KR20040080322A

KR20040080322A - 원편광 제어 광학소자의 제조방법

Info

Publication number: KR20040080322A
Application number: KR10-2003-7008923A
Authority: KR
Inventors: 고지 이시자키
Original assignee: 다이니폰 인사츠 가부시키가이샤
Priority date: 2001-11-12
Filing date: 2002-11-12
Publication date: 2004-09-18
Also published as: CN1690742A; TWI250319B; EP1445628A1; WO2003042731A1; JP2003149439A; US7011914B2; CN1486437A; TW200300501A; US20040046926A1; EP1445628A4

Abstract

기판(1) 위에 형성된 배향막(2) 위에 콜레스테릭 규칙성을 나타내는 이 액정층(3)을 형성한다. 액정층(3)을 포토마스크(10)을 통하여 전달된 소정의 조사강도의 활성방사선(4)으로 조사한 후, 액정층(3)을 용매(5)와 접촉시켜서 소정의 패턴을 갖는 반경화 콜레스테릭층(3')을 형성한다. 반경화 콜레스테릭층(3')을 활성방사선(6)으로 조사하여, 이 반경화 콜레스테릭층(3')을 기재(9)의 반대측에 위치하는 표면으로 향하여 기재(9)측으로부터 경화속도구배로 경화시킨다. 그 결과, 반경화 콜레스테릭층(3')의 선택반사파장대역이 광대역화된다. 마지막으로, 반경화 콜레스테릭층(3')을 활성방사선(8)으로 조사해서 경화 콜레스테릭층(3'')을 형성한다.

Description

원편광 제어 광학소자의 제조방법{METHOD FOR MAKING CIRCULARLY-POLARIZED LIGHT CONTROL OPTICAL DEVICE}

콜레스테릭 규칙성을 갖는 콜레스테릭층(cholesteric layer)으로 되는 광학소자는, 액정표시장치용 원편광 제어 광학소자(원편광판이나 컬러필터 등)로 널리 사용되고 있다.

이와 같은 광학소자에 있어서는, 가시광의 전부를 반사하는 원편광판이나, 적색(R), 녹색(G), 및 청색(B)에 대응하는 선택반사파장대역을 화소단위로 가지는 반사형 컬러필터와, 광이용효율을 향상시키기 위한 투과형 및 반투과형 액정표시장치용의 광학소자 등을 얻기 위하여, 콜레스테릭층의 선택반사파장대역을 광대역화시키던가, 콜레스테릭층의 선택반사파장대역을 각 색의 파장대역에 맞추어 변화시킬 필요가 있다. 이 때문에, 콜레스테릭층의 선택반사파장대역을 정밀도가 양호하고 또한 용이하게 제어(광대역화나 파장쉬프트)하는 방법이 요망되고 있다.

종래, 콜레스테릭층의 선택반사파장대역을 광대역화하는 방법으로서는, 다른 선택반사중심파장을 가지는 콜레스테릭층을 복수 적층하는 방법이 제안되어 있다(특개평 10-319235호 공보).

그러나, 이 방법에서는, 선택반사파장대역이 가산적으로 넓어질 뿐이고, 연속적인 나선피치의 변화가 얻어지지 않는다. 이 때문에, 선택반사파장대역을 광범위하게 광대역화하고자 하는 경우에는, 보다 많은 콜레스테릭층을 적층할 필요가 있어서 효율적이지 않다. 또한, 각 층의 콜레스테릭층의 굴절률이 다르므로, 각 층의 콜레스테릭층의 계면에 있어서 빛의 반사 손실이 생기고, 또한 복수의 콜레스테릭층을 적층하므로, 전체로서 박층화를 도모하는 것이 곤란하다. 또한, 풀컬러화(full coloration)를 실현하는 경우에는, 대단히 많은 공정을 요하므로, 제조효율 및 비용의 면에서 많은 문제가 있다.

또한, 다른 방법으로서, 연속적으로 나선피치를 변화시키는 액정재료를 사용하여 콜레스테릭층을 형성함으로서, 콜레스테릭층의 선택반사파장대역을 광대역화하는 방법이 알려져 있다(미국특허 제 5691789호 명세서 및 특개평 6-281814호 공보).

이와 같은 방법에 의하면, 복수의 콜레스테릭층을 적층할 필요가 없다는 의미에서 상술한 바와 같은 문제점의 다수를 해결할 수 있다. 그러나, 액정재료로서 비가교성의 액정분자를 사용할 필요가 있으므로, 내열성이 부족하고, 또한 풀컬러화를 실현하기 위해 필요하게 되는 패터닝을 행할 수 없다는 문제가 있다.

또한, 다른 방법으로서, 콜레스테릭 규칙성을 갖는 액정과 용제 또는 용제 혼합물을 접촉시킴으로서, 콜레스테릭층의 선택반사파장대역을 광대역화하는 방법이 알려져 있다(특개평 10-316755호 공보).

그러나, 이 방법에서는, 색 순도가 저하하고, 액정표시장치에 조합한 경우에 선명한 표시를 할 수 없게 된다는 문제가 있다.

한편, 콜레스테릭층의 선택반사파장대역을 각 색의 파장대역에 맞추어 변화시키는 방법으로는, 콜레스테릭 구조를 만들어 내고 있는 광학활성기를 변성 또는 실활시킴으로서, 콜레스테릭층의 선택반사파장대역을 변화시키는 방법(특개평 10-54905호 공보)이 제안되어 있다.

그러나, 이 방법에서는, 광학활성기를 변성 또는 실활시키므로, 변성 또는 실활된 분자가 불순물로 되고, 콜레스테릭층 자체의 안정성이 저하하고, 액정표시장치에 조합된 경우에 선명한 표시를 할 수 없게 된다는 문제가 있다.

본 발명은 무편광으로부터 우선(右旋) 또는 좌선(左旋)의 원편광을 추출하기 위한 원편광 제어 광학소자를 제조하는 방법에 관한 것이다.

도 1은, 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 원편광 제어 광학소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정도이고,

도 2는, 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 원편광 제어 광학소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정도이다.

발명의 개시

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점에 감안하여 이루어진 것으로, 콜레스테릭층의 선택반사파장대역을 적정 범위 내에서 용이하게 제어(광대역화 또는 파장쉬프트)하는 것이 가능하고, 선택반사파장대역이 광대역화 또는 파장쉬프트된 후에도 광학특성이 양호하게 유지되는 원편광 제어 광학소자를 취할 수 있는, 원편광 제어 광학소자의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 제 1 해결수단으로서, 배향능을 가지는 기재 위에, 중합성 키랄제 및 네마틱 규칙성을 취할 수 있는 중합성 액정재료를 가지고 콜레스테릭 규칙성을 나타내는 활성방사선 경화형의 액정층을 형성하는 액정층 형성공정과, 상기 액정층에 소정의 조사강도의 활성방사선을 조사(照射)하여, 반경화 콜레스테릭층을 형성하는 반경화 콜레스테릭층 형성공정과, 상기 반경화 콜레스테릭층 내에서 상기 기재 측으로부터 이 기재의 반대측에 위치하는 표면측으로 향하여 경화속도 구배가 형성된 상태에서 경화를 행하고, 이 반경화 콜레스테릭층의 선택반사파장대역을 광대역화하는 광대역화공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 원편광 제어 광학소자의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 제 1 해결수단에 의하면, 반경화 콜레스테릭층 내에서 기재 측으로부터 이 기재의 반대측에 위치하는 표면측으로 향하여 경화속도구배가 형성된 상태에서 경화를 행하여, 이 반경화 콜레스테릭층의 선택반사파장대역을 광대역화하도록 하고 있으므로, 다수의 액정층을 적층하지 않고 단층의 액정층에 의하여 선택반사파장대역의 광대역화를 도모할 수 있고, 광학적인 계면을 적게 하여서, 계면반사에 기인한 광학특성의 저하를 방지할 수 있다. 또한, 액정재료로서 비가교성의 액정분자 등을 사용할 필요가 없고, 또한 자외선 등의 활성방사선에 의하여 완전히 액정분자의 구조를 고정할 수 있으므로, 내열성이 있음과 동시에, 그 광학특성이 고정되어 있고, 그 후의 가열에 의해서도 광학특성이 변화하는 것이 없다. 또한, 다수의 액정층을 적층할 때의 고온의 열압착처리 등이 불필요하기 때문에, 재료에 내열성이 요구되지 않고 재료의 선택 범위가 넓어진다.

또한, 본 발명의 제 1 해결수단에 의하면, 콜레스테릭 규칙성을 나타내는 액정층에 활성방사선을 조사해서 반경화 콜레스테릭층을 형성한 후, 이 반경화 콜레스테릭층에 대하여 광대역화의 처리를 행하도록 하고 있으므로, 선택반사파장대역의 광대역화가 원하는 범위 내에서 가능하게 되고, 과잉의 광대역화가 행하여지는것을 방지할 수 있다.

또한 상술한 본 발명의 제 1 해결수단에 있어서는, 선택반사파장대역이 광대역화된 상기 반경화 콜레스테릭층을 활성방사선의 조사나 가열 등에 의하여 경화시켜서, 경화 콜레스테릭층을 형성하는 경화 콜레스테릭층 형성공정을 또한 포함하는 것이 바람직하다. 이것에 의하여 반경화 콜레스테릭층이 광대역화된 상태의 콜레스테릭 규칙성을 유지한 채로 고정화되므로, 콜레스테릭층을 안정화할 수 있다.

또한, 상술한 본 발명의 제 1 해결수단에 있어서는, 상기 반경화 콜레스테릭층 형성공정에서 형성되는 상기 반경화 콜레스테릭층의 상태가, 상기 중합성 키랄제 및 상기 네마틱 규칙성을 취할 수 있는 중합성 액정재료가 가지는 전관능기 중, 10 ~ 80몰%의 범위 내의 관능기가 중합한 상태인 것이 바람직하다. 이와 같은 범위를 초과하여 경화가 진행되면, 광대역화가 곤란하게 될 가능성이 있고, 한편, 이와 같은 범위보다도 경화가 부족한 경우는, 그 후의 공정에서 용매 등에 접촉시킨 경우에 손상(데미지)을 받을 가능성이 높아지기 때문이다.

또한, 상술한 본 발명의 제 1 해결수단에 있어서, 상기 액정층 형성공정에서 상기 액정층이 형성되는 상기 기재는, 표면에 배향능을 가지는 기판으로 이루어지는 것이 바람직하다. 기판 자체가 적어도 표면에 배향능을 갖는 것이라면, 따로 배향능을 가지는 층을 특별히 형성할 필요가 없어서 제조효율이 향상하기 때문이다. 또한, 상기 액정층 형성공정에서 상기 액정층이 형성되는 상기 기재는, 기판과, 상기 기판 위에 형성된 배향능을 갖는 배향막으로 이루어져 있어도 좋다. 기판 위에 형성된 배향막 위에 액정층을 형성함으로서, 액정층의 배향상태를 더욱 효율좋게 높은 정밀도로 조정하는 것이 가능하게 되어, 액정층의 콜레스테릭 규칙성을 더욱 현저히 발현시키는 것이 가능하게 되기 때문이다.

또한, 상술한 본 발명의 제 1 해결수단에 있어서, 상기 반경화 콜레스테릭층 형성공정은, 상기 기재 위에 형성된 상기 액정층에 소정의 조사강도의 활성방사선을 패턴조사하고, 이 액정층에 소정의 패턴의 반경화 부위를 형성하는 공정과, 소정의 패턴의 반경화 부위가 형성된 상기 액정층을 현상하여서, 소정의 패턴을 갖춘 반경화 콜레스테릭층을 형성하는 공정을 포함하는 것이 바람직하다. 이와 같이 해서, 사진평판법(photo-lithography)을 사용하여 패터닝을 행함으로서, 예를 들면 적색(R), 녹색(G), 및 청색(B)의 각 색마다 반경화 콜레스테릭층을 패터닝하는 것이 가능하게 되고, 그 후의 광대역화공정에 있어서, 각 색의 요구에 따른 형태로 선택반사파장대역의 광대역화를 도모하는 것이 가능하게 된다.

나아가 또한, 상술한 본 발명의 제 1 해결수단에 있어서, 상기 반경화 콜레스테릭층 형성공정은, 상기 기재 위에 형성된 상기 액정층에 다른 조사 강도의 활성방사선을 패턴 조사하고, 이 액정층에 경화도가 다른 복수의 패턴의 반경화 부위를 형성하는 공정과, 경화도가 다른 복수의 패턴의 반경화 부위가 형성된 상기 액정층을, 이 액정층의 미경화 성분인 중합성 키랄제 및 네마틱 규칙성을 취할 수 있는 중합성 액정재료를 선택적으로 용출시키는 용매에 접촉시켜서, 다른 선택반사색을 갖는 복수의 패턴을 갖춘 반경화 콜레스테릭층을 형성하는 공정을 포함하는 것이 바람직하다. 이와 같이 해서, 경화도가 다른 복수의 패턴의 반경화 부위를 액정층에 형성한 후, 이와 같은 액정층을 용매에 접촉시킴으로서, 예를 들면 적색(R), 녹색(G), 및 청색(B)에 대응하는 패턴을 갖춘 반경화 콜레스테릭층을 한번에 형성하는 것이 가능하게 된다. 이것은 액정층에 접촉시키는 용매가, 액정층에 형성된 반경화 부위의 미경화성분(중합성 키랄제 및 네마틱 규칙성을 취할 수 있는 중합성 액정재료)을 선택적으로 용출시키기 때문에, 반경화 부위의 경화도의 차이에 따라서 중합성 키랄제 및 중합성 액정재료의 혼합비율이 변화하고, 그 때문에, 이 반경화 부위에서 선택반사중심파장이 쉬프트하여 적색(R), 녹색(G), 및 청색(B)에 대응하는 패턴이 형성되기 때문이다. 따라서, 액정층에 용매를 접촉시키는 것만으로, 반경화 콜레스테릭층에 적색(R), 녹색(G), 및 청색(B)에 대응하는 패턴을 형성하는 것이 가능하게 되고, 그 후의 광대역화공정에 의하여, 한번에 전 패턴의 광대역화를 도모하는 것이 가능하게 된다. 또한, 포토마스크를 사용하면, 1 색 또는 2 색만의 광대역화를 도모하는 것도 가능하다. 또한, 본 명세서 중에서, 「선택적으로 용출」시킨다 라고 함은, 액정성 조성물 중에 함유되는 성분인 키랄제 및 네마틱 규칙성을 취할 수 있는 중합성 액정재료 중의 어느 하나를 보다 많이 용출시키는 것을 말한다.

또한, 상술한 본 발명의 제 1 해결수단에 있어서는, 광대역화 방법의 제 1 태양으로서, 상기 반경화 콜레스테릭층은 산소 의존성을 가지는 중합개시제를 갖고, 상기 광대역화공정에 있어서, 경화를 저해하는 기능을 갖는 산소 분위기에 상기 반경화 콜레스테릭층의 어느 한쪽 표면을 노출한 상태에서, 이 반경화 콜레스테릭층에 대하여, 상기 경화 콜레스테릭층 형성공정에서 사용되는 활성방사선의 조사강도보다도 낮은 조사강도의 활성방사선을 조사하는 것이 바람직하다. 경화를 저해하는 기능을 갖는 산소 분위기에 반경화 콜레스테릭층의 한쪽 표면만을 선택적으로 노출시킴으로서, 반경화 콜레스테릭층 중 기재 측으로부터 이 기재의 반대측에 위치하는 표면측으로 향하여 경화속도구배가 생긴다. 이와 같은 경화속도의 차이는 반경화 콜레스테릭층 중 기재측과 이 기재의 반대측에 위치하는 표면측과의 사이에서 나선피치를 변화시키는 것에 관계된다. 여기에서, 선택반사파장대역은 나선피치에 지배되는 함수로 표시되므로, 이와 같은 나선피치의 변화에 따라서, 선택반사파장영역도 변화한다. 따라서, 반경화 콜레스테릭층의 한쪽 표면만을 산소 분위기에 노출함으로서, 이 반경화 콜레스테릭층의 선택반사파장대역을 광대역화하는 것이 가능하게 된다.

여기에서, 상술한 제 1 태양에 의한 광대역화 방법에 있어서, 상기 광대역화공정에서 사용되는 상기 활성방사선은 자외선이고, 상기 산소 의존성을 가지는 중합개시제는 광중합개시제인 것이 바람직하다. 활성방사선으로서 자외선을 사용하고, 또한 산소 의존성을 갖는 중합개시제로서 광중합개시제를 사용함으로서, 자외선의 조사에 의하여 광중합개시제를 여기(勵起)하고, 이 여기에너지를 이용하여, 상술한 광대역화의 처리를 효율적으로 행할 수 있기 때문이다.

또한, 상술한 제 1 태양에 의한 광대역화 방법에 있어서, 상기 광대역화공정에 있어서 상기 산소 분위기 중의 산소 농도는 10% 이상인 것이 바람직하다. 산소농도가 10% 이상이라면, 충분히 반경화 콜레스테릭층의 경화를 저해하는 효과가 얻어지기 때문이다. 또는 이와 같은 산소 분위기는 공기 분위기인 것이 바람직하다. 특별한 설비 등을 사용하지 않아도 좋으므로 효율면이나 비용면에서 유리하게 되기때문이다.

한편, 상술한 본 발명의 제 1 해결수단에 있어서는, 광대역화방법의 제 2 태양으로서, 상기 광대역화공정에 있어서, 상기 반경화 콜레스테릭층의 한쪽 표면에 대해서만, 상기 경화 콜레스테릭층 형성공정에서 사용되는 활성방사선의 조사 강도의 0.1 ~ 10%의 조사강도의 미약한 활성방사선을 조사하는 것이 바람직하다. 활성방사선은 반경화 콜레스테릭층의 경화를 촉진하는 기능을 가지므로, 이와 같은 활성방사선을 상술한 범위 내의 조사강도로 한쪽 표면에 대해서만 조사함으로서, 반경화 콜레스테릭층의 한쪽 표면과 다른 쪽 표면과의 사이에서 경화속도구배가 생긴다. 이것에 의하여 반경화 콜레스테릭층의 한쪽 표면과 다른 쪽 표면과의 사이에서 나선피치가 변화하여, 반경화 콜레스테릭층의 선택방사파장대역을 광대역화하는 것이 가능하게 된다.

여기에서, 상술한 제 2 태양에 의한 광대역화방법에 있어서, 상기 광대역화공정에 있어서 상기 미약한 활성방사선의 조사는, 무산소 분위기 하에서 행하여지는 것이 바람직하다. 산소는 경화를 저해하는 작용을 가지며, 반대로 산소가 없는 경우에는 경화를 촉진하게 되므로, 활성방사선을 조사하는 표면측을 무산소 분위기에 노출함으로서 활성방사선에 의한 경화촉진작용을 더욱 조장할 수 있기 때문이다.

또한, 이 경우 상기 광대역화공정에서 사용되는 상기 활성방사선은 자외선이고, 상기 반경화 콜레스테릭층은 광중합개시제를 갖는 것이 바람직하다. 활성 방사선으로서 자외선을 사용하고, 또한 반경화 콜레스테릭층이 광중합개시제를 가짐으로서, 자외선의 조사에 의하여 광중합개시제를 여기하고, 이 여기에너지를 이용하여 상술한 광대역화의 처리를 효율적으로 행할 수 있기 때문이다.

또한, 상술한 제 2 태양에 의한 광대역화 방법에 있어서, 상기 반경화 콜레스테릭층은 산소 의존성을 갖는 중합개시제를 가지고, 상기 광대역화공정에 있어서 상기 미약한 활성방사선의 조사는, 상기 미약한 활성방사선이 조사되는 상기 반경화 콜레스테릭층의 표면과는 반대의 표면만을 산소 분위기에 노출한 상태에서 행하여지는 것이 바람직하다. 산소 의존성을 갖는 중합개시제를 사용하는 경우, 산소와 활성방사선은 경화속도에 관하여 반대의 작용을 미치는 것이다. 이와 같은 작용을 이용하면, 미약한 활성 방사선을 조사하는 표면과는 반대의 표면만을 산소 분위기에 노출함으로서, 반경화 콜레스테릭층의 양 표면을 횡단하는 방향으로 대폭적인 경화속도구배가 생겨서, 나선피치의 변화가 적절히 증대하므로, 반경화 콜레스테릭층의 선택반사파장대역을 광범위하게 광대역화하는 것이 가능하게 된다.

또한, 이 경우, 상기 광대역화공정에서 사용되는 상기 활성방사선은 자외선이고, 상기 산소 의존성을 갖는 중합개시제는 광중합개시제인 것이 바람직하다. 활성방사선으로서 자외선을 사용하고, 또한 산소 의존성을 갖는 중합개시제로서 광중합개시제를 사용함으로서, 자외선의 조사에 의하여 광중합개시제를 여기하고, 이 여기에너지를 이용해서, 상술한 광대역화의 처리를 효율적으로 행할 수 있기 때문이다.

또한, 상술한 제 2 태양에 의한 광대역화 방법에서 사용되는 상기 중합개시제는 산소 분위기에 있어서 미약한 활성방사선에 의한 광대역화공정을 행하는 경우에는, 상술한 제 1 태양에 의한 광대역화 방법에서 사용되는 중합개시제와 비교해서, 산소 의존성이 낮은 것이 바람직하다. 이것은 미약한 활성방사선에 의한 광대역화공정에서는, 활성방사선이 광대역화의 주된 요인이기 때문에, 산소 분위기 중의 산소에 의한 경화저해작용을 가능한한 억제하여, 활성방사선에 의한 경화촉진작용을 더욱 조장하는 것이 바람직하게 때문이다.

또한, 상술한 본 발명의 제 1 해결수단에 있어서는, 상기 광대역화공정에서, 상기 반경화 콜레스테릭층을 가열하면서 이 반경화 콜레스테릭층의 경화를 행하는 것이 바람직하다. 가열처리에 의하여, 반경화 콜레스테릭층의 미경화성분의 유동화가 생기기 쉽게 되기 때문에, 경화속도구배의 형성에 따라서 액정성 조성물의 혼합비율의 구배도 생기기 쉽게 된다. 이것에 의하여, 상술한 광대역화의 처리를 효율적으로 행할 수 있다.

또한, 상술한 본 발명의 제 1 해결수단에 있어서는, 상기 경화 콜레스테릭층을 형성한 후, 상기 액정층 형성공정, 상기 반경화 콜레스테릭층 형성공정, 상기 광대역화공정 및 상기 경화 콜레스테릭층 형성공정을 반복함으로서, 2층 이상의 경화 콜레스테릭층을 형성하는, 원편광 제어 광학소자의 제조방법으로, 상기 2층째 이후의 액정층 형성공정에 있어서, 이미 형성된 경화 콜레스테릭층 위에 배향막을 형성하고, 이 배향막 위에 중합성 키랄제 및 네마틱 규칙성을 취할 수 있는 중합성 액정재료를 갖고 콜레스테릭 규칙성을 나타내는 활성방사선 경화형의 액정층을 형성하는 방법을 제공할 수도 있다. 또한, 동일하게 해서, 상기 경화 콜레스테릭층을 형성한 후, 상기 액정층 형성공정, 상기 반경화 콜레스테릭층 형성공정, 상기광대역화공정 및 상기 경화 콜레스테릭층 형성공정을 반복함으로서, 2층 이상의 경화 콜레스테릭층을 형성하는, 원편광 제어 광학소자의 제조방법으로, 상기 2층째 이후의 액정층 형성공정에 있어서, 이미 형성된 경화 콜레스테릭층 위에 중합성 키랄제 및 네마틱 규칙성을 취할 수 있는 중합성 액정재료를 갖고 콜레스테릭 규칙성을 나타내는 활성방사선 경화형의 액정층을 직접 형성하는 방법을 제공할 수도 있다. 이와 같은 방법에 의하면, 광대역화된 콜레스테릭층을 복수 형성하는 것이 가능하게 되어, 복수 색의 선택반사색을 가지는 콜레스테릭층이 배치 또는 적층되어지는 컬러필터를 제조하는 것도 가능하게 된다. 또한, 선택반사중심파장을 소정의 범위에서 비켜놓은 층을 적층함으로서, 물론 광대역화를 도모할 수도 있다.

본 발명은, 제 2 해결수단으로서, 배향능을 갖는 기재 위에, 키랄제 및 네마틱 규칙성을 취할 수 있는 중합성 액정재료를 가지고 콜레스테릭 규칙성을 나타내는 활성방사선 경화형의 액정층을 형성하는 액정층 형성공정과, 상기 액정층에 소정의 조사강도의 활성방사선을 조사하여, 이 액정층에 반경화 부위를 형성하는 반경화 부위 형성공정과, 반경화 부위가 형성된 상기 액정층을 이 액정층의 미경화성분인 키랄제 및 네마틱 규칙성을 취할 수 있는 중합성 액정재료를 선택적으로 용출시키는 용매에 접촉시켜서, 소정의 선택반사색을 갖는 반경화 콜레스테릭층을 형성하는 반경화 콜레스테릭층 형성공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 원편광 제어 광학소자의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 제 2 해결수단에 의하면, 액정층에 소정의 조사강도의 활성방사선을 조사해서 반경화 부위를 형성한 후, 이와 같은 액정층을 용매에 접촉시키도록하고 있으므로, 이 반경화 부위의 선택반사파장대역을 정밀도가 좋고, 또한 용이하게 제어(파장쉬프트)할 수 있다. 이것은 액정층에 접촉시키는 용매가, 액정층에 형성된 반경화 부위의 미경화 성분(키랄제 및 네마틱 규칙성을 취할 수 있는 중합성 액정재료)를 선택적으로 용출시키기 때문에, 경화 부위의 경화도의 차이에 따라서 키랄제 및 중합성 액정재료의 혼합비율이 변화하고, 그 때문에 이 반경화 부위에서 선택반사중심파장이 쉬프트하기 때문이다.

또한, 상술한 제 2 해결수단에 있어서는, 상기 반경화 콜레스테릭층을 활성방사선의 조사나 가열 등에 의하여 경화시켜서, 경화 콜레스테릭층을 형성하는 경화 콜레스테릭층 형성공정을 또한 포함하는 것이 바람직하다. 이것에 의하여, 반경화 콜레스테릭층이 광대역화된 상태의 콜레스테릭 규칙성을 유지한 채로 고정화되므로, 콜레스테릭층을 안정화 할 수 있다.

또한, 상술한 제 2 해결 수단에 있어서는, 상기 반경화 부위 형성공정에 있어서, 상기 액정층에 다른 반사강도의 활성방사선을 패턴 조사하고, 이 액정층에 경화도가 다른 복수의 패턴의 반경화 부위를 형성하여, 상기 반경화 콜레스테릭층 형성 공정에 있어서, 경화도가 다른 복수의 패턴의 반경화 부위가 형성된 상기 액정층을, 이 액정층의 미경화성분인 키랄제 및 네마틱 규칙성을 취할 수 있는 중합성 액정재료를 선택적으로 용출시키는 용매에 접촉시켜서, 다른 선택반사색을 갖는 복수의 패턴을 갖춘 반경화 콜레스테릭층을 형성하는 것이 바람직하다. 이와 같이 해서, 경화도가 다른 복수의 패턴의 반경화 부위를 액정층에 형성한 후, 이와 같은 액정층을 용매에 접촉시킴으로서, 상술한 원리 하에서, 예를 들면, 적색(R), 녹색(G), 및 청색(B)에 대응하는 패턴을 갖춘 반경화 콜레스테릭층을 한번에 형성하는 것이 가능하게 된다.

나아가, 상술한 본 발명의 제 2 해결수단에 있어서는, 상기 액정층 형성공정에서 상기 액정층이 형성되는 상기 기재는, 표면에 배향능을 갖는 기판으로 이루어지는 것이 바람직하다. 기판 자체가 적어도 표면에 배향능을 갖는 것이라면, 따로 배향능을 갖는 층을 특별히 설치할 필요가 없어서 제조효율이 향상하기 때문이다. 또한 상기 액정층 형성공정에서 상기 액정층이 형성되는 상기 기재는, 기판과, 상기 기판 위에 형성된 배향능을 갖는 배향막으로 되어 있어도 좋다. 기판 위에 형성된 배향막 위에 액정층을 형성함으로서, 액정층의 배향상태를 더욱 효율좋게 높은 정밀도로 조정하는 것이 가능하게 되어, 액정층의 콜레스테릭 규칙성을 더욱 현저하게 발현시키는 것이 가능하게 되기 때문이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태에 대하여 상세히 설명한다.

[A. 제 1 실시형태]

우선, 도 1에 의하여, 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 원편광 제어 광학소자의 제조방법에 대하여 설명한다. 또한, 본 발명의 제 1 실시형태는, 사진평판법을 사용하여 반경화 콜레스테릭층의 패터닝을 행하는 것이다.

우선, 도 1(a)에 나타난 바와 같이, 기판(1) 위에 형성된 배향막(2) 위에 활성방사선 경화형의 액정성 조성물을 부착시키고, 가열 등을 행하여 이 액정성 조성물의 배향상태를 조정함으로서, 콜레스테릭 규칙성을 나타내는 액정층(3)을 형성한다(액정층 형성공정). 여기에서, 배향막(2)은 기판(1) 위에 도포되어 형성된 것이고, 라빙처리 등에 의하여 배향능이 부여되어 있다. 또한, 기판(1) 및 배향막(2)에 의하여, 배향능을 갖는 기재(9)가 구성되어 있다.

다음에, 도 1(b), 도 1(c), 도 1(d)에 나타난 바와 같이, 배향능을 갖는 기재(9) 위에 형성된 액정층(3)에 대하여 포토마스크(10)를 통하여 소정의 조사강도의 활성방사선(4)을 조사한 후, 이 액정층(3)을 용매(5)에 접촉시킨다. 이것에 의하여, 액정층(3) 중, 활성방사선(4)이 조사되지 않은 부위(3b)가 제거되는 한편, 활성방사선(4)이 조사된 부위(3a)가 남아서, 소정의 패턴(부위(3a)에 상당하는 패턴)을 갖춘 반경화 콜레스테릭층(3')이 형성된다(반경화 콜레스테릭층 형성공정). 또한, 이 때, 액정층(3)에 조사되는 활성방사선(4)의 조사강도는, 형성되는 콜레스테릭층(3')이 반경화상태가 되도록, 액정층(3)을 완전히 경화시키는 조사강도보다도 약한 조사강도로 조정되어 있다.

그 후, 도 1(e)에 나타난 바와 같이, 반경화 콜레스테릭층(3')의 한 쪽 표면(기재(9)측의 표면)을 가열하면서(부호(7) 참조), 반경화 콜레스테릭층(3')의 다른 쪽 표면에 대하여 활성방사선(6)을 조사하여, 반경화 콜레스테릭층(3') 내에서 기재(9)측으로부터 이 기재(9)의 반대측에 위치하는 표면측으로 향하여 경화속도구배가 형성된 상태로 경화를 행함으로서, 반경화 콜레스테릭층(3')의 선택반사파장대역을 광대역화한다(광대역화공정). 또한, 반경화 콜레스테릭층(3')의 선택반사파장대역을 광대역화하는 방법으로서는, 산소를 사용한 방법이나, 미약한 활성방사선을 사용한 방법이 있으나, 이들 방법의 자세한 내용에 대해서는 후술한다.

마지막으로, 도 1(f)에 나타난 바와 같이, 선택반사파장대역이 광대역화된 반경화 콜레스테릭층(3')에 활성방사선(8)을 조사함으로서, 광대역화된 상태의 반경화 콜레스테릭 규칙성을 유지한 채로 이 반경화 콜레스테릭층(3')을 경화시켜서, 경화 콜레스테릭층(3'')을 형성한다(경화 콜레스테릭층 형성공정). 또한 이 때, 반경화 콜레스테릭층(3')에 조사되는 활성방사선(8)의 조사강도는, 반경화 콜레스테릭층(3')을 경화시키기에 충분한 조사강도로 조정되어 있다.

상술한 일련의 공정에 의하여, 소정의 패턴의 경화 콜레스테릭층(3'')을 갖춘 원편광 제어 광학소자가 제조된다.

이하, 상술한 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 원편광 제어 광학소자의 제조방법에 대하여, 각 공정마다 상세히 설명한다.

(1. 액정층 형성공정)

액정층 형성공정에 있어서는, 도 1(a)에 나타난 바와 같이, 배향능을 갖는 기재(9) 위에 액정층(3)을 형성한다.

여기에서, 액정층(3)은 배향능을 갖는 기재(9) 위에 액정성 조성물을 부착시킴으로서 형성되는 것이지만, 그 부착 방법으로서는 임의의 방법을 채용할 수 있다. 예를 들면, 적당한 용매에 용해한 액정성 조성물을 배향능을 갖는 기재(9) 위에 캐스트 형성하던가, 이와 같은 액정성 조성물을 도포해서 건조시킨 다음에 라미네이트 형성하던가 하는 방법 등을 채용할 수 있다. 또한, 액정성 조성물을 적당한 용매에 용해시켜서 도공액으로 한 것을 도포하는 방법을 사용할 수 있다. 또한 도포하는 방법으로서는, 스핀코팅법이나, 로울코팅법, 프린트법, 침지인상법, 커텐코팅법(다이코팅법) 등을 들 수 있다.

또한, 배향능을 갖는 기재(9)로서는, 도 1(a)에 나타난 바와 같이, 기판(1) 위에 배향막(2)이 형성된 것을 사용할 수 있는 것 외에, 기판 그 자체가 그 표면에 배향능을 갖는 것(예를 들면 연신 필름 등)을 사용할 수도 있다.

이하, 액정층(3) 및 배향능을 갖는 기재(9)의 자세한 내용에 대하여 설명한다.

(1.1. 액정층)

액정층(3)을 형성하기 위한 액정성 조성물은, 네마틱 규칙성을 취할 수 있는 중합성 액정재료와, 중합성 키랄제를 함유하고 있다. 여기에서, 중합성 키랄제는, 네마틱 규칙성을 취할 수 있는 중합성 액정재료의 나선피치를 제어하여, 액정성 조성물이 전체로서 콜레스테릭 규칙성을 나타나도록 하기 위한 것이다. 또한, 이와 같은 액정성 조성물은, 후술하는 광대역화공정시에 작용하는 중합개시제나 적당한 첨가제를 함유하고 있다. 또한, 액정층이라 함은 온도에 따라서 액정상을 취할 수 있는 층이라는 것을 의미하고 있다.

이하, 액정층(3) 중에 함유되는 각 성분에 대하여 설명한다.

(1. 1. 1. 네마틱 규칙성을 취할 수 있는 중합성 액정재료)

액정성 조성물 중에 함유되는, 네마틱 규칙성을 취할 수 있는 중합성 액정재료로서는, 활성방사선에 의하여 중합가능한 중합성의 관능기를 복수 개 가지는 액정성재료라면 특히 한정되지 않으나, 그 한 예로서는 하기에 나타나는 것을 들 수 있다.

즉, 하기 일반식(1)으로 표시되는 화합물(Ⅰ)과, 하기의 일반식(2)으로 표시되는 화합물(Ⅱ)을 들 수 있고, 이들을 단독으로, 또는 혼합하여 사용할 수 있다.

화합물(Ⅰ)로서는, 일반식(1)에 포함되는 화합물을 단독으로, 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있고, 동일하게, 화합물(Ⅱ)로서는 일반식(2)에 포함되는 화합물을 단독으로, 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.

화합물(Ⅰ)을 나타내는 상기 일반식(1)에 있어서, R¹및 R²는 각각 수소 또는 메틸기를 나타내나, 액정상을 나타내는 온도범위가 넓기 때문에R¹및 R²는 동시에 수소인 것이 바람직하다. X는 수소, 염소, 취소, 요오드, 탄소수 1 ~ 4의 알킬기, 메톡시기, 시아노기, 니트로기의 어느 것이어도 지장이 없으나, 염소 또는 메틸기인 것이 바람직하다. 또한, 화합물(Ⅰ)의 분자사슬 양단의 (메타)아크릴로일옥시기와 방향족 고리와의 스페이서인 알킬렌기의 사슬길이를 나타내는 (a) 및 (b)은,각각 별개로 2 ~ 12의 범위에서 임의의 정수를 취할 수 있으나, 4 ~ 10의 범위인 것이 바람직하고, 6 ~ 9의 범위인 것이 더욱 바람직하다. (a) = (b) = 0인 일반식(1)의 화합물은, 안정성이 부족하고, 가수분해를 받기 쉬운데다가, 화합물 자체의 결정성이 높다. 또한, (a) 및 (b)가 각각 13 이상인 일반식(1)의 화합물은, 아이소트로픽 전이온도(TI)가 낮다. 이 이유 때문에, 이들의 화합물은 어느 쪽도 액정성을 나타내는 온도 범위가 좁아서, 바람직하지 않다.

화합물(Ⅱ)을 나타내는 상기 일반식(2)에 있어서, R³는 수소 또는 메틸기를 나타내지만, 액정상을 나타내는 온도 범위가 넓기 때문에 R³는 수소인 것이 바람직하다. 알킬렌기의 사슬길이를 나타내는 (c)에 관해서 말하면, 이 값이 2 ~ 12인 화합물(Ⅱ)은 액정성을 나타내지 않는다. 그러나, 액정성을 갖는 화합물(Ⅰ)과의 상용성을 고려하면, (c)는 4 ~ 10의 범위인 것이 바람직하고, 6 ~ 9의 범위인 것이 더욱 바람직하다. 화합물(Ⅱ)도 임의의 방법으로 합성가능하고, 예를 들면, 1 당량의 4-시아노페놀과 1 당량의 4-(n-(메타)아크릴로일옥시알콕시) 안식향산과의 에스테르화반응에 의하여 화합물(Ⅱ)을 합성할 수 있다. 이 에스테르화 반응은 화합물(Ⅰ)을 합성하는 경우와 동일하게, 상기 안식향산을 산염화물이나 술폰산 무수물 등으로 활성화하여, 이것과 4-시아노페놀을 반응시키는 것이 일반적이다. 또한, DCC(디시클로헥실카보디이미드) 등의 축합제를 사용해서 상기 안식향산과 4-시아노페놀을 반응시켜도 좋다.

본 발명의 제 1 실시형태에 의한 액정성 조성물에 있어서, 화합물(Ⅰ)과 화합물(Ⅱ)와의 상대량은, 사용되는 각 화합물의 분자 길이나 최종적으로 제조하고자 하는 원편광 제어 광학소자의 특성 등을 고려하여 최적치가 결정되지만, 일반적으로는, 화합물(Ⅰ):화합물(Ⅱ)의 중량비는, 99:1 ~ 50:50, 바람직하기는 95:5 ~ 60:40, 더욱 바람직하기는 90:10 ~ 65:35, 가장 바람직하기는 85:15 ~ 70:30의 범위에서 선택된다. 액정성 조성물 중에 함유되는 화합물(Ⅰ)의 양이, 화합물(Ⅰ)과 화합물(Ⅱ)과의 합계량의 99중량%를 상회하는 경우는, 화합물(Ⅱ)의 결정성이 비교적 높은 것에 기인하여, 결정성 조성물로부터 얻어지는 액정층에 만족한 액정성을 부여할 수 없다. 또한, 상기 양이 50중량%를 하향하는 경우는, 액정성 조성물로서의 아이소트로픽 전이온도(TI)가 저하하기 때문에, 액정상을 나타내는 온도 범위가 극단적으로 좁아져서, 바람직하지 않다.

(1. 1. 2. 키랄제)

액정성 조성물 중에 포함되는 키랄제로서는, 상술한 네마틱 규칙성을 취할 수 있는 중합성 액정재료의 액정성을 손상하지 않고, 이것에 원하는 나선피치를 유발하는 것이라면 특히 한정되지는 않는다. 액정에 나선피치를 유발하기 위해서 사용되는 키랄제는, 적어도 분자 중에 어딘가 키랄리티 (chirality)를 갖고 있을 필요가 있다. 따라서, 여기에서 사용되는 키랄제로서는, 예를 들면 1 또는 2 이상의 비대칭탄소를 가지는 화합물, 키랄 아민이나 키랄 술폭시드 등과 같이 헤테로 원자 상에 비대칭점이 있는 화합물, 또는 크물렌이나 비나프톨 등의 축부제(軸不劑)를갖는 광학활성인 부위를 갖는 화합물이고, 분자량 1500 이하의 저분자화합물을 들 수 있다. 더욱 구체적으로는, 시판의 키랄네마틱 액정(예를 들면, 키랄도판트 액정 S-811(Merck社 제조) 등)을 들 수 있다.

본 발명의 제 1 실시형태에 있어서는, 후술하는 반경화 콜레스테릭층 형성공정이 사진평판법을 사용하여 행하여지므로, 풀컬러의 원편광 제어 광학소자를 제조하는 경우에는, 미리, 적색(R), 녹색(G), 및 청색(B)의 각 색에 대응한 액정성 조성물로 할 필요가 있다. 예를 들면, 적색(R)의 액정성 조성물의 경우에는, 나선피치 길이가 크고, 긴 피치이기 때문에, 상술한 네마틱 규칙성을 취할 수 있는 중합성 액정재료와의 비율이 예를 들면 98:2로 되도록 혼합한다. 다음에, 녹색(G)의 액정성 조성물의 경우에는, 적색(R)의 경우에 비하여 나선피치 길이가 작고, 짧은 피치이기 때문에, 네마틱 규칙성을 취할 수 있는 중합성 액정재료와의 비율이 예를 들면 96:4가 되도록 혼합한다. 마지막으로, 청색(B)의 액정성 조성물의 경우에는, 다른 적색(R) 및 녹색(G)의 경우에 비하여 가장 나선피치 길이가 작고, 가장 짧은 피치로 되므로, 네마틱 규칙성을 취할 수 있는 중합성 액정재료와의 비율이 예를 들면 94:6으로 되도록 혼합한다. 여기에서, 나선피치 길이라 함은 분자가 360°회전하기까지의 길이의 것을 말한다.

이와 같이 하여 네마틱 규칙성을 취할 수 있는 중합성 액정재료와 키랄제와의 혼합 비율을 변화시킴으로서, 선택반사색을 변화시킬 수 있으나, 그 이유는 이하와 같다.

최대 선광편광광착란시의 선택반사중심파장을 λ₀로 하면, 이 λ₀는 이하의 식에 의하여 나타내진다.

λ₀= n × p

여기에서, n은 나선축에 직교하는 평면 내의 평균굴절률이고, p는 나선피치이다.

즉, 상기 식으로부터 분명한 바와 같이, 선택반사중심파장 λ₀는 나선피치 p에 지배되는 함수이고, 네마틱 규칙성을 취할 수 있는 중합성 액정재료와 키랄제와의 혼합 비율을 변화시켜서 나선피치 p를 변화시킴으로서, 선택반사중심파장 λ₀를 쉬프트시켜서 이것에 따라서 액정층의 선택반사색을 변화시킬 수 있다.

그러나, 선택된 키랄제의 성질에 따라서는, 상기 화합물(Ⅰ) 및 화합물(Ⅱ)이 형성하는 네마틱 규칙성의 파괴나, 배향성의 저하, 또는 이 화합물이 비중합성인 경우에는, 액정성 조성물의 경화성의 저하나 경화 필름의 신뢰성의 저하를 초래할 우려가 있다. 나아가, 광학활성인 부위를 가지는 키랄제의 다량의 사용은, 조성물의 비용 상승을 초래한다. 따라서, 짧은 나선피치의 콜레스테릭 규칙성을 가지는 콜레스테릭층을 형성하는 경우에는, 액정성 조성물 중에 함유시키는 광학활성인 부위를 갖는 키랄제로서는, 나선피치를 유발하는 효과가 큰 키랄제를 선택하는 것이 바람직하고, 구체적으로는 하기 일반식(3) 또는 (4)로 표시되는 바와 같은, 분자 내에 축부제를 갖는 저분자 화합물(Ⅲ)를 사용하는 것이 바람직하다.

화합물(Ⅲ)을 나타내는 상기의 일반식(3) 또는 (4)에 있어서, R⁴는 수소 또는 메틸기를 나타낸다. Y는 상기에 나타난 식(ⅰ) ~ (ⅹⅹⅳ)의 임의의 하나이나, 그 중에서도 식(ⅰ), (ⅱ), (ⅲ), (ⅴ) 및 (ⅶ)의 어느 하나인 것이 바람직하다. 또한, 알킬렌기의 사슬길이를 나타내는 (d) 및 (e)는, 각각 개별적으로 2 ~ 12의 범위에서 임의의 정수를 취할 수 있으나, 4 ~ 10의 범위인 것이 바람직하고, 6 ~ 9의 범위인 것이 더욱 바람직하다. (d) 또는 (e)의 값이 0 또는 1인 상기 일반식(3) 또는 (4)의 화합물은, 안정성이 결여되어, 가수분해를 받기 쉽고, 결정성도 높다. 한편, (d) 또는 (e)의 값이 13 이상인 화합물은 융점(Tm)이 낮다. 이들 화합물은, 액정성을 나타내는 화합물(Ⅰ) 및 화합물(Ⅱ)과의 상용성이 저하하고, 농도에 따라서는 상분해 등이 일어날 우려가 있다.

또한 이와 같은 키랄제로서는, 중합성을 갖는 것을 사용하는 것이 바람직하다. 키랄제가 중합성을 갖고 있다면, 액정성 조성물의 전부가 중합되어, 콜레스테릭 규칙성이 안정적으로 고정화되므로, 열안정성이나 내용제성 등의 면에서는 대단히 바람직하다.

액정성 조성물에 함유되는 키랄제의 양은, 나선피치를 유발하는 능력이나 최종적으로 제조되는 원편광 제어 광학소자의 콜레스테릭성 등을 고려하여 최적치가 결정되지만, 일반적으로는, 액정성 조성물을 구성하는 화합물(Ⅰ) 및 화합물(Ⅱ)의 단독으로의 양 또는 합계량 100 중량부에 대하여, 0.01 ~ 60중량부, 바람직하기는 0.1 ~ 40중량부, 더욱 바람직하기는 0.5 ~ 30중량부, 가장 바람직하기는 1 ~ 20중량부의 범위에서 선택된다. 키랄제의 함유량이 상술한 범위보다 적은 경우는, 액정성 조성물에 충분한 콜레스테릭성을 부여할 수 없는 경우가 있고, 상술한 범위를넘는 경우는, 액정분자의 배향이 저해되어서, 활성방사선에 의하여 경화시키는 때에 악영향을 미칠 염려가 있다.

(1. 1. 3 중합개시제)

본 발명의 제 1 실시형태에 의한 액정성 조성물은, 경화시킬 때에 효율적으로 중합을 촉진시키기 위하여, 중합개시제를 함유하고 있는 것이 바람직하다. 본 발명에 있어서는, 그 중에서도 자외선(UV) 등을 활성방사선으로 사용하는 것이 바람직하기 때문에, 광중합개시제를 사용하는 것이 바람직하다. 광중합개시제가 없는 경우에도 전자빔의 조사에 의하여 경화시킬 수 있지만, 자외선(UV)을 활성방사선으로 사용하는 경우에는, 필요에 따라서, 하기와 같은 광중합개시제 중 1종 또는 2종 이상의 광중합개시제를 0.01 ~ 20중량%, 바람직하기는 0.5 ~ 10중량%, 더욱 바람직하기는 0.1 ~ 5 중량%의 범위에서, 액정성 조성물에 첨가하면 좋다.

액정성 조성물 중에 첨가되는 광중합개시제로서는, 벤질(비벤조일이라고도 한다), 벤조인이소부틸에테르, 벤조인이소프로필에테르, 벤조페논, 벤조일안식향산, 벤조일안식향산메틸, 4-벤조일-4'-메틸디페닐설파이드, 벤질메틸케탈, 디메틸아미노메틸벤조에이트, 2-n-부톡시에틸-4-디메틸아미노벤조에이트, p-디메틸아미노안식향산이소아밀, 3-3'-디메틸-4-메톡시벤조페논, 메틸로벤조일포메이트, 2-메틸-1-(4-(메틸티오)페닐)-2-모르폴리노프로판-1-온, 2-벤질-2-디메틸아미노-1-(4-모르폴리노페닐)-부탄-1-온, 1-(4-도데실페닐)-2-히드록시-2-메틸프로판-1-온, 1-히드록시시클로헥실페닐케톤, 2-히드록시-2-메틸-1-페닐프로판-1-온, 1-(4-이소프로필페닐) -2-히드록시-2-메틸프로판-1-온, 2-클로로티오크산톤, 2,4-디에틸티오크산톤, 2,4-디이소프로필티오크산톤, 2,4-디메틸티오크산톤, 이소프로필티오크산톤, 1-클로로-4-프로폭시티오크산톤 등을 들 수 있다. 또한, 광중합개시제 외에, 증감제를, 본 발명의 목적이 손상되지 않는 범위에서 첨가하는 것도 가능하다.

(1. 1. 4. 첨가제)

또한, 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 액정성 조성물에는, 본 발명의 목적을 손상하지 않는 범위 내에서, 상기 이외의 화합물을 첨가할 수도 있다. 첨가할 수 있는 화합물로서는, 예를 들면 (1)다가알콜과 1 염기산 또는 다염기산을 축합하여 얻어지는 폴리에스테르프레폴리머에, (메타) 아크릴산을 반응시켜서 얻어지는 폴리에스테르(메타)아크릴레이트, (2)폴리올기와 2개의 이소시아네이트기를 갖는 화합물을 서로 반응시킨 후, 그 반응 생성물에 (메타)아크릴산을 반응시켜서 얻어지는 폴리우레탄(메타)아크릴레이트, (3)비스페놀A형 에폭시수지, 비스페놀F형 에폭시수지, 노보락형 에폭시수지, 폴리카르본산 폴리글리시딜에스테르, 폴리올 폴리글리시딜에테르, 지방족 또는 지환식 에폭시수지, 아민에폭시수지, 트리페놀메탄형 에폭시수지, 디히드록시벤젠형 에폭시수지 등의 에폭시수지와, (메타)아크릴산을 반응시켜서 얻어지는 에폭시(메타)아크릴레이트 등의 광중합성 화합물, (4)아크릴기와 메타크릴기를 갖는 광중합성의 액정성 화합물 등을 들 수 있다.

본 발명의 제 1 실시형태에 의한 액정성 조성물에 대한 이들 화합물의 첨가량은, 본 발명의 목적을 손상하지 않는 범위에서 선택되고, 일반적으로는 액정성 조성물의 40중량% 이하, 바람직하기는 20중량% 이하이다. 이들 화합물의 첨가에 의하여, 액정성 조성물의 경화성이 향상하고, 경화 콜레스테릭층의 기계적 강도가증대하고, 액정의 안정성도 개선된다.

(1. 1. 5. 용매)

상술한 바와 같은 액정성 조성물을, 배향능을 가지는 기재(9) 위에 부착시킴으로서, 액정층(3)이 형성되지만, 그 부착방법으로서는, 상술한 바와 같은 임의의 방법을 채용할 수 있다. 이 때, 바람직하기는 액정성 조성물을 적당한 용매에 용해시킨 것을 사용하면 좋다.

본 발명의 제 1 실시형태에 사용되는 용매로서는, 상술한 중합성 액정재료 등을 용해하는 것이 가능한 용매이고, 또한 배향능을 갖는 기재(9) 위의 배향능을 저해하지 않는 용매라면 특히 한정되는 것은 아니다.

구체적으로는, 벤젠, 톨루엔, 크실렌, n-부틸벤젠, 디에틸벤젠, 테트랄린 등의 탄화수소류, 메톡시벤젠, 1,2-디메톡시벤젠, 디에틸렌글리콜디메틸에티르 등의 에테르류, 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 시클로헥사논, 2,4-펜탄디온 등의 케톤류, 초산에틸, 에틸렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜모노에틸에테르아세테이트, γ-부틸로락톤 등의 에스테르류, 2-피롤리돈, N-메틸-2-피롤리돈, 디메틸포름아미드, 디메틸아세토아미드 등의 아미드계 용매, 클로로포름, 디클로로메탄, 사염화탄소, 디클로로에탄, 테트라클로로에탄, 트리클로로에틸렌, 테트라클로로에틸렌, 클로로벤젠, 오르토디클로로벤젠 등의 할로겐계 용매, t-부틸알콜, 디아세톤알콜, 글리세린, 모노아세틴, 에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 헥실렌글리콜, 에틸렌글리콜모노메틸에테르, 에틸셀로솔브, 부틸셀로솔브 등의 알콜류, 페놀, 파라클로로페놀 등의 페놀류등의 1종 또는 2종 이상을 사용할 수 있다.

단일종의 용매를 사용한 것만으로는, 액정성 조성물의 용매성이 불충분하든가, 배향능을 갖는 기재가 침식되는 경우가 있으나, 2종 이상의 용매를 혼합해서 사용함으로서, 이 단점을 회피할 수 있다. 상술한 용매 중에서, 단독 용매로서 바람직한 것은, 탄화수소계 용매와 글리콜모노에테르아세테이트계 용매이고, 혼합 용매로서 바람직한 것은, 에테르류 또는 케톤류와, 글리콜류와의 혼합계이다. 용매의 농도는, 액정성 조성물의 용해성이나 제조하고자 하는 원편광 제어 광학소자의 막두께에 의존하기 때문에 일괄적으로는 규정할 수 없으나, 통상은 1 ~ 60중량%, 바람직하기는 3 ~ 40 중량%의 범위에서 조정하면 좋다.

(1. 2. 배향능을 갖는 기재)

배향능을 갖는 기재(9)로서는, 상술한 바와 같이, 기판(1) 위에 배향막(2)이 형성된 것을 사용할 수 있는 외에, 기판 그 자체가 그 표면에 배향능을 가지는 것(예를 들면 연신 필름 등)을 사용할 수도 있다.

여기에서, 전자의 경우에 사용되는 기판(1)으로서는, 투명 재료로부터 형성된 것이라면 특히 한정되는 것은 없고, 예를 들면 석영 유리와 파이렉스(등록상표) 유리, 합성 석영판 등의 가요성이 없는 투명한 강성재(rigid material), 또는 투명수지 필름이나 광학용 수지판 등의 가요성이 있는 투명한 가요성재(flexible material)를 사용할 수 있다. 또한, 배향막(2)으로서는, 액정표시장치 등에서 통상 사용되는 배향막이 적합하게 사용되고, 일반적으로는 폴리이미드나 폴리아미드, 폴리비닐알콜 등의 배향막을 라빙처리한 것이 적합하게 사용된다. 여기에서, 라빙처리는, 레이온, 면, 폴리아미드 등의 소재로부터 선택되는 라빙포를 금속 로울에 휘감아서, 이것을 필름에 접한 상태로 회전시키든가, 로울을 고정한 채로 필름을 반송함으로서, 필름면을 라빙포로 마찰하는 방법이 통상 채용된다. 이것 이외에도, 기판(1) 위에 산화규소를 경사지게 증착시켜서, 배향능이 부여된 배향막(2)을 형성하도록 하여도 좋다.

한편, 후자의 경우에 사용되는 기판으로서는, 예를 들면 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 폴리아미드, 폴리에테르이미드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르케톤, 폴리케톤설파이드, 폴리에테르술폰, 폴리술폰, 폴리페닐렌설파이드, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에텔렌나프탈레이트, 폴리아세탈, 폴리카보네이트, 폴리아릴레이트, 아크릴수지, 폴리비닐알콜, 폴리프로필렌, 셀룰로스, 트리아세틸셀룰로스 및 그의 부분 비누화물, 에폭시수지, 페놀수지 등의 플라스틱 필름을 사용할 수 있다. 이들의 플라스틱 필름은 2종 이상의 필름을 적층시킨 라미네이트 필름이어도 지장이 없다. 기판에는 친수화처리나 소수화처리 등의 표면 처리를 미리 실시해 둘 수 있다. 용액에 함유되는 액정성 조성물의 조성에 따라서는, 기판에 배향능을 별도 부여시킬 필요가 없으나, 용액의 도포에 앞서 기판에 배향능을 부여해두는 것이 바람직하다. 배향능의 부여는, 상기와 같은 가요성을 갖는 재료라면, 일축연신 또는 이축연신에 의하여 기판 자체에 배향능을 부여하는 방법을 사용할 수 있다. 또한, 이와 같은 기판에 대신하여, 표면에 슬릿트상의 홈을 형성한 알미늄이나 철, 구리 등의 금속 기판이나, 표면을 슬릿트상에 에칭 가공한 알칼리 유리나 또는 붕소 규산 유리, 프린트 유리등의 유리 기판을 사용할 수도 있다.

(2. 반경화 콜레스테릭층 형성공정)

반경화 콜레스테릭층 형성공정에 있어서는, 우선 도 1(b)에 나타난 바와 같이, 액정층(3)에 대하여 포토마스크(10)를 통하여, 액정층(3)을 완전히 경화시키는 조사강도보다도 약한 조사강도의 활성방사선(4)을 패턴 조사하여, 이 액정층(3)에 소정 패턴의 반경화 부위(3a)를 형성한다. 즉, 액정층(3)의 임의의 부분에 대하여 활성방사선(4)을 선택적으로 조사함으로서, 액정층(3) 중 활성방사선(4)이 조사된 부위(3a)를 반경화상태로 한다. 다음에, 도 1(c)에 나타난 바와 같이, 소정 패턴의 반경화 부위(3a)가 형성된 액정층(3)을 용매(5)에 접촉시켜서 현상한다. 그 후, 이와 같이 해서 현상된 액정층(3)을 세정함으로서, 액정층(3) 중, 활성방사선 (4)이 조사되지 않은 부위(3b)를 제거하는 한편, 활성방사선(4)이 조사된 반경화 부위 (3a)가 남아서, 도 1(d)에 나타난 바와 같이, 소정의 패턴(부위(3a)에 상당하는 패턴)을 갖춘 반경화 콜레스테릭층(3')이 형성된다.

여기에서, 상술한 바와 같은 사진평판법에 있어서, 액정층(3)을 현상 및 세정하여 미조사 부위(3b)를 제거하는 방법으로서는, 도 1(c)에 나타난 바와 같이, 적당한 용매(5)에 액정층(3)을 포함하는 기판(1)째로 침지시켜서 요동시키는 요동세정법 외에, 도시하지는 않았지만, 액정층(3)을 포함하는 기판(1)을 고속으로 회전시키면서 용매를 세게 내뿜는 스핀세정법 등을 사용할 수 있다.

또한, 상술한 반경화 콜레스테릭층 형성공정에서 형성되는 반경화 콜레스테릭층(3')의 상태는, 상술한 중합성 키랄제 및 네마틱 규칙성을 취할 수 있는 중합성 액정재료를 갖는 전관능기 중 10 ~ 80몰%, 바람직하기는 20 ~ 70몰%의 범위 내의 관능기가 중합한 상태이어도 좋다.

이하 상술한 반경화 콜레스테릭층 형성공정에서 사용되는 활성방사선(4) 및 용매(5)에 대하여 상세하게 설명한다.

(2. 1. 활성방사선)

상술한 반경화 콜레스테릭층 형성공정에서 사용되는 활성방사선(4)으로서는, 상술한 중합성 액정재료를 경화시킬 수 있는 것이라면, 임의의 것을 사용할 수 있고, 예를 들면 전자선이나, 자외선, 가시광선, 적외선(열선) 등을 조건에 따라서 적당히 사용할 수 있다. 통상은 장치의 용이성 등의 관점에서 자외선 또는 가시광선 등의 조사광이 사용되고, 그 파장은 150 ~ 500nm, 바람직하기는 250 ~ 450nm, 더욱 바람직하기는 300 ~ 400nm이다.

이와 같은 조사광의 광원으로는, 저압수은 램프(살균램프나 형광케미컬 램프, 블랙라이트), 고압방전 램프(고압수은 램프나 메탈할라이드 램프), 쇼트아크방전 램프(초고압수은 램프나 크세논 램프, 수은크세논 램프) 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 메탈할라이드 램프나 크세논 램프, 고압수은 램프 등을 사용하는 것이 바람직하다.

이와 같은 조사광의 조사 강도는, 액정층(3)을 형성하고 있는 중합성 액정재료의 조성이나 광중합개시제의 많고 적음에 따라서 적당히 조정된다. 구체적으로는 후술하는 경화 콜레스테릭층 형성공정에 있어서의 조사강도에 대하여, 0.001 ~ 90%, 바람직하기는 0.01 ~ 50%, 더욱 바람직하기는 0.1 ~ 10%의 범위 내에서 조사하는 것이 바람직하다.

또한, 이와 같이 해서 액정층(3)에 대하여 활성방사선(4)을 조사한 때에는, 액정층(3)을 가열해도 좋고, 이것에 의하여 감도를 상승시켜서, 액정층(3)의 경화를 효율적으로 행할 수 있다.

(2. 2. 용매)

상술한 반경화 콜레스테릭층 형성공정에서 사용되는 용매(5)로서는, 현상액으로서의 기본적 성질(액정층(3)의 미조사부분(3b)을 제거하는 성질)에 더하여, 액정층(3)의 반경화 부위(3a)를 제거하지 않고, 또한 반경화 부위(3a)에 있어서 액정성 조성물의 미경화성분을 선택적으로 용출하지 않고, 나아가 기재(9)의 표면(기판(1) 위에 형성되어 있는 배향막(2) 등)을 용해시키지 않는다라는 성질을 가질 것이 요구된다. 이와 같은 용매(5)로서는, 아세톤이나 초산-3-메톡시부틸, 디글라임, 시클로헥사논, THF(테트라히드로푸란), 톨루엔, 염화메틸렌, MEK(메틸에틸케톤) 등의 유기용매를 들 수 있다.

(3. 광대역화공정)

광대역화공정에 있어서는, 도 1(e)에 나타난 바와 같이, 반경화 콜레스테릭층(3')의 한쪽 표면(기재(9) 측의 표면)을 가열하면서(부호 7 참조), 반경화 콜레스테릭층(3')의 다른 쪽 표면에 대하여 활성방사선(6)을 조사한다. 이 때, 분위기의 종류나 액정성 조성물의 함유물, 활성방사선(6)의 조사강도 등을 적당히 조정함으로서, 반경화 콜레스테릭층(3') 내에서 기재(9)측으로부터 이 기재(9)의 반대측에 위치하는 표면측으로 향하여 경화속도구배가 형성된 상태에서 경화를 행하여,반경화콜레스테릭층(3')의 선택반사파장대역을 광대역화한다.

(3. 1. 광대역화 방법의 원리)

선택반사파장대역이 광대역화되는 반경화 콜레스테릭층(3')은, 중합성 키랄제 및 네마틱 규칙성을 취할 수 있는 중합성 액정재료를 가지는 것으로 콜레스테릭 규칙성을 나타냄과 동시에, 양의 복굴절성을 갖는다. 라빙처리 등에 의하여 배향능이 부여된 기재(9)를 사용하여, 이 기재(9) 위에 액정성 조성물을 부착시켜서 배향시킨 경우에는, 기재(9)와 반경화 콜레스테릭층(3')과의 계면에 있어서의 액정분자 다이렉터의 반경화 콜레스테릭층(3')의 면 내로의 투영축(이하「배향축」이라 한다)은, 기재(9)의 라빙 방향(이하「라빙축」이라 한다)에 의하여 결정되고, 액정분자다이렉터는 막두께 방향으로 진행함에 따라서 회전하고, 그 회전 각도는 반경화 콜레스테릭층(3')에 고유의 값을 취한다. 이와 같은 반경화 콜레스테릭층(3')으로부터 최종적으로 얻어지는 원편광 제어 광학소자의 선택반사파장대역폭이나 막두께, 나선피치, 나선감기수 등의 각종 광학 파라미터는, 원편광 제어 광학소자의 용도에 따라서 조정할 수 있으나, 선택반사파장대역은 통상 30 ~ 100nm이다. 그러나, 이와 같은 범위의 선택반사파장대역의 원편광 제어 광학소자를 액정표시장치 등에 조합하여 사용한 경우에는, 액정 자체는 색상이 선명하나 반사광이 어둡고, 또는 이와 반대의 패턴이 되고, 용도에 따라서는 시인성(視認性)의 향상이 요구된다.

그래서, 본 발명에서는, 광대역화공정에 있어서 원편광 제어 광학소자의 선택반사파장대역을 상술한 범위보다도 넓혀서, 시인성의 향상을 도모한다. 또한 이때 본 발명에 있어서는, 반경화 콜레스테릭층 형성공정에 있어서 액정층을 한번 반경화상태로 한 후에 광대역화공정을 행하므로, 선택반사파장영역의 광대역화가 가능한 범위가 미리 한정되어 있다. 이 때문에, 과잉의 광대역화가 행하여지는 것을 방지할 수 있고, 과잉의 광대역화에 의하여 시인성이 떨어지는 것을 회피할 수 있다.

여기에서, 선택반사파장대역이라 함은, 콜레스테릭 배향을 형성하는 액정분자의 나선피치의 방향과 동일한 방향의 원편광을 원편광 제어 광학소자에 입사한 때에, 선택반사에 의한 반사율의 피크치로부터 약 절반이 되는 파장범위인 것을 말한다.

이와 같은 선택반사파장대역 Δλ은 이하의 식에 의하여 나타내어진다.

Δλ = Δn × p

여기에서, Δn은 복굴절률이고, p는 나선피치이다.

상기 식에 있어서, 선택반사파장대역 Δλ은 나선피치 p에 지배되는 함수로 나타난다. 그러므로, 나선피치를 반경화 콜레스테릭층(3')의 기재(9) 측으로부터 이 기재(9)의 반대측에 위치하는 표면측에 걸쳐 변화시킴으로서, 선택반사파장대역 Δλ을 소정의 범위 내에 광대역화시킬 수 있다. 이 나선피치 p를 변화시키기 위해서는, 나선피치를 유발하는 중합성 키랄제의 농도를 변화시키면 좋다.

여기에서, 반경화 콜레스테릭층(3')의 내에 균일하게 분포해 있는 중합성 키랄제의 농도는, 경화속도에 대응하여 변할 수 있다. 이것은 액정성 조성물의 각 조성물에 따라서 그 경화의 용이성이 달라지므로, 온화하게 경화가 진행하는 경우라면, 근소한 경화 용이성의 차이가 경화속도구배에 대응하여 생겨서, 액정성 조성물의 혼합비율에도 구배가 생기기 때문이다. 따라서, 반경화 콜레스테릭층(3') 내에서 경화속도구배를 형성함으로서, 반경화 콜레스테릭층(3')의 기재(9)측으로부터 이 기재(9)의 반대측에 위치하는 표면측에 걸쳐 중합성 키랄제의 농도구배를 형성함으로서, 나선피치를 이 반경화 콜레스테릭층(3')의 양 표면 사이에서 변화시키고, 이것에 의하여 선택반사파장대역Δλ을 광대역화시키는 것이 가능하게 된다.

즉, 상술한 바와 같이 원편광 제어 광학소자의 선택반사파장대역의 광대역화는, 반경화 콜레스테릭층(3')에 경화속도구배를 형성함으로서 가능하게 된다.

여기에서, 반경화 콜레스테릭층(3')의 양 표면 사이에 경화속도구배를 형성하기 위한 구체적 방법에는, 경화를 저해하는 기능을 갖는 산소의 작용을 주로 사용하는 방법과, 경화를 촉진하는 기능을 갖는 활성방사선의 작용을 주로 사용하는 방법의 2가지 태양이 있다. 이하, 이들 2가지 태양에 대하여 상세하게 설명한다.

(3. 2. 산소를 사용한 광대역화공정)

반경화 콜레스테릭층(3')이 산소 의존성을 가지는 중합개시제를 갖는 경우에는, 산소는 상술한 반경화 콜레스테릭층 형성공정에서 형성된 반경화 콜레스테릭층 (3')의 경화를 저해하는 적용을 갖는다. 따라서, 경화를 저해하는 기능을 갖는 산소 분위기에 반경화 콜레스테릭층(3')의 어느 한쪽 표면을 노출한 상태에서, 이 반경화 콜레스테릭층(3')에 대하여, 경화 콜레스테릭층 형성공정에서 사용되는 활성방사선(8)의 조사강도보다도 낮은 조사강도(상술한 산소에 의한 경화저해작용을 손상시키지 않는 정도의 조사강도)의 활성 방사선(6)을 조사하면, 반경화 콜레스테릭층(3') 내에서 기재(9)측으로부터 이 기재(9)의 반대측에 위치하는 표면측으로 향하여 경화속도구배가 형성되고, 이 상태에서 경화를 행함으로서, 반경화 콜레스테릭층(3')의 선택반사파장대역을 광대역화할 수 있다.

또한, 반경화 콜레스테릭층(3')의 어느 한 쪽 표면만을 산소 분위기에 노출하는 방법으로서는, 기재(9)를 산소 불투과성으로 하는 방법이 고려된다. 반대로, 기재(9)를 산소투과성으로 하고, 반경화 콜레스테릭층(3') 중 기재(9)의 반대측에 위치하는 표면만을 무산소상태 또는 산소의 경화저해작용이 얻어지지 않을 정도의 산소 농도의 분위기에 노출하는 방법이 고려된다. 또한, 반경화 콜레스테릭층(3')의 양 표면에 기재를 배치하는 경우에는, 한쪽 기재를 산소투과성으로 하고, 또 한쪽 기재를 산소불투과성으로 하는 방법이 고려된다.

또한, 이와 같은 산소 분위기 중의 산소농도는 10% 이상, 바람직하기는 12% 이상, 그 중에서도 14% 이상이 바람직하다. 이 정도 범위의 산소 농도라면, 충분히 반경화 콜레스테릭층(3')의 경화를 저해하는 효과가 얻어지기 때문이다. 또한, 이와 같은 산소 분위기는 공기분위기이어도 좋다. 이 경우에는, 특별히 설비 등을 사용하지 않아도 좋고 제조설비의 취급이 용이하게 되기 때문에, 효율면이나 비용면으로도 크게 유리하다.

상술한 범위의 산소 분위기에 반경화 콜레스테릭층(3')의 한쪽 표면을 노출하면서, 활성방사선을 조사하여, 온화하게 경화를 진행시킨다. 이 경우의 활성방사선(6)의 조사강도로서는, 산소의 경화저해작용을 손상시키지 않을 정도이고, 또한 양호한 경화속도구배가 형성될 정도로 한다. 이와 같은 조사강도로서는, 후술하는 경화 콜레스테릭층 형성공정에서 사용되는 활성방사선(8)의 조사 강도에 대하여, 0.001 ~ 90%, 바람직하기는 0.01 ~ 50%, 그 중에서도 0.1 ~ 10%의 범위 내로 하는 것이 바람직하다. 상술한 범위보다도 조사강도를 높게 하면, 산소에 의한 경화저해작용을 초과해서 경화가 촉진하여 버려서, 경화속도구배의 형성이 방해된다. 반대로, 상술한 범위보다도 조사강도를 낮게 하면, 경화가 생기지 않기 때문에 적당하지 않다.

또한, 상술한 바와 같은, 산소를 이용한 광대역화공정에 있어서는, 산소가 주요인이 되어서 반경화 콜레스테릭층의 양 표면 사이에서 경화속도구배를 형성하므로, 중합개시제로서는 산소 의존성을 가지는 중합개시제가 적합하게 사용된다. 그 중에서도, 산소 의존성이 높은 중합개시제를 사용함으로서, 활성방사선의 경화촉진작용 이상으로, 산소에 의한 경화저해효과가 작용하여, 경화속도구배를 효율적으로 형성할 수 있다. 여기에서, 본 발명의 제 1 실시형태에서 사용되는 중합개시제는, 상술한 바와 같지만, 그 중에서도 산소 의존성이 높은 중합개시제로서는 구체적으로는 Irg184나 Irg819(상품명, Ciba Speciality Chemicals社 제조), TPO(상품명, BASF社 제조)등을 들 수 있다. 단, 산소 의존성이 낮은 중합개시제로도, 첨가량을 조정함으로서 사용하는 것이 가능하다.

그런데, 상술한 바와 같이 해서 경화속도구배가 형성됨에 따라서 액정성 조성물의 농도구배가 형성되기 위해서는, 반경화 콜레스테릭층(3') 내에서 미경화 성분의 유동이 생기지 않으면 안된다. 양호한 유동을 생기게 하기 위해서는, 기재(9) 및 반경화 콜레스테릭층(3')을 가열하면서 광대역화공정을 행하는 것이 바람직하다. 단, 가열온도에 따라서는 반경화 콜레스테릭층(3')의 경화를 과잉으로 촉진시키게 되므로, 경화를 촉진시키지 않고 또한 액정성 조성물의 미경화 성분의 양호한 유동을 일으키는 가열온도로서, 30 ~ 150℃, 바람직하기는 40 ~ 140℃, 그 중에서도 50 ~ 130℃의 범위 내로 하는 것이 바람직하다.

(3. 3. 미약한 활성방사선을 사용한 광대역화공정)

활성방사선 경화형의 액정성 조성물을 사용하므로, 활성방사선은 액정성 조성물의 중합을 촉진하여, 반경화 콜레스테릭층(3')의 경화를 촉진하는 작용을 미치게 한다. 따라서, 이와 같은 활성방사선을 반경화 콜레스테릭층(3')의 어느 한 쪽 표면에 대해서만 조사하면, 반경화 콜레스테릭층(3') 내에서 기재(9) 측으로부터 이 기재(9)의 반대측에 위치하는 표면측으로 향하여 경화속도구배가 형성되고, 이 상태에서 경화를 행함으로서, 반경화 콜레스테릭층(3')의 선택반사파장대역을 광대역화할 수 있다.

이와 같은 광대역화공정에 있어서는, 활성방사선(6)의 조사강도를, 온화하게 경화가 진행하고, 또한 반경화 콜레스테릭층(3')의 기재(9) 측으로부터 이 기재(9)의 반대측에 위치하는 표면측에 걸쳐 경화속도구배가 형성될 정도의 미약한 조사강도로 할 필요가 있다. 이와 같은 조사강도로서는, 후술하는 경화 콜레스테릭층 형성공정에서 사용되는 활성방사선(8)의 조사강도에 대하여, 약 0.1 ~ 약 10%, 바람직하기는 2 ~ 9%, 그 중에서도 3 ~ 8%의 조사강도로 하는 것이 바람직하다. 상술한 범위보다도 조사강도를 높게 하면, 온화하게 경화가 진행하지 않아서, 경화 속도구배가 형성되지 않고 반경화 콜레스테릭층(3')이 경화해버리므로, 바람직하지않다. 또한, 상술한 범위보다도 조사강도를 낮게 하면, 경화속도구배가 생길 정도의 경화에 시간이 너무 걸리므로 적당하지 않다.

또한, 활성방사선(6)으로서는, 상술한 반경화 콜레스테릭층 형성공정에서 사용되는 활성방사선(4)과 동일하게, 전자선이나, 자외선, 가시광선, 적외선(열선) 등을 임의로 사용할 수 있으나, 활성방사선(6)으로서, 액정성 조성물의 중합을 강력하게 촉진시키는 작용을 갖지 않은 활성방사선, 예를 들면 자외선 등을 사용하는 경우에는, 중합 효율을 높이기 위하여 광중합개시제를 사용하는 것이 바람직하다.

여기에서, 이와 같은 미약한 활성방사선에 의한 광대역화공정은, 산소의 유무에 따라서 2개의 태양으로 나눌 수 있다. 이하, 이들 2개의 태양에 대하여 상세하게 설명하다.

(3. 3. 1. 무산소 분위기 하에서의 미약한 활성방사선에 의한 광대역화공정)

상술한 바와 같이, 산소는 특히 산소 의존성을 가지는 중합개시제를 사용하는 경우에 있어서, 반경화 콜레스테릭층(3')의 경화를 저해하는 작용을 갖는다. 따라서, 산소의 영향을 피하기 위하여, 무산소 분위기 하에서 반경화 콜레스테릭층 (3')의 기재(9)측 또는 그것과 반대측에 위치하는 표면측의 어느 한 쪽 표면에 대해서만 활성방사선(6)을 조사한다. 이것에 의하여, 반경화 콜레스테릭층(3') 중 기재 (9)측으로부터 이 기재(9)의 반대측에 위치하는 표면측에 걸쳐 경화속도구배가 효율적으로 형성되어, 선택반사파장대역을 효과적으로 광대역화하는 것이 가능하다.

또한, 이 태양에 있어서의 무산소 분위기라 함은 반경화 콜레스테릭층(3')의경화에 영향을 미치는 것이 아닌 가스가 포함되어 있는 분위기이어도 좋고, 예를 들면 질소 분위기이어도 좋다.

(3. 3. 2. 산소 분위기 하에서의 미약한 활성방사선에 의한 광대역화공정)

특히, 산소 의존성을 갖는 중합개시제가 사용되고 있는 경우에는, 액정성 조성물의 중합속도는 산소 분위기에서 늦어진다.

이 태양에 있어서는, 미약한 활성방사선(6)의 조사에 의하여 광대역화를 도모하는 것이므로, 반경화 콜레스테릭층(3')의 양 표면이 완전히 같은 농도의 산소에 대하여 노출하고 있는 경우에는, 문제가 없이 행할 수 있다. 그러나 중합개시제의 산소 의존성이 높은 경우는, 반경화 콜레스테릭층(3')의 양 표면에서의 산소 농도의 대수롭지 않은 차이에서도 중합속도에 큰 차이가 생겨버리므로, 이와 같은 경우에 사용되는 중합개시제는, 산소 의존성이 극히 낮은 것이 바람직하게 사용된다.

구체적으로는, Irg365나 Irg907, Irg651, Irg369, Parocare 1173(상품명, Ciba Speciality Chemicals 제조), DETX-S(상품명, 日本化學社 제조), 비이미다졸(상품명 : 黑金化成社 제조) 등을 들 수 있다.

한편, 이 태양에 있어서는, 미약한 활성방사선(6)이 조사되는 반경화 콜레스테릭층(3')의 표면과는 반대의 표면만을 산소 분위기에 노출해도 좋다. 이 경우에는, 반경화 콜레스테릭층(3')의 양 표면에 있어서, 한쪽 표면은 경화가 촉진되고, 또 한쪽 표면에서는 경화가 저해되기 때문에, 반경화 콜레스테릭층(3')의 양 표면을 횡단하는 방향으로 대폭적인 경화속도구배를 형성할 수 있어서, 반경화 콜레스테릭층(3')의 선택반사파장대역을 광범위하게 광대역화하는 것이 가능하게 된다.

구체적으로는, 기재(9)를 산소 불투과성으로 하고, 산소 분위기 중에서 기재 (9)측으로부터 반경화 콜레스테릭층(3')에 대하여 미약한 활성방사선(6)을 조사하던가, 또한 기재(9)를 산소투과성으로 하고, 반경화 콜레스테릭층(3') 중 기재(9)의 반대측에 위치하는 표면을 무산소 분위기 하에 노출하고, 이 표면측으로부터 미약한 활성방사선(6)을 조사하는 것에 의하여도 가능하다. 나아가 반경화 콜레스테릭층(3')의 양 표면 사이에 기재를 끼워두는 것도 가능하고, 이와 같은 경우에는, 한쪽 기재를 산소투과성, 다른 쪽 기재를 산소불투과성으로 하여, 반경화 콜레스테릭층 (3')에 대하여 산소불투과성의 기재측으로부터 미약한 활성방사선을 조사한다.

이와 같이 하여, 반경화 콜레스테릭층(3')의 한쪽 표면만을 산소 분위기 하에 노출하고, 이 표면과는 반대의 표면측으로부터 미약한 활성방사선(6)을 조사하는 경우에는, 활성방사선 및 산소의 양쪽 작용을 이용하고 있으므로, 중합개시제로서는 산소 의존성이 높은 것을 사용하는 것이 바람직하다. 산소 의존성이 높은 중합개시제로서는, 상술한 (3. 2. 산소를 이용한 광대역화공정)의 부분에서 기재한 것과 동일한 것을 사용할 수 있다.

또한, 상술한 광대역화공정에서도, 상술한 산소를 사용한 광대역화공정과 동일하게 기재(9) 및 반경화 콜레스테릭층(3')을 가열하면서 광대역화공정을 행하는 것이 바람직하다.

(4. 경화 콜레스테릭층 형성공정)

경화 콜레스테릭층 형성공정에 있어서는, 도 1(f)에 나타난 바와 같이, 선택반사파장대역이 광대역화된 반경화 콜레스테릭층(3')에 활성방사선(8)을 조사함으로서, 광대역화된 상태의 콜레스테릭 규칙성을 유지한 채로 이 반경화 콜레스테릭층 (3')을 경화시켜서, 경화 콜레스테릭층(3'')을 형성한다.

여기에서, 경화 콜레스테릭층 형성공정에서 사용되는 활성방사선(8)으로서는, 상술한 반경화 콜레스테릭층 형성공정 및 광대역화공정에서 사용되는 활성방사선 (4), (6)과 동일한 것을 사용할 수 있으므로, 여기에서의 설명은 생략한다.

또한, 활성방사선(8)의 조사강도로서는, 반경화 콜레스테릭층(3')을 완전히 경화시키고, 또한 광대역화를 유지한 상태에서 경화시키기 때문에, 0.1 ~ 1000mW/㎠, 바람직하기는 1 ~ 100mW/㎠의 범위 내의 조사강도(조사량으로서는 1 ~ 10000 mJ/㎠, 바람직하기는 10 ~ 1000mJ/㎠의 범위 내)로 하는 것이 바람직하다.

또한, 이와 같은 경화 콜레스테릭층 형성공정으로서는, 반경화 콜레스테릭층 (3')을 활성방사선에 의하여 경화시키는 방법 외에, 반경화 콜레스테릭층(3')을 가열해서 경화시키는 방법을 사용할 수도 있다. 후자의 경우에는, 예를 들면, 150 ~ 250℃ 정도의 온도에서 10분 ~ 120분 정도 가열하면 좋다.

이상의 일련의 공정을 거쳐서, 적정한 범위 내에서 광대역화된 원편광 제어 광학소자가 제조된다.

(5. 기타 )

(5. 1. 경화 콜레스테릭층의 다층화)

여기에서, 상술한 일련의 공정에 의하여, 소정 패턴의 단색의 경화 콜레스테릭층(3'')을 갖춘 원편광제어소자를 제조할 수 있으나, 상술한 일련의 공정(액정층 형성공정, 반경화 콜레스테릭층 형성공정, 광대역화공정 및 경화 콜레스테릭층 형성공정)을 반복함으로서, 2층 이상의 경화 콜레스테릭층을 형성하도록 하여도 좋다. 이것에 의하여 광대역화된 콜레스테릭층을 복수 형성하는 것이 가능하게 되고, 복수 색의 선택반사색을 가지는 콜레스테릭층이 배치 또는 적층되어서 이루어지는 컬러필터를 형성하는 것이 가능하게 된다. 또한, 선택반사중심파장을 소정의 범위에서 비켜놓은 층을 적층함으로서, 말할 것도 없이 광대역화를 도모할 수도 있다.

이 때, 2층째 이후의 액정층 형성공정에 있어서는, 이미 형성된 경화 콜레스테릭층 위에 배향막을 형성하고, 이 배향막 위에 상술한 바와 같은 액정성 조성물로 이루어진 활성방사선 경화형의 액정층을 형성해도 좋고, 또한 이미 형성된 경화 콜레스테릭층 위에, 상술한 바와 같은 액정성 조성물로 이루어지는 활성방사선 경화형의 액정층을 직접 형성해도 좋다. 이들은, 형성되는 콜레스테릭층의 용도와 성질 등에 따라서 적당히 선택되는 것이다.

이와 같은 2층째 이후의 경화 콜레스테릭층의 형성에 있어서의, 액정층 형성공정, 반경화 콜레스테릭층 형성공정, 광대역화공정, 및 경화 콜레스테릭층 형성공정에 의한 조건이나 사용하는 재료 등에 관해서는, 상술한 바와 같으므로, 여기에서의 설명은 생략한다.

또한, 상술한 바와 같이 해서 2층 이상의 경화 콜레스테릭층을 형성하는 경우에는, 전체의 층의 선택반사파장대역이 광대역화되어 있을 필요가 없고, 용도에따라서 필요한 층만이 광대역화되어 있어도 좋다.

(5. 2. 경화 콜레스테릭층의 다색화)

또한, 상술한 바와 같이 하여 형성되는 2층 이상의 경화 콜레스테릭층은 각각 다른 선택반사색을 가지고, 또한 각각의 층이 소정의 패턴으로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 예를 들면 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 각색에 대응한 액정성 조성물을 사용하고, 각 액정성 조성물마다, 상술한 일련의 공정(액정층 형성공정, 반경화 콜레스테릭층 형성공정, 광대역화공정, 및 경화 콜레스테릭층 형성공정)을 반복함으로서, 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 각색에 대응한 경화 콜레스테릭층을 형성하도록 하면 좋다. 이것에 의하여, 광대역화된 복수 색의 선택반사색을 가지는 콜레스테릭층이 배치 또는 적층되어서 이루어지는 컬러필터를 형성하는 것이 가능하게 된다.

[B. 제 2 실시형태]

다음에, 도 2에 의하여, 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 원편광 제어 광학소자의 제조방법에 대하여 설명한다. 또한 본 발명의 제 2 실시형태는, 경화도가 다른 복수의 패턴의 반경화 부위가 형성된 액정층을 용매에 접촉시킴으로서, 반경화 콜레스테릭층의 패터닝을 행하는 것이다.

우선, 도 2(a)에 나타난 바와 같이, 기판(21) 위에 형성된 배향막(22) 위에 활성방사선형의 액정성 조성물을 부착시키고, 가열 등을 행하여 이 액정성 조성물의 배향상태를 조정함으로서, 콜레스테릭 규칙성을 가지는 액정층(23)을 형성한다(액정층 형성공정). 여기에서, 배향막(22)은, 기판(21) 위에 도포되어 형성된 것이고, 라빙처리 등에 의하여 배향능이 부여되어 있다. 또한, 기판(21) 및 배향막 (22)에 의하여, 배향능을 가지는 기재(32)가 형성되어 있다.

다음에, 도 2(b), 도 2(c), 도 2(d)에 나타난 바와 같이, 배향능을 가지는 기재(32) 위에 형성된 액정층(23)에 대하여 포토마스크(33)를 통하여 다른 조사강도의 활성방사선 (24)을 패턴 조사하고, 액정층(23)에 경화도가 다른 3개의 패턴의 반경화 부위(23a), (23b), (23c)를 형성한 후, 이와 같은 액정층(23)을 용매(25)에 접촉시켜서, 이 액정층(23)의 미경화성분인 중합성 키랄제 및 네마틱 규칙성을 취할 수 있는 중합성 액정재료를 선택적으로 용출시킨다. 이것에 의하여 다른 선택반사색을 갖는 3개의 패턴(26), (27), (28)을 갖춘 반경화 콜레스테릭층(23')이 형성된다 (반경화 콜레스테릭상 형성공정).

그 후, 도 2(e)에 나타난 바와 같이, 이와 같이 해서 다른 선택반사색을 갖는 3개의 패턴(26), (27), (28)이 형성된 반경화 콜레스테릭층(23')의 한쪽 표면(기재(32) 측의 표면)을 가열하면서(부호 30 참조), 반경화 콜레스테릭층(23')의 다른 쪽 표면에 대하여 활성방사선(29)을 조사하고, 반경화 콜레스테릭층(23') 내에서 기재(32) 측으로부터 이 기재(32)의 반대측에 위치하는 표면 측으로 향하여 경화속도구배가 형성된 상태에서 경화를 행함으로서, 반경화 콜레스테릭층(23')의 3개의 패턴 (26), (27), (28)의 선택반사파장대역을 한번에 광대역화한다(광대역화공정). 또한, 반경화 콜레스테릭층(3')의 선택반사파장대역을 광대역화하는 방법으로서는, 상술한 제 1 실시형태와 동일하게, 산소를 사용한 방법이나 미약한 활성방사선을 사용한 방법을 채용할 수 있다.

마지막으로, 도 2(f)에 나타난 바와 같이, 선택반사파장대역이 광대역화된 반경화 콜레스테릭층(23')에 활성방사선(31)을 조사함으로서, 광대역화된 상태의 콜레스테릭 규칙성을 유지한 채로 이 반경화 콜레스테릭층(23')을 경화시켜서, 경화 콜레스테릭층(23'')을 형성한다(경화 콜레스테릭층 형성공정). 또한 이 때, 반경화 콜레스테릭층(23')에 조사되는 활성방사선(8)의 조사강도는, 반경화 콜레스테릭층(23')을 경화시키는데 충분한 조사강도로 조정되어 있다.

또한, 상술한 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 원편광 제어 광학소자의 제조방법에 있어서는, 도 2(b), 도 2(c), 도 2(d)에 나타난 반경화공정에 있어서, 적색(R), 녹색(G), 및 청색(B)에 대응하는 패턴을 갖춘 반경화 콜레스테릭층(23')을, 경화도가 다른 복수의 패턴의 반경화 부위(23a), (23b), (23c)가 형성된 액정층(23)을 용매(25)에 접촉시킴으로서, 한 번에 형성하는 것이 가능하므로, 그 후의 광대역화공정에 있어서도, 반경화 콜레스테릭층(23')의 적색(R), 녹색(G), 및 청색(B)에 대응하는 패턴(26), (27), (28)의 선택반사파장대역을 한 번에 광대역화할 수 있고, 이 때문에, 제조효율상 특히 유리하다.

이하, 상술한 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 원편광 제어 광학소자의 제조방법에 대하여, 각 공정마다 상세하게 설명한다. 또한 본 발명의 제 2 실시형태는, 반경화 콜레스테릭층 형성공정을 제외하고, 다른 공정은 상술한 제 1 실시형태와 동일하므로, 여기에서는 반경화 콜레스테릭층 형성공정만을 설명하고, 다른 공정의 설명은 생략한다.

(1. 반경화 콜레스테릭층 형성공정)

본 발명의 제 2 실시형태에 의한 반경화 콜레스테릭층 형성공정에 있어서는, 우선 도 2(b)에 나타난 바와 같이, 액정층(23)에 대하여, 포토마스크(33)를 통하여, 다른 조사강도의 활성방사선(24)을 패턴 조사하고, 이 액정층(23)에 경화도가 다른 3개의 패턴의 반경화 부위(23a), (23b), (23c)를 형성한다. 즉, 액정층(23) 중 적색 (R), 녹색(G), 및 청색(B)의 선택반사색을 나타내는 것으로 되는 각 영역에 대하여, 활성방사선(24)을 그 조사 강도나 조사시간 등을 변경하여 조사함으로서, 경화도가 다른 3개의 패턴의 반경화 부위(23a), (23b), (23c)를 형성한다. 다음에, 도 1(c)에 나타난 바와 같이, 경화도가 다른 3개의 패턴의 반경화 부위(23a), (23b), (23c)가 형성된 액정층(23)을 용매(25)에 접촉시켜서, 이 액정층(23)의 미경화 성분인 중합성 키랄제 및 네마틱 규칙성을 취할 수 있는 중합성 액정재료를 선택적으로 용출시킨다. 이것에 의하여, 액정층(23)의 반경화 부분 (23a), (23b), (23c)의 경화도의 차이에 따라서, 중합성 키랄제 및 중합성 액정재료의 혼합비율이 변화하고, 도 1(d)에 나타난 바와 같이, 다른 선택반사색을 갖는 3개의 패턴(26), (27), (28)을 갖춘 반경화 콜레스테릭층(23')이 형성된다.

여기에서, 이와 같은 방법에 의하여, 다른 선택반사파장을 갖는 3개의 패턴(26), (27), (28)을 갖춘 반경화 콜레스테릭층(23')이 형성되는 이유는 다음과 같다. 즉, 액정성 조성물은 주로 중합성 키랄제 및 네마틱 규칙성을 취할 수 있는 중합성 액정재료로 이루어지고, 액정층(23)의 경화도가 다른 반경화 부위(23a), (23b), (23c)로부터는 어느 성분도 용출하지만, 양자의 용해도가 대폭적으로 다른 용매를 사용하면, 용출속도의 차이가 생긴다. 이 때문에, 반경화 콜레스테릭층 내의 경화도의 차이에 의하여 미경화 성분의 용출도의 정도가 달라지고, 그 결과 액정성 조성물의 혼합비율이 달라지게 된다. 따라서, 미리 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 빛을 반사하도록 경화도 및 용출의 정도를 조정함으로서, 동일한 반경화 콜레스테릭층(23')에, 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 빛을 반사하는 3개의 패턴 (26), (27), (28)을 형성할 수 있다.

이하, 상술한 반경화 콜레스테릭층 형성공정에서 사용되는 활성방사선(24) 및 용매(25)에 대하여 상세하게 설명한다.

(1. 1. 활성방사선)

본 발명의 제 2 실시형태에서의 반경화 콜레스테릭층 형성공정에서 사용되는 활성방사선(24)으로서는, 상술한 제 1 실시형태에서의 반경화 콜레스테릭층 형성공정에서 사용되는 활성방사선(4)과 동일한 것을 사용할 수 있다.

단, 본 발명의 제 2 실시형태에 있어서는, 액정층(23)에 경화도가 다른 3개의 패턴의 반경화 부위(23a), (23b), (23c)를 형성할 필요가 있으므로, 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 선택반사색을 나타내게 되는 각 영역마다 그 조사 강도나 조사 시간 등이 다르다.

이와 같은 활성방사선(24)의 조사강도로서는, 액정성 조성물의 함유물에 따라서도 다르기 때문에 일괄적으로 한정할 수는 없다. 그러나, 일반적인 값으로는, 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 빛을 반사하는 영역에서는, 0.001mW/㎠ ~ 1000mW/㎠의 범위 내의 조사강도(조사량으로는, 0.01mJ/㎠ ~ 10000mJ/㎠의 범위 내)로 하면 좋다.

또한, 활성방사선(24)의 그 외의 점에 관해서는, 상술한 제 1 실시형태에 있어서 반경화 콜레스테릭층 형성공정에서 사용되는 활성방사선(4)과 동일하므로, 여기에서의 설명은 생략한다.

(1. 2. 용매)

본 발명의 제 2 실시형태에 있어서 반경화 콜레스테릭층 형성공정에서 사용되는 용매(25)로서는, 경화도가 다른 3개의 패턴의 반경화 부위(23a), (23b), (23c)가 형성된 액정층(23)의 미경화 성분인 중합성 키랄제 및 네마틱 규칙성을 취할 수 있는 중합성 액정재료를 선택적으로 용출시키고, 또한 기재(32)의 표면(기판(21) 위에 형성되어 있는 배향막(22) 등)을 용해시키지 않는 것이라면 특히 한정되지 않는다.

용매(25)로서는, 구체적으로는 벤젠, 톨루엔, 크실렌, n-부틸벤젠, 디에틸벤젠, 테트랄린 등의 탄화수소류, 메톡시벤젠, 1,2-디메톡시벤젠, 디에틸렌글리콜디메틸에테르 등의 에테르류, 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 시클로헥사논, 2,4-펜탄디온 등의 케톤류, 초산에틸, 에틸렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜모노에틸에테르아세테이트, γ-부틸로락톤 등의 에스테르류, 2-피롤리돈, N-메틸-2-피롤리돈, 디메틸포름아미드, 디메틸아세토아미드 등의 아미드계 용매, 클로로포름, 디클로로메탄, 사염화탄소, 디클로로에탄, 테트라클로로에탄, 트리클로로에틸렌, 테트라클로로에틸렌, 클로로벤젠, 오르토디클로로벤젠 등의 할로겐계 용매, t-부틸알콜, 디아세톤알콜, 글리세린, 모노아세틴, 에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 핵실렌글리콜, 에틸렌글리콜모노메틸에테르, 에틸셀로솔브, 부틸세르솔브 등의 알콜류, 페놀, 파라클로로페놀 등의 페놀류 등의 1종 또는 2종 이상을 사용할 수 있다.

또한, 상술한 용매(25)를 액정층(23)에 접촉시키는 방법으로는, 침지나 스핀샤워 등의 각종 현상방법을 사용할 수 있다.

(2. 기타)

본 발명의 제 2 실시형태에 있어서는, 상술한 반경화 콜레스테릭층 형성공정을 행한 후, 광대역화공정을 행하지만, 이 광대역화공정에 있어서는, 반경화 콜레스테릭층(23')의 전부의 패턴(26), (27), (28)의 선택반사파장대역을 한 번에 광대역화할 수 있다. 한편, 이와 같은 광대역화공정에 있어서, 포토마스크 등을 사용하고, 반경화 콜레스테릭층(23') 중 소정의 선택반사색을 가지는 패턴에만 활성방사선(29)을 조사하여서, 소정의 선택반사색만을 광대역화하는 것도 가능하다.

또한, 본 발명의 제 2 실시형태에 있어서는, 상술한 제 1 실시형태에서 설명한 경화콜레스테릭층의 다층화 및 다색화도 동일하게 행하는 것이 가능하다. 또한 자세한 내용에 대해서는, 상술한 제 1 실시형태와 동일하므로, 여기에서의 설명은 생략한다.

이하, 상술한 실시형태의 구체적 실시예에 대하여 설명한다.

실 시 예

(광대역된, 적색의 빛을 반사하는 경화 콜레스테릭층의 형성)

중합가능한 네마틱 액정(96중량부)과 중합성 키랄제(3중량부)와 광중합개시제(1중량부)를 함유한 광경화형 키랄네마틱 액정을 톨루엔에 용해시킨 25중량%의톨루엔 용액을 준비하였다.

또한, 네마틱 액정으로서는, 하기의 화학식(5)으로 표시되는 화합물과 하기의 일반식(6)으로 표시되는 화합물을 중량비 50:50으로 함유하는 액정을 사용하였다.

또한, 중합성 키랄제로서는, 하기의 일반식(7)으로 표시되는 화합물을 사용하였다.

또한, 광중합개시제로서는, Irg369 (Ciba Speciality Chemicals 社 제조)를 사용하였다.

한편, 유리기판 위에 폴리이미드(PI)를 스핀코팅법에 의하여 도포하고, 일정 방향으로 라빙처리를 실시함으로서, 막두께 1000Å의 폴리이미드(PI)막을 막형성하였다.

그리고, 이와 같은 라빙처리가 실시된 폴리이미드(PI)가 부착된 유리기판(배향기판)을 스핀코우터에 셋트하고, 상기 톨루엔 용액을 4.5㎛ 정도의 막두께로 스핀코팅하였다.

다음에, 80℃에서 5분간 가열하고, 건조 및 배향처리를 행한 후, 배향기판 위에 형성된 액정층이 선택반사중심파장 630nm의 적색의 콜레스테릭상을 반사하는 것을 육안으로 확인하였다.

그리고, 이와 같은 액정층에 대하여, 소정의 패턴(투과율이 100%, 0%의 2 영역이 각각 100㎛, 200㎛ 피치로 줄무늬상으로 배열된 패턴)을 가지는 포토마스크를 통해서, 초고압수은등을 사용한 자외선조사장치에 의하여 365nm의 자외선을 5mJ/㎠ 조사하고, 액정층을 중합시켜서 폴리머화하여, 배향기판 위에 반경화 콜레스테릭층을 형성하였다.

그 후, 배향기판 위에 형성된 반경화 콜레스테릭층을, 아세톤에 5분간 침지시키고, 그 후, 60℃에서 15분간 가열하고, 건조처리를 행하여, 100㎛의 줄무늬상의 반경화 콜레스테릭층을 형성하였다. 여기에서, 배향기판 위에 형성된 줄무늬상의 반경화 콜레스테릭층의 반사율을 현미분광광도계로 측정한 결과, 절반값폭(Δλ) = 64nm 정도였다.

그리고, 이와 같이 해서, 배향기판 위에 형성된 반경화 콜레스테릭층을 80℃의 핫 플레이트(hot plate) 위에 옮기고, 질소 분위기 하에서 초고압수은등의 자외선조사장치에 의하여 365nm의 자외선을 0.2mW/㎠로 180초 노광하였다. 여기에서, 배향기판 위에 형성된 반경화 콜레스테릭층의 반사율을 현미분광광도계로 측정한결과, 절반값폭(Δλ) = 95nm 정도였다.

나아가 그 후, 질소 분위기 중에서 초고압수은등의 자외선조사층장치에 의하여 365nm의 자외선을 10mW/㎠로 60초 노광하여, 광학특성을 안정화시켰다.

(광대역화된, 녹색의 빛을 반사하는 콜레스테릭층의 형성)

중합가능한 네마틱 액정(94.5 중량부)과 중합성 키랄제(4.5중량부)와 광중합개시제(1중량부)를 함유한 광경화형의 키랄네마틱 액정을 톨루엔에 용해시킨 25중량%의 톨루엔 용액을 준비하였다.

또한, 네마틱 액정으로서는 하기의 일반식(5)으로 표시되는 화합물과 하기의 화학식(6)으로 표시되는 화합물을 중량비 50:50으로 포함하는 액정을 사용하였다.

그리고, 조금전 제작된 적색의 경화 콜레스테릭층이 형성된 배향기판을 스핀코우터에 셋트하고, 상기 톨루엔 용액을 4.5㎛ 정도의 막두께로 스핀코팅하였다.

다음에, 80℃에서 5분간 가열하고, 건조 및 배향처리를 행한 후, 배향기판 위에 형성된 액정층이 선택반사중심파장 550nm의 녹색의 콜레스테릭상을 반사하는 것을 육안으로 확인하였다.

다음에, 상기 포토마스크를 가로 방향으로 100㎛ 비켜두고, 줄무늬가 정확히 하나 정도만 벗어나도록 포토마스크와 액정층과의 위치관계를 조정한 후, 이 포토마스크를 통하여 초고압수은등을 사용한 자외선조사장치에 의하여 365nm의 자외선을 5mJ/㎠ 조사하고, 액정층을 중합시켜서 폴리머화하여, 배향기판 위에 반경화 콜레스테릭층을 형성하였다.

그 후, 배향기판 위에 형성된 반경화 콜레스테릭층을, 아세톤에 5분간 침지시키고, 그 후 60℃에서 15분간 가열하고, 건조처리를 행하여, 100㎛의 줄무늬상의 반경화 콜레스테릭층을 형성하였다. 여기에서, 배향기판 위에 형성된 줄무늬상의 반경화 콜레스테릭층의 반사율을 현미분광광도계로 측정한 결과, 절반값폭(Δλ) = 60nm 정도였다.

그리고, 이와 같이 하여 배향기판 위에 형성된 반경화 콜레스테릭층을 80℃의 핫 플레이트 위에 옮기고, 질소 분위기 하에서 초고압수은등의 자외선 조사장치로 365nm의 자외선을 0.2mW/㎠로 180초 노광하였다. 여기에서, 배향기판 위에 형성된 반경화 콜레스테릭층의 반사율을 현미분광광도계로 측정한 결과, 절반값폭 (Δλ) = 90nm 정도였다.

또한 그 후, 질소분위기 중에서 초고압수은등의 자외선조사층장치로 365nm의 자외선을 10mW/㎠로 60초 노광하여, 광학특성을 안정화시켰다.

(광대역화된, 청색의 빛을 반사하는 경화 콜레스테릭층의 형성)

중합가능한 네마틱 액정(93중량부)과 중합성 키랄제(6중량부)와 광중합개시제(1중량부)를 포함하는 광경화형 키랄네마틱 액정을 톨루엔에 용해시킨 25중량%의 톨루엔 용액을 준비하였다.

또한, 네마틱 액정으로는, 하기의 화학식(5)으로 표시되는 화합물과 하기의 화학식(6)으로 표시되는 화합물을 중량비 50:50으로 함유하는 액정을 사용하였다.

또한, 중합성 키랄제로는, 하기의 화학식(7)으로 표시되는 화합물을 사용하였다.

또한 광중합개시제로는, Irg369 (Ciba Speciality Chemicals 社 제조)를 사용하였다.

그리고, 조금전 제작된 적색 및 녹색의 경화 콜레스테릭층이 형성된 배향기판을 스핀코우터에 셋트하고, 상기 톨루엔 용액을 4.5㎛ 정도의 막두께로 스핀코팅하였다.

다음에, 80℃에서 5분간 가열하고, 건조 및 배향처리를 행한 후, 배향기판 위에 형성된 액정층이 선택반사중심파장 480nm의 청색의 콜레스테릭상을 반사하는 것을 육안으로 확인하였다.

다음에, 상기 포토마스크를 가로 방향으로 100㎛ 비켜두고, 줄무늬가 정확히 하나 정도만 벗어나도록 포토마스크와 액정층과의 위치관계를 조정한 후, 이 포토마스크를 통하여 초고압수은등을 사용한 자외선조사장치에 의하여 365nm의 자외선을 5mJ/㎠ 조사하여, 액정층을 중합시켜서 폴리머화하여, 배향기판 위에 반경화 콜레스테릭층을 형성하였다.

그 후, 배향기판 위에 형성된 반경화 콜레스테릭층을, 아세톤에 5분간 침지시키고, 그 후 60℃에서 15분간 가열하고, 건조처리를 행하여, 100㎛의 줄무늬상의 반경화 콜레스테릭층을 형성하였다. 여기에서, 배향기판 위에 형성된 줄무늬상의 반경화 콜레스테릭층의 반사율을 현미분광광도계로 측정한 결과, 절반값폭(Δλ) = 45nm 정도였다.

그리고, 이와 같이 해서, 배향기판 위에 형성된 반경화 콜레스테릭층을 80℃의 핫 플레이트 위에 옮기고, 질소분위기 하에서 초고압수은등의 자외선조사장치로365nm의 자외선을 0.2mW/㎠로 180초 노광하였다. 여기에서, 배향기판 위에 형성된 반경화 콜레스테릭층의 반사율을 현미분광광도계로 측정한 결과, 절반값폭(Δλ) = 70nm 정도였다.

이것에 의하여, 배향기판 위에 광대역화된 3 색의 경화 콜레스테릭층이 형성된 컬러필터가 제조되었다.

또한, 본 발명은, 상술한 실시형태 및 실시예에 한정되는 것은 아니다. 상술한 실시형태 및 실시예는 예시이고, 본 발명의 특허청구의 범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 가지고, 동일한 작용 효과를 나타내는 것은, 어떠한 것이라도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

Claims

배향능을 가지는 기재 위에, 중합성 키랄제 및 네마틱 규칙성을 취할 수 있는 중합성 액정재료를 갖고, 콜레스테릭 규칙성을 나타내는 활성방사선 경화형의 액정층을 형성하는 액정층 형성공정과,

상기 액정층에 대하여 소정의 조사강도의 활성방사선을 조사하여, 반경화 콜레스테릭층을 형성하는 반경화 콜레스테릭층 형성공정과,

상기 반경화 콜레스테릭층 내에서 상기 기재측으로부터 이 기재의 반대측에 위치하는 표면측으로 향하여 경화속도구배가 형성된 상태에서 경화를 행하여, 이 반경화 콜레스테릭층의 선택반사파장대역을 광대역화하는 광대역화공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 원편광 제어 광학소자의 제조방법.
제 1항에 있어서, 선택반사파장대역이 광대역화된 상기 반경화 콜레스테릭층을 경화시켜서, 경화 콜레스테릭층을 형성하는 경화 콜레스테릭층 형성공정을 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항 또는 2항에 있어서, 상기 반경화 콜레스테릭층 형성공정에서 형성되는 상기 반경화 콜레스테릭층의 상태가, 상기 중합성 키랄제 및 상기 네마틱 규칙성을 취할 수 있는 중합성 액정재료가 가지는 전관능기 중, 10몰% 내지 80몰%의 범위 내의 관능기가 중합한 상태인 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항 내지 3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 액정층 형성공정에서 상기 액정층이 형성되는 상기 기재는, 표면에 배향능을 갖는 기판을 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항 내지 3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 액정층 형성공정에서 상기 액정층이 형성되는 상기 기재는, 기판과, 상기 기판 위에 형성된 배향능을 갖는 배향막을 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항 내지 5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 반경화 콜레스테릭층 형성공정은, 상기 기재 위에 형성된 상기 액정층에 대하여 소정의 조사강도의 활성방사선을 패턴 조사하고, 상기 액정층에 소정의 패턴의 반경화 부위를 형성하는 공정과, 소정의 패턴의 반경화 부위가 형성된 상기 액정층을 현상하고, 소정의 패턴을 갖춘 반경화 콜레스테릭층을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항 내지 5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 반경화 콜레스테릭층 형성공정은, 상기 기재 위에 형성된 상기 액정층에 대해서 다른 조사강도의 활성방사선을 패턴 조사하고, 상기 액정층에 경화도가 다른 복수의 패턴의 반경화 부위를 형성하는 공정과, 경화도가 다른 복수의 패턴의 반경화 부위가 형성된 상기 액정층을, 이 액정층의 미경화 성분인 중합성 키랄제 및 네마틱 규칙성을 취할 수 있는중합성 액정재료를 선택적으로 용출시키는 용매에 접촉시켜서, 다른 선택반사색을 가지는 복수의 패턴을 갖춘 반경화 콜레스테릭층을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 2항 내지 7항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 반경화 콜레스테릭층은 산소 의존성을 가지는 중합개시제를 가지고, 상기 광대역화공정에 있어서, 경화를 저해하는 가능을 갖는 산소 분위기에 상기 반경화 콜레스테릭층의 어느 한 쪽 표면을 노출한 상태에서, 상기 반경화 콜레스테릭층에 대하여, 상기 경화 콜레스테릭층 형성공정에서 사용되는 활성방사선의 조사강도보다도 낮은 조사강도의 활성방사선을 조사하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 8항에 있어서, 상기 광대역화공정에서 사용되는 상기 활성방사선은 자외선이고, 상기 산소 의존성을 가지는 중합개시제는 광중합개시제인 것을 특징으로 하는 방법.
제 8항 또는 9항에 있어서, 상기 광대역화공정에 있어서 상기 산소 분위기 중의 산소 농도가, 10% 이상인 것을 특징으로 하는 방법.
제 10항에 있어서, 상기 산소 분위기가 공기 분위기인 것을 특징으로 하는 방법.
제 2항 내지 7항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 광대역화공정에 있어서, 상기 반경화 콜레스테릭층의 한쪽 표면에 대해서만, 상기 경화 콜레스테릭층 형성공정에서 사용되는 활성방사선의 조사강도의 0.1 ~ 10%의 조사강도의 미약한 활성방사선을 조사하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 12항에 있어서, 상기 광대역화공정에 있어서 상기 미약한 활성방사선의 조사는, 무산소 분위기 하에서 행해지는 것을 특징으로 하는 방법.
제 12항 또는 13항에 있어서, 상기 광대역화공정에서 사용되는 상기 활성방사선은 자외선이고, 상기 반경화 콜레스테릭층은 광중합개시제를 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
제 12항에 있어서, 상기 반경화 콜레스테릭층은 산소 의존성을 가지는 중합개시제를 가지고, 상기 광대역화공정에 있어서 상기 미약한 활성방사선의 조사는, 상기 미약한 활성방사선이 조사되는 상기 반경화 콜레스테릭층의 표면과는 반대의 표면만을 산소 분위기에 노출한 상태에서 행하여지는 것을 특징으로 하는 방법.
제 15항에 있어서, 상기 광대역화공정에서 사용되는 상기 활성방사선은 자외선이고, 상기 산소 의존성을 가지는 중합개시제는 광중합개시제인 것을 특징으로하는 방법.
제 1항 내지 16항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 광대역화공정에 있어서, 상기 반경화 콜레스테릭층을 가열하면서 이 반경화 콜레스테릭층의 경화를 행하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항 내지 17항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 경화 콜레스테릭층을 형성한 후, 상기 액정층 형성공정, 상기 반경화 콜레스테릭층 형성공정, 상기 광대역화공정 및 상기 경화 콜레스테릭층 형성공정을 반복함으로서, 2층 이상의 상기 경화 콜레스테릭층을 형성하는, 원편광 제어 광학소자의 제조방법으로,

상기 2층째 이후의 액정층 형성공정에 있어서, 이미 형성된 경화 콜레스테릭층 위에 배향막을 형성하고, 이 배향막 위에, 중합성 키랄제 및 네마틱 규칙성을 취할 수 있는 중합성 액정재료를 갖고 콜레스테릭 규칙성을 나타내는 활성방사선 경화형의 액정층을 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항 내지 17항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 경화 콜레스테릭층을 형성한 후, 상기 액정층 형성공정, 상기 반경화 콜레스테릭층 형성공정, 상기 광대역화공정 및 상기 경화 콜레스테릭층 형성공정을 반복함으로서, 2층 이상의 경화 콜레스테릭층을 형성하는, 원편광 제어 광학소자의 제조방법으로,

상기 2층째 이후의 액정층 형성공정에 있어서, 이미 형성된 경화 콜레스테릭층 위에, 중합성 키랄제 및 네마틱 규칙성을 취할 수 있는 중합성 액정재료를 갖고 콜레스테릭 규칙성을 나타내는 활성방사선 경화형의 액정층을 직접 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
배향능을 가지는 기재 위에, 키랄제 및 네마틱 규칙성을 취할 수 있는 중합성 액정재료를 가지고, 콜레스테릭 규칙성을 나타내는 활성방사선 경화형의 액정층을 형성하는 액정층 형성공정과,

상기 액정층에 대하여 소정의 조사강도의 활성방사선을 조사하고, 상기 액정층에 반경화부위를 형성하는 반경화부위 형성공정과,

반경화 부위가 형성된 상기 액정층을, 이 액정층의 미경화 성분인 키랄제 및 네마틱 규칙성을 취할 수 있는 중합성 액정재료를 선택적으로 용출시키는 용매에 접촉시키고, 소정의 선택반사색을 가지는 반경화 콜레스테릭층을 형성하는 반경화 콜레스테릭층 형성공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 원편광 제어 광학소자의 제조방법.
제 20항에 있어서, 상기 반경화 콜레스테릭층을 경화시켜서, 경화 콜레스테릭층을 형성하는 경화 콜레스테릭층 형성공정을 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 20항 또는 21항에 있어서, 상기 반경화부위 형성공정에 있어서, 상기 액정층에 대해서 다른 조사강도의 활성방사선을 패턴 조사하여, 상기 액정층에 경화도가 다른 복수의 패턴의 반경화 부위를 형성하고, 상기 반경화 콜레스테릭층 형성공정에 있어서, 경화도가 다른 복수의 패턴의 반경화 부위가 형성된 상기 액정층을, 이 액정층의 미경화 성분인 키랄제 및 네마틱 규칙성을 취할 수 있는 중합성 액정재료를 선택적으로 용출시키는 용매에 접촉시켜서, 다른 선택반사색을 가지는 복수의 패턴을 갖춘 반경화 콜레스테릭층을 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 20항 내지 22항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 액정층 형성공정에서, 상기 액정층이 형성되는 상기 기재는, 표면에 배향능을 갖는 기판을 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
제 20항 내지 22항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 액정층 형성공정에서 상기 액정층이 형성되는 상기 기재는, 기판과, 상기 기판 위에 형성된 배향능을 가지는 배향막을 가지는 것을 특징으로 하는 방법.