JPS60191203A - 光学フイルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明（ｄ、カラーディスプレイなどに用いる光学フィ
ルタに関するものである。

従来例の構成とその問題点 従来カラーディスプレイなどに赤色（Ｒ）フィルタ（赤
色の光のみを透過させるフィルタ）、緑色ｐ）フィルタ
、および保色（Ｂ）フィルタか一般に用いられている。

例えばフルカラー画像表示にばＲ、Ｇ。

Ｂの各微細フィルタを一画素として、それらを多数配列
した構成のフィルタが用いられる。この場合、Ｒ，Ｇ、
Ｂの各フィルタの分光学的波長領域が互に重畳しないこ
とが、ＣＩＥ色度図において色再現範囲をより広くする
上で望ましい。しかし実際には第１図に一例を示すよう
にＲ，Ｇ、Ｈの各フィルタの分光学的波長領域は互に重
畳する部分を有している。したがって、ＲとＧとの間の
重畳する波長領域、ＧとＢとの間の重畳する波長領域、
あるいは光源からのノイズ波長の光をカフ）する（透過
させない）フィルタ、すなわちノツチフィルタが必要と
なる。従来、この様なノツチフィルタとして、Ｎｄ元索
を分散させたアクリル系樹脂などが知られているが、Ｎ
ｄによる吸収波長領域が、カットしたい波長領域とは完
全に一致しない、吸収度合が小さい（特にＲとＧとの間
の波長領域での）、薄板にできないなどの欠点があり、
ノツチフィルタの性能としては不充分であった。

一方、コレステリック液晶が選択光散乱、旋光性９円偏
光２色性などの光学的性質を示すことは従来からよく知
られていた。最近、コレステリック液晶をポリマーによ
り固定したコレステリンク液晶・ポリマー複合体が発明
されたことにより（特開昭６６−１３９５０６　）、コ
レステリック液晶のもつ光学的特性を利用した受動的光
学素子としての実用化への道が開かれたと言える。

発明の目的 本発明は、コレステリック液晶・ポリマー複合体の発明
を基盤とし、ノツチフィルタとして優れた機能を示す光
学フィルタを提供することを目的とする。更に詳述すれ
ば、カントすべき光の波長領域を自由に選択でき、しか
もカントすべき光の波長領域の「１」を制御することが
できるとともに、さらにカットずべき光の波長領域内の
透過光をほぼ完全にカットすることができるノツチフィ
ルタを提供することを目的とする。

発明の構成 本発明の光学フィルタは、可視領域の特定波長の光を選
択散乱させるら旋ピッチをもつ、右巻きら旋構造のコレ
ステリック液晶を配向させて含有するポリマーフィルム
と、上記特定波長と同じ波長の光を選択散乱させるら族
ピンチをもつ、左巻きら旋構造のコレステリック液晶を
配向させて含有するポリマーフィルムとを、両者のフィ
ルムの光軸（コレステリック液晶のら旋軸の方向）をほ
ぼ平行にして積層した構成からなる。白色光をこのフィ
ルタに入射させると、両層により各々前記特定波長の右
円偏光成分及び左円偏光成分が反射されるので、最終的
に透過した光から前記特定波長の光がカットされること
になる。

実施例の説明 第２図に本発明の一実施例におけるノツチフィルタを示
す。この例は、単一の波長領域をカットするだめの構成
である。１は右巻きら旋液晶フィルムであり、右巻きら
旋構造のコレステリンク液晶をポリマーフィルム中に含
有させたものである。

コレステリンク液晶のら旋軸は、フィルム面に垂直な方
向に配向されている。右巻きら旋液晶フィルム１には、
左巻きら旋液晶フィルム２呪積層されている。左巻きら
旋液晶フィルム２は、左巻きら旋構造のコレステリック
液晶をポリマーフィルム中に含有させたものであり、液
晶のら旋軸はフィルム面に垂直な方向に配向されている
。上記積層フィルムに、右巻きら旋液晶フィルム１の側
から、フィルム面にほぼ垂直に白色光を照射した場合、
白色光のうち特定波長λ。３の右円偏光成分４のみが右
巻きら旋液晶フィルム１によってまず反射され、次に右
巻きら旋液晶フィルム１を透過してきた光のうち特定波
長λ。の左円偏光成分６のみが左巻きら旋液晶フィルム
２によって反射され、そのム二円偏尤の反射光５はその
１１右巻きら旋液晶フィルム１を透過していく。、その
結果、本発明の光学フィルタによって白色光のうち特定
波長λ。の光４及び５のみが反射され、λ。以外の光ら
ば透過したことになる。すなわち、本発明の光学フィル
タは特定波長ノ。の光のみをカットするノツチフィルタ
として機能する。

ここで、ポリマーフィルム中に含有され、固定されてい
るコレステリック液晶のら族ピッチをｐ、平均の屈折率
をｎとすると、光学フィルタ（ノツチフィルタ）にまり
カットされた光の波長λ。はｐ−ｎ積に等しい。入射光
がフィルム面に垂直な方向から角度θだけずれた場合は
λ。−ｐ、ｎｃｏｓθとなる。実際にはら旋釉の配向度
合、ら族ピッチなどにも分布が存在するためにλ。は分
光学的に分布をもっている。すなわち、λ。の分布の［
１］はコレステリック液晶のら旋釉の配向度合（例えば
フィルム面に垂直な方向への配向度合）およびら族ピッ
チの分布の巾を調節することにより制御することができ
る・本発明の光学フィルタの構成において重要な点はｐ
ｒ−ｎ、−ｐｌ−ｎｌの条件を６１４足させることであ
る。ここでｐｒは右巻きコレステリック液晶のら族ピッ
チ＋　ｎ　ｒはその屈折率であり、ｐｌは左巻きコレス
テリック液晶のら族ピノ本発明のポリマーフィルムの器
盤的な作成工程例は、捷ず液晶原料と溶媒（ただし光重
合性不飽和基をもつモノマーを必ず含む）とを混合し、
コレステリック液晶溶液（リオトロピック液晶状態）に
なるよう濃度、温度を調節した後、光重合を行なうもの
である。使用した液晶原料および溶媒の種類はもちろん
のこと、コレステリック液晶溶液を調製する場合の濃度
Ｃおよび温度Ｔを変えることによって、でき上っ３たポ
リマーフィルム中に固定されているコレステリック液晶
のピッチｐを容易に制御することができるとともに右巻
き、左巻きの方向をも変えることができる。したがって
、カットし／Ｃい可視領域の」）゛定波長λ。に等しく
なるようにｐ、・ｎ０積を制御した右巻きコレステリッ
ク液晶を含有するポリマーフィルムを作成し、そのフィ
ルム面−ＪＪζさら（・てｐＣｎｉ積がλ。に等しくな
るように制御した左巻きコレステリック液晶を含有する
ポリマーフィルムを作成することによって、ノツチフィ
ルタとしての優′ｉ′シた機能を有するオ青１帝フィル
ムを得ることができる。

ここでもう１つの重すな点（ｌ゛、ポリマーフィルム中
に固定される各コレステリック液晶部分のら旋釉（光軸
）の方向をそろえ、かつ右巻きコレステリック液晶のら
旋釉の方向と左巻きコレステリック液晶のら旋釉の方向
を互に平行にする必要があることてあり、さらにこれら
のら旋釉の方向をポリマーフィルムの面に垂直に配向さ
せることが、シャープなノツチフィルタを得る上にＴ１
しいｃｌ一般に、コレステリック液晶溶液（リオトロピ
ック液晶状態）を清純な表面のガラス板で挟持すること
によってコレステリック液晶をプレーナー配向（ら旋釉
がガラス面に垂直配向）させることができる。寸だ、す
でにプレーナ配向させたコレステリック液晶を含有する
ポリマーフィルムの面上に別のコレステリック液晶溶液
を塗布すると右巻き、左巻きのら旋の方向とは関係なく
、そのら旋釉が下地のフィルム面に極めて垂直に配向（
コレステリンク液晶がプレーナー配向）し易い。したが
って、右巻きら旋構造のコレステリック液晶を配向させ
て含有するポリマーフィルムと左巻きら旋構造のコレス
テリック液晶を配向させて含有するポリマーフィルムを
積層し、一体化することが容易であり、これが本発明の
特徴の１つである。

もちろん、目的に応じてフィルム面に垂直ではない方向
に配向させても良い。

また本発明の光学フィルタは、特定波長λ。の光を選択
散乱させるら族ピッチｐｒをもつ右巻きコレステリンク
液晶（屈折率ｎ　ｒ　）　ポリマーフィルムと同じ波長
λ。の光を選択散乱させるら族ピッチｐｌをもつ左巻き
コレステリンク液晶（屈折率ｎｌ）ポリマーフィルムと
の２層に更に、λ。

とは異なるもう１つの特定波長λ。′の光を選択散乱さ
せるら族ピンチｐ、′をもつ右巻きコレステ１ノツク液
晶（屈折率ｎｒ′）ポリマーフィルムおよび同じ波長λ
。′の光を選択散乱させるら旋ビ・ノチｐ　、　／をも
つ左巻きコレステリック液晶（屈折率ｎｌ’）ポリマー
フィルｌ、の２層を加え、これらのフィルムの光＋１１
１を互にほぼ平行にしてｊ；Ｔ層した構成とすることも
できる。ここでコレステリンク液晶のら旋釉（光１１１
１１＋　）を各フィルム面に垂直に配向させ、白色光を
ら旋釉に平行に照射する場合、λ。−ｐｒ＠ｎｒ＝　ｐ
Ａ”Ｊ　、λＯ’　＝ｐｒ′　・ｎ％　＝ｐ７　”７（
但しλ。Ｎλ。′）の条件を満・足するように拐料設言
１を行なう。上記４層のフィルムに白色光　を照射する
と特定波長λ。の光と別の特定波長λ。′の光のみが選
択的に反射さハ、その他の波長の光はすべて４層のフィ
ルムを透過する。従って、λ。

の光およびλ。′の光を同時に力対することカニできる
マルチノツチフィルタとして機能する。この様にカット
すべき光の波長λに対応する右巻きら一旋ピッチｐ、を
もつコレステリック液晶フィルムと左巻きら族ピッチＰ
６をもつコレステリック液晶フィルムを１対にして、カ
ットすべき光の波長λを変えながら１対のフィルム層の
数を増すことにより、希望するマルチノツチフィルりを
得ることができる。

また本発明の光学フィルタは、透明膜、透明板。

カラーフィルタ、多色力ラーフイルり、カラー偏光板、
偏光板９％波長板および屑波長板等の膜や板の１種もし
くは２種以上のものと積層、一体化した構成とすること
もできる。一般に、液晶表示。

エレクトロクロミック＆示＋エレクトロルミネ、ンセン
ス表示、陰極・線管表示などのディスプレイにおいては
、それぞれの目的に応じて透明板（ガラス基板など）、
透明膜（透明有機保護膜、透明有機配向膜、透明電極な
ど）、カラーフィルり、多色カラーフィルタ、カラー謡
光板、偏光板（直線偏光板９円偏光板）９％波長板およ
びｙ波長板などが用いられている。本発明のコレステリ
ック液晶ポリマー複合体フィルムを製造する工程で、上
記のような膜や板を積層、一体化することにより、作業
性の向上、コストダウンなどを図ることができる０また
本発明の光学フィルタフィルムの表面に透明保護膜を設
けることにより、耐湿性、ｌｌｆｆ１光性、耐ガス性な
どを向上さぜることかできる。

本発明の光学フィルタにおいて用いる液晶原料は、基本
的にはりオトロピックコレステリノク液晶（但し溶媒の
中には光重合性不飽和基をもつモノマーを必ず含む）と
なりうる液晶物質であればよい。有機溶媒中でリオトロ
ピック液晶となりうる液晶原料には高分子液晶がよく知
られており、その中でもポリペプチド結合をもつ液晶物
質（ヘリカル構造をもつ棒状分子）がコレステリック液
晶溶′に５．になり易い。さらにペプチド結合をもつ高
分子液晶物質の中でも酸性アミノ酸およびそのエステル
誘導体の高分子液晶物質は、溶媒の１つであるモノマー
を光重合してポリマーフィルム中に固定された後も極め
て安定なコレステリンク液晶構造を保持することができ
る。酸性アミノ酸としてはアスパラギン酸、グルタミン
酸およびオキシグルタミン酸の３種類がある。またそれ
らのエステル誘導体としては酸性アミノ酸のメチルエス
テル、エチルエステル、フロビルエステル、フチルラ エステル、ペンチルエステル、ヘキシルニスチルシクロ
ヘキシルエステル、ベンジルエステル、クロロベンジル
エステルなどの多くの物質がある。

これらの酸性アミノ酸およびその誘導体を重合させて得
た高分子アミノ酸および高分子アミノ酸誘導体を液晶原
料として用いる０ 実施例１ 液晶原料としてポリ−Ｌ−グルタミン酸ｎ−ブチルエス
テルを６層重量係、溶媒かつ光重合性モノマーとしてト
リエチレングリコールジメタクリレートを６０重量係、
それぞれ秤量し、４０°〜５０°Ｃの温度に保持しなが
ら、両者を充分に攪拌した。この様にして得た均一な液
晶溶液にさらに光増感剤として２％のベンゾフェノンを
添加した。

この混合溶液Ａを清純な２枚のガラス板の間に挾持し、
かつそれらの温度を３０°Ｃの一定温度に保持しながら
超高圧水銀ランプを用いて紫外線を６時間照射してモノ
マーを重合させ、コレステリスク液晶を含有、固定した
厚み０．２ｍｍのポリマーフィルムを得た。このフィル
ムについて光学的測定をした結果、このフィルムは中心
波長４９０ｎｍに強い選択反射（反射率４６％）を示し
、右廻り円偏光反射を示すことが確認された。

次に、液晶原１とし３てポリ−Ｄ−グルタミン酸ｎ−ブ
チルエステル（分子量はＬ体とほぼ同じ７万）を５０重
゛叶係、溶媒かつ光重合性モノマーとしてトリエチレン
グリコールジメタクリレートを６０１耽係、それぞれ秤
量し、４ｏθ〜６０’Ｃの温度に保持しながら、両者を
充分に攪拌した・この様にして得た均一な液晶溶液にさ
らに光増感剤として２％のベンゾフェノンを添加した。

この混合溶液Ｂを前記布巻きコレステリンク液晶ポリマ
ーフィルムとガラス板との間に挾持し、かつそれらの温
度を３０　”（：の一定温度に保持しながら紫外線を６
時間照射してモノマーを重合させ、コレステリック液晶
を含有、固定した厚み０．２ｍｍのポリマーフィルムを
新だに積層し、２層の積層フィルムを作成した。一方、
このポリマーフィルムのみの光学特性を測定した結果、
中心波長４９０　ｎｍに強い選択反射（反射率４６％）
を示し、左廻り円偏光反射を示すことが確認された。次
に２層の積層フィルムについて光学的測定をした結果、
この積層フィルムは中心波長４９０ｎｍに強い選択反射
（反射率９ｏ％）を示し、右廻り円偏光反射と左廻り円
偏光反射を示すことが確認きれた。すなわち、この積層
フィルムは可視領域の特定波長４９０ｎｍ±１６ｎｍの
光をほぼ（９０％）カットするノツチフィルタの機能を
もつ光学フィルタとして使用することができる。

実施例２ 実施例１で得た２層の積層フィルムの上に、さらに別の
ポリマーフィルムを積層した。

捷ず、実施例１で調整した混合溶液Ａを、実施例１で得
たＵｉ層フィルムとガラス板との間に挾持し、かつそれ
らの温度を４３°Ｃの一定温度に保持しながら超高圧水
銀ランプを用いて紫外線を５時間照射してモノマーを重
合させ、コレステリック”液晶を含有、固定した厚み０
．２ｍｍのポリマーフィルムを新たに積層しζ３層の積
層フィルムを作成した。−力、このポリマーフィルムの
みの光学特性を測定しだ結果、中心波長６８０ｎｍに強
い選択反射（反射率４３係）を示し、右廻り円偏光反射
を示ずことがＧ（１，認さ１１た。

次に、実施例１で調整しプこ混合溶液Ｂを、上記３層の
積層フィルムとガラス板との間に挾持し、かつそれらの
温度を４３°Ｃの一定温度に保持しながら紫外線を５時
間照射してモノマーを重合させ、コレステリック液晶を
含有、固定した厚み０．２　ｍｍのポリマーフィルムを
新たに積層し、４層の積層フィルムを作成した・・一方
、このポリマーフィルムのみの光学特性を測定した結果
、中心波長５８０ｎｍに強い選択反射（反射率４４％）
を示し、左廻り円偏光反射を示すことが確認さムた。

次に、上記４層のＵｉ層フィルムについて光学的測定を
した結果、第３図の分光特性に示すよう（で中心波長４
９０　ｎｍと５８０　ｎｍの２箇所Ｖこ強い選択反射（
そ］１それの？１に長における反射率はそれぞれ９０％
および８７チ）を示し、それぞれの波長において右廻り
円偏光反射と左廻り円偏光反射とを示すことが確認され
た。

すなわち、この４層の積層フィルムは可視領域の特定波
長４９０ｎｍ±１５ｎｍの光と５８０　ｎｍ士１５ｎｍ
の光とを同時にほぼカットするマルチ／フチフィルタの
機能をもつ光学フィルタとして使用することができる。

次（て、白色光源および第１図の分光特性をもつ３原色
モザイクカラーフィルタを配した液晶セルを用いて、フ
ルカラー画像表示の実験を行なっ／こ。

この時、白色光源と上記カラーフィルタとの間に、さら
に従来のＮｄ原原子吸光型ノンチフィメタ配置した場合
と、第３図の分光特性をもつ本発明のノツチフィルタを
配置した場合の色再現範囲を各々測定比較した結果、前
者の場合（従来例）の色再現範囲に比べて、後者の場合
（本発明例）の色再現範囲は広くなった。特に青色と緑
色との方向に色再現範囲が広くなった。

実施例３ 透明なガラス基板の表面にポリイミドの水平配向膜を形
成し、その配向膜の上に実施例１で用いだのと１ｉＴＪ
　’　Ｕ混合溶液Ａをスピンナーで均一な厚み（で塗布
し、３０’ｃの温度に保持しながら紫外線を１時間照射
してモノマーを重合さぜ、厚み２ｏ／Ｉｍの右巻きコレ
ステリック液晶ポリマーフィルムを５１１層し一体化し
／ζ１．さ１履Ｃ１その）、イルムの上に、実施例１で
０ｊいたのと同じ混合溶液Ｂをスピンナーで均一な厚み
に塗布し、３０’Ｃの温度に保持しなから紫外線を１時
間照射してモノマーを重合させ、厚み２０’７ｒｍの左
巻きコレステリック液晶ボ１）　？　−フィルムｔ　積
層し、そのフィルムノ上ニ、同じ混合溶液Ａを均一な厚
みに塗布し、４３°Ｃの温度に保持しながら紫外線を１
時間照射してモノマーを重合させ、厚み２０７１ｍの右
巻きコレステＩＪ　’、７り液晶ポリマーフィルムを積
層し、最後に、そのフィルムの上に同じ混合溶液Ｂを均
一な厚みに塗布し、４３°Ｃの温度に保持しながら紫外
線１時間照射してモノマーを重合させ、厚み２０μｍの
左巻きコレステリ、り液晶ポリマーフィルムを積層した
。すなわち、ガラス基板と４層のフィルムを積層、一体
化して、本発明の光学フィルタを得た。この光学フィル
タについて分光特性を測定した結果、第４図に示す分光
特性が得ら、れた。この光学フィルタは可視領域の特定
波長４９０　ｎｍ士１０ｎｍの光と５８０層ｍ±１０ｎ
ｍの光とを同時（Ｃはぼ完全にカットすることができる
（それぞれの波長における反射率はそれぞれ９８係およ
び９６ｔｌ））ｏマルチノツチフィルタとして使用する
ことができる外に、透明なガラス基板と一体となってい
るので、例えば液晶表示セルの基板としても使用するこ
とができる。この実施例３のマルチノツチフィルタは実
施例２のマルチノツチフィルタに比べて、特定波長にお
ける反射ピークが鋭くなっている。すなわち反射ピーク
の半値巾は小さく、ピークの高さは大きくなっている。

この理由はポリマーフィル今中に含有され、固定されて
いる個々のコレステリック液晶のら旋釉の配向度（フィ
ルム面に対に垂直方向）がよくなり、ら族ピッチの分布
が狭くなったことによるものである。

発明の効果 以上述べたように本発明の光学フィルタにょれは、ら族
ピッチと光屈折率の積が一定である右巻きら旋および左
巻きら旋のコレステリック液晶を配向させて含有する各
ポリマーフィルムを１対として積層することによって、
カットすべき光の波長領域を自由に選択でき、その波長
領域のｒｌＪを制御することができ、その波長領域内の
透過光をほぼ完全にカットすることができるなどの優れ
た性能をもつ低コスト、軽量のノツチフィルタを得るこ
とができる。これらのノツチフィルタを例えばフルカラ
ー画像表示に用いることによってその色純度が向上し、
色再現範囲が広くなるなどの優れたカラー表示が可能と
なる。

また、本発明の光学フィルタはノツチフィルタとしての
機能をもつコレステリック液晶を含有するポリマーフィ
ルムと広くディスプレイ装置に用いられている膜あるい
は板と積層化、一体化することによって、低コスト化９
作業性の向上、信頼性の向上、安定性の向上などが得ら
れ、経済的価値および技術的価値の高いものである・

【図面の簡単な説明】

第１図は一般にフルカラー画像表示に用いられる３原色
のモザイクカラーフィルタの分光特性例゛・を示すグラ
フ、第２図は本発明の光学フィルタの構成およびそのノ
ツチフィルタとしての機能を説明する断面図、第３図お
よび第４図はマルチノツチフィルタとしての機能をもつ
本発明の光学フィルタの分光特性例を示すグラフである
。 １１・・・・・右巻きら旋液晶フィルム、１２・川・・
左巻きら旋液晶フィルム、１３・・・・・特定波長２゜
の入射光、１４・・・・・特定波長λ。の右円偏光反射
光、１５・・・・・特定波長λ。の左円偏光反射光、１
６・・・・・・特定波長λ。以外の光。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　はが１名第１
図 第２図 光う消↓は慌ジ 第４図 ４ａｏ　５θ０　６０６　１６６ 光の波長附筑ジ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）可視領域の特定波長の光を選択散乱させるら旋ピ
   ンチをもつ、右巻きら旋構造のコレステリック液晶を配
   向させて含有するポリマーフィルムと、前記特定波長と
   同じ波長の光を選択散乱させるら旋ピンチをもつ、左巻
   きら旋構造のコレステリック液晶を配向させて含有する
   ポリマーフィルムとを、両者のフィルムの光軸をほぼ平
   行にして積層して構成されるフィルム対を備えた光学フ
   ィルタ。 ？）　フィルム対を少くとも２対備え、各対の選択散乱
   させる特定波長が互いに異るとともに、それらのフィル
   ムの光軸を互いにほぼ平行にして積層したことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の光学フィルタ。 （３）　コレステリック液晶が高分子液晶であることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載の光学
   フィルタ。 （４）高分子液晶がポリペプチド液晶であることを特徴
   とする特許請求の範囲第３項記載の光学フィルタ。 （５）ポリペプチド液晶がポリ酸性アミノ酸液晶および
   ポリ酸性アミノ酸エステル誘導体液晶であることを特徴
   とする特許請求の範囲第４項記載の光学フィルタ。 （６）上記コレステリック液晶がそのら施紬の方向をポ
   リマーフィルム面に対して垂直に配向されたことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載の光学フィ
   ルタ。 （７）透明膜、透明板、カラーフィルタ、多色カラーフ
   ィルタ、カラー偏光板、偏光板、Ｘ波長板又はＸ波長板
   のうちの少くとも１種と、可視領域の特定波長の光を選
   択散乱させるら族ピッチをもつ、右巻きら旋構造のコレ
   ステリック液晶を配向させて含有するポリマーフィルム
   と、前記特定波長と同じ波長の光を選択散乱させるら族
   ピッチをもつ、左巻きら旋構造のコレステリック液晶を
   配向させて含有するポリマーフィルムとを、前記右巻き
   コレステリツクフィルムと前記左巻きコレステリックフ
   ィルムとを互に近接させ、かつ両者のフィルムの光軸を
   ほぼ平行にして、積層一体化してなる光学フィルタ。