CN105008970A - 偏光掩膜 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种偏光掩膜和用于制造光学器件的设备和方法。通过本申请的方法制造的光学器件可包括光轴或光吸收轴连续变化的光学层。所述光学器件可用于在电子设备，如显示设备中调节光的性能，例如，或用于建筑物或汽车的窗户或遮光物，因此其可用于需要光轴或光吸收轴连续变化的各种目的。

Description

偏光掩膜
技术领域
本申请涉及一种偏光掩膜，以及一种用于制造光学器件的设备和方法。
背景技术
光学器件，如延迟膜或偏光片可以，例如，在显示器件中用于调节光的性质，或者在建筑物或汽车中用作包括窗户或遮光物的多种用途。
如本领域所公知的，这样的光学器件包括通过在聚合物膜(如PVA(聚乙烯醇)膜)上吸收和取向二色性染料而得到的膜、采用液晶化合物和二色性染料制造的膜、通过拉伸的方法而被赋予光学各向异性的膜或者采用液晶化合物而被赋予光学各向异性的膜。
[现有技术文献]
[专利文献]
(专利文献1)韩国未审查专利申请公开第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
[技术问题]
本申请提供一种偏光掩膜，以及一种制造光学器件的设备和方法。
[技术方案]
本申请的一个方面提供一种包含光学层的光学器件。在本申请中，所述术语“光学层”可包括形成以实施所需光学功能(例如，入射光的相位延迟或者状态(如偏振态)的改变)的所有类型的层。
所述光学层可包含其中光轴或光吸收轴在一个方向偏移的区域(下文中称之为偏移区域)。在本申请中，所述术语“光轴”可指的是在各向异性区域中的慢轴或快轴。在所述光学层的偏移区域中，所述光轴或光吸收轴的方向可以连续变化。所述光轴或光吸收轴的方向的连续变化可表示由所述光轴或光吸收轴所形成的角度可在一个方向上增大或减小。
图1为显示了一个示例性光学层的上部形状的示意图。在图1中，双箭头代表了所述光学层的光轴或光吸收轴。在图1中，当在逆时针方向测量时，由所述光轴或光吸收轴所形成的角度趋向于在一个方向(即如图1所示，由顶部跨越至底部的方向)上增大。
在所述偏移区域中，所述光轴或光吸收轴的平均变化率可由以下方程式1所确定。
[方程式1]
V＝360/P
在方程式1中，V代表了平均变化率，以及P代表了所述偏移区域的间距。
在本申请中，所述术语“偏移区域的间距”指的是在一个方向测得的、在偏移区域中实现所述光轴或光吸收轴的360度旋转所需要的长度，所述偏移区域为由所述光轴或光吸收轴所形成的角度在一个方向上连续增大或减小的区域。除非在本申请中另有明确定义，否则可采用毫米(mm)来作为长度的单位。因此，在方程式1中所述平均变化率V的单位可以是度/mm。
例如，图2为显示当以逆时针方向测量时，由所述光轴或光吸收轴所形成的角度在一个方向(即如图2所示，由顶部跨越至底部的方向)上连续减小的区域的图。在图2中，所述区域的间距，即在一个方向测得的、实现所述光轴或光吸收轴的360度旋转所需要的距离，由P所代表。
在一个偏移区域中，当未实现所述光轴或光吸收轴的360度旋转时，所述间距可通过将所述偏移区域的角度A和长度L代入以下方程式2中来计算。在这里，当以顺时针和逆时针方向之一测量时，所述角度A由所述偏移区域的终点的光轴或光吸收轴相对于所述偏移区域的起点的光轴或光吸收轴的旋转所形成。
[方程式2]
P＝360×(L/A)
在方程式2中，P代表了偏移区域的间距，L代表了所述偏移区域的长度，以及A代表了当以顺时针和逆时针方向之一测量时，由所述偏移区域的终点的光轴或光吸收轴相对于所述偏移区域的起点的光轴或光吸收轴的旋转所形成的角度。
在所述偏移区域中，方程式1中所计算的平均变化率可大于0或小于或等于5。根据另一个示例性实施方式，所述平均变化率可小于或等于4.5、4、3.5、3.0、2.5、2.0、1.5、1.0或0.7。此外，所述平均变化率可大于或等于0.1、0.2或0.2。可设计光学层以具有上述平均变化率，并因此得到适合于预期应用的器件。
在本申请中，所述光学层可以是单层。在本申请中，所述术语“单层”用于表示排除通过装配或堆叠两层或多层所形成的层的概念。例如，将通过装配具有不同的光轴或光吸收轴的至少两个不同的层所形成的层，或者采用堆叠偏光层和延迟层的方法所形成的层排除于所述单层的范畴之外，从而形成连续偏移的光轴或光吸收轴。
根据一个示例性实施方式，在所述光学层的偏移区域中的具有不同光轴或光吸收轴的区域之间可能观察不到界面。即，可基本上完全实现光轴或光吸收轴的连续变化，且在所述光学层中没有域可被观察到。
例如，“在所述光学层的偏移区域中的具有不同光轴或光吸收轴的区域之间观察不到界面”的表述可意指，在所述偏移区域的光轴或光吸收轴中的变化满足以下方程式3。
[方程式3]
Y＝a×X
在方程式3中，X代表了在发生了光轴或光吸收轴的变化的一个方向上测得的距离偏移区域的起点的距离，Y代表了通过在所测量的X点上相对于所述偏移区域的起点的光轴或光吸收轴旋转光轴或光吸收轴而得到的角度，以及a代表了大于0且小于或等于5的整数。
在方程式3中，所述光轴或光吸收轴的旋转角Y为相对于0度(其被设定为在所述偏移区域的起点的光轴或光吸收轴的角度)，以顺时针或逆时针方向之一所测得的角度。在方程式3中，在另一个示例性实施方式中，a可为小于或等于4.5、4.0、3.5、3.0、2.5、2.0、1.5、1.0或0.7。还有，a可为大于或等于0.1、0.2或0.2。
本发明可提供一种光学器件，其中所述光轴或光吸收轴的变化满足方程式3，且连续地实现所述变化以适合于所需用途。
所述偏移区域的旋转角可根据以下方程式4所确定。
在方程式4中，代表了旋转角，V代表了平均变化率，以及L代表了所述偏移区域的长度。
在方程式4中，所述平均变化率V可根据方程式1来测量。
所述偏移区域的旋转角的范围，可考虑使用所述光学器件的应用来确定，且可以是，例如，大于或等于约10度、20度、30度、40度、50度、60度、70度、80度、90度、100度、110度、120度、130度、140度、150度、160度、170度、180度、190度、200度、210度、220度、230度、240度、250度、260度、270度、280度、290度、300度、310度、320度、330度、340度或350度，但本发明并不仅限于此。所述旋转角的上限也依照预期应用来确定，且可以是，例如，小于或等于约1,000度、900度或800度，但本发明并不仅限于此。
所述光学器件的光学层可设置为仅包含上述一种偏移区域，或需要时包含两种偏移区域。此外，所述光学器件的光学层可设置为包含除了所述偏移区域之外的区域，例如，仅在一个方向均匀形成所述光轴或光吸收轴的区域，或者所述光轴或光吸收轴的变化非连续地进行的区域。
所述光学层可以是相位延迟层或偏光层。当所述光学层为相位延迟层时，所述光学层可具有上述的光轴。还有，当所述光学层为偏光层时，所述光学层可具有上述的光吸收轴。
当所述光学层为相位延迟层时，相位差不受限定，或者当所述光学层为偏光层时，偏光效率不受限定。例如，考虑到预期应用，所述相位差或偏光效率可通过选取适合的原料而自由调节。
所述光学层可以是液晶聚合物层。在本发明中，所述术语“液晶聚合物层”可指的是通过聚合可聚合液晶化合物(简称反应性液晶元(RM，reactivemesogen))而形成的层。例如，所述液晶聚合物层可通过在将可聚合液晶化合物在取向膜上取向(将在以下描述)的状态下聚合可聚合液晶化合物而形成。当需要时，所述液晶聚合物层可进一步包含公知的额外组分，例如，不可聚合液晶化合物、聚合物的无定型化合物、非聚合物的无定型化合物、表面活性剂或流平剂。
用于形成所述液晶聚合物层的可聚合液晶化合物可根据目的适当地选取。例如，可采用具有层列相(smectic phase)、向列相(nematic phase)或胆甾相(cholesteric phase)的化合物来作为所述液晶化合物。
采用展现出此特性的液晶化合物可更有效地形成具有所需形状的光学层。
由以下通式1所代表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。
[通式1]
在通式1中，A代表单键、-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或者以下通式2所代表的取代基，或者R1至R5中的一对两个相邻取代基或R6至R10的一对两个相邻取代基连接在一起形成被-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或以下通式2的取代基，或者R1至R5中的一对两个相邻取代基或R6至R10的一对两个相邻取代基中的至少一对连接在一起形成被-O-Q-P取代的苯环，其中，Q为烷撑基(alkylene group)或烷叉基(alkylidenegroup)，以及P为可聚合官能团，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。
[通式2]
在通式2中，B为单键、-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，或者R11至R15的一对两个相邻取代基连接在一起形成被-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，或者将R11至R15的一对两个相邻取代基连接在一起形成被-O-Q-P取代的苯环，其中，Q为烷撑基或烷叉基，以及P为可聚合官能团，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。
在通式1和2中，“两个相邻取代基连接在一起形成被-O-Q-P取代的苯环”的表述可意指所述两个相邻取代基连接在一起在整体上形成被-O-Q-P取代的萘骨架。
在通式2中，B的左侧所标示的“-”可意指B直接键合到通式1的苯环上。
在通式1和2中，所述术语“单键”意指在A或B所表示的部分中不存在额外的原子。例如，当通式1中的A为单键时，设置于A两侧的苯环可直接键合以形成联苯结构。
在通式1和2中，可用于此处的卤素可以，例如，包括氯、溴或碘。
除非在本申请中另有明确定义，所述术语“烷基”可以，例如，指的是具有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被一个或多个取代基所取代。
除非在本申请中另有明确定义，所述术语“烷氧基”可以，例如，指的是具有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。所述烷氧基可以是直链、支链或环形。同样地，所述烷氧基可以任选地被一个或多个取代基所取代。
除非本申请中另有明确定义，所述术语“烷撑基”或“烷叉基”可以，例如，指的是具有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是，例如，直链、支链或环形。同样地，所述烷撑基或烷叉基可以任选地由一个或多个取代基所取代。
除非在本申请中另有明确定义，所述术语“烯基”可以，例如，指的是具有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。所述烯基可以是，例如，直链、支链或环形。同样地，所述烯基可以任选地被一个或多个取代基所取代。
在通式1和2中，P可以，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；或者丙烯酰氧基或甲基丙烯酰氧基；或者丙烯酰氧基。
在本说明书中，可被特定官能团取代的取代基，可包括烷基、烷氧基、烯基、环氧基、氧代(oxo)基团、氧杂环丁烷基、巯基、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，但本申请并不仅限于此。
可在通式1和2中以多个数目存在的-O-Q-P，或者通式2的残基可以，例如，存在于R3、R8或R13的位置。例如，可被连接在一起以形成被-O-Q-P取代的苯环的取代基也可以是R3和R4，或R12和R13。在所述通式1的化合物或通式2的残基中，除了-O-Q-P或通式2的残基之外的取代基，或者除了被连接在一起形成苯环的取代基之外的取代基可以是，例如，氢、卤素、具有1至4个碳原子的直链或支链烷基、包含具有1至4个碳原子的直链或支链烷氧基的烷氧羰基、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，所述取代基或残基可以是氯、具有1至4个碳原子的直链或支链烷基、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、包含具有1至4个碳原子的直链或支链烷氧基的烷氧羰基、或氰基。
也可由通式1所代表的可聚合液晶化合物可以，例如，包含1个、2个以上、1-10个、1-8个、1-6个、1-5个、1-4个、1-3个或1-2个可聚合官能团(通式1或2中的P)。
在所述偏光层的情况下，所述光学层可以是包含二色性染料的液晶聚合物层，或者溶致液晶(LLC，Lyotropic Liquid Crystal)层。例如，所述光学层可通过在将可聚合液晶化合物和包含二色性染料的层在取向膜上取向(将在以下描述)的状态下聚合可聚合液晶化合物而形成，或者上述光学层可通过在所需方向上向溶致液晶施加剪切力以形成层而形成。
当所述光学层为包含二色性染料的液晶聚合物层时，可考虑到所述偏光层的所需性能而适当地选取用于形成所述偏光层的可聚合液晶化合物的类型。例如，在本申请中就可采用上述类型的可聚合液晶化合物。
充当所述光学层的液晶聚合物层可包含二色性染料。在本申请中，所述术语“染料”可指的是在可见光区域(例如，波长400nm至800nm)的至少一部分或全部范围内，可强烈地吸收光和/或使光变形的材料，所述术语“二色性染料”可指的是在可见光区域的至少一部分或全部范围内，可各向异性地吸收光的材料。在可见光区域(例如，400nm至800nm)的范围内具有最大吸收的所有类型的染料基本上都可被用作所述二色性染料。例如，如本领域所公知的，这种染料包括偶氮染料或蒽醌染料。例如，本申请中可以使用偶氮染料F355(注册商标)、F357(注册商标)或F593(注册商标)(日本感光色素研究所有限公司(Nippon Kankoh Shikiso kenkyusho Ltd))，或者已知大体上展现出与上述偶氮染料相同效果的染料种类，但本申请并不仅限于此。
例如，可以采用已知在展现出上述特性的同时，还沿着液晶化合物的取向而取向的所有类型的染料作为所述二色性染料。
所述光学器件可进一步包含基底层。例如，所述光学器件进一步包含基底层，且所述光学层可设置成形成于所述基底层的至少一个表面上。当需要时，所述光学层可形成于所述基底层的两个表面上。图3为显示了所述光学器件的一个示例性实施方式的示意图。这里，所述光学器件具有基底层10与光学层20相继形成的结构。
所述基底层可由已知材料形成而没有特别的限定。例如，可采用无机膜，如玻璃板、晶体或非晶硅膜、或者石英或ITO(氧化铟锡)膜，或者塑料膜作为所述基底层。可采用光学各向同性基底层或光学各向异性基底层作为所述基底层。
可用作所述塑料基底层的基底层包括选自TAC(三乙酰纤维素)；COP(环烯烃聚合物)，如降冰片烯衍生物；PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)；PC(聚碳酸酯)；PE(聚乙烯)；PP(聚丙烯)；PVA(聚乙烯醇)；DAC(二乙酰纤维素)；Pac(聚丙烯酸酯)；PES(聚醚砜)；PEEK(聚醚醚酮)；PPS(聚苯砜)；PEI(聚醚酰亚胺)；PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)；PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)；PI(聚酰亚胺)；PSF(聚砜)；PAR(聚芳基酯)；或者无定形氟树脂中的至少一种，但本申请并不仅限于此。当需要时，涂布层，如由金、银或硅化合物(如二氧化硅或一氧化硅)形成的涂布层，或者减反射层可存在于所述基底层上。
所述光学器件可进一步包含取向膜。所述取向膜可形成为与上述光学层接触。例如，当所述光学器件进一步包含基底层，且光学层形成于所述基底层的一个表面上时，所述取向膜可存在于所述基底层与所述光学层之间。
可采用任意类型的取向膜作为所述取向膜,只要该取向膜能够适当调节与所述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，可采用光取向膜作为所述取向膜。
所述取向膜可包含取向化合物，例如，光取向化合物。在本申请中，所述术语“光取向化合物”可指的是通过光的照射而以预定方向取向，并能够以取向状态在预定方向上取向相邻液晶化合物的化合物。所述取向化合物可以是单分子化合物、单体化合物、低聚物化合物或聚合物化合物。
所述光取向化合物可以是包含光敏部分的化合物。本领域已知可用于所述液晶化合物的取向的多种类型的光取向化合物。例如，通过顺反光致异构化取向的化合物；通过光裂解(如链断裂或光致氧化)取向的化合物；通过光交联或光聚合(如[2+2]环加成、[4+4]环加成或光二聚)取向的化合物；通过光-弗里斯重整(photo-Fries rearrangement)取向的化合物；或者通过开环/闭环反应取向的化合物可以，例如，用作所述光取向化合物。例如，所述通过顺反光致异构化取向的化合物的实例可包括偶氮化合物(如磺化重氮染料或偶氮聚合物)，或者芪化合物；所述通过光裂解取向的化合物的实例可包括环丁烷四羧酸二酐(环丁烷-1,2,3,4-四羧酸二酐)、芳香族聚硅烷或聚酯、聚苯乙烯或聚酰亚胺。此外，所述通过光交联或光聚合取向的化合物的实例可包括肉桂酸酯化合物、香豆素化合物、肉桂酰胺化合物、四氢化邻苯二甲酰亚胺化合物、马来酰亚胺化合物、苯甲酮化合物、二苯乙炔化合物、含有查儿酮基(chalconyl)部分作为光敏部分的化合物(下文中称作“查儿酮化合物”)或者含有蒽基(anthracenyl)部分的化合物(下文中称作“蒽基化合物”)；所述通过光-弗里斯重整取向的化合物的实例可包括芳香族化合物，如苯甲酸酯化合物、苯酰胺化合物、(甲基)丙烯酸甲基丙烯酰胺芳基酯化合物等；以及所述通过开环/闭环反应取向的化合物的实例可包括通过[4+2]π-电子体系的开环/闭环反应取向的化合物，如螺吡喃化合物等等，但本申请并不限于此。
所述光取向化合物可以是单分子化合物、单体化合物、低聚物化合物或聚合物化合物，或者可以是所述光取向化合物与聚合物的混合物。如此，所述低聚物化合物或聚合物化合物在其主链或侧链中可具有衍生自上述光取向化合物的部分或上述光敏部分。
具有衍生自所述光取向化合物的部分或所述光敏部分或混合有所述光取向化合物的聚合物的实例可包括聚降冰片烯、聚烯烃、聚芳基酯、聚丙烯酸酯、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，但本申请并不限于此。
可包含于所述取向化合物中的聚合物的代表性实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、聚降冰片烯丙酰氧基肉桂酸酯、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，但本发明并不限于此。
可适当选取上述化合物的类型并用作所述取向化合物。不过，优选采用具有可逆性的取向化合物以便适当地引发上述光轴或光吸收轴的连续变化。在本申请中，“具有可逆性的取向化合物”的表述可以，例如，意指取向化合物具有由取向(如线性偏振光的照射)确定的定向方向可受到额外的取向(例如，在不同方向上偏振的线性偏振光的照射)的影响并偏移的特性。即所述光学器件可采用使用在不同方向上偏振的不同类型的线性偏振光照射同一区域若干次的工艺(将在以下进行描述)而形成的取向膜来形成。通过此工艺，所述具有可逆性的化合物可用于形成适当的光学器件。
本申请涉及提供一种光学面板。例如，所述光学面板可包括至少两个如上所述的光学器件。在所述光学面板中，所述两个光学器件可设置为彼此面对面，且可设置成使得所述设置为彼此面对面的光学器件的相对位置能够进行偏移。
在此设置中，可通过偏移所述光学器件的相对位置来调节光的透射率或偏振态。
例如，当所述光学器件的光学层为偏光层，且设置所述光学器件以使得所述光学层的光吸收轴彼此垂直时，所述光学面板的透射率可被调节至最低限度。当设置所述光学器件以使得所述光学层的光吸收轴彼此平行时，所述光学面板的透射率可被调节至最高限度。此外，当设置所述光学器件以使得光吸收轴形成的夹角大于0度且小于90度时，可实现在所述最低和最高透射率之间的预定水平的透射率。此外，当所述光学器件的光学层为相位延迟层时，可如上所述通过调节光轴的关系来调节透射光的偏振态和透射率。图4显示了设置光学器件30以使得所述光学器件的光轴或光吸收轴彼此垂直的一个实例，图5显示了设置光学器件30以使得所述光学器件的光轴或光吸收轴彼此平行的一个实例，以及图6显示了设置光学器件30以使得所述光学器件的光轴或光吸收轴形成的夹角大于0度且小于90度的一个实例。
在所述光学面板的构造中，设置光学器件彼此面对面以使得所述光学器件之间的间距和所述光学器件的相对位置能够被偏移的方法不作特别的限定。
本申请涉及提供一种偏光掩膜。根据本申请的偏光掩膜可以，例如，在所述光学器件的制造期间使用，更具体地说，在所述取向膜的曝光期间使用以制造所述光学器件。
所述偏光掩膜可包含含有多个以预定方向(下文中称作第一方向)彼此相邻设置的偏光区域的偏光线。所述偏光线可以垂直于所述第一方向的方向(下文中称作第二方向)彼此相邻设置。如此，所述术语“垂直”指的是基本垂直/正交的状态。例如，约70度至120度、约80度至100度或约85度至95度的夹角范围也可落入所述基本上垂直/正交的状态的范围。
图7为显示了从上方所看到的所述偏光掩膜的示意图。在图7中，垂直方向代表了第一方向，水平方向代表了第二方向。如图7所示，在第一方向上彼此相邻设置的第一偏光区域1011、1012、1013、1014和1015被组合形成第一偏光线101，且以与所述第一偏光线101的相同方式形成的第二至第五偏光线102、103、104和105在第二方向上相邻设置。
在所述偏光掩膜所包含的多个偏光线中，至少一个偏光线可包含具有不同的透射轴方向的偏光区域。例如，图8显示了在图7所示的偏光掩膜的各个偏光区域1011-1015、2011-2015、3011-3015、4011-4015和5011-5015中形成的透射轴的角度(图8所示的各个偏光区域中的数字)。参照本申请中所述偏光掩膜的各个偏光区域的透射轴的角度，所述角度可意指相对于0度(其被设定为所述偏光掩膜的偏光区域中的一个的角度)，在顺时针或逆时针方向中的一个方向上所测得的角度。
参照图8，在第一至第五偏光线101-105中，所述第二至第四偏光线102-104包含至少两个具有不同的透射轴方向的偏光区域。
在所述偏光掩膜中，至少一个偏光线可有具有在预定方向(下文中称作第一方向)上形成的透射轴的第一偏光区域，以及具有在不同于所述第一方向的第二方向形成的透射轴的第二偏光区域。所述第一和第二偏光区域可彼此相邻设置。例如，参照图7和8，第二偏光线102具有其中第二偏光区域1022和第三偏光区域1023形成于不同方向且彼此相邻设置的透射轴。
在此情况下，由所述第一偏光区域的透射轴方向(第一方向)与所述第二偏光区域的透射轴方向(第二方向)形成的夹角可以，例如，在约15度至30度、约16度至29度、约17度至28度、约18度至27度、约19度至26度、约20度至25度或者约21度至24度的范围内。
在所述偏光掩膜中，所述偏光线中的至少两条可具有不同的平均透射轴。在本申请中，所述术语“平均透射轴”可指的是所述偏光线中包含的所有偏光区域的透射轴的角度的平均值。例如，参照图8，所述第一偏光线的平均透射轴为0度，所述第二偏光线的平均透射轴为4.5度，所述第三偏光线的平均透射轴为9度，所述第四偏光线的平均透射轴为13.5度，以及所述第五偏光线的平均透射轴为22.5度。
所述偏光掩膜可包含具有在预定方向(下文中称作第一方向)上形成的平均透射轴的第一偏光线，以及具有在不同于所述第一方向的第二方向上形成的平均透射轴的第二偏光线。所述第一和第二偏光线可彼此相邻设置。
例如，图8显示了具有0度、4.5度、9度、13.5度和22.5度的不同平均透射轴且在水平方向上彼此相邻设置的第一至第五偏光线101-105的实例。
在图8所示的实例中，由所述第一偏光线的平均透射轴的方向(第一方向)与所述第二偏光线的平均透射轴的方向(第二方向)形成的夹角可以，例如，在约1度至20度的范围内。根据另一个示例性实施方式，所述夹角可以大于或等于约2度、约3度或约3.5度。此外，根据另一个示例性实施方式，所述夹角可以小于或等于约19度、约18度、约17度、约16度或约15度。
所述偏光掩膜可包含所述偏光线的平均透射轴在第二方向上增大或减小的增大或减小区域。
例如，参照图9所示的示例性偏光掩膜，所述掩膜包含由偏光线A至D形成的增大区域，其中所述平均透射轴从图9的左侧至右侧增大至72度、76.5度、81度和90度；以及由偏光线D至H形成的减小区域，其中所述平均透射轴从图9的左侧至右侧减小至90度、85.5度、81度、76.5度和67.5度。
在这样的增大或减小区域中的增大率或减小率可根据以下方程式7所确定。
[方程式7]
R＝Q/N
在方程式7中，R代表了增大率或减小率，Q代表了在第二方向上设置的所述增大或减小区域中平均透射轴开始增大或减小的偏光线的平均透射轴与平均透射轴的增大或减小停止的偏光线的平均透射轴之间所形成的角度，以及N代表了所述增大或减小区域中包含的偏光线的数目。
当根据方程式7定义了所述增大率或减小率时，所述增大或减小区域的平均透射轴的增大或减小可基于顺时针或逆时针方向之一来确定。
例如，如图9所示，由偏光线A至D构成的增大区域的增大率R和由偏光线D至H构成的减小区域的减小率R为4.5。
在所述偏光掩膜中，所述增大率R或减小率R可以，例如，在约1至10的范围内。根据另一个示例性实施方式，所述增大率R或减小率R可大于或等于约2、3、4或4.5。根据另一个示例性实施方式，所述增大率R或减小率R也可小于或等于约9、8、7、6或约5.5。
在方程式7中，Q可以在约70度至120度、约80度至100度或约85度至95度的范围内。在方程式7中，N也可以在约5至30的范围内。根据另一个示例性实施方式，N可以在约7至28、9至26、11至24或13至22的范围内。
当采用如此配置的偏光掩膜时，可以形成可用于形成如上所述的光学层的取向膜。
在所述偏光掩膜中，所述偏光线的宽度(在第二方向上测得的数值)和长度(在第一方向上测得的数值)不作特别的限定，且可根据预期应用来确定。例如，所述偏光线的宽度可以在约1mm至20mm的范围内。此外，所述偏光线的长度可以，例如，在约30mm至70mm的范围内。
此外，所述偏光掩膜的各个偏光线中包含的偏光区域的数目不作特别的限定。例如，考虑到所需的取向效率等，可适当选取约2至10个偏光区域。
如上所述，制造偏光掩膜的方法不作特别的限定。例如，可组合多个的PVA(聚乙烯醇)偏光板或WGP(线栅偏光器)来制造所述偏光掩膜。
根据一个示例性实施方式，所述掩膜可保持在弯曲状态。例如，当在采用所述掩膜的曝光工艺中将受照对象的表面保持在弯曲状态时，则有必要保持所述偏光掩膜也处于弯曲状态。
例如，表面保持在弯曲状态的受照对象的实例可包含在辊对辊工艺期间用光照射的受照对象。在本申请中，所述术语“辊对辊工艺”包含含有在采用辊，如导辊、传输辊或卷绕辊不断传输所述受照对象的同时，用光照射受照对象的所有类型的工艺。在所述辊对辊工艺中，用光照射受照对象的方法可以，例如，以所述受照对象被卷绕入辊中的状态进行。当采用这个方法用光照射所述受照对象时，可在所述受照对象被固定的状态下用光有效照射所述受照对象。
图10为阐明了采用辊对辊工艺通过偏光掩膜40用光照射受照对象50的工艺的图。如图10所示，受照对象50被卷绕入辊60中以使得受照对象50的表面保持在弯曲状态，因此可在此弯曲状态被光照射。
表面保持在弯曲状态的掩膜的形状，例如，所述掩膜的曲率半径，不作特别的限定，且可进行选取以用适当的光照射所述受照对象。例如，所述掩膜的曲率半径可被调节为相当于表面保持在弯曲状态的受照对象的曲率半径。例如，当所述掩膜保持在弯曲状态时，所述掩膜的可输送支撑结构可具有约10mm至500mm的曲率半径。
此外，本申请涉及提供一种用光照射所述受照对象的设备或一种制造光学器件的设备。在这里，所述设备包含所述偏光掩膜。通过所述制造设备制造的光学器件可以是上述的光学器件。
例如，所述制造设备可包含设置用于支持所述偏光掩膜和所述受照对象的支持单元。在所述设备中，可设置所述偏光掩膜和所述支持单元以使得所述受照对象相对于所述偏光掩膜的相对位置能够在第一方向(即偏光线的长度方向)上移动。
在所述设备中，所述支持单元的类型不作特别的限定，且可包含设计用于在所述受照对象被光照射时稳固地维持所述受照对象的所有类型的装置。
所述支持单元可以是设置以在所述受照对象的表面保持在弯曲状态的状态下支持所述受照对象的装置。此装置的实例可包含用于上述辊对辊工艺中的辊，但本申请并不限于此。当设置成支持受照对象的装置可在所述受照对象的表面保持在弯曲状态的状态下支持所述受照对象时，所述掩膜也可在江所述掩膜保持在弯曲状态的状态下包含于所述装置中。在此情况下，所述掩膜可包含于所述装置中以使得所述掩膜的弯曲形状能够对应于所述设置成支持受照对象的装置的弯曲表面。
所述装置可进一步包含设置成用光照射所述偏光掩膜的光源。只要光源能够用于在所述偏光掩膜的方向上用光照射受照对象，则可使用所述光源而不受特别的限定。例如，当进行所述光取向膜的取向或通过所述偏光掩膜进行光致抗蚀剂的曝光时，可采用高压汞紫外灯、金属卤化物灯或镓紫外灯作为充当能够辐射紫外线的光源的所述光源。
此外，所述装置可进一步包含至少一个聚光板以调节由所述光源发出的光量。例如，所述聚光板可包含于所述装置内部以使得由所述光源发出的光能够入射并聚集至所述聚光板上，且能够用所述聚集光照射所述偏光掩膜。只要聚光板能够被形成为聚集由所述光源发出的光，则可采用本领域广泛使用的聚光板来作为所述聚光板。所述聚光板的实例可包含双面凸透镜层等。
当所述装置具有如上所述的结构时，所述装置可以，例如，包含依序设置的光源、聚光板、偏光掩膜和支持单元。因此，由所述光源发出的光可首先入射并聚集至所述聚光板上，接着可再入射至所述偏光掩膜上，并可穿过所述偏光掩膜以使得受照对象的表面能够被光照射。
本申请涉及提供一种光照射的方法或一种制造光学器件的方法。根据一个示例性实施方式，所述方法可采用上述装置来进行。
例如，所述方法可包括：在偏光掩膜下设置取向膜(例如，光取向膜)，和通过偏光掩膜用光照射所述取向膜。例如，所述方法的操作可以通过如下方式进行：在第一方向(即偏光线的长度方向)上偏移所述取向膜相对于所述偏光掩膜的相对位置。
通过这些操作可提供能够实现上述光学装置的取向膜。例如，将参照图9来描述所述取向膜。例如，当在第一方向(图中的垂直方向)上偏移适当的取向膜的同时使具有图9所示的图案的偏光掩膜的下部曝露于光下时，穿过偏光线A的取向膜的区域依序曝露于以67.5度、67.5度、90度、67.5度和67.5度的角度偏振的线性偏振光下。穿过偏光线B至H的取向膜的区域以同样的方式依序曝露于以对应于各自偏光区域的透射轴方向的角度偏振的线性偏振光下。如上所述，当所述偏光线具有不同的平均透射轴时，可以以预定的规则布置所述偏光线。因此，所述穿过各个偏光线下部的取向膜的区域具有根据各个偏光线的偏光区域的布置和平均透射轴偏移的定向方向。结果，可通过上述配置实现在所述偏光区域上形成的光学层的光轴或光吸收轴。
在此工艺中，只要能够实现适当的取向，则在第一方向上的所述取向膜与所述偏光掩膜之间的偏移速率不作限定。例如，所述偏移速率可确定为约5m/min以下。根据另一个示例性实施方式，所述偏移速率可小于或等于约4m/min或约3m/min。此外，所述偏移速率可以，例如，大于或等于约0.5m/min或约1m/min。
如上所述，可在将所述取向膜(即受照对象)的表面保持在弯曲状态的状态下进行所述曝光工艺。
所述光学器件可通过在如上所述所形成的取向膜上形成光学层来制造。形成光学层的方法不作特别的限定。例如，可通过在取向膜上形成含有上述可聚合液晶化合物和/或二色性染料的层，取向所述层并采用如用光照射或施加热量的方法向所述层提供能量来形成所述光学层。
如此，形成含有所述液晶化合物和/或二色性染料的层，取向所述层(即根据布置于所述层下的取向膜的取向图案来定向所述层)的方法，或者聚合已定向的液晶化合物的方法，不作特别的限定。例如，根据所述液晶化合物和/或二色性染料的类型，采用将层维持在所述层能够被定向的适当的温度下的方法可进行所述取向。此外，根据所述液晶化合物的类型，采用如用光照射或施加热量的方法(其中可诱导适当的交联或聚合)可进行所述聚合。
[有益效果]
根据本申请，提供了一种能够用于制造包含光轴或光吸收轴连续偏移的光学层的光学器件的偏光掩膜。例如，根据本申请制造的光学器件能够用于在电子器件，如显示器件中调节光的性能，或者，能够用作需要光轴或光吸收轴的连续变化的各种应用，包括建筑物或汽车的窗户或遮光物的用途。
附图说明
图1至3为显示根据本申请的一个示例性实施方式的光学器件的示意图。
图4至6为显示根据本申请的一个示例性实施方式的所述光学器件的布置的示意图。
图7至9为显示根据本申请的一个示例性实施方式的偏光掩膜的示意图。
图10为显示根据本申请的一个示例性实施方式的所述光学器件的配置的图。
图11和12为描述用于实施例的偏光掩膜的图。
图13和14为图示实施例所制备的光学层的光轴的变化的图。
<附图标记>
10：基底层
20：光学层
30：光学器件
101、102、103、104、105、A、B、C、D、E、F、G、H：偏光线
1011至1015、2011至2015、3011至3015、4011至4015、5011至5015：偏光区域
40：偏光掩膜
50：受照对象
60：支持单元
具体实施方式
下文中，参照实施例，上述内容将予以详述。然而，本申请并不限于以下所公开的实施方式。
实施例1
偏光掩膜的制造
以10mm的横向和纵向长度裁切常规的线栅偏光器(WGP)以制备用于形成偏光区域的WGP片。接着，附着五个WGP片(偏光区域)以形成一个偏光线，由此制得了偏光掩膜。在此情况下，如图11和12所示设置所述偏光掩膜的偏光区域的透射轴的布置。图11和12所列数字代表了所述各个区域的透射轴的角度。即参照图11，将所述五个WGP片设置于最上面的区域上以便得到0度的透射轴，并将16个偏光线设置于所述最上面的区域的下面。通过将图11所示的掩膜的顶部区域附着至图12所示的掩膜的底部区域而最终制得了所述偏光掩膜
取向膜的形成
通过将混合物溶解于甲苯溶剂中以使得取向化合物具有2wt％的固体浓度而制得了取向膜前体。在这里，所述混合物通过将如第1064585号韩国专利中所公开的含有肉桂酸酯基团的取向化合物聚降冰片烯与适量的光敏引发剂(Igacure 907)混合而获得。接着，在PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)膜的一个表面涂布所述前体，并在适宜的温度下干燥。然后在移动所述干燥的层穿过所制得的偏光掩膜的下方区域的同时，从所述偏光掩膜的顶部用紫外线(1,200mJ/cm2)照射所述干燥的层，由此形成了取向膜。参照图11和12，由所述附图的左侧至右侧实现了上述取向膜的移动，且保持所述移动速率为约2.5m/min。
光学器件的制造
将通过混合可聚合液晶化合物(LC242，购自BASF公司)与适量的光敏引发剂(Igacure 907)得到的涂布溶液在取向膜上涂布至适当的厚度，并在根据形成于所述涂布层下面的取向膜的取向图案取向最终的涂布层的状态下，用紫外线(30mW/cm2)照射，以形成光学层，因此制得了光学器件。图13为显示以此方式形成的光学层的光轴的分布的图，图14为显示采用所述光学层的水平方向作为X轴(TD轴)且所述光轴(慢轴)的角度作为Y轴(延迟定向)的曲线图。在图14中，所述Y轴的单位为度(度)，所述X轴的单位为毫米(mm)。如图13和14所示，可以看到，形成了其中没有观察到所述各个区域之间的界面且光轴规则偏移的光学层。
实施例2
在用紫外线照射以形成配向膜时，除了所述取向膜的移动速率变为约1m/min之外，以与实施例1相同的方式制得了光学层，由此制得了光学器件。图14为显示采用所述光学层的水平方向作为X轴且所述光轴(慢轴)的角度作为Y轴并结合实施例1的结果的曲线图。在图14所示的曲线图中，可观察到图14的结果几乎与实施例1的结果重叠。由这些事实也可看出，形成了没有观察到所述各个区域之间的界面且光轴规则偏移的光学层。
实施例3
除了此处采用通过混合基于偶氮的二色性染料(根据可聚合液晶化合物的取向而取向且在可见光区域(400nm至800nm)具有最大吸收)与包含所述液晶化合物的涂布溶液而得到的涂布溶液之外，以与实施例1相同的方式制得了光学器件。在此光学器件中，形成了通过所述二色性染料而使其光吸收轴以与实施例1中光轴的分布类似的方式连续偏移的光学层。
实施例4
除了此处采用通过混合基于偶氮的二色性染料(根据可聚合液晶化合物的取向而取向且在可见光区域(400nm至800nm)具有最大吸收)与包含所述液晶化合物的涂布溶液而得到的涂布溶液之外，以与实施例2相同的方法制得了光学器件。在此光学器件中，形成了通过所述二色性染料而使其光吸收轴以与实施例2中光轴的分布类似的方式连续偏移的光学层。

Claims (18)

1.一种偏光掩膜，其包含多个偏光线，所述多个偏光线包含依照第一方向彼此相邻设置的多个偏光区域，且依照垂直于所述第一方向的第二方向彼此相邻设置，至少一个所述偏光线包含透射轴彼此不同的偏光区域，以及至少两个所述偏光线具有彼此不同的平均透射轴。
2.权利要求1所述的偏光掩膜，其中，所述偏光线包含在第一方向上形成透射轴的第一偏光区域，和相邻于所述第一偏光区域设置且在不同于所述第一方向的第二方向上形成透射轴的第二偏光区域。
3.权利要求2所述的偏光掩膜，其中，由所述第一方向与所述第二方向形成的夹角在15度至30度的范围内。
4.权利要求1所述的偏光掩膜，包含在第一方向上形成平均透射轴的第一偏光线，和相邻于所述第一偏光线设置且在不同于所述第一方向的第二方向上形成平均透射轴的第二偏光线。
5.权利要求4所述的偏光掩膜，其中，由所述第一方向与所述第二方向形成的夹角在1度至20度的范围内。
6.权利要求1所述的偏光掩膜，其包含所述偏光线的平均透射轴依照所述第二方向增大或减小的增大或减小区域。
7.权利要求6所述的偏光掩膜，其中，由以下方程式7所定义的增大率或减小率在1至10的范围内：
[方程式7]
R＝Q/N
其中，R代表增大率或减小率，Q代表依照第二方向在所述增大或减小区域中平均透射轴开始增大或减小的偏光线的平均透射轴与平均透射轴的增大或减小停止的偏光线的平均透射轴之间所形成的角度，以及N代表所述增大或减小区域中包含的偏光线的数目。
8.权利要求7所述的偏光掩膜，其中，所述Q在70度至120度的范围内。
9.权利要求7所述的偏光掩膜，其中，所述N在7至28的范围内。
10.权利要求1所述的偏光掩膜，其中，所述偏光掩膜的表面形成为弯曲状态。
11.一种制造光学器件的设备，其包括：
权利要求1所述的偏光掩膜：和
安装用于支持受照对象的支持单元，
所述偏光掩膜和所述支持单元设置成依照第一方向偏移所述受照对象相对于所述偏光掩膜的相对位置。
12.权利要求11所述的设备，其中，安装用于支持受照对象的支持单元被形成为在所述受照对象的表面保持在弯曲状态的状态下支持所述受照对象。
13.权利要求11所述的设备，其进一步包括光源，所述光源设置成向所述偏光掩膜发出线性偏振光。
14.一种制造光学器件的方法，其包括：
在权利要求1所述的偏光掩膜的下面设置光取向膜；和
在依照第一方向偏移所述光取向膜相对于所述偏光掩膜的相对位置的同时，通过所述偏光掩膜用光辐照所述光取向膜。
15.权利要求14所述的方法，其中，所述光取向膜相对于所述偏光掩膜的相对位置的偏移速率不大于5m/min。
16.权利要求14所述的方法，其中，在所述光取向膜的表面保持在弯曲状态的状态下，通过所述掩膜用光照射所述光取向膜。
17.权利要求14所述的方法，其进一步包括：在所述光取向膜上形成含有可聚合液晶化合物的层，并在用光照射之后聚合所述可聚合液晶化合物。
18.权利要求14所述的方法，其进一步包括：在所述光取向膜上形成含有可聚合液晶化合物和二色性染料的层，并在用光照射之后聚合所述可聚合液晶化合物。
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