KR20190124560A - 광학 디바이스 및 이의 용도 - Google Patents

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Abstract

본 출원은 광학 디바이스 및 이의 용도에 관한 것이다. 본 출원은 고온과 저온 사이를 변화하는 환경에서 기재의 형태 변형으로 인해 발생할 수 있는 음압을 해소하고 양압을 생성하여 외부 기포 유입을 억제할 수 있는 광학 디바이스를 제공할 수 있다. 이러한 광학 디바이스는 다양한 투과도 가변 디바이스로 사용될 수 있다.

Description

광학 디바이스 및 이의 용도{OPTICAL DEVICE AND USE THEREOF}
본 출원은 광학 디바이스 및 이의 용도에 관한 것이다.
액정을 이용하여 투과율을 가변하는 광학 디바이스에 사용되는 기재는 제품의 제작 과정 및 용도에 따라 투과도, 위상차, 유리전이온도(Tg) 등을 결정하게 된다.
현재 사용되고 있는 광학적으로 투과율이 높은 기재로는 트리아세틸셀룰로스(TAC, triacetyl cellulose) 필름, 폴리카보네이트(PC, polycarbonate) 필름, 사이클로 올레핀 코폴리머(COP, cyclo olefin copolymer) 필름, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET, polyethylene terephthalate) 필름 등이 있다.
플렉서블 기재를 사용하는 경우, 내구성 테스트 시 온도가 변하는 과정에서 기재의 형태 변형이 일어나 광학 디바이스 내부에 대기압보다 낮은 음압이 형성되어 외부의 공기가 유입되고 기포가 발생되는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 기재의 형태 변형 시 발생하는 음압을 해소하고, 양압을 생성하여 외부 기포 유입을 근원적으로 막을 수 있는 광학 디바이스가 필요하다.
한국 공개특허공보 제10-2017-0064744호
본 출원의 과제는 고온과 저온 사이를 변화하는 환경에서 기재의 형태 변형으로 인해 발생할 수 있는 음압을 해소하고 양압을 생성하여 외부 기포 유입을 억제할 수 있는 광학 디바이스를 제공하는 것이다.
본 출원은 광학 디바이스에 관한 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조로 본 출원의 광학 디바이스를 설명하며, 첨부된 도면은 예시적인 것으로, 본 출원의 광학 디바이스가 첨부된 도면에 제한되는 것은 아니다.
도 1은 본 출원의 일 실시예에 따른 광학 디바이스를 예시적으로 나타낸다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 상기 광학 디바이스는 제 1 기재층(10), 액정층(20) 및 제 2 기재층(30)을 순차로 포함할 수 있다. 상기 제 1 기재층(10) 및 제 2 기재층(30) 중 하나 이상은 열 수축성 기재층일 수 있다.
본 명세서에서 열 수축성 기재층은 열 처리시 수축하는 특성을 가지는 기재층을 의미할 수 있다. 본 출원의 광학 디바이스는 기재층으로 열 수축성 기재층을 사용함으로써, 고온과 저온 사이를 변화하는 환경에서 기재층이 수축하여 광학 디바이스의 내부에 양압을 생성함으로써 외부 기포 유입을 억제할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 열 수축성 기재층은 하기 수식 1의 길이 변화율(
Figure pat00001
)이 음수를 의미할 수 있다.
[수식 1]
Figure pat00002
상기 수식 1에서
Figure pat00003
는 기재층의 25℃에서의 일 방향의 길이이고,
Figure pat00004
은 기재층의 80℃ 내지 150℃ 중 어느 하나의 온도에서 1 분 내지 180 분 중 어느 하나의 시간으로 열처리 후 일 방향의 길이이다.
구체적으로, 상기 L은 기재층의 90℃ 내지 140℃, 100℃ 내지 130℃, 110℃ 내지 125℃, 또는 115℃ 내지 125℃ 중 어느 하나의 온도에서, 10 분 내지 150 분, 20 분 내지 120 분, 30 분 내지 90 분, 45 분 내지 75 분 또는 50 분 내지 70 분 중 어느 하나의 시간으로 열처리 후 일 방향의 길이이다.
일 실시예에서, 상기 일 방향은 MD 방향일 수 있다. 본 명세서에서 MD 방향(Machine Direction)은 기재층의 길이 방향 또는 종 방향을 의미할 수 있고, TD 방향(Transverse Direction)은 기재층의 폭 방향 또는 횡 방향을 의미할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 종 방향은 기재층을 형성하기 위한 기계의 진행 방향을 의미할 수 있고, 횡 방향은 상기 기재층의 진행 방향에 수직하는 방향을 의미할 수 있다.
또한, 상기 열 수축성 기재층은 MD 방향으로 수축하는 경우, TD 방향으로는 팽창할 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 열 수축성 기재층이 MD 방향으로 수축하는 경우, TD 방향으로는 MD 방향 수축률의 약 0.01배 내지 0.5배, 0.05배 내지 0.2배 수준의 팽창률, 구체적으로, 0.1배 수준의 팽창률로 팽창할 수 있다.
본 명세서에서 각도를 정의하면서, 수직, 평행, 직교 또는 수평 등의 용어를 사용하는 경우, 이는 목적하는 효과를 손상시키지 않는 범위에서의 실질적인 수직, 평행, 직교 또는 수평을 의미하는 것으로, 예를 들면, 제조 오차(error) 또는 편차(variation) 등을 감안한 오차를 포함하는 것이다. 예를 들면, 상기 각각의 경우는, 약 ±15도 이내의 오차, 약 ±10도 이내의 오차 또는 약 ±5도 이내의 오차를 포함할 수 있다.
본 명세서에서 상기 기재층의 길이 변화율 값이 음수인 경우 열 수축성 기재층으로 호칭할 수 있고, 기재층의 길이 변화율 값이 양수인 경우 열 팽창성 기재층으로 호칭할 수 있다. 본 명세서에서 열 수축성 기재층의 길이 변화율의 크기, 즉 길이 변화율의 절대 값을 수축률로 호칭할 수 있고, 열 팽창성 기재층의 길이 변화율의 크기, 즉 길이 변화율의 절대 값을 팽창률로 호칭할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 열 수축성 기재층의 수축률은 0.001% 이상, 0.002% 이상, 0.004% 이상, 0.006% 이상, 0.008% 이상 또는 0.01% 이상일 수 있다. 열 수축성 기재층의 수축률이 상기 범위 내인 경우, 고온과 저온 사이를 변화하는 환경에서 외부 기포 유입을 억제하는데 유리할 수 있다.
열 수축성 기재층 수축률이 지나치게 높은 경우 액정셀 내부의 부피 공간이 액정 화합물의 부피보다 지나치게 작아져 실란트가 터지는 등의 문제로 인해 액정셀의 형태를 유지하지 못할 수 있다. 또한, 액정층에 셀 갭 유지를 위한 스페이서를 포함한 상태에서 수축률이 지나치게 높은 경우 셀 갭이 스페이서의 크기보다 커지는 부분에서 흑점(dark spot)의 형태로 결함이 발생될 수 있다. 열 수축성 기재층의 수축률의 상한은 상기를 고려하여 조절될 수 있고, 예를 들어, 5% 이하일 수 있고, 구체적으로, 3% 이하, 1% 이하 또는 0.7% 이하일 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 제 1 기재층 및 제 2 기재층 중 어느 하나의 기재층이 상기 열 수축성 기재층일 수 있다. 이때, 나머지 하나의 기재층으로는 광학 디바이스에 사용되는 공지의 기재 필름을 사용할 수 있다. 이러한 기재 필름으로는 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 포함하는 기재 필름이 예시될 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니다.
하나의 예시에서, 상기 제 1 기재층 및 제 2 기재층 둘 모두가 상기 열 수축성 기재층일 수 있다. 이때, 상기 제 1 기재층 및 제 2 기재층의 길이 변화율은 각각 상기 범위를 만족하는 범위 내에서 조절될 수 있다. 이러한 구조를 통해 온도 변화 또는 장시간 방치 시 발생할 수 있는 외부 기포 유입을 억제하는 데 더욱 유리할 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 제 1 기재층 및 제 2 기재층의 길이 변화율은 서로 동일하거나 또는 상이할 수 있다.
상기 열 수축성 기재층의 재료, 광학적 물성 등은 수식 1의 길이 변화율을 만족하도록 적절히 선택될 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 열 수축성 기재층은 550 nm 파장의 광에 대한 면내 위상차 값이 3000 nm 이상인 위상차 필름일 수 있다. 이러한 위상차 필름을 초고위상차 필름(Super retardation film)으로 호칭할 수 있다. 구체적으로, 상기 초고위상차 필름의 550 nm 파장의 광에 대한 면내 위상차 값은 5000 nm 이상, 7000 nm 이상, 8000 nm 이상, 10000 nm 이상 또는 12000 nm 이상일 수 있다. 또한, 상기 초고위상차 필름의 550 nm 파장의 광에 대한 면내 위상차 값의 상한은 50000 nm 이하, 40000 nm 이하, 30000 nm 이하, 20000 nm 이하, 18000 nm 이하 또는 16000 nm 이하일 수 있다. 상기 열 수축성 기재층으로 전술한 범위 내의 면내 위상차를 만족하는 초고위상차 필름을 사용하는 경우, 상기 광학 디바이스를 편광 필름과 함께 사용함으로써 발생되는 위상차에 의한 레인보우(rainbow) 현상을 억제하는 측면에서 유리할 수 있다.
하나의 예시에서, 열 수축성 기재층의 종류로는 폴리에스테르(polyester)계 필름을 사용할 수 있고, 바람직하게는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름을 사용할 수 있다. 이 경우 상기 초고위상차 필름을 구현하는데 적절할 수 있다.
또 하나의 예시로서, 상기 열 수축성 기재층의 종류로는 셀룰로오스(cellulose)계 필름을 사용할 수 있고, 바람직하게는 트리아세틸셀룰로스(TAC) 필름을 사용할 수 있다. 열 수축성 기재층으로 TAC 필름을 사용하는 경우 상기 광학 디바이스를 편광 필름과 함께 사용함으로써 발생되는 위상차에 의한 레인보우 현상을 억제하는 측면에서 유리할 수 있다.
상기 트리아세틸셀룰로스(TAC) 필름의 550 nm 파장의 광에 대한 면내 위상차 값은 본 출원의 목적을 고려하여 적절히 선택될 수 있으며, 예를 들어, -10 nm 내지 10 nm일 수 있다. 본 출원의 일 실시예에 의하면, 면내 위상차 값이 0 nm인 트리아세틸셀룰로스(TAC) 필름을 사용할 수 있다.
상기와 같은 열 수축성 기재층은, 당 업계에 공지된 방법으로 준비할 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 열 수축성 기재층은 연신된 고분자 필름일 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 열 수축성 기재층으로는 시판되는 제품을 그대로 사용할 수 있으며, 구체적으로, Toyobo사의 SRF(Super retardation film), FUJI사의 none TAC 필름을 사용할 수 있다.
상기 광학 디바이스는 고온과 저온 사이를 변화하는 환경에서 기재층이 수축하여 광학 디바이스의 내부에 대기압보다 높은 양압을 생성함으로써 외부 기포 유입을 억제할 수 있다. 상기 고온은 예를 들어 90℃ 내지 100℃ 내의 온도를 의미할 수 있고, 상기 저온은 예를 들어 -30℃ 내지 -40℃의 온도 범위를 의미할 수 있다. 본 명세서에서 상기 광학 디바이스의 내부는, 제 1 기재층과 제 2 기재층의 사이의 공간, 예를 들어, 액정층의 공간을 의미할 수 있다. 본 명세서에서 용어 「양압(Positive pressure)」은 대기압보다 높은 압력을 의미한다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 광학 디바이스 내부에 양압이 발생되는 경우, 외부 기포 유입을 억제할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 용어 「음압(Negative pressure)」은 대기압보다 낮은 압력을 의미한다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 광학 디바이스 내부에 음압이 발생되는 경우, 외부 기포가 내부로 유입될 수 있다.
상기 제 1 기재층 및/또는 제 2 기재층의 두께는, 예를 들어 10 ㎛ 내지 500 ㎛, 구체적으로 30 ㎛ 내지 400 ㎛, 50 ㎛ 내지 300 ㎛, 70 ㎛ 내지 200 ㎛ 또는 80 ㎛ 내지 100 ㎛ 범위 내일 수 있다. 제 1 기재층 및/또는 제 2 기재층의 두께 범위가 상기 범위 내인 경우 고온과 저온 사이를 변화하는 환경에서 외부 기포 유입을 억제하는데 더욱 유리할 수 있다.
상기 광학 디바이스는 전극층을 더 포함할 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 광학 디바이스는 제 1 기재층 상에 형성된 제 1 전극층(미도시) 및 제 2 기재층 상에 형성된 제 2 전극층(미도시)을 포함할 수 있다. 상기 제 1 전극층은 제 1 기재층과 액정층의 사이에 배치될 수 있고, 상기 제 2 전극층은 제 2 기재층과 액정층 사이에 배치될 수 있다.
상기 제 1 전극층 및/또는 제 2 전극층으로는 투명 전도성층을 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 전극층 및/또는 제 2 전극층으로는 전도성 고분자, 전도성 금속, 전도성 나노와이어 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등의 금속 산화물 등을 증착하여 형성한 것을 사용할 수 있다. 일 실시예에 따른 상기 제 1 전극층 및 제 2 전극층으로는 인듐 주석 산화물(ITO)을 사용할 수 있다.
상기 광학 디바이스는 배향막을 더 포함할 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 광학 디바이스는 제 1 전극층 상에 형성된 제 1 배향막(미도시) 및 제 2 전극층 상에 형성된 제 2 배향막(미도시)을 포함할 수 있다. 상기 제 1 배향막은 제 1 전극층과 액정층의 사이에 배치될 수 있고, 상기 제 2 배향막은 제 2 전극층과 액정층 사이에 배치될 수 있다.
상기 제 1 배향막 및 제 2 배향막으로는 수평 배향막 또는 수직 배향막을 적용할 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 제 1 배향막 및 제 2 배향막은 모두 수평 배향막일 수 있다. 다른 하나의 예시에서, 상기 제 1 배향막 및 제 2 배향막 중 어느 하나는 수평 배향막이고, 다른 하나는 수직 배향막일 수 있다. 이러한 제 1 배향막 및 제 2 배향막은 상기 액정층(20) 내에 존재하는 액정 화합물 및 이방성 염료의 초기 정렬 상태를 제어할 수 있는 배향력을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 배향막 및 제 2 배향막으로는 러빙 배향막과 같이 접촉식 배향막 또는 광배향막 화합물을 포함하여 직선 편광의 조사 등과 같은 비접촉식 방식에 의해 배향 특성을 나타낼 수 있는 것으로 공지된 배향막을 사용할 수 있다.
상기 액정층은 전압 인가 유무에 따라 투과율을 가변할 수 있다. 액정층의 투과율의 가변 범위는 후술하는 광학 디바이스의 용도에 따라 적절히 선택될 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 액정층(20) 내 액정 화합물 및 이방성 염료의 초기 정렬 상태가 수직 배향된 상태인 경우, 초기 전압이 인가되지 않은 상태에서 투과 모드를 구현할 수 있고, 전압이 인가 후 차단 모드를 구현할 수 있다. 또 하나의 예시에서, 상기 액정층(20) 내 액정 화합물 및 이방성 염료의 초기 정렬 상태가 수평 배향된 상태인 경우, 초기 전압이 인가되지 않은 상태에서 비투과 모드를 구현할 수 있고, 전압 인가 후 투과 모드를 구현할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 액정층(20)은 전압 인가에 따라 투과율이 40% 이상인 투과 모드와 투과율이 40% 미만인 비투과 모드 사이를 스위칭할 수 있다. 하나의 구체적인 예시에서, 상기 광학 디바이스를 후술하는 선루프에 적용하는 경우, 액정층은 전압 인가에 따라 투과율이 15% 이상인 투과 모드와 투과율이 1% 이하인 비투과 모드 사이를 스위칭할 수 있다.
상기 액정층(20)은 액정 화합물을 포함할 수 있다. 상기 액정 화합물로는 외부 전압 인가에 의하여 그 배향 방향이 변경될 수 있는 액정 화합물을 특별한 제한없이 사용할 수 있다. 상기 액정으로는 예를 들어 스멕틱(smectic) 액정, 네마틱(nematic) 액정 또는 콜레스테릭(cholesteric) 액정 등을 사용할 수 있다. 또한, 외부 전압 인가에 의하여 그 배향 방향이 변경될 수 있도록, 상기 액정은 예를 들어 중합성기 또는 가교성기를 가지지 않는 화합물일 수 있다.
또한, 상기 액정층(20)은 이방성 염료를 더 포함할 수 있다. 상기 이방성 염료는 광학 디바이스의 차광율을 개선하여 투과율 가변에 기여할 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 있다. 또한, 본 명세서에서, 용어 「이방성 염료」는 상기 가시광 영역의 적어도 일부 또는 전체 범위에서 광의 이방성 흡수가 가능한 물질을 의미할 수 있다. 상기 이방성 염료로는, 예를 들면, 액정의 정렬 상태에 따라 정렬될 수 있는 특성을 가지는 것으로 알려진 공지의 염료를 선택하여 사용할 수 있으며, 예를 들면, 흑색 염료(black dye)를 사용할 수 있다. 이러한 흑색 염료로는, 예를 들면, 아조 염료 또는 안트라퀴논 염료 등으로 공지되어 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 액정층(20)은 측면에 실란트(40)를 더 포함할 수 있다. 상기 실란트(40)는 액정층(20)에서 액정이 새는 것을 방지하고, 셀 갭을 일정 간격 유지시키며, 단단히 접합시키는 역할을 할 수 있다. 상기 실란트(40)는 상기 액정층(20)의 양 면에 접하는 부재에 인접하여 존재할 수 있다. 상기 액정층(20)의 양면에 접하는 부재는 제 1 기재층(10) 및 제 2 기재층(30)일 수 있고, 또는, 제 1 배향막 및 제 2 배향막이거나, 또는 제 1 전극층 및 제 2 전극층일 수 있다. 상기 실란트(40)는 경화성 수지를 포함할 수 있다. 상기 경화성 수지로는 자외선 경화성 수지 또는 열 경화성 수지 등을 사용할 수 있다.
액정을 이용한 광학 디바이스의 구동 모드는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, DS(Dynamic Scattering) 모드, ECB(Electrically Controllable Birefringence) 모드, IPS(In-Plane Switching) 모드, FFS(Fringe-Field Switching)모드, OCB(Optially Compensated Bend) 모드, VA(Vertical Alignment) 모드, MVA(Multi-domain Vertical Alignment) 모드, PVA(Patterned Vertical Alignment) 모드, HAN(Hybrid Aligned Nematic) 모드, TN(Twisted Nematic) 모드, STN (Super Twisted Nematic) 모드 등을 예시할 수 있다.
상기 광학 디바이스는 상기 액정층을 1개 포함하는 단일의 액정셀 구조로 구동되거나, 또는 상기 액정층을 2개 이상 포함하는 다층 액정셀의 구조로 구동될 수 있다. 또한, 상기 광학 디바이스는 흡수형 편광필름, 반사형 편광필름, 거울반사 특성의 반사층, 1/4 파장판 또는 1/2 파장판 등의 공지의 기능성 층과 함께 사용되어, 투과율 가변 특성을 조절할 수 있다.
본 출원은 또한, 상기 광학 디바이스의 용도에 관한 것이다. 예시적인 광학 디바이스는 고온과 저온 사이를 변화하는 환경에서 기재층이 수축하여 광학 디바이스의 내부에 양압을 생성함으로써 외부 기포 유입을 억제할 수 있다.
이러한 광학 디바이스는, 예를 들어, 투과율 가변 디바이스로 사용될 수 있다. 투과율 가변 디바이스로는 예를 들어, 선글라스, AR(Argumented Reality) 또는 VR(Virtual Reality) 등의 아이웨어(eyewear); 건물의 외벽용 스마트 윈도우(smart window); 또는 차량용 선루프, 프론트 도어 윈도우(front door window), 리어 도어 윈도우(rear door window), 백라이트(backlite), 윈드실드(windshield) 등이 예시될 수 있으나, 이제 제한되는 것은 아니다.
하나의 구체적인 예시에서, 상기 광학 디바이스는 차량용 선루프로 사용될 수 있다. 예를 들어, 자동차는 하나 이상의 개구부(opening)가 형성되어 있는 차체 및 상기 개구부에 장착된 광학 디바이스를 포함할 수 있다. 상기와 같은 선루프를 구성하는 방식은 특별히 제한되지 않고, 상기 광학 디바이스가 사용되는 한 통상적인 방식이 적용될 수 있다.
본 출원은 고온과 저온 사이를 변화하는 환경에서 기재의 형태 변형으로 인해 발생할 수 있는 음압을 해소하고 양압을 생성하여 외부 기포 유입을 억제할 수 있는 광학 디바이스를 제공할 수 있다. 이러한 광학 디바이스는 다양한 투과도 가변 디바이스로 사용될 수 있다.
도 1은 본 출원의 일 실시예에 따른 광학 디바이스를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 출원에서 광학 디바이스 내부에 양압이 발생되는 경우를 설명하기 위하여 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 출원에서 광학 디바이스 내부에 음압이 발생되는 경우를 설명하기 위하여 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 실시예 1의 광학 디바이스의 열처리 전 초기 상태를 디지털 카메라를 이용하여 촬영한 이미지이다.
도 5는 실시예 1의 광학 디바이스의 열처리를 반복한 후의 상태를 디지털 카메라를 이용하여 촬영한 이미지이다.
도 6은 비교예 1의 광학 디바이스의 열처리 전 초기 상태를 디지털 카메라를 이용하여 촬영한 이미지이다.
도 7은 비교예 1의 광학 디바이스의 열처리를 반복한 후의 상태를 디지털 카메라를 이용하여 촬영한 이미지이다.
도 8은 비교예 2의 광학 디바이스의 열처리 전 초기 상태를 디지털 카메라를 이용하여 촬영한 이미지이다.
도 9는 비교예 2의 광학 디바이스의 열처리를 반복한 후의 상태를 디지털 카메라를 이용하여 촬영한 이미지이다.
도 10은 TMA 장비의 상세도이다.
이하 실시예를 통하여 본 출원을 구체적으로 설명하지만, 본 출원의 범위가 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
측정예 1. 기재층의 열처리 후 수축률 측정
기재층에 대하여 TA instruments 제조사의 Q400 상품명의 TMA(Thermomechanical analysis) 장비를 이용하여, 25℃ 내지 120℃ 조건에서, 시료에 5℃ 온도를 변화시키면서 나타나는 길이 변화를 측정하는 방식으로 열 수축률을 측정하였다. 상기 열 수축률은 시료의 길이 변화에 기초하며, 실시예 및 비교예 항목에서 길이 변화율은 120℃ 온도에서 1 시간 방치 후에 측정된 길이의 변화율을 의미한다. 기재층의 시료의 면적은 600 mmХ300 mm이고, 두께는 80 ㎛가 되도록 준비하였다.
구체적으로 시료의 길이 변화율은 열팽창계수측정기(TMA)에 의해 측정된다. TMA란 시료(Sample)를 주어진 온도 조건으로 가열 또는 냉각하였을 경우 주어진 하중 하에서 나타나는 시료의 변형을 온도 및 시간의 함수로써 측정하는 측정법이다. 도 7에 나타낸 바와 같이 온도에 따른 열변형이 거의 없는 석영 스테이지와 프로브 사이에 시료를 누르는 힘은 0.05 N이며 조절 가능하다. 온도를 제어하면서 시료에 의한 프로브의 위치변화를 LVDT의 전기신호로 측정한다.
- 힘 인가 범위: 0.001N 내지 2N
- 온도 범위: -150 내지 1000℃
- 해상도: 15nm
- 감도: 20nm 이하
상기 방법에 따라, 열 처리 후의 기재층의 길이 변화율을, 하기 수식 1에 따라 측정하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
[수식 1]
Figure pat00005
상기 수식 1에서
Figure pat00006
는 기재층의 25℃에서의 MD 방향의 길이이고,
Figure pat00007
은 기재층의 120℃에서 1 시간 열처리 후 MD 방향의 길이이다.
실시예 1
제 1 기재층 및 제 2 기재층으로 각각 평가예 1의 길이 변화율이 -0.62%인 열 수축성 기재층을 준비하였다. 상기 열수축성 기재층은 550 nm 파장의 광에 대한 면내 위상차 값이 9000 nm이고, 두께가 80 ㎛인 PET(Polyethylene terephthalate) 필름(SRF(Super retardation film), Toyobo사제)이다.
제 1 기재층 및 제 2 기재층 상에 각각 ITO(indium-tin-oxide)를 200 nm 두께로 증착하여 제 1 및 제 2 전극층을 형성하였다. 제 1 전극층 및 제 2 전극층 상에 각각 수평 배향막(SE-7492, Nissan chemical사제)을 300 ㎛ 두께로 코팅 및 경화하여 제 1 및 제 2 배향막을 형성하였다.
제 1 배향막의 외주에 실란트를 도포하고, 상기 실란트의 내부 영역에 액정(MDA 14-4145, Merck사제)을 도포하고, 제 2 배향막을 합지하여 광학 디바이스를 제조하였다. 제조된 디바이스의 면적은 600 mmХ300 mm이고, 셀 갭은 12 ㎛이다.
실시예 2
제 1 기재층 및 제 2 기재층으로서, 각각 평가예 1의 길이 변화율이 -0.01%이고, 두께가 80 ㎛인 TAC 필름(None, FUJI사제)을 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방식으로 광학 디바이스를 제작하였다.
비교예 1
제 1 기재층 및 제 2 기재층으로서, 각각 평가예 1의 길이 변화율이 +0.15%이고, 두께가 100 ㎛ PC1(Polycarbonate) (Teigin사제)을 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방식으로 광학 디바이스를 제작하였다.
비교예 2
제 1 기재층 및 제 2 기재층으로서, 각각 평가예 1의 길이 변화율이 +0.16%이고, 두께가 100 ㎛ PC2(Polycarbonate) (Keiwa사제)을 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방식으로 광학 디바이스를 제작하였다.
비교예 3
제 1 기재층 및 제 2 기재층으로서, 각각 평가예 1의 길이 변화율이 +0.11%이고, 두께가 100 ㎛ COP(Cyclo-Olefin Copolymer) 필름 (ZF14, Zeon사제)을 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방식으로 광학 디바이스를 제작하였다.
평가예 1. 고온 내구성 평가
실시예 및 비교예의 광학 디바이스에 대하여 90℃의 고온에서 -40℃의 저온으로 10회 사이클링 테스트(Cycling test)를 수행한 후, 광학 디바이스 내부에 기포 발생 유무를 관찰하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 광학 디바이스 내부에 발생한 기포는 육안으로도 관찰 가능하며, 이를 디지털 카메라로 촬영한 이미지를 도 4 내지 도 9에 나타내었다.
하기 표 1에 나타낸 바와 같이, 열 수축성 기재층을 사용한 실시예 1 및 2 의 경우 광학 디바이스 내부에 기포가 발생되지 않았으나, 열 팽창성 기재층을 사용한 비교예 1 내지 3의 경우 광학 디바이스 내부에 기포가 발생되었다.
도 4 및 도 5는 각각 실시예 1의 열처리 전 초기 상태 및 사이클링 테스트 10회 후의 상태를 디지털 카메라로 촬영한 이미지이다. 도 6 및 도 7은 각각 비교예 1의 열처리 전 초기 상태 및 사이클링 테스트 10회 후의 상태를 디지털 카메라로 촬영한 이미지이다. 도 8 및 도 9는 각각 비교예 2의 열처리 전 초기 상태 및 사이클링 테스트 10회 후의 상태를 디지털 카메라로 촬영한 이미지이다. 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 실시예 1은 사이클링 테스트 후에도 육안으로 관찰되는 기포가 발생되지 않았으나, 도 5 내지 도 9에 나타낸 바와 같이, 비교예 1 및 비교예 2는 사이클링 테스트 후에 육안으로 관찰되는 기포가 발생하였다.
실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 2 비교예 3
길이 변화율(%) -0.62 -0.01 0.15 0.16 0.11
기포 발생 유무 X X O O O
O: 기포가 육안으로 관찰됨 Х: 기포가 육안으로 관찰되지 않음
10: 제 1 기재층 20: 액정층 30: 제 2 기재층 40: 실란트 101: 로드(Load) 102: LVDT (Linear variable differential transformer) 103: 위치에 관한 신호(Signal related to position) 104: 서모커플(Thermocouple) 105: 프로브(Probe) 106: 시료(Sample) 107: 퍼니스(Furnace)

Claims (15)

  1. 제 1 기재층, 액정층 및 제 2 기재층을 순차로 포함하고,
    상기 제 1 기재층 및 제 2 기재층 중 하나 이상은 열 수축성 기재층인 광학 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 기재층 및 제 2 기재층 각각이 상기 열 수축성 기재층인 광학 디바이스.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 열 수축성 기재층은 하기 수식 1의 길이 변화율(△L)이 음수인 광학 디바이스:
    [수식 1]
    Figure pat00008

    상기 수식 1에서
    Figure pat00009
    는 기재층의 25℃에서의 일 방향의 길이이고,
    Figure pat00010
    은 기재층의 80℃ 내지 150℃ 중 어느 하나의 온도에서 1 분 내지 180 분 중 어느 하나의 시간으로 열처리 후 일 방향의 길이이다.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 일 방향은 MD 방향인 광학 디바이스.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 열 수축성 기재층은 길이 변화율의 절대 값이 0.001% 이상인 광학 디바이스.
  6. 제 3 항에 있어서, 상기 열 수축성 기재층은 길이 변화율의 절대 값이 5% 이하인 광학 디바이스.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 열 수축성 기재층은 550 nm 파장의 광에 대한 면내 위상차 값이 3000 nm 이상인 위상차 필름인 광학 디바이스.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 열 수축성 기재층은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름 또는 트리아세틸셀룰로스(TAC) 필름인 광학 디바이스.
  9. 제 1 항에 있어서, 90℃ 내지 100℃의 고온과 -30℃ 내지 -40℃의 저온 사이의 온도 변화 시 내부에 대기압보다 높은 양압을 가지는 광학 디바이스.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 기재층 및 제 2 기재층 상에 각각 형성되는 제 1 전극층 및 제 2 전극층을 더 포함하는 광학 디바이스.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 제 1 전극층 및 제 2 전극층 상에 각각 형성되는 제 1 배향막 및 제 2 배향막을 더 포함하는 광학 디바이스.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 액정층은 전압 인가에 따라 투과율이 40% 이상인 투과 모드와 투과율이 40% 미만인 비투과 모드 사이를 스위칭하는 광학 디바이스.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 액정층은 스멕틱(smectic) 액정 화합물, 네마틱(nematic) 액정 화합물 또는 콜레스테릭(cholesteric) 액정 화합물을 포함하는 광학 디바이스.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 액정층은 이방성 염료를 더 포함하는 광학 디바이스.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 액정층은 측면에 실란트를 더 포함하는 광학 디바이스.
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