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KR101872719B1 - 액정셀 - Google Patents

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KR101872719B1
KR101872719B1 KR1020150043095A KR20150043095A KR101872719B1 KR 101872719 B1 KR101872719 B1 KR 101872719B1 KR 1020150043095 A KR1020150043095 A KR 1020150043095A KR 20150043095 A KR20150043095 A KR 20150043095A KR 101872719 B1 KR101872719 B1 KR 101872719B1
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liquid crystal
crystal cell
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임은정
오동현
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주식회사 엘지화학
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Abstract

본 출원은, 액정셀 및 그 용도에 관한 것이다. 예시적인 액정셀은 통상 투과 모드를 구현할 수 있고, 낮은 구동 전압으로 구동되며, 우수한 헤이즈 특성을 나타낼 수 있다. 이러한 액정셀은, 스마트 윈도우, 윈도우 보호막, 플렉서블 디스플레이 소자, 투명 디스플레이용 차광판, 3D 영상 표시용 액티브 리타더(active retarder) 또는 시야각 조절 필름 등과 같은 다양한 광변조 장치에 적용될 수 있다.

Description

액정셀{LIQUID CRYSTAL CELL}
본 출원은, 액정셀 및 그 용도에 관한 것이다.
통상 투과 모드 소자는 예를 들어 외부 작용이 없는 상태에서는 투과 모드가 구현되고, 외부 작용 하에 차단 모드로 전환되며, 외부 작용이 제거되면 다시 투과 모드로 전환되는 소자이다.
특허문헌 1에는 투과 모드와 헤이즈 모드 사이의 가변이 가능한 통상 투과 모드 소자가 개시되어 있다. 특허문헌 1의 소자는 고분자 매트릭스 내에 액정을 분산시켜서 구현되는 소위 PDLC(Polymer Dispersed Liquid Crystal) 소자로서, PDLC 내에서 통상 액정 화합물은 배향되어 있지 않은 상태로 존재하므로 전압이 인가되지 않은 상태에서는 산란 상태이나, 수직 배향막을 적용함으로써 통상 투과 모드를 구현하고 있다.
그러나, 특허문헌 1의 PDLC를 이용한 통상 투과 모드 소자는 구동 전압이 높고 노광 특성에 따른 잔류 헤이즈 수준의 변동 및 헤이즈 특성 저하 등의 문제가 있어서 상기 문제점을 보완할 수 있는 통상 투과 모드 소자의 개발이 필요한 실정이다.
한국 공개특허공보 제2014-0077861호
본 출원은, 액정 셀 및 그 용도를 제공한다.
예시적인 액정 셀은 2개의 기판 및 액정층을 포함할 수 있다. 도 1에 예시적으로 나타낸 바와 같이 액정 셀에서 상기 2개의 기판(1011, 1012)은 서로 대향 배치되어 있고, 상기 액정층(102)은 상기 대향 배치된 2개의 기판(1011, 1012) 사이에 존재할 수 있다.
액정 셀은 통상 투과 모드 소자를 구현할 수 있다. 본 출원에서 용어 「통상 투과 모드 소자」는 외부 작용이 없는 상태(즉, 초기 상태 또는 통상 상태)에서는 투과 모드가 구현되고, 외부 작용 하에 헤이즈 모드로 전환되며, 외부 작용이 제거되면 다시 투과 모드로 전환되는 소자를 의미할 수 있다. 본 출원에서 용어 「외부 작용」은, 액정 화합물의 정렬을 변경시킬 수 있도록 수행되는 모든 종류의 작용을 의미하고, 대표적인 예로는 전압의 인가가 있다.
액정 셀에서 액정층은 액정 화합물을 포함할 수 있다. 예를 들어 액정 화합물은 네마틱 액정 화합물일 수 있다. 본 출원에서 용어 「네마틱 액정 화합물」은 네마틱 상을 나타내는 액정 화합물, 예를 들어 액정 화합물의 방향자(director)가 소정 방향으로 질서를 가지고 배열되는 특성을 가지는 액정 화합물을 의미할 수 있다.
액정 셀에서 액정층은 비저항이 1.0 x 10+10 Ω·cm 이하일 수 있다. 액정층의 비저항은 보다 구체적으로 5.0 x 10+9 Ω·cm 이하, 1.0 x 10+9 Ω·cm 이하, 5.0 x 10+8 Ω·cm 이하 또는 1.0 x 10+8 Ω·cm 이하일 수 있다. 본 명세서에서 「비저항」은 액정층의 전기 전도도 값으로부터 환산된 값을 의미할 수 있다. 전기 전도도를 측정하는 방식은 특별히 제한되지 않고, 예를 들어 LCR Meter를 통해 측정될 수 있다. 하나의 예시에서, 비저항은 액정층의 수평 전도도(σ//) 또는 수직 전도도(σ⊥)로부터 환산된 값일 수 있다. 액정층의 전도도로부터 비저항을 환산하는 방식은 특별히 제한되지 않고, 예를 들어 본 명세서의 「전도도 및 비저항 평가」 항목에 기술된 수식 C 및 D에 의하여 환산될 수 있다. 본 출원의 일 실시예에 의하면, 비저항은 액정층의 수평 전도도(σ//)로부터 환산된 값일 수 있다. 수평 전도도(σ//) 및 수직 전도도(σ⊥)에 대해서는 하기에서 더욱 구체적으로 설명한다.
또한, 본 명세서에서 「비저항」은 1cm2의 면적 및 1cm의 간격을 기준으로 환산한 상온 비저항일 수 있다. 본 명세서에서 「상온」은 가온되거나 감온되지 않은 자연 그대로의 온도로서, 약 10 ℃ 내지 30℃의 범위 내의 어느 한 온도, 예를 들면, 약 23℃ 또는 25℃ 정도의 온도를 의미할 수 있다. 본 명세서에서 기재하는 물성 중에서 측정 온도가 그 수치에 영향을 주는 경우, 특별히 달리 규정하지 않는 한 해당 물성은 상온에서 측정한 수치이다. 또한, 본 명세서에서 비저항은 특별한 언급이 없는 한 2.2x4.0cm2의 면적 및 9㎛의 간격을 가지는 액정셀에 대하여 상온에서 측정한 실측 데이터를 1cm2의 면적 및 1cm의 간격을 가지는 액정셀을 기준으로 환산한 데이터를 의미할 수 있다.
액정층이 상기 범위 내의 비저항 값을 가지는 경우, 액정층은 EHDI(Electrohydrodynamic instability) 특성을 나타낼 수 있다. 본 명세서에서 용어 「EHDI 특성」은 액정층에 외부 에너지를 인가하는 것에 의하여 네마틱 액정 화합물에 불규칙한 배열 상태가 야기됨으로써 헤이즈를 유발할 수 있는 특성을 의미할 수 있다. 액정층의 비저항의 하한은 목적하는 물성을 손상시키지 않는 범위 내에서 적절히 선택될 수 있고 예를 들어 1.0 x 10+7 Ω·cm 이상, 5.0 x 10+7 또는 1.0 x 10+8 Ω·cm 이상일 수 있다.
액정층이 상기 수치 범위의 비저항을 나타내는 경우 외부 에너지 인가에 의하여 우수한 헤이즈 특성을 나타낼 수 있을 뿐만 아니라 상기 헤이즈 특성이 후술하는 전기 전도도에 대하여 선형적인 관계를 나타낼 수 있다. 비저항을 상기 수치 범위로 조절하는 것은, 액정 층에 적절한 첨가제, 예를 들어, 이온 불순물, 이온성 액체(ionic liquid), 염(Salt), 반응성 작용기를 가지는 모노머, 개시제 또는 이방성 염료 등의 첨가제를 적절히 첨가하는 것에 의하여 가능하다.
액정층의 초기 배향 상태는 액정층의 액정 화합물이 소정 방향으로 정렬된 상태일 수 있다. 본 명세서에서 용어 「초기 배향 상태」는 액정 셀에 외부 작용이 없는 상태에서의 액정 화합물의 배향 또는 정렬 방향이나 액정 화합물에 의해 형성되는 액정층의 광축을 의미할 수 있다. 액정층은 예를 들어 초기 상태에서 수직 배향 상태 또는 수평 배향 상태일 수 있다. 본 출원에서 「액정층의 수직 배향 상태」는 액정층의 광축이 액정층의 평면에 대하여 약 90도 내지 약 65도, 약 90도 내지 약 75도, 약 90도 내지 약 80도, 약 90도 내지 약 85도 약 90도의 경사각을 가지는 경우를 의미할 수 있다. 본 명세서에서 「액정층의 수평 배향 상태」는 액정층의 광축이 액정층의 평면에 대하여 약 0도 내지 약 25도, 약 0도 내지 약 15도, 약 0도 내지 약 10도, 약 0도 내지 약 5도 또는 약 0도의 경사각을 가지는 경우를 의미할 수 있다.
본 명세서에서 용어 「광축」은 액정 화합물이 막대 (rod) 모양인 경우 액정 화합물의 장축 방향의 축을 의미할 있고, 액정 화합물이 원판 (discotic) 모양인 경우 평면의 법선 방향의 축을 의미할 수 있다. 액정 셀은 액정 층의 초기 배향 상태를 수직 배향 상태 또는 수평 배향 상태로 조절하는 것에 의하여 초기 상태에서 투과 모드를 구현할 수 있다. 액정층의 초기 배향 상태는 후술하는 바와 같이 상기 대향하는 2개의 기판의 액정층 측면에 액정 배향성을 부여하는 것에 의하여 조절할 수 있다.
액정 셀에서 액정층은 수평 전도도(σ//) 또는 수직 전도도(σ⊥)가 10.0 x 10-4 μS/cm 이상일 수 있다. 액정층의 수평 전도도(σ//) 또는 수직 전도도(σ⊥)는 보다 구체적으로 9.5 x 10-5 μS/cm 이상, 1.0 x 10-4 μS/cm 이상, 5.0 x 10-4 μS/cm 이상, 1.0 x 10-3 μS/cm 이상 또는 1.0 x 10-2 μS/cm 이상 일 수 있다. 액정층의 수평 전도도(σ//) 또는 수직 전도도(σ⊥)가 상기 수치 범위로 조절되는 경우, 액정층에 외부 에너지를 인가하는 것에 의하여 EHDI(Electrohydrodynamic instability) 특성을 효과적으로 나타낼 수 있다. 액정층의 수평 전도도(σ//) 또는 수직 전도도(σ⊥)의 상한은 목적하는 물성을 손상시키지 않는 범위 내에서 적절히 선택될 수 있고 예를 들어 1.0 x 10-2 μS/cm 이하, 1.0x10-3 μS/cm 이하, 9.0 x 10-4 μS/cm 이하 또는 5.0 x 10-4 μS/cm 이하일 수 있다. 액정층의 수평 전도도(σ//) 또는 수직 전도도(σ⊥)를 상기 수치 범위로 조절하는 것은 액정 층에 적절한 첨가제, 예를 들어, 이온 불순물, 이온성 액체(ionic liquid), 염(Salt), 반응성 작용기를 가지는 모노머, 개시제 또는 이방성 염료 등의 첨가제를 적절히 추가하는 것에 의하여 가능하다.
본 명세서에서 전도도는 액정층에 전압을 인가한 상태에서 측정한 전도도를 의미하는 것으로서, 본 명세서에서 용어「수평 전도도(σ//)」는 액정층의 광축과 인가 전압에 의한 전기장의 방향이 실질적으로 수평하도록 전압을 인가한 상태에서 상기 전기장의 방향을 따라 측정한 전도도 값을 의미하고, 「수직 전도도(σ⊥)」는 액정층의 광축과 인가 전압에 의한 전기장의 방향이 실질적으로 수직하도록 전압을 인가한 상태에서 상기 전기장의 방향을 따라 측정한 전도도 값을 의미한다. 상기에서 인가되는 전압의 측정 주파수는 예를 들어, 60 Hz이고, 측정 전압은 예를 들어 0.5V일 수 있다.
도 2는 수평 전도도(σ//) 및 수직 전도도(σ⊥) 측정 방법을 설명하기 위한 모식도이다. 전술한 바와 같이, 액정층의 광축은 액정 화합물의 형상에 따라 결정될 수 있다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 액정 화합물(201)이 로드(rod) 형상인 경우 액정층의 광축은 액정 화합물이 배향된 상태에서 그 장축 방향(붉은색 ↕로 표시)으로 볼 수 있다. 하나의 예시에서, 도 2A와 같이, 액정층 내의 액정 화합물들의 장축 방향이 액정층의 두께 방향과 평행하도록, 즉 수직 배향된 상태로 존재하는 경우 수평 전도도(σ//)는 상기 액정층의 두께 방향을 따라서 전기장(E)이 형성되도록 전압을 인가한 상태에서 상기 두께 방향을 따라 측정한 전도도일 수 있다. 다른 하나의 예시에서, 도 2B와 같이, 액정층 내의 액정 화합물들의 장축 방향이 두께 방향과 직교하도록, 즉 수평 배향된 상태로 존재하는 경우 수직 전도도(σ⊥)는 액정층의 두께 방향으로 전기장(E)이 형성되도록 전압을 인가하면서 상기 두께 방향을 따라 측정한 전도도일 수 있다.
본 명세서에서 수평 전도도(σ//) 또는 수직 전도도(σ⊥) 값은 특별한 언급이 없는 한 액정층에 대하여 인가되는 전압의 측정 주파수를 60 Hz로 하고 측정 전압은 0.5V로 한 상태에서 LCR Meter를 이용하여 상기 방법에 따라 2.2x4.0 cm2의 면적 및 9㎛의 간격을 가지는 액정 셀에 대하여 상온에서 측정한 값을 1cm2의 면적 및 1cm의 간격을 가지는 액정 셀을 기준으로 환산한 값을 의미한다.
수평 전도도(σ//) 또는 수직 전도도(σ⊥)의 측정에 있어서, 액정층의 수평 배향 상태는, 액정 화합물이 로드(rod) 형상인 경우, 액정층 내의 액정 화합물이 실질적으로 수평 배향된 상태를 의미하는 것으로서, 예를 들면 하기 수식 A에 따른 면상 위상차(Rin)가 150 nm 내지 3,000nm의 범위 내이고, 하기 수식 B에 따른 두께 방향 위상차(Rth)가 0nm 내지 100nm, 보다 구체적으로 0nm 내지 50 nm의 범위 내인 경우를 의미할 수 있다. 또한, 수평 전도도(σ//) 또는 수직 전도도(σ⊥)의 측정에 있어서, 액정층의 수직 배향 상태는, 액정 화합물이 로드(rod) 형상인 경우, 액정층 내의 액정 화합물이 실질적으로 수직 배향된 상태를 의미하는 것으로서, 예를 들면, 하기 수식 A에 따른 면상 위상차(Rin)가 0nm 내지 100nm, 보다 구체적으로 0nm 내지 50 nm의 범위 내이고, 하기 수식 B에 따른 두께 방향 위상차(Rth)가 150 nm 내지 3000nm의 범위 내인 경우를 의미할 수 있다.
[수식 A]
Rin = d (nx - ny)
[수식 B]
Rth = d (nz - ny)
수식 A 및 B에서 d는 액정층의 두께이고, nx는 액정층 평면에서 지상축 방향의 굴절률이며, ny는 액정층의 상기 지상축에 수직하는 방향의 굴절률이고, nz는 액정층의 두께 방향, 즉 상기 지상축과 그에 수직하는 방향 모두와 수직하는 방향의 굴절률이다. 본 명세성서 용어 「굴절률」은 특별히 달리 규정하지 않는 한, 550nm파장의 광에 대한 굴절률일 수 있다.
액정 셀에서 액정층의 수직 전도도(σ⊥) 및 수평 전도도(σ//)의 비율은 목적하는 액정 셀의 물성을 고려하여 적절히 조절될 수 있다. 예를 들어 액정층의 수직 전도도(σ⊥)에 대한 수평 전도도(σ//)의 비율(σ//÷σ⊥)은 0.2 이상, 0.25 이상, 0.3 이상, 0.35 이상, 0.4 이상, 0.45 이상, 0.5 이상, 0.55 이상, 0.6 이상, 0.65 이상 또는 0.7 이상일 수 있다. 상기에서 수직 전도도(σ⊥) 및 수평 전도도(σ//)에 대한 정의 및 측정 방법은 전술한 내용이 동일하게 적용될 수 있다. 따라서, 상기 전도도 비율은 1cm2의 면적 및 1cm의 간격을 기준으로 환산한 상온 전도도 비율일 수 있다. 액정층의 수직 전도도(σ⊥) 및 수평 전도도(σ//)의 비율을 상기 수치 범위 내로 조절하는 경우, 액정셀은 낮은 구동 전압으로 구동 가능하며 우수한 헤이즈 특성을 나타내는 통상 투과 모드 소자를 구현할 수 있다. 액정층의 수직 전도도(σ⊥)에 대한 수평 전도도(σ//)의 비율(σ//÷σ⊥)의 상한은 목적하는 물성을 손상시키지 않는 범위 내에서 적절히 선택될 수 있고, 예를 들어 2.5 이하, 2.0 이하, 1.5 이하 또는 1.0 이하일 수 있다. 액정층의 수직 전도도(σ⊥)에 대한 수평 전도도(σ//)의 비율(σ//÷σ⊥)을 상기 수치 범위로 조절하는 것은 액정 층에 적절한 첨가제, 예를 들어, 이온 불순물, 이온성 액체(ionic liquid), 염(Salt), 반응성 작용기를 가지는 모노머, 개시제 또는 이방성 염료 등의 첨가제를 적절히 추가하는 것에 의하여 가능하다.
또한, 액정층의 수평 전도도(σ//))에 대한 수직 전도도(σ⊥)의 비율(σ⊥÷σ//)은 예를 들어, 2.0 이하, 1.9 이하, 1.8 이하, 1.7 이하, 1.6 이하, 1.5 이하, 1.4 이하, 1.3 이하, 1.2 이하, 1.1 이하 또는 1.0 이하일 수 있다. 상기에서 수직 전도도(σ⊥) 및 수평 전도도(σ//)에 대한 정의 및 측정 방법은 전술한 내용이 동일하게 적용될 수 있다. 따라서, 상기 전도도 비율은 1cm2의 면적 및 1cm의 간격을 기준으로 환산한 상온 전도도 비율이다. 액정층의 수직 전도도(σ⊥) 및 수평 전도도(σ//)의 비율을 상기 수치 범위 내로 조절하는 경우, 액정셀은 낮은 구동 전압으로 구동 가능하며 우수한 헤이즈 특성을 나타내는 통상 투과 모드 소자를 구현할 수 있다. 액정층의 수평 전도도(σ//))에 대한 수직 전도도(σ⊥)의 비율(σ⊥÷σ//)의 하한은 목적하는 물성을 손상시키지 않는 범위 내에서 적절히 선택될 수 있고, 예를 들어 0.5 이상, 0.3 이상, 0.2 이상 또는 0.1 이상일 수 있다. 액정층의 수평 전도도(σ//))에 대한 수직 전도도(σ⊥)의 비율(σ⊥÷σ//)을 상기 수치 범위로 조절하는 것은 액정 층에 적절한 첨가제, 예를 들어, 이온 불순물, 이온성 액체(ionic liquid), 염(Salt), 반응성 작용기를 가지는 모노머, 개시제 또는 이방성 염료 등의 첨가제를 적절히 추가하는 것에 의하여 가능하다.
액정층 내에 존재하는 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(하기에서, (+) 부호는 양의 유전율 이방성을 의미하고, (-) 부호는 음의 유전율 이방성을 의미한다). 액정 화합물의 유전율 이방성은 예를 들어 ±40 이하, ±30 이하, ±10 이하 또는 ±5 이하의 범위 내일 수 있다. 액정 화합물의 유전율 이방성을 상기 범위로 조절하는 경우, 예를 들어 낮은 구동 전압으로도 구동이 가능하며 우수한 헤이즈 특성을 나타낼 수 있으며, 보다 우수한 헤이즈 특성의 발현 측면에서 음의 유전율 이방성을 가지는 액정 화합물을 선택하여 사용할 수 있다. 액정 화합물의 유전율 이방성의 하한은 목적하는 물성을 손상시키지 않는 범위 내에서 적절히 선택될 수 있고 예를 들어 ±3 이상, ±5 이상, ±5 이상 또는 ±7 이상일 수 있다.
액정층 내에 존재하는 액정 화합물의 굴절률 이방성은 목적 물성, 예를 들어, 액정 셀의 헤이즈 특성을 고려하여 적절히 선택될 수 있다. 본 출원에서 용어 「굴절률 이방성」은 액정 화합물의 정상 굴절률(ordinary refractive index)과 이상 굴절률(extraordinary 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 0.3이하의 범위 내에 있을 수 있다. 액정 화합물의 굴절률 이방성이 상기 범위를 만족하는 경우, 예를 들면, 헤이즈 특성이 우수한 통상 투과 모드 소자를 구현할 수 있다.
액정 셀에서 대향 배치된 2개의 기판은 액정 배향성을 가지는 기판일 수 있다. 본 출원에서 용어 「액정 배향성을 가지는 기판」은 인접하는 액정 화합물의 배향에 영향을 미칠 수 있는, 예를 들어 인접하는 액정 화합물을 소정 방향으로 정렬시킬 수 있는 배향능이 부여된 기판을 의미할 수 있다. 액정 셀에서 액정층은 액정 배향성을 가지는 2개의 기판 사이에 존재함으로써 초기 상태에서 적절한 배향 상태를 유지할 수 있다. 액정 셀에서 대향 배치된 2개의 기판은 예를 들어 수직 배향성 또는 수평 배향성을 가지는 기판일 수 있다. 본 출원에서 용어 「수직 배향성 또는 수평 배향성을 가지는 기판」은 인접하는 액정 화합물을 수직 방향 또는 수평 방향으로 배향시킬 수 있는 배향성을 가지는 기판을 의미할 수 있다.
액정 배향성을 가지는 기판으로는, 예를 들어 배향막이 형성된 기판을 사용할 수 있다. 예를 들어, 배향막(301, 302)은 도 3 에 나타낸 바와 같이, 대향하는 2개의 기판(1011, 1012)의 액정층(102) 측면에 존재할 수 있다. 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.
배향이 유도된 기판의 다른 예로는, 액정 배향성을 직접 부여한 기판을 사용할 수 있다. 예를 들어, 수직 배향능이 부여된 기판으로서 친수성 표면을 가진 기판을 사용할 수 있다. 친수성 표면을 가진 기판은, 예를 들면, 물에 대한 젖음각(wetting angle)이 0도 내지 50도, 0도 내지 40도, 0도 내지 30도, 0도 내지 20도 또는 0도 내지 10도이거나, 10도 내지 50도, 20도 내지 50도, 30도 내지 50도 정도일 수 있다. 상기에서 기판의 물에 대한 젖음각을 측정하는 방식은 특별히 제한되지 않고, 이 분야에서 공지되어 있는 젖음각의 측정 방식을 사용할 수 있으며, 예를 들면, KRUSS사제의 DSA100 기기를 사용하여, 제조사의 매뉴얼에 따라 측정할 수 있다. 기판에 친수성 표면을 가지도록 하기 위해서는 예를 들어 기판의 면에 친수화 처리를 수행하거나 또는 친수성 관능기를 포함하는 기판을 사용할 수 있다. 친수화 처리로는, 코로나 처리, 플라즈마 처리 또는 알칼리 처리 등이 예시될 수 있다.
기판으로는, 특별한 제한 없이 공지의 소재를 사용할 수 있다. 예를 들면, 유리 필름, 결정성 또는 비결정성 실리콘 필름, 석영 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 필름 등의 무기계 필름이나 플라스틱 필름 등을 사용할 수 있다. 기판으로는, 광학적으로 등방성인 기판이나, 위상차층과 같이 광학적으로 이방성인 기판 또는 편광판이나 컬러 필터 기판 등을 사용할 수 있다.
플라스틱 기판으로는, TAC(triacetyl cellulose); 노르보르넨 유도체 등의 COP(cyclo olefin copolymer); PMMA(poly(methyl methacrylate); PC(polycarbonate); PE(polyethylene); PP(polypropylene); PVA(polyvinyl alcohol); DAC(diacetyl cellulose); Pac(Polyacrylate); PES(poly ether sulfone); PEEK(polyetheretherketon); PPS(polyphenylsulfone), PEI(polyetherimide); PEN(polyethylenemaphthatlate); PET(polyethyleneterephtalate); PI(polyimide); PSF(polysulfone); PAR(polyarylate) 또는 비정질 불소 수지 등을 포함하는 기판을 사용할 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니다. 기판에는, 필요에 따라서 금, 은, 이산화 규소 또는 일산화 규소 등의 규소 화합물의 코팅층이나, 반사 방지층 등의 코팅층이 존재할 수도 있다.
예시적인 액정 셀은 전술한 바와 같이 통상 투과 모드를 구현할 수 있다. 예를 들어, 액정 셀은 투과 모드와 산란 모드를 스위칭할 수 있다. 액정층의 초기 배향 상태는 네마틱 액정 화합물이 소정 방향으로 정렬된 상태, 예를 들어 수직 배향 상태 또는 수평 배향 상태일 수 있고 이를 통해 액정 셀은 초기 상태에서 투과 모드를 구현할 수 있다. 액정층의 초기 배향 상태는 외부 에너지의 인가에 의해 변환될 수 있고, 예를 들어 액정층에 외부 에너지가 인가되는 경우 EHDI 특성이 유발되어 불규칙하게 배열된 상태로 변환되어 헤이즈가 발생할 수 있고, 이를 통해 산란 모드로 스위칭될 수 있다.
액정 셀에 헤이즈를 유발하기 위해 인가되는 외부 에너지, 예를 들어 전계의 조건은 의도하는 목적을 손상시키지 않는 범위 내에서 적절히 선택될 수 있다. 예를 들어, 액정층의 초기 배향 상태가 수직 배향 상태 또는 수평 배향 상태인 경우 액정 셀에, 수직 전계, 예를 들어, 약 20V 내지 100V의 수직 전계를 인가하는 것에 의하여 액정 층에 EHDI 특성을 유발할 수 있다. 인가되는 전계의 주파수는 예를 들어, 500 Hz 이하일 수 있고, 본 출원의 일 실시예에 따르면 60Hz의 주파수를 가지는 전계를 인가할 수 있다. 상기 외부 에너지가 사라지면 액정층은 다시 초기 배향 상태로 복귀할 수 있고, 이를 통해 투과 모드로 다시 스위칭될 수 있다.
본 출원에서 용어 「투과 모드」는 광의 투과가 가능한 상태 또는 예정된 일정 수준 이하의 헤이즈를 나타내는 모드를 의미할 수 있고, 「산란 모드」는 액정 셀이 예정된 일정 수준 이상의 헤이즈를 나타내는 모드를 의미할 수 있다. 투과 모드에서 액정셀은, 예를 들어, 400nm 내지 700 nm파장의 광에 대한 투과율이 80% 이상이고, 헤이즈가 10% 이하일 수 있다. 산란 모드에서 액정셀은, 예를 들어 400nm 파장의 광에 대한 투과율이 75% 이상일 수 잇고, 헤이즈는 90%이상일 수 있다. 상기 헤이즈 및 투과율 수치는 예를 들어, 헤이즈미터(hazemeter, NDH-5000SP)를 사용하여 ASTM 방식으로 측정된 것일 수 있다.
액정 셀은 낮은 구동 전압으로도 구동이 가능하다. 예를 들어, 액정 셀은 헤이즈가 10% 이하인 투과 모드에서 헤이즈가 90% 이상인 산란 모드로 스위칭하기 위하여 단위 면적당(2.2x4.0 cm2) 요구되는 전압이 10V 이상, 20V 이상, 30V 이상, 40V 이상, 50V 이상 또는 60V 이상일 수 있다. 액정 셀은 전술한 비저항 및 전도도 특성을 나타내는 액정층을 채용함으로써 상기와 같이 낮은 구동 전압으로도 투과 모드에서 헤이즈 특성이 우수한 산란 모드로 스위칭이 가능하다.
액정셀은 투과도 가변 특성을 가질 수 있다. 액정셀의 투과도 가변 특성의 정도는, 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어 액정셀은 투과도의 차이가 약 2% 내지 3% 이상인 2개의 모드 사이를 스위칭할 수 있다. 액정 셀은 예를 들어, 투과 모드와 산란 모드에서 우수한 투과도 가변 특성을 가질 수 있다. 예를 들어, 액정 셀은 투과 모드의 투과율과 산란 모드의 투과율의 차이가 30% 이상, 32% 이상, 34% 이상, 36% 이상, 38% 이상, 40% 이상, 42% 이상 또는 44% 이상일 수 있다. 액정 셀은 전술한 비저항 및 전도도 특성을 나타내는 액정층을 채용함으로써, 상기와 같이 우수한 투과도 가변 특성을 나타낼 수 있다.
액정셀은, 액정층 내에 이방성 염료를 추가로 포함할 수 있다. 이방성 염료는, 예를 들면, 액정 셀의 차광율을 개선하여 투과도 가변 특성을 향상시킬 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 「이방성 염료」는 상기 가시광 영역의 적어도 일부 또는 전체 범위에서 광의 이방성 흡수가 가능한 물질을 의미할 수 있다.
이방성 염료로는, 예를 들면, 액정 화합물의 정렬 상태에 따라 정렬될 수 있는 특성을 가지는 것으로 알려진 공지의 염료를 선택하여 사용할 수 있다. 이방성 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 아니고 필요에 따라 적절한 이방성 염료를 선택하여 사용할 수 있다.
이방성 염료는, 이색비(dichroic ratio), 즉 이방성 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.
이방성 염료의 액정층 내의 비율은 목적 물성, 예를 들면, 액정셀의 목적하는 투과도 가변 특성에 따라 적절히 선택될 수 있다. 예를 들어, 이방성 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 내에 포함될 수 있다. 이방성 염료의 액정층 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 내의 이방성 염료의 비율이 상기 범위를 만족하는 경우, 예를 들면, 이방성 염료를 포함하지 않는 경우에 비하여 액정셀의 투과도 가변 특성을 약 10% 이상 향상시킬 수 있다.
액정층이 이방성 염료를 포함하는 경우, 액정 셀은 투과도 가변 특성이 우수한 투과 모드 및 산란 모드의 사이를 스위칭할 수 있다. 예를 들어, 액정층이 이방성 염료를 포함하는 경우 액정 셀은 투과 모드에서 400nm 내지 700 nm 파장의 광에 대한 투과율이 60% 이상이고, 헤이즈가 10% 이하일 수 있다. 액정층이 이방성 염료를 포함하는 경우 액정 셀은, 산란 모드에서 400nm 내지 700nm 파장의 광에 대한 투과율이 50% 이하일 수 잇고, 헤이즈는 90%이상일 수 있다. 상기 헤이즈 및 투과율 수치는 예를 들어, 헤이즈미터(hazemeter, NDH-5000SP)를 사용하여 ASTM 방식으로 측정된 것일 수 있다.
액정 셀은, 액정층 내에 폴리머 네트워크를 추가로 포함할 수 있다. 폴리머 네트워크는, 예를 들어 액정층 내부에 갭(gap)을 유지해주는 스페이서(Spacer) 역할을 할 수 있다. 폴리머 네트워크는, 액정 화합물과는 상 분리된 상태로 존재할 수 있다. 액정층 내의 폴리머 네트워크는, 예를 들면, 폴리머 네트워크가 연속상의 액정 화합물 중에 분포되어 있는 구조, 소위 PNLC(Polymer Network Liquid Crystal) 구조로 액정층 내에 포함될 수 있고, 또는, 폴리머 네트워크 내에 액정 화합물을 포함하는 액정 영역이 분산되어 있는 상태로 존재하는 구조, 소위 PDLC(Polymer Dispersed Liquid Crystal) 구조로 액정층 내에 포함될 수 있다.
폴리머 네트워크는, 예를 들면 중합성 화합물을 포함하는 전구 물질의 네트워크일 수 있다. 따라서, 폴리머 네트워크는 중합된 상태로 중합성 화합물을 포함할 수 있다. 중합성 화합물로는, 액정성을 나타내지 않는 비액정성 화합물이 사용될 수 있다. 중합성 화합물로는, 소위 PDLC 또는 PNLC 소자의 폴리머 네트워크를 형성할 수 있는 것으로 알려진 하나 이상의 중합성 관능기를 가지는 화합물 또는 필요한 경우 중합성 관능기가 없는 비중합성 화합물을 사용할 수 있다. 전구 물질에 포함될 수 있는 중합성 화합물로 아크릴레이트 화합물 등이 예시할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
폴리머 네트워크의 액정층 내의 비율은, 목적 물성, 예를 들면, 액정셀의 헤이즈 또는 투과도 특성 등을 고려하여 적절히 선택될 수 있다. 폴리머 네트워크는, 예를 들어, 40 중량% 이하, 38 중량% 이하, 36 중량% 이하, 34 중량% 이하, 32 중량%이하 또는 30 중량% 이하의 비율로 액정층 내에 포함될 수 있다. 폴리머 네트워크의 액정층 내의 비율의 하한은 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어, 0.1 중량% 이상, 1 중량%, 2 중량% 이상, 3 중량% 이상, 4 중량% 이상, 5 중량% 이상, 6 중량% 이상, 7 중량% 이상, 8 중량% 이상, 9 중량% 이상 또는 10 중량% 이상일 수 있다.
액정셀은 액정층의 비저항 또는 전도도를 조절하기 위하여 액정층 내에 적절한 첨가제를 추가로 포함할 수 있다. 상기 첨가제로는 예를 들어, 이온 불순물, 이온성 액체(ionic liquid), 염(Salt), 반응성 작용기를 가지는 모노머, 개시제 또는 이방성 염료 등을 예시할 수 있다. 상기 이온 불순물로는 예를 들어, 2,2,6,6-Tetramethylpiperidine-1-Oxyl Free radical을 사용할 수 있고, 이온성 액체로는 예를 들어 TMA-PF6(Trimethylaluminum-Hexafluorophosphate), BMIN-BF4([1-butyl-3-methylimideazolium]BF4)를 사용할 수 있으며, 염으로는 예를 들어, CTAB(Cetrimonium bromide), CTAI(Cetrimonium Iodide), CTAI3(Cetrimonium triiodide)를 사용할 수 있고, 반응성 작용기를 가지는 모노머로는 예를 들어, 액정과 혼합성이 좋은 메조겐(mesogen) 작용기를 가가지는 반응성 메조겐(Reactive mesogen)을 사용할 수 있으며, 개시제로는 예를 들어 TPO를 사용할 수 있으며, 이방성 염료로는 예를 들어 아조(azo) 계열의 염료, 예를 들어 BASF사의 X12를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 액정층 내에 첨가제가 포함될 경우 액정층 내의 첨가제의 함량 비율은 예를 들어, 0 중량% 초과 내지 30 중량% 이하일 수 있다. 보다 구체적으로, 액정층 내에 첨가제의 비율은 0 중량% 초과 내지 30 중량%이하, 25 중량%이하, 20 중량%이하, 15 중량%이하, 10 중량%이하, 5 중량%이하, 1 중량%이하, 0.8 중량%이하, 0.6 중량%이하, 0.4 중량%이하, 0.2 중량%이하 또는 0.1 중량% 이하일 수 있다. 그러나, 첨가제의 함량 비율이 상기에 제한되는 것은 아니고 액정 층에 포함되는 있는 액정 화합물의 고유 비저항 값과 목적하는 액정 층의 비저항 또는 전도도를 고려하여 적절히 조절될 수 있다
액정 셀은, 전극층을 추가로 포함할 수 있다. 전극층은 기판의 액정층 측면에 존재할 수 있다. 예를 들어, 전극층(401, 402)은 도 4 에 나타낸 바와 같이, 대향하는 2개의 기판(1011, 1012)의 액정층(102) 측면에 존재할 수 있다. 전술한 바와 같이 기판의 액정층 측면에 배향막이 존재하는 경우에는, 기판, 전극층 및 배향막이 순차로 존재할 수 있다. 이러한 전극층은 액정층 내의 액정 화합물의 정렬 상태를 전환할 수 있도록 액정층에 인가할 수 있다. 전극층은, 예를 들면, 전도성 고분자, 전도성 금속, 전도성 나노와이어 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등의 금속 산화물 등을 증착하여 형성할 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.
본 출원은 또한, 액정셀의 용도에 관한 것이다. 예시적인 액정 셀은 통상 투과 모드를 구현할 수 있고, 낮은 구동 전압으로 구동되며, 우수한 헤이즈 특성을 나타낼 수 있다. 이러한 액정 셀은, 스마트 윈도우, 윈도우 보호막, 플렉서블 디스플레이 소자, 투명 디스플레이용 차광판, 3D 영상 표시용 액티브 리타더(active retarder) 또는 시야각 조절 필름 등과 같은 다양한 광변조 장치에 적용될 수 있다.
예시적인 액정 셀은 통상 투과 모드를 구현할 수 있고, 낮은 구동 전압으로 구동되며, 우수한 헤이즈 특성을 나타낼 수 있다. 이러한 액정 셀은, 스마트 윈도우, 윈도우 보호막, 플렉서블 디스플레이 소자, 투명 디스플레이용 차광판, 3D 영상 표시용 액티브 리타더(active retarder) 또는 시야각 조절 필름 등과 같은 다양한 광변조 장치에 적용될 수 있다.
도 1은 액정셀을 예시적으로 나타낸다.
도 2는 수평 전도도 및 수직 전도도 측정 모식도이다.
도 3 내지 4는 액정셀을 예시적으로 나타낸다.
도 5는 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 2의 액정 셀의 수평 전도도 실측 값에 대한 헤이즈 발현 경향을 나타내는 그래프이다.
도 6은 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 2의 액정 셀의 수평 전도도 환산 값에 대한 헤이즈 발현 경향을 나타내는 그래프이다.
도 7은 비교예 5의 투과 모드(A) 및 헤이즈 모드(B)의 이미지이다.
도 8은 실시예 13의 투과 모드(A) 및 헤이즈 모드(B)의 이미지이다.
이하 실시예 및 비교예를 통하여 상기 내용을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 출원의 범위가 하기 제시된 내용에 의해 제한되는 것은 아니다.
1. 전도도 및 비저항 평가
실시예 및 비교예에서 제조된 액정 셀에 대하여, LCR Meter(E4980A, Agilent社)를 이용하여, 측정 주파수가 60 Hz이고, 측정 전압이 0.5인 조건에서 상온 전도도를 측정하였다. 수평 전도도(σ//)는 수직 배향된 액정층에 대하여 수직 전압, 즉 액정층의 두께 방향으로 전압을 인가하며 측정하였고, 수직 전도도(σ⊥)는 수평 배향된 액정층에 대하여 역시 상기 수직 전압을 인가하여 측정하였다. 또한, 2.2cmx4.0cm의 면적 및 9㎛의 간격인 액정 셀에 대하여 상기 방법으로 상온에서 실측 전도도[σ_실측]를 측정하고, 하기 수식 C에 의하여 저항[R] 값을 도출한 후, 하기 수식 D 및 E에 의하여 1.0cm2의 면적 및 1cm의 간격인 액정 셀에 대하여 환산된 비저항 및 전도도를 도출했다. 하기에서 전극 면적[A] 및 전극간 거리[L]는 각각 액정셀의 면적 및 간격에 대응된다.
[수식 C]
저항[R] = 1/전기전도도[σ_실측]
[수식 D]
저항[R]=비저항[ρ] x전극면적[A]/전극간 거리[L]
[수식 E]
환산된 전기전도도=1/비저항[ρ]
2. 헤이즈 및 투과율 평가
실시예 및 비교예에서 제조된 액정 셀에 대하여 헤이즈미터, NDH-5000SP를 이용하여, ASTM 방식으로 헤이즈 및 투과율을 측정하였다. 즉, 광을 측정 대상을 투과시켜 적분구 내로 입사시키며, 이 과정에서 광은 측정 대상에 의하여 확산광(DT, 확산되어 출광된 모든 광의 합을 의미)과 평행광(PT, 확산광을 배제한 정면 방향의 출광을 의미)으로 분리되는데, 이 광들은 적분구 내에서 수광 소자에 집광되고, 집광되는 광을 통해 상기 헤이즈의 측정이 가능하다. 즉, 상기 과정에 의한 전체 투과광(TT)는 상기 확산광(DT)과 평행광(PT)의 총합(DT+PT)이고, 헤이즈는 상기 전체 투과광에 대한 확산광의 백분율(Haze(%)=100XDT/TT)로 규정될 수 있다. 또한, 하기 시험예에서 전체 투과율은 상기 전체 투과광(TT)을 의미하고, 직진 투과율은 상기 평행광(PT)를 의미한다.
실시예 1
ITO(Indium Tin Oxide) 투명 전극층과 수직 배향막이 순차 형성되어 있는 2장의 PC(polycarbonate) 필름을 상기 수직 배향막이 서로 대향하고, 간격이 약 9 ㎛ 정도가 되도록 이격 배치시킨 후에 상기 이격 배치된 2장의 PC 필름의 사이에 액정 조성물을 주입하고, 에지(edge)를 실링하여 면적 2.2cmx4.0cm 및 간격 9㎛인 액정 셀을 제작하였다. 상기에서 수직 배향막으로는 수직 배향 조성물(Nissan 5661)을 ITO 투명 전극층 상에 코팅하고 100℃ 이상의 온도에서 5분 이상 소성을 진행시킨 것을 사용하였다. 상기 액정 조성물은, 상용 액정(HNG730600-200, HCCH社제, 유전율 이방성: -5.0, 비저항: 1011))과 CTAI3(Cetrimonium triiodide)를 99.9:0.1(상용 액정:CTAI3)의 중량 비율로 혼합한 것을 사용하였다.
실시예 2
상용 액정(HNG730600-200, HCCH社제, 유전율 이방성: -5.0, 비저항: 1011)과 CTAB(Cetrimonium triiodide)를 99.5:0.05(상용액정:CTAB)의 중량 비율로 혼합한 액정 조성물을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방식으로 액정 셀을 제조하였다.
실시예 3
상용 액정(HNG730600-200, HCCH社제, 유전율 이방성: -5.0, 비저항: 1011)과 이온성 액체(BMIN-BF4)를 99.9:0.1(상용액정:BMIN-BF4)의 중량비율로 혼합한 액정 조성물을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방식으로 액정 셀을 제조하였다.
실시예 4
상용 액정(HNG730600-200, HCCH社제, 유전율 이방성: -5.0, 비저항: 1011)과 이온성 액체(TMA-PF6)를 99.9:0.1(상용액정: TMA-PF6)의 중량비율로 혼합한 액정 조성물을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방식으로 액정 셀을 제조하였다.
비교예 1
상용액정(HPC216000, HCCH社제, 유전율 이방성: 17, 비저항: 1012)과 상용액정(MT-13-1422, Merck社제, 유전율 이방성: -5, 비저항: 1013)를 70:30(HPC216000:MT-13-1422)의 중량비율로 혼합한 액정 조성물을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방식으로 액정 셀을 제조하였다.
비교예 2
상용액정(HPC216000, HCCH社제, 유전율 이방성: 17, 비저항: 1012)과 상용액정(MT-13-1422, Merck社제, 유전율 이방성: -5, 비저항: 1013)를 30:70(HPC216000:MT-13-1422)의 중량비율로 혼합한 액정 조성물을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방식으로 액정 셀을 제조하였다.
시험예 1. 비저항 및 전도도에 따른 헤이즈 평가
실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 2의 액정 셀에 대하여 상기 기술한 방법으로 측정한 수평 전도도(σ//)와 저항(R)의 실측 값, 수평 전도도((σ//))와 비저항(ρ//)의 환산 값 및 초기 수직 상태의 액정층에 전압 인가에 의한 헤이즈를 측정한 후, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 헤이즈는 제조된 액정 셀의 상하 기판의 ITO 투명 전극층에 AC 전원(주파수: 60Hz 및 전압: 100V의 수직 전계)을 연결하고 구동시키면서 측정하였다.
하기 표 1에 나타낸 바와 같이, 비저항(ρ//)이 5.0E+09 Ω·cm 이하이고 전도도(σ//)가 5.0E-04 μS/cm 이상인 실시예 1 내지 4의 경우, 비교예 1 내지 2에 비하여 발현되는 헤이즈가 더 높으며, 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이 헤이즈가 전기 전도도 값에 대하여 선형적인 관계를 가지는 것을 확인할 수 있다. (도 5 및 도 6에서 R2은 x 좌표를 각각 수평 전도도(σ//) 실측 값 (도 5) 및 수평 전도도(σ//)의 환산 값 (도 6)으로 세팅하고, y 좌표를 헤이즈로 세팅한 경우, x 및 y값이 y=8E+06x + 6.9903의 식 (도 5) 및 y=81660x + 6.9903의 식 (도 6)에 부합되는 정도를 나타내는 수치로서, R2이 1인 경우 100% 부합되는 것을 의미하며, 도 5 및 도 6에 의하면, 상기 수식에 97.71% 부합하는 것을 알 수 있다.)
실측 data 환산 data 헤이즈
σ// [S] R// [Ω] σ// [μS/cm] ρ// [Ω·cm]
실시예 1
(LC4)		 9.34E-06 1.07E+05 9.55E-04 1.05E+9 91.51%
실시예 2
(LC5)		 8.60E-06 1.16E+05 8.80E-04 1.14E+9 70.87%
실시예 3
(LC2)		 9.80E-07 1.02E+06 1.00E-04 9.10E+9 19.6%
실시예 4
(LC1)		 1.07E-06 9.35E+05 1.09E-04 9.98E+9 19.08%
비교예 1
(LC6)		 5.56E-08 1.77E+07 5.78E-06 1.73E+11 5.66%
비교예 2
(LC3)		 4.53E-08 2.21E+07 4.63E-06 2.16E+11 3.02%
실시예 5 내지 12 및 비교예 3 내지 4
ITO(Indium Tin Oxide) 투명 전극층과 수직 배향막이 순차 형성되어 있는 2장의 PC(polycarbonate) 필름을 상기 수직 배향막이 서로 대향하고, 간격이 약 9 ㎛ 정도가 되도록 이격 배치시킨 후에 상기 이격 배치된 2장의 PC 필름의 사이에 액정 조성물을 주입하고, 에지(edge)를 실링하여 면적 2.2cmx4.0cm 및 간격 9㎛인 실시예 5 내지 12 및 비교예 3 내지 4의 액정 셀을 제작하였다. 실시예 5 내지 12 및 비교예 3 내지 4의 액정 조성물의 조성은 하기 표 2에 나타내었다.
액정 조성물
(LC:첨가제=90중량%:10중량%)
LC 첨가제
실시예 5(No.1) LC1 RM1
실시예 6(No.2) LC1 RM2
비교예 3(No.3) LC2 RM3
비교예 4(No.4) LC2 RM4
실시예 7(No.5) LC1 RM2+Dye+개시제
(10:1:0.3의 중량 비율)
실시예 8(No.6) LC2 RM1+Dye+개시제
(10:1:0.3의 중량 비율)
실시예 9(No.7) LC2 RM2+Dye+개시제
(10:1:0.3의 중량 비율)
실시예 10(No.8) LC3 RM1+Dye+개시제
(10:1:0.3의 중량 비율)
실시예 11(No.9) LC3 RM2+Dye+개시제
(10:1:0.3의 중량 비율)
실시예 12(No.10) LC3 CTAI3
LC1: HNG715600, HCCH社제, 유전율 이방성: -5.0 및 비저항: 1012)
LC2: HNG218000, HCCH社제, 유전율 이방성: -12.0 및 비저항: 1012)
LC3: HNG726200, HCCH社제, 유전율 이방성: -4.0 및 비저항: 1012)
RM1:
Figure 112015030193848-pat00001

RM2:
Figure 112015030193848-pat00002

RM3:
Figure 112015030193848-pat00003

RM4:
Figure 112015030193848-pat00004

Dye: X12, BASF社제
개시제: Igacure 651,Ciba社제
시험예 2. 전도도 비율에 따른 헤이즈 평가
실시예 5 내지 12 및 비교예 3 내지 4의 액정 셀에 대하여 상기 기술한 방법으로 측정한 액정층의 수직 전도도(σ⊥)와 수평 전도도(σ//)로부터 도출된 수직 전도도 및 수평 전도도의 비율을 하기 표 3에 나타내었다. 또한, 액정층의 초기 수직 배향 상태 및 초기 수평 배향 상태에서 전압 인가에 따른 헤이즈를 하기 표 3에 나타내었다. 헤이즈는 제조된 액정 셀에 상하 기판의 ITO 투명 전극층에 AC 전원(주파수: 60Hz 및 전압: 60V 내지 100V의 수직 전계)를 연결하고 구동시키면서 측정하였다.
전도도 특성 초기 배향 상태에 따른 헤이즈
σ// ÷ σ⊥ σ⊥ ÷ σ// 수직 배향시
헤이즈(%)		 수평 배향시
헤이즈(%)
실시예 5(No.1) 1.4 0.7 93.5 93.5
실시예 6(No.2) 1.6 0.6 79.1 84.0
실시예 7(No.5) 2.1 0.5 92.6 94.4
실시예 8(No.6) 3.0 0.1 93.5 95.5
실시예 9(No.7) 2.4 0.4 87.8 95.6
실시예 10(No.8) 2.1 0.5 94.9 95.6
실시예 11(No.9) 3.1 0.3 93.2 94.9
실시예 12(No.10) 2.4 0.4 69.3 91.0
비교예 3(No.3) 0.9 1.1 57.4 76.5
비교예 4(No.4) 0.9 1.1 42.1 73.7
σ// ÷ σ⊥: 수직 전도도에 대한 수평 전도도의 비율
σ⊥÷ σ//: 수평 전도도에 대한 수직 전도도의 비율
시험예 3. 구동 전압, 투과율 및 헤이즈 평가
통상 투과 모드(Normally Transparent Mode)로 형성된 실시예 13 및 비교예 5의 초기 수직 배향 상태의 액정 셀의 상하 기판의 ITO 투명 전극층에 AC 전원(실시예 13: 주파수 60Hz 및 전압 60V의 수직 전계 인가, 비교예 5: 주파수 60Hz 및 전압 120V의 수직 전계 인가)을 연결하고 구동시키면서 헤이즈 모드로 전환시킨 후, 상기 투과 모드 및 헤이즈 모드에서 측정된 전체 투과율, 직진 투과율 및 헤이즈를 하기 표 4에 기재하였고 투과 모드 및 헤이즈 모드의 이미지를 각각 도 7 및 도 8(A: 투과 모드, B: 헤이즈 모드)에 나타내었다.
실시예 13 비교예 5
OFF 상태
(투과 모드)		 전체 투과율 72.2% 68%
직진 투과율 71.9% 66.5%
헤이즈 0.4% 1.5%

ON 상태
(헤이즈 모드)		 구동 전압 60V 120V
전체 투과율 28.0% 40%
직진 투과율 1.3% 2.9%
헤이즈 95.5% 93.0%
투과율 차이 △T
(OFF 상태와 ON 상태의 전체 투과율 차이)		 44.2% 28.0%
1011, 1012: 대향 배치된 2개의 기판
102: 액정층
201: 액정 화합물
E: 전기장
301,302: 배향막
401, 402: 전극층

Claims (19)

  1. 대향 배치된 2개의 기판; 및 상기 2개의 기판 사이에 존재하고, 비저항이 1.0 x 10+10 Ω·cm 이하이며, 네마틱 액정 화합물을 포함하는 액정층을 포함하고, 초기상태에서 투과 모드를 구현하며, 외부 에너지의 인가에 의해 산란 모드로 스위칭되고, 상기 외부 에너지가 사라지면 투과 모드로 다시 스위칭되는 액정셀(단, 상기 비저항은 1cm2의 면적 및 1cm의 간격을 기준으로 환산한 상온 비저항이다).
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 초기 상태에서 액정층은 수직 배향 상태인 액정셀.
  4. 제 1 항에 있어서, 초기 상태에서 액정층은 수평 배향 상태인 액정셀.
  5. 제 1 항에 있어서, 액정층의 수평 전도도(σ//) 또는 수직 전도도(σ⊥)는 1.0 x 10-4 μS/cm 이상인 액정셀(단, 상기 수평 전도도 및 수직 전도도는 1cm2의 면적 및 1cm의 간격을 기준으로 환산한 상온 전도도이다).
  6. 제 1 항에 있어서, 액정층의 수직 전도도(σ⊥)에 대한 수평 전도도(σ//)의 비율(σ//÷σ⊥)이 0.2 이상이고, 액정층의 수평 전도도(σ//))에 대한 수직 전도도(σ⊥)의 비율(σ⊥÷σ//)이 2.0 이하인 액정셀(단, 상기 전도도 비율은 1cm2의 면적 및 1cm의 간격을 기준으로 환산한 상온 전도도 비율이다).
  7. 제 1 항에 있어서, 액정층의 수직 전도도(σ⊥)에 대한 수평 전도도(σ//)의 비율(σ//÷σ⊥)이 0.7 이상이고, 액정층의 수평 전도도(σ//))에 대한 수직 전도도(σ⊥)의 비율(σ⊥÷σ//)이 1.0 이하인 액정셀(단, 상기 전도도 비율은 1cm2의 면적 및 1cm의 간격을 기준으로 환산한 상온 전도도 비율이다).
  8. 제 1 항에 있어서, 초기 상태에서 400nm 내지 700nm 파장의 광에 대한 투과율이 80% 이상이고 헤이즈가 10% 이하인 투과 모드인 액정셀.
  9. 제 8 항에 있어서, 외부 에너지 인가에 의하여 400nm 내지 700nm 파장의 광에 대한 투과율이 75%이상이고, 헤이즈가 90% 이상인 산란 모드로 스위칭되는 액정셀.
  10. 제 1 항에 있어서, 액정층은 이방성 염료를 추가로 포함하는 액정셀.
  11. 제 10 항에 있어서, 초기 상태에서 400nm 내지 700nm 파장의 광에 대한 투과율이 60% 이상이고 헤이즈가 10% 이하인 투과 모드인 액정셀.
  12. 제 11 항에 있어서, 외부 에너지 인가에 의하여 400nm 내지 700nm 파장의 광에 대한 투과율이 50%이하이고, 헤이즈가 90% 이상인 산란 모드로 스위칭되는 액정셀.
  13. 제 10 항에 있어서, 이방성 염료는 흑색 염료인 액정셀.
  14. 제 1 항에 있어서, 액정층은 이온성 불순물, 이온성 액체, 염, 반응성 작용기를 가지는 모노머 또는 개시제를 추가로 포함하는 액정셀.
  15. 제 1 항에 있어서, 액정층은 폴리머 네트워크를 추가로 포함하는 액정셀.
  16. 제 1 항에 있어서, 기판의 액정층 측면에 존재하는 배향막을 추가로 포함하는 액정셀.
  17. 제 1 항에 있어서, 기판의 액정층 측면에 존재하는 전극층을 추가로 포함하는 액정셀.
  18. 제 1 항의 액정셀을 포함하는 광변조 장치.
  19. 제 1 항의 액정셀을 포함하는 스마트 윈도우.
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