圆形偏振光控制光学元件及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种无光学界面，耐热性好，反射波长带区宽的圆形偏振光控制光学元件１０。把未硬化状态的胆甾醇液晶层膜状配置到玻璃基板１２上，该液晶层包含具有胆甾醇规则性的阵列液晶、手性剂和光聚合开始剂，而上述玻璃基板１２上形成有取向膜１６。使这样成膜的未硬化状态的胆甾醇液晶层的一个界面切接触玻璃基板１２的取向膜１６而与氧气不接触，同时，使另一个界面暴露于环境中，在此状态下，对胆甾醇液晶层１８照射弱照射强度的紫外线，使该胆甾醇液晶层１８硬化。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，该圆形偏振光控制光学元件是从无偏振光中抽取右旋或右旋圆偏振光的元件。
技术介绍
现有技术的这种圆形偏振光控制光学元件具备带胆甾醇规则性的液晶层(也称胆甾醇液晶层)，该液晶层在规定的反射波长带区反射与该螺旋构造的节距(螺旋节距)对应的波长的右旋或左旋圆形偏振光的一种，其余光则透过。在本说明书中所称的‘液晶层’术语在光学领域意味着具有液晶性质的层，而层的状态除了有流动性的液晶相状态外，还包含保护液晶相所持的分子配列并被固化的固相状态。这种圆形偏振光控制光学元件广泛应用于液晶显示板上，反射波长带区一般多要求是跨越整个可见光区的范围的带区。目前而言，使这种圆形偏振光控制光学元件的反射波长带区变宽的手法已知的是将具有不同中心反射波长的液晶层以多层重叠的方法。另外，还已知有使用能够间歇式(连续式)改变螺旋节距的胆甾醇液晶材料，沿厚度方向改变其螺旋节距的方法(美国专利第5691789号说明书及特开平6-281814号公报)。此外，如特开平10-319235号公报及特开平11-44816号公报)所揭示的那样，将2层胆甾醇液晶聚合物层重叠后，通过热处理间歇地改变螺旋节距的方法。然而，在上述现有的手法中，对于将多层具有不同中心反射波长的液晶层重叠的方法而言，由于以各层的反射波长带区简单地结合来决定整体反射波长带区，因此例如在使整个可见光区域作为反射波长带区的情况下，就必须将多层液晶层重叠起来。因此，在此情况下，存在不能无视在各液晶层间的重叠界面处产生的反射影响，并降低光学特性的问题。对于使用能够间歇式(连续式)改变螺旋节距的胆甾醇液晶材料的方法，由于用单一液晶层拓宽反射波长带区，因此，虽然具有能够使圆形偏振光反射率为一定程度的优点，但此方法中，液晶材料必须包含非架桥性的液晶分子(美国专利第5691789号说明书)，或者包含色素(特开平6-281814号公报)。因此，存在的问题是耐热性差，而且因液晶层上带色会使光学特性下降。此外，对于将2层胆甾醇液晶聚合物层重叠进行热处理的方法，因要进行高温热处理，因此液晶材料必须具有耐热性，存在的问题是液晶材料的种类受到限制。另外，因为液晶聚合物层的接合界面一旦聚合化，虽然光学界面不会完全消失，但在存在这种界面的大多数情况下，均存在光学特性下降的问题。再者，在上述方法中使用的液晶材料都不是反应性液晶，在拓宽反射波长带区后，固定液晶层构造是困难的，若要再次加热，会出现该液晶层构造变化的问题。
技术实现思路
本专利技术人针对上述这些问题进行的长期锐意的研究，结果发现，由于具有胆甾醇规则性的液晶层内外硬化度不同，找到了以简单的方法使液晶层内为均匀螺旋节距的胆甾醇相构造转变成在液晶层内螺旋节距连续地变化的胆甾醇相构造。本专利技术是以上述发现为基础，其目的提供在拓宽反射波长带区的场合下，界面反射不会引起光学特性下降的。本专利技术的目的提供具有耐热性，其光学特性固定，而且即使加热光学特性不会变化的。本专利技术的第一解决方案是提供具备硬化状态的液晶层，该液晶层具有平面阵列取向的胆甾醇规则性，并包含液晶分子和控制液晶分子螺旋构造中的螺旋节距的手性(カイラルchiral剂，在上述液晶层内所包含的上述手性剂的浓度在该液晶层的厚度方向上呈直线变化。在本专利技术的第一解决方案中，最好还具备支持上述液晶层的基板，该基板能够将对上述液晶层内所包含的上述液晶分子取向的取向能赋予上述液晶层表面。另外，上述液晶层中，位于上述基板侧的第1表面侧的螺旋节距最好比位于上述第1表面的相反侧的第2表面侧的螺旋节距短。不过，在上述液晶层中，位于上述基板侧的第1表面侧的螺旋节距也可以比位于上述第1表面的相反侧的第2表面侧的螺旋节距长。此外，上述液晶层还包含光聚合开始剂，上述液晶层内所包含的上述液晶分子最好是聚合性单体液晶分子及聚合性低聚物液晶分子中的至少一种。本专利技术的第2解决方案是提供了圆形偏振光控制光学元件的制造方法，该方法包括在基板上涂抹添加了光聚合开始剂的胆甾醇液晶溶液后形成未硬化状态的液晶层的步骤；对在上述基板上形成的上述未硬化状态的液晶层照射紫外线而使其硬化的步骤，在照射上述紫外线的步骤中，使上述未硬化状态的液晶层中的上述基板侧的表面和相反侧的表面暴露于常压下的氧浓度为10％以上的气氛中，并对上述未硬化状态的液晶层照射紫外线。在本专利技术的第2解决方案中，上述气氛最好是空气气氛。另外，在照射上述紫外线的步骤中，开始照射紫外线后，最好慢慢地降低上述气氛中氧浓度。此外，上述紫外线的照射强度最好是在上述气氛下为在保持均匀螺旋节距的条件下硬化上述液晶层中所含的上述液晶分子所必要的照射强度的10％至1％。此外，在照射上述紫外线步骤中，最好加热上述基板。另外，在上述基板中的上述液晶层侧的表面上最好能够赋予对上述液晶层内所含的上述液晶分子取向的取向能。另外，还包含在上述基板上形成的上述未硬化状态的液层中位于上述基板侧的表面和相反侧的表面上紧密粘接由氧气可透过材料构成的附加基板的步骤。在照射上述紫外线的步骤中，最好对夹在上述一对基板间的上述未硬化状态的液晶层通过上述附加基板供给氧气，并照射紫外线。最好在上述附加基板中上述液晶层侧的表面上赋予对上述液晶层所包含的上述液晶分子取向的取向能。根据本专利技术涉及的圆形偏振光控制光学元件，通过使具有平面取向的胆甾醇规则性的液晶层内所包含的手性剂的浓度沿液晶层的厚度方向呈直线变化，来控制液晶层中液晶分子的螺旋构造中的螺旋节距，因此，不需要将多层液晶层重叠而以单层液晶层就可实现反射波长带区的拓宽作用，由于光学界面少，能够防止因界面反射引起的光学特性下降。另外，因为使液晶成分的浓度呈一定分布，所以不必要包含通常所用的非架桥物质等，另外，因紫外线能够完全地固定液晶分子的构造，因此不仅具有耐热性，而且其光学特性稳定，之后即使加热光学特性也不会变化。此外，在使未硬化状态的液晶层硬化步骤中，不必要加热到通常退火步骤中所用的高温(150-300度)，因此液晶材料的选择扩大了。根据本专利技术涉及的圆形偏振光控制光学元件的制造方法，因未硬化状态的液晶层的内硬化度不同，使液晶层内为均匀螺旋节距的胆甾醇相构造转变成在液晶层内螺旋节距连续地变化的胆甾醇相构造，因此，能够简单且高效精确地制造具有拓宽的反射波长带区的由单层液晶层构成的圆形偏振光控制光学元件，另外，能够更好地制造液晶层上反射波长带区的宽度。对于本专利技术的圆形偏振光控制光学元件的制造方法中，使具有平面取向的胆甾醇规则性的未硬化状态的液晶层一个界面密接基板而与氧气不接触，而使另一界面暴露于空气气氛中常压下的氧气浓度高于10％的气氛中，在此状态下，对液晶照射弱紫外线强度，使液晶层硬化。在此场合下，在液晶层的气氛侧的表面上，因气氛中的氧气，阻碍了因紫外线照射而产生的游离基聚合，液晶分子难硬化，相反，液晶层基板侧表面上液晶分子硬化良好。因此，在液晶层内沿该液晶层的厚度方向产生液晶分子的硬化速度分布，对应于该硬化速度分布，以胆甾醇液晶为主材的液晶分子和手性剂产生浓度梯度。即，由于以胆甾醇液晶为主材的液晶分子和手性剂的反应性(即硬化速度)不同，因此，由于上述硬化速度分布，在照射紫外线前，在胆甾醇液晶层内均匀的主材和手性剂的浓度分布沿液晶层的厚度方向不同，在基板侧的第一表面和空气气氛侧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种圆形偏振光控制光学元件，具备硬化状态的液晶层，该液晶层具有平面阵列取向的胆甾醇规则性，并包含液晶分子和控制液晶分子螺旋构造中的螺旋节距的手性剂，其特征在于： 在上述液晶层内所包含的上述手性剂的浓度在该液晶层的厚度方向上呈直线变化。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：梅谷雅规，
申请(专利权)人：大日本印刷株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]