(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板上にコレステリック規則性を有する複数の液晶層を、各液晶層における液晶分子の旋回方向が同一で、分子螺旋軸が前記液晶層を厚さ方向に横断するように積層され、層間の螺旋ピッチが異なるように固定されてなるコレステリック液晶フィルターにおいて、各層の液晶が低分子液晶からなり、各層のコレステリック液晶の螺旋ピッチ数が１２ピッチ以上で、偏光度が９９％以上であることを特徴とするコレステリック液晶フィルター。
【請求項２】
前記低分子液晶の分子量が５千未満であることを特徴とする請求項１記載のコレステリック液晶フィルター。
【請求項３】
層数が５以上からなることを特徴とする請求項１又は２記載のコレステリック液晶フィルター。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コレステリック液晶フィルターに関し、特に、液晶表示装置に用いるコレステリック液晶フィルターに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、カラーフィルターとしてコレステリック液晶を分散したコレステリックフィルムを用いることが、例えば特開平９−３１８８０７号に開示されている。このカラーフィルターは、輝度、色純度において、従来の顔料や染料を用いたカラーフィルターと比較して優れた性能を有している。特に、温度やカイラル剤比によりその選択反射光の波長が変化し、さらに紫外線照射によって液晶における状態を保持したまま硬化できる紫外線硬化型コレステリック液晶を用いることにより、従来と比較して簡単に製造することができるという利点がある。
【０００３】
前記のようなコレステリック液晶、及び、カイラルネマチック液晶は、液晶分子軸の長距離配向秩序に加えて、ダイレクタが螺旋的に空間変化をしているという特性がある。すなわち、液晶分子軸と平行な平面内では、液晶はネマティック相と同様な配向秩序があるが、隣接する平面へ移ると、この局所的な配向方向がわずかに回転しているので、これが順次連続して螺旋構造となっている。
【０００４】
一方、自然光は、右旋円偏光と左旋円偏光に分けることが可能であり、コレステリック液晶若しくはカイラルネマチック液晶は、右旋及び左旋両成分の光が、液晶の螺旋軸に平行に入射した場合、その液晶のねじれ方向と同じ回転方向の円偏光成分のみを反射し、他方の円偏光成分は透過するという特性がある。
【０００５】
このとき、反射光の、入射光に対する位相の変化が生じないので、反射光の入射前後における偏光方向は不変であり、また、反射光の波長は、コレステリック液晶若しくはカイラルネマチック液晶のねじれのピッチにより変化する。このピッチは、液晶にねじれの力を発生させるカイラル剤の添加量や、適当な外場（例えば温度、電場、磁場等）により変化する。
【０００６】
したがって、上記のようなパラメータを、可視域で制御することにより、赤、緑、青等の反射又は透過光を形成させることができ、かつ、透過させた光以外の光を光源側に反射し、再利用して、輝度を従来のカラーフィルターと比較して高く設定することができる。
【０００７】
このような螺旋構造の液晶を利用した反射フィルターを、本発明では以下に、コレステリック液晶フィルターと呼ぶが、コレステリック液晶フィルターは、特定の波長域の特定の円偏光を反射し、他の波長域及び他の円偏光を透過する特性を有する。
【０００８】
このようなコレステリック液晶フィルターを単層で構成し、その分子の螺旋ピッチの最大ピッチと最小ピッチの差を少なくとも１００ｎｍとなるようにして、特定の円偏光を反射する波長帯域を広帯域化したものが、特開平６−２８１８１４号で提案されている。同様のものが「ＡＳＩＡ  ＤＩＳＰＬＡＹ’９５」ｐｐ．７３５〜７３８に開示されているが、その図２を見ると、本来コレステリック液晶フィルターで反射されて遮断されるべき偏光成分が透過光として漏れてしまい漏れ光が多く、偏光度が低いことが分かる。
【０００９】
一方、特開２００１−４８４３においては、螺旋ピッチが異なる複数のコレステリック液晶層で構成し、広帯域で半透過型のコレステリック液晶フィルターを得ることが提案されている。
【００１０】
また、特開平１１−２３１１３０号では、螺旋ピッチが異なる複数のコレステリック液晶層を積層して偏光度の高い広帯域のコレステリック液晶フィルターを構成することが提案されており、各層の厚さを薄くして配向しやすくしている。
【００１１】
なお、Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｄ：Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，Ｖｏｌ．８，１９７５，ｐｐ．１４４１〜１４４８には、コレステリック液晶フィルターの厚さを厚くすることにより偏光度が上がることが開示されている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来、単層で広帯域化したものは、低分子液晶を用いてもどうしても漏れ光があった。その理由は不明だが、螺旋ピッチが連統的に変わっているためと推測される。
【００１３】
一方、多層のコレステリック液晶層にして広帯域化したものは、高分子液晶を用いると偏光度９０％が限界であった。その理由は、高分子液晶は分子が大きいので、配向し難いためである。
【００１４】
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、螺旋ピッチが異なる複数のコレステリック液晶層を積層して偏光度の高い広帯域のコレステリック液晶フィルターを提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明のコレステリック液晶フィルターは、透明基板上にコレステリック規則性を有する複数の液晶層を、各液晶層における液晶分子の旋回方向が同一で、分子螺旋軸が前記液晶層を厚さ方向に横断するように積層され、層間の螺旋ピッチが異なるように固定されてなるコレステリック液晶フィルターにおいて、各層の液晶が低分子液晶からなり、各層のコレステリック液晶の螺旋ピッチ数が１２ピッチ以上で、偏光度が９９％以上であることを特徴とするものである。
【００１６】
この場合に、低分子液晶の分子量が５千未満であることが望ましい。
【００１７】
また、層数が５以上からなることが望ましい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明のコレステリック液晶フィルターは、低分子液晶を用いて、コレステリック液晶層を多層で構成して、特定の円偏光、すなわち、右円偏光あるいは左円偏光を反射する波長帯域を広帯域化し、その際、偏光度が９５％以上になるように各層の厚さを調製するもので、多層を構成する各層中のコレステリック液晶の螺旋ピッチ数を１０ピッチ以上で略完全に配向させるものである。そして、波長帯域を４００ｎｍから７００ｎｍ確保するために層数は少なくとも５層以上とするものである。
【００２０】
偏光度が９５％以上になると、実用上、液晶表示装置等の偏光素子として使用可能になる。この値より低いと、コントラストが低すぎる等のために必ずしも実用的でなくなる。
【００２１】
ここで、本発明で言う低分子液晶とは、一般的に言われているように、高分子よりも分子量が小さく（分子量が１万未満）で液晶性を示すものを言う。特に、本発明においては、分子量が５千未満、より好ましくは１千未満の分子からなる液晶であることが、厚膜にしても配向しやすくする点で好ましい。
【００２２】
本発明において、多層膜からなるコレステリック液晶層の各層が低分子液晶を固定してなるものであるので、各層が極めて配向しやすいため、偏光度を上げることができる。また、単層で広帯域化するのではなく、多層で広帯城にしており、かつ、各層が偏光度の高い層であるので、高偏光度を維持したまま広帯域化できるものである。
【００２３】
本発明において用いる低分子液晶の例としては、後記の化学式（１）又は（２）で表されたモノマーがある。また、その際に用いるカイラル剤の例としては、後記の化学式（３）又は（４）で表された分子がある。なお、（３）又は（４）のメソゲンを保ったまま分子末端に重合性末端の１例としてアクリレートを導入してモノマー化してもよい。この際、スペーサーを導入してもよい。（１）と（３）、（１）と（４）、（２）と（３）、（２）と（４）の組み合わせを所要の厚さに塗布して配向させることにより、コレステリック液晶層の各層を作製する。
【００２４】
【化１】
0004039605.tif 000002
【００２５】
【化２】
0004039605.tif 000003
【００２６】
ここで、本発明において用いる偏光度の定義について説明する。図１（ａ）は、本発明のコレステリック液晶フィルターＳを特に透過型として使用する場合の透過光偏光度の測定方法を示す図であり、対象のコレステリック液晶フィルターＳが例えば左円偏光を反射するタイプとして、そのコレステリック液晶フィルターＳに図の左側から自然偏光を入射させ、コレステリック液晶フィルターＳを透過した主として右円偏光の光は４分の１波長板ＱＰを通して例えば垂直方向の直線偏光になるように配置し、４分の１波長板ＱＰの射出側に光軸回りで９０°回転可能に直線偏光板Ｐを配置し、その射出側に光検出器Ｄを配置する。直線偏光板Ｐの透過軸方向がこの場合に垂直方向にある位置を平行ニコル状態、直線偏光板Ｐの透過軸方向が水平方向にある位置を直交ニコル状態とするとき、平行ニコル状態では光検出器Ｄで検出する光量は多くなり、直交ニコル状態では少なくなるはずである。平行ニコル状態での検出光量をＴ1 、直交ニコル状態での検出光量をＴ2 とするとき、この透過光偏光度ＰT は、
ＰT ＝｛（Ｔ1 −Ｔ2 ）／（Ｔ1 ＋Ｔ2 ）｝1/2 ×１００％  ・・・（ａ）
で表される。本発明においては、波長４００〜７００ｎｍにおける平均のＰT が透過光偏光度である。
【００２７】
また、本発明のコレステリック液晶フィルターＳを特に反射型として使用する場合の反射光偏光度の測定方法を図１（ｂ）に示す。この場合は、図の左側から例えば透過軸方向が垂直方向に設定された直線偏光板Ｐに自然偏光を入射させ、透過したこの場合に垂直方向の直線偏光をビームスプリッターＢＳを介して４分の１波長板ＱＰに入射させる。この４分の１波長板ＱＰは光軸回りで９０°回転可能に配置される。その射出側に対象のコレステリック液晶フィルターＳを配置する。コレステリック液晶フィルターＳで反射された光は、４分の１波長板ＱＰを逆に介してビームスプリッターＢＳに入射し、ビームスプリッターＢＳで反射されて光検出器Ｄに入射するように配置する。この場合、コレステリック液晶フィルターＳは左円偏光を反射するので、４分の１波長板ＱＰから射出する光が左円偏光になるように４分の１波長板ＱＰが設定された場合を平行ニコル状態とし、４分の１波長板ＱＰから射出する光が右円偏光になるように設定された場合を直交ニコル状態とすると、同様に、平行ニコル状態では光検出器Ｄで検出する光量は多くなり、直交ニコル状態では少なくなるはずである。平行ニコル状態での検出光量をＲ1 、直交ニコル状態での検出光量をＲ2 とするとき、この反射光偏光度ＰR は、
ＰR ＝｛（Ｒ1 −Ｒ2 ）／（Ｒ1 ＋Ｒ2 ）｝1/2 ×１００％  ・・・（ｂ）
で表される。本発明においては、波長４００〜７００ｎｍにおける平均のＰR が反射光偏光度である。
【００２８】
なお、図１の配置において、４分の１波長板ＱＰとコレステリック液晶フィルターＳの間に屈折率差がある場合には界面反射により正確な偏光度が測定できないので、屈折率整合液を介することが望ましい。
【００２９】
また、直線偏光板Ｐ、４分の１波長板ＱＰ、ビームスプリッターＢＳとしては特性が略理想的なものを用いる必要がある。
【００３０】
なお、本発明では、多層のコレステリック液晶層を構成する各層の液晶（コレステリック液晶（又はカイラルネマチック液晶））は電圧等によって駆動されるものではなく、固定化されたコレステリック（又はカイラルネマチック）液晶であり、その固定は、低分子液晶性モノマーを重合させて網目構造体としたものである。
【００３１】
次に、本発明の１実施例について説明する。まず、コレステリック液晶層を構成する主材料として、両末端に重合可能な官能基を有し、５０℃〜１００℃でネマチック液晶性を示す前記の化学式（１）又は（２）に示すような分子を用い、カイラル剤として機能する前記の化学式（３）又は（４）に示すような分子を用いた。また、光重合開始剤として、チバスぺシャリティケミカルズのIRG184（商品名）を用いた。
【００３２】
コレステリック液晶フィルターの作製プロセスとして、厚さ０．７ｍｍのガラス基板に、まず、ポリイミドを主成分とする配向膜溶液をスピンコーティングし、溶媒を蒸発させた後に、２００℃でポストベイクし、既知の方法でラビングし、配向膜を作製した。
【００３３】
次に、上記主材料を１００：５：３（重量％）に混ぜた粉体を、トルエンに３０重量％になるように溶解し、上記配向膜上にスピンコーティングした。
【００３４】
次に、溶媒を蒸発させた後、８０℃で液晶分子を配向させ、紫外線を照射して重合させた。
【００３５】
コレステリック液晶フィルターの多層の膜毎にカイラル剤の割合を調整しながらこのような手順で作製したコレステリック構造を有する膜を、それぞれの膜中のコレステリック構造中の螺旋ピッチが４ピッチ以上になるようにして、波長４００〜７００ｎｍをカバーするように６層積層（特開２００１−４８４３参照）した。
【００３６】
透過光偏光度を測定したところ、上記ピッチ数が大きくなるに従って、偏光度は増加した。
【００３７】
測定結果を次に示す。
【００３８】
0004039605.tif 000004
以上の結果より、９５％以上の偏光度を達成するためには、各層の螺旋ピッチ数が１０ピッチ以上必要であることが分かる。
【００３９】
なお、比較例として分子量が１万より大きい高分子液晶を用いて同様に作製したが、配向が難しく、多層の各層の膜厚を厚くしても、全体の偏光度として９５％以上は得られなかった。
【００４０】
以上、本発明のコレステリック液晶フィルターをその原理と実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれらに限定されず種々の変形が可能である。
【００４１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明のコレステリック液晶フィルターによると、各層の液晶が低分子液晶からなり、各層のコレステリック液晶の螺旋ピッチ数が１２ピッチ以上で、偏光度が９９％以上であるので、高偏光度を維持したままその広帯域を図ることができ、液晶表示装置用のカラーフィルター等に適したものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のコレステリック液晶フィルターの偏光度の測定方法を示す図である。
【符号の説明】
Ｓ  …コレステリック液晶フィルター
Ｐ  …直線偏光板
ＱＰ…４分の１波長板
Ｄ  …光検出器
【図１】
0004039605.tif 000005