CN104884982A - 光学元件 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种光学元件和一种光学面板。本申请提供一种具有光轴和光吸收轴连续改变的光学层的光学元件。本发明的光学元件可以，例如，用于控制电子装置(如显示装置)的光特性，或用于建筑物或汽车的窗户或遮光物，并且因此可以用于需要在光轴和光吸收轴上连续改变的各种目的。

Description

光学元件
技术领域
本发明涉及一种光学装置和一种光学面板。
背景技术
光学装置(如延迟膜或偏振板)可以，例如，用来调节显示装置中光的特性，或用于包括建筑物或汽车的窗户或遮光物的各种应用。
如本领域中已知的，该光学装置包括通过在聚合物膜(如聚乙烯醇(PVA)膜)上吸附并取向二色性染料而获得的膜，使用液晶化合物和二色性染料制造的膜，通过拉伸赋予光学各向异性的膜，或使用液晶化合物赋予光学各向异性的膜。
[现有技术专利文献]
[专利文献]
专利文献1：韩国专利公开第2008-0077975号
专利文献2：韩国专利第0364504号
专利文献3：美国专利第5,707,566号
发明内容
技术目的
本发明旨在提供一种光学装置和一种光学面板。
技术方案
本申请的一个方面提供一种包括光学层的光学装置。在本申请中，术语“光学层”可包括各种形成以实行光学上需要的功能的层，例如，入射光的相的延迟，或状态(如偏振状态)的改变。
所述光学层可包括光轴或光吸收轴在一个方向上移位的区域(以下称为移位区(shift region))。在本申请中，术语“光轴”可指各向异性区的慢轴或快轴。光学层的移位区的光轴或光吸收轴的方向可以连续改变。光轴或光吸收轴的方向的连续改变可指由光轴或光吸收轴形成的角可在一个方向上增加或减小。
图1为显示示例性光学层的上部形状的示意图。在图1中，双箭头表示光学层的光轴或光吸收轴。在图1中，按逆时针方向(即，如在图1中显示的从顶部跨越至底部的方向)测量的由光轴或光吸收轴形成的角在一个方向上有增加的趋势。
在所述移位区，光轴或光吸收轴的平均变化率可以通过以下等式1确定。
[等式1]
V＝360/P
在等式1中，V表示平均变化率，并且P表示移位区的节距。
在本申请中，术语“移位区的节距”为在一个方向上测量的长度，其需要完成移位区的光轴或光吸收轴的360°旋转，所述移位区是光轴或光吸收轴的角在所述一个方向上连续增加或减小的区域。除了本申请的其他特别定义，毫米(mm)可以用作长度的单位。因此，等式1中的平均变化率的单位可为度(°)/mm。
例如，图2为显示按顺时针方向测量的由光轴或光吸收轴形成的角在一个方向(即，如在图2中显示的从顶部跨越至底部的方向)上连续减小的区域的图。在图2中，所述区域的节距(即，在一个方向上测量的距离，其需要完成光轴或光吸收轴的360°旋转)由P表示。
在一个移位区，当光轴或光吸收轴的360°旋转未完成时，所述节距可以通过向以下等式2运用角A和移位区的长度L来计算。这里，如按顺时针和逆时针方向之一测量的，所述角A由移位区的终点的光轴或光吸收轴相对于移位区的起始点的光轴或光吸收轴的旋转来形成。
[等式2]
P＝360×(L/A)
在等式2中，P表示移位区的节距，L表示移位区的长度，以及A表示按顺时针和逆时针方向之一测量的由移位区的终点的光轴或光吸收轴相对于移位区的起始点的光轴或光吸收轴的旋转形成的角。
在所述移位区，等式1中计算的平均变化率可以大于0或小于或等于5。根据另一个示例性实施方式，平均变化率可以小于或等于4.5、4.0、3.5、3.0、2.5、2.0、1.5、1.0或0.7。此外，平均变化率可以大于或等于0.1、0.2或0.2。可以设计光学层以具有上述平均变化率，并且因此获得适合于所需应用的装置。
在本申请中，所述光学层可为单层。在本申请中，术语“单层”用来指不包括由装配或层叠两层或更多层而形成的层的概念。例如，装配来形成变化的光轴或光吸收轴的至少两个不同层，或使用层叠偏振层和延迟层的方法形成的层不包括在单层的种类中。
根据一个示例性实施方式，在光学层的移位区中具有不同的光轴或光吸收轴的区域之间不可观察到界面。即，光轴或光吸收轴的改变实质上可以完全连续地完成，并且在所述光学层中不可观察到区域。
例如，“在光学层的移位区中具有不同的光轴或光吸收轴的区域之间不可观察到界面”的表述可指移位区的光轴或光吸收轴的改变满足以下等式3。
[等式3]
Y＝a×X
在等式3中，X表示按照光轴或光吸收轴的改变沿着其发生的一个方向从移位区的起始点测量的距离，“Y”表示相对于移位区的起始点上的光轴或光吸收轴测量的点X上的光轴或光吸收轴的旋转角，并且“a”为大于0且小于或等于5的整数。
在等式3中，光轴或光吸收轴的旋转角Y为相对于0°(0°设置为移位区的起始点的光轴或光吸收轴的角)，以顺时针和逆时针方向中的任意一个测量的角。在等式4中，a在另一个示例性实施方式中可以小于或等于4.5、4、3.5、3、2.5、2.0、1.5、1.0或0.7。此外，a可以大于或等于0.1、0.2或0.2。
可以提供一种光轴或光吸收轴的改变满足等式3并且连续完成以适用于所需应用的光学装置。
所述移位区的旋转角可以根据以下等式4确定。
[等式4]
在等式4中，表示旋转角，V表示平均变化率，并且L表示移位区的长度。
在等式4中，平均变化率V可以根据等式1测量。
移位区的旋转角的范围可以在考虑到使用所述光学装置的应用的情况下确定，并且可为，例如，大于或等于大约10°、20°、30°、40°、50°、60°、70°、80°、90°、100°、110°、120°、130°、140°、150°、160°、170°、180°、190°、200°、210°、220°、230°、240°、250°、260°、270°、280°、290°、300°、310°、320°、330°、340°或350°，但本申请不局限于此。旋转角的上限还可根据所需应用确定，并且可为，例如，小于或等于大约1,000°、900°或800°，但本申请不局限于此。
所述光学装置的光学层可以配置成仅包括一个如上所述的移位区，或当需要时，包括两个移位区。此外，所述光学装置的光学层可以配置成包括除了移位区的区域，例如，光轴或光吸收轴仅在一个方向上均匀地形成的区域，或光轴或光吸收轴的改变不连续地完成的区域。
所述光学层可为相延迟层或偏振层。当所述光学层为相延迟层时，所述光学层可具有如上所述的光轴。并且，当所述光学层为偏振层时，所述光学层可具有如上所述的光吸收轴。
当所述光学层为相延迟层时，相位差没有限制，或当所述光学层为偏振层时，偏振效率没有限制。例如，所述相位差或偏振效率可以在考虑到所需应用的情况下通过选择适当来源材料而随意调节。
所述光学层可为液晶聚合物层。在本申请中，术语“液晶聚合物层”可指通过聚合可聚合液晶化合物(称为活性介晶基元(RM))而形成的层。例如，所述液晶聚合物层可以通过在使可聚合的液晶化合物在下述的取向膜上取向的状态下聚合可聚合液晶化合物来形成。当需要时，所述液晶聚合物层可进一步包括已知的附加组分，例如，不可聚合液晶化合物、聚合非晶态化合物、不可聚合非晶态化合物、表面活性剂或均化剂。
用来形成所述液晶聚合物层的可聚合液晶化合物可以根据用途适当选择。例如，具有近晶相、向列相或胆甾醇相的化合物可以用作所述液晶化合物。
具有所需形状的光学层可以使用所述显示该特征的液晶化合物更有效地形成。
由以下式1表示的可聚合液晶化合物可以，例如，用作所述可聚合液晶化合物。
[式1]
在式1中，A表示单键、–COO–或–OCO–，以及R1至R10各自独立地为氢、卤素、烷基、烷氧基、烷氧羰基、氰基、硝基、–O–Q–P或由以下式2表示的取代基，或R1至R5的一对两个相邻取代基或者R6至R10的一对两个相邻取代基连接在一起形成用–O–Q–P取代的苯环，条件是取代基R1至R10中的至少一个为–O–Q–P或以下式2的取代基，或所述R1至R5的一对两个相邻取代基和所述R6至R10的一对两个相邻取代基中的至少一种连接在一起形成用–O–Q–P取代的苯环，其中，Q为烷撑基或烷叉基，并且P为可聚合的官能团，如，烯基、环氧基、氰基、羧基、丙烯酰基、(甲基)丙烯酰基、丙烯酰氧基或(甲基)丙烯酰氧基。
[式2]
在式2中，B是单键、–COO–或–OCO–，以及R11至R15各自独立地为氢、卤素、烷基、烷氧基、烷氧羰基、氰基、硝基或–O–Q–P，或R11至R15的一对两个相邻取代基连接在一起形成用–O–Q–P取代的苯环，条件是取代基R11至R15中的至少一个为–O–Q–P，或R11至R15的一对两个相邻取代基接在一起形成用–O–Q–P取代的苯环，其中，Q为烷撑基或烷叉基，并且P为可聚合的官能团，如，烯基、环氧基、氰基、羧基、丙烯酰基、(甲基)丙烯酰基、丙烯酰氧基或(甲基)丙烯酰氧基。
在式1和式2中，“两个相邻取代基连接在一起形成用–O–Q–P取代的苯环”的表述可指所述两个相邻取代基连接在一起从整体上形成用–O–Q–P取代的萘主链。
在式2中，在B左侧标示的“–”可指B直接连接至式1的苯环。
在式1和式2中，术语“单键”指没有另外的原子存在于由A或B表示的部分。例如，当式1中的A是单键时，置于A两侧的苯环可以直接连接形成联苯结构。
在式1和式2中，在此使用的卤素可，例如，包括氯、溴或碘。
在此除非另外特别定义，术语“烷基”可，例如，指具有1至20个碳原子、1至16个碳原子、1至12个碳原子、1至8个碳原子或1至4个碳原子的直链或支链烷基，或者具有3至20个碳原子、3至16个碳原子或4至12个碳原子的环烷基。所述烷基可以任选地用一个或多个取代基取代。
在此除非另外特别定义，术语“烷氧基”可，例如，指具有1至20个碳原子、1至16个碳原子、1至12个碳原子、1至8个碳原子或1至4个碳原子的烷氧基。所述烷氧基可以为直链、支链或环状的。并且，所述烷氧基可以任选地用一个或多个取代基取代。
在此除非另外特别定义，术语“烷撑基或烷叉基”可，例如，指具有1至12个碳原子、4至10个碳原子或6至9个碳原子的烷撑基或烷叉基。所述烷撑基或烷叉基可以为直链、支链或环状的。并且，所述烷撑基或烷叉基可以任选地用一个或多个取代基取代或未取代。
在此除非另外特别定义，术语“烯基”可，例如，指具有2至20个碳原子、2至16个碳原子、2至12个碳原子、2至8个碳原子或2至4个碳原子的烯基。所述烯基可以为直链、支链或环状的。并且，所述烯基可以任选地用一个或多个取代基取代。
在式1和式2中，P可，例如，为丙烯酰基、(甲基)丙烯酰基、丙烯酰氧基或(甲基)丙烯酰氧基；丙烯酰氧基或(甲基)丙烯酰氧基；或丙烯酰氧基。
在本说明书中，可以用某些官能团取代的取代基可包括烷基、烷氧基、烯基、环氧基、桥氧基、氧杂环丁烷基(oxetanyl group)、硫醇基、氰基、羧基、丙烯酰基、(甲基)丙烯酰基、丙烯酰氧基、(甲基)丙烯酰氧基或芳基，但本申请不局限于此。
可以以复数形式存在于式1和式2或式2的残基中的–O–Q–P可以，例如，存在于R3、R8或R13的位置。例如，可以连接在一起形成用–O–Q–P取代的苯环的取代基还可为R3和R4，或R12和R13。在式1的化合物或式2的残基中，除了–O–Q–P或式2的残基的取代基，或除了连接在一起形成苯环的取代基可为，例如，氢，卤素，具有1至4个碳原子的直链或支链的烷基，含有具有1至4个碳原子的直链或支链的烷氧基的烷氧羰基，具有4至12个碳原子的环烷基，具有1至4个碳原子的烷氧基，氰基或硝基。根据另一个示例性实施方式，所述取代基或所述残基可为氯、具有1至4个碳原子的直链或支链的烷基，具有4至12个碳原子的环烷基，具有1至4个碳原子的烷氧基，含有具有1至4个碳原子的直链或支链的烷氧基的烷氧羰基，或氰基。
还可以由式1表示的可聚合液晶化合物可，例如，包括1、2或更多，1至10、1至8、1至6、1至5、1至4、1至3或者1至2个可聚合的官能团(在式1或2中的P)。
在偏振层的情况下，所述光学层可为包括二色性染料的液晶聚合物层或感胶液晶(LLC)层。例如，所述光学层可通过在使可聚合液晶化合物和包括二色性染料的层在下述的取向膜上取向的状态下聚合可聚合液晶化合物来形成，或上述光学层可以通过在所需方向上对感胶液晶施加剪切力以形成层来形成。
当所述光学层为包括二色性染料的液晶聚合物层时，在考虑到所需偏振层的特性的情况下，可以适当选择用来形成所述聚合物层的可聚合液晶化合物的种类。例如，上述种类的可聚合液晶化合物可以在此使用。
用作光学层的液晶聚合物层可包括二色性染料。在本申请中，术语“染料”可指可强烈地吸收在可见光区的至少一部分或全部范围内(例如，400nm至800nm的波长)的光和/或使该光变形的材料，并且术语“二色性染料”可指各向异性地吸收在可见光区的至少一部分或全部范围内的光。各种在可见光区范围内(例如，400nm至800nm)具有最大吸光率的染料基本上可以用作二色性染料。例如，该染料包括本领域已知的偶氮染料或蒽醌染料。例如，偶氮染料F355(注册商标)，F357(注册商标)或F593(注册商标)(NipponKankoh Shikiso kenkyusho Ltd)，或可以在此使用已知实质上显示与上述偶氮染料具有相同效果的染料的种类，但是本申请不局限于此。
例如，各种已知在显示上述特征同时沿液晶化合物的取向而取向的染料可以用作所述二色性染料。
所述光学装置可进一步包括基层。例如，所述光学装置进一步包括所述基层，并且所述光学层可以配置成在所述基层的至少一个表面上形成。当需要时，所述光学层可以在所述基层的两个表面上形成。图3为显示光学装置的一个示例性实施方式的示意图。这里，所述光学装置具有基层10和光学层20顺序形成的结构。
所述基层可以由已知材料形成而没有特别限制。例如，无机膜(如玻璃板、水晶或无定形硅膜、或石英或氧化铟锡(ITO)膜)或塑料膜可以用作基层。光学各向同性基层或光学各向异性基层可以用作所述基层。
选自三乙酰纤维素(TAC)；环烯烃共聚物(COP)(如降冰片烯衍生物)；聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)；聚碳酸酯(PC)；聚乙烯(PE)；聚丙烯(PP)；聚乙烯醇(PVA)；二乙酰纤维素(DAC)；聚丙烯酸酯(Pac)；聚醚砜(PES)；聚醚醚酮(PEEK)；聚苯砜(PPS)；聚醚酰亚胺(PEI)；聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)；聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)；聚酰亚胺(PI)；聚砜(PSF)；聚芳酯(PAR)，和无定形氟树脂的基层可以用作塑料基层，但是本申请不局限于此。当需要时，涂层，如由金、银或硅化合物(如二氧化硅或一氧化硅)形成的涂层，或减反射层可以在所述基层上存在。
所述光学装置可进一步包括取向膜。所述取向膜可以与上述光学层接触形成。例如，当所述光学装置进一步包括基层并且光学层在基层的一个表面上形成时，所述取向膜可以在所述基层和所述光学层之间存在。
任意种类的取向膜可以用作所述取向膜，只要它们可适当调节与取向膜相邻的光学层的取向，例如，上述液晶化合物或二色性染料的取向。例如，光学取向膜可以用作所述取向膜。
所述取向膜可包括取向化合物，例如，光取向化合物。在本申请中，术语“光取向化合物”可指通过用光照射在预定方向上定向并且以定向状态在预定方向上能使邻近液晶化合物取向的化合物。所述取向化合物可以为单分子化合物、单体化合物、低聚化合物或聚合物。
所述光取向化合物可以为含有光敏部分的化合物。可以用于液晶化合物的取向的各种光取向化合物是在本领域中已知的。例如，由顺-反光异构化定向的化合物；由光裂解(如断链)或光氧化定向的化合物；由光致交联或光聚合(如[2+2]环加成、[4+4]环加成或光二聚)定向的化合物，由光弗里斯重排定向的化合物；或由开环/环合反应定向的化合物可以，例如，用作所述光取向化合物。例如，由顺-反光异构化定向的化合物的例子可包括偶氮化合物(如磺化的重氮染料或偶氮聚合物)或芪化合物，并且由光裂解定向的化合物的例子可包括环丁烷四羧酸二酐(环丁烷-1,2,3,4-四羧酸二酐)、芳族聚硅烷或聚酯、聚苯乙烯或聚酰亚胺。此外，由光致交联或光聚合定向的化合物的例子可包括肉桂酸酯化合物、香豆素化合物、肉桂酰胺化合物、四氢化苯邻二甲酰亚胺化合物、马来酰亚胺化合物、苯甲酮化合物、二苯乙炔化合物、具有查耳酮基部分作为光敏部分的化合物(以下称为查耳酮化合物)，或具有蒽基部分的化合物(以下称为蒽基化合物)，由光弗里斯重排定向的化合物的例子可包括芳族化合物，如苯甲酸酯化合物、苯甲酰胺化合物、甲基丙烯酰胺基芳基(甲基)丙烯酸酯化合物等，以及由开环/环合反应定向的化合物的例子可包括由[4+2]π–电子系统的开环/环合反应定向的化合物，如螺吡喃化合物等，但本申请不局限于此。
所述光取向化合物可为单分子化合物、单体化合物、低聚化合物或聚合物，或者可为光取向化合物和聚合物的混合。如此，所述低聚化合物或聚合物可具有源自上述光取向化合物的部分或者上述的主链或侧链中的光敏部分。
具有源自所述光取向化合物的部分或所述光敏部分或可以与所述光取向化合物混合的聚合物的例子可包括聚降冰片烯、聚烯烃、聚丙烯酸酯、聚芳酯、聚(甲基)丙烯酸酯、聚酰亚胺、聚(酰胺酸)、聚马来酰亚胺、聚丙烯酰胺、聚甲基丙烯酰胺、聚乙烯醚、聚乙烯酯、聚苯乙烯、聚硅氧烷、聚丙烯腈或聚(甲基丙烯腈)，但本申请不局限于此。
可以包括在所述取向化合物中的聚合物的代表实施例可包括聚降冰片烯肉桂酸酯、聚降冰片烯烷氧基肉桂酸酯、聚降冰片烯烯丙氧基肉桂酸酯(polynorbornene allyloxyoxy cinnamate)、聚降冰片烯氟化肉桂酸酯、聚降冰片烯氯化肉桂酸酯、或聚降冰片烯二肉桂酸酯，但本申请不局限于此。
上述化合物的种类可以适当选择并且用作所述光取向化合物。但是，可取的是使用具有可逆性的取向化合物以便适当诱导光轴和光吸收轴的上述连续改变。在本申请中，“具有可逆性的取向化合物”的表述可，例如，指取向化合物具有如下特征：通过取向(如用线性偏振光照射)确定的定向方向可以被另外的取向(如用在不同方向上偏振的线性偏振光照射)影响。即，所述光学装置可以使用利用以在不同方向上偏振的不同种类的线性偏振光照射相同区域数次的方法形成的取向膜来形成。所述具有可逆性的化合物可以通过该方法用来形成适合的光学装置。
本申请针对一种光学面板。例如，所述光学面板可包括至少两个上述的光学装置。在所述光学面板中，所述两个光学装置可以彼此面对设置，并且可以设置以便彼此面对设置的光学装置的相对位置可以改变。
在该设置中，光的透射比或偏振状态可以通过改变所述光学装置的相对位置来调节。
例如，当所述光学装置的光学层为偏振层，并且设置所述光学装置以便所述光学层的光吸收轴彼此垂直时，光学面板的透射比可以调节至最小限度。当设置所述光学装置以便所述光学层的光吸收轴彼此平行时，所述光学面板的透射比可以调节至最大限度。此外，当设置所述光学装置以便由所述光吸收轴形成的角大于0°且小于90°时，可以实现最小透射比和最大透射比之间的透射比的预定水平。此外，当所述光学装置的光学层为相延迟层时，透射光的偏振状态和透射比可以通过调节上述光轴的关系来调节。图4显示设置光学装置30以便所述光学装置的光轴或光吸收轴彼此垂直的一个实施例，图5显示设置光学装置30以便所述光学装置的光轴或光吸收轴彼此平行的一个实施例，以及图6显示设置光学装置30以便由所述光学装置的光轴或光吸收轴形成的角大于0°且小于90°。
在光学面板的构造中，设置光学装置使其彼此面对以便光学装置之间的间距和光学装置的相对位置可以改变的方法没有特别限制。
本申请针对一种偏振掩膜。根据本申请的偏振掩膜可以，例如，在光学装置的制造期间使用，更具体地，在取向膜的曝光期间使用，以便制造所述光学装置。
所述偏振掩膜可包括包含多个在预定方向(以下称为第一方向)上彼此相邻设置的偏振区的偏振线。所述偏振线可以在与第一方向垂直的方向(以下称为第二方向)上彼此相邻设置。如此，术语“垂直”指基本上正交/垂直的状态。例如，大约70°至120°、大约80°至100°或大约85°至95°的角度范围还可以落入基本上正交/垂直的状态的范围。
图7为显示从上面观察所述偏振掩膜的示意图。在图7中，垂直方向表示第一方向，并且水平方向表示第二方向。如图7所示，在第一方向上彼此相邻设置的第一偏振区1011、1012、1013、1014和1015组合而形成第一偏振线101，并且以与所述第一偏振线101相同的方式形成的第二至第五偏振线102、103、104和105在第二方向上相邻设置。
在包括在所述偏振掩膜中的多个偏振线中，至少一个偏振线可包括具有不同透射轴方向的偏振区。例如，在如图7所示的偏振掩膜的各个的偏振区1011至1015、2011至2015、3011至3015、4011至4015和5011至5015中形成的透射轴的角在图8中显示(在图8中所示的各个偏振区中的数字)。参照本申请的偏振掩膜的各个偏振区的透射轴的角，所述角可指相对于0°(设置为偏振掩膜的偏振区的角)以顺时针和逆时针方向中的一个方向测量的角。
参考图8，在第一至第五偏振线101至105中，第二至第四偏振线102至104包括至少两个偏振区，所述偏振区各自具有不同透射轴方向。
在偏振掩膜中，至少一个偏振线可有具有在预定方向(以下称为第一方向)上形成的透射轴的第一偏振区，以及具有在与第一方向不同的第二方向上形成的透射轴的第二偏振区。所述第一和第二偏振区可彼此相邻设置。例如，参考图7和8，所述第二偏振线102具有透射轴，其中所述第二偏振区1022和第三偏振区1023在不同方向上形成且彼此相邻设置。
在此情况下，由第一偏振区的透射轴方向(第一方向)和第二偏振区的透射轴方向(第二方向)形成的角可以，例如，在大约15°至30°、大约16°至29°、大约17°至28°、大约18°至27°、大约19°至26°、大约20°至25°或大约21°至24°的范围内。
在所述偏振掩膜中，偏振线中的至少两个可具有不同平均透射轴。在本申请中，术语“平均透射轴”可指包括在所述偏振线中的全部偏振区的透射轴的角的平均值。例如，参考图8，所述第一偏振线的平均透射轴为0°，所述第二偏振线的平均透射轴为4.5°，所述第三偏振线的平均透射轴为9°，所述第四偏振线的平均透射轴为13.5°，并且所述第五偏振线的平均透射轴为22.5°。
所述偏振掩膜可包括具有在预定方向上形成的平均透射轴的第一偏振线(以下称为第一方向)，和具有在与第一方向不同的第二方向上形成的平均透射轴的第二偏振线。所述第一和第二偏振线可以彼此相邻设置。
例如，图8显示一种实施例，其中，所述第一至第五偏振线101至105具有0°、4.5°、9°、13.5°和22.5°的不同的平均透射轴，并且在水平方向上相邻设置。
在图8显示的实施例中，在第一偏振线的平均透射轴的方向(第一方向)和第二偏振线的平均透射轴的方向(第二方向)之间形成的角可以，例如，在大约1°至20°的范围内。根据另一个示例性实施方式，所述角可以大于或等于大约2°、大约3°或大约3.5°。此外，根据另一个示例性实施方式，所述角可以小于或等于大约19°、大约18°、大约17°、大约16°或大约15°。
所述偏振掩膜可包括增加或减小区，其中，偏振线的平均透射轴在第二方向上增加或减小。
例如，参考在图9中显示的示例性的偏振掩膜，所述掩膜包括由偏振线A至D形成的增加区(其中，所述平均透射轴从图9的左侧和右侧增加至72°、76.5°、81°和90°)，和由偏振线D至H形成的减小区(其中，所述平均透射轴从图9的左侧和右侧减小至90°、85.5°、81°、76.5°和67.5°)。
在该增加区或减小区中增加率或减小率可以根据以下等式7确定。
[等式7]
R＝Q/N
在等式7中，R表示增加率或减小率，Q表示平均透射轴在第二方向上设置的增加区或减小区开始增加或减小的偏振线的平均透射轴和平均透射轴的增加或减小停止的偏振线的平均透射轴之间形成的角，以及N表示在增加区或减小区中包括的偏振线的数量。
当所述增加率或减小率根据等式7定义时，可以基于顺时针方向和逆时针方向中的一个方向确定区所述增加或减小区的平均透射轴的增加或减小。
例如，如图9所示，由偏振线A至D组成的增加区中的增加率R和由偏振线D至H组成的减小区中的减小率R为4.5。
在所述偏振掩膜中，所述增加率R或减小率R可以，例如，在大约1至10的范围内。根据另一个示例性实施方式，所述增加率R或减小率R可以大于或等于大约2、3、4或4.5。根据另一个示例性实施方式，所述增加率R或减小率R还可以小于或等于大约9、8、7、6或大约5.5。
在等式7中，Q可以在大约70°至120°、大约80°至100°或大约85°至95°的范围内。在等式7中，N还可以在大约5至30的范围内。根据另一个示例性实施方式，N可以在大约7至28、9至26、11至24或13至22的范围内。
因此，当使用由此配置的偏振掩膜时，可以形成可以用来形成上述光学层的取向膜。
在所述偏振掩膜中，偏振线的宽度(在第二方向上测量的值)和长度(在第一方向上测量的值)没有特别限制，并且可以根据所需应用来确定。例如，偏振线的宽度可以在大约1mm至20mm的范围内。此外，偏振线的长度可以，例如，在大约30mm至70mm的范围内。
此外，包括在各偏振掩膜的偏振线中的偏振区的数量没有特别限制。例如，考虑到所需取向效率等，可以适当选择大约2至20个偏振区。
如上所述，制造偏振掩膜的方法没有特别限制。例如，多个聚(乙烯醇)(PVA)偏振板或线栅偏振片(WGP)可以结合来制造所述偏振掩膜。
根据一个示例性实施方式，所述掩膜可以保持在弯曲状态。例如，当被照射物体表面在使用所述掩膜的曝光过程中保持在弯曲状态时，需要保持所述偏振掩膜在弯曲状态。
例如，表面保持在弯曲状态下的被照射物体的例子可包括在卷对卷制程期间用光照射的被照射物体。在本申请中，术语“辊对辊制程”包括各种包括用光照射一种被照射物体同时用辊(如，引导辊、转移辊或绕线辊)连续转移所述被照射物体的制程。在所述辊对辊制程中，用光照射一种被照射物体的方法可以，例如，在所述被照射物体缠绕进辊中的情况下进行。当所述被照射物体使用该方法用光照射时，在固定所述被照射物体的情况下，所述被照射物体可以用光有效地照射。
图10为说明使用辊对辊制程依靠偏振掩膜40用光照射被照射物体50的工艺。如图10所示，所述被照射物体50缠绕进辊60中以便被照射物体50的表面保持在弯曲的状态下，并且在该弯曲的状态下可以用光照射。
表面保持在弯曲状态下的掩膜的形状，例如，掩膜的曲率半径，没有特别限制，并且可以选择以用适当的光照射所述被照射物体。例如，所述掩膜的曲率半径可以调节至对应于表面保持在弯曲状态下的被照射物体的曲率半径。例如，当所述掩膜保持在弯曲状态时，掩膜的可透射的支撑结构可具有大约10mm至500mm的曲率半径。
此外，本申请针对一种用于用光照射被照射物体的设备，或用于制造光学装置的设备。这里，所述设备包括所述偏振掩膜。通过所述制造设备制造的光学装置可以为上述光学装置。
例如，所述制造设备可包括安装用来保持所述偏振掩膜和所述被照射物体的保持单元。在所述设备中，可以配置所述偏振掩膜和所述保持单元，以便所述被照射物体相对于所述偏振掩膜的相对位置可在第一方向(即，偏振线的长度方向)上移动。
在所述设备中，保持单元的种类没有特别限制，并且，可包括各种用来在用光照射所述被照射物体的同时稳定地保持所述被照射物体的装置。
所述保持单元可为配置用来在被照射物体的表面保持在弯曲状态的情况下保持所述被照射物体的装置。该装置的例子可包括用于上述辊对辊制程的辊，但本申请不局限于此。当所述配置用来保持被照射物体的装置可在被照射物体的表面保持在弯曲状态的情况下保持被照射物体时，所述掩膜还可以在所述掩膜保持在弯曲状态的情况下包括在所述装置中。在这种情况下，所述掩膜可以包括在所述装置中以便掩膜的弯曲形状可与配置用来保持被照射物体的装置的弯曲表面一致。
所述装置可进一步包括配置用来用光照射所述偏振掩膜的光源。所述光源可以使用而没有特别限制，只要其可以用来在偏振掩膜的方向上用光来照射被照射物体即可。例如，当进行光取向膜的取向或依靠所述偏振掩膜的光致抗蚀剂的曝光时，高压汞紫外灯、金属卤化物灯或镓紫外灯可以用作所述光源，其作为能够放射紫外线的光源用。
此外，所述装置可进一步包括至少一个聚光板来调节从所述光源照射的光的量。例如，所述聚光板可以包括在所述装置内部以便从所述光源照射的光可以入射并聚集在所述聚光板上，并且所述偏振掩膜可以用聚集的光照射。广泛地用于本领域中的聚光板可以用作所述聚光板，只要它们可以聚集从所述光源照射的光即可。聚光板的例子可包括柱状透镜层等。
当所述装置具有如上所述的构造时，所述装置可，例如，包括顺序设置的光源、聚光版、偏振掩膜和保持单元。因此，从所述光源照射的光可以首先入射并聚集在所述聚光板上，然后可以再次入射在所述偏振掩膜上，并且可经过所述偏振掩膜以便被照射物体的表面可以用光照射。
本申请针对一种光照射法或制造光学装置的方法。根据一个示例性的实施方式，所述方法可以使用上述装置进行。
例如，所述方法可包括在所述偏振掩膜下设置取向膜(例如，光学取向膜)，并且依靠偏振掩膜用光照射所述取向膜。所述操作可以，例如，通过改变在第一方向(即，偏振线的长度方向)上所述偏振掩膜相对于所述取向膜的相对位置来进行。
可以提供通过这些操作能够实现上述光学装置的取向膜。例如，将参考图9描述所述取向膜。当在第一方向(附图中垂直的方向)上改变适合的取向膜的同时使具有如图9所示的图形的偏振掩膜的底部暴露于光时，例如，经过所述偏振线A的取向膜的区域顺序暴露于以67.5°、67.5°、90°、67.5°和67.5°的角偏振的线性偏振光。以相同方式经过所述偏振线B至H的取向膜的区域顺序暴露于以对应于各个偏振区的透射轴方向的角偏振的线性偏振光。如上所述，当所述偏振线具有不同平均透射轴时，所述偏振线在预定规则下设置。因此，经过各偏振线的底部的取向膜的区域具有根据各偏振线的偏振区的设置和平均透射轴移位的定向方向。因此，在偏振区上形成的光学层的光轴或光吸收轴可以通过上述构造实现。
在此过程中，在第一方向上所述取向膜和所述偏振掩膜之间的相对位置的移位率没有限制，只要可以获得适当取向即可。例如，所述移位率可以确定为大约5m/min或更小。根据另一额示例性实施方式，所述移位率可以小于或等于大约4m/min，或大约3m/min。此外，所述移位率可以，例如，大于或等于大约0.5m/min，或大约1m/min。
如上所述，所述曝光过程可以在作为被照射物体的取向膜的表面保持弯曲状态的情况下进行。
所述光学装置可以通过在如上述形成的取向膜上形成光学层来制造。形成光学层的方法没有特别限制。例如，所述光学层可以通过在取向膜上形成包括上述可聚合液晶化合物和/或二色性染料，使所述层取向，和使用如用光的照射或施加热的方法给层提供能量来形成。
如此，形成包括所述液晶化合物和/或二色性染料的层和使所述层取向(即，根据排列在所述层下的取向膜的取向图案使所述层定向)的方法，或聚合定向的液晶化合物的方法没有特别限制。例如，所述取向可以使用在所述层可以根据液晶化合物和/或二色性染料的种类定向的适当温度下保持层的方法进行。此外，所述聚合可以使用如用光照射或施加热的方法进行，其中，可以根据液晶化合物的种类诱导适当的交联或聚合。
有益效果
根据本申请，提供一种包括光学层的光学装置，所述光学层的光轴或光吸收轴连续移位。例如，根据本发明的光学装置可以用于需要调节热、光或强光的量的位置，如，建筑物或汽车的窗户或遮光物，或可以有效用于各种其他需要连续改变光轴或光吸收轴的装置。
附图说明
图1至3为表示根据本申请的一个示例性实施方式的光学装置的概念图；
图4至6为表示根据本申请的一个示例性实施方式的光学装置的排列的概念图；
图7至9为表示根据本申请的一个示例性实施方式的偏振掩膜的图；
图10为表示根据本申请的一个示例性实施方式的光学装置的结构的图；
图11和12为用于解释用于实施例的偏振掩膜的图；和
图13和14为说明实施例中制备的光学层的光轴的改变的图。
附图标记说明
10：基层
20：光学层
30：光学装置
101、102、103、104、105、A、B、C、D、E、F、G、H：偏振线
1011至1015、2011至2015、3011至3015、4011至4015、5011至5015：偏振区
40：偏振掩膜
50：被照射物体
60：保持单元
具体实施方式
以下，参考实施例，将详细描述本申请的示例性实施方式。但是，本申请不局限于以下公开的实施方式。
实施例1
偏振掩膜的制造
一种常见的线栅偏振片(WGP)以10mm的横向和纵向长度切割来制备用于形成偏振区的WGP片。此后，贴附五片WGP(偏振区)形成一个偏振线，由此制造偏振掩膜。在此情况下，偏振掩膜的偏振区的透射轴的设置如图11和12所示的设置。图11和12中列出的数字表示各区的透射轴的角。即，参考图11，所述五片WGP设置于最高区，以便具有0°的透射轴，并且16个偏振线设置在所述最高区之下。所述偏振掩膜最终通过把图11所示的掩膜的顶部区贴附于图12所示的掩膜的底部区来制造。
取向膜的形成
取向膜前体通过在甲苯溶剂中溶解混合物来制造，以便取向化合物具有2重量％的固体浓度。这里，所述混合物通过混合所述取向化合物(如在韩国专利第1064585号中公开的含有肉桂酸基团的聚降冰片烯)和适合量的光引发剂(Igacure 907)来得到。此后，聚(对苯二甲酸乙二醇酯)(PET)膜的一个表面用所述前体涂布，并且在适当温度下干燥。然后，在移动所述干燥层经过制造的偏振掩膜的下部区域的同时，从偏振掩膜的顶部用紫外光(1,200mJ/cm2)照射所述干燥层，由此形成取向膜。参考图11和12，从附图的左侧至右侧完成取向膜的移动，并且所述移动速率保持在大约2.5m/min。
光学装置的制造
通过混合可聚合液晶化合物(LC242，由BASF售卖)和适合量的光引发剂(Igacure 907)而获得的涂布溶液涂布在取向膜上至适合的厚度，并且，在根据在所述涂布层之下形成的取向膜的取向图案使所得涂布层取向的情况下，用紫外光(30mW/cm2)照射来形成光学层，由此制造光学装置。图13为显示以该方法形成的光学层的光轴的分布的示意图，并且图14为显示使用光学层的水平方向作为X轴(TD轴)和光轴(慢轴)的角作为Y轴(延迟取向)的图。在图14中，Y轴的单位为度(°)，并且X轴的单位为毫米(mm)。如图13和14所示，可见观察到形成在所述各区之间无界面并且光轴有规律地移位的光学层。
实施例2
当为形成取向膜用紫外光照射时，除了取向膜的移动速率变为大约1m/min之外，光学层以与实施例1相同的方式制造，由此制造光学装置。图14为显示与实施例1的结果结合使用光学层的水平方向作为X轴和光轴(慢轴)的角作为Y轴的图。在图14所示的图中，图14的结果几乎与实施例1的结果重叠。从这些事实还可见，形成观察不到在所述各区之间的界面并且光轴有规律地移位的光学层。
实施例3
除了在此使用通过混合根据可聚合液晶化合物的取向来取向的并且在可见光区(400nm至800nm)具有最大吸光率的基于偶氮的二色性染料和包括所述可聚合液晶化合物的涂布溶液而获得的涂布溶液之外，光学装置以与实施例1相同的方式制造。在该光学装置中，形成通过所述二色性染料以与实施例1的光轴的分布相似的方式连续移位光吸收轴的光学层。
实施例4
除了在此使用通过混合根据可聚合液晶化合物的取向来取向的并且在可见光区(400nm至800nm)具有最大吸光率的基于偶氮的二色性染料和包括所述可聚合液晶化合物的涂布溶液而获得的涂布溶液之外，光学装置以与实施例2相同的方式制造。在该光学装置中，形成通过所述二色性染料以与实施例1的光轴的分布相似的方式连续移位光吸收轴的光学层。

Claims (11)

1.一种光学装置，其包括含有移位区的光学层，所述移位区的光轴或光吸收轴按照一个方向改变，并且所述移位区的由以下等式1定义的光轴或光吸收轴的平均变化率为大于0且不超过5：
[等式1]
V＝360/P
其中，V表示平均变化率，并且P表示移位区的节距。
2.根据权利要求1所述的光学装置，其中，没有观察到区域之间的界面，在所述移位区中所述区域的光轴或光吸收轴是彼此不同的。
3.根据权利要求1所述的光学装置，其中，在所述移位区中光轴或光吸收轴的改变满足以下等式3：
[等式3]
Y＝a×X
其中，“X”表示从移位区的起始点按照一个方向测量的距离，“Y”表示相对于移位区的起始点上的光轴或光吸收轴测量的点“X”上的光轴或光吸收轴的旋转角，并且“a”为大于0且小于或等于5的整数。
4.根据权利要求1所述的光学装置，其中，所述光学层为单层。
5.根据权利要求1所述的光学装置，其中，所述移位区具有根据以下等式2测量的40°或更大的旋转角(φ)：
[等式4]
其中，表示旋转角，“V”表示平均变化率，并且“L”表示移位区的长度。
6.根据权利要求1所述的光学装置，其中，所述光学层为液晶聚合物层。
7.根据权利要求1所述的光学装置，其中，所述光学层为感胶液晶层或含有二色性染料的液晶聚合物层。
8.根据权利要求1所述的光学装置，进一步包括基层，在所述基层的一个表面上形成所述光学层。
9.根据权利要求1所述的光学装置，进一步包括与所述光学层接触的取向膜。
10.根据权利要求9所述的光学装置，其中，所述取向膜含有具有可逆性的取向化合物。
11.一种光学面板，其包括两个彼此面对放置的权利要求1所述的光学装置，放置所述两个光学装置以使得所述光学装置的相对位置移位，并且通过相对位置的改变调节光的透射比或偏振状态。
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