JP7283022B2 - 光変調デバイス - Google Patents

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Description

本出願は光変調デバイスに関する。
光変調デバイスは少なくとも2つ以上の異なる状態の間をスイッチングできるデバイスを意味する。このようなデバイスは例えば、メガネまたはサングラスなどのアイウェア(eyewear)、モバイル機器、仮想現実(VR:Virtual Reality)用機器、拡張現実(AR:Augmented Reality)用機器のようなウェアラブル(wearable)デバイスまたは車両のサンルーフなどに使われるなど、その用途が次第に拡大している。
光変調デバイスは図3のように対向する二つの偏光層10、20および前記偏光層間に存在する光変調層30を含む構造を有する。このような二つの偏光層基盤の光変調デバイスにフィルム基材が適用される場合、機械的な優秀性を付与するためにOCAのような接着剤層を共に適用することが一般的であり、これを支持しセルギャップ(Cell gap)を維持するために隔壁形態のスペーサーを導入することができる。
これに対し、特許文献1(韓国特許公開2016-0100575号公報)は一方の基板上にハニカム(Honeycomb)形態の柱パターンを形成し、接着剤を利用して反対側の基板に固定させる技術を開示している。しかし、ハニカム形態の柱パターンを適用した素子の場合、特に遮断モードの時の光漏洩が問題となる。
本出願は光変調デバイスに関する。本出願はスペーサーの形態および配置などを適切に制御して透過率可変特性とヘイズ特性をはじめとする光学特性が優秀であり、遮断モードで光漏洩が制御されて多様な用途で適用可能な光変調デバイスを提供することを一つの目的とする。
本明細書で定義する角度は製造誤差(error)または偏差(variation)等の誤差を勘案して理解されるべきである。例えば、本明細書で用語「垂直、平行、直交、水平または任意の数値」などは、目的と効果を損傷させない範囲での実質的な垂直、平行、直交、水平または任意の数値を意味する。例えば、前記垂直、平行、直交、水平または任意の数値それぞれの場合は約±3度以内の誤差、約±2度以内の誤差、約±1度以内の誤差または約±0.5度以内の誤差を含むことができる。
本明細書で言及する物性の中で測定温度が該当物性に影響を及ぼす場合、特に別途に規定しない限り、前記物性は常温で測定した物性である。
本明細書で用語常温は特に加温または減温されていない自然そのままの状態での温度であり、約10℃~30℃の範囲内のいずれか一つの温度、例えば、約15℃以上、18℃以上、20℃以上または約23℃以上でありながら、約27℃以下の温度を意味し得る。また、特に別途に規定しない限り、本明細書で言及する温度の単位は℃である。
本出願は上部基板、光変調層および下部基板が順次形成された光変調デバイスに関する。本明細書で前記上部基板は第1基板と呼称されてもよく、前記下部基板は第2基板と呼称されてもよい。一つの例示において、本出願の前記上部基板は第1面に接着剤層または粘着剤層が形成されており、第2面に第1偏光層が付着されている第1高分子フィルム基板を含み、前記下部基板は第1面に液晶配向膜が形成されており、第2面に第2偏光層が付着されている第2高分子フィルム基板を含むことができ、前記第1および第2高分子フィルム基板は相互の第1面が対向するように配置されていてもよい。また、前記第1および第2高分子フィルム基板の間隔(cell gap)はスペーサーで維持され得る。
本出願の光変調デバイスは、一つの例示において、図1のように第1偏光層102、第1高分子フィルム基板101、接着剤層(または粘着剤層)103、光変調層300、液晶配向膜203、第2高分子フィルム基板201および第2偏光層202が順次形成されており、前記第1および第2高分子フィルム基板の間隔(G、cell gap)を前記スペーサー400で維持していてもよい。
本出願で前記スペーサーの形態、配置および/または配列方式は目的とする効果を示すことができる範囲内で適切に設計され得る。
本出願の前記スペーサーは一つの例示において、四角形の隔壁スペーサーであり得る。本出願で用語「四角形の隔壁スペーサー」は、隔壁形態で形成されたスペーサーであって、前記スペーサーを上部から観察した時に前記隔壁によって形成される閉図形が四角形をなすスペーサーを意味する。本明細書でこのような四角形の隔壁スペーサーは、四角形の隔壁形態のスペーサーと呼称されてもよい。本発明者らは、前記のように第1および第2高分子フィルム基板の間隔を維持するためにスペーサーを導入しながら、スペーサーの形態を例えば、四角形の隔壁形態に制御することによって特に遮断モードの時の光漏洩を防止できることを確認した。前記スペーサーは本出願の目的を達成する側面で正四角形または長方形の隔壁形態がより好ましい。
このようなスペーサーの形態制御による遮断モードでの光漏洩防止効果およびヘイズ制御効果は後述する本出願の内容によって、より最大化され得る。
本出願の光変調デバイスは、例えば、第1および第2高分子フィルム基板の間隔を前述した通り、四角形の隔壁形態のスペーサーを通じて維持しつつ、後述する特有の配置をすることによって、セルギャップが適切に維持されながらも遮断モードでの光漏洩およびヘイズが効果的に制御されるなどの光特性が優秀な光変調デバイスを提供することができる。
本出願の光変調デバイスで、前記四角形の隔壁形態のスペーサーを上部から観察した時に前記四角形の各辺をなす隔壁は前記第1高分子フィルム基板の遅相軸、第2高分子フィルム基板の遅相軸、第1偏光層の吸収軸および/または第2偏光層の吸収軸と特定の位置関係を有するように形成され得る。
本明細書で第1および第2高分子フィルム基板の遅相軸、第1および第2偏光層の吸収軸または透過軸との角度関係を規定しながら使う用語「スペーサーの辺」は、前記四角形の隔壁スペーサーを上部から観察した時に確認される四角形の各辺をなす隔壁の方向を意味する。
本明細書で用語「高分子フィルム基板の遅相軸(slow axis)」は前記フィルム面内の任意の方向であって、面内屈折率が最も大きい方向を意味し得る。例えば、前記高分子フィルム基板が延伸位相差フィルム基板である場合、前記面内の方向は前記高分子フィルム基板のMD(Machine Direction)および/またはTD(Transverse Direction)方向によって形成される面内の方向であり得る。
本出願は例えば、前記第1および/または第2高分子フィルム基板それぞれの遅相軸と四角形の隔壁形態のスペーサーのそれぞれの辺のなす角度が互いに-25度~25度の範囲内であるか、65度~115度の範囲内である光変調デバイスに対するものであり得る。例えば、第1および/または第2高分子フィルム基板それぞれが延伸位相差フィルム基板である場合、前記第1および/または第2高分子フィルム基板それぞれのMDおよび/またはTD方向によって形成される面内の方向(遅相軸)と四角形の隔壁形態のスペーサーのそれぞれの辺のなす角度が互いに-25度~25度の範囲内であるか、65度~115度の範囲内であるように配置されていてもよい。前記第1および/または第2高分子フィルム基板それぞれの遅相軸と四角形の隔壁形態のスペーサーのそれぞれの辺のなす角度は他の例示において、互いに-20度~20度の範囲内、-15度~15度の範囲内、-10度~10度の範囲内または-5度~5度の範囲内であるか、互いに70度~110度の範囲内、75度~105度の範囲内、80度~100度の範囲内または85度~95度の範囲内であり得る。
本出願は第1および/または第2高分子フィルム基板と四角形の隔壁形態のスペーサーを前記のように配置することによって、遮断モードでの光漏洩および/またはヘイズがより効果的に制御された光変調デバイスを提供することができる。
本出願は例えば、前記第1および/または第2偏光層それぞれの吸収軸と四角形の隔壁形態のスペーサーのそれぞれの辺のなす角度が互いに-25度~25度の範囲内であるか、65度~115度の範囲内であるように配置されている光変調デバイスに対するものであり得る。本出願の光変調デバイスは、第1および/または第2偏光層それぞれの吸収軸と四角形の隔壁形態のスペーサーを前記のように配置することによって目的とする効果を最大化する光変調デバイスを提供することができる。
本出願の四角形の隔壁形態のスペーサーはまた、それぞれの辺が、前記第1および第2偏光層それぞれの吸収軸、前記第1および第2高分子フィルムそれぞれの遅相軸とのなす角度は互いに-25度~25度の範囲内であるか、65度~115度の範囲内であるように配置されていてもよい。すなわち、前述した構造で高分子フィルムの遅相軸、偏光層の吸収軸および四角形の隔壁形態のスペーサーの各辺が前記のような関係を有するように配置することによって、セルギャップが適切に維持され、上下のフィルム基板の接着力が優秀でありながらも遮断モードでの光漏洩および/またはヘイズが適切に制御されて多様な用途で使われ得る光変調デバイスを提供することができる。
本出願で前記スペーサーは、隔壁形態のスペーサーを製造するための通常の方式を適用して製造することができる。通常隔壁形態のスペーサーは硬化性樹脂組成物を使った方式(例えば、インプリンティング方式など)で製造することができ、本出願のスペーサーも前記方式で製造することができる。したがって、本出願の前記スペーサーは硬化性樹脂組成物の硬化物を含むことができる。硬化性樹脂組成物としては特に制限なくスペーサー形成のために適用されている公知の種類を適用することができる。このような樹脂組成物は、通常加熱硬化性樹脂組成物または光硬化性樹脂組成物、例えば紫外線硬化性樹脂組成物である。加熱硬化性樹脂組成物としては例えば、シリコーン樹脂組成物、フラン樹脂組成物、ポリウレタン樹脂組成物、エポキシ樹脂組成物、アミノ樹脂組成物、フェノール樹脂組成物、尿素樹脂組成物、ポリエステル樹脂組成物またはメラミン樹脂組成物などを使うことができるが、これに制限されるものではない。紫外線硬化性樹脂組成物としては代表的にアクリル重合体、例えば、ポリエステルアクリレート重合体、ポリスチレンアクリレート重合体、エポキシアクリレート重合体、ポリウレタンアクリレート重合体またはポリブタジエンアクリレート重合体、シリコーンアクリレート重合体またはアルキルアクリレート重合体などを含む樹脂組成物を使うことができるが、これに制限されるものではない。一例示において、前記スペーサーはアクリル重合体、より具体的には、ポリエステル系アクリレート重合体を使って形成され得るがこれに制限されるものではない。他の例示において、シリコーン重合体を使って形成されてもよく、スペーサーをシリコーン重合体を使って形成する場合、スペーサーの凹んだ領域に残存するシリコーン重合体が垂直配向膜の役割を遂行できるため、後述するようにスペーサーが存在する基板に追加の垂直配向膜を使わなくてもよい。シリコーン重合体としてはケイ素と酸素の結合(Si-O-Si)を主軸とする公知の重合体を使用することができ、例えば、ポリジメチルシロキサン(PDMS、Polydimethylsiloxane)を使うことができるが、これに制限されるものではない。
本出願で前記四角形の隔壁形態のスペーサーの配列方式、例えば、スペーサーのピッチ、線間幅、高さおよび/または第1高分子フィルム基板または第2高分子フィルム基板での面積比率などは、本出願の目的を損傷させない範囲内で適切に設計され得る。
本出願で前記四角形の隔壁形態のスペーサーのピッチは例えば、50μm~1000μmの範囲内であり得る。本明細書で用語「ピッチ(Pitch)」は、前記スペーサーを上部から観察した時に確認される四角形の各辺の長さを意味する。本明細書でスペーサーを上部から観察するとは、スペーサーと形成された高分子フィルム基板の面の法線方向と平行となるように前記スペーサーを観察することを意味する。前記四角形の各辺の長さがすべて同一の場合(すなわち、四角形が正四角形である場合)にはその同一の辺の長さがピッチとして規定され、各辺の長さが同一でない場合(例えば、四角形が長方形である場合)、すべての辺の長さの算術平均が前記ピッチとして規定され得る。前記スペーサーのピッチは他の例示において、100μm以上、150μm以上、200μm以上、250μm以上、300μm以上または350μm以上であるか、900μm以下、850μm以下、800μm以下、750μm以下、700μm以下、650μm以下、600μm以下、550μm以下,500μm以下、450μm以下、400μm以下または350μm以下であり得るが、これに制限されるものではない。
本出願で前記四角形の隔壁形態のスペーサーの線間幅は例えば、1μm~50μm範囲内であり得る。本明細書で用語線間幅(line width)は前記スペーサーを上部から観察した時の前記隔壁の長さ方向と垂直な方向に確認される寸法を意味する。前記スペーサーの線間幅は、他の例示において、5μm以上、10μm以上、15μm以上、20μm以上または25μm以上であるか、45μm以下、40μm以下、35μm以下または30μm以下であり得るが、これに制限されるものではない。この時スペーサーの線間幅が一定でない場合に前記線間幅は測定される最大線間幅、最小線間幅または前記最大および最小線間幅の平均値であり得る。
本出願で前記四角柱の形態のスペーサーの高さは上部基板と下部基板の間隔を考慮して調節され得る。例えば、前記スペーサーの高さは0.1μm~50μm範囲内であり得る。用語「スペーサーの高さ」は、通常前記光変調層の厚さ(cell gap)と略一致し、前記言及した高分子フィルム基板の面の法線方向に測定されるスペーサーの寸法を意味する。前記スペーサーの高さは、他の例示において、1μm以上、2μm以上、3μm以上、4μm以上、5μm以上、6μm以上、7μm以上または8μm以上であるか、45μm以下、40μm以下、35μm以下、30μm以下、25μm以下、20μm以下、15μm以下、10μm以下、9μm以下または8μm以下であり得るが、これに制限されるものではない。この時、スペーサーの高さが一定でない場合に前記高さは測定される最大高さ、最小高さまたは前記最大および最小高さの平均値であり得る。
本出願で前記第1高分子フィルム基板または第2高分子フィルム基板上に形成されている四角形の隔壁形態のスペーサーの面積比率は例えば、約0.1%~50%であり得る。本明細書で用語面積比率は、高分子フィルム基板の面積をAとし、スペーサーが形成された面積をBとする時、高分子フィルム基板の面積Aのうちスペーサーが形成された面積Bの比率に100をかけた値、すなわち、100×B/Aを意味する。前記スペーサーの面積比率は、他の例示において、1%以上、2%以上、3%以上、4%以上、5%以上、6%以上、7%以上、8%以上、9%以上、10%以上、11%以上、12%以上または13%以上であるか、45%以下、40%以下35%以下、30%以下、25%以下、20%以下または15%以下であり得るが、これに制限されるものではない。前記面積比率が高いほどスペーサーと接着剤層または粘着剤層との接触面積が増加して接着力が増加し得るため、前記面積比率は目的とする接着力を考慮して設計することができる。
本出願で前記四角形の隔壁形態のスペーサーのピッチPと前記線間幅Wの比率(P/W)は、1~30の範囲内であり得る。前記比率(P/W)は、他の例示において、2以上、3以上、4以上、5以上、6以上、7以上、8以上、9以上、10以上、11以上、12以上または13以上であるか、25以下、20以下、19以下、18以下、17以下、16以下、15以下または14以下であり得る。
本出願で前記四角形の隔壁形態のスペーサーの前記線間幅Wと前記高さHの比率(W/H)は、0.5~10の範囲内であり得る。前記比率(W/H)は、他の例示において、1以上、1.5以上、2以上、2.5以上または3以上であるか、9以下、8以下、7以下、6以下、5以下または4以下であり得る。
このような範囲でスペーサーの形態を制御することによって、目的とする光変調層内の液晶化合物の配向を効率的に確保しつつ、本出願の目的を達成することができる。
本出願はスペーサーの形態、配置および/または配列方式を前記のように制御することによってセルギャップが適切に維持され、上下のフィルム基板の接着力が優秀でありながらも遮断モードでの光漏洩および/またはヘイズが効果的に制御された光変調デバイスを提供することができる。
本出願で用語光変調デバイスは、少なくとも2つ以上の異なる光の状態の間をスイッチングできるデバイスを意味し得る。前記で異なる光の状態は、少なくとも透過率、ヘイズおよび色相のうちいずれか一つの特性が互いに異なる状態を意味し得る。本出願の光変調デバイスは前記のようなスイッチングのために少なくとも光変調層を含むことができる。前記光変調層は、一例示において偏光成分を生成する層であり得る。
本出願の光変調層は液晶化合物を少なくとも含む層であり、前記液晶化合物の配向状態を外部信号の印加等を通して制御できる液晶層を意味し得る。液晶化合物としては外部信号の印加によってその配向方向が変更され得るものであればすべての種類の液晶化合物を使うことができる。液晶化合物としては、例えば、ネマティック(nematic)液晶化合物、スメクチック(smectic)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うことができる。また、外部信号の印加によってその配向方向が変更されるように、液晶化合物は例えば重合性基または架橋性基を有さない化合物であり得る。
本出願の光変調層は、例えば、前記液晶化合物と共に二色性染料を追加で含むことができる。本明細書で用語「染料」とは、可視光領域、例えば、400nm~700nm波長範囲内で少なくとも一部または全体の範囲内の光を集中的に吸収および/または変形させ得る物質を意味し得、用語「二色性染料」は前記可視光領域の少なくとも一部または全体の範囲で光の異方性吸収が可能な物質を意味し得る。このような染料としては、例えば、アゾ染料またはアントラキノン染料などが公知になっているが、これに制限されるものではない。
一つの例示において、前記光変調層は液晶化合物および二色性染料を含む液晶層であり、いわゆるゲストホスト液晶層(Guest Host Liquid Crystal cell)であり得る。用語「GHLC層」は、液晶の配列によって二色性染料が共に配列されて二色性染料の整列方向と前記整列方向の垂直な方向に対してそれぞれ非等方性光吸収特性を示す機能性層を意味し得る。例えば、二色性染料は光の吸収率が偏光方向によって変わる物質であり、長軸方向に偏光された光の吸収率が大きいとp型染料と呼称し、短軸方向に偏光された光の吸収率が大きいとn型染料と呼称し得る。一つの例示において、p型染料が使われる場合、染料の長軸方向に振動する偏光は吸収され、染料の短軸方向に振動する偏光は吸収が少ないため透過させることができる。以下、特に言及しない限り、二色性染料はp型染料であると仮定する。
本出願は、例えば、前記光変調層内の液晶化合物の配列を調節して、初期配向が垂直配向であり、前記垂直配向状態が外部信号の印加によって水平配向状態に変更されるように設計された光変調デバイスに対するものであり得る。前記で初期配向とは、光変調層に外部信号が印加されていない時の配向状態である。
本明細書で用語「垂直配向」は、前記光変調層の方向子または前記光変調層内の液晶化合物の方向子が前記光変調層の平面に対して略垂直に配列された状態であり、例えば、前記光変調層の基準面の法線であるz軸と前記方向子がなす角度は約80度~100度または85度~95度の範囲内であるか約90度程度であり得る。また、用語「水平配向」は、前記光変調層の方向子または前記光変調層内の液晶化合物の方向子が前記光変調層の基準面に略平行となるように配列された状態を意味し得、例えば、前記方向子と前記光変調層の基準面がなす角度は約0度~10度または約0度~5度の範囲内であるか約0度程度であり得る。
本明細書で用語光変調層の方向子または液晶化合物の方向子は前記光変調層の光軸(Optical axis)または遅相軸(Slow axis)を意味し得る。例えば、前記光軸または遅相軸は、液晶分子が棒(rod)の形状である場合には長軸方向を意味し得、液晶分子が円板(discotic)の形状である場合には円板の平面の法線方向の軸を意味し得、前記光変調層内に互いに方向子が異なる複数の液晶化合物が含まれている場合には前記液晶化合物の方向子のベクトルの和を意味し得る。
一つの例示において、前記光変調層はツイスト配向モードを具現できるように設計され得る。本明細書で用語「ツイスト配向モード」は前記液晶化合物の方向子が仮想の螺旋軸に沿って撚られながら層をなして配向した螺旋状構造を意味し得る。前記ツイスト配向モードは、前述した垂直または水平配向モードで具現され得る。例えば、垂直ツイスト配向モードは、個々の液晶化合物が垂直配向された状態で螺旋軸に沿って撚られながら層をなす状態であり、水平ツイスト配向モードは個々の液晶化合物が水平配向された状態で螺旋軸に沿って撚られながら層をなす状態を意味し得る。
前記ツイスト配向モードで、前記光変調層の厚さdとピッチpの比率(d/p)は例えば、1以下であり得る。前記比率(d/p)が1を超過するとフィンガードメイン(finger domain)等の問題が発生し得るため、できるだけ前記範囲で調節され得る。前記比率(d/p)は他の例示において、約0.95以下、約0.9以下、約0.85以下、約0.8以下、約0.75以下、約0.7以下、約0.65以下、約0.6以下、約0.55以下、約0.5以下または約0.4以下であるか、約0.01以上、約0.1以上、約0.15以上、約0.20以上、約0.25以上、約0.30以上または約0.35以上程度であり得る。前記で光変調層の厚さdは光変調デバイス内のセルギャップ(Cell Gap)と同じ意味であり得る。
ツイスト配向モードの光変調層のピッチpはWedge cellを利用した計測方法で測定することができ、具体的には、D.PodolskyyなどのSimple method for accurate measurements of the cholesteric pitch using a stripe-wedge Grandjean-Cano cell(Liquid Crystals、Vol.35、No.7、July 8/2008、789-791)に記載された方式で測定することができる。
前記のような厚さdとピッチpの比率によって形成される液晶化合物の配向は、それに追従する二色性染料の配向が垂直配向時に側面で漏洩する光を効果的に吸収し、水平配向時に正面光の吸収が最小化されるようにすることができる。
前記光変調層がツイストモードを具現できるように、前記光変調層はいわゆるキラルドーパントを追加で含むことができる。すなわち、前記光変調層は、液晶化合物および二色性染料とともにキラルドーパントを追加で含むことができる。
光変調層に含まれ得るキラルドーパント(Chiral dopant)としては、液晶性、例えば、ネマティック規則性を損傷させずに目的とする回転(twisting)を誘導できるものであれば特に制限なく使われ得る。液晶分子に回転を誘導するためのキラルドーパントは分子構造の中にキラリティー(chirality)を少なくとも含む必要がある。キラルドーパントは、例えば、1個または2個以上の非対称炭素(asymmetric carbon)を有する化合物、キラルアミンまたはキラルスルホキシドなどのヘテロ原子上に非対称点(asymmetric point)がある化合物またはクムレン(cumulene)またはビナフトール(binaphthol)等の軸不斉を有する光学活性である部位(axially asymmetric、optically active site)を有する化合物が例示され得る。キラルドーパントは例えば、分子量が1,500以下である低分子化合物であり得る。キラルドーパントとしては、市販のキラルネマティック液晶、例えば、Merck社で市販のキラルドーパント液晶S811またはBASF社のLC756等が適用され得る。
キラルドーパントの適用比率は、目的とする前記比率(d/p)を達成できるのであれば特に制限されない。一般的にキラルドーパントの含量(重量%)は、100/(HTP(Helixcal Twisting power)×ピッチ(nm)の数式で計算され、目的とするピッチpを考慮して適正割合で選択され得る。
前記光変調層は誘電率異方性が負数である液晶化合物を含むか、あるいは前記光変調層は前記言及された誘電率異方性を示し得る。誘電率異方性の絶対値は本出願の目的を考慮して適切に選択され得る。用語「誘電率異方性(△ε)」は水平誘電率(ε//)と垂直誘電率(ε⊥)の差(ε//-ε⊥)を意味し得る。本明細書で用語「水平誘電率(ε//)」は液晶分子の方向子と印加電圧による電場の方向が実質的に水平となるように電圧を印加した状態で前記電場の方向に沿って測定した誘電率値を意味し、「垂直誘電率(ε⊥)」は液晶分子の方向子と印加電圧による電場の方向が実質的に垂直となるように電圧を印加した状態で前記電場の方向に沿って測定した誘電率値を意味する。
前記液晶層は屈折率異方性(△n)が約0.04~0.15の範囲内である液晶化合物を含むか、前記液晶層が前記言及された屈折率異方性を示し得る。本出願での屈折率異方性(△n)は異常屈折率(ne、extraordinary refractive index)および正常屈折率(no、ordinary refractive index)の差(ne-no)であり、これはAbbe屈折計を利用して確認することができるが、その具体的な方式は下記の実施形態に開示された方法に従う。前記屈折率異方性(△n)は他の例示において、約0.14以下、0.13以下、0.12以下、0.11以下または0.1以下であるか、0.05以上、0.06以上、0.07以上、0.08以上または0.09以上であり得る。
本出願の光変調層の厚さは本出願の目的を考慮して適切に選択され得る。一例示において、前記光変調層の厚さは、約20μm以下であり得る。このように厚さを制御することで、透過モードおよび遮断モードでの透過率差が大きいデバイス、すなわち、透過率可変特性が優秀なデバイスを具現することができる。前記厚さは他の例示において、約14μm以下、13μm以下、12μm以下、11μm以下、10μm以下または9μm以下であるか、1μm以上、2μm以上、3μm以上、4μm以上、5μm以上、6μm以上または7μm以上であり得るが、これに制限されるものではない。
本出願の光変調デバイスとしては例えば、第1高分子フィルム基板と第2高分子フィルム基板が前記光変調層の両面に配置されていてもよい。
前記第1および第2高分子フィルム基板はそれぞれ、550nm波長の光に対する面上位相差が例えば,500nm以上であり得る。他の例示において、1000nm以上、2000nm以上、3000nm以上、4000nm以上,5000nm以上、6000nm以上、7000nm以上、8000nm以上、9000nm以上または10000nm以上であるか,50000nm以下、40000nm以下、30000nm以下、20000nm以下または15000nm以下であり得るが、これに制限されるものではない。
本明細書で面上位相差下記の数式1で計算された値を意味し得る。
[数式1]
in=d×(n-n
数式1でRinは面上位相差であり、dは高分子フィルム基板の厚さであり、nは高分子フィルム基板の遅相軸方向の屈折率であり、nは進相軸方向の屈折率であって、前記遅相軸方向と直交する面上方向の屈折率である。
前記のように高い位相差を有するフィルムは業界で公知になっており、このようなフィルムは光学的に大きな非等方性はもちろん、製造過程での高延伸などによって機械的物性も大きな非対称性を示す。業界で公知になっている前記位相差フィルムの代表的な例としては、PET(poly(ethylene terephthalate))フィルムなどのようなポリエステルフィルムなどがあり得る。
本出願の光変調デバイスで、前記第1および第2高分子フィルム基板は、前記第1および第2高分子フィルム基板の遅相軸が特定の位置関係を有するようにデバイス内に含まれ得る。一例示において、前記第1および第2高分子フィルム基板は相互の遅相軸が水平となるように配置されていてもよい。
前記のような面上位相差を有する第1および第2高分子フィルム基板を、前記高分子フィルム基板の遅相軸が前記のような範囲を有するように配置することによって、前述した四角形の隔壁形態のスペーサーなどとの組み合わせを通じて優秀な透過度可変効果を示しながらも、遮断モードでの光漏洩が効果的に制御された光変調デバイスを提供することができる。
本出願の第1および第2高分子フィルム基板は例えば、前記高分子フィルム基板の一面にそれぞれ第1および/または第2偏光層を含むことができる。本明細書で偏光層は自然光または非偏光を偏光に変化させる素子を意味し得る。一つの例示において、前記偏光層は線偏光層であり得る。本明細書で線偏光層は選択的に透過する光がいずれか一方向に振動する線偏光であり、選択的に吸収または反射する光が前記線偏光の振動方向と直交する方向に振動する線偏光である場合を意味する。すなわち、前記線偏光子は面方向に直交する透過軸および吸収軸または反射軸を有することができる。
前記偏光層は吸収型偏光層または反射型偏光層であり得る。前記吸収型偏光層としては、例えば、PVA(本明細書でPVAはpolyvinyl alcoholを意味する)延伸フィルムなどのような高分子延伸フィルムにヨウ素を染着した偏光層または配向された状態で重合された液晶をホストとし、前記液晶の配向に沿って配列された異方性染料をゲストとするゲスト-ホスト型偏光層を使うことができるが、これに制限されるものではない。前記反射型偏光層としては、例えば、いわゆるDBEF(Dual Brightness Enhancement Film)として公知になっている反射型偏光層やLLC(Lyotropic liquid crystal)のような液晶化合物をコーティングして形成される反射型偏光層を使うことができるが、これに制限されるものではない。
一つの例示において、前記第1偏光層および第2偏光層の吸収軸が互いに水平または垂直となるように配置され得る。本出願の光変調デバイスはこのような配置を通じて特に遮断モードでの光漏洩およびヘイズが制御され、暗状態を効果的に具現することができる光変調デバイスを提供することができる。
本出願の光変調デバイスは、例えば、遮断モードの時の透過率が60%以下であり得る。本明細書で前記透過率は下記の評価例1によって測定された透過率を意味し得る。前記遮断モードの時の透過率は他の例示において、55%以下、50%以下、45%以下、40%以下、35%以下、30%以下、25%以下、20%以下、15%以下、10%以下、5%以下、4%以下、3%以下、2%以下、1%以下、0.9%以下、0.8%以下、0.7%以下、0.6%以下、0.5%以下、0.4%以下、0.39%以下、0.38%以下、0.37%以下、0.36%以下、0.35%以下、0.34%以下、0.33%以下、0.32%以下、0.31%以下、0.30%以下、0.29%以下または0.28%以下であり得る。遮断モードでは透過率が低いほど有利であるため、遮断モード状態の透過率の下限は特に制限されず、一例示で前記遮断モード状態での透過度の下限は約0%であり得る。
本出願の光変調デバイスは例えば、透過モードの時の透過率が20%以上であり得る。本明細書で前記透過率は下記の評価例1によって測定された透過率を意味し得る。前記透過モードの時の透過率は他の例示において、21%以上、22%以上、23%以上、24%以上、25%以上、26%以上または27%以上程度であり得る。透過モードでの透過率は高いほど有利であるため透過モード状態の透過率の上限は特に制限されず、一例示で前記透過モード状態での透過率の上限は約100%であり得る。
本出願の光変調デバイスは例えば、前記透過モードと遮断モード状態での透過率の差が、15%以上、16%以上、17%以上、18%以上、19%以上、20%以上、21%以上、22%以上、23%以上、24%以上、25%以上、26%以上または27%以上であり得、90%以下、85%以下、80%以下、75%以下、70%以下、65%以下、60%以下、55%以下、50%以下、45%以下、40%以下、35%以下または30%以下であり得る。
前記透過率は、例えば、直進光透過率であり得る。直進光透過率は、前記光変調デバイスに入射した光に対して前記入射方向と同一方向に透過した光の比率の百分率であり得る。例えば、前記デバイスがフィルムまたはシート状であれば、前記フィルムまたはシート表面の法線方向と並んでいる方向に入射した光のうち、同様に前記法線方向と並んでいる方向に前記デバイスを透過した光の百分率を前記透過率として定義することができる。
前記透過率または反射率は、それぞれ可視光領域、例えば、約400nm~700nmまたは約380nm~780nmの範囲内のいずれか一つの波長に対する透過率または反射率であるか、前記可視光領域全体に対する透過率または反射率であるか、前記可視光領域全体に対する透過率または反射率のうち最大または最小透過率または反射率であるか、前記可視光領域内の透過率の平均値または反射率の平均値であり得る。また、他の例示において、前記透過率は約550nm波長の光に対する透過率であり得る。
本出願の光変調デバイスは、また、遮断モードの時の、ヘイズ(haze)が約60%以下であり得る。他の例示において、約55%以下、約50%以下または約45%以下であるか、約1%以上、5%以上、10%以上、15%以上、20%以上、25%以上、30%以上、35%以上または40%以上であり得る。また、本出願の光変調デバイスは例えば、透過モードの時のヘイズ(haze)が約0.1%~10%の範囲内であり得る。他の例示において、約0.5%以上、1.0%以上、1.5%以上、1.6%以上、1.7%以上、1.8%以上または1.9%以上であるか、9%以下、8%以下、7%以下、6%以下、5%以下、4%以下、3%以下または2%以下であり得る。
本出願で前記第2高分子フィルム基板の第1面には例えば、液晶配向膜が形成されていてもよい。前記液晶配向膜は、前記光変調層内の液晶の初期配向を決定するために使われ得る。この時、適用される液晶配向膜の種類は特に制限されず、例えば、公知のラビング配向膜または光配向膜であり得る。
配向方向はラビング配向膜の場合はラビング方向、光配向膜である場合は照射される偏光の方向であり得るが、このような配向方向は線形偏光層を使った検出方式で確認することができる。例えば、本出願の光変調層がTN(Twisted Nematic)モードなどのようなツイスト配向モードである場合に一面に線形偏光層を配置し、その偏光層の吸収軸を変更して透過率を測定すると、前記吸収軸または透過軸と液晶配向膜の配向方向が一致する場合に透過率が低くなる傾向を示すが、適用された液晶化合物の屈折率異方性などを反映したシミュレーションを通じて配向方向を確認することができる。本出願の光変調層のモードによって配向方向を確認する方式は公知である。
本出願の光変調デバイスは、例えば、前記第1高分子フィルム基板の一面に接着剤層または粘着剤層が形成されていてもよい。一つの例示において、前記接着剤層または粘着剤層は垂直配向力を有する接着剤または粘着剤を含むことができる。本明細書で用語垂直配向力を有する接着剤または粘着剤は液晶分子に対する垂直配向力および接着力(または粘着力)をともに有する物質を意味し得る。
一つの例示において、垂直配向力を有する接着剤または粘着剤は第1高分子フィルム基板の表面および第2高分子フィルム基板の表面のうち少なくとも一つの表面に形成されていてもよい。本出願の一実施形態によると、第1高分子フィルム基板の一面に垂直配向力を有する接着剤または粘着剤が存在し、第2高分子フィルム基板の一面に液晶配向膜が形成されていてもよい。
本出願で垂直配向力を有する接着剤または粘着剤としては、例えば、シリコーン(Silicone)接着剤を使うことができる。前記シリコーン接着剤としては硬化性シリコーン化合物を含む組成物の硬化物を使うことができる。硬化性シリコーン化合物であればその表面特性上垂直配向能が現れ得るため、公知になっているシリコーン接着剤または粘着剤のうち適切な種類を選択することができる。例えば加熱硬化性シリコーン化合物または紫外線硬化型シリコーン化合物を使うことができる。
本出願の一つの例示において、前記硬化性シリコーン化合物は付加硬化型シリコーン化合物であり、(1)分子中に2個以上のアルケニル基を含有するオルガノポリシロキサンおよび(2)分子中に2個以上のケイ素結合水素原子を含有するオルガノポリシロキサンを含むことができる。前記のようなシリコーン化合物は、例えば、後述する触媒の存在下で、付加反応によって硬化物を形成することができる。
前記で(1)オルガノポリシロキサンは、シリコーン硬化物を構成する主成分として、1分子のうち少なくとも2個のアルケニル基を含むことができる。この時、アルケニル基の具体的な例には、ビニル基、アリル基、ブテニル基、ペンテニル基、ヘキセニル基またはヘプテニル基などが含まれ得、このうちビニル基が好ましいが、これに制限されるものではない。前記(1)オルガノポリシロキサンで、前述したアルケニル基の結合位置は特に限定されない。例えば、前記アルケニル基は分子鎖の末端および/または分子鎖の側鎖に結合されていてもよい。また、前記(1)オルナゴポリシロキサンで、前述したアルケニルの他に含まれ得る置換基の種類としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基またはヘプチル基などのアルキル基;フェニル基、トリル基、キシリル基またはナフチル基などのアリール基;ベンジル基またはペネンティル基などのアラルキル基;クロロメチル基、3-クロロプロピル基または3,3,3-トリフルオロプロピル基などのハロゲン置換アルキル基などが挙げられ、このうちメチル基またはフェニル基が好ましいがこれに制限されるものではない。
前記(1)オルガノポリシロキサンの分子構造は特に限定されず、例えば、直鎖状、分枝状、環状、網状または一部が分枝状をなす直鎖状などのように、いかなる形状を有してもよい。本出願では前記のような分子構造のうち特に直鎖状の分子構造を有することが好ましいが、これに制限されるものではない。一方、本発明では硬化物のハードネス(hardness)および屈折率の観点で前記(1)オルガノポリシロキサンとして、分子構造中にアリール基またはアラルキル基のような芳香族基を含有するオルガノポリシロキサンを使うことが好ましいが、必ずしもこれに制限されるものではない。
本出願で使用できる前記(1)オルガノポリシロキサンのより具体的な例としては、分子鎖両末端トリメチルシロキサン基封鎖ジメチルシロキサン-メチルビニルシロキサン共重合体、分子鎖両末端トリメチルシロキサン基封鎖メチルビニルポリシロキサン、分子鎖両末端トリメチルシロキサン基封鎖ジメチルシロキサン-メチルビニルシロキサン-メチルフェニルシロキサン共重合体、分子鎖両末端ジメチルビニルシロキサン基封鎖ジメチルポリシロキサン、分子鎖両末端ジメチルビニルシロキサン基封鎖メチルビニルポリシロキサン、分子鎖両末端ジメチルビニルシロキサン基封鎖ジメチルシロキサン-メチルビニルシロキサン共重合体、分子鎖両末端ジメチルビニルシロキサン基封鎖ジメチルシロキサン-メチルビニルシロキサン-メチルフェニルシロキサン共重合体、(R1)SiO1/2で表示されるシロキサン単位と(R1)R2SiO1/2で表示されるシロキサン単位とSiO4/2で表示されるシロキサン単位を含むオルガノポリシロキサン共重合体、(R1)R2SiO1/2で表示されるシロキサン単位とSiO4/2で表示されるシロキサン単位を含むオルガノポリシロキサン共重合体、R1R2SiO2/2で表示されるシロキサン単位とR1SiO3/2で表示されるシロキサン単位またはR2SiO3/2で表示されるシロキサン単位を含むオルガノポリシロキサン共重合体および前記のうち2以上の混合物を挙げることができるが、これに制限されるものではない。前記で、R1はアルケニル基以外の炭化水素基であって、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基またはヘプチル基などのアルキル基;フェニル基、トリル基、キシリル基またはナフチル基などのアリール基;ベンジル基またはペネンティル基などのアラルキル基;クロロメチル基、3-クロロプロピル基または3,3,3-トリフルオロプロピル基などのハロゲン置換アルキル基などであり得る。また、前記でR2はアルケニル基であって、具体的には、ビニル基、アリル基、ブテニル基、ペンテニル基、ヘキセニル基またはヘプテニル基などであり得る。
本発明の一態様で、前記(1)オルガノポリシロキサンは25℃での粘度が50~500,000CP(centipoise)、好ましくは400~100,000CPであり得る。前記粘度が50CP未満であると、シリコーン化合物の硬化物の機械的強度が低下し得、500,000CPを超過すると、取り扱い性または作業性が低下するおそれがある。
前記付加硬化型シリコーン化合物で、(2)オルガノポリシロキサンは前記(1)オルガノポリシロキサンを架橋させる役割を遂行することができる。前記(2)オルガノポリシロキサンで、水素原子の結合位置は特に限定されず、例えば、分子鎖の末端および/または側鎖に結合されていてもよい。また、前記(2)オルガノポリシロキサンで、前記ケイ素結合水素原子の他に含まれ得る置換基の種類は特に限定されず、例えば、(1)オルガノポリシロキサンで言及したような、アルキル基、アリール基、アラルキル基またはハロゲン置換アルキル基などが挙げられ、このうちメチル基またはフェニル基が好ましいか、これに制限されるものではない。
一方、(2)オルガノポリシロキサンの分子構造は特に限定されず、例えば、直鎖状、分枝状、環状、網状または一部が分枝状をなす直鎖状などのように、いかなる形状を有してもよい。本発明では前記のような分子構造のうち特に直鎖状の分子構造を有することが好ましいか、これに制限されるものではない。
本発明で使用できる前記(2)オルガノポリシロキサンのより具体的な例としては、分子鎖両末端トリメチルシロキサン基封鎖メチルハイドロジェンポリシロキサン、分子鎖両末端トリメチルシロキサン基封鎖ジメチルシロキサン-メチルハイドロジェン共重合体、分子鎖両末端トリメチルシロキサン基封鎖ジメチルシロキサン-メチルハイドロジェンシロキサン-メチルフェニルシロキサン共重合体、分子鎖両末端ジメチルハイドロジェンシロキサン基封鎖ジメチルポリシロキサン、分子鎖両末端ジメチルハイドロジェンシロキサン基封鎖ジメチルシロキサン-メチルフェニルシロキサン共重合体、分子鎖両末端ジメチルハイドロジェンシロキサン基封鎖メチルフェニルポリシロキサン、(R1)SiO1/2で表示されるシロキサン単位と(R1)HSiO1/2で表示されるシロキサン単位とSiO4/2で表示されるシロキサン単位を含むオルガノポリシロキサン共重合体、(R1)HSiO1/2で表示されるシロキサン単位とSiO4/2で表示されるシロキサン単位を含むオルガノポリシロキサン共重合体、R1HSiO2/2で表示されるシロキサン単位とR1SiO3/2で表示されるシロキサン単位またはHSiO3/2で表示されるシロキサン単位を含むオルガノポリシロキサン共重合体および前記のうち2以上の混合物を挙げることができるが、これに制限されるものではない。前記で、R1はアルケニル基以外の炭化水素基であって、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基またはヘプチル基などのアルキル基;フェニル基、トリル基、キシリル基またはナフチル基などのアリール基;ベンジル基またはペネンティル基などのアラルキル基;クロロメチル基、3-クロロプロピル基または3,3,3-トリフルオロプロピル基などのハロゲン置換アルキル基などであり得る。
本出願で、例えば、前記(2)オルガノポリシロキサンは25℃での粘度が1~500,000CP(centipoise)、好ましくは5~100,000CPであり得る。前記粘度が1CP未満であると、シリコーン化合物の硬化物の機械的強度が低下するおそれがあり、500,000CPを超過すると、取り扱い性または作業性が低下するおそれがある。
本出願で、前記(2)オルガノポリシロキサンの含量は、適切な硬化がなされ得る程度に含まれるのであれば特に限定されない。例えば、前記(2)オルガノポリシロキサンは、前述した(1)オルガノポリシロキサンに含まれるアルケニル基一つに対して、ケイ素結合水素原子が0.5~10個となる量で含まれ得る。前記ケイ素原子結合水素原子の個数が0.5個未満であると硬化性シリコーン化合物の硬化が不充分になされるおそれがあり、10個を超過すると硬化物の耐熱性が低下するおそれがある。一方、本発明では、硬化物のハードネス(hardness)および屈折率の観点で、前記(2)オルガノポリシロキサンとして、分子構造中にアリール基またはアラルキル基のような芳香族基を含有する(2)オルガノポリシロキサンを使うことが好ましいが、必ずしもこれに制限されるものではない。
本出願で、前記付加硬化型シリコーン化合物は、硬化のための触媒として、白金または白金化合物を追加で含むことができる。このような、白金または白金化合物の具体的な例としては、白金微細粉末、白金黒、白金担持シリカ微細粉末、白金担持活性炭、塩化白金酸、四塩化白金、塩化白金酸のアルコール溶液、白金とオレフィンの錯体、白金と1,1,3,3-テトラメチル-1,3-ジビニルジシロキサンなどのアルケニルシロキサンとの錯体、これら白金または白金化合物を含有する粒径が10μm未満である熱可塑性樹脂微細粉末(ポリスチレン樹脂、ナイロン樹脂、ポリカーボネート樹脂、シリコーン樹脂など)が挙げられるが、これに制限されるものではない。
本発明の付加硬化型シリコーン化合物内に前述した触媒の含量は特に制限されず、例えば、全体化合物のうち重量単位で0.1~500ppm、好ましくは1~50ppmの量で含まれ得る。前記触媒の含量が0.1ppm未満であると組成物の硬化性が低下するおそれがあり、500ppmを超過すると経済性が低下するおそれがある。
本出願で、前記付加硬化型シリコーン化合物は、その貯蔵安定性、取り扱い性および作業性向上の観点で、3-メチル-1-ブチン-3-オール、3,5-ジメチル-1-ヘキシン-3-オール、フェニルブチンオールなどのアルキンアルコール;3-メチル-3-ペンテン-1-イン、3,5-ジメチル-3-ヘキセン-1-インなどのエンイン(enyne)化合物;1,2,5,7-テトラメチル-1,3,5,7-テトラビニルシクロテトラシロキサン、1,3,5,7-テトラメチル-1,3,5,7-テトラヘキセニルシクロテトラシロキサン、ベンゾトリアゾールなどの硬化抑制剤を追加で含むことができる。前記硬化抑制剤の含量は、発明の目的を害しない範囲で適切に選択され得、例えば、重量基準として10ppm~50,000ppmの範囲で含まれ得る。
本出願で、前記シリコーン化合物は、縮合硬化型シリコーン化合物として、例えば(a)アルコキシ基含有シロキサンポリマー;および(b)水酸基含有シロキサンポリマーを含むことができる。
本発明で使われ得る前記(a)シロキサンポリマーは、例えば、下記の化学式1で表示される化合物であり得る。
[化学式1]
SiO(OR
前記式でRおよびRは、それぞれ独立的に、水素原子または置換または非置換された1価炭化水素基を表し、Rはアルキル基を表し、R、RおよびRがそれぞれ複数個存在する場合には互いに同一または異なり得、aおよびbはそれぞれ独立的に0以上、1未満の数を表し、a+bは0超過、2未満の数を表し、cは0超過、2未満の数を表し、dは0超過、4未満の数を表し、a+b+c×2+dは4である。
本発明ではまた、前記化学式1で表示されるシロキサンポリマーがゲル透過クロマトグラフィーで測定した、ポリスチレン換算の重量平均分子量が1,000~100,000、好ましくは1,000~80,000、より好ましくは1,500~70,000であり得る。(a)シロキサンポリマーの重量平均分子量が前記範囲内にあることによって、シリコーン硬化物の形成時にクラックなどの不良を起こさず、良好な硬化物を得ることができる。
前記化学式1の定義で、1価炭化水素基は、例えば、炭素数1~8のアルキル基、フェニル基、ベンジル基またはトリル基などであり得、このとき炭素数1~8のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基またはオクチル基などであり得る。また、前記化学式1の定義で、1価炭化水素基は、例えば、ハロゲン、アミノ基、メルカプト基、イソシアネート基、グリシジル基、グリシドキシ基またはウレイド基などの公知の置換基で置換されていてもよい。また、前記化学式1の定義で、Rのアルキル基の例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基またはブチル基などが挙げられる。このようなアルキル基のうちメチル基またはエチル基などが好ましいが、これに制限されるものではない。
本発明では、前記化学式1のポリマーのうち、分枝状または3次架橋されたシロキサンポリマーを使うことが好ましい。また、この(a)シロキサンポリマーには、本発明の目的を損傷させない範囲内で、具体的には、脱アルコール反応を阻害しない範囲内で水酸基が残存していてもよい。
前記のような(a)シロキサンポリマーは、例えば、多官能のアルコキシシランまたは多官能クロロシランなどを加水分解および縮合させることによって製造することができる。この分野の平均的な技術者は、目的とする(a)シロキサンポリマーに応じて適切な多官能アルコキシシランまたはクロロシランを容易に選択することができ、それを使った加水分解および縮合反応の条件も容易に制御することができる。一方、前記(a)シロキサンポリマーの製造時には、目的に応じて、適切な1官能のアルコキシシランを併用してもよい。
前記のような(a)シロキサンポリマーとしては、例えば、信越シリコーン社のX40-9220またはX40-9225、GE東レシリコーン社のXR31-B1410、XR31-B0270またはXR31-B2733などのような、市販されているオルガノシロキサンポリマーを使うことができる。一方、本発明では、硬化物のハードネス(hardness)および屈折率の観点で、前記(a)オルガノポリシロキサンとして、分子構造中にアリール基またはアラルキル基のような芳香族基を含有する(a)オルガノポリシロキサンを使うことが好ましいが、必ずしもこれに制限されるものではない。一方、前記縮合硬化型シリコーン化合物に含まれる、(b)水酸基含有シロキサンポリマーとしては、例えば、下記の化学式2で表示される化合物を使うことができる。
[化学式2]
Figure 0007283022000001
前記化学式2で、RおよびRはそれぞれ独立的に、水素原子または置換または非置換された1価の炭化水素基を表し、RおよびRがそれぞれ複数存在する場合には、前記は互いに同一または異なり得、nは5~2,000の整数を表す。
前記化学式2の定義で、1価炭化水素基の具体的な種類としては、例えば、前述した化学式1の場合と同一の炭化水素基を挙げることができる。
本発明で、前記化学式2のシロキサンポリマーは、ゲル透過クロマトグラフィーで測定したポリスチレン換算重量平均分子量が500~100,000、好ましくは1,000~80,000、より好ましくは1,500~70,000であり得る。(b)シロキサンポリマーの重量平均分子量が前記範囲内にあることによって、シリコーン硬化物の形成時にクラックなどの不良を起こさず、良好な硬化物を得ることができる。
前記のような(b)シロキサンポリマーは、例えば、ジアルコキシシランおよび/またはジクロロシランなどを加水分解および縮合させることによって製造することができる。この分野の平均的な技術者は、目的とする(b)シロキサンポリマーに応じて適切なジアルコキシシランまたはジクロロシランを容易に選択することができ、それを使った加水分解および縮合反応の条件も容易に制御することができる。前記のような(b)シロキサンポリマーとしては、例えば、GE東レシリコーン社のXC96-723、YF-3800、YF-3804などのような、市販されている2官能オルガノシロキサンポリマーを使うことができる。一方、本発明では、硬化物のハードネス(hardness)および屈折率の観点で、前記(1)オルガノポリシロキサンとして、分子構造中にアリール基またはアラルキル基のような芳香族基を含有する(1)オルガノポリシロキサンを使うことが好ましいが、必ずしもこれに制限されるものではない。
垂直配向力を有する接着剤または粘着剤のタイプは特に制限されず、目的とする用途に応じて適切に選択され得、例えば固相の接着剤(または粘着剤)、半固相の接着剤(または粘着剤)、弾性接着剤(または粘着剤)または液相の接着剤(または粘着剤)を適切に選択して使うことができる。固相の接着剤(または粘着剤)、半固相の接着剤(または粘着剤)または弾性接着剤(または粘着剤)はいわゆる減圧性接着剤(PSA;Pressure Sensitive Adhesive)と呼称され得、接着(または粘着)対象が合着される前に硬化され得る。液相の接着剤はいわゆる光学透明レジン(OCR;OpticalClear Resin)と呼称され得、接着(または粘着)対象が合着された後に硬化され得る。本出願で、例えば、垂直配向力を有するPSAタイプの接着剤または粘着剤としてポリジメチルシロキサン接着剤(または粘着剤)(Polydimethyl siloxane adhesive)またはポリメチルビニルシロキサン接着剤(または粘着剤)(Polymethylvinyl siloxane adhesive)を使用することができ、垂直配向力を有するOCRタイプの接着剤(または粘着剤)としてアルコキシシリコーン接着剤(または粘着剤)(Alkoxy silicone adhesive)を使うことができるが、これに制限されるものではない。
前記のような配置下で前記のような特性を有する接着剤層または粘着剤層を含むことによって優秀な接着力を有しながらも特に遮断モードでの光漏洩および/またはヘイズが効果的に制御されて優秀な光学特性を示すことができる光変調デバイスを提供することができる。
本出願の一つの例示において、前記のように垂直配向力を有する接着剤層または粘着剤層が第1高分子フィルム基板の一面に形成されている場合、前記第1高分子フィルム基板には液晶配向膜が形成されていなくてもよい。
このように、公知の垂直配向膜と垂直配向能を有する接着剤または粘着剤によって形成される液晶化合物の配向は、垂直配向時には光漏洩を効果的に抑制し、水平配向時には正面光の吸収を最小化するようにすることができる。
本出願の光変調デバイスは、本出願の効果を妨害しない限り、前記第1および第2高分子フィルム基板の一面にそれぞれ導電層をさらに含むことができる。一つの例示において、図2のように接着剤層(または粘着剤層)103と第1高分子フィルム基板101の間および液晶配向膜203と第2高分子フィルム基板201の間にそれぞれ導電層500が形成されていてもよい。
前記導電層は光変調層の整列状態を転換できるように光変調層に適切な電界を印加することができる。前記電界の方向は垂直または水平方向、例えば、光変調層の厚さ方向または面方向であり得る。
前記導電層は例えば、透明伝導性層であり得、前記透明伝導性層は例えば、伝導性高分子、伝導性金属、伝導性ナノワイヤーまたはITO(Indium Tin Oxide)等の金属酸化物などを蒸着して形成され得る。その他にも透明伝導性層を形成できる多様な素材および形成方法が公知になっており、これを制限なく適用することができる。
その他の構成として、本出願の効果を妨害しない限り、ハードコーティング層、反射防止層、NIR(Near-Infrared)遮断(cut)機能の染料を含む層などの公知の構成を追加で含むことができる。
前記のような光変調デバイスは多様な用途で適用され得る。光変調デバイスが適用され得る用途には、ウインドウまたはサンルーフなどのような建物、容器または車両などを含む密閉された空間の開口部やアイウェア(eyewear)等や建具用、OLED(organic light emitting device)の遮光板などが例示され得る。前記でアイウェアの範囲には、一般的なメガネ、サングラス、スポーツ用ゴーグルまたはヘルメットまたは仮想現実または増強現実体験用機器などのようなウェアラブル機器など、観察者がレンズを通じて外部を観察できるように形成されたすべてのアイウェアが含まれ得る。
本出願の光変調デバイスが適用され得る代表的な用途には車両用サンルーフがあり得る。
一つの例示において、前記光変調デバイスは、それ自体として車両用サンルーフであり得る。例えば、少なくとも一つ以上の開口部が形成されている車体を含む自動車において前記開口部に装着された前記光変調デバイスまたは車両用サンルーフを装着して使われ得る。
サンルーフは、車両の天井に存在する固定されたまたは作動(ベンティングまたはスライディング)する開口部(opening)であって、光または新鮮な空気が車両の内部に流入するようにする機能をすることができる装置を通称する意味であり得る。本出願でサンルーフの作動方式は特に制限されず、例えば、手動で作動するかまたはモータで駆動することができ、サンルーフの形状、大きさまたはスタイルは目的とする用途に応じて適切に選択され得る。例えば、サンルーフは作動方式によりポップアップタイプサンルーフ、スポイラー(tile & slide)タイプサンルーフ、インビルトタイプサンルーフ、フォールディングタイプサンルーフ、トップマウントタイプサンルーフ、パノラミックループシステムタイプサンルーフ、除去可能なループパネル(t-topsまたはtarga roofts)タイプサンルーフまたはソーラータイプサンルーフなどが例示され得るがこれに制限されるものではない。
本出願の例示的なサンルーフは本出願の前記光変調デバイスを含むことができ、この場合、光変調デバイスに対する具体的な事項は前記光変調デバイスの項目で記述した内容が同一に適用され得る。
本出願では本出願はスペーサーの形態および配置などを適切に制御してセルギャップが適切に維持されて透過率可変特性、ヘイズ特性などをはじめとする光学特性が優秀でありながらも、遮断モードで全方位光漏洩が効果的に制御されて多様な用途で適用可能な光変調デバイスを提供することができる。
本出願の例示的な光変調デバイスの模式図である。 本出願の例示的な光変調デバイスの模式図である。 例示的な光変調デバイスの模式図である。 屈折率異方性を評価するための方法を示す図面である。 実施形態1の光変調デバイスに対する遮断モードでの光漏洩評価結果を図示したものである。 比較例1の光変調デバイスに対する遮断モードでの光漏洩評価結果を図示したものである。
以下、実施形態を通じて本出願を具体的に説明するが、本出願の範囲は下記の実施形態によって制限されるものではない。
評価例1:透過率およびヘイズ評価
上部基板および下部基板の導電層(図2の500)それぞれにAC電源を連結して駆動させて印加された電圧による透過率およびヘイズをヘイズメーター(NDH5000SP、セコス社)を用いて、ASTM D1003規格に沿って測定した。
具体的には、積分球内の測定対象に380nm~780nm波長の光を入射させると、入射した光は測定対象によって拡散光(DT、拡散して出光した光の和)と直進光(PT、拡散光を排除した正面方向の出光)に分離される。前記拡散光と直進光を積分球内で受光素子に集光させてそれぞれ測定することができる。すなわち、前記過程によって全体の透過光TTは前記拡散光DTと直進光PTの総和(DT+PT)で規定され、ヘイズは前記全体の透過光TTに対する拡散光DTの100分率(100×(DT/TT))で規定される。前記全体の透過光は全体の透過率を意味する。
評価例2:高分子フィルム基板の面上位相差の評価
高分子フィルム基板の面上位相差(Rin)はAgilent社のUV/VIS spectroscope 8453装備を利用して測定した(550nm波長基準)。UV/VIS spectroscopeに2枚の偏光子を透過軸が互いに直交するように設置し、前記2枚の偏光子間に高分子フィルム基板をその遅相軸が2枚の偏光子の透過軸とそれぞれ45度をなすように位置させた後、波長による透過度を測定した。波長による透過度グラフで各ピーク(peak)の位相遅延次数(Phase retardation order)を求めた。波長による透過度グラフで波形は下記の数式Aを満足し、サイン(Sine)波形で最大ピーク(Tmax)条件は下記の数式Bを満足する。数式Aでλmaxである場合、数式AのTと数式BのTは同一であるため数式を展開する。n+1、n+2およびn+3に対しても数式を展開し、nとn+1の数式を整理してRを消去してnをλnおよびλn+1の数式に整理すると、下記の数式Cが導き出される。数式AのTと数式BのTが同一であることに基づいてnとλが分かるため、各λn、λn+1、λn+2およびλn+3に対してRを求める。4ポイントに対して波長によるR値の直線趨勢線を求めて数式550nmに対するR値を算定する。直線趨勢線の関数はY=ax+bであり、aおよびbは定数である。前記関数のxに550nmを代入した時のY値が550nm波長の光に対するRin値である。
[数式A]
T=sin2[(2πR/λ)]
[数式B]
T=sin2[((2n+1)π/2)]
[数式C]
n=(λn-3λn+1)/(2λn+1+1-2λn)
前記でRは面上位相差(Rin)を意味し、λは波長を意味し、nはサイン波形の頂点の次数を意味する。
評価例3:光変調層の厚さ評価
光変調層の厚さ(cell gap)はスペーサーの高さと略一致するため、前記スペーサーの高さを測定装備(Optical profiler、Nano system社、Nano View-E1000)を使って確認し、これにより前記光変調層の厚さ(cell gap)を求めた。
評価例4:光変調層の屈折率異方性評価
光変調層の屈折率異方性(△n)はAbbe屈折計を使って次の方式で評価する。Abbe屈折計のMeasuring Prismとillumination Prismの面に垂直配向膜をコーティングし、測定しようとする液晶化合物をMeasuring Prismに塗布した後にillumination Prismで覆うと、二つの界面の垂直配向力により液晶化合物は垂直に配向される。前記過程で適用される液晶化合物は、二色性染料などの他の物質と混合されていない光変調層に適用される液晶化合物のみである。
その後、図4に示した通り、接眼レンズ側(grounded部)に線形偏光板を適用して光(light)を照射して観測すると、図4に示されたようなθおよびθを求めることができ、Measuring prismの屈折率(n)と前記角度(θおよびθ)を通じて異常屈折率(n=nsinθ)と正常屈折率(n=nsinθ)を求めることができ、その差(n-n)が屈折率異方性として規定され得る。前記測定時の基準波長は略550nmである。
実施形態1.
第1および第2高分子フィルム基板として、延伸PET(Polyethylene terephthalate)フィルム基板(厚さ:145μm、メーカー:SKC)を使ってデバイスを製造した。前記PETフィルム基板は550nm波長の光に対する面上位相差が約10,000nm~15,000nmの範囲内であった。
第1高分子フィルム基板の一面にまずITO(Indium Tin Oxide)膜(導電層)を蒸着した後、前記ITO膜上にシリコーン粘着剤(Shinetsu社、KR3700)をバーコーティングした後、約100℃で100分間硬化させて約10μm厚さの粘着剤層を形成した(第1基板)。
前記第2高分子フィルム基板の一面にまずITO(Indium Tin Oxide)膜(導電層)を蒸着し、前記ITO膜上にセルギャップ(Cell gap)維持のための正四角形の隔壁形態のスペーサー(ピッチ:350μm、高さ:8μm、線間幅:25.2μm、面積比率:13.9%)を形成した。この時、前記スペーサーを上部から観察した時に前記隔壁によって形成される閉図形である正四角形のそれぞれの辺が第1および第2高分子フィルム基板の遅相軸と水平または垂直となるように配置した。その後、光変調層(液晶層)の初期配向制御のために略100nm厚さのポリイミド系垂直配向膜(SE-5661LB3、Nissan社)を形成した後、ラビング布でラビング処理した。この時、ラビング方向は第2高分子フィルム基板の遅相軸に水平となるようにした(第2基板)。
引き続き、前記第1基板の粘着剤層と第2基板の配向膜が対向するように配置し(Cell gap:8μm)、その内部に液晶物質を注入した後にラミネーション工程を通じてデバイスを製作した。前記液晶物質としては、屈折率異方性(△n)が略0.094である負の誘電率異方性を有し、平均屈折率が1.58である液晶化合物(SHN-7002XX T12、JNC社)にキラルドーパント(S811、Merck社)を配合した組成物を使った。この時、前記キラルドーパントは前記液晶化合物100重量部に対して約0.5重量部配合して、キラルピッチ(chiral pitch)が略20μm程度となるようにした。
引き続き、前記第1高分子フィルム基板のITO膜(導電層)が形成されていない面に第1偏光層を付着し、前記第2高分子フィルム基板のITO膜(導電層)が形成されていない面に第2偏光層を付着した。前記第1および第2偏光層としてはPVAフィルムにヨウ素を吸着させて高温/延伸を通じて製作した一般的なPVA偏光層を使った。
前記配置時には第1および第2高分子フィルム基板の遅相軸方向は互いに平行となり、前記第1および第2高分子フィルム基板の遅相軸および第1偏光層の吸収軸が互いに平行となるようにし、前記第2偏光層の吸収軸は前記第1偏光層の吸収軸に対して垂直となるように配置した。
その結果、第1偏光層/第1高分子フィルム基板/ITO膜/粘着剤層/光変調層(液晶層)/配向膜/ITO膜/第2高分子フィルム基板/第2偏光層の構造を含む光変調デバイスが形成された。
前記のように形成された実施形態1の光変調デバイスに対して遮断モードでの光漏洩を評価して、その結果を表1および図5に示した。
比較例1.
第2高分子フィルム基板上に形成されたITO膜(導電層)の上に正六角形の形態のハニカム(Honeycomb)形態のスペーサー(ピッチ:379μm、高さ:8μm、線間幅:26.5μm、面積比率:13.5%)を形成したことを除いては、実施形態1と同一にして光変調デバイスを製作した。この場合、前記スペーサーを上部から観察した時に前記正六角形をなす各辺と第1および第2偏光層の吸収軸、第1および第2高分子フィルム基板の遅相軸がなす角度は略30度または60度となるようにした。
前記のように形成された比較例1の光変調デバイスに対して遮断モードでの光漏洩を評価して、その結果を表1および図6に示した。
比較例2.
第2高分子フィルム基板の一面に形成された正四角形の隔壁形態のスペーサーを上部から観察した時に前記隔壁によって形成される閉図形である正四角形のそれぞれの辺が第1および第2高分子フィルム基板の遅相軸と30度または60度をなすように配置したことを除いては実施形態1と同一にして光変調デバイスを製造した。
前記のように形成された比較例2の光変調デバイスに対して遮断モードでの光漏洩を評価して、その結果を表1に示した。
比較例3.
第2高分子フィルム基板の一面に形成された正四角形の隔壁形態のスペーサーを上部から観察した時に前記隔壁によって形成される閉図形である正四角形のそれぞれの辺が第1および第2高分子フィルム基板の遅相軸と45度をなすように配置したことを除いては実施形態1と同一にして光変調デバイスを製造した。
前記のように形成された比較例3の光変調デバイスに対して遮断モードでの光漏洩を評価して、その結果を表1に示した。
前記実施形態および比較例の光変調デバイスに対して測定した遮断モードおよび透過モードでのヘイズおよび透過率を比較すると、下記の表1の通りである。
Figure 0007283022000002

Claims (15)

  1. 第1面には接着剤層または粘着剤層が形成されており、第2面には第1偏光層が配置されている第1高分子フィルム基板と、第1面には液晶配向膜が形成されており、第2面には第2偏光層が配置されている第2高分子フィルム基板を含み、
    前記第1および第2高分子フィルム基板は相互の前記第1面が対向するように配置されており、前記対向するように配置された第1および第2高分子フィルム基板の間には液晶化合物を含む光変調層が存在し、
    前記対向するように配置された第1および第2高分子フィルム基板の間隔が四角形の隔壁スペーサーで維持されており、前記第1および第2高分子フィルム基板それぞれの遅相軸と前記四角形の隔壁スペーサーのそれぞれの辺のなす角度は互いに-25度~25度の範囲内であるか、65度~115度の範囲内である、光変調デバイス。
  2. 前記隔壁スペーサーは正四角形または長方形の隔壁スペーサーである、請求項1に記載の光変調デバイス。
  3. 前記第1および第2偏光層のそれぞれの吸収軸と前記四角形の隔壁スペーサーのそれぞれの辺のなす角度は互いに-25度~25度の範囲内であるか、65度~115度の範囲内である、請求項1または2に記載の光変調デバイス。
  4. 前記第1および第2偏光層の吸収軸が互いに垂直である、請求項1から3のいずれか一項に記載の光変調デバイス。
  5. 前記第1および第2高分子フィルム基板の遅相軸が互いに水平である、請求項1から4のいずれか一項に記載の光変調デバイス。
  6. 前記第1および第2高分子フィルム基板はそれぞれ550nm波長に対する面上位相差が500nm以上である、請求項1から5のいずれか一項に記載の光変調デバイス。
  7. 前記光変調層内の液晶化合物は初期配向が垂直配向であり、前記垂直配向の状態が外部信号の印加によって水平配向状態に変更されるように設計された、請求項1から6のいずれか一項に記載の光変調デバイス。
  8. 前記光変調層はキラルドーパントを追加で含む、請求項1から7のいずれか一項に記載の光変調デバイス。
  9. 前記光変調層の厚さが20μm以下である、請求項1から8のいずれか一項に記載の光変調デバイス。
  10. 前記接着剤層または前記粘着剤層は垂直配向力を有する接着剤を含む、請求項1から9のいずれか一項に記載の光変調デバイス。
  11. 前記垂直配向力を有する接着剤はシリコーン接着剤である、請求項10に記載の光変調デバイス。
  12. 前記垂直配向力を有する接着剤は固相の接着剤、半固相の接着剤、弾性接着剤または液相の接着剤である、請求項10に記載の光変調デバイス。
  13. 前記第1高分子フィルム基板には液晶配向膜が形成されていない、請求項1から12のいずれか一項に記載の光変調デバイス。
  14. 前記接着剤層または前記粘着剤層と前記第1高分子フィルム基板の間および前記液晶配向膜と前記第2高分子フィルム基板の間にはそれぞれ導電層が形成されている、請求項1から13のいずれか一項に記載の光変調デバイス。
  15. 一つ以上の開口部が形成されている車体;および前記開口部に装着された請求項1から14のいずれか一項に記載の光変調デバイスを含む、自動車。
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