WO2019066456A1 - 광학 소자의 구동 방법 - Google Patents

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crystal layer
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임은정
오동현
유정선
김진홍
이현준
김남훈
김민준
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주식회사 엘지화학
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Definitions

  • the present application relates to a method of driving an optical element.
  • a transmittance variable device using a so-called GH cell Guest host cell
  • GH cell Guest host cell
  • a mixture of a liquid crystal host, which is a liquid crystal compound, and a dichroic dye guest is applied (for example, refer to Patent Document 1: Europe Open Patent No. 0022311).
  • Such a transmittance variable device is applied to various applications including eyewear such as sunglasses, outer wall of a building, sunroof of a vehicle, and the like.
  • eyewear such as sunglasses, outer wall of a building, sunroof of a vehicle, and the like.
  • AR Augmented Reality
  • Such a transmittance variable device adjusts the transmittance by adjusting the orientation of the dichroic dye guest in the GH cell. For example, when the transmittance is adjusted by switching the orientation of the liquid crystal compound between the vertically and horizontally aligned states .
  • the present application aims at providing a method of driving an optical element.
  • the present application is directed to a liquid crystal display device capable of suppressing a back flow phenomenon caused by a bulk liquid crystal compound even when the cell gap of a liquid crystal layer becomes thick, Can be ensured in the case of the optical element.
  • the present application relates to a driving method of an optical element and an optical element to which such a driving method can be applied.
  • the optical element of the present application can form a variable transmittance device, alone or in combination with other elements.
  • the term transmissive variable device may refer to a device designed to switch between a state of high transmittance and a state of low transmittance.
  • the high transmittance state can be referred to as a transmission state
  • the low transmittance state can be referred to as a blocking state
  • the transmission state may mean, for example, a state where the transmittance of the apparatus is 40% or more, and the cutoff state may mean a state where the transmittance of the apparatus is 10% or less.
  • the upper limit of the transmittance in the transmissive state can be about 100%, about 95%, about 90%, about 85%, about 80%, about 75%, about 70%, about 65% .
  • the transmittance in the transmitted state is at least about 45%, at least 50%, at least 55%, at least 60%, at least 65%, at least 70%, at least 75%, at least 80% Or 95% or more.
  • the lower limit of the transmittance in the blocking state may be about 0%, about 1%, about 2%, about 3%, about 4%, about 5%, about 6%, about 7% 10%. ≪ / RTI >
  • the transmittance may be a linear light transmittance.
  • the term linear optical transmittance may be a ratio of the light (linear light) transmitted through the transmittance variable device in the same direction as the incident direction with respect to the light incident on the transmittance variable device in a predetermined direction.
  • the transmittance may be a result (normal linear light transmittance) measured with respect to light incident in a direction parallel to the surface normal of the transmittance varying device, or an angle exceeding 0 degrees and within 20 degrees with the surface normal (Oblique light transmittance) measured with respect to the light incident in the direction of the incident light.
  • the angle of incidence of the incident light with respect to the surface normal for the measurement of the oblique light transmittance may be about 0.5 degree or more, about 1 degree or more, or about 1.5 degree or more, about 19.5 degrees or less, about 19 degrees or less, About 18.5 degrees, about 17 degrees, about 17 degrees, about 16.5 degrees, about 16 degrees, about 15.5 degrees, about 15 degrees, about 14.5 degrees, about 14 degrees, about About 13.5 degrees, about 13.5 degrees, about 12.5 degrees, about 12 degrees, about 11.5 degrees, about 11 degrees, about 10.5 degrees, about 10 degrees, about 9.5 degrees, about 9 degrees, about About 8 degrees or less, about 7.5 degrees or less, about 7 degrees or less, about 6.5 degrees or less, about 6 degrees or less, about 5.5 degrees or less, about 5 degrees or less, about 4.5 degrees or less, Can be less than 3.5 degrees or less than about 3 degrees
  • the transmittance may be a numerical value for light of any wavelength within a wavelength range of visible light, that is, a wavelength range of 400 to 700 nm, or an average value of numerical values for light of the whole wavelength.
  • the linear light transmittance in each of the above-mentioned transmission states is a transmittance in a state in which the transmittance of the transmittance variable apparatus is the highest
  • the linear transmittance in the cutoff state is a transmittance in a state where the transmittance of the transmittance variable apparatus is lowest .
  • the optical element of the present invention includes at least an active liquid crystal layer.
  • the active liquid crystal layer is an active guest host liquid crystal layer (hereinafter, referred to as an active GH layer) .
  • the active GH layer may be a liquid crystal compound (liquid crystal host), a liquid crystal compound (liquid crystal host), or the like.
  • the active liquid crystal layer is a liquid crystal layer containing at least a liquid crystal compound and capable of changing the direction of the optical axis of the liquid crystal by an external signal, And a dichroic dye guest, and can also mean a liquid crystal layer formed so that the direction of the optical axis can be changed by an external signal, for example, a voltage.
  • the active liquid crystal layer is described as an active GH layer, but the active GH layer may also be applied to the active liquid crystal layer.
  • the optical axis means an optical axis or a slow axis of a liquid crystal compound of the active liquid crystal layer or the GH layer, and the direction of the major axis when the liquid crystal compound is a rod, In the case of a discotic liquid crystal, it may mean an axis parallel to the normal direction of the disc plane.
  • the orientation of the dichroic dye contained in the GH layer is determined by the liquid crystal compound by a mechanism known as the so-called guest host effect.
  • the optical axis of the active GH layer can switch between a vertically aligned state and a horizontally aligned state.
  • the vertical alignment state is a state in which the optical axis or the average optical axis of the active liquid crystal layer or the GH layer is within a range of -10 degrees to -10 degrees, -8 degrees to 8 degrees, and -6 degrees to the normal direction of the plane of the GH layer, Means an angle within a range of -4 degrees to 4 degrees, an angle within a range of -2 degrees to 2 degrees, or substantially parallel to each other.
  • the horizontal alignment state is a state in which the optical axis or the average optical axis of the active liquid crystal layer or the GH layer is within a range of approximately -10 degrees to 10 degrees from the direction perpendicular to the normal direction of the liquid crystal layer or the GH layer, Means an angle within a range of -6 to 6 degrees, a range of -4 to 4 degrees, a range of -2 to 2 degrees, or substantially parallel.
  • the average optical axis may be the vector sum of the optical axes of the liquid crystal compound of the active liquid crystal layer or the GH layer.
  • the active liquid crystal layer or the GH layer of the optical element is present in the vertically aligned state in the state where no external signal such as a voltage is applied, and is switched to the horizontally aligned state when an external signal is applied. And when the external signal is applied, it is switched to the vertically aligned state, and when the external signal is no longer present, it is switched to the horizontally aligned state. .
  • the thickness of the active liquid crystal layer or the GH layer of the optical element may be at least 4 ⁇ or more.
  • the thickness of the liquid crystal layer or the GH layer is the same as the cell gap of the liquid crystal layer or the GH layer.
  • the liquid crystal layer or the GH layer is formed between the two substrates The distance between the opposing surfaces of the two substrates.
  • the transmittance band means the difference between the maximum transmittance and the minimum transmittance that the optical element can exhibit.
  • the Bulk liquid crystal has a part of the liquid crystal layer whose alignment is not appropriately controlled by the orientation force of the orientation layer or an external signal it means.
  • the cell gap may be at least about 5 ⁇ ⁇ , at least 6 ⁇ ⁇ , at least 7 ⁇ ⁇ , at least 8 ⁇ ⁇ , at least 9 ⁇ ⁇ , at least 10 ⁇ ⁇ , at least 11 ⁇ ⁇ , at least 12 ⁇ ⁇ , at least 13 ⁇ ⁇ , Less than or equal to 30 ⁇ m, less than or equal to 29 ⁇ m, less than or equal to 28 ⁇ m, less than or equal to 27 ⁇ m, less than or equal to 26 ⁇ m, less than or equal to 25 ⁇ m, less than or equal to 24 ⁇ m, less than or equal to 23 ⁇ m, less than or equal to 22 ⁇ m, , 18 ⁇ m or less, 17 ⁇ m or less, 16 ⁇ m or less, or 16.5 ⁇ m or less.
  • the kind of the liquid crystal compound contained in the active liquid crystal layer or the GH layer is not limited, and a known liquid crystal compound known to be capable of forming a GH cell can be applied.
  • a nematic liquid crystal compound can be used as the liquid crystal compound.
  • the liquid crystal compound may be a non-reactive liquid crystal compound.
  • the non-reactive liquid crystal compound may mean a liquid crystal compound having no polymerizable group. Examples of the polymerizable group include acryloyl groups, acryloyloxy groups, methacryloyl groups, methacryloyloxy groups, carboxyl groups, hydroxyl groups, vinyl groups, and epoxy groups, but not limited thereto, May be included.
  • the liquid crystal compound contained in the liquid crystal layer or the GH layer may have a positive dielectric anisotropy or a negative dielectric anisotropy.
  • the term " dielectric anisotropy " in the present application can mean a difference between an ideal dielectric constant (epsilon e, extraordinary dielectric anisotropy) and a normal dielectric anisotropy (dielectric constant in short axis direction).
  • the dielectric anisotropy of the liquid crystal compound may be within ⁇ 40, within ⁇ 30, within ⁇ 10, within ⁇ 7, within ⁇ 5 or within ⁇ 3, for example. Adjusting the dielectric anisotropy of the liquid crystal compound within the above range may be advantageous in terms of driving efficiency of the liquid crystal device.
  • the refractive index anisotropy of the liquid crystal compound present in the liquid crystal layer or the GH layer can be appropriately selected in consideration of the objective properties, for example, the transmission characteristics, the contrast ratio, and the like.
  • the term " refractive index anisotropy " may mean a difference between an extraordinary refractive index and an ordinary refractive index of a liquid crystal compound.
  • the refractive index anisotropy of the liquid crystal compound may be in the range of, for example, 0.1 or more, 0.12 or more or 0.15 or more to 0.23 or less or 0.25 or less or 0.3 or less.
  • the liquid crystal layer or the GH layer may further include a dichroic dye.
  • the dye may be included as a guest material.
  • the dichroic dye can serve, for example, to control the transmittance of the device in accordance with the orientation of the host material.
  • the term " dye " in the present application may mean a material capable of intensively absorbing and / or deforming light within a visible light region, for example, within a wavelength range of 400 nm to 700 nm,
  • the term " dichroic dye &quot may mean a material capable of anisotropic absorption of light in at least a part or the entire range of the visible light region.
  • the dichroic dye for example, known dyes known to have properties that can be aligned according to the alignment state of the liquid crystal compound 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, quaterlylene dyes, benzothiadiazole dyes , Diketopyrrolopyrrole dyes, squalene dyes or pyromethene dyes.
  • the dyes applicable in the present application are not limited to the above.
  • the dichroic dye for example, a black dye can be used. Such dyes are known, for example, as azo dyes or anthraquinone dyes, but are not limited thereto.
  • the dichroic dye preferably has a dichroic ratio, that is, a value obtained by dividing the absorption of the polarized light parallel to the long axis direction of the dichroic dye by the absorption of the polarized light parallel to the direction perpendicular to the long axis direction, Or more can be used.
  • the dye may satisfy the dichroic ratio at least at some wavelength or at any wavelength within the wavelength range of the visible light region, for example, within 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, 20 or less, 18 or less, 16 or less, or 14 or less.
  • the ratio of the dichroic dye in the liquid crystal layer or the GH layer can be appropriately selected according to the intended physical properties, for example, the transmittance variable characteristics.
  • the dichroic dye may be present in an amount of at least 0.01, at least 0.1, at least 0.2, at least 0.3, at least 0.4, at least 0.5, at least 0.6, at least 0.7, % Or more, 0.9% or more, or 1.0% or more by weight of the liquid crystal layer or the GH layer.
  • the upper limit of the proportion of the dichroic dye in the liquid crystal layer or the GH layer is, for example, 2 wt% or less, 1.9 wt% or less, 1.8 wt% or less, 1.7 wt% or less, 1.6 wt% or less, 1.5 wt% Or less, 1.3 weight% or less, 1.2 weight% or less, or 1.1 weight% or less.
  • the total weight of the liquid crystal compound and the dichroic dye in the liquid crystal layer or GH layer may be, for example, about 60 wt% or more, 65 wt% or more, 70 wt% or more, 75 wt% or more, 80 wt% , At least 85 wt%, at least 90 wt%, or at least 95 wt%, and in other examples, less than about 100 wt%, 98 wt% or less, or 96 wt% or less.
  • the liquid crystal layer or the GH layer may further comprise optional additives used in the formation of the known liquid crystal layer or GH layer, if necessary, in addition to the components, i.e. liquid crystal compounds, dichroic dyes and chiral dopants.
  • the liquid crystal layer or the GH layer may have an anisotropic degree (R) of, for example, about 0.5 or more.
  • R anisotropic degree
  • the anisotropy (R) can be measured by the method described in "Polarized Light in Optics and Spectroscopy", D. S. Kliger et al., Academic Press, 1990.
  • the anisotropy R may be about 0.55 or more, 0.6 or more, or 0.65 or more in another example.
  • the anisotropy (R) may be, for example, about 0.9 or less, about 0.85 or less, about 0.8 or less, about 0.75 or less, or about 0.7 or less.
  • the anisotropy (R) can be achieved by controlling, for example, the kind and / or ratio of the liquid crystal compound (host), the kind and / or the ratio of the anisotropic dye, the cell gap and the like.
  • the liquid crystal layer or the GH layer may be designed to have a pre-tilt angle in a predetermined range in the vertical alignment state.
  • the pretilt angle may mean an angle formed by the direction of the director of the liquid crystal compound with the plane of the liquid crystal layer or the GH layer.
  • the method of controlling the pretilt angle of such a liquid crystal compound is not particularly limited and can be controlled by a known method.
  • the pretilt angle may be, for example, 70 degrees or more and less than 90 degrees.
  • the pretilt angle may be at least about 71 degrees, at least about 72 degrees, at least about 73 degrees, at least about 74 degrees, at least about 75 degrees, at least about 76 degrees, at least about 77 degrees, at least about 78 degrees, at least about 79 degrees, at least about 80 degrees , About 81 degrees, about 82 degrees, about 83 degrees, about 84 degrees, about 85 degrees, about 86 degrees, about 87 degrees, about 89 degrees, about 88.5 degrees, Or less.
  • the optical element may further include various other elements including at least the liquid crystal layer or the GH layer.
  • the optical element may include first and second substrates disposed opposite to each other, wherein the liquid crystal layer or the GH layer may be positioned between the first and second substrates.
  • the substrate known materials can be used without any particular limitation.
  • the substrate may be a glass film, a crystalline or amorphous silicon film, an inorganic film such as quartz or ITO (Indium Tin Oxide) film, or a plastic film.
  • a TAC triacetyl cellulose
  • a COP cyclo olefin copolymer substrate such as a norbornene derivative substrate
  • PMMA polycarbonate substrate
  • PE polyethylene
  • PV polypropylene
  • PVA polyvinyl alcohol
  • DAC diacetyl cellulose
  • PES polyetheretherketone
  • PEN polyetherimide
  • PEN polyethylenemaphthatate
  • PET polyethyleneterephtalate
  • PS polyimide
  • a substrate or a substrate including an amorphous fluororesin can be used but is not limited thereto.
  • the thickness of such a substrate is not particularly limited and may be selected within an appropriate range.
  • An electrode layer may be present on the substrate.
  • an electrode layer may be present on at least one surface or both surfaces of the surface of the substrate facing the liquid crystal layer or the GH layer.
  • the electrode layer may be an element for applying an external signal capable of switching the optical axis of the liquid crystal layer or the GH layer.
  • the term inner surface of the substrate in this application means a surface near both the liquid crystal layer or the GH layer among the two surfaces of the substrate.
  • the electrode layer may be formed using a known material.
  • the electrode layer may include a conductive polymer, a conductive metal, a conductive nanowire, or a metal oxide such as ITO (Indium Tin Oxide).
  • the electrode layer may be formed to have transparency. In this field, various materials and forming methods capable of forming a transparent electrode layer are known, and all of these methods can be applied. If necessary, the electrode layer formed on the surface of the substrate may be appropriately patterned.
  • a liquid crystal alignment layer may be present on the substrate.
  • the liquid crystal alignment layer may also be formed on an inner surface of the substrate, that is, a surface facing the liquid crystal layer or the GH layer.
  • the liquid crystal alignment layer may be formed on the surface of the electrode layer, or may be formed between the electrode layer and the substrate.
  • a liquid crystal alignment layer may be present on at least one surface or both surfaces of the inner surface of the substrate included in the transmittance variable device.
  • the alignment layer may be a horizontal alignment layer or a vertical alignment layer, and in one example, it may be a vertical alignment layer.
  • the optical element may further include known elements such as an antireflection layer and a hard coating layer in addition to the above-described structure.
  • the present application relates to a method of driving an optical element as described above.
  • the driving method includes an active liquid crystal layer including a liquid crystal compound and switching between a first state in which the orientation of the optical axis is in a vertically or horizontally aligned state and a second state in which the optical axis orientation is different from the first state And may be a driving method of the optical element.
  • the first state may be, for example, a vertically aligned state
  • the second state may be a horizontally aligned state, for example.
  • the driving method may include a step of applying a voltage to at least the active liquid crystal layer or the GH layer in the first state to switch to the second state.
  • the second state voltage V 3 may be applied to the active liquid crystal layer or the GH layer to which the first state voltage V 1 is applied for the switching.
  • the first state voltage is an applied voltage required to maintain the first state
  • the second state voltage is an applied voltage required to maintain the second state
  • V 1 is the first state voltage and V 3 is the second state voltage.
  • the driving method of the present application may include a step of applying an intermediate voltage satisfying Formula 2 before applying the voltage of the second state to the active liquid crystal layer or the GH layer in the first state.
  • VT is the threshold voltage
  • VB is the backflow voltage
  • VM is the intermediate voltage
  • the threshold voltage is a threshold voltage for driving the liquid crystal of the active liquid crystal layer or the GH layer.
  • the threshold voltage is a minimum voltage at which the transmittance fluctuates according to the behavior of the liquid crystal depending on an external signal such as a voltage. . ≪ / RTI >
  • a voltage. . &Lt / RTI &gt
  • the inflection point Max Point, arrow mark can be defined as the threshold voltage.
  • the back flow voltage is generally set to a value in which the liquid crystal domains that are aligned in the opposite direction when a high voltage signal is applied from the low voltage to the active liquid crystal layer or the GH layer, Means the voltage associated with the behavior of the vehicle.
  • Such a backflow voltage is, for example, as shown by a dotted line in Fig. 14, when a transition from a low voltage to a high voltage is performed in a rearrange section (shoulder) of 5% or more in response speed graph (X axis, response speed, Y axis relative permittivity) ) Can be defined as a voltage corresponding to a high voltage of the generated voltage.
  • any or all of the voltages applied in the above step may be AC voltages. In this case, it is simply referred to as a voltage, but the term may refer to the amplitude of the AC voltage.
  • the applied frequency may be in the range of 40 Hz to 1 kHz. The frequency is specifically 40 Hz to 750 Hz. 40 Hz to 500 Hz, or 40 Hz to 100 Hz.
  • the first state voltage may satisfy Equation 3
  • V 1 is the first state voltage and VT is the threshold voltage.
  • the first state may be a state in which no voltage is applied, or a weakly applied state, that is, an initial state.
  • the threshold voltage VT can satisfy the following expression (4).
  • VT 0.05 x V 3 to 0.2 x V 3
  • VT is the threshold voltage
  • V 3 is a second voltage state.
  • the threshold voltage (VT) is more than 3 or about 0.07V, 0.09V 3 or more, 3 or more 0.1V 0.15V or more than 3 in another example may be 3 up to about 0.19V.
  • the threshold voltage may be in the range of about 0.5V to 3V, but is not limited thereto.
  • the backflow voltage VB can satisfy the following expression (5).
  • Equation 5 VB is the back flow voltage and V 3 is the second state voltage.
  • the back-flow voltage (VT) is approximately 0.35V or more than three or more than 0.4V 3 In another example, 0.65V about 3 or less, 3 or less 0.6V, 0.55V or more than three may be equal to or less than 3 0.5V.
  • the above-mentioned specific threshold voltage or the value of the backflow voltage may vary depending on the state of the specific optical element.
  • the applied intermediate voltage may satisfy the expression (2) and, if necessary, satisfy the following expression (6).
  • VM is an intermediate voltage
  • V 3 is a second voltage state.
  • Said midpoint voltage (VM) is about 0.2V or more than three or more than 0.25V 3 In another example, 0.45V about 3 or less, or 3 or less can be 0.35V.
  • an object can be achieved by a method of applying an intermediate voltage satisfying the above-described relationship before application of the second state voltage.
  • the specific size of the second state voltage is not particularly limited, and for example, an appropriate range can be selected in consideration of the configuration state of the optical element.
  • the second state voltage may be in the range of about 10V to 30V.
  • the time for applying the intermediate voltage is not particularly limited, but can be applied for a holding time TM satisfying the following equation (7), for example.
  • T 12 is a time in the threshold voltage required to be issued to change the transmittance of 90% in a response time when a graph is applied to the intermediate voltage.
  • the time required for the 90% transmittance variation to occur is, for example, the time required to change the transmittance to 5% at a transmittance of 95% or the transmittance to 95% at a transmittance of 5% It may be the time required.
  • the transmittance that varies in the above may be a general transmittance or a relative transmittance.
  • FIG. 1 An example of measuring the T 12 is shown in FIG. 1
  • the intermediate voltage may be applied for about 0.1 second to 10 seconds, although it is not particularly limited.
  • the application time may be at least about 0.15 seconds or at least about 0.2 seconds, at most about 9 seconds, at most about 8 seconds, at most about 7 seconds, at most about 6 seconds, at most about 5 seconds, at most about 4 seconds, 3 seconds or less, about 2 seconds or less, or about 1 second or less.
  • an object can be achieved by a method of applying an intermediate voltage satisfying the above-described relationship before the application of the second state voltage during the application time.
  • the present application also relates to an optical element that is set to enable such driving.
  • the optical element may include at least the above-described active liquid crystal layer or GH layer and a power supply device.
  • the details of the active liquid crystal layer or the GH layer may be applied in the same manner as described above.
  • the power source device may be set so that the first state voltage V 1 , the intermediate voltage state, and the second state voltage V 3 may be implemented as described above.
  • the first and second state voltages, the intermediate voltage, and the application time of the intermediate voltage applied by the power supply device may be applied in the same manner as described above.
  • the present application also relates to a transmittance variable device.
  • the term transmissive variable device may refer to a device designed to switch between a transmissive state and a blocked state as described above.
  • the transmittance variable device may be constituted by the above-mentioned optical element alone, or may include other elements.
  • a passive polarizing layer or an active liquid crystal layer or a GH layer (hereinafter, referred to as a second active liquid crystal layer or a GH layer for convenience of distinguishing from an active liquid crystal layer or a GH layer of an optical element, )
  • the passive polarization layer for example, a known linear polarizer such as a PVA (polyvinyl alcohol) polarizer can be used.
  • the passive polarization layer, the active liquid crystal layer, or the GH layer may be disposed so as to overlap with the optical element.
  • the optical axis of the active liquid crystal layer or the GH layer of the optical element of the present application can be kept parallel to the absorption axis of the passive polarization layer, or the active liquid crystal layer or the GH layer can be vertically aligned .
  • the optical axis of the active liquid crystal layer or the GH layer is vertically aligned with the absorption axis of the passive polarization layer to maintain the transmission and blocking state.
  • the optical axis of the active liquid crystal layer or the GH layer of the optical element and the second active liquid crystal layer or the GH layer are maintained in the mutually vertical alignment state in the transmission state, One may be in a vertically aligned state and the other may be maintained in a horizontally oriented state or horizontally oriented so that the optical axes thereof are parallel to each other and in the blocking state the optical axes of the two liquid crystal layers or GH layers may be oriented perpendicular to each other .
  • the liquid crystal layer or the GH layer As the second active liquid crystal layer or the GH layer, the liquid crystal layer or the GH layer of the same kind as that contained in the optical element already described, or other known active liquid crystal layer or GH layer may be used. This second active liquid crystal layer or GH layer can also switch between the vertically aligned state and the horizontally aligned state.
  • the transmittance variable device includes the optical element and the second active liquid crystal layer or the GH layer
  • the liquid crystal layer or the GH layer included in the optical element may be referred to as a first active liquid crystal layer or a GH layer.
  • switching between the transmission and blocking states can be made by controlling the orientation of the dichroic dye in each active liquid crystal layer or the GH layer.
  • the first and second active liquid crystal layers or GH layers may be overlapped with each other. Accordingly, the light transmitted through the first active liquid crystal layer or the GH layer can be incident on the second active liquid crystal layer or the GH layer.
  • Fig. 1 is a diagram schematically showing the states of the first active liquid crystal layer or the GH layer 10 and the second active liquid crystal layer or the GH layer 20 superposed on each other as described above.
  • This structure may be referred to herein as a double cell structure.
  • the first and second active liquid crystal layers or GH layers may switch between vertical and horizontal alignment states, respectively.
  • switching between the vertical and horizontal alignment states can be performed by applying a voltage.
  • a voltage is applied to the active liquid crystal layer or the GH layer in the vertically aligned state to switch to the horizontally aligned state, or the voltage is applied to the horizontally oriented active liquid crystal layer or the GH layer, . ≪ / RTI >
  • the optical axes of the first active liquid crystal layer or the GH layer and the second active liquid crystal layer or the GH layer may form an angle within a range of about 85 degrees to 95 degrees, or may be orthogonal. In one example, as shown in FIG.
  • OA optical axis
  • the horizontal axis WA of the active liquid crystal layer or the GH layer is a direction parallel to the major axis direction of the active liquid crystal layer or the GH layer, or an observer wearing the eyewear when the liquid crystal layer or the GH layer is applied to a display device such as an eyewear or a TV Or a direction parallel to a line connecting both eyes of the observer observing the display device.
  • the term " active GH layer " refers to a layer in which anisotropic dyes are arranged together according to the arrangement of liquid crystal compounds to form functional layers exhibiting anisotropic light absorption characteristics respectively with respect to the alignment direction of the anisotropic dyes and the direction perpendicular to the alignment direction It can mean.
  • an anisotropic dye is a substance whose absorption rate of light changes according to the direction of polarization. When an absorption rate of light polarized in the long axis direction is large, it is referred to as a p-type dye. When the absorption rate of polarized light in a short axis direction is large, can do.
  • the polarized light vibrating in the longitudinal direction of the dye is absorbed and the polarized light vibrating in the direction of the short axis of the dye is less absorbed and can be transmitted.
  • anisotropic dyes are assumed to be p-type dyes.
  • the active liquid crystal layer or the GH layer can function as an active polarizer.
  • the term " Active Polarizer " may refer to a functional element capable of controlling anisotropic light absorption according to external application.
  • the active liquid crystal layer or the GH layer can control the anisotropic light absorption for the polarization in the direction parallel to the arrangement direction of the anisotropic dye and the polarization in the vertical direction by controlling the arrangement of the liquid crystal compound and the anisotropic dye. Since the arrangement of the liquid crystal and the anisotropic dye can be controlled by the application of an external action such as a magnetic field or an electric field, the active liquid crystal layer or the GH layer can control anisotropic light absorption according to external action.
  • the transmittance variable device may further include two alignment layers disposed on both sides of the first active liquid crystal layer or the GH layer and the second active liquid crystal layer or the GH layer, respectively.
  • the transmittance variable device comprises a first optical element and a third vertical alignment layer sequentially including a first vertical alignment layer, a first active liquid crystal layer or a GH layer, and a second vertical alignment layer, A liquid crystal layer or a GH layer, and a fourth vertical alignment layer, wherein the first optical element may be the above-described optical element.
  • the transmittance variable device of the present application can adjust the transmittance by adjusting the orientation direction of the first active liquid crystal layer, the GH layer, the second active liquid crystal layer, or the GH layer in the absence of the voltage ratio and / or the voltage application.
  • the alignment direction can be adjusted by adjusting the pretilt angle and the pretilt direction of the first to fourth vertical alignment layers.
  • the pretilt may have an angle and a direction.
  • the pre-tilt angle may be referred to as a polar angle, and the pre-tilt direction may be referred to as an azimuthal angle.
  • the pre-tilt angle has the same meaning as the pre-tilt angle described in the optical element section.
  • the first to fourth vertical alignment layers are formed so that the pretilt angles are within the above-mentioned range, that is, 70 degrees or more and less than 90 degrees, or the pretilt angles of the various examples mentioned in the optical element item Lt; / RTI > It is possible to provide a transmittance variable device having an excellent initial transmittance in this range.
  • the pre-tilt angle of the first vertical alignment layer is an angle measured clockwise or counterclockwise with respect to a plane parallel to the alignment layer
  • the pre-tilt angle of the second vertical alignment layer is A counterclockwise direction when the pretilt angle of the first vertical alignment layer is measured in the clockwise direction, or a clockwise angle when the pretilt angle of the first vertical alignment layer is measured in the counterclockwise direction have.
  • the pretilt angle of the third vertical alignment layer is an angle measured in a clockwise or counterclockwise direction with respect to a plane parallel to the orientation layer, and the pretilt angle of the fourth vertical alignment layer is in a direction opposite to the pretilt angle, 3 may be a counterclockwise direction when the pretilt angle of the vertical orientation layer is measured in a clockwise direction or an angle measured in a clockwise direction when the pretilt angle of the third vertical orientation layer is measured in a counterclockwise direction.
  • the pretilt direction may mean a direction in which a director of the liquid crystal molecules is projected on a horizontal surface of the alignment layer.
  • the pretilt direction may be an angle formed by the projected direction and the horizontal axis WA.
  • the pretilt direction of the vertical alignment layer can induce the alignment direction of the horizontally aligned state when a voltage is applied to the liquid crystal cell
  • the pre-tilt directions of the first and second vertical alignment layers and the pre-tilt directions of the third and fourth vertical alignment layers may intersect with each other.
  • the pre-tilt directions of the first and second vertical alignment layers and the pre-tilt directions of the third and fourth vertical alignment layers are orthogonal to each other, for example, from 85 degrees to 95 degrees or about 90 degrees . It is possible to provide a transmittance variable device having an excellent shading ratio at the time of voltage application when the pre-tilt direction satisfies the above condition.
  • the direction of the pre-tilt of the first and second vertical alignment layers and the pretilt direction of the third and fourth vertical alignment layers for example, the direction of the first and second vertical alignment layers
  • the pretilt direction has an optical axis OA within a range of 40 degrees to 50 degrees in the clockwise direction with respect to the transverse axis WA of the active liquid crystal layer or the GH layer and has an optical axis OA in the other direction, 4
  • the pretilt direction of the vertical alignment layer may have an optical axis OA in a range of 130 to 140 degrees clockwise with respect to the horizontal axis WA of the active liquid crystal layer or the GH layer.
  • the pretilt angle and the direction mentioned above may be set such that the pretilt angle and the direction of the active liquid crystal layer or the GH layer in the active liquid crystal layer or the GH layer, Lt; / RTI >
  • the first to fourth vertical alignment layers may be a rubbing alignment layer or a photo alignment layer.
  • the orientation direction is determined by the rubbing direction, and in the case of the photo-alignment layer, by the polarization direction of the irradiated light.
  • the pretilt angle and the pretilt direction of the vertical alignment layer can be adjusted by changing the alignment condition, for example, the rubbing condition or the pressure condition at the time of the rubbing alignment or the light alignment condition, for example, the polarization state of light, Can be realized by appropriately adjusting.
  • the pretilt angle can be achieved by controlling the rubbing intensity of the rubbing orientation layer
  • the pretilt direction can be achieved by controlling the rubbing direction of the rubbing orientation layer
  • this approach is well known.
  • the photo-alignment layer it can be achieved by the orientation layer material, direction, state or intensity of polarization applied to the orientation.
  • the first to fourth vertical alignment layers may be rubbing orientation layers.
  • Each of the first to fourth vertical alignment layers may have a specific alignment direction.
  • the rubbing direction can be confirmed by measuring the pretilt angle.
  • the pretilt angle is measured in the manner described in the following examples, Measurement may be possible.
  • the direction RA of the rubbing orientation of the first vertical alignment layer 12 is in a range of 40 degrees to 50 degrees
  • the direction RA of the rubbing orientation of the third vertical alignment layer 22 is in the range of 130 to 140 degrees
  • the direction RA of the rubbing orientation of the third vertical alignment layer 22 is in the range of 220 to 230 degrees
  • the direction RA may range from 310 degrees to 320 degrees. It is possible to provide a transmittance variable device in which the switching between the vertical alignment state and the horizontal alignment state can be effectively performed through the relationship of the rubbing alignment directions of the first to fourth vertical alignment layers.
  • the direction RA of each of the rubbing orientations is an angle measured in a clockwise direction or a counterclockwise direction with respect to the horizontal axis WA as a reference.
  • the direction (RA) of each of the rubbing orientations is measured by selecting only one of the clockwise and counterclockwise directions.
  • the angle formed by the horizontal axis WA is within the range of 40 degrees to 50 degrees when measured in the clockwise direction with respect to the horizontal axis WA and the angle RA in the direction of the rubbing alignment of the first vertical alignment layer 12,
  • the rubbing direction RA of the second vertical alignment layer 14 may be opposite to each other.
  • the angle formed by the horizontal axis WA is in the range of 130 to 140 degrees when measured in the clockwise direction with respect to the horizontal axis WA and the angle RA in the rubbing orientation of the third vertical alignment layer 22
  • the rubbing direction RA of the fourth vertical alignment layer 24 may be opposite to each other.
  • the conditions can be controlled such that the above-mentioned pretilt angle and direction can be achieved even when the photo alignment layer is used as the first to fourth vertical alignment layers.
  • the exemplary transmittance variable device may further include an electrode layer disposed outside the first to fourth vertical alignment layers, wherein the specific type of the electrode layer is as described in the description of the optical element.
  • Fig. 4 exemplarily shows a first optical element including an active liquid crystal layer or a GH layer, an electrode layer and a vertical alignment layer.
  • the first optical element 10 includes a first electrode layer 11, a first vertical alignment layer 12, a first active liquid crystal layer or GH layer 13, a second vertical alignment layer 14 And a second electrode layer 15 in this order.
  • the thicknesses of the first and second electrode layers and the first and second vertical alignment layers may be suitably selected in consideration of the object of the present application.
  • Fig. 5 exemplarily shows a second optical element including an active liquid crystal layer or a GH layer, an electrode layer and a vertical alignment layer.
  • the second optical element 20 includes a third electrode layer 21, a third vertical alignment layer 22, a second active liquid crystal layer or GH layer 23, a fourth vertical alignment layer 24 And a fourth electrode layer 25 in this order.
  • the thicknesses of the third and fourth electrode layers and the third and fourth vertical alignment layers may be appropriately selected in consideration of the object of the present application.
  • the transmittance variable device of the present application may further include a pressure-sensitive adhesive.
  • the first and second optical elements may be bonded together by the adhesive.
  • a pressure sensitive adhesive layer used for attaching the optical film may be appropriately selected and used.
  • the thickness of the pressure-sensitive adhesive may be appropriately selected in consideration of the object of the present application.
  • the transmittance variable device of the present application may further include a hard coating film.
  • the hard coating film may include a base film and a hard coating layer on the base film.
  • the hard coating film may be appropriately selected from known hard coating films in consideration of the object of the present application.
  • the thickness of the hard coating film may be appropriately selected in consideration of the object of the present application.
  • the hard coating film may be formed on the outside of the first and / or second optical elements through a pressure-sensitive adhesive.
  • the hard coating film may be attached to the outside of the substrate on which the first and / or fourth electrode layers are formed through a pressure-sensitive adhesive.
  • a pressure-sensitive adhesive to be used for adhering the optical film may be appropriately selected and used.
  • the transmittance variable device may further include an antireflection film.
  • the antireflection film may include a base film and an antireflection layer on the base film.
  • the antireflection film may be appropriately selected from known antireflection films in view of the object of the present application.
  • the thickness of the antireflection film can be suitably selected in consideration of the object of the present application.
  • the antireflection film may be formed on the outside of the first and / or second optical elements through a pressure-sensitive adhesive.
  • the antireflection film may be attached to the outside of the substrate on which the first electrode layer and / or the fourth electrode layer is present, via a pressure-sensitive adhesive.
  • a pressure-sensitive adhesive to be used for adhering the optical film may be appropriately selected and used.
  • the transmittance can be adjusted depending on whether a voltage is applied to the first and second active liquid crystal layers or the GH layer by adjusting the orientation state at the time of no voltage bias and voltage application.
  • the liquid crystal and the anisotropic dye can be aligned according to the alignment direction. Therefore, the alignment direction can be parallel to the optical axis direction of the liquid crystal and / or the absorption axis direction of the anisotropic dye.
  • the transmittance variable device can implement a transmissive state when the first and second optical elements are respectively in a vertically aligned state, and can implement a blocked state in a horizontally aligned state.
  • the first active liquid crystal layer or the GH layer has an optical axis within a range of 40 degrees to 50 degrees in a clockwise direction with respect to the abscissa of the active liquid crystal layer or the GH layer
  • Layer or the GH layer may have an optical axis within a range of 130 to 140 degrees clockwise with respect to the abscissa of the active liquid crystal layer or the GH layer. It is possible to provide a transmittance variable device having excellent symmetry by reducing the difference in the contrast ratio between the first active liquid crystal layer or the GH layer and the second active liquid crystal layer or the GH layer through the optical axis relationship between the left and right viewing angles.
  • the transmittance variable device as described above can be applied to various applications.
  • Applications for which the transmittance variable device can be applied include openings in an enclosed space including a building such as a window or a sunroof, a container or a vehicle, an eyewear, or the like.
  • the range of the eyewear may include all the eyewear formed so that the observer can observe the outside through the lens, such as general glasses, sunglasses, sports goggles, helmets or augmented reality experience devices.
  • a typical application to which the transmittance variable device of the present application may be applied is eyewear.
  • eyewear in which a lens is mounted such that sunglasses, sports goggles, augmented reality experience devices, and the like are tilted from an observer's front line of sight are commercially available.
  • excellent symmetry can be ensured by reducing the difference in the contrast ratio between the right and left tilt angles when obliquely observed, as described above. Can be applied.
  • the structure of the eyewear is not particularly limited. That is, the transmittance variable device may be mounted and applied in a lens for a left eye and / or a right eye of a known eyewear structure.
  • the eye wear includes a left eye lens and a right eye lens; And a frame for supporting the left eye lens and the right eye lens.
  • Fig. 6 is an exemplary schematic diagram of the eyewear, which is a schematic diagram of the eyewear including the frame 12 and the left and right eye lenses 14, and the eyewear structure to which the transmittance variable device of the present application can be applied Is not limited to Fig.
  • the left eye lens and the right eye lens may each include the transmittance variable device.
  • Such a lens may include only the transmittance variable device or may include other configurations.
  • the eyewear may have various designs.
  • the frame may have an angle of 15 to 40 degrees with respect to the observer's front sight line direction when the observer wears the eyewear and the normal line of the transmissivity variable apparatus surface. May be formed to be inclined so as to be in a range.
  • Examples of such eyewear include sports goggles and augmented reality experience devices.
  • the transmittance variable device is formed inclined to the eye, the contrast ratio at the tilt angle may be improved by adjusting the pretilt angles of the first to fourth vertical alignment layers.
  • the present application is directed to a method of controlling a back flow phenomenon caused by a bulk liquid crystal host even when a cell gap of a GH cell becomes thick.
  • An ensured driving method and an optical element to which such a driving method can be applied can be provided.
  • the optical element and the transmittance variable device of the present application are applicable to various applications including a variety of architectural or automotive materials requiring adjustment of the transmittance, eyewear such as augmented reality experience goggles, sunglasses or helmets .
  • FIG. 1 exemplarily shows the transmittance variable device of the present application.
  • Fig. 2 shows the optical axis in the horizontal alignment state of the first and second optical elements.
  • Fig. 3 shows pre-tilt directions of the first to fourth vertical alignment films.
  • Fig. 4 exemplarily shows a first optical element.
  • Fig. 5 exemplarily shows a second optical element.
  • Figure 6 illustrates an exemplary eyewear.
  • Figs. 7 to 11 show the state of the voltage applied in Examples 1 to 5 of the present application and the corresponding transmittance change states. Fig.
  • 13 is a graph of voltage vs. transmittance change for explaining the threshold voltage.
  • 15 is a graph of response speed for explaining T12 time.
  • optical element of the present application will be described in detail by way of examples and comparative examples, but the scope of the optical element of the present application is not limited by the following examples.
  • An optical element was fabricated by forming a GH layer between two COP (cycloolefin polymer) films in which an ITO (Indium Tin Oxide) electrode layer and a vertical alignment layer were sequentially formed on the surface.
  • the thickness of the GH layer that is, the cell gap, was set to about 12 ⁇ .
  • the vertical alignment layer used herein was an alignment layer having a pretilt angle of about 88 degrees.
  • the orientation layer was formed by coating a vertical alignment layer of polyimide type on the ITO electrode layer by bar coating, holding it at 130 DEG C for about 30 minutes, rubbing with a rubbing treatment to a thickness of about 200 nm, The COP film was laminated such that the rubbing directions were equal to each other.
  • the GH layer is a nematic liquid crystal and dichroic dye having a dielectric anisotropy of about -4.9 and a refractive index anisotropy of about 0.132 and having a dichroic ratio of about 6.5 to 8 as a liquid crystal compound in a ratio of 97: (Nematic liquid crystal: dichroic dye).
  • first state that is, in the state in which no external voltage is applied, the GH layer is vertically aligned, the linear light transmittance is 95%, the frequency is about 60 Hz,
  • second state a blocking state with a linear light transmittance of at most 5%
  • the GH layers are overlapped with each other so that the GH layers are in a vertically aligned state so that the GH layers are in a transmitting state.
  • the blocking state can be constituted horizontally.
  • the threshold voltage that was checked for the device in the manner described above was about 2 V (alternating voltage at 60 Hz frequency) and back flow voltage was about 5V (alternating voltage at 60 Hz frequency).
  • the amplitude is about 4 V as an intermediate voltage before applying a second state voltage (an AC voltage having an amplitude of about 11 V and a frequency of about 60 Hz) for securing a second state to the apparatus including the manufactured optical element, An AC voltage having a frequency of about 60 Hz was applied for about 0.21 second, and then the second state voltage was applied.
  • FIG. 7 is a diagram summarizing the above process. As shown in the drawing, it is confirmed that the back flow phenomenon is alleviated as compared with the case of FIG. 12 (Comparative Example 1).
  • FIG. 8 is a diagram summarizing the above process. As shown in the drawing, it can be confirmed that the backflow phenomenon is alleviated as compared with the case of FIG. 12 (Comparative Example 1).
  • FIG. 9 is a diagram summarizing the above process. As shown in the drawing, it is confirmed that the back flow phenomenon is alleviated as compared with the case of FIG. 12 (Comparative Example 1).
  • FIG. 10 is a diagram summarizing the above process. As shown in the drawing, it is confirmed that the back flow phenomenon is alleviated as compared with the case of FIG. 12 (Comparative Example 1).
  • FIG. 11 is a diagram summarizing the above process. As shown in the drawing, it can be confirmed that the backflow phenomenon is alleviated as compared with the case of FIG. 12 (Comparative Example 1).
  • the optical element was driven in the same manner as in Example 1, except that the second state voltage was immediately applied without the intermediate voltage application step, and the results are shown in Fig.
  • FIG. 16 is a diagram summarizing the above process. As shown in FIG. 16, the backflow phenomenon can not be alleviated in Comparative Example 2 as compared with the case of FIGS. 7 to 11 (Examples 1 to 5).
  • the first active liquid crystal layer comprises a first active liquid crystal layer, a second active liquid crystal layer, a first electrode layer, a first vertical alignment layer, A liquid crystal layer in the left eye and a liquid crystal layer in the left eye and a right eye, and a liquid crystal layer in the left eye and the right eye, respectively.

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Abstract

본 출원은 광학 소자의 구동 방법, 상기 광학 소자, 투과율 가변 장치 및 이의 용도에 관한 것이다. 일 예시에서 본 출원은, GH셀의 셀갭(cell gap)이 두꺼워지는 경우에도 벌크 액정 화합물(Bulk Liquid Crystal Host)에 의한 백플로우(back flow) 현상을 억제하고, 빠른 응답 속도와 우수한 구동 특성이 확보되는 구동 방식이 제공될 수 있다.

Description

광학 소자의 구동 방법
본 출원은, 광학 소자의 구동 방법에 관한 것이다.
본 출원은 2017년 9월 29일자 한국 특허 출원 제10-2017-0127823호에 기초한 우선권 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
주로 액정 화합물인 호스트(Liquid Crystal Host)와 이색성 염료 게스트(dichroic dye guest)의 혼합물을 적용한 소위 GH셀(Guest host cell)을 사용한 투과율 가변 장치는 공지이다(예를 들면, 특허문헌 1: 유럽 공개특허 제0022311호).
이러한 투과율 가변 장치는 선글라스 등의 안경류(eyewear)나 건물 외벽, 차량의 선루프 등을 포함한 다양한 용도에 적용되고 있다. 최근에는 소위 증강 현실(AR, Augmented Reality)의 체험을 위한 안경류에도 상기 투과율 가변 장치의 적용이 검토되고 있다.
이러한 투과율 가변 장치는, GH셀 내의 이색성 염료 게스트의 배향을 조절하여 투과율을 조절하게 되고, 예를 들면, 액정 화합물의 배향을 수직 배향 상태와 수평 배향 상태의 사이에서 스위칭함으로써 투과율을 조절하는 경우가 있다.
본 출원은, 광학 소자의 구동 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 일 예시에서 본 출원은, 액정층의 셀갭(cell gap)이 두꺼워지는 경우에도 벌크 액정 화합물(Bulk Liquid Crystal Compound)에 의한 백플로우(back flow) 현상을 억제할 수 있고, 우수한 응답 속도 및 구동 특성이 확보될 수 있는 광학 소자의 구동 방법을 제공할 수 있다.
본 출원은 광학 소자의 구동 방법 및 그러한 구동 방법이 적용될 수 있는 광학 소자에 대한 것이다. 본 출원의 상기 광학 소자는, 그 단독으로 혹은 다른 요소와 조합되어 투과율 가변 장치를 형성할 수 있다. 본 명세서에서 용어 투과율 가변 장치는 높은 투과율의 상태 및 낮은 투과율의 상태의 사이를 스위칭할 수 있도록 설계된 장치를 의미할 수 있다.
본 명세서에서 상기 높은 투과율의 상태는 투과 상태로 호칭될 수 있고, 낮은 투과율의 상태는 차단 상태로 호칭될 수 있다.
상기 투과 상태는, 예를 들면, 상기 장치의 투과율이 40% 이상인 상태를 의미할 수 있고, 차단 상태는 상기 장치의 투과율이 10% 이하인 상태를 의미할 수 있다.
상기 투과 상태에서의 투과율은 수치가 높을수록 유리하고, 차단 상태에서의 투과율은 낮을수록 유리하기 때문에 각각의 상한과 하한은 특별히 제한되지 않는다. 일 예시에서 상기 투과 상태에서의 투과율의 상한은 약 100%, 약 95%, 약 90%, 약 85%, 약 80%, 약 75%, 약 70%, 약 65% 또는 약 60%일 수 있다. 상기 투과 상태에서의 투과율은 다른 예시에서 약 45% 이상, 50% 이상, 55% 이상, 60% 이상, 65% 이상, 70% 이상, 75% 이상, 80% 이상, 85% 이상, 90% 이상 또는 95% 이상일 수 있다. 상기 차단 상태에서의 투과율의 하한은 약 0%, 약 1%, 약 2%, 약 3%, 약 4%, 약 5%, 약 6%, 약 7%, 약 8%, 약 9% 또는 약 10%일 수 있다.
상기 투과율은 직진광 투과율일 수 있다. 용어 직진광 투과율은 소정 방향으로 투과율 가변 장치를 입사한 광 대비 상기 입사 방향과 동일한 방향으로 상기 투과율 가변 장치를 투과한 광(직진광)의 비율일 수 있다. 일 예시에서 상기 투과율은, 상기 투과율 가변 장치의 표면 법선과 평행한 방향으로 입사한 광에 대하여 측정한 결과(법선광 투과율)이거나, 혹은 상기 표면 법선과 0도를 초과하고, 20도 이내인 각도를 이루는 방향으로 입사한 광에 대해 측정한 결과(경사광 투과율)일 수 있다. 상기 경사광 투과율의 측정을 위해 입사하는 광의 방향이 상기 표면 법선과 이루는 각도는 다른 예시에서 약 0.5도 이상, 약 1도 이상 또는 약 1.5도 이상이거나, 약 19.5 도 이하, 약 19 도 이하, 약 18.5도 이하, 약 18도 이하, 약 17.5도 이하, 약 17도 이하, 약 16.5도 이하, 약 16도 이하, 약 15.5도 이하, 약 15도 이하, 약 14.5도 이하, 약 14도 이하, 약 13.5도 이하, 약 13도 이하, 약 12.5도 이하, 약 12도 이하, 약 11.5도 이하, 약 11도 이하, 약 10.5도 이하, 약 10도 이하, 약 9.5도 이하, 약 9 도 이하, 약 8.5 도 이하, 약 8 도 이하, 약 7.5 도 이하, 약 7 도 이하, 약 6.5 도 이하, 약 6 도 이하, 약 5.5 도 이하, 약 5 도 이하, 약 4.5 도 이하, 약 4 도 이하, 약 3.5 도 이하 또는 약 3 도 이하일 수 있다
상기 투과율은 가시광 파장 영역, 즉 400 내지 700 nm의 파장 범위 내의 어느 하나의 파장의 광에 대한 수치이거나, 혹은 상기 전 파장의 광에 대한 수치의 평균치일 수 있다.
또한, 상기 언급한 각 투과 상태에서의 직진광 투과율은 상기 투과율 가변 장치의 해당 투과율이 가장 높은 상태에서의 투과율이고, 차단 상태에서의 직진광 투과율은 상기 투과율 가변 장치의 해당 투과율이 가장 낮은 상태에서의 투과율이다.
본 출원의 상기 광학 소자는 능동 액정층(Active Liquid Crystal Layer)을 적어도 포함하고, 일 예시에서 상기 능동 액정층은 능동 게스트 호스트 액정층(Active Guest Host Liquid Crystal Layer, 이하, 능동 GH층으로 호칭할 수 있다.)일 수 있다. 상기에서 능동 액정층은 액정 화합물을 적어도 포함하면서, 상기 액정의 광축의 방향이 외부 신호, 예를 들면, 전압 등에 의해 변경될 수 있도록 형성된 액정층이고, 능동 GH층은, 액정 화합물(액정 호스트) 및 이색성 염료 게스트를 적어도 포함하는 층으로서, 역시 그 광축의 방향을 외부 신호, 예를 들면, 전압 등에 의해 변경할 수 있도록 형성된 액정층을 의미할 수 있다.
이하, 본 명세서에서는 편의상 상기 능동 액정층이 능동 GH층인 것으로 설명하지만, 상기 능동 GH층에 대한 사항은 능동 액정층에도 적용될 수 있다.
상기에서 광축은, 능동 액정층 또는 GH층의 액정 화합물의 광축(Optical axis) 또는 지상축(Slow axis)을 의미하고, 액정 화합물이 로드(rod) 형태인 경우에는 그 장축의 방향을 의미하고, 디스코틱(discotic) 액정의 경우, 원판 평면의 법선 방향과 평행한 축을 의미할 수 있다.
GH층에 포함되는 이색성 염료의 배향은, 소위 게스트 호스트 효과로 알려진 기작에 의해 액정 화합물에 따라 결정된다.
상기 능동 GH층의 광축은, 수직 배향 상태와 수평 배향 상태의 사이를 스위칭할 수 있다.
상기에서 수직 배향 상태는, 상기 능동 액정층 또는 GH층의 광축 또는 평균 광축이 상기 GH층의 평면의 법선 방향과 대략 -10도 내지 10도의 범위 내, -8도 내지 8도의 범위 내, -6도 내지 6도의 범위 내, -4도 내지 4도의 범위 내, -2도 내지 2도의 범위 내의 각도를 이루거나, 실질적으로 평행한 경우를 의미한다. 또한, 수평 배향 상태는, 상기 능동 액정층 또는 GH층의 광축 또는 평균 광축이 상기 액정층 또는 GH층의 법선 방향과 수직한 방향과 대략 -10도 내지 10도의 범위 내, -8도 내지 8도의 범위 내, -6도 내지 6도의 범위 내, -4도 내지 4도의 범위 내, -2도 내지 2도의 범위 내의 각도를 이루거나, 실질적으로 평행한 경우를 의미한다.
또한, 상기에서 평균 광축은, 능동 액정층 또는 GH층의 액정 화합물의 광축의 벡터합일 수 있다.
일 예시에서 상기 광학 소자의 능동 액정층 또는 GH층은, 전압과 같은 외부 신호가 인가되지 않은 상태에서 상기 수직 배향 상태로 존재하다가, 외부 신호가 인가되면 수평 배향 상태로 스위칭되고, 다시 외부 신호가 없어지면 수직 배향 상태로 스위칭되거나, 전압과 같은 외부 신호가 인가되지 않은 상태에서 상기 수평 배향 상태로 존재하다가, 외부 신호가 인가되면 수직 배향 상태로 스위칭되고, 다시 외부 신호가 없어지면 수평 배향 상태로 스위칭되도록 구성되어 있을 수 있다.
일 예시에서 상기 광학 소자의 상기 능동 액정층 또는 GH층의 두께는 적어도 4 ㎛ 이상일 수 있다.
상기에서 액정층 또는 GH층의 두께는, 액정층 또는 GH층의 셀갭(cell gap)과 같은 의미이고, 예를 들어, 후술하는 것처럼 2장의 기판과 그 사이에 상기 액정층 또는 GH층이 형성되는 경우에는 그 2장의 기판의 대향하는 면 사이의 간격을 의미할 수 있다.
액정층 또는 GH층의 두께가 두꺼울수록 넓은 투과율 밴드의 구현이 가능하지만, 이러한 경우에 Bulk 액정층의 비율은 더욱 높아진다. 그렇지만, 본 출원의 구동 방식에 의하면, 두꺼운 셀갭 하에서도 상기 Bulk 액정층의 비율을 최소화하거나, 억제하고, 우수한 특성의 광학 소자를 제공할 수 있다. 상기에서 투과율 밴드는, 광학 소자가 나타낼 수 있는 최대 투과율과 최소 투과율의 차이를 의미하고, Bulk 액정은, 배향층의 배향력이나, 외부 신호에 의해 배향이 적절하게 제어되지 않는 액정층의 부분을 의미한다.
상기 셀갭은 다른 예시에서 약 5㎛ 이상, 6㎛ 이상, 7㎛ 이상, 8㎛ 이상, 9㎛ 이상, 10㎛ 이상, 11㎛ 이상, 12㎛ 이상, 13㎛ 이상, 14㎛ 이상 또는 14.5㎛ 이상일 수 있으며, 30㎛ 이하, 29㎛ 이하, 28㎛ 이하, 27㎛ 이하, 26㎛ 이하, 25㎛ 이하, 24㎛ 이하, 23㎛ 이하, 22㎛ 이하, 21㎛ 이하, 20㎛ 이하, 19㎛ 이하, 18㎛ 이하, 17㎛ 이하, 16㎛ 이하 또는 16.5㎛ 이하일 수 있다.
능동 액정층 또는 GH층에 포함되는 액정 화합물의 종류는 제한되지 않으며, GH셀을 구성할 수 있는 것으로 알려진 공지의 액정 화합물을 적용할 수 있다. 예를 들면, 상기 액정 화합물로는 네마틱 액정 화합물을 사용할 수 있다. 상기 액정 화합물은, 비반응성 액정 화합물일 수 있다. 비반응성 액정 화합물은, 중합성기를 가지지 않는 액정 화합물을 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.
액정층 또는 GH층에 포함되는 액정 화합물은 양의 유전율 이방성 또는 음의 유전율 이방성을 가질 수 있다. 본 출원에서 용어「유전율 이방성」은 액정 화합물의 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 화합물의 유전율 이방성은 예를 들어 ±40 이내, ±30 이내, ±10 이내, ±7 이내, ±5 이내 또는 ±3 이내의 범위 내일 수 있다. 액정 화합물의 유전율 이방성을 상기 범위로 조절하면 액정 소자의 구동 효율 측면에서 유리할 수 있다.
액정층 또는 GH층 내에 존재하는 액정 화합물의 굴절률 이방성은 목적 물성, 예를 들어, 투과 특성이나, 콘트라스트 비율 등을 고려하여 적절히 선택될 수 있다. 용어 「굴절률 이방성」은 액정 화합물의 이상 굴절률(extraordinary refractive index)과 정상 굴절률(ordinary refractive index)의 차이를 의미할 수 있다. 액정 화합물의 굴절률 이방성은 예를 들어 0.1 이상, 0.12 이상 또는 0.15 이상 내지 0.23 이하 0.25 이하 또는 0.3 이하의 범위 내에 있을 수 있다.
액정층 또는 GH층은 이색성 염료를 추가로 포함할 수 있다. 상기 염료는 게스트 물질로서 포함될 수 있다. 이색성 염료는, 예를 들면, 호스트 물질의 배향에 따라서 장치의 투과율을 제어하는 역할을 할 수 있다. 본 출원에서 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.
이색성 염료로는, 예를 들면, 소위 호스트 게스트(host guest) 효과에 의해 액정 화합물의 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.
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.
이색성 염료의 액정층 또는 GH층 내의 비율은 목적 물성, 예를 들면, 투과율 가변 특성에 따라 적절히 선택될 수 있다. 예를 들어, 이색성 염료는 0.01 중량% 이상, 0.1 중량% 이상, 0.2 중량% 이상, 0.3 중량% 이상, 0.4 중량% 이상, 0.5 중량% 이상, 0.6 중량% 이상, 0.7 중량% 이상, 0.8 중량% 이상, 0.9 중량% 이상, 또는 1.0 중량% 이상의 비율로 액정층 또는 GH층 내에 포함될 수 있다. 이색성 염료의 액정층 또는 GH층 내의 비율의 상한은, 예를 들면, 2 중량% 이하, 1.9 중량% 이하, 1.8 중량% 이하, 1.7 중량% 이하, 1.6 중량% 이하, 1.5 중량% 이하, 1.4 중량% 이하, 1.3 중량% 이하, 1.2 중량% 이하 또는 1.1 중량% 이하일 수 있다.
액정층 또는 GH층 내에서 상기 액정 화합물과 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 액정층 또는 GH층은 상기 성분, 즉 액정 화합물, 이색성 염료 및 키랄 도펀트에 추가로 필요하다면, 공지의 액정층 또는 GH층의 형성에 사용되는 임의적인 첨가 물질을 추가로 포함할 수 있다.
액정층 또는 GH층은, 예를 들면, 약 0.5 이상의 이방성도(R)를 가질 수 있다. 상기 이방성도(R)는, 문헌 "Polarized Light in Optics and Spectroscopy", D. S. Kliger et al., Academic Press, 1990에 기재된 방식으로 측정할 수 있다.
이방성도(R)는 다른 예시에서 약 0.55 이상, 0.6 이상 또는 0.65 이상일 수 있다. 상기 이방성도(R)는 예를 들면, 약 0.9 이하, 약 0.85 이하, 약 0.8 이하, 약 0.75 이하 또는 약 0.7 이하일 수 있다.
이방성도(R)는 예를 들면, 액정 화합물(호스트)의 종류 및/또는 비율, 이방성 염료의 종류 및/또는 비율이나 상기 셀갭 등을 제어하여 달성할 수 있다.
상기 액정층 또는 GH층은, 상기 수직 배향 상태에서 소정 범위의 프리틸트(pre-tilte)각을 가지도록 설계될 수 있다.
상기 프리틸트각은, 전술한 액정 화합물의 방향자의 방향이 상기 액정층 또는 GH층의 평면과 이루는 각도를 의미할 수 있다.
이러한 액정 화합물의 프리틸트각을 제어하는 방식은 특별히 제한되지 않으며, 공지의 방식으로 조절할 수 있다.
상기 프리틸트각은 예를 들면, 70도 이상이면서, 90도 미만일 수 있다. 이러한 프리틸트각의 설정을 통해 보다 투과율 밴드가 넓으면서, 응답 속도와 구동 특성이 우수한 광학 소자를 제공할 수 있다.
상기 프리틸트각은 일 예시에서 약 71도 이상, 72 도 이상, 약 73 도 이상, 약 74 도 이상, 약 75, 약 76, 약 77, 약 78도 이상, 약 79도 이상, 약 80도 이상, 약 81도 이상, 약 82도 이상, 약 83도 이상, 약 84도 이상, 약 85도 이상, 약 86도 이상 또는 약 87도 이상일 수 있고, 약 89도 이하, 약 88.5도 이하 또는 약 88도 이하일 수 있다.
상기 광학 소자는, 상기 액정층 또는 GH층을 적어도 포함하면서 다양한 다른 요소를 추가로 포함할 수 있다.
일 예시에서 상기 광학 소자는 서로 대향 배치되어 있는 제 1 및 제 2 기판을 포함할 수 있고, 이 때 상기 액정층 또는 GH층은 상기 제 1 및 제 2 기판의 사이에 위치할 수 있다.
상기 기판으로는, 특별한 제한 없이 공지의 소재가 사용될 수 있다. 예를 들면, 기판으로는 유리 필름, 결정성 또는 비결정성 실리콘 필름, 석영 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 필름 등의 무기 필름이나 플라스틱 필름 등을 사용할 수 있다.
플라스틱 기판으로는, TAC(triacetyl cellulose) 기판; 노르보르넨 유도체 기판 등의 COP(cyclo olefin copolymer) 기판; PMMA(poly(methyl methacrylate) 기판; PC(polycarbonate) 기판; PE(polyethylene) 기판; PP(polypropylene) 기판; PVA(polyvinyl alcohol) 기판; DAC(diacetyl cellulose) 기판; Pac(Polyacrylate) 기판; PES(poly ether sulfone) 기판; PEEK(polyetheretherketon) 기판; PPS(polyphenylsulfone), PEI(polyetherimide) 기판; PEN(polyethylenemaphthatlate) 기판; PET(polyethyleneterephtalate) 기판; PI(polyimide) 기판; PSF(polysulfone) 기판; PAR(polyarylate) 기판 또는 비정질 불소 수지 등을 포함하는 기판을 사용할 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니다. 이러한 기판의 두께는 특별히 제한되지 않고, 적절한 범위에서 선택될 수 있다.
상기 기판에는 전극층이 존재할 수 있다. 예를 들면, 기판의 표면 중에서 상기 액정층 또는 GH층을 향하는 표면 중 적어도 한 표면 또는 양 표면 모두에 전극층이 존재할 수 있다. 이 전극층은 액정층 또는 GH층의 광축을 스위칭할 수 있는 외부 신호를 인가하는 요소일 수 있다. 본 출원에서 용어 기판의 내측 표면은 기판의 양 표면 중에서 액정층 또는 GH층과 가까운 표면을 의미한다.
전극층은, 공지의 소재를 사용하여 형성할 수 있으며, 예를 들면, 상기 전극층은, 전도성 고분자, 전도성 금속, 전도성 나노와이어 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등의 금속 산화물 등을 포함할 수 있다. 전극층은, 투명성을 가지도록 형성될 수 있다. 이 분야에서는, 투명 전극층을 형성할 수 있는 다양한 소재 및 형성 방법이 공지되어 있고, 이러한 방법은 모두 적용될 수 있다. 필요한 경우에, 기판의 표면에 형성되는 전극층은, 적절하게 패턴화되어 있을 수도 있다.
상기 기판에는 액정 배향층이 존재할 수 있다. 상기 액정 배향층 역시 상기 기판의 내측 표면, 즉 액정층 또는 GH층을 향하는 표면에 형성되어 있을 수 있다. 기판에 전술한 전극층이 존재하는 경우에는 상기 액정 배향층은 상기 전극층의 표면에 형성되거나, 혹은 전극층과 기판의 사이에 형성될 수도 있다. 예를 들면, 투과율 가변 장치에 포함되는 기판의 내측 표면 중에서 적어도 한 표면 또는 양 표면에 액정 배향층이 존재할 수 있다.
상기 배향층으로는 특별한 제한 없이 이 분야에서 공지된 다양한 러빙 배향층 또는 광배향층 등이 사용될 수 있다. 상기 배향층은, 수평 배향층 또는 수직 배향층일 수 있고, 일 예시에서는 수직 배향층일 수 있다.
광학 소자는 상기 구성에 추가로 반사방지층이나 하드코팅층 등 공지의 요소를 추가로 포함할 수 있다.
본 출원은 상기와 같은 광학 소자의 구동 방법에 대한 것이다. 상기 구동 방법은, 액정 화합물을 포함하며, 광축의 배향이 수직 또는 수평 배향 상태인 제 1 상태와 상기 제 1 상태와는 다른 광축 배향을 가지는 제 2 상태의 사이를 스위칭하는 능동 액정층을 포함하는 광학 소자의 구동 방법일 수 있다. 상기 제 1 상태는 예를 들어 수직 배향 상태일 수 있고, 상기 제 2 상태는 예를 들어 수평 배향 상태일 수 있다. 상기 구동 방법은, 적어도 상기 제 1 상태에 있는 능동 액정층 또는 GH층에 전압을 인가하여 상기 제 2 상태로 스위칭시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 스위칭을 위해서 제 1 상태 전압(V1)이 인가되고 있는 능동 액정층 또는 GH층에 제 2 상태 전압(V3)을 인가할 수 있다.
상기에서 제 1 상태 전압은, 상기 제 1 상태를 유지하기 위해 요구되는 인가 전압이고, 제 2 상태 전압은 상기 제 2 상태를 유지하기 위해 요구되는 인가 전압이다.
이러한 제 1 및 2 상태 전압은 하기 수식 1의 관계를 가질 수 있다. 즉, 제 1 상태 전압에 비해서 제 2 상태 전압이 클 수 있다.
[수식 1]
V1 < V3
수식 1에서 V1은 제 1 상태 전압이고, V3는 제 2 상태 전압이다.
본 출원의 구동 방법에서는 상기 제 1 상태에 있는 능동 액정층 또는 GH층에 제 2 상태의 전압을 인가하기 전에 하기 수식 2를 만족하는 중간 전압을 인가하는 단계를 포함할 수 있다.
[수식 2]
VT ≤ VM < VB
수식 2에서 VT는 임계 전압이고, VB는 백플로우 전압이며, VM은 중간 전압이다.
이와 같은 중간 전압 인가 단계를 추가함으로써, 전술한 바와 같이 두꺼운 셀갭 하에서도 스위칭 과정에서 발생할 수 있는 백플로우 현상 등을 억제할 수 있다.
상기에서 임계 전압은 상기 능동 액정층 또는 GH층의 액정의 구동의 문턱 전압(threshold voltage)을 의미하고, 일 예시에서는 전압 등의 외부 신호에 따른 액정의 거동에 따라 투과율의 변동이 발생되는 최소 전압을 의미할 수 있다. 예를 들어, 액정층이나 GH층에 대해서 전압 대 투과율 변화 그래프를 도 13에 나타난 바와 같이 도시(흑색 점선)하고, 그 그래프를 미분한 그래프(회색 점선)를 도시하였을 때에 해당 미분 그래프의 변곡점(Max Point, 화살표 표시)이 확인되는 시점에서의 전압이 상기 임계 전압으로 정의될 수 있다.
한편, 백플로우 전압은, 일반적으로 능동 액정층 또는 GH층에 낮은 전압에서 고전압의 신호가 인가될 때 역방향으로 정렬되었다가 다시 돌아오는 액정 도메인이 다수 발생하여, 5% 이상의 투과율 변동이 발생되는 2차 거동 특성과 관련된 전압을 의미한다.
이와 같은 백플로우 전압은 예를 들면, 도 14에서 점선으로 표시한 바와 같이 저전압에서 고전압으로 전이 시에 응답속도 그래프(X축, 응답 속도, Y축 상대 투과율)에서 5% 이상의 재배열 구간(shoulder)이 발생되는 전압의 고전압에 해당하는 전압으로 정의될 수 있다.
상기 단계에서 인가되는 전압, 즉 제 1 상태 전압, 제 2 상태 전압, 임계 전압, 중간 전압 및 백플로우 전압 중 어느 하나 또는 모두는 교류 전압일 수 있다. 이러한 경우에는 단순하게 전압으로 호칭되지만, 해당 용어는 상기 교류 전압의 진폭을 의미할 수 있다. 교류 전압인 경우에 인가 주파수는, 40 Hz 내지 1kHz의 범위 내일 수 있다. 상기 주파수는 구체적으로 40 Hz 내지 750Hz. 40 Hz 내지 500 Hz 또는 40 Hz 내지 100 Hz일 수 있다.
상기에서 제 1 상태 전압은 하기 수식 3을 만족할 수 있다
[수식 3]
0 ≤ V1 < 2×VT
수식 3에서 V1은 제 1 상태 전압이고, VT는 임계 전압이다.
즉, 하나의 예시에서 상기 제 1 상태는 전압이 인가되지 않거나, 약하게 인가된 상태, 즉 초기 상태일 수 있다.
상기와 같은 상태에서 임계 전압(VT)은 하기 수식 4를 만족할 수 있다.
[수식 4]
VT = 0.05×V3 내지 0.2×V3
수식 4에서 VT은 임계 전압이며, V3는 제 2 상태 전압이다.
상기 임계 전압(VT)은, 다른 예시에서 약 0.07V3 이상, 0.09V3 이상, 0.1V3 이상 또는 0.15V3 이상이거나, 약 0.19V3 이하일 수 있다.
다른 예시에서 상기 임계 전압은 약 0.5V 내지 3V의 범위 내일 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기와 같은 상태에서 백플로우 전압(VB)은 하기 수식 5를 만족할 수 있다.
[수식 5]
VB = 0.3×V3 내지 0.7×V3
수식 5에서 VB는 백플로우 전압이며, V3는 제 2 상태 전압이다.
상기 백플로우 전압(VT)은, 다른 예시에서 약 0.35V3 이상 또는 0.4V3 이상이거나, 약 0.65V3 이하, 0.6V3 이하, 0.55V3 이하 또는 0.5V3 이하일 수 있다.
상기 언급된 구체적인 임계 전압이나 백플로우 전압의 값은, 구체적인 광학 소자의 상태에 따라서 달라질 수 있다.
한편, 상기 인가되는 중간 전압은 상기 수식 2를 만족할 수 있고, 필요하다면, 하기 수식 6을 만족할 수도 있다.
[수식 6]
VM = 0.15×V3 내지 0.5×V3
수식 6에서 VM은 중간 전압이며, V3는 제 2 상태 전압이다.
상기 중간 전압(VM)은, 다른 예시에서 약 0.2V3 이상 또는 0.25V3 이상이거나, 약 0.45V3 이하 또는 0.35V3 이하일 수 있다.
본 출원에서는 상기와 같은 관계를 만족하는 중간 전압을 제 2 상태 전압의 인가 전에 인가하는 방식에 의해 목적의 달성이 가능하다.
한편, 본 출원에서 상기 제 2 상태 전압의 구체적인 크기는 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 광학 소자의 구성 상태를 고려하여 적정 범위를 선택할 수 있다. 일 예시에서 상기 제 2 상태 전압은, 약 10V 내지 30V의 범위 내일 수 있다.
본 출원의 구동 방법에서 상기 중간 전압을 인가하는 시간은 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면, 하기 수식 7을 만족하는 유지 시간(TM) 동안 인가할 수 있다.
[수식 7]
0.3×T12 ≤ TM ≤ 1.2×T12
수식 7에서 TM은 중간 전압 유지 시간이고, T12는, 임계 전압에서 상기 중간 전압을 인가한 때에 응답 속도 그래프에서 90%의 투과율 변동이 발행하는 것에 요구되는 시간이다.
상기에서 90%의 투과율 변동이 발생하는 것에 요구되는 시간은, 예를 들면, 95%의 투과율에서 5%의 투과율까지 변화하는 것에 요구되는 시간 또는 5%의 투과율에서 95%의 투과율까지 변화하는 것에 요구되는 시간일 수 있다. 또한, 상기에서 변동되는 투과율은 일반적인 투과율이거나 상대 투과율일 수 있다.
상기 T12를 측정하는 일 예시가 도 15에 나타나 있다.
상기 중간 전압 인가 시간은 상기 수식 7을 만족한다면, 구체적으로 특별히 제한되는 것은 아니나, 상기 중간 전압은, 약 0.1초 내지 10초 동안 인가될 수 있다. 상기 인가 시간은, 다른 예시에서 약 0.15초 이상 또는 약 0.2초 이상이거나, 약 9초 이하, 약 8초 이하, 역 7초 이하, 약 6초 이하, 약 5초 이하, 약 4초 이하, 약 3초 이하, 약 2초 이하 또는 약 1초 이하 정도일 수 있다.
본 출원에서는 상기와 같은 관계를 만족하는 중간 전압을 상기 인가 시간 동안 제 2 상태 전압의 인가 전에 인가하는 방식에 의해 목적의 달성이 가능하다.
본 출원은 또한 상기와 같은 구동이 가능하도록 설정(Setting)된 광학 소자에 대한 것이다.
상기 광학 소자는 적어도 전술한 능동 액정층 또는 GH층과 전원 장치를 포함할 수 있다.
상기 능동 액정층 또는 GH층에 대한 구체적인 사항은 이미 기술한 내용이 동일하게 적용될 수 있다.
또한, 상기 전원 장치는, 이미 기술한 바와 같은 제 1 상태 전압(V1) 인가 상태, 중간 전압 인가 상태 및 제 2 상태 전압(V3) 인가 상태가 구현될 수 있도록 설정되어 있을 수 있다.
상기 전원 장치가 인가하는 제 1 및 제 2 상태 전압과 중간 전압, 그리고 중간 전압의 인가 시간은 이미 기술한 내용이 동일하게 적용될 수 있다.
본 출원은 또한 투과율 가변 장치에 관한 것이다. 용어 투과율 가변 장치는 전술한 것처럼 투과 상태와 차단 상태의 사이를 스위칭할 수 있도록 설계된 장치를 의미할 수 있다.
상기 투과율 가변 장치는, 전술한 광학 소자 단독으로 구성되거나, 다른 요소를 포함할 수도 있다. 상기 다른 요소의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 수동 편광층 또는 능동 액정층 또는 GH층(이하, 광학 소자의 능동 액정층 또는 GH층과 구별을 위해 편의상 제 2 능동 액정층 또는 GH층으로 호칭할 수 있다.)이 예시될 수 있다. 상기에서 수동 편광층으로는, 예를 들면, PVA(polyvinyl alcohol) 편광자 등의 공지의 직선 편광자를 사용할 수 있다. 상기 수동 편광층 또는 능동 액정층 또는 GH층은, 상기 광학 소자와 중첩되어 배치될 수 있다. 예를 들어, 투과 상태에서는, 본 출원의 광학 소자의 능동 액정층 또는 GH층의 광축을 상기 수동 편광층의 흡수축과 평행하게 유지하거나, 혹은 상기 능동 액정층 또는 GH층을 수직 배향시킬 수 있고, 차단 상태에서는 상기 능동 액정층 또는 GH층의 광축을 상기 수동 편광층의 흡수축과 수직 배향시켜서 투과 및 차단 상태를 유지할 수 있다.
광학 소자와 제 2 능동 액정층 또는 GH층이 포함되는 경우에, 투과 상태에서는 광학 소자의 능동 액정층 또는 GH층의 광축과 제 2 능동 액정층 또는 GH층을 상호 수직 배향 상태로 유지하거나, 어느 하나는 수직 배향 상태이고, 다른 하나는 수평 배향 상태를 유지하거나, 서로의 광축이 평행하도록 수평 배향시킬 수 있고, 차단 상태에서는 상기 2개의 액정층 또는 GH층의 광축을 서로 수직하게 배향시킬 수 있다.
상기에서 제 2 능동 액정층 또는 GH층으로는, 이미 기술한 광학 소자에 포함되는 것과 동일 종류의 액정층 또는 GH층을 사용하거나, 혹은 공지의 다른 능동 액정층 또는 GH층을 사용할 수도 있다. 이러한 제 2 능동 액정층 또는 GH층도 수직 배향 상태와 수평 배향 상태의 사이를 스위칭할 수 있다.
이하, 투과율 가변 장치가 상기 광학 소자와 상기 제 2 능동 액정층 또는 GH층을 포함하는 경우를 예시적으로 설명한다. 이 경우, 편의상 상기 광학 소자에 포함되는 액정층 또는 GH층은 제 1 능동 액정층 또는 GH층으로 호칭할 수 있다.
상기와 같이 2개의 능동 액정층 또는 GH층을 포함하는 구조에서 상기 각 능동 액정층 또는 GH층 내의 이색성 염료의 배향을 조절하는 것에 의해 상기 투과 및 차단 상태간의 스위칭이 가능하게 될 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 능동 액정층 또는 GH층은 서로 중첩되어 포함되어 있을 수 있다. 이에 따라서 상기 제 1 능동 액정층 또는 GH층을 투과한 광은 제 2 능동 액정층 또는 GH층으로 입사될 수 있고, 반대로 제 2 능동 액정층 또는 GH층을 투과한 광도 제 1 능동 액정층 또는 GH층으로 입사될 수 있다.
도 1은, 상기와 같이 서로 중첩되어 있는 제 1 능동 액정층 또는 GH층(10) 및 제 2 능동 액정층 또는 GH층(20)의 상태를 모식적으로 나타낸 도면이다.
이러한 구조는 본 명세서에서 더블셀(double cell) 구조로 호칭될 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 능동 액정층 또는 GH층은 각각 수직 배향 및 수평 배향 상태간을 스위칭할 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 수직 배향 및 수평 배향 상태 간의 스위칭은 전압 인가 여부에 의해 수행될 수 있다. 예를 들어, 전압 비인가 상태에서 수직 배향 상태인 능동 액정층 또는 GH층에 전압을 인가하여 수평 배향 상태로 전환시키거나, 반대로 수평 배향 상태인 능동 액정층 또는 GH층에 전압을 인가하여 수직 배향 상태로 전환시킬 수 있다.
수평 배향 상태에서 제 1 능동 액정층 또는 GH층과 제 2 능동 액정층 또는 GH층의 광축은 약 85도 내지 95도 범위 내의 각도를 이루거나, 직교할 수 있다. 하나의 예시에서, 도 2에 나타낸 바와 같이, 수평 배향 상태에서 상기 제 1 및 제 2 능동 액정층 또는 GH층(10, 20) 중 어느 하나, 예를 들면, 제 1 능동 액정층 또는 GH층(10)은, 능동 액정층 또는 GH층의 가로축(WA)을 기준으로 시계 방향으로 40도 내지 50도의 범위 내의 광축(OA)을 가지고, 다른 하나, 예를 들면, 제 2 능동 액정층 또는 GH층(20)은 상기 능동 액정층 또는 GH층의 가로축(WA)을 기준으로 시계 방향으로 130도 내지 140도의 범위 내의 광축(OA)을 가질 수 있다. 이러한 제 1 능동 액정층 또는 GH층과 제 2 능동 액정층 또는 GH층의 광축 관계를 통해 좌우 시야각에서의 콘트라스트 비의 차이를 감소시켜 좌우 대칭성이 우수한 투과율 가변 장치를 제공할 수 있다.
본 명세서에서 상기 능동 액정층 또는 GH층의 가로축(WA)은, 능동 액정층 또는 GH층의 장축 방향과 평행한 방향 또는 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.
전술한 것처럼 용어 「능동 GH층」은, 액정 화합물의 배열에 따라 이방성 염료가 함께 배열되어, 이방성 염료의 정렬 방향과 상기 정렬 방향의 수직한 방향에 대하여 각각 비등방성 광 흡수 특성을 나타내는 기능성 층을 의미할 수 있다. 예를 들어, 이방성 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 이방성 염료는 p형 염료인 것으로 가정한다.
능동 액정층 또는 GH층은 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 액정층 또는 GH층은 액정 화합물 및 이방성 염료의 배열을 조절함으로써 상기 이방성 염료의 배열 방향과 평행한 방향의 편광 및 수직한 방향의 편광에 대한 비등방성 광 흡수를 조절할 수 있다. 액정 및 이방성 염료의 배열은 자기장 또는 전기장과 같은 외부 작용의 인가에 의하여 조절될 수 있으므로, 능동 액정층 또는 GH층은 외부 작용 인가에 따라 비등방성 광 흡수를 조절할 수 있다.
투과율 가변 장치는, 각각 상기 제 1 능동 액정층 또는 GH층 및 제 2 능동 액정층 또는 GH층의 양측에 배치된 2층의 배향층을 더 포함할 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 투과율 가변 장치는, 제 1 수직 배향층, 제 1 능동 액정층 또는 GH층 및 제 2 수직 배향층을 순차로 포함하는 제 1 광학 소자와 제 3 수직 배향층, 제 2 능동 액정층 또는 GH층 및 제 4 수직 배향층을 순차로 포함하는 제 2 광학 소자를 포함하는 구조이고, 상기에서 제 1 광학 소자는 전술한 광학 소자일 수 있다.
본 출원의 투과율 가변 장치는 상기 제 1 능동 액정층 또는 GH층 및 제 2 능동 액정층 또는 GH층의 전압 비인가 시 및/또는 전압 인가 시의 배향 방향을 조절함으로써 투과율을 조절할 수 있다. 상기 배향 방향은 상기 제1 내지 제4 수직 배향층의 프리틸트각 및 프리틸트 방향을 조절함으로써 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 상기 광학 소자 항목에서 기술한 프리틸트각과 같은 의미이다.
하나의 예시에서, 상기 제 1 내지 제 4 수직 배향층은 프리틸트 각이 전술한 범위 내, 즉 70도 이상이면서, 90도 미만이거나, 혹은 상기 광학 소자 항목에서 언급한 다양한 예시의 프리틸트각을 가질 수 있다. 이러한 범위에서 초기 투과율이 우수한 투과율 가변 장치를 제공할 수 있다.
하나의 예시에서 상기 제 1 수직 배향층의 프리틸트 각도는 상기 배향층과 수평한 면을 기준으로 시계 방향 또는 반시계 방향으로 측정한 각도이고, 제 2 수직 배향층의 프리틸트 각도는 그와는 역방향, 즉 제 1 수직 배향층의 프리틸트 각도가 시계 방향으로 측정된 경우에 반시계 방향 또는 제 1 수직 배향층의 프리틸트 각도가 반시계 방향으로 측정된 경우에 시계 방향으로 측정된 각도일 수 있다.
상기 제 3 수직 배향층의 프리틸트 각도는 상기 배향층과 수평한 면을 기준으로 시계 방향 또는 반시계 방향으로 측정한 각도이고, 제 4 수직 배향층의 프리틸트 각도는 그와는 역방향, 즉 제 3 수직 배향층의 프리틸트 각도가 시계 방향으로 측정된 경우에 반시계 방향 또는 제 3 수직 배향층의 프리틸트 각도가 반시계 방향으로 측정된 경우에 시계 방향으로 측정된 각도일 수 있다.
상기 프리틸트 방향은 액정 분자의 방향자가 배향층의 수평한 면에 사영된 방향을 의미할 수 있다. 일 예시에서 상기 프리틸트 방향은 상기 사영된 방향과 상기 가로축(WA)이 이루는 각도일 수 있다. 상기 수직 배향층의 프리틸트 방향은 액정 셀에 전압 인가 시 수평 배향 상태의 배향 방향을 유도할 수 있다
상기 제 1 및 제 2 수직 배향층의 프리틸트 방향과 제 3 및 제 4 수직 배향층의 프리틸트 방향은 서로 교차할 수 있다. 하나의 예시에서, 제 1 및 제 2 수직 배향층의 프리틸트 방향과 제 3 및 제 4 수직 배향층의 프리틸트 방향은 서로 직교를, 예를 들어, 85도 내지 95도 또는 약 90도를 이룰 수 있다. 프리틸트 방향이 상기 조건을 만족하는 경우 전압 인가 시 차광 율이 우수한 투과율 가변 장치를 제공할 수 있다.
일 예시에서 상기 제 1 및 제 2 수직 배향층의 프리틸트 방향과 상기 제 3 및 제 4 수직 배향층의 프리틸트 방향 중 어느 하나의 방향, 예를 들면, 상기 제 1 및 제 2 수직 배향층의 프리틸트 방향은, 능동 액정층 또는 GH층의 가로축(WA)을 기준으로 시계 방향으로 40도 내지 50도의 범위 내의 광축(OA)을 가지고, 다른 하나의 방향, 예를 들면, 상기 제 3 및 제 4 수직 배향층의 프리틸트 방향은, 상기 능동 액정층 또는 GH층의 가로축(WA)을 기준으로 시계 방향으로 130도 내지 140도의 범위 내의 광축(OA)을 가질 수 있다. 이러한 관계를 통해 좌우 시야각에서의 콘트라스트 비의 차이를 감소시켜 좌우 대칭성이 우수한 투과율 가변 장치를 제공할 수 있다.
상기 언급한 프리틸트 각도 및 방향은, 일 예시에서 상기 각 능동 액정층 또는 GH층의 능동 액정층 또는 GH층이 수직 배향상태인 경우에 각 능동 액정층 또는 GH층에서 측정되는 프리틸트각 및 방향일 수 있다.
상기 제 1 내지 제 4 수직 배향층은 러빙 배향층 또는 광 배향층일 수 있다. 러빙 배향층의 경우, 배향 방향은 러빙 방향에 의해 정해지고, 광배향층의 경우는, 조사되는 광의 편광 방향 등에 의해 결정된다. 상기 수직 배향층의 프리틸트 각도 및 프리틸트 방향은 배향 조건, 예를 들어 러빙 배향 시의 러빙 조건이나 압력 조건, 혹은 광 배향 조건, 예를 들어, 광의 편광 상태, 광의 조사 각도, 광의 조사 세기 등을 적절히 조절하여 구현할 수 있다.
예를 들어, 수직 배향층이 러빙 배향층인 경우에 상기 프리틸트 각도는 상기 러빙 배향층의 러빙 세기 등을 제어하여 달성할 수 있고, 프리틸트 방향은 상기 러빙 배향층의 러빙 방향을 제어하여 달성할 수 있으며, 이러한 달성 방식은 공지의 방식이다. 또한, 광배향층의 경우, 배향층 재료, 배향에 적용되는 편광의 방향, 상태 내지는 세기 등에 의해 달성될 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 제 1 내지 제 4 수직 배향층은 러빙 배향층일 수 있다. 상기 제 1 내지 제 4 수직 배향층은 각각 특유의 배향 방향을 가질 수 있다.
예를 들면, 상기 제 1 및 제 2 수직 배향층의 러빙 방향은 서로 역방향으로서, 약 170도 내지 190도를 이룰 수 있고, 역시 제 3 및 제 4 수직 배향층의 러빙 방향은 서로 역방향으로서 약 170도 내지 190도를 이룰 수 있다.
상기 러빙 방향은 프리틸트 각의 측정을 통해 확인할 수 있는데, 일반적으로 액정은 러빙 방향을 따라서 누우면서 프리틸트 각을 발생시키기 때문에, 하기 실시예에서 기재된 방식으로 프리틸트 각을 측정함으로써 상기 러빙 방향의 측정이 가능할 수 있다.
하나의 예시에서, 도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 제 1 수직 배향층(12)의 러빙 배향의 방향(RA)은 40도 내지 50도이고, 상기 제 2 수직 배향층(14)의 러빙 배향의 방향(RA)은 220도 내지 230도이고, 상기 제 3 수직 배향층(22)의 러빙 배향의 방향(RA)은 130도 내지 140도이고, 상기 제 4 수직 배향층(24)의 러빙 배향의 방향(RA)은 310도 내지 320도일 수 있다. 이러한 제 1 내지 제 4 수직 배향층의 러빙 배향 방향의 관계를 통해 수직 배향 상태와 수평 배향 상태 간의 스위칭이 효과적으로 이루어질 수 있는 투과율 가변 장치를 제공할 수 있다. 상기 각 러빙 배향의 방향(RA)은 상기 가로축(WA)을 기준을 기준으로 시계 방향 또는 반시계 방향으로 측정된 각도이다. 다만, 상기 각 러빙 배향의 방향(RA)을 측정하는 방향은 상기 시계 또는 반시계 방향 중에서 어느 한 방향만을 선택하여 측정한다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 제 1 수직 배향층(12)의 러빙 배향의 방향(RA)과 상기 가로축(WA)이 이루는 각도와 제 2 수직 배향층(14)의 러빙 방향(RA)과 상기 가로축(WA)이 이루는 각도는, 모두 상기 가로축(WA)을 기준으로 시계 방향으로 측정한 때에 40도 내지 50도의 범위 내이고, 상기 제 1 수직 배향층(12)의 러빙 배향의 방향(RA)과 제 2 수직 배향층(14)의 러빙 방향(RA)은 서로 역방향일 수 있다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 제 3 수직 배향층(22)의 러빙 배향의 방향(RA)과 상기 가로축(WA)이 이루는 각도와 제 4 수직 배향층(24)의 러빙 방향(RA)과 상기 가로축(WA)이 이루는 각도는, 모두 상기 가로축(WA)을 기준으로 시계 방향으로 측정한 때에 130도 내지 140도의 범위 내이고, 상기 제 3 수직 배향층(22)의 러빙 배향의 방향(RA)과 제 4 수직 배향층(24)의 러빙 방향(RA)은 서로 역방향일 수 있다.
제 1 내지 제 4 수직 배향층으로서 광배향층이 사용되는 경우에도 상기 언급한 프리틸트 각도 및 방향이 달성될 수 있도록 조건이 제어될 수 있다.
예시적인 투과율 가변 장치는 상기 제 1 내지 제 4 수직 배향층의 외측에 배치된 전극층을 추가로 포함할 수 있고, 이 때 전극층의 구체적인 종류는 상기 광학 소자의 기술 항목에서 언급한 바와 같다.
도 4는 능동 액정층 또는 GH층, 전극층 및 수직 배향층을 포함하는 제 1 광학 소자를 예시적으로 나타낸다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 제 1 광학 소자(10)는 제 1 전극층(11), 제 1 수직 배향층(12), 제 1 능동 액정층 또는 GH층(13), 제 2 수직 배향층(14) 및 제 2 전극층(15)을 순차로 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 전극층과 제 1 및 제 2 수직 배향층의 두께는 본 출원의 목적을 고려하여 적절히 선택될 수 있다.
도 5는 능동 액정층 또는 GH층, 전극층 및 수직 배향층을 포함하는 제 2 광학 소자를 예시적으로 나타낸다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 제 2 광학 소자(20)는 제 3 전극층(21), 제 3 수직 배향층(22), 제 2 능동 액정층 또는 GH층(23), 제 4 수직 배향층(24) 및 제 4 전극층(25)을 순차로 포함할 수 있다. 상기 제 3 및 제 4 전극층과 제 3 및 제 4 수직 배향층의 두께는 본 출원의 목적을 고려하여 적절히 선택될 수 있다.
본 출원의 투과율 가변 장치는 점착제를 더 포함할 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 광학 소자는 상기 점착제에 의해 서로 합착된 상태로 존재할 수 있다. 상기 점착제로는 광학 필름의 부착에 사용되는 점착제층을 적절히 선택하여 사용할 수 있다. 상기 점착제의 두께는 본 출원의 목적을 고려하여 적절히 선택될 수 있다.
본 출원의 투과율 가변 장치는 하드 코팅 필름을 더 포함할 수 있다. 상기 하드 코팅 필름은 기재 필름 및 상기 기재 필름 상에 하드 코팅 층을 포함할 수 있다. 하드 코팅 필름은 본 출원의 목적을 고려하여 공지의 하드 코팅 필름을 적절히 선택하여 사용할 수 있다. 상기 하드 코팅 필름의 두께는 본 출원의 목적을 고려하여 적절히 선택될 수 있다.
상기 하드 코팅 필름은 제 1 및/또는 제 2 광학 소자의 외측에 점착제를 통하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 하드 코팅 필름은 제 1 및/또는 제 4 전극층이 형성되어 있는 기판의 외측에 점착제를 통하여 부착될 수 있다. 상기 점착제로는 광학 필름의 부착에 사용되는 점착제를 적절히 선택하여 사용할 수 있다.
본 출원은 투과율 가변 장치는 반사 방지 필름을 더 포함할 수 있다. 상기 반사 방지 필름은 기재 필름 및 상기 기재 필름 상에 반사 방지 층을 포함할 수 있다. 반사 방지 필름은 본 출원의 목적을 고려하여 공지의 반사 방지 필름을 적절히 선택하여 사용할 수 있다. 상기 반사 방지 필름의 두께는 본 출원의 목적을 고려하여 적절히 선택될 수 있다.
상기 반사 방지 필름은 제 1 및/또는 제 2 광학 소자의 외측에 점착제를 통하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 반사 방지 필름은 제 1 전극층 및/또는 제 4 전극층이 존재하는 기판의 외측에 점착제를 통하여 부착될 수 있다. 상기 점착제로는 광학 필름의 부착에 사용되는 점착제를 적절히 선택하여 사용할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 출원의 투과율 가변 장치는 제1 및 제2 능동 액정층 또는 GH층에 전압 비인가 시 및 전압 인가 시의 배향 상태를 조절함으로써 전압 인가 여부에 따라 투과율을 조절할 수 있다. 액정 및 이방성 염료는 상기 배향 방향에 따라 정렬될 수 있다. 따라서, 배향 방향은 액정의 광축 방향 및/또는 이방성 염료의 흡수축 방향과 평행할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 투과율 가변 장치는 제 1 및 제 2 광학 소자가 각각 수직 배향 상태인 경우 투과 상태를 구현할 수 있고, 수평 배향 상태인 경우 차단 상태를 구현할 수 있다.
전술한 바와 같이 상기 수평 배향 상태에서 상기 제 1 능동 액정층 또는 GH층은 상기 능동 액정층 또는 GH층의 가로축을 기준으로 시계 방향으로 40도 내지 50도의 범위 내의 광축을 가지고, 상기 제 2 능동 액정층 또는 GH층은 상기 능동 액정층 또는 GH층의 가로축을 기준으로 시계 방향으로 130도 내지 140도의 범위 내의 광축을 가질 수 있다. 이러한 제 1 능동 액정층 또는 GH층과 제 2 능동 액정층 또는 GH층의 광축 관계를 통해 좌우 시야각에서의 콘트라스트 비의 차이를 감소시켜 좌우 대칭성이 우수한 투과율 가변 장치를 제공할 수 있다.
상기와 같은 투과율 가변 장치는 다양한 용도에 적용될 수 있다. 투과율 가변 장치가 적용될 수 있는 용도에는, 원도우 또는 선루프 등과 같은 건물, 용기 또는 차량 등을 포함하는 밀폐된 공간의 개구부나 아이웨어(eyewear) 등이 예시될 수 있다. 상기에서 아이웨어의 범위에는, 일반적인 안경, 선글라스, 스포츠용 고글 내지는 헬멧 또는 증강 현실 체험용 기기 등과 같이 관찰자가 렌즈를 통하여 외부를 관찰할 수 있도록 형성된 모든 아이 웨어가 포함될 수 있다.
본 출원의 투과율 가변 장치가 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 투과율 가변 장치의 경우, 전술한 바와 같이 경사진 방향에서 관찰하게 될 때에 좌우 경사각에서의 콘트라스트 비의 차이를 감소시킴으로써 우수한 좌우 대칭성을 확보할 수 있으므로, 상기와 같은 구조의 아이웨어에도 효과적으로 적용될 수 있다.
본 출원의 투과율 가변 장치가 아이웨어에 적용되는 경우에 그 아이웨어의 구조는 특별히 제한되지 않는다. 즉, 공지의 아이웨어 구조의 좌안용 및/또는 우안용 렌즈 내에 상기 투과율 가변 장치가 장착되어 적용될 수 있다.
예를 들면, 상기 아이웨어는, 좌안용 렌즈와 우안용 렌즈; 및 상기 좌안용 렌즈와 우안용 렌즈를 지지하는 프레임을 포함할 수 있다.
도 6은, 상기 아이웨어의 예시적인 모식도로서, 상기 프레임(12) 및 좌안용과 우안용 렌즈(14)를 포함하는 아이웨어의 모식도이나, 본 출원의 투과율 가변 장치가 적용될 수 있는 아이웨어의 구조가 도 5에 제한되는 것은 아니다.
상기 아이웨어에서 좌안용 렌즈 및 우안용 렌즈는 각각 상기 투과율 가변 장치를 포함할 수 있다. 이러한 렌즈는, 상기 투과율 가변 장치만을 포함하거나, 기타 다른 구성을 포함할 수도 있다.
상기 아이웨어는 다양한 디자인을 가질 수 있으며, 예를 들면, 상기 프레임은 상기 아이웨어를 관찰자가 장착한 때에 상기 관찰자의 정면 시선 방향과 상기 투과율 가변 장치 표면의 법선이 이루는 각도가 15도 내지 40도의 범위 내가 되도록 경사지게 형성되어 있을 수 있다. 이러한 아이웨어로는, 스포츠용 고글이나 증강 현실 체험용 기기 등이 예시될 수 있다. 투과율 가변 장치가 아이웨어에 경사지게 형성되는 경우, 제1 내지 제 4 수직 배향층의 프리틸트 각의 조절을 통해 경사각에서의 콘트라스트 비를 개선할 수도 있다.
일 예시에서 본 출원은, GH셀의 셀갭(cell gap)이 두꺼워지는 경우에도 벌크 액정 화합물(Bulk Liquid Crystal Host)에 의한 백플로우(back flow) 현상을 억제하고, 빠른 응답 속도와 우수한 구동 특성이 확보되는 구동 방식과 그러한 구동 방식이 적용될 수 있는 광학 소자가 제공될 수 있다. 이러한 본 출원의 광학 소자 및 투과율 가변 장치는, 투과율의 조절이 필요한 다양한 건축용 또는 차량용 소재나, 증강 현실 체험용 또는 스포츠용 고글, 선글라스 또는 헬멧 등의 아이웨이(eyewear)를 포함하는 다양한 용도에 적용될 수 있다.
도 1은 본 출원의 투과율 가변 장치를 예시적으로 나타낸다.
도 2는 제 1 내지 제 2 광학 소자의 수평 배향 상태에서 광축을 나타낸다.
도 3은 제 1 내지 제 4 수직 배향막의 프리틸트 방향을 나타낸다.
도 4는 제 1 광학 소자를 예시적으로 나타낸다.
도 5는 제 2 광학 소자를 예시적으로 나타낸다.
도 6은 아이웨어를 예시적으로 나타낸다.
도 7 내지 11은, 각각 본 출원의 실시예 1 내지 5에서 인가되는 전압의 상태 및 그에 따른 투과율 변화 상태를 나타낸다.
도 12는 비교예 1에서의 투과율과 전압 인가 시간의 관계를 보여주는 도면이다.
도 13은 임계 전압을 설명하기 위한 전압 대 투과율 변화 그래프이다.
도 14는 백플로우 전압을 설명하기 위한 응답 속도 그래프이다.
도 15는 T12 시간을 설명하기 위한 응답 속도 그래프이다.
도 16은 비교예 2에서 인가되는 전압의 상태 및 그에 따른 투과율 변화 상태를 나타낸다.
이하 실시예 및 비교예를 통하여 본 출원의 광학 소자를 구체적으로 설명하지만 본 출원의 광학 소자의 범위가 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
제조예 1. 광학 소자의 제조
표면에 ITO(Indium Tin Oxide) 전극층과 수직 배향층이 순차 형성된 2장의 COP(cycloolefin polymer) 필름의 사이에 GH층을 형성하여 광학 소자를 제조하였다. 상기에서 GH층의 두께, 즉 셀갭은 약 12μm로 하였다. 상기에서 수직 배향층은 프리틸트각이 약 88도인 배향층을 사용하였다. 배향층은, 폴리이미드 계열의 수직 배향층을 상기 ITO 전극층상에 바코팅으로 코팅하고, 130℃에서 약 30분 동안 유지하고, 러빙포로 러빙 처리하여 약 200 nm의 두께로 형성하였고, 상기 2장의 COP 필름은 상기 러빙 방향이 서로 동일하도록 적층하였다. 또한, 상기 GH층은, 액정 화합물로서, 유전율 이방성이 약 -4.9 이고, 굴절률 이방성이 약 0.132 정도인 네마틱 액정 및 이색성 염료로서, 이색비가 약 6.5 내지 8 정도인 흑색 염료를 97:3의 중량 비율(네마틱 액정:이색성 염료)로 혼합된 GH 혼합물을 적용하여 형성하였다.
상기와 같은 광학 소자를 사용하여 초기 상태(제 1 상태), 즉 외부 전압의 인가가 없는 상태에서 GH층이 수직 배향 상태이며, 직진광 투과율이 95%이고, 주파수가 약 60 Hz이고, 진폭이 약 11V인 전압이 인가되면, 직진광 투과율이 최대 5%인 차단 상태(제 2 상태)가 구현될 수 있는 장치를 구성하였다. 상기 장치는 상기 제조된 GH층을 두 개를 서로 중첩하여 구성하였으며, 이에 따라 초기 상태에서는 GH층이 모두 수직 배향 상태여서 투과 상태가 되고, 제 2 상태가 되면, GH층이 서로 광축이 수직하도록 수평 배향되어 차단 상태가 구성될 수 있다.
상기 장치에 대해서 상기에서 설명한 방식으로 확인한 임계 전압은, 약 2V(주파수 60 Hz의 교류 전압)이었고, 백플로우 전압은, 약 5V(주파수 60 Hz의 교류 전압)였다.
실시예 1.
상기 제조된 광학 소자를 포함하는 장치에 제 2 상태를 확보하기 위한 제 2 상태 전압(진폭이 약 11V이고, 주파수가 약 60 Hz인 교류 전압)을 인가하기 전에 중간 전압으로서 진폭이 약 4V이고, 주파수가 약 60 Hz인 교류 전압을 약 0.21초 동안 인가하다가, 상기 제 2 상태 전압을 인가하였다. 도 7은, 상기 과정을 정리한 도면이고, 도면과 같이 도 12(비교예 1)의 경우와 비교하여, 백플로우 현상이 완화되는 것을 확인할 수 있다.
실시예 2.
중간 전압을 약 0.28초 동안 인가하다가, 제 2 상태 전압을 인가한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일 방식으로 광학 소자를 구동시켰다. 도 8은, 상기 과정을 정리한 도면이고, 도면과 같이 도 12(비교예 1)의 경우와 비교하여, 백플로우 현상이 완화되는 것을 확인할 수 있다.
실시예 3.
중간 전압을 약 0.35초 동안 인가하다가, 제 2 상태 전압을 인가한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일 방식으로 광학 소자를 구동시켰다. 도 9는, 상기 과정을 정리한 도면이고, 도면과 같이 도 12(비교예 1)의 경우와 비교하여, 백플로우 현상이 완화되는 것을 확인할 수 있다.
실시예 4.
상기 제조된 광학 소자를 포함하는 장치에 제 2 상태를 확보하기 위한 제 2 상태 전압(진폭이 약 11V이고, 주파수가 약 60 Hz인 교류 전압)을 인가하기 전에 중간 전압으로서 진폭이 약 3V이고, 주파수가 약 60 Hz인 교류 전압을 약 0.49초 동안 인가하다가, 상기 제 2 상태 전압을 인가하였다. 도 10은, 상기 과정을 정리한 도면이고, 도면과 같이 도 12(비교예 1)의 경우와 비교하여, 백플로우 현상이 완화되는 것을 확인할 수 있다.
실시예 5.
중간 전압을 약 0.9초 동안 인가하다가, 제 2 상태 전압을 인가한 것을 제외하고, 실시예 4과 동일 방식으로 광학 소자를 구동시켰다. 도 11는, 상기 과정을 정리한 도면이고, 도면과 같이 도 12(비교예 1)의 경우와 비교하여, 백플로우 현상이 완화되는 것을 확인할 수 있다.
비교예 1.
중간 전압 인가 단계 없이 바로 제 2 상태 전압을 인가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 광학 소자를 구동시켰으며, 그 결과를 도 12에 기재하였다.
비교예 2.
상기 제조된 광학 소자를 포함하는 장치에 제 2 상태를 확보하기 위한 제 2 상태 전압(진폭이 약 11V이고, 주파수가 약 60 Hz인 교류 전압)을 인가하기 전에 중간 전압으로서 진폭이 약 1.5V이고, 주파수가 약 60 Hz인 교류 전압을 약 0.21초 동안 인가하다가, 상기 제 2 상태 전압을 인가하였다. 도 16은, 상기 과정을 정리한 도면이고, 도면과 같이 도 7 내지 11(실시예 1 내지 5)의 경우와 비교하여, 비교예 2는 백플로우 현상이 완화되지 못하는 것을 확인할 수 있다.
[부호의 설명]
10: 제 1 능동 액정층, 20: 제 2 능동 액정층, 11: 제 1 전극층, 12: 제 1 수직 배향층, 13: 제 1 능동 액정층, 14: 제 2 수직 배향층, 15: 제 2 전극층, 21: 제 3 전극층, 22: 제 3 수직 배향층, 23: 제 2 능동 액정층, 24: 제 4 수직 배향층, 25: 제 4 전극층, 12: 프레임, 14: 좌안용과 우안용 렌즈

Claims (17)

  1. 액정 화합물을 포함하며, 광축의 배향이 수직 또는 수평 배향 상태인 제 1 상태와 상기 제 1 상태와는 다른 광축 배향을 가지는 제 2 상태의 사이를 스위칭하는 능동 액정층을 포함하는 광학 소자의 구동 방법으로서,
    상기 제 1 상태 전압(V1)과 상기 제 2 상태 전압(V3)은 하기 수식 1의 관계를 가지고,
    상기 제 1 상태에 있는 액정층에 상기 제 2 상태 전압을 인가하여 제 2 상태로 스위칭하는 단계를 포함하고,
    상기 제 2 상태 전압(V3)을 인가하기 전에 하기 수식 2를 만족하는 중간 전압(VM)을 인가하는 단계를 포함하는 구동 방법:
    [수식 1]
    V1 < V3
    [수식 2]
    VT ≤ VM < VB
    수식 1 및 2에서 V1은 제 1 상태 전압이고, V3는 제 2 상태 전압이며, VT는 임계 전압이고, VB는 백플로우 전압이며, VM은 중간 전압이다.
  2. 제 1 항에 있어서, 액정층은 이색성 염료 게스트를 추가로 포함하는 구동 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 액정층의 두께는 4 ㎛ 이상인 구동 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 인가 전압은 교류 전압인 구동 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 교류 전압의 주파수가 40 Hz 내지 1kHz의 범위 내인 구동 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 제 1 상태 전압은 하기 수식 3을 만족하는 구동 방법:
    [수식 3]
    0 ≤ V1 < 2×VT
    수식 3에서 V1은 제 1 상태 전압이고, VT는 임계 전압이다.
  7. 제 1 항에 있어서, 임계 전압(VT)은 하기 수식 4를 만족하는 구동 방법:
    [수식 4]
    VT = 0.05×V3 내지 0.2×V3
    수식 4에서 VT은 임계 전압이며, V3는 제 2 상태 전압이다.
  8. 제 1 항에 있어서, 임계 전압(VT)은 0.5V 내지 3V의 범위 내인 구동 방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 백플로우 전압(VB)은 하기 수식 5를 만족하는 구동 방법:
    [수식 5]
    VB = 0.3×V3 내지 0.7×V3
    수식 5에서 VB는 백플로우 전압이며, V3는 제 2 상태 전압이다.
  10. 제 1 항에 있어서, 중간 전압(VM)은 하기 수식 6을 만족하는 구동 방법:
    [수식 6]
    VM = 0.15×V3 내지 0.5×V3
    수식 6에서 VM은 중간 전압이며, V3는 제 2 상태 전압이다.
  11. 제 1 항에 있어서, 제 2 상태 전압(V3)은 10V 내지 30V의 범위 내인 구동 방법.
  12. 제 1 항에 있어서, 중간 전압(VM)을 하기 수식 7을 만족하는 유지 시간(TM) 동안 인가하는 구동 방법:
    [수식 7]
    0.3×T12 ≤ TM ≤ 1.2×T12
    수식 7에서 TM은 중간 전압 유지 시간이고, T12는, 임계 전압에서 상기 중간 전압을 인가한 때에 응답 속도 그래프에서 90%의 투과율 변동이 발행하는 것에 요구되는 시간이다.
  13. 제 1 항에 있어서, 중간 전압(VM)을 0.1초 내지 10초 동안 인가하는 구동 방법.
  14. 액정 화합물를 포함하며, 광축의 배향이 수직 또는 수평 배향 상태인 제 1 상태와 상기 제 1 상태와는 다른 광축 배향의 가지는 제 2 상태의 사이를 스위칭하는 능동 액정층 및 상기 액정층에 전압을 인가할 수 있는 전원 장치를 포함하고,
    상기 전원 장치는, 적어도 하기 수식 1 및 2를 만족하는 제 1 상태 전압(V1) 인가 상태, 중간 전압 인가 상태 및 제 2 상태 전압(V3) 인가 상태가 구현될 수 있도록 설정되어 있는 광학 소자:
    [수식 1]
    V1 < V3
    [수식 2]
    VT ≤ VM < VB
    수식 1 및 2에서 V1은 제 1 상태 전압이고, V3는 제 2 상태 전압이며, VT는 임계 전압이고, VB는 백플로우 전압이며, VM은 중간 전압이다.
  15. 제 13 항의 광학 소자 및 상기 광학 소자에 포함되는 능동 액정층과 중첩 배치되는 제 2 능동 액정층 또는 수동 편광층을 포함하는 투과율 가변 장치.
  16. 좌안용 렌즈와 우안용 렌즈 및 상기 좌안용 렌즈와 우안용 렌즈를 지지하는 프레임을 포함하는 아이웨어로서,
    상기 좌안용 렌즈 및 우안용 렌즈는 각각 제 14 항의 광학 소자를 포함하는 아이웨어.
  17. 제 16 항에 있어서, 증강 현실 체험용 기기인 아이웨어.
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