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WO2018199614A1 - 투과율 가변 장치 - Google Patents

투과율 가변 장치 Download PDF

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WO2018199614A1
WO2018199614A1 PCT/KR2018/004780 KR2018004780W WO2018199614A1 WO 2018199614 A1 WO2018199614 A1 WO 2018199614A1 KR 2018004780 W KR2018004780 W KR 2018004780W WO 2018199614 A1 WO2018199614 A1 WO 2018199614A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
liquid crystal
transmittance
substrates
dye
degrees
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Ceased
Application number
PCT/KR2018/004780
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
오동현
임은정
김남훈
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LG Chem Ltd
Original Assignee
LG Chem Ltd
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 LG Chem Ltd filed Critical LG Chem Ltd
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Priority to JP2019558679A priority patent/JP2020518032A/ja
Priority to US16/607,581 priority patent/US11003032B2/en
Priority to EP18791636.6A priority patent/EP3617769B1/en
Publication of WO2018199614A1 publication Critical patent/WO2018199614A1/ko
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    • G02F1/13725—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering based on guest-host interaction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60J—WINDOWS, WINDSCREENS, NON-FIXED ROOFS, DOORS, OR SIMILAR DEVICES FOR VEHICLES; REMOVABLE EXTERNAL PROTECTIVE COVERINGS SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLES
    • B60J3/00—Antiglare equipment associated with windows or windscreens; Sun visors for vehicles
    • B60J3/04—Antiglare equipment associated with windows or windscreens; Sun visors for vehicles adjustable in transparency
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E06—DOORS, WINDOWS, SHUTTERS, OR ROLLER BLINDS IN GENERAL; LADDERS
    • E06B—FIXED OR MOVABLE CLOSURES FOR OPENINGS IN BUILDINGS, VEHICLES, FENCES OR LIKE ENCLOSURES IN GENERAL, e.g. DOORS, WINDOWS, BLINDS, GATES
    • E06B9/00—Screening or protective devices for wall or similar openings, with or without operating or securing mechanisms; Closures of similar construction
    • E06B9/24—Screens or other constructions affording protection against light, especially against sunshine; Similar screens for privacy or appearance; Slat blinds
    • E06B2009/2423—Combinations of at least two screens
    • E06B2009/2447—Parallel screens
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E06—DOORS, WINDOWS, SHUTTERS, OR ROLLER BLINDS IN GENERAL; LADDERS
    • E06B—FIXED OR MOVABLE CLOSURES FOR OPENINGS IN BUILDINGS, VEHICLES, FENCES OR LIKE ENCLOSURES IN GENERAL, e.g. DOORS, WINDOWS, BLINDS, GATES
    • E06B9/00—Screening or protective devices for wall or similar openings, with or without operating or securing mechanisms; Closures of similar construction
    • E06B9/24—Screens or other constructions affording protection against light, especially against sunshine; Similar screens for privacy or appearance; Slat blinds
    • E06B2009/2464—Screens or other constructions affording protection against light, especially against sunshine; Similar screens for privacy or appearance; Slat blinds featuring transparency control by applying voltage, e.g. LCD, electrochromic panels
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    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1337—Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers
    • G02F1/133746—Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers for high pretilt angles, i.e. higher than 15 degrees
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    • G02F2201/16—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00 series; tandem
    • G—PHYSICS
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    • G02F2202/00—Materials and properties
    • G02F2202/04—Materials and properties dye
    • G02F2202/043—Materials and properties dye pleochroic
    • G—PHYSICS
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    • G02F2203/00—Function characteristic
    • G02F2203/48—Variable attenuator

Definitions

  • the present application relates to a variable transmittance device.
  • a transmittance variable device using a so-called GH cell (Guest host cell) to which a mixture of a host material and a dichroic dye guest, which are mainly liquid crystal compounds, is known (for example, Patent Document 1).
  • variable transmittance devices have been applied to various applications including eyewear such as sunglasses, exterior walls of buildings, sunroofs of vehicles, and the like.
  • eyewear such as sunglasses, exterior walls of buildings, sunroofs of vehicles, and the like.
  • AR Augmented Reality
  • variable transmittance device adjusts the transmittance by adjusting the orientation of the dichroic dye guest in the GH cell.
  • the observer may observe the variable transmittance device in an inclined direction.
  • the device is mounted on curved glass or when mounted on eyewear such as sunglasses or augmented reality experience device.
  • Patent Document 1 European Patent Publication No. 0022311
  • the present application relates to a variable transmittance device, and an object of the present invention is to provide a variable transmittance device and its use which can realize a high contrast ratio even when observing the variable transmittance device in an inclined direction in one example.
  • variable transmittance device may mean a device designed to switch between a high transmittance state and a low transmittance state. As described below, switching between the states can be enabled by controlling the orientation of the dichroic dye in each GH cell in a structure including at least two guest-host cells (hereinafter, GH cells). have.
  • GH cells guest-host cells
  • the high transmittance state may be referred to as a clear state
  • the low transmittance state may be referred to as a black state.
  • the clear state may mean, for example, a state in which the linear light transmittance of the device to the vertical light is 40% or more
  • the black state means a state in which the linear light transmittance of the device to the vertical light is 10% or less. can do.
  • the vertical light is light incident in a direction parallel to the normal direction of the film or sheet surface when the variable transmittance device is in the form of a film or sheet, and the linear light transmittance of the vertical light is incident on the film or sheet surface. The percentage of light transmitted in the direction perpendicular to the normal direction among the vertical light.
  • the linear light transmittance of the vertical light in the clear state is, in another example, about 100% or less, about 95% or less, 90% or less, 85% or less, 80% or less, 75% or less, 70% or less, 65% or less, 60% or less. , Up to 55% or up to 50%.
  • the linear light transmittance of the vertical light in the black state may be about 8% or less, 7% or less, or 6% or less, and in another example, may be 0% or more, 1% or more, 2% or more, 3% or more, or 4% or more. have.
  • variable transmittance device of the present application can realize high transmittance in the clear state and low transmittance in the black state even when observed in the inclined direction, and thus high contrast ratio, that is, transmittance in the clear state (Tc) and transmittance in the black state
  • Tc transmittance in the clear state
  • Tb transmittance in the black state
  • variable transmittance device of the present application may have a linear light transmittance of oblique light in a clear state of 40% or more or 45% or more.
  • the linear light transmittance of the inclined light is about 100% or less, about 95% or less, 90% or less, 85% or less, 80% or less, 75% or less, 70% or less, 65% or less, 60% or less, 55 It may be up to% or up to 50%.
  • variable transmittance device may have a linear light transmittance of oblique light in a black state, 10% or less, about 9% or less, about 8% or less, 7% or less, or 6% or less, and also 0% or more, 1% or more, 2 Or at least 3% or at least 4%.
  • variable transmittance device the ratio (Tc / Tb) of the linear light transmittance (Tc) of the inclined light in the clear state and the linear light transmittance (Tb) of the inclined light in the black state is 7.5 or more, 8 or more, 8.5 or more, 9 or more, 9.5 or more, or 10 or more.
  • the ratio Tc / Tb may be 20 or less, 18 or less, 16 or less, 14 or less, or 12 or less.
  • the inclined light is light incident in the direction of about 20 degrees with the normal direction of the surface of the film or sheet when the variable transmittance device is in the form of a film or sheet. It is the percentage of light transmitted in the light which is also about 20 degrees with the normal direction.
  • the above-mentioned transmittances of the vertical light and the oblique light may be numerical values for light of any wavelength within the visible light wavelength range, that is, 400 to 700 nm, or may be average values of numerical values for light of all the wavelengths.
  • the above-mentioned linear light transmittance in each clear state is the transmittance in the state where the corresponding transmittance of the variable transmittance device is the highest, and the linear light transmittance in the black state is the state in which the corresponding transmittance of the variable transmittance device is the lowest. Is the transmittance of.
  • An exemplary variable transmittance device may include a first GH cell and a second GH cell.
  • the term GH cell is a cell including a site including a mixture of a host material and a dichroic dye guest material, and the light transmittance is controlled by adjusting the orientation of the dichroic dye guest in the mixture.
  • a liquid crystal compound is applied as the host material.
  • the host material which is a liquid crystal compound, may be referred to as a liquid crystal host.
  • a site comprising a mixture of host material and dichroic dye guest material may be referred to herein as a GH layer.
  • the first and second GH cells may include first and second GH layers, respectively.
  • the first and second GH layers are included in the device in a state where they overlap each other. Accordingly, light transmitted through the first GH layer may be incident to the second GH layer, and light transmitted through the second GH layer may also be incident to the first GH layer.
  • FIG. 1 is a figure which shows typically the state of the 1st GH layer 10 and the 2nd GH layer 20 which overlap with each other as mentioned above. Such a structure may be referred to herein as a double cell structure. As shown in FIG. 1, a phase difference element 30 to be described later may exist between the first and second GH layers 10 and 20.
  • the first and second GH layers may each include at least a liquid crystal compound.
  • the liquid crystal compound may be included as a host material.
  • a suitable kind can be selected according to a use without a restriction
  • a nematic liquid crystal compound may be used as the liquid crystal compound.
  • the liquid crystal compound may be a non-reactive liquid crystal compound.
  • a non-reactive liquid crystal compound can mean the liquid crystal compound which does not have a polymeric group. Examples of the polymerizable group include acryloyl group, acryloyloxy group, methacryloyl group, methacryloyloxy group, carboxyl group, hydroxy group, vinyl group or epoxy group, but are not limited thereto.
  • the liquid crystal compound included in the GH layer may have positive dielectric anisotropy or negative dielectric anisotropy.
  • the term "dielectric anisotropy” may mean a difference between an abnormal dielectric constant ( ⁇ e , extraordinary dielectric anisotropy, dielectric constant in the major axis direction) and the normal dielectric constant ( ⁇ o , the dielectric constant in the short axis direction) of the liquid crystal compound .
  • the dielectric anisotropy of the liquid crystal compound may be, for example, within a range of within ⁇ 40, within ⁇ 30, within ⁇ 10, within ⁇ 7, within ⁇ 5, or within ⁇ 3. When the dielectric anisotropy of the liquid crystal compound is adjusted to the above range, it may be advantageous in terms of driving efficiency of the liquid crystal device.
  • the refractive index anisotropy of the liquid crystal compound present in the GH layer may be appropriately selected in consideration of the desired physical properties, for example, the transmission characteristics, the contrast ratio and the like of the variable transmittance device.
  • the term “refractive index anisotropy” may mean a difference between an extraordinary refractive index and a normal refractive index of a liquid crystal compound.
  • the refractive index anisotropy of the liquid crystal compound may be in the range of, for example, 0.1 or more, 0.12 or more, or 0.15 or more to 0.23 or less, 0.25 or less, or 0.3 or less.
  • the GH layer may further comprise a dichroic dye.
  • the dye may be included as a guest material.
  • the dichroic dye may serve to control the transmittance of the device, for example depending on the orientation of the host material.
  • the term “dye” may mean a material capable of intensively absorbing and / or modifying light in at least part or entire range within a visible light region, for example, in a wavelength range of 400 nm to 700 nm
  • the term “dichroic dye” may refer to a material capable of anisotropic absorption of light in at least part or entire range of the visible light region.
  • the dichroic dye for example, a known dye known to have a property that can be aligned according to the alignment state of the liquid crystal compound by a so-called host guest effect can be selected and used.
  • dichroic dyes include so-called azo dyes, anthraquinone dyes, methine dyes, azomethine dyes, merocyanine dyes, naphthoquinone dyes, tetrazine dyes, phenylene dyes, quiterylene dyes, and benzothiadiazole dyes. , Diketopyrrolopyrrole dye, squaraine dye or pyromethene dye and the like, but the dye applicable to the present application is not limited to the above.
  • black dye can be used, for example.
  • Such dyes are known, for example, but not limited to azo dyes, anthraquinone dyes, and the like.
  • the dichroic dye has a dichroic ratio, i.e., the absorption of the polarization parallel to the long axis direction of the dichroic dye divided by the absorption of the polarization parallel to the direction perpendicular to the long axis direction is 5 or more, 6 or more or 7
  • the above dye can be used.
  • the dye may satisfy the dichroic ratio at at least some of the wavelengths or at any one within the wavelength range of the visible region, for example, in the wavelength range of about 380 nm to 700 nm or about 400 nm to 700 nm.
  • the upper limit of the dichroic ratio may be, for example, about 20 or less, 18 or less, 16 or less, or about 14 or less.
  • the ratio in the GH layer of the dichroic dye may be appropriately selected according to the desired physical properties, for example, the variable transmittance characteristics.
  • the dichroic dye may be 0.01% by weight, 0.1% by weight, 0.2% by weight, 0.3% by weight, 0.4% by weight, 0.5% by weight, 0.6% by weight, 0.7% by weight, 0.8% by weight. It may be included in the GH layer in a ratio of at least%, at least 0.9% by weight, or at least 1.0% by weight.
  • the upper limit of the ratio in the GH layer of the dichroic dye is, for example, 2 wt% or less, 1.9 wt% or less, 1.8 wt% or less, 1.7 wt% or less, 1.6 wt% or less, 1.5 wt% or less, 1.4 wt% or less. , 1.3 wt% or less, 1.2 wt% or less, or 1.1 wt% or less.
  • the GH layer may further comprise optional additive materials used to form known GH layers, if necessary in addition to the components.
  • the GH layers in the double cell may each or simultaneously have anisotropy (R) of about 0.5 or more.
  • the anisotropy (R) is the absorbance (E (p)) of the light polarized in parallel to the alignment direction of the liquid crystal host and the absorbance (E (s)) of the light polarized perpendicular to the alignment direction of the liquid crystal host It is measured according to the following equation.
  • the criterion used above is another identical device that does not contain dye in the GH layer.
  • the anisotropy (R) is determined from the value (E (p)) of the absorbance of the GH cells in which the dye molecules are horizontally oriented and from the value (E (s)) of the absorbance of the same GH cells in which the dye molecules are vertically oriented.
  • the absorbance is measured by comparison with a GH cell containing no dye but otherwise having the same constitution. This measurement is carried out using polarized light rays which oscillate in one direction in the direction parallel to the orientation direction (E (p)) and in subsequent measurements in the direction perpendicular to the orientation direction (E (s)). Can be.
  • the GH cell is not switched or rotated during the measurement, so that the measurement of E (p) and E (s) can be performed by rotating the oscillating plane of polarized incident light.
  • E (p) and E (s) are recorded using a Perkin Elmer Lambda 1050 UV spectrometer.
  • the spectrometer is equipped with a Glan-Thompson polariser for a wavelength range of 250 nm to 2500 nm in both the measuring beam and the reference beam.
  • the two polarizers are controlled by a stepping motor and are oriented in the same direction.
  • a change in the polarizer direction of the polarizer for example a transition of 0 degrees to 90 degrees, is always performed synchronously and in the same direction with respect to the measuring beam and the reference beam.
  • the orientation of the individual polarizers is the tee of the University of Wurzburg. It can be measured using the method described in T. Karstens's 1973 dissertation.
  • the polarizer is rotated in steps of 5 degrees for the oriented dichroic sample, and the absorbance is preferably recorded at a fixed wavelength in the maximum absorption region.
  • a new baseline zero line is implemented for each polarizer position.
  • E (p) and E (s) an antiparallel-rubbed test cell coated with polyimide AL-1054 from JSR was placed in both the measuring beam and the reference beam.
  • the two test cells can be selected with the same layer thickness.
  • the test cell containing the pure host (liquid crystal) is placed in the reference beam.
  • a test cell containing a solution of dye in the liquid crystal is placed in the measuring beam.
  • Two test cells for the measuring beam and the reference beam are installed in the sound path in the same orientation direction.
  • E (p) may necessarily be within its maximum absorption wavelength range, for example a wavelength range of 0.5 to 1.5. This corresponds to a transmission of 30% to 5%. This is set by correspondingly adjusting the layer thickness and / or dye concentration.
  • the anisotropy R may be about 0.55 or more, 0.6 or more, or 0.65 or more.
  • the anisotropy (R) may be, for example, about 0.9 or less, about 0.85 or less, about 0.8 or less, about 0.75 or less, or about 0.7 or less.
  • Such anisotropic degree (R) can be achieved by controlling the kind of GH cell, for example, the kind of liquid crystal compound (host), the kind and ratio of anisotropic dye, the thickness of GH cell, and the like.
  • the first and second GH cells each including the GH layer may overlap each other and be included in the variable transmittance device.
  • the liquid crystal host may exist in an oriented state in the GH layer. According to the alignment of the liquid crystal host, the dichroic dye guest may also be aligned.
  • the GH cells may each have an optical axis.
  • the optical axis means, for example, the average orientation direction of the director of the liquid crystal host material.
  • the orientation direction of the director means a long axis direction in the case of a rod-shaped liquid crystal compound such as a nematic liquid crystal compound, and in the case of a disc shaped compound such as a discotic liquid crystal, the normal direction of the corresponding disc plane is Can mean.
  • the meaning of the optical axis in the GH cell and the manner of determining the corresponding optical axis are known, and the above-described known contents may be applied in the present application.
  • the optical axis is usually determined according to the alignment direction of the alignment film, and the GH cell can be measured in the following manner.
  • a linear polarizer may be disposed on one surface of the GH cell in a state of horizontally aligning the GH cell, and the transmittance may be measured by rotating the polarizer 360 degrees. That is, the optical axis direction can be confirmed by measuring the luminance (transmittance) from the other side while irradiating light to the GH cell or the linear polarizer side in the above state.
  • an angle perpendicular to the absorption axis of the polarizer or a horizontal angle may be defined as the direction of the optical axis.
  • the optical axes of the first and second GH cells in the variable transmittance device may be perpendicular or parallel to each GH cell in a voltage applied state or a voltage free state. That is, the liquid crystal host of the GH layer in the GH cell may be vertically or horizontally aligned with or without voltage applied. When both liquid crystal hosts of the two GH layers are horizontally aligned, the optical axes of the liquid crystal hosts of the first and second GH layers may be horizontal to each other.
  • the term vertical, orthogonal, horizontal or parallel herein means substantially vertical, orthogonal, horizontal or parallel, for example in the sense of vertical or orthogonal, within 90 to ⁇ 10 degrees, ⁇ Within 9 degrees, within ⁇ 8 degrees, within ⁇ 7 degrees, within ⁇ 6 degrees, within ⁇ 5 degrees, within ⁇ 4 degrees, within ⁇ 3 degrees, within ⁇ 2 degrees, within ⁇ 1 degrees, or within ⁇ 0.5 degrees
  • the meaning of horizontal or parallel within 180 degrees within ⁇ 10 degrees, within ⁇ 9 degrees, within ⁇ 8 degrees, within ⁇ 7 degrees, within ⁇ 6 degrees, within ⁇ 5 degrees, within ⁇ 4 degrees This includes variations within ⁇ 3 degrees, within ⁇ 2 degrees, within ⁇ 1 degrees, or within ⁇ 0.5 degrees.
  • the optical axis is perpendicular to the GH cell, wherein the angle between the surface of the GH cell and the optical axis is perpendicular or orthogonal, and the optical axis is horizontal with respect to the GH cell. It can mean horizontal or parallel.
  • the optical axis of the GH cell in the voltage-free state when the optical axis of the GH cell in the voltage-free state is orthogonal to the GH cell, the optical axis may be oriented parallel to the GH cell by applying voltage, and conversely, the optical axis of the GH cell in the voltage-free state When parallel to the GH cell, the optical axis may be oriented so as to be perpendicular to the GH cell by applying a voltage.
  • a normally black mode Is implemented.
  • Whether the variable transmittance device is designed in the normal transmission mode or the normal blocking mode may be determined depending on the type of liquid crystal host used, the position of the alignment layer and / or the electrode layer.
  • the liquid crystal host of the GH layer when the liquid crystal host of the GH layer is vertically aligned, the liquid crystal host may be designed to have a pretilt angle in a predetermined range.
  • the optical axis of the cell may be designed to have a predetermined range of pretilt angle and pretilt direction when the optical axis of the cell is perpendicular to each GH cell, that is, the liquid crystal host in the GH cell is vertically aligned.
  • the pretilt angle of the liquid crystal host may mean an angle between the direction of the director of the liquid crystal host and the plane of the GH layer.
  • the pretilt direction of the first GH cell and the pretilt direction of the second GH cell may be substantially parallel to each other.
  • the pretilt direction may refer to a direction in a state in which the pretilted liquid crystal host is projected onto the GH layer plane.
  • the method of controlling the pretilt angle and direction of the liquid crystal host in the GH cell as described above is not particularly limited, and can be controlled using, for example, an alignment film.
  • the first and second GH cells may further include two alignment layers disposed on both sides of the first GH layer and the second GH layer, respectively.
  • the first GH cell may include a first vertical alignment layer, a first GH layer and a second vertical alignment layer
  • the second GH cell may include a third vertical alignment layer, a second GH layer, and
  • the fourth vertical alignment layer may be sequentially included.
  • the pretilt angle and the pretilt direction may be adjusted by controlling the alignment direction of the alignment layer.
  • the pretilt angle may refer to an angle formed by the director of the liquid crystal molecules with respect to a surface parallel to the surface of the alignment layer, the GH layer, or a GH cell (hereinafter, referred to as an alignment layer) or an angle formed with a surface normal direction such as the alignment layer.
  • the pretilt angle of the alignment layer may be used in the same sense as the pretilt angle of the liquid crystal host, and the pretilt direction of the alignment layer may be used in the same sense as the pretilt direction of the liquid crystal host.
  • the first to fourth vertical alignment layer may have a range in which the pretilt angle is 70 degrees to 90 degrees or more than 70 degrees and less than 90 degrees.
  • the pretilt angle is within the above range, it is possible to provide a variable transmittance device having excellent initial transmittance.
  • the pretilt angle is at least about 71 degrees, at least 72 degrees, at least about 73 degrees, at least about 74 degrees, at least about 75 degrees, at least about 76 degrees, at least about 77 degrees, at least about 78 degrees, at about 79 degrees.
  • the pretilt angle of the first vertical alignment layer is an angle measured in a clockwise or counterclockwise direction with respect to the horizontal surface of the alignment layer, etc.
  • the pretilt angle of the second vertical alignment layer is the reverse direction thereof. That is, when the pretilt angle of the first vertical alignment layer is measured in the clockwise direction, or when the pretilt angle of the first vertical alignment layer is measured in the counterclockwise direction, the angle is measured in the clockwise direction or measured in the same direction. May be an angle.
  • the pretilt angle of the third vertical alignment layer is an angle measured clockwise or counterclockwise with respect to the plane parallel to the alignment layer and the like, and the pretilt angle of the fourth vertical alignment layer is opposite to that of the third vertical alignment layer. Counterclockwise when the pretilt angle of the vertical alignment film is measured in a clockwise direction or counterclockwise when the pretilt angle of the third vertical alignment film is measured in a counterclockwise direction, or an angle measured in the same direction Can be.
  • the pretilt direction may refer to a direction in which the director of the liquid crystal molecules is projected onto the horizontal surface of the alignment layer.
  • the pretilt direction of the first and second vertical alignment layers and the pretilt direction of the third and fourth vertical alignment layers may be horizontal to each other.
  • the aforementioned pretilt angle and direction may be a pretilt angle and direction measured in each GH layer when the GH layer of each GH cell is in a vertical alignment state.
  • the first to fourth vertical alignment layers may be a rubbing alignment layer or a photo alignment layer.
  • the orientation direction is determined by the rubbing direction
  • the photoalignment film it is determined by the polarization direction or the like of the irradiated light.
  • the pretilt angle and the pretilt direction of the vertical alignment layer are based on an alignment condition, for example, rubbing conditions and pressure conditions during rubbing orientation, or a light alignment condition, for example, a polarization state of light, an irradiation angle of light, an irradiation intensity of light, and the like. It can be implemented with appropriate adjustments.
  • the pretilt angle may be achieved by controlling the rubbing intensity of the rubbing alignment layer, etc.
  • the pretilt direction may be achieved by controlling the rubbing direction of the rubbing alignment layer.
  • Such an attainment method is a known method.
  • the photo-alignment film it can be achieved by the alignment film material, the direction of polarization applied to the alignment, the state or intensity, and the like.
  • rubbing directions of the first and second vertical alignment layers may be the same or opposite to each other, and rubbing directions of the third and fourth vertical alignment layers may be the same or opposite to each other.
  • the rubbing direction may be confirmed by measuring the pretilt angle.
  • the rubbing direction may be measured by measuring the pretilt angle.
  • pretilt angle and direction it may be advantageous to implement a higher transmittance in the clear state and a lower transmittance in the black state.
  • each GH cell is not particularly limited as long as it includes the GH layer in the above configuration.
  • variable transmittance device of the present application includes at least two GH cells as described above, and further includes a retardation element disposed between the two GH cells. Accordingly, in the transmission mode, light may sequentially transmit the first GH cell, the retardation element, and the second GH cell, or may sequentially transmit the second GH cell, the retardation element, and the first GH cell.
  • the specific kind of the retardation element that can be applied in the present application is not particularly limited.
  • a phase difference element having a ⁇ / 2 phase delay characteristic may be used as the phase difference element.
  • the retardation element having a ⁇ / 2 phase retardation characteristic described above is a device capable of converting the incident light into linearly polarized light that is substantially perpendicular or orthogonal to the incident light when the linearly flattened light is incident.
  • the retardation element may have a plane retardation with respect to light having a wavelength of about 550 nm in the range of 200 nm to 350 nm or in the range of 220 nm to 320 nm.
  • the surface retardation of the retardation element is a numerical value obtained by multiplying the difference (nx-ny) between the refraction index nx in the slow axis direction of the retardation element and the refractive index ny in the fast axis direction by the thickness d of the retardation element. (d ⁇ (nx-ny)).
  • the retardation element as described above has a slow axis direction in the range of about 35 degrees to 55 degrees, in the range of about 40 degrees to 50 degrees, or about 45 degrees when the optical axis of the GH cell is horizontal with respect to the GH cell. It may be arranged to. Transmittance can be changed by the slow axis of the retardation element as described above and the optical axis of the above-described GH cell, and in particular, it is possible to provide a variable transmittance device that ensures a high contrast ratio even when observed in an oblique direction.
  • the specific type of the retardation element in the present application is not particularly limited as long as it has the above-described phase retardation, that is, ⁇ / 2 phase delay characteristics, and it may have a single layer or a laminated structure of two or more layers.
  • a device having the ⁇ / 2 phase delay characteristics may be implemented by stacking two elements having the ⁇ / 4 phase delay characteristics.
  • the directions of slow axes of each layer in the laminated structure may or may not be parallel to each other, but the first or second GH layers as a whole.
  • the polarization direction of the linearly polarized light transmitted through the light beam may be rotated by 90 degrees to be set in a direction that allows transmission.
  • the retardation element may be a non-liquid crystal polymer film or a liquid crystal polymer film.
  • the liquid crystal polymer film is a film prepared by orienting and polymerizing a reactive liquid crystal compound known as RM (reactive mesogen), and the non-liquid crystal polymer film is a polymer film having optical anisotropy in addition to the liquid crystal polymer film, which is uniaxial or biaxial. It may mean a polymer film exhibiting optical anisotropy through a treatment such as stretching.
  • Such non-liquid crystalline polymer films include: triacetyl cellulose (TAC) films; COP (cyclo olefin copolymer) films, such as norbornene derivatives; Acrylic films such as PMMA (poly (methyl methacrylate)), polyester films such as PC (polycarbonate) film or polyethylene terephtalate (PET) film, olefin films such as polyethylene (PE) or polypropylene (PP), polyvinyl alcohol (PVA) film; Diacetyl cellulose (DAC) film; polyacrylate (Pac) film; poly ether sulfone (PES) film; polyetheretherketon (PEEK) film; polyphenylsulfone (PES), polyetherimide (PEI) film; polyethylenemaphthatlate (PEN) film; polyimide (PI) film; PSF (polysulfone) film or PAR (polyarylate) and the like can be exemplified, but is not limited thereto.
  • variable transmittance device of the present application may be implemented in various structures as long as it includes a GH cell and a retardation element including the first and second CH layers.
  • the variable transmittance device may include first and second substrates disposed to face each other, and third and fourth substrates also disposed to face each other. This case is illustrated in FIG. 2.
  • the first GH is disposed between the first substrate 101 and the second substrate 102.
  • the layer 10 may exist and the second GH layer 20 may exist between the third substrate 103 and the fourth substrate 104.
  • the second substrate 102 and the third substrate 103 may be disposed to face each other.
  • the above-described retardation element may exist between the second and third substrates 102 and 103.
  • the second substrate 102 and the third substrate 103 may together constitute the retardation element.
  • the second and third substrates 102 and 103 may be isotropic substrates.
  • the second and third substrates 102 and 103 are substrates each showing a ⁇ / 4 wavelength phase delay property, and such two substrates are stacked on each other to form a layer showing the ⁇ / 2 phase delay property. have.
  • the sum of the planar phase differences between the substrates 102 and 103 and the phase difference element 30 may be within a range capable of exhibiting the ⁇ / 2 phase delay characteristics described above.
  • the sum of the surface retardation means an optical sum.
  • variable transmittance device may include a first substrate 101, a second substrate 102, and a third substrate 103 sequentially disposed with each other, as shown in FIG. 4.
  • the first GH layer 10 may be present between 101 and 102
  • the second GH layer 20 may be present between the second and third substrates 102 and 103.
  • two GH cells share a single substrate (second substrate 102).
  • the shared second substrate may exhibit the ⁇ / 2 phase delay characteristic described above.
  • variable transmittance device may be configured in various structures as long as the retardation device as described above may exist between two overlapping GH layers in addition to the above-described structure.
  • a known material may be used without particular limitation.
  • an inorganic film such as a glass film, a crystalline or amorphous silicon film, a quartz or an indium tin oxide (ITO) film, a plastic film, or the like can be used as the substrate.
  • ITO indium tin oxide
  • plastic substrates include triacetyl cellulose (TAC) substrates; Cyclo olefin copolymer (COP) substrates such as norbornene derivative substrates; Poly (methyl methacrylate) substrate; polycarbonate (PC) substrate; polyethylene (PE) substrate; polypropylene (PP) substrate; polyvinyl alcohol (PVA) substrate; diacetyl cellulose (DAC) substrate; polyacrylate (Pac) substrate; poly (ES) ether sulfone substrate; PEEK (polyetheretherketon) substrate; polyphenylsulfone (PPS), polyetherimide (PEI) substrate; polyethylenemaphthatlate (PEN) substrate; polyethyleneterephtalate (PET) substrate; polyimide (PI) substrate; polysulfone (PSF) substrate; polyarylate (PAR)
  • TAC triacetyl cellulose
  • COP Cyclo olefin copolymer
  • PES polyacrylate
  • PES polyether sulfone
  • An electrode layer may be present on the substrate.
  • at least one of the surfaces of the substrate included in the variable transmittance device facing the GH layer for example, at least one of the four inner surfaces of the first to fourth substrates in the structures of FIGS. 2 and 3.
  • an electrode layer may be present on any one of an inner surface of the first and third substrates 101 and 103 and a surface of both sides of the second substrate 102.
  • the term inner surface of a substrate means a surface close to the GH layer of both surfaces of the substrate.
  • At least one of the inner surface of the first substrate 101 and the inner surface of the second substrate 102 and the inner surface of the third substrate 103 and the fourth substrate An electrode layer may be present on at least one of the inner surfaces of 104 and may be present on all inner surfaces of the first to fourth substrates so that a vertical electric field may be applied to each GH cell if necessary.
  • An electrode layer may be present on at least one of the inner surface of the first substrate 101 and the surface facing the first GH layer 10 of the second substrate 102 and the inner surface of the third substrate 103.
  • the electrode layer may be present on at least one of the surfaces facing the second GH layer 20 of the second substrate 102, and the first and the second layers may be applied to the respective GH cells if necessary.
  • the electrode layers may be present on all inner surfaces of the three substrates and on both surfaces of the second substrate.
  • the electrode layer may be formed using a known material.
  • the electrode layer may include a conductive polymer, a conductive metal, a conductive nanowire, or a metal oxide such as indium tin oxide (ITO).
  • ITO indium tin oxide
  • the electrode layer may be formed to have transparency. In this field, various materials and forming methods capable of forming a transparent electrode layer are known, and all of these methods can be applied. If necessary, the electrode layer formed on the surface of the substrate may be appropriately patterned.
  • the liquid crystal alignment layer may be present on the substrate.
  • the liquid crystal alignment layer may also be formed on the inner surface of the substrate, that is, the surface facing the GH layer.
  • the liquid crystal alignment layer may be formed on the surface of the electrode layer, or may be formed between the electrode layer and the substrate.
  • at least one of the inner surfaces of the substrate included in the variable transmittance device for example, at least one of the four inner surfaces of the first to fourth substrates in the structures of FIGS.
  • a liquid crystal alignment layer may be present on any one of an inner surface of the first and third substrates 101 and 103 and a surface of both sides of the second substrate 102.
  • a liquid crystal alignment layer may be present on at least one of the inner surfaces of 104, and if necessary, liquid crystal alignment layers may be present on all inner surfaces of the first to fourth substrates.
  • a liquid crystal alignment layer may be present on at least one of the surfaces facing the second GH layer 20 of the second substrate 102 and, if necessary, all inner surfaces and second surfaces of the first and third substrates.
  • the liquid crystal alignment layer may exist on both surfaces of the substrate.
  • alignment layer various horizontal alignment layers or vertical alignment layers known in the art may be applied without particular limitation.
  • variable transmittance device may include other elements necessary in addition to the GH cell and the retardation element described above.
  • an antireflection layer or a hard coating layer may be exemplified, but is not limited thereto.
  • variable transmittance device can be applied to various applications.
  • applications to which the variable transmittance device may be applied include openings and eyewear in enclosed spaces including buildings, containers, vehicles, and the like, such as windows or sunroofs.
  • the eyewear may include all eyewear configured to allow the observer to observe the outside through a lens, such as general glasses, sunglasses, sports goggles or a helmet, or an augmented reality experience device.
  • Eyewear is a representative application to which the variable transmittance device of the present application may be applied.
  • sunglasses, sports goggles and augmented reality experience devices such as eyewear in which the lens is mounted so as to be inclined with the observer's frontal view is commercially available.
  • a high contrast ratio can be ensured even at an inclination angle, and thus can be effectively applied to eyewear having the above structure.
  • variable transmittance device of the present application When the variable transmittance device of the present application is applied to the eyewear, the structure of the eyewear is not particularly limited. That is, the variable transmittance device may be mounted and applied to the left eye and / or right eye lenses of a known eyewear structure.
  • the eyewear includes a left eye lens and a right eye lens; And a frame supporting the left eye lens and the right eye lens.
  • FIG. 5 is an exemplary schematic diagram of the eyewear, a schematic diagram of the eyewear including the frame 12 and the left and right eye lenses 14, but the structure of the eyewear to which the variable transmittance device of the present application can be applied. Is not limited to FIG. 5.
  • the left eye lens and the right eye lens may each include the variable transmittance device.
  • Such a lens may include only the variable transmittance device, or may include other configuration.
  • the eyewear may have various designs.
  • the frame may have an angle of 15 degrees to 40 degrees when the eyewear is mounted by an observer and the normal line of the observer's frontal gaze direction and the surface of the transmittance variable device are formed. It may be inclined to be within the range.
  • Examples of such eyewear may include sports goggles, augmented reality experience devices, and the like.
  • variable transmittance device of the present application can switch between a clear state and a black state, exhibit a high transmittance in the clear state and a high blocking rate in the black state, and exhibit an excellent contrast ratio even at an inclination angle.
  • the variable transmittance device of the present application can be applied to a variety of applications including eyewear, such as a variety of construction or vehicle materials that need to adjust the transmittance, augmented reality experience or sports goggles, sunglasses or helmets.
  • 1 to 4 are schematic views of an exemplary variable transmittance device of the present application.
  • variable transmittance device of the present application is applied.
  • 6 and 7 are diagrams illustrating a method of measuring the pretilt angle.
  • variable transmittance variable device of the present application will be described in detail through Examples and Comparative Examples, but the scope of the present application is not limited by the variable transmittance device.
  • the pretilt angle of the GH cell can be measured in the following manner.
  • the pretilt angle of a GH cell is measured in one GH cell and in a double cell in which two GH cells overlap each other. In the case of measuring in the double cell, it is useful when the first to fourth vertical alignment layers have similar pretilt angles.
  • the pretilt direction can be confirmed by placing the absorption type linear polarizer on one surface of the GH cell in a state where each GH cell is horizontally aligned, and measuring the transmittance while rotating the polarizer 360 degrees. For example, when the transmittance becomes minimum in the process of rotating the polarizer 360 degrees, an angle perpendicular to the absorption axis of the polarizer or a horizontal angle may be defined as the pretilt direction.
  • a GH cell is disposed between the light source and the transmittance measurement sensor (eg, LCMS-200).
  • the transmittance is evaluated by a measuring sensor while irradiating light with a light source while rotating the GH cell.
  • the alignment state of the GH cells may be maintained in the vertical alignment state.
  • the pretilt angle is measured through the angle between the surface normal of the GH cell (indicated by the solid line in the drawing) and the Y-axis at the point where the transmittance is maximized. For example, if the highest transmittance is achieved when the Y-axis and the surface normal form an A degree in FIG. 6, the pretilt angle may be defined as 90 degrees minus the A degree. Degree A in the above is a positive number measured clockwise or counterclockwise.
  • a double cell is disposed between a light source and a transmittance measurement sensor (eg, LCMS-200). That is, in FIG. 7, the measuring sensor is disposed on the other side of the first GH cell 10 in the front (outgoing direction of the drawing) or the back (in the drawing direction of the drawing), and the double cell is rotated in the drawing. Rotate by and measure the angle formed by the Y-axis (axis in the direction connecting the light source and the measuring sensor to the shortest distance) and the surface normal of the double cell at the point of maximum transmittance (above A). The value minus the absolute value of the angle can be defined as the pretilt angle. Even in this case, the orientation of the GH cells 10 and 20 may be maintained in the vertical orientation.
  • a transmittance measurement sensor eg, LCMS-200
  • a first GH cell was prepared by forming a GH layer between two COP (cycloolefin polymer) films in which an indium tin oxide (ITO) electrode layer and a vertical alignment layer were sequentially formed on a surface thereof.
  • ITO indium tin oxide
  • the cell gap of the GH cell was about 12 ⁇ m.
  • the vertical alignment layer an alignment layer having a pretilt angle of about 89 degrees was used.
  • the alignment layer was formed by coating a polyimide-based vertical alignment layer on the ITO electrode layer with a bar coating, holding at 130 ° C. for about 30 minutes, and rubbing with a rubbing cloth to form a thickness of about 200 nm.
  • the two COP films was laminated so that the rubbing directions were identical to each other.
  • the GH layer is a liquid crystal compound having a dielectric anisotropy of about -4.9 and a refractive index anisotropy of about 0.132 and a nematic liquid crystal and a dichroic dye, and a black dye having a dichroic ratio of about 6.5 to 8 is 98.7: 1.3. It was formed by applying a mixture of GH mixed in weight ratio (nematic liquid crystal: dichroic dye). The second GH cell manufactured as described above and the first GH cell are overlapped as shown in FIG. 3, and the transmittance is variable by placing a cycloolefin polymer (COP) film having a plane phase difference of about 275 nm with respect to a 550 nm wavelength therebetween.
  • COP cycloolefin polymer
  • the device was manufactured.
  • the device is a type of device in which the liquid crystal hosts of the first and second GH cells are in a vertical alignment state when no voltage is applied, and when the voltage is applied, the liquid crystal host is horizontally aligned.
  • the lamination of the first and second GH layers was such that the optical axes of the liquid crystal hosts in each GH layer were horizontal to each other during the horizontal alignment, and the slow axis of the COP film was approximately 45 degrees with the optical axis of the horizontally aligned liquid crystal host. To achieve.
  • an isotropic (poly (ethylene terephthalate)) film in which an indium tin oxide (ITO) electrode layer and a vertical alignment layer are sequentially formed as a substrate, and an ITO electrode layer and a vertical alignment layer are sequentially formed on a surface, and have a wavelength of 550 nm.
  • the first and second GH cells were prepared in the same manner as in Example 1 except that a COP (cycloolefin polymer) film having a plane phase difference of about 137.5 nm was applied and the cell gap was about 11 ⁇ m.
  • the slow axis of the COP film during the manufacture of the GH cell was such that the liquid crystal host of the GH cell was 45 degrees with the optical axis during horizontal alignment.
  • the device is a type of device in which the liquid crystal hosts of the first and second GH cells are in a vertical alignment state when no voltage is applied, and when the voltage is applied, the liquid crystal host is horizontally aligned.
  • the lamination of the first and second GH layers was such that the optical axes of the liquid crystal host in each GH layer were horizontal to each other during the horizontal alignment.
  • Transmittance is variable as in Example 1, except that the GH cells are stacked such that the optical axes of the liquid crystal hosts are perpendicular to each other when the first and second GH cells are horizontally aligned without applying a COP film as a retardation element.
  • the device was prepared.
  • the light transmittance of the D65 light source was irradiated to the variable transmittance devices manufactured in Examples and Comparative Examples to evaluate the linear light transmittance.
  • the transmittance is set at 0 degrees to the right horizontal direction at the center of the variable transmittance device and 180 degrees to the left horizontal direction, in the center direction (front), 0 degree direction, 90 degree direction, 180 degree direction and 270 degree direction.
  • the transmittance was measured, and both transmittances in the front, top, bottom, left, and right directions were measured.
  • Both the devices of Examples and Comparative Examples were in the normal transmission mode showing high transmittance in the absence of voltage, and the transmittance decreased with the application of voltage, and showed the minimum transmittance when a voltage of about 28V was applied.
  • the transmittance and contrast ratio according to the applied voltage of the devices are summarized in the following table.
  • Table 1 is a measurement result for Example 1
  • Table 2 is a measurement result for Example 2.
  • the contrast ratio CR is the ratio (Tc / T) of the minimum transmittance T to the maximum transmittance Tc which is confirmed when the transmittance is measured while varying the amount of voltage applied.
  • variable transmittance device of the present application exhibits an appropriate transmittance variable characteristic in both front, top, bottom, left, and right sides, and a section in which the transmittance increases and decreases with voltage applied according to the viewing angle (ex. 270 degrees) is confirmed. It can be confirmed that it can be applied to.
  • the linear light transmittance was evaluated by irradiating the light of the D65 light source to the variable transmittance devices manufactured in Example 1 and Comparative Example 1.
  • the incident light was irradiated at an angle of about 20 degrees with the surface normal of the variable transmittance device.
  • Both the devices of Examples and Comparative Examples were in the normal transmission mode showing high transmittance in the absence of voltage, and the transmittance decreased with the application of voltage, and showed the minimum transmittance when a voltage of about 28V was applied.
  • Table 3 shows the transmittance and contrast ratio according to the voltage applied to each device.
  • the contrast ratio is the ratio (Tc / T) of the minimum and maximum transmittances as in Test Example 1.
  • Example 1 Comparative Example 1 Straight light transmittance (%) 0 V 45.9 46.3 11 V 6.9 7.9 15 V 6.1 7.2 20 V 5.7 6.7 Contrast Ratio 11 V 6.7 5.9 15 V 7.5 6.5 20 V 8.1 6.9
  • variable transmittance device can realize a high clear transmittance and a low black state transmittance even with oblique light, and thus exhibit an excellent contrast ratio.

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Abstract

본 출원은 투과율 가변 장치 및 이의 용도에 관한 것이다. 본 출원의 투과율 가변 장치는 클리어 상태 및 블랙 상태의 사이를 스위칭할 수 있고, 클리어 상태에서의 높은 투과율과 블랙 상태에서의 높은 차단율을 나타내며, 경사각에서도 우수한 콘트라스트비를 나타낼 수 있다. 이러한 본 출원의 투과율 가변 장치는, 투과율의 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.

Description

투과율 가변 장치
본 출원은 2017년 4월 28일자 제출된 대한민국 특허출원 제10-2017-0055171호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 대한민국 특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 출원은 투과율 가변 장치에 관한 것이다.
주로 액정 화합물인 호스트 물질(host material)과 이색성 염료 게스트(dichroic dye guest)의 혼합물을 적용한 소위 GH셀(Guest host cell)을 사용한 투과율 가변 장치는 공지이다(예를 들면, 특허문헌 1).
이러한 투과율 가변 장치는 선글라스 등의 안경류(eyewear)나 건물 외벽, 차량의 선루프 등을 포함한 다양한 용도에 적용되고 있다. 최근에는 소위 증강 현실(AR, Augmented Reality)의 체험을 위한 안경류에도 상기 투과율 가변 소자의 적용이 검토되고 있다.
이러한 투과율 가변 장치는, GH셀 내의 이색성 염료 게스트의 배향을 조절하여 투과율을 조절하게 되는데, 용도에 따라서는 관찰자가 상기 투과율 가변 장치를 경사진 방향에서 관찰하게 되는 경우가 있다. 관찰자가 투과율 가변 장치를 경사진 방향에서 관찰하게 되는 경우로는, 대표적으로는 상기 장치가 곡면의 유리에 장착되는 경우나 선글라스 또는 증강 현실 체험 장치와 같은 안경류에 장착되는 경우이다.
그런데, 현재까지 공지된 투과율 가변 장치의 경우, 상기와 같이 경사진 방향에서 관찰하게 될 때에 그 콘트라스트비(Contrast Ratio, CR)가 떨어지는 문제점이 있다.
<선행기술문헌>
(특허문헌 1) 유럽 공개특허 제0022311호
본 출원은, 투과율 가변 장치에 대한 것이고, 일 예시에서 경사진 방향에서 상기 투과율 가변 장치를 관찰하는 경우에도 높은 콘트라스트비를 구현할 수 있는 투과율 가변 장치 및 이의 용도를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 출원은 투과율 가변 장치에 관한 것이다. 용어 투과율 가변 장치는 높은 투과율의 상태와 낮은 투과율의 상태의 사이를 스위칭할 수 있도록 설계된 장치를 의미할 수 있다. 후술하는 바와 같이 적어도 2개의 게스트 호스트(Guest-Host)셀(이하, GH셀)을 포함하는 구조에서 상기 각 GH셀 내의 이색성 염료의 배향을 조절하는 것에 의해 상기 상태간의 스위칭이 가능하게 될 수 있다.
본 출원에서 상기 높은 투과율의 상태는 클리어 상태(Clear state)로 호칭될 수 있고, 낮은 투과율의 상태는 블랙 상태(Black state)로 호칭될 수 있다. 상기 클리어 상태는, 예를 들면, 상기 장치의 수직광에 대한 직진광 투과율이 40% 이상인 상태를 의미할 수 있고, 블랙 상태는 상기 장치의 수직광에 대한 직진광 투과율이 10% 이하인 상태를 의미할 수 있다. 상기에서 수직광은, 상기 투과율 가변 장치가 필름 또는 시트 형태인 경우에는 상기 필름 또는 시트 표면의 법선 방향과 나란한 방향으로 입사하는 광이고, 수직광의 직진광 투과율은, 상기 필름 또는 시트 표면에 입사한 수직광 중에서 역시 상기 법선 방향과 나란한 방향으로 투과된 광의 백분율이다.
클리어 상태에서의 수직광의 직진광 투과율은 다른 예시에서 약 100% 이하, 약 95% 이하, 90% 이하, 85% 이하, 80% 이하, 75% 이하, 70% 이하, 65% 이하, 60% 이하, 55% 이하 또는 50% 이하일 수 있다. 상기 블랙 상태에서의 수직광의 직진광 투과율은 다른 예시에서 약 8% 이하, 7% 이하 또는 6% 이하일 수 있으며, 또한 0% 이상, 1% 이상, 2% 이상, 3% 이상 또는 4% 이상일 수 있다.
본 출원의 투과율 가변 장치는 경사 방향에서 관찰하는 경우에도 높은 클리어 상태의 투과율과 낮은 블랙 상태의 투과율이 구현될 수 있고, 이에 따라서 높은 콘트라스트비, 즉 클리어 상태의 투과율(Tc)과 블랙 상태의 투과율(Tb)의 비율(Tc/Tb)을 구현할 수 있다.
예를 들면, 본 출원의 투과율 가변 장치는 클리어 상태(Clear state)에서 경사광의 직진광 투과율이, 40% 이상 또는 45% 이상일 수 있다. 다른 예시에서 상기 경사광의 직진광 투과율은, 약 100% 이하, 약 95% 이하, 90% 이하, 85% 이하, 80% 이하, 75% 이하, 70% 이하, 65% 이하, 60% 이하, 55% 이하 또는 50% 이하일 수 있다.
상기 투과율 가변 장치는, 블랙 상태에서 경사광의 직진광 투과율이, 10% 이하, 약 9% 이하, 약 8% 이하, 7% 이하 또는 6% 이하일 수 있으며, 또한 0% 이상, 1% 이상, 2% 이상, 3% 이상 또는 4% 이상일 수 있다.
또한, 상기 투과율 가변 장치는, 클리어 상태에서의 경사광의 직진광 투과율(Tc)과 블랙 상태에서의 경사광의 직진광 투과율(Tb)의 비율(Tc/Tb)이 7.5 이상, 8 이상, 8.5 이상, 9 이상, 9.5 이상 또는 10 이상일 수 있다. 상기 비율(Tc/Tb)은 다른 예시에서 20 이하, 18 이하, 16 이하, 14 이하 또는 12 이하일 수 있다.
상기에서 경사광은, 상기 투과율 가변 장치가 필름 또는 시트 형태인 경우에는 상기 필름 또는 시트 표면의 법선 방향과 약 20도를 이루는 방향으로 입사하는 광이고, 이러한 경사광의 직진광 투과율은, 입사된 경사광 중에서 역시 상기 법선 방향과 약 20도를 이루는 방향으로 투과된 광의 백분율이다.
상기 언급한 수직광 및 경사광의 투과율은 가시광 파장 영역, 즉 400 내지 700 nm의 파장 범위 내의 어느 하나의 파장의 광에 대한 수치이거나, 혹은 상기 전 파장의 광에 대한 수치의 평균치일 수 있다.
또한, 상기 언급한 각 클리어 상태에서의 직진광 투과율은 상기 투과율 가변 장치의 해당 투과율이 가장 높은 상태에서의 투과율이고, 블랙 상태에서의 직진광 투과율은 상기 투과율 가변 장치의 해당 투과율이 가장 낮은 상태에서의 투과율이다.
예시적인 투과율 가변 장치는 제 1 GH셀 및 제 2 GH셀을 포함할 수 있다. 본 출원에서 용어 GH셀은 호스트(host) 물질과 이색성 염료(dichroic dye) 게스트 물질의 혼합물을 포함하는 부위를 포함하는 셀로서, 상기 혼합물에서 이색성 염료 게스트의 배향을 조절하여 빛의 투과율을 조절할 수 있는 셀을 의미한다. 상기에서 호스트 물질로는 일반적으로 액정 화합물이 적용된다. 이하, 본 명세서에서 액정 화합물인 호스트 물질은, 액정 호스트로 호칭될 수 있다. 또한, 호스트 물질과 이색성 염료 게스트 물질의 혼합물을 포함하는 부위는 본 명세서에서 GH층으로 호칭될 수 있다. 따라서, 상기 제 1 및 제 2 GH셀은 각각 제 1 및 제 2 GH층을 포함할 수 있다.
본 출원에서 상기 제 1 및 제 2 GH층은 서로 중첩된 상태로 장치 내에 포함되어 있다. 이에 따라서 상기 제 1 GH층을 투과한 광은 제 2 GH층으로 입사될 수 있고, 반대로 제 2 GH층을 투과한 광도 제 1 GH층으로 입사될 수 있다.
도 1은, 상기와 같이 서로 중첩되어 있는 제 1 GH층(10) 및 제 2 GH층(20)의 상태를 모식적으로 나타낸 도면이다. 이러한 구조는 본 명세서에서 더블셀(double cell) 구조로 호칭될 수 있다. 도 1과 나타난 바와 같이 상기 제 1 및 제 2 GH층(10, 20)의 사이에는 후술하는 위상차 소자(30)가 존재할 수 있다.
본 출원에서 제 1 및 제 2 GH층은, 각각 액정 화합물을 적어도 포함할 수 있다. 상기 액정 화합물은 호스트 물질로서 포함될 수 있다. 액정 화합물로는, 특별한 제한 없이 용도에 따라 적합한 종류를 선택할 수 있다. 하나의 예시에서 액정 화합물로는 네마틱 액정 화합물을 사용할 수 있다. 상기 액정 화합물은, 비반응성 액정 화합물일 수 있다. 비반응성 액정 화합물은, 중합성기를 가지지 않는 액정 화합물을 의미할 수 있다. 상기에서 중합성기로는, 아크릴로일기, 아크릴로일옥시기, 메타크릴로일기, 메타크릴로일옥시기, 카복실기, 히드록시기, 비닐기 또는 에폭시기 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되지 않고, 중합성기로서 알려진 공지의 관능기가 포함될 수 있다.
GH층에 포함되는 액정 화합물은 양의 유전율 이방성 또는 음의 유전율 이방성을 가질 수 있다. 본 출원에서 용어「유전율 이방성」은 액정 화합물의 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 화합물의 유전율 이방성은 예를 들어 ±40 이내, ±30 이내, ±10 이내, ±7 이내, ±5 이내 또는 ±3 이내의 범위 내일 수 있다. 액정 화합물의 유전율 이방성을 상기 범위로 조절하면 액정 소자의 구동 효율 측면에서 유리할 수 있다.
GH층 내에 존재하는 액정 화합물의 굴절률 이방성은 목적 물성, 예를 들어, 투과율 가변 장치의 투과 특성, 콘트라스트 비율 등을 고려하여 적절히 선택될 수 있다. 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 0.1 이상, 0.12 이상 또는 0.15 이상 내지 0.23 이하 0.25 이하 또는 0.3 이하의 범위 내에 있을 수 있다.
GH층은 이색성 염료를 추가로 포함할 수 있다. 상기 염료는 게스트 물질로서 포함될 수 있다. 이색성 염료는, 예를 들면, 호스트 물질의 배향에 따라서 장치의 투과율을 제어하는 역할을 할 수 있다. 본 출원에서 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 「이색성 염료」는 상기 가시광 영역의 적어도 일부 또는 전체 범위에서 광의 이방성 흡수가 가능한 물질을 의미할 수 있다.
이색성 염료로는, 예를 들면, 소위 호스트 게스트(host guest) 효과에 의해 액정 화합물의 정렬 상태에 따라 정렬될 수 있는 특성을 가지는 것으로 알려진 공지의 염료를 선택하여 사용할 수 있다. 이러한 이색성 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. 이색성 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.
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.
이색성 염료의 GH층 내의 비율은 목적 물성, 예를 들면, 투과율 가변 특성에 따라 적절히 선택될 수 있다. 예를 들어, 이색성 염료는 0.01 중량% 이상, 0.1 중량% 이상, 0.2 중량% 이상, 0.3 중량% 이상, 0.4 중량% 이상, 0.5 중량% 이상, 0.6 중량% 이상, 0.7 중량% 이상, 0.8 중량% 이상, 0.9 중량% 이상, 또는 1.0 중량% 이상의 비율로 GH층 내에 포함될 수 있다. 이색성 염료의 GH층 내의 비율의 상한은, 예를 들면, 2 중량% 이하, 1.9 중량% 이하, 1.8 중량% 이하, 1.7 중량% 이하, 1.6 중량% 이하, 1.5 중량% 이하, 1.4 중량% 이하, 1.3 중량% 이하, 1.2 중량% 이하 또는 1.1 중량% 이하일 수 있다.
상기 GH층은 상기 성분에 추가로 필요하다면, 공지의 GH층의 형성에 사용되는 임의적인 첨가 물질을 추가로 포함할 수 있다.
더블셀 내의 GH층은 각각 또는 동시에 약 0.5 이상의 이방성도(R)를 가질 수 있다.
상기 이방성도(R)는 액정 호스트의 배향 방향(alignment direction)에 평행하게 편광된 광선의 흡광도(E(p)) 및 액정 호스트의 배향 방향에 수직으로 편광된 광선의 흡광도(E(s))로부터 하기 수학식에 따라 측정한다.
<이방성도 측정>
이방성도(R) = [E(p)-E(s)] / [E(p) + 2*E(s)].
상기에서 사용되는 기준은 GH층내에 염료를 함유하지 않는 다른 동일한 장치이다.
구체적으로 이방성도(R)는, 염료 분자가 수평 배향된 GH셀의 흡광도에 대한 값(E(p)) 및 염료 분자가 수직 배향된 동일한 GH셀의 흡광도에 대한 값(E(s))으로부터 측정될 수 있다. 상기 흡광도를, 염료를 전혀 함유하지 않지만 그 밖에는 동일한 구성을 갖는 GH셀과 비교하여 측정한다. 이러한 측정은, 진동면이 하나의 경우에는 배향 방향과 평행한 방향으로 진동(E(p))하고 후속 측정에서는 배향 방향과 수직인 방향으로 진동(E(s))하는 편광된 광선을 이용하여 수행될 수 있다. GH셀은, 측정 도중에 스위칭되거나 회전되지 않고, 따라서, 상기 E(p) 및 E(s)의 측정은 편광된 입사광의 진동면을 회전시킴으로써 수행될 수 있다.
상세한 절차의 일 예시는 하기에 기술된 바와 같다. E(p) 및 E(s)의 측정을 위한 스펙트럼은 퍼킨 엘머 람다 1050 UV 분광계(Perkin Elmer Lambda 1050 UV spectrometer)를 이용하여 기록한다. 분광계에는 측정용 빔 및 기준 빔 모두에서 250 nm 내지 2500 nm의 파장 범위용의 글랜-톰슨 편광자(Glan-Thompson polariser)가 장착되어 있다. 2개의 편광자는 스테핑 모터(stepping motor)에 의해 제어되며, 동일한 방향으로 배향된다. 편광자의 편광자 방향에 있어서의 변화, 예를 들면 0도내지 90도의 전환은 측정용 빔 및 기준 빔에 대하여 항상 동기적으로 및 동일한 방향으로 수행된다. 개별 편광자의 배향은 뷔르츠부르크 대학교(University of Wurzburg)의 티. 카르스텐스(T. Karstens)의 1973년 학위 논문에 기술되어 있는 방법을 이용하여 측정할 수 있다.
이 방법에서, 편광자는 배향된 이색성 샘플에 대해 5도씩 단계적으로 회전되며, 흡광도는 바람직하게는 최대 흡수 영역에서 고정된 파장에서 기록된다. 각각의 편광자 위치에 대해 새로운 기준선 영점(zero line)이 실행된다. 2개의 이색성 스펙트럼 E(p) 및 E(s)의 측정을 위하여, JSR 사의 폴리이미드 AL-1054 로 코팅된 역평행-러빙된 테스트 셀은 측정용 빔 및 기준 빔 모두 내에 위치된다. 2개의 테스트 셀은 동일한 층 두께로 선택될 수 있다. 순수한 호스트(액정)을 함유하는 테스트 셀은 기준 빔 내에 위치된다. 액정 중에 염료의 용액을 함유하는 테스트 셀은 측정용 빔 내에 위치된다. 측정용 빔 및 기준 빔에 대한 2개의 테스트 셀은 동일한 배향 방향에서 음파 경로(ray path)내에 설치된다. 분광계의 최대로 가능한 정밀도를 보장하기 위하여, E(p)는 반드시 그의 최대 흡수 파장 범위, 예를 들면, 0.5 내지 1.5의 파장 범위 내에 있을 수 있다. 이는 30% 내지 5%의 투과도에 상응한다. 이는 층 두께 및/또는 염료 농도를 상응하게 조정함으로써 설정된다.
이방성도(R)는 문헌[참조: "Polarized Light in Optics and Spectroscopy", D. S. Kliger et al., Academic Press, 1990]에 나타나 있는 바와 같은 상기 수학식에 따라 E(p) 및 E(s)에 대한 측정값으로부터 계산될 수 있다.
상기 이방성도(R)는 다른 예시에서 약 0.55 이상, 0.6 이상 또는 0.65 이상일 수 있다. 상기 이방성도(R)는 예를 들면, 약 0.9 이하, 약 0.85 이하, 약 0.8 이하, 약 0.75 이하 또는 약 0.7 이하일 수 있다.
이러한 이방성도(R)는 GH셀의 종류, 예를 들면, 액정 화합물(호스트)의 종류, 이방성 염료의 종류 및 비율, GH셀의 두께 등을 제어하여 달성할 수 있다.
상기 범위 내의 이방성도(R)를 통해 보다 저에너지를 사용하면서도, 투과 상태와 차단 상태에서의 투과율의 차이가 커져서 콘트라스트 비율이 높아지는 필름의 제공이 가능할 수 있다.
상기 GH층을 각각 포함하는 제 1 및 제 2 GH셀은 서로 중첩되어 상기 투과율 가변 장치 내에 포함되어 있을 수 있다. 상기 GH층 내에서 상기 액정 호스트는 배향된 상태로 존재할 수 있다. 이와 같은 액정 호스트의 배향에 따라 상기 이색성 염료 게스트 역시 배향되어 있을 수 있다. 예를 들면, 상기 GH셀은 각각 광축을 가질 수 있다. 상기에서 광축은, 예를 들어, 액정 호스트 물질의 방향자(director)의 평균 배향 방향을 의미한다. 상기에서 방향자의 배향 방향은 네마틱 액정 화합물과 같이 막대(rod) 형상의 액정 화합물의 경우, 그의 장축 방향을 의미하고, 디스코틱 액정과 같이 원판 형태의 화합물의 경우, 해당 원판 평면의 법선 방향을 의미할 수 있다. GH셀에서의 광축의 의미 및 해당 광축을 결정하는 방식은 공지이며, 본 출원에서는 상기와 같은 공지의 내용이 적용될 수 있다.
예를 들면, 상기 광축은, 통상적으로 배향막의 배향 방향에 따라 결정되고, GH셀에 대해서는 다음과 같은 방식으로 측정할 수 있다. 예를 들면, GH셀을 수평 배향시킨 상태에서 상기 GH셀의 일면에 선형 편광자를 배치하고, 상기 편광자를 360도 회전시키면서 투과율을 측정하여 확인할 수 있다. 즉, 상기 상태에서 GH셀 또는 선형 편광자측으로 광을 조사하면서 다른 측에서 휘도(투과율)을 측정함으로써 광축 방향을 확인할 수 있다. 예를 들면, 상기 편광자를 360도 회전시키는 과정에서 투과율이 최소가 될 때에 상기 편광자의 흡수축과 수직을 이루는 각도 또는 수평을 이루는 각도를 광축의 방향으로 규정할 수 있다.
일 예시에서 상기 투과율 가변 장치 내의 제 1 및 제 2 GH셀의 광축은 전압 인가 상태 또는 전압 무인가 상태에서 각각의 GH셀에 대해서 수직하거나, 평행할 수 있다. 즉, 상기 GH셀 내의 GH층의 액정 호스트는 전압 인가 또는 무인가 상태에서 수직 배향되어 있거나 수평 배향되어 있을 수 있다. 2개의 GH층의 액정 호스트가 모두 수평 배향되는 경우에 제 1 및 제 2 GH층의 액정 호스트의 광축은 서로에 대해 수평할 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에서 용어 수직, 직교, 수평 또는 평행은, 실질적인 수직, 직교, 수평 또는 평행을 의미하는 것으로, 예를 들어, 수직 또는 직교의 의미에는, 90도에서 ±10도 이내, ±9도 이내, ±8도 이내, ±7도 이내, ±6도 이내, ±5도 이내, ±4도 이내, ±3도 이내, ±2도 이내, ±1도 이내 또는 ±0.5도 이내의 편차가 있는 경우를 포함하고, 수평 또는 평행의 의미에는 180도에서 ±10도 이내, ±9도 이내, ±8도 이내, ±7도 이내, ±6도 이내, ±5도 이내, ±4도 이내, ±3도 이내, ±2도 이내, ±1도 이내 또는 ±0.5도 이내의 편차가 있는 경우를 포함한다. 상기에서 광축이 GH셀에 대해서 수직하다는 것은, 상기 GH셀의 표면과 상기 광축이 이루는 각도가 수직 또는 직교하는 경우이고, 광축이 GH셀에 대해서 수평하다는 것은 상기 GH셀의 표면과 상기 광축이 서로 수평하거나 평행하다는 것을 의미할 수 있다.
예를 들어, 전압 무인가 상태에서 GH셀의 광축이 상기 GH셀에 대해서 직교인 경우에 전압 인가에 의해 상기 광축이 상기 GH셀에 대해서 평행하게 배향될 수 있고, 반대로 전압 무인가 상태에서 GH셀의 광축이 상기 GH셀에 대해서 평행인 경우에 전압 인가에 의해 상기 광축이 상기 GH셀에 대해서 직교하도록 배향될 수 있다. 상기와 같이 전압 무인가 시에 액정 호스트가 수직 배향되어 있는 경우에는 소위 통상 투과 모드(Normally Transparent Mode)의 소자가 구현되고, 전압 무인가 시에 액정 호스트가 수평 배향되는 경우에 통상 블랙 모드(Normally Black Mode)의 소자가 구현된다. 투과율 가변 장치를 통상 투과 모드로 설계할 것인지 아니면 통상 차단 모드로 설계할 것인지는 사용되는 액정 호스트의 종류, 배향막 및/또는 전극층의 위치에 따라 결정될 수 있다.
일 예시에서 상기 GH층의 액정 호스트가 수직 배향되는 경우에 상기 액정 호스트는 소정 범위의 프리틸트각을 가지도록 설계되어 있을 수 있다.
셀의 광축이 각각의 GH셀에 대해서 수직한 상태, 즉 상기 GH셀 내의 액정 호스트가 수직 배향된 상태에서 소정 범위의 프리틸트각과 프리틸트 방향을 가지도록 설계될 수 있다.
액정 호스트의 프리틸트각은, 전술한 액정 호스트의 방향자의 방향이 상기 GH층의 평면과 이루는 각도를 의미할 수 있다.
제 1 및 제 2 GH셀의 액정 호스트가 모두 90도 미만의 프리틸트각을 가지는 경우에 제 1 GH셀의 프리틸트 방향과 제 2 GH셀의 프리틸트 방향은 서로 대략 평행할 수 있다.
프리틸트 방향은 프리틸트된 액정 호스트를 GH층 평면에 투영시킨 상태에서의 방향을 의미할 수 있다.
GH셀 내의 액정 호스트의 프리틸트각과 방향을 상기와 같이 제어하는 방식은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 배향막을 사용하여 제어할 수 있다.
일 예시에서 상기 제 1 및 제 2 GH셀은, 각각 상기 제 1 GH층 및 제 2 GH층의 양측에 배치된 2장의 배향막을 더 포함할 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 제 1 GH셀은 제 1 수직 배향막, 제 1 GH층 및 제 2 수직 배향막을 순차로 포함할 수 있고, 상기 상기 제 2 GH셀은 제 3 수직 배향막, 제 2 GH층 및 제 4 수직 배향막을 순차로 포함할 수 있다.
본 출원의 투과도 가변 장치에서 상기 배향막의 배향 방향의 제어를 통해서 상기 프리틸트 각 및 프리틸트 방향을 조절할 수 있다.
상기 프리틸트 각도는 액정 분자의 방향자가 배향막, GH층 또는 GH셀(이하, 배향막 등)의 표면과 수평한 면에 대하여 이루는 각도 또는 배향막 등의 표면 법선 방향과 이루는 각도를 의미할 수 있다.
본 명세서에서 배향막의 프리틸트각은 액정 호스트의 프리틸트각과 동일한 의미로 사용될 수 있고, 배향막의 프리틸트 방향은 액정 호스트의 프리틸트 방향과 동일한 의미로 사용될 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 제 1 내지 제 4 수직 배향막은 프리틸트 각이 70도 내지 90도 또는 70도 이상이면서 90도 미만인 범위를 가질 수 있다. 프리틸트 각도가 상기 범위 내인 경우 초기 투과도가 우수한 투과도 가변 장치를 제공할 수 있다. 상기 프리틸트각은 일 예시에서 약 71도 이상, 72 도 이상, 약 73 도 이상, 약 74 도 이상, 약 75도 이상, 약 76도 이상, 약 77도 이상, 약 78도 이상, 약 79도 이상, 약 80도 이상, 약 81도 이상, 약 82도 이상, 약 83도 이상, 약 84도 이상, 약 85도 이상, 약 86도 이상 또는 약 87도 이상일 수 있고, 약 88.5도 이하 또는 약 88도 이하일 수 있다.
하나의 예시에서 상기 제 1 수직 배향막의 프리틸트 각도는 상기 배향막 등의 수평한 면을 기준으로 시계 방향 또는 반시계 방향으로 측정한 각도이고, 제 2 수직 배향막의 프리틸트 각도는 그와는 역방향, 즉 제 1 수직 배향막의 프리틸트 각도가 시계 방향으로 측정된 경우에 반시계 방향 또는 제 1 수직 배향막의 프리틸트 각도가 반시계 방향으로 측정된 경우에 시계 방향으로 측정된 각도이거나, 동일한 방향으로 측정된 각도일 수 있다.
또한, 상기 제 3 수직 배향막의 프리틸트 각도는 상기 배향막 등과 수평한 면을 기준으로 시계 방향 또는 반시계 방향으로 측정한 각도이고, 제 4 수직 배향막의 프리틸트 각도는 그와는 역방향, 즉 제 3 수직 배향막의 프리틸트 각도가 시계 방향으로 측정된 경우에 반시계 방향 또는 제 3 수직 배향막의 프리틸트 각도가 반시계 방향으로 측정된 경우에 시계 방향으로 측정된 각도이거나, 동일한 방향으로 측정된 각도일 수 있다.
상기 프리틸트 방향은 액정 분자의 방향자가 배향막의 수평한 면에 사영된 방향을 의미할 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 수직 배향막의 프리틸트 방향과 제 3 및 제 4 수직 배향막의 프리틸트 방향은 서로 수평할 수 있다.
상기 언급한 프리틸트 각도 및 방향은, 일 예시에서 상기 각 GH셀의 GH층이 수직 배향상태인 경우에 각 GH층에서 측정되는 프리틸트각 및 방향일 수 있다.
상기 제 1 내지 제 4 수직 배향막은 러빙 배향막 또는 광 배향막일 수 있다. 러빙 배향막의 경우, 배향 방향은 러빙 방향에 의해 정해지고, 광배향막의 경우는, 조사되는 광의 편광 방향 등에 의해 결정된다. 상기 수직 배향막의 프리틸트 각도 및 프리틸트 방향은 배향 조건, 예를 들어 러빙 배향 시의 러빙 조건이나 압력 조건, 혹은 광 배향 조건, 예를 들어, 광의 편광 상태, 광의 조사 각도, 광의 조사 세기 등을 적절히 조절하여 구현할 수 있다.
예를 들어, 수직 배향막이 러빙 배향막인 경우에 상기 프리틸트 각도는 상기 러빙 배향막의 러빙 세기 등을 제어하여 달성할 수 있고, 프리틸트 방향은 상기 러빙 배향막의 러빙 방향을 제어하여 달성할 수 있으며, 이러한 달성 방식은 공지의 방식이다. 또한, 광배향막의 경우, 배향막 재료, 배향에 적용되는 편광의 방향, 상태 내지는 세기 등에 의해 달성될 수 있다.
러빙 배향막을 사용하는 경우에 제 1 및 제 2 수직 배향막의 러빙 방향은 서로 동일하거나 서로 역방향이고, 제 3 및 제 4 수직 배향막의 러빙 방향은 서로 동일하거나 서로 역방향일 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.
상기와 같은 프리틸트각 및 방향의 설정을 통해 클리어 상태에서 보다 높은 투과율과 블랙 상태에서 보다 낮은 투과율의 구현에 유리할 수 있다.
이상 기술한 GH셀의 광축의 배향과 후술하는 위상차 소자가 조합되는 경우에 경사 방향에서의 콘트라스트비가 크게 개선되는 투과율 가변 장치가 제공될 수 있다.
본 출원의 투과율 가변 장치에서 각각의 GH셀은 상기와 같은 구성으로 GH층을 포함하는 한, 구체적인 구성을 특별히 제한되지 않는다.
본 출원의 투과율 가변 장치는, 상기와 같은 2개의 GH셀을 적어도 포함하고, 또한 해당 2개의 GH셀의 사이에 배치된 위상차 소자를 추가로 포함한다. 이에 따라 투과 모드에서 광은 제 1 GH셀, 상기 위상차 소자 및 제 2 GH셀을 순차 투과하거나 혹은 제 2 GH셀, 상기 위상차 소자 및 제 1 GH셀을 순차 투과할 수 있다.
본 출원에서 적용될 수 있는 상기 위상차 소자의 구체적인 종류는 특별히 제한되지 않는다. 일 예시에서 상기 위상차 소자로는, λ/2 위상 지연 특성을 가지는 위상차 소자를 사용할 수 있다. 상기에서 λ/2 위상 지연 특성을 가지는 위상차 소자는, 선평광된 광이 입사되면, 상기 입사광을 상기 입사광과 대략 수직 또는 직교하는 선편광된 광으로 전환시켜서 출사시킬 수 있는 소자이다. 상기 위상차 소자는, 예를 들면, 약 550 nm의 파장의 광에 대한 면상 위상차가 200 nm 내지 350 nm의 범위 내 또는 220 nm 내지 320 nm의 범위 내일 수 있다. 상기에서 위상차 소자의 면상 위상차는, 위상차 소자의 지상축 방향의 굴절률(nx)과 진상축 방향의 굴절률(ny)의 차이(nx - ny)를 해당 위상차 소자의 두께(d)와 곱하여 구해지는 수치(d×(nx-ny))이다.
상기와 같은 위상차 소자는 그 지상축 방향이 상기 GH셀의 광축이 상기 GH셀에 대해서 수평한 경우에 상기 광축과 약 35도 내지 55도의 범위 내, 약 40도 내지 50도의 범위 내 또는 약 45도가 되도록 배치될 수 있다. 상기와 같은 위상차 소자의 지상축과 전술한 GH셀의 광축 관계에 의해 투과율 가변이 가능하고, 특히 경사 방향에서 관찰 시에도 높은 콘트라스트비가 확보되는 투과율 가변 장치의 제공이 가능하다.
본 출원에서 상기 위상차 소자의 구체적인 종류는 상기와 같은 면상 위상차, 즉 λ/2 위상 지연 특성을 가지는 한 특별히 제한되지 않으며, 이는 단일층이거나 2층 이상의 적층 구조를 가질 수 있다. 예를 들면, 2매의 λ/4 위상 지연 특성을 가지는 소자를 적층하여 상기 λ/2 위상 지연 특성을 가지는 소자를 구현할 수도 있다. 위상차 소자가 2층 이상의 적층 구조를 가지면서 상기 λ/2 위상 지연 특성을 나타내는 경우에 적층 구조 내의 각 층의 지상축의 방향은 서로 평행하거나, 평행하지 않을 수 있으나, 전체적으로 제 1 또는 제 2 GH층을 투과한 선편광의 편광 방향을 90도 회전시켜서 투과시킬 수 있는 방향으로 설정될 수 있다.
하나의 예시에서 상기 위상차 소자는, 비액정 고분자 필름 또는 액정 고분자 필름일 수 있다. 상기에서 액정 고분자 필름은 소위 RM(Reactive Mesogen)으로 알려져 있는 반응성 액정 화합물을 배향 및 중합시켜 제조된 필름이고, 비액정 고분자 필름은, 상기 액정 고분자 필름 외에 광학적 이방성을 가지는 고분자 필름으로서, 일축 또는 이축 연신 등의 처리를 통해 광학적 이방성을 나타내게 된 고분자 필름을 의미할 수 있다. 이러한 비액정 고분자 필름으로는, TAC(triacetyl cellulose) 필름; 노르보르넨 유도체 등의 COP(cyclo olefin copolymer) 필름; PMMA(poly(methyl methacrylate) 등의 아크릴 필름; PC(polycarbonate) 필름 또는 PET(polyethyleneterephtalate) 필름 등의 폴리에스테르 필름; PE(polyethylene) 또는 PP(polypropylene) 등의 올레핀 필름; PVA(polyvinyl alcohol) 필름; DAC(diacetyl cellulose) 필름; Pac(Polyacrylate) 필름; PES(poly ether sulfone) 필름; PEEK(polyetheretherketon) 필름; PPS(polyphenylsulfone), PEI(polyetherimide) 필름; PEN(polyethylenemaphthatlate) 필름; PI(polyimide) 필름; PSF(polysulfone) 필름; 또는 PAR(polyarylate) 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 출원의 투과율 가변 장치는 전술한 바와 같이 제 1 및 제 2 CH층을 포함하는 GH셀 및 위상차 소자를 포함하는 한 다양한 구조로 구현될 수 있다.
일 예시에서 상기 투과율 가변 장치는 서로 대향 배치되어 있는 제 1 및 제 2 기판과 역시 서로 대향 배치되어 있는 제 3 및 제 4 기판을 포함할 수 있다. 이러한 경우가 도 2에 도시되어 있다. 도 2와 같이 상기와 같이 제 1 내지 제 4 기판(101, 102, 103, 104)을 포함하는 투과율 가변 장치에서는 상기 제 1 기판(101)과 제 2 기판(102)의 사이에 상기 제 1 GH층(10)이 존재하고, 상기 제 3 기판(103)과 제 4 기판(104)의 사이에 상기 제 2 GH층(20)이 존재할 수 있다. 상기 구조에서 제 2 기판(102)과 제 3 기판(103)이 서로 마주보도록 배치되어 있을 수 있다. 도 3에 나타난 바와 같이 상기 도 2의 구조에서는 상기 제 2 및 제 3 기판(102, 103)의 사이에 전술한 위상차 소자가 존재할 수 있다. 혹은 다른 예시에서 도 2에 나타난 구조에서 별도의 위상차 소자가 존재하지 않고, 제 2 기판(102)과 제 3 기판(103)이 함께 상기 위상차 소자를 구성할 수도 있다. 도 3과 같은 구조에서는 제 2 및 제 3 기판(102, 103)은 등방성 기판일 수 있다. 이러한 경우에 상기 제 2 및 제 3 기판(102, 103)은 각각 λ/4 파장 위상 지연 특성을 나타내는 기판이고, 그러한 2개의 기판이 서로 적층되어 λ/2 위상 지연 특성을 나타내는 층이 구성될 수 있다.
도 2 및 3에 나타난 구조에서 제 1 GH층(10)과 제 2 GH층(20)의 사이에 존재하는 제 2 및 제 3 기판(102, 103)의 면상 위상차의 합계 또는 제 2 및 제 3 기판(102, 103)과 위상차 소자(30)의 면상 위상차의 합계는 전술한 λ/2 위상 지연 특성을 나타낼 수 있는 범위 내일 수 있다. 상기에서 면상 위상차의 합계는 광학적 합계를 의미한다.
다른 예시에서 상기 투과율 가변 장치는, 도 4에 나타난 바와 같이 서로 순차 배치된 제 1 기판(101), 제 2 기판(102) 및 제 3 기판(103)을 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 기판(101, 102)의 사이에 상기 제 1 GH층(10)이 존재하고, 상기 제 2 및 제 3 기판(102, 103)의 사이에 상기 제 2 GH층(20)이 존재할 수 있다. 이러한 경우는 도 4에 나타난 바와 같이 2개의 GH셀이 하나의 기판(제 2 기판(102))을 공유하는 구조이다. 이러한 구조의 경우에 공유되는 상기 제 2 기판이 전술한 λ/2 위상 지연 특성을 나타낼 수 있다.
상기 투과율 가변 장치는 상기 예시한 구조 외에도 가능한 2개의 중첩된 GH층의 사이에 전술한 바와 같은 위상차 소자가 존재할 수 있는 것이라면 다양한 구조로 구성될 수 있다.
이상 설명한 구조에서 상기 기판으로는, 특별한 제한 없이 공지의 소재가 사용될 수 있다. 예를 들면, 기판으로는 유리 필름, 결정성 또는 비결정성 실리콘 필름, 석영 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 필름 등의 무기 필름이나 플라스틱 필름 등을 사용할 수 있다.
플라스틱 기판으로는, TAC(triacetyl cellulose) 기판; 노르보르넨 유도체 기판 등의 COP(cyclo olefin copolymer) 기판; PMMA(poly(methyl methacrylate) 기판; PC(polycarbonate) 기판; PE(polyethylene) 기판; PP(polypropylene) 기판; PVA(polyvinyl alcohol) 기판; DAC(diacetyl cellulose) 기판; Pac(Polyacrylate) 기판; PES(poly ether sulfone) 기판; PEEK(polyetheretherketon) 기판; PPS(polyphenylsulfone), PEI(polyetherimide) 기판; PEN(polyethylenemaphthatlate) 기판; PET(polyethyleneterephtalate) 기판; PI(polyimide) 기판; PSF(polysulfone) 기판; PAR(polyarylate) 기판 또는 비정질 불소 수지 등을 포함하는 기판을 사용할 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니다. 이러한 기판의 두께는 특별히 제한되지 않고, 적절한 범위에서 선택될 수 있다.
상기 기판에는 전극층이 존재할 수 있다. 예를 들면, 투과율 가변 장치에 포함되는 기판의 표면 중에서 상기 GH층을 향하는 표면 중 적어도 한 표면, 예를 들면, 도 2 및 3의 구조에서 제 1 내지 제 4 기판의 4개의 내측 표면 중 적어도 하나의 표면 또는 도 4의 구조에서 제 1 및 제 3 기판(101, 103)의 내측 표면과 제 2 기판(102)의 양측 표면 중 어느 하나의 표면에는 전극층이 존재할 수 있다. 본 출원에서 용어 기판의 내측 표면은 기판의 양 표면 중에서 GH층과 가까운 표면을 의미한다.
일 예시에서 도 2 및 3의 구조에서 제 1 기판(101)의 내측 표면과 제 2 기판(102)의 내측 표면 중 적어도 어느 하나의 표면 및 제 3 기판(103)의 내측 표면과 제 4 기판(104)의 내측 표면 중 적어도 어느 하나의 표면에는 전극층이 존재할 수 있고, 필요한 경우에 각 GH셀에 수직 전계를 인가할 수 있도록 상기 제 1 내지 제 4 기판의 모든 내측 표면에 전극층이 존재할 수 있다. 또한, 도 4의 구조에서는 제 1 기판(101)의 내측 표면과 제 2 기판(102)의 제 1 GH층(10)을 향하는 표면 중 적어도 어느 하나의 표면과 제 3 기판(103)의 내측 표면과 제 2 기판(102)의 제 2 GH층(20)을 향하는 표면 중 적어도 어느 하나의 표면에는 전극층이 존재할 수 있고, 필요한 경우에 각 GH셀에 수직 전계를 인가할 수 있도록 상기 제 1 및 제 3 기판의 모든 내측 표면과 제 2 기판의 양측 표면에 전극층이 존재할 수도 있다.
전극층은, 공지의 소재를 사용하여 형성할 수 있으며, 예를 들면, 상기 전극층은, 전도성 고분자, 전도성 금속, 전도성 나노와이어 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등의 금속 산화물 등을 포함할 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 기판에는 액정 배향층이 존재할 수 있다. 상기 액정 배향층 역시 상기 기판의 내측 표면, 즉 GH층을 향하는 표면에 형성되어 있을 수 있다. 기판에 전술한 전극층이 존재하는 경우에는 상기 액정 배향층은 상기 전극층의 표면에 형성되거나, 혹은 전극층과 기판의 사이에 형성될 수도 있다. 예를 들면, 투과율 가변 장치에 포함되는 기판의 내측 표면 중에서 적어도 한 표면, 예를 들면, 도 2 및 3의 구조에서 제 1 내지 제 4 기판의 4개의 내측 표면 중 적어도 하나의 표면 또는 도 4의 구조에서 제 1 및 제 3 기판(101, 103)의 내측 표면과 제 2 기판(102)의 양측 표면 중 어느 하나의 표면에는 액정 배향층이 존재할 수 있다.
일 예시에서 도 2 및 3의 구조에서 제 1 기판(101)의 내측 표면과 제 2 기판(102)의 내측 표면 중 적어도 어느 하나의 표면 및 제 3 기판(103)의 내측 표면과 제 4 기판(104)의 내측 표면 중 적어도 어느 하나의 표면에는 액정 배향층이 존재할 수 있고, 필요한 경우에 상기 제 1 내지 제 4 기판의 모든 내측 표면에 액정 배향층이 존재할 수 있다. 또한, 도 4의 구조에서는 제 1 기판(101)의 내측 표면과 제 2 기판(102)의 제 1 GH층(10)을 향하는 표면 중 적어도 어느 하나의 표면과 제 3 기판(103)의 내측 표면과 제 2 기판(102)의 제 2 GH층(20)을 향하는 표면 중 적어도 어느 하나의 표면에는 액정 배향층이 존재할 수 있고, 필요한 경우에 상기 제 1 및 제 3 기판의 모든 내측 표면과 제 2 기판의 양측 표면에 액정 배향층이 존재할 수도 있다.
상기 배향층으로는 특별한 제한 없이 이 분야에서 공지된 다양한 수평 배향층 또는 수직 배향층이 적용될 수 있다.
상기 투과율 가변 장치는, 전술한 GH셀 및 위상차 소자에 추가로 필요한 다른 요소를 포함할 수 있다. 이러한 요소로는, 반사방지층이나 하드코팅층 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기와 같은 투과율 가변 장치는 다양한 용도에 적용될 수 있다. 투과율 가변 장치가 적용될 수 있는 용도에는, 원도우 또는 선루프 등과 같은 건물, 용기 또는 차량 등을 포함하는 밀폐된 공간의 개구부나 아이웨어(eyewear) 등이 예시될 수 있다. 상기에서 아이웨어의 범위에는, 일반적인 안경, 선글라스, 스포츠용 고글 내지는 헬멧 또는 증강 현실 체험용 기기 등과 같이 관찰자가 렌즈를 통하여 외부를 관찰할 수 있도록 형성된 모든 아이 웨어가 포함될 수 있다.
본 출원의 투과율 가변 장치가 적용될 수 있는 대표적인 용도에는 아이웨어가 있다. 최근 선글라스, 스포츠용 고글이나 증강 현실 체험용 기기 등은 관찰자의 정면 시선과는 경사지도록 렌즈가 장착되는 형태의 아이웨어가 시판되고 있다. 본 출원의 투과율 가변 장치의 경우, 전술한 바와 같이 경사각에서도 높은 콘트라스트비가 확보될 수 있어서 상기와 같은 구조의 아이웨어에도 효과적으로 적용될 수 있다.
본 출원의 투과율 가변 장치가 아이웨어에 적용되는 경우에 그 아이웨어의 구조는 특별히 제한되지 않는다. 즉, 공지의 아이웨어 구조의 좌안용 및/또는 우안용 렌즈 내에 상기 투과율 가변 장치가 장착되어 적용될 수 있다.
예를 들면, 상기 아이웨어는, 좌안용 렌즈와 우안용 렌즈; 및 상기 좌안용 렌즈와 우안용 렌즈를 지지하는 프레임을 포함할 수 있다.
도 5는, 상기 아이웨어의 예시적인 모식도로서, 상기 프레임(12) 및 좌안용과 우안용 렌즈(14)를 포함하는 아이웨어의 모식도이나, 본 출원의 투과율 가변 장치가 적용될 수 있는 아이웨어의 구조가 도 5에 제한되는 것은 아니다.
상기 아이웨어에서 좌안용 렌즈 및 우안용 렌즈는 각각 상기 투과율 가변 장치를 포함할 수 있다. 이러한 렌즈는, 상기 투과율 가변 장치만을 포함하거나, 기타 다른 구성을 포함할 수도 있다.
상기 아이웨어는 다양한 디자인을 가질 수 있으며, 예를 들면, 상기 프레임은 상기 아이웨어를 관찰자가 장착한 때에 상기 관찰자의 정면 시선 방향과 상기 투과율 가변 장치 표면의 법선이 이루는 각도가 15도 내지 40도의 범위 내가 되도록 경사지게 형성되어 있을 수 있다. 이러한 아이웨어로는, 스포츠용 고글이나 증강 현실 체험용 기기 등이 예시될 수 있다.
본 출원의 투과율 가변 장치는 클리어 상태 및 블랙 상태의 사이를 스위칭할 수 있고, 클리어 상태에서의 높은 투과율과 블랙 상태에서의 높은 차단율을 나타내며, 경사각에서도 우수한 콘트라스트비를 나타낼 수 있다. 이러한 본 출원의 투과율 가변 장치는, 투과율의 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.
도 1 내지 4는, 예시적인 본 출원의 투과율 가변 장치의 모식도이다.
도 5는 본 출원의 투과율 가변 장치가 적용된 아이웨어의 모식도이다.
도 6 및 7은 프리틸트각을 측정하는 방식을 설명하는 도면이다.
이하 실시예 및 비교예를 통하여 본 출원의 투과율 가변 장치를 구체적으로 설명하지만 본 출원의 범위가 하기 투과율 가변 장치에 의해 제한되는 것은 아니다.
프리틸트 각도의 측정 방법
GH셀의 프리틸트 각도는 다음의 방식으로 측정할 수 있다. GH셀의 프리틸트 각도는 하나의 GH셀에 대해서 측정하는 방식과 2개의 GH셀이 중첩되어 있는 더블셀에서 측정하는 방식이 있는데, 이하 각각을 기술한다. 상기에서 더블셀에서 측정하는 방식의 경우는 제 1 내지 제 4 수직 배향막이 모두 유사한 프리틸트각도를 가지는 경우에 유용한다. 한편, 프리틸트 방향은, 각 GH셀을 수평 배향시킨 상태에서 상기 GH셀의 일면에 흡수형 선형 편광자를 배치하고, 상기 편광자를 360도 회전시키면서 투과율을 측정하여 확인할 수 있다. 예를 들면, 상기 편광자를 360도 회전시키는 과정에서 투과율이 최소가 될 때에 상기 편광자의 흡수축과 수직을 이루는 각도 또는 수평을 이루는 각도를 프리틸트 방향으로 규정할 수 있다.
1. 단일 GH셀의 프리틸트 각도의 측정
우선 도 6에 나타난 바와 같이 광원과 투과율 측정 센서(ex. LCMS-200)의 사이에 GH셀을 배치한다. 상기 상태에서 도면의 점선으로 표시된 바와 같이 측정 센서와 광원을 최단거리로 연결하는 방향을 Y축으로 상기 Y축과 직교하는 방향을 X축으로 정의한다. 그 후 도 6에 나타난 바와 같이 GH셀을 회전시키면서 광원으로 광을 조사하면서 측정 센서로 투과율을 평가한다. 이 과정에서 GH셀의 배향 상태는 수직 배향 상태로 유지할 수 있다. 상기와 같은 과정을 통해 투과율을 측정할 때에 투과율이 최대가 되는 지점에서 상기 GH셀의 표면 법선(도면에서 실선 표시)과 Y축이 이루는 각도를 통해 프리틸트 각을 측정한다. 예를 들어, 도 6에서 Y축과 상기 표면 법선이 A도를 이루는 경우에 가장 높은 투과율이 구현된다면, 프리틸트 각도는 90도에서 A도를 뺀 수치로 정의될 수 있다. 상기에서 A도는 시계 또는 반시계 방향으로 측정한 양의 수이다.
2. 더블셀의 프리틸트 각도의 측정
더블셀인 경우에도 상기와 같은 방식으로 프리틸트각을 측정할 수 있다. 우선 도 7에 나타난 바와 같이 더블셀을 광원과 투과율 측정 센서(ex. LCMS-200)의 사이에 배치한다. 즉, 도 7에서 제 1 GH셀(10)의 앞쪽(도면에서 나가는 방향) 또는 뒤쪽(도면에서 들어가는 방향) 중 어느 한쪽에 광원을 다른 한 쪽에 측정 센서를 배치하고, 더블셀을 도면의 회전 방향으로 회전시키면서, 투과율이 최대가 되는 시점에서 Y축(광원과 측정 센서를 최단거리로 연결하는 방향의 축)과 더블셀의 표면 법선이 이루는 각도(상기 A도)를 측정한 후에 90도에서 상기 각도의 절대값을 뺀 수치가 프리틸트 각으로 정의될 수 있다. 이 경우에도 GH셀(10, 20)의 배향은 수직 배향으로 유지될 수 있다.
실시예 1
표면에 ITO(Indium Tin Oxide) 전극층과 수직 배향막이 순차 형성된 2장의 COP(cycloolefin polymer) 필름의 사이에 GH층을 형성하여 제 1 GH셀을 제조하였다. 상기에서 GH셀의 셀갭은 약 12μm 정도로 하였다. 상기에서 수직 배향막은 프리틸트각이 약 89도인 배향막을 사용하였다. 배향막은, 폴리이미드 계열의 수직 배향막을 상기 ITO 전극층상에 바코팅으로 코팅하고, 130℃에서 약 30분동안 유지하고, 러빙포로 러빙 처리하여 약 200 nm의 두께로 형성하였고, 상기 2장의 COP 필름은 상기 러빙 방향이 서로 동일하도록 적층하였다. 또한, 상기 GH층은, 액정 화합물로서, 유전율 이방성이 약 -4.9 이고, 굴절률 이방성이 약 0.132 정도인 네마틱 액정과 이색성 염료로서, 이색비가 약 6.5 내지 8 정도인 흑색 염료가 98.7:1.3의 중량 비율(네마틱 액정:이색성 염료)로 혼합된 GH 혼합물을 적용하여 형성하였다. 상기와 동일하게 제조된 제 2 GH셀과 상기 제 1 GH셀을 도 3과 같이 중첩시키고, 그 사이에 550 nm 파장에 대한 면상 위상차가 약 275 nm인 COP(cycloolefin polymer) 필름을 위치시켜서 투과율 가변 소자를 제조하였다. 상기 장치는 제 1 및 제 2 GH셀의 액정 호스트가 전압 무인가 시에 수직 배향 상태이고, 전압이 인가되면, 상기 액정 호스트가 수평 배향되는 유형의 장치이다. 제 1 및 제 2 GH층의 적층은, 상기 수평 배향 시에 각 GH층 내의 액정 호스트의 광축이 서로 수평하게 되도록 하였으며, 상기 COP 필름의 지상축이 상기 수평 배향된 액정 호스트의 광축과 대략 45도를 이루도록 하였다.
실시예 2
GH셀의 제조 시에 기판으로서 표면에 ITO(Indium Tin Oxide) 전극층과 수직 배향막이 순차 형성된 등방성의 (poly(ethylene terephthalate)) 필름과 역시 표면에 ITO 전극층과 수직 배향막이 순차 형성되고, 550 nm 파장의 광에 대한 면상 위상차가 약 137.5 nm 정도인 COP(cycloolefin polymer) 필름을 적용하고, 셀갭을 약 11 μm 정도로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 제 1 및 제 2 GH셀을 제조하였다. 상기 GH셀의 제조 시에 상기 COP 필름의 지상축은 상기 GH셀의 액정 호스트가 수평 배향 시에 그 광축과 45도를 이루오도록 하였다. 이어서 상기 제 1 및 제 2 GH셀의 COP 필름을 각 필름의 지상축이 수평하도록 부착하여 투과율 가변 장치를 제조하였다. 상기 장치는 제 1 및 제 2 GH셀의 액정 호스트가 전압 무인가 시에 수직 배향 상태이고, 전압이 인가되면, 상기 액정 호스트가 수평 배향되는 유형의 장치이다. 제 1 및 제 2 GH층의 적층은, 상기 수평 배향 시에 각 GH층 내의 액정 호스트의 광축이 서로 수평하게 되도록 하였다.
비교예 1
위상차 소자인 COP 필름을 적용하지 않고, 제 1 및 제 2 GH셀이 모두 수평 배향 시에 각 액정 호스트의 광축이 서로 수직하도록 상기 GH셀을 적층한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 투과율 가변 장치를 제조하였다.
시험예 1.
실시예 및 비교예에서 제조된 투과율 가변 장치에 D65 광원의 광을 조사하여 직진광 투과율을 평가하였다. 상기 투과율은 투과율 가변 장치의 중심에서 오른쪽 수평방향을 0도로 하고, 왼쪽 수평 방향을 180도로 한 때에, 상기 중심 방향(정면), 0도 방향, 90도 방향, 180도 방향 및 270도 방향에서의 투과율을 측정하여 정면과 상하 좌우 방향의 투과율을 모두 측정하였다. 실시예와 비교예의 장치 모두 전압 무인가 상태에서 고투과율을 나타내는 통상 투과 모드였고, 전압이 인가됨에 따라서 투과율이 감소하였으며, 약 28V의 전압 인가 시에 최소 투과율을 나타내었다. 상기 각 장치들의 인가 전압에 따른 투과율과 콘트라스트비를 정리하면 하기 표와 같다. 하기에서 표 1은 실시예 1에 대한 측정 결과이고, 표 2는 실시예 2에 대한 측정 결과이다. 콘트라스트비(CR)는, 전압의 인가량을 변화시켜가면서 투과율을 측정하였을 때에 확인되는 최대 투과율(Tc) 대비 최소 투과율(T)의 비율(Tc/T)이다.
인가전압 정면투과율 0도 투과율 180도투과율 90도투과율 270도투과율
0V 51.4% 41.8% 40.6% 37.5% 44.8%
2V 45.9% 38.9% 38.1% 28.0% 49.1%
28V 2.9% 4. 2% 3.0% 2.9% 3.2%
CR 17.5 9.9 13.4 13 15.6
인가전압 정면투과율 0도 투과율 180도투과율 90도투과율 270도투과율
0V 54.2% 44.1% 44.6% 41.8% 47.1%
2V 45.0% 40.2% 40.5% 27.5% 51.6%
28V 4.3% 5.8% 4.3% 4.2% 4.6%
CR 12.7 7.6 9.4 10 11.3
상기 결과로부터 본 출원의 투과율 가변 장치는 정면과 상하 좌우 모두에서 적절한 투과율 가변 특성을 나타내고, 시야각(ex. 270도)에 따라서는 전압이 인가되면서 투과율이 증가하다가 감소하는 구간이 확인되어서 보다 다양한 용도에 적용될 수 있음을 확인할 있다.
시험예 2.
실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 투과율 가변 장치에 D65 광원의 광을 조사하여 직진광 투과율을 평가하였다. 상기 입사광은 상기 투과율 가변 장치의 표면 법선과 약 20도의 각도를 이루도록 조사하였다. 실시예와 비교예의 장치 모두 전압 무인가 상태에서 고투과율을 나타내는 통상 투과 모드였고, 전압이 인가됨에 따라서 투과율이 감소하였으며, 약 28V의 전압 인가 시에 최소 투과율을 나타내었다. 상기 각 장치들의 인가 전압에 따른 투과율과 콘트라스트비를 정리하면 하기 표 3과 같다. 콘트라스트비는, 시험예 1과 같이 최소 및 최대 투과율의 비율(Tc/T)이다.
실시예 1 비교예 1
직진광투과율(%) 0V 45.9 46.3
11V 6.9 7.9
15V 6.1 7.2
20V 5.7 6.7
콘트라스트비 11V 6.7 5.9
15V 7.5 6.5
20V 8.1 6.9
표 3의 결과로부터, 본 출원에 따른 투과율 가변 장치는 경사광에 대해서도 높은 클리어 상태의 투과율과 낮은 블랙 상태의 투과율을 구현할 수 있고, 그에 따라 우수한 콘트라스트비를 나타내는 것을 확인할 수 있다.
[부호의 설명]
10: 제 1 GH층
20: 제 2 GH층
30: 위상차 소자
101, 102, 103, 104: 기판
14: 좌안용 또는 우안용 렌즈
12: 프레임

Claims (18)

  1. 서로 중첩 배치되어 있는 제 1 및 제 2 게스트 호스트층을 포함하는 투과율 가변 장치로서,
    상기 제 1 및 제 2 게스트 호스트층은 각각 액정 호스트 및 이색성 염료 게스트를 포함하고, 전압 무인가 또는 전압 인가 상태에서 상기 제 1 및 제 2 게스트 호스트층의 액정 호스트는 서로의 광축이 수평하도록 수평 배향되어 있으며,
    상기 제 1 및 제 2 게스트 호스트층의 사이에는 위상차 소자가 배치되어 있는 투과율 가변 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 전압의 인가에 따라 클리어 상태와 블랙 상태의 사이를 스위칭할 수 있는 투과율 가변 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 클리어 상태에서 게스트 호스트층 표면의 법선과 20도의 각도를 이루는 입사광의 투과율(Tc)과 블랙 상태에서의 상기 입사광의 투과율(Tb)의 비율(Tc/Tb)이 7.5 이상인 투과율 가변 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 액정 호스트는 네마틱 액정 화합물을 포함하는 투과율 가변 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 이색성 염료로는, 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 염료인 투과율 가변 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 제 1 및 제 2 게스트 호스트층의 액정 호스트가 전압 무인가 상태에서 수평 배향되어 있는 경우에 전압 인가에 의해 수직 배향 상태로 전환되고, 전압 인가 상태에서 수평 배향되어 있는 경우에는 전압 무인가 상태에서 수직 배향 상태로 전환되는 투과율 가변 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 수직 배향 상태의 액정 호스트는 70도 이상, 90도 미만의 범위 내의 프리틸트각을 가지는 투과율 가변 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 제 1 게스트 호스트층의 프리틸트 방향과 제 2 게스트 호스트층의 프리틸트 방향은 서로 평행한 투과율 가변 장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 위상차 소자는, 550 nm의 파장의 광에 대한 면상 위상차가 200 nm 내지 350 nm의 범위 내인 투과율 가변 장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 위상차 소자의 지상축과 게스트 호스트층의 액정 호스트의 수평 배향시의 광축이 이루는 각도가 35도 내지 55도의 범위 내인 투과율 가변 장치.
  11. 제 1 항에 있어서, 위상차 소자는, 비액정 고분자 필름 또는 액정 고분자 필름인 투과율 가변 장치.
  12. 제 1 항에 있어서, 서로 대향 배치되어 있는 제 1 및 제 2 기판과 서로 대향 배치되어 있는 제 3 및 제 4 기판을 추가로 포함하고, 제 1 게스트 호스트층이 상기 제 1 및 제 2 기판의 사이에 위치하며, 제 2 게스트 호스트층이 상기 제 3 및 제 4 기판의 사이에 존재하고, 상기 제 2 및 제 3 기판이 서로 대향하여 배치되어 있는 투과율 가변 장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 제 2 및 제 3 기판의 550 nm의 파장의 광에 대한 면상 위상차의 합계치가 200 nm 내지 350 nm의 범위 내인 투과율 가변 장치.
  14. 제 1 항에 있어서, 서로 대향 배치되어 있는 제 1 및 제 2 기판과 서로 대향 배치되어 있는 제 3 및 제 4 기판을 추가로 포함하고, 제 1 게스트 호스트층이 상기 제 1 및 제 2 기판의 사이에 위치하며, 제 2 게스트 호스트층이 상기 제 3 및 제 4 기판의 사이에 존재하고, 상기 제 2 및 제 3 기판이 서로 대향하여 배치되어 있으며, 상기 제 2 및 제 3 기판의 사이에 상기 위상차 소자가 존재하는 투과율 가변 장치.
  15. 제 13 항에 있어서, 제 2 기판, 위상차 소자 및 제 3 기판의 550 nm의 파장의 광에 대한 면상 위상차의 합계치가 200 nm 내지 350 nm의 범위 내인 투과율 가변 장치.
  16. 제 1 항에 있어서, 순차 배치된 제 1 기판, 제 2 기판 및 제 3 기판을 추가로 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 기판의 사이에 제 1 게스트 호스트층이 존재하며, 상기 제 2 및 제 3 기판의 사이에 제 2 게스트 호스트층이 존재하고, 상기 제 2 기판의 550 nm의 파장의 광에 대한 면상 위상차가 200 nm 내지 350 nm의 범위 내인 투과율 가변 장치.
  17. 좌안용 렌즈와 우안용 렌즈; 및 상기 좌안용 렌즈와 우안용 렌즈를 지지하는 프레임을 포함하는 아이웨어로서,
    상기 좌안용 렌즈 및 우안용 렌즈는 각각 제 1 항의 투과율 가변 장치를 포함하고,
    상기 프레임은, 장착 시의 관찰자의 정면 시선 방향과 상기 투과율 가변 장치 표면의 법선이 이루는 각도가 15도 내지 40도의 범위 내가 되도록 형성되어 있는 아이웨어.
  18. 제 17 항에 있어서, 증강 현실 체험용 기기인 아이웨어.
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