KR102666115B1 - 광변조 디바이스 - Google Patents
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Abstract
본 출원은 광변조 디바이스에 대한 것이다. 본 출원은, 투과율 가변 특성 등의 광학 특성 및 기계적 물성 등이 우수하면서도 차단 모드에서 전 방위의 광 누설이 제어되고, 레인보우(rainbow) 현상이나 연신 무늬 등의 외관 불량도 제어되어 다양한 용도로 적용 가능한 광변조 디바이스를 제공할 수 있다.
Description
본 출원은 광변조 디바이스에 관한 것이다.
광변조 디바이스는 적어도 2개 이상의 다른 상태의 사이를 스위칭할 수 있는 디바이스이다. 이와 같은 광변조 디바이스에 고분자 필름 기재를 적용하면 유연 소자의 구현 및 롤투롤 공정 적용 등이 용이하다.
이 때 고분자 필름으로 등방성 필름 기재를 사용할 경우 약한 기계적 강도, 크랙의 발생 또는 열에 의한 수축 등이 발생하는 문제점이 있다.
그렇지만, 비등방성 필름 기재를 도입한 광변조 디바이스는, 필름 기재의 위상차에 의해 디바이스의 구동 성능이 저하되는 문제, 예를 들어, 차단 모드에서 광변조 디바이스의 측면으로 빛이 누설되거나 레인보우(rainbow) 현상 또는 연신 무늬가 발생하는 문제가 있다.
따라서 본 출원은, 투과율 가변 특성 등의 광학 특성 및 기계적 물성 등이 우수하면서도 차단 모드에서 전 방위의 광 누설이 제어되고, 레인보우(rainbow) 현상이나 연신 무늬 등의 외관 불량도 제어되어 다양한 용도로 적용 가능한 광변조 디바이스를 제공하는 것을 하나의 목적으로 한다.
본 명세서에서 정의하는 각도는 제조 오차(error) 또는 편차(variation) 등의 오차를 감안하여 이해되어야 한다. 예를 들어, 본 명세서에서 용어 수직, 수평, 직교, 평행 또는 각도의 수치 등은, 목적 효과를 손상시키지 않는 범위에서의 실질적인 수직, 수평, 직교, 평행 또는 각도의 수치를 의미하고, 예를 들면, 상기 각각의 경우는 약 ±5도 이내의 오차, 약 ±3도 이내의 오차, 약 ±2도 이내의 오차, 약 ±1도 이내의 오차 또는 약 ±0.5도 이내의 오차를 포함할 수 있다.
본 명세서에서 언급하는 물성 중에서 측정 온도가 해당 물성에 영향을 미치는 경우에 특별히 달리 규정하지 않는 한, 상기 물성은 상온에서 측정한 물성이다.
본 명세서에서 용어 상온은 특별히 가온되거나 감온되지 않은 상태에서의 온도로서, 약 10℃ 내지 30℃의 범위 내의 어느 한 온도, 예를 들면, 약 15℃ 이상, 18℃ 이상, 20℃ 이상 또는 약 23℃ 이상이면서, 약 27℃ 이하의 온도를 의미할 수 있다. 또한, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 본 명세서에서 언급하는 온도의 단위는 ℃이다.
본 명세서에서 면내 위상차(Rin)는 하기 수식 4로 계산된 값을 의미할 수 있고, 두께 방향 위상차(Rth)는 하기 수식 5로 계산된 값을 의미할 수 있다.
[수식 4]
Rin = d × (nx - ny)
[수식 5]
Rth = d × (nz - ny)
수식 4 및 수식 5에서 Rin은 면내 위상차일 수 있고, Rth는 두께 방향 위상차일 수 있고, d는 층의 두께일 수 있으며, nx는 층의 지상축 방향의 굴절률일 수 있고, ny는 층의 진상축 방향의 굴절률로서, 상기 지상축 방향과 직교하는 면내 방향의 굴절률일 수 있으며, nz는 층의 두께 방향의 굴절률일 수 있다.
상기에서 용어 층은, 면내 위상차 및/또는 두께 방향 위상차 측정 대상의 층이다. 상기 층은 예를 들어, 편광층, 고분자 필름, 광학 이방성층 또는 광변조층 등일 수 있다.
본 명세서에서 언급하는 위상차, 굴절률 및 굴절률 이방성 등은, 특별히 달리 규정하지 않는 한 약 550nm 파장의 광에 대한 물리량이다.
특별히 달리 규정하지 않는 한, 본 명세서에서 언급하는 어느 2개의 방향이 이루는 각도는 상기 두 개의 방향이 이루는 예각 내지 둔각 중 예각이거나, 또는 시계 방향 및 반시계 방향으로 측정된 각도 중에서 작은 각도일 수 있다. 따라서, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 본 명세서에서 언급하는 각도는 양수이다. 다만, 경우에 따라서 시계 방향 또는 반시계 방향으로 측정된 각도 간의 측정 방향을 표시하기 위해서 상기 시계 방향으로 측정된 각도를 양수로 표시하고, 반시계 방향으로 측정된 각도를 음수로 표기할 수도 있다.
본 출원의 광변조 디바이스는, 제 1 기판, 광변조층 및 제 2 기판이 순차 형성된 디바이스일 수 있다. 본 출원의 광변조 디바이스는 예를 들어, 각각 제 1 표면과 제 2 표면을 가지고 서로 대향 배치된 제 1 및 제 2 기판 및 상기 제 1 및 제 2 기판의 사이에 존재하는 광변조층을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 예를 들어, 제 1 표면은 기판의 주표면과 그 반대측 표면 중에서 어느 하나의 표면을 의미하고, 제 2 표면은 기판의 주표면과 그 반대측 표면 중에서 다른 하나의 표면을 의미할 수 있다. 본 명세서에서 다른 예시에서, 제 1 표면은 제 1 및 제 2 기판 중 상기 광변조층을 향하는 방향을 의미할 수 있고, 제 2 표면은 상기 제 1 표면의 반대 방향을 의미할 수 있다.
본 출원에서 상기 제 1 및/또는 제 2 기판은 예를 들어, 각각 고분자 필름일 수 있다. 상기 고분자 필름은 등방성 또는 비등방성일 수 있으나, 기계적 강도, 크랙 발생 제어 또는 열에 의한 수축 제어 등의 관점에서 비등방성 고분자 필름인 것이 바람직할 수 있다.
상기 제 1 및/또는 제 2 기판은 예를 들어, 각각 550nm 파장에 대한 면내 위상차가 3000nm 이상일 수 있다. 상기 제 1 및/또는 제 2 고분자 필름은, 다른 예시에서 각각 550nm 파장에 대한 면내 위상차가 3500nm 이상, 4000nm 이상, 4500nm 이상, 5000nm 이상, 5500nm 이상, 6000nm 이상, 6500nm 이상, 7000nm 이상, 7500nm 이상, 8000nm 이상 또는 8500nm 이상이거나, 50000nm 이하, 40000nm 이하, 30000nm 이하, 20000nm 이하, 19000nm 이하, 18000nm 이하, 17000nm 이하, 16000nm 이하, 15000nm 이하, 14000nm 이하, 13000nm 이하, 12000nm 이하 또는 11000nm 이하일 수 있다.
상기와 같이 높은 위상차를 가지는 필름은 업계에 공지이고, 이러한 필름은 광학적으로 큰 비등방성은 물론 제조 과정에서의 고연신 등에 의해 기계적 물성도 큰 비대칭성을 나타낸다. 업계에 공지된 상기 위상차 필름은 예를 들어, 폴리에틸렌테레프탈레이트(Poly ethylene terephthalate; PET) 필름, 시클로-올레핀 중합체(Cyclo-Olefin Polymer; COP)필름, 시클로-올레핀 공중합체(Cyclo-Olefin Co-polymer; COC) 필름, 폴리카보네이트(Polycarbonate; PC), 폴리프로필렌(Poly Propylene; PP)필름, 폴리술폰(Polysulfone; PSF) 필름 또는 아크릴(Polymethylmethacrylate; PMMA) 필름 등일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 본 출원에서 제 1 및/또는 제 2 기판은 목적하는 효과 등을 고려하여 상기 공지된 필름 중에서 적절히 선택할 수 있다.
본 출원에서 상기 제 1 및 제 2 기판은 예를 들어, 서로 상이할 수 있다. 본 발명자들은 상기와 같은 높은 위상차를 가지는 고분자 필름을 제 1 및/또는 제 2 기판에 적용함에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 기판에 각각 적용되는 고분자 필름이 서로 상이하여야만 레인보우(rainbow) 현상뿐만 아니라 연신무늬와 같은 외관품질 저하를 개선할 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하였다.
본 출원에서 상기 제 1 및 제 2 기판에 각각 적용되는 고분자 필름이 서로 상이하다는 것은, 예를 들어, 상기 제 1 및 제 2 기판의 면내 위상차가 서로 상이하다는 것을 의미할 수 있다.
본 출원의 제 1 및 제 2 기판은, 예를 들어, 하기 수식 1의 K가 0 초과 0.5 이하의 범위 내일 수 있다.
[수식 1]
수식 1의 K에서, Rin,A 는 550nm 파장의 광에 대한 제 1 기판의 면내 위상차를 의미할 수 있고, Rin,B 는 550nm 파장의 광에 대한 제 2 기판의 면내 위상차를 의미할 수 있으며, max(Rin,A, Rin,B)는 Rin,A 또는 Rin,B 중 더 큰 값을 의미할 수 있다.
상기 수식 1의 K는 다른 예시에서, 0.01 이상, 0.02 이상, 0.03 이상, 0.04 이상, 0.05 이상, 0.06 이상, 0.07 이상, 0.08 이상 또는 0.09 이상이거나 0.45 이하, 0.4 이하, 0.35 이하, 0.3 이하, 0.25 이하, 0.2 이하 또는 0.15 이하일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
본 출원에서 상기 수식 1의 K에서, Rin,A 의 값은 예를 들어, 6000nm 이상일 수 있다. 상기 Rin,A 는 다른 예시에서, 6500 nm 이상, 7000nm 이상, 7500 nm 이상, 8000nm 이상, 또는 8500 nm 이상이거나 12000nm 이하, 11500nm 이하, 11000nm 이하, 10500nm 이하, 10000nm 이하 또는 9500nm 이하일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한 상기 수식 1의 K에서, Rin,B 은 예를 들어, 8000nm 이상일 수 있고, 다른 예시에서, 8500 nm 이상, 9000 nm 이상 또는 9500 nm 이거나 15000nm 이하, 14500nm 이하, 14000nm 이하, 13500nm 이하, 13000nm 이하, 12500nm 이하, 12000nm 이하, 11500nm 이하, 11000nm 이하 또는 10500nm 이하일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 출원의 광변조 디바이스는, 예를 들어, 상기 수식 1 및/또는 후술하는 수식 2를 만족하는 제 1 및 제 2 기판을 각각 도입함으로써 후술하는 다른 층들, 예를 들어, 편광층, 광변조층 등의 다른 층들과의 조합에 의해 레인보우(rainbow) 현상이나 연신무늬와 같은 외관 품질 저하 현상을 제어할 수 있다.
본 출원에서 상기 제 1 및 제 2 기판에 적용되는 고분자 필름이 서로 상이하다는 것은, 예를 들어, 상기 고분자 필름의 두께가 서로 상이하다는 것을 의미할 수 있다. 본 출원에서 상기 제 1 및 제 2 기판은 예를 들어, 하기 수식 2의 P의 값이 0.3 이상일 수 있다.
[수식 2]
수식 2의 P에서, WA 는 제 1 기판의 두께를 의미할 수 있고, WB 는 제 2 기판의 두께를 의미할 수 있으며, min(WA, WB)는 WA 또는 WB 중 더 작은 값을 의미할 수 있다.
상기 수식 2의 P의 값은 다른 예시에서, 1 미만, 0.95 미만, 0.9 미만, 0.85 미만 또는 0.8 미만이거나 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 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
본 출원에서 상기 수식 2의 P에서, WA 값은 예를 들어, 50㎛ 내지 100㎛의 범위 내일 수 있다. 상기 WA 값은 다른 예시에서, 55㎛ 이상, 60㎛ 이상, 65㎛ 이상, 70㎛ 이상 또는 75㎛ 이상이거나 95㎛ 이하, 90㎛ 이하 또는 85㎛ 이하일 수 있다. 본 출원에서 상기 수식 2의 P에서, WB 값은 예를 들어, 120㎛ 내지 180㎛의 범위 내일 수 있다. 상기 WB 값은 다른 예시에서, 125㎛ 이상, 130㎛ 이상 또는 135㎛ 이상 또는 140㎛ 이상이거나 175㎛ 이하, 170㎛ 이하, 165㎛ 이하, 160㎛ 이하, 155㎛ 이하 또는 150㎛ 이하일 수 있다.
본 출원은 예를 들어, 상기 수식 1 및/또는 수식 2를 만족하는 제 1 및 제 2 기판을 각각 도입함으로써 투과율 가변 특성 등의 광학 특성 및 기계적 물성 등이 우수하면서도 차단 모드에서 전 방위의 광 누설이 제어되고, 레인보우(rainbow) 현상이나 연신 무늬 등의 외관 불량도 제어된 광변조 디바이스를 제공할 수 있다.
본 출원에서 제 1 및 제 2 기판으로 상기와 같은 특징을 가지는 고분자 필름을 각각 도입하면서 상기 제 1 및 제 2 기판의 지상축 간 관계를 소정 범위로 제어함으로써 본 출원의 목적을 보다 효과적으로 달성할 수 있다. 상기 고분자 필름은 예를 들어, 비등방성 필름일 수 있다.
본 출원에서 제 1 및 제 2 기판의 지상축은 예를 들어, 서로 수평하도록 배치될 수 있다. 본 명세서에서 상기 제 1 및 제 2 기판의 지상축이 서로 수평하다는 것은, 상기 제 1 고분자 필름의 지상축과 상기 제 2 고분자 필름의 지상축이 대략 -10도 내지 10도 내의 범위로 배치된 것을 의미할 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 고분자 필름의 지상축은, 다른 예시에서, 대략 -9도 이상, 대략 -8도 이상, 대략 -7도 이상, 대략 -6도 이상, 대략 -5도 이상, 대략 -4도 이상, 대략 -3도 이상, 대략 -2도 이상 또는 대략 -1도 이상이거나 대략 9도 이하, 대략 8도 이하, 대략 7도 이하, 대략 6도 이하, 대략 5도 이하, 대략 4도 이하, 대략 3도 이하, 대략 2도 이하 또는 대략 1도 이하일 수 있고, 바람직하게는 0도로 배치되어 있을 수 있다.
본 출원은 전술한 특성을 가지는 제 1 및 제 2 기판과 함께 후술하는 특성을 가지는 광학 이방성층을 추가로 도입함으로써 광학 보상이 보다 효과적으로 이루어진 광변조 디바이스를 제공할 수 있다.
상기 광학 이방성층은 예를 들어, 상기 광변조층과 상기 제 1 기판 사이 또는 상기 광변조층과 상기 제 2 기판 사이 중 적어도 하나에 포함될 수 있다. 본 명세서에서 상기 광변조층과 상기 제 1 기판 사이 또는 상기 광변조층과 상기 제 2 기판 사이 중 적어도 하나에 포함될 수 있다는 것은, 상기 광변조층과 상기 제 1 기판 사이 및 상기 광변조층과 상기 제 2 기판 사이 각각에 상기 광학 이방성층이 배치되어 있거나, 상기 광변조층과 상기 제 1 기판 사이 또는 상기 광변조층과 상기 제 2 기판 사이 중 어느 하나에 상기 광학 이방성층이 배치되어 있는 것을 의미할 수 있다.
상기 광학 이방성층은 예를 들어, 하기 수식 3을 만족할 수 있다.
[수식 3]
nz < ny ≒ nx
수식 3에서 nx는 광학 이방성층의 지상축 방향의 550nm 파장의 광에 대한 굴절률일 수 있고, ny는 광학 이방성층의 진상축 방향의 550nm 파장의 광에 대한 굴절률일 수 있으며, nz는 광학 이방성층의 두께 방향의 굴절률일 수 있다. 본 명세서에서 A≒B는 예를 들어, A와 B의 값이 실질적으로 동일하다는 것을 의미할 수 있고, 상기 A 및/또는 B는 각각 예를 들어, nx, ny 또는 nz 중 어느 하나일 수 있다.
상기 광학 이방성층은 예를 들어, 550nm 파장의 광에 대한 두께 방향 위상차가 -50nm 내지 -700nm의 범위 내일 수 있다. 상기 두께 방향 위상차는 다른 예시에서, -60nm 이하, -70 nm 이하, -80 nm 이하, -90 nm 이하, -100 nm 이하, -110nm 이하, -120nm 이하, -130nm 이하, -140nm 이하, -150nm 이하, -160nm 이하, -170nm 이하, -180nm 이하, -190nm 이하, -200nm 이하 또는 -210nm 이하이거나 -690 nm 이상, -680 nm 이상, -670 nm 이상, -660 nm 이상, -650 nm 이상, -640 nm 이상, -630 nm 이상, -620 nm 이상, -610 nm 이상, -600 nm 이상, -590 nm 이상, -580 nm 이상, -570 nm 이상, -560 nm 이상, -550 nm 이상, -540 nm 이상, -530 nm 이상, -520 nm 이상, -510 nm 이상, -500 nm 이상, -490 nm 이상, -480 nm 이상, -470 nm 이상, -460 nm 이상, -450 nm 이상, -440 nm 이상, -430 nm 이상, -420 nm 이상, -410 nm 이상, -400 nm 이상, -390 nm 이상, -380 nm 이상, -370 nm 이상, -360 nm 이상, -350 nm 이상, -340nm 이상, -330nm 이상, -320nm 이상, -310nm 이상, -300nm 이상, -290nm 이상, -280nm 이상, -270nm 이상, -260nm 이상, -250nm 이상, -240nm 이상 또는 -230nm 이상일 수 있다.
상기 광학 이방성층은 예를 들어, 550 nm 파장의 광에 대한 면내 위상차가 10nm 이하의 범위 내일 수 있다. 다른 예시에서, 상기 면내 위상차는 9nm 이하, 8nm 이하, 7 nm 이하, 6 nm 이하, 5 nm 이하, 4 nm 이하, 3 nm 이하, 2 nm 이하 또는 1 nm 이하일 수 있으며, 바람직하게는 0nm일 수 있다.
본 출원에서 상기 광학 이방성층은 상기와 같은 특성을 나타내는 것이면 제한 없이 사용될 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 광학 이방성층은 폴리아미드를 용매에 배합하여 형성할 수 있다. 상기 폴리아미드는 하나의 예시에서, 2,2'-비스(트리플루오로메틸)-5,5'-바이페닐다이아민을 이소프탈산 및/또는 테레프탈산과 중합하여 형성할 수 있다. 또한, 상기 용매는, 하나의 예시에서 디메틸아세트아마이드일 수 있다. 상기 폴리아미드는 예를 들어, 상기 용매에 대해 대략 4 중량% 내지 10 중량%의 범위 내로 포함될 수 있으며, 다른 예시에서, 4.5 중량% 이상 또는 5 중량% 이상이거나 9 중량% 이하, 8 중량% 이하, 7 중량% 이하, 6 중량% 이하 또는 5.5 중량% 이하로 포함될 수 있다.
하나의 예시에서, 폴리아미드를 용매에 배합하여 형성한 상기 용액을 고분자 필름 또는 후술하는 도전층 상에 도포하여 코팅할 수 있으며, 예를 들어, 바 코팅 방식, 슬롯-다이(Slot-Die) 코팅 방식, 그라비어(Gravire) 코팅 방식 등에 의할 수 있다.
상기 코팅에 의해 형성된 코팅층은 열 경화 또는 자외선 경화 등에 의해 경화될 수 있다. 하나의 예시에서, 본 출원의 상기 광학 이방성층은 상기 코팅층에 대략 50℃ 내지 150℃의 범위 내의 열을 대략 5분 내지 30분의 범위 내의 시간 동안 가하여 경화시켜 형성한 층일 수 있다. 다른 예시에서, 상기 경화 온도는 60 ℃ 이상, 70 ℃ 이상, 80 ℃ 이상 또는 90 ℃ 이상이거나 140 ℃ 이하, 130 ℃ 이하, 120 ℃ 이하 또는 110 ℃ 이하일 수 있고, 상기 경화 시간은 6분 이상, 7분 이상, 8분 이상 또는 9분 이상이거나 25분 이하, 20분 이하 또는 15분 이하 정도일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 광학 이방성층은 예를 들어, 굴절률 이방성(n△)이 0.01 내지 0.15의 범위 내일 수 있다. 상기 굴절률 이방성(n△)은 다른 예시에서, 0.02 이상, 0.03 이상, 0.04 이상, 0.05 이상, 0.06 이상, 0.07 이상, 0.08 이상 또는 0.09 이상이거나 0.14 이하, 0.13 이하, 0.12 이하 또는 0.11 이하일 수 있다.
상기 광학 이방성층은 또한 예를 들어, 평균 굴절률이 1.0 내지 2.0의 범위 내일 수 있다. 상기 평균 굴절률은 다른 예시에서, 1.1 이상, 1.2 이상, 1.3 이상, 1.4 이상, 1.5 이상 또는 1.6 이상이거나 1.9 이하, 1.8 이하 또는 1.7 이하일 수 있다.
본 출원에서 상기 광학 이방성층은 두께가 예를 들어, 0.1㎛ 내지 10㎛의 범위 내일 수 있다. 다른 예시에서, 상기 두께는 약 0.2㎛ 이상, 약 0.3㎛ 이상, 약 0.4㎛ 이상, 약 0.5㎛ 이상, 약 0.6㎛ 이상, 약 0.7㎛ 이상, 약 0.8㎛ 이상, 약 0.9㎛ 이상, 약 1㎛ 이상, 약 1.1㎛ 이상, 약 1.2㎛ 이상, 약 1.3㎛ 이상, 약 1.4㎛ 이상, 약 1.5㎛ 이상, 약 1.6㎛ 이상, 약 1.7㎛ 이상, 약 1.8㎛ 이상 또는 약 1.9㎛ 이상이거나 약 9㎛ 이하, 약 8㎛ 이하, 약 7㎛ 이하, 약 6㎛ 이하, 약 5㎛ 이하, 약 4㎛ 이하 또는 약 3㎛ 이하일 수 있다.
본 출원은, 상기와 같은 특성을 가지는 광학 이방성층을 광변조 디바이스의 적절한 위치에 추가로 포함함으로써 차단 모드에서 측면으로의 광 누설을 제어하면서도 제 1 및 제 2 고분자 필름 등의 광 성질에 의해 보상 효과가 왜곡되는 문제를 해결할 수 있다.
본 출원은 예를 들어, 제 1 및/또는 제 2 기판의 제 2 표면 중 하나 이상의 표면에 형성된 편광층을 추가로 포함할 수 있다. 본 출원에서 상기 편광층은 제 1 기판의 제 2 표면에만 형성되거나, 제 2 기판의 제 2 표면에만 형성되거나 또는 제 1 및 제 2 기판의 제 2 표면에 모두 형성되어 있을 수 있지만, 차단 모드에서의 광 누설을 제어하는 측면에서 바람직하게는 상기 제 1 및 제 2 기판의 제 2 표면에 모두 형성되어 있을 수 있다.
본 명세서에서 편광층은 자연광 내지 비편광을 편광으로 변화시키는 소자를 의미할 수 있다. 상기 편광층은 예를 들어, 선 편광층일 수 있다. 본 명세서에서 선 편광층은 선택적으로 투과하는 광이 어느 하나의 방향으로 진동하는 선 편광이고 선택적으로 흡수 또는 반사하는 광이 상기 선편광의 진동 방향과 직교하는 방향으로 진동하는 선편광인 경우를 의미한다. 즉, 상기 선 편광자는 면 방향으로 직교하는 투과축 및 흡수축 내지 반사축을 가질 수 있다.
상기 편광층은 흡수형 편광층 또는 반사형 편광층일 수 있다. 상기 흡수형 편광층으로는, 예를 들어, PVA(본 명세서에서 PVA는 polyvinyl alcohol을 의미한다)연신 필름 등과 같은 고분자 연신 필름에 요오드를 염착한 편광층 또는 배향된 상태로 중합된 액정을 호스트로 하고, 상기 액정의 배향에 따라 배열된 이방성 염료를 게스트로 하는 게스트-호스트형 편광층을 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 반사형 편광층으로는, 예를 들면, 소위 DBEF(Dual Brightness Enhancement Film)으로 공지되어 있는 반사형 편광층이나 LLC(Lyotropic liquid crystal)과 같은 액정 화합물을 코팅하여 형성되는 반사형 편광층을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 출원에서 상기 편광층은 예를 들어, 80㎛ 내지 200㎛의 범위 내의 두께를 가질 수 있다. 다른 예시에서, 상기 편광층의 두께는, 90㎛ 이상, 100㎛ 이상, 110㎛ 이상, 120㎛ 이상 또는 130㎛ 이상이거나 190㎛ 이하, 180㎛ 이하, 170㎛ 이하, 160㎛ 이하 또는 150㎛ 이하일 수 있다.
본 출원의 광변조 디바이스는 예를 들어, 상기 제 1 및 제 2 기판의 서로의 제 1 표면이 대향하도록 배치되어 있고, 상기 대향 배치된 제 1 및 제 2 기판의 사이에 액정 화합물을 포함하는 광변조층을 포함할 수 있다.
본 출원에서 상기 광변조층은 적어도 액정 화합물을 포함하는 층으로, 상기 액정 화합물의 배향 상태를 외부 신호 인가 등을 통해 제어할 수 있는 액정층을 의미할 수 있다.
상기 액정 화합물은, 예를 들어, 네마틱(nematic) 액정 화합물, 스멕틱(smectic) 액정 화합물 또는 콜레스테릭(cholesteric) 액정 화합물 등일 수 있다. 또한, 외부 신호의 인가에 의하여 그 배향 방향이 변경될 수 있도록 예를 들어, 중합성기 또는 가교성기를 가지지 않는 화합물이거나, 가지더라도 중합 또는 가교되지 않은 화합물일 수 있다.
상기 광변조층은 예를 들어, 유전율 이방성이 음수인 액정 화합물을 포함하거나, 혹은 상기 광변조층은 상기 언급된 유전율 이방성을 나타낼 수 있다. 유전율 이방성의 절대값은 본 출원의 목적을 고려하여 적절히 선택될 수 있다. 용어 「유전율 이방성(△ε)」은 수평 유전율(ε//)과 수직 유전율(ε⊥)의 차이(ε// -ε⊥)를 의미할 수 있다. 본 명세서에서 용어 수평 유전율(ε//)은 액정 분자의 방향자와 인가 전압에 의한 전기장의 방향이 실질적으로 수평하도록 전압을 인가한 상태에서 상기 전기장의 방향을 따라 측정한 유전율 값을 의미하고, 수직 유전율(ε⊥)은 액정 분자의 방향자와 인가 전압에 의한 전기장의 방향이 실질적으로 수직하도록 전압을 인가한 상태에서 상기 전기장의 방향을 따라 측정한 유전율 값을 의미한다.
상기 광변조층은 예를 들어, 굴절률 이방성(n△)이 약 0.04 내지 0.15의 범위 내인 액정 화합물을 포함하거나, 상기 광변조층이 상기 언급된 굴절률 이방성을 나타낼 수 있다. 본 출원의 굴절률 이방성(n△)은 이상 굴절률(ne, extraordinary refractive index) 및 정상 굴절률(no, ordinary refractive index)의 차이(ne-no)일 수 있다. 본 명세서에서 상기 ne는 예를 들어, nz일 수 있고, no는 예를 들어, nx 및/또는 ny일 수 있다. 즉, 본 출원에서 상기 굴절률 이방성(n△)은 예를 들어, nz-nx 또는 nz-ny일 수 있다. 상기 굴절률 이방성(n△)은 다른 예시에서, 약 0.14 이하, 0.13 이하, 0.12 이하, 0.11 이하 또는 0.1 이하이거나 0.05 이상, 0.06 이상 또는 0.07 이상일 수 있다.
상기 광변조층은 또한 예를 들어, 평균 굴절률이 1.0 내지 2.0의 범위 내일 수 있다. 본 출원의 평균 굴절률은 이상 굴절률(ne) 및 정상 굴절률(no)의 평균값((ne+no)/2)을 의미할 수 있다. 본 명세서에서 상기 평균 굴절률은 예를 들어, (nx+nz)/2 또는 (ny+nz)/2일 수 있다. 상기 평균 굴절률은 다른 예시에서, 1.1 이상, 1.2 이상, 1.3 이상, 1.4 이상 또는 1.5 이상이거나 1.9 이하, 1.8 이하, 1.7 이하 또는 1.6 이하일 수 있다.
상기 광변조층의 구동 모드는, 예를 들어, Reversed TN(Twisted Nematic) 모드, Reversed STN(Super Twisted Nematic) 모드, VA(Vertical Alignment) 모드, MVA(Multi-domain Vertical Alignment) 모드, PVA(Patterned Vertical Alignment) 모드, HAN(Hybrid Aligned Nematic) 모드 등일 수 있다.
본 출원의 광변조층은, 광투과도 가변 특성을 조절한다는 측면에서 상기 액정 화합물과 함께 이색성 염료를 추가로 포함할 수 있다. 본 명세서에서 용어 「염료」는, 가시광 영역, 예를 들면, 400nm 내지 700nm 파장 범위 내에서 적어도 일부 또는 전체 범위 내의 광을 집중적으로 흡수 및/또는 변형시킬 수 있는 물질을 의미할 수 있고, 용어 「이색성 염료」는 상기 가시광 영역의 적어도 일부 또는 전체 범위에서 광의 이방성 흡수가 가능한 물질을 의미할 수 있다. 이러한 염료로는, 예를 들면, 아조 염료 또는 안트라퀴논 염료 등이 공지되어 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
하나의 예시에서, 상기 광변조층은 액정 화합물 및 이색성 염료를 포함하는 액정층으로서, 소위 게스트호스트 액정층(Guest Host Liquid Crystal cell)일 수 있다. 용어 「GHLC층」은, 액정의 배열에 따라 이색성 염료가 함께 배열되어 이색성 염료의 정렬 방향과 상기 정렬 방향의 수직한 방향에 대하여 각각 비등방성 광 흡수 특성을 나타내는 기능성 층을 의미할 수 있다. 예를 들어, 이색성 염료는 빛의 흡수율이 편광 방향에 따라서 달라지는 물질로서, 장축 방향으로 편광된 빛의 흡수율이 크면 p형 염료로 호칭하고 단축 방향으로 편광된 빛의 흡수율이 크면 n형 염료라고 호칭할 수 있다. 하나의 예시에서, p형 염료가 사용되는 경우, 염료의 장축 방향으로 진동하는 편광은 흡수되고 염료의 단축 방향으로 진동하는 편광은 흡수가 적어 투과시킬 수 있다.
상기 게스트호스트 액정층 내에 포함되는 이색성 염료의 비율은 특별히 제한되지 않고, 목적하는 투과도를 고려하여 적정 범위로 설정될 수 있다. 통상 이색성 염료 및 액정 화합물의 혼화성 등을 고려하여 상기 이색성 염료는 약 0.1 중량% 내지 4 중량% 정도의 비율로 광변조층 내에 포함될 수 있다.
본 출원은, 예를 들어, 상기 광변조층 내의 액정 화합물의 배열을 조절하여, 초기 배향이 수직 배향이고, 상기 수직 배향 상태가 외부 신호의 인가에 의해 수평 배향 상태로 변경될 수 있도록 설계된 광변조 디바이스에 대한 것일 수 있다. 또한 상기 수평 배향은 트위스티드 배향일 수 있다. 상기에서 초기 배향이란, 광변조층에 외부 신호가 인가되지 않은 때의 배향 상태이다. 본 명세서에서 용어 수직 배향은, 상기 광변조층의 방향자 또는 상기 광변조층 내의 액정 화합물의 방향자가 상기 광변조층의 평면에 대하여 대략 수직하게 배열된 상태이고, 예를 들면, 상기 광변조층의 기준면의 법선인 z축과 상기 방향자가 이루는 각도는 약 80도 내지 100도 또는 85도 내지 95도의 범위 내이거나 약 90도 정도일 수 있다. 또한, 용어 수평 배향은, 상기 광변조층의 방향자 또는 상기 광변조층 내의 액정 화합물의 방향자가 상기 광변조층의 기준면에 대략 평행하게 배열된 상태를 의미할 수 있고, 예를 들면, 상기 방향자와 상기 광변조층의 기준면 이루는 각도는 약 0도 내지 10도 또는 약 0도 내지 5도의 범위 내이거나 약 0도 정도일 수 있다.
본 명세서에서 용어 광변조층의 방향자 또는 액정 화합물의 방향자는 상기 광변조층의 광축(Optical axis) 또는 지상축(Slow axis)을 의미할 수 있다. 예를 들어, 상기 광축 또는 지상축은, 액정 분자가 막대(rod) 모양인 경우 장축 방향을 의미할 수 있고, 액정 분자가 원판(discotic) 모양인 경우 원판 평면의 법선 방향의 축을 의미할 수 있으며, 상기 광변조층 내에 서로 방향자가 상이한 복수의 액정 화합물이 포함되어 있는 경우, 상기 액정 화합물의 방향자들의 벡터 합을 의미할 수 있다.
본 출원은, 예를 들어, 상기 광변조층 내의 액정 화합물의 배열을 조절하여, 초기 배향이 수직 배향이고, 상기 수직 배향 상태가 외부 신호의 인가에 의해 수평 배향 상태로 변경될 수 있도록 설계된 광변조 디바이스에 대한 것일 수 있다. 상기에서 초기 배향이란, 광변조층에 외부 신호가 인가되지 않은 때, 즉 차단 모드일 때의 배향 상태이다.
상기 광변조층은 예를 들어, 트위스트 배향 모드를 구현할 수 있도록 설계될 수 있다. 본 명세서에서 용어 트위스트 배향 모드는 상기 액정 화합물들의 방향자가 가상의 나선축을 따라서 꼬이면서 층을 이루며 배향한 나선형의 구조를 의미할 수 있다.
상기 트위스트 배향 모드는, 하나의 예시에서 수평 배향 모드에서 구현될 수 있고, 수직 배향 모드인 경우에는 꼬임 없이 상기 광변조층의 방향자 또는 상기 광변조층 내의 액정 화합물의 방향자가 상기 광변조층의 평면에 대하여 대략 수직하게 배열된 상태일 수 있다. 수평 트위스트 배향 모드는 예를 들어, 개개의 액정 화합물들이 수평 배향된 상태로 나선축을 따라 꼬이면서 층을 이루는 상태를 의미할 수 있다.
상기 수평 트위스트 배향 모드에서, 상기 광변조층의 두께(d, cell gap)와 피치(p)의 비율(d/p)는 예를 들어, 1 이하일 수 있다. 상기 비율(d/p)이 1을 초과하면, 초기 수직 배향 모드인 경우에도 액정 화합물들이 나선축을 따라 꼬이는 현상이 발생할 수 있고, 핑거 도메인(finger domain) 등의 문제가 발생할 수 있기 때문에 가급적 상기 범위로 조절될 수 있다. 상기 비율(d/p)은 다른 예시에서 약 0.95 이하, 약 0.9 이하, 약 0.85 이하, 약 0.8 이하, 약 0.75 이하, 약 0.7 이하, 약 0.65 이하, 약 0.6 이하, 약 0.55 이하, 약 0.5 이하 또는 약 0.45 이하이거나, 약 0.1 이상, 약 1.15 이상, 약 0.2 이상, 약 0.25 이상, 약 0.3 이상 또는 약 0.35 이상 정도일 수도 있다. 상기에서 광변조층의 두께(d)는 광변조 디바이스 내의 셀 갭(Cell Gap)과 같은 의미일 수 있다.
수평 트위스트 배향모드의 광변조층의 피치(p)는, Wedge cell을 이용한 계측 방법으로 측정할 수 있고, 구체적으로는 D.Podolskyy 등의 Simple method for accurate measurements of the cholesteric pitch using a stripe-wedge Grandjean-Cano cell(Liquid Crystals, Vol. 35, No. 7, July 8\2008, 789-791)에 기재된 방식으로 측정할 수 있다.
상기 광변조층이 수평 트위스트 모드를 구현할 수 있도록 상기 광변조층은 소위 키랄 도펀트를 추가로 포함할 수 있다.
광변조층에 포함될 수 있는 키랄 도펀트(Chiral dopant)로는, 액정성, 예를 들어, 네마틱 규칙성을 손상시키지 않고 목적하는 회전(twisting)을 유도할 수 있는 것이라면, 특별히 제한되지 않고 사용될 수 있다. 액정 분자에 회전을 유도하기 위한 키랄 도펀트는 분자 구조 중에 키랄리티(chirality)를 적어도 포함할 필요가 있다. 키랄 도펀트는, 예를 들면, 1개 또는 2개 이상의 비대칭 탄소(asymmetric carbon)를 가지는 화합물, 키랄 아민 또는 키랄 술폭시드 등의 헤테로원자 상에 비대칭점(asymmetric point)이 있는 화합물 또는 크물렌(cumulene) 또는 비나프톨(binaphthol) 등의 축부제를 가지는 광학 활성인 부위(axially asymmetric, optically active site)를 가지는 화합물이 예시될 수 있다. 키랄 도펀트는 예를 들면, 분자량이 1,500 이하인 저분자 화합물일 수 있다. 키랄 도펀트로는, 시판되는 키랄 네마틱 액정, 예를 들면, Merck사에서 시판되는 키랄 도판트 액정 S811 또는 BASF사의 LC756 등이 적용될 수 있다.
키랄 도펀트의 적용 비율은, 목적하는 상기 비율(d/p)을 달성할 수 있다면 특별히 제한되지 않는다. 일반적으로 키랄 도펀트의 함량(중량%)은, 100/(HTP(Helixcal Twisting power) × 피치(nm)의 수식으로 계산되며, 목적하는 피치(p)를 고려하여 적정 비율로 선택될 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 키랄 도펀트는 상기 피치(p)가 대략 5㎛ 내지 50㎛의 범위 내이도록 포함될 수 있다. 다른 예시에서, 상기 키랄 도펀트는 상기 피치가 대략 6㎛ 이상, 7㎛ 이상, 8㎛ 이상, 9㎛ 이상, 10㎛ 이상, 11㎛ 이상, 12㎛ 이상, 13㎛ 이상, 14㎛ 이상, 15㎛ 이상, 16㎛ 이상, 17㎛ 이상, 18㎛ 이상 또는 19㎛ 이상이거나 45 ㎛ 이하, 40 ㎛ 이하, 35 ㎛ 이하, 30 ㎛ 이하, 29 ㎛ 이하, 28 ㎛ 이하, 27 ㎛ 이하, 26 ㎛ 이하, 25 ㎛ 이하, 24㎛ 이하, 23㎛ 이하, 22㎛ 이하 또는 21㎛가 되도록 적정 범위로 포함될 수 있다.
본 출원의 광변조층의 두께는 본 출원의 목적을 고려하여 적절히 선택될 수 있다. 일 예시에서, 상기 광변조층의 두께는, 약 15㎛ 이하일 수 있다. 이와 같이 두께를 제어함으로, 투과 모드 및 차단 모드에서의 투과율 차이가 큰 디바이스, 즉, 투과율 가변 특성이 우수한 디바이스를 구현할 수 있다. 상기 두께는 다른 예시에서, 약 14㎛ 이하, 13㎛ 이하, 12㎛ 이하, 11㎛ 이하, 10㎛ 이하, 9㎛ 이하, 8㎛ 이하 또는 7㎛ 이하이거나 1㎛ 이상, 2㎛ 이상, 3㎛ 이상, 4㎛ 이상 또는 5㎛ 이상일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
본 출원은, 상기와 같은 광변조층을 전술한 고분자 필름 및/또는 광학 이방성층 등과 함께 적절한 위치에 도입함으로써, 투과율 가변 특성 및 기계적 물성이 우수하고, 차단 모드에서의 전 방위 광 누설이 제어되면서도 레인보우(rainbow) 현상이나 연신무늬 등의 외관품질 저하 등을 제어할 수 있는 광변조 디바이스를 제공할 수 있다.
본 출원의 광변조 디바이스는, 예를 들어, 접착제층 또는 점착제층이 형성되어 있을 수 있다. 상기 접착제층 또는 점착제층은 예를 들어, 수직 배향력을 가지는 접착제 또는 점착제를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 용어 수직 배향력을 가지는 접착제 또는 점착제는 액정 분자에 대한 수직 배향력 및 접착력(또는 점착력)을 동시에 가지는 물질을 의미할 수 있다.
상기 수직 배향력을 가지는 접착제 또는 점착제는 예를 들어, 제 1 기판의 일 표면 및/또는 제 2 기판의 일 표면 중 적어도 하나의 표면에 형성되어 있을 수 있다. 하나의 예시에서, 제 1 기판의 제 1 표면에 수직 배향력을 가지는 접착제 또는 점착제가 존재하고, 제 2 기판의 제 1 표면에 액정 배향막이 형성되어 있을 수 있다.
본 출원에서 수직 배향력을 가지는 접착제 또는 점착제로는, 예를 들어, 실리콘(Silicone) 접착제 또는 실리콘 점착제를 사용할 수 있다. 상기 실리콘 접착제 또는 실리콘 점착제로는 경화성 실리콘 화합물을 포함하는 조성물의 경화물을 사용할 수 있다. 경화성 실리콘 화합물의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 가열 경화성 실리콘 화합물 또는 자외선 경화성 실리콘 화합물을 사용할 수 있다.
하나의 예시에서 상기 경화성 실리콘 조성물은 부가 경화성 실리콘 조성물로서, (1) 분자 중에 2개 이상의 알케닐기를 함유하는 오르가노폴리실록산 및 (2) 분자 중에 2개 이상의 규소결합 수소원자를 함유하는 오르가노폴리실록산을 포함할 수 있다. 상기와 같은 실리콘 화합물은, 예를 들면, 백금 촉매 등의 촉매의 존재 하에서, 부가 반응에 의하여 경화물을 형성할 수 있다.
상기 (1) 오르가노폴리실록산은, 실리콘 경화물을 구성하는 주성분으로서, 1 분자 중 적어도 2개의 알케닐기를 포함한다. 이 때, 알케닐기의 구체적인 예에는, 비닐기, 알릴기, 부테닐기, 펜테닐기, 헥세닐기 또는 헵테닐기 등이 포함되고, 이 중 비닐기가 통상 적용되지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 (1) 오르가노폴리실록산에서, 전술한 알케닐기의 결합 위치는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 상기 알케닐기는 분자쇄의 말단 및/또는 분자쇄의 측쇄에 결합되어 있을 수 있다. 또한, 상기 (1) 오르가노폴리실록산에서, 전술한 알케닐 외에 포함될 수 있는 치환기의 종류로는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기 또는 헵틸기 등의 알킬기; 페닐기, 톨릴기, 크실릴기 또는 나프틸기 등의 아릴기; 벤질기 또는 페넨틸기 등의 아랄킬기; 클로로메틸기, 3-클로로프로필기 또는 3,3,3-트리플루오로프로필기 등의 할로겐 치환 알킬기 등을 들 수 있고, 이 중 메틸기 또는 페닐기가 통상 적용되지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 (1) 오르가노폴리실록산의 분자 구조는 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 직쇄상, 분지상, 고리상, 망상 또는 일부가 분지상을 이루는 직쇄상 등과 같이, 어떠한 형상이라도 가질 수 있다. 통상 상기와 같은 분자 구조 중 특히 직쇄상의 분자 구조를 가지는 것이 적용되지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 (1) 오르가노폴리실록산의 보다 구체적인 예로는, 분자쇄 양말단 트리메틸실록산기 봉쇄 디메틸실록산-메틸비닐실록산 공중합체, 분자쇄 양말단 트리메틸실록산기 봉쇄 메틸비닐폴리실록산, 분자쇄 양말단 트리메틸실록산기 봉쇄 디메틸실록산-메틸비닐실록산-메틸페닐실록산 공중합체, 분자쇄 양말단 디메틸비닐실록산기 봉쇄 디메틸폴리실록산, 분자쇄 양말단 디메틸비닐실록산기 봉쇄 메틸비닐폴리실록산, 분자쇄 양말단 디메틸비닐실록산기 봉쇄 디메틸실록산-메틸비닐실록산 공중합체, 분자쇄 양말단 디메틸비닐실록산기 봉쇄 디메틸실록산-메틸비닐실록산-메틸페닐실록산 공중합체, R1 2SiO2/2로 표시되는 실록산 단위와 R1 2R2SiO1/2로 표시되는 실록산 단위와 SiO4/2로 표시되는 실록산 단위를 포함하는 오르가노폴리실록산 공중합체, R1 2R2SiO1/2로 표시되는 실록산 단위와 SiO4/2로 표시되는 실록산 단위를 포함하는 오르가노폴리실록산 공중합체, R1R2SiO2/2로 표시되는 실록산 단위와 R1SiO3/2로 표시되는 실록산 단위 또는 R2SiO3/2로 표시되는 실록산 단위를 포함하는 오르가노폴리실록산 공중합체 및 상기 중 2 이상의 혼합물을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기에서, R1은 알케닐기 외의 탄화수소기로서, 구체적으로는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기 또는 헵틸기 등의 알킬기; 페닐기, 톨릴기, 크실릴기 또는 나프틸기 등의 아릴기; 벤질기 또는 페넨틸기 등의 아랄킬기; 클로로메틸기, 3-클로로프로필기 또는 3,3,3-트리플루오로프로필기 등의 할로겐 치환 알킬기 등일 수 있다. 또한, 상기에서 R2는 알케닐기로서, 구체적으로는 비닐기, 알릴기, 부테닐기, 펜테닐기, 헥세닐기 또는 헵테닐기 등일 수 있다.
상기 부가경화성 실리콘 조성물에서, (2) 오르가노폴리실록산은 상기 (1) 오르가노폴리실록산을 가교시키는 역할을 수행할 수 있다. 상기 (2) 오르가노폴리실록산에서, 수소원자의 결합 위치는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 분자쇄의 말단 및/또는 측쇄에 결합되어 있을 수 있다. 또한, 상기 (2) 오르가노폴리실록산에서, 상기 규소결합 수소원자 외에 포함될 수 있는 치환기의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, (1) 오르가노폴리실록산에서 언급한 바와 같은, 알킬기, 아릴기, 아랄킬기 또는 할로겐 치환 알킬기 등을 들 수 있고, 이 중 통상 메틸기 또는 페닐기가 적용되지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 (2) 오르가노폴리실록산의 분자 구조는 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 직쇄상, 분지상, 고리상, 망상 또는 일부가 분지상을 이루는 직쇄상 등과 같이, 어떠한 형상이라도 가질 수 있다. 상기와 같은 분자 구조 중 통상 직쇄상의 분자 구조를 가지는 것이 적용되지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 (2) 오르가노폴리실록산의 보다 구체적인 예로는, 분자쇄 양말단 트리메틸실록산기 봉쇄 메틸하이드로젠폴리실록산, 분자쇄 양말단 트리메틸실록산기 봉쇄 디메틸실록산-메틸하이드로젠 공중합체, 분자쇄 양말단 트리메틸실록산기 봉쇄 디메틸실록산-메틸하이드로젠실록산-메틸페닐실록산 공중합체, 분자쇄 양말단 디메틸하이드로젠실록산기 봉쇄 디메틸폴리실록산, 분자쇄 양말단 디메틸하이드로젠실록산기 봉쇄 디메틸실록산-메틸페닐실록산 공중합체, 분자쇄 양말단 디메틸하이드로젠실록산기 봉쇄 메틸페닐폴리실록산, R1 3SiO1/2로 표시되는 실록산 단위와 R1 2HSiO1/2로 표시되는 실록산 단위와 SiO4/2로 표시되는 실록산 단위를 포함하는 오르가노폴리실록산 공중합체, R12HSiO1/2로 표시되는 실록산 단위와 SiO4/2로 표시되는 실록산 단위를 포함하는 오르가노폴리실록산 공중합체, R1HSiO2/2로 표시되는 실록산 단위와 R1SiO3/2로 표시되는 실록산 단위 또는 HSiO3/2로 표시되는 실록산 단위를 포함하는 오르가노폴리실록산 공중합체 및 상기 중 2 이상의 혼합물을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기에서, R1은 알케닐기 외의 탄화수소기로서, 구체적으로는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기 또는 헵틸기 등의 알킬기; 페닐기, 톨릴기, 크실릴기 또는 나프틸기 등의 아릴기; 벤질기 또는 페넨틸기 등의 아랄킬기; 클로로메틸기, 3-클로로프로필기 또는 3,3,3-트리플루오로프로필기 등의 할로겐 치환 알킬기 등일 수 있다.
상기 (2) 오르가노폴리실록산의 함량은, 적절한 경화가 이루어질 수 있을 정도로 포함된다면 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 상기 (2) 오르가노폴리실록산은, 전술한 (1) 오르가노폴리실록산에 포함되는 알케닐기 하나에 대하여, 규소결합 수소원자가 0.5 내지 10개가 되는 양으로 포함될 수 있다. 이러한 범위에서 경화를 충분하게 진행시키고, 내열성을 확보할 수 있다.
상기 부가경화성 실리콘 조성물은, 경화를 위한 촉매로서, 백금 또는 백금 화합물을 추가로 포함할 수 있다. 이와 같은, 백금 또는 백금 화합물의 구체적인 종류는 특별한 제한은 없다. 촉매의 비율도 적절한 경화가 이루어질 수 있는 수준으로 조절되면 된다.
상기 부가경화성 실리콘 조성물은, 저장 안정성, 취급성 및 작업성 향상의 관점에서 필요한 적절한 첨가제를 적정 비율로 또한 포함할 수도 있다.
다른 예시에서 상기 실리콘 조성물은, 축합경화성 실리콘 조성물로서, 예를 들면 (a) 알콕시기 함유 실록산 폴리머; 및 (b) 수산기 함유 실록산 폴리머를 포함할 수 있다.
상기 (a) 실록산 폴리머는, 예를 들면, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물일 수 있다.
[화학식 1]
R1 aR2 bSiOc(OR3)d
화학식 1에서 R1 및 R2는, 각각 독립적으로, 수소 원자 또는 치환 또는 비치환된 1가 탄화수소기를 나타내고, R3은 알킬기를 나타내며, R1, R2 및 R3가 각각 복수개 존재하는 경우에는 서로 동일하거나 상이할 수 있고, a 및 b는 각각 독립적으로 0 이상, 1 미만의 수를 나타내고, a+b는 0 초과, 2 미만의 수를 나타내며, c는 0 초과, 2 미만의 수를 나타내고, d는 0 초과, 4 미만의 수를 나타내며, a+b+c×2+d는 4이다.
화학식 1의 정의에서, 1가 탄화수소는, 예를 들면, 탄소수 1 내지 8의 알킬기, 페닐기, 벤질기 또는 톨릴기 등일 수 있고, 이 때 탄소수 1 내지 8의 알킬기로서는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 헵틸기 또는 옥틸기 등일 수 있다. 또한, 화학식 1의 정의에서, 1가 탄화수소기는, 예를 들면, 할로겐, 아미노기, 머캅토기, 이소시아네이트기, 글리시딜기, 글리시독시기 또는 우레이도기 등의 공지의 치환기로 치환되어 있을 수 있다.
화학식 1의 정의에서, R3의 알킬기의 예로는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기 또는 부틸기 등을 들 수 있다. 알킬기 중에서, 메틸기 또는 에틸기 등이 통상 적용되지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
화학식 1의 폴리머 중 분지상 또는 3차 가교된 실록산 폴리머를 사용할 수 있다. 또한, 이 (a) 실록산 폴리머에는, 목적을 손상시키지 않는 범위 내에서, 구체적으로는 탈알코올 반응을 저해하지 않는 범위 내에서 수산기가 잔존하고 있을 수 있다.
상기 (a) 실록산 폴리머는, 예를 들면, 다관능의 알콕시실란 또는 다관능 클로로 실란 등을 가수분해 및 축합시킴으로써 제조할 수 있다. 이 분야의 평균적 기술자는, 목적하는 (a) 실록산 폴리머에 따라 적절한 다관능 알콕시실란 또는 클로로 실란을 용이하게 선택할 수 있으며, 그를 사용한 가수분해 및 축합 반응의 조건 또한 용이하게 제어할 수 있다. 한편, 상기 (a) 실록산 폴리머의 제조 시에는, 목적에 따라서, 적절한 1관능의 알콕시 실란을 병용 사용할 수도 있다.
상기 (a) 실록산 폴리머로는, 예를 들면, 신에쯔 실리콘사의 X40-9220 또는 X40-9225, GE 토레이 실리콘사의 XR31-B1410, XR31-B0270 또는 XR31-B2733 등과 같은, 시판되고 있는 오르가노실록산 폴리머를 사용할 수 있다.
상기 축합경화성 실리콘 조성물에 포함되는, (b) 수산기 함유 실록산 폴리머로는, 예를 들면, 하기 화학식 2으로 나타나는 화합물을 사용할 수 있다.
[화학식 2]
화학식 2에서, R4 및 R5은 각각 독립적으로, 수소원자 또는 치환 또는 비치환된 1가의 탄화수소기를 나타내고, R5 및 R6이 각각 복수 존재하는 경우에는, 상기는 서로 동일하거나, 상이할 수 있으며, n은 5 내지 2,000의 정수를 나타낸다.
화학식 2의 정의에서, 1가 탄화수소기의 구체적인 종류로는, 예를 들면, 상기 화학식 1의 경우와 동일한 탄화수소기를 들 수 있다.
상기 (b) 실록산 폴리머는, 예를 들면, 디알콕시실란 및/또는 디클로로 실란 등을 가수분해 및 축합시킴으로써 제조할 수 있다. 이 분야의 평균적 기술자는, 목적하는 (b) 실록산 폴리머에 따라 적절한 디알콕시 실란 또는 디클로로 실란을 용이하게 선택할 수 있으며, 그를 사용한 가수분해 및 축합 반응의 조건 또한 용이하게 제어할 수 있다. 상기와 같은 (b) 실록산 폴리머로는, 예를 들면, GE 토레이 실리콘사의 XC96-723, YF-3800, YF-3804 등과 같은, 시판되고 있는 2관능 오르가노실록산 폴리머를 사용할 수 있다.
위에 기술한 부가 경화형 혹은 축합 경화형 실리콘 조성물은 본 출원에서 적용되는 실리콘 점착제 또는 접착제를 형성하기 위한 재료의 하나의 예시이다. 즉, 기본적으로 업계에서 OCA 또는 OCR 등으로 알려진 실리콘 점착제 또는 접착제가 모두 본 출원에서 적용될 수 있다.
상기 점착제 또는 접착제 혹은 그를 형성하는 경화성 조성물의 유형은 특별히 제한되지 않고, 목적하는 용도에 따라 적절히 선택될 수 있다. 예를 들면, 고상, 반고상 또는 액상의 점착제 또는 접착제 또는 경화성 조성물이 사용될 수 있다. 고상 또는 반고상의 점착제 또는 접착제 또는 경화성 조성물은 접착(또는 점착) 대상이 합착되기 전에 경화될 수 있다. 액상의 점착제 또는 접착제 또는 경화성 조성물은, 소위 광학 투명 레진(OCR; Optical Clear Resin)으로 호칭되고, 접착 또는 점착 대상이 합착된 후에 경화될 수 있다. 일 예시에 따르면 상기 점착제 또는 접착제 또는 경화성 조성물로서는, 소위 폴리디메틸실록산계(Polydimethyl siloxane-based) 점착제 또는 접착제 또는 경화성 조성물 또는 폴리메틸비닐실록산계(Polymethylvinyl siloxane-based) 점착제 또는 접착제 또는 경화성 조성물 또는 알콕시실리콘계(Alkoxy silicone-based) 점착제 또는 접착제 또는 경화성 조성물 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 점착제층 또는 접착제층의 두께는 특별히 제한되지 않고, 목적하는 접착력 또는 점착력의 확보를 위한 적정 범위로 선택될 수 있다. 상기 두께는 대략 1㎛ 내지 50㎛의 범위 내일 수 있다. 상기 두께는 다른 예시에서 2㎛ 이상, 3㎛ 이상, 4㎛ 이상, 5㎛ 이상, 6㎛ 이상, 7㎛ 이상, 8㎛ 이상 또는 9㎛ 이상이거나, 45㎛ 이하, 40㎛ 이하, 35㎛ 이하, 30㎛ 이하, 25㎛ 이하, 20㎛ 이하 또는 15㎛ 이하 정도일 수도 있다.
상기와 같은 배치 하에서 상기와 같은 접착제층 또는 점착제층을 포함함으로써 롤투롤(Roll-to-roll) 공정의 적용이 가능하여 공정성이 우수하고, 접착력(또는 점착력) 또한 우수하면서도 특히 차단 모드에서의 광 누설이 제어되어 우수한 광학 특성을 나타낼 수 있는 광변조 디바이스를 제공할 수 있다.
이와 같이 공지의 수직 배향막과 수직 배향능을 가지는 접착제 또는 점착제에 의해 형성되는 액정 화합물의 배향, 전술한 위상차 필름 및/또는 광학 이방성층 등과의 조합에 의해 액정 화합물의 수직 배향 시에는 전 방위 측면 광누설을 효과적으로 억제하고, 수평 배향 시에는 정면 광의 흡수를 최소화하도록 할 수 있다.
본 출원은 예를 들어, 제 2 기판의 제 1 표면에 액정 배향막이 형성되어 있을 수 있다. 상기 액정 배향막은, 상기 광변조층의 초기 배향을 결정하기 위해서 사용될 수 있다. 이 때 적용되는 액정 배향막의 종류는 특별히 제한되지 않고, 예를 들면 공지의 러빙 배향막 또는 광배향막일 수 있다.
상기 액정 배향막의 배향 방향은 러빙 배향막인 경우는 러빙 방향, 광 배향막인 경우는 조사되는 편광의 방향일 수 있는데, 이러한 배향 방향은, 선형 편광자를 사용한 검출 방식으로 확인할 수 있다. 예를 들어, 광변조층이 Reversed TN(Twisted Nematic) 모드 등과 같은 트위스트 배향 모드인 경우에 일면에 선형 편광자를 배치하고, 그 편광자의 흡수축을 변경하면서 투과율을 측정하면, 상기 흡수축 또는 투과축와 액정 배향막의 배향 방향이 일치하는 경우에 투과율이 낮게되는 경향을 보이는데, 적용된 액정 화합물의 굴절률 이방성 등을 반영한 모사(simulation)를 통해 배향 방향을 확인할 수 있다. 광변조층의 모드에 따라서 액정 배향막의 배향 방향을 확인하는 방식은 공지이다. 또한 상기 액정 배향막은 전술한 대로 공지의 러빙 배향막 또는 광 배향막 등이 적용될 수 있고, 원하는 모드에 따라서 적용될 수 있는 배향막의 종류는 공지이다.
본 출원에서 상기 액정 배향막의 두께는 예를 들어, 50nm 내지 1000nm의 범위 내일 수 있다. 상기 액정 배향막의 두께는 다른 예시에서, 60nm 이상, 70nm 이상, 80nm 이상 또는 90 nm 이상이거나 9000 nm 이하, 8000 nm 이하, 7000 nm 이하, 6000 nm 이하, 5000 nm 이하, 4000 nm 이하, 3000 nm 이하, 2000 nm 이하, 1000 nm 이하, 900 nm 이하, 800 nm 이하, 700 nm 이하, 600 nm 이하, 500 nm 이하, 400 nm 이하, 300 nm 이하, 200 nm 이하, 190 nm 이하, 180 nm 이하, 170 nm 이하, 160 nm 이하, 150 nm 이하, 140 nm 이하, 130 nm 이하, 120 nm 또는 110 nm 이하일 수 있다.
본 출원의 하나의 예시에서, 상기와 같이 수직 배향력을 가지는 접착제층 또는 점착제층이 제 1 기판의 일면에 형성되어 있는 경우, 상기 제 1 기판에는 액정 배향막이 형성되어 있지 않을 수도 있다. 이와 같은 구성을 통해, 롤투롤(Roll-to-roll) 공정에의 적용이 가능하여 우수한 공정성 등을 확보할 수 있다.
본 출원에서 상기 대향 배치된 제 1 및 제 2 기판의 간격이 격벽 형태의 스페이서로 유지되어 있을 수 있다. 하나의 예시에서, 도 1과 같이 제 1 편광층(101)/제 1 기판(201)/광학 이방성층(700)/접착제층 또는 점착제층(400)/광변조층(300)/액정 배향막(500)/제 2 기판(202)/제 2 편광층(102)이 순차 형성되어 있으면서, 상기 제 1 및 제 2 기판의 간격(G)을 상기 격벽 형태의 스페이서(800)로 유지하고 있을 수 있다. 이 때, 광변조층(300)은 스페이서(800)가 존재하지 않는 영역 내에 존재할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
본 출원에서 상기 스페이서의 형상 및 배열 방식은 예를 들어, 제 2 기판과 제 1 기판 간 일정한 간격을 유지할 수 있도록 하는 범위 내에서 적절히 설계될 수 있다.
본 출원의 상기 스페이서는 격벽 형상으로 구획을 이루도록 존재하거나 또는 둘 이상의 기둥 형상이 이격되어 존재할 수도 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 하나의 예시에서, 상기 스페이서는 사각형, 삼각형 또는 허니콤(Honeycomb)의 격벽 형상일 수 있다. 차단 모드에서의 광 누설을 효과적으로 제어하는 측면에서 사각형의 격벽 형상이 적절하고, 정사각형 또는 직사각형 형태의 격벽 형상이 적절할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
본 출원에서 상기 스페이서의 배열 방식, 예를 들어, 피치, 선폭, 높이 및 상부 또는 제 2 기판에서의 면적 비율 등은 본 출원의 목적을 손상시키지 않는 범위 내에서 적절히 선택될 수 있다. 상기에서 면적 비율은, 제 2 기판의 제 1 표면의 전체 면적 대비 스페이서가 형성된 면적의 백분율을 의미한다.
본 명세서에서 용어 피치(Pitch)는, 상기 스페이서를 상부에서 관찰한 때에 확인되는 서로 마주보는 변 간의 간격 또는 서로 마주보는 꼭지점과 변 간의 간격을 의미한다. 본 명세서에서 스페이서를 상부에서 관찰한다는 것은, 스페이서와 형성된 고분자 필름 기판의 면의 법선 방향과 평행하게 상기 스페이서를 관찰하는 것을 의미한다. 일 예시에서, 상기 스페이서가 삼각형의 격벽 형상일 경우, 용어 피치는 삼각형의 한 꼭지점과 상기 꼭지점이 마주보는 변 간의 수직 거리를 의미할 수 있다. 다른 예시에서, 사각형의 격벽 형상일 경우, 용어 피치는 사각형의 각 변의 길이를 의미할 수 있으며, 사각형의 각 변의 길이가 모두 동일한 경우(즉, 각형이 정사각형인 경우)에는 그 동일한 변의 길이가 피치로서 규정되고, 각 변의 길이가 동일하지 않은 경우(예를 들면, 사각형이 직사각형인 경우), 모든 변들의 길이의 산술 평균이 상기 피치로서 규정될 수 있다. 다른 예시에서, 상기 스페이서가 허니콤(육각형인 경우)의 격벽 형상일 경우, 용어 피치는 상기 육각형의 마주보는 변의 간격을 의미할 수 있으며, 상기 마주보는 변의 간격이 모두 동일한 경우에는 그 동일한 변의 간격의 길이가 피치로서 규정되고, 상기 각각의 변의 간격이 동일하지 않은 경우, 모든 변의 간격의 길이들의 산술 평균이 상기 피치로서 규정될 수 있다.
본 출원에서 상기 스페이서의 피치는 예를 들어, 50㎛ 내지 1000㎛일 수 있고, 다른 예시에서 100㎛ 이상, 150㎛ 이상, 200㎛ 이상, 250㎛ 이상 또는 300㎛ 이상이거나 950㎛ 이하, 900㎛ 이하, 850㎛ 이하, 800㎛ 이하, 750㎛ 이하, 700㎛ 이하, 650㎛ 이하, 600㎛ 이하, 550㎛ 이하, 600㎛ 이하, 450㎛ 이하 또는 400㎛ 이하일 수 있다.
본 명세서에서 용어 선폭(line width)은 상기 스페이서를 상부에서 관찰한 때의 상기 격벽의 길이 방향과 수직한 방향으로 확인되는 치수를 의미한다. 상기 스페이서의 선폭은 예를 들어, 1㎛ 내지 50㎛일 수 있고, 다른 예시에서 2㎛ 이상, 3㎛ 이상, 4㎛ 이상, 5㎛ 이상, 6㎛ 이상, 7㎛ 이상, 8㎛ 이상 또는 9㎛ 이상이거나 45㎛ 이하, 40㎛ 이하, 35㎛ 이하, 30㎛ 이하, 25㎛ 이하, 20㎛ 이하, 19㎛ 이하, 18㎛ 이하, 17㎛ 이하, 16㎛ 이하, 15㎛ 이하, 14㎛ 이하, 13㎛ 이하, 12㎛ 이하 또는 11㎛ 이하일 수 있다.
또한 용어 스페이서의 높이는, 통상 상기 광변조층의 두께(cell gap)와 대략 일치하고, 상기 언급한 고분자 필름 기판의 면의 법선 방향으로 측정되는 스페이서의 치수를 의미한다. 본 출원에서 상기 스페이서의 높이는 제 1 기판과 제 2 기판 간의 간격을 고려하여 조절될 수 있다. 예를 들어, 상기 스페이서의 높이는 1㎛ 내지 20㎛일 수 있고, 다른 예시에서, 2㎛ 이상, 3㎛ 이상, 4㎛ 이상 또는 5㎛ 이상이거나 19㎛ 이하, 18㎛ 이하, 17㎛ 이하, 16㎛ 이하, 15㎛ 이하, 14㎛ 이하, 13㎛ 이하, 12㎛ 이하, 11㎛ 이하, 10㎛ 이하, 9㎛ 이하, 8㎛ 이하 또는 7㎛ 이하일 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 스페이서의 높이는 광변조층의 두께와 대략 동일할 수 있다.
본 명세서에서 용어 면적 비율은, 고분자 필름 기판의 면적을 A라고 하고, 스페이서가 형성된 면적을 B라고 할 때에 고분자 필름 기판의 면적(A) 중 스페이서가 형성된 면적(B)의 비율에 100을 곱한 값, 즉, 100×B/A 을 의미한다. 본 출원에서 스페이서의 면적 비율은 상기 제 1 또는 제 2 고분자 필름 기판에 대하여 약 0.1% 내지 50%일 수 있다. 본 출원에서 상기 스페이서의 면적 비율이 클수록 제 1 및 제 2 고분자 필름 기판의 접착력(또는 점착력)이 증가할 수 있다. 다른 예시에서, 1% 이상, 2% 이상, 3% 이상, 4% 이상, 5% 이상, 6% 이상, 7% 이상 또는 8% 이상 이상이거나 45% 이하, 40% 이하, 35% 이하, 30% 이하, 25% 이하, 20% 이하, 15% 이하 또는 10% 이하일 수 있다.
본 출원에서 상기 스페이서는 예를 들어, 경화성 수지를 포함할 수 있다. 경화성 수지는, 예를 들어, 가열 경화성 수지 또는 광 경화성 수지, 예를 들어, 자외선 경화성 수지일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 가열 경화성 수지는, 예를 들어, 실리콘 수지, 규소 수지, 프란 수지, 폴리우레탄 수지, 에폭시 수지, 아미노 수지, 페놀 수지, 요소 수지, 폴리에스테르 수지 또는 멜라민 수지 등일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 자외선 경화성 수지는 대표적으로 아크릴 중합체, 예를 들어, 폴리에스테르 아크릴레이트 중합체, 폴리스티렌 아크릴레이트 중합체, 에폭시 아크릴레이트 중합체, 폴리우레탄 아크릴레이트 중합체, 폴리부타디엔 아크릴레이트 중합체, 실리콘 아크릴레이트 중합체 또는 알킬 아크릴레이트 중합체 등을 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 하나의 예시에서, 상기 스페이서는 아크릴 중합체, 보다 구체적으로 폴리에스터계 아크릴레이트 중합체를 사용하여 형성될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니며, 다른 예시에서 실리콘 중합체를 사용하여 형성될 수도 있다. 스페이서를 실리콘 중합체를 사용하여 형성하는 경우, 스페이서의 오목한 영역에 잔존하는 실리콘 중합체가 수직 배향막 역할을 수행할 수 있으므로 전술한 대로 스페이서가 존재하는 기판에 추가의 액정 배향막을 사용하지 않을 수도 있다. 실리콘 중합체로는 예를 들어, 규소와 산소의 결합(Si-O-Si)을 주축으로 하는 공지의 중합체, 예를 들어, 폴리디메틸실록산(PDMS, Polydimethylsiloxane)을 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
본 출원은 스페이서의 형태 및/또는 배열 방식을 상기와 같이 제어함으로써 셀 갭이 적절히 유지되고 상하 필름 기판의 접착력(또는 점착력)이 우수하며, 차단 모드에서의 광 누설 또한 적절히 제어된 광변조 디바이스를 제공할 수 있다.
하나의 예시에서, 본 출원의 광변조 디바이스는, 차단 모드일 때의 투과율이 60% 이하, 55% 이하, 50% 이하, 45% 이하, 40% 이하, 35% 이하, 30% 이하, 25% 이하, 20% 이하, 15% 이하, 10% 이하, 5% 이하, 4% 이하, 3% 이하, 2% 이하, 1% 이하, 0.9% 이하, 0.8% 이하, 0.7% 이하, 0.6% 이하, 0.5% 이하, 0.4 % 이하 또는 0.3% 이하일 수 있다. 차단 모드에서는 투과율이 낮을수록 유리하기 때문에, 차단 모드 상태의 투과율의 하한은 특별히 제한되지 않으며, 하나의 예시에서 상기 차단 모드 상태에서의 투과율의 하한은 약 0%일 수 있다.
본 출원의 광변조 디바이스는 하나의 예시에서, 투과 모드일 때의 투과율이 20% 이상일 수 있으며, 다른 예시에서, 21% 이상, 22% 이상, 23% 이상 또는 24% 이상 정도일 수 있다. 투과 모드 상태의 투과율의 상한은 특별히 제한되지는 않으나, 하나의 예시에서 상기 투과 모드 상태에서의 투과율의 상한은 60%일 수 있고, 다른 예시에서, 55% 이하, 50% 이하, 45% 이하, 40% 이하, 35% 이하 또는 30% 이하 정도 일 수 있다.
본 출원의 광변조 디바이스는 하나의 예시에서, 상기 투과 모드와 차단 모드 상태에서의 투과율의 차이가, 15% 이상, 16% 이상, 17% 이상, 18% 이상, 19% 이상, 20% 이상, 21% 이상, 22% 이상, 23% 이상 또는 24% 이상일 수 있거나, 90% 이하, 85% 이하, 80% 이하, 75% 이하, 70% 이하, 65% 이하, 60% 이하, 55% 이하, 50% 이하, 45% 이하, 40% 이하, 35% 이하, 30% 이하 또는 25% 이하일 수 있다.
상기 투과율은, 예를 들면, 직진광 투과율일 수 있다. 직진광 투과율은, 상기 광변조 디바이스로 입사한 광에 대해 상기 입사 방향과 동일 방향으로 투과된 광의 비율의 백분율일 수 있다. 예를 들어, 상기 디바이스가 필름 또는 시트 형태라면, 상기 필름 또는 시트 표면의 법선 방향인 z축 방향과 나란한 방향으로 입사한 광 중에서 역시 상기 법선 방향과 나란한 방향으로 상기 디바이스를 투과한 광의 백분율을 상기 투과율로 정의할 수 있다.
상기 투과율은, 각각 가시광 영역, 예를 들면, 약 400nm 내지 700nm 또는 약 380nm 내지 780nm 범위 내의 어느 한 파장에 대한 투과율 또는 반사율이거나, 상기 가시광 영역 전체에 대한 투과율 또는 반사율이거나, 상기 가시광 영역 전체에 대한 투과율 또는 반사율 중에서 최대 또는 최소 투과율 또는 반사율이거나, 상기 가시광 영역 내의 투과율의 평균치 또는 반사율의 평균치일 수 있다. 또한, 다른 예시에서 상기 투과율은 약 550nm 파장의 광에 대한 투과율일 수 있다.
본 출원의 광변조 디바이스는 하나의 예시에서, 차단 모드일 때 경사각 투과율이 3% 이하일 수 있다. 본 명세서에서 경사각 투과율은, 측정 대상의 기준면(예를 들어, 광변조 디바이스의 편광층, 고분자 필름, 위상차 필름, 광학 이방성층 또는 광변조층 등의 표면일 수 있다) 의 법선 방향인 z축 방향으로부터의 경사각이 Θ가 되는 축의 방향과 평행하게 측정 대상을 투과하는 광의 투과율을, 동경각 Φ를 달리하면서 측정한 값을 의미할 수 있다. 하나의 예시에서, 측정대상의 기준면의 법선 방향인 z축 방향을 0도로 하여 60도(도 7의 경사각 Θ)에 대하여 도 7의 동경각 Φ를 0도, 45도, 90도, 135도, 180도, 225도, 270도 및 315도로 달리하면서 측정한 투과율을 의미할 수 있다. 본 출원에서 상기 차단 모드일 때 경사각 투과율은, 다른 예시에서, 2.9% 이하, 2.8% 이하 또는 2.7% 이하이거나, 0% 이상, 0.5% 이상, 1% 이상, 1.5% 이상 또는 2% 이상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 출원의 광변조 디바이스는, 예를 들어, 상기 제 1 및 제 2 기판의 일면에 각각 도전층을 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 접착제층 또는 점착제층과 제 1 기판 사이 및 액정 배향막과 제 2 기판 사이에 각각 도전층이 형성되어 있을 수 있다.
도전층이 형성되는 경우, 상기 광학 이방성층은 상기 제 1 기판과 도전층 사이 또는 상기 도전층과 점착제층 또는 접착제층 사이에 배치되어 있거나 및/또는 상기 제 2 기판과 상기 도전층 사이 또는 상기 도전층과 액정 배향막 사이에 배치되어 있을 수 있다.
상기 도전층은 광변조층의 액정 화합물의 정렬 상태를 전환할 수 있도록 광변조층에 적절한 전계를 인계할 수 있다. 상기 전계의 방향은 수직 또는 수평 방향, 예를 들어, 광변조층의 두께 방향 또는 면 방향일 수 있다.
상기 도전층은 예를 들어, 투명 전도성 층일 수 있으며, 상기 투명 전도성 층은 예를 들어, 전도성 고분자, 전도성 금속, 전도성 나노와이어 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등의 금속 산화물 등을 증착하여 형성될 수 있다. 이외에도 투명 전도성 층을 형성할 수 있는 다양한 소재 및 형성 방법이 공지되어 있고, 이를 제한 없이 적용할 수 있다.
상기와 같은 광변조 디바이스는 다양한 용도에 적용될 수 있다. 광변조 디바이스가 적용될 수 있는 용도에는, 윈도우 또는 선루프 등과 같은 건물, 용기 또는 차량 등을 포함하는 밀폐된 공간의 개구부나 아이웨어(eyewear) 등이나 창호용, OLED(organic light emitting device)의 차광판 등이 예시될 수 있다. 상기에서 아이웨어의 범위에는, 일반적인 안경, 선글라스, 스포츠용 고글 내지는 헬멧 또는 가상 현실 또는 증강 현실 체험용 기기 등과 같은 웨어러블 기기 등, 관찰자가 렌즈를 통하여 외부를 관찰할 수 있도록 형성된 모든 아이 웨어가 포함될 수 있다.
본 출원의 광변조 디바이스가 적용될 수 있는 대표적인 용도에는 차량용 선루프가 있을 수 있다.
하나의 예시에서 상기 광변조 디바이스는, 그 자체로서 차량용 선루프일 수 있다. 예를 들면, 적어도 하나 이상의 개구부가 형성되어 있는 차체를 포함하는 자동차에 있어서 상기 개구부에 장착된 상기 광변조 디바이스 또는 차량용 선루프를 장착하여 사용될 수 있다.
선루프는, 차량의 천장에 존재하는 고정된 또는 작동(벤팅 또는 슬라이딩)하는 개구부(opening)로서, 빛 또는 신선한 공기가 차량의 내부로 유입되도록 하는 기능을 할 수 있는 장치를 통칭하는 의미일 수 있다. 본 출원에서 선루프의 작동 방식은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 수동으로 작동하거나 또는 모터로 구동할 수 있으며, 선루프의 형상, 크기 또는 스타일은 목적하는 용도에 따라 적절히 선택될 수 있다. 예를 들어, 선루프는 작동 방식에 따라 팝-업 타입 선루프, 스포일러(tile & slide) 타입 선루프, 인빌트 타입 선루프, 폴딩 타입 선루프, 탑-마운트 타입 선루프, 파노라믹 루프 시스템 타입 선루프, 제거 가능한 루프 패널즈(t-tops 또는 targa roofts) 타입 선루프 또는 솔라 타입 선루프 등이 예시될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
본 출원의 예시적인 선루프는 본 출원의 상기 광변조 디바이스를 포함할 수 있고, 이 경우 광변조 디바이스에 대한 구체적인 사항은 상기 광변조 디바이스의 항목에서 기술한 내용이 동일하게 적용될 수 있다.
본 출원은 광변조 디바이스에 대한 것이다. 본 출원은, 투과율 가변 특성 등의 광학 특성 및 기계적 물성 등이 우수하면서도 차단 모드에서 전 방위의 광 누설이 제어되고, 레인보우(rainbow) 현상이나 연신 무늬 등의 외관 불량도 제어되어 다양한 용도로 적용 가능한 광변조 디바이스를 제공할 수 있다.
도 1은 본 출원의 예시적인 광변조 디바이스의 모식도이다.
도 2는 굴절률 이방성을 평가하기 위한 방법을 보여주는 도면이다.
도 3은 실시예 1의 광변조 디바이스에 대해 레인보우 현상 유무를 테스트한 결과이다.
도 4는 비교예 1의 광변조 디바이스에 대해 레인보우 현상 유무를 테스트한 결과이다.
도 5는 비교예 2의 광변조 디바이스에 대해 레인보우 현상 유무를 테스트한 결과이다.
도 2는 굴절률 이방성을 평가하기 위한 방법을 보여주는 도면이다.
도 3은 실시예 1의 광변조 디바이스에 대해 레인보우 현상 유무를 테스트한 결과이다.
도 4는 비교예 1의 광변조 디바이스에 대해 레인보우 현상 유무를 테스트한 결과이다.
도 5는 비교예 2의 광변조 디바이스에 대해 레인보우 현상 유무를 테스트한 결과이다.
이하 실시예를 통하여 본 출원을 구체적으로 설명하지만, 본 출원의 범위가 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
평가예 1. 외관 품질 테스트
레인보우(rainbow) 현상 및 연신무늬 발생 여부는, 백-라이트유닛(back-light unit) 상에 직교 편광자를 놓은 후, 상기 직교 편광자 상에 실시예 및 비교예의 광변조 디바이스를 올려놓고, 측면에서 육안 관찰하였다.
평가예 2. 차단 모드일 때의 투과율 측정
차단 모드(전압 미인가, 0V)일 때의 투과율을 헤이즈미터(NDH5000SP, 세코스社)를 이용하여, ASTM D1003규격에 따라 측정하였다.
구체적으로, 적분구 내의 측정 대상에 380nm 내지 780nm 파장의 광을 입사시키면, 입사된 광은 측정 대상에 의하여 확산광(DT, 확산되어 출광된 모든 광의 합)과 직진광(PT, 확산광을 배제한 정면 방향의 출광)으로 분리된다. 상기 확산광과 직진광을 적분구 내에서 수광 소자에 집광시켜 각각 측정할 수 있다. 즉, 상기 과정에 의해서 전체 투과광(TT)은 상기 확산광(DT)과 직진광(PT)의 총합(DT+PT)으로 규정될 수 있다. 상기 전체 투과광은 전체 투과율을 의미한다.
평가예 3. 면내 위상차 평가
고분자 필름 등의 면내 위상차(Rin)는 Agilent사의 UV/VIS spectroscope 8453 장비를 이용하여 측정하였다(550 nm 파장 기준). UV/VIS spectroscope에 2장의 편광자를 투과축이 서로 직교하도록 설치하고, 상기 2장의 편광자 사이에 고분자 필름 등을 그 지상축이 2장의 편광자의 투과축과 각각 45도를 이루도록 위치시킨 후, 파장에 따른 투과율를 측정하였다. 파장에 따른 투과율 그래프에서 각 피크(peak)들의 위상 지연 차수(Phase retardation order)를 구하였다. 구체적으로, 파장에 따른 투과율 그래프에서 파형은 하기 수식 A를 만족하고, 사인(Sine) 파형에서 최대 피크(Tmax) 조건은 하기 수식 B을 만족한다. 수식 A에서 λmax인 경우, 수식 A의 T와 수식 B의 T는 동일하기 때문에 수식을 전개한다. n+1, n+2 및 n+3에 대해서도 수식을 전개하고, n과 n+1 수식을 정리해서 R을 소거하여 n을 λn 및 λn+1 수식으로 정리하면, 하기 수식 C가 도출된다. 수식 A의 T와 수식 B의 T가 동일함에 근거하여 n과 λ를 알 수 있으므로 각 λn, λn+1, λn+2 및 λn+3 대해 R을 구한다. 4 포인트에 대해 파장에 따른 R값의 직선 추세선을 구하고 550 nm의 파장의 광에 대한 R 값을 산정한다. 직선 추세선의 함수는 Y=ax+b이고, a 및 b는 상수이다. 상기 함수의 x에 550nm를 대입했을 때의 Y 값이 550 nm 파장의 광에 대한 Rin 값이다.
[수식 A]
T = sin2[(2πR/λ)]
[수식 B]
T = sin2[((2n+1)π/2)]
[수식 C]
n = (λn -3λn+1)/(2λn+1 +1-2λn)
상기에서 R은 면내 위상차(Rin)를 의미하고, λ는 파장을 의미하고, n은 사인파형의 꼭지 차수를 의미한다.
평가예 4. 각 층의 두께
광변조층의 두께는 스페이서의 높이와 일치하며, 상기 스페이서의 높이는 측정 장비(Optical profiler, Nano system社, Nano View-E1000)를 사용하여 확인하였다. 또한, 광학 이방성층의 두께도 상기 측정 장비(Optical profiler, Nano system社, Nano View-E1000)를 사용하여 확인하였다.
한편, 편광층, 위상차 필름 및 접착제층(또는 점착제층)의 두께는 디지메틱 두께 게이지(547, 미쓰도요社)를 이용하여 측정하였다.
평가예 5. 광변조층(액정층) 또는 광학 이방성층의 굴절률 이방성 및 평균 굴절률 평가
광변조층 또는 광학 이방성층의 굴절률 이방성(△n) 및 평균 굴절률은 Abbe 굴절계를 사용하여 다음의 방식으로 평가한다. Abbe 굴절계의 Measuring Prism과 illumination Prism의 면에 수직배향막을 코팅하고, 측정하고자 하는 대상을 Measuring Prism에 도포한 후에 illumination Prism으로 덮어주면, 두 계면의 수직배향력에 의해 광변조층, 위상차 필름 또는 광학 이방성층은 수직으로 배향된다. 이 때 상기 과정에서 광변조층에 적용되는 액정 화합물은, 이색성 염료 등 다른 물질과 혼합되지 않은 액정 화합물만이다.
그 후, 도 2에 나타난 바와 같이 접안렌즈쪽(grounded 부)에 선형 편광판을 적용하여 광(light)을 조사하여 관측하면, 도 2에 나타난 것과 같은 θe 및 θo를 구할 수 있고, Measuring prism의 굴절률(np)과 상기 각도(θe 및 θo)를 통해 이상 굴절률(ne=npsinθe)과 정상 굴절률(no=npsinθo)을 구할 수 있다. 여기에서, 그 차이(ne-no)가 굴절률 이방성으로 규정될 수 있으며, 그 평균값((ne+no)/2)이 평균 굴절률로 규정될 수 있다. . 상기 측정 시의 기준 파장은 대략 550nm이다.
실시예 1.
제 1 및 제 2 기판으로, 각각 두께 80㎛, 145㎛인 연신 PET(Polyethylene terephthalate)필름(SKC社)을 사용하여 디바이스를 제작하였다. 상기 제 1 기판은 550nm 파장의 광에 대한 면내 위상차가 약 9,000nm 정도이고, 상기 제 2 기판은 550nm 파장의 광에 대한 면내 위상차가 약 10,000nm 정도였다.
상기 제 1 기판의 일면 상에 -C 플레이트 재료를 바 코팅한 후 약 130℃에서 20분 간 경화시켜 약 2㎛ 두께의 광학 이방성층을 형성하고, 이어서 상기 광학 이방성층 상에 ITO(Indium Tin Oxide)막(도전층)을 증착하였다. 상기 광학 이방성층의 550nm 파장의 광에 대한 두께 방향 위상차는 대략 -220nm 정도이고, 굴절률 이방성은 대략 0.1 이며, 평균 굴절률은 1.65였다. 여기서 -C 플레이트 재료는 테레프탈산, 이소프탈산 및 2,2'-비스(트리플루오로메틸)-4,4'-바이페닐다이아민을 중합한 폴리아미드를 디메틸아세트아마이드 용액에 대해 대략 5.3중량%로 배합하여 준비하였다.
이어서, 상기 ITO막 상에 수직 배향력을 가지는 실리콘 점착제(Shinetsu社, KR3700)를 바 코팅한 후 약 150℃에서 10분 간 경화시켜 약 10㎛ 두께의 점착제층을 형성하였다(제 1 고분자 필름 기판).
상기 제 2 기판의 일면에 우선 ITO(Indium Tin Oxide)막(도전층)을 증착하고, 상기 ITO막 상에 셀 갭(Cell gap) 유지를 위한 정사각형 격벽 형태의 스페이서(피치: 350㎛, 높이: 6㎛, 선폭: 10㎛, 면적 비율: 9%)를 형성하였다. 그 후, 광변조층(액정층)의 초기 배향제어를 위해 대략 100nm 두께의 폴리이미드계 수직 배향막(SE-5661LB3, Nissan社)을 형성한 후, 러빙 포로 러빙 처리하였다. 이 때 러빙 방향은 제 1 및 제 2 기판의 지상축에 대해 수직이 되도록 하였다(제 2 고분자 필름 기판).
이어서, 상기 제 1 고분자 필름 기판의 점착제층과 제 2 고분자 필름 기판의 수직 배향막이 대향하도록 배치하고(Cell gap: 6㎛), 그 내부에 액정 물질을 주입한 후에 라미네이션 공정을 통하여 디바이스를 제작하였다. 상기 액정 물질로는, 굴절률 이방성(△n)이 대략 0.07이고, 평균 굴절률이 대략 1.58인 음의 유전율 이방성을 가지는 액정 화합물(MAT-19-1261, Merck社)에 키랄 도펀트(S811, Merck社)를 배합한 조성물을 사용하였다. 이 때, 상기 키랄 도펀트는 상기 액정 화합물 100 중량부에 대해 약 0.58 중량부 배합하여, 키랄 피치(chiral pitch)가 대략 20㎛ 정도가 되도록 하였다.
이어서, 상기 제 1 기판의 광학 이방성층이 형성되지 않은 면에 제 1 편광층을 부착하고, 상기 제 2 기판의 ITO막(도전층)이 형성되지 않은 면에 제 2 편광층을 부착하였다. 상기 제 1 및 제 2 편광층으로는 일반적인 PVA 편광층을 사용하였으며 그 두께는 각각 140㎛였다.
상기 배치 시에는 제 1 및 제 2 기판의 지상축이 서로 수평하고, 제 1 및 제 2 편광층의 흡수축이 서로 수직하며, 상기 제 1 편광층의 흡수축이 상기 제 1 및 제 2 고분자 필름의 지상축에 수평하도록 배치하였다. 또한, 수직 배향막의 러빙 방향과 상기 제 2 고분자 필름의 지상축이 서로 수직하도록 배치하였다.
그 결과, 제 1 편광층/제 1 기판/-C 플레이트/ITO막/점착제층/광변조층(액정층)/수직 배향막/ITO막/제 2 기판/제 2 편광층의 구조를 가지는 광변조 디바이스가 형성되었다.
실시예 1에 의해 형성된 광변조 디바이스에 대해 외관 품질 테스트를 실시한 결과, 레인보우(rainbow) 현상 및 연신무늬의 발생이 없는 것을 확인하였으며, 이를 도 3 에 나타내었다.
비교예 1.
제 1 및 제 2 기판으로, 두께가 각각 145㎛이고, 550nm 파장의 광에 대한 면내 위상차가 각각 약 10,000nm 정도인 연신 PET(Polyethylene terephthalate)필름(SKC社)을 동일하게 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 제조하였다.
비교예 1에 의해 형성된 광변조 디바이스에 대해 외관 품질 테스트를 실시한 결과, 레인보우(rainbow) 현상 및 연신무늬가 관찰되었으며, 이를 도 4 에 나타내었다.
비교예 2.
제 1 및 제 2 기판으로, 두께가 각각 80㎛이고, 550nm 파장의 광에 대한 면내 위상차가 각각 약 9,000nm 정도인 연신 PET(Polyethylene terephthalate)필름(SKC社)을 동일하게 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 제조하였다.
비교예 2에 의해 형성된 광변조 디바이스에 대해 외관 품질 테스트를 실시한 결과, 레인보우(rainbow) 현상 및 연신무늬가 관찰되었으며, 이를 도 5 에 나타내었다.
101, 102: 제 1, 제 2 편광층
201, 202: 제 1, 제 2 기판
400: 접착제층 또는 점착제층
500: 액정 배향막
300: 광변조층
800: 스페이서
700: 광학 이방성층
G: 셀 갭
201, 202: 제 1, 제 2 기판
400: 접착제층 또는 점착제층
500: 액정 배향막
300: 광변조층
800: 스페이서
700: 광학 이방성층
G: 셀 갭
Claims (17)
- 각각 제 1 표면과 제 2 표면을 가지고, 서로 대향 배치된 제 1 및 제 2 기판; 및
상기 제 1 및 제 2 기판의 사이에 존재하는 광변조층을 포함하며,
하기 수식 1의 K가 0 초과 0.5 이하의 범위 내인 광변조 디바이스:
[수식 1]
수식 1의 K에서, Rin,A 는 550nm 파장의 광에 대한 상기 제 1 기판의 면내 위상차를 의미하고, Rin,B 는 550nm 파장의 광에 대한 상기 제 2 기판의 면내 위상차를 의미하며, max(Rin,A, Rin,B)는 Rin,A 또는 Rin,B 중 더 큰 값을 의미하고, 상기 면내 위상차는 하기 수식 4로 계산되는 값이다:
[수식 4]
Rin = d × (nx - ny)
수식 4에서 Rin은 상기 면내 위상차이고, d는 상기 제 1 기판 또는 제 2 기판의 두께이며, nx는 상기 제 1 기판 또는 제 2 기판의 지상축 방향의 굴절률이고, ny는 상기 제 1 기판 또는 제 2 기판의 진상축 방향의 굴절률이다. - 제 1 항에 있어서, 제 1 및 제 2 기판은 550nm 파장의 광에 대한 면내 위상차가 3000nm 이상인 광변조 디바이스.
- 제 1 항에 있어서, 제 1 및 제 2 기판은 하기 수식 2의 P의 값이 0.3 이상인 광변조 디바이스:
[수식 2]
수식 2의 P에서, WA 는 제 1 기판의 두께를 의미하고, WB 는 제 2 기판의 두께를 의미하며, min(WA, WB)는 WA 또는 WB 중 더 작은 값을 의미한다. - 제 1 항에 있어서, 제 1 기판의 제 1 표면에는 접착제층 또는 점착제층이 형성되어 있고, 제 2 기판의 제 1 표면에는 액정 배향막이 형성되어 있으며, 상기 제 1 및 제 2 기판은 서로의 제 1 표면이 대향하도록 배치되어 있는 광변조 디바이스.
- 제 4 항에 있어서, 접착제층 또는 점착제층은 실리콘 접착제층 또는 실리콘 점착제층인 광변조 디바이스.
- 제 4 항에 있어서, 제 1 기판에는 액정 배향막이 형성되어 있지 않은 광변조 디바이스.
- 제 4 항에 있어서, 액정 배향막은 수직 배향막인 광변조 디바이스.
- 제 1 항에 있어서, 광변조층과 제 1 기판 사이 또는 광변조층과 제 2 기판 사이 중 적어도 하나에 광학 이방성층을 포함하는 광변조 디바이스.
- 제 1 항에 있어서, 제 1 기판 또는 제 2 기판의 제 2 표면 중 하나 이상의 표면에 형성된 편광층을 추가로 포함하는 광변조 디바이스.
- 제 1 항에 있어서, 제 1 및 제 2 기판은 각각 비등방성 필름이고, 상기 제 1 및 제 2 기판의 지상축은 서로 수평인 광변조 디바이스.
- 제 1 항에 있어서, 제 1 및 제 2 기판의 간격이 격벽 형상의 스페이서로 유지되어 있는 광변조 디바이스.
- 제 11 항에 있어서, 스페이서는 사각형, 삼각형 또는 허니콤 격벽 형상인 광변조 디바이스.
- 제 1 항에 있어서, 광변조층은 액정 화합물을 포함하는 광변조 디바이스.
- 제 1 항에 있어서, 광변조층은, 수직 배향 모드와 수평 트위스티드 모드의 사이를 스위칭할 수 있도록 형성되어 있는 광변조 디바이스.
- 제 14 항에 있어서, 수직 배향 모드가 초기 상태에서 구현되도록 광변조층이 형성되어 있는 광변조 디바이스.
- 제 14 항에 있어서, 광변조층의 두께 d와 트위스티드 모드의 피치 p의 비율 d/p는 1 이하인 광변조 디바이스.
- 제 1 항에 있어서, 제 1 및 제 2 기판은 서로 다른 두께를 가지는 광변조 디바이스.
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| KR20220014692A (ko) | 2022-02-07 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20200729 |
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| PG1501 | Laying open of application | ||
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| PA0201 | Request for examination |
Patent event code: PA02012R01D Patent event date: 20220927 Comment text: Request for Examination of Application Patent event code: PA02011R01I Patent event date: 20200729 Comment text: Patent Application |
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| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20231114 Patent event code: PE09021S01D |
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| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| PE0701 | Decision of registration |
Patent event code: PE07011S01D Comment text: Decision to Grant Registration Patent event date: 20240429 |
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| PG1601 | Publication of registration |