CN107003456A - 光学部件以及具有光学部件的图像显示装置 - Google Patents

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Abstract

根据本发明提供一种光学部件,其具有基板以及与上述基板的表面接触的点,上述点包含具有胆甾醇型结构的液晶材料,上述基板在与上述点的接触面包含液晶层,上述液晶层为液晶化合物的取向被固定的层。本发明的光学部件以相对于点直径的最大高度较大的形状含有包含取向紊乱较小且具有胆甾醇型结构的液晶材料的点,在包含倾斜方向在内的任何方向上,点图案的检测灵敏度均较高。使用本发明的光学部件,能够提供数据输入的灵敏度良好的图像显示装置。

Description

光学部件以及具有光学部件的图像显示装置
技术领域
本发明涉及一种光学部件以及具有光学部件的图像显示装置。
背景技术
近年来,对在图像显示装置的显示器上利用电子笔等手写进行数据输入的系统的必要性不断增加。专利文献1中公开了在透明基板上印刷有如下点图案的透明片材,所述点图案包含含有具有选择反射红外线的胆甾醇型结构的液晶材料的透明油墨。本透明片材安装在显示装置上,并与具备检测来自上述点图案的反射光的红外线传感器和红外线照射部的电子笔组合而能够使用于上述系统中。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2009-28953号公报
发明内容
发明要解决的技术课题
具有胆甾醇型结构的液晶材料具有在胆甾醇型螺旋轴方向上成为最大的波长选择反射性,例如形成为平面状时,通常在其法线方向上具有显示所希望的波长中的最大反射性的特性。因此,在如上述那样的系统中使用上述电子笔等从倾斜方向进行读取时,无法得到较强反射,很难得到高灵敏度。专利文献1的透明片材中,作为形成点的基底层而利用了疏液层,由此隆起为大致半球状,从而表面形成了较大的弯曲。通过这种形状,从倾斜方向也能够进行灵敏度高的读取。
另一方面,为了形成选择反射性较高的液晶材料的胆甾醇型结构,优选液晶化合物的取向的紊乱较小。因此,在取向膜表面等进行具有胆甾醇型结构的层的形成。专利文献1中记载的上述疏液层由包含交联性单体的组合物形成,但不具有作为取向膜的功能。因此,认为专利文献1的透明片材中未得到对应于点所使用的材料的充分的选择反射性。
本发明的课题在于提供一种在具有点图案的光学部件中,在包含倾斜方向在内的任何方向的点图案的检测灵敏度均较高的光学部件,所述点图案包含具有胆甾醇型结构的液晶材料。具体而言,提供一种以相对于点直径的最大高度较大的形状包含由取向紊乱较小且具有胆甾醇型结构的液晶材料构成的点的光学部件。本发明的课题还在于提供一种作为能够进行数据输入的图像显示装置,数据输入的灵敏度良好的图像显示装置。
用于解决技术课题的手段
本发明者为了解决上述课题而进行深入研究的结果,发现作为形成点的基底层,通过使用使液晶化合物取向而形成的层,液晶材料的取向性良好,并且能够形成相对于点直径的最大高度较大的点,直至完成本发明。
即,本发明提供下述[1]~[16]。
[1]一种光学部件,
其具有基板以及与上述基板的表面接触的点,
上述点包含具有胆甾醇型结构的液晶材料,
上述基板在与上述点的接触面包含液晶层,
上述液晶层为液晶化合物的取向被固定的层。
[2]根据[1]所述的光学部件,其中,上述液晶层为棒状液晶化合物的水平取向被固定的层。
[3]根据[2]所述的光学部件,其中,上述液晶层为包含聚合性棒状液晶化合物的组合物的固化层。
[4]根据[1]至[3]中任一项所述的光学部件,其中,上述液晶层包含表面活性剂。
[5]根据[1]至[4]中任一项所述的光学部件,其中,上述基板包含取向膜,上述液晶层与上述取向膜直接接触。
[6]根据[1]至[5]中任一项所述的光学部件,其中,上述基板包含支撑体。
[7]根据[1]至[6]中任一项所述的光学部件,其中,上述液晶材料为将包含液晶化合物以及手性试剂的液晶组合物固化而得的材料。
[8]根据[7]所述的光学部件,其中,上述液晶组合物包含表面活性剂。
[9]根据[8]所述的光学部件,其中,上述表面活性剂为氟系表面活性剂。
[10]根据[1]至[9]中任一项所述的光学部件,其中,在上述基板的表面,以图案状具有多个上述点。
[11]根据[1]至[10]中任一项所述的光学部件,其中,上述点的直径为20~200μm。
[12]根据[1]至[11]中任一项所述的光学部件,其中,上述点的最大高度除以上述点的直径而得的值为0.13~0.30。
[13]根据[1]至[12]中任一项所述的光学部件,其中,上述点具有在红外光区域具有中心波长的波长选择反射性。
[14]根据[13]所述的光学部件,其中,上述点具有在波长800~950nm内具有中心波长的波长选择反射性。
[15]根据[1]至[14]中任一项所述的光学部件,所述光学部件是透明的。
[16]一种图像显示装置,其具有[15]所述的光学部件。
发明效果
根据本发明,可提供新颖的光学部件。本发明的光学部件例如能够贴附于图像显示装置的显示器而作为用于在图像显示装置上直接利用电子笔等手写而进行数据输入的光学部件来使用。通过利用本发明的光学部件,即便在从倾斜方向进行了利用电子笔等的操作的情况下,也能够进行灵敏度高的数据输入。
附图说明
图1是示意地表示作为本发明的光学部件的例子的不包含外涂层的例(1)和包含外涂层的例(2)的截面的图。
图2是将本发明的光学部件作为安装在图像显示装置(能够显示图像的显示装置)的表面或前侧的片材而使用的系统的概要图。
图3是表示实施例1的光学部件的极角5度的逆反射的图像。各点中央显示出绿色的反射。
图4是表示使用扫描电子显微镜(SEM)观察通过实施例制作出的光学部件的点的截面而得的图像的图。
具体实施方式
以下,对本发明进行详细说明。
本说明书中,“~”是表示将记载于其前后的数值作为下限值和上限值而包含的含义来使用。
本说明书中,例如“45度”、“平行”、“垂直”或“正交”等角度只要没有特别记载,则表示与严密的角度之间的差异在小于5度的范围内。与严密的角度之间的差异优选为小于4度,更优选为小于3度。
本说明书中,“(甲基)丙烯酸酯”以“丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯中的任一方或双方”的含义来使用。
并且,本说明书中,关于各数值、数值范围以及定性表现(例如“同一”等表现)被解释为,表示包括本技术领域中通常容许的误差在内的数值、数值范围以及性质。尤其,本说明书中,称为“整体”、“均”或“整个面”等时,设为除了为100%的情况以外,还包含技术领域中通常容许的误差范围,例如也包含为99%以上、95%以上或90%以上的情况。
可见光是电磁波中能够以人眼观察的波长的光,表示380nm~780nm的波长区域的光。不可见光是小于380nm的波长区域或超过780nm的波长区域的光。
红外光中,近红外光是780nm~2500nm的波长区域的电磁波。紫外光是波长10~380nm的范围的光。
本说明书中,逆反射表示所入射的光向入射方向反射的反射。
本说明书中,“极角”表示相对于基板的法线的角。
本说明书中,称作点的表面时,表示与基板相反一侧的点的表面或界面,表示与基板不接触的面。另外,并不防碍点的表面在点的端部与基板接触。
本说明书中,称为透明时,
具体而言,光线透射率可以为50%以上,可以为70%以上,优选为85%以上。光线透射率设为利用JIS A5759中记载的方法来求出的可见光线透射率。即,使用分光光度计测定380nm~780nm的透射率,并通过乘以根据CIE(国际照明委员会)日光D65的分光分布、CIE亮适应标准比视感度的波长分布以及波长间隔得到的权重系数后进行加权平均来求出可见光线透射率。
本说明书中,“雾度”表示使用Nippon Denshoku Industries Co.Ltd.制的雾度计NDH-2000进行测定的值。
理论上,雾度表示下述式所表示的值。
(380~780nm的自然光的散射透射率)/(380~780nm的自然光的散射透射率+自然光的平行光线透射率)×100%
散射透射率是能够使用分光光度计和积分球单元,从所得到的全方位透射率减去平行光线透射率而算出的值。平行光线透射率在基于使用积分球单元测定而得的值的情况下,是0度下的透射率。
<光学部件>
光学部件包含基板以及形成于基板上的点。
光学部件的形状并没有特别限定,例如为薄膜状、片材状或板状即可。图1示意地表示本发明的光学部件的一例的剖视图。图1(1)所示的例子中,在包含支撑体3和液晶层4的基板2的液晶侧的表面形成有点1。图1(2)所示的例子中,以覆盖点1的方式在基板的点形成面侧还设有外涂层5。
本发明的光学部件根据用途而在可见光区域既可以是透明的,也可以不是透明的,但优选是透明的。
本发明的光学部件的雾度优选为5%以下,更优选为3%以下,尤其优选为2%以下。
<基板>
本发明的光学部件所含的基板作为用于在表面形成点的基材发挥作用。
基板优选在点使光反射的波长中,光的反射率低,并优选不包含在点使光反射的波长中使光反射的材料。
并且,优选基板在可见光区域是透明的。并且,基板可以被着色,但优选未被着色或被少量着色。而且优选基板的折射率为1.2~2.0左右,更优选为1.4~1.8左右。均是为了例如在光学部件使用于显示器的前面的用途的光学部件等中,不降低显示于显示器的图像的辨认性。
基板中所含的各层也在点使光反射的波长中,优选光的反射率较低,并优选不包含在点使光反射的波长中反射光的材料。并且,优选基板中所含的各层是透明的。而且优选各层的折射率为1.2~2.0左右,更优选为1.4~1.8左右。
基板的厚度根据用途进行选择即可,并没有特别限定,为5μm~1000μm左右即可,优选为10μm~250μm,更优选为15μm~150μm。
基板包含液晶层。基板可以仅包含液晶层,但还优选包含支撑体以及液晶层,或包含支撑体、取向层以及液晶层。
<液晶层>
液晶层为基板所含的层,位于基板的最表面。基板的液晶层所在的表面形成有点。即,配置成液晶层与点接触。
液晶层为液晶化合物的取向被固定的层。本发明人等发现,液晶层成为显示用于形成点形状所需的疏液性的基底层,并且还具有作为用于形成胆甾醇型结构的取向层的功能。以往,通过在取向膜或已摩擦的基材表面涂布胆甾醇型结构形成用组合物来进行胆甾醇型取向的形成,但取向膜表面或已摩擦的基材表面无法得到为了形成点形状所需的疏液性。以下实施例中示出通过利用液晶层可得到即使对于以极角5度入射于点的光或以30度入射于点的光,也能够显示高逆反射性的点。这表示液晶层作为用于形成点的基底层而具有良好的疏液性和取向性,并能够以相对于点直径的最大高度较大的形状形成包含取向紊乱较小且具有胆甾醇型结构的液晶材料的点。
液晶层为液晶化合物的取向已取向的层,通常具有正面相位差。规定波长的正面相位差能够在KOBRA 21ADH或WR(Oji Scientific Instruments Co.,Ltd.制)中将上述波长的光入射于薄膜法线方向来测定。液晶层的正面相位差并没有特别限定,例如是0.1nm~1000nm、1nm~500nm、5nm~300nm等即可。也可以与光学部件的用途相配合或与组合使用的图像显示装置相配合而调整正面相位差。
液晶层的厚度并没有特别限定,优选为0.01μm~5μm,进一步优选为0.05μm~3μm。
[液晶层的形成方法]
液晶层能够通过例如将后述液晶组合物涂布于支撑体或取向层等的表面并进行干燥后根据需要进行固化而形成。液晶层也可以在伪支撑体上被制作出之后剥离伪支撑体而得。
涂布方法并没有特别限制,能够根据目的进行适当选择,例如可举出线棒涂布法、帘式涂布法、挤出涂布法、直接凹版涂布法、逆向凹版涂布法、模涂法、旋涂法、浸涂法、喷涂法、滑动涂布法等。
(液晶组合物的干燥)
使用于基板表面的液晶组合物根据需要进行干燥即可。可为了进行干燥或在干燥后进行加热,在干燥或加热的工序中液晶组合物中的液晶化合物进行取向即可。优选液晶组合物中的液晶化合物相对于基板面水平取向。而且,优选液晶层为液晶化合物的水平取向被固定的层。通过水平取向而形成有向列型相即可。此时,优选液晶化合物为棒状液晶化合物。另外,向列型相是指液晶分子具有取向秩序,但不具有三维的位置秩序的状态。
优选进行加热时的加热温度为50℃~120℃,更优选为60℃~100℃。
(液晶组合物的固化)
当液晶组合物包含聚合性液晶化合物时,已取向的聚合性液晶化合物通过液晶组合物的固化而聚合即可。固化通过光照射或加热来进行即可,优选通过光照射进行固化。优选光照射使用紫外线。优选照射能为20mJ/cm2~50J/cm2,更优选为100mJ/cm2~1,500mJ/cm2。为了促进光聚合反应,也可以在加热条件下或氮气氛下实施光照射。优选照射紫外线波长为250nm~430nm。从稳定性的观点考虑,优选聚合反应率较高,优选为70%以上,更优选为80%以上。关于聚合反应率,能够使用IR吸收光谱来决定聚合性官能团的消耗比例。
<支撑体>
基板包含支撑体即可。作为支撑体的例子,可举出玻璃、三乙酸纤维素(TAC)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚碳酸酯、聚氯乙烯、丙烯酸、聚烯烃等。
<取向层>
基板也可以包含取向层。取向层在包含支撑体的基板中位于支撑体和液晶层之间即可。此时,优选取向层与液晶层和支撑体直接接触。取向层能够利用聚合物等有机化合物(聚酰亚胺、聚乙烯醇、聚酯、聚芳酯、聚酰胺酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚酰胺、改性聚酰胺等树脂)的摩擦处理、无机化合物的斜方蒸镀、形成具有微槽的层、或基于朗缪尔-布洛杰特(Langmuir-Blodgett)法(LB膜)的有机化合物(例如、ω-二十三烷酸、二十八烷基甲基氯化铵、硬脂酸甲酯)的累积等方法来设置。还可以使用通过赋予电场、赋予磁场或光照射而产生取向功能的取向层。
尤其优选在包含聚合物的取向层进行了摩擦处理的基础上,将液晶组合物涂布于摩擦处理面。摩擦处理能够通过用纸、布,沿一定方向摩擦数次聚合物层的表面来实施。
也可以不设置取向层而在支撑体表面或对支撑体进行了摩擦处理的表面形成液晶层。
优选取向层的厚度为0.01~5μm,进一步优选为0.05~2μm。
<点>
本发明的光学部件包含形成于基板表面的点。形成有点的基板表面可以是基板的两个面,也可以是一个面,但优选是一个面。
在基板表面形成有一个或两个以上的点即可。两个以上的点可以在基板表面相互靠近地形成有多个,且点的总表面积可成为基板的点形成侧表面的面积的50%以上、60%以上、70%以上等。如在该情况下,点的选择反射性等光学特性可以实质上成为光学部件整体的光学特性,尤其成为点形成表面的整个面的光学特性。另一方面,两个以上的点可以在基板表面相互分开地形成有多个,且点的总表面积可成为小于基板的点形成侧表面的面积的50%、30%以下、10%以下等。如在该情况下,光学部件的点形成表面侧的光学特性可以是能够作为基板的光学特性与点的光学特性之间的对比度而确认的特性。
多个点可以形成为图案状,具有提示信息的功能。例如通过以能够提供形成为片材状的光学部件中的位置信息的方式形成,光学部件能够安装于显示器而作为能够进行数据输入的片材而使用。
当点形成为图案状时,并且例如直径为20~200μm的点形成有多个时,在基板面的每个2mm见方的正方形内平均包含10个~100个点即可,优选包含15~50个点,进一步优选包含20~40个点。
在基板表面具有多个点时,点的直径、形状可以全部相同,也可以包含直径、形状相互不同的点,但为了从各点得到均匀的反射光,优选为相同。例如,意图形成直径以及形状相同的点而优选为在相同条件下形成的点。
本说明书中,对点进行说明时,该说明能够适用于本发明的光学部件中的全部点,但包含所说明的点的本发明的光学部件设为容许包含因本技术领域中所容许的误差和错误等而不相当于相同说明的点。
[点的形状]
点的形状并没有特别限定,优选从基板法线方向观察时为圆形。圆形可以不是正圆,是大致圆形或椭圆形即可。例如也可以是多个圆一点点偏离而重叠的形状。就点而言,称为中心时表示该圆形的中心或重心。在基板表面存在多个点时,点的形状可以相同,也可以不同,但优选相同或至少相似。
优选点的直径为20~200μm,更优选为30~150μm。当点不是圆形时,点的直径设为近似于圆形而测定或计算出的值。
点的直径能够在使用激光显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等显微镜而得到的图像中,通过测定如下直线的长度而得到,所述直线是从端部(点的边缘或边界部)至端部的直线并且通过点的中心。另外,点的数量、点之间距离也能够在激光显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等的显微镜图像中确认。
优选点包含具有从点的端部朝向中心的方向上连续地增大至最大高度的高度的部位。本说明书中,有时将上述部位称为倾斜部或曲面部。即,优选点包含从点的端部朝向中心而高度增大的倾斜部或曲面部等。
另外,本说明书中,就点而言,称为“高度”时,表示“点的表面的点至基板的点形成侧表面的最短距离”。并且,在基板上存在凹凸时,将点的端部的基板面的延长部分设为上述点形成侧表面。最大高度为上述高度的最大值,例如为从点的顶点至基板的点形成侧表面的最短距离。点的高度能够从基于激光显微镜的焦点位置扫描或者使用SEM或TEM等显微镜而得到的点的剖视图中确认。
作为包含上述倾斜部或曲面部的结构的例子,可举出将基板侧作为平面的半球形状、将该半球形状的上部与基板大致平行地切割而进行平坦化的形状(球状梯形形状)、将基板侧作为底面的圆锥形状、将该圆锥形状的上部与基板大致平行地切割而进行平坦化的形状(圆锥梯形形状)以及能够近似于这些中的任一种的形状等。这些之中,优选将基板侧作为平面的半球形状、将该半球形状的上部与基板大致平行地切割而进行平坦化的形状、将以基板侧作为底面的圆锥形状的上部与基板大致平行地切割而进行平坦化的形状以及能够近似于这些中的任一种的形状。另外,上述半球形状不仅包括以包含球的中心的面作为平面的半球形状,还包括将球切割成任意两个而得到的球缺形状中的任一个。
提供点的最大高度的点表面的点在半球形状或圆锥形状的顶点,或者在如上述那样与基板大致平行地切割而进行平坦化的面上即可。还优选进行平坦化的面状的所有点提供点的最大高度。还优选点的中心提供最大高度。
就点而言,优选将最大高度除以点的直径而得的值(最大高度/直径)为0.13~0.30。尤其优选将基板侧设为平面的半球形状、将该半球形状的上部与基板大致平行地切割而进行平坦化的形状、将以基板侧作为底面的圆锥形状的上部与基板大致平行地切割而进行平坦化的形状等、点的高度从点的端部连续地增大而成为最大高度,且在中心表示最大高度的形状中满足上述内容。更优选最大高度/直径为0.16~0.28。
并且,优选点的表面与上述基板(基板的点形成侧表面)所成的角(例如平均值)为27度~62度,更优选为29度~60度。由于是这样的角,由此能够设为以适于后述光学部件的用途的光的入射角显示高逆反射性的点。
上述角能够从基于激光显微镜的焦点位置扫描或者使用SEM或TEM等的显微镜而得到的点的剖视图中确认,但本说明书中设为,利用在包含点的中心且在与基板垂直的面上的剖视图的SEM图像中测定了基板与点表面之间的接触部分的角而得的角。
[点的光学性质]
本发明的光学部件中的点显示波长选择反射性。
点显示选择反射性的光并没有特别限定,例如可以是红外光、可见光、紫外光等中的任一种
例如,在将光学部件贴附于显示器,并作为用于在显示装置上直接手写而进行数据输入的光学部件而使用的情况下,点显示选择反射性的光的波长以不影响显示图像的方式优选为不可见光区域的波长,更优选为红外光区域的波长,尤其优选为近红外光区域的波长。例如,优选在点的反射光谱中能够确认到,在750~2000nm的范围(优选在800~1500nm的范围)具有中心波长的反射波长频带。上述反射波长还优选根据从组合使用的光源照射的光的波长或成像元件(传感器)所检测的光的波长来进行选择。
并且,例如将本发明的光学部件作为透明屏幕而使用时,优选点显示选择反射性的光在可见光区域。优选根据从组合使用的影像装置照射的光而选择上述反射波长。
优选点在可见光区域是透明的。并且,点可以被着色,但优选未被着色或被少量着色。均是为了例如在光学部件被用在显示器的前面时,不会使显示于显示器的图像的辨认性下降。并且,是为了作为透明屏幕的优选使用。
[胆甾醇型结构]
点包含具有胆甾醇型结构的液晶材料。
已知胆甾醇型结构在特定的波长中显示选择反射性。选择反射的中心波长(反射峰波长)λ取决于胆甾醇型结构中的螺旋结构的节距P(=螺旋的周期),且与胆甾醇型液晶的平均折射率n满足λ=n×P的关系。因此,通过调节该螺旋结构的节距,能够调节选择反射波长。胆甾醇型结构的节距取决于,在形成点时与液晶化合物一起使用的手性试剂的种类或其添加浓度,因此通过调整这些,能够得到所希望的节距。
并且,胆甾醇型结构所显示的选择反射光为圆偏振光选择性,胆甾醇型结构的选择反射光成为右圆偏振光或左圆偏振光。反射光是右圆偏振光还是左圆偏振光取决于胆甾醇型结构的螺旋的扭转方向。胆甾醇型结构的螺旋的扭转方向为右时反射右圆偏振光,螺旋的扭转方向为左时反射左圆偏振光。
关于节距的调整,在富士胶片(FUJIFILM)研究报告No.50(2005年)p.60-63中有详细记载。关于螺旋的扭转方向和节距的测定法,能够使用“液晶化学实验入门”日本液晶学会编西格玛(SIGMA)出版、2007年出版、46页、以及“液晶便览”液晶便览编辑委员会丸善196页中记载的方法。
使用扫描电子显微镜(SEM)作为亮部和暗部的条纹图案而观测胆甾醇型结构。该亮部和暗部重复2次份(两个亮部和两个暗部)相当于螺旋1节距份。因此,能够根据SEM剖视图来测定节距。上述条纹图案的各线的法线成为螺旋轴方向。
显示选择反射的选择反射带(圆偏振光反射带)的半宽度Δλ(nm)中,Δλ取决于液晶化合物的双折射Δn和上述节距P,并满足Δλ=Δn×P的关系。因此,选择反射带的宽度的控制能够通过调整Δn来进行。Δn的调整能够通过调整聚合性液晶化合物的种类及其混合比率,或者通过控制取向固定时的温度来进行。反射波长频带的半宽度根据本发明的光学部件的用途进行调整即可,例如为50~500nm,优选为100~300nm。
[点中的胆甾醇型结构]
在点内,优选胆甾醇型结构的螺旋轴与点表面为50度~90度范围的角度范围。更优选上述角为60度~90度范围,进一步优选70度~90度范围。尤其,在点的表面,优选胆甾醇型结构的螺旋轴与表面所成的角为70度~90度范围。
当使用扫描电子显微镜(SEM)观测点的截面时,胆甾醇型结构的螺旋轴位于各暗部形成的线的法线方向。在点的表面,胆甾醇型结构的螺旋轴与表面所成的角为从点的表面起第1条暗部形成的线的法线与上述表面所成的角。当表面为曲线时,将表面作为上述截面中的表面的切线而求出角即可。尤其,在上述倾斜部或曲面部中,通过满足上述角,也能够相对于从自基板的法线方向形成角的方向入射于点的光,也显示高逆反射性。例如,本发明的光学部件即便是不具有外涂层的形态,相对于以极角5度入射于点的光或以极角30度入射于点的光,也能够显示高逆反射性。
尤其,在倾斜部或曲面部的局部的表面,胆甾醇型结构的螺旋轴与表面所成的角满足70度~90度,例如优选在倾斜部或曲面部的局部连续满足上述角而非断续地满足上述角。并且,上述角以锐角表示,例如称为70度~90度的范围时,表示将法线与上述表面所成的角以0度~180度的角表示时的70度~110度的范围。在剖视图中,优选从点的表面至第2条为止的暗部形成的线,其法线与上述表面所成的角均为70度~90度的范围,更优选从点的表面至第3~4条为止的暗部形成的线,其法线与上述表面所成的角均为70度~90度的范围,进一步优选从点的表面起第5~12条以上的暗部形成的线,其法线与上述表面所成的角均为70度~90度的范围。
在点的表面,更优选胆甾醇型结构的螺旋轴与表面所成的角为0度~90度的范围,进一步优选为85度~90度的范围。
胆甾醇型结构能够通过固定胆甾醇型液晶相而得。固定胆甾醇型液晶相而成的结构是成为胆甾醇型液晶相的液晶化合物的取向得以保持的结构即可,典型地,是在将聚合性液晶化合物设为胆甾醇型液晶相的取向状态的基础上,通过紫外线照射、加热等进行聚合、固化而形成没有流动性的层,同时又变化成不会因外场和外力使取向形态发生变化的状态的结构即可。另外,固定胆甾醇型液晶相而成的结构中,胆甾醇型液晶相的光学性质能够得到保持足以,液晶化合物也可以不再显示液晶性。例如,聚合性液晶化合物可通过固化反应而进行高分子量化而已经失去液晶性。
[点的形成方法]
例如通过将后述液晶组合物使用于基板的液晶层表面而进行干燥之后,根据需要进行固化,由此能够形成点。液晶层可在点形成前进行表面加工。例如,为了形成所希望的形状的点或所希望的点图案,可进行亲水性处理或形成凸凹形状等。
(液晶组合物的喷出)
在用于点形成的基板上使用液晶组合物优选通过喷出液滴来进行。在基板上使用多个点时,将液晶组合物作为油墨而进行印刷即可。作为印刷法并没有特别限定,能够使用喷墨法、凹版印刷法、柔性版印刷法等,但尤其优选喷墨法。点的图案形成也能够应用公知的印刷技术来进行。
(液晶组合物的干燥)
使用于基板表面的液晶组合物根据需要进行干燥即可。可以为了干燥或在干燥之后进行加热,在干燥或加热工序中液晶组合物中的液晶化合物进行取向而形成胆甾醇型液晶相即可。进行加热时,优选加热温度为200℃以下,更优选为130℃以下。
(液晶组合物的固化)
当液晶组合物包含聚合性液晶化合物时,已取向的聚合性液晶化合物通过液晶组合物的固化而聚合即可。固化通过光照射或加热来进行即可,优选通过光照射进行固化。优选光照射使用紫外线。优选照射能为20mJ/cm2~50J/cm2,更优选为100mJ/cm2~1,500mJ/cm2。为了促进光聚合反应,也可以在加热条件下或氮气氛下实施光照射。优选照射紫外线波长为250nm~430nm。从稳定性的观点考虑,优选聚合反应率较高,优选为70%以上,更优选为80%以上。关于聚合反应率,能够使用IR吸收光谱来决定聚合性官能团的消耗比例。
<液晶组合物>
以下,对能够使用于液晶层的形成以及点(胆甾醇型结构)的形成的材料即液晶组合物进行说明。
液晶组合物包含液晶化合物。优选液晶化合物为聚合性液晶化合物。并且,液晶组合物还可以包含表面活性剂或聚合引发剂等。优选使用于点的形成的液晶组合物包含手性试剂。
[聚合性液晶化合物]
聚合性液晶化合物可以为棒状液晶化合物,也可以为圆盘状液晶化合物,但优选为棒状液晶化合物。
作为形成胆甾醇型液晶层的棒状聚合性液晶化合物的例子,可举出棒状向列型液晶化合物。作为棒状向列型液晶化合物,可优选使用偶氮甲碱类、氧化偶氮类、氰基联苯类、氰基苯基酯类、苯甲酸酯类、环己烷羧酸苯基酯类、氰基苯基环己烷类、氰基取代的苯基嘧啶类、烷氧基取代的苯基嘧啶类、苯基二噁烷类、二苯乙炔(tolan)类以及烯基环已基苄腈类。不仅能够使用低分子液晶化合物,也能够使用高分子液晶化合物。
聚合性液晶化合物可通过将聚合性基团导入液晶化合物来获得。聚合性基团的例子中包含不饱和聚合性基团、环氧基以及氮丙啶基,优选不饱和聚合性基团,尤其优选乙烯性不饱和聚合性基团。聚合性基团能够利用各种方法来导入液晶化合物的分子中。聚合性液晶化合物所具有的聚合性基团的个数优选为1~6个,更优选为1~3个。聚合性液晶化合物的例子包含Makromol.Chem.,190卷、2255页(1989年)、Advanced Materials 5卷、107页(1993年)、美国专利第4683327号说明书、美国专利第5622648号说明书、美国专利第5770107号说明书、国际公开WO95/22586号公报、国际公开WO95/24455号公报、国际公开WO97/00600号公报、国际公开WO98/23580号公报、国际公开WO98/52905号公报、日本特开平1-272551号公报、日本特开平6-16616号公报、日本特开平7-110469号公报、日本特开平11-80081号公报、日本特开2001-328973号公报、日本特开2014-198815号公报以及日本特开2014-198814号公报等中记载的化合物。可并用两种以上的聚合性液晶化合物。若并用两种以上的聚合性液晶化合物,则能够降低取向温度。
作为聚合性液晶化合物的具体例,可举出下述式(1)~(11)所示的化合物。
[化学式1]
[化学式2]
(化合物(11)中,X1为2~5(整数)。)
并且,作为上述以外的聚合性液晶化合物,能够使用如日本特开昭57-165480号公报中公开的具有胆甾醇型相的环式有机硅氧烷化合物等。而且,作为前述高分子液晶化合物,能够使用将呈现液晶的介晶基团导入主链、侧链、或主链和侧链这两个位置而成的高分子、将胆固醇基导入侧链而成的高分子胆甾醇型液晶、如日本特开平9-133810号公报中公开的液晶性高分子、如日本特开平11-293252号公报中公开的液晶性高分子等。
并且,液晶组合物中的聚合性液晶化合物的添加量相对于液晶组合物的固体成分质量(除去溶剂后的质量),优选为75~99.9质量%,更优选为80~99质量%,尤其优选为85~90质量%。
[手性试剂(光学活性化合物)]
优选使用于点的形成的液晶组合物包含手性试剂。手性试剂具有诱发胆甾醇型液晶相的螺旋结构的功能。由于通过化合物诱发的螺旋的扭转方向或螺旋节距不同,因此根据目的选择手性化合物即可。
作为手性试剂,并没有特别限制,能够使用公知的化合物(例如液晶器件手册第3章4-3项,TN、STN用chiral reagent 199页中记载,日本学术振兴会(Japan Society forthe Promotion of Science)第142委员会编,1989中记载)、异山梨醇、异甘露醇衍生物。
手性试剂通常包含不对称碳原子,但不包含不对称碳原子的轴手性(axialchirality)化合物或平面手性(planar chirality)化合物也能够作为手性试剂而使用。轴手性化合物或平面手性化合物的例子包含联萘、螺烯、对环芳烷以及它们的衍生物。手性试剂可具有聚合性基团。当手性试剂和液晶化合物都具有聚合性基团时,通过聚合性手性试剂与聚合性液晶化合物的聚合反应,能够形成具有从聚合性液晶化合物衍生的重复单元和从手性试剂衍生的重复单元的聚合物。该方式中,聚合性手性试剂所具有的聚合性基团优选为与聚合性液晶化合物所具有的聚合性基团是同种基团。因此,手性试剂的聚合性基团也优选为不饱和聚合性基团、环氧基或氮丙啶基,进一步优选为不饱和聚合性基团,尤其优选为乙烯性不饱和聚合性基团。
并且,手性试剂可以为液晶化合物。
作为手性试剂的具体例,可举出以下式(12)所表示的化合物。
[化学式3]
式中,X为2~5(整数)。
优选液晶组合物中的手性试剂的含量为聚合性液晶性化合物量的0.01摩尔%~200摩尔%,更优选为1摩尔%~30摩尔%。
[表面活性剂]
优选液晶组合物包含表面活性剂。作为表面活性剂,例如可举出硅酮系表面活性剂以及氟系表面活性剂,优选氟系表面活性剂。
作为表面活性剂的具体例,可举出日本特开2014-119605号公报的[0082]~[0090]中记载的化合物、日本特开2012-203237号公报的〔0031〕~〔0034〕段中记载的化合物、日本特开2005-99248号公报的[0092]以及[0093]中例示的化合物、日本特开2002-129162号公报的[0076]~[0078]以及[0082]~[0085]中例示的化合物、日本特开2007-272185号公报的〔0018〕~〔0043〕段等中记载的氟(甲基)丙烯酸酯系聚合物等。
另外,作为表面活性剂,可单独使用一种,也可并用两种以上。
作为氟系表面活性剂,尤其优选日本特开2014-119605号公报的[0082]~[0090]中记载的通式(I)所表示的化合物。
[化学式4]
通式(I)
(Hb11-Sp11-L11-Sp12-L12)m11-A11-L13-T11-L14-A12-(L15-Sp13-L16-Sp14-Hb11)n11
通式(I)中,L11、L12、L13、L14、L15、L16分别独立地表示单键、-O-、-S-、-CO-、-COO-、-OCO-、-COS-、-SCO-、-NRCO-、-CONR-(通式(I)中的R表示氢原子或碳原子数为1~6的烷基),-NRCO-、-CONR-有降低溶解性的效果,从制作点时有雾度上升的倾向的方面考虑,更优选为-O-、-S-、-CO-、-COO-、-OCO-、-COS-、-SCO-,从化合物的稳定性的观点考虑,进一步优选为-O-、-CO-、-COO-、-OCO-。上述R可取的烷基可以是直链状,也可以是分支状。更优选为碳原子数为1~3,能够例示甲基、乙基、正丙基。
Sp11、Sp12、Sp13、Sp14分别独立地表示单键或碳原子数1~10的亚烷基,更优选为单键或碳原子数1~7的亚烷基,进一步优选为单键或碳原子数1~4的亚烷基。其中,亚烷基的氢原子可以被氟原子取代。亚烷基可具有或不具有分支,但优选为不具有分支的直链的亚烷基。从合成上的观点考虑,优选Sp11与Sp14相同,且Sp12与Sp13相同。
A11、A12为1~4价芳香族烃基。芳香族烃基的碳原子数优选为6~22,更优选为6~14,进一步优选为6~10,更进一步优选为6。A11、A12所表示的芳香族烃基可具有取代基。作为这种取代基的例子,能够举出碳原子数1~8的烷基、烷氧基、卤素原子、氰基或酯基。关于这些基团的说明和优选范围,能够参照下述T的所对应的记载。作为相对于A11、A12所表示的芳香族烃基的取代基,例如能够举出甲基、乙基、甲氧基、乙氧基、溴原子、氯原子、氰基等。分子内具有较多全氟烷基部分的分子能够以较少的添加量使液晶取向,以致雾度降低,因此优选A11、A12为4价,以使分子内具有较多全氟烷基。从合成上的观点考虑,优选为A11与A12相同。
T11优选表示
[化学式5]
所表示的二价基团或二价芳香族杂环基(上述T11中所含的X表示碳原子数1~8的烷基、烷氧基、卤素原子、氰基或酯基,Ya、Yb、Yc、Yd分别独立地表示氢原子或碳原子数1~4的烷基),更优选为
[化学式6]
更进一步优选为
[化学式7]
上述T11中所含的X可取的烷基的碳原子数为1~8,优选为1~5,更优选为1~3。烷基可以是直链状、分支状、环状中的任一种,优选为直链状或分支状。作为优选的烷基,能够例示甲基、乙基、正丙基、异丙基等,其中,优选甲基。关于上述T11中所含的X可取的烷氧基的烷基部分,能够参照上述T11中所含的X可取的烷基的说明和优选范围。作为上述T11中所含的X可取的卤素原子,能够举出氟原子、氯原子、溴原子、碘原子,优选氯原子、溴原子。作为上述T11中所含的X可取的酯基,能够例示R’COO-所表示的基团。作为R’,能够举出碳原子数1~8的烷基。关于R’可取的烷基的说明和优选范围,能够参照上述T11中所含的X可取的烷基的说明和优选范围。作为酯的具体例,能够举出CH3COO-、C2H5COO-。Ya、Yb、Yc、Yd可取的碳原子数1~4的烷基可以是直链状,也可以是分支状。例如能够例示甲基、乙基、正丙基、异丙基等。
二价芳香族杂环基优选具有5元、6元或7元的杂环。进一步优选5元环或6元环,最优选6元环。作为构成杂环的杂原子,优选氮原子、氧原子以及硫原子。杂环优选为芳香族性杂环。芳香族性杂环通常为不饱和杂环。进一步优选具有最多双键的不饱和杂环。杂环的例子包括呋喃环、噻吩环、吡咯环、吡咯啉环、吡咯烷环、噁唑环、异噁唑环、噻唑环、异噻唑环、咪唑环、咪唑啉环、咪唑烷环、吡唑环、吡唑啉环、吡唑烷环、三唑环、呋咱(furazane)环、四唑环、吡喃环、噻喃(thiin)环、吡啶环、哌啶环、噁嗪环、吗啉环、噻嗪环、哒嗪环、嘧啶环、吡嗪环、哌嗪环以及三嗪环。二价杂环基可具有取代基。关于这种取代基的例子的说明和优选范围,能够参照与上述A1和A2的1~4价芳香族烃可取的取代基有关的说明和记载。
Hb11表示碳原子数2~30的全氟烷基,更优选为碳原子数3~20的全氟烷基,进一步优选为碳原子数3~10的全氟烷基。全氟烷基可以是直链状、分支状、环状中的任一种,但优选为直链状或分支状,更优选为直链状。
m11、n11分别独立地表示0~3,且m11+n11≥1。此时,存在多个的括号内的结构可以彼此相同或不同,但优选为彼此相同。通式(I)的m11、n11由A11、A12的价数决定,优选范围也由A11、A12的价数的优选范围决定。
T11中所含的o以及p分别独立地为0以上的整数,当o以及p为2以上时,多个X可以彼此相同或不同。T11中所含的o优选为1或2。T11中所含的p优选为1~4中的任一整数,更优选为1或2。
通式(I)所表示的化合物可以是分子结构具有对称性的化合物,也可以是不具有对称性的化合物。另外,在此所说的对称性表示至少相当于点对称、线对称、旋转对称中的任一种的结构,非对称表示与点对称、线对称、旋转对称中的任何一种都不相当的结构。
通式(I)所表示的化合物为将以上所述的全氟烷基(Hb11)、连接基团-(-Sp11-L11-Sp12-L12)m11-A11-L13-和-L14-A12-(L15-Sp13-L16-Sp14-)n11-,以及优选为具有排除体积效应的2价基团的T进行组合而成的化合物。存在于分子内的两个的全氟烷基(Hb11)优选为彼此相同,存在于分子内的连接基团-(-Sp11-L11-Sp12-L12)m11-A11-L13-和-L14-A12-(L15-Sp13-L16-Sp14-)n11-也优选为彼此相同。末端的Hb11-Sp11-L11-Sp12-和-Sp13-L16-Sp14-Hb11优选为以下任一通式所表示的基团。
(CaF2a+1)-(CbH2b)-
(CaF2a+1)-(CbH2b)-O-(CrH2r)-
(CaF2a+1)-(CbH2b)-COO-(CrH2r)-
(CaF2a+1)-(CbH2b)-OCO-(CrH2r)-
上式中,a优选为2~30,更优选为3~20,进一步优选为3~10。b优选为0~20,更优选为0~10,进一步优选为0~5。a+b为3~30。r优选为1~10,更优选为1~4。
并且,通式(I)的末端的Hb11-Sp11-L11-Sp12-L12-和-L15-Sp13-L16-Sp14-Hb11优选为以下任一通式所表示的基团。
(CaF2a+1)-(CbH2b)-O-
(CaF2a+1)-(CbH2b)-COO-
(CaF2a+1)-(CbH2b)-O-(CrH2r)-O-
(CaF2a+1)-(CbH2b)-COO-(CrH2r)-COO-
(CaF2a+1)-(CbH2b)-OCO-(CrH2r)-COO-
上式中的a、b以及r的定义与近上的定义相同。
尤其,优选液晶层形成用表面活性剂能够使液晶水平取向且提供所需疏液性。只要满足该条件,则结构并没有特别限定,作为液晶层形成用表面活性剂,还优选使用例如下述中举出的低分子表面活性剂或共聚物表面活性剂。
上述低分子表面活性剂为分子内至少具有6个以上(CaF2a+1)所表示的全氟烷基的化合物。a优选为4以上,进一步优选为6以上。具体而言,能够优选使用日本特开2013-47204号公报、日本特开2002-129162号公报记载的化合物等。
上述共聚物表面活性剂为包含含有下述结构所表示的全氟烷基的单体的共聚物,并且为下述结构的单体相对于所有单体的质量比为25%以上的共聚物。单体的质量比优选为30%以上,进一步优选为35%以上。并且,式中的a优选为4以上,进一步优选为6以上。式中的a2表示1~3的整数,最优选为2。R表示甲基或氢,更优选为氢。
[化学式8]
具体而言,能够优选使用日本特开2008-257205号公报或日本特开2004-198511号公报中记载的共聚物等。
液晶组合物中的表面活性剂的添加量相对于聚合性液晶化合物的总质量,优选0.01质量%~10质量%,更优选0.01质量%~5质量%,尤其优选0.02质量%~1质量%。
尤其,为了赋予疏液性,用于形成液晶层的液晶组合物中的表面活性剂的添加量优选添加比液晶的水平取向所需的最少量多。具体而言,相对于聚合性液晶化合物的总质量,优选为0.2质量%以上,更优选为0..3质量%以上,尤其优选为0.4质量%以上。
[聚合引发剂]
当液晶组合物包含聚合性化合物时,优选含有聚合引发剂。通过紫外线照射进行聚合反应的方式中,优选所使用的聚合引发剂为能够通过紫外线照射开始进行聚合反应的光聚合引发剂。光聚合引发剂的例子可举出α-羰基化合物(美国专利第2367661号、美国专利第2367670号等各说明书记载)、偶姻醚(美国专利第2448828号说明书记载)、α-烃取代的芳香族偶姻化合物(美国专利第2722512号说明书记载)、多核醌化合物(美国专利第3046127号、美国专利第2951758号等各说明书记载)、三芳基咪唑二聚体与对-氨基苯基酮的组合(美国专利第3549367号说明书记载)、吖啶和吩嗪化合物(日本特开昭60-105667号公报、美国专利第4239850号说明书记载)以及噁二唑化合物(美国专利第4212970号说明书记载)等。
液晶组合物中的光聚合引发剂的含量相对于聚合性液晶化合物的含量,优选为0.1~20质量%,进一步优选为0.5质量%~12质量%。
[交联剂]
为了提高固化后的膜强度、提高耐久性,液晶组合物可任意含有交联剂。作为交联剂,能够优选使用以紫外线、热、湿气等进行固化的交联剂。
作为交联剂并没有特别限制,能够根据目的进行适当选择,例如可举出三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯等多官能丙烯酸酯化合物;(甲基)丙烯酸缩水甘油酯、乙二醇二缩水甘油醚等环氧化合物;2,2-双羟甲基丁醇-三[3-(1-氮丙啶基)丙酸酯]、4,4-双(乙烯亚氨基羰基氨基)二苯基甲烷等氮丙啶化合物;六亚甲基二异氰酸酯、缩二脲型异氰酸酯等异氰酸酯化合物;侧链具有噁唑啉基的聚噁唑啉化合物;乙烯基三甲氧基硅烷、N-(2-氨基乙基)3-氨基丙基三甲氧基硅烷等烷氧基硅烷化合物等。并且,能够根据交联剂的反应性而使用公知的催化剂,除了能够提高膜强度和耐久性以外,还能够提高生产率。这些可以单独使用一种,也可以并用两种以上。
交联剂的含量优选3质量%~20质量%,更优选5质量%~15质量%。若交联剂的含量小于3质量%,则有时无法得到提高交联密度的效果,若超过20质量%,则会导致胆甾醇型液晶层的稳定性下降。
[其他添加剂]
液晶组合物可包含单官能聚合性单体。尤其,优选点形成中使用的液晶组合物包含单官能聚合性单体。这是因为,作为点形成方法,当使用后述喷墨法时,通过使用单官能聚合性单体,能够得到通常求出的油墨物性。作为单官能聚合性单体,可举出2-甲氧基乙基丙烯酸酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸异癸酯、丙烯酸辛酯/丙烯酸癸酯等。
并且,液晶组合物中,能够根据需要,在不降低光学性能等的范围内还添加聚合抑制剂、抗氧化剂、紫外线吸收剂、光稳定剂、着色剂、金属氧化物微粒等。
[溶剂]
液晶组合物可含有溶剂。作为溶剂并没有特别限制,能够根据目的进行适当选择,但优选使用有机溶剂。
作为有机溶剂并没有特别限制,能够根据目的进行适当选择,例如可举出甲基乙基酮、甲基异丁基酮等酮类、烷基卤化物类、酰胺类、亚砜类、杂环化合物、烃类、酯类、醚类等。这些可以单独使用一种,也可以并用两种以上。这些之中,考虑到对环境的负荷时,尤其优选酮类。上述单官能聚合性单体等的上述成分可作为溶剂发挥功能。
<外涂层>
光学部件也可包含外涂层。外涂层设置于基板的形成有点的液晶层面侧即可,优选将光学部件的表面进行平坦化。
外涂层并没有特别限定,但优选折射率为1.4~1.8左右的树脂层。为了在将光学部件在图像显示装置等的显示器表面作为输入片材等输入介质使用时,防止来自图像显示装置的图像光的散射,外涂层与包含液晶材料的点的折射率之差优选为0.2以下。更优选为0.1以下即可。包含液晶材料的点的折射率为1.6左右,而通过使用折射率为1.4~1.8左右的外涂层,能够减小实际入射于点的光的极角。例如,在使用折射率为1.6的外涂层以极角45度使光入射于光学部件时,实际入射于点的极角能够设为27度左右。因此,通过使用外涂层,能够扩大光学部件显示逆反射性的光的极角,即使在点的表面与基板所成的角较小的点中,也能够以更宽的范围得到较高的逆反射性。并且,外涂层也可具有作为防反射层、粘合剂层、粘接剂层、硬涂层的功能。
作为外涂层的例子,可举出将包含单体的组合物涂布于基板的形成有点的液晶层面侧之后,将涂膜固化而得到的树脂层等。树脂并没有特别限定,考虑基板或对形成点的液晶材料的密合性等而进行选择即可。例如能够使用热塑性树脂、热固性树脂、紫外线固化性树脂等。从耐久性、耐溶剂性等方面考虑,优选通过交联进行固化的类型的树脂,尤其优选能够在短时间内固化的紫外线固化性树脂。作为能够在外涂层的形成中使用的单体,可举出(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸乙基已酯、苯乙烯、甲基苯乙烯、N-乙烯基吡咯烷酮、聚羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、己二醇(甲基)丙烯酸酯、三丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、二乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯、二季戊四醇六(甲基)丙烯酸酯、1,6-己二醇二(甲基)丙烯酸酯、新戊二醇二(甲基)丙烯酸酯等。
外涂层的厚度并没有特别限定,考虑点的最大高度而决定即可,为5μm~100μm左右即可,优选为10μm~50μm,更优选为20μm~40μm。厚度是从没有点的部分的基板的点形成表面到位于相对置的面的外涂层表面为止的距离。
<光学部件的用途>
作为本发明的光学部件的用途并没有特别限定,能够作为各种反射部件而使用。
例如,在基板表面相互靠近地形成有多数点的形态的光学部件,能够作为仅使特定波长的圆偏振光反射的逆反射体而使用。
并且,本发明的光学部件能够作为透明屏幕而使用。通过将点所显示的选择反射的波长区域与从投影仪等影像装置出射的影像光的波长相应地进行调整,能够使影像光反射。本发明的光学部件中,由于点中仅反射特定波长区域的光,因此光在点以外的部分透射,特定波长区域以外的光在点中也透射。因此,能够设为可重叠影像光与背面侧的背景而进行观察的透明屏幕。
以图案状具有点的光学部件例如通过将图案作为提供位置信息的进行了代码化的点图案来形成,能够作为将手写信息进行数字化而输入于信息处理装置的与电子笔等输入机构组合使用的输入介质。使用时,以从输入机构照射的光的波长成为点显示反射的波长的方式,制备形成点的液晶材料而使用。具体而言,利用上述方法调整胆甾醇型结构的螺旋节距即可。
本发明的光学部件也能够在液晶显示器等显示器表面作为输入片材等输入介质来使用。此时,优选光学部件是透明的。光学部件可直接或经由其他薄膜等而粘接于显示器表面,并与显示器成为一体,例如也可以能够拆卸地安装在显示器表面。此时,优选本发明的光学部件中的点显示选择反射的光的波长区域与显示器发出的光的波长区域不同。即,优选点在不可见光区域具有选择反射性,且显示器不发出不可见光,以免用检测装置进行误检测。
关于对手写信息进行数字化而输入于信息处理装置的手写输入系统,能够参照日本特开2014-67398号公报、日本特开2014-98943号公报、日本特开2008-165385号公报、日本特开2008-108236号公报的[0021]~[0032]或日本特开2008-077451号公报等。
作为将本发明的光学部件作为安装在能够图像显示的显示装置的表面或前侧的片材而使用时的优选方式,能够举出日本专利第4725417号公报的[0024]~[0031]中记载的方式。
图2示出将本发明的光学部件作为安装在能够图像显示的显示装置的表面或前侧的片材而使用的系统的概要图。
图2中,只要能够发射红外线i并检测前述图案的反射光r,则并没有特别限定,使用公知的传感器即可,例如,作为笔型输入终端106还具备读取数据处理装置107的例子,可举出日本特开2003-256137号公报所公开的内置有不具备油墨或石墨等的笔尖、具备红外线照射部的CMOS(Complementary Meta l-Oxide Semiconductor)摄像机、处理器、存储器、利用了蓝牙(Bluetoot h)(注册商标)技术等的无线收发器等通信接口以及电池等的笔型输入终端等。
作为笔型输入终端106的动作,例如若使笔尖以与本发明的光学部件100的前面接触而描摹的方式进行描绘,则笔型输入终端106除了检测笔尖以外还检测笔压,CMOS摄像机启动,并以从红外线照射部发出的规定波长的红外线照射笔尖附近的规定范围,并且拍摄图案(图案的拍摄例如在1秒钟内进行数十次至100次左右)。当笔型输入终端106具备读取数据处理装置107时,通过用处理器对已拍摄的图案进行分析,将手写时伴随笔尖的移动的输入轨迹进行数值化、数据化而生成输入轨迹数据,并将该输入轨迹数据发送至信息处理装置。
另外,如图2所示,作为读取数据处理装置107,可在笔型输入终端106的外部具有处理器、存储器、利用了蓝牙(Bluetooth)(注册商标)技术等的无线收发器等通信接口以及电池等部件。该情况下,笔型输入终端106可以与读取数据处理装置107以电线108连接,也可以使用电波、红外线等而无线发送读取数据。
此外,输入终端106也可以是如日本特开2001-243006号公报中记载的读取器那样的部件。
本发明中能够使用的读取数据处理装置107只要是具有如下功能的装置,则并没有特别限定,具备处理器、存储器、通信接口以及电池等部件即可。所述功能即根据由输入终端106读取的连续的摄像数据计算出位置信息,并将该位置信息与时间信息进行组合而作为信息处理装置能够进行处理的输入轨迹数据而提供的功能。
并且,读取数据处理装置107可以如日本特开2003-256137号公报中记载的那样内置于输入终端106,并且,也可以内置于具备显示装置的信息处理装置。并且,读取数据处理装置107可以向具备显示装置的信息处理装置无线发送位置信息,也可以利用以电线等连接的有线连接来进行发送。
与显示装置105连接的信息处理装置根据从读取数据处理装置107发送来的轨迹信息,依次更新显示于显示装置105的图像,由此能够宛如在纸上用笔书写那样将由输入终端106手写输入的轨迹显示在显示装置上。
<图像显示装置>
本发明的图像显示装置具有本发明的光学部件。
例如,优选为在显示装置的最前面或保护用前面板与显示用面板之间配置本发明的光学部件等、在图像显示装置的图像显示面的前侧安装有本发明的光学部件的图像显示装置。图像显示装置的优选方式记载于上述光学部件的用途的项目中。
另外,包含在图像显示装置的图像显示面或图像显示面的前侧安装有本发明的光学部件的图像显示装置的系统,也包含于本说明书所公开的发明中。
实施例
以下,例举实施例来对本发明进一步进行具体说明。以下实施例中示出的材料、试剂、物质量及其比例、操作等,只要不脱离本发明的宗旨,则能够进行适当变更。因此,本发明的范围并不限定于以下实施例。
[实施例1]
(液晶层的制作)
在被保温在25℃的容器中对下述所示的组合物进行搅拌并使其溶解,从而制备出液晶层制作用溶液。
[化学式9]
棒状液晶化合物
数值为质量%。并且,R所表示的基团为右下侧示出的部分结构,在该部分结构的氧原子的部位进行键合。
表面活性剂A
式中,a表示36.5,b表示63.5,指以该质量比进行了无规共聚的聚合物。
接着,利用旋涂法,将Nissan Chemical Industries,Ltd.制聚酰亚胺取向膜SE-130涂布于已清洗的玻璃基板的表面,干燥后,在250℃下煅烧了1小时。对此进行摩擦处理而制作出附有取向膜的支撑体。利用旋涂法以2000转/分的转速,将通过上述制备的液晶层制作用溶液涂布于该取向膜的摩擦处理面,在80℃下进行30秒的取向熟化之后,在30℃下使用遮断了紫外线的短波长成分的高压水银灯照射500mJ/cm2的紫外线而固定取向状态,从而得到液晶层。
(胆甾醇型液晶点的形成)
在被保温在25℃的容器中对下述所示的组合物进行搅拌并使其溶解,从而制备出胆甾醇型液晶墨液(液晶组合物)。
[化学式10]
棒状液晶化合物
数值为质量%。并且,R所表示的基团为右下侧示出的部分结构,在该部分结构的氧原子的部位进行键合。
[化学式11]
手性试剂
表面活性剂
在通过上述制作的玻璃基板上的液晶层上,利用喷墨打印机(DMP-2831,FUJIFILMDimatix公司制),向点中心之间距离为75μm且50×50mm的整个区域,喷出通过上述制备的胆甾醇型液晶墨液的液滴,并在95℃下干燥30秒之后,利用紫外线照射装置照射500mJ/cm2的紫外线,从而得到光学部件。
(点形状、胆甾醇型结构评价)
在通过上述得到的光学部件的点中随机选择10个,使用激光显微镜(KEYENCECORPORATION制)观察了点的形状的结果,点的平均直径为22μm,平均最大高度为6.2μm,在从点端部朝向中心的方向,高度连续地增大。
(点性能评价)
使用Ocean Optics公司制的可见-近红外照射光源(HL-2000)、超高分辨率光纤多通道分光器(HR4000)、2分支光纤,在直径2mm视场下随机测量了5个部位的结果,得知任何部位的视场下反射峰波长均为560nm,当将光学部件的法线设为0度,并以极角5度、30度进行了确认时,始终从所有点确认到逆反射。将光学部件的极角5度的测定图像示于图3。
[实施例2]
将实施例1的液晶层制作用溶液的表面活性剂变更为下述结构的表面活性剂B,并将添加量从0.6变更为0.3,除此以外,以与实施例1相同的方式制作出光学部件。
[化学式12]
表面活性剂B
[实施例3]
对75μm厚的PET(聚对苯二甲酸乙二酯,TOYOBO CO.,LTD.制)进行了摩擦处理之后,以使湿膜厚度成为4μm的方式棒涂实施例1的液晶层制作用溶液,在85℃下干燥1分钟并进行熟化之后,在30℃下使用遮断了紫外线的短波长成分的高压水银灯照射500mJ/cm2的紫外线而固定取向状态,从而得到液晶层。之后的工序以与实施例1相同的方式制作出光学部件。
(点形状、胆甾醇型结构评价)
与实施例1相同地,在通过上述得到的光学部件的点中随机选择10个,使用激光显微镜(KEYENCE CORPORATION制)观察了点的形状的结果,在从点端部朝向中心的方向,高度连续地增大。
并且,关于位于通过上述得到的光学部件的中央的一个点,在包含点中心的面上与PET基板垂直地进行切削,并使用扫描电子显微镜观察了截面。其结果,在点内部确认到亮部和暗部的条纹图案,得到如图4所示的剖视图。
根据剖视图,测定了从点的空气界面侧的表面起第1条暗部形成的线的法线方向与空气界面侧的表面所成的角的结果,确认到胆甾醇型结构的螺旋轴(暗部形成的线的法线方向)与点表面在70度~90度的范围内。
[实施例4]
使用实施例2的液晶层涂布液,以实施例3的方法形成液晶层之后,以与实施例1相同的方式制作出光学部件。
[实施例5]
(取向层的形成)
将上述取向层用涂布液涂布于80μm厚的TAC(三乙酸纤维素、FUJIFILMCorporation制),在100℃、2分钟的条件下对溶剂进行干燥之后进行摩擦处理,从而制作出附有取向膜的基板。
接着,使用实施例1的液晶层制作用溶液,以实施例3的方法形成液晶层。之后的工序以与实施例1相同的方式制作出光学部件。
所得到的光学部件的点的平均直径为26μm,平均最大高度为5.9μm。
[实施例6]
使用实施例2的液晶层制作用溶液,以与实施例5相同的方法在TAC基板上形成液晶层。之后的工序以与实施例1相同的方式制作出光学部件。
所得到的光学部件的点的平均直径为35μm、平均最大高度为4.7μm。
[比较例1]
将实施例1中使用的基材变更为无取向膜的玻璃,而且也未形成有液晶层,除此以外,以与实施例1相同的方式制作出光学部件。
[比较例2]
变更为在实施例1中使用的基材上未形成有液晶层(仅为附有取向膜的玻璃),除此以外,以与实施例1相同的方式制作出光学部件。
[比较例3]
将形成于实施例3中使用的基材上的液晶层制作用溶液变更为下述组成且形成有非液晶性层,除此以外,以与实施例3相同的方式制作出光学部件。
[比较例4]
变更为在实施例3中使用的基材上未形成有液晶层(仅为摩擦处理PET),除此以外,以与实施例3相同的方式制作出光学部件。
与实施例1相同地,关于实施例2~4以及比较例1~4,也测定并确认了点直径、最大高度/直径以及将光学部件的法线设为0度时极角5度、30度下的逆反射的有无。将结果示于表1。
[表1]
反射A:能够确认逆反射。
反射B:无法确认逆反射或逆反射非常弱。
实施例的样品的形成点的胆甾醇型液晶层已取向,并在所有角度均能够确认到逆反射。
比较例1的样品的形成点的胆甾醇型的取向紊乱,而且点的最大高度较低,因此无法确认到逆反射。
比较例2和比较例4的样品的形成点的胆甾醇型已取向,但由于点的最大高度较低,因此5度的逆反射非常弱,且无法确认到30度的逆反射。
比较例3的样品的形成点的胆甾醇型的取向紊乱,而且点的最大高度足够高,因此5度的逆反射非常弱,而能够确认到30度的逆反射。
[实施例7:具有外涂层的光学部件]
在被保温在25℃的容器中对下述所示的组合物进行搅拌并使其溶解,从而制备出外涂层用涂布液。
在形成有胆甾醇型液晶点的液晶层上,使用棒涂布机,以40mL/m2的涂布量将通过上述制备的外涂层用涂布液进行了涂布。之后,以膜面温度成为50℃的方式进行加热,并在进行了60秒的干燥后,利用紫外线照射装置照射500mJ/cm2的紫外线而使其进行交联反应,从而制作出外涂层。
对具有所得到的外涂层的光学部件进行了点性能评价。
使用Ocean Optics公司制的可见-近红外照射光源(HL-2000)、超高分辨率光纤多通道分光器(HR4000)、2分支光纤,在直径2mm视场下随机测量了5个部位的结果,得知任何部位的视场下反射峰波长均为560nm,当将光学部件的法线设为0度,并以极角5度、50度的范围进行了确认时,始终从所有点中确认到逆反射。
[实施例8]
将实施例1的胆甾醇型液晶墨液的手性试剂的添加量从5.5质量份变更为3.8质量份,除此以外,以与实施例1相同的方式制作出光学部件。
所得到的光学部件的点的平均直径为23μm、平均最大高度为6.0μm。
接着,以与实施例7相同的方式形成外涂层,并以与实施例7相同的方式进行了点性能评价。其结果,在任意部位的视场下反射峰波长均为850nm,将光学部件的法线设为0度,以极角0~50度的范围进行确认时始终从所有点中确认到逆反射。
符号说明
1-点,2-基板,3-支撑体,4-液晶层,5-外涂层,100-光学部件,105-显示装置,106-笔型输入终端,107-读取数据处理装置,108-电线。

Claims (16)

1.一种光学部件,其具有基板以及与所述基板的表面接触的点,
所述点包含具有胆甾醇型结构的液晶材料,
所述基板在与所述点接触的面上包含液晶层,
所述液晶层为液晶化合物的取向被固定的层。
2.根据权利要求1所述的光学部件,其中,
所述液晶层为棒状液晶化合物的水平取向被固定的层。
3.根据权利要求2所述的光学部件,其中,
所述液晶层为包含聚合性棒状液晶化合物的组合物的固化层。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的光学部件,其中,
所述液晶层包含表面活性剂。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的光学部件,其中,
所述基板包含取向膜,所述液晶层与所述取向膜直接接触。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的光学部件,其中,
所述基板包含支撑体。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的光学部件,其中,
所述液晶材料为将包含液晶化合物以及手性试剂的液晶组合物固化而得的材料。
8.根据权利要求7所述的光学部件,其中,
所述液晶组合物包含表面活性剂。
9.根据权利要求8所述的光学部件,其中,
所述表面活性剂为氟系表面活性剂。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的光学部件,其中,
在所述基板的表面,以图案状具有多个所述点。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的光学部件,其中,
所述点的直径为20~200μm。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的光学部件,其中,
所述点的最大高度除以所述点的直径而得的值为0.13~0.30。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的光学部件,其中,
所述点具有在红外光区域具有中心波长的波长选择反射性。
14.根据权利要求13所述的光学部件,其中,
所述点具有在波长800~950nm具有中心波长的波长选择反射性。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的光学部件,其中,所述光学部件是透明的。
16.一种图像显示装置,其具有权利要求15所述的光学部件。
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