KR101822224B1 - 액정 렌즈 - Google Patents

Abstract

본 출원은 액정 렌즈, 액정 렌즈의 제조 방법 및 액정 렌즈의 용도에 관한 것이다. 예시적인 액정 렌즈는, 프레넬 렌즈 형상 또는 렌티큘러 렌즈 형상을 가지며 우수한 배향 특성을 나타낼 수 있다. 이러한 액정 렌즈는, 예를 들어, 3차원 입체 영상 표시 장치 또는 광 방향 스위칭 장치에 사용될 수 있다.

Description

액정 렌즈{LIQUID CRYSTAL LENS}

본 출원은 액정 렌즈, 액정 렌즈의 제조 방법 및 액정 렌즈의 용도에 관한 것이다.

액정 렌즈는 다양한 용도에 적용될 수 있고, 예를 들면, 3차원 정보를 관찰자에게 전달할 수 있는 입체 영상 표시 장치(stereoscopic image display device)에 사용될 수 있다.

입체 영상을 표시하는 방식에는, 예를 들어, 안경 방식과 무안경 방식이 있다. 무안경 방식으로는, 예를 들어, 렌티큘러 렌즈를 이용하여 우안 영상과 좌안 영상을 분리하는 방식이 있다. 렌티큘러 렌즈로 액정 렌즈를 사용할 수 있으며, 액정의 굴절률을 전기적으로 제어함으로써 3D/2D 영상의 전환이 가능하다는 장점이 있다. 그러나, 액정을 이용한 렌티큘러 렌즈의 경우 액정 화합물의 적절한 배향이 필요한데, 평탄한 기판과 음각 패턴의 곡면 형상의 기판 사이에 존재하는 액정 렌즈의 배향이 용이하지 않다는 단점이 있다.

일본공개특허 제2005-049865호 한국특허 제0967899호 한국공개특허 제2010-0089782호

본 출원은 액정 렌즈, 액정 렌즈의 제조 방법 및 액정 렌즈의 용도를 제공한다.

예시적인 액정 렌즈는 상부 기판과 하부 기판; 배향막 및 액정층을 포함할 수 있다. 상부 기판과 하부 기판은 대향하는 면 사이에 렌즈 형상을 가지는 공간이 형성되도록 대향 배치될 수 있다. 배향막은 상기 상부 기판과 하부 기판의 대향하는 면에 각각 형성될 수 있다. 배향막은 또한, 후술하는 바와 같이, 광배향막일 수 있다. 액정층은 상기 상부 기판과 하부 기판의 사이 공간에 상기 배향막과 접하여 충전되어 있을 수 있고, 또한, 중합성 액정 화합물을 포함할 수 있다. 본 출원에서 중합성 액정 화합물이 액정층 내에 포함된다 것은 상기 중합성 액정 화합물이 중합된 상태로 액정층 내에 포함되는 것을 의미할 수 있다. 중합성 액정 화합물은 또한, 후술하는 바와 같이, 상전이 온도가 100℃ 이하일 수 있다. 본 출원에서 용어 「상전이 온도」는 액정 화합물이 네마틱(nematic) 상태에서 등방성(isotropic) 상태로 전이되는 온도를 의미할 수 있다.

도 1 은 대향하는 면 사이에 렌즈 형상을 가지는 공간이 형성되도록 대향 배치되어 있는 상부 기판(101A)과 하부 기판(101B); 상기 상부 기판과 하부 기판의 대향하는 면에 각각 형성되어 있는 광배향막(102A, 102B) 및 상기 렌즈 형상을 가지는 상부 기판과 하부 기판의 사이의 공간에 상기 광배향막과 접하여 충전되어 있는 액정층(103)을 포함하는 액정 렌즈를 예시적으로 나타낸다.

상부 기판과 하부 기판으로는, 특별한 제한 없이 공지의 소재를 사용할 수 있다. 상부 기판과 하부 기판으로는, 각각, 예를 들면, 유리 필름, 결정성 또는 비결정성 실리콘 필름, 석영 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 필름 등의 무기계 필름이나 플라스틱 필름 등을 사용할 수 있다. 기판으로는, 또한, 광학적으로 등방성인 기판 또는 위상차층과 같이 광학적으로 이방성인 기판을 사용할 수 있다.

플라스틱 기판으로는, TAC(triacetyl cellulose); 노르보르넨 유도체 등의 COP(cyclo olefin copolymer); PMMA(poly(methyl methacrylate); PC(polycarbonate); PE(polyethylene); PP(polypropylene); PVA(polyvinyl alcohol); DAC(diacetyl cellulose); Pac(Polyacrylate); PES(poly ether sulfone); PEEK(polyetheretherketon); PPS(polyphenylsulfone), PEI(polyetherimide); PEN(polyethylenemaphthatlate); PET(polyethyleneterephtalate); PI(polyimide); PSF(polysulfone); PAR(polyarylate) 또는 비정질 불소 수지 등을 포함하는 기판을 사용할 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니다. 기재층에는, 필요에 따라서 금, 은, 이산화 규소 또는 일산화 규소 등의 규소 화합물의 코팅층이나, 반사 방지층 등의 코팅층이 존재할 수도 있다.

상부 기판과 하부 기판의 대향하는 면 사이에는 렌즈 형상을 가지는 공간이 형성될 수 있다. 렌즈 형상은, 예를 들어, 프레넬 렌즈 형상 또는 렌티큘러 렌즈 형상일 수 있다. 본 출원에서 프레넬 렌즈는 렌즈의 구성 요소가 되는 일련의 동심원들을 평면 상에 적절히 배치해 짧은 초점 거리를 맺게 하는 렌즈를 통칭하는 의미일 수 있다. 또한, 본 출원에서 렌티큘러 렌즈는 확대렌즈들(magnifying lenses)의 배열로서, 다른 각도에서 관찰 시에 다른 이미지가 확대될 수 있도록 배열된 렌즈를 의미할 수 있다.

배향막은, 예를 들어, 광배향막일 수 있다. 광배향막은, 예를 들어 광배향성 물질을 포함할 수 있다. 본 출원에서 광배향성 물질은 광의 조사를 통하여 소정 방향으로 정렬(orientationally ordered)되고, 상기 정렬 상태에서 인접하는 액정 화합물 등을 역시 소정 방향으로 배향시킬 수 있는 물질을 의미할 수 있다.

광배향성 물질은, 예를 들어, 편광된 자외선 조사에 의해 광이성화 반응, 광분해 반응 또는 광이합체화 반응에 의해 배향되고, 액정 배향성을 나타내는 광배향성 화합물을 의미할 수 있다. 본 출원에서 용어 「액정 배향성」은, 배향막 또는 광배향성 중합체 또는 상기 중합체의 반응물이 인접하는 액정 분자, 액정 화합물 또는 그 전구체를 소정 방향으로 배향시킬 수 있는 성질을 의미할 수 있다. 광배향막은, 예를 들어, 상기 광배향성 화합물을 포함하는 혼합물의 반응물에 광, 예를 들어, 편광된 자외선을 조사하여 반응시켜 형성할 수 있다.

광배향성 화합물은, 예를 들어, 광감응성 잔기(photosensitive moiety)를 포함하는 화합물일 수 있다. 액정 화합물의 배향에 사용될 수 있는 광배향성 화합물은 다양하게 공지되어 있다. 광배향성 화합물로는, 예를 들면, 트랜스-시스 광이성화(trans-cis photoisomerization)에 의해 정렬되는 화합물; 사슬 절단(chain scission) 또는 광산화(photo-oxidation) 등과 같은 광분해(photo-destruction)에 의해 정렬되는 화합물; [2+2] 첨가 환화([2+2] cycloaddition), [4+4] 첨가 환화 또는 광이량화(photodimerization) 등과 같은 광가교 또는 광중합에 의해 정렬되는 화합물; 광 프리즈 재배열(photo-Fries rearrangement)에 의해 정렬되는 화합물 또는 개환/폐환(ring opening/closure) 반응에 의해 정렬되는 화합물 등을 사용할 수 있다. 트랜스-시스 광이성화에 의해 정렬되는 화합물로는, 예를 들면, 술포화 디아조 염료(sulfonated diazo dye) 또는 아조고분자(azo polymer) 등의 아조 화합물이나 스틸벤 화합물(stilbenes) 등이 예시될 수 있고, 광분해에 의해 정렬되는 화합물로는, 시클로부탄 테트라카복실산 이무수물(cyclobutane-1,2,3,4-tetracarboxylic dianhydride), 방향족 폴리실란 또는 폴리에스테르, 폴리스티렌 또는 폴리이미드 등이 예시될 수 있다. 또한, 광가교 또는 광중합에 의해 정렬되는 화합물로는, 신나메이트(cinnamate) 화합물, 쿠마린(coumarin) 화합물, 신남아미드(cinnamamide) 화합물, 테트라히드로프탈이미드(tetrahydrophthalimide) 화합물, 말레이미드(maleimide) 화합물, 벤조페논 화합물 또는 디페닐아세틸렌(diphenylacetylene) 화합물이나 광감응성 잔기로서 찰코닐(chalconyl) 잔기를 가지는 화합물(이하, 찰콘 화합물) 또는 안트라세닐(anthracenyl) 잔기를 가지는 화합물(이하, 안트라세닐 화합물) 등이 예시될 수 있고, 광 프리즈 재배열에 의해 정렬되는 화합물로는 벤조에이트(benzoate) 화합물, 벤조아미드(benzoamide) 화합물, 메타아크릴아미도아릴 (메타)아크릴레이트(methacrylamidoaryl methacrylate) 화합물 등의 방향족 화합물이 예시될 수 있으며, 개환/폐환 반응에 의해 정렬하는 화합물로는 스피로피란 화합물 등과 같이 [4+2] π 전자 시스템([4+2] π electronic system)의 개환/폐환 반응에 의해 정렬하는 화합물 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

광배향성 화합물은, 단분자 화합물, 단량체성 화합물, 올리고머성 화합물 또는 고분자성 화합물이거나, 상기 광배향성 화합물과 고분자의 블랜드(blend) 형태일 수 있다. 상기에서 올리고머성 또는 고분자성 화합물은, 상기 기술한 광배향성 물질로부터 유도된 잔기 또는 상기 기술한 광감응성 잔기를 주쇄 내 또는 측쇄에 가질 수 있다.

광배향성 화합물로부터 유도된 잔기 또는 광감응성 잔기를 가지거나, 상기 광배향성 화합물과 혼합될 수 있는 고분자로는, 폴리노르보넨, 폴리올레핀, 폴리아릴레이트, 폴라아크릴레이트, 폴리(메타)아크릴레이트, 폴리이미드, 폴리암산(poly(amic acid)), 폴리말레인이미드, 폴리아크릴아미드, 폴리메타크릴아미드, 폴리비닐에테르, 폴리비닐에스테르, 폴리스티렌, 폴리실록산, 폴리아크릴니트릴 또는 폴리메타크릴니트릴 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

광배향성 화합물에 포함될 수 있는 고분자로는, 대표적으로는 폴리노르보넨 신나메이트, 폴리노르보넨 알콕시 신나메이트, 폴리노르보넨 알릴로일옥시 신나메이트, 폴리노르보넨 불소화 신나메이트, 폴리노르보넨 염소화 신나메이트 또는 폴리노르보넨 디신나메이트 등이 예시될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.

액정층에 포함되는 액정 화합물은, 예를 들어, 중합성 액정 화합물일 수 있다. 본 출원에서 용어 「중합성 액정 화합물」은 예를 들면, 광의 조사에 의해 액정 폴리머를 형성하고, 정렬된 상태에서 위상 지연 특성을 나타내는 화합물을 의미할 수 있다.

중합성 액정 화합물은, 예를 들어, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물일 수 있다.

[화학식 1]

상기 화학식 1에서 A는 단일 결합, -COO- 또는 -OCO-이고, R₁ 내지 R₁₀은, 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 알킬기, 알콕시기, 알콕시카보닐기, 시아노기, 니트로기, -O-Q-P 또는 하기 화학식 2의 치환기이되, R₁ 내지 R₁₀ 중 적어도 하나는 -O-Q-P 또는 하기 화학식 2의 치환기이거나, R₁ 내지 R₅ 중 인접하는 2개의 치환기 또는 R₆ 내지 R₁₀ 중 인접하는 2개의 치환기는 서로 연결되어 -O-Q-P로 치환된 벤젠을 형성하고, 상기에서 Q는 알킬렌기 또는 알킬리덴기이며, P는, 알케닐기, 에폭시기, 시아노기, 카복실기, 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 아크릴로일옥시기 또는 메타크릴로일옥시이다,

[화학식 2]

상기 화학식 2에서 B는 단일 결합, -COO- 또는 -OCO-이고, R11 내지 R₁₅는, 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 알킬기, 알콕시기, 알콕시카보닐기, 시아노기, 니트로기 또는 -O-Q-P이되, R₁₁ 내지 R₁₅ 중 적어도 하나는 -O-Q-P이거나, R₁₁ 내지 R₁₅ 중 인접하는 2개의 치환기는 서로 연결되어 -O-Q-P로 치환된 벤젠을 형성하고, 상기에서 Q는 알킬렌기 또는 알킬리덴기이며, P는, 알케닐기, 에폭시기, 시아노기, 카복실기, 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 아크릴로일옥시기 또는 메타크릴로일옥시이다.

상기 화학식 1 및 2에서 인접하는 2개의 치환기는 서로 연결되어 -O-Q-P로 치환된 벤젠을 형성한다는 것은, 인접하는 2개의 치환기가 서로 연결되어 전체적으로 -O-Q-P로 치환된 나프탈렌 골격을 형성하는 것을 의미할 수 있다.

상기 화학식 2에서 B의 좌측의 "-"은 B가 화학식 1의 벤젠에 직접 연결되어 있음을 의미할 수 있다.

상기 화학식 1 및 2에서 용어 "단일 결합"은 A 또는 B로 표시되는 부분에 별도의 원자가 존재하지 않는 경우를 의미한다. 예를 들어, 화학식 1에서 A가 단일 결합인 경우, A의 양측의 벤젠이 직접 연결되어 비페닐(biphenyl) 구조를 형성할 수 있다.

상기 화학식 1 및 2에서 할로겐으로는, 염소, 브롬 또는 요오드 등이 예시될 수 있다.

본 출원에서 용어 알킬기는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 탄소수 1 내지 20, 탄소수 1 내지 16, 탄소수 1 내지 12, 탄소수 1 내지 8 또는 탄소수 1 내지 4의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기 또는 탄소수 3 내지 20, 탄소수 3 내지 16 또는 탄소수 4 내지 12의 시클로알킬기를 의미할 수 있다. 상기 알킬기는 임의적으로 하나 이상의 치환기에 이해 치환될 수 있다.

본 출원에서 용어 알콕시기는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 탄소수 1 내지 20, 탄소수 1 내지 16, 탄소수 1 내지 12, 탄소수 1 내지 8 또는 탄소수 1 내지 4의 알콕시기를 의미할 수 있다. 상기 알콕시기는, 직쇄, 분지쇄 또는 고리형일 수 있다. 또한, 상기 알콕시기는 임의적으로 하나 이상의 치환기에 이해 치환될 수 있다.

또한, 본 출원에서 용어 알킬렌기 또는 알킬리덴기는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 탄소수 1 내지 12, 탄소수 4 내지 10 또는 탄소수 6 내지 9의 알킬렌기 또는 알킬리덴기를 의미할 수 있다. 상기 알킬렌기 또는 알킬리덴기는, 직쇄, 분지쇄 또는 고리형일 수 있다. 또한, 상기 알킬렌기 또는 알킬리덴기는 임의적으로 하나 이상의 치환기에 이해 치환될 수 있다.

또한, 본 출원에서 알케닐기는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 탄소수 2 내지 20, 탄소수 2 내지 16, 탄소수 2 내지 12, 탄소수 2 내지 8 또는 탄소수 2 내지 4의 알케닐기를 의미할 수 있다. 상기 알케닐기는, 직쇄, 분지쇄 또는 고리형일 수 있다. 또한, 상기 알케닐기는 임의적으로 하나 이상의 치환기에 이해 치환될 수 있다.

본 출원에서 특정 관능기에 치환되어 있을 수 있는 치환기로는, 알킬기, 알콕시기, 알케닐기, 에폭시기, 옥소기, 옥세타닐기, 티올기, 시아노기, 카복실기, 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 아크릴로일옥시기, 메타크릴로일옥시기 또는 아릴기 등이 예시될 수 있다.

중합성 액정 화합물의 상전이 온도는 전술한 바와 같이 100℃ 이하, 97.5℃ 이하, 95℃ 이하, 92.5℃ 이하, 90℃ 이하, 87.5℃ 이하, 85℃ 이하, 82.5℃ 이하, 80℃ 이하, 77.5℃ 이하, 75℃ 이하, 72.5℃ 이하 또는 70℃이하의 범위 내에 있을 수 있다. 중합성 액정 화합물의 상전이 온도의 하한은, 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어, 25℃이상, 27.5℃ 이상, 30℃ 이상, 32.5℃ 또는 35℃이상의 범위 내에 있을 수 있다. 중합성 액정 화합물의 상전이 온도가 상기 범위 내인 경우, 예를 들어, 액정층이 렌즈 형상과 같이 볼륨이 있고 복잡한 형태로 성형된 상태에서도 인접하는 광배향막에 의하여 우수한 배향 특성을 나타낼 수 있다. 또한, 후술하는 바와 같이, 상기 액정층이 무용제형 액정 조성물로부터 형성되는 경우에 액정층의 배향 특성을 더욱 향상시킬 수 있다.

본 출원은 또한, 액정 렌즈의 제조 방법에 관한 것이다. 예시적인 액정 렌즈의 제조 방법은 대향하는 각각의 면에 광배향막이 형성되어 있고, 또한 상기 대향하는 면의 사이에 렌즈 형상을 가지는 공간이 형성되도록 대향 배치되어 있는 상부 기판과 하부 기판의 사이에 상전이 온도가 80℃이하인 중합성 액정 화합물을 포함하는 액정 조성물을 위치시킨 상태에서 상기 액정 조성물을 중합시켜서 액정층을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 도 3은 상기 액정 렌즈의 제조 방법을 예시적으로 나타낸다.

액정 렌즈의 제조 방법은, 예를 들어 전술한 액정 렌즈의 제조 방법일 수 있다. 따라서, 상기 제조 방법에서 상부 기판과 하부 기판, 광배향막 및 액정층에 대해서는 액정 렌즈의 항목에서 기술한 내용이 동일하게 적용될 수 있다.

광배향막은, 예를 들어, 전술한 광배향성 물질을 포함하는 광배향막 전구체를 상부 기판과 하부 기판에 각각 코팅하고 광을 조사하여 광배향성 물질을 정렬시켜서 형성할 수 있다. 상부 기판은, 예를 들어, 평탄한 표면을 가질 수 있고 광배향막은 상기 평탄한 표면 상에 형성될 수 있다. 하부 기판은, 예를 들어, 프레넬 또는 렌티큘러 형상을 가지는 공간을 형성할 수 있도록 오목한 형상의 표면을 가질 수 있고, 광배향막은 상기 오목한 형상의 표면 상에 형성될 수 있다. 하부 기판의 상기 오목한 형상은 하부 기판 상에 직접 형성되거나 또는 평탄한 하부 기판 상에 오목판을 별도로 형성함으로써 형성될 수 있다. 오목판은, 예를 들어, 기재 필름 위에 UV 경화용 수지를 이용하여 형성할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

액정층은, 예를 들어, 하부 기판에 액정 조성물을 도포하고, 액정 조성물의 상부에 상부 기판을 라미네이트한 후에 상기 액정 조성물을 경화시켜 형성할 수 있다.

액정 조성물은 액정 렌즈의 항목에서 전술한 중합성 액정 화합물을 포함할 수 있다. 이러한 액정 조성물은, 예를 들어, 용제를 포함하지 않는 무용제형 액정 조성물일 수 있다. 액정층의 제조에 있어서 무용제형 액정 조성물을 사용할 경우, 예를 들어, 액정층이 렌즈 형상과 같은 볼륨이 있고 복잡한 형태로 성형된 상태에서도 인접하는 배향막에 의하여 우수한 배향 특성을 나타낼 수 있다.

무용제형 액정 조성물의 점도는, 목적하는 물성을 손상시키지 않는 범위 내에서 적절히 선택될 수 있으며, 예를 들어, 20℃에서 500cps 내지 8000cps, 1000cps 내지 7500cpa, 1500cps 내지 7000cps, 2000cps 내지 6500cps, 2500cps 내지 6000cps, 3000cps 내지 5500cps, 3500cps 내지 5000cps, 4000cps 내지 4500cps 범위 내의 점도를 가질 수 있다. 이러한 무용제형 액정 조성물은, 용제를 포함하지 않으면서도 상기 점도를 나타낼 수 있는 한 그 구성은 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어, 액정 조성물에 비액정성 화합물을 추가로 포함하거나, 또는 액정 조성물을 약 25℃ 내지 100℃, 35℃ 내지 90℃, 45℃ 내지 80℃, 55℃ 내지 70℃ 범위 내의 온도로 유지시키는 것, 또는 액정 조성물에 비액정성 화합물을 추가로 포함하면서 동시에 액정 조성물을 상기 온도 범위 내에서 유지시키는 것에 의하여 가능할 수 있다. 비액정성 화합물로는, 예를 들어, 단관능 아크릴레이트 또는 2관능 아크릴레이트 등을 사용할 수 있다. 구체적인 예로, 2-phenoxyethyl acrylate, tetrahydrofuran-2-yl methyl acrylate 등을 비액정성 화합물로 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니고, 목적하는 액정 조성물의 점도를 고려하여, 액정성을 나타내지 않는 공지의 단관능 또는 2관능 아크릴레이트 화합물을 적절히 선택하여 사용할 수 있다.

액정 조성물을 도포하는 방식은 특별히 제한되지 않고, 공지의 코팅 방식을 사용할 수 있다. 액정 조성물은, 예를 들어, 롤 코팅, 인쇄법, 잉크젯 코팅, 슬릿 노즐법, 바 코팅, 콤마 코팅, 스핀 코팅 또는 그라비어 코팅 등과 같은 공지의 코팅 방식을 통해 도포될 수 있다.

액정 조성물의 상부에 상부 기판을 라미네이트하는 방식은, 특별히 제한되지 않고, 공지의 방식을 사용할 수 있다. 상부 기판은, 예를 들어, 바 코팅 방식을 이용하여 액정 조성물의 상부에 적층될 수 있다. 상부 기판은, 또한 액정 조성물로부터 박리되지 않도록 라미네이트될 수 있다. 이로 인해, 상부 기판에 형성된 배향막은 액정층으로부터 박리되지 않고, 액정층은 우수한 배향 특성을 유지할 수 있다.

액정 조성물은 또한, 경화 전에 적절한 배향이 유도될 수 있도록 예를 들어, 적절한 온도 범위 내에서 에이징 공정을 추가로 수행할 수 있다. 에이징 공정은, 예를 들어, 액정 화합물의 상전이 온도(Tni) 미만에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 액정 조성물을, 60℃ 내지 100℃ 범위 내의 온도에서 에이징할 수 있으나, 구체적인 온도 범위가 이에 제한되는 것은 아니고, 목적하는 배향 정도 등을 고려하여 적절히 조절될 수 있다.

액정 조성물의 경화는, 특별한 제한 없이 공지의 경화 방법에 의하여 수행될 수 있으며, 예를 들어, 액정 조성물의 중합 반응이 개시될 수 있도록 적정 온도, 예를 들어 20℃ 내지 80℃ 범위 내의 온도를 유지하는 방식이나 적절한 활성 에너지선, 예를 들어, 자외선을 조사하는 방식에 의하여 수행될 수 있다. 적정 온도에서의 유지 및 활성 에너지선의 조사가 동시에 요구되는 경우, 상기 공정은 순차적 또는 동시에 진행될 수 있다. 활성 에너지는, 예를 들어, 상부 기판 측으로 조사될 수 있고, 활성 에너지를 조사하는 방식은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 고압수은 램프, 무전극 램프 또는 크세논 램프(xenon lamp) 등을 사용하여 수행할 수 있다. 조사되는 활성 에너지선의 파장, 광도 또는 광량 등의 조건은 중합성 액정 화합물의 중합 또는 경화가 적절히 이루어질 수 있는 범위에서 선택될 수 있다.

본 출원은 또한, 전술한 액정 렌즈의 용도에 관한 것이다. 액정 렌즈는, 예를 들어, 3차원 입체 영상 표시 장치에 사용될 수 있다. 3차원 영상 표시 장치에서, 액정 렌즈(1)는, 도 2 에 나타낸 바와 같이, 우안 화상과 좌안 화상을 표시하는 표시 패널(201)의 일측면에 배치될 수 있고, 표시 패널로부터 입사되는 빛을 굴절시켜 우안 화상에 해당하는 빛의 진행 경로와 좌안 화상에 해당하는 빛의 진행 경로를 분리시킴으로써 3차원 입체 영상을 표시할 수 있다.

액정 렌즈는 또한, 예를 들어, 광 방향 스위칭 장치에 사용될 수 있다. 광 방향 스위칭 장치는, 예를 들어, 제 1 편광 성분의 광을 통과시키는 제 1 편광 모드와 제 2 편광 성분의 광을 통과시키는 제 2 편광 모드와의 사이에서 스위칭할 수 있는 스위칭 가능한 편광기를 추가로 포함하고, 상기 편광기와 상기 액정 렌즈가 직렬로 배치되어 있을 수 있다. 도 3은, 액정 렌즈와 스위칭 가능한 편광기(401)를 포함하는 광 방향 스위칭 장치를 예시적으로 나타낸다. 도 3에 도시된 액정 렌즈는, 대향 배치되어 있는 상부 기판(101A)과 하부 기판(101B)을 포함하고, 상기 상부 기판은 평탄한 표면(403)을 가지며, 상기 하부 기판은 오목판(301)에 의하여 오목한 표면(404)을 가지며, 액정층(103)은 상기 상부 기판과 하부 기판의 사이 공간에 존재하는 액정층(103)을 포함한다. 액정층(103)은, 렌즈 단면이 길이 방향으로 연장하는 축 방향과 평행한 광축(402)을 가진다. 예시적인, 광 방향 스위칭 장치는, 도 3에 도시된 바와 같이, 액정 렌즈의 렌즈 형상을 가지는 표면이 스위칭 가능한 편광기(401)에 대향하도록 배치될 수 있다(배향막 미도시).

광 방향 스위칭 장치는, 입력 광이 액정 렌즈 및 스위칭 가능한 편광기를 순차적으로 통과하도록 배치되거나 또는 입력 광이 스위칭 가능한 편광기 및 액정 렌즈를 순차적으로 통과하도록 배치될 수 있다. 하나의 예시에서, 광 방향 스위칭 장치는, 입력 광이 스위칭 가능한 편광기에 도달하기 전에 액정 렌즈를 통하여 지나가도록 장치를 배치하는 것이 적절하다[이 경우 스위칭 가능한 편광기는 액정 렌즈를 관통한 빛에 대하여 편광 분석기처럼 작용한다]. 이에 대한 이유는 액정 렌즈가 디스플레이 장치의 가령 픽셀과 같은 광 변조 소자에 근접하게 배치될 수 있기 때문이다.

광 방향 스위칭 장치는, 예를 들어, 입력 광이, 제 1 및 제 2의 편광 성분을 포함하거나 또는 이 둘로 분리 가능한 광일 경우, 상기 장치의 편광기가 제 1의 편광 모드로 설정되는 경우 장치에 의한 광 출력은 실질적으로 제 1 편광 성분으로 구성되고 실질적으로 제 1 방향으로 지연될 수 있고, 또는 상기 장치의 편광기가 제 2 의 편광 모드로 설정되는 경우 장치에 의한 광 출력은 실질적으로 제 2 편광 성분으로 구성되고 실질적으로 제 2 방향으로 지연될 수 있다.

스위칭 가능한 편광기는, 예를 들어, 제 1 편광 모드와 제 2 편광 모드의 사이를 기계적으로 또는 전기적으로 스위칭할 수 있다.

하나의 예시에서, 스위칭 가능한 편광기는 제1의 편광 모드용의 제1의 편광기와 제2의 편광 모드용의 제2의 편광기를 포함하고, 편광 모드의 스위칭이 가능하도록 제1의 및 제2의 편광기가 사용자에 의해 교환될 수 있다.

다른 하나의 예시에서, 스위칭 가능한 편광기는, 제1의 편광 모드를 제공하도록 액정 렌즈에 대하여 위치 및 평면에 있어서 제1 회전 정렬로 위치되고, 제2 편광 모드를 제공하도록 액정 렌즈에 대하여 동일한 위치 및 평면에 있어서의 제2 회전 정렬로 위치됨으로써 제1의 및 제2의 편광 모드의 사이를 스위칭할 수 있다. 이 경우에 상기 편광자는 선 편광자이며 스위칭 가능한 편광기의 주 평면에 있어서의 제 2 회전 정렬은 제1의 회전 정렬과 실질적으로 90도를 이룰 수 있다.

다른 하나의 예시에서, 스위칭 가능한 편광기는, 90도 회전 편광자를 추가로 포함할 수 있고, 이 경우에는 제2의 회전 정렬이 가능한 편광기의 주 평면에 놓인 축에 관하여 스위칭 가능한 편광기를 제1의 회전 정렬로부터 180도 회전시킴으로써 제 1 편광 모드와 제 2 편광 모드의 사이를 스위칭할 수 있다. 이 경우에 스위칭 가능한 편광기는, 제1의 회전 정렬에서 장치를 관통하는 빛은 90도 회전자보다 선형 편광기를 먼저 관통함으로써 제1 편광 모드를 제공할 수 있고, 또는 제2의 회전 정렬에서 장치를 관통하는 빛은 선형 편광기보다 90도 편광 회전자를 먼저 관통함으로써 제2 편광 모드를 제공하도록, 90도 편광 회전자와 직렬로 연결된 선형 편광기를 포함할 수 있다.

다른 하나의 예시에서, 스위칭 가능한 편광기는 제1 편광 모드와 제2 편광 모드의 사이를 전기적으로 스위칭할 수 있다. 상기 전기적으로 스위칭 가능한 편광기는 고정된 선형 편광기와 스위칭 가능한 파장판 또는 스위칭 가능한 편광 회전자를 포함할 수 있다. 또는, 전기적으로 스위칭 가능한 편광기는 사이에 간극이 있는 세그먼트 전극들을 포함하고, 전기적으로 스위칭 가능한 편광기의 편광 변조 물질은 제1 및 제2 편광 모드 중 하나에 대하여 간극에 있어서의 세그먼트와 동일한 방법으로 배열될 수 있다. 또는, 전기적으로 스위칭 가능한 편광기는 사이에 간극이 있는 세그먼트를 포함할 수 있고, 상기 간극을 충분히 작게 함으로써 주변 필드가 간극 내의 편광 변조 물질을 스위칭하도록 할 수 있다.

광 방향 스위칭 장치는, 예를 들어, 제 1 편광 요소의 빛에 의해 조명될 때, 렌즈가 물체의 실상을 형성하기 위하여 작동하도록 배치될 수 있다. 물체는 예를 들어 렌즈에 근접하게 배치되는 광원일 수 있다. 광원은 예를 들어 디스플레이 장치의 픽셀일 수 있다. 실상은 물체에 대하여 렌즈의 대향 측부에 놓일 수 있다. 실상은 윈도우 평면에 위치될 수 있다. 윈도우 평면은 비록 당해 기술분야에서 잘 알려진 것처럼 렌즈의 영상화 특성으로 인하여 수차(收差)에 의해 왜곡될 것이지만, 실질적으로 평면일 수 있다. 이 경우에, 제2 편광 요소의 빛에 대하여, 렌즈는 다른 광학 기능을 가질 수 있으므로 실상은 윈도우 평면에 형성되지 않는다. 제2 편광 요소의 빛에 대하여, 광원으로부터의 광선의 어떠한 수정도 실질적으로 존재하지 않도록 렌즈는 실질적으로 어떠한 광 전력도 가지지 않도록 구성될 수 있다. 이 경우, 물체 및 영상은 렌즈의 동일한 쪽에 있는 실질적으로 동일한 평면에 놓여질 것이다. 그러므로 렌즈는 이 편광 모드에서 물체의 실상을 형성하도록 작동하지 않는다.

이러한 구성은, 제1 편광 모드에서 관찰 윈도우를 형성하고 제2 편광 모드에서 관찰 윈도우를 형성하지 않도록 렌즈의 광학 특성을 전환하는데 유리하다.

이러한 광 방향 스위칭 장치는, 예를 들어, 서로 상이한 방향을 가지는 빛의 분배를 스위칭하는 것이 필요한 임의의 용도에 사용될 수 있다. 예를 들어, 광 방향 스위칭 장치는, 액정 표시 장치와 같은 디스플레이 장치와 결합하여 또는 그 일부로 사용될 수 있다. 광 방향 스위칭 장치는, 예를 들어, 스위칭 가능한 2차원(2D)/3차원(3D) 자동 입체 표시 장치, 스위칭 가능한 고휘도 반사 표시 시스템, 다중 사용자 표시 시스템, 방향 조명 시스템, 광섬유 신호 시스템 등에 사용될 수 있다. 이러한 시스템은, 예를 들어, 원격통신 스위칭 응용뿐만 아니라, 컴퓨터 모니터, 원격통신 송수화기, 디지털 카메라, 랩톱 및 데스크톱 컴퓨터, 게임기, 자동차와 기타의 움직이는 표시장치 응용에 사용될 수 있다.

광 방향 스위칭 장치는, 예를 들어 양안 시차효과를 사용하는 스위칭 가능한 2D-3D 디스플레이에 사용될 수 있으며, 여기서 픽셀 어레이를 포함하는 공간 광 변조기가 렌즈의 물체 평면에 배치될 수 있다. 제1(자동 입체 3D) 편광 모드에서, 렌즈는 디스플레이 픽셀에 대해 렌즈의 반대쪽에 존재하는 윈도우 평면에서 실질적으로 디스플레이 픽셀의 실상을 형성할 수 있다. 실질적으로 윈도우 평면에 위치된 관측자의 각 눈은 렌즈 광 홀(hole)에 있는 평면상을 포함하는 입체 영상의 짝 중 하나를 보게 될 것이다. 제2(2D) 편광 모드에서, 렌즈는 어떠한 광 전력도 가지지 않도록 정렬되므로 물체의 영상은 실질적으로 물체의 평면에 존재한다. 그러므로 영상은 렌즈의 같은 쪽에 존재하는 실상이 아니다. 물체 평면에 있는 디스플레이 픽셀의 평면에서 동일한 평면 영상이 관측자의 양 눈에 의해 보여질 것이다. 이 편광 모드에서, 유리하게도 관측자는 공간 광 변조기의 완전 픽셀 해상도를 볼 수 있다.

다른 하나의 예시에서, 광 방향 스위칭 장치는 또한, 스위칭 가능한 고휘도 반사형 디스플레이에서 사용될 수도 있으며, 여기서 픽셀 어레이를 포함하는 공간 광 변조기가 렌즈의 물체 평면에 배치된다. 제1 편광 모드에서, 렌즈는 렌즈의 반대쪽에 있는 실제 윈도우 평면으로 물체를 영상화한다. 윈도우 평면에 위치된 관측자는 적절히 위치된 외부 광원에 대한 향상된 휘도의 영상을 본다. 제2 편광 모드에서, 영상은 실질적으로 물체 평면과 동일한 렌즈 쪽에 있게 되며, 휘도 향상이 관측되지 않는다.

스위칭 가능한 편광기는, 예를 들어 2D-3D 스위칭 장치 또는 스위칭 가능한 반사형 디스플레이 휘도 향상 장치에서, 평면 영상을 스위칭하기 위하여 배치되도록 장치가 적합화될 수 있다. 관측자는 제1 편광 모드에서 디스플레이 장치의 렌즈 홀의 평면에 있는, 또는 제2 편광 모드에서 디스플레이 장치의 픽셀의 평면에 있는 평면 영상을 실질적으로 볼 수 있다. 영상은 이때 제1 편광 모드에서 윈도우 평면에 있는 픽셀의 실상을 반영하지 않는다. 스위칭 가능한 편광기는 인접 렌즈가 동일한 편광 모드에서 작동하도록 동일하게 스위칭될 수 있다. 이에 의해 디스플레이 된 영상의 영역이 동일한 작동 모드에서 보여질 수 있다. 이는 유리하게도 스위칭 가능한 편광기의 복잡성과 비용을 감소시킬 수 있다. 또한, 렌즈 어레이와 스위칭 가능한 편광기의 분리에 어떠한 제한도 없다. 균일한 구역에 대하여 렌즈 어레이와 스위칭 가능한 편광기 사이에 어떠한 시차도 없다.

도 5는 광 방향 스위칭 장치가 스위칭 가능한 2D-3D 디스플레이 장치에 사용되는 것을 예시적으로 나타낸다. 도 4에 도시된 형태의 광 방향 스위칭 장치는 LCD의 전면에 부착될 수 있다. 백라이트(60)는 LCD 입력 편광기(64)에 입사하는 광 출력(62)을 생성한다. 빛은 TFT LCD 기판(66)을 통하여 전송되며, LCD 픽셀평면(67)에 행과 열로 배치된 반복되는 픽셀 열에 입사한다. 적색 픽셀(68, 71, 74), 녹색 픽셀(69, 72, 75) 및 청색 픽셀(70, 73) 각각은 개별적으로 제어가능한 액정 층을 포함하며 블랙 마스크(76)라 불리는 불투명 마스크의 영역에 의해 분리된다. 각 픽셀은 전송 구역, 즉 픽셀 구멍(78)을 포함한다.

이어서, 픽셀을 통과하는 빛은, LCD 픽셀 평면(67)에 있는 액정 물질에 의해 위상이 변조되며, LCD 컬러 필터 기판(80)에 장착된 컬러 필터에 의해 색상이 변조된다. 빛은 다음 출력 편광기(82)를 통과하며, 액정층(103)를 통과한다. 장치의 출력부에 스위칭 가능한 편광기(401)가 부가된다. 도 5에 도시된 장치에 있어서, 액정 렌즈는 원통형 렌즈 어레이가 수평한 방향으로 전체 디스플레이 장치를 가로질러 연장되며 또한 수직한 방향으로 디스플레이 장치를 가로질러 반복되는 구조일 수 있다. 백라이트(60), LCD(64, 66, 67, 80, 82) 및 액정 렌즈(101A, 103, 301, 102B)는 그룹을 이루어 디스플레이(148)를 형성할 수 있다.

백라이트는 디스플레이의 후면을 조명한다. 편광기는 백라이트로부터의 광을 분석하며, 이는 다음 LCD의 픽셀에 입사한다. LCD는 위상 변조 공간 광 변조기(SLM)의 한 클래스이며, 위상 변조를 픽셀의 출력 편광을 분석하는 밀도 변조로 변환하기 위하여 편광기를 사용한다.

입사광의 위상은 픽셀을 지나가는 전압에 따라 변조되며, 이는 본 특정 실시예의 박막 트랜지스터 트위스티드 네마틱(TFT-TN)형 LCD에 대하여 장치의 능동 기판상에 행렬로 지정된 트랜지스터의 어레이를 사용하여 제어된다. 출력은 다음 LCD의 대향 기판에 배치된 컬러 필터의 어레이를 통하여 전송되거나 능동 기판에 직접 전송된다. 블랙 마스크가 주소지정 전자를 보호하고 잘 정의된 픽셀 구멍을 생성하기 위하여 사용된다. 이 빛은 다음 LCD의 출력 편광기에 의해 분석된다. 출력광은 다음 액정 렌즈에 입사되며 스위칭 가능한 편광기가 뒤따른다.

도 6은 3D 작동모드에서 LCD 출력 편광기로부터 관측자로 향하는 빛의 전파를 확장형태로 도시한다. LCD 출력 편광기(82)는 수직에서 45도를 이루는 투과축(149)를 가지고; 액정층(103)은 수직에서 0도 방향을 이루는 광축(402)을 가지며; 스위칭 가능한 편광기(401)은 수직에서 0도 방향을 이루는 투과축(151)을 가질 수 있다. 빛은 방향(150)을 따라 관측자에게 향할 수 있다.

도 7은 2D 작동모드에서 LCD 출력 편광기로부터 관측자로 향하는 빛의 전파를 확장형태로 도시한다. LCD 출력 편광기(82)는 수직에서 45도를 이루는 투과축(149)를 가지고; 액정층(103)은 수직에서 0도 방향을 이루는 광축(402)을 가지며; 스위칭 가능한 편광기(401)은 수직에서 0도 방향을 이루는 투과축(151)을 가지도록 위치됨으로써 스위칭될 수 있다. 빛은 방향(152)을 따라 관측자에게 향한다.

투과형 TFT TN-LCD로부터의 빛에 대한 출력 편광 방향은 일반적으로 수직에 45도 또는 이 근방에서 설정된다. 도 6에서 액정 렌즈에 입사하는 빛은 수직 및 수평의 선형 편광으로 분해될 수 있다. 렌즈는 표면의 각 지점에서 서로 상이한 굴절률을 나타낼 수 있으므로 광학 효과를 가질 수 있다. 또한, 액정층은 프레넬 형상 또는 렌티큘러 렌즈 형상을 가질 수 있기 때문에 관찰 공간에 윈도우를 생성할 수 있다. 투과 축이 수직으로 위치되는 선형 편광기가 액정 렌즈 어레이 다음에 위치된다면, 관찰 공간에서 분석되는 빛은 관찰 윈도우로 향해지는 빛이며, 그러므로 3D 영상이 생성된다. 이 모드에서, 방향 분배는 3D 방향 분배이다.

수평축에서, LCD로부터의 분해된 출력 선형 편광 상태는 복굴절 물질의 일반 굴절률을 보게 된다. 이는 중합체 물질과 굴절률이 정합되므로, 어떠한 굴절률 변경도 인터페이스에서 보여지지 않고, 렌즈는 이 편광 상태에서 기능을 갖지 않는다. 그러므로, 만약 출력 편광기의 투과축이 도 7에 도시된 것처럼 수평으로 위치된다면, 제공되는 출력광은 액정 렌즈에 의해 실질적으로 수정되지 않았던 빛의 성분이며 따라서 어떠한 윈도우도 생성되지 않을 것이며 디스플레이는 기본 패널의 방향 분배에 실질적으로 어떠한 수정도 없는 완전 해상도의 2D 디스플레이인 것처럼 보일 것이다.

광 방향 스위칭 장치는, 투과형 작동 모드에 한정되지 않는다. 일반적으로 디스플레이 장치는 각 픽셀에 의해 빛을 변조하기 위하여 투과형, 방사형, 반사형, 또는 심지어 이들의 조합을 포함하는 임의 형태의 공간 광 변조기를 채용한다. 디스플레이는 백라이트 구조의 일부로써 거울과 함께 구성될 수 있어서, 디스플레이의 전면을 통해 입사하는 빛은 관측자에게 디스플레이를 통하여 역으로 반사된다.

광 방향 스위칭 장치에 사용되는 디스플레이장치는, 상기 TN 모드 액정표시장치에 한정되지 않고, IPS(In-Plane-Switching) 모드, VA 모드, ASV(Advanced Super View) 모드의 액정표시장치, 전기발광표시장치, 플라즈마표시장치 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

그 밖에, 광 방향 스위칭 장치를 구성하는 다른 부품이나 그 장치의 구성 방법은 특별히 제한되지 않고, 상기 액정 렌즈가 사용되는 한, 해당 분야에 공지되어 있는 임의의 재료나 방식이 모두 채용될 수 있다.

본 출원의 예시적인 액정 렌즈는, 프레넬 형상 또는 렌티큘러 형상을 가지며 우수한 배향 특성을 나타낼 수 있다. 이러한 액정 렌즈는, 예를 들어, 3차원 입체 영상 표시 장치 또는 광 방향 스위칭 장치에 사용될 수 있다.

도 1은 액정 렌즈를 예시적으로 나타낸다.
도 2는 액정 렌즈의 제조 방법을 예시적으로 나타낸다.
도 3은 3차원 입체 영상 표시 원리를 예시적으로 나타낸다.
도 4는 광 방향 스위칭 장치를 예시적으로 나타낸다.
도 5는 스위칭 가능한 2D-3D 디스플레이 장치를 예시적으로 나타낸다.
도 6은 3차원 모드의 빛의 진행 경로를 예시적으로 나타낸다.
도 7은 2차원 모드의 빛의 진행 경로를 예시적으로 나타낸다.
도 8은 실시예 1의 액정 렌즈의 단면 이미지를 나타낸다.
도 9는 비교예 1의 액정 렌즈의 단면 이미지를 나타낸다.
도 10 내지 15는 각각, 실시예 1 및 비교예 1 내지 5의 액정 렌즈의 배향 이미지를 나타낸다.

이하, 본 출원에 따른 실시예를 통하여 본 출원을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 출원의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.

실시예 1

광배향막이 형성된 상·하부 기판의 제조

광배향성 물질로서 폴리(5-노보넨-2-메틸(4-메톡시 신나메이트)) 2 중량부, 극성 바인더로서 디펜타에리쓰리톨헥사아크릴레이트 1 중량부 및 광개시제(Irgacure 907, Ciba-Geigy사제, 스위스) 0.5 중량부를 용매 (톨루엔) 약 96.8 중량부에 용해시켜서 배향막 전구체 조성물을 제조하였다. 그 후 제조된 전구체 조성물을 TAC(Triacetyl cellulose) 필름 상에 건조 후의 두께가 약 0.2 μm 정도가 되도록 도포하고, 80℃ 정도의 오븐에서 건조시켜서 배향막을 형성하였다. 배향막이 형성되어 있는 표면이 평탄한 상부 기판(기판 종류: TAC)에 WGP(Wire Grid Polarizer)를 매개로 직선 편광된 자외선 100mW/cm2을 3m/min의 속도로 조사하여 배향막을 경화하였다. 또한, 프레넬 또는 렌티큘라 형상을 가지는 하부 기판(기판 종류: TAC 또는 PET)에 상기 배향막 전구체 조성물을 코팅하고 WGP(Wire Grid Polarizer)를 매개로 직선 편광된 자외선 100mW/cm2을 3m/min의 속도로 조사하여 배향막을 형성하였다.

액정 렌즈의 제조

액정 화합물(상전이 온도: 90℃, 이상 굴절률: 1.53, 정상 굴절률: 1.73) 및 개시제를 100 중량%로 포함하는 무용제 액정 조성물을 약 60℃ 온도에서 상기 제조된 하부 기판의 배향막의 표면에 도포한 후 바 코팅을 이용하여 상기 액정 조성물을 코팅하였다. 다음으로, 상부 기판의 배향막이 상기 코팅층과 접하도록 라미네이터를 이용하여 적층한 후에, 85℃에서 에이징한 후에 자외선(100 mW/cm2)을 3m/min의 속도로 조사하여 액정층을 형성함으로써 액정 렌즈를 제조하였다. 도 8은 실시예 1의 액정 렌즈의 단면 이미지를 나타낸다.

비교예 1

상부 기판과 하부 기판에 각각 광배향막을 형성하지 않고, 공지의 러빙 처리를 수행하고, 액정층 전구 조성물의 제조에 있어서, 상전이 온도가 115℃ 인 액정 화합물을 사용하며, 액정 화합물을 톨루엔 용매에 용해시키고, 또한 액정층의 형성 후에 상부 기판을 박리한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 액정 렌즈를 제조하였다. 도 9는 비교예 1의 액정 렌즈의 단면 이미지를 나타낸다.

비교예 2

상전이 온도가 120℃ 인 액정 화합물을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 액정 렌즈를 제조하였다.

비교예 3

액정 화합물을 톨루엔 용매에 용해시킨 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 액정 렌즈를 제조하였다.

비교예 4

상부 기판과 하부 기판에 각각 공지의 러빙 처리를 수행한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 액정 렌즈를 제조하였다.

비교예 5

하부 기판에만 광배향 막을 형성하고 상부 기판에는 광배향 막을 형성하지 않는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 액정 렌즈를 제조하였다.

시험예 1. 배향성 평가

실시예 1 및 비교예 1 내지 5에서 제조된 액정 렌즈를 광 흡수축이 서로 직교하도록 배치된 두 장의 편광판 사이에 위치시키고, 블랙을 나타낼 수 있는지를 확인하여 배향성을 평가하였다. 도 10 내지 15는 각각 실시예 1 및 비교예 1 내지 5의 액정 렌즈의 배향성 평가 결과를 나타낸다. 실시예 1의 액정 렌즈는, 전체적으로 블랙을 나타내며 우수한 배향성을 나타내는 것을 확인할 수 있다.

반면, 실시예 1에 비하여 상전이 온도가 높은 액정 화합물을 용제형으로 사용하고, 또한 러빙 배향막을 사용한 비교예 1의 액정 렌즈는, 렌즈 형상 표면 대부분이 블랙을 나타내지 못하며 배향성이 떨어지는 것을 확인할 수 있다.

또한, 실시예 1에 비하여 상전이 온도가 높은 액정 화합물을 사용한 비교예 2의 액정 렌즈는, 부분적으로, 특히 반복되는 렌즈 형상의 경계에서 배향성이 우수하지 못함을 확인할 수 있다. 상전이 온도가 높은 액정 재료일수록 일반적으로 점도가 높아 배향이 용이하지 않으며 배향 공정의 온도가 높아지기 때문에, 높은 공정 온도에 의한 기재의 휨 현상(curling)이 발생하는 문제가 있다.

또한, 용제형 액정층 전구 조성물을 사용한 비교예 3의 액정 렌즈는, 전체적으로 특히 렌즈 형상의 오목한 면에서 블랙 상태를 보이지 않기 때문에 배향이 전혀 안되는 것을 확인할 수 있다. 이러한 결과는, 프레넬 또는 렌티큘러 형상의 렌즈의 제조 공정은 하부 기판과 상부 기판을 적층한 상태에서 수행되는데, 용제형의 액정 조성물을 사용할 경우 상부 기판과 하부 기판 사이에 위치한 액정 조성물의 용제를 적절히 건조시킬 수 없는 것에 기인하는 것으로 사료된다.

또한, 러빙 배향막을 사용한 비교예 4의 액정 렌즈는, 렌즈 전체적으로 배향성이 우수하지 못할 뿐만 아니라 특히 균일한 배향이 어려운 것을 확인할 수 있다. 즉, 러빙 배향막으로는 오목한 렌즈 형상의 액정층에 대해서는 균일하게 배향할 수 없다는 것을 알 수 있다.

또한, 상부 기판에 광배향막을 형성하지 않은 비교예 5의 액정 렌즈의 경우에도, 렌즈 전체적으로, 특히 렌즈 형상의 오목한 면에서 균일한 배향이 어려운 것을 확인할 수 있다. 즉, 광배향막이 상·하부 기판에 모두 형성되는 경우에 전체적으로 균일한 배향을 가지는 액정 렌즈를 제조할 수 있음을 알 수 있다.

1: 액정 렌즈
101A, 101B: 상부 기판, 하부 기판
102A, 102B: 상부 광배향막, 하부 광배향막
103: 액정층
201: 표시패널
301: 오목판
401: 스위칭 가능한 편광기
402: 액정층의 광축
403: 평탄한 표면
404: 오목한 표면
60: 백라이트
64: 입력 편광기
62: 출력 광
66: TFT LCD 기판
67: LCD 픽셀 평면
68, 71, 74: 적색 픽셀
69, 72, 75: 녹색 픽셀
70, 73: 청색 픽셀
76: 블랙 마스크
78: 픽셀 구멍
80: LCD 컬러 필터 기판
82: 출력 편광기
149: 출력 편광기의 투과축
151: 스위칭 가능한 편광기의 투과축
150, 152: 빛의 방향

Claims (15)

1. 대향하는 각각의 면에 광배향막이 형성되어 있고, 또한 상기 대향하는 면의 사이에 렌즈 형상을 가지는 공간이 형성되도록 대향 배치되어 있는 상부 기판과 하부 기판의 사이에 상전이 온도가 100℃ 이하인 중합성 액정 화합물을 포함하는 액정 조성물을 위치시킨 상태에서 상기 액정 조성물을 중합시켜서 액정층을 형성하는 것을 포함하고, 상기 액정 조성물은 무용제형 액정 조성물인 액정 렌즈의 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 렌즈 형상은 프레넬 렌즈 형상 또는 렌티큘러 렌즈 형상인 액정 렌즈의 제조 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 광배향막은 편광된 자외선 조사에 의한 광이성화 반응, 광분해 반응 또는 광이합체 반응을 통하여 액정 배향성을 나타내는 광배향성 화합물을 포함하는 액정 렌즈의 제조 방법.
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6. 제 1 항에 있어서, 무용제형 액정 조성물의 점도는 20℃에서 500cp 내지 8000cp 범위 내인 액정 렌즈의 제조 방법.
7. 제 1 항에 있어서, 무용제형 액정 조성물은, 25℃ 내지 100℃ 범위 내의 온도를 유지하는 액정 렌즈의 제조 방법.
8. 제 1 항에 있어서, 무용제형 액정 조성물은, 비액정성 화합물을 추가로 포함하는 액정 렌즈의 제조 방법.
9. 제 1 항에 있어서, 하부 기판의 상부에 액정 조성물을 도포하고, 액정 조성물의 상부에 상부 기판을 라미네이트한 후에 상기 액정 조성물을 경화시키는 것을 포함하는 액정 렌즈의 제조 방법.
10. 제 9 항에 있어서, 액정 조성물의 경화 전에, 60℃ 내지 100℃ 범위 내의 온도에서 에이징(Aging)하는 것을 추가로 포함하는 액정 렌즈의 제조 방법.
11. 제 9 항에 있어서, 액정 조성물의 경화는 20℃ 내지 80℃ 범위 내의 온도에서 수행되는 액정 렌즈의 제조 방법.
12. 제 9 항에 있어서, 액정 조성물의 경화는 상부 기판 측으로 활성 에너지를 조사함으로써 수행하는 액정 렌즈의 제조 방법.
13. 제 9 항에 있어서, 상부 기판은 액정층으로부터 박리되지 않도록 라미네이트되는 액정 렌즈의 제조 방법.
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