WO2019107906A1 - 투과도 가변 장치 및 그 용도 - Google Patents

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polarizing
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김정운
유수영
전병건
최용성
이성민
유혜민
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주식회사 엘지화학
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    • G02F1/133565—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors characterised by the placement of the optical elements inside the LC elements, i.e. between the cell substrates
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Definitions

  • the present application relates to a variable transmission apparatus and its use.
  • the transmittance variable device may include a spacer as a cell gap holding member for maintaining a cell gap between two substrates coated with an alignment film. At this time, a technique of fixing a spacer to one of two substrates on which an alignment film is coated is applied. In cell fabrication, spacer misalignment occurs due to an external force externally applied to the apparatus.
  • the alignment film of the substrate on which the spacer is not fixed is caused to be shot, resulting in orientation defects and light spots.
  • the deformation of the two substrates induces scratches on the alignment film formed on the substrate to which the spacer is not fixed. Such light spots and scratches can be visually recognized when they are large in size, and can cause problems such as a drop in yield.
  • the present application is directed to a variable transmissivity device and its use. It is an object of the present invention to provide a variable transmittance device capable of preventing scratches, orientation defects, and light leakage of an alignment film generated in a cell fabrication process, and improving transmittance, haze and yield, and its use.
  • An exemplary transmissive variable device of the present application includes a polarizing layer and a transmissivity-variable layer, the transmissivity-variable layer comprising: a first substrate layer formed on the polarizing layer; A spacer fixed on a surface of the first base layer opposite to the polarizing layer, or a column spacer formed on the surface opposite to the polarizer; A second base layer disposed opposite to the first base layer and spaced apart from the first base layer by the spacer, and a light modulating material existing in a space between the first and second base layers have.
  • FIG. 1 is a view showing a transmittance variable device according to the present application.
  • the transmittance variable device of the present application may include a polarizing layer 20 and a transmittance variable layer 10.
  • the polarizing layer 20 may include a passive polarizing layer or an active polarizing layer.
  • the passive polarization layer may mean a functional layer that exhibits selective transmission, polarization, blocking, reflection, scattering, refraction, and / or absorption characteristics with respect to incident light. In the case of the passive polarizing layer, the selective transmission, polarization, blocking, reflection, or absorption characteristics as described above can not be changed or extinguished by an external action.
  • the passive polarization layer may have a function of transmitting light that vibrates in one direction from incident light that vibrates in various directions, and shields light that vibrates in the other direction, for example.
  • the type of the passive polarizing layer is not particularly limited and may be, for example, a reflection polarizing layer such as a dual brightness enhancement film (DBEF), a lyotropic liquid crystal layer (LLC layer), or a wire grid polarizer grid polarizer, etc. may be used.
  • DBEF dual brightness enhancement film
  • LLC layer lyotropic liquid crystal layer
  • wire grid polarizer grid polarizer etc.
  • the absorption type polarizing layer for example, a polarizer in which iodine is immobilized on a polymer stretched film such as a PVA stretched film, or a liquid crystal polymerized in an oriented state is used as a host,
  • a known linear polarizer such as a guest-host type polarizer in which an anisotropic dye arranged in accordance with the guest is used, but the present invention is not limited thereto.
  • the active polarizing layer is also a functional layer exhibiting selective transmission, polarization, blocking, reflection, scattering, refraction and / or absorption characteristics with respect to incident light.
  • the difference from the passive polarizing layer is selective transmission, blocking, polarization, Or may be a layer capable of changing or eliminating the absorption characteristic by an external action (for example, application of an electric field or the like).
  • the above modifications also include changes to other forms within the same characteristics, such as changing the transmittance in the same transmission characteristic or changing the polarization state in the same polarization characteristic.
  • the active polarizing layer adjusts the orientation of the liquid crystal compound and / or anisotropic dye present in the layer of the optical modulator to control the polarization in the direction parallel to the arrangement direction of the anisotropic dye and the anisotropic light absorption for polarization in the vertical direction And the like.
  • the spacer is a fixed spacer or a column spacer formed on the third base layer which is fixed on the third base layer and the third base layer among the third base layer and the fourth base layer is disposed close to the first base layer .
  • the transmittance variable layer (10) comprises a spacer fixed on a surface of the first base layer opposite to the polarizing layer, or a column spacer formed on the opposite surface; A second base layer disposed opposite to the first base layer and spaced apart from the first base layer by the spacer, and a light modulating material existing in a space between the first and second base layers have.
  • the substrate layer in the above any substrate layer used as a substrate in a configuration of a known optical device such as, for example, a liquid crystal display (LCD) can be applied without particular limitation.
  • the substrate layer may be an inorganic substrate layer or an organic substrate layer.
  • the inorganic base layer a glass base layer and the like can be exemplified.
  • the organic base layer various plastic films and the like can be exemplified.
  • Plastic films include TAC (triacetyl cellulose) film; Cycloolefin copolymer (COP) films such as norbornene derivatives; Polyacrylate films such as PMMA (poly (methyl methacrylate), polycarbonate films, polyolefin films such as PE (polyethylene) or PP (polypropylene), polyvinyl alcohol films, DAC (diacetyl cellulose)
  • a polyether sulfone (PES) film, a polyetheretherketone (PES) film, a polyphenylsulfone (PPS) film, a polyetherimide (PEI) film, a polyethylenemaphthatate (PEN) film, a polyethyleneterephtalate (PET) Film or PAR (polyarylate) film, and the like can be exemplified, but are not limited thereto.
  • the thickness of the base layer in the present application is not particularly limited, and an appropriate range may be selected depending on the application.
  • the spacer may be embedded in the orientation film and fixed, or a cured resin film existing on the surface of the first base layer on which the spacer is formed may be additionally formed on the surface on which the spacer of the first base layer is formed, And the spacer may be embedded in the cured resin film and fixed.
  • the fact that the spacer is fixed to the alignment film means that the spacer is stuck to the alignment film.
  • the spacer is fixed to the alignment layer, which means that the spacer is fixed to one side of the alignment layer, which means that there is no movement due to external force or pressure . Whether or not the spacer is fixed to the alignment film can be confirmed, for example, by checking which spacer the spacer remains in the alignment film when the liquid crystal cell is decomposed.
  • the spacers may include, but are not limited to, ball spacers or column spacers.
  • the material constituting the spacer can be appropriately selected in consideration of the object of the present application.
  • the spacer may include at least one selected from the group consisting of a carbon-based material, a metal-based material, an oxide-based material, and a composite material thereof.
  • the permeability is suitable for realizing the variable device.
  • the fact that the spacer is fixed to the orientation film or the curable resin film formed on the first base layer means that the spacer sticks to the orientation film or the curable resin film.
  • the fact that the spacer is fixed to the alignment film or the curable resin film means that the spacer is in contact with the alignment film or the curable resin film and the spacer is embedded in the alignment film or the curable resin film, Or a state in which there is no motion due to pressure.
  • the curable resin may include a curable material.
  • a heat curable material or a photocurable material may be used.
  • an ultraviolet curable material may be used.
  • a silicone resin, a silicon resin, a flan resin, a polyurethane resin, an epoxy resin, an amino resin, a phenol resin, a urea resin, a polyester resin or a melamine resin may be used.
  • the ultraviolet curable material examples include acrylic polymers such as a polyester acrylate polymer, a polystyrene acrylate polymer, an epoxy acrylate polymer, a polyurethane acrylate polymer or a polybutadiene acrylate polymer, a silicone acrylate polymer or an alkyl acrylate Lt; / RTI > polymers may be used.
  • acrylic polymers such as a polyester acrylate polymer, a polystyrene acrylate polymer, an epoxy acrylate polymer, a polyurethane acrylate polymer or a polybutadiene acrylate polymer, a silicone acrylate polymer or an alkyl acrylate Lt; / RTI > polymers may be used.
  • the column spacer may be formed by applying a photosensitive resin composition to a substrate layer, drying the same to form a resin film, and using two or more kinds of masks having different transmittances for the resin film simultaneously or using a mask having two or more regions having different transmittances And then exposing it to light.
  • the photosensitive resin composition may include, but is not limited to, a colorant, a binder resin, a photopolymerizable compound, a photopolymerization initiator, and a solvent.
  • the colorant may comprise a black pigment and, if desired, an organic / inorganic pigment
  • the black pigment can be used without limitation as long as it is shielding against visible light.
  • Examples of the black pigment include carbon black, aniline black, and phenylene black. These black pigments may be used singly or in combination with organic and inorganic pigments.
  • As the organic-inorganic pigment at least one of inorganic pigments and organic pigments known in the art can be further used.
  • the organic pigments and inorganic pigments include compounds classified as pigments in the Color Index (published by The Society of Dyers and Colourists), and more specifically, those having the following color index (CI) numbers Pigments, but are not limited thereto.
  • the binder resin usually makes the unexposed portion of the colored photosensitive resin layer alkali-soluble and serves as a dispersing medium for the coloring agent.
  • the binder resin contained in the colored photosensitive resin composition of the present application may be any binder resin that acts as a binder resin for the above-mentioned colorant and is soluble in an alkaline developer.
  • the binder resin includes, for example, a copolymer of a carboxyl group-containing monomer and another monomer copolymerizable with the monomer.
  • carboxyl group-containing monomer examples include unsaturated carboxylic acids such as unsaturated monocarboxylic acids, unsaturated dicarboxylic acids, and unsaturated polycarboxylic acids having at least one carboxyl group in the molecule such as unsaturated tricarboxylic acid and the like .
  • the photopolymerizable compound is a compound that can be polymerized by the action of light and a photopolymerization initiator described later, and can be used without limitation if it contains an unsaturated group and has photosensitivity. Examples thereof include monofunctional monomers, bifunctional monomers, and other polyfunctional monomers .
  • the monofunctional monomer examples include nonylphenylcarbitol acrylate, 2-hydroxy-3-phenoxypropyl acrylate, 2-ethylhexylcarbitol acrylate, 2-hydroxyethyl acrylate, N-vinyl Pyrrolidone, and the like, but the present invention is not limited thereto.
  • bifunctional monomer examples include 1,6-hexanediol di (meth) acrylate, ethylene glycol di (meth) acrylate, neopentyl glycol di (meth) acrylate, triethylene glycol di Bis (acryloyloxyethyl) ether of bisphenol A, 3-methylpentanediol di (meth) acrylate, and the like, but are not limited thereto.
  • the other polyfunctional monomer examples include trimethylolpropane tri (meth) acrylate, pentaerythritol tri (meth) acrylate, pentaerythritol tetra (meth) acrylate, pentaerythritol penta (meth) Dipentaerythritol hexa (meth) acrylate, and the like, but are not limited thereto.
  • multifunctional monomers having two or more functional groups are preferably used.
  • the photopolymerization initiator can be used without limitation as long as it is generally used in a photosensitive resin composition.
  • Examples of the photopolymerization initiator include 1-acetophenone, benzophenone, triazine, thioxanthone, oxime, benzoin, But it is not limited thereto.
  • the solvent is not particularly limited as long as it is effective in dispersing and dissolving the components contained in the colored photosensitive resin composition, and various organic solvents used in the field of the colored photosensitive resin composition can be used.
  • the solvent include ethylene glycol monoalkyl ethers such as ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monopropyl ether, and ethylene glycol monobutyl ether; Diethylene glycol dialkyl ethers such as diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, diethylene glycol dipropyl ether and diethylene glycol dibutyl ether; Ethylene glycol alkyl ether acetates such as methyl cellosolve acetate and ethyl cellosolve acetate; Alkylene glycol alkyl ether acetates such as propylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol monoethyl ether acetate, propylene glycol monopropyl ether acetate, methoxybutyl acetate and methoxypentyl acetate; Aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene,
  • the size of the spacer can be appropriately selected in consideration of the object of the present application.
  • the size of the spacer may be between 2 ⁇ and 100 ⁇ , more specifically between 8 ⁇ and 30 ⁇ .
  • the cell gap between the first base layer and the first base layer may be the same as the diameter of the first spacer layer, Can be maintained at a constant level.
  • an alignment film may be formed on the first base layer and the second base layer, respectively.
  • the kind of the alignment film used in the present application is not particularly limited, and a known alignment film can be used. For example, it satisfies satisfactory coating properties, solubility in solvents, heat resistance, chemical resistance, durability against orientation treatment such as rubbing, and exhibits appropriate tilting characteristics when necessary, It is possible to apply a known alignment film that satisfies physical properties such as a proper voltage holding ratio (VHR) and a high contrast ratio through the alignment film.
  • VHR voltage holding ratio
  • the alignment film may be, for example, a vertical or horizontal alignment film.
  • an alignment film having a vertical or horizontal alignment capability with respect to the liquid crystal compound of the adjacent liquid crystal layer can be used without any particular limitation.
  • an orientation film for example, an orientation film known to be capable of exhibiting orientation characteristics by a non-contact method such as irradiation of linear polarization including a contact type orientation film or a photo orientation film compound such as a rubbing orientation film can be used.
  • the alignment film is an alignment film forming material containing an alignment film forming material.
  • the alignment film forming material can be produced by applying the alignment film forming material prepared by dispersing, diluting and / or dissolving the alignment film forming material in an appropriate solvent.
  • the kind of the alignment film forming material may be any kind of material known to be capable of exhibiting alignment performance such as vertical or horizontal alignment ability to liquid crystal by appropriate treatment.
  • a material include a polyimide compound, a poly (vinyl alcohol) compound, a poly (amic acid) compound, a polystylene compound, a polyamide compound, A polyimide compound, a polyamic acid compound, a polynorbornene compound, a phenylmaleimide copolymer (such as a polyoxyethylene compound, a polyoxyethylene compound, or the like) phenylmaleimide copolymer compounds, polyvinylcinnamate compounds, polyazobenzene compounds, polyethyleneimide compounds, polyvinylalcohol compounds, polyimide compounds, polyethylene compounds, poly A polystyrene compound, a polyphenylenephthalamide compound, a polyester ( a substance known to be capable of aligning by light irradiation such as a polyester compound, a chloromethylated polyimi
  • the alignment film forming material used in the present application is not particularly limited because it can be controlled also by the concentration of the alignment film forming material described later.
  • the alignment film forming material can be prepared by diluting, dispersing and / or dissolving the alignment film forming material as described above in a solvent.
  • the solvent which can be applied at this time is basically not particularly limited.
  • the solvent include cyclic alkanes having 3 to 12 carbon atoms and 3 to 8 carbon atoms such as cyclohexane, dimethyl sulfoxide (DMSO), tetrahydrofuran (THF), dimethylformamide (DMF), and NMethyl-pyrrolidone , A chloroform (CHCl3), a ketone solvent such as gamma-butyrolactone or cyclopentanone, an alcohol such as 2-butoxyethanol, or a glycol such as ethylene glycol, or a mixed solvent of two or more selected from the above can do.
  • DMSO dimethyl sulfoxide
  • THF tetrahydrofuran
  • DMF dimethylformamide
  • the alignment film formation step may include a step of forming a layer of an alignment film forming material on the substrate layer, and performing a known process such as the above-mentioned alignment and orientation process on the formed layer.
  • a pre-treatment step such as a drying step or the like may be performed when the layer of the alignment film forming material is formed by coating or the like and the time until the firing is not constant for each substrate or when the firing is not immediately fired.
  • the drying and / or heat treatment may be carried out using an appropriate drier, oven or hot plate.
  • the treatment temperature and time are not particularly limited and can be appropriately adjusted.
  • the process may be carried out at a temperature of at least about 50 DEG C, at least about 60 DEG C, at least about 70 DEG C, at least about 80 DEG C, at least about 90 DEG C, at least about 100 DEG C, at least about 110 DEG C, .
  • the temperature may be about 300 ° C or less, about 280 ° C or less, about 260 ° C or less, about 240 ° C or less, about 230 ° C or less, about 220 ° C or less, about 210 ° C or less, about 200 ° C or less, And may be about 160 ⁇ or lower.
  • the processing temperature of the above process may be selected in consideration of the state of the alignment film forming material, the temperature, and the like. For example, an appropriate time may be selected within a range of about 1 minute to 2 hours.
  • a step of performing alignment treatment on the formed alignment film may be further performed.
  • the alignment treatment can be carried out in a known manner.
  • an appropriate rubbing treatment may be performed in the case of a rubbing alignment film, or the alignment treatment may be performed through a suitable light irradiation treatment in the case of a photo alignment film.
  • the rubbing process may be performed using a rubbing cloth such as cotton, rayon, or nylon, and the light irradiation process may be performed by a method of irradiating a suitable linearly polarized light Etc. can be applied.
  • the light modulating material of the transmittance variable device of the present application may comprise a liquid crystal compound and a dichroic dye.
  • the orientation can be present in a switchable state in the liquid crystal layer.
  • the orientation is switchable means that the alignment direction of the liquid crystal compound can be changed by an external action such as application of a voltage.
  • the liquid crystal compound for example, a smectic liquid crystal compound, a nematic liquid crystal compound or a cholesteric liquid crystal compound can be used.
  • a liquid crystal compound which does not have a polymerizable group or a crosslinkable group can be used so that the orientation is changed under an external action such as a voltage from outside.
  • the dichroic dye can be divided into two types.
  • the dye absorbs more light than the other direction in a specific direction.
  • the dye that absorbs polarized light in the long axis direction of the molecule is called a positive dichroic dye or p-type dye, Absorbing light in the negative direction may be referred to as a negative dichroic dye or an n-type dye.
  • such a dye may have an absorption spectrum in a narrow region around a wavelength causing maximum absorption.
  • the dyes used in the guest host LCDs are characterized by their chemical and optical stability, color and absorption spectrum width, dichroism ratio, color order, solubility in host, degree of nonionization, extinction ) Can be evaluated as properties such as coefficient and purity and high resistivity. Unless otherwise stated, dichroic dyes are assumed to be positive dyes.
  • the term " dye &quot may refer to a material that is 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 dichroic absorption of light in at least a part or the entire range of the visible light region.
  • the dichroic dye for example, a known dye known to have properties that can be aligned according to the alignment state of the liquid crystal can be selected and used.
  • 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 ratio of dichroic dyes can be appropriately selected in light of the purpose of the present application.
  • the dichroic dye may have a dichroic ratio of 5 or more to 20 or less.
  • the term " dichroic ratio " means, for example, a value obtained by dividing the absorption of polarized light parallel to the long axis direction of the dye by the absorption of polarized light parallel to the direction perpendicular to the long axis direction .
  • the anisotropic dye may have 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 light modulating material of the active polarizing layer of the transmittance variable device of the present application may comprise a liquid crystal compound and a dichroic dye. The contents overlapping with those described in the light modulating material will be omitted.
  • the present application may also be directed to a method of manufacturing such a variable transmittance device.
  • the manufacturing method is characterized in that a first base layer and a second base layer on which a spacer or a column spacer fixed on one surface is formed are provided with a light modulating material between the first and second base layers, Forming a transmissivity-variable layer so as to face the second substrate layer; And forming a polarizing layer on a surface of the first base layer where no spacer is formed.
  • the formation may be a step of arranging the polarizing layer so as to be adjacent to the first base layer as compared with the second base layer or a step of attaching the polarizing layer to a surface of the first base layer on which the spacer is not formed have.
  • the second base layer may be a base layer on which no spacer is formed.
  • the details of the polarizing layer, the first and second base layers and the light modulating material are the same as those described above, and a method of fixing the spacer to the first base layer or a method of forming the column spacer is also a method According to a known method.
  • the manufacturing method is characterized in that a third base layer and a fourth base layer, on which a spacer or column spacer fixed on one surface is formed, are disposed between the third and fourth base layers Forming a polarizing layer by disposing a light modulating material and facing the fourth base layer with the spacers of the third base layer facing each other; And forming the polarizing layer on one surface of the transmittance-varying layer such that the third base layer is disposed closer to the first base layer than the third base layer and the fourth base layer.
  • the fourth base layer may not have a spacer formed thereon.
  • the details of the polarizing layer, the third and fourth base layers and the light modulating material are the same as those described above, and a method of fixing the spacer to the third base layer or a method of forming a column spacer is also a method According to a known method.
  • the present application relates to the use of said transmissive variable device.
  • the transmittance variable device of the present application can be applied to all devices to which the transmittance variable can be applied.
  • the variable transmittance device of the present application can be applied to a sunroof, a goggle, a sunglass, a helmet or the like to provide a device with variable transmittance.
  • the transmittance varying device includes the variable transmittance device of the present application, other parts, structures, and the like are not particularly limited, and all contents known in the field can be appropriately applied.
  • the present application can provide a transmittance variable device in which a position of a polarizing layer is not generated when a spacer is positioned on the other surface of a base layer to which a spacer is fixed.
  • FIG. 1 is a view showing a transmittance variable device according to the present application.
  • FIG. 1 is a view showing a transmittance variable device according to the present application.
  • Embodiment 2 is a loupe image according to Embodiment 1 of the present application.
  • the upper substrate was manufactured by forming an orientation film on a COP (cycloolefin polymer) film having an ITO (Indium Tin Oxide) electrode layer formed on one side.
  • the alignment layer was formed by using an alignment film forming material in which a polyimide alignment film forming material (Nissan, SE-7492) was dispersed as a solvent in cyclopentanone and ethylene glycol at a concentration of about 2 wt% .
  • the alignment film forming material was coated by a bar coating method so that the thickness of the final alignment film was about 200 nm. Subsequently, the substrate was held in an oven at about 130 ⁇ for about 20 minutes to carry out a baking and imidizing process to form an alignment film.
  • the lower substrate was fabricated in the same manner as the upper substrate. However, at the time of manufacturing the lower substrate, a ball spacer having a thickness of 10 [micro] m was applied together to fix. Specifically, an alignment film forming material formed by mixing the ball spacer with the alignment film composition so that the same alignment film composition and the ball spacer have a weight ratio of 1: 2 (alignment film composition: ball spacer) is formed by bar coating to a final alignment film thickness of about 60 nm and the area ratio of the spacer was about 2%. Subsequently, the substrate was held in an oven at about 130 ⁇ for about 20 minutes to carry out a baking and imidizing process to form an alignment film to which the spacer was adhered.
  • an alignment film forming material formed by mixing the ball spacer with the alignment film composition so that the same alignment film composition and the ball spacer have a weight ratio of 1: 2 (alignment film composition: ball spacer) is formed by bar coating to a final alignment film thickness of about 60 nm and the area ratio of
  • the upper and lower substrates were respectively fabricated in the same manner as in Example 1 except that a column spacer was used instead of the ball spacer.
  • the column spacer was prepared by coating a photocurable resin with a thickness of 10 ⁇ m and irradiating ultraviolet rays of about 300 mW / cm 2 intensity using a film mask having an area ratio of 2% Respectively.
  • the upper and lower substrates were respectively fabricated in the same manner as in Example 1, and two upper and lower substrates were respectively fabricated.
  • the upper and lower substrates manufactured as described above were fabricated in the same manner as in Example 1, and a double cell structure was fabricated by stacking the lower substrates stacked with the ball spacers.
  • the upper and lower substrates were respectively fabricated in the same manner as in Example 1 except that the upper and lower substrates were each prepared in duplicate and a column spacer was used instead of the ball spacer.
  • the upper and lower substrates were fabricated in the same manner as in Example 1, and a double cell structure was fabricated by stacking the lower substrates on which the column spacers were stacked.
  • a polarizing plate was manufactured by laminating a polarizing plate on the other surface of an upper substrate on which only an alignment film was formed without fixing the ball spacers.
  • the light source, transmittance, and haze in the transmittance variable films prepared in Examples and Comparative Examples were confirmed.
  • the luminous spots were each magnified at a magnification of 100x with a magnification of 10x magnification.
  • FIGS. 2 to 3 are lupe images of Example 1 and Comparative Example 1 according to the present application
  • FIGS. 4 to 5 are images observed with an optical microscope according to Example 1 and Comparative Example 1 of the present application .
  • Example 1 and Comparative Example 1 measured using the haze meter were 0.66% and 0.68%, respectively, and the haze measured for Example 1 and Comparative Example 1 were 12.5 and 18.7, respectively, 1 < / RTI > It can be seen that scratches and light spots are generated on the alignment layer of the upper substrate due to the spacers.
  • Example 1 In Example 1 and Comparative Example 1 of the present application, only the results of fabricating a transmittance variable film using a ball spacer in a single cell were shown, but when fabricated in Examples 2 to 4, The results were confirmed.

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Abstract

본 출원에서는, 편광층의 위치를 스페이서가 고착된 기재층 타면에 위치할 때 스크래치 및 빛 샘이 발생하지 않는 투과율 가변 필름을 제공할 수 있고, 또한, 배향막의 내 스크래치 성 등의 물성을 고려할 필요가 없으며, 내열 조건에서 발생하는 상/하판 기재의 유동에 의한 불량 억제가 가능하고, 셀 제작 공정에서의 공정 마진이 커지는 투과율 가변 장치를 제공할 수 있다.

Description

투과도 가변 장치 및 그 용도
본 출원은 2017년 11월 28일자 제출된 대한민국 특허출원 제10-2017-0160492호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 대한민국 특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 출원은 투과도 가변 장치 및 그 용도에 관한 것이다.
투과도 가변 장치은 배향막이 코팅된 두 기판 사이의 셀 갭을 유지하기 위한 셀 갭 유지 부재로서 스페이서를 구비할 수 있다. 이 때, 배향막이 코팅된 두 기판 중 하나의 기판에 스페이서를 고착시키는 기술을 적용하는데, 셀 제작 시 투과도 가변 장치의 외부로부터 가해지는 외력에 의해 스페이서 정렬 불량이 발생한다.
이로 인해, 스페이서가 고착되지 않은 기판의 배향막에 찍힘 현상이 발생하며, 배향불량을 일으키고 빛 샘을 유발한다. 또한, 셀 제작 후 전처리(preconditioning) 과정에서 열처리를 진행할 때 상기 두 기판의 변형으로 스페이서가 고착되지 않은 기판에 형성된 배향막에 스크래치를 유발한다. 이러한 빛 샘 및 스크래치는 그 크기가 클 경우 육안으로 인지할 수 있으며, 수율 하락 등의 문제를 유발할 수 있다.
본 출원은 투과도 가변 장치 및 그 용도에 대한 것이다. 본 출원에서는 셀 제작 과정에서 발생하는 배향막의 스크래치, 배향불량 및 빛 샘을 방지하고, 투과율, Haze 및 수율을 개선할 수 있는 투과도 가변 장치 및 그 용도를 제공하는 것을 하나의 목적으로 한다.
본 출원은 투과도 가변 장치에 관한 것이다. 본 출원의 예시적인 투과도 가변 장치는 편광층 및 투과율 가변층을 포함하고, 상기 투과율 가변층은 상기 편광층 상에 형성되는 제 1 기재층; 상기 제 1 기재층의 상기 편광층과는 반대측의 면에 고착화된 스페이서 또는 상기 반대측의 면에 형성된 컬럼 스페이서; 상기 제 1 기재층과 대향 배치되어 상기 스페이서에 의해 상기 제 1 기재층과의 간격이 유지되어 있는 제 2 기재층 및 상기 제 1 및 제 2 기재층의 간격에 존재하는 광변조 물질을 포함할 수 있다.
본 출원은 투과율 가변 장치에 관한 것이다. 도 1은 본 출원에 따른 투과율 가변 장치를 나타낸 도면이다. 본 출원의 투과율 가변 장치는 편광층(20) 및 투과율 가변층(10)을 포함할 수 있다.
상기 편광층(20)은 수동 편광층 또는 능동 편광층을 포함할 수 있다. 상기 수동 편광층은 입사 광에 대한 선택적 투과, 편광, 차단, 반사, 산란, 굴절 및/또는 흡수 특성을 나타내는 기능성 층을 의미할 수 있다. 수동 편광층의 경우, 상기와 같은 선택적 투과, 편광, 차단, 반사 또는 흡수 특성을 외부 작용에 의해서 변경하거나, 소멸시킬 수 없다. 상기 수동 편광층은 예를 들어, 여러 방향으로 진동하는 입사 광으로부터 어느 한쪽 방향으로 진동하는 광은 투과하고, 나머지 방향으로 진동하는 광은 차단시키는 기능을 가질 수 있다. 상기 수동 편광층의 종류는 특별히 제한되지 않고, 예를 들어 반사형 편광층으로서 예를 들어, DBEF(Dual Brightness Enhancement Film), 유방성 액정층(LLC층: Lyotropic Liquid Crystal) 또는 와이어 그리드 편광기(wire grid polarizer) 등을 사용할 수 있고, 흡수형 편광층으로서 예를 들어, PVA 연신 필름 등과 같은 고분자 연신 필름에 요오드를 염착한 편광자 또는 배향된 상태로 중합된 액정을 호스트로 하고, 상기 액정의 배향에 따라 배열된 이방성 염료를 게스트로 하는 게스트-호스트형 편광자 등의 공지의 직선 편광자 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 능동 편광층은 역시 입사 광에 대한 선택적 투과, 편광, 차단, 반사, 산란, 굴절 및/또는 흡수 특성을 나타내는 기능성 층이며, 수동 편광층과의 차이는, 선택적 투과, 차단, 편광, 반사 또는 흡수 특성을 외부 작용(예를 들면, 전기장의 인가 등)에 의해서 변경하거나, 소멸시킬 수 있는 층일 수 있다. 상기에서 변경은 동일 투과 특성에서의 투과율의 변경이나, 동일 편광 특성에서의 편광 상태의 변경 등과 같이 동일 특성 내에서의 다른 형태로의 변경도 포함된다.
상기 능동 편광층은 광변조 물질층 내에 존재하는 액정 화합물 및/또는 이방성 염료의 배향을 조절함으로써 상기 이방성 염료의 배열 방향과 평행한 방향의 편광 및 수직한 방향의 편광에 대한 비등방성 광 흡수를 조절할 수 있는 특성을 가지는 광변조 액정층을 의미할 수 있다.
상기 능동 편광층은 제 3 기재층, 상기 제 3 기재층과 대향 배치된 제 4 기재층, 상기 제 3 및 제 4 기재층의 간격을 유지하고 있는 스페이서 및 상기 제 3 및 제 4 기재층의 사이에 존재하는 광변조 물질을 포함할 수 있다. 상기 스페이서는 제 3 기재층 상에 고착화되어 있는 고착형 스페이서 또는 제 3 기재층 상에 형성된 컬럼 스페이서이고, 상기 제 3 기재층과 제 4 기재층 중에서 제 3 기재층이 제 1 기재층에 가깝게 배치되어 있을 수 있다.
상기 투과율 가변층(10)은 제 1 기재층의 상기 편광층과는 반대측의 면에 고착화된 스페이서 또는 상기 반대측의 면에 형성된 컬럼 스페이서; 상기 제 1 기재층과 대향 배치되어 상기 스페이서에 의해 상기 제 1 기재층과의 간격이 유지되어 있는 제 2 기재층 및 상기 제 1 및 제 2 기재층의 간격에 존재하는 광변조 물질을 포함할 수 있다.
상기에서 기재층으로는, 특별한 제한 없이, 예를 들면, LCD(Liquid Crystal Display)와 같은 공지의 광학 디바이스의 구성에서 기판으로 사용되는 임의의 기재층이 적용될 수 있다. 예를 들면, 기재층은 무기 기재층이거나 유기 기재층일 수 있다. 무기 기재층으로는 글라스(glass) 기재층 등이 예시될 수 있고, 유기 기재층으로는, 다양한 플라스틱 필름 등이 예시될 수 있다. 플라스틱 필름으로는 TAC(triacetyl cellulose) 필름; 노르보르넨 유도체 등의 COP(cyclo olefin copolymer) 필름; PMMA(poly(methyl methacrylate) 등의 아크릴 필름; PC(polycarbonate) 필름; PE(polyethylene) 또는 PP(polypropylene) 등의 폴리올레핀 필름; PVA(polyvinyl alcohol) 필름; DAC(diacetyl cellulose) 필름; Pac(Polyacrylate) 필름; PES(poly ether sulfone) 필름; PEEK(polyetheretherketon) 필름; PPS(polyphenylsulfone) 필름, PEI(polyetherimide) 필름; PEN(polyethylenemaphthatlate) 필름; PET(polyethyleneterephtalate) 필름; PI(polyimide) 필름; PSF(polysulfone) 필름 또는 PAR(polyarylate) 필름 등이 예시될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 출원에서 상기 기재층의 두께도 특별히 제한되지 않고, 용도에 따라서 적정 범위가 선택될 수 있다.
상기 제 1 기재층의 상기 편광층과는 반대측의 면에 고착화된 스페이서 또는 상기 반대측의 면에 형성된 컬럼 스페이서를 포함할 수 있다. 제 1 기재층의 스페이서가 형성된 면에 존재하는 배향막을 추가로 포함하고, 상기 스페이서는 상기 배향막에 매립되어 고착화되어 있을 수 있고, 또는, 제 1 기재층의 스페이서가 형성된 면에 존재하는 경화형 수지막을 추가로 포함하고, 상기 스페이서는 상기 경화형 수지막에 매립되어 고착화되어 있을 수 있다. 본 명세서에서 스페이서가 배향막에 고착되어 있다는 것은 스페이서가 배향막에 굳게 들러붙어 있는 것을 의미한다. 구체적으로, 본 명세서에서 스페이서가 배향막에 고착되어 있다는 것은, 스페이서가 배향막에 단순히 접하고 있는 것과는 상이한 의미이며, 스페이서가 배향막의 일면에 고정되어 있어 외부의 힘이나 압력에 의해서 움직임이 없는 상태를 의미할 수 있다. 스페이서가 배향막에 고착되어 있는 지 여부는 예를 들어, 액정셀을 분해 시 스페이서가 어느 배향막에 남아 있는지로 확인이 가능하다.
상기 스페이서는 볼 스페이서 또는 컬럼 스페이서를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 스페이서를 이루는 물질은 본 출원의 목적을 고려하여 적절히 선택될 수 있다. 예를 들어, 상기 스페이서는 탄소계 물질, 금속계 물질, 산화물계 물질 및 이들의 복합 물질로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 상기 스페이서가 상기 재료로 이루어지는 경우 투과도 가변 장치를 구현하는데 적절하다.
본 명세서에서 스페이서가 제 1 기재층 상에 형성된 배향막 또는 경화형 수지막에 고착되어 있다는 것은 스페이서가 상기 배향막 또는 경화형 수지막에 굳게 들러붙어 있는 것을 의미한다. 구체적으로, 본 명세서에서 스페이서가 상기 배향막 또는 경화형 수지막에 고착되어 있다는 것은, 스페이서가 배향막 또는 경화형 수지막에 단순히 접하고 있는 것과는 상이한 의미이며, 스페이서가 배향막 또는 경화형 수지막에 매립되어 있어 외부의 힘이나 압력에 의해서 움직임이 없는 상태를 의미할 수 있다.
상기 경화형 수지는 경화성 물질을 포함할 수 있다. 상기 경화성 물질로는 가열 경화성 물질 또는 광 경화성 물질을 사용할 수 있다. 상기 광 경화성 물질로는 자외선 경화성 물질을 사용할 수 있다. 가열 경화성 물질로는, 예를 들어 실리콘 수지, 규소 수지, 프란 수지, 폴리우레탄 수지, 에폭시 수지, 아미노 수지, 페놀 수지, 요소 수지, 폴리에스테르 수지 또는 멜라민 수지 등을 사용할 수 있다. 상기 자외선 경화성 물질로는 대표적으로 아크릴 중합체, 예를 들어, 폴리에스테르아크릴레이트 중합체, 폴리스티렌 아크릴레이트 중합체, 에폭시 아크릴레이트 중합체, 폴리우레탄 아크릴레이트 중합체 또는 폴리부타디엔 아크릴레이트 중합체, 실리콘 아크릴레이트 중합체 또는 알킬 아크릴레이트 중합체 등을 사용할 수 있다.
컬럼 스페이서는 기재층에 감광성 수지 조성물을 도포한 후, 건조하여 수지막을 형성하고, 상기 수지막에 투과율이 상이한 2종 이상의 마스크를 동시에 이용하거나, 투과율이 상이한 2종 이상의 영역을 갖는 마스크를 이용하여 노광시킴으로써 형성할 수 있다.
상기 감광성 수지 조성물은 착색제, 결합제 수지, 광중합성 화합물, 광중합 개시제 및 용제를 포함할 수 있으나, 이제 제한되는 것은 아니다.
상기 착색제는 흑색 안료, 그리고 필요한 경우 유·무기 안료를 포함할 수
있다. 상기 흑색 안료는 가시광선에 차광성이 있는 것이라면 제한 없이 사용할 수 있으며, 예컨대 카본 블랙, 아닐린 블랙, 페닐렌 블랙 등이 사용될 수 있다. 이러한 흑색 안료는 단독으로 사용되거나 유·무기 안료와 혼합하여 사용될 수 있다. 상기 유·무기 안료로는 당해 분야에 공지된 무기 안료 및 유기 안료 중 하나 이상을 추가로 사용할 수 있다. 특히, 상기 유기 안료 및 무기 안료로는 구체적으로 색지수(The Society of Dyers and Colourists 출판)에서 피그먼트로 분류되어 있는 화합물을 들 수 있고, 보다 구체적으로는 이하와 같은 색지수(C.I.) 번호의 안료를 들 수 있지만, 반드시 이들로 한정되는 것은 아니다.
상기 결합제 수지는 통상적으로 착색 감광성 수지층의 비노광부를 알칼리 가용성으로 만들고, 착색제의 분산 매질로서 작용한다. 본 출원의 착색 감광성 수지 조성물에 함유되는 결합제 수지는 전술한 착색제에 대한 결합제 수지로서 작용하고, 알칼리성 현상액에 용해 가능한 결합제 수지라면 모두 사용할 수 있다.
상기 결합제 수지는 예를 들면 카르복실기 함유 단량체 및 상기 단량체와 공중합 가능한 다른 단량체와 의 공중합체 등을 들 수 있다. 상기 카르복실기 함유 단량체로서는, 예를 들면 불포화 모노카르복실산이나, 불포화 디카르복실산, 불포화 트리카르복실산 등의 분자 중에 1개 이상의 카르복실기를 갖는 불포화 다가 카르복실산 등의 불포화 카르복실산 등을 들 수 있다.
상기 광중합성 화합물은 광 및 후술하는 광중합 개시제의 작용으로 중합될 수 있는 화합물로서, 불포화기를 포함하고 감광성을 가지는 경우 제한 없이 사용될 수 있으며, 예컨대 단관능 단량체, 2관능 단량체, 그 밖의 다관능 단량체 등을 들 수 있다.
상기 단관능 단량체의 구체예로는, 노닐페닐카르비톨아크릴레이트, 2-히드록시-3-페녹시프로필아크릴레이트, 2-에틸헥실카르비톨아크릴레이트, 2-히드록시에틸아크릴레이트, N-비닐피롤리돈 등을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 2관능 단량체의 구체예로는, 1,6-헥산디올디(메타)아크릴레이트, 에틸렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 네오펜틸글리콜디(메타)아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 비스페놀 A의 비스(아크릴로일옥시에틸)에테르, 3-메틸펜탄디올디(메타)아크릴레이트 등을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 그 밖의 다관능 단량체의 구체예로서는, 트리메틸올프로판트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리트리톨트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리트리톨테트라(메타)아크릴레이트, 펜타에리트리톨펜타(메타)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨헥사(메타)아크릴레이트 등을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이들 중에서 2관능 이상의 다관능 단량체가 바람직하게 사용된다.
상기 광중합 개시제는 감광성 수지 조성물에 일반적으로 사용되는 것이라면 제한 없이 사용될 수 있으며, 예컨대 아세토페논계, 벤조페논계, 트리아진계, 티오크산톤계, 옥심계, 벤조인계, 비이미다졸계 화합물 등을 1종 이상 선택하여 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 용제는 착색 감광성 수지 조성물에 포함되는 성분들을 분산 및 용해시키는데 효과적인 것이라면 특별히 제한되지 않으며, 착색 감광성 수지 조성물의 분야에서 사용되고 있는 각종 유기 용제를 사용할 수 있다.
상기 용제의 구체예로서는, 에틸렌글리콜모노메틸에테르, 에틸렌글리콜모노에틸에테르, 에틸렌글리콜모노프로필에테르, 에틸렌글리콜모노부틸에테르 등의 에틸렌글리콜모노알킬에테르류; 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 디에틸렌글리콜디에틸에테르, 디에틸렌글리콜디프로필에테르, 디에틸렌글리콜디부틸에테르 등의 디에틸렌글리콜디알킬에테르류; 메틸셀로솔브아세테이트, 에틸셀로솔브아세테이트 등의 에틸렌글리콜알킬에테르아세테이트류; 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜모노에틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜모노프로필에테르아세테이트, 메톡시부틸아세테이트 및 메톡시펜틸아세테이트 등의 알킬렌글리콜알킬에테르아세테이트류; 벤젠, 톨루엔, 크실렌, 메시틸렌 등의 방향족 탄화수소류; 메틸에틸케톤, 아세톤, 메틸아밀케톤, 메틸이소부틸케톤, 시클로헥사논 등의 케톤류; 에탄올, 프로판올, 부탄올, 헥산올, 시클로헥산올, 에틸렌글리콜, 글리세린 등의 알코올류; 3-에톡시프로피온산 에틸, 3-메톡시프로피온산 메틸 등의 에스테르류; γ-부티롤락톤 등의 환상 에스테르류 등을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이들 용제는 각각 단독으로 또는 2종류 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 스페이서의 크기는 본 출원의 목적을 고려하여 적절히 선택될 수 있다. 예를 들어, 상기 스페이서의 크기는 2 ㎛ 내지 100 ㎛, 보다 구체적으로 8 ㎛ 내지 30 ㎛일 수 있다. 상기 스페이서 크기는 볼 스페이서인 경우, 상기 볼 스페이서의 직경을 의미할 수 있고, 컬럼 스페이서인 경우, 스페이서의 크기가 상기 범위인 경우, 제 1 기채층과 제 2 기재층 간의 셀 갭(cell gap)을 일정하게 유지시킬 수 있는 높이를 의미할 수 있다.
본 출원의 투과율 가변 장치에서는 배향막이 제 1 기재층 및 제 2 기재층에 각각 형성될 수 있다. 본 출원에서 적용하는 배향막의 종류는 특별하게 제한되지 않으며, 공지의 배향막이 사용될 수 있다. 예를 들면, 적절한 코팅성, 용매에 대한 용해도, 내열성, 내화학성 및 러빙과 같은 배향 처리에 대한 내구성 등을 만족하고, 필요에 따라서 적절한 틸팅(tilting) 특성 등을 나타내며, 불순도(impurity) 관리를 통한 적절한 전압보전율(voltage holding ratio; VHR)과 고명암비 등의 물성을 만족하는 공지의 배향막을 모두 적용할 수 있다. 배향막으로는, 예를 들면, 수직 또는 수평 배향막일 수 있다. 수직 또는 수평 배향막으로는, 인접하는 액정층의 액정 화합물에 대하여 수직 또는 수평 배향능을 가지는 배향막이라면 특별한 제한없이 선택하여 사용할 수 있다. 이러한 배향막으로는, 예를 들어, 러빙 배향막과 같이 접촉식 배향막 또는 광배향막 화합물을 포함하여 직선 편광의 조사 등과 같은 비접촉식 방식에 의해 배향 특성을 나타낼 수 있는 것으로 공지된 배향막을 사용할 수 있다.
배향막은, 배향막 형성 물질을 포함하는 배향막 형성재로서, 예를 들면, 상기 배향막 형성 물질을 적절한 용매에 분산, 희석 및/또는 용해시켜서 제조한 배향막 형성재를 적용하여 제조할 수 있다.
상기에서 배향막 형성 물질의 종류는, 적절한 처리에 의해 액정에 대한 수직 또는 수평 배향능과 같은 배향능을 나타낼 수 있는 것으로 공지되어 있는 모든 종류의 물질을 사용할 수 있다. 이러한 물질로는, 폴리이미드(polyimide) 화합물, 폴리비닐알코올(poly(vinyl alcohol)) 화합물, 폴리아믹산(poly(amic acid)) 화합물, 폴리스티렌(polystylene) 화합물, 폴리아미드(polyamide) 화합물 및 폴리옥시에틸렌(polyoxyethylene) 화합물 등과 같이 러빙 배향에 의해 배향능을 나타내는 것으로 공지된 물질이나, 폴리이미드(polyimide) 화합물, 폴리아믹산(polyamic acid) 화합물, 폴리노르보넨(polynorbornene) 화합물, 페닐말레이미드 공중합체(phenylmaleimide copolymer) 화합물, 폴리비닐신나메이트(polyvinylcinamate) 화합물, 폴리아조벤젠(polyazobenzene) 화합물, 폴리에틸렌이민(polyethyleneimide) 화합물, 폴리비닐알콜(polyvinylalcohol) 화합물, 폴리아미드(polyimide) 화합물, 폴리에틸렌(polyethylene) 화합물, 폴리스타일렌(polystylene) 화합물, 폴리페닐렌프탈아미드(polyphenylenephthalamide) 화합물, 폴리에스테르(polyester) 화합물, CMPI(chloromethylated polyimide) 화합물, PVCI(polyvinylcinnamate) 화합물 및 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate) 화합물 등과 같이 광조사에 의해 배향능을 나타낼 수 있는 것으로 공지된 물질 등이 예시될 수 있다. 본 출원에서는 후술하는 바와 같이 배향막의 극성을 소정 범위로 조절하는 것이 요구되기 때문에, 상기 언급된 공지의 물질 중에서 후술하는 범위의 극성을 나타내기 유리한 물질이 선택되는 것이 요구될 수 있지만, 상기 극성은 후술하는 배향막 형성 물질의 농도 등에 의해서도 조절이 가능하기 때문에, 기본적으로 본 출원에서 사용되는 배향막 형성 물질은 특별히 제한되지는 않는다.
배향막 형성재는 상기와 같은 배향막 형성 물질을 용매에 희석, 분산 및/또는 용해시켜 제조할 수 있다. 이 때 적용될 수 있는 용매는 기본적으로 특별하게 제한되지는 않는다. 예를 들면, 용매로는, 사이클로헥산(cyclohexane) 등의 탄소수 3 내지 12 또는 탄소수 3 내지 8의 사이클로알칸, DMSO(dimethyl sulfoxide), THF(tetrahydrofuran), DMF(dimethylformamide), NMP(NMethyl-pyrrolidone), 클로로포름(CHCl3), 감마-부티로락톤이나 사이클로펜타논 등의 케톤 용매, 2-부톡시에탄올 등의 알코올 또는 에틸렌글리콜 등의 글리콜 중에서 선택된 어느 하나나 또는 상기 중에서 선택된 2종 이상의 혼합 용매를 적용할 수 있다.
본 출원에서는 상기와 같은 배향막 형성재를 사용하여 배향막을 형성하고, 이 경우 그 형성 방법은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 배향막 형성 공정은, 기재층 상에 배향막 형성재의 층을 형성하고, 상기 형성된 층에 상기 배 및 배향 처리 등의 공지의 처리를 수행하는 공정을 포함할 수 있다. 또한, 상기 배향막 형성재의 층을 도포 등에 의해 형성하고, 소성까지의 시간이 기판마다 일정하지 않은 경우나, 도포 후 즉시 소성되지 않은 경우에는 건조 공정 등과 같은 전처리 공정이 수행될 수도 있다. 예를 들면, 상기 건조 및/또는 열처리 등의 공정은, 적절한 건조기, 오븐 또는 핫플레이트 등을 사용하여 수행할 수 있다.
상기에서 열처리 및/또는 건조 공정 등이 수행되는 경우에는 그 처리 온도나 시간은 특별히 제한되지 않고, 적절하게 조절될 수 있다. 예를 들면, 상기 공정은, 약 50℃ 이상, 약 60℃ 이상, 약 70℃ 이상, 약 80℃ 이상, 약 90℃ 이상, 약 100℃ 이상, 약 110℃ 이상 또는 약 120℃ 이상의 온도에서 수행될 수 있다. 또한, 상기 온도는 약 300℃ 이하, 약 280℃ 이하, 약 260℃ 이하, 약 240℃ 이하, 약 230℃ 이하, 약 220℃ 이하, 약 210℃ 이하, 약 200℃ 이하, 약 180℃ 이하 또는 약 160℃ 이하 정도일 수 있다.
상기 공정의 처리 온도도 배향막 형성재의 상태나 상기 온도 등을 고려하여 선택될 수 있으며, 예를 들면, 약 1분 내지 2 시간의 범위 내에서 적정 시간이 선택될 수 있다.
본 출원의 제조 방법에서는 상기 형성된 배향막(배향막 형성재의 층)에 배향 처리를 수행하는 단계를 추가로 수행할 수 있다. 이러한 경우에 배향 처리는 공지의 방식으로 수행할 수 있다. 예를 들면, 러빙 배향막인 경우에 적절한 러빙 처리를 하거나, 광배향막인 경우에 적절한 광 조사 처리를 통해 상기 배향 처리를 수행할 수 있다. 상기 각 처리를 수행하는 구체적인 방식은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 러빙 공정은, 코튼, 레이온 또는 나일론 형성 같은 러빙 천을 사용한 방식을 적용할 수 있으며, 광조사 공정은 적절한 직선 편광을 조사하는 방식 등을 적용할 수 있다.
본 출원의 투과율 가변 장치의 광변조 물질은 액정 화합물 및 이색성 염료(dkchroic dye)를 포함할 수 있다. 상기 액정 층 내에서 배향이 스위칭 가능한 상태로 존재할 수 있다. 본 명세서에서 배향이 스위칭 가능하다는 것은 액정 화합물의 정렬 방향이 전압의 인가와 같은 외부 작용에 의해 변경될 수 있다는 것을 의미할 수 있다. 액정 화합물로는, 예를 들면, 스멕틱(smectic) 액정 화합물, 네마틱(nematic) 액정 화합물 또는 콜레스테릭(cholesteric) 액정 화합물 등을 사용할 수 있다. 또한, 액정 화합물로는 외부에서 전압과 같은 외부 작용 하에서 배향이 변경되도록 중합성기 또는 가교성기를 가지지 않는 액정 화합물을 사용할 수 있다.
상기 이색성 염료는 두 가지로 구분할 수 있는데, 특정한 방향으로 다른 방향보다 더 많은 빛을 흡수하는 분자로 분자의 장축 방향의 편광을 흡수하는 색소를 양(positive) 이색성 염료 또는 p형 염료, 수직인 방향의 빛을 흡수하는 것을 음(negative) 이색성 염료 또는 n형 염료를 의미할 수 있다. 일반적으로 상기와 같은 염료는 최대의 흡수를 일으키는 파장을 중심으로 좁은 영역의 흡수 스펙트럼을 가질 수 있다. 또한, 게스트 호스트 액정디스플레이(Guest Host LCD)에 쓰이는 염료는 화학적광학적 안정성, 색상과 흡수 스펙트럼의 폭, 이색성 비율, 색소의 질서도, 호스트(Host)에 대한 용해도, 비이온화 정도, 소광(extinction) 계수 및 순도와 높은 비저항과 같은 특성으로 평가할 수 있다. 이하 특별한 언급이 없는 한 이색성 염료는 양의 염료인 것으로 가정한다.
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 이색성 흡수가 가능한 물질을 의미할 수 있다.
이색성 염료로는, 예를 들면, 액정의 정렬 상태에 따라 정렬될 수 있는 특성을 가지는 것으로 알려진 공지의 염료를 선택하여 사용할 수 있다. 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 염료의 이색비(dichroic ratio)는 본 출원의 목적을 고려하여 적절히 선택될 수 있다. 예를 들어, 상기 이색성 염료는 이색비가 5 이상 내지 20 이하일 수 있다. 본 명세서에서 용어「이색비」는, 예를 들어, p형 염료인 경우, 염료의 장축 방향에 평행한 편광의 흡수를 상기 장축 방향에 수직하는 방향에 평행한 편광의 흡수로 나눈 값을 의미할 수 있다. 이방성 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 가질 수 있다.
본 출원의 투과율 가변 장치의 능동 편광층의 광변조 물질은 액정 화합물 및 이색성 염료(dkchroic dye)를 포함할 수 있다. 상기 광변조 물질에서 설명한 내용과 중복되는 내용은 생략하기로 한다.
본 출원은 또한 상기와 같은 투과율 가변 장치의 제조 방법에 대한 것일 수 있다. 상기 제조 방법은, 일면에 고착화된 스페이서 또는 컬럼 스페이서가 형성된 제 1 기재층과 제 2 기재층을 상기 제 1 및 제 2 기재층의 사이에 광변조 물질이 존재하고, 상기 제 1 기재층의 스페이서가 상기 제 2 기재층으로 향하도록 대향배치시켜서 투과율 가변층을 형성하는 단계; 및 편광층을 상기 제 1 기재층의 스페이서가 형성되지 않은 면에 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 상기에서 형성은, 편광층이 상기 제 2 기재층에 비해서 상기 제 1 기재층에 인접하도록 배치시키는 단계이거나, 상기 편광층을 상기 제 1 기재층의 스페이서가 형성되지 않은 면에 부착시키는 단계일 수 있다. 또한, 상기에서 제 2 기재층은 스페이서가 형성되어 있지 않은 기재층일 수 있다.
상기 편광층, 제 1 및 제 2 기재층과 광변조 물질에 대한 구체적인 사항은 상기 기술한 바와 같고, 상기 제 1 기재층에 스페이서를 고착화시키는 방법이나 컬럼 스페이서를 형성하는 방법도 이미 기술한 방식이나 공지의 방식에 따른다.
한편, 상기에서 편광층이 능동 편광층인 경우에는, 상기 제조 방법은, 일면에 고착화된 스페이서 또는 컬럼 스페이서가 형성된 제 3 기재층과 제 4 기재층을 상기 제 3 및 제 4 기재층의 사이에 광변조 물질이 존재하고, 상기 제 3 기재층의 스페이서가 상기 제 4 기재층으로 향하도록 대향배치시켜서 편광층을 형성하는 단계; 및 상기 제 3 기재층과 제 4 기재층 중에서 상기 제 3 기재층이 상기 제 1 기재층에 가깝게 배치되도록 상기 편광층을 상기 투과율 가변층일 일면에 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 경우에 상기 제 4 기재층에는 스페이서가 형성되어 있지 않을 수 있다.
상기 편광층, 제 3 및 제 4 기재층과 광변조 물질에 대한 구체적인 사항은 상기 기술한 바와 같고, 상기 제 3 기재층에 스페이서를 고착화시키는 방법이나 컬럼 스페이서를 형성하는 방법도 이미 기술한 방식이나 공지의 방식에 따른다.
본 출원은 상기 투과도 가변 장치의 용도에 관한 것이다. 본 출원의 투과도 가변 장치는 투과도 가변이 적용될 수 있는 모든 디바이스에 적용될 수 있다. 예를 들어, 본 출원의 투과도 가변 장치는 선루프, 고글, 선글라스 또는 헬멧 등에 적용되어 투과도 가변 디바이스를 제공할 수 있다. 상기 투과도 가변 디바이스는 본 출원의 투과도 가변 장치를 포함하는 한, 다른 부품 내지 구조 등은 특별히 제한되지 않으며, 이 분야에서 공지되어 있는 모든 내용이 적절하게 적용될 수 있다.
본 출원에서는, 상기 전술한 문제를 해결하기 위하여, 편광층의 위치를 스페이서가 고착된 기재층 타면에 위치할 때 스크래치 및 빛 샘이 발생하지 않는 투과율 가변 장치를 제공할 수 있다.
본 출원에서는, 배향막의 내 스크래치 성 등의 물성을 고려할 필요가 없고, 내열 조건에서 발생하는 상/하판 기재의 유동에 의한 불량 억제가 가능하며, 셀 제작 공정에서의 공정 마진이 커지는 투과율 가변 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 출원에 따른 투과율 가변 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 출원의 실시예 1에 따른 루페 이미지이다.
도 3은 본 출원의 비교예 1에 따른 루페 이미지이다.
도 4는 본 출원의 실시예 1에 따른 광학현미경으로 관찰한 이미지이다.
도 5는 본 출원의 비교예 1에 따른 광학현미경으로 관찰한 이미지이다.
<부호의 설명>
10: 투과율 가변층
20: 편광층
이하, 본 출원에 따른 실시예 및 본 출원에 따르지 않는 비교예를 통하여 본 출원을 구체적으로 설명하지만, 본 출원의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
1. 전기광학 특성 평가 (Hazemeter 측정)
실시예 또는 비교예에 대하여 균일 구동 여부를 평가하였다. 구체적으로, 실시예 또는 비교예의 소자에 대하여 헤이즈미터(Hazemeter, NDH-5000SP) 장비를 이용하여 투과율 및 헤이즈 값을 측정하고, 이에 근거하여 균일 구동 여부를 평가하였다.
실시예 1.
상부 기판의 제작
상부 기판은, 일면에 ITO(Indium Tin Oxide) 전극층이 형성되어 있는 COP(cycloolefin polymer) 필름상에 배향막을 형성하여 제작하였다. 상기 배향막은 폴리이미드 계열의 배향막 형성 물질(Nissan社, SE-7492)을 용매로서 사이클로펜탄온(cyclopentanone) 및 에틸렌 글라이콜(Ethylene glycol) 내에 약 2 중량%의 농도로 분산시킨 배향막 형성재를 사용하여 형성하였다. 상기 배향막 형성재를 바코팅 방식으로 최종 배향막 두께가 약 200 nm 정도가 되도록 코팅하였다. 이어서, 약 130℃의 오븐에서 약 20분 동안 유지하여 베이킹 및 이미드화(imidizing) 공정을 진행하여 배향막을 형성하였다.
하부 기판의 제작
하부 기판은, 상기 상부 기판과 동일한 방식으로 제작하였다. 다만, 하부 기판의 제조 시에 10 ㎛인 볼 스페이서를 함께 적용하여 고착화시켰다. 구체적으로 상기 볼 스페이서를 동일한 배향막 조성물과 볼 스페이서가 1 : 2의 중량 비율(배향막 조성물 : 볼 스페이서)이 되도록 상기 배향막 조성물과 혼합하여 형성한 배향막 형성재를 바코팅 방식으로 최종 배향막 두께가 약 60 nm이고 스페이서의 면적비가 2% 정도가 되도록 코팅하였다. 이어서, 약 130℃의 오븐에서 약 20분 동안 유지하여 베이킹 및 이미드화(imidizing) 공정을 진행하여 스페이서가 고착된 배향막을 형성하였다.
광학 디바이스의 제작
하부 기판 상에 광변조 물질(Merck社의 MAT-16-969(ne: 1.5463, no: 1.4757, ε∥: 7.4, ε⊥: 3.2, TNI: 85℃, △n: 0.0706, △ ε: 4.2) 액정과 이방성 염료(BASF社, X12)의 혼합물)을 도포 후 상기 볼 스페이서에 접하도록 상부 기판을 합지하여 셀을 제작하였다. 이후, 상기 볼 스페이서가 고착된 하부 기판의 타면에 편광판을 적층하여 셀을 제작하였다.
실시예 2
실시예 1과 동일한 방식으로 상부 및 하부 기판을 각각 제작하되, 볼 스페이서 대신에 컬럼 스페이서를 사용하여 제조하였다.
상기 컬럼 스페이서는 광경화성 레진을 10 um의 두께로 코팅하여 개구부의 면적비가 2%의 면적비를 가진 필름 마스크(film mask)를 이용해 약 300 mW/cm2 세기의 자외선을 조사하여 경화시킨 후 식각하여 형성하였다.
상기와 같이 제작된 상부 및 하부 기판을 사용하여 실시예 1과 동일하게 투과도 가변 장치를 제작하였다.
실시예 3
실시예 1과 동일한 방식으로 상부 및 하부 기판을 각각 제작하되, 상기 상부 및 하부 기판을 각각 2장씩 제조하였다.
상기와 같이 제작된 상부 및 하부 기판 중에서 실시예 1과 동일하게 투과도 가변 장치를 제작하되, 상기 볼 스페이서가 적층된 하부 기판끼리 적층시켜 더블 셀 구조를 제조하였다.
실시예 4
실시예 1과 동일한 방식으로 상부 및 하부 기판을 각각 제작하되, 상기 상부 및 하부 기판을 각각 2장씩 제조하고, 볼 스페이서 대신 컬럼 스페이서를 사용하여 제조하였다.
상기와 같이 제작된 상부 및 하부 기판 중에서 실시예 1과 동일하게 투과도 가변 장치를 제작하되, 상기 컬럼 스페이서가 적층된 하부 기판끼리 적층시켜 더블 셀 구조를 제조하였다.
비교예 1
편광판을 볼 스페이서가 고착되지 않고 배향막만 형성된 상부 기판의 타면에 적층시켜 제조한 것 외에는 실시예 1과 동일하게 투과도 가변 장치를 제작하였다.
시험예
실시예 및 비교예에서 각각 제조된 투과율 가변 필름에서의 빛 샘, 투과율 및 Haze를 확인하였다. 해당 빛 샘을 루페 10배 배율로 현미경 100배의 배율로 각각 확인하였다.
첨부된 도 2 내지 도 3은 본 출원에 따른 실시예 1 및 비교예 1에 대한 루페 이미지이고, 도 4 내지 도 5는 본 출원의 실시예 1 및 비교예 1에 따른 광학현미경으로 관찰한 이미지이다.
도 2 내지 도 5로부터 실시예 1의 경우 스페이서로 인한 상부 기판 상에 형성된 배향막 상의 스크래치 및 빛 샘이 발생하지 않으나, 비교예 1의 경우 스페이서로 인한 상부 기판 상에 형성된 배향막 상의 스크래치가 발생하는 것을 확인하였다.
또한, 헤이즈 미터 장비를 이용하여 실시예 1 및 비교예 1을 측정한 투과율은 각각 0.66 % 및 0.68 %, 실시예 1 및 비교예 1을 측정한 헤이즈는 각각 12.5, 18.7로 나타났으며, 실시예 1보다 비교예 1에서 더 높게 나타나는 것을 확인하였다. 이는 스페이서로 인하여 상부 기판의 배향막 상에 스크래치 및 빛 샘이 발생하였음을 알 수 있다.
본 출원의 실시예 1 및 비교예 1에서는 싱글 셀에서만 볼 스페이서를 사용하여 투과율 가변 필름을 제작한 결과만을 도시하였으나, 실시예 2 내지 실시예 4로 제작하였을 때, 본 출원의 실시예 1의 동일한 결과를 확인하였다.

Claims (15)

  1. 편광층 및 투과율 가변층을 포함하고, 상기 투과율 가변층은 상기 편광층 상에 형성되는 제 1 기재층; 상기 제 1 기재층의 상기 편광층과는 반대측의 면에 고착화된 스페이서 또는 상기 반대측의 면에 형성된 컬럼 스페이서; 상기 제 1 기재층과 대향 배치되어 상기 스페이서에 의해 상기 제 1 기재층과의 간격이 유지되어 있는 제 2 기재층 및 상기 제 1 및 제 2 기재층의 간격에 존재하는 광변조 물질을 포함하는 투과도 가변 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 편광층은, 수동 편광층인 투과도 가변 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 편광층은, 능동 편광층인 투과도 가변 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 능동 편광층은, 제 3 기재층, 상기 제 3 기재층과 대향 배치된 제 4 기재층, 상기 제 3 및 제 4 기재층의 간격을 유지하고 있는 스페이서 및 상기 제 3 및 제 4 기재층의 사이에 존재하는 광변조 물질을 포함하는 투과도 가변 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 스페이서는 제 3 기재층 상에 고착화되어 있는 고착형 스페이서 또는 제 3 기재층 상에 형성된 컬럼 스페이서이고, 상기 제 3 기재층과 제 4 기재층 중에서 제 3 기재층이 제 1 기재층에 가깝게 배치되어 있는 투과도 가변 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 기재층은 플라스틱 필름인 투과도 가변 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 제 1 기재층의 스페이서가 형성된 면에 존재하는 배향막을 추가로 포함하고, 상기 스페이서는 상기 배향막에 매립되어 고착화되어 있는 투과도 가변 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 제 1 기재층의 스페이서가 형성된 면에 존재하는 경화형 수지막을 추가로 포함하고, 상기 스페이서는 상기 경화형 수지막에 매립되어 고착화되어 있는 투과도 가변 장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 고착화된 스페이서는 볼 스페이서인 투과도 가변 장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 스페이서의 크기는 2 ㎛ 내지 100 ㎛의 범위 내인 투과도 가변 장치.
  11. 제 1 항에 있어서, 스페이서는, 탄소계 물질, 금속계 물질, 산화물계 물질 및 이들의 복합 물질로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 투과도 가변 장치.
  12. 제 7 항에 있어서, 상기 배향막은 광 배향막 또는 러빙 배향막인 투과도 가변 장치.
  13. 제 1 항에 있어서, 광변조 물질은, 액정 화합물 및 이색성 염료를 포함하는 투과도 가변 장치.
  14. 제 4 항에 있어서, 능동 편광층의 광변조 물질은, 액정 화합물 및 이색성 염료를 포함하는 투과도 가변 장치.
  15. 제 1 항의 투과도 가변 장치를 포함하는 선루프.
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