KR100845753B1

KR100845753B1 - 광학 소자의 제조 방법 및 그 제조 장치

Info

Publication number: KR100845753B1
Application number: KR1020060039067A
Authority: KR
Inventors: 아츠시 스에마스
Original assignee: 다이니폰 인사츠 가부시키가이샤
Priority date: 2005-04-28
Filing date: 2006-04-28
Publication date: 2008-07-11
Also published as: US20060255317A1; US7582336B2; KR20060113563A; JP4605711B2; JP2006330660A

Abstract

과제

본 발명은 헤이즈를 효율적으로 저감시킨 광학 소자의 제조 방법 및 제조 장치를 제공한다.

해결 수단

광투과성을 갖는 기재 (2) 의 표면 상에, 기능성 물질을 함유하는 기능성층 (3) 을 적층하여, 기능성층 (3) 을 통과하는 광의 상태를 기능성 물질에 따라 변화시키는 광학 소자 (1) 의 제조 방법에 있어서, 기능성 물질을 함유하는 기능성층 조성액을 기재 (2) 의 표면에 도공하여 도공막을 형성시키는 도공 공정과, 도공막을 표면에 형성한 기재 (2) 를 소성하여 기능성층 (3) 을 형성시키는 소성 공정을 갖고, 소성 공정에서는, 기능성층 (3) 을 피복하도록 기능성층 피복층이 형성됨과 함께, 기능성층 (3) 을 통과한 광을 확산시키는 광확산층이 기능성층 피복층의 표층에서 기능성층 피복층과 기능성층 (3) 의 계면을 향하는 방향으로 형성되어 있으며, 소성 공정에서 형성되는 기능성층 피복층 중 적어도 광확산층을 제거하는 피복층 제거 공정을 가짐으로써 헤이즈를 효율적으로 저감시킨 광학 소자 (1) 가 제공된다.

광학 소자, 기능성층, 복굴절률층

Description

광학 소자의 제조 방법 및 그 제조 장치{THE MANUFACTURING METHOD AND DEVICE OF OPTICAL ELEMENT}

도 1 은 본 발명의 제조 방법에 의해 제조되는 광학 소자의 단면 구조를 나타내는 개략도.

도 2(a) 는 기재의 단면 구조를 나타내는 개략도. 도 2(b) 는 기능성층을 구비한 기재의 실시예의 단면 구조를 나타내는 개략도.

도 3 은 본 발명의 제조 방법에 의해 제조되는 광학 소자의 단면 구조를 나타내는 개략도.

도 4 는 본 발명의 제조 방법에 의해 제조되는 광학 소자의 제조 과정에 있어서의 상태를 나타내는 개략도.

도 5(a) 는 본 발명의 제조 방법에 의해 제조되는 광학 소자의 실시예에 있어서, 광학 소자의 제조 과정에 있어서의 상태를 나타내는 개략도. 도 5(b) 는 본 발명의 제조 방법에 있어서의 실시예 중 하나에 있어서, 소성 공정시의 상태를 나타내는 개략도. 도 5(c) 는 본 발명의 제조 방법에 있어서의 다른 실시예에 있어서, 소성 공정시의 상태를 나타내는 개략도.

도 6 은 본 발명의 제조 방법에 의해 제조되는 광학 소자의 다른 실시예를 나타내는 개략도.

도 7 은 이(異)복굴절률층을 더욱 적층한 광학 소자의 단면 구조를 나타내는 개 략도.

도 8(a) 는 착색층을 구비한 광학 소자의 단면 구조를 나타내는 개략도. 도 8(b) 는 착색층을 구비한 광학 소자의 다른 실시예의 단면 구조를 나타내는 개략도. 도 8(c) 는 착색층을 구비한 광학 소자의 단면 구조의 다른 실시예를 나타내는 개략도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 : 광학 소자 2 : 기재

2a : 기판 3, 4 : 기능성층

5 : 액정 6 : 복굴절률층

7 : 착색층 8 : 착색 화소부

9 : 차광부 11 : 첨가제

12 : 수직 배향막 13 : 이복굴절률층

15 : 광확산층 16 : 개재층

17 : 등방성층 18 : 기능성층 피복층

20 : 결합수

[특허문헌 1] 일본 공개특허공보 평5-142531호

[특허문헌 2] 일본 공개특허공보 2002-174724호

[특허문헌 3] 일본 공개특허공보 2002-174725호

[특허문헌 4] 일본 공개특허공보 2003-121852호

본 발명은 기재에 기능성층을 적층한 광학 소자의 제조 방법 및 제조 장치에 관한 것이다.

액정 표시 장치 (LCD) 는 박형화나 경량화가 용이한 점이나, 소비 전력을 저감시킬 수 있는 점, 플리커를 발생시키기 어려운 점 등과 같은 이점이 있기 때문에, 텔레비전이나 의료 기기 등 여러 가지 분야에 사용되고 있지만, 그 한편, 사용자가 액정 표시 화면을 보는 각도에 따라서는 광 누설이나 계조 반전 현상을 발생시키고, 시야각이 좁다는 문제에 추가하여, 액정 표시 화면에 색편차가 발생하거나 콘트라스트가 저하되는 등의 문제를 안고 있었다.

이들 문제를 해결하기 위해, 액정셀로부터의 출사광이나 액정셀로의 입사광의 상태를 제어하는 광학 소자를 형성한 액정 표시 장치가 제안되어 있다.

이 경우, 광학 소자로는, 트리아세틸셀룰로오스 (TAC) 필름을 1 축 연신이나 2 축 연신 처리한 필름재 외에, 액정 분자를 특정 방향으로 배향시켜 고정한 층을 사용한 광학 소자가 제안되어 있다.

특허문헌 1 에는, 필름면의 법선 방향으로 분자쇄를 배향시킨 고유 굴절률값이 정인 네마틱 액정 폴리머로 이루어지는 시각 보상 필름이 제안되어 있다. 특허문헌 1 에는, 이 시각 보상 필름은, 유리 기판 등의 표면에 알킬실리콘계나 플 루오로알킬실리콘계의 표면 처리제로 수직 배향막을 형성하고, 이것으로 셀을 제작하여, 이 셀에 액정 분자를 밀봉하고 액정 분자를 광중합시켜 얻어지는 것이 개시되어 있다.

특허문헌 2 에는, 기판 상에 형성한 수직 배향막 상에 중합성 액정 화합물을 도공함으로써 액정 화합물을 호메오트로픽 배향시킨 액정층을 제조하는 방법이 제안되어 있다. 이 방법에서는, 수직 배향막의 형성제로서 장쇄 알킬형 덴드리머 유도체가 사용되고 있다. 또, 특허문헌 2 에는, 이 방법에 의하면, 호메오트로픽 배향시킨 액정층을 구비한 필름재가 얻어지고, 이 필름재는 위상차 필름 등의 광학 필름으로서 사용 가능하다는 것이 개시되어 있다.

특허문헌 3 에는, 수직 배향막이 형성되어 있지 않은 기판 상에, 액정성 프래그먼트 측쇄를 함유하는 모노머 유닛과 비액정성 프래그먼트 측쇄를 함유하는 모노머 유닛을 함유하는 측쇄형 액정 폴리머를 도공하고, 추가로 당해 액정 폴리머를 액정 상태에서 호메오트로픽 배향시킨 후, 그 배향 상태를 유지한 상태에서 고정화하여 호메오트로픽 배향 액정 필름을 제조하는 방법이 제안되어 있다.

특허문헌 4 에는, 수직 배향막이 형성되어 있지 않은 기판에, 기판측부터 바인더층, 이어서 앵커 코트층을 형성하고, 앵커 코트층에, 측쇄형 액정 폴리머를 도공하여 호메오트로픽 배향시킨 후, 호메오트로픽 배향시킨 상태를 유지한 채 고정화하여 호메오트로픽 배향 액정 필름을 제조하는 방법이 제안되어 있다. 이 방법에서는, 측쇄형 액정 폴리머로는, 수직 배향막이 형성되어 있지 않은 기판 상에서 호메오트로픽 배향 액정층을 형성할 수 있는 것이 사용된다.

그러나, 특허문헌 1 의 시각 보상 필름은, 배향막을 갖는 2 장의 기판을 사용하여 셀을 제작하고, 이 공(空)셀 내에 액정 분자를 밀봉하여, 액정 분자를 수직 배향시키고, 그 상태를 유지시키면서 액정 분자끼리 광중합한다고 하는 일련의 공정 후에 얻어진다. 이와 같이, 특허문헌 1 의 시각 보상 필름은, 많은 제조 공정을 거쳐 마침내 얻어지는 것이기 때문에, 생산 비용이 현저히 증대된다는 문제가 있다. 게다가, 시각 보상 필름은 필름재이기 때문에, 액정 표시 장치에 사용할 때에는 점착제를 사용하여 고착시킬 필요가 있어, 액정 표시 장치의 액정 화면의 콘트라스트를 높이려면 이 점착제로서 특별한 것을 선정할 필요가 있다.

특허문헌 2 의 방법에서는, 기판 상에 수직 배향막을 형성하여 호메오트로픽 배향 액정층을 얻을 때, 장쇄 알킬형 덴드리머 유도체라는 특수한 재료를 사용할 필요가 있다. 그래서, 이 방법에 의해 호메오트로픽 배향 액정층을 얻을 경우, 생산 비용이 현저히 증대되어 버린다는 문제가 있다.

특허문헌 3 에 기재된 방법에 의해 얻어지는 호메오트로픽 배향 액정 필름은 측쇄형 액정 폴리머로 이루어지고, 호메오트로픽 배향 상태에서 고정되어 있어도 승온에 수반하여 유동성이 증가하고, 열에 의해 복굴절 특성이 용이하게 영향을 받기 때문에, 원하는 복굴절 특성을 유지할 수 있는 온도 범위가 비교적 좁은 데다가, 액정 폴리머를 고정화시킨 부분의 액정 폴리머의 배향성이 불균일화되기 쉽다. 그러면, 이 방법으로 얻어지는 호메오트로픽 배향 액정 필름은, 높은 내열성이 요구되는 액정 표시 장치에 사용하는 것이 곤란하여, 이 액정 필름을 사용할 수 있는 액정 표시 장치가 한정되어 버린다. 또, 이 방법에서는, 상기한 특허문헌 1 에 기재되어 있는 방법과 동일한 문제를 갖고 있다.

또, 이 방법에 의해 얻어진 호메오트로픽 배향 액정 필름을 액정 표시 장치에 사용하는 경우, 이 필름이 고온 환경 하에 놓여지지 않도록 할 필요가 있기 때문에, 이것을 액정 표시 장치의 내부에 배치하기 어렵다. 이 때문에, 특허문헌 3 의 방법에 의해 얻어지는 호메오트로픽 배향 액정 필름에서는, 이것을 액정셀에 설치할 수 있는 위치가 한정되어 버린다는 문제도 있다.

특허문헌 4 에 기재된 방법에 의해 얻어지는 호메오트로픽 배향 액정 필름은 측쇄형 액정 폴리머로 이루어지기 때문에, 이 방법에서는, 상기한 특허문헌 3 에 기재되어 있는 방법과 동일한 문제를 갖고 있다. 또, 이 방법에서는, 상기한 특허문헌 1 에 기재되어 있는 방법과 동일한 문제를 갖고 있다.

또, 액정 표시 장치에, 특허문헌 1 내지 4 에 기재된 방법에 의해 얻어지는 호메오트로픽 배향 액정 필름을 부설하여 액정 화면의 시야각을 확대하고자 하면, 액정 표시 장치는 이러한 필름을 별체 (別體) 로서 새롭게 점착재 등을 사용하여 점착시키는 것이 필요해진다. 별체를 추가할 필요성이 커질수록, 광을 다소나마 난반사시키는 부재가 배치될 우려가 커져, 액정 표시 화면을 구성하는 액정셀의 헤이즈가 높아져 버릴 우려가 커진다. 그렇게 하면, 액정 표시 장치는 액정 표시 화면의 색편차가 커지지만, 콘트라스트가 저하된 것이 되어 버릴 우려도 커진다.

또한, 액정 표시 장치가 칼라 표시 가능한 것인 경우, 액정셀에는 적 (R), 청 (B), 녹 (G) 등의 각 색에 대응하는 착색 화소부를 구비한 착색층이 형성되어 있지만, 상기한 바와 같은 색편차의 발생이나 콘트라스트 저하 등은, 이러한 착색층의 헤이즈가 높은 것으로부터 유래하는 경우도 있어, 특허문헌 1 내지 4 에 기재된 방법에서는, 이러한 경우에 액정셀의 헤이즈를 저하시킬 수 없다.

액정 표시 장치의 액정 표시 화면을 구성하는 광학 소자의 헤이즈가 0.1 이하까지 억제되면, 액정 표시 장치는 액정 표시 화면을 보는 일반인에 대해, 액정 표시 화면의 콘트라스트의 저하나 색편차의 발생을 거의 의식시키지 않은 정도로 할 수 있다.

본 발명자들은, 액정 표시 화면의 시야각을 보다 확대시킬 수 있는 광학 소자를 저비용으로 제공하고, 그리고 액정 표시 화면의 색편차의 발생을 억제하여, 콘트라스트가 향상된 액정 표시 장치를 제조할 수 있게 하는 헤이즈가 낮은 광학 소자를 제공하는 것을 목적으로 하여 예의 연구를 거듭한 결과, 광학 소자의 헤이즈의 상승을 초래하는 원인을 밝혀 내어, 액정 표시 화면의 시야각을 보다 확대시킬 수 있음과 함께 색편차의 발생을 억제하여, 콘트라스트가 향상된 액정 표시 장치를 제조할 수 있게 하는 광학 소자의 제조 방법, 제조 장치를 발견하고, 본 발명을 완성시키기에 이르렀다.

본 발명은 헤이즈를 효율적으로 저감시킨 광학 소자의 제조 방법 및 제조 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

과제를 해결하기 위한 수단

본 발명은,

(1) 광투과성을 갖는 기재의 표면 상에, 기능성 물질을 함유하는 기능성층을 적층하여, 기능성층을 통과하는 광의 상태를 기능성 물질에 따라 변화시키는 광학 소자의 제조 방법으로서, 기능성 물질을 함유하는 기능성층 조성액을 기재의 표면에 도공하여 도공막을 형성시키는 도공 공정과, 도공막을 표면에 형성한 기재를 소성하여 기능성층을 형성시키는 소성 공정을 갖고, 소성 공정에서는, 기능성층을 피복하도록 기능성층 피복층이 형성됨과 함께, 기능성층을 통과한 광을 확산시키는 광확산층이 기능성층 피복층의 표층에서 기능성층 피복층과 기능성층의 계면을 향하는 방향으로 형성되어 있으며, 소성 공정에서 형성되는 기능성층 피복층 중 적어도 광확산층을 제거하는 피복층 제거 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 광학 소자의 제조 방법,

(2) 피복층 제거 공정 후, 기능성층과 기능성층 피복층으로 이루어지는 층으로부터 광확산층을 제거한 부분이 소성되는 재소성 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 에 기재된 광학 소자의 제조 방법,

(3) 피복층 제거 공정은, 기능성층이 표면에 노출되도록 실시되는 상기 (1) 에 기재된 광학 소자의 제조 방법,

(4) 피복층 제거 공정은, 기능성층이 표면에 노출되도록 실시되는 상기 (2) 에 기재된 광학 소자의 제조 방법,

(5) 소성 공정에서는, 기능성층 피복층에는, 광확산층과 기능성층 사이에 광확산층보다도 광의 확산성이 낮은 개재층이 형성되고, 피복층 제거 공정은, 개재층 이 표면에 노출되도록 실시되는 상기 (1) 에 기재된 광학 소자의 제조 방법,

(6) 소성 공정에서는, 기능성층 피복층에는, 광확산층과 기능성층 사이에 광확산층보다도 광의 확산성이 낮은 개재층이 형성되고, 피복층 제거 공정은, 개재층이 표면에 노출되도록 실시되는 상기 (2) 에 기재된 광학 소자의 제조 방법,

(7) 광투과성을 갖는 기재의 표면 상에, 광을 복굴절시킬 수 있는 복굴절률층을 적층한 광학 소자의 제조 방법으로서, 중합성을 갖는 액정과 액정 분자에 배향성을 부여하는 배향제를 함유하는 첨가제를 함유하는 복굴절률층 조성액을, 기재의 표면에 도공하여 도공막을 형성하는 도공 공정과, 도공막에 포함되는 액정 분자에 배향성을 부여하는 배향 공정과, 액정 분자의 배향성을 유지시키면서, 액정 분자끼리를 가교 중합 반응시키는 가교 공정과, 가교 중합한 액정을 포함하는 도공막이 형성된 기재를 소성하여 복굴절률층을 형성시키는 소성 공정을 갖고, 소성 공정에는, 복굴절률층을 피복하도록 복굴절률층 피복층이 형성됨과 함께, 복굴절률층을 통과한 광을 확산시키는 광확산층이 복굴절률층 피복층의 표층에서 복굴절률층 피복층과 복굴절률층의 계면을 향하는 방향으로 형성되어 있으며, 소성 공정에서 형성되는 복굴절률층 피복층 중 적어도 광확산층을 제거하는 피복층 제거 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 광학 소자의 제조 방법,

(8) 피복층 제거 공정 후, 복굴절률층과 복굴절률층 피복층으로 이루어지는 층으로부터 광확산층을 제거한 부분이 소성되는 재소성 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 상기 (7) 에 기재된 광학 소자의 제조 방법,

(9) 광학 소자는, 광투과성을 갖는 기재와 복굴절률층 사이에, 액정 분자에 배향성을 부여하는 배향제를 함유하는 배향막이 형성되어 있고, 도공 공정 전에, 액정 분자에 배향성을 부여하는 배향제를 함유하는 배향막 조성액을, 기재의 표면에 도공하여 배향막을 형성하는 배향막 형성 공정을 가지며, 도공 공정은, 복굴절률층 조성액을, 배향막 상에 도공하여 도공막을 형성하도록 실시되는 상기 (7) 에 기재된 광학 소자의 제조 방법,

(10) 배향제는, 액정 분자를 호메오트로픽 배향시키는 것인 상기 (7) 에 기재된 광학 소자의 제조 방법,

(11) 가교 공정은, 공기 분위기 중에서 실시되는 상기 (7) 에 기재된 광학 소자의 제조 방법,

(12) 가교 공정은, 불활성 가스 분위기 중에서 실시되는 상기 (7) 에 기재된 광학 소자의 제조 방법,

(13) 피복층 제거 공정은, 복굴절률층이 표면에 노출되도록 실시되는 상기 (7) 에 기재된 광학 소자의 제조 방법,

(14) 피복층 제거 공정은, 복굴절률층이 표면에 노출되도록 실시되는 상기 (8) 에 기재된 광학 소자의 제조 방법,

(15) 소성 공정에서는, 복굴절률층 피복층에는, 광확산층과 복굴절률층 사이에 광확산층보다도 광의 확산성이 낮은 개재층이 형성되고, 피복층 제거 공정은, 개재층이 표면에 노출되도록 실시되는 상기 (7) 에 기재된 광학 소자의 제조 방법,

(16) 소성 공정에서는, 복굴절률층 피복층에는, 광확산층과 복굴절률층 사이에 광확산층보다도 광의 확산성이 낮은 개재층이 형성되고, 피복층 제거 공정은, 개재층이 표면에 노출되도록 실시되는 상기 (8) 에 기재된 광학 소자의 제조 방법,

(17) 피복층 제거 공정은, 광확산층을 용해시킬 수 있는 용제에 의한 스핀코트에 의해 실시되는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 에 기재된 광학 소자의 제조 방법,

(18) 피복층 제거 공정은, 광확산층을 용해시킬 수 있는 용제에 의한 스핀코트에 의해 실시되는 것을 특징으로 하는 상기 (7) 에 기재된 광학 소자의 제조 방법,

(19) 피복층 제거 공정은, 광확산층이 제거되어 노출되는 표면에 적층 형성할 수 있는 구조체를 구성하는 바인더를 용매에 용해시켜 이루어짐과 함께 광확산층을 용해시킬 수 있는 바인더 용액에 의한 스핀코트에 의해 실시되는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 에 기재된 광학 소자의 제조 방법,

(20) 피복층 제거 공정은, 광확산층이 제거되어 노출되는 표면에 적층 형성할 수 있는 구조체를 구성하는 바인더를 용매에 용해시켜 이루어짐과 함께 광확산층을 용해시킬 수 있는 바인더 용액에 의한 스핀코트에 의해 실시되는 것을 특징으로 하는 상기 (7) 에 기재된 광학 소자의 제조 방법,

(21) 피복층 제거 공정은, 플라즈마 드라이 에칭에 의해 실시되는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 에 기재된 광학 소자의 제조 방법,

(22) 피복층 제거 공정은, 플라즈마 드라이 에칭에 의해 실시되는 것을 특징으로 하는 상기 (7) 에 기재된 광학 소자의 제조 방법,

(23) 피복층 제거 공정은, 연마제로 표층을 연마하는 연마 수단에 의해 실시 되는 상기 (1) 에 기재된 광학 소자의 제조 방법,

(24) 피복층 제거 공정은, 연마제로 표층을 연마하는 연마 수단에 의해 실시되는 상기 (7) 에 기재된 광학 소자의 제조 방법,

(25) 기재는, 착색층을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 상기 (7) 에 기재된 광학 소자의 제조 방법,

(26) 기재는, 복굴절률층과는 다른 복굴절 특성을 갖는 이복굴절률층을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 상기 (7) 에 기재된 광학 소자의 제조 방법,

(27) 광투과성을 갖는 기재를 탑재하는 탑재 용기와, 기능성 물질을 함유하는 기능성층 조성액을 기재 표면에 도공할 수 있는 도공부와, 탑재 용기 내의 기체를 탈기 (脫氣) 하는 탈기 기구를 갖는 도공막 형성 수단과, 도공막을 형성한 기재를 소성하는 소성부를 갖고, 기재에 형성되는 도공막을 기능성층과 기능성층 피복층을 적층한 층 구조로 이루는 기능성층 형성 수단과, 기재에 형성된 층 구조의 표층을 기능성층과 기능성층 피복층의 계면을 향하는 방향으로 제거하는 제거부와, 제거된 표층의 양에 따라 제거부의 작동을 정지시키는 정지부를 갖는 표층 제거 수단, 을 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 소자의 제조 장치,

(28) 기능성층 조성액은, 자외선의 조사에 의해 가교 중합 반응을 발생시키는 중합성을 갖는 액정과, 액정 분자에 배향성을 부여하는 배향제를 함유하는 첨가제를 함유하고 있으며, 기능성층 형성 수단은, 도공막에 포함되는 액정 분자에 배향성을 부여하는 배향 부여부와, 도공막에 자외선을 조사하는 광 조사부를 구비하여 기재에 형성되는 도공막을 기능성층과 기능성층 피복층을 적층한 층 구조로 이 루도록 구성하고 있는 상기 (27) 에 기재된 광학 소자의 제조 장치,

(29) 기능성층 형성 수단은, 도공막의 주위를 공기 또는 불활성 가스로 채우는 가스 충전부를 구비하고, 광 조사부는, 도공막의 주위를 공기 또는 불활성 가스로 충전된 상태에서 도공막에 자외선을 조사할 수 있게 배치하고 있는 것을 특징으로 하는 상기 (28) 에 기재된 광학 소자의 제조 장치,

(30) 제거 수단은, 기판을 회전 운동 가능하게 지지하는 지지부와, 층 구조의 표층을 용해시킬 수 있는 용해액을 층 구조로부터 제거되는 표층의 양에 따라 적하하는 적하부와, 기판을 회전 운동시켜 용해액을 기판면 상에 확산시킬 수 있게 제어하는 회전 운동 제어부와, 표층을 건조시키는 건조부를 갖는 스핀코트 수단인 상기 (27) 에 기재된 광학 소자의 제조 장치,

(31) 제거 수단은, 기판을 회전 운동 가능하게 지지하는 지지부와, 층 구조의 표층을 용해시킬 수 있는 용해액을 층 구조로부터 제거되는 표층의 양에 따라 적하하는 적하부와, 기판을 회전 운동시켜 용해액을 기판면 상에 확산시킬 수 있게 제어하는 회전 운동 제어부와, 표층을 건조시키는 건조부를 갖는 스핀코트 수단인 상기 (28) 에 기재된 광학 소자의 제조 장치,

(32) 제거 수단은, 플라즈마 드라이 에칭 수단인 것을 특징으로 하는 상기 (27) 에 기재된 광학 소자의 제조 장치,

(33) 제거 수단은, 플라즈마 드라이 에칭 수단인 것을 특징으로 하는 상기 (28) 에 기재된 광학 소자의 제조 장치,

(34) 제거 수단은, 층 구조의 표층을 연마할 수 있는 연마 수단인 것을 특징 으로 하는 상기 (27) 에 기재된 광학 소자의 제조 장치,

(35) 제거 수단은, 층 구조의 표층을 연마할 수 있는 연마 수단인 것을 특징으로 하는 상기 (28) 에 기재된 광학 소자의 제조 장치를 요지로 한다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

본 발명에서 제조되는 광학 소자 (1) 는, 광투과성을 갖는 기재 (2) 의 표면 상에, 광의 상태를 변화시키는 기능을 갖고 기능성 물질을 함유하는 기능성층 (3) 을 적층하여 구성된다 (도 1).

기재 (2) 는 광투과성을 갖는 기판 (2a) 으로 이루어지고, 기판 단층으로 구성되어도 되고, 복수 종류의 기판 (2a) 을 중첩하여 다층으로 구성해도 된다. 또, 기재 (2) 는 기판 (2a) 의 양면에 기능성층 (3) 의 상기 기능과는 다른 기능을 갖는 기능성층 (4) 을 형성해도 되고, 기판 (2) 의 편면에 기능성층 (4) 을 형성하고 있는 것이어도 되며, 기재 (2) 가 복수의 기판 (2a) 을 구비하는 경우, 복수의 기판 (2a) 사이에 기능성층 (4) 을 형성하고 있는 것이어도 된다 (도 2(a), 도 2(b)).

기판 (2a) 으로는, 광학적으로 등방성인 것이 사용되는 것이 바람직하지만, 부분적으로 차광성 영역 등을 형성해도 된다. 또, 기판 (2a) 의 광투과율은 적절히 선정할 수 있다.

기판 (2a) 으로는, 유리 기판 외에, 여러 가지의 재질로 이루어지는 판상체를 적절히 선택할 수 있다. 구체적으로는, 기판 (2a) 은 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 트리아세틸셀룰로오스 등으로 이 루어지는 플라스틱 기판이어도 되고, 또 추가로 폴리에테르술폰, 폴리술폰, 폴리프로필렌, 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 폴리에테르케톤 등의 필름을 사용할 수도 있다. 또한, 광학 소자를 액정 디스플레이용에 사용하는 경우에는, 기판 (2a) 은 무알칼리 유리인 것이 바람직하다. 또, 기판에 사용하는 필름으로는, 1 축 연신 또는 2 축 연신한 필름재를 사용하는 것이 가능하고, 필름재의 내부에 리타데이션을 갖는 트리아세틸셀룰로오스 (TAC) 필름 등을 사용할 수도 있다.

기능성층 (3, 4) 은, 구체적으로는, 광을 복굴절시키는 기능을 갖는 복굴절률층이나, 기능성층에 입사된 광 중 소정 범위의 파장의 가시광을 투과시키는 착색층이나, 광을 반사시키는 반사판, 편광판 등이 구체적으로 예시된다. 또, 기능성층 (3, 4) 은, 각각 기재 (2) 전체면에 형성될 뿐만 아니라, 기재 (2) 표면에 부분적으로 형성되고 있어도 된다.

또한, 기능성층 (3, 4) 에 함유되는 기능성 물질은, 기능성층 (3) 이나 기능성층 (4) 이 이 층을 통과하는 광의 상태를 어떻게 변경시키는 기능을 갖는 층인지에 따라 각각 적절히 선정된다.

이 광학 소자 (1) 는, 다음에 나타내는 바와 같이 하여 제조된다.

광학 소자 (1) 의 기재 (2) 에 형성되는 기능성층 (3) 을 구성하는 기능성 물질을 함유하는 기능성층 조성액을 제조한다. 이 기능성층 조성액을 기재 (2) (기판 (2a) 또는 기능성층 (4)) 표면에 도공하여 도공막을 형성하고, 도공막을 표면에 형성한 기재를 소성한다. 이 소성에 의해, 기재 (2) 표면의 도공막은 기능성층 (3) 이 되지만, 그 기능성층 (3) 의 표면에는, 기능성을 피복하는 기능성층 피복층 (18) 이 형성된다. 이 기능성 피복층에는, 기능성층 (3) 을 통과한 광을 확산시키는 광확산층 (15) 이 기능성층 피복층 (18) 의 표층측에서 기능성층 (3) 의 계면 방향을 향해 형성되어 있다 (도 3).

그리고, 기능성층 피복층 (18) 중 적어도 광확산층 (15) 의 제거가 이루어진다. 즉, 광확산층 (15) 이 형성되어 있는 영역에 걸쳐 기능성층 피복층의 표층에서 기능성층측의 계면 방향을 향해 소정의 깊이까지 층을 제거한다. 이 제거에는, 예를 들어, 기계적인 연마 수단에 의한 방법이나, 스핀코트, 플라즈마 드라이 에칭 등의 방법이 사용된다. 이들의 방법에 의해, 기능성 피복층 중 적어도 광확산층 (15) 이 제거되어, 광학 소자가 제조된다.

다음으로, 광학 소자 (1) 에 있어서, 기능성층 (3) 을 구성하는 기능성 물질이 액정이고, 기능성층 (3) 이 액정 분자를 호메오트로픽 배향한 상태에서 고정시킨 복굴절률층으로서, 기능성층 피복층으로서 복굴절률층을 덮는 복굴절률층 피복층이 형성되는 경우를 예로 들어, 이하에 상세하게 설명한다. 또한, 이 광학 소자를, 제 1 형태의 광학 소자라고 하는 경우가 있다.

도 4 는 본 발명의 제 1 형태의 광학 소자 (1a) 의 단면 구조를 나타내는 개략도이다.

제 1 형태의 광학 소자 (1 ; 1a) 는 헤이즈가 0.1 이하이고, 광투과성을 갖는 기재 (2) 와, 기재 (2) 에 형성된 복굴절률층 (6) 으로 이루어진다.

광학 소자 (1) 의 헤이즈는 광학 소자 (1) 의 두께 방향에서 측정된 값이다. 이 헤이즈의 값은 JIS K 7136 에 준거하여 측정된다.

복굴절률층 (6) 은 도 4 에 나타내는 바와 같이, 약간 가늘고 긴 분자 형상의 액정 (5) 분자를 호메오트로픽 배향시킨 상태에서 액정 (5) 의 분자를 서로 가교시켜 이루어지는 가교 고분자 구조를 형성하고 있다.

또한, 도 4 에서는 편의상 액정 (5) 의 분자끼리의 결합 상태를 나타내는 결합수(手)에 대한 도시를 생략하고 있다.

복굴절률층 (6) 은 액정 (5) 분자의 가교도가 80 이상 정도인 것이 바람직하고, 90 이상 정도인 것이 보다 바람직하다. 액정 (5) 분자의 가교도가 80 보다 작으면, 균일한 배향성을 충분히 유지할 수 없을 우려가 있다.

복굴절률층 (6) 에서는 가교 고분자 구조를 구성하는 단위인 액정 (5) 분자의 틸트각에 대하여, 복굴절률층 (6) 의 기재 (2) 에 보다 가까운 위치에 있는 액정 (예를 들어, 액정 (5a)) 분자의 틸트각과, 이 액정 분자에 대해 복굴절률층 (6) 의 두께 방향 (화살표 L, M 을 따른 방향) 에서 가장 떨어진 위치에 있는 액정 (예를 들어, 액정 (5b)) 분자의 틸트각이 대략 동일하다. 이 경우, 복굴절률층 (6) 에 있어서의 액정 (5) 분자 각각의 틸트각은, 이 두께 방향에 거의 균일해진다. 또한, 복굴절률층 (6) 은, 복굴절률층 (6) 에 있어서의 액정 (5) 분자의 틸트각을, 두께 방향에 걸쳐 각각 서로 동일하게 하고 있는 것이 보다 바람직하다.

복굴절률층 (6) 은 이것을 구성하는 액정 (5) 분자의 굴절률 이방성에 의해, 복굴절률층 (6) 에 입사되는 광 (입사광) 에 대해 리타데이션을 발생시킬 수 있다. 리타데이션은 입사광에 대해 발생하는 상광과 이상광의 광로차이고, 리타데이션의 크기는, 상광의 굴절률 (no) 과 이상광의 굴절률 (ne) 로 하면, 복굴절 (Δn) (no 와 ne 의 차) 과 d (복굴절률층 (6) 의 막 두께) 의 곱으로서 주어진다.

따라서, 복굴절률층 (6) 은 액정 (5) 분자의 종류, 액정 분자의 배향의 정도, 복굴절률층 (4) 의 막 두께 등을 적절히 선택함으로써, 액정 (5) 분자의 배향 특성, 리타데이션의 크기를 제어할 수 있다.

복굴절률층 (6) 은 이 두께 방향의 리타데이션의 크기가 작은 값이 되도록 구성되고, 구체적으로는, 리타데이션의 크기가 1㎚ 이하이다.

또, 복굴절률층 (6) 이 결정 분자의 틸트각이 두께 방향에 균일화한 것이 되면, 균일하게 결정 분자가 호메오트로픽 배향된 상태가 되어, 균질화된 액정의 층상 구조가 얻어진다.

보다 균일하게 액정 분자가 호메오트로픽 배향된 복굴절률층 (6) 을 얻고자 하는 관점에서 보면, 리타데이션의 크기는 1㎚ 이하인 것이 바람직하고, 0.1㎚ 이하인 것이 보다 바람직하며, 이상적으로는 제로인 것이 바람직하다.

복굴절률층 (6) 의 막 두께는, 액정 (5) 분자를 호메오트로픽 배향시킬 수 있는 범위 내, 구체적으로는 두께 방향의 리타데이션이 1㎚ 이하가 되는 범위 내에서 적절히 선정하는 것이 바람직하고, 리타데이션이 0.1㎚ 정도 이하가 되는 범위 내에서 적절히 선정하는 것이 더욱 바람직하다.

복굴절률층 (6) 을 구성하는 액정 (5) 분자로는, 분자 구조 중에 불포화 2 중 결합을 갖고, 액정 상태에서 가교 가능한 것 (중합성 액정이라고 하는 경우가 있음) 이 사용된다. 따라서, 중합성 액정으로는 분자의 말단에 불포화 2 중 결합을 갖는 것이 사용된다.

또, 액정 (5) 분자로는, 그 복굴절 (Δn) 이 0.03∼0.20 정도인 것이 바람직하고, 0.05∼0.15 정도인 것이 더욱 바람직하다. 이러한 액정 분자로는, 하기 식 1 내지 식 11 로 나타나는 화합물을 구체예로 예시할 수 있다. 내열성 면에서 바람직하게는 3 차원 가교 가능한 것이 바람직하여, 분자의 말단에 불포화 2 중 결합을 2 이상 갖는 것이 사용된다. 또한, 복굴절률층 (6) 을 구성하는 액정 (5) 분자로는, 하기 화학식 (화 1) 내지 (화 11) 에 나타나는 화합물의 복수 종류가 선택되어도 된다.

(또한, X 는 4 내지 6 의 정수이다.)

본 실시예에 있어서는, 복굴절률층 (6) 은, 상기한 바와 같은 액정 (5) 분자와, 액정 분자를 수직하게 배향시키는 배향제 (수직 배향제라고 하는 경우가 있음) 등을 함유하는 첨가제 (11) 와, 용매를 배합하여 이루어지는 복굴절률층 조성액을 기재 (2) 표면에 도공하여 제작된 도막을, 이 도막 중에 포함되는 액정 분자를 호메오트로픽 배향시킨 상태로 하면서 그 액정 (5) 분자끼리를 가교시켜 형성된다. 또한, 복굴절률층 (6) 은 각종 인쇄 방법이나 포토리소그래피법을 사용하여 기재 (2) 상에 패터닝되어 형성되어도 된다.

용매로는, 액정을 용해시킬 수 있는 것이라면 특별히 한정되지 않고, 톨루엔 등의 각종 유기 용매를 사용할 수 있다. 단, 용매는, 복굴절률층 조성액을 도공할 때, 기재면에 균일한 두께로 도공할 수 있는 것이 바람직하다.

복굴절률 조성액에 함유되는 수직 배향제로는, 폴리이미드나, 계면 활성제나 커플링제가 구체적으로 예시된다.

수직 배향제가 폴리이미드인 경우, 폴리이미드로는 구체적으로는, 닛산화학사 제조의 SE-7511 이나 SE-1211, 또는 JSR 사 제조의 JALS-2021-R2 등을 예시할 수 있다.

또한, 수직 배향제로서 사용하는 폴리이미드로는, 장쇄 알킬기를 갖는 것이, 광학 소자에 형성되는 복굴절률층 (6) 의 막 두께를 넓은 범위에서 선택할 수 있어 바람직하다.

수직 배향제가 계면 활성제인 경우, 계면 활성제로는, 분자 형상이 막대 형 상인 중합성 액정을 호메오트로픽 배향시킬 수 있는 것이면 되는데, 단, 복굴절률층 형성시에 액정을 액정상(相)으로의 전이 온도까지 가열할 필요가 있기 때문에, 복굴절률층과 함께 가열되는 수직 배향막을 형성하는 계면 활성제나 커플링제는, 이러한 전이 온도에서도 분해되지 않을 정도의 내열성을 갖고 있을 것이 필요하다. 또, 복굴절률층의 형성시, 액정은 유기 용매에 용해시키기 때문에, 복굴절률층에 접하는 수직 배향막을 형성하는 계면 활성제나 커플링제는, 액정을 용해시키는 유기 용매와 친화성이 높은 것이 바람직하다. 이러한 것이라면, 계면 활성제는 비이온계, 양이온계, 음이온계 등의 종류를 한정하지 않고, 1 종류의 계면 활성제만을 사용해도 되고, 복수 종의 계면 활성제를 병용해도 된다. 커플링제도 계면 활성제의 경우와 동일하게 종류에 한정되지 않고, 복수 종을 병용해도 된다.

계면 활성제에 대하여, 복굴절률층 (6) 의 막 두께를 두껍게 해도 중합성 액정을 호메오트로픽 배향시키려면, 계면 활성제는 발수성 또는 발유성이 강한 것이 바람직하다. 그러한 계면 활성제로는, 예를 들어, (a) 알킬쇄 또는 장쇄 알킬 측쇄를 갖고 있는 것, (b) 알킬쇄 또는 장쇄 알킬 측쇄를 갖고, 또한, 알킬쇄의 적어도 일부, 또는 장쇄 알킬 측쇄의 적어도 일부가 불소 치환되어 있는 것, 또는, (c) 측쇄를 갖는 계면 활성제로서, 측쇄에 불소 원자가 함유되어 있는 것, 등을 들 수 있다.

구체예에는, 발수성 또는 발유성이 강한 계면 활성제로는, (i) 레시틴, (ii) 옥타데실디메틸(3-트리메톡시실릴프로필)암모늄클로라이드, (iii) 헥사데실아민, (iv) 아데카민 4DAC-85 (아사히덴카 공업사 제조의 계면 활성제의 상품명), (v) 드 라이폰 600E (닛카 화학사 제조의 계면 활성제의 상품명), (vi) 드라이폰 Z-7 (닛카 화학사 제조의 계면 활성제의 상품명), 및, (vii) NK 가드 NDN-7E (닛카 화학사 제조의 계면 활성제의 상품명) 등을 들 수 있다.

수직 배향제가 커플링제인 경우, 커플링제로는, 구체적으로는, n-옥틸트리메톡시실란, n-옥틸트리에톡시실란, 데실트리메톡시실란, 데실트리에톡시실란, n-도데실트리메톡시실란, n-도데실트리에톡시실란, 옥타데실트리메톡시실란, 옥타데실트리에톡시실란 등의 실란 화합물을 가수분해하여 얻어지는 실란 커플링제를 들 수 있다.

복굴절률층 (6) 의 액정 분자를 보다 강하게 호메오트로픽 배향시키는 것으로는, 불소계 실란 커플링제를 들 수 있다.

구체적으로는, 퍼플루오로알킬실란, 펜타플루오로알킬실란, 펜타플루오로페닐트리메톡시실란, 펜타플루오로페닐트리에톡시실란, 펜타플루오로페닐프로필트리메톡시실란, 펜타플루오로페닐프로필트리에톡시실란, 트리플루오로프로필트리메톡시실란, 트리플루오로프로필트리에톡시실란, 1H,1H,2H,2H,-퍼플루오로데실트리메톡시실란, 1H,1H,2H,2H,-퍼플루오로데실트리에톡시실란, 1H,1H,2H,2H,-퍼플루오로오실트리메톡시실란, 1H,1H,2H,2H,-퍼플루오로오실트리에톡시실란, 3-(헵타플루오로이소프로폭시)프로필트리메톡시실란, 3-(헵타플루오로이소프로폭시)프로필트리에톡시실란 등의 불소계 실란 화합물을 가수분해하여 얻어지는 불소계 실란 커플링제를 들 수 있다.

또한, 복굴절률 조성액에는 필요에 따라 광중합 개시제, 증감제가 첨가되어 도 된다.

광중합 개시제로는, 예를 들어, 벤질 (또는, 비벤조일), 벤조인이소부틸에테르, 벤조인이소프로필에테르, 벤조페논, 벤조일벤조산, 벤조일벤조산메틸, 4-벤조일-4'메틸디페닐술피드, 벤질메틸케탈, 디메틸아미노메틸벤조에이트, 2-n-부톡시에틸-4-디메틸아미노벤조에이트, p-디메틸아미노벤조산이소아밀, 3,3'-디메틸-4-메톡시벤조페논, 메티로벤조일포메이트, 2-메틸-1-(4-(메틸티오)페닐)-2-모르폴리노프로판-1-온, 2-벤질-2-디메틸아미노-1-(4-모르폴리노페닐)-부탄-1-온, 1-(4-도데실페닐)-2-히드록시-2-메틸프로판-1-온, 1-히드록시시클로헥실페닐케톤, 2-히드록시-2-메틸-1-페닐프로판-1-온, 1-(4-이소프로필페닐)-2-히드록시-2-메틸프로판-1-온, 2-클로로티오크산톤, 2,4-디에틸티오크산톤, 2,4-디이소프로필티오크산톤, 2,4-디메틸티오크산톤, 이소프로필티오크산톤, 1-클로로-4-프로폭시티오크산톤 등을 들 수 있다.

복굴절률층 조성액에 광중합 개시제가 배합되는 경우, 광중합 개시제의 배합량은 0.01∼10 중량% 이다. 또한, 광중합 개시제의 배합량은, 액정 분자의 배향을 가능한 한 손상시키지 않을 정도인 것이 바람직하고, 이 점을 고려하여, 0.1∼7 중량% 인 것이 바람직하고, 0.5∼5 중량% 인 것이 보다 바람직하다.

또, 복굴절률층 조성액에 증감제가 배합되는 경우, 증감제의 배합량은, 액정 분자의 배향을 크게 손상시키지 않는 범위에서 적절히 선택할 수 있으며, 구체적으로는 0.01∼1 중량% 의 범위 내에서 선택된다.

또, 광중합 개시제 및 증감제는 각각 1 종류만 사용되어도 되고, 2 종류 이 상이 병용되어도 된다.

본 실시예에서는, 광학 소자 (1) 는 다음에 나타내는 바와 같이 제조할 수 있다.

우선, 중합성 액정인 액정 (5) 과 첨가제 (11) 를 용매에 용해시켜 복굴절률층 조성액을 조정한다.

복굴절률층 조성액을 광투과성을 갖는 기재 (2) 의 표면에, 다이코트, 바코트, 슬라이드코트, 롤코트 등과 같은 각종 인쇄법이나 스핀코트 등의 방법으로 기재 (2) 상에 도공막을 제작하고, 이어서 그 도공막을 건조시킨다.

그리고, 복굴절률층 조성액이 도포된 기재를 건조시킴으로써, 복굴절률층용 도막이 형성된다. 복굴절률층 조성액이 도포된 기재의 건조는, 감압 건조에 의해 감압 상태 하에서 실시된 것 외에, 대기압 하에서 실시되어도 되는데, 대기압 하에서 자연 건조되는 것이, 보다 균일하게 호메오트로픽 배향된 액정 분자가 형성되게 된다는 점에서 바람직하다.

또한, 기재 표면의 발수성 또는 발유성이 높은 경우에는, 액정을 호메오트로픽 배향시킬 수 있는 범위 내에서 UV 세정이나 플라즈마 처리를 개재시킴으로써, 복굴절률층 조성액을 도포하고자 하는 수직 배향막 형성 기재면의 습윤성을 미리 높여도 된다.

다음으로, 복굴절률층용 도막에 포함되는 액정을, 예를 들어, 다음에 나타내는 바와 같이 호메오트로픽 배향시킨다 (도 5(a)).

즉, 복굴절률층용 도막을 가열하여, 복굴절률층용 도막의 온도를, 이 도막 중의 액정이 액정상이 되는 온도 (액정상 온도) 이상, 이 도막 중의 액정이 등방상 (액체상) 이 되는 온도 미만으로 함으로써, 액정을 호메오트로픽 배향시킨다. 이 때, 복굴절률층용 도막의 가열 수단은 특별히 한정되지 않아, 가열 분위기 하에 두는 수단이어도 되고, 적외선으로 가열하는 수단이어도 된다.

또한, 액정을 호메오트로픽 배향시키는 방법은, 상기 방법에 의하는 것 외에, 복굴절률층용 도막에 함유되는 액정이나 이 도막의 상태에 따라, 복굴절률층용 도막을 감압 건조시키는 방법에 의해서도 가능하고, 복굴절률층용 도막에 대해 소정 방향으로부터 전기장이나 자기장을 부하하는 방법에 의해서도 실현시킬 수 있다.

복굴절률층용 도막을 감압 건조시킴으로써, 액정 모노머를 호메오트로픽 배향시키는 경우에는, 감압 상태로 함으로써 복굴절률층용 도막을 과냉각 상태로 할 수 있으며, 복굴절률층용 도막 중의 액정 모노머를 호메오트로픽 배향시킨 상태를 유지한 채 이 도막을 실온까지 더욱 냉각시킬 수 있다. 그러면, 액정 모노머를 가교 반응시킬 때까지, 효율적으로 액정을 호메오트로픽 배향시킨 상태가 유지된다.

복굴절률층용 도막 중에 호메오트로픽 배향한 액정은, 다음에 나타내는 바와 같이 가교 반응된다.

이 가교 반응은, 액정의 감광 파장의 광을 복굴절률층용 도막에 조사함으로써 진행된다 (방법 A 라고 함). 이 때, 복굴절률층용 도막에 조사하는 광의 파장은, 이 도막 중에 함유되고 있는 액정 모노머의 종류에 따라 적절히 선택된다. 또한, 복굴절률층용 도막에 조사하는 광은, 단색광에 한정되지 않고, 액정의 감광 파장을 포함하는 일정한 파장역을 가진 광이어도 된다.

또, 액정의 가교 반응은, 복굴절률층용 도막을 액정상 온도까지 가열하면서 액정의 감광 파장의 광을 도막에 조사하여 가교 반응을 부분적으로 진행시켜 (부분적 가교 공정이라고 함), 부분적 가교 공정 후, 액정이 결정상이 되는 온도 (Tc) 까지 복굴절률층용 도막을 냉각시키고, 이 상태에서 추가로 감광 파장의 광을 복굴절률층용 도막에 조사하여 가교 반응을 진행시켜 완료시키는 방법 (방법 B 라고 함) 으로 실시되어도 된다. 또한, 상기한 온도 Tc 는, 가교 반응을 진행시키기 전의 복굴절률층용 도막에서 액정이 결정상이 되는 온도이다.

부분적 가교 공정에서는, 온도 Tc 까지 복굴절률층용 도막을 냉각시켜도, 그 도막 중에 포함되는 액정의 호메오트로픽 배향성이 유지될 정도로 가교 반응이 진행되고 있다. 따라서, 부분적 가교 공정에 있어서의 가교 반응의 진행의 정도는, 복굴절률층용 도막 중의 액정의 종류나, 그 도막의 막 두께 등에 따라 적절히 선택되지만, 대체로, 부분적 가교 공정에서는 액정의 가교도가 5∼50 이 될 때까지 가교 반응을 진행시키는 것이 바람직하다.

상기 방법 A 나 방법 B 는, 공기 분위기 하에서 실시된다.

이 경우, 액정의 가교 반응은, 액정이 액정상에서 등방상으로 상전이되는 온도보다도 1∼10℃ 낮은 온도까지 복굴절률층용 도막을 가열하면서 실시되는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 이 가교 반응시에 액정의 호메오트로픽 배향의 흐트러짐을 저감시킬 수 있다. 또, 이 관점에서, 가교 반응을 실시하는 온도 는, 액정이 액정상에서 등방상으로 상전이되는 온도보다도 3∼6℃ 낮은 온도인 것이 보다 바람직하다.

액정의 가교 반응이 공기 분위기 하에서 실시되는 경우에는, 공기 중의 산소에 의해 액정의 가교 반응이 다소 저해됨으로써, 액정의 가교 반응 속도는 복굴절률층용 도막의 공기 계면 근방 정도로 느려져, 액정의 표면층에 가교 반응되지 않는 액정 분자가 존재하는 부분을 형성시킬 수 있다.

액정 분자가 가교된 복굴절률층용 도막이 적층된 기재는, 오븐 장치 등의 소성 장치에 도입되어, 압력이 대기압, 공기 분위기의 조건 하에서 소성된다. 소성의 온도는 200∼250℃ 인데, 220∼230℃ 인 것이 소성 후에 기능성층과 기능성층 피복층의 층의 경계가 명확해지는 관점에서 바람직하다. 소성의 시간은 30∼150 분이지만, 소성의 온도에 대한 상기 관점과 동일한 관점에서 60∼120 분인 것이 바람직하다.

또한, 복굴절률층용 도막이 적층된 기재의 소성시에, 기재를 수평으로 유지하면서 소성 장치로 도입되어 소성되는 것이 바람직하다. 복굴절률층용 도막에 포함되는 액정이 호메오트로픽 배향된 상태를 형성해도, 기재가 비스듬하게 기울어진 상태가 되면, 액정 분자의 자중에 의해 액정의 배향이 기재면에 대해 비스듬하게 경사져, 액정의 호메오트로픽 배향에 흐트러짐을 발생시킬 우려가 있다.

이 소성시에, 액정 (5) 분자가 가교되어 배향성을 유지한 액정을 구비한 층인 복굴절률층 (6) 을 피복하도록 기능성층 피복층 (18) 으로서의 복굴절률층 피복층이 형성된다. 이 복굴절률층 피복층에서는, 그 표층으로부터 복굴절률층 피 복층과 복굴절률층의 계면을 향해 광을 확산시키는 광확산층 (15) 이 형성되고, 추가로 광확산층 (15) 과 복굴절률층 (6) 사이에는 이들과 다른 층이 개재되어 개재층 (16) 을 형성하고 있으며, 이 개재층 (16) 은, 가교되지 않은 상태의 액정 분자가 소성시의 가열에 의해 액정상에서 등방상으로 상전이되어 그대로 층 형상으로 고정 형성되는 등방성층 (17) 이다 (도 5(b)). 또한, 도 5 에 있어서, 부호 20 은 액정 (5) 분자가 가교되었을 때의 결합수를 나타낸다.

광확산층 (15) 은 복굴절률층 (6) 이나 등방성층 (17) 보다도 헤이즈가 높고, 그 조성이 복굴절률층 (6) 이나 등방성층 (17) 과는 다르다. 이 광확산층 (15) 은, 복굴절률층 (6) 을 형성하기 위해 사용한 저분자량 성분이나 수직 배향제 등의 첨가제가, 소성 전에는 복굴절률층용 도막 내부에 분산되어 있었지만, 소성시에 복굴절률층용 도막의 표면측으로 스며 나와, 소성시에 형성되는 복굴절률층 피복층의 표층 위치에서 층 형상으로 형성된 것으로 생각할 수 있다.

액정의 가교 반응에 있어서는, 상기 방법 A 나 방법 B 는, 공기 분위기 하에 한정되지 않고, 불활성 가스 분위기 중에서도 실시할 수 있다.

이 경우, 액정의 가교 반응은 가열하지 않고 감광 파장의 광이 도막에 조사됨으로써 이루어진다. 또한, 이 가교 반응에서는, 복굴절률층용 도막을 액정상 온도로까지 가열하면서 액정의 감광 파장의 광이 도막에 조사됨으로써 이루어져도 된다.

단, 액정의 가교 반응이 불활성 가스 분위기 하에서 실시되는 경우보다도, 공기 분위기 하에서 실시되는 경우의 쪽이, 가교 반응을 실시하는 공정을 실시하기 위한 설비를 간략화할 수 있어, 광학 소자의 제조 비용을 억제할 수 있다는 관점에서는 바람직하다.

또, 액정의 가교 반응이 불활성 가스 분위기 하에서 실시되는 경우에는, 공기 분위기 하에서 실시되는 경우와 비교하여, 거의 완전하게 가교 반응을 진행시킬 수 있다 (도 5(c)). 불활성 가스 분위기 하에서 액정을 충분히 가교 반응을 진행시킨 복굴절률층용 도막을 형성한 기재를 소성시키면, 복굴절률층의 표면을 피복하도록 복굴절률층 피복층이 형성된다. 이 때, 복굴절률층 피복층에는, 광확산층 (15) 이 형성되어 있지만, 등방성층은 거의 형성되지 않는다.

소성되어 복굴절률층 (6) 을 형성한 기재는, 다음에 나타내는 바와 같이, 복굴절률층 피복층의 표층으로부터 소정의 깊이까지의 부분을 제거함으로써, 적어도 광확산층 (15) 이 제거되어, 광학 소자가 제조된다.

광확산층은 연마 수단을 사용하는 방법이나 스핀코트, 플라즈마 드라이 에칭 등의 방법을 사용하여 제거된다.

연마 수단으로 광확산층 (15) 을 제거하는 경우, 테이프 연마나 랩핑 연마 등의 방법을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 필름 등 광확산층 (15) 에 맞닿게 하고, 광확산층 (15) 에 외부로부터 물리적인 응력을 부여하여 맞닿는 부위를 문지름으로써, 광확산층 (15) 이 기계적으로 제거된다.

스핀코트로 광확산층 (15) 을 제거하는 경우, 복굴절률층 피복층을 형성한 기재의 광확산층 (15) 을 용해시키는 용제를 적하하고, 기재를 회전시켜 원심력을 부여하고, 이 원심력을 통해 광확산층 (15) 표면 전체에 용제를 널리 퍼지게 하여 광확산층 (15) 을 용해시키고, 추가로 복굴절률층 피복층을 형성한 기재를 세정함으로써, 광확산층 (15) 이 용해되어 제거된다.

또한, 스핀코트로 광확산층 (15) 을 제거하는 경우에 있어서는, 용제로 바꾸어, 바인더를 용매에 용해시킨 바인더 용액을 사용해도 된다.

여기에서, 광학 소자는, 기재에 복굴절률층과 복굴절률 피복층이 적층되어 복굴절률 피복층으로부터 광확산층이 제거된 것 (광확산층 피제거체라고 함) 으로서 얻어지고, 광확산층이 제거되어 노출되는 표면 상에 가공이 실시되고 액정 표시 장치에 삽입되어 사용되는 경우가 있다. 그 일례로서, 기둥 형상체 (스페이서) 등의 구조체가 미리 정해진 패턴으로 광확산층 피제거체에 적층 형성됨으로써 광학 소자에 가공이 이루어져 액정 표시 장치에 삽입되는 경우가 있다.

바인더는 이와 같이 광확산층 피제거체에 구조체가 형성됨으로써 광학 소자의 가공이 이루어질 때에 그 구조체를 구성하는 것 (조성 물질) 으로, 바인더로는, 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 폴리이미드 등, 여러 가지의 광경화형 수지 또는 열경화형 수지, 또는 2 액 경화형 수지를 사용할 수 있다. 이러한 바인더로서, 보다 구체적으로는, 칼라 필터용 착색 레지스트, 블랙 매트릭스용 레지스트, 스페이서용 레지스트나 보호막용 레지스트를 들 수 있다. 용매로는 PGMEA (프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트) 등을 사용할 수 있다.

또한, 상기 바인더 용액을 사용하는 경우, 소성되어 복굴절률층 (6) 을 형성한 기재는, 스핀코트에 의해 광확산층 (15) 이 제거되어, 복굴절률층 (6) 상에 바인더 용액이 도포된 상태를 형성하고, 그 상태 그대로 감압 건조되어, 핫플레이트 상에서 소성되어도 된다. 또, 추가로 소성되어 복굴절률층 (6) 을 형성한 기재에 대해, 핫플레이트 상에서 소성된 후, 광 또는 열에 의해 바인더 용액을 경화시켜 층을 형성시키는 처리가 이루어져도 되고, 이 때, 형성되는 층에 현상 등에 의해 패턴이 형성되어도 된다.

플라즈마 드라이 에칭으로 광확산층 (15) 을 제거하는 경우, 플라즈마 드라이 에칭 장치에 있어서의 배기구를 갖는 진공 용기 내에 에칭 가스로서의 산소를 도입하고, 여기에 고주파 전압을 인가하여 에칭 가스 (산소) 를 여기시켜 플라즈마를 발생시키고, 플라즈마에 의해 라디칼 등을 생성시켜, 이들 라디칼 등을 광확산층 (15) 에 충돌시킴과 함께 광확산층 (15) 을 구성하는 물질과 반응시켜 휘발성 물질이 생성하고, 생성된 휘발성 물질을 배기구로부터 외부로 배기함으로써 광확산층 (15) 이 제거된다.

또, 플라즈마 드라이 에칭 장치로는 배럴형, 평행 평판형, 다운 플로형 등의 장치를 적절히 채용할 수 있다.

상기한 바와 같은 광확산층 (15) 을 제거하기 위한 방법, 즉 연마 수단을 사용하는 방법, 스핀코트, 플라즈마 드라이 에칭 등의 각 방법은 적절히 조합하여 사용해도 된다.

이와 같이 하여, 광학 소자는 기능성층 (3) 으로서의 복굴절률층 (6), 또는, 개재층 (16) 으로서의 등방성층 (17) 이 표면에 노출되어 형성된다.

본 발명의 제조 방법에 의하면, 광확산층 (15) 이 제거된 광학 소자를 얻을 수 있다. 즉, 기재 (2) 의 표면에 복굴절률층 (6) 만을 형성하고 있는 광학 소 자나, 복굴절률층 (6) 을 피복하도록 등방성층 (17) 을 형성하고 있는 광학 소자를 얻을 수 있다.

그리고, 상기한 바와 같이 광을 확산시키는 원인이 되는 층인 광확산층 (15) 을 제거함으로써, 광학 소자의 헤이즈를 낮출 수 있다. 또, 그리고 광학 소자에 있어서 광의 상태를 변화시키는 기능은 복굴절률층에 의한 것이기 때문에, 광확산층 (15) 을 제거함으로써 그 기능이 저하될 우려는 거의 없다.

이 제조 방법에 의하면, 복굴절률층을 피복하도록 등방성층 (17) 을 형성하고 있는 광학 소자가 얻어진다. 이 때, 이 등방성층 (17) 에 의해, 외부로부터의 응력에 의해 복굴절률층에 흠집이 들어가거나, 외부로부터 열을 받음으로써 복굴절률층의 층에 변형이 생기기도 할 우려를 억제할 수 있어, 외력이나 열에 대해 내성이 있는 광학 소자를 얻을 수 있다.

또한, 복굴절률층과 광확산층 (15) 사이에 등방성층 (17) 이 형성되어 있는 경우, 이 등방성층 (17) 은 광확산층 (15) 과 동일하게 하여 제거되어도 된다. 이렇게 함으로써, 기재의 표면에 복굴절률층만이 형성되어 있는 광학 소자를 얻을 수 있어, 광학 소자의 두께를 얇게 할 수 있다.

또, 본 발명의 제조 방법에서는, 상기와 같이 하여 기재에 복굴절률층과 복굴절률층 피복층을 형성하여 복굴절피복층에 형성되는 광확산층이 제거된 것 (광확산층 피제거체) 를 제작한 후, 복굴절률층과 복굴절률층 피복층으로 이루어지는 층으로부터 광확산층을 제거한 부분을 다시 소성 (재조성) 하는 공정 (재소성 공정) 이 실시되어도 된다.

재소성 공정은 광확산층 피제거체를 오븐 장치 등의 소성 장치에 도입하여 소성하거나 하여 구체적으로 실시할 수 있다.

재소성 공정에서, 재소성은 온도가 200℃∼250℃ 에서 실시되는 것이 바람직하고, 210℃∼240℃ 에서 실시되는 것이 더욱 바람직하다. 재소성을 실시하는 온도가 200℃ 보다도 낮은 경우, 복굴절률층의 경화가 불충분해질 우려가 있고, 재소성을 실시하는 온도가 250℃ 보다도 큰 경우, 복굴절률층이 노랗게 변색되어 버릴 우려가 높아진다.

재소성을 실시하는 시간은 20 분∼90 분인 것이 바람직하고, 30 분∼60 분인 것이 더욱 바람직하다. 재소성을 실시하는 시간이 20 분보다도 짧은 경우, 복굴절률층의 경화가 불충분해질 우려를 생기고, 재소성을 실시하는 시간이 90 분 이상에서는 복굴절률층이 노랗게 변색될 우려가 높아진다.

이 제조 방법에서는 재소성 공정이 실시됨으로써, 기재면에 형성된 복굴절률층이 보다 경화되어 그 경도가 한층 더 향상되고, 도공막 상에 ITO 전극을 적층할 때에 복굴절률층이 균열이 생기기 어려워지고 (내ITO성), 또한 복굴절률층의 내용제성, 밀착성도 향상된다.

본 발명의 제조 방법으로 제조되는 제 1 형태의 광학 소자에는, 기재와 복굴절률층 사이에 수직 배향막을 개재시켜도 된다 (도 6). 또한, 이와 같이 구성한 광학 소자를 제 2 형태의 광학 소자라고 하는 경우가 있다.

제 2 형태의 광학 소자 (1b) 는 기재 (2) 의 표면에, 액정 분자를 수직으로 배향시키는 배향막으로서 수직 배향막 (12) 을 형성함과 함께, 수직 배향막 (12) 상에 복굴절률층 (6) 을 적층하고 있다.

수직 배향막 (12) 은 폴리이미드를 함유하는 액을 막 조성액으로서 사용하고, 이 막 조성액을 플렉소 인쇄나 스핀코트 등의 방법으로 도포한 것을 경화시켜 형성된다.

또, 폴리이미드를 함유하는 막 조성액으로는, 구체적으로는, 제 1 형태의 광학 소자에 있어서의 복굴절률층 (6) 을 형성할 때에 사용한 것과 동일하여, 닛산화학사 제조의 SE-7511 이나 SE-1211, 또는 JSR 사 제조의 JALS-2021-R2 등을 예시할 수 있다.

수직 배향막 (3) 은 그 막 두께가 0.01∼1㎛ 정도의 범위인 것이 바람직하다. 수직 배향막 (3) 의 막 두께가 0.01㎛ 보다도 얇으면, 액정을 호메오트로픽 배향시키는 것이 곤란해질 우려가 있다. 또, 수직 배향막 (3) 의 막 두께가 1㎛ 보다도 두꺼우면, 이 수직 배향막 (3) 자체가 광을 난반사시켜 광학 소자의 광투과율이 크게 저하될 우려가 있다.

또한, 수직 배향막 (3) 은 폴리이미드를 사용하여 형성되는 경우에 한정되지 않고, 이 밖에, 계면 활성제나 커플링제를 사용하여 형성되어 있어도 된다.

계면 활성제나 커플링제로는, 제 1 형태의 광학 소자에 있어서의 복굴절률층 (6) 을 형성할 때에 사용한 것과 동일한 것을 사용할 수 있다.

기재 (2), 복굴절률층 (6) 은, 제 1 형태의 광학 소자 (1a) 에 있어서의 기재, 복굴절률층과 동일하게 구성된다.

단, 복굴절률층 (6) 은 수직 배향막 (12) 상에 형성되어 있기 때문에, 액정 (5) 분자는, 수직 배향막 (12) 에 가까운 위치에 있을수록 강하게 호메오트로픽 배향된 상태가 된다. 그리고, 액정 (5) 분자가 수직 배향막 (12) 으로부터 떨어진 위치에 있으면, 호메오트로픽 배향이 약해진다. 즉, 수직 배향막 (12) 으로부터 떨어진 위치에 있는 액정 (5) 분자에 대해서도 강하게 호메오트로픽 배향된 상태가 되는 경우에는, 복굴절률층 (6) 은 결정 (5) 분자의 틸트각이 균일화된 것이 되어, 균일하게 액정 (5) 분자가 호메오트로픽 배향된 상태가 된다.

제 2 형태의 광학 소자 (1) 는, 다음에 나타내는 바와 같이 제조할 수 있다.

우선, 상기한 바와 같은 재료를 사용하여 폴리이미드를 함유하는 막 조성액을 조정하고, 이것을 광투과성을 갖는 기재의 면에, 플렉소 인쇄나 스핀코트 등의 방법으로 도포하여 수직 배향막용 도막을 제작하고, 추가로 이 수직 배향막용 도막을 경화시킴으로써, 기재에 수직 배향막이 형성된 수직 배향막 형성 기재를 얻는다.

다음으로, 중합성 액정인 액정과 폴리이미드를 톨루엔 등의 용매에 용해시켜 복굴절률층 조성액을 조정한다. 이것을 또한, 용매로는, 복굴절률층 조성액을 도공할 때, 수직 배향막 (3) 에 균일한 두께로 도공할 수 있는 것이 사용되는 것이 바람직하다.

복굴절률층 조성액에 있어서의 액정 (5) 분자의 배합량은 도공 방법, 막 두께, 용매의 종류 등에 따라 다르지만, 10∼50 중량% 의 범위 내인 것이 바람직하다.

또, 복굴절률층 조성액에 있어서는, 측쇄에 알킬기를 갖는 폴리이미드와 액 정의 배합 비율이 중량 비율로 1/7 내지 1/3 이다. 복굴절률층 조성액에 있어서의 폴리이미드의 배합량은, 중합성 액정의 총량에 대해 12.5∼25 중량% 로 하는 것이 바람직하고, 15∼22.5 중량% 로 하는 것이 더욱 바람직하다. 폴리이미드의 배합량이 12.5 중량% 보다 작으면, 충분히 균일하게 호메오트로픽 배향된 복굴절률 조성물을 얻기 곤란해질 우려가 있고, 25 중량% 보다도 크면, 광의 투과율이 저하될 우려가 있다.

이 복굴절률층 조성액을 다이코트, 바코트, 슬라이드 코트, 롤코트 등과 같은 각종 인쇄법이나 스핀코트 등의 방법으로 수직 배향막 형성 기재에 도포하고, 복굴절률층 조성액이 도포된 기재를 건조시킴으로써, 복굴절률층용 도막이 형성된다. 이 때, 복굴절률층 조성액이 도포된 기재는 대기압 하에서 자연 건조된다.

또한, 수직 배향막 형성 기재 표면의 발수성 또는 발유성이 높은 경우에는, 제 1 형태의 광학 소자를 제조하는 경우와 동일하게, 액정을 호메오트로픽 배향시킬 수 있는 범위 내에서 UV 세정이나 플라즈마 처리를 개재시킴으로써, 복굴절률층 조성액을 도포하고자 하는 수직 배향막 형성 기재면의 습윤성을 미리 높여도 된다.

그리고, 복굴절률층용 도막에 포함되는 액정을, 제 1 형태의 광학 소자의 제조 방법과 동일하게 하여 호메오트로픽 배향시키고, 가교 반응, 소성하고, 그리고 광확산층 (15) 이 제거되어, 제 2 형태의 광학 소자가 제조된다.

본 발명의 제조 방법에 의해 제조되는 제 1 형태나 제 2 형태의 광학 소자 (1) 에서는, 복굴절률층 (4) 이 액정 (5) 을 호메오트로픽 배향시킨 상태를 유지하면서 가교 중합화된 구조를 갖기 때문에, 이 복굴절률층 (4) 의 두께 방향을 z 방 향으로 하여 xyz 직교 좌표를 상정했을 때, x 축 방향의 굴절률 (nx) 과 y 축 방향의 굴절률 (ny) 은 거의 같은 값이 되고, z 축 방향의 굴절률 (nz) 은, 굴절률 (nx, ny) 보다도 커지도록 할 수 있다. 따라서, 광학 소자 (1) 는, 복굴절률층 (4) 을, 굴절률이 nz＞nx=ny 인 복굴절률 특성을 갖는 층, 즉 그 두께 방향 (z 축 방향) 으로 광축을 가짐과 함께 1 축성의 복굴절률 특성을 갖는 층으로 할 수 있어, 소위「+C 플레이트」로서 기능하게 할 수 있으며, 광의 리타데이션에 대해 광학 보상할 수 있는 위상차 제어 기능을 갖는 부재로서 기능시킬 수 있다.

제 1 형태나 제 2 형태의 광학 소자 (1) 는, 액정 분자를 호메오트로픽 배향시킨 상태에서 고정시킨 층을 가짐과 함께, 헤이즈가 0.1 이하이다.

따라서, 이 광학 소자는, 두께 방향의 투명도를 향상시킨 것으로서, 광학 소자의 두께 방향으로, 굴절률이 불연속인 부분의 발생이 억제되어 있어, 광학 소자를 두께 방향으로 통과하는 광의 산란, 확산을 억제할 수 있다.

본 발명의 제조 방법에 의해 얻어지는 광학 소자는, 액정을 호메오트로픽 배향시킨 상태에서 고정되어 있기 때문에, 예를 들어, 위상차를 제어하는 소자, 광학 보상 소자 등, 광의 편광 상태를 제어하기 위한 소자로서 사용할 수 있는 것으로, 상기한 바와 같이 광의 산란을 억제할 수 있는 것과 합치면, 보다 정교하고 치밀하게 위상차를 제어하는 기능을 갖는 소자가 된다. 그래서, 이 광학 소자에 의하면, 보다 정밀하게 광 누설을 저감시킬 수 있는 액정 표시 장치를 제조할 수 있게 되어, 시야각이 보다 확대된, 그리고 콘트라스트가 보다 향상된, 게다가 액정 표시 화면의 색편차가 억제된 액정 표시 장치를 제조할 수 있게 된다.

또, 본 발명의 제조 방법에 의해 얻어지는 광학 소자 (1) 는, 복굴절률층 (6) 이 가교된 구조를 갖고 있는 경우, 열에 의한 복굴절 특성에 대한 영향도 저감시킬 수 있어, 내열성을 향상시킨 것이 된다. 특히, 복굴절률층 (6) 을 피복하도록 등방성층 (17) 이 형성되어 있으면, 내열성의 향상 효과는 크다.

본 발명의 제조 방법에 의해 얻어지는 광학 소자 (1) 에 의하면, 액정 패널을 구성하는 부재에 일체적으로 적층 형성할 수 있어, 별도로 위상차 제어 부재를 형성하지 않고 광학 기기를 설계하는 것이 가능해진다.

본 발명의 제조 방법에 의해 얻어지는 제 1 형태나 제 2 형태의 광학 소자에 있어서는, 기재 (2) 가 기능성층 (4) 을 형성하고 있어, 기능성층 (4) 이, 복굴절률층과는 다른 굴절률 특성을 갖는 이복굴절률층이 되도록 구성되어도 된다 (제 3 형태라고 함).

제 3 형태의 광학 소자 (1c) 에서는, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 기재 (2) 는 기능성층 (4) 으로서의 이복굴절률층 (13) 과 기판 (2) 을 구비하고 있다.

제 3 형태의 광학 소자 (1c) 에 있어서, 이복굴절률층 (13) 은 제 1 형태 또는 제 2 형태에 있어서의 복굴절률층의 복굴절률 특성 (+C 플레이트) 과는 다른 복굴절률 특성을 갖는 층이다.

구체적으로는, 이복굴절률층 (13) 은, 상기한 굴절률이 nz=nx＜ny 또는 nz=ny＜nx 인 복굴절률 특성을 갖는 층, 소위 「+A 플레이트」로서 기능하는 층이어도 되고, 또 상기한 굴절률이 nz＜nx=ny 인 복굴절률 특성을 갖는 층, 소위 「-C 플레이트」로서 기능하는 층이어도 된다.

또한, 상기한 소위 「+A 플레이트」로서 기능하는 층은, 액정을 수평 배향시킬 수 있는 수지 재료 등에 의해, 기재면 상이나 복굴절률층 상에 수평 배향막 형성용 도막을 형성하고, 수평 배향막 형성용 도막의 표면을 러빙 처리나 광 배향 처리를 실시함으로써 수평 배향막을 얻어, 액정을 용매에 용해시킨 용액을 수평 배향막 상에 도공하여 호모지니어스 배향 상태로 고정시킴으로써 얻을 수 있다.

또, 상기한 소위 「-C 플레이트」로서 기능하는 층은, 액정과 카이랄제를 용매에 용해시켜 얻어진 용액을 기재면 상이나 복굴절률층 상에 도공하여 고정시킴으로써 형성될 수 있다.

카이랄제는 액정 분자를 나선 형상으로 배향시키기 위해 첨가되는데, 액정 분자가 근자외선 영역의 나선 피치를 취하면, 선택 반대 현상에 의해 특정 색의 반사색을 발생시키기 때문에, 카이랄제의 배합량은, 선택 반대 현상이 자외 영역이 되는 나선 피치가 얻어지는 양으로 하는 것이 바람직하다.

제 3 형태의 광학 소자는, 기재 (2) 로서, 이복굴절률층 (13) 과 기판 (2a) 을 구비하고 있는 것을 사용하는 것 이외에는, 제 1 형태나 제 2 형태의 광학 소자와 동일하게 하여 제조된다.

본 발명의 제조 방법에 의해 제조되는 제 3 형태의 광학 소자는, 복굴절률 특성이 다른 층을 적층하기 때문에, 광학 소자를 구비한 액정 표시 장치를 제조한 경우에, 액정 표시 장치를 통과한 통과광을 인식할 때, 통과광의 리타데이션의 크기가 통과광을 보는 사람의 위치에 따라 변화되는 것을 보다 효율적으로 억제할 수 있다.

본 발명의 제조 방법에 의해 얻어지는 제 1 형태, 제 2 형태, 제 3 형태의 광학 소자에 있어서는, 기재 (2) 또는 광학 소자의 표면에 착색층이 형성되어 구성되어도 된다 (제 4 형태라고 함).

제 4 형태의 광학 소자로서, 제 2 형태의 광학 소자에 있어서의 기재 (2) 의 기판 (2a) 에, 기능성층 (4) 으로서 착색층 (7) 을 형성하고 있는 경우를 예로서 설명한다 (도 8(a)).

도 8(a) 는 제 4 형태의 광학 소자의 실시예에 있어서의 단면 구조를 나타내는 개략도이다.

광학 소자 (1d) 에서는, 기재 (2) 는 기판 (2a) 의 편면에 착색층 (7) 을 형성하고 있다. 착색층 (7) 은 소정 파장 영역의 가시광을 투과하는 착색 화소부 (8) 와, 차광부 (9) (블랙 매트릭스 또는 BM 이라고 하는 경우가 있음) 로 이루어진다.

착색 화소부 (8) 는 적색, 녹색, 청색 각각에 대하여 각 색의 파장대의 광을 투과시키는 착색 화소 (각각 적색 착색 화소 (8a), 녹색 착색 화소 (8b), 및 청색 착색 화소 (8c) 라고 함) 를 소정의 패턴으로 배치하여 형성된다. 착색 화소부 (8) 를 구성하는 적색 착색 화소 (8a), 청색 착색 화소 (8b), 녹색 착색 화소 (8c) 의 배치 형태로는, 스트라이프형, 모자이크형, 트라이앵글형 등 여러 가지의 배치 패턴을 선택할 수 있다.

또, 이들의 착색 화소 (8a, 8b, 8c) 를 대신하여, 각 색의 보색의 파장대의 광을 투과시키는 착색 화소를 사용하는 것도 가능하다.

착색 화소부 (8) 는 각 색의 착색 화소 (8a, 8b, 8c) 마다, 착색 화소의 착색 재료를 용매에 분산시킨 착색 재료 분산액의 도막을, 예를 들어, 포토리소그래피법으로, 소정 형상으로 패터닝함으로써 형성된다.

또한, 착색 화소부 (8) 는 포토리소그래피법 외에, 각 색의 착색 화소 (8a, 8b, 8c) 마다, 착색 재료 분산액을 소정 형상으로 도포함으로써 형성할 수도 있다.

차광부 (9) 는 착색 화소 (8a, 8b, 8c) 끼리의 중첩을 방지함과 함께, 착색 화소 사이의 빈틈을 매워, 근접하는 착색 화소 사이로부터의 광의 누설 (누설광) 을 억제하고, 또 광학 소자를 액티브 매트릭스 구동 방식의 액정 표시 장치용 부재에 사용한 경우에 있어서의 액티브 소자의 광 열화 등을 억제한다.

따라서, 차광부 (9) 는 기판 (2a) 면상에 착색 화소가 배치되는 위치에 대응하는 영역을, 개개의 착색 화소 (8a, 8b, 8c) 마다 평면 위에서 보았을 때 구획화되도록 형성된다. 그리고, 각 색의 착색 화소 (8a, 8b, 8c) 는, 각각 차광부 (9) 에 의해 구획화된 기판 (2a) 면상의 영역의 형성 위치에 따라, 평면 위에서 보았을 때 그 영역을 피복하도록 하여 배치된다.

차광부 (9) 는 예를 들어, 금속 크롬 박막이나 텅스텐 박막 등, 차광성 또는 광흡수성을 갖는 금속 박막을 소정 형상으로 기판면에 패터닝함으로써 형성할 수 있다. 또, 차광부는 흑색 수지 등의 유기 재료를 소정 형상으로 인쇄함으로써를 형성하는 것도 가능하다.

착색층 (7) 은 상기한 바와 같이, 착색 화소를 복수색 구비하는 경우에 한정되지 않고, 착색 화소를 단색 구비하여 구성해도 된다. 이 경우, 착색층 (7) 은, 차광부 (9) 를 구비하지 않아도 된다.

제 4 형태의 광학 소자는, 기재 (2) 로서, 착색층 (7) 과 기판 (2a) 을 구비하고 있는 것을 사용하는 것 이외에는, 제 1 형태나 제 2 형태, 제 3 형태의 광학 소자와 동일하게 하여 제조된다.

또한, 상기 제 4 형태의 광학 소자의 설명에서는, 착색층 (7) 을 구성하는 착색 화소부 (8), 차광부 (9) 모두가 기판에 형성되어 있는 경우를 실시예로서 설명했지만, 이에 한정되지 않고, 도 5(b) 에 나타내는 바와 같이, 착색층 중 차광부 (9) 만을 기판 (2a) 에 형성한 것을 기재 (2) 로 한 광학 소자이어도 된다. 이 경우, 이 광학 소자는 다음과 같이 제조할 수 있다.

우선, 제 1 형태나 제 2 형태, 제 3 형태의 광학 소자의 제조 방법과 동일하게 하여, 복굴절률층 (4) 이 적층된 기재 (2) 를 얻는다. 그리고, 추가로 복굴절률층 (4) 또는 등방성층 (17) 의 표면 상에 착색 화소부 (8) 를 형성함으로써, 이 광학 소자가 제조된다.

제 4 형태의 광학 소자에 의하면, 복굴절률층 (4) 은, 기재 (2a) 상의 착색층 (7) 을 피복할 수 있다. 그렇게 하면, 복굴절률층 (4) 의 내열성이 비교적 높기 때문에, 수직 배향막 (3) 이나 복굴절률층 (4) 으로 피복되는 착색 화소부 (8) 의 내열성도 향상시킬 수 있다.

또한, 광학 소자가 착색층을 구비하는 경우에 있어서는, 상기한 것 외에, 도 5(c) 에 나타내는 바와 같이, 착색층 (7) 은 광학 소자 (1a) 의 복굴절률층 (4) 상에 적층되어도 된다.

이 경우, 이러한 광학 소자는, 제 1 형태나 제 2 형태, 제 3 형태의 광학 소자를 제조하고, 이것에 착색층을 형성함으로써 제조된다.

상기한 바와 같은 각 광학 소자 (1) 의 제조 방법은, 다음에 나타내는 바와 같은 제조 장치를 사용하여 실행할 수 있다.

제조 장치는 기재 (2) 표면에 도공막을 형성하는 도공막 형성 수단과, 기재 (2) 에 형성되는 도공막을 기능성층 (3) 과 기능성층 피복층 (18) 을 적층한 층 구조로 이루는 기능성층 형성 수단과, 기능성층 피복 수단 중 적어도 광확산층 (15) 을 제거하는 표층 제거 수단을 구비하며, 기능성층 형성 수단에 표층 제거 수단을 접속하여 구성되어 있다.

도공막 형성 수단은, 광투과성을 갖는 기재 (2) 를 탑재하는 탑재 용기와, 기능성 물질을 함유하는 기능성층 조성액을 탑재대 상의 기재 (2) 의 표면에 도공할 수 있는 도공부와, 탑재 용기 내의 기체를 탈기하는 탈기 기구를 갖는다. 도공부로는, 구체적으로는 스피너나 바코트 장치 등을 사용할 수 있다. 탈기 기구로는, 용기를 밀폐하는 뚜껑체와, 용기에 접속된 진공 펌프를 갖는 감압 기구가 구체적으로 예시된다.

기능성층 형성 수단은 도공막을 형성한 기재를 소성하는 소성부를 갖는다.

또한, 소성부로는 오븐 장치 등의 소성 장치를 구체적으로 예시할 수 있다.

또, 기능성층 조성액이 중합성을 갖는 액정과, 액정 분자에 배향성을 부여하는 배향제를 함유하는 첨가제를 함유하고 있는 경우에 있어서는, 기능성층 형성 수단은, 도공막에 포함되는 액정 분자에 배향성을 부여하는 배향 부여부와, 도공막에 자외선을 조사하는 광 조사부를 구비한다.

배향 부여부로는, 적외선 히터 등의 가열부와 온도 센서를 구비한 가열 장치를 구체적으로 예시할 수 있다. 이 가열 장치에서는, 온도 센서가 도공막의 온도를 계측하고, 계측된 도공막의 온도가 액정상 온도와 액체상이 되는 온도 사이가 될 때까지, 가열부는 도공막을 가열한다. 이와 같이 함으로써, 도공막에 포함되는 액정이 호메오트로픽 배향된다.

광 조사부로는, 자외선 램프가 구체적으로 예시된다.

기능성층 형성 수단은 도공막의 주위를 공기 또는 불활성 가스로 채우는 가스 충전부를 구비해도 된다. 가스 충전부로는, 기재를 탑재하여 밀폐 가능한 용기와, 용기에 접속되어 공기 또는 불활성 가스 등의 가스를 용기에 도입하는 가스 도입 장치와, 용기에 접속되어 용기 내의 가스를 배출하는 가스 배출 장치를 구비함과 함께, 용기에 대한 가스 도입 장치나 가스 배출 장치의 접속 부위에 가스의 도입량이나 배출량을 제어하는 밸브를 각각 형성하여 구성된 것이 구체적으로 예시된다. 또한, 이 경우, 광 조사부는, 도공막의 주위를 공기 또는 불활성 가스로 충전된 상태에서 도공막에 자외선을 조사 가능하게 배치된다. 이것은 예를 들어, 가스 충전부의 용기 내에 광 조사부로서의 자외선 램프를 배치함으로써 구체적으로 실현할 수 있다.

표층 제거 수단은 기재에 형성된 층 구조의 표층을 기능성층과 기능성층 피복층의 계면을 향하는 방향으로 제거하는 제거부와, 제거된 표층의 양에 따라 제거부의 작동을 정지시키는 정지부를 갖는다.

제거부로는 화학적 기계 연마 장치 (CMP (Chemical Mechanical Polishing)) 등의 연마 장치, 스핀코트 장치, 플라즈마 드라이 에칭 장치 등을 구체적으로 예시할 수 있다. 또한, 이들은 적절히 조합되어도 된다.

예를 들어, 제거부가 화학적 기계 연마 장치인 경우, 기판을 층 구조를 하향으로 지지하는 지지 부재와, 지지대 하방으로부터 연마 패드를 꽉 누르는 누름 부재와, 연마 슬러리 (연마제) 를 연마 패드에 적하하는 연마 슬러리 적하부와, 지지 부재와 누름 부재 서로 역방향으로 회전시키는 회전 운동 기구를 구비한다. 이 때, 연마되는 기재에 형성된 층 구조의 표면을 하향으로 연마 패드에 압착시키고, 연마 패드에 연마제를 연마 슬러리 적하부로부터 적하하여, 기재와 연마 패드가 서로 역회전으로 회전함으로써, 연마제의 화학적 작용과 기계적 작용을 이용하여 기판에 형성된 층 구조의 표면이 제거된다.

또, 예를 들어, 제거부가 스핀코트 장치인 경우, 제거부에는, 기판을 회전 운동 가능하게 지지하는 지지부와, 층 구조의 표층을 용해시킬 수 있는 용해액을 층 구조로부터 제거되는 표층의 양에 따라 적하하는 적하부와, 기판을 회전 운동시켜 용해액을 기판면 상에 확산시킬 수 있게 제어하는 회전 운동 제어부와, 표층을 건조시키는 건조부가 구비된다.

정지부는 기재에 형성된 층 구조의 표층으로부터, 기능성층과 기능성층 피복층의 계면 방향을 향해, 제거된 표층의 양을 인식하여, 그 양이 소정량에 도달하면 제거부의 동작을 정지시킨다.

정지부는 헤이즈값 기억 수단을 구비한 헤이즈 측정 장치와, 제거부의 작동 전원 스위치를 구비하여 구성되어 있어도 된다. 헤이즈값 기억 수단에는, 미리 정해진 헤이즈의 값이 기억되어 있다. 그리고, 제거부의 작동 전원 스위치는 제거부의 작동 후, 헤이즈 측정 장치에 의해 계측되는 헤이즈의 값이 미리 정해진 값을 하회한 경우에 OFF 상태가 된다. 그래서, 헤이즈의 값을 상승시키는 광확산층이 제거된 경우에 예상되는 헤이즈의 값을 미리 헤이즈값 기억 수단에 기억시켜 두면, 광확산층이 제거된 경우에 제거부의 동작이 정지하도록 표층 제거 수단을 구성할 수 있다.

본 발명의 제조 방법으로써 제조되는 광학 소자에 대하여, 기능성층으로서 복굴절률층이 형성되는 경우를 예로서 상기한 바와 같이 상세하게 설명했지만, 본 발명의 제조 방법에서는, 기능성층으로서 착색층이 형성되어 있는 광학 소자가 제조되어도 된다. 이 경우, 본 발명의 제조 방법에 의해 제조되는 광학 소자에 형성되는 착색층은, 상기 제 4 형태의 광학 소자에 있어서의 착색층과 동일하게 구성되어 있으며, 즉 RGB 각 색의 착색 화소로 이루어지는 착색 화소부와, 차광부로 구성되어 있다.

착색층을 기능성층으로서 구비하는 광학 소자는, 다음과 같이 제조된다.

우선, 기재면 상에 소정의 패턴으로 차광부를 형성한다. 이것은 상기 제 4 형태의 광학 소자와 동일하게 하여 형성할 수 있다.

다음으로, RGB 각 색의 착색 화소부마다 착색 화소부를 구성하는 착색 재료를 용매에 분산시킨 착색 재료 분산액이 제작되고, 이 착색 재료 분산액이 기재 표면에 도공되어 도공막이 제작된다.

착색 재료 분산액을 도공하여 도공막이 형성될 때, 기판면 상에 소정 형상으로 패터닝되어 도공막이 형성된다. 이 때, 이 패터닝은, 포토리소그래피법에 따르는 것 외에, 각 색의 착색 화소마다, 착색 재료 분산액을 소정 형상으로 도포하는 방법에 의해서도 실시할 수 있다. 예를 들어, 패터닝이 포토리소그래피법에 의하는 경우, 도공막에 대해 미리 정해진 패턴의 마스크를 통해 노광시키고, 그 후에 현상함으로써, 마스크의 패턴에 따라 도공막의 패터닝을 구체적으로 실시할 수 있다.

소정 형상으로 패터닝된 도공막은 RGB 각 색의 착색 재료 분산액을 사용하여 RGB 각 색마다 제작된다.

RGB 각 색마다 패터닝된 도공막을 형성된 기재는, 오븐 등의 소성 장치에 도입되어 소성된다. 이 소성에 의해, 기재 표면의 도공막에 각 색의 착색 화소부가 되는 층이 형성되고, 그들 층과 차광부로 기능성층으로서의 착색층이 형성된다. 그리고, 추가로 착색층을 덮도록 기능성층 피복층이 형성되어, 이 기능성층 피복층이 광을 확산시키는 광확산층을 이루고 있다.

착색층의 형성된 기판에 대해서는 광확산층의 제거가 이루어진다. 즉, 그 기판에 대하여, 광확산층이 형성되어 있는 영역에 걸쳐, 그 표층으로부터 착색층의 계면 방향을 향해 소정의 깊이까지 층이 제거된다.

이 때, 상기 층에 대하여 제거되는 깊이는, 착색 화소를 구성하는 안료의 농도나 첨가물의 양 등의 여러 가지 조건에 따라 적절히 선택된다.

광확산층을 제거하는 방법으로는, 기능성층으로서 복굴절률층이 형성된 광학 소자를 제조하는 경우와 동일하게, 예를 들어, 기계적인 연마 수단에 의한 방법이나, 스핀코트, 플라즈마 드라이 에칭 등의 방법이 사용된다.

이렇게 하여, 차광부와 착색 화소부를 구비하는 착색층을 기재에 형성한 광학 소자가 제조된다.

또한, 이 광학 소자의 제조 방법에 있어서는, 상기한 바와 같은 RGB 각 색에 대하여 착색 재료 분산액의 도공막의 패터닝을 모두 실시한 후에 광확산층의 제거가 실시되는 경우에 한정되지 않고, 각 색에 대하여 착색 재료 분산액의 도공막의 패터닝을 할 때마다 광확산층의 제거가 이루어져도 된다.

(실시예)

실시예 1

[수직 배향막의 제작]

수직 배향막의 용액 (JSR 사 제조, JALS-2021-R2) 을 γ-부티로락톤으로 2 배로 희석하여 막 조성액을 제작한다.

기재로서의 유리 기판 상에, 이 막 조성액을 도포하여 도막을 제작하고, 도막이 형성된 유리 기판을 180℃ 에서 1 시간 소성하여 수직 배향막 형성 기재를 얻는다.

[복굴절률층 형성용 도막의 제작]

폴리이미드를 함유하는 용액으로서, 수직 배향막의 용액 (JSR 사 제조, JALS-2021-R2) 을 디에틸렌글리콜디메틸에테르로 8 배로 희석한 용액을 조정한다.

네마틱 액정상을 나타내는 중합 가능한 액정 분자 (중합성 액정) 로서 상기 화학식 (화 11) 에 나타나는 화합물 (단, X 의 값은 6 임) 20 중량부와, 광중합 개시제 (치바가이기사 제조, 「이르가큐어 907」) 0.8 중량부와, 용매로서 클로로벤젠 59.2 중량부와, 폴리이미드를 함유하는 용액 20 중량부와 혼합하여 복굴절률층 조성액을 제작한다.

수직 배향막 형성 기재를 스핀코터 (MIKASA 사 제조,「상품명 1H-360S」) 에 설치하여, 수직 배향막 상에 복굴절률층 조성액을 스핀코팅함으로써, 수직 배향막 형성 기재에 복굴절률층 조성액을 도포하여 복굴절률층 형성용 도막을 제작하였다.

[액정의 호메오트로픽 배향 상태의 형성]

복굴절률층 형성용 도막이 형성된 수직 배향막 형성 기재를, 100℃ 에서 3 분간 가열하여, 복굴절률층 형성용 도막 중의 액정 분자가 액정상으로 전이되어 배향 상태를 형성하고 있는 것을 확인하였다. 이 때, 복굴절률층 형성용 도막이 백탁 상태에서 투명 상태가 된 것이 육안으로 확인되었다.

[액정의 가교 중합 반응]

다음으로, 질소 분위기 하에서, 투명 상태의 복굴절률층 형성용 도막에, 자외선 조사 장치 (하리손 도시바 라이팅사 제조,「상품명 TOSCURE751」) 를 사용하여 출력이 20mW/㎠ 인 자외선을 10 초간 조사하고, 복굴절률층 형성용 도막 중의 액정을 가교 중합 반응시켜 액정 분자의 배향성을 고정시킴으로써, 가교된 액정이 포함되는 가교 액정층을 형성한 기재가 제작되었다.

[가교 액정층을 형성한 기재의 소성]

가교 액정층을 형성한 기재는, 소성 장치 (아즈완 (AS ONE) 의 「열풍 순환 오븐 KLO-60M」) 를 사용하여 230℃ 에서 1 시간 가열 소성되었다. 이로 인하여, 가교 액정층을 복굴절률층에 복굴절률층 피복층을 적층한 층 구조로 이루었다.

소성 후, 기재 표면에 적층된 가교 액정층의 막 두께를 측정하였다. 이 막 두께는 약 1.5㎛ 이었다. 또한, 이 막 두께는 촉침식 단차계 (Sloan 사 제조, 제품명 「DEKTAK」) 를 사용하여 계측되었다.

[표층의 제거]

가교 액정층을 적층한 기재는 상기 소성 후, 플라즈마 드라이 에칭 장치 (아네르바사 제조「DEA-506T」) 의 진공 용기 내에 탑재하고, 하기의 조건으로 플라즈마 드라이 에칭하여 표층에서 1300Å 의 깊이까지의 부분이 제거되어, 복굴절률층이 형성된 광학 소자가 얻어졌다.

에칭 가스 산소

에칭 가스 유량 60sccm

에칭 가스압 30mTorr

인가하는 전력 500W

에칭 시간 3min

얻어진 광학 소자에 대하여, 다음에 나타내는 바와 같이 하여 광학 소자의 리타데이션, 광의 누설, 헤이즈를 측정하였다.

[리타데이션의 측정]

광학 소자를 리타데이션의 계측기에 설치하고, 측정 파장 550㎚ 의 조건으로 복굴절률층의 두께 방향에 대해 광학 소자의 리타데이션을 측정하였다.

이 때, 광학 소자의 리타데이션의 크기는 대략 0(제로)㎚ 였다.

또, 복굴절률층의 두께 방향에 대해 45°의 경사를 가진 방향에 대하여, 상기와 동일하게 광학 소자의 리타데이션의 크기를 측정하였다.

이 때, 광학 소자의 리타데이션의 크기는 대략 50㎚ 이었다.

또한, 리타데이션의 계측기로서 오우시 계측기기사 제조 「KOBRA-21」을 사용하였다.

[광의 누설의 측정]

광학 소자를 크로스니콜로 배치한 2 장의 편광판 사이에 개재시켜, 일방의 편광판측으로부터 광을 조사하고, 광학 소자를 회전시킨 경우에, 2 장의 편광판을 광이 투과하는지를 관측하였다.

광학 소자의 회전시에는, 편광판을 통과하여 광학 소자에 입사되는 광의 진행 방향과 광학 소자의 두께 방향은 거의 병행인 상태를 유지하고 있다.

이 때, 2 장의 편광판을 통과하는 광은 거의 관측되지 않아, 광의 누설이 거의 관측되지 않았다.

리타데이션의 측정과 광의 누설의 측정으로부터, 광학 소자의 복굴절률층에서는 액정 분자가 호메오트로픽 배향되어 있는 것을 알 수 있다.

[헤이즈의 측정]

광학 소자의 헤이즈는 광학 소자를 헤이즈의 계측기에 설치하고, JIS K 7136 에 준거하여 측정하였다. 또한, 헤이즈의 계측기로서 닛폰덴쇼쿠공업사 제조「NDH-2000」을 사용하였다.

실시예 1 의 광학 소자의 헤이즈는 0.06 이었다.

또, 복굴절률층에 복굴절률층 피복층을 적층한 층 구조를 구비한 표층을 제거하기 전의 기재에 있어서, 복굴절층 피복층의 표층 요면으로부터 기재 계면을 향해 막 두께 방향으로 리타데이션의 크기의 변화와 헤이즈의 변화가 측정되었다.

이 때, 표층 표면으로부터 1300Å 정도의 기재 계면측 위치까지의 영역에는 리타데이션의 변화가 거의 관측되지 않았지만, 헤이즈는 서서히 감소하여, 1300Å 정도의 기재 계면측을 향한 위치부터 기재 계면까지는 리타데이션은 서서히 감소했지만, 헤이즈의 변화는 관측되지 않았다. 따라서, 상기 층 구조는 표면 표층으로부터 1300Å 정도의 기재 계면측을 향한 위치까지는, 광을 확산시키는 광 확산층 (15) 이 존재하여 복굴절률층 피복층을 이루고, 1300Å 정도의 기재 계면측을 향한 위치부터 기재 계면까지는, 액정 분자가 호메오트로픽 배향된 복굴절률층을 형성하고 있는 것을 알 수 있다.

실시예 2

표층의 제거가 스핀코트에 의해 이루어진 것 이외에는, 실시예 1 과 동일하게 하여 광학 소자를 얻었다.

스핀코트는 다음과 같이 실시되었다.

가교 액정층 표면 상에 γ-부티로락톤 0.015㎖/㎠ 를 적하한 기재를, 회전수 2000rpm 으로 10sec 회전시킴으로써, 가교 액정층 표면에 거의 균일하게 γ-부틸락톤을 널리 퍼지게 한다. 또한, 이것을 5min 그대로의 상태에서 건조시켰다.

스핀코트를 실시하여 얻어진 광학 소자에 대하여, 기재 표면에 적층된 가교 액정층의 막 두께를 측정하였다. 이 막 두께는 약 1.35㎛ 이었다. 또한, 표층의 제거 후의 막 두께는 실시예 1 에서 사용한 촉침식 단차계에 의해 측정되었다.

얻어진 광학 소자에 대하여, 실시예 1 과 동일하게 리타데이션, 광의 누설, 헤이즈를 측정하였다.

이 광학 소자는 복굴절률층의 두께 방향에 대한 리타데이션의 크기는 거의 0(제로)㎚ 이고, 두께 방향에 대해 45°경사진 방향의 리타데이션이 50㎚ 이었다. 또, 광의 누설은 거의 관측되지 않았다. 광학 소자의 헤이즈는 0.06 이었다.

실시예 3

표층의 제거가 연마 수단을 사용한 방법으로 이루어진 것 이외에는, 실시예 1 과 동일하게 하여 광학 소자를 얻었다.

연마 수단으로는, 화학적 기계 연마 장치 (랩마스터 SFT 사 제조「LGP-612」) 를 사용하여 이루어졌다. 연마제에는 PLANERLITE-4000 (Fujimi 사 제조) 을 사용하고, 연마 패드에는 IC1400 (Rodel 사 제조) 을 사용하였다.

가교 액정층을 적층한 기재는, 이 연마 수단에 의해, 표층에서 1300Å 깊이의 부분까지 제거되어, 복굴절률층이 형성된 광학 소자가 얻어졌다.

이 광학 소자는 복굴절률층의 두께 방향에 대한 리타데이션의 크기는 거의 0(제로)㎚ 이고, 두께 방향에 대해 45°경사진 방향의 리타데이션이 50㎚ 이었다. 또, 광의 누설은 거의 관측되지 않았다. 광학 소자의 헤이즈는 0.08 이었다.

실시예 4

액정의 가교 중합 반응을 공기 분위기 하에서 실시하여, 표층의 제거가, 플라즈마 드라이 에칭에 의해 가교 액정층의 표층부터 1300Å 깊이의 부분까지 제거된 것 이외에는, 실시예 1 과 동일하게 하여 광학 소자를 얻었다.

또, 복굴절률층에 복굴절률층 피복층을 적층한 층 구조를 구비한 표층을 제거하기 전의 기재에 있어서, 복굴절층 피복층의 표층 요면부터 기재 계면을 향해 막 두께 방향으로 리타데이션의 크기의 변화와 헤이즈의 변화를 측정하였다. 복굴절률층 피복층의 표층 표면부터 1300Å 정도의 기재 계면측의 위치까지의 영역은, 리타데이션은 변화되지 않고, 헤이즈는 감소하고, 표면부터 1300Å 정도의 기재 계면측을 향한 위치부터 2700Å 정도의 기재 계면측을 향한 위치까지의 영역에서는, 리타데이션과 헤이즈에 변화가 거의 관측되지 않고, 표면에서 2700Å 정도의 기재 계면측을 향한 위치부터 기재 계면까지는 리타데이션은 서서히 감소했지만, 헤이즈의 변화는 볼 수 없었다.

따라서, 얻어진 광학 소자는, 표면부터 1300Å 정도의 기재 계면측의 위치까 지의 영역에 광확산층이 존재하고, 표면부터 1300∼2700Å 정도의 기재 계면측 위치까지의 영역에 등방성층 (17) 이 존재하여, 2700Å 정도의 기재 계면측 위치부터 기재 계면까지 액정 분자가 호메오트로픽 배향된 복굴절률층을 형성하고 있는 것을 알 수 있다.

실시예 5

표층의 제거가 스핀코트에 의해 이루어진 것 이외에는, 실시예 4 와 동일하게 하여 광학 소자를 얻었다.

스핀코트는 실시예 2 와 동일하게 실시되었다.

스핀코트를 실시하여 얻어진 광학 소자에 대하여, 실시예 2 와 동일하게 하여 기재 표면에 적층된 가교 액정층의 막 두께를 측정하였다. 이 막 두께는 약 1.35㎛ 이었다. 즉, 표층부터 약 1500Å 의 깊이까지 층이 제거되어 있었다. 또한, 표층의 제거 후의 막 두께는, 실시예 1 에서 사용한 촉침식 단차계에 의해 측정되었다.

얻어진 광학 소자에 대하여, 실시예 4 와 동일하게 리타데이션, 광의 누설, 헤이즈를 측정하였다.

실시예 6

표층의 제거가 연마 수단을 사용한 방법으로 이루어진 것 이외에는, 실시예 4 와 동일하게 하여 광학 소자를 얻었다.

연마 수단을 사용한 방법은, 실시예 3 과 동일하게 이루어졌다.

연마 수단을 사용한 방법에 의해, 표층부터 1300Å 의 깊이까지 층이 제거되고, 복굴절률층이 형성된 광학 소자를 얻었다.

실시예 7

하기와 같이 스핀코트를 실시한 것 이외에는, 실시예 4 와 동일하게 하여 광학 소자를 얻었다.

스핀코트는 기재에 형성된 가교 액정층 표면 상에, 기둥 형상체 (스페이서) 의 형성에 사용하는 바인더인 스페이서용 레지스트 NN-780 (JSR 사 제조) 을 PGMEA 에 용해시킨 바인더 농도가 0.015㎖/㎠ 인 바인더 용액을 가교 액정층 표면 상에 적하하고, 실온에서 회전수 500rpm 의 조건으로 10sec 스핀코팅하여, 가교 액정층 표면 거의 전역에 바인더 용액을 널리 퍼지게 함으로써 실시되었다.

기재에 형성된 가교 액정층에 대해 스핀코트를 실시하고, 다음과 같이 미리 정해진 패턴으로 기둥 형상체를 형성하여 (기둥 형상체 형성 공정), 표층에 기둥 형상체가 형성된 광학 소자를 얻었다.

기둥 형상체 형성 공정은, 가교 액정층 표층에 바인더 용액을 널리 퍼지게 한 기재를 대기압에서 0.15Torr 까지 감압하여 건조시키고, 이것을 100℃ 의 핫플레이트 상에서 3 분 소성하고, 소정의 마스크 패턴으로 자외선에 의해 패턴 노광하여 패턴 상에 경화시키고, 현상하여 기둥 형상체를 패턴 형성함으로써 실시되었다.

얻어진 광학 소자에 대하여, 기재 표면에 적층된 가교 액정층의 두께를 기둥 형상체를 형성하지 않고 있는 부분에 대하여, 촉침식 단차계 (Sloan 사 제조, 제품명 「DEKTAK」) 를 사용하여 계측하였다.

그 결과, 가교 액정층의 두께는 약 1.35㎛ 이었다.

또, 얻어진 광학 소자에 대하여, 실시예 1 과 동일하게 리타데이션, 광의 누설, 헤이즈를 측정하였다.

이 광학 소자는 복굴절률층의 두께 방향에 대한 리타데이션의 크기는 거의 0(제로)㎚ 이고, 두께 방향에 대해 45°경사진 방향의 리타데이션이 50㎚ 이었다. 또, 광의 누설은 거의 관측되지 않았다. 광학 소자의 헤이즈는 0.07 이었다.

비교예

표층을 제거하지 않은 것 이외에는, 실시예 1 과 동일하게 하여 광학 소자를 제조하였다.

얻어진 광학 소자에 대하여, 실시예 1 과 동일하게 하여 헤이즈를 측정하였다.

비교예 1 의 광학 소자의 헤이즈는 1.0 이었다.

다음으로, 광확산층이 제거된 광확산층 피제거체를 다시 소성하여 광학 소자 를 얻을 경우의 실시예를 나타낸다.

실시예 8

우선, 실시예 5 와 동일하게 하여, 복굴절률층 피복층으로부터 광확산층을 제거하여 광확산층 피제거체를 제작하고, 이것을 오븐에서 온도가 230℃ 에서 30 분간 다시 소성을 실시하여 (재소성) 광학 소자를 얻었다.

얻어진 광학 소자에 대하여, 기재면에 형성된 복굴절률층의 경도, 내용제성, 밀착성, 내열성을 측정하였다.

[경도]

광학 소자에 대하여, 복굴절률층의 경도는 피셔스코프 ((주) 피셔ㆍ인스트루먼트 제조, 품번 ; H100VS-HCU Xprog) 를 사용하고, DIN50359 에 준거하면서, 하중 압력 1.5mN/40sec, 유지 시간 5sec 의 측정 조건으로, 유니버설 경도로서 측정되었다.

복굴절률층의 유니버설 경도를 재소성 전후에 대하여 계측하였다. 재소성 전의 유니버설 경도는 144.1 이었지만, 재소성 후에서는 유니버설 경도는 161.2 가 되었다.

[내용제성]

재소성에 의해 얻어진 광학 소자에 대하여, 용제에 5 분간 담근 것과, 용제에 담그지 않은 것을 조정하여, 각각 120℃ 핫플레이트 상에서 5 분 탑재하고, 오븐에서 220℃ 로 20 분간 소성하고, 광학 소자의 두께 방향에 대해 45 도 경사진 방향의 리타데이션량을 측정하여, 양자의 값의 변동 (위상차) 을 계측하였다. 또한, 재소성하지 않은 것 (실시예 5 의 광학 소자) 에 대해서도 상기와 동일하게 하여, 용제에 5 분간 담근 것과, 용제에 담그지 않은 것을 조정하여, 리타데이션량의 변동 (위상차) 을 계측하였다. 또한, 용제로는 γ-부티로락톤, NMP (N-메틸피롤리돈) 가 사용되었다. 그 결과, 재소성하지 않은 것에 대하여, 어느 용제를 사용한 경우에나 위상차는 5㎚ 정도의 감소로 머물렀지만, 재소성에 의해 얻어진 광학 소자에서는, 어느 용제를 사용한 경우에나 위상차는 1㎚ 정도 밖에 감소하지 않아, 내용제성의 향상이 관찰되었다.

[밀착성]

광학 소자의 기재면과 복굴절률층의 밀착성은 테이프 박리 시험에 의해 측정되었다.

테이프 박리 시험은, 폭이 18㎜ 인 테이프 (쓰리엠ㆍ컴퍼니 제조, 스카치 테이프 (등록 상표) (품번 ; #810)) 를 사용하여, 이 테이프를 광학 소자의 표면에 붙여 테이프와 기재 사이에 복굴절률층을 개재시키고, 그 후 테이프를 물리적으로 광학 소자로부터 박리시켜, 복굴절률층이 기재면으로부터 박리되는지 여부를 관측함으로써 실시되었다.

테이프 박리 시험은 재소성을 실시하여 얻어진 광학 소자와, 재소성을 실시하기 전의 광학 소자 (실시예 5 의 광학 소자) 의 각각에 대하여, 연속적으로 반복 실시되어, 몇 회째의 테이프 박리 시험으로 최초로 박리가 관찰되었는지에 대한 측정이 이루어졌다.

재소성을 실시하기 전의 광학 소자에 대하여 테이프 박리 시험을 실시한 경 우에 대해서는, 테이프 박리 시험을 20 회, 25 회 연속적으로 실시해도 기재로부터 복굴절률층이 박리되지 않고, 테이프 박리 시험을 30 회 연속적으로 실시했을 때 겨우 박리가 관찰되었지만, 그렇다 하더라도 박리의 정도는 기재로부터 불과 약 2% 정도로, 밀착성이 양호했다. 그리고, 재소성을 실시하여 얻어진 광학 소자에 대해서는, 테이프 박리 시험을 30 회 연속적으로 실시해도 박리가 관찰되지 않고, 50 회 연속적으로 실시해도 박리가 관찰되지 않았다. 따라서, 광학 소자는 재소성됨으로써, 복굴절률층과 기재와의 밀착성을 보다 한층 향상시킨다는 것이라는 것이 확인되었다.

다음으로, 기능성층으로서 착색층을 형성한 광학 소자의 실시예를 나타낸다.

실시예 9

[착색 레지스트의 조제]

블랙 매트릭스 (BM) 및 적색 (R), 녹색 (G), 청색 (B) 착색 화소의 착색 재료 분산액으로서, 안료 분산형 포토레지스트를 사용하였다. 안료 분산형 포토레지스트는, 착색 재료로서 안료를 사용하고, 분산액 조성물 (안료, 분산제 및 용제를 함유함) 에 비즈를 첨가하여, 분산기로 3 시간 분산시키고, 그 후 비즈를 제거한 분산액과 클리어 레지스트 조성물 (폴리머, 모노머, 첨가제, 개시제 및 용제를 함유함) 를 혼합함으로써 얻어졌다. 얻어진 안료 분산형 포토레지스트는, 하기에 나타내는 바와 같은 조성이다. 또한, 분산기로는 페인트 쉐이커 (아사다 철공사 제조) 를 사용하였다.

(블랙 매트릭스용 포토레지스트)

ㆍ흑안료ㆍㆍㆍㆍㆍ14.0 중량부

(다이니치 정화 공업 (주) 제조, TM 블랙 #9550)

ㆍ분산제ㆍㆍㆍㆍㆍ1.2 중량부

(빅케미 (주) 제조, Disperbyk111)

ㆍ폴리머ㆍㆍㆍㆍㆍ2.8 중량부

(쇼와 고분자 (주) 제조, VR60)

ㆍ모노머ㆍㆍㆍㆍㆍ3.5 중량부

(사토마 (주) 제조, SR399)

ㆍ첨가제ㆍㆍㆍㆍㆍ0.7 중량부

(소켄 화학 (주) 제조, L-20)

ㆍ개시제ㆍㆍㆍㆍㆍ1.6 중량부

(2-벤질-2-디메틸아미노-1-(4-모르폴리노페닐)-부타논-1)

ㆍ개시제ㆍㆍㆍㆍㆍ0.3 중량부

(4,4'-디에틸아미노벤조페논)

ㆍ개시제ㆍㆍㆍㆍㆍ0.1 중량부

(2,4-디에틸티오크산톤)

ㆍ용제ㆍㆍㆍㆍㆍ75.8 중량부

(에틸렌글리콜모노부틸에테르)

(적색 (R) 착색 화소용 포토레지스트)

ㆍ적안료ㆍㆍㆍㆍㆍ4.8 중량부

(C. I. PR254 (치바 스페셜리티 케미칼즈사 제조, 클로모프탈 DPP Red BP))

ㆍ황안료ㆍㆍㆍㆍㆍ1.2 중량부

(C. I. PY139 (BASF 사 제조, 파리오톨 옐로우 D1819))

ㆍ분산제ㆍㆍㆍㆍㆍ3.0 중량부

(제네카 (주) 제조, 솔스패스 24000)

ㆍ모노머ㆍㆍㆍㆍㆍ4.0 중량부

(사토마 (주) 제조, SR399)

ㆍ폴리머 1ㆍㆍㆍㆍㆍ5.0 중량부

ㆍ개시제ㆍㆍㆍㆍㆍ1.4 중량부

(치바가이기사 제조, 이르가큐어 907)

ㆍ개시제ㆍㆍㆍㆍㆍ0.6 중량부

(2,2'-비스(o-클로로페닐)-4,5,4',5'-테트라페닐-1,2'-비이미다졸)

ㆍ용제ㆍㆍㆍㆍㆍ80.0 중량부

(프로필글리콜모노메틸에테르아세테이트)

(녹색 (G) 착색 화소용 포토레지스트)

ㆍ녹안료ㆍㆍㆍㆍㆍ3.7 중량부

(C. I. PG7 (다이니치 정화 제조, 세이카퍼스트그린 5316P))

ㆍ황안료ㆍㆍㆍㆍㆍ2.3 중량부

(C. I. PY139 (BASF 사 제조, 파리오톨 옐로우 D1819))

ㆍ분산제ㆍㆍㆍㆍㆍ3.0 중량부

(제네카 (주) 제조, 솔스패스 24000)

ㆍ모노머ㆍㆍㆍㆍㆍ4.0 중량부

(사토마 (주) 제조, SR399)

ㆍ폴리머 1ㆍㆍㆍㆍㆍ5.0 중량부

ㆍ개시제ㆍㆍㆍㆍㆍ1.4 중량부

(치바가이기사 제조, 이르가큐어 907)

ㆍ개시제ㆍㆍㆍㆍㆍ0.6 중량부

(2,2'-비스(o-클로로페닐)-4,5,4',5'-테트라페닐-1,2'-비이미다졸)

ㆍ용제ㆍㆍㆍㆍㆍ80.0 중량부

(프로필글리콜모노메틸에테르아세테이트)

(청색 (B) 착색 화소용 포토레지스트)

ㆍ청안료ㆍㆍㆍㆍㆍ4.6 중량부

(C. I. PB15:6 (BASF 사 제조, 헤리오겜블 L6700F))

ㆍ자(紫)안료ㆍㆍㆍㆍㆍ1.4 중량부

(C. I. PV23 (클라이언트사 제조, 포스터팜 RL-NF))

ㆍ안료 유도체ㆍㆍㆍㆍㆍ0.6 중량부

(제네카 (주) 제조, 솔스패스 12000)

ㆍ분산제ㆍㆍㆍㆍㆍ2.4 중량부

(제네카 (주) 제조, 솔스패스 24000)

ㆍ모노머ㆍㆍㆍㆍㆍ4.0 중량부

(사토마 (주) 제조, SR399)

ㆍ폴리머 1ㆍㆍㆍㆍㆍ5.0 중량부

ㆍ개시제ㆍㆍㆍㆍㆍ1.4 중량부

(치바가이기사 제조, 이르가큐어 907)

ㆍ개시제ㆍㆍㆍㆍㆍ0.6 중량부

(2,2'-비스(o-클로로페닐)-4,5,4',5'-테트라페닐-1,2'-비이미다졸)

ㆍ용제ㆍㆍㆍㆍㆍ80.0 중량부

(프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트)

또한, 상기한 폴리머는, 벤질메타크릴레이트:스티렌:아크릴산:2-히드록시에틸메타크릴레이트=15.6:37.0:30.5:16.9 (몰비) 의 공중합체 100 몰% 에 대해, 2-메타크릴로일옥시에틸이소시아네이트를 16.9 몰% 부가한 것으로, 중량평균분자량은 42500 이다.

착색 재료 분산액을 사용하여, 다음과 같이 기재에 블랙 매트릭스를 제작하였다.

[착색 재료 분산액의 도공]

두께가 0.7㎜ 인 용융 성형 알루미노규산 박판 유리 (미국 코닝사 제조, 품번 ; 1737) 를 준비하고, 표면을 세정하여, 이것을 기판으로 하였다.

기판 상에 블랙 매트릭스 형성용 포토레지스트를 스핀코트법에 의해 도포하여 도공막을 제작하였다.

[도공막의 소성과 패터닝]

도포 후, 도공막의 형성된 기판에 대해, 온도가 90℃, 및 가열 시간이 3 분간의 조건으로 프리베이크 (예비 소성) 를 실시하여 프리베이크한 후, 소정의 패턴을 개재시켜, 조사선량이 100mJ/㎠ 가 되도록 자외선 노광을 실시하여 노광 후, 0.05% KOH 수용액을 사용한 스프레이 현상을 60 초간 실시한 후, 온도가 200℃, 및 가열 시간이 30 분간의 조건으로 포스트베이크 (본 소성) 를 실시하여, 화소의 형성을 예정하는 부위에 대응하는 개공부를 갖는 두께가 1.2㎛ 인 블랙 매트릭스를 형성하였다.

다음으로, 기재에 다음과 같이 적색 패턴을 제작하였다.

[착색 재료 분산액의 도공]

기판 상에 블랙 매트릭스가 형성된 후에, 적색 패턴 형성용 포토레지스트를 스핀코트법에 의해 도포하여 도공막을 제작하였다.

[도공막의 소성과 패터닝]

도공막이 제작된 기재에 대해, 온도 ; 80℃ 및 가열 시간 ; 5 분간의 조건으로 프리베이크를 실시한 후, 소정의 패턴을 통해 자외선 광원에 의한 조사선량이 300mJ/㎠ 가 되도록 얼라인먼트 노광을 실시하여 노광한 후, 0.1% KOH 수용액을 사용한 스프레이 현상을 60 초간 실시한 후, 소성 공정으로서 포스트베이크를 온도200℃ 에서 가열 시간 60 분간의 조건으로 실시하여, 블랙 매트릭스의 소정의 개공부에 상당하는 위치에 두께가 2.31㎛ 인 적색 패턴을 형성하였다.

또, 상기의 적색 패턴의 형성 공정과 동일하게 하여, 녹색 패턴 형성용 포토 레지스트를 사용하여 두께가 2.62㎛ 인 녹색 패턴을, 또 그 후, 청색 패턴 형성용 포토레지스트를 사용하여 두께가 2.90㎛ 인 청색 패턴을, 적색, 녹색 및 청색의 각 색 패턴을 블랙 매트릭스가 다른 개공부에 상당하는 위치에 배열하도록 형성하여, 적색, 녹색, 및 청색의 삼색의 패턴이 배열된 도공막의 패턴을 형성하였다.

[광확산층 제거 공정]

이와 같이 하여 얻어진 도공막의 패턴에 있어서는, 기재면 상에 블랙 매트릭스가 적층 형성되고, 추가로 각 색의 착색 화소부가 적층 형성됨과 함께 착색 화소부를 덮도록 광확산층이 표층을 형성하고 있다.

도공막의 패턴을 형성한 기재에 대하여, 플라즈마 에칭을 실시함으로써, 광확산층을 깎아내어, 기판면 상에 착색 화소부와 블랙 매트릭스로 이루어지는 착색층을 형성한 광학 소자를 얻었다. 플라즈마 에칭 조건은, 실시예 1 과 동일하게 하고, 표층 표면에서 기재면을 향해 1000Å 깊이의 위치까지 에칭하였다.

이 광학 소자에 대하여, 플라즈마 에칭이 실시되는 전후에서 헤이즈를 측정하였다. 헤이즈의 측정은 실시예 1 과 동일하게 실시되었다. 그 결과, 플라즈마 에칭이 실시되기 전에서는 헤이즈가 3.36 이고, 플라즈마 에칭이 실시된 후에서는 헤이즈가 2.5 이었다.

본 발명의 광학 소자의 제조 방법에 의하면, 본 발명자들이 밝혀 낸 헤이즈를 상승시키는 원인이 되는 층인 광확산층을 효과적으로 제거할 수 있기 때문에, 헤이즈를 효율적으로 억제한 광학 소자를 얻을 수 있다.

본 발명의 광학 소자의 제조 방법에 의하면, 광확산층을 제거하는 피복층 제거 공정 후에, 기능성층과 기능성층 피복층으로 이루어지는 층으로부터 광확산층을 제거한 부분을 다시 소성하는 재소성 공정이 실시됨으로써, 적어도 기능성층과 기능성층 피복층으로 이루어지는 층으로부터 광확산층을 제거한 부분에 대하여, 그 부분의 경도나 내용제성, 기능성층과 기재와의 밀착성 등과 같은 물성을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 광학 소자의 제조 방법에 의하면, 액정 분자를 호메오트로픽 배향시킨 상태에서 고정시킨 층을 가짐과 함께, 헤이즈가 0.1 이하이고 투명도를 향상시킨 광학 소자를 얻을 수 있다.

또, 본 발명의 제조 방법에 의해 얻어진 광학 소자는, 액정을 호메오트로픽 배향 상태로 고정시키고 있는 것으로 할 수 있기 때문에, 예를 들어, 위상차를 제어하는 소자, 광학 보상 소자 등, 광의 편광 상태를 제어하기 위한 소자로서 사용할 수 있으며, 상기한 바와 같이 광의 산란을 억제할 수 있기 때문에, 보다 정교하고 치밀하게 위상차를 제어하는 기능을 갖는 소자가 된다. 그래서, 이 제조 방법에 의하면, 효율적으로 헤이즈가 0.1 이하인 광학 소자를 제조할 수 있기 때문에, 이러한 광학 소자를 사용함으로써, 보다 정밀하게 광 누설을 저감시킬 수 있는 액정 표시 장치를 제조할 수 있게 되어, 시야각이 보다 확대된, 그리고 콘트라스트가 보다 향상된, 게다가 액정 표시 화면의 색편차가 억제된 액정 표시 장치를 제조할 수 있게 된다.

또, 본 발명의 제조 방법에 의해 얻어진 광학 소자는, 액정 분자끼리가 가교 중합된 구조를 갖도록 할 수 있기 때문에, 복굴절 특성이 열에 의한 영향을 받기 어려워진다.

또, 본 발명의 광학 소자의 제조 방법에 의하면, 복굴절률층의 표면을 덮도록 등방성층을 형성한 광학 소자를 얻을 수 있으며, 이에 의해서도 복굴절 특성이 열에 의한 영향을 받기 어려워진다. 그래서, 예를 들어, 차내와 같이 비교적 고온이 되기 쉬운 환경 하에서 사용되는 광학 기기에도 사용할 수 있다. 또한, 내열성이 비교적 높기 때문에, 광학 기기에 설치된 액정 패널 중에 형성하는 것도 가능하다.

또한, 본 발명의 제조 방법에 의해 얻어진 광학 소자는, 액정 패널을 구성하는 부재를 기재로 하여 여기에 복굴절률층을 형성함으로써, 일체적으로 적층 형성할 수 있어, 별도로 위상차를 제어하기 위한 필름재 등의 부재 (위상차 제어 부재) 를 형성하지 않고 광학 기기를 설계하는 것이 가능해진다. 별도로 위상차 제어 부재를 형성할 때에는, 이것을 고정시키기 위해 점착제 등을 사용할 필요가 있지만, 본 발명의 제조 방법에 의해 얻어진 광학 소자에 의하면, 이러한 점착제를 필요하지 않게 할 수 있게 되어, 점착제에 의한 광의 산란의 우려를 저감시키는 것이 가능해진다.

본 발명의 제조 방법에 의해 얻어진 광학 소자는, 착색층을 형성함으로써, 이것을 액정 표시 장치에 사용한 경우에, 착색층을 갖는 부재와는 별도의 위상차 제어 부재를 형성할 필요가 없어져, 액정 표시 장치를 박형화할 수 있다.

본 발명의 광학 소자의 제조 방법에 의하면, 헤이즈를 상승시키는 원인이 되 는 물질은 표층 부근에 모여 층 형상되어 광확산층을 이루고, 그 광확산층을 제거하는 것이기 때문에, 확실하게 헤이즈를 저감시킬 수 있다.

본 발명의 광학 소자의 제조 방법은, 광확산층이 제거되어 노출되는 표면 상에 적층 형성할 수 있는 구조체를 구성하는 바인더를 용매에 용해시켜 이루어짐과 함께 광확산층을 용해시킬 수 있는 바인더 용액을 사용한 스핀코트에 의해, 광확산층을 제거할 수 있다. 따라서, 이 광학 소자의 제조 방법에 의하면, 광학 소자에 대해 구조체를 적층하거나 하는 것과 같은 광학 소자에 가공을 실시하는 공정이 예정되어 있고, 그 가공을 실시하는 공정에 사용하는 용액이 광확산층을 용해시키는 것인 경우, 그 용액을 사용하여 스핀코트함으로써 광확산층을 제거할 수 있다.

구체적으로는, 예를 들어, 광확산층이 제거되어 노출되는 표면에 미리 정해진 패턴으로 구조체로서 스페이서를 적층 형성하는 공정이 예정되어 있고, 그 스페이서를 구성하는 바인더를 용매에 용해시킨 바인더 용액이 광확산층을 용해시키는 것인 경우에, 그 바인더 용액을 사용하여 스핀코트하면, 광확산층의 제거가 가능해진다.

그리고, 이러한 제조 방법에 의하면, 별도로 용제를 조정하여 스핀코트할 필요가 없을 뿐만 아니라 용제를 세정할 필요도 없어, 광학 소자를 가공하는 공정을 간략화할 수 있다.

본 발명의 광학 소자의 제조 장치에 의하면, 본 발명의 광학 소자의 제조 방법을 실시할 수 있기 때문에, 헤이즈를 저감시킨 광학 소자를 얻을 수 있다.

Claims

광투과성을 갖는 기재의 표면 상에, 기능성 물질을 함유하는 기능성층을 적층하여, 기능성층을 통과하는 광의 상태를 기능성 물질에 따라 변화시키는 광학 소자의 제조 방법으로서,

상기 기능성 물질을 함유하는 기능성층 조성액을 상기 기재의 표면에 도공하여 도공막을 형성시키는 도공 (塗工) 공정; 및

상기 도공막을 표면에 형성한 기재를 소성하여 상기 기능성층을 형성시키는 소성 공정을 포함하고,

상기 소성 공정에서는, 상기 기능성층을 피복하도록 기능성층 피복층이 형성됨과 함께, 상기 기능성층 피복층의 일부에는, 상기 기능성층을 통과한 광을 확산시키는 광확산층이 상기 기능성층 피복층의 표층에서 상기 기능성층 피복층과 상기 기능성층의 계면을 향하는 방향으로 형성되어 있으며,

상기 소성 공정에서 형성되는 상기 기능성층 피복층 중 적어도 상기 광확산층을 제거하는 피복층 제거 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 소자의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 피복층 제거 공정 후에, 상기 기능성층과 상기 기능성층 피복층으로 이루어지는 층으로부터 광확산층을 제거한 부분이 소성되는 재소성 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 소자의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 피복층 제거 공정은 기능성층이 표면에 노출되도록 실시되는, 광학 소자의 제조 방법.
제 2 항에 있어서,

상기 피복층 제거 공정은 상기 기능성층이 표면에 노출되도록 실시되는, 광학 소자의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 소성 공정에서, 상기 기능성층 피복층의 일부에는, 상기 광확산층과 상기 기능성층 사이에 상기 광확산층보다도 광의 확산성이 낮은 개재층이 형성되고,

상기 피복층 제거 공정은, 상기 개재층이 표면에 노출되도록 실시되는, 광학 소자의 제조 방법.
제 2 항에 있어서,

상기 소성 공정에서, 상기 기능성층 피복층의 일부에는, 상기 광확산층과 상기 기능성층 사이에 상기 광확산층보다도 광의 확산성이 낮은 개재층이 형성되고,

상기 피복층 제거 공정은 상기 개재층이 표면에 노출되도록 실시되는, 광학 소자의 제조 방법.
광투과성을 갖는 기재의 표면 상에, 광을 복굴절시킬 수 있는 복굴절률층을 적층한 광학 소자의 제조 방법으로서,

중합성을 갖는 액정과 액정 분자에 배향성을 부여하는 배향제를 함유하는 첨가제를 함유하는 복굴절률층 조성액을, 상기 기재의 표면에 도공하여 도공막을 형성하는 도공 공정;

상기 도공막에 포함되는 상기 액정 분자에 배향성을 부여하는 배향 공정;

상기 액정 분자의 배향성을 유지시키면서, 상기 액정 분자끼리를 가교 중합 반응시키는 가교 공정; 및

가교 중합한 액정을 포함하는 도공막이 형성된 기재를 소성하여 복굴절률층을 형성시키는 소성 공정을 포함하고,

상기 소성 공정에는, 상기 복굴절률층을 피복하도록 복굴절률층 피복층이 형성됨과 함께, 상기 복굴절률 피복층의 일부에는, 상기 복굴절률층을 통과한 광을 확산시키는 광확산층이 복굴절률층 피복층의 표층에서 상기 복굴절률층 피복층과 상기 복굴절률층의 계면을 향하는 방향으로 형성되며,

상기 소성 공정에서 형성되는 상기 복굴절률층 피복층 중 적어도 상기 광확산층을 제거하는 피복층 제거 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 소자의 제조 방법.
제 7 항에 있어서,

상기 피복층 제거 공정 후에, 상기 복굴절률층과 상기 복굴절률층 피복층으로 이루어지는 층으로부터 상기 광확산층을 제거한 부분이 소성되는 재소성 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 소자의 제조 방법.
제 7 항에 있어서,

상기 도공 공정 전에, 상기 액정 분자에 배향성을 부여하는 상기 배향제를 함유하는 배향막 조성액을, 기재의 표면에 도공하여 배향막을 형성하는 배향막 형성 공정을 포함하고,

상기 도공 공정은 상기 복굴절률층 조성액을 배향막 상에 도공하여 도공막을 형성하도록 실시되는, 광학 소자의 제조 방법.
제 7 항에 있어서,

상기 배향제는 상기 액정 분자를 호메오트로픽 배향시키는, 광학 소자의 제조 방법.
제 7 항에 있어서,

상기 가교 공정은 공기 분위기 중에서 실시되는, 광학 소자의 제조 방법.
제 7 항에 있어서,

상기 가교 공정은 불활성 가스 분위기 중에서 실시되는, 광학 소자의 제조 방법.
제 7 항에 있어서,

상기 피복층 제거 공정은 상기 복굴절률층이 표면에 노출되도록 실시되는, 광학 소자의 제조 방법.
제 8 항에 있어서,

상기 피복층 제거 공정은 상기 복굴절률층이 표면에 노출되도록 실시되는, 광학 소자의 제조 방법.
제 7 항에 있어서,

상기 소성 공정에서, 상기 복굴절률층 피복층의 일부에는, 상기 광확산층과 상기 복굴절률층 사이에 상기 광확산층보다도 광의 확산성이 낮은 개재층이 형성되고,

상기 피복층 제거 공정은 상기 개재층이 표면에 노출되도록 실시되는, 광학 소자의 제조 방법.
제 8 항에 있어서,

상기 소성 공정에서, 상기 복굴절률층 피복층의 일부에는, 상기 광확산층과 상기 복굴절률층 사이에 상기 광확산층보다도 광의 확산성이 낮은 개재층이 형성되고,

상기 피복층 제거 공정은, 상기 개재층이 표면에 노출되도록 실시되는, 광학 소자의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 피복층 제거 공정은 상기 광확산층을 용해시킬 수 있는 용제에 의한 스핀코트에 의해 실시되는 것을 특징으로 하는 광학 소자의 제조 방법.
제 7 항에 있어서,

상기 피복층 제거 공정은 상기 광확산층을 용해시킬 수 있는 용제에 의한 스핀코트에 의해 실시되는 것을 특징으로 하는 광학 소자의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 피복층 제거 공정은, 상기 광확산층이 제거되어 노출되는 표면에 적층 형성할 수 있는 구조체를 구성하는 바인더를 용매에 용해시켜 이루어짐과 함께 상기 광확산층을 용해시킬 수 있는 바인더 용액에 의한 스핀코트에 의해 실시되는 것을 특징으로 하는 광학 소자의 제조 방법.
제 7 항에 있어서,

상기 피복층 제거 공정은, 상기 광확산층이 제거되어 노출되는 표면에 적층 형성할 수 있는 구조체를 구성하는 바인더를 용매에 용해시켜 이루어짐과 함께 상기 광확산층을 용해시킬 수 있는 바인더 용액에 의한 스핀코트에 의해 실시되는 것을 특징으로 하는 광학 소자의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 피복층 제거 공정은 플라즈마 드라이 에칭에 의해 실시되는 것을 특징으로 하는 광학 소자의 제조 방법.
제 7 항에 있어서,

상기 피복층 제거 공정은 플라즈마 드라이 에칭에 의해 실시되는 것을 특징으로 하는 광학 소자의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 피복층 제거 공정은 연마제로 표층을 연마하는 연마 수단에 의해 실시되는, 광학 소자의 제조 방법.
제 7 항에 있어서,

상기 피복층 제거 공정은 연마제로 표층을 연마하는 연마 수단에 의해 실시되는, 광학 소자의 제조 방법.
제 7 항에 있어서,

상기 기재는 착색층을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 광학 소자의 제조 방법.
제 7 항에 있어서,

상기 기재는 상기 복굴절률층과는 다른 복굴절 특성을 갖는 이(異)복굴절률층을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 광학 소자의 제조 방법.
광투과성을 갖는 기재를 탑재하는 탑재 용기와, 기능성 물질을 함유하는 기능성층 조성액을 기재 표면에 도공할 수 있는 도공부와, 상기 탑재 용기 내의 기체를 탈기하는 탈기 (脫氣) 기구를 갖는 도공막 형성 수단;

상기 도공막을 형성한 기재를 소성하는 소성부를 갖고, 상기 기재에 형성되는 도공막을 기능성층과 기능성층 피복층을 적층한 층 구조로 이루는 기능성층 형성 수단; 및

상기 기재에 형성된 층 구조의 표층을 상기 기능성층과 상기 기능성층 피복층의 계면을 향하는 방향으로 제거하는 제거부와, 제거된 표층의 양에 따라 상기 제거부의 작동을 정지시키는 정지부를 갖는 표층 제거 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 소자의 제조 장치.
제 27 항에 있어서,

상기 기능성층 조성액은 자외선의 조사에 의해 가교 중합 반응을 발생시키는 중합성을 갖는 액정과, 액정 분자에 배향성을 부여하는 배향제를 함유하는 첨가제를 함유하고,

상기 기능성층 형성 수단은 상기 도공막에 포함되는 액정 분자에 배향성을 부여하는 배향 부여부와, 상기 도공막에 자외선을 조사하는 광 조사부를 구비하여 기재에 형성되는 상기 도공막을 상기 기능성층과 상기 기능성층 피복층을 적층한 층 구조로 이루도록 구성되는, 광학 소자의 제조 장치.
제 28 항에 있어서,

상기 기능성층 형성 수단은 상기 도공막의 주위를 공기 또는 불활성 가스로 채우는 가스 충전부를 구비하고, 상기 광 조사부는 상기 도공막의 주위를 공기 또는 불활성 가스로 충전된 상태에서 도공막에 자외선을 조사할 수 있게 배치되는 것을 특징으로 하는 광학 소자의 제조 장치.
제 27 항에 있어서,

상기 제거 수단은 기판을 회전 운동 가능하게 지지하는 지지부와, 층 구조의 표층을 용해시킬 수 있는 용해액을 층 구조로부터 제거되는 표층의 양에 따라 적하하는 적하부와, 상기 기판을 회전 운동시켜 상기 용해액을 기판면 상에 확산시킬 수 있게 제어하는 회전 운동 제어부와, 표층을 건조시키는 건조부를 갖는 스핀코트 수단인, 광학 소자의 제조 장치.
제 28 항에 있어서,

상기 제거 수단은, 기판을 회전 운동 가능하게 지지하는 지지부와, 층 구조의 표층을 용해시킬 수 있는 용해액을 층 구조로부터 제거되는 표층의 양에 따라 적하하는 적하부와, 상기 기판을 회전 운동시켜 상기 용해액을 기판면 상에 확산시킬 수 있게 제어하는 회전 운동 제어부와, 표층을 건조시키는 건조부를 갖는 스핀코트 수단인, 광학 소자의 제조 장치.
제 27 항에 있어서,

상기 제거 수단은 플라즈마 드라이 에칭 수단인 것을 특징으로 하는 광학 소자의 제조 장치.
제 28 항에 있어서,

상기 제거 수단은 플라즈마 드라이 에칭 수단인 것을 특징으로 하는 광학 소자의 제조 장치.
제 27 항에 있어서,

상기 제거 수단은 층 구조의 표층을 연마할 수 있는 연마 수단인 것을 특징으로 하는 광학 소자의 제조 장치.
제 28 항에 있어서,

상기 제거 수단은 층 구조의 표층을 연마할 수 있는 연마 수단인 것을 특징으로 하는 광학 소자의 제조 장치.