TWI540346B - 光學裝置 - Google Patents

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Description

光學裝置
本發明係關於一種光學裝置以及一種光學面板。
如延遲薄膜，或偏光板等光學裝置，係用於調整顯示裝置之光學特性，亦用於包含建築物或交通工具之窗戶或遮蔽物等多種應用。
前述之光學裝置含有一薄膜，其係由吸收及配向一二色性染料於如聚乙烯醇(PVA)之聚合物薄膜上所製備，該薄膜之形成係可藉由液晶化合物及二色性染料；習知技術已揭示，前述之薄膜藉由拉伸而可具有光學各向異性，或藉由液晶化合物之使用而可具有光學各向異性。
先前技術文件
文件1：韓國專利第2008-0077975號
文件2：韓國專利第0364504號
文件3：韓國專利第5707566號
本發明之目的係在於提供一種光學裝置以及一種光學板。
本發明之一態樣係提供包含一光學層之光學 裝置。在本發明中，「光學層」一詞可包含各種能表現光學預定光學功能之層，例如：入射光之相延遲，或係如偏光狀態之狀態之轉化。
該光學層可包含一區域(在文後中稱之為：位移區)，其中，該位移區中之複數光學軸或複數光吸收軸係依一方向位移。在本發明中，「光學軸」可指於各向異性區域中之緩慢軸或快速軸。前述中關於位移區中之複數光學軸或複數光吸收軸之方向可連續之改變。也就是說，連續改變之複數光學軸或複數光吸收軸之方向的意思是光學軸或光吸收軸形成之角度，可依一方向增長或減低。
圖1係釋例光學層之一上部型態。在圖1中，雙箭頭代表該光學層之光學軸或光吸收軸。在圖1中，當依逆時針方向測量時，形成於該光學軸或該光吸收軸之角度傾向於依一方向增長(例如：從圖1頂部跨越至底部之方向)。
在位移區中，其中該光學軸或光吸收軸之平均變化率係由式1定義。
【公式1】V=360/P
在公式1中，V代表平均變化率，以及P代表該位移區之節距。
在本發明中，「位移區之節距」係指依一方向而量測之長度，其必須在位移區中達成光學軸或光吸收軸360°旋轉，而位移區係指該光學軸或該光吸收軸形成之角度 依一方向持續增加或減少之區域。除別有其他定義外，長度之單位為毫米(mm)。因此，式1中的平均變化率(V)之單位係為(°)/mm。
例如，圖2顯示當依順時針方向測量時，該光 學軸或光吸收軸持續依一方向減少所形成之角度的示意圖(例如：如圖2所示之從頂部跨越至底部之方向)。在圖2中，位移區之節距(P)，其係依一方向量測之距離，其中，該光學軸或該光吸收軸之旋轉角度被要求達到360°。
在一位移區中，當該光學軸或光吸收軸之旋轉 角度未達360°時，其節距可藉由公式2中的位移區之角度A以及長度L計算之。其中，角度A之形成，係為當由一順時針或一逆時針方向量測時，由位移區終點上之光學軸或光吸收軸相對於位移區起始點上之光學軸或光吸收軸之旋轉角度。
【公式2】P=360×(L/A)
在公式2中，P係為位移區之節距，L係為位移區之長度；而角度A係指當由一順時針或一逆時針方向量測時，由位移區終點上之光學軸或光吸收軸相對於位移區起始點上之光學軸或光吸收軸旋轉所形成之角度。
在位移區中，依公式1計算之平均變化率係為0到5。根據本發明之另一實施例，其平均變化率可小於或等於4.5、4.0、3.5、3.0、2.5、2.0、1.5、1.0、或0.7。另外，前述之平均變化率亦可高於或等於0.1、0.2、或0.2。光學 層可設計成具有前述平均變化率，以使裝置達到預定之功效。
在本發明中，該光學層可為一單層。在本發明 中，「單層」一詞，係指排除由組合或疊層二個以上之層所形成之層之發明概念。例如：藉由兩個不同之層之組合而形成具有多樣之光學軸及光吸收軸，抑或是疊層偏光層以及延遲層之方法所形成之層，亦排除於單層之範疇。
根據本發明之一實施例中，於該些光學層之位 移區中具有不同光學軸或光吸收軸之區域間的介面可不存在。意即，光學軸或吸收軸基板上不間斷的變化，且在該光學層中並無觀察到區域之形成。
例如：「於光學層之位移區中具有不同光學軸 或光吸收軸之區域間的介面係不存在」意旨在位移區中之光學軸或光吸收軸的變化滿足於公式3。
【公式3】Y=a×X
在公式3中，「X」係由位移區之起始點依一產生光學軸或光吸收軸變化之方向起始點所測得之距離；「Y」係為光學軸或光吸收軸在「X」量測點相對於位移區之起始點之光學軸或光吸收軸變化之旋轉角度；以及「a」係為0至5間之整數。
在公式3中，該光學軸或該吸收軸之旋轉角度Y係依任一順時鐘或逆時鐘方向上相對於0°所測得之角度，前述之0°係設為於位移區起始點上之光學軸或吸收軸 之角度。在公式4中，於其他實施例中，a值係小於或等於4.5、4、3.5、3、2.5、2.0、1.5、1.0、或0.7。同時，亦可高於或等於0.1、0.2或0.2。
本發明可提供一光學裝置，其光學軸或光吸收軸變化滿足於公式3且不間斷地適用於不同功能之應用。
該位移區之旋轉角度係由下列公式4定義。
【公式4】φ=V×L
在公式4中，φ係為一旋轉角度，V係為一平均變化率，以及L係為該位移區之長度。
在公式4中，該平均變化率V係可藉由公式1計算之。
位移區之旋轉角度之範圍可依照不同之使用有光學裝置之應用而不同，例如：可大於或等於約10°、20°、30°、40°、50°、60°、70°、80°、90°、100°、110°、120°、130°、140°、150°、160°、170°、180°、190°、200°、210°、220°、230°、240°、250°、260°、270°、280°、290°、300°、310°、320°、330°、340°、或350°，但本發明並不限於此。該旋轉角度之上限係依據所需應用而做變更，例如：可小於或等於約1,000°、900°、或800°，但本發明並不限制於此。
前述之光學裝置之光學層之設置可包含如前述之一位移區，或必要時可包含二個位移區。另外，該光學裝置之光學層之設置可包含不同於位移區之區域，例 如：光學軸或光吸收軸僅依一方向均勻形成之區域，或該光學軸或該光吸收軸變化係不連續之區域。
該光學層可為相位延遲層或偏光層。當該光學 層為相位延遲層時，該光學層具有前述之光學軸特徵。另外，當光學層為偏光層時，該光學層具有前述吸收軸之特徵。
當該光學層為相位延遲層時，其相變化並沒有 特別限制，或當該光學層為偏光層時，其偏光效率並沒有特別限制。例如：前述之相變化或偏光效率係可依所需之應用，選用適當之材料而自由調整。
該光學層係為液晶聚合物層。在本發明中，「液 晶聚合物層」一詞係指由聚合性液晶化合物(以下稱之為反應性液晶原(RM))使其聚合形成之層。例如：該液晶聚合物層可由將聚合性液晶化合物聚合成該聚合性液晶化合物配向於一配向膜(將於文後敘述)之狀態下而形成。視需要時，該液晶層可更包含一習知附加元件，例如：一非聚合性液晶化合物、一聚合非晶化合物、一非聚合非晶化合物、一表面活化劑、或一均染劑。
前述用以形成液晶聚合物層之聚合性液晶化合物，俾可依應用目的之不同而選擇。例如：可選用具有層列相、向列相、或膽固醇相之化合物作為液晶化合物。
具有預定形態之光學層可藉由使用之具有前述特性之液晶化合物而有效率的形成。
舉例而言，如下述之【式1】表示之聚合性液晶化合物，可作為本發明之聚合性液晶化合物。
在式1中，A係為單鍵、-COO-、或-OCO-；R1到R10係分別獨立之氫、鹵素、烷基團、烷氧基團、烷氧羰基團、氰基團、硝基團、-O-Q-P、或由下式2所示之取代基；或在R1到R5之中之一對兩個相鄰之取代基或在R6到R10之中之一對兩個相鄰之取代基結合而形成一經-O-Q-P取代之苯環，其中R1到R10中至少一取代基為-O-Q-P或為下式2所示之取代基；或是在R1到R5中之一對兩個相鄰之取代基之至少一對與R6到R10中之一對兩個相鄰之取代基結合而形成一經-O-Q-P取代之苯環，其中，Q係為亞烷基團或烷叉基團(alkylidene group)，且P係為聚合性功能團，如烯基團、環氧基團、氰基團、羧基團、丙烯醯基團、(甲基)丙烯醯基團、丙烯醯基氧基團、或(甲基)丙烯醯基氧基團。
【式2】
在式2中，B係為單鍵、-COO-、或-OCO-； R11到R15係分別獨立之氫、鹵素、烷基團、烷氧基團、烷氧羰基團、氰基團、硝基團、或-O-Q-P；或R11到R15之中之一對兩個相鄰之取代基結合而形成一經-O-Q-P取代之苯環，其中R11到R15中至少一取代基為-O-Q-P；或R11到R15之中一對兩個相鄰之取代基結合而形成一經-O-Q-P取代之苯環，其中，Q係為亞烷基團或烷叉基團，且P係為聚合性功能團，如烯基團、環氧基團、氰基團、羧基團、丙烯醯基團、(甲基)丙烯醯基團、丙烯醯基氧基團、或(甲基)丙烯醯基氧基團。
在式1及式2中，「兩個相鄰之取代基結合而 形成一經-O-Q-P取代之苯環」可表示兩個相鄰取代基結合而形成經-O-Q-P取代之萘主鏈。
在式2中，在B左側所示「-」則代表B係直 接鍵結式1中之苯環。
在式1及式2中，「單鍵」一詞意味著由A或B 代表的基團中並沒有額外的原子存在。例如：當式1中的A為單鍵時，在A兩側之苯環則能直接鍵結而形成一聯苯基結構。
在式1及式2中，式中的鹵素可為，例如：氯、 溴、或碘。
除非有特別定義，則「烷基團」一詞則可為， 例如：具有1到20個碳原子、1到16個碳原子、1到12個碳原子、1到8個碳原子、1到4個碳原子之直鏈或支鏈之烷基團；或具有3到20個碳原子、3到16個碳原子、或4到12個碳原子之環烷基團。前述之烷基團係可選擇性被一個或多個取代基所取代。
除非有特別定義，「烷氧基團」一詞係可為， 例如：具有1到20個碳原子、1到16個碳原子、1到12個碳原子、1到8個碳原子、或1到4個碳原子之烷氧基團。 前述之烷氧基團可為直鏈式、支鏈式、或環狀。此外，前述之烷氧基團係可選擇性被一個或多個取代基所取代。
除非有特別定義，「亞烷基團」或「烷叉基團」 一詞係可為，例如，具有1到12個碳原子、4到10個碳原子、或6到9個碳原子之亞烷基團或烷叉基團。該亞烷基團或烷叉基團可為，例如，直鏈式、支鏈式、或環狀。此外，前述之亞烷基團或烷叉基團係可選擇性被一個或多個取代基所取代。
除非有特別定義，「烯基團」指一詞係可為， 例如，具有2到20個碳原子、2到16個碳原子、2到12個碳原子、2到8個碳原子、或2到4個碳原子之烯基團。 該烯基團可為，例如，直鏈式、支鏈式、或環狀。此外，前述之烯基團係可選擇性被一個或多個取代基所取代。
在式1及式2中，P係為，例如：丙烯醯基團、(甲基)丙烯醯基團、丙烯醯基氧基團、或(甲基)丙烯醯基氧基團；丙烯醯基氧基團，或(甲基)丙烯醯基氧基團；或丙烯醯基氧基團。
在本說明書中，該取代基可被某些特定功能基團所取代，且可包括烷基團、烷氧基團、烯基團、環氧基團、氧基團、氧雜環丁烷基(oxetanyl group)、硫醇基團(thiol group)、氰基團、羧基團、丙烯醯基團、(甲基)丙烯醯基團、丙烯醯基氧基團、(甲基)丙烯醯基氧基團、或芳香基團(aryl group)，但本發明並不限於此。
式1及式2中或於式2之殘基上可含有複數個-O-Q-P，例如，可存在於：R3、R8、或R13位置上。舉例而言，可彼此結合而形成經-O-Q-P取代之苯環之取代基亦可為R3及R4、或R12及R13。在式1之化合物或式2之殘基中，除了-O-Q-P或式2殘基之取代基、或除了彼此結合而形成一經-O-Q-P取代之苯環之外，取代基係可為，例如：氫、鹵素、具有1到4個碳原子之直鏈或支鏈之烷基團、含有直鏈或支鏈且具有1到4個碳原子之烷氧基團之烷氧羰基團、具有4到12個碳原子之環烷基團、具有1到4個碳原子之烷氧基團、氰基團、或硝基團。根據本發明之其他實施例，該取代基或該殘基可為氯、具有1到4個碳原子之直鏈或支鏈烷基團、具有4到12個碳原子之環烷基團、具有1到4個碳原子之烷氧基團、包含 一直鏈或支鏈且具有1到4個碳原子的烷氧基團之烷氧羰基、或氰基團。
前述之聚合性液晶化合物亦可由式1所代表 之，例如：包含1、2或其以上、1到10、1到8、1到6、1到5、1到4、1到3、或1到2個聚合性官能基團(P在式1或2中)。
在該偏光層之例子中，該光學層係為包含二色 性染料之液晶聚合物層、或向液性液晶層(LLC)。例如：該光學層之形成，可藉由將一聚合性液晶化合物聚合成一該聚合性液晶化合物及包含二色性染料之層配向於一配向膜(將於文後敘述)上的狀況下；或光學層之形成可藉由施加剪力(shear force)於一預定方向至向液性液晶而形成一層。
當該光學層為包含二色性染料之液晶聚合層 時，用於形成該聚合物層之該聚合性液晶化合物之種類，可依照所需之偏光層特性而適當的選擇。例如：可使用前述提及之該聚合性液晶化合物。
作為該光學層之該液晶聚合物層可包含二色 性染料。在本發明中，「染料」可指一可密集吸收及/或變形在可見光區域之至少一部分或全部區域的光之材料，例如：光波長為400nm到800nm，「二色性染料」一詞可指一可各相異性吸收部分或全部之可見光之材料。所有具有在可見光區(例如：400nm至800nm)最高吸收度之染料，基本上可做為該二色性染料而使用。例如：這類染料可包 含本技術領域習知之一偶氮染料(azo dye)或一葸醌染料(anthraquinone dye)。例如：一偶氮染料F355(註冊商標)、F357(註冊商標)、或F593(註冊商標)(皆購自Nippon Kankoh Shikiso KenkyushoLtd.)，或已知實質上能表現如前所述之偶氮染料相同功效之染料，均可用於本發明中，但本發明並不限於此。
例如，所有習知能沿液晶化合物配向方向配向 之染料且能表現前述之特性，均可作為該二色性染料。
該光學裝置可更包含一基層。例如：該光學裝 置更包含該基層，以及該光學層可配置形成於該基層之至少一表面上。視必要時，該光學層可形成於該基層之兩面上。圖3係該光學裝置之示意圖。在此，該光學裝置具有由一基層10以及一光學層20依序形成之結構。
該基層可由任何習知之材料所形成而沒有其 他特別之限制。例如：一無機薄膜，如一玻璃板、一結晶或非晶矽薄膜、或一石英或氧化銦錫(ITO)薄膜、或一塑膠薄膜等，皆可做為該基層。一光學同向性基層或一光學各向異性基層亦可作為該基層使用。
選自由以下組成之群組：三醋酸纖維素 (TAC)；環烯烴共聚物(COP)，如降莰烯之衍生物；聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)；聚碳酸酯(PC)；聚乙烯(PE)；聚丙烯(PP)；聚乙烯醇(PVA)；二乙醯基纖維素(DAC)；聚丙烯酸甲酯(Pac)；聚醚碸(PES)；聚二醚酮(PEEK)；聚苯碸(PPS)；聚醚醯亞胺(PEI)；聚萘二甲酸乙二醇酯 (PEN)；聚對苯二甲酸乙二酯(PET)；聚醯亞胺(PI)；聚碸(PSF)；聚丙烯酸酯(PAR)；以及一非晶氟樹酯之基層，可作為塑膠基層使用，但本發明並不限於此。視需要時，由金、銀、或如二氧化矽及一氧化矽之矽化合物等所形成之塗佈層，或一抗反射層亦可形成於該基層上。
該光學裝置更包含一配向膜。該配向膜可接觸 前述之光學層。例如：當該光學裝置更包含一基層，以及一光學層形成於該基層之一表面上時，該配向膜可形成介於該基層以及該光學層之間。
配向膜之種類並沒有特別限制，其只要能夠適 當的調整相鄰該配向膜之光學層之配向性質，例如：上述液晶化合物或二色性染料之配向。例如：光學配向膜亦可作為該配向膜。
該配向膜可包含一配向化合物，例如：光配向 化合物。在本發明中，「光配向化合物」一詞可指依光照射倒向於一預定方向且可配向相鄰之液晶化合物於一預定方向而具有導向狀態之化合物。該配向化合物可為一單分子化合物、單分子構造的化合物、一寡聚化合物、或一高分子化合物。
該光配向化合物可為一含一光感基團之化合 物。亦可使用各種本技術領域習知之可用於液晶化合物配向之不同的光配向化合物。例如：經由順/反光致異構化而導向之化合物；經由光裂解反應(如，斷鏈)或是光氧化等而導向之化合物；經由光交聯或光聚合(如，[2+2]環化加 成、[4+4]環化加成、或光偶合反應(photodimerization))等而導向之化合物；經由Photo Fries重排反應而導向之化合物；或經由環開/閉反應而導向之化合物，例如：均可作為該光配向之化合物。例如：經由順/反光致異構化而導向之化合物之例子可包含一偶氮化合物(例如：磺化重氮染料、偶氮聚合物)或二苯乙烯化合物；經由光裂解反應而導向之化合物之例子可包含環丁烷四甲酸二酐(環丁烷-1,2,3,4,-四甲酸二酐)、一芳香聚矽烷或聚酯、聚苯乙烯、或聚醯亞胺。另外，經由光交聯或光聚合等而導向之化合物之例子可包含桂皮酸酯化合物(cinnamate compound)、香豆素化合物(coumarin compound)、桂皮醯胺化合物(cinnamamide compound)、四氫酞醯亞胺化合物(tetrahydrophthalimide compound)、馬來醯亞胺化合物(maleimide compound)、二苯基酮化合物(benzophenone compound)、二苯乙炔化合物(diphenylacetylene compound)、具有查耳酮基團做為光感基團之化合物(以下稱之為查耳酮化合物)、或具有蒽基基團之化合物(以下稱之為蒽基化合物)，經由Photo Fries重排反應而導向之化合物之例子可包含如一苯甲酸酯化合物(benzoate compound)、苯並醯胺化合物(benzoamide compound)、甲基丙烯胺芳香基(甲基)丙烯酸酯化合物及其相似物等化合物；經由環開/閉反應而導向之化合物之例子可包括：經由[4+2]π-電子系統之環開/閉反應而導向之化合物，例如：螺吡喃化合物等等，但本發明並不限於此。
該光配向化合物可為一單分子化合物、一單體 化合物、一寡聚合化合物、或一聚合性化合物、或可為該光配向化合物及一聚合物之混合物。該寡聚合化合物或聚合性化合物可具有自前述之光配向化合物所衍生之基團或前述之位於主鏈或支鏈上之光敏基團。
具有自光配向化合物所衍生之基團或該光敏 基團之聚合物或可與該光配向化合物與之混合聚合物的例子，可包括：聚降冰片烯(polynorbornene)、聚烯烴(polyolefin)、聚丙烯酸酯(polyacrylate)、聚丙烯酸酯、聚(甲基)丙烯酸酯(poly(meth)acrylate)、聚醯亞胺(polyimide)、聚醯胺酸(poly(amic acid))、聚馬來醯亞胺(polymaleimide)、聚丙烯醯胺(polyacrylamide)、聚甲基丙烯醯胺(polymethacrylamide)、聚乙烯醚(polyvinyl ether)、聚苯乙烯(polystyrene)、聚矽氧烷(polysiloxane)、聚丙烯睛(polyacrylonitrile)、或聚甲基丙烯睛(poly(methacrylonitrile))，但本發明並不限於此。
可包含於該配向化合物中代表性之聚合物之 例子，可包括：聚降冰片烯桂皮酸酯(polynorbornene cinnamate)、聚降冰片烯烷氧基桂皮酸酯(polynorbornene alkoxy cinnamate)、聚降冰片烯烯丙氧基桂皮酸酯(polynorbornene allyloxyoxy cinnamate)、聚降冰片烯氟化桂皮酸酯(polynorbornene-fluorinated cinnamate)、聚降冰片烯氯化桂皮酸酯(polynorbornene-chlorinated cinnamate)、 或聚降冰片烯二桂皮酸酯(polynorbornene dicinnamate)，但本發明並不限於此。
前述之種種化合物可適當之選擇並作為該配 向化合物。然而，理想的是能利用具有可逆性質之配向化合物，使其能適當地誘使前述在該光學軸或光吸收軸上連續性的變化。在本發明中，「具有可逆性質之配向化合物」，例如：可意指一配向化合物，其特性在於由如照射直線性偏振光配向所決定之導向方向很可能因額外配向(例如：照射具有不同偏振方向之直線性偏振光)而有所影響。也就是說，該光學裝置可使用配向膜來形成，其係透過以不同種類之具有不同偏振方向之直線偏振光照射同一區域數次的製程所形成。此外，可使用具有可逆性質之化合物，並透過這樣的製程而形成適當的光學裝置。
本發明亦關於一光學面板。例如：該光學面板 可包含至少兩個前述之光學裝置。在該光學面板中，該兩個光學裝置呈相對設置，且可配置成能使相對設置之該些光學裝置之相對位置能夠調整。
在這樣的配置狀況下，光之透光度或偏光狀態 係可藉由調整該些光學裝置之相對位置而達成。
例如：當該光學裝置之光學層為偏光層時，及 該光學裝置之配置為光學層之該些光吸收軸相互垂直時，該光學面板之透光度則調整至最低程度。當該光學裝置之配置為光學層之該些光吸收軸相互平行時，該光學面板之透光度則調整至最大程度。同樣的，當該光學裝置之配置 為該些光吸收軸形成之角度介於0°以及90°之間時，可體現介於最小以及最大之透光程度之預定程度。另外，當該光學裝置之光學層係一相延遲層時，其傳輸光之偏光狀態以及透光度可依前述之光學軸關係而得到調整。圖4係光學裝置30之配置之一實施例，其中光學裝置之該些光學軸或該些光吸收軸係相互垂直；圖5則為光學裝置30之配置之一實施例，其中光學裝置之該些光學軸或該些光吸收軸係相互平行；圖6則為光學裝置30之配置之一實施例，其中光學裝置之該些光學軸或該些光吸收軸所形成之角度係介於0°以及90°之間。
在該光學面板之配置關係中，配置該些光學裝 置使其呈相對配置，使得該些光學裝置間之間距與光學裝置之相對位置可被調整之方法，並沒有特別限制。
本發明亦關於一偏光光罩。根據本發明之該偏 光光照可為，例如，可製作該光學裝置過程中使用，具體而言，在該配向膜於曝光過程中使用以製作出該光學裝置。
該偏光光罩可包含複數個偏光線，其包含複數 個以一預定方向(以下稱之為第一方向)相鄰配置之偏光區域。該些偏光線可彼此相鄰配設於一方向(以下稱之為第二方向)，該第二方向垂直於該第一方向。「垂直」一詞係指實質上之垂直狀態。例如：其角度範圍約70°到120°、約80°到100°、或約85°到95°亦屬於實質上垂直狀態之範圍內。
圖7係該偏光光罩之俯視圖。在圖7中，一垂 直方向代表第一方向，且一水平方向則代表第二方向。如圖7所示，該些第一偏光區域1011、1012、1013、1014、以及1015，其係在第一方向彼此相鄰配置且合併而形成一第一偏光線101，以及依第一偏光線101相同方法形成之第二至第五偏光線102、103、104、及105係在第二方向彼此相鄰配置。
在該些包含於該偏光光罩中之偏光線中，其中 至少一個偏光線可包含複數個具有不同透光軸方向之偏光區域。例如：於圖7中該些形成於偏光光罩之各個偏光區域1011到1015、2011到2015、3011到3015、4011到4015、以及5011到5015之透光軸之角度係如圖8所示(圖8中所示之各個偏光區域之數字)。本發明之偏光光罩中，各個偏光區域之透光軸之角度，可指相對於0°(其設定為該偏光光罩中偏光區域之其中一者之角度)依順時針及逆時針方向之其中一者所測量而得之角度。
參照圖8，在該些第一至第五偏光線101至105 中，該第二至第四偏光線102至104包含至少兩個偏光區域，其分別具有不同之透光軸方向。
在該偏光光罩中，至少一偏光線可具有一具有 形成於一預定方向(以下稱之為第一方向)之透光軸之第一偏光區域，以及一具有形成於一不同於第一方向之第二方向之透光軸之第二偏光區域。該第一及第二偏光區域可彼此相鄰配置。例如：參照圖7及圖8，該第二偏光線102 具有一透光軸，其中第二偏光區域1022以及第三偏光區域1023依不同之方向形成，且彼此相鄰配置。
在此情形下，由該第一偏光區域之透光軸方向(第一方向)以及由該第二偏光區域之透光軸方向(第二方向)形成之角度可為，例如：約15°至30°、約16°至29°、約17°至28°、約18°至27°、約19°至26°、約20°至25°、或約21°至24°之範圍內。
在該偏光光罩中，該些偏光線中至少有兩個偏光線具有不同的平均透光軸。在本發明中，「平均透光軸」一詞可指包含於該偏光線中全部偏光區域之透光軸之角度的平均值。例如：參照圖8，該第一偏光線之平均透光軸為0°，該第二偏光線之平均透光軸為4.5°，該第三偏光線之平均透光軸為9°，該第四偏光線之平均透光軸為13.5°，以及該第五偏光線之平均透光軸為22.5°。
該偏光光罩可包含一具有形成於一預定方向(以下稱之為第一方向)之平均透光軸之第一偏光線，以及一具有形成於不同於第一方向之第二方向之平均透光軸之第二偏光線。該第一及第二偏光線可彼此相鄰設置。
例如，圖8所示的例子為第一至第五偏光線101至105具有不同之平均透光軸之角度0°、4.5°、9°、13.5°、以及22.5°，且其在水平方向上呈相鄰之配置。
在圖8所示之例子中，該第一偏光線之平均透光軸上之方向(第一方向)與該第二偏光線之平均透光軸上之方向(第二方向)間所形成角度可為，例如：約1°至 20°之範圍內。依本發明之其他實施例，該角度可大於或等於約2°、約3°、或約3.5°。另外，根據本發明之其他實施例，該角度亦可小於或等於約19°、約18°、約17°、約16°、或約15°。
該偏光光罩可包含一增加或減少區域，其中該些偏光線之平均透光軸係在第二方向增加或減少。
例如：參照圖9所示之偏光光罩，該光罩包含由偏光線A至D形成之增加區域，其中該平均透光軸之角度由圖9左至右增加為72°、76.5°、81°、及90°，以及由偏光線D至H形成之減少區域，其中該平均透光軸之角度由圖9左至右減少為90°、85.5°、81°、76.5°、以及67.5°。
於增加或減少區域中之增加或減少率係可由下列公式7計算而得。
【公式7】R=Q/N
在公式7中，R代表增加或減少率，Q代表形成於一偏光線於第二方向上之增加或減少區域中其平均透光軸開始增加或減少之偏光線之平均透光軸、與一平均透光軸增加或減少停止之偏光線之平均透光軸間之夾角，以及N代表包含於增加或減少區域之偏光線之數目。
當該增加或減少率依公式7定義時，該增加或減少區域之該增加或減少平均傳輸率係基於順時鐘或逆時鐘方向計算而得。
例如，於由偏光線A至D所組成之增加區域之 增加率R，以及於由偏光線D至H所組成之該減少區域之減少率R之值為4.5，如圖9所示。
在該偏光光罩中，該增加率R或減少率R可 為，例如：約為1到10。根據本發明之另一實施例，該增加率R或減少率R可高於或等於約2、3、4或4.5。根據本發明之另一實施例，該增加率R或減少率R亦可低於或等於約9、8、7、6或5.5。
在公式7中，Q可於約70°至120°、約80°至 100°、或85°到95°的範圍內。在公式7中，N亦可為約5至30的範圍內。根據本發明之另一實施例，N可為約7到28、9到26、11到24、或13到22的範圍內。
當使用該偏光光罩時，其可形成一配向膜，且 其可用於形成上述之該光學層。
在該偏光光罩中，其偏光線之寬度(係根據第 二方向之量測值)及長度(係根據第一方向之量測值)並沒有特限制，且可依預定之應用而作不同的調整。例如：該偏光線之寬度範圍可在約1mm到20mm之範圍內。另外，該偏光線之長度範圍，例如可約30mm到70mm。
另外，於每一偏光罩之偏光線中，偏光區域之 數量並沒有特別限制。例如：可依預定之配向效率而選擇約2至20個偏光區域。
如上所述，製作出偏光光罩之方法並沒有特別 限制。例如：可結合複數個聚乙烯醇(PVA)偏光板或複數 個線柵偏光器(WGP)而製作出偏光光罩。
根據本發明之一實施例，該光罩可被維持於一 彎曲狀態。例如：當於曝光製程時使用該光罩使經照射之物體表面被維持於一彎曲狀態時，該偏光光罩則必須被維持於一彎曲狀態。
例如：該被照射物體之表面維持於彎曲狀態之 例子，可亦包含被照射物體在捲對捲之製程中而被光照射。在本發明中。「捲對捲」一詞包含所有以光照射被照射物體且以滾輪連續地傳輸該被照射物體，滾輪係如引導滾筒、傳輸筒、或捲繞筒。在捲對捲之過程中，以光照射之被照射物體之方法可實施於，例如：被照射物體經纏繞而呈現一筒之狀態。當該被照射之物體使用此以光照射之方法時，該被照射之物體固定時，則該被照射物體能有效率地被光所照射。
圖10係描述被照射物體50之被光照射之製 程，其係透過使用捲對捲製程之偏光光罩40手段。如圖10之所示，該被照射之物體50係經纏繞進入一筒60，使該被照射之物體50可維持於一彎曲狀態，並經光照射後達到此彎曲狀態。
表面維持於一彎曲狀態之光罩型態(例如：該 光罩之曲率半徑)並無特別限制，且可選擇以適當的光照射該被照射物體。例如：該光罩之曲率半徑可被調整成對應於表面維持於彎曲狀態之該被照射物體之曲率半徑。例如：當該光罩維持於彎曲狀態時，該光罩之一可透射支撐 結構可具有約10mm至500mm之曲率半徑。
另外，本發明亦揭示一用於以光照射被照射物體之設備或一用於製作一光學裝置之製作設備。在此，該設備包括該偏光光罩。藉由製作設備所製作而成之光學裝置可為上述之光學裝置。
例如：該製作設備可包含一夾持單元，係用於夾持該偏光光罩以及該被照射物體。於該裝置中，該偏光光罩以及該夾持單元之配置，可為能使被照射物體相對於偏光光罩之相對位置能夠依第一方向移動，也就是說，係偏光線之長度方向。
在該裝置中，該夾持單元之種類並沒有特別限制，以及可包含所有設計成能夠在被照射物體被光照射時穩定維持其該被照射物體之任何裝置。
該夾持單元可為一於夾持該被照射物體使被照射物之表面維持於一彎曲狀態之裝置。前述之裝置可如一用於前述捲對捲製程之滾筒，但本發明並不限於此。當用於夾持該被照射物體之裝置可夾持該被照射物體並使其表面維持於一彎曲狀態時，該光罩亦可包含於該裝置中且維持於彎曲狀態。在這樣的狀況下，該光罩可包含該裝置中使得該光罩之彎曲型態得以對應於用已夾持被照射物體裝置之彎曲表面。
該裝置可更包含一光源，用以照射光於該偏光光罩上。該光源之使用並沒有特別限制，只要能以光於該偏光光罩之方向上照射被照射物體。例如：當進行該光學 配向膜之配向或以偏光光罩對光阻進行曝光時，一高壓水銀UV燈、金屬鹵燈、或鎵UV燈可作為光源之使用，使其作為能夠照射紫外光(UV)之光源。
另外，該裝置可更包含至少一光聚集板，以調 整其由光源照射之光量。例如：該聚集板可包含於該裝置之內部，使光源所照射的光能入射且聚集於光聚集板上，且該偏光光罩可被經集中後的光照射。於相關技藝領域中被廣泛的使用光聚集板可做為本發明之光聚集板，只要其能集中由光源照射出的光。該光聚集板之例子可包含一雙凸透鏡層，或其相似物。
當該裝置具有前述之配置關係時，該裝置可 以，例如：包含依序配置之一光源、一光聚集板、一偏光光罩、以及一夾持單元。因此，從該光學照射之光則能首先入射於以及聚集於光聚集板上，然後可再度入射於該偏光光罩上，然後通過該偏光光罩使被照射物體之表面能被光照射。
本發明亦直接關於一光照射方法，或製作光學 裝置之方法。根據本發明之實施例，該方法可使用前述之裝置體現。
例如：該方法可包含：配置一配向膜(例如：一 光學配向膜)於該偏光光罩下；以及藉由該偏光光罩之手段以光照射該配向膜。前述之操作可為，例如：藉由調整在第一方向(例如：偏光線之長度方向)上之該配向膜相對於該偏光光罩之相對位置。
本發明亦提供一配向膜，其能夠體現前述之光 學裝置。例如：參照圖9所示之該配向膜。該偏光光罩之下部具有如圖9所示之圖案，當於第一方向(圖示上之垂直方向)上移動適當的配向膜以使偏光光罩下部曝光時，例如，通過偏光線A之該配向膜之一區域係依序以具有偏振角度67.5°、67.5°、90°、67.5°、以及67.5°之線性偏振光曝光。以相同方式通過該偏光線B至H之配向膜之區域亦依序以以具有對應於各個偏光區域之透光軸方向之偏振角度之線性偏振光曝光。如同上述提及的，當該些偏光線具有不同之平均透光軸時，該些偏光線則能以預定規則而配置。因此，通過每一偏光線之下部之配向膜區域則具有一方向位移，其係依每一偏光線之該些偏光區域之平均透光軸以及配置關係而得。因此，形成於偏光區域上之光學層的光學軸或光吸收軸則可藉由上述之配置關係而體現。
在這樣的過程中，該配向膜以及該偏光光罩於 第一方向上之相對位置之位移率並沒有特別限制，只要能夠達成適當之配向即可。例如：該位移率可為約5m/min以下。根據本發明之另一實施例，該位移率可小於或等於約4m/min或約3m/min。另外，該位移率可為，例如：大於或等於約0.5m/min，或約1m/min。
如前所述，其曝光過程中，作為被照射物體之該配向膜之表面可維持於彎曲狀態。
該光學裝置係可如前文所述之將光學層形成於該配向膜之上所製作。形成光學層之方法並沒有特別之 限制。例如：該光學層之形成可藉由將一包含前述之聚合性液晶化合物及/或二色性染料之層形成於配向膜上，然後配向該層並使用例如罩光或提供熱等方法提供能量於該層。
如此一來，形成包含該液晶化合物及/或二色 性染料形成之層及配向該層之方法，也就是說，依照設置於該層下方之該配向膜之配向圖案對該層進行配向之方法，或定向之液晶化合物之聚合方法，並沒有特別之限制。 例如：於適當溫度下將一層維持在可根據該液晶化合物及/或二色性染料之種類而定向之方法，來進行配向。另外，可使用像是如照光或施加熱之方法進行聚合，使得適當之交聯或聚合能夠依照液晶化合物之種類而進行。
根據本發明之揭示內容，係提供一包含光學層 之光學裝置，其中光學層中之光學軸或光吸收軸係連續性的位移。例如：本發明之光學裝置可應用於需要調整熱、光、強光之量的區域，例如建築物或交通工具之窗戶或屏障物等，另外亦可有效地應用於光學軸或光吸收軸需連續性變化之其他各種裝置上。
10‧‧‧基層
20‧‧‧光學層
30‧‧‧光學裝置
101,102,103,104,105,A,B,C,D,E,F,G,H‧‧‧偏光線
1011至1015、2011至2015、3011至3015、4011至4015、5011至5015‧‧‧偏光區域
40‧‧‧偏光光罩
50‧‧‧被照射物體
60‧‧‧夾持單元
圖1至3係根據本發明之一實施例之光學裝置概念示意圖。
圖4至6係根據本發明之一實施例之光學裝置之排列概念示意圖。
圖7至9係根據本發明之一實施例之偏光光罩示意圖。
圖10係根據本發明之一實施例之光學裝置配置示意圖。
圖11及圖12係本發明之一實施例之偏光光罩示意圖。
圖13及圖14係本發明之一實施例之光學層之光學軸之變化示意圖。
以下所述之實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於以下所述之實施例。
實施例1
偏光光罩之製作
將傳統線柵偏光器(WGP)係以橫向以及縱向切割成長度10mm，以製作形成偏光區域用之WGP片。於此後，貼附五個WGP片(偏光區域)而形成一個偏光線，因而製作出一偏光光罩。在這樣的狀況下，該偏光光罩之該些偏光區域之透光軸配置係如圖11以及圖12所示。圖11以及圖12列出之數字代表各個區域之該些透光軸之角度。也就是說，參照圖11，該五個WGP片配置於最上層之區域，使其透光軸為0°，以及16個偏光線段係配置於該最外層區域的下方。最後將如圖11所示之光罩頂點區域貼附於如圖12所示之光罩底層區域，以製作出之偏光光罩。
配向膜之製作
將混合物溶解於甲苯溶劑中使配向化合物具 有2重量百分比之固體濃度，以製作配向膜前驅物。在此，前述之混合物係藉由將包含如韓國專利號1064585揭示之包含桂皮酸酯之配向化合物(聚降冰片烯)與適量之光起始劑(Igacure 907)混合所形成。於此之後，於乙烯對苯二甲酸酯(PET)薄膜之一表面上塗佈前述之前驅物，以及於適當溫度下乾燥之。而後，於移動乾燥層以通過製作好之偏光光罩之下部區域時，自偏光光罩頂部照射紫外線光(1,200mJ/cm2)於該乾燥層上，因而形成一配向膜。參照圖11以及圖12，該配向膜之移動係由圖左至圖右，以及該移動率係維持於約2.5m/min。
光學裝置之製作
藉由將聚合性液晶化合物(由BASF商業出產之LC242)與適量之光起始劑(Igacure 907)混合而獲得之塗佈溶液，塗佈於配向膜上以形成適當之厚度，而後照射紫外線(30mW/cm2)，使塗佈層根據形成於該塗佈層下方之該配向膜之配向圖案配向，進而形成光學層並因而製作光學裝置。圖13係描繪以此方式形成之光學層之光學軸之分佈示意圖，圖14則為以光學層之水平方向作為X軸(TD軸)以及以光學軸(慢軸)之一角度作為Y軸(延遲配向)之示意圖。在圖14中，Y軸之單位係度(°)，以及X軸之單位係毫米(mm)。如圖13及14所示，可以觀察到在所形成之光學層中，相對各個區域間並無介面之生成且該些光學軸係由規律之位移。
實施例2
藉由紫外線之照射而形成之配向膜，並依循實施例1所揭示之相同方法則能製作出光學層，因而製作出光學裝置，除了該配向膜之移動率變更為約1m/min。圖14顯示該光學層之水平方向作為X軸並以該光學軸(慢軸)之角度作為Y軸，且同時顯示實施例1之結果。如圖14之所示，其結果幾乎重疊於實施例1之結果。由這樣的結果來看，在所形成之光學層中，相對各個區域間並無介面之生成且該些光學軸係由規律之位移。
實施例3
光學裝置之製作方式與實施例1所揭示之方式相同，除了塗佈溶液係混合偶氮係二色性染料，其係根據聚合性液晶化合物之配向而配向並具有於可見光區(400nm至800nm)之最高吸收值，並使用包含聚合性液晶化合物形成之塗佈溶液。在這樣的光學裝置中，所形成之光學層，其光吸收軸係藉由該二色性染料以與實施例1相似之光學軸分佈方式進行連續性的位移。
實施例4
光學裝置之製作係與實施例2所揭示之方式相同，除了塗佈溶液係混合偶氮係二色性染料，其係根據聚合性液晶化合物之配向而配向並具有於可見光區(400nm至800nm)之最高吸收值，並使用包含聚合性液晶化合物形成之塗佈溶液。在這樣的光學裝置中，所形成之光學層，其光吸收軸係藉由該二色性染料以與實施例1相似之光學軸分佈方式進行連續性的位移。

Claims (10)

  1. 一種光學裝置，包括：一光學層，其包含一位移區；其中，該位移區中之複數光學軸或複數光吸收軸係依一方向而變化；其中，該些光學軸或該些光吸收軸之平均變化率(V)係介於0度/毫米到5度/毫米之間，且由公式1所定義：【公式1】V=360/P其中V代表平均變化率，且V的單位為度/毫米，以及P代表該位移區之節距，且P的單位為毫米。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之光學裝置，其中，於該位移區之該光學軸或該光吸收軸之變化係滿足下列公式3：【公式3】Y=a×X其中，「X」係為以該位移區之起始點依一方向所量測之距離，且X的單位為毫米；「Y」係為該光學軸或該光吸收軸在「X」量測點相對於該位移區之起始點之該光學軸或該光吸收軸之旋轉角度，且Y的單位為度；及「a」則代表於0到5之間之整數，且a的單位為度/毫米。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之光學裝置，其中，該光學層係一單層。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之光學裝置，其中，該位移區具有40度以上之旋轉角度φ，其係藉由下列公式4所 計算：【公式4】φ=V×L其中「φ」係旋轉角度，且φ的單位為度；「V」係平均變化率，且V的單位為度/毫米；及「L」係該位移區之長度，且L的單位為毫米。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之光學裝置，其中，該光學層係一液晶聚合物層。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之光學裝置，其中，該光學層係一向液性液晶層或一包含一二色性染料之液晶聚合物層。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之光學裝置，更包含一基層，該光學層係形成於該基層之一表面上。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之光學裝置，更包含一配向膜，其係與該光學層接觸。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之光學裝置，其中，該配向膜包含一具有可逆性之配向化合物。
  10. 一種光學面板，包含兩個由申請專利範圍第1項所述之兩個光學裝置，該些光學裝置係呈相對配置，使該些光學裝置之相對位置位移，並藉由該相對位置之變化調整光線的透光度或偏光狀態。
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