(57)【要約】【課題】３次元画像表示装置用配向素子及び位相差素子を提供すること。【解決手段】光透過性の基材１２を用いた配向素子１０であって、前記配向素子１０は配向規制力の方向が前記光透過性の基材１２の遅相軸と同一方向である第１の領域と、配向規制力の方向が前記光透過性の基材の遅相軸と異なる方向である第２の領域を少なくとも有し、前記第１の領域が光透過性の基材１２を少なくとも含む構成にて形成され、前記第２の領域が光透過性の基材１２と水溶性ポリマー層１３とポリイミド系配向膜層１４とを少なくとも含む構成にて形成されている。【選択図】図２
2015018076.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光透過性の基材を用いた配向素子であって、
前記配向素子は配向規制力の方向が前記光透過性の基材の遅相軸と同一方向である第１の領域と、
配向規制力の方向が前記光透過性の基材の遅相軸と異なる方向である第２の領域を少なくとも有し、
前記第１の領域が光透過性の基材を少なくとも含む構成にて形成され、
前記第２の領域が光透過性の基材と水溶性ポリマー層とポリイミド系配向膜層とを少なくとも含む構成にて形成されていることを特徴とする配向素子。
【請求項２】
請求項１に記載の配向素子上に固体化液晶層が形成されていることを特徴とする位相差素子。
【請求項３】
請求項１に記載の配向素子の製造方法であって、下記［１］〜［４］の工程を少なくとも具備することを特徴とする配向素子の製造方法。
［１］光透過性の基材に水溶性ポリマー水溶液を塗工・乾燥して、水溶性ポリマー層を成膜する工程、
［２］ 前記第２の領域について水溶性ポリマー層上にポリイミド系配向膜溶液を塗工・乾燥して、第２の領域にポリイミド系配向膜層を成膜する工程、
［３］前記ポリイミド系配向膜に対して、前記光透過性の基材の遅相軸と異なる方向にラビング処理を施し、ホモジニアス配向処理をする工程、
［４］水にて洗浄処理を行い、第１の領域の水溶性ポリマーを除去する工程
【請求項４】
請求項２に記載の位相差素子の製造方法であって、下記［１］〜［５］の工程を少なくとも具備することを特徴とする位相差素子の製造方法。
［１］光透過性の基材に水溶性ポリマー水溶液を塗工・乾燥して、水溶性ポリマー層を成膜する工程、
［２］ 前記第２の領域について水溶性ポリマー層上にポリイミド系配向膜溶液を塗工・乾燥して、第２の領域にポリイミド系配向膜層を成膜する工程、
［３］前記ポリイミド系配向膜に対して、前記光透過性の基材の遅相軸と異なる方向にラビング処理を施し、ホモジニアス配向処理をする工程、
［４］水にて洗浄処理を行い、第１の領域の水溶性ポリマーを除去する工程
［５］工程［４］で得られた基板に、
光重合性または光架橋性のサーモトロピック液晶化合物を含み、前記サーモトロピック液晶化合物のメソゲンが配向構造をなしている液晶材料層を形成する成膜工程と、前記液晶材料層に所定の量の光を照射する露光工程を施し、固体化液晶層を形成する工程
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像を形成する画素とストライプ状の位相差パターンを形成した位相差素子と重ね合わせることにより、偏光子で観察した際に画像が切り替わる表示体に関し、特に、３次元画像表示装置に適用可能な配向素子、位相差素子およびそれらの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
位相差素子には延伸フィルムあるいは重合性の液晶を光透過性の基材上に塗工したもの等がある。後者の場合、パターニングすることが可能であり、観察者が偏光メガネを用いて観賞する３次元画像表示装置（３Ｄ画像表示装置と記す。）などに適用できる（特許文献１参照）。
【０００３】
３Ｄ画像表示装置に使用されるパターニング位相差素子は、異なる光学異方性を持つ領域が交互に設けられたストライプパターンが形成されており、ディスプレイが発する直線偏光の出射光を左円偏光、右円偏光に分割する役割を持ち、観察者は円偏光メガネを介して左目は左目用の画像を、右目は右目用の画像を見ることで立体映像を観賞することができる。
【０００４】
パターニングされた位相差素子は、所望の配向規制力をもたせた配向素子の上に固体化液晶層を形成して得られる。しかし、配向素子製造に用いる材料として用いられる光配向膜材料は光に対して極めて敏感であるため、材料や配向素子の製造・保管環境によっては感光して、配向規制能を消失するという問題がある。したがって自然光などの不要な光による感光を防ぐ必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３７９６４１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、取り扱う環境に左右されず安定した機能を発現する配向素子を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を達成するための請求項１に記載の発明は、光透過性の基材を用いた配向素子であって、
前記配向素子は配向規制力の方向が前記光透過性の基材の遅相軸と同一方向である第１の領域と、
配向規制力の方向が前記光透過性の基材の遅相軸と異なる方向である第２の領域を少なくとも有し、
前記第１の領域が光透過性の基材を少なくとも含む構成にて形成され、
前記第２の領域が光透過性の基材と水溶性ポリマー層とポリイミド系配向膜層とを少なくとも含む構成にて形成されていることを特徴とする配向素子としたものである。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の配向素子上に固体化液晶層が形成されていることを特徴とする位相差素子としたものである。
【０００９】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の配向素子の製造方法であって、下記［１］〜［４］の工程を少なくとも具備することを特徴とする配向素子の製造方法としたものである：
［１］光透過性の基材に水溶性ポリマー水溶液を塗工・乾燥して、水溶性ポリマー層を成膜する工程、
［２］前記第２の領域について水溶性ポリマー層上にポリイミド系配向膜溶液を塗工・乾燥して、第２の領域にポリイミド系配向膜層を成膜する工程、
［３］前記ポリイミド系配向膜に対して、前記光透過性の基材の遅相軸と異なる方向にラビング処理を施し、ホモジニアス配向処理をする工程、
［４］水にて洗浄処理を行い、第１の領域の水溶性ポリマーを除去する工程。
【００１０】
また、請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の位相差素子の製造方法であって、下記［１］〜［５］の工程を少なくとも具備することを特徴とする位相差素子の製造方法としたものである：
［１］光透過性の基材に水溶性ポリマー水溶液を塗工・乾燥して、水溶性ポリマー層を成膜する工程、
［２］ 前記第２の領域について水溶性ポリマー層上にポリイミド系配向膜溶液を塗工・乾燥して、第２の領域にポリイミド系配向膜層を成膜する工程、
［３］前記ポリイミド系配向膜に対して、前記光透過性の基材の遅相軸と異なる方向にラビング処理を施し、ホモジニアス配向処理をする工程、
［４］水にて洗浄処理を行い、第１の領域の水溶性ポリマーを除去する工程
［５］工程［４］で得られた基板に、
光重合性または光架橋性のサーモトロピック液晶化合物を含み、前記サーモトロピック液晶化合物のメソゲンが配向構造をなしている液晶材料層を形成する成膜工程と、前記液晶材料層に所定の量の光を照射する露光工程を施し、固体化液晶層を形成する工程。
【発明の効果】
【００１１】
簡略化された方法で、光に対して極めて敏感な光配向膜材料を使用せず安定した配向規制力を有する配向素子を提供でき、優れた表示性能を有する画像表示装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一態様に係る配向素子の平面図である。
【図２】本発明の一態様に係る配向素子の断面図である。
【図３】本発明の一態様に係る位相差素子の平面図である。
【図４】本発明の一態様に係る位相差素子の断面図である。
【図５】配向素子製造過程における工程［１］を施した基板の概略図である。
【図６】配向素子製造過程における工程［２］を施した基板の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１は本発明の一態様に係る配向素子の平面図であり、少なくとも２つ以上の領域が交互に設けられストライプ状に形成され、パターンの奇数ライン領域、偶数ライン領域で異なる配向規制力を有する。奇数ライン領域を第１の領域１０ａとし、偶数ライン領域を第２の領域１０ｂとすると、第１の領域の配向規制力の方向は光透過性の基材１２の遅相軸と同一方向であり、第２の領域の配向規制力の方向は光透過性の基材１２の遅相軸と垂直方向である。
【００１５】
図２は本発明の一態様に係る配向素子の断面図であり、配向素子の第１の領域１０ａは光透過性の基材１２からなり、第２の領域１０ｂは光透過性の基材１２と水溶性ポリマー
層１３ｂとポリイミド系配向膜層１４ｂからなる。必要に応じて、光透過性の基材上にアンカー層等を設けても良い。
【００１６】
図３は本発明の一態様に係る位相差素子の平面図であり、少なくとも２つ以上の領域が交互に設けられストライプ状に形成され、パターンの奇数ライン領域、偶数ライン領域で異なる異方性を有する。奇数ライン領域を第１の領域１１ａとし、偶数ライン領域を第２の領域１１ｂとすると、第１の領域１１ａの固体化液晶層１５ａの液晶分子の遅相軸は光透過性の基材の遅相軸と同一方向であり、第２の領域１１ｂの固体化液晶層１５ｂの液晶分子の遅相軸は光透過性の基材の遅相軸と垂直方向である。
【００１７】
図４は本発明の一態様に係る位相差素子の断面図であり、前記配向素子１０上に固体化液晶層１５を成膜したものであり、位相差素子の第１の領域１１ａは光透過性の基材１２と固体化液晶層１５ａからなり、第２の領域１１ｂは光透過性の基材１２と水溶性ポリマー層１３ｂとポリイミド系配向膜層１４ｂと固体化液晶層１５ｂからなる。必要に応じて、光透過性の基材上にアンカー層等を設けても良い。
【００１８】
以下、図２及び図５、図６を参照しながら配向素子１０の製造方法について説明する。配向素子の製造方法は、［１］光透過性の基材に水溶性ポリマー水溶液を塗工・乾燥して、水溶性ポリマー層を成膜する工程、［２］前記第２の領域について水溶性ポリマー層上にポリイミド系配向膜溶液を塗工・乾燥して、第２の領域にポリイミド系配向膜層を成膜する工程、［３］前記ポリイミド系配向膜に対して、前記光透過性の基材の遅相軸と異なる方向にラビング処理を施し、ホモジニアス配向処理をする工程、［４］水にて洗浄処理を行い、第１の領域の水溶性ポリマーを除去する工程を少なくとも具備する。
【００１９】
まず、光透過性の基材１２を準備する。
【００２０】
光透過性の基材１２は、柔軟性を有する長尺状のプラスチックフィルム、枚葉のプラスチック基板、ガラス基板である。柔軟性を有する長尺状のプラスチックフィルム、枚葉のプラスチック基板は、ポリカーボネート、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、環状ポリオレフィン、セルロースエステル、ポリエチレンテレフタラート等を使用することができる。ガラス板は、ソーダ石灰ガラス、低アルカリ硼珪酸ガラスまたは無アルカリアルミノ硼珪酸ガラスを使用することができる。
【００２１】
ポリカーボネートやポリエチレンテレフタラート等押出製法等により作製されるプラスチックフィルムは、一定方向に樹脂が配向し、それに伴いΔｎ〔ｓ〕＝２．０×１０−４〜３．０×１０−４程度の複屈折を生じる。位相差素子用の光透過性のフィルム基材には、複屈折率が小さい基材であるトリアセチルセルロースやシクロオレフィンポリマーが一般的に用いられる。トリアセチルセルロースは分子構造上複屈折が生じにくく、また溶液製膜法によって製造されることによって、複屈折の発生が抑制される傾向ではあるが、Δｎ〔ｓ〕＝３．０×１０−５〜１．８×１０−４程度とわずかであるが複屈折を生じる。したがって、一般的なプラスチックフィルム基材は一定方向に樹脂が配向する傾向があることが示唆される。このことより、光透過性の基材は、光透過性の基材の遅相軸と同一方向の配向規制力を持ち、配向素子として使用することができる。したがって、光透過性の基材上に固体化液晶層を形成すると、液晶分子の遅相軸が光透過性の基材の遅相軸と同一方向となり、光学異方性を持った位相差素子としての性能を示す。
【００２２】
光透過性の基材１２には水溶性ポリマー層１３との密着性等向上を目的として、コロナ処理、ケン化処理、プラズマ処理等表面処理を行っても良い。また、アンカー層等を付与しても良い。この際、配向素子としての配向規制力を失わないよう、用いる材料、厚み等を考慮することが必要である。
【００２３】
工程［１］について説明する。工程［１］では光透過性の基材に水溶性ポリマー水溶液を塗工・乾燥して、水溶性ポリマー層１３を成膜する。
【００２４】
水溶性ポリマーには、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、塩酢ビ共重合樹脂、ケトン樹脂、マレイン酸樹脂、変性エポキシ樹脂、アルキッド樹脂、ロジン樹脂、セルロース樹脂等、またはそれらの２種以上を含んだ混合物を使用することができる。
【００２５】
溶剤としては、例えば水、エチルアルコール、イソプロピルアルコール、またはそれらの２種以上を含んだ混合物を使用することができる。
【００２６】
その他塗膜に必要な性能に応じて、モンモリロナイト等の無機化合物、多官能モノマーおよび／またはオリゴマー、樹脂、界面活性剤、貯蔵安定剤および密着向上剤などの成分を加える。
【００２７】
コーティング液の塗工には、例えば、スピンコート法、スリットコート法、インクジェット法、バーコート法、また凸版印刷、スクリーン印刷、平版印刷、グラビア印刷、オフセット印刷などの印刷法や、およびこれらを組み合わせた方法を利用することができる。
【００２８】
水溶性ポリマー層１３の厚さは０．０５〜１０００μｍであり、コストの点から好ましくは０．１〜３０μｍである。
【００２９】
コーティング後、熱乾燥を行い、塗工膜の乾燥を行う。熱乾燥には、例えば、減圧乾燥機、コンベクションオーブン、ＩＲオーブンまたはホットプレート等にて行う。
【００３０】
工程［１］を施した基板の概略図を図５に示す。工程［２］で形成するポリイミド系配向膜層１４と水溶性ポリマー層１３との密着性等向上を目的として、コロナ処理、ケン化処理、プラズマ処理等表面処理を行っても良い。
【００３１】
工程［２］について説明する。工程［２］では第２の領域について水溶性ポリマー層１３ｂ上にポリイミド系配向膜溶液を塗工・乾燥して、第２の領域にポリイミド系配向膜層１４ｂを成膜する。
【００３２】
ポリイミド系配向膜には、ポリアミック酸及びイミド化されているポリイミドを使用することができる。
【００３３】
溶剤としては、例えば２−メチルピロリドン、γ―ブチロラクトン、ブチルカルビトール２−ブトキシエタノール、ジエチレングリコールモノエチルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルアセテート、シクロヘキサノン、またはそれらの２種以上を含んだ混合物を使用することができる。
【００３４】
コーティング液を第２の領域にのみ塗工するため、その手法としては、例えば、インクジェット法、また凸版印刷、スクリーン印刷、平版印刷、グラビア印刷、オフセット印刷などの印刷法や、およびこれらを組み合わせた方法を利用することができる。
【００３５】
ポリイミド系配向膜層１４の厚さは０．０１〜５μｍであり、配向規制力およびコストの点からから好ましくは０．０５〜３μｍである。
【００３６】
コーティング後、熱乾燥を行い、塗工膜の乾燥を行う。熱乾燥には、例えば、減圧乾燥
機、コンベクションオーブン、ＩＲオーブンまたはホットプレート等にて行う。
【００３７】
工程［２］を施した基板の概略図を図６に示す。
【００３８】
工程［３］について説明する。工程［３］ではポリイミド系配向膜に対して、前記光透過性の基材の遅相軸と異なる方向にラビング処理を施し、ホモジニアス配向処理をする。
【００３９】
ポリイミド配向膜層１４ｂに対し、一定方向のラビング処理を施す。ラビング方向は光透過性の基材の遅相軸と異なる方向、例えば垂直方向に行う。ラビング処理を行うことで、ホモジニアス配向性を持つ。ラビング基材はフェルト、ナイロン、ゴム、ポリエステルなどの繊維等を用いることができる。ロールギャップ、回転数、基材搬送速度等、ラビング回数等各種条件は所望の配向性を有するように調整すると良い。このとき、第１の領域１３ａにもラビング処理が施されても構わない。
【００４０】
工程［４］について説明する。工程［４］では水にて洗浄処理を行い、第１の領域の水溶性ポリマーを除去する。
【００４１】
洗浄処理は、第１の領域の水溶性ポリマーを確実に除去し、またラビングで発生した粉塵等を除去するためにも十分に行う必要がある。洗浄処理後、第１の領域は水溶性ポリマーが除去され、図２に示すように光透過性の基材が第１の領域の最表面となる。第２の領域はラビングによりホモジニアス配向処理されたポリイミド膜が最表面となる。押出製法、延伸製法、溶液製膜製法にて製造された光透過性の基材は、程度の差はあるものの一定方向に樹脂が配向していることより、第1の領域１０ａ、第２の領域１０ｂ共に上に設ける高分子、例えば液晶分子を同じ方向に配向させる力を持つ。よって、第１の領域１０ａの配向規制力の方向は光透過性の基材の遅相軸と同一方向であり、第２の領域１０ｂの配向規制力の方向は光透過性の基材の遅相軸と垂直方向である。
【００４２】
以下、位相差素子１１の製造方法について説明する。
位相差素子の製造方法は、前記工程［１］〜［４］を施して製造された配向素子１０に、［５］光重合性または光架橋性のサーモトロピック液晶化合物を含み、前記サーモトロピック液晶化合物のメソゲンが配向構造をなしている液晶材料層を形成する成膜工程と、前記液晶材料層に所定の量の光を照射する露光工程を施し、固体化液晶層を形成する工程を少なくとも具備する。必要に応じて、追加熱乾燥工程や露光工程、検査工程などを行う。また、液晶材料は光に対して極めて敏感であるため、自然光などの不要な光による感光を防ぐ必要があり、成膜工程、露光工程共に作業を黄色、または赤色灯下で行なう必要がある。
【００４３】
工程［５］について説明する。工程［５］では液晶材料層を形成し、前記液晶材料層に所定の量の光を照射する露光工程を施し、固体化液晶層を形成する。
【００４４】
成膜工程について説明する。
【００４５】
サーモトロピック液晶化合物としては、例えば、アルキルシアノビフェニル、アルコキシビフェニル、アルキルターフェニル、フェニルシクロヘキサン、ビフェニルシクロヘキサン、フェニルビシクロヘキサン、ピリミジン、シクロヘキサンカルボン酸エステル、ハロゲン化シアノフェノールエステル、アルキル安息香酸エステル、アルキルシアノトラン、ジアルコキシトラン、アルキルアルコキシトラン、アルキルシクロヘキシルトラン、アルキルビシクロヘキサン、シクロヘキシルフェニルエチレン、アルキルシクロヘキシルシクロヘキセン、アルキルベンズアルデヒドアジン、アルケニルベンズアルデヒドアジン、フェニルナフタレン、フェニルテトラヒドロナフタレン、フェニルデカヒドロナフタレン、これらの誘導体、またはそれら化合物のアクリレートを使用することができる。
【００４６】
溶剤としては、例えば、シクロヘキサノン、ブチルセロソルブアセテート、１−メトキシ−２−プロピルアセテート、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、トルエン、アニソール、メチルエチルケトン、酢酸エチル、酢酸ブチル、イソプロピルアルコール、ブタノール、イソブチルケトン、ｄ−リモネン、石油系溶剤、またはそれらの２種以上を含んだ混合物を使用することができる。
【００４７】
その他塗膜に必要な性能に応じて、キラル剤、光重合開始剤、熱重合開始剤、増感剤、連鎖移動剤、多官能モノマーおよび／またはオリゴマー、樹脂、界面活性剤、重合禁止剤、貯蔵安定剤および密着向上剤などの成分を、この液晶化合物を含んだ組成物の液晶性、および光配向膜層の異方性を失わない範囲で加える。これらの材料、および前述のサーモトロピック液晶化合物、溶剤は、例えば特開２０１１−２３２５３７に記載の材料が使用できる。
【００４８】
コーティング液の塗工には、例えば、スピンコート法、スリットコート法、インクジェット法、バーコート法、また凸版印刷、スクリーン印刷、平版印刷、グラビア印刷、オフセット印刷などの印刷法や、およびこれらを組み合わせた方法を利用することができる。
【００４９】
液晶材料層の厚さは所望の位相差値を呈する厚さとなるよう設定する。
【００５０】
コーティング後、熱乾燥を行い、塗工膜の乾燥を行う。熱乾燥には、例えば、減圧乾燥機、コンベクションオーブン、ＩＲオーブンまたはホットプレート等にて行う。
【００５１】
このとき液晶材料層では、液晶化合物は配向素子１０の異方性に従って、領域毎に一方向に配向している。
【００５２】
次に露光工程について説明する。
【００５３】
液晶材料層に露光工程を施すことで、領域毎で異なる光学異方性を持った固体化液晶層が得られる。液晶材料の重合度、および光配向膜層との密着、表面硬度等を考慮して最適な量の露光量を考慮して行う。
【００５４】
なお、露光工程に使用する光は、紫外線、可視光線および赤外線などの電磁波である。電磁波の代わりに、電子線を使用してもよい。それらの１つのみを使用してもよく、それらの２つ以上を使用してもよい。
【００５５】
露光工程は、それぞれ所望の領域に光を照射できるのであれば、どのような方法で行なってもよい。また、全面領域照射やフォトマスクの使用、電子ビームなどの放射線または光束を液晶材料層上で走査させてもよい。あるいは、これらを組み合わせてもよい。
【００５６】
以上説明したように、本発明によれば、優れた表示性能を有する画像表示装置が得られる配向素子、位相差素子、およびその製造方法が得られる。さらなる利益および変形は、当業者には容易である。それゆえ、本発明は、そのより広い側面において、ここに記載された特定の記載や代表的な態様に限定されるべきではない。したがって、添付の請求の範囲およびその等価物によって規定される本発明の包括的概念の真意または範囲から逸脱しない範囲内で、様々な変形が可能である。
【符号の説明】
【００５７】
１０、配向素子
１０ａ、配向素子の第１の領域
１０ｂ、配向素子の第２の領域
１１、位相差素子
１１ａ、位相差素子の第１の領域
１１ｂ、位相差素子の第２の領域
１２、光透過性の基材
１３、水溶性ポリマー層
１４、ポリイミド系配向膜層
１５、固体化液晶層
【図１】
2015018076.tif 000003
【図２】
2015018076.tif 000004
【図３】
2015018076.tif 000005
【図４】
2015018076.tif 000006
【図５】
2015018076.tif 000007
【図６】
2015018076.tif 000008