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KR102680215B1 - 편광 가변 소자 - Google Patents

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KR102680215B1
KR102680215B1 KR1020200045738A KR20200045738A KR102680215B1 KR 102680215 B1 KR102680215 B1 KR 102680215B1 KR 1020200045738 A KR1020200045738 A KR 1020200045738A KR 20200045738 A KR20200045738 A KR 20200045738A KR 102680215 B1 KR102680215 B1 KR 102680215B1
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김진홍
이현준
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주식회사 엘지화학
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Abstract

본 출원은 편광 가변 소자에 관한 것이다. 본 출원의 편광 가변 소자는 응답 속도가 빠르며, 편광도 및 투과율의 가변 특성이 우수하다. 이러한 편광 가변 소자는 투과도 가변 특성이 요구되는 다양한 건축용 또는 차량용 소재나, 증강 현실 체험용 또는 스포츠용 고글, 선글라스 또는 헬멧 등의 아이웨어(eyewear)를 포함하는 다양한 용도에 적용될 수 있다.

Description

편광 가변 소자{Polarizing variable device}
본 출원은 편광 가변 소자에 관한 것이다.
본 출원은 2019년 4월 18일자 한국 특허 출원 제10-2019-0045486호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된　모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
상용화 되어있는 대표적인 투과도 가변 소자는 포토크로믹(photochromic) 소자이다. 포토크로믹 소자는 가변 범위가 우수한 대신 응답속도가 느리다는 단점이 있고, 포토크로믹의 경우 특정 UV 파장에 반응하여 착색되는 소자이므로 적정 에너지 이상의 해당 파장이 없는 환경에서는 변색이 일어나지 않으므로 사용자가 원할 때 가변되지 않는다는 단점 및 사용자가 원하는 밝기 수준을 조절할 수 없음으로 인하여 시장 확장성에 제약을 받고 있다.
또한, 현재 야외용 아이웨어(eyewear)의 주된 용도 중의 하나가 반사광에 의한 눈부심을 저감하기 위한 용도가 많다. 반사광은 편광의 특성을 가지게 되며, 이러한 반사광 저감을 위해 편광 선글라스가 사용화 되고 있다. 그러나 편광 선글라스의 경우 상황에 따른 투과도 수준 조절이 가능하지 않은 단점이 있다.
특허문헌 1: 대한민국 특허공개공보 제2015-0037790호
본 출원은 응답 속도가 빠르며, 편광도 및 투과율의 가변 특성이 우수한 편광 가변 소자를 제공한다.
본 출원은 편광 가변 소자에 관한 것이다. 본 명세서에서 편광 가변 소자는 외부 에너지의 인가에 따라, 예를 들어, 전압의 인가 유무에 따라, 편광도를 조절할 수 있는 소자를 의미할 수 있다.
상기 편광 가변 소자는 포토크로믹(photochromic) 층 및 게스트호스트 액정(Guest Host Liquid Crystal) 층을 포함할 수 있다. 이하, 게스트호스트 액정층을 GHLC 층으로 호칭할 수 있다. 상기 GHLC 층은 액정 및 이방성 염료를 포함할 수 있다. 상기 GHLC 층은 전압의 인가에 따라 수평 배향 상태와 수직 배향 상태의 사이를 스위칭할 수 있다.
GHLC 소자는 전기적으로 가변되고 중간 계조 구현이 가능하며, 응답속도가 빠른 특성을 가질 수 있다. 이러한 GHLC 소자에 포토크로믹 소자를 적용하여 일정 투과도까지 가변 수준이 빠르고 사용자가 투과도 가변 수준을 조절 가능한 편광 가변 소자를 제공할 수 있다. 또한, 적용되는 GHLC 소자의 편광 가변 수준을 극대화하여 편광도 및 투과도가 가변되는 소자를 구현할 수 있다.
상기 포토크로믹 층과 GHLC 층은 서로 중첩되어 포함되어 있을 수 있다. 상기 포토크로믹 층을 투과한 광은 GHLC 층으로 입사될 수 있고, 반대로 GHLC 층을 투과한 광은 포토크로믹 층으로 입사될 수 있다. 도 1은 상기와 같이 서로 중첩되어 있는 포토크로믹 층 (100)과 GHLC 층 (200)의 상태를 모식적으로 나타낸 도면이다. 이러한 구조는 본 명세서에서 하이브리드 편광 가변 소자로 호칭할 수 있다.
본 명세서에서 포토크로믹 층은 광 조사에 의하여 착색되거나 변색되고, 광이 제거되면 원래 색으로 돌아가는 특성을 갖는 층을 의미할 수 있다. 예를 들어, 포토크로믹 층은 광 조사에 따라 투과도를 가변할 수 있다. 상기 포토크로믹 층은 광이 조사되지 않은 상태에서 380nm 내지 780nm 파장의 평균 투과도가 상대적으로 높은 상태(클리어 상태)를 구현할 수 있고, 광이 조사된 상태에서 380nm 내지 780nm 파장의 평균 투과도가 상대적으로 낮은 상태(다크 상태)를 구현할 수 있다.
하나의 예시에서, 포토크로믹 층은 자외선의 조사에 따라 투과도를 가변할 수 있다. 상기 자외선은 UVA 영역의 자외선일 수 있다. 상기 자외선은, 200nm 내지 450nm, 구체적으로 300 nm 내지 380 nm 파장 범위 내의 자외선일 수 있다. 상기 포토크로믹 층의 투과도를 변화시키기 위해서는 적정 세기의 자외선의 조사가 필요할 수 있다. 상기 자외선의 세기는 예를 들어 1 mJ/cm2 내지 200 mJ/cm2 범위 내일 수 있고, 구체적으로, 10 mJ/cm2 이상, 30 mJ/cm2 이상, 50 mJ/cm2 이상, 70 mJ/cm2 이상, 90 mJ/cm2 이상, 110 mJ/cm2 이상, 130 mJ/cm2 이상 또는 150 mJ/cm2 이상일 수 있고, 200 mJ/cm2 이하일 수 있다.
포토크로믹 층은 포토크로믹 물질을 포함할 수 있다. 포토크로믹 물질은 특정 파장의 빛에 노출되면 화합 물질의 결합 상태가 변하여 흡수 스펙트럼 내지 투과 스펙트럼이 다른 이성질체가 생성되면서 물질의 색을 변화할 수 있다. 포토크로믹 현상은 전자기 방사의 흡수에 의한 두 형태 간의 화학 종의 가역 변환이다. 포토크로믹 물질은 특정 파장 범위의 빛을 흡수하여 화학 변화가 발생하여 흡수 내지 투과 스펙트럼이 변화된다. 상기 포토크로믹 물질에 따라 흡수 내지 투과 스펙트럼의 변화는 다를 수 있지만, 주로 300nm 내지 800nm 범위 내의 파장에서, 광 조사(광 흡수) 전후의 투과도 내지 흡광도가 변화한다.
하나의 예시에서, 상기 포토크로믹 층은 식 1을 만족할 수 있다. 포토크로믹 층이 식 1을 만족하는 경우 편광도 및 투과율의 가변 특성이 우수한 편광 소자를 구현하는데 유리할 수 있다.
[식 1]
A-B ≥ 50%
식 1에서 A는 △Tmax 파장에서의 자외선 조사 전의 포토크로믹 층의 투과도(%)이고, B는 △Tmax 파장에서의 자외선 조사 후의 포토크로믹 층의 투과도(%)이며, △Tmax 파장은 포토크로믹 층에 자외선 조사 전과 후의 투과도 차이가 가장 큰 지점의 파장을 의미한다.
A-B 값은 구체적으로 55% 이상 또는 60% 이상일 수 있고, A-B 값의 상한은 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어, 100% 이하 또는 99% 이하일 수 있다.
△Tmax 파장은 포토크로믹 물질에 따라 달라질 수 있지만, 예를 들어, △Tmax 파장은 300nm 내지 800nm, 380nm 내지 780nm 범위, 400nm 내지 700nm, 500nm 내지 600nm 범위 내일 수 있다.
포토크로믹 물질은 유기 염료 분자를 포함할 수 있다. 포토크로믹 물질은, 예를 들어, 스피로피란(spiropyran) 화합물, 스피로옥사진(spiroxazine) 화합물, 풀기드(fulguide) 화합물, 크로멘(chromene) 화합물, 나프토피란(naphthopyran) 화합물, 비스이미다졸(bis imidazole) 화합물, 아조벤젠(azobenzenes) 화합물, 트리아릴메탄(triarylmethanes) 화합물, 스틸벤(stilbenes) 화합물, 아자스틸벤(azastilbenes) 화합물, 니트론(nitrones) 화합물, 퀴논(quinones) 화합물 및 디아릴에텐스(diarylethenes) 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종의 화합물 또는 2종 이상의 화합물의 혼합물을 포함할 수 있다. 포토크로믹 물질로는 원하는 착색 또는 변색에 따라 상기 화합물을 적절히 선택하여 사용할 수 있다.
상기 편광 가변 소자는, 상기 포토크로믹 층의 일면에는 배치된 기판을 더 포함할 수 있다. 상기 기판은 포토크로믹 층의 게스트호스트 액정층을 향하는 반대 면에 배치될 수 있다. 상기 기판의 두께는 예를 들어, 0.3 T 내지 1.0 T 범위 내일 수 있다. 상기 편광 가변 소자는, 상기 포토크로믹 층의 다른 일면에 배치된 기재층을 더 포함할 수 있다. 상기 포토크로믹 층의 다른 일면은, 포토크로믹 층의 기판이 배치된 면의 반대 면을 의미할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 포토크로믹 층은 상기 기판의 일면에 직접 코팅되어 형성될 수 있다. 이 경우 상기 포토크로믹 층은 상기 기판의 일면에 접할 수 있다(구조 1). 도 2는 구조 1의 편광 소자를 예시적으로 나타낸다. 포토크로믹 층(100)은 기판(101)의 일면에 직접 형성되어 있다. 제 1 전극필름(201)과 제 2 전극필름(202)의 사이에 GHLC 층(200)이 배치되어 GHLC 셀을 형성하며, 접착제(300)를 매개로 포토크로믹 층(100)과 제 1 전극필름(201)이 접합되어 있을 수 있다. 후술하는 바와 같이 제 1 전극 필름과 제 2 전극 필름의 GHLC 층을 향하는 면에는 각각 제 1 배향막과 제 2 배향막이 형성되어 있을 수 있다.
다른 하나의 예시에서, 상기 포토크로믹 층은 기재층의 일면에 직접 코팅되어 형성된 후 접착제를 매개로 상기 기판에 부착될 수 있다. 이 경우 상기 포토크로믹 층의 일면은 상기 기재층의 일면에 접하고 다른 일면은 상기 접착제의 일면에 접할 수 있다(구조 2). 도 3은 구조 2의 편광 소자를 예시적으로 나타낸다. 포토크로믹 층(100)은 기재층(102)의 일면에 직접 형성되어 있고, 접착제(301)를 매개로 기판(101)과 포토크로믹 층(100)은 접합되어 있을 수 있다. 제 1 전극필름(201)과 제 2 전극필름(202)의 사이에 GHLC 층(200)이 배치되어 GHLC셀을 형성하며, 접착제(302)를 매개로 기재층(102)과 제 1 전극필름(201)이 접합되어 있을 수 있다. 후술하는 바와 같이 제 1 전극 필름과 제 2 전극 필름의 GHLC 층을 향하는 면에는 각각 제 1 배향막과 제 2 배향막이 형성되어 있을 수 있다.
상기 기재층 내지 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 기재층 내지 기판을 사용할 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니다.
구조 2를 갖는 편광 가변 소자에 있어서, 기판은 예를 들어 폴리카보네이트를 포함하고, 기재층은 예를 들어 TAC을 포함할 수 있다. TAC 기재층은 UV 파장을 차단하는 기능을 가질 수 있다. 구조 2를 갖는 편광 소자의 경우, 포토크로믹 층의 변색에 필요한 UV는 포토크로믹 층까지 도달할 수 있고, UV에 취약한 이색성 염료(GHLC 층에 포함)에는 TAC 기재층에 의해 UV가 차단되므로 내구성 확보 측면에서 바람직할 수 있다.
본 명세서에서 용어 「GHLC 층」은, 액정 분자의 배열에 따라 이방성 염료가 함께 배열되어, 이방성 염료의 정렬 방향과 상기 정렬 방향의 수직한 방향에 대하여 각각 비등방성 광 흡수 특성을 나타내는 기능성 층을 의미할 수 있다. 예를 들어, 이방성 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. 이하 특별한 언급이 없는 한 이방성 염료는 p형 염료인 것으로 가정한다.
상기 GHLC 층은 능동형 편광자(Active Polarizer)로 기능할 수 있다. 본 명세서에서 용어 「능동형 편광자(Active Polarizer)」는 외부 작용 인가에 따라 비등방성 광흡수를 조절할 수 있는 기능성 소자를 의미할 수 있다. 예를 들어 GHLG 층은 액정 분자 및 이방성 염료의 배열을 조절함으로써 상기 이방성 염료의 배열 방향과 평행한 방향의 편광 및 수직한 방향의 편광에 대한 비등방성 광 흡수를 조절할 수 있다. 액정 분자 및 이방성 염료의 배열은 자기장 또는 전기장과 같은 외부 작용의 인가에 의하여 조절될 수 있으므로, GHLC 층은 외부 작용 인가에 따라 비등방성 광 흡수를 조절할 수 있다.
상기 액정 분자의 종류 및 물성은 본 출원의 목적을 고려하여 적절히 선택될 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 액정 분자는 네마틱(nematic) 액정 또는 스멕틱(smectic) 액정일 수 있다. 네마틱 액정은 막대 모양의 액정 분자가 위치에 대한 규칙성은 없으나 액정 분자의 장축 방향으로 평행하게 배열되어 있는 액정을 의미할 수 있고, 스멕틱 액정은 막대 모양의 액정 분자가 규칙적으로 배열하여 층을 이룬 구조를 형성하며 장축 방향으로 규칙성을 가지고 평행하게 배열되어 있는 액정을 의미할 수 있다. 본 출원의 일 실시예에 의하면 상기 액정 분자로는 네마틱 액정을 사용할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 액정 분자는 비반응성 액정 분자일 수 있다. 비반응성 액정 분자는, 중합성기를 가지지 않는 액정 분자를 의미할 수 있다. 상기 중합성기로는, 아크릴로일기, 아크릴로일옥시기, 메타크릴로일기, 메타크릴로일옥시기, 카복실기, 히드록시기, 비닐기 또는 에폭시기 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되지 않고, 중합성기로서 알려진 공지의 관능기가 포함될 수 있다.
상기 액정 분자의 굴절률 이방성은 목적 물성, 예를 들어, 편광도 내지 투과도 가변 특성을 고려하여 적절히 선택될 수 있다. 본 명세서에서 용어 「굴절률 이방성」은 액정 분자의 이상 굴절률(extraordinary refractive index)과 정상 굴절률(ordinary refractive index)의 차이를 의미할 수 있다. 상기 액정 분자의 굴절률 이방성은 예를 들어 0.01 내지 0.3일 수 있다. 상기 굴절률 이방성은 0.01 이상, 0.05 이상 또는 0.07 이상일 수 있고, 0.3 이하, 0.2 이하, 0.15 이하 또는 0.13 이하일 수 있다. 액정 분자의 굴절률 이방성이 상기 범위 내인 경우 편광도 내지 투과도 가변 특성이 우수한 편광 소자를 제공할 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 범위 내에서 액정 분자의 굴절률이 낮을수록 투과도 가변 특성이 우수한 편광 소자를 제공할 수 있다.
상기 액정 분자의 유전율 이방성은 목적하는 액정셀의 구동 방식을 고려하여 양의 유전율 이방성 또는 음의 유전율 이방성을 가질 수 있다. 본 명세서에서 용어「유전율 이방성」은 액정 분자의 이상 유전율(εe, extraordinary dielectric anisotropy, 장축 방향의 유전율)과 정상 유전율(εo, ordinary dielectric anisotropy, 단축 방향의 유전율)의 차이를 의미할 수 있다. 액정 분자의 유전율 이방성은 예를 들어 ±40 이내, ±30 이내, ±10 이내, ±7 이내, ±5 이내 또는 ±3 이내의 범위 내일 수 있다. 액정 분자의 유전율 이방성을 상기 범위로 조절하면 광 변조 소자의 구동 효율 측면에서 유리할 수 있다.
상기 이방성 염료는 게스트 물질로서 GHLC 층에 포함될 수 있다. 이방성 염료는, 예를 들면, 호스트 물질(액정 분자)의 배향에 따라서 편광 가변 소자의 투과율을 제어하는 역할을 할 수 있다. 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 「이방성 염료」는 상기 가시광 영역의 적어도 일부 또는 전체 범위에서 광의 이방성 흡수가 가능한 물질을 의미할 수 있다.
상기 이방성 염료로는, 예를 들면, 소위 호스트 게스트(host guest) 효과에 의해 액정 분자의 정렬 상태에 따라 정렬될 수 있는 특성이 있는 것으로 알려진 공지의 염료를 선택하여 사용할 수 있다. 이러한 이방성 염료의 예로는, 소위 아조 염료, 안트라퀴논 염료, 메틴 염료, 아조메틴 염료, 메로시아닌 염료, 나프토퀴논 염료, 테트라진 염료, 페닐렌 염료, 퀴터릴렌 염료, 벤조티아다이아졸 염료, 다이케토피롤로피롤 염료, 스쿠아레인 염료 또는 파이로메텐 염료 등이 있으나, 본 출원에서 적용 가능한 염료가 상기에 제한되는 것은 아니다. 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 아니다.
상기 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.
상기 GHLC 층의 이방성 염료의 함량은 본 출원의 목적을 고려하여 적절히 선택될 수 있다. 예를 들어, GHLC 층의 이방성 염료의 함량은 0.1 중량% 이상, 0.25 중량% 이상, 0.5 중량% 이상, 0.75 중량% 이상, 1 중량% 이상, 1.25 중량% 이상 또는 1.5 중량% 이상일 수 있다. GHLC 층의 이방성 염료의 함량의 상한은, 예를 들면, 5.0 중량% 이하, 4.0 중량% 이하, 3.0 중량% 이하, 2.75 중량% 이하, 2.5 중량% 이하, 2.25 중량% 이하, 2.0 중량% 이하, 1.75 중량% 이하 또는 1.5 중량% 이하일 수 있다. GHLC 층의 이방성 염료의 함량이 상기 범위를 만족하는 경우 투과도 내지 편광도 가변 특성이 우수한 편광 가변 소자를 제공할 수 있다.
상기 GHLC 층 내에서 상기 액정 분자와 상기 이방성 염료의 합계 중량은, 예를 들면, 약 60 중량% 이상, 65 중량% 이상, 70 중량% 이상, 75 중량% 이상, 80 중량% 이상, 85 중량% 이상, 90 중량% 이상 또는 95 중량% 이상일 수 있고, 다른 예시에서는 약 100 중량% 미만, 98 중량% 이하 또는 96 중량% 이하일 수 있다.
상기 GHLC 층은 전압 인가 여부에 따라 배향 상태를 스위칭할 수 있다. 상기 GHLC 층은 전압의 인가에 따라, 수평 배향 상태와 수직 배향 상태의 사이를 스위칭할 수 있다. 상기 전압은 GHLC 층에 수직하는 방향으로 인가될 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 GHLC 층은 전압 미인가 시 수직 배향 상태로 존재할 수 있고 전압 인가 시 수평 배향 상태로 존재할 수 있다. 이러한 액정셀을 VA(Vertical Alignment) 모드 액정셀로 호칭할 수 있다. 다른 하나의 예시에서, 상기 GHLC 층은 전압 미인가 시 수평 배향 상태로 존재할 수 있고 전압 인가 시 수직 배향 상태로 존재할 수 있다. 이러한 액정셀을 ECB(Electrically controlled birefringence) 모드 액정셀로 호칭할 수 있다.
상기 수직 배향 GHLC 층 내에서 액정 분자들은 광축이 액정층의 평면에 대해 수직으로 배열된 상태로 존재할 수 있다. 예를 들어, 상기 액정 분자들의 광축은 GHLC 층의 평면에 대해 약 70도 내지 90도, 75도 내지 90도, 80도 내지 90도 또는 85도 내지 90도, 바람직하게는 90도의 각도를 이룰 수 있다. 상기 수직 배향 GHLC 층 내에서 액정 분자들의 광축은 서로 평행할 수 있고, 예를 들어, 0도 내지 10도, 0도 내지 5도, 바람직하게는 0도의 각도를 이룰 수 있다.
상기 수평 배향 GHLC 층 내에서 액정 분자들은 광축이 액정층의 평면에 대해 수평으로 배열된 상태로 존재할 수 있다. 예를 들어, 상기 액정 분자들의 광축은 GHLC 층의 평면에 대해 약 0도 내지 20도, 0도 내지 15도, 0도 내지 10도 또는 0도 내지 5도, 바람직하게는 0도의 각도를 이룰 수 있다. 상기 수평 배향 GHLC 층 내에서 액정 분자들의 광축은 서로 평행할 수 있고, 예를 들어, 0도 내지 10도, 0도 내지 5도, 바람직하게는 0도의 각도를 이룰 수 있다.
상기 GHLC 층의 두께는 각각 본 출원의 목적을 고려하여 적절히 선택될 수 있다. 상기 GHLC 층의 두께는 예를 들어 약 0.01㎛ 이상, 0.1㎛ 이상, 1㎛ 이상, 2㎛ 이상, 3㎛이상, 4㎛이상, 5㎛ 이상, 6㎛ 이상, 7㎛ 이상, 8㎛ 이상, 9㎛ 이상 또는 10㎛ 이상일 수 있다. 상기 GHLC 층의 두께의 상한은 예를 들어 약 30㎛이하, 25㎛ 이하, 20㎛ 이하 또는 15㎛ 이하일 수 있다. GHLC 층의 두께가 상기 범위를 만족하는 경우 투과도 내지 편광도 가변 특성이 우수한 편광 가변 소자를 제공할 수 있다.
상기 편광 가변 소자는 GHLC 층의 양면에 제 1 배향막 및 제 2 배향막을 포함할 수 있다. 상기 제 1 배향막 및/또는 제 2 배향막은 수직 배향막 또는 수평 배향막일 수 있다.
하나의 예시에서, GHLC 셀이 VA 모드로 구동되는 경우 제 1 배향막과 제 2 배향막은 각각 수직 배향막일 수 있다. 다른 하나의 예시에서, GHLC 셀이 ECB 모드로 구동되는 경우 제 1 배향막과 제 2 배향막은 각각 수평 배향막일 수 있다.
상기 편광 가변 소자는 전압 인가 여부에 따라 GHLC 층의 배향 상태를 조절함으로써 투과도 내지 편광도를 조절할 수 있다. GHLC 층의 배향 상태는 배향막의 프리틸트에 의해 조절할 수 있다.
본 명세서에서 프리틸트는 각도(angle)와 방향(direction)을 가질 수 있다. 상기 프리틸트 각도는 극각(Polar angle)으로 호칭할 수 있고, 상기 프리틸트 방향은 방위각(Azimuthal angle)으로 호칭할 수도 있다.
상기 프리틸트 각도는 액정 분자의 광축이 배향막과 수평한 면에 대하여 이루는 각도를 의미할 수 있다. 하나의 예시에서, 수직 배향막은 프리틸트 각도가 약 70도 내지 90도, 75도 내지 90도, 80도 내지 90도 또는 85도 내지 90도일 수 있다. 하나의 예시에서, 수평 배향막의 프리틸트 각도는 약 0도 내지 20도, 0도 내지 15도, 0도 내지 10도 또는 0도 내지 5도일 수 있다.
상기 프리틸트 방향은 액정 분자의 광축이 배향막의 수평한 면에 사영된 방향을 의미할 수 있다. 상기 프리틸트 방향은 상기 사영된 방향과 GHLC 층의 가로축(WA)이 이루는 각도일 수 있다. 본 명세서에서 상기 GHLC 층의 가로축(WA)은 GHLC 층의 장축 방향과 평행한 방향 또는 편광 가변 소자가 아이웨어 또는 TV 등의 디스플레이 장치에 적용되었을 때에 그 아이웨어를 착용한 관찰자 또는 디스플레이 장치를 관찰하는 관찰자의 양 눈을 연결하는 선과 평행한 방향을 의미할 수 있다.
상기 제 1 배향막과 제 2 배향막의 프리틸트 방향은 GHLC 층의 배향을 고려하여 적절히 조절될 수 있다. 하나의 예시에서, 전압 미인가시 수직 또는 수평 배향을 위해 제 1 배향막과 제 2 배향막의 프리틸트 방향은 서로 평행할 수 있다. 제 1 배향막과 제 2 배향막의 프리틸트 방향이 서로 평행인 경우, 제 1 배향막과 제 2 배향막의 프리틸트 방향은 서로 역평행(anti-parallel)일 수 있는데, 예를 들어, 서로 170도 내지 190도, 175도 내지 185도, 바람직하게 180도를 이룰 수 있다.
상기 배향막으로는 인접하는 액정층에 대하여 배향능을 가지는 것이라면 특별한 제한 없이 선택하여 사용할 수 있다. 상기 배향막으로는 예를 들어, 러빙 배향막과 같이 접촉식 배향막 또는 광배향막 화합물을 포함하여, 예를 들면, 직선 편광의 조사 등과 같은 비접촉식 방식에 의해 배향 특성을 나타낼 수 있는 것으로 공지된 광 배향막을 사용할 수 있다.
러빙 배향막 또는 광 배향막의 프리틸트 방향 및 각도를 조절하는 것은 공지이다. 러빙 배향막인 경우 프리틸트 방향은 러빙 방향과 평행할 수 있고, 프리틸트 각도는 러빙 조건 예를 들어 러빙 시의 압력 조건, 러빙 세기 등을 제어하여 달성할 수 있다. 광 배향막인 경우 프리틸트 방향은 조사되는 편광의 방향 등에 의해 조절될 수 있고, 프리틸트 각도는 광의 조사 각도, 광의 조사 세기 등에 의해 조절될 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 제 1 및 제 2 배향막은 각각 러빙 배향막일 수 있다. 제 1 배향막과 제 2 배향막의 배향 축이 이루는 각도는 10도 이하일 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 배향막의 러빙 방향이 서로 평행하도록 배치되는 경우, 상기 제 1 및 제 2 배향막의 러빙 방향은 서로 역평행(anti-parallel)일 수 있는데, 예를 들어, 서로 170도 내지 190도, 175도 내지 185도, 바람직하게 180도를 이룰 수 있다. 상기 러빙 방향은 프리틸트 각의 측정을 통해 확인할 수 있는데, 일반적으로 액정은 러빙 방향을 따라서 누우면서 프리틸트 각을 발생시키기 때문에, 프리틸트 각을 측정함으로써 상기 러빙 방향의 측정이 가능할 수 있다.
상기 편광 가변 소자는 GHLC 층의 양면에 제 1 전극필름 및 제 2 전극필름을 더 포함할 수 있다. 편광 가변 소자가 GHLC 층의 양면에 제 1 배향막과 제 2 배향막을 포함하는 경우, 제 1 전극필름 및 제 2 전극필름은 제 1 배향막과 제 2 배향막의 외측에 존재할 수 있다.
제 1 및 제 2 전극 필름은 각각 기재층 및 상기 기재층 상에 전극층을 포함할 수 있다.
상기 기재층으로는, 특별한 제한 없이 공지의 소재를 사용할 수 있다. 예를 들면, 유리 기재, 실리콘 기재 또는 플라스틱 필름 기재를 사용할 수 있다. 상기 기재는 광학적으로 등방성 기재이거나 또는 위상차 값을 갖는 광학적으로 이방성인 기재일 수 있다. 기재 층에는, 필요에 따라서 금, 은, 이산화 규소 또는 일산화 규소 등의 규소 화합물의 코팅층이나, 반사 방지층 등의 코팅층이 존재할 수도 있다.
상기 플라스틱 필름 기재로는, 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 필름 기재를 사용할 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 전극층은 GHLC 층 내의 액정 분자의 정렬 상태를 전환할 수 있도록 GHLC 층에 전계를 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.
상기 편광 가변 소자는 반사 방지층을 더 포함할 수 있다. 상기 반사 방지층은 GHLC 층의 일면에 배치될 수 있고, 예를 들어, GHLC 층의 포토크로믹 층이 배치된 면의 반대 면에 반사 방지층이 배치될 수 있다. 반사 방지층은 접착제를 매개로 GHLC 층에 부착되어 있을 수 있다. GHLC 층의 양면에 제 1 전극 필름과 제 2 전극 필름이 배치되는 경우에는, 반사 방지층은 접착제를 매개로 상기 제 2 전극 필름에 부착되어 있을 수 있다.
반사 방지층으로는 본 출원의 목적을 고려하여 공지의 반사 방지층을 사용할 수 있으며, 예를 들어 아크릴레이트 층을 사용할 수 있다. 반사 방지층의 두께는 예를 들어 200nm 이하 또는 100nm 이하일 수 있다.
상기 편광 가변 소자는 우수한 편광 가변 특성을 가질 수 있다. 야외 활동 시 노면, 수면 등에 의한 반사 광은 편광 성분을 가지고 있으므로 본 출원의 편광 가변 소자는 야외 활동 시 편광원의 차단 시 효과적일 수 있다.
상기 편광 가변 소자는 45% 내지 95% 범위, 55% 내지 95% 범위, 65% 내지 95% 범위, 75% 내지 95% 범위 또는 85% 내지 95% 범위 내의 편광도를 갖는 편광 상태와 0% 내지 10%의 편광도를 갖는 비 편광 상태의 사이를 스위칭할 수 있다. 상기 비 편광 상태의 편광도의 하한은 예를 들어, 0% 초과일 수 있고, 상한은 예를 들어 9% 이하, 8% 이하, 7% 이하, 6% 이하 또는 5% 이하일 수 있다.
편광 가변 소자가 편광 상태인 경우에 상기 포토크로믹 층에는 빛이 조사된 상태일 수 있고, 상기 GHLC 층은 수평 배향 상태일 수 있다. 상기 포토크로믹 층은 편광 상태에서 투과율이 60% 이하일 수 있다. 상기 포토크로믹 층은 편광 상태에서 투과율의 하한은 0% 초과, 1% 이상 또는 10% 이상일 수 있다.
편광 가변 소자가 비 편광 상태인 경우에 상기 포토크로믹 층에는 빛이 조사되지 않은 상태일 수 있고, 상기 GHLC 층은 수직 배향 상태일 수 있다. 상기 포토크로믹 층은 비 편광 상태에서 투과율이 80% 이상일 수 있다. 상기 포토크로믹 층은 비 편광 상태에서 투과율의 상한은 100% 이하 또는 100% 미만일 수 있다.
상기 편광 가변 소자는 편광 상태와 비 편광 상태에서 투과율 가변 특성도 우수할 수 있다. 상기 편광 가변 소자는 편광 상태에서 투과율이 15% 이하 또는 10% 이하일 수 있다. 상기 편광 가변 소자는 비 편광 상태에서 투과율이 35% 이상, 40% 이상, 45% 이상, 50% 이상, 55% 이상 또는 60% 이상일 수 있다.
상기 편광 가변 소자는 포토크로믹 층과 GHLC 층의 하이브리드 구조를 통해 상기와 같이 편광도 및 투과율 가변 특성이 우수할 수 있다.
상기 편광 가변 소자는 편광 상태와 비 편광 상태에서 각각 헤이즈가 10% 이하, 8% 이하, 6% 이하 또는 4% 이하일 수 있다. 따라서, 상기 편광 가변 소자는 투명 상태에서 편광도와 투과율을 가변할 수 있다. 또한, 포토크로믹 층과 GHLC 층도 편광 상태와 비 편광 상태에서 각각 헤이즈가 상기 범위 내일 수 있다.
상기 편광 가변 소자는 투과도 가변 특성이 요구되는 다양한 건축용 또는 차량용 소재나, 증강 현실 체험용 또는 스포츠용 고글, 선글라스 또는 헬멧 등의 아이웨어(eyewear)를 포함하는 다양한 용도에 적용될 수 있다.
본 출원의 편광 가변 소자는 응답 속도가 빠르며, 편광도 및 투과율의 가변 특성이 우수하다. 이러한 편광 가변 소자는 투과도 가변 특성이 요구되는 다양한 건축용 또는 차량용 소재나, 증강 현실 체험용 또는 스포츠용 고글, 선글라스 또는 헬멧 등의 아이웨어(eyewear)를 포함하는 다양한 용도에 적용될 수 있다.
도 1은 본 출원의 편광 가변 소자의 구조를 예시적으로 나타낸다.
도 2는 본 출원의 편광 가변 소자의 구조를 예시적으로 나타낸다.
도 3은 본 출원의 편광 가변 소자의 구조를 예시적으로 나타낸다.
도 4는 포토크로믹 층의 투과도 스펙트럼을 나타낸다.
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.
측정예 1. 투과율 및 헤이즈의 측정
헤이즈 및 투과율은 헤이즈미터(NDH-5000SP)를 이용하여, ASTM D1003 규격에 따라 측정하였다. 구체적으로, 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 헤이즈의 측정이 가능하다. 상기 과정에 의한 전체 투과광(TT)은 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. 하기 시험예에서 투과율은 상기 전체 투과광(TT)을 의미한다.
측정예 2. 편광도의 측정
자외가시광선분광계(V-7100, JASCO사)를 이용하여 550nm 파장에 대한 편광도를 측정하였다. 편광도(P)는 하기 수식 A에 따라 계산되는 수치이다.
[수식 A]
편광도(P) (%) = {(Tp - Tc)/(Tp + Tc)}1/2 × 100
수식 A에서 Tp는 편광 소자의 최대 투과율이고, Tc는 편광 소자의 최소 투과율이다. 수식 A에서 최대 투과율(Tp)은, 2장의 편광 소자를 중복시킨 상태에서 상기 각 편광 소자의 광 흡수축이 0도에서 360도의 범위의 각도를 이루도록 중복 상태를 각도 별로 스캔하면서 투과율을 측정하였을 때에 최대값을 나타내는 시점에서의 투과율이고, 최소 투과율(Tc)은 최소값을 나타내는 시점에서의 투과율이다. 상기 언급한 투과율(Tc, Tp)은, 약 550 nm의 광에 대하여 측정한 수치이다.
실시예 1. 편광 가변 소자 (A)
VA모드 GHLC셀 (A)
PC(polycarbonate polymer) 필름 상에 ITO(Indium Tin Oxide)층이 형성된 필름 기재(Tejin사 제품)를 준비하였다. 상기 필름 기재의 ITO층 면에 수직 배향막(SE-5661, Nissan사 제품)을 바코팅으로 코팅 후 120℃ 온도에서 1시간 동안 소성하여, 300nm 두께의 배향막을 얻었다. 상기 배향막을 러빙포를 이용하여 일 방향으로 러빙 처리하여 제 1 기판을 준비하였다.
제 1 기판과 동일한 필름의 ITO층 상에 높이가 9㎛이고, 직경이 15㎛인 컬럼 스페이서를 250㎛ 간격으로 배치하였다. 다음으로, 제 1 기판과 동일하게 수직 배향막을 형성한 후 러빙포를 이용하여 일 방향으로 러빙 처리하여 제 2 기판을 준비하였다.
GHLC 조성물로는 굴절률 이방성(△n)이 0.13이고, 음의 유전율 이방성을 갖는 액정과 이방성 염료를 포함하는 조성물(MAT-16-568, Merck)을 사용하였다.
제 2 기판의 배향막 표면 위 테두리에 실란트를 실 디스펜서(seal dispenser)로 그렸다. 제 2 기판의 배향막 상에 상기 GHLC 조성물을 도포한 후, 제 1 기판을 라미네이션하여 액정셀을 제조하였다. 이때, 제 1 기판의 배향막의 러빙 방향과 제 2 기판의 배향막의 러빙 방향은 역평행(anti-parallel)하도록 라미네이션하였다. 제조된 액정셀은, 셀 갭이 9㎛인 VA 모드 액정셀이다. 상기 VA 모드 액정셀의 제 2 기판의 일면에 OCA(LGC, V310)를 매개로 반사 방지층을 부착하였다.
포토크로믹층
두께 0.8T의 PC Plate에 포토크로믹 물질의 층이 코팅된 제품(ORDINA의 안경 렌즈부, OGK사 제품)을 준비하였다. 도 4는 상기 포토크로믹 층의 투과도 스펙트럼을 나타낸다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 포토크로믹층은 UV가 조사되지 않은 경우 가시광 영역에서 높은 투과율을 나타내며, UV가 조사되는 경우 소정 파장 영역에서 투과도가 낮아진다.
상기 VA모드 GHLC셀 (A)과 상기 포토크로믹층을 OCA(LGC, V310) 접착제를 매개로 부착하였다. 이때, 포토크로믹층과 VA모드 GHLC셀 (A)의 제 1 전극 필름이 서로 접하도록 부착하였다.
실시예 2. 편광 가변 소자 (B)
셀 갭을 15㎛로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1의 VA모드 GHLC셀 (A)와 동일한 방법으로 VA모드 GHLC셀 (B)를 제조하였다. 상기 VA모드 GHLC셀 (B)와 실시예 1에서 사용된 포토크로믹층을 OCA(LGC, V310) 접착제를 매개로 부착하였다. 이때, 포토크로믹층과 VA모드 GHLC셀 (B)의 제 1 전극 필름이 서로 접하도록 부착하였다.
실시예 3. 편광 가변 소자 (C)
셀 갭을 15㎛로 변경하고, GHLC 조성물로서, 액정(LC_ZGS8017, JNC) 및 이방성 염료(X12, BASF) 1 wt% 포함하는 조성물을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1의 VA모드 GHLC셀 (A)와 동일한 방법으로 VA모드 GHLC셀 (C)를 제조하였다. 상기 VA모드 GHLC셀 (C)와 실시예 1에서 사용된 포토크로믹층을 OCA(LGC, V310) 접착제를 매개로 부착하였다. 이때, 포토크로믹층과 VA모드 GHLC셀 (C)의 제 1 전극 필름이 서로 접하도록 부착하였다.
실시예 4. 편광 가변 소자 (D)
ECB모드 GHLC셀 (D)
PC(polycarbonate polymer) 필름 상에 ITO(Indium Tin Oxide)층이 형성된 필름 기재(Tejin사 제품)를 준비하였다. 상기 필름 기재의 ITO층 면에 수평 배향막(SE-7492, Nissan사 제품)을 바코팅으로 코팅 후 120℃ 온도에서 1시간 동안 소성하여, 300nm 두께의 배향막을 얻었다. 상기 배향막을 러빙포를 이용하여 일 방향으로 러빙 처리하여 제 1 기판을 준비하였다.
제 1 기판과 동일한 필름의 ITO층 상에 높이가 9㎛이고, 직경이 15㎛인 컬럼 스페이서를 250㎛ 간격으로 배치하였다. 다음으로, 제 1 기판과 동일하게 수평 배향막을 형성한 후 러빙포를 이용하여 일 방향으로 러빙 처리하여 제 2 기판을 준비하였다.
GHLC 조성물로는 액정(HPC2180, HCCH) 및 이방성 염료(X12, BASF) 1wt%를 포함하는 조성물을 사용하였다.
제 2 기판의 배향막 표면 위 테두리에 실란트를 실 디스펜서(seal dispenser)로 그렸다. 제 2 기판의 배향막 상에 상기 GHLC 조성물을 도포한 후, 제 1 기판을 라미네이션하여 액정셀을 제조하였다. 이때, 제 1 기판의 배향막의 러빙 방향과 제 2 기판의 배향막의 러빙 방향은 역평행(anti-parallel)하도록 라미네이션하였다. 제조된 액정셀은, 셀 갭이 9㎛인 ECB 모드 액정셀이다. 상기 ECB 모드 액정셀의 제 2 기판의 일면에 OCA(LGC, V310)를 매개로 반사 방지층을 부착하였다.
상기 ECB모드 GHLC셀 (D)와 실시예 1에서 사용된 포토크로믹층을 OCA(LGC, V310) 접착제를 매개로 부착하였다. 이때, 포토크로믹층과 ECB모드 GHLC셀 (D)의 제 1 전극 필름이 서로 접하도록 부착하였다.
비교예 1. VA모드 GHLC셀 (A)
실시예 1에서 제조된 VA모드 GHLC셀 (A)을 비교예 1로 준비하였다.
비교예 2. VA모드 GHLC셀 (B)
실시예 2에서 제조된 VA모드 GHLC셀 (B)을 비교예 2로 준비하였다.
비교예 3. VA모드 GHLC셀 (C)
실시예 3에서 제조된 VA모드 GHLC셀 (C)을 비교예 3으로 준비하였다.
비교예 4. ECB모드 GHLC셀 (D)
실시예 4에서 제조된 ECB모드 GHLC셀 (D)을 비교예 4로 준비하였다.
비교예 5. STN모드 GHLC셀 (E)
PC(polycarbonate polymer) 필름 상에 ITO(Indium Tin Oxide)층이 형성된 필름 기재(Tejin사 제품)를 준비하였다. 상기 필름 기재의 ITO층 면에 수평 배향막(SE-7492, Nissan사 제품)을 바코팅으로 코팅 후 120℃ 온도에서 1시간 동안 소성하여, 300nm 두께의 배향막을 얻었다. 상기 배향막을 러빙포를 이용하여 일 방향으로 러빙 처리하여 제 1 기판을 준비하였다.
제 1 기판과 동일한 필름의 ITO층 상에 높이가 6㎛이고, 직경이 15㎛인 컬럼 스페이서를 250㎛ 간격으로 배치하였다. 다음으로, 제 1 기판과 동일하게 수평 배향막을 형성한 후 러빙포를 이용하여 일 방향으로 러빙 처리하여 제 2 기판을 준비하였다.
GHLC 조성물로서 굴절률 이방성(△n)이 0.1이고, 양의 유전율 이방성을 갖는 액정(MDA-17-595, Merck) 및 이방성 염료(Merck)를 포함하는 GHLC 조성물에 키랄 도펀트(S811, Merck)를 0.519 중량%로 첨가한 액정 조성물을 사용하였다.
제 2 기판의 배향막 표면 위 테두리에 실란트를 실 디스펜서(seal dispenser)로 그렸다. 제 2 기판의 배향막 상에 상기 GHLC 조성물을 도포한 후, 제 1 기판을 라미네이션하여 액정셀을 제조하였다. 이때, 제 1 기판의 배향막의 러빙 방향과 제 2 기판의 배향막의 러빙 방향은 역평행(anti-parallel)하도록 라미네이션하였다. 제조된 액정셀은, 셀 갭이 6㎛인 360도 STN 모드 액정셀이다. 상기 STN 모드 액정셀의 제 2 기판의 일면에 OCA(LGC, V310)를 매개로 반사 방지층을 부착하였다.
비교예 6. 포토크로믹층
실시예 1에서 사용된 포토크로믹층을 비교예 6으로 준비하였다.
비교예 7. 편광 가변 소자 (E)
비교예 5의 STN모드 GHLC셀 (E)와 실시예 1에서 사용된 포토크로믹층을 OCA(LGC, V310) 접착제를 매개로 부착하였다. 이때, 포토크로믹층과 STN모드 GHLC셀 (E)의 제 1 전극 필름이 서로 접하도록 부착하였다.
평가예 1. 전기광학 특성 평가
비교예 1 내지 7 및 실시예 1 내지 4에 대하여 전기 광학 특성을 평가하고 그 결과를 하기 표 1 내지 표 5에 기재하였다.
비교예 1 내지 5의 GHLC셀에 대해서는, 전압 인가에 따른 투과율, 헤이즈 및 편광도를 측정하였다. 구체적으로 제 1 및 제 2 ITO층에 AC 전원을 연결하고 구동시키면서 전압의 인가 유무에 따른 투과율, 헤이즈 및 편광도를 측정하고 그 결과를 하기 표 1 내지 표 5에 기재하였다.
비교예 6의 포토크로믹 소자에 대해서는, UVA(300~380nm 파장)의 조사 에너지에 따른 투과율 및 헤이즈를 측정하고 그 결과를 하기 표 6에 기재하였다.
비교예 7 및 실시예 1 내지 4의 편광 가변 소자에 대해서는, GHLC셀에 전압 인가에 따라, 포토크로믹 층에는 150 mJ/cm2 의 UVA의 조사에 따라, 투과율, 헤이즈 및 편광도를 측정하고 그 결과를 하기 표 7 내지 표 11에 기재하였다.
투과율 및 헤이즈는 헤이즈미터(NDH5000SP, 세코스사제)를 이용하여 측정하였다. 상기 투과율 및 헤이즈는 380nm 내지 780nm 파장의 광에 대한 평균 투과율이다.
하기 표 1 내지 5 및 7 내지 11에서 응답 시간(Response Time)은 photo diode를 통하여 계측 하고, Normallize 하여 투과율 10%에서 90%에 해당하는 전이구간의 시간을 환산하여 계측한다.
비교예 1
VA모드 GHLC셀 (A)		 투과율(%) 헤이즈(%) 편광도(%)
0V 67.1% 1.0% <0.5%
15V 36.8% 1.3% 88.2%
응답시간 On/Off <100 ms
비교예 2
VA모드 GHLC셀 (B)		 투과율(%) 헤이즈(%) 편광도(%)
0V 61.5% <2% <4%
15V 32% <2% 79%
응답시간 On/Off <100 ms
비교예 3
VA모드 GHLC셀 (C)		 투과율(%) 헤이즈(%) 편광도(%)
0V 64.6% <2% <5%
15V 37% <2% 76.6%
응답시간 On/Off <100 ms
비교예 4
ECB모드 GHLC셀 (D)		 투과율(%) 헤이즈(%) 편광도(%)
0V 61.5% <2% <4%
15V 32% <2% 79%
응답시간 On/Off <100 ms
비교예 5
STN모드 GHLC셀 (E)		 투과율(%) 헤이즈(%) 편광도(%)
0V 27.0% 1.2% 38%
15V 70.5 0.9% <0.5%
응답시간 On/Off <100 ms
비교예 6
(포토크로믹층)		 투과율(%) 헤이즈(%)
UVA 조사 에너지
[mJ/cm2]		 0 90.2% 0.4%
32.7 43.3% 0.4%
89.0 20.1% 0.5%
150.2 15.4% 0.5%
비교예 7
(STN모드 GHLC셀 (E) +포토크로믹층)		 투과율(%) 헤이즈(%) 편광도(%)
0V_w/o UV 5% 1.8% 38%
15V_w/UV 67.8% 1.2% <2%
응답시간 On/Off <100 ms
실시예 1
(VA모드 GHLC셀 (A) +포토크로믹층)		 투과율(%) 헤이즈(%) 편광도(%)
0V_w/o UV 62% <2% <0.5%
15V_w/UV 6.5% <2% 88.2%
응답시간 On/Off <100 ms
실시예 2
(VA모드 GHLC셀 (B) +포토크로믹층)		 투과율(%) 헤이즈(%) 편광도(%)
0V_w/o UV 55% <2% <4%
15V_w/UV 5% <2% 79%
응답시간 On/Off <100 ms
실시예 3
(VA모드 GHLC셀 (C) +포토크로믹층)		 투과율(%) 헤이즈(%) 편광도(%)
0V_w/o UV 58% <2% <5%
15V_w/UV 6% <2% 76.6%
응답시간 On/Off <100 ms
실시예 4
(ECB모드 GHLC셀 (D) +포토크로믹층)		 투과율(%) 헤이즈(%) 편광도(%)
0V_w/o UV 6% <2% 80.4%
15V_w/UV 62% <2% <2%
응답시간 On/Off <100 ms
101: 기판
100: 포토크로믹 층
102: 기재층
300, 301, 302: 접착제층
200: GHLC층
201: 제 1 전극 필름
202: 제 2 전극 필름

Claims (15)

  1. 포토크로믹(photochromic) 층; 및
    액정 분자 및 이방성 염료를 포함하고, 전압의 인가에 따라 수평 배향 상태와 수직 배향 상태의 사이를 스위칭하는 게스트호스트 액정층을 포함하고,
    수평 배향 상태의 게스트호스트 액정층 내에서 액정 분자들의 광축은 서로 평행하며,
    포토크로믹 층은 식 1을 만족하는 편광 가변 소자:
    [식 1]
    A-B ≥ 50%
    식 1에서 A는 △Tmax 파장에서의 자외선 조사 전의 포토크로믹 층의 투과도(%)이고, B는 △Tmax 파장에서의 자외선 조사 후의 포토크로믹 층의 투과도(%)이며, △Tmax 파장은 포토크로믹 층에 자외선 조사 전과 후의 투과도 차이가 가장 큰 지점의 파장을 의미하고, △Tmax 파장은 500 nm 내지 600 nm 범위 내이다.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 포토크로믹 층은 자외선의 조사에 따라 투과도를 가변하는 포토크로믹 물질을 포함하는 편광 가변 소자.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 편광 가변 소자는 45% 내지 95% 범위 내의 편광도를 갖는 편광 상태와 0% 내지 10%의 편광도를 갖는 비 편광 상태의 사이를 스위칭하는 편광 가변 소자.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 편광 가변 소자는 편광 상태에서 투과율이 15% 이하이고, 비 편광 상태에서 투과율이 35% 이상인 편광 가변 소자.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 편광 가변 소자는 편광 상태와 비 편광 상태에서 각각 헤이즈가 10% 이하인 편광 가변 소자.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 포토크로믹 층은 편광 상태에서 투과율이 60% 이하인 편광 가변 소자.
  8. 제 4 항에 있어서, 상기 포토크로믹 층은 비 편광 상태에서 투과율이 80% 이상인 편광 가변 소자.
  9. 제 4 항에 있어서, 상기 액정 및 이방성 염료는 편광 상태에서 수평 배향된 상태로 존재하는 편광 가변 소자.
  10. 제 4 항에 있어서, 상기 액정 및 이방성 염료는 비 편광 상태에서 수직 배향된 상태로 존재하는 편광 가변 소자.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 게스트호스트 액정층의 양면에 제 1 배향막과 제 2 배향막을 더 포함하고, 상기 제 1 배향막의 배향 축과 상기 제 2 배향막의 배향 축이 이루는 각도는 10도 이하인 편광 가변 소자.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 게스트호스트 액정층의 양면에 제 1 전극 필름과 제 2 전극 필름을 더 포함하는 편광 가변 소자.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 포토크로믹 층의 일면에 배치된 기판을 더 포함하는 편광 가변 소자.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 포토크로믹 층의 다른 일면에 배치된 기재층을 더 포함하는 편광 가변 소자.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 게스트호스트 액정층의 일면에 반사방지층을 더 포함하는 편광 가변 소자.

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