CN101097270B - 光学元件、光学元件的制造方法及液晶显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光学元件，其可以不用只依赖于材料选择来控制相位差的视角依赖性，并可由此提高相位差具有希望的视角依赖性的光学元件的耐热性。在聚合性液晶单体混合取向而形成的光学元件中，用相对被取向处理的面保持一定角度取向的第1聚合性液晶单体M1，以及相对被取向处理的面混合取向的第2聚合性液晶单体M2构成，同时根据上述第1聚合性液晶单体M1与第2聚合性液晶单体M2的含量比来控制相位差的视角依赖性。将使用第1聚合性液晶单体M1构成的取向膜上的第1层和使用第2聚合性液晶单体M2构成的第1层上的第2层叠层，并根据2层合并的第1聚合性液晶单体与第2聚合性液晶单体的含量比来控制相位差的视角依赖性。

Description

光学元件、光学元件的制造方法及液晶显示装置
技术领域
本发明涉及使液晶分子倾斜取向而形成的光学元件、该光学元件的制造方法以及使用该光学元件的液晶显示装置。
背景技术
作为液晶显示装置中组装的光学元件，已知有聚合型液晶材料构成的光学元件，其广泛用作构成液晶显示装置的吸收型圆偏光板(λ/4相位差层，λ/2相位差层)，直线偏光板、各种液晶模式的视角补偿层。
例如，在ECB(电场双折射)模式的液晶显示装置中，已知可以通过设置相位差层得到广视角，其中该相位差层为使液晶分子倾斜取向而成为所谓的混合结构的光学元件。即，在液晶分子倾斜取向的光学元件(相位差层)中的相位差具有视角依赖性。因此，在ECB模式的液晶盒中，为了消除在显示黑色时的液晶层LC的残留相位差，可以通过组合相位差具有规定视角依赖性的混合结构的光学元件(相位差层)来构成液晶显示装置，从而确保广视角。
如上所述的相位差层(光学元件)，是将含聚合性液晶化合物或表面活性剂等的组合物涂布在基板上之后，经过光照或加热使聚合性液晶化合物聚合而形成的。另外，为了在较广的面积上容易涂布组合物而不产生斑驳，提出了可保持高组合物粘度，并且即使在室温下放置也不易结晶析出的结构的聚合性液晶化合物(参照下述专利文献1)。
[专利文献1]特开2005-272560号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，在形成上述混合结构的相位差层(光学元件)时，相位差的视角依赖性由构成相位差层的聚合性液晶化合物等的材料选择来控制。因此，要得到希望的视角依赖性是困难的。
另外，近年来，提出了通过将上述相位差层设置在液晶盒内侧进行内盒(in cell)化来实现装置的薄型化的结构。为了实现相位差层内盒化的结构，要求相位差层具有一定程度的耐热性。因此，对于通过上述的材料选择来控制相位差层的相位差视角依赖性的方法，由于进一步要求选择具有耐热性的材料，所以要得到具有希望视角依赖性的混合结构的相位差层，就变得更加困难。
因此，本发明的目的在于提供一种可以不用只依赖于材料选择来控制相位差的视角依赖性的混合结构的光学元件，及其制造方法，另外还提供一种液晶显示装置，其可以实现相位差具有希望的视角依赖性的混合结构的光学元件(相位差层)的内盒化。
解决问题的方法
用于实现该目的的本发明的光学元件是使聚合性液晶单体混合取向而得到的光学元件，其使用相对于被取向处理的面保持一定角度取向的第1聚合性液晶单体、以及相对于被取向处理的面混合取向的第2聚合性液晶单体构成。而且，其特征是，相位差的视角依赖性由上述第1聚合性液晶单体与第2聚合性液晶单体的含量比来控制。
另外，本发明还提供该光学元件的制造方法，以及安装有由该光学元件构成的相位差层的液晶显示装置。
在该光学元件中，可以按照第1聚合性液晶单体与第2聚合性液晶单体的取向性，通过调整它们的含量比来控制相位差的视角依赖性。因此，可以不用只依赖于材料选择来控制聚合性液晶单体经混合取向而形成的光学元件中相位差的视角依赖性。
如上说明，按照本发明，可以不用只依赖于材料选择来控制相位差的视角依赖性，从而可以提高在形成光学元件时材料选择的自由度，并可以谋求具有希望相位差的光学元件的耐热性的提高。由此可以将聚合性液晶单体混合取向而得到的光学元件作为相位差层设置在要求耐热性的液晶盒内。
附图说明
[图1]是实施方式的光学元件的结构图。
[图2]是本发明液晶显示装置的第1实施方式的剖面结构图。
[图3]是本发明液晶显示装置的第2实施方式的剖面结构图。
[图4]是本发明液晶显示装置的第3实施方式的剖面结构图。
[图5]是示出实施例1、2以及比较例1～3的光学元件中相位差的视角依赖性的曲线图。
[图6]是示出实施例3的各光学元件中相位差的视角依赖性的曲线图。
符号说明
1a，1b，1c...液晶显示装置、11，21...透明基板、23...取向膜、24...混合相位差层(光学元件)、100...光学元件、LC...液晶层，M1...第1聚合性液晶单体、M2...第2聚合性液晶单体。
具体实施方式
以下说明本发明的实施方式。
<光学元件>
图1是示出使用上面的聚合性液晶组合物的光学元件结构的示意图。如图所示，光学元件100设置在表面被取向处理的取向基板200上。作为这样的取向基板200，是表面包覆有实施了例如摩擦处理作为取向处理的取向膜的玻璃基板，或者具有取向能力的基板。
作为取向膜，通常使用聚酰亚胺、聚酰胺、聚乙烯醇等，摩擦处理一般是将选自人造丝、绵、聚酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯等材料制成的摩擦布卷到金属辊上，使其以与膜接触的状态旋转或者将辊固定来传送膜，由此来摩擦膜表面的方法。
光学元件100由在取向基板200的被取向处理的面(记为基板面)上设置的第1层101，以及其上部的第2层102构成。
其中，第1层101为第1聚合性液晶单体M1在相对于基板面保持一定角度取向的状态下进行3维交联的层。在该第1层101中，在膜厚方向上第1聚合性液晶单体M1的长轴与取向基板200的基板面所成的角度(预倾斜角(pretilt angle))是一定的。另外，第1聚合性液晶单体M1的长轴，沿着取向基板200的取向方向取向。这里，第1聚合性液晶单体M1，如图所示呈与基板面平行取向的均匀取向的状态。但是第1聚合性液晶单体M1的取向状态并不仅限于均匀取向，位于膜厚方向的第1聚合性液晶单体M1只要相对于基板面呈一定的角度(垂直的情形除外)即可，例如可以是以相对于基板面呈一定角度倾斜的状态取向的倾斜取向。另外，第1聚合性液晶单体M1相对于基板面的角度，可以通过取向基板1的基板面的取向处理来控制。
作为这样的第1层101中使用的第1聚合性液晶单体M1，可使用相对于被取向处理的面保持一定角度取向的材料，其中更优选使用耐热性高的材料。作为这样的第1聚合性液晶单体M1的具体实例，优选使用下述结构式(1)表示的化合物。
[化2]
Figure S071C7372020070712D000041
另外，作为其他的第1聚合性液晶单体M1，还可以使用LC270(商品名，BASF公司制)，LC1057(商品名，BASF公司制)等。
另外，第2层102为第2聚合性液晶单体M2在混合取向的状态下进行3维交联而固定的层。在该第2层102中，越靠近第1层101一侧，第2聚合性液晶单体M2的长轴与第1层101的表面越接近平行。另一方面，随着从第1层101向上方偏离，第2聚合性液晶单体M2的长轴与取向基板200的基板面之间形成的角度(预倾斜角)变大。另外，第2聚合性液晶单体M2的长轴，沿着构成第1层101的第1聚合性液晶单体M1的长轴方向取向。
作为这样的第2层102中使用的第2聚合性液晶单体M2，为相对于取向面混合取向的聚合性液晶单体，可以使用至少含有2个聚合性官能团的化合物。作为这样的第2聚合性液晶单体M2，可以列举下述通式(1)所示的化合物。
[化3]
Figure S071C7372020070712D000042
该通式(1)中，W1和W2分别独立地表示单键、-O-、-COO-或-OCO-，Y1和Y2分别独立地表示-COO-或者-OCO-，p和q分别独立地表示2～18的整数，式中存在的三种1，4-亚苯基的一个以上的氢原子可以分别独立地被碳原子数1～7的烷基、烷氧基、烷酰基、氰基或卤原子取代。
另外，从室温下难以析出结晶的角度来看，可以含2种以上通式(1)表示的化合物，优选含有3种以上。
另外，从确保耐热性以及在室温下难以析出的观点来看，通式(1)表示的聚合性液晶单体的含量为60质量％以上，优选65质量％以上，进一步优选70质量％以上。
另外，通过组合使用通式(1)表示的聚合性液晶单体和下述通式(2)-1～通式(2)-4表示的向列型液晶，可以提高聚合性液晶单体的取向性。还可以使用这些通式(2)-1～通式(2)-4表示的向列型液晶中的2种以上。
[化4]
Figure S071C7372020070712D000051
Figure S071C7372020070712D000052
Figure S071C7372020070712D000053
Figure S071C7372020070712D000054
其中，通式(2)-1～通式(2)-4中的n为2～10。
另外，上述第1层101以及第2层102中，除了聚合性液晶单体M1、M2之外，还含有光聚合引发剂以及表面活性剂。
作为光聚合引发剂，例如可优选使用下述通式(3)或者通式(4)表示的化合物。具体地，可列举作为通式(3)的一例的チバスペシヤリテイケミカルズ(株)制造的Irgacure 907、以及作为通式(4)的一例的チバスペシヤリテイケミカルズ(株)制造的Irgacure 369。
[化5]
Figure S071C7372020070712D000061
Figure S071C7372020070712D000062
其中，通式(3)和通式(4)中的R1～R6分别独立地表示氢原子或甲基。
该光聚合引发剂，根据需要可以多种合用，也可以进一步添加其他的光聚合引发剂。另外，光聚合引发剂的添加量通常为0.01～15重量％，优选0.1～12重量％，更优选0.5～10重量％。
作为表面活性剂，可以使用メガフアツクF-08(大日本インキ制造)、BYK361(ビツクケミ一)、ポリフロ—461(共荣社化学)等。另外，其他的可以使用氟类表面活性剂或者丙烯酸类表面活性剂。作为氟类表面活性剂，可以使用DMAOP(商品名，アズマツクス公司制造)等。作为丙烯酸类表面活性剂，可以使用BYK361(商品名，ビツクケミ一公司制造)、ポリフロ—461(商品名，共荣社化学公司制造)等。这些表面活性剂，可以单独使用也可以使用多种。
表面活性剂的添加量，可以在不损害液晶取向的范围内适当添加，但通常相对于液晶材料优选0.001重量％～10重量％左右，更优选0.01重量％～5重量％左右。
在使用该聚合性液晶组合物的光学元件中，这样的表面活性剂可以控制聚合性液晶单体的倾斜角，从而可以形成按均一的面内倾斜角将聚合性液晶单体混合取向的光学元件。
将以上第1层101以及第2层102叠层而得到的光学元件100的特征是，可以通过第1层101中的第1聚合性液晶单体M1的含量与膜厚t1、第2层102中的第2聚合性液晶单体M2的含量和膜厚t2来调整光学元件100整体中的第1聚合性液晶单体M1与第2聚合性液晶单体M2的含量比，从而可以控制相位差的视角依赖性。
即，第1层101和第2层102中的各聚合性液晶单体M1、M2的组成比，例如考虑到光学元件100的耐热性和制造工艺的难易程度时可以设定为恒定值。此时，根据光学元件100的整体膜厚(t1+t2)，可以将视角正面方向相位差的中央值设定为规定的值，根据膜厚比t1∶t2，控制视角方向相位差的变化量为规定值。
在如上构成的光学元件100中，不用只依赖于选择聚合性液晶单体和其他化合物的材料来控制相位差的视角依赖性。因此，可以提高构成光学元件100的聚合性液晶单体和其他化合物的选择自由度。
因此，例如，可以使用耐热性高但在视角方向的相位差的变化量过高或过低的材料来构成具有希望的视角依赖性(相位差)的光学元件100，从而可以谋求提高光学元件100的耐热性。
另外，在以上的实施方式中，说明了如下结构，其可以通过第1层101的膜厚与第2层102的膜厚t1、t2来调整由该叠层结构制成的光学元件100中的第1聚合性液晶单体M1与第2聚合性液晶单体M2的含量比。但是本发明的光学元件只要具有可以通过第1聚合性液晶单体M1与第2聚合性液晶单体M2的含量比来控制相位差的视角依赖性的结构即可。因此，光学元件也可以是含有第1聚合性液晶单体M1以及第2聚合性液晶单体M2两者的单层结构。
在这样的单层结构的光学元件中，第1聚合性液晶单体M1受第2聚合性液晶单体M2的取向状态的影响，呈混合取向。另一方面，第2聚合性单体M2受到第1聚合性液晶单体M1的均匀取向的影响，全体向倾斜角低的方向取向。
因此，按一定角度取向的第1聚合性液晶单体M1的含量越多，其第1聚合性液晶单体M1和第2聚合性液晶单体M2的膜厚方向的倾斜角度的变化量越变小，在视角方向的相位差的变化量变小。因此，为了得到相位差所希望的视角依赖性，需要调整第1聚合性液晶单体M1相对第2聚合性液晶单体M2的含量。
另外，第1聚合性液晶单体M1，其单独倾斜取向时，第2聚合性单体M2受到第1聚合性液晶单体M1倾斜取向的影响，其整体向倾斜角高的方向取向。因此，第1聚合性液晶单体M1的含量越多，其在视角方向的相位差的变化量越大，因此，考虑这个因素，需要调整第1聚合性液晶单体M1相对第2聚合性液晶单体M2的含量。
另外，使用图1说明的叠层结构中，可以通过在第2层102中含有规定量的第1聚合性液晶单体M1来调整第2层102中的相位差的视角依赖性，另外，还可以是通过第1层101的膜厚来调整相位差的视角依赖性的结构。
<光学元件的制造方法>
接着，说明图1所示的光学元件100的制造方法。
首先，将用于形成第1层101的各种材料，即a)第1聚合性液晶单体M1、b)光聚合引发剂、以及c)表面活性剂按照上述规定的比例溶解到溶剂中，将其制成涂布液。接着，在取向基板200上，以规定膜厚涂布该涂布液，形成涂膜。另外，涂膜的形成方法可使用各种涂布方法。
接着，在使取向基板200上的涂膜中的溶剂干燥之后，在液晶相与各向同性相之间的界面温度+10℃的温度下进行取向处理，然后通过照射放射线，使a)第1聚合性液晶单体M1进行3维交联。
此时，优选在氮气(N2)等非活性气体氛围中对涂膜进行放射线照射。由此可以制作耐热性优异的光学元件100而不受氧阻碍。
另外，作为对涂膜进行照射的放射线，可以使用低压汞灯、高压汞灯、超高压汞灯等汞激发光源，以及氙光源等，优选选择在光引发剂敏感度大的波长区域具有强度峰的光源。
另外，对这样的涂膜照射放射线是在室温以上、液晶相单体的透明点(N-I点)以下的温度下进行。由此，可以不损害液晶性(各向异性)而制作交联密度大的耐热性优异的光学元件100。另外，透明点是指液晶相与液相的相转移的温度。
在如上所述的形成第1层101中，虽然依赖于涂布方式，但可以通过如下方法控制膜厚t1，例如在使用旋涂法时可以调整溶液中的固体成分浓度、旋涂的转速、旋转时间等，在缝涂法(slit coat)、模涂法(die coat)等挤出涂布方式中，可以调整溶液中的固体成分浓度、夹缝头(slit head)或者模头(die head)与涂布基板的相对速度、涂布量等。
接着，将用于形成第2层102的各种材料，即a)第2聚合性液晶单体M2、b)光聚合引发剂、以及c)表面活性剂按照上述的规定比例溶解到溶剂中，将其制成涂布液。接着，在第1层101上，以规定膜厚涂布该涂布液，形成涂膜。另外，涂膜的形成方法可使用各种涂布方法。
接着，通过加热处理使涂膜干燥，同时使涂膜中的第2聚合性液晶单体M2混合取向。由此，不用将涂布膜夹在取向方向不同的基板间进行处理，就可以使其混合取向。此时，第1层101成为取向膜，第2聚合性液晶单体M2的取向方向与构成第1层101的第1聚合性液晶单体M1的取向方向一致。另外，这里通过由加热温度调整第2聚合性液晶单体M2的倾斜角，从而控制光学元件100的相位差。
然后，在室温下将其取出，与形成第1层101同样地照射放射线，从而使a)第2聚合性液晶单体M2进行3维交联。
在如上所述的形成第2层102的过程中，与第1层101同样地控制膜厚t2。
如上所述，在形成使聚合性液晶单体M1、M2进行3维交联的第1层101以及第2层102之后，通过进行热处理，可以进一步促进三维交联。这里，可以通过在液晶性单体的透明点(N-I点)以上的温度下进行热处理获得耐热性更加优异的倾斜取向相位差层。该热处理依赖于材料或者相位差成膜步骤之后的加热处理条件，在100℃～230℃进行10～120分钟。由此，可以得到防止了因后续步骤的热处理而导致黄变以及相位差降低等劣化的光学元件100。
在以上制造方法中，通过使用通式(3)或者通式(4)表示的光聚合引发剂，虽然是聚合性液晶单体混合取向的光学元件，但如后述实施例所示，确认了其耐热性获得提高。
由此，在对该光学元件100施加后续步骤的加热处理时，在该加热处理的前后，可以不改变光学元件100的特性而使之保持稳定。例如在加热处理的前后，可以不改变正面的相位差以及倾斜于极角方向的相位差，使其保持稳定。
<液晶显示装置-1>
图2是本发明的液晶显示装置的第1实施方式的剖面结构图。该图中所示的液晶显示装置1a是ECB模式驱动的透过型液晶显示装置1a，具备上述光学元件作为液晶分子混合取向的相位差层(以下记为混合相位差层)。该液晶显示装置如下构成。
即，液晶显示装置1a由ECB显示模式驱动，该ECB显示模式驱动在不施加电压时，观察者侧液晶的取向轴与光源侧液晶的取向轴实质上相同。该液晶显示装置1a，具有驱动基板10、与该驱动基板10的元件形成面一侧方向相对设置的对向基板20、夹在该驱动基板10和该对向基板20之间的液晶层LC。另外，在驱动基板10的外侧面以密合状态设置λ/4相位差板30，并在驱动基板10和对向基板20的外侧面上以密合状态正交尼科尔(crossNicols)设置偏光板31、32。另外，在设置在驱动基板10一侧的偏光板31的外侧，设置背照灯33、以及反射板34。
其中，驱动基板10在面向玻璃基板等透明基板11的液晶层LC的面上设置了驱动电极层12，该驱动电极层12的每一像素都形成了例如TFT(ThinFilm Transistor)等驱动元件以及与之连接的像素电极等。而且，以覆盖该驱动电极层12的状态设置取向膜13。该取向膜13在例如相对驱动基板10一侧的偏光板31的透过轴的规定方向上进行摩擦处理或取向处理。
另一方面，对向基板20在面向玻璃基板等透明基板21的液晶层LC面上，依次设置R(红)、G(绿)、B(蓝)的各色滤色片22、取向膜23、混合相位差层24、对向电极25以及取向膜26。另外，在对向电极25上设有在图中省略的取向膜。该取向膜在与设置在驱动基板10一侧的取向膜反平行的方向上进行摩擦处理或取向处理。
作为液晶分子混合取向的混合相位差层24，其特征是使用具有如图1说明的叠层结构的光学元件100。即，为了在广视角下消除在显示黑色时的液晶层LC的残留相位差，通过调整如图1说明的2种聚合性液晶单体的含量比，该混合相位差层24成为相位差具有规定的视角依赖性的结构。
另外，设置了取向膜23的透明基板21对应于采用图1说明的取向基板。因此，在混合相位差层24上混合取向的第2聚合性液晶单体M2在透明基板21一侧与基板面水平，在面向液晶层LC一侧为慢慢垂直升起的取向状态。另外，混合相位差层24还可以使用先前说明的第1聚合性液晶单体M1与第2聚合性液晶单体M2按规定组成比混合得到的单层结构的光学元件来代替使用图1说明的叠层结构的光学元件100。
另外，该混合相位差层24的取向方向如下构成：在对对向电极25以及像素电极施加电压进行黑色显示时，使液晶层LC的残留相位差与相位差板(λ/4相位差板30)的相位差实质上相互抵消。
具有这样结构的液晶显示装置1a，通过透明基板21上的滤色片22进行成膜，形成混合相位差层24后内盒化而得到。
具有如上说明的结构的液晶显示装置1a中，通过将使用图1说明的结构的光学元件100作为混合相位差层24组装到ECB模式的液晶显示装置1a中，可以消除显示黑色时的液晶层LC的残留相位差，从而得到广视角。
特别是，由于采用液晶分子的倾斜角在膜厚方向变化的结构，因此由通过提高材料选择性的自由度来确保耐热性的光学元件构成相位差容易因加热而改变的混合相位差层24，从而即使进行内盒化也可以发挥充分的耐热性、确保期望的相位差。
其结果，在设置了混合相位差层24的ECB模式的液晶显示装置1a、以及使用该液晶显示装置1a的电子设备中，可以谋求提高混合相位差层24的取向性，在视角良好的同时可以进行高对比度的显示。
另外，通过将该混合相位差层24设置在滤色片22的上部，混合相位差层24也兼备作为滤色片22的保护层的功能。由此可以防止来自滤色片22的脱气。
<液晶显示装置-2>
图3为本发明的液晶显示装置的第2实施方式的剖面结构图。该图中所示的液晶显示装置1b与图2所示的液晶显示装置1a的不同之处在于对向基板20一侧的结构。即，在液晶显示装置1b中，用平整化绝缘膜40覆盖透明基板21上的滤色片22，其上部设置有取向膜23以及混合取向膜24，其他结构与图2的液晶显示装置1a相同。
这样，通过设置平整化绝缘膜40，可以在平整的底面上形成混合取向膜24。由此可以提高混合相位差层24的取向性。
<液晶显示装置-3>
图4为本发明的液晶显示装置的第3实施方式的剖面结构图。该图所示的液晶显示装置1c与图2所示的液晶显示装置la的不同之处在于对向基板20一侧的结构。即，液晶显示装置1c中，将取向膜23和混合取向膜24直接设置在透明基板21上。其他结构与图2的液晶显示装置1a相同。
通过形成这样的结构，成膜形成混合相位差层24的底层更加平整，因此可以进一步提高混合相位差层24的取向性。
另外，在上述的第1实施方式～第3实施方式中，列举了设置混合相位差层24作为视角补偿层的ECB模式的液晶显示装置的结构进行了说明。但是，本发明还可以适用于将混合相位差层24内盒化而设置的TN模式的液晶显示装置中。此时，可以改变实施方式中说明的液晶盒内侧以及外侧所配置的偏光板等的光学结构，以适用于TN模式下的驱动显示。另外，混合相位差层24也可以设置在与上述各实施方式同样的位置上，从而可以得到与各实施方式相同的效果。
另外，在上述的实施方式中，说明了本发明适用于透过型的液晶显示装置的结构。但本发明的液晶显示装置也可以适用于半透过半反射型的液晶显示装置。此时，在采用上述的光学元件制造方法形成混合相位差层24的一系列步骤中，在对聚合性液晶组合物的涂膜照射放射线时，使用具有透过放射线的区域以及遮光或反射的区域的掩模，将透过显示部分与反射显示部分区分为采用放射线的曝光部以及未曝光部。由此，在曝光部，使聚合性液晶单体3维交联而得到规定的相位差，而另一方面，在未曝光部，聚合性液晶单体未进行3维交联而使相位差为0或为规定的低值。
另外，在上述的各实施方式中，说明了将λ/4相位差板30设置在液晶盒外侧的结构。但是，该λ/4相位差层30也可以内盒化。
此时，λ/4相位差层30可列举例如设置在混合相位差层24的下层侧的结构。在这样的结构中，可以通过与形成混合相位差层相同的方法，使用聚合性液晶材料形成λ/4相位差层30，并以其表面作为取向表面，在上部直接设置混合相位差层24。另外，还可以在λ/4相位差层30上进一步形成取向膜，再在其上部设置混合相位差层24。
另外，该情况下，由于内盒化的λ/4相位差层30并不必须要求具有混合结构，与混合相位差层24相比，容易得到耐热性，但即使是这样的λ/4相位差层30，选择耐热性良好的材料构成也很重要。
另外，本发明还可以适用于混合相位差层24没有内盒化的液晶显示装置，并可以得到通过提高混合相位差层24的耐热性而获得的效果。
实施例
<实施例1，实施例2>
如下所述制作图1所示的具有叠层结构的光学元件100。
组合物A的调整：作为用于形成第1层101的组合物A，混合下述(a)(d)的材料。
(a)第1聚合性液晶单体M1：20重量份下述结构式(1)的化合物
(b)光聚合引发剂：1重量份作为通式(3)之一的Irgacure907(商品名，チバスペシヤリテイケミカルズ(株)制造)
(c)表面活性剂：0.02重量份的メガフアツクF-08(商品名，大日本インキ制造)
(d)溶剂：78.98重量份的丙二醇甲基乙基醚(PGMEA)。
[化6]
Figure S071C7372020070712D000131
组合物B的调整：作为用于形成第2层102的组合物B，混合下述(a)～(d)的材料。
(a)第2聚合性液晶单体M2：20重量份下述通式(1)的化合物，其中Y1、Y2为-COO-，W1、W2为-OCO-，p为4，q为4。
(b)光聚合引发剂：1重量份作为上述通式(3)之一的Irgacure907(商品名，チバスペシヤリテイケミカルズ(株)制造)。
(c)表面活性剂：0.02重量份的メガフアツクF-08
(d)溶剂：78.98重量份的丙二醇甲基乙基醚(PGMEA)。
[化7]
Figure S071C7372020070712D000132
利用旋涂法将组合物A涂布在进行了摩擦处理的取向膜AL1254(商品名，JSR公司制造)上形成涂膜。然后，减压干燥(最终达到真空度0.4Torr)除去涂膜中的溶剂，接着在热板上(80℃)经1分钟加热进行取向处理。然后，在氮气中(氧气浓度在0.1以下)，用超高压汞灯对涂膜进行照度为30mW/cm2、曝光时间为20秒的曝光，且进行均匀取向的第1聚合性液晶单体M1的3维交联处理，形成第1层101。
在这样的第1层101的形成过程中，通过调整旋涂的转速，在实施例1中形成膜厚0.3μm的第1层101，实施例2中形成膜厚0.6μm的第1层101。
接着，利用直接旋涂法将组合物B涂布到第1层101上，形成涂膜。然后经减压干燥(最终达到真空度为0.4Torr)除去溶剂，接着在热板上(60℃)经1分钟加热进行取向处理。然后，在氮气中(氧气浓度在0.1以下)，用超高压汞灯对涂膜进行照度为30mW/cm2、曝光时间20秒的曝光，进行第2聚合性液晶单体M2的2维交联处理，形成第2层102。
在这样的第2层102的形成过程中，通过调整旋涂的转速，在实施例1中形成膜厚0.5μm的第2层102，在实施例2中形成膜厚0.3μm的第2层102。
上述之后，在保持氮气的氛围的烘箱(220℃，氧浓度1％以下)中进行60分钟的加热处理。由此可以对第1层101以及第2层102中的聚合性液晶单体进行进一步的3维交联。
对如上制作的实施例1以及实施例2的光学元件(相位差层)，测定相位差的视角依赖性。结果如图5所示。
另外，作为比较例1～3，分别形成只由使用了混合取向的第2聚合性液晶单体M2的第2层102构成的光学元件(相位差层)。此时，在摩擦处理过的取向膜AL1254(商品名，JSR公司制造)上，使用旋涂法直接涂布组合物B，形成涂膜，然后进行同实施例1、2相同的操作。在比较例1中形成膜厚1.0μm的第2层102，在比较例2中形成膜厚0.6μm的第2层102，在比较例3中形成膜厚0.3μm的第2层102。
对如上制作的比较例1～3的光学元件(相位差层)，测定相位差的视角依赖性，结果合并示于图5。
从图5的曲线图可以清楚看出，由第1层101与第2层102的叠层结构构成的实施例1、2的光学元件，相位差的视角依赖性由各自的膜厚比来控制。另外，只使用膜厚与实施例1、2的总膜厚几乎相同的第2层102构成的比较例1的光学元件，其视角正面的相位差与实施例1、2为相同的值。相对该比较例1，实施例1、2中视角方向的相位差变化量向变小的方向移动。由此可确认，通过按规定膜厚来叠加均匀取向的第1层101，可以在规定状态下减小视角方向相位差的变化量。
与之相对，从比较例1～3的结果可以看出，在只改变作为混合结构的相位差层的第2层102的膜厚时，相位差，也包含正面(极角0°)的相位差整体上下改变，不能在视角正面的相位差固定在希望值的状态下控制相位差的视角依赖性。
<实施例3>
调整第1聚合性液晶单体M1与第2聚合性液晶单体M2的含有比例，制作单层结构的光学元件。
将实施例1、2制备的组合物A以及组合物B混合，使得聚合性液晶聚合物中第2聚合性液晶单体M2的比例(wt％)为1wt％～100wt％的比率，调整各组合物C。
用旋涂法将该组合物C涂布到摩擦处理过的取向膜AL1254(商品名，JSR公司制造)上，形成涂膜。接着，用减压干燥(最终达到真空度0.4Torr)除去涂膜中的溶剂，接着在热板上(100℃)加热1分钟，进行取向处理。然后，在氮气中(氧浓度为0.1以下)，用超高压汞灯对涂膜进行照度为30mW/cm2、曝光时间20秒的曝光，对聚合性液晶单体M1、M2进行3维交联处理。
在上述操作之后，在保持氮气氛围的烘烤箱(220℃，氧浓度为1％以下)中进行60分钟加热处理。由此进一步促进聚合性液晶单体M1、M2的3维交联。
另外，在以上操作中，通过调整旋涂的转速，改变膜厚，从而可以形成正面延迟(retardation)为90～100nm左右的光学元件。
对如上制作的各光学元件(相位差层)，测定相位差的视角依赖性，结果如表6所示。
从图6的曲线图可以清楚看出，通过调整相对于被取向处理的面呈一定角度取向的第1聚合性液晶单体M1和相对于被取向处理的面混合取向的第2聚合性液晶单体M2的组成比，可以控制相位差的视角依赖性。

Claims (15)

1.一种光学元件，其由聚合性液晶单体经混合取向而得到，其中，
含有相对于被取向处理的面保持一定角度取向的第1聚合性液晶单体、以及相对于被取向处理的面混合取向的第2聚合性液晶单体，并且，
相位差的视角依赖性由上述第1聚合性液晶单体与第2聚合性液晶单体的含量比来控制。
2.权利要求1所述的光学元件，其中，
具有使用上述第1聚合性液晶单体而构成的在取向膜上的第1层、以及使用上述第2聚合性液晶单体而构成的第2层，
相位差的视角依赖性通过上述第1层和第2层合计的上述第1聚合性液晶单体与第2聚合性液晶单体的含量比来控制，其中第1层形成在取向膜上，和第2层形成在第1层上。
3.权利要求2所述的光学元件，其中，上述第1聚合性液晶单体和第2聚合性液晶单体的含量比通过上述第1层膜厚与上述第2层膜厚来调整。
4.权利要求2所述的光学元件，其中，上述第2层中含有上述第1聚合性液晶单体。
5.权利要求1所述的光学元件，其中，上述第1聚合性液晶单体为下述结构式(1)所示的化合物，
[化1]
Figure FA20170684200710127372001C00011
结构式(1)。
6.权利要求1所述的光学元件，其中，与上述第1聚合性液晶单体和第2聚合性液晶单体一起，还含有聚合引发剂和表面活性剂。
7.权利要求1所述的光学元件，其中，将上述第1聚合性液晶单体和第2聚合性液晶单体混合，并且，相位差的视角依赖性由上述第1聚合性液晶单体和第2聚合性液晶单体的混合比来控制。
8.一种光学元件的制造方法，该方法是将聚合性液晶单体溶解在溶剂中而得到的溶液涂布在被取向处理的面上并成膜，以使上述聚合性液晶单体在上述被取向处理的面上混合取向的状态进行3维交联，其中，
作为上述聚合性液晶单体，使用相对于被取向处理的面保持一定角度取向的第1聚合性液晶单体、以及相对于被取向处理的面混合取向的第2聚合性液晶单体，同时，相位差的视角依赖性由上述第1聚合性液晶单体与第2聚合性液晶单体的含量比来控制。
9.权利要求8所述的光学元件的制造方法，其中，
将上述第1聚合性液晶单体溶解在溶剂中而得到的溶液涂布在上述被取向处理的面上并成膜，以使该第1聚合性液晶单体在上述被取向处理的面上取向的状态进行3维交联，形成第1层；
将上述第2聚合性液晶单体溶解在溶剂中而得到的溶液涂布在上述第1层上并成膜，以上述第1层为取向膜，以使该第2聚合性液晶单体混合取向的状态进行3维交联，形成第2层。
10.权利要求8所述的光学元件的制造方法，其中，将上述第1聚合性液晶单体和第2聚合性液晶单体溶解在溶剂中而得到的溶液涂布在上述被取向处理的面上并成膜，以使该第1聚合性液晶单体与第2聚合性液晶单体在上述被取向处理的面上取向的状态进行3维交联。
11.一种液晶显示装置，其组合了液晶盒以及聚合性液晶单体混合取向而得到的相位差层，所述液晶盒是将液晶层夹在一对基板间而形成，其中，
上述相位差层使用相对于被取向处理的面保持一定角度的第1聚合性液晶单体、以及相对于取向处理的面混合取向的第2聚合性液晶单体构成，同时，
相位差的视角依赖性由上述第1聚合性液晶单体与第2聚合性液晶单体的含量比来控制。
12.权利要求11所述的液晶显示装置，其中，上述液晶盒由电场双折射模式驱动。
13.权利要求11所述的液晶显示装置，其中，上述相位差层成膜形成在上述一对基板中的一个基板的上述液晶层一侧。
14.权利要求13所述的液晶显示装置，其中，上述相位差层通过滤色片设置在上述一个基板上。
15.权利要求13所述的液晶显示装置，其中，上述相位差层通过平整化膜设置在上述一个基板上。
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