專利名稱：圓形偏振光控制光學(xué)元件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種圓形偏振光控制光學(xué)元件及其制造方法，該圓形偏振光控制光學(xué)元件是從無偏振光中抽取右旋或右旋圓偏振光的元件。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)的這種圓形偏振光控制光學(xué)元件具備帶膽甾醇規(guī)則性的液晶層(也稱膽甾醇液晶層)，該液晶層在規(guī)定的反射波長(zhǎng)帶區(qū)反射與該螺旋構(gòu)造的節(jié)距(螺旋節(jié)距)對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)的右旋或左旋圓形偏振光的一種，其余光則透過。在本說明書中所稱的‘液晶層’術(shù)語在光學(xué)領(lǐng)域意味著具有液晶性質(zhì)的層，而層的狀態(tài)除了有流動(dòng)性的液晶相狀態(tài)外，還包含保護(hù)液晶相所持的分子配列并被固化的固相狀態(tài)。
這種圓形偏振光控制光學(xué)元件廣泛應(yīng)用于液晶顯示板上，反射波長(zhǎng)帶區(qū)一般多要求是跨越整個(gè)可見光區(qū)的范圍的帶區(qū)。
目前而言，使這種圓形偏振光控制光學(xué)元件的反射波長(zhǎng)帶區(qū)變寬的手法已知的是將具有不同中心反射波長(zhǎng)的液晶層以多層重疊的方法。另外，還已知有使用能夠間歇式(連續(xù)式)改變螺旋節(jié)距的膽甾醇液晶材料，沿厚度方向改變其螺旋節(jié)距的方法(美國(guó)專利第5691789號(hào)說明書及特開平6-281814號(hào)公報(bào))。此外，如特開平10-319235號(hào)公報(bào)及特開平11-44816號(hào)公報(bào))所揭示的那樣，將2層膽甾醇液晶聚合物層重疊后，通過熱處理間歇地改變螺旋節(jié)距的方法。
然而，在上述現(xiàn)有的手法中，對(duì)于將多層具有不同中心反射波長(zhǎng)的液晶層重疊的方法而言，由于以各層的反射波長(zhǎng)帶區(qū)簡(jiǎn)單地結(jié)合來決定整體反射波長(zhǎng)帶區(qū)，因此例如在使整個(gè)可見光區(qū)域作為反射波長(zhǎng)帶區(qū)的情況下，就必須將多層液晶層重疊起來。因此，在此情況下，存在不能無視在各液晶層間的重疊界面處產(chǎn)生的反射影響，并降低光學(xué)特性的問題。
對(duì)于使用能夠間歇式(連續(xù)式)改變螺旋節(jié)距的膽甾醇液晶材料的方法，由于用單一液晶層拓寬反射波長(zhǎng)帶區(qū)，因此，雖然具有能夠使圓形偏振光反射率為一定程度的優(yōu)點(diǎn)，但此方法中，液晶材料必須包含非架橋性的液晶分子(美國(guó)專利第5691789號(hào)說明書)，或者包含色素(特開平6-281814號(hào)公報(bào))。因此，存在的問題是耐熱性差，而且因液晶層上帶色會(huì)使光學(xué)特性下降。
此外，對(duì)于將2層膽甾醇液晶聚合物層重疊進(jìn)行熱處理的方法，因要進(jìn)行高溫?zé)崽幚恚虼艘壕Р牧媳仨毦哂心蜔嵝?，存在的問題是液晶材料的種類受到限制。另外，因?yàn)橐壕Ь酆衔飳拥慕雍辖缑嬉坏┚酆匣m然光學(xué)界面不會(huì)完全消失，但在存在這種界面的大多數(shù)情況下，均存在光學(xué)特性下降的問題。
再者，在上述方法中使用的液晶材料都不是反應(yīng)性液晶，在拓寬反射波長(zhǎng)帶區(qū)后，固定液晶層構(gòu)造是困難的，若要再次加熱，會(huì)出現(xiàn)該液晶層構(gòu)造變化的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明人針對(duì)上述這些問題進(jìn)行的長(zhǎng)期銳意的研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，由于具有膽甾醇規(guī)則性的液晶層內(nèi)外硬化度不同，找到了以簡(jiǎn)單的方法使液晶層內(nèi)為均勻螺旋節(jié)距的膽甾醇相構(gòu)造轉(zhuǎn)變成在液晶層內(nèi)螺旋節(jié)距連續(xù)地變化的膽甾醇相構(gòu)造。
本發(fā)明是以上述發(fā)現(xiàn)為基礎(chǔ)，其目的提供在拓寬反射波長(zhǎng)帶區(qū)的場(chǎng)合下，界面反射不會(huì)引起光學(xué)特性下降的圓形偏振光控制光學(xué)元件及其制造方法。
本發(fā)明的目的提供具有耐熱性，其光學(xué)特性固定，而且即使加熱光學(xué)特性不會(huì)變化的圓形偏振光控制光學(xué)元件及其制造方法。
本發(fā)明的第一解決方案是提供具備硬化狀態(tài)的液晶層，該液晶層具有平面陣列取向的膽甾醇規(guī)則性，并包含液晶分子和控制液晶分子螺旋構(gòu)造中的螺旋節(jié)距的手性(カイラルchiral劑，在上述液晶層內(nèi)所包含的上述手性劑的濃度在該液晶層的厚度方向上呈直線變化。
在本發(fā)明的第一解決方案中，最好還具備支持上述液晶層的基板，該基板能夠?qū)?duì)上述液晶層內(nèi)所包含的上述液晶分子取向的取向能賦予上述液晶層表面。另外，上述液晶層中，位于上述基板側(cè)的第1表面?zhèn)鹊穆菪?jié)距最好比位于上述第1表面的相反側(cè)的第2表面?zhèn)鹊穆菪?jié)距短。不過，在上述液晶層中，位于上述基板側(cè)的第1表面?zhèn)鹊穆菪?jié)距也可以比位于上述第1表面的相反側(cè)的第2表面?zhèn)鹊穆菪?jié)距長(zhǎng)。此外，上述液晶層還包含光聚合開始劑，上述液晶層內(nèi)所包含的上述液晶分子最好是聚合性單體液晶分子及聚合性低聚物液晶分子中的至少一種。
本發(fā)明的第2解決方案是提供了圓形偏振光控制光學(xué)元件的制造方法，該方法包括在基板上涂抹添加了光聚合開始劑的膽甾醇液晶溶液后形成未硬化狀態(tài)的液晶層的步驟；對(duì)在上述基板上形成的上述未硬化狀態(tài)的液晶層照射紫外線而使其硬化的步驟，在照射上述紫外線的步驟中，使上述未硬化狀態(tài)的液晶層中的上述基板側(cè)的表面和相反側(cè)的表面暴露于常壓下的氧濃度為10％以上的氣氛中，并對(duì)上述未硬化狀態(tài)的液晶層照射紫外線。
在本發(fā)明的第2解決方案中，上述氣氛最好是空氣氣氛。另外，在照射上述紫外線的步驟中，開始照射紫外線后，最好慢慢地降低上述氣氛中氧濃度。此外，上述紫外線的照射強(qiáng)度最好是在上述氣氛下為在保持均勻螺旋節(jié)距的條件下硬化上述液晶層中所含的上述液晶分子所必要的照射強(qiáng)度的10％至1％。此外，在照射上述紫外線步驟中，最好加熱上述基板。另外，在上述基板中的上述液晶層側(cè)的表面上最好能夠賦予對(duì)上述液晶層內(nèi)所含的上述液晶分子取向的取向能。另外，還包含在上述基板上形成的上述未硬化狀態(tài)的液層中位于上述基板側(cè)的表面和相反側(cè)的表面上緊密粘接由氧氣可透過材料構(gòu)成的附加基板的步驟。在照射上述紫外線的步驟中，最好對(duì)夾在上述一對(duì)基板間的上述未硬化狀態(tài)的液晶層通過上述附加基板供給氧氣，并照射紫外線。最好在上述附加基板中上述液晶層側(cè)的表面上賦予對(duì)上述液晶層所包含的上述液晶分子取向的取向能。
根據(jù)本發(fā)明涉及的圓形偏振光控制光學(xué)元件，通過使具有平面取向的膽甾醇規(guī)則性的液晶層內(nèi)所包含的手性劑的濃度沿液晶層的厚度方向呈直線變化，來控制液晶層中液晶分子的螺旋構(gòu)造中的螺旋節(jié)距，因此，不需要將多層液晶層重疊而以單層液晶層就可實(shí)現(xiàn)反射波長(zhǎng)帶區(qū)的拓寬作用，由于光學(xué)界面少，能夠防止因界面反射引起的光學(xué)特性下降。另外，因?yàn)槭挂壕С煞值臐舛瘸室欢ǚ植迹圆槐匾ǔＫ玫姆羌軜蛭镔|(zhì)等，另外，因紫外線能夠完全地固定液晶分子的構(gòu)造，因此不僅具有耐熱性，而且其光學(xué)特性穩(wěn)定，之后即使加熱光學(xué)特性也不會(huì)變化。此外，在使未硬化狀態(tài)的液晶層硬化步驟中，不必要加熱到通常退火步驟中所用的高溫(150-300度)，因此液晶材料的選擇擴(kuò)大了。
根據(jù)本發(fā)明涉及的圓形偏振光控制光學(xué)元件的制造方法，因未硬化狀態(tài)的液晶層的內(nèi)硬化度不同，使液晶層內(nèi)為均勻螺旋節(jié)距的膽甾醇相構(gòu)造轉(zhuǎn)變成在液晶層內(nèi)螺旋節(jié)距連續(xù)地變化的膽甾醇相構(gòu)造，因此，能夠簡(jiǎn)單且高效精確地制造具有拓寬的反射波長(zhǎng)帶區(qū)的由單層液晶層構(gòu)成的圓形偏振光控制光學(xué)元件，另外，能夠更好地制造液晶層上反射波長(zhǎng)帶區(qū)的寬度。
對(duì)于本發(fā)明的圓形偏振光控制光學(xué)元件的制造方法中，使具有平面取向的膽甾醇規(guī)則性的未硬化狀態(tài)的液晶層一個(gè)界面密接基板而與氧氣不接觸，而使另一界面暴露于空氣氣氛中常壓下的氧氣濃度高于10％的氣氛中，在此狀態(tài)下，對(duì)液晶照射弱紫外線強(qiáng)度，使液晶層硬化。在此場(chǎng)合下，在液晶層的氣氛側(cè)的表面上，因氣氛中的氧氣，阻礙了因紫外線照射而產(chǎn)生的游離基聚合，液晶分子難硬化，相反，液晶層基板側(cè)表面上液晶分子硬化良好。因此，在液晶層內(nèi)沿該液晶層的厚度方向產(chǎn)生液晶分子的硬化速度分布，對(duì)應(yīng)于該硬化速度分布，以膽甾醇液晶為主材的液晶分子和手性劑產(chǎn)生濃度梯度。即，由于以膽甾醇液晶為主材的液晶分子和手性劑的反應(yīng)性(即硬化速度)不同，因此，由于上述硬化速度分布，在照射紫外線前，在膽甾醇液晶層內(nèi)均勻的主材和手性劑的濃度分布沿液晶層的厚度方向不同，在基板側(cè)的第一表面和空氣氣氛側(cè)的第二表面之間形成螺旋節(jié)距不同的硬化狀態(tài)的液晶層。


圖1是模擬地表示本發(fā)明一實(shí)施例的圓形偏振光控制光學(xué)元件的放大斷面圖。
圖2是概略地說明圖1所示的圓形偏振光控制光學(xué)元件制造方法一例的斷面圖。
圖3概略說明圖1所示的圓形偏振光控制光學(xué)元件制造方法另一例的斷面圖。
圖4表示實(shí)例1的膽甾醇液晶層(圓形偏振光控制光學(xué)元件)的右圓形偏振光透過率波長(zhǎng)依賴性線性圖。
圖5是表示測(cè)定出實(shí)例1的膽甾醇液晶層(圓形偏振光控制光學(xué)元件)的螺旋構(gòu)造中的螺旋節(jié)距變化方式結(jié)果的圖。
圖6表示實(shí)例2的膽甾醇液晶層(圓形偏振光控制光學(xué)元件)的右圓形偏振光透過率波長(zhǎng)依賴性線性圖。
圖7表示在氮?dú)鈿夥障掠不谋容^例的膽甾醇液晶層(圓形偏振光控制光學(xué)元件)的右圓形偏振光透過率波長(zhǎng)依賴性線性圖。
圖8表示在空氣氣氛下且紫外線的照射強(qiáng)度為90mW/cm2以上的條件下硬化的比較例的膽甾醇液晶層(圓形偏振光控制光學(xué)元件)的右圓形偏振光透過率波長(zhǎng)依賴性線性圖。
圖9表示在空氣氣氛下且紫外線的照射強(qiáng)度為9mW/cm2以下的條件下硬化的比較例的膽甾醇液晶層(圓形偏振光控制光學(xué)元件)的右圓形偏振光透過率波長(zhǎng)依賴性線性圖。
圖10表示在空氣氣氛下且紫外線的照射強(qiáng)度為9-90mW/cm2的條件下硬化的比較例的膽甾醇液晶層(圓形偏振光控制光學(xué)元件)的右圓形偏振光透過率波長(zhǎng)依賴性線性圖。
具體實(shí)施例方式
下面，參照

本發(fā)明的實(shí)施例。
如圖1所示，本發(fā)明一實(shí)施例的圓形偏振光控制光學(xué)元件10具備玻璃基板12，由該玻璃基板12支持的？具有平面取向的膽甾醇規(guī)則性的膽甾醇液晶層14。玻璃基板12中的膽甾醇液晶層14側(cè)的表面上形成了取向膜16，該取向膜16賦予表面使液晶層14所含的液晶分子取向的取向能。
膽甾醇液晶層14由包含作為液晶分子的陣列液晶和手性劑的手性陣列液晶(膽甾醇液晶)構(gòu)成，通過改變手性劑的濃度，就能夠控制液晶分子的螺旋構(gòu)造中的螺旋節(jié)距。如后所述，膽甾醇液晶層14是這樣形成的，即向混合了陣列液晶和手性劑的膽甾醇液晶單體溶液(膽甾醇液晶溶液)內(nèi)添加光聚合開始劑，把該膽甾醇液晶溶液涂抹在玻璃基板12的取向膜16上后，通過照射紫外線而使其硬化而得。作為膽甾醇液晶層14所含的液晶分子，可使用聚合性單體液晶分子和聚合性低聚物液晶分子。在使用聚合性單體液晶分子時(shí)，可以使用如特開平7-258638號(hào)公報(bào)和特表平10-508882號(hào)公報(bào)記載的那種液晶性單體及キラル化合物的混合物。在使用聚合性低聚物液晶分子時(shí)，可以使用如特開昭57-165480號(hào)公報(bào)記載的那種具有膽甾醇相的環(huán)式聚有機(jī)硅氧烷化合物。
對(duì)于膽甾醇液晶層14，在該膽甾醇液晶層14中包含的手性劑濃度沿膽甾醇液晶層厚度方向呈直線變化，因此，液晶分子的螺旋構(gòu)造中的螺旋節(jié)距沿膽甾醇液晶層14的厚度方向連續(xù)地變化。
在膽甾醇液晶層14中位于玻璃基板12側(cè)的第一表面14A側(cè)的螺旋節(jié)距既可以比位于第一表面14A的相反側(cè)的第二表面14B側(cè)的螺旋節(jié)距短(參照?qǐng)D1)，也可以比第二表面14B側(cè)的螺旋距長(zhǎng)。這種螺旋節(jié)距的變化如后所述由以膽甾醇液晶為主材的陣列液晶和手性劑的反應(yīng)性差決定，在手性劑的反應(yīng)性比主材大時(shí)，玻璃基板12側(cè)更短，相反，玻璃基板12側(cè)的更長(zhǎng)。
上述的膽甾醇液晶層14一般而言以液晶分子的物理分子配列為基礎(chǔ)，具有分離一方向旋光成分和與之相反的旋光成分的旋光選擇特性(偏振光分離特性)。即，相對(duì)于這種膽甾醇液晶層14，沿液晶平面配列的螺旋軸(螺旋中心軸)入射的自然光(無偏振光)分離成右旋及左旋2種圓偏振光成分，一種光透過，另一種被反射。此現(xiàn)象已知為圓偏振光的雙色性，通過合適地選擇液晶分子的螺旋構(gòu)造中的旋轉(zhuǎn)方向，則具有與該旋轉(zhuǎn)方向相同的旋光方向的圓偏振光成分被選擇地反射。
此時(shí)的最大旋光光漫射以下式(1)的波長(zhǎng)λ0產(chǎn)生。
λ0＝nav·p ...(1)這里，p是液晶分子的螺旋構(gòu)造中的螺旋節(jié)距(液晶分子的分子螺旋每1節(jié)距的長(zhǎng)度)，nav是與螺旋軸垂直的平面內(nèi)的平均折射率。
此時(shí)的反射光的波長(zhǎng)帶寬Δλ由下式(2)表示。
Δλ＝Δn·p ...(2)這里的Δn是折射值。
即，在膽甾醇液晶層14上，入射的無偏振光依據(jù)上述的偏光分離特性，以波長(zhǎng)λ0為中心的波長(zhǎng)帶寬Δλ范圍(反射光波長(zhǎng)帶區(qū))的光的右旋或左旋圓偏振光成分的一路光被反射，另一路圓偏振光成分及其它波長(zhǎng)區(qū)域的光(無偏振光)透過。反射的右旋或左旋圓偏振光成分與通常的反射不同，其相位不反轉(zhuǎn)，保護(hù)原來狀態(tài)地被反射。
一般來說，膽甾醇液晶產(chǎn)生的在可見光區(qū)域的反射波長(zhǎng)帶區(qū)的半值寬度是25nm-100nm，整個(gè)可見光區(qū)域反射范圍不會(huì)擴(kuò)大。特別地，在短波長(zhǎng)側(cè)的400nm-500nm的區(qū)域內(nèi)，半值寬度為50nm以下，成為非常狹小的反射波長(zhǎng)帶區(qū)。
然而，本實(shí)施例涉及的圓形偏振光控制光學(xué)元件10中，由于膽甾醇液晶層14中的液晶分子的螺旋構(gòu)造中的螺旋節(jié)距沿膽甾醇液晶層14的厚度方向連續(xù)地變化，因此，能夠大大地增大反射波長(zhǎng)帶區(qū)的寬度。
下面根據(jù)圖2，說明圖1所示的圓形偏振光控制光學(xué)元件10的制造方法。
首先，如圖2(A)所示，準(zhǔn)備玻璃基板12，該基板12上形成了具備對(duì)液晶分子取向的取向能的取向膜16，然后，用噴涂器將混合了陣列液晶和手性劑的膽甾醇液晶單體溶液(膽甾醇液晶溶液)13涂抹到該取向膜16上。因此，把光聚合開始劑添加到膽甾醇液晶溶液13內(nèi)。一般來說，可以使用任意一種光聚合開始劑，例如，可使用Irg907，Irg184，Irg361，Irg651，(都為Ciba社制)。
其次，如圖2(B)所示，利用熱板等把膽甾醇液晶溶液13加熱到50-90度溫度，使膽甾醇液晶溶液13中的溶劑蒸發(fā)，形成未硬化狀態(tài)的膽甾醇液晶層18。
之后，如圖2(C)所示，對(duì)未硬化狀態(tài)的膽甾醇液晶層18在大氣中(空氣環(huán)境下)照射弱照射強(qiáng)度的紫外線，由于預(yù)先添加的光聚合開始劑和從外部照射的紫外線作用使聚合開始進(jìn)行，使未硬化狀態(tài)的膽甾醇液晶層18中的液晶分子三維架橋(聚合化)而硬化，形成圖2(D)所示的硬化狀態(tài)的膽甾醇液晶層14。此時(shí)，按照要求，也可以對(duì)形成未硬化狀態(tài)的膽甾醇液晶層18的玻璃基板12加熱。所謂三維架橋是聚合性單體分子和聚合性低聚合分子相互三維聚合，意味著成為網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造的狀態(tài)。由于成為了這樣的狀態(tài)，能夠使液晶分子以保護(hù)液晶相的分子配列方式固定其光學(xué)特性，作為光學(xué)膜的裝配非常容易，能夠形成常溫下非常穩(wěn)定的薄狀膜。
把涂抹在玻璃基板12的取向膜16上的未硬化狀態(tài)的膽甾醇液晶層18中位于玻璃基板12側(cè)的表面和相反側(cè)的表面暴露于空氣氣氛中，利用空氣中的氧氣(氧氣濃度約為20％)，阻礙了因照射紫外線而產(chǎn)生的基團(tuán)聚合。因此，未硬化狀態(tài)的膽甾醇液晶層18中位于玻璃基板12側(cè)的表面和相反側(cè)表面上的液晶分子比位于玻璃基板12側(cè)的表面上的液晶分子更難硬化。
此時(shí)，如上所述，若紫外線照射的強(qiáng)度變?nèi)酰瑒t在未硬化狀態(tài)的膽甾醇液晶層18內(nèi)產(chǎn)生液晶分子的硬化速度分布。由于以膽甾醇液晶為主材的陣列液晶和手性劑的反應(yīng)性(硬化速度)不同，因此，由于上述硬化速度分布，在進(jìn)行硬化的區(qū)域和不進(jìn)行硬化的區(qū)域間液晶成分(陣列液晶及手性劑)的濃度分布產(chǎn)生。由于這樣的液晶成分的濃度分布，在硬化狀態(tài)的膽甾醇液晶層14內(nèi)，液晶分子的螺旋節(jié)距沿厚度方向呈直線狀變化，硬化狀態(tài)的膽甾醇液晶層14的反射波長(zhǎng)帶區(qū)變寬。
在此情況下，如上所選在膽甾醇液晶層14內(nèi)的液晶分子的螺旋節(jié)距變化由以膽甾醇液晶為主材的陣列液晶和手性劑的反應(yīng)性差決定，例如，主材的反應(yīng)性比手性劑的反應(yīng)性小時(shí)，玻璃基板12側(cè)節(jié)距更短，相反，玻璃基板12側(cè)節(jié)距更長(zhǎng)。
上述紫外線的照射強(qiáng)度優(yōu)選是在上述氣氛下為在保持均勻螺旋節(jié)距的條件下硬化上述液晶層中所含的上述液晶分子所必要的照射強(qiáng)度的10％至1％，最好是約8％-2％的范圍。
在紫外線照射強(qiáng)度較強(qiáng)時(shí)，未硬化狀態(tài)的膽甾醇液晶層18內(nèi)的基團(tuán)的生成率變大，膽甾醇液晶層18的玻璃基板12側(cè)的表面和空氣氣氛側(cè)的表面間的硬化度差縮小，因產(chǎn)生液晶成分的濃度分布，整體更快地硬化，所以形成具有通常的狹小反射波長(zhǎng)帶區(qū)的膽甾醇液晶層。另外，若紫外線照射強(qiáng)度較弱，則液晶硬化幾乎不進(jìn)行或需要很長(zhǎng)時(shí)間。
在存在氧氣的氣氛(阻礙基團(tuán)聚合的環(huán)境)下，以低照射強(qiáng)度照射紫外線時(shí)，膽甾醇液晶層最表面(距界面數(shù)nm程度)根據(jù)條件也有完全不能硬化的情況。然而，本實(shí)施例的膽甾醇液晶層因?yàn)榘l(fā)生液晶成分的濃度分布，所以不會(huì)包含通常所用的非架橋物質(zhì)，因此，假定發(fā)生了上述的狀態(tài)，在膽甾醇液晶層內(nèi)的分離(液晶成分的濃度分布)發(fā)生后，通過照射所要求的紫外線，則也可能完全硬化。本實(shí)施例的膽甾醇液晶層的特殊螺旋構(gòu)造在上述制造過程中已被固定，因此，通過上述附加的紫外線照射，光學(xué)特性不會(huì)變化。
根據(jù)如此制造的本實(shí)施例的圓形偏振光控制光學(xué)元件10，使得平面取向的膽甾醇液晶層14內(nèi)的手性劑的濃度沿膽甾醇液晶層14厚度方向呈直線變化，就可控制膽甾醇液晶層14中的液晶分子的螺旋構(gòu)造中的螺旋節(jié)距，因此，不必將多層液晶重疊，而利用單層的液晶層變能夠?qū)崿F(xiàn)反射波長(zhǎng)帶區(qū)的拓寬，減少了光學(xué)界面，能夠防止因界面反射引起的光學(xué)特性的下降。另外，因?yàn)榘l(fā)生液晶成分的濃度分布，所以不必要包含通常所用的非架橋物質(zhì)等，另外，由于利用紫外線能夠完全地固定液晶分子的構(gòu)造，所以具有了耐熱性，同時(shí)固定了其光學(xué)特性，此外，即使進(jìn)行之后加熱，其光學(xué)特性也不會(huì)變化，在硬化未硬化狀態(tài)的膽甾醇液晶層18時(shí)，由于不必要加熱到通常退火步驟中所用的高溫(150-300度)，因此，液晶材料的可選范圍增大。
根據(jù)本實(shí)施例的圓形偏振光控制光學(xué)元件10的制造方法，由于未硬化狀態(tài)的膽甾醇液晶層18的內(nèi)外硬化度不同，使液晶層內(nèi)為均勻螺旋節(jié)距的膽甾醇相構(gòu)造轉(zhuǎn)變成在液晶層內(nèi)螺旋節(jié)距連續(xù)地變化的膽甾醇相構(gòu)造，因此，能夠簡(jiǎn)單且高效精確地制造具有拓寬的反射波長(zhǎng)帶區(qū)的由單層膽甾醇液晶層14構(gòu)成的圓形偏振光控制光學(xué)元件10，另外，能夠更好地制造膽甾醇液晶層14上的反射波長(zhǎng)帶區(qū)的寬度。
在上述實(shí)施例中，向未硬化狀態(tài)的膽甾醇液晶層18照射紫外線時(shí)，雖然把膽甾醇液晶層18中位于玻璃基板12側(cè)的表面和相反側(cè)的表面暴露于空氣氣氛中，而該氣氛不限于空氣氣氛，常壓下的氧氣濃度高于10％的氣氛也可以使用。
在上述實(shí)施例中，雖然只在未硬化狀態(tài)的膽甾醇液晶層18的一個(gè)表面上配置玻璃基板12，但本發(fā)明不限于此，如果未硬化狀態(tài)的膽甾醇液晶層18一個(gè)表面處不存在氧化，而只是另一表面暴露于空氣環(huán)境中，則能夠制作除此以外的任意構(gòu)成。
因而，例如也可采用如圖3(A)-(D)所示的制造方法。在該制造方法中，首先，如圖3(A)所示，把膽甾醇液晶層溶液13涂抹到玻璃基板12的取向膜16上。接著，如圖3(B)所示，通過加熱處理使膽甾醇液晶層溶液13中的溶劑蒸發(fā)掉，形成未硬化狀態(tài)的膽甾醇液晶層18。之后，如圖3(C)所示，未硬化狀態(tài)的膽甾醇液晶層18中位于玻璃基板12側(cè)的表面和相反側(cè)的表面上緊密地配置由透氧性材料構(gòu)成的附加基板20后，對(duì)夾在玻璃基板12(取向膜16)和附加基板20(取向膜22)之間的未硬化狀態(tài)的膽甾醇液晶層18照射紫外線，最終，形成如圖3(D)所示的硬化狀態(tài)的膽甾醇液晶層14。此時(shí)，對(duì)未硬化狀態(tài)的膽甾醇液晶層18照射紫外線時(shí)，通過附加基板20向膽甾醇液晶層18供給氧氣，且可以照射紫外線。
此時(shí)，通過附加基板20向未硬化狀態(tài)的膽甾醇液晶層18供給的氧氣透過量受到附加基板20中膽甾醇液晶層18側(cè)的表面處的氧氣分壓與常壓下的氧氣濃度超過10％時(shí)的分壓相同程度的影響。在通過附加基板20供給的氧氣透過量不足時(shí)，則以加壓狀態(tài)提供氧氣，或者可提供純氧。在附加的基板20中未硬化狀態(tài)的膽甾醇液晶層18側(cè)的表面上也可以形成附加的取向膜22，該取向膜提供了對(duì)包含在未硬化狀態(tài)的膽甾醇液晶層18中的液晶分子取向的取向能。上述具有透氧性的附加基板20可以使用透氧膜和用于接觸透鏡的透氧性樹脂等。
此外，在上述實(shí)施例中，對(duì)未硬化狀態(tài)的膽甾醇液晶層18照射紫外線時(shí)，雖然保持氧濃度和氧分壓為一定，但本發(fā)明不限于此，在照射紫外線的步驟中，在紫外線照射開始時(shí)可提高氧氣濃度，在開始照射紫外線之后，可慢慢地降低氧氣濃度。因此，能夠與氧濃度下降速度相匹配地控制液晶的硬化速度。
在上述實(shí)施例中，僅使用了單層膽甾醇液晶層14來構(gòu)成圓形偏振光控制光學(xué)元件10，但本發(fā)明并不限于單層，也可以將多層膽甾醇液晶層14重疊起來，覆蓋所期望范圍的反射波長(zhǎng)帶區(qū)(例如，整個(gè)可見光區(qū)域)，來構(gòu)成圓形偏振光控制光學(xué)元件。
實(shí)施例下面，與比較例一起來說明上述實(shí)施形式的實(shí)施例。
(實(shí)施例1)將陣列液晶和手性劑混合，準(zhǔn)備出膽甾醇液晶單體的35％甲苯溶液(膽甾醇液晶溶液)。在這種膽甾醇液晶溶液中，相對(duì)于這種膽甾醇液晶溶液添加5％的光聚合開始劑。光聚合開始劑可以使用Irg907(Ciba社制)。
然后，用噴涂器把按上述方式調(diào)整好的膽甾醇液晶溶液涂抹到經(jīng)過取向處理的帶聚酰亞胺膜的玻璃基板上，接著，在90度溫度下干燥，除去膽甾醇液晶溶液中的溶劑(甲苯)。因此形成厚度為3μm的未硬化狀態(tài)的膽甾醇液晶膜層。
這樣形成的膽甾醇液晶層在從常溫到100度溫度這么寬的范圍內(nèi)呈膽甾醇相，中心反射波長(zhǎng)為535nm，反射波長(zhǎng)帶區(qū)的半值寬度46nm，能使綠色的右圓偏振光反射到鏡面上。
之后，把未硬化狀態(tài)的膽甾醇液晶層與玻璃基板一起放置到空氣環(huán)境中，在90度溫度下以2.6mW/cm2(310nm)的照射強(qiáng)度照射紫外線60秒。因此，反射波長(zhǎng)帶區(qū)的半值寬度是150nm，形成了帶寬的硬化狀態(tài)的膽甾醇液晶層。
圖4示出這樣形成的膽甾醇液晶層的右圓偏振光透過度的波長(zhǎng)依賴圖。圖5示出測(cè)定出的這樣形成的膽甾醇液晶層的螺旋構(gòu)造中的螺旋節(jié)距p變化模式的結(jié)果。
實(shí)施例2以與實(shí)施例1相同，使未硬化狀態(tài)的膽甾醇液晶層在經(jīng)過取向處理的帶聚酰亞胺膜的玻璃基板上成膜，之后，到空氣環(huán)境中，在90度溫度下以7.5mW/cm2(310nm)的照射強(qiáng)度照射紫外線20秒，因此，反射波長(zhǎng)帶區(qū)的半值寬度是100nm，形成了帶寬的硬化狀態(tài)的膽甾醇液晶層。
圖6示出這樣形成的膽甾醇液晶層的右圓偏振光透過度的波長(zhǎng)依賴圖。
比較例把以與實(shí)施例1相同方法成膜的未硬化狀態(tài)的膽甾醇液晶層在不同硬化條件下(氣氛及紫外線的照射強(qiáng)度)硬化時(shí)的/硬化后的各膽甾醇液晶層的光學(xué)特性進(jìn)行比較。
下述表1表示了硬化條件(氣氛及紫外線照射強(qiáng)度)和反射波長(zhǎng)帶區(qū)(反射光譜)的半值寬度的關(guān)系。圖7至圖10是與下述表1各項(xiàng)目對(duì)應(yīng)的膽甾醇液晶層的右圓偏振光透光率的波長(zhǎng)依賴性的附圖。
表1

在氮?dú)鈿夥?氧氣濃度0.2％)下使膽甾醇液晶層硬化時(shí)，如上述表1及圖7所示，即使改變紫外線照射強(qiáng)度，其反射波長(zhǎng)帶區(qū)的半值寬度是一定的，反射光(圓偏振光)的光譜形狀也一定，沒有起到擴(kuò)大帶區(qū)的作用。
而在空氣氣氛(氧氣濃度經(jīng)約20％)下使膽甾醇液晶層化硬化時(shí)，如上述表1所示，因紫外線的照射強(qiáng)度，反射波長(zhǎng)帶區(qū)的半值寬度以及反射光(圓偏振光)的光譜形狀明顯不同。
在紫外線的照射強(qiáng)度為90mW/cm2時(shí)，如上述表1及圖8所示，反射波長(zhǎng)帶區(qū)的半值寬度是通常的值，沒有產(chǎn)生擴(kuò)大帶區(qū)。與之相對(duì)，在紫外線照射強(qiáng)度約為90mW/cm2的8％，即7.5mW/cm2以下時(shí)，如上述表1及圖9所示，反射波帶區(qū)的半值寬度增大，起到擴(kuò)大帶區(qū)的目的。
在紫外線照射強(qiáng)度為90mW/cm2的100％至10％的范圍內(nèi)，如在25mW/cm2，50mW/cm2，75mW/cm2時(shí)，反射光(圓偏振光)的光譜形狀雖有變化，但如圖10所示，光譜會(huì)分裂或帶寬度不夠。
權(quán)利要求
1.一種圓形偏振光控制光學(xué)元件，具備硬化狀態(tài)的液晶層，該液晶層具有平面陣列取向的膽甾醇規(guī)則性，并包含液晶分子和控制液晶分子螺旋構(gòu)造中的螺旋節(jié)距的手性劑，其特征在于在上述液晶層內(nèi)所包含的上述手性劑的濃度在該液晶層的厚度方向上呈直線變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓形偏振光控制光學(xué)元件，其特征在于還具備支持上述液晶層的基板，該基板能夠?qū)?duì)上述液晶層內(nèi)所包含的上述液晶分子取向的取向能賦予上述液晶層表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的圓形偏振光控制光學(xué)元件，其特征在于上述液晶層中的位于上述基板側(cè)的第1表面?zhèn)鹊穆菪?jié)距最好比位于上述第1表面的相反側(cè)的第2表面?zhèn)鹊穆菪?jié)距短。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的圓形偏振光控制光學(xué)元件，其特征在于在上述液晶層中的位于上述基板側(cè)的第1表面?zhèn)鹊穆菪?jié)距也可以比位于上述第1表面的相反側(cè)的第2表面?zhèn)鹊穆菪?jié)距長(zhǎng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓形偏振光控制光學(xué)元件，其特征在于上述液晶層還包含光聚合開始劑，上述液晶層內(nèi)所包含的上述液晶分子最好是聚合性單體液晶分子及聚合性低聚物液晶分子中的至少一種。
6.一種圓形偏振光控制光學(xué)元件的制造方法，其特征在于該方法包括在基板上涂抹添加了光聚合開始劑的膽甾醇液晶溶液后形成未硬化狀態(tài)的液晶層的步驟；和對(duì)在上述基板上形成的上述未硬化狀態(tài)的液晶層照射紫外線而使其硬化的步驟，在照射上述紫外線的步驟中，使上述未硬化狀態(tài)的液晶層中的上述基板側(cè)的表面和相反側(cè)的表面暴露于常壓下的氧濃度為10％以上的氣氛中，并對(duì)上述未硬化狀態(tài)的液晶層照射紫外線。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的圓形偏振光控制光學(xué)元件的制造方法，其特征在于上述氣氛是空氣氣氛。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的圓形偏振光控制光學(xué)元件的制造方法，其特征在于在照射上述紫外線的步驟中，開始照射紫外線后，慢慢地降低上述氣氛中氧濃度。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的圓形偏振光控制光學(xué)元件的制造方法，其特征在于上述紫外線的照射強(qiáng)度是在上述氣氛下為在保持均勻螺旋節(jié)距的條件下硬化上述液晶層中所含的上述液晶分子所必要的照射強(qiáng)度的10％至1％。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的圓形偏振光控制光學(xué)元件的制造方法，其特征在于在照射上述紫外線步驟中，加熱上述基板。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的圓形偏振光控制光學(xué)元件的制造方法，其特征在于在上述基板中的上述液晶層側(cè)的表面上能夠賦予對(duì)上述液晶層內(nèi)所含的上述液晶分子取向的取向能。
12.根據(jù)權(quán)利要求6所述的圓形偏振光控制光學(xué)元件的制造方法，其特征在于還包含在上述基板上形成的上述未硬化狀態(tài)的液層中位于上述基板側(cè)的表面和相反側(cè)的表面上緊密粘接由氧氣可透過材料構(gòu)成的附加基板的步驟，在照射上述紫外線的步驟中，對(duì)夾在上述一對(duì)基板間的上述未硬化狀態(tài)的液晶層通過上述附加基板供給氧氣，并照射紫外線。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的圓形偏振光控制光學(xué)元件的制造方法，其特征在于在上述附加基板中上述液晶層側(cè)的表面上賦予對(duì)上述液晶層所包含的上述液晶分子取向的取向能。
全文摘要
本發(fā)明提供一種無光學(xué)界面,耐熱性好,反射波長(zhǎng)帶區(qū)寬的圓形偏振光控制光學(xué)元件10。把未硬化狀態(tài)的膽甾醇液晶層膜狀配置到玻璃基板12上,該液晶層包含具有膽甾醇規(guī)則性的陣列液晶、手性劑和光聚合開始劑,而上述玻璃基板12上形成有取向膜16。使這樣成膜的未硬化狀態(tài)的膽甾醇液晶層的一個(gè)界面切接觸玻璃基板12的取向膜16而與氧氣不接觸,同時(shí),使另一個(gè)界面暴露于環(huán)境中,在此狀態(tài)下,對(duì)膽甾醇液晶層18照射弱照射強(qiáng)度的紫外線,使該膽甾醇液晶層18硬化。
文檔編號(hào)G02F1/1335GK1387055SQ02140200
公開日2002年12月25日 申請(qǐng)日期2002年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月28日
發(fā)明者梅谷雅規(guī) 申請(qǐng)人:大日本印刷株式會(huì)社