KR102543072B1 - 액정 소자 - Google Patents
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Abstract
본 출원은 액정 소자에 대한 것이다. 본 출원의 액정 소자는 투과율 가변이 가능하고, 고온과 저온 사이를 변화하는 환경에도 하우징 내부 공간에 기포 생성이 저감되어 액정 소자의 외관 불량을 개선할 수 있다. 본 출원은 또한, 상기와 같은 액정 소자를 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 출원은 또한, 상기 액정 소자를 포함하는 광학 디바이스에 관한 것이다.
Description
본 출원은 액정 소자, 액정 소자의 제조 방법 및 상기 액정 소자를 포함하는 광학 디바이스에 관한 것이다.
액정 소자는 전압의 인가와 같은 외부 신호를 통해 액정의 배향을 스위칭시켜 광의 투과도를 조절할 수 있어서, 투과율 가변 소자로 사용될 수 있다. 이러한 액정 소자는, 각종 정보 장치의 디스플레이 장치는 물론 OLED(Organic Light Emitting Diode)용 차광판 또는 차량용 및 스마트 윈도우 등의 다양한 차광 제품에도 적용될 수 있다.
그러나, 액정 소자는 고온과 저온 사이를 변화하는 환경에서 액정 소자 내부에 기포가 생성될 수 있다. 이는 액정 소자의 외관 불량을 초래하게 된다.
따라서, 고온과 저온 사이를 변화하는 환경에서도 기포 생성에 의한 외관 불량 발생이 감소된 액정 소자가 요청된다.
본 출원은 고온과 저온 사이를 변화하는 환경에서도 하우징 내부 공간에 기포 생성이 저감되어 외관 불량 발생이 감소된 액정 소자를 제공하는 것이다. 본 출원은 또한, 상기와 같은 액정 소자를 제조하는 방법을 제공하는 것이다. 본 출원은 또한, 상기 액정 소자를 포함하는 광학 디바이스를 제공하는 것이다.
본 명세서에서 언급하는 물성 중에서 측정 온도가 그 결과에 영향을 미치는 경우에는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 해당 물성은 상온에서 측정한 물성이다. 용어 상온은 가온되거나 감온되지 않은 자연 그대로의 온도로서 통상 약 10°C 내지 30°C의 범위 내의 한 온도 또는 약 23°C 또는 약 25°C 정도이다. 또한, 본 명세서에서 특별히 달리 언급하지 않는 한, 온도의 단위는 ℃이다.
본 명세서에서 언급하는 물성 중에서 측정 압력이 그 결과에 영향을 미치는 경우에는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 해당 물성은 상압에서 측정한 물성이다. 용어 상압은 가압되거나 감압되지 않은 자연 그대로의 온도로서 통상 약 1 기압 정도를 상압으로 지칭한다.
본 출원은 액정 소자에 관한 것이다. 본 출원에 따른 액정 소자는 내부 공간을 형성하는 하우징 및 상기 내부 공간에 위치하는 액정층을 포함한다.
하나의 예로서, 본 출원에 따른 액정 소자는 하기 일반식 1을 만족한다.
[일반식 1]
0.85 ≤ V Ratio = VLC / Vs ≤ 1.2
상기 일반식 1에서, V Ratio는 상기 액정층의 부피 대비 상기 하우징 내부 공간의 부피의 비로서, VLC는 액정층의 부피이고, Vs는 하우징 내부 공간의 부피이며, 상기 액정층의 부피 및 하우징 내부공간의 부피는 -40℃ 내지 120℃ 범위내의 임의의 온도에서 45분 내지 75분 동안 유지시킨 후에 측정한 값이다.
상기 일반식 1에서, -40℃ 내지 120℃ 범위내의 임의의 온도는 예를 들면, 약 -40℃, -30℃, -20℃, -10℃, 0℃, 10℃, 20℃, 30℃, 40℃, 50℃, 60℃, 70℃, 80℃, 90℃, 100℃, 110℃ 또는 약 120℃를 의미할 수 있다. 또한, 상기 45분 내지 75분은 예를 들어 약 45분, 50분, 55분, 60분, 65분, 70분 또는 약 75분을 의미할 수 있다. 따라서 -40℃ 내지 120℃ 범위내의 임의의 온도에서 45분 내지 75분 동안 유지시킨 후에 측정한 값이란 일구체로서 약 -40℃에서 약 60 분 동안 유지시킨 후에 측정한 액정층 및 하우징 내부 공간의 부피를 의미할 수 있다. 다른예로 약 120℃에서 약 60 분 동안 유지시킨 후에 측정한 액정층 및 하우징 내부 공간의 부피를 의미할 수 있다.
액정층의 부피 또는 하우징 내부 공간의 부피 측정은 특별히 제한되지 않으며, 공지의 방법에 의해서 측정할 수 있다. 일예로 액정층의 부피는 액정층의 가로, 세로 및 높이를 공지의방법으로 측정하여 이들의 곱으로 계산된 값을 사용할 수 있다. 또한, 하우징 내부 공간의 부피는 하우징의 가로, 세로 및 높이를 공지의 방법으로 측정하여 이들의 곱으로 계산된 값을 사용할 수 있다.
상기 일반식 1에서, V Ratio은 다른 예로 약 0.85 이상, 0.86 이상, 0.87 이상, 0.88 이상, 0.89 이상 또는 약 0.90 이하일 수 있으며, 약 1.18 이하, 1.16 이하 또는 약 1.14 이하일 수 있다.
본 출원의 액정 소자가 상기 일반식 1을 만족하는 경우, 온도 변화에 따른 하우징 내부 공간에 기포가 발생되는 것을 현저히 감소 시킬 수 있고, 따라서 액정 소자의 외관 불량 발생을 감소시킬 수 있다.
하나의 예로서, 상기 내부 공간을 형성하는 하우징은 제 1 기재층, 상기 제 1 기재층과 대향 배치되어 있는 제 2 기재층 및 제 1 및 제 2 기재층의 외주면과 접촉하고 제 1 및 제 2 기재층의 간격을 유지하는 실런트 또는 스페이서를 포함할 수 있다.
도 1은 본 출원의 일 실시예에 따른 액정 소자를 예시적으로 나타낸다. 도 1 에 나타난 바와 같이, 액정소자는 제 1 기재층(11a), 상기 제 1 기재층과 대향 배치되어 있는 제 2 기재층(11b) 및 제 1 및 제 2 기재층의 외주면과 접촉하고 제 1 및 제 2 기재층의 간격을 유지하는 실런트(13)에 의해 내부 공간을 형성할 수 있다. 상기 내부 공간에는 액정층(12)이 위치할 수 있다. 한편, 상기 제 1 및 제 2의 표현이 기재층의 선후 내지는 상하 관계를 규정하는 것은 아니다.
하나의 예로서, 상기 내부 공간을 형성하는 하우징에 포함되는 제 1 및 제 2 기재층은 각각 길이 변화율(Lv)이 하기 일반식 2를 만족할 수 있다.
[일반식 2]
Lv = Lf/Li × 100 ≤ 120 %
상기 일반식 2에서, Lv는 기재층의 길이 변화율로서 Li는 25 ℃에서 측정한 기재층의 길이이고, Lf는 -40℃ 내지 120℃ 범위내의 임의의 온도에서 45분 내지 75분 동안 유지시킨 후에 측정한 기재층의 길이이다.
상기 일반식 2에서, 기재층은 가로 5mm, 세로 10mm 및 두께가 0.1mm의 크기로 재단된 시편을 의미할 수 있다.
상기 일반식 2에서, Lf의 길이 측정과 관련하여 -40℃ 내지 120℃ 범위내의 임의의 온도는 예를 들면, 약 -40℃, -30℃, -20℃, -10℃, 0℃, 10℃, 20℃, 30℃, 40℃, 50℃, 60℃, 70℃, 80℃, 90℃, 100℃, 110℃ 또는 약 120℃도를 의미할 수 있다. 또한, 상기 45분 내지 75분은 예를 들어 약 45분, 50분, 55분, 60분, 65분, 70분 또는 약 75분을 의미할 수 있다. 따라서 -40℃ 내지 120℃ 범위내의 임의의 온도에서 45분 내지 75분 동안 유지시킨 후에 측정한 값이란 일구체예로서 약 -40℃에서 약 60 분 동안 유지시킨 후에 측정한 기재층의 길이를 의미할 수 있다. 다른구체예로서 약 120℃에서 약 60 분 동안 유지시킨 후에 측정한 기재층의 길이를 의미할 수 있다.
상기 일반식 2에서, 제 1 및 제 2 기재층은 각각 길이 변화율(Lv)은 다른 예로, 약 120 % 이하, 118 % 이하, 116 % 이하, 114 % 이하 또는 약 112 % 이하일 수 있으며, 약 90 % 이상, 92 % 이상, 94 % 이상, 96 % 이상 또는 약 98 % 이상일 수 있다. 상기 길이 변화율은 기재층의 기계 방향(Machine Direction: MD)또는 횡 방향(transverse direction: TD)의 길이 변화율을 의미할 수 있다.
지지층의 길이 측정은 특별히 제한되지 않고 공지의 방법으로 측정할 수 있다. 일예로 TA instruments사의 Q400 TMA(Thermomechanical analysis) 장비를 이용하여 측정할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
일반식 2를 만족하는 기재층은 온도 변화에 따른 길이 변화율이 적고, 따라서 상기와 같은 기재층을 포함하는 액정 소자는 온도 변화에 따른 하우징 내부 공간의 부피 변화율이 적으며, 일반식 1을 만족하는데 유리하다.
하나의 예로서, 상기 내부 공간을 형성하는 하우징에 포함되는 제 1 및 제 2 기재층은 각각 열팽창계수(CTE)가 100ppm/K 이하일 수 있다. 다른 예로 약 90ppm/K 이하, 85ppm/K 이하, 80ppm/K 이하, 75ppm/K 이하, 70ppm/K 이하, 65ppm/K 이하 또는 약 60ppm/K 이하일 수 있으며, 약 1ppm/K 이상, 5ppm/K 이상 또는 10ppm/K 이상일 수 있다. 상기 열팽창계수(CTE)는 기재층의 기계 방향(Machine Direction: MD)또는 횡 방향(transverse direction: TD)의 열팽창계수를 의미할 수 있다.
기재층의 열팽창계수 측정은 특별히 제한되지 않으며 공지의 방법으로 측정할 수 있다. 예를 들면, ASTM D696의 규정에 따라 측정할 수 있고, 해당 규격에서 제공하는 형태로 기재층을 재단하고, 단위 온도당 길이의 변화를 측정하여 열팽창 계수를 계산할 수 있으며, TMA(ThermoMechanic Analysis) 등의 공지의 방식으로 측정할 수 있다.
제 1 및 제 2 기재층이 상기와 같은 범위의 열팽창계수(CTE)를 갖는 경우, 상기 일반식 1 및 일반식 2를 만족하는데 보다 유리하다.
하나의 예로서, 상기 내부 공간을 형성하는 하우징에 포함되는 제 1 및 제 2 기재층은 각각 수분 투과율(Water Vapor Transmission Rate: WVTR)이 500 mg/m2*/day 이하일 수 있다. 다른 예로 수분 투과율(WVTR)은 약 450 mg/m2*day 이하, 400 mg/m2*day 이하, 350 mg/m2*day 이하, 300 mg/m2*day 이하, 250 mg/m2*day 이하, 200 mg/m2*day 이하, 150 mg/m2*day 이하, 100 mg/m2*day 이하, 80 mg/m2*day 이하, 60 mg/m2*day 이하, 40 mg/m2*day 이하 또는 약 20 mg/m2*day 이하일 수 있으며, 하한은 특별히 제한되지 않으나, 약 0 mg/m2*day 이상 또는 약 1 mg/m2*day 이상일 수 있다.
상기 수분 투과율(WVTR)은 ISO 15106에 의거하여 측정할 수 있다. 측정 기기는 특별히 제한되지 않으며 공지의 수분 투과율 측정기기, 예를 들면, MOCON사의 AQUATRANS Model 2을 이용하여 측정할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
제 1 및 제 2 기재층이 상기와 같은 범위의 수분 투과율(WVTR)을 갖는 경우, 액정 소자의 외부에서 침투되는 수분량이 감소되고, 따라서 수분 유입에 따른 하우징 내부 공간에 기포가 발생되는 것을 방지할 수 있다.
하나의 예로서, 상기 내부 공간을 형성하는 하우징에 포함되는 기재층의 기체 함유량은 300 ug/g 이하일 수 있다. 다른 예로 약 250 ug/g 이하, 200 ug/g 이하, 150 ug/g 이하, 100 ug/g 이하 또는 약 50 ug/g 이하일 수 있다. 하한은 특별히 제한되지 않으나, 약 0 ug/g 이상 또는 약 1 ug/g 이상일 수 있다.
기재층의 기체 함유량이란 기재층 내부에 포함되어 있는 기체 함유량을 의미할 수 있다.
기재층 내부에 포함되어 있는 기체 함유량을 측정하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 공지의 방법으로 측정할 수 있다. 일예로 퍼지 및 트랩(Purge & Trap)법을 이용하여 기재층 내부에 포함되어 있는 기체 함유량을 측정할 수 있다. 구체적으로 측정장치, 예를 들어 TELEDYNE TEKMAR사의 Stratum PTC 퍼지앤 트랩 장치로 기재층을 약 120 ℃에서 약 30 분 동안 퍼지(Purge) 시켜 트랩된 기체의 함유량을 측정할 수 있다.
기재층의 기체 함유량이 상기 범위를 만족하는 경우, 온도 변화에 따라 지지층이 수축 및 팽창하더라도 기재층 내부에 포함되어 있는 기체가 하우징 내부 공간으로 침투되는 양이 감소될 수 있고, 따라서 하우징 내부 공간의 기포 생성에 의한 액정 소자의 외관 불량을 감소 시킬 수 있다.
하나의 예로서, 상기 내부 공간을 형성하는 하우징에 포함되는 제 1 및 제 2 기재층으로는 액정 소자에 사용되는 공지의 기재 필름을 사용할 수 있다. 이러한 기재 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 포함하는 기재 필름이 예시될 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니다.
하나의 예로서, 상기 내부 공간을 형성하는 하우징에 포함되는 제1 및 제 2 지지층은 약 10 ㎛ 내지 약 500 ㎛의 두께 범위를 가질 수 있다. 다른 예로, 약 20 ㎛ 내지 약 450 ㎛, 약 30 ㎛ 내지 약 400 ㎛, 약 40 ㎛ 내지 약 350 ㎛ 또는 약 50 ㎛ 내지 약 300 ㎛ 의 두께 범위를 가질 수 있다. 제 1 및 제 2 지지층이 상기 범위의 두께를 가지는 경우, 상기 일반식 1, 일반식 2를 만족하는데 보다 유리하다. 또한 전술한 수분 투과율(WVTR)을 만족하는데 유리하다.
하나의 예로서, 상기 내부 공간에 위치하는 액정층은 밀도(Density) 변화율이 하기 일반식 3을 만족할 수 있다.
[일반식 3]
|Df-Di|/Di × 100 ≤ 1.5 %
상기 일반식 3에서, Di는 10℃ 내지 30℃ 범위내의 임의의 온도에서 측정한 액정층의 밀도이고, Df는 Di의 측정 온도보다 10℃ 승온시켜 측정한 액정층의 밀도이다.
상기 일반식 3에서, 10℃ 내지 30℃ 범위내의 임의의 온도란 약 10℃, 15℃, 20℃, 25℃ 또는 약 30℃를 의미할 수 있고, 이들의 균등한 범위를 포함할 수 있다.
상기 일반식 3에서, 10℃는 약 8℃ 내지 약 12℃ 범위내의 임의의 온도, 예를 들면, 약 8℃, 9℃, 10℃, 11℃ 또는 약 12℃를 의미할 수 있다.
상기 일반식 3에서, Df는 Di의 측정 온도보다 10℃ 승온시켜 측정한다는 의미는 예를 들어, Di의 측정 온도가 10℃인 경우, Df는 20℃로 승온시켜 측정한다는 것을 의미한다. 또한, Di의 측정 온도가 30℃인 경우, Df는 40℃로 승온시켜 측정한다는 것을 의미한다.
상기 일반식 3에서, 내부 공간에 위치하는 액정층의 밀도(Density) 변화율은 다른 예로, 약 1.5% 이하, 1.4 % 이하, 1.3 % 이하, 1.2 % 이하 1.1 % 이하 또는 약 1.0 % 이하일 수 있으며, 하한은 특별히 제한되지 않으나 약 0.1 % 이상, 0.2 % 이상 또는 약 0.4 % 이상을 의미할 수 있다.
액정층의 밀도(Density)를 측정하는 방법은 특별히 제한되지 않으며 공지의 방법으로 특정할 수 있다. 일예로 Mettler Toledo 사의 Density meter excellence D4를 이용하여 측정할 수 있다.
액정층의 밀도 변화율이 상기 일반식 3을 만족하는 경우, 온도 변화에 따른 액정층의 수축 또는 팽창이 적기 때문에 일반식 1을 만족하는데 보다 유리하다.
하나의 예로서, 상기 내부 공간에 위치하는 액정층은 소위 게스트 호스트 액정층으로서, 액정 화합물과 이색성 염료 게스트를 포함하는 액정층일 수 있다.
상기 액정층은 소위 게스트 호스트 효과를 이용한 액정층으로서, 상기 액정 화합물(이하, 액정 호스트라 칭할 수 있다)의 배향 방향에 따라 상기 이색성 염료 게스트가 정렬되는 액정층이다.
상기 배향은 광축의 배향을 의미하며, 상기 광축은 예를 들어 액정 화합물이 막대(rod)형인 경우에는 그 장축 방향을 의미할 수 있고, 원반(discotic) 형태인 경우에는 상기 원반 평면의 법선 방향을 의미할 수 있다. 한편, 임의의 배향 상태에서 서로 광축 방향이 다른 복수의 액정 화합물들을 포함하는 경우에 광축은 평균 광축으로 정의될 수 있고, 이 경우 평균 광축은 상기 액정 화합물들의 광축의 백터합을 의미할 수 있다. 배향 방향은 후술하는 에너지의 인가에 의해 조절 될 수 있다.
액정층에 사용되는 액정 호스트의 종류는 특별히 제한되지 않고, 게스트 호스트 효과의 구현을 위해 적용되는 일반적인 종류의 액정 화합물이 사용될 수 있다.
예를 들면, 상기 액정 호스트로는 스멕틱 액정 화합물, 네마틱 액정 화합물 또는 콜레스테릭 액정 화합물이 사용될 수 있다. 일반적으로는 네마틱 액정 화합물이 사용될 수 있다. 용어 네마틱 액정 화합물은 액정 분자의 위치에 대한 규칙성은 없지만, 모두 분자축 방향으로 질서를 가지고 배열할 수 있는 액정 화합물을 의미하고, 이러한 액정 화합물은 막대(rod) 형태이거나 원반(discotic) 형태일 수 있다.
이러한 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.
상기 액정 화합물은 유전율 이방성이 음수 또는 양수일 수 있다. 상기 유전율 이방성의 절대값은 목적을 고려하여 적절히 선택될 수 있다. 예를 들면, 상기 유전율 이방성은 약 3 초과 또는 약 7 초과이거나, 약 -2 미만 또는 약 -3 미만일 수 있다.
액정 화합물은 또한 약 0.01 이상 또는 약 0.04 이상의 광학 이방성(△n)을 가질 수 있다. 액정 화합물의 광학 이방성은 다른 예시에서 약 0.3 이하 또는 약 0.27 이하일 수 있다.
게스트 호스트 액정층의 액정 호스트로 사용될 수 있는 액정 화합물은 본 기술 분야의 전문가들에게 공지되어 있으며, 그들로부터 자유롭게 선택될 수 있다.
액정층은 상기 액정 호스트와 함께 이색성 염료 게스트를 포함한다. 용어 염료는 가시광 영역, 예를 들면, 380 nm 내지 780 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 게스트는 상기 가시광 영역의 적어도 일부 또는 전체 범위에서 광 흡수가 가능한 물질을 의미할 수 있다.
이색성 염료 게스트로는, 예를 들면 액정 호스트의 배향 상태에 따라 정렬될 수 있는 특성을 가지는 것으로 알려진 공지의 염료를 선택하여 사용할 수 있다. 일 구체예로 이색성 염료 게스트로는 아조 염료 또는 안트라퀴논 염료 등을 사용할 수 있고, 넓은 파장 범위에서의 광 흡수를 달성하기 위해서 액정층은 1종 또는 2종 이상의 염료를 포함할 수도 있다.
이색성 염료 게스트의 이색비(dichroic ratio)는 이색성 염료 게스트의 사용 목적을 고려하여 적절히 선택될 수 있다. 예를 들어, 상기 이색성 염료 게스트는 이색비가 약 5 이상 내지 약 20 이하일 수 있다. 용어 이색비는, 예를 들어, p형 염료인 경우, 염료의 장축 방향에 평행한 편광의 흡수를 상기 장축 방향에 수직하는 방향에 평행한 편광의 흡수로 나눈 값을 의미할 수 있다. 이색성 염료 게스트는 가시광 영역의 파장 범위 내, 예를 들면, 약 380 nm 내지 약 780 nm, 또는 약 400 nm 내지 약 700 nm의 파장 범위 내에서 적어도 어느 한 파장, 일부 범위의 파장 또는 전 범위의 파장에서 상기 이색비를 가질 수 있다.
액정층 내에서의 이색성 염료 게스트의 함량은 이색성 염료 게스트의 사용 목적을 고려하여 적절히 선택될 수 있다. 예를 들어, 액정 호스트와 이색성 염료 게스트의 합계 중량을 기준으로 상기 이색성 염료 게스트의 함량은 약 0.1 중량% 내지 약 10 중량% 범위 내에서 선택될 수 있다. 이색성 염료 게스트의 비율은 후술하는 액정 소자의 투과율과 액정 호스트에 대한 이색성 염료 게스트의 용해도 등을 고려하여 변경할 수 있다.
액정층은 상기 액정 호스트와 이색성 염료 게스트를 기본적으로 포함하고, 필요한 경우에 다른 임의의 첨가제를 공지의 형태에 따라 추가로 포함할 수 있다. 첨가제의 예로는 키랄 도펀트 또는 안정화제 등이 예시될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
하나의 예로서, 상기 실러트는 제 1 및 제 2 기재층 사이에서 상기 제 1 및 제 2 기재층의 간격을 유지시키고, 상기 제 1 및 제 2 기재층을 부착시킬 수 있는 용도로 이용될 수 있다.
하나의 예로서, 상기 실런트는 특별히 제한되지 않으나, 실런트는 예를 들어 아크릴레이트 및 에폭시 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기와 같은 실런트는 제 1 및 제 2 기재층 사이에 일정한 간격을 유지 시킬 수 있을 정도로 견고성을 가지며, 또한, 제 1 및 제 2 기재층을 충분한 접착력을 가지고 부착 시킬 수 있다.
하나의 예로서, 상기 실런트는 약 15 ㎛ 내지 약 30 ㎛의 두께 범위를 가질 수 있다. 실런트가 상기 범위의 두께를 가지는 경우, 상기 일반식 1을 만족하는데 보다 유리하다.
하나의 예로서, 상기 실런트는 수분 투과율(Water Vapor Transmission Rate: WVTR)이 10 g/m2*/day 이하일 수 있다. 다른 예로 수분 투과율(WVTR)은 약 9 g/m2*day 이하, 8 g/m2*day 이하, 7 g/m2*day 이하, 6 g/m2*day 이하 또는 약 5 g/m2*day 이하일 수 있으며, 하한은 특별히 제한되지 않으나, 약 0 g/m2*day 이상 또는 약 1 g/m2*day 이상일 수 있다.
상기 수분 투과율(WVTR)은 ASTM F-1249에 의거하여 측정할 수 있다. 측정 기기는 특별히 제한되지 않으며 공지의 수분 투과율 측정기기, 예를 들면, MOCON사의 AQUATRANS Model 2을 이용하여 측정할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
상기와 같은 수분 투과율(WVTR)을 가지는 실런트를 포함하는 액정 소자는 일반식 1을 만족하는데 유리하다.
하나의 예로서, 상기 제 1 및 제 2 기재층은 각각 일면에 전극층이 위치할 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 기재층의 각각 일면에 전극층이 위치한다는 것은 제 1 또는 제 2 기재층의 일면상이 전극층이 적층되는 구조를 의미할 수 있다. 또한 상기 전극층은 액정층을 향하는 면상에 위치될 수 있다. 기재층의 면상에 존재하는 전극층은 액정층에 전압을 인가하기 위한 구성으로 특별히 제한 없이 공지의 전극층이 적용될 수 있다.
상기 전극층으로는, 예를 들면, 전도성 고분자, 전도성 금속, 전도성 나노와이어 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등의 금속 산화물 등이 적용될 수 있다. 본 출원에서 적용될 수 있는 전극층의 예는 상기에 제한되지 않으며, 이 분야에서 액정 소자에 적용될 수 있는 것으로 알려진 모든 종류의 전극층이 사용될 수 있다.
한편, 상기 전극층은 하나 이상의 전극층으로 구성될 수 있다. 일예로 ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 광 투과도가 높은 소재를 이용하여 기재층의 일면상에 제 1 전극층을 구성하고, 상기 제 1 전극층의 외주면 상에 은(Ag), 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al) 등 전도성이 높은 소재를 이용하여 제 2 전극층을 구성할 수 있다.
하나의 예로서, 상기 제 1 및 제 2 기재층은 배향막을 추가로 포함할 수 있다. 상기 배향막은 상기 제 1 및 제 2 기재층 상에 위치하는 전극층 상에 형성될 수 있다. 예를 들면, 기재층의 일면에 우선 전극층이 위치하고, 그 상부에 배향막이 위치할 수 있다.
상기 배향막은 액정층에 포함되는 액정 호스트의 배향을 제어하기 위한 구성이고, 특별한 제한 없이 공지의 배향막을 적용할 수 있다. 업계에서 공지된 배향막으로는, 러빙 배향막이나 광배향막 등이 있고, 본 출원에서 사용될 수 있는 배향막은 상기 공지의 배향막이고, 이는 특별히 제한되지 않는다.
전술한 광축의 배향을 달성하기 위해서 상기 배향막의 배향 방향이 제어될 수 있다. 예를 들면, 대향 배치되어 있는 제 1 기재층 및 제 2 기재층의 각 면에 형성된 2개의 배향막의 배향 방향은 서로 약 -10도 내지 약 10도의 범위 내의 각도, 약 -7도 내지 약 7도의 범위 내의 각도, 약 -5도 내지 약 5도의 범위 내의 각도 또는 약 -3도 내지 약 3도의 범위 내의 각도를 이루거나 서로 대략 평행할 수 있다. 다른 예시에서 상기 2개의 배향막의 배향 방향은 약 80도 내지 약 100도의 범위 내의 각도, 약 83도 내지 약 97도의 범위 내의 각도, 약 85도 내지 약 95도의 범위 내의 각도 또는 약 87도 내지 약 92도의 범위 내의 각도를 이루거나 서로 대략 수직일 수 있다.
이와 같은 배향 방향에 따라서 액정층의 광축의 방향이 결정되기 때문에, 상기 배향 방향은 액정층의 광축의 방향을 확인하여 알 수 있다. 액정층의 광축이 어떤 방향으로 형성되어 있는 것인지를 확인하는 방식은 공지이다. 예를 들면, 액정층의 광축의 방향은 광축 방향을 알고 있는 다른 편광판을 이용하여 측정할 수 있으며, 이는 공지의 측정 기기, 예를 들면, Jasco사의 P-2000 등의 polarimeter를 사용하여 측정할 수 있다.
상기와 같은 구성을 가지는 액정 소자의 형태는 특별히 제한되지 않고, 일반적으로는 필름 또는 시트 형태일 수 있다.
상기 액정 소자는 적어도 2개 이상의 광축의 배향 상태, 예를 들면, 제 1 및 제 2 배향 상태의 사이를 스위칭할 수 있다. 상기와 같은 액정 소자에서 배향 상태는 에너지의 인가, 예를 들면 전압의 인가에 의해 변경할 수 있다. 즉 상기 액정 소자는 전압의 인가가 없는 상태에서 상기 제 1 및 제 2 배향 상태 중에서 어느 한 배향 상태를 가지고 있다가 전압이 인가되면 다른 배향 상태로 스위칭 될 수 있다. 한편, 액정 소자의 배향 상태에 따라 투과율이 조절 될 수 있다. 일예로 제 1 또는 제 2 배향 상태 중 어느 한 배향 상태에서 차단 모드가 구현되고, 다른 배향 상태에서 투과 모드가 구현될 수 있다.
상기 투과 모드는 액정 소자가 상대적으로 높은 투과율을 나타내는 상태이고, 차단 모드는 액정 소자가 상대적으로 낮은 투과율을 나타내는 상태이다.
일 예시에서 상기 액정 소자는 상기 투과 모드에서의 투과율이 약 10% 이상, 15% 이상, 약 20% 이상, 25% 이상, 30% 이상, 35% 이상, 40% 이상, 45% 이상 또는 약 50% 이상일 수 있다. 또한, 상기 액정 소자는 상기 차단 모드에서의 투과율이 약 10% 미만, 8% 미만 또는 약 6% 미만일 수 있다.
상기 투과 모드에서의 투과율은 수치가 높을수록 유리하고, 차단 모드에서의 투과율은 낮을수록 유리하기 때문에 각각의 상한과 하한은 특별히 제한되지 않는다. 일 예시에서 상기 투과 모드에서의 투과율의 상한은 약 100%, 95%, 90%, 85%, 80%, 75%, 70%, 65% 또는 약 60%일 수 있다. 상기 차단 모드에서의 투과율의 하한은 약 0%, 1%, 2%, 3%, 4% 또는 약 5%일 수 있다.
상기 투과율은 직진광 투과율일 수 있다. 용어 직진광 투과율은 소정 방향으로 액정 소자를 입사한 광 대비 상기 입사 방향과 동일한 방향으로 상기 액정 소자를 투과한 광(직진광)의 비율일 수 있다. 일 예시에서 상기 투과율은 상기 액정 소자의 표면 법선과 평행한 방향으로 입사한 광에 대하여 측정한 결과(법선광 투과율)일 수 있다.
본 출원의 액정 소자에서 투과율이 조절되는 광은, UV-A 영역의 자외선, 가시광 또는 근적외선일 수 있다. 일반적으로 사용되는 정의에 따르면, UV-A 영역의 자외선은 320 nm 내지 380 nm의 범위 내의 파장을 가지는 방사선을 의미하는 것으로 사용되고, 가시광은 380 nm 내지 780 nm의 범위 내의 파장을 가지는 방사선을 의미하는 것으로 사용되며, 근적외선은 780 nm 내지 2000 nm의 범위 내의 파장을 가지는 방사선을 의미하는 것으로 사용된다.
필요한 경우에 액정 소자는 상기 투과 모드 및 차단 모드 외에 다른 모드도 구현할 수 있도록 설계될 수 있다. 예를 들면, 상기 투과 모드 및 차단 모드의 투과율 사이에서 임의의 투과율을 나타낼 수 있는 제 3의 모드도 구현될 수 있도록 설계될 수 있다.
본 출원은 또한, 상기와 같은 액정 소자의 제조 방법에 관한 것이다. 따라서 이하의 기술에서 액정 소자의 구조나 설계, 그 부품 등에 대한 구체적인 사항은 상기 기술한 내용에 따른다.
본 출원의 액정 소자의 제조 방법은 외주면에 실런트가 형성된 제 1 기재층상에 액정층 형성 재료를 도포하고 제 2 기재층을 상기 제 1 기재층과 대향 배치한 후 10-1 torr 이하의 압력 상태에서 합착하는 단계를 포함한다.
상기 액정 소자의 제조 방법에서 10-1 torr 이하의 압력 상태는 다른 예로 약 10-2 torr 이하의 압력상태 또는 약 10-3 torr 이하의 압력상태일 수 있다. 하한은 특별히 제한되지 않으나 약 0 torr 이상의 압력 상태 또는 약 0 torr 초과의 압력 상태일 수 있다.
제 1 기재층과 제 2 기재층은 상기와 같은 압력상태에서 약 10 초 내지 약 600 초 동안 유지 시킨 후 라미네이션 함으로써 합착될 수 있다.
하나의 예로서, 액정 소자의 제조는 0 ℃ 내지 100 ℃온도에서 수행될 수 있다.
상기 0 ℃ 내지 100 ℃온도는 상기 범위 내의 임의의 온도를 의미하며, 예를 들면, 약 0 ℃, 20 ℃, 40 ℃, 60 ℃, 80 ℃ 또는 약 100 ℃일 수 있고, 이들의 균등한 범위를 포함할 수 있다.
액정 소자를 상기와 같은 압력 상태 및 온도 조건에서 제조하는 경우, 하우징 내구 공간으로 유입되는 기체를 최소한으로 차단할 수 있다. 따라서, 온도 변화에 따른 액정 소자의 기포 발생에 의한 외관 불량을 감소 시킬 수 있다.
상기 액정 소자의 제조 방법에서, 액정층 형성 재료는 제 1 기재층, 실런트 및 제 2 기재층에 의해 형성되는 액정 소자의 내부 공간 부피 대비 90 % 내지 110 % 가 되도록 제 1 기재층 상에 도포할 수 있다.
구체적으로 제 1 기재층, 실런트 및 제 2 기재층에 의해 형성되는 액정 소자의 내부 공간 부피(이하, Vs라고 호칭할 수 있다.)대비 액정층 형성 재료의 부피(이하, VLC이라고 호칭할 수 있다.)의 비율, 즉 Vs/VLC*100로 계산되는 값이 90% 내지 110%가 되도록 액정층 형성 재료를 제 1 기재층 상에 도포할 수 있다. 액정층 형성재료가 상기 범위내의 비율로 제 1 기재층 상에 도포되는 경우, 온도 변화에 따라 액정 소자가 수축 및 팽창하더라도 액정 소자의 내부 공간에 발생되는 기체의 양이 감소될 수 있고, 따라서 기포 생성에 의한 액정 소자의 외관 불량을 감소 시킬 수 있다.
하나의 예로서, 제 1 기재층 및 제 2 기재층 중 적어도 하나 이상은 80 ℃ 내지 150 ℃에서 3분 내지 20분 동안 사전 열처리하는 단계를 포함할 수 있다.
상기에서 사전 열처리라 함은 기재층을 이용하여 액정 소자를 제고하기 전 단계를 의미한다. 즉 기재층상에 전극층, 배향막 또는 실런트 등을 적층하지 않은 상태를 의미할 수 있다.
상기에서 80 ℃ 내지 150 ℃는 약 80 ℃, 90 ℃, 100 ℃, 110 ℃, 120 ℃, 130 ℃, 140 ℃ 또는 약 150 ℃를 의미할 수 있다. 또한 상기에서 3분 내지 20분은 약 3분, 5분, 10분, 15분 또는 약 20분을 의미할 수 있다. 상기와 같은 온도 범위 및 시간 동안 제 1 기재층 및 제 2 기재층 중 적어도 하나 이상을 사전 열처리하는 단계를 포함하는 경우, 온도 변화에 따른 기재층의 길이 변화율이 감소될 수 있다.
본 출원은 또한, 광학 디바이스에 관한 것이다. 도 2는 본 출원의 일 실시예에 따른 광학 디바이스를 예시적으로 나타낸다. 도 2에 나타난 바와 같이, 광학 디바이스는 제 1 외곽 기판(21a) 및 제 2 외곽 기판(21b)을 포함하고 액정 소자(10)가 상기 제 1 및 제 2 외곽 기판 사이에 하나 이상 위치할 수 있다. 상기 액정 소자는 전술한 액정 소자가 적용될 수 있다. 한편, 상기 제 1 및 제 2의 표현이 외곽 기판의 선후 내지는 상하 관계를 규정하는 것은 아니다.
하나의 예로서, 상기 제 1 및 제 2 외곽 기판은 예를 들면, 각각 독립적으로 글라스 등의 무기 기판 또는 플라스틱 기판이 사용될 수 있다. 상기 플라스틱 기판으로는 TAC(triacetyl cellulose) 또는 DAC(diacetyl cellulose) 등과 같은 셀룰로오스 필름; 노르보르넨 유도체 등의 COP(cyclo olefin copolymer) 필름; PAR(Polyacrylate) 또는 PMMA(poly(methyl methacrylate) 등의 아크릴 필름; PC(polycarbonate) 필름; PE(polyethylene) 또는 PP(polypropylene) 등의 폴리올레핀 필름; PVA(polyvinyl alcohol) 필름; PI(polyimide) 필름; PSF(polysulfone) 필름, PPS(polyphenylsulfone) 필름 또는 PES(polyethersulfone) 필름 등의 설폰계 필름; PEEK(polyetheretherketon) 필름; PEI(polyetherimide) 필름; PEN(polyethylenenaphthatlate) 필름 또는 PET(polyethyleneterephtalate) 필름 등의 폴리에스테르계 필름; 또는 불소 수지 필름 등이 사용될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 제 1 및 제 2 외곽 기판에는, 필요에 따라서 금; 은; 또는 이산화 규소 또는 일산화 규소 등의 규소 화합물의 코팅층이나, 반사 방지층 등의 기능층이 존재할 수도 있다.
상기와 같은 제 1 및 제 2 외곽 기판의 두께는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면 각각 약 0.3 mm 이상일 수 있다. 다른 예시에서 상기 두께는 약 0.5 mm 이상, 1 mm 이상, 1.5 mm 이상 또는 약 2 mm 이상일 수 있고, 약 10 mm 이하, 9 mm 이하, 8 mm 이하, 7 mm 이하, 6 mm 이하, 5 mm 이하, 4 mm 이하 또는 약 3 mm 이하일 수도 있다.
상기 제 1 및 제 2 외곽 기판은 평편(flat)한 기판이거나 혹은 곡면 형상을 가지는 기판일 수 있다. 예를 들면, 상기 제 1 및 제 2 외곽 기판은 동시에 평편한 기판이거나, 동시에 곡면 형상을 가지거나, 혹은 어느 하나는 평편한 기판이고 다른 하나는 곡면 형상의 기판일 수 있다.
상기와 같은 구조를 가지며, 전술한 액정 소자를 포함하는 광학 디바이스는 온도 변화에 따른 광학 디바이스 내부의 기포 발생에 의한 외관 불량이 감소될 수 있다.
하나의 예로서, 상기 광학 디바이스는 접착 재료를 포함할 수 있다. 접착 재료는 제 1 외곽 기판과 액정 소자 사이 및 제 2 외곽 기판과 액정 소자 사이 중 적어도 하나 이상에 위치할 수 있다.
또한, 접착 재료는 제 1 외곽 기판과 액정 소자 사이 또는 제 2 외곽 기판과 액정 소자 사이에 하나 이상 포함될 수 있다. 일예로 제 1 외곽 기판과 액정 소자 사이에 1개 이상의 접착 재료가 위치할 수 있다. 다른 예로 제 1 외곽 기판과 액정 소자 사이에 1개 이상의 접착 재료가 위치할 수 있으며, 제 2 외곽 기판과 액정 소자 사이에 1개 이상의 접착 재료가 위치할 수 있다. 또 다른 예로 제 1 외곽 기판과 액정 소자 사이에 1개 이상의 접착 재료가 위치할 수 있다. 한편, 1 개 이상의 접착 재료는 동일하거나 상이한 접착 재료일 수 있으며, 목적 하는 광학 디바이스의 물성을 고려하여 적절히 조절될 수 있다.
도 3은 접착 재료를 포함하는 예시적인 광학 디바이스를 나타낸다. 도 3에 나타난 바와 같이 접착 재료(22)는 제 1 외곽 기판(21a)과 액정 소자(10) 사이, 제 2 외곽 기판(21b)과 액정 소자(10) 사이에 위치할 수 있다. 또한, 접착 재료는 액정 소자의 측면에 위치에도 위치할 수 있다. 상기 도3에 나타난 바와 같이 접착 재료가 제 1 외곽 기판(21a)과 액정 소자(10) 사이, 제 2 외곽 기판(21b)과 액정 소자(10) 사이 및 액정 소자의 측면에 위치하여 액정 소자(10)를 봉지화 하고 있을 수 있다. 본 출원에서 용어 봉지(또는 캡슐화(encapsulation))는 접착 재료로 액정 소자 및/또는 후술하는 편광자의 전면을 피복하는 것을 의미할 수 있다. 상기와 같이 액정 소자가 접착 재료로 봉지된 구조를 가지는 광학 디바이스는 온도 변화에 따른 수분이 액정 소자로 침투되는 것을 보다 효율적으로 방지할 수 있어 액정 소자 내부의 기포 생성에 의한 외관 불량 발생을 더욱 감소 시킬 수 있다.
상기 접착 재료(22)로는 특별히 제한 없이 공지의 소재가 사용될 수 있고, 예를 들면, 공지된 열가소성 폴리우레탄 접착 필름(TPU: Thermoplastic Polyurethane), TPS(Thermoplastic Starch), 폴리아마이드 접착 필름, 폴리에스테르 접착 필름, EVA(Ethylene Vinyl Acetate) 접착 필름, 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀 접착 필름 또는 폴리올레핀 엘라스토머 필름(POE 필름) 등 중에서 선택될 수 있다.
상기와 같은 접착 재료의 두께는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면 약 50 μm 내지 약 2 mm 정도의 범위 내일 수 있다. 다른예로 상기에서 접착 재료의 두께는 상기 제 1 외곽 기판과 액정 소자의 사이의 접착 재료의 두께, 예를 들면 상기 양자간의 간격; 및 액정 소자와 제 2 외곽 기판의 사이의 접착 재료의 두께, 예를 들면 상기 양자간의 간격일 수 있다.
하나의 예로서, 상기 광학 디바이스는 편광자를 추가로 포함할 수 있다.
도 4는 편광자가 포함된 일 실시예에 따른 광학 디바이스를 예시적으로 나타낸다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 광학 다비이스(20)는 1 외곽 기판(21a), 접착 재료(22), 액정소자(10), 접착 재료(22), 편광자(23) 및 제 2 외곽 기판(21b)이 순차로 적층되는 구조를 가질 수 있다. 한편, 상기 접착 재료(22)은 제 1 및 제 2 외곽 기판(21a, 21b) 사이에서 액정 소자(10) 및 편광자(23)를 봉지화 하고 있을 수 있다.
상기 편광자로는, 예를 들면 흡수형 선형 편광자, 즉 일방향으로 형성된 광흡수축과 그와는 대략 수직하게 형성된 광투과축을 가지는 편광자를 사용할 수 있다.
상기 편광자는 상기 액정 소자의 제 1 배향 상태에서 상기 차단 상태가 구현된다고 가정하는 경우에 상기 제 1 배향 상태의 평균 광축(광축의 벡터합)과 상기 편광자의 광흡수축이 이루는 각도가 약 80도 내지 약 100도 또는 약 85도 내지 약 95도를 이루거나, 대략 수직이 되도록 광학 디바이스에 배치되어 있거나, 혹은 약 35도 내지 약 55도 또는 약 40도 내지 약 50도가 되거나 대략 45도가 되도록 광학 디바이스에 배치되어 있을 수 있다.
배향막의 배향 방향을 기준으로 할 때에, 전술한 것과 같이 제 1 및 제 2 기재층의 각 면상에 형성된 배향막의 배향 방향이 서로 약 -10도 내지 약 10도의 범위 내의 각도, 약 -7도 내지 약 7도의 범위 내의 각도, 약 -5도 내지 약 5도의 범위 내의 각도 또는 약 -3도 내지 약 3도의 범위 내의 각도를 이루거나 서로 대략 평행한 경우에 상기 2개의 배향막 중에서 어느 하나의 배향막의 배향 방향과 상기 편광자의 광흡수축이 이루는 각도가 약 80도 내지 약 100도 또는 약 85도 내지 약 95도를 이루거나, 대략 수직이 될 수 있다.
다른 예시에서 상기 2개의 배향막의 배향 방향이 약 80도 내지 약 100도의 범위 내의 각도, 약 83도 내지 약 97도의 범위 내의 각도, 약 85도 내지 약 95도의 범위 내의 각도 또는 약 87도 내지 약 92도의 범위 내의 각도를 이루거나 서로 대략 수직인 경우에는 2장의 배향막 중에서 상기 편광자에 보다 가깝게 배치된 배향막의 배향 방향과 상기 편광자의 광흡수축이 이루는 각도가 약 80도 내지 약 100도 또는 약 85도 내지 약 95도를 이루거나, 대략 수직이 될 수 있다.
본 출원의 광학 디바이스에서 적용될 수 있는 상기 편광자의 종류는 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 편광자로는 기존 LCD 등에서 사용되는 통상의 소재, 예를 들면, PVA(poly(vinyl alcohol)) 편광자 등이나, 유방성 액정(LLC: Lyotropic Liquid Cystal)이나, 반응성 액정(RM: Reactive Mesogen)과 이색성 색소(dichroic dye)를 포함하는 편광 코팅층과 같이 코팅 방식으로 구현한 편광자을 사용할 수 있다. 본 명세서에서 상기와 같이 코팅 방식으로 구현된 편광자는 편광 코팅층으로 호칭될 수 있다. 상기 유방성 액정으로는 특별한 제한 없이 공지의 액정을 사용할 수 있으며, 예를 들면, 이색비(dichroic ratio)가 약 30 내지 약 40 정도인 유방성 액정층을 형성할 수 있는 유방성 액정을 사용할 수 있다. 한편, 편광 코팅층이 반응성 액정(RM: Reactive Mesogen)과 이색성 염료(dichroic dye)를 포함하는 경우에 상기 이색성 염료로는 선형의 염료를 사용하거나, 혹은 디스코틱형의 염료(discotic dye)가 사용될 수도 있다.
본 출원의 광학 디바이스는 상기와 같은 액정 소자와 편광자를 각각 하나씩만 포함할 수 있다. 따라서, 상기 광학 디바이스는 오직 하나의 상기 액정 소자만을 포함하고, 오직 하나의 편광자만을 포함할 수 있다.
본 출원에 따른 광학 디바이스는 상기 구성 외에도 필요한 임의 구성을 추가로 포함할 수 있고, 예를 들면, 버퍼층, 위상차층, 광학 보상층, 반사 방지층 또는 하드코팅층 등의 공지의 구성을 적절한 위치에 포함할 수 있다.
본 출원에 따른 광학 디바이스를 제조하는 방법은 특별히 제한되지 않는다. 일 예시에서 상기 광학 디바이스는, 전술한 봉지화를 위해서 오토클레이브 공정을 거쳐 제조될 수 있다.
예를 들면, 상기 광학 디바이스의 제조방법은 대향 배치되어 있는 제 1 및 제 2 외곽 기판의 사이에 있는 액정 소자 및/또는 편광자를 접착 재료를 사용한 오토클레이브 공정을 통해 봉지화하는 단계를 포함하여 제조 될 수 있다.
하나의 예로서, 외곽 기판, 접착 재료, 액정 소자, 접착 재료, 편광자, 접착 재료 및 외곽 기판을 상기 순서로 배치하고, 액정 소자와 편광자의 측면에도 접착 재료를 배치한 적층체를 오토클레이브 공정으로 가열/가압 처리하면, 도 4에 나타난 것과 같은 광학 디바이스가 형성될 수 있다.
상기 오토클레이브 공정의 조건은 특별한 제한이 없고, 예를 들면, 적용된 접착 재료의 종류에 따라 적절한 온도 및 압력 하에서 수행할 수 있다. 통상의 오토클레이트 공정의 온도는 약 80°C 이상, 90°C 이상 또는 약 100°C 이상이며, 압력은 약 2기압 이상이나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 공정 온도의 상한은 약 200°C 이하, 190°C 이하, 180°C 이하 또는 약 170°C 이하 정도일 수 있고, 공정 압력의 상한은 약 10기압 이하, 9기압 이하, 8기압 이하, 7기압 이하 또는 약 6기압 이하 정도일 수 있다.
상기와 같은 광학 디바이스는 다양한 용도로 사용될 수 있으며, 예를 들면, 선글라스나 AR(Argumented Reality) 또는 VR(Virtual Reality)용 아이웨어(eyewear) 등의 아이웨어류, 건물의 외벽이나 차량용 선루프 등에 사용될 수 있다.
본 출원은 투과율 가변이 가능하고, 고온과 저온 사이를 변화하는 환경에도 하우징 내부 공간에 기포 생성이 저감되어 외관 불량이 개선된 액정 소자를 제공할 수 있다. 본 출원은 또한, 상기와 같은 외관 불량이 개선된 액정 소자의 제조 방법을 제공할 수 있다. 본 출원은 또한, 상기 액정 소자를 포함하는 광학 디바이스를 제공할 수 있다.
도 1은 본 출원의 액정 소자를 보여주는 예시적인 단면도이다.
도 2 내지 4는 본 출원의 광학 디바이스를 보여주는 예시적인 단면도이다.
도 5는 실시예에 따라 제조된 액정 소자를 내구성 테스트에 적용한 후에 디지털 카메라를 이용하여 촬영한 이미지이다.
도 6는 비교예에 따라 제조된 액정 소자를 내구성 테스트에 적용한 후에 디지털 카메라를 이용하여 촬영한 이미지이다.
도 2 내지 4는 본 출원의 광학 디바이스를 보여주는 예시적인 단면도이다.
도 5는 실시예에 따라 제조된 액정 소자를 내구성 테스트에 적용한 후에 디지털 카메라를 이용하여 촬영한 이미지이다.
도 6는 비교예에 따라 제조된 액정 소자를 내구성 테스트에 적용한 후에 디지털 카메라를 이용하여 촬영한 이미지이다.
이하 실시예를 통하여 본 출원을 구체적으로 설명하지만, 본 출원의 범위가 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
부피의 비율
액정층의 부피 대비 하우징 내부 공간 부피의 비율은 실시예 및 비교예에서 제조된 액정 소자를 이용하여 하기 일반식 1에 따라 측정하였다.
[일반식 1]
V Ratio = VLC / Vs
상기 일반식 1에서, V Ratio는 상기 액정층의 부피 대비 상기 하우징 내부 공간의 부피의 비로서, VLC는 액정층의 부피이고, Vs는 하우징 내부 공간의 부피이며, 상기 액정층의 부피 및 하우징 내부공간의 부피는 -40℃ 및 120℃에서 각각 약 60분 동안 유지시킨 후에 측정한 값이다.
외관 불량 발생 여부(내구성 테스트)
실시예 및 비교예에서 제조된 액정 소자를 이용하여 외관 불량을 측정하였다. 구체적으로 실시예 및 비교예에서 제조된 액정소자를 약 100 ℃의 온도에서 약 168 시간 경과 후 육안으로 관찰하여 상기 액정 소자에 기포가 발생하였는지 유무를 관찰하여 외관 불량을 측정하였다.
실시예
제 1 및 제 2 기재층으로 각각 두께가 약 80 ㎛이고, 열팽창계수(CTE)가 기계방향(MD) -33ppm/K 및 횡방향(TD) -8ppm/K이고, 수분 투과율(WVTR)이 40 mg/m2*/day인 폴리에틸렌 테레프타레이트(PET) 필름을 사용하였다.
상기 제 1 기재층 및 제 2 기재층 상에 각각 ITO(indium-tin-oxide)를 100 nm 두께로 증착하여 전극층을 형성하였다. 상기 전극층 상에 수평 배향막(SE-7492, Nissan chemical 社)을 100 nm 내지 300 nm 두께로 코팅 및 경화하여 제 1 및 제 2 배향막을 형성하였다.
제 2 배향막의 외주면에 수분 투과율(Water Vapor Transmission Rate)이 약 4g/m2*/day 인 실런트(Delo 사, F_1)를 두께가 약 25㎛가 되도록 도포하고, 상기 실런트의 내부 영역에 밀도 변화율이 1.37%인 액정(MDA 14-4145, Merck사제)을 도포하고, 약 25℃에서 약 10-1 torr의 압력 상태로 약 60초 동안 유지시킨 후 제 1 배향막을 합지하여 액정 소자를 제조하였다. 제조된 액정 소자의 면적은 600 mmХ800 mm이고, 셀 갭은 12 ㎛이다.
상기 제조된 액정 소자의 액정층의 부피 대비 하우징 내부 공간의 부피 비율은 하기 표 1에 기재하였다.
비교예
제 1 및 제 2 기재층으로 각각 두께가 약 100 ㎛이고, 열팽창계수가 기계방향(MD) 108.6ppm/K 및 횡방향(TD) 145.2ppm/K이고, 수분 투과율(WVTR)이 98.7 mg/m2*/day인 폴리카보네이트(PC) 필름을 사용하였다.
상기 제 1 기재층 및 제 2 기재층 상에 각각 ITO(indium-tin-oxide)를 100 nm 두께로 증착하여 전극층을 형성하였다. 상기 전극층 상에 수평 배향막(SE-7492, Nissan chemical 社)을 100 nm 내지 300 nm 두께로 코팅 및 경화하여 제 1 및 제 2 배향막을 형성하였다.
제 2 배향막의 외주면에 수분 투과율(Water Vapor Transmission Rate)이 약 19.1g/m2*/day 인 실런트(Delo 사, F_2)를 두께가 약 25㎛가 되도록 도포하고, 상기 실런트의 내부 영역에 밀도 변화율이 1.37%인 액정(MDA 14-4145, Merck사제)을 도포하고, 약 10-1 torr의 압력 상태 및 약 25℃에서 제 1 배향막을 합지하여 액정 소자를 제조하였다. 제조된 액정 소자의 면적은 600 mmХ800 mm이고, 셀 갭은 12 ㎛이다.
상기 제조된 액정 소자의 액정층의 부피 대비 하우징 내부 공간의 부피 비율은 하기 표 1에 기재하였다.
| 액정층 부피(VLC) (단위:mm3) |
하우징 내부 공간의 부피(Vs) (단위:mm3) |
부피 비율 (V Ratio = VLC/Vs) |
기포 발생 여부 | ||||
| -40℃ | 120℃ | -40℃ | 120℃ | -40℃ | 120℃ | ||
| 실시예 | 5529 | 6184 | 5734 | 5736 | 0.96 | 1.08 | × |
| 비교예 | 5529 | 6184 | 4915 | 7320 | 1.12 | 0.84 | ○ |
평가 결과
도 5는 실시예에 따라 제조된 액정 소자를 내구성 테스트에 적용한 후에 디지털 카메라를 이용하여 촬영한 이미지이고, 도 6은 비교예에 따라 제조된 액정 소자를 내구성 테스트에 적용한 후에 디지털 카메라를 이용하여 촬영한 이미지이다.
실시예에 따른 액정 소자는 내구성 테스트 적용 후에도 기포 발생에 의한 외관 불량이 발생되지 않았으나, 이와 대조적으로 비교예의 액정 소자는 외관에 기포가 생성되어 외관불량이 발생된 것을 확인할 수 있다.
10: 액정 소자
11a: 제 1 기재층
11b: 제 2 기재층
12: 액정층
13: 실런트
20: 광학 디바이스
21a: 제 1 외곽 기판
21b: 제 2 외곽 기판
22: 접착 재료
23: 편광자
11a: 제 1 기재층
11b: 제 2 기재층
12: 액정층
13: 실런트
20: 광학 디바이스
21a: 제 1 외곽 기판
21b: 제 2 외곽 기판
22: 접착 재료
23: 편광자
Claims (17)
- 내부 공간을 형성하는 하우징; 및 상기 내부 공간에 위치하는 액정층을 포함하고,
상기 내부 공간을 형성하는 하우징은 제 1 기재층, 상기 제 1 기재층과 대향 배치되어 있는 제 2 기재층 및 제 1 및 제 2 기재층의 외주면과 접촉하고 제 1 및 제 2 기재층의 간격을 유지하는 실런트 또는 스페이서를 포함하며,
상기 제 1 및 제 2 기재층은 플라스틱 기판이고,
상기 제 1 및 제 2 기재층은 각각 열팽창계수(CTE)가 100ppm/K 이하이며,
하기 일반식 1을 만족하는 액정 소자:
[일반식 1]
0.85 ≤ V Ratio = VLC / Vs ≤ 1.2
상기 일반식 1에서, V Ratio는 상기 액정층의 부피 대비 상기 하우징 내부 공간의 부피의 비율로서, VLC는 액정층의 부피이고, Vs는 하우징 내부 공간의 부피이며, 상기 액정층의 부피 및 하우징 내부공간의 부피는 -40℃ 내지 120℃ 범위내의 임의의 온도에서 45분 내지 75분 동안 유지시킨 후에 측정한 값이고, 상기 임의의 온도는 -40℃를 포함한다. - 삭제
- 제 1 항에 있어서, 제 1 및 제 2 기재층은 각각 길이 변화율(Lv)이 하기 일반식 2를 만족하는 액정소자:
[일반식 2]
Lv = Lf/Li × 100 ≤ 120 %
상기 일반식 2에서, Lv는 기재층의 길이 변화율로서 Li는 25 ℃에서 측정한 기재층의 길이이고, Lf는 -40℃ 내지 120℃ 범위내의 임의의 온도에서 45분 내지 75분 동안 유지시킨 후에 측정한 기재층의 길이이다. - 제 1 항에 있어서, 제 1 및 제 2 기재층은 각각 열팽창계수(CTE)가 90ppm/K 이하인 액정 소자.
- 제 1 항에 있어서, 제 1 및 제 2 기재층은 각각 수분 투과율(Water Vapor Transmission Rate)이 500 mg/m2*/day 이하인 액정 소자.
- 제 1 항에 있어서, 내부 공간에 위치하는 액정층은 밀도(Density) 변화율이 하기 일반식 3을 만족하는 액정소자:
[일반식 3]
|Df-Di|/Di × 100 ≤ 1.5 %
상기 일반식 3에서, Di는 10℃ 내지 60℃ 범위내의 임의의 온도에서 측정한 액정층의 밀도이고, Df는 Di의 측정 온도보다 10℃ 승온시켜 측정한 액정층의 밀도이다. - 제 1 항에 있어서, 내부 공간에 위치하는 액정층은 액정 호스트와 이색성 염료 게스트를 포함하는 액정 소자.
- 제 1 항에 있어서, 실런트는 아크릴레이트 및 에폭시 중 적어도 하나 이상을 포함하는 액정 소자.
- 제 1 항에 있어서, 실런트는 수분 투과율(Water Vapor Transmission Rate)이 10 g/m2*/day 이하인 액정 소자.
- 제 1 항에 있어서, 제 1 및 제 2 기재층은 각각 일면에 위치하는 전극층을 포함하는 액정 소자.
- 외주면에 실런트가 형성된 제 1 기재층상에 액정층 형성 재료를 도포하고 제 2 기재층을 상기 제 1 기재층과 대향 배치한 후 10-1 torr 이하의 압력 상태에서 합착하는 단계를 포함하고,
상기 제 1 및 제 2 기재층은 플라스틱 기판이고,
상기 제 1 및 제 2 기재층은 각각 열팽창계수(CTE)가 100ppm/K 이하이며,
하기 일반식 1을 만족하는 액정 소자의 제조 방법:
[일반식 1]
0.85 ≤ V Ratio = VLC / Vs ≤ 1.2
상기 일반식 1에서, V Ratio는 상기 액정층의 부피 대비 하우징 내부 공간의 부피의 비율로서, VLC는 액정층의 부피이고, Vs는 하우징 내부 공간의 부피이며, 상기 액정층의 부피 및 하우징 내부공간의 부피는 -40℃내지 120℃범위내의 임의의 온도에서 45분 내지 75분 동안 유지시킨 후에 측정한 값이고, 상기 임의의 온도는 -40℃를 포함한다. - 제 11 항에 있어서, 액정 소자의 제조는 0 ℃ 내지 100 ℃온도에서 수행하는 액정 소자의 제조 방법.
- 제 11 항에 있어서, 액정층 형성 재료는 제 1 기재층, 실런트 및 제 2 기재층에 의해 형성되는 액정 소자의 내부 공간 부피 대비 90 % 내지 110 %가 되도록 제 1 기재층 상에 도포하는 액정 소자의 제조 방법.
- 제 11 항에 있어서, 제 1 기재층 및 제 2 기재층 중 적어도 하나 이상은 80 ℃ 내지 150 ℃에서 3분 내지 20분 동안 사전 열처리하는 단계를 포함하는 액정 소자의 제조 방법.
- 제 1 외곽 기판 및 제 2 외곽 기판을 포함하고 제 1 항의 액정 소자가 상기 제 1 및 제 2 외곽 기판 사이에 하나 이상 위치하는 광학 디바이스.
- 제 15 항에 있어서, 제 1 외곽 기판과 액정 소자 사이 및 제 2 외곽 기판과 액정 소자 사이 중 적어도 하나 이상에 위치하는 접착 재료를 포함하는 광학 디바이스.
- 제 15 항에 있어서, 제 1 및 제 2 외곽 기판 사이에 위치하는 편광자를 추가로 포함하는 광학 디바이스.
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