 모드 상태에서의 반사율의 차이(고반사 모드 - 저반사 모드)는, 5% 이상, 10% 이상 15% 이상, 20% 이상, 25% 이상, 30% 이상, 35% 이상 또는 40% 이상일 수 있거나, 90% 이하, 85% 이하, 80% 이하, 75% 이하, 70% 이하, 65% 이하, 60% 이하, 55% 이하, 50% 이하 또는 45% 이하일 수 있다.
상기 언급된 투과율 및 반사율은, 각각 가시광 영역, 예를 들면, 약 400 내지 700 nm 또는 약 380 내지 780 nm 범위 내의 어느 한 파장에 대한 투과율 또는 반사율이거나, 상기 가시광 영역 전체에 대한 투과율 또는 반사율이거나, 상기 가시광 영역 전체에 대한 투과율 또는 반사율 중에서 최대 또는 최소 투과율 또는 반사율이거나, 상기 가시광 영역 내의 투과율의 평균치 또는 반사율의 평균치일 수 있다.
본 출원의 광변조 디바이스는, 상기 투과 모드, 차단 모드, 고반사 모드 및 저반사 모드 상태에서 선택된 어느 한 상태 및 다른 한 상태의 적어도 2개 이상의 상태의 사이를 스위칭할 수 있도록 설계될 수 있다. 필요하다면, 상기 상태 외에 다른 상태, 예를 들면, 상기 투과 모드 및 차단 모드 상태의 중간 투과율의 상태, 상기 고반사 모드 및 저반사 모드 상태의 중간 반사율의 상태 등을 포함한 기타 제 3의 상태 또는 그 이상의 상태도 구현될 수 있다.
상기와 같은 광변조 디바이스의 스위칭은, 외부 신호의 인가, 예를 들면, 전압 신호의 인가 여부에 따라 조절할 수 있다. 예를 들면, 전압과 같은 외부 신호의 인가가 없는 상태에서 광변조 디바이스는 상기 기술한 상태 중에서 어느 한 상태를 유지하다가, 전압이 인가되면 다른 상태로 스위칭될 수 있다. 인가되는 전압의 세기, 주파수 및/또는 형태를 변경함으로써 또 모드의 상태를 변경하거나, 혹은 상기 제 3 의 다른 모드 상태를 구현할 수도 있다.
본 출원의 광변조 디바이스는, 기본적으로 대향 배치된 2개의 기판과 상기 기판의 사이에 위치한 광변조층을 가지는 광변조 필름층을 포함할 수 있다. 이하, 편의상 상기 대향 배치된 2개의 기판 중에서 어느 하나의 기판을 제 1 기판으로 호칭하고, 다른 기판을 제 2 기판으로 호칭한다.
도 1은 본 출원의 예시적인 광변조 디바이스의 광변조 필름층의 단면도이고, 상기 광변조 필름층은 대향 배치되어 있는 제 1 및 제 2 고분자 필름 기판 (11, 13) 및 상기 제 1 및 제 2 고분자 필름 기판의 사이에 존재하는 광변조층(12)을 포함할 수 있다.
본 출원의 광변조 디바이스에서는 상기 기판으로서 고분자 필름 기판을 적용한다. 상기 광변조 디바이스의 기판은 유리층을 포함하지 않을 수 있다. 본 출원에서는 광학적으로 큰 비등방성을 가지고, 또한 기계적 물성 측면에서도 비등방성인 고분자 필름 기판을 특정 관계로 배치함으로써, 소위 레인보우 현상 등의 광학적 결함이 없고, 기계적 물성도 우수한 디바이스를 구성할 수 있다. 이러한 결과는, 우수한 광학적 물성을 확보하기 위해서는 광학적으로 등방성인 기판이 적용되어야 하고, 기계적 물성이 등방성인 기판이 디바이스의 치수 안정성 등 기계적 물성 측면에서 유리하다는 종래 기술의 상식에 반하는 결과이다.
본 명세서에서 상기 광학적 및 기계적 물성 측면에서 비등방성인 고분자 필름 기판은 비대칭 기판 또는 비대칭 고분자 필름 기판으로 호칭될 수 있다. 상기에서 고분자 필름 기판이 광학적으로 비등방성이라는 것은 전술한 면내 위상차를 가지는 경우이고, 기계적 물성 측면에서 비등방성이라는 것은 후술하는 물성을 가지는 경우이다.
이하 본 명세서에서 언급하는 고분자 필름 기판의 물성은, 상기 고분자 필름 기판 자체의 물성이거나, 혹은 상기 고분자 필름 기판의 일면에 전극층이 형성된 상태에서의 물성일 수 있다. 이 때 상기 전극층은 상기 고분자 필름 기판이 광학 디바이스에 포함되어 있는 상태에서 형성되어 있는 전극층일 수 있다.
본 명세서에서 언급하는 각 고분자 필름 기판의 물성의 측정은, 본 명세서의 실시예 항목에 기술한 방식에 따라 측정한다.
일 예시에서 상기 제 1 및 제 2 고분자 필름 기판의 면내 위상차는, 각각 약 4,000 nm 이상일 수 있다.
본 명세서에서 면내 위상차(Rin)는 하기 수식 1로 계산된 값을 의미할 수 있다.
[수식 1]
Rin = d Х (nx - ny)
수식 1에서 Rin은 면내 위상차이고, d는 고분자 필름 기판의 두께이며, nx는 고분자 필름 기판의 면내 지상축 방향의 굴절률이며, ny는 진상축 방향의 굴절률로서, 상기 지상축 방향과 직교하는 면내 방향의 굴절률이다.
상기 제 1 및 제 2 고분자 필름 기판의 면내 위상차는, 각각 4,000 nm 이상, 5,000nm 이상, 6,000nm 이상, 7,000nm 이상, 8,000nm 이상, 9,000m 이상, 10,000m 이상, 11,000m 이상, 12,000m 이상, 13,000m 이상, 14,000m 이상 또는 15,000m 이상 정도일 수 있다. 또한, 상기 제 1 및 제 2 고분자 필름 기판 각각의 면내 위상차는, 약 50,000 nm 이하, 약 40,000 nm 이하, 약 30,000 nm 이하, 20,000 nm이하, 18,000nm 이하, 16,000nm 이하, 15,000 nm이하 또는 12,000 nm이하 정도일 수 있다.
상기와 같은 큰 위상차를 가지는 고분자 필름으로는, 소위 고연신 PET(poly(ethylene terephthalate)) 필름 또는 SRF(Super Retardation Film) 등으로 알려진 필름이 대표적으로 알려져 있다. 따라서, 본 출원에서 상기 고분자 필름 기판은, 예를 들면, 폴리에스테르 필름 기판일 수 있다.
상기와 같이 극히 높은 위상차를 가지는 필름은 업계에 공지이고, 이러한 필름은 광학적으로 큰 비등방성은 물론 제조 과정에서의 고연신 등에 의해 기계적 물성도 큰 비대칭성을 나타낸다. 업계에 공지된 상태 상기 고분자 필름 기판의 대표적인 예로는, PET(poly(ethylene terephthalate)) 필름 등과 같은 폴리에스테르 필름이며, 예를 들면, Toyobo사에서 공급되는 상품명 SRF(Super Retardation Film) 계열의 필름이 있다.
특별히 제한되지는 않지만, 상기 각각의 상기 고분자 필름 기판의 하기 수식 2로 계산되는 두께 방향 위상차 값은 약 1,000nm 이하일 수 있다.
[수식 2]
Rth = d Х (nz - ny)
수식 2에서 Rth은 두께 방향 위상차이고, d는 고분자 필름 기판의 두께이며, ny 및 nz는 각각 고분자 필름 기판의 y축 및 z축 방향의 굴절률이다. 고분자 필름 기판의 y축은 면내 진상축 방향이며, z축 방향은 고분자 필름 기판의 두께 방향을 의미한다.
상기 고분자 필름 기판은 또한 상온에서 기체 투과도가 0.002 GPU 미만일 수 있다. 상기 고분자 필름 기판의 기체 투과도는 예를 들어 0.001 GPU 이하, 0.0008 GPU 이하, 0.006 GPU 이하, 0.004 GPU 이하, 0.002 GPU 이하 또는 0.001 GPU 이하일 수 있다. 고분자 필름 기판의 기체 투과도가 상기 범위 내인 경우 외부 기체에 의한 보이드 발생이 억제된 내구성이 우수한 광변조 디바이스를 제공할 수 있다. 상기 기체 투과도의 범위의 하한은 특별히 제한되지 않는다. 즉, 기체 투과도는 그 수치가 작을수록 유리하다.
일 예시에서 상기 각각의 고분자 필름 기판은 면내의 임의의 제 1 방향에서의 연신율(E1)과 상기 제 1 방향과 수직을 이루는 제 2 방향에서의 연신율(E2)의 비율(E1/E2)이 3 이상일 수 있다. 상기 비율(E1/E2)은 다른 예시에서 약 3.5 이상, 4 이상, 4.5 이상, 5 이상, 5.5 이상, 6 이상 또는 6.5 이상일 수 있다. 상기 비율(E1/E2)은 다른 예시에서 약 20 이하, 18 이하, 16 이하, 14 이하, 12 이하, 10 이하, 8 이하 또는 7.5 이하일 수 있다.
본 명세서에서 사용하는 용어 고분자 필름 기판의 제 1 방향, 제 2 방향 및 제 3 방향은 상기 필름 기판의 면내의 임의의 방향이다. 예를 들어, 고분자 필름 기판이 연신 고분자 필름 기판인 경우에 상기 면내의 방향은 상기 고분자 필름 기판의 MD(Machine Direction) 및 TD(transverse direction) 방향에 의해 형성되는 면내의 방향일 수 있다. 하나의 예시에서 본 명세서에서 기술하는 제 1 방향은, 고분자 필름 기판의 지상축 및 진상축 방향 중 어느 한 방향이고, 제 2 방향은 지상축 및 진상축 방향 중 다른 한 방향일 수 있다. 다른 예시에서 상기 제 1 방향은, 고분자 필름 기판이 연신 고분자 필름 기판인 경우에 MD(Machine Direction) 및 TD(transverse direction) 방향 중 어느 한 방향이고, 제 2 방향은 MD(Machine Direction) 및 TD(transverse direction) 방향 중 다른 한 방향일 수 있다.
하나의 예시에서 본 명세서에서 언급하는 고분자 필름 기판의 제 1 방향은, 상기 TD 방향 또는 지상축 방향일 수 있다.
상기에서 제 1 및 제 2 고분자 필름 기판 각각의 상기 제 1 방향(예를 들면, 전술한 지상축 방향 또는 TD 방향)에서의 연신율이 15% 이상 또는 20% 이상일 수 있다. 상기 연신율은 다른 예시에서 약 25% 이상, 30% 이상, 35% 이상 또는 40% 이상일 수 있거나, 약 100% 이하, 90% 이하, 80% 이하, 70% 이하, 약 60% 이하, 55% 이하, 50% 이하 또는 45% 이하일 수 있다.
하나의 예시에서 상기 제 1 및 제 2 고분자 필름 기판 각각은 상기 제 1 및 제 2 방향과 각각 40도 내지 50도의 범위 내의 각도 또는 약 45도를 이루는 제 3 방향에서의 연신율(E3)이 상기 제 1 방향(예를 들면, 전술한 지상축 방향 또는 TD 방향)에서의 연신율(E1)에 비해서 크고, 상기 제 3 방향에서의 연신율(E3)과 상기 제 2 방향에서의 연신율(E2)의 비율(E3/E2)이 5 이상일 수 있다.
상기 비율(E3/E2)은 다른 예시에서 5.5 이상, 6 이상, 6.5 이상, 7 이상, 7.5 이상, 8 이상 또는 8.5 이상일 수 있고, 약 20 이하, 18 이하, 16 이하, 14 이하, 12 이하 또는 10 이하일 수 있다.
상기에서 제 3 방향과 제 1 또는 제 2 방향이 이루는 각도는 상기 제 1 방향과 제 3 방향이 이루는 각도 중 예각이며, 제 2 방향과 제 3 방향이 이루는 각도의 예각이다.
상기에서 제 1 및 제 2 고분자 필름 기판 각각의 상기 제 3 방향에서의 연신율이 30% 이상일 수 있다. 상기 연신율은 다른 예시에서 약 35% 이상, 40% 이상, 45% 이상, 50% 이상 또는 55% 이상일 수 있거나, 약 80% 이하, 75% 이하, 70% 이하 또는 65% 이하일 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 고분자 필름 기판은, 각각 상기 제 2 방향에서의 열팽창 계수(CTE2)와 상기 제 1 방향(예를 들면, 전술한 지상축 방향 또는 TD 방향)에서의 열팽창 계수(CTE1)의 비율(CTE2/CTE1)이 1.5 이상일 수 있다. 상기 열팽창 계수(CTE1, CTE2)는 각각 40℃ 내지 80℃ 의 온도 범위 내에서 확인되는 값이다. 상기 비율(CTE2/CTE1)은, 다른 예시에서 약 2 이상, 약 2.5 이상, 3 이상 또는 3.5 이상이거나, 10 이하, 9 이하, 8 이하, 7 이하, 6 이하, 5 이하 또는 4 이하일 수 있다.
상기 제 2 방향에서의 열팽창 계수(CTE2)는 5 내지 150 ppm/℃의 범위 내일 수 있다. 상기 열팽창 계수는, 약 10 ppm/℃ 이상, 15 ppm/℃ 이상, 20 ppm/℃ 이상, 25 ppm/℃ 이상, 30 ppm/℃ 이상, 35 ppm/℃ 이상, 40 ppm/℃ 이상, 45 ppm/℃ 이상, 50 ppm/℃ 이상, 약 55ppm/℃ 이상, 60 ppm/℃ 이상, 65 ppm/℃ 이상, 70 ppm/℃ 이상, 75 ppm/℃ 이상 또는 80 ppm/℃ 이상이거나, 140 ppm/℃ 이하, 130 ppm/℃ 이하, 120 ppm/℃ 이하, 100 ppm/℃ 이하, 95 ppm/℃ 이하, 90 ppm/℃ 이하, 85 ppm/℃ 이하, 80 ppm/℃ 이하, 40 ppm/℃ 이하, 30 ppm/℃ 이하 또는 25 ppm/℃ 이하일 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 고분자 필름 기판은, 각각 상기 제 2 방향에서의 탄성률(YM2)과 상기 제 1 방향(예를 들면, 전술한 지상축 방향 또는 TD 방향)에서의 탄성률(YM1)의 비율(YM1/YM2)이 1.5 이상일 수 있다. 상기 비율(YM1/YM2)은, 다른 예시에서 약 2 이상이거나, 10 이하, 9 이하, 8 이하, 7 이하, 6 이하, 5 이하, 4 이하, 3 이하 또는 2.5 이하일 수 있다.
상기 제 1 방향(예를 들면, 전술한 지상축 방향 또는 TD 방향)에서의 탄성률(YM1)은, 약 2 내지 10 GPa의 범위 내일 수 있다. 상기 탄성률(YM1)은, 다른 예시에서 약 2.5GPa 이상, 3GPa 이상, 3.5GPa 이상, 4GPa 이상, 4.5GPa 이상, 5GPa 이상 또는 5.5 GPa 이상이거나, 약 9.5GPa 이하, 9GPa 이하, 8.5GPa 이하, 8GPa 이하, 7.5GPa 이하, 7GPa 이하, 6.5GPa 이하 또는 6GPa 이하일 수도 있다.
상기 탄성률은 소위 영률(Young's modulus)이고, 후술하는 실시예의 방식에 따라서 측정한다.
상기 제 1 및 제 2 고분자 필름 기판은, 각각 상기 제 2 방향에서의 최대 응력(MS2)과 상기 제 1 방향(예를 들면, 전술한 지상축 방향 또는 TD 방향)에서의 최대 응력(MS1)의 비율(MS1/MS2)이 1.5 이상일 수 있다. 상기 비율(MS1/MS2)은, 다른 예시에서 약 2 이상이거나, 10 이하, 9 이하, 8 이하, 7 이하, 6 이하, 5 이하, 4 이하, 3 이하 또는 2.5 이하일 수 있다.
상기 제 1 방향(예를 들면, 전술한 지상축 방향 또는 TD 방향)에서의 최대 응력(MS1)은, 약 80 내지 300 MPa의 범위 내일 수 있다. 상기 최대 응력(MS1)은, 다른 예시에서 약 90 MPa 이상, 약 100 MPa 이상, 약 110 MPa 이상, 약 120 MPa 이상, 약 130 MPa 이상, 약 140 MPa 이상, 약 150 MPa 이상, 약 155MPa 이상, 160MPa 이상, 165MPa 이상, 170MPa 이상, 175MPa 이상 또는 180MPa 이상이거나, 약 300 MPa 이하, 약 290 MPa 이하, 약 280 MPa 이하, 약 270 MPa 이하, 약 260 MPa 이하, 약 250 MPa 이하, 약 245MPa 이하, 240MPa 이하, 235MPa 이하, 230MPa 이하, 225MPa 이하, 220MPa 이하, 215MPa 이하, 210MPa 이하, 205 MPa 이하, 200 MPa 이하, 195 MPa 이하 또는 190MPa 이하일 수도 있다.
본 출원의 광변조 디바이스에서 상기 제 1 고분자 필름 기판의 제 1 방향과 상기 제 2 고분자 필름 기판의 제 1 방향이 이루는 각도의 절대값은 0도 내지 10도 또는 0도 내지 5도의 범위 내이거나, 혹은 상기 제 1 방향들은 대략 서로 수평할 수 있다. 상기 제 1 방향은 전술한 것과 같이 고분자 필름 기판의 지상축 방향 또는 TD 방향일 수 있다.
본 출원에서는 상기와 같이 광학적 및 기계적 물성이 비대칭성인 고분자 필름 기판을 상기와 같은 특정 관계를 가지도록 배치하여 디바이스를 구성함으로써, 광학적 물성 및 기계적 물성을 우수하게 구현할 수 있다.
이러한 효과가 구현되는 이유는 명확하지는 않지만, 적어도 2개의 고분자 필름 기판이 가지는 큰 비대칭성을 유사하게 조절하고, 다시 상기 양자의 비대층을 특정 축을 기준으로 대칭을 이루도록 배치함으로써, 등방성 구조의 필름의 적용 시에 비해서 보다 우수한 광학적 및 기계적 물성의 밸런스가 확보되기 때문인 것으로 추측된다.
상기 제 1 및 제 2 고분자 필름 기판 각각의 두께는 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적정 범위로 설정할 수 있다. 통상 상기 두께는 약 10㎛ 내지 200㎛의 범위 내일 수 있다.
전술한 바와 같이 상기와 같은 큰 광학적 및 기계적 비대칭성을 가지는 고분자 필름의 대표적인 예는 소위 고연신 폴리에스테르 필름 등으로 알려진 연신 PET(polyethyleneterephtalate) 필름이고, 이러한 필름은 업계에서 쉽게 입수할 수 있다.
통상 연신 PET 필름은 PET계 수지를 용융/압출로 제막하고, 연신하여 제조한 1층 이상의 일축 연신 필름 또는 제막 후 세로 및 가로 연신하여 제조한 1층 이상의 이축 연신 필름이다.
PET계 수지는 통상 반복 단위의 80 몰％ 이상이 에틸렌테레프탈레이트로 되는 수지를 의미하고, 다른 디카르복실산 성분과 디올 성분을 포함할 수도 있다. 다른 디카르복실산 성분으로서는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 이소프탈산, p-베타-옥시에톡시벤조산, 4,4'-디카르복시디페닐, 4,4'-디카르복시벤조페논, 비스(4-카르복시페닐)에탄, 아디프산, 세박산 및/또는 1,4-디카르복시시클로헥산 등을 들 수 있다.
다른 디올 성분으로서는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 프로필렌글리콜, 부탄디올, 네오펜틸글리콜, 디에틸렌글리콜, 시클로헥산디올, 비스페놀 A의 에틸렌옥사이드 부가물, 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜 및/또는 폴리테트라메틸렌글리콜 등을 들 수 있다.
상기 디카르복실산 성분이나 디올 성분은 필요에 따라서 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 또한, p-옥시벤조산 등의 옥시카르복실산을 병용할 수도 있다. 또한, 다른 공중합 성분으로서, 소량의 아미드 결합, 우레탄 결합, 에테르 결합 및 카르보네이트 결합 등을 함유하는 디카르복실산 성분, 또는 디올 성분이 이용될 수도 있다.
PET계 수지의 제조 방법으로서는, 테레프탈산, 에틸렌글리콜 및/또는 필요에 따라서 다른 디카르복실산 또는 다른 디올을 직접 중축합시키는 방법, 테레프탈산의 디알킬에스테르 및 에틸렌글리콜 및/또는 필요에 따라서 다른 디카르복실산의 디알킬에스테르 또는 다른 디올을 에스테르 교환 반응시킨 후 중축합시키는 방법, 및 테레프탈산 및/또는 필요에 따라서 다른 디카르복실산의 에틸렌글리콜에스테르 및/또는 필요에 따라서 다른 디올에스테르를 중축합시키는 방법 등이 채용된다.
각각의 중합 반응에는, 안티몬계, 티탄계, 게르마늄계 또는 알루미늄계 화합물을 포함하는 중합 촉매, 또는 상기 복합 화합물을 포함하는 중합 촉매를 사용할 수 있다.
중합 반응 조건은 사용되는 단량체, 촉매, 반응 장치 및 목적으로 하는 수지 물성에 따라서 적절하게 선택할 수 있고, 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면 반응 온도는 통상 약 150℃ 내지 약300℃, 약 200℃ 내지 약 300℃ 또는 약 260℃ 내지 약 300℃이다. 또한, 반응 압력은 통상 대기압 내지 약 2.7 Pa이고, 반응 후반에는 감압측일 수 있다.
중합 반응은 디올, 알킬 화합물 또는 물 등의 이탈 반응물을 휘발시킴으로써 진행된다.
중합 장치는 반응조가 하나로 완결되는 것일 수도 있고, 또는 복수의 반응조를 연결한 것일 수도 있다. 이 경우, 통상 중합도에 따라서 반응물은 반응조 사이를 이송되면서 중합된다. 또한, 중합 후반에 횡형 반응 장치를 구비하고, 가열/혼련하면서 휘발시키는 방법도 채용할 수 있다.
중합 종료 후의 수지는 용융 상태에서 반응조나 횡형 반응 장치로부터 방출된 후, 냉각 드럼이나 냉각 벨트 등에서 냉각ㆍ분쇄된 플레이크상의 형태로, 또는 압출기에 도입되어 끈 형상으로 압출된 후에 재단된 펠릿상의 형태로 얻어진다. 또한, 필요에 따라서 고상 중합을 행하여, 분자량을 향상시키거나 저분자량 성분을 감소시키거나 할 수도 있다. PET계 수지에 포함될 수 있는 저분자량 성분으로서는, 환상 3량체 성분을 들 수 있지만, 이러한 환상 3량체 성분의 수지 중에서의 함유량은 통상 5000 ppm 이하 또는 3000 ppm 이하로 조절된다.
PET계 수지의 분자량은, 페놀/테트라클로로에탄=50/50(중량비)의 혼합 용매에 수지를 용해시키고, 30℃에서 측정한 극한 점도로 나타내었 때, 통상 0.45 내지 1.0 dL/g, 0.50 내지 10dL/g 또는 0.52 내지 0.80 dL/g의 범위이다.
또한, PET계 수지는 필요에 따라서 첨가제를 함유할 수 있다. 첨가제로서는, 예를 들면 윤활제, 블로킹 방지제, 열 안정제, 산화 방지제, 대전 방지제, 내광제 및 내충격성 개량제 등을 들 수 있다. 그의 첨가량은 광학 물성에 악영향을 미치지 않는 범위로 하는 것이 바람직하다.
PET계 수지는 이러한 첨가제의 배합을 위해서, 및 후술하는 필름 성형을 위해서, 통상 압출기에 의해 조립된 펠릿 형상으로 이용된다. 펠릿의 크기나 형상은 특별히 제한되는 것은 아니지만, 통상 높이, 직경 모두 5 mm 이하인 원주상, 구상 또는 편평 구상이다. 이와 같이 하여 얻어지는 PET계 수지는 필름상으로 성형하고, 연신 처리함으로써, 투명하고 균질한 기계적 강도가 높은 PET 필름으로 할 수 있다. 그의 제조 방법으로서는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 다음에 기재하는 방법이 채용된다.
건조시킨 PET 수지로 이루어지는 펠릿을 용융 압출 장치에 공급하고, 융점 이상으로 가열하여 용융시킨다. 다음에, 용융된 수지를 다이로부터 압출, 회전 냉각 드럼 상에서 유리전이온도 이하의 온도가 되도록 급냉 고화시켜, 실질적으로 비결정 상태의 미연신 필름을 얻는다. 이 용융 온도는 사용되는 PET계 수지의 융점이나 압출기에 따라서 정해지는 것이고, 특별히 제한되는 것은 아니지만, 통상 250℃ 내지 350℃이다. 또한, 필름의 평면성을 향상시키기 위해서는, 필름과 회전 냉각 드럼과의 밀착성을 높이는 것이 바람직하고, 정 전 인가 밀착법 또는 액체 도포 밀착법이 바람직하게 채용된다. 정전 인가 밀착법이란, 통상 필름의 상면측에 필름의 흐름과 직교하는 방향으로 선상 전극을 설치하고, 그 전극에 약 5 내지 10 kV의 직류 전압을 인가함으로써 필름에 정전하를 제공하여, 회전 냉각 드럼과 필름과의 밀착성을 향상시키는 방법이다. 또한, 액체 도포 밀착법이란, 회전 냉각 드럼 표면의 전체 또는 일부(예를 들면 필름 양단부와 접촉하는 부분만)에 액체를 균일하게 도포함으로써, 회전 냉각 드럼과 필름과의 밀착성을 향상시키는 방법이다. 필요에 따라서 양자를 병용할 수 도 있다. 사용되는 PET계 수지는 필요에 따라서 2종 이상의 수지, 구조나 조성이 다른 수지를 혼합할 수도 있다. 예를 들면, 블로킹 방지제로서의 입상 충전재, 자외선 흡수제 또는 대전 방지제 등이 배합된 펠릿과, 무배합의 펠릿을 혼합하여 이용하는 것 등을 들 수 있다.
또한, 압출시키는 필름의 적층수는 필요에 따라서 2층 이상으로 할 수도 있다. 예를 들면, 블로킹 방지제로의 입상 충전재를 배합한 펠릿과 무배합의 펠릿을 준비하고, 다른 압출기로부터 동일한 다이로 공급하여 「충전재 배합/무배합/충전재 배합」의 2종 3층으로 이루어지는 필름을 압출시키는 것 등을 들 수 있다.
상기 미연신 필름은 유리 전이 온도 이상의 온도에서 통상, 우선 압출 방향으로 세로 연신된다. 연신 온도는 통상 70℃ 내지 150℃, 80 내지 130℃ 또는 90 내지 120℃이다. 또한, 연신 배율은 통상 1.1 내지 6배 또는 2 내지 5.5배이다. 연신은 1회로 끝낼 수도, 필요에 따라서 복수회로 나누어 행할수도 있다.
이렇게 하여 얻어지는 세로 연신 필름은, 이 후에 열 처리를 행할 수 있다. 이어서, 필요에 따라서 이완 처리를 행할 수도 있다. 이 열 처리 온도는 통상 150℃ 내지 250℃, 180 내지 245℃ 또는 200 내지 230℃이다. 또한, 열 처리 시간은 통상 1 내지 600 초간 또는 1 내지 300 초간 또는 1 내지 60 초간이다.
이완 처리의 온도는 통상 90 내지 200℃ 또는 120 내지 180℃이다. 또한, 이완량은 통상 0.1내지 20％ 또는 2 내지 5％이다. 이 이완 처리의 온도 및 이완량은, 이완 처리 후의 PET 필름의 150℃에서의 열수축률이 2 ％ 이하가 되도록, 이완량 및 이완 처리시의 온도를 설정할 수 있다.
일축 연신 및 이축 연신 필름을 얻는 경우, 통상 세로 연신 처리 후에, 또는 필요에 따라서 열 처리 또는 이완처리를 거친 후에, 텐터에 의해서 가로 연신이 행해진다. 이 연신 온도는 통상 70℃ 내지 150℃, 80℃ 내지 130℃ 또는 90℃ 내지 120℃이다. 또한, 연신 배율은 통상 1.1 내지 6배 또는 2 내지 5.5배이다. 이 후, 열 처리 및 필요에 따라서 이완 처리를 행할 수 있다. 열 처리 온도는 통상 150℃ 내지 250℃ 또는 180℃ 내지 245℃ 또는 200 내지 230℃이다. 열 처리 시간은 통상 1 내지 600초간, 1 내지 300 초간 또는 1 내지 60 초간이다.
이완 처리의 온도는 통상 100 내지 230℃, 110 내지 210℃ 또는 120 내지 180℃이다. 또한, 이완량은 통상 01 내지 20 ％, 1 내지 10 ％ 또는 2 내지 5 ％이다. 이 이완 처리의 온도 및 이완량은, 이완 처리 후의 PET필름의 150℃에서의 열수축률이 2 ％ 이하가 되도록, 그의 이완량 및 이완 처리시의 온도를 설정할 수 있다.
일축 연신 및 이축 연신 처리에 있어서는, 가로 연신 후, 보잉으로 대표되는 것과 같은 배향 주축의 변형을 완화시키기 위해서, 재차 열 처리를 행하거나 연신 처리를 행하거나 할 수 있다. 보잉에 의한 배향 주축의연신 방향에 대한 변형의 최대값은 통상 45도 이내, 30도 이내 또는 15도 이내이다. 또한, 여기서 연신 방향이란, 세로 연신 또는 가로 연신에 있어서의 연신 큰 방향을 말한다.
PET 필름의 이축 연신에서는, 통상 가로 연신 배율의 경우가 세로 연신 배율보다 약간 크게 행해지고, 이 경우, 연신 방향이란, 상기 필름의 긴 방향에 대하여 수직 방향을 말한다. 또한, 일축 연신에 서는, 통상 상기한 바와 같이 가로 방향으로 연신되며, 이 경우, 연신 방향이란, 동일하게 긴 방향에 대하여 수직 방향을 말한다.
또한, 배향 주축이란, 연신 PET 필름 상의 임의의 점에서의 분자 배향 방향을 말한다. 또한, 배향 주축의 연신 방향에 대한 변형이란, 배향 주축과 연신 방향과의 각도차를 말한다. 또한, 그의 최대값이란, 긴 방향에 대하여 수직 방향 상에서의 값의 최대값을 말한다.
상기 배향 주축의 확인 방향은 공지이고, 예를 들면 위상차 필름ㆍ광학 재료 검사 장치 RETS(오오쯔까 덴시 가부시끼가이샤 제조) 또는 분자 배향계 MOA(오지 게이소꾸 기끼 가부시끼가이샤 제조)를 이용하여 측정할 수 있다.
본 출원에서 사용되는 연신 PET 필름에는, 방현성(헤이즈)이 부여되어 있는 것일 수 있다. 방현성을 부여하는 방법은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 상기 원료 수지 중에 무기 미립자 또는 유기 미립자를 혼합하여 필름화하는 방법, 상기 필름의 제조 방법에 준하여, 한쪽에 무기 미립자 또는 유기 미립자가 혼합된 층을 갖는 미연신 필름으로부터 연신 필름화하는 방법, 또는 연신 PET 필름의 한쪽에, 무기 미립자 또는 유기 미립자를 경화성 바인더 수지에 혼합하여 이루어지는 도포액을 코팅하고, 바인더 수지를 경화하여 방현층을 설치하는 방법 등이 채용된다.
방현성을 부여하기 위한 무기 미립자로서는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 실리카, 콜로이달 실리카, 알루미나, 알루미나 졸, 알루미노실리케이트, 알루미나-실리카 복합 산화물, 카올린, 탈크, 운모, 탄산칼슘및 인산칼슘 등을 들 수 있다. 또한, 유기 미립자로서는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 가교 폴리아크릴산 입자, 메타크릴산메틸/스티렌 공중합체 수지 입자, 가교 폴리스티렌 입자, 가교 폴리메틸메타크릴레이트 입자, 실리콘 수지 입자 및 폴리이미드 입자 등을 들 수 있다. 이렇게 하여 얻어지는 방현성이 부여된 연신 PET 필름의 헤이즈값은 6 내지 45 ％의 범위 내일 수 있다.
상기 방현성이 부여된 연신 PET 필름 상에는, 도전층, 하드 코팅층 및 저반사층 등의 기능층을 더 적층할 수 있다. 또한, 상기 방현층을 구성하는 수지 조성물로서, 이들 중 어느 하나의 기능을 겸비하는 수지 조성물을 선택할 수도 있다.
상기 헤이즈값은, 예를 들면, JIS K 7136에 준거하여, 헤이즈ㆍ투과율계 HM-150(가부시끼가이샤 무라까미 시끼사이 기쥬쯔 겡뀨쇼 제조)을 이용하여 측정할 수 있다. 헤이즈값의 측정에 있어서는, 필름의 휘어짐을 방지하기 위해서, 예를 들면 광학적으로 투명한 점착제를 이용하여 방현성 부여면이 표면이 되도록 필름면을 유리기판에 접합시킨 측정 샘플을 이용할 수 있다.
본 출원에서 사용되는 연신 PET 필름에는, 본 출원의 효과를 방해하지 않는 한, 상기 방현층 등 이외의 기능층을 한쪽면 또는 양면에 적층할 수 있다. 적층되는 기능층에는, 예를 들면 도전층, 하드코팅층, 평활화층, 이활화층, 블로킹 방지층 및 이접착(易接着)층 등을 들 수 있다.
상기 설명한 PET 필름의 제조 방법은 본 출원의 고분자 필름 기판을 얻기 위한 하나의 예시적인 방법이며, 본 출원에서 적용 가능한 고분자 필름 기판은 상기 기술한 물성을 가진다면, 어떤 종류의 시판품도 사용될 수 있다.
하나의 예시에서 상기 고분자 필름 기판은 일면에 전극층이 형성되어 있는 필름 기판일 수 있다. 이러한 필름 기판은 전극 필름 기판으로 호칭될 수 있다. 전술한 위상차나 기계적 물성 등은 상기 전극층이 형성되어 있지 않은 고분자 필름 기판에 대한 것이거나, 상기 전극 필름 기판에 대한 것일 수 있다.
전극 필름 기판인 경우에 상기 고분자 필름 기판의 적어도 일면에는 각각 전극층이 형성되어 있고, 상기 각 전극층이 대향하도록 제 1 및 제 2 고분자 필름 기판이 배치되어 있을 수 있다..
상기 전극층으로는, 공지의 투명 전극층이 적용될 수 있는데, 예를 들면, 소위 전도성 고분자층, 전도성 금속층, 전도성 나노와이어층 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등의 금속 산화물층이 상기 전극층으로 사용될 수 있다. 이외에도 투명 전극층을 형성할 수 있는 다양한 소재 및 형성 방법이 공지되어 있고, 이를 제한없이 적용할 수 있다.
또한, 상기 고분자 필름 기판의 일면, 예를 들면, 전극 필름 기판인 경우에 상기 전극층의 상부에는 배향막이 형성되어 있을 수 있다. 배향막으로는 공지의 액정 배향막이 형성될 수 있으며, 원하는 모드에 따라서 적용될 수 있는 배향막의 종류는 공지이다.
전술한 바와 같이 본 출원에서 광변조 필름층에 포함되는 광변조층은 외부 신호의 인가 여부에 따라 광의 투과도, 반사도 및/또는 헤이즈 등을 가변할 수 있는 기능성 층이다. 이와 같이 외부 신호의 인가 여부 등에 따라 광의 상태가 변화는 광변조층은, 본 명세서에서 능동 광 변조층이라 호칭될 수 있다. 일 예시에서 상기 광변조층이 액정 화합물을 포함하는 층인 경우에 상기 광변조층은 능동 액정층이라 호칭될 수 있는데, 이 때 능동 액정층은 상기 외부 신호의 인가에 의해 상기 능동 액정층 내에 액정 화합물의 변경할 수 있는 형태의 액정층을 의미한다. 또한, 상기 능동 액정층을 포함하는 광변조 필름층은, 능동 액정 필름층이라고 호칭될 수 있다.
본 명세서에서 외부 신호란, 광변조층 내에 포함되는 물질, 예를 들어 광변조 물질의 거동에 영향을 줄 수 있는 외부에 모든 요인, 예를 들면 외부 전압 등을 의미할 수 있다. 따라서, 외부 신호가 없는 상태란, 외부 전압 등의 인가가 없는 상태를 의미할 수 있다.
본 출원에서 광변조층의 종류는 상기 기술한 기능을 가지는 것이라면 특별히 제한되지 않고, 공지의 광변조층이 적용될 수 있다. 일 예시에서 상기 광변조층은 액정층일 수 있고, 대향 배치된 상기 제 1 및 제 2 고분자 필름 기판 사이에 액정층을 포함하는 구조를 본 명세서에서는 액정셀로도 호칭할 수 있다.
예시적인 광변조 디바이스는 기체 투과도에 대한 우수한 내구성을 가질 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 광변조 디바이스는 60℃ 온도 및 85% 상대습도에서 보관 시 보이드(void) 발생률이 20% 이하일 수 있다. 상기 보이드 발생률은 보이드 발생 평가에 사용된 시료의 개수에 대한 보이드 발생 시료의 개수의 % 비율을 의미할 수 있다. 다른 하나의 예시에서, 상기 제 1 및 제 2 고분자 필름 기판은 130℃ 온도에서 1시간 동안 열처리된 기판일 수 있고, 이러한 고분자 필름 기판을 포함하는 광변조 디바이스는 60℃ 온도 및 85% 상대 습도에서 보관 시 500 시간 동안 외부 기체의 유입으로 인한 보이드가 발생하지 않을 수 있다. 이는 전술한 바와 같이 제 1 및 제 2 고분자 필름 기판의 횡 방향을 서로 평행하도록 배치함으로써 달성할 수 있다.
일 예시에서 상기 광변조층은 액정 분자(액정 호스트) 및 이색성 염료를 포함하는 능동 액정층일 수 있다. 이러한 액정층을 게스트호스트 액정층(GHLC층; Guest host liquid crystal layer)으로 호칭할 수 있다. 이러한 경우에 상기 광변조층을 고분자 필름 기판의 사이에 포함하는 구조는 능동 액정 필름층으로 호칭할 수 있다. 본 명세서에서 용어 「GHLC층」은, 액정 분자의 배열에 따라 이색성 염료가 함께 배열되어, 이색성 염료의 정렬 방향과 상기 정렬 방향의 수직한 방향에 대하여 각각 비등방성 광 흡수 특성을 나타낼 수 있는 층을 의미할 수 있다. 예를 들어, 이색성 염료는 빛의 흡수율이 편광 방향에 따라서 달라지는 물질로서, 장축 방향으로 편광된 빛의 흡수율이 크면 p형 염료로 호칭하고 단축 방향으로 편광된 빛의 흡수율이 크면 n형 염료라고 호칭할 수 있다. 하나의 예시에서, p형 염료가 사용되는 경우, 염료의 장축 방향으로 진동하는 편광은 흡수되고 염료의 단축 방향으로 진동하는 편광은 흡수가 적어 투과시킬 수 있다. 이하 특별한 언급이 없는 한 이색성 염료는 p형 염료인 것으로 가정하지만, 본 출원에서 적용하는 이색성 염료의 종류가 상기에 제한되지는 않는다.
일 예시에서 GHLC층은 능동형 편광자(Active Polarizer)로 기능할 수 있다. 본 명세서에서 용어 「능동형 편광자(Active Polarizer)」는 외부 작용 인가에 따라 비등방성 광흡수를 조절할 수 있는 기능성 소자를 의미할 수 있다. 예를 들어 능동 GHLG층은 액정 분자 및 이색성 염료의 배열을 조절함으로써 상기 이색성 염료의 배열 방향과 평행한 방향의 편광 및 수직한 방향의 편광에 대한 비등방성 광 흡수를 조절할 수 있다. 액정 분자 및 이색성 염료의 배열은 자기장 또는 전기장과 같은 외부 작용의 인가에 의하여 조절될 수 있으므로, 능동 GHLC층은 외부 작용 인가에 따라 비등방성 광 흡수를 조절할 수 있다.
상기 액정 분자의 종류 및 물성은 본 출원의 목적을 고려하여 적절히 선택될 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 액정 분자는 네마틱(nematic) 액정 또는 스멕틱(smectic) 액정일 수 있다. 네마틱 액정은 막대 모양의 액정 분자가 위치에 대한 규칙성은 없으나 액정 분자의 장축 방향으로 평행하게 배열되어 있는 액정을 의미할 수 있고, 스멕틱 액정은 막대 모양의 액정 분자가 규칙적으로 배열하여 층을 이룬 구조를 형성하며 장축 방향으로 규칙성을 가지고 평행하게 배열되어 있는 액정을 의미할 수 있다. 본 출원의 일 실시예에 의하면 상기 액정 분자로는 네마틱 액정을 사용할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 액정 분자는 비반응성 액정 분자일 수 있다. 비반응성 액정 분자는, 중합성기를 가지지 않는 액정 분자를 의미할 수 있다. 상기에서 중합성기로는, 아크릴로일기, 아크릴로일옥시기, 메타크릴로일기, 메타크릴로일옥시기, 카복실기, 히드록시기, 비닐기 또는 에폭시기 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되지 않고, 중합성기로서 알려진 공지의 관능기가 포함될 수 있다.
상기 액정 분자의 굴절률 이방성은 목적 물성, 예를 들어, 투과도 가변 특성을 고려하여 적절히 선택될 수 있다. 본 명세서에서 용어 「굴절률 이방성」은 액정 분자의 이상 굴절률(extraordinary refractive index)과 정상 굴절률(ordinary refractive index)의 차이를 의미할 수 있다. 상기 액정 분자의 굴절률 이방성은 예를 들어 0.01 내지 0.3의 범위 내일 수 있다. 상기 굴절률 이방성은 0.01 이상, 0.05 이상, 0.07 이상, 0.09 이상 또는 0.1 이상일 수 있고, 0.3 이하, 0.2 이하, 0.15 이하, 0.14 이하 또는 0.13 이하일 수 있다.
액정 분자의 굴절률 이방성이 상기 범위 내인 경우 투과도 가변 특성이 우수한 광변조 디바이스를 제공할 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 범위 내에서 액정 분자의 굴절률이 낮을수록 투과도 가변 특성이 우수한 광변조 디바이스를 제공할 수 있다.
상기 액정 분자의 유전율 이방성은 목적하는 액정셀의 구동 방식을 고려하여 양의 유전율 이방성 또는 음의 유전율 이방성을 가질 수 있다. 본 명세서에서 용어「유전율 이방성」은 액정 분자의 이상 유전율(εe, extraordinary dielectric anisotropy, 장축 방향의 유전율)과 정상 유전율(εo, ordinary dielectric anisotropy, 단축 방향의 유전율)의 차이를 의미할 수 있다. 액정 분자의 유전율 이방성은 예를 들어 ±40 이내, ±30 이내, ±10 이내, ±7 이내, ±5 이내 또는 ±3 이내의 범위 내일 수 있다. 액정 분자의 유전율 이방성을 상기 범위로 조절하면 광변조 디바이스의 구동 효율 측면에서 유리할 수 있다.
상기 액정층은 이색성 염료를 포함할 수 있다. 상기 염료는 게스트 물질로서 포함될 수 있다. 이색성 염료는, 예를 들면, 호스트 물질의 배향에 따라서 광변조 디바이스의 투과율을 제어하는 역할을 할 수 있다. 본 명세서에서 용어 「염료」는, 가시광 영역, 예를 들면, 400 nm 내지 700 nm 파장 범위 내에서 적어도 일부 또는 전체 범위 내의 광을 집중적으로 흡수 및/또는 변형시킬 수 있는 물질을 의미할 수 있고, 용어 「이색성 염료」는 상기 가시광 영역의 적어도 일부 또는 전체 범위에서 광의 이방성 흡수가 가능한 물질을 의미할 수 있다.
상기 이색성 염료로는, 예를 들면, 소위 호스트 게스트(host guest) 효과에 의해 액정 분자의 정렬 상태에 따라 정렬될 수 있는 특성을 가지는 것으로 알려진 공지의 염료를 선택하여 사용할 수 있다. 이러한 이색성 염료의 예로는, 소위 아조 염료, 안트라퀴논 염료, 메틴 염료, 아조메틴 염료, 메로시아닌 염료, 나프토퀴논 염료, 테트라진 염료, 페닐렌 염료, 퀴터릴렌 염료, 벤조티아다이아졸 염료, 다이케토피롤로피롤 염료, 스쿠아레인 염료 또는 파이로메텐 염료 등이 있으나, 본 출원에서 적용 가능한 염료가 상기에 제한되는 것은 아니다. 이색성 염료로는, 예를 들면, 흑색 염료(black dye)를 사용할 수 있다. 이러한 염료로는, 예를 들면, 아조 염료 또는 안트라퀴논 염료 등으로 공지되어 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 이색성 염료는, 이색비(dichroic ratio), 즉 이색성 염료의 장축 방향에 평행한 편광의 흡수를 상기 장축 방향에 수직하는 방향에 평행한 편광의 흡수로 나눈 값이 5 이상, 6 이상 또는 7 이상인 염료를 사용할 수 있다. 상기 염료는 가시광 영역의 파장 범위 내, 예를 들면, 약 380 nm 내지 700 nm 또는 약 400 nm 내지 700 nm의 파장 범위 내에서 적어도 일부의 파장 또는 어느 한 파장에서 상기 이색비를 만족할 수 있다. 상기 이색비의 상한은, 예를 들면 20 이하, 18 이하, 16 이하 또는 14 이하 정도일 수 있다.
상기 액정층의 이색성 염료의 함량은 본 출원의 목적을 고려하여 적절히 선택될 수 있다. 예를 들어, 액정층의 이색성 염료의 함량은 0.1 중량% 이상, 0.25 중량% 이상, 0.5 중량% 이상, 0.75 중량% 이상, 1 중량% 이상, 1.25 중량% 이상 또는 1.5 중량% 이상일 수 있다. 액정층의 이색성 염료의 함량의 상한은, 예를 들면, 5.0 중량% 이하, .4.0 중량% 이하, 3.0 중량% 이하, 2.75 중량% 이하, 2.5 중량% 이하, 2.25 중량% 이하, 2.0 중량% 이하, 1.75 중량% 이하 또는 1.5 중량% 이하일 수 있다. 액정층의 이색성 염료의 함량이 상기 범위를 만족하는 경우 투과도 가변 특성이 우수한 광변조 디바이스를 제공할 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 범위 내에서 이색성 염료의 함량이 높을수록 투과도 가변 특성이 우수한 광변조 디바이스를 제공할 수 있다.
상기 액정층 내에서 상기 액정 분자와 상기 이색성 염료의 합계 중량은, 예를 들면, 약 60 중량% 이상, 65 중량% 이상, 70 중량% 이상, 75 중량% 이상, 80 중량% 이상, 85 중량% 이상, 90 중량% 이상 또는 95 중량% 이상일 수 있고, 다른 예시에서는 약 100 중량% 미만, 98 중량% 이하 또는 96 중량% 이하일 수 있다.
상기 액정층은 전압 인가 여부에 따라 배향 상태를 전환할 수 있다. 상기 전압은 고분자 필름 기판에 수직하는 방향으로 인가될 수 있다.
일 예시에서 상기 액정층은 적어도 수평 배향 상태와 수직 배향 상태의 사이를 스위칭할 수 있다.
예를 들면, 상기 액정층은 전압 미인가 시 수평 배향 상태로 존재할 수 있고 전압 인가 시 수직 배향 상태로 존재할 수 있다. 이러한 액정셀을 ECB(Electrically Controllable Birefringence) 모드 액정셀로 호칭할 수 있다
상기 수평 배향 액정층 내에서 액정 분자들은 광축이 액정층의 평면에 대해 대략 수평으로 배열된 상태로 존재할 수 있다. 예를 들어, 상기 액정 분자들의 광축은 액정층의 평면에 대해 약 0도 내지 20도, 0도 내지 15도, 0도 내지 10도 또는 0도 내지 5도의 범위 내 또는 대략 0도의 각도를 이룰 수 있다. 상기 수평 배향 액정층 내에서 액정 분자들의 광축은 서로 평행할 수 있고, 예를 들어, 0도 내지 10도, 0도 내지 5도의 범위 내 또는 대략 0도의 각도를 이룰 수 있다.
상기 수직 배향 액정층 내에서 액정 분자들은 광축이 액정층의 평면에 대해 대략 수직으로 배열된 상태로 존재할 수 있다. 예를 들어, 상기 액정 분자들의 광축은 액정층의 평면에 대해 약 70도 내지 90도, 75도 내지 90도, 80도 내지 90도 또는 85도 내지 90도의 범위 내 또는 대략 90도의 각도를 이룰 수 있다. 상기 수직 배향 액정층 내에서 액정 분자들의 광축은 서로 평행할 수 있고, 예를 들어, 0도 내지 10도, 0도 내지 5도의 범위 내 또는 대략 0도의 각도를 이룰 수 있다.
상기 액정층의 두께(cell gap)는 각각 본 출원의 목적을 고려하여 적절히 선택될 수 있다. 상기 액정층의 두께는 예를 들어 약 0.01㎛ 이상, 0.1㎛ 이상, 1㎛ 이상, 2㎛ 이상, 3㎛이상, 4㎛이상, 5㎛ 이상, 6㎛ 이상, 7㎛ 이상, 8㎛ 이상, 9㎛ 이상 또는 10㎛ 이상일 수 있다. 상기 액정층의 두께의 상한은 예를 들어 약 30㎛이하, 25㎛ 이하, 20㎛ 이하 또는 15㎛ 이하일 수 있다. 액정층의 두께가 상기 범위를 만족하는 경우 투과도 가변 특성이 우수한 광변조 디바이스를 제공할 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 범위 내에서 액정층의 두께가 얇을수록 투과도 가변 특성이 우수한 광변조 디바이스를 제공할 수 있다.
상기 광변조 디바이스는, 전술한 배향막으로서, 제 1 및 제 2 고분자 필름 기판의 내측에 각각 존재하는 제 1 및 제 2 배향막을 더 포함할 수 있다. 본 명세서에서 제 1 및 제 2 고분자 필름 기판의 내측은 광변조층이 존재하는 측을 의미할 수 있고, 외측은 광변조층이 존재하는 측의 반대 측을 의미할 수 있다.
하나의 예시에서 상기 제 1 및 제 2 배향막은 모두 수평 배향막일 수 있다.
상기 광변조 디바이스는 전압 인가 여부에 따라 액정층의 배향 상태를 조절함으로써 투과도, 반사도 내지 헤이즈를 조절할 수 있다. 액정층의 배향 상태는 배향막의 프리틸트에 의해 조절할 수 있다.
본 명세서에서 프리틸트는 각도(angle)와 방향(direction)을 가질 수 있다. 상기 프리틸트 각도는 극각(Polar angle)으로 호칭할 수 있고, 상기 프리틸트 방향은 방위각(Azimuthal angle)으로 호칭할 수도 있다.
상기 프리틸트 각도는 액정 분자의 광축이 배향막과 수평한 면에 대하여 이루는 각도를 의미할 수 있다. 하나의 예시에서, 수직 배향막은 프리틸트 각도가 약 70도 내지 90도, 75도 내지 90도, 80도 내지 90도 또는 85도 내지 90도일 수 있다. 하나의 예시에서, 수평 배향막의 프리틸트 각도는 약 0도 내지 20도, 0도 내지 15도, 0도 내지 10도 또는 0도 내지 5도일 수 있다.
상기 프리틸트 방향은 액정 분자의 광축이 배향막의 수평한 면에 사영된 방향을 의미할 수 있다. 상기 프리틸트 방향은 상기 사영된 방향과 액정층의 가로축(WA)이 이루는 각도일 수 있다. 본 명세서에서 상기 액정층의 가로축(WA)은 액정층의 장축 방향과 평행한 방향 또는 광변조 디바이스가 아이웨어 또는 TV 등의 디스플레이 장치에 적용되었을 때에 그 아이웨어를 착용한 관찰자 또는 디스플레이 장치를 관찰하는 관찰자의 양 눈을 연결하는 선과 평행한 방향을 의미할 수 있다.
제 1 배향막과 제 2 배향막의 프리틸트 방향은 액정층의 배향을 고려하여 적절히 조절될 수 있다. 하나의 예시에서, 전압 미인가시 수평 배향을 위해 제 1 배향막과 제 2 배향막의 프리틸트 방향은 서로 평행할 수 있다. 제 1 배향막과 제 2 배향막의 프리틸트 방향이 서로 평행인 경우, 제 1 배향막과 제 2 배향막의 프리틸트 방향은 서로 역평행(anti-parallel)일 수 있는데, 예를 들어, 서로 170도 내지 190도, 175도 내지 185도의 범위 내, 또는 대략 180도를 이룰 수 있다.
상기 배향막으로는 인접하는 액정층에 대하여 배향능을 가지는 것이라면 특별한 제한 없이 선택하여 사용할 수 있다. 상기 배향막으로는 예를 들어, 러빙 배향막과 같이 접촉식 배향막 또는 광배향막 화합물을 포함하여, 예를 들면, 직선 편광의 조사 등과 같은 비접촉식 방식에 의해 배향 특성을 나타낼 수 있는 것으로 공지된 광 배향막을 사용할 수 있다.
러빙 배향막 또는 광 배향막의 프리틸트 방향 및 각도를 조절하는 것은 공지이다. 러빙 배향막인 경우 프리틸트 방향은 러빙 방향과 평행할 수 있고, 프리틸트 각도는 러빙 조건 예를 들어 러빙 시의 압력 조건, 러빙 세기 등을 제어하여 달성할 수 있다. 광 배향막인 경우 프리틸트 방향은 조사되는 편광의 방향 등에 의해 조절될 수 있고, 프리틸트 각도는 광의 조사 각도, 광의 조사 세기 등에 의해 조절될 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 제 1 및 제 2 배향막은 각각 러빙 배향막일 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 배향막의 러빙 방향이 서로 평행하도록 배치되는 경우, 상기 제 1 및 제 2 배향막의 러빙 방향은 서로 역평행(anti-parallel)일 수 있는데, 예를 들어, 상기 러빙 방향, 즉 배향 방향은, 서로 170도 내지 190도, 175도 내지 185도의 범위 내의 각도, 대략 180도를 이룰 수 있다. 상기 러빙 방향은 프리틸트 각의 측정을 통해 확인할 수 있는데, 일반적으로 액정은 러빙 방향을 따라서 누우면서 프리틸트 각을 발생시키기 때문에, 프리틸트 각을 측정함으로써 상기 러빙 방향의 측정이 가능할 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 제 1 및 제 2 고분자 필름 기판의 횡 방향은 각각 상기 제 1 및 제 2 배향막 중 어느 하나의 배향막의 러빙축에 평행할 수 있다.
상기 광변조 디바이스는, 상기 전극층으로서, 상기 제 1 및 제 2 고분자 필름 기판의 내측에 각각 존재하는 제 1 및 제 2 전극층을 더 포함할 수 있다. 광변조 디바이스가 제 1 및 제 2 배향막을 포함하는 경우, 제 1 전극층은 제 1 고분자 필름 기판과 제 1 배향막 사이에 존재할 수 있고, 제 2 전극층은 제 2 고분자 필름 기판과 제 2 배향막 사이에 존재할 수 있다.
고분자 필름 기판이 전술한 전극 필름 기판인 경우에 상기 전극 필름 기판상에 형성된 전극층이 상기 전극층의 역할을 할 수 있다.
상기 광변조 디바이스는 반사 방지층을 더 포함할 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 광변조 디바이스는 상기 제 1 및/또는 제 2 고분자 필름 기판의 외측에 각각 존재하는 제 1 및/또는 제 2 반사 방지층을 더 포함할 수 있다. 상기 반사 방지층으로는 본 출원의 목적을 고려하여 공지의 반사 방지층을 사용할 수 있으며, 예를 들어 아크릴레이트 층을 사용할 수 있다. 반사 방지층의 두께는 예를 들어 200nm 이하 또는 100nm 이하일 수 있다.
상기 광변조 디바이스는 자외선 흡수층을 더 포함할 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 광변조 디바이스는 상기 제 1 및 제 2 고분자 필름 기판의 외측에 각각 존재하는 제 1 및 제 2 자외선 흡수층을 더 포함할 수 있다. 상기 자외선 흡수층으로는 본 출원의 목적을 고려하여 공지의 자외선 흡수층을 적절히 선택하여 사용할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 광변조 디바이스는 상기 반사 방지 층, 자외선 흡수 층 등을 고분자 필름 기판에 직접 코팅함으로써 형성할 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 고분자 필름 기판을 사용하면, 굴절률 매칭 및 코팅 공정 최적화 측면에서 유리할 수 있다. 이 경우 공정 단순화 및 소자의 두께를 감소할 수 있는 장점이 있다. 다른 하나의 예시에서, 광변조 디바이스는 상기 반사 방지층 또는 자외선 흡수 층을 기재 필름의 일면에 형성하고 상기 기재 필름을 점착제 또는 접착제를 매개로 고분자 필름 기판에 부착할 수 있다.
상기 광변조 디바이스는 전압 인가 유무에 따른 액정층의 배향 상태에 따라 투과도 가변 특성을 나타낼 수 있다. 즉, 상기 디바이스는 전술한 투과 모드 상태 및 차단 모드 상태의 사이를 스위칭할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 광변조 디바이스는 15V 전압 인가 시의 투과도와 전압 미인가 시의 투과도의 차이가 20% 내지 60%일 수 있다.
상기 광변조 디바이스는 투과도 가변 특성이 요구되는 다양한 용도에 적용될 수 있다. 투과도 가변 특성이 요구되는 용도에는 원도우 또는 선루프 등과 같은 건물, 용기 또는 차량 등을 포함하는 밀폐된 공간의 개구부나 아이웨어(eyewear) 등이 예시될 수 있다. 상기에서 아이웨어의 범위에는, 일반적인 안경, 선글라스, 스포츠용 고글 내지는 헬멧 또는 증강 현실 체험용 기기 등과 같이 관찰자가 렌즈를 통하여 외부를 관찰할 수 있도록 형성된 모든 아이 웨어가 포함될 수 있다.
본 출원의 광변조 디바이스가 적용될 수 있는 대표적인 용도에는 아이웨어가 있다. 최근 선글라스, 스포츠용 고글이나 증강 현실 체험용 기기 등은 관찰자의 정면 시선과는 경사지도록 렌즈가 장착되는 형태의 아이웨어가 시판되고 있다. 본 출원의 광변조 디바이스는, 전술한 아이웨어에도 효과적으로 적용될 수 있다.
본 출원의 광변조 디바이스가 아이웨어에 적용되는 경우에 그 아이웨어의 구조는 특별히 제한되지 않는다. 즉, 공지의 아이웨어 구조의 좌안용 및/또는 우안용 렌즈 내에 상기 광변조 디바이스가 장착되어 적용될 수 있다.
예를 들면, 상기 아이웨어는, 좌안용 렌즈와 우안용 렌즈; 및 상기 좌안용 렌즈와 우안용 렌즈를 지지하는 프레임을 포함할 수 있다.
도 2는, 상기 아이웨어의 예시적인 모식도로서, 상기 프레임(82) 및 좌안용과 우안용 렌즈(84)를 포함하는 아이웨어의 모식도이나, 본 출원의 광변조 디바이스가 적용될 수 있는 아이웨어의 구조가 도 2에 제한되는 것은 아니다.
상기 아이웨어에서 좌안용 렌즈 및 우안용 렌즈는 각각 상기 광변조 디바이스를 포함할 수 있다. 이러한 렌즈는, 상기 광변조 디바이스만을 포함하거나, 기타 다른 구성을 포함할 수도 있다.
상기 아이웨어는 기타 구성 내지 디자인은 특별히 제한되지 않고, 공지의 방식이 적용될 수 있다.
본 출원에서는 광학적으로도 비등방성이고, 기계적으로도 비등방성인 고분자 필름을 기판으로 적용하여, 기계적 물성과 광학적 물성이 모두 우수한 광변조 디바이스를 제공할 수 있다.
도 1은 본 출원의 예시적인 광변조 디바이스의 모식도이다.
도 2는 아이웨어를 예시적으로 나타낸다.
도 3 및 4는 실시예 및 비교예에 대한 내구성 평가 결과를 보여준다.
이하 실시예를 통하여 본 출원을 구체적으로 설명하지만, 본 출원의 범위가 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
실시예 또는 비교예에서 적용한 고분자 필름 기판은, 통상 기판으로 적용되는 등방성의 필름 기판인 PC(Polycarbonate) 필름 기판(PC 기판, 두께: 100㎛, 제조사: Teijin, 제품명: PFC100-D150)과 본 출원에 따른 비대칭 기판인 PET(Polyethylene terephthalate) 필름 기판(SRF 기판, 두께: 80㎛, 제조사: Toyobo, 제품명: TA044)이고, 하기 물성은 각각의 필름 기판의 일면에 약 20 nm 두께의 ITO(Indium Tin Oxide)막이 형성된 상태에서의 측정 결과이다.
이하 실시예를 통하여 본 출원을 구체적으로 설명하지만, 본 출원의 범위가 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
실시예 또는 비교예에서 적용한 고분자 필름 기판은, 통상 기판으로 적용되는 등방성의 필름 기판인 PC(Polycarbonate) 필름 기판(PC 기판, 두께: 100㎛, 제조사: Teijin, 제품명: PFC100-D150)과 본 출원에 따른 비대칭 기판인 PET(Polyethylene terephthalate) 필름 기판(SRF 기판, 두께: 80㎛, 제조사: Toyobo, 제품명: TA044)이고, 하기 물성은 각각의 필름 기판의 일면에 약 20 nm 두께의 ITO(Indium Tin Oxide)막이 형성된 상태에서의 측정 결과이다.
1. 고분자 필름 기판의 위상차 평가
고분자 필름 기판의 면내 위상차 값(Rin)은 Agilent사의 UV/VIS spectroscope 8453 장비를 이용하여 하기 방법에 따라 550nm 파장의 광에 대하여 측정하였다. UV/VIS spectroscope에 2장의 편광자를 투과축이 서로 직교하도록 설치하고, 상기 2장의 편광자 사이에 고분자 필름의 지상축이 2장의 편광자의 투과축과 각각 45도를 이루도록 설치한 후, 파장에 따른 투과도를 측정하였다. 파장에 따른 투과도 그래프에서 각 피크(peak)들의 위상 지연 차수(Phase retardation order)를 구한다. 구체적으로, 파장에 따른 투과도 그래프에서 파형은 하기 수식 A를 만족하고, 사인(Sine) 파형에서 최대 피크(Tmax) 조건은 하기 수식 B을 만족한다. 수식 A에서 λmax인 경우, 수식 A의 T와 수식 B의 T는 동일하기 때문에 수식을 전개한다. n+1, n+2 및 n+3에 대해서도 수식을 전개하고, n과 n+1 수식을 정리해서 R을 소거하여 n을 λn 및 λn+1 수식으로 정리하면, 하기 수식 C가 도출된다. 수식 A의 T와 수식 B의 T가 동일함에 근거하여 n과 λ를 알 수 있으므로 각 λn, λn+1, λn+2 및 λn+3 대해 R을 구한다. 4 포인트에 대해 파장에 따른 R값의 직선 추세선을 구하고 수식 550 nm에 대한 R 값을 산정한다. 직선 추세선의 함수는 Y=ax+b이고, a 및 b는 상수이다. 상기 함수의 x에 550nm를 대입했을 때의 Y 값이 550nm파장의 광에 대한 Rin 값이다.
[수식 A]
T = sin2[(2πR/λ)]
[수식 B]
T = sin2[((2n+1)π/2)]
[수식 C]
n = (λn -3λn+1)/(2λn+1 +1-2λn)
상기에서 R은 면내 위상차(Rin)를 의미하고, λ는 파장을 의미하고, n은 사인파형의 꼭지 차수를 의미한다.
2. 고분자 필름 기판의 인장 특성 및 열팽창 계수의 평가
고분자 필름 기판의 탄성률(Young's modulus), 연신율(Elongation) 및 최대 응력(Max. stress)은 UTM(Universal Testing Machine) 장비(Instron 3342)를 이용하여, 상온(25℃)에서 10 mm/min의 인장 속도로 힘을 가하여 규격에 따라 인장 강도(tensile strength) 시험을 진행하여 측정하였다. 이 경우에 각 시편은 폭이 약 10mm이고, 길이가 약 30mm가 되도록 재단하여 제조하였고, 상기 길이 방향의 양 끝단의 각 10mm씩을 테이핑하여 장비에 고정한 후에 평가를 진행하였다.
열팽창 계수는 TMA (Thermomechanical Analysis) 장비(Metteler toledo사, SDTA840)를 이용하여, 40℃에서 80℃로 온도를 10℃/분의 속도로 승온시키면서 길이 팽창 시험을 진행하여 규격에 따라 측정하였다. 측정 시에 시편의 측정 방향 길이는 10 mm로 하였고, 하중을 0.02N으로 설정하였다.
상기와 같은 방식으로 측정한 각 필름 기판에 대한 물성 평가 결과는 하기 표 1과 같다.
하기 표 1에서 MD 및 TD는 각각 연신 필름인 PC 기판과 SRF 기판의 MD(Machine Direction) 및 TD(transverse direction) 방향이고, 45는 상기 MD 및 TD 방향 모두와 45도를 이루는 방향이다.
방향 Rin(nm) 탄성률(GPa) 연신율(%) 최대응력(MPa) 열팽창계수(ppm/℃)
PC 기판 MD 12.1 1.6 13.6 63.4 119.19
TD 1.6 11.6 62.3 127.8
SRF기판 MD 14800 2.5 6.1 81.5 83.3
45 15176 3.2 60.4 101.6 52.2
TD 15049 5.8 44.7 184.6 21.6
실시예 1.
상기 SRF 기판을 2개 사용하여 광변조 디바이스를 제조하였다. 상기 SRF기판(가로: 15cm, 세로: 5cm)의 ITO(Indium Tin Oxide) 전극층상에 배향막을 형성하여 제 1 기판을 제조하였다. 배향막으로는 300 nm 두께의 폴리이미드계 수평 배향막(SE-7492, Nissan)을 러빙 포로 러빙 처리한 것을 사용하였다. 제 1 기판과 동일하게 제 2 기판을 제조하였다. 상기 제 1 및 제 2 기판을 서로의 배향막이 마주하도록 대향 배치하고, 그 사이에 굴절률 이방성(△n)이 0.13인 양의 유전율 이방성을 갖는 액정 화합물 및 이색성 염료를 포함하는 GHLC 혼합물(MDA-16-1235, Merck)을 위치시킨 후에 테두리를 봉하여 광변조 디바이스를 제조하였다. 상기에서 제 1 및 제 2 기판의 TD방향(지상축 방향)은, 각각 제 1 기판 배향막의 러빙축을 기준으로 0도가 되고, 상기 제 1 및 제 2 배향막의 러빙 방향은 서로 수평이되, 역수평이 되도록, 즉 제 1 배향막의 러빙 방향과 제 2 배향막의 러빙 방향이 역방향이 되도록 하였다. 얻어진 광변조층은 ECB(Electrically Controllable Birefringence) 모드의 게스트 호스트 액정층이고, 셀 갭은 12㎛였다.
비교예 1.
기판으로서 PC 기판을 적용한 것을 제외하면, 실시예 1과 동일하게 광변조 디바이스를 제조하였다.
시험예 1.
상기 실시예 1 및 비교예 1의 광변조 디바이스를 사용하여 도 3 및 4에 나타난 형태의 아이웨어 소자를 제조하고, 상기 소자를 벤딩시킨 상태에서 열충격 시험을 진행하였다. 열충격 시험은 상기 아이웨어를 약 -40℃에서 90℃까지 약 16.25℃/분의 승온 속도로 온도를 올린 후 10분 유지하고, 다시 약 16.25℃/분의 감온 속도로 90℃에서 -40℃의 온도까지 감온한 후 10분 유지하는 것을 1사이클로 하여 상기 사이클을 500회 반복하는 조건에 놓은 상태에서 진행하였고, 이 시험은 곡률 반경이 약 100R 정도인 벤딩 지그에 상기 아이웨어를 부착한 상태에서 진행하였다. 도 3은 실시예 1의 경우이고, 도 4는 비교예 1의 경우인데, 도면과 같이 비교예 1의 경우 심한 크랙이 관찰되었다.
비교예 2.
실시예 1과 동일하게 광변조 디바이스를 제조하되, 제 1 및 제 2 기판의 제 1 방향(TD 방향)이 서로 90도가 되도록 하여 광변조 디바이스를 제조하였다. 이 때 제 1 기판상의 배향막의 러빙 방향을 기준으로 제 1 기판의 제 1 방향은 0도, 제 2 기판의 제 1 방향은 90도가되도록 하였다.
비교예 3.
실시예 1과 동일하게 광변조 디바이스를 제조하되, 제 1 및 제 2 기판의 제 1 방향(TD 방향)이 서로 90도가 되도록 하여 광변조 디바이스를 제조하였다. 이 때 제 1 기판상의 배향막의 러빙 방향을 기준으로 제 1 기판의 제 1 방향은 45도, 제 2 기판의 제 1 방향은 135도가되도록 하였다.
시험예 2.
실시예 1, 비교예 2 및 3의 디바이스를 각각 60℃ 온도 및 85% 상대 습도에서 보관하면서 보이드 발생을 평가하고, 그 결과를 하기 표 2에 기재하였다. 구체적으로 상기 조건에서 보관하면서 광변조층에서 육안으로 시인되는 보이드가 발생하는 것인지 여부를 평가하였다. 일반적으로, 육안으로 시인되는 보이드의 크기는 약 10㎛ 정도이다.
초기 투입시료 개수 보이드 불량 시료개수 보이드 양품시료개수 보이드발생률 보이드 최초발생시간
비교예 2 12 12 0 100% 120h
비교예 3 12 12 0 100% 144h
실시예 1 12 1 11 8% 504h
표 2의 결과와 같이 비교예 2 및 3의 경우, 초기 투입된 시료 모두에서 500 시간 내에 보이드가 관찰되어 보이드 발생율을 100%이며, 최초로 보이드가 발생하는 시점도 각각 120 시간 및 144 시간 이내였다.
반면, 실시예 1의 경우, 500 시간 이내에 보이드가 관찰되는 경우는 없었으며, 최초로 보이드가 관찰되는 시간도 약 504 시간이었다.
시험예 3.
실시예 1에서 제조된 광변조 디바이스에 대하여 전기광학 특성 및 레인보우 현상 발생 여부를 평가하였다. 전기광학 특성은 광변조 디바이스에 대하여 전압 인가 유무에 따른 투과율 변화를 측정함으로써 평가하였다. 구체적으로 전극 필름 기판의 전극층에 AC 전원을 연결하고 구동시키면서 인가된 전압에 따른 투과율을 헤이즈미터 (NDH5000SP, 세코스사제)를 이용하여 측정하였다. 상기 투과율은 380 nm 내지 780 nm 파장의 광에 대한 평균 투과율이다.
레인보우 현상의 평가는 인지 평가이며, 시료 내 동일 휘도가 아닌 2개 이상의 다른 휘도를 나타내는 무늬가 발생하는 경우 레인보우 현상이 발생하는 것으로 평가하였다.
평가 결과 실시예 1의 시료에서 레인보우 현상은 관찰되지 않았으며, 전압 무인가 시의 투과율이 약 33.6%이고, 전압 인가(15V)시의 투과율은 약 62.6%로 확인되었다.

Claims (12)

  1. 대향 배치되어 있는 제 1 및 제 2 고분자 필름 기판과 상기 고분자 필름 기판들의 사이에 존재하며, 액정 호스트 및 이색성 염료 게스트를 포함하는 능동 액정층을 가지는 능동 액정 필름층을 포함하고,
    상기 능동 액정층은, 수평 배향 상태와 수직 배향 상태의 사이를 스위칭할 수 있으며,
    상기 고분자 필름 기판은, 각각 550 nm 파장의 광에 대한 면내 위상차가 4,000 nm 이상이고,
    상기 각각의 고분자 필름 기판의 제 1 방향에서의 연신율(E1)과 상기 제 1 방향과 수직을 이루는 제 2 방향에서의 연신율(E2)의 비율(E1/E2)이 3 이상이며,
    상기 제 1 고분자 필름 기판의 제 1 방향과 상기 제 2 고분자 필름 기판의 제 1 방향이 이루는 각도가 0도 내지 10도의 범위 내가 되도록 배치되어 있는 광변조 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서, 제 1 및 제 2 고분자 필름 기판은, 각각 일면에 전극층이 형성된 전극 필름 기판이고, 상기 각 전극층이 대향하도록 제 1 및 제 2 고분자 필름 기판이 배치되어 있는 광변조 디바이스.
  3. 제 1 항에 있어서, 제 1 및 제 2 고분자 필름 기판은, 폴리에스테르 필름 기판인 광변조 디바이스.
  4. 제 1 항에 있어서, 제 1 및 제 2 고분자 필름 기판 각각의 제 1 방향에서의 연신율이 20% 이상인 광변조 디바이스.
  5. 제 1 항에 있어서, 제 1 및 제 2 고분자 필름 기판 각각은 제 1 및 제 2 방향 모두와 40도 내지 50도의 범위 내의 각도를 이루는 제 3 방향에서의 연신율(E3)이 상기 제 1 방향에서의 연신율(E1)에 비해 크고, 상기 제 3 방향에서의 연신율(E3)과 상기 제 2 방향에서의 연신율(E2)의 비율(E3/E2)이 5 이상인 광변조 디바이스.
  6. 제 1 항에 있어서, 제 1 및 제 2 고분자 필름 기판은, 각각 제 2 방향에서의 열팽창 계수(CTE2)와 제 1 방향에서의 열팽창 계수(CTE1)의 비율(CTE2/CTE1)이 1.5 이상인 광변조 디바이스.
  7. 제 6 항에 있어서, 제 2 방향에서의 열팽창 계수(CTE2)가 50 내지 100 ppm/℃의 범위 내인 광변조 디바이스.
  8. 제 1 항에 있어서, 제 1 및 제 2 고분자 필름 기판은, 각각 제 2 방향에서의 탄성률(YM2)과 제 1 방향에서의 탄성률(YM1)의 비율(YM1/YM2)이 1.5 이상인 광변조 디바이스.
  9. 제 8 항에 있어서, 제 1 방향에서의 탄성률(YM1)이 2 내지 10 GPa의 범위 내인 광변조 디바이스.
  10. 제 1 항에 있어서, 제 1 및 제 2 고분자 필름 기판은, 각각 제 2 방향에서의 최대 응력(MS2)과 제 1 방향에서의 최대 응력(MS1)의 비율(MS1/MS2)이 1.5 이상인 광변조 디바이스.
  11. 제 10 항에 있어서, 제 1 방향에서의 최대 응력(MS1)이 150 내지 250 MPa의 범위 내인 광변조 디바이스.
  12. 좌안용 렌즈와 우안용 렌즈; 및 상기 좌안용 렌즈와 우안용 렌즈를 지지하는 프레임을 포함하는 아이웨어로서,
    상기 좌안용 렌즈 및 우안용 렌즈는 각각 제 1 항의 광변조 디바이스를 포함하는 아이웨어.
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