KR102659147B1 - 액정셀 - Google Patents
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Abstract
본 출원은 액정셀 및 액정셀의 용도에 관한 것으로, 본 출원은 셀 갭이 적절히 유지되고 상부 기판과 하부 기판 기판의 우수한 접착력으로 인해 플렉서블 소자로의 구현에 유리하며, 원하는 초기 배향 모드를 용이하게 조절할 수 있는 액정셀을 제공할 수 있다. 이러한 액정셀은 스마트 윈도우, 윈도우 보호막, 플렉서블 디스플레이 소자, 3D 영상 표시용 액티브 리타더(active retarder) 또는 시야각 조절 필름 등과 같은 다양한 광변조 장치에 적용될 수 있다.
Description
본 출원은 액정셀에 관한 것이다.
플렉서블 기판을 사용하는 액정필름셀의 장기 안정성, 대면적 확장성을 위해서는 상부 기판과 하부 기판의 셀갭의 유지와 상부 기판과 하부 기판 간의 접착력을 부여하는 것이 중요하다.
비특허문헌 1은 한쪽 기판에 셀 갭 높이의 기둥 또는 벽 형태의 유기막 패턴을 형성하고 접착제를 이용하여 반대편 기판에 고정시키는 기술을 개시하고 있다. 그러나, 이러한 기술은 접착제가 기둥면 또는 벽면에만 위치해야 하는데 기둥면 또는 벽면에 접착제를 마이크로 스탬핑(Micro Stamping)하는 기술은 공정 난이도가 높으며, 접착제의 두께 및 면적의 컨트롤이 어렵고, 상하 기판 합착 시 접착제가 밖으로 밀려나올 가능성이 높으며, 접착제가 배향막 또는 액정 내로 오염될 우려가 있다.
"Tight Bonding of Two Plastic Substrates for Flexible LCDs", SID Symposium Digest, 38, pp. 653-656 (2007)
본 출원은 셀 갭이 적절히 유지되고 상부 기판과 하부 기판 기판의 우수한 접착력으로 인해 플렉서블 소자로의 구현에 유리하며, 원하는 초기 배향 모드를 용이하게 조절할 수 있는 액정셀 및 액정셀의 용도를 제공한다.
본 출원은 액정셀에 관한 것이다. 도 1 및 도 2는 각각 본 출원의 액정셀을 예시적으로 나타낸다. 본 출원의 액정셀은 상부 기재 필름(101) 및 상부 기재 필름(101)의 일면에 광학 투명 접착제층(200)을 포함하는 상부 기판을 포함할 수 있다. 본 출원의 액정셀은 액정 화합물(301)을 포함하는 액정층(300)을 포함할 수 있다. 본 출원의 액정셀은 하부 기재 필름(102) 및 하부 기재 필름(102)의 일면에 수평 배향막(400)을 포함하는 하부 기판을 포함할 수 있다. 본 출원의 액정셀은 상기 상부 기판, 액정층 및 하부 기판을 순차로 포함할 수 있다.
본 출원에 따르면 상부 기판에 종래의 수직 배향막 또는 수평 배향막 대신에 광학 투명 접착제층(Optically clear adhesive layer; OCA layer)을 사용함으로써 액정셀의 셀갭을 적절히 유지하고 상부 기판과 하부 기판 기판의 사이에 우수한 접착력을 나타낼 뿐만 아니라, 소정의 표면 에너지를 갖는 광학 투명 접착제층을 적용함으로써 원하는 초기 배향 모드를 구현할 수 있다.
광학 투명 접착제층은 액정 배향성 접착제층일 수 있다. 본 출원의 제 1 실시예에 따르면, 광학 투명 접착제층은 수평 배향성 접착제층일 수 있다. 본 출원의 제 2 실시예에 따르면, 광학 투명 접착제층은 수직 배향성 접착제층일 수 있다. 본 명세서에서 제 1 실시예와 제 2 실시예를 구분하지 않고 설명하는 경우, 제 1 실시예와 제 2 실시예에 공통적으로 적용되는 설명일 수 있다.
상부 기판과 하부 기판은 광학 투명 접착제층의 접착력에 의해 부착되어 있을 수 있다. 본 명세서에서 광학 투명 접착제은 가시광 영역, 예를 들어, 380 nm 내지 780 nm 파장에 대한 평균 투과도가 약 80% 이상, 85% 이상, 90% 이상 또는 95% 이상인 접착제를 의미할 수 있다.
광학 투명 접착제의 타입은 특별히 제한되지 않고, 목적하는 용도에 따라 적절히 선택될 수 있으며, 예를 들어 고상 접착제, 반고상 접착제, 탄성 접착제 또는 액정 접착제를 적절히 선택하여 사용할 수 있다. 고상 접착제, 반고상 접착제 또는 탄성 접착제는 소위 감압성 접착제(PSA; Pressure Sensitive Adhesive)로 호칭될 수 있으며, 접착 대상이 합착되기 전에 경화될 수 있다. 액상 접착제는 소위 광학 투명 레진(OCR; Optical Clear Resin)으로 호칭될 수 있으며, 접착 대상이 합착된 후에 경화될 수 있다.
본 출원의 제 1 실시예에 따르면, 상기 광학 투명 접착제층은 수평 배향성 접착제층일 수 있다. 본 명세서에서『수평 배향성 접착제층』은 인접하는 액정층 내에 존재하는 액정 화합물에 대한 수평 배향력을 부여함과 동시에 상부 기판과 하부 기판을 접착시킬 수 있는 접착력을 가지고 있는 접착제의 층을 의미할 수 있다.
본 출원의 제 1 실시예에 따르면, 광학 투명 접착제층의 표면 에너지는 19 mN/m 이상일 수 있다. 광학 투명 접착제층의 표면 에너지가 상기 범위 내인 경우 인접하는 액정층 내에 존재하는 액정 화합물에 대해 수평 배향력을 효과적으로 나타낼 수 있다. 광학 투명 접착제층의 표면 에너지의 상한은 예를 들어, 50 mN/m 이하일 수 있다. 표면 에너지가 상기 범위를 만족하는 광학 투명 접착제로는 예를 들어, 아크릴계 접착제층, 아크릴 물질과 실리콘 물질의 혼합물을 포함하는 접착제층, 일부 표면 에너지가 높은 실리콘계 접착제를 사용할 수 있다.
도 1은 본 출원의 제 1 실시예에 따른 액정셀을 예시적으로 나타낸다. 본 출원의 제 1 실시예에 따르면, 액정층(300)에 전압이 인가되지 않은 상태에서, 액정 화합물(301)은 수평 배향된 상태로 존재할 수 있다. 본 명세서에서 전압이 인가되지 않은 상태는 초기 상태로 호칭할 수 있다. 제 1 실시예의 액정셀을 초기 수평 배향 액정셀로 호칭할 수 있다.
본 명세서에서 『수평 배향 상태』는 액정층 내의 모든 액정 화합물의 방향자가 상기 액정층의 평면에 대하여 대략 평행하게 배열된 상태이고, 예를 들면, 상기 액정층의 평면에 대하여 상기 방향자가 이루는 각도는, 예를 들어, 약 -10도 내지 10도 또는 -5도 내지 5도의 범위 내이거나, 대략 약 0도를 이룰 수 있다.
본 명세서에서 액정 분자 또는 액정 화합물의 방향자는 액정층의 광축(Optical axis) 또는 지상축(Slow axis)을 의미할 수 있다. 상기 액정 분자의 방향자는 액정 분자가 막대(rod) 모양인 경우 장축 방향을 의미할 수 있고, 액정 분자가 원판(discotic) 모양인 경우 원판 평면의 법선 방향의 축을 의미할 수 있다. 액정층 내에 서로 방향자가 상이한 액정 화합물이 복수 존재하는 경우에 상기 방향자는 벡터합이다.
본 명세서에서 수평 배향 상태는 평면 배향 상태와 수평 트위스트 배향을 포함하는 의미일 수 있다.
본 명세서에서 『평면 배향 상태』는 액정층 내의 모든 액정 화합물의 방향자의 액정층 평면으로의 투영이 서로 평행하는 배향 상태를 의미할 수 있다.
본 명세서에서 『트위스트 배향 상태』는 액정층 내에서 액정 화합물들의 방향자가 가상의 나선축을 따라서 꼬이면서 층을 이루며 배향한 나선형의 구조를 의미할 수 있다. 상기 트위스트 배향 상태는, 수직, 수평 또는 경사 배향 상태에서 구현될 수 있는데, 즉, 수직 트위스트 배향 상태는 개개의 액정 화합물이 수직 배향된 상태로 나선축을 따라 꼬이면서 층을 이루는 상태이고, 수평 트위스트 배향 상태는 개개의 액정 화합물이 수평 배향된 상태로 나선축을 따라 꼬이면서 층을 이루는 상태이며, 경사 트위스트 배향 상태는 개개의 액정 화합물이 경사 배향된 상태로 나선축을 따라 꼬이면서 층을 이루는 상태이다.
본 출원의 제 1 실시예에 따르면, 전압이 인가되지 않은 상태에서, 상기 액정층의 수평 배향막 면에서의 틸트각과 광학 투명 접착제층 면에서의 틸트각은 각각 10도 이하일 수 있다. 본 명세서에서 틸트각은 액정 화합물의 방향자가 배향막 또는 접착제층과 수평한 면에 대하여 이루는 각도를 의미할 수 있다.
본 출원의 제 1 실시예에 따르면, 전압이 인가되지 않은 상태에서, 상기 액정층의 550 nm 파장에 대한 두께 방향 위상차는 50 nm 미만일 수 있다.
본 명세서에서 두께 방향 위상차(Rth)는 하기 수식 A로 계산된 값을 의미할 수 있다.
[수식 A]
Rth = d × (nz - ny)
수식 A에서 Rth은 두께 방향 위상차(nm)이고, d는 액정층의 두께이며, ny는 액정층의 진상축 방향의 굴절률이고, nz는 액정층의 두께 방향의 굴절률이다.
본 출원의 제 2 실시예에 따르면, 광학 투명 접착제는 수직 배향성 접착제일 수 있다. 본 명세서에서『수직 배향성 접착제층』은 인접하는 액정층 내에 존재하는 액정 화합물에 대한 수직 배향력을 부여함과 동시에 상부 기판과 하부 기판을 접착시킬 수 있는 접착력을 가지고 있는 접착제를 포함하는 층을 의미할 수 있다.
본 출원의 제 2 실시예에 따르면, 광학 투명 접착제층의 표면 에너지는 16 mN/m 이하일 수 있다. 광학 투명 접착제층의 표면 에너지가 상기 범위 내인 경우 인접하는 액정층 내에 존재하는 액정 화합물에 대해 수직 배향력을 효과적으로 나타낼 수 있다. 광학 투명 접착제층의 표면 에너지의 하한은 예를 들어, 5 mN/m 이상일 수 있다.
표면 에너지가 상기 범위를 만족하는 광학 투명 접착제로는 예를 들어, 실리콘계 접착제를 사용할 수 있다. 실리콘계 접착제는 경화성 실리콘 화합물을 포함하는 조성물의 경화물일 수 있다.
경화성 실리콘 화합물의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 가열 경화성 실리콘 화합물 또는 자외선 경화형 실리콘 화합물을 사용할 수 있다.
하나의 예시에서, 경화성 실리콘 화합물은 부가 경화형 실리콘 화합물일 수 있다.
구체적으로, 상기 부가 경화형 실리콘 화합물은 (1) 분자 중에 2개 이상의 알케닐기를 함유하는 오르가노폴리실록산 및 (2) 분자 중에 2개 이상의 규소결합 수소원자를 함유하는 오르가노폴리실록산 등이 예시될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 상기와 같은 실리콘 화합물은, 예를 들면, 후술하는 촉매의 존재 하에서, 부가 반응에 의하여 경화물을 형성할 수 있다.
본 출원에서 사용할 수 있는 상기 (1) 오르가노폴리실록산의 보다 구체적인 예로는, 분자쇄 양말단 트리메틸실록산기 봉쇄 디메틸실록산-메틸비닐실록산 공중합체, 분자쇄 양말단 트리메틸실록산기 봉쇄 메틸비닐폴리실록산, 분자쇄 양말단 트리메틸실록산기 봉쇄 디메틸실록산-메틸비닐실록산-메틸페닐실록산 공중합체, 분자쇄 양말단 디메틸비닐실록산기 봉쇄 디메틸폴리실록산, 분자쇄 양말단 디메틸비닐실록산기 봉쇄 메틸비닐폴리실록산, 분자쇄 양말단 디메틸비닐실록산기 봉쇄 디메틸실록산-메틸비닐실록산 공중합체, 분자쇄 양말단 디메틸비닐실록산기 봉쇄 디메틸실록산-메틸비닐실록산-메틸페닐실록산 공중합체, R1- 2SiO1/2로 표시되는 실록산 단위와 R1 2R2SiO1/2로 표시되는 실록산 단위와 SiO4/2로 표시되는 실록산 단위를 포함하는 오르가노폴리실록산 공중합체, R1 2R2SiO1/2로 표시되는 실록산 단위와 SiO4/2로 표시되는 실록산 단위를 포함하는 오르가노폴리실록산 공중합체, R1R2SiO2/2로 표시되는 실록산 단위와 R1SiO3/2로 표시되는 실록산 단위 또는 R2SiO3/2로 표시되는 실록산 단위를 포함하는 오르가노폴리실록산 공중합체 및 상기 중 2 이상의 혼합물을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기에서, R1은 알케닐기 외의 탄화수소기로서, 구체적으로는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기 또는 헵틸기 등의 알킬기; 페닐기, 톨릴기, 크실릴기 또는 나프틸기 등의 아릴기; 벤질기 또는 페넨틸기 등의 아랄킬기; 클로로메틸기, 3-클로로프로필기 또는 3,3,3-트리플루오로프로필기 등의 할로겐 치환 알킬기 등일 수 있다.
또한, 상기에서 R2는 알케닐기로서, 구체적으로는 비닐기, 알릴기, 부테닐기, 펜테닐기, 헥세닐기 또는 헵테닐기 등일 수 있다.
본 발명에서 사용할 수 있는 상기 (2) 오르가노폴리실록산의 보다 구체적인 예로는, 분자쇄 양말단 트리메틸실록산기 봉쇄 메틸하이드로젠폴리실록산, 분자쇄 양말단 트리메틸실록산기 봉쇄 디메틸실록산-메틸하이드로젠 공중합체, 분자쇄 양말단 트리메틸실록산기 봉쇄 디메틸실록산-메틸하이드로젠실록산-메틸페닐실록산 공중합체, 분자쇄 양말단 디메틸하이드로젠실록산기 봉쇄 디메틸폴리실록산, 분자쇄 양말단 디메틸하이드로젠실록산기 봉쇄 디메틸실록산-메틸페닐실록산 공중합체, 분자쇄 양말단 디메틸하이드로젠실록산기 봉쇄 메틸페닐폴리실록산, R1 3SiO1/2로 표시되는 실록산 단위와 R1 2HSiO1/2로 표시되는 실록산 단위와 SiO4/2로 표시되는 실록산 단위를 포함하는 오르가노폴리실록산 공중합체, R1 2HSiO1/2로 표시되는 실록산 단위와 SiO4/2로 표시되는 실록산 단위를 포함하는 오르가노폴리실록산 공중합체, R1HSiO2/2로 표시되는 실록산 단위와 R1SiO3/2로 표시되는 실록산 단위 또는 HSiO3/2로 표시되는 실록산 단위를 포함하는 오르가노폴리실록산 공중합체 및 상기 중 2 이상의 혼합물을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기에서, R1은 알케닐기 외의 탄화수소기로서, 구체적으로는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기 또는 헵틸기 등의 알킬기; 페닐기, 톨릴기, 크실릴기 또는 나프틸기 등의 아릴기; 벤질기 또는 페넨틸기 등의 아랄킬기; 클로로메틸기, 3-클로로프로필기 또는 3,3,3-트리플루오로프로필기 등의 할로겐 치환 알킬기 등일 수 있다.
도 2는 본 출원의 제 2 실시예에 따른 액정셀을 예시적으로 나타낸다. 본 출원의 제 2 실시예에 따르면, 액정층(300)에 전압이 인가되지 않은 상태에서, 액정 화합물(301)은 하이브리드 배향된 상태로 존재할 수 있다. 제 2 실시예의 액정셀을 초기 하이브리드 배향 액정셀로 호칭할 수 있다.
본 명세서에서 『하이브리드 배향 상태』는 액정층 내의 액정 화합물의 방향자가 액정층 평면에 대해 이루는 각도인 틸트각이 액정층의 두께 방향을 따라 점진적으로 증가하거나 또는 감소하는 배향 상태를 의미할 수 있다.
본 명세서에서 『하이브리드 배향 상태』는 하이브리드 트위스트 배향도 포함하는 의미일 수 있다. 하이브리드 트위스트 배향은 액정층 내의 액정 화합물의 틸트각이 두께 방향을 따라 점진적으로 증가하거나 또는 감소함과 동시에 액정층의 두께 방향과 평행하는 나선축을 따라 꼬이면서 층을 이루는 배향 상태를 의미할 수 있다.
본 출원의 제 2 실시예에 따르면, 하부 기판의 수평 배향막에 인접하는 액정 화합물의 틸트각은 최소 각도를 갖고 상부 기판의 광학 투명 접착제층에 인접하는 액정 화합물의 틸트각은 최대 각도를 가질 수 있다. 하나의 예시에서, 하부 기판의 수평 배향막에 인접하는 액정 화합물은 수평 배향된 상태로 존재할 수 있고, 상부 기판의 광학 투명 접착제층에 인접하는 액정 화합물은 수직 배향된 상태로 존재할 수 있다.
본 명세서에서 『수직 배향 상태』는 액정층 내의 액정 화합물의 방향자가 액정층의 평면에 대하여 대략 수직하게 배열된 상태이고, 예를 들면, 액정층의 평면에 대하여 상기 방향자가 이루는 각도는, 예를 들어, 약 80도 내지 100도 또는 85도 내지 95도의 범위 내이거나, 대략 약 90도를 이룰 수 있다.
본 출원의 제 2 실시예에 따르면, 전압이 인가되지 않은 상태에서, 상기 액정층의 수평 배향막 면에서의 틸트각은 10도 이하이고, 광학 투명 접착제층 면에서의 틸트각은 80도 내지 90도 범위 내일 수 있다.
본 출원의 제 2 실시예에 따르면, 전압이 인가되지 않은 상태에서, 상기 액정층의 550 nm 파장에 대한 두께 방향 위상차는 50 nm 이상일 수 있다. 상기 액정층의 550 nm 파장에 대한 두께 방향 위상차의 상한은 예를 들어, 400 nm 이하일 수 있다.
하부 기판은 하부 기재 필름의 일면에 수평 배향막을 포함할 수 있다. 수평 배향막과 액정층은 접하고 있을 수 있다. 본 명세서에서 『수평 배향막』은 인접하는 액정층 내에 존재하는 액정 화합물에 대한 수평 배향력을 부여하는 배향성 물질을 포함하는 층을 의미할 수 있다. 수평 배향막은 광학 투명 접착제층과 달리 상부 기판과 하부 기판을 접착시키는 접착력을 갖지 않을 수 있다. 하나의 예시에서, 수평 배향막은 도 1 또는 도 2의 액정셀의 상태에서 상부 기판에 대한 박리력이 0에 가까울 수 있다.
수평 배향막은 러빙 배향막 또는 광배향막일 수 있다. 배향막의 배향 방향은 러빙 배향막의 경우는 러빙 방향, 광배향막인 경우는 조사되는 편광의 방향일 수 있는데, 이러한 배향 방향은, 흡수형 선형 편광자를 사용한 검출 방식으로 확인할 수 있다. 구체적으로 투과도 가변층에 포함되는 액정 화합물을 수평 배향시킨 상태에서 상기 투과도 가변층의 일면에 흡수형 선형 편광자를 배치하고, 상기 편광자를 360도 회전시키면서 투과율을 측정함으로써 배향 방향을 확인할 수 있다. 상기 상태에서 투과도 가변층 또는 흡수형 선형 편광자 측으로 광을 조사하면서 다른 측에서 휘도(투과율)를 측정하는 경우, 상기 흡수축 또는 투과축과 액정 배향막의 배향 방향이 일치하는 경우에 투과율이 낮게 되는 경향을 보이는데, 적용된 액정 화합물의 굴절률 이방성 등을 반영한 모사(simulation)를 통해 배향 방향을 확인할 수 있다. 액정층(투과율 가변층)의 모드에 따라서 배향 방향을 확인하는 방식은 공지이며, 본 출원에서는 이러한 공지의 방식으로 배향막의 배향 방향을 확인할 수 있다.
상기 배향막으로는 폴리이미드(polyimide) 화합물, 폴리비닐알코올(poly(vinyl alcohol)) 화합물, 폴리아믹산(poly(amic acid)) 화합물, 폴리스티렌(polystylene) 화합물, 폴리아미드(polyamide) 화합물 및 폴리옥시에틸렌(polyoxyethylene) 화합물 등과 같이 러빙 배향에 의해 배향능을 나타내는 것으로 공지된 물질이나, 폴리이미드(polyimide) 화합물, 폴리아믹산(polyamic acid) 화합물, 폴리노르보넨(polynorbornene) 화합물, 페닐말레이미드 공중합체(phenylmaleimide copolymer) 화합물, 폴리비닐신나메이트(polyvinylcinamate) 화합물, 폴리아조벤젠(polyazobenzene) 화합물, 폴리에틸렌이민(polyethyleneimide) 화합물, 폴리비닐알콜(polyvinylalcohol) 화합물, 폴리아미드(polyimide) 화합물, 폴리에틸렌(polyethylene) 화합물, 폴리스타일렌(polystylene) 화합물, 폴리페닐렌프탈아미드(polyphenylenephthalamide) 화합물, 폴리에스테르(polyester) 화합물, CMPI(chloromethylated polyimide) 화합물, PVCI(polyvinylcinnamate) 화합물 및 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate) 화합물 등과 같이 광조사에 의해 배향능을 나타낼 수 있는 것으로 공지된 물질로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
액정층은 액정 화합물을 포함할 수 있다. 액정 화합물로는 외부 신호의 인가에 의하여 그 배향 방향이 변경될 수 있는 것이라면 모든 종류의 액정 화합물을 사용할 수 있다. 예를 들며, 액정 화합물로는 스멕틱(smectic) 액정 화합물, 네마틱(nematic) 액정 화합물 또는 콜레스테릭(cholesteric) 액정 화합물 등을 사용할 수 있다. 또한, 외부 작용의 인가에 의하여 그 배향 방향이 변경될 수 있도록, 액정 화합물은 예를 들어 중합성기 또는 가교성기를 가지지 않는 화합물일 수 있다. 본 명세서에서 용어 『외부 작용』이란, 액정층 내 포함되는 물질의 거동에 영향을 줄 수 있는 외부에 모든 요인, 예를 들면 외부 전압 등을 의미할 수 있다. 따라서, 외부 작용이 없는 상태란, 외부 전압 등의 인가가 없는 상태를 의미할 수 있다.
액정층은 유전율 이방성이 양수인 액정 화합물을 포함하거나 또는 액정층은 상기 언급된 유전율 이방성을 나타낼 수 있다. 유전율 이방성의 절대값은 본 출원의 목적을 고려하여 적절히 선택될 수 있다. 용어 「유전율 이방성(△ε)」은 수평 유전율(ε//)과 수직 유전율(ε⊥)의 차이(ε// - ε⊥)를 의미할 수 있다. 본 명세서에서 용어수평 유전율(ε//)은 액정 분자의 방향자와 인가 전압에 의한 전기장의 방향이 실질적으로 수평하도록 전압을 인가한 상태에서 상기 전기장의 방향을 따라 측정한 유전율 값을 의미하고, 수직 유전율(ε⊥)은 액정 분자의 방향자와 인가 전압에 의한 전기장의 방향이 실질적으로 수직하도록 전압을 인가한 상태에서 상기 전기장의 방향을 따라 측정한 유전율 값을 의미한다.
액정층은 굴절률 이방성(△n)이 약 0.05 내지 0.1의 범위 내인 액정 화합물을 포함하거나 또는 투과도 가변층이 상기 언급된 굴절률 이방성을 나타낼 수 있다. 본 출원에서 말하는 굴절률 이방성(△n)은 이상 굴절률(ne, extraordinary refractive index)과 정상 굴절률(no, ordinary refractive index)의 차이(ne-no)이고, 이는 Abbe 굴절계를 이용하여 확인할 수 있다.
액정층은 광 투과도 가변 특성을 조절한다는 측면에서, 상기 액정 화합물과 함께 이색성 염료를 추가로 포함할 수 있다. 이러한 경우에 액정층은 게스트호스트 액정층(Guest host liquid crystal layer)으로 불릴 수 있다. 본 명세서에서 용어 『염료』는, 가시광 영역, 예를 들면, 400 nm 내지 700 nm 파장 범위 내에서 적어도 일부 또는 전체 범위 내의 광을 집중적으로 흡수 및/또는 변형시킬 수 있는 물질을 의미할 수 있고, 용어 『이색성 염료』는 상기 가시광 영역의 적어도 일부 또는 전체 범위에서 광의 이방성 흡수가 가능한 물질을 의미할 수 있다. 이러한 염료로는, 예를 들면, 아조 염료 또는 안트라퀴논 염료 등으로 공지되어 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 명세서에서 『GHLC층(Guest host liquid crystal layer)』은, 액정의 배열에 따라 이색성 염료가 함께 배열되어, 이색성 염료의 정렬 방향과 상기 정렬 방향의 수직한 방향에 대하여 각각 비등방성 광 흡수 특성을 나타내는 기능성 층을 의미할 수 있다. 예를 들어, 이색성 염료는 빛의 흡수율이 편광 방향에 따라서 달라지는 물질로서, 장축 방향으로 편광된 빛의 흡수율이 크면 p형 염료로 호칭하고 단축 방향으로 편광된 빛의 흡수율이 크면 n형 염료라고 호칭할 수 있다. 하나의 예시에서, p형 염료가 사용되는 경우, 염료의 장축 방향으로 진동하는 편광은 흡수되고 염료의 단축 방향으로 진동하는 편광은 흡수가 적어 투과시킬 수 있다. 이하 특별한 언급이 없는 한 이색성 염료는 p형 염료인 것으로 가정한다.
GHLC층 내에 포함되는 이색성 염료의 비율은 특별히 제한되지 않고, 목적하는 투과도를 고려하여 적정 범위로 설정될 수 있다. 통상 이색성 염료 및 액정 화합물의 혼화성 등을 고려하여 상기 이색성 염료는 약 0.1 중량% 내지 4 중량% 정도의 비율로 액정층 내에 포함될 수 있다.
GHLC층을 포함하는 액정셀은 능동형 편광자(Active Polarizer)로 기능할 수 있다. 본 명세서에서 용어 『능동형 편광자(Active Polarizer)』는 외부 신호 인가에 따라 비등방성 광흡수를 조절할 수 있는 기능성 소자를 의미할 수 있다. 이러한 능동형 편광자는 후술하는 수동형 편광자가 외부 신호 인가와 무관하게 일정한 광흡수 내지 광반사 특성을 가지는 것과 구별될 수 있다. 상기 GHLC층은 액정 및 이색성 염료의 배열을 조절함으로써 상기 이색성 염료의 배열 방향과 평행한 방향의 편광 및 수직한 방향의 편광에 대한 비등방성 광 흡수를 조절할 수 있다. 액정 및 이색성 염료의 배열은 자기장 또는 전기장과 같은 외부 신호의 인가에 의하여 조절될 수 있으므로, GHLC층은 외부 신호 인가에 따라 비등방성 광 흡수를 조절할 수 있다.
본 출원의 제 1 실시예에 따르면, 액정층이 이색성 염료를 더 포함하는 경우 액정셀은 시야각에 따른 투과도 측정 시 정면에서 최대 투과도를 나타낼 수 있다. 상기 액정셀의 정면은 액정셀의 평면의 법선 방향과 평행한 방향을 의미할 수 있다. 하나의 예시에서, 액정셀은 시야각에 따른 투과도 측정 시 액정셀의 평면의 법선 방향을 기준으로 -10도 내지 10도 범위 내에서 최대 투과도를 나타낼 수 있다.
본 출원의 제 2 실시예에 따르면, 액정층이 이색성 염료를 더 포함하는 경우 액정셀은 시야각에 따른 투과도 측정 시 정면에서 최대 투과도를 나타낼 수 있다. 상기 액정셀의 정면은 액정셀의 평면의 법선 방향과 평행한 방향을 의미할 수 있다. 하나의 예시에서, 액정셀은 시야각에 따른 투과도 측정 시 액정셀의 평면의 법선 방향을 기준으로 20도 내지 60도 범위 내에서 최대 투과도를 나타낼 수 있다.
본 출원의 제 1 실시예에 따르면, 액정층에 포함되는 액정 화합물 및/또는 이색성 염료는 전압 미인가 시 수평 배향 상태로 존재할 수 있고, 전압 인가 시 수직 배향 상태로 존재할 수 있다. 전술한 바와 같이 수평 배향 상태는 평면 배향 및 수평 트위스트 배향을 포함하는 의미이다. 이러한 구동 모드는 ECB 모드, TN(Twisted Nematic) 모드 또는 STN(Super Twisted Nematic) 모드 등이 있다.
본 출원의 제 2 실시예에 따르면, 액정층에 포함되는 액정 화합물 및/또는 이색성 염료는 전압 미인가 시 하이브리드 배향 상태로 존재할 수 있고, 전압 인가 시 수직 배향 상태로 존재할 수 있다. 전술한 바와 같이 하이브리드 배향 상태는 트위스트 하이브리드 배향 상태를 포함하는 의미이다. 이러한 구동 모드는 HAN(Hybrid Aligned Nematic) 모드, twisted HAN(Twisted Hybrid Aligned Nematic) 모드 또는 Super twisted HAN(Super Twisted Hybrid Aligned Nematic) 모드 등이 있다.
액정층이 트위스트 배향 상태를 구현할 수 있도록 액정층은 키랄제를 추가로 포함할 수 있다. 액정층에 포함될 수 있는 키랄제(chiral agent 혹은 chiral dopant)로는, 액정성, 예를 들면, 네마틱 규칙성을 손상시키지 않고, 목적하는 회전(twisting)을 유도할 수 있는 것이라면, 특별히 제한되지 않고 사용될 수 있다. 액정 분자에 회전을 유도하기 위한 키랄제는 분자 구조 중에 키랄리티(chirality)를 적어도 포함할 필요가 있다. 키랄제로는, 예를 들면, 1개 또는 2개 이상의 비대칭 탄소(asymmetric carbon)를 가지는 화합물, 키랄 아민 또는 키랄 술폭시드 등의 헤테로원자 상에 비대칭점(asymmetric point)이 있는 화합물 또는 크물렌(cumulene) 또는 비나프톨(binaphthol) 등의 축부제를 가지는 광학 활성인 부위(axially asymmetric, optically active site)를 가지는 화합물이 예시될 수 있다. 키랄제는 예를 들면 분자량이 1,500 이하인 저분자 화합물일 수 있다. 키랄제로는, 시판되는 키랄 네마틱 액정, 예를 들면, Merck사에서 시판되는 키랄 도판트 액정 S-811 또는 BASF사의 LC756 등을 사용할 수도 있다.
제 1 실시예 또는 제 2 실시예에 따른 액정셀은 외부 작용 비인가 상태에서 차단 모드를 구현할 수 있고, 외부 작용에 의해 투과 모드로 전환될 수 있다. 외부 작용 비인가 상태에서의 액정셀의 광 투과율은 본 출원의 목적을 손상시키지 않는 범위 내에서 액정셀의 용도에 따라 적절히 조절될 수 있다. 액정셀의 광 투과율을 조절하는 방법은 특별히 제한되지 않고, 예를 들어 이색성 염료의 함량을 조절하는 것에 의하여 가능하다.
상부 기재 필름 및 하부 기재 필름 으로는, 특별한 제한 없이 공지의 소재를 사용할 수 있다. 예를 들면, 유리 필름, 결정성 또는 비결정성 실리콘 필름, 석영 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 필름 등의 무기계 필름이나 플라스틱 필름 등을 사용할 수 있고, 플렉서블 소자 구현 측면에서 플라스틱 기판을 사용할 수 있다.
플라스틱 기판으로는, TAC(triacetyl cellulose); 노르보르넨 유도체 등의 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(polyethylenemaphthatlate); PET(polyethyleneterephtalate); PI(polyimide); PSF(polysulfone); PAR(polyarylate) 또는 비정질 불소 수지 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 기판에는, 필요에 따라서 금, 은, 이산화 규소 또는 일산화 규소 등의 규소 화합물의 코팅층이나, 반사 방지층 등의 코팅층이 존재할 수도 있다.
상부 기판은 상부 기재 필름(101)과 광학 투명 접착제층(200) 사이에 상부 전극층(501)을 더 포함할 수 있다. 하부 기판은 하부 기재 필름(102)과 수평 배향막(400) 사이에 하부 전극층(502)을 더 포함할 수 있다. 상부 전극층과 하부 전극층은 액정층 내에 포함되어 있는 물질이 입사하는 광을 투과 또는 차단시키도록, 외부 작용, 예를 들어, 전계의 인가를 부여하는 역할을 수행할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 상부 및/또는 하부 전극층은 전도성 고분자, 전도성 금속, 전도성 나노 와이어 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등의 금속 산화물 등을 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 상부 및/또는 하부 제 2 전극층은, 예를 들면 상기 전도성 고분자, 전도성 금속, 전도성 나노 와이어 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등의 금속 산화물을 증착하여 형성한 것일 수 있다.
하부 기판은 하부 기재 필름(102) 상에 형성된 스페이서(600)를 더 포함할 수 있다. 하부 기판이 하부 기재 필름(102) 상에 하부 전극층(502)을 더 포함하는 경우, 상기 스페이서(600)는 하부 전극층(502) 상에 형성되어 있을 수 있다. 이때, 스페이서는 하부 전극층에 직접 접하고 있을 수 있다. 스페이서는 상부 기판과 하부 기판의 사이의 간격을 유지할 수 있다.
하나의 예시에서, 스페이서는 하부 전극층과 수평 배향막의 사이에 존재할 수 있다. 상기 스페이서는 격벽(partition wall) 형상을 가질 수 있다. 격벽은 하부 기판과 상부 기판 사이의 공간을 2개 이상의 공간으로 구획할 수 있다. 본 명세서에서 격벽에 의해 구획된 공간을 비격벽부로 호칭할 수 있다. 비격벽부에는 격벽이 존재하지 않으므로 하부에 존재하는 다른 필름이나 다른 층이 노출되어 있을 수 있다. 예를 들어, 비격벽부에는 하부 전극층이 노출되어 있을 수 있다. 수평 배향막은 격벽부와, 격벽부 사이의 비격벽부에 노출된 하부 전극층을 덮고 있을 수 있다. 상부 기판과 하부 기판이 합착된 액정셀에 있어서, 하부 기판의 격벽의 상부에 존재하는 수평 배향막과 상부 기판의 광학 투명 접착제가 서로 접하고 있을 수 있다.
비격벽부에 대응하는 영역에는 액정 화합물 및 후술하는 첨가제, 예를 들어 이색성 염료, 키랄제 등이 존재할 수 있다. 비격벽부의 형상은 특별히 제한되지 않고, 예를 들어, 원, 타원 그 밖의 다각형 형상 다면을 가지도록 제한없이 적용될 수 있다. 본 출원의 일 실시예에 따르면, 격벽층은 예를 들어 허니콤(Honeycomb) 형상을 가질 수 있다.
격벽은 경화성 수지를 포함할 수 있다. 경화성 수지의 종류는 특별히 제한되지 않고, 예를 들어 열 경화성 수지 또는 광 경화성 수지, 예를 들어 자외선 경화성 수지를 사용할 수 있다.
열 경화성 수지로는, 예를 들어 실리콘 수지, 규소 수지, 프란 수지, 폴리우레탄 수지, 에폭시 수지, 아미노 수지, 페놀 수지, 요소 수지, 폴리에스테르 수지 또는 멜라민 수지 등을 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
자외선 경화성 수지로는 대표적으로 아크릴 중합체, 예를 들어, 폴리에스테르 아크릴레이트 중합체, 폴리스티렌 아크릴레이트 중합체, 에폭시 아크릴레이트 중합체, 폴리우레탄 아크릴레이트 중합체 또는 폴리부타디엔 아크릴레이트 중합체, 실리콘 아크릴레이트 중합체 또는 알킬 아크릴레이트 중합체 등을 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
본 출원의 일 실시예에 의하면 격벽 패턴은 아크릴 중합체, 보다 구체적으로 폴리에스터계 아크릴레이트 중합체를 사용하여 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
하나의 예시에서, 격벽은 포토리소그래피에 의한 패터닝에 의해 형성될 수 있다. 포토리소그래피 공정은 경화성 수지 조성물을 하부 기판 상에 도포한 후 패턴 마스크를 매개로 자외선을 조사하는 공정을 포함할 수 있다. 패턴 마스크는 자외선 투과 영역과 자외선 차단 영역으로 패터닝되어 있을 수 있다. 포토리소그래피 공정은 자외선이 조사된 경화성 수지 조성물을 워싱(washing) 하는 공정을 더 포함할 수 있다. 자외선이 조사된 영역은 경화되고, 자외선이 조사되지 않은 영역은 액상으로 남아 있으므로 워싱 공정을 통하여 제거함으로써, 격벽 형상으로 패터닝할 수 있다. 포토리소그래피 공정에 있어서, 자외선 조사 후, 수지 조성물과 패턴 마스크를 용이하게 분리 하기 위하여 패턴 마스크에 이형 처리를 수행하거나 또는 이형지를 수지 조성물의 층과 패턴 마스크 사이에 위치시킬 수도 있다.
격벽부의 너비(선폭), 간격, 두께, 내지 상부 기판 또는 하부 기판에 대한 대한 면적 비율은 본 출원의 목적을 손상시키지 않는 범위 내에서 적절히 선택될 수 있다. 예를 들어, 격벽부의 너비(선폭)는 1㎛ 내지 500㎛ 범위 내일 수 있고, 격벽부의 간격은 10㎛ 내지 5000㎛ 범위 내일 수 있다.
격벽부의 두께는 목적하는 셀갭을 고려하여 적절히 선택될 수 있다. 격벽부의 두께는 예를 들어, 1㎛ 내지 30㎛ 범위 내일 수 있다.
격벽층의 격벽부의 면적은 상부 기판 또는 하부 기판의 전체 면적 100%에 대하여, 약 0.1% 내지 50% 범위 내일 수 있다. 상기 면적은 상부 기판과 하부 기판의 접착력과 관련되며, 격벽층의 격벽부의 면적은, 보다 구체적으로, 상부 기판 또는 하부 기판의 전체 면적 100%에 대하여, 약 10% 내지 20%의 범위 내에 있을 수 있다.
본 출원은 상기 액정셀 및 다른 광학 부재를 더 포함하는 광학 소자에 관한 것이다. 본 출원의 광학 소자는 액정셀 및 상기 액정셀의 일면에 편광자를 포함할 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 편광자는 액정셀의 하부 기판의 일면에 부착되어 있을 수 있다.
상기 편광자는 수동 편광자일 수 있다. 상기 편광자는 흡수형 편광자이거나 또는 반사형 편광자일 수 있다. 상기 편광자는 선편광자, 타원 편광자 또는 원 편광자일 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 편광자는 흡수형 선편광자일 수 있다. 이때, 편광자의 흡수축과 액정셀의 수평 배향막의 배향 방향이 80도 내지 100도 범위 내를 이루도록 부착될 수 있다. 본 출원의 제 1 실시예에 따르면, 액정셀의 하부 기판의 일면에 흡수형 선편광자를 부착하고 액정층에 전압을 인가하지 않은 상태에서 측정된 투과도가 1% 이하일 수 있다. 본 출원의 제 2 실시예에 따르면, 액정셀의 하부 기판의 일면에 흡수형 선편광자를 부착하고, 액정층에 전압을 인가하지 않은 상태에서 측정된 투과도가 3% 이상일 수 있다. 이때, 상기 액정층은 이색성 염료를 더 포함할 수 있다.
상기 광학 소자는 기타 구성으로서 하드 코팅층, 반사 방지층, NIR (Near-Infrared) 차단(cut) 기능의 염료를 포함하는 층, 위상차 필름 등의 공지 구성을 추가로 포함할 수 있다.
본 출원의 액정셀은 셀 갭이 적절히 유지되고 상부 기판과 하부 기판 기판의 우수한 접착력으로 인해 플렉서블 소자로의 구현에 유리하며, 원하는 초기 배향 모드를 용이하게 조절할 수 있다. 이러한 이러한 액정셀은 광 변조 장치에 포함되어 사용될 수 있다. 광변조 장치로는, 스마트 윈도우, 윈도우 보호막, 플렉서블 디스플레이 소자, 3D 영상 표시용 액티브 리타더(active retarder) 또는 시야각 조절 필름 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기와 같은 광 변조 장치를 구성하는 방식은 특별히 제한되지 않고, 상기 액정 소자가 사용되는 한 통상적인 방식이 적용될 수 있다.
본 출원은 셀 갭이 적절히 유지되고 상부 기판과 하부 기판 기판의 우수한 접착력으로 인해 플렉서블 소자로의 구현에 유리하며, 원하는 초기 배향 모드를 용이하게 조절할 수 있는 액정셀을 제공할 수 있다.
도 1은 초기 수평 배향 액정셀을 예시적으로 나타낸다.
도 2는 초기 하이브리드 배향 액정셀을 예시적으로 나타낸다.
도 3은 초기 수평 배향 액정셀의 시야각에 따른 투과도 측정예를 나타낸다.
도 4는 초기 하이브리드 배향 액정셀의 시야각에 따른 투과도 측정예를 나타낸다.
도 5는 참조예 1 내지 6의 표면에너지 측정 결과이다.
도 6은 실시예 1 내지 6의 정면 투과도 그래프이다.
도 7은 실시예 1 내지 6의 시야각에 따른 투과도 그래프이다.
도 2는 초기 하이브리드 배향 액정셀을 예시적으로 나타낸다.
도 3은 초기 수평 배향 액정셀의 시야각에 따른 투과도 측정예를 나타낸다.
도 4는 초기 하이브리드 배향 액정셀의 시야각에 따른 투과도 측정예를 나타낸다.
도 5는 참조예 1 내지 6의 표면에너지 측정 결과이다.
도 6은 실시예 1 내지 6의 정면 투과도 그래프이다.
도 7은 실시예 1 내지 6의 시야각에 따른 투과도 그래프이다.
이하, 본 출원에 따른 실시예 및 본 출원에 따르지 않는 비교예를 통하여 본 출원을 구체적으로 설명하지만, 본 출원의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
참조예 1
PC(Polycarbonate) 필름 상에 ITO(Indium Tin Oxide)층이 증착된 PC-ITO 필름의 ITO층 상에 용제 타입 OCA인 OCA-1(KR3700, ShinEtsu社)을 고형분의 농도가 25 wt%가 되도록 톨루엔 용매에 혼합한 용액을, 바 코팅으로 도포한 후 150℃에서 5분 동안 건조하여 열경화시킴으로써 OCA 층을 형성하였다.
참조예 2
PC(Polycarbonate) 필름 상에 ITO(Indium Tin Oxide)층이 증착된 PC-ITO 필름의 ITO층 상에 용제 타입 OCA인 OCA-2(X-40-3331, ShinEtsu社)을 고형분의 농도가 25 wt% 가 되도록 톨루엔 용매에 혼합한 용액을, 바 코팅으로 도포한 후 150℃에서 5분 동안 건조하여 열경화시킴으로써 OCA 층을 형성하였다.
참조예 3
PC(Polycarbonate) 필름 상에 ITO(Indium Tin Oxide)층이 증착된 PC-ITO 필름의 ITO층 상에 용제 타입 OCA인 OCA-3(SS9064, KCC社)을 고형분의 농도가 25 wt%가 되도록 톨루엔 용매에 혼합한 용액을, 바 코팅으로 도포한 후 150℃에서 5분 동안 건조하여 열경화시킴으로써 OCA 층을 형성하였다.
참조예 4
PC(Polycarbonate) 필름 상에 ITO(Indium Tin Oxide)층이 증착된 PC-ITO 필름의 ITO층 상에 용제 타입 OCA인 OCA-4(Daio Si-OCA, Daio paper社)을 고형분의 농도가 25 wt%가 되도록 톨루엔 용매에 혼합한 용액을, 바 코팅으로 도포한 후 150℃에서 5분 동안 건조하여 열경화시킴으로써 OCA 층을 형성하였다.
참조예 5
PC(Polycarbonate) 필름 상에 ITO(Indium Tin Oxide)층이 증착된 PC-ITO 필름의 ITO층 상에 무용제 타입 OCA인 OCA-6(STP-04-UV, ShinEtst社)를 바 코팅으로 도포한 후, 3J/cm2의 자외선을 조사하여 광경화시킴으로써 OCA 층을 형성하였다.
참조예 6
PC(Polycarbonate) 필름 상에 ITO(Indium Tin Oxide)층이 증착된 PC-ITO 필름의 ITO층 상에 무용제 타입 OCA인 OCA-7(UV-Acryl-4, LGC社)를 바 코팅으로 도포한 후, 3J/cm2의 자외선을 조사하여 광경화시킴으로써 OCA 층을 형성하였다.
측정예 1. 표면 에너지 측정
표면 에너지는 물방울형 분석기(Drop Shape Analyzer, KRUSS사의 DSA100제품)를 사용하여 측정하였다. 광학 투명 접착제 층(OCA 층)의 표면에 표면 장력(surface tension)이 공지되어 있는 탈이온화수를 떨어뜨리고 그 접촉각을 구하는 과정을 5회 반복하여, 얻어진 5개의 접촉각 수치의 평균치를 구하고, 동일하게, 표면 장력이 공지되어 있는 디요오드메탄(diiodomethane)을 떨어뜨리고 그 접촉각을 구하는 과정을 5회 반복하여, 얻어진 5개의 접촉각 수치의 평균치를 구한다. 그 후, 구해진 탈이온화수와 디요오드메탄에 대한 접촉각의 평균치를 이용하여 Owens-Wendt-Rabel-Kaelble 방법에 의해 용매의 표면 장력에 관한 수치(Strom 값)를 대입하여 표면 에너지를 구하였다. 샘플의 표면 에너지(γsurface)는 무극성 분자간의 분산힘과 극성 분자간의 상호 작용힘이 고려되어(γsurface = γdispersion + γpolar) 계산될 수 있는데, 상기 표면 에너지 γsurface에서 polar term(γolar)의 비율을 그 표면의 극성도(polarity)로 정의할 수 있다.
참조예 1 내지 6에서 형성된 OCA 층에 대하여 상기 방법으로 표면 에너지를 측정하고 그 결과를 도 5 및 표 1에 기재하였다.
| 표면에너지 (mN/m) | |
| 참조예 1(KR3700) | 14.92 |
| 참조예 2(X-40-3331) | 15.4 |
| 참조예 3(SS9064) | 10.4 |
| 참조예 4(Daio Si-OCA) | 13.82 |
| 참조예 5(STP-04-UV) | 21.42 |
| 참조예 6(UV-Acryl-4) | 33.75 |
실시예 1
참조예 1에서 제조된 기판을 상부 기판으로 준비하였다.
PC(Polycarbonate) 필름 상에 ITO(Indium Tin Oxide)층이 증착된 PC-ITO 필름(Tejin社)의 ITO층 상에 아크릴계 수지 조성물(상품명: KAD-03, 제조사: 미뉴타텍사제)을 코팅한 후, 포토리소그래피 방식으로 Honeycomb 형상으로 패터닝함으로써 스페이서를 형성하였다(높이: 18㎛, 피치: 280㎛, 선폭: 30㎛). 이어서, 스페이서 상에 수평 배향막(SE-7492, Nissan社)을 약 300 nm로 코팅한 후 러빙 포로 러빙 처리하여 하부 기판을 제조하였다.
하부 기판 상에 액정 조성물을 위치시키고 상부 기판으로 스퀴징 라미네이트함으로써 액정셀을 제조하였다. 상기 액정 조성물은 굴절률 이방성(△n)이 0.13인 양의 유전율 이방성을 갖는 액정 화합물(MAT-16-1235, Merck社)과 이색성 염료(X12, BASF社)를 99:1 중량 비율로 배합한 조성물이다.
실시예 2
상부 기판으로 참조예 2에서 제조된 기판을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 액정셀을 제조하였다.
실시예 3
상부 기판으로 참조예 3에서 제조된 기판을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 액정셀을 제조하였다.
실시예 4
상부 기판으로 참조예 4에서 제조된 기판을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 액정셀을 제조하였다.
실시예 5
상부 기판으로 참조예 5에서 제조된 기판을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 액정셀을 제조하였다.
실시예 6
상부 기판으로 참조예 6에서 제조된 기판을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 액정셀을 제조하였다.
측정예 2. 정면 투과도 측정
실시예에서 제조된 액정셀의 하부 기판의 일면에 OCA(LGC社, V310)를 매개로 흡수형 선편광자(단체 투과도: 약 45%)를 부착한 광학 소자를 제작하였다. 이때, 하부 기판의 수평 배향막의 배향 방향(러빙 방향)과 편광자의 흡수축이 90도를 이루도록 부착하였다. 상기 광학 소자에 대하여 전압이 인가되지 않은 상태에서의 정면 투과도를 헤이즈 미터(NDH-5000SP)를 이용하여 측정하였다. 투과도 측정 결과는 도 6 및 표 2에 기재하였다.
| 투과도_0V (%) | |
| 실시예 1(KR3700) | 3.48 |
| 실시예 2(X-40-3331) | 3.5 |
| 실시예 3(SS9064) | 4.17 |
| 실시예 4(Daio Si-OCA) | 3.34 |
| 실시예 5(STP-04-UV) | 0.77 |
| 실시예 6(UV-Acryl-4) | 0.49 |
측정예 3. 시야각에 따른 투과도 측정
실시예에서 제조된 액정셀의 하부 기판의 일면에 OCA(LGC社, V310)를 매개로 흡수형 선편광자(단체 투과도: 약 45%)를 부착한 광학 소자를 제작하였다. 이때, 하부 기판의 수평 배향막의 배향 방향(러빙 방향)과 편광자의 흡수축이 90도를 이루도록 부착하였다. 상기 광학 소자에 대하여 LCMS-200 장비(세심광전자社)를 이용하여 시야각에 따른 투과도를 측정하였다. 도 3은 초기 수평 배향 액정셀의 시야각에 따른 투과도 측정예를 나타낸다. 도 4는 초기 하이브리드 배향 액정셀의 시야각에 따른 투과도 측정예를 나타낸다. 도 7은 시야각에 따른 투과도 그래프이다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 실시예 1 내지 4는 러빙에 따른 액정 분자의 틸트에 의해 특정 각도에서 최대 투과도를 보이며, 실시예 5 내 6은 수평 배향에 의해 좌우 동일한 투과도를 보였다.
비교예 1. ECB 모드
상부 기판으로 PC-ITO 필름(Tejin社)의 ITO층 상에 수평 배향막(SE-7492, Nissan社)를 300nm 두께로 형성하고 러빙 처리한 기판을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 액정셀을 제조하였다.
비교예 2. HAN 모드
상부 기판으로 PC-ITO 필름(Tejin社)의 ITO층 상에 수직 배향막(5661LB3, Nissan 社)를 300nm 두께로 형성하고 러빙 처리한 기판을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 액정셀을 제조하였다.
측정예 4. 부착력 평가
실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 2의 액정셀에 대하여 Texture Analyzer를 이용하여 상부 기판의 ITO와 하부 기판의 스페이서 간의 90도 박리력을 측정하여 부착력을 평가하고, 그 결과를 표 3에 기재하였다.
| 90도 박리력 | |
| 실시예 1(KR3700) | 0.18 N/m |
| 실시예 2(X-40-3331) | 0.15 N/m |
| 실시예 3(SS9064) | 0.17 N/m |
| 실시예 4(Daio Si-OCA) | 0.11 N/m |
| 실시예 5(STP-04-UV) | 0.03 N/m |
| 실시예 6(UV-Acryl-4) | 0.06 N/m |
| 비교예 1 | 0 N/m |
| 비교예 2 | 0 N/m |
101: 상부 기재 필름, 102: 하부 기재 필름, 200: 광학 투명 접착제층, 300: 액정층, 301: 액정 화합물, 400: 수평 배향막, 501: 상부 전극층, 502: 하부 전극층, 600: 스페이서
Claims (20)
- 상부 기재 필름 및 상부 기재 필름의 일면에 표면 에너지가 19 mN/m 이상인 광학 투명 접착제층을 포함하는 상부 기판;
액정 화합물을 포함하는 액정층 및
하부 기재 필름 및 하부 기재 필름의 일면에 수평 배향막을 포함하는 하부 기판을 순차로 포함하고,
액정층에 전압이 인가되지 않은 상태에서, 액정 화합물은 수평 배향된 상태로 존재하며,
전압이 인가되지 않은 상태에서, 상기 액정층의 수평 배향막 면에서의 틸트각과 광학 투명 접착제층 면에서의 틸트각은 각각 10도 이하인 액정셀. - 상부 기재 필름 및 상부 기재 필름의 일면에 표면 에너지가 16 mN/m 이하인 광학 투명 접착제층을 포함하는 상부 기판;
액정 화합물을 포함하는 액정층 및
하부 기재 필름 및 하부 기재 필름의 일면에 수평 배향막을 포함하는 하부 기판을 순차로 포함하고,
액정층에 전압이 인가되지 않은 상태에서, 액정 화합물은 하이브리드 배향된 상태로 존재하며,
전압이 인가되지 않은 상태에서, 상기 액정층의 수평 배향막 면에서의 틸트각은 10도 이하이고, 광학 투명 접착제층 면에서의 틸트각은 80도 내지 90도 범위 내인 액정셀. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
전압이 인가되지 않은 상태에서, 상기 액정층의 550 nm 파장에 대한 두께 방향 위상차는 50 nm 미만인 액정셀. - 제 1 항에 있어서,
상기 광학 투명 접착제층의 표면 에너지는 50 mN/m 이하인 액정셀. - 제 1 항에 있어서,
상기 광학 투명 접착제층은 아크릴계 접착제층인 액정셀. - 삭제
- 제 2 항에 있어서,
전압이 인가되지 않은 상태에서, 상기 액정층의 550 nm 파장에 대한 두께 방향 위상차는 50 nm 내지 400 nm 범위 내인 액정셀. - 제 2 항에 있어서,
상기 광학 투명 접착제층의 표면 에너지는 5 mN/m 이상인 액정셀. - 제 2 항에 있어서,
상기 광학 투명 접착제층은 실리콘계 접착제층인 액정셀. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 하부 기재 필름과 수평 배향막 사이에 하부 전극층을 더 포함하고, 상부 기재 필름과 광학 투명 접착제층 사이에 상부 전극층을 더 포함하는 액정셀.
- 제 11 항에 있어서, 하부 전극층 상에 형성된 격벽부를 더 포함하고, 수평 배향막은 격벽부와, 격벽부 사이에 노출된 하부 전극층 상에 코팅된 상태로 존재하는 액정셀.
- 제 12 항에 있어서, 액정 화합물은 하부 기판과 상부 기판 사이의 격벽부가 존재하지 않는 영역에 존재하는 액정셀.
- 제 12 항에 있어서, 상기 격벽부은 경화성 수지를 포함하는 액정셀.
- 제 1 항에 있어서, 액정층은 이색성 염료를 더 포함하고, 시야각에 따른 액정셀의 투과도 측정 시 액정셀의 평면의 법선 방향을 기준으로 -10도 내지 10도 범위 내에서 최대 투과도를 나타내는 액정셀.
- 제 2 항에 있어서, 액정층은 이색성 염료를 더 포함하고, 시야각에 따른 액정셀의 투과도 측정 시 액정셀의 법선 방향을 기준으로 20도 내지 60도 범위 내에서 최대 투과도를 나타내는 액정셀.
- 제 1 항에 있어서, 하부 기판의 일면에 흡수형 선편광자를 부착하고, 액정층에 전압을 인가하지 않은 상태에서 측정된 정면 투과도가 1% 이하인 액정셀.
- 제 2 항에 있어서, 하부 기판의 일면에 흡수형 선편광자를 부착하고, 액정층에 전압을 인가하지 않은 상태에서 측정된 정면 투과도가 3% 이상인 액정셀.
- 제 1 항 또는 제 2 항의 액정셀 및 상기 액정셀의 일면에 편광자를 포함하는 광학 소자.
- 제 19 항에 있어서, 편광자의 흡수축과 수평 배향막의 배향 방향이 80도 내지 100도 범위 내를 이루도록 부착된 광학 소자.
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| KR1020190167851A KR102659147B1 (ko) | 2019-12-16 | 2019-12-16 | 액정셀 |
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