KR100905144B1 - 광학 장치 - Google Patents

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니콜라이블라디미로비치 말리모넨코
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Abstract

본 발명은 이방성 흡수 및(또는) 광학적 회전 효과 및(또는) 복굴절에 의해 편광된 전자기선의 방출을 생성 및(또는) 변형시키기 위한 광학 장치에 관한 것이며 상이한 편광자(2색성, 반사성), 지연 층(지연기), 액정 디스플레이 및 표시기로서 사용될 수 있고, 빌딩 건축용 편광 유리의 제조를 위해, 그리고 태양광 및 휘광 방지 유리, 마스크, 덮개 및 면 판을 위한 편광 유리를 제조하기 위한 광학 장치에 관한 것이다. 본 발명의 광학 장치는 안정한 액방성 액정 구조를 형성할 수 있는 저분자량 또는 올리고머 2색성 물질의 1개 이상의 분자 배향층을 기재로 한다. 광학 전이의 쌍극자 모멘트의 분자 배향층의 표면상의 2색성 물질 분자의 1개 이상의 이방성 흡수 단편의 투영은 적어도 여러 파장 범위의 전자기선 방출내에서 분자 배향층의 광학 축에 평행한 배치로 배치되어 있다.
광학 장치, 편광자, 2색성 물질, 액방성 액정

Description

광학 장치 {Optical Device}
본 발명은 광학 분야, 즉 이방성 흡수 및(또는) 광학 회전의 효과 및(또는) 복굴절률 효과로 인해 편광된 전자기선의 생성 및(또는) 변형을 위한 광학 장치에 관한 것이다.
본 발명의 광학 장치는 다양한 유형(2색성, 반사성)의 편광자, 상 지연 층 또는 코팅물(지연기), 액정 디스플레이(LCD) 및 표시기, 정보 디스플레이 장치로서, 광학 기기의 제조에서, 빌딩 건축용 편광 유리의 제조에서, 조명 장치에서 및 또한 태양광 보호 및 휘광 방지 유리, 마스크, 차폐물, 바이저(visor), 편광 그림, 광고, 상표 또는 보안물의 보안 시설의 제조에 사용될 수 있다.
<관련 기술의 설명>
비편광된 전자기선(예를 들어, 가시광)의 편광된 전자기선으로의 전환을 위한 현 시점에서, 작동 원리가 한 편광 성분의 투과 및 다른 성분의 흡수를 기초로 하는 2색성 편광자로 이루어진 광학 장치가 폭넓게 사용된다.
대부분 현재 사용되는 2색성 편광자는 요오드 화합물 또는 유기 염료로 염색된 연신된 중합체막, 바람직하게는 폴리비닐 알코올(PVA)로부터 형성된 그러한 막으로 제조된다(예를 들어, 미국 특허 5,340,504호 참조).
상기 2색성 편광자에서 전자기선의 이방성 흡수에는 신장 방향을 따라 장축 으로 배향되고 따라서 2색성 편광자의 광학 축에 평행한 PVA-요오드의 염료 또는 착물의 2색성 발색단이 제공된다.
PVA-기재의 요오드 염료 편광자는 높은 편광 성능을 갖고, 디스플레이, 시계, 계산기, 모니터, 노트북 등을 위한 LCD 제조에 폭넓게 사용된다.
PVA 기재의 비착색된 일축 연신된 중합체막은 상 지연 층, 막 또는 파동 판(지연기)으로서 사용된다.
상 지연 층 또는 지연기(더 간략하기 위해 이 이름을 사용할 것임)라 명명되는 광학 장치는 현재 콘트라스트를 증가시키고 LCD의 뷰잉 각도를 넓히는데 그리고 다른 편광 광학 장치(편광계, 섬유광학 등)에 사용된다. 지연기의 변수의 값들은 장치의 목적에 따라 상이하다.
기본 지연기 변수는 법선 방향에서의 파동 판(막 또는 코팅물)의 지연도 R, R의 파장 의존도 및 R의 입사 의존도의 각도이다. 지연도는 R=Δn*d(여기서, Δn은 법선 방향에서의 복굴절률(Δn=ne-no)이고 d는 지연기 층의 두께임)로서 표현될 수 있다.
가장 공지된 지연기는 선형 편광 광을 원형 편광 광으로 그리고 반대로 전환시키도록 설계된 1/4 파동 판(R=λ/4인 경우, 이 때 λ는 파장, 예를 들어 500 나노미터(nm)임); 편광 광 평면을 180° 회전시키도록 설계된 1/2 파동 판(R=λ/2인 경우)이다. 현 시점에서, LCD에 사용되는 지연기는 지연도 R이 20 내지 1000 nm인 PVA 또는 폴리카르보네이트(PC)의 연신된 중합체 비착색된 막을 기재로 한다.
모든 지연기는 적어도 작동 파장 범위보다 짧은 파장에서 광의 이방성 흡수를 갖는다. 몇몇 사용되는 지연기는 예를 들어 분자 배향기의 비대칭(경사진) 위치로 인해 상이한 방위각에서 경사지는 경우 지연도의 상이한 의존성 및 그에 따른 그의 발색단을 갖는다.
그러나, 공지된 2색성 편광자 및 지연기는 고비용 및 낮은 열안정성(~80℃), 다층 구조물 및 큰 두께(200 마이크로미터(㎛) 이하)의 많은 단점을 가지므로 비디오 정보 디스플레이 시스템 및 즉, 예를 들어 유리 판 내부 표면상에 코팅된 이산화주석의 광학적으로 투명한 전극을 갖는 2개의 평행 유리 판이 제공된 평평한 쿠베트(cuvette) 형태의 LCD용 광학 장치의 화상의 고스팅, 뷰잉 각도의 감소 및 물리적 기계적 특성의 감소를 초래한다. 전극을 갖는 판 표면은 처리되어 판 표면 근처 및 LC 막의 벌크에서 액정(LC) 분자의 요구되는 균일한 배향을 제공한다. 균일한 배향에서, LC 분자의 장축은 배향 방향과 평행하게 배치되며 이는 일반적으로 상호 직교하는 것으로 선택된다. 쿠베트 조립후, 능동 매체이며 전기장의 작용하에 광학 특성(편광 회전 각의 평면)을 변화시키는 5 내지 20 ㎛ 두께 층을 형성하는 LC로 충전된다. 광학 특성의 변화는 쿠베트의 외면에 부착된 교차된 편광자에 등록된다(예를 들어, 문헌(L.K.Vistin, GVHO, 1983, volume XXVII, 2, pp.141-148) 참조). 이 경우, 전압이 전극에 인가되지 않은 디스플레이 영역은 광을 전송하고 밝게 보이며 전압이 없는 디스플레이 영역은 어둡게 보인다. 각도 성능을 개선시키기 위해, LCD는 추가의 요소인 지연기를 포함할 수 있다. 컬러 화상을 얻기 위해, LCD는 염료로 착색되어 있으며 몇몇 그림 요소(기호 및 게임 스크린)로서 또는 RGB 또는 CMY 형의 컬러 필터 매트릭스(매트릭스 스크린)로서 형성된 추가의 특수 층을 포함하여 컬러 필터 요소에 따른 컬러 광을 제공해야 한다.
막 형성 물질을 플루오로플라스틱 배향층에 적용함으로써 형성된 배향된 2색성 염료 1 중량% 이상을 함유하는 막을 포함하는 편광자의 광학 장치가 공지되어 있다(미국 특허 5,751,389호 참조).
상기 편광자는 작은 두께(1 nm 내지 5 ㎛) 및 높은 편광 성능(최대 흡수 영역에서의 2색성 비가 25 이상임)을 갖는다.
상기 장치 및 그의 기초로서 LCD의 주요 단점(미국 특허 5,751,389호)은 제한된 편광자 크기(2.5 ×8 cm2) 및 기술적 복잡성으로 인한 고비용이고 따라서 염료를 사용하여 배향된 막을 형성하기 위해 높은 진공을 사용하고 플루오로플라스틱 배향층을 형성하기 위해 높은 온도(300℃ 이하) 및 압력을 사용할 필요가 있기 때문에 그의 대량 생산을 실현하는 것이 어렵다.
기술적 문제로서 가장 근접한 것은 화학식 {색원체}(SO3M)n(여기서, M은 H+, Li+, Na+, K+, Cs+, NH4 +이고 색원체는 안정한 액방성 액정 상을 형성할 수 있는 염료의 발색단 계임)의 유기 염료의 복수개의 초분자 착물로 형성된 얇은(0.1 내지 1.5 ㎛) 분자 배향층을 포함하는 편광 코팅물을 갖는 기판을 포함하는 2색성 편광자의 광학 장치이다 (미국 특허 5,739,296호 참조). 따라서, 분자 배향층은 전단력을 동시 적용하여 상기 유기 염료 기재의 안정한 액방성 액정(LLC) 조성물을 기판 표면상에 퇴적시킨 후 용매를 제거하여 얻어진다.
편광 코팅물(PC)은 상기 장치에 높은 열안정성(200 내지 300℃)를 제공하고, 그의 작은 두께는 PC 기재의 장치를 넓은 뷰잉 각도 LCD 및 LC 표시기의 제조에 내부 편광자로서 사용할 수 있게 한다.
상기 2색성 편광자 및 그를 기재로 한 LCD의 본질적인 단점은 높은 해상도를 갖는 정보 디스플레이 장치에 그를 사용하는 것을 방해하는 비교적 불량한 편광 성능이다.
따라서, 상기 2색성 편광자에 대해, 가장 좋은 경우 2색성 비 Kd=D⊥/DⅡ(D ⊥는 측정된 편광자에 대한 편광 평면의 배향이 편광 광에 대한 편광 평면에 수직인 경우 광학 밀도이고, DⅡ는 측정된 편광자에 대한 편광 평면의 배향이 편광 광에 대한 편광 평면에 평행한 경우 광학 밀도임)가 Kd=60 내지 80을 갖는 PVA 기재의 편광자보다 훨씬 낮은 25 내지 30이다.
PC 2색성 편광자의 낮은 2색성 비의 원인(미국 특허 5,739,296호)은 염료 분자 및 발색단 평면의 배향이 광학 축에 수직이다는 사실이다. 즉, 포지티브형의 편광자인 요오드 편광자와 대조적으로, 상기 미국 특허 5,739,296호에 따른 장치는 네거티브형의 2색성 편광자에 관한 것이다.
네거티브 편광자는 양호한 각도 LCD 성능을 가지나 불량한 편광 성능, 특히 높은 해상도 및 콘트라스트를 갖는 LCD를 제공하지 않는 낮은 2색성 비(포지티브 편광자보다 대략 2배 낮음)를 갖는다.
<발명의 요약>
본 발명의 목적은 높은 열안정성, 광 견뢰성 및 작은 두께로 편광된 전자기선의 더욱 효율적인 생성(형성) 및(또는) 변형을 제공하며 또한 기술적 간단성을 보장하는 광학 장치(편광자, 지연기, LCD, 표시기 또는 다른 장치)이다.
본 목적은 안정한 액방성 액정(LLC)상을 형성할 수 있는 저분자량 또는 올리고머 2색성 물질의 1개 이상의 분자 배향층(oriented layer)을 포함하는 광학 장치로서, 2색성 물질 분자의 1개 이상의 이방성 흡수 단편에 있어서 광학 전이 쌍극자 모멘트의 분자 배향층의 평면상의 투영이 바람직하게는 적어도 특정 파장 범위의 전자기선에서 분자 배향층의 광학 축에 사실상 평행하고 35 이상의 2색성 비를 갖는 광학 장치의 도움으로 달성된다.
용어 "2색성 물질"은 적어도 일부 파장 범위에서 전자기선의 이방성 흡수를 가능하게는 물질을 의미한다.
용어 "광"은 가시광선, 근 자외선(UV) 및 근 적외선(IR) 파장 범위, 즉 250 내지 300 nm로부터 13 ㎛ 이하까지의 범위의 전자기선을 의미한다.
용어 "염료"는 가시광선, 근 자외선 및 근 적외선 파장 범위의 전자기선을 집중적으로 흡수 및 변형시킬 수 있는 물질을 의미한다.
용어 분자 배향층의 "광학 축"은 층 평면에서 광학적으로 선택된 방향을 의미한다. 본원의 경우, 광학 축은 코팅 방향과 일치한다.
본 발명의 뚜렷한 특징은 1개 이상의 이방성 흡수 단편을 함유하는 2색성 물질의 분자 배향층을 사용하고 이 때 광학 전이 쌍극자 모멘트의 분자 배향층의 평면상의 투영이 적어도 특정 파장 범위의 전자기선에서 PVA 기재의 요오드 편광자의 경우와 같이 본질적으로 분자 배향층의 광학 축에 평행하다.
더욱 바람직한 실시 양태에서, 본 발명은 2색성 물질 분자의 1개 이상의 이방성 흡수 단편의 광학 전이 쌍극자 모멘트가 분자 배향층의 광학 축에 사실상 평행한 광학 장치를 제공한다.
청구된 광학 장치의 이 특징은 염료 분자에 있어서 광학 전이 쌍극자 모멘트가 편광자 평면을 따라서 그리고 네거티브 편광자의 평면에 대해 임의적인 각도에서 모두 배향되어 있는 네거티브형의 편광자의 공지된 기술과 비교하여 전자기선의 가장 큰 편광 효율 및(또는) 변형을 제공한다.
따라서, 2색성 물질 기재의 염료의 상기 분자 배향층의 사용으로 인해, 공지된 기술의 장치의 변수를 훨씬 더 초과하고 가장 우수한 요오드 편광자의 변수와 필적할 만한 35 이상 및 몇몇 경우 100 이하의 2색성 비를 갖는 열안정성 초박막 2색성 편광자를 제조할 수 있다.
또한, 2색성 물질의 상기 분자 배향층의 적용은 2개의 판 사이에 위치된 액정 층을 포함하는 광학 장치(높은 해상도(콘트라스트), 증진된 광휘 및 개선된 컬러 휘도를 갖는 LCD)를 제공하게 되는데, 적어도 하나의 판이 안정한 LLC 상을 형성할 수 있는 저분자량 또는 올리고머 2색성 물질의 1개 이상의 분자 배향층을 포함하며, 편광된 전자기선의 생성 및(또는) 변형을 위한 광학 장치(예를 들어 편광자)와 전극을 가지며, 이 때 2색성 물질 분자의 1개 이상의 이방성 흡수 단편에 있어서 광학 전이 쌍극자 모멘트의 상기 층 평면상의 투영은 적어도 일부 파장 범위의 전자기선에서 분자 배향층의 광학 축에 사실상 평행하다. 편광자는 LCD 판의 내부 및 외부 측면 모두에 배치될 수 있다. 또한, 상기 편광자의 내부 및 외부 위치의 조합이 가능하다.
1개 이상의 이방성 흡수 단편을 함유하는 2색성 물질의 1개 이상의 분자 배향층을 포함하며 광의 가시광 스펙트럼 파장 범위에서 흡수가 없는 2색성 물질 분자 배향층을 더 포함하고, 2색성 물질 분자의 1개 이상의 이방성 흡수 단편에 있어서 광학 전이 쌍극자 모멘트의 상기 층의 평면상의 투영이 적어도 일부 파장 범위의 전자기선에서 분자 배향층의 광학 축에 본질적으로 평행하거나 또는 수직인 LCD의 광학 장치의 실시 양태가 가능하다.
가시광 스펙트럼 파장 범위에서 흡수가 없는 2색성 물질의 상기 분자 배향층은 LCD에서 지연기로서 사용될 수 있다.
청구된 광학 장치의 또다른 실시 양태는 분자 배향층의 외부 및 내부 배치 모두를 갖는 네거티브 및 포지티브형 편광자의 조합물을 포함하는 LCD이다. 그러한 조합물은 넓은 뷰잉 각도를 갖는 그림자 없는 LCD의 제조 가능성을 보장한다. 또한, 요오드 화합물 및(또는) 2색성 염료로 염색된 PVA 기재의 통상의 편광자와 조합하여 청구된 광학 장치(편광자로서 및 지연기로서 모두)를 사용하는 것이 가능하다.
내부 배치에서, 제안된 편광자 및(또는) 지연기는 LCD 제조 공정을 단순화하는 LC용 정렬 층으로서 동시에 사용될 수 있다.
분자 배향층에 있어서 광학 전이 쌍극자 모멘트 및 광학 축의 평행성을 제공하기 위해, 분자 또는 분자의 1개 이상의 이방성 흡수 단편이 선형 구조를 갖는 2색성 물질을 사용하는 것이 바람직하다.
안정한 LLC 상을 형성하는 2색성 물질의 능력으로 인해, 전단력을 부과하거나 쐐기 힘하에 LLC 층이 사이에 분포되어 있는 한 표면으로부터 다른 표면의 분리를 발생시키는 공지된 방법(미국 특허 5,739,296호 참조)에 의해 실현될 수 있는 기계적 정렬화에 기초한 LLC 조성물의 배향 방법을 실현할 수 있다.
안정한 LLC 상은 2색성 물질의 단일 분자 및(또는) 낮은 정도의 응집을 갖는 분자 회합물(착물) 및 2색성 물질의 초분자 착물 모두를 기재로 하여 형성될 수 있다.
2색성 편광자의 광학 장치의 제조는 1개 이상의 이방성 흡수 단편이 가시 스펙트럼 파장 영역(400 내지 700 nm)에서 흡수성인 염료 기재의 2색성 물질을 사용하는 것을 요구한다.
가시 스펙트럼 파장 영역에서 흡수가 없는 2색성 물질을 사용하여 열안정성 초박막 지연기로서 사용될 수 있는 광학 장치를 제공한다.
청구된 광학 장치의 제조를 위해, 2색성 물질의 1개 이상의 분자 배향층이
- 화학식 I: {색원체}(-XiO-Mi +)n의 2색성 음이온계 염료의 하나 이상의 염 (식 중, 색원체는 이하 염료 발색단 계이고, Xi (이하)는 CO, SO2, OSO2, OPO(O-M+)이며, n은 1 내지 10이고, Mi + (이하)는 H+ 및(또는) MH + 및(또는) Mo +이며, MH +는 (이 하) 무기 양이온, 예를 들어 NH4 +, Li+, Na+, K+, Cs+, 1/2Mg++, 1/2Ca++, 1/2Ba++, 1/3Fe+++, 1/2Ni++, 1/2Co++ 등 유형의 무기 양이온을 나타내고, Mo +는 (이하) 유기 양이온, 예를 들면 N-알킬피리디늄, N-알킬키놀리늄, N-알킬이미다졸리늄, N-알킬티아졸리늄 등, OH-(CH2-CH2O)m-CH2CH2-NH3 + (여기서, m은 1 내지 9임), RR'NH2 +, RR'R"NH+, RR'R"R*N+, RR'R"R*P+ (여기서, R, R', R", R*는 CH3, ClC2H4, C2H 5, C3H7, C4H9, C6H5CH2 유형의 알킬 또는 치환된 알킬, 치환되거나 또는 치환되지 않은 페닐 또는 헤테로아릴임), YH-(CH2-CH2Y)k-CH2CH2 (여기서, Y는 O 또는 NH이고, k는 0 내지 10임)를 나타냄), 및(또는)
- 화학식 II: (Mi +O-Xi -)n{색원체}(-X jO-SAIj)m의 양쪽성 계면활성제 및(또는) 표면활성 양이온을 갖는 2색성 음이온계 염료의 하나 이상의 회합체 (식 중, Xj (이하)는 CO, SO2, OSO2, OPO(O-M+)이고, n은 0 내지 9이며, m은 1 내지 4이고, Mi +는 H+ 및(또는) MO + 및(또는) MH +이며, SAIj (이하 표면활성 이온)은 SAC+ 및(또는) AmSAS이고, SAC+는 이하 표면활성 양이온이고, AmSAS는 이하 양쪽성 표면활성 물질임), 및(또는)
- 화학식 III: (Mi +O-Xi -)n{색원체}SAI의 양쪽성 계면활성제 및(또는) 표면활성 음이온을 갖는 2색성 양이온계 염료의 하나 이상의 회합체 (식 중, n은 0 내지 5이고, SAI는 SAA- 및(또는) AmSAS이며, SAA-는 이하 표면활성 음이온임), 및(또는)
- 화학식 IV: {색원체}(-Zi +RR'R"SAIi)n의 양쪽성 계면활성제 및(또는) 표면활성 음이온을 갖는 2색성 양이온계 염료의 하나 이상의 회합체 (식 중, Zi는 N, P이고, R, R', R"는 CH3, ClC2H4, HOC2H4, C 2H5, C3H7 유형의 알킬 또는 치환된 알킬이며, SAIi는 SAA-, AmSAS이고, n은 1 내지 4임), 및(또는)
- 화학식 V: ([{-색원체}(-XiO-Mi +)n]-Li -)q의 2색성 음이온계 올리고머 염료의 하나 이상의 염 (식 중, L은 (CH2)6, C6H4, C6H3G-C6H3G, C6H3G-Q-C6H3G (여기서, G는 H, Hal, OH, NH2, Alk이고, Q는 O, S, NH, CH2, CONH, SO2, NH-CO-NH, CH=CH, N=N, CH=N임)이고, n은 1 내지 10이며, q는 5 내지 10임), 및(또는)
- 무기 또는 친수성 기가 없는 하나 이상의 수불용성 2색성 염료 및(또는) 안료
를 기재로 형성되고, 따라서 염료는 동일한 이온 기 -XiOMi +, -XjO-SAIj, -Xi +RR'R" 및(또는) Mi +를 함유할 수 있고 동시에 2개의 동일한 기 및(또는) 양이온의 각종 부재(absence)를 포함하여 여러개의 상이한 이온 기 및(또는) Mi +를 포함할 수 있고, 상기 이온 기 -XiOMi +, -XjO-SAIj, -Xi +RR'R"는 방향족 고리와 직접 및(또는) 가교 -Qi-(CH2)p- (여기서, Qi는 SO2NH, SO2, CONH, CO, O, S, NH, CH2이고, p는 1 내지 10임)를 통해서 결합될 수 있다.
따라서, 1종 이상의 색원체는 하기의 발색단 계를 나타낸다:
- 하기 화학식 VI 내지 XXV의 -아조-, 아족시- 또는 금속 착물 염료,
- 하기 화학식 XXVI 또는 XXVII의 유형의 아조메틴 염료,
- 하기 화학식 XXVIII 또는 XXXI의 유형의 스틸벤 염료,
- 하기 화학식 XXXII 또는 XXXIII의 유형의 폴리메틴 염료,
- 하기 화학식 XXXIV 또는 XXXV의 양이온성 염료,
- 1,4,5,8-나프탈렌- (XXXVI) 또는 (XXXIX), 3,4,9,10-페릴렌- (XXXVII) 또 는 (XL) 및 3,4,9,10-안탄트론-테트라카르복실산(XXXVIII) 또는 (XLI)의 유도체.
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Figure 112003003927200-pct00002
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Figure 112003003927200-pct00004
Figure 112003003927200-pct00005
Figure 112003003927200-pct00006
Figure 112003003927200-pct00007
식중, Me는 전이족의 금속(구리, 니켈, 아연, 철 등)이고, Y=O, NH이고, T=O, COO이고, J=Ar, COAr이고, G, G'는 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1-4 알킬, C1-4 알콕시-, 술포-, 히드록시, 아민기이고, Ar=치환 또는 비치환된 페닐, 나프틸 또는 헤테로아릴이고, Q는 단일 결합, O, S, NH, CH2, CONH, SO2, NH-CO-NH, CH=CH, N=N, CH=N 등이고, Q'=NH, NH-CO-NH이고, R 및 R'는 알킬, 시클로알킬, 히드록시에틸, 모르폴리노, 비치환 또는 치환된 페닐 또는 나프틸 라디칼이고, R2는 할로겐, C1-4 알콕시-, 또는 치환 또는 비치환된 아미노기일 수 있는 아미노기이고, A는 -CN, -CF3, -NH2, -NHR, -NRR', -CONH2, -CONHR, -COOH, 할로겐, -OH, -OR3, -OCOR3, R3CONH-, -CONR3R4, -COOR3, Ar 등이고 이 때 R3, R4는 O 및(또는) S에 의해 분리될 수 있는 알킬, 시클로알킬, 아릴, 아랄킬이고, A' 또는 A'-N=N-이고, 이 때 A'는 B, B' 뿐만 아니라 치환 또는 비치환된 페닐, 나프틸 또는 헤테로아릴 라디칼, 아세토아세트아릴리드 라디칼, 페놀 또는 아닐린 라디칼, 치환 또는 비치환될 수 있으며 추가의 치환 또는 비치환된 페닐아조- 또는 나프틸아조기를 함유하거나 함유하지 않을 수 있는 1- 또는 2-나프톨, 1- 또는 2-나프틸아민의 라디칼이고, 금속 착물 염료의 경우 B, B'는 치환 또는 비치환될 수 있으며 추가의 치환 또는 비치환된 페닐아조- 또는 나프틸아조기를 함유하거나 함유하지 않을 수 있는 1- 또는 2-나프톨의 라디칼이고 이 때 히드록시기는 치환체 G 또는 G'을 가지며 전이 금속 Me 형성 착물과 결합된 벤졸 고리와 결합된 아조기 근처에 배치되어 있다.
상기 색원체의 변형은 단지 본 발명의 광학 장치의 제조를 위한 염료의 다른 발색단 계를 사용한 비제한적인 예로서 제공된 본 발명의 일례이다.
따라서, 모노-, 비스-, 트리스-, 폴리아조- 또는 아족시-염료, 스틸벤, 아조메틴, 티오피로닌, 피로닌, 아크리딘, 안트라퀴논, 페리논, 인디고이드, 옥사진, 아릴카르보늄, 티아진, 크산텐 또는 아진 염료, 디- 및 트리아릴메탄의 복소환 유도체, 다환식 또는 금속 착물 화합물, 안트론의 복소환 유도체, 또는 이들의 혼합물의 구조를 갖는 직접, 활성, 산, 폴리메틴, 시아닌, 헤미시아닌, 배트 (vat) 또는 분산 염료의 군으로부터 1종 이상의 2색성 염료 또는 안료를 선택할 수 있다.
발광 염료의 사용은 LCD 및 LC 표시기에 더 높은 휘도, 색상 채도 및 콘트라스트를 제공하는 편광자의 제조를 가능하게 한다.
따라서, 본 발명의 광학 장치의 제조를 위해 2색성 유기 염료의 수많은 군을 형태 (I 내지 V) 중 하나의 형태로 사용할 수 있다.
그러므로, 형태 (I 내지 V)의 하나의 제조를 위해 하기의 군으로부터 선택된 1종 이상의 2색성 염료를 사용할 수 있다.
- 예를 들어 미국 특허 제5,007,942호 또는 동 제5,340,504호에 기재된 스틸벤 염료;
- 예를 들어 EP 0 530 106 B1 (1996); EP 0 626 598 A2 (1994) 또는 미국 특허 제5,318,856호에 기재된 아조- 및 금속 착물 염료;
- 직접 염료, 예를 들어 씨.아이. 다이렉트 옐로우 12, 씨.아이. 다이렉트 옐로우 28, 씨.아이. 다이렉트 옐로우 44, 씨.아이. 다이렉트 옐로우 142, 씨.아이. 다이렉트 오렌지 6, 씨.아이. 다이렉트 오렌지 26, 씨.아이. 다이렉트 오렌지 39, 씨.아이. 다이렉트 오렌지 72, 씨.아이. 다이렉트 오렌지 107, 씨.아이. 다이렉트 레드 2, 씨.아이. 다이렉트 레드 31, 씨.아이. 다이렉트 레드 79, 씨.아이. 다이렉트 레드 81, 씨.아이. 다이렉트 레드 240, 씨.아이. 다이렉트 레드 247, 씨.아이. 다이렉트 바이올렛 9, 씨.아이. 다이렉트 바이올렛 48, 씨.아이. 다이렉트 바이올렛 51, 씨.아이. 다이렉트 블루 1, 씨.아이. 다이렉트 블루 15, 씨.아이. 다이렉트 블루 71, 씨.아이. 다이렉트 블루 78, 씨.아이. 다이렉트 블루 98, 씨.아이. 다이렉트 블루 168, 씨.아이. 다이렉트 블루 202, 씨.아이. 다이렉트 브라운 l06, 씨.아이. 다이렉트 브라운 223, 씨.아이. 다이렉트 그린 85 등;
- 활성 염료, 예를 들어 씨.아이. 액티브 옐로우 1, 씨.아이. 액티브 레드 1, 씨.아이. 액티브 레드 6, 씨.아이. 액티브 레드 14, 씨.아이. 액티브 레드 46, 씨.아이. 액티브 바이올렛 1, 씨.아이. 액티브 블루 9, 씨.아이. 액티브 블루 10 등;
- 산 염료, 예를 들어 씨.아이. 애씨드 오렌지 63, 씨.아이. 애씨드 레드 85, 씨.아이. 애씨드 레드 144, 씨.아이. 애씨드 레드 152, 씨.아이. 애씨드 브라운 32, 씨.아이. 애씨드 바이올렛 50, 씨.아이. 애씨드 블루 18, 씨.아이. 애씨드 블루 44, 씨.아이. 애씨드 블루 61, 씨.아이. 애씨드 블루 102, 씨.아이. 애씨드 블랙 21 등;
- 양이온성 염료, 예를 들어 씨.아이. 베이직 레드 12, 베이직 브라운 (씨. 아이. 33500), 씨.아이. 베이직 블랙.
2색성 염료는 공지된 방법 (예를 들어 PCT 출원 번호 WO 99/31535, WO 00/67069 참조)에 의해 형태 (I 내지 V) 중 하나로 제조할 수 있다.
상기 형태 (I 내지 V)의 사용은 LLC상의 형성과 2색성 염료 기재의 LLC 조성물의 구조 및 레올로지 특성을 포함하는 콜로이드성-화학성의 변경을 위해 염료의 순도 이외의 매우 중요한 인자인 2색성 염료 분자의 소수성-친수성 균형의 조절을 가능하게 한다. 용해성과 소수성-친수성 균형의 변경은 형성 공정과, 분자 규칙도에 영향을 미치며, 결과적으로 기판 표면상에 LLC 조성물을 퇴적시키고 용매를 제거한 후 형성되는 분자 배향층의 편광 변수에 영향을 미치는 LLC상의 유형의 조절을 가능하게 한다.
염료 및 LLC 조성물의 기재상의 특징은 3개 이상의 이온성기를 갖는 염료의 경우, 즉 상기 형태 (I 내지 III, V)n 또는 (n + m) ≥3인 경우 특히 효과적으로 조절될 수 있다. 이 경우 M1 +, M2 +, M3 + 등의 3개 이상의 상이한 양이온을 사용하는 것이 가능하며, 각각의 양이온은 그들의 특성, 또는 다른 특성을 제공한다. 예를 들어, 증가된 용해성을 제공하는 Li+ 양이온과, 염료 분자의 응집도를 감소시키는 3개의 에탄올암모늄 양이온 및 LLC상을 안정화시키는 테트라-부틸암모늄 양이온의 조합은 단일 분자 및(또는) 낮은 회합도를 갖는 분자상 염료 회합물 (착물) 기재의 LLC 조성물의 제조를 가능하게 한다. 염료가 선형 분자 구조를 가져서 네마틱 LLC상의 형성을 촉진하고 분자 배향층의 형성에 의한 더 높은 배향도를 제공하며, 그 결과 전자기선의 보다 효과적인 편광을 제공하여야 함은 매우 중요하다.
개별 분자 및(또는) 작은 응집도 (10 이하)를 갖는 분자상 착물을 함유하는 실제적인 참용액의 형성을 제공하는 3개 이상의 상이한 양이온을 갖는 상술한 형태 (I 내지 III, V)의 염료가 PVA 기재의 보다 효과적인 종래의 편광자의 제조를 가능하게 하는 것에 주목할 필요가 있다.
다른 한편으로, 1/2Mg++, 1/2Ca++, 1/2Ba++와 같은 다가 양이온의 첨가는 분자상 착물 내의 응집도를 증가시키고 높은 응집도 (50 초과)를 갖는 초분자상 착물 기재의 LLC상의 형성을 유발하며, 그의 용해도는 계면활성 이온을 사용하여 증가될 수 있다.
또한, 명확한 소수성-친수성 균형의 생성은 동일한 색원체 기재상에 네거티브형과 포지티브형 모두의 광학 장치를 제조하는 것을 가능하게 한다는 것도 입증되었다.
따라서, 네거티브형의 2색성 편광자는 직접 오렌지 염료의 혼합 암모늄-테트라부틸암모늄염 기재상에 제조되었으며, 동시에 상기 염료의 완전 트리에탄올암모늄염은 2색성 비율 40 이하의 포지티브형 2색성 편광자를 제공한다.
광학 장치의 포지티브형과 네거티브형의 상호 변환 및 역변환이 편광의 작용하에 일어난다는 것도 밝혀졌다. 이것은 가시광선 영역에서 투과성인 일부 염료의 예로부터 밝혀졌으며, 광학 장치-지연층 또는 코팅물의 제조에 있어서 흥미롭다.
네거티브형의 편광자의 제조에 사용되는 염료가 "게스트-호스트 (guest-host)" 효과에 근거하여 배향을 변화시키는 것이 가능하다는 것도 밝혀졌다. 따라서, 《포지티브》형 직접 견뢰성 오렌지 염료와 혼합된《네거티브》형-직접 옐로우 광 견뢰성 《O》 (미국 특허 제5,739,296호 참조) 염료는 높은 2색성 비율 (50 까지)을 갖는 포지티브형 편광자를 제조할 수 있는 LLC상을 형성할 수 있다.
LLC 조성물은 염료 분자 또는 초분자상 착물의 하나의 무작위적 상호 정위가 불가능해지며, 정렬된 LC 상태를 가져야만 하는 필요한 농도까지 희석액의 농도를 점차 증가시키거나 (예를 들어 증발 또는 멤브레인 초여과에 의해), 또는 적합한 용매 (물, 물과 알코올, 2극성 비양성자성 용매, 예컨대 DMFA 또는 DMSO, 셀로솔브, 에틸아세테이트 및 물과 혼화성인 다른 용매의 혼합물) 중에 건조 염료를 용해시켜 적절한 염료의 수성 용액, 수성-유기 용액 및 유기 용액의 어느 하나로부터 수득할 수 있다. 상기 농도에서는 LLC 조성물 중 염료의 농도는 0.5 ％에서 30 ％로 변화한다.
LLC의 콜로이드-화학 특성을 조절하기 위해, 염료 기재의 조성물은 용매 외에도 기술적 첨가제 및 개질제, 예를 들어 비이온계 및 이온계 계면활성제, 결합제 및 필름 형성 반응물 (폴리비닐알코올, 폴리비닐피롤리돈, 폴리아크릴산 및 그의 에테르, 폴리아크릴아미드, 폴리에틸렌 옥시드 및 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜 및 이들의 공중합체, 셀룰로스의 에틸- 및 히드록시프로필에테르, 카르복시메틸셀룰로스의 나트륨염 등)을 포함할 수 있다. LLC 조성물은 추가로 아미드 계열로부터 히드로트로픽 (hydrotropic) 첨가제, 예를 들어 디메틸 포름아미드, 디메 틸술폭시드, 인산의 알킬아미드, 카르바미드 및 그의 N-치환 유도체, N-알킬피롤리돈, 디시안디아미드 및 이들의 혼합물, 및 아미드와 글리콜류의 혼합물을 포함할 수 있다. 상이한 첨가제의 사용은 LLC 조성물의 안정성을 증가시킬 뿐만 아니라 염료 분자의 응집 과정을 조절하여 결과적으로 LLC상의 형성 과정을 조절하는 것이 가능하게 한다. 따라서, 히드로트로픽 첨가제의 첨가는 단일 염료 분자 기재의 LLC 조성물의 제조를 가능하게 한다.
그 결과, 본 발명의 광학 장치의 하나 이상의 분자 배향층은 상이한 유형의 50 ％ 이하의 개질제, 예를 들어 액정, 실리콘, 및(또는) 가소제, 및(또는) 래커, 및(또는) 비이온계 및(또는) 이온계 계면활성제를 포함하는 상이한 유형의 광 및(또는) 친수성 및(또는) 소수성 중합체의 안정화제를 더 포함할 수 있다.
분자 배향층의 형성을 위해, 국부적으로 정렬된 LLC 조성물이 공지된 방법 (예를 들어 미국 특허 제5,739,296호 참조)을 사용하여 기판 표면 위에 퇴적된다. 외부적인 배향 영향의 작용하에, LLC 조성물은 광학 전이 염료 분자 또는 이들의 이방성 흡수 단편의 쌍극자 모멘트가 기계적 배향 방향 또는 표면 이방성에 의해 설정될 수 있거나 자기 및 전자기장의 영향으로 설정될 수 있는 방향에 대해 균질하게 배향되는 거시적 배향을 취한다. (용매의 제거 또는 온도의 감소에 의한) 고화 공정 도중 분자의 배향은 양호하게 보존될 뿐만 아니라 결정화로 인해 증가한다.
전단력의 작용하의 기판 표면상의 LLC 조성물의 배향은 다이 또는 나이프 블레이드나 원통형 블레이드일 수 있는 닥터블레이드를 사용한 LLC 조성물의 퇴적에 의해 실현될 수 있다.
상이한 양이온 Mi를 포함하는 형태 (I 내지 V) 중 하나의 염료 기재의 분자 배향층의 한 제조 방법은 바륨, 칼슘 또는 마그네슘 클로라이드 용액으로 형성된 층의 처리를 제공한다. 이 처리에 의해 리튬, 나트륨, 칼륨, 암모늄, 에탄올암모늄, 알킬암모늄, 바륨, 칼슘 또는 마그네슘 등의 양이온들을 동시에 포함하는 분자 배향층을 수득할 수 있다.
2색성 물질에 대한 이방성 흡수성을 갖는 유기 염료의 사용은 (염료에 따라) 분자 배향층의 두께가 약 1 nm 내지 약 5 ㎛ 범위인 광학 장치의 제조를 가능하게 한다.
분자 배향층의 두께는 흡수율에 따라 좌우되며, 전자기선의 적어도 일부 파장 범위에서 분자 배향층의 흡수율이 0.1 이상인 광학 장치가 바람직하다. 흡수율이 더 높고 따라서 더 얇은 분자 배향층은 전자기선의 편광에 요구되는 효율을 제공한다.
본 발명에 따르면 2색성 염료 구조에 따라 광학 장치에 변경을 제공하는 것이 가능하며, 여기서 2색성 물질 분자는 1개 이상의 이방성 흡수 단편을 더 포함하며, 광학 전이 쌍극자 모멘트의 분자 배향층의 표면상의 투영은 적어도 특정 파장 범위의 전자기선에서 분자 배향층의 광학 축에 대해 수직인 바람직한 배향을 갖는다. 따라서, 실제적으로 모든 2색성 염료가 가시광 영역에서뿐만 아니라 UV 및 IR 파장 범위에서도 흡수성을 갖는다. 대개 UV 영역에서의 광학 전이 쌍극자 모멘트는 분자 배향층의 광학 축에 대해 수직인 배향을 포함하는 또 다른 배향을 나타낸다.
이러한 특징은 한 파장 범위에서는 포지티브 편광자로서 작동하고 다른 파장 범위에서는 네거티브 편광자로서 작동할 수 있는 장치, 즉 소위 "컬러 스위치"의 제조를 가능하게 한다.
분자 배향층이 용해되거나 2색성 물질 분자들과 화학적으로 결합된 1종 이상의 염료를 더 포함하는 광학 장치에서도 유사한 효과가 얻어지며, 여기서 하나 이상의 광학 전이 쌍극자 모멘트는 적어도 특정 파장 범위의 전자기선에서 분자 배향층의 광학 축에 대해 평행하거나 수직이다. 이러한 장치의 제조를 위해 음이온성 염료 기재의 분자 배향층을 양이온성 염료로 처리하여, 층 이방성의 영향하에 쌍극자 모멘트의 배향을 분자 배향층의 광학 축에 대해 평행 및 수직으로 배치시킬 수 있다.
본 발명의 광학 장치에 사용된 하나 이상의 분자 배향층은 "비정상 분산" 특성을 갖는 복굴절 이방성 흡수층이며, 즉 상기 층은 편광 광의 파장이 증가함에 따라 하나 이상의 굴절율이 증가한다. 따라서, 중합체 물질에 대한 복굴절율값 (0.2)를 크게 초과할 수 있는 복굴절율값의 현저한 증가를 야기하고 복굴절율값이 0.7 내지 0.8인 복굴절 이방성 흡수층을 갖는 본 발명의 장치를 얻을 수 있는 가능성을 부여한다.
상기 특성에 따라 PCT 국제 출원 WO99/31535호에 기재된 광학 장치와 유사한, 본 발명의 광학 장치의 변형을 제조할 수 있으며, 즉 2색성 편광자 외에 하나 이상의 복굴절층이, 간섭 극값이 하나 이상의 선형 편광된 광 성분에 대한 편광자의 출력에서 실현되는 두께를 갖고, 50%를 초과하는 입사광 에너지를 사용하는 편광자, "간섭형" 편광자, 및 LCD를 제조할 수 있다. 본 발명의 광학 장치의 보다 바람직한 양태는 하나 이상의 복굴절 이방성 흡수층의 두께가 하나의 선형 편광된 광 성분에 대한 간섭 최소값을 갖고, 동시에 다른 직교 선형 편광된 광 성분에 대한 간섭 최대값을 갖는 상기 장치의 출력을 얻는 조건을 만족시키는 장치이다.
높은 복굴절율값은 필요한 층의 수 (10 미만)를 크게 감소시켜 넓은 스펙트럼 영역에서 "간섭형" 광학 장치의 높은 편광성을 제공할 수 있다.
본 발명의 광학 장치는 PCT 국제 출원 WO99/31535호에 기재된 것과 유사한 하기 실시양태가 가능하다.
- 굴절율이 복굴절 이방성 흡수층의 굴절율들 중 하나와 일치하거나 가장 근사하는 하나 이상의 광학 등방성 층을 추가로 포함하는 광학 장치,
- 하나 이상의 복굴절층을 추가로 포함하는 광학 장치로서, 여기서 상기 복굴절층의 제1 굴절율이 복굴절 이방성 흡수층의 제1 굴절율과 일치하거나 가장 근사하고, 복굴절층의 제2 굴절율과 복굴절 이방성 흡수층의 제2 굴절율이 서로 상이한 것인, 광학 장치,
- 하나 이상의 분자 배향층이 색상 및(또는) 편광축 방향이 상이한 둘 이상의 임의의 형태 또는 형상의 단편을 포함하는 광학 장치,
- 분자 배향층 사이에 유색 또는 무색 물질로 형성된 층을 추가로 포함하는 광학 장치,
- 무기 물질 및(또는) 상이한 중합체 물질로 형성된 정렬층을 추가로 포함하는 광학 장치,
- 금속성 광반사층을 추가로 포함하는 광학 장치,
- 하나 이상의 분자 배향층이 기판 표면 상에 형성된 광학 장치,
- 기판으로서 복굴절 판 또는 필름을 포함하고, 하나 이상의 분자 배향층이 상기 판 또는 필름의 광학 주축에 대해 45°각도에서 형성된 원형 편광자인 광학 장치.
광학 이방성 필름, 예를 들면 폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET), 폴리카르보네이트, 폴리비닐 클로라이드 또는 폴리비닐리덴 클로라이드, 니트로셀룰로오스, 폴리아미드 또는 배합물, 예를 들면 폴리에틸렌으로 이중층화된 PET를 비롯한 저렴한 중합체 필름을 기판으로 사용함으로써 저렴한 광학 장치 - 내부 편광자를 갖는 플라스틱 LCD를 제조할 수 있다.
기판으로서 임의의 곡률을 갖는 렌즈를 사용함으로써 편광 안경 또는 차양 형태의 광학 장치를 제조할 수 있다.
기판과 분자 배향층 사이에 배치된 추가 접착제층을 사용함으로써 물리-화학적 및 물리-기계적 작동에 안정한 본 발명의 광학 장치를 제조할 수 있다.
추가 접착제층의 존재는 기판과 분자 배향층 사이에 강한 결합을 제공한다. 또한, 보호층을 갖는 상기 접착제층은 분자 배향층 및 결과적으로 광학 장치의 기계적 내구성을 크게 증가시킬 뿐만 아니라 적합한 접착제층 및 보호층에 의해 물리-화학적 작동에 대한 내성을 향상시키며, 특히 습기 및 혹독한 환경의 작용으로부터 보호된다. 이는 혹독한 조건 하에 이용하기 위한 장치 (번쩍임 방지 선글래스, 차양, 바이저, 자동차 산업 및 건축용 유리)를 제조할 수 있게 한다.
추가 접착제층을 갖는 광학 장치를 제조하기 위해서 "핫 엠보싱 (hot embossing) (스탬핑 (stamping))"이란 기술이 사용된다. 상이한 종류의 엠보싱 (포지티브, 네거티브, 리버스 등)이 종이, 가죽, 중합체, 나무를 비롯한 상이한 물질의 표면 상에 밑그림을 형성하기 위해 사용될 수 있다. 상이한 형태의 프레스가 상이한 기하 형태의 용품 상에 자국을 형성하기 위한 엠보싱용으로 사용될 수 있다 (기랴리트디노프 (Gilyalitdinov L.P.)의 문헌 [Foil for hot embossing, Moscow, 1981] 참조).
"핫 엠보싱 (스탬핑)" 기술을 수행하기 위해, 다층 물질은 안정한 LLC상을 형성할 수 있는 임시 기판, 임시 기판의 분리를 위한 하나 이상의 분할층, 및 하나 이상의 2색성 물질의 분자 배향층을 포함한다.
상기 다층 물질의 기능 원리는 분할층의 존재로 인해 요구되는 기판 표면 상의 임시 기판으로부터 2색성 물질의 분자 배향층의 용이한 전송 (분해가 발생하지 않음)을 기초로 한다. 전송은 전체 배향층 및 이러한 층의 일부 모두에 대해서 수행될 수 있다. 이는 편광 밑그림의 형성에 특히 중요하다. 특성에 따라서, 분할층은 분자 배향층의 전송시 기판 상에 잔류하거나 기판으로 배향층과 함께 전송될 수 있다. 이러한 적층된 다층 물질을 사용함으로써, 배향층의 레이어-바이-레이어 (layer-by-layer) 형성이란 간단한 기술이 수행될 수 있다. 이는 간섭형 편광자의 제조 기술에 특히 중요하다.
기판으로 가요성 중합체 필름을 사용함으로써 상기 다층 물질은 임의 곡률의 표면 상에 배향층을 형성하는 매우 간단하고 효과적인 기술을 수행할 수 있다. 이는 편광 안경 및 안면 보호물의 제조에 매우 중요하다.
다층 물질을 사용하는 레이어-바이-레이어 기술을 수행함으로써 이전 층에 대한 매 다음층의 편광 방향이 특정 범위로 미리 결정될 수 있다.
상기 다층 물질은 평활하고 연마된 비흡수성 표면 뿐만 아니라 종이, 와트만 (Whatman) 도화지, 판지(cardboard), 부직 물질 또는 직물 (면, 울, 폴리아미드, 폴리에스테르 등)과 같은 거칠고 흡수성 물질을 갖는 기판을 포함하는 광학 장치의 제조에 사용될 수 있다. 상표, 광고물, 편광 효과를 사용한 의류, 포장용 편광 라벨 등의 보호용으로 본 발명의 장치를 사용하는 것이 매우 중요하다.
본 발명의 광학 장치의 접착제층은 특성 및 증착 방법에 따라 등방성 또는 이방성, 투명, 유색 또는 무색일 수 있다. 광학 장치는 접착제층과 분자 배향층 사이에 래커층 및(또는) 밑그림층을 추가로 포함할 수 있다.
접착제층은 2-성분, 광- 또는 열-경화 접착제, 감압 또는 감습 접착제, 용융 접착제 또는 비경화 접착제를 기재로 하여 형성될 수 있다.
알키드, 아크릴, 페놀로-알데히도, 에폭시, 폴리우레탄, 폴리이소시아네이트, 엘레멘토-유기 수지 및 중합체 물질 (폴리올레핀, 폴리아세틸렌, 폴리에스테르, 폴리시안아크릴레이트, 폴리아크릴레이트, 폴리아미드, 폴리비닐부티랄, 폴리비닐알콜, 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐아세테이트 및 이들의 공중합체) 기재의 접착제가 접착제층의 형성에 사용된다.
바람직한 실시양태의 설명
염료의 합성
시판중인 염료의 유기 및 무기 불순물을 통상적인 방법 (다중 침전, 크로마 토그래피, 이온 교환 수지 상에서의 정제 및 초여과의 사용)으로 정제하였다.
염료의 합성 및 정제는 표준 방법을 사용하였다 (니콜렌코 (L.N. Nikolenko)의 문헌 [Labor practicum of intermediates and dyes, Moscow-1961], 벤카타라만 (K. Venkataraman)의 문헌 [The chemistry of organic dyes, Leningrad-1956], 또한 미국 특허 제5,007,942호 또는 동 제5,340,504호 (스틸벤 염료), EP 0 530 106 B1, EP 0 626 598 A2 또는 미국 특허 제5,318,856호 (아조 및 금속 착물 염료) 참조).
<실시예 1>
1.1 염료 용액의 이온 교환 정제 방법 (직접 황색 견뢰성 염료의 실시예)
증류수 중 직접 황색 견뢰성 염료의 0.5% 용액을 H-형태의 KRS-4-T형 양이온성 수지를 갖는 칼럼을 통해 여과한 후, OH-형태의 AN-2FN 음이온성 수지를 갖는 칼럼을 통해 여과하고, 최종적으로 이 용액을 유리섬유 여과기를 통해 여과하여 정제하였다.
1.2 염료 염 용액의 제조 방법
a) 직접 황색 견뢰성 염료의 0.5% 용액 (이온 교환 정제 후의 유리 산)을 실온에서 0.5 N 암모늄 히드록시드를 사용하여 최대 pH 약 7 내지 7.5 적정하였다. 생성된 용액을 미리 물로 세척한 "밀리포어 (Millipor)" (1 ㎛) 여과기를 갖는 유리 여과기 No. 4를 통해 여과하였다.
다른 염을 적합한 염기 (NaOH, CsOH, LiOH, KOH, 트리에탄올아민, 트리에틸 아민, 테트라부틸암모늄 히드록시드, 테트라메틸암모늄 히드록시드, 트리메틸벤질암모늄 히드록시드 및 다른 염기)를 사용하여 유사한 방법으로 제조하였다. 혼합 염의 제조는 제1 염기 1몰, 이어서 제2 염기 등을 사용하여 연속적으로 적정함으로써 수행되었다.
b) 트리에탄올아민을 암모늄 염 용액에 첨가하고, 트리에탄올아민의 양을 4 술폰기의 값으로 계산하며, 생성된 혼합물을 60℃에서 2시간 동안 교반하여 염료의 트리에틸암모늄 염 용액을 얻었다.
1.3 LLC 조성물의 제조 방법 (예를 들면, 미국 특허 제5,739,296호 참조)
염료의 트리에틸암모늄 염 용액을 욕 온도 40℃, 진공 15 내지 20 mmHg의 회전 증발기에서 염료 용액의 최종 점도가 최대 50 내지 60 centipoise (염료 농도 10 내지 12%)가 되도록 농축시켰다. LLC상의 형성은 2개의 교차 편광자를 갖는 편광 현미경을 사용하여 샘플을 조사함으로써 고정할 수 있다.
PEG-400 및(또는) PEG-2000 (2 내지 6%), 비이온계 계면활성제 유형의 Triton X-100 (1 내지 4%) 및(또는) 음이온성 계면활성제 유형의 Succinol ALM-24, n-부탄올 (3 내지 7%)를 포함하는 기술 접착제의 용액을 농축된 염료 용액에 첨가하였다.
1.4 분자 배향층의 형성
분자 배향층의 형성은 공지된 방법으로 수행하였다 (러시아 특허 제2110822호, 미국 특허 제5,739,296호 또는 PCT 출원 WO99/31535호 참조). 편광 스펙트럼은 편광자로서 요오드 편광자를 사용하며, 효율 99.9%, 투과율 40%의 "Specord M- 40" 분광측정기 상에서 측정하였다. 유리 상의 편광자 샘플의 흡수는 분광측정기의 편광면에 대해 수직 (D⊥) 및 평행 (DⅡ)한 편광축의 배향에 의해서 측정하였다. 기판 샘플을 채널 비교하였다. 2색성 비율은 Kd=D⊥/DⅡ=45의 식을 사용하여 최대 흡수에서 계산하였다.
1.5 임의 곡률의 유리 렌즈의 표면 상의 분자 배향층의 형성
폴리비닐부티랄 기재의 접착제층을 원심분리기를 사용하여 렌즈 표면에 증착시킨 후, 가압하에 100 내지 110℃에서 다층 물질을 분할 왁스층, 파켓 (parquet) 래커층, 직접 황색 견뢰성 염료의 혼합된 암모늄-트리에탄올암모늄 (1:1) 염 기재의 분자 배향층이 레이어-바이-레이어로 증착된 12 ㎛ PET 필름으로 이루어진 물질인 렌즈 위에 압연하였다. 5 내지 8분 동안 노출한 후, 압력을 제거하고 최종 편광 렌즈를 분리하여 편광 안경 제조용 홀더에 삽입하였다.
1.6 다층 물질의 제조
유사한 방법으로 롤법을 사용하여 아쿠아 왁스 유화액층을 폭 120 mm, 두께 12 ㎛의 PET 필름 상에 증착하고, 유사한 방법으로 건조한 후 래커 NC-218을 증착하였다. 건조시킨 후, 직접 황색 견뢰성 염료의 트리에탄올암모늄의 LLC 조성물을 래커층 위에 닥터 블레이드를 사용하여 증착하고, 건조시켰다. 이어서, 폴리이소부틸렌층을 닥터 블레이드를 사용하여 증착하였다. 완성된 다층 물질을 종이 또는 직물의 표면에 도포하고 요구되는 프로파일의 프레스를 사용하여 엠보싱 (스탬핑)한 후, 다층 물질을 분리시킨 후에 편광된 오렌지색 밑그림을 종이 또는 직물의 표면에 얻었다.
<실시예 2 내지 30>
다른 염료 기재의 광학 장치를 유사한 방법으로 제조할 수 있다 (표 참조).
<실시예 31>
균일 상 지연 층 (표면에 평행한 광학 축의 지연기)로서 본 발명의 광학 장치의 제조
가시광 파장 범위에서 투명한 염료 (하기 표, 실시예 3 참조) 기재의 LLC 조성물을 롤링 원통을 사용하여 투명한 전도성 ITO층이 코팅된 유리판의 표면 상에 도포하였다. 용매를 증발시킨 후, 두께 0.9 ㎛의 분자 배향층을 층 표면에 평행한 광학 축을 갖는 판 표면 상에 형성하였다. 상 지연 (지연도) R의 값은 층 표면에 수직으로 떨어지는 편광된 광에 대해 0.27 ㎛으로 동일하고, 최고 굴절율은 광학 축을 따라서 얻었다. 상기 층의 2색성 물질 분자의 이방성 흡수 단편은 층의 광학 축과 평행하고, 흡수는 단지 UV 범위 (390 nm 미만)에서만 나타냈다.
<실시예 32>
경사 상 지연 층 (경사 또는 비대칭성 지연기)로서의 본 발명의 광학 장치의 제조
9%의 염료 (하기 표, 실시예 3 참조)를 함유하고 소수성을 부여하는 양이온의 하나로서 도데실암모늄을 포함하는 LLC 조성물을 닥터 블레이드를 사용하여 PET 필름의 표면 상에 코팅하였다. 실온에서 건조 후, 0.3 ㎛의 분자 배향층을 층 표면에 평행한 광학 축을 갖도록 형성하였다. 상 지연 R의 값은 층 표면에 수직으로 떨어지는 편광에 대해 0.09 ㎛ (즉, 90 nm)로 동일하고, 최고 굴절율은 코팅 방향에 대하여 대략 40 °각도의 방향과 평행한 방향에서 얻었다. 상기 층의 2색성 물질 분자의 이방성 흡수 단편은 코팅 방향에 대해 40 °각도로 향하고, 흡수는 단지 UV 범위 (390 nm 미만)에서만 나타냈다. 이어서, 형성된 층을 전도성 ITO를 갖고, 접착제층으로 덮힌 유리판의 표면 상으로 전송하였다.
<실시예 33>
수직 상 지연 층 (수직 지연기)로서의 본 발명의 광학 장치의 제조
9%의 염료 (하기 표, 실시예 3 참조)를 함유하고 소수성을 부여하는 양이온의 하나로서 도데실암모늄을 포함하는 LLC 조성물을 닥터 블레이드를 사용하여 셀룰오로스트리아세테이트 필름의 표면 상에 코팅하였다. 또한, LLC 조성물은 층에 실질적으로 완전한 분자의 수직 배향을 제공하는 소수성 개질제를 함유하였다. 실온에서 건조 후, 0.2 ㎛의 분자 배향층을 층 표면에 수직인 광학 축을 갖도록 형성하였다. 상 지연 R의 값은 층 표면에 대해 40 °각도에서의 편광된 광 방향에 대해 80 nm로 동일하였다. 최고 굴절율은 코팅 방향에 대하여 대략 85 °내지 88 °각도에서 얻었고, 이방성 흡수 분자는 동일한 각도에서 얻었다. 흡수는 단지 UV 범위 (390 nm 미만)에서만 나타냈다.
상기 언급한 데이터에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 광학 장치는 효과적인 편광 광을 제공한다 (35 미만의 2색성 비율).
상기한 내구성 시험 외에도, 상기 편광자의 광학 매개변수는 150℃에서 장시간 (500 시간 초과) 동안 변하지 않는다.
따라서, 안정한 액방성 액정상을 형성할 수 있는 2색성 물질의 분자의 1개 이상의 이방성 흡수 단편에 있어서 광학 전이 쌍극자 모멘트의 투영이 적어도 특정 파장 범위의 전자기선에서 분자 배향층의 광학 축에 사실상 평행한 분자 배향층을 갖는 광학 장치의 제조 방법을 사용함으로써 높은 편광 효율을 얻는다.
본 발명의 광학 장치는 2색성, 간섭형 편광자, 지연기, 액정 디스플레이 및 표시기로서 사용될 수 있고, 조명 기구, 광학 변조기, 광학 변조의 매트릭스 시스템에 사용될 수 있으며, 편광 필름의 제조, 선글래스, 차양과 같은 소비 상품의 제 조에 사용될 수 있다.
Figure 112003003927200-pct00008
Figure 112003003927200-pct00009
Figure 112003003927200-pct00010
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Claims (27)

  1. 안정한 액방성 액정상을 형성할 수 있는 저분자량 또는 올리고머 2색성 물질의 1개 이상의 분자 배향층(oriented layer)을 포함하는 광학 장치로서, 2색성 물질 분자의 1개 이상의 이방성 흡수 단편에 있어서 광학 전이 쌍극자 모멘트의 분자 배향층의 평면상의 투영이 분자 배향층의 광학 축에 평행하고 35 이상의 2색성 비를 갖는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  2. 제1항에 있어서, 2색성 물질의 분자의 1개 이상의 이방성 흡수 단편에 있어서 광학 전이 쌍극자 모멘트가 상기 분자 배향층의 광학 축에 평행한 광학 장치.
  3. 제1항에 있어서, 2색성 물질의 분자가 선형 구조를 갖는 광학 장치.
  4. 제1항에 있어서, 2색성 물질의 1개 이상의 이방성 흡수 단편이 400~700 nm의 가시광 스펙트럼 파장 범위에서 흡수성인 광학 장치.
  5. 제1항에 있어서, 2색성 물질의 1개 이상의 분자 배향층이 400~700 nm의 가시광 스펙트럼 파장 범위에서 투과성인 광학 장치.
  6. 제1항에 있어서, 2색성 물질의 분자 배향층의 두께가 1 nm 내지 5 ㎛인 광학 장치.
  7. 제1항에 있어서, 2색성 물질의 분자 배향층의 흡수 계수가 0.1 이상인 광학 장치.
  8. 제1항에 있어서, 1개 이상의 분자 배향층이 복굴절 이방성 흡수층이고 편광 광의 파장의 증가에 따라 증가하는 하나 이상의 굴절률을 갖는 광학 장치.
  9. 제1항에 있어서, 1개 이상의 복굴절 이방성 흡수층이 하나 이상의 선형 편광된 광 성분에 대해 상기 장치의 출력에서 간섭 극값의 실현을 제공하는 두께를 갖는 광학 장치.
  10. 제1항에 있어서, 굴절율이 복굴절 이방성 흡수층의 굴절율들 중 하나와 일치하거나 가장 근사하는 하나 이상의 광학 등방성 층을 더 포함하는 광학 장치.
  11. 제1항에 있어서, 하나 이상의 복굴절층을 추가로 포함하는 광학 장치로서, 여기서 상기 복굴절층의 제1 굴절율이 복굴절 이방성 흡수층의 제1 굴절율과 일치하거나 가장 근사하고, 복굴절층의 제2 굴절율과 복굴절 이방성 흡수층의 제2 굴절율이 서로 상이한 것인, 광학 장치.
  12. 제1항에 있어서, 1개 이상의 분자 배향층이
    - 화학식 I: {색원체}(-XiO-Mi +)n의 2색성 음이온계 염료의 하나 이상의 염 (식 중, 색원체는 이하 염료 발색단 계이고, Xi (이하)는 CO, SO2, OSO2, OPO(O-M+)이며, n은 1 내지 10이고, Mi + (이하)는 H+ 또는 MH + 또는 Mo + 또는 이들의 조합이며, MH +는 (이하) NH4 +, Li+, Na+, K+, Cs+, 1/2Mg++, 1/2Ca++, 1/2Ba++, 1/3Fe+++, 1/2Ni++, 1/2Co++ 유형의 무기 양이온을 나타내고, Mo +는 (이하) N-알킬피리디늄, N-알킬키놀리늄, N-알킬이미다졸리늄, N-알킬티아졸리늄, OH-(CH2-CH2O)m-CH2CH2-NH3 + (여기서, m은 1 내지 9임), RR'NH2 +, RR'R"NH+, RR'R"R*N+, RR'R"R*P+ (여기서, R, R', R", R*는 CH3, ClC2H4, C2H5, C3H7, C4H9, C6H5CH2 유형의 알킬 또는 치환된 알킬, 치환되거나 또는 치환되지 않은 페닐 또는 헤테로아릴임), YH-(CH2-CH2Y)k-CH2CH2 (여기서, Y는 O 또는 NH이고, k는 0 내지 10임)를 나타냄), 또는
    - 화학식 II: (Mi +O-Xi -)n{색원체}(-XjO-SAIj)m의 양쪽성 계면활성제와 표면활성 양이온 중 어느 하나 또는 둘 모두를 갖는 2색성 음이온계 염료의 하나 이상의 회합체 (식 중, Xj (이하)는 CO, SO2, OSO2, OPO(O-M+)이고, n은 0 내지 9이며, m은 1 내지 4이고, Mi +는 H+ 또는 MO + 또는 MH + 또는 이들의 조합이며, SAIj (이하 표면활성 이온)은 SAC+ 및 AmSAS 중 어느 하나 또는 둘 모두이고, SAC+는 이하 표면활성 양이온이고, AmSAS는 이하 양쪽성 표면활성 물질임), 또는
    - 화학식 III: (Mi +O-Xi -)n{색원체+}SAI의 양쪽성 계면활성제와 표면활성 음이온 중 어느 하나 또는 둘 모두를 갖는 2색성 양이온계 염료의 하나 이상의 회합체 (식 중, n은 0 내지 5이고, SAI는 SAA- 및 AmSAS 중 어느 하나 또는 둘 모두이며, SAA-는 이하 표면활성 음이온임), 또는
    - 화학식 IV: {색원체}(-Zi +RR'R"SAIi)n의 양쪽성 계면활성제와 표면활성 음이온 중 어느 하나 또는 둘 모두를 갖는 2색성 양이온계 염료의 하나 이상의 회합체 (식 중, Zi는 N, P이고, R, R', R"는 CH3, ClC2H4, HOC2H4, C2H5, C3H7 유형의 알킬 또는 치환된 알킬이며, SAIi는 SAA-, AmSAS이고, n은 1 내지 4임), 또는
    - 화학식 V: ([{-색원체}(-XiO-Mi +)n]-Li -)q의 2색성 음이온계 올리고머 염료의 하나 이상의 염 (식 중, L은 (CH2)6, C6H4, C6H3G-C6H3G, C6H3G-Q-C6H3G (여기서, G는 H, Hal, OH, NH2, Alk이고, Q는 O, S, NH, CH2, CONH, SO2, NH-CO-NH, CH=CH, N=N, CH=N임)이고, n은 1 내지 10이며, q는 5 내지 10임), 또는
    - 무기 또는 친수성 기가 없는 하나 이상의 수불용성 2색성 염료 및 안료 중 어느 하나 또는 양자 모두, 또는
    - 이들의 조합
    을 기재로 형성되며, 염료는 동일한 이온 기 -XiOMi +, -XjO-SAIj, -Xi +RR'R" 또는 Mi + 또는 -XiOMi +, -XjO-SAIj, -Xi +RR'R" 및 Mi + 모두를 함유할 수 있고 동시에 2개의 동일한 기 또는 양이온 또는 양이온 또는 이온 기 및 양이온의 각종 부재(absence)를 포함하여 여러개의 상이한 이온 기 또는 Mi + 또는 이온기 및 Mi +를 포함할 수 있고, 상기 이온 기 -XiOMi +, -XjO-SAIj, -Xi +RR'R"는 방향족 고리와 직접 또는 가교 -Qi-(CH2)p- 중 하나 또는 모두 (여기서, Qi는 SO2NH, SO2, CONH, CO, O, S, NH, CH2이고, p는 1 내지 10임)를 통해서 결합될 수 있는 광학 장치.
  13. 제12항에 있어서, 하나 이상의 염료 색원체가 모노-, 비스-, 트리스-, 폴리아조- 또는 아족시-염료, 스틸벤, 아조메틴, 폴리메틴, 시아닌, 헤미시아닌, 티오피로닌, 피로닌, 아크리딘, 안트라퀴논, 페리논, 인디고이드, 옥사진, 아릴카르보늄, 티아진, 크산텐 또는 아진 염료, 디- 및 트리아릴메탄의 복소환 유도체, 다환식 또는 금속 착물 화합물, 안트론의 복소환 유도체로 이루어진 발색단 계로부터 선택된 것인 광학 장치.
  14. 제1항에 있어서, 무기 물질 또는 상이한 중합체 물질 중 어느 하나 또는 양자 모두를 더 포함하는 광학 장치.
  15. 제1항에 있어서, 광반사층을 더 포함하는 광학 장치.
  16. 제1항에 있어서, 연신층을 더 포함하는 광학 장치.
  17. 제1항에 있어서, 1개 이상의 분자 배향층이 기판 표면상에 형성되어 있는 광학 장치.
  18. 제17항에 있어서, 기판이 렌즈 형태로 달성되어 있는 광학 장치.
  19. 제17항에 있어서, 기판이 종이, 와트만 (Whatman) 도화지, 판지 (cardboard), 부직 물질, 면, 울, 폴리아미드, 폴리에스테르 직물로부터 선택되는 거칠고 흡수성인 물질인 광학 장치.
  20. 제17항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 기판과 분자 배향층 사이에 배치된 접착제층을 더 포함하는 광학 장치.
  21. 제1 및 제2 판 사이에 배치된 액정층을 포함하며, 상기 판들 중 적어도 하나는 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 청구된 편광된 전자기선의 생성 또는 변형 또는 생성 및 변형을 위한 1개 이상의 광학 장치와 전극들을 포함하는, 액정 디스플레이 형태의 광학 장치.
  22. 제21항에 있어서, 적어도 하나의 판이 중합체막인, 액정 디스플레이 형태의 광학 장치.
  23. 제21항에 있어서, 편광된 전자기선의 생성 또는 변형 또는 생성 및 변형 모두를 위한 1개 이상의 광학 장치가 적어도 하나의 판의 내측상에 배치되어 있는, 액정 디스플레이 형태의 광학 장치.
  24. 제21항에 있어서, 2색성 물질의 분자의 1개 이상의 이방성 흡수 단편의 광학 전이 쌍극자 모멘트의 분자 배향층의 평면상의 투영이 분자 배향층의 광학 축에 평행한, 2색성 물질의 1개 이상의 분자 배향층을 포함하는 적어도 하나의 편광자를 포함하는 액정 디스플레이 형태의 광학 장치.
  25. 제21항에 있어서, 1개 이상의 이방성 흡수 단편을 포함하는 2색성 물질의 1개 이상의 분자 배향층을 포함하는, 가시광 파장 범위에서 투과성인 2색성 물질의 분자 배향층을 더 포함하는 액정 디스플레이 형태의 광학 장치로서, 상기 이방성 흡수 단편의 광학 전이 쌍극자 모멘트의 분자 배향층의 평면상의 투영이 분자 배향층의 광학 축에 평행하거나 수직인, 액정 디스플레이 형태의 광학 장치.
  26. 제21항에 있어서, 요오드 화합물과 2색성 염료 중 어느 하나 또는 둘 모두로 염색된 PVA를 기재로 하는 1개 이상의 편광자로서 포함하는, 액정 디스플레이 형태의 광학 장치.
  27. 제21항에 있어서, 기판과 분자 배향층 사이에 배치된 접착제층을 더 포함하는, 액정 디스플레이 형태의 광학 장치.
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