KR0147367B1 - 적층 소자의 제조방법 및 이로부터 수득한 소자 - Google Patents

적층 소자의 제조방법 및 이로부터 수득한 소자

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KR0147367B1
KR0147367B1 KR1019890002240A KR890002240A KR0147367B1 KR 0147367 B1 KR0147367 B1 KR 0147367B1 KR 1019890002240 A KR1019890002240 A KR 1019890002240A KR 890002240 A KR890002240 A KR 890002240A KR 0147367 B1 KR0147367 B1 KR 0147367B1
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보벤 얀
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아이.엠.레르너
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Abstract

내용없음

Description

적층 소자의 제조방법 및 이로부터 수득한 소자
제1도는 본 발명의 방법에 따라 제조한 집적 도파관 Y-스플리터를 도시한 것이며,
제2도는 본 발명에 따라 제조한 집적 도파관 편광기를 도시한 것이고,
제3도는 본 발명에 따르는 방법으로 제조한 집적 도파관 칼라 필터를 도시한 것이며,
제4도는 본 발명에 따라 제조한 광학 기록 소자의 횡단면도이고,
제5도 및 제6도는 제7도에 따르는 빔 스플리터를 제조하기 위해 본 발명에 따르는 방법에서 사용하는 사조를 도시한 것이며,
제7도는 본 발명에 따라 수득한 편광 빔 스플리터를 도시한 것이고,
제8도는 제7도의 빔 스플리터의 상부 수평 단면도이다.
본 발명은 광학 부품 및 전기광학 부품들, 특히 광 필터, 도파관, 빔 스플리터, 광학 격자 및 광학 기록 소자와 같은, 특성이 부분적으로 상이한 적층 소자의 제조에 관한 것이다.
미합중극 특허 명세서 제4,165,962호에는, 광학 부품과 전기광학 부품들을 제조할 수 있는 방법이 개발된 것으로 기재되어 있다. 이 방법에 따르면, CAM(커플링제 분자) 층이 기질 위에 제공된다. 이 층은, 액정 특성을 가지며 CAM 층의 영향하에 배향되는 것으로 예측되는 디알케닐-디아세틸렌 화합물의 층과 함께 제공된다. 이어서, 다세틸렌 화합물의 배향된 층을 가열 또는 조사 하에 중합시킬 수 있으며, 화합물의 배향은 보전된다. 또한, 위의 문헌에는 패턴(pattern)에 따라 중합할 수 있는 것으로 예측된다고 기재되어 있다. 이러한 방식으로, 부분적으로 상이한 특성을 가진 광학 부품과 같은 적층 소자가 제조될 수 있다. 위의 미합중국 특허 명세서에는, 특히 실시예 10 및 11로 부터 명백한 바와 같이, 실용적인 양태가 기재되어 있지 않다. 이러한 공지의 방법은 이론적인(학문적인) 고찰에 한정된다.
본 발명의 목적은, 특성이 부분적으로 상이한 적층 소자, 특히 광학 부품을 제조하는 편리한 방법을 제공하는 것이다.
추가의 문제점은, 위에서 언급한 방법에서 사용되는 디알케닐-디아세틸렌 화합물은 배향되기 어려우며 그 결과가 최적이지 않다는 점이다. 더우기 액정 디아세틸렌 화합물을 배향시키기 위해서는, 특정한 CAM 층이 필요하다. 또 하나의 문제점은, 디알케닐-디아세틸렌 화합물을 중합시키는 경우, 단지 선형 중합체들만이 형성되며, 특히 다소 높은 온도에서 이완되어 분자들의 배향이 적어도 부분적으로 손실된다는 점이다. 본 발명의 목적은, 가교결합된 중합체들을 사용할 수 있게 하는 방법을 제공하는 것이다.
이러한 문제점은, 본 발명에 따라, 외력에 의해 배향되고, 조사에 의해 중합되어 배향 방향이 고정되며 개시제와 함께 사용되는 일반식(1)의 중합된 액정 단량체 하나 이상의 패턴화된 일정한 부분을 갖는 피복물이 기질에 제공된, 특성이 부분적으로 상이한 적층 소자를 제조하는 방법에 의해 따라 해소된다.
PBNQ (1)
상기식에서, P는 중합성 그룹이고,
B는 가교 그룹이며,
N은 하나 이상의 p-페닐렌 그룹, 사이클로헥실 그룹 또는 이들 모두를 포함하는 네마틱 또는 스멕틱 액정 그룹이고,
Q는 그룹 N 또는 그룹 BP(여기서, B 및 P는 위에서 정의한 바와 같다)의 치환체이다.
적합한 중합성 그룹(P)의 예는 아크릴레이트 또는 메타 크릴레이트 그룹, 즉 일반식
Figure kpo00002
의 그룹(여기서, R은 H 또는 CH3이다), 구조식
Figure kpo00003
에 상응하는 에폭시 그룹, 일반식 CH2=CH-O-에 상응하는 비닐 에테르 그룹 및 에틸렌 그룹 CH2=CH-과 혼합 형태의 티올 그룹 -SH(이 혼합물을 티올렌계라고 한다)이다.
네마틱 또는 스멕틱 그룹(N)의 예는 다음 식으로 나타낸다.
Figure kpo00004
Figure kpo00005
상기식에서, R은 탄소수 1 내지 6의 알킬 그룹이다.
가교 그룹의 예는 다음과 같은 일반식으로 표시된다.
Figure kpo00006
네마틱/스멕틱 그룹(N)의 치환체의 예는 다음과 같다: 시아노 그룹, 할로겐 원자, 수소원자, 탄소수 1 내지 8의 알킬 그룹, 탄소수 1 내지 8의 알콕시 그룹, 니트로 그룹, 아미노 그룹 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬 그룹을 함유하는 알킬 치환된 아미노 그룹.
적합한 단량체는 특히 하기 일반식(2)로 표시되는 액정 디아크릴레이트이다.
Figure kpo00007
상기식에서,
R, B 및 N은 위에서 정의한 바와 같다.
유효한 디아크릴레이트의 예는 다음과 같은 구조식으로 표시된다:
Figure kpo00008
Figure kpo00009
Figure kpo00010
Figure kpo00011
적합한 개시제의 예는 방향족 카보닐 화합물 또는 벤질 디메틸 케탈과 같은 케탈[이르가큐어
Figure kpo00012
(Irgacure
Figure kpo00013
)]이다.
일반식(1)에 따르는 비교적 작은 분자의 액정 화합물의 이동성은 높다. 더우기, 각각의 분자는 네마틱/스멕틱 그룹 N(일반식1)을 포함한다. 이동성(mobility)과 그룹 N의 존재로 인하여, 외력을 이용함으로써 매우 신속하고도 거의 순간적인 분자 배향이 이루어질 수 있다. 바람직하게는, 외력은 전기장 또는 자기장과 같은 역장(field of force)이며, 당해 장의 방향은 용이하게 조정할 수 있어서, 특정한 목적하는 배향의 액정 단량체 화합물을 수득할 수 있다. 또한, 기질 표면을 미리 한 방향으로 마찰시킬 수 있어서, 액정 단량체 화합물의 분자가 마찰 방향으로 계속해서 배향된다. 배향은 액정 단량체 화합물을 중합시킴으로써 고정된다. 중합 도중에, 적용한 장을 유지시켜서 분자의 무질서를 방지한다. 바람직하게는, 중합은 광, 특히 UV 광에 노출시킴으로써 수행한다. 이 목적을 위해, 중합되는 단량체 조성물은 노출된 결과 라디칼로 분해되는 광 개시제를 함유하는데, 라디칼은 단량체의 중합을 개시한다. 광 개시제는 1 내지 5중량%의 양으로 사용한다. 적합한 개시제의 예는 다음 구조식(7) 및 (8)로 나타낼 수 있다 :
Figure kpo00014
Figure kpo00015
배합된 일반식(1)의 화합물은 매우 단시간 이내에, 예를 들면, 수초 내지 최대한 수분 이내에 중합될 수 있다.
본 발명에 따라 제조한 소자는 배향되고 중합된 일반식(1)의 화합물이 존재하는 패턴화된 일정한 부분에 변화된 특성을 갖는다. 이러한 특성의 변화는 일반식(1)의 화합물의 선택과 조정된 배향에 의해 일차적으로 측정된다. 변화된 특성의 예로서는 변화된 전기전도도와 같은 변화된 전기적 특성, 상이한 팽창계수 또는 경도에서의 차이와 같은 변화된 기계적 특성 및 내마모성이 있다. 다른 흥미있는 예는 변화된 굴절률, 반사성 및 투과성과 같은 변화된 광학 특성에 의해 형성된다.
특히 굴절률과 흡수력은 편광의 상이한 방향에 대하여 실질적으로 상이할 수 있다. 이로 인하여, 광 필터, 특히 편광 필터, 편광 빔 스플리터, 광학 격자, 도파관, 광학 기록 소자 및 집적 광학계와 같은 적층 광학 소자를 본 발명에 따르는 방법으로 수득할 수 있다.
적합한 실시양태로서, 위에서 언급한 일반식(2)에 상응하는 액정 디아크릴레이트를 본 발명에 따르는 방법에서 사용한다.
유용한 액정 디아크릴레이트의 예는 위에서 언급한 구조식(3) 내지(6)으로 나타낸다. 디아크릴레이트(메타크릴레이트)를 중합시키는 경우, 가교결합된 구조가 형성된다. 이러한 사실은, 중합체 분자의 배향이 고온에서조차 보존된다는 것을 의미한다. 이완은 일어나지 않는다.
본 발명에 따르는 방법의 다른 적합한 양태에 따라, 매트릭스에 의해 액정 중합체의 패턴이 제공된다. 이 양태는 표면이 목적하는 패턴에 부적합한 구조를 갖는 매트릭스가 액정 단량체에 제공되며, 기질이 단량체 위에 제공되고, 이 단량체를 외력에 의해 배향시키고, 이어서 조사에 의해 중합시켜 배향 방향을 고정시킨 다음, 매트릭스에 결합된 액정 중합체 층[여기서, 중합체 층은 매트릭스 표면의 패턴을 재생(복사)한 일정한 패턴을 갖는다]과 기질이 매트릭스로부터 제거됨을 특징으로 한다.
단량체, 따라서 중합체의 배향 방향을 기질의 표면에 평행하게 연장시켜 기계적으로 매우 견고한 피복물로 이루어진 중합체 층을 수득한다. 배향을 위해 사용하는 외력은 외력장이다. 또한, 기질 표면을 미리 한 방향으로 마찰시킬 수도 있다.
액정 중합체의 패턴은 또한 패턴에 따라 중합체를 조사함으로써 수득할 수 있다. 이러한 원리를 기초로 하는 실시양태에서, 액정 단량체의 균일한 층이 기질에 적용되고, 액정 단량체가 외력에 의해 배향되며 층이 패턴에 따라 조사되어, 액정 화합물의 배향이 중합의 결과로서 고정된다.
본 발명에 따르는 방법의 흥미로운 양태에 따라, 집적 도파관 칼라 필터와 같은 집적 광학계를 용이하게 제조할 수 있다. 이러한 바람직한 양태는 액정 단량체의 균일한 층이 기질 위에 적용되고, 액정 단량체가 외력장에 의해 배향되며, 층이 패턴에 따라 조사되어, 액정 단량체의 배향이 중합의 결과로서 고정되고, 이어서 역장의 방향이 변화되고 층이 다시 조사되어, 제1조사단계에서 조사되지 않은 부분들이 중합되고, 이들 부분에 존재하는 액정 단량체의 상이한 배향이 고정됨을 특징으로 한다.
바람직한 양태에 따라, 기질 위에 제공된 중합체 층에 서로 상이한 두 가지 배향을 부여한다. 경우에 따라, 위에서 언급한 제2조사단계를 패턴에 따라 수행할 수도 있고, 역장(field of force)의 방향은 제3조사단계를 수행한 후에 다시 변화할 수 있으므로, 제3배향이 수득된다. 물론, 이 방법은 반복이 가능하므로 말단에 기질이 서로 상이한 배향의 중합체 분자의 영역이 많은 중합체 층과 함께 제공된다. 이는 기질 표면의 여러 부분에 언제든지 특성을 부과할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 용매를 사용한 노출단계를 거친 후에 노출되지 않은 부분, 즉 단량체로 남아 있는 출발물질을 제거할 수 있고, 연속해서, 상이한 액정 단량체 화합물의 층을 제공할 수 있으며, 이 층을 역장을 통해 배향시킬 수 있고, 단량체를 중합시키는 패턴화된 조사에 의해 수득된 배향을 고정시킬 수 있다.
위의 바람직한 양태에 있어서, 역장의 방향은 바람직하게는 초기 방향에 대해 반대 방향으로 변화된다.
또다른 바람직한 양태에 있어서, 본 발명에 따르는 방법을 수행하여 패턴화된 조사 후에, 배향된 액정 단량체를 중합시키고, 층의 온도를 증가시켜 층의 노출되지 않은 부분에서의 액정 단량체가 등방성 상으로 전환되도록 하고, 층이 조사되어, 액정 단량체의 중합반응으로 등방성 상이 고정되도록 한다.
본 발명은 또한 위의 방법으로 수득한 적층 소자에 관한 것이다. 본 발명에 따르는 적층 소자가 기질과 위에서 언급한 일반식(1)에 상응하는 배향된 조사-중합 액정 단량체의 하나 이상의 패턴화된 일정한 부분을 포함하는, 기질 위에 제공되는 피복물을 포함한다.
적층 소자의 바람직한 양태로서, 피복물은, 액정 중합체가 배향된 구조로 존재하는 패턴화된 일정한 부분(들)과 중합체가 등방성 구조로 존재하는 나머지 부분을 포함한다.
적층 소자의 또 다른 바람직한 양태로서, 피복물은 이색성 염료(dichroicdye)를 포함한다. 이 소자는 광 필터, 특히 편광 필터로서 바람직하게 사용할 수 있다.
적합한 이색성 염료의 예는 하기 구조식(9) 및 (10)으로 나타낸다.
Figure kpo00016
Figure kpo00017
상기식에서, R은 알킬 그룹이다.
추가의 이색성 염료는 문헌[참조: Mol. Cryst. Liq. Cryst., 1979, Vol. 55, pp. 1-32]을 참조한다.
본 발명에 따르는 적층 소자의 바람직한 양태에 있어서, 패턴에 따라 한정된 부분은 광학적으로 판돌할 수 있는 정보 비트(information bit)이다.
위의 양태에 있어서, 적층 소자는 전기장 또는 자장의 존재하에, 정보를 변형된 레이저 광을 통해 기록하고 저에너지 연속 레이저 광을 통해 판독할 수 있는 광학 기록 소자이다. 일반식(1)의 액정 단량체의 층은 전기장 또는 자장에 의해 배향된다. 변형된 레이저 광에 의해 조사된 영역의 직경은, 예를들면, 1내지 3μ이고, 중합반응이 일어나 배향이 고정된다. 이들 영역(비트들)은, 예를 들면, 주위와의 반사 차이를 기준으로 하여 저에너지 레이저 광을 통해 판독할 수 있다.
[실시예]
1. Y-스플리터의 제조
제1도에서, 액정 단량체 화합물의 혼합물의 층(2)을 참조번호(1)로 표시한 유리 또는 폴리메틸 메타크릴레이트 기질 위에 제공한다. 혼합물은 일반식(3)의 화합물 20중량%, 일반식(4)의 화합물 79중량% 및 벤질 디메틸 케탈(개시제, Irgacure
Figure kpo00018
) 1중량%를 포함한다. 본 실시예에서, 층의 두께는 10㎛이다. 층(2)을 기질(1)의 표면에 제공하기 전에 화살표(3)로 표시한 방향으로 마찰시킨다.
사용되는 혼합물의 결정상으로부터 네마틱(액정) 상으로의 전이온도는 81℃이다. 소자, 즉 층(2)과 함께 기질(1)을 90℃로 가열한다. 수득된 네마틱 상에 있어서, 액정 단량체 화합물의 분자는 화살표(3)로 표시한 마찰방향으로 배향된다. 배향된 방향은 기질의 마찰방향과 일치한다. 네마틱 상에서의 액정 단량체 화합물의 분자는 마찰력(기질에 대한) 외에도 외력의 장, 특히 자기장 또는 전기장에 의해 배향될 수도 있다. 이를 위해, 예를 들면, 10k.Gauss의 자장을 화살표(3)의 방향으로 적용시킨다. 수득된 LC(액정) 화합물 분자의 배향은 자기장의 방향과 일치한다.
계속해서, 소자(1,2)는 방출 파장이 360nm인 UV광에 화살표(4)의 방향으로 노출시킨다. 광원의 자속 밀도는 5mW/cm2이다. 노출시간은 300초이다. 층(2)의 노출되지 않은 부분은 Y형이고, 참조번호(5)로 표시하였다. 노출시키는 동안, 액정 단량체 화합물의 중합반응이 일어난다. 따라서, LC 분자의 배향은 참조번호(6)으로 표시한 부분에 고정된다.
계속해서, 소자(1 내지 5)의 온도를 125℃ 이상, 예를 들면, 135℃로 상승시킨다. 네마틱 상에서 등방성 상으로 전이하는 혼합물의 전이온도는 약 125℃이다. 135℃로 가열하여, 층(2)의 노출되지 않은 부분(5)을 등방성 상으로 전환시킨다. 이어서, 층(2)의 전체 표면을 위에서 언급한 온도에서 UV광에 노출시킨다. 이로 인해, 층(2)의 부분(5)중의 단량체 화합물 분자는 중합되고, 이 부분에 존재하는 등방성 상이 고정된다. 층(2)의 Y형 부분(5)의 굴절률은 1.57이다. 주변영역(6)의 굴절률은 광의 전개방향에서 1.53이다. 따라서, Y형 부분(5)은, 표면(7) 위에 투사된 광선98)이 Y형 안에 남아 있고 Y형의 이분점(9)에서 2개의 서브 빔(10,11)으로 나누어지는 광 전도체를 형성한다. 경우에 따라, 굴절률이 낮은 피복물을 수득된 Y-스플리터에 적용하거나, 액정 화합물의 층(2)을 두 개의 유리판 사이 또는 합성 수지판 사이에 제공할 수 있다.
2. 집적 편광기 및 도파관의 제조
제2도에서 참조번호(12)는, 예를 들면, 두께가 0.5mm인 실리콘 기질을 나타낸다. 이 기질을 스핀 피복시켜 일반식(3)의 액정 단량체 화합물 96중량%, 일반식(9)의 이색성 아조 염료 2.5중량% 및 일반식(7)의 개시제 1.5중량%를 포함하는 혼합물 층(13)과 함께 제공한다. 층(13)의 두께는 50㎛이다. 층(13)을 결정성 상으로부터 네마틱 상으로의 전이온도(105℃) 이상으로 가열한다. 적절한 온도는 110℃이다. 자장 방향이 화살표(14)로 나타낸 10k.Gauss의 자장의 영향에서 자장 방향에 평행한 방향으로 액정 단량체 화합물의 분자를 배향시킨다. 따라서, 이색성 염료 분자들이 배향된다. 그러므로, 분자들은 Si 기질(12)의 표면에 대해 수직으로 연장된다. 이어서, 온도와 자장을 일정하게 유지시키면서 층(13)의 영역(15)을 360nm의 UV 광에 수분간 노출시킨다. 이러한 목적을 위해 사용하는 저압 수은 증기 램프의 자속 밀도는 5mW/cm2이다. 노출로 인해 층(13)의 영역(15)중의 배향된 단량체 분자가 중합되어 배향이 고정된다. 이후에, 화살표(16)로 나타낸 자장의 방향이 층(13)의 표면에 대해 평행하도록 자기장의 방향을 변화시킨다. 결과적으로, 영역(15) 밖의 액정 단량체 화합물의 분자 배향은 분자들이 화살표(17)로 나타낸 방향에서 층(13)의 표면에 평행하게 배향되도록 변한다. 이러한 배향방향은 적용된 자장방향과 일치한다. 면적(15)의 양면에 위치하는 층(13)의 영역(18 및 19)을 면적(15)과 동일한 방법으로 UV 광에 노출시킨다. 노출시킴으로써, 면적(18 및 19)에 존재하는 단량체 화합물의 분자가 중합된다. 이 과정에서, 배향 방향이 고정된다. 층(13)의 노출되지 않은 부분을 테트라하이드로푸란에 침지시켜 제거한다. 그 대신, 폴리메틸 메타크릴레이트의 층(20)을 제공한다. 이 층은 에틸 아세테이트중 폴리메틸 메타크릴레이트의 20% 용액을 사용하여 스핀 피복하여 제조한다. 배향된 영역(15,18 및 19)의 굴절율은 배향 방향에 평행한 방향에서 1.68이고 배향 방향에 대해 수직인 방향에서 1.53이다. 영역(20)의 굴절률은 1.49이다. 이는, 영역(15,18 및 19)이 함께 도파관을 형성한다는 것을 의미한다. 표면(21)을 통해 투사되는 광은 영역(18,15 및 19)을 통해 소자의 층(13)을 통과하여 전도된다. 층(15)을 통과할 때, 투사광의 수직 편광 성분이 배향된 염료 분자에 의해 흡수된다. 평행하게 편광된 빛은 투과되어 표면(21)의 반대편에 위치하는 영역(19)의 표면(22)에서 소자로부터 유리된다.
3. 평면 광학 칼라 필터의 제조
제3도에서, 참조번호(23)은 일반식(5)의 단량체 화합물 98.5중량%와 일반식(7)의 개시제 1.5중량%를 포함하는 액정 혼합물의 층(24)과 함께 제공되는 유리 기질을 나타낸다. 층 두께는 10㎛이다. 도면에 관하여 기술한 바와 동일한 방법으로 자기장을 이용하여 층(24)을 화살표(25)로 나타낸 방향으로 배향시킨다. 결정상으로부터 네마틱 상으로의 전이온도 이상의 온도인 140℃에서 배향시킨다. 층(24)을 패턴에 따라 UV 광에 노출시켜 노출영역(26)의 단량체 분자를 중합시킨다. 이 과정에서, 이들 분자의 배향 방향이 고정된다. 배향은 해칭(hatching)(27)으로 나타낸다. 이어서, 자장의 방향을 초기의 자장 방향에 대해서는 수직이나 층(24)의 표면에 대해서는 평행한 방향(28)으로 변화시킨다. 그 후, 영역(29)을 UV 광(λ=360nm)에 노출시켜, 이 영역의 분자를 중합시킨다. 이 과정에서 고정되는 배향방향을 해칭(30)으로 나타낸다. 자장의 방향을 다시 변화시키고 층(24)의 표면에 대해 수직으로 연장시킨다. 이 방향은 화살표(31)로 나타낸다. 층(24)의 영역(32)을 UV 광에 노출시킨다. 수득된 중합체 분자들은 층(24)의 표면에 수직인 배향을 갖는다. 이 방향은 점선으로 나타낸다. 이어서, 자장을 화살표(25)로 나타낸 방향으로 다시 변화시킨다. 층(24)의 온도를 140℃에서 100℃로 저하시킨다. 이로써, 배향도와 이중 굴절률이 증가한다. 그 결과, 분자축에 대해 수직으로 연장되는 굴절률의 성분이 감소한다. 이후에 층(24)의 전체 표면을 UV광에 노출시킨다. 그 결과, 영역(33 및 34)에서 고정되는 배향도가 더 높다. 이들 영역의 굴절률은 1.53이다. 이방성 영역(26)의 굴절률은 1.54이다. 이방성 영역(29 및 31)의 빛의 전파 방향에 대한 굴절률(no및 ne)은 각각 1.53 및 1.69이다. 표면(35)을 통과하여 투사되는 광은 광 전도체(26,29,31)를 따라 이분점(36)의 위치에서 좌측통로(37) 또는 우측통로(38)를 택할 것이다. 우측 통로에서 광의 수직 편광 성분이 더 높은 굴절률로 인해 영역(29)에서 지연될 것이다. 후속 영역(31)에서 광의 수평 편광 성분이 지연될 것이다. 영역(29 및 31)을 통과한 후에 모든 광이 지연되며, 그 상은 좌측 통로를 택한 광의 상보다 지연된다. 합류점(39)을 지나서 좌측 빔과 우측 빔이 다시 합치된다. 위상 차이 때문에, 특정한 파장의 광이 방해간섭에 의해 억제될 것이다. 이로 인해, 나타나는 소자는 칼라 필터로서 작용한다. 억제가 발생하는 파장은 하기의 식에 따른 통로 길이의 광학적 차이로 측정한다.
Figure kpo00019
상기식에서,
R은 광학적 지연이고,
d는 재료의 두께이며,
λ는 사용되는 광의 파장이고,
△n은 굴절률의 차이이다.
영역(30 및 31)의 길이 비율을 변화시킴으로써 색상을 조절할 수 있다.
4. 광학 기록 소자의 제조
제4도에서, 참조번호(40)은 판을 광학 주사하기 위해 추적 트랙(follower track)을 형성하는 나사형 홈(groove)(41)이 한 면에 제공되어 있는 폴리카보네이트 기질을 나타낸다. 도시하지는 않았지만, 알루미늄의 반사층은 추적 트랙이 형성된 표면 위에 제공된다. 이 반사층의 최상부에, 구조식(3)으로 나타낸 바와 같은 액정 단량체 화합물의 박층(42)이 위치한다. 층(42)은 또한 개시제로서 벤질 디메틸 케탈을 1.5중량% 함유한다. 단량체 화합물의 층(42)은 자기장에서 배향되고, 이의 장 방향은 화살표(43) 방향이다. 단량체 분자들은 판 표면에 수직인 방향으로 배향된다. 이 배향은 결정상-네마틱 상 전이온도보다 높은 온도에서 일어난다. 적합한 온도는 110℃이다. 단량체 층은 참조번호(44)로 나타낸 저에너지 레이저 광선으로 주사한다. 광의 흡수가 발생하지 않기 때문에, 이 광선은 단량체층(42)에서 변화를 일으키지 않는다. 레이저 광은 단지 트랙과 트랙의 주변에서 방사하는 반사 광에서의 상 차이를 근거로 하여 추적 트랙을 따르기 위해 사용된다. 제2레이저 광선(45)은, 예를 들어, 통상의 하우징(46)을 통해 제1레이저 광선의 쌍을 이루며, 이때, 제2빔에서 방사하는 광점(light spot)은 예를 들어 홈(41)과 홈 터언(groove turn) 사이에 위치하는 랜드 부분(land part; 47)을 합한 폭의 절반에 해당하는 거리에서 판에 대해 방사 방향으로 제1빔의 광점에 비례하여 이동한다. 제2레이저 광선은 기록될 정보에 따라 진동한다. 단량체 화합물의 중합 반응은 층(42)의 조사 영역에서 일어난다. 이 공정에서, 화합물의 배향 방향이 고정된다. 결과적으로, 배향되고 중합된 물질의 정보 비트가 형성된다. 정보를 기록한 후, 자장의 스위치를 끈다. 잠시 후, 액정 화합물의 배향되지 않은 영역이 정보 비트의 외부에 위치하는 층(42)의 일부에 형성된다. 이 영역은 동적 산란 현상을 나타낸다. 정보 비트는동적 산란 현상을 나타내는 LC 영역의 주위 영역과의 반사 차이를 근거로 하여 광학적으로 판독할 수 있다. 또한, 전체 층(42)의 온도를 정보가 기록된 후, 예를들어, 160℃로 상승시켜, 정보 비트의 외부 영역이 등방성 상을 나타내도록 할 수 있다. 층(42)의 전체 표면을 조사하여, 등방성 단량체 화합물의 중합 반응에 기인하는 등방성 상을 고정시킬 수 있다. 배향된 정보 비트를 등방성 환경과의 반사 차이를 근거로 하여 광학적으로 판독할 수 있다.
5. 편광 빔 스플리터의 제조
제5도에서, 참조 번호(50)는 직각 단면이 80 x 60mm이고 높이가 10mm인 알루미늄 매트릭스를 나타낸다. 깊이가 1mm인 2개의 평행한 홈(51 및 52)이 매트릭스(50)의 상부 표면에 제공된다. 매트릭스(50)의 상부 표면을 폴리이미드 박층(53)으로 덮는다. 매트릭스를 진공하에 1시간 동안 350℃로 가열한다. 이어서, 폴리이미드 층을 나일론 브러시를 사용하여 홈과 평행한 방향으로 마찰시킨다.
매트릭스를 130℃로 가열한다. 도시하지는 않았지만, 구조식(6)에 상응하고 구조식(8)에 따르는 광 개시제를 1중량% 포함하는 액정 단량체(A)를 가열된 매트릭스에 적용시킨다. 두께가 12mm인 유리판(54)을 단량체 층(A)에 제공한다. 유리판을 도시되지 않은 액정 단량체의 UV 광 경화층과 함께 매트릭스 측면에 제공한다. 당해 층과 함께 제공된 유리판은 구조식(11)의 액정 단량체 화합물 60중량부, 구조식(12)의 단량체 36중량부 및 구조식(8)에 따르는 광 개시제 4중량부를 포함하는, 테트라하이드로푸란중의 UV 광 경화성 조성물(I)의 2% 용액을 표면에 제공함으로써 수득된다.
Figure kpo00020
Figure kpo00021
용액을 스핀 피복으로 제공한다. 용매를 증발시킨 후, 층을 UV 광에 노출시켜 중합반응(경화)이 일어나도록 한다. 수득된 중합체 층(B)을 홈(51 및 52)에 평행한 방향으로 벨벳 천을 사용하여 마찰시킨다.
위에서 설명한 방법에 따라 배향된 중합체 층(B)에 제공된 유리 판을 단량체(A) 층에 제공한 후, 단량체를 130℃의 온도에서 유리판을 통해 UV 광에 노출시킨다. 단량체(A)는 배향된 폴리이미드 층(53)을 접촉시킴으로써 배향된다는 사실을 주지해야 한다. 단량체(A)의 분자 배향도는 유리판의 배향된 중합체 층(B)에 접촉시킴에 따라 증가한다. UV 광에 노출시키면, 단량체(A)는 배향된 중합체로 중합된다. 매트릭스를 제거한 후, 제6도에 따르는 생성물이 수득된다.
제6도에서, 참조번호(54)는 한 면 위에 배향된 중합체의 랜드(55 및 56)가 제공된 유리판을 나타낸다. 굴절률 no는 1.49이고 ne는 1.58이다. 제2유리판(57)이 랜드에 제공되고, 유리판 사이의 공간은 모세관 흡입에 의해 등방성 경화 조성물(I)로 충진된다. 조성물(I)을 UV 광에 노출시켜 중합시킴으로써, 굴절률 ni가 1.58인 등방성 중합체 층(58)이 수득되도록 한다. 수득된 편광 빔 스플리터가 제7도에 도시되어 있다.
제7도의 편광 빔 스플리터의 작동이 제8도에 도시되어 있다. 제8도는, 위에서 설명한 바와 같이, 굴절률 ni가 1.58인 등방성 중합체 층인 빔 스플리터 교차 층(58)의 상부 단면도이다. 위에서 설명한 바와 같이, 로드(rod, 55 및 56)는 두 가지 성분으로 분할될 수 있는, 즉 로드의 배향 방향에 대해 평행한 판의 경우에는 굴절률이 ne이며, 로드의 배향 방향에 대해 수직인 판의 경우에는 굴절률이 no인 이방성 굴절률을 갖는 배향된 액정 중합체로부터 제조할 수 있다. 굴절률 no은 1.49이고 ne는 1.58이다.
편광되지 않은 입사광 빔(59)을, 배향된 중합체 로드(55)에 도달할 때까지 등방성 중합체 층(58)에 통과시킨다. 이때, 이 지점에서 빔(59)의 분할이 일어나며, 방향은 빔(59)의 두 종류의 편광 방향에 좌우된다. ne가 ni와 동일하므로, 편광 방향(60)이 중합체 로드(55)의 배향 방향과 평행한 광을 편광 빔(61)으로서 통과시킨다. 편광 방향(62)이 로드(55)의 배향에 대하여 수직인 광을 프레스넬(Fresnel)의 법칙에 따라 반사시켜, 편광 빔(63)을 형성시킨다. 이 단계에서, 편광 빔(61 및 63)이 평행한 것이 바람직하다. 이것을 실현하기 위해, 배향된 중합체의 제2로드(56)를 제공하여 빔(64)이 빔(61)에 평행하게 연장하도록 한다.

Claims (9)

  1. 개시제와 함께 사용되는 일반식(1)의 중합된 액정 단량체의 패턴화된 일정 부분을 하나 이상 갖는 피복물이 기질에 제공됨으로써, 균일한 단량체 층이 기질 위에 적용되고, 단량체를 외력으로 배향시킨 다음, 층을 패턴에 따라 조사함으로써, 액정 단량체의 배향이 중합의 결과로서 고정되며, 외력이 변하고 층이 다시 조사된 후에, 제1단계에서 조사되지 않은 부분을 중함시킴으로써, 조사되지 않은 부분에 존재하는 액정 단량체의 상이한 배향이 고정되는, 부분적으로 상이한 특성을 갖는 적층 소자의 제조방법.
    PBNQ (1)
    상기식에서,
    P는 중합성 그룹이고,
    B는 가교 그룹이며,
    N은 p-페닐렌 그룹, 사이클로헥실 그룹 또는 이들 모두를 포함하는 네마틱 또는 스멕틱 액정 그룹이고,
    Q는 그룹 BN(여기서, B 및 N은 위에서 정의한 바와 같다)의 치환체이다.
  2. 제1항에 있어서, 단량체가 하기 일반식(2)에 상응함을 특징으로 하는 방법.
    Figure kpo00022
    상기식에서,
    B 및 N은 제1항에서 정의한 바와 같고,
    R은 수소원자 또는 메틸 그룹이다.
  3. 제2항에 있어서, 하기 구조식(3), 구조식(4), 구조식(5) 및 구조식(6)중의 하나 이상의 화합물로부터 선택된 단량체를 사용함으로 특징으로 하는 방법.
    Figure kpo00023
    Figure kpo00024
    Figure kpo00025
    Figure kpo00026
  4. 제1항에 있어서, 역장의 방향이 초기 방향에 대해 반대방향으로 되도록 변화됨을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 조사후, 액정 단량체 층의 온도를 증가시켜 층의 노출되지 않은 부분의 액정 단량체가 등방성 상으로 전환되도록 하고, 층이 조사되어, 액정 단량체의 중합으로 인해 등방성 상이 고정되도록 함을 특징으로 하는 방법.
  6. 일반식(1)에 상응하는, 배향되고 조사에 의해 중합된 액정 단량체로 구성된 하나 이상의 패턴화된 일정한 부분을 가진 피복물과 기질을 포함함을 특징으로 하는, 제1항에 따르는 방법으로 제조한, 부분적으로 상이한 특성을 가진 적층 소자,
  7. 제6항에 있어서, 피복물이, 액정 중합체가 배향된 구조로 존재하는 패턴화된 일정한 부분(들)과 등방성 구조로 존재하는 나머지 부분을 포함함을 특징으로 하는 적층 소자.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 피복물이 이색성 염료를 포함함을 특징으로 하는 적층 소자.
  9. 제6항 또는 제7항에 있어서, 패턴화된 일정한 부분이 광학적으로 판독될 수 있는 정보 비트(imformation bit)를 형성함을 특징으로 하는 적층 소자.
KR1019890002240A 1988-02-29 1989-02-25 적층 소자의 제조방법 및 이로부터 수득한 소자 KR0147367B1 (ko)

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