KR20230079980A - 액정 공급 장치 및 스마트 윈도우의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 출원은 액정 공급 장치 및 스마트 윈도우의 제조 방법에 관한 것이다. 본 출의 액정 공급 장치는 튜브 내에서 액정의 상 변화 및 중량 변화를 억제할 수 있으며, 상기 액정 공급 장치는 스마트 윈도우의 제조 방법에 사용될 수 있다.
Description
본 출원은 액정 공급 장치 및 스마트 윈도우의 제조 방법에 관한 것이다.
스마트 윈도우는 빛의 투과율을 조절할 수 있는 윈도우로서, 스마트 블라인드, 전자 커튼, 투과도 가변 유리 또는 조광 유리 등으로도 불린다. 액정을 사용하는 스마트 윈도우는, 상부 기판과 하부 기판의 사이에 액정을 주입하는 방식이나 또는 ODF(One Drop Filling) 등의 공정을 통해 제조할 수 있다.
스마트 윈도우에 사용되는 액정은 외부 환경에 대해 안정적인 거동을 보이는 것으로 알려져 있으나, 액정 공급 장치에 사용되는 튜브의 소재에 따라 상 변화가 발생해 상온에서 더 이상 액체로서의 특성을 유지하지 못하고 고체로 변화되는 문제가 발생할 수 있다. 이와 더불어 액정의 중량의 변화도 나타날 수 있다. 상 변화가 발생하는 것은 전자기장에 의해 배향이 변화되는 액정 고유의 기능을 잃어버리게 되는 것을 의미할 수 있다. 중량이 변하는 것은 다양한 성분들로 구성된 액정 혼합물의 구성 성분 간에 비율이 변경되어 전기광학적인 특성이 변할 수 있는 것을 의미할 수 있다. 따라서, 액정의 상 변화와 중량 변화로 인해, 스마트 윈도우로서의 기능을 상실해 버릴 수 있다.
본 출원은 튜브 내에서 액정의 상 변화 및 중량 변화를 억제할 수 있는 액정 공급 장치 및 상기 액정 공급 장치를 사용한 스마트 윈도우의 제조 방법을 제공한다.
본 출원은 액정 용기, 액정 공급용 펌프, 액정 용기에서 액정 공급용 펌프로 액정 조성물을 이동시키기 위한 제 1 튜브 및 액정 공급용 펌프로부터 액정 조성물을 공급하기 위한 제 2 튜브를 포함하고, 상기 제 1 튜브 및 제 2 튜브는 각각 불소 튜브인 액정 공급 장치를 제공한다.
본 출원은 상기 액정 공급 장치를 사용하여 액정 조성물을 공급하는 단계를 포함하는 스마트 윈도우의 제조 방법을 제공한다.
본 출의 액정 공급 장치는 튜브 내에서 액정의 상 변화 및 중량 변화를 억제할 수 있으며, 상기 액정 공급 장치는 스마트 윈도우의 제조 방법에 사용될 수 있다.
도 1은 본 출원의 액정 공급 장치를 예시적으로 나타낸다.
도 2는 스마트 윈도우의 구조를 예시적으로 나타낸다.
도 2는 스마트 윈도우의 구조를 예시적으로 나타낸다.
도 1은 본 출원의 액정 공급 장치를 예시적으로 나타낸다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 상기 액정 공급 장치는 액정 용기(100), 액정 공급용 펌프(200), 액정 용기에서 액정 공급용 펌프로 액정 조성물을 이동시키기 위한 제 1 튜브 (301) 및 액정 공급용 펌프로부터 액정 조성물을 공급하기 위한 제 2 튜브(302)를 포함할 수 있다.
액정 용기(10)는 액정 조성물을 수납할 수 있다. 상기 액정 용기(10)는 액정의 화학적 안정성을 유지할 수 있는 글라스 용기 또는 테프론 코팅된 용기일 수 있다. 상기 테프론 코팅된 용기는, 액정 조성물과 닿는 내부가 테프론 코팅되어 있을 수 있다.
액정 용기(10)에는 액정 조성물(101)이 채워져 있을 수 있다. 상기 액정 조성물은 액체 상태의 액정 조성물일 수 있다.
액정 조성물은 액정 화합물을 포함할 수 있다. 액정 화합물의 종류는 특별히 제한되지 않고, 스마트 윈도우의 제작에 사용되는 것으로 알려진 공지의 액정 화합물을 적절히 선택하여 사용할 수 있다.
하나의 예시에서, 액정 조성물은 적어도 2 종류 이상의 액정 화합물을 포함할 수 있다. 따라서, 액정 공급 장치의 튜브 내에서 액정 조성물의 중량이 변하는 경우, 2 종류 이상의 액정 화합물 간의 함량이 변할 수 있어서, 액정 조성물로부터 목적하는 전기광학적인 특성을 얻지 못할 수 있다. 본 출원에 따르면, 후술하는 바와 같이 제 1 튜브와 제 2 튜브를 제어함으로써 중량 변화의 문제를 해결할 수 있다.
액정 화합물로는 외부 작용의 인가에 의하여 그 배향 방향이 변경될 수 있는 액정 화합물을 사용할 수 있다. 본 명세서에서 용어 『외부 작용』이란, 액정층 내 포함되는 물질의 거동에 영향을 줄 수 있는 외부에 모든 요인, 예를 들면 외부 전압 등을 의미할 수 있다. 따라서, 외부 작용이 없는 상태란, 외부 전압 등의 인가가 없는 상태를 의미할 수 있다.
액정 화합물의 종류 및 물성은 본 출원의 목적을 고려하여 적절히 선택될 수 있다. 하나의 예시에서, 액정 화합물은 네마틱(nematic) 액정 화합물 또는 스멕틱(smectic) 액정 화합물일 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.
네마틱 액정 화합물은 예를 들면, 약 40℃ 이상, 50℃ 이상, 60℃ 이상, 70℃ 이상, 80℃ 이상, 90℃ 이상, 100℃ 이상 또는 약 110℃ 이상의 등명점(clearing point)를 가지거나, 상기 범위의 상전이점, 즉 네마틱상에서 등방상으로의 상전이점을 가지는 것이 선택될 수 있다. 일 예시에서 상기 등명점 또는 상전이점은 약 160℃ 이하, 150℃ 이하 또는 약 140℃ 이하일 수 있다.
액정 화합물은 비반응성 액정 화합물일 수 있다. 비반응성 액정 화합물은, 중합성기를 갖지 않는 액정 화합물을 의미할 수 있다. 중합성기로는 아크릴로일기, 아크릴로일옥시기, 메타크릴로일기, 메타크릴로일옥시기 또는 에폭시기 등이 예시될 수 있다.
액정 화합물은 유전율 이방성이 양수 또는 음수일 수 있다. 액정 화합물의 유전율 이방성의 절대값은 본 출원의 목적을 고려하여 적절히 선택될 수 있다. 용어 「유전율 이방성(△ε)」은 액정의 수평 유전율(ε//)과 수직 유전율(ε⊥)의 차이(ε// - ε⊥)를 의미할 수 있다. 본 명세서에서 용어 수평 유전율(ε//)은 액정 화합물의 방향자와 인가 전압에 의한 전기장의 방향이 실질적으로 수평하도록 전압을 인가한 상태에서 상기 전기장의 방향을 따라 측정한 유전율 값을 의미하고, 수직 유전율(ε⊥)은 액정 화합물의 방향자와 인가 전압에 의한 전기장의 방향이 실질적으로 수직하도록 전압을 인가한 상태에서 상기 전기장의 방향을 따라 측정한 유전율 값을 의미한다. 액정 분자의 유전율 이방성은 5 내지 25 범위 내일 수 있다.
액정 화합물의 굴절률 이방성은 본 출원의 목적을 고려하여 적절히 선택될 수 있다. 본 명세서에서 용어 「굴절률 이방성」은 액정 화합물의 이상 굴절률(extraordinary refractive index)과 정상 굴절률(ordinary refractive index)의 차이를 의미할 수 있다. 액정 화합물의 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 조성물은 필요에 따라 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 첨가제로는 이색성 염료, 키랄제 등을 예시할 수 있다.
액정 조성물이 이색성 염료를 포함하는 경우, 상기 액정 조성물로부터 형성된 액정층의 광 투과도 가변 특성을 제어할 수 있다. 본 명세서에서 『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 가시광 영역의 적어도 일부 또는 전체 범위에서 광의 이방성 흡수가 가능한 물질을 의미할 수 있다.
액정 화합물 및 이색성 염료를 포함하는 액정층은 GHLC층(Guest host liquid crystal layer)으로 호칭할 수 있다. 본 명세서에서 GHLC층(Guest host liquid crystal layer)은, 액정 화합물의 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. 이하 특별한 언급이 없는 한 이색성 염료는 p형 염료인 것으로 가정한다.
이색성 염료로는 예를 들면, 소위 게스트 호스트 효과에 의해 액정 화합물의 정렬 상태에 따라 정렬될 수 있는 특성을 가지는 것으로 알려진 공지의 염료를 선택하여 사용할 수 있다. 이러한 이색성 염료의 예로는 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.
이색성 염료는 이색비(dichroic ratio), 즉 이색성 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.
액정 조성물 중의 이색성 염료의 함량은 본 출원의 목적을 고려하여 적절히 선택될 수 있다. 예를 들어, 액정 조성물 중의 이색성 염료의 함량은 0.2 중량% 이상일 수 있다. 상기 이색성 염료의 함량은 구체적으로 0.5 중량% 이상, 1 중량% 이상, 2 중량% 이상 또는 3 중량 이상일 수 있다. 상기 이색성 염료의 함량의 상한은 예를 들어 10 중량% 이하, 9 중량% 이하, 8 중량% 이하, 6 중량% 이하 또는 5 중량% 이하일 수 있다. 액정층의 이색성 염료의 함량이 지나치게 적은 경우 목적하는 투과도 가변 특성을 발현하기 어려울 수 있고, 액정층의 이색성 염료의 함량이 지나치게 많은 경우 석출의 우려가 있다. 따라서, 이색성 염료의 함량은 상기 범위 내인 것이 유리할 수 있다.
액정 조성물이 키랄제를 포함하는 경우, 상기 액정 조성물로부터 형성된 액정층은 트위스트 배향 상태를 구현할 수 있다. 상기 키랄제(chiral agent 혹은 chiral dopant)로는, 액정성, 예를 들면, 네마틱 규칙성을 손상시키지 않고, 목적하는 회전(twisting)을 유도할 수 있는 것이라면, 특별히 제한되지 않고 사용될 수 있다. 액정 화합물에 회전을 유도하기 위한 키랄제는 분자 구조 중에 키랄리티(chirality)를 적어도 포함할 필요가 있다. 키랄제로는, 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. 키랄제는 예를 들면 분자량이 1,500 이하인 저분자 화합물일 수 있다. 키랄제로는, 시판되는 키랄 네마틱 액정, 예를 들면, Merck사에서 시판되는 키랄 도판트 액정 S-811 또는 BASF사의 LC756 등을 사용할 수도 있다.
액정 조성물 중의 키랄제의 함량은 트위스트 배향 상태의 액정층에 목적하는 두께(d)와 피치(p)의 비율(d/p)을 달성할 수 있도록 선택될 수 있다. 상기 비율(d/p)은 예를 들어 0.5 이상 내지 20 범위 내일 수 있다. 일반적으로 키랄제의 함량(중량%)은 100/ HTP (Helixcal Twisting power) × 피치(p)(nm)의 수식으로 계산될 수 있다. 상기 HTP는 키랄 도펀트의 꼬임의 세기(Helixcal Twisting power)를 나타내며 단위는 ㎛-1일 수 있다. 상기 P는 트위스트 배향 상태의 액정의 피치(Pitch)일 수 있고, 단위는 ㎛일 수 있다. HTP 값은 Wedge cell을 이용한 계측 방법으로 측정할 수 있다. 또는, HTP 값은 통상적으로 액정과 키랄 도펀트의 공급 업체에서 제공받을 수 있다. 상기 방식을 참조하여 목적하는 피치를 고려하여 키랄 도펀트의 함량이 결정될 수 있다.
제 1 튜브(301)는 액정 용기(100)에 채워진 액정 조성물(101)을 액정 공급용 펌프(200)로 이동시키는 역할을 할 수 있다. 제 2 튜브(302)는 액정 공급용 펌프(200)로부터 액정 조성물을 스마트 윈도우 제조 설비(400)로 이동시키는 역할을 할 수 있다.
제 1 튜브의 일단부는 액정 용기에 담겨 있을 수 있고, 제 1 튜브의 타단부는 액정 공급용 펌프에 연결되어 있을 수 있다. 제 2 튜브의 일단부는 액정 공급용 펌프에 연결될 수 있고, 타단부는 스마트 윈도우의 제조 설비에 액정 조성물을 공급하기 위해, 노출되어 있을 수 있다. 상기 제 2 튜브의 액정 공급용 펌프에 연결되지 않은 단부에는 노즐이 장착되어 있을 수 있다.
제 1 튜브 및 상기 제 2 튜브는 각각 불소 튜브일 수 있다. 본 명세서에서 불소 튜브는 불소계 폴리머로부터 형성되는 튜브를 의미할 수 있다. 즉, 제 1 튜브 및 제 2 튜브의 소재는 불소계 폴리머일 수 있다. 불소계 폴리머는 불소를 포함하는 단량체의 중합체 및/또는 공중합체를 의미할 수 있다. 상기 제 1 튜브 및 제 2 튜브는 각각 동일한 불소계 폴리머로부터 형성된 것일 수 있고, 또는 서로 상이한 불소계 폴리머로부터 형성된 것일 수 있다. 본 출원에 따르면, 액정 공급 과정에서, 액정 화합물과 직접적으로 접촉하는 튜브의 소재를 특정함으로써, 액정 공급 과정에서 액정의 상 변화 및 중량 변화를 억제할 수 있다.
하나의 예시에서, 불소 튜브는 내화학성을 갖는 불소계 폴리머로부터 형성되는 튜브일 수 있다. 상기 불소 튜브는, 예를 들어, 바이톤(Viton) 또는 PTFE(Polytetrafluoroethylene)와 같은 내화학성을 갖는 불소계 폴리머로부터 형성되는 튜브일 수 있다. 바이톤(Viton)은 제 1 튜브 및 제 2 튜브에 유연성이 필요한 경우에 유리할 수 있다. PTFE(Polytetrafluoroethylene)는 액정 조성물을 보다 안정적으로 공급한다는 측면에서 유리할 수 있다.
액정과 직접적으로 접촉하는 튜브의 소재에 따른 액정의 상 변화 및 중량 변화를 확인하기 위해 다양한 소재의 튜브에 대하여 평가를 진행하였다. 아래 표 1의 소재의 튜브를 준비하고, 상기 튜브를 약 20 cm 길이로 재단하였다. 상기 튜브 내에 스마트 윈도우용 액정 조성물(3 종의 액정 화합물 포함) 적당량(0.3g) 채웠다. 상기 액정 조성물을 채운 튜브를 U자로 굽혀 튜브 내부에 채워진 액정 조성물이 새어나오지 않게 한 후 거치대에 올려놓았다. 일정 시간 경과 후, 액정의 상 변화 및 중량 변화를 평가하였다.
액정의 상 변화는 액체 상태에서 고체 상태로 변화하는 것을 의미하며, 튜브를 눌러 흐름성을 평가하고 튜브를 칼로 잘라내 액정의 상태를 육안으로 확인함으로써 평가하였다.
액정의 중량 변화를 평가하기 위해 액정을 채우기 전의 튜브의 무게(A), 액정을 채운 후의 튜브의 무게(B) 및 액정을 채운 후에 일정 시간 경과 후의 튜브의 무게(C)를 각각 측정하였다. (B-A)로부터 튜브에 채워진 액정의 초기 무게(D)를 도출하고, (C-B)로부터 튜브에 채워진 액정의 무게 변화량(E)을 도출한 후, (E/D)×100%로 계산되는 값을 액정의 중량 변화로 규정하였다. 중량 변화가 약 10% 이상인 경우 강 수준으로 평가하였고, 중량 변화가 약 2% 이상 내지 10% 미만인 경우 중 수준으로 평가하였으며, 중량 변화가 1% 이상 내지 2% 미만인 경우 약 수준으로 평가하였고, 중량 변화가 1% 미만인 경우 중량 변화 없음으로 평가하였다.
실리콘 계열의 튜브인 튜브 1 및 3의 경우 액정을 채운 직후 상 변화가 발생하기 시작였고 강 수준의 중량 변화도 관찰되었다. 반면, 불소계 폴리머 튜브(Viton 및 PTFE)는 3주간 1주 단위로 관찰한 경우에도 상 변화 및 중량 변화가 관찰되지 않았다. 튜브 내에서 액정의 상 변화 및 중량 변화는, 액정 조성물 내 휘발성이 높은 단분자 계열의 성분들이 공급 장치에서 접촉하는 소재와의 반응으로 휘발이 가속화되면서 발생하는 것으로 확인된다. 따라서, 액정 공급 장치의 튜브의 소재를 본원 발명과 같이 선택함으로써, 액정의 상 변화 및 중량 변화를 억제할 수 있다.
| 소재 | 구분 | 상 변화 | 중량 변화 | |
| 실리콘 튜브 | 튜브 1 | Masterflex사의 Silicone제품 | 발생 | 강 수준 |
| 튜브 2 | KAS사의 Silicone제품 | 미발생 | 중 수준 | |
| 튜브 3 | 중국산(Maker미상)사의 Silicone제품 | 발생 | 강 수준 | |
| Tygon 튜브 | 튜브4 | Saint-Gobain사의 2375 제품 | 미발생 | 중 수준 |
| 튜브 5 | Saint-Gobain~사의 3603 제품 | 미발생 | 중 수준 | |
| 불소 튜브 (Viton) |
튜브 6 | Masterflex사의 Viton 제품 | 미발생 | 약 수준 |
| 불소 튜브 (PTFE) |
튜브 7 | IXAK사의 PETE제품 | 미발생 | 중량 변화 없음 |
| 튜브 8 | iNexus사의 PETE 제품 | 미발생 | 중량 변화 없음 | |
상기 제 1 튜브(301) 및 제 2 튜브(302)의 사이즈는 본 출원의 목적을 손상시키지 않는 범위 내에서 적절히 선택될 수 있다. 하나의 예시에서, 제 1 튜브 및 제 2 튜브의 내부 직경은 각각 1.5 mm 내지 5 mm 범위 내일 수 있다. 하나의 예시에서, 제 1 튜브 및 제 2 튜브의 길이는 각각 10 m 이하일 수 있다. 제 1 튜브 및 제 2 튜브의 길이는 각각 1 cm 이상일 수 있다. 튜브의 사이즈가 상기 범위 내인 경우 액정 조성물을 원활히 이동시킬 수 있고, 액정 조성물의 상 변화 및 중량 변화를 억제하는데 유리할 수 있다.
액정 공급용 펌프(200)는 연동 펌프(Peristaltic Pump) 또는 정량 공급 장치일 수 있다. 정량 공급 장치로는 예를 들어 정량펌프 또는 잉크젯 등을 예시할 수 있다. 상기 연동 펌프(Peristaltic Pump)는 정밀 액상 공급에 유리할 수 있다. 제 1 튜브(301)의 일단부와 제 2 튜브(302)의 일단부는 각각 액정 공급용 펌프에 연결되어 있을 수 있다. 상기 펌프를 작동시킴으로써 액정 용기 내의 액정 조성물을 액정 공급용 펌프로 이동시킬 수 있고, 액정 공급용 펌프로부터 액정 조성물을 스마트 윈도우 제조 설비로 이동시킬 수 있다.
본 출원은 상기 액정 공급 장치를 사용하는 스마트 윈도우의 제조 방법에 관한 것이다. 본 출원의 액정 공급 장치를 사용하여 스마트 윈도우를 제조하는 경우, 스마트 윈도우의 제조 설비로 액정 조성물을 공급하는 과정에서 액정의 상 변화 및 중랑 변화가 발생하지 않으므로, 목적하는 액정 조성물의 전기광학 특성을 유지할 수 있고, 이를 통해 성능이 우수한 스마트 윈도우를 제공할 수 있다.
도 2는 상기 스마트 윈도우의 구조를 예시적으로 나타낸다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 스마트 윈도우는 제 1 기판(601), 액정층(500) 및 제 2 기판(602)을 순차로 포함할 수 있다. 제 1 기판(601), 액정층(500) 및 제 2 기판(602)을 포함하는 구성을 액정셀로 호칭할 수 있다. 액정 공급 장치로부터 공급되는 액정 조성물로부터 상기 액정층이 형성될 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 스마트 윈도우의 제조 방법은 제 1 기판 상에 상기 액정 공급 장치에 의하여 액정 조성물을 적하하는 단계 및 상기 제 1 기판 상에 제 2 기판을 합착하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 하나의 예시에서, 상기 스마트 윈도우의 제조 방법은 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 상기 액정 공급 장치에 의하여 액정 조성물을 주입하는 단계를 포함할 수 있다.
제 1 기판은 제 1 기재층 및 제 1 전극층을 포함할 수 있다. 제 1 전극층은 제 1 기재층의 일면에 형성될 수 있다. 제 2 기판은 제 2 기재층 및 제 2 전극층을 포함할 수 있다. 제 2 전극층은 제 2 기재층의 일면에 형성될 수 있다.
하나의 예시에서, 제 1 기재층 및 제 2 기재층은 각각 플렉서블 소자의 구현 측면에서 폴리머 필름일 수 있다. 폴리머 필름으로는, 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 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 제 1 기재층 및 제 2 기재층에는 필요에 따라서 금, 은, 이산화 규소 또는 일산화 규소 등의 규소 화합물의 코팅층이나, 반사 방지층 등의 코팅층이 존재할 수도 있다.
제 1 전극층과 제 2 전극층은 액정층 내에 포함되어 있는 물질이 입사하는 광을 투과 또는 차단시키도록, 외부 작용, 예를 들어, 전계의 인가를 부여하는 역할을 수행할 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 제 1 전극층 및/또는 제 2 전극층은 전도성 고분자, 전도성 금속, 전도성 나노 와이어 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등의 금속 산화물 등을 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 상부 및/또는 하부 제 2 전극층은, 예를 들면 상기 전도성 고분자, 전도성 금속, 전도성 나노 와이어 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등의 금속 산화물을 증착하여 형성한 것일 수 있다.
제 1 기판은 제 1 전극층의 일면에 형성된 제 1 배향막을 더 포함할 수 있다. 제 2 기판은 제 2 전극층의 일면에 형성된 제 2 배향막을 더 포함할 수 있다.
제 1 배향막 및/또는 제 2 배향막은 광 배향막 또는 러빙 배향막일 수 있다. 제 1 배향막 및/또는 제 2 배향막으로는 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 물질로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
제 1 배향막 및/또는 제 2 배향막은 액정층은 접하고 있을 수 있다. 제 1 배향막 및/또는 제 2 배향막은 수직 배향막 또는 수평 배향막일 수 있다. 본 명세서에서 『수평 배향막』은 인접하는 액정층 내에 존재하는 액정 화합물에 대한 수평 배향력을 부여하는 배향성 물질을 포함하는 층을 의미할 수 있다. 본 명세서에서 『수직 배향막』은 인접하는 액정층 내에 존재하는 액정 화합물에 대한 수직 배향력을 부여하는 배향성 물질을 포함하는 층을 의미할 수 있다. 수직 배향막에 대한 인접하는 액정 화합물의 프리틸트 각이 80도 내지 90도, 85도 내지 90도 또는 약 87도 내지 90도 범위 내일 수 있고, 수평 배향막에 대한 인접하는 액정 화합물의 프리틸트 각이 0도 내지 10도, 0도 내지 5도 또는 0도 내지 3도 범위 내일 수 있다.
스마트 윈도우는 제 1 기판과 제 2 기판의 간격을 유지하는 스페이서를 더 포함할 수 있다. 상기 스페이서는 제 1 기판 및 제 2 기판 중 어느 하나의 기판에 있어서, 전극층과 배향막 사이에 형성되거나 또는 배향막 상에 형성될 수 있다.
스페이서는 볼 형상, 기둥 형상 또는 격벽 형상을 가질 수 있다. 스페이서가 격벽 형상을 갖는 경우 액정셀의 높이 유지와 액정셀의 물리적인 강성 향상 측면에서 유리할 수 있다. 격벽은 하부 기판과 상부 기판 사이의 공간을 2개 이상의 공간으로 구획할 수 있다.
스페이서는는 경화성 수지를 포함할 수 있다. 경화성 수지의 종류는 특별히 제한되지 않고, 예를 들어 열 경화성 수지 또는 광 경화성 수지, 예를 들어 자외선 경화성 수지를 사용할 수 있다. 열 경화성 수지로는, 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 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 자외선 경화성 수지로는 대표적으로 아크릴 중합체, 예를 들어, 폴리에스테르 아크릴레이트 중합체, 폴리스티렌 아크릴레이트 중합체, 에폭시 아크릴레이트 중합체, 폴리우레탄 아크릴레이트 중합체 또는 폴리부타디엔 아크릴레이트 중합체, 실리콘 아크릴레이트 중합체 또는 알킬 아크릴레이트 중합체 등을 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
액정층은 인가되는 전압에 따라 배향 상태를 스위칭할 수 있다. 하나의 예시에서, 액정층에 전압이 인가되지 않은 상태에서 액정층은 제 1 배향 상태를 가질 수 있고, 액정층에 전압이 인가된 상태에서 액정층은 제 1 배향 상태와 다른 제 2 배향 상태를 가질 수 있다. 상기 제 1 배향 상태 및/또는 제 2 배향 상태로는 수평 배향 상태, 수직 배향 상태, 트위스트 배향 상태, 경사 배향 상태, 하이브리드 배향 상태 등을 예시할 수 있다.
본 명세서에서 『수평 배향 상태』는 액정층 내의 액정 화합물의 방향자가 상기 액정층의 평면에 대하여 대략 평행하게 배열된 상태이고, 예를 들면, 상기 액정층의 평면에 대하여 상기 방향자가 이루는 각도는, 예를 들어, 약 -10도 내지 10도 또는 -5도 내지 5도의 범위 내이거나, 대략 약 0도를 이룰 수 있다.
본 명세서에서 『수직 배향 상태』는 액정층 내의 액정 화합물의 방향자가 액정층의 평면에 대하여 대략 수직하게 배열된 상태이고, 예를 들면, 액정층의 평면에 대하여 상기 방향자가 이루는 각도는, 예를 들어, 약 80도 내지 100도 또는 85도 내지 95도의 범위 내이거나, 대략 약 90도를 이룰 수 있다.
본 명세서에서 『트위스트 배향 상태』는 액정층 내에서 액정 화합물들의 방향자가 가상의 나선축을 따라서 꼬이면서 층을 이루며 배향한 나선형의 구조를 의미할 수 있다. 상기 트위스트 배향 상태는, 수직, 수평 또는 경사 배향 상태에서 구현될 수 있는데, 즉, 수직 트위스트 배향 모드는 개개의 액정 화합물이 수직 배향된 상태로 나선축을 따라 꼬이면서 층을 이루는 상태이고, 수평 트위스트 배향 모드는 개개의 액정 화합물이 수평 배향된 상태로 나선축을 따라 꼬이면서 층을 이루는 상태이며, 경사 트위스트 배향 모드는 개개의 액정 화합물이 경사 배향된 상태로 나선축을 따라 꼬이면서 층을 이루는 상태이다.
본 명세서에서 『하이브리드 배향 상태』는 액정층 내의 액정 화합물의 방향자가 액정층 평면에 대해 이루는 각도인 틸트각이 액정층의 두께 방향을 따라 점진적으로 증가하거나 또는 감소하는 배향 상태를 의미할 수 있다.
액정층의 두께는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면 액정층의 두께는, 약 0.01㎛ ㎛이상, 0.05㎛ 이상, 0.1㎛ 이상, 0.5㎛ 이상, 1㎛ 이상, 1.5㎛ 이상, 2㎛ 이상, 2.5㎛ 이상, 3㎛ 이상, 3.5㎛ 이상, 4㎛ 이상, 4.5㎛ 이상, 5㎛ 이상, 5.5㎛ 이상, 6㎛ 이상, 6.5㎛ 이상, 7㎛ 이상, 7.5㎛ 이상, 8㎛ 이상, 8.5㎛ 이상, 9㎛ 이상 또는 9.5㎛ 이상일 수 있다. 상기 액정층의 두께의 상한은 특별히 제한되는 것은 아니며, 일반적으로 약 30 ㎛ 이하, 25 ㎛ 이하, 20 ㎛ 이하 또는 15 ㎛ 이하일 수 있다.
액정셀의 구동 모드는 필요에 따라 적절히 선택될 수 있다. 액정셀의 구동 모드로는 예를 들어, ECB(Electrically controlled birefringence) 모드, TN(Twisted Nematic) 모드, STN(Super Twisted Nematic) 모드, RTN(Reverse Twisted Nematic) 모드, RSTN(Reverse Super Twisted Nematic) 모드, HAN(Hybrid Aligned Nematic) 모드, Twisted HAN(Twisted Hybrid Aligned Nematic) 모드, Super twisted HAN(Super Twisted Hybrid Aligned Nematic) 모드, IPS(In-Plane Switching) 모드, VA(vertical alignment) 모드 등이 있다. 목적하는 액정셀의 구동 모드에 따라, 액정의 종류, 배향막의 종류, 첨가제의 종류 등이 적절히 선택될 수 있다.
상기 스마트 윈도우는 투과도가 상이한 적어도 2 상태 사이를 스위칭할 수 있다. 하나의 예시에서, 스마트 윈도우는 투과 및 차단 모드 상태의 사이를 스위칭할 수 있는 디바이스일 수 있다.
상기 투과 모드 상태에서의 스마트 윈도우는 투과율이 적어도 10% 이상, 15% 이상, 20% 이상, 25% 이상, 30% 이상, 35% 이상, 40% 이상, 45% 이상, 50% 이상, 55% 이상, 60% 이상, 65% 이상, 70% 이상, 75% 이상 또는 80% 이상 정도일 수 있다. 상기 투과 모드에서의 투과율은 다른 예시에서 100% 이하, 95% 이하, 90% 이하 또는 85% 이하 정도일 수도 있다. 그렇지만, 투과 모드에서의 투과율은 높을수록 유리하기 때문에, 그 상한이 특별히 제한되는 것은 아니다.
상기 차단 모드 상태에서 스마트 윈도우의 투과율은 60% 이하, 55% 이하, 50% 이하, 45% 이하, 40% 이하, 35% 이하, 30% 이하, 25% 이하, 20% 이하, 15% 이하, 10% 이하 또는 5% 이하일 수 있다. 상기 차단 모드에서의 투과율은 다른 예시에서 0% 이상, 5% 이상, 10% 이상, 15% 이상, 20% 이상 또는 25% 이상 정도일 수도 있다. 그렇지만, 차단 모드에서는 투과율이 낮을수록 유리하기 때문에, 상기 차단 모드 상태의 투과율의 하한은 특별히 제한되지 않는다.
상기 투과율은, 예를 들면, 직진광 투과율일 수 있다. 직진광 투과율은, 상기 스마트 윈도우로 입사한 광에 대한 상기 입사 방향과 동일 방향으로 투과된 광의 비율의 백분율이다. 예를 들어, 상기 스마트 윈도우가 필름 또는 시트 형태라면, 상기 필름 또는 시트 표면의 법선 방향과 나란한 방향으로 입사한 광 중에서 역시 상기 법선 방향과 나란한 방향으로 상기 스마트 윈도우를 투과한 광의 백분율을 상기 투과율로 정의할 수 있다.
상기 투과율은, 각각 가시광 영역, 예를 들면, 약 400 내지 700 nm 또는 약 380 내지 780 nm 범위 내의 어느 한 파장에 대한 투과율이거나, 상기 가시광 영역 전체에 대한 투과율이거나, 상기 가시광 영역 전체에 대한 투과율 중에서 최대 또는 최소 투과율이거나, 상기 가시광 영역 내의 투과율의 평균치일 수 있다.
스마트 윈도우는 필요에 따라, 액정셀 이외의 추가의 다른 구성을 포함할 수도 있다. 즉, 구동 모드에 따라서는 상기 액정셀 단독으로도 전술한 투과 모드와 차단 모드 간의 스위칭이 가능하지만, 이러한 모드의 구현 내지 스위칭을 용이하게 하기 위해서 추가적인 구성의 포함도 가능하다.
하나의 예시에서, 스마트 윈도우는, 상기 액정셀의 일측 또는 양측에 배치된 편광자(수동 편광자)를 추가로 포함할 수 있다. 하나의 예시에서, 스마트 윈도우는 제 1 편광자, 액정셀 및 제 2 편광자를 순차로 포함할 수 있다. 상기 제 1 및/또는 제 2 편광자는 접착제 또는 점착제를 매개로 액정셀에 부착될 수 있다. 상기 접착제 또는 점착제는 예를 들어 아크릴계, 에폭시계, 실리콘계, 에폭시계, 우레탄아크릴레이트계 접착제 또는 점착제를 사용할 수 있다.
본 명세서에서 용어 편광자는 편광 기능을 가지는 필름, 시트 또는 소자를 의미한다. 편광자는 여러 방향으로 진동하는 입사광으로부터 한쪽 방향으로 진동하는 광을 추출할 수 있는 기능성 소자이다.
상기 편광자는 흡수형 편광자 또는 반사형 편광자일 수 있다. 본 명세서에서 흡수형 편광자는 입사 광에 대하여 선택적 투과 및 흡수 특성을 나타내는 소자를 의미한다. 흡수형 편광자는, 예를 들어, 여러 방향으로 진동하는 입사 광으로부터 어느 한쪽 방향으로 진동하는 광은 투과하고, 나머지 방향으로 진동하는 광은 흡수할 수 있다. 반사형 편광자는 입사 광에 대하여 선택적 투과 및 반사 특성을 나타내는 소자를 의미한다. 반사형 편광자는, 예를 들어, 여러 방향으로 진동하는 입사 광으로부터 어느 한쪽 방향으로 진동하는 광은 투과하고, 나머지 방향으로 진동하는 광은 반사할 수 있다.
상기 흡수형 편광자로는, 예를 들어, PVA(poly(vinyl alcohol)) 연신 필름 등과 같은 고분자 연신 필름에 요오드를 염착한 편광지 또는 배향된 상태로 중합된 액정을 호스트로 하고, 상기 액정의 배향에 따라 배열된 이색성 염료를 게스트로 하는 게스트-호스트형 편광지를 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 반사형 편광자로는, 예를 들면, 소위 DBEF(Dual Brightness Enhancement Film)으로 공지되어 있는 반사형 편광자이나 LLC(Lyotropic liquid crystal)과 같은 액정 화합물을 코팅하여 형성되는 반사형 편광자를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 편광자는 선 편광자일 수 있다. 본 명세서에서 선 편광자는 선택적으로 투과하는 광이 어느 하나의 방향으로 진동하는 선 편광이고 선택적으로 흡수 또는 반사하는 광이 상기 선편광의 진동 방향과 수직하는 방향으로 진동하는 선편광인 경우를 의미한다. 흡수형 선 편광자인 경우 광 투과축과 광 흡수축은 서로 수직할 수 있다. 반사형 선 편광자인 경우 광 투과축과 광 반사축은 서로 수직할 수 있다.
상기 편광자의 일면 또는 양면에는 각각 보호필름, 반사방지필름, 위상차필름, 점착제층, 접착제층, 표면처리층 등이 추가로 형성되어 있을 수 있다. 위상차필름은 예를 들어 고분자 연신 필름 또는 액정 중합 필름일 수 있다.
상기 편광자의 550nm 파장의 광에 대한 투과율은 각각 40% 내지 50% 범위 내일 수 있다. 투과율은 550nm 파장의 광에 대한 편광자의 단체(Single) 투과율을 의미할 수 있다. 상기 편광자의 단체 투과율은, 예를 들면, 스펙트러미터(V7100, Jasco社제)를 사용하여 측정할 수 있다. 예를 들면, 편광자 시료(상부 및 하부 보호 필름 불포함)를 기기에 거치한 상태에서 air를 base line으로 설정하고, 편광자 시료의 축을 기준 편광자의 축과 수직 및 수평으로 정렬한 상태에서 각각의 투과율을 측정한 후에 단체 투과율을 계산할 수 있다.
하나의 예시에서, 제 1 편광자의 투과축과 제 2 편광자의 투과축은 서로 직교할 수 있다. 구체적으로, 상기 제 1 편광자와 제 2 편광자의 투과축이 이루는 각도는 약 80도 내지 약 100도 또는 약 85도 내지 약 95도를 이루거나, 대략 90도일 수 있다(직교 편광자).
상기 스마트 윈도우는 투과도 조절이 필요한 다양한 건축용 또는 차량용 소재나, 증강 현실 체험용 또는 스포츠용 고글, 선글라스 또는 헬멧 등의 아이웨이(eyewear)를 포함하는 다양한 용도에 적용될 수 있다. 하나의 예시에서 상기 스마트 윈도우는, 그 자체로서 차량용 선루프일 수 있다. 예를 들면, 적어도 하나 이상의 개구부가 형성되어 있는 차체를 포함하는 자동차에 있어서 상기 개구부에 장착된 상기 스마트 윈도우를 장착하여 사용할 수 있다.
100: 액정 용기, 101: 액정 조성물, 200: 액정 공급용 펌프, 301: 제 1 튜브, 302: 제 2 튜브, 400: 스마트 윈도우 제조 설비, 500: 액정층, 601: 제 1 기판, 602: 제 2 기판
Claims (11)
- 액정 용기, 액정 공급용 펌프, 액정 용기에서 액정 공급용 펌프로 액정 조성물을 이동시키기 위한 제 1 튜브 및 액정 공급용 펌프로부터 액정 조성물을 공급하기 위한 제 2 튜브를 포함하고, 상기 제 1 튜브 및 제 2 튜브는 각각 불소 튜브인 액정 공급 장치.
- 제 1 항에 있어서, 액정 용기에는 액체 상태의 액정 조성물이 채워져 있는 액정 공급 장치.
- 제 1 항에 있어서, 액정 용기는 글라스 용기 또는 테프론 코팅된 용기인 액정 공급 장치.
- 제 1 항에 있어서, 제 1 튜브의 일단부와 제 2 튜브의 일단부는 각각 액정 공급용 펌프에 연결된 액정 공급 장치.
- 제 1 항에 있어서, 불소 튜브는 내화학성을 갖는 불소계 폴리머로부터 형성되는 튜브인 액정 공급 장치.
- 제 1 항에 있어서, 불소 튜브는 바이톤(Viton) 또는 PTFE(Polytetrafluoroethylene)으로부터 형성되는 튜브인 액정 공급 장치.
- 제 1 항에 있어서, 제 1 튜브 및 제 2 튜브의 내부 직경은 각각 1.5 mm 내지 5 mm 범위 내인 액정 공급 장치.
- 제 1 항에 있어서, 제 1 튜브 및 제 2 튜브의 길이는 각각 1 cm 내지 10 m 범위 내인 액정 공급 장치.
- 제 1 항에 있어서, 액정 공급용 펌프는 연동 펌프(Peristaltic Pump) 또는 정량 공급 장치인 액정 공급 장치.
- 제 1 기판 상에 제 1 항의 액정 공급 장치에 의하여 액정 조성물을 적하하는 단계 및 상기 제 1 기판 상에 제 2 기판을 합착하는 단계를 포함하는 스마트 윈도우의 제조 방법.
- 제 10 항에 있어서, 제 1 기판은 제 1 기재층 및 제 1 전극층을 포함하고, 제 2 기판은 제 2 기재층 및 제 2 전극층을 포함하는 스마트 윈도우의 제조 방법.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20211129 |
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| PA0201 | Request for examination |
Patent event code: PA02012R01D Patent event date: 20230104 Comment text: Request for Examination of Application Patent event code: PA02011R01I Patent event date: 20211129 Comment text: Patent Application |
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| PG1501 | Laying open of application | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20240119 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: 20240627 |
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| PG1601 | Publication of registration |