TW201502602A - 偏極化光罩 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種偏極化光罩以及一種用於製造一光學裝置的儀器及方法。該偏極化光罩能夠用來製造包括光學層之光學裝置，其中該光學層之光軸或吸光軸連續地進行偏移。由此所製造的光學裝置可用來在電子裝置(像是顯示裝置)中調整光線的特性，或可用於需要在光軸或吸光軸上連續變化之各種不同的應用，包括建築物或汽車的窗戶或遮光鏡。

Description

偏極化光罩
本發明係關於一種偏極化光罩、以及一種用於製造一光學裝置的儀器及方法。
像是遲滯膜或偏光片的光學裝置可為，例如，用於在顯示裝置中調整光線特性，或用於包括建築物或汽車中的窗戶或遮光鏡之各種不同的應用中。
如同在所屬技術領域中所習知的，這類光學裝置包括一藉由吸附及配向一二色性染料於一聚合物膜(像是聚乙烯醇(PVA))上所得到的薄膜、一利用一液晶化合物及一二色性染料所製得的薄膜、一藉由延長方法所賦予光學各向異性的薄膜、或一利用一液晶化合物所賦予光學各向異性的薄膜。
專利文獻
專利文件1：未經審查的韓國專利申請案公開號第2008-0077975號
專利文件2：韓國專利第0364504號
專利文件3：美國專利第5,707,566號
本發明提供一種偏極化光罩、以及一種用於製 造一光學裝置的儀器及方法。
本發明的一態樣提供一種包括一光學層的光 學裝置。在本發明中，「光學層」可包括各種形成以執行所需的光學功能之膜層，例如，入射光的相位遲滯、或在狀態(像是偏極化態)上的變化。
該光學層可包括該光軸或吸光軸在一方向上 偏移之一區域(下文中意指一偏移區)。在本發明中，「光軸」一詞可意指在一各向異性中的一慢軸或一快軸。在該光學層的偏移區中之該光軸或該吸光軸的方向可持續變化。在該光軸或該吸光軸的方向上的持續變化可意指由該光軸或該吸光軸所形成的角度可在一方向上增加或減少。
圖1係一示範性光學層的上部形狀之示意圖。 在圖1中，一雙箭頭表示該光學層的光軸或吸光軸。在圖1中，當在一逆時針方向上所測量的，由該光軸或吸光軸所形成的角度傾向於在一方向(亦即，如圖1所示之由頂部跨至底部的一方向)上增加。
在該偏移區中，該光軸或吸光軸的平均變化率可由下列方程式1所決定。
[方程式1]V=360/P
在方程式1中，V表示一平均變化率，以及P表示該偏移區的一間距(pitch)。
在本發明中，「一偏移區的間距」一詞意指在一方向上所測得之在一偏移區中該光軸或吸光軸達成360 度旋轉所需之長度，該偏移區係其中由該光軸或吸光軸所形成的角度在一方向上持續增加或減少的一區域。除非另外特別定義，在本發明中，毫米(mm)可用來作為長度的單位。因此，在方程式1中該平均變化率V的單位可為度(度)/mm。
例如，圖2係一示意圖，顯示在一順時針方向 上所測量，由該光軸或吸光軸所形成的角度在一方向(亦即，如圖2所示之由頂部跨至底部的一方向)上持續減少的一區域。在圖2中，該區域的一間距(亦即，在一方向上所測得之該光軸或吸光軸達成360度旋轉所需的距離)係由P所表示。
在一偏移區中，當沒有達成該光軸或吸光軸之 360度旋轉時，該間距的計算可藉由將該偏移區的一角度A及一長度L用於下列方程式2中。於本發明中，角度A係在順時針及逆時針方向中的一者上所測量，由該偏移區的終點之該光軸或吸光軸相對於該偏移區的起點之該光軸或吸光軸之旋轉。
[方程式2]P=360×(L/A)
在方程式2中，P表示一偏移區的一間距，L表示該偏移區的一長度，以及A表示在順時針及逆時針方向中的一者上所測量，由該偏移區的終點之該光軸或吸光軸相對於該偏移區的起點之該光軸或吸光軸之旋轉所形成的一角度。
在該偏移區中，在方程式1中所計算之平均變 化率可大於0或小於或等於5。依據另一示範性實施例，該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。又，該平均變化率可大於或等於0.1、0.2、或0.2。一光學層可設計為具有上述平均變化率因而得到一適合於所需應用的裝置。
在本發明中，該光學層可為一單層。在本發明 中，「單層」一詞可用來表示排除由裝配或堆疊兩層以上的膜層所形成的膜層之概念。例如，一由裝配至少兩層具有不同的光軸或吸光軸之不同的膜層所形成的膜層、或利用堆疊一極化層及一遲滯層的方法所形成的膜層係排除於該單層的範疇，以形成經連續偏移的光軸或吸光軸。
依據一示範性實施例，在該光學層的偏移區之 具有不同的光軸或吸光軸之區域間未觀察到界面。亦即，可實質上完全連續地達成在一光軸或吸光軸上的變化，而於該光學層中沒有區域(domain)可被觀察到。
例如，「在該光學層的偏移區之具有不同的光軸或吸光軸之區域間未觀察到界面」的表述可意指在該偏移區之該光軸或吸光軸上的變化滿足下列方程式3。
[方程式3]Y=a×X
在方程式3中，X表示一由偏移區的起點至發生光軸或吸光軸上變化之一方向上所測得的距離，Y表示一由在所測量的位置X上之該光軸或吸光軸相對於該偏移區 之起點之該光軸或吸光軸旋轉所得到的角度，以及a係一大於0且小於或等於5的整數。
在方程式3中，該光軸或吸光軸的旋轉角度Y 係一在順時針及逆時針方向中的任一者上所測得相對於0度之角度，0度係設定為該偏移區之起點的該光軸或吸光軸之角度。在方程式4中，在另一示範性實施例中，a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。又，a可大於或等於0.1、0.2、或0.2。
可提供一光學裝置，其中在該光軸或吸光軸上的變化滿足方程式3且連續地達成以適用於所欲的應用。
可依據下列方程式4來決定該偏移區的旋轉角度。
[方程式4]φ=V×L
在方程式4中，φ表示一旋轉角度，V表示一平均變化率，以及L表示該偏移區的長度。
在方程式4中，該平均變化率V可依據方程式1來進行測量。
該偏移區的旋轉角度之範圍可在考量所使用之該光學裝置之應用而決定，並可為，例如，大於或等於大約10度、20度、30度、40度、50度、60度、70度、80度、90度、100度、110度、120度、130度、140度、150度、160度、170度、180度、190度、200度、210度、220度、230度、240度、250度、260度、270度、280度、290 度、300度、310度、320度、330度、340度、或350度，然本發明不以此為限。該旋轉角度的上限亦可依據所欲的應用來進行決定，以及可為，例如，小於或等於大約1,000度、900度、或800度，然本發明不以此為限。
該光學裝置之光學層可配置為僅包括一個如 上所述之偏移區，或必要時可包括兩個偏移區。又，該光學裝置的光學層可配置為包括一偏移區之外的區域，例如，其中該光軸或吸光軸一致地形成於單一方向上之一區域、或其中在該光軸或吸光軸上的變化不連續地形成之一區域。
該光學層可為一相位延遲層或一偏極化層。當 該光學層係一相位延遲層時，該光學層可具有如上所述的光軸。又，當該光學層係一偏極化層，該光學層可具有如上所述的吸光軸。
當該光學層係相位延遲層時，其相位差沒有限 制；或者當光學層係偏極化層時，其偏極化效率沒有限制。 例如，可在考量所欲的應用下，藉由選擇一適當的原料以自由地調整該相位差或偏極化效率。
該光學層可為一液晶聚合物層。在本發明中， 「液晶聚合物層」一詞可意指藉由聚合一聚合性液晶化合物(意指作為一反應性液晶原(RM))所形成的一膜層。例如，該液晶聚合物層可藉由在該聚合性液晶化合物於一配向膜上(將於下文中描述)進行配向的狀態下聚合聚合性液晶化合物而形成。該液晶聚合物層可視情況更包括一習知的額 外組份，例如，一非聚合性液晶化合物、一聚合性非晶性化合物、一非聚合的晶性化合物、一界面活性劑、或一均染劑。
可依據目的來適當地選擇用以形成該液晶聚 合物層的聚合性液晶化合物。例如，一具有層列相(smectic phase)、向列相(nematic phase)或一膽固醇相的化合物可用以作為該液晶化合物。
可利用展現上述特性的液晶化合物以更有效地形成一具有所欲形狀的光學層。
由下列式1所表示的一聚合性液晶化合物可為，例如，用來作為聚合性液晶化合物。
式1中，A表示一單鍵、-COO-、或-OCO-， 以及R1至R10各自獨立地為氫、一鹵素、一烷基、一烷氧基、一烷氧基羰基、一氰基、一硝基、-O-Q-P或由下列式2所表示的取代基，或者R1至R5中成對的兩個相鄰之取代基或R6至R10中成對的兩個相鄰之取代基一起形成一經-O-Q-P取代的苯環，只要該些取代基R1至R10中的至少一者係-O-Q-P或一下列式2的取代基，或者R1至R5中成對的兩個相鄰之取代基以及R6至R10中成對的兩個相鄰之取 代基中之至少一者一起形成一經-O-Q-P取代的苯環，其中Q係一亞烷基(alkylene group)或一烷叉基(alkylidene group)，以及P係一聚合性官能基，像是一烯基、一環氧基、一氰基、一羧基、一丙烯醯基、一(甲基)丙烯醯基、一丙烯醯基氧基、或一(甲基)丙烯醯基氧基。
在式2中，B係一單鍵、-COO-或-OCO-， 以及R11至R15各自獨立地為氫、一鹵素、一烷基、一烷氧基、一烷氧基羰基、一氰基、一硝基或-O-Q-P，或者R11至R15中成對的兩個相鄰之取代基一起形成一經-O-Q-P取代的苯環，只要該些取代基R11至R15中的至少一者係-O-Q-P，或者R11至R15中成對的兩個相鄰之取代基一起形成一經-O-Q-P取代的苯環，其中Q係一亞烷基或一烷叉基，以及P係一聚合性官能基，像是一烯基、一環氧基、一氰基、一羧基、一丙烯醯基、一(甲基)丙烯醯基、一丙烯醯基氧基、或一(甲基)丙烯醯基氧基。
在式1及2中，「兩個相鄰之取代基一起形成 一經-O-Q-P取代的苯環」的表述可意指兩個相鄰的取代基一起形成一經-O-Q-P取代的萘主幹。
在式2中，在B的左側所標示的「-」可意指 B直接鍵結至該式1的苯環。
在式1及2中，「單鍵」一詞意指沒有額外的 原子存在於一由A或B所表示的基團(moiety)中。例如，當在式1中的A係一單鍵時，在A的兩側上所配置的苯環可直接進行鍵結以形成一聯苯結構。
在式1及2中，可用於此處的鹵素可包括，例 如，氯、溴或碘。
除非本發明另外特別定義，「烷基」一詞可意 指，例如，一具有1至20個碳原子、1至16個碳原子、1至12個碳原子、1至8個碳原子、或1至4個碳原子之直鏈或支鏈的烷基、或一具有3至20個碳原子、3至16個碳原子、或4至12個碳原子的環烷基。該烷基可選擇性經一或多個取代基所取代。
除非本發明另外特別定義，「烷氧基」一詞可 意指，例如，一具有1至20個碳原子、1至16個碳原子、1至12個碳原子、1至8個碳原子、或1至4個碳原子的烷氧基。該烷氧基可為直鏈、支鏈或環狀的。又，該烷氧基可選擇性經一或多個取代基所取代。
除非本發明另外特別定義，「亞烷基」或「烷 叉基」一詞可意指，例如，一具有1至12個碳原子、4至10個碳原子、或6至9個碳原子的亞烷基或烷叉基。該亞烷基或烷叉基可為，例如，直鏈、支鏈或環狀的。又，該亞烷基或烷叉基可選擇性經一或多個取代基所取代。
除非本發明另外特別定義，「烯基」一詞可意 指，例如，一具有2至20個碳原子、2至16個碳原子、2至12個碳原子、2至8個碳原子、或2至4個碳原子的烯基。該烯基可為，例如，直鏈、支鏈或環狀的。又，該烯基可選擇性經一或多個取代基所取代。
在式1及2中，P可為，例如，一丙烯醯基、 一(甲基)丙烯醯基、一丙烯醯基氧基、或一(甲基)丙烯醯基氧基；一丙烯醯基氧基或一(甲基)丙烯醯基氧基；或一丙烯醯基氧基。
在本說明書中，可經某些官能基取代的取代基 可包括一烷基、一烷氧基、一烯基、一環氧基、一氧代基、一氧雜環丁烷基(oxetanyl group)、一硫醇基、一氰基、一羧基、一丙烯醯基、一(甲基)丙烯醯基、一丙烯醯基氧基、或一(甲基)丙烯醯基氧基或一芳基，然本發明不以此為限。
在式1及2或式2的殘基中存在的複數個的- O-Q-P可為，例如，存在R3、R8或R13的位置。例如，可一起形成一經-O-Q-P取代的苯環的該些取代基亦可為R3及R4、或R12及R13。在式1的化合物或式2的殘基中，-O-Q-P或式2的殘基之外的取代基、或一起形成苯環的取代基之外的取代基可為，例如，氫、一鹵素、一具有1至4個碳烷子之直鏈或支鏈的烷基、一含有一具有1至4個碳烷子之直鏈或支鏈的烷氧基之烷氧基羧基、一具有4至12個碳原子的環烷基、一具有1至4個碳原子的烷氧基、一氰基、或一硝基。依據另一示範性實施例，該些取代基或殘基可為氯、一具有1至4個碳烷子之直鏈或支鏈的烷 基、一具有4至12個碳原子的環烷基、一具有1至4個碳原子的烷氧基、一含有一具有1至4個碳烷子之直鏈或支鏈的烷氧基之烷氧基羧基、或一氰基。
可由下列式1所表示的聚合性液晶化合物可包 括，例如，1個、2個以上、1至10個、1至8個、1至6個、1至5個、1至4個、1至3個、或1至2個聚合性官能基(在式1或2中的P)。
在該偏極化層的情況下，該光學層可為包括一 二色性染料的液晶聚合物層、或一溶致液晶(LLC)層。例如，該光學層可藉由聚合性液晶化合物及包括二色性染料的膜層於配向膜(將於下文中描述)上進行配向的狀態下聚合一聚合性液晶化合物而形成，或上述光學層的形成可藉由在一所欲的方向上施予一剪力至溶致液晶以形成一膜層。
當該光學層係一包括一二色性染料的液晶聚 合物層，可在考量該偏極化層的所欲性能下，適當地選擇用以形成該聚合物層的聚合性液晶化合物之種類。例如，上述種類的聚合性液晶化合物可用於本發明。
供作為該光學層的液晶聚合物層可包括一二 色性染料。在本發明中，「染料」一詞可意指一材料，其可在可見光區的至少一部分或完整的範圍內(例如，400nm至800nm的波長)，強烈地吸收及/或變形光線之光線，以及「二色性染料」一詞可意指一可各向異性地吸收在可見光區的至少一部分或完整的範圍內之光線的材料。在可見光區的範圍內(例如，400nm至800nm的波長)具有最大吸光度之 所有種類的染料基本上可用來做為該二色性染料。例如，在所屬技術領域中所習知的，這類染料包括一偶氮染料或一蒽醌染料。例如，一偶氮染料F355(註冊商標)、F357(註冊商標)或F593(註冊商標)(Nippon Kankoh Shikiso kenkyusho Ltd)、或習知實質上可展現與如上所述的偶氮染料相同的效用之染料的種類亦可用於本發明，然本發明不以此為限。
例如，習知可隨著一液晶化合物的配向而進行 配向而展現上述特性的所有種類的染料可用來作為該二色性染料。
該光學裝置可更包括一基底層。例如，該光學 裝置更包括該基底層，且可配置該光學層以形成於該基底層的至少一表面上。該光學層可視情況形成於該基底層的兩個表面上。圖3係一顯示該光學裝置的一示範性實施例之示意圖。在本發明中，該光學裝置具有一依序形成基底層10及光學層20的結構。
該基底層可由一習知的材料所形成而沒有特 別限制。例如，像是一玻璃板、一結晶性或非晶性矽膜、或一石英或銦錫氧化物(ITO)膜的一無機膜、或一塑膠膜可用來作為該基底層。一光學等向性基底層或一光學各向異性基底層可用來作為該基底層。
包括擇自下列所構成的群組中的至少一者之 基底層可用來作為該塑膠基底層：三乙醯纖維素(TAC)；一環烯烴共聚物(COP)，像是一降莰烯衍生物；聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)；聚碳酸酯(PC)；聚乙烯(PE)；聚丙烯(PP)；聚 乙烯醇(PVA)；二乙醯纖維素(DAC)；聚丙烯酸酯(Pac)；聚醚碸(PES)；聚醚醚酮(PEEK)；聚苯碸(PPS)；聚醚醯亞胺(PEI)；聚萘二甲酸乙二酯(PEN)；聚對苯二甲酸乙二酯(PET)；聚醯亞胺(PI)；聚碸(PSF)；聚芳香酯(PAR)，以及一非晶性氟樹脂，然本發明不以此為限。必要時，在該基底層上可存在一塗層，像是一由金、銀、或一矽化合物(像是一二氧化係或一氧化矽)所形成的一塗層、或一抗反射層。
該光學裝置可更包括一配向膜。該配向膜可形 成於與上述光學層相接觸。例如，當該光學裝置更包括一基底層、且一光學層形成於基底層的一表面上時，該配向膜可存在於基底層及該光學層之間。
任何種類的配向膜可用來作為該配向膜，只要 它們可適當地調整鄰近該配向膜的光學層之配向即可，例如，上述液晶化合物或該二色性染料之配向。例如，一光學配向膜可用來作為該配向膜。
該配向膜可包括一配向化合物，例如，一光配 向化合物。在本發明中，「光配向化合物」可意指一化合物，其藉由光照射而定向於一預定方向上且可以一經定向的狀態將鄰近的液晶化合物配向於一預定方向上。該配向化合物可為一單分子化合物、一單體化合物、一寡聚化合物、或一聚合化合物。
該光配向化合物可為一含有一光敏基團的化 合物。可用來配向該液晶化合物之各種不同種類的光配向化合物係所屬技術領域中所習知的。例如，一由順-反光異 構化所定向的化合物；一由光裂解(像是鏈斷裂)或光氧化所定向的化合物；一由光交聯或光聚合所定向的化合物，像是[2+2]環加成、[4+4]環加成或光二聚化；一由光-夫裏士重排(photo-Fries rearrangement)所定向的化合物；或一由開環/閉環反應所定向的化合物可為，例如，用來作為該光配向化合物。例如，由順-反光異構化所定向的化合物之例子可包括一偶氮化合物，像是一磺酸化重氮基染料或一偶氮聚合物、或一茋化合物，以及由光裂解所定向的化合物之例子可包括環丁烷四甲酸二酐(環丁烷-1,2,3,4-四甲酸二酐)、一芳香族聚矽烷或聚酯、聚苯乙烯、或聚亞醯胺。又，由光交聯或光聚合所定向的化合物之例子可包括一桂皮酸酯化合物、一香豆素化合物、一桂皮醯胺化合物、四氫酞醯亞胺化合物、一順丁烯二亞醯胺化合物、一二苯基酮化合物、一二苯乙炔化合物、一具有一查耳酮基基團(chalconyl moiety)作為一光敏基團的化合物(下文中意旨一查耳酮化合物)、或一具有一蒽基部分的化合物(下文中意旨為一蒽基化合物)，由光-夫裏士重排所定向的化合物之例子可包括芳香族化合物，像是一苄酸酯(benzoate)化合物、一苯并醯胺(benzoamide)化合物、一甲基丙烯酸醯胺芳基甲基丙烯酸酯(methacrylamidoaryl(meth)acrylate)化合物、及諸如此類，以及由開環/閉環反應所定向的化合物之例子包括一由[4+2]π-電子系統之開環/閉環反應所定向的化合物，像是一螺吡喃(spiropyran)化合物等，然本發明不以此為限。
該光配向化合物可為一單分子化合物、一單體 化合物、一寡聚化合物、或一聚合化合物，或可為該光配向化合物及一聚合物的摻雜物。就此，該寡聚或聚合化合物可具有衍生自上述光配向化合物的基團或上述光敏基團於其一主鏈或側鏈中。
具有衍生自該光配向化合物的基團或該光敏 基團或可與該光配向化合物混合的聚合物之例子可包括一聚降莰烯(polynorbornene)、一聚烯烴(polyolefin)、一聚丙烯酸酯(polyacrylate)、一聚丙烯酸酯(polyacrylate)、一聚甲基丙烯酸酯(poly(meth)acrylate)、一聚醯亞胺(polyimide)、一聚醯胺酸(poly(amic acid))、一聚順丁烯二醯亞胺(polymaleimide)、一聚丙烯醯胺(polyacrylamide)、一聚甲基丙烯醯胺(polymethacrylamide)、一聚乙烯醚(polyvinyl ether)、一聚乙烯酯(polyvinyl ester)、一聚苯乙烯(polystyrene)、一聚矽氧烷(polysiloxane)、一聚丙烯腈(polyacrylonitrile)、或一聚甲基丙烯腈(poly(methacrylonitrile))，然本發明不以此為限。
可包括於該配向化合物中的聚合物之代表性 例子可包括聚降莰烯桂皮酸酯(polynorbornene cinnamate)、聚降莰烯烷氧基桂皮酸酯(polynorbornene alkoxy cinnamate)、聚降莰烯烯丙氧基氧基桂皮酸酯(polynorbornene allyloxyoxy cinnamate)、聚降莰烯-氟化桂皮酸酯(polynorbornene-fluorinated cinnamate)、聚降莰烯-氯化桂皮酸酯(polynorbornene-chlorinated cinnamate)、或聚降莰烯二桂皮酸酯(polynorbornene dicinnamate)，然本發明不以此為 限。
可適當地選擇上述化合物的種類且用來作為 該配向化合物。然而，為了於該光軸或吸光軸上適當地包括如上所述之連續變化，最好是使用一具有可逆性的配向化合物。在本發明中，「具有可逆性的化合物」之表述可意指，例如，一配向化合物，其由配向(像是利用線性偏極化光線的照射)所決定的一定向方向可由額外的配向(例如，利用於一不同的方向上偏極化之線性偏極化光線的照射)所影響且偏移之特性。亦即，該光學裝置的形成可利用如上所述之利用一於不同的方向上偏極化之不同種類的線性偏極化光線照射該相同區域數次的製程所形成之配向膜。該具有可逆性的化合物可透過這類製程而用來形成一適當的光學裝置。
本發明提供一種光學面板。例如，該光學面板 可包括至少兩個如上所述的光學裝置。在該光學面板中，該兩個光學裝置可配置為面對彼此，以及可進行配置而使得配置為面對彼此的該些光學裝置可進行偏移。
在這類配置中，可藉由偏移該些光學裝置的相 對位置來調整光線的透射率或偏極化狀態。
例如，當該光學裝置的光學層係一偏極化層， 且該光學裝置係配置而使得該光學層的吸光軸彼此垂直時，該光學面板的透射率被可調整至最小範圍。當配置該光學裝置而使得該光學層的吸光軸彼此平行時，該光學面板的透射率可調整至最大範圍。又，當配置該光學裝置而使由 該些吸光軸所形成的角度大於0度且小於90度時，可實現一介於該最小及最大透射率之間的一預定程度之透射率。 又，當該光學裝置的光學層係一相位延遲層時，可藉由調整如上所述之該些光學軸的關係來調整所透射的光線之偏極化狀態及透射率。圖4顯示其中配置一光學裝置30而使得該光學裝置之光軸或吸光軸彼此垂直的一例子，圖5顯示配置一光學裝置30而使得該光學裝置之光軸或吸光軸彼此平行的一例子，以及圖6顯示配置一光學裝置30而使得由該光學裝置之光軸或吸光軸所形成的角度大於0度且小於90度的一例子。
在該光學面板的配置中，配置光學裝置為彼此 面對，使得介於該些光學裝置之間的間距以及該光學裝置的相對位置可進行偏移之方法沒有特別限制。
本發明係關於提供一種偏極化光罩。依據本發 明的該偏極化光罩可為，例如，在製造該光學裝置的期間使用，更具體而言，在暴露該配向膜以製造該光學裝置之期間。
該偏極化光罩可包括偏極化線，該偏極化線包 括於一預定方向(下文中意指為一第一方向)上彼此鄰近配置之複數個偏極化區。該偏極化線可於一垂直於該第一方向的方向(下文中意指為一第二方向)上彼此鄰近配置。就此，「垂直」一詞意指一大致上垂直(vertical/perpendicular)的狀態。例如，大約70度至120度、大約80度至100度、或大約85度至95度的一角度範圍亦可落入大致上垂直的範疇 中。
圖7係一由上方所觀察的該偏極化光罩之示意 圖。在圖7中，一垂直方向表示一第一方向，以及一水平方向表示一第二方向。如圖7所示，於該第一方向上彼此鄰近配置的該第一偏極化區1011、1012、1013、1014及1015進行結合以形成一第一偏極化線101，並以相同於該第一偏極化線101中的方法所形成之第二至第五偏極化線102、103、104及105於一第二方向上相鄰地配置。
在包括於該偏極化光罩中之複數個偏極化線 中，至少一偏極化線可包括具有不同的透射軸方向之偏極化區。例如，如圖7所示之在該偏極化光罩的各個偏極化區1011至1015、2011至2015、3011至3015、4011至4015、以及5011至5015中由透射軸所形成的角度顯示於圖8(在圖8所示的各個偏極化區中的數字)中。參見在本發明中之該偏極化光罩的各個偏極化區之透射軸的角度，該些角度可意指於一順時針及逆時針方向上相對於0度所測得的角度，其中0度係設定為該偏極化光罩的該偏極化區中的一者之角度。
參見圖8，在該第一至第五偏極化線101至105 中，該第二至第四偏極化線102至104包括至少兩個具有不同的透射軸方向之偏極化區。
在該偏極化光罩中，至少一偏極化線可具有一 第一偏極化區，該第一偏極化區具有一透射軸形成於一預定方向(下文中意指為一第一方向)上，以及一第二偏極化區， 該第二偏極化區具有一透射軸形成於與該第一方向相異的第二方向上。該第一及第二偏極化區可彼此鄰近配置。例如，參見圖7及8，該第二偏極化線102具有一透射軸，其中該第二偏極化區1022及該第三偏極化區1023形成於不同方向上且彼此鄰近配置。
在此情況下，一由該第一偏極化區的透射軸方 向(一第一方向)與該第二偏極化區的透射軸方向(一第二方向)所形成的角度之範圍可為，例如，大約15度至30度、大約16度至29度、大約17度至28度、大約18度至27度、大約19度至26度、大約20度至25度、或大約21度至24度。
在該偏極化光罩中，該些偏極化線中的至少兩 者可具有不同的平均透射軸。在本發明中，「平均透射軸」一詞可意指包括於該偏極化線中的所有偏極化區之透射軸的角度之平均值。例如，參見圖8，該第一偏極化線的平均透射軸係0度，該第二偏極化線的平均透射軸係4.5度，該第三偏極化線的平均透射軸係9度，該第四偏極化線的平均透射軸係13.5度，且該第五偏極化線的平均透射軸係22.5度。
該偏極化光罩可包括一第一偏極化線，其具有 一平均透射軸形成於一預定方向(下文中意指為一第一方向)上，以及一第二偏極化線，其具有一平均透射軸形成於與該第一方向相異的第二方向上。該第一及第二偏極化線可彼此鄰近配置。
例如，圖8顯示一實施例，其中該第一至第五 偏極化線101至105具有0度、4.5度、9度、13.5度及22.5度之不同的平均透射軸並於一水平方向上鄰近配置。
在圖8所示的實施例中，在該第一偏極化線的 平均透射軸之方向(一第一方向)與該第二偏極化線的平均透射軸之方向(一第二方向)之間所形成的角度之範圍可為，例如，大約1度至20度。依據另一示範性實施例，該角度可大於或等於大約2度、大約3度、或大約3.5度。又，依據另一示範性實施例，該角度可小於或等於大約19度、大約18度、大約17度、大約16度、或大約15度。
該偏極化光罩可包括一增加或減少區，其中該 偏極化線之平均透射軸在第二方向上增加或減少。
例如，參見如圖9所示的示範性偏極化光罩， 該光罩包括一由偏極化線A至D所形成的一增加區，其中自圖9的左側至右側該平均透射軸增加至72度、76.5度、81度及90度，以及一由偏極化線D至H所形成的一減少區，其中自圖9的左側至右側該平均透射軸減少至90度、85.5度、81度、76.5度及67.5度。
在這類增加或減少區中的增加或減少率可依 據下列方程式7來決定。
[方程式7]R=Q/N
在方程式7中，R表示一增加或減少率，Q表示一角度形成於：其平均透射軸係於配置於該第二方向上 的該增加或減少區中增加或減少之偏極化線的一平均透射軸，以及其平均透射軸的增加或減少被停止之偏極化線的一平均透射軸之間，且N表示包括於該增加或減少區中之該偏極化線的數量。
當該增加或減少率係依據方程式7所定義時， 可基於順時針及逆時針方向中的一者以決定於該增加或減少區之平均透射軸之增加或減少。
例如，如圖9所示，在由該偏極化線A至D所 組成的增加區中的增加率R及在由該偏極化線D至H所組成的減少區中的減少率R為4.5。
在該偏極化光罩中，該增加率R或減少率R的 範圍可為，例如，大約1至10。依據另一示範性實施例，該增加率R或減少率R可大於或等於大約2、3、4、或4.5。 依據另一示範性實施例，該增加率R或減少率R亦可小於或等於大約9、8、7、6、或大約5.5。
在方程式7中，Q的範圍可為大約70度至120 度、大約80度至100度、或大約85度至95度。在方程式7中，N的範圍亦可為大約5至30。依據另一示範性實施例，N的範圍可為大約7至28、9至26、11至24、或13至22。
當使用如此配置的該偏極化光罩，可以形成一可用於形成如上所述的光學層之配向膜。
在該偏極化光罩中，該偏極化線的寬度(在第二方向上所測得的數值)及長度(在第一方向上所測得的數值)沒有特別限制，且可依據所欲的應用來進行決定。例如， 該偏極化線的寬度範圍可為大約1mm至20mm。又，該偏極化線的長度範圍可為，例如大約30mm至70mm。
又，包括於該偏極化光罩的各個該偏極化線中 的偏極化區之數目沒有特別限制。例如，考量所欲的配向效率等，可適當地選擇大約2至10個偏極化區。
如上所述，一種製造一偏極化光罩的方法沒有 特別限制。例如，可結合複數個聚乙烯醇(PVA)偏光片或線柵偏光器(WGP)來製造該偏極化光罩。
依據一示範性實施例，該光罩可維持呈一彎曲 狀。例如，當在使用光罩的光照製程中將照射體的表面維持彎曲狀時，需將該偏極化光罩維持於一彎曲狀。
例如，其表面維持彎曲狀的該照射體之例子可 包括在一連續滾壓製程(roll-to-roll process)期間內以光線照射的一照射體。在本發明中，「滾壓製程」一詞包含利用一滾筒(像是一導輥、一轉印輥、或一捲繞輥)連續移動該照射體的同時利用光線照射一照射體之各種製程。在該連續滾壓製程中，利用光線照射一照射體的方法可為，例如，在該照射體捲繞於一滾筒的狀態下進行。當使用此方法利用光線照射該照射體時，可在該照射體被固定的狀態下有效地利用光線照射該照射體。
圖10係說明使用連續滾壓製程且藉由偏極化光罩40的方式，利用光線照射一照射體50的製程之示意圖。如圖10所示，該照射體50捲繞於一滾筒60而使得該照射體50的一表面維持彎曲狀，因此可在此彎曲狀態下以光線 進行照射。
其表面維持一彎曲狀的該光罩之形狀，例如，該光罩的曲率半徑，沒有特別限制，並可進行選擇以使用適當的光線照射該照射體。例如，可將該光罩的曲率半徑調整為對應於其表面維持一彎曲狀的該照射體之曲率半徑。例如，當該光罩維持彎曲狀時，該光罩之可傳輸的支撐結構之曲率半徑可為大約10mm至500mm。
又，本發明係關於提供一種利用光線照射一照射體的儀器或一種用於製造一光學裝置的儀器。於本發明中，該儀器包括該偏極化光罩。由該製造儀器所製造的光學裝置可為上述光學裝置。
例如，該製造儀器可包括一保持單元，其係安裝以保持該偏極化光罩及該照射體。在該儀器中，可配置該偏極化光罩及該保持單元，使對應於該偏極化光罩之照射體之相對位置可在第一方向上移動，亦即，一偏極化線的長度方向。
在該儀器中，該保持單元的種類沒有特別限制，且可包括設計以於利用光線照射該照射體的同時穩定地維持該照射體之各種裝置。
該保持單元可為一種配置以保持一照射體之一表面維持彎曲狀之狀態之裝置。這類裝置的例子可包括一用於上述連續滾壓製程中的滾筒，然本發明不以此為限。當配置以保持照射體的裝置，其可保持照射體之一表面維持彎曲狀時，該光罩亦可以維持彎曲狀的狀態包括於該裝 置中。在此情況下，該光罩可包括於該裝置中而使得該光罩的彎曲形狀可對應於配置以保持照射體之裝置之彎曲形狀。
該裝置可更包括一配置以利用光線照射該偏 極化光罩之光源。可使用該光源而沒有特別限制，只要其可用來在該偏極化光罩的方向上利用光線照射一照射體即可。例如，當藉由該偏極化光罩的方法進行該光學配向膜的配向或一光阻劑的光線照射時，一高壓汞UV燈、一金屬鹵化物燈或一鎵UV燈可用來作為該光源而供作為一能夠照射紫外線(UV)的光源。
又，該裝置可更包括至少一集光板以調整由該 光源所照射的光線量。例如，該集光板可包括於該裝置的內側而使得由該光源所照射的光線可入射並集中至該集光板上，以及可利用所集中的光線來照射該偏極化光罩。在所屬技術領域中所廣泛使用的集光板可用來作為該集光板，只要其可形成以集中由該光源所照射的光線即可。該集光板的例子可包括一雙凸透鏡層等。
當該裝置具有如上所述的構形時，該裝置可包 括，例如，依序配置的一光源、一集光板、一偏極化光罩以及一保持單元。因此，由該光源所照射的光線可首先入射並集中至該集光板上，且接著可再入射至該偏極化光罩上，並可通過該偏極化光罩而使光線照射一照射體的一表面。
本發明係提供一種光線照射的方法或一種用 於製造一光學裝置的方法。依據一示範性實施例，可利用上述裝置來執行該方法。
例如，該方法可包括配置一配向膜(例如，一光 學配向膜)於該偏極化光罩下並藉由該偏極化光罩的方法利用光線照射該配向膜。該方法的操作可為，例如，藉由於一第一方向(亦即，一偏極化線的一長度方向)上偏移相對於該偏極化光罩之該配向膜之相對位置來進行。
經由該些操作可提供能夠實現上述光學裝置 之配向膜。例如，將參照圖9來說明該配向膜。當具有如圖9所示的模式之該偏極化光罩的下部暴露於光線而於一第一方向(在圖中的垂直方向)上偏移一適當的配向膜時，例如，通過偏極化線A之配向膜之一區域依序地暴露於線性偏極化光線，其中該線性偏極化光線在67.5度、67.5度、90度、67.5度及67.5度的角度上偏極化。通過偏極化線B至H之配向膜之區域以相同的方式依序暴露於線性偏極化光線，其中該線性偏極化光線在對應於各個偏極化區的透射軸方向之角度上偏極化。如上所述，當該偏極化線具有不同的平均透射軸，於預定的規則下配置該偏極化線。因此，通過各個偏極化線的下部之該配向膜的區域具有依據各個偏極化線的偏極化區之配置及平均透射軸而進行偏移的定向方向。結果，可藉由上述構形實現形成於該偏極化區上的光學層之光軸或吸光軸。
在此製程中，在第一方向上該配向膜及該偏極 化光罩之間的相對位置之偏移率沒有特別限制，只要可達 成適當的配向即可。例如，該偏移率可為小於大約5m/min。依據另一示範性實施例，該偏移率可小於或等於大約4m/min、或大約3m/min。又，該偏移率可為，例如，大於或等於大約0.5m/min、或大約1m/min。
如上所述，該光照製程可於該配向膜的一表面維持彎曲狀之狀態下進行。
該光學裝置的製造可藉由形成一光學層於如上所述所形成的該配向膜上。形成一光學層的方法沒有特別限制。例如，該光學層的形成可藉由：形成一包括上述聚合性液晶化合物及/或二色性染料的膜層於一配向膜上，配向該膜層並使用一方法將能量提供給該膜層，譬如利用光線照射或施予熱能。
就此，形成一包括液晶化合物及/或二色性染料的膜層，以及配向該膜層(亦即，依據安排於該膜層下方的該配向膜之配向模式以定向該膜層)的方法，或聚合一經定向的液晶化合物的方法沒有特別限制。例如，該配向可依據該液晶化合物及/或二色性染料的種類，於可定向該膜層之適當溫度下以維持該膜層之方法而進行。又，該聚合的進行可依據該液晶化合物及/或二色性染料的種類而使用像是光線照射或施予熱能的方法，其中，可誘導適當的交聯或聚合。
依據本發明，提供一種偏極化光罩，其能夠用來製造包括光學層之光學裝置，其中該光學層之光軸或吸光軸連續地進行偏移。例如，依據本發明所製造的光學裝 置可用來在電子裝置(像是顯示裝置)中調整光線的特性，或可用於需要在一光軸或吸光軸上連續變化之各種不同的應用，包括建築物或汽車的窗戶或遮光鏡。
10‧‧‧基底層
20‧‧‧光學層
30‧‧‧光學裝置
101，102，103，104，105，A，B，C，D，E，F，G，H‧‧‧偏極化線
1011至1015，2011至2015，3011至3015，4011至4015，5011至5015‧‧‧偏極化區
40‧‧‧偏極化光罩
50‧‧‧照射體
60‧‧‧保持單元
圖1至3係顯示依據本發明的一示範性實施例之光學裝置的示意圖。
圖4至6係顯示依據本發明的一示範性實施例之光學裝置之配置的示意圖。
圖7至9係顯示依據本發明的一示範性實施例之偏極化光罩的示意圖。
圖10係一顯示依據本發明的一示範性實施例之光學裝置之構形的示意圖。
圖11及12係用於描述一用於實施例中的偏極化光罩之示意圖。
圖13及14係說明在一於實施例中所製備的光學層之光軸上的變化之示意圖。
下文中，將參照實施例詳細地描述上述內容。然而，本發明不以下述的實施例為限。
實施例1
偏極化光罩的製造
以橫向且10mm的縱長來切割一傳統的線柵偏光器(WGP)以製備用於一偏極化區的WGP片。接著，貼附5 個WGP片(偏極化區)以形成一偏極化線，藉此製造一偏極化光罩。在此情況下，如圖11及12所示以設立該偏極化光罩的偏極化區之透射軸的配置。在圖11及12中所列舉的數字表示各個區域的透射軸之角度。亦即，參見圖11，將該5個WGP片配置於最上區以具有一0度的透射軸，以及將16個偏極化線配置於該最上區之下。最終藉由將圖11中所示的光罩之頂部區域貼附至圖12中所示的該光罩之底部區域而製造該偏極化光罩。
配向膜的形成
一配向膜前驅物的製造係藉由將一混合物溶 解於一甲苯溶液中而使得一配向化合物的固體濃度為2重量百分比。在本發明中，藉由將該配向化合物聚降莰烯(如同在韓國專利第1064585號中所揭示之含有一桂皮酸酯基團)與一適量的光起始劑(Igacure 907)進行混合而得到一混合物。接著，將一聚對酞酸乙二酯(PET)膜的一表面塗佈該前驅物，以及於一適當的溫度下進行乾燥。接著利用紫外光(1,200mJ/cm2)自該偏極化光罩的頂部照射該經乾燥的膜層，同時使該經乾燥的膜層移動通過所製造的偏極化光罩之下方區域，藉此形成一配向膜。參見圖11及12，可自圖式的左側至右側而達成如上所述之的移動，而移動率維持為大約2.5m/min。
光學裝置的製造
於一配向膜上將一藉由將一聚合性液晶化合物(由BASF所獲得的商規LC242)與一適量的光起始劑 (Igacure 907)進行混合所得到混合物塗佈至一適當的厚度，並利用紫外光(30mW/cm2)進行照射，所得到的塗佈層依據形成於該塗佈層下方的配向層之配向模式進行配向，以形成一光學層，藉此製造一光學裝置。圖13係一顯示以此方式形成的光學層之光軸的分佈之示意圖，且圖14係利用該光學層的水平方向做為該X軸(TD軸)以及該光軸(一慢軸)的角度做為該Y軸(遲滯配向)的示圖。在圖14中，該Y軸的單位係度(度)，而該X軸的單位係毫米(mm)。如圖13及14所示，可見光學層形成，其中介於各個區域之間沒有觀察到界面，且該些光軸規律地偏移。
實施例2
以紫外光照射以形成一配向膜，一光學層係以相同於實施例1的方法進行製造，藉此製造一光學裝置，除了將該配向膜的移動率更改為大約1m/min。圖14係利用該光學層的水平方向做為該X軸且該光軸(一慢軸)的角度做為該Y軸，並且結合實施例1的結果。在圖14所顯示的圖形中，可以觀察到圖14的結果幾乎與實施例1的結果重疊。由此事實，亦可見得光學層形成，其中介於各個區域之間沒有觀察到界面且該些光軸規律地偏移。
實施例3
一光學裝置係以相同於實施例1的方法來進行製造，除了使用將偶氮系二色性染料(其係根據一聚合性液晶化合物的配向以進行配向，且在可見光區(400nm至800nm)中具有最大吸光率)與包括該聚合性液晶化合物的塗佈 溶液混合後所獲得之塗佈溶液。在這類光學裝置中，藉由該二色性染料以相似於實施例1中光軸的分佈之方法形成一光學層，且該光學層之吸光軸連續偏移。
實施例4
一光學裝置係以相同於實施例2的方法進行製造，除了使用將偶氮系二色性染料(其係根據一聚合性液晶化合物的配向以進行配向，且在可見光區(400nm至800nm)中具有最大吸光率)與一包括該聚合性液晶化合物的塗佈溶液進行混合所得到的塗佈溶液。在這類光學裝置中，藉由該二色性染料以相似於實施例2中光軸的分佈之方法形成一光學層，且該光學層之吸光軸連續偏移。
101、102、103、104、105‧‧‧偏極化線
1011至1015、2011至2015、3011至3015、4011至4015、5011至5015‧‧‧偏極化區

Claims (18)

  1. 一種偏極化光罩，包括複數個偏極化線，該複數個偏極化線包括：複數個偏極化區，其依據一第一方向彼此鄰近配置，且該複數個偏極化線係依據一垂直於該第一方向的第二方向彼此鄰近配置；該偏極化線中至少一者包括其透射軸彼此相異的該偏極化區；以及該偏極化線中至少兩者具有彼此相異之平均透射軸。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之偏極化光罩，其中該偏極化線包括：一第一偏極化區，該第一偏極化區的透射軸形成於一第一方向；以及一第二偏極化區，該第二偏極化區配置鄰近於該第一偏極化區，且該第二偏極化區的透射軸形成於一與該第一方向相異的第二方向。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之偏極化光罩，其中由該第一方向及該第二方向所形成之一角度的範圍係自15度至30度。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之偏極化光罩，包括一第一偏極化線，該第一偏極化線的一平均透射軸形成於一第一方向，以及一第二偏極化線係配置以鄰近於該第一偏極化線，且該第二偏極化線的一平均透射軸形成於一與該第一方向相異的第二方向。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之偏極化光罩，其中由該第一方向及該第二方向所形成之一角度的範圍係自1度至20度。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之偏極化光罩，包括一增加或減少區，其中該偏極化線的該平均透射軸係依據該第二方向增加或減少。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之偏極化光罩，其中由下方程式7所定義之一增加或減少率的範圍係自1至10：[方程式7]R=Q/N其中「R」表示一增加或減少率，「Q」表示一角度形成於：其平均透射軸係於依據該第二方向之該增加或減少區中開始增加或減少之偏極化線之一平均透射軸，以及其平均透射軸之增加或減少被停止之偏極化線之一平均透射軸之間；且「N」表示包括於該增加或減少區中之該偏極化線的數量。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之偏極化光罩，其中「Q」的範圍係自70度至120度。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之偏極化光罩，其中「N」的範圍係7至28。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之偏極化光罩，該偏極化光罩之一表面係形成一彎曲狀。
  11. 一種用於製造一光學裝置的儀器，包括：如申請專利範圍第1項所述之偏極化光罩；以及一保持單元，安裝該保持單元以保持一照射體，配置該偏極化光罩及該保持單元，以依據該第一方向偏移對應於該偏極化光罩之該照射體之相對位置。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之儀器，其中該保持單元係裝設以保持該照射體，以保持該照射體使該照射體的一表面維持一彎曲狀的狀態。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之儀器，更包括一光源，其係配置以向著該偏極化光罩發射線性偏極化光線。
  14. 一種用於製造一光學裝置的方法，包括：配置一光學配向膜於如申請專利範圍第1項所述之偏極化光罩下；以及利用光線經該偏極化光罩照射該光學配向膜，並依據該第一方向偏移對應於該偏極化光罩之該光學配向膜之相對位置。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之方法，其中該光學配向膜對應於該偏極化光罩的相對位置之偏移速率不超過5m/min。
  16. 如申請專利範圍第14項所述之方法，其中該光學配向膜係在該光學配向膜的一表面維持於一彎曲狀的狀態下，利用光線經由該光罩進行照射。
  17. 如申請專利範圍第14項所述之方法，更包括：形成一膜層，該膜層包括一聚合性液晶化合物於該光學配向膜上，並在利用光線進行照射後聚合該聚合性液晶化合物。
  18. 如申請專利範圍第14項所述之方法，更包括：形成一膜層，該膜層包括一聚合性液晶化合物以及一二色性染料於該光學配向膜上，並在利用光線進行照射後聚合該聚合性液晶化合物。
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