JP7585578B2 - 光学デバイス - Google Patents

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Description

本出願は、光学デバイスに関する。
本出願は、２０２０年１０月２９日付で韓国特許出願第１０－２０２０－０１４２０９４号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示されたすべての内容は、本明細書の一部として含まれる。
フレキシブル基板を使用する液晶セルの長期安定性、大面積拡張性のためには、上部基板と下部基板のセルギャップの維持と上部基板と下部基板間の接着力を付与することが重要である。
非特許文献１（「Ｔｉｇｈｔ Ｂｏｎｄｉｎｇ ｏｆ Ｔｗｏ Ｐｌａｓｔｉｃ Ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ ｆｏｒ Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ＬＣＤｓ」ＳＩＤ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ Ｄｉｇｅｓｔ，３８，ｐｐ．６５３－６５６（２００７））は、一方の基板にセルギャップの高さの柱状または壁状の有機膜パターンを形成し、接着剤を用いて反対側の基板に固定させる技術が開示されている。しかし、このような技術は、接着剤が柱面または壁面のみに位置しなければならないが、柱面または壁面に接着剤をマイクロスタンピング（Ｍｉｃｒｏ Ｓｔａｍｐｉｎｇ）する技術は、工程難易度が高く、接着剤の厚さ及び面積のコントロールが難しく、上下基板の合着時に接着剤が外部へ押し出される可能性が高く、接着剤が配向膜または液晶内を汚染するおそれがある。
液晶セルのセルギャップを維持し、上部基板と下部基板の付着力を確保するため、下部基板にスペーサと配向膜を形成し、上部基板に液晶配向力と付着力の両方を有する粘着剤を形成した後、合着することが考えられる。しかし、このような構造は、粘着剤層の非常に低いモジュラスによって外部圧力に対して脆弱であり、高温高圧のオートクレーブ（ａｕｔｏｃｌａｖｅ）工程において良好な品位を得ることが困難である。具体的に、オートクレーブ工程において液晶セルの構造的安定性が確保されない場合、セルギャップの崩れや液晶の流動及び／又は集中の不良が発生することがあり、これは液晶セルの電気光学特性と外観均一性の低下を引き起こす。
本出願は、液晶セルのセルギャップが適切に維持され、上部基板と下部基板の優れた付着力を有し、押さえや集中などの不良を最小化し、構造的安定性と良好な品質の均一度を確保できる光学デバイスを提供する。
本明細書で言及する物性のうち、測定温度がその結果に影響を及ぼす場合には、特に規定のない限り、当該物性は常温で測定した物性である。用語の「常温」とは、加温または減温していない自然のままの温度で、通常、約１０℃～３０℃の範囲内の一つの温度または約２３℃または約２５℃程度である。また、本明細書で特に言及のない限り、温度の単位は、℃である。本明細書で言及する物性のうち、測定圧力がその結果に影響を及ぼす場合には、特に規定のない限り、当該物性は常圧で測定した物性である。用語の「常圧」とは、加圧または減圧していない自然のままの圧力で、通常、約１気圧程度を常圧と呼ぶ。
本出願は、光学デバイスに関する。図１は、本出願の光学デバイスを例示的に示す。図１に示すように、光学デバイスは、第１の外郭基板１００ａ、前記第１の外郭基板１００ａと対向配置される第２の外郭基板１００ｂ及び前記第１の外郭基板１００ａと第２の外郭基板１００ｂの間に位置する液晶素子３００を含んでもよい。光学デバイスは、前記第１の外郭基板と液晶素子の間、及び前記第２の外郭基板と液晶素子の間に位置する少なくとも１つ以上の中間層を含んでもよい。図１は、第１の外郭基板１００ａと液晶素子３００の間、及び前記第２の外郭基板１００ｂと液晶素子３００の間にそれぞれ位置する中間層２００ａ、２００ｂを含む光学デバイスを例示的に示す。
光学デバイスは、液晶素子３００の側面を囲む外郭層４００をさらに含んでもよい。本出願による光学デバイスは、外郭層と液晶素子の厚さの関係または外郭層と粘着剤層の貯蔵弾性率の関係を制御することにより、光学デバイスと外郭基板の合着時に発生し得る押さえ及び／又は集中不良を最小化できる。
一例において、本出願の光学デバイスは、下記式１を満たすことができる。
［式１］
－Ｔ２×０．４≦Ｔ１－Ｔ２≦Ｔ２×０．４
式１において、Ｔ１は、外郭層の厚さであり、Ｔ２は、液晶素子の厚さである。
外郭層の厚さＴ１は、外郭層が単層または単一フィルムから構成される場合、当該層またはフィルムの厚さを意味しうる。外郭層の厚さＴ１は、外郭層が複数の層または複数のフィルムから構成される場合、複数の層または複数のフィルムの厚さの総和を意味しうる。液晶素子の厚さＴ２は、例えば、第１の基材層、粘着剤層、スペーサ及び第２の基材層の厚さの和を意味しうる。
外郭層と液晶素子の厚さの差（Ｔ１－Ｔ２）の値が小さすぎると、光学デバイスの合着時に液晶素子に押さえ及び／又は集中不良が発生することがあるので、外郭層と液晶素子の厚さの差（Ｔ１－Ｔ２）の値の下限は、－Ｔ２×０．４以上であることが好ましい。前記厚さの差（Ｔ１－Ｔ２）の値の下限は、具体的に、－Ｔ２×０．３以上、－Ｔ２×０．２以上、－Ｔ２×０．１以上、－Ｔ２×０．０８以上、－Ｔ２×０．０６以上、－Ｔ２×０．０４以上または－Ｔ２×０．０２以上であってもよい。
外郭層と液晶素子の厚さの差（Ｔ１－Ｔ２）の値が大きすぎると、光学デバイスの合着時に外郭基板の破損不良が発生することがあるので、外郭層と液晶素子の厚さの差（Ｔ１－Ｔ２）の値の上限は、Ｔ２×０．４以下であることが好ましい。前記厚さの差（Ｔ１－Ｔ２）値の上限は、具体的に、Ｔ２×０．３５以下、Ｔ２×０．３以下、またはＴ２×０．２５以下であってもよい。
外郭層の厚さＴ１と液晶素子の厚さＴ２は、式１を満たす範囲内で適宜選ばれてもよい。一例において、外郭層の厚さＴ１は、６０μｍ～８４０μｍの範囲内であってもよい。一例において、液晶素子の厚さＴ２は、１００μｍ～８００μｍの範囲内であってもよい。
一例において、本出願の光学デバイスは、下記式２を満たすことができる。
［式２］
Ｇ１≧Ｇ２
式２において、Ｇ１は、外郭層の２５℃での貯蔵弾性率であり、Ｇ２は、粘着剤層の２５℃での貯蔵弾性率である。貯蔵弾性率は、６ｒａｄ／ｓｅｃ周波数で測定された値であってもよい。
外郭層の貯蔵弾性率Ｇ１が粘着剤層の貯蔵弾性率Ｇ２より小さい場合、光学デバイスの合着時に液晶素子に押さえ及び／又は集中不良が発生することがあるので、外郭層の貯蔵弾性率Ｇ１は、粘着剤層の貯蔵弾性率Ｇ２と同じであるか、または粘着剤層の貯蔵弾性率Ｇ２よりも大きくなるように制御されてもよい。
外郭層の貯蔵弾性率Ｇ１は、外郭層が単層または単一フィルムから構成される場合、当該層またはフィルムの貯蔵弾性率を意味しうる。外郭層の貯蔵弾性率Ｇ１は、外郭層が複数の層または複数のフィルムから構成される場合、複数の層の積層体または複数のフィルムの積層体の貯蔵弾性率を意味するか、または複数の層または複数のフィルムを構成する個々の層または個々のフィルムの貯蔵弾性率を意味しうる。
一例において、外郭層を構成する層またはフィルムがＭＤ（Ｍａｃｈｉｎｅ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）軸またはＴＤ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）軸によって貯蔵弾性率値が異なるように測定される場合、ＭＤ軸の貯蔵弾性率及びＴＤ軸の貯蔵弾性率のいずれかが前記式２を満たすか、またはＭＤ軸の方向の貯蔵弾性率及びＴＤ軸の貯蔵弾性率がすべて前記式２を満たすことができる。前記ＭＤ軸とＴＤ軸は、互いに垂直であってもよい。
外郭層の貯蔵弾性率と粘着剤層の貯蔵弾性率の差（Ｇ１－Ｇ２）の値は、例えば、９９９９．９９ＭＰａ以下であってもよい。外郭層の貯蔵弾性率と粘着剤層の貯蔵弾性率の差（Ｇ１－Ｇ２）の値が大きすぎると、外郭基板との合着時に破損が発生することがあるので、前記範囲内に制御されることが有利となり得る。前記貯蔵弾性率の差（Ｇ１－Ｇ２）の値は、具体的に、９，５００ＭＰａ以下、９，０００ＭＰａ以下、８，５００ＭＰａ以下、８，０００ＭＰａ以下、７，５００ＭＰａ以下、７，０００ＭＰａ、または６，５００ＭＰａ以下であってもよい。
外郭層の貯蔵弾性率と粘着剤層の貯蔵弾性率の差（Ｇ１－Ｇ２）の値は、例えば、０ＭＰａ以上であってもよい。前記貯蔵弾性率の差（Ｇ１－Ｇ２）値が小さすぎると、液晶の押さえ及び／又は集中不良を効果的に改善できないため、前記範囲内に制御されることが有利となり得る。前記貯蔵弾性率の差（Ｇ１－Ｇ２）の値は、具体的に、１ＭＰａ以上、５ＭＰａ以上、１０ＭＰａ以上、２０ＭＰａ以上、４０ＭＰａ以上、６０ＭＰａ以上、または８０ＭＰａ以上であってもよい。
外郭層の貯蔵弾性率Ｇ１と粘着剤層の貯蔵弾性率Ｇ２は、式２を満たす範囲内で適宜選ばれてもよい。一例において、外郭層の貯蔵弾性率Ｇ１は、０．１ＭＰａ～１０，０００ＭＰａの範囲内であってもよい。前記外郭層の貯蔵弾性率Ｇ１は、具体的に、１ＭＰａ以上、５ＭＰａ以上、１０ＭＰａ以上、１００ＭＰａ以上、５００ＭＰａ以上、１，０００ＭＰａ以上または１，５００ＭＰａ以上であってもよく、１０，０００ＭＰａ以下、９，０００ＭＰａ以下、８，０００ＭＰａ以下、７，０００ＭＰａ以下、６，０００ＭＰａ以下、５，０００ＭＰａ以下、４，０００ＭＰａ以下、３，０００ＭＰａ以下、２，０００ＭＰａ以下、１，０００ＭＰａ以下、８００ＭＰａ以下、６００ＭＰａ以下、４００ＭＰａ以下、２００ＭＰａ以下、または１００ＭＰａ以下であってもよい。
一例において、粘着剤層の貯蔵弾性率Ｇ２は、０．０１ＭＰａ～１Ｍｐａの範囲内であってもよい。前記粘着剤層の貯蔵弾性率Ｇ２は、具体的に、０．０２ＭＰａ以上、０．０４ＭＰａ、０．０６ＭＰａ、０．０８ＭＰａまたは０．１ＭＰａ以上であってよく、０．８ＭＰａ以下、０．６ＭＰａ以下、０．４ＭＰａ以下または０．２ＭＰａ以下であってもよい。粘着剤層の貯蔵弾性率が大きすぎると、前記条件を満足しにくくなり、粘着剤層の貯蔵弾性率が小さすぎると、液晶素子の合着時に粘着剤の押さえや押し現象が発生し、電気光学特性と外観均一性を阻害するおそれがあるので、貯蔵弾性率は、前記範囲内に制御されることが有利となり得る。
本出願の光学デバイスは、式１及び式２をすべて満たすことができる。これにより、光学デバイスの合着時に発生することがある押さえ及び／又は集中不良を効果的に最小化できる。
第１の外郭基板及び第２の外郭基板は、それぞれ独立して無機基板またはプラスチック基板であってもよい。無機基板としては特に制限されず、公知の無機基板を使用してもよい。一例として、無機基板としては光透過性に優れたガラス基板を使用してもよい。前記ガラス基板としては、例えば、ソーダライムガラス基板、一般の強化ガラス基板、ホウケイ酸ガラス基板、または無アルカリガラス基板などが使用されてもよいが、これに制限されるものではない。前記ポリマー基板としては、ＴＡＣ（ｔｒｉａｃｅｔｙｌ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ）またはＤＡＣ（ｄｉａｃｅｔｙｌ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ）などのセルロースフィルム、ノルボルネン誘導体などのＣＯＰ（ｃｙｃｌｏ ｏｌｅｆｉｎ ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）フィルム、ＰＡ（Ｐｏｌｙａｃｒｙｌａｔｅ）またはＰＭＭＡ（ｐｏｌｙ（ｍｅｔｈｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）などのアクリルフィルム、ＰＣ（ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）フィルム、ＰＥ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）またはＰＰ（ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）などのポリオレフィンフィルム、ＰＶＡ（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ａｌｃｏｈｏｌ）フィルム、ＰＩ（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）フィルム、ＰＳＦ（ｐｏｌｙｓｕｌｆｏｎｅ）フィルム、ＰＰＳ（ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｓｕｌｆｏｎｅ）フィルムまたはＰＥＳ（ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｓｕｌｆｏｎｅ）フィルムなどのスルホン系フィルム、ＰＥＥＫ（ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｅｔｈｅｒｋｅｔｏｎ）フィルム、ＰＥＩ（ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｉｍｉｄｅ）フィルム、ＰＥＮ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｎａｐｈｔｈａｔｌａｔｅ）フィルムまたはＰＥＴ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｔｅｒｅｐｈｔａｌａｔｅ）フィルムなどのポリエステル系フィルム、またはフッ素樹脂フィルムなどが使用されてもよいが、これに制限されるものではない。第１の外郭基板及び第２の外郭基板には、それぞれ必要に応じて金、銀、または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、反射防止層などの機能層が存在してもよい。
一例において、前記第１の外郭基板及び／又は第２の外郭基板は、ガラス基板であってもよい。液晶素子の物性的限界を克服するために自動車またはウィンドウ業界では、液晶素子の両面にガラス基板を合着するか、または液晶素子の一面にガラス基板を、他の一面にフィルム基板を合着してもよい。このうち、自動車業界では、接着剤層を介して液晶素子の両面にガラス基板を合着することが要求されている。しかし、前記液晶素子の場合、粘着剤層の使用により外部圧力に脆弱であり、高温高圧のオートクレーブのようなガラス合着工程においてセルギャップの崩れや液晶の流動、集中などの不良が発生することがある。本発明によれば、後述するように、第１の中間層及び第２の中間層の厚さを制御することにより、前記不良を最小化でき、光学デバイスの構造的安定性及び品質の均一度を確保しうる。
第１の外殻基板及び第２の外郭基板の厚さは、それぞれ約０．３ｍｍ以上であってもよい。他の例において、前記厚さは、約０．５ｍｍ以上、１ｍｍ以上、１．５ｍｍ以上、または約２ｍｍ以上であってもよく、約１０ｍｍ以下、９ｍｍ以下、８ｍｍ以下、７ｍｍ以下、６ｍｍ以下、５ｍｍ以下、４ｍｍ以下または約３ｍｍ以下であってもよい。
第１の外郭基板及び第２の外郭基板は、平らな（ｆｌａｔ）基板であってもよく、または曲面形状を有する基板であってもよい。例えば、前記第１の外郭基板及び第２の外郭基板は、同時に平らな基板であるか、同時に曲面形成を有するか、または一方が平らな基板であり、他方が曲面状の基板であってもよい。また、前記で同時に曲面形状を有する場合には、それぞれの曲率または曲率半径は、同一でも異なっていてもよい。本明細書において曲率または曲率半径は、業界で公知の方式で測定してもよく、例えば、２Ｄ Ｐｒｏｆｉｌｅ Ｌａｓｅｒ Ｓｅｎｓｏｒ（レーザセンサ）、Ｃｈｒｏｍａｔｉｃ ｃｏｎｆｏｃａｌ ｌｉｎｅ ｓｅｎｓｏｒ（共焦点センサ）、または３Ｄ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｃｏｎｆｏｃａｌ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙなどの非接触式装備を用いて測定しうる。このような装備を使用して曲率または曲率半径を測定する方式は、公知である。
第１の外郭基板及び第２の外郭基板に関して、例えば、表面と裏面における曲率又は曲率半径が異なる場合には、それぞれ対向する面の曲率又は曲率半径、すなわち、第１の外郭基板の場合、第２の外郭基板と対向する面の曲率または曲率半径と、第２の外郭基板の場合、第１の外郭基板と対向する面の曲率または曲率半径が基準になり得る。また、当該面での曲率または曲率半径が一定ではなく、異なる部分が存在する場合には、最大の曲率または曲率半径が基準となるか、最小の曲率または曲率半径が基準となってもよく、または平均曲率または平均曲率半径が基準となり得る。
第１及び第２の外郭基板は、それぞれ曲率または曲率半径の差が約１０％以内、９％以内、８％以内、７％以内、６％以内、５％以内、４％以内、３％以内、２％以内、または約１％以内であってもよい。前記曲率または曲率半径の差は、大きな曲率または曲率半径をＣＬといい、小さい曲率または曲率半径をＣＳというときに１００%×（ＣＬ－ＣＳ）／ＣＳで計算される数値である。また、前記曲率または曲率半径の差の下限は、特に制限されるものではない。第１及び第２の外郭基板の曲率または曲率半径の差は同じであってもよいので、前記曲率または曲率半径の差は、約０％以上であるか、または約０％超過であってもよい。前記のような曲率または曲率半径の制御は、本出願の光学デバイスのように液晶素子が中間層と接する構造において有用である。すなわち、曲率または曲率半径の差が１０％を超える場合には、後述する中間層で外郭基板と液晶素子を接する場合、合着した外郭基板が合着力の低下により広がる問題が発生することがある。しかし、１０％以内に制御する場合、合着した外郭基板が合着力の低下により広がるという問題を効率的に防止しうる。
第１の外郭基板及び第２の外郭基板は、両者の曲率が同一符号であってもよい。言い換えれば、前記第１及び第２の外郭基板は、すべて同じ方向に屈曲されていてもよい。すなわち、前記のような場合は、第１の外郭基板の曲率中心と第２の外郭基板の曲率中心がすべて第１及び第２の外郭基板の上部及び下部の中で同じ部分に存在する場合である。第１の外郭基板及び第２の外郭基板が同じ方向に屈曲している場合、第１及び第２の外郭基板を中間層でより効率的に接着させることができ、接着後の第１及び第２の外郭基板と液晶素子フィルム及び／又は偏光子の合着力の低下をより効率的に防止しうる。
第１の外郭基板及び第２の外郭基板は、それぞれの曲率または曲率半径の具体的な範囲が特に制限されるものではない。一例において、前記第１及び第２の外郭基板は、それぞれ曲率半径が約１００Ｒ以上、２００Ｒ以上、３００Ｒ以上、４００Ｒ以上、５００Ｒ以上、６００Ｒ以上、７００Ｒ以上、８００Ｒ以上、または約９００Ｒ以上であるか、または約１０，０００Ｒ以下、９，０００Ｒ以下、８，０００Ｒ以下、７，０００Ｒ以下、６，０００Ｒ以下、５，０００Ｒ以下、４，０００Ｒ以下、３，０００Ｒ以下、２，０００Ｒ以下、１，９００Ｒ以下、１，８００Ｒ以下、１，７００Ｒ以下、１，６００Ｒ以下、１，５００Ｒ以下、１，４００Ｒ以下、１，３００Ｒ以下、１，２００Ｒ以下、１，１００Ｒ以下、または約１，０５０Ｒ以下であってもよい。前記において、Ｒは半径が１ｍｍの円の曲がった程度を意味する。したがって、前記において、例えば、１００Ｒは、半径が１００ｍｍである円の曲がった程度、またはその円に対する曲率半径である。第１及び第２の外郭基板は、前記範囲で同じまたは異なる曲率半径を有してもよい。一例において、第１及び第２の外郭基板の曲率が互いに異なる場合、その中で曲率が大きい基板の曲率半径が前記範囲内であってもよい。一例において、第１及び第２の外郭基板の曲率が互いに異なる場合には、その中で曲率が大きい基板が光学デバイスの使用時により重力方向に配置される基板であってもよい。第１及び第２の基板の曲率または曲率半径を前記のように制御すると、後述する中間層による合着力が低下しても復元力と重力の和である合力が作用して広がりを防ぐことができる。
一例において、光学デバイスは、第１の外郭基板と液晶素子の間及び前記第２の外郭基板と液晶素子の間に偏光子が含まれなくてもよい。図１は、偏光子を含まない光学デバイスを例示的に示す。他の一例において、光学デバイスは、第１の外郭基板と液晶素子の間、及び前記第２の外郭基板と液晶素子の間のうち少なくとも１つの位置に偏光子をさらに含んでもよい。図２は、第１の外郭基板と液晶素子の間に位置する偏光子５００ａ及び第２の外郭基板と液晶素子の間に位置する第２の偏光子５００ｂを含む光学デバイスを例示的に示す。前記光学デバイスは、第１の外郭基板と第１の偏光子の間に位置する中間層２００ａ、第１の偏光子と液晶素子の間に位置する中間層２００ｂ、液晶素子と第２の偏光子の間に位置する中間層２００ｃ、第２の偏光子と第２の外郭基板の間に位置する中間層２００ｄを含んでもよい。
本明細書において、用語の偏光子とは、偏光機能を有するフィルム、シート、または素子を意味する。偏光子は、様々な方向に振動する入射光から一方の方向に振動する光を取り出すことができる機能性素子である。
前記偏光子は、吸収型偏光子または反射型偏光子であってもよい。本明細書において吸収型偏光子とは、入射光に対して選択的透過及び吸収特性を示す素子を意味する。偏光子は、例えば、様々な方向に振動する入射光からいずれかの方向に振動する光は透過し、残りの方向に振動する光は吸収しうる。本明細書において反射型偏光子とは、入射光に対して選択的透過及び反射特性を示す素子を意味する。偏光子は、例えば、様々な方向に振動する入射光からいずれかの方向に振動する光は透過し、残りの方向に振動する光は反射しうる。本出願の一実施例によれば、前記偏光子は、吸収型偏光子であってもよい。
前記偏光子は、線偏光子であってもよい。本明細書において、線偏光子とは、選択的に透過する光がいずれかの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に垂直な方向に振動する線偏光である場合を意味する。吸収型線偏光子の場合、光透過軸と光吸収軸は、互いに垂直であってもよい。反射型線偏光子の場合、光透過軸と光反射軸は、互いに垂直であってもよい。
一例において、前記偏光子は、それぞれヨウ素または異方性染料を染着した高分子延伸フィルムであってもよい。前記高分子延伸フィルムとしては、ＰＶＡ（ｐｏｌｙ（ｖｉｎｙｌ ａｌｃｏｈｏｌ））延伸フィルムが挙げられる。他の一例において、第１の偏光子及び第２の偏光子は、それぞれ配向した状態で重合された液晶をホストとし、前記液晶の配向によって配列された異方性染料をゲストとするゲスト－ホスト型偏光子であってもよい。他の一例において、前記偏光子は、それぞれサーモトロピック（Ｔｈｅｒｍｏｔｒｏｐｉｃ）液晶フィルムまたはリオトロピック（Ｌｙｏｔｒｏｐｉｃ）液晶フィルムであってもよい。
前記偏光子の一面または両面には、それぞれ保護フィルム、反射防止フィルム、位相差フィルム、粘着剤層、接着剤層、表面処理層などがさらに形成されていてもよい。前記位相差フィルムは、例えば、１／４波長板または１／２波長板であってもよい。１／４波長板は、５５０ｎｍ波長の光に対する面内位相差値が約１００ｎｍ～１８０ｎｍ、１００ｎｍまたは１５０ｎｍの範囲内であってもよい。１／２波長板は、５５０ｎｍ波長の光に対する面内位相差値が約２００ｎｍ～３００ｎｍまたは２５０ｎｍ～３００ｎｍの範囲内であってもよい。位相差フィルムは、例えば、高分子延伸フィルムまたは液晶重合フィルムであってもよい。
前記偏光子の５５０ｎｍ波長の光に対する透過率は、それぞれ４０％～５０％の範囲内であってもよい。透過率は、５５０ｎｍ波長の光に対する偏光子の単体（Ｓｉｎｇｌｅ）透過率を意味し得る。前記偏光子の単体透過率は、例えば、スペクトロメーター（Ｖ７１００、Ｊａｓｃｏ社製）を使用して測定しうる。例えば、偏光子試料（上部及び下部保護フィルムを含まない）を機器に取り付けた状態でａｉｒをｂａｓｅ ｌｉｎｅに設定し、偏光子試料の軸を基準偏光子の軸と垂直及び水平に整列した状態でそれぞれの透過率を測定した後、単体透過率を計算しうる。
前記偏光子は、前記液晶素子の第１の配向状態で前記遮断状態が具現されると仮定する場合、前記第１の配向状態の平均光軸（光軸のベクトル和）と前記偏光子の光吸収軸がなす角度が約８０度～約１００度、または約８５度～約９５度をなすか、殆ど垂直になるように光学デバイスに配置されているか、または３５度～約５５度、または約４０度～約５０度になるか、または約４５度になるように光学デバイスに配置されていてもよい。
図３は、液晶素子を例示的に示す。図３に示すように、液晶素子は、第１の基材層１０ａ、第１の基材層の内側に形成された粘着剤層１０ｃ、第１の基材層１０ａと対向配置される第２の基材層２０ａ、第２の基材層２０ａの内側に形成されたスペーサ２０ｃ及び第１の基材層１０ａと第２の基材層２０ａの間に位置する液晶層３０を含んでもよい。
第１の基材層及び第２の基材層としては、例えば、ガラスフィルム、結晶性または非結晶性シリコンフィルム、石英又はＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）フィルムなどの無機系フィルムやポリマーフィルムなどを使用してもよく、フレキシブル素子の具現の側面でポリマーフィルムを使用してもよい。
一例において、第１の基材層及び第２の基材層は、それぞれポリマーフィルムであってもよい。ポリマーフィルムとしては、ＴＡＣ（ｔｒｉａｃｅｔｙｌ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ）、ノルボルネン誘導体などの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（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｍａｐｈｔｈａｔｌａｔｅ）、ＰＥＴ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｔｅｒｅｐｈｔａｌａｔｅ）、ＰＩ（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）、ＰＳＦ（ｐｏｌｙｓｕｌｆｏｎｅ）、ＰＡ（ｐｏｌｙａｒｙｌａｔｅ）または非晶質フッ素樹脂などを使用してもよいが、これに制限されるものではない。第１の基材層及び第２の基材層には、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してもよい。
第１の基材層及び第２の基材層は、厚さがそれぞれ約１０μｍ～約１，０００μｍであってもよい。他の例として、前記基材層は、厚さがそれぞれ約２０μｍ以上、４０μｍ以上、６０μｍ以上、８０μｍ以上、１００μｍ以上、１２０μｍ以上、１４０μｍ以上、１６０μｍ以上、または約１８０μｍ以上であってもよく、約９００μｍ以下、８００μｍ以下、７００μｍ以下、６００μｍ以下、５００μｍ以下、または約４００μｍ以下であってもよい。第１の基材層及び第２の基材層の厚さが前記範囲を満たす場合、液晶素子を外郭基板と合着して光学デバイスを製造する際、シワなどの外観不良を減少させることができる。
粘着剤層は、光学的に透明であってもよい。粘着剤層は、可視光領域、例えば、３８０ｎｍ～７８０ｎｍの波長に対する平均透過度が約８０％以上、８５％以上、９０％以上、または９５％以上であってもよい。
粘着剤層は、液晶配向性粘着剤層であってもよい。粘着剤層は、例えば、垂直配向性粘着剤層であってもよく、水平配向性粘着剤層であってもよい。本明細書において「垂直配向性粘着剤」とは、隣接する液晶化合物に対して垂直配向力を付与するとともに、上部基板と下部基板を接着させることができる付着力を有する粘着剤を意味しうる。本明細書において「水平配向性粘着剤」とは、隣接する液晶化合物に対して水平配向力を付与するとともに、上部基板と下部基板を接着させることができる接着力を有する粘着剤を意味しうる。垂直配向性粘着剤に対する隣接する液晶化合物のプレチルト角が８０度～９０度、８５度～９０度、または約８７度～９０度の範囲内であってもよく、水平配向性粘着剤に対する隣接する液晶化合物のプレチルト角は、０度～１０度、０度～５度、または０度～３度の範囲内であってもよい。
本明細書においてプレチルト角とは、電圧が印加されていない状態で液晶化合物の方向子が液晶配向性粘着剤または配向膜と水平な面に対してなす角度を意味しうる。本明細書において液晶化合物の方向子とは、液晶層の光軸（Ｏｐｔｉｃａｌ ａｘｉｓ）または遅相軸（Ｓｌｏｗ ａｘｉｓ）を意味しうる。または、液晶化合物の方向子は、液晶化合物が棒（ｒｏｄ）状である場合は長軸方向を意味し、液晶化合物が円板（ｄｉｓｃｏｔｉｃ）状である場合は円板平面の法線方向と平行な軸を意味しうる。
粘着剤層の厚さは、例えば、３μｍ～１５μｍの範囲内であってもよい。粘着剤層の厚さが前記範囲内である場合、上部基板と下部基板の付着力を確保しつつ液晶素子フィルムの製造に使用されるとき、粘着剤の押さえや押しなどの不良を最小化するのに有利となり得る。
粘着剤層としては、業界でいわゆるＯＣＡ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ Ｃｌｅａｒ Ａｄｈｅｓｉｖｅ）として公知の様々な類型の粘着剤を適宜使用してもよい。前記粘着剤は、付着対象が合着する前に硬化するという点で、付着対象が合着した後に硬化するＯＣＲ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ Ｃｌｅａｒ Ｒｅｓｉｎ）類型の粘着剤と異なってもよい。前記粘着剤としては、例えば、アクリル系、シリコーン系、エポキシ系またはウレタン系粘着剤が適用されてもよい。
粘着剤層は、粘着性樹脂の硬化物を含んでもよい。一例において、粘着剤層は、シリコーン系粘着剤を含んでもよい。シリコーン系粘着剤は、粘着性樹脂として硬化性シリコーン化合物の硬化物を含んでもよい。
硬化性シリコーン化合物の種類は特に制限されず、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用してもよい。前記硬化性シリコーン化合物は、粘着性樹脂と呼ぶこともある。
一例において、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ってもよい。
具体的に、前記付加硬化型シリコーン化合物としては、（１）分子中に２つ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及び（２）分子中に２つ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などが挙げられるが、これに制限されるものではない。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、付加反応により硬化物を形成してもよい。
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 ２ＳｉＯ１／２で表されるシロキサン単位とＲ１ ２Ｒ２ＳｉＯ１／２で表されるシロキサン単位とＳｉＯ４／２で表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 ２Ｒ２ＳｉＯ１／２で表されるシロキサン単位とＳｉＯ４／２で表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で表されるシロキサン単位と、Ｒ１ＳｉＯ３／２で表されるシロキサン単位またはＲ２ＳｉＯ３／２で表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及び前記のうち２以上の混合物が挙げられるが、これに制限されるものではない。前記において、Ｒ１はアルケニル基以外の炭化水素基であり、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、ベンジル基またはフェネンチ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ってもよい。また、前記においてＲ２はアルケニル基であり、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ってもよい。
本出願で使用できる前記（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 ３ＳｉＯ１／２で表されるシロキサン単位とＲ１ ２ＨＳｉＯ１／２で表されるシロキサン単位とＳｉＯ4／２で表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 ２ＨＳｉＯ１／２で表されるシロキサン単位とＳｉＯ４／２で表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で表されるシロキサン単位とＲ１ＳｉＯ３／２で表されるシロキサン単位またはＨＳｉＯ３／２で表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及び前記のうち２以上の混合物が挙げられるが、これに制限されるものではない。前記において、Ｒ１は、アルケニル基以外の炭化水素基であり、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、ベンジル基またはフェネンチ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、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ってもよい。
粘着剤層が垂直配向性粘着剤層の場合、表面エネルギーは、１６ｍＮ／ｍ以下であってもよい。前記表面エネルギーの下限は、例えば、５ｍＮ／ｍ以上であってもよい。粘着剤層が水平配向性粘着剤層の場合、表面エネルギーは、１６ｍＮ／ｍ超過であってもよい。前記表面エネルギーの上限は、例えば、５０ｍＮ／ｍ以下であってもよい。表面エネルギーは、ドロップシェイプアナライザー（Ｄｒｏｐ Ｓｈａｐｅ Ａｎａｌｙｚｅｒ、ＫＲＵＳＳ社のＤＳＡ１００製品）を使用して測定しうる。具体的に粘着剤の表面に表面張力（ｓｕｒｆａｃｅ ｔｅｎｓｉｏｎ）が公知の脱イオン化水を落とし、その接触角を求める過程を５回繰り返し、得られた５つの接触角数値の平均値を求め、同様に、表面張力が公知のジヨードメタン（ｄｉｏｄｏｍｅｔｈａｎｅ）を落とし、その接触角を求める過程を５回繰り返し、得られた５つの接触角数値の平均値を求める。その後、求められた脱イオン化水とジヨードメタンに対する接触角の平均値を用いて、Ｏｗｅｎｓ－Ｗｅｎｄｔ－Ｒａｂｅｌ－Ｋａｅｌｂｌｅ方法により溶媒の表面張力に関する数値（Ｓｔｒｏｍ値）を代入して表面エネルギーを求めた。サンプルの表面エネルギー（γｓｕｒｆａｃｅ）は、無極性分子間の分散力と極性分子間の相互作用力が考えられて（γｓｕｒｆａｃｅ＝γｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ＋γｐｏｌａｒ）計算できるが、前記表面エネルギーγｓｕｒｆａｃｅでｐｏｌａｒ ｔｅｒｍ（γｏｌａｒ）の割合をその表面の極性（ｐｏｌａｒｉｔｙ）として定義できる。
液晶素子の上部基板と下部基板は、粘着剤層によって付着していてもよい。具体的に、上部基板の粘着剤層と下部基板のスペーサが付着していてもよい。下部基板のスペーサ上に配向膜が形成されている場合、配向膜のスペーサに対応する領域が上部基板の粘着剤層と付着していてもよい。
液晶層は、液晶化合物を含んでもよい。液晶化合物としては、外部作用の印加によってその配向方向を変更できる液晶化合物を使用してもよい。本明細書において用語の「外部作用」とは、液晶層内に含まれる物質の挙動に影響を及ぼし得る外部にすべての要因、例えば、外部電圧などを意味しうる。したがって、外部作用のない状態とは、外部電圧などが印加されていない状態を意味しうる。
液晶化合物の種類及び物性は、本出願の目的を考慮して適宜選ばれてもよい。一例において、液晶化合物は、ネマティック（ｎｅｍａｔｉｃ）液晶またはスメクティック（ｓｍｅｃｔｉｃ）液晶であってもよい。ネマティック液晶は、棒状の液晶分子が位置に対する規則性はないが、液晶分子の長軸方向に平行に配列されている液晶を意味し、スメクティック液晶は、棒状の液晶分子が規則的に配列して層をなす構造を形成し、長軸方向に規則性をもって平行に配列されている液晶を意味しうる。本出願の一実施例によれば、前記液晶化合物は、ネマティック液晶化合物であってもよい。
ネマティック液晶化合物は、例えば、約４０℃以上、５０℃以上、６０℃以上、７０℃以上、８０℃以上、９０℃以上、１００℃以上、または約１１０℃以上の澄明点（ｃｌｅａｒｉｎｇ ｐｏｉｎｔ）を有するか、または前記範囲の相転移点、すなわち、ネマティック相から等方相への相転移点を有するものが選ばれてもよい。一例において、前記澄明点または相転移点は、約１６０℃以下、１５０℃以下、または約１４０℃以下であってもよい。
液晶化合物は、非反応性液晶化合物であってもよい。非反応性液晶化合物は、重合性基を有していない液晶化合物を意味しうる。重合性基としては、アクリロイル基、アクリロイルオキシ基、メタクリロイル基、メタクリロイルオキシ基、カルボキシル基、ヒドロキシ基、ビニル基またはエポキシ基などが挙げられるが、これに制限されず、重合性基として知られた公知の官能基が含まれてもよい。
液晶化合物は、誘電率異方性が正数や負数であってもよい。液晶化合物の誘電率異方性の絶対値は、本出願の目的を考慮して適宜選ばれてもよい。用語の「誘電率異方性（Δε）」とは、液晶の水平誘電率（ε／／）と垂直誘電率（ε⊥）の差（ε／／－ε⊥）を意味しうる。本明細書において用語の水平誘電率（ε／／）とは、液晶化合物の方向子と印加電圧による電場の方向が実質的に水平に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⊥）とは、液晶化合物の方向子と印加電圧による電場の方向が実質的に垂直に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。
液晶化合物の屈折率異方性は、本出願の目的を考慮して適宜選ばれてもよい。本明細書において用語の「屈折率異方性」とは、液晶化合物の異常屈折率（ｅｘｔｒａｏｒｄｉｎａｒｙ ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ）と正常屈折率（ｏｒｄｉｎａｒｙ ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ）の差を意味しうる。液晶化合物の屈折率異方性は、例えば、０．０１～０．３であってもよい。前記屈折率異方性は、０．０１以上、０．０５以上、または０．０７以上であってもよく、０．３以下、０．２以下、０．１５以下、または０．１３以下であってもよい。
液晶層は、二色性染料をさらに含んでもよい。液晶層が二色性染料を含む場合、液晶素子フィルムが粘着剤層を含んでいても外郭基板の合着工程時にセルギャップの変動に影響が少ないので、液晶素子の構造的安定性及び品質の均一度を確保するための中間層の厚さを相対的に薄くできるという利点がある。
二色性染料は、液晶層の光透過度可変特性を制御しうる。本明細書において「染料」とは、可視光領域、例えば、４００ｎｍ～７００ｎｍの波長範囲内で少なくとも一部または全範囲内の光を集中的に吸収及び／又は変形させることができる物質を意味し、用語の「二色性染料」とは、可視光領域の少なくとも一部または全範囲で光の異方性の吸収が可能な物質を意味しうる。
液晶化合物及び二色性染料を含む液晶層は、ＧＨＬＣ層（Ｇｕｅｓｔ ｈｏｓｔ ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｌａｙｅｒ）であってもよい。本明細書において、「ＧＨＬＣ層（Ｇｕｅｓｔ ｈｏｓｔ ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｌａｙｅｒ）」とは、液晶化合物の配列によって二色性染料とともに配列され、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うる。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、長軸方向に偏光された光の吸収率が大きければｐ型染料と呼び、短軸方向に偏光された光の吸収率が大きければｎ型染料と呼ぶことができる。一例において、ｐ型染料が使用される場合、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、吸収が少なく透過させることができる。以下、特に言及のない限り、二色性染料は、ｐ型染料であると仮定する。
二色性染料としては、例えば、いわゆるゲストホスト効果によって液晶化合物の整列状態に応じて整列され得る特性を有することが知られている公知の染料を選択して使用してもよい。このような二色性染料の例としては、アゾ染料、アントラキノン染料、メチン染料、アゾメチン染料、メロシアニン染料、ナフトキノン染料、テトラジン染料、フェニレン染料、キタリレン染料、ベンゾチアジアゾール染料、ジケトピロロピロール染料、スクアレーン染料またはパイロメテン染料などがあるが、本出願で適用可能な染料が前記に制限されるものではない。
二色性染料は、二色比（ｄｉｃｈｒｏｉｃ ｒａｔｉｏ）、すなわち、二色性染料の長軸方向に平行な偏光の吸収を前記長軸方向に垂直な方向に平行な偏光の吸収で割った値が５以上、６以上、または７以上である染料を使用してもよい。前記染料は、可視光領域の波長範囲内、例えば、約３８０ｎｍ～７００ｎｍまたは約４００ｎｍ～７００ｎｍの波長範囲内で少なくとも一部の波長、またはいずれかの波長で前記二色比を満たすことができる。前記二色比の上限は、例えば、２０以下、１８以下、１６以下、または１４以下程度であってもよい。
液晶層の二色性染料の含量は、本出願の目的を考慮して適宜選ばれてもよい。例えば、液晶層の二色性染料の含量は、０．１重量％以上、０．２５重量％以上、０．５重量％以上、０．７５重量％以上、１重量％以上、１．２５重量％以上、または１．５重量％以上であってもよい。液晶層の二色性染料の含量の上限は、例えば、５．０重量％以下、４．０重量％以下、３．０重量％以下、２．７５重量％以下、２．５重量％以下、２．２５重量％以下、２．０重量％以下、１．７５重量％以下または１．５重量％以下であってもよい。液晶層の二色性染料の含量が前記範囲を満たす場合、透過度可変特性に優れた光学デバイスを提供しうる。一例において、前記範囲内で二色性染料の含量が高いほど、透過度可変特性に優れた光学デバイスを提供しうる。
液晶層の厚さは特に制限されず、例えば、液晶層の厚さは、約０．０１μｍ以上、０．０５μｍ以上、０．１μｍ以上、０．５μｍ以上、１μｍ以上、１．５μｍ以上、２μｍ以上、２．５μｍ以上、３μｍ以上、３．５μｍ以上、４μｍ以上、４．５μｍ以上、５μｍ以上、５．５μｍ以上、６μｍ以上、６．５μｍ以上、７μｍ以上、７．５μｍ以上、８μｍ以上、８．５μｍ以上、９μｍ以上、または９．５μｍ以上であってもよい。前記液晶層の厚さの上限は特に制限されず、一般に約３０μｍ以下、２５μｍ以下、２０μｍ以下、または１５μｍ以下であってもよい。
液晶層は、第１の配向状態と前記第１の配向状態とは異なる第２の配向状態の間をスイッチングしてもよい。前記スイッチングは、例えば、電圧などの外部エネルギーの印加によって調節してもよい。例えば、液晶層は、電圧無印加状態で前記第１及び第２の配向状態のうちいずれかの状態が維持され、電圧印加によって他の配向状態にスイッチングされてもよい。
第１配向状態及び／又は第２配向状態としては、水平配向状態、垂直配向状態、ツイスト配向状態、傾斜配向状態、ハイブリッド配向状態などが挙げられる。
本明細書において「水平配向状態」とは、液晶層内の液晶化合物の方向子が液晶層の平面に対して略平行に配列された状態であり、例えば、液晶層の平面に対して液晶化合物の方向子がなす角度は、例えば、約－１０度～１０度または－５度～５度の範囲内であるか、または約０度をなすことができる。
本明細書において「垂直配向状態」とは、液晶層内の液晶化合物の方向子が液晶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、液晶層の平面に対して液晶化合物の方向子がなす角度は、例えば、約８０度～１００度または８５度～９５度の範囲内であるか、または約９０度をなすことができる。
本明細書において「ツイスト配向状態」とは、液晶層内で液晶化合物の方向子が仮想のらせん軸に沿って捩れながら層をなして配向した螺旋状の構造を意味しうる。ツイスト配向状態は、垂直、水平または傾斜配向状態で具現できる。すなわち、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らせん軸に沿って捩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らせん軸に沿って捩れながら層をなす状態であり、傾斜ツイスト配向モードは、個々の液晶化合物が傾斜配向された状態でらせん軸に沿って捩れながら層をなす状態である。
本明細書において、「傾斜配向状態」とは、液晶層内の液晶化合物の方向子が液晶層の平面に対してなす角度であるチルト角が、前記水平配向状態のチルト角及び垂直配向状態のチルト角から外れる配向状態を意味しうる。傾斜配向状態において、チルト角は、例えば、１０度超過～８０度未満であってもよい。本明細書において「ハイブリッド配向状態」とは、液晶層内の液晶化合物の方向子が液晶層の平面に対してなす角度であるチルト角が液晶層の厚み方向に沿って漸進的に増加するか、または減少する配向状態を意味しうる。
液晶素子は、第１の基材層１０ａの内側面に形成された第１の電極層１０ｂをさらに含んでもよい。このとき、粘着剤層１０ｃは、第１の電極層１０ｂの内側面に存在してもよい。すなわち、第１の電極層１０ｂは、第１の基材層１０ａと粘着剤層１０ｃの間に存在してもよい。液晶素子は、第２の基材層２０ａの内側面に形成された第２の電極層２０ｂをさらに含んでもよい。このとき、スペーサ２０ｃは、第２の電極層２０ｂの内側面に存在してもよい。すなわち、第２の電極層２０ｂは、第２の基材層２０ａとスペーサ２０ｃの間に存在してもよい。
第１の電極層と第２の電極層は、液晶層内に含まれている物質が入射する光を透過または遮断させるように、外部作用、例えば、電界の印加を付与する役割を果たすことができる。一例において、前記第１の電極層及び／又は第２の電極層は、導電性高分子、導電性金属、導電性ナノワイヤ、またはＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）などの金属酸化物などを含んでもよいが、これに制限されるものではない。上部及び／又は下部第２の電極層は、例えば、前記導電性高分子、導電性金属、導電性ナノワイヤ又はＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）などの金属酸化物を蒸着して形成したものであってもよい。
液晶素子は、第２の電極層２０ｂの内側面に存在する配向膜２０ｄをさらに含んでもよい。スペーサ２０ｃは、第２の電極層２０ｂと配向膜２０ｄの間に存在してもよい。配向膜は、スペーサ上に形成されてもよい。すなわち、スペーサの上面部及び／又は側面部は配向膜と接していてもよい。スペーサの下部面は、第２の電極層に接していてもよい。粘着剤層は、液晶配向性を有することができるため、第１の電極層の内側面には、配向膜を含まなくてもよい。
本明細書において、第１の基材層、第１の電極層及び粘着剤層の組み合わせを上部基板と呼ぶことができ、第２の基材層、第２の電極層、スペーサ及び配向膜の組み合わせを下部基板と呼ぶことができる。液晶素子において、上部基板は粘着剤層以外の別途の配向膜は含まず、下部基板は配向膜を含んでもよい。
配向膜と液晶層は、接していてもよい。配向膜は、垂直配向膜でも水平配向膜でもよい。本明細書において「水平配向膜」とは、隣接する液晶層内に存在する液晶化合物に対する水平配向力を付与する配向性物質を含む層を意味しうる。本明細書において「垂直配向膜」とは、隣接する液晶層内に存在する液晶化合物に対する垂直配向力を付与する配向性物質を含む層を意味しうる。垂直配向膜に対する隣接する液晶化合物のプレチルト角が８０度～９０度、８５度～９０度、または約８７度～９０度の範囲内であってもよく、水平配向膜に対する隣接する液晶化合物のプレチルト角が０度～１０度、０度～５度、または０度～３度の範囲内であってもよい。配向膜は、粘着剤層と異なり、上部基板と下部基板を接着させる接着力を有していなくてもよい。一例において、配向膜は、図２の液晶素子の状態で上部基板に対する剥離力が０に近い場合がある。
配向膜は、ラビング配向膜または光配向膜であってもよい。配向膜の配向方向は、ラビング配向膜の場合はラビング方向、光配向膜の場合は照射される偏光の方向であってもよいが、このような配向方向は、吸収型線形偏光子を用いた検出方式で確認しうる。具体的に液晶層に含まれる液晶化合物を水平配向させた状態で前記液晶層の一面に吸収型線形偏光子を配置し、前記偏光子を３６０度回転させながら透過率を測定することにより、配向方向を確認しうる。前記状態で液晶層または吸収型線形偏光子側に光を照射しながら他側で輝度（透過率）を測定する場合、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模写（ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ）を通じて配向方向を確認しうる。液晶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り、本出願では、このような公知の方式で配向膜の配向方向を確認しうる。
配向膜としては、ポリイミド（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）化合物、ポリビニルアルコール（ｐｏｌｙ（ｖｉｎｙｌ ａｌｃｏｈｏｌ））化合物、ポリアミック酸（ｐｏｌｙ（ａｍｉｃ ａｃｉｄ））化合物、ポリスチレン（ｐｏｌｙｓｔｙｌｅｎｅ）化合物、ポリアミド（ｐｏｌｙａｍｉｄｅ）化合物及びポリオキシエチレン（ｐｏｌｙｏｘｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）化合物などのようにラビング配向により配向能を示すもので公知の物質であるか、ポリイミド（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）化合物、ポリアミック酸（ｐｏｌｙａｍｉｃ ａｃｉｄ）化合物、ポリノルボルネン（ｐｏｌｙｎｏｒｂｏｒｎｅｎｅ）化合物、フェニルマレイミド共重合体（ｐｈｅｎｙｌｍａｌｅｉｍｉｄｅ ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）化合物、ポリビニルシンナメート（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｃｉｎａｍａｔｅ）化合物、ポリアゾベンゼン（ｐｏｌｙａｚｏｂｅｎｚｅｎｅ）化合物、ポリエチレンイミン（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｉｍｉｄｅ）化合物、ポリビニルアルコール（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌａｌｃｏｈｏｌ）化合物、ポリアミド（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）化合物、ポリエチレン（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）化合物、ポリスチレン（ｐｏｌｙｓｔｙｌｅｎｅ）化合物、ポリフェニレンフタルアミド（ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅｐｈｔｈａｌａｍｉｄｅ）化合物、ポリエステル（ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ）化合物、ＣＭＰＩ（ｃｈｌｏｒｏｍｅｔｈｙｌａｔｅｄ ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）化合物、ＰＶＣＩ（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｃｉｎｎａｍａｔｅ）化合物及びポリメチルメタクリレート（ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）化合物などのように光照射によって配向能を示すことができるもので、公知の物質からなる群から選ばれる１つ以上を含んでもよいが、これに制限されるものではない。
スペーサ２０ｃは、上部基板と下部基板の間の間隔を維持しうる。上部基板と下部基板の間にスペーサが存在しない領域に液晶層が存在してもよい。
スペーサは、パターン化されたスペーサであってもよい。スペーサは、柱状（ｃｏｌｕｍｎ）または隔壁状（ｐａｒｔｉｔｉｏｎ ｗａｌｌ）を有してもよい。隔壁は、下部基板と上部基板の間の空間を２つ以上の空間に区画してもよい。スペーサが存在しない領域には、下部に存在する他のフィルムや他の層が露出していてもよい。例えば、スペーサが存在しない領域には、第２の電極層が露出していてもよい。配向膜は、スペーサ及びスペーサが存在しない領域に露出した第２の電極層を覆っていてもよい。上部基板と下部基板が合着された液晶素子において、下部基板のスペーサの上部に存在する配向膜と上部基板の粘着剤層が互いに接していてもよい。
上部基板と下部基板の間にスペーサが存在しない領域には、液晶化合物及び前述した添加剤、例えば、二色性染料、キラル剤などが存在してもよい。スペーサの形状は特に制限されず、例えば、円、楕円、その他の多角形状の多面を有するように制限なく適用されてもよい。
スペーサは、硬化性樹脂を含んでもよい。硬化性樹脂の種類は特に制限されず、例えば、熱硬化性樹脂または光硬化性樹脂、例えば、紫外線硬化性樹脂を使用してもよい。熱硬化性樹脂としては、例えば、シリコーン樹脂、ケイ素樹脂、フラン樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、アミノ樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、ポリエステル樹脂またはメラミン樹脂などを使用してもよいが、これに制限されるものではない。紫外線硬化性樹脂としては、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使用してもよいが、これに制限されるものではない。
スペーサは、パターニング工程によって形成されてもよい。例えば、スペーサは、フォトリソグラフィ工程によって形成されてもよい。フォトリソグラフィ工程は、硬化性樹脂組成物を基材層または電極層上に塗布した後、パターンマスクを介して紫外線を照射する工程を含んでもよい。パターンマスクは、紫外線透過領域と紫外線遮断領域にパターニングされていてもよい。フォトリソグラフィ工程は、紫外線が照射された硬化性樹脂組成物をウォッシング（ｗａｓｈｉｎｇ）する工程をさらに含んでもよい。紫外線が照射された領域は硬化し、紫外線が照射されていない領域は液状に残っているので、ウォッシング工程を通じて除去することにより、隔壁形状にパターニングを行うことができる。フォトリソグラフィ工程において、紫外線照射後、樹脂組成物とパターンマスクを容易に分離するためにパターンマスクに離型処理を行うか、または離型紙を樹脂組成物の層とパターンマスクの間に位置させることもできる
スペーサの幅（線幅）、間隔（ピッチ）、厚さ、面積は、本出願の目的を損なわない範囲内で適宜選ばれてもよい。例えば、スペーサの幅（線幅）は、１０μｍ～５００μｍの範囲、または１０μｍ～５０μｍの範囲内であってもよい。スペーサの間隔（ピッチ）は、１０μｍ～１０００μｍの範囲、または１００μｍ～１０００μｍの範囲内であってもよい。スペーサの面積は、第２の基材層の全面積１００％に対して、約５％以上であってもよく、５０％以下であってもよい。スペーサの面積が前記範囲内である場合、上部基板と下部基板の付着力を適切に確保しながら優れた電気光学特性を確保するのに有利となり得る。スペーサの厚さは、例えば、１μｍ～３０μｍまたは３μｍ～２０μｍの範囲であってもよい。
光学デバイスは、第１の外郭基板と液晶素子の間に位置する少なくとも１つ以上の中間層を含んでもよく、第２の外郭基板と液晶素子の間に位置する少なくとも１つ以上の中間層を含んでもよい。したがって、光学デバイスは、少なくとも２枚の中間層を含んでもよい。第１の外郭基板及び第２の外郭基板の一面は、隣接する中間層とそれぞれ接していてもよい。液晶素子の両面は、それぞれ隣接する中間層と接していてもよい。
光学デバイスの中間層の個数は、光学デバイスが第１の外郭基板、第２の外郭基板、及び液晶素子以外の他の要素をさらに含むかどうかによって決定されてもよい。前記他の素子は、偏光子などが挙げられる。
一例において、光学デバイスは、第１の外郭基板と第２の外郭基板の間に前記液晶素子以外に他の素子、例えば、偏光子をさらに含んでもよい。この場合、一具体例において、光学デバイスは、第１の外郭基板、中間層、液晶素子、中間層、偏光子、中間層、及び第２の外郭基板の順に積層された構造を有してもよい。他の具体例において、光学デバイスは、第１の外郭基板、中間層、偏光子、中間層、液晶素子、中間層、及び第２の外郭基板の順に積層された構造を有してもよい。さらに他の例において、光学デバイスは、第１の外郭基板、中間層、偏光子、中間層、液晶素子、中間層、偏光子、中間層、及び第２の外郭基板の順に積層された構造を有してもよい。
他の一例において、光学デバイスは、第１の外郭基板と第２の外郭基板の間に前記液晶素子以外に他の素子、例えば偏光子が含まれなくてもよい。この場合、光学デバイスは、第１の外郭基板、中間層、液晶素子、中間層、及び第２の外郭基板の順に積層された構造を有してもよい。
液晶素子の物性的限界を克服するために液晶素子の両面に中間層を介して外郭基板を合着することができるが、粘着剤層の低いモジュラスにより、外部圧力に脆弱であり、前記合着過程においてセルギャップの崩れや液晶の流動、集中などの不良が発生することがある。光学デバイスに含まれる中間層の厚さを制御することにより、前記不良を最小化でき、光学デバイスの構造的安定性及び均一な外観特性を確保しうる。
一例として、前記少なくとも１つ以上の中間層は、総厚さの和が８００μｍ以上であってもよい。前記少なくとも１つ以上の中間層の総厚さの和は、第１の外郭基板と液晶素子の間、及び第２の外郭基板と液晶素子の間に存在するすべての中間層の厚さの和を意味する。中間層の総厚さが前記範囲内である場合、外郭基板の合着過程における不良を最小化することにより、光学デバイスの構造的安定性及び均一な外観特性を確保しうる。前記少なくとも１つ以上の中間層の総厚さの和は、具体的に９００μｍ以上、１，０００μｍ以上、１，１００μｍ以上、１，２００μｍ以上、１，３００μｍ以上、１，４００μｍ以上、１，５００μｍ以上、１，６００μｍ以上、１，６５０μｍ以上、１，７００μｍ以上、１，７５０μｍ以上、１，８００μｍ以上、１，８５０μｍ以上、１，９００μｍ以上、１，９５０μｍ以上、２，０００μｍ以上、２，１００μｍ以上、２，１５０μｍ以上または約２，２００μｍ以上であってもよい。前記少なくとも１つ以上の中間層の総厚さの和は、例えば、約６，０００μｍ以下、５，９００μｍ以下、５，８００μｍ以下、５，７００μｍ以下、５，６００μｍ以下、５，５００μｍ以下、５，４００μｍ以下、５，３００μｍ以下、５，２００μｍ以下、５，１００μｍ以下または約５，０００μｍ以下であってもよい。前記少なくとも１つ以上の中間層の総厚さの和が厚すぎると、光学デバイスの透過度特性などの電気光学特性を低下させうるため、前記範囲内であることが有利となり得る。
前記少なくとも１つ以上の中間層は、それぞれ中間層１枚の単層構造を有するか、または２枚以上のサブ中間層の積層体であってもよい。サブ中間層の厚さ及び個数は、所望の中間層の厚さを考慮して制御されてもよい。一例において、サブ中間層の厚さは、１００μｍ～５００μｍの範囲または３００μｍ～４００μｍの範囲内であってもよい。
一例として、前記第１の外郭基板と液晶素子の間に位置する少なくとも１つ以上の中間層の総厚さＴａ及び前記第２の外郭基板と液晶素子の間に位置する少なくとも１つ以上の中間層の総厚さＴｂは、それぞれ約４００μｍ以上、５００μｍ以上、６００μｍ以上、７００μｍ以上、８００μｍ以上、９００μｍ以上、１，０００μｍ以上、または１，１００μｍ以上であってもよく、約３，０００μｍ以下、２，９００μｍ以下、２，８００μｍ以下、２，７００μｍ以下、約２，６００μｍ以下、約２，５００μｍ以下、約２，４００μｍ以下、または約２，３００μｍ以下であってもよい。前記厚さＴａ及びＴｂがそれぞれ前記範囲内である場合、光学デバイスの電気光学的特性を阻害することなく、外郭基板の合着過程において不良なしに構造的安定性及び均一な外観特性を確保するのに有利となり得る。前記第１の外郭基板と液晶素子の間に位置する少なくとも１つ以上の中間層の総厚さＴａの和は、第１の外郭基板と液晶素子の間に存在するすべての中間層の厚さの和を意味する。また、前記第２の外郭基板と液晶素子の間に位置する少なくとも１つ以上の中間層の総厚さＴｂの和は、第２の外郭基板と液晶素子の間に存在するすべての中間層の厚さの和を意味する。
一例として、前記第１の外郭基板と液晶素子の間に位置する少なくとも１つ以上の中間層の総厚さＴａに対して、前記第２の外郭基板と液晶素子の間に位置する少なくとも１つ以上の中間層の総厚さＴｂの厚さ比Ｔａ／Ｔｂは、０．１～１０の範囲内であってもよい。他の例として、前記厚さ比Ｔａ／Ｔｂは、約０．１２以上、約０．１３以上、または約０．１４以上であってもよく、約９．５以下、９．０以下、８．５以下、８．０以下、７．５以下、または約７．０以下であってもよい。前記厚さ比が０．１～１０の範囲内であると、より効果的に液晶素子の外観不良を改善しうる。
一例として、少なくとも１つ以上の中間層の貯蔵弾性率（ｓｔｏｒａｇｅ ｍｏｄｕｌｕｓ）は、それぞれ１ＭＰａ以上であってもよい。中間層の貯蔵弾性率が低いと、高温耐久性テストやｃｙｃｌｅテストなどで基材層が収縮や膨張の応力に耐えられず、液晶素子が破損することがある。中間層の貯蔵弾性率は、２ＭＰａ以上または４ＭＰａ以上であってもよく、１００ＭＰａ以下、８０ＭＰａ以下、６０ＭＰａ以下、４０ＭＰａ以下、２０ＭＰａ以下、１０ＭＰａ以下、または５ＭＰａ以下であってもよい。前記貯蔵弾性率は、２５℃の温度及び６ｒａｄ／ｓｅｃの周波数で測定された値であってもよい。
一例として、前記少なくとも１つ以上の中間層は、それぞれヤング率（Ｙｏｕｎｇ'ｓ ｍｏｄｕｌｕｓ、Ｅ）が０．１ＭＰａ～１００ＭＰａの範囲内であってもよい。他の例として、中間層のヤング率Ｅは、約０．２ＭＰａ以上、０．４ＭＰａ以上、０．６ＭＰａ以上、０．８ＭＰａ以上、１ＭＰａ以上、５ＭＰａ以上、または約１０ＭＰａ以上であってもよく、約９５ＭＰａ以下、８０ＭＰａ以下、７５ＭＰａ以下、７０ＭＰａ以下、６５ＭＰａ以下、６０ＭＰａ以下、５５ＭＰａ以下、または約５０ＭＰａ以下であってもよい。前記ヤング率Ｅは、例えば、ＡＳＴＭ Ｄ８８２に規定された方式で測定してもよく、当該規格で提供する形態でフィルムを裁断し、Ｓｔｒｅｓｓ－Ｓｔｒａｉｎ ｃｕｒｖｅを測定できる装備（力と長さを同時に測定できる）、一例としてＵＴＭ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ ｔｅｓｔｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ）を用いて測定しうる。光学デバイスに含まれる中間層のヤング率が前記範囲内である場合、光学デバイスの優れた耐久性を確保するのにさらに有利となり得る。中間層が少なくとも２枚以上のサブ中間層の積層体である場合、サブ中間層のそれぞれが前記ヤング率の範囲を満たすことができる。
一例として、少なくとも１つ以上の中間層は、それぞれ熱膨張係数が２，０００ｐｐｍ／Ｋ以下であってもよい。前記熱膨張係数は、他の例において、約１，９００ｐｐｍ／Ｋ以下、１，７００ｐｐｍ／Ｋ以下、１，６００ｐｐｍ／Ｋ以下、または約１，５００ｐｐｍ／Ｋ以下、または約１０ｐｐｍ／Ｋ以上、２０ｐｐｍ／Ｋ以上、３０ｐｐｍ／Ｋ以上、４０ｐｐｍ／Ｋ以上、５０ｐｐｍ／Ｋ以上、６０ｐｐｍ／Ｋ以上、７０ｐｐｍ／Ｋ以上、８０ｐｐｍ／Ｋ以上、９０ｐｐｍ／Ｋ以上、１００ｐｐｍ／Ｋ以上、２００ｐｐｍ／Ｋ以上、３００ｐｐｍ／Ｋ以上、４００ｐｐｍ／Ｋ以上、５００ｐｐｍ／Ｋ以上、６００ｐｐｍ／Ｋ以上、７００ｐｐｍ／Ｋ以上、または約８００ｐｐｍ／Ｋ以上であってもよい。中間層の熱膨張係数は、例えば、ＡＳＴＭ Ｄ６９６の規定に従って測定することができ、当該規格で提供する形態で裁断し、単位温度当たりの長さの変化を測定して熱膨張係数を計算することができ、ＴＭＡ（ＴｈｅｒｍｏＭｅｃｈａｎｉｃ Ａｎａｌｙｓｉｓ）などの公知の方式により測定しうる。光学デバイスに含まれる中間層の熱膨張係数が前記範囲内である場合、光学デバイスの優れた耐久性を確保するのにさらに有利となり得る。中間層が少なくとも２枚以上のサブ中間層の積層体である場合、サブ中間層のそれぞれが前記熱膨張係数の範囲を満たすことができる。
前記少なくとも１つ以上の中間層は、それぞれ熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ；Ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ Ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ）接着剤層、ポリアミド接着剤層、ポリエステル接着剤層、ＥＶＡ（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｖｉｎｙｌ Ａｃｅｔａｔｅ）接着剤層、アクリル接着剤層、シリコーン接着剤層またはポリオレフィン接着剤層であってもよい。本出願の一実施例によれば、前記少なくとも１つ以上の中間層は、それぞれ熱可塑性ポリウレタンであってもよい。
光学デバイスにおいて、外郭層は液晶素子の側面を囲んでいてもよい。光学デバイスにおいて、液晶素子の上部面積は、第１の外郭基板または第２の外郭基板の上部面積より小さくてもよい。また、液晶素子の上部面積は、光学デバイスに含まれる少なくとも１つ以上の中間層の上部面積より小さくてもよい。一例において、液晶素子は、第１の外郭基板と液晶素子の間に位置する中間層、第２の外郭基板と液晶素子の間に位置する中間層、及び前記外殻層によってカプセル化されてもよい。本明細書において用語の「カプセル化（ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ）とは、中間層と外郭層で液晶素子の全面を被覆することを意味しうる。所望の構造によって例えば、第１の外郭基板、中間層、液晶素子、中間層及び第２の外郭基板を順次含み、液晶素子の側面を囲む外郭層を含む積層体を真空状態で圧着する方式で前記カプセル化構造を具現できる。このようなカプセル化構造によって光学デバイスの耐久性や耐候性が大きく向上し、その結果、サンルーフなど野外で使用される用途にも安定的に適用できる。
外郭層は、例えば、高分子フィルムを含んでもよい。一例において、外郭層は、高分子フィルム１枚で構成されてもよい。他の一例において、外郭層は、２枚以上の高分子フィルムの積層体であってもよい。２枚以上の高分子フィルムの積層体の場合、２枚以上の高分子フィルムを付着している粘着剤層をさらに含んでもよい。外郭層の構造は、所望の厚さ及び貯蔵弾性率を確保しうる範囲内で適宜選ばれてもよい。
高分子フィルムとしては、式１の貯蔵弾性率を満たすことができる範囲内で適切な高分子フィルムを使用してもよい。高分子フィルムとしては、例えば、ＰＣ（ｐｏｌｙ ｃａｒｂｏｎａｔｅ）フィルム、ＰＥ（ｐｏｌｙ ｅｔｈｙｌｅｎｅ）フィルム、ＴＰＵ（Ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ、熱可塑性ポリウレタン層）、ＣＯＰ（Ｃｙｃｌｏ－ｏｌｅｆｉｎ ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）フィルム、ＰＯＥ（Ｐｏｌｙ ｏｌｅｆｉｎ，ｅｌａｓｔｏｍｅｒ）フィルム、ＥＶＡ（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｖｉｎｙｌ Ａｃｅｔａｔｅ）フィルムなどを使用してもよい。
本出願は、さらに光学デバイスの製造方法に関する。前記光学デバイスの製造方法は、第１の外郭基板、少なくとも１つ以上の中間層、液晶素子、少なくとも１つ以上の中間層及び第２の外郭基板を順次含む積層体を準備する段階、及び前記積層体にオートクレーブ処理する段階を含んでもよい。光学デバイスの製造方法において特に言及のない限り、前記光学デバイスで説明した内容を同様に適用できる。
前記積層体は、液晶素子の側面を囲む外郭層をさらに含んでもよい。
光学デバイスが前記液晶素子以外の他の素子、例えば、偏光子をさらに含む場合、前記積層体は、前記液晶素子以外の他の素子を所望の位置にさらに含んでもよい。
前記オートクレーブ工程は、積層する段階後に形成された積層体に加熱及び／又は加圧によって行われてもよい。
前記オートクレーブ工程の条件は特に制限がなく、例えば、適用された中間層の種類に応じて適切な温度及び圧力下で行ってもよい。通常のオートクレーブ工程の温度は、約８０℃以上、９０℃以上、または１００℃以上であり、圧力は２気圧以上であるが、これに制限されるものではない。前記工程温度の上限は、約２００℃以下、１９０℃以下、１８０℃以下、または１７０℃以下程度であってもよく、工程圧力の上限は、約１０気圧以下、９気圧以下、８気圧以下、７気圧以下、または６気圧以下の程度であってもよい。
前記のような光学デバイスは、様々な用途に使用されてもよく、例えば、サングラスやＡＲ（Ａｒｇｕｍｅｎｔｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ）またはＶＲ（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｒｅａｌｉｔｙ）用アイウェア（ｅｙｅｗｅａｒ）などのアイウェア類、建物の外壁や車両用サンルーフなどに使用されてもよい。一例において、前記光学デバイスは、それ自体として車両用サンルーフであってもよい。例えば、少なくとも１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学デバイスまたは車両用サンルーフを装着して使用されてもよい。
本出願の光学デバイスは、液晶素子のセルギャップが適切に維持され、上部基板と下部基板の優れた付着力を有し、押さえや集中などの不良を最小化し、構造的安定性と良好な品質の均一度を確保しうる。
本出願の例示的な光学デバイスの断面図である。 本出願の例示的な光学デバイスの断面図である。 本出願の例示的な液晶素子の断面図である。 比較例１の光学デバイスを撮影した写真である。 比較例１の顕微鏡イメージである。 比較例１の顕微鏡イメージである。
以下、実施例を通じて本出願を具体的に説明するが、本出願の範囲が下記の実施例によって制限されるものではない。
測定例１．貯蔵弾性率測定
貯蔵弾性率は、ＴＡ社のＤＭＡ Ｑ８００を使用して測定した。具体的に、Ｍｕｌｔｉ－Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ－Ｓｔｒａｉｎ ｍｏｄｅで温度２５℃、周波数６ｒａｄ／ｓｅｃ、Ｆｏｒｃｅ ０．０１Ｎ及びＲａｍｐ ｒａｔｅ ３°／ｍｉｎの条件で貯蔵弾性率値を記録した。
実施例１
液晶素子の製造
第１の基材層として厚さが約１４５μｍであり、横×縦面積が９００ｍｍ×６００ｍｍのＰＥＴフィルムを用意した。第１の基材層上にＩＴＯ（ｉｎｄｉｕｍ－ｔｉｎ－ｏｘｉｄｅ）を５０ｎｍの厚さで蒸着して第１の電極層を形成した。第１の電極層上に粘着剤組成物（ＫＲ－３７００、信越社）をバーコートした後、約１５０℃で約５分間乾燥し、厚さが約１０μｍの粘着剤層を形成した。粘着剤層の貯蔵弾性率は約０．１ＭＰａであった。第１の基材層、第１の電極層及び粘着剤層の組み合わせを上部基板と呼ぶ。
第２の基材層として、厚さが約１４５μｍであり、横×縦面積が９００ｍｍ×６００ｍｍのＰＥＴフィルムを用意した。第２の基材層上にＩＴＯ（ｉｎｄｉｕｍ－ｔｉｎ－ｏｘｉｄｅ）を５０ｎｍの厚さで蒸着して第２の電極層を形成した。第２の電極層上にアクリル系樹脂組成物（ＫＡＤ－０３、ミニュータテック社）をコーティングした後、フォトリソグラフィ法によりハニカム型スペーサ（隔壁型スペーサ）を形成した。ハニカムを構成する正六角形（閉度形）のピッチが約４５０μｍであり、高さが約６μｍであり、線幅が約３０μｍである。前記隔壁型スペーサによって形成される閉度形（正六角形）の面積は、約２．１４ｍｍ２であった。前記スペーサ上に垂直配向膜（５６６１、Ｎｉｓｓａｎ ｃｈｅｍｉｃａｌ社）を約３００ｎｍの厚さでコーティングした後、一方向にラビング処理した。第２の基材層、第２の電極層、スペーサ及び垂直配向膜の組み合わせを下部基板と呼ぶ。
下部基板の垂直配向膜上に液晶組成物をコーティングして液晶層を形成した後、上部基板の粘着剤層を前記液晶組成物のコーティング面と対向させて合紙した。前記液晶組成物は、液晶化合物（ＪＮＣ社、Ｔ１２）、キラルドーパント（ＨＣＣＨ社、Ｓ８１１）を含み、形成された液晶層のピッチｐは、約２０μｍであり、セルギャップｄとピッチｐの比ｄ／ｐは、約０．３であった。前記液晶素子は、電圧未印加時に垂直配向状態であるＲＴＮモード液晶セルである。液晶素子の総厚さは、約３０６μｍである。
光学デバイスの製造
第１の外郭基板、第１の中間層、第１の偏光子、第２の中間層、前記製造された液晶素子、第３の中間層、第２の偏光子、第４の中間層及び第２の外郭基板を順次含み、液晶素子の側面を囲む外郭層を含む積層体を用意した。第１の外郭基板に比べて第２の外郭基板を重力方向に配置した。
第１の外郭基板としては厚さが約３ｍｍであり、面積が横×縦＝１１００ｍｍ×８００ｍｍであり、曲率半径が約２，４７０Ｒのガラス基板を使用した。第２の外郭基板としては、厚さが約３ｍｍであり、面積が横×縦＝１１００ｍｍ×８００ｍｍであり、曲率半径が約２，４００Ｒのガラス基板を使用した。第１の偏光子及び第２の偏光子は、それぞれＰＶＡ系偏光子であり、第１の偏光子の光透過軸と第２の偏光子の光透過軸は、約９０度をなすように配置した。第１の中間層と第４中間層は、それぞれ１層の厚さが３８０μｍのＴＰＵ層（Ａｒｇｏｔｅｃ社）単層である。第２の中間層と第３中間層は、それぞれ１層の厚さが３８０μｍのＴＰＵ層（Ａｒｇｏｔｅｃ社）３つの積層体である。第１～第４中間層を形成するために使用されたＴＰＵ層（Ａｒｇｏｔｅｃ社）の熱膨張係数は、３０７ｐｐｍ／Ｋであり、貯蔵弾性率は２．１８ＭＰａである。外郭層としては、貯蔵弾性率が２０００ＭＰａであり、厚さが３００μｍのＰＣフィルム（Ｋｅｉｗａ社）を使用した。
前記積層体に約１１０℃の温度と約２気圧の圧力でオートクレーブ工程を行い、図２の構造の光学デバイスを製造した。
実施例２
外郭層にＭＤ方向の貯蔵弾性率が約６，０００ＭＰａであり、ＴＤ方向の貯蔵弾性率が約３，０００ＭＰａであり、厚さが１４５μｍのＰＥＴフィルム２枚を、貯蔵弾性率が約０．１ＭＰａであり、厚さが１０μｍの粘着剤層（ＫＲ－３７００、信越社）を介して付着した積層体を使用したことを除いては、実施例１と同様に工程を行って光学デバイスを製造した。実施例２において外郭層の全厚は、約３００μｍであった。
実施例３
外郭層に貯蔵弾性率が約１００ＭＰａであり、厚さが約３８０μｍのＴＰＵフィルム（Ａｒｇｏｔｅｃ社）を使用したことを除いては、実施例１と同様に工程を行って光学デバイスを製造した。
比較例１
外郭層に貯蔵弾性率が約１００ＭＰａであり、厚さが約１５０μｍのＴＰＵフィルム（Ａｒｇｏｔｅｃ社）を使用したことを除いては、実施例１と同様に工程を行って光学デバイスを製造した。
比較例２
外郭層に貯蔵弾性率が約１００ＭＰａであり、厚さが約３８０μｍのＴＰＵフィルム（Ａｒｇｏｔｅｃ社）と貯蔵弾性率が約１００ＭＰａであり、厚さが約１５０μｍのＴＰＵフィルム（Ａｒｇｏｔｅｃ社）の積層体を使用したことを除いては、実施例１と同様に工程を行って光学デバイスを製造した。比較例２において外郭層の全厚は、約５３０μｍであった。
評価例１．合着工程不良の評価
実施例１及び比較例１で製造された光学デバイスを電圧が印加されていない状態で押さえ及び集中不良が発生するかどうかを観察した。実施例１では押さえ不良及び集中不良が観察されなかったが、図４及び図５に示すように、比較例１は、押さえ及び集中不良が観察された。図４は、比較例１の光学デバイスのカメラ写真であり、図５は、比較例１の光学デバイスの顕微鏡イメージである。図４において赤色で示すように（左側表示）、集中不良領域の場合、周辺領域より二色性染料の濃度が高いので周辺領域より暗く見え、図４に緑色で示すように（右側表示）、押さえ不良領域の場合、周辺領域より二色性染料の濃度が低いので、周辺領域よりも明るく見える。比較例２は、合着工程においてガラス基板が破損した。図５（Ａ）は、比較例1の押さえ不良を示し、図５（Ｂ）は、比較例1の集中不良を示す。
１００ａ：第１の外郭基板
１００ｂ：第２の外郭基板
２００ａ、２００ｂ、２００ｃ、２００ｄ：中間層
３００：液晶素子
４００：外郭層
５００ａ：第１の偏光子
５００ｂ：第２の偏光子
１０ａ：第１の基材層
１０ｂ：第１の電極層
１０ｃ：粘着剤層
２０ａ：第２の基材層
２０ｂ：第２の電極層
２０ｃ：スペーサ
２０ｄ：配向膜

Claims (13)

  1. 第１の外郭基板及び第１の外郭基板と対向して配置された第２の外郭基板、前記第１の外郭基板と前記第２の外郭基板の間に存在する液晶素子並びに前記液晶素子の側面を囲む外郭層、及び、前記第１の外郭基板と前記液晶素子の間並びに前記液晶素子と前記第２の外郭基板の間にそれぞれ位置する少なくとも１つ以上の中間層を含み、
    前記液晶素子は、第１の基材層、前記第１の基材層の内側面に形成された第１の電極層、前記第１の基材層の内側面に存在する粘着剤層、前記第１の基材層と対向配置される第２の基材層、前記第２の基材層の内側面に形成された第２の電極層、前記第２の基材層の内側面に存在するスペーサ、及び前記第１の基材層と前記第２の基材層の間に位置する液晶層を含み、
    下記式１及び下記式２を満たし、
    ［式１］
    －Ｔ２×０．４≦Ｔ１－Ｔ２≦Ｔ２×０．４
    式１において、Ｔ１は前記外郭層の厚さであり、Ｔ２は前記液晶素子の厚さであり、
    ［式２］
    Ｇ１≧Ｇ２
    式２において、Ｇ１は、前記外郭層の２５℃温度及び６ｒａｄ／ｓｅｃ周波数における貯蔵弾性率であり、Ｇ２は、前記粘着剤層の２５℃温度及び６ｒａｄ／ｓｅｃ周波数における貯蔵弾性率である、光学デバイス。
  2. 前記外郭層の厚さＴ１は、６０μｍ～８４０μｍの範囲内である、請求項１に記載の光学デバイス。
  3. 前記外郭層の貯蔵弾性率Ｇ１と前記粘着剤層の貯蔵弾性率Ｇ２の差（Ｇ１－Ｇ２）は、０ＭＰａ～９９９９．９９ＭＰａの範囲内である、請求項１又は２に記載の光学デバイス。
  4. 前記外郭層の２５℃における貯蔵弾性率Ｇ１は、０．１ＭＰａ～１０，０００ＭＰａの範囲内である、請求項１から３のいずれか一項に記載の光学デバイス。
  5. 前記外郭層は、高分子フィルムを含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の光学デバイス。
  6. 前記液晶層は、外部エネルギー印加を通じて第１の配向状態及び前記第１の配向状態と異なる配向状態の間をスイッチングする、請求項１から５のいずれか一項に記載の光学デバイス。
  7. 前記スペーサは、前記第１の基材層と前記第２の基材層の間に間隔を維持するパターン化されたスペーサである、請求項１から６のいずれか一項に記載の光学デバイス。
  8. 前記第２の基材層の面積Ａに対する前記スペーサの面積Ｂの比Ｂ／Ａは、５％～５０％の範囲内である、請求項１から７のいずれか一項に記載の光学デバイス。
  9. 前記液晶素子は、前記第２の電極層の内側面に存在する配向膜をさらに含み、前記第１の基材層の内側面には配向膜を含まない、請求項１から８のいずれか一項に記載の光学デバイス。
  10. 前記液晶素子は、前記中間層及び前記外郭層によってカプセル化されている、請求項１から９のいずれか一項に記載の光学デバイス。
  11. 前記少なくとも１つ以上の中間層は、総厚さの和が８００μｍ以上である、請求項１から１０のいずれか一項に記載の光学デバイス。
  12. 前記少なくとも１つ以上の中間層は、熱可塑性ポリウレタン接着剤層、ポリアミド接着剤層、ポリエステル接着剤層、ＥＶＡ（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｖｉｎｙｌ Ａｃｅｔａｔｅ）接着剤層、アクリル接着剤層、シリコーン接着剤層、またはポリオレフィン接着剤層である、請求項１から１１のいずれか一項に記載の光学デバイス。
  13. １つ以上の開口部が形成されている車体、及び前記開口部に取り付けられた請求項１から１２のいずれか一項に記載の光学デバイスを含む、自動車。
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