JP2002189124A - 円偏光抽出光学素子及びその製造方法、偏光光源装置、液晶表示装置 - Google Patents
円偏光抽出光学素子及びその製造方法、偏光光源装置、液晶表示装置Info
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Abstract
じることがないように液晶層を積層した円偏光抽出光学
素子。 【解決手段】 円偏光抽出光学素子10は、第1〜第3
の液晶層12、14、16からなり、第1及び第2と第
2及び第3の液晶層の界面13、15における各液晶層
の液晶分子18のダイレクターの方向が一致して構成さ
れている。
Description
規則性を有する複数のポリマー化した液晶層を液晶分子
のダイレクターの方向を実質的に一致させつつ連続的に
積層することができる円偏光抽出光学素子、その製造方
法、円偏光抽出光学素子を使用した偏光光源装置及び液
晶表示装置に関する。
て、その液晶分子の螺旋ピッチに対応する波長の右旋又
は左旋円偏光を反射し、他方を透過するようにした円偏
光抽出板がある。
射される波長のバンド幅を広帯域にする方法として、例
えば特開平8−271731号公報、特開平11−26
4907号公報等に開示されるように、ヘリカルピッチ
が異なる複数のコレステリック液晶層を重ねて構成した
ものがある。
光源装置あるいは液晶表示装置としては、例えば、特開
平9−304770号公報等に開示されるようなものが
ある。
示された円偏光抽出板は、予めフィルム化されたコレス
テリック液晶層を、複数層、接着剤を用いて接着する
か、あるいは接着剤を用いないで熱接着して構成してい
る。
晶層の液晶分子と接着剤の分子との接着性が良好である
必要があり、接着剤の種類が限定されてしまうのみなら
ず、接着剤層分の厚さが増加し、更には接着剤層と液晶
層の屈折率差が原因で両者の界面に反射が生じたり、抽
出光に、接着剤層自体の色が付いてしまう等の問題点が
あった。
フィルム化した液晶層に柔軟性を与えるために、これを
ガラス転移温度(Tg)以上に加熱する必要があり、熱
接着装置の構成及びハンドリングの点で工業化が難しい
という問題点があり、更に高温に加熱することによっ
て、液晶層の液晶分子が隣接する液晶層の液晶分子とラ
ンダムに混合してしまい、これによって光学的特性が劣
化してしまう等の問題点がある。
場合でも、液晶分子をプレーナ配向させるために配向膜
と基材を使用しなければならず、その厚さ分だけ全体が
厚くなってしまうという問題点がある。
テレフタレート)フィルム等の延伸フィルムを基材とし
て用いた場合は、延伸フィルム自体が配向膜の機能を有
するので、配向膜を省略することができるが、延伸フィ
ルムの厚さ分だけは全体の厚さが増加する。
が固化した後にこれらを剥離することも考えられるが、
剥離時に液晶層が損傷を受けることが多く、量産性が低
くなるという問題点がある。
上記いずれの方法でもかなり複雑な工程になり、基材及
び配向膜が層数分だけ無駄になるという問題点がある。
対して、例えば特開平11−44816号公報に開示さ
れるように、コレステリック液晶ポリマー層の上に別の
コレステリック液晶ポリマーを塗工して円偏光抽出層を
形成する方法が提案されている。
けるコレステリック液晶分子のヘリカル軸を常に一定に
することが困難であり、又、単純にコレステリック液晶
ポリマーを塗工するだけでは、界面付近の液晶分子のダ
イレクターの方向が一義的に定まらないので、コレステ
リック液晶ポリマー層の界面において液晶分子のダイレ
クターの方向の断層が生じ、円偏光抽出光学素子として
の光学的機能を低下させてしまうという問題点があっ
た。
されたものであって、接着剤や剥離工程が不要であっ
て、液晶分子のダイレクターの方向を実質的に一致させ
つつ連続的に積層した円偏光抽出光学素子、その製造方
法、その円偏光抽出光学素子を利用した偏光光源装置及
び液晶表示装置を提供することを目的とする。
ク規則性を有する液晶分子が3次元架橋されてなる液晶
層が、液晶分子のヘリカル軸の方向が実質的に一致する
状態で複数積層され、かつ、相互に隣接する液晶層の界
面近傍の3次元架橋された液晶分子のダイレクターの方
向が、実質的に一致されていることを特徴とする円偏光
抽出光学素子により、上記目的を達成するものである。
子を含む液晶ポリマーからなる液晶層が、液晶分子のへ
リカル軸の方向が実質的に一致する状態で、複数積層さ
れており、かつ、相互に隣接する液晶層の界面近傍の液
晶分子のダイレクターの方向が、実質的に一致している
ことを特徴とする円偏光抽出光学素子により、上記目的
を達成するものである。
構造における分子螺旋1ピッチ当たりの距離が、他の前
記液晶層の液晶分子のヘリカル構造における分子螺旋1
ピッチ当たりの距離と異なるようにしてもよい。
波長光の右旋又は左旋円偏光成分の一方を最大反射率で
反射するための必要厚さよりも薄くしてもよい。
分子を含む液晶層が、液晶分子のへリカル軸の方向が実
質的に一致する状態で、複数積層され、前記液晶層は、
液晶分子のヘリカル構造における分子螺旋1ピッチ当た
りの距離が、他の前記液晶層の液晶分子のヘリカル構造
における分子螺旋1ピッチ当たりの距離と異なり、前記
液晶層と他の前記液晶層との間に、分子螺旋1ピッチ当
たりの距離が厚さ方向に変化する遷移液晶層が配置さ
れ、前記遷移液晶層における液晶分子の分子螺旋1ピッ
チ当たりの距離が、隣接する一方の液晶層側ではその分
子螺旋1ピッチ当たりの距離と実質的に等しく、前記液
晶層側では、その分子螺旋1ピッチ当たりの距離と実質
的に等しくされていることを特徴とする円偏光抽出光学
素子により、上記目的を達成するものである。
方向が同一であるようにしてもよい。
層の選択反射波長帯域は、中心領域が異なる帯域であっ
て、且つ、端部領域が一部重なるようにしてもよい。
性を有する液晶分子である重合性モノマー分子又は重合
性オリゴマー分子を配向膜上にコーティングして、その
配向力によって液晶分子を配向させ、前記重合性モノマ
ー分子又は重合性オリゴマー分子を3次元架橋して液晶
層を形成し、更にその上に、別に用意したコレステリッ
ク規則性を有する液晶分子である重合性モノマー分子又
は重合性オリゴマー分子を直接コーティングし、前記3
次元架橋した液晶層表面の配向力を用いてコーティング
した液晶分子を配向させ、3次元架橋させることにより
次の液晶層を形成する、という手順を繰り返して、液晶
層を順次積層して多層化することを特徴とする円偏光抽
出光学素子の製造方法により、上記目的を達成するもの
である。
力によって配向させたコレステリック規則性を有する液
晶分子を含む液晶ポリマーからなる液晶層を冷却してガ
ラス状態にし、その上に、別に用意したコレステリック
規則性を有する液晶分子を含む液晶ポリマーを直接コー
ティングし、前記冷却された液晶層表面の配向力を用い
てコーティングした液晶分子を配向させ、更に、冷却し
てガラス状態にする、という手順を繰り返して、液晶層
を順次積層して多層化することを特徴とする円偏光抽出
光学素子の製造方法により、上記目的を達成するもので
ある。
ターの方向が、実質的に一致していれば、コレステリッ
ク構造特有の円偏光反射特性を充分に引き出すことがで
きる。前記ダイレクター方向が実質的に一致していない
と、光学的な特異点が形成されることになり、円偏光を
用いて分光反射率を測定した際に、波長に対して不連続
な点が生じる。
又は重合性オリゴマー分子が互いに3次元的に重合し、
網目(ネットワーク)構造になっていることを意味す
る。このような状態にすることによって、コレステリッ
ク液晶状態を光学的に固定化することができ、常温で安
定したフィルム状の膜状にすることができ、光学膜とし
ての取り扱いが容易になる。
分子を所定の温度で液晶層にした場合にはネマチック状
態になるが、これに任意のカイラル剤を入れれば、カイ
ラルネマチック液晶(コレステリック液晶)となる。本
製造方法の発明ではカイラル剤を数%〜10%程度入れ
る。このカイラル剤の種類を代えてカイラルパワ−を変
えるか、又は、カイラル剤の濃度を変化させれば、コレ
ステリック液晶の選択反射波長帯域をコントロールする
ことができる。
り、例えば、ガラス転移温度が91℃、アイソトロピッ
ク転移温度が200℃である場合は、91℃〜200℃
の間でコレステリック液晶状態を呈し、これを室温に冷
却すればコレステリック構造を有したままでガラス状態
で固化される。
体にカイラル能を有しているコレステリック液晶ポリマ
ーそのものを用いてもよいし、ネマチック系液晶ポリマ
ーとコレステリック系液晶ポリマーの混合物を用いても
よい。
する選択反射波長帯域をコントロールする方法は、前述
したコレステリック液晶ポリマー分子の場合は、公知の
方法で分子中のカイラルパワ−を調整すればよいし、ネ
マチック系液晶ポリマーとコレステリック系液晶ポリマ
ーの混合物を用いた場合は、その混合比を調整すればよ
い。
距離が異なるようにすれば、任意の波長に対する光の円
偏光を抽出することができる。
の右旋又は左旋円偏光成分の一方を最大反射率で反射す
るための必要厚さよりも薄くし、該一方の円偏光成分を
最大反射率よりも小さい反射率で反射する様にすれば、
該一方の円偏光成分を任意の反射率又は透過率で取り出
すことができる様々な光学装置に使用することができ
る。
たりの距離が変化する遷移液晶層を設ければ光学特性を
なめらかにすることができる。
一であれば、各液晶層間に光学的な断層が生成されてし
まうことを避けることができる。
晶層が少なくとも2層あれば連続した広帯域化を図るこ
とができる。
光源と、この光源からの非偏光を受光して円偏光を透過
するようにされた前記のいずれかの円偏光抽出光学素子
とを有してなる偏光光源装置により、上記目的を達成す
るものである。
源装置と、この偏光光源装置からの偏光を受光して、前
記偏光に対する透過率を変化させて透過するようにした
液晶セルと、を有してなる液晶表示装置により、上記目
的を達成するものである。
層の表面が配向力を有する状態で、次の液晶層を直接こ
れにコーティングすることによって、液晶分子を配向さ
せるので、隣接する液晶層間の界面において、各々の液
晶分子のダイレクターの方向が実質的に一致される。従
って、光学的な特異点が生じることがない。
面を参照して詳細に説明する。
形態の例に係る円偏光抽出光学素子10は、各々が、コ
レステリック規則性を有する液晶分子18をその螺旋構
造におけるヘリカル軸18Aの方向が層の厚さ方向に整
列した状態で3次元架橋してなる第1の液晶層12、第
2の液晶層14、及び、第3の液晶層16を直接この順
で積層して構成され、且つ、図2(A)又は(B)に模
式的に拡大して示されるように、第1の液晶層12と第
2の液晶層14の各々の界面13及び第2の液晶層14
と第3の液晶層16の各々の界面15近傍の液晶分子1
8のダイレクターDの方向が実質的に一致されるように
したものである。3次元架橋したポリマーの状態は、網
目構造(ネットワーク構造)とも言うことが出来る。
れる液晶分子18は、例えばコレステリック液晶、カイ
ラルネマチック液晶等のコレステリック規則性を有する
ものが利用されている。
フィジカルな分子配列に基づいて、一方向の旋光成分
と、これと逆廻りの旋光成分とを分離する旋光選択特性
を発現するが、プレーナ配列のへリカル軸に入射した光
は右旋光光と左旋光光の2つの円偏光光に分かれ、一方
は透過し他方は反射される。
円偏光の旋光方向を入射光に対して適宜選択すると、コ
レステリック液晶のヘルカル軸方向と同一の旋光方向を
持つ円偏光が選択的に反射される。
式の波長λO で生じる。
交する平面内の平均屈折率である。
次の(2)式で示される。
子18のモノマー又はオリゴマーあるいはガラス状態に
した液晶ポリマーを用いて構成されている。
て、架橋可能なモノマー分子を用いる場合は、特開平7
一258638号公報や特表平10−508882号公
報で開示されているような液晶性モノマー及びキラル化
合物の混合物、オリゴマー分子を用いる場合は、特開昭
57−165480で開示されているようなコレステリ
ック相を有する環式オルガノポリシ2キサン化合物、等
が望ましい。
(高分子)液晶を用いる場合は、液晶を呈するメソゲン
基を主鎖、側鎖、あるいは主鎖及び側鎖の位置に導入し
た高分子、コレステリル基を側鎖に導入した高分子コレ
ステリック液晶や、例えば、特開平9−133810号
公報で開示されているような液晶性高分子、特開平11
−293252号公報で開示されているような液晶性高
分子を用いてもよい。
透過性基材を用いる場合は、ポリメタアクリル酸メチ
ル、ポリアクリル酸メチル等のアクリル酸エステル又は
メタアクリル酸エステルの単独若しくは共重合体、ポリ
エチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート
等のポリエステル、ポリカーボネート、ポリエチレン等
の透明な樹脂、透明なセラミクス等の透光性材料からな
る平面形状をしたシート状又は板状の部材を用いればよ
い。
4、16内において、コレステリック規則性を有する前
記液晶分子18は、図1、2に模式的に示されるよう
に、そのダイレクターDの方向が、液晶層の厚さ方向に
連続的に回転して螺旋構造となっている。
晶分子18のダイレクターDの方向が実質的に一致して
いるとは、図2(A)に示されるように、界面13の両
側位置での液晶分子18の方向がほぼ一致しているか、
図2(B)に示されるように、ほぼ180°ずれている
かのどちらかを意味する。これは、多くの場合、液晶分
子の頭と尾を光学的に弁別できないことに起因する。
側で、各層における液晶分子18のダイレクターDの方
向が実質的に一致していれば、この位置での、コレステ
リック構造特有の円偏光反射特性に断層が生じることが
ない。もし、ダイレクターDの方向が実質的に一致して
いないと、光学的な特異点が形成されることになり、円
偏光を用いて、この円偏光抽出光学素子10を測定した
際に、反射波長に不連続な点が発生する。
実質的に一致しているかどうかは、液晶層の断面を透過
型電子顕微鏡で観察することによって判別することがで
きる。透過型電子顕微鏡により、コレステリック規則性
を有する液晶分子が固化された層の断面を観察すると、
コレステリック構造特有のピッチに相当する明暗の縞模
様が観察できる。従って、隣接する液晶層の互いに接触
する部分、即ち界面部分でほぼ同じ濃度(明暗)で観察
できれば、隣接する液晶層の界面近傍における液晶分子
のダイレクターDの方向が実質的に一致していることに
なる。
面において液晶分子18のダイレクターDの方向が実質
的に一致するように円偏光抽出光学素子10を形成する
ための製造方法について説明する。
ス基板20上に配向膜22を形成し、次に、図3(B)
に示されるように、配向膜22上に、液晶分子として、
重合可能なモノマー分子又は重合可能なオリゴマー分子
をコーティングする。
膜22の配向力によって配向され、第1の液晶層12と
なる。これを、図3(C)に示されるように、(予め添
加しておいた光開始剤と外部から照射した紫外線の作用
により、又は電子線照射により)重合させて3次元架橋
(ポリマー化)する。
述と同様の、重合可能なモノマー分子又は重合可能なオ
リゴマー分子を、図3(D)に示されるように直接コー
ティングする。コーティングされた液晶分子は、固化さ
れた第1の液晶層12の表面の配向力によって該表面の
液晶分子に整列して液晶分子が配向され、第2の液晶層
14となる。
2の液晶層14の液晶分子との相互作用が重要なカギと
なる。即ち、第1及び第2の液晶層の液晶分子が接近し
たときに、それぞれのダイレクター方向がほぼ一致又は
ほぼ180°の状態となることである。
いないと、光学的な特異点が形成されることになり、円
偏光を用いて分光反射率を測定した際に、波長に対して
不連続な点が生じる。
液晶層14に、前述と同様に、紫外線あるいは電子線照
射により3次元架橋(ポリマー化)して、固化した第2
の液晶層14を形成する。このようにして、必要な数だ
け順次液晶層を重ねていく。
分子又は重合可能なオリゴマー分子を溶媒に溶かしてコ
ーティング液とするとよいが、その場合は、3次元架橋
する前に溶媒を蒸発させるための乾燥工程が必要とな
る。
図4に示される。
されるように、ガラス基板20上に配向膜22を形成し
ておく。
ステリック規則性を有する液晶ポリマーを前記配向膜2
2上にコーティングし、その配向力によって液晶を配向
させて第1のポリマー液晶層24を形成する。
ラス転移温度(Tg)以下に冷却しガラス状態にして固
化し、ここに、前述と同様の、コレステリック規則性を
有する液晶ポリマーをコーティングし、固化した第1の
ポリマー液晶層24表面における配向力を用いて配向さ
せ、図4(C)に示されるような、第2のポリマー液晶
層26を形成する。
2の液晶層14の液晶分子との相互作用が重要なカギと
なる。即ち、第1及び第2の液晶層の液晶分子が接近し
たときに、それぞれのダイレクター方向がほぼ一致又は
ほぼ180°の状態となることである。
いないと、光学的な特異点が形成されることになり、円
偏光を用いて分光反射率を測定した際に、波長に対して
不連続な点が生じる。
26を前述と同様にガラス転移温度(Tg)以下に冷却
してから、次のコレステリック規則性を有する液晶ポリ
マーをコーティングするという手順を繰り返す。
溶媒に溶かしておいて、これをコーティング液としても
よい。その場合、液晶分子が配向された後にガラス転移
温度(Tg)以下に冷却する前に、前記溶媒を蒸発させ
るための乾燥工程が必要である。
ポリマー液晶層26のガラス転移温度やアイソトロピッ
ク転移温度が実質的に同一の場合、ガラス状態に固化し
たポリマー液晶層の上に更に液晶ポリマーをコーティン
グしてこれを配向させるには加温が必要となるが、この
加温の時に、2つの液晶層が混じり合ってしまうので、
前記転移温度は少し異なるようにすることが好ましい。
第2例に係る円偏光抽出光学素子30について説明す
る。
うな製造方法によって形成された第1の液晶層32と第
2の液晶層34における液晶の分子螺旋1ピッチ当たり
の距離p1とp2が異なるようにしたものである。
は、各液晶層における液晶分子の配列(ダイレクター)
方向が、分子螺旋の中心軸に対して1回転するのに必要
な厚さ方向の距離p1、p2(図5参照)をいう。
ける液晶の分子螺旋1ピッチ当たりの距離を相違させる
と、異なる波長の円偏光を抽出することができ、その波
長帯域幅を大きくすることができる。
態の第3例に係る円偏光抽出光学素子40について説明
する。
の液晶分子における分子螺旋1ピッチ当たりの距離が異
なるようにして、反射する円偏光の波長λ1、λ2、λ3
がそれぞれ異なるようにした3層の第1〜第3の液晶層
42、44、46を前述と同様に積層したものである。
6において右旋円偏光Rの一部が反射され、左旋円偏光
Lが透過されるように示している。
の厚さは、例えば、各液晶層における最大反射率を得る
ための厚さが、分子螺旋の8ピッチ分とすると、これよ
り少ない6.4ピッチ分の厚さとしている。
の厚さは、例えば、各液晶層における最大反射率を得る
ための厚さが、分子螺旋の8ピッチ分とすると、これよ
り少ない6.4ピッチ分の厚さとしている。
は、コレステリック液晶で、前記波長λoを中心とした
波長バンド幅Δλの範囲の光の右旋又は左旋の円偏光成
分の一方が反射され、他方の円偏光成分及び他の波長領
域の光が透過される。反射の際、右(左)旋円偏光又は
左(右)旋円偏光はそのまま反射される。
を最大反射率(通常95%〜99%)で反射し、他方を
透過するようにするためには、そのピッチ数が少なくと
も8ピッチ必要である。
6.4ピッチと、前記必要ピッチ数よりも少なくされて
いるので、前記Δλの範囲では右旋又は左旋円偏光の一
方の反射光量を80%、透過光量を20%とすることが
できる。なお、他方の円偏光成分については、コレステ
リック構造のピッチ数が8ピッチのときと比較して、透
過率が向上し、100%近くになる。
のピッチ数を、例えば5.6ピッチとすれば、各液晶層
における右旋又は左旋円偏光成分の一方の反射光量を7
0%、同様に透過光量を30%とすることができる。即
ち、各液晶層のピッチ数によって最大反射率に対する任
意の反射率及び透過率を得ることができる。
の一方を最大反射率(通常95%〜99%)で反射し、
他方を透過するようにするためには、可視光領域におけ
る波長380nmの光では、少なくとも1.6μm、7
80nmの光では、少なくとも3.3μm必要である。
リック構造を有する各液晶層の厚さは、可視光領域に於
いては例えば1.24μm(380nm)〜2.6(7
80nm)μm(各層の厚さは選択反射波長に対してリ
ニアに変化させる)として、前記必要厚さよりも薄くさ
れている。
円偏光の一方の反射光量を80%、透過光量を20%と
することができる。なお、他方の円偏光成分について
は、厚さが5μmのときと比較して、透過率が向上し、
100%近くになる。
ば、1.1μm(380nm)〜2.3(780nm)
μm(各層の厚さ選択反射波長に対してリニアに変化さ
せる)とすれば、各液晶層における右旋又は左旋円偏光
成分の一方の反射光量を70%、同様に透過光量を30
%とすることができる。即ち、各液晶層の厚さによって
最大反射率に対する任意の反射率及び透過率を得ること
ができる。
右旋又は左旋円偏光成分の一方を最大反射率で反射する
場合よりも、薄く構成されているので、前記反射光を形
成するための入射光と反対側から入射する透過光によっ
ても、反射光と同様の円偏光成分を得ることができる。
1〜第3の液晶層42、44、46の反射波長が異なる
ようにしたものであるが、本発明はこれに限定されるも
のでなく、図7に示される実施の形態の第4例に係る円
偏光抽出光学素子50のように、第1、第2、第3の液
晶層52、54、56の反射波長が同一となるようにし
てもよい。ここで第2の液晶層54においては左旋円偏
光Lの一部が反射され、第1、第3の液晶層52、56
と異なるようにしている。
旋円偏光を同時に且つ任意の割合で抽出することができ
る。
第5例の円偏光抽出光学素子60について説明する。
1ピッチ当たりの距離が異なる第1及び第2の液晶層6
2、64の間に、遷移液晶層66を設けたものである。
64の分子螺旋1ピッチ当たりの距離をp1、p2とし、
遷移液晶層66の分子螺旋1ピッチ当たりの距離をps
としたとき、p1<p2、且つ、p1≦ps≦p2となるよ
うにしている。
距離はその厚さ方向に変化され、第1の液晶層62との
界面63ではp1、第2の液晶層64との界面65では
p2となるようにされている。具体的には、第1の液晶
層62上に第2の液晶層64をコーティングしたとき
に、第1の液晶層62が少し溶けるようにする。このよ
うにすると、抽出円偏光の波長の連続した広帯域化を図
ることができる。
素子30のように、分子螺旋ピッチが異なる液晶層を積
層する場合、図9に示されるように、各液晶層のうち少
なくとも2層での選択反射波長の一部が重なるようにす
ると、即ち、積層された各液晶層のうち少なくとも2層
は、その選択反射波長帯域の中心領域C1とC2が異な
り、且つ、一方の端部領域E1とE2が重なるようにする
と、抽出円偏光の波長の連続した広帯域化を図ることが
できる。
学素子10、30、40、50、60は、例えば、図1
0に示されるように、偏光光源装置80に用いる。
を発生する面光源装置82の光出射面側に、前述のよう
な円偏光抽出光学素子84(10、30、40、50又
は60)を取り付け、所定の円偏光を抽出するように構
成する。
1に示されるように、例えば液晶表示装置90の光源と
して用いる。
光光源装置80と、その偏光出射面側に設けられ、所定
波長の円偏光に対する透過率を変化させて透過するよう
にした液晶セル92とから構成されている。
て説明する。
ダイレクターを一致させた。
中央部のメソゲンと前記アクリレートとの間にスペーサ
ーを有するネマチック−アイソトロピック転移温度が1
10℃であるモノマー分子90部と、両末端に重合可能
なアクリレートを有するカイラル剤分子10部とをトル
エン溶液に溶解させ、光開始剤を前記モノマー分子に対
して5重量%添加した(なお、上記カイラルネマチック
液晶は、配向膜上で、ラビング方向±5度の範囲にダイ
レクターが揃うことを確認している)。
たポリイミドをスピンコーティングでコーティングし、
乾燥後、200℃で製膜(膜厚0.1μm)し、ラビン
グして配向膜として機能するようにした。
ーにセットし、前記トルエン溶液をスピンコーティング
した。
に、コレステリック層を呈することを目視で選択反射に
より確認した。
ら発生するラジカルによって、モノマー分子のアクリレ
ートを3次元架橋してポリマー化(膜厚2μm)した。
分光光度計で測定したところ、選択反射帯域の中心波長
は600nm付近だった。
塗膜表面のダイレクター方向(この方向は、配向膜のラ
ビング方向、コレステリック液晶の選択反射波長、コレ
ステリック液晶の屈折率、膜厚から計算によって算出で
きるし、光学的に測定することも可能であるし、断面を
透過型電子顕微鏡で確認することも可能である)にラビ
ングした。
剤分子が15部である以外は上記と同じトルエン溶液を
前回よりは早い回転数でスピンコーティングした。
に、コレステリック層を呈することを目視で選択反射に
より確認した。分光光度計で測定したところ、選択反射
帯域の中心波長は500nm付近だった。
ら発生するラジカルによって、モノマー分子のアクリレ
ートを3次元架橋してポリマー化(膜厚1.5μm)し
た。
る塗膜の断面を透過型電子顕微鏡で観察したところ、各
ポリマー化した液晶層間の明暗模様はお互い平行な状態
(このことから、ヘリカル軸の方向が一致していること
がわかる)で、層間に断層が観察されなかった(このこ
とから、近接する液晶層表面間の、液晶分子のダイレク
ターの方向が一致していることがわかる)。更に、分光
光度計で測定したところ、透過率に光学的特異点は観察
されなかった。
りダイレクターを不一致にした。
ダイレクター方向から90度の方向にラビングした以外
は上記実施例1と同様にした。
る塗膜の断面を透過型電子顕微鏡で観察したところ、各
ポリマー化した液晶層間の明暗模様はお互い平行な状態
(このことから、ヘリカル軸の方向が一致していること
がわかる)であったが、層間に断層が観察された(この
ことから、近接する液晶層表面間の、液晶分子のダイレ
クターの方向が一致していないことがわかる)。更に、
分光光度計で測定したところ、透過率に光学的特異点が
観察され、詳しく調べてみると、円偏光の状態が乱され
ていた。
りダイレクターを一致させた。
以外は上記実施例1と同様にした。
る塗膜の断面を透過型電子顕微鏡で観察したところ、各
ポリマー化した液晶層間の明暗模様はお互い平行な状態
(このことから、ヘリカル軸の方向が一致していること
がわかる)で、断層はなかった(このことから、近接す
る液晶層表面間の、液晶分子のダイレクターの方向が一
致していることがわかる)。更に、分光光度計で測定し
たところ、透過率に光学的特異点は観察されなかった。
イソトロピック転移温度が200℃であるアクリル系の
側鎖型液晶ポリマーを、トルエン溶液に溶解させた(な
お、上記高分子コレステリック液晶は、配向膜上で、ラ
ビング方向±5度の範囲にダイレクターが揃うことを確
認している)。
たポリイミドをスピンコーティングでコーティングし、
乾燥後、200℃で製膜(膜厚0.1μm)し、ラビン
グして配向膜として機能するようにした。
ーにセットし、前記トルエン溶液をスピンコーティング
した。
に、上記塗膜を150℃で10分間保持し、コレステリ
ック層を呈することを目視で選択反射により確認した
後、室温まで冷却して液晶ポリマーを固定化(膜厚2μ
m)した。分光光度計で測定したところ、選択反射帯域
の中心波長は600nm付近だった。
温度が75℃でアイソトロピック転移温度が190℃で
あるアクリル系の側鎖型液晶ポリマーを、トルエン溶液
に溶解させた溶液を前回より早い回転数でスピンコーテ
ィングした。
に、コレステリック層を呈することを目視で選択反射に
より確認した。分光光度計で測定したところ、選択反射
帯域の中心波長は500nm付近だった。
に、上記塗膜を150℃で10分間保持し、コレステリ
ック層を呈することを目視で選択反射により確認した
後、室温まで冷却して液晶ポリマーを固定化(膜厚1.
5μm)した。
る塗膜の断面を透過型電子顕微鏡で観察したところ、各
固定化したポリマー液晶層間の明暗模様はお互い平行な
状態(このことから、ヘリカル軸の方向が一致している
ことがわかる)で、断層はなかった(このことから、近
接する液晶層表面間の、液晶分子のダイレクターの方向
が一致していることがわかる)。更に、分光光度計で測
定したところ、透過率に光学的特異点は観察されなかっ
た。
ートを有し、中央部のメソゲンと前記アクリレートとの
間にスペーサーを有するネマチック−アイソトロピック
転移温度が110℃であるモノマー分子90部と、両末
端に重合可能なアクリレートを有するカイラル剤分子1
0部を、トルエン溶液に溶解させ、光開始剤を前記モノ
マー分子に対して3重量%添加した(なお、上記カイラ
ルネマチック液晶は、配向膜上で、ラビング方向±5度
の範囲にダイレクターが揃うことを確認している)。
たポリイミドをスピンコーティングでコーティングし、
乾燥後、200℃で製膜(膜厚0.1μm)し、ラビン
グして配向膜として機能するようにした。
ーにセットし、前記トルエン溶液をスピンコーティング
した。
に、コレステリック層を呈することを目視で選択反射に
より確認した。
照射して、光開始剤から発生するラジカルによって、モ
ノマー分子のアクリレートを3次元架橋してポリマー化
(膜厚2μm)した。分光光度計で測定したところ、選
択反射帯域の中心波長は600nm付近だった。
ル剤分子が15部である以外は上記と同じトルエン溶液
を前回よりは早い回転数でスピンコーティングした。
に、コレステリック層を呈することを目視で選択反射に
より確認した。分光光度計で測定したところ、選択反射
帯域の中心波長は500nm付近だった。
ら発生するラジカルによって、モノマー分子のアクリレ
ートを3次元架橋してポリマー化(膜厚1.5μm)し
た。
る塗膜の断面を透過型電子顕微鏡で観察したところ、各
ポリマー化た液晶層間の明暗模様はお互い平行な状態
(このことから、ヘリカル軸の方向が一致していること
がわかる)で、断層はなかった(このことから、近接す
る液晶層表面間の、液晶分子のダイレクターの方向が一
致していることがわかる)。更に、分光光度計で測定し
たところ、透過率に光学的特異点は観察されなかった。
た。その遷移層は、明暗模様のピッチが、隣接する層と
一致しており、遷移層の中ではその中間的状態だった。
始剤の添加量や紫外線照射量を少なくすることによっ
て、完全に3次元架橋せず、第1層の成分が第2層目に
部分的に物質移動したためと考えられる。
意の円偏光を抽出できると共に、抽出波長帯域が一定以
上の場合、途中に断層を形成することなく、連続した波
長帯域の円偏光を得ることができるという優れた効果を
有する。
光学素子を示す拡大模式図
レクターを示す模式図
方法を示す拡大略視断面図
光学素子の要部を拡大して示す模式図
子を示す拡大略視断面図
子を示す拡大略視断面図
子を拡大して示す模式図
子の反射波長帯域を示す線図
視拡大断面図
視断面図
素子 12、32、42、52、62…第1の液晶層 13、15、63、65…界面 14、34、44、54、64…第2の液晶層 16、46、56…第3の液晶層 18…液晶分子 20…ガラス基板 22…配向膜 24…第1のポリマー液晶層 26…第2のポリマー液晶層 66…遷移液晶層 80…偏光光源装置 82…面光源装置 90…液晶表示装置 92…液晶セル D…ダイレクター
Claims (11)
- 【請求項1】コレステリック規則性を有する液晶分子が
3次元架橋されてなる液晶層が、液晶分子のヘリカル軸
の方向が実質的に一致する状態で複数積層され、かつ、
相互に隣接する液晶層の界面近傍の3次元架橋された液
晶分子のダイレクターの方向が、実質的に一致されてい
ることを特徴とする円偏光抽出光学素子。 - 【請求項2】コレステリック規則性を有する液晶分子を
含む液晶ポリマーからなる液晶層が、液晶分子のへリカ
ル軸の方向が実質的に一致する状態で、複数積層されて
おり、かつ、相互に隣接する液晶層の界面近傍の液晶分
子のダイレクターの方向が、実質的に一致していること
を特徴とする円偏光抽出光学素子。 - 【請求項3】請求項1または2において、前記液晶層
は、液晶分子のヘリカル構造における分子螺旋1ピッチ
当たりの距離が、他の前記液晶層の液晶分子のヘリカル
構造における分子螺旋1ピッチ当たりの距離と異なるこ
とを特徴とする円偏光抽出光学素子。 - 【請求項4】請求項1、2、または3において、前記各
液晶層の厚さが、入射する対応波長光の右旋又は左旋円
偏光成分の一方を最大反射率で反射するための必要厚さ
よりも薄くしたことを特徴とする円偏光抽出光学素子。 - 【請求項5】コレステリック規則性を有する液晶分子を
含む液晶層が、液晶分子のへリカル軸の方向が実質的に
一致する状態で、複数積層され、前記液晶層は、液晶分
子のヘリカル構造における分子螺旋1ピッチ当たりの距
離が、他の前記液晶層の液晶分子のヘリカル構造におけ
る分子螺旋1ピッチ当たりの距離と異なり、前記液晶層
と他の前記液晶層との間に、分子螺旋1ピッチ当たりの
距離が厚さ方向に変化する遷移液晶層が配置され、前記
遷移液晶層における液晶分子の分子螺旋1ピッチ当たり
の距離が、隣接する一方の液晶層側ではその分子螺旋1
ピッチ当たりの距離と実質的に等しく、前記液晶層側で
は、その分子螺旋1ピッチ当たりの距離と実質的に等し
くされていることを特徴とする円偏光抽出光学素子。 - 【請求項6】請求項1乃至5のいずれかにおいて、前記
各液晶層における液晶分子の旋回方向が同一であること
を特徴とする円偏光抽出光学素子。 - 【請求項7】請求項6において、前記各液晶層のうち少
なくとも2層の選択反射波長帯域は、中心領域が異なる
帯域であって、且つ、端部領域が一部重なることを特徴
とする円偏光抽出光学素子。 - 【請求項8】コレステリック規則性を有する液晶分子で
ある重合性モノマー分子又は重合性オリゴマー分子を配
向膜上にコーティングして、その配向力によって液晶分
子を配向させ、前記重合性モノマー分子又は重合性オリ
ゴマー分子を3次元架橋して液晶層を形成し、更にその
上に、別に用意したコレステリック規則性を有する液晶
分子である重合性モノマー分子又は重合性オリゴマー分
子を直接コーティングし、前記3次元架橋した液晶層表
面の配向力を用いてコーティングした液晶分子を配向さ
せ、3次元架橋させることにより次の液晶層を形成す
る、という手順を繰り返して、液晶層を順次積層して多
層化することを特徴とする円偏光抽出光学素子の製造方
法。 - 【請求項9】配向膜の配向力によって配向させたコレス
テリック規則性を有する液晶分子を含む液晶ポリマーか
らなる液晶層を冷却してガラス状態にし、その上に、別
に用意したコレステリック規則性を有する液晶分子を含
む液晶ポリマーを直接コーティングし、前記冷却された
液晶層表面の配向力を用いてコーティングした液晶分子
を配向させ、更に、冷却してガラス状態にする、という
手順を繰り返して、液晶層を順次積層して多層化するこ
とを特徴とする円偏光抽出光学素子の製造方法。 - 【請求項10】非偏光を発生する光源と、この光源から
の非偏光を受光して円偏光を透過するようにされた請求
項1乃至7のいずれかに記載の円偏光抽出光学素子と、
を有してなる偏光光源装置。 - 【請求項11】請求項10記載の偏光光源装置と、この
偏光光源装置からの偏光を受光して、前記偏光に対する
透過率を変化させて透過するようにした液晶セルと、を
有してなる液晶表示装置。
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