JP2017508997A - 光変調装置｛ｌｉｇｈｔ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅ｝ - Google Patents

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Abstract

本出願は、光変調装置及び前記光変調装置の用途に対する。本出願の前記光変調装置は、可視光線領域において高い透過率を有し、赤外線領域において低い透過率を有し、低い面抵抗値を有する複合層により外部信号を印加することができる。このような前記光変調装置は、スマートウィンドウ、ウィンドウ保護膜、フレキシブルディスプレイ素子、３Ｄ映像表示用アクティブリターダー（ａｃｔｉｖｅ ｒｅｔａｒｄｅｒ）または視野角調節フィルムなどのような多様な用途に適用することができる。

Description

本出願は、光変調装置及び光変調装置の用途に関する。
スマートウィンドウは、太陽光の透過度を自由に調節できるウィンドウを称するものであり、電子カーテン、透過度可変ガラス、調光ガラスなどと呼ばれる。
スマートウィンドウは、例えば、光の透過量を調節できる光透過量調節層と、前記光透過量調節層に信号を印加して制御する駆動回路からなる。前記のように構成されたスマートウィンドウは、印加された電圧の状態によりガラス全体を光が透過したり、透過できないようにし、また透過量を調節して明暗を異にする。
最近、エネルギー節減型スマートウィンドウに対する関心が高まり、特許文献１（韓国公開特許第２０１２−００９２２４７４号）に開示されたように、スマートウィンドウに低放射（Ｌｏｗ Ｅｍｉｓｓｉｖｉｔｙ、Ｌｏｗ−ｅ）コーティング層または電気変色（Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｒｏｍｉｓｍ、ＥＣ）コーティング層を形成する技術が開発されているが、前記従来技術は、太陽光の可変による視野の確保と、紫外線及び赤外線の効果的な遮断と、内部で発生する暖放熱の漏洩遮断を同時に満足させることに限界がある。
本出願は、光変調装置及び光変調装置の用途を提供する。
本出願の例示的な前記光変調装置は、光変調層と、第１酸化物層、金属層及び第２酸化物層を含む複合層を含む。一つの例示において、前記複合層は、前記光変調層の一側または両側に配置されることができる。また、前記第１酸化物層、前記金属層及び前記第２酸化物層は順に形成されることができる。
図１及び図２は、本出願の例示的な前記光変調装置の模式図である。図１の前記光変調装置は、前記光変調層１０１と前記光変調層の一側に配置され、順次形成された前記第１酸化物層１０２１、前記金属層１０２２及び前記第２酸化物層１０２３を含む前記複合層１０２を含む。図２の前記光変調装置は、前記光変調層１０１と前記光変調層の両側に配置され、順次形成された前記第１酸化物層１０２１、前記金属層１０２２及び前記第２酸化物層１０２３を含む前記複合層１０２を含む。
本出願において、「前記光変調装置」は、外部により印加される信号によって駆動、例えば、光透過度が可変する装置を意味することができる。前記外部により印加される信号は、例えば、前記複合層により印加されることができる。
一つの例示において、前記光変調装置は、前記複合層により電圧の印加有無により前記光変調層の可視光領域の透過率が４０％〜９０％範囲の透過モード及び可視光領域の透過率が５％〜３０％範囲の遮断モードの間をスイッチングすることができる。前記光変調装置は、電圧が印加された状態で透過モードの場合、電圧が印加されない状態においては遮断モードであり得、または電圧が印加された状態で遮断モードの場合、電圧が印加されない状態において透過モードであり得る。これは、後述する液晶化合物及び／または異方性染料の初期配向状態を適切に調節することによって可能になる。また、前記光変調装置の可視光領域の透過率範囲は、前記において制限されるものではなく、前記液晶化合物または後述する前記異方性染料の配向特性を適切に調節することによって、より多様な範囲に調節することができる。
一つの例示において、前記光変調層は、前記液晶化合物を含む液晶層であり得る。本出願で「液晶層」は、二つの基板の間に前記液晶化合物が封入されて形成された層を意味することができる。前記液晶化合物は、例えば、外部により印加される信号によって整列方向が変換されるように前記光変調層に存在することができる。この場合、前記外部により印加される信号は、前記液晶化合物の整列を変更させられるように行われるすべての種類の信号を意味し、代表的な例としては電圧の印加がある。
前記前記液晶化合物は、初期状態において整列された状態で存在するか、または整列されない状態で存在することができる。本出願において「初期状態」は、前記液晶化合物の配向に影響を及ぼすことができる外部信号が印加されない状態を意味することができる。前記液晶化合物の初期整列状態を調節し、電圧のような外部信号の印加を通じて前記液晶層は多様なモードの間をスイッチングすることができる。一つの例示において、前記液晶化合物が初期状態において整列された状態で存在する場合、遮断モードまたは透過モードの間をスイッチングすることができる。他の一つの例示において、前記液晶化合物が初期状態において整列されない状態で存在する場合散乱モードまたは透過モードの間をスイッチングすることができる。
前記液晶化合物としては、外部信号印加により、その配向方向が変更できるものであれば、すべての種類の前記液晶化合物を使用することができる。例えば、前記液晶化合物としては、スメクチック（ｓｍｅｃｔｉｃ）液晶化合物、ネマチック（ｎｅｍａｔｉｃ）液晶化合物またはコレステリック（ｃｈｏｌｅｓｔｅｒｉｃ）液晶化合物などを使用することができる。また、外部信号印加によりその配向方向が変更できるように、前記液晶化合物は、例えば、重合性基または架橋性基を有しない化合物であり得る。
他の一つの例示において、前記光変調層は、高分子分散型液晶層（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）、画素孤立型液晶層（Ｐｉｘｃｅｌ−ｉｓｏｌａｔｅｄ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）、浮遊粒子デバイス（Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｄｅｉｖｉｃｅ）または電気変色ディスプレイ（Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｒｏｍｉｃ ｄｅｖｉｃｅ）であってもよい
本明細書において前記高分子分散型液晶層（ＰＤＬＣ）は，いわゆる高分子ネットワーク液晶層（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）や高分子安定化液晶層（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｓｔａｂｌｉｚｅｄ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）などを含む上位概念である。前記高分子分散型液晶層（ＰＤＬＣ）は、例えば、高分子ネットワーク及び前記高分子ネットワークと相分離された状態で分散している前記液晶化合物を含む液晶領域を含むことができる。前記において前記液晶化合物は、前記高分子ネットワーク内に配向のスイッチングが可能なように存在することができる。
前記高分子ネットワークは、重合性または架橋性化合物を含む前駆物質のポリマーネットワークであり得、前記重合性または架橋性化合物は、重合された状態または架橋された状態で前記高分子ネットワークを形成することができる。前記重合性化合物としては、例えば、いわゆるＰＤＬＣの前記高分子ネットワークを形成できることと知られている一つ以上の重合性または架橋性官能基を有する化合物を使用することができる。前記重合性または架橋性官能基としては、例えば、アルケニル基、エポキシ基、シアノ基、カルボキシル基、（メタ）アクリロイル基または（メタ）アクリロイルオキシ基などを例示することができ、本出願の一実施例によると、（メタ）アクリロイル基を有する化合物を使用することができるが、これに制限されるものではない，
前記高分子分散型液晶層において、前記液晶化合物としては、前記液晶化合物を含む液晶層の項目において記述した内容が同一に適用されることができる。すなわち、前記高分子分散型液晶層において前記液晶化合物としては、前記スメクチック（ｓｍｅｃｔｉｃ）液晶化合物、前記ネマチック（ｎｅｍａｔｉｃ）液晶化合物または前記コレステリック（ｃｈｏｌｅｓｔｅｒｉｃ）液晶化合物などを使用することができる。前記液晶化合物は、ポリマーネットワークとは結合されておらず、外部から電圧が印加される場合、それにしたがって配向が変更できる形態であり得る。このために、例えば、前記液晶化合物は、前記重合性基または架橋性基を有しない前記液晶化合物を使用することができる。
一般に、前記高分子分散型液晶層内において通常の液晶化合物は、配向されていない状態で存在する。したがって、前記高分子分散型液晶層は、電圧が印加されない状態ではぼやけている不透明な状態であり、このような状態は、いわゆる散乱モードと呼称される。前記高分子分散型液晶層に電圧が印加されると、前記液晶化合物がそれによって整列されて透明な状態になり、これを用いて透過モードと散乱モードとのスイッチングが可能である。しかし、前記高分子分散型液晶層の電圧無印加状態においての状態は、前記に制限されるものではなく、前記高分子分散型液晶層と接する配向膜を配置するか、または配向性高分子ネットワークを使用することにより前記液晶化合物が配向された状態で存在することもできる。
本明細書において前記画素孤立型液晶層は、例えば、画素別にセルのギャップを維持するための隔壁構造が導入された液晶層を意味する。前記画素孤立型液晶層は、外部によって印加される信号により整列方向が変換できる前記液晶化合物を含むことができる。前記画素孤立型液晶層も、このような前記液晶化合物の整列状態を用いて光伝導度を調節することができる。
本明細書において浮遊粒子デバイスは、例えば、ナノ大きさの棒状粒子の薄膜積層体が液晶に浮遊されている構造を含む。前記浮遊粒子デバイスは、例えば、外部信号が印加されない状態において、前記浮遊粒子が整列されない状態で存在して光を遮断及び吸収し、外部信号が印加された状態において前記浮遊粒子が整列して光を通過させることができる。
本明細書において電気変色デバイスは、例えば、電気化学的酸化還元反応により電気変色物質の光透過度が変わる現像を利用した素子を意味する。前記電気変色デバイスに含まれる電気変色物質は、電気的信号が印加されない状態で色を帯びず、電気的信号が印加された状態で色を帯びることができるため、光伝導度を調節することができる。
一つの例示において、前記光変調層は前記異方性染料を含むことができる。前記光変調層が前記液晶化合物及び前記異方性染料をすべて含む場合、前記光変調層はゲスト−ホスト型光変調層として作用することができる。すなわち、前記ゲスト−ホスト型光変調層は、前記液晶化合物の配列により前記異方性染料が共に配列され、染料の整列方向と平行な光は吸収して垂直な光は透過させることによって、比等方性光吸収效果を示すことができる。
本明細書において用語「染料」は、可視光領域、例えば、４００ｎｍ〜７００ｎｍ波長範囲内において、少なくとも一部または全体範囲内の光を集中的に吸収及び／または変形させることができる物質を意味することができ、用語「異方性染料」は、前記可視光領域の少なくとも一部または全体範囲において光の異方性吸収が可能な物質を意味することができる。前記のような異方性染料の使用を通じて前記光変調層が前記光変調装置に適用された場合、カラーの具現及び光透過度を調節することができる。前記異方性染料としては、特に制限されないが、例えば、黒色染料（ｂｌａｃｋ ｄｙｅ）またはカラー染料（ｃｏｌｏｒ ｄｙｅ）を使用することができる。前記異方性染料は、異色比（ｄｉｃｈｒｏｉｃ ｒａｔｉｏ）、すなわち前記異方性染料の長軸方向と平行な偏光の吸収を、前記長軸方向と垂直な方向と平行な偏光の吸収で割った値が５以上、６以上または７以上の染料を使用することができる。前記染料は，可視光領域の波長範囲内において、例えば、約３８０ｎｍ〜７００ｎｍまたは約４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長範囲内において、少なくとも一部の波長またはいずれか一つの波長において前記異色比を満足することができる。前記異色比は、高いほど遮断率改善またはカラー具現に効果的なので、上限は特に制限されず、意図するカラー具現の程度を考慮して適切な前記異色比を有する前記異方性染料を選択して使用することができる。前記異色比の上限は、例えば２０、１８、１６または１４程度であり得る。前記異方性染料の種類は特に制限されず、例えば、前記のような特性を有しながら前記液晶化合物の配向によって配向できる特性を有するものであるため、公知のすべての種類の染料が使用できる。
本出願において前記複合層は、前記光変調層に外部信号、例えば、電圧を印加することができる電極層の役割を行うことができる。前記複合層は、可視光領域の光に対して高い透過度を有し、高い電気伝導度及び低い面抵抗値を有する。また、前記複合層は、赤外線領域の光に対して低い透過度を有するため、熱を遮断する効果がある。したがって、このような前記複合層は、エネルギー節減が可能であり、前記光変調装置の電極層として有用に使用することができる。
一つの例示において、前記複合層は、可視光領域、例えば、約４００ｎｍ〜７００ｎｍ範囲内のいずれか一つの波長または５５０ｎｍ波長の光に対する透過率が８０％以上、８５％以上または９０％以上であり得る。前記数値範囲を満足する前記複合層は、前記光変調装置において透明電極として有用に使用することができる。しかし、前記複合層の可視光領域の光透過率が前記数値範囲に制限されるものではなく、通常の透明電極として適用可能な程度の可視光領域の光透過度を有することができる。
一つの例示において、前記複合層は、赤外線領域、例えば、約７００ｎｍ〜１０００ｎｍ範囲内のいずれか一つの波長または７８０ｎｍ以上の光に対する透過率が７０％以下、６５％以下または６０％以下であり得る。前記数値範囲を満足する前記複合層は赤外線領域の熱を遮断することができるため、例えば、エネルギー節減が可能である。前記複合層の赤外線領域の光透過率の下限は、特に制限されないが、例えば、前記複合層がスマートウィンドウの電極層として使用される場合には下限が０％〜５％であり得る。
一つの例示において、前記複合層は、面抵抗値が２０Ω／□以下、１５Ω／□以下または１０Ω／□以下であり得、下限は特に制限されないが、０．１Ω／□以上であり得る。前記数値範囲の面抵抗値を有する前記複合層が前記光変調装置に適用される場合、消費電力を最小化することができるため、前記光変調装置の効率を高めることができるという長所がある。本明細書において、前記面抵抗値は、当業界で一般に知られた公知の面抵抗測定器で測定することができる。
本出願の前記光変調装置は、前記複合層を含む。前記複合層は、順次形成された前記第１酸化物層、前記金属層及び前記第２酸化物層を含むことができる。前記複合層の可視光領域及び／または赤外線領域の光透過率、面抵抗などの特性は、例えば、前記第１酸化物層、前記金属層及び前記第２酸化物層の屈折率、厚さ、電気伝導度または材料などによって調節することができる。
本出願において「酸化物層」は、酸化物を主成分として含む層を意味することができ、「金属層」は、金属を主成分として含む層を意味することができる。一つの例示において、酸化物層は、酸化物を約８０重量％以上含む層を意味することができ、前記金属層は金属を約８０重量％以上含む層を意味することができる。
一つの例示において、前記第１酸化物層の屈折率は、前記第２酸化物層に比べて高くてもよく、前記金属層の屈折率は、前記第２酸化物層の屈折率に比べて低くてもよい。
一つの例示において、前記金属層は、５５０ｎｍの波長に対する屈折率が０．１〜１．０範囲内であり得る。より具体的に、前記金属層の５５０ｎｍの波長の光に対する屈折率は、０．１以上、０．１５以上、０．２以上、０．２５以上、０．３以上、０．３５以上、０．４以上、０．４５以上または０．５以上であり得、１．０以下、０．９５以下、０．９以下、０．８５以下、０．８以下、０．７５以下、０．７以下、０．６５以下、０．６以下または０．５５以下であり得る。また、前記第１酸化物層の５５０ｎｍの波長の光に対する屈折率は、１．２〜２．８または１．９〜２．７５の範囲内にあり、より具体的に、前記第１酸化物層の５５０ｎｍの波長の光に対する屈折率は、１．２以上、１．２５以上、１．３以上、１．３５以上、１．４以上、１．４５以上、１．５以上、１．５５以上、１．６以上、１．６５以上、１．７以上、１．７５以上、１．８以上、１．８５以上、１．９以上、１．９５以上または２．０以上であり得、２．８以下、２．７５以下、２．７以下、２．６５以下、２．６以下、２．５５以下、２．５以下、２．４５以下、２．４以下、２．３５以下、２．３以下、２．２５以下、２．２以下、２．１５以下、２．１以下または２．０５以下であり得る。また、前記第２酸化物層の５５０ｎｍの波長の光に対する屈折率は、１．５〜２．５の範囲内にあり得る。より具体的に、前記第２酸化物層の５５０ｎｍの波長の光に対する屈折率は、１．５以上、１．５５以上、１．６以上、１．６５以上、１．７以上、１．７５以上、１．８以上、１．８５以上、１．９以上、１．９５以上または２．０以上であり得、２．５以下、２．４５以下、２．４以下、２．３５以下、２．３以下、２．２５以下、２．２以下、２．１５以下、２．１以下または２．０以下であり得る。前記屈折率は、例えば、Ｍ−２０００装置［製造社：Ｊ．Ａ．Ｗｏｏｌｌａｍ Ｃｏ．Ｉｎｃ．（ＵＳＡ）］を使用して測定することができる。
前記金属層、前記第１酸化物層及び前記第２酸化物層がそれぞれ前記屈折率範囲を満足する場合、前記複合層は、可視光領域の光透過率は高く、赤外光照射領域の光透過率は低いため、エネルギー節減型光変調装置において透明電極層として有用に使用することができる。
前記第１酸化物層、前記金属層及び前記第２酸化物層の屈折率は、例えば、厚さによって調節することができる。または、各層の蒸着工程を調節することによって調節することができる。具体的に、各層の蒸着条件を調節して結晶化度を調節することができ、これにより同一の厚さ及び材料でも屈折率が異なることができる。前記蒸着工程は、公知の蒸着測定方法によって遂行することができ、例えば、スパッタ方式によって行うことができる。より具体的に、前記第１酸化物層及び前記第２酸化物層は、例えば、ＲＦスパッタ方式によって蒸着されることができ、前記金属層は、例えば、ＤＣスパッタ方式によって蒸着されることができる。
一つの例示において、前記金属層の厚さは、５ｎｍ〜２０ｎｍの範囲内にあり得る。より具体的に、前記金属層の厚さは、５ｎｍ以上、６ｎｍ以上、７ｎｍ以上、８ｎｍ以上、９ｎｍ以上、１０ｎｍ以上、１１ｎｍ以上または１２ｎｍ以上であり得、２０ｎｍ以下、１９ｎｍ以下、１８ｎｍ以下、１７ｎｍ以下、１６ｎｍ以下、１５ｎｍ以下、１４ｎｍ以下または１３ｎｍ以下であり得る。前記金属層の厚さを前記範囲とする場合、前記金属層の屈折率を前述した範囲に容易に調節できる。また、前記金属層の厚さを前記厚さ範囲とする場合、前記金属層の連続的な膜が容易に形成されるため、優れた電気伝導度及び低い抵抗を実現することができ、前記光変調装置の可視光領域において、光透過率を高めることができる。
一つの例示において、前記金属層は、面抵抗値が２０Ω／□以下、好ましくは１０Ω／□以下の伝導性金属を含むことができる。前記金属層に含まれる伝導性金属の電気伝導度が前記範囲の場合、前記複合層の面抵抗値を低めることができるため、前記光変調装置の効率を高めることができるという長所がある。
一つの例示において、前記金属層は銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）または金（Ａｕ）などの金属を含むことができる。前記金属層は、例えば、銀を含むことができる。この場合、前記複合層の製造過程または前記複合層が前記光変調装置に含まれて使用される過程において、空気及び水分との接触にしたがって、前記金属層内に銀酸化物が一部含まれ得る。前記金属層が銀及び銀酸化物を含む場合、前記銀酸化物は、前記金属層１００重量％に対して０．１重量％以上５０重量％以下で含まれることができる。
一つの例示において、前記第１酸化物層の厚さは、２０ｎｍ〜６０ｎｍまたは４０ｎｍ〜５０ｎｍの範囲内にあり得る。より具体的に、前記第１酸化物層の厚さは２０ｎｍ以上、２５ｎｍ以上、３０ｎｍ以上、３５ｎｍ以上または４０ｎｍ以上であり得、６０ｎｍ以下、５５ｎｍ以下、５０ｎｍ以下または４５ｎｍ以下であり得る。前記第１酸化物層の厚さを前記範囲とする場合、前記第１酸化物層の光に対する透過率または屈折率を前述した範囲に容易に調節でき、前記第１酸化物層上に形成される前記金属層の蒸着の不良率を低めることができる。
一つの例示において、前記第２酸化物層の厚さは、１０ｎｍ〜１００ｎｍ、好ましくは２０ｎｍ〜６０ｎｍの範囲内にあり得る。より具体的に、前記第２酸化物層の厚さは、１０ｎｍ以上、１５ｎｍ以上、２０ｎｍ以上、２５ｎｍ以上、３０ｎｍ以上、３５ｎｍ以上、４０ｎｍ以上、４５ｎｍ以上または５０ｎｍ以上であり得、１００ｎｍ以下、９５ｎｍ以下、９０ｎｍ以下、８５ｎｍ以下、８０ｎｍ以下、７５ｎｍ以下、７０ｎｍ以下、６５ｎｍ以下、６０ｎｍ以下または５５ｎｍ以下であり得る。前記第２酸化物層の厚さを前記範囲とする場合、前記第２酸化物層の光に対する透過率または屈折率を前述した範囲に容易に調節でき、優れた電気伝導度及び低い抵抗値を有することができるという長所がある。
一つの例示において、前記第２酸化物層の比抵抗価格は、１．０ｘ１０−５Ωｃｍ〜１．０ｘ１０５Ωｃｍ、好ましく１．０ｘ１０−４Ωｃｍ〜１．０ｘ１０４Ωｃｍ範囲内にあり得る。前記第２酸化物層の比抵抗値を前記範囲とする場合、前記複合層の面抵抗値を低めることができるため、前記光変調装置の有効性を高めることができるという長所がある。
一つの例示において、前記第１酸化物層及び前記第２酸化物層は、それぞれアンチモン（ＳＢ）、バリウム（ＢＡ）、ガリウム（ＧＡ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ハフニウム（Ｈｆ）、インジウム（Ｉｎ）、ランタン（ＬＡ）、マグネシウム（Ｍｇ）、セレン（Ｓｅ）、ケイ素（Ｓｉ）、タンタル（ＴＡ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、イットリウム（Ｙ）、亜鉛（Ｚｎ）及びジルコニウム（Ｚｒ）からなる群から選択される１種以上の金属を含む金属酸化物を含むことができる。
一つの例示において、前記第２酸化物層は、ガリウム（ＧＡ）、アルミニウム（Ａｌ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）、ニオブ（ＮＢ）、タンタル（ＴＡ）、インジウム（Ｉｎ）及びバナジウム（Ｖ）からなる群から選択される１種以上の第２金属をさらに含むことができる。
前記第２酸化物層に含まれる金属はドーピング物質であり得る。前記第２酸化物層は、第２金属をさらに含んで前記光変調装置において電極層として使用される場合、電子移動性を向上させることができ、前記第１酸化物層と同様に、高屈折の特性を有しているため、光学設計を通じて前記複合層の可視光領域の光透過率を高めて赤外光照射領域の光透過率を低めることができる。また、前記第２酸化物層は、電気伝導度を有しているので前記金属層の電気伝導度を阻害せず、前記複合層を多様な前記光変調装置において低放射機能（Ｌｏｗ−Ｅ）をする透明電極としての役割ができるようにする。
一つの例示において、第２金属の前記第２酸化物層内においての含有量は、０．１重量％以上１０重量％以下であり得る。前記第２酸化物層の屈折率は、例えば、前記第２金属の含有量によって変化することができる。したがって、前記複合層の可視光領域の光透過率を最大に実現するように前記第２酸化物層内において第２金属の含有量を調節する必要がある。また、前記第２酸化物層に含まれる第２金属は、前記第２酸化物層の電気伝導度に影響を及ぼす。第２金属の前記第２酸化物層内においての含有量が前記範囲を満足する場合、前記第２酸化物層は、最適の屈折率及び電気伝導度を実現することができる。
一つの例示において、前記複合層の厚さは、目的とする前記光変調装置の特性を示すために適切に調節されることができる。前記複合層の厚さは、例えば、可視光領域において高い光透過率、赤外線射領域において低い光透過率、優れた電気伝導度及び低い抵抗特性を示すために、５０ｎｍ〜３００ｎｍまたは７０ｎｍ〜２００ｎｍ範囲内に調節されることができる。
前記複合層は、基材層をさらに含むことができ、例えば、前記第１酸化物層が前記基材層に接するように存在することができる。図３及び図４は、前記基材層を含む例示的な前記光変調装置を示す。例えば、前記複合層が前記光変調層の一側に存在する場合、図３に示したように、基材層３０１、前記第１酸化物層１０２１、前記金属層１０２２、前記第２酸化物層１０２３及び前記光変調層１０１が順に形成されていてもよい。または、例えば、前記複合層が前記光変調層の両側に存在する場合、図４に示したように、基材層４０１Ａ、前記第１酸化物層１０２１、前記金属層１０２２、前記第２酸化物層１０２３、前記光変調層１０１、前記第２酸化物層１０２３、前記金属層１０２２、前記第１酸化物層１０２１及び基材層４０１Ｂが順に形成されていてもよい。
前記基材層としては、特別な制限なしに公知の素材を使用することができる。例えば、ガラスフィルム、結晶性または非結晶性シリコーンフィルム、石英またはＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）フィルムなどの無機系フィルムやプラスチックフィルムなどを使用することができる。前記基材層では、光学的に等方性の基材層や、位相差層のように光学的に異方性の基材層または偏光板やカラーフィルター基板などを使用することができる。例えば、偏光層が前記基材層の内側、すなわち前記液晶層と前記基材層の間に存在する場合には前記基材層として異方性基材層が使用される場合にも適切な性能の素子を実現することができる。
プラスチック基材層としては、ＴＡＣ（ｔｒｉａｃｅｔｙｌ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ）；ノルボネン誘導体などのＣＯＰ（ｃｙｃｌｏ ｏｌｅｆｉｎ ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）；ＰＭＭＡ（ｐｏｌｙ（ｍｅｔｈｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）；ＰＣ（ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）；ＰＥ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）；ＰＰ（ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）；ＰＶＡ（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ Ａｌｃｏｈｏｌ）；ＤＡＣ（ｄｉａｃｅｔｙｌ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ）；Ｐａｃ（Ｐｏｌｙａｃｒｙｌａｔｅ）；ＰＥＳ（ｐｏｌｙ ｅｔｈｅｒ ｓｕｌｆｏｎｅ）；ＰＥＥＫ（ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｅｔｈｅｒｋｅｔｏｎ）；ＰＰＳ（ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｓｕｌｆｏｎｅ）、ＰＥＩ（ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｉｍｉｄｅ）；ＰＥＮ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｎａｐｈｔｈａｔｌａｔｅ）；ＰＥＴ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｔｅｒｅｐｈｔａｌａｔｅ）；ＰＩ（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）；ＰＳＦ（ｐｏｌｙｓｕｌｆｏｎｅ）；ＰＡＲ（ｐｏｌｙａｒｙｌａｔｅ）または非晶質フッ素樹脂などを含む前記基材層を使用することができるが、これに制限されるものではない。前記基材層には、必要に応じて、金、銀、二酸化ケイ素または一酸化ケイ素などのケイ素化合物のコーティング層や、反射防止層などのコーティング層が存在することもできる。
一つの例示において、前記光変調装置は、前記第２酸化物層が前記第１酸化物層に比べて前記光変調層に隣接して存在することができる。例えば、前記複合層が前記光変調層の一側に存在する場合、図１に示したように、前記第１酸化物層１０２１、前記金属層１０２２、前記第２酸化物層１０２３及び前記光変調層１０１が順に形成されていてもよい。または、例えば、前記複合層が前記光変調層の両側に存在する場合、図２に示したように前記第１酸化物層１０２１、前記金属層１０２２、前記第２酸化物層１０２３、前記光変調層１０１、前記第２酸化物層１０２３、前記金属層１０２２及び前記第１酸化物層１０２１が順に形成されていてもよい。
一つの例示において、前記光変調装置は、例えば、図２に示したように、前記複合層が前記光変調層の両側に存在することができる。すなわち、前記光変調層は、対向配置された２個の複合層の間に配置されることができる。この場合に、両側に存在する前記複合層は、同一の屈折率、厚さまたは面抵抗などを有する同一の構造であるか、または異なる屈折率、厚さまたは面抵抗などを有する独立的な構造を有することができる。
本出願は、また、前記光変調装置の用途に対するものである。前記光変調装置の用途は、例えば、スマートウィンドウ、ウィンドウ保護膜、フレキシブルディスプレイ素子、３Ｄ影像表示用アクティブリターダー（ａｃｔｉｖｅ ｒｅｔａｒｄｅｒ）または視野角調節フィルムなどで例示されることができるが、これに制限されるものではない。前記のような前記光変調装置を構成する方式は、特に制限されず、前記光変調装置が使用される限り、通常の方式を適用することができる。
本出願の前記光変調装置は、可視光領域において高い透過率を有し、赤外光照射領域において低い透過率を有し、低い面抵抗値を有する前記複合層により外部信号を印加することができる。このような前記光変調装置は、スマートウィンドウ、ウィンドウ保護膜、フレキシブルディスプレイ素子、３Ｄ影像表示用アクティブリターダー（ａｃｔｉｖｅ ｒｅｔａｒｄｅｒ）または視野角調節フィルムなどのような多様な用途に適用することができる。
例示的な前記光変調装置を示す。 例示的な前記光変調装置を示す。 例示的な前記光変調装置を示す。 例示的な前記光変調装置を示す。 実施例１の前記光変調装置の透過率及び反射率を示す。 比較例１の前記光変調装置の透過率及び反射率を示す。 実施例１及び比較例２の前記金属層の波長による特性を示す。 第１金属酸化物層及び第２金属酸化物層の屈折率による光透過率評価結果を示す。
以下実施例及び比較例を通じて、前記記述した内容をより具体的に説明するが、本出願の範囲が下記提示された内容によって制限されるものではない。
実施例１
複合層の製造
ガラス基板上にＲＦ Ｓｐｕｔｔｅｒ方式を用いてＣｅＯ２を３５ｎｍの厚さに蒸着して前記第１金属酸化物層を形成した。前記第１金属酸化物層上にＤＣ ｓｐｕｔｔｅｒ方式を用いて１．５Ｗ／ｃｍ２及び３ｍＴｏｒｒの条件でＡｇからなる前記金属層を１０ｎｍ厚さに蒸着し、前記金属層上に前記第２金属酸化物層としてＧａをドーピングした酸化亜鉛層（ＧＺＯ）を４５ｎｍ厚さに蒸着して前記複合層を製造した。
各層の屈折率をＭ−２０００装置［製造社：Ｊ．Ａ．Ｗｏｏｌｌａｍ Ｃｏ．Ｉｎｃ．（ＵＳＡ）］を用いて測定した結果、前記第１酸化物層の屈折率は、５５０ｎｍの波長で２．３４、前記金属層の屈折率は５５０ｎｍの波長で０．１９、酸化亜鉛層の屈折率は５５０ｎｍの波長で１．９４であった。また、前記複合層をＵＶ−ｖｉｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒを用いて可視光透過率を測定した結果、５５０ｎｍの波長で８７．２％の透過率を示した。また、前記複合層の面抵抗を面抵抗測定器で測定した結果１０Ω／□未満を示した。
光変調装置の製造
ウレタンアクリレート多官能性オリゴマー（ＳＵ５３０、Ｍｗ：５、０００、ソルテック社製）１００ｍｇ、２官能性アクリレート（ＨＤＤＡ、ａｌｄｒｉｃｈ社製３００ｍｇ、３官能性アクリレート（ＰＥＴＡ、ａｌｄｒｉｃｈ社製）２０ｍｇ、一官能性アクリレート（ＥＨＡ、ＴＣＩ社製）５７０ｍｇ、異方性染料（Ｘ１２、ＢＡＳＦ社製）２３ｍｇ及び光開始剤（Ｚｓ−５３９、ｆｕｊｉ ｆｉｌｍ社製）１０ｍｇを混合して高分子前駆物質を製造し、前記前駆物質に前記液晶化合物（ＨＰＣ２１６００、ＨＣＣＨ社製）２．３ｇ及び異方性染料（Ｘ１２、ＢＡＳＦ社製）２０ｍｇを添加した後、直径２５ｕｍの球状のスペーサー２０ｍｇ入れて、７時間攪拌機で撹拌した後、液晶組成物を製造した。その後、前記製造された前記複合層の前記第２金属酸化物層の表面に前記液晶組成物をｍａｙｅｒ ｂａｒ（＃１４）を用いてバーコーティングした。コーティングされた液晶組成物上に前記製造された前記複合層の前記第２金属酸化物層が接するように積層した後、３０ｍＷの高圧水銀燈の下において２０秒間ＵＶを照射して黒色染料が導入された前記高分子分散型液晶層を製造した。
実施例２
前記複合層として下記の製造された前記複合層を使用したことを除き、実施例１と同一の方法を行い、実施例２のスマートウィンドウを製造した。
複合層の製造
ガラス基板上にＲＦ Ｓｐｕｔｔｅｒ方式を用いてＣｅＯ２を３０ｎｍの厚さに蒸着して前記第１金属酸化物層を形成した。前記第１金属酸化物層上にＤＣ ｓｐｕｔｔｅｒ方式を用いて１．５Ｗ／ｃｍ２及び３ｍＴｏｒｒの条件でＡｇからなる前記金属層を１０ｎｍ厚さに蒸着し、前記金属層上に前記第２金属酸化物層としてＡｌをドーピングした酸化亜鉛層（ＡＺＯ）を５０ｎｍ厚さに蒸着して前記複合層を製造した。
この場合、第１金属酸化物層の屈折率は、５５０ｎｍの波長で２．３４、前記金属層の屈折率は５５０ｎｍの波長で０．１９、第２金属酸化物層の屈折率は５５０ｎｍの波長で１．８９であった。また、前記複合層をＵＶ−ｖｉｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒを用いて可視光透過率を測定した結果、５５０ｎｍの波長で８５．５％の透過率を示した。また、前記複合層の面抵抗を面抵抗測定器で測定した結果１０Ω／□未満を示した。
比較例１
前記複合層としてＩＴＯ透明電極層を使用したことを除き、実施例１と同一の方法を行い、比較例１のスマートウィンドウを製造した。
比較例２
前記複合層として下記の製造された前記複合層を使用したことを除き、実施例１と同一の方法を行い、比較例２のスマートウィンドウを製造した。
複合層の製造
ガラス基板上にＲＦ Ｓｐｕｔｔｅｒ方式を用いてＣｅＯ２を３５ｎｍの厚さに蒸着して第１金属酸化物層を形成した。前記第１金属酸化物層上にＤＣ ｓｐｕｔｔｅｒ方式で０．５Ｗ／ｃｍ２及び１５ｍＴｏｒｒの条件でＡｇを１０ｎｍ厚さに蒸着して前記金属層を形成した後、前記金属層上に第２金属酸化物層としてＧａをドーピングした酸化亜鉛層（ＧＺＯ）を４５ｎｍ厚さに蒸着して前記複合層を製造した。
この場合、前記第１酸化物層の屈折率は、５５０ｎｍの波長で２．３４、前記金属層の屈折率は５５０ｎｍの波長で１．９５、酸化亜鉛層の屈折率は５５０ｎｍの波長で１．９４であった。また、前記金属層の面抵抗を面抵抗測定器で測定した結果１０Ω／□超過の値を示し、前記金属層をＵＶ−ｖｉｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒを用いて可視光透過率を測定した結果５５０ｎｍの波長で４６．８％の透過率を示した。また、前記複合層をＵＶ−ｖｉｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒを用いて可視光透過率を測定した結果５５０ｎｍの波長で７９．１％の透過率を示し、前記複合層の面抵抗を面抵抗測定器で測定した結果１０Ω／□超過の値を示した。
比較例３
前記複合層の製造の際、前記第１金属酸化物層を１０ｎｍに形成し、前記第２金属酸化物層の厚さを８０ｎｍに形成したことを除き、実施例２と同一の方法を行い、比較例３のスマートウィンドウを製造した。
前記複合層をＵＶ−ｖｉｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒを用いて可視光透過率を測定した結果５５０ｎｍの波長で７２．６％の透過率を示し、前記複合層の面抵抗を面抵抗測定器で測定した結果１０Ω／□超過の値を示した。
評価例１：光変調装置の透過度及び反射度評価
実施例及び比較例において、製造された前記光変調装置に対して電圧が印加されない状態で透過度及び反射度を測定した。具体的に、Ｓｏｌｉｄ Ｓｐｅｃ−３７００［製造社：ｓｈｉｍａｄｚｕ（ＪＡＰＡＮ）］装置を用いて測定し、その結果を図５（実施例１）及び図６（比較例１）にそれぞれ示した。図５及び図６に示したように、本出願の前記複合層として透明電極層を使用した実施例の前記光変調装置は、ＩＴＯ透明電極層を使用した比較例１の前記光変調装置と比べ、可視光領域においては光透過率が類似している反面、赤外線領域においては、顕著に低い光透過率を示すことが確認できる。
評価例２：金属層の波長による屈折率及び吸収係数評価
実施例１及び比較例２において、製造された前記金属層に対して屈折率による屈折率及び吸収係数を評価してその結果を図７に示した。図７において、ｎは前記金属層の光の波長による屈折率を意味し、λは光の波長を意味し、ｋは前記金属層の光の波長による吸収係数を意味する。図７に示したように、同一の厚さで前記金属層を形成しても、前記金属層の形成条件により屈折率及び吸収係数が異なることが確認できる。
評価例３：第１及び第２金属酸化物層の屈折率による複合層の透過率評価
実施例１及び２と同一に前記光変調装置を製造するが、前記第１金属酸化物層及び前記第２金属酸化物層の屈折率を変化させながら、屈折率による前記複合層の５５０ｎｍ波長の光に対する透過率を評価してその結果を図８に示した。図８に示したように、前記複合層の光透過率は、前記第１金属酸化物層及び前記第２金属酸化物層の屈折率に影響を受けることが確認でき、特に、前記第１金属酸化物層及び前記第２金属酸化物層の屈折率範囲が本出願の範囲内に属する場合、５５０ｎｍ波長の光に対して約８０％以上の優れた光透過率を示すことが確認できる。
１０１：光変調層
１０２：複合層
１０２１：第１酸化物層
１０２２：金属層
１０２３：第２酸化物層
３０１、４０１Ａ、４０１Ｂ：基材層

Claims (22)

  1. 光変調層と、
    前記光変調層の一側または両側に配置され、順次形成された第１酸化物層、金属層及び第２酸化物層とを含み、
    ５５０ｎｍ波長の光に対する透過率が８０％以上であり、７８０ｎｍ以上の光に対する透過率は７０％以下の複合層を含み、
    前記光変調層は、前記複合層により印加される信号によって駆動するように設置されている、光変調装置。
  2. 前記光変調層は、前記複合層による電圧印加有無によって可視光領域の透過率が４０％〜９０％範囲の透過モード及び可視光領域の透過率が５％〜３０％範囲の遮断モードの間をスイッチングできる、請求項１に記載の光変調装置。
  3. 前記光変調層は、液晶化合物を含む液晶層である、請求項１または２に記載の光変調装置。
  4. 前記光変調層は、高分子分散型液晶層（ＰＤＬＣ）、画素孤立型液晶層（ＰＩＬＣ）、浮遊粒子デバイス（ＳＰＤ）または電気変色ディスプレイ（ＥＣＤ）である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光変調装置。
  5. 前記光変調層は、異方性染料を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の光変調装置。
  6. 前記異方性染料は、黒色染料である、請求項５に記載の光変調装置。
  7. 前記複合層は、面抵抗が２０Ω／□以下である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の光変調装置。
  8. 前記第１酸化物層の屈折率が前記第２酸化物層の屈折率に比べて高く、前記金属層の屈折率が前記第２酸化物層の屈折率に比べて低い、請求項１〜７のいずれか一項に記載の光変調装置。
  9. 前記金属層は、５５０ｎｍの波長に対する屈折率が０．１〜１の範囲内にある、請求項８に記載の光変調装置。
  10. 前記金属層は、厚さが５ｎｍ〜２０ｎｍの範囲内にある、請求項１〜９のいずれか一項に記載の光変調装置。
  11. 前記金属層は、面抵抗値が２０Ω／□以下の伝導性金属を含む、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の光変調装置。
  12. 前記第１酸化物層の５５０ｎｍの波長の光に対する屈折率は、１．２〜２．８の範囲内にあり、前記第２酸化物層の屈折率は、１．５〜２．５の範囲内にある、請求項８〜１１のいずれか一項に記載の光変調装置。
  13. 前記第１酸化物層は、厚さが２０ｎｍ〜６０ｎｍの範囲内にある、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の光変調装置。
  14. 前記第２酸化物層は、厚さが１０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内にある、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の光変調装置。
  15. 前記第２酸化物層は、比抵抗値が１．０ｘ１０−５Ωｃｍ〜１．０ｘ１０５Ωｃｍの範囲内にある、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の光変調装置。
  16. 前記第１酸化物層及び前記第２酸化物層は、それぞれアンチモン（ＳＢ）、バリウム（ＢＡ）、ガリウム（ＧＡ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ハフニウム（Ｈｆ）、インジウム（Ｉｎ）、ランタン（ＬＡ）、マグネシウム（Ｍｇ）、セレン（Ｓｅ）、ケイ素（Ｓｉ）、タンタル（ＴＡ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、イットリウム（Ｙ）、亜鉛（Ｚｎ）及びジルコニウム（Ｚｒ）からなる群から選択される１種以上の金属を含む金属酸化物層である、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の光変調装置。
  17. 前記第２酸化物層は、ガリウム（ＧＡ）、アルミニウム（Ａｌ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）、ニオブ（ＮＢ）、タンタル（ＴＡ）、インジウム（Ｉｎ）及びバナジウム（Ｖ）からなる群から選択される１種以上の第２金属をさらに含む、請求項１６に記載の光変調装置。
  18. 前記第２金属の前記第２酸化物層内の含有量は、０．１重量％以上、１０重量％以下である、請求項１７に記載の光変調装置。
  19. 前記第２酸化物層が、前記第１酸化物層に比べて前記光変調層に接して存在する、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の光変調装置。
  20. 前記光変調層の両側に前記複合層が存在する、請求項１〜１９のいずれか一項に記載の光変調装置。
  21. 前記複合層は、厚さが５０ｎｍ〜３００ｎｍの範囲内にある、請求項１〜２０のいずれか一項に記載の光変調装置。
  22. 請求項１〜２１のいずれか一項に記載の光変調装置を含む、スマートウィンドウ。
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