专利名称：圆形偏振光控制光学元件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种圆形偏振光控制光学元件及其制造方法，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。
背景技术：
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。
发明内容
本发明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。
本发明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圆形偏振光控制光学元件及其制造方法。
本发明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圆形偏振光控制光学元件及其制造方法。
本发明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。
在本发明的第一解决方案中，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。
本发明的第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。
在本发明的第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。
根据本发明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。
根据本发明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。
对于本发明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的第二表面之间形成螺旋节距不同的硬化状态的液晶层。
图1是模拟地表示本发明一实施例的圆形偏振光控制光学元件的放大断面图。
图2是概略地说明图1所示的圆形偏振光控制光学元件制造方法一例的断面图。
图3概略说明图1所示的圆形偏振光控制光学元件制造方法另一例的断面图。
图4表示实例1的胆甾醇液晶层(圆形偏振光控制光学元件)的右圆形偏振光透过率波长依赖性线性图。
图5是表示测定出实例1的胆甾醇液晶层(圆形偏振光控制光学元件)的螺旋构造中的螺旋节距变化方式结果的图。
图6表示实例2的胆甾醇液晶层(圆形偏振光控制光学元件)的右圆形偏振光透过率波长依赖性线性图。
图7表示在氮气气氛下硬化的比较例的胆甾醇液晶层(圆形偏振光控制光学元件)的右圆形偏振光透过率波长依赖性线性图。
图8表示在空气气氛下且紫外线的照射强度为90mW/cm2以上的条件下硬化的比较例的胆甾醇液晶层(圆形偏振光控制光学元件)的右圆形偏振光透过率波长依赖性线性图。
图9表示在空气气氛下且紫外线的照射强度为9mW/cm2以下的条件下硬化的比较例的胆甾醇液晶层(圆形偏振光控制光学元件)的右圆形偏振光透过率波长依赖性线性图。
图10表示在空气气氛下且紫外线的照射强度为9-90mW/cm2的条件下硬化的比较例的胆甾醇液晶层(圆形偏振光控制光学元件)的右圆形偏振光透过率波长依赖性线性图。
具体实施例方式
下面，参照
本发明的实施例。
如图1所示，本发明一实施例的圆形偏振光控制光学元件10具备玻璃基板12，由该玻璃基板12支持的？具有平面取向的胆甾醇规则性的胆甾醇液晶层14。玻璃基板12中的胆甾醇液晶层14侧的表面上形成了取向膜16，该取向膜16赋予表面使液晶层14所含的液晶分子取向的取向能。
胆甾醇液晶层14由包含作为液晶分子的阵列液晶和手性剂的手性阵列液晶(胆甾醇液晶)构成，通过改变手性剂的浓度，就能够控制液晶分子的螺旋构造中的螺旋节距。如后所述，胆甾醇液晶层14是这样形成的，即向混合了阵列液晶和手性剂的胆甾醇液晶单体溶液(胆甾醇液晶溶液)内添加光聚合开始剂，把该胆甾醇液晶溶液涂抹在玻璃基板12的取向膜16上后，通过照射紫外线而使其硬化而得。作为胆甾醇液晶层14所含的液晶分子，可使用聚合性单体液晶分子和聚合性低聚物液晶分子。在使用聚合性单体液晶分子时，可以使用如特开平7-258638号公报和特表平10-508882号公报记载的那种液晶性单体及キラル化合物的混合物。在使用聚合性低聚物液晶分子时，可以使用如特开昭57-165480号公报记载的那种具有胆甾醇相的环式聚有机硅氧烷化合物。
对于胆甾醇液晶层14，在该胆甾醇液晶层14中包含的手性剂浓度沿胆甾醇液晶层厚度方向呈直线变化，因此，液晶分子的螺旋构造中的螺旋节距沿胆甾醇液晶层14的厚度方向连续地变化。
在胆甾醇液晶层14中位于玻璃基板12侧的第一表面14A侧的螺旋节距既可以比位于第一表面14A的相反侧的第二表面14B侧的螺旋节距短(参照图1)，也可以比第二表面14B侧的螺旋距长。这种螺旋节距的变化如后所述由以胆甾醇液晶为主材的阵列液晶和手性剂的反应性差决定，在手性剂的反应性比主材大时，玻璃基板12侧更短，相反，玻璃基板12侧的更长。
上述的胆甾醇液晶层14一般而言以液晶分子的物理分子配列为基础，具有分离一方向旋光成分和与之相反的旋光成分的旋光选择特性(偏振光分离特性)。即，相对于这种胆甾醇液晶层14，沿液晶平面配列的螺旋轴(螺旋中心轴)入射的自然光(无偏振光)分离成右旋及左旋2种圆偏振光成分，一种光透过，另一种被反射。此现象已知为圆偏振光的双色性，通过合适地选择液晶分子的螺旋构造中的旋转方向，则具有与该旋转方向相同的旋光方向的圆偏振光成分被选择地反射。
此时的最大旋光光漫射以下式(1)的波长λ0产生。
λ0＝nav·p ...(1)这里，p是液晶分子的螺旋构造中的螺旋节距(液晶分子的分子螺旋每1节距的长度)，nav是与螺旋轴垂直的平面内的平均折射率。
此时的反射光的波长带宽Δλ由下式(2)表示。
Δλ＝Δn·p ...(2)这里的Δn是折射值。
即，在胆甾醇液晶层14上，入射的无偏振光依据上述的偏光分离特性，以波长λ0为中心的波长带宽Δλ范围(反射光波长带区)的光的右旋或左旋圆偏振光成分的一路光被反射，另一路圆偏振光成分及其它波长区域的光(无偏振光)透过。反射的右旋或左旋圆偏振光成分与通常的反射不同，其相位不反转，保护原来状态地被反射。
一般来说，胆甾醇液晶产生的在可见光区域的反射波长带区的半值宽度是25nm-100nm，整个可见光区域反射范围不会扩大。特别地，在短波长侧的400nm-500nm的区域内，半值宽度为50nm以下，成为非常狭小的反射波长带区。
然而，本实施例涉及的圆形偏振光控制光学元件10中，由于胆甾醇液晶层14中的液晶分子的螺旋构造中的螺旋节距沿胆甾醇液晶层14的厚度方向连续地变化，因此，能够大大地增大反射波长带区的宽度。
下面根据图2，说明图1所示的圆形偏振光控制光学元件10的制造方法。
首先，如图2(A)所示，准备玻璃基板12，该基板12上形成了具备对液晶分子取向的取向能的取向膜16，然后，用喷涂器将混合了阵列液晶和手性剂的胆甾醇液晶单体溶液(胆甾醇液晶溶液)13涂抹到该取向膜16上。因此，把光聚合开始剂添加到胆甾醇液晶溶液13内。一般来说，可以使用任意一种光聚合开始剂，例如，可使用Irg907，Irg184，Irg361，Irg651，(都为Ciba社制)。
其次，如图2(B)所示，利用热板等把胆甾醇液晶溶液13加热到50-90度温度，使胆甾醇液晶溶液13中的溶剂蒸发，形成未硬化状态的胆甾醇液晶层18。
之后，如图2(C)所示，对未硬化状态的胆甾醇液晶层18在大气中(空气环境下)照射弱照射强度的紫外线，由于预先添加的光聚合开始剂和从外部照射的紫外线作用使聚合开始进行，使未硬化状态的胆甾醇液晶层18中的液晶分子三维架桥(聚合化)而硬化，形成图2(D)所示的硬化状态的胆甾醇液晶层14。此时，按照要求，也可以对形成未硬化状态的胆甾醇液晶层18的玻璃基板12加热。所谓三维架桥是聚合性单体分子和聚合性低聚合分子相互三维聚合，意味着成为网络构造的状态。由于成为了这样的状态，能够使液晶分子以保护液晶相的分子配列方式固定其光学特性，作为光学膜的装配非常容易，能够形成常温下非常稳定的薄状膜。
把涂抹在玻璃基板12的取向膜16上的未硬化状态的胆甾醇液晶层18中位于玻璃基板12侧的表面和相反侧的表面暴露于空气气氛中，利用空气中的氧气(氧气浓度约为20％)，阻碍了因照射紫外线而产生的基团聚合。因此，未硬化状态的胆甾醇液晶层18中位于玻璃基板12侧的表面和相反侧表面上的液晶分子比位于玻璃基板12侧的表面上的液晶分子更难硬化。
此时，如上所述，若紫外线照射的强度变弱，则在未硬化状态的胆甾醇液晶层18内产生液晶分子的硬化速度分布。由于以胆甾醇液晶为主材的阵列液晶和手性剂的反应性(硬化速度)不同，因此，由于上述硬化速度分布，在进行硬化的区域和不进行硬化的区域间液晶成分(阵列液晶及手性剂)的浓度分布产生。由于这样的液晶成分的浓度分布，在硬化状态的胆甾醇液晶层14内，液晶分子的螺旋节距沿厚度方向呈直线状变化，硬化状态的胆甾醇液晶层14的反射波长带区变宽。
在此情况下，如上所选在胆甾醇液晶层14内的液晶分子的螺旋节距变化由以胆甾醇液晶为主材的阵列液晶和手性剂的反应性差决定，例如，主材的反应性比手性剂的反应性小时，玻璃基板12侧节距更短，相反，玻璃基板12侧节距更长。
上述紫外线的照射强度优选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％，最好是约8％-2％的范围。
在紫外线照射强度较强时，未硬化状态的胆甾醇液晶层18内的基团的生成率变大，胆甾醇液晶层18的玻璃基板12侧的表面和空气气氛侧的表面间的硬化度差缩小，因产生液晶成分的浓度分布，整体更快地硬化，所以形成具有通常的狭小反射波长带区的胆甾醇液晶层。另外，若紫外线照射强度较弱，则液晶硬化几乎不进行或需要很长时间。
在存在氧气的气氛(阻碍基团聚合的环境)下，以低照射强度照射紫外线时，胆甾醇液晶层最表面(距界面数nm程度)根据条件也有完全不能硬化的情况。然而，本实施例的胆甾醇液晶层因为发生液晶成分的浓度分布，所以不会包含通常所用的非架桥物质，因此，假定发生了上述的状态，在胆甾醇液晶层内的分离(液晶成分的浓度分布)发生后，通过照射所要求的紫外线，则也可能完全硬化。本实施例的胆甾醇液晶层的特殊螺旋构造在上述制造过程中已被固定，因此，通过上述附加的紫外线照射，光学特性不会变化。
根据如此制造的本实施例的圆形偏振光控制光学元件10，使得平面取向的胆甾醇液晶层14内的手性剂的浓度沿胆甾醇液晶层14厚度方向呈直线变化，就可控制胆甾醇液晶层14中的液晶分子的螺旋构造中的螺旋节距，因此，不必将多层液晶重叠，而利用单层的液晶层变能够实现反射波长带区的拓宽，减少了光学界面，能够防止因界面反射引起的光学特性的下降。另外，因为发生液晶成分的浓度分布，所以不必要包含通常所用的非架桥物质等，另外，由于利用紫外线能够完全地固定液晶分子的构造，所以具有了耐热性，同时固定了其光学特性，此外，即使进行之后加热，其光学特性也不会变化，在硬化未硬化状态的胆甾醇液晶层18时，由于不必要加热到通常退火步骤中所用的高温(150-300度)，因此，液晶材料的可选范围增大。
根据本实施例的圆形偏振光控制光学元件10的制造方法，由于未硬化状态的胆甾醇液晶层18的内外硬化度不同，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胆甾醇液晶层14构成的圆形偏振光控制光学元件10，另外，能够更好地制造胆甾醇液晶层14上的反射波长带区的宽度。
在上述实施例中，向未硬化状态的胆甾醇液晶层18照射紫外线时，虽然把胆甾醇液晶层18中位于玻璃基板12侧的表面和相反侧的表面暴露于空气气氛中，而该气氛不限于空气气氛，常压下的氧气浓度高于10％的气氛也可以使用。
在上述实施例中，虽然只在未硬化状态的胆甾醇液晶层18的一个表面上配置玻璃基板12，但本发明不限于此，如果未硬化状态的胆甾醇液晶层18一个表面处不存在氧化，而只是另一表面暴露于空气环境中，则能够制作除此以外的任意构成。
因而，例如也可采用如图3(A)-(D)所示的制造方法。在该制造方法中，首先，如图3(A)所示，把胆甾醇液晶层溶液13涂抹到玻璃基板12的取向膜16上。接着，如图3(B)所示，通过加热处理使胆甾醇液晶层溶液13中的溶剂蒸发掉，形成未硬化状态的胆甾醇液晶层18。之后，如图3(C)所示，未硬化状态的胆甾醇液晶层18中位于玻璃基板12侧的表面和相反侧的表面上紧密地配置由透氧性材料构成的附加基板20后，对夹在玻璃基板12(取向膜16)和附加基板20(取向膜22)之间的未硬化状态的胆甾醇液晶层18照射紫外线，最终，形成如图3(D)所示的硬化状态的胆甾醇液晶层14。此时，对未硬化状态的胆甾醇液晶层18照射紫外线时，通过附加基板20向胆甾醇液晶层18供给氧气，且可以照射紫外线。
此时，通过附加基板20向未硬化状态的胆甾醇液晶层18供给的氧气透过量受到附加基板20中胆甾醇液晶层18侧的表面处的氧气分压与常压下的氧气浓度超过10％时的分压相同程度的影响。在通过附加基板20供给的氧气透过量不足时，则以加压状态提供氧气，或者可提供纯氧。在附加的基板20中未硬化状态的胆甾醇液晶层18侧的表面上也可以形成附加的取向膜22，该取向膜提供了对包含在未硬化状态的胆甾醇液晶层18中的液晶分子取向的取向能。上述具有透氧性的附加基板20可以使用透氧膜和用于接触透镜的透氧性树脂等。
此外，在上述实施例中，对未硬化状态的胆甾醇液晶层18照射紫外线时，虽然保持氧浓度和氧分压为一定，但本发明不限于此，在照射紫外线的步骤中，在紫外线照射开始时可提高氧气浓度，在开始照射紫外线之后，可慢慢地降低氧气浓度。因此，能够与氧浓度下降速度相匹配地控制液晶的硬化速度。
在上述实施例中，仅使用了单层胆甾醇液晶层14来构成圆形偏振光控制光学元件10，但本发明并不限于单层，也可以将多层胆甾醇液晶层14重叠起来，覆盖所期望范围的反射波长带区(例如，整个可见光区域)，来构成圆形偏振光控制光学元件。
实施例下面，与比较例一起来说明上述实施形式的实施例。
(实施例1)将阵列液晶和手性剂混合，准备出胆甾醇液晶单体的35％甲苯溶液(胆甾醇液晶溶液)。在这种胆甾醇液晶溶液中，相对于这种胆甾醇液晶溶液添加5％的光聚合开始剂。光聚合开始剂可以使用Irg907(Ciba社制)。
然后，用喷涂器把按上述方式调整好的胆甾醇液晶溶液涂抹到经过取向处理的带聚酰亚胺膜的玻璃基板上，接着，在90度温度下干燥，除去胆甾醇液晶溶液中的溶剂(甲苯)。因此形成厚度为3μm的未硬化状态的胆甾醇液晶膜层。
这样形成的胆甾醇液晶层在从常温到100度温度这么宽的范围内呈胆甾醇相，中心反射波长为535nm，反射波长带区的半值宽度46nm，能使绿色的右圆偏振光反射到镜面上。
之后，把未硬化状态的胆甾醇液晶层与玻璃基板一起放置到空气环境中，在90度温度下以2.6mW/cm2(310nm)的照射强度照射紫外线60秒。因此，反射波长带区的半值宽度是150nm，形成了带宽的硬化状态的胆甾醇液晶层。
图4示出这样形成的胆甾醇液晶层的右圆偏振光透过度的波长依赖图。图5示出测定出的这样形成的胆甾醇液晶层的螺旋构造中的螺旋节距p变化模式的结果。
实施例2以与实施例1相同，使未硬化状态的胆甾醇液晶层在经过取向处理的带聚酰亚胺膜的玻璃基板上成膜，之后，到空气环境中，在90度温度下以7.5mW/cm2(310nm)的照射强度照射紫外线20秒，因此，反射波长带区的半值宽度是100nm，形成了带宽的硬化状态的胆甾醇液晶层。
图6示出这样形成的胆甾醇液晶层的右圆偏振光透过度的波长依赖图。
比较例把以与实施例1相同方法成膜的未硬化状态的胆甾醇液晶层在不同硬化条件下(气氛及紫外线的照射强度)硬化时的/硬化后的各胆甾醇液晶层的光学特性进行比较。
下述表1表示了硬化条件(气氛及紫外线照射强度)和反射波长带区(反射光谱)的半值宽度的关系。图7至图10是与下述表1各项目对应的胆甾醇液晶层的右圆偏振光透光率的波长依赖性的附图。
表1
在氮气气氛(氧气浓度0.2％)下使胆甾醇液晶层硬化时，如上述表1及图7所示，即使改变紫外线照射强度，其反射波长带区的半值宽度是一定的，反射光(圆偏振光)的光谱形状也一定，没有起到扩大带区的作用。
而在空气气氛(氧气浓度经约20％)下使胆甾醇液晶层化硬化时，如上述表1所示，因紫外线的照射强度，反射波长带区的半值宽度以及反射光(圆偏振光)的光谱形状明显不同。
在紫外线的照射强度为90mW/cm2时，如上述表1及图8所示，反射波长带区的半值宽度是通常的值，没有产生扩大带区。与之相对，在紫外线照射强度约为90mW/cm2的8％，即7.5mW/cm2以下时，如上述表1及图9所示，反射波带区的半值宽度增大，起到扩大带区的目的。
在紫外线照射强度为90mW/cm2的100％至10％的范围内，如在25mW/cm2，50mW/cm2，75mW/cm2时，反射光(圆偏振光)的光谱形状虽有变化，但如图10所示，光谱会分裂或带宽度不够。
权利要求
1.一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。
2.根据权利要求1所述的圆形偏振光控制光学元件，其特征在于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。
3.根据权利要求2所述的圆形偏振光控制光学元件，其特征在于上述液晶层中的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。
4.根据权利要求2所述的圆形偏振光控制光学元件，其特征在于在上述液晶层中的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。
5.根据权利要求1所述的圆形偏振光控制光学元件，其特征在于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。
6.一种圆形偏振光控制光学元件的制造方法，其特征在于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；和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。
7.根据权利要求6所述的圆形偏振光控制光学元件的制造方法，其特征在于上述气氛是空气气氛。
8.根据权利要求6所述的圆形偏振光控制光学元件的制造方法，其特征在于在照射上述紫外线的步骤中，开始照射紫外线后，慢慢地降低上述气氛中氧浓度。
9.根据权利要求6所述的圆形偏振光控制光学元件的制造方法，其特征在于上述紫外线的照射强度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％。
10.根据权利要求6所述的圆形偏振光控制光学元件的制造方法，其特征在于在照射上述紫外线步骤中，加热上述基板。
11.根据权利要求6所述的圆形偏振光控制光学元件的制造方法，其特征在于在上述基板中的上述液晶层侧的表面上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。
12.根据权利要求6所述的圆形偏振光控制光学元件的制造方法，其特征在于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，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。
13.根据权利要求12所述的圆形偏振光控制光学元件的制造方法，其特征在于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。
全文摘要
本发明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。
文档编号G02F1/1335GK1387055SQ02140200
公开日2002年12月25日 申请日期2002年3月28日 优先权日2001年3月28日
发明者梅谷雅规 申请人:大日本印刷株式会社