JP7225507B2

JP7225507B2 - コーティング組成物

Info

Publication number: JP7225507B2
Application number: JP2020538998A
Authority: JP
Inventors: ジュンリー、ヒュン; スンユ、ジュン; ヒュンオー、ドン; ジュンリム、ウン
Original assignee: LG Chem Ltd
Current assignee: LG Chem Ltd
Priority date: 2018-01-30
Filing date: 2019-01-24
Publication date: 2023-02-21
Anticipated expiration: 2039-01-24
Also published as: TWI690569B; KR20190091967A; EP3747959A1; WO2019151709A1; US11629292B2; CN111655801A; US20200354634A1; CN111655801B; TW201936816A; JP2021512350A; KR102241335B1; EP3747959A4

Description

本出願はコーティング組成物、これを利用した基板の製造方法および光学デバイスに関する。

本出願は２０１８年１月３０日付韓国特許出願第１０－２０１８－００１１１６３号に基づいた優先権の利益を主張し、該当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。

基板の間に光変調層を配置させて光の透過率または色相などを調節できる光学デバイスは公知である。例えば、特許文献１（ヨーロッパ公開特許第００２２３１１号）には、液晶ホスト（ｌｉｑｕｉｄｃｒｙｓｔａｌｈｏｓｔ）と二色性染料ゲスト（ｄｉｃｈｒｏｉｃｄｙｅｇｕｅｓｔ）の混合物を適用したいわゆるＧＨセル（Ｇｕｅｓｔｈｏｓｔｃｅｌｌ）が知られている。

このような光学デバイスは、一般的に対向配置された２層の基板とその基板の間に存在する前記光変調層を含み、前記基板の間の間隔を維持するスペーサーをさらに含む。

スペーサーには代表的に、いわゆるコラムスペーサーとボールスペーサーとがあり、ボールスペーサーを使う場合、ボールスペーサーを配向膜内に固定させた構造も知られている。このようなスペーサーはいわゆる固着型スペーサーとも呼ばれる。このような構造は特にフレキシブル基板を使って光学デバイスを製造した場合に有用であるが、基板がベンディングされる場合にボールスペーサーが移動したり固まる現象が発生せず、均一なセルギャップの維持が可能であるためである。

したがって、スペーサーが適切に分散することが均一なセルギャップの維持のために必要であるだけでなく、ヘイズの発生も抑制することができる。

本出願はコーティング組成物、これを利用した基板の製造方法および光学デバイスに関する。本出願では、表面に配向膜に固定されたスペーサーが均一に分散しており、ヘイズがない基板を簡単かつ低費用の工程で製造できるようにするコーティング組成物、これを利用した基板の製造方法および光学デバイスを提供することを目的とする。

本出願はコーティング組成物に関する。本出願の例示的なコーティング組成物は配向膜形成用物質、スペーサーおよびナノ粒子を含み、前記スペーサーの密度は前記ナノ粒子の密度に比べて小さく、前記ナノ粒子の密度は１．５ｇ／ｃｍ^３～１０ｇ／ｃｍ^３の範囲内であり得る。

本出願は基板の製造方法に関する。本出願の例示的な基板の製造方法は、基材層上にコーティング組成物を使って配向膜を形成する工程を含み、前記コーティング組成物は配向膜形成用物質、スペーサーおよびナノ粒子を含むことができ、前記スペーサーの密度は前記ナノ粒子の密度に比べて小さく、前記ナノ粒子の密度は１．５ｇ／ｃｍ^３～１０ｇ／ｃｍ^３の範囲内であり得る。

本出願は光学デバイスに関する。本出願の例示的な光学デバイスは、第１基板、前記第１基板と対向配置されている第２基板および前記第１基板と第２基板の間に存在する光変調物質を含む光学デバイスであって、前記第１基板の前記第２基板に対向する面および／または前記第２基板の前記第１基板に対向する面には配向膜が形成されており、前記配向膜は配向膜形成用物質、スペーサーおよびナノ粒子を含み、前記スペーサーの密度は前記ナノ粒子の密度に比べて小さく、前記ナノ粒子の密度は１．５ｇ／ｃｍ^３～１０ｇ／ｃｍ^３の範囲内であり得る。

本出願では表面に固着型スペーサーが存在する基板であって、配向膜にナノ粒子およびスペーサーを分散した単一層を利用して工程および費用を節減し、優秀な性能の基板を製造する方法とそのような方式で製造された光学デバイスを提供することができる。

本出願の実施例１を光学顕微鏡で観察したイメージ。本出願の比較例１を光学顕微鏡で観察したイメージ。本出願の比較例２を光学顕微鏡で観察したイメージ。

本出願はコーティング組成物に関する。本出願の例示的なコーティング組成物は、配向膜形成用物質、スペーサーおよびナノ粒子を含むことができる。

本出願では、液晶化合物の整列状態を調節するために前記基材層上に配向膜を形成する。本出願で適用する配向膜の種類は特に制限されず、公知の配向膜が使われ得る。例えば、適切なコーティング性、溶媒に対する溶解度、耐熱性、耐化学性およびラビングのような配向処理に対する耐久性などを満足し、必要に応じて適切なチルティング（ｔｉｌｔｉｎｇ）特性などを示し、不純度（ｉｍｐｕｒｉｔｙ）管理を通じての適切な電圧保持率（ｖｏｌｔａｇｅｈｏｌｄｉｎｇｒａｔｉｏ；ＶＨＲ）と高明暗比などの物性を満足する公知の配向膜をすべて適用することができる。配向膜としては、例えば、垂直または水平配向膜であり得る。垂直または水平配向膜としては、隣接する液晶層の液晶化合物に対して垂直または水平配向能を有する配向膜であれば特に制限なく選択して使うことができる。このような配向膜としては、例えば、ラビング配向膜のような接触式配向膜、または光配向膜化合物を含んでいるため直線偏光照射などのような非接触式方式によって配向特性を示すことができるものとして公知とされている配向膜を使うことができる。

配向膜は、配向膜形成用物質を含む配向膜形成材として、例えば、前記配向膜形成用物質を適切な溶媒に分散、希釈および／または溶解させて製造した配向膜形成材を適用して製造することができる。

前記配向膜形成用物質はラビング配向膜形成用物質または光配向膜形成用物質であり得る。配向膜形成用物質の種類は、適切な処理によって液晶に対する垂直または水平配向能のような配向能を示すことができるものとして公知されているすべての種類の物質を使うことができる。

前記配向膜形成用物質は、ポリイミド（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）化合物、ポリビニルアルコール（ｐｏｌｙ（ｖｉｎｙｌａｌｃｏｈｏｌ））化合物、ポリアミック酸（ｐｏｌｙ（ａｍｉｃａｃｉｄ））化合物、ポリスチレン（ｐｏｌｙｓｔｙｌｅｎｅ）化合物、ポリアミド（ｐｏｌｙａｍｉｄｅ）化合物およびポリオキシエチレン（ｐｏｌｙｏｘｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）化合物などのように、ラビング配向によって配向能を示すものとして公知とされている物質や、ポリイミド（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）化合物、ポリアミック酸（ｐｏｌｙａｍｉｃａｃｉｄ）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（ｐｈｅｎｙｌｍａｌｅｉｍｉｄｅｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）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（ｃｈｌｏｒｏｍｅｔｈｙｌａｔｅｄｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）化合物、ＰＶＣＩ（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｃｉｎｎａｍａｔｅ）化合物およ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として公知とされている物質からなる群から選択された一つ以上を含むことができるが、これに制限されはしない。

コーティング組成物内で前記配向膜形成用物質の比率は０．１～１０重量％であり得る。前記比率は他の例示で約０．３重量％以上、約０．５重量％以上、約０．７重量％以上、約０．９重量％以上、約１．１重量％以上または約１．３重量％以上であるか、約９重量％以下、約８重量％以下、約７重量％以下、約６重量％以下、約５重量％以下、約４重量％以下、約３重量％以下または約２重量％以下程度でもよい。前記配向膜形成用物質の比率が前記範囲未満であると、配向膜が過度に薄くコーティングされてスペーサーとナノ粒子を固着させることが難く、前記範囲を超過する場合、配向膜の厚さが厚いため、光学デバイスの製作時にセルギャップの維持およびスペーサー周辺のテール発生によって光漏れなどの問題が発生する。

配向膜形成材は前記のような配向膜形成用物質を溶媒に希釈、分散および／または溶解させて製造することができる。この時、適用され得る溶媒は基本的に特に制限されはしない。例えば、溶媒としては、シクロヘキサン（ｃｙｃｌｏｈｅｘａｎｅ）等の炭素数３～１２または炭素数３～８のシクロアルカン、ＤＭＳＯ（ｄｉｍｅｔｈｙｌｓｕｌｆｏｘｉｄｅ）、ＴＨＦ（ｔｅｔｒａｈｙｄｒｏｆｕｒａｎ）、ＤＭＦ（ｄｉｍｅｔｈｙｌｆｏｒｍａｍｉｄｅ）、ＮＭＰ（ＮＭｅｔｈｙｌ－ｐｙｒｒｏｌｉｄｏｎｅ）、クロロホルム（ＣＨＣｌ３）、ガンマー－ブチロラクトンやシクロペンタノンなどのケトン溶媒、２－ブトキシエタノールなどのアルコールまたはエチレングリコールなどのグリコールのうち選択されたいずれか一つやまたは前記のうち選択された２種以上の混合溶媒を適用することができる。

一例示において、適切な配向膜の形成のために、配向膜形成材は粘度が所定の範囲に制御され得る。

例えば、前記配向膜形成材は、粘度が約５ｃＰ～２５ｃＰの範囲内であり得る。前記粘度は、例えば、約２０ｃＰ以下、１８ｃＰ以下、１６ｃＰ以下、１４ｃＰ以下または１３ｃＰ以下であり得る。このような粘度を有する配向膜形成材にスペーサーを混合したコーティング組成物を適用することによって、スペーサーが均一に分散した状態で固着化されている配向膜を基材層上に効果的に形成することができる。

本出願で言及する物性のうち、測定温度がその物性に影響を及ぼす場合、特に別途に規定しない限り、該当物性は常温で測定した物性であり得る。用語常温は、加温または減温されていない自然そのままの温度であって、例えば、約１０℃～３０℃の範囲内のいずれか一つの温度、約２３℃または約２５℃程度であり得る。

また、本出願で言及する物性のうち、測定圧力がその物性に影響を及ぼす場合、特に別途に規定しない限り、該当物性は常圧で測定した物性であり得る。用語常圧は、自然そのままの圧力であって、一般的に大気圧と同一の略１気圧程度の圧力である。

本出願で言及する平均直径はレーザー光回折法による粒度分布測定での体積平均値Ｄ５０（すなわち、累積体積が５０％となる時の粒子径またはメディアン径）であって、粒度分析器（ＰａｒｔｉｃｌｅＳｉｚｅＡｎａｌｙｓｅｒ）を利用して測定した値を示すものを意味し得る。

本出願でコーティング組成物は前記配向膜形成用物質と共にスペーサーを含む。この時、適用されるスペーサーの種類は特に制限されない。一例示において、前記スペーサーとしては、公知のボールスペーサーまたはコラムスペーサーが使われ得る。前記スペーサーは、大きさは特に制限されず、例えば、目的とするセルギャップを考慮して適正大きさのスペーサーが使われ得る。一つの例示において、前記ボールスペーサーのＤ５０粒径またはコラムスペーサーの高さは約１μｍ以上であり得る。他の例示において、前記粒径または高さは、約２μｍ以上、約３μｍ以上、約４μｍ以上、約５μｍ以上、６μｍ以上、７μｍ以上、８μｍ以上、９μｍ以上、１０μｍ以上、１１μｍ以上、１２μｍ以上、１３μｍ以上、１４μｍ以上または１４．５μｍ以上であり得、３０μｍ以下、２９μｍ以下、２８μｍ以下、２７μｍ以下、２６μｍ以下、２５μｍ以下、２４μｍ以下、２３μｍ以下、２２μｍ以下、２１μｍ以下、２０μｍ以下、１９μｍ以下、１８μｍ以下、１７μｍ以下、１６μｍ以下、１６．５μｍ以下、１５μｍ以下、１４μｍ以下、１３μｍ以下または１２．５μｍ以下であり得る。

前記スペーサーの密度は１ｇ／ｃｍ^３～５ｇ／ｃｍ^３の範囲内であり得、具体的には、１ｇ／ｃｍ^３～４ｇ／ｃｍ^３、１ｇ／ｃｍ^３～３．５ｇ／ｃｍ^３、１ｇ／ｃｍ^３～３ｇ／ｃｍ^３、１ｇ／ｃｍ^３～２．５ｇ／ｃｍ^３、１ｇ／ｃｍ^３～２ｇ／ｃｍ^３、１ｇ／ｃｍ^３～１．５ｇ／ｃｍ^３程度の範囲内であり得るが、これに制限されるものではない。

スペーサーの密度（Ａ）およびナノ粒子の密度（Ｂ）の比率（Ｂ／Ａ）は１～１０の範囲内であり得る。他の例示において、前記比率（Ｂ／Ａ）は、約１．２以上、１．４以上、１．５以上、１．６以上または１．８以上であるか、９以下、８以下、７以下、６以下、５以下、４以下または３以下であり得るが、これに制限されるものではない。

前記スペーサーのコーティング組成物内での比率は特に制限されず、例えば、配向膜形成用物質１００重量部対比０．５～１０、０００重量部の比率で含まれ得る。前記比率は他の例示において、約１重量部以上、１．５重量部以上、２重量部以上、２．５重量部以上、３重量部以上、３．５重量部以上、４重量部以上、４．５重量部以上、５重量部以上、５．５重量部以上、６重量部以上、６．５重量部以上、７重量部以上、７．５重量部以上、８重量部以上、８．５重量部以上、９重量部以上、９．５重量部以上、１０重量部以上、１１重量部以上または１２重量部以上であるか、約９０００重量部以下、８０００重量部以下、７０００重量部以下、６０００重量部以下、５０００重量部以下、４０００重量部以下、３０００重量部以下、２０００重量部以下、１０００重量部以下、９００重量部以下、８００重量部以下、７００重量部以下、６００重量部以下、５００重量部以下、４００重量部以下、３００重量部以下、２００重量部以下、１００重量部以下、９０重量部以下、８０重量部以下、７０重量部以下、６０重量部以下、５０重量部以下、４５重量部以下、４０重量部以下、３５重量部以下、３０重量部以下、２５重量部以下、２０重量部以下または１５重量部以下であり得るが、これに制限されるものではない。このような比率は目的とする分散性などを考慮して適正に制御され得る。

本出願でコーティング組成物はナノ粒子を含むことができ、前記スペーサーに比べて前記ナノ粒子が高い密度を有することができる。前記ナノ粒子の密度がスペーサーより低い場合、基材層の近くに凹凸を形成することが難しく、よく分散されない短所がある。しかし、前記ナノ粒子の密度がスペーサーより高い場合、前記ナノ粒子が基材層に近く積層されて凹凸の形成が容易である。

前記ナノ粒子は球状の粒子または下記の数式１を満足する粒子であり得るが、これに制限されるものではない。

［数式１］

ＬＡ＜３×ＳＡ

前記数式１で、ＬＡはナノ粒子の長軸の長さであり、ＳＡはナノ粒子の短軸の長さである。

前記長軸および短軸の長さは、コーティングされた基材の電子顕微鏡断面図イメージ（ＳＥＭｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎｉｍａｇｅ）を利用して測定したものである。

前記ナノ粒子のＤ５０粒径は１μｍ以下であり得、具体的には、１０ｎｍ～１、０００ｎｍであり得るが、これに制限されるものではない。前記ナノ粒子のＤ５０粒径は、他の例示において、１０ｎｍ以上、２０ｎｍ以上、３０ｎｍ以上、４０ｎｍ以上、５０ｎｍ以上、６０ｎｍ以上、７０ｎｍ以上、８０ｎｍ以上または９０ｎｍ以上程度であるか、９００ｎｍ以下、８００ｎｍ以下、７００ｎｍ以下、６００ｎｍ以下、５００ｎｍ以下、４００ｎｍ以下、３００ｎｍ以下または２００ｎｍ以下程度であり得る。前記範囲内のナノ粒子である場合、前記ナノ粒子を容易に分散させることができる。

前記ナノ粒子は、密度が１．５ｇ／ｃｍ^３～１０ｇ／ｃｍ^３の範囲内に存在し得る。前記密度は他の例示において、１．５ｇ／ｃｍ^３～９ｇ／ｃｍ^３、１．５ｇ／ｃｍ^３～８ｇ／ｃｍ^３、１．５ｇ／ｃｍ^３～７ｇ／ｃｍ^３、１．５ｇ／ｃｍ^３～６ｇ／ｃｍ^３、１．５ｇ／ｃｍ^３～５．５ｇ／ｃｍ^３、１．５ｇ／ｃｍ^３～５ｇ／ｃｍ^３、１．５ｇ／ｃｍ^３～４．５ｇ／ｃｍ^３、１．５ｇ／ｃｍ^３～４ｇ／ｃｍ^３、１．５ｇ／ｃｍ^３～３．５ｇ／ｃｍ^３または１．５ｇ／ｃｍ^３～３ｇ／ｃｍ^３または２ｇ／ｃｍ^３～３ｇ／ｃｍ^３程度であり得るが、これに制限されるものではない。一般的なＰＭＭＡ系列スペーサーの密度は１．５ｇ／ｃｍ^３以下であるが、配向膜コーティング後の乾燥時、ナノ粒子がスペーサーより先に沈殿して凹凸を形成するためには、前記ナノ粒子の密度が１．５ｇ／ｃｍ^３以上でなければならず、一般的に分散して使う無機ナノ粒子の密度が１０ｇ／ｃｍ^３以下である。

前記ナノ粒子の比率は、配向膜形成用物質１００重量部対比０．０１～１００００重量部の比率で含まれ得る。前記比率は他の例示において、約０．０５重量部以上、約０．１重量部以上、約０．５重量部以上または約１重量部以上であるか、約９０００重量部以下、８０００重量部以下、７０００重量部以下、６０００重量部以下、５０００重量部以下、４０００重量部以下、３０００重量部以下、２０００重量部以下、１０００重量部以下、９００重量部以下、８００重量部以下、７００重量部以下、６００重量部以下、５００重量部以下、４００重量部以下、３００重量部以下、２００重量部以下、１００重量部以下、９０重量部以下、８０重量部以下、７０重量部以下、６０重量部以下、５０重量部以下、４５重量部以下、４０重量部以下、３５重量部以下、３０重量部以下、２５重量部以下、２０重量部以下、１５重量部以下、１０重量部以下、８重量部以下、６重量部以下、４重量部以下または２重量部以下程度であり得るが、これに制限されるものではない。前記ナノ粒子の比率が前記範囲より低い場合、ナノ粒子を分散させることができず、前記範囲より高い場合、ヘイズ（Ｈａｚｅ）が増加して透過率が低くなる短所が発生する。

前記ナノ粒子の種類はシリカ（二酸化ケイ素）、酸化アルミニウム、二酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、酸化錫、酸化セリウム、酸化マグネシウム、酸化ニッケル、酸化カルシウムおよび酸化イットリウムからなる群から選択される１種以上であり得、例えばシリカであり得るが、これに制限されるものではない。

本出願は基板の製造方法に関し、一例示において、前述したコーティング組成物を適用して基板を製造する方法に関する。前述したコーティング組成物で説明した内容と重複する内容は省略することにする。

前記製造方法は、基材層上に前述したコーティング組成物を使って配向膜を形成する工程を含むことができる。このような工程は、例えば、配向膜形成用物質を含む配向膜形成材を使って形成することができる。

本出願で基材層としては、特に制限なく、例えば、ＬＣＤ（ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌＤｉｓｐｌａｙ）のような公知の光学デバイスの構成で基板として使われる任意の基材層が適用され得る。例えば、基材層は無機基材層であるか有機基材層であり得る。無機基材層としてはガラス（ｇｌａｓｓ）基材層などが例示され得、有機基材層としては多様なプラスチックフィルムなどが例示され得る。プラスチックフィルムとしては、ＴＡＣ（ｔｒｉａｃｅｔｙｌｃｅｌｌｕｌｏｓｅ）フィルム；ノルボルネン誘導体などのＣＯＰ（ｃｙｃｌｏｏｌｅｆｉｎｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）フィルム；ＰＭＭＡ（ｐｏｌｙ（ｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）等のアクリルフィルム；ＰＣ（ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）フィルム；ＰＥ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）またはＰＰ（ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）等のポリオレフィンフィルム；ＰＶＡ（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌａｌｃｏｈｏｌ）フィルム；ＤＡＣ（ｄｉａｃｅｔｙｌｃｅｌｌｕｌｏｓｅ）フィルム；Ｐａｃ（Ｐｏｌｙａｃｒｙｌａｔｅ）フィルム；ＰＥＳ（ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｓｕｌｆｏｎｅ）フィルム；ＰＥＥＫ（ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｅｔｈｅｒｋｅｔｏｎ）フィルム；ＰＰＳ（ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｓｕｌｆｏｎｅ）フィルム、ＰＥＩ（ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｉｍｉｄｅ）フィルム；ＰＥＮ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｍａｐｈｔｈａｔｌａｔｅ）フィルム；ＰＥＴ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｔｅｒｅｐｈｔａｌａｔｅ）フィルム；ＰＩ（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）フィルム；ＰＳＦ（ｐｏｌｙｓｕｌｆｏｎｅ）フィルムまたはＰＡＲ（ｐｏｌｙａｒｙｌａｔｅ）フィルムなどが例示され得るが、これに制限されるものではない。

本出願の製造方法は、特に前記基材層として有機基材層、例えば、プラスチックフィルムが使われる場合に有用であり得る。ドッティング斑などが発生する場合に、前記斑が発生したデバイスなどを高温で処理することによって前記斑を除去する方法、例えば、光変調物質の例である液晶化合物のＴｎｉ以上の温度で処理することによって前記斑を除去する方法が知られている。ところが、基板として有機基材層が適用される場合には、有機基材層の耐熱性が劣っているため高温の熱処理工程を実行することが困難である。しかし、本明細書で記述する方法によると、前記のような高温処理がなくてもドッティング斑が発生しないようにすることができるため、有機基材層が適用される場合にも優秀な物性の配向膜を形成することができる。

本出願で前記基材層の厚さも特に制限されず、用途にしたがって適正範囲が選択され得る。

本出願の製造方法では配向膜が前記基材層上に直接形成されてもよく、前記基材層上に他の層乃至は構成が存在する状態でその他の層乃至は構成上に形成されてもよい。

前記で他の層乃至構成の例は特に制限されず、光学デバイスの駆動および構成に必要な公知の層乃至構成がすべて含まれる。このような層乃至構成の例としては、電極層やスペーサーなどがある。

本出願では前記のような配向膜形成材を使って配向膜を形成し、この場合、その形成方法は特に制限されない。例えば、配向膜形成工程は、基材層上に配向膜形成材（前記コーティング組成物）の層を形成する工程および前記形成された層に前記配向処理などの公知の処理を実行する工程を含むことができる。

前記配向処理は公知の方式で実行できる。例えば、ラビング配向膜である場合に適切なラビング処理をしたり、光配向膜である場合に適切な光照射処理を通じて前記配向処理を実行できる。前記各処理を実行する具体的な方式は特に制限されず、例えば、ラビング工程は、コットン、レーヨンまたはナイロン形成のようなラビング布を使った方式を適用することができ、光照射工程は適切な直線偏光を照射する方式などを適用することができる。

また、前記配向膜形成材の層を塗布などによって形成し、焼成までの時間が基板ごとに一定でない場合や、塗布後直ちに焼成されない場合には、熱処理および／または乾燥工程などのような前処理工程が実行されてもよい。例えば、前記熱処理および／または乾燥などの工程は、適切な乾燥機、オーブンまたはホットプレートなどを使って実行できる。

前記で熱処理および／または乾燥工程などが実行される場合にはその処理温度や時間は特に制限されず、適切に調節され得る。例えば、前記工程は、約５０℃以上、約６０℃以上、約７０℃以上、約８０℃以上、約９０℃以上、約１００℃以上、約１１０℃以上または約１２０℃以上の温度で実行され得る。また、前記温度は約３００℃以下、約２８０℃以下、約２６０℃以下、約２４０℃以下、約２３０℃以下、約２２０℃以下、約２１０℃以下、約２００℃以下、約１８０℃以下または約１６０℃以下程度であり得る。

前記工程の処理温度も配向膜形成材の状態や前記温度などを考慮して選択され得、例えば、約１分～２時間の範囲内で適正時間が選択され得る。

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、特に別途に言及しない限り、その物性は常温で測定した物性である。用語常温は、加温および減温されていない自然そのままの温度であって、例えば、約１０℃～３０℃の範囲内のいずれか一つの温度であるか、約２３℃または約２５℃程度の温度であり得る。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、特に別途に言及しない限り、その物性は常圧で測定した物性である。用語常圧は特別に圧力を上げたり下げていない自然そのままの圧力であって、一般的に大気圧と同じ約１気圧程度の圧力を意味する。

本出願はまた光学デバイスの製造方法に関する。本出願の例示的な光学デバイスの製造方法は、前述したコーティング組成物および／または基板の製造方法を適用することができる。

本出願の例示的な光学デバイスの製造方法は、第１基板および前記第１基板と対向配置されている第２基板において、前記第１基板の前記第２基板に対向する面および／または前記第２基板の前記第１基板に対向する面にコーティング組成物の層を形成し、前記層を配向処理する工程を含むことができる。前記コーティング組成物は配向膜形成用物質、スペーサーおよびナノ粒子を含むことができ、前記スペーサーの密度は前記ナノ粒子の密度に比べて小さく、前記ナノ粒子の密度は１．５ｇ／ｃｍ^３～１０ｇ／ｃｍ^３の範囲内であり得る。

本出願の製造方法は、前記のように形成された配向膜上に液晶化合物を含む光変調物質をドッティングする段階と対向基板を前記光変調物質がドッティングされた配向膜を有する基材層と対向配置した状態で、圧力を加えて前記ドッティングされた光変調物質が前記基材層と対向基板の間の間隔を充填するようにする段階をさらに含むことができる。

前記過程は例えば、一般的なドッティング工程の進行方式に沿って実行され得、その具体的な進行方式は特に制限されない。

また、適用される液晶化合物などの材料も特に制限なく必要に応じて公知の適正材料が選択される。

さらに、前記において基材層と対向配置される対向基板の種類も特に制限されず、公知の基板が適用され得る。例えば、前記基板も基材層とその一面に形成された配向膜を含むことができ、必要な場合に電極層のようなその他の構成も含むことができる。前記対向基板の基材層上に形成される配向膜の形成方式も特に制限されず、公知の方式に従うことができる。一例示において、前記対向基板の基材層上に配向膜を形成する方式は前述した配向膜形成方式に従うことができる。

前記過程で前記基材層と対向基板の間の間隔、すなわちいわゆるセルギャップも特に制限はない。ただし、一例示において、前記間隔は、約１μｍ以上となり得る。前記間隔は、他の例示において、４μｍ以上、約５μｍ以上、約６μｍ以上、約７μｍ以上または約８μｍ以上となり得、その上限は約２０μｍ、約１８μｍ、約１６μｍ、約１４μｍ、約１２μｍまたは約１０μｍ程度であり得る。通常的にセルギャップが小さい場合、例えば、約４μｍ未満である場合にはドッティング工程が適用される場合にもドッティング斑問題がさほど浮き彫りにされはしないが、セルギャップが大きくなる場合に前記問題点が浮き彫りにされる。ところが、必要に応じて光学デバイスに高いセルギャップが要求される場合があるが、本出願の方式を適用することになると、高いセルギャップのデバイスの製造にもドッティング斑を最小化したり抑制することができる。

本出願はまた、光学デバイス、例えば、前記コーティング組成物および製造方法によって製造された光学デバイスに関する。前述したコーティング組成物および光学デバイスで説明した内容と重複する内容は省略することにする。

用語光学デバイスの範疇には、互いに異なる二つ以上の光学状態、例えば、高透過率および低透過率状態、高透過率、中間透過率および低透過率状態、互いに異なる色相が具現される状態などの間をスイッチングできるように形成されたすべての種類のデバイスが含まれ得る。

このような光学デバイスは第１基板、前記第１基板と対向配置されている第２基板および前記第１基板と第２基板の間に存在する光変調物質を含むことができる。前記において、第１基板および第２基板のうち少なくとも一つの基板が前述した方式で形成されたものであり得る。例えば、前記第１基板の前記第２基板に対向する面または前記第２基板の前記第１基板に対向する面には配向膜が形成されており、前記配向膜は、配向膜形成用物質、スペーサーおよびナノ粒子を含み、前記スペーサーの密度は前記ナノ粒子の密度に比べて小さく、前記ナノ粒子の密度が１．５ｇ／ｃｍ^３～１０ｇ／ｃｍ^３の範囲内にあり得る。

一つの例示において、第１基板と第２基板のうちいずれか一つの基板の一面には、前述した配向膜形成用物質、スペーサーおよびナノ粒子を含むコーティング組成物から形成された配向膜が形成されていてもよい。他の一つの基板はスペーサーおよびナノ粒子を含まない、配向膜形成用物質を含む配向膜形成材から形成された配向膜が形成されていてもよい。

必要な場合に前記光変調物質は二色性染料（ｄｉｃｈｒｏｉｃｄｙｅ）をさらに含むことができる。例えば、前記二色性染料は二つに区分され得るが、特定の方向に他の方向よりさらに多くの光を吸収する分子で分子の長軸方向の偏光を吸収する色素は正（ｐｏｓｉｔｉｖｅ）二色性染料またはｐ型染料、垂直な方向の光を吸収するものは負（ｎｅｇａｔｉｖｅ）二色性染料またはｎ型染料を意味し得る。一般的に前記のような染料は、最大の吸収を起こす波長を中心として狭い領域の吸収スペクトルを有することができる。また、ゲストホスト液晶ディスプレイ（ＧｕｅｓｔＨｏｓｔＬＣＤ）に使われる染料は、化学的光学的安定性、色相と吸収スペクトルの幅、二色性の比率、色素の秩序度、ホスト（Ｈｏｓｔ）に対する溶解度、非イオン化程度、消光（ｅｘｔｉｎｃｔｉｏｎ）係数および純度と高い比抵抗のような特性で評価することができる。以下、特に言及しない限り二色性染料は正の染料であると仮定する。

本明細書で用語「染料」とは、可視光領域、例えば、４００ｎｍ～７００ｎｍ波長範囲内で、少なくとも一部または全体の範囲内の光を集中的に吸収および／または変形させることができる物質を意味し得、用語「二色性染料」は前記可視光領域の少なくとも一部または全体の範囲で光の二色性吸収が可能な物質を意味し得る。

二色性染料としては、例えば、液晶の整列状態にしたがって整列できる特性を有すると知られている公知の染料を選択して使うことができる。二色性染料としては、例えば、黒色染料（ｂｌａｃｋｄｙｅ）を使うことができる。このような染料としては、例えば、アゾ染料またはアントラキノン染料などと公知とされているが、これに制限されるものではない。

二色性染料の二色比（ｄｉｃｈｒｏｉｃｒａｔｉｏ）は本出願の目的を考慮して適切に選択され得る。例えば、前記二色性染料は二色比が５以上～２０以下であり得る。本明細書で用語「二色比」とは、例えば、ｐ型染料である場合、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を意味し得る。異方性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一つの波長で前記二色比を有することができる。

前記光変調物質が液晶化合物および二色性染料を両方とも含む場合、前記光変調物質はゲスト－ホスト型光変調物質として作用することができる。すなわち、前記ゲスト－ホスト型光変調物質は、液晶化合物の配列にしたがって二色性染料が共に配列されて、染料の整列方向に平行な光は吸収し、垂直な光は透過させることによって、非等方性光吸収効果を示すことができる。また、前記光変調物質の異方性染料の含量は本出願の目的を考慮して適切に選択され得る。例えば、前記光変調物質の異方性染料の含量は０．１重量％以上～１０重量％以下であり得る。

また、光学デバイスのセルギャップ、すなわち前記第１基板と第２基板間の間隔は特に制限はない。ただし、一例示において、前記間隔は、約１μｍ以上となり得る。前記間隔は、他の例示において、約４μｍ以上、約５μｍ以上、約６μｍ以上、約７μｍ以上または約８μｍ以上となり得、その上限は約２０μｍ、約１８μｍ、約１６μｍ、約１４μｍ、約１２μｍまたは約１０μｍ程度であり得る。

以下、本出願に従う実施例および本出願に従わない比較例を通じて本出願を具体的に説明するが、本出願の範囲は下記に提示された実施例によって制限されるものではない。

実施例１

第１基板の製作
第１基板は、一面にＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）電極層が形成されている厚さが１００μｍであるＰＣ（Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）フィルムを使って製作した。コーティング組成物は平均直径（Ｄ５０直径）が約１００ｎｍ程度であり、密度が約２．７ｇ／ｃｍ^３程度である球状シリカ（ＳｉＯ_２）ナノ粒子、平均直径（Ｄ５０）が約１２μｍ程度であり、密度が約１．２９ｇ／ｃｍ^３程度であるボールスペーサーおよびポリイミド系列の配向膜形成用物質（Ｎｉｓｓａｎ社、ＳＥ－７４９２）を約２：２０：１５０の重量比率（ナノ粒子：ボールスペーサー：配向膜形成用物質）で混合し、前記混合物をＮ－メチル－２－ピロリドン（Ｎ－Ｍｅｔｈｙｌ－２－ｐｙｒｒｏｌｉｄｏｎｅ）、ブチルセロソルブ（Ｂｕｔｙｌｃｅｌｌｏｓｏｌｖｅ）およびジプロピレングリコールモノエチルエーテル（Ｄｉｐｒｏｐｙｌｅｎｅｇｌｙｃｏｌｍｏｎｏｍｅｔｈｙｌｅｔｈｅｒ、ＤＰＭ）の混合溶媒内に約１．５重量％の濃度で分散させたもの（配向膜形成材）を使った。前記配向膜形成材をバーコーティング方式（ＭｅｙｅｒＢａｒＣｏａｔｉｎｇ）で最終配向膜厚さが約２００ｎｍ程度となるようにコーティングした。引き続き、約１３０℃のオーブンで約２０分の間維持してベーキングおよびイミド化（ｉｍｉｄｉｚｉｎｇ）工程を進行した。引き続き、前記ベーキングおよびイミド化された層をラビングして配向膜を形成した。

第２基板の製作
第２基板は、ポリイミド系列の配向膜形成用物質（Ｎｉｓｓａｎ社、ＳＥ－７４９２）を溶媒としてＮ－メチル－２－ピロリドン（Ｎ－Ｍｅｔｈｙｌ－２－ｐｙｒｒｏｌｉｄｏｎｅ）、ブチルセロソルブ（Ｂｕｔｙｌｃｅｌｌｏｓｏｌｖｅ）およびジプロピレングリコールモノエチルエーテル（Ｄｉｐｒｏｐｙｌｅｎｅｇｌｙｃｏｌｍｏｎｏｍｅｔｈｙｌｅｔｈｅｒ、ＤＰＭ）の混合溶媒内に約２．０重量％の濃度で分散させた配向膜形成材（コーティング組成物）を使ったことを除いては、第１基板と同じ方式で最終配向膜厚さが約２５０ｎｍ程度となるように配向膜を形成して製作した。

光学デバイスの製作
前記第１基板の端部には通常液晶セルの製造に適用されるシーラントをコーティングし、第２基板に光変調物質（Ｍｅｒｃｋ社のＭＡＴ－１６－９６９液晶（ｎｅ：１．５４６３、ｎｏ：１．４７５７、ε∥：７．４、ε⊥：３．２、ＴＮＩ：８５℃、△ｎ：０．０７０６、△ε：４．２）と異方性染料（ＢＡＳＦ社、Ｘ１２）の混合物）をドッティング（ｄｏｔｔｉｎｇ）した後に前記第１および第２基板を合着することによって、ドッティング（ｄｏｔｔｉｎｇ）された光変調物質が２個の基板の間に等しく拡散するようにして光学デバイスを製造した。

前記過程で上部および下部基板の間隔（ｃｅｌｌｇａｐ）は、約１２μｍ程度に維持した。

比較例１
第１基板の製作時にコーティング組成物のナノ粒子として、平均直径（Ｄ５０直径）が約１００ｎｍ程度であり、密度が約１．２ｇ／ｃｍ^３程度であるシリカ（ＳｉＯ_２）ナノ粒子を使ったことを除いては、実施例１と同じ方式で第１および第２基板と光学デバイスをそれぞれ制作した。

比較例２
第１基板の製作時にコーティング組成物にナノ粒子を使っていないことを除いては、実施例１と同じ方式で第１および第２基板と光学デバイスをそれぞれ制作した。

試験例
実施例および比較例でそれぞれ製造された基板または光学デバイスでのスペーサーおよびナノ粒子の分散度を確認したし、前記分散度は光学顕微鏡を利用して観察した。

図１～図３はそれぞれ実施例１および比較例１～２に対するスペーサーおよびナノ粒子の分散度の確認結果である。

図１の実施例１の場合、全体として固まり現象がなく等しく分散したことを確認したが、図２～３の比較例１～２の場合、実施例１とは異なって固まり現象が現れたことを確認した。

Claims

第１基板；前記第１基板と対向配置されている第２基板；および前記第１基板と第２基板の間に存在する光変調物質を含む光学デバイスであって、
前記第１基板の一面に第１の配向膜が形成され、前記第２基板上に第２の配向膜が形成されており、
前記第１の配向膜は、配向膜形成用物質；スペーサー；およびナノ粒子を含み、
前記第２の配向膜は、前記配向膜形成用物質を含むが、前記スペーサーおよびナノ粒子を含まず、
前記スペーサーの密度は前記ナノ粒子の密度に比べて小さく、
前記ナノ粒子の密度は１．５ｇ／ｃｍ^３～１０ｇ／ｃｍ^３の範囲内にあり、
前記ナノ粒子が前記第１基板に近く積層されて凹凸を形成する、光学デバイス。
前記配向膜形成用物質がラビング配向膜形成用物質または光配向膜形成用物質である、請求項１に記載の光学デバイス。
前記配向膜形成用物質は、ポリイミド化合物、ポリビニルアルコール化合物、ポリアミック酸化合物、ポリスチレン化合物、ポリアミド化合物、ポリオキシエチレン化合物、ポリノルボルネン化合物、フェニルマレイミド共重合体化合物、ポリビニルシンナメート化合物、ポリアゾベンゼン化合物、ポリエチレンイミン化合物、ポリエチレン化合物、ポリスチレン化合物、ポリフェニレンフタルアミド化合物、ポリエステル化合物、ＣＭＰＩ（ｃｈｌｏｒｏｍｅｔｈｙｌａｔｅｄｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）化合物およびポリメチルメタクリレート化合物からなる群から選択された一つ以上を含む、請求項１または２に記載の光学デバイス。
前記スペーサーはＤ５０粒径が１μｍ以上である、請求項１から３のいずれか一項に記載の光学デバイス。
前記スペーサーの密度は１ｇ／ｃｍ^３～５ｇ／ｃｍ^３の範囲内にある、請求項１から４のいずれか一項に記載の光学デバイス。
前記スペーサーの密度（Ａ）および前記ナノ粒子の密度（Ｂ）の比率（Ｂ／Ａ）は１．５～１０の範囲内にある、請求項１から５のいずれか一項に記載の光学デバイス。
前記スペーサーを前記配向膜形成用物質１００重量部対比０．５～１０、０００重量部の比率で含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の光学デバイス。
前記ナノ粒子のＤ５０粒径は１μｍ以下である、請求項１から７のいずれか一項に記載の光学デバイス。
前記ナノ粒子は球状粒子または下記の数式１を満足する粒子である、請求項１から８のいずれか一項に記載の光学デバイス：
［数式１］
ＬＡ＜３×ＳＡ
数式１でＬＡは前記ナノ粒子の長軸の長さであり、ＳＡは前記ナノ粒子の短軸の長さである。
前記ナノ粒子を前記配向膜形成用物質１００重量部対比０．０１～１０、０００重量部の比率で含む、請求項１から９のいずれか一項に記載の光学デバイス。
前記光変調物質は、二色性染料をさらに含む、請求項１から１０のいずれか一項に記載の光学デバイス。