JP2004258623A - Optical element consisting of liquid crystal layer and liquid crystal display device using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液晶層からなる光学素子及びそれを用いた液晶表示装置に関し、特に、複数の液晶層からなる光学素子であって一体に構成された光学素子とそれを用いた液晶表示装置に関するものである。 The present invention relates to an optical element composed of a liquid crystal layer and a liquid crystal display device using the same, and more particularly, to an optical element composed of a plurality of liquid crystal layers and integrally formed and a liquid crystal display device using the same. It is.
まず、本発明で用いる「液晶層」なる用語は、光学的に液晶の性質を有する分子からなる層という意味で用いており、層の状態がオリゴマーやポリマーからなる固定された固相の状態にあるものを言う。 First, the term “liquid crystal layer” used in the present invention means a layer composed of molecules having optically liquid crystal properties, and the state of the layer is a fixed solid state composed of oligomer or polymer. Say something.
また、位相差層の種類は、光学軸(光軸)の向きと、光学軸に直交する方向の屈折率に対して光学軸方向の屈折率の大きさとによって分類される。光学軸の方向が層面に沿っているものをAプレート、光学軸の方向が層に垂直な法線方向に向いているものをCプレート、光学軸の方向が法線方向から傾いているものをOプレートと呼び、光学軸方向の屈折率が光学軸に直交する方向の屈折率より大きいものを正のプレート、光学軸方向の屈折率が光学軸に直交する方向の屈折率より小さいものを負のプレートと言う。したがって、正のAプレート、負のAプレート、正のCプレート、負のCプレート、正のOプレート、負のOプレートの区別がある。 The types of the retardation layers are classified according to the direction of the optical axis (optical axis) and the magnitude of the refractive index in the direction of the optical axis with respect to the refractive index in the direction perpendicular to the optical axis. A plate whose optical axis direction is along the layer plane, C plate whose optical axis direction is normal to the layer perpendicular to the layer, and C plate whose optical axis direction is inclined from the normal direction. An O plate is called a positive plate when the refractive index in the direction of the optical axis is larger than the refractive index in the direction perpendicular to the optical axis, and a plate when the refractive index in the direction of the optical axis is smaller than the refractive index in the direction perpendicular to the optical axis. Say the plate. Thus, there is a distinction between a positive A plate, a negative A plate, a positive C plate, a negative C plate, a positive O plate, and a negative O plate.
さて、従来から液晶層を備えた光学素子として、コレステリック相構造を有する液晶層(コレステリック液晶層)を備えた偏光分離素子や偏光板、カラーフィルター等が提案されている。また、ネマチック相構造やスメクチック相構造等を有する液晶層を備えた位相差板等も提案されている。 Conventionally, as an optical element having a liquid crystal layer, a polarization separation element, a polarizing plate, a color filter, and the like having a liquid crystal layer having a cholesteric phase structure (cholesteric liquid crystal layer) have been proposed. Further, a retardation plate provided with a liquid crystal layer having a nematic phase structure, a smectic phase structure, or the like has been proposed.
一方、各種位相差板や2分の1波長板、4分の1波長板、円偏光分離素子等を組み合わせて液晶表示素子の視野角特性を改善するもの等が多く提案されている(特許文献1〜12)。
これら従来例においては、異なる層を一体化するには、粘着層による貼り合わせ、熱圧着による貼り合わせ等が用いられており、また、位相差層には延伸フィルムからなる位相差フィルムが用いられることが多かった。また、従来の位相差層は液晶セル外に貼り付けて用いられている。 In these conventional examples, in order to integrate different layers, lamination by an adhesive layer, lamination by thermocompression bonding, and the like are used, and a retardation film made of a stretched film is used for the retardation layer. There were many things. Further, a conventional retardation layer is used by being adhered outside a liquid crystal cell.
ただし、特許文献6においては、コレステリック液晶層からなる円偏光分離素子をネマチック液晶層からなる4分の1波長層上に直接成膜させることが開示されているが、この場合は、下層のネマチック液晶層が上層のコレステリック液晶層を配向させる能力を持っているので、両層を直接成膜することができており、複数の液晶層を一体化する一般的な場合には配向膜を液晶層間に成膜しなければならない。 However, Patent Document 6 discloses that a circularly-polarized light separating element composed of a cholesteric liquid crystal layer is formed directly on a quarter-wavelength layer composed of a nematic liquid crystal layer. Since the liquid crystal layer has the ability to orient the upper cholesteric liquid crystal layer, both layers can be formed directly, and in the general case where multiple liquid crystal layers are integrated, the alignment film is Must be formed.
このように、従来は、異なる層を一体化するのに粘着層を用いたり、熱圧着を用いたり、延伸フィルムを用いるため、位相差板や円偏光分離素子等を組み合わせた光学素子を液晶セル内(透明基板間)に配置するインセル化は困難であった。 As described above, conventionally, since an adhesive layer is used to integrate different layers, thermocompression bonding, or a stretched film is used, an optical element combining a retardation plate and a circularly polarized light separating element is used as a liquid crystal cell. It was difficult to form an in-cell arrangement inside (between transparent substrates).
また、液晶層で位相差板等を一体化する場合、複数の層を積層するのに転写法を用いるかあるいは配向膜を液晶層間に配置しなければならなかった。 Further, when a retardation plate or the like is integrated with a liquid crystal layer, a transfer method has to be used for laminating a plurality of layers, or an alignment film has to be arranged between the liquid crystal layers.
本発明は従来技術のこのような問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、液晶層を複数積層して光学素子を構成する場合に、隣接する液晶層間の液晶分子の軸の向きが連続して繋がるようにする液晶分子軸変換層を介在させるようにすることにより、粘着膜、配向膜等を配置せずに一体に構成できるようにすることである。 The present invention has been made to solve such a problem of the prior art, and an object of the present invention is to provide an optical element by stacking a plurality of liquid crystal layers, and to form an axis of liquid crystal molecules between adjacent liquid crystal layers. In this case, a liquid crystal molecular axis conversion layer that allows the directions of the liquid crystal molecules to be continuously connected is interposed so that the liquid crystal molecules can be integrally formed without disposing an adhesive film, an alignment film, and the like.
上記目的を達成する本発明の液晶層からなる光学素子は、液晶分子軸方向が一定の方向に揃った第1の液晶層の上に、液晶分子軸変換層が直接積層され、さらにその上に第1の液晶層の液晶分子軸方向と異なる方向に液晶分子軸方向が揃った第2の液晶層が直接積層されてなることを特徴とするものである。 In the optical element comprising the liquid crystal layer of the present invention that achieves the above object, a liquid crystal molecular axis conversion layer is directly laminated on a first liquid crystal layer in which liquid crystal molecular axis directions are aligned in a fixed direction, and further thereon. A second liquid crystal layer in which the liquid crystal molecular axis direction is aligned in a direction different from the liquid crystal molecular axis direction of the first liquid crystal layer is directly laminated.
この場合に、液晶分子軸変換層としては、カイラルネマチック液晶、あるいは、コレステリック液晶からなるものとすることができる。 In this case, the liquid crystal molecular axis conversion layer can be made of a chiral nematic liquid crystal or a cholesteric liquid crystal.
また、上記の本発明の液晶層からなる光学素子において、第1の液晶層及び第2の液晶層としては、例えばネマチック液晶からなるものとすることができる。 In the above-mentioned optical element comprising a liquid crystal layer of the present invention, the first liquid crystal layer and the second liquid crystal layer may be composed of, for example, a nematic liquid crystal.
この場合に、第1の液晶層及び第2の液晶層が膜面に対して実質的に平行な液晶分子軸を有するものとすることができる。 In this case, the first liquid crystal layer and the second liquid crystal layer can have a liquid crystal molecular axis substantially parallel to the film surface.
また、液晶分子軸変換層は1ピッチ以下の螺旋構造を有するものであることが望ましい。 Further, it is desirable that the liquid crystal molecular axis conversion layer has a helical structure of one pitch or less.
この場合に、螺旋構造のピッチが紫外領域に選択反射波長を有するピッチ長であることが望ましい。 In this case, it is desirable that the pitch of the helical structure be a pitch length having a selective reflection wavelength in the ultraviolet region.
また、上記の本発明の液晶層からなる光学素子において、第1の液晶層と第2の液晶層の何れか一方が4分の1波長位相差層を構成し、他方が2分の1波長位相差層を構成しているものとすることができる。 In the above-mentioned optical element comprising the liquid crystal layer of the present invention, one of the first liquid crystal layer and the second liquid crystal layer constitutes a quarter-wave retardation layer, and the other one-half wavelength retardation layer. It may constitute a retardation layer.
この場合に、選択反射を有するコレステリック液晶層が第1の液晶層側あるいは第2の液晶層側に直接積層されていてもよい。 In this case, a cholesteric liquid crystal layer having selective reflection may be directly laminated on the first liquid crystal layer side or the second liquid crystal layer side.
また、上記の本発明の液晶層からなる光学素子において、液晶分子軸変換層が、一方の界面において界面に沿った一定の方向に揃った液晶分子軸を有し、他方の界面において界面に交差する特定角度の方向に揃った液晶分子軸を有し、両界面間の液晶分子軸の角度が一方の界面から他方の界面にかけて連続的又は不連続に変化するものであることが望ましい。 Further, in the optical element including the liquid crystal layer of the present invention, the liquid crystal molecular axis conversion layer has a liquid crystal molecular axis aligned in a certain direction along the interface at one interface, and intersects the interface at the other interface. It is preferable that the liquid crystal molecular axes have a uniform angle in the direction of the specific angle, and the angle of the liquid crystal molecular axis between both interfaces changes continuously or discontinuously from one interface to the other interface.
この場合に、第1の液晶層が膜面に対して実質的に平行な液晶分子軸を有し、第2の液晶層が膜面に対して実質的にその特定角度に等しい角度の分子軸を有すものとすることができる。 In this case, the first liquid crystal layer has a liquid crystal molecular axis substantially parallel to the film surface, and the second liquid crystal layer has a molecular axis at an angle substantially equal to the specific angle with respect to the film surface. Can be provided.
本発明のもう1つの液晶層からなる光学素子は、膜面に対して実質的に垂直な螺旋軸を持つカイラルネマチック液晶又はコレステリック液晶からなる第1の液晶層の上に、液晶分子軸変換層が直接積層され、さらにその上に液晶分子軸方向が一定の方向に揃った第2の液晶層が直接積層されてなることを特徴とするものである。 An optical element comprising another liquid crystal layer of the present invention comprises a first liquid crystal layer comprising a chiral nematic liquid crystal or a cholesteric liquid crystal having a helical axis substantially perpendicular to the film surface, and a liquid crystal molecular axis conversion layer. Are directly laminated, and a second liquid crystal layer in which the liquid crystal molecular axis directions are aligned in a fixed direction is directly laminated thereon.
この場合に、液晶分子軸変換層が、第1の液晶層との界面において界面に沿った一定の方向に揃った液晶分子軸を有し、他方の界面において界面に交差する特定角度の方向に揃った液晶分子軸を有し、両界面間の液晶分子軸の角度が一方の界面から他方の界面にかけて連続的又は不連続に変化するものであることが望ましい。 In this case, the liquid crystal molecular axis conversion layer has a liquid crystal molecular axis aligned in a certain direction along the interface at the interface with the first liquid crystal layer, and at a specific angle crossing the interface at the other interface. It is desirable that the liquid crystal molecules have a uniform liquid crystal molecular axis and that the angle of the liquid crystal molecular axis between both interfaces changes continuously or discontinuously from one interface to the other interface.
以上において、第2の液晶層の上に、別の液晶分子軸変換層が直接積層され、さらにその上に第2の液晶層の液晶分子軸方向と異なる方向に液晶分子軸方向が揃った第3の液晶層が直接積層されてなるものとすることができる。 In the above, another liquid crystal molecular axis conversion layer is directly laminated on the second liquid crystal layer, and the liquid crystal molecular axis direction is aligned on the second liquid crystal layer in a direction different from the liquid crystal molecular axis direction of the second liquid crystal layer. No. 3 liquid crystal layer can be directly laminated.
また、以上において、支持基材上に積層され、膜面内でパターニングされ、支持基材の露出部を有しているものとすることができる。 Further, in the above, it is possible to have an exposed portion of the support substrate, which is laminated on the support substrate and patterned in the film plane.
また、複数の領域に分割され、隣接する領域を透過する光に対する光学的作用が隣接する領域間で異なるものとすることができる。 Further, the optical region is divided into a plurality of regions, and an optical effect on light transmitted through the adjacent region can be different between the adjacent regions.
また、第1の液晶層、液晶分子軸変換層、第2の液晶層を同一の液晶分子を主成分とする材料を用いて構成することが望ましい。 Further, it is preferable that the first liquid crystal layer, the liquid crystal molecule axis conversion layer, and the second liquid crystal layer are formed using a material containing the same liquid crystal molecule as a main component.
本発明は、以上の液晶層からなる光学素子を用いる液晶表示装置を含むものであり、液晶セル内にその光学素子を配置することができる。 The present invention includes a liquid crystal display device using an optical element comprising the above liquid crystal layer, and the optical element can be arranged in a liquid crystal cell.
本発明においては、第1の液晶層の上に、液晶分子軸変換層が直接積層され、さらにその上に第2の液晶層が直接積層されてなるので、粘着膜、配向膜等を配置せずに光学素子を一体に構成することができる。また、同一の材料又はそれに準じた関係の材料を用いることにより、界面反射を抑制でき、熱膨張等の熱的環境変化に強い位相差板等の光学素子を得ることができ、液晶セル内に配置するインセル化が可能になる。また、その液晶分子軸変換層がその上に直接積層する第1の液晶層又は第2の液晶層の配向膜を兼ねるため、ラビングレスで成膜でき、異物等による汚染の発生の恐れがなくなり、また、第1の液晶層と第2の液晶層の貼り合わせによる界面の乱れや気泡の混入の問題がなくなる。 In the present invention, the liquid crystal molecular axis conversion layer is directly laminated on the first liquid crystal layer, and the second liquid crystal layer is further laminated directly on the first liquid crystal layer. Instead, the optical element can be integrally formed. In addition, by using the same material or a material having a relation similar thereto, interface reflection can be suppressed, and an optical element such as a phase difference plate that is resistant to a change in a thermal environment such as thermal expansion can be obtained. The in-cell arrangement can be performed. Further, since the liquid crystal molecular axis conversion layer also functions as an alignment film of the first liquid crystal layer or the second liquid crystal layer directly laminated thereon, it can be formed without rubbing, and there is no possibility of occurrence of contamination due to foreign matter or the like. In addition, the problem of interface disturbance and air bubble mixing due to the bonding of the first liquid crystal layer and the second liquid crystal layer is eliminated.
以下に、本発明の液晶層からなる光学素子及びそれを用いた液晶表示装置の原理と実施例について説明する。 Hereinafter, the principle and examples of an optical element comprising a liquid crystal layer of the present invention and a liquid crystal display device using the same will be described.
例えば、波長帯域の広い円偏光板(広帯域円偏光板)を構成するには、λ/2板(2分の1波長板)1枚あるいは2枚とλ/4板(4分の1波長板)1枚を組み合わせることで得られる(例えば非特許文献1)。λ/2板やλ/4板は正のAプレートから構成でき、正のAプレートは、例えば、正の屈折率異方性を持つネマテック重合性液晶分子を層面内にプラナー配向させることにより構成することができる。広帯域円偏光板を構成する場合には、λ/2板の遅相軸(光学軸)とλ/4板の遅相軸(光学軸)を所定角度だけずらして重ね合わされる。同様に、Aプレートを複数枚重ね合わせて各種光学素子が構成される。 For example, to construct a circularly polarizing plate (broadband circularly polarizing plate) having a wide wavelength band, one λ / 2 plate (a half-wave plate) or two λ / 2 plates (a quarter-wave plate) is used. ) It is obtained by combining one sheet (for example, Non-Patent Document 1). The λ / 2 plate and the λ / 4 plate can be constituted by a positive A plate, and the positive A plate is constituted, for example, by planar alignment of nematic polymerizable liquid crystal molecules having a positive refractive index anisotropy in a layer plane. can do. When a broadband circularly polarizing plate is formed, the slow axis (optical axis) of the λ / 2 plate and the slow axis (optical axis) of the λ / 4 plate are displaced from each other by a predetermined angle. Similarly, various optical elements are configured by stacking a plurality of A plates.
このように、Aプレートを複数枚重ね合わせて一体化して各種光学素子を構成する場合であって、それらAプレートを重合性液晶分子をプラナー配向させて構成する場合、Aプレート間の光学軸を相互にずらすために積層される上側の液晶層の配向方向を所定の方向にするために、一般には、転写法を用いるか配向膜を液晶層間に配置しなければならない。 As described above, in the case where various optical elements are configured by stacking and integrating a plurality of A-plates, and when the A-plates are configured by planarizing polymerizable liquid crystal molecules, the optical axis between the A-plates is changed. In order to make the orientation direction of the upper liquid crystal layer laminated so as to be shifted from each other to a predetermined direction, it is generally necessary to use a transfer method or to arrange an orientation film between the liquid crystal layers.
本発明は、このような場合に、積層される液晶層の間に、液晶層からなる液晶分子軸変換層を介在させて、積層される液晶層間の液晶分子の軸の向きが連続して繋がるようにするするものである。 In such a case, the present invention interposes a liquid crystal molecule axis conversion layer made of a liquid crystal layer between the liquid crystal layers to be stacked, so that the axes of the liquid crystal molecules between the stacked liquid crystal layers are continuously connected. Is what you want to do.
この構成を図1を参照にして説明する。図1(a)は本発明による液晶層からなる光学素子の1つの形態の断面図であり、図1(b)は図1(a)の各層の界面の液晶分子軸の向きを示す斜視図である。 This configuration will be described with reference to FIG. FIG. 1A is a cross-sectional view of one embodiment of an optical element comprising a liquid crystal layer according to the present invention, and FIG. 1B is a perspective view showing the direction of the liquid crystal molecular axis at the interface of each layer in FIG. It is.
図1の光学素子1は、基板2側から第1の液晶層3、液晶分子軸変換層4、第2の液晶層5が一体に積層されてなるもので、第1の液晶層3の液晶分子軸変換層4側の界面の液晶分子3’の軸は界面に沿った両矢符で示す特定の方向に配向しており、第2の液晶層5の液晶分子軸変換層4側の界面の液晶分子5’の軸は界面に沿った両矢符で示す別の特定の方向に配向しており、液晶分子軸変換層4中の液晶分子4’の軸は、第1の液晶層3側から第2の液晶層5側に螺旋を描いて連続的に繋がるように配向しており、液晶分子軸変換層4の第1の液晶層3側の界面の液晶分子41 ’の軸は第1の液晶層3の液晶分子軸変換層4側の界面の液晶分子3’の軸と同じ方向に配向し、液晶分子軸変換層4の第2の液晶層5側の界面の液晶分子42 ’の軸は第2の液晶層5の液晶分子軸変換層4側の界面の液晶分子5’の軸と同じ方向に配向している。
The
このような各界面での第1の液晶層3と液晶分子軸変換層4、液晶分子軸変換層4と第2の液晶層5の液晶分子の軸の向きを同じにするには、それぞれの液晶層3、4、5に用いる液晶分子として、同じ液晶分子か、あるいは、類似構造の液晶分子を用いればよい。このように隣接する液晶層の液晶分子の特性が大きく変化していないと、先に成膜した液晶層の表面の液晶分子の軸の配向がその上に成膜する液晶層のその界面での配向を同じ方向に規制するため(配向膜として作用するため)、後に成膜される液晶層のその界面での液晶分子の軸の向きが先に成膜した液晶層のその界面での液晶分子の軸の向きと同じになる。
In order to make the directions of the axes of the liquid crystal molecules of the first
図1の液晶分子軸変換層4のように、層中の液晶分子4’の軸が螺旋を描くように連続的に繋がるように配向させるには、例えばコレステリック液晶あるいはカイラル剤を混入させて螺旋構造にしたカイラルネマチック液晶を用いればよい。
As in the liquid crystal molecular
このように、この光学素子1は、液晶層3、4、5は間には粘着層や配向層を介在させないで一体に積層されており、同一の液晶材料又はそれに準じた類似の関係の液晶材料を用いることにより作製でき、液晶層間の屈折率差を小さくできるので界面反射を抑制でき、熱膨張等の熱的環境変化に強いものとなる。また、液晶層間の配向は下の液晶層が上に設ける液晶層の配向を制御するようにできるので、ラビングレスで異物等による汚染がない光学素子を構成することができる。また、貼り合わせによる界面の乱れや、気泡の問題も生じない。さらには、このような光学素子1は、粘着剤等を用いずに耐熱性のある液晶ポリマーからなるので、液晶セル内に配置するインセル化が可能となる。
As described above, in the
ここで、図1の液晶分子軸変換層4の螺旋構造の液晶層としては、その機能である液晶層3と液晶層5の間の液晶分子の軸を連続的に繋がるようにする作用から、螺旋構造のピッチは1以下の薄いもので十分である。しかも、液晶分子軸変換層4は、光学素子1に入射する可視光をその螺旋構造によって反射しないようにするためには、その螺旋構造(コレステリック液晶)の選択反射波長が可視光領域外の紫外域か赤外域にあることが必要であり、赤外域にその選択反射波長があると螺旋ピッチが長くなってしまい、液晶分子軸変換層4の厚さが厚くなって屈折率異方性の影響が大きくなるので、螺旋ピッチが相対的に短くてすむ紫外域に選択反射波長があるようなものを選ぶことが望ましい。
Here, the liquid crystal layer having a helical structure of the liquid crystal molecule
ところで、図1は、Aプレートを複数枚重ね合わせて各種光学素子を構成する場合の本発明の原理を説明するためのものであったが、AプレートとCプレート、コレステリック液晶層(以下、CLC層)とCプレート、AプレートとOプレート、又は、CLC層とOプレートを重ね合わせて視野角特性を改善する補償板等を構成する場合(特許文献9、11等)には、図1のような液晶分子軸変換層4では、Aプレート又はCLC層を構成する液晶層とCプレート又はOプレートを構成する液晶層との間の液晶分子の軸を連続的に繋がるようにすることはできない。この場合は、図2に示す液晶分子軸変換層4のように、液晶分子軸変換層4中の液晶分子4’の軸は、第1の液晶層3側から第2の液晶層5側に膜面に対してなす角度(チルト角)が0°から所定の角度(第1の液晶層3がCプレートの場合は90°、Oプレートの場合は90°より小さい所定の角度)に連続的に順次繋がって変化するように配向しており、液晶分子軸変換層4の第1の液晶層3側の界面の液晶分子41 ’の軸は第1の液晶層3の液晶分子軸変換層4側の界面の液晶分子3’の軸と同じ方向に配向し、液晶分子軸変換層4の第2の液晶層5側の界面の液晶分子42 ’の軸は第2の液晶層5の液晶分子軸変換層4側の界面の液晶分子5’の軸と同じ方向に配向している。
FIG. 1 is for explaining the principle of the present invention in the case where a plurality of A plates are stacked to constitute various optical elements. However, FIG. 1 shows an A plate, a C plate, and a cholesteric liquid crystal layer (hereinafter, CLC). 1) and a C-plate, an A-plate and an O-plate, or a CLC layer and an O-plate are superimposed to constitute a compensator or the like for improving viewing angle characteristics (Patent Documents 9 and 11). In such a liquid crystal molecule
この場合も、各界面での第1の液晶層3と液晶分子軸変換層4、液晶分子軸変換層4と第2の液晶層5の液晶分子の軸の向きを同じにするには、それぞれの液晶層3、4、5に用いる液晶分子として、同じ液晶分子か、あるいは、類似構造の液晶分子を用いればよい。このように隣接する液晶層の液晶分子の特性が大きく変化していないと、先に成膜した液晶層の表面の液晶分子の軸の配向がその上に成膜する液晶層のその界面での配向を同じ方向に規制するため(配向膜として作用するため)、後に成膜される液晶層のその界面での液晶分子の軸の向きが先に成膜した液晶層のその界面での液晶分子の軸の向きと同じになる。
Also in this case, in order to make the directions of the axes of the liquid crystal molecules of the first
図2の液晶分子軸変換層4のように、層中の液晶分子4’の軸が一方の界面から他方の界面にかけて連続的に順次繋がって変化するように配向させるにはいくつかの方法がある。それを以下に説明する。
As in the liquid crystal molecule
(1)液晶分子は、例外はあるが、空気界面で垂直に並ぶという性質がある。通常の成膜の場合は、界面に平行に向くようにするため界面活性剤を添加して表面を改質して垂直に配向しないようにするが、添加する界面活性剤の種類や界面活性剤の添加量を最適化することで、図2のような第2の液晶層5側の界面の液晶分子42 ’の軸のチルト角θが90°あるいはそれより小さい角度のものが得られる。その後、紫外線等を照射して架橋重合させて硬化させることにより図2のような液晶分子軸変換層4が得られる。
(1) Liquid crystal molecules have the property of being arranged vertically at the air interface, with exceptions. In the case of normal film formation, a surfactant is added so as to be oriented parallel to the interface so as to modify the surface so as not to be vertically oriented. By optimizing the amount of addition, the tilt angle θ of the axis of the
この場合の界面活性剤の添加量は一般的に液晶に対し、0.01〜0.3重量%、好ましくは0.03〜0.1重量%である。界面活性剤の種類には特に限定はなく、一般に市販されるもので十分対応できる。具体的例としては、イミダゾリン、第四級アンモニウム塩、アルキルアミンオキサイド、ポリアミン誘導体等の陽イオン系界面活性剤、ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレン縮合物、第一級あるいは第二級アルコールエトキシレート、アルキルフェノールエトキシレート、ポリエチレングリコール及びそのエステル、ラウリル硫酸ナトリウム、ラウリル硫酸アンモニウム、ラウリル硫酸アミン類、アルキル置換芳香族スルホン酸塩、アルキリン酸塩、脂肪族あるいは芳香族スルホン酸ホルマリン縮合物等の陰イオン系界面活性剤、ラウリルアミドプロピルベタイン、ラウリルアミノ酢酸ベタイン等の両性系界面活性剤、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル類、ポリオキシエチレンアルキルアミン等の非イオン系界面活性剤、パーフルオロアルキルスルホン酸塩、パーフルオロアルキルカルボン酸塩、パーフルオロアルキルエチレンオキシド付加物、パーフルオロアルキルトリメチルアンモニウム塩、パーフルオロアルキル基・親水性基含有オリゴマー、パーフルオロアルキル・親油基含有オリゴマーパーフルオロアルキル基含有ウレタン等のフッ素系界面活性剤、ポリアクリル酸、アクリル酸共重合体、メタクリル酸、メタクリル酸共重合体等のアクリル系界面活性剤等があげられる。 In this case, the amount of the surfactant added is generally 0.01 to 0.3% by weight, preferably 0.03 to 0.1% by weight, based on the liquid crystal. There is no particular limitation on the type of surfactant, and generally commercially available surfactants are sufficient. Specific examples include imidazoline, quaternary ammonium salts, alkylamine oxides, cationic surfactants such as polyamine derivatives, polyoxyethylene-polyoxypropylene condensates, primary or secondary alcohol ethoxylates, Anionic interfaces such as alkylphenol ethoxylate, polyethylene glycol and its esters, sodium lauryl sulfate, ammonium lauryl sulfate, lauryl sulfate amines, alkyl-substituted aromatic sulfonates, alkyl phosphates, and condensates of aliphatic or aromatic sulfonic acid formalin Surfactants, amphoteric surfactants such as laurylamidopropylbetaine and betaine laurylaminoacetate; nonionic surfactants such as polyethylene glycol fatty acid esters and polyoxyethylene alkylamine; Oroalkyl sulfonate, perfluoroalkylcarboxylate, perfluoroalkylethylene oxide adduct, perfluoroalkyltrimethylammonium salt, oligomer containing perfluoroalkyl group / hydrophilic group, oligomer containing perfluoroalkyl / lipophilic group perfluoroalkyl Examples include fluorine-based surfactants such as group-containing urethane and acrylic surfactants such as polyacrylic acid, acrylic acid copolymer, methacrylic acid, and methacrylic acid copolymer.
(2)液晶分子軸変換層4の垂直配向あるいは所定角度のプレチルト配向させたい面(図2のような第2の液晶層5側の界面)に垂直配向膜あるいはプレチルトを持つ配向膜を密着させ、液晶分子軸変換層4に紫外線等を照射して架橋重合させて硬化させ、その硬化後にその配向膜を剥離することにより図2のような液晶分子軸変換層4が得られる。
(2) A vertical alignment film or an alignment film having a pretilt is brought into close contact with the surface of the liquid crystal molecular
この方法によると、上記(1)の方法で垂直等の配向をしない材料であっても、図2のように、一方の界面に平行な配向から別の界面においてチルト角θが90°あるいはそれより小さい角度の液晶分子軸変換層4を得ることができる。
According to this method, even if the material does not have an orientation such as vertical in the method (1), as shown in FIG. 2, the tilt angle θ is 90 ° or less at the other interface from the orientation parallel to one interface. The liquid crystal molecular
なお、垂直配向膜やプレチルトを持つ配向膜は市販されているものを用いればよい。 As the vertical alignment film and the alignment film having a pretilt, commercially available ones may be used.
以上のような液晶分子軸変換層4を1層以上介在させることにより、液晶層からなるAプレート、Cプレート、Oプレート、CLC層を2層以上、粘着層や配向層を介在させないで一体に積層して各種位相差板や視野角特性を改善する補償板、偏光分離素子、偏光板等の光学素子を構成することができる。 By interposing one or more liquid crystal molecular axis conversion layers 4 as described above, two or more A plates, C plates, O plates, and CLC layers composed of liquid crystal layers are integrally formed without interposing an adhesive layer or an alignment layer. Optical elements such as various retardation plates, compensating plates for improving viewing angle characteristics, polarizing beam splitters, and polarizing plates can be formed by lamination.
この場合、各液晶層に同一の液晶分子を主成分とする材料を用いていることが望ましい。図1の液晶分子軸変換層4に用いるカイラルネマチック液晶は、カイラル剤が主剤のネマチック液晶に比べてその添加量が少ない(一般的には、0〜20%) ので、実質的に熱的、光学的に同物性とみなせる。ただし、前記したように、各液晶層に用いる液晶分子が同一でなくても、類似構造のものであれば、分子特性は大きく変化しないため、所望の光学特性の光学素子を得ることができる。
In this case, it is desirable to use a material mainly composed of the same liquid crystal molecules for each liquid crystal layer. The chiral nematic liquid crystal used for the liquid crystal molecular
なお、液晶分子軸変換層4が十分に薄い場合は、その変換層4の上下に配向膜等を配置して配向規制する製造法を採用する際に、変換層内部で液晶分子配列の不連続点が生じる場合がある。これは、上下の配向規制力の及ぼす影響が強いときに液晶層構造の変化が追従できない場合に起こるが、液晶分子軸変換層4としての性能には影響がなく、また、光学特性的にも不具合は現れない。
When the liquid crystal molecule
ところで、以上の説明から液晶分子軸変換層4は、光学的には使用波長に対して光学的作用は実質上無視できるものでなければならない。実例をもってそのような液晶分子軸変換層4が構成可能であることを示す。
By the way, from the above description, the liquid crystal molecular
例えば、図1の液晶分子軸変換層4のように膜面に平行な液晶分子の軸を例えば相互に45°変換する液晶分子軸変換層4の場合、波長350nmを選択反射するカイラルネマチック液晶(n=1.6、Δn(異常光屈折率から常光屈折率から引いた値)=0.1)を用いると、
螺旋の1ピッチ(360°)=219nm
螺旋の1/8ピッチ(45°)=27nm
したがって、27nmの膜厚の液晶分子軸変換層4となる。ネマチック液晶層のリタデーションΔReは、ΔRe=2.7nm(0.1×27) となる。入射光は直線偏光であるのが一般的であるので、45°のときの作用が最大であるが、カイラルネマチック液晶層(液晶分子軸変換層4)の場合は、ΔRe<2.7nmとなる。また、液晶分子の螺旋による単位長さの旋光は、−π・Δn2 ・(P/4)・λ2 で与えられ(P:ピッチ、λ:波長)、λ=550nmの光が通過する場合、6×10-6rad/nmであり、27nmの膜厚の液晶分子軸変換層4を通るとき、0.00016rad=0.009°の旋光となる。
For example, in the case of a liquid crystal molecular
One spiral pitch (360 °) = 219 nm
1/8 pitch of the helix (45 °) = 27 nm
Therefore, the liquid crystal molecular
以上の検討から、液晶分子軸変換層4のリタデーション、旋光共に実質上無視できるものである。
From the above examination, both the retardation and the optical rotation of the liquid crystal molecular
ところで、本発明において液晶層3、5、液晶分子軸変換層4を構成する三次元架橋が可能な液晶モノマー分子(重合性液晶分子)としては、例えば特許文献3や特許文献4で開示されているような液晶性モノマー及びそれとキラル化合物の混合物がある。このような重合性液晶材料の一例としては、次の〔化11〕に包含されるような化合物や、下記の〔化1〕〜〔化10〕の化合物の2種類以上を混合して使用することができる。なお、一般化学式〔化11〕で示される液晶性モノマーの場合、Xは2〜5(整数)であることが好ましい。
By the way, in the present invention, liquid crystal monomer molecules (polymerizable liquid crystal molecules) capable of three-dimensional cross-linking constituting the
また、カイラル剤としては、例えば一般化学式〔化12〕〜〔化14〕に示されるようなカイラル剤を用いることができる。なお、一般化学式〔化12〕、〔化13〕で示されるカイラル剤の場合、Xは2〜12(整数)であることが望ましく、また、一般化学式〔化14〕で示されるカイラル剤の場合、Xが2〜5(整数)であることが望ましい。 Further, as the chiral agent, for example, a chiral agent represented by a general chemical formula [Chemical Formula 12] to [Chemical Formula 14] can be used. In the case of the chiral agent represented by the general chemical formula [Chemical formula 12] or [Chemical formula 13], X is preferably 2 to 12 (integer), and in the case of the chiral agent represented by the general chemical formula [Chemical formula 14] , X are preferably 2 to 5 (integer).
添加される光重合開始剤としては、ベンジル(ビベンゾイルとも言う。)、ベンゾインイソブチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾフェノン、ベンゾイル安息香酸、ベンゾイル安息香酸メチル、4−ベンゾイル−4’−メチルジフェニルサルファイド、ベンジルメチルケタール、ジメチルアミノメチルベンゾエート、2−n−ブトキシエチル−4−ジメチルアミノベンゾエート、p−ジメチルアミノ安息香酸イソアミル、3,3’−ジメチル−4−メトキシベンゾフェノン、メチロベンゾイルフォーメート、2−メチル−1−(4−(メチルチオ)フェニル)−2−モルフォリノプロパン−1−オン、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルフォリノフェニル)−ブタン−1−オン、1−(4−ドデシルフェニル)−2−ヒドロキシ−2−メチルプロパン−1−オン、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン、1−(4−イソプロピルフェニル)−2−ヒドロキシ−2−メチルプロパン−1−オン、2−クロロチオキサントン、2,4−ジエチルチオキサントン、2,4−ジイソプロピルチオキサントン、2,4−ジメチルチオキサントン、イソプロピルチオキサントン、1−クロロ−4−プロポキシチオキサントン等をあげることができる。 Examples of the added photopolymerization initiator include benzyl (also referred to as bibenzoyl), benzoin isobutyl ether, benzoin isopropyl ether, benzophenone, benzoyl benzoic acid, methyl benzoyl benzoate, 4-benzoyl-4'-methyldiphenyl sulfide, and benzyl methyl. Ketal, dimethylaminomethylbenzoate, 2-n-butoxyethyl-4-dimethylaminobenzoate, isoamyl p-dimethylaminobenzoate, 3,3′-dimethyl-4-methoxybenzophenone, methylobenzoylformate, 2-methyl- 1- (4- (methylthio) phenyl) -2-morpholinopropan-1-one, 2-benzyl-2-dimethylamino-1- (4-morpholinophenyl) -butan-1-one, 1- (4 -Dodecylfe 1) -2-Hydroxy-2-methylpropan-1-one, 1-hydroxycyclohexylphenyl ketone, 2-hydroxy-2-methyl-1-phenylpropan-1-one, 1- (4-isopropylphenyl) -2 -Hydroxy-2-methylpropan-1-one, 2-chlorothioxanthone, 2,4-diethylthioxanthone, 2,4-diisopropylthioxanthone, 2,4-dimethylthioxanthone, isopropylthioxanthone, 1-chloro-4-propoxythioxanthone and the like Can be given.
なお、光重合開始剤の他に、増感剤を、本発明の目的が損なわれない範囲で添加することも可能である。 In addition to the photopolymerization initiator, it is also possible to add a sensitizer within a range that does not impair the object of the present invention.
このような光重合開始剤の添加量としては、重合性液晶材料に対して、一般的には、0.01〜20重量%、好ましくは0.1〜10重量%、より好ましくは0.5〜5重量%の範囲で添加することができる。 The amount of the photopolymerization initiator to be added is generally 0.01 to 20% by weight, preferably 0.1 to 10% by weight, more preferably 0.5 to 10% by weight, based on the polymerizable liquid crystal material. It can be added in the range of up to 5% by weight.
次に、図1に示したような光学素子1を、第1の液晶層3として2分の1波長位相差層又は4分の1波長位相差層とし、第2の液晶層5として4分の1波長位相差層又は2分の1波長位相差層とすることにより、広帯域4分の1波長板として構成した場合の液晶表示装置への利用例を図3に示す。この例においては、バックライト側のガラス基板11の内面には、上記のような本発明による第1の広帯域4分の1波長板14と、その上に配置された広帯域の半透過型のコレステリック液晶フィルター15が配置され、反対側のガラス基板12の内面には、上記のような本発明による第2の広帯域4分の1波長板16が配置されている。そして、半透過型のコレステリック液晶フィルター15と第2の広帯域4分の1波長板16の間には、液相状態にある液晶層13が挟持され、シール部材20によりガラス基板11、12間がシールされ、液晶セル10が構成されている。ここで、半透過型のコレステリック液晶フィルター15とは、コレステリック液晶フィルター15の反射特性(例えば右円偏光)の円偏光が50%程度反射され、残りの50%程度が透過し、反射特性と反対の円偏光(例えば左円偏光)は反射されないで透過するタイプのコレステリック液晶フィルターである。
Next, the
また、バックライト側のガラス基板11の入射側には第1の直線偏光板17が配置されており、観察側のガラス基板12の観察側には第2の直線偏光板18が配置されており、第1の直線偏光板17の入射側には、バックライト光源19が配置されている。
A first linear polarizing plate 17 is disposed on the incident side of the backlight-side glass substrate 11, and a second linear polarizing
なお、液晶セル10のガラス基板11と12の内面には、R(赤色)、G(緑色)、B(青色)のカラーフィルターと、カラーフィルターの画素と整列して画素電極、対向電極、TFT(TFD)、液晶層13を配向する配向膜、等は設けられるが、図示は省く。
On the inner surfaces of the
以上のような配置であるので、透過型の表示の場合、バックライト光源19から出た自然偏光の照明光は、第1の直線偏光板17と第1の広帯域4分の1波長板14とで半透過型のコレステリック液晶フィルター15の反射特性(例えば右円偏光)に合致する円偏光(右円偏光)になる直線偏光成分のみが通過する。第1の直線偏光板17と第1の広帯域4分の1波長板14とを通過した右円偏光の光は、半透過型のコレステリック液晶フィルター15を略50%だけ透過し、液晶層13に達し、画素の表示状態が白の場合は右円偏光が左円偏光に変換され、また、画素の表示状態が黒の場合は右円偏光のまま、第2の広帯域4分の1波長板16と第2の直線偏光板18に達する。第2の広帯域4分の1波長板16と第2の直線偏光板18は左円偏光を通過させ、右円偏光を遮断する向きに構成されており、そのため、画素の表示状態が白の場合は右円偏光に変換されて、第2の広帯域4分の1波長板16と第2の直線偏光板18を通過してバックライト光源19からの光が観察者に達し明状態の表示をする。画素の表示状態が黒の場合は、左円偏光のまま第2の広帯域4分の1波長板16と第2の直線偏光板18で遮断されてバックライト光源19からの光は観察者には達せず、暗状態の表示をする。
With the above arrangement, in the case of the transmissive display, the naturally polarized illumination light emitted from the
次に、外光による反射型の表示の場合、外光は、第2の直線偏光板18と第2の広帯域4分の1波長板16とを経て左円偏光になり、画素の表示状態が白の場合は、液晶層13で左円偏光が右円偏光に変換され、また、画素の表示状態が黒の場合は液晶層13で変換されずに左円偏光のまま、半透過型のコレステリック液晶フィルター15に達する。
Next, in the case of a reflection type display using external light, the external light passes through the second
半透過型のコレステリック液晶フィルター15は、右円偏光のみを略50%反射するので、液晶層13で右円偏光に変換された外光は半透過型のコレステリック液晶フィルター15で右円偏光のまま略50%反射され、液晶層13で右円偏光から左円偏光に変換され、第2の広帯域4分の1波長板16と第2の直線偏光板18とを経て観察者に達し明状態の表示をする。画素の表示状態が黒の場合は、左円偏光のまま半透過型のコレステリック液晶フィルター15に達し、そこで反射されないので、暗状態の表示をする。
Since the transflective cholesteric liquid crystal filter 15 reflects only right circularly polarized light by approximately 50%, the external light converted to right circularly polarized light by the
このような構成であるので、液晶セル10の半透過型のコレステリック液晶フィルター15と観察側のガラス基板12の間にR、G、Bの吸収型カラーフィルターを配置することにより、反射型と透過型のカラー表示が可能な液晶表示装置が得られる。そして、本発明による光学素子(上記例では、広帯域4分の1波長板14、16)を液晶セル10内に配置できるので、界面反射を少なくでき、また、液晶表示装置を薄くすることが可能になる。また、本発明による光学素子を基板と一体化することにより、画素パターニングが可能となり、さらには、パネル化の工程を簡略化することが可能となる。特に、図3のように、シール部材20によりガラス基板11、12間をシールする際に、広帯域4分の1波長板14、16を有効表示エリアのみにパターニングして設けることができ、シール部材20を設ける部分をガラス基板表面とすることができるため、確実なシールが可能となり、耐久性に優れた液晶表示装置を構成することが可能となる。
With such a configuration, R, G, and B absorption color filters are arranged between the transflective cholesteric liquid crystal filter 15 of the
さらには、例えばR、G、Bの画素に対応するように、本発明の液晶層からなる光学素子を複数の領域に分割して、それぞれの領域をR、G、Bの中心波長に最適な厚さ等にして、隣接する領域を透過する光に対する光学的作用が隣接する領域間で異なるようにすることが望ましい。 Furthermore, the optical element comprising the liquid crystal layer of the present invention is divided into a plurality of regions so as to correspond to, for example, R, G, and B pixels, and each region is optimized for the center wavelength of R, G, and B. It is desirable to make the optical action on the light transmitted through the adjacent regions different between the adjacent regions by setting the thickness or the like.
次に、本発明の液晶層からなる光学素子の実施例を説明する。 Next, examples of the optical element comprising the liquid crystal layer of the present invention will be described.
実施例1
第1の基板として、500μmの厚さのガラズ基板に垂直配向膜0.6μmを成膜したものを用意した。
Example 1
As the first substrate, a glass substrate having a thickness of 500 μm and a vertical alignment film of 0.6 μm formed thereon was prepared.
第1の溶液として、重合型ネマチック液晶(波長550nmにおいて、n=1.57,Δn=0.1)の液晶モノマーの液晶固形分30%のキシレン溶液を準備し、光重合開始剤を液晶に対し5%添加した。光重合開始剤としては一般的な材料でよく、例えば、Irg907、Irg184、Irg361、Irg651(何れも、Chiba Speciality Chemicals社製)等がある。 As a first solution, a xylene solution of a liquid crystal monomer of polymerizable nematic liquid crystal (n = 1.57 at a wavelength of 550 nm, Δn = 0.1) having a liquid crystal solid content of 30% is prepared, and a photopolymerization initiator is added to the liquid crystal. On the other hand, 5% was added. The photopolymerization initiator may be a general material, for example, Irg907, Irg184, Irg361, Irg651 (all manufactured by Chiba Specialty Chemicals).
第2の溶液として、第1の溶液に、界面活性剤Byk390(ビックケミー社製)を0.04%添加したものを準備した。 As the second solution, a solution prepared by adding 0.04% of a surfactant Byk390 (manufactured by BYK-Chemie) to the first solution was prepared.
第2の基板として、500μmの厚さのガラズ基板にプレチルト角3°の配向膜0.5μmを成膜したものを用意した。 As the second substrate, a glass substrate having a thickness of 500 μm and an alignment film of 0.5 μm with a pretilt angle of 3 ° formed thereon was prepared.
第3の溶液として、550nmに中心反射波長を有するコレステリック液晶のトルエン溶液(コレステリック液晶固形分30%)に、界面活性剤Byk352(ビックケミー社製)を0.06%、光重合開始剤を5%添加したものを用意した。光重合開始剤としては一般的な材料でよく、例えば、Irg907、Irg184、Irg361、Irg651(何れも、Chiba Speciality Chemicals社製)等がある。 As a third solution, 0.06% of surfactant Byk352 (manufactured by BYK Chemie) and 5% of photopolymerization initiator were added to a toluene solution of cholesteric liquid crystal having a central reflection wavelength of 550 nm (cholesteric liquid crystal solid content: 30%). What was added was prepared. The photopolymerization initiator may be a general material, for example, Irg907, Irg184, Irg361, Irg651 (all manufactured by Chiba Specialty Chemicals).
このような基板と溶液を用いて、先に例示した層構成(CLC層とCプレートを重ね合わせて視野角特性を改善する補償板等)であるCプレートとCLC層が一体化した円偏光分離素子を作製した。その作製手順は次の通りである。 Using such a substrate and a solution, circularly-polarized light separation in which the C-plate and the CLC layer having the layer configuration exemplified above (such as a compensator for improving the viewing angle characteristics by overlapping the CLC layer and the C-plate) is integrated. An element was manufactured. The manufacturing procedure is as follows.
(1)第lの基板に第1の溶液を用いてCプレートを2μm厚で成膜した。成膜方法は、第1の溶液をスピンナーにて塗布し、90℃で乾燥して、溶媒を除去し、未硬化の液晶層を得た。その後、80℃に保持し、N2 中で3.6mW/cm2 の照射強度で3秒間紫外線(波長310nm)照射することにより硬化して成膜した。 (1) A C plate was formed to a thickness of 2 μm on the first substrate using the first solution. In the film formation method, the first solution was applied with a spinner, dried at 90 ° C., and the solvent was removed to obtain an uncured liquid crystal layer. Thereafter, the film was held at 80 ° C. and irradiated with ultraviolet rays (wavelength 310 nm) at a radiation intensity of 3.6 mW / cm 2 for 3 seconds in N 2 to cure and form a film.
(2)次に、上記Cプレート上に第2の溶液を用いて40nm厚の液晶分子軸変換層を成膜した。このとき、第2の溶液を塗布し、溶剤を除去後、第2の基板をその塗布層上に密着させ、80℃に保持し、N2 中で3.6mW/cm2 の照射強度で3秒間紫外線(波長310nm)照射することにより紫外線硬化して成膜した。 (2) Next, a liquid crystal molecular axis conversion layer having a thickness of 40 nm was formed on the C plate using the second solution. At this time, after the second solution was applied and the solvent was removed, the second substrate was brought into close contact with the applied layer, kept at 80 ° C., and irradiated with N 2 at an irradiation intensity of 3.6 mW / cm 2. Irradiation with ultraviolet rays (wavelength 310 nm) for 2 seconds caused ultraviolet curing to form a film.
(3)その後、第2の基板を硬化した液晶分子軸変換層から剥離した。 (3) Thereafter, the second substrate was separated from the cured liquid crystal molecular axis conversion layer.
(4)液晶分子軸変換層の上に第3の溶液を用いて2μm厚のCLC層を成膜した。成膜方法は、第3の溶液をスピンナーにて塗布し、90℃で乾燥して、溶媒を除去し、未硬化の液晶層を得た。その後、80℃に保持し、N2 中で3.6mW/cm2 の照射強度で3秒間紫外線(波長310nm)照射することにより硬化して成膜した。 (4) A 2 μm thick CLC layer was formed on the liquid crystal molecular axis conversion layer using the third solution. In the film forming method, the third solution was applied with a spinner, dried at 90 ° C., and the solvent was removed to obtain an uncured liquid crystal layer. Thereafter, the film was held at 80 ° C. and irradiated with ultraviolet rays (wavelength 310 nm) at a radiation intensity of 3.6 mW / cm 2 for 3 seconds in N 2 to cure and form a film.
以上のようにして、第1の基板上にCプレート、液晶分子軸変換層、CLC層が一体化した円偏光分離素子が得られた。 As described above, a circularly polarized light separating element in which the C plate, the liquid crystal molecular axis conversion layer, and the CLC layer were integrated on the first substrate was obtained.
実施例2
基板として、700μmの厚さのガラズ基板にポリイミド配向膜0.7μmを成膜したもの、あるいは、延伸フィルム、又は、フィルム基材にPVA配向膜1μmを成膜したものを用いる。
Example 2
As the substrate, a glass substrate having a thickness of 700 μm and a polyimide alignment film of 0.7 μm formed thereon, or a stretched film or a film base having a PVA alignment film of 1 μm formed thereon is used.
第1の液晶層としては、重合型ネマチック液晶(波長550nmにおいて、n=1.57,Δn=0.1)を用い、そのネマチック液晶モノマーの35%トルエン溶液を準備し、光重合開始剤を液晶に対し5%添加した。光重合開始剤としては一般的な材料でよく、例えば、Irg907、Irg184、Irg361、Irg651(何れも、Chiba Speciality Chemicals社製)等がある。界面活性剤はByk361(ビックケミー社製)を0.05%添加した。上記のように調整された液晶溶液を配向処理を施した上記基板に成膜した。成膜方法は、液晶溶液をスピンナーにて塗布し、90℃で乾燥して、溶媒を除去し、未硬化の液晶層を得た。その後、80℃に保持し、N2 中で3.6mW/cm2 の照射強度で3秒間紫外線(波長310nm)照射することにより硬化して成膜した。膜厚は0.95μmであった。 As the first liquid crystal layer, a polymerization type nematic liquid crystal (n = 1.57, Δn = 0.1 at a wavelength of 550 nm) is used, a 35% toluene solution of the nematic liquid crystal monomer is prepared, and a photopolymerization initiator is used. 5% was added to the liquid crystal. The photopolymerization initiator may be a general material, for example, Irg907, Irg184, Irg361, Irg651 (all manufactured by Chiba Specialty Chemicals). As a surfactant, 0.05% of Byk361 (manufactured by BYK-Chemie) was added. The liquid crystal solution adjusted as described above was formed into a film on the substrate on which the alignment treatment was performed. In the film forming method, a liquid crystal solution was applied with a spinner, dried at 90 ° C., and the solvent was removed to obtain an uncured liquid crystal layer. Thereafter, the film was held at 80 ° C. and irradiated with ultraviolet rays (wavelength 310 nm) at a radiation intensity of 3.6 mW / cm 2 for 3 seconds in N 2 to cure and form a film. The thickness was 0.95 μm.
液晶分子軸変換層としては、重合型カイラルネマチック液晶(波長550nmにおいて、n=1.57,Δn=0.1)を用いた。カイラル剤を混合することによって螺旋構造が得られる第1の液晶層と同じネマチック液晶モノマーの35%トルエン溶液を準備し、光重合開始剤をこのコルステリック液晶(カイラルネマチック液晶)に対し5%添加した。光重合開始剤としては、一般的な材料でよく、例えば、Irg907、Irg184、Irg361、Irg651等がある。上記のように調整されたコレステリック液晶溶液を選択反射波長が350nmとなるように準備した(ネマチック液晶:カイラル剤=92.5w%:7.5w%)。成膜は、上記の第1の液晶層と同様である。膜厚は31nmとした(1ピッチは223nmであるので、角度50°だけ液晶分子の軸を変換するには、223nm/(50°/360°)=31nm)。 As the liquid crystal molecular axis conversion layer, a polymerizable chiral nematic liquid crystal (n = 1.57, Δn = 0.1 at a wavelength of 550 nm) was used. A 35% toluene solution of the same nematic liquid crystal monomer as that of the first liquid crystal layer in which a helical structure is obtained by mixing a chiral agent is prepared, and a photopolymerization initiator is added to the corsteric liquid crystal (chiral nematic liquid crystal) in an amount of 5%. did. The photopolymerization initiator may be a general material, for example, Irg907, Irg184, Irg361, Irg651 and the like. The cholesteric liquid crystal solution adjusted as described above was prepared so that the selective reflection wavelength became 350 nm (nematic liquid crystal: chiral agent = 92.5 w%: 7.5 w%). The film formation is similar to that of the first liquid crystal layer. The film thickness was 31 nm (223 nm / (50 ° / 360 °) = 31 nm to convert the axis of liquid crystal molecules by an angle of 50 ° because one pitch is 223 nm).
第2の液晶層としては、第1の液晶層と同じで、膜厚が1.9μmとした。 The second liquid crystal layer was the same as the first liquid crystal layer and had a thickness of 1.9 μm.
以上により、光学軸が50°ずれた2分の1波長位相差層と4分の1波長位相差層とを積層した光学素子Aを得た。 Thus, an optical element A was obtained in which the half-wave retardation layer and the quarter-wave retardation layer whose optical axes were shifted by 50 ° were laminated.
この光学素子Aの2分の1波長位相差層側に直線偏光板に貼り付けた。貼り合わせ角度は2分の1波長位相差層の分子長軸と直線偏光板の吸収軸が5°の角度をなすようにした。このとき、直線偏光層の吸収軸と4分の1波長位相差層の分子長軸がなす角は55°となる。 The optical element A was attached to a half-wave retardation layer side on a linear polarizing plate. The bonding angle was such that the molecular long axis of the half-wave retardation layer and the absorption axis of the linear polarizer made an angle of 5 °. At this time, the angle formed by the absorption axis of the linear polarizing layer and the molecular long axis of the quarter-wave retardation layer is 55 °.
このように、直線偏光板と光学素子Aを貼り合わた光学素子に、直線偏光板側から入射した白色光の透過光の偏光状態を測定した。 As described above, the polarization state of the transmitted light of the white light incident from the linear polarizing plate side on the optical element obtained by bonding the linear polarizing plate and the optical element A was measured.
比較例として、上記の4分の1波長位相差層(光学素子B)のみと直線偏光板(4分の1波長位相差層の分子長軸と直線偏光層の吸収軸が45°の角度をなす。)とからなる光学素子、及び、光学素子Aと同様であって液晶分子軸変換層を配置しない光学素子Cと直線偏光板からなる光学素子を測定した(液晶分子軸変換層なしの光学素子Cは、4分の1波長位相差層と2分の1波長位相差層をそれぞれ別々に成膜し、光学軸が相互に31°なす関係になるようにして転写し、貼り合わせて作成した。)。 As a comparative example, only the above quarter-wave retardation layer (optical element B) and the linear polarizing plate (the angle between the molecular long axis of the quarter-wave retardation layer and the absorption axis of the linear polarizing layer was 45 °) ), An optical element C similar to the optical element A but without the liquid crystal molecular axis conversion layer, and an optical element composed of a linear polarizer were measured (optical without the liquid crystal molecular axis conversion layer). The element C is formed by separately forming a quarter-wave retardation layer and a half-wave retardation layer, transferring the optical axes so that they have a relationship of 31 ° with each other, and bonding them together. did.).
比較の結果は後記の表のようになった。 The results of the comparison are shown in the table below.
実施例3
実施例2と同様で、液晶分子軸変換層の膜厚が37nmで、貼り合わせ角度は、直線偏光板の吸収軸を0°とすると、それぞれ、15°(2分の1波長位相差層の長軸)、74°(4分の1波長位相差層の長軸)とし、これを光学素子Dとする。
Example 3
As in Example 2, the thickness of the liquid crystal molecular axis conversion layer is 37 nm, and the bonding angle is 15 ° (assuming that the absorption axis of the linear polarizing plate is 0 °). Long axis) and 74 ° (the long axis of the quarter-wave retardation layer).
比較例として、光学素子Dと同様であって液晶分子軸変換層を配置しない光学素子Eと直線偏光板からなる光学素子を測定した。 As a comparative example, an optical element E similar to the optical element D but having no liquid crystal molecular axis conversion layer and an optical element including a linear polarizing plate was measured.
比較の結果
各波長における光学素子A〜Eの楕円率を比較したところ、光学素子Bよりも楕円率が1に近い広帯域化した円偏光素子(光学素子A)が得られ、さらに、液晶分子軸変換層の影響はほとんどないことが分かった(光学素子AとC、DとE)。
As a result of comparison, the ellipticities of the optical elements A to E at each wavelength were compared. As a result, a circularly polarized element (optical element A) having an ellipticity closer to 1 than the optical element B was obtained. It was found that there was almost no effect of the conversion layer (optical elements A and C, D and E).
表
┌───┬─────┬─────┬─────┬─────┬─────┐
│波長 │光学素子A│光学素子B│光学素子C│光学素子D│光学素子E│
├───┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┤
│400nm │ 0.50 │ 0.46 │ 0.56 │ 0.69 │ 0.71 │
├───┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┤
│500nm │ 0.86 │ 0.89 │ 0.89 │ 0.94 │ 0.95 │
├───┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┤
│600nm │ 0.89 │ 0.80 │ 0.88 │ 0.96 │ 0.96 │
├───┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┤
│700nm │ 0.76 │ 0.63 │ 0.75 │ 0.73 │ 0.73 │
└───┴─────┴─────┴─────┴─────┴─────┘
。
Table
│wavelength │optical element A│optical element B│optical element C│optical element D│optical element E│
├───┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┤
│400nm │ 0.50 │ 0.46 │ 0.56 │ 0.69 │ 0.71 │
├───┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┤
│500nm │ 0.86 │ 0.89 │ 0.89 │ 0.94 │ 0.95 │
├───┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┤
│600nm │ 0.89 │ 0.80 │ 0.88 │ 0.96 │ 0.96 │
├───┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┤
│700nm │ 0.76 │ 0.63 │ 0.75 │ 0.73 │ 0.73 │
└───┴─────┴─────┴─────┴─────┴─────┘
.
以上、本発明の液晶層からなる光学素子及びそれを用いた液晶表示装置をその原理と実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可能である。 As described above, the optical element including the liquid crystal layer of the present invention and the liquid crystal display device using the same have been described based on the principle and the embodiments. However, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications are possible. .
1…光学素子(本発明)
2…基板
3…第1の液晶層
3’…第1の液晶層の液晶分子軸変換層側の界面の液晶分子
4…液晶分子軸変換層
4’…液晶分子軸変換層中の液晶分子
41 ’…液晶分子軸変換層の第1の液晶層側の界面の液晶分子
42 ’…液晶分子軸変換層の第2の液晶層側の界面の液晶分子
5…第2の液晶層
5’…第2の液晶層の液晶分子軸変換層側の界面の液晶分子
10…液晶セル
11…バックライト側のガラス基板
12…観察側のガラス基板
13…液晶層
14…第1の広帯域4分の1波長板
15…半透過型のコレステリック液晶フィルター
16…第2の広帯域4分の1波長板
17…第1の直線偏光板
18…第2の直線偏光板
19…バックライト光源
20…シール部材
1. Optical element (the present invention)
2,
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