KR970003375B1 - 줄무늬 사이의 마이크로보이드에 액정을 갖는 체적상의 홀로그램 및 전환 가능한 셀 - Google Patents

Abstract

내용없음.

Description

줄무늬 사이의 마이크로보이드에 액정을 갖는 체적상의 홀로그램 및 전환 가능한 셀

본 발명은 도면을 참조로 하여 더 상세히 설명된다.

제1도는 줄무늬에 수직되는 긴축과 함께 줄무늬 사이의 마이크로보이드에 배위된 액정으로 상부로부터 도시되는 전송 홀로그램을 도시한다.

제2도는 액정이 채워진 홀로그랙픽 합성층을 포함하는 전환가능한 셀을 도시한다.

체적상 홀로그램 또는 홀로그래픽 광소자는 홀로그래픽 기록이 되는 매체의 굴절율을 조정함으로써 정보를 기록한다. 그러므로 광 중합체 필름에 나타내는 단위체의 중합은 중합체의 "줄무늬" 또는 "층"의 형태로서 레이저 홀로그래픽 노출을 기록한다. 줄무늬는 체적상의 전송 홀로그램에 있는 지지층에 상대적으로 수직되며 체적상의 반사 홀로그램에 있는 지지층에 상대적으로 평행된다. 줄무늬 구성되는 중합체는 줄무늬 사이의 재료와 다른 굴절율을 가지며 이에 따른 굴절율의 차이가 홀로그램을 재구성한다.

미합중국 특허 제4,970,129호에 개시된 것처럼, 마이크로 보이드가 줄무늬 사이에 현존하는 체적상의 홀로그램을 형성하고 (상기 마이크로 보이드는 그 부재시에 얻어진 지수를 증폭시키고 ), 다른 재료를 갖는 마이크로 보이드에 있는 공기를 대체함에 의하여 홀로그램의 광특성 또는 다른 특성을 변경하는 것이 가능하다. 본 발명에 따르면 상기 마이크로보이드는 적어도 일부분 이상이 채워진다. 마이크로 보이드 내에 있는 액정의 배위는 전장을 이용함으로서 변경가능하다. 액정을 짧은 축을 따라서 하나의 굴절지수와 긴축을 따라서 다른 하나의 지수를 갖는 것을 특징으로 한다. 재배열중의 굴절지수를 변경시키는 것은 액정의 복굴절의 기능이다. 매체의 굴절지수와 일반적으로 일치하는 굴절지수 중의 하나를 가지는 액정을 선택함에 의하여 액정이 적절하게 배위될때 홀로그램을 일반적으로 제거하는 위치에서 조차도 홀로그램의 회절효율을 일반적으로 감소시키는 것이 가능한다. 전장을 이용하여 대향되는 방법으로 배위하는 것은 매체의 지수와 비교하여 굴절지수를 제공하고 이에 따라 다른 지수를 제공한다. 이에 따라 최종적인 홀로그램은 두 회절 효율 조건 사이에서 전환될 수 있다.

편리를 위하여 상기 언급한 Ingwall과 Troll 에게 허여된 미합중국 특허 제 4,970,129호에 개시된 것과 상술한 Ingwall and Troll Optical Engineering article에 개시된 것이 참조로 여기에 결합된다.

특히, 제1도는 홀로그램의 면에 수직되는 줄무늬(12)와 홀로그램의 면에 도시된 전송 홀로그램(10)을 도시한다. 용이한 이해를 위하여 단지 하나의 액정으로 채워진 마이크로 보이드 (14) 는 형태에서 일반적으로 타원면으로 예시를 위하여 도시된 마이크로 보이드와 함께 줄무늬(12) 사이에서 도시되며 액정의 짧은 축의 통상 인덱스("n ord") 와 긴축의 특이한 인덱 ("n ex")를 더 명확하게 도시하기 위하여 확대된다. X, Y, Z방향이 또한 지적된다.

제2도는 액정으로 비어지고-채워진 홀로그램(24) (제1도의 홀로그램(12)과 유사)을 결합하는 전환가능 셀(20) 을 도시한다.

홀로그램(24)은 유리, 지지층(22)등의 투명층의 내부표면상에 인듐틴옥사이드(ITO)의 전기 전도 피복층(30)을 운반한다. 제2의 투명 지지층(28)은 그 내부 표면상의 전도 피복층(30)을 운반하고 또한 홀로그램(24)의 표면과 접촉하는 배열층(26)을 운반한다. 도시되지 않은 장치는 액정의 배열을 바꾸기 위하여 전장을 형성하는 전압을 공급한다.

홀로그램이 액정으로 채워질때 액정의 얇은 층은 표면상에 잔류한다. 배열층(26)은 표면 액정을 배열하기 위하여 제공되고 이에 따라 빛이 산란하는 것이 방지된다. 후술한 바람직한 실시예에서 상기 배열층은 마이크로 보이드에 있는 액정의 배열을 조절하거나 또는 영향을 미치지 않는다는 것을 알수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에서 홀로그래픽 광소자는 메틸렌 블루와 같은 염료 감광제 중합 개시제와 같은 측쇄 폴리에틸레니민과 아크릴계 단량체와 리튬 아클릴레이트 등의 자유 라디칼 공중합 가능한 에틸렌계 불포화 단량체로 구성되는 광공중합 가능한 혼합물에 형성된다. 상기 광공중합 가능한 소자는 Herbert L. Fielding 과 Richard T. Ingwall에게 1986년 5월 13일에 허여된 미합중국 특허 제 4,588,664호에 기술되어 있다. Ingwall and Troll application and article 에 기술된 것처럼 마이크로 보이드는 노출후의 처리중에 형성된다. 마이크로 보이드에 액정을 결합하는 것은 그 실제온도 이상으로 액정을 가열하고 마이크로보이드에 모세관 현상에 의하여 액정을 빨아들임에 의하여 행해진다. 마이크로 보이드를 채우는 것은 홀로그램의 광도를 감소시킴에 의하여 일반적으로 관찰된다. 전환되는 액정은 전장에 유도된 분자 재배열과 액정의 복굴절의 기능으로서 액정이 채워진 홀로그램의 회절율의 변화로서 관찰된다. 액정 배열은 회절율을 측정하기 위하여 사용된 리드 - 비임의 편광에 의존하는 다른 회절효율을 관찰함에 의하여 확인된다.

액정은 상기 타입의 홀로그램 내로 결합될때 특별한 방향으로 스스로 배열되고 이러한 스스로 배열되는 방향은 액정이 결합되기 이전에 마이크로 보이드 표면의 단순한 예비처리에 의하여 변경 가능하다는 것이 밝혀졌다. 이에 따라 미처리된 전송 홀로그램은 즉시 제1도에서 도시된 것처럼 줄무늬에 수직되는 X 방향을 따라서 안내된 그 긴축으로 네마틱 액정을 평면 배열로 유도한다는 것이 알려져 있다. 상기 전송 홀로그램이 보이드 필링(void filling) 이전에 스테아르산으로 처리되고 자발적인 배열은 z방향 (필름두께)을 따라서 두 줄무늬면에 평행되게 배열된다. 스테아르산으로 미리 처리되지 않은 반사 홀로그램은 액정의 임의 순서를 나타내고 이에 따라 긴축은 XY 면에 평행되고 이에 따라 스테아르산은 액정의 평행된 배열을 자발적으로 유도한 반사 홀로그램을 처리한다.

다음 실시예가 예시를 위하여 주어지고 본 발명을 한정하지는 않는다.

일련의 홀로그램 ITO 피복된 유리상에 상술한 미합중국 특허 제4,588,664호의 실시예 7에 도시된 타입의 리튬 아클릴레이트/아크릴산/폴리에틸렌니민 광중합체 필름을 피복함에 의하여 준비된다. 필름을 처리하기 위하여 습기지게하고, 홀로그래픽 레이저 노출과 투광 노출과 처리 (상세하게 후술함)에 따라 홀로그램은 네마틱 액정 RO - TN - 570(Hoffman-LaRoche로 부터 상업적으로 이용가능하고, E. Merck로 부터 상업적으로 이용가능한 액정 E7에 동등한)으로 채워진다. 액정으로 보이드 필링하는 것은 모세관 현상에 의하여 보이드를 채우고 보이드내로 가열된 액정이 흡수되도록 하는 약 80℃(현재 온도이상)까지 액정을 가열함에 의하여 이루어지고 이때 채워진 홀로그램은 냉각된다. 필요하다면 초과액정은 가열중에 제거된다.

채워지지 않은 홀로그램의 공중합 매트릭스의 굴절의 승균지수는 약 1.56 이다. RO-TN-570 액정의 평균지수는 약 1.52 이며 채워지지 않은 홀로그램의 지수와 거의 일치한다. 액정이 보이드를 채움에 따라 홀로그램은 감소된 지수 차이에 따라 명확하게 나타난다. 채워진 홀로그램을 냉각하는 것은 훨씬 더 밝게 나타난 홀로그램과 액정의 더 높은 초과지수 (RO-TN-570 은 약 1.74) 로 인하여 지수가 결과적으로 증가되어 액정이 자발적으로 배열된다.

He : Ne(6328 옹스트롬)으로 장착된 매트리콘 PC 2000 프리즘 커플러를 사용하여 측정된것처럼, x. y. z 면에 있는 액정으로 채워진 홀로그램의 굴절율에 의존하는 편광이 아래에 도시된다.

레이저빔이 수직으로 편광됨에 따라 (제1도에서 도시된 y방향으로) 액정의 통상의 굴절율은 액절이 배열되는 한도까지 어드레스되고 이에 따라 레이저빔이 수평으로 편광될때 초과굴정율이 어드레스된다. 측정된 굴절율은 다음과 같다.

홀로그램 1-7(액정으로 보이드 필링 이전에)다음에 따라 준비된다.

홀로그램 1 (전송) : 광중합체 레이저는 2 미크론의 두께를 가지고, 광감광제는 소듐 리보플라빈-5-포스파테이고, 그 플레이트는 이를 처리하기 위하여 7분 동안 습기를 품게 된다. 홀로그래픽 노출(5초, 1OmJ/㎠)은 아르곤 레이저(488nm)를 사용하여 13°의 각으로 행해지고, 노출된 플레이트는 90cc 메타놀, 10cc 아세틱산과 4cc 의 물에 2분 동안 담가지고, 이어 지르코늄아세테이트(10%), 아세틱산(4%), 메타놀(66%)와 물(20%)의 용액에 2분동안 담가진다.

홀로그램 2 (전송) : 이 홀로그램은 두께가 5미크론이고 노출각이 10°인것을 제외하고는 홀로그램 1에 서술된대로 준비된다.

홀로그램 3 (전송) : 이 홀로그램은 지르코늄 아세테이트로 처리된 홀로그램이 이조프로필 알코올로 린스되고 이어 5분 동안 크실렌에서 스테르산의 5%용액에 적셔진다. 홀로그램은 이후 이조프로피놀에서 린스되고 이어 보이드 필링이전에 건조된다.

홀로그램 4 (반사) : 광중합체층은 l5미크론의 두께를 가지고, 광감광제는 메틸렌 블루이다. 홀로그래픽 굴절노출은 크립톤 레이저(647nm)로 된다. 처리는 홀로그램 1에서 서술된 것과 동일하다.

홀로그램 5 (반사) : 이 홀로그램은 광중합체층이 l0미크론의 두께를 가지고, 광중합체가 소듐 -5-포스파테이고, 노출이 아르곤 레이저(488nm)로 되는 것을 제외하고는 홀로그램 4에서 서술된 것으로 준비된다.

홀로그램 6 (반사) : 이 홀로그램은 광중합체의 두께가 7미크론이고 지르코늄 아세테이트 처리된 홀로그램이 홀로그램 3에서 서술된 것처럼 스테아르산에 담가지는 것을 제외하고는 홀로그램 5에서 서술된 것으로 준비된다.

홀로그램 7 (반사) : 이 홀로그램은 광중합체 두께가 l5미크론이고, 노출이 크립톤 레이저 (647nm)로 이루어지는 것을 제외하고는 홀로그램 6에서 서술된 것으로 준비된다.

측정된 굴절율의 분석은 흡입된 액정이 임의의 배위와 스테아르산 처리의 결과로서 다른 임의의 배위가 적절한지를 도시한다.

상기 홀로그램 (격자)의 회절율(DE)이 측정되고 다음으로 밝혀진다.

DE_s-Pol은 줄무늬의 방향에 평행되는 편광된 빛을 사용하여 측정된 회절율이고, DE_p-Pol은 줄무늬의 방향에 정확하게 수직되는 편광된 빛을 사용하여 측정된 회절율이다.

[실시예 2]

제2도에 도시된 타입의 전화 가능한 액정셀은 E7 액정으로 채워진 전송 홀로그램을 배열층과 결합함에 의하여 준비된다. 배열층은 트리클로로에틸렌에서 나일론 6의 1% 용액으로 ITO 피복 유리판을 스핀 피복(400rpm으로 1분동안)함에 의하여 준비된다. 피복된 판은 1시간 동안 100℃에서 가열되고, 냉각되고, 이후에 배열층을 제조하기 위하여 린트-트리턴상에 하나의 방향으로 10 배 완충한다. P 편광된 빛(투사축에 승행)에 홀로그램의 회절율은 인가된 전압의 기능에 따라 증가 또는 감소될 수 있다.

상기 실시예가 미합중국 특허 제4,588,664 호의 광중합가능 합성물을 사용하여 제조된 홀로그램을 이용하는 반면에 본 발명은 이에 한정되지 않고 줄무늬 사이의 마이크로 보이드를 갖는 특정의 홀로그래픽 소자를 사용할 수 있다. 본 발명에서 사용되기에 적절한 액정은 액정과 채워지지 않은 홀로그램의 굴절율의 관계를 고려하여 통상의 스크리닝 테스트에 의하여 선택된다.

스테아르산과 같은 지방산을 갖는 홀로그램의 처리에 관한것은 1985년 8월 13일에 Herbert L. Fielding과 Richard T. Ingwall에게 허여된 미합중국 특허 제4,53,014호에 기술되어 있다.

액정 배열을 변화시킬 전장을 사용하는 이외에 상기 변화는 고밀도의 광의 빔 또는 열에너지를 이용하는 다른 공지된 방법을 이용함으로써 얻어질 수 있다.

Claims (11)

1. 체적상의 홀로그래픽 소자에 있어서, 줄무늬 사이의 마이크로 보이드는 액정으로 일부분 이상이 채워진 줄무늬 사이의 마이크로 보이드에 액정을 갖는 체적상의 홀로그램.
2. 제1항에 있어서, 상기 소자는 전송 홀로그램인 홀로그램.
3. 제1항에 있어서, 상기 소자는 반사 홀로그램인 홀로그램.
4. 제1항에 있어서, 상기 액정은 네마틱 액정인 홀로그램.
5. 제4항에 있어서, 상기 소자는 전송 홀로그램이며, 상기 네마틱 액정은 상기 줄무늬에 수직되는 그 긴축을 따라 배위되는 홀로그램.
6. 제1항에 있어서, 상기 소자는 측쇄 폴리에틸레니민과 중합된 에틸렌 단량체인 홀로그램.
7. 전환가능한 셀에 있어서, 전기 전도 피복층을 운반하는 제1의 투명 지지층, 줄무늬 사이의 마이크로 보이드가 액정으로 일부분 이상이 채워진 홀로그래픽 소자, 배열층, 전기전도 피복층을 운반하는 제2의 투명 지지층, 전기 전도 피복층에 전류를 공급하는 장치를 연속적으로 구성하는 전환가능한 셀.
8. 제7항에 있어서, 상기 액정 네마틱 액정인 전환 가능한 셀.
9. 제7항에 있어서, 상기 홀로그래픽 소자가 전송 홀로그램인 전환 가능한 셀.
10. 제7항에 있어서, 상기 홀로그래픽 소자가 반사 홀로그램인 전환 가능한 셀.
11. 제7항에 있어서, 상기 소자가 측쇄 폴리에틸레니민과 중합된 에틸렌 단량체인 전환 가능한 셀.