专利名称：光学元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及加热时各种特性稳定的耐热性光学元件。
背景技术：
一直以来，用于图像显示装置等的相位差膜和圆偏振光控制光学元件等光学元件，会有例如被装入液晶显示装置等图像显示装置中使用的情况。制造这样的图像显示装置时，有时需要加热到200℃以上，例如进行取向膜所用的聚酰亚胺膜的制膜和透明电极ITO膜的制膜的场合；另外用于车内使用的显示器时，由于阳光照射使温度上升，有时会加热到100℃以上。因而，因装配的顺序和使用的场所不同，这些液晶显示装置等图像显示装置中所用的上述相位差膜等光学元件也会被加热到100℃以上，有些场合也可能被加热到200℃以上。
另一方面，近年来有人提出通过使聚合性液晶材料聚合来获得光学元件，例如特开2001-100045号公报和特表平10-508882号公报等所记载的提案。这样的光学元件具有通过聚合使液晶所具有的特性固定，作为膜来使用的优点，因此可望在各种用途上得到应用。
关于这些相位差膜等光学元件，在特开平5-2109号公报中公开了耐热性能优异的延伸相位差膜，另外在特开平5-142510号公报中公开了耐热性能优异的由热聚合高分子组成的光学元件。还在特开2001-1336328号公报中，公开了由含有耐热性能优异的高分子液晶和交联性物质的液晶材料构成的偏振光衍射膜。
但是，使这样的聚合性液晶材料聚合而得到的光学元件，在加热时例如为具有胆甾相规律性的胆甾层时，会产生中心反射波长偏移的问题。从而，如上所述，在装配到液晶显示装置等图像显示装置中使用时，出现只能使用未加热部位的问题。
另外，延伸相位差膜在80℃以上、尤其在100℃以上时，由于相位差量发生变化，在用于车载LCD等的场合，存在显示不匀的问题。
发明的公开本发明鉴于上述问题而产生，其主要目的在于提供由即使面对图像显示装置等光学设备的制造过程中的加热、各种光学特性仍稳定的聚合性液晶材料经固化而形成的光学元件。
为了达到上述目的，本发明的光学元件中包含衬底材料和在上述衬底材料上由具有预定的液晶规律性的聚合性液晶材料固化而形成的光学功能层，其特征在于所述光学元件在预定的温度下进行热处理，设所述热处理后的上述光学功能层的膜厚为A，所述光学元件再次以所述热处理的温度加热60分钟后的所述光学功能层的膜厚为B，则以(A-B)/A定义的所述光学功能层的膜厚减少率不大于5％。这样，如果以与热处理温度相同的温度加热60分钟时的膜厚减少率在上述范围内，则可以使例如光学元件作为相位差板使用时的相差值、光学元件作为圆偏振光控制光学元件时的中心反射波长的变化达到最小限度，从而，在被装配到各种图像显示装置中使用时，光学元件的性能变化达到最小限度。
另外，作为本发明的一个方面，上述聚合性液晶材料最好含有光聚合引发剂。这是由于为了使聚合性液晶材料通过例如紫外线等进行固化，最好含有促进聚合的光聚合引发剂。并且，含有光聚合引发剂的聚合性液晶材料固化而成的光学功能层，可有效地发挥本发明的优点。
另外，所述衬底材料最好是具有取向能力的基体材料。如果可在具有取向能力的基体材料上形成光学功能层并原样地直接使用，则无需特别进行复制工序，这对工艺有利。
作为本发明的另一形态的光学元件是包含衬底材料和有相位差层的相位差层叠层体，该相位差层由具有向列相规律性或近晶相规律性或胆甾相规律性的聚合性液晶材料在上述衬底材料上固化而成；其特征在于所述相位差层叠层体在预定温度下进行热处理，所述热处理后的所述相位差层的相差值为Ra，所述相位差层叠层体再次用所述热处理温度加热60分钟后的所述相位层的相差值为Rb时，以(Ra-Rb)/Ra定义的所述相位差层的相差值减少率不大于5％。装配到各种图像显示装置内使用时，如果加热引起的相差值的变动在该程度，则可以不发生问题地使用。
另外，在本发明的形态中，所述聚合性液晶材料最好含有光聚合引发剂和聚合性液晶单体，特别是，具所述胆甾相规律性的聚合性液晶材料最好含有光聚合引发剂、聚合性液晶单体、聚合性手性剂。相差值是与相位差层的膜厚相关的值，推测该值与加热引起的相位差层膜厚的变化与光聚合引发剂的残渣量有关。从而，聚合性液晶材料中含有光聚合引发剂时，更可以充分发挥本发明的优点。
另外，所述衬底材料最好是具有取向能力的基体材料，如果可在具有取向能力的基体材料上形成相位差层并原样地直接作为相位差层叠层体使用，则无需特别进行复制工序，这对工艺有利。
本发明的另一方面的圆偏振光控制光学元件，包含衬底材料和在所述衬底材料上由具有胆甾相规律性的聚合性液晶材料固化而成的胆甾层，其特征在于所述圆偏振光控制光学元件在预定温度下进行热处理，如设所述热处理后的所述胆甾层的中心反射波长为λa，所述圆偏振光控制光学元件再次用所述热处理温度加热60分钟后的所述胆甾层的中心反射波长为λb，则以|λa-λb|/λa定义的所述中心波长的变化率不大于5％。例如作为滤色片等装配到图像显示装置内使用时，如果加热引起的中心反射波长的变动在该范围内，则使用中可以不发生问题。
作为本发明的一个形态，所述聚合性液晶材料中最好含有光聚合引发剂、聚合性液晶单体和聚合性手性剂。胆甾层的中心反射波长与螺距相关，但随着膜厚的变化螺距也变化。从而，基于与所述情况相同的理由，最好含有光聚合引发剂。
另外，所述衬底材料最好是具有取向能力的基体材料。如果在具有取向能力的基体材料上形成胆甾层并可直接作为圆偏振光控制光学元件使用，则无需特别进行复制工序，这对工艺有利。
作为本发明的另一形态，提供了光学元件的热处理方法，其特征在于对于包含衬底材料和在所述衬底材料上由具有预定的液晶规律性的聚合性液晶材料固化而成的光学功能层的光学元件，通过以预定温度进行热处理，使光学元件具耐热性。通过在上述范围内进行热处理，可以预先将加热时光学功能层内会被除去的成分除去。还可以提高聚合性液晶材料的聚合度(立体网状结构)。因此，即使之后进行加热，即在图像显示装置等制造过程中进行加热，也可以防止膜厚的变化及其相关的特性的变化，使光学功能层具有热稳定性。
作为本发明的另一形态的热处理方法的特征是对包含基体材料和在所述基体材料上由具有预定的液晶规律性的聚合性液晶材料固化而成的光学功能层的光学元件，通过用高于该聚合性液晶材料在聚合前的各向同性层的温度进行热处理，使光学元件具耐热性。这样，通过用高于该聚合性液晶材料在聚合前的各向同性层的温度进行热处理，可以使该光学元件中未完全聚合的(未交联)分子转到更稳定的状态，因此即使在图像显示装置等制造过程中进行加热，也可以防止膜厚的变化及其相关的特性的变化，可以使光学功能层具有热稳定性。
作为本发明的热处理方法，最好以10分钟～60分钟的时间进行所述热处理。通过以该范围的时间内进行热处理，可以得到热稳定性更优异的光学功能层。
另外，所述聚合性液晶材料最好含有光聚合引发剂。据认为，这是由于进行上述加热时的膜厚的变化，可能与上述的存在于膜内的光聚合引发剂的残渣有关。
另外，所述光聚合引发剂的含量最好为不低于1％的质量。这是因为含有该程度的量的光聚合引发剂时，更可以充分发挥本发明的优点。
另外，所述热处理的温度最好在从用于光学设备的制造工序中时对所述光学功能层施加的温度，到比该温度高10℃的温度范围内。这是因为例如光学元件用于液晶显示装置时，通过预先用从制造液晶显示装置时对该光学元件施加的温度，到比该温度高10℃的温度进行加热，来除去可由加热除去的成分，从而在后续制造过程中加热时，不会出现膜厚减少等的问题。
另外，最好这样所述光学功能层是相位差层，所述聚合性液晶材料含有聚合性液晶单体，且所述液晶规律性为向列相规律性、近晶相规律性或胆甾相规律性。这样，如果光学元件是相位层叠层体时，通过预先实施热处理，可以使相差值的变化为最小。所述液晶规律性如果是胆甾相规律性，则所述聚合性液晶材料必须含有手性剂。
另外，本发明的上述形态也可以这样所述光学功能层为胆甾层，所述聚合性液晶材料含有聚合性液晶单体和聚合性手性剂，且所述液晶规律性为胆甾相规律性。这样，如果光学元件是圆偏振光控制光学元件时，可以通过预先实施热处理，使反射中心波长因加热而引起的变化为最小。
并且，所述聚合性液晶材料可以是含有聚合性液晶单体的材料，该聚合性液晶单体分子的两个末端有聚合性官能团。
另外，所述聚合性液晶材料可以是含有聚合性液晶单体和聚合性手性剂的材料，该聚合性手性剂分子的两个末端有聚合性官能团。这样，如果在聚合性液晶单体分子的两个末端具有聚合性官能团，则相邻的该单体分子的两端会聚合(交联)为立体网织结构，可获得具有更高耐热性的光学元件。
附图的简单说明
图1是表示本发明的光学元件的制造方法的一部分的工序图。图中，1表示透明基体材料，2表示取向膜，3表示基体材料。
图2是表示本发明的光学元件的制造方法的一部分的工序图。图中，4表示液晶层。
图3是表示本发明的光学元件的制造方法的一部分的工序图。图中，5表示紫外线照射。
图4是表示本发明的光学元件的制造方法的一部分的工序图。图中，6表示光学功能层。
图5是表示本发明的光学元件的制造方法的一部分的工序图。图中，7表示热量，8表示光学元件。
图6是表示本发明的光学元件的制造方法的一部分的工序图。
本发明的最佳实施方式下面对本发明的光学元件进行说明，然后对用于获得本发明的光学元件的热处理方法进行说明。
本发明的光学元件包含衬底材料，以及在所述衬底材料上由具有预定的液晶规律性的聚合性液晶材料固化而成的光学功能层；其特征在于所述光学元件按照预定温度进行热处理，如设所述热处理后的所述光学功能层的膜厚为A，所述光学元件再次以所述热处理的温度加热60分钟后的所述光学功能层的膜厚为B时，则以(A-B)/A定义的所述光学功能层的膜厚减少率不大于5％。
本发明中，如上所述，再次以与热处理温度相同的温度加热60分钟时，如果光学功能层的膜厚因加热引起的减少率在所述范围内，则可以防止因膜厚的变动而产生的各种光学特性的变化，可以将本发明的光学元件应用于加热可能性高的制造工序中，从而可以在各种用途上得到应用。如下述说明，使用高分子延伸膜等作为基体材料时，由于该热处理温度必须比基体材料软化(变形)的温度低，因此，在这里预定的热处理温度通常为80～120℃左右。而当使用玻璃基板等作为基体材料的场合，即使比基体材料变形的温度低的温度，基体材料上形成的光学功能层也会发生热分解，因此通常的热处理温度为180℃～240℃左右。
通过加热，本发明的光学元件中的光学功能层的膜厚的减少率变小，据推测可能是由于下述的原因。
即，采用传统的聚合性液晶材料的光学元件，是聚合性液晶材料在具有预定的液晶结构的状态下聚合而固定化后被使用的。在该聚合性液晶材料聚合而成的高分子状态，除了具有该液晶结构的高分子之外，还可能存在例如光聚合引发剂的残渣或光聚合引发剂引起的生成物等进行聚合反应时生成的杂质和光聚合引发剂的残渣。这样的杂质并不与单体等聚合而成的高分子主链化学结合，因此聚合后加热时，从光学功能层中脱出的可能性很大。这样，加热时光学功能层内的物质如果被除去，当然该光学功能层的膜厚会减少。
如后所述，本发明中，通过预先用预定的温度加热光学功能层，将存在于光学功能层的杂质预先除去，即可得到具有预先除去了杂质的光学功能层的光学元件，从而，之后即使有加热的情况，也可以使膜厚的减少控制在不会发生问题的范围。
本发明的光学元件通过加热抑制膜厚的减少，从而起到下述的作用与效果。
即，例如光学功能层为相位差层时，光学功能层的膜厚是与相差值有关的值；另一方面，本发明的光学元件作为圆偏振光控制光学元件使用，光学功能层是胆甾层时(本发明中，将内部具有胆甾相规律性的液晶材料被固定化后的层作为胆甾层。)，该胆甾层的中心反射波长与膜厚(螺距)有关，随着膜厚的变化，螺距也变化。
由于加热使光学功能层的膜厚减少很多时，这些重要的光学特性会发生大幅变动。将这样的元件用于图像显示装置时，无法获得期待的光学特性，使用变得困难。本发明的光学元件中，由于加热引起的膜厚的减少率在所述范围内，因而可以大幅降低所述光学元件的光学特性因加热而引起的变动，在制造工艺中，即使应用于加热可能性高的图像显示装置等中，也足可以起到应用的效果。
下面对这样的光学元件的各个要素进行说明。
1、衬底材料本发明中所说的衬底材料，是具有取向能力的基体材料，或者当光学功能层通过复制工序复制时被复制的材料。
本发明的光学元件中有在具有取向能力的基体材料上由具有预定的液晶规律性的聚合性液晶材料固化而成的光学功能层。
作为这种具有取向能力的基体材料，例如可以包括基体材料本身具有取向能力的情况和在透明基板上形成取向膜而成为具有取向能力的基体材料的情况。下面，将所述情况分别作为实施例1和实施例2进行说明。
(1)实施例1本实施例是基体材料本身具有取向能力的实施方案，具体地，例如可以是基体材料为延伸膜的情况。通过使用延伸膜，可以使液晶材料沿着延伸方向取向。基体材料的准备只是准备好延伸膜即可，因此具有工艺上极为方便的优点。这样的延伸膜可以使用市售的延伸膜，也可以根据需要形成各种材料的延伸膜。
具体地，可以例举聚碳酸酯类高分子；聚丙烯酯和聚对苯二甲酸乙二醇酯等聚酯类高分子；聚酰亚胺类高分子；聚砜类高分子；聚醚砜类高分子；聚苯乙烯类高分子；聚乙烯和聚丙烯等聚烯类高分子；聚乙烯醇类高分子；醋酸纤维类高分子；聚氯乙烯类高分子；聚甲基丙烯酸酯类高分子等由热可塑性聚合体等构成的膜，以及由液晶聚合物构成的膜等。
本发明中，其中的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜由于延伸倍率的范围广且容易得到，因而可优选使用。
作为本发明所使用的延伸膜的延伸率，只要是可以发挥取向能力的延伸率即可，并无特别限定。因此，即使是二轴延伸膜，只要二轴间延伸率不同即可使用。
上述延伸率因使用的材料不同而有很大的不同，并无特别限定，通常可以使用150％～300％左右的膜，最好使用200％～250％的膜。
(2)实施例2实施例2是由透明基板和在透明基板上形成的取向膜构成所述具有取向能力的基体材料的实施方案。
本实施例中，具有可以通过选择取向膜来选择较宽范围的取向方向的优点。另外，通过选择涂敷于透明基板上的取向膜形成涂敷液的种类，可以实现各种取向方向，且可进行更有效的取向。
本实施例中使用的取向膜，可以适当地使用通常液晶显示装置等中使用的取向膜，通常适合使用将聚酰亚胺类和聚乙烯醇类的取向膜进行摩擦处理的膜。另外，也可以使用光取向膜。
另外，作为本实施例所使用的透明基板，只要是由透明材料形成的即可，并无特别限定，例如可以使用石英玻璃、派热克斯(注册商标)耐热玻璃、合成石英板等无可挠性的透明的刚性材料，或透明树脂膜、光学用树脂板等具有可挠性的透明柔性材料。
作为本发明中使用的被复制材料，可根据光学元件的用途适当选择，因为是光学元件，通常适合使用透明的材料，即透明基板。
该透明基板与所述“具有取向能力的基体材料”栏中说明的相同，在此省略其说明。
2、光学功能层本发明的光学元件中，包含在上述基体材料上由具有预定的液晶规律性的聚合性液晶材料固化而成的光学功能层。这种光学功能层，由具有液晶规律性的高分子构成的聚合性液晶材料形成。除此之外，有时也含有后述的液晶层形成用涂敷液中包含的光聚合引发剂等添加剂的残渣。下面，对此进行说明。
本发明中使用的聚合性液晶材料，可以是聚合性液晶单体、聚合性液晶低聚体和聚合性液晶高分子。这样的聚合性液晶材料通常使用其自身具有向列相规律性或近晶相规律性的材料，但并无特别限定，聚合性液晶材料也可以是具有胆甾相规律性的材料。为了产生该胆甾相规律性，当所述聚合性液晶材料自身呈现向列相规律性或近晶相规律性时，还可以使用聚合性手性剂。下面分别进行说明。
(1)聚合性液晶材料本发明中使用的聚合性液晶材料，可以有如上所述的聚合性液晶单体、聚合性液晶低聚体和聚合性液晶高分子等。只是由这样的聚合性液晶材料形成液晶规律性时，只要是可形成具有向列相规律性、近晶相规律性或胆甾相规律性的液晶规律性的聚合性液晶材料即可，并无特别限定，但从获得耐热性好的光学元件的角度看，最好其分子的两个末端有聚合性官能团。
作为这样的聚合性液晶材料的一例，可以有下述通式(1)表示的化合物(I)和如下所示化合物。作为化合物(I)，可以混合使用通式(1)所包含的化合物中的两种。
作为聚合性液晶材料，也可以将通式(1)中所包含的化合物或如下所示化合物中的两种以上加以混合来使用。
在表示化合物(I)的通式(1)中，R1和R2分别表示氢原子或甲基，X最好是氯原子或甲基。另外，为使液晶得以表达，表示化合物(I)的间隔基团的亚烷基的链长的a和b最好是2～9的范围。
上述例子中给出了聚合性液晶单体，本发明中，也可以使用聚合性液晶低聚体和聚合性液晶高分子等。作为这样的聚合性液晶低聚体和聚合性液晶高分子，可以适当地选择使用迄今已公开的材料。
(2)手性剂本发明中，当所述光学元件为圆偏振光控制光学元件，即光学功能层是胆甾层，且聚合性液晶材料呈现向列相规律性或近晶相规律性时，需要在所述聚合性液晶材料中添加手性剂。
本发明所使用的聚合性手性剂是指具有光学激活部位的、分子量为1500以下的低分子化合物。使用手性剂的主要目的是在化合物(I)所表达的正的单轴向列相规律性中诱发螺距。只要是可以达到所述目的，并使化合物(I)和所述化合物在溶液状态或熔融状态相溶，对可获得所述向列相规律性的聚合性液晶材料的液晶性没有损害，并可诱发希望的螺距的化合物即可，对如下所示作为手性剂的低分子化合物的种类并无特别限定，但出于获得耐热性好的元件的考虑，分子的两个末端最好有聚合性官能团。为了在液晶中诱发螺距而使用的手性剂，其分子中必须至少具有某种手征性。本发明的液晶性组合物中含有并具有光学激活部位的手性剂中，最好是诱发螺距效果大的手性剂，具体而言，最好使用如通式(2)、(3)或(4)所表示的、分子内具有不对称轴的低分子化合物(II)。
在表示手性剂(II)的通式(2)、(3)或(4)中，R4表示氢原子或甲基。Y为以上给出的式(i)～(xxiv)的任意一个，其中，最好是式(i)、(ii)、(iii)、(v)和(vii)中的任意一个。另外，表示亚烷基链长的c和d最好为2～9的范围。c和d如果小于2或在10以上，则难以表达液晶性。
对于本发明的聚合性液晶材料中混合的手性剂的量，可基于螺距诱发能力以及最终获得的圆偏振光控制光学元件的胆甾性的考虑来确定最恰当值。具体而言，该值因所用的聚合性液晶材料不同会有很大差异，但对于每合计量100质量部分的聚合性液晶材料，可在1～20质量部分的范围内选择。该混合量比所述范围小时，可能会无法使液晶材料具有足够的胆甾性，而当超出所述范围时，会阻碍分子的取向，可能会在通过激活辐射束固化时带来不良影响。
本发明中，这样的手性剂无需特别具有聚合性。但是，考虑到所获得的光学功能层的稳定性，最好使用可与所述聚合性液晶材料聚合并使胆甾相规律性固定的聚合性手性剂。从获得耐热性好的光学元件的角度考虑，分子的两个末端最好有聚合性官能团。
本发明中，最好向所述聚合性液晶材料中添加光聚合引发剂。例如，通过电子射线使聚合性液晶材料聚合时，虽然有时无需光聚合引发剂，但一般在用例如紫外线照射进行固化时，通常用光聚合引发剂来促进光聚合。
除光聚合引发剂外，只要无损本发明之目的，还可以添加增感剂。
作为这样的光聚合引发剂，一般可以在0.5～10％重量的范围内，向本发明的聚合性液晶材料中加入添加量。
3、液晶规律性本发明中，采用由具有预定的液晶规律性的上述聚合性液晶材料固化而成的光学功能层。
这里，该液晶规律性是指向列相规律性、近晶相规律性和胆甾相规律性。光学元件是相位差层叠层体时，所述光学功能层具有向列相规律性或近晶相规律性。另一方面，光学元件是圆偏振光控制光学元件时，所述光学功能层具有胆甾相规律性。
所述规律性基本上是由使用的聚合性液晶材料本身呈现的液晶规律性以及有是否使用了手性剂而决定的。
这样的液晶规律性是在具有取向能力的基体材料上，形成由所述聚合性液晶材料以及根据需要添加的聚合性手性剂构成的液晶层，使之沿着基体材料的取向能力取向而获得的。于是，可以在具有液晶规律性的状态，通过激活辐射束照射使液晶层固化，形成光学功能层。
4、加热引起的光学功能层的膜厚减少率本发明的特征是以与热处理光学元件的温度相同的温度对所述的光学功能层加热60分钟时，其膜厚的减少率在5％以下，在3％以下较为理想，在1％以下则更好。如果减少率在该范围内，光学元件是相位差板或是圆偏振光控制光学元件时，即使采用该光学元件的图像显示装置等在制造过程中有被加热的情况，作为重要的光学特性值的相差值或中心反射波长也不会有大幅变化。从而，即使在光学元件安装后的工序中进行加热，也可以使用本发明的光学元件。
5、光学元件的具体例作为本发明的光学元件的具体例，可以包括光学功能层为相位差层的相位差层叠层体和光学功能层为胆甾层的圆偏振光控制光学元件。下面分别进行说明。
光学元件是相位差层叠层体的场合，作为包含衬底材料和在该衬底材料上由具有向列相规律性、近晶相规律性或胆甾相规律性的的聚合性液晶材料固化而成的相位差层的相位差层叠层体，本发明中可以例举在以与预定的热处理温度相同的温度加热60分钟后，加热引起的所述相位差层的相差值的变化在5％以下、较为理想的3％以下和特别理想的1％以下的相位差层叠层体。
如上所述，本发明的光学元件在加热时的膜厚的变动极小，因此在将光学元件用作相位差层叠层体时，可以使加热时的相差值变动极小。
由于本发明的相位差层叠层体在加热时的相差值变动极小，因此在装入相位差层叠层体后，即使必须进行例如ITO膜的制膜等加热处理，也可以使用该叠层体。从而，具有可以极大地拓宽本发明的相位差层叠层体的利用范围的优点。
这样的相位差层所用的液晶材料，适合将所述聚合性液晶单体和光聚合引发剂以溶解在溶剂中的状态涂敷，并使其固化使用。此时可以使用的聚合性液晶单体和光聚合引发剂可以使用上述的物质。
其他的结构与上述相同，省略其说明。
光学元件为圆偏振光控制光学元件的场合，作为包含衬底材料和在所述衬底材料上由具有胆甾相规律性的聚合性液晶材料固化的胆甾层的圆偏振光控制光学元件，本发明中可以例举以与预定的热处理温度相同的温度加热60分钟后，加热引起的所述胆甾层的中心反射波长的变化在5％以下、较为理想的3％以下和特别理想的1％以下的圆偏振光控制光学元件。
同样地，由于膜厚的变化与胆甾层的中心反射波长的变化相关，因此，光学元件用作圆偏振光控制光学元件的场合，即使在制造图像显示装置时被加热，也可以使中心反射波长的变动极小。
这样的圆偏振光控制元件，如所述所述，由于加热时的中心反射波长变动极小，因此，例如将圆偏振光控制光学元件作为滤色片装配到图像处理装置中后，即使必须进行ITO膜制膜等加热处理，也可以使用本发明的圆偏振光控制光学元件。从而，具有可以极大拓宽圆偏振光控制光学元件的利用范围的优点。
作为圆偏振光控制光学元件的胆甾层所使用的液晶材料，适合将所述聚合性液晶单体、聚合性手性剂和光聚合引发剂以溶解在溶剂中的状态涂敷，并使其固化使用。此时可以使用的聚合性液晶单体、聚合性手性剂和光聚合引发剂可以使用上述的物质。
其他的结构与上述相同，省略其说明。
本发明的光学元件的热处理方法的特征在于对于含有基体材料和在所述基体材料上由具有预定的液晶规律性的聚合性液晶材料固化而成的光学功能层的光学元件，通过以预定范围内的温度进行热处理，或以高于聚合性液晶材料在聚合前的各向同性层的温度进行热处理，使光学元件具耐热性。此时，热处理的时间最好为10分钟～60分钟。通过进行这样的热处理，可以使未固化或未形成充分的立体网织结构的液晶成分和手性成分在该层内向稳定状态(位置)变动。
依据本发明的光学元件的热处理方法，由于是预先用预定的温度进行热处理，因此在处理时就将光学功能层内的杂质除掉。从而，在以后进行加热时，即例如在图像处理装置内，在安装了上述本发明的热处理过的光学元件后，即使为形成透明电极进行加热，由于预先进行了热处理，光学元件的膜厚也不会变化，结果，与膜厚相关的各种光学性能也不会产生变化。从而，将进行了这样的热处理的光学元件安装在图像处理装置等上时，由于其安装位置和安装的时机不受制约，因而具有可大幅提高图像处理装置在制造时的自由度和产品设计上的自由度的优点。
下面，对包含这样的热处理方法的本发明的光学元件的制造方法进行说明。
图1～6表示本发明的光学元件的制造方法的一例。
该例中，首先形成具有取向能力的基体材料3，该取向能力是在透明基板1上形成取向膜2而产生的(基体材料制备工序，参照图1)
接着，在该具有取向能力的基体材料3上，涂敷将聚合性液晶材料和光聚合引发剂溶解在溶剂中配制的液晶层形成用涂敷液，干燥并除去溶剂，通过保持呈现液晶规律性的温度来形成液晶层4(形成液晶层工序，参照图2)。通过取向膜2的作用，该液晶层具有液晶规律性。
然后，通过对具有所述液晶规律性的液晶层4照射紫外光5，通过由光聚合引发剂产生的自由基，使液晶层内的聚合性液晶材料聚合，使液晶层4成为光学功能层6(光学功能层形成工序，参照图3和图4)。
下面，将在基体材料3上形成光学功能层6而构成的光学元件8，例如通过在烘箱内保持预定的温度，加热7，进行热处理(参照表示热处理工序的图5)。
如上所述，进行热处理，可获得加热引起的尺寸稳定及其随之而来的各种光学性能稳定的光学元件8(参照图6)。
下面，对用于制造本发明的光学元件的制造方法进行说明，其中特别对本发明的热处理方法进行详细说明。
1、基体材料制备工序在制造本发明的光学元件时，首先需要准备具有取向能力的基体材料。作为具有取向能力的基体材料可以包括基体材料本身具有取向能力的情况，以及如图1所示，在透明基板1上形成取向膜2从而发挥具有取向能力的基体材料3的性能的情况。这些与所述的[光学元件]栏中的说明相同，在此省略其说明。
2、液晶层形成工序如图2所示，本发明中，在所述具有取向能力的基体材料3上形成液晶层4。
本发明中的液晶层是由聚合性液晶材料形成的，只要是可得到具有各种液晶规律性的液晶相的层即可，并无特别限定。
这样的液晶层的形成方法，例如可以是通过涂敷液晶层形成用涂敷液来形成液晶层形成层，该液晶层形成用涂敷液通常是在溶剂中溶解聚合性单体等聚合性液晶材料，再根据需要溶解手性剂、再溶解光聚合引发剂等配制而成。
涂敷方法可以有旋涂法、滚动涂敷法、平涂法、印刷法、浸渍法、淋涂法(ダイコ-ト法)等。
这样形成液晶形成层后，通过除去溶剂，形成具有各种液晶规律性的液晶层。此时的溶剂除去方法，例如可以采用减压除去或加热除去法，以及将这些方法组合的方法等。
本发明中，形成液晶层的方法并不限定于使用所述的液晶层形成用涂敷液的方法，也可以是在具有取向能力的基体材料上，将由液晶材料组成的干膜进行层压，并通过将其加热使之具有液晶规律性的方法等。但是本发明中，从工艺简便性上考虑，可以说采用所述液晶层形成用涂敷液的方法是最理想的方法。
该液晶层形成用涂敷液中使用的聚合性液晶材料、手性剂和光聚合引发剂，与上述的[光学元件]栏中说明的相同，因此省略其说明。下面，对该液晶层形成用涂敷液中使用的溶剂和其他的添加剂进行说明。
所述液晶层形成用涂敷液所使用的溶剂，是可溶解上述聚合性液晶材料等的溶剂，且只要是不妨碍具有取向能力的基体材料上的取向能力的溶剂即可，并无特别限定。
如果只使用单一的溶剂，会出现聚合性液晶材料等的溶解性不充分，或如上所述的具有取向能力的基板被侵蚀的情况。不过，通过混合使用两种以上的溶剂，就可避免这些问题。溶液的浓度与液晶性组合物的溶解性和要制造的圆偏振光控制光学元件的膜厚相关，因此不能一概加以规定，但通常在5～60％的质量范围内调整。
另外，为了涂敷方便，可以在所述液晶层形成用涂敷液中添加表面激活剂等。
表面激活剂的添加量根据表面激活剂的种类、聚合性液晶材料的种类、溶剂的种类以及涂敷溶液的具有取向能力的基板的种类的不同而不同，但通常在溶液所含的液晶性组合物的0.01～1％的质量范围内。
3、光学功能层形成工序本发明中，通过对以上述液晶层形成工序中形成的聚合性液晶材料为主要成分的液晶层照射激活辐射束，液晶层有液晶规律性的状态下被固化，从而可形成具有各种光学性能的光学功能层。
此时照射的激活辐射束只要是可以使聚合性液晶材料和聚合性手性剂等聚合的辐射束即可，并无特别限定，但通常采用波长为250～450nm的光束。
照射强度根据形成液晶层的聚合性液晶材料的组成和光聚合引发剂的多寡适当调整。
4、复制工序本发明中，可以根据需要，在所述光学功能层形成工序之后，将在具有所述取向能力的基体材料上形成的光学功能层复制到被复制材料上。
最好在光学功能层与其他层组合使用时，或在不具可挠性的基体材料上形成光学功能层时进行复制，但使用时根据需要也可在具可挠性的膜表面进行复制。
通过使被复制材料表面与在所述光学功能层形成工序中形成的光学功能层的表面相接触，进行复制(参照图2和图3)。
作为复制方法，例如可以是预先在被复制材料表面或所述光学功能层表面形成粘接层、通过该粘接力复制的方法，预先使基体材料上的取向膜等具有易剥离性的方法，等等。
更加有效的方法，例如有在被光学功能层与被复制材料接触一侧表面的表面硬度比基体材料一侧的表面硬度低的状态下进行复制的方法，在光学功能层与所述被复制材料接触一侧的表面的残留双键率比所述基体材料一侧高的状态下进行复制的方法，等等。这样的方法还有，例如使光学功能层的表面一侧的聚合度比基体材料一侧的聚合度低的方法，该方法是将具有在氧存在下会降低聚合速度的氧依赖性的光聚合引发剂用于上述聚合性液晶材料，使聚合仅仅在表面侧接触氧的条件下进行。
该工序中使用的被复制材料可根据光学元件的用途适当选择，但由于是光学元件，通常适用透明的材料，即透明基板。
关于透明基板，与所述“具有取向能力的基体材料”栏中说明的相同，在此省略其说明。
5、热处理工序本发明的特征在于在所述光学功能层形成工序之后，进行热处理工序，本发明的光学元件的热处理方法包含该工序中的热处理方法。
即，本发明的光学元件的热处理方法的特征在于对包含上述衬底材料和在上述衬底材料上通过上述光学功能层形成工序形成的光学功能层的光学元件，用预定的温度进行热处理；如上说明，用高分子延伸膜等作为基体材料时，该热处理的温度为80～120℃。理想的温度范围为90℃～120℃，在90℃～110℃范围内则更好。另一方面，用玻璃基板作为基体材料时，热处理温度约为180℃～240℃。最好在190℃～230℃范围内，在200℃～220℃范围内则更好。
制造通常的图像处理装置时，所述温度根据例如形成ITO电极时或形成作为取向膜的聚酰亚胺膜时的加热温度来确定。即，要求热处理后光学元件在上述的图像处理装置的制造过程所施加的温度中，可以膜厚稳定，与膜厚相关的光学元件的各项性能稳定。因此，热处理所施加的温度最好为从使用光学元件的图像处理装置制造工艺中施加的温度到比该温度至少高10℃的温度之间。
本发明中，以上述的温度进行10分钟～60分钟的热处理，较为理想的是15分钟～45分钟，20分钟～40分钟则更好。
如上所述，热处理的时间只要是可以除去内部的杂质即可，根据这样的观点得出在上述时间范围内进行热处理。
这样的热处理可以用通常的烘箱等热处理设备进行。
本发明中，所述聚合性液晶材料最好含有光聚合引发剂，如上所述，通过加热时除去存在于光学功能层的、未与主链进行化学结合的杂质，来防止膜厚的减少，从而使加热时的光学功能层的膜厚变化降低到最小。因此，对于事先存在光聚合引发剂等残渣的光学功能层，本发明的热处理方法的优点可得到最大的发挥。
这样的热处理方法对于光学功能层为相位差层的相位差叠层体特别有效。在图像显示装置的制造工艺中，如果相位差层的膜厚随加热而变化，则相位差层的相差值会大幅变动。相位差层的相差值的变动是光学设计上很大的问题，这种有相差值变动的相位差层叠层体通常不能使用。
根据本发明的热处理方法，通过预先进行所述热处理，即使在例如图像装置的制造工艺中对相位差层加热，由于预先进行了热处理，相差值的变动达到最小限度。从而，在制造工艺中即使有加热的情况也可以使用，因此具有大幅拓宽相位差层叠层体用途的优点。
另外，所述热处理方法对于光学功能层为胆甾层的圆偏振光控制光学元件也特别有效。胆甾层的中心反射波长与膜厚相关。因而与所述相位差层相同，即使在制造时加热，作为重要的光学特性值的中心反射波长也不变动，因此具有大幅拓宽相位差层叠层体用途的优点。
本发明并不受所述实施例的限定。所述实施例只是举例，只要与本发明的权利要求范围所记载的技术思想具有实质性相同的结构、发挥相同的作用与效果，不管任何形式，均包含在本发明的技术范围内。
实施例以下用实施例进一步说明本发明。
A.胆甾层(液晶层形成用涂敷液的配制)将聚合性液晶材料、手性剂和光聚合引发剂以100∶5∶5(％质量)的比例混合，将混合的粉末溶解在甲苯中，配制成30％质量的液晶层形成用涂敷液。聚合性液晶材料、手性剂和光聚合引发剂采用下述物质。
·聚合性液晶材料末端有可聚合的官能团，在50℃～100℃显示向列相规律性液晶特性的下述化学式(5)所示的聚合性液晶单体 ·手性剂经由间隔基团在下述化学式(6)所示的化合物的刚性体两端设丙烯酸酯而形成的可聚合的聚合性手性剂 ·光聚合引发剂千叶特殊化工公司(チバスベツヤリテイケミカル)制造的IRG907(商品名)(取向膜的配制)下面，在厚度为0.7mm的玻璃基板上旋涂以聚酰亚胺为主要成分的取向膜溶液，使溶剂蒸发后，在200℃下后焙烘(post-bake)，用已知的方法摩擦，制成取向膜。
另外，在厚度为75μm的TAC膜上刷涂(バ-コ-テイング)以聚乙烯醇为主要成分的取向膜溶液，使溶剂蒸发后，在200℃下后焙烘，用已知的方法摩擦，制成取向膜。
(胆甾层的形成)将所述液晶层形成用涂敷液旋涂于所述聚酰亚胺取向膜上。接着，使溶剂蒸发后，用80℃×3分钟使液晶分子取向，在确认显示了胆甾层特有的选择性反射后，通过照射紫外线(UV)使之聚合，形成胆甾层，制成试料1。
另外，将所述液晶形成用涂敷液刷涂于上述聚乙烯醇取向膜上。接着，使溶剂蒸发后，用80℃×3分钟使液晶分子取向，在确认显示了胆甾层特有的选择性反射后，通过紫外线照射使其聚合，形成胆甾层，制成试料2。
将得到的试料1用200℃×60分钟实施热处理，然后自然冷却至室温，调整成放置了1天的试料(实施例1)和未经热处理的试料(比较例1)。
将得到的试料2用100℃×60分钟实施热处理，然后自然冷却至室温，调整成放置了1天的试料(实施例2)和未经热处理的试料(比较例2)。
(评价)将实施例1和比较例1的试料用200℃×60分钟加热，测定加热前和加热后各试料的选择性反射中心波长，计算中心波长的变化率，得出以下结果。
·实施例1 短波长有1％的变动；·比较例1 短波长有6％的变动。
另外，将实施例2和比较例2的试料用100℃×60分钟加热，与所述相同地计算各试料的中心波长的变化率，得出以下结果。
·实施例2 短波长有1％的变动；·比较例2 短波长有6％的变动。
B.相位差层1(液晶相形成液及取向膜的配制)除了不使用手性剂、聚合性液晶材料与光聚合引发剂为100∶5(重量)之外，与上述A同样地配制液晶层形成用涂敷液。另外，取向膜也与上述A同样地配制。
(相位差层的形成)将所述液晶层形成用涂敷液旋涂或刷涂于所述取向膜上。接着，使溶剂蒸发后，用80℃×3分钟使液晶分子取向为向列相规律性，通过UV照射使其聚合，形成相位差层1，制成试料3和4。
将这样得到的具有向列结构的试料3用200℃×60分钟实施热处理，然后自然冷却至室温，调整成放置了1天的试料(实施例3)和未经热处理的试料(比较例3)，另外，试料4也是用100℃×60分钟实施热处理，然后自然冷却至室温，调整成放置了1天的试料(实施例4)和未经热处理的试料(比较例4)。
(评价)将实施例3和比较例3的试料用200℃×60分钟加热，测定加热前和加热后各试料的相差值，计算加热前后的相差值的变化率，得出以下结果。
·实施例3 相差值有1％的变动；·比较例3 相差值有6％的变动。
另外，将实施例4和比较例4的试料用100℃×60分钟加热，与所述相同地计算各试料的相差值的变化率，得出以下结果。
·实施例4 相差值有1％的变动；·比较例4 相差值有6％的变动。
C.相位差层2(液晶相形成用涂敷液与取向膜的配制)除了聚合性液晶材料、手性剂与光聚合引发剂为100∶15∶5(质量％)的比例之外，其余与上述A同样地配制液晶层形成用涂敷液。另外，取向膜也与上述A同样地配制。
(相位差层的形成)将上述液晶层形成用涂敷液旋涂于上述聚酰亚胺取向膜上。接着，使溶剂蒸发后，用80℃×3分钟使液晶分子取向，通过UV照射使其聚合，形成胆甾层，制成试料5。上述液晶形成用涂敷液含有手性剂成分比实施例1所使用的液晶形成用涂敷液多，因此制成的试料5的选择性反射中心波长在紫外光区。这样制成的相位差层2具有负相位差补偿板的性能。
另外，将所述液晶形成液刷涂于所述聚乙烯醇取向膜上。接着，使溶剂蒸发后，用80℃×3分钟使液晶分子取向，通过UV照射使其聚合，形成胆甾层，制成试料6。试料6的选择性反射中心波长也在紫外光区。
将得到的具有向列结构的试料3用200℃×60分钟实施热处理，然后自然冷却至室温，调整成放置了1天的试料(实施例5)和未经热处理的试料(比较例5)，另外对试料6也用100℃×60分钟实施热处理，然后自然冷却至室温，调整成放置了1天的试料(实施例6)和未经热处理的试料(比较例6)。
(评价)将实施例5和比较例5的试料用200℃×60分钟加热，测定加热前和加热后各试料的相差值，计算加热前后的相差值的变化率，得出以下结果。
·实施例5 相差值有1％的变动；·比较例5 相差值有6％的变动。
另外，将实施例6和比较例6的试料用100℃×60分钟加热，与上述相同地计算各试料的相差值的变化率，得出以下结果。
·实施例6 相差值有1％的变动；·比较例6 相差值有6％的变动。
权利要求
1.一种光学元件，其中含有衬底材料和在所述衬底材料上由具有预定的液晶规律性的聚合性液晶材料固化而成的光学功能层，其特征在于所述光学元件以预定温度进行了热处理，如所述热处理后的所述光学功能层的膜厚为A，对所述光学元件再次以所述热处理的温度加热60分钟后的所述光学功能层的膜厚为B，以(A-B)/A定义的所述光学功能层的膜厚减少率不大于5％。
2.如权利要求1所述的光学元件，其特征在于所述聚合性液晶材料中含有光聚合引发剂。
3.如权利要求1或2所述的光学元件，其特征在于所述衬底材料是具有取向能力的基体材料。
4.一种相位差层叠层体，其中含有衬底材料和在所述衬底材料上由具有向列相规律性或近晶相规律性或胆甾相规律性的聚合性液晶材料固化而成的相位差层，其特征在于所述相位差层叠层体以预定温度进行热处理，如设所述热处理后的所述相位差层的相差值为Ra，对所述相位差层叠层体再次以所述热处理温度加热60分钟后的所述相位差层的相差值为Rb，以(Ra-Rb)/Ra定义的所述相位差层的相差值减少率不大于5％。
5.如权利要求4所述的相位差层叠层体，其特征在于具有所述的胆甾相规律性的聚合性液晶材料中含有光聚合引发剂、聚合性液晶单体和聚合性手性剂。
6.如权利要求4所述的相位差层叠层体，其特征在于所述聚合性液晶材料中含有光聚合引发剂和聚合性液晶单体。
7.如权利要求4～6中任意一项所述的相位差层叠层体，其特征在于所述衬底材料是具有取向能力的基体材料。
8.一种圆偏振光控制光学元件，其中含有衬底材料和在所述衬底材料上由具有胆甾相规律性的聚合性液晶材料固化而成的胆甾层，其特征在于所述圆偏振光控制光学元件以预定温度进行热处理，如设所述热处理后的所述胆甾层的中心反射波长为λa，对所述圆偏振光控制光学元件再次用所述热处理温度加热60分钟后的所述胆甾层的中心反射波长为λb，则以|λa-λb|/λa定义的所述中心波长的变化率不大于5％。
9.如权利要求8所述的圆偏振光控制光学元件，其特征在于所述聚合性液晶材料中含有光聚合引发剂、聚合性液晶单体和聚合性手性剂。
10.如权利要求8或9所述的圆偏振光控制光学元件，其特征在于所述衬底材料是具有取向能力的基体材料。
11.一种光学元件的热处理方法，其特征在于通过对包含基体材料和在所述基体材料上由具有预定的液晶规律性的聚合性液晶材料固化而成的光学功能层的光学元件，通过以预定的温度进行热处理，使光学元件具耐热性。
12.一种光学元件的热处理方法，其特征在于对包含基体材料和在所述基体材料上由具有预定的液晶规律性的聚合性液晶材料固化而成的光学功能层的光学元件，以不低于该聚合性液晶材料聚合前的各向同性层的温度进行热处理，使光学元件具耐热性。
13.如权利要求11或12所述的方法，其特征在于所述热处理进行10分钟～60分钟的时间。
14.如权利要求11～13中任意一项所述的方法，其特征在于所述聚合性液晶材料中含有光聚合引发剂。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于所述光聚合引发剂的含量不低于1％的质量。
16.如权利要求11～15中任意一项所述的方法，其特征在于所述热处理的温度是在之后采用所述光学功能层的光学设备的制造过程中所施加的温度，或从所述光学设备被使用的温度到比该温度高10℃的温度范围内的温度。
17.如权利要求11～16中任意一项所述的方法，其特征在于所述光学功能层是相位差层，所述聚合性液晶材料含有聚合性液晶单体，且所述液晶规律性是向列相规律性、近晶相规律性或胆甾相规律性。
18.如权利要求11～17中任意一项所述的方法，其特征在于所述光学功能层是胆甾层，所述聚合性液晶材料含有聚合性液晶单体和聚合性手性剂，且所述液晶规律性是胆甾相规律性。
19.如权利要求11～16中任意一项所述的方法，其特征在于所述聚合性液晶材料含有聚合性液晶单体，所述聚合性液晶单体分子的两个末端有聚合性官能团。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于所述聚合性液晶材料含有聚合性液晶单体和聚合性手性剂，所述聚合性手性剂的两个末端有聚合性官能团。
全文摘要
本发明的目的在于提供即使在制造图像显示装置等光学设备时加热，各种光学特性仍保持稳定的、由聚合性液晶材料固化而成的光学元件。为了达到所述目的，本发明的光学元件包含衬底材料和在所述衬底材料上由具有预定的液晶规律性的聚合性液晶材料固化而成的光学功能层，其特征在于所述光学元件在预定温度下进行热处理，若设所述热处理后的所述光学功能层的膜厚为A，将所述光学元件再次以所述热处理的温度加热60分钟后的所述光学功能层的膜厚为B时，以(A－B)/A定义的所述光学功能层的膜厚减少率不大于5％。
文档编号C08F2/48GK1489706SQ02804236
公开日2004年4月14日 申请日期2002年11月7日 优先权日2001年11月9日
发明者鹿岛启二 申请人:大日本印刷株式会社