KR101436795B1 - 체적 광-정렬 지연판 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 I): (i) 중합성 그룹을 갖는 액정 단량체 또는 예비중합체; 및 (ii) 광-배향성 그룹을 갖는 단량체 또는 올리고머 또는 중합체, 및/또는 (iii) 광-배향성 및 중합성 그룹을 갖는 액정 단량체 또는 예비중합체, 올리고머 또는 중합체, 및 (vi) 임의의 추가의 성분, 또는 II): (v) 광-배향성 및 중합성 그룹을 갖는 액정 단량체 또는 예비중합체, 올리고머 또는 중합체, 및 (vi) 임의의 추가의 성분을 포함하는, 광학 축의 방향이 복굴절층의 두께 방향을 따라 변하는 복굴절층에 관한 것이며, 또한 본 발명은 상기 복굴절층의 제조방법, 상기 복굴절층의 용도 및 상기 복굴절층을 포함하는 광학 부재에 관한 것이다.
복굴절층, 광-배향성 그룹, 중합성 그룹, 체적 광-정렬 지연판, 광학 부재.

Description

체적 광-정렬 지연판{Volume photo-aligned retarder}
본 발명은,
I)
(i) 중합성 그룹을 갖는 액정 단량체 또는 예비중합체; 및
(ii) 광-배향성 그룹을 갖는 단량체 또는 올리고머 또는 중합체, 및/또는
(iii) 광-배향성 및 중합성 그룹을 갖는 액정 단량체 또는 예비중합체, 올리고머 또는 중합체, 및
(vi) 임의의 추가의 성분;
또는
II)
(v) 광-배향성 및 중합성 그룹을 갖는 액정 단량체 또는 예비중합체, 올리고머 또는 중합체, 및
(vi) 임의의 추가의 성분
을 포함하는 복굴절층으로서, 광학 축의 방향이 상기 복굴절층의 두께 방향을 따라 변하는 복굴절층에 관한 것이며, 또한 본 발명은 상기 복굴절층의 제조방법, 상기 복굴절층의 용도 및 상기 복굴절층을 포함하는 광학 부재에 관한 것이다.
복굴절층은 광의 편광 상태를 변경시키기 위해 폭넓게 사용된다. 오랫 동 안, 광학 지연판, 예를 들면, 1/4 파장 및 반파장 지연판이, 예를 들면, 선편광의 평면을 90°로 회전시키거나, 선편광을 원편광으로 변환시키거나 이와 반대로 변환시키기 위한 복굴절층에 우세하게 적용되었다.
이삼년 전을 기점으로, 컴퓨터 모니터, TV 수상기 또는 모바일 폰에 사용되는 고품질의 액정 디스플레이(LCD)에 다양한 광학 성질들을 갖는 엄청난 양의 복굴절 호일을 사용하고 있다. 특정 용도에 따라서는, LCD에서 복굴절 필름은 콘트라스트, 휘도, 시야각 또는 채도를 향상시켜야 한다.
오늘날, LCD에 사용되는 복굴절 호일의 대부분은 여전히 연신(stretched) 플라스틱 필름이다. 그러나, 필름의 연신은 LCD의 광학 성질들을 더욱 향상시키기 위해 요구되는 모든 복합적인 광학 성질들을 성취할 수 없는데, 그 이유는 연신은 단지, 웹(web) 방향을 따라 그리고 웹 방향에 수직으로 굴절률을 변경시키는 것만을 가능하게 하기 때문이다. 지난 수년 동안, 추가의 광학 성질들을 갖는 피복된 지연판이 연신 지연판에 대한 잘 알려진 대체품이 되었다.
피복된 지연판은 통상적으로 가교-결합성 액정 물질을 기본으로 한다. 이러한 가교-결합성 액정 물질은 표면들이 정렬능을 나타내도록 개질된 기판상에 단량체로서 피복된다. 피복 및 건조 후에, 이 액정은 정렬 정보에 따라 정렬되고, 이후에 자외(UV) 광에의 노광에 의해 가교-결합된다. 이하, 본 명세서에서 이러한 가교-결합된 액정을 액정 중합체(LCP)라 한다.
기판상에 정렬을 발생시키는 가장 진보된 기술은 브러싱 및 광-정렬이다. 브러싱 기술은 LCD 제조에 있어 잘 확립되어 있지만, 몇가지 결점을 가지며, 예를 들면, 먼지의 발생은 후속적인 세척 단계를 필요로 한다. 다른 결점은 롤 투 롤(roll to roll) 제조에 있어 조정 가능한 정렬 방향각의 제한된 범위이며, 이는 특정 응용에서, 두 개의 필름을 롤 바이 롤(roll by roll)에 의해 편광판에 직접 라미네이팅하기 보다는, 개개의 시트를 절단하고 정렬하여 편광판에 라미네이팅해야만 한다.
미국 특허 제4,974,941호(Gibbons et al.)는 염료의 시스-트랜스-이성질체화에 의한 적절한 파장의 선편광에의 노광에 반응하여 바람직한 방향이 유도되는 공정을 기술한다. 이렇게 노광된 표면과 접촉되는 액정은 이 바람직한 방향에 따라 배향된다. 이 배향 공정은 가역적이다 - 즉, 제2 편광 방향의 광에 당해 층을 추가로 노광함으로써, 배향 방향이 다시 회전될 수 있다.
미국 특허 제5,389,689호(Chigrinov et al.)에 기재된 광구조화 가능한(photostructurable) 배향층의 경우에는, 선편광에 노광되는 동안에 비가역성의 이방성 중합체 네트웍(network)이 발생되고, 이는 액정에 대한 정렬 특성을 나타낸다. 이러한 선형 광-중합된 중합체 네트웍(linear photo-polymerised polymer network, LPP)은 안정하고, 구조화되거나 구조화되지 않은 액정 배향층이 요구되는 경우라면 어떠한 경우라도 유용하다.
LPP 정렬층과 접촉하는 LCP의 이방성 필름을 포함하는 층 구조물이 미국 특허 제5,602,661호(Schadt et al.)에 기재되어 있다. 이 기술을 이용하면, 예를 들면, 유럽 특허 제689 084호(Schadt et al.)에 개시된 바와 같이, 여러 개의 배향 LCP 층으로 이루어진 다층 구조를 제조하는 것도 가능하다.
익히 공지된 바와 같이, 방위각 정렬 이외에, 경사각, 즉 액정층의 평면에 대한 액정층의 광학 축의 기울기가 종종 필요하다. 이는, 예를 들면, 유럽 출원 제0 756 193호(Schadt et al.)에 기술되어 있는 바와 같이, 표면에 대해 경사각을 갖는 LPP 배향층에 의해 달성될 수 있다.
광-정렬층에 의해 정렬되는 상술한 LCP 층의 간소화가 유럽 특허 제EP 1,090,325호에 개시되어 있다. 이 특허는 액정이면서 동시에 광-정렬 기능을 나타내는 물질을 기술한다. 통상적으로 이러한 물질은 광-정렬 물질(photo-aligning material)과 가교-결합성 액정의 혼합물이다. 이러한 물질은 정렬능을 나타내는 것이 요구되지 않는 기판에 피복될 수 있다. 이후에, 이러한 물질의 층은 선편광된 UV-광에 노광되며, 이는 이 물질의 일부인 가교-결합성 액정의 정렬을 유도한다. 정렬 공정이 완료된 후에, UV-가교결합에 의해 액정 배향이 고정된다. 선편광 UV-광에의 경사 노광에 의해, 복굴절층의 광학 축이 경사질 수 있다. 상기한 바와 같은 정렬 표면에 의해 정렬된 LCP 층에 대한 차이점으로서, 상기한 혼합된 물질에서의 분자들의 정렬은 표면들에 의해 제어될 뿐만 아니라, 상기한 혼합된 물질의 벌크(bulk) 내부로부터도 제어된다는 점을 들 수 있다. 이하, 본 명세서에서 이러한 물질을 체적 광-정렬 가능한 지연판(volume photo-alignable retarder, VPR) 물질이라 칭할 것이다. 명백히, 이러한 물질의 이점은 층 수의 감소 및 가공 단계의 수의 감소이며, 이는 비용을 절감하고 생산 산출량을 증가시킬 수 있다.
소비자 광 통신, LCD와 같은 광 전자공학은 빠르게 발전하는 시장에 속하기 때문에, 품질 및 기능성의 개선과 비용 절감이 지속적으로 요구된다.
본 발명은 상기한 층들에 대하여 추가의 기능성을 제공한다.
따라서, 본 발명은,
I)
(i) 중합성 그룹을 갖는 액정 단량체 또는 예비중합체; 및
(ii) 광-배향성 그룹을 가지며 바람직하게는 중합성 그룹도 갖는 단량체 또는 올리고머 또는 중합체, 및/또는
(iii) 광-배향성 그룹 및 중합성 그룹을 갖는 액정 단량체 또는 예비중합체, 올리고머 또는 중합체, 및
(vi) 임의의 추가의 성분,
또는
II)
(v) 광-배향성 그룹 및 중합성 그룹을 갖는 액정 단량체 또는 예비중합체, 올리고머 또는 중합체, 및
(vi) 임의의 추가의 성분
을 포함하는 복굴절층으로서, 광학 축의 방향이 상기 복굴절층의 두께 방향을 따라 변하는 복굴절층에 관한 것이다.
본 발명의 맥락에서, 중합성 그룹은 가교-결합된 그룹을 포함한다.
본 발명의 맥락에서, "광-배향성 그룹"이라는 표현은, 정렬 광(aligning light)으로 조사하여 액정의 정렬을 유도할 경우, 바람직한 배향을 발생시킬 수 있 는 그룹을 의미한다.
본 발명의 맥락에서, 정렬 광은 광정렬을 개시할 수 있는 파장의 광이다. 바람직하게는, 이 파장은 UV-A, UVB 및/또는 UV/C-범위 또는 가시광 범위에 있다. 어떤 파장이 적합한지는 광정렬 화합물(photoaligning compound)에 의존한다.
보다 바람직하게는, 정렬 광은 적어도 부분적으로 선편광되거나, 타원편광, 예를 들면, 원편광되거나, 비-편광되며, 가장 바람직하게는 원편광된 광이거나 비스듬하게 노광되는 비-편광 광이거나, 적어도 부분적으로 선편광된 광이다.
광-배향성 그룹은 보다 바람직하게는 이방성 흡광 분자(anisotropically absorbing molecule)이다. 이러한 이방성 흡광 분자는, 통상적으로 약 150 내지 2000nm 범위 내에서, 상이한 값의 흡광 특성을 나타낸다.
통상적으로 사용되는 이방성 흡광 분자는 탄소-탄소 이중 결합, 탄소-질소 이중 결합 또는 질소-질소 이중 결합을 갖는다.
이러한 이방성 흡광 분자는, 예를 들면, 아조 염료, 안트라퀴논, 메리시아닌, 메탄, 2-페닐아조티아졸, 2-페닐아조벤즈티아졸, 스틸벤, 1,4-비스(2-페닐에틸레닐)벤젠, 4,4'-비스(아릴아조)스틸벤, 페릴렌, 4,8-디아미노-1,5-나프토퀴논 염료, 2개의 방향족 환과 결합한 케톤 잔기를 또는 케톤 유도체를 갖는 디아릴 케톤, 예를 들면, 치환된 벤조페논, 벤조페논 이민, 페닐히드라존, 및 세미카바존 또는 신나메이트이다. 상기 열거한 이방성 흡광 물질의 제조방법은 공지되어 있으며, 예를 들면, 미국 특허 제4,565,424호(Hoffman et al.), 미국 특허 제4,401,369호(Jones et al.), 미국 특허 제4,122,027호(Cole, Jr. et al.), 미국 특허 제 4,667,020호(Etzbach et al.) 및 미국 특허 제5,389,285호(Shannon et al.)에 개시된 바와 같다.
바람직한 이방성 흡광 물질은 아릴아조, 폴리(아릴아조), 스틸벤 및 디아릴 케톤 유도체 및 신나메이트이다.
보다 바람직한 것은 아릴아조, 스틸벤, 디아릴 케톤 및 신나메이트이다.
상기 이방성 흡광 물질은 주쇄 중합체 내에 공유 결합될 수 있으며, 이들은 측쇄 그룹으로서 주쇄에 공유 결합될 수 있거나, 중합체 내에 비결합 용질(non bonded solute)로서 존재할 수 있다.
중합체는, 예를 들면, 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리이미드, 폴리암산, 폴리말레인이미드, 폴리-2-클로로아크릴레이트, 폴리-2-페닐아크릴레이트; 치환되지 않거나 C1-C6 알킬 치환된 폴리아크릴아미드, 폴리메타크릴아미드, 폴리-2-클로로아크릴아미드, 폴리-2-페닐아크릴아미드, 폴리비닐에테르, 폴리비닐에스테르, 폴리스티렌-유도체, 폴리실록산, 폴리아크릴산 또는 폴리메타크릴산의 직쇄 또는 측쇄 알킬 에스테르; 탄소수 1 내지 20의 알킬 잔기를 갖는, 폴리페녹시알킬아크릴레이트, 폴리페녹시알킬메타크릴레이트, 폴리페닐알킬메타크릴레이트; 폴리아크릴니트릴, 폴리메타크릴니트릴, 폴리스티렌, 폴리-4-메틸스티렌 또는 이들의 혼합물이다.
또한, 바람직한 광-배향성 단량체 또는 올리고머 또는 중합체는 미국 특허 제5,539,074호, 미국 특허 제6,201,087호, 미국 특허 제6,107,427호, 미국 특허 제 6,335,409호 및 미국 특허 제6,632,909호에 기재되어 있다.
액정 단량체 또는 예비중합체는 하나 이상의 막대(rod)-형상, 판(board)-형상 또는 원판(disc)-형상의 메소겐 그룹(mesogenic groups), 즉 액정 상(phase) 거동을 유도하는 능력을 가진 그룹을 포함하는 물질 또는 화합물을 나타낸다. 막대-형상 또는 판-형상 그룹을 갖는 액정 화합물은 또한 이 기술분야에서 컬래머틱(calamitic) 액정으로서 공지되어 있다. 원판-형상 그룹을 갖는 액정 화합물은 또한 당해 기술분야에서 디스코틱(discotic) 액정으로서 공지되어 있다. 메소겐 그룹을 포함하는 화합물 또는 물질은 반드시 그 자체가 액정 상을 나타내야 하는 것은 아니다. 또한, 이들은 다른 화합물과의 혼합물로서만 액정 상 거동을 나타내거나, 메소겐 화합물이나 물질 또는 이들의 혼합물이 중합될 때 액정 상 거동을 나타낼 수도 있다.
본 발명에서 사용될 수 있는 가교-결합성 그룹을 갖는 액정 단량체 또는 예비중합체는, 예를 들면, 국제공개공보 WO 2005/105932, WO 2005/054406, WO 2004/085547, WO 2003/027056, 미국 특허 제2004/0164272호, 미국 특허 제6746729호, 미국 특허 제6733690호, 국제공개공보 WO 2000/48985, WO 2000/07975, WO 2000/04110, WO 2000/05189, WO 99/37735, 미국 특허 제6395351호, 미국 특허 제5700393호, 미국 특허 제5851424호 및 미국 특허 제5650534호에 개시되어 있다.
바람직한 가교-결합성 그룹은, 예를 들면, 아크릴레이트 또는 디아크릴레이트, 메타크릴레이트, 디메타크릴레이트, 알릴, 비닐 또는 아크릴아미드를 나타낸다.
보다 바람직한 것은 아크릴레이트 또는 디아크릴레이트 가교-결합성 그룹을 갖는 액정 단량체 또는 예비중합체이다.
본 발명의 맥락에서, "추가의 성분"이라는 표현은, 예를 들면, 키랄 분자, 2색성 분자 및 흡광제의 의미를 갖는다.
중합성 그룹을 갖는 액정 단량체 또는 예비중합체 (i)이 100중량부의 양으로 존재한다고 가정할 때, 광-배향성 그룹을 갖는 단량체 또는 올리고머 또는 중합체 (ii), 및/또는 중합성 또는 광-배향성 그룹을 갖는 액정 단량체 또는 예비중합체 (iii)는 통상적으로 0.1중량부 이상, 보다 바람직하게는 1중량부 이상, 가장 바람직하게는 10중량부 이상의 양으로 존재한다.
본 발명의 바람직한 양태는
I)
(i) 중합성 그룹을 갖는 액정 단량체 또는 예비중합체 또는 올리고머 또는 중합체의 혼합물; 및
(ii) 광-배향성 그룹 및, 바람직하게는 중합성 그룹을 갖는 단량체 또는 올리고머 또는 중합체의 혼합물, 또는 광-배향성 그룹 및, 바람직하게는 중합성 그룹을 갖는 단량체 또는 올리고머 또는 중합체의 혼합물, 및/또는
(iii) 광-배향성 그룹 및 중합성 그룹을 갖는 액정 단량체 또는 예비중합체, 또는 올리고머 또는 중합체, 또는 광-배향성 그룹 및 중합성 그룹을 갖는 액정 단량체 또는 예비중합체의 혼합물, 및
(iv) 임의의 추가의 성분
(여기서, 상기 혼합물 중의 상기 물질들의 양은 동일하거나 상이하다),
또는
II)
(v) 광-배향성 그룹 및 중합성 그룹을 갖는 액정 단량체 또는 예비중합체, 또는 올리고머 또는 중합체, 또는 광-배향성 그룹 및 중합성 그룹을 갖는 액정 단량체 또는 예비중합체의 혼합물, 및
(vi) 임의의 추가의 성분
(여기서, 상기 혼합물 중의 상기 물질들의 양은 동일하거나 상이하다)
을 포함하는 복굴절층에 관한 것이다.
본 발명의 더 바람직한 양태에서, 물질 (i) 및 (iii)은 네마틱 상 또는 콜레스테릭 상 또는 스메틱 상을 갖는다. 어느 상이 선택되는지는, 의도하는 용도에 따른다.
본 발명의 또 다른 바람직한 양태는 비-선형 프로파일을 포함하는 복굴절층에 관한 것이다.
본 발명의 더 바람직한 양태는 물질 (i) 및/또는 (iii)이, 정렬 표면(aligning surface)을 나타내는 기판상에 정렬되는 복굴절층에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 양태는 물질 (i) 및/또는 (iii)이 정렬되고, 이에 의해 정렬이, 정렬 표면을 나타내는 기판에 의해, 그리고 체적 광-정렬에 의해 유도되고, 바람직하게는 정렬 표면으로부터의 정렬 정보와 체적 광-정렬, 바람직하게는 방위각으로 및/또는 비스듬하게 유도되는 정렬에 의한 정렬 정보인 상기 두 정렬 정보가 상이한 복굴절층에 관한 것이다.
또한, 본 발명의 바람직한 양태는 물질 (i) 및/또는 (iii)이, 정렬 표면을 나타내는 기판상에 정렬되고, 비-선형 경사-프로파일을 포함하는 복굴절층에 관한 것이다.
또한, 본 발명의 바람직한 양태는 선형 또는 비-선형 트위스티드 복굴절층에 관한 것이다.
또한, 본 발명의 바람직한 양태는 벤드 변형(bend deformation) 또는 스플레이 변형(splay deformation)을 갖는 복굴절층에 관한 것이다.
본 발명의 추가의 양태에서, 상기 복굴절층은 키랄 분자들을 추가로 포함한다.
또 다른 바람직한 양태에서, 상기 복굴절층은 2색성 분자들을 추가로 포함한다.
더 바람직한 양태는 균질한 분포에서부터 상 분리까지의 범위로 분포된 물질 (i), (ii) 및/또는 (iii)을 포함하며, 바람직하게는 물질 (i) 및 (ii) 및/또는 (iii)이 상 분리된 복굴절층에 관한 것이다.
광-배향성 물질과 액정 물질의 상호작용에 따라, 극단적으로 혼합물이 균질할 수 있거나, 극단적으로 정렬 화합물들과 액정들이 층으로 완전히 분리될 수 있다. 하나의 바람직한 상황은 층으로의 완전한 상 분리이며, 여기서는 광-정렬성 화합물의 층이 복굴절층의 한쪽 표면 또는 양쪽 표면에 위치한다. 후자의 경우는 자기 조직화(self organizing) 물질을 제공하며, 여기서 단일 층의 피복은 액정 셀의 층 구조와 유사한 층 구조를 제공하며, 여기서 액정층의 양면상의 정렬층들은 정렬 정보를 제공한다.
보다 바람직한 양태는 상 분리된 물질 (i) 및 (ii) 및/또는 (iii)을 포함하며, 여기서 물질 (i)은 물질 (ii) 위에 층을 형성하거나; 물질 (ii)는 물질 (iii) 위에 층을 형성하거나; 물질 (i)은 물질 (ii) 아래에 층을 형성하거나; 물질 (ii)는 물질 (iii) 아래에 층을 형성하거나, 물질 (ii)는 2개의 층을 형성하고, 하나는 물질 (i) 위에, 하나는 물질 (i) 아래에 형성하거나; 물질 (ii)는 2개의 층을 형성하고, 하나는 물질 (iii) 위에, 하나는 물질 (iii) 아래에 형성하거나; 물질 (iii)은 물질 (i)의 위 및/또는 아래에 층을 형성하는, 복굴절층에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 복굴절층의 하나 이상의 단일 물질, 특히 광-배향성 및/또는 광-배향된 물질 (ii), 및/또는 액정 물질 (i), (iii) 및/또는 추가의 다른 성분 (iv)이, 상기 복굴절층의 두께 방향을 따라 밀도 구배를 갖는, 복굴절층에 관한 것이다.
본 발명은 또한
I)
(i) 중합성 그룹을 갖는 액정 단량체 또는 예비중합체; 및
(ii) 광-배향성 그룹 및, 바람직하게는 중합성 그룹을 추가로 갖는 단량체 또는 올리고머 또는 중합체, 및/또는
(iii) 광-배향성 그룹 및 중합성 그룹을 갖는 액정 단량체 또는 예비중합체 또는 올리고머 또는 중합체, 및
(vi) 임의의 추가의 성분;
또는
II)
(v) 광-배향성 그룹 및 중합성 그룹을 갖는 액정 단량체 또는 예비중합체 또는 올리고머 또는 중합체, 및
(vi) 임의의 추가의 성분
으로 이루어진 층을 기판상에 피복하는 단계 a), 및
상기 피복된 층을 정렬 광에, 바람직하게는 액정 물질 (i) 및/또는 (iii)의 투명점(clearing point)을 초과하는 온도로 노광시키는 단계 b)
를 포함하는, 광학 축의 방향이 복굴절층의 두께 방향을 따라 변하는 복굴절층의 제조방법에 관한 것이다.
기판은 지지 구조물을 나타낸다. 기판은 최종 층 또는 액정 디스플레이에 대해 유용한 기능을 제공하는 적층된 물질들의 임의의 고형 조합물일 수 있다. 예를 들어, 상기 기판은 하기 물질들의 임의의 조합일 수 있다: 결정성 또는 비결정성 실리콘, 유리, 폴리에스테르 및 폴리이미드를 포함하는 플라스틱; 석영, 인듐-주석-산화물, 금, 은, 이산화규소, 일산화규소, 반사 방지 피복물, 컬러 필터 층, 편광판 및 위상 보상 필름. 실제로, 이들 물질 중의 몇몇은 유리 또는 플라스틱과 같은 기초적인 지지 구조물상에 증착되거나 피복된다.
본 발명에 따르면, 두께 방향을 따라 정렬을 제어하는 하나의 방법은 복굴절층의 하나 이상의 물질의 밀도 구배를 발생시키는 것이며, 특히 광-배향성 및/또는 /및 광-배향된 물질 (ii), 및/또는 액정 물질 (i), (iii) 및/또는 추가의 성분 (iv)의 밀도 구배를 발생시키는 것이다. 이것은 몇 가지 방법으로 달성될 수 있으며, 이 중 일부는 하기에 기재되어 있지만, 다른 방법도 역시 효과적일 수 있다.
본 발명의 바람직한 양태는
I)
(i) 중합성 그룹을 갖는 액정 단량체 또는 예비중합체, 또는 상이한 물질들 (i)의 혼합물(여기서, 이들 물질의 양은 동일하거나 상이하다); 및
(ii) 광-배향성 그룹 및, 바람직하게는 중합성 그룹을 갖는 단량체 또는 올리고머 또는 중합체, 또는 상이한 물질들 (ii)의 혼합물(여기서, 이들 물질의 양은 동일하거나 상이하다); 및/또는
(iii) 중합성 및 광-배향성 그룹을 갖는 액정 단량체 또는 예비중합체 또는 올리고머 또는 중합체, 또는 상이한 물질들 (iii)의 혼합물(여기서, 이들 물질의 양은 동일하거나 상이하다); 및
(iv) 임의의 추가의 성분, 또는 상이한 물질들 (iv)의 혼합물(여기서, 이들 물질의 양은 동일하거나 상이하다);
또는
II)
(v) 중합성 및 광-배향성 그룹을 갖는 액정 단량체 또는 예비중합체 또는 올리고머 또는 중합체, 또는 상이한 물질들 (iii)의 혼합물(여기서, 이들 물질의 양은 동일하거나 상이하다); 및
(vi) 임의의 추가의 성분, 또는 상이한 물질들 (iv)의 혼합물(여기서, 이들 물질의 양은 동일하거나 상이하다)
로 이루어진 층을 기판상에 피복하는 단계 a), 및
상기 피복된 층을 정렬 광에 노광시키는 단계 b)
를 포함하고, 이에 의해 복굴절층의 하나 이상의 물질, 특히 광-배향성 및/또는 광-배향된 물질 (ii) 및/또는 액정 물질 (i), (iii) 및/또는 추가의 성분이, 상기 복굴절층의 두께 방향을 따라 밀도 구배를 발생시키는, 광학 축의 방향이 복굴절층의 두께 방향을 따라 변하는 복굴절층의 제조방법을 포함한다.
복굴절층의 두께 방향을 따라, 복굴절층의 하나 이상의 물질, 특히 광-배향성 및/또는 광-배향된 물질 및/또는 액정 물질 및/또는 흡광제의 밀도 구배를 확립하기 위한 첫 번째 방법에서, 반응 속도는 복굴절층으로 투과하는 광을 제어함으로써 제어된다.
이것은 광의 효과적인 파장 범위에 있는 물질의 흡광을 제어함으로써 달성될 수 있다. 효과적인 파장 범위는 물질들의 정렬이 유도되는 범위이다. 복굴절층 자체 내에 함유된 광-배향성 물질은 효과적인 파장 범위의 광을 흡광하기 때문에, 예를 들면, 광-정렬 화합물의 여기 계수(extinction coefficient)에 영향을 주는 광-정렬 화합물의 분자 구조에 의해 흡광이 제어될 수 있다.
흡광을 제어하는 또 다른 방법은 복굴절층 내의 물질들의 농도 프로파일, 특히 복굴절층 내의 광-배향성 및/또는 광-배향된 물질의 농도 프로파일을 변화시키는 것이다.
또한, 본 발명의 보다 바람직한 양태는
I)
(i) 중합성 그룹, 바람직하게는 가교결합성 그룹을 갖는 액정 단량체 또는 예비중합체; 및
(ii) 광-배향성 그룹 및, 바람직하게는 중합성 그룹, 특히 가교결합성 그룹을 갖는 단량체 또는 올리고머 또는 중합체, 및/또는
(iii) 중합성 그룹, 바람직하게는 가교성 그룹, 및 광-배향성 그룹을 갖는 액정 단량체 또는 예비중합체 올리고머 또는 중합체, 및
(vi) 임의의 추가의 성분,
또는
II)
(v) 중합성 그룹, 바람직하게는 가교성 그룹, 및 및 광-배향성 그룹을 갖는 액정 단량체 또는 예비중합체 또는 올리고머 또는 중합체, 및
(vi) 임의의 추가의 성분
으로 이루어진 층을 기판상에 피복하는 단계 a), 및
상기 피복된 층을 정렬 광에 노광시키고, 이에 의해 적어도 약간의 광-배향성 물질 (ii) 및/또는 (iii)이 상기 층에 남아 있는 단계 b)
를 포함하는, 광학 축의 방향이 복굴절층의 두께 방향을 따라 변하는 복굴절층의 제조방법에 관한 것이다.
가장 바람직한 방법은 광-배향된 및 광-배향성 물질 (ii) 및/또는 (iii)이 복굴절층의 두께 방향을 따라 밀도 구배를 발생시키게 하는 방법이다.
광-정렬 공정 동안에 복굴절층에서의 흡광의 결과, 정렬 광이 복굴절층으로 입사하는 측의 부근에서 반응 속도가 가장 높다. 통상적으로, 복굴절층은 기판의 반대측으로부터, 통상적으로 공기측으로부터 노광된다. 그러나, 기판을 통한 노광이 또한 가능하며, 이는 복합 구조(complex configuration)에 대한 추가의 가능성을 제공한다.
보다 바람직한 또 다른 양태에서, 제조 방법은 상기한 모든 바람직한 사항들을 포함하는 단계 a), 및 피복된 층을, 기판의 반대측으로부터, 통상적으로 공기측으로부터, 또는 기판을 통하여, 정렬 광에 노광시키는 단계 b)를 포함한다.
복굴절층의 흡광이 효과적인 범위 내의 파장의 함수로서 변화되는 경우, 대안적으로 정렬 광의 파장은 원하는 흡광을 나타내는 특정 범위로 제한될 수 있다.
본 발명의 더 바람직한 방법은 상기한 모든 바람직한 사항들을 포함하는 단계 a), 및 피복된 층을 노광시키는 단계 b)를 포함하며, 흡광이 효과적인 범위 내에 있는 파장의 함수로서 변화되는 방법에 관한 것이다.
보다 바람직한 방법은 단계 b)에서 피복된 층이, 후속적으로, 상이하거나 동일한 파장에 및/또는 상이한 노광 기하구조(geometry)(예를 들어, 입사각 및 편광 방향)로 노광되는 방법이다.
복굴절층의 두께 방향을 따라 복굴절층의 밀도 구배를 유도하는 두 번째 방법은 복굴절층 내의 하나 이상의 물질의 밀도 구배를 발생시키는 것이다.
이것은 복굴절층의 혼합물의 거동을 제어함으로써 달성될 수 있으며, 예를 들면, 복굴절층에서의 복굴절층 내의 상 분리를 제어함으로써 달성될 수 있다.
복굴절층의 두께 방향을 따른 광-배향성 물질의 밀도 구배는 광-정렬 전에 확립될 수 있다. 복굴절층의 두께 방향을 따른 광-배향성 물질의 밀도 구배는 정렬 광에의 노광시에 유도될 수도 있다.
더 바람직한 방법은 복굴절층을 피복함으로써 단계 a)에서 밀도 구배를 유도하거나, 단계 a) 후에, 또는 단계 b)에서, 또는 단계 b) 후에 밀도 구배를 유도함을 포함한다.
밀도 구배는 승온에 의해 유도될 수 있다.
보다 더 바람직한 양태는
I)
i) 중합성 그룹을 갖는 액정 단량체 또는 예비중합체; 및
ii) 광-배향성 그룹 및, 바람직하게는 중합성 그룹을 갖는 단량체 또는 올리고머 또는 중합체, 및/또는
iii) 중합성 및 광-배향성 그룹을 갖는 액정 단량체 또는 예비중합체 또는 올리고머 또는 중합체, 및
iv) 임의의 추가의 성분,
또는
II)
v) 중합성 및 광-배향성 그룹을 갖는 액정 단량체 또는 예비중합체 또는 올리고머 또는 중합체, 및
vi) 임의의 추가의 성분
으로 이루어진 층을 기판상에 피복하며, 여기서 상기 물질 (i) 및 (ii) 및/또는 (iii) 및/또는 (iv)는 균질한 분포에서부터 상 분리까지의 범위로 분포되고, 바람직하게는 물질 (i) 및 (ii) 및/또는 (iii) 및/또는 (iv)가 상 분리되는, 단계 a), 및
상기 피복된 층을 정렬 광에 노광시키는 단계 b)
를 포함하는, 광학 축의 방향이 복굴절층의 두께 방향을 따라 변하는 복굴절층의 제조방법에 관한 것이다.
광학 축의 평면 정렬이 달성되는 한, 반응한 정렬 화합물의 밀도 구배는 덜 중요할 수도 있다. 그러나, 액정 분자들을 경사지게 하기 위해 복굴절층이 비스듬하게 노광될 경우, 1개 또는 2개의 표면에서 종래의 정렬에 의해 달성될 수 없는, 비-선형 변형 프로파일을 나타내는 경사 프로파일이 달성될 수 있는데, 이는 통상적으로 두께 방향을 따른 경사 각의 선형 변화(linear variation)를 야기한다.
본 발명의 또 다른 바람직한 양태는 상기한 바와 같은 단계 a), 및 피복된 층을 비스듬하게 노광시키는 단계 b)를 포함하는 방법에 관한 것이다.
변형 프로파일의 조정성(adjustability)은 TN-LCD(twisted nematic-liquid crystal display, 트위스티드 네마틱-액정 디스플레이)를 위한 더욱 개선된 시야각 향상 필름(viewing angle enhancement film)의 디자인에 특히 중요한데, 이 이유는 변형 프로파일이 큰 시야각에서 콘트라스트 및 색 전이(color shift)에 영향을 주기 때문이다.
상기한 정의 및 바람직한 사항 내에서, 복굴절 물질의 사용은 LCD의 시야각, 큰 시야각에서의 콘트라스트 및 색 전이를 개선시키기 위한 비-선형 변형 경사 프로파일을 갖는다.
또한, 정렬 표면이 정렬을 유도하고, 정렬이 정렬 광에 의해 체적에서 유도되며, 바람직하게는 정렬 표면의 정렬 정보[예를 들어, 정렬 배열(aligning arrangement) 및 경사각]과 체적에서 유도된 정렬 정보가 상이한 방법이 바람직하다.
또한, 정렬 표면 및 체적이 경사각을 유도하고, 경사각이 동일하거나 방위각이 상이하거나, 또는 방위각과 경사각 둘다가 상이할 수 있는 방법이 바람직하다.
바람직하게는, 정렬 표면을 나타내는 기판은, 예를 들면, 브러싱된 기판을 나타낸다. 임의로, 브러싱된 기판은 러빙(rubbing)하기 전에 피복될 수 있다. 또한, 정렬 표면은 경사 증착(oblique evaporation), 이온 빔 공정에 의해, 또는 구조물들을 격자화함에 의해 가능하다. 또한, 정렬 표면은 패턴화 또는 비-패턴화된 광-정렬층일 수 있다. 이 정렬 표면은 또한, 정렬되어 중합된 액정의 얇은 층일 수 있으며, 이에 의해 상기 얇은 층은 기판상에 존재한다.
표면 정렬과 체적 정렬의 조합으로부터 형성된 정렬 메커니즘은 종래의 표면 정렬과 신규한 체적 정렬의 조합이다. 복굴절층의 두께 방향을 따른 정렬 변화는 상이한 정렬 방향이나 경사 방향을 정렬 표면 및 체적 정렬에 대해 적용함으로써 달성된다. 이는, 예를 들면, 정렬 표면에서 특정 경사각을 규정하고, 상이한 경사 방향 또는 경사 프로파일이 복굴절층 내부에 발생되도록 노광 파라미터를 선택함으 로써, 비-선형 경사 프로파일을 강력하게 실현하는 추가의 방법을 제공한다. 정렬 광의 투과 깊이에 따라, 복굴절층의 상부는, 예를 들면, 일축 경사를 가질 수 있으며, 반면 경사 변형은 단지 하부에만 존재하고, 이는 액정 물질의 탄성력에 의해 기인한다.
본 발명에 따르면, 복굴절층의 두께 방향을 따라 정렬을 제어하는 또 다른 방법은 복굴절층을 정렬 표면을 나타내는 기판상에 피복하고, 이어서, 상술한 바와 같이 복굴절층의 광-정렬 및 가교-결합 공정을 수행하는 것이다.
또 다른 바람직한 양태는
I)
(i) 중합성 그룹을 갖는 액정 단량체 또는 예비중합체; 및
(ii) 광-배향성 그룹 및, 바람직하게는 중합성 그룹을 갖는 단량체 또는 올리고머 또는 중합체, 및/또는
(iii) 중합성 및 광-배향성 그룹을 갖는 액정 단량체 또는 예비중합체 또는 올리고머 또는 중합체, 및
(vi) 임의의 추가의 성분,
또는
II)
(v) 중합성 및 광-배향성 그룹을 갖는 액정 단량체 또는 예비중합체 또는 올리고머 또는 중합체, 및
(vi) 임의의 추가의 성분
으로 이루어진 층을 정렬 표면을 나타내는 기판상에 피복하는 단계 a), 및
상기 피복된 층을 정렬 광에 노광시키며, 여기서 정렬이 체적에서 유도되는 단계 b)
를 포함하는, 광학 축의 방향이 복굴절층의 두께 방향을 따라 변하는 복굴절층의 제조방법에 관한 것이다.
보다 더 바람직한 방법은 정렬 표면 층을 나타내는 기판상에 피복하는 단계 a), 및 피복된 층을 광-정렬성 층을 정렬하기 위해 기판측 또는 기판의 반대측으로부터 노광시키는 단계 b)를 포함하는 것이다.
정렬 표면에 의해 유도된 경사각의 방향이 체적 광-정렬에 의해 유도된 경사각의 방향과 반대일 경우, 스플레이 지연판 구조(configuration)는 복굴절층의 하부 및 상부에서의 반대 경사각들에 의해 달성될 수 있다. 경사각의 크기에 따라, 벤드 변형을 유도하는 것이 가능할 수 있다. 두 구조는, 종래에 표면 정렬된 LCP 층에 의해 실현 가능한 경사 구조보다 더 높은 대칭성(symmetry)의 각도 광학 성질(angular optical property)을 제공한다.
본 발명은 또한 스플레이 변형 또는 벤드 변형을 갖는 지연판을 위한 본 발명에 따른 복굴절층의 용도에 관한 것이다.
복굴절층의 광학 성질은 정렬 표면의 방위각 정렬 방향과 체적 정렬의 방위각 정렬 방향을 상이한 각도로 설정함으로써 상당히 변화될 수 있다. 그 결과, 트위스트 변형이 복굴절층에서 유도될 것이며, 이는 액정 물질의 방위각 정렬 방향이 복굴절층의 두께 방향을 따라 변화됨을 의미한다. 체적 광-정렬이 복굴절층의 벌크에서, 효과적이기 때문에, 트위스트 변형은 복굴절층의 두께 방향을 따른 광-정렬 반응 속도에 크게 의존한다.
더 바람직한 방법은
(i) 중합성 그룹, 바람직하게는 가교결합성 그룹을 갖는 액정 단량체 또는 예비중합체; 및
(ii) 광-배향성 그룹 및, 바람직하게는 중합성 그룹, 바람직하게는 가교결합성 그룹을 갖는 단량체 또는 올리고머 또는 중합체, 및/또는
(iii) 중합성 그룹, 바람직하게는 가교결합성 그룹, 및 광-배향성 그룹을 갖는 액정 단량체 또는 예비중합체 또는 올리고머 또는 중합체, 및 추가의 성분
으로 이루어진 층을 정렬 표면을 나타내는 기판상에 피복하는 단계 a), 및
상기 피복된 층을 정렬 광에, 바람직하게는 정렬층의 정렬 방향과는 다른 편광 방향으로 노광시키는 단계 b)
를 포함하는, 광학 축의 방향이 복굴절층의 두께 방향을 따라 변하는 복굴절층의 제조방법에 관한 것이다.
복굴절층이 트위스트 변형을 갖는 광학 부재.
상술한 바와 같이, 광의 투과는 광-배향성 물질, 액정 물질 또는 추가의 흡광제 첨가제의 흡광 특성에 의해 제어될 수 있다. 예를 들어, 광-정렬 반응은, 입사되는 정렬 광을 향하는 복굴절층 부분으로 제한될 수 있으며, 이러한 층 부분은, 반드시 그런 것은 아니지만 통상적으로는 기판의 반대측, 통상적으로 북굴절 층의 공기측이다. 이 경우는 액정이 2개의 정렬층 사이에 갇혀 있는 구조와 유사하며, 이들 중 하나는 정렬 표면이고, 다른 하나는 복굴절층의 상부이며, 이는 광-정렬되어 있다. 이러한 구조는 액정 셀로부터 공지되어 있다.
유사한 구조가 복굴절층들의 제형(formulation)에 의해 달성될 수 있는데, 이러한 제형에서는 액정 및 광-배향성 물질이 서로 비상용성이며, 이에 따라 정렬 화합물 상(phase)이 복굴절층의 기판에 대해 반대측, 통상적으로 공기측인 부분에 대한 층으로서 분리된다. 2개의 정렬층 사이에 갇힌 액정층의 구조에 대략적으로 상응하는 이러한 구조에서, 액정의 정렬은 제1 정렬층의 정렬 방향으로부터 제2 정렬층의 방향까지 복굴절층의 두께 방향을 따라 선형으로 변한다.
복굴절층의 흡광 및 정렬 광의 노광 에너지에 따라, 복굴절층의 체적에서의 반응 속도는 변화될 것이다. 충분한 양의 정렬 광이 복굴절층의 내부로 투과될 수 있는 경우, 이의 정렬 힘(aligning force)이 트위스트 변형의 원인이 되는 탄성력과 경쟁해야 한다. 일반적으로, 이는 두께 방향을 따라 선형 트위스트 프로파일의 변형을 일으킬 것이며, 그 결과 비-선형 트위스트 프로파일을 초래할 수 있다. VPR 흡광도, 층 두께 및 정렬 광의 노광 에너지의 특정 조합으로 인해, 체적 정렬이 복굴절층의 하부가 아닌 상부에서 효과적일 수 있으며, 이는, 상부는 체적 정렬에 의해 유도된 방향으로 일축 정렬되고, 반면에 트위스트 변형은 탄성력으로 인해 하부에서 유도되어 대략적으로 2층 구조로 보일 수 있는 구조를 생성시킬 수 있다. 이러한 구조는 표준 일축 지연판 층에 비하여 개선된 애크로매틱(achromatic) 거동을 나타내기 위해 최적화될 수 있다. VPR 물질이 전체 깊이에서 체적 정렬되어 있는 극단적인 경우에는, 상기 분리된 정렬층의 정렬 강도가 더 이상의 트위스티드 구조를 유도하기에 충분하도록 강하지 않을 수도 있다.
애크로매틱 지연판의 제조를 위한 복굴절 물질의 용도.
상술한 바와 같은 복굴절층이 애크로매틱 지연판의 기능을 갖는 광학 부재.
상기한 바로부터, 복굴절층의 구조를 사용목적에 맞게 알맞게 만들기(tailoring) 위해 다양하게 변화될 수 있는 파라미터가 많이 있다.
광-정렬의 이점들 중의 한 가지 이점은 층 평면에서 정렬 패턴을 발생시킬 수 있는 가능성이다. 체적 광-정렬은 또한 이러한 특성도 제공한다. 따라서, 복굴절층의 두께 방향을 따른 광학 축의 상술한 광-유도 변화가 또한 구역적으로(zone wise) 상이할 수 있다. 이는 포토-마스크를 사용하여 다중 노광에 의해 달성될 수 있다. 달성하려는 구조에 따라, 노광 단계의 수가, 정렬 마스터(alignment master)를 통하거나, 상이한 영역에서 상이한 선량의 광을 투과하는 그레이 스케일 마스크를 통하여 VPR 물질을 광-정렬함으로써 단축될 수 있다.
본 발명은 국소적으로 변하는 방위로 중합되는 상기한 복굴절층을 포함하는 광학 부재에 관한 것이다.
예를 들어, 상이한 영역에서 상이한 트위스트 각도를 나타내는, 패턴화된 트위스티드 지연판이 달성될 수 있다. 반대 방향으로 트위스티드된 이웃 구역들(neighboring zones)을 실현하는 것까지도 가능하고, 반면, 좌선성 및 우선성 트위스트(left and right handed twist)를 나타내는 구역들은 트위스트 각도의 절대값이 동일하거나 상이할 수 있다.
또한, 본 발명은 상술한 바와 같은 복굴절층이 트위스티드 지연판의 기능을 갖는 광학 부재에 관한 것이다.
트위스트 센스(twist sense)에 대한 추가의 정의 없이, 트위스트 각도는 90°로 제한된다. 그러나, 트위스트 센스는 키랄 도펀트를 추가함으로써 및/또는 정렬 표면에서 그리고 체적 광-정렬 동안에 경사각의 발생에 의해 정의될 수 있다.
후자의 방법은, 예를 들면, 좌선성 및 우선성 영역을 갖는 패턴화된 트위스티드 지연판을 실현시켜 주며, 이 지연판은 90°이상의 트위스트 각도를 나타낸다. 또한, 본 발명은 상술한 바와 같은 복굴절층이 좌선성 및 우선성 영역을 갖는 패턴화된 트위스티드 지연판의 기능을 갖는, 광학 부재에 관한 것이다.
웨이브 가이딩(wave guiding)을 위한 조건이 충족되면, 트위스티드 지연판은 애크로매틱 회전기(achromatic rotator)로서 작동한다. 패턴화된 애크로매틱 회전기는, 예를 들면, 3D LCD에 요구되며, 여기서는 편광 상태를 시청자의 양쪽 눈 중 한쪽 눈에 대해 코드화하기 위해 광의 편광이 픽셀들의 절반에 대해 90°로 회전되어야 한다.
본 발명의 또 다른 양태는 상기 복굴절층이 애크로매틱 회전기의 기능을 갖는 광학 부재에 관한 것이다.
두께 방향을 따르는 광학 축 방향의 변화는 효과적인 광학 지연에 영향을 주기 때문에, 상기 방법은 적절한 노광 조건을 선택함으로써, 복굴절층의 광학 지연을 조정하는 데 사용될 수 있다. 결과적으로, 구역적으로 상이한 광학 지연을 갖는 패턴을 실현하는 것도 가능하다. 패턴화된 광학 지연은 인-셀(in-cell) 지연판 응용에 특히 유용한데, 그 이유는 이것이 큰 시야각에서 LCD의 색상 안정성을 향상 시키기 위해, 광학 지연을 특정하게 적색, 청색 및 녹색으로 조정하는 것을 가능하게 하기 때문이다.
또한, 본 발명은 상기한 바와 같은 복굴절층이 인-셀 지연판의 기능을 갖는 광학 부재에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 국소적으로 상이한 지연판 값을 갖는 광학 부재에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 하기의 광학 부재를 포함한다:
층의 상부에서는 일축 경사를 갖고 하부에서는 경사 변형 프로파일을 갖는 본 발명에 따른 복굴절층을 포함하는 광학 부재.
벤드 변형 또는 스플레이 변형을 갖는 본 발명에 따른 층을 포함하는 광학 부재.
물질 (ii)가 정렬 표면상의 상부에 있고, 물질 (i) 또는 (iii)이 정렬 표면상의 하부에 있는 본 발명에 따른 층을 포함하는 광학 부재.
물질 (ii) 및 (i) 또는 (iii)이 정렬 표면상의 상부에 있고, 물질 (i) 또는 (iii)이 정렬 표면상의 하부에 있는 본 발명에 따른 층을 포함하는 광학 부재.
상 분리된 물질 (i) 및 (ii) 및/또는 (iii)을 포함하며, 여기서 물질 (i)은 물질 (ii) 위에 층을 형성하거나; 물질 (ii)는 물질 (iii) 위에 층을 형성하거나; 물질 (i)은 물질 (ii) 아래에 층을 형성하거나; 물질 (ii)는 물질 (iii) 아래에 층을 형성하거나, 물질 (ii)는 2개의 층을 형성하고, 하나는 물질 (i) 위에, 하나는 물질 (i) 아래에 형성하거나; 물질 (ii)는 2개의 층을 형성하고, 하나는 물질 (iii) 위에, 하나는 물질 (iii) 아래에 형성하거나; 물질 (iii)은 물질 (i)의 위 및/또는 아래에 층을 형성하는 본 발명에 따른 층을 포함하는 광학 부재.
상기 방법들, 용도들 및 광학 부재들은 복굴절층에 대해 상기한 바와 동일한 정의 및 바람직한 사항을 갖는다.
본 발명은 두께 방향으로의 정렬 프로파일에 대한 접근을 제공하는데, 이는 이미 공지된 물질 및 공정에 의해서는 거의 실현 불가능하다.
실시예 1
이 경우에는 체적 광-정렬성 층 바로 아래의 분리된 정렬층은, 광-정렬층과, 상면(top)상의 광-정렬성 지연판 층에의 커플링을 향상시키기 위해 사용되는 추가의 얇은 중합 액정층으로 이루어졌다. 구매 가능한 광-정렬 물질 ROP-103(제조원: 롤릭 테크놀로지즈(ROLIC Technologies), 스위스)을 광-정렬층의 제조에 사용하였다. 이 광-정렬 중합체는 광-반응성 그룹으로서 신나메이트를 기본으로 한다. 광-정렬 물질의 중합체 주쇄는 아크릴레이트계이다. 기판상에 이 정렬층을 스핀-코팅하기 위해, ROP-103을 고형분 농도 2중량%로 시클로펜타논에 용해시켰다. 기판으로서, 기계-세정된 1mm 두께의 직사각형 D263(제조원: 쇼트(Schott), 독일) 유리판을 사용하였다. 광-정렬층 용액을 유리 기판에 도포하고, 스핀-속도 2000rpm으로 60초 동안 스핀-코팅하였다. 그 결과, 이 방법으로 달성된 건조 필름의 두께는 약 60nm였다. 이어서, 당해 필름을 핫-플레이트상에서 130℃의 온도에서 5분 동안 열 처리하였다. 이 템퍼링(tempering) 단계 후에, 광-정렬층을 선편광 UV 광에 노광시켰다. 선편광 UV 광의 세기는 280nm 내지 340nm의 파장 범위에서 2.2mW/cm2이었다. 광-정렬층으로 전달된 노광 선량은 150mJ/cm2이었다. 이 경우에, 광-정렬층은 수직 입사 광에 노광시켰다. 기판의 한 모서리에 평행하게 편광 축을 선택하였다(φ=0°). 이어서, 미리 세팅된 아래의 광-정렬층에 따라 정렬하기 위한 목적으로 얇은 중합성 액정층을 도포하였다. 얇은 액정 정렬 향상 필름에 사용되는 물질은 구매 가능한 중합성 액정 단량체 물질 ROF-5102(제조원: 롤릭 테크놀로지즈, 스위스)이었다. ROF-5102 제형은 디-아크릴레이트계 액정 단량체를 포함한다. ROF-5102를 고형분 농도 2중량%로 메틸 프로필 케톤에 용해시켰다. 이 용액을 ROP-103 광-정렬층 위에 도포하고, 이후에 스핀-속도 2000rpm으로 2분 동안 스핀-코팅하였다. 이 방법으로 약 30nm의 건조 필름 두께를 달성하였다. 스핀-코팅 후에, 필름을 핫-플레이트상에서 54℃의 온도에서 5분 동안 열 처리하였다. 마지막으로, 액정 단량체 필름을 질소 대기에서 세기 3mW/cm2(파장 범위 320 내지 400nm 범위)의 UVA 광에 노광시켜 가교결합시켰다. 노광 선량 2J/cm2가 샘플로 전달되었다.
상술한 바와 같은, 분리된 정렬층 제조의 완료 후에, 이 공정에 연속하여 광-정렬성 지연판 필름을 도포하였다. 광-정렬성 지연판 물질은 상기 정렬 중합체 ROP-103과 중합성 액정 단량체 물질 ROF-5102의 혼합물로 이루어졌다. 이 특정 광-정렬성 지연판 혼합물을 위해 ROP-103/ROF-5102 비를 3:7로 선택하였다. 이 혼합물을 고형분 농도 30중량%로 아니솔에 용해시켰다. 이 광-정렬성 지연판 물질의 용액을 D263 유리 기판상에 미리 제조된 정렬층 위에 도포하고, 이어서 2000rpm의 스핀-속도으로 120초 동안 스핀-코팅하였다. 그 결과, 광-정렬성 지연판 층의 최종 건조 필름의 두께는 1마이크론이었다. 이후에, 핫플레이트에 의해 2단계 열 처리를 하였다. 제1 단계에서는, 당해 샘플을 2분의 지속기간 동안 50℃로 가열하였다. 제2 단계에서는, 이 온도를 130℃로 승온시켰다. 샘플을 이 온도에서 3분 동안 유지하였다. 이어지는 광-정렬 공정을 위해, 샘플을 광-배향성 지연판 물질의 투명점보다 3℃ 높은 59℃의 온도까지 냉각하였다. 광-정렬성 지연판에 사용된 노광 세기는 280nm 내지 340nm의 파장 범위에서 2.2mW/cm2이었다. 광-정렬성 지연판 층으로 전달된 노광 선량은 100mJ/cm2이었다. 편광 축이 기판 모서리에 대해 대각(Φ=45°)이고 수직으로 입사되는 선편광에 샘플을 노광시켰다. 이에 의해, 분리된 아래의 광-정렬층에 유도된 정렬 방향과 상면상의 광-정렬성 지연판에 유도된 정렬 방향은 45°편차를 가졌다. 광-정렬성 지연판 층의 광-정렬 단계 후에, 샘플의 온도를 1℃/분의 냉각 속도로 59℃로부터 40℃로 하강시키고, 이후 실온으로 신속하게 냉각시켰다. 최종 단계에서, 샘플을 질소 대기에 놓고, LCP 단량체의 가교-결합을 개시하고 이에 의해 필름을 고체 상태로 전환시키기 위한 목적으로 비편광 UVA 광에 노광시켰다. UVA 광원은 3mW/cm2의 세기(파장 범위 320 내지 400nm)를 제공하였다. UVA 노광 동안에, 700mJ/cm2의 선량이 샘플로 전달되었다. 라이트 테이블(light table)상의 교차된 편광판들 사이의 지연판 샘플의 검사는 지연판의 정렬 질(quality)이 매우 우수함을 보여주었다. 그러나 복굴절 거동은, 두께 방향을 따라 광학 축의 균일한 방위각 배향을 갖는 표준 지연판의 거동과 일치되지 않는 것으로 밝혀졌다(편광판 투과 축에 대각인 지연판 광학 축의 경우에 있어서의 명상태 및 편광판 투과 축에 평행/수직인 지연판 광학 축의 경우에 있어서의 암상태). 이 결과로부터, 아래의 정렬층으로부터 광-정렬성 지연판 필름으로 전달되는 정렬과 광-정렬성 지연판 필름에 직접 적용되는 정렬의 조합 효과가, 지연판 층 내에서 두께 방향을 따라 광학 축의 트위스트 프로파일을 형성시키는 것으로, 즉 디렉터(director)의 방위각 배향이 두께 방향을 따라 변하는 것으로 결론내릴 수 있다. 지연판 필름은 타원편광분석법(ellipsometry)에 의해 추가로 특징이 규정되었는데, 트위스트 프로파일이 샘플에 존재함이 확인되었다. 지연판 필름 내의 광학 축이, 아래의 광-정렬층 표면에 의해 규정된 방향(φ=0°)으로부터 광-정렬성 지연판 필름의 광-정렬에 의해 규정되는 방향(φ=45°)으로 트위스티드됨이 밝혀졌다.

Claims (36)

  1. (i) 중합성 그룹을 갖는 액정 단량체 또는 예비중합체 및
    (ii) 광-배향성 그룹을 갖는 단량체 또는 올리고머 또는 중합체
    를 포함하는 층을 정렬 표면(aligning surface)을 나타내는 기판상에 피복하는 단계 a) 및
    정렬 표면의 방위각 정렬 방향과 정렬 광(aligning light)의 편광 방향이 상이하도록 상기 피복된 층을 정렬 광에 노광시키는 단계 b)
    를 포함하며, 광학 축의 방향이 복굴절층의 두께 방향을 따라 변하는, 복굴절층의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 아래의 정렬 표면으로부터 피복된 층으로 전달되는 정렬과 정렬 광에 의해 피복된 층으로 직접 적용되는 정렬과의 조합 효과가 피복된 층의 두께 방향에 따라 광학 축의 트위스트 변형을 유도하도록 복굴절층의 두께 방향을 따른 반응속도가 제어됨을 특징으로 하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 트위스트 변형 프로파일이 비-선형이 되도록 복굴절층의 내부로의 정렬 광의 투과가 제어됨을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 복굴절층의 내부로의 정렬 광의 투과는 추가의 흡광제 첨가제에 의해 제어됨을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 화합물 (ii)가 복굴절층의 두께 방향을 따라 밀도 구배를 가짐을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 화합물 (i) 및 (ii)가 상 분리됨을 특징으로 하는 방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 화합물 (i) 및 (ii)가 층으로 상 분리됨을 특징으로 하는 방법.
  8. 제5항에 있어서, 두께 방향을 따른 광-배향성 물질의 밀도 구배가 정렬 광에 노출시 유도됨을 특징으로 하는 방법.
  9. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 피복된 층이 정렬 광에 구역에 따라 상이하게 노출됨으로써, 피복된 층의 두께 방향을 따른 광학 축의 트위스트 변형이 구역에 따라 상이하게 나타나는 패턴을 발생시킴을 특징으로 하는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 노출은 좌선성 (left handed) 및 우선성 (right handed) 트위스트를 가진 구역이 발생하도록 이루어짐을 특징으로 하는 방법.
  11. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 피복된 층이 액정 단량체 또는 예비중합체의 투명점 (clearing point)을 초과하는 온도에 노출됨을 특징으로 하는 방법.
  12. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 기판상에 피복된 층이 키랄 분자를 추가로 포함함을 특징으로 하는 방법.
  13. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 기판상에 피복된 층이 2색성 분자를 추가로 포함함을 특징으로 하는 방법.
  14. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 후속 단계에서 피복된 층의 정렬이 UV-가교 결합에 의해 고정됨을 특징으로 하는 방법.
  15. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항의 방법에 따라 제조된 복굴절층.
  16. 제15항에 따른 복굴절층을 포함하는 광학 부재.
  17. 제16항에 있어서, 복굴절층이 애크로매틱 (achromatic) 지연판의 기능을 가짐을 특징으로 하는 광학 부재.
  18. 제16항에 있어서, 복굴절층이 트위스티드 지연판의 기능을 가짐을 특징으로 하는 광학 부재.
  19. 제18항에 있어서, 트위스티드 지연판이 패턴화됨을 특징으로 하는 광학 부재.
  20. 제16항에 있어서, 복굴절층이 애크로매틱 회전기의 기능을 가짐을 특징으로 하는 광학 부재.
  21. 제16항에 있어서, 복굴절층이 국소적으로 상이한 지연(retardation) 값을 나타냄을 특징으로 하는 광학 부재.
  22. 제16항에 있어서, 복굴절층의 상부의 광학 축이 일축 정렬되고, 복굴절층의 하부의 광학 축은 트위스트 변형을 가짐을 특징으로 하는 광학 부재.
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