JPWO2016093290A1 - 光学部材および光学部材を有する画像表示装置 - Google Patents
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Abstract
Description
[1]光学部材であって、
基板と、上記基板の表面に接するドットとを有し、
上記ドットは、コレステリック構造を有する液晶材料からなり、
上記基板は上記ドットと接する面に液晶層を含み、
上記液晶層は液晶化合物の配向が固定された層である光学部材。
[2]上記液晶層が棒状液晶化合物の水平配向が固定された層である[1]に記載の光学部材。
[3]上記液晶層が重合性棒状液晶化合物を含む組成物の硬化層である[2]に記載の光学部材。
[4]上記液晶層が界面活性剤を含む[1]〜[3]のいずれか一項に記載の光学部材。
[5]上記基板が配向膜を含み、上記液晶層と上記配向膜とが直接接している[1]〜[4]のいずれか一項に記載の光学部材。
[7]上記液晶材料が液晶化合物およびキラル剤を含む液晶組成物を硬化して得られる材料である[1]〜[6]のいずれか一項に記載の光学部材。
[8]上記液晶組成物が界面活性剤を含む[7]に記載の光学部材。
[9]上記界面活性剤がフッ素系界面活性剤である[8]に記載の光学部材。
[10]上記基板の表面に上記ドットの複数をパターン状に有する[1]〜[9]のいずれか一項に記載の光学部材。
[11]上記ドットの直径が20〜200μmである[1]〜[10]のいずれか一項に記載の光学部材。
[12]上記ドットの最大高さを上記ドットの直径で割った値が0.13〜0.30である[1]〜[11]のいずれか一項に記載の光学部材。
[13]上記ドットが赤外光領域に中心波長を有する波長選択反射性を有する[1]〜[12]のいずれか一項に記載の光学部材。
[14]上記ドットが波長800〜950nmに中心波長を有する波長選択反射性を有する[13]に記載の光学部材。
[15]透明である[1]〜[14]のいずれか一項に記載の光学部材。
[16][15]に記載の光学部材を有する画像表示装置。
本明細書において「〜」とはその前後に記載される数値を下限値および上限値として含む意味で使用される。
本明細書において、例えば、「45度」、「平行」、「垂直」あるいは「直交」等の角度は、特に記載がなければ、厳密な角度との差異が5度未満の範囲内であることを意味する。厳密な角度との差異は、4度未満であることが好ましく、3度未満であることがより好ましい。
本明細書において、「(メタ)アクリレート」は、「アクリレートおよびメタクリレートのいずれか一方または双方」の意味で使用される。
赤外光のうち、近赤外光は780nm〜2500nmの波長域の電磁波である。紫外光は波長10〜380nmの範囲の光である。
本明細書において、「極角」は基板の法線に対する角度を意味する。
本明細書において、ドットの表面というときは、基板と反対側のドットの表面または界面を意味し、基板と接していない面を意味する。なお、ドットの端部でドットの表面が基板と接することを妨げるものではない。
本明細書において透明というとき、
具体的には光線透過率が50%以上であればよく、70%以上であればよく、85%以上であることが好ましい。光線透過率は、JIS A5759に記載された方法で求めた可視光線透過率とする。すなわち分光光度計にて、380nm〜780nmの透過率を測定し、CIE(国際照明委員会)昼光 D65の分光分布、CIE 明順応標準比視感度の波長分布及び波長間隔から得られる重価係数を乗じて加重平均することによって可視光線透過率を求める。
理論上は、ヘイズは、以下式で表される値を意味する。
(380〜780nmの自然光の散乱透過率)/(380〜780nmの自然光の散乱透過率+自然光の平行光線透過率)×100%
散乱透過率は分光光度計と積分球ユニットを用いて、得られる全方位透過率から平行光線透過率を差し引いて算出することができる値である。平行光線透過率は、積分球ユニットを用いて測定した値に基づく場合、0度での透過率である。
光学部材は基板、および基板上に形成されたドットを含む。
光学部材の形状は特に限定されず、例えば、フィルム状、シート状、または板状であればよい。図1に本発明の光学部材の例の断面図を模式的に示す。図1(1)に示す例では、支持体3および液晶層4からなる基板2の液晶側の表面にドット1が形成されている。図1(2)に示す例では、さらにドット1を覆うように基板のドット形成面側にオーバーコート層5が設けられている。
本発明の光学部材は、用途に応じて、可視光領域において、透明であっても透明でなくてもよいが、透明であることが好ましい。
本発明の光学部材のヘイズは、5%以下であることが好ましく、3%以下であることがより好ましく、2%以下であることが特に好ましい。
本発明の光学部材に含まれる基板は、表面にドットを形成するための基材として機能する。
基板は、ドットが光を反射する波長において、光の反射率が低いことが好ましく、ドットが光を反射する波長において光を反射する材料を含んでいないことが好ましい。
また、基板は可視光領域において、透明であることが好ましい。また、基板は、着色していてもよいが、着色していないか、着色が少ないことが好ましい。さらに基板は屈折率が1.2〜2.0程度であることが好ましく、1.4〜1.8程度であることがより好ましい。いずれも、例えば、光学部材がディスプレイの前面で用いられる用途の光学部材などにおいて、ディスプレイに表示される画像の視認性を低下させないようにするためである。
基板中に含まれる各層もドットが光を反射する波長において、光の反射率が低いことが好ましく、ドットが光を反射する波長において光を反射する材料を含んでいないことが好ましい。また、基板中に含まれる各層は透明であることが好ましい。さらに各層は屈折率が1.2〜2.0程度であることが好ましく、1.4〜1.8程度であることがより好ましい。
基板は液晶層を含む。基板は液晶層のみからなっていてもよいが、支持体および液晶層、または、支持体、配向層、および液晶層からなることも好ましい。
液晶層は基板に含まれる層であり、基板の最表面にある。基板の液晶層のある表面にドットが形成される。すなわち、液晶層とドットとは接するように配置されている。
液晶層は液晶化合物の配向が固定された層である。本発明者らは、液晶層が、ドット形状の形成のために必要な撥液性を示す下地層となるとともに、コレステリック構造形成のための配向層としての機能も有することを見出した。従来、コレステリック配向の形成は配向膜もしくはラビングした基材表面にコレステリック構造形成用組成物を塗布することにより行われていたが、配向膜表面またはラビングした基材表面はドット形状の形成のために必要な撥液性を得ることができなかった。以下の実施例では、液晶層の利用により、極角5度でドットに入射する光に対しても、30度でドットに入射する光に対しても、高い再帰反射性を示すドットが得られたことが示されている。これは、液晶層が、ドットの形成のための下地層として、良好な撥液性と配向性を有し、配向乱れの少ないコレステリック構造を有する液晶材料からなるドットを、ドット直径に対する最大高さが大きい形状で形成することを可能としたことを示すものである。
液晶層の厚みは、特に限定されないが、0.01μm〜5μmであることが好ましく、0.05μm〜3μmであることがさらに好ましい。
液晶層は、例えば、後述の液晶組成物を、支持体または配向層等の表面に塗布して、乾燥後、必要に応じて硬化することにより、形成することができる。液晶層は、仮支持体上で作製されて、その後仮支持体が剥離されたものであってもよい。
塗布方法は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ワイヤーバーコーティング法、カーテンコーティング法、押し出しコーティング法、ダイレクトグラビアコーティング法、リバースグラビアコーティング法、ダイコーティング法、スピンコーティング法、ディップコーティング法、スプレーコーティング法、スライドコーティング法などが挙げられる。
基板表面に適用された液晶組成物は必要に応じて乾燥されればよい。乾燥のため、または乾燥後に、加熱を行ってもよく、乾燥または加熱の工程で液晶組成物中の液晶化合物が配向していればよい。液晶組成物中の液晶化合物は、基板面に対して水平配向させることが好ましい。そして、液晶層は液晶化合物の水平配向が固定された層であることが好ましい。水平配向によりネマチック相が形成されていればよい。このとき、液晶化合物は、棒状液晶化合物であることが好ましい。なお、ネマチック相は液晶分子が配向秩序を持つが、三次元的な位置秩序を持たない状態をいう。
加熱する場合の加熱温度は、50℃〜120℃が好ましく、60℃〜100℃がより好ましい。
液晶組成物が重合性液晶化合物を含むものである場合、液晶組成物の硬化により、配向させた重合性液晶化合物が、重合されていればよい硬化は光照射または加熱により行われればよく、光照射によるものが好ましい。光照射は、紫外線を用いることが好ましい。照射エネルギーは、20mJ/cm2〜50J/cm2が好ましく、100mJ/cm2〜1,500mJ/cm2がより好ましい。光重合反応を促進するため、加熱条件下または窒素雰囲気下で光照射を実施してもよい。照射紫外線波長は250nm〜430nmが好ましい。重合反応率は安定性の観点から、高いことが好ましく70%以上が好ましく、80%以上がより好ましい。重合反応率は、重合性の官能基の消費割合を、IR吸収スペクトルを用いて決定することができる。
基板は支持体を含んでいればよい。支持体の例としては、ガラス、トリアセチルセルロース(TAC)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、アクリル、ポリオレフィン等が挙げられる。
基板は配向層を含んでいてもよい。配向層は支持体を含む基板において、支持体および液晶層の間にあればよい。このとき、配向層は、液晶層および支持体と直接接していることが好ましい。配向層は、ポリマーなどの有機化合物(ポリイミド、ポリビニルアルコール、ポリエステル、ポリアリレート、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリアミド、変性ポリアミドなどの樹脂)のラビング処理、無機化合物の斜方蒸着、マイクログルーブを有する層の形成、またはラングミュア・ブロジェット法(LB膜)による有機化合物(例えば、ω−トリコサン酸、ジオクタデシルメチルアンモニウムクロライド、ステアリル酸メチル)の累積のような手段で、設けることができる。更に、電場の付与、磁場の付与または光照射により、配向機能が生じる配向層を用いてもよい。
特にポリマーからなる配向層はラビング処理を行ったうえで、ラビング処理面に液晶組成物を塗布することが好ましい。ラビング処理は、ポリマー層の表面を、紙、布で一定方向に、数回擦ることにより実施することができる。
配向層を設けずに支持体表面、または支持体をラビング処理した表面に、液晶層を形成してもよい。
配向層の厚さは0.01〜5μmであることが好ましく、0.05〜2μmであることがさらに好ましい。
本発明の光学部材は基板表面に形成されたドットを含む。ドットが形成される基板表面は基板の両面であっても片面であってもよいが、片面であることが好ましい。
ドットは基板表面に1つまたは2つ以上形成されていればよい。2つ以上のドットは基板表面で互いに近接して多数形成されて、ドットの総表面積が基板のドット形成側表面の面積の50%以上、60%以上、70%以上等となっていてもよい。この場合などにおいて、ドットの選択反射性などの光学特性は、実質的に光学部材全体、特にドット形成表面全面の光学特性となっていてもよい。一方、2つ以上のドットは基板表面で互いに離れて多数形成されて、ドットの総表面積が基板のドット形成側表面の面積の50%未満、30%以下、10%以下等となっていてもよい。この場合などにおいて、光学部材のドット形成表面側の光学特性は、基板の光学特性とドットの光学特性とのコントラストとして確認できるものであってもよい。
ドットがパターン状に形成されているときであって、例えば、直径が20〜200μmのドットが複数形成される場合、基板面の2mm四方の正方形当たり、平均10個〜100個、好ましくは15〜50個、さらに好ましくは20〜40個のドットが含まれていればよい。
ドットの形状は特に限定されないが、基板法線方向から見たとき円形であることが好ましい。円形は正円でなくてもよく、略円形または楕円形であればよい。例えば、複数の円が少しずつずれて重なり合った形状であってもよい。ドットについて中心というときは、この円形の中心または重心を意味する。基板表面にドットが複数ある場合、ドットの形状は同じであっても異なっていてもよいが、同じであるか、少なくとも似通っていることが好ましい。
ドットの直径は、レーザー顕微鏡、走査型電子顕微鏡(SEM)、透過型電子顕微鏡(TEM)などの顕微鏡で得られる画像において、端部(ドットのへりまたは境界部)から端部までの直線であってドットの中心を通る直線の長さを測定することにより得ることができる。なお、ドットの数、ドット間距離もレーザー顕微鏡、走査型電子顕微鏡(SEM)、透過型電子顕微鏡(TEM)などの顕微鏡画像で確認できる。
上記角度はレーザー顕微鏡による焦点位置スキャン、または、SEMもしくはTEMなどの顕微鏡を用いて得られるドットの断面図から確認することができるが、本明細書においては、ドットの中心を含み基板に垂直な面での断面図のSEM画像で基板とドット表面との接触部分の角度を測定したものとする。
本発明の光学部材におけるドットは、波長選択反射性を示す。
ドットが選択反射性を示す光は特に限定されず、例えば、赤外光、可視光、紫外光などいずれであってもよい。
例えば、光学部材をディスプレイに貼り付けて、ディスプレイ装置に直接手書きしてデータ入力するための光学部材として使用する場合などにおいて、ドットが選択反射性を示す光の波長は、ディスプレイ画像に影響がないように、非可視光域の波長であることが好ましく、赤外光域の波長であることがより好ましく、近赤外光域の波長であることが特に好ましい。例えば、ドットの反射スペクトルにおいて、750〜2000nmの範囲、好ましくは800〜1500nmの範囲に中心波長を有する反射波長帯域が確認できることが好ましい。上記反射波長は、組み合わせて用いられる光源から照射される光の波長や撮像素子(センサー)が感知する光の波長に従って選択されていることも好ましい。
ドットは、コレステリック構造を有する液晶材料からなる。
コレステリック構造は特定の波長において、選択反射性を示すことが知られている。選択反射の中心波長(反射ピーク波長)λは、コレステリック構造における螺旋構造のピッチP(=螺旋の周期)に依存し、コレステリック液晶の平均屈折率nとλ=n×Pの関係に従う。そのため、この螺旋構造のピッチを調節することによって、選択反射波長を調節することができる。コレステリック構造のピッチは、ドットの形成の際、液晶化合物とともに用いるキラル剤の種類、またはその添加濃度に依存するため、これらを調整することによって所望のピッチを得ることができる。
ドット内において、コレステリック構造の螺旋軸はドット表面と50度〜90度の範囲の角度の範囲であることが好ましい。上記角度は60度〜90度の範囲であることがより好ましく、70度〜90度の範囲であることがさらに好ましい。特に、ドットの表面においてコレステリック構造の螺旋軸が表面となす角度は、70度〜90度の範囲であることが好ましい。
ドットの表面においてコレステリック構造の螺旋軸が表面となす角度は0度〜90度の範囲であることがより好ましく、85度〜90度の範囲であることがさらに好ましい。
ドットは、例えば、後述の液晶組成物を、基板の液晶層表面に適用して、乾燥後、必要に応じて硬化することにより、形成することができる。液晶層は、ドット形成前に、表面加工されていてもよい。例えば、所望の形状のドットの形成、または所望のドットパターンの形成のために、親水性処理や、凸凹形状の形成などがなされていてもよい。
ドット形成のための基板上への液晶組成物の適用は、好ましくは打滴により行われる。複数のドットを基板上に適用する際には、液晶組成物をインクとした印刷を行えばよい。印刷法としては特に限定されず、インクジェット法、グラビア印刷法、フレキソ印刷法などを用いることができるが、インクジェット法が特に好ましい。ドットのパターン形成も、公知の印刷技術を応用して行うことができる。
基板表面に適用された液晶組成物は必要に応じて乾燥されればよい。乾燥のため、または乾燥後に、加熱を行ってもよく、乾燥または加熱の工程で液晶組成物中の液晶化合物が配向して、コレステリック液晶相を形成していればよい。加熱を行う場合、加熱温度は、200℃以下が好ましく、130℃以下がより好ましい。
液晶組成物が重合性液晶化合物を含むものである場合、液晶組成物の硬化により、配向させた重合性液晶化合物が、重合されていればよい硬化は光照射または加熱により行われればよく、光照射によるものが好ましい。光照射は、紫外線を用いることが好ましい。照射エネルギーは、20mJ/cm2〜50J/cm2が好ましく、100mJ/cm2〜1,500mJ/cm2がより好ましい。光重合反応を促進するため、加熱条件下または窒素雰囲気下で光照射を実施してもよい。照射紫外線波長は250nm〜430nmが好ましい。重合反応率は安定性の観点から、高いことが好ましく70%以上が好ましく、80%以上がより好ましい。重合反応率は、重合性の官能基の消費割合を、IR吸収スペクトルを用いて決定することができる。
以下、液晶層の形成およびドット(コレステリック構造)の形成に用いることができる材料である液晶組成物を説明する。
液晶組成物は液晶化合物を含む。液晶化合物は重合性液晶化合物であることが好ましい。また、液晶組成物は、さらに、界面活性剤または重合開始剤等を含んでいてもよい。ドットの形成に用いられる液晶組成物はキラル剤を含むことが好ましい。
重合性液晶化合物は、棒状液晶化合物であっても、円盤状液晶化合物であってもよいが、棒状液晶化合物であることが好ましい。
コレステリック液晶層を形成する棒状の重合性液晶化合物の例としては、棒状ネマチック液晶化合物が挙げられる。棒状ネマチック液晶化合物としては、アゾメチン類、アゾキシ類、シアノビフェニル類、シアノフェニルエステル類、安息香酸エステル類、シクロヘキサンカルボン酸フェニルエステル類、シアノフェニルシクロヘキサン類、シアノ置換フェニルピリミジン類、アルコキシ置換フェニルピリミジン類、フェニルジオキサン類、トラン類およびアルケニルシクロヘキシルベンゾニトリル類が好ましく用いられる。低分子液晶化合物だけではなく、高分子液晶化合物も用いることができる。
ドットの形成に用いられる液晶組成物はキラル剤を含むことが好ましい。キラル剤はコレステリック液晶相の螺旋構造を誘起する機能を有する。キラル化合物は、化合物によって誘起する螺旋の捩れ方向または螺旋ピッチが異なるため、目的に応じて選択すればよい。
キラル剤としては、特に制限はなく、公知の化合物(例えば、液晶デバイスハンドブック、第3章4−3項、TN、STN用カイラル剤、199頁、日本学術振興会第142委員会編、1989に記載)、イソソルビド、イソマンニド誘導体を用いることができる。
また、キラル剤は、液晶化合物であってもよい。
液晶組成物は界面活性剤を含むことが好ましい。界面活性剤としては、例えば、シリコ−ン系界面活性剤およびフッ素系界面活性剤が挙げられ、フッ素系界面活性剤が好ましい。
なお、界面活性剤としては1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
フッ素系界面活性剤として、特開2014−119605号公報の[0082]〜[0090]に記載の下記一般式(I)で表される化合物が特に好ましい。
上記T11中に含まれるXがとりうるアルキル基の炭素数は1〜8であり、1〜5であることが好ましく、1〜3であることがより好ましい。アルキル基は、直鎖状、分枝状、環状のいずれであってもよく、直鎖状または分枝状であることが好ましい。好ましいアルキル基として、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基などを例示することができ、その中でもメチル基が好ましい。上記T11中に含まれるXがとりうるアルコキシ基のアルキル部分については、上記T11中に含まれるXがとりうるアルキル基の説明と好ましい範囲を参照することができる。上記T11中に含まれるXがとりうるハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子を挙げることができ、塩素原子、臭素原子が好ましい。上記T11中に含まれるXがとりうるエステル基としては、R’COO−で表される基を例示することができる。R’としては炭素数1〜8のアルキル基を挙げることができる。R’がとりうるアルキル基の説明と好ましい範囲については、上記T11中に含まれるXがとりうるアルキル基の説明と好ましい範囲を参照することができる。エステルの具体例として、CH3COO−、C2H5COO−を挙げることができる。Ya、Yb、Yc、Ydがとりうる炭素数1〜4のアルキル基は、直鎖状であっても分枝状であってもよい。例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基などを例示することができる。
T11中に含まれるoおよびpはそれぞれ独立に0以上の整数であり、oおよびpが2以上であるとき複数のXは互いに同一であっても異なっていてもよい。T11中に含まれるoは1または2であることが好ましい。T11中に含まれるpは1〜4のいずれかの整数であることが好ましく、1または2であることがより好ましい。
(CaF2a+1)−(CbH2b)−
(CaF2a+1)−(CbH2b)−O−(CrH2r)−
(CaF2a+1)−(CbH2b)−COO−(CrH2r)−
(CaF2a+1)−(CbH2b)−OCO−(CrH2r)−
また、一般式(I)の末端のHb11−Sp11−L11−Sp12−L12−および−L15−Sp13−L16−Sp14−Hb11は、以下のいずれかの一般式で表される基であることが好ましい。
(CaF2a+1)−(CbH2b)−O−
(CaF2a+1)−(CbH2b)−COO−
(CaF2a+1)−(CbH2b)−O−(CrH2r)−O−
(CaF2a+1)−(CbH2b)−COO−(CrH2r)−COO−
(CaF2a+1)−(CbH2b)−OCO−(CrH2r)−COO−
上式におけるa、bおよびrの定義は直上の定義と同じである。
上記低分子の界面活性剤は、(CaF2a+1)で表されるパーフルオロアルキル基を分子内に少なくとも6つ以上有する化合物である。aは4以上が好ましく、6以上がさらに好ましい。具体的には、特開2013−47204号公報、特開2002−129162号公報記載の化合物などを好適に用いることができる。
特に、液晶層形成のための、液晶組成物中における界面活性剤の添加量は、撥液性を付与するために、液晶の水平配向に必要な最小量よりも多く添加することが好ましい。具体的には、重合性液晶化合物の全質量に対して0.2質量%以上であることが好ましく、0.3質量%以上であることがより好ましく、0.4質量%以上であることが特に好ましい。
液晶組成物が重合性化合物を含む場合は、重合開始剤を含有していることが好ましい。紫外線照射により重合反応を進行させる態様では、使用する重合開始剤は、紫外線照射によって重合反応を開始可能な光重合開始剤であることが好ましい。光重合開始剤の例には、α−カルボニル化合物(米国特許第2367661号、同2367670号の各明細書記載)、アシロインエーテル(米国特許第2448828号明細書記載)、α−炭化水素置換芳香族アシロイン化合物(米国特許第2722512号明細書記載)、多核キノン化合物(米国特許第3046127号、同2951758号の各明細書記載)、トリアリールイミダゾールダイマーとp−アミノフェニルケトンとの組み合わせ(米国特許第3549367号明細書記載)、アクリジンおよびフェナジン化合物(特開昭60−105667号公報、米国特許第4239850号明細書記載)およびオキサジアゾール化合物(米国特許第4212970号明細書記載)等が挙げられる。
液晶組成物中の光重合開始剤の含有量は、重合性液晶化合物の含有量に対して0.1〜20質量%であることが好ましく、0.5質量%〜12質量%であることがさらに好ましい。
液晶組成物は、硬化後の膜強度向上、耐久性向上のため、任意に架橋剤を含有していてもよい。架橋剤としては、紫外線、熱、湿気等で硬化するものが好適に使用できる。
架橋剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えばトリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート等の多官能アクリレート化合物;グリシジル(メタ)アクリレート、エチレングリコールジグリシジルエーテル等のエポキシ化合物;2,2−ビスヒドロキシメチルブタノール−トリス[3−(1−アジリジニル)プロピオネート]、4,4−ビス(エチレンイミノカルボニルアミノ)ジフェニルメタン等のアジリジン化合物;ヘキサメチレンジイソシアネート、ビウレット型イソシアネート等のイソシアネート化合物;オキサゾリン基を側鎖に有するポリオキサゾリン化合物;ビニルトリメトキシシラン、N−(2−アミノエチル)3−アミノプロピルトリメトキシシラン等のアルコキシシラン化合物などが挙げられる。また、架橋剤の反応性に応じて公知の触媒を用いることができ、膜強度および耐久性向上に加えて生産性を向上させることができる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
架橋剤の含有量は、3質量%〜20質量%が好ましく、5質量%〜15質量%がより好ましい。架橋剤の含有量が、3質量%未満であると、架橋密度向上の効果が得られないことがあり、20質量%を超えると、コレステリック液晶層の安定性を低下させてしまうことがある。
液晶組成物は、単官能重合性モノマーを含んでいてもよい。特に、ドット形成に用いられる液晶組成物は単官能重合性モノマーを含むことが好ましい。ドット形成方法として、後述のインクジェット法を用いる場合には、単官能重合性モノマーの使用により、一般的に求められるインク物性を得ることができるためである。単官能重合性モノマーとしては、2−メトキシエチルアクリレート、イソブチルアクリレート、イソオクチルアクリレート、イソデシルアクリレート、オクチル/デシルアクリレート等が挙げられる。
また、液晶組成物中には、必要に応じて、さらに重合禁止剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定化剤、色材、金属酸化物微粒子等を、光学的性能等を低下させない範囲で添加することができる。
液晶組成物は溶媒を含んでいてもよい。溶媒としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、有機溶媒が好ましく用いられる。
有機溶媒としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類、アルキルハライド類、アミド類、スルホキシド類、ヘテロ環化合物、炭化水素類、エステル類、エーテル類などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、環境への負荷を考慮した場合にはケトン類が特に好ましい。上述の単官能重合性モノマーなどの上述の成分が溶媒として機能していてもよい。
光学部材はオーバーコート層を含んでいてもよい。オーバーコート層は基板のドットが形成された液晶層面側に設けられていればよく、光学部材の表面を平坦化していることが好ましい。
オーバーコート層は特に限定されないが、屈折率が1.4〜1.8程度の樹脂層であることが好ましい。光学部材を画像表示装置などのディスプレイ表面で入力シートなどの入力媒体として用いる場合の、画像表示装置からの画像光の散乱をさけるため、オーバーコート層と液晶材料からなるドットの屈折率との差は0.2以下であることが好ましい。より好ましくは0.1以下であればよい。液晶材料からなるドットの屈折率は1.6程度であるが、屈折率が1.4〜1.8程度のオーバーコート層を用いることによって、ドットに実際に入射する光の極角を小さくすることができる。例えば、屈折率が1.6のオーバーコート層を用い、極角45度で光学部材に光を入射させたとき、ドットに実際に入射する極角は27度程度とすることができる。そのため、オーバーコート層を用いることによっては光学部材が再帰反射性を示す光の極角を広げることが可能であり、ドットの表面と基板とのなす角度が小さいドットにおいても、より広い範囲で、高い再帰反射性を得ることができる。また、オーバーコート層は、反射防止層、粘着剤層、接着剤層、ハードコート層としての機能を有していてもよい。
本発明の光学部材の用途としては特に限定されず、各種反射部材として用いることができる。
例えば、ドットが基板表面で互いに近接して多数形成された形態の光学部材は、特定波長の円偏光のみを反射する再帰反射体として用いることができる。
また、本発明の光学部材は、透明スクリーンとして用いることができる。ドットが示す選択反射の波長域をプロジェクタ等の映像装置から出射される映像光の波長に合わせて調整することにより、映像光を反射させることができる。本発明の光学部材においては、ドットにおいて特定の波長域の光が反射されるのみであるため、ドット以外の部分においては光が透過し、ドットにおいても特定の波長域以外の光は透過する。そのため、映像光と裏面側の背景とを重畳して観察可能な透明スクリーンとすることができる。
図2において、赤外線iを発し、前述のパターンの反射光rを検知できるものであれば特に限定されず公知のセンサーを用いればよく、例えば、ペン型の入力端末106が読取データ処理装置107も具備する例として、特開2003−256137号公報に開示されている、インキや黒鉛等を備えないペン先、赤外線照射部を備えたCMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)カメラ、プロセッサ、メモリ、Bluetooth(登録商標)技術等を利用したワイヤレストランシーバ等の通信インタフェース、及びバッテリ等を内蔵しているものなどが挙げられる。
この他、入力端末106は、特開2001−243006号公報に記載された読取器のようなものであってもよい。
また、読取データ処理装置107は、特開2003−256137号公報に記載のように入力端末106に内蔵されていてもよく、また、ディスプレイ装置を備える情報処理装置に内蔵されていてもよい。また、読取データ処理装置107は、ディスプレイ装置を備える情報処理装置に無線で位置情報を送信してもよく、コード等で接続された有線接続で送信してもよい。
ディスプレイ装置105に接続された情報処理装置は、読取データ処理装置107から送信されてきた軌跡情報に基づき、ディスプレイ装置105に表示する画像を順次更新することによって、入力端末106で手書き入力した軌跡を、紙の上にペンで書いたかのようにディスプレイ装置上に表示することができる。
本発明の画像表示装置は、本発明の光学部材を有する。
例えば、表示装置の最前面や保護用の前面板と表示用パネルとの間に本発明の光学部材を配置するなど、画像表示装置の画像表示面の前方に本発明の光学部材が装着された画像表示装置であることが好ましい。画像表示装置の好ましい態様は、上記の光学部材の用途の項目に記載した。
なお、画像表示装置の画像表示面または画像表示面の前方に本発明の光学部材が装着された画像表示装置を含むシステムも、本明細書に開示された発明に含まれる。
(液晶層の作製)
下記に示す組成物を、25℃に保温された容器中にて、攪拌、溶解させ、液晶層作製用溶液を調製した。
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
液晶層作製用溶液(質量部)
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下記の棒状液晶組成物 100.0
下記の界面活性剤A 0.6
IRGACURE 819(BASF社製) 3.0
メチルエチルケトン 900.0
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
下記に示す組成物を、25℃に保温された容器中にて、攪拌、溶解させ、コレステリック液晶インク液(液晶組成物)を調製した。
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
コレステリック液晶インク液(質量部)
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メトキシエチルアクリレート 150.0
下記の棒状液晶化合物の混合物 100.0
IRGACURE 819(BASF社製) 10.0
下記構造のキラル剤 5.5
下記構造の界面活性剤 0.08
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
上記で得られた光学部材のドットのうち、無作為に10個を選択しドットの形状をレーザー顕微鏡(キーエンス社製)にて観察したところ、ドットは平均直径22μm、平均最大高さ6.2μmであり、ドット端部から中心に向かう方向で、連続的に高さが増加していた。
オーシャンオプティクス社製の可視−近赤外照射用光源(HL−2000)、超高分解能ファイバマルチチャンネル分光器(HR4000)、2分岐光ファイバを用いて直径2mm視野、無作為に5箇所を計測したところ、いずれの箇所の視野でも反射ピーク波長は560nmであり、光学部材の法線を0度として、極角5度、30度で確認したとき常に、全てのドットから再帰反射が確認された。光学部材の極角5度の測定画像を図3に示す。
実施例1の液晶層溶液の界面活性剤を下記構造の界面活性剤Bに変更し、添加量を0.6から0.3に変更したこと以外は、実施例1と同様に光学部材を作製した。
75μm厚のPET(ポリエチレンテレフタレート、東洋紡株式会社製)に対しラビング処理を行った後、実施例1の液晶層溶液をウェット膜厚が4μmとなるようにバーコートし、85℃で1分間乾燥、熟成させたのちに30℃で紫外線の短波長成分を遮断した高圧水銀ランプを用いて500mJ/cm2の紫外線を照射して配向状態を固定し液晶層を得た。それ以降の工程は実施例1と同様にして光学部材を作製した。
実施例1と同様に、上記で得られた光学部材のドットのうち、無作為に10個を選択しドットの形状をレーザー顕微鏡(キーエンス社製)にて観察したところ、ドット端部から中心に向かう方向で、連続的に高さが増加していた。
また、上記で得られた光学部材の中央に位置する1つのドットについてドット中心を含む面で、PET基板に垂直に切削し、断面を走査型電子顕微鏡で観察した。その結果、ドット内部に明部と暗部の縞模様が確認され、図4に示すような断面図が得られた。
断面図から、ドットの空気界面側の表面から1本目の暗線がなす線の法線方向と、空気界面側の表面のなす角度を測定したところ、コレステリック構造の螺旋軸(暗線がなす線の法線方向)はドット表面と70度〜90度の範囲にあることが確認できた。
実施例2の液晶層塗布液を用いて、実施例3の方法で液晶層を形成した後、実施例1と同様にして光学部材を作製した。
(配向層の形成)
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配向層用塗布液(質量部)
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ポリビニルアルコールPVA103(クラレ社製) 11.0
水 371.0
メタノール 119.0
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
80μm厚のTAC(トリアセチルセルロース、富士フイルム株式会社製)に上記配向層用塗布液を塗布し、100℃、2分間の条件で溶媒を乾燥させたのちに、ラビング処理をして配向膜付き基板を作製した。
次に、実施例1の液晶層作製用溶液を用いて実施例3の方法で液晶層を形成した。それ以降の工程は、実施例1と同様にして光学部材を作製した。
得られた光学部材のドットは平均直径26μm、平均最大高さ5.9μmであった。
実施例2の液晶層作製用溶液を用いて、実施例5と同様の方法でTAC基板上に液晶層を形成した。それ以降の工程は、実施例1と同様にして光学部材を作製した。
得られた光学部材のドットは平均直径35μm、平均最大高さ4.7μmであった。
実施例1で用いた基材を配向膜なしガラスに変え、さらに液晶層も形成しなかったこと以外は実施例1と同様に光学部材を作製した。
[比較例2]
実施例1で用いた基材の上に液晶層を形成しなかった(配向膜付きガラスのみ)に変えたこと以外は実施例1と同様に光学部材を作製した。
実施例3で用いた基材の上に形成する液晶層溶液を下記組成に変更し、非液晶性の層を形成したこと以外は実施例3と同様に光学部材を作製した。
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
非液晶層溶液(質量部)
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
A−TMMT(新中村化学工業製) 50.0
下記の界面活性剤A 0.6
IRGACURE 819(BASF社製) 3.0
メチルエチルケトン 400.0
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
実施例3で用いた基材の上に液晶層を形成しなかった(ラビング処理PETのみ)に変えたこと以外は実施例3と同様に光学部材を作製した。
比較例1のサンプルは、ドットを形成するコレステリックの配向が乱れており、さらにドットの最大高さが低いために再帰反射は確認できなかった。
比較例2と4のサンプルは、ドットを形成するコレステリックの配向は揃っているがドットの最大高さが低いために、5度の再帰反射が非常に弱く、30度の再帰反射は確認できなかった。
比較例3のサンプルは、ドットを形成するコレステリックの配向が乱れており、さらにドットの最大高さは十分高いために、5度の再帰反射が非常に弱く、30度の再帰反射は確認できた。
下記に示す組成物を、25℃に保温された容器中にて、攪拌、溶解させ、オーバーコート用塗布液を調製した。
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
オーバーコート用塗布液(質量部)
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
アセトン 100.0
KAYARAD DPCA−30(日本化薬株式会社製) 100.0
IRGACURE 819(BASF社製) 3.0
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
上記で調製したオーバーコート用塗布液を、実施例1にてコレステリック液晶ドットを形成した液晶層上に、バーコーターを用いて40mL/m2の塗布量で塗布した。その後、膜面温度が50℃になるように加熱して60秒間乾燥した後に、紫外線照射装置により、500mJ/cm2の紫外線を照射し、架橋反応を進行させ、オーバーコート層を作製した。
オーシャンオプティクス社製の可視−近赤外照射用光源(HL−2000)、超高分解能ファイバマルチチャンネル分光器(HR4000)、2分岐光ファイバを用いて直径2mm視野、無作為に5箇所を計測したところ、いずれの箇所の視野でも反射ピーク波長は560nmであり、光学部材の法線を0度として、極角5度、50度の範囲で確認したとき常に全てのドットから再帰反射が確認された。
実施例1のコレステリック液晶インク液 のキラル剤の添加量を5.5質量部から3.8質量部に変更した以外は、実施例1と同様にして光学部材を作製した。
得られた光学部材のドットは平均直径23μm、平均最大高さ6.0μmであった。
2 基板
3 支持体
4 液晶層
5 オーバーコート層
100 光学部材
105 ディスプレイ装置
106 ペン型の入力端末
107 読取データ処理装置
108 コード
Claims (16)
- 光学部材であって、
基板と、前記基板の表面に接するドットとを有し、
前記ドットは、コレステリック構造を有する液晶材料からなり、
前記基板は前記ドットと接する面に液晶層を含み、
前記液晶層は液晶化合物の配向が固定された層である光学部材。 - 前記液晶層が棒状液晶化合物の水平配向が固定された層である請求項1に記載の光学部材。
- 前記液晶層が重合性棒状液晶化合物を含む組成物の硬化層である請求項2に記載の光学部材。
- 前記液晶層が界面活性剤を含む請求項1〜3のいずれか一項に記載の光学部材。
- 前記基板が配向膜を含み、前記液晶層と前記配向膜とが直接接している請求項1〜4のいずれか一項に記載の光学部材。
- 前記基板が支持体を含む請求項1〜5のいずれか一項に記載の光学部材。
- 前記液晶材料が液晶化合物およびキラル剤を含む液晶組成物を硬化して得られる材料である請求項1〜6のいずれか一項に記載の光学部材。
- 前記液晶組成物が界面活性剤を含む請求項7に記載の光学部材。
- 前記界面活性剤がフッ素系界面活性剤である請求項8に記載の光学部材。
- 前記基板の表面に前記ドットの複数をパターン状に有する請求項1〜9のいずれか一項に記載の光学部材。
- 前記ドットの直径が20〜200μmである請求項1〜10のいずれか一項に記載の光学部材。
- 前記ドットの最大高さを前記ドットの直径で割った値が0.13〜0.30である請求項1〜11のいずれか一項に記載の光学部材。
- 前記ドットが赤外光領域に中心波長を有する波長選択反射性を有する請求項1〜12のいずれか一項に記載の光学部材。
- 前記ドットが波長800〜950nmに中心波長を有する波長選択反射性を有する請求項13に記載の光学部材。
- 透明である請求項1〜14のいずれか一項に記載の光学部材。
- 請求項15に記載の光学部材を有する画像表示装置。
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