JPH11514757A - 広帯域コレステリック偏光子を製造する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、良好に規定された帯域及びエッジ位置を有する広帯域コレステリック偏光子を製造する方法及び装置に関する。この目的のため、液晶コレステリック規則性層が、照射に曝されることによりポリマー化される異なる反応性を持つ反応規則性モノマー及び反応性ネマトゲニックモノマーとを有する。本発明は、帯域の所望の照射の強度が実質的に係数１０以上で上昇されることを特徴とする。この結果、偏光帯の帯域及びエッジ位置が上述のように固定される。モノクロセンサは、偏光体の所望のエッジ位置の波長に対応するセンサにより、エッジ位置が使用する波長に到ったか否か来ていすｒことに使用できる。広帯域コレステリック偏光子は、表示装置において非常に有利に使用可能な様に良好に規定された帯域及びエッジ位置を有する。

Description

【発明の詳細な説明】 広帯域コレステリック偏光子を製造する方法及び装置 技術分野 本発明は、液晶コレステリック規則性層（liquid-crystalline,cholesterical ly ordered layer）が、照射線（radiation）に曝されることによりポリマー化 される異なる反応性の反応性キラルモノマー(reactive chiral monomer)とネマ トゲニックモノマー(nematogenic monomer)とを有する広帯域コレステリック偏 光子を製造する方法に関する。本発明は同様に、本発明の上述の方法を実現する 装置に関する。 背景技術 広帯域コレステリック偏光子（broadband cholesteric polarizer）及びこの 偏光子を製造する方法は、例えば、本出願人による出願のヨーロッパ特許公開公 報第 EP-A-404939 号、第 EP-A-404940 号、国際出願公開公報第 WO96/02016 号 から既知である。コレステリック偏光子によると、実質的に損失の無い方法で非 偏光を円形偏光に変換することが可能である。この型式の偏光子は、コレステリ ック（即ち、キラル状：chirally、ネマチック状：nematically）規則性材料の 薄層を有する。この材料は、自ら、渦巻形状もしくは螺旋構造へと略々自然に並 ぶ構造を有するキラル液晶分子を含む。この螺旋のピッチは、多量の非キラル液 晶(即ちネマトゲニック)材料をキラル液晶材料に加えることにより大きくできる 。正確なピッチは、材料の化学的構造のみならず、キラル液晶分子量と非キラル 液晶分子量の比で調整される。 材料が基板上もしくは２つの基板間の薄層の形態で提供されると、螺旋構造は 、この層と直交して延在する螺旋の軸方向であると仮定される。このような層は 、波長がピッチの産物及び材料の屈折係数に対応し、偏り方向が螺旋構造の巻回 方向に対応する広帯域光の偏光に適する。この特性の効果により、コレステリッ ク層を、光学偏光子における使用へと非常に良く適応させることが出来る。材料 の “屈折係数”という表現は、ここでは、通常の屈折係数ｎ₀とこの材料の固有屈 折係数ｎ_eの相乗平均（geometric mean）（ｎ_e＋ｎ₀）／２を意味するものと理 解されたい。 広帯域コレステリック偏光子は、比較的狭い反射帯域の存在により、通常のコ レステリック偏光子とは区別される。通常のコレステリック偏光子の帯域幅は、 およそ４０〜５０nmである。広帯域偏光子の場合、100，150，200、そしてより 広い400nm の帯域幅が可能である。コレステリックフィルタの帯域位置は、反射 を実現する波長帯域の中心として規定される。帯域の幅は、帯域の長波と短波エ ッジの間の波長の差として規定される。エッジ部分の波長は、強度が最大強度の ５０％に等しくなった際の波長で規定される。 上述のヨーロッパ特許出願公開第 EP-A-404940 号は、広帯域コレステリック 偏光器を製造する魅力的な方法を開示している。この方法では、異なる反応性を 示す反射キラルモノマーと反射ネマトゲニックモノマーとを有する混合物を使用 する。反応性モノマーとしては、例えば米国特許第 US5188760 号に開示された ようなアクリレート（acrylates）、エポキシ−コンパウンド（eposy compounds ）、ビニルエーテル（vinylethers）、そしてチオレン−システム（thiolene sy stems）を含むコンパウンドから構成されるものを使用できる。異なる反応性グ ループを含むモノマーは、一般に、異なる反応性を生じる。同様に、モノマーの 或る形式が或る反応性グループを含む場合、そしてモノマーの他の形式が２つの （同一の）反応性グループを含む場合に反応性の差を同様に生じる。 この混合物の層は、（アクチニック：actinic）照射線、特にＵＶ照射線によ りポリマー化される。この工程において、状態が、ポリマー化操作の間に変化す る入射の照射線輪郭が層に形成されるような方法が選択される。この結果、ポリ マー化中に拡散工程がコレステリック層で実現する。この工程は、螺旋構造の合 成における変形をもたらし、この結果、層の厚さ方向と交差する方向に見て、ピ ッチが或る限定の中で変化する。この結果、コレステリック偏光子は、比較的狭 い屈折帯域を提供する。 ヨーロッパ特許出願公開 EP-A-404940 号に開示された方法を改善出来ること が見いだされた。本出願人は、例えば照射線傾斜若しくはＵＶ強度の僅かなずれ が、 反応性モノマーの拡散工程で強力に影響する状況を実験的に実現した。この工程 は、既知の方法により製造したコレステリック偏光子の帯域において比較的大き な差を導くであろうあろう。この結果、既知の方法は、屈折帯域の２つのエッジ の一つが正確な位置を有する偏光子の再現可能な製造について改善できるであろ う。この方法は、例えば、まだ公開されていないヨーロッパ特許出願第 9520320 9.2 号に開示されたような偏光子に適用する。 本発明は、既知の方法を改善することを目的とする。本発明は特に、屈折帯域 の２つのエッジの何れかの位置を容易に再現可能な方法で調整できる広帯域コレ ステリック偏光子を製造する方法の提供に寄与する。本発明によるこの方法は、 大量生産可能な偏光子を実現するであろう。 本発明の上述及び他の目的は、帯域が所望のエッジ位置に到る場合に照射強度 が実質的に上昇する先に説明した形態の方法により達成される。 本発明は、ポリマー化中に使用した照射強度が広帯域偏光子の製造中重要な部 分を担うという経験的に獲得した認識に基づくものである。最終的に実現された 帯域幅は、使用する照射強度により実質的な角度に抑制されることが実現された 。比較的高いＵＶ強度（一般に 0.5mW/cm²以上）が使用される場合、最終的に実 現する帯域幅が比較的低いものが見られ、そして非ポリマー混合物の強度とは大 幅に異なる。比較的低い照射強度（一般に 0.05mW/cm²以下）が使用される場合 、最も広い偏光帯域が得られる。このような条件の下、初めに、非着色広帯域偏 光帯へと連続的に広がる着色狭偏光帯域が形成される。強度が実質的に上昇する と、いわば、硬化の瞬間に得る帯域幅を生じる。強度の上昇は、硬化状態を提供 するため、望ましくは係数１０以上である強度の上昇を実現した。望ましくは、 この係数は２０以上である。 本発明の方法の望ましい実施例は、帯域の所望のエッジ位置の特定がモノクロ フォトセンサにより規定され、センサで使用される波長が帯域の所望のエッジ位 置の波長に対応することを特徴とする。このようなフォトセンサは、モノクロ光 源のみならずフォト検出器も有する。レーザは、センサにおいてモノクロ光源と して非常に有利に使用できる。 センサは、屈折に対して使用できる。このセンサは、光源から生じかつ、計測 動作中に使用されるモノクロ光がポリマ化されるべき層に向けられる様に構成さ れている。屈折帯のエッジ部分の波長がモノクロ光の波長に等しくなくとも、こ の光はポリマ化されるべき層と通過（伝達）する。帯域幅がこのような値を示す と、モノクロ光の屈折と一致する２つの波長を生じる。層の適切な位置合わせは 、光源及び検出器が検出器において屈折すべき光を生じる。この瞬間、ポリマー 化照射の強度が上昇するであろう。この目的のため、より大きな照射強度を持つ 第２のポリマー化ランプが活性化され（望ましくは）、ポリマー化ランプの前に 位置するフィルタが除去される。フィルタを除去（機械的）する代りに、伝達を 調整可能なフィルタを使用することも可能である。 本発明の方法の他の望ましい実施例は、帯域の所望のエッジ位置が伝達計測に より規定されることを特徴とする。この目的のため、センサは光源及び検出器が ポリマー化されるべき層のエッジ側に位置されるように構成される。この場合、 センサは、検出器が光源から生じる光の強度の実質的な照射を検出するとただち に活性化される。この様な配置は、ポリマー化されるべき層の正確な調整がセン サの計測結果の影響を受けないという利点を有する。 本発明による方法の他の望ましい実施例は、液晶コレステリック規則性層を、 層への照射入力の強度を変更可能な光源のみならず照射源を有する複数の区画が 設けられた照明トンネルが通過することを特徴とする。本発明による方法の実施 例は、連続的な工程で製造されるべき広帯域コレステリック偏光子を実現する。 この工程は、ユニット単位のコストに対して効果的である。 本発明は同様に、製造されるべき偏光子の位置合わせをする手段と、モノクロ 光源のみならずフォト検出器を有するモノクロフォトセンサとを備えた照射区画 を有することを特徴とする。 本発明によるこの装置は、逐次工程において製造されるべき広帯域偏光子を実 現する。望ましくは、フォト検出器及びモノクロ光源は、センサが伝達を計測す るように照射区画に配置される。この目的のため、製造されるべき偏光子が、装 置の動作中、検出器と光源との間に配置される。 広帯域コレステリック偏光子を製造するために使用される本発明による他の装 置は、照射区画を介して基板を通過する手段と、区画を介して通過すべき基板を 照射する照射源と、モノクロ光源のみならずフォト検出器を有するモノクロフォ トセンサとを備えた照射区画を有することを特徴とする。 本発明によるこの装置は、連続的な工程で製造されるべき広帯域偏光子を実現 する。望ましくは、フォト検出器及びモノクロ光源が、センサが伝達を計測する ように照射区画に配置される。この目的のため、照射区画に貫通される望ましく は延在する基板が、装置の動作中検出器と光源との間に配置される。 照射強度を高くするため、例えばより高い強度を有する第２照射源の使用が可 能である。この照射源は、フォトセンサで駆動されるであろう。本発明による両 装置のより安価な実施例は、区画がセンサで駆動することにより表示可能な光学 フィルタを有する。このようなフィルタは、ランプにより生じた照射について望 ましくは１０％以下の透過度である。調整可能な伝達フィルタを配置可能なフィ ルタの代りに使用できることに注意されたい。 図面の簡単な説明 第１図は、本発明の方法により製造可能な広帯域コレステリック偏光子を示す 図である。 第２図は、複数の化合物の構造を示す図である。 第３図は、本発明の方法を実施するために使用する第１の装置を示す図である 。 第４図は、本発明の方法を実施するために使用する第２の装置を示す図である 。 発明を実施するための最良の形態 本発明の特徴は、以下の実施例により明らかにされるであろう。図は実際の寸 法とは異なることに注意されたい。 第１図は、本発明の方法で製造される広帯域コレステリック偏光子（broadban d cholesteric polarizer）の実施例を示す図である。この偏光子は、例えば、 ガラス製でかつ、互いに略々並行で更に所定の間隔を持って配置された２つの平 面透明基板（flat transparent substrate）１，２を有する。これら基板の対向 面には、例えば擦りポリイミド（rubbed polyimide）もしくはスパッタSiOx（sp uttered SiOx）の指向層（orientation layer）が設けられている。ス ペーサ５は、基板の端部に設けられている。 コレステリック規則性高分子材料(cholesterically ordered polymeric mater ial)材料の層６が、２つの基板の間に配置されている。コレステリック規則性材 料の分子螺旋の軸は、層と直交して延在している。この分子螺旋は、層６の或る 面から他の面に向けて連続的に増加する可変ピッチを有する。この状況は、２つ の渦巻形状構造７として示されている。層６の厚さは一般に、３〜４０μｍ、望 ましくは５〜２５μｍの範囲である。 本発明によるコレステリック偏光子の上述の実施例は、以下のように製造され る。初めに、反応性モノマーを有する混合物が用意される。この混合物は、３５ 重量％のキラルモノマーＡと６５重量％のネマトゲニックモノマーＢとを有する 。モノマーＡは、１分子当り一つの反応性グループを有し、そしてモノマーＢは 、１分子当り２つの反応性グループを有する。この場合、アクリルグループが使 用される。モノマーＡ，Ｂの正確な構造式を第２図に示す。両モノマーの間の反 応性の差は、１分子当り異なる数の反応性グループに起因するものと考えられる 。次いで、１重量％の染料（dye；構造式Ｅ）のみならず、２重量％のフォトイ ニシエータ・イルガキュア６５１（photoinitiator Irgacure 651:Ciba Geigy; 構造式Ｃ）及び 0.001 重量％のｐ-メトキシフェノール（stabilizer;構造式Ｄ ）がこの混合物に加えられる。この染料は、およそ334μｍの吸収極大及び 3152 4 リットル／mol.cm の吸光係数を呈する。この染料は、より容易に設定するた めに使用される照射の入射傾斜を実現する。この件は、ヨーロッパ特許出願公開 第 EP606.940 号に詳しく開示されている。 この混合物、即ち準備された混合物は、連続的に２つの透明基板の間に設けら れる。これら基板には、擦りポリイミドの層が設けられる。これらの層は、コレ ステリック混合物中に自然に発生する分子螺旋の位置合わせを改善することに適 応される。本発明によるこの方法において、指向層が設けられる基板を使用する ために不可欠ではないことに注意されたい。薄い（非常に）光学的活性層の製造 において、キラル及びネマトゲニックグループの一般的な自然指向を実現する。 しかしながら、ポリマ化中の指向層の存在は、光学的活性層の改善された指向を もたらし、この結果、偏光子の光学的特性が実質的に改善される。 コレステリック層のポリマ化は、第３図に示された本発明の装置の斜視図によ り詳細に説明されるであろう。この装置は、放射区画１１を有する。この区画に は、製造される広帯域コレステリック偏光子を配置する手段が設けられる。図示 した装置において、これら手段は、支持本体１２として構成されている。この場 合、偏光子が、２つの基板１３と、基板間に配置されるコレステリック規則性層 １４を有する。本発明による方法及び装置は、１枚の基板のみが使用される偏光 子の製造に使用可能であることに注意されたい。 区画１１は更に、ＵＶランプの形態の放射源を有する。ランプの電力及びラン プと照射用の偏光子との間の間隔は、コレステリック層が装置の動作中に露光さ れる平均照射強度がおよそ 0.9mW/cm²である方法で選択される。位置もしくは伝 達が調整可能な中庸密度フィルタ１６がＵＶランプと偏光子との間に配置される 。フィルタが最大容量で動作する場合、ＵＶランプから発生する放射が、偏光子 における平均照射強度がおよそ 0.03mW/cm²である方法で濾波される。 区画１１は、レーザ及びフォトディテクタ１８の形式のモノクロ光源１７から なるフォトセンサを有する。レーザの波長は、製造される広帯域偏光子の端部位 置に等しくなるように選択される。伝達中、センサは計測を行い、この結果、検 出器及び光源が計測を目的として偏光子の対向する側に配置される。このセンサ は、フィルタ１６に結合される。照射中、偏光子の伝達がおよそ（５０％以下） に減少するとただちに、センサは活性化されるべき中庸密度フィルタ１６を生じ る信号を供給する。この型式のフィルタに依存して、放射源１５と偏光子との缶 の位置から除去されるもしくはフィルタの伝達が最大になる。この長所により、 偏光子の放射強度は、係数３０により上昇し、コレステリック層の瞬間的な完全 ポリマー化をもたらす。この結果、バンドエッジの何れかの正確な位置のみなら ず帯域も規定される。 第４図は、広帯域コレステリック偏光子を大量生産するための本発明に係る装 置を示す図である。この装置は、複数の放射素子２２に適合する温度制御放射ト ンネル２１を有する。この放射トンネルには、例えば、駆動可能なローラの形態 で、連続的に導出すべき延長フレキシブル基板２４を実現する手段２３が設けら れている。この基板は、例えば、ポリマー化されるべき反応性液晶モノマーの混 合物のコレステリック規則性層をもたらす薄い透明ホイルから構成されるであろ う。 この区画には、例えば、放射トンネルを会して導出される基板を照射するため に使用されるＵＶランプの形態の放射源２５が設けられる。複数の区画には、フ ォトディテクタ２６と、信号レーザ２７の形態のモノクロ光源が設けられる。こ の場合、部分的に交差するミラー２８が、基板を介してフォトディテクタに入射 する複数の偏光サブビームへとレーザ２７のレーザビームを分割する。 本発明による方法は、以下の方法で本発明による装置に継続的に提供できる。 使用されるレバー光を透過する基板には、液晶材料のコレステリック規則性層が 設けられる。この基板は、駆動手段により放射トンネルに貫通される。この工程 において、基板は、比較的低い強度（0.05mW/cm²以下）のＵＶランプに曝される 複数の放射区画に導かれる。 ここでは、偏光帯域は、ポリマー化工程により、エッジ部分何れかの波長が使 用するレーザの波長に等しい帯域に到るであろう。この場合、フォトディテクタ により計測される強度は、実質的に低減される。信号は、実質的に上昇されるべ き放射強度を例えば、１０以上の係数により生じるであろうものが与えられる。 この結果、瞬間的に、液晶材料の完全なポリマー化が実施され、この結果、計測 されたエッジ位置及び帯域が上述の様に定着する。ポリマー化された広帯域コレ ステリック規則性層を持つ導出基板は更に、広帯域コレステリック偏光子を形成 するために当業者に既知である方法で処理できる。この目的のため、基板が、所 望の大きさに切断され、必要ならば、放射光が円形のポリマー化を実現する場合 、１／４λホイルが設けられる。必要ながら、コントラストをダイクロイックポ リマー化ホイルを持つフィルタを設けることにより増加できる。 本発明による方法は、製造されるべき正確に調整されたエッジ位置を有する広 帯域コレステリック偏光子を実現する。この長所により、偏光子を備えた表示装 置に依存する視野角を低減できる。本発明による装置によると、偏光子を逐次工 程もしくは連続工程で提供できる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．液晶コレステリック規則性層が、照射線に曝されることによりポリマー化さ れる異なる反応性の反応性キラルモノマと反応性ネマトゲニックモノマとを有す る広帯域コレステリック偏光子を製造する方法において、 前記照射線の強度は、帯域が所望のエッジ部分に到った場合に実質的に上昇す ることを特徴とする広帯域コレステリック偏光子を製造する方法。 ２．請求項１に記載の方法において、 放射線強度の上昇が、係数１０以上に相当することを特徴とする広帯域コレス テリック偏光子を製造する方法。 ３．請求項１もしくは２に記載の方法において、 前記帯域の所望のエッジ位置の特定がモノクロフォトセンサにより規定され、 前記センサで使用される波長が前記帯域の所望のエッジ位置の波長に対応す ることを特徴とする広帯域コレステリック偏光子。 ４．請求項３に記載の方法において、 前記帯域の所望のエッジ位置が伝達値により規定されることを特徴とする広帯 域コレステリック偏光子を製造する方法。 ５．請求項１乃至４の何れか一項に記載の方法において、 前記液晶コレステリック規則性層を、前記層上の照射入力の強度を偏光可能な 光センサのみならず照射源を有する複数の部品が設けられた照射トンネルが貫す ることを特徴とする広帯域コレステリック偏光子を製造する方法。 ６．製造されるべき偏光子の位置合わせをする手段と、 製造されるべき偏光子の照射用の照射源と、 モノクロ光源のみならずフォト検出器を有するモノクロフォトセンサとを備え た照射区画を有することを特徴とする広帯域コレステリック偏光子を製造する装 置。 ７．照射区画を介して基板を通過する手段と、 前記区画を介して通過すべき前記基板を照射する照射源と、 モノクロ光源のみならずフォト検出器を有するモノクロフォトセンサとを備え た照射区画を有することを特徴とする広帯域コレステリック偏光子を製造する装 置。 ８．請求項６もしくは７に記載の装置において、 前記区画が、前記センサを駆動することにより配置可能な光学フィルタを有す ることを特徴とする広帯域コレステリック偏光子を製造する装置。 ９．請求項６もしくは７に記載の装置において、 伝達を調整可能な光学フィルタを有することを特徴とする広帯域コレステリッ ク偏光子を製造する方法。