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KR102184388B1 - 투과도 가변 장치 및 그 용도 - Google Patents

투과도 가변 장치 및 그 용도 Download PDF

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KR102184388B1
KR102184388B1 KR1020170160492A KR20170160492A KR102184388B1 KR 102184388 B1 KR102184388 B1 KR 102184388B1 KR 1020170160492 A KR1020170160492 A KR 1020170160492A KR 20170160492 A KR20170160492 A KR 20170160492A KR 102184388 B1 KR102184388 B1 KR 102184388B1
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이성민
유혜민
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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 {Transmittance variable device and use thereof}
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 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.
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 대하여 선택적 투과 및 차단 특성, 예를 들어 반사 또는 흡수 특성을 나타내는 기능성 층을 의미할 수 있다. 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 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 발명의 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 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.
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 1 및 비교예 1에 대하여 균일 구동 여부를 평가하였다. 구체적으로, 실시예 1 및 비교예 1의 소자에 대하여 헤이즈미터(Hazemeter, NDH-5000SP) 장비를 이용하여 투과율 및 헤이즈 값을 측정하는 방식으로 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 사용하였다. 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 경우, 공지의 방식에 따라 크기가 10 ㎛인 볼 스페이서를 적용하였다.
상기 볼 스페이서는 상기 동일한 배향막 조성물과 볼 스페이서를 1 : 2의 중량 비율(배향막 조성물 : 볼 스페이서)로 혼합된 혼합물을 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.
10: 투과율 가변층
20: 편광층

Claims (15)

  1. 능동 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 포함하고,
    상기 능동 편광층은 제 3 기재층; 상기 제 3 기재층과 대향 배치된 제 4 기재층; 상기 제 3 및 제 4 기재층의 간격을 유지하기 위한 스페이서; 및 상기 제 3 및 제 4 기재층 사이에 존재하는 광변조 물질을 포함하고,
    상기 제 3 및 제 4 기재층의 간격을 유지하기 위한 스페이서는 제 3 기재층 상에 고착화되어 있는 고착형 스페이서이고, 상기 제 3 기재층과 제 4 기재층 중에 제 3 기재층이 제 1 기재층에 가깝게 배치되어 있는 투과도 가변 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  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, 스페이서는 볼 스페이서 또는 컬럼 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 1 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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