JP2005173503A - 光学素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】全体として厚みを薄くすることが可能であり、位相差層が表示用の液晶層と接触する等の場合にも、物理的および化学的に安定であって、素材の一部が溶出する等の問題の生じない光学素子を提供することを課題とする。
【解決手段】透明樹脂シート２上に、必要に応じて中間層５を介して重合性液晶組成物の層３を形成した後、磁場をシートの走行方向６とは直角な方向７に作用させて重合性液晶化合物を配向させ、その後、紫外線照射等を行なって硬化させ、光学素子を得ることにより、上記の課題を解決することができた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、位相差基板もしくは選択反射型フィルタ等の光学素子の製造方法に関するものである。

液晶表示装置における液晶は、方向によって屈折率の異なる屈折率異方性を有しているため、液晶表示装置を正面から見る場合には問題が生じないが、斜め方向から見る場合には、画像が暗くなる等、表示の品位が低下する、いわゆる視野角依存性を有している。

視野角依存性を改善する方策として、光学補償が可能な位相差層を配置する必要があり、従来、フィルムを１軸方向もしくは２軸方向に延伸したものを用いていたのに代え、液晶を配向させたものを位相差層として用いることが行なわれるようになってきており、厚みを従来のフィルムにくらべて１／１０程度に薄くでき、また、液晶セル内に配置することが可能になる利点が生じる。

基材上に液晶層を形成して配向させ、位相差層とする際、基材上に予め配向膜を形成することが多く、ポリイミド等の高分子の溶液を基材上に塗布して塗膜を形成し、形成後、乾燥させ、その後、一定方向にこするラビングを行なって、配向膜を形成する方法、配向膜に偏光紫外線を照射し偏光方向に配向させる光配向法、もしくはＳｉＯもしくはＴｉＯ₂等を基材上に斜め蒸着し、蒸着方向によった配向を行なわせる蒸着配向法等がある。

これらに対し、液晶層の下層に配向膜を形成することを行なわずに、液晶層の配向を行なわせる方法として、磁場を利用する方法がある。例えば、基板の表面に液晶性高分子の溶液を塗布して塗膜を形成し、液晶相を示す温度で磁場を印加し、その後、徐冷することにより配向された液晶層を形成する方法がある。（特許文献１および特許文献２）。
また、液晶性高分子の溶液の代わりに、液晶性モノマーを用い、やはり磁場を印加し、その後、光重合させる方法もある。（特許文献３）。
特公平７−５４８３１号公報。 特開平９−２３６７９３号公報。 特開平５−２１５９２１号公報。

特許文献１および特許文献２には、重合性液晶を用いる旨の記載がなく、特許文献３には、液晶性モノマーを用いる記載はあるものの、基板としてはガラス基板のみを用いている。液晶層を配向させて位相差層としたものを液晶セル内に導入する場合、位相差層の基材としては厚みの薄いものを用いる必要があるし、位相差層が表示用の液晶層と接触する際に、素材の一部が溶出する等の問題を避ける必要があり、重合性でない液晶化合物を使用することには問題がある。

本発明においては、全体として厚みを薄くすることが可能であり、位相差層が表示用の液晶層と接触する等の場合にも、物理的および化学的に安定であって、素材の一部が溶出する等の問題の生じない光学素子を提供することを課題とする。

発明者等の検討により、透明有機基材と重合性液晶を用い、重合性液晶を透明有機基材に塗布した後、磁場を塗布面に平行に作用させて液晶を配向させ、その後、紫外線照射を行なって光学素子を得ることにより、上記の課題が解決され、本発明に到達することができた。

課題を解決する第１の発明は、透明樹脂シートの表面に、重合性液晶化合物を含有する重合性液晶組成物を適用して前記重合性液晶組成物の層を形成する第１の工程、形成された前記重合性液晶組成物の層の面方向に沿って磁場を作用させて前記重合性液晶化合物を配向させる第２の工程、および前記の重合性液晶化合を重合させて、前記層を硬化させる第３の工程を含み、前記第１〜第３の各工程を順に行なうか、もしくは前記第1の工程を行なった後、前記第２の工程および前記第３の工程を行なうことを特徴とする光学素子の製造方法に関するものである。

また、第２の発明は、第１の発明において、前記透明樹脂シートの前記重合性液晶組成物の層を形成する側が、接着性向上処理を施されたものであることを特徴とする光学素子の製造方法に関するものである。

第３の発明は、第１または第２の発明において、前記透明樹脂シートが連続状であって、前記透明樹脂シートを走行させつつ、前記第１〜第３の各工程を行なうこと、および前記磁場を作用させる方向が前記基材の走行する方向と直交することを特徴とする光学素子の製造方法に関するものである。

第１の発明によれば、基材を透明樹脂シートとしたことにより、基材の厚みを薄くすることや、基材や最終製品を巻いて取り扱うことが可能であり、また、重合性液晶組成物が配向され重合したもので構成された層の物理的および化学的な安定性を高くすることが可能な光学素子の製造方法を提供することができる。

第２の発明によれば、第１の発明の効果に加えて、透明樹脂シートと重合性液晶組成物が配向され重合したもので構成された層との間の接着性を向上させることが可能な光学素子の製造方法を提供することができる。

第３の発明によれば、請求項１または請求項２の発明の効果に加えて、基材である透明樹脂シートを走行させつつ各工程を行なうことができ、磁場を作用させる方向を基材の走行する方向と直交することにより、重合性液晶組成物が配向され重合したもので構成された層の配向方向が基材の走行方向と直交する製品を得ることが可能な光学素子の製造方法を提供することができる。

図１は本発明の光学素子の製造方法における一部の過程を説明するための図である。図１（ａ）に示すように、本発明の製造方法の好ましい態様においては、長尺で連続状であるのシートＳを一方向に走行させる。図１（ａ）においては矢印６で示す方向、即ち図の下方から上方に向かう方向にシートＳを走行させる。シートＳは、図１（ｂ）に断面を示すように、基本的には透明樹脂シート２上に重合性液晶組成物の層３が積層されたものであって、層３を構成する重合性液晶組成物は、重合性液晶化合物を含むものである。なお図１（ｃ）に示すように、シートＳは、透明樹脂シート２上に樹脂等の中間層５を介する等して、接着性向上処理を施されたものの上に重合性液晶組成物の層３が積層されたものであってもよい。

走行するシートＳの両脇の相対する位置には、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、一対の磁石４Ａ、４Ｂが配置され、図１（ａ）中、横方向の白抜きの矢印７で示す方向に磁場が印加される。この矢印７の方向はシートＳの走行方向に対して角度θを有しており、θは、好ましくは９０°である。矢印７で示される磁場の方向は、図１（ｂ）に示すように、好ましくは連続シートＳの面方向にも平行である。このように、シートＳの重合性液晶組成物の層３に磁場を印加することにより、層３中の重合性液晶化合物が、印加された磁場の方向に配向される。

重合性液晶化合物が配向された重合性液晶組成物の層３には、好ましくは紫外線もしくは電子線等の電離放射線を照射して、配向状態を保持したまま、重合性液晶化合物を重合させて層３を硬化させる。硬化の目的では、電離放射線を照射する以外にも、加熱して重合させることも可能である。ただ、電離放射線を照射する方法の方が、加熱にくらべて重合に要する時間が短く、好ましい。重合性液晶組成物の層３を硬化させる工程は、重合性液晶化合物を配向させる工程に先たって行なうと配向が不十分となるので、望ましくないが、配向させる工程の後に行なうことは差し支えなく、また、配向させる工程に若干遅れて、実質的にほぼ同時に行なうことによってもよい。

図２は、配向させる工程と硬化させる工程の関係を概念的に例示する図で、シートＳ、磁石４Ａおよび４Ｂの位置関係は、図１のものと同じであり、両磁石４Ａおよび４Ｂは、シートＳの走行方向６と平行な方向に有限で互いに等しい寸法Ｌを有している。ここで、磁石４Ａ、４Ｂの間には、例えば、磁石４Ａから４Ｂに向かう磁力線が存在し、両磁石４Ａおよび４Ｂの間においては、互いに平行な直線状の磁力線８（図中では４本）であり、図１における矢印７と同一方向を有している。また、両磁石４Ａおよび４Ｂの近傍の、両磁石４Ａおよび４Ｂの間から図の上下方向に外れた領域では、上側、もしくは下側にふくれた円弧状の磁力線８’が存在する。

図２を引用した例においては、硬化させる工程を行なうための加熱または電離放射線の照射は、両磁石４Ａ、４Ｂの間（図では上下の近傍を含む。）で行なわれ、シートＳの走行方向（矢印６の方向）、およびシートＳの幅方向（図１における矢印７と同一方向である。）とに有限な寸法を有する領域で行なわれる。図２中、破線で囲んだ四角形は、硬化させる工程を行なうための領域を示すもので、領域ａ、ａ’もしくはｂで示すように、シートＳの幅を十分カバーするものとする。

これらの領域のうち領域ａは、両磁石４Ａ、４Ｂ間の、シートＳの走行する下流側寄りに位置しており、四角形の図中の上辺および下辺は、いずれも両磁石４Ａ、４Ｂの間に位置する。これに対し、領域ａ’においては、図中の上辺は両磁石４Ａ、４Ｂの間に位置しているが、下辺は両磁石４Ａ、４Ｂの間よりも、シートＳの走行する上流に位置しているので、照射領域ａ’全体としては、両磁石４Ａ、４Ｂの間に大半の領域が位置し、一部が両磁石４Ａ、４Ｂの間よりも上流にはみ出して位置している。なお、領域ｂは、四角形の図中の上辺および下辺が、いずれも両磁石４Ａ、４Ｂの間には存在してなく、領域ｂ全体としても、両磁石４Ａ、４Ｂの間にはなく、両磁石４Ａ、４Ｂの間よりも上流に位置している。

今、シートＳを両磁石４Ａ、４Ｂの間を矢印方向６に沿って走行させ、磁場を作用させて配向を行ない、上記の領域ａを通過する際に硬化を行なわせると、硬化の際のシートＳは、平行な磁力線８が存在する範囲にあるので、所定の方向に配向したまま、重合が起こる。

上記と同様に、ただし、シートＳを領域ａ’を通過させる際に硬化を行なわせると、図中、下側にふくれた円弧状の磁力線がある位置で硬化が開始されるので、一部の重合性液晶化合物は、円弧上の磁力線に沿って配向したまま重合し、残りが直線状の磁力線に沿って配向し重合する。

また、上記と同様に、ただし硬化を行なわせるタイミングを、シートＳが領域ｂを通過する際とすると、この領域ｂでは、磁力線はいずれも下側にふくれた円弧状であるので、大半の液晶化合物は、円弧上の磁力線に沿って配向したまま重合する。

従って、このように、シートＳを走行させつつ、配向させる工程および硬化させる工程を行なう場合、硬化させるための領域は、両磁石４Ａ、４Ｂの間であることが好ましく、両磁石４Ａ、４Ｂの間であっても、シートＳが走行する下流側寄りであることがより好ましい。

透明樹脂シート２としては、ポリメチルメタクリレート等のアクリル、ポリアミド、ポリアセタール、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート（＝ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート、トリアセチルセルロース（＝ＴＡＣ）、もしくはシンジオタクティック・ポリスチレン等、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、フッ素樹脂、もしくはポリエーテルニトリル等、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリシクロヘキセン、もしくはポリノルボルネン系樹脂等、または、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリサルホン、ポリアリレート、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、もしくは熱可塑性ポリイミド等からなるものを挙げることができるが、ポリプロピレンやその他の一般的なプラスチックからなるものも使用可能である。基材の厚みには、特に限定は無いが、用途に応じ、例えば、５μｍ〜１ｍｍ程度のものが使用される。

基材は、上記の素材で構成された、「基材のみからなるもの」であってもよいが、この種の光学素子が有していることが多い、他の光学要素を備えていてもよく、例えば、カラーフィルタ層をそなえていてもよく、あるいは、カラーフィルタ層と共にブラックマトリックスを備えていてもよい。なお、この説明では、基材上にカラーフィルタ層が積層されているか、または基材上にブラックマトリックスおよびカラーフィルタ層が積層されている、さらに上に配向膜および液晶層を積層することを想定しているが、基材、配向膜、および液晶層が順に積層された液晶層側に、カラーフィルタ層、またはブラックマトリックスおよびカラーフィルタ層が積層されることも差し支えない。

液晶層は、所定の温度で液晶相となり得る液晶材料が、所定の液晶規則性を有して硬化することにより形成されたものである。液晶相を示す温度の上限は、基材の透明樹脂シートがダメージを受けない温度であれば特に限定されるものはない。具体的には、プロセス温度のコントロールの容易性と寸法精度維持の観点から１２０℃以下が好ましく、より好ましくは１００℃以下の温度で液晶相となる液晶材料が好適に用いられる。一方、液晶相を示す温度の下限は、光学素子として用いる際に、液晶材料が配向状態を保持し得る温度であるといえる。

本発明の光学素子が位相差板もしくは位相差シートとして用いられる場合、液晶材料としては、重合性液晶材料を用いることが好ましい。重合性液晶材料は、所定の活性放射線を照射することにより重合させて用いることができ、重合させた状態では配向状態は固定化されているので、重合性液晶材料を用いる場合には、液晶相となる温度の下限は特に限定されるものではない。

重合性液晶材料としては、重合性液晶モノマー、重合性液晶オリゴマー、もしくは重合性液晶ポリマーのいずれかを用いることができ、相互に混合して用いることもできる。重合性液晶材料は、配向状態を固定化することが可能であるので、液晶の配向を低温で容易に行なうことが可能であり、かつ使用に際しては配向状態が固定化されているので、温度等の使用条件にかかわらす使用することができる。

重合性液晶材料としては、上記のうちでも、特に重合性液晶モノマーが好適に用いられる。重合性液晶モノマーは、重合性液晶オリゴマーや重合性液晶ポリマーと比較して、より低温で配向が可能であり、かつ配向に際しての感度が高いことから、配向させることが容易だからである。

具体的な重合性液晶モノマーとしては、下記の一般式（１）で表わされる化合物（Ｉ）、および下記の一般式（２）で表わされる化合物（ＩＩ）を挙げることができる。化合物（Ｉ）としては、一般式（１）に包含される化合物の２種以上を混合して使用することもでき、同様に、化合物（ＩＩ）としては、一般式（２）に包含される化合物の２種以上を混合して使用することもできる。また、化合物（Ｉ）を１種以上と化合物１種以上を混合して使用することもできる。

化合物（Ｉ）を表わす一般式（１）において、Ｒ¹およびＲ²はそれぞれ水素またはメチル基を示すが、液晶相を示す温度範囲の広さからＲ¹およびＲ²は共に水素であることが好ましい。Ｘは水素、塩素、臭素、ヨウ素、炭素数１〜４のアルキル基、メトキシ基、シアノ基、もしくはニトロ基のいずれであっても差し支えないが、塩素またはメチル基であることが好ましい。また、化合物（Ｉ）の分子鎖両端の（メタ）アクリロイロキシ基と、芳香環とのスペーサであるアルキレン基の鎖長を示すａおよびｂは、それぞれ個別に２〜１２の範囲で任意の整数を取り得るが、４〜１０の範囲であることが好ましく、６〜９の範囲であることがさらに好ましい。ａ＝ｂ＝０である一般式（１）の化合物は、安定性に乏しく、加水分解を受けやすい上に、化合物自体の結晶性が高い。また、ａおよびｂがそれぞれ１３以上である一般式（１）の化合物は、アイソトロピック転移温度（ＴＩ）が低い。この理由から、これらの化合物はどちらも液晶性を示す温度範囲が狭く好ましくない。

化合物（Ｉ）は任意の方法で合成することができる。例えば、Ｘがメチル基である化合物（Ｉ）は、１当量のメチルヒドロキノンと２当量の４−（ｍ−（メタ）アクリロイロキシアルコキシ）安息香酸とのエステル化反応により得ることができる。エステル化反応は、上記安息香酸を酸クロリドやスルホン酸無水物などで活性化し、これとメチルヒドロキノンとを反応させるのが通例である。また、ＤＣＣ（ジシクロヘキシルカルボジイミド）等の縮合剤を用いて、カルボン酸単位とメチルヒドロキノンを直接反応させることもできる。これ以外の方法としては、１当量のメチルヒドロキノンと、２当量の４−（ｍ−ベンジルオキシアルコキシ）安息香酸とのエステル化反応をまず行ない、次いで得られたエステルを水素添加反応等により脱ベンジル化した後、分子末端をアクリロイル化する方法によっても、化合物（Ｉ）を合成することができる。メチルヒドロキノンと４−（ｍ−ベンジルオキシアルコキシ）安息香酸とのエステル化反応を行なうに際しては、メチルヒドロキノンをジアセテートに導入した後、上記の安息香酸と溶融状態で反応させ、直接エステル体を得ることも可能である。一般式（１）のＸがメチル基でない場合の化合物（Ｉ）も、対応する置換基を有するヒドロキノンを、メチルヒドロキノンの代わりに用いて上と同様の反応を行うことにより得ることができる。

化合物（ＩＩ）を表わす一般式（２）において、Ｒ³は水素またはメチル基を示すが、液晶相を示す温度範囲の広さからＲ³は水素であることが好ましい。アルキレン基の鎖長を示すｃに関して言えば、この値が２〜１２である化合物（ＩＩ）は液晶性を示さない。しかしながら、液晶性を持つ化合物（Ｉ）との相溶性を考慮すると、ｃは４〜１０の範囲であることが好ましく、６〜９の範囲であることがより好ましい。化合物（ＩＩ）も任意の方法で合成可能であり、例えば、１当量の４−シアノフェノールと１当量の４−（ｎ−（メタ）アクリロイロキシアルコキシ）安息香酸とのエステル化反応により化合物（ＩＩ）を合成することができる。このエステル化反応は化合物（Ｉ）を合成する場合と同様に、上記安息香酸を酸クロリドやスルホン酸無水物などで活性化し、これと４−シアノフェノールとを反応させるのが一般的である。また、ＤＣＣ（ジシクロヘキシルカルボジイミド）等の縮合剤を用いて上記安息香酸と４−シアノフェノールを反応させてもよい。

以上の他、本発明においては、重合性液晶オリゴマーや重合性液晶ポリマー等を用いることが可能である。このような重合性液晶オリゴマーや重合性液晶ポリマーとしては、従来提案されているものを適宜選択して用いることが可能である。

本発明においては、重合性液晶材料に加え、必要に応じて光重合開始剤を用いてもよい。電子線照射により重合性液晶材料を重合させる際には、光重合開始剤が不要な場合があるが、一般的に用いられている例えば紫外線（ＵＶ）照射による硬化の場合においては、通常光重合開始剤が重合促進のために用いられるからである。

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、もしくは１−クロロ−４−プロポキシチオキサントン等を挙げることができる。光重合開始剤の添加量としては、一般的には０．０１％〜２０％が好ましく、より好ましくは０．１％〜１０％であり、もっと好ましくは０．５％〜５％の範囲で、本発明の重合性液晶材料に添加することができる。なお、光重合開始剤の他に、本発明の目的が損なわれない範囲で増感剤を添加することも可能である。

本発明における液晶層の膜厚は０．１μｍ〜２０μｍの範囲内であることが好ましく、０．２〜１０μｍの範囲内であることがより好ましい。本発明の光学素子を光学補償素子として用いる場合、液晶層が上記範囲を超えて厚くなると必要以上の光学異方性が生じてしまい、また上記範囲より薄いと所定の光学異方性が得られない場合があるからである。よって、液晶層の膜厚は、必要な光学異方性に準じて決定すればよい。

重合性液晶材料は、必要に応じて光重合開始剤、増感剤等を配合して液晶層形成用組成物を調製して用い、透明樹脂シート上に塗工し、液晶層形成用層を形成する。液晶層形成用層を形成する方法としては、例えばドライフィルム等を予め形成してこれを液晶層形成用層としたものを透明樹脂シート上に積層する方法や、液晶層形成用組成物を融解させて透明樹脂シート上に塗工する方法等をとることも可能であるが、本発明においては、液晶層形成用組成物としては溶媒を加えて、その他の成分を溶解した塗工用組成物を用いて配向膜上に塗工し、溶媒を除去することにより液晶層形成用層を形成することが好ましい。これは、他の方法と比較して工程上簡便であるからである。

溶媒としては、上述した重合性液晶材料等を溶解することが可能な溶媒であり、かつ透明樹脂シートの性状を低下させない溶媒であれば特に限定されるものではなく、具体的には、ベンゼン、トルエン、キシレン、ｎ−ブチルベンゼン、ジエチルベンゼン、テトラリン等の炭化水素類；メトキシベンゼン、１，２−ジメトキシベンゼン、ジエチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類；アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、もしくは２，４−ペンタンジオン等のケトン類；酢酸エチル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、もしくはγ−ブチロラクトン等のエステル類；２−ピロリドン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、もしくはジメチルアセトアミド等のアミド系溶媒；クロロホルム、ジクロロメタン、四塩化炭素、ジクロロエタン、テトラクロロエタン、トリトリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、クロロベンゼン、もしくはオルソジクロロベンゼン等のハロゲン系溶媒；ｔ−ブチルアルコール、ジアセトンアルコール、グリセリン、モノアセチン、エチレングリコール、トリエチレングリコール、ヘキシレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチルセルソルブ、もしくはブチルセルソルブ等のアルコール類；フェノール、パラクロロフェノール等のフェノール類等の１種または２種以上が使用可能である。

単一種の溶媒を使用しただけでは、重合性液晶材料等の溶解性が不充分であったり、上述したように透明樹脂シートが侵食される場合がある。しかし２種以上の溶媒を混合使用することにより、この不都合を回避することができる。上記した溶媒のなかにあって、単独溶媒として好ましいものは、炭化水素系溶媒とグリコールモノエーテルアセテート系溶媒であり、混合溶媒として好ましいのは、エーテル類またはケトン類と、グリコール類との混合系である。溶液の濃度は、重合性液晶材料等の溶解性や製造しようとする液晶層の膜厚に依存するため一概には規定できないが、通常は１％〜６０％が好ましく、より好ましくは３％〜４０％の範囲で調整される。

本発明に用いられる液晶層形成用組成物には、本発明の目的を損なわない範囲内で、上記以外の化合物を添加することができる。添加できる化合物としては、例えば、多価アルコールと１塩基酸または多塩基酸を縮合して得られるポリエステルプレポリマーに、（メタ）アクリル酸を反応させて得られるポリエステル（メタ）アクリレート；ポリオール基と２個のイソシアネート基を持つ化合物を互いに反応させた後、その反応生成物に（メタ）アクリル酸を反応させて得られるポリウレタン（メタ）アクリレート；ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、ポリカルボン酸ポリグリシジルエステル、ポリオールポリグリシジルエーテル、脂肪族もしくは脂環式エポキシ樹脂、アミンエポキシ樹脂、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、ジヒドロキシベンゼン型エポキシ樹脂等のエポキシ樹脂と、（メタ）アクリル酸を反応させて得られるエポキシ（メタ）アクリレート等の光重合性化合物、またはアクリル基もしくはメタクリル基を有する光重合性の液晶性化合物等が挙げられる。本発明の液晶層形成用組成物に対するこれら化合物の添加量は、本発明の目的が損なわれない範囲で選択され、一般的には、本発明の液晶層形成用組成物の４０％以下であることが好ましく、より好ましくは２０％以下である。これらの化合物の添加により、本発明における液晶材料の硬化性が向上し、得られる液晶層の機械強度が増大し、またその安定性が改善される。

また、溶剤を配合した液晶層形成用組成物には、塗工を容易にするために界面活性剤等を加えることができる。添加可能な界面活性剤を例示すると、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およびそのエステル、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、アルキルリン酸塩、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などが挙げられる。界面活性剤の添加量は、界面活性剤の種類、液晶材料の種類、溶媒の種類、さらには溶液を塗工する配向膜の種類にもよるが、通常は溶液に含まれる重合性液晶材料の１０ｐｐｍ〜１０％が好ましく、より好ましくは１００ｐｐｍ〜５％であり、もっと好ましくは０．１〜１％の範囲である。

液晶層形成用組成物を塗工する方法としては、スピンコート法、ロールコート法、プリント法、浸漬引き上げ法、ダイコート法、キャスティング法、バーコート法、ブレードコート法、スプレーコート法、グラビアコート法、リバースコート法、もしくは押し出しコート法等が挙げられる。液晶層形成用組成物を塗工した後、溶媒を除去する方法としては、例えば、風乾、加熱除去、もしくは減圧除去、さらにはこれらを組み合わせる方法等により行なわれる。溶媒が除去されることにより、液晶層形成用層が形成される。

このようにして形成された液晶層形成用層の層内の重合性液晶材料を、先に述べたように磁場を用いて配向させ、硬化させる。

重合性液晶材料を硬化させる工程では、重合性液晶材料を硬化させるためのエネルギーが与えられ、熱エネルギーでもよいが、通常は、重合を起こさせる能力がある電離放射線の照射によって行なう。必要であれば重合性液晶材料内に重合開始剤が含まれていてもよい。電離放射線としては、重合性液晶材料を重合せさることが可能な放射線であれば特に限定されるものではないが、通常は装置の容易性等の観点から紫外光または可視光線が使用され、波長が１５０〜５００ｎｍの光が好ましく、より好ましくは２５０〜４５０ｎｍであり、もっと好ましくは３００〜４００ｎｍの波長の紫外線である。

本発明においては、紫外線（ＵＶ）を活性放射線として照射し、紫外線で重合開始剤からラジカルを発生させ、ラジカル重合を行なわせる方法が好ましい。活性放射線としてＵＶを用いる方法は、既に確立された技術であることから、用いる重合開始剤を含めて、本発明への応用が容易であるからである。

この紫外線を照射するための光源としては、低圧水銀ランプ（殺菌ランプ、蛍光ケミカルランプ、ブラックライト）、高圧放電ランプ（高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ）、もしくはショートアーク放電ランプ（超高圧水銀ランプ、キセノンランプ、水銀キセノンランプ）等を挙げることができる。なかでもメタルハライドランプ、キセノンランプ、高圧水銀ランプ灯等の使用が推奨される。照射強度は、液晶層を形成している重合性液晶材料の組成や光重合開始剤の多寡によって適宜に調整すればよい。

活性放射線の照射による配向固定化工程は、上述した液晶層形成用層を形成する工程における処理温度、すなわち重合性液晶材料が液晶相となる温度条件で行なってもよく、また液晶相となる温度より低い温度で行なってもよい。一旦液晶相となった重合性液晶材料は、その後温度を低下させても、配向状態が急に乱れることはないからである。

本発明の光学素子は、液晶表示装置の液晶セル内に適用することにより、光学的特性が整えられた液晶表示装置とすることができる。液晶表示装置は、基本的には偏光光を出射する偏光光源装置と、一対の基板間に液晶が封止されて構成された液晶セルとから構成され、偏光光源装置からの偏光光によって照明された液晶セルが、両基板の内側に有する電極に信号を流すことにより、偏光光の明暗表示を制御して表示を行なわせるものである。本発明の光学素子は、液晶セルの一方の基板に適用することにより、実際には、一方の基板を光学素子で置き換えることにより、光学素子の液晶層が持つ光学的機能を液晶表示装置に付与することができる。

液晶層は、単一な層で構成されていてもよいが、光学素子をカラー表示可能な液晶表示装置に適用する際には、赤色用、緑色用、および青色用の各区域毎に、しかも画素毎に設けることが好ましく、この場合、各色用の液晶層は、異なる光学的特性、例えば、異なる位相差量を持つ。ここで、画素とは、画像を構成する最小画像単位であって、色別のものを指すものとする。このような画素毎の液晶層は、上記の配向硬化物の層を形成する方法において、紫外線を照射する過程で、画素に応じたパターン状の照射を、マスクパターンを介する等により行ない、その後、現像を行なって、不要部を除去する工程を、好ましくは、使用する組成物をその都度変更し、パターン状の照射を、マスクパターンを変えて行なうことにより、形成することができる。

中間層５は、透明樹脂シートと重合性液晶組成物の硬化物の層との間の密着性を改善する目的で積層され得るもので、両者、特に、重合性液晶組成物の硬化物の層との密着性のよいアクリル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、セルロース系樹脂、もしくはポリイミド系樹脂等で構成され、中間層５を構成するこれらの樹脂の溶液を塗布し、乾燥させる等により形成することができる。

本発明の光学素子は、液晶表示装置の液晶セル内に適用することにより、光学的特性が整えられた液晶表示装置とすることができる。液晶表示装置は、基本的には偏光光を出射する偏光光源装置と、一対の基板間に液晶が封止されて構成された液晶セルとから構成され、偏光光源装置からの偏光光によって照明された液晶セルが、両基板の内側に有する電極に信号を流すことにより、偏光光の明暗表示を制御して表示を行なわせるものである。本発明の光学素子は、液晶セルの一方の基板に適用することにより、実際には、一方の基板を光学素子で置き換えることにより、光学素子の液晶層が持つ光学的機能を液晶表示装置に付与することができる。

基材として、厚みが８０μｍのＴＡＣフィルムを用い、その片面に紫外線硬化型のネマチック液晶組成物（１０％トルエン溶液）をダイコーティング法により塗布し、塗布後、温度；８０℃のオーブン中で１分間、温風乾燥させて積層シートを得た。

得られた積層シートを、図１および図２に示すように、走行させ、走行する積層シートの両脇に配置した超伝導マグネットを用い、図１におけるθが９０°となる方向に、１３Ｔ（テスラ）の磁場を印加しつつ、図２を引用して説明した領域ａに相当する位置で２０Ｗ／ｃｍ²の紫外線を照射して、硬化を行なわせ、光学素子を得た。

得られた光学素子の配向角度を、自動複屈折計（王子計測機器（株）製造、コブラ（ＫＯＢＲＡ））を用いて測定したところ、いずれの部分においても、上記の加工時における基材の走行方向に対して、９０°であった。

紫外線硬化型のネマチック液晶組成物を塗布するのに先立ち、基材上に厚みが０．２μｍのアクリル樹脂系の塗膜を形成し、その他は実施例１におけるのと同様に行なって光学素子を得たところ、実施例１で得た光学素子と同様の結果を得た。

比較例１
図２を引用して説明した領域ａ’で紫外線を照射した以外、実施例１におけるのと同様にして光学素子を得たところ、自動複屈折計を用いた測定による配向角度が９０°にならず、９０°より大きい角度の部分や９０°よりも小さい部分が形成されていることが確認された。

比較例２
図２を引用して説明した領域ｂで紫外線を照射した以外、実施例１におけるのと同様にして光学素子を得たところ、自動複屈折計を用いた測定による配向角度が一定にならず、リターデーションが低下した部分を有するものであった。

本発明の光学素子の製造方法における一部の過程を説明するための図である。 本発明における配向させる工程と硬化させる工程の関係を概念的に例示する図である。

符号の説明

Ｓ・・・シート
２・・・透明樹脂シート
３・・・重合性液晶組成物の層
４・・・磁石
６・・・シートの走行方向
７・・・磁場の方向

Claims (3)

1. 透明樹脂シートの表面に、重合性液晶化合物を含有する重合性液晶組成物を適用して前記重合性液晶組成物の層を形成する第１の工程、形成された前記重合性液晶組成物の層の面方向に沿って磁場を作用させて前記重合性液晶化合物を配向させる第２の工程、および前記の重合性液晶化合を重合させて、前記層を硬化させる第３の工程を含み、前記第１〜第３の各工程を順に行なうか、もしくは前記第1の工程を行なった後、前記第２の工程および前記第３の工程を行なうことを特徴とする光学素子の製造方法。
2. 前記透明樹脂シートの前記重合性液晶組成物の層を形成する側が、接着性向上処理を施されたものであることを特徴とする請求項１記載の光学素子の製造方法。
3. 前記透明樹脂シートが連続状であって、前記透明樹脂シートを走行させつつ、前記第１〜第３の各工程を行なうこと、および前記磁場を作用させる方向が前記基材の走行する方向と直交することを特徴とする請求項１または請求項２記載の光学素子の製造方法。
   

Images