JP2004191730A

JP2004191730A - Manufacturing method of multi-color optical element, multi-color optical element, and liquid crystal display device provided therewith

Info

Publication number: JP2004191730A
Application number: JP2002360610A
Authority: JP
Inventors: Keiko Tazaki; 崎啓子田
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2002-12-12
Filing date: 2002-12-12
Publication date: 2004-07-08
Anticipated expiration: 2022-12-12
Also published as: JP4445701B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method of a multi-color optical element capable of effectively inhibiting display quality of a display device from decreasing by solving the problem of non-uniformity of molecules in the direction of director on the surface of a multi-color cholesteric layer. <P>SOLUTION: The multi-color cholesteric layer 12 of the multi-color optical element 10 is formed by aligning and hardening liquid crystal having cholesteric regularity on the surface of a supporting base material 11 having alignment control. A laminated cholesteric layer 13 is aligned and formed by directly applying the liquid crystal having the cholesteric regularity on the multi-color cholesteric layer 12, and has a selective reflection wavelength band positioned on the longer wavelength side than that of the longest wavelength side of the multi-color cholesteric layer 12. The center selective reflection wavelength λ<SB>0</SB>of the laminated cholesteric layer 13 is apart toward the long wavelength side by 200nm or more from the long wavelength side edge 45 of the red selective reflection wavelength band 41 of the multi-color cholesteric layer 12. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置等のディスプレイ装置で用いられる多色光学素子に係り、とりわけ、コレステリック規則性を有する液晶からなる層（コレステリック層）を備えた多色光学素子の製造方法、多色光学素子及びそれを備えた液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、入射光に含まれる右旋又は左旋の円偏光成分を分離して各円偏光成分を選択的に反射又は透過する光学素子として、コレステリック層を備えた光学素子が知られている。このうち、選択反射波長帯域が互いに異なる複数の表示領域を有するコレステリック層（多色コレステリック層）を備えた光学素子は、液晶表示装置等のディスプレイ装置において、多色表示板やカラーフィルター等の多色光学素子として用いられている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−１３０４２４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の多色光学素子では、多色コレステリック層の表面における分子のダイレクタ方向の不均一性に起因して、多色光学素子の面内の偏光状態が十分には均一とならない（特願２００２−１０１２２５号参照）。このため、従来の多色光学素子を用いたディスプレイ装置では、ディスプレイ装置の面内に明暗模様が現れやすく、表示品位が低下しやすいという問題がある。
【０００５】
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、多色コレステリック層の表面における分子のダイレクタ方向の不均一性の問題を解消してディスプレイ装置の表示品位が低下してしまうことを効果的に抑制することができる、多色光学素子の製造方法、多色光学素子及びそれを備えた液晶表示装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第１の解決手段として、支持基材の配向規制力を有する表面上にてコレステリック規則性を有する液晶を配向及び硬化させることにより、選択反射波長帯域が互いに異なる複数の表示領域を有する多色コレステリック層を形成する工程と、前記多色コレステリック層のうち前記支持基材の表面に面する側とは反対側の表面上にコレステリック規則性を有する液晶を直接塗布し、前記多色コレステリック層の表面の配向規制力により当該液晶を配向させることにより、前記多色コレステリック層の最も長波長側の選択反射波長帯域よりも長波長側に位置する選択反射波長帯域を持つ積層コレステリック層を形成する工程とを含むことを特徴とする、多色光学素子の製造方法を提供する。
【０００７】
なお、上述した第１の解決手段において、前記積層コレステリック層の中心選択反射波長は、前記多色コレステリック層の最も長波長側の選択反射波長帯域の長波長側エッジから長波側に２００ｎｍ以上離れていることが好ましい。
【０００８】
また、上述した第１の解決手段においては、前記多色コレステリック層を形成する工程において、互いに異なる選択反射波長帯域を持つ複数種類の液晶を準備し、前記支持基材の表面上にて前記各種類の液晶を順次配向及び硬化させるとともに、形成されたコレステリック層を前記各表示領域に合わせて順次パターニングすることにより、選択反射波長帯域が互いに異なる複数の表示領域を有する多色コレステリック層を形成することが好ましい。
【０００９】
本発明は、第２の解決手段として、支持基材の配向規制力を有する表面上にてコレステリック規則性を有する液晶を配向及び硬化させることにより形成された多色コレステリック層であって、選択反射波長帯域が互いに異なる複数の表示領域を有する多色コレステリック層と、前記多色コレステリック層のうち前記支持基材の表面に面する側とは反対側の表面上にコレステリック規則性を有する液晶を直接塗布して配向させることにより形成された積層コレステリック層であって、前記多色コレステリック層の最も長波長側の選択反射波長帯域よりも長波長側に位置する選択反射波長帯域を持つ積層コレステリック層とを備えたことを特徴とする多色光学素子を提供する。
【００１０】
なお、上述した第２の解決手段において、前記積層コレステリック層の中心選択反射波長は、前記多色コレステリック層の最も長波長側の選択反射波長帯域の長波長側エッジから長波側に２００ｎｍ以上離れていることが好ましい。
【００１１】
また、上述した第２の解決手段において、前記多色コレステリック層は、赤色、緑色及び青色の選択反射波長帯域を持つ複数の表示領域を有することが好ましい。
【００１２】
本発明は、第３の解決手段として、面状の偏光光を出射する偏光光源装置と、前記偏光光源装置から出射された偏光光の明暗表示を画素ごとに制御する液晶セルと、前記偏光光源装置及び前記液晶セルとともにカラーフィルターとして用いられる、上述した第２の解決手段に係る多色光学素子とを備えたことを特徴とする液晶表示装置を提供する。
【００１３】
本発明によれば、支持基材の配向規制力を有する表面上にてコレステリック規則性を有する液晶を配向及び硬化させることにより形成された多色コレステリック層上に、コレステリック規則性を有する液晶を直接塗布して配向させ、多色コレステリック層の最も長波長側の選択反射波長帯域よりも長波長側に位置する選択反射波長帯域を持つ積層コレステリック層を形成する。このため、互いに積層された多色コレステリック層及び積層コレステリック層において、多色コレステリック層及び積層コレステリック層の隣接した表面における分子のダイレクタ方向を一致させて、多色コレステリック層及び積層コレステリック層に亘る連続的なコレステリック構造を形成するとともに、積層コレステリック層のカイラルピッチを多色コレステリック層のカイラルピッチに比べて十分に長くすることができる。このことから、面内の膜厚分布が±３％であるようなコーティング装置によって多色コレステリック層及び積層コレステリック層を形成するような場合でも、偏光光が出射される積層コレステリック層の観察者側の表面の凹凸に起因したツイスト角のムラ（分子のダイレクタ方向の不揃い）を最小限に少なくすることができ、ディスプレイ装置の表示品位が低下してしまうことを効果的に抑制することができる。
【００１４】
また、本発明によれば、積層コレステリック層の中心選択反射波長が多色コレステリック層の最も長波長側の選択反射波長帯域（赤色の選択反射波長帯域）の長波長側エッジから長波長側に２００ｎｍ以上離れるようにすることにより、多色コレステリック層及び積層コレステリック層の選択反射波長帯域が互いに重ならないようにしているので、多色コレステリック層が呈する選択反射波長帯域のスペクトルに崩れが生じることがなく、多色コレステリック層で選択的に反射される光の色純度等が劣化することを効果的に抑えることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００１６】
まず、図１乃至図３により、本発明の一実施の形態に係る多色光学素子の構成について説明する。
【００１７】
図１に示すように、本実施の形態に係る多色光学素子１０は、支持基材１１と、支持基材１１上に積層された多色コレステリック層１２と、多色コレステリック層１２上に積層された積層コレステリック層１３とを備えている。なお、多色コレステリック層１２は、複数の表示領域（赤色表示領域１２ａ、緑色表示領域１２ｂ及び青色表示領域１２ｃ）を有している。
【００１８】
このうち、支持基材１１は、配向膜付きのガラス基板や延伸フィルム等からなり、少なくとも一方の表面（図１では上面）は配向規制力を有している。
【００１９】
また、多色コレステリック層１２は、支持基材１１の配向規制力を有する表面上にてコレステリック規則性を有する液晶を配向及び硬化させることにより形成されたものである。
【００２０】
さらに、積層コレステリック層１３は、多色コレステリック層１２のうち支持基材１１の表面に面する側とは反対側の表面上にコレステリック規則性を有する液晶を直接塗布して配向させることにより形成されたものである。
【００２１】
なお、多色コレステリック層１２及び積層コレステリック層１３の材料としては、カイラルネマチック液晶やコレステリック液晶等のような、コレステリック規則性を有する重合性モノマー分子又は重合性オリゴマー分子等の重合性材料を用いることができる。ここで、重合性モノマー分子としては、特開平７−２５８６３８号公報や特表平１０−５０８８８２号公報に記載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を用いることができる。また、重合性オリゴマー分子としては、特開昭５７−１６５４８０号公報に記載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ロキサン化合物を用いることができる。
【００２２】
ここで、以上のようにして形成された多色コレステリック層１２及び積層コレステリック層１３は、図２に示すように、物理的な分子配列として、分子のダイレクタ方向が多色コレステリック層１２及び積層コレステリック層１３の厚さ方向に連続的に回転してなる螺旋構造（コレステリック構造）をとっている。なお、図２において、矢印は、分子のダイレクタ方向を示している。
【００２３】
このうち、多色コレステリック層１２は、支持基材１１側に位置する表面と、この表面に対向した表面とを有しており、多色コレステリック層１２のうち支持基材１１側に位置する表面における分子のダイレクタ方向は、支持基材１１の表面の配向規制力により当該表面内で実質的に一致するようになっている。
【００２４】
また、多色コレステリック層１２及び積層コレステリック層１３の隣接した表面における分子のダイレクタ方向は、積層コレステリック層１３が塗布されて形成される多色コレステリック層１２の表面の配向規制力により当該表面内で実質的に一致するようになっている。
【００２５】
なお、多色コレステリック層１２及び積層コレステリック層１３において、分子のダイレクタ方向が一致する場合としては、分子のダイレクタ方向が完全に一致する場合の他、分子のダイレクタ方向が１８０度ずれている場合も含まれる。これは、多くの場合、分子の頭部と尻部とが光学的に区別できないからである。
【００２６】
上述したように、多色コレステリック層１２及び積層コレステリック層１３は、図２に示すようなコレステリック構造をとっており、このような物理的な分子配列に基づいて一方向の円偏光成分とこれと逆廻りの円偏光成分とを分離する偏光分離特性を有している。
【００２７】
このような多色コレステリック層１２及び積層コレステリック層１３において、コレステリック構造のヘリカル軸に入射した入射光は、右旋の円偏光成分（右円偏光）及び左旋の円偏光成分（左円偏光）に分離され、一方の円偏光成分は透過され、他方の円偏光成分は反射される。
【００２８】
この場合の反射光の最大旋光光散乱は、次式（１）の波長（中心選択反射波長）λ_０で生じる。
λ_０＝ｎ_ａｖ・ｐ … （１）
ここで、ｐはカイラルピッチ、ｎ_ａｖはヘリカル軸に直交する平面内での平均屈折率である。
【００２９】
このときの反射光の波長バンド幅Δλは、次式（２）で表される。
Δλ＝Δｎ・ｐ … （２）
ここで、Δｎは複屈折率、ｐはカイラルピッチである。なお、複屈折率Δｎは通常０．１〜０．３の範囲にある。
【００３０】
すなわち、多色コレステリック層１２及び積層コレステリック層１３においては、中心選択反射波長λ_０を中心とした波長バンド幅Δλの範囲（選択反射波長帯域）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。なお、反射の際には、右旋又は左旋の円偏光成分は、通常の反射と異なり、旋光方向が反転されることなくそのまま反射される。
【００３１】
ここで、多色コレステリック層１２においては、図３に示すように、赤色表示領域１２ａ、緑色表示領域１２ｂ及び青色表示領域１２ｃごとに異なる中心選択反射波長λ_０を中心とした波長バンド幅Δλの範囲（赤色の選択反射波長帯域４１、緑色の選択反射波長帯域４２及び青色の選択反射波長帯域４３）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。
【００３２】
一方、積層コレステリック層１３においては、多色コレステリック層１２の最も長波長側の選択反射波長帯域（赤色表示領域１２ａの赤色の選択反射波長帯域４１）よりも長波長側に位置する選択反射波長帯域を持つようになっている。ここで、上式（１）及び（２）の関係の下で、多色コレステリック層１２及び積層コレステリック層１３の選択反射波長帯域が互いに重ならないようにするためには、積層コレステリック層１３の中心選択反射波長λ_０が、多色コレステリック層１２の赤色の選択反射波長帯域４１の長波長側エッジ４５から長波長側に２００ｎｍ以上離れるようにするとよい。なおここで、長波長側エッジ４５は、基準となる透過率曲線（ベースライン）４４から透過率が２０％減少したところの波長として定義される。これにより、積層コレステリック層１３においては、中心選択反射波長λ_０を中心とした選択反射波長帯域Δλの範囲４６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。
【００３３】
なお、上述したように、多色コレステリック層１２及び積層コレステリック層１３においては、積層コレステリック層１３の中心選択反射波長が多色コレステリック層１２の最も長波長側の選択反射波長帯域の中心選択反射波長よりも大きいので、両者のカイラルピッチを比較した場合には、図２に示すように、積層コレステリック層１３のカイラルピッチｐ_２は、多色コレステリック層１２のカイラルピッチｐ_１よりも十分に長くなっている。
【００３４】
次に、図４により、このような構成からなる多色光学素子の製造方法について説明する。
【００３５】
まず、透明なガラス基板上に配向膜を形成することにより、少なくとも一方の表面に配向規制力を有する支持基材１１を準備する（図４(a)）。
【００３６】
次に、コレステリック規則性を有する液晶として、コレステリック規則性を有する重合性モノマー分子又は重合性オリゴマー分子等の重合性材料を、支持基材１１の配向規制力を有する表面上にて配向及び硬化させることにより、選択反射波長帯域が互いに異なる複数の表示領域１２ａ，１２ｂ，１２ｃを有する多色コレステリック層１２を形成する。
【００３７】
具体的には例えば、図４(b)(c)(d)に示すように、互いに異なる選択反射波長帯域（赤色、緑色及び青色の選択反射波長帯域）を持つ複数種類の液晶を準備し、支持基材１１の表面上にて各種類の液晶を順次配向及び硬化させるとともに、形成されたコレステリック層を順次パターニングすることにより、選択反射波長帯域が互いに異なる複数の表示領域１２ａ，１２ｂ，１２ｃを有する多色コレステリック層１２を形成する。なお、コレステリック規則性を有する重合性材料として、ネマチック液晶分子とカイラル剤分子とを混合したものを用いる場合には、カイラル剤分子の種類を代えてカイラルパワーを変えるか、又はカイラル剤分子の濃度を変化させることにより、重合性材料のコレステリック構造に起因する選択反射波長帯域を制御することができる。
【００３８】
具体的には、まず、支持基材１１上に赤色の選択反射波長帯域を持つ液晶を塗布し、必要に応じて加熱し、支持基材１１の表面の実質的に同一方向の配向規制力により液晶を配向させる。
【００３９】
その後、このようにして形成されたコレステリック液晶塗膜に対して、製造されるべき多色光学素子（カラーフィルター）の画素中の赤色の表示領域に対応する部分が開口しているフォトマスクを介して、所定の照射量だけ紫外線を照射し、照射部分を３次元架橋して露光（硬化）させる。なおこのとき、液晶を３次元架橋する方法としては、液晶に光重合開始剤を添加して紫外線の照射により硬化させる方法の他、液晶に電子線を直接照射して硬化させる方法を用いることができる。ここで、「３次元架橋」とは、液晶中の重合性材料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互いに３次元的に重合して、網目（ネットワーク）構造の状態とすることを意味する。
【００４０】
そして、このようにして露光されたコレステリック液晶塗膜を、配向膜付きのガラス基板とともに有機溶媒に浸漬させることにより、コレステリック液晶塗膜のうち未露光部分のみを溶解させ、配向膜付きのガラス基板から取り除く。なおこのとき、有機溶媒としては、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）やアセトン、トルエン等を用いることができる。
【００４１】
また、このようにして未露光部分が取り除かれたコレステリック液晶塗膜を加熱して乾燥処理を行うことにより、赤色表示領域に対応するパターンで、赤色の右円偏光を選択的に反射する赤色コレステリック層が形成される（図４(b)）。
【００４２】
その後、同様の手法で、赤色コレステリック層が形成された配向膜付きのガラス基板上に、緑色の選択反射波長帯域を持つ液晶を塗布し、緑色表示領域に対応するパターンで、緑色の右円偏光を選択的に反射する緑色コレステリック層を形成する（図４(c)）。
【００４３】
また、同様の手法で、赤色コレステリック層及び緑色コレステリック層が形成された配向膜付きのガラス基板上に、青色の選択反射波長帯域を持つ液晶を塗布し、青色表示領域に対応するパターンで、青色の右円偏光を選択的に反射する青色コレステリック層を形成する（図４(d)）。
【００４４】
以上により、赤色表示領域１２ａ、緑色表示領域１２ｂ及び青色表示領域１２ｃを有する多色コレステリック層１２が形成される。
【００４５】
その後、このようにして配向膜付きのガラス基板上に形成された多色コレステリック層１２のうち支持基材１１の表面に面する側とは反対側の表面上に、コレステリック規則性を有する液晶として、コレステリック規則性を有する重合性モノマー分子又は重合性オリゴマー分子等の重合性材料であって、多色コレステリック層１２の赤色の選択反射波長帯域の長波長側エッジから長波長側に２００ｎｍ以上離れた中心選択反射波長を持つ液晶を直接塗布して、コレステリック液晶塗膜１３′を形成し、必要に応じて加熱することにより、多色コレステリック層１２の表面の実質的に同一方向の配向規制力により液晶を配向させる（図４(e)）。
【００４６】
そして、フォトマスクを介することなく、窒素雰囲気下で所定の照射量だけ紫外線照射することにより、コレステリック液晶塗膜１３′の全面を露光し、人間の眼には認識されない赤外領域の右円偏光を選択的に反射する積層コレステリック層１３を形成する（図４(f)）。
【００４７】
なお、以上のような製造方法の場合、多色コレステリック層１２及び積層コレステリック層１３用の液晶を溶媒に溶かしてコーティング液としてもよく、その場合には、３次元架橋する前に溶媒を蒸発させるための乾燥工程を行う必要がある。
【００４８】
このように本実施の形態によれば、支持基材１１の配向規制力を有する表面上にてコレステリック規則性を有する液晶を配向及び硬化させることにより形成された多色コレステリック層１２上に、コレステリック規則性を有する液晶を直接塗布して配向させ、多色コレステリック層１２の最も長波長側の選択反射波長帯域よりも長波長側に位置する積層コレステリック層１３を形成する。これにより、互いに積層された多色コレステリック層１２及び積層コレステリック層１３において、多色コレステリック層１２及び積層コレステリック層１３の隣接した表面における分子のダイレクタ方向を一致させて、多色コレステリック層１２及び積層コレステリック層１３に亘る連続的なコレステリック構造を形成するとともに、積層コレステリック層１３のカイラルピッチｐ_２を多色コレステリック層１２のカイラルピッチｐ_１に比べて十分に長くすることができる。このため、面内の膜厚分布が±３％であるようなコーティング装置によって多色コレステリック層１２及び積層コレステリック層１３を形成するような場合でも、偏光光が出射される積層コレステリック層１３の観察者側の表面の凹凸に起因したツイスト角のムラ（分子のダイレクタ方向の不揃い）を最小限に少なくすることができ、ディスプレイ装置の表示品位が低下してしまうことを効果的に抑制することができる。
【００４９】
また、本実施の形態によれば、積層コレステリック層１３の中心選択反射波長が多色コレステリック層１２の最も長波長側の選択反射波長帯域（赤色の選択反射波長帯域）の長波長側エッジから長波長側に２００ｎｍ以上離れるようにすることにより、多色コレステリック層１２及び積層コレステリック層１３の選択反射波長帯域が互いに重ならないようにしているので、多色コレステリック層１２が呈する赤色、緑色及び青色の選択反射波長帯域のスペクトルに崩れが生じることがなく、多色コレステリック層で選択的に反射される赤色、緑色及び青色の光の色純度等が劣化することを効果的に抑えることができる。特に、積層コレステリック層１３の中心選択反射波長を多色コレステリック層１２の赤色の選択反射波長帯域の長波長側エッジから長波長側に２００ｎｍ以上離れるようにすると、その中心選択反射波長は通常９００ｎｍ以上となるので、その領域で生じる、積層コレステリック層１３の表面の凹凸に起因したツイスト角のムラは、人間の眼の分光視感度から見て、ほとんど無視することができるようになる。
【００５０】
なお、上述した実施の形態においては、多色コレステリック層１２及び積層コレステリック層１３の材料として、コレステリック規則性を有する重合性モノマー分子又は重合性オリゴマー分子等の重合性材料を用いる場合を例に挙げて説明しているが、これに限らず、コレステリック規則性を有する液晶ポリマーを用いることもできる。なお、液晶ポリマーとしては、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両方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、特開平９−１３３８１０号公報に記載されているような液晶性高分子、特開平１１−２９３２５２号公報に記載されているような液晶性高分子等を用いることができる。
【００５１】
また、上述した実施の形態においては、選択反射波長帯域が互いに異なる複数の表示領域１２ａ，１２ｂ，１２ｃを有する多色コレステリック層１２を形成するための方法として、支持基材１１の表面上にて各種類の液晶を順次配向及び硬化させるとともに、形成されたコレステリック層を順次パターニングする方法を用いているが、これに限らず、支持基材１１の表面上に塗布された液晶の選択反射波長帯域を、温度による制御や放射線の照射量による制御等により各表示領域単位で制御する方法等を用いることもできる。
【００５２】
さらに、上述した実施の形態においては、多色コレステリック層１２及び積層コレステリック層１３は、その厚さを十分に厚くして、入射光に含まれる右旋又は左旋の円偏光成分のうちの一方の円偏光成分を完全に（最大反射率が１００％で）反射するようにする他、例えば特開２０００−１９３９６２号公報で提案されている表示装置の偏光反射層のように、その厚さを最大反射率で反射するための必要な厚さよりも小さくして、入射光に含まれる右旋又は左旋の円偏光成分のうちの一方の円偏光成分を部分的に（例えば９５％に満たない最大反射率で）反射するようにしてもよい。なお、この後者の場合には、本発明の作用効果が顕著に顕れる。これは、多色コレステリック層１２及び積層コレステリック層１３の選択反射波長帯域では、一方の円偏光成分に対して逆廻りの円偏光成分のみならず、一方の円偏光成分自体も、厚さに依存して透過する（厚さが薄くなる程透過する）こととなり、その一方の円偏光成分に対しても効果が現れるからである。
【００５３】
さらにまた、上述した実施の形態においては、多色光学素子１０として、支持基材１１上に積層された状態の多色コレステリック層１２及び積層コレステリック層１３を用いているが、これに限らず、支持基材１１から剥離された状態の多色コレステリック層１２及び積層コレステリック層１３を用いるようにしてもよい。
【００５４】
なお、上述した実施の形態に係る多色光学素子１０は、図５に示すような液晶表示装置３０に組み込んで用いることができる。図５に示すように、液晶表示装置３０は、面状の偏光光を出射する偏光光源装置２０と、偏光光源装置２０から出射された偏光光の明暗表示を画素ごとに制御する液晶セル２７とを備えている。また、光源２０及び液晶セル２７とともにカラーフィルターとして用いられる多色光学素子１０を備えている。なお、液晶セル２７の光源側及び観察者側には、液晶セル２７を挟むように一対の偏光板２６，２８が設けられている。
【００５５】
【実施例】
次に、上述した実施の形態の具体的実施例について述べる。
【００５６】
（実施例）
まず、透明なガラス基板上に、溶媒に溶かしたポリイミドをスピンコーティング法によりコーティングし、乾燥処理を行った後、一定方向にラビングして配向膜（膜厚０．０２μｍ）を形成した。
【００５７】
次に、両末端に重合可能なアクリレートを有するとともに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℃であるネマチック液晶モノマー分子（９５．７重量部）と、片側の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（３．３重量部）と、光重合開始剤（１重量部）とをトルエンに溶解させた３６重量％のコレステリック液晶溶液を準備した。
【００５８】
そして、上述した配向膜付きのガラス基板をスピンコータにセットし、その配向膜上に上記コレステリック液晶溶液をできるだけ膜厚が一定になるような条件で塗布した。
【００５９】
次に、このようにして塗布されたコレステリック液晶塗膜を８０℃で１分間加熱し、溶媒を除去することにより、未硬化状態のコレステリック液晶塗膜を得た。
【００６０】
その後、このようにして形成されたコレステリック液晶塗膜に対して、製造されるべき多色光学素子（カラーフィルター）の画素中の赤色の表示領域に対応する部分が開口しているフォトマスクを介して、大気雰囲気下で紫外線（波長３６５ｎｍを含む）を１００ｍＪ／ｃｍだけ照射することにより、照射部分を露光した。これにより、コレステリック液晶塗膜のうち露光部分のみが硬化された。
【００６１】
そして、このようにして露光されたコレステリック液晶塗膜を、配向膜付きのガラス基板とともにメチルエチルケトン（ＭＥＫ）に１分間浸漬させた。これにより、コレステリック液晶塗膜のうち未露光部分のみが溶解され、配向膜付きのガラス基板から取り除かれた。
【００６２】
また、このようにして未露光部分が取り除かれたコレステリック液晶塗膜を、６０℃で１５分間加熱して乾燥処理を行った。これにより、赤色表示領域に対応するパターンで、赤色の右円偏光を選択的に反射する赤色コレステリック層が形成された。
【００６３】
その後、同様の手法で、赤色コレステリック層が形成された配向膜付きのガラス基板上に、ネマチック液晶モノマー分子とカイラル剤分子の組成比を９５．２：３．８に変えた以外は上記コレステリック液晶溶液と同一のコレステリック液晶溶液を塗布し、緑色表示領域に対応するパターンで、緑色の右円偏光を選択的に反射する緑色コレステリック層が形成した。
【００６４】
また、同様の手法で、赤色コレステリック層及び緑色コレステリック層が形成された配向膜付きのガラス基板上に、ネマチック液晶モノマー分子とカイラル剤分子の組成比を９４．４：４．６に変えた以外は上記コレステリック液晶溶液と同一のコレステリック液晶溶液を塗布し、青色表示領域に対応するパターンで、青色の右円偏光を選択的に反射する青色コレステリック層を形成した。
【００６５】
以上により、赤色表示領域、緑色表示領域及び青色表示領域を有する多色コレステリック層が形成された。なおこのとき、各表示領域の中心選択反射波長は６３０ｎｍ、５５０ｎｍ及び４８０ｎｍであり、長波長側エッジの波長は７００ｎｍとなった（図６(a)）。
【００６６】
このようにして配向膜付きのガラス基板上に形成された多色コレステリック層を、クロスニコル状態で配置された二枚の直線偏光板の間に載置し、その偏光状態を観察したところ、面内で明暗模様が多数観察された。
【００６７】
その後、このようにして配向膜付きのガラス基板上に形成された多色コレステリック層上に、ネマチック液晶モノマー分子とカイラル剤分子の組成比を９６．３：２．７に変えた以外は上記コレステリック液晶溶液と同一のコレステリック液晶溶液を直接塗布した。
【００６８】
そして、このようにして塗布されたコレステリック液晶塗膜を８０℃で１分間加熱し、溶媒を除去することにより、未硬化状態のコレステリック液晶塗膜を得た。
【００６９】
その後、フォトマスクを介することなく、窒素雰囲気下で紫外線（波長３６５ｎｍを含む）を１０ｍＪ／ｃｍだけ照射することにより、コレステリック液晶塗膜の全面を露光し、人間の眼には認識されない赤外領域の右円偏光（中心選択反射波長９００ｎｍ）を選択的に反射する積層コレステリック層が形成された。
【００７０】
このようにして配向膜付きのガラス基板上に多色コレステリック層及び積層コレステリック層がこの順番に積層された多色光学素子を、クロスニコル状態で配置された二枚の直線偏光板の間に載置し、その偏光状態を観察したところ、面内での明暗模様は低減され、ほとんど観察されなかった。また、多色コレステリック層で選択的に反射される赤色、緑色及び青色の光は、目視で観察した限り、色純度等の劣化は観察されなかった。また、分光光度計で測定した結果でも、図６(b)に示すように、多色コレステリック層が呈する赤色、緑色及び青色の選択反射波長帯域のスペクトルに崩れがないことが確かめられた。
【００７１】
（比較例）
比較例として、積層コレステリック層の中心選択反射波長が８００ｎｍとなるように、ネマチック液晶モノマー分子とカイラル剤分子の組成比を９５．８：３．２に変えた以外は上述した実施例と同一の条件で多色光学素子を製造した。
【００７２】
このようにして製造された比較例に係る多色光学素子を、クロスニコル状態で配置された二枚の直線偏光板の間に載置し、その偏光状態を観察したところ、面内での明暗模様の低減の度合いが少なく、また、多色コレステリック層で選択的に反射される赤色、緑色及び青色の光の色純度等が劣化していることが観察された。また、分光光度計で測定した結果でも、図６(c)に示すように、多色コレステリック層が呈する赤色の選択反射波長帯域のスペクトルに崩れがあることが確かめられた。
【００７３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、多色コレステリック層の表面における分子のダイレクタ方向の不均一性の問題を解消してディスプレイ装置の表示品位が低下してしまうことを効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による多色光学素子の一実施の形態を示す断面図。
【図２】図１に示す多色光学素子の多色コレステリック層及び積層コレステリック層におけるコレステリック構造を説明するための図。
【図３】図１に示す多色光学素子の分光特性を説明するための図。
【図４】図１に示す多色光学素子の製造方法を説明するための図。
【図５】図１に示す多色光学素子が適用される液晶表示装置の一例を示す断面図。
【図６】本発明を適用した具体的な実施例及び比較例の分光特性を示す図。
【符号の説明】
１０多色光学素子
１１支持基材
１２多色コレステリック層
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ表示領域
１３積層コレステリック層
２０偏光光源装置
２６，２８偏光板
２７液晶セル
３０液晶表示装置[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a multicolor optical element used in a display device such as a liquid crystal display device, and more particularly to a method of manufacturing a multicolor optical element having a layer made of a liquid crystal having cholesteric regularity (cholesteric layer), and a multicolor optical element. The present invention relates to an element and a liquid crystal display device provided with the element.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, an optical element having a cholesteric layer has been known as an optical element that separates a right-handed or left-handed circularly polarized light component included in incident light and selectively reflects or transmits each circularly polarized light component. Among these, an optical element including a cholesteric layer (multicolor cholesteric layer) having a plurality of display regions having different selective reflection wavelength bands is used in a display device such as a liquid crystal display device, such as a multicolor display plate or a color filter. It is used as a color optical element (see Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-6-130424
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described conventional multicolor optical element, the in-plane polarization state of the multicolor optical element is not sufficiently uniform due to the non-uniformity of the director direction of molecules on the surface of the multicolor cholesteric layer ( See Japanese Patent Application No. 2002-101225). For this reason, in a display device using a conventional multicolor optical element, there is a problem that a light and dark pattern is likely to appear in the surface of the display device, and display quality is likely to be deteriorated.
[0005]
The present invention has been made in view of such a point, and solves the problem of the non-uniformity of the director direction of molecules on the surface of the multicolor cholesteric layer to reduce the display quality of the display device. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a multicolor optical element, a multicolor optical element, and a liquid crystal display device including the same, which can be effectively suppressed.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present invention, as a first solution, aligns and cures a liquid crystal having cholesteric regularity on a surface of a supporting substrate having an alignment regulating force, thereby forming a plurality of display regions having different selective reflection wavelength bands from each other. Forming a multicolor cholesteric layer having, and directly applying a liquid crystal having cholesteric regularity on the surface of the multicolor cholesteric layer opposite to the side facing the surface of the support substrate, the multicolor cholesteric layer; By orienting the liquid crystal by the alignment regulating force of the surface of the cholesteric layer, a multilayer cholesteric layer having a selective reflection wavelength band located on the longer wavelength side than the longest wavelength side selective reflection wavelength band of the multicolor cholesteric layer is formed. Forming a multicolor optical element.
[0007]
In the first solution described above, the center selective reflection wavelength of the laminated cholesteric layer is at least 200 nm away from the long wavelength side edge of the longest wavelength selective reflection wavelength band of the multicolor cholesteric layer toward the long wavelength side. Is preferred.
[0008]
Further, in the above-described first solution, in the step of forming the multicolor cholesteric layer, a plurality of types of liquid crystals having mutually different selective reflection wavelength bands are prepared, and each of the liquid crystals is provided on the surface of the supporting base material. By sequentially aligning and curing the types of liquid crystals, and sequentially patterning the formed cholesteric layer in accordance with each of the display areas, a multicolor cholesteric layer having a plurality of display areas having mutually different selective reflection wavelength bands is formed. Is preferred.
[0009]
The present invention provides, as a second solution, a multicolor cholesteric layer formed by aligning and curing a liquid crystal having cholesteric regularity on a surface of a supporting substrate having an alignment regulating force, and selectively reflecting A multicolor cholesteric layer having a plurality of display areas having different wavelength bands, and a liquid crystal having cholesteric regularity directly on a surface of the multicolor cholesteric layer opposite to a side facing the surface of the support substrate. A laminated cholesteric layer formed by coating and orienting, the laminated cholesteric layer having a selective reflection wavelength band located on the longer wavelength side than the selective reflection wavelength band on the longest wavelength side of the multicolor cholesteric layer and A multicolor optical element characterized by comprising:
[0010]
In the second solution described above, the center selective reflection wavelength of the laminated cholesteric layer is at least 200 nm away from the long wavelength side edge of the longest wavelength selective reflection wavelength band of the multicolor cholesteric layer to the long wavelength side. Is preferred.
[0011]
In the second solution, the multicolor cholesteric layer preferably has a plurality of display areas having red, green, and blue selective reflection wavelength bands.
[0012]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a polarized light source device that emits planar polarized light, a liquid crystal cell that controls light-dark display of polarized light emitted from the polarized light source for each pixel, and the polarized light source. A liquid crystal display device comprising: the device and the multicolor optical element according to the above-described second solution, which is used as a color filter together with the liquid crystal cell.
[0013]
According to the present invention, a liquid crystal having cholesteric regularity is directly formed on a multicolor cholesteric layer formed by aligning and curing a liquid crystal having cholesteric regularity on a surface of a supporting substrate having an alignment regulating force. It is coated and oriented to form a laminated cholesteric layer having a selective reflection wavelength band located on the longer wavelength side than the longest wavelength selective reflection wavelength band of the multicolor cholesteric layer. For this reason, in the multicolor cholesteric layer and the laminated cholesteric layer laminated on each other, the director directions of the molecules on the adjacent surfaces of the multicolor cholesteric layer and the laminated cholesteric layer are made to coincide with each other to continuously extend over the multicolor cholesteric layer and the laminated cholesteric layer. In addition to forming a typical cholesteric structure, the chiral pitch of the laminated cholesteric layer can be made sufficiently longer than the chiral pitch of the multicolor cholesteric layer. From this, even when a multicolor cholesteric layer and a laminated cholesteric layer are formed by a coating apparatus having an in-plane film thickness distribution of ± 3%, the observer side of the laminated cholesteric layer from which polarized light is emitted. The unevenness of the twist angle (irregularity of the director direction of the molecules) due to the unevenness of the surface can be minimized, and the deterioration of the display quality of the display device can be effectively suppressed.
[0014]
Further, according to the present invention, the center selective reflection wavelength of the laminated cholesteric layer is 200 nm from the long wavelength side edge of the longest wavelength selective reflection wavelength band (red selective reflection wavelength band) of the multicolor cholesteric layer to the long wavelength side. By separating as described above, since the selective reflection wavelength bands of the multicolor cholesteric layer and the laminated cholesteric layer do not overlap with each other, the spectrum of the selective reflection wavelength band exhibited by the multicolor cholesteric layer does not collapse. In addition, it is possible to effectively suppress deterioration in color purity and the like of light selectively reflected by the multicolor cholesteric layer.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0016]
First, a configuration of a multicolor optical element according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0017]
As shown in FIG. 1, the multicolor optical element 10 according to the present embodiment includes a support base 11, a multicolor cholesteric layer 12 stacked on the support base 11, and a multicolor cholesteric layer 12 stacked on the multicolor cholesteric layer 12. Laminated cholesteric layer 13. The multicolor cholesteric layer 12 has a plurality of display areas (red display area 12a, green display area 12b, and blue display area 12c).
[0018]
Among them, the support substrate 11 is made of a glass substrate with an alignment film, a stretched film, or the like, and at least one surface (the upper surface in FIG. 1) has an alignment regulating force.
[0019]
The multicolor cholesteric layer 12 is formed by aligning and curing a cholesteric regular liquid crystal on the surface of the support substrate 11 having an alignment regulating force.
[0020]
Further, the laminated cholesteric layer 13 is formed by directly applying and orienting a liquid crystal having cholesteric regularity on the surface of the multicolor cholesteric layer 12 opposite to the side facing the surface of the support substrate 11. It is a thing.
[0021]
As the material of the multicolor cholesteric layer 12 and the laminated cholesteric layer 13, a polymerizable material such as a polymerizable monomer molecule or a polymerizable oligomer molecule having cholesteric regularity, such as a chiral nematic liquid crystal or a cholesteric liquid crystal, may be used. Can be. Here, as the polymerizable monomer molecule, a mixture of a liquid crystalline monomer and a chiral compound as described in JP-A-7-258538 or JP-T-10-508882 can be used. Further, as the polymerizable oligomer molecule, a cyclic organopolysiloxane compound having a cholesteric phase as described in JP-A-57-165480 can be used.
[0022]
Here, as shown in FIG. 2, the multicolor cholesteric layer 12 and the laminated cholesteric layer 13 formed as described above have a physical molecular arrangement in which the director direction of the molecule is the polychromatic cholesteric layer 12 and the laminated cholesteric layer 12. It has a spiral structure (cholesteric structure) that is continuously rotated in the thickness direction of the layer 13. Note that, in FIG. 2, arrows indicate the director directions of the molecules.
[0023]
Among these, the multicolor cholesteric layer 12 has a surface located on the support substrate 11 side and a surface facing this surface, and the surface of the multicolor cholesteric layer 12 located on the support substrate 11 side. The director directions of the molecules in are substantially matched in the surface of the support substrate 11 due to the alignment regulating force of the surface.
[0024]
In addition, the director direction of the molecules on the adjacent surfaces of the multicolor cholesteric layer 12 and the laminated cholesteric layer 13 is adjusted within the surface by the alignment regulating force of the surface of the multicolor cholesteric layer 12 formed by applying the laminated cholesteric layer 13. They are substantially matched.
[0025]
In the multicolor cholesteric layer 12 and the laminated cholesteric layer 13, the case where the director directions of the molecules coincide with each other includes the case where the director directions of the molecules completely coincide with each other and the case where the director directions of the molecules are shifted by 180 degrees. included. This is because in many cases the head and tail of the molecule cannot be optically distinguished.
[0026]
As described above, the multicolor cholesteric layer 12 and the laminated cholesteric layer 13 have a cholesteric structure as shown in FIG. 2, and a unidirectional circularly polarized light component and It has a polarization separation characteristic of separating a circularly polarized light component in the opposite direction.
[0027]
In such a multicolor cholesteric layer 12 and a laminated cholesteric layer 13, the incident light incident on the helical axis of the cholesteric structure becomes a right-handed circularly polarized light component (right circularly polarized light) and a left-handed circularly polarized light component (left circularly polarized light). Separated, one circularly polarized light component is transmitted and the other circularly polarized light component is reflected.
[0028]
The maximum optical rotation scattering of the reflected light in this case is represented by the wavelength (center selective reflection wavelength) λ of the following equation (1). ₀ Occurs in
λ ₀ = N _av ・ P… (1)
Where p is the chiral pitch, n _av Is the average refractive index in a plane perpendicular to the helical axis.
[0029]
The wavelength bandwidth Δλ of the reflected light at this time is represented by the following equation (2).
Δλ = Δn · p (2)
Here, Δn is the birefringence and p is the chiral pitch. Incidentally, the birefringence index Δn is usually in the range of 0.1 to 0.3.
[0030]
That is, in the multicolor cholesteric layer 12 and the laminated cholesteric layer 13, the center selective reflection wavelength λ ₀ Is reflected, one of the right-handed or left-handed circularly polarized light components in the wavelength band range Δλ (selective reflection wavelength band) is reflected, and the other circularly polarized light component and light in other wavelength regions are transmitted. At the time of reflection, the right-handed or left-handed circularly polarized light component is reflected as it is without reversing the optical rotation direction, unlike normal reflection.
[0031]
Here, in the multicolor cholesteric layer 12, as shown in FIG. 3, a center selection reflection wavelength λ different for each of the red display region 12a, the green display region 12b, and the blue display region 12c. ₀ One of the right-handed or left-handed circularly polarized light components in the range of the wavelength bandwidth Δλ (red selective reflection wavelength band 41, green selective reflection wavelength band 42 and blue selective reflection wavelength band 43) around The other circularly polarized light component and light in other wavelength regions are transmitted.
[0032]
On the other hand, in the laminated cholesteric layer 13, the selective reflection wavelength band located on the longer wavelength side than the selective reflection wavelength band on the longest wavelength side of the multicolor cholesteric layer 12 (the red selective reflection wavelength band 41 of the red display area 12a). To have. Here, in order to prevent the selective reflection wavelength bands of the multicolor cholesteric layer 12 and the laminated cholesteric layer 13 from overlapping each other under the relations of the above formulas (1) and (2), the center of the laminated cholesteric layer 13 is determined. Selective reflection wavelength λ ₀ However, it is preferable that the distance from the long wavelength side edge 45 of the red selective reflection wavelength band 41 of the multicolor cholesteric layer 12 be 200 nm or more toward the long wavelength side. Here, the long wavelength side edge 45 is defined as a wavelength at which the transmittance is reduced by 20% from the transmittance curve (base line) 44 as a reference. Thereby, in the laminated cholesteric layer 13, the center selective reflection wavelength λ ₀ Is reflected, one of the right-handed or left-handed circularly polarized light components in the range 46 of the selective reflection wavelength band Δλ is reflected, and the other circularly polarized light component and light in other wavelength regions are transmitted.
[0033]
As described above, in the multicolor cholesteric layer 12 and the multilayer cholesteric layer 13, the center selective reflection wavelength of the multilayer cholesteric layer 13 is the center selective reflection wavelength of the selective reflection wavelength band on the longest wavelength side of the multicolor cholesteric layer 12. Therefore, when the chiral pitches of the two layers are compared, as shown in FIG. ₂ Is the chiral pitch p of the multicolor cholesteric layer 12 ₁ Is much longer than that.
[0034]
Next, a method for manufacturing a multicolor optical element having such a configuration will be described with reference to FIG.
[0035]
First, a support base material 11 having an alignment regulating force on at least one surface is prepared by forming an alignment film on a transparent glass substrate (FIG. 4A).
[0036]
Next, as a liquid crystal having cholesteric regularity, a polymerizable material such as a polymerizable monomer molecule or a polymerizable oligomer molecule having cholesteric regularity is aligned and cured on the surface of the support substrate 11 having an alignment controlling force. Thereby, the multicolor cholesteric layer 12 having the plurality of display regions 12a, 12b, and 12c having different selective reflection wavelength bands is formed.
[0037]
Specifically, for example, as shown in FIGS. 4B, 4C, and 4D, a plurality of types of liquid crystals having different selective reflection wavelength bands (red, green, and blue selective reflection wavelength bands) are prepared. By sequentially aligning and curing each type of liquid crystal on the surface of the support substrate 11, and sequentially patterning the formed cholesteric layer, a plurality of display areas 12a, 12b, 12c having different selective reflection wavelength bands are formed. To form a multicolor cholesteric layer 12. When a mixture of a nematic liquid crystal molecule and a chiral agent molecule is used as the polymerizable material having cholesteric regularity, the chiral power is changed by changing the type of the chiral agent molecule, or the concentration of the chiral agent molecule is changed. Is changed, it is possible to control the selective reflection wavelength band caused by the cholesteric structure of the polymerizable material.
[0038]
Specifically, first, a liquid crystal having a selective reflection wavelength band of red is applied on the support base material 11, and is heated as necessary, and the alignment control force of the surface of the support base material 11 in substantially the same direction is applied. Align the liquid crystal.
[0039]
Thereafter, the cholesteric liquid crystal coating film thus formed is applied to a multicolor optical element (color filter) to be manufactured through a photomask having an opening at a portion corresponding to a red display area in a pixel. Then, ultraviolet rays are irradiated by a predetermined irradiation amount, and the irradiated portions are three-dimensionally cross-linked and exposed (cured). At this time, as a method of three-dimensionally cross-linking the liquid crystal, a method of adding a photopolymerization initiator to the liquid crystal and curing by irradiating ultraviolet rays or a method of directly irradiating the liquid crystal with an electron beam may be used. it can. Here, "three-dimensional crosslinking" means that polymerizable monomer molecules or polymerizable oligomer molecules, which are polymerizable materials in a liquid crystal, are three-dimensionally polymerized with each other to form a network structure. I do.
[0040]
Then, the cholesteric liquid crystal coating film thus exposed is immersed in an organic solvent together with a glass substrate with an alignment film, thereby dissolving only the unexposed portion of the cholesteric liquid crystal coating film and forming a glass substrate with an alignment film. Remove from. At this time, as the organic solvent, methyl ethyl ketone (MEK), acetone, toluene, or the like can be used.
[0041]
In addition, by heating and drying the cholesteric liquid crystal coating film from which the unexposed portions have been removed in this manner, a red cholesteric film that selectively reflects red right circularly polarized light in a pattern corresponding to the red display area. A layer is formed (FIG. 4 (b)).
[0042]
Then, in the same manner, a liquid crystal having a green selective reflection wavelength band is applied on a glass substrate with an alignment film on which a red cholesteric layer is formed, and green right circularly polarized light is applied in a pattern corresponding to a green display area. Is formed to form a green cholesteric layer that selectively reflects (FIG. 4C).
[0043]
Further, in the same manner, a liquid crystal having a blue selective reflection wavelength band is applied on a glass substrate with an alignment film on which a red cholesteric layer and a green cholesteric layer are formed, and a blue color is formed in a pattern corresponding to a blue display region. To form a blue cholesteric layer that selectively reflects right circularly polarized light (FIG. 4D).
[0044]
As described above, the multicolor cholesteric layer 12 having the red display area 12a, the green display area 12b, and the blue display area 12c is formed.
[0045]
Thereafter, as a liquid crystal having cholesteric regularity, on the surface of the multicolor cholesteric layer 12 thus formed on the glass substrate with the alignment film opposite to the surface facing the surface of the support base material 11, A polymerizable material such as a polymerizable monomer molecule or a polymerizable oligomer molecule having cholesteric regularity, and is separated from the long-wavelength side edge of the red selective reflection wavelength band of the multicolor cholesteric layer 12 by 200 nm or more on the long-wavelength side. A liquid crystal having a central selective reflection wavelength is directly applied to form a cholesteric liquid crystal coating film 13 ′ and, if necessary, by heating, so that the surface of the multicolor cholesteric layer 12 has an alignment controlling force in substantially the same direction. The liquid crystal is aligned (FIG. 4E).
[0046]
Then, the entire surface of the cholesteric liquid crystal coating film 13 'is exposed by irradiating a predetermined amount of ultraviolet light under a nitrogen atmosphere without passing through a photomask, and the right circularly polarized light in the infrared region which is not recognized by human eyes. Is formed (FIG. 4 (f)).
[0047]
In the case of the above manufacturing method, the liquid crystal for the multicolor cholesteric layer 12 and the laminated cholesteric layer 13 may be dissolved in a solvent to form a coating liquid. In that case, the solvent is evaporated before three-dimensionally crosslinking. It is necessary to carry out a drying step for.
[0048]
As described above, according to the present embodiment, the cholesteric layer is formed on the multicolor cholesteric layer 12 formed by aligning and curing the liquid crystal having the cholesteric regularity on the surface of the support substrate 11 having the alignment regulating force. A liquid crystal having regularity is directly applied and aligned to form a laminated cholesteric layer 13 located on the longer wavelength side than the selective reflection wavelength band on the longest wavelength side of the multicolor cholesteric layer 12. Thereby, in the multicolored cholesteric layer 12 and the laminated cholesteric layer 13, the director directions of the molecules on the adjacent surfaces of the multicolored cholesteric layer 12 and the laminated cholesteric layer 13 are matched, and the multicolored cholesteric layer 12 and the laminated cholesteric layer 12 are laminated. While forming a continuous cholesteric structure over the cholesteric layer 13, the chiral pitch p of the laminated cholesteric layer 13 ₂ Is the chiral pitch p of the multicolor cholesteric layer 12 ₁ Can be much longer than. Therefore, even when the multicolor cholesteric layer 12 and the laminated cholesteric layer 13 are formed by a coating apparatus having an in-plane film thickness distribution of ± 3%, observation of the laminated cholesteric layer 13 from which polarized light is emitted is performed. Unevenness of the twist angle (irregularity of the director direction of molecules) due to the unevenness of the surface on the user side can be minimized, and it is possible to effectively suppress the deterioration of the display quality of the display device. it can.
[0049]
Further, according to the present embodiment, the center selective reflection wavelength of the multilayer cholesteric layer 13 is longer than the longest wavelength selective edge of the multicolor cholesteric layer 12 (the red selective reflection wavelength band). Since the selective reflection wavelength bands of the multicolor cholesteric layer 12 and the laminated cholesteric layer 13 do not overlap each other by being separated by 200 nm or more on the wavelength side, the red, green, and blue colors of the multicolor cholesteric layer 12 are exhibited. The spectrum in the selective reflection wavelength band does not collapse, and it is possible to effectively suppress the deterioration of the color purity and the like of the red, green, and blue light selectively reflected by the multicolor cholesteric layer. In particular, when the center selective reflection wavelength of the laminated cholesteric layer 13 is set to be separated from the long wavelength side edge of the red selective reflection wavelength band of the multicolor cholesteric layer 12 by 200 nm or more to the long wavelength side, the center selective reflection wavelength is usually 900 nm or more. Therefore, the twist angle unevenness caused in the region due to the unevenness of the surface of the laminated cholesteric layer 13 can be almost ignored from the viewpoint of the spectral luminosity of the human eye.
[0050]
Note that, in the above-described embodiment, a case where a polymerizable material such as a polymerizable monomer molecule or a polymerizable oligomer molecule having cholesteric regularity is used as the material of the multicolor cholesteric layer 12 and the laminated cholesteric layer 13 is described as an example. However, the present invention is not limited to this, and a liquid crystal polymer having cholesteric regularity can be used. As the liquid crystal polymer, a polymer having a mesogen group presenting a liquid crystal at the main chain, a side chain, or at both positions of the main chain and the side chain, a polymer having a cholesteryl group at a side chain, a cholesteric liquid crystal, Liquid crystalline polymers described in JP-A-9-133810, liquid crystalline polymers described in JP-A-11-293252, and the like can be used.
[0051]
Further, in the above-described embodiment, as a method for forming the multicolor cholesteric layer 12 having the plurality of display regions 12a, 12b, and 12c having different selective reflection wavelength bands, the method is performed on the surface of the support base material 11. While a method of sequentially aligning and curing each type of liquid crystal and sequentially patterning the formed cholesteric layer is used, the present invention is not limited to this, and the selective reflection wavelength band of the liquid crystal applied on the surface of the support substrate 11 is used. May be controlled in units of each display area by controlling the temperature, controlling the radiation dose, or the like.
[0052]
Further, in the above-described embodiment, the multicolor cholesteric layer 12 and the laminated cholesteric layer 13 are made sufficiently thick so that one of the right-handed or left-handed circularly polarized light components included in the incident light is provided. In addition to completely reflecting the circularly polarized light component (with a maximum reflectance of 100%), the thickness of the circularly polarized light component is set to a maximum as in a polarization reflection layer of a display device proposed in JP-A-2000-193962. One of the right-handed or left-handed circularly polarized light components included in the incident light is partially (eg, less than 95% maximum reflection) by making the thickness smaller than the thickness required for reflection at the reflectance. (At a rate). In the latter case, the effect of the present invention is remarkably exhibited. This is because, in the selective reflection wavelength band of the multicolor cholesteric layer 12 and the laminated cholesteric layer 13, not only the circularly polarized light component that is opposite to the circularly polarized light component but also the circularly polarized light component itself depends on the thickness. This is because the light is transmitted (the light is transmitted as the thickness becomes thinner), and the effect also appears on one of the circularly polarized light components.
[0053]
Furthermore, in the above-described embodiment, as the multicolor optical element 10, the multicolor cholesteric layer 12 and the laminated cholesteric layer 13 that are stacked on the support base 11 are used. However, the present invention is not limited to this. The multicolor cholesteric layer 12 and the laminated cholesteric layer 13 which are separated from the support substrate 11 may be used.
[0054]
The multicolor optical element 10 according to the above-described embodiment can be used by being incorporated in a liquid crystal display device 30 as shown in FIG. As shown in FIG. 5, the liquid crystal display device 30 includes a polarized light source device 20 that emits planar polarized light, a liquid crystal cell 27 that controls the brightness of the polarized light emitted from the polarized light source device 20 for each pixel, and It has. In addition, a multicolor optical element 10 used as a color filter together with the light source 20 and the liquid crystal cell 27 is provided. A pair of polarizing plates 26 and 28 are provided on the light source side and the viewer side of the liquid crystal cell 27 so as to sandwich the liquid crystal cell 27 therebetween.
[0055]
【Example】
Next, a specific example of the above-described embodiment will be described.
[0056]
(Example)
First, a transparent glass substrate was coated with polyimide dissolved in a solvent by a spin coating method, dried, and then rubbed in a certain direction to form an alignment film (0.02 μm in thickness).
[0057]
Next, a nematic liquid crystal monomer molecule having a nematic-isotropic transition temperature of 110 ° C., having a polymerizable acrylate at both ends and a spacer between the mesogen in the center and the acrylate (95.7 parts by weight) And a chiral agent molecule having a polymerizable acrylate at one end (3.3 parts by weight) and a photopolymerization initiator (1 part by weight) dissolved in toluene to prepare a 36% by weight cholesteric liquid crystal solution. .
[0058]
Then, the above-mentioned glass substrate provided with an alignment film was set on a spin coater, and the cholesteric liquid crystal solution was applied on the alignment film under the condition that the film thickness was as constant as possible.
[0059]
Next, the cholesteric liquid crystal coating film thus applied was heated at 80 ° C. for 1 minute to remove the solvent, thereby obtaining an uncured cholesteric liquid crystal coating film.
[0060]
Thereafter, the cholesteric liquid crystal coating film thus formed is applied to a multicolor optical element (color filter) to be manufactured through a photomask having an opening at a portion corresponding to a red display area in a pixel. Then, the irradiated portion was exposed by irradiating it with 100 mJ / cm of ultraviolet rays (including a wavelength of 365 nm) in an air atmosphere. As a result, only the exposed portions of the cholesteric liquid crystal coating film were cured.
[0061]
Then, the cholesteric liquid crystal coating film thus exposed was immersed in methyl ethyl ketone (MEK) for 1 minute together with a glass substrate provided with an alignment film. As a result, only the unexposed portions of the cholesteric liquid crystal coating film were dissolved and removed from the glass substrate provided with the alignment film.
[0062]
In addition, the cholesteric liquid crystal coating film from which the unexposed portion was removed was heated at 60 ° C. for 15 minutes to perform a drying treatment. As a result, a red cholesteric layer that selectively reflects red right circularly polarized light was formed in a pattern corresponding to the red display region.
[0063]
Then, on the glass substrate provided with the alignment film on which the red cholesteric layer was formed by the same method, the cholesteric liquid crystal was changed except that the composition ratio of the nematic liquid crystal monomer molecule and the chiral agent molecule was changed to 95.2: 3.8. The same cholesteric liquid crystal solution as the solution was applied to form a green cholesteric layer that selectively reflects green right circularly polarized light in a pattern corresponding to the green display region.
[0064]
In the same manner, the composition ratio of nematic liquid crystal monomer molecules and chiral agent molecules was changed to 94.4: 4.6 on a glass substrate with an alignment film on which a red cholesteric layer and a green cholesteric layer were formed. Applied the same cholesteric liquid crystal solution as the above cholesteric liquid crystal solution, and formed a blue cholesteric layer that selectively reflected blue right circularly polarized light in a pattern corresponding to the blue display region.
[0065]
Thus, a multicolor cholesteric layer having a red display area, a green display area, and a blue display area was formed. At this time, the center selective reflection wavelengths of the respective display regions were 630 nm, 550 nm, and 480 nm, and the wavelength at the long wavelength side edge was 700 nm (FIG. 6A).
[0066]
The multicolor cholesteric layer formed on the glass substrate with the alignment film in this manner was placed between two linear polarizers arranged in a crossed Nicols state, and the state of polarization was observed. Many light and dark patterns were observed.
[0067]
Thereafter, on the multicolor cholesteric layer thus formed on the glass substrate provided with the alignment film, the cholesteric composition was changed except that the composition ratio of the nematic liquid crystal monomer molecule and the chiral agent molecule was changed to 96.3: 2.7. The same cholesteric liquid crystal solution as the liquid crystal solution was directly applied.
[0068]
Then, the cholesteric liquid crystal coating thus applied was heated at 80 ° C. for 1 minute to remove the solvent, thereby obtaining an uncured cholesteric liquid crystal coating.
[0069]
Thereafter, the entire surface of the cholesteric liquid crystal coating film is exposed by irradiating ultraviolet rays (including a wavelength of 365 nm) at a rate of 10 mJ / cm without passing through a photomask under a nitrogen atmosphere, and an infrared region which is not recognized by human eyes. A cholesteric layer that selectively reflects right circularly polarized light (center selective reflection wavelength: 900 nm) was formed.
[0070]
In this way, a multicolor optical element in which the multicolor cholesteric layer and the laminated cholesteric layer are stacked in this order on the glass substrate with the alignment film is placed between two linear polarizing plates arranged in a crossed Nicols state. When the polarization state was observed, the in-plane light and dark patterns were reduced, and almost no pattern was observed. Further, as for the red, green, and blue lights selectively reflected by the multicolor cholesteric layer, no deterioration in color purity or the like was observed as long as they were visually observed. Also, as a result of measurement with a spectrophotometer, as shown in FIG. 6 (b), it was confirmed that the spectra of the red, green and blue selective reflection wavelength bands exhibited by the multicolor cholesteric layer did not collapse.
[0071]
(Comparative example)
As a comparative example, the same as the above-described example except that the composition ratio between the nematic liquid crystal monomer molecule and the chiral agent molecule was changed to 95.8: 3.2 so that the center selective reflection wavelength of the laminated cholesteric layer became 800 nm. Under the conditions, a multicolor optical element was manufactured.
[0072]
The multicolor optical element according to the comparative example manufactured in this manner was placed between two linear polarizers arranged in a crossed Nicols state, and the state of polarization was observed. It was observed that the degree of reduction was small, and that the color purity and the like of red, green and blue lights selectively reflected by the multicolor cholesteric layer were deteriorated. Also, as a result of measurement with a spectrophotometer, as shown in FIG. 6 (c), it was confirmed that the spectrum of the red selective reflection wavelength band exhibited by the multicolor cholesteric layer was disrupted.
[0073]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to solve the problem of non-uniformity of the director direction of molecules on the surface of a multicolor cholesteric layer, and to effectively suppress a decrease in display quality of a display device. Can be.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a multicolor optical element according to the present invention.
FIG. 2 is a view for explaining a cholesteric structure in a multicolor cholesteric layer and a laminated cholesteric layer of the multicolor optical element shown in FIG.
FIG. 3 is a diagram for explaining spectral characteristics of the multicolor optical element shown in FIG.
FIG. 4 is a diagram for explaining a method of manufacturing the multicolor optical element shown in FIG.
FIG. 5 is a sectional view showing an example of a liquid crystal display device to which the multicolor optical element shown in FIG. 1 is applied.
FIG. 6 is a diagram showing spectral characteristics of specific examples and comparative examples to which the present invention is applied.
[Explanation of symbols]
10 Multicolor optical elements
11 Support substrate
12 Multicolor cholesteric layer
12a, 12b, 12c Display area
13 laminated cholesteric layer
20 Polarized light source device
26,28 Polarizing plate
27 liquid crystal cell
30 Liquid crystal display

Claims

By aligning and curing the liquid crystal having cholesteric regularity on the surface having the alignment regulating force of the supporting base material, a step of forming a multicolor cholesteric layer having a plurality of display regions having mutually different selective reflection wavelength bands,
A liquid crystal having cholesteric regularity is directly applied on a surface of the multicolor cholesteric layer opposite to a surface facing the surface of the support substrate, and the liquid crystal is controlled by an alignment regulating force of a surface of the multicolor cholesteric layer. Forming a laminated cholesteric layer having a selective reflection wavelength band located on a longer wavelength side than the selective reflection wavelength band on the longest wavelength side of the multicolor cholesteric layer. And a method for manufacturing a multicolor optical element.

The center selective reflection wavelength of the laminated cholesteric layer is separated from the longest wavelength side edge of the longest wavelength selective reflection wavelength band of the multicolor cholesteric layer by 200 nm or more on the long wavelength side, according to claim 1, wherein The described method.

In the step of forming the multicolor cholesteric layer, a plurality of types of liquid crystals having different selective reflection wavelength bands are prepared, and the respective types of liquid crystals are sequentially aligned and cured on the surface of the supporting substrate, and formed. The multicolor cholesteric layer having a plurality of display areas having mutually different selective reflection wavelength bands is formed by sequentially patterning the formed cholesteric layers in accordance with the respective display areas, wherein The described method.

A multicolor cholesteric layer formed by aligning and curing a liquid crystal having cholesteric regularity on a surface having an alignment regulating force of a supporting base material, and having a plurality of display areas in which selective reflection wavelength bands are different from each other. A multicolor cholesteric layer,
A laminated cholesteric layer formed by directly applying and orienting liquid crystal having cholesteric regularity on the surface of the multicolor cholesteric layer opposite to the surface facing the surface of the support substrate, and A multilayer cholesteric layer having a selective reflection wavelength band located on a longer wavelength side than a selective reflection wavelength band on the longest wavelength side of the multicolor cholesteric layer.

The center selective reflection wavelength of the laminated cholesteric layer is apart from the longest wavelength side edge of the selective reflection wavelength band of the longest wavelength side of the multicolor cholesteric layer by 200 nm or more on the long wavelength side, according to claim 4, wherein The multicolor optical element as described in the above.

The multicolor optical element according to claim 4, wherein the multicolor cholesteric layer has a plurality of display regions having selective reflection wavelength bands of red, green, and blue.

A polarized light source device for emitting planar polarized light,
A liquid crystal cell that controls light and dark display of polarized light emitted from the polarized light source device for each pixel,
A liquid crystal display device comprising: the multicolor optical element according to claim 4, which is used as a color filter together with the polarized light source device and the liquid crystal cell.