光学的要素
【課題】単一の支持体上に配向層と、その配向層と接触する、架橋液晶モノマー層とを有する,液晶ディスプレーの光学リターダーに用いられる光学的及び電気−光学的要素を提供する。
【解決手段】単一の支持体上に、光配向ポリマー網目構造物等の配向層を塗布し、これに、ネマチック、コレツテリック、強誘電性または非線形光学性を有するモノマー混合物である非架橋液晶モノマーの層を塗布し、これらの層を架橋させ、配向を固定化させ、異方性層を製造する。
【解決手段】単一の支持体上に、光配向ポリマー網目構造物等の配向層を塗布し、これに、ネマチック、コレツテリック、強誘電性または非線形光学性を有するモノマー混合物である非架橋液晶モノマーの層を塗布し、これらの層を架橋させ、配向を固定化させ、異方性層を製造する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
(産業上の利用分野)
本発明は、単一の支持体上の配向層と接触した架橋液晶モノマー（ＬＣＰ）の異方性層の製造、及び単一の支持体上に配向層、ＬＣＰ層及びＬＣＰ層の上の１種以上の追加の配向層を含む積層構造の光学要素、及びそれらの好ましい用途に関する。
一様な、又は個々の場所において予め調節された光学軸の３次元配向を有する異方性の透明あるいは着色架橋ポリマー層は、ディスプレー技術、インテグレイティッドオプティックス等の多くの部門で大きな関心がある。
【背景技術】
【０００２】
近年、おおむねこの性質を有する物質、つまりある種の架橋液晶ジアクリレート及びジエポキシドが公知になった。モノマー、すなわち架橋前のこれらの物質は、例えば、２枚のガラスプレート表面上又は強い磁場又は電場のような外部場の影響下で従来の配向層の助けをかりてモノマー層を介在させたガラスプレートを含むサンドイッチセル内で液晶相に配向させることができ、モノマー層の両側で作用する壁体の力又は印加された場が架橋中に予め調節された配向を保ちつづけるようなセル内で光架橋させうる。これらの外部の機械的、電気的又は磁気的な力は液晶固有の熱力学的配向緩和を妨げ、従来の架橋法の脱配向力とは反対に作用する。これらの外部力が不在の場合には、通常液晶の脱配向又は再配向がおこる。接触面において支持体表面の向かい側に平面乃至垂直に再配向することは、例えばHikmet及びde Witz によるJ.Appl.Phy.70,1265-1269(1991) に記載されているように単一の支持体の場合に示されている。
液晶ポリマーの層構造は、例えばEP-A-331233 から公知である。セルプレートに印加された電圧を用いセル内でモノマー層を配向させ、マスクにより一部の領域に照射することによりそれらを製造しうる。そうすることにより照射された領域においてのみ架橋が開始する。次いで、外部場の方向を変化させると、まだ架橋していないモノマー領域が新しい場の方向に応答して再配向する。その際、後者の領域にも照射すると架橋する。明らかに、この方法はマスクの遮蔽のため、ラジカル架橋反応が鋭い境界線をもたないので、局所的解像の高い配向構造を調製することはできない。さらに、この方法は電場内で層構造を配向させるためのサンドイッチセルを使用することに常に限定される。
【０００３】
近年、局所的に配向性が変化する配向層の製造を許容する方法が公知になった。したがって、例えば写真平板法の助けをかりてポリマー中に添加された二色性染料分子を配向させることが米国特許第4,974,941 号明細書に記載されている。
米国特許第4,974,941 号明細書に記載されているレーザー配向法により２つの表面を光配向させたサンドイッチセル内で液晶モノマー層が配向を形成し、光により構造を形成しうることも近年公知になった。この方法もまたセル内におけるモノマーの配向に限定されている。セルの表面により電圧を印加された配向は、その後のセル内の従来の液晶モノマーの光重合により凝固する。コーティングされた単一の支持体を得るためには、重合後セルを分解しなければならない(P.J.Shannon,W.M.Gibbons,S.T.Sun,Nature 368,532(1994))。
【０００４】
セル内の配向液晶ポリマーを含む光学的に強度に異方性の層を製造することもResearch Disclosure No.337,May 1992,Emsworth,GB,410-411 頁から公知である。その文献には、セル内に液晶モノマーを置き、ポリイミドをこすりつけたセルの表面の媒介で２つのセル壁により配向させ、次いでセル内で従来の光重合を実施することによりそのような層を製造することが記載されている。さらに、ＬＣポリマーをコーティングした単一のガラス支持体を得るために、重合工程後２枚のガラスプレートのうちの一方を除去しうるということが述べられている。さらに、この配向した支持体には新しい配向方向を有するポリイミド層を（こすりつけにより）供給しうる。そのようにして調製したポリマー支持体を第二の配向サンドイッチセル内で再び堆積させた後、このセルに更なるモノマー層を充填し、次いで従来の光重合を実施すると、セル内の２種類の配向ＬＣポリマー層の光学ピッチの差が増減する。セルの表面にポリイミド層をこすりつけることは巨視的な工程であるため、この工程では配向パターンは製造されず、セルは表面全体に一様に配向している。さらに、一様な光学ピッチの差（１０ナノメータの範囲）を実現するためには、精確なプレート分離をするセルの製造業者には非常に時間がかかり高価である。さらに、光学リターダー層が単一の支持体上に必要な場合には、Shannon らの場合と同様にその文献にしたがってセルを分解しなければならない。そうするとリターダー層が損なわれない。この複雑な製造方法は、特に高情報コンピュータ及びＴＶ−ＬＣＤに必要とされるような大きな支持体面積の場合には実際には実現できない。
【０００５】
【特許文献１】欧州特許出願公開第331233号明細書
【特許文献２】米国特許第4,974,941 号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
光配向性ポリマー網目構造物（ＰＰＮ）の配向層と接触した架橋液晶モノマーのフィルムを含む層構造物は未公開のスイス特許願第488/93号に記載されている。これらの層構造物の製造は、ＰＰＮ層との相互作用及びその後の架橋工程における配向の固定化による液晶モノマーの平面配向によりもたらされる。架橋液晶モノマーも以下の文中ではＬＣＰと呼ぶ。
驚くべきことに、ＬＣＰ層をすでに含む単一の支持体表面に液晶モノマー層も適用されたり架橋されたりしうることが見いだされた。そのためにサンドイッチセルの反対側の支持体をさらに配向させることも、配向のための磁場又は電場も必要ない。このことは、偏光フィルムの製造のために単一のＬＣモノマー層中で二色性染料を磁場配向させることが好ましいとされ、実際には単独工程（実際には場のない配向が請求されているが示されてはいない）として例示されているEP-A-397,263とは対照的である。さらに、驚くべきことに単一の支持体上のこれらのモノマー層の配向がその後の重合又は架橋の影響を受けたり破壊されたりしないことが見いだされた。したがって、単純な連続方法で単一のＬＣＰ配向支持体上に数種の液晶ポリマー層を含む固体フィルムを製造することがはじめて可能になった。さらに、異なる光学的及び／又は電気的機能を有する追加の層をこれらの複雑なハイブリッド層に統合しうる。このため、公知のものばかりでなく、光−干渉フィルター、光学リターダー、偏光子等のような新規の光学的要素をＬＣＰにより単一の支持体上で実現し、これらの成分をハイブリッド層中で結合及び統合することがはじめて可能になった。さらに、液晶の配向層のような追加の機能層をハイブリッド層中に統合しうる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、光学的及び電気−光学的成分及び前述の種類の層構造物を用いるデバイスの新規可能性を提供し明らかにする。
配向層と接触した架橋液晶モノマー層の異方性層の本発明による製造は、単一の支持体上に配向層を適用し、これに非架橋液晶モノマーの層を適用し、次いでモノマーを架橋させることからなる。さらに複雑な層構造物の製造においては、追加の配向層及び液晶層を更なる工程で適用し、これらの層を架橋させる。更に、所望に応じて光学的に等方性の脱結合層又は導電性層を配向層の下の個々のＬＣＰ層の間に挿入又は塗布しうる。
本発明による光学的成分は、少なくとも１層の配向層が光配向ポリマー網目構造物（ＰＰＮ）の層であるか、配向パターンが局所的に異なることを特徴とする。
好ましくは、室温においてネマチック、コレステリック、強誘電性又は非線形光学（ＮＬＯ）性を有するモノマー混合物を使用する。
第二及びその他のＬＣＰ層も直接、すなわち中間にＰＰＮ層を用いることなく第一のＬＣＰ層に塗布し、次いで架橋しうる。第二及び続く層中のモノマーは、第一の層又はその下のＬＣＰ層の好ましい配向を引き継ぐ。
ＰＰＮ及びＬＣＰ層は支持体の全表面をおおう必要はないが、表面の全て又は一部を独自の方法及び異なる方法でおおいうることは認められよう。
これらの多層構造物は、光学的及び電気−光学的デバイス、特に種々のＬＣＰ層が異なる光学的及び配向目的に役立つ液晶セルの製造に使用される。それらは又、ストリップ導波管、マッハ・ツェンダー干渉計及び周波数２倍導波管集成装置のような集積光学的デバイスにも使用される。つまり、これらの層構造物は、偽造及びコピーに対する保護手段として使用しうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に添付図面を参照しながら本発明の実施態様を記載する。
図１は、本発明の一実施態様における層構造物の断面図であり、ガラス、ポリマー、金属、紙等のような透明又は反射物質の支持体１を示す。光配向したポリマー網目構造物の層２は支持体上に配置されており、支持体全体を一様におおっているか、局所的に平面配向している。この層は、例えばスイス特許願第 2244/91号及び同 2246/91号に記載されている桂皮酸誘導体から製造しうる。
層は、直線偏光したＵＶ光を選択的に照射することにより配向させると同時に架橋しうる。
層２は、ＰＰＮ層ではなく、例えば一方向にこすりつけられたポリイミド層又は配向効果を有し、SiO X を斜めスパッターすることにより得られる層のような従来の配向層でもよい。この場合には、配向層は通常支持体表面全体にわたって一様に配向している。表面全体にわたって一様に配向しているのが望ましい用途には、このものの製造はＰＰＮ層より安価かもしれない。
またＰＰＮ層２は、例えば斜めスパッターされたSiO X 層又は一様にこすりつけられたポリマー層のような支持体１上にすでに付着している従来の配向層に適用しうる。
層２は、配向した架橋液晶モノマーの異方性層３と隣接している。層３は、その下の層２の配向により決定された又はそれから液晶層に移された配向の分子配列を有する。ＬＣＰ層３は、適する波長の光の作用により光架橋し、層２により予め決められた分子の配向を保持する。光架橋は、光又は高温のようなはなはだしい外部の影響により影響されないようにＬＣＰ層３の配向を固定する。ＰＰＮ層２で生ずる光学的又は熱的不安定性も、架橋後にはＬＣＰ層３の配向性に悪影響を及ぼさない。
【０００９】
ＬＣＰ層３は、図２に示される隣接する第２のＬＣＰ層５に対して局所的に異なる配向パターン又は一様な配向のいずれが好ましいかに依存して、前述のようにＰＰＮ層又は従来の配向層のいずれかである別の配向層と隣接している。ＬＣＰ層５は層３と同様にして製造され、同一の性質を有するが、２つのＬＣＰ層は通常異なって配向している。
図３は、既に記載した場合のようにそれぞれ配向層を有する２つのＬＣＰ層が支持体１の上に配置されている成分の実施態様を示す。しかしながら、図２の実施態様とは異なり、ＬＣＰ層３が、もちろんリターダー層として作用しうるが、上方のハイブリッド層４，５、したがって層５の上に配置されている液晶に対して配向の影響を及ぼさないように、光学的等方性又は弱い異方性の脱結合層６が下方のＬＣＰ層３と上方の配向層４の間に配置されている。脱結合層６は、例えば二酸化珪素(SiO X) 又はポリビニルアルコール（ＰＶＡ）又はナイロンのような等方性ポリマーから製造しうる。
【００１０】
図４は、図２と同様に、支持体１上に重ね合わせた４つの層、すなわち第一のＰＰＮ層２、第一のＬＣＰ層３、追加のＰＰＮ層及び追加のＬＣＰ層からなる層構造物を示す。しかしながら、図２による配置とは異なり、２つの上方層は局所配向が異なる。ＰＰＮ層は第一の配向を有する領域７と、第一の配向とは異なる第二の配向を有する領域８を有する。配向は架橋するまえにＬＣＰ層に移されるので、ＬＣＰ層は第一の配向を有する領域９と、第二の配向を有する領域１０を有する。
同様に、図５に示される層構造物は、脱結合層を有し、前述のように上方のＰＰＮ層が異なる配向領域７及び８を含み、上方のＬＣＰ層が対応して異なる配向を有する領域９及び１０を含むこと以外図３のそれに対応する。
図１乃至５に示される、２つの個々に配向したＬＣＰ層を有する層構造物を液晶セルの製造に使用する場合には、層３はリターダーとして作用し、層５又は９、１０は液晶層の配向層として作用しうる。リターダー効果を得るためには、ＬＣＰ層３の光路差は通常高い、すなわち１００nmである。
【００１１】
図６は、この種の層構造物を用いて構成された液晶セルの断面図である。液晶層１５は、液晶に面するそれらの表面上に多くの層がコーティングされた２つのガラスプレート１及び１２の間に位置する。プレート１にはまず、好ましくは電圧を印加するための酸化錫インジウム（ＩＴＯ）の電極層１１が設けられている。ポリマー層の電圧降下を回避するために、ＩＴＯ層１１は層３又は６の上に設けてもよい。その他の点では、層構造物は図３に示される構成を有する。すなわち、脱結合層６が介在する２つのＰＰＮ−ＬＣＰ結合２，３及び４，５を有する。ＬＣＰ層３はリターダーとして作用し、一方ＬＣＰ層５は液晶１５を配向させる。支持体はまた反射層でもよい。
もう一方のガラスプレート１２にも同様に、例えば一方向にこすりつけられたＰＶＡの配向層１４の下にＩＴＯ電極層１３が塗布されている。
回転角φ＝２４０°のＳＴＮセルを得るためには、ＰＶＡ層１４及び上部のＬＣＰ層の配向方向は相互に６０°離れている。液晶が適するキラルドーピングを有する場合には、液晶１５において２４０°のねじれである。図７は、偏光子Ｐ1 及びＰ2 の配置、光学的リターダー３の遅い光学軸ｃe の方向、及び２つの配向層５及び１４に隣接する液晶層１５の壁配向方向ｎ1 及びｎ2 を示す。
ｎ1 及びＰ1 はリターダー側である。
【００１２】
このセルは電圧が印加されていないときは不透明であるが、適する電圧が印加されると透明になる。添加されたリターダーのために、ＳＴＮセル内に通常の干渉色は生じず、セルは白色である。
リターダー層３は、キラルなドーパントを混合した液晶でもよい。ドーパントの濃度を変化させることにより、０乃至３６０°のねじれ角が得られる。ねじれは左旋性又は右旋性である。
この種のねじれたリターダーは、ＳＴＮディスプレーセルの着色補償に特に適する。好ましくは、Δｎ・ｄ≒９００nmの大きな光路差を有するリターダー層がこの目的のために使用される。図６のＳＴＮセルにおいてねじれた光学的リターダーを使用する場合には、以下の条件に合格しなければならない。
・光学的リターダーの回転方向は液晶層１５の回転方向と逆であり、光学的リターダーの回転角（φ）は液晶層のそれと同一である。
・液晶に面する側の光学的リターダーの遅い光学軸は、液晶１５の回転方向ｎ1 と直角である。
・光学的リターダーの光路差は液晶層１５の光路差と等しい。
【００１３】
コレステリック光学的フィルターとして作用するねじれの大きい層は、ねじれたリターダー中のキラルなドーパントの濃度を増大させることにより得られる。
リターダー層は熱的に安定であるため、これらのフィルターは約１００℃よりずっと高い温度で使用しうる。これらのコレステリックフィルターの選択的反射の波長は、キラルなドーパントを変化させることにより変化させうる。フィルターの組み合わせの選択的反射のバンド幅は、互いに選択的反射の異なる少なくとも２種のコレステリック層を重ね合わせることにより変化させうる。
組み込まれた直線偏光子、又は吸収光学的フィルターを有するリターダー又は配向層は、ＬＣＰ層中の液晶分子が配向している二色性染料を添加することにより得られる。
その他の詳細は以下の実施例に記載する。
【実施例】
【００１４】
実施例１
ＰＰＮ層の製造
ＰＰＮ物質は、例えば桂皮酸誘導体を含みうる。実施例においては、選択された物質はガラス転移点の高い（Ｔg ＝１３３℃）ＰＰＮであった。
【００１５】
【化１】
【００１６】
ガラスプレートに、ＰＰＮ物質の５％ＮＭＰ溶液を２０００rpm の速度で１分間スピンコーティングした。次いで層を加熱作業台上で１３０℃において２時間、さらに真空中１３０℃において４時間乾燥させた。次いで層に室温において５分間２００ＷのＨｇ超高圧ランプから直線偏光を照射した。次いで層を液晶の配向層として使用する。しかしながら、配向能の熱安定性は多くの用途において低すぎる。例えば、配向能は１２０℃において１５分後には消失した。
実施例２
ＬＣＰ層のための架橋性ＬＣモノマーの混合物
実施例においては、以下のジアクリレート成分を架橋性モノマーとして使用した。
【００１７】
【化２】
【００１８】
【化３】
【００１９】
【化４】
【００２０】
これらの成分は、ＬＣＰ層が室温において調製されうるように、特に低融点（Ｔm ≒３５℃）の超冷却性ネマチック混合物ＭLCP を展開するのに使用した。
ジアクリレートモノマーは混合物中に以下の割合で存在した。
Ｍon 1 ８０％
Ｍon 2 １５％
Ｍon 3 ５％
混合物に２％のCiba-Geigy IRGACURE 369 光開始剤を添加した。
次いでＭLCP 混合物をアニソールに溶解させた。ＬＣＰ層の厚さは、アニソール中のＭLCP の濃度を変化させることにより幅広い範囲で調整しうる。
ＬＣモノマーの光による架橋のために、配向後、層に約３０分間１５０Ｗのキセノンランプから等方性の光を照射し、配向を固定させた。
【００２１】
実施例３
リターダーと配向層の結合
ＰＰＮを塗布したガラスプレートに５分間偏光ＵＶ光を照射した。ＭLCP の４０％アニソール溶液を遠心分離により照射した層に付着させた。スピンパラメータは２０００rpm で２分間であった。得られた架橋性ＬＣＰ層をＵＶ光の偏光方向にしたがって配向させた。架橋後、ＬＣＰ層の厚さは２．２μm であった。
偏光子がＰＰＮ層の照射中に偏光方向と平行又は直角となるようにコーティングしたガラスプレートを交差した偏光子の下に配置する場合には、プレートは暗い。しかしながら、プレートをプレート平面において４５°回転させると、プレートは明るくなる。すなわち複屈折を有する。光学的遅延は約３００nmである。
光学的遅延が３００nmのハイブリッド層上にスパッターすることにより５０nmの厚さの等方性SiO X 脱結合層を付着させた。次いで、実施例１に記載したようにして脱結合層上にＰＰＮ層を構築した。ＰＰＮ層を、異なる方向の偏光を照射した２つの領域に分割した。半分の光の偏光方向はその下のリターダー層の光学軸に平行であり、残りの半分のそれは光学軸に直角であった。半分の光を照射する間は、他方の半分の光をおおった。その結果、平面配向の方向が相互に直角の２つの領域となった。
【００２２】
ＭLCP の５％アニソール溶液を調製した。溶液を遠心分離により局所的に異なる照射を実施したＰＰＮ層に付着させた。スピンパラメータは２０００rpm で２分間であった。ＬＣモノマーの配向を最適化するために、コーティングした支持体を透明点（Ｔc ＝６７℃）のすぐ上まで加熱した。次いで層を０．１℃／分の速度で透明点より数度下まで冷却し、光化学的に架橋させた。
このハイブリッド支持体及び第二の粉砕ＰＶＡをコーティングした支持体をＬＣセルの構築に使用し、セルを液晶で満たす場合には、セルの半分はねじれたセル（ＴＮ）形態となり、残りの半分はＬＣ分子の均質な平面配置となる。ハイブリッド支持体は、一方では光学体リターダーとして作用し、他方では液晶の配向層として作用する。リターダーの光学軸は、ＬＣ分子が配向する方向とは異なりうる。
２つの架橋したＬＣＰ層のために、多層は熱的及び光学的に安定である。SiO X 層の代わりにナイロンの等方性脱結合層を製造した。このために、０．１％のナイロンをトリフルオロエタノールに溶解させ、スピンコーティングにより第一のＬＣＰ層に付着させた。
【００２３】
実施例４
現場で一軸リターダーで補償したＳＴＮセル
ＩＴＯをコーティングしたガラスプレートにＰＰＮ層を適用し、直線偏光を照射した。次いで、ＭLCP の５３％アニソール溶液を遠心分離により付着させ、架橋させた（スピンパラメータ：２０００rpm において２分間）。このリターダー層の光学的遅延は５３０nmであった。実施例３と同様に、第二のＰＰＮ層を塗布し、等方性のSiO2層によりリターダーから脱結合した。第二のＰＰＮ層に照射する偏光の方向は、ＰＰＮ１の照射の偏光方向と比較して７５°回転させた。実施例３のようにして、照射後、ＰＰＮ２層に薄いＬＣＰ層を付着させた。
この支持体及び第二のこすりつけられたＰＶＡ−ＩＴＯガラス支持体を、ｄ＝５μm のプレート分離を有するＬＣセルの構築に使用した。こすりつけの方向とハイブリッド層の配向方向間の角度が２４０°であるように第二のプレートを配置させた。２つの偏光子の透過方向は図７のように調整した。まず、ｄ／ｐ比が０．５１（ｐ＝ピッチ）となるように、液晶混合物にキラルなドーパントをドープした。この混合物をＬＣセルに注いだ。
セルに電圧を印加しなければ、セルは暗い。しかしながら、十分な電圧を印加すると、セルは黒色から白色に変化する。したがってＳＴＮセル内の通常の干渉色は、外部に塗布する補償ホイルを必要とすることなく、リターダー層により補償される。
【００２４】
実施例５
ねじれたリターダーとしてのハイブリッド層
ＭLCP 混合物に、ねじり能の高い〔ヘリックスねじり能（ＨＴＰ）＝０．２６μm -1〕左旋性のキラルなドーパントを０．１６％ドープした。次いでドープした混合物をアニソールに溶解させて４０％溶液とし、遠心分離により照射されたＰＰＮ層に塗布した（２０００rpm で２分間）。架橋後、ＬＣＰ層の厚さは約２．２μm であった。コーティングしたプレートを交差した偏光子の下で観察すると、支持体側への透過方向はＰＰＮに照射する光の偏光方向と平行であり、層は直線リターダーの場合とは異なり暗くはなかった。しかしながら、層は分析計を３０°回転させると最も暗くなった。従って、直線偏光の偏光平面はＬＣＰ層内のねじれに対応してリターダーによる輸送中に３０°回転した。
ねじれは、キラルなドーパントの濃度を変化させることにより０乃至３６０°に調整しうる。左旋性のドーパントの代わりに右旋性のキラルなドーパントも使用しうる。これらのねじれたリターダーは又、例えばＳＴＮディスプレーの色の補償において重要である。
【００２５】
実施例６
現場でねじれたリターダーで補償したＳＴＮセル
直線リターダーの代わりに、第一のＰＰＮ−ＬＣＰ層結合物がねじれたリターダーであり、コントラストを増大させうる。従って、第一のＬＣＰ層のためのＭLCP 混合物に右旋性のキラルなドーパントをドープした。スピンパラメータは、ＬＣＰ層の光学的遅延が図６の液晶１５のそれと等しくなるように選択した。次いでＬＣＰ層のピッチを、リターダーの回転角が液晶の回転角と等しくなるようにドーパントの濃度により調整した。ねじれたリターダーの上の配向層に、その配向方向が配向層に面した側においてリターダーの遅い軸に直角であるように照射した。実施例４と同様にして、ＳＴＮセルの構築にこの支持体を使用し、左旋性の液晶を充填した。
【００２６】
実施例７
局所的に色の異なるハイブリッド層
直線偏光を照射したＰＰＮ層に、室温においてＭLCP の５０％アニソール溶液を遠心分離により塗布し、架橋させた。得られた光学的リターダーの遅延は４７０nmであった。交差した偏光子の下では、プレートは橙色に着色した。実施例３のように、５０nmの厚さの等方性のSiO X の脱結合層をスパッターすることにより付着させ、次いで第二のＰＰＮ層を付着させた。次いで、層ＰＰＮ２に異なる偏光方向で照射して３つの領域に分割した。領域１は偏光方向がＰＰＮ１の照射の偏光方向と平行であり、領域２は直角であり、領域３は４５°であった。各領域の照射中には他の領域をおおった。
このようにして得られたＰＰＮ２層に、ＭLCP の３０％アニソール溶液を遠心分離により塗布し、架橋させた。得られたＬＣＰ層の光学的遅延はΔｎｄ＝１４０nmであった。
ＰＰＮ１の照射の偏光方向が偏光子に対して４５°となるようにハイブリッド層を交差した偏光子の下に配置させると、３色が認められた。
領域 Δｎｄ[nm] 色
1 610 青
2 330 黄
3 470 橙
２つのＬＣＰ層の光学的遅延は領域１では加えられ、領域２では減じられた。
同様にしてさらにＰＰＮ−ＬＣＰ結合物をこれらの３色の各々に適用することによりその他の色も製造しうる。個々の層の照射はまた、第一の照射に対して０乃至９０°の偏光方向に変化させることにより実施しうる。したがって、透過範囲が層の数、厚さ及び光学軸の方向により調整しうるライオット／エーマン又はSolcの干渉フィルターも実現しうる。透過範囲は構造によりピクセルで種々に調整しうる。
実施例８
光学的フィルター／偏光子（円形偏光子）用のコレステリックＬＣＰ層
ＭLCP 混合物に、１２％の実施例５のキラルな左旋性のドーパントをドープした。得られたコレステリック混合物のピッチは約３６０nmであった。ドープした混合物をアニソールに溶解させて４０％の溶液とし、遠心分離により直線偏光を照射したＰＰＮ層に塗布して架橋させた。得られた層は、λ0 ＝５８０nmの選択的反射波長を有するコレステリックフィルターとして作用した。反射バンドの幅は７０nmであった。
実施例９
直線偏光子としての二色性ＬＣＰ層
２％の以下の構造：
【００２７】
【化５】
【００２８】
を有する二色性染料をＭLCP 混合物に添加した。この混合物をアニソールに溶解させて３０％の溶液とし、遠心分離により直線偏光を照射したＰＰＮ層に塗布して架橋させた。偏光子がＰＰＮの照射の偏光方向に平行又は垂直の透過方向を保持すれば白色の光が透過するが、直角では、染料の吸収スペクトルに依存して層は着色する。二色性比は８：１であった。この代わりに二色性染料分子の黒色混合物を使用すると、ハイブリッド層は幅広いバンドの偏光子として作用する。ＰＰＮ層に異なる方向の偏光を局所的に照射すると、偏光方向を変化させることにより直線偏光層が製造されうる。これらは、例えば前述の実施例の構造のリターダー及び配向層と組み合わせてＬＣディスプレーに使用しうる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明による光学的要素の層構造を示す図である。
【図２】追加の層を有する光学的要素の層構造を示す図である。
【図３】追加の脱結合層を有する別の層構造を示す図である。
【図４】配向方向が局所的に異なる要素領域を有する別の層構造を示す図である。
【図５】図４と同様であるが、追加の脱結合層を有する別の層構造を示す図である。
【図６】図３の層構造を有する極度にねじれたネマチック（ＳＴＮ）液晶ディスプレーを示す図である。
【図７】図６のセル内のネマチック方向、光学リターダー層及び偏光子の図である。
【図８】図２の層構造と同様であるが、追加のＩＴＯ層を有する別の液晶を示す図である。
【技術分野】
【０００１】
(産業上の利用分野)
本発明は、単一の支持体上の配向層と接触した架橋液晶モノマー（ＬＣＰ）の異方性層の製造、及び単一の支持体上に配向層、ＬＣＰ層及びＬＣＰ層の上の１種以上の追加の配向層を含む積層構造の光学要素、及びそれらの好ましい用途に関する。
一様な、又は個々の場所において予め調節された光学軸の３次元配向を有する異方性の透明あるいは着色架橋ポリマー層は、ディスプレー技術、インテグレイティッドオプティックス等の多くの部門で大きな関心がある。
【背景技術】
【０００２】
近年、おおむねこの性質を有する物質、つまりある種の架橋液晶ジアクリレート及びジエポキシドが公知になった。モノマー、すなわち架橋前のこれらの物質は、例えば、２枚のガラスプレート表面上又は強い磁場又は電場のような外部場の影響下で従来の配向層の助けをかりてモノマー層を介在させたガラスプレートを含むサンドイッチセル内で液晶相に配向させることができ、モノマー層の両側で作用する壁体の力又は印加された場が架橋中に予め調節された配向を保ちつづけるようなセル内で光架橋させうる。これらの外部の機械的、電気的又は磁気的な力は液晶固有の熱力学的配向緩和を妨げ、従来の架橋法の脱配向力とは反対に作用する。これらの外部力が不在の場合には、通常液晶の脱配向又は再配向がおこる。接触面において支持体表面の向かい側に平面乃至垂直に再配向することは、例えばHikmet及びde Witz によるJ.Appl.Phy.70,1265-1269(1991) に記載されているように単一の支持体の場合に示されている。
液晶ポリマーの層構造は、例えばEP-A-331233 から公知である。セルプレートに印加された電圧を用いセル内でモノマー層を配向させ、マスクにより一部の領域に照射することによりそれらを製造しうる。そうすることにより照射された領域においてのみ架橋が開始する。次いで、外部場の方向を変化させると、まだ架橋していないモノマー領域が新しい場の方向に応答して再配向する。その際、後者の領域にも照射すると架橋する。明らかに、この方法はマスクの遮蔽のため、ラジカル架橋反応が鋭い境界線をもたないので、局所的解像の高い配向構造を調製することはできない。さらに、この方法は電場内で層構造を配向させるためのサンドイッチセルを使用することに常に限定される。
【０００３】
近年、局所的に配向性が変化する配向層の製造を許容する方法が公知になった。したがって、例えば写真平板法の助けをかりてポリマー中に添加された二色性染料分子を配向させることが米国特許第4,974,941 号明細書に記載されている。
米国特許第4,974,941 号明細書に記載されているレーザー配向法により２つの表面を光配向させたサンドイッチセル内で液晶モノマー層が配向を形成し、光により構造を形成しうることも近年公知になった。この方法もまたセル内におけるモノマーの配向に限定されている。セルの表面により電圧を印加された配向は、その後のセル内の従来の液晶モノマーの光重合により凝固する。コーティングされた単一の支持体を得るためには、重合後セルを分解しなければならない(P.J.Shannon,W.M.Gibbons,S.T.Sun,Nature 368,532(1994))。
【０００４】
セル内の配向液晶ポリマーを含む光学的に強度に異方性の層を製造することもResearch Disclosure No.337,May 1992,Emsworth,GB,410-411 頁から公知である。その文献には、セル内に液晶モノマーを置き、ポリイミドをこすりつけたセルの表面の媒介で２つのセル壁により配向させ、次いでセル内で従来の光重合を実施することによりそのような層を製造することが記載されている。さらに、ＬＣポリマーをコーティングした単一のガラス支持体を得るために、重合工程後２枚のガラスプレートのうちの一方を除去しうるということが述べられている。さらに、この配向した支持体には新しい配向方向を有するポリイミド層を（こすりつけにより）供給しうる。そのようにして調製したポリマー支持体を第二の配向サンドイッチセル内で再び堆積させた後、このセルに更なるモノマー層を充填し、次いで従来の光重合を実施すると、セル内の２種類の配向ＬＣポリマー層の光学ピッチの差が増減する。セルの表面にポリイミド層をこすりつけることは巨視的な工程であるため、この工程では配向パターンは製造されず、セルは表面全体に一様に配向している。さらに、一様な光学ピッチの差（１０ナノメータの範囲）を実現するためには、精確なプレート分離をするセルの製造業者には非常に時間がかかり高価である。さらに、光学リターダー層が単一の支持体上に必要な場合には、Shannon らの場合と同様にその文献にしたがってセルを分解しなければならない。そうするとリターダー層が損なわれない。この複雑な製造方法は、特に高情報コンピュータ及びＴＶ−ＬＣＤに必要とされるような大きな支持体面積の場合には実際には実現できない。
【０００５】
【特許文献１】欧州特許出願公開第331233号明細書
【特許文献２】米国特許第4,974,941 号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
光配向性ポリマー網目構造物（ＰＰＮ）の配向層と接触した架橋液晶モノマーのフィルムを含む層構造物は未公開のスイス特許願第488/93号に記載されている。これらの層構造物の製造は、ＰＰＮ層との相互作用及びその後の架橋工程における配向の固定化による液晶モノマーの平面配向によりもたらされる。架橋液晶モノマーも以下の文中ではＬＣＰと呼ぶ。
驚くべきことに、ＬＣＰ層をすでに含む単一の支持体表面に液晶モノマー層も適用されたり架橋されたりしうることが見いだされた。そのためにサンドイッチセルの反対側の支持体をさらに配向させることも、配向のための磁場又は電場も必要ない。このことは、偏光フィルムの製造のために単一のＬＣモノマー層中で二色性染料を磁場配向させることが好ましいとされ、実際には単独工程（実際には場のない配向が請求されているが示されてはいない）として例示されているEP-A-397,263とは対照的である。さらに、驚くべきことに単一の支持体上のこれらのモノマー層の配向がその後の重合又は架橋の影響を受けたり破壊されたりしないことが見いだされた。したがって、単純な連続方法で単一のＬＣＰ配向支持体上に数種の液晶ポリマー層を含む固体フィルムを製造することがはじめて可能になった。さらに、異なる光学的及び／又は電気的機能を有する追加の層をこれらの複雑なハイブリッド層に統合しうる。このため、公知のものばかりでなく、光−干渉フィルター、光学リターダー、偏光子等のような新規の光学的要素をＬＣＰにより単一の支持体上で実現し、これらの成分をハイブリッド層中で結合及び統合することがはじめて可能になった。さらに、液晶の配向層のような追加の機能層をハイブリッド層中に統合しうる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、光学的及び電気−光学的成分及び前述の種類の層構造物を用いるデバイスの新規可能性を提供し明らかにする。
配向層と接触した架橋液晶モノマー層の異方性層の本発明による製造は、単一の支持体上に配向層を適用し、これに非架橋液晶モノマーの層を適用し、次いでモノマーを架橋させることからなる。さらに複雑な層構造物の製造においては、追加の配向層及び液晶層を更なる工程で適用し、これらの層を架橋させる。更に、所望に応じて光学的に等方性の脱結合層又は導電性層を配向層の下の個々のＬＣＰ層の間に挿入又は塗布しうる。
本発明による光学的成分は、少なくとも１層の配向層が光配向ポリマー網目構造物（ＰＰＮ）の層であるか、配向パターンが局所的に異なることを特徴とする。
好ましくは、室温においてネマチック、コレステリック、強誘電性又は非線形光学（ＮＬＯ）性を有するモノマー混合物を使用する。
第二及びその他のＬＣＰ層も直接、すなわち中間にＰＰＮ層を用いることなく第一のＬＣＰ層に塗布し、次いで架橋しうる。第二及び続く層中のモノマーは、第一の層又はその下のＬＣＰ層の好ましい配向を引き継ぐ。
ＰＰＮ及びＬＣＰ層は支持体の全表面をおおう必要はないが、表面の全て又は一部を独自の方法及び異なる方法でおおいうることは認められよう。
これらの多層構造物は、光学的及び電気−光学的デバイス、特に種々のＬＣＰ層が異なる光学的及び配向目的に役立つ液晶セルの製造に使用される。それらは又、ストリップ導波管、マッハ・ツェンダー干渉計及び周波数２倍導波管集成装置のような集積光学的デバイスにも使用される。つまり、これらの層構造物は、偽造及びコピーに対する保護手段として使用しうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に添付図面を参照しながら本発明の実施態様を記載する。
図１は、本発明の一実施態様における層構造物の断面図であり、ガラス、ポリマー、金属、紙等のような透明又は反射物質の支持体１を示す。光配向したポリマー網目構造物の層２は支持体上に配置されており、支持体全体を一様におおっているか、局所的に平面配向している。この層は、例えばスイス特許願第 2244/91号及び同 2246/91号に記載されている桂皮酸誘導体から製造しうる。
層は、直線偏光したＵＶ光を選択的に照射することにより配向させると同時に架橋しうる。
層２は、ＰＰＮ層ではなく、例えば一方向にこすりつけられたポリイミド層又は配向効果を有し、SiO X を斜めスパッターすることにより得られる層のような従来の配向層でもよい。この場合には、配向層は通常支持体表面全体にわたって一様に配向している。表面全体にわたって一様に配向しているのが望ましい用途には、このものの製造はＰＰＮ層より安価かもしれない。
またＰＰＮ層２は、例えば斜めスパッターされたSiO X 層又は一様にこすりつけられたポリマー層のような支持体１上にすでに付着している従来の配向層に適用しうる。
層２は、配向した架橋液晶モノマーの異方性層３と隣接している。層３は、その下の層２の配向により決定された又はそれから液晶層に移された配向の分子配列を有する。ＬＣＰ層３は、適する波長の光の作用により光架橋し、層２により予め決められた分子の配向を保持する。光架橋は、光又は高温のようなはなはだしい外部の影響により影響されないようにＬＣＰ層３の配向を固定する。ＰＰＮ層２で生ずる光学的又は熱的不安定性も、架橋後にはＬＣＰ層３の配向性に悪影響を及ぼさない。
【０００９】
ＬＣＰ層３は、図２に示される隣接する第２のＬＣＰ層５に対して局所的に異なる配向パターン又は一様な配向のいずれが好ましいかに依存して、前述のようにＰＰＮ層又は従来の配向層のいずれかである別の配向層と隣接している。ＬＣＰ層５は層３と同様にして製造され、同一の性質を有するが、２つのＬＣＰ層は通常異なって配向している。
図３は、既に記載した場合のようにそれぞれ配向層を有する２つのＬＣＰ層が支持体１の上に配置されている成分の実施態様を示す。しかしながら、図２の実施態様とは異なり、ＬＣＰ層３が、もちろんリターダー層として作用しうるが、上方のハイブリッド層４，５、したがって層５の上に配置されている液晶に対して配向の影響を及ぼさないように、光学的等方性又は弱い異方性の脱結合層６が下方のＬＣＰ層３と上方の配向層４の間に配置されている。脱結合層６は、例えば二酸化珪素(SiO X) 又はポリビニルアルコール（ＰＶＡ）又はナイロンのような等方性ポリマーから製造しうる。
【００１０】
図４は、図２と同様に、支持体１上に重ね合わせた４つの層、すなわち第一のＰＰＮ層２、第一のＬＣＰ層３、追加のＰＰＮ層及び追加のＬＣＰ層からなる層構造物を示す。しかしながら、図２による配置とは異なり、２つの上方層は局所配向が異なる。ＰＰＮ層は第一の配向を有する領域７と、第一の配向とは異なる第二の配向を有する領域８を有する。配向は架橋するまえにＬＣＰ層に移されるので、ＬＣＰ層は第一の配向を有する領域９と、第二の配向を有する領域１０を有する。
同様に、図５に示される層構造物は、脱結合層を有し、前述のように上方のＰＰＮ層が異なる配向領域７及び８を含み、上方のＬＣＰ層が対応して異なる配向を有する領域９及び１０を含むこと以外図３のそれに対応する。
図１乃至５に示される、２つの個々に配向したＬＣＰ層を有する層構造物を液晶セルの製造に使用する場合には、層３はリターダーとして作用し、層５又は９、１０は液晶層の配向層として作用しうる。リターダー効果を得るためには、ＬＣＰ層３の光路差は通常高い、すなわち１００nmである。
【００１１】
図６は、この種の層構造物を用いて構成された液晶セルの断面図である。液晶層１５は、液晶に面するそれらの表面上に多くの層がコーティングされた２つのガラスプレート１及び１２の間に位置する。プレート１にはまず、好ましくは電圧を印加するための酸化錫インジウム（ＩＴＯ）の電極層１１が設けられている。ポリマー層の電圧降下を回避するために、ＩＴＯ層１１は層３又は６の上に設けてもよい。その他の点では、層構造物は図３に示される構成を有する。すなわち、脱結合層６が介在する２つのＰＰＮ−ＬＣＰ結合２，３及び４，５を有する。ＬＣＰ層３はリターダーとして作用し、一方ＬＣＰ層５は液晶１５を配向させる。支持体はまた反射層でもよい。
もう一方のガラスプレート１２にも同様に、例えば一方向にこすりつけられたＰＶＡの配向層１４の下にＩＴＯ電極層１３が塗布されている。
回転角φ＝２４０°のＳＴＮセルを得るためには、ＰＶＡ層１４及び上部のＬＣＰ層の配向方向は相互に６０°離れている。液晶が適するキラルドーピングを有する場合には、液晶１５において２４０°のねじれである。図７は、偏光子Ｐ1 及びＰ2 の配置、光学的リターダー３の遅い光学軸ｃe の方向、及び２つの配向層５及び１４に隣接する液晶層１５の壁配向方向ｎ1 及びｎ2 を示す。
ｎ1 及びＰ1 はリターダー側である。
【００１２】
このセルは電圧が印加されていないときは不透明であるが、適する電圧が印加されると透明になる。添加されたリターダーのために、ＳＴＮセル内に通常の干渉色は生じず、セルは白色である。
リターダー層３は、キラルなドーパントを混合した液晶でもよい。ドーパントの濃度を変化させることにより、０乃至３６０°のねじれ角が得られる。ねじれは左旋性又は右旋性である。
この種のねじれたリターダーは、ＳＴＮディスプレーセルの着色補償に特に適する。好ましくは、Δｎ・ｄ≒９００nmの大きな光路差を有するリターダー層がこの目的のために使用される。図６のＳＴＮセルにおいてねじれた光学的リターダーを使用する場合には、以下の条件に合格しなければならない。
・光学的リターダーの回転方向は液晶層１５の回転方向と逆であり、光学的リターダーの回転角（φ）は液晶層のそれと同一である。
・液晶に面する側の光学的リターダーの遅い光学軸は、液晶１５の回転方向ｎ1 と直角である。
・光学的リターダーの光路差は液晶層１５の光路差と等しい。
【００１３】
コレステリック光学的フィルターとして作用するねじれの大きい層は、ねじれたリターダー中のキラルなドーパントの濃度を増大させることにより得られる。
リターダー層は熱的に安定であるため、これらのフィルターは約１００℃よりずっと高い温度で使用しうる。これらのコレステリックフィルターの選択的反射の波長は、キラルなドーパントを変化させることにより変化させうる。フィルターの組み合わせの選択的反射のバンド幅は、互いに選択的反射の異なる少なくとも２種のコレステリック層を重ね合わせることにより変化させうる。
組み込まれた直線偏光子、又は吸収光学的フィルターを有するリターダー又は配向層は、ＬＣＰ層中の液晶分子が配向している二色性染料を添加することにより得られる。
その他の詳細は以下の実施例に記載する。
【実施例】
【００１４】
実施例１
ＰＰＮ層の製造
ＰＰＮ物質は、例えば桂皮酸誘導体を含みうる。実施例においては、選択された物質はガラス転移点の高い（Ｔg ＝１３３℃）ＰＰＮであった。
【００１５】
【化１】
【００１６】
ガラスプレートに、ＰＰＮ物質の５％ＮＭＰ溶液を２０００rpm の速度で１分間スピンコーティングした。次いで層を加熱作業台上で１３０℃において２時間、さらに真空中１３０℃において４時間乾燥させた。次いで層に室温において５分間２００ＷのＨｇ超高圧ランプから直線偏光を照射した。次いで層を液晶の配向層として使用する。しかしながら、配向能の熱安定性は多くの用途において低すぎる。例えば、配向能は１２０℃において１５分後には消失した。
実施例２
ＬＣＰ層のための架橋性ＬＣモノマーの混合物
実施例においては、以下のジアクリレート成分を架橋性モノマーとして使用した。
【００１７】
【化２】
【００１８】
【化３】
【００１９】
【化４】
【００２０】
これらの成分は、ＬＣＰ層が室温において調製されうるように、特に低融点（Ｔm ≒３５℃）の超冷却性ネマチック混合物ＭLCP を展開するのに使用した。
ジアクリレートモノマーは混合物中に以下の割合で存在した。
Ｍon 1 ８０％
Ｍon 2 １５％
Ｍon 3 ５％
混合物に２％のCiba-Geigy IRGACURE 369 光開始剤を添加した。
次いでＭLCP 混合物をアニソールに溶解させた。ＬＣＰ層の厚さは、アニソール中のＭLCP の濃度を変化させることにより幅広い範囲で調整しうる。
ＬＣモノマーの光による架橋のために、配向後、層に約３０分間１５０Ｗのキセノンランプから等方性の光を照射し、配向を固定させた。
【００２１】
実施例３
リターダーと配向層の結合
ＰＰＮを塗布したガラスプレートに５分間偏光ＵＶ光を照射した。ＭLCP の４０％アニソール溶液を遠心分離により照射した層に付着させた。スピンパラメータは２０００rpm で２分間であった。得られた架橋性ＬＣＰ層をＵＶ光の偏光方向にしたがって配向させた。架橋後、ＬＣＰ層の厚さは２．２μm であった。
偏光子がＰＰＮ層の照射中に偏光方向と平行又は直角となるようにコーティングしたガラスプレートを交差した偏光子の下に配置する場合には、プレートは暗い。しかしながら、プレートをプレート平面において４５°回転させると、プレートは明るくなる。すなわち複屈折を有する。光学的遅延は約３００nmである。
光学的遅延が３００nmのハイブリッド層上にスパッターすることにより５０nmの厚さの等方性SiO X 脱結合層を付着させた。次いで、実施例１に記載したようにして脱結合層上にＰＰＮ層を構築した。ＰＰＮ層を、異なる方向の偏光を照射した２つの領域に分割した。半分の光の偏光方向はその下のリターダー層の光学軸に平行であり、残りの半分のそれは光学軸に直角であった。半分の光を照射する間は、他方の半分の光をおおった。その結果、平面配向の方向が相互に直角の２つの領域となった。
【００２２】
ＭLCP の５％アニソール溶液を調製した。溶液を遠心分離により局所的に異なる照射を実施したＰＰＮ層に付着させた。スピンパラメータは２０００rpm で２分間であった。ＬＣモノマーの配向を最適化するために、コーティングした支持体を透明点（Ｔc ＝６７℃）のすぐ上まで加熱した。次いで層を０．１℃／分の速度で透明点より数度下まで冷却し、光化学的に架橋させた。
このハイブリッド支持体及び第二の粉砕ＰＶＡをコーティングした支持体をＬＣセルの構築に使用し、セルを液晶で満たす場合には、セルの半分はねじれたセル（ＴＮ）形態となり、残りの半分はＬＣ分子の均質な平面配置となる。ハイブリッド支持体は、一方では光学体リターダーとして作用し、他方では液晶の配向層として作用する。リターダーの光学軸は、ＬＣ分子が配向する方向とは異なりうる。
２つの架橋したＬＣＰ層のために、多層は熱的及び光学的に安定である。SiO X 層の代わりにナイロンの等方性脱結合層を製造した。このために、０．１％のナイロンをトリフルオロエタノールに溶解させ、スピンコーティングにより第一のＬＣＰ層に付着させた。
【００２３】
実施例４
現場で一軸リターダーで補償したＳＴＮセル
ＩＴＯをコーティングしたガラスプレートにＰＰＮ層を適用し、直線偏光を照射した。次いで、ＭLCP の５３％アニソール溶液を遠心分離により付着させ、架橋させた（スピンパラメータ：２０００rpm において２分間）。このリターダー層の光学的遅延は５３０nmであった。実施例３と同様に、第二のＰＰＮ層を塗布し、等方性のSiO2層によりリターダーから脱結合した。第二のＰＰＮ層に照射する偏光の方向は、ＰＰＮ１の照射の偏光方向と比較して７５°回転させた。実施例３のようにして、照射後、ＰＰＮ２層に薄いＬＣＰ層を付着させた。
この支持体及び第二のこすりつけられたＰＶＡ−ＩＴＯガラス支持体を、ｄ＝５μm のプレート分離を有するＬＣセルの構築に使用した。こすりつけの方向とハイブリッド層の配向方向間の角度が２４０°であるように第二のプレートを配置させた。２つの偏光子の透過方向は図７のように調整した。まず、ｄ／ｐ比が０．５１（ｐ＝ピッチ）となるように、液晶混合物にキラルなドーパントをドープした。この混合物をＬＣセルに注いだ。
セルに電圧を印加しなければ、セルは暗い。しかしながら、十分な電圧を印加すると、セルは黒色から白色に変化する。したがってＳＴＮセル内の通常の干渉色は、外部に塗布する補償ホイルを必要とすることなく、リターダー層により補償される。
【００２４】
実施例５
ねじれたリターダーとしてのハイブリッド層
ＭLCP 混合物に、ねじり能の高い〔ヘリックスねじり能（ＨＴＰ）＝０．２６μm -1〕左旋性のキラルなドーパントを０．１６％ドープした。次いでドープした混合物をアニソールに溶解させて４０％溶液とし、遠心分離により照射されたＰＰＮ層に塗布した（２０００rpm で２分間）。架橋後、ＬＣＰ層の厚さは約２．２μm であった。コーティングしたプレートを交差した偏光子の下で観察すると、支持体側への透過方向はＰＰＮに照射する光の偏光方向と平行であり、層は直線リターダーの場合とは異なり暗くはなかった。しかしながら、層は分析計を３０°回転させると最も暗くなった。従って、直線偏光の偏光平面はＬＣＰ層内のねじれに対応してリターダーによる輸送中に３０°回転した。
ねじれは、キラルなドーパントの濃度を変化させることにより０乃至３６０°に調整しうる。左旋性のドーパントの代わりに右旋性のキラルなドーパントも使用しうる。これらのねじれたリターダーは又、例えばＳＴＮディスプレーの色の補償において重要である。
【００２５】
実施例６
現場でねじれたリターダーで補償したＳＴＮセル
直線リターダーの代わりに、第一のＰＰＮ−ＬＣＰ層結合物がねじれたリターダーであり、コントラストを増大させうる。従って、第一のＬＣＰ層のためのＭLCP 混合物に右旋性のキラルなドーパントをドープした。スピンパラメータは、ＬＣＰ層の光学的遅延が図６の液晶１５のそれと等しくなるように選択した。次いでＬＣＰ層のピッチを、リターダーの回転角が液晶の回転角と等しくなるようにドーパントの濃度により調整した。ねじれたリターダーの上の配向層に、その配向方向が配向層に面した側においてリターダーの遅い軸に直角であるように照射した。実施例４と同様にして、ＳＴＮセルの構築にこの支持体を使用し、左旋性の液晶を充填した。
【００２６】
実施例７
局所的に色の異なるハイブリッド層
直線偏光を照射したＰＰＮ層に、室温においてＭLCP の５０％アニソール溶液を遠心分離により塗布し、架橋させた。得られた光学的リターダーの遅延は４７０nmであった。交差した偏光子の下では、プレートは橙色に着色した。実施例３のように、５０nmの厚さの等方性のSiO X の脱結合層をスパッターすることにより付着させ、次いで第二のＰＰＮ層を付着させた。次いで、層ＰＰＮ２に異なる偏光方向で照射して３つの領域に分割した。領域１は偏光方向がＰＰＮ１の照射の偏光方向と平行であり、領域２は直角であり、領域３は４５°であった。各領域の照射中には他の領域をおおった。
このようにして得られたＰＰＮ２層に、ＭLCP の３０％アニソール溶液を遠心分離により塗布し、架橋させた。得られたＬＣＰ層の光学的遅延はΔｎｄ＝１４０nmであった。
ＰＰＮ１の照射の偏光方向が偏光子に対して４５°となるようにハイブリッド層を交差した偏光子の下に配置させると、３色が認められた。
領域 Δｎｄ[nm] 色
1 610 青
2 330 黄
3 470 橙
２つのＬＣＰ層の光学的遅延は領域１では加えられ、領域２では減じられた。
同様にしてさらにＰＰＮ−ＬＣＰ結合物をこれらの３色の各々に適用することによりその他の色も製造しうる。個々の層の照射はまた、第一の照射に対して０乃至９０°の偏光方向に変化させることにより実施しうる。したがって、透過範囲が層の数、厚さ及び光学軸の方向により調整しうるライオット／エーマン又はSolcの干渉フィルターも実現しうる。透過範囲は構造によりピクセルで種々に調整しうる。
実施例８
光学的フィルター／偏光子（円形偏光子）用のコレステリックＬＣＰ層
ＭLCP 混合物に、１２％の実施例５のキラルな左旋性のドーパントをドープした。得られたコレステリック混合物のピッチは約３６０nmであった。ドープした混合物をアニソールに溶解させて４０％の溶液とし、遠心分離により直線偏光を照射したＰＰＮ層に塗布して架橋させた。得られた層は、λ0 ＝５８０nmの選択的反射波長を有するコレステリックフィルターとして作用した。反射バンドの幅は７０nmであった。
実施例９
直線偏光子としての二色性ＬＣＰ層
２％の以下の構造：
【００２７】
【化５】
【００２８】
を有する二色性染料をＭLCP 混合物に添加した。この混合物をアニソールに溶解させて３０％の溶液とし、遠心分離により直線偏光を照射したＰＰＮ層に塗布して架橋させた。偏光子がＰＰＮの照射の偏光方向に平行又は垂直の透過方向を保持すれば白色の光が透過するが、直角では、染料の吸収スペクトルに依存して層は着色する。二色性比は８：１であった。この代わりに二色性染料分子の黒色混合物を使用すると、ハイブリッド層は幅広いバンドの偏光子として作用する。ＰＰＮ層に異なる方向の偏光を局所的に照射すると、偏光方向を変化させることにより直線偏光層が製造されうる。これらは、例えば前述の実施例の構造のリターダー及び配向層と組み合わせてＬＣディスプレーに使用しうる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明による光学的要素の層構造を示す図である。
【図２】追加の層を有する光学的要素の層構造を示す図である。
【図３】追加の脱結合層を有する別の層構造を示す図である。
【図４】配向方向が局所的に異なる要素領域を有する別の層構造を示す図である。
【図５】図４と同様であるが、追加の脱結合層を有する別の層構造を示す図である。
【図６】図３の層構造を有する極度にねじれたネマチック（ＳＴＮ）液晶ディスプレーを示す図である。
【図７】図６のセル内のネマチック方向、光学リターダー層及び偏光子の図である。
【図８】図２の層構造と同様であるが、追加のＩＴＯ層を有する別の液晶を示す図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一の支持体上の配向層と接触した架橋液晶モノマー（ＬＣＰ）の異方性層を製造する方法において、単一の支持体を準備し、該単一の支持体上に配向層を適用し、その上に非架橋液晶モノマーの層を適用し、次いで前記唯一の配向層に接触したモノマーの層を架橋させることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記配向層が光配向材料製である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ＬＣＰ層に次いで更なる配向層を適用する請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
少なくとも２つの配向層の一つにおいて、光配向ポリマー網目構造物（ＰＰＮ）が使用される、請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記更なる配向層に非架橋液晶モノマーの更なる層を適用し、次いで前記モノマーを架橋させる請求項１乃至４のいずれか記載の方法。
【請求項６】
単一の支持体上に配向層、ＬＣＰ層及び前記ＬＣＰ層の上の１層以上の追加の配向層を含む光学的要素において、１層以上の配向層が光配向ポリマー網目構造物（ＰＰＮ）からなることを特徴とする光学的要素。
【請求項７】
前記１層以上の配向層の配向パターンが局所的に異なる請求項６記載の光学的要素。
【請求項８】
追加の配向した架橋液晶モノマーの異方性層が前記追加の配向層の上に配列している請求項６又は７記載の光学的要素。
【請求項９】
前記追加の配向層がこすりつけ又は斜めスパッターにより製造された表面配向構造を有する請求項６乃至８のいずれかに記載の光学的要素。
【請求項１０】
下方のＬＣＰ層及び追加の配向層の間に等方性の脱結合層が設けられている請求項６乃至９のいずれかに記載の光学的要素。
【請求項１１】
前記配向及び／又は架橋液晶モノマー層が前記支持体の一部のみをおおっている請求項６乃至１０のいずれかに記載の光学的要素。
【請求項１２】
前記第一の架橋液晶モノマー層が光学リターダーである請求項６乃至１１のいずれかに記載の光学的要素。
【請求項１３】
複数の液晶モノマー層が光学リターダーとして構築されている請求項１２記載の光学的要素。
【請求項１４】
前記第一の架橋液晶モノマー層がねじれた光学リターダーとして構築され、前記ＬＣＰ層がコレステリック液晶物質から成る請求項９記載の光学的要素。
【請求項１５】
一定の光の波長範囲内で光学フィルター又は円形偏光子として作用するように、１層以上のＬＣＰ層が非常にねじれたコレステリック液晶物質から成る請求項６乃至１４のいずれかに記載の光学的要素。
【請求項１６】
吸収カラーフィルター層が存在する請求項６乃至１５のいずれかに記載の光学的要素。
【請求項１７】
ＬＣＰ層の一が強誘電性である請求項６乃至１６のいずれかに記載の光学的要素。
【請求項１８】
ＬＣＰ層の一が非線形光学活性を有する請求項６乃至１７のいずれかに記載の光学的要素。
【請求項１９】
第二の架橋液晶モノマー層又は第二のＰＰＮ層が配向層として構築されている請求項６乃至１７のいずれかに記載の光学的要素。
【請求項２０】
吸収光学フィルター及び／又は直線偏光子として作用するように、１層以上のＬＣＰ層が二色性染料分子を含む請求項６乃至１９のいずれかに記載の光学的要素。
【請求項２１】
少なくとも１層のＬＣＰ層が、モノマー状態において少なくとも加工中１５乃至８０℃において液晶である架橋モノマー又はモノマー混合物からなる請求項６乃至２０のいずれかに記載の光学的要素。
【請求項２２】
前記温度範囲が１５乃至５０℃である請求項２１記載の光学的要素。
【請求項２３】
１層のＬＣＰ層がリターダーとして作用し、その他のＬＣＰ層が配向層として作用する請求項６乃至２１のいずれかに記載の光学的要素。
【請求項２４】
透過及び反射液晶ディスプレーに使用される請求項６乃至２１のいずれかに記載の光学的要素。
【請求項２５】
前記液晶ディスプレーが回転セルである請求項２２記載の光学的要素。
【請求項２６】
前記液晶ディスプレーがＳＴＮセルである請求項２２記載の光学的要素。
【請求項２７】
前記液晶ディスプレーが強誘電性セルである請求項２２記載の光学的要素。
【請求項２８】
前記液晶セルがアドレスできる活性マトリックス支持体を含む請求項２２記載の光学的要素。
【請求項２９】
光学的及び集積光学的デバイスに使用される請求項６乃至２２のいずれかに記載の光学的要素。
【請求項３０】
透過における偽造及び複製に対する保護に使用される請求項６乃至２２のいずれかに記載の光学的要素。
【請求項１】
単一の支持体上の配向層と接触した架橋液晶モノマー（ＬＣＰ）の異方性層を製造する方法において、単一の支持体を準備し、該単一の支持体上に配向層を適用し、その上に非架橋液晶モノマーの層を適用し、次いで前記唯一の配向層に接触したモノマーの層を架橋させることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記配向層が光配向材料製である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ＬＣＰ層に次いで更なる配向層を適用する請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
少なくとも２つの配向層の一つにおいて、光配向ポリマー網目構造物（ＰＰＮ）が使用される、請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記更なる配向層に非架橋液晶モノマーの更なる層を適用し、次いで前記モノマーを架橋させる請求項１乃至４のいずれか記載の方法。
【請求項６】
単一の支持体上に配向層、ＬＣＰ層及び前記ＬＣＰ層の上の１層以上の追加の配向層を含む光学的要素において、１層以上の配向層が光配向ポリマー網目構造物（ＰＰＮ）からなることを特徴とする光学的要素。
【請求項７】
前記１層以上の配向層の配向パターンが局所的に異なる請求項６記載の光学的要素。
【請求項８】
追加の配向した架橋液晶モノマーの異方性層が前記追加の配向層の上に配列している請求項６又は７記載の光学的要素。
【請求項９】
前記追加の配向層がこすりつけ又は斜めスパッターにより製造された表面配向構造を有する請求項６乃至８のいずれかに記載の光学的要素。
【請求項１０】
下方のＬＣＰ層及び追加の配向層の間に等方性の脱結合層が設けられている請求項６乃至９のいずれかに記載の光学的要素。
【請求項１１】
前記配向及び／又は架橋液晶モノマー層が前記支持体の一部のみをおおっている請求項６乃至１０のいずれかに記載の光学的要素。
【請求項１２】
前記第一の架橋液晶モノマー層が光学リターダーである請求項６乃至１１のいずれかに記載の光学的要素。
【請求項１３】
複数の液晶モノマー層が光学リターダーとして構築されている請求項１２記載の光学的要素。
【請求項１４】
前記第一の架橋液晶モノマー層がねじれた光学リターダーとして構築され、前記ＬＣＰ層がコレステリック液晶物質から成る請求項９記載の光学的要素。
【請求項１５】
一定の光の波長範囲内で光学フィルター又は円形偏光子として作用するように、１層以上のＬＣＰ層が非常にねじれたコレステリック液晶物質から成る請求項６乃至１４のいずれかに記載の光学的要素。
【請求項１６】
吸収カラーフィルター層が存在する請求項６乃至１５のいずれかに記載の光学的要素。
【請求項１７】
ＬＣＰ層の一が強誘電性である請求項６乃至１６のいずれかに記載の光学的要素。
【請求項１８】
ＬＣＰ層の一が非線形光学活性を有する請求項６乃至１７のいずれかに記載の光学的要素。
【請求項１９】
第二の架橋液晶モノマー層又は第二のＰＰＮ層が配向層として構築されている請求項６乃至１７のいずれかに記載の光学的要素。
【請求項２０】
吸収光学フィルター及び／又は直線偏光子として作用するように、１層以上のＬＣＰ層が二色性染料分子を含む請求項６乃至１９のいずれかに記載の光学的要素。
【請求項２１】
少なくとも１層のＬＣＰ層が、モノマー状態において少なくとも加工中１５乃至８０℃において液晶である架橋モノマー又はモノマー混合物からなる請求項６乃至２０のいずれかに記載の光学的要素。
【請求項２２】
前記温度範囲が１５乃至５０℃である請求項２１記載の光学的要素。
【請求項２３】
１層のＬＣＰ層がリターダーとして作用し、その他のＬＣＰ層が配向層として作用する請求項６乃至２１のいずれかに記載の光学的要素。
【請求項２４】
透過及び反射液晶ディスプレーに使用される請求項６乃至２１のいずれかに記載の光学的要素。
【請求項２５】
前記液晶ディスプレーが回転セルである請求項２２記載の光学的要素。
【請求項２６】
前記液晶ディスプレーがＳＴＮセルである請求項２２記載の光学的要素。
【請求項２７】
前記液晶ディスプレーが強誘電性セルである請求項２２記載の光学的要素。
【請求項２８】
前記液晶セルがアドレスできる活性マトリックス支持体を含む請求項２２記載の光学的要素。
【請求項２９】
光学的及び集積光学的デバイスに使用される請求項６乃至２２のいずれかに記載の光学的要素。
【請求項３０】
透過における偽造及び複製に対する保護に使用される請求項６乃至２２のいずれかに記載の光学的要素。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００６−９０３０（Ｐ２００６−９０３０Ａ）
【公開日】平成１８年１月１２日（２００６．１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２２４３２７（Ｐ２００５−２２４３２７）
【出願日】平成１７年８月２日（２００５．８．２）
【分割の表示】特願平７−１５３００６の分割
【原出願日】平成７年６月２０日（１９９５．６．２０）
【出願人】（５９６０９８４３８）ロリク アーゲー (22)
【氏名又は名称原語表記】ＲＯＬＩＣ ＡＧ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月１２日（２００６．１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年８月２日（２００５．８．２）
【分割の表示】特願平７−１５３００６の分割
【原出願日】平成７年６月２０日（１９９５．６．２０）
【出願人】（５９６０９８４３８）ロリク アーゲー (22)
【氏名又は名称原語表記】ＲＯＬＩＣ ＡＧ
【Ｆターム（参考）】
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