KR20140088035A - 광학 소자 - Google Patents

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Abstract

본 출원은 광학 소자 및 광학 패널에 관한 것이다. 본 출원에서는, 광축 또는 광흡수축이 연속적으로 변하하는 광학층을 가지는 광학 소자가 제공된다. 본 출원의 광학 소자는, 예를 들면, 디스플레이 장치 등의 전자 장치에서 광의 특성을 조절하는 용도나 빌딩이나 자동차 등의 창문 또는 셰이드(shade) 등의 용도를 포함하여, 광축 또는 광흡수축의 연속적인 변화가 요구되는 다양한 용도에 사용될 수 있다.

Description

광학 소자{OPTICAL DEVICE}
본 출원은 광학 소자 및 광학 패널에 관한 것이다.
위상차 필름 또는 편광판 등의 광학 소자는, 예를 들면, 디스플레이 장치에서 광의 특성을 조절하는 용도 또는 빌딩이나 자동차 등의 창문이나 셰이드(shade) 등을 포함한 다양한 용도에 사용될 수 있다.
이러한 광학 소자로는, PVA(poly(vinyl alcohol)) 필름 등과 같은 고분자 필름에 이색성 염료를 흡착 및 배향시킨 필름, 액정 화합물과 이색성 염료를 사용하여 제작된 필름, 연신에 의해 광학 이방성이 부여된 필름 또는 액정 화합물을 사용하여 광학 이방성을 부여한 필름 등이 알려져 있다.
한국공개특허 제2008-0077975호 한국등록특허 제0364504호 미국특허 제5,707,566호
본 출원은 광학 소자 및 광학 패널을 제공한다.
예시적인 광학 소자는, 광학층을 포함할 수 있다. 본 출원에서 용어 광학층은, 광학적으로 요구되는 기능, 예를 들면, 입사광의 위상을 지연시키거나, 편광 상태 등과 같은 상태를 변화시킬 수 있도록 형성된 모든 종류의 층을 포함할 수 있다.
광학층은 광축 또는 광흡수축의 방향이 일 방향을 따라서 변화하는 영역(이하, 변화 영역으로 호칭할 수 있다.)을 포함할 수 있다. 본 출원에서 용어 광축은, 이방성 영역에서의 지상축(slow axis) 또는 진상축(fast axis)을 의미할 수 있다. 광학층의 변화 영역에서 광축 또는 광흡수축의 방향이 변화는 연속적으로 일어날 수 있다. 광축 또는 광흡수축의 방향의 변화가 연속적으로 일어나는 것은, 상기 광축 또는 광흡수축이 이루는 각도가 일 방향을 따라서 증가하거나 혹은 감소하는 것을 의미할 수 있다.
도 1은, 예시적인 광학층의 상부 형태를 모식적으로 나타낸 도면이고, 도면에서 양 방향 화살표는 광학층의 광축 또는 광흡수축을 나타낸다. 도 1에서는 반시계 방향으로 측정한 때에 일 방향(도 1의 경우 상부에서 하부 방향)을 따라서 광축 또는 광흡수축이 이루는 각도가 증가하는 형태를 보여준다.
변화 영역에서 광축 또는 광흡수축의 평균 변화율은 하기 수식 1에 따라 정해질 수 있다.
[수식 1]
V = 360/P
수식 1에서 V는 평균 변화율이고, P는 변화 영역의 피치이다.
본 출원에서 용어 변화 영역의 피치는, 광축 또는 광흡수축이 이루는 각도가 일 방향을 따라서 연속적으로 증가 또는 감소하는 영역인 변화 영역에서 상기 광축 또는 광흡수축이 360도의 회전을 완성하기 위해 요구되는 상기 일 방향을 따라서 측정되는 길이이다. 본 출원에서 특별히 달리 규정하지 않는 한 길이의 단위로는 밀리미터(mm)가 적용될 수 있다. 따라서, 수식 1에서 평균 변화율(V)의 단위는, 도/mm일 수 있다.
예를 들어, 도 2는, 시계 방향으로 측정한 때에 광축 또는 광흡수축의 각도가 일 방향(도 2의 상부에서 하부 방향)을 따라서 연속적으로 감소하는 영역이 표시되어 있고, 그 피치, 즉 상기 광축 또는 광흡수축이 360도의 회전을 완성하기 위해 요구되는 상기 일 방향을 따라서 측정되는 거리가 P로 표시되어 있다.
하나의 변화 영역 내에서 광축 또는 광흡수축이 360도의 회전을 완성하지 않는 경우에는 상기 피치는, 변화 영역이 시작하는 지점의 광축 또는 광흡수축을 기준으로 시계 방향 또는 반시계 방향 중 어느 한 방향으로 측정한 변화 영역이 끝나는 지점의 광축 또는 광흡수축이 회전한 각도(A)와 상기 변화 영역의 길이(L)를 하기 수식 2에 대입하여 구할 수 있다.
[수식 2]
P = 360 × (L/A)
수식 2에서 P는 변화 영역의 피치이고, L은 변화 영역의 길이이며, A는 변화 영역이 시작하는 지점의 광축 또는 광흡수축을 기준으로 시계 방향 또는 반시계 방향 중 어느 한 방향으로 측정한 변화 영역이 끝나는 지점의 광축 또는 광흡수축이 회전한 각도이다.
변화 영역에서 수식 1에 의해 정해지는 평균 변화율은 0을 초과하고, 5 이하일 수 있다. 다른 예시에서 상기 평균 변화율은, 4.5 이하, 4 이하, 3.5 이하, 3 이하, 2.5 이하, 2.0 이하, 1.5 이하, 1.0 이하 또는 0.7 이하일 수 있다. 평균 변화율은 또한 0.1 이상, 0.2 이상 또는 0.2 이상일 수 있다. 이와 같은 평균 변화율을 가지도록 광학층을 설계하여 목적하는 용도에 적합한 소자를 얻을 수 있다.
본 출원에서 광학층은 단일층일 수 있다. 본 출원에서 용어 단일층은, 2개 이상의 층이 조립 혹은 적층되어 형성되는 층을 제외하는 개념으로 사용된다. 예를 들어, 변화하는 광축 또는 광흡수축을 이루기 위하여 광축 또는 광흡수축이 다른 2개 이상의 층을 조립하여 형성되거나, 혹은 편광층과 위상차층을 적층하는 방식으로 형성되는 층은 상기 단일층의 범주에서 제외된다.
하나의 예시에서 광학층의 변화 영역에서 광축 또는 광흡수축이 다른 영역간에 경계가 관찰되지 않을 수 있다. 즉, 광학층에서는 광축 또는 광흡수축의 변화가 실질적으로 완전히 연속적으로 이루어지고, 도메인이 관찰되지 않을 수 있다.
예를 들어, 광학층의 변화 영역에서 광축 또는 광흡축이 다른 영역간에 경계가 관찰되지 않는다는 것은, 변화 영역의 광축 또는 광흡수축의 변화가 하기 수식 3을 만족하는 경우를 의미할 수 있다.
[수식 3]
Y = a × X
수식 3에서 X는 변화 영역의 시작 지점에서부터 광축 또는 광흡수축의 변화가 일어나는 일 방향에 따라 측정되는 거리이고, Y는 변화 영역의 시작 지점의 광축 또는 광흡수축을 기준으로 측정한 상기 X 지점에서 광축 또는 광흡수축이 회전한 각도이며, a는 0을 초과하고, 5 이하인 범위 내의 수이다.
수식 3에서 광축 또는 광흡수축의 회전 각도(Y)는, 변화 영역이 시작하는 지점의 광축 또는 광흡수축의 각도를 0도로 하고, 상기 0도를 기준으로 시계 방향 또는 반시계 방향 중 어느 한 방향으로 측정되는 각도이다. 수식 3에 서 a는 다른 예시에서 4.5 이하, 4 이하, 3.5 이하, 3 이하, 2.5 이하, 2.0 이하, 1.5 이하, 1.0 이하 또는 0.7 이하일 수 있다. 또한, 상기 a는 0.1 이상, 0.2 이상 또는 0.2 이상일 수 있다.
광축 또는 광흡수축의 변화가 상기 수식 3을 만족하고, 연속적으로 일어나도록 하여 목적하는 용도에 적합한 광학 소자가 제공될 수 있다.
변화 영역의 회전각은, 하기 수식 4에 따라 정해질 수 있다.
[수식 4]
φ = V × L
수식 4에서 φ는 회전각이고, V는, 평균 변화율이며, L는 변화 영역의 길이이다.
수식 4에서 평균 변화율(V)은 수식 1에 따라 측정될 수 있다.
변화 영역의 회전각의 범위는 광학 소자가 적용되는 용도를 고려하여 결정될 수 있고, 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들면, 약 10도 이상, 20도 이상, 30도 이상, 40도 이상, 50도 이상, 60도 이상, 70도 이상, 80도 이상, 90도 이상, 100도 이상, 110도 이상, 120도 이상, 130도 이상, 140도 이상, 150도 이상, 160도 이상, 170도 이상, 180도 이상, 190도 이상, 200도 이상, 210도 이상, 220도 이상, 230도 이상, 240도 이상, 250도 이상, 260도 이상, 270도 이상, 280도 이상, 290도 이상, 300도 이상, 310도 이상, 320도 이상, 330도 이상, 340도 이상 또는 350도 이상일 수 있다. 상기 회전각의 상한도 목적하는 용도에 따라 결정되는 것으로 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면, 1,000도 이하, 900도 이하 또는 800도 이하 정도일 수 있다.
광학 소자의 광학층은 상기 언급한 변화 영역 1종만을 포함하여 이루어지거나, 필요하다면, 2종 이상의 변화 영역을 포함하거나, 변화 영역 외에 다른 영역, 예를 들면, 광축 또는 광흡수축이 하나의 방향으로만 균일하게 형성되어 있는 영역 또는 광축 또는 광흡수축의 변화가 비연속적으로 일어나는 영역 등을 포함할 수 있다.
광학층은, 위상 지연층이거나 혹은 편광층일 수 있다. 위상 지연층인 경우에 광학층은 전술한 형태를 가지는 광축을 가질 수 있고, 편광층인 경우에는 광학층은 전술한 형태를 가지는 광흡수축을 가질 수 있다.
광학층이 위상 지연층인 경우에 그 위상차 또는 광학층이 편광층인 경우에 그 편광 효율 등은 특별히 제한되지 않고, 목적하는 용도를 고려하여 적절한 원료를 선택함으로써 자유롭게 조절할 수 있다.
광학층은, 액정 고분자층일 수 있다. 본 출원에서 용어 액정 고분자층은 중합성 액정 화합물(소위 RM(reactive mesogen)으로 호칭되는 액정 화합물)을 중합시켜서 형성되는 층을 의미할 수 있다. 예를 들어, 후술하는 바와 같이 배향막상에 중합성 액정 화합물을 배향시킨 상태에서 중합시켜서 상기 액정 고분자층을 형성할 수 있다. 필요하다면, 액정 고분자층은, 공지의 추가 성분, 예를 들면, 비중합성 액정 화합물, 중합성 비액정성 화합물, 비중합성 비액정성 화합물, 계면 활성제 또는 레벨링제 등을 추가로 포함할 수 있다.
액정 고분자층을 형성하는 중합성 액정 화합물로는, 목적에 따라 적절한 종류가 선택될 수 있다. 예를 들면, 액정 화합물로는, 스멕틱상(smectic phase), 네마틱상(nematic phase) 또는 콜레스테릭상(cholesteric phase)을 나타내는 화합물을 사용할 수 있다.
이러한 특성의 액정 화합물을 통해 목적하는 형태의 광학층을 보다 효율적으로 형성할 수 있다.
상기 중합성 액정 화합물로는, 예를 들면, 하기 화학식 1의 중합성 액정 화합물을 사용할 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00001
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 치환기이거나, R1 내지 R5 중 인접하는 2개의 치환기의 쌍 또는 R6 내지 R10 중 인접하는 2개의 치환기의 쌍은 서로 연결되어 -O-Q-P로 치환된 벤젠을 형성하되, 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 치환기 중 적어도 하나의 쌍은 서로 연결되어 -O-Q-P로 치환된 벤젠을 형성하고, 상기에서 Q는 알킬렌기 또는 알킬리덴기이며, P는, 알케닐기, 에폭시기, 시아노기, 카복실기, 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 아크릴로일옥시기 또는 메타크릴로일옥시기 등의 중합성 관능기이다.
[화학식 2]
Figure pat00002
화학식 2에서 B는 단일 결합, -COO- 또는 -OCO-이고, R11 내지 R15는, 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 알킬기, 알콕시기, 알콕시카보닐기, 시아노기, 니트로기 또는 -O-Q-P이거나, R11 내지 R15 중 인접하는 2개의 치환기의 쌍은 서로 연결되어 -O-Q-P로 치환된 벤젠을 형성하되, R11 내지 R15 중 적어도 하나가 -O-Q-P이거나, R11 내지 R15 중 인접하는 2개의 치환기의 쌍은 서로 연결되어 -O-Q-P로 치환된 벤젠을 형성하고, 상기에서 Q는 알킬렌기 또는 알킬리덴기이며, P는, 알케닐기, 에폭시기, 시아노기, 카복실기, 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 아크릴로일옥시기 또는 메타크릴로일옥시기 등의 중합성 관능기이다.
화학식 1 및 2에서 인접하는 2개의 치환기가 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.
화학식 2에서 B의 좌측의 「-」는, B가 화학식 1의 벤젠에 직접 연결되어 있음을 의미할 수 있다.
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.
화학식 1 및 2에서 할로겐으로는, 예를 들면, 염소, 브롬 또는 요오드 등이 예시될 수 있다.
본 출원에서 용어 「알킬기」는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 예를 들면, 탄소수 1 내지 20, 탄소수 1 내지 16, 탄소수 1 내지 12, 탄소수 1 내지 8 또는 탄소수 1 내지 4의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기를 의미하거나, 또는, 예를 들면, 탄소수 3 내지 20, 탄소수 3 내지 16 또는 탄소수 4 내지 12의 시클로알킬기를 의미할 수 있다. 상기 알킬기는 임의적으로 하나 이상의 치환기에 의해 치환될 수 있다.
본 출원에서 용어 「알콕시기」는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 예를 들면, 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 의해 치환될 수 있다.
본 출원에서 용어 「알킬렌기」 또는 「알킬리덴기」는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 예를 들면, 탄소수 1 내지 12, 탄소수 4 내지 10 또는 탄소수 6 내지 9의 알킬렌기 또는 알킬리덴기를 의미할 수 있다. 상기 알킬렌기 또는 알킬리덴기는, 예를 들면, 직쇄, 분지쇄 또는 고리형일 수 있다. 또한, 상기 알킬렌기 또는 알킬리덴기는 임의적으로 하나 이상의 치환기에 의해 치환될 수 있다.
본 출원에서 용어 「알케닐기」는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 예를 들면, 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, 예를 들면, 직쇄, 분지쇄 또는 고리형일 수 있다. 또한, 상기 알케닐기는 임의적으로 하나 이상의 치환기에 의해 치환될 수 있다.
화학식 1 및 2에서 P는, 예를 들면, 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 아크릴로일옥시기 또는 메타크릴로일옥시기; 아크릴로일옥시기 또는 메타크릴로일옥시기; 또는 아크릴로일옥시기일 수 있다.
본 명세서에서 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 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
화학식 1 및 2에서 적어도 하나 이상 존재할 수 있는 -O-Q-P 또는 화학식 2의 잔기는, 예를 들면, R3, R8 또는 R13의 위치에 존재할 수 있다. 또한, 서로 연결되어 -O-Q-P로 치환된 벤젠을 구성하는 치환기는, 예를 들면, R3 및 R4이거나, 또는 R12 및 R13일 수 있다. 또한, 화학식 1의 화합물 또는 화학식 2의 잔기에서 -O-Q-P 또는 화학식 2의 잔기 이외의 치환기 또는 서로 연결되어 벤젠을 형성하고 있는 치환기 외의 치환기는 예를 들면, 수소, 할로겐, 탄소수 1 내지 4의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기, 탄소수 1 내지 4의 직쇄 또는 분지쇄 알콕시기를 포함하는 알콕시카보닐기, 탄소수 4 내지 12의 시클로알킬기, 탄소수 1 내지 4의 알콕시기, 시아노기 또는 니트로기일 수 있으며, 다른 예시에서는 염소, 탄소수 1 내지 4의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기, 탄소수 4 내지 12의 시클로알킬기, 탄소수 1 내지 4의 알콕시기, 탄소수 1 내지 4의 직쇄 또는 분지쇄 알콕시기를 포함하는 알콕시카보닐기 또는 시아노기일 수 있다.
화학식 1로도 표시될 수 있는 중합성 액정 화합물은, 예를 들면, 중합서 관능기(화학식 1 또는 2에서 P)를 1개, 2개 이상, 1개 내지 10개, 1개 내지 8개, 1개 내지 6개, 1개 내지 5개, 1개 내지 4개, 1개 내지 3개 또는 1개 내지 2개 포함할 수 있다.
편광층인 경우에 광학층은, 이색성 염료를 포함하는 액정 고분자층이거나 혹은 유방성 액정층(LLC(Lyotropic Liquid Crystal) layer)일 수 있다. 예를 들어, 후술하는 배향막상에 중합성 액정 화합물과 이색성 염료를 포함하는 층을 배향시킨 상태로 상기 중합성 액정 화합물을 중합시켜서 광학층을 형성하거나, 유방성 액정에 원하는 방향으로 전단력(shear force)을 부여하여 층을 형성함으로써 상기 언급한 광학층을 형성할 수 있다.
광학층이 이색성 염료를 포함하는 액정 고분자층인 경우에 그 고분자층을 형성하는 중합성 액정 화합물의 종류는 목적하는 편광층의 성능을 고려하여 적절히 선택될 수 있으며, 예를 들면, 상기 기술한 종류를 사용할 수 있다.
광학층인 액정 고분자층은 이색성 염료를 포함할 수 있다. 본 출원에서 용어 염료는, 가시광 영역, 예를 들면, 400 nm 내지 800 nm 파장 범위 내에서 적어도 일부 또는 전체 범위 내의 광을 집중적으로 흡수 및/또는 변형시킬 수 있는 물질을 의미할 수 있고, 용어 이색성 염료는 상기 가시광 영역의 적어도 일부 또는 전체 범위에서 광의 이방성 흡수가 가능한 물질을 의미할 수 있다. 이색성 염료는, 원칙적으로 가시광 영역, 예를 들면, 400 nm 내지 800 nm 내에서 최대 흡광도를 가지는 모든 종류의 염료가 사용될 수 있다. 이러한 염료는, 예를 들면, 아조 염료 또는 안트라퀴논 염료 등으로 공지되어 있다. 예를 들면, 아조 염료 F355(등록 상표), F357(등록 상표) 또는 F593(등록 상표)(Nippon Kankoh Shikiso kenkyusho Ltd) 등이나, 상기와 대등한 효과를 나타내는 것으로 공지되어 있는 종류의 염료 등이 사용될 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니다.
이색성 염료로는, 예를 들면, 상기와 같은 특성을 가지면서 액정 화합물의 배향에 따라 배향될 수 있는 특성을 가지는 것으로 공지된 모든 종류의 염료가 사용될 수 있다.
광학 소자는 기재층을 추가로 포함할 수 있다. 예를 들면, 광학 소자는 기재층을 추가로 포함하고, 상기 광학층이 상기 기재층의 적어도 일면에 형성되어 있는 형태일 수 있다. 광학층은, 필요하다면 기재층의 양면에 형성되어 있을 수도 있다. 도 3은, 광학 소자의 하나의 예시의 모식도로서 기재층(10)과 광학층(20)이 순차 형성되어 있는 형태를 보여주고 있다.
기재층으로는, 특별한 제한 없이 공지의 소재를 사용할 수 있다. 예를 들면, 유리판, 결정성 또는 비결정성 실리콘 필름, 석영 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 필름 등의 무기 필름이나 플라스틱 필름 등을 사용할 수 있다. 기재층으로는, 광학적으로 등방성인 기재층이나, 광학적으로 이방성인 기재층을 사용할 수 있다.
플라스틱 기재층으로는, 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 기재층을 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.
광학 소자는 배향막을 추가로 포함할 수 있다. 배향막은 전술한 광학층과 접하여 형성되어 있을 수 있다. 예를 들어, 광학 소자가 기재층을 추가로 포함하고, 그 일면에 광학층이 형성되는 경우에 배향막은 상기 기재층과 광학층의 사이에 존재할 수 있다.
배향막으로는, 인접하는 광학층의 배향, 예를 들면 상기 기술한 액정 화합물이나 이색성 염료의 배향을 적절하게 조절할 수 있는 것이라면 어떠한 종류도 사용될 수 있고, 예를 들면, 광배향막을 사용할 수 있다.
배향막은, 배향성 화합물, 예를 들면 광배향성 화합물을 포함할 수 있다. 본 출원에서 용어 광배향성 화합물은, 광의 조사를 통하여 소정 방향으로 정렬(orientationally ordered)되고, 상기 정렬 상태에서 인접하는 액정 화합물 등을 역시 소정 방향으로 배향시킬 수 있는 화합물을 의미할 수 있다. 배향성 화합물은, 단분자 화합물, 단량체성 화합물, 올리고머성 화합물 또는 고분자성 화합물일 수 있다.
광배향성 화합물은, 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 화합물로부터 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.
배향성 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.
배향성 화합물로는 전술한 종류 중에서 적절한 것을 선택하여 사용할 수 있으나, 전술한 광축 또는 광흡수축의 연속적인 변화를 보다 적절하게 유도하기 위하여 가역성을 가지는 배향성 화합물을 사용하는 것이 적절할 수 있다. 본 출원에서 배향성 화합물이 가역성을 가진다는 것은, 예를 들면, 직선 편광의 조사 등의 배향 처리에 의해 결정된 정렬 방향이, 추가적인 다른 배향 처리, 예를 들면, 다른 방향으로 편광된 직선 편광의 조사 등에 영향을 받아 변화될 수 있는 특성을 가지는 것을 의미할 수 있다. 즉, 후술하는 바와 같이 상기 광학 소자는, 동일 부위에 다른 방향으로 편광된 직선 편광을 복수회 조사하는 공정을 포함하여 형성된 배향막을 사용하여 형성될 수 있는데, 이러한 공정을 통해 적합한 광학 소자가 형성되기 위해 상기 가역성을 가지는 화합물이 사용될 수 있다.
본 출원은 광학 패널에 대한 것이다. 광학 패널은, 예를 들면, 상기 기술한 광학 소자를 적어도 2개 포함할 수 있다. 광학 패널에서 상기 2개의 광학 소자는 서로 대향 배치되어 있을 수 있고, 대향 배치된 광학 소자 서로간의 상대적 위치가 변화될 수 있도록 배치될 수 있다.
이러한 배치에서 광학 소자간의 상대적 위치를 변화시킴으로써 광의 투과율 또는 편광 상태를 조절할 수 있다.
예를 들어, 광학 소자의 광학층이 편광층인 경우에 광학층의 각 광흡수축들이 서로 수직하도록 광학 소자를 배치하게 되면 광학 패널의 투과율을 최소로 조절할 수 있고, 상기 광흡수축이 서로 평행하도록 배치하면 광학 패널의 투과율을 최대로 할 수 있다. 또한, 각 광흡수축들이 이루는 각도가 0도를 초과하고, 90도 미만인 범위 내에 존재하도록 광학 소자를 배치한다면 상기 최대 및 최소 투과율의 사이에서 일정 범위의 투과율이 구현되도록 할 수 있다. 또한, 광학 소자의 광학층이 위상 지연층이라면 각 광축들의 관계를 상기와 같이 조절함으로써 투과광의 편광 상태 내지는 투과율을 조절할 수 있다. 도 4는, 광학 소자(30)의 각 광축 또는 광흡수축이 서로 수직하도록 광학 소자가 배치된 경우의 예시이고, 도 5는, 상기 축들이 서로 평행하도록 배치된 경우의 예시이며, 도 6은, 상기 축들이 이루는 각도가 0도를 초과하고, 90도 미만인 범위 내에 존재하도록 광학 소자가 배치된 경우의 예시이다.
광학 패널의 구성 시에 상기 대향 배치되는 광학 소자간의 간격이나, 광학 소자간의 상대적 위치가 변화될 수 있도록 소자를 배치하는 방식은 특별히 제한되지 않는다.
본 출원은 편광 마스크에 관한 것이다. 본 출원의 편광 마스크는, 예를 들면, 상기 광학 소자의 제조 과정, 구체적으로는 상기 광학 소자를 제조하기 위한 배향막의 노광 과정에 사용될 수 있다.
편광 마스크는, 소정 방향(이하, 제 1 방향이라고 호칭한다.)을 따라서 인접하여 배치되어 있는 복수의 편광 영역들을 포함하는 편광 라인을 포함할 수 있다. 상기 편광 라인들은, 상기 제 1 방향과 수직하는 방향(이하, 제 2 방향이라고 호칭한다.)을 따라서 인접 배치되어 있을 수 있다. 상기에서 용어 수직은, 실질적인 수직으로서, 예를 들어, 약 70도 내지 120도, 약 80도 내지 100도 또는 약 85도 내지 95도의 범위 내의 각도도 실질적 수직의 범주에 포함될 수 있다.
도 7은, 상기 편광 마스크를 상부에서 관찰한 경우를 모식적으로 보여주는 도면이고, 도면에서 세로 방향이 제 1 방향이며, 가로 방향이 제 2 방향이다. 도면에서는 제 1 방향을 따라서 인접하여 배치되어 있는 제 1 편광 영역들(1011, 1012, 1013, 1014 및 1015)이 제 1 편광 라인(101)을 형성하고 있고, 동일한 방식으로 형성된 제 2 내지 제 5 편광 라인(102, 103, 104, 105)이 제 2 방향을 따라서 인접 배치되어 있다.
편광 마스크에 포함되어 있는 복수의 편광 라인들 중에서 적어도 하나의 편광 라인은, 투과축의 방향이 상이한 편광 영역들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 8에는, 도 7의 편광 마스크의 각 편광 영역들(1011 내지 1015, 2011 내지 2015, 3011 내지 3015, 4011 내지 4015 및 5011 내지 5015)에 형성된 투과축의 각도가 기재되어 있다(도 8의 각 편광 영역들 내의 숫자). 본 출원에서 편광 마스크의 각 편광 영역의 투과축의 각도를 언급하는 경우에 상기 각도는 편광 마스크의 편광 영역들 중 어느 하나의 편광 영역의 각도를 0도로 놓고, 상기 0도를 기준으로 시계 방향 또는 반시계 방향 중 어느 한 방향으로 측정한 각도를 의미할 수 있다.
도 8을 보면, 제 1 내지 제 5 편광 라인(101 내지 105)에서 제 2 내지 제 4 편광 라인들(102 내지 104)이 각각 투과축의 방향이 서로 상이한 적어도 2개의 편광 영역들을 포함하고 있다.
편광 마스크에서 적어도 하나의 편광 라인은 소정 방향(이하, 제 1 방향이라 호칭한다)으로 형성된 투과축을 가지는 제 1 편광 영역과 상기 제 1 방향과는 상이한 제 2 방향으로 형성된 투과축을 가지는 제 2 편광 영역을 가질 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 편광 영역은 서로 인접하여 배치되어 있을 수 있다. 예를 들어 도 7 및 8을 참조하면, 제 2 편광 라인(102)은 제 2 편광 영역(1022)과 제 3 편광 영역(1023)은 서로 상이한 방향으로 형성된 투과축을 가지고, 서로 인접하여 배치되어 있다.
상기와 같은 경우에 제 1 편광 영역의 투과축의 방향(제 1 방향)과 제 2 편광 영역의 투과축의 방향(제 2 방향)이 이루는 각도는 예를 들면, 약 15도 내지 30도, 약 16도 내지 29도, 약 17도 내지 28도, 약 18도 내지 27도, 약 19도 내지 26도, 약 20도 내지 25도 또는 약 21도 내지 24도 정도일 수 있다.
편광 마스크에서 편광 라인들 중에서 적어도 2개의 편광 라인은 서로 상이한 평균 투과축을 가질 수 있다. 본 출원에서 용어 평균 투과축은 그 편광 라인에 포함되는 모든 편광 영역들의 투과축의 각도의 평균값을 의미할 수 있다. 예를 들어, 도 8을 참조하면, 제 1 편광 라인의 평균 투과축은 0도이며, 제 2 편광 라인의 평균 투과축은 4.5도이고, 제 3 편광 라인의 평균 투과축은 9이며, 제 4 편광 라인의 평균 투과축은 13.5이고, 제 5 편광 라인의 평균 투과축은 22.5이다.
편광 마스크는, 소정 방향(이하, 제 1 방향)으로 형성되는 평균 투과축을 가지는 제 1 편광 라인과 상기 제 1 방향과는 상이한 제 2 방향으로 형성되는 평균 투과축을 가지는 제 2 편광 라인을 포함할 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 편광 라인은 인접하여 배치되어 있을 수 있다.
예를 들면, 도 8은 평균 투과축이 각각 0도, 4.5도, 9도, 13.5도 및 22.5도로서 상이한 제 1 내지 제 5 편광 라인들(101 내지 105)이 가로 방향을 따라서 인접하여 배치되어 있는 경우의 예시이다.
상기 예시에서 제 1 편광 라인의 평균 투과축의 방향(제 1 방향)과 제 2 편광 라인의 평균 투과축의 방향(제 2 방향)이 이루는 각도는, 예를 들면, 약 1도 내지 20도 정도일 수 있다. 상기 각도는 다른 예시에서 약 2도 이상, 약 3도 이상 또는 약 3.5도 이상일 수 있다. 또한, 상기 각도는 다른 예시에서 약 19도 이하, 약 18도 이하, 약 17도 이하, 약 16도 이하 또는 약 15도 이하일 수 있다.
편광 마스크는, 제 2 방향을 따라서 편광 라인들의 평균 투과축이 증가하는 증가 영역 또는 감소하는 감소 영역을 포함할 수 있다.
예를 들어, 도 9의 예시적인 편광 마스크를 참조하면, 상기 마스크는, 도면의 좌측에서 우측 방향으로 평균 투과축이 72도, 76.5도, 81도 및 90도로 증가하는 편광 라인 A 내지 D로 형성되는 증가 영역과 평균 투과축이 90도, 85.5도, 81도, 76.5도 및 67.5도로 감소하는 편광 라인 D 내지 H로 형성되는 감소 영역을 포함하고 있다.
이러한 증가 또는 감소 영역에서의 증가 또는 감소율은 하기 수식 7에 따라 정해질 수 있다.
[수식 7]
R = Q/N
수식 7에서 R은 증가율 또는 감소율이고, Q는, 제 2 방향을 따라서 배치되어 있는 증가 영역 또는 감소 영역에서 평균 투과축이 증가 또는 감소하기 시작하는 편광 라인의 평균 투과축과 평균 투과축의 증가 또는 감소가 종료되는 편광 라인의 평균 투과축이 이루는 각도이며, N은 상기 증가 또는 감소 영역에 포함되어 있는 편광 라인의 개수이다.
수식 7에 따라 증가율 또는 감소율을 규정할 때에 증가 영역 또는 감소 영역에서의 평균 투과축의 증가 또는 감소는 시계 방향 및 반시계 방향 중에서 어느 한 방향을 기준으로 정하여질 수 있다.
예를 들어, 도 9에서 편광 라인 A 내지 D로 이루어지는 증가 영역의 증가율(R) 및 편광 라인 D 내지 H로 이루어지는 감소 영역에서의 감소율(R)은, 4.5이다.
편광 마스크에서 상기 증가율(R) 또는 감소율(R)은, 예를 들면, 약 1 내지 10의 범위 내에 있을 수 있다. 다른 예시에서 상기 증가율(R) 또는 감소율(R)은, 약 2 이상, 3 이상, 4 이상 또는 4.5 이상일 수 있다. 또한, 다른 예시에서 상기 증가율(R) 또는 감소율(R)은, 약 9 이하, 8 이하, 7 이하, 6 이하 또는 약 5.5 이하일 수 있다.
수식 7에서 Q는, 약 70도 내지 120도, 약 80도 내지 100도 또는 약 85도 내지 95도의 범위 내에 있을 수 있다. 또한, 수식 7에서 N은 약 5 내지 30의 범위 내에 있을 수 있다. 다른 예시에서 N은 7 내지 28, 9 내지 26, 11 내지 24 또는 13 내지 22 정도의 범위 내에 있을 수 있다.
상기와 같은 형태로 구현된 편광 마스크를 사용하면, 전술한 형태의 광학층을 형성할 수 있는 배향막을 구현할 수 있다.
편광 마스크에서 편광 라인의 폭(제 2 방향을 따라서 측정되는 치수) 및 길이(제 1 방향을 따라서 측정되는 치수)은 특별히 제한되지 않고, 목적하는 용도에 따라서 결정될 수 있다. 예를 들면, 상기 폭은 약 1 mm 내지 20 mm의 범위 내에 있을 수 있다. 또한, 상기 길이는 예를 들면, 약 30 mm 내지 70 mm의 범위 내에 있을 수 있다.
또한, 편광 마스크의 각 편광 라인에 포함되는 편광 영역의 개수도 특별히 제한되지 않으며, 목적하는 배향 효율 등을 고려하여, 예를 들면, 약 2개 내지 10개의 범위 내에서 적절하게 선택될 수 있다.
이와 같은 편광 마스크를 제조하는 방식은 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, PVA(poly(vinyl alcohol)) 편광판이나 WGP(Wire Grid Polarizer) 등을 복수 조합하여 제조할 수 있다.
하나의 예시에서 상기 마스크는 곡면을 형성하고 있는 상태로 유지될 수 있다. 예를 들어, 상기 마스크를 사용한 노광 공정의 피조사체의 표면이 곡면으로 유지된 경우에, 편광 마스크가 곡면으로 유지되는 것이 필요할 수 있다.
표면이 곡면으로 유지된 피조사체로는, 예를 들면, 소위 롤투롤 과정에서 광이 조사되는 피조사체가 예시될 수 있다. 본 출원에서 용어 롤투롤 공정에는, 가이드롤, 이송롤 또는 권취롤 등의 롤을 사용하여 피조사체를 연속적으로 이송하면서 광을 조사하는 과정을 포함하는 공정이 모두 포함될 수 있다. 롤투롤 공정에서 피조사체에 광을 조사하는 과정은, 예를 들면, 피조사체가 롤에 감기어진 상태에서 수행될 수 있다. 이러한 방식으로 광을 조사하게 되면, 피조사체가 효과적으로 고정된 상태에서 광이 조사될 수 있다.
도 10은, 롤투롤 공정에서 피조사체(50)에 편광 마스크(40)를 매개로 광을 조사하는 과정을 예시적으로 도시한 것이다. 도 10과 같이, 피조사체(50)가 롤(60)에 감기어져 표면이 곡면으로 유지되고, 이 상태에서 광이 조사될 수 있다.
곡면 형상으로 유지된 마스크의 형태, 예를 들면, 마스크의 곡률 반경 등은 특별히 제한되지 않고, 피조사체로 적절한 광의 조사가 가능하도록 선택되면 된다. 예를 들면, 마스크의 곡률 반경은, 곡면 형상으로 유지된 피조사체의 곡률 반경과 대등하게 되도록 조절될 수 있다. 예를 들면, 마스크가 곡면으로 유지된 경우에 마스크의 투광성 지지 구조체는, 10 mm 내지 500 mm 정도의 곡률 반경을 가질 수 있다.
본 출원은 또한 상기 편광 마스크를 포함하는 광조사 장치 또는 광학 소자의 제조 장치에 대한 것이다. 상기 제조 장치에 의해 제조되는 광학 소자는, 전술한 광학 소자일 수 있다.
상기 제조 장치는, 예를 들면, 상기 편광 마스크 및 피조사체가 거치할 수 있도록 설치되어 있는 거치 수단을 포함할 수 있다. 상기 장치에서 편광 마스크 및 거치 수단은, 상기 피조사체의 상기 편광 마스크에 대한 상대적 위치가 상기 제 1 방향, 즉 편광 라인의 길이 방향을 따라서 이동될 수 있도록 구성될 수 있다.
상기 장치에서 거치 수단의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 광이 조사되는 동안 피조사체가 안정적으로 유지될 수 있도록 설계되어 있는 모든 종류의 장비가 포함될 수 있다.
거치 수단은 피조사체의 표면을 곡면으로 유지한 상태로 거치할 수 있는 장비일 수 있다. 이러한 장비의 예로는, 상기한 롤투롤 공정에서의 롤이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 피조사체가 거치되는 장비가 상기 피조사체의 표면을 곡면으로 유지한 상태로 거치할 수 있는 장비인 경우에, 마스크 역시 곡면으로 유지된 상태로 장치에 포함되어 있을 수 있다. 이러한 경우 마스크의 곡면 형상이 피조사체가 거치되는 장비의 곡면에 대응되도록 장치에 포함될 수 있다.
장치는, 편광 마스크로 광을 조사할 수 있는 광원을 추가로 포함할 수 있다. 광원으로는, 편광 마스크의 방향으로 광을 조사할 수 있는 것이라면, 특별한 제한 없이 사용할 수 있다. 예를 들면, 편광 마스크를 통해 광배향막의 배향이나, 포토레지스트의 노광 등을 수행하고자 하는 경우에는, 광원으로는, 자외선의 조사가 가능한 광원으로서, 고압 수은 자외선 램프, 메탈 할라이드 램프 또는 갈륨 자외선 램프 등이 사용될 수 있다.
장치는, 또한 광원으로부터 조사되는 광의 광량의 조절을 위하여, 하나 이상의 집광판을 추가로 포함할 수 있다. 집광판은 예를 들면, 광원으로부터 조사된 광이 집광판으로 입사되어 집광된 후에, 집광된 광이 편광 마스크로 조사될 수 있도록 장치 내에 포함될 수 있다. 집광판으로는, 광원으로부터 조사된 광을 집광할 수 있도록 형성되어 있다면, 이 분야에서 통상 사용되는 구성을 사용할 수 있다. 집광판으로는, 렌티큘러 렌즈층 등이 예시될 수 있다.
장치가 상기와 같은 구성을 포함하는 경우에, 상기 장치는, 옐르 들면, 순차로 배치된 광원, 집광판, 편광 마스크 및 거치 수단을 포함할 수 있다. 이에 따라 광원에서 조사된 광이 우선 집광판에 입사하여 집광되고, 다시 편광 마스크에 입사한 후에 그를 투과하여 피조사체의 표면에 조사될 수 있다.
본 출원은, 광 조사 방법 또는 광학 소자의 제조 방법에 대한 것이다. 예시적인 상기 방법은, 상기 기술한 장치를 사용하여 수행할 수 있다.
상기 방법은, 예를 들면, 상기 편광 마스크의 하부에 배향막, 예를 들면, 광배향막을 배치하고, 상기 편광 마스크를 매개로 상기 배향막에 광을 조사하는 과정을 포함할 수 있다. 상기 과정은, 예를 들면, 상기 배향막의 상기 편광 마스크에 대한 상대적 위치를 제 1 방향(편광 라인의 길이 방향)을 따라 변화시키면서 수행할 수 있다.
이러한 과정을 거쳐서 상기 언급한 광학 소자를 구현할 수 있는 배향막이 제공될 수 있다. 예를 들어, 도 9을 참조하여 이를 설명한다. 도 9와 같은 형태의 편광 마스크의 하부를 적절한 배향막을 제 1 방향(도면의 세로 방향)을 따라 이동시키면서 노광하는 경우, 예를 들어, 편광 라인 A의 하부를 지나는 배향막의 영역은 각각 67.5도, 67.5도, 90도, 67.5도 및 67.5도로 편광된 직선 편광에 순차적으로 노광된다. 같은 방식으로 편광 라인 B 내지 H의 하부를 지나는 배향막의 영역은 각 편광 영역들의 투과축 방향에 대응하는 각도로 편광된 직선 편광에 순차 노광되게 된다. 전술한 바와 같이 편광 라인들의 평균 투과축은 서로 상이하면, 소정의 규칙을 가지고 배치되어 있고, 이에 따라 각 편광 라인의 하부를 거친 배향막의 영역은, 각 편광 라인의 편광 영역들의 배치 및 평균 투과축에 따라서 변화하는 정렬 방향을 가지게 되고, 그에 따라 그 상부에 형성되는 광학층의 광축 또는 광흡수축은 상기 언급한 구조로 구현될 수 있다.
상기 과정에서 배향막과 편광 마스크간의 제 1 방향을 따른 상대적 위치의 변화 속도는 적절한 배향이 이루어질 수 있다면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 약 5 m/min 이하의 범위에서 속도가 결정될 수 있다. 상기 속도는, 다른 예시에서 약 4 m/min 이하 또는 약 3 m/min 이하일 수 있다. 또한, 상기 속도는, 예를 들면, 약 0.5 m/min 이상, 약 1 m/min 이상일 수 있다.
전술한 바와 같이 상기 노광 공정은 피조사체인 배향막의 표면을 곡면으로 유지한 상태로 수행될 수 있다.
상기와 같이 형성된 배향막상에 광학층을 형성하여 광학 소자를 제조할 수 있다. 광학층을 형성하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 배향막상에 상기 언급한 중합성 액정 화합물 및/또는 이색성 염료 등을 포함하는 층을 형성하고, 배향시킨 후에 광의 조사 또는 열의 인가 등의 방식으로 에너지를 부여하여 형성할 수 있다.
상기에서 액정 화합물 및/또는 이색성 염료 등을 포함하는 층을 형성하고, 배향 처리, 즉 하부의 배향막의 배향 패턴에 따라서 정렬시키는 방식이나, 정렬된 액정 화합물 등을 중합시키는 방식은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 배향은, 액정 화합물 및/또는 이색성 염료의 종류에 따라서 정렬이 될 수 있는 적절한 온도에서 유지하는 방식 등으로 진행될 수 있다. 또한, 중합은, 액정 화합물의 종류에 따라서 적절한 가교 또는 중합이 유도될 수 있는 수준의 광을 조사하거나 혹은 열을 인가하여 수행할 수 있다.
본 출원에서는, 광축 또는 광흡수축의 변화가 연속적으로 일어나는 광학층을 포함하는 광학 소자가 제공된다. 본 출원의 광학 소자는, 예를 들면, 빌딩이나 자동차 등의 창문이나 셰이드(shade) 등과 같이 열, 광 또는 눈부심의 조절이 필요한 영역에서 사용되거나, 기타 광축 또는 광흡수축의 연속적인 변화가 요구되는 다양한 장치 등에서 효과적으로 사용될 수 있다.
도 1 내지 3은 예시적인 광학 소자를 보여주는 개념도이다.
도 4 내지 6은, 예시적인 광학 패널의 배치를 보여주는 개념도이다.
도 7 내지 9는 예시적인 편광 마스크를 보여주는 도면이다.
도 10은, 예시적인 장치의 형태를 보여주는 도면이다.
도 11 및 12는 실시예에서 사용한 편광 마스크를 설명하기 위한 도면이다.
도 13 및 14는 참조예에서 제조된 광학층의 광축 변화를 보여주는 도면이다.
이하 실시예를 통하여 상기 광학 소자 등을 구체적으로 설명하지만, 상기 광학 소자 등의 범위가 하기 실시에에 의해 제한되는 것은 아니다.
참조예 1.
편광 마스크의 제작
통상적 WGP(Wire Grid Polarizer)를 가로 및 세로의 길이가 각각 10 mm가 되도록 재단하여 편광 영역을 구성할 WGP를 준비하였다. 그 후 5개의 WGP(편광 영역)가 하나의 편광 라인을 구성하도록 부착하여 편광 마스크를 제작하였다. 이 때 편광 마스크의 편광 영역의 투과축 배치는 도 11 및 도 12와 같이 설정하였다. 도 11 및 도 12에서 기재된 숫자는 각 영역의 투과축의 각도를 나타낸다. 즉, 도 11을 참조하면, 가장 상측에 0도의 투과축을 가지도록 배치된 5개의 WGP가 존재하고, 아래 방향으로 모두 16개의 편광 라인이 존재하고 있다. 편광 마스크는 도 11의 마스크의 하단과 도 12의 마스크의 상단을 서로 부착하여 최종적으로 제작하였다.
배향막의 형성
배향성 화합물로서, 한국 등록특허 제1064585호에 개시되어 있는 바와 같은 신나메이트기를 가지는 폴리노르보넨을 적정량의 광개시제(Igacure 907)와 배합한 혼합물을 톨루엔 용매에 배향성 화합물의 고형분 농도가 2 중량%가 되도록 용해시켜 배향막 전구체를 제조하였다. 이어서, PET(poly(ethylene terephthalate)) 필름의 일면에 상기 전구체를 코팅하고, 적정 온도에서 건조시켰다. 그 후 상기 건조된 층을 상기 제작된 편광 마스크의 하부를 통과하도록 이동시키면서 편광 마스크의 상부로부터 자외선(1,200 mJ/cm2)을 조사하여 배향막을 형성하였다. 상기에서 배향막의 이동은, 도 11 및 도 12를 참조하면, 도면의 좌측에서 우측 방향으로 이동시켰으며, 이동 속도는 약 2.5 m/min 정도로 유지하였다.
광학 소자의 제조
중합성 액정 화합물(LC242, BASF(제))을 적정량의 광개시제(Igacure 907)와 배합한 코팅액을 배향막상에 적정 두께로 코팅하고, 하부 배향막의 배향 패턴에 따라서 배향시킨 상태로 자외선(30mW/cm2)을 조사하여 광학층을 형성하고, 광학 소자를 제조하였다. 도 13은 상기와 같은 방식으로 형성된 광학층의 광축 분포를 보여주는 도면이고, 도 14은, 상기 광학층의 가로 방향을 X축(TD축)으로 하고, 광축(지상축)의 각도를 Y축(retardation orientation)으로 하여 도시한 그래프이다. 도 14에서 Y축의 단우이는 도(degree)이며, X축의 단위는 mm이다. 도면으로부터 각 영역간의 경계가 관찰되지 않고, 균일하게 광축이 변화하는 광학층이 형성된 것을 확인할 수 있다.
참조예 2.
배향막의 형성을 위한 자외선의 조사 시에 배향막의 이동 속도를 약 1 m/min로 변경한 것을 제외하고는 참조예 1과 동일한 방식으로 광학층을 형성하여 광학 소자를 제조하였다. 도 14에는 이러한 광학층의 가로 방향을 X축으로 하고, 광축(지상축)의 각도를 Y축으로 하여 도시한 그래프가 참조예 1의 결과와 함께 나타나 있다. 도 14에서 그래프가 참조예 1의 결과와 거의 중첩되어 관찰되어 있고, 이로부터 역시 각 영역간의 경계가 관찰되지 않고 균일하게 광축이 변화하는 광학층이 형성된 것을 확인할 수 있다.
실시예 1.
중합성 액정 화합물을 포함하는 코팅액에 중합성 액정 화합물의 배향에 따라서 배향하고, 가시광 영역(400 nm 내지 800 nm) 내에서 최대 흡광도를 가지는 아조계 이색성 염료를 배합한 코팅액을 사용한 것을 제외하고는 참조예 1과 동일한 방식으로 광학 소자를 제조하였다. 이러한 광학 소자에서는 상기 이색성 염료에 의하여 참조예 1에서의 광축 분포에 준한 방식으로 연속적으로 변화하는 광흡수축을 가지는 광학층이 형성되었다.
실시예 2.
중합성 액정 화합물을 포함하는 코팅액에 중합성 액정 화합물의 배향에 따라서 배향하고, 가시광 영역(400 nm 내지 800 nm) 내에서 최대 흡광도를 가지는 아조계 이색성 염료를 배합한 코팅액을 사용한 것을 제외하고는 참조예 2와 동일한 방식으로 광학 소자를 제조하였다. 이러한 광학 소자에서는 상기 이색성 염료에 의하여 참조예 2에서의 광축 분포에 준한 방식으로 연속적으로 변화하는 광흡수축을 가지는 광학층이 형성되었다.
10: 기재층
20: 광학층
30: 광학 소자
101, 102, 103, 104, 105, A, B, C, D, E, F, G, H: 편광 라인
1011 내지 1015,2011 내지 2015, 3011 내지 3015, 4011 내지 4015, 5011 내지 5015: 편광 영역
40: 편광 마스크
50: 피조사체
60: 거치 수단

Claims (10)

  1. 광흡수축의 방향이 일 방향을 따라서 변화하며, 하기 수식 1에 따라 정해지는 상기 광흡수축의 평균 변화율(V)이 0을 초과하고, 5 이하인 변화 영역을 포함하는 광학층을 가지는 광학 소자:
    [수식 1]
    V = 360/P
    수식 1에서 V는 평균 변화율이고, P는 변화 영역의 피치이다.
  2. 제 1 항에 있어서, 변화 영역 내에서 광흡수축이 서로 상이한 영역간에 경계가 관찰되지 않는 광학 소자.
  3. 제 1 항에 있어서, 변화 영역의 광흡수축의 변화가 하기 수식 3을 만족하는 광학 소자:
    [수식 3]
    Y = a × X
    수식 3에서 X는 변화 영역의 시작 지점에서부터 일 방향에 따라 측정되는 거리이고, Y는 변화 영역의 시작 지점의 광흡수축을 기준으로 측정한 상기 X 지점에서 광흡수축이 회전한 각도이며, a는 0을 초과하고, 5 이하인 범위 내의 수이다.
  4. 제 1 항에 있어서, 광학층은 단일층인 광학 소자.
  5. 제 1 항에 있어서, 하기 수식 2에 따라 정해지는 변화 영역의 회전각(φ)이 40도 이상인 광학 소자:
    [수식 4]
    φ = V × L
    수식 4에서 φ는 회전각이고, V는, 평균 변화율이며, L는 변화 영역의 길이이다.
  6. 제 1 항에 있어서, 광학층은, 이색성 염료를 포함하는 액정 고분자층 또는 유방성 액정층인 광학 소자.
  7. 제 1 항에 있어서, 기재층을 추가로 포함하고, 광학층은 상기 기재층의 일면에 형성되어 있는 광학 소자.
  8. 제 1 항에 있어서, 광학층과 접하는 배향막을 추가로 포함하는 광학 소자.
  9. 제 8 항에 있어서, 배향막은 가역성을 가지는 배향성 화합물을 포함하는 광학 소자.
  10. 대향 배치되어 있는 두 개의 제 1 항에 따른 광학 소자를 포함하고, 상기 두 개의 광학 소자는 서로에 대한 상대적 위치가 변화될 수 있도록 배치되어 있으며, 상기 상대적 위치의 변화에 의해 광의 투과율 또는 편광 상태가 조절되는 광학 패널.
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