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KR20240099893A - 광학 적층체 및 이를 포함하는 스마트 윈도우 - Google Patents

광학 적층체 및 이를 포함하는 스마트 윈도우 Download PDF

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Publication number
KR20240099893A
KR20240099893A KR1020220181822A KR20220181822A KR20240099893A KR 20240099893 A KR20240099893 A KR 20240099893A KR 1020220181822 A KR1020220181822 A KR 1020220181822A KR 20220181822 A KR20220181822 A KR 20220181822A KR 20240099893 A KR20240099893 A KR 20240099893A
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KR
South Korea
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optical laminate
electrode layer
layer
liquid crystal
polarizer
Prior art date
Application number
KR1020220181822A
Other languages
English (en)
Inventor
안홍준
김동휘
Original Assignee
동우 화인켐 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 동우 화인켐 주식회사 filed Critical 동우 화인켐 주식회사
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Priority to PCT/KR2023/015431 priority patent/WO2024136044A1/ko
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Abstract

본 발명은, 제1 편광판; 상기 제1 편광판의 일면 상에 형성되는, 제1 전극층; 상기 제1 편광판과 대향하는, 제2 편광판; 상기 제2 편광판의 일면 상에 형성되며, 상기 제1 전극층과 대향하는, 제2 전극층; 및 상기 제1 전극층 및 제2 전극층 사이에 구비되는 액정층을 포함하며, 상기 제1 전극층 및 제2 전극층 중 적어도 하나의 전극층은, 상기 제1 편광판 및 제2 편광판 중 어느 하나의 편광판과 직접 접촉하여 형성되며, 상기 제1 전극층은, 제1 방향으로 배치되는 복수의 제1 단위 전극을 포함하며, 상기 제2 전극층은, 제2 방향으로 배치되는 복수의 제2 단위 전극을 포함하는, 투과율 가변 광학 적층체 및 이를 포함하는 스마트 윈도우에 관한 것이다.

Description

광학 적층체 및 이를 포함하는 스마트 윈도우{OPTICAL LAMINATE AND SMART WINDOW INCLUDING THE SAME}
본 발명은, 투과율 가변 광학 적층체 및 이를 포함하는 스마트 윈도우에 관한 것이다.
일반적으로 차량 등의 이동 수단의 유리창에 외광 차단 코팅을 하는 경우가 많다. 그러나, 종래의 이동수단의 유리창은 투과율이 고정되어 있으며, 외광 차단 코팅 역시 투과율이 고정되어 있다. 따라서, 이러한 종래의 이동수단의 윈도우는 전체 투과율이 고정되어 있어, 사고를 유발할 수 있다. 예컨대, 전체적인 투과율이 낮게 설정되어 있다면, 주변에 광량이 충분한 주간에는 문제가 없지만, 주변에 광량이 충분하지 않은 야간 등의 경우에는 운전자 등이 이동 수단의 주변을 제대로 확인함에 있어 어려움을 겪을 수 있다는 문제점이 있었다. 또는 전체적인 투과율이 높게 설정되어 있다면, 주변에 광량이 충분한 주간에는 운전자 등의 눈부심을 야기할 수 있다는 문제점이 있었다. 이에, 전압이 인가되면 빛의 투과성을 변화시킬 수 있는 투과율 가변 광학 적층체가 개발되었다.
상기 투과율 가변 광학 적층체는, 전압 인가에 따라 액정을 구동시켜 투과율을 가변 시킴으로써 구동되는데, 현재까지 개발된 투과율 가변 광학 적층체는, 액정 구동을 위한 전극층을 별도의 기재 상에 형성한 뒤 이를 편광판 등의 다른 소자와 결합하여 제작되었으며, 액정 구동을 위한 각 전극층을 일체로 패터닝하여 제작되었다.
예를 들어, 일본 공개특허 제2018-010035호 또한, 소정의 두께를 갖는 폴리카보네이트(PC) 기판 등에 일체로 패터닝되어 형성된 투명 전극층을 포함하는 투과율 가변 광학 적층체를 개시하고 있다.
그러나, 이와 같이 전극층을 형성하기 위하여 별도의 기재를 포함할 경우, 제작 공정이 복잡해짐에 따라 제조 비용이 상승하고, 적층체의 두께가 두꺼워지며, 위상차가 발생함으로 인해 투과율이 변화하는 문제가 있다.
또한, 액정 구동을 위한 각 전극층을 일체로 형성할 경우, 액정층의 전 영역에 대해서만 구동 전압의 인가 및 비인가가 가능하여, 일부 영역에 대해서는 분할 구동이 불가능한 문제가 있다.
따라서, 전극층을 형성하기 위한 별도의 기재를 포함하지 않음으로써 제작 공정이 간소화되고 두께를 감소시킬 수 있으면서도, 액정층의 일부 영역에 대한 분할 구동이 가능한 투과율 가변 광학 적층체에 대한 개발이 필요한 실정이다.
일본 공개특허 제2018-010035호
본 발명은, 복수의 분할된 구동 영역을 포함함으로써, 다양한 모드의 구현이 가능한 투과율 가변 광학 적층체를 제공하는 것을 발명의 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 제작 공정이 보다 간소화된 투과율 가변 광학 적층체를 제공하는 것을 발명의 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 두께가 보다 감소된 투과율 가변 광학 적층체를 제공하는 것을 발명의 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 투광 모드에서의 투과율이 보다 향상된 투과율 가변 광학 적층체를 제공하는 것을 발명의 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 상기 투과율 가변 광학 적층체를 포함하는 스마트 윈도우 및 이를 적용한 교통 수단, 웨어러블 장치 또는 건축용 창호를 제공하는 것을 발명의 목적으로 한다.
그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은, 제1 편광판; 상기 제1 편광판의 일면 상에 형성되는, 제1 전극층; 상기 제1 편광판과 대향하는, 제2 편광판; 상기 제2 편광판의 일면 상에 형성되며, 상기 제1 전극층과 대향하는, 제2 전극층; 및 상기 제1 전극층 및 제2 전극층 사이에 구비되는 액정층을 포함하며, 상기 제1 전극층 및 제2 전극층 중 적어도 하나의 전극층은, 상기 제1 편광판 및 제2 편광판 중 어느 하나의 편광판과 직접 접촉하여 형성되며, 상기 제1 전극층은, 제1 방향으로 배치되는 복수의 제1 단위 전극을 포함하며, 상기 제2 전극층은, 제2 방향으로 배치되는 복수의 제2 단위 전극을 포함하는, 투과율 가변 광학 적층체에 관한 것이다.
본 발명은, 그 제1 관점에 있어서, 상기 단위 전극은, 서로 이격되어 배치된 스트라이프 형태로 형성되는 것일 수 있다.
본 발명은, 그 제2 관점에 있어서, 상기 제1 단위 전극과 제2 단위 전극은, 서로 직교하도록 배치되는 것일 수 있다.
본 발명은, 그 제3 관점에 있어서, 상기 단위 전극간 간격은, 30 내지 100 ㎛인 것일 수 있다.
본 발명은, 그 제4 관점에 있어서, 상기 투과율 가변 광학 적층체는, 10V 이하의 구동 전압에서 최대 투과율 및 최소 투과율이 구현되는 것일 수 있다.
본 발명은, 그 제5 관점에 있어서, 상기 최대 투과율은, 35% 내지 45%인 것일 수 있다.
본 발명은, 그 제6 관점에 있어서, 상기 최소 투과율은, 0% 내지 3%인 것일 수 있다.
본 발명은, 그 제7 관점에 있어서, 상기 단위 전극에 개별 구동 전압을 인가하기 위한 구동 회로부를 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명은, 그 제8 관점에 있어서, 상기 제1 전극층 및 제2 전극층 중 적어도 하나의 전극층은, 투명 도전성 산화물, 금속, 탄소계 물질, 전도성 고분자, 도전성 잉크 및 나노 와이어로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명은, 그 제9 관점에 있어서, 상기 제1 편광판 및 제2 편광판 중 적어도 하나의 편광판은, 30 내지 200㎛의 두께를 갖는 것일 수 있다.
본 발명은, 그 제10 관점에 있어서, 상기 액정층은, 볼 스페이서(ball spacer) 및 컬럼 스페이서(column spacer)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 스페이서(spacer)를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명은, 그 제11 관점에 있어서, 상기 스페이서(spacer)는, 높이가 1 내지 10㎛인 것일 수 있다.
본 발명은, 그 제12 관점에 있어서, 상기 스페이서(spacer)의 액정층 내에서의 점유 면적은, 액정층 면적의 0.01% 내지 10%인 것일 수 있다.
본 발명은, 그 제13 관점에 있어서, 상기 투과율 가변 광학 적층체는, 오버코트층, 점접착층, 자외선 흡수층 및 하드코팅층으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 더 포함하는 것일 수 있다.
또한, 본 발명은, 상기 투과율 가변 광학 적층체를 포함하는, 스마트 윈도우에 관한 것이다.
또한, 본 발명은, 상기 스마트 윈도우를 포함하는, 교통 수단에 관한 것이다.
또한, 본 발명은, 상기 스마트 윈도우를 전면창, 후면창, 측면창, 썬루프창, 및 내부 칸막이 중 적어도 하나 이상에 적용한, 자동차에 관한 것이다.
또한, 본 발명은, 상기 스마트 윈도우를 포함하는, 웨어러블 장치에 관한 것이다.
또한, 본 발명은, 상기 스마트 윈도우를 포함하는, 건축용 창호에 관한 것이다.
본 발명에 따른 투과율 가변 광학 적층체에 의하면, 복수의 분할된 구동 영역을 포함함으로써, 종래 광학 적층체 대비 다양한 모드의 구현이 가능할 수 있다. 구체적으로, 전극층에 전압 인가 시, 단위 셀을 개별적으로 구동시킬 수 있으며, 이에 따라 원하는 단위 영역 만을 선택적으로 구동시킬 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명에 다른 투과율 가변 광학 적층체에 의하면, 편광판의 일면 상에 직접 전극층이 형성되어, 전극층 형성을 위한 별도의 기재를 포함하지 않음으로써, 종래 광학 적층체 대비 제작 공정이 간소화될 수 있으며, 두께를 현저히 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 투광 모드에서의 투과율이 더욱 향상된 것일 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시 예에 따른 투과율 가변 광학 적층체의 적층 구조를 나타낸 도이다.
도 2 내지 5는, 본 발명의 투과율 가변 광학 적층체의 구동 모드를 설명하기 위한 도이다.
도 6은, 본 발명의 제조예에 따라 제작된 광학 적층체의 단위 셀 별 구동 전압에 따른 투과율을 나타낸 그래프이다.
본 발명은, 개별 구동 전압이 인가되는 복수의 단위 전극을 포함함으로써 원하는 단위 영역만을 선택적으로 구동시키는 것이 가능함에 따라 다양한 모드의 구현이 가능하며, 편광판의 일면 상에 액정층의 구동을 위한 전극층을 직접 형성함으로써 적층체의 두께가 감소되고 투광 모드에서의 투과율이 향상된, 투과율 가변 광학 적층체에 관한 것이다.
더욱 상세하게는, 제1 편광판; 상기 제1 편광판의 일면 상에 형성되는, 제1 전극층; 상기 제1 편광판과 대향하는, 제2 편광판; 상기 제2 편광판의 일면 상에 형성되며, 상기 제1 전극층과 대향하는, 제2 전극층; 및 상기 제1 전극층 및 제2 전극층 사이에 구비되는 액정층을 포함하며, 상기 제1 전극층 및 제2 전극층 중 적어도 하나의 전극층은, 상기 제1 편광판 및 제2 편광판 중 어느 하나의 편광판과 직접 접촉하여 형성되며, 상기 제1 전극층은, 제1 방향으로 배치되는 복수의 제1 단위 전극을 포함하며, 상기 제2 전극층은, 제2 방향으로 배치되는 복수의 제2 단위 전극을 포함하는, 투과율 가변 광학 적층체에 관한 것이다.
본 발명의 투과율 가변 광학 적층체는, 전압의 인가에 따라 빛의 투과성을 변화시킬 수 있는 기술 분야에 특히 적합하며, 예를 들어, 스마트 윈도우(smart window) 등에 사용될 수 있다.
스마트 윈도우(smart window)란, 전기적 신호의 인가에 따라 빛의 투과성을 변화시켜 통과되는 빛 또는 열의 양을 제어하는 광학 구조물을 의미한다. 즉, 스마트 윈도우(smart window)는, 전압에 의해서 투명, 불투명 또는 반투명 상태로 변화될 수 있게 구비되며 투과도 가변유리, 조광유리 또는　스마트　글래스(smart glass) 등으로도 불린다.
스마트　윈도우(smart window)는, 차량 및 건축물의 내부 공간의 구획용 또는 사생활 보호용 칸막이로 활용되거나 건축물의 개구부에 배치된 채광창으로 활용될 수 있고, 고속도로 표지판, 게시판, 점수판, 시계 또는 광고스크린으로도 활용될 수 있으며, 자동차, 버스, 항공기, 선박 또는 기차 등의 교통 수단의 창(windows) 또는 선루프와 같은 운송 수단의 유리를 대체하여 활용 가능하다.
본 발명의 투과율 가변 광학 적층체 또한, 상술한 여러 기술 분야의 스마트 윈도우(smart window)로 활용이 가능하나, 전극층이 편광판에 직접 형성됨으로써 전극층 형성을 위한 별도의 기재를 포함하지 않아 두께가 얇고 굴곡 특성에 유리하며, 복수의 단위 전극을 포함함으로써 다양한 모드의 구현이 가능하여, 차량용 또는 건물용 스마트 윈도우(smart window)에 특히 적합하게 사용될 수 있다. 일 또는 복수의 실시 형태에 있어서, 본 발명의 투과율 가변 광학 적층체가 적용된 스마트 윈도우(smart window)는, 교통 수단, 예컨대, 자동차의 전면창, 후면창, 측면창 및 썬루프창, 또는 건축용 창호 등에 사용될 수 있고, 외광 차단 용도 이외에도, 내부 칸막이 등과 같이 자동차 또는 건물 등의 내부 공간 구획용 또는 사생활 보호용으로도 사용될 수 있으며, 헬멧, 안경, 또는 시계 등의 웨어러블(wearable) 장치에도 사용될 수 있다.
이하, 도면을 참고하여, 본 발명의 실시 형태를 보다 구체적으로 설명하도록 한다. 다만, 본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 실시 형태를 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않은 한 복수형도 포함한다. 예를 들어, 본 명세서에서 사용되는 「편광판」은, 제1 편광판 및 제2 편광판 중 적어도 하나의 편광판을 의미하는 것일 수 있으며, 「전극층」은, 제1 전극층 및 제2 전극층 중 적어도 하나의 전극층을 의미하는 것일 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 포함한다(comprises) 및/또는 포함하는(comprising)은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자 이외의 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 의미로 사용한다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
공간적으로 상대적인 용어인 「아래」, 「저면」, 「하부」, 「위」, 「상면」, 「상부」 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작 시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 「아래」 또는 「하부」로 기술된 소자는 다른 소자의 「위」에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 「아래」는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서 내에서 사용된, 「평면 방향」은, 편광판 및/또는 전극층의 법선 방향, 즉 사용자의 시인 측에서 바라보는 방향으로 해석될 수 있다.
본 명세서 내에서 사용된, 「실질적으로」는, 물리적으로 완전히 동일 내지 일치하는 것뿐만 아니라, 측정 내지 제조 공정 상의 오차 범위 이내인 것을 포함하는 것으로 해석될 수 있으며, 예를 들어, 오차 범위 5% 이하인 것으로 해석될 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시 예에 따른 투과율 가변 광학 적층체의 적층 구조를 나타낸 도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 투과율 가변 광학 적층체는, 제1 편광판(110), 제2 편광판(120), 제1 전극층(210), 제2 전극층(220) 및 액정층(300)을 포함하는 것일 수 있다.
상기 편광판(110, 120)은, 편광 기능을 수행하는 편광자를 포함하며, 사용자의 필요에 따라, 보호필름을 포함하는 것일 수 있다.
상기 편광자는, 종래 또는 이후 개발되는 편광자를 사용할 수 있으며, 예를 들어, 연신형 편광자 또는 코팅형 편광자 등을 사용할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 연신형 편광자는, 연신된 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol; PVA)계 수지를 포함할 수 있다. 상기 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol; PVA)계 수지는 폴리아세트산 비닐계 수지를 비누화하여 얻은 폴리비닐알코올계 수지일 수 있다. 폴리아세트산 비닐계 수지로는 아세트산 비닐의 단독 중합체인 폴리아세트산 비닐 이외에, 아세트산 비닐과 이와 공중합 가능한 다른 단량체와의 공중합체 등을 들 수 있다. 상기 다른 단량체로는 불포화 카르복시산계, 불포화 술폰산계, 올레핀계, 비닐에테르계, 암모늄기를 갖는 아크릴아미드계 단량체 등일 수 있다. 또한 폴리비닐알코올(PVA)계 수지는 변성된 것을 포함하며, 예를 들어, 알데히드류로 변성된 폴리비닐포르말이나 폴리비닐아세탈일 수도 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 코팅형 편광자는, 액정 코팅용 조성물에 의해 형성될 수 있고, 이 때, 상기 액정 코팅용 조성물은 반응성 액정 화합물 및 이색성 염료 등을 포함할 수 있다.
상기 반응성 액정 화합물은 예를 들면, 메소겐(mesogen) 골격 등을 포함하고, 또한 중합성 관능기를 하나 이상 포함하는 화합물을 의미할 수 있다. 이러한 반응성 액정 화합물들은 소위 RM(Reactive Mesogen)이라는 명칭으로 다양하게 공지되어 있다. 상기 반응성 액정 화합물은, 광 또는 열에 의해 중합되어 액정 배열이 유지되면서 고분자 네트워크가 형성된 경화막을 구성할 수 있다.
상기 반응성 액정 화합물은 단관능성 또는 다관능성 반응성 액정 화합물일 수 있다. 상기 단관능성 반응성 액정 화합물은, 중합성 관능기를 1개 가지는 화합물이고, 다관능성 반응성 액정 화합물은, 중합성 관능기를 2개 이상 포함하는 화합물을 의미할 수 있다.
상기 이색성 염료는 액정 코팅용 조성물에 포함되어 편광 특성을 부여하는 성분으로서, 분자의 장축 방향에서의 흡광도와 단축 방향에서의 흡광도가 다른 성질을 갖는다. 상기 이색성 염료는, 종래 또는 이후 개발되는 이색성 염료를 사용할 수 있으며, 예를 들어, 아조　염료(azo dyes), 안트라퀴논　염료(anthraquinone dyes), 페릴렌　염료(perylene dyes), 메로시아닌　염료(merocyanine dyes), 아조메틴　염료(azomethine dyes), 프탈로페릴렌　염료(phthaloperylene dyes), 인디고　염료(indigo dyes), 디옥사딘　염료(dioxadine dyes), 폴리티오펜　염료(polythiophene dyes) 및 페녹사진　염료(phenoxazine dyes)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다.
상기 액정 코팅용 조성물은 상기 반응성 액정 화합물 및 상기 이색성 염료를 용해시킬 수 있는 용제를 더 포함할 수 있으며, 예를 들면 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트(PGMEA), 메틸에틸케톤(MEK), 자일렌(xylene) 및 클로로포름(chloroform) 등이 사용될 수 있다. 또한, 상기 액정 코팅용 조성물은 코팅막의 편광 특성을 저해하지 않는 범위 내에서 레벨링제, 중합 개시제 등을 더 포함할 수 있다.
상기 보호필름은, 후공정 및 외부 환경으로부터 편광자의 편광 특성을 보존하기 위하여 구비되는 것일 수 있다.
상기 보호필름은, 편광자의 일면 또는 양면 상에 직접 접촉하여 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 편광판에 구비되는 타 부재 상에 형성되어 편광판을 구성하는 것일 수 있다.
일 또는 복수의 실시 예에 있어서, 상기 보호필름은, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate; PET), 폴리에틸렌 이소프탈레이트(polyethylene isophthalate; PEI), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate; PEN), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(polybutylene terephthalate; PBT), 디아세틸 셀룰로오스(diacetyl cellulose), 트리아세틸 셀룰로오스(triacetyl cellulose; TAC), 폴리카보네이트(polycarbonate; PC), 폴리에틸렌(polyethylene; PE), 폴리프로필렌(polypropylene; PP), 폴리메틸 아크릴레이트(polymethyl acrylate; PMA), 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate; PMMA), 폴리에틸 아크릴레이트(polyethyl acrylate; PEA), 폴리에틸 메타크릴레이트(polyethyl methacrylate; PEMA) 및 환형 올레핀계 폴리머(cyclic olefin polymer; COP)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다.
다른 실시 예에 있어서, 상기 편광판(110, 120)은, 상술한 구성요소 이외에도 편광자의 특성을 보조 내지 강화하기 위한 다른 구성을 더 포함할 수 있으며, 예를 들어, 편광판의 광학 특성을 향상시키기 위하여 위상차 조절층 내지 굴절률 조절층을 포함하는 것일 수 있고, 편광판의 기계적 내구성을 더욱 향상시키기 위하여, 오버코트층 등을 더 포함하는 것일 수도 있다.
상기 위상차 조절층은, 광학 적층체의 광학 특성을 보완하기 위한 것으로, 위상차 필름 등의 형태로 구현될 수 있으며, 종래 또는 이후 개발되는 위상차 필름 등을 사용할 수 있다. 예를 들어, 광의 위상을 지연시키기 위한 사분 파장판(1/4 파장판) 또는 반파장판(1/2 파장판) 등을 사용할 수 있고, 이들을 단독으로 또는 조합하여 사용할 수 있다.
상기 위상차 조절층은, 편광자의 일면 상에 직접 접촉하여 보호필름에 갈음하여 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어, 상기 보호필름의 일면 상에 형성되는 것일 수 있고, 굴절률 조절층의 일면 상에 형성되는 것일 수도 있다.
상기 위상차 조절층은, 연신에 의해 광학 이방성을 부여할 수 있는 고분자 필름을 적절한 방식으로 연신한 고분자 연신 필름 또는 액정 중합 필름을 사용할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 고분자 연신 필름은, 폴리에틸렌(polyethylene; PE) 또는 폴리프로필렌(polypropylene; PP) 등의 폴리올레핀, 폴리노르보넨(polynorbornene) 등의 고리형 올레핀 폴리머(COP: cyclo olefin polymer), 폴리염화비닐(polyvinyl chloride; PVC), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile; PAN), 폴리설폰(polysulfone; PSU), 아크릴 수지(acryl resin), 폴리카보네이트(polycarbonate; PC), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate; PET) 등의 폴리에스테르, 폴리아크릴레이트(polyacrylate), 폴리비닐알코올(polyvinyl acholol; PVA) 또는 트리아세틸 셀룰로오스(triacetyl cellulose; TAC) 등의 셀룰로오스 에스테르계 폴리머나, 상기 폴리머를 형성하는 단량체 중에서 2종 이상의 단량체의 공중합체 등을 포함하는 고분자층을 사용할 수 있다.
상기 고분자 연신 필름을 얻는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 상기 고분자 재료를 필름 형태로 성형한 후, 연신함으로써 얻을 수 있다. 상기 필름 형태로의 성형 방법은 특히 제한되는 것은 아니며, 사출 성형, 시트 성형, 블로우 성형, 사출 블로 성형, 인플레이션 성형, 압출 성형, 발포 성형, 캐스트 성형 등 공지 방법으로 필름으로 성형하는 것이 가능하며 압공 성형, 진공 성형 등의 2차 가공 성형법도 이용할 수 있다. 그 중에서도 압출 성형, 캐스트 성형이 바람직하게 이용된다. 이 때 예를 들면, T다이, 원형 다이 등이 장착된 압출기 등을 이용하여 미연신 필름을 압출 성형할 수 있다. 압출 성형에 의해 성형품을 얻을 경우에는 사전에 각종 수지 성분, 첨가제 등을 용융 혼련한 재료를 이용할 수도 있으면, 압출 성형 시에 용융 혼련을 거쳐 성형할 수도 있다. 또한 각종 수지 성분에 공통된 용매, 예를 들면 클로로포름, 2 염화메틸렌 등의 용매를 이용하여 각종 수지 성분을 용해 후, 캐스트 건조 고체화함으로써 미연신 필름을 캐스트 성형할 수도 있다.
상기 고분자 연신 필름은 상기 성형된 필름을 기계적 흐름 방향(MD; Mechanical Direction, 종 방향 또는 길이 방향)으로 1축 연신, 기계적 흐름 방향으로 직행하는 방향(TD; Transverse Direction, 횡 방향 또는 폭 방향)으로 1축 연신할 수 있고 또한 롤 연신과 텐터연신의 순차 이축 연신법, 텐터연신에 의한 동시 이축 연신법, 튜블러 연신에 의한 이축 연신법 등에 의해 연신함으로써 이축 연신 필름을 제조할 수도 있다.
상기 액정 중합 필름은 반응성 액정 화합물을 중합된 상태로 포함할 수 있다. 상기 반응성 액정 화합물은, 상술한 코팅형 편광자의 반응성 액정 화합물에 관한 내용이 동일하게 적용될 수 있다.
일 또는 복수의 실시 예에 있어서, 상기 위상차 조절층의 두께는, 고분자 연신 필름인 경우에는 10㎛ 내지 100㎛일 수 있고, 액정 중합 필름인 경우에는 0.1㎛ 내지 5㎛일 수 있다.
상기 굴절률 조절층은, 상기 전극층에 의한 광학 적층체의 굴절률 차이를 보상하기 위하여 구비되는 것으로, 굴절률 차이를 감소시킴으로써 시인 특성 등을 개선시키기 위한 역할을 수행하는 것일 수 있다. 또한, 상기 굴절률 조절층은, 상기 전극층에 기인하는 색상을 보정하기 위하여 구비되는 것일 수 있다. 특히, 상기 전극층은, 후술하는 바와 같이 복수의 단위 전극을 갖도록 형성되는데, 이 때, 상기 굴절률 조절층을 통해 상기 패턴이 형성되어 있는 패턴 영역과 패턴이 형성되지 않은 비패턴 영역 간의 투과율 차이를 보상할 수 있다.
구체적으로, 상기 전극층은, 이와 굴절률이 상이한 다른 부재(예컨대, 편광자 등)와 인접하여 적층되며, 인접한 타층과의 굴절률 차이로 인해 광 투과율의 차이가 유발될 수 있고, 특히, 본 발명의 경우와 같이 전극층에 패턴이 형성된 경우, 패턴 영역과 비패턴 영역을 구분할 수 있게 시인되는 문제점이 발생할 수 있다. 따라서, 상기 굴절률 조절층을 포함함으로써, 굴절률을 보상하도록 하여 광학 적층체의 광 투과율의 차이를 감소시킬 수 있도록 하며, 특히 전극층에 패턴이 형성된 경우에는, 패턴 영역 및 비패턴 영역이 구분되어 시인되지 않도록 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 굴절률 조절층의 굴절률은, 인접한 타 부재의 재료에 따라 적절히 선택될 수 있으나, 1.4 내지 2.6인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는, 1.4 내지 2.4일 수 있다. 이 경우, 상기 편광자 등의 타 부재와 전극층 사이의 급격한 굴절률 차이로 인한 광손실을 방지할 수 있다.
상기 굴절률 조절층은, 편광자 등의 타 부재와 전극층 사이의 급격한 굴절률 차이를 방지할 수 있는 것이면, 특별히 제한되지 않으며, 종래 또는 이후 개발되는 굴절률 조절층의 형성에 사용되는 화합물을 사용할 수 있고, 예를 들어, 중합성 이소시아누레이트 화합물을 포함하는 굴절률 조절층 형성 조성물로부터 형성되는 것일 수 있다.
일 또는 복수의 실시 예에 있어서, 상기 편광판(110, 120)은, 30 내지 200 ㎛의 두께를 갖는 것일 수 있고, 바람직하게는 30 내지 170 ㎛일 수 있으며, 더욱 바람직하게는, 50 내지 150 ㎛인 것일 수 있다. 이 경우, 상기 편광판은 광학 특성을 유지하면서도, 얇은 두께의 광학 적층체의 제조가 가능하다.
상기 전극층(210, 220)은, 액정층(300)의 구동을 위하여 구비되는 것으로, 상기 편광판(110, 120)과 직접 접촉하여 형성되는 것일 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 것과 같이, 제1 전극층(210) 및 제2 전극층(220)은 각각 제1 편광판(110) 및 제2 편광판(120)에 직접 접촉하여 형성되는 것일 수 있다.
종래 스마트 윈도우(smart window) 등의 제조에 사용되는 광학 적층체는, 액정 구동을 위한 전극층을 기재의 일면 상에 형성하고, 상기 기재의 타면을 편광판과 접합함으로써 제조되었다. 그러나, 본 발명에 따른 투과율 가변 광학 적층체는, 전극층 형성을 위한 별도의 기재를 포함하지 않고, 편광판의 일면 상에 전극층을 직접 형성함으로써, 적층체의 두께를 감소시키면서 투광 모드에서의 투과율 및 굴곡 특성을 향상시키는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 전극층(210, 220)은, 상기 편광판(110, 120)의 일면 상에 직접 증착되어 형성되는 것일 수 있다. 이때, 상기 전극층(210, 220)은, 편광판(110, 120)과의 접착력 향상을 위하여, 편광판(110, 120)의 일면 상에 코로나 처리 또는 플라즈마 처리 등의 전처리를 실시한 후, 상기 편광판(110, 120)의 전처리를 실시한 면과 직접 접촉하여 형성되는 것일 수 있다. 상기 전처리는, 코로나 처리 또는 플라즈마 처리에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 목적을 해하지 않는 범위 내에서, 종래 또는 이후 개발되는 전처리 공정을 사용할 수 있다.
다른 실시 예에 있어서, 상기 전극층(210, 220)은, 편광판(110, 120)과의 접착력 향상을 위하여, 편광판(110, 120)의 일면 상에 구비된 접착 용이층(미도시)을 사이에 두고, 편광판(110, 120)과 직접 접촉하여 형성되는 것일 수 있다.
상기 전극층(210, 220)은 가시광에 대한 투과율이 50% 이상, 바람직하게는 60% 이상인 것일 수 있으며, 예를 들어, 투명 도전성 산화물, 금속, 탄소계 물질, 전도성 고분자, 도전성 잉크 및 나노 와이어로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 종래 또는 이후 개발되는 전극층의 재료가 사용될 수 있다.
일 또는 복수의 실시 예에 있어서, 상기 투명 도전성 산화물은, 인듐주석산화물(ITO), 인듐아연산화물(IZO), 인듐아연주석산화물(IZTO), 알루미늄아연산화물(AZO), 갈륨아연산화물(GZO), 플로린주석산화물(FTO) 및 아연산화물(ZnO) 등으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 또한, 상기 금속은, 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 니오븀(Nb), 탄탈륨(Ta), 바나듐(V), 철(Fe), 망간(Mn), 코발트(Co), 니켈(Ni), 아연(Zn) 및 이들 중 적어도 하나를 함유하는 합금 등으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것일 수 있으며, 예를 들어, 은-팔라듐-구리(APC) 합금 또는 구리-칼슘(CuCa) 합금을 포함할 수 있다. 상기 탄소계 물질은, 탄소나노튜브(CNT) 및 그래핀(graphene) 등으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것일 수 있으며, 상기 전도성 고분자는 폴리피롤(polypyrrole), 폴리티오펜(polythiophene), 폴리아세틸렌(polyacetylene), 피닷(PEDOT) 및 폴리아닐린(polyaniline) 등으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 상기 도전성 잉크는 금속파우더와 경화성 고분자 바인더가 혼합된 잉크일 수 있고, 나노 와이어는 예를 들면 실버 나노 와이어(AgNW)일 수 있다.
또한, 상기 전극층(210, 220)은 상기 물질들을 조합하여, 2층 이상의 구조로 형성될 수 있다. 예를 들어, 입사광의 반사율을 낮추고, 투과율을 높이도록 금속층 및 투명 도전성 산화물층을 포함하는 2층 구조로 형성될 수 있다.
상기 전극층(210, 220)은, 당해 분야에서 통상적으로 사용되는 방법에 의해 형성될 수 있으며, 예를 들어, 스핀 코트법, 롤러 코트법, 바 코트법, 딥 코트법, 그라비아 코트법, 커튼 코트법, 다이 코트법, 스프레이 코트법, 닥터 코트법, 니더 코트법 등의 코트 공정; 스크린 인쇄법, 스프레이 인쇄법, 잉크젯 인쇄법, 철판 인쇄법, 요판 인쇄법, 평판 인쇄법 등의 인쇄 공정; 및 CVD(chemical vapor deposition), PVD(physical vapor deposition), PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition) 등의 증착 공정 등의 방식 중 적절한 공정을 선택하여 형성될 수 있으며, 상술한 바와 같이, 편광판(110, 120)의 일면 상에 직접 상기 공정을 수행하여 형성되는 것일 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 전극층은, 복수의 단위 전극을 포함하는 것일 수 있으며, 예를 들어, 제1 전극층(210)은 제1 방향(예컨대, x축 방향)으로 배치되는 복수의 제1 단위 전극(211, 212, 213, 214)을 포함하는 것일 수 있으며, 제2 전극층(220)은 제2 방향(예컨대, y축 방향)으로 배치되는 복수의 제2 단위 전극(221, 222, 223, 224)을 포함하는 것일 수 있다.
상기 제1 전극층(210)의 복수의 제1 단위 전극(211, 212, 213, 214)과 제2 전극층(220)의 복수의 제2 단위 전극(221, 222, 223, 224)은 서로 직교하여 중첩되는 영역인 단위 셀을 형성하는 것을 특징으로 한다. 상기 단위 셀은, 구동 회로부에 의해 전압이 인가됨에 따라 개별적으로 투과되는 빛의 양을 조절하여, 빛이 투과되는 영역과 빛이 투과되지 않는 영역을 선택적으로 구현할 수 있다. 상기 단위 셀의 구체적인 구동에 따른 본 발명의 다양한 실시 형태는, 이후 상세히 후술하도록 한다.
상기 제1 단위 전극(211, 212, 213, 214) 및 제2 단위 전극(221, 222, 223, 224)은, 레이저를 이용하여 제1 전극층(210) 및 제2 전극층(220)을 각각 식각함으로써 형성될 수 있다.
이 때, 상기 제1 단위 전극(211, 212, 213, 214) 및 제2 단위 전극(221, 222, 223, 224)은, 도 1에 도시된 것과 같이 각각 서로 이격되어 배치된 스트라이프 형태로 형성된 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 격자 패턴 등의 다양한 패턴으로 형성될 수도 있다.
상기 단위 전극이 도 1에 도시된 것과 같이 스트라이프 형태로 형성된 것인 경우, 상기 단위 전극간 간격은, 30 내지 100 ㎛인 것이 바람직하다. 상기 단위 전극간 간격이 30 ㎛ 미만인 경우에는 레이저 조사량이 높아져 하면에 배치된 편광판에 손상이 발생하기 쉽고, 전극 간격이 너무 좁아져 통전이 발생할 수 있으며, 단위 전극간 간격이 100 ㎛를 초과하는 경우에는 상기 간격 부분에는 전계가 형성되지 않아 전압 인가 여부와 무관하게 항상 불투명 상태를 유지하게 되어 사용자에게 시인되는 문제가 발생할 수 있다.
상기 레이저 식각은, 엑시머 레이저(기본파의 파장이 193 ~ 308 ㎚), YAG 레이저(기본파의 파장이 1,064 nm), 파이버 레이저(기본파의 파장이 1,060 ㎚), CO2 레이저(기본파의 파장이 10,600 nm), 반도체 레이저 등의 레이저를 사용하여 이루어지는 것이 바람직하며, 레이저 광 조사 부위의 전극층 박막의 제거를 효율적으로 행하고, 다른 부재의 손상을 방지하기 위하여, 기본파의 파장이 500 ~ 11,000 nm의 범위인 것이 바람직하다.
상기 레이저 식각의 조건은, 형성하고자 하는 단위 전극의 간격, 식각 깊이 등에 따라 사용자가 적절히 선택하여 실시할 수 있으며, 예를 들어, 레이저 출력 0.1 내지 100 W, 펄스폭 1,000 ㎱ 이하, 주파수 10 내지 1,000 kHz의 조건에서 레이저 식각을 수행하는 것일 수 있다. 레이저 출력이 지나치게 낮으면, 전극층 박막의 제거가 불충분해지는 경향이 있으나, 레이저의 주사 속도를 낮게 하거나 주사 횟수를 늘림으로써 상기 경향은 어느 정도 회피할 수 있다. 레이저 출력이 지나치게 높으면, 조사 부분으로부터의 열의 확산에 의해 전극층 박막이 제거되는 부위가 레이저빔 직경보다 극단적으로 커져, 단위 전극의 패턴 직진성이 불량하거나, 선폭이 지나치게 가늘어지거나 단선될 가능성이 있다. 이 점에서, 레이저 출력 0.5 내지 20 W, 주파수 10 내지 800 ㎑, 펄스폭 800 ㎱ 이하의 범위에서 적절히 조절하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 레이저 출력 0.5 내지 12 W, 주파수 10 내지 600 ㎑, 펄스폭 600 ㎱ 이하일 수 있다.
한편, 도 1은, 제1 전극층(210) 및 제2 전극층(220)이 각각 4개의 제1 단위 전극(211, 212, 213, 214) 및 제2 단위 전극(221, 222, 223, 224)을 포함하는 것으로 도시되어 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 사용자의 필요에 따라 다양한 개수의 단위 전극으로 분할되어 구현될 수 있다.
상기 액정층(300)은, 전계에 따라 일 또는 복수의 방향에서 입사되는 광의 투과도를 조절함으로써, 상기 광학 적층체의 구동 모드를 변경시킬 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 액정층(300)은 액정 화합물(310)에 의해 구동되는 영역을 의미하는 것일 수 있으며, 예를 들어, 후술되는 배향막(미도시) 및 실런트(미도시)에 의해 정의되는 영역을 의미하는 것일 수 있고, 사용자의 필요에 따라 스페이서(spacer)(미도시)를 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 액정 화합물(310)은, 전계에 따라 구동되는 것으로 광의 투과율을 제어할 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않으며, 종래 또는 이후 개발되는 액정 화합물을 사용할 수 있고, 예를 들어, 상술한 코팅형 편광자의 반응성 액정 화합물에 관한 내용이 동일하게 적용될 수 있다.
상기 액정층(300)의 액정 거동 방식은 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 도 1에 도시된 것과 같이 TN(Twisted nematic) 모드로 구동될 수 있으나, 이외에도 STN(Super twisted nematic) 모드, VA(Vertical alignment) 모드, ECB(Electrically controlled birefringence) 모드 등에 의해서도 구동될 수 있다.
상기 스페이서(spacer)는, 볼 스페이서(ball spacer) 및/또는 컬럼 스페이서(column spacer)를 포함하는 것일 수 있으며, 제작 공정의 용이성 등의 측면에서 볼 스페이서(ball spacer)인 것이 바람직하다.
상기 스페이서(spacer)는 하나 이상일 수 있고, 높이가 1 내지 10㎛인 것이 바람직하다. 또한, 평면 방향에서 보았을 때, 상기 스페이서(spacer)가 액정층에서 차지하는 면적은, 사용자의 시인성 및 투광 모드에서의 투과율 향상의 측면에서, 액정층의 면적에 대하여 0.01 내지 10%인 것이 바람직하다.
상기 배향막은, 액정 화합물에 배향성을 부가하기 위한 것이면 특별히 제한되지 않으며, 일 실시 예에 있어서, 러빙(rubbing) 처리에 의해 제조되는 것일 수 있다. 이 경우, 배향막은, 폴리이미드 등의 배향막에 적용 가능한 각종 재료층을 제조한 뒤, 이 재료층의 표면에 러빙 롤(rubbing roll)을 사용한 러빙 처리에 의해 미세한 라인 형상 요철 형상을 제조하여 형성된다.
다른 실시 예에 있어서, 상기 배향막은, 광배향성 내지 광경화성 고분자 등을 포함하는 것일 수 있으며, 예를 들어, 광배향성 내지 광경화성 고분자, 광중합 개시제 및 용제를 포함하는 배향막 코팅 조성물을 도포 및 경화하는 것에 의해 제작될 수 있다.
상기 광배향성 내지 광경화성 고분자는, 특별히 한정되지 않으나, 신나메이트계 고분자, 폴리이미드계 고분자 등을 사용할 수 있으며, 예를 들어, poly(vinyl cinnamate)(PVCi), poly(siloxane cinnamate)(PSCN), poly(ω(4-chalconyloxy)alkoxyphenylmaleimide, 6-FDA-HAB-Cl 등을 사용할 수 있고, 종래 또는 이후 개발되는 배향성을 나타낼 수 있는 고분자를 사용할 수 있다.
또 다른 실시 예에 있어서, 상기 배향막은, 상술한 러빙(rubbing) 처리에 의한 배향막 내지 광 배향성 배향막 대신, 러빙(rubbing) 처리에 의해 제조한 미세한 라인 형상 요철 형상을 부형 처리하여 제작된 것일 수 있다.
상기 실런트는, 액정층의 비활성 영역, 즉 외주면을 따라 형성되어 제1 편광판 및 제2 편광판을 결합시키는 역할을 수행하며, 스페이서(spacer)와 함께 제1 편광판 및 제2 편광판 사이에 액정층이 제공될 공간을 확보하기 위하여 구비되는 것일 수 있다.
상기 실런트는, 베이스 수지로서 경화성 수지를 포함할 수 있다. 상기 베이스 수지로는 당 업계에서 실런트에 사용될 수 있는 것으로 공지된 자외선 경화성 수지 또는 열 경화성 수지를 사용할 수 있다. 상기 자외선 경화성 수지는 자외선 경화성 단량체의 중합체일 수 있다. 상기 열 경화성 수지는 열 경화성 단량체의 중합체일 수 있다.
상기 실런트의 베이스 수지로는, 예를 들어, 아크릴레이트계 수지, 에폭시계 수지, 우레탄계 수지, 페놀계 수지 또는 상기 수지의 혼합물을 사용할 수 있다. 일 실시 예에 있어서, 상기 베이스 수지는 아크릴레이트계 수지일 수 있고, 상기 아크릴레이트계 수지는 아크릴 단량체의 중합체일 수 있다. 상기 아크릴 단량체는 예를 들어 다관능성 아크릴레이트일 수 있다. 다른 실시 예에 있어서, 상기 실런트는 베이스 수지에, 단량체 성분을 더 포함할 수 있다. 상기 단량체 성분은 예를 들어 단관능성 아크릴레이트일 수 있다. 본 명세서에서 단관능성 아크릴레이트는 아크릴기를 1개 갖는 화합물을 의미할 수 있고, 다관능성 아크릴레이트는 아크릴기를 2개 이상 갖는 화합물을 의미할 수 있다. 상기 경화성 수지는 자외선의 조사 및/또는 가열에 의해 경화될 수 있다. 상기 자외선 조사 조건 또는 가열 조건은 본 출원의 목적을 손상시키지 않는 범위 내에서 적절히 수행될 수 있다. 상기 실런트는 필요한 경우 개시제, 예를 들어 광 개시제 또는 열 개시제를 더 포함할 수 있다.
상기 실런트는, 당해 분야에서 통상적으로 사용되는 방법에 의해 형성될 수 있고, 예를 들어, 노즐을 구비하는 디스펜서를 이용하여 실런트를 상기 액정층의 외곽(즉, 비활성 영역)에 드로잉하여 형성될 수 있다.
이하, 상술한 단위 셀의 개별 구동에 따른 본 발명의 투과율 가변 광학 적층체의 구동 모드를 설명하도록 한다.
한편, 단위 셀의 개별 구동에 따른 구동 모드를 설명하기에 앞서, 먼저, 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 광학 적층체의 투광 모드 및 차광 모드에 대해서 설명하도록 한다.
상기 예시적인 실시 형태에 따른 광학 적층체는, 제1 편광판 및 제2 편광판의 흡수축이 서로 직교하며, 액정층은 TN(Twisted Nematic) 모드로 구동되는 것을 가정한다.
여기서, 상기 제1 편광판의 흡수축은 평면 방향에서 y축과 평행하도록 설계되고, 제2 편광판의 흡수축은 평면 방향에서 x축과 평행하도록 설계된 것으로, 제1 편광판과 제2 편광판의 흡수축은 서로 직교하도록 배치된 것으로 가정한다.
또한, 상기 액정층에서 제1 편광판에 인접하게 배치되는 액정 화합물의 장축은 평면 방향에서 x축과 평행하도록 배치되어 제1 편광판의 흡수축과 직교하도록 설계되고, 제2 편광판에 인접하게 배치되는 액정 화합물의 장축은 평면 방향에서 y축과 평행하도록 배치되어 제2 편광판의 흡수축과 직교하도록 설계된 것으로 가정한다.
상기 광학 적층체의 투광 모드를 설명하면, 광학 적층체의 배면 측(제2 편광판의 외측을 의미하며, 이하 동일한 의미로 사용됨)으로부터 입사되는 외부광은, 광학 적층체의 제2 편광판에 의해 평면 방향에서 y축과 평행하도록 선편광된다.
이 때, 액정층 내부에 구동 전압이 인가되지 않은 경우, 액정층 내부에 배치되는 액정 화합물은 초기 배열 상태를 유지하게 된다.
따라서, 상기 y축 방향으로 선편광된 외부광은, 액정층 내부에 배치되는 액정 화합물을 거쳐, 제1 편광판의 투과축과 동일하게 평면 방향에서 x축과 평행한 선편광이 되고, 상기 선편광된 외부광은 제1 편광판을 투과하게 된다.
이에 따라, 외부광이 제1 편광판을 통해 출력되며, 광학 적층체의 배면 측에 위치하는 사물 또는 이미지를 볼 수 있는 투광 모드가 구현된다.
또한, 상기 광학 적층체의 차광 모드를 설명하면, 광학 적층체의 배면 측으로부터 입사되는 외부광은, 광학 적층체의 제2 편광판에 의해 평면 방향에서 y축과 평행하도록 선편광된다.
이 때, 액정층 내부에 구동 전압이 인가된 경우, 액정층 내부에 배치되는 액정 화합물은 액정층의 두께 방향, 즉, z축 방향과 평행하게 배열 상태가 변경된다.
따라서, 상기 y축 방향으로 선편광된 외부광은, 액정층 내부에 배치되는 액정 화합물을 그대로 통과하여 제1 편광판의 흡수축과 동일하게 평면 방향에서 y축과 평행한 선편광이 되고, 상기 선편광된 외부광은 제1 편광판에 흡수되며 통과하지 못하게 된다.
이에 따라, 외부광이 최종적으로 제1 편광판에 의해 출력되지 못하게 되어, 광학 적층체의 배면 측에 위치하는 사물 또는 이미지를 볼 수 없는 차광 모드가 구현된다.
도 2 내지 5는, 상기 예시적인 실시 형태에 따른 광학 적층체가 (10 x 10)의 단위 전극 행렬을 갖는 것을 예로 들어, 본 발명의 투과율 가변 광학 적층체의 다양한 구동 모드를 설명하기 위한 도이며, 구체적으로, 도 2는 전면 투광 모드를, 도 3은 모자이크 모드를, 도 4 및 5는 그라데이션 모드를 나타낸 도이다.
도 2 내지 5를 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 광학 적층체는, 제1 행 내지 제10 행의 제1 단위 전극들을 갖는 제1 전극층; 제1 열 내지 제10 열의 제2 단위 전극들을 갖는 제2 전극층; 및 상기 복수의 단위 전극들 각각에 구동 전압을 인가하기 위한 구동 회로부(1000)를 포함하는 것일 수 있다.
상기 제1 단위 전극들 및 제2 단위 전극들은, 서로 직교하도록 배치되어 중첩되는 영역인 단위 셀(P)을 형성할 수 있으며, 제1 단위 전극들 및 제2 단위 전극들 각각의 구동 전압을 조절하여, 상기 단위 셀(P)을 개별적으로 구동할 수 있다.
본 발명의 예시적인 구동 방식에 따르면, 상기 구동 회로부(1000)에 의해 제1 단위 전극들 및 제2 단위 전극들 모두에 구동 전압이 인가되지 않을 수 있다. 이 때, 상술한 메커니즘에 의해 광학 적층체의 모든 단위 셀(P)이 투광 모드로 구동되어, 도 2에 도시된 것과 같이 전면 투광 모드가 구현됨에 따라, 광학 적층체의 배면 측에 위치하는 사물 또는 이미지를 선명하게 인식할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 예시적인 구동 방식에 따르면, 상기 구동 회로부(1000)에 의해 제1 단위 전극들 중 제1 행 내지 제3 행의 단위 전극에 최대 전압이 인가되고, 제2 단위 전극들 중 제1 열 내지 제4 열의 단위 전극에 전압이 연결되는 것일 수 있다. 이 때, 상기 제1 행 내지 제3 행 및 제1 열 내지 제4 열의 단위 전극이 중첩되는 영역의 단위 셀(P)에는 최대 구동 전압이 인가되게 되어 상술한 메커니즘에 의해 해당 영역의 단위 셀(P)은 차광 모드로 구동되며, 나머지 단위 셀(P)에는 구동 전압이 인가되지 않아 상술한 메커니즘에 의해 해당 영역의 단위 셀(P)은 투광 모드로 구동된다. 이에 따라, 도 3에 도시된 것과 같이 차광 모드로 구동되는 영역의 단위 셀은 차광 영역(B)으로, 투광 모드로 구동되는 나머지 단위 셀은 투광 영역(T)으로 구현되는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 예시적인 구동 방식에 따르면, 상기 구동 회로부(1000)에 의해 제1 단위 전극들 중 제1 행 내지 제2 행의 단위 전극에 최대 전압이 인가되고, 제3 행 내지 제7 행의 단위 전극에는 최대 전압보다 낮은 전압이 인가되고, 제2 단위 전극들 중 제1 열 내지 제 10 열의 단위 전극에 전압이 연결되는 것일 수 있다. 이 때, 상기 제1 행 내지 제2 행 및 제1 열 내지 제10 열의 단위 전극이 중첩되는 영역의 단위 셀(P)에는 최대 구동 전압이 인가되어 상술한 메커니즘에 의해 해당 영역의 단위 셀(P)은 차광 모드로 구동되며, 상기 제3 행 내지 제7 행 및 제1 열 내지 제10 열의 단위 전극이 중첩되는 영역의 단위 셀(P)에는 최대 구동 전압보다 낮은 구동 전압이 인가되어 상술한 메커니즘에 의해 해당 영역의 단위 셀(P)은 차광 모드보다 차광율이 낮은 그레이 모드로 구동되며, 나머지 단위 셀(P)에는 구동 전압이 인가되지 않아 상술한 메커니즘에 의해 해당 영역의 단위 셀(P)은 투광 모드로 구동된다. 이에 따라, 도 4에 도시된 것과 같이 차광 모드로 구동되는 영역의 단위 셀이 차광 영역(B)으로, 그레이 모드로 구동되는 영역의 단위 셀이 그레이 영역(G)으로, 투광 모드로 구동되는 나머지 단위 셀이 투광 영역(T)으로 구현되는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 예시적인 구동 방식에 따르면, 상기 구동 회로부(1000)에 의해 제2 단위 전극들 중 제1 열 내지 제3 열, 및 제9 열 내지 제10 열의 단위 전극에 최대 전압이 인가되고, 제4 열 내지 제8 열의 단위 전극에는 최대 전압보다 낮은 전압이 인가되고, 제1 단위 전극들 중 제1 행 내지 제10 행의 단위 전극에 전압이 연결되는 것일 수 있다. 이 때, 상기 제1 열 내지 제3 열과 제9 열 내지 제10 열 및 제1 행 내지 제10 행의 단위 전극이 중첩되는 영역의 단위 셀(P)에는 최대 구동 전압이 인가되어 상술한 메커니즘에 의해 해당 영역의 단위 셀(P)은 차광 모드로 구동되며, 상기 제4 열 내지 제8 열 및 제1 행 내지 제10 행의 단위 전극이 중첩되는 영역의 단위 셀(P)에는 최대 구동 전압보다 낮은 구동 전압이 인가되어 상술한 메커니즘에 의해 해당 영역의 단위 셀(P)은 차광 모드보다 차광율이 낮은 그레이 모드로 구동된다. 이에 따라, 도 5에 도시된 것과 같이 차광 모드로 구동되는 영역의 단위 셀이 차광 영역(B)으로, 그레이 모드로 구동되는 영역의 단위 셀이 그레이 영역(G)으로 구현되는 것일 수 있다.
한편, 상술한 본 발명의 예시적인 구동 방식은, 본 발명의 실시 형태를 설명하기 위한 것이므로, 반드시 상술한 구동 방식에 한정되는 것이 아님은 전술한 바와 같다.
일 실시 예에 있어서, 상기 단위 셀을 구동하기 위한 구동 전압은 사용자의 필요에 따라 적절히 설정될 수 있으나, 본 발명의 경우 전극층을 형성하기 위한 기재를 포함하지 않아 적층체의 두께가 얇은 점, 적층체의 양 측에 배치되는 편광판과 액정 화합물을 포함하는 액정층에 의해 구동되는 점 등에 비추어, 고분자 분산 액정(Polymer Dispersed Liquid Crystal, PDLC) 또는 전기 영동 입자(Electrophoretic particle)에 의해 구동되는 방식 대비 낮은 구동 전압에 의해 구동될 수 있으며, 예를 들어, 10V 이하의 구동 전압에서 단위 셀 당 최대 투과율 및 최소 투과율을 구현할 수 있는 특징이 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 최대 투과율은 정면 방향 기준으로 35% 내지 45%인 것이 바람직하며, 상기 최소 투과율은 정면 방향 기준으로 0% 내지 3%인 것이 바람직하다. 상기 최대 투과율 및 최소 투과율이 상기 범위를 만족하는 경우, 투광 모드에서는 적층체의 배면에 위치한 사물 또는 이미지를 선명하게 인식할 수 있고, 차광 모드에서는 외부 광을 효과적으로 차단할 수 있어, 모드의 변환 시 외광 투과율의 효과적인 제어가 가능하다는 측면에서 이점이 있다.
본 발명의 투과율 가변 광학 적층체는, 본 발명의 목적을 손상시키지 않는 범위 내에서 다른 부재를 더 포함하는 것일 수 있으며, 예를 들어, 점접착층, 자외선 흡수층 및/또는 하드코팅층 등을 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 점접착층은, 접착제 또는 점착제를 사용하여 광학 적층체의 일면 또는 양면 상에 형성될 수 있으며, 광학 적층체의 취급 시 박리, 기포 등이 발생하지 않도록 적절한 점접착력을 가짐과 동시에, 투명성 및 열안정성을 갖는 것이 바람직하다.
상기 접착제는, 종래 또는 이후 개발되는 접착제를 사용할 수 있으며, 예를 들어, 광경화성 접착제를 사용할 수 있다.
상기 광경화성 접착제는 자외선(Ultraviolet, UV), 전자선(Electron Beam, EB) 등 활성 에너지선을 받아 가교 및 경화되어 강한 접착력을 나타내는 것으로, 반응성 올리고머, 반응성 모노머, 광중합 개시제 등으로 구성될 수 있다.
상기 반응성 올리고머는 접착제의 특성을 결정하는 중요한 성분으로, 광중합 반응에 의해 고분자 결합을 형성하여 경화 피막을 형성한다. 사용가능한 반응성 올리고머는 폴리에스테르계 수지, 폴리에테르계 수지, 폴리우레탄계 수지, 에폭시계 수지, 폴리아크릴계 수지, 실리콘계 수지 등을 들 수 있다.
상기 반응성 모노머는 전술한 반응성 올리고머의 가교제, 희석제로서의 역할을 하며, 접착 특성에 영향을 미친다. 사용가능한 반응성 모노머는 단관능성 모노머, 다관능성 모노머, 에폭시계 모노머, 비닐에테르류, 환상 에테르류 등을 들 수 있다.
상기 광중합 개시제는 빛 에너지를 흡수하여 라디칼 혹은 양이온을 생성시켜 광중합을 개시하는 역할을 하는 것으로, 광중합 수지에 따라 적합한 것을 선택하여 사용할 수 있다.
상기 점착제는, 종래 또는 이후 개발되는 점착제를 사용할 수 있으며, 일 또는 복수의 실시 형태에 있어서, 아크릴계 점착제, 고무계 점착제, 실리콘계 점착제, 우레탄계 점착제, 폴리비닐알코올계 점착제, 폴리비닐피롤리돈계 점착제, 폴리아크릴아미드계 점착제, 셀룰로오스계 점착제, 비닐알킬에테르계 점착제 등을 사용할 수 있다. 상기 점착제는, 점착력과 점탄성을 갖는 것이면 특별히 제한되지는 않으나, 입수 용이성 등의 측면에서 바람직하게는, 아크릴계 점착제일 수 있고, 예를 들어, (메타)아크릴레이트 공중합체, 가교제 및 용제 등을 포함하는 것일 수 있다.
상기 가교제는, 종래 또는 이후 개발되는 가교제를 사용할 수 있으며, 예를 들어, 폴리이소시아네이트화합물, 에폭시수지, 멜라민수지, 요소수지, 디알데히드류, 메틸올폴리머 등을 포함하는 것일 수 있고, 바람직하게는 폴리이소시아네이트 화합물을 포함하는 것일 수 있다.
상기 용제는, 수지 조성물 분야에서 사용되는 통상의 용매를 포함할 수 있으며, 예를 들면, 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 부탄올, 프로필렌글리콜 메톡시 알코올 등의 알코올계 화합물; 메틸에틸케톤, 메틸부틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 디에틸케톤, 디프로필케톤 등의 케톤계 화합물; 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, 부틸 아세테이트, 프로필렌글리콜 메톡시 아세테이트 등의 아세테이트계 화합물; 메틸 셀로솔브, 에틸 셀로솔브, 프로필 셀로솔브 등의 셀로솔브계 화합물; 헥산, 헵탄, 벤젠, 톨루엔, 자일렌 등의 탄화수소계 화합물 등의 용매들이 사용될 수 있다. 이들은 단독으로 혹은 2종 이상이 조합되어 사용될 수 있다.
상기 점접착층의 두께는 점접착체의 역할을 하는 수지의 종류, 점접착 강도, 점접착제가 이용되는 환경 등에 따라 적절하게 결정될 수 있다. 일 실시 예에 있어서, 상기 점접착층은, 충분한 점접착력을 확보하고 광학 적층체의 두께를 최소화하기 위하여, 0.1 내지 500㎛일 수 있고, 바람직하게는 0.5 내지 450㎛, 더욱 바람직하게는 1 내지 400㎛의 두께를 갖는 것일 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 점접착층은, 라미네이트 방식에 의해 편광판의 일면 또는 양면 상에 형성될 수 있다.
상기 자외선 흡수층은, 자외선에 따른 광학 적층체의 열화를 방지하기 위한 것이면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 살리실산계 자외선 흡수제(페닐살리실레이트, p-tert-부틸살리실레이트 등), 벤조페논계 자외선 흡수제(2,4-디히드록시벤조페논, 2,2'-디히드록시-4,4'-디메톡시벤조페논 등), 벤조트리아졸계 자외선 흡수제(2-(2'-히드록시-5'-메틸페닐)벤조트리아졸, 2-(2'-히드록시-3',5'-디-tert-부틸페닐)벤조트리아졸, 2-(2'-히드록시-3'-tert-부틸-5'-메틸페닐)벤조트리아졸, 2-(2'-히드록시-3',5'-디-tert-부틸페닐)-5-클로로벤조트리아졸, 2-(2'-히드록시-3'-(3",4",5",6"-테트라히드로프탈이미드메틸)-5'-메틸페닐)벤조트리아졸, 2,2-메틸렌비스(4-(1,1,3,3-테트라메틸부틸)-6-(2H-벤조트리아졸-2-일)페놀), 2-(2'-히드록시-3'-tert-부틸-5'-메틸페닐)-5-클로로벤조트리아졸, 2-(2'-히드록시-3'-tert-부틸-5'-(2-옥틸옥시카르보닐에틸)-페닐)-5-클로로벤조트리아졸, 2-(2'-히드록시-3'-(1-메틸-1-페닐에틸)-5'-(1,1,3,3-테트라메틸부틸)-페닐)벤조트리아졸, 2-(2H-벤조트리아졸-2-일)-6-(직쇄 및 측쇄 도데실)-4-메틸페놀, 옥틸-3-[3-tert-부틸-4-히드록시-5-(클로로-2H-벤조트리아졸-2-일)페닐]프로피오네이트와 2-에틸헥실-3-[3-tert-부틸-4-히드록시-5-(5-클로로-2H-벤조트리아졸-2-일)페닐]프로피오네이트의 혼합물 등), 시아노아크릴레이트계 자외선 흡수제(2'-에틸헥실-2-시아노-3,3-디페닐아크릴레이트, 에틸-2-시아노-3-(3',4'-메틸렌디옥시페닐)-아크릴레이트 등), 트리아진계 자외선 흡수제 등을 사용할 수 있으며, 투명성이 높고, 편광판이나 투과율 가변층의 열화를 방지하는 효과가 우수한 벤조트리아졸계 자외선 흡수제나 트리아진계 자외선 흡수제가 바람직하며, 분광 흡수 스펙트럼이 보다 적절한 벤조트리아졸계 자외선 흡수제가 특히 바람직하다. 상기 벤조트리아졸계 자외선 흡수제는 비스(Bis)화한 것일 수도 있으며, 예를 들어 6,6'-메틸렌비스(2-(2H-벤조[d][1,2,3]트리아졸-2-일)-4-(2,4,4-트리메틸펜탄-2-일)페놀), 6,6'-메틸렌비스(2-(2H-벤조[d][1,2,3]트리아졸-2-일)-4-(2-히드록시에틸)페놀) 등일 수 있다.
상기 하드코팅층은, 외부의 물리적, 화학적 충격으로부터 표시장치 내에 구비되는 여러 부재를 보호하기 위한 것이면 특별히 제한되지 않으며, 종래 또는 이후에 개발되는 하드코팅층이 사용될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 하드코팅층은, 타 부재 상에 하드코팅층 형성용 조성물을 도포한 후 광 또는 열에 의해 경화시켜 형성될 수 있다. 상기 하드코팅층 형성용 조성물은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 에폭시계 화합물 및/또는 아크릴레이트계 화합물; 및 광개시제를 포함하는 것일 수 있다.
상기 에폭시계 화합물, 아크릴레이트계 화합물 및 광개시제는, 당 분야에서 일반적으로 사용되는 것을 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들어, 상기 에폭시계 화합물은 분자 내 적어도 하나의 에폭시기를 갖는 모노머 혹은 올리고머일 수 있으며, 상기 아크릴레이트계 화합물은 (메타)아크릴레이트기를 포함하는 모노머 또는 올리고머일 수 있으며, 광개시제는 옥심 에스테르계 화합물 등일 수 있다.
본 발명은, 상기 투과율 가변 광학 적층체에 더하여, 이를 포함하는 스마트 윈도우를 포함한다. 또한, 본 발명은, 상기 스마트 윈도우를 포함하는 교통 수단, 예를 들어, 상기 스마트 윈도우를 전면창, 후면창, 측면창, 썬루프창, 및 내부 칸막이 중 적어도 하나 이상에 적용한 자동차, 상기 스마트 윈도우를 포함하는 웨어러블 장치 및 건축용 창호를 포함한다.
예를 들면, 본 발명의 스마트 윈도우를 포함하는 자동차는, 상기 광학 적층체의 양면 상에 차량용 글라스를 접합한 스마트 윈도우을 포함하는 것일 수 있다. 상기 스마트 윈도우는, 예를 들어, 광학 적층체의 양면 상에 접착 필름 및 차량용 글라스를 올린 뒤, Press machine을 사용하여 온도 90℃ 및 약 1bar 진공 상태에서 10 내지 20분 가열하여 제조된 것일 수 있고, 차량용 글라스의 일면 상에 레진을 코팅한 뒤, 광학 적층체의 양면 상에 차량용 글라스를 진공 접합한 뒤 UV경화하여 제조된 것일 수도 있다. 상기 접착 필름은 EVA(Ethylene Vinyl Acetate copolymer) 필름, PVB(Poly Vinyl Butyral) 필름 등을 포함하는 것일 수 있고, 상기 레진은 광학 투명 레진(Optically Clear Resin, OCR) 등을 포함하는 것일 수 있다.
상기 광학 투명 레진(OCR)은, 우레탄계 수지, 아크릴계 수지, 실리콘계 수지 등을 포함하는 것일 수 있으며, 우수한 내열성, 입수의 용이성 등의 측면에서, 바람직하게는, 실리콘계 수지를 포함하는 것일 수 있다.
또한 상기 광학 적층체의 일면 또는 양면 상에 건물용 창호(창호용 글라스)를 접합한 것 일 수 있고, 광학 적층체의 일면 상에 창호용 글라스를 라미네이트 방식으로 접합하여 창호용 스마트 윈도우 제품을 제조한 것 일 수 있고, 광학 적층체의 양면 상에 창호용 글라스를 UV 접착제 도포 후 접합한 뒤, UV 경화하여 창호용 스마트 윈도우 제품을 제조한 것일 수 있다.
이하, 구체적으로 본 발명에 따른 광학 적층체의 예시적인 실시 형태를 기재한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 형태에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 형태는, 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
제조예 1: 편광판 제조
(1) 팽윤 처리 공정
두께 60 ㎛의 폴리비닐알코올 필름(원단 필름)(가부시키가이샤쿠라레 제조, 상품명 「쿠라레포발필름 VF-PE＃6000」, 평균 중합도 2400, 비누화도 99.9 몰%)을 원단 롤로부터 연속적으로 풀어내면서 반송하여, 20℃의 순수가 들어간 팽윤욕에 30초간 침지했다. 이 팽윤 처리 공정에서는, 닙 롤 사이에 주속도의 차를 붙여 롤간 연신(세로 일축 연신)을 행했다. 원단 필름을 기준으로 하는 연신 배율은 2.5배로 했다.
(2) 염색 처리 공정
이어서, 닙 롤을 통과한 필름을, 순수/요오드화칼륨/요오드/붕산(질량비)이 100/2/0.01/0.3인 30℃의 염색욕에 120초간 침지했다. 이 염색 처리에 있어서도 닙 롤 사이에 주속도의 차를 붙여 롤간 연신(세로 일축 연신)을 행했다. 팽윤 처리 공정 후의 필름을 기준으로 하는 연신 배율은 1.1배로 했다.
(3) 가교 처리 공정
이어서, 닙 롤을 통과한 필름을, 순수/요오드화칼륨/붕산(질량비)이 100/12/4인 56℃의 제1 가교욕에 70초간 침지했다. 닙 롤과, 제1 가교욕과 제2 가교욕의 사이에 마련된 닙 롤과의 사이에 주속도의 차를 붙여 롤간 연신(세로 일축 연신)을 행했다. 염색 처리 공정 후의 필름을 기준으로 하는 연신 배율은 1.9배로 했다.
(4) 보색 처리 공정
이어서, 가교 처리 후의 필름을 요오드화칼륨/붕산/순수(질량비)가 9/2.9/100인 40℃의 제2 가교욕에 10초간 침지했다.
(5) 세정 처리 공정
이어서, 제2 가교 처리 후의 필름을 14℃의 순수가 들어간 세정욕에 5초간 침지시키고, 샤워량 5m3/h 및 샤워온도 14℃으로 세정하였다.
(6) 건조 처리 공정
이어서, 세정 처리 공정 후의 필름을 건조로에 통과시킴으로써 80℃에서 190초간 가열 건조시켜 편광자 필름을 제작하였다. 건조 후 수분율은 13.6%였고, 얻어진 편광자 필름의 두께는 약 21 ㎛였다.
(7) 접합 처리 공정
이어서, 접착제로서, 물 100 질량부에 대하여 폴리비닐알코올을 5 질량부 함유하는 수계 접착제를 조제했다. 이후, 상기 편광자 필름의 양측에, 조제한 UV 접착제를 이용하여 보호 필름을 적층시켰다. 얻어진 적층체에 UV노광을 행하고, 접착제를 경화시켜 편광판을 제작했다. 또한, 얻어진 편광판에 있어서의 접착제층의 두께는 약 2 ㎛ 였다.
제조예 2: 하드코팅 조성물 제조
덴드리머 화합물(미원스페셜티케미칼, SP-1106) 16.2g, 무기나노입자(평균 입경이 10 내지 20 nm인 실리카 입자 50 중량%, 용매: 메틸에틸케톤(MEK)) 14.4g, 에틸렌글리콜기를 포함하는 다관능(메타)아크릴레이트 1.8g, 광개시제 (1-히드록시시클로헥실페닐케톤) 0.7g, 메틸에틸케톤 2.9g을 혼합하여 하드코팅 조성물을 제조하였다.
제조예 3: 하드코팅층 제작
제조예 2에서 제조된 하드코팅 조성물을 편광판의 일면에 #10 Mayer Bar를 사용하여 Bar코팅하고, 80℃에서 5분 동안 건조한 후 고압 수은램프에서 500mJ/㎠의 광량으로 경화하여 두께 약 7㎛ 하드코팅층을 제조하였다.
제조예 4: 전극층 제조
제조예 3의 하드코팅층이 형성된 편광판을 넣고, 상기 하드코팅층 상에 450W DC 전력을 인가하여 스퍼터건을 작동시킨 다음, ITO(10wt% Sn doped In2O3) 타겟에 플라즈마를 유도하여 ITO 전극층(90nm)을 형성하였다. 상기 형성된 전극층에 50W DC 파워로 이온건을 작동시켜 이온 처리하였다. 이때 상온에서 압력을 3mTorr로 유지하고, 아르곤 가스 및 산소 가스를 30sccm 및 1sccm로 각각 공급하면서 제조하였다. 상기 ITO두께는 FT-SEM을 사용하여 측정하였다.
제조예 5: 배향막 제작
상기 제조예 4에서 제작된 상부 편광판 및 하부 편광판 각각의 ITO 전극층 상에 배향액을 코팅 및 건조(80℃/2분)하였다. 이후, 상기 건조된 배향액 상에 UV를 조사하여, 배향막을 제작하였다.
제조예 6: 단위 전극 형성(전극층 분리홈 제작)
상기 제조예 5에서 제작된 상부 편광판 및 하부 편광판의 배향막 상에 레이저의 가우시안 빔을 연속 조사하여, 배향막 및 ITO 전극층을 해칭하고, 하드코팅층 상에 깊이 약 1㎛의 영역까지 해칭함으로써, 각각의 전극층에 전기적으로 이격된 복수의 단위 전극을 형성하였다. 이 때, 상기 각각의 전극층에는 5개의 분리홈을 형성하여, (6 x 6)의 단위 전극 행렬을 갖도록 제작하였다.
제조예 7: 볼 스페이서 산포 제조
볼 스페이서 혼합 용매는 이소프로필알코올(IPA) 100ml 기준으로 볼 스페이서(SEKISUI社 SP시리즈)를 0.03g 섞어서 제조하였다. 이후, 상기 제조예 6에서 제조된 하부 편광판을 스페이서 산포기(SDSS-KHU02, 신도기연社)에 넣고, 상기 제조한 혼합 용매를 110℃ 조건에서 산포한 뒤 20분 동안 건조하여, 배향막 상에 볼 스페이서를 형성하였다.
제조예 8: 광학 적층체 제조
제조예 7에서 제작된 하부 편광판의 ITO 전극층 외주면 상에 실런트 디스펜서(SHOTmini 200Ωx, MUSASHI社)를 사용하여 실런트(Photolec A, 1만mPa·s, SEKISUI社)를 샤프니들(SPN-0.25-12.7L)을 사용하여 토출압력 200mPa으로 제품 사이즈 도면에 맞춰 도포하였고, 배향막 상에는 액정을 ODF(One Drop Filling) 공정방식으로 주입하였다. 그 후, 제조예 6에서 제작된 상부 편광판을, 상기 하부 편광판의 편광축과 서로 0° 또는 90°가 되도록, 또한, 상부 편광판 및 하부 편광판에 형성된 단위 전극이 각각 직교하도록 평행하게 배치한 상태에서 3Kg/cm2 압력으로 접합한 뒤, 실런트 라인을 따라 UV 경화(500mJ/cm2)를 진행하여 스마트 윈도우용 광학 적층체를 제조하였다.
제조예 9: 접속 패드 제조
상기 제조예 8에서 제작된 광학 적층체의 상부 및 하부 ITO 전극층에 형성된 각 단위 전극의 일측 단부에 전도성 구리테이프(TERAOKA, No.8323)를 접착하여 접속 패드를 형성하였다.
실험예: 단위 셀 별 전압 세기에 따른 투과율 측정
상기 제조예 1 내지 9에 따라 제작된 스마트 윈도우용 광학 적층체의 각 단위 셀 별 구동 전압에 따른 투과율을 측정하여, 하기 표 1 및 도 6에 나타내었다.
상기 표 1 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 광학 적층체의 경우, 투광 모드(인가전압 0V)에서의 투과율이 40.2%로 적층체의 배면에 위치한 사물 또는 이미지를 명확히 인식할 수 있으며, 차광 모드(인가전압 10V 이상)에서의 투과율이 0.1%로 외부 광을 효과적으로 차단할 수 있음을 알 수 있다.
또한, 10V의 인가 전압에서, 차광 모드에서의 투과율 하한 값에 도달하게 되어, 종래 광학 적층체 대비 상대적으로 낮은 구동 전압인 10V에서도 적층체의 차광 모드와 투광 모드의 변환이 원활할 수 있음을 알 수 있다.
나아가, 0V 초과 10V 미만의 구동 전압에서 투과율을 적절히 조절하는 것이 가능하여, 사용자의 필요에 따라 그레이 모드에서의 투과율을 적절히 설정할 수 있음을 알 수 있다.

Claims (19)

  1. 제1 편광판;
    상기 제1 편광판의 일면 상에 형성되는, 제1 전극층;
    상기 제1 편광판과 대향하는, 제2 편광판;
    상기 제2 편광판의 일면 상에 형성되며, 상기 제1 전극층과 대향하는, 제2 전극층; 및
    상기 제1 전극층 및 제2 전극층 사이에 구비되는 액정층을 포함하며,
    상기 제1 전극층 및 제2 전극층 중 적어도 하나의 전극층은, 상기 제1 편광판 및 제2 편광판 중 어느 하나의 편광판과 직접 접촉하여 형성되며,
    상기 제1 전극층은, 제1 방향으로 배치되는 복수의 제1 단위 전극을 포함하며,
    상기 제2 전극층은, 제2 방향으로 배치되는 복수의 제2 단위 전극을 포함하는, 투과율 가변 광학 적층체.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 단위 전극은, 서로 이격되어 배치된 스트라이프 형태로 형성되는, 투과율 가변 광학 적층체.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 단위 전극과 제2 단위 전극은, 서로 직교하도록 배치되는, 투과율 가변 광학 적층체.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 단위 전극간 간격은, 30 내지 100 ㎛인, 투과율 가변 광학 적층체.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 투과율 가변 광학 적층체는, 10V 이하의 구동 전압에서 최대 투과율 및 최소 투과율이 구현되는, 투과율 가변 광학 적층체.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 최대 투과율은, 35% 내지 45%인, 투과율 가변 광학 적층체.
  7. 청구항 5에 있어서, 상기 최소 투과율은, 0% 내지 3%인, 투과율 가변 광학 적층체.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 단위 전극에 개별 구동 전압을 인가하기 위한 구동 회로부를 더 포함하는, 투과율 가변 광학 적층체.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 전극층 및 제2 전극층 중 적어도 하나의 전극층은, 투명 도전성 산화물, 금속, 탄소계 물질, 전도성 고분자, 도전성 잉크 및 나노 와이어로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는, 투과율 가변 광학 적층체.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 편광판 및 제2 편광판 중 적어도 하나의 편광판은, 30 내지 200㎛의 두께를 갖는, 투과율 가변 광학 적층체.
  11. 청구항 1에 있어서, 상기 액정층은, 볼 스페이서(ball spacer) 및 컬럼 스페이서(column spacer)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 스페이서(spacer)를 포함하는, 투과율 가변 광학 적층체.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 스페이서(spacer)는, 높이가 1 내지 10㎛인, 투과율 가변 광학 적층체.
  13. 청구항 11에 있어서, 상기 스페이서(spacer)의 액정층 내에서의 점유 면적은, 액정층 면적의 0.01% 내지 10%인, 투과율 가변 광학 적층체.
  14. 청구항 1에 있어서, 상기 투과율 가변 광학 적층체는, 오버코트층, 점접착층, 자외선 흡수층 및 하드코팅층으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 더 포함하는, 투과율 가변 광학 적층체.
  15. 청구항 1 내지 14 중 어느 한 항의 투과율 가변 광학 적층체를 포함하는, 스마트 윈도우.
  16. 청구항 15의 스마트 윈도우를 포함하는, 교통 수단.
  17. 청구항 15의 스마트 윈도우를 전면창, 후면창, 측면창, 썬루프창, 및 내부 칸막이 중 적어도 하나 이상에 적용한, 자동차.
  18. 청구항 15의 스마트 윈도우를 포함하는, 웨어러블 장치.
  19. 청구항 15의 스마트 윈도우를 포함하는, 건축용 창호.
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