KR100763647B1

KR100763647B1 - 구조 규칙성을 갖는 필름, 그 제조방법 및 적용

Info

Publication number: KR100763647B1
Application number: KR1020017003196A
Authority: KR
Inventors: 번슨팬
Original assignee: 리베오 인코포레이티드
Priority date: 1998-09-11
Filing date: 1999-08-12
Publication date: 2007-10-05
Also published as: JP2003517623A; EP1115809A1; CA2343306A1; HK1042317A1; AU5481799A; EP1115809A4; CN1591043A; WO2000015732A1; KR20010075059A; US6106743A; HK1044558A1; CN1306283C; CN1342191A; CN100338176C

Abstract

네마틱 또는 콜레스테릭 구조와 같이 배열을 갖는 구조를 형성하기 위하여 액정분자들의 진성(Intrinsic) 자기 조립 공정이나 정렬 공정을 이용하는 구조와 장치가 개시된다. 본 발명은 액정을 포함하는 구조로부터 조성물들을 추출하여 분자 단위의 몰드 또는 중합체 기질을 형성하는 것을 포함한다. 몰드에 임의 재료들을 첨가하거나 몰드로부터 임의 재료들을 제거하는 것에 의하여 액정 유사 구조가 얻어질 수도 있다. 이 구조는 모든 또는 적어도 약간의 비액정 물질을 포함하지만 액정의 특성을 일부 나타낸다. 액정유사구조는 온도 민감성과 기계적 불안정성과 같은 액정들의 단점을 극복한다.

Description

구조 규칙성을 갖는 필름, 그 제조방법 및 적용{STRUCTURALLY ORDERED ARTICLES, FABRICATION METHOD AND APPLICATIONS OF THE SAME}

본 발명은 구조 규칙성을 갖는 필름에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광학 적용을 위한 신규한 제조 공정을 채용하는 규칙성을 갖는 필름에 관한 것이다.

현재 명세서의 전반에 걸쳐서, 확인된 참증들에 의해, 다양한 간행물과 특허들이 참조된다. 현재의 출원에서 언급된 간행물들과 특허들의 개시는 참고로 본 발명의 개시에 통합된다.

액정은 결정고체와 이방성 액체 사이의 중간상으로 존재한다. 이들 화합물들의 분자들은, 대개 디렉터(Director)라고 불리는 긴 분자축을 갖는 막대 형상을 갖는다. 액정상들은, 분자들의 장범위 배열(즉, 고체의 관점에서)을 특징으로 한다. 네마틱 상은 가장 간단한 것으로, 디렉터들이 거의 평행한 배향 배열만을 갖는다. 콜레스테릭 액정상은 네마틱 상에서 키랄성(chirality)의 존재로부터 연유한다. 액정은 많은 응용분야에 응용된다. 이는 디지털 손목시계, 계산기, 패널 계측기, 온도계, 계산기 표시장치 및 산업 생산품들에서 표시장치로서 사용된다. 이들은 대면적 스크린에 투사될 수 있는 영상을 기록하고, 저장하고, 표시하기 위하여 사용될 수 있다. 또한 이들은 텔레비젼 디스플레이로서 사용될 수 있는 잠재성을 갖는다. 또한, 액정으로부터 필름이 제조될 수 있는데, 여기서 분자 배열은 원하는 광학적 성질들을 제공하기 위하여 중합에 의하여 고정된다. 예를 들어, 네마틱(nematic) 및 콜레스테릭(키랄 네마틱(chiral nematic)) 필름들은 파장-선택적 및 원-편광-선택 반사/투과(콜렉스테릭 액정(CLC) 필름용)와 상-변위 투과(네마틱 액정(NLC) 필름용)를 나타내도록 제조될 수 있다. 그러나, 이들 많은 소자들의 단점은 추가 공정없이는 액정 재료들이 상대적으로 비싸고 온도에 민감한 경향이 있다는 것이다. 또한, 이들 재료들은 다른 재료들을 바람직하지 못하게 흡수하려는 경향이 있으며, 이는 성분의 성질 등을 변경할 수도 있다. 더욱이, 중합된 액정은 이들 단정 중 몇 가지를 해결할 수도 있지만, 그러한 액정은 예를 들어 부적절한 기계적 성질(경성) 및/또는 광학적 성질들(회절지수, 특유 파장 등) 때문에 많은 적용예들에 바람직하지 않을 수 있다.

따라서, 상기한 액정 장치의 단점들을 극복하는 동시에 액정의 장범위 배열을 나타내는 개선된 광학장치의 필요성이 존재한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 정렬된 광학 필름 구조는:
(a) 실질적으로 서로 반응하지 않는 제 1 재료와 제 2 재료로서, 그 중 적어도 하나는 액정인 제 1 재료와 제 2 재료를 준비하는 단계;
(b) 상기 제 1 재료와 제 2 재료를 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계;
(c) 상기 혼합물을 사용하여, 상기 액정의 특징적인 분자 배열을 갖는 필름을 형성하는 단계;
(d) 상기 필름의 분자 배열을 고정하는 단계;
(e) 상기 제 1 재료와 제 2 재료 중 하나를 제거하여 산포된 다수의 공극과 액정 분자 배열을 갖는 기질을 형성하는 단계; 및
(f) 상기 다수의 공극에 제 3 재료를 유입하는 단계;에 의하여 제조된다.

본 발명의 두 번째 측면에 따르면, 상기 정렬된 광학 필름 구조는 기판 및 상기 기판 위에 배치된 재료를 포함하며, 상기 재료는 액정과 같은 분자 배열을 갖는 비액정이다.

본 발명의 세 번째 측면에 따르면, 정렬된 광학 필름 구조는:
(a) 실질적으로 서로 반응하지 않는 액정과 비액정을 준비하는 단계;
(b) 상기 액정과 비액정을 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계;
(c) 상기 혼합물을 사용하여, 상기 액정의 특징적인 분자 배열을 갖는 필름을 형성하는 단계;
(d) 상기 필름의 분자 배열을 고정하는 단계; 및
(e) 상기 액정과 비액정 중 하나를 제거하여 산포된 다수의 공극과 액정 분자 배열을 갖는 기질을 형성하는 단계;에 의하여 제조된다.

본 발명의 앞서 언급한 또는 다른 특징 및 장점들은 첨부한 도면을 참조한 다양한 측면에서의 하기의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.

도 1은 본 발명의 광학 필름을 제조하는 단계들의 바람직한 실시예이다.

도 2A는 도 1의 단계에 따라 제조된 재료 A와 재료 B의 정렬된 네마틱 필름 혼합물의 구조의 횡단면도이다.

도 2B는 도 2A에 도시된 필름에서 재료 B가 선택적으로 제거되고 재료 A만 남겨진 구조를 도시한 횡단면도이다.

도 2C는 도 2B에 도시된 필름에서 재료 B에 의하여 남겨진 공극에 재료 C가 채워진 후의 구조를 도시한 횡단면도이다.

도 2D는 도 2C에 도시된 필름에서 재료 A가 선택적으로 제거되고 재료 C만 남겨진 구조를 도시한 횡단면도이다.
도 2E는 도 2C에 나타난 필름에서 재료 A에 의하여 남겨진 공극에 재료 D가 채워진 후의 구조를 도시한 횡단면도이다.

도 3은 일방향으로 정렬된 성분 분자들을 도식적으로 보여주는 정렬된 네마틱 필름 층의 평면도이다.

도 4A는 본 발명의 일실시예에 따른 콜레스테릭 필름 시편에 대하여 실험된 반사율 스펙트럼을 보여준다.

도 4B는 본 발명의 다른 실시예에 따른 콜레스테릭 필름 시편에 대하여 실험된 반사율 스펙트럼을 보여준다.

도 4C는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 콜레스테릭 필름 시편에 대하여 실험된 반사율 스펙트럼을 보여준다.

도 5A는 본 발명에 따라 제조된 영역들에 대하여 변화된 상 지연을 갖는 네마틱-유사 필름을 보여준다.

도 5B는 본 발명에 따라 제조된 RGB 컬러 필터 화소의 횡단면도이다.

도 6은 본 발명에 따라 제조된 흡수 선형 편광자로서의 네마틱-유사 필름을 보여준다.

도 7은 본 발명에 따라 제조된 조절가능한 노치 필터의 바람직한 실시예를 설명한다.

도 8은 본 발명에 따라 제조된 조절가능한 염색 레이저의 바람직한 실시예를 설명한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명한다. 설명을 명확성을 위하여, 첨부한 도면들에서 동일한 특징부들은 동일한 참조번호를 사용하였고, 유사한 특징부들을 유사한 참조번호를 사용하였다.

도 1-3을 참조하면, 본 발명은 필름 가공공정에 관한 것이다. 액정 분자들의 진성 "자가 조립" 또는 정렬 공정을 이용하여, 예컨대 도 2A 내지 3에 도시된 것과 같은 네마틱 또는 콜레스테릭 등의 배열을 갖는 '배열' 구조가 얻어진다. 본 발명은 분자 수준의 몰드(또는, 만약 폴리머가 잔류 성분으로 사용된다면, 폴리머 기질(polymer matrix))를 형성하기 위하여, 액정을 포함하는 구조로부터 성분을 추출하는 단계를 포함한다. 몰드에 재료를 첨가하거나 몰드로부터 재료를 추출함으로써 액정 유사 구조를 얻을 수 있다. 그에 따른 구조는 전체적으로 또는 적어도 부분적으로 비액정 재료로부터 제조되는 반면, 약간의 액정 특징들을 나타낸다. 이러한 액정 유사 구조는 액정의 단점들을 극복하고, 몇 가지 다른 장점들을 가질 수 있다.

여기서 사용된 "액정" 또는 "LC"라는 용어는, 액정의 물리학(The Physics of Liquid Crystals, 2nd ed.) 제 2 판 페이지 1-3(1993년 클라렌던 출판사)에서 드젠즈와 프로스트(DeGennes and Prost)에 의하여 정의된 것처럼, 공간의 적어도 일 방향을 따라서 액체와 유사한 배열을 가지고 어느 정도의 이방성이 존재하는 물질 분류를 의미한다. 유사하게, 여기서 사용된 "비액정(non-liquid crystal or non-LC)"이라는 용어는 여기서 정의된 액정이 아닌 단량체들 및/또는 중합체들을 포함하는 거의 모든 재료를 의미한다. 적절한 비액정 재료로는 여기서 기술되는 바와 같이 공극(Void)을 채울 수 있는 거의 모든 물질을 포함한다. 비액정 재료는 (중합 또는 여타의 고정 후) 유기 또는 무기 가스, 액체, 액체에 작은 입자들이 녹은 용액, 또는 고체일 수 있다. 적절한 비액정 재료들의 예로는 열 또는 광 조사에 의하여 경화될 수 있는 에폭시와 아크릴을 들 수 있다. "액정과 유사한 분자 배열"이라는 용어는, 예를 들어 네마틱, 스멕틱, 및 주상 또는 콜레스테릭 배열과 같은 액정들의 장범위 분자 배열 특성으로 정의된다.

도 1 내지 8을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 도 1에는 본 발명의 광학 장치들의 제조 공정의 바람직한 실시예가 도시되어 있다.

단계 1에서, 재료 A와 B가 실질적으로 균일하게 혼합된다. 재료 A는 중합가능하거나, 중합될 수 없는 액정이다. 재료 A 자체는 여러 재료들의 혼합물일 수 있다. 재료 B는 중합가능하거나 중합될 수 없는 액정 또는 비액정이다. 재료 B 자체는 여러 재료들의 혼합물일 수 있다. 중합가능한 재료들이 이용되는 경우, 광 및/또는 열 유도 중합 또는 다른 수단과 같은 임의의 편리한 방법으로 중합될 수 있는 재료들이 이용될 수 있다. 광 중합가능한 재료에 대해서는, 적은 양의 광 개시제가 혼합물에 첨가될 수 있다. 전형적으로, 그 농도는 수 중량 %이다. 그러나, 높은 농도의 광 개시제가 이용될 수도 있다. 재료 A와 B는 '비반응성'을 갖는다. 여기서 사용된 "비반응성"이라는 용어는 R.A.M Hikmet과 B.H.Zwerver가 "액정" 13, 561(1993)에 개재된 논문, "액정분자들에 의하여 형성된 콜레스테릭 젤과 광학적 저장에서의 그들의 사용"에서 사용한 것과 동일한 의미를 갖는다: 다른 재료를 형성하기 위한 재료들 사이의 반응은 없음.

혼합물 A+B를 갖는 필름들

단계 2에서는, 액정분야에서 공지된 기술을 이용하여, 상기 혼합물로 광학 필름을 제조한다. 이 필름은, 혼합물의 분자들이 장범위 배열을 가지도록 '배열'되며, 예를 들어 콜레스테릭 액정에 대한 장파장 및 원편광 선택적 반사율과 네마틱 액정 필름들에 대한 상변위와 같은 광학적 특징들을 나타낸다.
도 2A는 재료 A와 B로 구성되고 그 신장된 분자들이 두 가지 크기의 타원체, 즉 재료 A에 대해서는 2A2이고 재료 B에 대해서는 2A3인 타원체를 나타내는 네마틱 액정 필름에 대한 배열을 개략적으로 도시한다. 이 필름은 기판 2A1위에 놓여진다. 정렬된 네마틱 필름에서, 분자의 장축들은 거의 평행하게 배열되어, 그 필름은 광학적으로 복굴절을 띄게 된다. 분자의 장축의 평균적인 방향 또는 분자 디렉터(molecular director)에 따른 회절지수는 n_e이고, 이에 수직한 방향으로의 회절지수는 n_o이다. 광학적 복굴절성 Δn=n_e-n_o이다. 막대 형태의 액정분자들의 경우, n_e는 n_o보다 크고(n_e>n_o), 복굴절성은 "양(positive)"인 것으로 언급된다. 디스크 형태의 액정분자들의 경우, n_e는 n_o보다 작고(n_e<n_o), 복굴절성은 "음(negative)"인 것으로 언급된다. 평균 회절지수 n_av=(n_e+n_o)/2이다.

정렬된 콜레스테릭 액정으로 형성된 필름은, 파장-선택적 및 원편광-선택적 반사율을 갖는다. 반사율 대역은 λ_C=n_avP_o에 중심을 갖고 대역폭 Δλ/λ_C=Δn/n_av이며, 여기서 P_o는 나선형 피치이다. 하기에서 설명되는 공정을 이용하여 얻어진 '콜레스테릭 액정(CLC)-유사' 필름을 이용하여 여러 가지 신규한 위상 지연 장치들과 기타 다른 구성들을 이하 개시한다.

혼합물의 적어도 하나의 재료(재료 A 또는 재료 B)가 중합가능하다면, 중합에 의하여 분자 배열을 고정시키는 것이 유리할 수도 있다. 재료 A와 B의 혼합과 중합공정의 조건들에 따라서, '배열'은 변화될 수 있다. 예를 들어, 엘. 리와 에스. 엠. 파리스(L.Li and S.M.Faris)의 미국특허 제5,691,789호(1997년 11월) "단일 층 반사 초광대역 원형 편광자 및 그의 제조방법"(Li/Faris 특허)에 개시된 것처럼, 중합 후의 반사율 대역은 중합 전의 반사율 대역에 비하여 상당히 증가된 대역폭을 보일 수도 있다. 이는, 중합 중 형성된 연속적으로 변화하는 피치를 발생시키는 필름 두께 방향에 걸친 국부적인 조성 불균일성(재료 A와 B의 상대적 농도의 관점에서)에 기인한다.

중합은 분자 배열을 '고정'하는데 편리한 방법이지만, 고정을 위해서는 그 외에도 여러가지 기술들이 이용될 수 있다. 액정 배열의 고정은 필름 온도를 변화시켜 달성될 수도 있다. 예를 들면, 필름은 소정 온도에서 재료 A와 B로 구성되는 혼합물로 제조될 수 있다. 추가적인 필름 제조 단계들은, 정열된 액정 구조가 성분들 중 하나, 즉 재료 A에 의하여 유지되는, 더 낮은 혹은 더 높은 온도에서 수행될 수 있다.

(A+B)-B=A를 위한 공정

단계 3에서는, 예컨대 적당한 용매로 녹이거나 열로 증발시키거나 진공하에서 기화시키는 방법으로, 필름에서 재료 B를 부분적으로 또는 완전히 제거한다. 제거된 재료가 있던 자리는 비게 된다. 이들 공극(void)은, 크기가 반드시 균일하지는 않더라도 공간적으로 특정한 배열을 갖는 형태로 신장된다. 네마틱 필름에서, 공극들은 그 장축 방향이 필름의 평면에 평행하고(즉, 기판 표면에 거의 평행), 필름의 교차 방향에 수직(즉, 기판에 수직한 방향에 거의 수직)하도록 배열된다.

도 2B는 도 2A에서 도시된 필름에서 재료 B가 선택적으로 제거된 후 약간의 잔류물 B(미도시)와 함께 재료 A만 남아 있는 경우의 횡단면 구조를 도시한 것이다. 이 필름은 기판 2B1 상에 놓여있다. 재료 B에 의하여 비어있는 자리들 중 하나가 점선 20으로 표시되어 있다. 자리나 공극(20)의 분포 또는 밀도는 재료 B의 위치적 밀도에 비례한다(도 2A에서). 공극(20)은 비교적 작고 마이크로 단위(입사광 파장의 1/30 또는 그 보다 작은)인 것으로 예상되며 서로 연결된다.

콜레스테릭 액정 필름의 경우, 공극들은 (기판에 평행한) 특별한 필름 평면에서 그들의 장축의 평균적 방향이 (기판 표면에 수직한) 필름 방향을 가로질러 나선 궤적을 따르도록 배열된다. 재료 B의 제거 후, 평균 회절 지수는 공극, 즉 빈 자리들(20)의 존재로 인하여 더욱 작아진다. 이에 따라 필름의 다른 광학적 특징들 또한 변화된다. 예를 들어, 파장-선택적 및 원형-편광-선택적 반사율 대역은, 파장이 더 짧은 쪽으로 변경되고, 대역 폭은 콜레스테릭 액정 필름에 대해 감소된다. ΔnL(여기서, L은 필름의 두께)과 동일한 위상 변위 Δφ는 네마틱 필름의 경우 감소된다.

[(A+B)-B]+C=A+C에 대한 공정

단계 4는, 특별한 구동온도범위, 개선된 기계적 및/또는 화학적 안정성 등과 같이 작업자가 원하는 성질들을 필름 구조에 추가하기 위하여, 선택적으로 사용될 수 있다. 이 단계는 필름의 공극(20)들로 재료 C를 유입시키는 것을 포함한다. 이 재료 C는 중합가능하거나 중합불가능한, 액정 또는 비액정일 수 있다. 더욱이, 비액정재료 C는 등방성일 수도 있다. 재료 C는 유기 또는 무기 가스, 액체 또는 고체일 수 있으며, 그 자체가 몇 가지 재료의 혼합물일 수도 있다. 몇몇 적용예에 대해서는, 재료 C는 그 성분들 중 몇을 뺀 성분 B일 수도 있다. 일반적으로, 성분 C는 모세관 동작에 의하여 공극으로의 침투를 손쉽게 하기 위하여 낮은 점성을 가진다. 성분 C로 코팅된 표면을 갖는 필름을 진공 챔버에 두면, 공극(20) 내의 공기가 배출될 때 실질적으로 충진 속도가 증가된다. 재료 C가 빛, 열 또는 다른 수단 중 어느 하나에 의하여 중합가능하다면, 그 필름은 분자 배열을 고정시키기 위해 중합된다. 그에 따른 필름은 원재료 A와 첨가된 재료 C로 구성되고, 재료 B(불완전한 제거나 성분 C로서의 의도적인 유입에 기인한 잔류물)를 포함할 수도 있다. 이러한 필름들의 광학적 성질들은 다시 변화된다. 예를 들어, 재료 C에 따라서, 파장-선택적 및 원편광-선택적 반사율 대역이 더 긴 파장으로 변경되고, 대역 폭은 콜레스테릭 필름들에 대하여 (넓어지거나 좁아지도록) 변화된다.

{[(A+B)-B]+C}-A=C에 대한 공정

단계 5는 특별한 구동온도범위, 및/또는 개선된 기계적 및/또는 화학적 안정성 등과 같은 원하는 성질들을 필름 구조에 추가하기 위하여 사용될 수 있는, 추가적인 선택적 단계이다. 이 단계에서 재료 A는, 예를 들어 적당한 용매로서 선택적으로 용해시키거나 적당한 식각액으로 식각하는 것과 같은 몇몇 수단에 의하여, 필름으로부터 부분적으로나 완전히 제거된다. 제거된 재료 A가 있던 자리들은 비게 된다. 이들 공극들은 크기가 반드시 균일하지는 않더라도 공간적으로 특정한 배열을 갖는 형태로 신장된다. 콜레스테릭 액정 필름에 대하여, 공극들은 (기판에 평행한) 특별한 필름 평면에서 그들의 장축의 평균적 방향이 (기판 표면에 수직한) 필름 방향을 가로질러 나선 궤적을 따르도록 배열된다. 네마틱 필름의 경우, 공극들은 (기판 표면에 평행한) 특별한 필름 평면에서 그들의 장축의 평균적 방향이 (기판에 수직한) 필름 방향을 가로 질러 한 방향을 가리키도록 배열된다. 공극의 분포, 즉 밀도는 제거 전 재료 A의 위치적 밀도에 비례한다. 주목할 사실은, 그에 따른 필름이 비액정이지만 초기에 소위 콜레스테릭 액정 배열을 갖는 필름에 대해서는 파장-선택적 및 원편광-선택적 반사율 대역을 보여주고, 초기에 네마틱 배열을 갖는 필름에 대해서는 위상 변위와 같은 광학적 성질들을 보여주는 액정 유사 구조를 갖는 재료 C로 구성된다는 것이다. 이처럼, 결과적인 필름은 온도 민감성과 같은 액정과 관련된 문제가 없는, 콜레스테릭 필름의 바람직한 광학적 성질들을 제공할 수도 있다.

선택적 공정 (A+C)-A=C

통상의 지식을 가진 자들은 비액정재료 C의 액정 유사필름이 재료 A와 C를 갖는 필름을 먼저 준비하고, 그후 재료 A를 필름으로부터 제거하는 것에 의하여 얻어질 수도 있다는 것을 인식할 것이다. 위의 단계 5의 목적을 위하여, 정렬된 액정필름은 선택된 특정 재료 A와 C의 혼합물로부터 직접 쉽게 준비될 수는 없는 것으로 가정한다.

{[(A+B)-B]+C}-A!+D=C+D에 대한 공정

단계 6 또한, 여전히 특별한 구동온도범위, 및/또는 개선된 기계적 및/또는 화학적 안정성 등과 같은 원하는 성질들을 필름 구조에 추가하기 위하여 사용될 수도 있는, 추가적인 선택 단계이다. 이 단계에서 재료 D는, 재료 A가 제거된 후 필름의 공극에 유입된다. 성분 D는 중합가능하거나 혹은 중합불가능할 수도 있는 액정 또는 비액정일 수도 있다. 재료 D는 가스, 액체 또는 고체일 수 있고, 그 자체가 여러 가지 재료들의 혼합물일 수도 있다. 일반적으로, 성분 D는 모세관 작용에 의하여 공극으로의 침투를 용이하게 하도록 낮은 점성을 갖는다. 성분 D로 코팅된 표면을 갖는 필름을 진공 챔버에 두면, 공극(20) 내의 공기가 배출될 때, 실질적으로 충진 속도가 증가된다. 재료 D가 빛, 열 또는 다른 수단 중 어느 하나에 의하여 중합 가능하면, 그 필름은 필름 구조를 고정하기 위하여 중합된다. 이렇게 형성된 필름은 액정 또는 비액정일 수도 있는 재료 C와 D로 구성된다. 결과적인 필름의 광학적 성질들은 다시 개선되는데, 예를 들어 중앙파장과 파장-선택적 및 원형 편광-선택적 반사율 대역의 대역폭은 콜레스테릭 유사 필름들의 경우에 개선되고, 네마틱 유사 필름들의 경우에서는 복굴절이 개선된다.

선택적 공정 [(A+C+D)-A]+C=C+D

통상의 지식을 가진 자들은 재료 C와 D의 액정 유사필름이 재료 A, C 및 D를 갖는 필름을 먼저 준비하고, 그후 재료 A를 필름으로부터 제거하고 공극을 C와 D로 채우는 것에 의하여 얻어질 수도 있다는 것을 인식할 것이다. 설명의 편의를 위하여, 정렬된 액정 필름은 선택된 특정 재료 C와 D의 혼합물로부터 직접 쉽게 준비될 수는 없는 것으로 가정한다.

실시예들

예 I

도 4A는 본 발명에 따라서 제조된 필름 시편들의 반사율 스펙트럼의 실험결과를 보여준다. 곡선 4A1은 바스프(BASF) 아크릴 콜레스테릭 액정 폴리머 #181(45중량%), 키랄 네마틱(53중량%) 및 소량의 시바-가이기(Ciba-Geigy) 광개시제 이르각큐(Irgacure) 184(2중량%)로 구성되는 혼합물의 평면형 콜레스테릭 액정 필름의 반사율 스펙트럼이다. 키랄 네마틱 자체는 머크 저분자중량 네마틱 액정 E44와 키랄 도펀트 R1011(키랄 네마틱에 대하여 0.7중량%)로 구성된다. 필름 두께는 20㎛로서, 종래의 방법, 즉 기계적으로 마찰된 폴리이미드 배향 박층을 두 유리 기판 위에 스핀 코팅하는 것에 의하여 제조된다. 직경이 20㎛의 유리 비드들이 서로 마주보는 면을 갖는 두 유리 기판 사이에 분산된다. 콜레스테릭 액정 혼합물이 그 후 모세관 작용에 의하여 두 기판 사이로 유입된다. (액정분자들을 강제로 정렬시키기 위하여 기판들을 상대적으로 비스듬히 움직이는) 전단후, 필름은 상온에서 30분동안 어닐링된다(시편을 방해받지 않도록 두어, 진성 분자력으로 분자들을 한층 더 정렬한다). 그 후 필름은 자외선 램프를 이용하여 광 중합된다. 기판 중 하나는 제거된다. 반사율 4A1은 유리기판이 없는 쪽에서 얻어진 것이다. 앞선 설명에서, 재료 A는 바스프 181 폴리머이고 재료 B는 저분자 키랄 네마틱이었다. 이처럼 혼합물(A+B)를 갖는 필름이 준비되었다. B-성분(낮은 분자중량의 키랄 네마틱)은 그후 아세톤으로 용해하는 것에 의하여 제거되었고, 결과적으로 재료 성분 A만을 갖는 콜레스테릭 유사 필름으로 되었다. 성분 B(키랄 네마틱 머크 E44와 R1011)를 다시 유입시키므로써, 반사율 스펙트럼이 원래의 필름의 스펙트럼과 거의 같아졌다는 것은 흥미로운 사실이다. 이는 키랄 네마틱이 공극을 다시 차지하여 명목상 원래의 필름과 동일하게 만들었다는 것을 나타낸다. 재료 B가 공극들을 다시 채우는 것이 보여진다. 필름은 성분 B로 채워지는 나선형으로 배열된 공극들을 가진다. 곡선 4A2는 공극을 가진 필름으로 자외선 경화 에폭시(Norland Products, Inc., Part No. 6101)의 유입을 갖는 반사율 스펙트럼을 보여준다.

예 II

도 4B는 본 발명에 따라서 준비된 필름 시편들의 반사율 스펙트럼의 실험결과를 보여준다. 곡선 4B1은 바스프(BASF) 아크릴 콜레스테릭 액정 폴리머 #181(26중량%), 키랄 네마틱(69중량%) 및 소량의 시바-가이기(Ciba-Geigy) 광개시제 이르각큐(Irgacure) 184(5중량%)으로 구성되는 혼합물의 평면형 콜레스테릭 액정필름의 반사율 스펙트럼이다. 키랄 네마틱 자체는 머크 저분자중량 네마틱 액정 E44와 키랄 도펀트 CB15(키랄 네마틱에 대하여 24.4중량%)로 구성된다. 필름 두께는 20㎛로서, 예 I에 대하여 위에서 설명된 것과 유사한 방법으로 제조되었다. 필름 시편이 자외선 램프를 이용하여 광 중합되고 기판 중 하나가 제거된 후, 반사율 4A1은 유리기판이 없는 쪽에서 얻어진 것이다. 앞선 토의에서, 재료 A는 바스프 181 폴리머이고 재료 B는 저분자 키랄 네마틱이었다. 혼합물(A+B)을 갖는 필름이 제조되었다. B-성분(낮은 분자중량의 키랄 네마틱)은 그 후 아세톤으로 용해하여 제거되었고, 결과적으로 재료 성분 A만을 갖는 콜레스테릭 유사 필름으로 되었다. 필름은 성분 B가 차지하는 나선형 배열을 갖는 공극을 갖는다. 성분 B(키랄 네마틱 머크 E44와 R1011)를 다시 유입시킴으로써, 반사율 스펙트럼(미도시)이 원래의 필름의 스펙트럼과 거의 같아졌다는 것은 흥미로운 사실이다. 곡선 4B2는 공극을 가진 필름에 머크 E44만을 유입시켰을 때의 반사율 스펙트럼을 보여준다. 반사율 스펙트럼은 원래 필름과는 다르다. 이 차이는 E44로 채워지는 CB15가 원래 차지하는 공극들의 평균 회절 지수 n_av와 복굴절에서의 차이에 기인할 수 있다.

예 III

도 4C는 본 발명에 따라서 준비된 필름 시편들의 반사율 스펙트럼의 실험결과를 보여준다. 곡선 4C1은 바스프(BASF) 아크릴 콜레스테릭 액정 폴리머 #181(45중량%), 키랄 네마틱(53중량%) 및 소량의 시바-가이기(Ciba-Geigy) 광개시제 이르각큐(Irgacure) 184(2중량%)으로 구성되는 혼합물의 평면형 콜레스테릭 액정필름의 반사율 스펙트럼이다. 키랄 네마틱 자체는 머크 저분자중량 네마틱 액정 E44와 키랄 도펀트 R1011(0.7중량%)로 구성된다. 필름 두께는 20㎛로서, 위에서 설명된 것과 유사한 방법으로 제조되었다. 필름 시편이 자외선 램프를 이용하여 광 중합되고 기판 중 하나가 제거된 후, 반사율 4C1은 유리기판이 없는 쪽에서 얻어진 것이다. 앞선 토의에서, 재료 A는 바스프 181 폴리머이고 재료 B는 저분자 키랄 네마틱이었다. 혼합물(A+B)를 갖는 필름이 제조되었다. B-성분(낮은 분자중량의 키랄 네마틱)은 그 후 아세톤으로 용해하여 제거되었고, 결과적으로 재료 성분 A만을 갖는 콜레스테릭 유사 필름으로 되었으며, 그 반사율 스펙트럼은 곡선 4C2로 나타난다. 반사율 대역의 중심 파장이 약 734nm에서 약 265nm로 변위되었다는 것이 주목된다. 자외선 스펙트럼 영역에서의 재료의 흡수에 기인하여 가공된 필름의 반사율은 감소되었다.

공간적 특징을 갖는 위상 지연 장치들

본 발명의 정렬된 네마틱 필름은 위상 지연 장치로서 사용될 수도 있다. 복굴절 Δn과 두께 L을 갖는 필름의 경우, λ의 파장을 갖는 빛에 대한 위상 지연은 Δφ=ΔnL/λ로 주어지고 일반적으로 2π의 단위로 표현된다. 예는 1/4파장 지연장치로서, Δφ=(2N+1/4)π이고, 여기서 N은 정수이다. 1/4파장 지연장치는 원편광된 입사광을 필름의 통과후 선편광된 광으로 변화시키는, 혹은 그 역의 기능을 수행하는 광학장치로서, 선편광된 입사광은 필름 통과후 원편광된 광으로 변화된다. 위상 지연 Δφ는 입사광의 파장 λ에 크게 의존하여, 전적으로 임의로 λ1에 대하여 설계된 1/4파장 장치는, λ2에 대해서는 전적으로 1/4 파장장치가 아니다. 그러한 예에 있어서, λ1용으로 설계된 1/4파장 장치로부터 전송된 광 λ2는 선편광 또는 원편광 대신 타원편광된다. 즉, λ1 및 λ1과는 다른 λ2의 파장을 갖는 원평광된 입사광은 동시에 선평광된 광으로 변형될 수 없다. 유사하게, λ1 및 λ1과는 다른 λ2의 파장을 갖는 선편광된 입사광은 원편광된 광으로 동시에 변형될 수 없다. 입사광이 더 넓은 대역을 가지는 경우 문제는 더욱 민감해진다. 영차(zero-order) 지연장치(N=0, 여기서 N은 1/4 파장 장치에 앞서 언급된다)는 높은 N-차 장치들에 대해서는 바람직하지만, 전자는 값이 더 비싸다. 1/4 파장판과 같은 파장 지연장치들에 대하여 주어진 범위나 이산적 파장들에 대하여 파장 의존성을 실질적으로 제거하는 공지된 수단이 있다. 그러나, 이들 장치들은 너무 복잡하고, 예를 들어 적층된 여러 복굴절층을 필요로 하는 경향이 있다.

몇몇 응용들에서, 예를 들어 콜레스테릭 액정 필터를 이용한 컬러 표시기에서, 표시(display)는 공간 영역들로 나누어져, 본 발명의 위상 지연필름이 특별한 스펙트럼 대역에 대하여 최적화될 수도 있다. 도 5A는 체크 보드 형식으로 다수의 영역들을 갖는 그러한 광학 장치(510)를 설명한다. 여기서, 511은 적색 서브 화소의 대응영역들이고, 512는 초록색 서브 화소들의 대응영역들이며, 513은 청색 서브 화소들의 대응영역들이다. 세기 분포가 스펙트럼 대역에 대하여 균일한 것으로 가정할 때, ΔnL/λ12=π/4(여기서 1/λ12=(1/λ1+1/λ2)/2)가 되도록, 앞서 개시된 공정을 이용하여, 화소로 된 파 지연필름이 복굴절 Δn을 갖는 λ1과 λ2사이의 스펙트럼 대역에 대하여 서브 화소를 위한 적정 재료 C를 첨가하는 것에 의하여 쉽게 제조될 수도 있다. 예를 들어, 가시광선 대역(400-700nm)은 소위 세 개의 주 컬러 대역들:RGB 서브 화소들에 대하여 적(R:607-700nm), 녹(G:510-607nm), 청(B:400-510nm)으로 분할될 수 있다. λ12는 적, 녹, 청 대역에 대하여 각각 650, 554 및 448nm이다. 액정표시장치용 발광램프로부터 발생되는 불균일하게 분포된 스펙트럼 대역들은, 예를 들어, 램프 세기에 의존하는 분포에 의하여 가중되는 대역에 대한 평균값으로 선택될 수도 있다.

공간적 특징을 갖는 노치 필터 장치들

본 발명의 평면 콜레스테릭 필름은 공간적 특징을 갖는 노치 또는 저지 필터(rejection filter) 장치로서 사용될 수도 있다. 입사광의 스펙트럼 성분을 선택적으로 반사하는 것에 의하여, 필터는, λc=n_avP₀을 중심으로 대역폭 Δλ=λc(Δn/n_av)를 갖는 저지 대역(rejection band), 및 필름의 유사 손대칭성(like-handedness)의 원편광을 갖는다. 예를 들어, 콜레스테릭 컬러 필터를 이용한 컬러 표시와 같은 몇몇 응응들에 있어서, 그러한 필터 장치는 일본특허공개번호 9-318807호에서 개시된 것처럼, 액정표시기용으로 사용되는 종래의 흡수형 컬러 필터 필름에 대하여 장점들을 갖는다. 이 예에서, 컬러 필터 필름은 본 발명의 필터가 특정 스펙트럼 대역에서 최적화되는 공간 영역들로 분할된다. 패스 필터로서 저지 필터를 설명하는 것이 더 편리하다. 가시 광선의 경우, 필터를 소위 세 종류의 주요 컬러 대역들: 녹색과 청색 스펙트럼 성분들을 거부하는 적색 통과 필터; 적색과 청색 스펙트럼 성분들을 거부하는 녹색 통과 필터; 및 적색과 녹색 스펙트럼 성분들을 거부하는 청색 통과 필터로 분할하는 것이 편리하다. 도 5A를 이용하여, 광학 장치(510)는 적색 통과 필터 영역(511), 녹색 통과 필터 영역(512) 및 청색 통과 필터 영역(513)을 갖는 체커 보드 형태의 다수의 영역들을 가질 수도 있다. 이웃하는 적, 녹, 청의 통과 필터들은 화소를 구성한다. 앞서 개시된 공정을 사용하여, 적색 통과 필터의 한 영역은 녹색 스펙트럼 성분을 거부하고 다른 한 영역은 청색 스펙트럼 성분을 거부하는 두 개의 서브 영역을 가지도록 화소로 된 컬러 필터 필름은 서브 화소에 대하여 근사 재료 C를 첨가하는 것에 의하여 주요 컬러들에 대하여 쉽게 제조될 수도 있다. 도 5B는 화소형태의 RGB 컬러 필터의 횡단면도를 보여준다. 적색 통과 서브 화소 필터는 두 서브층들(511G와 511B)을 포함하며, 입사되는 백색의 원편광된 광(515I)의 녹색 및 청색 스펙트럼 성분들(515RG와 515RB)을 각각 거부한다. 전송된 광은 원편광된 적색 성분(515TR)이다. 유사하게, 녹색 통과 서브 화소 필터들은 두 개의 서브 층들(512R과 512B)를 포함하고, 입사되는 백색의 원편광된 광(515I)의 적색 및 청색 스펙트럼 성분들(515RR과 515RB)을 각각 거부한다. 전송된 광은 원편광된 적색 성분(515TG)이다. 청색 통과 서브 화소 필터들은 두 개의 서브 층들(513R과 513B)를 포함하고, 입사되는 백색의 원편광된 광(515I)의 적색 및 녹색 스펙트럼 성분들(515RR과 515RG)을 각각 거부한다. 전송된 광은 원편광된 적색 성분(515TB)이다.

이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 동일한 효과를 얻기 위하여 이 필터 구조를 변화할 수도 있다. 예를 들어, 적색 통과 필터의 저지 대역이 녹색과 청색 두 가지를 덮기에 충분히 넓다면, 적색통과필터는 단층(즉, 서브 층들을 갖지 않는)일 수 있다. 다른 예로서, 필터는, 필름의 반대쪽에 다른 재료 C를 첨가하는 대신에, 각각 서브 화소로 된 R-, G-, B-차단 대역들을 가지는 적층된 두 개의 구별되는 층들로 제조될 수도 있다.

2색성 편광자

본 발명의 공정들은 재료 A로서 네마틱 액정을 사용하여 2색성 편광자를 제조하는데 사용될 수도 있다. 2색성 염료로 도핑된 정렬 네마틱 액정을 갖는 필름들은, 염료 분자들이 필름 내에 정렬되므로, 다른 것보다 특정 편광의 입사광을 더욱 강하게 흡수하는 능력에 기인하여 흡수 편광자용으로 사용될 수도 있다. 도 2C, 2D와 2E를 참조하면, 첨가된 재료들 C 및/또는 D(예를 들어, 재료 C는 도 2C에서 2C3으로 표시되고, 재료 C는 도 2D에서 2D2로 표시되며, 재료 C와 D는 도 2E에서 2E2와 2E3로 각각 표시되는) 중 하나는 선택적으로 흡수성을 갖는다. 이 재료는 제거된 액정에 의하여 비워진 자리(공극)를 채우기 때문에, 이 재료의 분자들은 신장된 액정 분자들을 흉내내는 신장된 집합체에 모인다. 이러한 방법으로, 첨가 재료 C는 액정과 같은 분자들의 배열을 갖는다. 그러므로, 이들 집합체들은 액정분자들과 유사한 광학적 특징, 즉 다른 것보다 더 강하게 특정 편광의 입사광을 흡수하고 그것에 의하여 투과된 광이 단지 하나의 주 편광만을 갖는 특징을 보인다. 유기 2색성 재료들과의 고유한 속박들이 제거되어 고성능의 편광자 장치로 귀결될 수 있을 때, 현재의 접근법은 장점을 가진다. 예를 들어, 재료 C와 D는 내광성(light fastness)(2색성 염료의 표백성/분해성에 대한 저항성), 넓은 대역, 넓은 스펙트럼 범위(특수한 2색성 유기 염료에 비하여, 자외선 스펙트럼 범위 및 적외선 스펙트럼 범위에 대하여 더욱 흡수적인 재료들이 이용될 수 있다), 및 높은 동작 온도 때문에 선택될 수도 있다. 도 6은 재료 A61과 재료 C62를 포함하는 구조를 보여주는 단면(501)을 갖는 2색성 편광자(601)를 설명한다. 디렉터(63)는 화살표로 표시된다. 디렉터에 평행하게 편광된 광 성분이 재료 C에 의하여 실질적으로 흡수될 때, 입사광(64A)은 편광되지 않고 투과광(64B)는 디렉터에 수직하게 실질적으로 편광된다.

광대역 원편광자

앞서 참조된 Li/Faris 특허에서 설명한 방법으로, 특정 콜레스테릭 액정 혼합물과 중합에 의해 단층 광대역 원편광자가 얻어질 수도 있다. 간략하게 설명하면, 그러한 편광자는 중합가능한 콜레스테릭 단량체와 비반응성 네마틱 액정 또는 키랄 네마틱 액정(키랄 도펀트를 갖는 네마틱 액정)을 포함하는 콜레스테릭 혼합물로 제조될 수도 있다. 네마틱 액정 또는 키랄 네마틱 액정은 액정상으로서의 한정된 온도범위를 갖는다. 따라서, 이러한 편광자는 제한된 구동 온도 범위를 갖는다. 상한은, 중합체 기질 그 자체(200℃) 보다는 오히려 네마틱 액정이나 키랄 네마틱 액정(약 100℃)에 의하여 설정된다. 더욱이, 이들 네마틱 액정 또는 키랄 네마틱 액정들은 열지향성, 즉 광학적 성질들은 온도에 강하게 의존하는 특징을 갖는다. 따라서, 그러한 혼합물을 이용한 편광자의 특징은 비교적 온도에 민감하다.

본 발명의 공정을 이용하여, 이러한 단점들이 극복될 수 있다. 한 가지 예로서, 중합가능한 콜레스테릭 단량체가 재료 A로서 사용되고 비반응성 네마틱 액정 또는 키랄 네마틱 액정이 재료 B로서 사용된다. 정렬된 콜레스테릭 필름이 준비되고 중합된 후, 재료 B는 필름으로부터 제거된다. 기호적으로 이는 (A+B)-B=A로 표시된다. 결과적인 필름은 파장- 원편광-선택 반사율을 보이는 콜레스테릭 액정과 같이 완전한 중합성을 갖는다. 필름의 광학적 성질들은 비교적 큰 온도 범위, 특히 상한 근처에서 온도에 둔감하다. 본 공정의 추가적 장점은 제거된 재료 B가 나중에 다시 사용을 위하여 재생될 수도 있다는 것이다. 이 경우는, 원하는 재료 B가 제한된 수의 공급자들로부터로만 이용가능하고 비교적 희귀하고 값비싼 경우 유리하다.

일반적으로, 결과적인 필름들의 반사율 대역은 종래 장치들에 비하여 더욱 좁은 대역폭과 더 짧은 중심 파장을 갖는 것이 관측된다.
앞서 언급한 λ_c=n_avP₀와 Δλ/λ_c=Δn/n_av의 관계와, 결과적인 필름들이 더 적은 n_av(공극 때문에) 가진다는 정의로부터, 그러한 사실이 이해될 수 있다. 이 점에서, 두 재료 1과 2를 갖는 필름의 경우, 평균 회절 지수는 각 재료의 n_av의 평균이다. 따라서 그러한 필름의 경우, n_av=c₁n_av1+c₂n_av2이며, 이 때, c1과 c2는 무게 계수로서, 재료 1과 2의 상대적 분율의 함수이고 다른 재료 변수의 함수일 수도 있다. (위에서 언급된 것처럼, 재료 1과 2의 각각에 대하여 변수 n_av1과 n_av2는 (n_e+n_o)/2와 동일하다). 재료 2가 공극으로 대체되면, 공극(에어)이 1의 회절지수(최소치)를 가질 때, 가중 평균은 더 작아질 것이다.

또한, 결과적인 필름은 더 작은 Δn(제거후 재료 B로부터 공헌이 없기 때문)을 가지고, 더 작은 P₀(필름 두께의 축소때문에)를 가질 수도 있다. 이처럼, 처리된 반사율 대역을 갖는 원편광자의 경우, 더 넓은 대역폭과 더 긴 중심 파장을 갖는 필름이 먼저 준비된다. 통상의 지식을 가진 자는, 특별한 재료들과 그 재료들의 분율 농도들이, 원하는 반사율 대역을 위하여 액정 혼합물을 최적화시키기 위하여 선택될 수도 있다는 것을 인식할 수 있을 것이다. 사용된 특별한 공정 단계가 선택될 수 있는데, 즉 하나 또는 그 이상의 임의의 공정 단계 4-6이 원하는 성질들을 얻기 위하여 이용될 수 있다. 예를 들어, 재료 C로 공극을 채우는 것에 의하여, 조밀한(즉, 공극이 없는) 필름이 얻어질 수도 있다. 그러한 필름들은 기계적으로 더 안정하고(단단함의 증가에 기인하여), 높은 수분 저항성(더 적은 표면적 때문에)을 갖는다는 등의 몇 가지 장점들을 가질 수도 있다.

조절가능한 노치 필터들

부호적으로 (A+B)-B=A(여기서 A는 탄성재)로 표시되는 본 발명에 따라서 얻어진 콜레스테릭 유사 필름은, 공극을 포함하며, 이로 인해, 필름의 표면에 압력이 인가될 때 상기 물질이 압축되는 기계적으로 유연성을 갖게 되며, 그러므로, 나선의 피치( 및 가능한 평균 회절지수)가 기계적으로 변화되고, 이에 의해 반사율 밴드의 중앙 파장이 변화된다.

이 효과를 이용하여, 콜레스테릭 액정 유사 필름들이 조절가능한 노치 필터로 이용될 수도 있다. 도 7은 본 발명의 콜레스테릭 유사 필름 공정에 의하여 제조된 구조를 이용하는, 조절가능한 노치 필터의 바람직한 실시예를 설명한다. 노치 필터(700)는 두 기판(702와 703) 사이에 샌드위치된 콜레스테릭 액정 유사필름(701)을 포함한다. 기판들은, 콜레스테릭 유사필름 상에서 화살표(705)로 표시되는 압력 전달의 편의를 위하여 사용된다. 원편광된 광(704I)은 필름 위로 입사된다. 입사빔의 파장이 반사율 대역 이내이면, 입사광은 거의 반사된다. 반사된 빔들은 704R로 표시된다. 입사광의 파장이 반사율 대역을 벗어나면, 입사광은 거의 투과된다. 투과된 빔은 704T로 표시된다. (콜레스테릭 액정 유사필름의 손대칭성 입사광의 원편광상태와 동일한 것으로 가정된다). 필름에 압력을 인가하는 것에 의하여, 피치가 변화하고 반사율 대역은 변화하여 좁아진다. 따라서, 이 장치에 의한 입사광(투과 또는 반사중 어느 하나)의 투과가 조절될 수도 있다. 더욱이, 그러한 조절가능한 노치 필터들은 압력센서로서 사용될 수도 있다. 예를 들어, 필터의 반사율 대역의 변화는 필터에 인가될 압력 변화를 판단하기 위하여 사용될 수도 있다. 유사한 반사율 대역을 갖는 왼손 방향과 오른손 방향의 콜레스테릭 액정 유사필름들을 적층하는 것은, 편광되지 않은 광을 반사하거나 투과하는 스위치 가능한 거울을 형성할 수도 있다는 것이, 통상의 지식을 가진 자에게는 명백하다.

공동으로 양도되었고, 발명의 명칭이 "고상염료레이저"인 미국 특허출원번호 09/045,307에서 논의된 방법으로, 콜레스테릭 액정 유사필름이 레이저 염료들로 도핑되면, 여기된 레이저 방출의 출력파장이 조절될 수도 있다. 도 8은 본 발명의 콜레스테릭 액정 유사필름 공정에 의하여 제조된 구조를 이용한, 조절가능한 염료 레이저의 바람직한 실시예를 설명한다. 염료 레이저(800)는, 두 기판(802와 803) 사이에 샌드위치된 염료가 도핑된 이득 매체(801)로 구성된다. 기판은 염료가 도핑된 콜레스테릭 액정 유사필름 상에서 화살표(805)로 표시되는 압력 전송의 편의를 위하여 제공된다. 펌프 빔(804P)은 필름 위로 입사되고 여기된 방출은 필름 표면에 수직한 두 방향, 즉 804A와 804B로 방출된다. 필름의 피치(압력을 경유하여)를 변화시키는 것에 의하여, 반사율 대역의 가장자리 부분이 변화되고, 이는 염료 레이저의 출력파장을 변화시킨다. 더욱이, 조절가능한 광원으로서의 사용외에도, 이 장치는 압력센서로서도 사용될 수 있다. 예를 들어, 레이저 방출의 출력파장이, 앞서 설명된 조절가능한 노치 필터와 유사한 방법으로, 그 장치에 적용되는 압력을 나타내기 위하여 탐지될 수도 있다. 이러한 방법으로 조절가능한 염료 레이저를 이용하는 추가적인 장점은, 탐지된 신호(레이저 방출파장)가 펌프 빔이 센서 위로 입사되는 각에 무관하다는 것이다. 염료 레이저 없이 조절가능한 노치 필터를 이용하는 앞서 언급한 예에 있어서, 반사율 대역은 관측자와 필름 사이의 각에 의존한다. 입사각이 증가함에 따라 청색 변위(더 짧은 중심 파장)가 관측된다.

광학 저장층들

콜레스테릭 액정 필름의 성분이 제거될 때, 반사율 대역의 변위는 광학 데이터 저장을 위하여 사용될 수도 있다는 것이 보여진다(즉, Hikmet/Zwerver 논문). 간략히 설명하면, Hikmet과 Zwerver는 특징적인 반사율 대역의 제 1 중심 파장을 갖는 정렬된 콜레스테릭 액정 필름을 준비하기 위하여 중합가능한 단량체 네마틱 재료와 비반응성의 키랄 도펀트로 구성되는 키랄 네마틱 재료를 이용한다. 키랄 도펀트는 집중된 레이저 빔을 이용하여 고온(약 200℃)에서 열 기화에 의하여 국부적으로 제거되고, 그 결과 제 2 중심 파장을 갖는 반사율 대역을 갖게 된다. 반사율 대역에서의 변화는 2진 상태들로 표시되는 디지털 데이터를 저장하기 위하여 이용될 수도 있다.

본 발명에 따라 준비된 콜레스테릭 액정 필름들에 의해서, 데이터 저장층들은 더 낮은 구동 온도 및/또는 더 좁은 반사율 대역폭을 가질 수 있는데, 이는 발명의 명칭이 "광학 대량 저장 시스템 및 그와 결합된 메모리 셀"이고, 공동으로 양도된 미국 특허번호 5,353,247(발명자:Faris)와, 발명의 명칭이 "다층 광학 기록매체, 그를 이용하여 정보를 기록 및 재생하는 방법 및 시스템(보정시)" 미국특허출원번호 08/539279(1995년 8월, 발명자: B. Fan과 S.M.Faris)에서 파장 분할 멀티플렉싱이 사용될 때 저장용량이 증가한다. 부호 [(A+B)-B]+C로 표시되는 필름 공정 단계를 참조하면, 특정 재료 C는, 비교적 휘발성을 가지도록(기화 온도를 낮추기 위하여), 더 좁은 제 2 반사율 대역폭을 제공하도록, 그리고/또는 제 1 중심 파장과 제 2 중심 파장 사이의 더 큰 위상 변화를 제공하도록 선택될 수도 있다( 데이터 기록후 Δn 및/또는 n_av를 변화시키는 것에 의하여). 통상의 지식을 가진 자들은 특정 재료들과 그들의 분율 농도들이 원하는 반사율 대역을 위한 액정 혼합물을 최적하기 위하여 선택될 수도 있다는 것을 인식할 수 있다. 또한, 사용된 특정 공정 단계들은 선택될 수 있는데, 즉 하나 또는 그 이상의 광학적 공정 단계들 4-6이 원하는 성질들을 얻기 위하여 이용될 수도 있다.

한편, 여기에서는, 본 발명의 특정 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 통상의 지식을 가진 자에 의하여 변형과 변경이 가능할 것이다. 따라서, 이하 특허청구범위는 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않는 한 그러한 모든 변형과 변경을 포함하는 것으로 간주된다.

Claims

(a) 실질적으로 서로 반응하지 않는 제 1 재료와 제 2 재료로서, 그 중 적어도 하나는 액정인 제 1 재료와 제 2 재료를 준비하는 단계;

(b) 상기 제 1 재료와 제 2 재료를 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계;

(c) 상기 혼합물을 사용하여, 상기 액정의 특징적인 분자 배열을 갖는 필름을 형성하는 단계;

(d) 상기 필름의 분자 배열을 고정하는 단계;

(e) 상기 제 1 재료와 제 2 재료 중 하나를 제거하여 산포된 다수의 공극과 액정 분자 배열을 갖는 기질을 형성하는 단계; 및

(f) 상기 다수의 공극에 제 3 재료를 유입하는 단계;에 의하여 제조된 정렬된 광학 필름 구조.
제 1 항에 있어서, 상기 기질은 액정을 포함하고 액정 분자 배열을 갖는 것을 특징으로 하는 필름 구조.
제 1 항에 있어서, 상기 기질은 비액정을 포함하고, 상기 다수의 공극은 액정 분자 배열을 갖는 것을 특징으로 하는 필름 구조.
제 3 항에 있어서, 상기 제 3 재료는 액정 분자 배열을 갖는 것을 특징으로 하는 필름 구조.
제 1 항에 있어서, 상기 고정 단계 (d)는 상기 필름의 온도를 변화시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 필름 구조.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 재료와 상기 제 2 재료 중 적어도 하나는 중합가능하고, 상기 고정 단계 (d)는 상기 혼합물을 중합하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 필름 구조.
제 1 항에 있어서, 상기 액정은 콜레스테릭 액정을 포함하고, 상기 필름 구조는 파장-선택적 및 원편광-선택적 반사율 및 투과율을 제공하는 배열을 나타내는 것을 특징으로 하는 필름 구조.
제 1 항에 있어서, 상기 액정은 네마틱 액정을 포함하고, 상기 필름 구조는 위상 변화 투과율을 제공하는 장범위 배열을 나타내는 것을 특징으로 하는 필름 구조.
제 1 항에 있어서, 상기 제 3 재료는 고정되는 것을 특징으로 하는 필름 구조.
제 9 항에 있어서, 상기 제 3 재료는 중합가능하고 중합에 의하여 고정되는 것을 특징으로 하는 필름 구조.
제 10 항에 있어서, (g) 상기 필름 구조 내에 개재되는 다수의 제 2 공극들을 제공하기 위하여 상기 제 1 재료와 상기 제 2 재료 중 하나를 제거하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 필름 구조.
제 11 항에 있어서, (h) 제 4 재료를 상기 필름 구조 내에 개재된 다수의 제 2 공극에 유입하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 필름 구조.
제 12 항에 있어서, 상기 제 4 재료는 액정 분자 배열을 갖는 비액정인 것을 특징으로 하는 필름 구조.
제 1 항에 있어서, 상기 액정은 네마틱 액정이고, 상기 제 3 재료는 선택적 흡수성을 갖는 것을 특징으로 하는 필름 구조.
제 1 항에 있어서, 상기 기질은 상기 필름 평면을 따라 공간적으로 떨어져서 배치된 다수의 영역들을 더 포함하고, 상기 다수의 영역들 중 적어도 두 영역은 서로에 다른 광학 성질들을 갖는 것을 특징으로 하는 필름 구조.
제 15 항에 있어서, 상기 다수의 영역들은 서브 화소들을 포함하며, 상기 서브 화소들은 각각 다른 특징적 파장을 갖는 것을 특징으로 하는 필름 구조.
제 16 항에 있어서, 상기 다수의 영역들은 청, 녹, 적의 특징적 파장들을 갖는 서브 화소들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 필름 구조.
제 16 항에 있어서, 상기 다수의 영역들은 서브 화소들을 포함하며, 상기 서브 화소들은 각각 다른 특징적 편광을 갖는 것을 특징으로 하는 필름 구조.
제 18 항에 있어서, 상기 서브 화소들은 상기 특징적 파장과 편광 내에서 광을 반사하는 것을 특징으로 하는 필름 구조.
제 18 항에 있어서, 상기 서브 화소들은 상기 특징적 파장과 편광 내에서 광을 전송하는 것을 특징으로 하는 필름 구조.
기판; 및

상기 기판 위에 배치된 재료;를 포함하며,

상기 재료는 액정 분자 배열을 갖는 비액정인 것을 특징으로 하는 정렬된 광학 필름 구조.
제 21 항에 있어서, 상기 액정 분자 배열은 파장-선택적 및 원편광-선택적 반사율 및 투과율을 제공하는 콜레스테릭 배열을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정렬된 광학 필름 구조.
제 21 항에 있어서, 상기 액정 분자 배열은 위상 변위 투과율을 제공하는 네마틱 배열을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정렬된 광학 필름 구조.
제 21 항에 있어서, 상기 분자 배열은 상기 재료의 분자들 사이에 배치된 다수의 공극들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정렬된 광학 필름 구조.
제 24 항에 있어서, 상기 다수의 공극들 내에 배치된 제 2 재료를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정렬된 광학 필름 구조.
제 25 항에 있어서, 상기 제 2 재료는 네마틱 액정, 콜레스테릭 액정, 비액정 및 그들의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 정렬된 광학 필름 구조.
(a) 실질적으로 서로 반응하지 않는 액정과 비액정을 준비하는 단계;

(b) 상기 액정과 비액정을 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계;

(c) 상기 혼합물을 사용하여, 상기 액정의 특징적인 분자 배열을 갖는 필름을 형성하는 단계;

(d) 상기 필름의 분자 배열을 고정하는 단계; 및

(e) 상기 액정과 비액정 중 하나를 제거하여 산포된 다수의 공극과 액정 분자 배열을 갖는 기질을 형성하는 단계;에 의하여 제조되는 정렬된 광학 필름 구조.
제 27 항에 있어서, 상기 단계 (e)는 상기 비액정을 제거하는 단계를 더 포함하며, 상기 기질은 액정을 포함하며 액정 분자 배열을 갖는 것을 특징으로 하는 필름 구조.
제 27 항에 있어서, 상기 단계 (e)는 상기 액정을 제거하는 단계를 더 포함하며, 상기 다수의 공극는 액정 분자 배열을 갖는 것을 특징으로 하는 필름 구조.
제 27 항에 있어서, (f) 제 3 재료를 상기 다수의 공극들에 유입하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 필름 구조.
제 30 항에 있어서, 상기 제 3 재료는 액정 분자 배열을 갖는 것을 특징으로 하는 필름 구조.
제 27 항에 있어서, 상기 기질은 콜레스테릭 배열을 갖는 탄성재를 포함하고, 상기 콜레스테릭 배열은 상기 탄성재를 그 배열 방향에 대하여 가압함으로써 배향을 조절할 수 있으며, 이에 따라 상기 필름 구조의 반사 대역의 파장을 변경할 수 있는 것을 특징으로 하는 필름 구조.
제 32 항에 있어서, 상기 기질은 압력 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 필름 구조.
제 32 항에 있어서, 상기 기질은 한 쌍의 기판 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 필름 구조.
제 32 항에 있어서, 상기 기질을 적어도 하나의 레이저 염료로 도핑하는 단계를 더 포함하며, 이에 따라 상기 필름 구조는 선택가능한 파장으로 레이저 광을 방출하는 것을 특징으로 하는 필름 구조.
제 35 항에 있어서, 상기 필름 구조는 입사된 펌프 빔에 대응하여 상기 선택가능한 파장으로 레이저 광을 방출하는 것을 특징으로 하는 필름 구조.
제 36 항에 있어서, 상기 필름 구조는 상기 펌프 빔의 입사각에 무관하게 상기 선택가능한 파장으로 레이저 광을 방출하는 것을 특징으로 하는 필름 구조.