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WO2019107709A1 - 광학 디바이스 - Google Patents

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WO2019107709A1
WO2019107709A1 PCT/KR2018/009966 KR2018009966W WO2019107709A1 WO 2019107709 A1 WO2019107709 A1 WO 2019107709A1 KR 2018009966 W KR2018009966 W KR 2018009966W WO 2019107709 A1 WO2019107709 A1 WO 2019107709A1
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WO
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liquid crystal
less
layer
optical device
degrees
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/KR2018/009966
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English (en)
French (fr)
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김정운
유수영
김태용
허두영
전병건
류상욱
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LG Chem Ltd
Original Assignee
LG Chem Ltd
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Publication date
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Priority to EP18883306.5A priority patent/EP3719566B1/en
Priority to CN201880052202.7A priority patent/CN111033371B/zh
Priority to US16/637,324 priority patent/US11194194B2/en
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    • G02F2203/00—Function characteristic
    • G02F2203/01—Function characteristic transmissive

Definitions

  • the present application relates to optical devices.
  • a transmittance variable device using a so-called GH cell Guest host cell in which a mixture of a host material and a dichroic dye guest is applied is known.
  • the host material of the device is mainly a liquid crystal compound.
  • variable transmittance device is applied to a variety of uses including eyewear such as sunglasses and eyeglasses, outer wall of a building, or sunroof of a vehicle.
  • the present application provides an optical device. It is an object of the present invention to provide an optical device having a structure capable of preventing defects such as light leakage and cracks in an optical device having a structure in which a light modulation layer such as an active liquid crystal element or a polarizer is encapsulated by an adhesive film .
  • the present application is directed to an optical device capable of adjusting transmittance, for example, an optical device capable of switching between at least a transmission mode and a blocking mode.
  • the transmission mode is a state in which the optical device exhibits a relatively high transmittance
  • the cutoff mode is a state in which the optical device exhibits a relatively low transmittance
  • the optical device may have a transmittance in the transmissive mode of greater than about 30%, greater than about 35%, greater than about 40%, greater than about 45%, or greater than about 50%. Further, the optical device may have a transmittance in the blocking mode of about 20% or less, about 15% or less, or about 10% or less.
  • the transmittance in the transmissive mode is more advantageous as the numerical value is higher, and the lower the transmittance in the blocking mode is, the more advantageous it is, so that the upper limit and the lower limit are not particularly limited.
  • the upper limit of the transmittance in the transmissive mode may be about 100%, about 95%, about 90%, about 85%, about 80%, about 75%, about 70%, about 65% .
  • the lower limit of the transmittance in the blocking mode may be about 0%, about 1%, about 2%, about 3%, about 4%, about 5%, about 6%, about 7%, about 8% 10%. ≪ / RTI >
  • the transmittance may be a linear light transmittance.
  • the term linear optical transmittance may be a ratio of light (straight light) transmitted through the optical device in the same direction as the incident direction with respect to light incident on the optical device in a predetermined direction.
  • the transmittance may be a result (normal linear light transmittance) measured with respect to light incident in a direction parallel to the surface normal of the optical device.
  • the light whose transmittance is controlled in the optical device of the present application may be ultraviolet light, visible light or near-infrared light in the UV-A region.
  • ultraviolet light in the UV-A region is used to mean radiation having a wavelength in the range of 320 nm to 380 nm
  • visible light means radiation having a wavelength in the range of 380 nm to 780 nm
  • near infrared rays are used to mean radiation having a wavelength in the range of 780 nm to 2000 nm.
  • the optical device of the present application is designed to be capable of switching at least between the transmission mode and the blocking mode. If desired, the optical device may also be designed to be capable of implementing a third mode which may represent any transmittance between the transmissive mode and the intermittent mode, for example, the transmissivity of the transmissive mode and the interrupted mode have.
  • the active liquid crystal device is a liquid crystal device including an active liquid crystal layer capable of switching between at least two alignment states of optical axes, for example, between first and second alignment states, State liquid crystal compound capable of switching.
  • the optical axis may denote the major axis direction when the liquid crystal compound included in the liquid crystal element is rod-shaped, and may denote the normal direction of the disc plane when the liquid crystal compound is discotic.
  • the optical axis of the liquid crystal element can be defined as an average optical axis, Vector sum.
  • the orientation state in the above liquid crystal device can be changed by applying energy, for example, by applying a voltage.
  • the liquid crystal device has any one of the first and second alignment states in a state in which no voltage is applied, and can be switched to another alignment state when a voltage is applied.
  • the blocking mode may be implemented in any one of the first and second alignment states, and the transmissive mode may be implemented in another alignment state. For the sake of convenience, it is described herein that the blocking mode is implemented in the first state.
  • the liquid crystal device may include an active liquid crystal layer including at least a liquid crystal compound.
  • the liquid crystal layer may be an active liquid crystal layer including a liquid crystal compound and a dichroic dye guest as a so-called guest host liquid crystal layer.
  • active liquid crystal layer means a liquid crystal layer designed to change the orientation of the optical axis of the contained liquid crystal compound.
  • the liquid crystal layer is a liquid crystal layer using the so-called guest host effect, and is a liquid crystal layer in which the dichroic dye guest is aligned according to the alignment direction of the liquid crystal compound (hereinafter, may be referred to as a liquid crystal host).
  • the alignment direction of the liquid crystal host can be adjusted depending on whether the external energy is applied or not.
  • the type of the liquid crystal host used in the liquid crystal layer is not particularly limited, and a general type of liquid crystal compound applied to realize the guest host effect can be used.
  • a smectic liquid crystal compound for example, a smectic liquid crystal compound, a nematic liquid crystal compound, or a cholesteric liquid crystal compound can be used.
  • a nematic liquid crystal compound can be used.
  • the term nematic liquid crystal compound means a liquid crystal compound which has no regularity with respect to the position of the liquid crystal molecules but can be arranged in order along the direction of the axis of the molecule.
  • Such a liquid crystal compound is a rod- Lt; / RTI >
  • Such a nematic liquid crystal compound may have a molecular weight of at least about 40 ° C, at least about 50 ° C, at least about 60 ° C, at least about 70 ° C, at least about 80 ° C, at least about 90 ° C, Or a clearing point of at least about 110 [deg.] C, or having a phase transition point in the above range, that is, a phase transition point to an isotropic phase on the nematic phase.
  • the luminescent or phase transition point may be about 160 ° C or less, about 150 ° C or less, or about 140 ° C or less.
  • the liquid crystal compound may have a negative dielectric constant or a positive dielectric anisotropy.
  • the absolute value of the dielectric anisotropy can be appropriately selected in consideration of the object.
  • the dielectric anisotropy may be greater than 3 or greater than 7, less than -2, or less than -3.
  • the liquid crystal compound may also have an optical anisotropy (n) of at least about 0.01 or at least about 0.04.
  • the optical anisotropy of the liquid crystal compound may be about 0.3 or less or about 0.27 or less in other examples.
  • Liquid crystal compounds that can be used as the liquid crystal host of the guest host liquid crystal layer are well known to those skilled in the art and can be selected freely from them.
  • the liquid crystal layer may include a dichroic dye guest together with the liquid crystal host.
  • the term " dye " may refer to a material that is capable of intensively absorbing and / or modifying light within a visible light region, for example, within a wavelength range of 380 nm to 780 nm, at least partially or entirely, &Quot; a " sex dye guest " may mean a material capable of absorbing light in at least a part or the entire range of the visible light region.
  • the dichroic dye guest for example, known dyes known to have properties that can be aligned according to the orientation state of the liquid crystal host can be selected and used.
  • the dichroic dye guest an azo dye or an anthraquinone dye can be used, and in order to achieve light absorption in a wide wavelength range, the liquid crystal layer may contain one or more dyes.
  • the dichroic ratio of the dichroic dye guest can be appropriately selected in consideration of the purpose of use of the dichroic dye guest.
  • the dichroic dye guest may have a dichroic ratio of 5 or more to 20 or less.
  • the term " dichroic ratio " may mean, for example, a value obtained by dividing the absorption of polarized light parallel to the long axis direction of the dye by the absorption of polarized light parallel to the direction perpendicular to the long axis direction, in the case of a p-type dye.
  • the dichroic dye guest may be used in at least one wavelength, a certain range of wavelengths, or a whole range of wavelengths within the wavelength range of the visible light region, for example, within the wavelength range of about 380 nm to 780 nm or about 400 nm to 700 nm It can have a dichroic ratio.
  • the content of the dichroic dye guest in the liquid crystal layer can be appropriately selected in consideration of the purpose of use of the dichroic dye guest.
  • the content of the dichroic dye guest based on the total weight of the liquid crystal host and the dichroic dye guest, may be selected within the range of about 0.1% to about 10% by weight.
  • the ratio of the dichroic dye guest can be changed in consideration of the transmittance of the liquid crystal device and the solubility of the dichroic dye in the liquid crystal host.
  • the liquid crystal layer basically includes the liquid crystal host and the dichroic dye guest, and if necessary, may further include other optional additives according to a known form.
  • the additive include, but are not limited to, a chiral dopant or a stabilizer.
  • the liquid crystal layer may have an anisotropy degree (R) of about 0.5 or more.
  • the anisotropy degree R is calculated from the absorbance E (p) of the light beam polarized parallel to the alignment direction of the liquid crystal host and the absorbance E (s) of the light beam polarized perpendicularly to the alignment direction of the liquid crystal host. Is measured according to the following equation.
  • the criterion used above is another identical apparatus that does not contain a dye in the liquid crystal layer.
  • the anisotropy (R) is determined from the value (E (s)) for the absorbance of the liquid crystal layer in which the dye molecules are horizontally aligned and the value (E .
  • the absorbance is measured in comparison with a liquid crystal layer which does not contain any dye at all but has the same constitution. This measurement is performed using a polarized beam that vibrates (E (p)) in a direction parallel to the orientation direction in one case and vibrates (E (s)) in a direction perpendicular to the orientation direction in subsequent measurements .
  • the liquid crystal layer is not switched or rotated during the measurement, and thus measurement of E (p) and E (s) can be performed by rotating the plane of vibration of the polarized incident light.
  • the spectra for the measurement of E (p) and E (s) can be recorded using a spectrometer such as Perkin Elmer Lambda 1050 UV spectrometer.
  • the spectrometer is equipped with a Glan-Thompson polarizer for the wavelength range from about 250 nm to about 2500 nm both in the measuring beam and the reference beam.
  • the two polarizers are controlled by a stepping motor and are oriented in the same direction.
  • the change in the polarizer direction of the polarizer for example, 0 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 was measured by the T. Can be measured using the method described in T. Karstens' 1973 thesis.
  • the polarizer is rotated stepwise by 5 degrees with respect to the oriented dichroic sample, and the absorbance is recorded at a fixed wavelength, for example, in the maximum absorption region. A new zero line is executed for each polarizer position.
  • the anti-parallel-rubbed test cell coated with polyimide AL-1054 from JSR is located in the measuring beam and the reference beam.
  • the two test cells can be selected with the same layer thickness.
  • a test cell containing a pure host (liquid crystal compound) is placed in the reference beam.
  • a test cell containing a solution of dye in the liquid crystal is placed in the measuring beam.
  • E (p) can be in its maximum absorption wavelength range, for example in the wavelength range of about 0.5 to about 1.5. This corresponds to a transmission of 30% to 5%. This is set by correspondingly adjusting the layer thickness and / or the dye concentration.
  • the anisotropy (R) may be about 0.55 or more, 0.6 or more, or about 0.65 or more in another example.
  • 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 anisotropy R can be achieved by controlling the kind of the liquid crystal layer, for example, the kind of the liquid crystal compound (host), the kind and ratio of the dichroic dye guest, the thickness of the liquid crystal layer, and the like.
  • the thickness of the liquid crystal layer can be appropriately selected in consideration of the desired anisotropy degree, for example.
  • the thickness of the liquid crystal layer is at least about 0.01 ⁇ ⁇ , at least 0.05 ⁇ ⁇ , at least 0.1 ⁇ ⁇ , at least 0.5 ⁇ ⁇ , at least 1 ⁇ ⁇ , at least 1.5 ⁇ ⁇ , at least 2 ⁇ ⁇ , at least 2.5 ⁇ ⁇ , at least 3 ⁇ ⁇ , At least 4.5 ⁇ m, at least 5 ⁇ m, at least 5.5 ⁇ m, at least 6 ⁇ m, at least 6.5 ⁇ m, at least 7 ⁇ m, at least 7.5 ⁇ m, at least 8 ⁇ m, at least 8.5 ⁇ m, at least 9 ⁇ m, or at least about 9.5 ⁇ m.
  • the thickness may be less than about 30 ⁇ ⁇ , less than 25 ⁇ ⁇ , less than 20 ⁇ ⁇ , or less than about 15 ⁇ ⁇ , although the thickness can be increased to realize a high contrast ratio.
  • the first and second alignment states may be selected in a horizontal alignment, a vertical alignment, a twisted nematic alignment, or a cholesteric alignment state, respectively, in one example.
  • the liquid crystal element or the liquid crystal layer is at least horizontally oriented, twisted nematic or cholesteric, and the liquid crystal element or liquid crystal layer in the transmissive mode has a vertical orientation or a horizontal orientation of the blocking mode It may be a horizontally aligned state having an optical axis in another direction.
  • the liquid crystal device may be a normally-off mode device in which the cut-off mode is implemented in a voltage-unapplied state, or a normally-transparent mode in which the transmissive mode is implemented in a voltage-unapplied state.
  • a method of confirming in which direction the optical axis of the liquid crystal layer is formed in the alignment state of the liquid crystal layer is known.
  • the direction of the optical axis of the liquid crystal layer can be measured using another polarizing plate whose optical axis direction is known, and it can be measured using a known measuring device, for example, a polarimeter such as P-2000 manufactured by Jasco .
  • a method of realizing the liquid crystal device of the normal transmission or blocking mode by adjusting the dielectric anisotropy of the liquid crystal host and the alignment direction of the alignment film for orienting the liquid crystal host is known.
  • the liquid crystal device may include two opposed base layers and the active liquid crystal layer interposed between the two base layers.
  • the liquid crystal device is characterized in that the base layer is adhered with a space between the two base layers and spacers for maintaining the interval between the two base layers and / or between two oppositely disposed base layers It may further include a sealant.
  • a sealant As the spacer and / or the sealant, a known material can be used without any particular limitation.
  • plastic films include TAC (triacetyl cellulose) films; Cycloolefin copolymer (COP) films such as norbornene derivatives; A polyethylene (PE) film, a polypropylene (PV) film, a polyvinyl alcohol (PVA) film, a diacetyl cellulose (DAC) film, a polyacrylate (Pac) film, and the like.
  • TAC triacetyl cellulose
  • COP Cycloolefin copolymer
  • a coating layer of a silicon compound such as silicon dioxide or silicon monoxide, or a coating layer of an antireflection layer or the like may be used as the base layer.
  • a functional layer may also be present.
  • the substrate layer may have a front retardation of about 100 nm or less.
  • the front retardation may be about 95 nm or less, about 90 nm or less, about 85 nm or less, about 80 nm or less, about 75 nm or less, about 70 nm or less, about 65 nm or less, about 60 nm or less, about 55 nm or about 50 nm or about 45 nm or about 40 nm or about 35 nm or about 30 nm or less, Less than or equal to 25 nm, less than or equal to 20 nm, less than or equal to 15 nm, less than or equal to 10 nm, less than or equal to 5 nm, less than or equal to 4 nm, less than or equal to 3 nm, less than or equal to 2 nm,
  • the front retardation may be about 0 nm or more, 1 nm or more,
  • the absolute value of the retardation in the thickness direction of the base layer may be, for example, about 200 nm or less.
  • the absolute value of the retardation in the thickness direction may be about 190 nm or less, 180 nm or less, 170 nm or less, 160 nm or less, 150 nm or less, 140 nm or less, 130 nm or less, 120 nm or less, 110 nm or less, 100 nm or less, Or less, about 1 nm or less, or about 0.5 nm or less, and about 0 nm or more and about 10 nm or less, for example, about 70 nm or less, about 60 nm or less, about 50 nm or less, about 40 nm or less, about 30 nm or less, about 20 nm or less, about 10 nm or less, about 5 nm or less, Or more, 20 nm or more, 30 nm or more, 40 nm or more, 50 nm or more,
  • the front retardation (Rin) is a numerical value calculated by the following equation (1)
  • the retardation in the thickness direction (Rth) is a numerical value calculated by the following equation (2), and, unless otherwise specified, Is about 550 nm.
  • Thickness direction retardation (Rth) d x (nz - ny)
  • d is the thickness of the base layer
  • nx is the refractive index in the slow axis direction of the base layer
  • ny is the refractive index in the fast axis direction of the base layer
  • nz is the refractive index in the thickness direction of the base layer.
  • the angle formed by the slow axes of the base layers opposed to each other when the base layer is optically anisotropic is within the range of, for example, about -10 degrees to about 10 degrees, in the range of about -7 degrees to about 7 degrees, May range from about 5 degrees to about 5 degrees, or from about -3 degrees to about 3 degrees, or may be substantially parallel.
  • the angle formed by the slow axis of the substrate layer and the light absorption axis of the polarizer described later is within a range of about -10 degrees to about 10 degrees, for example, in a range of about -7 degrees to about 7 degrees, To about 5 degrees, or from about -3 degrees to about 3 degrees, or from about 80 degrees to about 100 degrees, from about 83 degrees to about 97 degrees, from about 85 degrees to about 85 degrees, About 95 degrees, or about 87 degrees to about 92 degrees, or about vertical.
  • the substrate layer may have a thermal expansion coefficient of about 100 ppm / K or less.
  • the thermal expansion coefficient may be from about 95 ppm / K or less, 90 ppm / K or less, 85 ppm / K or less, 80 ppm / K or less, 75 ppm / K or less, 70 ppm / K or about 65 ppm / ppm / K or more, 20 ppm / K or more, 30 ppm / K or more, 40 ppm / K or more, 50 ppm / K or more or 55 ppm / K or more.
  • the coefficient of thermal expansion of the substrate layer can be measured, for example, in accordance with ASTM D696, the film can be cut in the form provided in the standard, the thermal expansion coefficient can be calculated by measuring the change in length per unit temperature, TMA (Thermo Mechanical Analysis) or the like.
  • a substrate layer having a elongation at break of about 90% or more can be used as the substrate layer.
  • the elongation at break is at least about 95%, at least 100%, at least 105%, at least 110%, at least 115%, at least 120%, at least 125%, at least 130% , Not more than 1,000%, not more than 900%, not more than 800%, not more than 700%, not more than 600%, not more than 500% , 400% or less, 300% or less, or about 200% or less.
  • the elongation at break of the substrate layer can be measured in accordance with ASTM D882 standard, and the film can be cut in the form provided in the standard, and the equipment capable of measuring the stress-strain curve (capable of simultaneously measuring force and length) Can be measured.
  • the substrate layer By selecting the substrate layer to have such a thermal expansion coefficient and / or elongation at break as described above, an optical device with better durability can be provided.
  • the thickness of the base layer is not particularly limited, and may be within a range of, for example, about 50 ⁇ m to about 200 ⁇ m.
  • ambient temperature is a natural, non-warming or non-warming temperature, usually within the range of about 10 ° C to 30 ° C, or about 23 ° C or about 25 ° C.
  • the unit of temperature is ° C.
  • the physical properties measured at normal pressure are those measured when the measured pressure affects the result in the physical properties mentioned in this specification.
  • the term atmospheric pressure is a natural temperature without being pressurized or depressurized, and usually about 1 atm is referred to as atmospheric pressure.
  • a specific hard coating layer is formed on at least one surface of the substrate layer of the active liquid crystal device.
  • the hard coating layer has a certain range of thicknesses and, if necessary, its hardness and / or modulus of elasticity can be adjusted to a predetermined range. Due to the presence of such a hard coating layer, the optical device of the present application does not cause defects such as light leakage or cracks even when the active liquid crystal element and / or the polarizer are encapsulated using an adhesive film.
  • Such a hard coating layer may be formed on both the base layer of one of the two base layers of the active liquid crystal element or both base layers of the two base layers of the active liquid crystal element, It may be formed only on one side.
  • the hard coating layer may be formed at least on the surface of the base layer facing the active liquid crystal layer.
  • hard coat layer is a layer having a predetermined hardness as generally known in the art, and the specific kind thereof in the present application is not particularly limited.
  • the hard coating layer may be a layer having a thickness of about 2 ⁇ or more.
  • a desired effect can be achieved by controlling the thickness of the hard coating layer.
  • the upper limit of the hard coating layer is not particularly limited.
  • the thickness of the hard coating layer is about 20 ⁇ m or less, 18 ⁇ m or less, 16 ⁇ m or less Less than or equal to 14 ⁇ m, less than or equal to 12 ⁇ m, less than or equal to 10 ⁇ m, less than or equal to 8 ⁇ m, less than or equal to 6 ⁇ m, less than or equal to about 5 ⁇ m, and in some cases greater than or equal to about 3 ⁇ m.
  • Such a hard coating layer can be designed to have low hardness and / or modulus of elasticity, and this design can maximize the desired cushioning or buffering effect.
  • the hard coat layer may have a hardness of about 0.7 GPa or less.
  • the hardness of the hard coat layer is measured according to the method of the embodiment described later.
  • the hardness may be about 0.663 GPa or less, 0.65 GPa or less, 0.6 GPa or less, 0.55 GPa or less, or about 0.5 GPa or less in other examples.
  • the lower limit of the hardness is not particularly limited, but may be about 0.01 GPa or more, 0.05 GPa or more, 0.1 GPa or more, 0.15 GPa or more, 0.2 GPa or about 0.25 GPa or more, considering the function of the hard coat layer.
  • the hardness was measured using a MTS Nano Indenter XP instrument at a tip speed of about 10 nm / s and an indentation depth of about 1000 nm.
  • the hard coat layer may have a modulus of elasticity of about 7.5 GPa or less.
  • the method of measuring the elastic modulus of the hard coat layer is in accordance with the method of the embodiment described later.
  • the modulus of elasticity may be less than about 7.005 GPa, less than 7 GPa, less than 6.5 GPa, less than 6 GPa, less than 5.5 GPa, or less than about 5.330 GPa.
  • the lower limit of the elastic modulus is not particularly limited, but may be about 1 GPa or more, 1.5 GPa or more, 2 GPa or more, 2.5 GPa or more, 3 GPa or about 3.5 GPa or more, considering the function of the hard coat layer.
  • the elastic modulus is an elastic modulus measured using a MTS Nano Indenter XP instrument at a tip speed of about 10 nm / s and an indentation depth of about 1000 nm.
  • the desired effect can be further enhanced by controlling the hardness and / or the elastic modulus as described above.
  • the material of the hard coat layer is not particularly limited and may be prepared by adjusting the composition of the material so that the thickness and the hardness and / or the modulus of elasticity, if necessary, fall within the above range.
  • the hard coat layer may comprise polymerized units of a polyfunctional (meth) acrylate.
  • the polyfunctional (meth) acrylate is a compound having at least two or more (meth) acrylates, and is a material known as a material for the hard coat layer.
  • the term (meth) acrylate in the present application means acrylate or methacrylate.
  • polyfunctional (meth) acrylate examples include 1,4-butanediol di (meth) acrylate, 1,6-hexanediol di (meth) acrylate, neopentyl glycol di (meth) (Meth) acrylate, neopentylglycol adipate di (meth) acrylate, hydroxyl promisvalic acid neopentyl glycol di (meth) acrylate, dicyclopentanyl, Di (meth) acrylate, caprolactone modified dicyclopentenyl di (meth) acrylate, ethylene oxide modified di (meth) acrylate, di (meth) acryloxyethyl isocyanurate, allyl cyclic (Meth) acrylates such as hexyl di (meth) acrylate, tricyclodecanedimethanol (meth) acrylate, dimethylol dicyclopentane di (meth) acrylate,
  • the hard coat layer may further comprise, in addition to the above components, polymerized units of a polymerizable compound known as so-called urethane acrylate. By appropriately using these units, the desired hardness and / or modulus of elasticity can be designed.
  • the urethane acrylate includes all the oligomer components used in the manufacture of the photocurable pressure-sensitive adhesive composition such as the UV-curing type in the art, which is referred to as the kind of the above-mentioned polyfunctional acrylate or is known as a so-called photocurable oligomer .
  • the oligomer may be a urethane acrylate obtained by reacting a polyisocyanate having two or more isocyanate groups in a molecule and a hydroxyalkyl (meth) acrylate; Ester type acrylate obtained by dehydration condensation reaction of polyester polyol and (meth) acrylic acid; Ester-based urethane acrylate obtained by reacting ester-based urethane resin obtained by reacting polyester polyol and polyisocyanate with hydroxyalkyl acrylate; Ether-based urethane acrylate obtained by reacting an ether-based urethane resin obtained by reacting a polyether polyol and a polyisocyanate with a hydroxyalkyl (meth) acrylate; And the like, but the present invention is not limited thereto.
  • the ratio of the urethane acrylate is not particularly limited as long as it can be selected in consideration of the desired hardness and / or the modulus of elasticity. For example, within the range of about 5 to about 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the polyfunctional acrylate Can be appropriately selected.
  • the hard coat layer may further comprise other additives in the above components.
  • Other additives are not particularly limited and may be known additives.
  • the other additives may be fillers such as silica particles.
  • the method of forming the hard coat layer is not particularly limited, and a hard coat layer can be formed by a known method.
  • a desired hard coating layer may be formed by blending a polyfunctional (meth) acrylate, a urethane acrylate, an initiator, and / or other additives into a solvent, and applying and curing the above- .
  • the solvent is not particularly limited, and a known solvent capable of forming a hard coat layer can be used.
  • the solvent may be selected from the group consisting of toluene, cyclohexanone, cyclopentanone, methyl ethyl ketone, dimethylformamide, N-methylpyrrolidone, , Xylene, butyl cellosolve, or propylene glycol methyl ether may be used, but the present invention is not limited thereto.
  • the solvent may be contained at a ratio within a range of about 60 parts by weight to about 90 parts by weight based on 100 parts by weight of the hard coating composition.
  • the hard coating composition may be at least about 65 parts by weight, at least about 70 parts by weight, or at least about 75 parts by weight, more preferably at least about 85 parts by weight, or at most about 80 parts by weight, based on 100 parts by weight of the hard coating composition.
  • a functional layer such as a conductive layer and / or an alignment layer may further be present on one side of the substrate layer in the liquid crystal device, for example, on a surface facing the active liquid crystal layer.
  • a known conductive layer can be applied to the conductive layer present on the surface of the base layer without particular limitation as a constitution for applying a voltage to the active liquid crystal layer.
  • a conductive layer for example, a conductive polymer, a conductive metal, a conductive nanowire, or a metal oxide such as ITO (Indium Tin Oxide) may be applied.
  • ITO Indium Tin Oxide
  • Examples of the conductive layer which can be applied in the present application are not limited to the above, and a known conductive layer known to be applicable to liquid crystal devices in this field can be used.
  • an alignment film exists on the surface of the base layer.
  • a conductive layer may first be formed on one side of the substrate layer, and an alignment film may be formed on the conductive layer.
  • the alignment film is a structure for controlling the alignment of the liquid crystal host included in the active liquid crystal layer, and a known alignment film can be applied without particular limitation.
  • a known alignment film can be applied without particular limitation.
  • the alignment film known in the art there are a rubbing alignment film and a photo alignment film, and the alignment film which can be used in the present application is the above-mentioned known alignment film, and there is no particular limitation.
  • the alignment direction of the alignment film can be controlled in order to achieve the above-described alignment of the optical axis.
  • the alignment directions of the two alignment films formed on each of the two opposing substrate layers may be in the range of about -10 degrees to about 10 degrees, an angle in the range of about -7 degrees to about 7 degrees, An angle in the range of -5 degrees to about 5 degrees, or an angle in the range of about -3 degrees to about 3 degrees, or may be approximately parallel to each other.
  • the alignment direction of the two alignment layers may be an angle in the range of about 80 degrees to about 100 degrees, an angle in the range of about 83 degrees to about 97 degrees, an angle in the range of about 85 degrees to about 95 degrees, Or may be substantially perpendicular to each other.
  • the alignment direction can be confirmed by checking the direction of the optical axis of the active liquid crystal layer.
  • the shape of the liquid crystal device having the above-described structure is not particularly limited, and may be determined according to the application of the optical device, and is generally in the form of a film or a sheet.
  • the optical device may further include a polarizer together with the active liquid crystal element.
  • a polarizer for example, an absorbing linear polarizer, that is, a polarizer having a light absorption axis formed in one direction and a light transmission axis formed substantially perpendicular thereto can be used.
  • the polarizer is configured such that an angle formed between an average optical axis of the first alignment state (vector of the optical axis) and a light absorption axis of the polarizer is 80 Or may be disposed in the optical device such that it is in the range of about 35 degrees to about 55 degrees, or about 40 degrees to about 50 degrees, or about 45 degrees, have.
  • the alignment directions of the alignment films formed on the respective surfaces of the two base layers of the opposing liquid crystal device are set at an angle within a range of about -10 degrees to about 10 degrees, Or an angle within a range of about -10 degrees to about 7 degrees, an angle within a range of about -5 degrees to about 5 degrees, or an angle within a range of about-3 degrees to about 3 degrees, And an angle formed by the light absorption axis of the polarizer and the alignment direction of the polarizer may be about 80 degrees to about 100 degrees or about 85 degrees to about 95 degrees, or about perpendicular.
  • the alignment direction of the two alignment layers is in an angle within a range of about 80 degrees to about 100 degrees, an angle in a range of about 83 degrees to about 97 degrees, an angle in a range of about 85 degrees to about 95 degrees,
  • the angle formed by the alignment direction of the alignment film disposed closer to the polarizer among the two alignment films and the light absorption axis of the polarizer is about 80 degrees to about 100 degrees or about 85 degrees, To about 95 degrees, or may be substantially perpendicular.
  • the liquid crystal element 10 and the polarizer 20 are stacked on each other so that the optical axis (average optical axis) in the first alignment direction of the liquid crystal element 10 and the optical axis Can be arranged to be in the above-described relationship.
  • the polarizer 20 when the polarizer 20 is a polarizing coating layer described later, a structure in which the polarizing coating layer is present inside the liquid crystal element can be realized.
  • a structure in which the polarizing coating layer 201 is present between any one base layer 110 of the base layer 110 of the liquid crystal device and the active liquid crystal layer 120 is implemented .
  • the conductive layer (not shown), the polarizing coating layer 201, and the alignment layer (not shown) may be sequentially formed on the base layer 110.
  • the polarizer may be a conventional material used in conventional LCDs, for example, a PVA (poly (vinyl alcohol)) polarizer, a liquid crystal (LLC: Lyotropic Liquid Cystal) Reactive Mesogen) and a polarizing coating layer including a dichroic dye can be used.
  • a polarizer implemented in a coating manner as described above may be referred to as a polarizing coating layer.
  • the liquid crystal a known liquid crystal may be used.
  • a liquid crystal capable of forming a liquid crystal layer having a dichroic ratio of about 30 to 40 may be used.
  • the polarizing coating layer includes a reactive liquid crystal (RM) and a dichroic dye
  • a linear dye may be used as the dichroic dye
  • a discotic dye may be used as the dichroic dye. It is possible.
  • the optical device of the present application may include only one active liquid crystal element and one polarizer, respectively, as described above.
  • the optical device includes only one active liquid crystal element, and may include only one polarizer.
  • the optical device may further include two outer substrates arranged opposite to each other.
  • the active liquid crystal device 10 and the polarizer 20 may exist between the two oppositely disposed substrates 30.
  • plastic films include TAC (triacetyl cellulose) films; Cycloolefin copolymer (COP) films such as norbornene derivatives; A polyethylene (PE) film, a polypropylene (PV) film, a polyvinyl alcohol (PVA) film, a diacetyl cellulose (DAC) film, a polyacrylate (Pac) film, and the like.
  • TAC triacetyl cellulose
  • COP Cycloolefin copolymer
  • a coating layer of a silicon compound such as silicon dioxide or silicon monoxide, or a coating layer of an antireflection layer or the like may be used for the outer substrate, A functional layer may also be present.
  • the outer substrate may have a front retardation of about 100 nm or less.
  • the front retardation may be about 95 nm or less, about 90 nm or less, about 85 nm or less, about 80 nm or less, about 75 nm or less, about 70 nm or less, about 65 nm or less, about 60 nm or less, about 55 nm or about 50 nm or about 45 nm or about 40 nm or about 35 nm or about 30 nm or less, 10 nm or less, 9 nm or less, 8 nm or less, 7 nm or less, 6 nm or less, 5 nm or less, 4 nm or less, 3 nm or less, 2 nm or less or about 1 nm or less.
  • the front retardation may be about 0 nm or more, 1 nm or more, 2 nm or more, 3 nm or more, 4 nm or more, 5 nm or more, 6 nm or more, 7 nm or more, 8 nm or more, 9 nm or more or about 9.5 nm or more in other examples.
  • the absolute value of the thickness direction phase difference of the outer substrate may be, for example, about 200 nm or less.
  • the absolute value of the retardation in the thickness direction may be about 190 nm or less, 180 nm or less, 170 nm or less, 160 nm or less, 150 nm or less, 140 nm or less, 130 nm or less, 120 nm or less, 110 nm or less, 100 nm or less, 90 nm or less, 10 nm or less, 9 nm or less, 8 nm or less, 7 nm or less, 6 nm or less, 5 nm or less, 4 nm or less, Or less, about 1 nm or less, and about 0 nm or more, 5 nm or more, 10 nm or more, 20 nm or more, 30 nm or more, 40 nm or more, 50 nm or more, 60 nm or more, 70 nm or more or about 75 nm or
  • the front phase difference (Rin) and the thickness direction retardation (Rth) of the outer substrate are respectively the thickness d of the base layer, the refractive index in the slow axis direction (nx), the refractive index in the fast axis direction (ny) Can be similarly calculated except that the refractive index nz of the outer substrate is replaced with the thickness d of the outer substrate, the refractive index in the slow axis direction nx, the refractive index in the fast axis direction ny and the refractive index nz in the thickness direction .
  • the angle formed by the slow axes of the opposed substrates disposed opposite to each other when the outer substrate is optically anisotropic is within a range of, for example, about -10 degrees to about 10 degrees, in a range of about -7 degrees to about 7 degrees, May range from about 5 degrees to about 5 degrees, or from about -3 degrees to about 3 degrees, or may be substantially parallel.
  • the angle formed by the slow axis of the base layer is within a range of, for example, about -10 degrees to about 10 degrees, Or within about 7 degrees, in a range of about -5 degrees to about 5 degrees, or in a range of about -3 degrees to about 3 degrees, or in a range of about 80 degrees to about 100 degrees, In the range of about 97 degrees to about 95 degrees, or in the range of about 87 degrees to about 92 degrees.
  • a substrate having a thermal expansion coefficient of about 100 ppm / K or less can be used as the outer substrate.
  • the thermal expansion coefficient may be about 95 ppm / K or less, 90 ppm / K or less, 85 ppm / K or less, 80 ppm / K or less, 75 ppm / K or less, 70 ppm / K or less, 65 ppm / Or less, or less than or equal to about 1 ppm / K, 2 ppm / K or more, 3 ppm / K or less, K, at least 4 ppm / K, at least 5 ppm / K, at least 6 ppm / K, at least 7 ppm / K, at least 8 ppm / K, at least 9 ppm / K or at least about 10 ppm / K.
  • the method of measuring the coefficient of thermal expansion of the outer substrate is the same as the method of measuring the coefficient of thermal expansion of the substrate layer described above.
  • the outer substrate By selecting the outer substrate to have such a thermal expansion coefficient as above, an optical device with better durability can be provided.
  • the thickness of the outer substrate is not particularly limited, and may be, for example, about 0.3 mm or more.
  • the thickness may be about 0.5 mm or more, 1 mm or more, 1.5 mm or more, or about 2 mm or more in another example, and about 10 mm or less, 9 mm or less, 8 mm or less, 7 mm or less, Or less, or about 4 mm or less, or about 3 mm or less.
  • the optical device may further comprise an adhesive film encapsulating the active liquid crystal element and / or the polarizer in the outer substrate.
  • the adhesive film 40 is provided between the outer substrate 30 and the active liquid crystal device 10, between the active liquid crystal device 10 and the polarizer 20, and between the polarizer 20 And the outer substrate 30, as shown in Fig.
  • the adhesive film may also be present on the sides of the active liquid crystal device and / or the polarizer for encapsulation of the active liquid crystal device and / or the polarizer.
  • the adhesive film is formed by adhering the outer substrate 30, the active liquid crystal device 10, the active liquid crystal device 10, the polarizer 20, the polarizer 20 and the outer substrate 30 to each other, (10) and the polarizer (20).
  • the structure can be realized by laminating an outer substrate, an active liquid crystal element, a polarizer and an adhesive film according to a desired structure, and then pressing the substrate in a vacuum state.
  • the adhesive film a known material can be used without any particular limitation.
  • TPU thermoplastic polyurethane adhesive film
  • EVA ethylene vinyl acetate
  • the adhesive film may have a front retardation of about 100 nm or less.
  • the front retardation may be about 95 nm or less, about 90 nm or less, about 85 nm or less, about 80 nm or less, about 75 nm or less, about 70 nm or less, about 65 nm or less, about 60 nm or less, about 55 nm or about 50 nm or about 45 nm or about 40 nm or about 35 nm or about 30 nm or less, 10 nm or less, 9 nm or less, 8 nm or less, 7 nm or less, 6 nm or less, 5 nm or less, 4 nm or less, 3 nm or less, 2 nm or less or about 1 nm or less.
  • the front retardation may be about 0 nm or more, 1 nm or more, 2 nm or more, 3 nm or more, 4 nm or more, 5 nm or more, 6 nm or more, 7 nm or more, 8 nm or more, 9 nm or more or about 9.5 nm or more in other examples.
  • the absolute value of the retardation in the thickness direction of the adhesive film may be, for example, about 200 nm or less.
  • the absolute value may be about 190 nm or less, 180 nm or less, 170 nm or less, 160 nm or less, 150 nm or less, 140 nm or less, 130 nm or less, 120 nm or 115 nm or less, or nm or more, 0 nm or more, 10 nm or more, At least 30 nm, at least 40 nm, at least 50 nm, at least 60 nm, at least 70 nm, at least 80 nm, or at least about 90 nm.
  • the thickness direction retardation may be negative or positive if the absolute value is within the above range, and may be negative, for example.
  • the front phase difference (Rin) and the thickness direction retardation (Rth) of the adhesive film are respectively the thickness d of the base layer, the refractive index in the slow axis direction (nx), the refractive index in the fast axis direction (ny) Can be calculated in the same way except that the refractive index nz of the adhesive film is replaced with the thickness d of the adhesive film, the refractive index in the slow axis direction nx, the refractive index in the fast axis direction ny and the refractive index nz in the thickness direction .
  • the thickness of the adhesive film in the above is the thickness of the adhesive film between the outer substrate 30 and the active liquid crystal layer 10 such as the distance between them and the distance between the active liquid crystal layer 10 and the polarizer 20
  • the thickness of the adhesive film for example, the distance between the polarizer 20 and the outer substrate 30, and the thickness of the adhesive film between the polarizer 20 and the outer substrate 30, for example, the gap therebetween.
  • the adhesive film those having a Young's modulus in a range of about 0.1 to about 100 MPa can be used.
  • the Young's modulus can be measured, for example, in the manner specified in ASTM D882, and the film can be cut in the form provided by the standard, and equipment capable of measuring stress-strain curves Which can be measured using a commercially available method.
  • the adhesive film By selecting the adhesive film to have such a Young's modulus as above, an optical device with better durability can be provided.
  • the thickness of the above-mentioned adhesive film is not particularly limited, and may be within a range of, for example, about 200 ⁇ m to about 600 ⁇ m.
  • the thickness of the adhesive film in the above is the thickness of the adhesive film between the outer substrate 30 and the active liquid crystal layer 10 such as the distance between them and the distance between the active liquid crystal layer 10 and the polarizer 20
  • the thickness of the adhesive film for example, the distance between the polarizer 20 and the outer substrate 30, and the thickness of the adhesive film between the polarizer 20 and the outer substrate 30, for example, the gap therebetween.
  • the optical device may further include any necessary configuration other than the above-described configuration, and a known configuration such as a retardation layer, an optical compensation layer, an antireflection layer, a hard coating layer, or the like may be included in a proper position.
  • Such an optical element can be used for various purposes.
  • eyewear such as sunglasses, AR (Argumented Reality) or VR (Virtual Reality) eyewear, an outer wall of a building or a sunroof of a vehicle Can be used.
  • the optical device may itself be a sunroof for a vehicle.
  • the optical device or the vehicle sunroof attached to the opening can be mounted and used.
  • the present application provides an optical device capable of varying the transmittance.
  • Such an optical device includes an eyewear such as sunglasses, an AR (Argumented Reality) or an eyewear for VR (Virtual Reality), an outer wall of a building, Loop and the like.
  • 1 to 4 are illustrative drawings for explaining the optical device of the present application.
  • test C serial test light leakage evaluation
  • the hardness and modulus of the hardcoat layer were measured at room temperature (about 23 ° C) using a MTS Nano Indenter XP instrument at a tip speed of about 10 nm / s and an indentation depth of about 1,000 nm.
  • the active liquid crystal devices prepared in the examples were kept in an oven of 120 for about 3 hours, and the occurrence of cracks or the like was visually evaluated. As a result of evaluation, when a defect such as a crack does not occur, a case where a defect is observed as P is indicated as NG in Table 1 below.
  • the hard coating composition is prepared by mixing a solvent (PGME, propylene glycol methyl ether), a polyfunctional acrylate (BP302, HANKONG CHEMICAL; MIRAMER M340, Miwon Chemical), urethane acrylate (SU530, (PGME: M340: BP302: SU530: Irgacure 907) in a weight ratio of 79: 8: 2: 10: 1.
  • PGME propylene glycol methyl ether
  • BP302 polyfunctional acrylate
  • MIRAMER M340 Miwon Chemical
  • urethane acrylate SU530, (PGME: M340: BP302: SU530: Irgacure 907) in a weight ratio of 79: 8: 2: 10: 1.
  • a PC (polycarbonate) film was used as the substrate layer, and the hard coating composition was coated on one side of each of two PC (polycarbonate) films such that the final thickness was as shown in Table 1 below, For about 3 minutes, and then cured by irradiating ultraviolet rays at an exposure dose of about 500 mJ / cm < 2 > to form a hard coat layer.
  • the alignment layer composition was coated on the layer to a thickness of about 60 nm, dried at 100 ° C for about 2 minutes, irradiated with polarized ultraviolet rays for about 10 seconds at an intensity of 200 mW / cm 2 , To prepare a first base layer having an orientation film formed thereon.
  • urethane acrylate (SU530, manufactured by Soltec), photoinitiator (Irgacure 907, manufactured by BASF), and silica (manufactured by BASF).
  • the solvent PGME, propylene glycol methyl ether and BP302, MIRAMER M340, Except that a hard coating composition prepared by mixing particles (SEKISUI, 38 nm particle size) in a weight ratio (PGME: M340: BP302: SU530: Irgacure907: silica particle) of 79: 8: 2: 1:
  • a hard coating layer was formed in the same manner as in Example 1, and a first base layer, a second base layer and an active liquid crystal device were produced in the same manner as in Example 1. [
  • urethane acrylate (SU530, manufactured by Soltec), photoinitiator (Irgacure 907, manufactured by BASF), and silica (manufactured by BASF).
  • the solvent PGME, propylene glycol methyl ether and BP302, MIRAMER M340, Except that the hard coating composition prepared by mixing particles (SEKISUI, 38 nm particle size) in a weight ratio of 79: 12: 3: 5: 1: 10 (PGME: M340: BP302: SU530: Irgacure907: silica particle)
  • a hard coating layer was formed in the same manner as in Example 1, and a first base layer, a second base layer and an active liquid crystal device were prepared in the same manner as in Example 1. [
  • urethane acrylate (SU530, manufactured by Soltec), photoinitiator (Irgacure 907, manufactured by BASF), and silica (manufactured by BASF).
  • the solvent PGME, propylene glycol methyl ether and BP302, MIRAMER M340, (PGME: M340: BP302: SU530: Irgacure 907: silica particle) in a weight ratio of 79: 12: 3: 5: 1: 20
  • a hard coating layer was formed in the same manner as in Example 1, and a first base layer, a second base layer and an active liquid crystal device were prepared in the same manner as in Example 1. [

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Abstract

본 출원은 광학 디바이스에 대한 것이다. 본 출원은 투과율의 가변이 가능한 광학 디바이스를 제공하고, 이러한 광학 디바이스는, 선글라스나 AR(Argumented Reality) 또는 VR(Virtual Reality)용 아이웨어(eyewear) 등의 아이웨어류, 건물의 외벽이나 차량용 선루프 등의 다양한 용도에 사용될 수 있다.

Description

광학 디바이스
본 출원은 2017년 11월 28일자 제출된 대한민국 특허출원 제10-2017-0160762호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 대한민국 특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 출원은 광학 디바이스에 관한 것이다.
액정 화합물을 이용하여 투과율을 가변할 수 있도록 설계된 광학 디바이스는 다양하게 알려져 있다.
예를 들면, 호스트 물질(host material)과 이색성 염료 게스트(dichroic dye guest)의 혼합물을 적용한 소위 GH셀(Guest host cell)을 사용한 투과율 가변 장치가 알려져 있다. 상기 장치의 호스트 물질은 주로 액정 화합물이 사용된다.
이러한 투과율 가변 장치는 선글라스나 안경 등의 아이웨어(eyewear), 건물 외벽 또는 차량의 선루프 등을 포함한 다양한 용도에 적용되고 있다.
본 출원은 광학 디바이스를 제공한다. 본 출원은 특히 능동 액정 소자나 편광자 등의 광변조층이 접착 필름에 의해 캡슐화되는 구조의 광학 디바이스에서 빛샘이나 크랙 등의 불량을 방지할 수 있는 구조의 광학 디바이스를 제공하는 것을 하나의 목적으로 한다.
본 출원은 투과율의 조절이 가능한 광학 디바이스로서, 예를 들면, 적어도 투과 모드와 차단 모드 사이를 스위칭할 수 있는 광학 디바이스에 대한 것이다.
상기 투과 모드는, 광학 디바이스가 상대적으로 높은 투과율을 나타내는 상태이고, 차단 모드는, 광학 디바이스가 상대적으로 낮은 투과율을 나타내는 상태이다.
일 예시에서 상기 광학 디바이스는, 상기 투과 모드에서의 투과율이 약 30% 이상, 약 35% 이상, 약 40% 이상, 약 45% 이상 또는 약 50% 이상일 수 있다. 또한, 상기 광학 디바이스는, 상기 차단 모드에서의 투과율이 약 20% 이하, 약 15% 이하 또는 약 10% 이하일 수 있다.
상기 투과 모드에서의 투과율은 수치가 높을수록 유리하고, 차단 모드에서의 투과율은 낮을수록 유리하기 때문에 각각의 상한과 하한은 특별히 제한되지 않는다. 일 예시에서 상기 투과 모드에서의 투과율의 상한은 약 100%, 약 95%, 약 90%, 약 85%, 약 80%, 약 75%, 약 70%, 약 65% 또는 약 60%일 수 있다. 상기 차단 모드에서의 투과율의 하한은 약 0%, 약 1%, 약 2%, 약 3%, 약 4%, 약 5%, 약 6%, 약 7%, 약 8%, 약 9% 또는 약 10%일 수 있다.
상기 투과율은 직진광 투과율일 수 있다. 용어 직진광 투과율은 소정 방향으로 광학 디바이스를 입사한 광 대비 상기 입사 방향과 동일한 방향으로 상기 광학 디바이스를 투과한 광(직진광)의 비율일 수 있다. 일 예시에서 상기 투과율은, 상기 광학 디바이스의 표면 법선과 평행한 방향으로 입사한 광에 대하여 측정한 결과(법선광 투과율)일 수 있다.
본 출원의 광학 디바이스에서 투과율이 조절되는 광은, UV-A 영역의 자외선, 가시광 또는 근적외선일 수 있다. 일반적으로 사용되는 정의에 따르면, UV-A 영역의 자외선은 320 nm 내지 380 nm의 범위 내의 파장을 갖는 방사선을 의미하는 것으로 사용되고, 가시광은 380 nm 내지 780 nm의 범위 내의 파장을 갖는 방사선을 의미하는 것으로 사용되며, 근적외선은 780 nm 내지 2000 nm의 범위 내의 파장을 갖는 방사선을 의미하는 것으로 사용된다.
본 출원의 광학 디바이스는, 적어도 상기 투과 모드와 차단 모드의 사이를 스위칭할 수 있도록 설계된다. 필요한 경우에 광학 디바이스는, 상기 투과 모드 및 차단 모드 외에 다른 모드, 예를 들면, 상기 투과 모드 및 차단 모드의 투과율의 사이의 임의의 투과율을 나타낼 수 있는 제 3의 모드도 구현할 수 있도록 설계될 수 있다.
이와 같은 모드간의 스위칭은 광학 디바이스가 능동 액정 소자를 포함함으로써 달성될 수 있다. 상기에서 능동 액정 소자는, 적어도 2개 이상의 광축의 배향 상태, 예를 들면, 제 1 및 제 2 배향 상태의 사이를 스위칭할 수 있는 능동 액정층을 포함하는 액정 소자이고, 상기 능동 액정층은 배향 상태의 스위칭이 가능한 액정 화합물을 포함한다. 상기에서 광축은 액정 소자에 포함되어 있는 액정 화합물이 막대(rod)형인 경우에는 그 장축 방향을 의미할 수 있고, 원반(discotic) 형태인 경우에는 상기 원반 평면의 법선 방향을 의미할 수 있다. 예를 들어, 액정 소자가 어느 배향 상태에서 서로 광축이 방향이 다른 복수의 액정 화합물들을 포함하는 경우에 액정 소자의 광축은 평균 광축으로 정의될 수 있고, 이 경우 평균 광축은 상기 액정 화합물들의 광축의 벡터합을 의미할 수 있다.
상기와 같은 액정 소자에서 배향 상태는 에너지의 인가, 예를 들면, 전압의 인가에 의해 변경할 수 있다. 예를 들면, 상기 액정 소자는 전압의 인가가 없는 상태에서 상기 제 1 및 제 2 배향 상태 중에서 어느 한 배향 상태를 가지고 있다가 전압이 인가되면 다른 배향 상태로 스위칭될 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 배향 상태 중 어느 한 배향 상태에서 상기 차단 모드가 구현되고, 다른 배향 상태에서 상기 투과 모드가 구현될 수 있다. 편의상 본 명세서에서는 상기 제 1 상태에서 차단 모드가 구현되는 것으로 기술한다.
상기 액정 소자는, 적어도 액정 화합물을 포함하는 능동 액정층을 포함할 수 있다. 일 예시에서 상기 액정층은, 소위 게스트 호스트 액정층으로서, 액정 화합물과 이색성 염료 게스트를 포함하는 능동 액정층일 수 있다. 용어 능동 액정층은, 포함된 액정 화합물의 광축의 배향을 변경할 수 있도록 설계된 액정층을 의미한다.
상기 액정층은, 소위 게스트 호스트 효과를 이용한 액정층으로서, 상기 액정 화합물(이하, 액정 호스트라 칭할 수 있다)의 배향 방향에 따라 상기 이색성 염료 게스트가 정렬되는 액정층이다. 상기 액정 호스트의 배향 방향은 전술한 외부 에너지의 인가 여부에 따라 조절할 수 있다.
액정층에 사용되는 액정 호스트의 종류는 특별히 제한되지 않고, 게스트 호스트 효과의 구현을 위해 적용되는 일반적인 종류의 액정 화합물이 사용될 수 있다.
예를 들면, 상기 액정 호스트로는, 스멕틱 액정 화합물, 네마틱 액정 화합물 또는 콜레스테릭 액정 화합물이 사용될 수 있다. 일반적으로는 네마틱 액정 화합물이 사용될 수 있다. 용어 네마틱 액정 화합물은, 액정 분자의 위치에 대한 규칙성은 없지만, 모두 분자축 방향으로 질서를 가지고 배열할 수 있는 액정 화합물을 의미하고, 이러한 액정 화합물은 막대(rod) 형태이거나 원반(discotic) 형태일 수 있다.
이러한 네마틱 액정 화합물은 예를 들면, 약 40°C 이상, 약 50°C 이상, 약 60°C 이상, 약 70°C 이상, 약 80°C 이상, 약 90°C 이상, 약 100°C 이상 또는 약 110°C 이상의 등명점(clearing point)를 가지거나, 상기 범위의 상전이점, 즉 네마틱상에서 등방상으로의 상전이점을 가지는 것이 선택될 수 있다. 일 예시에서 상기 등명점 또는 상전이점은 약 160°C 이하, 약 150°C 이하 또는 약 140°C 이하일 수 있다.
상기 액정 화합물은, 유전율 이방성이 음수 또는 양수일 수 있다. 상기 유전율 이방성의 절대값은 목적을 고려하여 적절히 선택될 수 있다. 예를 들면, 상기 유전율 이방성은 3 초과 또는 7 초과이거나, -2 미만 또는 -3 미만일 수 있다.
액정 화합물은 또한 약 0.01 이상 또는 약 0.04 이상의 광학 이방성(n)을 가질 수 있다. 액정 화합물의 광학 이방성은 다른 예시에서 약 0.3 이하 또는 약 0.27 이하일 수 있다.
게스트 호스트 액정층의 액정 호스트로 사용될 수 있는 액정 화합물은 본 기술 분야의 전문가들에게 공지되어 있으며, 그들로부터 자유롭게 선택될 수 있다.
액정층은 상기 액정 호스트와 함께 이색성 염료 게스트를 포함할 수 있다. 용어 「염료」는, 가시광 영역, 예를 들면, 380 nm 내지 780 nm 파장 범위 내에서 적어도 일부 또는 전체 범위 내의 광을 집중적으로 흡수 및/또는 변형시킬 수 있는 물질을 의미할 수 있고, 용어 「이색성 염료 게스트」는 상기 가시광 영역의 적어도 일부 또는 전체 범위에서 광 흡수가 가능한 물질을 의미할 수 있다.
이색성 염료 게스트로는, 예를 들면, 액정 호스트의 배향 상태에 따라 정렬될 수 있는 특성을 가지는 것으로 알려진 공지의 염료를 선택하여 사용할 수 있다. 예를 들면, 이색성 염료 게스트로는, 아조 염료 또는 안트라퀴논 염료 등을 사용할 수 있고, 넓은 파장 범위에서의 광 흡수를 달성하기 위해서 액정층은 1종 또는 2종 이상의 염료를 포함할 수도 있다.
이색성 염료 게스트의 이색비(dichroic ratio)는 이색성 염료 게스트의 사용 목적을 고려하여 적절히 선택될 수 있다. 예를 들어, 상기 이색성 염료 게스트는 이색비가 5 이상 내지 20 이하일 수 있다. 용어「이색비」는, 예를 들어, p형 염료인 경우, 염료의 장축 방향에 평행한 편광의 흡수를 상기 장축 방향에 수직하는 방향에 평행한 편광의 흡수로 나눈 값을 의미할 수 있다. 이색성 염료 게스트는 가시광 영역의 파장 범위 내, 예를 들면, 약 380 nm 내지 780 nm 또는 약 400 nm 내지 700 nm의 파장 범위 내에서 적어도 어느 한 파장, 일부 범위의 파장 또는 전 범위의 파장에서 상기 이색비를 가질 수 있다.
액정층 내에서의 이색성 염료 게스트의 함량은 이색성 염료 게스트의 사용 목적을 고려하여 적절히 선택될 수 있다. 예를 들어, 액정 호스트와 이색성 염료 게스트의 합계 중량을 기준으로 상기 이색성 염료 게스트의 함량은 약 0.1 중량% 내지 약 10 중량% 범위 내에서 선택될 수 있다. 이색성 염료 게스트의 비율은 액정 소자의 투과율과 액정 호스트에 대한 이색성 염료의 용해도 등을 고려하여 변경할 수 있다.
액정층은 상기 액정 호스트와 이색성 염료 게스트를 기본적으로 포함하고, 필요한 경우에 다른 임의의 첨가제를 공지의 형태에 따라 추가로 포함할 수 있다. 첨가제의 예로는, 키랄 도펀트 또는 안정화제 등이 예시될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 액정층은, 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 수식>
이방성도(R) = [E(p)-E(s)] / [E(p) + 2*E(s)].
상기에서 사용되는 기준은 액정층 내에 염료를 함유하지 않는 다른 동일한 장치이다.
구체적으로 이방성도(R)는 염료 분자가 수평 배향된 액정층의 흡광도에 대한 값(E(p)) 및 염료 분자가 수직 배향된 동일한 액정층의 흡광도에 대한 값(E(s))으로부터 측정될 수 있다. 상기 흡광도를 염료를 전혀 함유하지 않지만 그 밖에는 동일한 구성을 가지는 액정층과 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. 액정층은 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 엘머사의 람다 1050 UV 분광계(Perkin Elmer Lambda 1050 UV spectrometer) 등과 같은 분광계를 이용하여 기록할 수 있다. 분광계에는 측정용 빔 및 기준 빔 모두에서 약 250 nm 내지 약 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 0도 내지 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 예를 들면 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 내에 위치된다. 2개의 테스트 셀은 동일한 층 두께로 선택될 수 있다. 순수한 호스트(액정 화합물)를 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, 약 0.5 내지 약 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 약 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 액정층의 종류, 예를 들면, 액정 화합물(호스트)의 종류, 이색성 염료 게스트의 종류 및 비율, 액정층의 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 광학 디바이스의 제공이 가능할 수 있다.
상기 액정층의 두께는 예를 들면, 목적하는 이방성도 등을 고려하여 적절히 선택될 수 있다. 일 예시에서 상기 액정층의 두께는, 약 0.01μm 이상, 0.05μm 이상, 0.1μm 이상, 0.5μm 이상, 1μm 이상, 1.5μm 이상, 2μm 이상, 2.5μm 이상, 3μm 이상, 3.5μm 이상, 4μm 이상, 4.5μm 이상, 5μm 이상, 5.5μm 이상, 6μm 이상, 6.5μm 이상, 7μm 이상, 7.5μm 이상, 8μm 이상, 8.5μm 이상, 9μm 이상 또는 약 9.5μm 이상일 수 있다. 이와 같이 두께를 제어함으로써, 투과 상태에서의 투과율과 차단 상태에서의 투과율의 차이가 큰 광학 디바이스, 즉 콘트라스트 비율이 큰 디바이스를 구현할 수 있다. 상기 두께는 두꺼울수록 높은 콘트라스트 비율의 구현이 가능하여 특별히 제한되는 것은 아니지만, 일반적으로 약 30 μm 이하, 25 μm 이하, 20 μm 이하 또는 약 15 μm 이하일 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 배향 상태는, 일 예시에서, 각각 수평 배향, 수직 배향, 트위스트 네마틱 배향 또는 콜레스테릭 배향 상태에서 선택될 수 있다. 예를 들면, 차단 모드에서 액정 소자 또는 액정층은, 적어도 수평 배향, 트위스트 네마틱 배향 또는 콜레스테릭 배향이고, 투과 모드에서 액정 소자 또는 액정층은, 수직 배향 또는 상기 차단 모드의 수평 배향과는 다른 방향의 광축을 가지는 수평 배향 상태일 수 있다. 액정 소자는, 전압 무인가 상태에서 상기 차단 모드가 구현되는 통상 차단 모드(Normally Black Mode)의 소자이거나, 전압 무인가 상태에서 상기 투과 모드가 구현되는 통상 투과 모드(Normally Transparent Mode)를 구현할 수 있다.
액정층의 배향 상태에서 해당 액정층의 광축이 어떤 방향으로 형성되어 있는 것인지를 확인하는 방식은 공지이다. 예를 들면, 액정층의 광축의 방향은, 광축 방향을 알고 있는 다른 편광판을 이용하여 측정할 수 있으며, 이는 공지의 측정 기기, 예를 들면, Jasco사의 P-2000 등의 polarimeter를 사용하여 측정할 수 있다.
액정 호스트의 유전율 이방성, 액정 호스트를 배향시키는 배향막의 배향 방향 등을 조절하여 상기와 같은 통상 투과 또는 차단 모드의 액정 소자를 구현하는 방식은 공지이다.
상기 액정 소자는, 대향 배치되어 있는 2장의 기재층과 상기 2장의 기재층의 사이에 존재하는 상기 능동 액정층을 포함할 수 있다.
또한, 상기 액정 소자는, 상기 2장의 기재층의 사이에서 상기 2장의 기재층의 간격을 유지하는 스페이서 및/또는 대향 배치된 2장의 기재층의 간격이 유지된 상태로 상기 기재층을 부착시키고 있는 실런트를 추가로 포함할 수 있다. 상기 스페이서 및/또는 실런트로는, 특별한 제한 없이 공지의 소재가 사용될 수 있다.
기재층으로는, 예를 들면, 유리 등으로 되는 무기 필름 또는 플라스틱 필름이 사용될 수 있다. 플라스틱 필름으로는, TAC(triacetyl cellulose) 필름; 노르보르넨 유도체 등의 COP(cyclo olefin copolymer) 필름; PMMA(poly(methyl methacrylate) 등의 아크릴 필름; PC(polycarbonate) 필름; PE(polyethylene) 필름; PP(polypropylene) 필름; PVA(polyvinyl alcohol) 필름; DAC(diacetyl cellulose) 필름; Pac(Polyacrylate) 필름; PES(poly ether sulfone) 필름; PEEK(polyetheretherketon) 필름; PPS(polyphenylsulfone) 필름, PEI(polyetherimide) 필름; PEN(polyethylenemaphthatlate) 필름; PET(polyethyleneterephtalate) 필름; PI(polyimide) 필름; PSF(polysulfone) 필름; PAR(polyarylate) 필름 또는 불소 수지 필름 등이 사용될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 기재층에는, 필요에 따라서 금; 은; 또는 이산화 규소 또는 일산화 규소 등의 규소 화합물의 코팅층이나, 반사 방지층 등의 기능층이 존재할 수도 있다.
기재층으로는, 소정 범위의 위상차를 가지는 필름이 사용될 수 있다. 일 예시에서 상기 기재층은 정면 위상차가 약 100 nm 이하일 수 있다. 상기 정면 위상차는 다른 예시에서 약 95nm 이하, 90nm 이하, 85nm 이하, 80nm 이하, 75nm 이하, 70nm 이하, 65nm 이하, 60nm 이하, 55nm 이하, 50nm 이하, 45nm 이하, 40nm 이하, 35nm 이하, 30nm 이하, 25nm 이하, 20 nm 이하, 15 nm 이하, 10nm 이하, 5nm 이하, 4nm 이하, 3nm 이하, 2nm 이하, 1nm 이하 또는 약 0.5nm 이하일 수 있다. 상기 정면 위상차는 다른 예시에서 약 0nm 이상, 1nm 이상, 2nm 이상, 3nm 이상, 4nm 이상, 5nm 이상, 6nm 이상, 7nm 이상, 8nm 이상, 9nm 이상, 또는 약 9.5nm 이상일 수 있다.
기재층의 두께 방향 위상차의 절대값은, 예를 들면, 약 200 nm 이하일 수 있다. 상기 두께 방향 위상차의 절대값은 다른 예시에서 약 190nm 이하, 180nm 이하, 170nm 이하, 160nm 이하, 150nm 이하, 140nm 이하, 130nm 이하, 120nm 이하, 110nm 이하, 100nm 이하, 90nm 이하, 85 nm 이하, 80nm 이하, 70nm 이하, 60nm 이하, 50nm 이하, 40nm 이하, 30nm 이하, 20nm 이하, 10nm 이하, 5nm 이하, 4nm 이하, 3nm 이하, 2nm 이하, 1nm 이하 또는 약 0.5nm 이하일 수 있고, 약 0nm 이상, 10nm 이상, 20nm 이상, 30nm 이상, 40nm 이상, 50nm 이상, 60nm 이상, 70 nm 이상 또는 약 75 nm 이상일 수 있다. 상기 두께 방향 위상차는 절대값이 상기 범위 내라면 음수이거나, 양수일 수 있으며, 예를 들면, 음수일 수 있다.
본 명세서에서 정면 위상차(Rin)는 하기 수식 1로 계산되는 수치이고, 두께 방향 위상차(Rth)는 하기 수식 2로 계산되는 수치이며, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 상기 정면 및 두께 방향 위상차의 기준 파장은 약 550 nm이다.
[수식 1]
정면 위상차(Rin) = d × (nx - ny)
[수식 2]
두께 방향 위상차(Rth) = d × (nz - ny)
수식 1 및 2에서 d는 기재층의 두께이고, nx는 기재층의 지상축 방향의 굴절률이며, ny는 기재층의 진상축 방향의 굴절률이고, nz는 기재층의 두께 방향의 굴절률이다.
기재층이 광학 이방성인 경우에 대향 배치되어 있는 기재층들의 지상축들이 이루는 각도는, 예를 들면, 약 -10도 내지 약 10도의 범위 내, 약 -7도 내지 약 7도의 범위 내, 약 -5도 내지 약 5도의 범위 내 또는 약 -3도 내지 약 3도의 범위 내이거나 대략 평행할 수 있다.
또한, 상기 기재층의 지상축과 후술하는 편광자의 광 흡수축이 이루는 각도는, 예를 들면, 약 -10도 내지 약 10도의 범위 내, 약 -7도 내지 약 7도의 범위 내, 약 -5도 내지 약 5도의 범위 내 또는 약 -3도 내지 약 3도의 범위 내이거나 대략 평행할 수 있거나, 혹은 약 80도 내지 약 100도의 범위 내, 약 83도 내지 약 97도의 범위 내, 약 85도 내지 약 95도의 범위 내 또는 약 87도 내지 약 92도의 범위 내이거나 대략 수직일 수 있다.
상기와 같은 위상차 조절 또는 지상축의 배치를 통해서 광학적으로 우수하고 균일한 투과 및 차단 모드의 구현이 가능할 수 있다.
기재층은, 열팽창 계수가 약 100 ppm/K 이하일 수 있다. 상기 열팽창 계수는, 다른 예시에서 약 95ppm/K 이하, 90ppm/K 이하, 85ppm/K 이하, 80ppm/K 이하, 75ppm/K 이하, 70 ppm/K 이하 또는 약 65 ppm/K 이하이거나, 약 10 ppm/K 이상, 20 ppm/K 이상, 30 ppm/K 이상, 40 ppm/K 이상, 50 ppm/K 이상 또는 약 55 ppm/K 이상일 수 있다. 기재층의 열팽창 계수는, 예를 들면, ASTM D696의 규정에 따르 측정할 수 있고, 해당 규격에서 제공하는 형태로 필름을 재단하고, 단위 온도당 길이의 변화를 측정하여 열팽창 계수를 계산할 수 있으며, TMA(ThermoMechanic Analysis) 등의 공지의 방식으로 측정할 수 있다.
기재층으로는, 파단 신율이 약 90% 이상인 기재층을 사용할 수 있다. 상기 파단 신율은 약 95% 이상, 100% 이상, 105% 이상, 110% 이상, 115% 이상, 120% 이상, 125% 이상, 130% 이상, 135% 이상, 140% 이상, 145% 이상, 150% 이상, 155% 이상, 160% 이상, 165% 이상, 170% 이상 또는 약 175% 이상일 수 있고, 약 1,000% 이하, 900% 이하, 800% 이하, 700% 이하, 600% 이하, 500% 이하, 400% 이하, 300% 이하 또는 약 200% 이하일 수 있다. 기재층의 파단 신율은 ASTM D882 규격에 따라 측정할 수 있고, 해당 규격에서 제공하는 형태로 필름을 재단하고, Stress-Strain curve를 측정할 수 있는 장비(힘과 길이를 동시에 측정할 수 있는)를 이용하여 측정할 수 있다.
기재층이 상기와 같은 열팽창 계수 및/또는 파단 신율을 가지도록 선택되는 것에 의해 보다 우수한 내구성의 광학 디바이스가 제공될 수 있다.
상기와 같은 기재층의 두께는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면 약 50 μm 내지 약 200μm 정도의 범위 내일 수 있다.
본 명세서에서 언급하는 물성 중에서 측정 온도가 그 결과에 영향을 미치는 경우에는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 해당 물성은 상온에서 측정한 물성이다. 용어 상온은 가온되거나 감온되지 않은 자연 그대로의 온도로서, 통상 약 10°C 내지 30°C의 범위 내의 온도 또는 약 23°C 또는 약 25°C 정도이다. 또한, 본 명세서에서 특별히 달리 언급하지 않는 한, 온도의 단위는 °C이다.
본 명세서에서 언급하는 물성 중에서 측정 압력이 그 결과에 영향을 미치는 경우에는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 해당 물성은 상압에서 측정한 물성이다. 용어 상압은 가압되거나 감압되지 않은 자연 그대로의 온도로서, 통상 약 1 기압 정도를 상압으로 지칭한다.
본 출원에서는 상기와 같은 능동 액정 소자의 기재층의 적어도 일면에 특정 하드 코팅층을 형성한다. 상기 하드 코팅층은 특정 범위의 두께를 가지고, 필요한 경우에 그 경도(hardness) 및/또는 탄성률이 소정 범위로 조절될 수 있다. 이와 같은 하드 코팅층의 존재로 인해서 본 출원의 광학 디바이스는, 상기 능동 액정 소자 및/또는 편광자을 접착 필름을 사용하여 캡슐화하는 경우에도 빛샘이나 크랙 등의 불량이 일어나지 않는다.
이와 같은 하드 코팅층은 능동 액정 소자의 2층의 기재층 중 어느 한 층의 기재층 또는 2층의 기재층 모두에 형성될 수 있고, 하나의 기재층을 기준으로는 그 양면에 모두 형성되거나, 어느 일면에만 형성될 수도 있다.
일 예시에서 하드 코팅층은 적어도 상기 기재층의 상기 능동 액정층을 향하는 면에는 형성되어 있을 수 있다.
용어 하드 코팅층은, 업계에서 일반적으로 알려진 것과 같이 소정 경도를 가지는 층이고, 본 출원에서 그 구체적인 종류는 특별히 제한되지 않는다.
하나의 예시에서 상기 하드 코팅층으로는 두께가 약 2 μm 이상인 층을 사용할 수 있다. 이와 같은 하드 코팅층의 두께의 제어를 통해서 목적하는 효과를 달성할 수 있다. 상기 하드 코팅층은 그 두께가 두꺼울수록 목적하는 쿠션 내지 버퍼 효과를 확보할 수 있는 것으로 그 상한은 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 상기 하드 코팅층의 두께는 약 20 μm 이하, 18 μm 이하, 16 μm 이하, 14 μm 이하, 12 μm 이하, 10 μm 이하, 8 μm 이하, 6 μm 이하, 5 μm 이하 또는 약 4 μm 이하일 수 있고, 경우에 따라서는 약 3 μm 이상일 수도 있다.
상기와 같은 하드 코팅층은 낮은 경도 및/또는 탄성률을 가지도록 설계될 수 있고, 이러한 설계에 의해서 목적하는 쿠션 내지 버퍼 효과가 극대화될 수 있다.
일 예시에서 상기 하드 코팅층은, 경도가 약 0.7 GPa 이하일 수 있다. 하드 코팅층의 경도의 측정 방법은 후술하는 실시예의 방식에 따른다. 상기 경도는 다른 예시에서 약 0.663GPa 이하, 0.65GPa 이하, 0.6GPa 이하, 0.55GPa 이하 또는 약 0.5GPa 이하 일 수 있다. 상기 경도의 하한은 특별히 제한되지 않지만, 하드 코팅층의 기능을 고려하여 약 0.01GPa 이상, 0.05 GPa 이상, 0.1 GPa 이상, 0.15 GPa 이상, 0.2 GPa 이상 또는 약 0.25 GPa 이상일 수 있다.
상기 경도는 MTS Nano Indenter XP 장비를 사용하여 팁(tip)의 속도 약 10 nm/s 및 압입 깊이 약 1000 nm의 조건에서 측정한 결과이다.
일 예시에서 상기 하드 코팅층은, 탄성률이 약 7.5 GPa 이하일 수 있다. 하드 코팅층의 탄성률의 측정 방법은 후술하는 실시예의 방식에 따른다. 상기 탄성률은 다른 예시에서 약 7.005GPa 이하, 7GPa 이하, 6.5GPa 이하, 6GPa 이하, 5.5GPa 이하 또는 약 5.330 GPa 이하일 수 있다. 상기 탄성률의 하한은 특별히 제한되지 않지만, 하드 코팅층의 기능을 고려하여 약 1GPa 이상, 1.5 GPa 이상, 2 GPa 이상, 2.5 GPa 이상, 3 GPa 이상 또는 약 3.5 GPa 이상일 수 있다.
상기 탄성률은, MTS Nano Indenter XP 장비를 사용하여 팁(tip)의 속도 약 10 nm/s 및 압입 깊이 약 1000 nm의 조건에서 측정한 탄성률이다.
상기와 같은 경도 및/또는 탄성률의 제어를 통해 목적하는 효과가 보다 증대될 수 있다.
상기와 같은 하드 코팅층의 재료는 특별히 제한되지 않으며, 업계에서 공지되어 있는 일반적인 재료를 적용하되, 그 두께와 필요한 경우에 경도 및/또는 탄성률을 상기 범위에 속하도록 재료 조성을 조절하여 제조할 수 있다.
예를 들면, 상기 하드 코팅층은, 다관능성 (메타)아크릴레이트의 중합 단위를 포함할 수 있다. 상기에서 다관능성 (메타)아크릴레이트는, 적어도 2개 이상의 (메타)아크릴레이트를 가지는 화합물로서, 하드 코팅층의 재료로서 공지되어 있는 물질이다. 일반적으로 하드 코팅층 내에 다관능성 (메타)아크릴레이트의 비율이 높아질수록 그 층의 경도 및 탄성률이 높아지는 경향이 있다. 본 출원에서 용어 (메타)아크릴레이트는 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트를 의미한다.
상기 다관능성 (메타)아크릴레이트로는, 예를 들면, 1,4-부탄디올 디(메타)아크릴레이트, 1,6-헥산디올 디(메타)아크릴레이트, 네오펜틸글리콜 디(메타)아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜 디(메타)아크릴레이트, 네오펜틸글리콜아디페이트(neopentylglycol adipate) 디(메타)아크릴레이트, 히드록시피발산(hydroxyl puivalic acid) 네오펜틸글리콜 디(메타)아크릴레이트, 디사이클로펜타닐(dicyclopentanyl) 디(메타)아크릴레이트, 카프로락톤 변성 디사이클로펜테닐 디(메타)아크릴레이트, 에틸렌옥시드 변성 디(메타)아크릴레이트, 디(메타)아크릴옥시 에틸 이소시아누레이트, 알릴(allyl)화 사이클로헥실 디(메타)아크릴레이트, 트리사이클로데칸디메탄올(메타)아크릴레이트, 디메틸롤 디사이클로펜탄 디(메타)아크릴레이트, 에틸렌옥시드 변성 헥사히드로프탈산 디(메타)아크릴레이트, 트리사이클로데칸 디메탄올(메타)아크릴레이트, 네오펜틸글리콜 변성 트리메틸프로판 디(메타)아크릴레이트, 아다만탄(adamantane) 디(메타)아크릴레이트 또는 9,9-비스[4-(2-아크릴로일옥시에톡시)페닐]플루오렌(fluorene) 등과 같은 2관능형 아크릴레이트; 트리메틸롤프로판 트리(메타)아크릴레이트, 디펜타에리쓰리톨 트리(메타)아크릴레이트, 프로피온산 변성 디펜타에리쓰리톨 트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리쓰리톨 트리(메타)아크릴레이트, 프로필렌옥시드 변성 트리메틸롤프로판 트리(메타)아크릴레이트, 3 관능형 우레탄 (메타)아크릴레이트 또는 트리스(메타)아크릴록시에틸이소시아누레이트 등의 3관능형 아크릴레이트; 디글리세린 테트라(메타)아크릴레이트 또는 펜타에리쓰리톨 테트라(메타)아크릴레이트 등의 4관능형 아크릴레이트; 프로피온산 변성 디펜타에리쓰리톨 펜타(메타)아크릴레이트 등의 5관능형 아크릴레이트; 또는 디펜타에리쓰리톨 헥사(메타)아크릴레이트, 카프로락톤 변성 디펜타에리쓰리톨 헥사(메타)아크릴레이트 또는 우레탄 (메타)아크릴레이트(ex. 이소시아네이트 단량체 및 트리메틸롤프로판 트리(메타)아크릴레이트의 반응물) 등의 6관능형 아크릴레이트; 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
하드 코팅층은, 상기 성분에 추가로 소위 우레탄 아크릴레이트로 공지된 중합성 화합물의 중합 단위를 추가로 포함할 수 있다. 이러한 단위를 적절하게 사용함으로써, 목적하는 경도 및/또는 탄성률의 설계가 가능할 수 있다.
우레탄 아크릴레이트로는, 상기 다관능성 아크릴레이트의 종류로서 언급한 것을 사용하거나, 혹은 소위 광경화형 올리고머로 알려진 것으로서, 당업계에서 UV 경화형과 같은 광경화형 점착제 조성물의 제조에 사용되는 모든 올리고머 성분이 포함될 수 있다. 예를 들면, 상기 올리고머는, 분자 중에 2개 이상의 이소시아네이트기를 가지는 폴리이소시아네이트 및 히드록시알킬 (메타)아크릴레이트를 반응시킨 우레탄 아크릴레이트; 폴리에스테르 폴리올 및 (메타)아크릴산을 탈수 축합 반응시킨 에스테르계 아크릴레이트; 폴리에스테르 폴리올 및 폴리이소시아네이트를 반응시킨 에스테르계 우레탄 수지를 히드록시알킬 아크릴레이트과 반응시킨 에스테르계 우레탄 아크릴레이트; 폴리에테르 폴리올 및 폴리이소시아네이트를 반응시킨 에테르계 우레탄 수지를 히드록시알킬 (메타)아크릴레이트와 반응시킨 에테르계 우레탄 아크릴레이트; 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 우레탄 아크릴레이트의 비율은 목적하는 경도 및/또는 탄성률을 고려하여 선택될 수 있는 것으로 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 상기 다관능성 아크릴레이트 100 중량부를 기준으로 약 5 내지 약 50 중량부의 범위 내에서 적정하게 선택될 수 있다.
하드 코팅층은 상기 성분에 기타 첨가제를 추가로 포함할 수 있다. 기타 첨가제는 특별히 제한되지 않으며, 공지의 첨가제일 수 있다. 일예로 기타 첨가제는 실리카 입자 등의 필러일 수 있다.
하드 코팅층을 형성하는 방법은 특별히 제한되지 않으며 공지의 방법에 의해서 하드 코팅층을 형성할 수 있다. 예를 들면, 용매에 다관능성 (메타)아크릴레이트, 우레탄 아크릴레이트, 개시제 및/또는 기타 첨가제를 배합하고, 상기 배합한 하드 코팅 조성물을 전술한 기재층 상에 도포 및 경화시킴으로써 목적하는 하드 코팅층을 형성 할 수 있다.
상기 용매는 특별히 제한되지 않으며, 하드 코팅층을 형성할 수 있는 공지의 용매를 사용할 수 있다. 일예로 용매는 톨루엔(Toluene), 사이클로헥산온(Cyclohexanone), 사이클로펜탄온(Cyclopentanone), 메틸에틸케톤(methyl ethyl ketone), 디메틸폼아마이드(dimethylformamide), 엔메틸피롤리돈(N-Methyl Pyrrolidone), 자일렌(Xylene), 부틸세로솔부(butyl cellosolve) 또는 프로필렌 글리콜 메틸 에테르(Propylene glycol methyl ether) 를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 상기 용매는 하드 코팅 조성물 100 중량부 대비 약 60 중량부 내지 약 90 중량부의 범위 내의 비율로 포함할 수 있다. 다른 예로, 하드 코팅 조성물 100 중량부 대비 약 65 중량부 이상, 70 중량부 이상 또는 약 75 중량부 이상일 수 있으며, 약 85 중량부 이하 또는 약 80 중량부 이하의 범위 내의 비율로 포함할 수 있다.
액정 소자에서 상기 기재층의 일면, 예를 들면, 상기 능동 액정층을 향하는 면상에는 도전층 및/또는 배향막 등의 기능성층이 추가로 존재할 수 있다.
기재층의 면상에 존재하는 도전층은, 능동 액정층에 전압을 인가하기 위한 구성으로서, 특별한 제한 없이 공지의 도전층이 적용될 수 있다. 도전층으로는, 예를 들면, 전도성 고분자, 전도성 금속, 전도성 나노와이어 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등의 금속 산화물 등이 적용될 수 있다. 본 출원에서 적용될 수 있는 도전층의 예는 상기에 제한되지 않으며, 이 분야에서 액정 소자에 적용될 수 있는 것으로 알려진 공지의 도전층이 사용될 수 있다.
일 예시에서 상기 기재층의 면상에는 배향막이 존재한다. 예를 들면, 기재층의 일면에 우선 도전층이 형성되고, 그 상부에 배향막이 형성될 수 있다.
배향막은 능동 액정층에 포함되는 액정 호스트의 배향을 제어하기 위한 구성이고, 특별한 제한 없이 공지의 배향막을 적용할 수 있다. 업계에서 공지된 배향막으로는, 러빙 배향막이나 광배향막 등이 있고, 본 출원에서 사용될 수 있는 배향막은 상기 공지의 배향막이고, 이는 특별히 제한되지 않는다.
전술한 광축의 배향을 달성하기 위해서 상기 배향막의 배향 방향이 제어될 수 있다. 예를 들면, 대향 배치되어 있는 2장의 기재층의 각 면에 형성된 2개의 배향막의 배향 방향은 서로 약 -10도 내지 약 10도의 범위 내의 각도, 약 -7도 내지 약 7도의 범위 내의 각도, 약 -5도 내지 약 5도의 범위 내의 각도 또는 약 -3도 내지 약 3도의 범위 내의 각도를 이루거나 서로 대략 평행할 수 있다. 다른 예시에서 상기 2개의 배향막의 배향 방향은 약 80도 내지 약 100도의 범위 내의 각도, 약 83도 내지 약 97도의 범위 내의 각도, 약 85도 내지 약 95도의 범위의 각도 내 또는 약 87도 내지 약 92도의 범위 내의 각도를 이루거나 서로 대략 수직일 수 있다.
이와 같은 배향 방향에 따라서 능동 액정층의 광축의 방향이 결정되기 때문에, 상기 배향 방향은 능동 액정층의 광축의 방향을 확인하여 확인할 수 있다.
상기와 같은 구성을 가지는 액정 소자의 형태는 특별히 제한되지 않고, 광학 디바이스의 적용 용도에 따라서 정해질 수 있으며, 일반적으로는 필름 또는 시트 형태이다.
광학 디바이스는, 상기 능동 액정 소자와 함께 편광자를 추가로 포함할 수 있다. 상기 편광자로는, 예를 들면, 흡수형 선형 편광자, 즉 일방향으로 형성된 광흡수축과 그와는 대략 수직하게 형성된 광투과축을 가지는 편광자를 사용할 수 있다.
상기 편광자는, 상기 능동 액정층의 제 1 배향 상태에서 상기 차단 상태가 구현된다고 가정하는 경우에 상기 제 1 배향 상태의 평균 광축(광축의 벡터함)과 상기 편광자의 광흡수축이 이루는 각도가 80도 내지 100도 또는 85도 내지 95도를 이루거나, 대략 수직이 되도록 광학 디바이스에 배치되어 있거나, 혹은 35도 내지 55도 또는 약 40도 내지 50도가 되거나 대략 45도가 되도록 광학 디바이스에 배치되어 있을 수 있다.
배향막의 배향 방향을 기준으로 할 때에, 전술한 것과 같이 대향 배치된 액정 소자의 2장의 기재층의 각 면상에 형성된 배향막의 배향 방향이 서로 약 -10도 내지 약 10도의 범위 내의 각도, 약 -7도 내지 약 7도의 범위 내의 각도, 약 -5도 내지 약 5도의 범위 내의 각도 또는 약 -3도 내지 약 3도의 범위 내의 각도를 이루거나 서로 대략 평행한 경우에 상기 2개의 배향막 중에서 어느 하나의 배향막의 배향 방향과 상기 편광자의 광흡수축이 이루는 각도가 약 80도 내지 약 100도 또는 약 85도 내지 약 95도를 이루거나, 대략 수직이 될 수 있다.
다른 예시에서 상기 2개의 배향막의 배향 방향이 약 80도 내지 약 100도의 범위 내의 각도, 약 83도 내지 약 97도의 범위 내의 각도, 약 85도 내지 약 95도의 범위의 각도 내 또는 약 87도 내지 약 92도의 범위 내의 각도를 이루거나 서로 대략 수직인 경우에는 2장의 배향막 중에서 상기 편광자에 보다 가깝게 배치된 배향막의 배향 방향과 상기 편광자의 광흡수축이 이루는 각도가 약 80도 내지 약 100도 또는 약 85도 내지 약 95도를 이루거나, 대략 수직이 될 수 있다.
예를 들면, 도 1에 나타난 바와 같이 상기 액정 소자(10)와 상기 편광자(20)는 서로 적층된 상태에서 상기 액정 소자(10)의 제 1 배향 방향의 광축(평균 광축)과 상기 편광자(20)의 광 흡수축이 상기 관계가 되도록 배치될 수 있다.
일 예시에서 상기 편광자(20)가 후술하는 편광 코팅층인 경우에는 상기 편광 코팅층이 상기 액정 소자의 내부에 존재하는 구조가 구현될 수 있다. 예를 들면 도 2에 나타난 바와 같이 상기 액정 소자의 기재층(110) 중 어느 하나의 기재층(110)과 능동 액정층(120)의 사이에 상기 편광 코팅층(201)이 존재하는 구조가 구현될 수 있다. 예를 들면, 기재층(110)상에 전술한 도전층(미도시), 상기 편광 코팅층(201) 및 상기 배향막(미도시)이 순차 형성되어 있을 수 있다.
본 출원의 광학 디바이스에서 적용될 수 있는 상기 편광자의 종류는 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 편광자로는, 기존 LCD 등에서 사용되는 통상의 소재, 예를 들면, PVA(poly(vinyl alcohol)) 편광자 등이나, 유방성 액정(LLC: Lyotropic Liquid Cystal)이나, 반응성 액정(RM: Reactive Mesogen)과 이색성 염료(dichroic dye)를 포함하는 편광 코팅층과 같이 코팅 방식으로 구현한 편광자을 사용할 수 있다. 본 명세서에서 상기와 같이 코팅 방식으로 구현된 편광자는 편광 코팅층으로 호칭될 수 있다. 상기 유방성 액정으로는 특별한 제한 없이 공지의 액정을 사용할 수 있으며, 예를 들면, 이색성비(dichroic ratio)가 30 내지 40 정도인 유방성 액정층을 형성할 수 있는 유방성 액정을 사용할 수 있다. 한편, 편광 코팅층이 반응성 액정(RM: Reactive Mesogen)과 이색성 염료(dichroic dye)를 포함하는 경우에 상기 이색성 염료로는 선형의 염료를 사용하거나, 혹은 디스코팅상의 염료(discotic dye)가 사용될 수도 있다.
본 출원의 광학 디바이스는 상기와 같은 능동 액정 소자와 편광자를 각각 하나씩만 포함할 수 있다. 따라서, 상기 광학 디바이스는 오직 하나의 상기 능동 액정 소자만을 포함하고, 오직 하나의 편광자만을 포함할 수 있다.
광학 디바이스는, 대향 배치되어 있는 2장의 외곽 기판을 추가로 포함할 수 있다. 예를 들면, 도 3에 나타난 바와 같이 상기 대향 배치된 2장의 외곽 기판(30)의 사이에 상기 능동 액정 소자(10)와 편광자(20)가 존재할 수 있다.
상기 외곽 기판으로는, 예를 들면, 유리 등으로 되는 무기 필름 또는 플라스틱 필름이 사용될 수 있다. 플라스틱 필름으로는, TAC(triacetyl cellulose) 필름; 노르보르넨 유도체 등의 COP(cyclo olefin copolymer) 필름; PMMA(poly(methyl methacrylate) 등의 아크릴 필름; PC(polycarbonate) 필름; PE(polyethylene) 필름; PP(polypropylene) 필름; PVA(polyvinyl alcohol) 필름; DAC(diacetyl cellulose) 필름; Pac(Polyacrylate) 필름; PES(poly ether sulfone) 필름; PEEK(polyetheretherketon) 필름; PPS(polyphenylsulfone) 필름, PEI(polyetherimide) 필름; PEN(polyethylenemaphthatlate) 필름; PET(polyethyleneterephtalate) 필름; PI(polyimide) 필름; PSF(polysulfone) 필름; PAR(polyarylate) 필름 또는 불소 수지 필름 등이 사용될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 외곽 기판에는, 필요에 따라서 금; 은; 또는 이산화 규소 또는 일산화 규소 등의 규소 화합물의 코팅층이나, 반사 방지층 등의 기능층이 존재할 수도 있다.
외곽 기판으로는, 소정 범위의 위상차를 가지는 필름이 사용될 수 있다. 일 예시에서 상기 외곽 기판은 정면 위상차가 약 100 nm 이하일 수 있다. 상기 정면 위상차는 다른 예시에서 약 95nm 이하, 90nm 이하, 85nm 이하, 80nm 이하, 75nm 이하, 70nm 이하, 65nm 이하, 60nm 이하, 55nm 이하, 50nm 이하, 45nm 이하, 40nm 이하, 35nm 이하, 30nm 이하, 25nm 이하, 20 nm 이하, 15 nm 이하, 10nm 이하, 9nm 이하, 8nm 이하, 7nm 이하, 6nm 이하, 5nm 이하, 4nm 이하, 3nm 이하, 2nm 이하 또는 약 1nm 이하일 수 있다. 상기 정면 위상차는 다른 예시에서 약 0nm 이상, 1nm 이상, 2nm 이상, 3nm 이상, 4nm 이상, 5nm 이상, 6nm 이상, 7nm 이상, 8nm 이상, 9nm 이상, 또는 약 9.5nm 이상일 수 있다.
외곽 기판의 두께 방향 위상차의 절대값은, 예를 들면, 약 200 nm 이하일 수 있다. 상기 두께 방향 위상차의 절대값은 다른 예시에서 약 190nm 이하, 180nm 이하, 170nm 이하, 160nm 이하, 150nm 이하, 140nm 이하, 130nm 이하, 120nm 이하, 110nm 이하, 100nm 이하, 90nm 이하, 85 nm 이하, 80 nm 이하, 70 nm 이하, 60 nm 이하, 50 nm 이하, 40 nm 이하, 30 nm 이하, 20 nm 이하, 15 nm 이하, 10nm 이하, 9nm 이하, 8nm 이하, 7nm 이하, 6nm 이하, 5nm 이하, 4nm 이하, 3nm 이하, 2nm 이하 또는 약 1nm 이하일 수 있고, 약 0nm 이상, 5nm 이상, 10nm 이상, 20nm 이상, 30nm 이상, 40nm 이상, 50nm 이상, 60nm 이상, 70 nm 이상 또는 약 75 nm 이상일 수 있다. 상기 두께 방향 위상차는 절대값이 상기 범위 내라면 음수이거나, 양수일 수 있으며, 예를 들면, 음수일 수 있다.
상기 외곽 기판의 정면 위상차(Rin) 및 두께 방향 위상차(Rth)는 각각 상기 수식 1 및 2에서 기재층의 두께(d), 지상축 방향 굴절률(nx), 진상축 방향 굴절률(ny) 및 두께 방향의 굴절률(nz)을 외곽 기판의 두께(d), 지상축 방향 굴절률(nx), 진상축 방향 굴절률(ny) 및 두께 방향의 굴절률(nz)로 대체하여 계산하는 것 외에는 동일하게 계산될 수 있다.
외곽 기판이 광학 이방성인 경우에 대향 배치되어 있는 외곽 기판들의 지상축들이 이루는 각도는, 예를 들면, 약 -10도 내지 약 10도의 범위 내, 약 -7도 내지 약 7도의 범위 내, 약 -5도 내지 약 5도의 범위 내 또는 약 -3도 내지 약 3도의 범위 내이거나 대략 평행할 수 있다.
또한, 상기 외곽 기판의 지상축과 전술한 기재층이 광학 이방성인 경우에 그 기재층의 지상축이 이루는 각도는, 예를 들면, 약 -10도 내지 약 10도의 범위 내, 약 -7도 내지 약 7도의 범위 내, 약 -5도 내지 약 5도의 범위 내 또는 약 -3도 내지 약 3도의 범위 내이거나 대략 평행할 수 있거나, 혹은 약 80도 내지 약 100도의 범위 내, 약 83도 내지 약 97도의 범위 내, 약 85도 내지 약 95도의 범위 내 또는 약 87도 내지 약 92도의 범위 내이거나 대략 수직일 수 있다.
상기와 같은 위상차 조절 또는 지상축의 배치를 통해서 광학적으로 우수하고 균일한 투과 및 차단 모드의 구현이 가능할 수 있다.
외곽 기판으로는, 열팽창 계수가 약 100 ppm/K 이하인 것을 사용할 수 있다. 상기 열팽창 계수는, 다른 예시에서 약 95ppm/K 이하, 90ppm/K 이하, 85ppm/K 이하, 80ppm/K 이하, 75ppm/K 이하, 70 ppm/K 이하, 65 ppm/K 이하, 60 ppm/K 이하, 50 ppm/K 이하, 40 ppm/K 이하, 30 ppm/K 이하, 20 ppm/K 이하 또는 약 15 ppm/K 이하이거나, 약 1 ppm/K 이상, 2 ppm/K 이상, 3 ppm/K 이상, 4 ppm/K 이상, 5 ppm/K 이상, 6 ppm/K 이상, 7 ppm/K 이상, 8 ppm/K 이상, 9 ppm/K 이상 또는 약 10 ppm/K 이상일 수 있다.
상기 외곽 기판의 열팽창 계수의 측정 방식은 전술한 기재층의 열팽창 계수의 측정 방식과 동일하다.
외곽 기판이 상기와 같은 열팽창 계수를 가지도록 선택되는 것에 의해 보다 우수한 내구성의 광학 디바이스가 제공될 수 있다.
상기와 같은 외곽 기판의 두께는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면 약 0.3 mm 이상일 수 있다. 상기 두께는 다른 예시에서 약 0.5 mm 이상, 1 mm 이상, 1.5 mm 이상 또는 약 2 mm 이상 정도일 수 있고, 약 10 mm 이하, 9 mm 이하, 8 mm 이하, 7 mm 이하, 6 mm 이하, 5 mm 이하, 4 mm 이하 또는 약 3 mm 이하 정도일 수도 있다.
광학 디바이스는 상기 능동 액정 소자 및/또는 편광자를 상기 외곽 기판 내에서 캡슐화하고 있는 접착 필름을 추가로 포함할 수 있다. 이러한 접착 필름(40)은, 예를 들면, 도 4에 나타난 바와 같이 외곽 기판(30)과 능동 액정 소자(10)의 사이, 능동 액정 소자(10)와 편광자(20)의 사이 및 편광자(20)와 외곽 기판(30)의 사이에 존재할 수 있다. 또한, 접착 필름은, 능동 액정 소자 및/또는 편광자의 캡슐화를 위해서 능동 액정 소자 및/또는 편광자의 측면에도 존재할 수 있다.
상기 접착 필름은, 상기 외곽 기판(30)과 능동 액정 소자(10), 능동 액정 소자(10)와 편광자(20) 및 편광자(20)와 외곽 기판(30)들을 서로 접착시키면서, 상기 능동 액정 소자(10)와 편광자(20)를 캡슐화하고 있을 수 있다.
예를 들면, 목적하는 구조에 따라서 외곽 기판, 능동 액정 소자, 편광자 및 접착 필름을 적층한 후에 진공 상태에서 압착하는 방식으로 상기 구조를 구현할 수 있다.
상기 접착 필름으로는 특별한 제한 없이 공지의 소재가 사용될 수 있고, 예를 들면, 공지된 열가소성 폴리우레탄 접착 필름(TPU: Thermoplastic Polyurethane), 폴리아마이드 접착 필름, 폴리에스테르 접착 필름, EVA(Ethylene Vinyl Acetate) 접착 필름, 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀 접착 필름 등 중에서 후술하는 물성을 만족하는 것이 선택될 수 있다.
접착 필름으로는, 소정 범위의 위상차를 가지는 필름이 사용될 수 있다. 일 예시에서 상기 접착 필름은 정면 위상차가 약 100 nm 이하일 수 있다. 상기 정면 위상차는 다른 예시에서 약 95nm 이하, 90nm 이하, 85nm 이하, 80nm 이하, 75nm 이하, 70nm 이하, 65nm 이하, 60nm 이하, 55nm 이하, 50nm 이하, 45nm 이하, 40nm 이하, 35nm 이하, 30nm 이하, 25nm 이하, 20 nm 이하, 15 nm 이하, 10nm 이하, 9nm 이하, 8nm 이하, 7nm 이하, 6nm 이하, 5nm 이하, 4nm 이하, 3nm 이하, 2nm 이하 또는 약 1nm 이하일 수 있다. 상기 정면 위상차는 다른 예시에서 약 0nm 이상, 1nm 이상, 2nm 이상, 3nm 이상, 4nm 이상, 5nm 이상, 6nm 이상, 7nm 이상, 8nm 이상, 9nm 이상, 또는 약 9.5nm 이상일 수 있다.
접착 필름의 두께 방향 위상차의 절대값은, 예를 들면, 약 200 nm 이하일 수 있다. 상기 절대값은 다른 예시에서 약 190nm 이하, 180nm 이하, 170nm 이하, 160nm 이하, 150nm 이하, 140nm 이하, 130nm 이하, 120 nm 이하 또는 115 nm 이하일 수 있거나nm 이상, 0nm 이상, 10nm 이상, 20nm 이상, 30nm 이상, 40nm 이상, 50nm 이상, 60nm 이상, 70nm 이상, 80 nm 이상 또는 약 90 nm 이상일 수 있다. 상기 두께 방향 위상차는 절대값이 상기 범위 내라면, 음수이거나 양수일 수 있으며, 예를 들면 음수 일 수 있다.
상기 접착 필름의 정면 위상차(Rin) 및 두께 방향 위상차(Rth)는 각각 상기 수식 1 및 2에서 기재층의 두께(d), 지상축 방향 굴절률(nx), 진상축 방향 굴절률(ny) 및 두께 방향의 굴절률(nz)을 접착 필름의 두께(d), 지상축 방향 굴절률(nx), 진상축 방향 굴절률(ny) 및 두께 방향의 굴절률(nz)로 대체하여 계산하는 것 외에는 동일하게 계산될 수 있다.
상기에서 접착 필름의 두께는 상기 외곽 기판(30)과 능동 액정층(10)의 사이의 접착 필름의 두께, 예를 들면 상기 양자간의 간격, 능동 액정층(10)과 편광자(20)의 사이의 접착 필름의 두께, 예를 들면 상기 양자간의 간격 및 편광자(20)와 외곽 기판(30)의 사이의 접착 필름의 두께, 예를 들면 상기 양자간의 간격일 수 있다.
접착 필름으로는, 영률(Young's modulus)이 약 0.1 내지 약 100 MPa의 범위 내에 있는 것을 사용할 수 있다. 상기 영률은, 예를 들면, ASTM D882에 규정된 방식으로 측정할 수 있고, 해당 규격에서 제공하는 형태로 필름을 재단하고, Stress-Strain curve를 측정할 수 있는 장비(힘과 길이를 동시에 측정할 수 있는)를 이용하여 측정할 수 있다.
접착 필름이 상기와 같은 영률을 가지도록 선택되는 것에 의해 보다 우수한 내구성의 광학 디바이스가 제공될 수 있다.
상기와 같은 접착 필름의 두께는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면 약 200 μm 내지 약 600μm 정도의 범위 내일 수 있다. 상기에서 접착 필름의 두께는 상기 외곽 기판(30)과 능동 액정층(10)의 사이의 접착 필름의 두께, 예를 들면 상기 양자간의 간격, 능동 액정층(10)과 편광자(20)의 사이의 접착 필름의 두께, 예를 들면 상기 양자간의 간격 및 편광자(20)와 외곽 기판(30)의 사이의 접착 필름의 두께, 예를 들면 상기 양자간의 간격일 수 있다.
광학 디바이스는 상기 구성 외에도 필요한 임의 구성을 추가로 포함할 수 있고, 예를 들면, 위상차층, 광학 보상층, 반사 방지층, 하드 코팅층 등의 공지의 구성을 적절한 위치에 포함할 수 있다.
상기와 같은 광학 소자는 다양한 용도로 사용될 수 있으며, 예를 들면, 선글라스나 AR(Argumented Reality) 또는 VR(Virtual Reality)용 아이웨어(eyewear) 등의 아이웨어류, 건물의 외벽이나 차량용 선루프 등에 사용될 수 있다.
하나의 예시에서 상기 광학 디바이스는, 그 자체로서 차량용 선루프일 수 있다.
예를 들면, 적어도 하나 이상의 개구부가 형성되어 있는 차체를 포함하는 자동차에 있어서 상기 개구부에 장착된 상기 광학 디바이스 또는 차량용 선루프를 장착하여 사용될 수 있다.
본 출원은 투과율의 가변이 가능한 광학 디바이스를 제공하고, 이러한 광학 디바이스는, 선글라스나 AR(Argumented Reality) 또는 VR(Virtual Reality)용 아이웨어(eyewear) 등의 아이웨어류, 건물의 외벽이나 차량용 선루프 등의 다양한 용도에 사용될 수 있다.
도 1 내지 4는 본 출원의 광학 디바이스를 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 5는 시리얼 테스트 빛샘 평가(테스트 C)에 따라 빛샘이 발생되는 경우를 보여주는 예시적인 SEM 이미지 이다.
이하, 본 출원에 따른 실시예 및 비교예를 통해서 본 출원의 내용을 구체적으로 설명하지만, 본 출원의 내용이 하기 실시예 및 비교예에 의해 제한되는 것은 아니다.
1. 경도(hardness) 및 탄성률(modulus)의 측정
하드 코팅층의 경도 및 탄성률(modulus)은, 상온(약 23°C)에서 MTS Nano Indenter XP 장비를 사용하여 팁(tip)의 속도 약 10 nm/s 및 압입 깊이 약 1,000 nm의 조건에서 측정하였다.
2. 120°C 및 3 시간 보관 평가(테스트 A)
실시예에서 제조된 능동 액정 소자를 120의 오븐에 약 3 시간 동안 유지한 후에 커내서 크랙 등의 발생 여부를 육안으로 평가하였다. 평가 결과 크랙 등 불량이 발생하지 않는 경우는 P로 불량이 관찰되는 경우를 NG로 하기 표 1에 표기하였다.
3. 시리얼 테스트 크랙 평가(테스트 B)
실시예에서 제조된 능동 액정 소자를 사용하여 유리 기판(5T glass substrate), 우레탄계 접착 필름, PVA(polyvinyl alcohol) 편광자, 우레탄계 접착 필름, 상기 능동 액정 소자, 우레탄계 접착 필름 및 유리 기판(5T glass substrate)이 순차 적층된 적층체를 제조하고, 120°C에서 1 시간, 100°C에서 7일, -40°C에서 90 시간을 유지하는 것을 1 사이클로 하여 상기 사이클을 10회 거친 후에 크랙 발생 여부를 육안으로 평가하였다. 평가 결과 크랙 등 불량이 발생하지 않는 경우는 P로 불량이 관찰되는 경우를 NG로 하기 표 1에 표기하였다.
4. 시리얼 테스트 빛샘 평가(테스트 C)
상기 시리얼 테스트 크랙 평가와 동일한 사이클을 거친 샘플에 대해서 빛샘 발생 여부를 평가하였다. 빛샘 발생 여부는 상기 샘플을 전자현미경(Nikon사, LV100ND-POL)로 관찰하여 빛샘이 발생하지 않는 경우는 P로 하고, 도 5와 같이 빛샘이 발생하는 경우를 NG로 하여 하기 표 1에 표기하였다.
실시예 1.
A. 하드코팅 조성물
하드 코팅 조성물은, 용매(PGME, Propylene glycol methyl ether), 다관능성 아크릴레이트(BP302, 한농화학제; MIRAMER M340, 미원화학제), 우레탄 아크릴레이트(SU530, 솔텍사제) 및 광개시제(Irgacure 907, BASF제)를 79:8:2:10:1의 중량 비율(PGME:M340:BP302:SU530:Irgacure907)로 혼합하여 제조하였다.
B. 능동 액정 소자
하드 코팅층 형성: 기재층으로 PC(polycarbonate) 필름을 사용하였으며, 2개의 PC(polycarbonate) 필름의 일면에 각각 상기 하드 코팅 조성물을 최종 두께가 하기 표 1에 나타난 것과 같이 되도록 도포하고, 약 80°C의 온도에서 약 3분 동안 건조한 후에 약 500 mJ/cm2의 노광량으로 자외선을 조사하여 경화시킴으로써 하드 코팅층을 형성하였다.
배향막이 형성된 제 1 기재층: 용매(cyclohexanone), 광배향성 물질(5-노르보넨-2-메틸-4-메톡시 신나메이트) 및 볼 스페이서(KBN-510, SEKISUI社, 평균 입경(10μm))를 98:1:1의 중량 비율(용매:광배향성 물질:스페이서)로 혼합한 볼 스페이서 배향막 조성물을 메이어바(mayer bar)(#10)를 이용하여 상기 하나의 기재층의 일면에 형성된 하드 코팅층상에 상기 배향막 조성물을 약 60 nm의 두께가 되도록 도포하고, 100°C에서 약 2분간 건조 후에 200 mW/cm2의 세기로 편광 자외선을 약 10초 동안 조사하여 일면에 스페이스가 고착화되고 하드코팅층 상에 배향막이 형성된 제 1 기재층을 제작하였다.
배향막이 형성된 제 2 기재층: 용매(cyclohexanone) 및 광배향성 물질(5-노르보넨-2-메틸-4-메톡시 신나메이트)을 약 97:3의 중량 비율(용매:광배향성 물질)로 혼합한 배향막 조성물을 메이어바(mayer bar)(#4)를 이용하여 상기 다른 하나의 기재층의 일면에 형성된 하드 코팅층상에 상기 배향막 조성물을 약 300 nm의 두께로 도포하고, 80°C에서 약 2분간 건조 후에 200 mW/cm2의 세기로 편광 자외선을 약 10초 동안 조사하여 하드 코팅층 상에 배향막이 형성된 제 2 기재층을 제작하였다.
능동 액정 소자: 상기 제 1 기재층의 배향막 상에 광변조 물질(MDA-14-4145, Merck社)을 도포한 후에, 제 1 기재층의 배향막과 제 2 기재층의 배향막이 마주하도록 합지한 후에 실런트로 고정하여 능동 액정 소자를 제작하였다.
실시예 2.
용매(PGME, Propylene glycol methyl ether), 다관능성 아크릴레이트(BP302, 한농화학제; MIRAMER M340, 미원화학제)), 우레탄 아크릴레이트(SU530, 솔텍사제), 광개시제(Irgacure 907, BASF제) 및 실리카 입자(SEKISUI社, 38 nm 입경)를 79:8:2:1:10의 중량 비율(PGME:M340:BP302:SU530:Irgacure907:실리카 입자)로 혼합하여 제조한 하드 코팅 조성물을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 하드 코팅층을 형성하고, 실시예 1과 동일하게 제 1 기재층, 제 2 기재층 및 능동 액정 소자를 제작하였다.
실시예 3.
용매(PGME, Propylene glycol methyl ether), 다관능성 아크릴레이트(BP302, 한농화학제; MIRAMER M340, 미원화학제)), 우레탄 아크릴레이트(SU530, 솔텍사제), 광개시제(Irgacure 907, BASF제) 및 실리카 입자(SEKISUI社, 38 nm 입경)를 79:12:3:5:1:10의 중량 비율(PGME:M340:BP302:SU530:Irgacure907:실리카 입자)로 혼합하여 제조한 하드 코팅 조성물을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 하드 코팅층을 형성하고, 실시예 1과 동일하게 제 1 기재층, 제 2 기재층 및 능동 액정 소자를 제작하였다.
실시예 4.
용매(PGME, Propylene glycol methyl ether), 다관능성 아크릴레이트(BP302, 한농화학제; MIRAMER M340, 미원화학제)), 우레탄 아크릴레이트(SU530, 솔텍사제), 광개시제(Irgacure 907, BASF제) 및 실리카 입자(SEKISUI社, 38 nm 입경)를 79:12:3:5:1:20의 중량 비율(PGME:M340:BP302:SU530:Irgacure907:실리카 입자)로 혼합하여 제조한 하드 코팅 조성물을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 하드 코팅층을 형성하고, 실시예 1과 동일하게 제 1 기재층, 제 2 기재층 및 능동 액정 소자를 제작하였다.
상기 제작된 하드 코팅층 등의 물성과 시험 결과를 정리하면 하기 표 1과 같다.
하드 코팅층 테스트
두께 (μm) 경도 (GPa) 탄성률 (GPa) 테스트 A 테스트 B 테스트 C
실시예1 2 0.282 3.870 P P P
실시예2 2 0.399 4.900 P P P
실시예3 2 0.468 5.162 P P P
실시예4 2 0.582 5.930 P P P

Claims (19)

  1. 액정 화합물을 포함하고, 제 1 및 제 2 배향 상태의 사이를 스위칭할 수 있는 능동 액정층을 가지는 능동 액정 소자를 포함하는 광학 디바이스로서,
    상기 능동 액정 소자는, 대향 배치된 2층의 기재층과 상기 2층의 기재층의 사이에 존재하는 상기 능동 액정층을 포함하며,
    상기 기재층의 적어도 일면에는 두께가 2μm 이상인 하드 코팅층이 형성되어 있는 광학 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서, 대향 배치되어 있는 2장의 외곽 기판; 편광자 및 접착 필름을 추가로 포함하고, 상기 2장의 외곽 기판의 사이에 능동 액정층과 상기 편광자가 순차 배치되어 있으며,
    상기 접착 필름은, 상기 외곽 기판과 능동 액정층의 사이, 능동 액정층과 편광자의 사이, 편광자와 외곽 기판의 사이 및 상기 능동 액정층과 편광자의 측면에 존재하고,
    상기 능동 액정 소자 및 편광자는 상기 2장의 외곽 기판의 사이에서 상기 접착 필름에 의해 캡슐화되어 있는, 광학 디바이스.
  3. 제 1 항에 있어서, 하드 코팅층은, 경도가 0.7 GPa 이하인 광학 디바이스.
  4. 제 1 항에 있어서, 하드 코팅층은, 탄성률이 7.5 GPa 이하인 광학 디바이스.
  5. 제 1 항에 있어서, 하드 코팅층은 기재층의 능동 액정층을 향하는 면에 형성되어 있는 광학 디바이스.
  6. 제 1 항에 있어서, 하드 코팅층은, 다관능성 (메타)아크릴레이트의 중합 단위를 포함하는 광학 디바이스.
  7. 제 2 항에 있어서, 능동 액정층의 제 1 배향 상태의 평균 광축과 편광자의 광흡수축이 이루는 각도가 80도 내지 100도 또는 35도 내지 55도의 범위 내가 되도록 상기 능동 액정 소자와 편광자가 배치되어 있는 광학 디바이스.
  8. 제 1 항에 있어서, 기재층은 정면 위상차가 100 nm 이하인 광학 디바이스.
  9. 제 1 항에 있어서, 기재층은 두께 방향 위상차의 절대값이 200 nm 이하인 광학 디바이스.
  10. 제 1 항에 있어서, 기재층은, 열팽창 계수가 100 ppm/K 이하인 광학 디바이스.
  11. 제 1 항에 있어서, 기재층은 파단 신율이 100% 이상인 광학 디바이스.
  12. 제 1 항에 있어서, 기재층의 능동 액정층을 향하는 면상에 존재하는 배향막을 추가로 포함하는 광학 디바이스.
  13. 제 12 항에 있어서, 2장의 기재층들의 배향막의 배향 방향이 이루는 각도는 -10도 내지 10도의 범위 내 또는 80도 내지 90도의 범위 내인 광학 디바이스.
  14. 제 12 항에 있어서, 2장의 기재층 중 편광자에 가까운 기재층상에 형성된 배향막의 배향 방향과 편광자의 광 흡수축이 이루는 각도가 80도 내지 90도의 범위 내인 광학 디바이스.
  15. 제 2 항에 있어서, 외곽 기판은 정면 위상차가 100 nm 이하인 광학 디바이스.
  16. 제 2 항에 있어서, 외곽 기판은 두께 방향 위상차의 절대값이 200 nm 이하인 광학 디바이스.
  17. 제 2 항에 있어서, 외곽 기판은, 열팽창 계수가 100 ppm/K 이하인 광학 디바이스.
  18. 제 2 항에 있어서, 접착 필름은 두께 방향 위상차의 절대값이 200 nm 이하인 광학 디바이스.
  19. 하나 이상의 개구부가 형성되어 있는 차체; 및 상기 개구부에 장착된 제 1 항의 광학 디바이스를 포함하는 자동차.
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