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KR101892563B1 - 플라스틱 고분자 필름 기판을 이용한 고분자 분산 액정 렌즈 - Google Patents

플라스틱 고분자 필름 기판을 이용한 고분자 분산 액정 렌즈 Download PDF

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KR101892563B1
KR101892563B1 KR1020110134899A KR20110134899A KR101892563B1 KR 101892563 B1 KR101892563 B1 KR 101892563B1 KR 1020110134899 A KR1020110134899 A KR 1020110134899A KR 20110134899 A KR20110134899 A KR 20110134899A KR 101892563 B1 KR101892563 B1 KR 101892563B1
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한정인
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동국대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 고속스위칭 기능 및 오토쉐이딩 기능을 갖는 고분자 분산 액정 렌즈에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 고분자 매트릭스 사이에 녹아 있다가 고분자 매트릭스의 프리폴리머의 고분자화(polymerization)시에 상분리 현상에 따라 형성되는 네머틱 액정을 포함하는 플라스틱 고분자 필름 기판을 이용한 고분자 분산 액정 렌즈에 대한 것이다.
본 발명에 따른 플라스틱 고분자 필름 기판을 이용한 고분자 분산 액정렌즈에 따르면 교류 전압의 인가시에 스위칭 특성이 뛰어나기 때문에 3차원 고글과 같은 고기능성 렌즈에 사용될 수 있다.
또한 본 발명에 따른 플라스틱 고분자 필름 기판을 이용한 고분자 분산 액정렌즈는 종래의 액정(liquid crystal)과 다르게 광투과율이 우수하기 때문에 오토쉐이딩 기능을 구비하여 선글라스 등에 사용될 수 있다.

Description

플라스틱 고분자 필름 기판을 이용한 고분자 분산 액정 렌즈{POLYMER DISPERSED LIQUID CRYSTAL LENZ USING FLEXIBLE BOARD}
본 발명은 고분자 분산 액정 렌즈에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 교류 전압의 인가시에 고속 스위칭 기능과 오토쉐이딩 기능을 갖는 플라스틱 고분자 필름 기판을 이용한 고분자 분산 액정 렌즈에 대한 것이다.
PDLC(Polymer dispersed liquid crystal)은 고분자 매트릭스 내에 마이크로 크기를 갖는 액정의 액적(droplet)이 분산되어 있어 편광자(polarizer)를 사용하지 않고 전기장에 의해 투명, 불투명을 능동적으로 조절할 수 있는 장치이다.
3차원 디스플레이와 같이 능동형 셔터(active shutter) 방식의 고글을 사용하려 할 경우 화면이 겹치는 현상(cross talk)과 모션 블러(motion blur) 등의 문제는 3차원 디스플레이를 사용하려는 사용자에게 구토 유발과 생리적인 거부감등을 유발할 수 있다.
특히 3차원 디스플레이에 적용될 수 있는 고글은 3차원 고글에 대한 전기적인 구동 방식에 있어서 120Hz의 주파수에서 고글에 장착되어 있는 렌즈로 하여금 빠른 응답 특성을 요청하는데 느린 응답특성을 가지고 있는 렌즈를 사용할 때에는 위에 상술한 바와 같은 문제점을 일으키기 때문에 적용하기 어려운 문제점이 있었다.
도 1은 종래의 LCD의 구성과 작동원리를 보여주는 모식도이다.
도 1을 참조하면, 비틀린 네마틱(twisted nematic) 구조를 유도하기 위해 상하 기판(10,20)의 러빙(rubbing) 방향은 서로 90도가 되도록 배치한다. 전압이 인가되지 않을 경우 액정(30) 분자들이 배열은 상하 기판의 배향막에 의해서만 결정되기 때문에 아래쪽 기판(20)에서 위쪽 기판(10)으로 연속적으로 90도가 비틀린 구조를 가지게 된다. 이때 상하 편광판(40,50)은 편광축이 각각 기판의 배향 방향에 평행하도록 기판의 바깥에 부착되어 있다. 위쪽의 편광자(10)로부터 선편광자로부터 선편광된 빛은 액정의 비틀린 구조를 따라 단계적으로 편광면이 회전하여 아래쪽 편광자(20)의0 투과축과 평행하게 편광되어 나오게 된다.
이때 위·아래 전극을 가로 질러 3~5V를 인가하면, 액정(30) 층 가운데 부분의 광축이 전기장에 평행하게 되어 비틀린 구조가 사라지게 된다.
따라서 빛의 편광 방향은 더 이상 회전하지 않으며, 상기 액정 분자를 통과한 빛은 두번째 편광자(20)에 의해 흡수된다.
하지만 상술한 바와 같은 고분자 분산 액정을 사용하지 않고 네머틱 액정을 사용하는 경우에는 편광자를 사용함에 따라 광의 이용효율이 적고, 표면 배향이 필요하여 화소밀도가 높아지면, TFT(Thin Film Transister) 소자 주위의 배향처리가 어려워지게 되며 시야각이 20°내외로 좁아지는 문제점이 있었다.
또한 LCD를 사용하는 경우에는 광투과량이 너무 적어 투광성이 요구되는 렌즈에 적용하기 어려운 문제가 있었다.
이러한 결점들을 해결하기 위해서 최근 등장한 것이 상술한 바와 같은 고분자에 액정을 분산시킨 광산란 모드의 고분자 분산 액정 렌즈이다.
하지만 아직까지도 상기 고분자 분산 액정 렌즈를 사용하면서도 3차원 고글에 이용할 수 있는 액정 렌즈 또는 광투과 효율을 조절할 수 있는 선글라스와 같은 제품은 개발되지 못하고 있는 실정이었다.
등록특허 10-257894(고분자 액정 복합체)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출한 것으로써, 고속 스위칭 기능을 갖는 고분자 분산 액정 렌즈를 사용하여 비교적 간단한 공정으로 제작할 수 있고, 낮은 온도에서 제작할 수 있도록 플라스틱 기판을 사용하여 광중합의 방법을 이용하여 디자인 프리한 특성을 갖는 플라스틱 고분자 필름 기판을 이용한 고분자 분산 액정 렌즈의 제공이 가능하다.
본 발명은, 상·하에 배치되는 ITO가 진공증착된 플렉시블 플라스틱 필름 기판과, 상기 플라스틱 필름 기판 사이에 고분자 매트릭스 및 상기 투명성의 유리 혹은 플라스틱 필름 기판의 양단에 1~10V의 구동 전압 인가시에 투명성을 갖는 액정을 포함하는 플라스틱 고분자 필름 기판을 이용한 고분자 분산 액정 렌즈를 제공한다.
상기 고분자 매트릭스는 모노머로 EHA(2-에틸 헥실 아크릴레이트) 또는 BDVE(부탄디올비닐에테르)를 사용하고, 가교제(cross linker)로 TMPT(트리메틸롤프로판트리메타크릴레이트)를 사용하며, 광개시제로 2-하이드록시-2-메틸프로피오논(2-hydroxy-2-methylpropiophenone) 을 사용하며, 상기 액정은 n-펜틸시아놀바이페닐(n-pentylcyanobiphenyl), n-헵틸시아바이페닐(n-heptylcyanobiphenyl), n-옥티록시아노바이페닐(n-octyloxycyanobiphenyl) 및 n-펜틸시아노터페닐(n-pentylcyanoterphenyl)의 공정(eutectic) 혼합물이고, 상기 고분자와 상기 액정을 혼합하여 UV 경화한 것일 수 있다.
상기 고분자 매트릭스는 모노머로 EHA(2-에틸 헥실 아크릴 레이트) 또는 BDVE(부탄디올비닐에테르)를 사용하고, 가교제(cross linker)로 TMPT(트리메틸롤프로판트리메타크릴레이트)를 사용하며, 광개시제로 2-하이드록시-2-메틸프로피오논(2-hydroxy-2-methylprophenone) 을 사용하며, 상기 액정은 n-펜틸시아놀바이페닐(n-pentylcyanobiphenyl), n-헵틸시아바이페닐(n-heptylcyanobiphenyl)의 공정(eutectic) 혼합물이고, 상기 고분자와 액정을 혼합하여 UV 경화한 것일 수 있다.
상기 플라스틱 필름 기판은 PC(Polycarbonate), PES(PolyEther Sulphone), PET(PolyEthylene Terephthalate) 및 PEN(Poly(Ethylene 2,6-Naphthalate)) 중에서 선택된 어느 하나인 것일 수 있다.
본 발명에 따른 플라스틱 고분자 필름 기판을 이용한 고분자 분산 액정 렌즈에 의하면, LCD(Liquid Crystal Display)의 통과에 의한 빛의 손실이 적은 광량 투과 특성이 우수한 렌즈의 구현이 가능하다.
또한 전압의 구동에 따른 응답 특성이 우수한 렌즈의 구현이 가능하기 때문에 3차원 입체 TV에 적용하여도 반응속도가 느려 화면이 겹치는 크로스 토크(Cross talk) 현상과 모션 블러(motion blur), 잔상이 남는 문제 등과 같은 현상이 생기지 않는다.
또한 본 발명에 따른 고분자 분산 액정렌즈는 종래의 액정(liquid crystal)과 다르게 광투과율이 우수하기 때문에 오토쉐이딩 기능을 구비하여 선글라스 등에 사용될 수 있다.
도 1은 LCD 렌즈 중 비틀린 네마틱 렌즈의 투과 특성을 보여주는 모식도이다.
도 2는 본 발명에 따른 플라스틱 고분자 필름 기판을 이용한 고분자 분산 액정 렌즈의 구조를 보여주는 모식도이다.
도 3은 본 발명에 따른 플라스틱 고분자 필름 기판을 이용한 고분자 분산 액정 렌즈에 전기장을 인가하였을 때를 보여주는 모식도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
본 발명에 따른 고분자 분산형 액정 렌즈는 상하에 배치되는 ITO가 진공증착된 투명성의 플라스틱 필름 기판과, 상기 유리 또는 플라스틱 필름 기판 사이에 고분자 매트릭스 및 상기 투명성의 유리 혹은 플라스틱 필름 기판의 양단에 1~10V의 구동 전압 인가시에 투명성을 갖는 고분자 분산 액정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 투명성의 플라스틱 필름 기판은 주로 PC(Polycarbonate), PES(PolyEther Sulphone), PET(PolyEthylene Terephthate)와 같은 고분자 플라스틱 기판이다.
본 발명에 따른 고분자 분산형 액정 렌즈는 상하로 배치되는 ITO가 진공증착된 투명성의 플라스틱 필름 액정은 고체와 액체 사이의 중간 성질을 가지고 있는 물질이다. 즉, 액체와 같이 흐르는 성질을 가지고 있으며 고체와 같이 배열이 존재하게 된다. 액정은 다른 상들과 다르게 복굴절, 유전율과 같은 광학적 이방성이 존재하여 전계를 가했을 때 전계 방향대로 배열을 하는 성질을 가지고 있다. 이 상은 1888년 오스트리아 생물학자인 프라이드리치 라인저(Freidrich Reinizer)에 의해서 발견되었으며, 녹는점이 두 개 존재한다는 점을 알게 되었다. 첫 번째 녹는 점이 지나면 뿌연 액체였다가 두 번째 녹는점을 지나면 투명한 액체로 변한다는 것을 알았다. 이 뿌연 액체상태가 액정이다. 이후 네마틱 상을 가지는 물질이 합성되었고 상업화하기 위한 단계인 더 화학적이고 녹는점이 낮은 물질을 합성하였다.
액정은 크게 열등방적인 것(thermotropic)과 리오트로픽(lyotropic) 액정으로 나누어진다. 리오트로픽 액정은 온도 뿐만 아니라 용매 안에서 농도에 따라서 상이 변하는 것으로 라멜라(lamella)와 육방정계(hexagonal) 등의 상을 갖는다. 열등방적인 액정은 온도가 변화하면서 상이 변하는 액정으로써 고분자 액정과 LCD에 사용되는 저분자 액정으로 나뉜다. 이 액정의 저분자 액정은 모양에 따라 막대기형 액정과 원반형 액정으로 나뉜다.
이 액정의 저분자 액정은 모양에 따라 막대기형 액정과 원반형 액정으로 나뉜다. 그리고 액정상의 다양성은 배열 타입에 따라 결정지어지는데 막대기형 액정은 분자의 배열 정도에 따라 스맥틱(smectic), 네머틱(nematic), 콜레스테릭(cholesteric) 상으로 구분한다.
네머틱 상을 가진 저분자 막대형 액정은 분자축 방향과 그에 수직한 방향의 물질 특성이 다른 이방성을 가지고 외부 전기장에 의해 일정방향으로 배열이 된 경우 굴절률, 유전율 등에 이방성을 가지게 되어 일정한 광학 특성을 가진다. 외부 전기장에 의한 배열은 가역적으로 일어나며 그 배열이 변화할 때 백라이트 등에서 나온 빛은 조절이 될 수 있다. 편광 입사된 빛과 액정이 가진 이방성과의 효과를 통해 빛의 투과량을 조절하는 표시소자가 LCD이다.
이러한 LCD의 구동 모드에는 TN(Twisted nematic)과 STN(super twisted nematic)이 있으며, STN은 TN에 비해 비틀린 각이 커서 적은 전압 변화에도 큰 투과율이 변화를 보이므로 표시 특성을 향상시킬 수 있었다.
하지만 이런 LCD의 경우에는 느린 응답 속도, 완벽한 블랙과 화이트 표시의 어려움 등 문제점이 있. 완벽한 블랙과 화이트 표시의 어려움은 액정의 광학 이방성으로 생rusk는 여러 파장에서의 위상차 때문에 일어나며 이를 해결하기 위해서 리타더 필름의 사용이 필요하게 되었다. 초기 리타더 필름은 연신된 고분자 필름으로 사용되었으며, 셀과 편광자(polarizer) 사이에 부착하여 이용되었다. 한쪽 방향으로 연신을 한 필름은 굴절률(nx,ny,nz) 중에서 적어도 하나는 다른 값을 가지게 된다. 연신 평면상에 굴절률 값은 nx,ny 값이며, nz는 두께 방향의 값이다. 한쪽 방향으로 연신한 굴절률값(nx)과 연신한 방향의 수직 방향의 굴절률 값(ny)은 다른 값을 가지게 되며 이 광학 이방성을 이용하여 위상차를 보상할 수 있다.
상술한 바와 같이 연신의 방법으로 필름을 제작하기 때문에 필름의 두께가 증가할 수 밖에 없다. 연신방법으로 필름을 제작하기 때문에 필름의 두께가 균일하지 않을 뿐만 아니라 두께 조절이 어려워 광학적인 효율이 제한될 수 있다. 이러한 단점을 개선하고 새로운 기술 개발을 뒷받침하는 방법 중의 하나로 저분자 액정을 이용한 고기능의 액정필름이 개발되었다.
이에 대하여 액정 고분자 필름은 LCD 안에 사용되는 유동성 있는 저분자 액정과 다르게 자체적으로 혹은 지지체 상에서 필름 형태를 유지할 수 있는 액정 분자이다. 앞에서 설명한 연신된 고분자 필름보다 액정 고분자 필름을 리타더 필름으로써 사용하게 되면, 액정 분자 자체의 큰 복굴절값으로 인해 필름의 두께를 현저하게 줄일 수 있게 되었다.
액정 고분자 필름을 형성하는 액정은 셀 안의 저분자 유동성 액정과 구조적으로 다른 점을 가지고 있다. 액정 고분자 필름을 형성하기 위해서는 열중합 또는 광중합을 통해서 이루어질 수 있으며 중합이 이루어지기 위해서는 액정의 말단에 광반응성기인 아크릴레이트(acrylate) 구조가 존재하여야 한다. 아크릴레이트 구조는 UV 빛을 조사하면, 들뜬 상태가 되면서 중합이 이루어지며 액정이 가지는 배열을 고정시킨다.
고분자 플라스틱 필름 기판은 외부 충격에 의한 파손과 고글의 디자인 특성을 향상시키려는 노력이 진행되고 있다. 유리 기판을 고분자 플라스틱 필름 기판으로 대체하게 되면, 고글의 무게와 두께, 소비전력의 감소에도 기여한다.
종래의 상용 3D TV 용 액티브 셔터 고글의 경우에는 유리 기판에 네머틱 액정을 적용하여 왔다. 그러나 액티브 셔터 고글은 네머틱 액정을 사용하기 때문에 그 반응속도가 느려 화면이 겹치는 크로스 토크 현상과 모션 블러(motion blur), 잔상이 남는 문제 등으로 인해 나쁜 영상 화질이 보고되는 상황이었다.
또한 편광 필름을 두 장 사용하기 때문에 광투과 특성이 매우 불량하여 3D TV의 화면에 적용하는 경우 3D TV 의 화면 밝기를 35% 수준으로 감소시키기 때문에 현재 사용되는 네머틱 액정 렌즈의 특성 향상이 절실히 요구되었다.
또한 제조 공정 상의 문제가 있었다. 즉 네머틱 액정을 사용하는 렌즈는 공정의 최대 온도는 최소 200℃ 이상의 고온이 필요하기 때문에 앞에서 상술한 PC, PET, PES 등의 고분자 필름 기판을 사용하여 제작할 경우에는 기판의 변형 등으로 새로운 저온의 네머틱 액정 렌즈의 제작 공정의 개발이 필요하며 기존의 유리 네머틱 액정 제작 공정 장비의 교체 혹은 수정이 반드시 필요하다.
하지만 고분자 분산 액정 렌즈의 사용의 경우에는 네머틱 액정 렌즈의 제작의 필수 공정인 배향 공정, 스페이서 살포 공정, 실란트(sealant) 및 엔드 실란트(end sealant) 제작 공정과 편광 필름 부착 공정 등이 필요없는 간단한 공정이다.
고분자 분산 액정 렌즈의 제작은 기본적으로 상온에 근거하여 제작하기 때문에 유리 기판을 고분자 플라스틱 필름 기판으로 대체하더라도 네머틱 액정 공정에서와 같이 새로운 저온 렌즈 제작 공정 개발 및 추가가 불필요하고 기존이 유리 공정에 사용하던 제작 공정과 장비들을 그대로 사용할 수 있다.
근본적으로 고가의 장비를 사용하는 네머틱 액정렌즈의 제작공정과 비교하여 고분자 분산 액정 렌즈의 제작공정은 매우 간단하다. 따라서 제작 공정에 소요되는 비용은 고분자 분산 엑정 렌즈의 경우가 네머틱 액정 렌즈 제작공정과 비교하여 1/10 수준 이하로 매우 저렴하여 제작에 사용하는 공정 장비의 비용도 매우 큰 차이가 있다.
본 발명에서와 같이 액정 들에 대한 기판으로 플라스틱 필름 기판을 사용하는 경우 저온에서 진행할수록 좋은 특성을 얻을 수 있으므로 UV 경화 공정에서 냉동기(chiller)의 사용과 같은 약간의 공정 개선이 필요하다.
플라스틱 고분자 필름 기판을 사용한 고분자 분산 액정 렌즈의 경우 매우 값싸게 풍부한 광량과 빠른 응답속도, 그에 따른 새로운 기능이 부여된 디자인 플리한 새로운 형태의 액티브 셔터 고글과, 오토쉐이딩 기능의 선글라스, 시각 집중 훈련 용 전문가 고글 등의 고기능성 고글을 개발할 수 있다.
또한 고분자 분산 액정과 같은 고분자 소재의 특성상 대량 생산의 경우에는 가격이 매우 싸지며 고분자 분산 액정 소자 및 렌즈 제작 과정의 온도가 낮고 단순하기 때문에 대량 생산이 용이하고 특정한 광학 및 전기적 특성이 요구되는 맞춤형 렌즈 제작이 가능하다.
플라스틱 고분자 필름 기판을 사용한 고분자 분산 액정 렌즈의 기본적인 구성은 도 2와 도 3에 도시된 바와 같다.
도 2는 본 발명에 따른 플렉시블 기판을 이용한 고분자 분산 액정 렌즈의 구조를 보여주는 모식도이다. 도 2에 대하여 도 3은 본 발명에 따른 플렉시블 기판을 이용한 고분자 분산 액정 렌즈에 전기장을 인가하였을 때를 보여주는 모식도이다.
도 2와 도 3을 참조하여 플렉시블 기판을 이용한 고분자 분산 액정 렌즈의 기본 구동원리에 대하여 상술한다. 도 2에서 도시된 바와 같이, 전기장이 인가되지 않을 때에는 액정(30)의 배향자가 액적(droplet) 안에서 무작위로 배열되어 광산란이 일어난다. 전기장 인가시에는 액정(30)이 전기장 방향으로 배열되어 빛이 투과하게 된다.
전기장 인가시 액적 안에서의 액정의 거동은 앵커링 에너지(anchoring energy)로 인해 계면을 따라 배향되고, 액적 내의 액정(30)은 전기장 방향으로 배향하여 액정(30)의 방향자와 전기장 방향이 일치하게 되어 빛을 투과하게 된다.
이때의 투과도는 액정의 상굴절율(n0, ordinary refractive index)과 고분자의 굴절율(np)의 차이에 의해 투과도가 결정된다. 다시 전기장을 제거하면 처음의 상태로 돌아가서 광산란이 일어난다.
고분자 분산 액정의 구조는 직경 1~5㎛ 크기의 일반적으로 타원형의 액정(30)의 액적 들이 5~50㎛ 두께의 고분자 필름에 균일 분산된 형태이다.
고분자 분산 액정의 경우에는 고분자 매트릭스가 액정을 고정하므로 네머틱 액정을 사용하는 기존의 LCD 와 같은 배향의 과정이 필요하지 않다. 또한 자체적인 광산란과 전계 인가를 통해서 투과도가 변하기 때문에 고분자 분산 액정 렌즈의 위와 아래에 사용하는 편광 필름이 필요없다.
또한 앞서 상술한 바와 같이 배향 과정이 없고 편광 필름 부착이 필요없어 제작 공정이 단순화되고 제작 온도가 낮아서 플라스틱 고분자 필름에 적용하는 것이 쉽다.
고분자 분산 액정의 소재의 구성은 프리폴리머와 액정으로 구성되며, 프리폴리머로 다음과 같은 것을 사용한다.
상기 고분자 매트릭스는 모노머로 EHA(2-에틸 헥실 아크릴레이트) 또는 BDVE(부탄디올비닐에테르)를 사용하고, 가교제(cross linker)로 TMPT(트리메틸롤프로판트리메타크릴레이트)를 사용하며, 광개시제로 2-하이드록시-2-메틸프로피오논(2-hydroxy-2-methylpropiophenone) 을 사용하며, 상기 액정은 n-펜틸시아놀바이페닐(n-pentylcyanobiphenyl), n-헵틸시아바이페닐(n-heptylcyanobiphenyl), n-옥티록시아노바이페닐(n-octyloxycyanobiphenyl) 및 n-펜틸시아노터페닐(n-pentylcyanoterphenyl)의 공정(eutectic) 혼합물이고, 상기 고분자와 상기 액정을 혼합하여 UV 경화한 것을 사용한다.
또는 상기 고분자 매트릭스는 프리폴리머로 테트라펑셔날 알리에테르(tetrafunctional allylether)와 트리펑셔날 모노머(trifunctional monomer)의 혼합물을 사용하고, 광개시제로 벤조-페논(benzo-phenon)을 사용하며, 상기 액정은 n-펜틸시아놀바이페닐(n-pentylcyanobiphenyl), n-헵틸시아바이페닐(n-heptylcyanobiphenyl), n-옥티록시아노바이페닐(n-octyloxycyanobiphenyl) 및 n-펜틸시아노터페닐(n-pentylcyanoterphenyl)의 공정(eutectic) 혼합물이고, 상기 액정과 프리폴리머를 혼합하여 UV 경화한 것을 사용한다.
상술한 바와 같은 고분자 분산 액정을 사용하여 고분자 분산 액정을 만드는 과정은 PIPS(Polymerization Induced Phase Separation)을 사용한다.
프리폴리머에 광개시제를 혼합한 후 여기에 액정을 혼합기로 상온에서 마그네틱 스터러를 사용하여 24 시간 이상 교반하여 균일하게 혼합되도록 한다.
그 후 플라스틱 필름 기판에 5~50㎛ 높이의 스페이서를 음의 PR(Photo resist)를 사용하여 광식각(photolithography) 방법을 사용하여 제작한다. 그리고 상기 제작된 프리폴리머와 액정의 혼합된 고분자 분산 액정 렌즈를 ITO(Indium tin oxide) 증착된 부분이 서로 마주 보도록 플라스틱 필름 기판을 설치한다.
이렇게 설치된 플라스틱 필름 기판 사이에 균일 분산된 고분자 분산 액정을 균일하게 부어 넣는다. 이렇게 제작된 고분자 분산 액정 소자를 UV 경화하면 고분자 매트릭스에 균일하게 분산된 비교적 크기가 작은 액정으로 구성되는 미세구조를 갖는 소자를 제작할 수 있다.
UV 조사시의 UV 세기는 100~1000mW/㎠의 범위에서 조사하였으며, 조사량은 0.5mW/㎠, 조사 시간은 30분 이상이었다.
이렇게 해서 제작된 플렉시블 기판을 이용한 고분자 분산 액정 렌즈는 플라스틱 기판을 사용하기 때문에 낮은 온도에서 제작이 가능하기 때문에 제작 공정이 단순화되고 생산 가격이 저렴해지며 대량 생산이 용이해진다.
또한 120Hz의 구동주파수에서 제어신호로 주어지는 On 시간 동안 플렉시블 기판을 이용한 고분자 분산 액정은 160㎲의 시간 동안 전원이 가해진 상태가 되어 빛의 투과량이 100%에 가까와지고, Off 시간 동안 2.4ms라는 짧은 시간 만에 플렉시블 기판을 이용한 고분자 분산 액정렌즈에 전압이 가해지지 않은 상태로 만들 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명에 따른 플렉시블 기판을 이용한 고분자 분산 액정 렌즈는 기존의 LCD와 비교할 때 광투과 효율이 우수하기 때문에 오토쉐이딩 기능을 갖는 선글라스에 사용할 수 있는 장점을 갖는다.
또한 플렉시블 기판을 이용하여 제작되기 때문에 형상의 제약이 없는 고분자 분산 액정렌즈의 제작이 가능하다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
10: 상측 기판 20: 하측 기판
25: 고분자 매트릭스 30: 액정

Claims (4)

  1. 상·하에 배치되는 ITO가 진공증착된 플렉시블 플라스틱 필름 기판;
    상기 상·하 플라스틱 필름 기판 사이의 고분자 매트릭스; 및
    상기 고분자 매트릭스 내부에 위치하고 상기 플라스틱 필름 기판의 양단에 1~10V의 구동 전압을 인가하는 경우 투명성을 갖는 액정; 을 포함하되,
    상기 고분자 매트릭스는 프리폴리머로 테트라펑셔날 알리에테르(tetrafunctional allylether)와 트리펑셔날 모노머(trifunctional monomer)의 혼합물을 사용하고,
    광개시제로 벤조-페논(benzo-phenon)을 사용하며,
    상기 액정은 n-펜틸시아놀바이페닐(n-pentylcyanobiphenyl), n-헵틸시아바이페닐(n-heptylcyanobiphenyl), n-옥티록시아노바이페닐(n-octyloxycyanobiphenyl) 및 n-펜틸시아노터페닐(n-pentylcyanoterphenyl)의 공정(eutectic) 혼합물이고,
    상기 액정과 프리폴리머를 혼합하여 UV 경화한 것을 특징으로 하는 플라스틱 고분자 필름 기판을 이용한 고분자 분산 액정 렌즈.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 플라스틱 필름 기판은 PC(Polycarbonate), PES(PolyEther Sulphone), PET(PolyEthylene Terephthalate) 및 PEN(Poly(Ethylene 2,6-Naphthalate)) 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 플라스틱 고분자 필름 기판을 이용한 고분자 분산 액정 렌즈.



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