KR20060076707A - 광학 소자 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 굴절률 이방성층에 배향성을 부여하는 배향성 부여층과 굴절률 이방성층 사이에서의 밀착성을 높임과 동시에 각 층의 내구성을 향상시킬 수 있는 광학 소자를 제공한다.
본 발명은 광학 소자 (10)은 투명 기재 (11) 상에 적층된 배향성 부여층 (12)와 배향성 부여층 (12) 상에 적층된 굴절률 이방성층 (13)을 구비하고 있다. 배향성 부여층 (12)는 굴절률 이방성층 (13)에 배향성을 부여하는 배향 규제력을 갖는 배향막이고, 배향 규제력을 발현시킬 수 있는 배향막용 조성물로 형성되어 있다. 굴절률 이방성층 (13)은 중합성 액정 재료를 포함하는 액정성 조성물을 경화(중합)시킴으로써 형성된 액정층을 포함하고 있다. 또한, 배향막용 조성물에는 중합체에 추가로, 하나 이상의 관능기를 갖는 단량체 또는 올리고머가 첨가되어 있고, 배향성 부여층 (12)와 굴절률 이방성층 (13)과의 계면 근방에서 배향성 부여층 (12) 중 단량체 또는 올리고머가 배향성 부여층 (12)에 인접하는 굴절률 이방성층 (13) 중 분자와 가교한다.
광학 소자, 굴절률 이방성층, 배향성 부여층, 액정성 조성물

Description

광학 소자 및 그의 제조 방법 {OPTICAL ELEMENT AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
도 1은 본 발명의 한 실시 형태에 따른 광학 소자의 개략을 나타내는 단면도.
도 2는 도 1에 나타내는 광학 소자의 한 변형예의 개략을 나타내는 단면도.
도 3은 도 1에 나타내는 광학 소자의 다른 변형예의 개략을 나타내는 단면도.
도 4는 도 1에 나타내는 광학 소자의 또 다른 변형예의 개략을 나타내는 단면도.
도 5는 도 1에 나타내는 광학 소자의 또 다른 변형예의 개략을 나타내는 단면도.
도 6은 본 발명의 한 실시 형태에 따른 광학 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 공정도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>
10 광학 소자
11 투명 기재
12 배향성 부여층
12' 배향막용 조성물의 도막
13, 13A, 13B, 13C 굴절률 이방성층
13', 13" 액정성 조성물의 도막
14 배리어층(중간층)
L1 자외선(배향막 형성용 편광광)
L2 자외선(액정층 경화용 에너지선)
H 열
[특허 문헌 1] 일본 특허 공표 2002-533742호 공보
[특허 문헌 2] 일본 특허 공개 (평)5-215921호 공보
[특허 문헌 3] 일본 특허 공개 (평)8-338913호 공보
[특허 문헌 4] 일본 특허 공개 (평)9-152509호 공보
[특허 문헌 5] 일본 특허 공개 (평)10-10320호 공보
[특허 문헌 6] 일본 특허 공표 2000-514202호 공보
본 발명은 위상차판이나 편광판, 디스플레이용 컬러 필터 등의 광학 소자에 관한 것이며, 특히 중합성 액정 재료를 포함하는 액정성 조성물을 포함하는 액정층을 굴절률 이방성층으로서 구비한 광학 소자 및 그의 제조 방법에 관한 것이다. 또한, 본 명세서에서 "액정층"이라는 용어는 광학적으로 액정의 성질을 갖는 층이라는 의미로 사용되고, 층의 상태로는 액정상이 갖는 분자 배열을 유지하여 고화된 고체상 상태를 취하는 것도 포함하는 것으로 한다.
일반적으로, 액정은 분자 배열의 가역적 운동성을 이용하여, TN(twisted nematic)형이나 STN(super twisted nematic)형으로 대표되는 디스플레이 소자 등의 표시 매체로서 사용되는 것 이외에, 그 배향성과 굴절률 이방성을 이용하여 위상차판이나 편광판, 디스플레이용 컬러 필터 등의 광학 소자로서도 사용되고 있다.
여기서, 후자의 용도에 관해서는, 최근 중합성 액정 재료를 포함하는 액정층을 굴절률 이방성층으로서 구비한 광학 소자가 수많이 제안되어 있다. 구체적으로는 예를 들면, 특허 문헌 1에는 특수한 중합성의 액정 화합물을 사용하여 제조되는, 파장 선택 반사성 및 편광 선택 반사성의 기능을 갖는 광학 소자가 기재되어 있다. 또한, 특허 문헌 2에는 막대 형상 구조를 갖는 중합성의 액정 화합물을 사용하여 제조되는 복굴절판이 기재되어 있다. 또한, 특허 문헌 3 및 4에는 원반상 구조를 갖는 중합성의 액정 화합물을 사용하여 제조되는 광학 보상 시트가 기재되어 있다.
그런데, 이러한 광학 소자로는 플라스틱 필름 등을 지지체로 하고, 그 지지체 상에 배향막을 개재시켜 중합성 액정 재료를 포함하는 액정층(굴절률 이방성층)을 적층하는 것이 일반적으로 사용되고 있다.
여기서, 지지체와 굴절률 이방성층 사이에 설치되는 배향막은 굴절률 이방성층 중의 액정 분자의 배향 방향을 규제하는 배향 규제력을 갖는 것이다. 이러한 배향막은, 예를 들면 배향성이 있는 폴리이미드나 폴리비닐알코올, 젤라틴 등의 중합체의 층을 지지체 상에 형성한 후, 해당 중합체의 층에 대하여 러빙 처리 등의 배향 처리를 실시함으로써 형성할 수 있다. 또한, 배향 처리로서 러빙 처리를 실시하는 경우에는, 배향막의 표면에 정전기나 먼지가 발생되기 때문에, 러빙 처리를 실시하지 않고 배향막에 배향 규제력을 발현시키는 수법도 연구되고 있다. 그 중 하나가 임의의 편광 상태를 갖는 광(편광광)을 조사함으로써 배향막의 표면에 배향 규제력(이방성)을 생성하는 광 배향법이다. 또한, 이러한 광 배향법에는 분자의 형상만을 변화시켜 배향 상태를 가역적으로 변화시키는 "광 이성화"와, 분자 그 자체를 변화시키는 "광 반응형"이 있다. 또한, 후자의 "광 반응형"은 추가로 이량화, 분해형, 결합형 및 분해-결합형 등으로 나뉘어진다.
이상과 같은 지지체, 배향막 및 굴절률 이방성층을 포함하는 광학 소자에서는, 광학 소자의 각 층의 광학 특성이 양호한 것이 물론 중요하지만, 각 층간의 밀착성이나 각 층의 내구성이 양호한 것도 중요하다. 후자의 문제에 관해서는, 예를 들면 광학 소자를 구성하는 배향막과 굴절률 이방성층 사이의 밀착성이 나쁘면, 굴절률 이방성층이 배향막으로부터 박리되기 쉽다는 문제가 있다. 또한, 광학 소자를 고온 고습하에서 사용하거나 보존하면, 굴절률 이방성층에 메쉬상의 주름이 발생된다는 문제도 있다.
이러한 문제를 해소하기 위해, 종래에는 다음과 같은 수법이 제안되어 있다.
즉, 특허 문헌 4에서는 배향막의 재료로서, 변성된 폴리비닐알코올을 사용하고, 배향막과 굴절률 이방성층과의 계면에서의 화학적인 결합에 의해, 이들의 층간 밀착성을 개선하는 수법이 제안되어 있다. 또한, 특허 문헌 5에서는 밀착성이 낮은 층간에 앵커 코팅층을 삽입함으로써, 이들의 층간 밀착성을 향상시키는 수법이 제안되어 있다. 또한, 특허 문헌 6에서는 굴절률 이방성층의 재료 중에 단량체를 첨가함으로써, 굴절률 이방성층의 내구성을 개선하는 수법이 제안되어 있다. 구체적으로는, 굴절률 이방성층의 재료로서, 반응성 메소겐 화합물에 대하여 2개 또는 3개 이상의 중합성 관능기를 갖는 비메소겐 화합물을 20 ％ 이하의 양으로 함유시킴으로써, 유리 전이 온도나 열 안정성 및 기계적 안정성을 변경하는 수법이 제안되어 있다.
그러나, 상술한 종래의 수법 중, 상기 특허 문헌 4에 기재된 수법에서는 폴리비닐알코올의 변성 반응에 이용되는 용매의 비점이 높고, 이러한 용매를 포함한 상태에서는 도포액으로서 이용할 수 없기 때문에, 폴리비닐알코올을 재침전하여 정제하는 공정이 불가결해지고, 제조 비용이 비싸진다는 문제가 있다. 또한, 상기 특허 문헌 5에 기재된 수법에서는 굴절률 이방성층의 재료로서 액정 화합물이 사용되는 경우에, 액정 분자가 앵커 코팅층 상에서 양호하게 배향되지 않는다는 문제가 있다. 또한, 상기 특허 문헌 6에 기재된 수법에서는, 배향 처리 후에 액정 분자의 배향 상태를 고정하여 굴절률 이방성층으로 하는 것과 같은 경우에, 액정 분자가 배향할 때에 첨가제가 불순물이 되고, 액정 분자의 배향이 저해되기 때문에, 광학 특성이 저하하여 버린다는(예를 들면 표시 얼룩이 발생되어 버림) 문제가 있다.
본 발명은 이러한 점을 고려하여 이루어진 것으로, 중합성 액정 재료를 포함 하는 액정성 조성물을 포함하는 액정층을 굴절률 이방성층으로서 사용하는 광학 소자이며, 굴절률 이방성층에 배향성을 부여하는 배향성 부여층과 굴절률 이방성층 사이에서의 밀착성을 높임과 동시에 각 층의 내구성을 향상시킬 수 있는 광학 소자 및 그의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제1 해결 수단으로서, 투명 기재, 상기 투명 기재 상에 적층된 배향성 부여층, 및 상기 배향성 부여층 상에 적층되고, 상기 배향성 부여층의 배향 규제력에 의해 배향성이 부여된 굴절률 이방성층을 구비하며, 상기 배향성 부여층은 상기 배향 규제력을 발현시킬 수 있는 배향막용 조성물로 형성된 배향막을 포함하며, 상기 배향막용 조성물은 중합체와 하나 이상의 관능기를 갖는 단량체 또는 올리고머를 포함하며, 상기 굴절률 이방성층은 중합성 액정 재료를 포함하는 액정성 조성물을 경화시킴으로써 형성된 액정층을 포함하고, 상기 배향성 부여층 및 상기 굴절률 이방성층은 그 계면 근방에서, 상기 배향성 부여층 중의 상기 단량체 또는 올리고머와 상기 굴절률 이방성층 중의 상기 중합성 액정 재료가 상호 가교되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 소자를 제공한다.
또한, 상술한 제1 해결 수단에서, 상기 배향성 부여층은 광 배향법에 의해 상기 배향 규제력을 발현시킬 수 있는 배향막용 조성물로 형성된 배향막인 것이 바람직하다. 여기서, 상기 배향성 부여층을 형성하기 위한 상기 배향막용 조성물에 포함되는 상기 중합체는 신나메이트 또는 쿠마린 중 1종 이상을 갖는 중합체인 것이 바람직하다.
또한, 상술한 제1 해결 수단에서, 상기 배향성 부여층을 형성하기 위한 상기 배향막용 조성물에 포함되는 상기 단량체 또는 올리고머는 이소시아누르산(메트)아크릴레이트인 것이 바람직하다.
또한, 상술한 제1 해결 수단에서, 상기 배향성 부여층을 형성하기 위한 상기 배향막용 조성물에 포함되는 상기 단량체 또는 올리고머는 중합성 액정 재료인 것이 바람직하다. 여기서, 상기 배향성 부여층 중의 상기 중합성 액정 재료와 상기 굴절률 이방성층 중의 상기 중합성 액정 재료가 동일한 종류의 재료인 것이 바람직하다.
또한, 상술한 제1 해결 수단에서, 상기 배향성 부여층을 형성하기 위한 상기 배향막용 조성물에 포함되는 상기 단량체 또는 올리고머는 상기 중합체의 중량에 대하여 0.01 내지 3배의 중량, 보다 바람직하게는 0.05 내지 1.5배의 중량인 것이 바람직하다.
본 발명의 제2 해결 수단으로서, 중합체와 하나 이상의 관능기를 갖는 단량체 또는 올리고머를 포함하는 배향막용 조성물을 투명 기재 상에 도포하고, 그 표면에 배향 규제력을 발현시킴으로써, 상기 투명 기재 상에 배향막으로서의 배향성 부여층을 형성하는 공정, 상기 투명 기재 상에 형성된 상기 배향성 부여층 상에 중합성 액정 재료를 포함하는 액정성 조성물을 도포하는 공정, 및 상기 투명 기재의 상기 배향성 부여층 상에 도포된 상기 액정성 조성물을 경화시킴으로써, 상기 배향성 부여층의 상기 배향 규제력에 의해 배향성이 부여된 굴절률 이방성층을 형성하는 공정을 포함하며, 상기 굴절률 이방성층을 형성하는 공정에서, 상기 액정성 조 성물과 함께 상기 배향성 부여층을 경화시킴으로써, 상기 배향성 부여층과 상기 굴절률 이방성층과의 계면 근방에서, 상기 배향성 부여층 중의 상기 단량체 또는 올리고머와 상기 굴절률 이방성층 중의 상기 중합성 액정 재료를 상호 가교시키는 것을 특징으로 하는 광학 소자의 제조 방법을 제공한다. 여기서, 상기 단량체 또는 올리고머가 갖는 "관능기"는 상기 중합성 액정 재료가 갖는 중합성기와 반응하는 기를 나타내는 것이다.
또한, 상술한 제2 해결 수단에서, 상기 투명 기재 상에 형성되는 상기 배향성 부여층은 광 배향법에 의해 상기 배향 규제력을 발현시킬 수 있는 배향막용 조성물로 형성되는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 배향성 부여층을 형성하기 위한 상기 배향막용 조성물에 포함되는 상기 중합체는 신나메이트 또는 쿠마린 중 1종 이상을 갖는 중합체인 것이 바람직하다.
또한, 상술한 제2 해결 수단에서, 상기 배향성 부여층을 형성하기 위한 상기 배향막용 조성물에 포함되는 상기 단량체 또는 올리고머는 중합성 액정 재료인 것이 바람직하다. 여기서, 상기 배향성 부여층 중의 상기 중합성 액정 재료와 상기 굴절률 이방성층 중의 상기 중합성 액정 재료가 동일한 종류의 재료인 것이 바람직하다.
또한, 상술한 제2 해결 수단에서, 상기 배향성 부여층을 형성하기 위한 상기 배향막용 조성물에 포함되는 상기 단량체 또는 올리고머는 상기 중합체의 중량에 대하여 0.01 내지 3배의 중량, 보다 바람직하게는 0.05 내지 1.5배의 중량인 것이 바람직하다.
본 발명의 제3 해결 수단으로서, 중합성 액정 재료를 포함하는 액정성 조성물을 경화시킴으로써 형성되는 액정층에 배향성을 부여하는 배향막을 형성하기 위한 배향막용 조성물에 있어서, 중합체, 및 하나 이상의 관능기를 갖는 단량체 또는 올리고머를 포함하며, 상기 단량체 또는 올리고머가 상기 액정층 중의 상기 중합성 액정 재료와 가교 가능한 것을 특징으로 하는 배향막용 조성물을 제공한다.
또한, 상술한 제3 해결 수단에서 상기 중합체는 신나메이트 또는 쿠마린 중 1종 이상을 갖는 중합체인 것이 바람직하다.
또한, 상술한 제3 해결 수단에서 상기 단량체 또는 올리고머는 중합성 액정 재료인 것이 바람직하다.
또한, 상술한 제3 해결 수단에서 상기 단량체 또는 올리고머는 상기 중합체의 중량에 대하여 0.01 내지 3배의 중량, 보다 바람직하게는 0.05 내지 1.5배의 중량인 것이 바람직하다.
<발명을 실시하기 위한 최선의 형태>
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명한다.
우선, 도 1에 의해 본 발명의 한 실시 형태에 따른 광학 소자의 구성에 대해서 설명한다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 광학 소자 (10)은 투명 기재 (11)와, 투명 기재 (11) 상에 적층된 배향성 부여층 (12)와, 배향성 부여층 (12) 상에 적층된 굴절률 이방성층 (13)을 구비하고 있다.
이 중, 투명 기재 (11)은 배향성 부여층 (12) 및 굴절률 이방성층 (13)을 지 지하는 지지체이고, 유리 또는 투명 수지 필름 등으로 형성되어 있다. 여기서, 투명 수지 필름으로는 트리아세틸셀룰로오스(TAC)나 디아세틸셀룰로오스, 아세테이트부티레이트셀룰로오스 등의 셀룰로오스계 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)나 폴리에스테르 등의 폴리에스테르계 수지, 폴리에틸렌 등의 올레핀계 수지, 폴리아크릴계 수지, 폴리우레탄계 수지, 폴리에테르술폰이나 폴리카르보네이트, 폴리술폰, 폴리에테르, 폴리메틸펜텐, 폴리에테르케톤, (메트)아크릴로니트릴 등의 수지를 포함하는 필름을 사용할 수 있다. 또한, 이러한 투명 수지 필름으로는, 복굴절성이 없는 트리아세테이트셀룰로오스(TAC)를 포함하는 필름이 바람직하게 사용된다.
또한, 투명 기재 (11)은 그 두께가 25 ㎛ 내지 1000 ㎛ 정도인 것이 바람직하다. 또한, 투명 기재 (11)은 일정한 길이를 갖는 연속한 장축 필름일 수도 있고, 보다 구체적으로는 공업적으로 일반적으로 사용되는 롤 권취된 형태로 공급되는 연속 필름일 수도 있다. 이러한 장축 필름의 길이는 임의로 취할 수 있지만, 롤 권취된 형태이면, 예를 들면 10000 m 정도의 장축으로 할 수도 있다.
배향성 부여층 (12)는, 굴절률 이방성층 (13)에 배향성을 부여하는 배향 규제력을 갖는 배향막이고, 배향 규제력을 발현시킬 수 있는 배향막용 조성물로 형성되어 있다. 또한, 배향성 부여층 (12)는 그 두께가 0.01 ㎛ 내지 0.5 ㎛ 정도로 하는 것이 바람직하다.
여기서, 배향성 부여층 (12)를 형성하기 위한 배향막용 조성물로는 중합체나 커플링제 등을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 중합체의 예로는 폴리메틸메타크릴 레이트, 아크릴산-메타크릴산 공중합체, 스티렌-말레이미드 공중합체, 폴리비닐알코올, 변성 폴리비닐알코올, 젤라틴, 스티렌-비닐톨루엔 공중합체, 클로로술폰화폴리에틸렌, 니트로셀룰로오스, 폴리염화비닐, 염소화폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리이미드, 아세트산비닐-염화비닐 공중합체, 에틸렌-아세트산비닐 공중합체, 카르복시메틸셀룰로오스, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리카르보네이트 등의 중합체를 들 수 있다. 또한, 커플링제의 예로는 실란 커플링제 등을 들 수 있다.
또한, 이러한 배향막용 조성물로 형성되는 배향성 부여층 (12)에 배향 규제력을 발현시키는 방법으로는, 배향성 부여층 (12)에 대하여 러빙 처리 등의 배향 처리를 실시하는 것 이외에, 광 배향법을 사용하여 배향 처리를 실시하여도 좋다. 여기서, 광 배향법이란, 임의의 편광 상태를 갖는 광(편광광)을 배향막에 조사함으로써 배향막의 표면에 배향 규제력(이방성)을 발현시키는 방법이다. 또한, 광 배향법에는, 상술한 바와 같이 분자의 형상만을 변화시켜 배향 상태를 가역적으로 변화시키는 "광 이성화"와, 분자 그 자체를 변화시키는 "광 반응형"이 있다. 또한, 후자의 "광 반응형"은 추가로 이량화, 분해형, 결합형 및 분해-결합형 등으로 나뉘어진다. 이 중, 광 배향법으로서 일반적으로 사용되는 "이량화"의 수법을 예로 들면, 이 수법에서는 임의의 편광 상태를 갖는 광(편광광)이 조사됨으로써, 배향막의 표면에서 그 편광 방향으로 이량화 반응 등의 화학 반응이 일어나고, 배향 규제력이 발현된다. 또한, 이러한 "이량화"에 의해서 배향 규제력이 발현되는 중합체의 대표적인 것으로는, 폴리비닐신나메이트(PVCi)를 들 수 있다. 이러한 폴리비닐신나메이트(PVCi)에서는, 이량화 반응에 의해서, 예를 들면 편광 자외선의 조사에 의 해서 편광광과 평행인 2개의 측쇄의 2중 결합 부분을 개방하고, 상호 재결합한다. 이러한 "이량화"에 의해서 배향 규제력이 발현되는 중합체로는, 그 밖에도 신나모일기나 쿠마린기, 칼콘기를 갖는 중합체가 바람직하게 사용된다(예를 들면, 일본 특허 공개 (평)7-138380호 공보나 일본 특허 공개 (평)10-324690호 공보 참조). 또한, 상기 "이량화"에 의해서 배향 규제력이 발현되는 중합체로는 신나메이트, 쿠마린, 벤질리덴프탈이미딘, 벤질리덴아세토페논, 디페닐아세틸렌, 스틸바졸, 우라실, 퀴놀리논, 말레이미드 또는 신나밀리덴아세트산 유도체를 갖는 중합체를 예시할 수 있다. 그 중에서도 본 발명에서는 신나메이트 또는 쿠마린을 갖는 중합체, 신나메이트 및 쿠마린을 갖는 중합체가 바람직하게 사용된다(예를 들면, 일본 특허 공개 (평)9-118717호 공보, 일본 특허 공표 10-506420호 공보 및 일본 특허 공표 2003-505561호 공보).
본 발명에서의 상기 신나메이트 및 쿠마린으로는 하기 화학식 Ia, Ib로 표시되는 것이 바람직하게 사용된다.
Figure 112005076609401-PAT00001
상기 화학식 중, A는 피리미딘-2,5-디일, 피리딘-2,5-디일, 2,5-티오페닐렌, 2,5-플라닐렌, 1,4- 또는 2,6-나프틸렌을 나타내거나, 비치환이거나, 불소, 염소 또는 탄소 원자 1 내지 18개의 환식, 직쇄상 또는 분지쇄상 알킬 잔기(비치환이거나, 불소, 염소에 의해서 단치환 또는 다치환되어 있고, 1개 이상의 인접하지 않는 -CH2-기가 독립적으로 기 C에 의해서 치환될 수도 있음)에 의해 단치환 또는 다치환되어 있는 페닐렌을 나타낸다.
상기 화학식 중, B는 수소 원자를 나타내거나, 제2 물질, 예를 들면 중합체, 올리고머, 단량체, 광활성 중합체, 광활성 올리고머 및(또는) 광활성 단량체 또는 표면과 반응 또는 상호 작용할 수 있는 기를 나타낸다.
상기 화학식 중, C는 -O-, -CO-, -CO-O-, -O-CO-, -NR1-, -NR1-CO-, -CO-NR1-, -NR1-CO-O-, -O-CO-NR1-, -NR1-CO-NR1-, -CH=CH-, -C≡C-, -O-CO-O- 및 -Si(CH3)2-O-Si(CH3)2-(R1은 수소 원자 또는 저급 알킬을 나타냄)로부터 선택되는 기를 나타낸다.
상기 화학식 중, D는 -O-, -CO-, -CO-O-, -O-CO-, -NR1-, -NR1-CO-, -CO-NR1-, -NR1-CO-O-, -O-CO-NR1-, -NR1-CO-NR1-, -CH=CH-, -C≡C-, -O-CO-O- 및 -Si(CH3)2-O-Si(CH3)2-(R1은 수소 원자 또는 저급 알킬을 나타냄)로부터 선택되는 기, 방향족 기 또는 지환식기를 나타낸다.
상기 화학식 중, S1 및 S2는 상호 독립적으로 단 결합 또는 스페이서 단위, 예를 들면 탄소 원자 1 내지 40개의 직쇄상 또는 분지쇄상 알킬렌(비치환이거나, 불소, 염소에 의해서 단치환 또는 다치환되어 있고, 1개 이상의 인접하지 않는 -CH2-기가 독립적으로 기 D에 의해서 치환될 수도 있지만, 산소 원자가 상호 직접적으로는 결합하지 않음)을 나타낸다.
상기 화학식 중, Q는 산소 원자 또는 -NR1- (R1은 수소 원자 또는 저급 알킬을 나타냄)을 나타낸다.
상기 화학식 중, X 및 Y는 상호 독립적으로 수소, 불소, 염소, 시아노, 탄소 원자 1 내지 12개의 알킬(경우에 따라서는 불소에 의해서 치환되어 있고, 경우에 따라서는 1개 이상의 인접하지 않는 -CH2-기가 -O-, -CO-O-, -O-CO- 및(또는) -CH=CH-에 의해서 치환되어 있음)을 나타낸다.
본 발명에서는, 상기 화학식으로 표시되는 신나메이트 및 쿠마린 중에서도, 일본 특허 공표 2004-536185호 공보에 기재된 것을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상술한 바와 같은 배향막용 조성물에는, 이상과 같은 중합체에 추가로 하나 이상의 관능기를 갖는 단량체 또는 올리고머가 첨가되어 있다. 이러한 단량체 또는 올리고머로는, 아크릴레이트계의 관능기를 갖는 단관능 단량체(예를 들면, 반응성 에틸(메트)아크릴레이트, 에틸헥실(메트)아크릴레이트, 스티렌, 메틸스티렌, N-비닐피롤리돈) 및 다관능 단량체(예를 들면, 폴리메틸올프로판트리(메트)아 크릴레이트, 헥산디올(메트)아크릴레이트, 트리에틸렌(폴리프로필렌)글리콜디아크릴레이트, 트리프로필렌글리콜디(메트)아크릴레이트, 디에틸렌글리콜디(메트)아크릴레이트, 펜타에리트리톨트리(메트)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨헥사(메트)아크릴레이트, 1,6-헥산디올디(메트)아크릴레이트, 네오펜틸글리콜디(메트)아크릴레이트, 이소시아누르산폴리(메트)아크릴레이트(예를 들면, 이소시아누르산 EO 디아크릴레이트 등))나, 비스페놀플루오렌 유도체(예를 들면, 비스페녹시에탄올플루오렌디아크릴레이트, 비스페놀플루오렌디에폭시아크릴레이트) 등을 단체 또는 혼합한 것으로서 사용할 수 있다.
여기서, 상술한 단량체 또는 올리고머의 첨가량은 배향성 부여층 (12)와 굴절률 이방성층 (13) 사이의 밀착성이 충분히 향상된다면, 광학 소자 (10)의 광학 특성을 손상하지 않는 범위에서 임의로 조정할 수 있다. 단, 일반적으로는 고형분(중합체)의 중량에 대하여 0.01배 이상 3배 이하, 바람직하게는 0.05배 이상 1.5배 이하인 것이 바람직하다. 이것은 0.01배 이하에서는, 배향성 부여층 (12)와 굴절률 이방성층 (13) 사이에서의 밀착성 향상의 효과가 충분히 발현되지 않기 때문이다. 반대로, 3배 이상에서는, 배향성 부여층 (12)와 굴절률 이방성층 (13) 사이에서의 밀착성 향상의 효과는 충분하지만, 굴절률 이방성층 (13)에 충분한 배향성을 부여할 수 없을 가능성이 있다. 즉, 굴절률 이방성층 (13)은 후술하는 바와 같이 액정 분자의 배향 및 그 배향 상태의 고정된 공정을 거쳐 얻어지지만, 상술한 바와 같은 단량체 또는 올리고머는 액정 분자의 배향시 배향 저해 물질이 되기 때문에, 배향 불량에 기인한 헤이즈의 상승이나 얼룩의 발현 등을 야기하고, 광학 기능이 손상되어 버린다.
또한, 상술한 단량체 또는 올리고머는 중합성 액정 재료인 것이 바람직하다. 특히, 이러한 중합성 액정 재료를 포함하는 단량체 또는 올리고머는 굴절률 이방성층 (13)에 포함되는 중합성 액정 재료와 동일한 종류의 재료인 것이 바람직하다.
또한, 상술한 단량체 또는 올리고머는 투명 기재 (11)가 장축 필름이고, 투명 기재 (11) 상에 배향성 부여층 (12)가 적층된 시점에 롤 권취되는 것과 같은 경우에는, 그 종류 및 첨가량을 적절하게 조정하고, 배향성 부여층 (12)가 상온에서 고체에 가까운 것이 되도록 하는 것이 바람직하다. 이 경우, 단량체 또는 올리고머의 종류로는, 상온(20 내지 25 ℃)에서 고체인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 투명 기재 (11) 상에 배향성 부여층 (12)가 적층된 시점에서 롤 권취되는 경우에도, 투명 기재 (11)의 이면에 배향성 부여층 (12)가 달라붙음으로써 일어나는 블록킹의 문제는 발생하지 않는다.
굴절률 이방성층 (13)은 위상차판이나 편광판, 디스플레이용 컬러 필터 등으로서의 기능을 실현하는 광학 기능층이고, 중합성 액정 재료를 포함하는 액정성 조성물을 경화(중합)시킴으로써 형성된 액정층을 포함하고 있다. 또한, 굴절률 이방성층 (13)의 두께는 원하는 광학 특성에 의해 결정된다.
여기서, 굴절률 이방성층 (13)을 형성하기 위한 액정성 조성물은 하기와 같은 중합성 액정 재료 이외에, 액정 재료의 배향이나 광학 특성에 영향을 주지 않는 범위에서 임의의 첨가제(예를 들면, 중합 개시제나 가소제, 계면활성제, 실란 커플링제)를 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 이러한 첨가제의 첨가량은 액정성 조성 물 중 액정 재료 등에 따라서 적절하게 조정되는 것이지만, 일반적으로는 고형분(중합성 액정 재료)의 중량에 대하여 0.001 중량％ 이상 10 중량％ 이하인 것이 바람직하다. 또한, 이러한 액정성 조성물은 배향성 부여층 (12) 상에 그대로 도포하는 것도 가능하지만, 점성을 도포 장치에 맞추거나, 양호한 배향 상태를 얻을 목적으로 유기 용제 등의 적당한 용매에 용해시킬 수도 있다.
한편, 이러한 액정성 조성물에 포함되는 중합성 액정 재료로는 네마틱 규칙성을 갖는 네마틱 액정 화합물이 바람직하게 사용된다. 구체적으로는 예를 들면, 일본 특허 공개 (평)7-258638호 공보나 일본 특허 공표 (평)10-508882호 공보, 일본 특허 공개 2003-287623호 공보에 기재되어 있는 것과 같은 화합물을 적절하게사용할 수 있고, 보다 구체적으로는 하기의 화학식 (1) 내지 (10)에 나타낸 바와 같은 화합물을 사용하는 것이 바람직하다.
Figure 112005076609401-PAT00002
단, 본 실시 형태에서 사용되는 네마틱 액정 화합물로는, 네마틱 액정성을 갖고, 또한 말단에 1개 이상의 관능기(예를 들면 자외선 경화성 중합기)를 갖는 액정 화합물이면, 상술한 바와 같은 종류에 한정되지 않고, 적절하게 임의의 것을 사용할 수 있다. 또한, 상술한 바와 같은 종류의 네마틱 액정 화합물 중 적절하게 수 종류의 재료를 혼합하여 사용할 수도 있다.
여기서, 이러한 네마틱 액정 화합물을 포함하는 액정성 조성물은, 후술하는 것과 같은 방법으로 배향성 부여층 (12) 상에 도포되고, 자외선 등의 조사에 의해 경화(중합)된다. 이와 같이 하여 최종적으로 형성되는 굴절률 이방성층 (13)은, 도 1에 나타낸 바와 같이 투명 기재 (11)에 대하여 네마틱 액정 분자가 평행하게 배향한 상태에서 고정된 액정층을 포함하는 것 이외에, 도 2에 나타내는 굴절률 이방성층 (13A)와 같이, 투명 기재 (11)에 대하여 네마틱 액정 분자가 수직으로 배향한 상태에서 고정된 액정층을 포함하고 있을 수도 있다. 또한, 도 1에 나타내는 굴절률 이방성층 (13)의 액정 구조는 균질성 구조(평행 배향 구조)이고, 이 구조에 의해 A 플레이트라 불리는 광학 기능층이 얻어진다. 이에 대하여, 도 2에 나타내는 굴절률 이방성층 (13A)의 액정 구조는 이질성(homeotropic) 구조(수직 배향 구조)이고, 이 구조에 의해 포지티브 (+) C 플레이트라 불리는 광학 기능층이 얻어진다.
한편, 액정성 조성물에 포함되는 중합성 액정 재료로는, 상술한 바와 같은 중합성의 네마틱 액정 화합물과 키랄제를 혼합한 것을 사용할 수도 있다(일본 특허 공개 2003-287623호 공보 참조). 또한, 키랄제는 네마틱 액정 화합물이 발현하는 네마틱 규칙성에 나선 구조를 유도할 목적으로 사용되는 것이고, 이 목적이 달성되는 한, 네마틱 액정 화합물 사이에서 용액 상태 또는 용융 상태에서 상용하며, 네마틱 액정 화합물의 액정성을 손상하지 않고 이것에 원하는 나선 구조를 유도할 수 있는 것이면, 임의의 종류를 사용할 수 있다. 구체적으로는 예를 들면, 하기의 화학식 (11), (12) 또는 (13)으로 표시되는 것과 같은 분자 내에 축 비대칭성을 갖는 저분자 화합물을 사용하는 것이 바람직하다.
Figure 112005076609401-PAT00003
Figure 112005076609401-PAT00004
Figure 112005076609401-PAT00005
상기 화학식 (11) 또는 (12)에서, R4는 수소 또는 메틸기를 나타낸다. Y는 상기에 나타내는 화학식 (i) 내지 (xxiv) 중 임의의 하나이지만, 그 중에서도 화학식 (i), (ii), (iii), (v) 및 (vii) 중 어느 하나인 것이 바람직하다. 또한, 알킬렌의 쇄 길이를 나타내는 c 및 d는 각각 개별적으로 2 내지 12의 범위에서 임의의 정수를 취할 수 있지만, 4 내지 10의 범위인 것이 바람직하고, 6 내지 9의 범위인 것이 보다 바람직하다. c 또는 d의 값이 0 또는 1인 상기 화학식 (11) 또는 (12) 의 화합물은 안정성이 부족하고, 가수분해를 받기 쉬우며, 결정성도 높다. 한편, c 또는 d의 값이 13 이상인 화합물은 융점(Tm)이 낮다. 이들 화합물에서는, 네마틱 규칙성을 나타내는 중합성 액정 재료간의 상용성이 저하하고, 농도에 따라서는 상분리 등이 일어날 우려가 있다. 또한, 이러한 키랄제는 특별히 중합성을 가질 필요는 없다. 그러나, 키랄제가 중합성을 갖고 있는 경우에는 네마틱 규칙성을 나타내는 중합성 액정 재료와 중합되고, 콜레스테릭 규칙성이 안정적으로 고정화되기 때문에, 열 안정성 등의 면에서는 매우 바람직하다. 특히, 분자의 양쪽 말단에 중합성의 관능기가 있는 것이 내열성이 양호한 굴절률 이방성층 (13)을 얻는데 바람직하다.
이 경우에는, 배향성 부여층 (12) 상에 최종적으로 형성되는 굴절률 이방성층은 도 3에 나타내는 굴절률 이방성층 (13B)와 같이, 투명 기재 (11)에 대하여 네마틱 액정 분자가 평면(planar) 배향한 나선 구조의 상태(콜레스테릭 규칙성을 갖는 상태)에서 고정된 액정층을 포함하고 있다. 또한, 이 경우에는 굴절률 이방성층 (13B)의 액정 구조는 콜레스테릭 구조가 되고, 이 구조에 의해 네거티브 (-) C 플레이트라 불리는 광학 기능층이 얻어진다.
또한, 배향성 부여층 (12) 상에 최종적으로 형성되는 굴절률 이방성층은 도 4에 나타내는 굴절률 이방성층 (13C)와 같이, 도 1에 나타내는 굴절률 이방성층 (13)과, 도 4에 나타내는 굴절률 이방성층 (13B)를 상호 적층한 것일 수도 있다. 또한, 이것 이외에도 도 1, 도 2 및 도 3에 나타내는 액정층 (13), (13A), (13B) 중 동종 또는 이종의 2층 이상을 상호 적층한 것일 수도 있다.
또한, 배향성 부여층 (12)와 굴절률 이방성층 (13) 사이에는, 도 5에 나타낸 바와 같이 투명 기재 (11) 등에 포함되는 가소제 등의 용출을 블록킹하는 배리어층(중간층) (14)를 설치하도록 하여도 좋다. 또한, 배리어층 (14)의 재료로는, 예를 들면 자외선 경화형 아크릴우레탄계 수지, 자외선 경화형 폴리에스테르아크릴레이트계 수지, 자외선 경화형 에폭시아크릴레이트계 수지, 자외선 경화형 폴리올아크릴레이트계 수지 또는 자외선 경화형 에폭시 수지 등을 들 수 있다. 자외선 경화형 아크릴우레탄계 수지는 일반적으로, 폴리에스테르폴리올에 이소시아네이트 단량체나 예비 중합체를 반응시켜 얻어진 생성물에, 추가로 2-히드록시에틸아크릴레이트나 2-히드록시에틸메타크릴레이트(이하, 아크릴레이트에는 메타크릴레이트를 포함하는 것으로서 아크릴레이트만을 표시함), 2-히드록시프로필아크릴레이트 등의 수산기를 갖는 아크릴레이트계의 단량체를 반응시킴으로써 용이하게 얻을 수 있다. 자외선 경화형 폴리에스테르아크릴레이트계 수지는 일반적으로, 폴리올(예를 들면, 폴리에스테르폴리올 등)에 2-히드록시에틸아크릴레이트나 2-히드록시아크릴레이트계의 단량체를 반응시킴으로써 용이하게 얻을 수 있다. 자외선 경화형 에폭시아크릴레이트계 수지의 구체예로는, 에폭시아크릴레이트를 올리고머로 하고, 이것에 반응성 희석제, 광 반응 개시제를 첨가하여 반응시킨 것을 들 수 있다. 이 광 반응 개시제로는, 벤조인 유도체나 옥심케톤 유도체, 벤조페논 유도체, 티오크산톤 유도체 등 중으로부터 1종 또는 2종 이상을 선택하여 사용할 수 있다. 또한, 자외선 경화형 폴리올아크릴레이트계 수지의 구체예로는, 트리메틸올프로판트리아크릴레이트, 디트리메틸올프로판테트라아크릴레이트, 펜타에리트리톨트리아크릴레이트, 펜 타에리트리톨테트라아크릴레이트, 디펜타에리트리톨헥사아크릴레이트, 알킬 변성 디펜타에리트리톨펜타아크릴레이트, 비스(아크릴옥시에틸)이소시아누레이트, 트리(아크릴옥시에틸)이소시아누레이트 등을 들 수 있다. 이들 수지는 통상 공지된 광 증감제와 함께 사용된다.
여기서, 배리어층 (14)와 배향성 부여층 (12) 사이의 밀착성을 향상시키는 것을 고려하면, 배리어층 (14)의 재료로서, 배향성 부여층 (12)을 형성하기 위한 배향막용 조성물에 첨가되는 하나 이상의 관능기를 갖는 단량체 또는 올리고머와 동일한 종류의 단량체 또는 올리고머를 첨가하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 상술한 경우(배향성 부여층 (12)와 굴절률 이방성층 (13) 사이의 밀착성을 향상시키는 경우)와 같이, 배리어층 (14)에 포함되는 단량체 또는 올리고머가 배리어층 (14)에 인접하는 배향성 부여층 (12) 중 분자와 가교함으로써, 배리어층 (14)와 배향성 부여층 (12) 사이의 밀착성을 향상시킬 수 있다.
또한, 배리어층 (14) 대신에 투명 기재 (11)와 배향성 부여층 (12)간의 밀착성을 향상시키는 접착층 등의 중간층을 설치하도록 하여도 좋다.
이어서, 도 6에 의해 이러한 구성으로 이루어지는 광학 소자 (10)의 제조 방법에 대해서 설명한다.
우선, 투명 기재 (11)로서, 예를 들면 투명 수지 필름을 준비하고(도 6(a)), 계속해서 이 투명 기재 (11)의 한쪽 표면 상에 배리어층 (14)를 형성한다(도 6(b)).
또한, 투명 기재 (11) 상에 형성되는 배리어층 (14)의 재료로서 예를 들어 자외선 경화 수지가 사용되는 경우이면, 배리어층용 조성물을 도포한 후에, 자외선 등의 조사에 의해 경화(중합)시킨다.
이어서, 투명 기재 (11) 상에 형성된 배리어층 (14) 상에 중합체, 및 하나 이상의 관능기를 갖는 단량체 또는 올리고머를 포함하고, 바람직하게는 커플링제를 포함하는 배향막용 조성물을 도포하며, 배향막용 조성물의 도막 (12')을 형성한다(도 6(c)). 이 때, 배향막용 조성물은 유기 용제에 용해시킴으로써 얻어진 배향막용 조성물 용액의 형태로 도공된다. 또한, 도공 방법으로는, 예를 들면 스핀 코팅이나, 바 코팅, 압출 코팅, 다이렉트 그라비아 코팅, 리버스 그라비아 코팅, 다이 코팅 등을 사용할 수 있지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다.
그 후, 이와 같이 하여 배리어층 (14) 상에 형성된 배향막용 조성물의 도막 (12')에 대하여 가열 건조 처리를 실시한 후, 배향막용 조성물의 흡수 파장을 차단하면서, 첨가한 단량체 또는 올리고머를 경화시킨다. 그 후, 임의의 편광 상태를 갖는 자외선 (L1)의 조사 처리 또는 러빙 처리 등을 실시한다. 이에 따라, 배향막용 조성물의 도막 (12')의 표면에 배향 규제력이 발현되고, 배향막으로서의 배향성 부여층 (12)가 형성된다(도 6(d)).
이어서, 이와 같이 하여 배리어층 (14) 상에 형성된 배향성 부여층 (12) 상에, 중합성 액정 재료를 포함하는 액정성 조성물을 도포하고, 액정성 조성물의 도막 (13')을 형성한다(도 6(e)). 이 때, 액정성 조성물은 유기 용제에 용해시킴으로써 얻어진 액정성 조성물 용액의 형태로 도공된다. 또한, 도공 방법으로는, 예를 들면 스핀 코팅이나, 바 코팅, 압출 코팅, 다이렉트 그라비아 코팅, 리버스 그 라비아 코팅, 다이 코팅 등을 사용할 수 있지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다.
그 후, 이와 같이 하여 배향성 부여층 (12) 상에 형성된 액정성 조성물의 도막 (13')에 대하여 열 (H)를 가하여 가열 건조 처리를 실시하고, 배향성 부여층 (12)의 표면에 발현된 배향 규제력에 의해, 액정성 조성물의 도막 (13') 중 액정 분자의 배향 방향을 규제함으로써, 배향성이 부여된 액정성 조성물의 도막 (13")을 형성한다(도 6(f)).
그리고, 이와 같이 하여 배향성이 부여된 액정성 조성물의 도막 (13")에 대하여, 에너지선으로서 자외선 (L2)를 질소 분위기에서 조사하고, 액정성 조성물의 도막 (13")을 경화(중합)시켜 액정 분자의 배향 상태를 고정한다. 이에 따라, 배향성 부여층 (12) 상에 액정 분자의 배향 상태가 고정된 액정층을 포함하는 굴절률 이방성층 (13)이 형성된다(도 6(g)). 또한, 자외선 (L2)는 100 nm 내지 450 nm의 범위의 파장을 포함한 광인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 250 nm 내지 400 nm의 범위의 파장을 포함한 광이다. 이 범위의 파장의 광은, 일반적인 광원에 의해 용이하게 얻을 수 있는데, 일반적으로 시판되고 있는 중합 개시제를 사용하면, 보다 쉽고 효율적으로 자외선 경화 등의 화학 반응이 얻어지기 때문이다. 또한, 액정성 조성물의 도막 (13")을 경화시키기 위해서 사용되는 에너지선으로는, 상술한 중합성 액정 재료를 경화시킬 수 있는 것이면 임의의 것을 사용할 수 있고, 자외선 이외에도 전자선이나, 가시광선, 적외선(열선) 등을 조건에 따라서 적절하게 사용할 수 있다. 단, 공정의 용이성 등의 관점에서는 자외선인 것이 바람직하다.
이와 같이 본 실시 형태에 따르면, 굴절률 이방성층 (13)에 배향성을 부여하 는 배향성 부여층 (12)을 형성하기 위한 배향막용 조성물에, 하나 이상의 관능기를 갖는 단량체 또는 올리고머를 첨가하고 있기 때문에, 배향막용 조성물로 형성되는 배향성 부여층 (12)의 구조가 강고한 메쉬 구조가 되고, 배향성 부여층 (12) 자체의 강도를 향상시킬 수 있다. 또한, 배향성 부여층 (12)와 굴절률 이방성층 (13)과의 계면 근방에서, 배향성 부여층 (12) 중 단량체 또는 올리고머가 배향성 부여층 (12)에 인접하는 굴절률 이방성층 (13) 중 분자와 가교하기 때문에, 배향성 부여층 (12)와 굴절률 이방성층 (13) 사이의 밀착성을 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 최종적으로 제조되는 광학 소자 (10)은 배향성 부여층 (12)와 굴절률 이방성층 (13) 사이의 밀착성이 우수하며, 각 층의 내구성이 우수하다. 이 때문에, 굴절률 이방성층 (13)이 박리되거나, 배향 불량에 기인하여 헤이즈의 상승이나 얼룩의 발현 등이 생기는 문제를 효과적으로 해소할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 따르면, 배향막용 조성물에 첨가되는 단량체 또는 올리고머가 중합성 액정 재료이고, 또한 이러한 중합성 액정 재료가 굴절률 이방성층 (13)에 포함되는 중합성 액정 재료와 동일한 종류의 재료이도록 하면, 배향성 부여층 (12) 중 단량체 또는 올리고머가 배향성 부여층 (12)에 인접하는 굴절률 이방성층 (13) 중 분자와 보다 가교하기 쉬워지고, 배향성 부여층 (12)와 굴절률 이방성층 (13) 사이의 밀착성을 더욱 향상시킬 수 있다.
<실시예>
이어서, 상술한 실시 형태의 구체적 실시예에 대해서 서술한다.
(실시예 1)
우선, 신나모일기를 갖는 중합체(1.0 중량부)와, 상기 화학식 1로 표시되는 중합성 네마틱 액정 화합물 단량체(1.0 중량부)를 함유하는 배향막용 조성물에 시클로헥사논(98 중량부)을 첨가하여 용해시켜 배향막용 조성물 용액을 얻었다. 또한, 장축의 트리아세틸셀룰로오스(TAC) 필름(두께 80 ㎛) 상에 펜타에리트리톨아크릴레이트(PETA) 단량체를 도공하고, 자외선을 조사하여 경화시킴으로써, TAC 필름 상에 두께 7 ㎛의 배리어층을 형성하였다. 그리고, 이상과 같이 하여 얻은 용액을 TAC 필름 상에 형성된 배리어층 상에 와이어 바 코터에 의해 도공한 후, 80 ℃의 온풍으로 2분간 건조하여 두께 0.1 ㎛의 도막을 얻었다. 이 도막에 편광 자외선을 10 mJ/㎠로 조사하여 표면에 배향 규제력이 발현된 배향막을 형성하였다.
이어서, 배향막용 조성물 용액에 첨가한 것과 동일한 중합성 네마틱 액정 화합물 단량체를 포함하는 액정성 조성물을 톨루엔 용액에 20 질량％의 비율로 용해시키고, 추가로 중합 개시제(이르가큐어 907 (상품명), 시바 스페셜티 케미컬즈사제)를 첨가하여 액정성 조성물 용액을 얻었다. 그리고, 이 용액을 상기 공정에서 제조된 배향막 상에 와이어 바 코터에 의해 도공하고, 건조시켜 두께 1 ㎛의 도막을 얻었다. 계속해서, 이 도막을 85 ℃에서 2분간 가열하고, 배향막의 표면에 발현된 배향 규제력에 의해 도막 중 액정 분자를 배향시켰다. 그 후, 고압 수은등을 사용하여 질소 분위기하에서 100 mJ/㎠의 자외선을 조사하여, 배향막과 함께 도막을 경화시키고, 액정 분자의 배향 상태를 고정하였다. 이에 따라, 배향막 상에 네마틱 액정층이 형성되고, 최종적으로 실시예 1에 따른 광학 소자가 제조되었다.
(실시예 2)
상기 실시예 1의 배향막용 조성물에 첨가된 중합성 네마틱 액정 화합물 단량체를 이소시아누르산 EO 변성 디아크릴레이트로 변경한 것 이외에는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 배향막 상에 네마틱 액정층을 형성하고, 최종적으로 실시예 2에 따른 광학 소자를 제조하였다.
(실시예 3)
우선, 폴리이미드(1.0 중량부)와, 상기 화학식 1로 표시되는 중합성 네마틱 액정 화합물 단량체(1.0 중량부)를 함유하는 배향막용 조성물에 n-메틸피롤리돈(98 중량부)을 첨가하여 용해시켜 배향막용 조성물 용액을 얻었다. 또한, 장축의 트리아세틸셀룰로오스(TAC) 필름(두께 80 ㎛) 상에 펜타에리트리톨아크릴레이트(PETA) 단량체를 도공하고, 자외선을 조사하여 경화시킴으로써, TAC 필름 상에 두께 7 ㎛의 배리어층을 형성하였다. 그리고, 이상과 같이 하여 얻은 용액을 TAC 필름 상에 형성된 배리어층 상에 스핀 코터에 의해 도공한 후, 100 ℃의 온풍으로 1분간 건조하여 두께 1 ㎛의 도막을 얻었다. 이 도막에 러빙 처리를 실시하여 표면에 배향 규제력이 발현된 배향막을 형성하였다.
이어서, 상기 실시예 1과 동일한 방법에 의해, 이와 같이 하여 형성된 배향막 상에 네마틱 액정층을 형성하고, 최종적으로 실시예 3에 따른 광학 소자를 제조하였다.
(실시예 4)
우선, 상기 실시예 1과 동일한 방법에 의해, 배리어층이 부착된 트리아세틸셀룰로오스(TAC) 필름 상에 배향막을 형성하였다.
이어서, 배향막용 조성물에 첨가한 것과 동일한 중합성 네마틱 액정 화합물 단량체를 포함하는 액정성 조성물을 톨루엔 용액에 20 질량％의 비율로 용해시키고, 추가로 키랄제(상기 화학식 (2)로 표시되는 것)와 중합 개시제(이르가큐어 907 (상품명), 시바 스페셜티 케미컬즈사 제조)를 첨가하여 액정성 조성물 용액을 얻었다. 그리고, 이 용액을 상기 공정에서 제조된 배향막 상에 와이어 바 코터에 의해 도공하고, 건조시켜 두께 1 ㎛의 도막을 얻었다. 계속해서, 이 도막을 85 ℃에서 2분간 가열하고, 배향막의 표면에 발현된 배향 규제력에 의해 도막 중 액정 분자를 배향시켰다. 그 후, 고압 수은등을 사용하여 질소 분위기하에서 100 mJ/㎠의 자외선을 조사하고, 배향막과 함께 도막을 경화시켜 액정 분자의 배향 상태를 고정하였다. 이에 따라, 배향막 상에 콜레스테릭 액정층이 형성되고, 최종적으로 실시예 4에 따른 광학 소자가 제조되었다.
(비교예)
우선, 신나모일기를 갖는 중합체(2.0 중량부)를 함유하는 배향막용 조성물에 시클로헥사논(98 중량부)을 첨가하여 용해시켜 배향막용 조성물 용액을 얻었다. 그리고, 이 용액을 실시예 1과 동일한 방법에 의해 배리어층이 형성된 장축의 트리아세틸셀룰로오스(TAC) 필름(두께 80 ㎛)의 배리어층 상에 와이어 바 코터에 의해 도공한 후, 80 ℃의 온풍으로 2분간 건조하고, 두께 0.1 ㎛의 도막을 얻었다. 이 도막에 편광 자외선을 10 mJ/㎠로 조사하여 표면에 배향 규제력이 발현된 배향막을 형성하였다.
이어서, 상기 화학식 1로 표시되는 중합성 네마틱 액정 화합물 단량체를 포 함하는 액정성 조성물을 톨루엔 용액에 20 질량％의 비율로 용해시키고, 추가로 중합 개시제(이르가큐어 907 (상품명), 시바 스페셜티 케미컬즈사 제조)를 첨가하여 액정성 조성물 용액을 얻었다. 그리고, 이 용액을 상기 공정에서 제조된 배향막 상에 와이어 바 코터에 의해 도공하고, 건조시켜 두께 1 ㎛의 도막을 얻었다. 계속해서, 이 도막을 85 ℃에서 2분간 가열하고, 배향막의 표면에 발현된 배향 규제력에 의해 도막 중 액정 분자를 배향시켰다. 그 후, 고압 수은등을 사용하여 질소 분위기하에서 100 mJ/㎠의 자외선을 조사하여, 배향막과 함께 도막을 경화시키고 액정 분자의 배향 상태를 고정하였다. 이에 따라, 배향막 상에 네마틱 액정층이 형성되고, 최종적으로 비교예에 따른 광학 소자가 제조되었다.
(평가 결과)
우선, 실시예 1 내지 4 및 비교예에 따른 각 광학 소자에 관해서, 밀착성을 평가하기 위한 시험으로서 JIS 5400에 준거하여 격자 테이프 박리 시험을 행하였다. 구체적으로는, 셀로판 테이프(등록상표) (CT 24, 니치반(주) 제조)를 사용하여 손가락의 쿠션(finger cushion)으로 필름에 밀착시킨 후에 박리하였다. 판정은 100 매쉬 중에 박리하지 않는 매쉬의 수에 기초하여 행하고, 액정층이 전혀 박리하지 않는 경우를 100/100, 완전히 박리하는 경우를 0/100으로 하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타낸다. 표 1로부터 명백한 바와 같이, 실시예 1 내지 4에 따른 광학 소자에서는 밀착성이 양호하지만, 비교예 1에 따른 광학 소자에서는 밀착성이 양호하지 않았다.
이어서, 실시예 1 내지 4 및 비교예에 따른 각 광학 소자에 관해서, 액정층 의 배향성을 평가하기 위해 각 광학 소자의 헤이즈값을 헤이즈 미터(일본 덴쇼꾸 고교(주)사 제조)로 측정하였다. 헤이즈값이 0.3 ％ 이상인 경우를 ×로 판정, 0.3 ％ 이하의 경우를 ○로 판정하고, 그 결과를 표 1에 나타낸다. 표 1로부터 명백한 바와 같이, 실시예 1 내지 4 및 비교예에 따른 광학 소자에서 액정 분자의 배향 상태는 모두 균일하였다.
Figure 112005076609401-PAT00006
본 발명에 따르면, 굴절률 이방성층에 배향성을 부여하는 배향성 부여층을 형성하기 위한 배향막용 조성물에 하나 이상의 관능기를 갖는 단량체 또는 올리고머를 첨가함으로써, 배향성 부여층과 굴절률 이방성층과의 계면 근방에서, 배향성 부여층 중의 단량체 또는 올리고머가 배향성 부여층에 인접하는 굴절률 이방성층 중의 분자와 가교하기 때문에, 배향성 부여층과 굴절률 이방성층간의 밀착성을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 배향막용 조성물에 2개 이상의 관능기를 갖는 단량체 또는 올리고머를 첨가함으로써, 배향막용 조성물로 형성되는 배향성 부여층의 구조가 강고한 메쉬 구조가 되고, 배향성 부여층 자체의 강도를 향상시킬 수 있다. 이 에 따라, 최종적으로 제조되는 광학 소자는 배향성 부여층과 굴절률 이방성층간의 밀착성이 우수하며, 각 층의 내구성이 우수하다. 이 때문에, 굴절률 이방성층이 박리되거나, 배향 불량에 기인하여 헤이즈의 상승이나 얼룩의 발현 등이 생기는 문제를 효과적으로 해소할 수 있다.

Claims (20)

  1. 투명 기재,
    상기 투명 기재 상에 적층된 배향성 부여층, 및
    상기 배향성 부여층 상에 적층되고, 상기 배향성 부여층의 배향 규제력에 의해 배향성이 부여된 굴절률 이방성층을 구비하며,
    상기 배향성 부여층은 상기 배향 규제력을 발현시킬 수 있는 배향막용 조성물로 형성된 배향막을 포함하며, 상기 배향막용 조성물은 중합체와 하나 이상의 관능기를 갖는 단량체 또는 올리고머를 포함하고,
    상기 굴절률 이방성층은 중합성 액정 재료를 포함하는 액정성 조성물을 경화시킴으로써 형성된 액정층을 포함하고,
    상기 배향성 부여층 및 상기 굴절률 이방성층은 그 계면 근방에서, 상기 배향성 부여층 중의 상기 단량체 또는 올리고머와 상기 굴절률 이방성층 중의 상기 중합성 액정 재료가 상호 가교되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 소자.
  2. 제1항에 있어서, 배향성 부여층이 광 배향법에 의해 상기 배향 규제력을 발현시킬 수 있는 배향막용 조성물로 형성된 배향막인 것을 특징으로 하는 광학 소자.
  3. 제2항에 있어서, 상기 배향성 부여층을 형성하기 위한 상기 배향막용 조성물 에 포함되는 상기 중합체가 신나메이트 또는 쿠마린 중 1종 이상을 갖는 중합체인 것을 특징으로 하는 광학 소자.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배향성 부여층을 형성하기 위한 상기 배향막용 조성물에 포함되는 상기 단량체 또는 올리고머가 이소시아누르산(메트)아크릴레이트인 것을 특징으로 하는 광학 소자.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배향성 부여층을 형성하기 위한 상기 배향막용 조성물에 포함되는 상기 단량체 또는 올리고머가 중합성 액정 재료인 것을 특징으로 하는 광학 소자.
  6. 제5항에 있어서, 상기 배향성 부여층 중의 상기 중합성 액정 재료와, 상기 굴절률 이방성층 중의 상기 중합성 액정 재료가 동일한 종류의 재료인 것을 특징으로 하는 광학 소자.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배향성 부여층을 형성하기 위한 상기 배향막용 조성물에 포함되는 상기 단량체 또는 올리고머가 상기 중합체의 중량에 대하여 0.01 내지 3배의 중량인 것을 특징으로 하는 광학 소자.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배향성 부여층을 형성하기 위한 상기 배향막용 조성물에 포함되는 상기 단량체 또는 올리고머가 상기 중합체의 중량에 대하여 0.05 내지 1.5배의 중량인 것을 특징으로 하는 광학 소자.
  9. 중합체와, 하나 이상의 관능기를 갖는 단량체 또는 올리고머를 포함하는 배향막용 조성물을 투명 기재 상에 도포하고, 그 표면에 배향 규제력을 발현시킴으로써, 상기 투명 기재 상에 배향막으로서의 배향성 부여층을 형성하는 공정,
    상기 투명 기재 상에 형성된 상기 배향성 부여층 상에 중합성 액정 재료를 포함하는 액정성 조성물을 도포하는 공정, 및
    상기 투명 기재의 상기 배향성 부여층 상에 도포된 상기 액정성 조성물을 경화시킴으로써, 상기 배향성 부여층의 상기 배향 규제력에 의해 배향성이 부여된 굴절률 이방성층을 형성하는 공정을 포함하며,
    상기 굴절률 이방성층을 형성하는 공정에서, 상기 액정성 조성물과 함께 상기 배향성 부여층을 경화시킴으로써, 상기 배향성 부여층과 상기 굴절률 이방성층과의 계면 근방에서, 상기 배향성 부여층 중의 상기 단량체 또는 올리고머와 상기 굴절률 이방성층 중의 상기 중합성 액정 재료를 상호 가교시키는 것을 특징으로 하는 광학 소자의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 투명 기재 상에 형성되는 상기 배향성 부여층이 광 배향법에 의해 상기 배향 규제력을 발현시킬 수 있는 배향막용 조성물로 형성되는 것을 특징으로 하는 광학 소자의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 배향성 부여층을 형성하기 위한 상기 배향막용 조성물에 포함되는 상기 중합체가 신나메이트 또는 쿠마린 중 1종 이상을 갖는 중합체인 것을 특징으로 하는 광학 소자의 제조 방법.
  12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배향성 부여층을 형성하기 위한 상기 배향막용 조성물에 포함되는 상기 단량체 또는 올리고머가 중합성 액정 재료인 것을 특징으로 하는 광학 소자의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 배향성 부여층 중의 상기 중합성 액정 재료와 상기 굴절률 이방성층 중의 상기 중합성 액정 재료가 동일한 종류의 재료인 것을 특징으로 하는 광학 소자의 제조 방법.
  14. 제9항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배향성 부여층을 형성하기 위한 상기 배향막용 조성물에 포함되는 상기 단량체 또는 올리고머가 상기 중합체의 중량에 대하여 0.01 내지 3배의 중량인 것을 특징으로 하는 광학 소자의 제조 방법.
  15. 제9항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배향성 부여층을 형성하기 위한 상기 배향막용 조성물에 포함되는 상기 단량체 또는 올리고머가 상기 중합체 의 중량에 대하여 0.05 내지 1.5배의 중량인 것을 특징으로 하는 광학 소자의 제조 방법.
  16. 중합성 액정 재료를 포함하는 액정성 조성물을 경화시킴으로써 형성되는 액정층에 배향성을 부여하는 배향막을 형성하기 위한 배향막용 조성물에 있어서,
    중합체, 및
    하나 이상의 관능기를 갖는 단량체 또는 올리고머를 포함하며,
    상기 단량체 또는 올리고머가 상기 액정층 중의 상기 중합성 액정 재료와 가교 가능한 것을 특징으로 하는 배향막용 조성물.
  17. 제16항에 있어서, 상기 중합체가 신나메이트 또는 쿠마린 중 1종 이상을 갖는 중합체인 것을 특징으로 하는 배향막용 조성물.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서, 상기 단량체 또는 올리고머가 중합성 액정 재료인 것을 특징으로 하는 배향막용 조성물.
  19. 제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단량체 또는 올리고머가 상기 중합체의 중량에 대하여 0.01 내지 3배의 중량인 것을 특징으로 하는 배향막용 조성물.
  20. 제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단량체 또는 올리고머가 상기 중합체의 중량에 대하여 0.05 내지 1.5배의 중량인 것을 특징으로 하는 배향막용 조성물.
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