KR20010075059A - 구조 규칙성을 갖는 물질, 그의 제조방법 및 응용 - Google Patents

Abstract

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

Description

구조 규칙성을 갖는 물질, 그의 제조방법 및 응용{STRUCTURALLY ORDERED ARTICLES, FABRICATION METHOD AND APPLICATIONS OF THE SAME}

현재 명세서의 전반에 걸쳐서, 다양한 간행물과 특허들은 확인된 참증들에 의한 것으로 언급된다. 현재의 출원에서 언급된 간행물들과 특허들의 개시는 참고로 본 발명의 개시에 통합된다.

액정은 결정고체와 이방성 액체 사이의 중간상으로 존재한다. 이들 화합물들의 분자들은 대개 디렉터(Director)라고 불리우는 긴 분자축을 갖는 막대 형상을 갖는다. 액정상들은 분자들의 장범위 규칙성(고체의 관점에서)을 특징으로 한다. 네마틱 상은 가장 간단하고, 디렉터들이 대체적으로 평행하도록 방향성 규칙성만을 갖는다. 콜레스테릭 액정상은 네마틱 상에서 치랄성의 존재로부터 연유한다. 액정은 많은 응용분야에 응용된다. 그들은 디지털 손목시계, 계산기, 패널 계측기, 온도계, 계산기 표시장치 및 산업 생산품들에서 표시장치로서 사용된다. 그들은 대면적 스크린에 투사될 수 있는 영상을 기록하고, 저장하고, 표시하기 위하여 사용될 수 있다. 또한 그들은 텔레비젼 표시장치로서의 사용을 위한 잠재성을 갖는다. 더욱이, 액정으로부터 막이 준비될 수 있는데, 여기서 분자 규칙성은 원하는 광학적 성질들을 제공하기 위하여 중합에 의하여 고정된다. 예를 들어, 네마틱 및 콜레스테릭(치랄 네마틱) 막들은 파장- 및 원-편광-선택 반사/투과(콜렉스테릭 액정(CLC)막용)와 상-변위 투과(네마틱 액정(NLC) 막용)를 보이기 위하여 준비될 수 있다. 그러나, 이들 많은 소자들의 단점은 추가 공정없이, 액정재료들이 상대적으로 비싸고 온도에 민감하기가 쉽다는 것이다. 또한, 이들 재료들은 다른 재료들을 나쁜 쪽으로 흡수하려는 경향이 있는데, 이는 성분의 성질들을 변경할 수도 있다. 더욱이, 중합된 액정은 이들 몇 가지 단점들을 강조할 수도 있지만, 그러한 액정은 예를 들어 부적절한 기계적 성질(단단함 정도) 및/또는 광학적 성질들(회절지수, 특성파장 등)에 기인하여 많은 응용들에서 바람직하지 않을 수도 있다.

그러므로, 액정분자들의 장범위 규칙성을 나타내는 동시에 앞서 언급한 액정표시장치의 단점들을 극복할 수 있는 개선된 광학장치의 필요성이 존재한다.

본 발명은 구조 규칙성을 갖는 막에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광학 응용을 위한 신규한 준비공정을 채용하는 규칙성을 갖는 막에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 광학 막들을 준비하는 단계들의 바람직한 실시예이다.

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

도 2B는 재료 B는 선택적으로 제거되고 재료 A만 남겨진 후 도 2A에 도시된 막의 구조를 도식적으로 설명하는 횡단면도이다.

도 2C는 재료 B에 의하여 남겨진 공공을 채우기 위하여 재료 C가 첨가된 후도 2B에 도시된 막에 대한 구조를 도식적으로 설명하는 횡단면도이다.

도 2D는 재료 A가 선택적으로 제거되고 재료 C만 남겨진 후, 도 2C에 도시된 막에 대한 구조를 도시적으로 설명하는 횡단면도이다.

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

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

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

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

도 5A는 본 발명에 따라 제조된 영역들에 대하여 변화된 상지연을 갖는 네마틱 유사막을 보여준다.

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

도 6은 본 발명에 따라 제조된 흡수 선형 편광자로서의 네마틱 유사막을 보여준다.

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

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

본 발명의 일측면에 따르면, 다음의 단계들을 포함하는 규칙성을 갖는 광학적 막 구조가 개시된다. 이 막 구조의 제조방법은, 실질적으로 서로 반응하지 않고 적어도 하나가 액정인 제 1 재료와 제 2 재료를 제공하는 단계; 제 1 재료와 제 2 재료를 결합하여 혼합물을 형성하는 단계; 상기 혼합물을 갖으며, 액정에 의하여 정의되는 분자 규칙성을 갖는 막을 형성하는 단계; 상기 막의 분자 규칙성을 응결하는 단계; 상기 제 1 재료와 제 2 재료중 하나를 제거하여 산포된 다수의 사이트를 갖으며 액정과 같은(즉 액정) 분자 규칙성을 갖는 소지를 형성하는 단계; 및 상기 다수의 사이트에 제 3 재료를 유입시키는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 규칙성을 갖는 광학적 막 구조는 기판과, 기판 위에 배치되고 액정과 같은 분자 규칙성을 갖는 비액정재료를 포함한다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 규칙성을 갖는 막 구조의 제조방법은, 실질적으로 서로 반응하지 않는 액정과 비액정을 제공하는 단계; 액정과 비액정을 결합하여 혼합물을 형성하는 단계; 상기 혼합물을 갖으며, 액정에 의하여 정의되는 분자 규칙성을 갖는 막을 형성하는 단계; 상기 막의 분자 규칙성을 응결하는 단계; 상기 액정과 비액정 중 하나를 제거하여 산포된 다수의 사이트를 갖으며 액정과 같은 분자 규칙성을 갖는 소지를 형성하는 단계; 및 상기 다수의 사이트에 제 3 재료를 유입시키는 단계를 포함한다.

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

첨부한 도면에서 언급된 그림들을 참조하여, 이하 본 발명의 바람직한 실시예들이 상세하게 설명된다. 설명을 명확성을 위하여, 첨부한 도면들에서 보여지는 유사한 특징들을 동일한 참조번호들로 지시되고, 도면의 선택적 실시예들에서 보여지는 유사한 특징들을 유사한 참조번호로서 나타내어질 것이다.

도 1-3을 참조하면, 본 발명은 막 가공공정에 관한 것이다. 액정 분자들의 진성 "자기 집합" 또는 정렬 공정을 이용하므로써, 규칙성을 갖는 구조, 도 2A-3에 도시된 것처럼, 네마틱 또는 콜레스테릭 규칙성을 갖는 구조가 예로써 도시된다. 본 발명은 액정을 포함하는 구조로부터 조성물을 제거하여 분자 레벨의 몰드(또는 만약 폴리머가 나머지 성분이라면, 폴리머 소지)를 형성한다. 몰드에 재료를 첨가하거나 몰드로부터 성분을 제거하는 것에 의하여, 액정 유사구조가 얻어질 수 있다. 이 결과적인 구조는 전체적으로, 또는 적어도 부분적으로 비 액정재료로부터 제조되는 반면 약간의 액정 특징들을 보여준다. 액정 유사구조는 액정의 단점들을 극복하고 몇 가지 다른 장점들을 가질 수 있다.

여기서 사용된 것처럼, 용어 "액정" 또는 "LC"는 1993년, 클라렌던 출판소 페이지 1-3, 액정의 물리학(The Physics of Liquid Crystals, 2nd ed.) 제 2 판에서 드젠즈와 프로스트(DeGennes and Prost)에 의하여 정의된 것처럼, 공간의 적어도 일 방향을 따라서 액정과 같은 규칙성이 존재하고 어느 정도의 이방성이 존재하는 물질들의 분류를 의미한다. 본 발명에 의한 폐타이어의 분쇄 장치를 도면에 기초하여 구체적으로 설명한다. 유사하게, 여기서 사용된 용어 "비액정(non-liquidcrystal or non-LC)"은 여기에서 정의된 액정이 아니라 실질적으로 단량체들 및/또는 중합체들을 포함하는 임의의 재료를 의미한다. 비 액정 재료들은 실질적으로 여기서 정의된 것처럼 공공(Void)을 채울 수 있는 임의의 물질을 포함한다. 비 액정 재료는 (중합 또는 여타의 응결후) 액체 또는 고체내의 유기 또는 무기 가스, 액체, 작은 입자들의 용액일 수 있다. 비액정 재료들의 예들은 열 또는 광의 조사에 의하여 경화될 수 있는 에폭시와 아크릴을 포함한다. 용어 "액정과 같은 분자 규칙성"은 예를 들어, 네마틱, 스멕틱, 및 주상 또는 콜레스테릭 규칙성과 같은 액정들의 장범위 분자 규칙성으로 정의된다.

도 1-8을 참조하여, 본 발명이 더욱 상세히 설명될 것이다. 도 1을 다시 참조하면, 본 발명의 광학 장치들의 제조공정들의 바람직한 실시예가 도시된다.

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

혼합물 A+B를 갖는 막들

단계 2에서, 액정분야에서 공지된 기술을 이용하여, 혼합물로서 광학막이 준비된다. 이 막은 혼합물의 분자들이 장범위 규칙성을 갖는다는 점에서 "정렬"된 것이고, 예를 들어 콜레스테릭 액정에 대해서는 장파장 및 원편광 선택적 반사율과 네마틱 액정 막들에 대해서는 상변위와 같은 광학적 특징들을 보인다. 도 2A는 재료 A와 B로 구성되고, 연장된 분자들이 두 가지 크기의 타원체, 즉 재료 A에 대해서는 2A2이고 재료 B에 대해서는 2A3인 네마틱 액정에 대한 규칙성을 도식적으로 설명한다. 이 막은 기판 2A1위에 놓여진다. 정렬된 네마틱 막에서, 분자의 장축들은 다소 평행하게 배열되어 그 막이 광학적으로 복굴절을 띄게 한다. 분자의 장축의 평균적 방향, 즉 분자 디렉터(molecular director)와 평행한 회절지수와 수직한 회절지수는 n_e와 n_o로 각각 표시된다. 광학적 복굴절성 Δn=n_e-n_o이다. 막대 형태의 액정분자들의 경우, n_e는 n_o보다 크고(n_e>n_o), 복굴절성은 "양(positive)"인 것으로 언급된다. 디스크 형태의 액정부자들의 경우, n_e는 n_o보다 적고(n_e<n_o), 복굴절성은 "음(negative)"인 것으로 언급된다. 평균 회절지수 n_av=(n_e+n_o)/2이다.

정렬된 콜레스테릭 액정으로 준비된 막은 파장- 및 원편광-선택 반사율을 갖는다. 반사율 대역은 λc=n_avP_o에서 중심이 되고 대역폭 Δλ/λc=Δn/n_av로서, 여기서 Po는 나선형 피치이다. 하기에서 설명되는 공정을 이용하여 얻어진 콜레스테릭 액정 유사막을 이용하여 여러 가지 신규한 상 지연 장치들과 기타 다른 구성들이 개시된다.

혼합물의 적어도 하나의 재료(재료 A 또는 재료 B중 어느 하나)가 중합가능하다면, 중합에 의하여 분자 규칙성을 응결시키는 것이 유리할 수도 있다. 재료 A와 B의 혼합과 중합공정의 조건들에 따라서, "규칙성"은 변화될 수 있다. 예를 들어, 발명의 명칭이 "단일 층 반사 초광대역 원형 편광자 및 그의 제조방법"인 미국특허번호 5,691,789(1997년 11월)"에서 엘. 리와 에스.엠. 파리스(L.Li and S.M.Faris)에 의하여 개시된 것처럼, 중합 후의 반사율 대역은 중합전의 반사율 대역에 비하여 상당히 증가도니 대역폭을 보일 수도 있다. 이는, 중합동안에 형성된 연속적으로 변화하는 피치로 귀결되는 막 두께 방향에 걸쳐서, 국부적인 조성 불균일성(재료 A와 B의 상대적 농도의 관점에서)에 기여한다.

비록 중화가 분자 규칙성을 응결하는데 편리한 방법이라 하더라도, 응결을 위한 다양한 선택적인 기술들이 이용될 수도 있다. 액정 규칙성의 응결은 막 오도를 변화시키는 것에 의하여 달성될 수도 있다. 예를 들어, 소정 온도에서 재료 A와 B로 구성되는 혼합물로서 막이 준비될 수도 있다. 추가적인 막 공정 단계들이 규칙성을 가진 액정 구조가 성분들 중 하나, 즉 재료 A에 의하여 유지되는 더 낮은 혹은 더 높은 온도에서 수행될 수도 있다.

(A+B)-B=A를 위한 공정

단계 3에서, 재료 B는 어떤 수단, 예를 들어 적당한 용매로 녹이거나 진공하에서 열이나 증발로 기화시키는 것에 의하여 막으로부터 부분적으로나 혹은 완전히 제거된다. 제거된 재료가 차지하는 자리들은 비게 된다. 이들 공공들은 형태적으로 신장되고, 크기에서 반드시 균일하지는 않지만 공간적으로는 어떤 식으로든 규칙성을 갖는다. 네마틱 막에 대하여, 공공들은 그들의 장축 방향이 막의 평면에 평행하고(즉, 실질적으로 기판 표면에 평행한), 막의 교차 방향에 수직(즉, 기판에 수직한 방향에 실질적으로 수직한)하도록 배열된다.

도 2B는 재료 B가 선택적으로 제거된 후, 약간의 잔류물 B(미도시)와 함께 재료 A만 남아 있는 경우에, 도 2A에서 도시된 막에 대한 횡단면구조를 도식적으로 보여준다. 이 막은 기판 2B1 상에 놓여있다. 재료 B에 의하여 비어있는 사이트들중 하나는 점선 20으로 표시된다. 사이트나 공공(20)의 분포 또는 밀도는 재료 B의 국부적 밀도에 비례한다(도 2A에서). 공공(20)은 비교적 작고 마이크로 단위(입사광 파장의 1/30 또는 그 보다 작은)인 것으로 예상되며 서로 연결된다.

콜레스테릭 액정막의 경우, 공공은 기판 면에 평행한 막의 평면에서 장축의 평균 방향이 막 방향을 가로질러(기판 표면에 수직한) 나선형의 궤적을 따르도록 배열된다. 재료 B의 제거후, 평균 회절 지수는 공공, 즉 빈 사이트들(20)의 존재로 인하여 더욱 작다. 결과적인 막의 다른 광학적 특징들 또한 개선된다. 예를 들어, 파장- 및 원-편광-선택적 반사율 대역이 더 짧은 파장으로 변경되고, 대역 폭은 콜레스테릭 액정막의 경우 감소된다. ΔnL(여기서, L은 막의 두께)과 동일한 위상 변위 Δφ는 네마틱 막의 경우 감소된다.

[(A+B)-B]+C=A+C에 대한 공정

단계 4는 특별한 구동온도범위, 개선된 기계적 및/또는 화학적 안정성 등과 같은 원하는 성질들을 막 구조에 추가하기 위하여 임의로 사용될 수도 있다. 이 단계는 막의 공공(20)들로 재료 C를 유입시키는 것을 포함한다. 이 재료 C는 중합가능하거나 중합불가능한 액정 또는 비액정일 수 있다. 더욱이, 비액정재료 C는 등방적일 수도 있다. 재료 C는 유기 또는 무기 가스, 액체 또는 고체일 수 있으며, 그 자체는 몇 가지 재료의 혼합물일 수도 있다. 몇몇 응용들에 대해서는, 재료 C는 그 성분들 중 몇을 뺀 성분 B일 수도 있다. 전형적으로, 성분 C는 모세관 동작에 의하여 공공으로의 침투를 손쉽게 하기 위하여 낮은 점성을 가진다. 공공(20) 내의 공기가 배출될 때, 진공 챔버에서 성분 C로 코팅된 표면을 갖는 막을 두는 것은 실질적으로 충진 속도를 증가시킨다. 재료 C가 중합가능하다면, 빛, 열 또는 다른 수단 중 어느 하나에 의하여, 그 막은 중합되어 분자 규칙성을 응결시킨다. 결과적인 막은 원재료 A와 첨가된 재료 C로 구성되고, 재료 B(불완전한 제거나 성분 C로서의 의도적인 유입에 기인한 잔류물)를 포함할 수도 있다. 결과적인 막들의 광학적 성질들은 다시 개선된다. 예를 들어, 재료 C에 따라서, 파장- 및 원편광-선택적 반사율 대역이 더 긴 파장으로 변경되고, 대역 폭은 콜레스테릭 막들에 대하여 개선된다(넓어지거나 좁아지는).

{[(A+B)-B]+C}-A=C에 대한 공정

단계 5는 특별한 구동온도범위, 및/또는 개선된 기계적 및/또는 화학적 안정성 등과 같은 원하는 성질들을 막 구조에 추가하기 위하여 사용될 수도 있는, 추가적인 선택 단계이다. 이 단계에서 재료 A는, 예를 들어 적당한 용매로서 선택적으로 용해시키거나 적당한 식각액으로 식각하는 것과 같은 몇몇 수단에 의하여 막으로부터 부분적으로나 완전히 제거된다. 제거된 재료 A가 차지하고 있던 사이트들은 비게 된다. 이들 공공들은 형태적으로 신장되고, 크기에서 반드시 균일하지는 않지만 공간적으로는 어떤 식으로든 규칙성을 갖는다. 콜레스테릭 액정막에 대하여, 공공들은 (기판에 평행한) 특별한 막 평면에서 그들의 장축의 평균적 방향이 (기판 표면에 수직한) 막 방향을 가로질러 나선 궤적을 따르도록 배열된다. 네마틱 막의 경우, 공공들은 (기판 표면에 평행한) 특별한 막 평면에서 그들의 장축의 평균적 방향이 (기판에 수직한) 막 방향을 가로 질러 한 방향을 가리키도록 배열된다. 공공의 분포, 즉 밀도는 제거전 재료 A의 국부적 밀도에 비례한다. 주목할 사실은, 결과적인 막이 비액정이지만 초기에 소위 콜레스테릭 액정 규칙성을 갖는 막에 대해서는 파장- 및 원편광- 선택적 반사율 대역을 보여주고, 초기에 네마틱 규칙성을 갖는 막에 대해서는 위상 변위와 같은 광학적 성질들을 보여주는 액정 유사구조를 갖는 재료 C로 구성된다는 것이다. 이처럼, 결과적인 막은 온도 민감성과 같은 액정과 관련된 문제가 없는 콜레스테릭 막의 바람직한 광학적 성질들을 제공할 수도 있다.

선택적 공정 (A+C)-A=C

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

!{[(A+B)-B]+C}-A!+D=C+D에 대한 공정

단계 6 또한 여전히 특별한 구동온도범위, 및/또는 개선된 기계적 및/또는 화학적 안정성 등과 같은 원하는 성질들을 막 구조에 추가하기 위하여 사용될 수도 있는, 추가적인 선택 단계이다. 이 단계에서 재료 D는, 재료 A가 제거된 후 막의 공공에 유입된다. 성분 D는 중합가능하거나 혹은 중합불가능할 수도 있는 액정 또는 비액정일 수도 있다. 재료 D는 가스, 액체 또는 고체일 수 있고, 그 자체는 여러 가지 재료들의 혼합물일 수도 있다. 전형적으로, 성분 D는 모세관 작용에 의하여 공공으로의 침투를 용이하게 하도록 낮은 점성을 갖는다. 공공들에 있는 공기가 배출될 때, 진공 챔버에서 성분 D로 코팅된 표면을 갖는 막을 두는 것은 충진 속도를 실질적으로 증가시킨다. 재료 D가 중합 가능하면, 빛, 열 또는 다른 수단중 어느 하나에 의하여 그 막은 막 구조를 응결하기 위하여 중합된다. 결과적인 막은 액정 또는 비액정일 수도 있는 재료 C와 D로 구성된다. 결과적인 막의 광학적 서질들은 다시 개선되는데, 예를 들어 중앙파장과 파장- 및 원편광-선택적 반사율 대역의 대역폭은 콜레스테릭 유사 막들의 경우에 개선되고, 네마틱 유사막들의 경우에서는 복굴절이 개선된다.

선택적 공정 [(A+C+D)-A]+C=C+D

통상의 지식을 가진 자들은 재료 C와 D의 액정 유사막이 재료 A, C 및 D를 갖는 막을 먼저 준비하고, 그후 재료 A를 막으로부터 제거하고 공공을 C와 D로 채우는 것에 의하여 얻어질 수도 있다는 것을 인식할 것이다. 설명의 편의를 위하여, 정렬된 액정막은 선택된 특별한 재료 C와 D의 혼합물로부터 직접 쉽게 준비될 수는 없는 것으로 가정한다.

설명예들

예 I

도 4A는 본 발명에 따라서 준비된 막 시편들의 반사율 스펙트럼의 실험결과를 보여준다. 곡선 4A1은 바스프(BASF) 아크릴 콜레스테릭 액정 폴리머 #181(45중량%), 치랄 네마틱(53중량%) 및 소량의 시바-가이기(Ciba-Geigy) 광개시제 이르각큐(Irgacure) 184(2중량%)으로 구성되는 혼합물의 평면형 콜레스테릭 액정막의 반사율 스펙트럼이다. 치랄 네마틱 자체는 머크 저분자중량 네마틱 액정 E44와 치랄 도펀트 R1011(치랄 네마틱에 대하여 0.7중량%)로 구성된다. 막 두께는 20㎛로서, 종래의 방법, 즉 기계적으로 러빙된 폴리이미드 배향 박막을 두 유리 기판 위에 스핀 코팅하는 것에 의하여 준비된다. 직경이 20㎛의 유리 비드들이 서로 마주보는 면을 갖는 두 유리 기판 사이에 분산된다. 콜레스테릭 액정 혼합물이 그후 모세관 작용에 의하여 두 기판 사이로 유입된다. (액정분자들을 강제로 정렬시키기 위하여기판들을 상대적으로 비스듬히 움직이는) 전단후, 막은 상온에서 30분동안 어닐링된다(시편을 방해받지 않도록 두고서 진성 분자력이 분자들을 정렬한다). 그후 막은 자외선 램프를 이용하여 광 중합된다. 기판중 하나가 제거된다. 반사율 4A1은 유리기판이 없는 쪽에 대하여 얻어진 것이다. 앞선 토의에서, 재료 A는 바스프 181 폴리머이고 재료 B는 저분자 치랄 네마틱이었다. 이처럼 혼합물(A+B)를 갖는 막이 준비되었다. B-성분(낮은 분자중량의 치랄 네마틱)은 그후 아세톤으로 용해하는 것에 의하여 제거되었고, 결과적으로 재료 성분 A만을 갖는 콜레스테릭 유사 막으로 되었다. 성분 B(치랄 네마틱 머크 E44와 R1011)를 다시 유입시키므로써, 반사율 스펙트럼이 원래의 막의 스펙트럼과 거의 같아졌다는 것은 흥미로운 사실이다. 이는 치랄 네마틱 공공을 다시 차지하여 명목상 원래의 막과 동일하게 만들었다는 것을 나타낸다. 재료 B가 공공들을 다시 채우는 것이 보여진다. 막은 성분 B가 차지하는 나선형으로 규칙성을 갖는 공공들을 가진다. 곡선 4A2는 공공을 가진 막으로 자외선 경화 에폭시(Norland Products, Inc., Part No. 6101)의 유입을 갖는 반사율 스펙트럼을 보여준다.

예 II

도 4B는 본 발명에 따라서 준비된 막 시편들의 반사율 스펙트럼의 실험결과를 보여준다. 곡선 4B1은 바스프(BASF) 아크릴 콜레스테릭 액정 폴리머 #181(26중량%), 치랄 네마틱(69중량%) 및 소량의 시바-가이기(Ciba-Geigy) 광개시제 이르각큐(Irgacure) 184(5중량%)으로 구성되는 혼합물의 평면형 콜레스테릭 액정막의 반사율 스펙트럼이다. 치랄 네마틱 자체는 머크 저분자중량 네마틱 액정 E44와 치랄 도펀트 CB15(치랄 네마틱에 대하여 24.4중량%)로 구성된다. 막 두께는 20㎛로서, 예 I에 대하여 위에서 설명된 것과 유사한 방법으로 준비되었다. 막 시편이 자외선 램프를 이용하여 광 중합되고 기판 중 하나가 제거된 후, 반사율 4B1은 유리기판이 없는 쪽에 대하여 얻어진 것이다. 앞선 토의에서, 재료 A는 바스프 181 폴리머이고 재료 B는 저분자 치랄 네마틱이었다. 이처럼 혼합물(A+B)를 갖는 막이 준비되었다. B-성분(낮은 분자중량의 치랄 네마틱)은 그후 아세톤으로 용해하는 것에 의하여 제거되었고, 결과적으로 재료 성분 A만을 갖는 콜레스테릭 유사 막으로 되었다. 막은 성분 B가 차지하는 나선형의 규칙성을 갖는 공공을 갖는다. 성분 B(치랄 네마틱 머크 E44와 R1011)를 다시 유입시키므로써, 반사율 스펙트럼(미도시)이 원래의 막의 스펙트럼과 거의 같아졌다는 것은 흥미로운 사실이다. 곡선 4B2는 공공을 가진 막에 머크 E44만을 유입시켰을 때의 반사율 스펙트럼을 보여준다. 반사율 스펙트럼은 원래 막의 그것과는 다르다. 이 차이는 E44로 채워지는 CB15가 원래 차지하는 공공들의 편균 회절 지수 n_av와 복굴절에서의 차이에 기인할 수 있다.

예 3

도 4C는 본 발명에 따라서 준비된 막 시편들의 반사율 스펙트럼의 실험결과를 보여준다. 곡선 4C1은 바스프(BASF) 아크릴 콜레스테릭 액정 폴리머 #181(45중량%), 치랄 네마틱(53중량%) 및 소량의 시바-가이기(Ciba-Geigy) 광개시제 이르각큐(Irgacure) 184(2중량%)으로 구성되는 혼합물의 평면형 콜레스테릭 액정막의 반사율 스펙트럼이다. 치랄 네마틱 자체는 머크 저분자중량 네마틱 액정 E44와 치랄 도펀트 R1011(0.7중량%)로 구성된다. 막 두께는 20㎛로서, 위에서 설명된 것과 유사한 방법으로 준비되었다. 막 시편이 자외선 램프를 이용하여 광 중합되고 기판 중 하나가 제거된 후, 반사율 4C1은 유리기판이 없는 쪽에 대하여 얻어진 것이다. 앞선 토의에서, 재료 A는 바스프 181 폴리머이고 재료 B는 저분자 치랄 네마틱이었다. 이처럼 혼합물(A+B)를 갖는 막이 준비되었다. B-성분(낮은 분자중량의 치랄 네마틱)은 그후 아세톤으로 용해하는 것에 의하여 제거되었고, 결과적으로 재료 성분 A만을 갖는 콜레스테릭 유사 막으로 되었고 그 반사율 스펙트럼이 곡선 4C2를 갖는다. 반사율 대역의 중심 파장이 약 734nm에서 약 265nm로 변위되었다는 것이 주목된다. 자외선 스펙트럼 영역에서의 재료의 흡수에 기인하여 가공된 막의 반사율은 감소되었다.

공간적 특징을 갖는 위상 지연 장치들

본 발명의 정렬된 네마틱 막은 위상 지연 장치로서 사용될 수도 있다. 복굴절 Δn과 두께 L을 갖는 막의 경우, λ의 파장을 갖는 빛에 대한 위상 지연은 Δφ=ΔnL/λ로 주어지고 전형적으로 2π의 단위로 표현된다. 예는 1/4파장 지연장치로서, Δφ=(2N+1/4)π이고, 여기서 N은 정수이다. 1/4파장 지연장치는 원편광된 입사광을 막의 통과후 선편광된 광으로 변화시키는, 혹은 그 역의 기능을 수행하는 광학장치로서, 선편광된 입사광은 막 통과후 원편광된 광으로 변화된다. 위상 지연Δφ는 입사광의 파장 λ에 크게 의존하여, λ1에 대하여 전적으로 임의로 설계된 1/4파장 장치는 λ2에 대해서는 전적으로 1/4파장장치가 아니 그러한 예에 있어서, λ1용으로 설계된 1/4파장 장치로부터 전송된 광 λ2는 선편광 또는 원편광 대신 타원편광된다. 즉, λ1의 파장을 가지고 λ1과 λ2가 다른 원평광된 입사광은 선편광된 광으로 동시에 변형될 수 없다. 유사하게, λ1의 파장을 갖고 λ1과 λ2가 다른 선편광된 입사광은 원편광된 광으로 동시에 변형될 수 없다. 입사광이 더 넓은 대역을 가지는 경우 문제는 더욱 민감해진다. 영차(zero-order) 지연장치(N=0, 여기서 N은 1/4 파장 장치에 앞서 언급된다)는 높은 N-차 장치들에 대해서는 바람직하지만, 전자는 값이 더 비싸다. 1/4 파장판과 같은 파장 지연장치들에 대하여 주어진 범위나 이산적 파장들에 대하여 파장 의존성을 실질적으로 제거하는 공지된 수단이 있다. 그러나, 이들 장치들은 너무 복잡하고, 예를 들어 적층된 여러 복굴절층을 필요로 하는 경향이 있다.

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

공간적 특징을 갖는 노치 필터 장치들

본 발명의 평면 콜레스테릭 막은 공간적 특징을 갖는 노치 또는 리젝션(rejection) 필터 장치로서 사용될 수도있다. 입사광의 스펙트럼 성분을 선택적으로 반사하는 것에 의하여, λc=n_avP₀와 대역폭 Δλ=λc(Δn/n_av)의 중심을 갖는 리젝션 대역과 막의 유사 일측손(like-handedness)의 원편광을 갖는다. 예를 들어, 콜레스테릭 컬러 필터를 이용한 컬러 표시와 같은 몇몇 응응들에 있어서, 그러한 필터 장치는 일본특허공개번호 9-318807호에서 개시된 것처럼, 액정표시기용으로 사용되는 종래의 흡수형 컬러 필터 막에 대하여 장점들을 갖는다. 이 예에서, 컬러 필터 막은 본발명의 필터가 특정 스펙트럼 대역에서 최적화되는 공간 영역들로 분할된다. 패스 필터로서 리젝션 필터를 설명하는 것이 더 편리하다. 가시 광선의 경우, 필터를 소위 세 종류의 주요 컬러 대역들: 녹색과 청색 스펙트럼 성분들을 거부하는 적색 통과 필터; 적색과 청색 스펙트럼 성분들을 거부하는 녹색 통과 ??터; 및 적색과 녹색 스펙트럼 성분들을 거부하는 청색 통과 필터로 분할하는 것이 편리하다. 도 5A를 이용하여, 광학 장치(510)는 적색 통과 필터 영역(511), 녹색 통과 필터 영역(512) 및 청색 통과 필터 영역(513)을 갖는 체커 보드 형태의 다수의 영역들을 가질 수도 있다. 이웃하는 적, 녹, 청의 통과 필터들은 화소를 구성한다. 앞서 개시된 공정을 사용하여, 적색 통과 필터의 한 영역은 녹색 스펙트럼 성분을 거부하고 다른 한 영역은 청색 스펙트럼 성분을 거부하는 두 개의 서브 영역을 가지도록 화소로 된 컬러 필터 막은 서브 화소에 대하여 근사 재료 C를 첨가하는 것에 의하여 주요 컬러들에 대하여 쉽게 제조될 수도 있다. 도 5B는 화소형태의 RGB 컬러 필터의 횡단면도를 보여준다. 적색 통과 서브 화소 필터는 두 서브층들(511G와 511B)을 포함하며, 입사되는 백색의 원편광된 광(515I)의 녹색 및 청색 스펙트럼 성분들(515RG와 515RB)을 각각 거부한다. 전송된 광은 원편광된 적색 성분(515TR)이다. 유사하게, 녹색 통과 서브 화소 필터들은 두 개의 서브 층들(512R과 512B)를 포함하고, 입사되는 백색의 원편광된 광(515I)의 적색 및 청색 스펙트럼 성분들(515RR과 515RB)을 각각 거부한다. 전송된 광은 원편광된 적색 성분(515TG)이다. 청색 통과 서브 화소 필터들은 두 개의 서브 층들(513R과 513B)를 포함하고, 입사되는 백색의 원편광된 광(515I)의 적색 및 녹색 스펙트럼 성분들(515RR과 515RG)을 각각 거부한다. 전송된 광은 원편광된 적색 성분(515TB)이다.

이 기술에서 통상의 지식을 가진 자는 동일한 효과를 얻기 위하여 이 필터구조를 변화할 수도 있다. 예를 들어, 적색 통과 필터의 리젝션 대역이 녹색과 청색 두 가지를 덮기에 충분히 넓다면, 적색통과필터는 단층(즉, 서브 층들을 갖지 않는)일 수 있다. 다른 예로서, 막의 반대쪽에 다른 재료 C를 첨가하는 것 대신, 필터는 각 층이 서브 화소로 된 R-, G-, B-리젝션 대역들을 갖으며, 함께 라미네이트 된 두 개의 구별되는 층들로서 제조될 수도 있다.

2색성 편광자

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

광대역 원편광자

앞서 설명된 Li/Faris 특허에서 주장된 방법으로 특정 콜레스테릭 액정 혼합물과 중합을 갖고서 단층 광대역 원편광자가 얻어질 수도 있다. 간략하게 설명하면, 그러한 편광자는 중합가능한 콜레스테릭 단량체와 비반응성 네마틱 액정 또는 치랄 네마틱 액정(치랄 도펀트를 갖는 네마틱 액정)을 포함하는 콜레스테릭 혼합물로 제조될 수도 있다. 네마틱 액정 또는 치랄 네마틱 액정은 액정상으로 온도범위를 제한한다. 이처럼, 그러한 편광자는 제한된 구동 온도 범위를 갖는다. 중합체 소지 그 자체(200℃) 보다는 오히려 네마틱 액정이나 치랄 네마틱 액정(약 100℃)에 의하여 상한이 설정된다. 더욱이, 이들 네마틱 액정 또는 치랄 네마틱 액정들은 열지향성, 즉 광학적 성질들이 온도에 강하게 의존하는 특징을 갖는다. 이처럼, 그러한 혼합물을 이용한 편광자의 특징은 비교적 온도에 민감하다.

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

전형적으로, 결과적인 막들의 반사율 대역은 종래 장치들에 비하여 더욱 좁은 대역폭과 더 짧은 중심 파장을 갖는 것이 관측된다. 앞서 언급한 관계 λ_c=n_avP₀와 Δλ/λ_c=Δn/n_av와 결과적인 막들이 더 적은 n_av(공공 때문에) 가진다는 정의로부터 그러한 사실이 이해될 수 있다. 이 점에서, 두 재료 1과 2를 갖는 막의 경우, 평균 회절 지수는 각 재료의 n_av의 평균이다. 이처럼, 그러한 막의 경우, n_av=c₁n_av1+c₂n_av2, 여기서 c1과 c2는 무게 계수로서, 재료 1과 2의 상대적 분율의 함수이고 다른 재료 변수의 함수일 수도 있다. (위에서 언급된 것처럼, 재료 1과 2의 각각에 대하여 변수 n_av1과 n_av2는 (n_e+n_o)/2와 동일하다). 재료 2가 공공으로 대체되면, 공공(에어)이 1의 회절지수(최소치)를 가질 때, 가장 평균은 더 작아질 것이다.

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

조절가능한 노치 필터들

부호적으로 (A+B)-B=A(여기서 A는 탄성재)로 표시되는 본 발명에 따라서 얻어진 콜레스테릭 유사 막은 공공을 포함하므로, 압력이 막의 표면에 인가될 때, 재료가 압축되어 나선형 피치가(평균 회절 지수일 수도 있는) 기계적으로 변화되고, 그것에 의하여 반사율 대역의 중심 파장을 변화시키는 점에서 기계적으로 순응적이다.

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

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

광학 저장층들

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

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

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

Claims (37)

1. (a) 실질적으로 서로 반응하지 않고 적어도 하나가 액정인 제 1 재료와 제 2 재료를 제공하는 단계;

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

   (c) 상기 혼합물을 갖으며, 상기 액정에 의하여 정의되는 분자 규칙성을 갖는 막을 형성하는 단계;

   (d) 상기 막의 분자 규칙성을 응결하는 단계;

   (e) 상기 제 1 재료와 제 2 재료중 하나를 제거하여 산포된 다수의 사이트를 갖으며 액정과 같은 분자 규칙성을 갖는 소지를 형성하는 단계; 및

   (f) 상기 다수의 사이트에 제 3 재료를 유입시키는 단계들에 의하여 제조된 규칙성을 갖는 광학 막.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 소지는 액정을 포함하고 액정과 같은 분자 규칙성을 갖는 광학 막 구조.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 소지는 비액정을 포함하고, 상기 다수의 사이트는 액정과 같은 분자 규칙성을 갖는 광학 막 구조.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 제 3 재료는 액정과 같은 분자 규칙성을 갖는 광학막 구조.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 응결 단계 (d)는 상기 막의 온도를 변화시키는 것을 추가로 포함하는 광학 막 구조.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 재료와 상기 제 2 재료 중 적어도 하나는 중합가능하고, 상기 응결단계 (d)는 상기 혼합물을 중합하는 것을 포함하는 광학 막 구조.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 액정은 콜레스테릭 액정을 포함하고 상기 막 구조는 파장- 및 원편광-선택적 반사율 및 투과율을 제공하는 장범위 규칙성을 보이는 광학 막 구조.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 액정은 네마틱 액정을 포함하고 상기 막 구조는 위상 변화 투과율을 제공하는 장범위 규칙성을 보이는 광학 막 구조.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 제 3 재료는 응결된 광학 막 구조.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 제 3 재료는 중합가능하고 중합에 의하여 응결된 광학 막 구조.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 막 구조 내에 개재되는 다수의 제 2 사이트들을 제공하도록 상기 제 1 재료와 상기 제 2 재료 중 어느 하나를 제거하는 단계 (g)를 추가로 포함하는 광학 막 구조.
12. 제 11 항에 있어서, 제 4 재료를 상기 막 구조 내에 개재된 다수의 상기 제 2 사이트로 유입시키는 단계 (h)를 추가로 포함하는 광학 막 구조.
13. 제 12 항에 있어서, 상기 제 4 재료는 액정과 같은 분자 규칙성을 갖는 비액정인 광학 막 구조.
14. 제 1 항에 있어서, 상기 액정은 네마틱 액정이고, 상기 제 3 재료는 선택적 흡수성을 갖는 광학 막 구조.
15. 제 1 항에 있어서, 상기 소지는 상기 막 평면을 따라서 공간을 갖는 관계로 배치된 다수의 영역들을 추가로 포함하고, 상기 다수의 영역들 중 적어도 두 영역은 나머지에 대하여 이산적 광학 성질들을 갖는 광학 막 구조.
16. 제 15 항에 있어서, 상기 다수의 영역들은 서브 화소들을 포함하며, 상기 서브 화소들은 각각이 이산 특징 파장을 갖는 광학 막 구조.
17. 제 16 항에 있어서, 상기 다수의 영역들은 청, 녹, 적의 특징적 파장들을 갖는 서브 화소들을 추가로 포함하는 광학 막 구조.
18. 제 16 항에 있어서, 상기 다수의 영역들은 서브 화소들을 포함하며, 상기 각 서브 화소들은 이산 특징 편광을 갖는 광학 막 구조.
19. 제 18 항에 있어서, 상기 서브 화소들은 상기 특징 파장과 편광 내에서 광을 반사하는 광학 막 구조.
20. 제 18 항에 있어서, 상기 서브 화소들은 상기 특징 파장과 편광 내에서 광을 전송하는 광학 막 구조.
21. 기판; 및

    상기 기판 위에 배치된 재료를 포함하며, 상기 재료는 액정과 같은 분자 규칙성을 갖는 비액정인 것을 특징으로 하는 규칙성을 갖는 광학 막 구조.
22. 제 21 항에 있어서, 상기 액정과 같은 분자 규칙성은 파장- 및 원편광-선택적 반사율 및 투과율을 제공하는 콜레스테릭 규칙성을 추가로 포함하는 규칙성을 갖는 광학 막 구조.
23. 제 21 항에 있어서, 상기 액정과 같은 분자 규칙성은 위상 변위 투과율을 제공하는 네마틱 규칙성을 추가로 포함하는 규칙성을 갖는 광학 막 구조.
24. 제 21 항에 있어서, 상기 분자 규칙성은 상기 재료의 분자들 사이에 배치된 다수의 사이트들을 추가로 포함하는 규칙성을 갖는 광학 막 구조.
25. 제 24 항에 있어서, 상기 다수의 사이트들 내에 배치된 제 2 재료를 추가로 포함하는 규칙성을 갖는 광학 막 구조.
26. 제 25 항에 있어서, 상기 제 2 재료는 네마틱 액정, 콜레스테릭 액정 및 그들의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 규칙성을 갖는 광학 막 구조.
27. (a) 실질적으로 서로 반응하지 않는 액정과 비액정을 제공하는 단계;

    (b) 상기 액정과 비액정을 결합하여 혼합물을 형성하는 단계;

    (c) 상기 혼합물을 갖으며, 상기 액정에 의하여 한정되는 분자 규칙성을 갖는 막을 형성하는 단계;

    (d) 상기 막의 분자 규칙성을 응결하는 단계; 및

    (e) 상기 액정과 비액정 중 하나를 제거하여 산포된 다수의 사이트를 갖으며 액정과 같은 분자 규칙성을 갖는 소지를 형성하는 단계에 의하여 제조되는 규칙성을 갖는 광학 막.
28. 제 27 항에 있어서, 상기 제거 단계 (e)는 상기 비액정을 제거하는 단계를 추가로 포함하며, 상기 소지는 액정을 포함하며 액정과 같은 분자 규칙성을 갖는 막 구조.
29. 제 27 항에 있어서, 상기 제거 단계 (e)는 상기 액정을 제거하는 단계를 포함하고, 상기 다수의 사이트는 액정과 같은 분자 규칙성을 갖는 막 구조.
30. 제 27 항에 있어서, 제 3 재료를 상기 다수의 사이트들로 유입하는 단계 (f)를 추가로 포함하는 막 구조.
31. 제 30 항에 있어서, 상기 제 3 재료는 액정과 같은 분자 규칙성을 갖는 막 구조.
32. 제 27 항에 있어서, 상기 소지는 콜레스테릭 규칙성을 갖는 탄성재를 포함하고, 상기 콜레스테릭 규칙성은 상기 규칙성과 반대로 상기 탄성재를 가압하여 선택적으로 조절가능하며, 상기 막 구조의 반사율 대역의 파장은 변화되는 막 구조.
33. 제 32 항에 있어서, 상기 소지는 압력 센서를 포함하는 막 구조.
34. 제 32 항에 있어서, 상기 소지는 한 쌍의 기판 사이에 배치되는 막 구조.
35. 제 32 항에 있어서, 상기 소지를 적어도 하나의 레이저 염료로 도핑하는 단계를 추가로 포함하며, 상기 막 구조는 선택가능한 파장으로 레이저 광을 방출하도록 적용되는 막 구조.
36. 제 35 항에 있어서, 상기 막 구조는 상기 막 구조로 입사된 펌프 빔에 응답하여 상기 선택가능한 파장으로 레이저 광을 방출하도록 적용되는 막 구조.
37. 제 36 항에 있어서, 상기 막 구조는 상기 막 구조 위에서 상기 펌프 빔의 입사각에 무관하게 상기 선택가능한 파장으로 레이저 광을 방출하도록 적용되는 막 구조.