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各向异性光学元件

阅读:552发布:2020-05-12

专利汇可以提供各向异性光学元件专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 提供了一种 各向异性 光学元件,相对于元件平面垂直方向具有各向异性的光学性能,能够防止投影屏幕等镜反射 光源 。该各向异性光学元件包括由可聚合胆甾型 液晶 制成的取向胆甾型液晶反射层。胆甾型液晶反射层的液晶结构的液晶畴内的螺旋轴方向的平均方向(螺旋轴主要方向)相对于层平面垂直方向倾斜预定 角 度。,下面是各向异性光学元件专利的具体信息内容。

1.一种各向异性光学元件,相对于元件平面垂直方向具有各向异性 的光学性能,该各向异性光学元件包括:
由可聚合胆甾型液晶制成的、具有平整层平面的取向胆甾型液晶 层;
螺旋轴主要方向,所述螺旋轴主要方向定义为胆甾型液晶层的液晶 畴内螺旋轴方向的平均方向,所述螺旋轴主要方向相对于胆甾型液晶层 平面的垂直方向倾斜预定度。
2.根据权利要求1的各向异性光学元件,其中胆甾型液晶层平面的 层平面的多个部分中的至少两个部分内的螺旋轴主要方向互不相同,使 得该层平面具有预定的各向异性图形。
3.根据权利要求1的各向异性光学元件,其中和该层平面指定区域 相对应的胆甾型液晶层部分被除去,使得该层平面具有预定配置图形。
4.根据权利要求1的各向异性光学元件,其中该胆甾型液晶层包括 多个组成层的叠层。
5.根据权利要求4的各向异性光学元件,其中多个组成层中的至少 两个组成层内的螺旋轴主要方向互不相同。
6.根据权利要求4的各向异性光学元件,其中多个组成层中的至少 两个组成层内的螺旋轴主要方向相同。
7.根据权利要求4的各向异性光学元件,其中胆甾型液晶层的各个 组成层的层平面的多个部分中的至少两个部分内螺旋轴主要方向互不相 同,使得该层平面具有预定的各向异性图形。
8.根据权利要求7的各向异性光学元件,其中胆甾型液晶层的多个 组成层中的至少两个组成层内的各向异性图形互不相同。
9.根据权利要求4的各向异性光学元件,其中和层平面的指定区域 相对应的胆甾型液晶层各组成层的部分被除去,使得该层平面具有预定 的配置图形。
10.根据权利要求9的各向异性光学元件,其中胆甾型液晶层的多 个组成层中的至少两个组成层的配置图形互不相同。
11.根据权利要求1的各向异性光学元件,其中胆甾型液晶层的液 晶畴内螺旋轴方向相对于螺旋轴主要方向在预定范围内变化。
12.包括根据权利要求1的各向异性光学元件的投影屏幕。
13.包括根据权利要求1的各向异性光学元件的装饰部件。

说明书全文

技术领域

发明涉及包括液晶聚合物的光学元件,该液晶聚合物的分子是被 取向的,更为具体地涉及相对于元件平面垂直方向具有各向异性光学性 质的各向异性光学元件,并涉及包括该各向异性光学元件的光学物品, 例如投影屏幕或装饰物品。

背景技术

包括诸如胆甾型、向列型、或圆盘型液晶的液晶聚合物的光学元件 作为前述类型的光学元件通常是已知的。这些光学元件起着反射元件、 光学补偿元件、光学延迟元件等的作用,并用作液晶面板显示、安全设 备、光学测量装置、光学元件、液晶投影仪、背投电视、投影屏幕等的 光学部件。
对于这些光学元件,由于胆甾型液晶的液晶结构(螺旋结构),包 括胆甾型液晶的光学元件通常用作反射元件,这种反射元件反射偏振光 的特定分量。例如,在液晶面板显示器中,这种反射元件被用作诸如偏 振光分离反射元件、滤色器、和负C板光学补偿元件的光学部件。此外, 在投影屏幕内(从投影仪投影的图像光线被投影到该投影屏幕上),这 种反射元件被用作只反射图像光线特定偏振分量的偏振屏幕(见日本专 利公开号No.2005-003823)。
在包括前述胆甾型液晶的光学元件中,胆甾型液晶的液晶结构(螺 型结构)内螺旋轴方向或螺旋轴方向的平均方向(螺旋轴主要方向)已 经垂直于元件平面,该光学元件的光学性能因此相对于元件平面垂直方 向而言是各向同性的。

发明内容

然而,在前述投影屏幕和液晶面板显示器中,近年来对各向异性光 学性能的需求不断增加。特别地,这种情形的一个可能示例为,在投影 屏幕中,图像光线从投影屏幕上作为反射光线出现的度和图像光线从 投影屏幕上作为界面反射光线出现的另一个角度设成互不相同,使得观 察者不会识别出光源的镜反射。
基于前述这一点实现了本发明。因此本发明的目标在于提供各向异 性光学元件,该光学元件相对于元件平面垂直方向具有各向异性的光学 性能,能够有效地防止投影屏幕等镜反射光源,还可以用于卡片、广告 板、和诸如用于家具或电子设备的饰件的装饰部件;并提供包括该各向 异性光学元件的光学物品,例如投影屏幕或装饰部件。
根据本发明的一种各向异性光学元件,相对于元件平面垂直方向具 有备向异性的光学性能,该各向异性光学元件包括:由可聚合胆甾型液 晶制成的、具有平整层平面的取向胆甾型液晶层;螺旋轴主要方向,所 述螺旋轴主要方向定义为胆甾型液晶层的液晶畴内螺旋轴方向的平均方 向,所述螺旋轴主要方向相对于胆甾型液晶层平面的垂直方向倾斜预定 角度。
在根据本发明的各向异性光学元件中,优选地使得胆甾型液晶层平 面的多个层平面部分中的至少两个部分中的螺旋轴主要方向互不相同, 从而该层平面具有预定的各向异性图形。
此外,在根据本发明的各向异性光学元件中,和层平面的指定区域 相对应的胆甾型液晶层的部分可以被除去,使得该层平面具有预定的配 置图形。
另外,在根据本发明的各向异性光学元件中,胆甾型液晶层优选包 括多个组分层的叠层。这种情况下,该多个组分层内的至少两个组分层 的螺旋轴主要方向可以互不相同或者相同。
另外,在根据本发明的各向异性光学元件中,优选使胆甾型液晶层 的各个组分层的多个层平面部分中至少两个部分内的螺旋轴主要方向互 不相同,使得该层平面具有预定的各向异性图形。这种情况下,优选的 使得胆甾型液晶层的至少两个组分层的各向异性图形互不相同。
另外,在根据本发明的各向异性光学元件中,和层平面的指定区域 相对应的胆甾型液晶层的各个组分层的部分可以被除去,使得该层平面 具有预定的配置图形。这种情况下,优选使胆甾型液晶层的至少两个组 分层的配置图形互不相同。
另外,在根据本发明的各向异性光学元件中,优选使胆甾型液晶层 的液晶畴内的螺旋轴方向相对于螺旋轴主要方向可以在预定范围内改 变。
根据本发明的投影屏幕或装饰部件包括前述本发明的各向异性光学 元件。
根据本发明,由于形成了包括可聚合胆甾型液晶的取向胆甾型液晶 层,使得液晶层的液晶畴内螺旋轴方向的平均方向(螺旋轴主要方向) 相对于层平面垂直方向而倾斜预定的角度,这可向光学元件赋予相对于 元件平面垂直方向是各向异性的各向异性光学性能。出于这个原因,当 在投影屏幕等中并入这种胆甾型液晶层作为反射元件时,其导致沿不同 方向的胆甾型反射和界面反射,使得从投影仪投影并被胆甾型反射所反 射的图像光线与从投影仪投影并被界面反射所反射的另一个图像光线永 不交叠。因此,有可能避免由界面反射导致的光源镜反射,即使胆甾型 液晶层的表面保持光滑而未被无光泽化,使得观察者因此可以高可见度 地看到明亮的图像。
附图说明
图1A为示出根据本发明实施例的各向异性光学元件的示意性截面视 图;
图1B和1C为示出了用于比较的两个传统的各向同性光学元件的示 意性截面视图;
图2A为解释图1A中所示各向异性光学元件的功能的图示;
图2B为解释图1B中所示各向异性光学元件的功能的图示;
图2C为解释图1C中所示各向异性光学元件的功能的图示;
图3为用于解释使用图1A和2A所示各向异性光学元件作为反射元 件的投影屏幕的功能的示意性图示;
图4为用于解释使用传统的各向同性光学元件作为反射元件的投影 屏幕的功能的示意性图示;
图5为示出了使用根据本发明实施例的各向异性光学元件作为反射 元件的投影屏幕的调整的示意性截面视图;
图6A至6E为用于解释如下情形的视图和图像:构成用在图5所示 投影屏幕中的反射元件的各种颜色的部分选择性反射层包括多个层;
图7为示出了制造根据本发明实施例的各向异性光学元件的方法的 流程图
图8A为示出了使用根据本发明实施例的各向异性光学元件的装饰部 件的示意性截面视图;
图8B为示出了使用根据本发明实施例的各向异性光学元件的另一个 装饰部件的示意性截面视图;
图9为示出了使用根据本发明实施例的各向异性光学元件的装饰部 件的调整的示意性截面视图;
图10为示出了使用根据本发明实施例的各向异性光学元件的装饰部 件的另一个调整的示意性截面视图;
图11为示出了使用根据本发明实施例的各向异性光学元件的装饰部 件的另一个调整的示意性截面视图;
图12A和12B为示出了使用根据本发明实施例的各向异性光学元件 的装饰部件的另一个调整的示意性截面视图;
图13为示出了使用根据本发明实施例的各向异性光学元件的装饰部 件的又一个调整的示意性截面视图;
图14A和14B为示出了使用根据本发明实施例的各向异性光学元件 的装饰部件的调整的示意性截面视图;
图15A和15B为示出了使用根据本发明实施例的各向异性光学元件 的装饰部件的调整的示意性截面视图;
图16为示出了用于评估本发明示例的投影系统排列的视图;以及
图17为用于解释本发明示例中胆甾型液晶反射层中螺旋轴主要方向 的倾斜最优值的视图。

具体实施方式

下文中将参考附图描述本发明的各实施例。
参考图1A至1C,通过和两个传统的各向同性光学元件进行比较,首 先描述根据本发明实施例的各向异性光学元件。将采用被并入投影屏幕 等以反射特定偏振光分量的反射元件作为各向异性光学元件的示例,描 述该实施例。
如图1A所示,根据本发明的各向异性光学元件包括反射特定偏振光 分量的胆甾型液晶反射层11。
该胆甾型液晶反射层11包括辐射可聚合的胆甾型液晶,该液晶的液 晶结构是由液晶分子的轴向(director)沿层厚度方向的连续旋转而形成 (分子取向)的螺旋结构。
由于分子的这种物理排列,胆甾型液晶反射层11具有偏振光分离性 能,即,将沿一个方向圆形偏振分量和沿相反方向的圆形偏振分量分离 的性能。也就是说,胆甾型液晶反射层11将沿螺旋轴进入该层的非偏振 光分裂成处于两个不同偏振状态的光(右旋圆偏振光和左旋圆偏振光), 并透射这些光线之一而反射另一个光线。这种现象称为圆二向色性。如 果适当地选择液晶螺旋结构中螺旋旋转的方向,可选择性地反射沿和该 螺旋旋转方向相同的圆偏振分量。
如图1A所示,胆甾型液晶反射层11制成具有平坦的层表面,并制 成使得该层的液晶结构内液晶畴20内螺旋轴方向L1(螺旋轴主要方向 L2)的平均方向(垂直于Bragg反射表面的方向)相对于与层平面垂直 的方向P倾斜预定的角度。因此,由于液晶结构内螺旋轴主要方向L2相 对于和层平面垂直的方向P倾斜预定的角度,可以获得相对于元件平面 垂直方向是各向异性的光学性能。
另外,胆甾型液晶反射层11的液晶结构的液晶畴20内螺旋轴的方 向L1制成在以螺旋轴主要方向L2为中心的特定范围内变化。通过这样改 变液晶结构的液晶畴20内螺旋轴的方向L1,可能散射被选择性反射的光 线。由于液晶结构的液晶畴20内的螺旋轴方向的变化,胆甾型液晶反射 层11散射被选择性反射的光线,使得可反射特定偏振光分量,同时散射 该偏振光分量并透射其它光线而不散射该其它光线。出于这个原因,穿 过胆甾型液晶反射层11的环境光线和成像光线没有经历所谓的去偏振、 偏振状态的干扰,因此可增大图像可见度,同时保留胆甾型液晶反射层 11原始具有的偏振光分离性能。
将在稍后描述,具有前述结构的胆甾型液晶反射层11是这样制成 的:将胆甾型液晶涂敷到平坦衬底,随后通过对该液晶施加热能等使胆 甾型液晶的胆甾相发生相变。在这个过程,如果被涂敷液晶的衬底表面 没有对准(取向)本领(能),如图1A所示,液晶结构的液晶畴20 内螺旋轴的方向L1在以螺旋轴主要方向L2为中心的特定范围内变化,胆 甾型液晶反射层11呈现散射-反射性能(自散射性能,即,选择性反射 被散射光线的性能)。尽管未在图中示出,当衬底表面由于在其上形成 对准薄膜等而具有对准本领时,胆甾型液晶反射层变成平面取向的状 态,其中液晶结构的液晶畴20内所有螺旋轴方向L1垂直于层平面。胆甾 型液晶反射层因此呈现镜面反射性能,即,镜面反射被选择性反射光线 的性能。
现在将描述传统的胆甾型液晶反射层11′和11″以进行比较,其中 该液晶结构的液晶畴20内螺旋轴方向L1的平均方向(螺旋轴主要方向 L2)相对于和层平面垂直的方向P没有倾斜。
图1B示出了形成于衬底上的传统胆甾型液晶反射层11′的液晶结 构,其中该衬底没有对准本领,在其表面上涂敷液晶。这种情形下,胆 甾型液晶反射层11′内液晶畴20中螺旋轴方向L1在以螺旋轴主要方向 L2为中心的特定范围内变化,胆甾型液晶反射层11′因此呈现自散射性 能。另一方面,当衬底在表面上具有对准(取向)薄膜等而因此具有一 些对准本领时,液晶分子转变为平面取向状态,其中液晶畴20中所有螺 旋轴方向L1垂直于层平面,正如图1C中所示的胆甾型液晶反射层11″ 的情形;在这种衬底上形成的液晶层呈现镜面反射性能,即,镜面反射 被选择性反射的光线的性能。
在图1B和1C所示的胆甾型液晶反射层11′和11″的液晶结构内, 液晶畴20内螺旋轴方向L1的平均方向(螺旋轴主要方向L2)和垂直于层 平面的方向P一致,而不像图1A中所示的胆甾型液晶反射层11的液晶 结构。这些胆甾型液晶反射层11′和11″的光学性能不是各向异性的, 而是各向同性的。
接着,将参考图2A至2C描述图1A所示胆甾型液晶反射层11的功 能以及图1B和1C所示的胆甾型液晶反射层11′和11″的功能。在图2A 至2C中,液晶畴的集合(群集)21、22示意性示出了多个液晶畴20内 的螺旋轴方向L1以及方向L1的变化,纵轴集合21、22对应于螺旋轴主 要方向L2。这里,用锥形示出液晶畴20内螺旋轴方向L1的变化。也就是 说,用具有圆形基底区域的锥形表示螺旋轴方向L1发生变化(对于散射 反射的情形)的情形,该锥形的圆形基底区域对应于变化程度(见附图 标记21)。另一方面,用没有圆形基底区域的直线理想地表示螺旋轴方 向L1没有变化(对于镜面反射的情形)的情形(见附图标记22)。
如图2A所示,在图1A所示的胆甾型液晶反射层11内,液晶畴20 内螺旋轴方向L1的平均方向(螺旋轴主要方向L2)相对于垂直层平面的 方向P倾斜预定角度,且同时,液晶畴20内螺旋轴方向L1在以螺旋轴主 要方向L2为中心的特定范围内变化。出于这个原因,液晶畴20选择性地 反射入射在胆甾型液晶反射层11上的入射光线31的一部分。也就是说, 入射光线的一部分作为出射光线32被反射,反射角度不同于另一个反射 角度,当螺旋轴主要方向L2和垂直于层平面的方向P吻合时这两个角度 相同。由于液晶畴20内螺旋轴方向L1的改变,出射光32作为散射光线 出射。另外,进入胆甾型液晶反射层11的另一部分入射光线31由于界 面反射而被该层的表面反射,并且作为界面反射光线33出射。通过恰当 地选择液晶畴20内螺旋轴方向L1的平均方向(螺旋轴主要方向L2), 可以自由地选择出射光线32从液晶畴20选择性反射的反射角度。
另一方面,在图1B所示的胆甾型液晶反射层11′中,尽管液晶畴 20内螺旋轴方向L1在以螺旋轴主要方向L2为中心的特定范围内变化,但 液晶畴20内螺旋轴方向L1的平均方向(螺旋轴主要方向L2)和垂直于 层平面的方向P吻合,如图2B所示。出于这个原因,尽管,对于进入胆 甾型液晶反射层11′的入射光线31,由于液晶畴20内螺旋轴方向L1的 变化,从液晶畴20被选择性反射的出射光32作为散射光线出射;该散 射光线的平均反射角度和反射角度相同,当螺旋轴主要方向L2和垂直于 层平面的方向P吻合时这两个角度相同,并等于入射光线31的入射角 度。因此,这样被反射的出射光线32的出射方向和下述出射方向相同: 对于进入胆甾型液晶反射层11′的入射光线31,由于界面反射而从胆甾 型液晶反射层11′表面反射的界面反射光线33的出射方向。
此外,在图1C所示的胆甾型液晶反射层11″中,液晶畴20内所有 螺旋轴方向L1垂直于层平面,如图2C所示,并和垂直于层平面的方向P 吻合。出于这个原因,对于进入胆甾型液晶反射层11″的入射光线31, 从液晶畴20被选择性反射的出射光线32被镜面反射,反射角度等于入 射光线31的入射角度。因此,这样被反射的出射光线32的出射方向和 下述出射方向相同:对于进入胆甾型液晶反射层11″的入射光线31,由 于界面反射而从胆甾型液晶反射层11″表面反射的界面反射光线33的 出射方向。
在图2A至2C中,图1A至1C中所示的在胆甾型液晶反射层11、11 ′、11″表面上发生的界面反射是由两种介质之间的折射率差异引起 的,并由介质-介质界面的方向决定。因此,例如,当入射光线入射到 与其垂直的界面上时,光线沿同一垂直方向从界面反射;当入射光线以 45°入射到界面上时,从界面上反射该光线的角度为45°,即反射角度和 光线的入射角度相同。
从图2B和2C可以理解,在图1B及1C所分别示出的传统胆甾型液 晶反射层11′、11″内,与液晶畴20内螺旋轴主要方向L2垂直的平面 的展宽方向和该胆甾型液晶反射层11′、11″的表面(界面)的展宽方 向相同。因此,该液晶结构同时导致胆甾型反射和界面反射,这两种反 射交叠。
因此,例如,当这种胆甾型液晶反射层11′或11″作为反射元件被 并入到投影屏幕10′时,形成于衬底12上的胆甾型液晶反射层11′、 11″导致沿相同方向的胆甾型反射和界面反射,如图4所示。因此,对 于从投影仪30投影的图像光线(入射光线31),胆甾型反射光线(出射 光线32)和界面反射光线33交叠,由于界面反射光线33导致的光源镜 反射使得观察者不能清晰地看到图像。尽管有可能从不会观察到光源镜 反射的点(而非朝向界面反射光线33主要传播方向的点)观看该图像, 这种情况下只能看到灰暗的图像。
解决上述问题的一个方法为,通过使胆甾型液晶反射层11′、11″ 的表面无光泽化(使得表面粗糙)而消除界面反射光线33。然而,如果 胆甾型液晶反射层11′、11″的表面被无光泽化,尽管不会发生光源的 镜反射,但入射光线入射角度的方向性减小。因此,不仅图像光线(入 射光线31)还有诸如照射光线的外来光线被反射朝向观察者方向,这导 致明亮房间里图像对比度的降低。另一个方法是在胆甾型液晶反射层11 ′、11″的表面上形成具有透镜形状的规则粗糙度的粗糙层等,使界面 反射光线朝无观察者方向传播。然而,这个方法的缺点在于,粗糙层产 生杂散光并导致热带(hot band)等,且表面容易被划伤而使得维护困 难。
另一方面,在图1A中所示的胆甾型液晶反射层11中,与液晶结构 内螺旋轴主要方向L2垂直的平面的展宽方向不同于胆甾型液晶反射层11 的表面(界面)的展宽方向,可以从图2A理解这一点。因此,可以区分 胆甾型反射和由液晶结构引起的界面反射。此外,在图1A所示的胆甾型 液晶反射层11中,因为由液晶结构所致的胆甾型反射引起的扩散性并不 依赖于胆甾型液晶反射层11的表面形状,因此可以分别控制由胆甾型反 射引起的扩散性和由界面反射引起的扩散性。因此,可以如下自由控制 胆甾型反射和界面反射:胆甾型反射制成散射反射,界面反射制成镜面 反射;相反,界面反射制成散射反射,胆甾型反射制成镜面反射;或者 胆甾型反射和界面反射都制成散射反射。
因此,例如,当这种胆甾型液晶反射层11作为反射元件被并入到投 影屏幕10时,形成于衬底12上的胆甾型液晶反射层11导致沿不同方向 的胆甾型反射和界面反射,如图3所示;使得对于从投影仪30投影的图 像光线(入射光线31),胆甾型反射光线(出射光线32)和界面反射光 线33永不交叠。更为具体地,如图3所示,对于由投影屏幕10下的投 影仪30投影图像光线(入射光线31)的情形,如果投影屏幕10设置成 使得胆甾型液晶反射层11的液晶结构内螺旋轴主要方向L2相对于投影屏 幕10向下倾斜,位于投影屏幕10前方的观察者可以看见由胆甾型反射 光线(出射光线32)产生的最亮图像,而不会识别由界面反射光线33 导致的光源的镜反射。处于上述原因,即使当投影屏幕10的表面(胆甾 型液晶反射层11)保持光滑而未被无光泽化,仍有可能避免由界面反射 光线33导致的光源的镜面反射,因此观察者能够以高可见度地看到明亮 的图像。这种情况下,投影屏幕10的表面(胆甾型液晶反射层11)可以 被轻微地无光泽化,通过这种方法,有可能消除光线(而不是图像光线) 的镜反射,因此只看到由图像光线产生的图像。
尽管图3示出了胆甾型液晶反射层11的液晶结构中螺旋轴主要方向 L2在投影屏幕10面上的特定方向(向下),但可以根据投影屏幕10的 位置控制主要方向L2,使得反射光线指向特定方向。具体地,例如,如 果胆甾型液晶反射层11的液晶结构中螺旋轴主要方向L2控制成使其在投 影屏幕10表面的外部边缘部分比在表面中心部分更向投影屏幕10的中 心倾斜,则界面反射所反射的光线33传播方向不同于图像光线(入射光 线31)被反射的另一个方向,其中界面反射光线33降低了察看图像的可 见度(即使在可最明亮地看到图像光线的特定观察点察看该图像)。另 外,有可能增大从投影屏幕10的外部周围部分向特定观察点发射的光线 的强度,该投影屏幕位于相对于该特定观察点的偏斜方向上。投影屏幕 10因此可以改善整个表面上的明度(brightness)分布,从而清晰地显 示图像。
现在将描述图3所示的投影屏幕10的细节。
如图3所示,投影屏幕10包括胆甾型液晶反射层11,以及支撑胆甾 型液晶反射层11的衬底12。
胆甾型液晶反射层11是用于反射从诸如液晶投影仪的投影仪投影的 图像光线的特定偏振分量(例如右旋圆偏振光),优选地,其液晶结构 具有特定的螺旋节距使得该层选择性地反射特定波长范围内的光线,该 波长范围只覆盖部分可见光范围(例如400至700nm的波长范围)。更 为具体地,胆甾型液晶反射层11的液晶结构优选具有至少两个不连续变 化的螺旋节距,使得该层选择性地反射和从诸如液晶投影仪的投影仪投 影的图像光线的波长范围相对应的波长范围内的光线。投影仪通常使用 波长范围内三基色光线(即红色(R)、绿色(G)、和蓝色(B))获得 彩色显示。例如,假设光线垂直于胆甾型液晶反射层11而进入该反射层, 可以确定液晶结构内的螺旋节距,使得胆甾型液晶反射层11选择性反射 430-460nm、540-570nm、以及580-620nm范围内选择性反射中心波 长的光线。
分别作为红色(R)、绿色(G)、和蓝色(B)波长范围的430-460nm、 540-570nm、以及580-620nm范围是滤色器、光源等中常用的波长范 围,其用于显示器中而由三基色光产生白色。这里,理想地将红色(R)、 绿色(G)、和蓝色(B)看作是峰值位于特定波长(例如,对于绿色(G), 该波长典型地为550nm)的线形光谱。然而实际上,这些线形光谱具有特 定宽度,而且波长随单元设计、光源类型等变化。各种颜色的各个波段 优选宽度为30至40nm。如果红色(R)、绿色(G)、和蓝色(B)的波 长范围设成位于上述范围之外,显示器无法产生理想的白色,但会不利 地产生偏黄或偏红的白色。
如果红色(R)、绿色(G)、和蓝色(B)的波长范围被看作是独立 的选择性反射波长范围,胆甾型液晶反射层11的液晶结构优选地具有三 个不连续变化的螺旋节距。存在这样的情形,即,红色(R)和绿色(G) 的波长范围被包括在和一个螺旋节距相对应的选择性反射波长范围的波 段内。这种情况下,该液晶结构优选具有两个不连续变化的螺旋节距。
为了使胆甾型液晶反射层11的液晶结构具有两个或者更多个不连续 变化的螺旋节距,胆甾型液晶反射层11可包括螺旋节距不同的两个或多 个部分选择性反射层的叠层。特别地,如图5所示,可以按下述顺序依 次在衬底12上层叠选择性反射红色(R)波长范围内光线的部分选择性 反射层11R、选择性反射绿色(G)波长范围内光线的部分选择性反射层 11G、以及选择性反射蓝色(B)波长范围内光线的部分选择性反射层11B。 部分选择性反射层11R、11G、和11B层叠的顺序不限于前述顺序,可以 以其它顺序层叠这些层。
在图5所示的投影屏幕10中,组成胆甾型液晶反射层11的各个部 分选择性反射层11R、11G、和11B可以是多个反射层的叠层,其中至少 两个反射层的螺旋轴主要方向不同。
特别地,例如,对于用于选择性反射蓝色的部分选择性反射层11B, 如图6A所示,可以适当地层叠用于反射蓝色的反射层11B-1和用于反射 蓝色的反射层11B-2,其中对于反射层11B-1,从投影屏幕10的前方(+z 方向)在观察者一侧察看时,液晶畴组21中螺旋轴主要方向L2沿右下方 (+x方向和-y方向)倾斜;对于反射层11B-2,在观察者一侧察看时, 液晶畴组21中螺旋轴主要方向L2沿左下方(-x方向和-y方向)倾斜。 图6B示出了包括两个反射层11B-2的比较例。图6E示出了图6A和6B 中所示的部分选择性反射层11B(投影屏幕10)的坐标系统。图6C和6D 分别示出了图6A和6B中所示的用于反射蓝色的部分选择性反射层11B 上的反射强度分布。
类似地,用于反射其它颜色的各个其它部分选择性反射层(用于反 射红光的部分选择性反射层11R和用于反射绿光的部分选择性反射层 11G)也可以包括液晶畴组21中螺旋轴主要方向L2不同的至少两个反射 层的叠层。
如前所述地形成胆甾型液晶层时,如果图像光线从下方被投影在投 影屏幕10上,界面反射所反射的光线(光源的镜反射)在观察者之上传 播(+y方向),图像光线本身被反射朝向观察者(向前方传播)(+z方 向)。这种情形下,在组成各个部分选择性反射层(例如用于反射蓝色 的部分选择性反射层11B)的两个反射层(例如反射层11B-1和11B-2) 内,液晶畴组21中螺旋轴主要方向L2向左和向右(+x方向、-x方向) 沿不同方向倾斜,使得可以分别控制投影屏幕10的上部和下部以及左部 和右部上的视角。因此,即使从倾斜方向(+x方向或-x方向)观察图像 时,观察者也可以看到相对明亮的图像。
上述描述是针对如下情形:组成胆甾型液晶反射层11的各个部分选 择性反射层11R、11G、和11B包括多个反射层的叠层,其中至少两个反 射层的螺旋轴主要方向L2不相同。胆甾型液晶反射层11不限于此。组成 胆甾型液晶反射层11的各个部分选择性反射层11R、11G、和11B可包 括多个反射层的叠层,其中至少两个反射层的螺旋轴主要方向L2相同(图 6B)。
接下来将描述衬底12。
衬底12用于支撑胆甾型液晶反射层11,衬底12可以使用由诸如塑 料、金属、纸张、布料、或玻璃的材料制成的形式为薄膜或平板的衬底。
衬底12可包括吸收可见光范围内光线的光线吸收层。特别地,例如, 衬底12可以是包含黑色素的丙烯酸薄层或塑料薄膜(例如,包含的黑 色PET薄膜)(这种情况下,衬底12本身用作光线吸收层(光线吸收衬 底)),或者可以是诸如塑料薄膜的透明衬底薄膜,在其一个表面上含 有包括黑色素等的光线吸收层。当这样制成衬底12时,投影屏幕10吸 收从观察者侧入射投影屏幕10的非偏振光线中所包括的且不应被反射成 反射光线32的光线(选择性反射波长范围内的左旋圆偏振光和不在选择 性反射波长范围内的右旋圆偏振光和左旋圆偏振光),并吸收从背面入 射投影屏幕10的光线。因此可以有效地防止投影屏幕10反射诸如外来 光线和照射光线的环境光线,并防止投影屏幕10从图像光线产生任何杂 散光。
可用作衬底12材料的塑料薄膜的示例为包括下述材料的热塑性聚合 物:聚碳酸酯聚合物、诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯的聚酯聚合物、聚酰 亚胺聚合物、聚砜类聚合物、聚醚砜聚合物、聚苯乙烯聚合物、诸如聚 乙烯和聚丙烯的聚烯聚合物、聚乙烯醇聚合物、纤维素乙酸酯聚合物、 聚氯乙稀聚合物、聚丙烯酸酯聚合物、以及聚甲基丙烯酸甲酯聚合物。 衬底12的材料不限于上述材料,还可以使用金属、纸张、布料、玻璃等。
可以自由地选择衬底12的透射率,衬底12可具有任何透射率,只 要其保持透明即可。此外,可以自由地选择衬底12的颜色,衬底12可 具有诸如红色或蓝色的任何颜色,只要其保持透明即可。
接着将参考图7描述具有前述结构的各向异性光学元件(胆甾型液 晶反射层11)的制造方法。
如图7所示,首先将含有辐射可聚合的胆甾型液晶的液晶成分平整 地涂敷到预先制备的衬底的表面上,从而在该表面上形成均匀厚度的未 固化薄膜(步骤101)。
在上述步骤中,可以采用任何现有方法来涂敷液晶成分。特别地, 可以使用例如旋转涂敷、刮刀涂敷、狭缝涂敷、或模压涂敷方法。
可以使用任何具有平坦表面的衬底作为涂敷液晶成分的衬底,可以 使用例如前述一种薄膜衬底或板状衬底。此外,衬底可以使用能够承受 热处理(用于将液晶成分相转变成各向同性相的热处理)的任何材料, 将在下文中描述这一点,而且可以使用例如前述某一种材料,诸如塑料 或玻璃的材料。衬底表面可能已经或者尚未具备对准本领。通过在衬底 上形成对准薄膜,或者将衬底表面进行摩擦处理,或者使用拉伸的塑料 薄膜作为衬底,由此可使衬底表面具有对准本领。相反,普通未拉伸的 塑料,或者未承受任何摩擦处理的树脂薄膜或玻璃板可以用作不具有对 准本领的衬底。
此外,胆甾型手性向列型液晶或胆甾型液晶可作为液晶而被并入涂 敷到衬底上的液晶成分。这里液晶可以采用任何已知的液晶,可以使用 例如前述专利文档(日本专利公开号No.2005-003823)中所描述的液 晶。尽管这种液晶可以直接涂敷到衬底上,但可以将其以诸如有机溶剂 的适当溶剂而溶解到墨内,从而使液晶的粘度适合于供料器并获得良 好的取向状态。当直接使用液晶时,由于液晶的粘度高,优选地加热液 晶直到液晶相变得近乎各向同性例如以增大液晶的流动性。这里所使用 的液晶具有第一相变温度(例如90℃),即,在较高温度端发生从胆甾 相到各向同性相转变的相变点;并具有第二相变温度(例如70℃),即, 在较低温度端发生从胆甾相到某一相(向列相、近晶相等)转变的相变 点。
接着,将形成在衬底上的未固化薄膜加热到不低于第一相变温度的 温度,由此使薄膜中液晶的相转变成各向同性相(步骤102)。在该步骤 中,尽管薄膜中液晶的相转变为各向同性相的温度和材料有关,但该温 度通常等于或者高于第一相变温度,并落在第一相变温度加上约50℃的 范围内(例如100℃至150℃之间)。因此,将该薄膜加热到这个温度范 围。当薄膜的温度超过这个范围,会出现薄膜中液晶的分解或者热聚合 的问题。另一方面,当薄膜温度低于上述范围时,薄膜中部分液晶不会 相变成各向同性相。
当待涂敷到衬底的液晶成分包括溶剂时,可通过除去该溶剂的烘干 步骤而执行上述加热步骤。当然,可以在加热步骤之前分别执行除去该 溶剂的烘干步骤。
之后,从预定方向用气体对该薄膜吹气,已经被加热到不低于第一 相变的温度从而导致相变成为各向同性相的该薄膜被冷却到不高于液晶 的第一相变温度。这样,薄膜中液晶的各向同性相转变成胆甾相,同时 薄膜的液晶畴中螺旋轴方向沿吹气的气流方向倾斜,由此将该液晶以这 样的方式取向,使得薄膜中液晶畴内螺旋轴方向的平均方向(螺旋轴主 要方向)相对于薄膜平面垂直方向倾斜预定的角度(步骤103)。
在上述步骤中,如果衬底表面预先具有对准本领,薄膜中液晶畴内 所有螺旋轴方向相对于衬底平面沿相同的方向倾斜,从而获得用于镜面 反射的薄膜。另一方面,如果衬底表面未具有对准本领,尽管薄膜中液 晶畴内螺旋轴方向不同,但它们整体地沿特定方向(即,螺旋轴主要方 向)倾斜,因此可以获得用于散射反射的薄膜。
上述步骤中发生的取向现象是一种剪切取向,通过调整吹到薄膜上 的气体(空气流)的速率、方向、角度等,可以自由地控制薄膜内液晶 畴中螺旋轴方向的倾斜。此外,如果逐个部分地调整衬底平面内气体(空 气流)的速率、方向、角度等,有可能在最终制成的胆甾型液晶反射层 的一个平面内形成螺旋轴主要方向不同的多个部分。
在上述降低温度的过程中,薄膜的温度降低到不高于液晶的第一相 变温度(例如90℃)。薄膜内的液晶因此变为胆甾型,由于液晶分子自 身的自积聚行为,液晶分子的轴向沿薄膜厚度方向连续旋转而形成螺旋 结构。
薄膜内液晶的各向同性相转变为液晶的胆甾相,且以这样的方式将 液晶取向使得薄膜内液晶畴中螺旋轴方向的平均方向(螺旋轴主要方 向)相对于薄膜平面垂直方向倾斜之后,对薄膜内的液晶施加诸如紫外 光线的辐射从而使液晶聚合,且薄膜内液晶的相仍保持为胆甾相,由此 固定薄膜中液晶的取向状态而不改变该状态(步骤104)。
在上述过程中,只要薄膜的温度不高于液晶的第一相变温度,薄膜 中液晶的取向状态可维持既有状态(即使停止吹气时)。因此,薄膜内 的液晶被聚合并因此被固定,同时薄膜内液晶的相仍保持胆甾相。
在上述聚合步骤中,根据条件可以适当地选用电子束、紫外光线等 作为辐射。从设备简单性等角度考虑,通常优选使用紫外光线,这里可 使用的紫外光线的波长范围为250至400nm。尽管根据薄膜的材料而恰 当地选择所施加的辐射量,但可以施加任何数量的辐射,只要薄膜能够 被固化成保持薄膜自身的形式(包括半固化状态)即可。另外,可以在 包括惰性气体(N2或Ar)气氛或空气气氛的任何气氛中施加该辐射。
通过执行一系列上述步骤(步骤101至104),可以制造包括由单个 反射层构成的胆甾型液晶反射层11的投影屏幕10,如图3所示。另外, 如果重复上述一系列步骤,则可以制造包括由多个反射层构成的胆甾型 液晶反射层的投影屏幕10。这使得可以制造例如如图5所示的投影屏幕 10,投影屏幕10包括按下述顺序依次在衬底12上层叠选择性反射红色 (R)波长范围内光线的部分选择性反射层11R、选择性反射绿色(G)波 长范围内光线的部分选择性反射层11G、以及选择性反射蓝色(B)波长 范围内光线的部分选择性反射层11B。此外,可以制造如图6A和6B所 示的投影屏幕10,其中用于选择性反射各种颜色的各个部分选择性反射 层(例如用于选择性反射蓝色的部分选择性反射层11B)包括多个反射层 (例如反射层11B-1和11B-2)。
因此,根据本实施例,在由可聚合胆甾型液晶制成的取向胆甾型液 晶反射层11中,液晶结构的各个液晶畴20内螺旋轴方向L1的平均方向 (螺旋轴主要方向L2)相对于层平面垂直方向倾斜,因此胆甾型液晶反 射层11使得光学元件具有相对于元件平面垂直方向是各向异性的光学性 能。因此,即使当这种胆甾型液晶反射层11作为反射元件被并入到投影 屏幕10时,该胆甾型液晶反射层11导致沿不同方向的胆甾型反射和界 面反射,使得从投影仪30投影并被胆甾型反射所反射的(出射光线32)、 作为图像光线(入射光线31)的胆甾型反射光线(出射光线32),不与 从投影仪30投影并被界面反射所反射的、作为图像光线(入射光线31) 的界面反射光线33交叠。出于上述原因,可以避免由于界面反射光线33 导致的光源镜反射(即使胆甾型液晶反射层11的表面保持光滑而未被无 光泽化),观察者因此可以以高的可见度看到明亮的图像。
此外,根据本实施例,考虑到投影屏幕10的位置,如果胆甾型液晶 反射层11的液晶结构中螺旋轴主要方向L2被控制成使得反射光线引向特 定方向,投影屏幕10可以改善其整个表面上的明度分布,因此可以清晰 地显示图像。具体地,在投影仪30置于靠近特定观察点的常规使用方式 中,当在看到最明亮图像光线的观察点观察投影屏幕10(通过反射图像 光线(入射光线31)而显示图像)时,也可以看到明亮的由界面反射所 反射的光线33,这降低了图像可见度。此外,投影屏幕10的相对于特定 观察点位于倾斜方向的部分(例如外部周围部分)上的明度变为低于和 该特定观察点正对的投影屏幕10部分(例如中心部分)上的明度。然而, 根据本发明的这个实施例,考虑到投影屏幕10的位置,由于胆甾型液晶 反射层11的液晶结构内螺旋轴主要方向L2被控制成使得反射光线导向特 定方向,被界面反射所反射的光线33(即使在可以最明亮地看到图像的 特定观察点观看该图像时,该光线也会降低图像的可见度)的传播方向 不同于图像光线(入射光线31)被胆甾型反射所反射的方向。此外,可 以提高从相对于特定观察点沿倾斜方向的投影屏幕10部分(例如投影屏 幕10的外部周围部分)向特定观察点发射光线的强度。投影屏幕10因 此可以改善其表面上的明度分布,因此可以清晰地显示图像。此外,考 虑到投影屏幕10的位置,由于胆甾型液晶反射层11的液晶结构内螺旋 轴主要方向L2被控制成使得反射光线被导向特定方向,因此可以减小胆 甾型液晶反射层11的外部周围部分上光偏振状态的畸变,其中图像光线 (入射光线31)倾斜入射到该外部周围部分(相对于特定观察点位于倾 斜方向的部分)上。因此可以有效地防止投影屏幕10的整个表面受彩色 偏移的影响,减小反射效率等。
此外,根据这个实施例,由于胆甾相液晶反射层11仅仅选择性地反 射特定的偏振光分量(例如右旋圆偏振光),因此可以使胆甾型液晶反 射层11只反射入射到该层上的非偏振环境光线(例如外来光线或照射光 线)的约50%。因此通过将诸如黑色显示部分的暗色显示部分上的明度 几乎降低一半,同时维持诸如白色显示部分的亮色显示部分上的明度, 几乎可以使图像对比度翻倍。在这种情况下,如果待投影的图像光线主 要包括和胆甾型液晶反射层11选择性反射的偏振光分量相同的偏振光分 量(例如右旋圆偏振光),胆甾型液晶反射层11几乎可以反射100%的、 被投影到该层上的图像光线,因此可以高效地反射图像光线。
在上述实施例中,可在投影屏幕10内的胆甾型液晶反射层11的入 射一侧表面上提供延迟层15,如图5所示。如果以这种方式提供延迟层 15,可以消除倾斜进入胆甾型液晶反射层11的图像光线的偏振畸变,由 此增大胆甾型液晶反射层11在分离偏振光中的效率。此外,在这种情形 下,不要求投影仪发射胆甾型液晶反射层11所选择性反射的特定偏振 光;只要穿过延迟层15的光偏振态和胆甾型液晶反射层11所选择性反 射光线的偏振状态相对应,就可以实现该目的。
在前述实施例中,可以在投影屏幕10内胆甾型液晶反射层11的入 射一侧表面上提供各种功能层。各种类型的功能层是有用的,例如可以 使用硬膜层(HC层)、无光泽层(AG层)、抗反射层(AR层)、紫外 光线吸收层(UV吸收层)、以及抗静电层(AS层)。硬膜层(HC层) 用于保护投影屏幕10的表面免受刮擦或沾污。无光泽层(AG层)是一种 (抗眩光层)层,通过其表面上的不规则防止投影屏幕10表面产生光线 的界面反射。抗反射层(AR层)通过利用薄膜干涉等防止投影屏幕10 表面产生光线的界面反射。紫外光线吸收层(UV吸收层)用于吸收入射 到投影屏幕上的光线所包括的并会导致液晶成分变黄的紫外光线分量。 抗静电层(AS层)用于除去投影屏幕10产生的静电。理想地要求这些功 能层模糊度低且是高度透明的。而且,具有低折射率且不改变穿过这些 层的光偏振态的功能层是优选的。然而,对于功能层制成也用作延迟层 15的情形,如图5所示,该功能层可以是双折射的。如果该层纯粹用于 防止形貌的镜反射,则无光泽层的模糊值为1至30就足够。另一方面, 如果该无光泽层用于防止投影仪的镜反射,理想地无光泽层的模糊值为 40或更高,优选地为不低于60。
尽管已经参考胆甾型液晶反射层11用作各向异性光学元件而被并入 投影屏幕10中的情形来描述了上述实施例,但胆甾型液晶反射层11可 被并入到卡片、广告板、诸如家具或电子设备装饰部件的装饰部件等。
在这种情形下,胆甾型液晶反射层11的液晶结构内螺旋轴主要方向 L2无需在整个层表面上是相同的,而不像根据上述实施例的投影屏幕 10。胆甾型液晶反射层11在其层平面的平面表面上具有预定的各向异性 图形,通过使层平面的平面表面的多个部分中螺旋轴主要方向L2互不相 同而形成这些预定的各向异性图形。
为了使胆甾型液晶反射层11的平面表面具有螺旋轴主要方向L2互不 相同的多个部分,可执行下述各向异性图形化。即,在图7所示制造方 法中的步骤102和103中,将已经被加热以导致相变到各向同性相的单 层薄膜冷却,同时在预定条件(速度、方向、角度等)下在该薄膜上吹 气(空气流),由此使得薄膜的整个平面表面是各向异性的(薄膜中螺 旋轴主要方向相对于垂直于薄膜平面的方向而倾斜预定角度的状态)。 之后,在步骤104,通过掩模等选择性地辐射该薄膜,使薄膜平面的平面 表面的一些部分固化,而其余部分不固化。该薄膜在不同于前述条件的 条件(特别是和吹气(气流)相关的条件)下再次经历步骤102至104, 从而使薄膜的未固化部分是各向同性的。随后使薄膜平面的整个平面表 面为各向异性。对于步骤104中所执行的选择性辐射,不仅使用掩模的 方法是有用的,而且诸如以激光束进行部分图形化的其它方法也是有用 的。
如果如前所述地逐个部分地控制待吹到胆甾型液晶反射层11上的气 体(空气流)的速度、方向、角度等,由此获得包括胆甾型液晶反射层 11的装饰部件10A,该反射层的层平面具有包括多个部分(各向异性部 分)11a和11b的平面表面,这些部分中至少两个部分的螺旋轴主要方 向L2是不相同的,如图8A或8B所示。
图8A示出的情形为:涂敷用于形成胆甾型液晶反射层11的液晶的 衬底12表面没有对准本领,胆甾型液晶反射层11的部分11a和11b呈 现自散射性能。另一方面,图8B示出的情形为:为衬底12表面提供对 准薄膜13以使其具有对准本领,胆甾型液晶反射层11的部分(各向异 性部分)11a′和11b′呈现镜面散射性能。入射到包括诸如如图8A或 8B所示的胆甾型液晶反射层11的装饰部件10A的入射光线31经过胆甾 型反射,从胆甾型液晶反射层11的部分11a和11b反射的胆甾型反射光 线(出射光线32)沿不同方向传播,传播方向取决于反射这些光线的各 个部分(11a或11b)。
图8A和8B示出了胆甾型液晶反射层11的部分11a、11b、11a′、 和11b′是各向异性的(胆甾型液晶反射层11的液晶结构中螺旋轴主要 方向L2相对于层平面垂直方向倾斜预定角度)。本发明的胆甾型液晶反 射层11不限于这种类型,胆甾型液晶反射层11的层平面的一些平面部 分(这种情况下为部分11c)可以是各向同性的,如图9所示。入射到包 括诸如如图9所示的胆甾型液晶反射层11的装饰部件10A的入射光线31 经过胆甾型反射,从胆甾型液晶反射层11的部分11b(各向异性部分) 反射的胆甾型反射光线(出射光线32)的传播方向不同于界面反射所反 射的光线的传播方向,而入射到部分11c(各向同性部分)的另一入射光 线31被反射的方向与被界面反射所反射的光线传播的方向相同。
此外,在这种装饰部件10A中,胆甾型液晶反射层11无需是完全形 成的层,这不同于根据前述实施例的投影屏幕10。通过除去和层平面的 平面部分的指定区域相对应的层部分,可以在胆甾型液晶反射层11的层 平面的平面表面内制作出预定的配置图形。
这种情况下,可以执行下述图形化方法以除去和层平面的平面部分 的指定区域相对应的部分胆甾型液晶反射层11。即,在图7所示制造方 法的步骤102和103中,使薄膜的整个平面表面变得各向异性(薄膜中 螺旋轴主要方向相对于薄膜平面垂直方向而倾斜预定角度的状态)之 后,在步骤104通过掩模等选择性地辐射该薄膜以固化薄膜的一些部分, 而薄膜的其余部分不固化。该薄膜浸渍到有机溶剂中,薄膜的未固化部 分因此溶解到该溶剂中而被除掉。为了除去薄膜的未固化部分,不仅可 以使用这样的方法,即通过将薄膜浸渍在有机溶剂中,液晶溶解于该溶 剂中;而且还可以使用通过剥离而除去薄膜的方法、将图形传递到另一 个衬底的方法、通过施加激光束而分解液晶聚合物的方法等。
当和层平面的平面表面指定区域相对应的胆甾型液晶反射层11部分 (这种情形中为和开口部分11d相对应的部分)被除去,并留下该层的 其余部分(这种情形下为部分11a)时,可以获得包括呈预定配置图形的 胆甾型液晶反射层11的装饰部件10A,其中胆甾型液晶反射层11只有 一些部分(这种情形下为部分11a)保留下来,如图10所示。入射到包 括如图10所示的这种胆甾型液晶反射层11的装饰部件10A的入射光线 31经历了胆甾型反射,从胆甾型液晶反射层11的部分11a反射的胆甾 型反射光线(出射光线32)的传播方向不同于被界面反射所反射的光线 的传播方向,而进入开口部分11d的另一个入射光线31沿原来的方向被 透射。
尽管图8A、8B、和9所示的胆甾型液晶反射层11分别包括具有预 定各向异性图形的单层,但本发明的胆甾型液晶反射层11不限于这种类 型,还可以包括具有预定各向异性图形的多个反射层11-1、11-2、11-3, 如图11所示。在后一种情形中,组成胆甾型液晶反射层11的反射层 11-1、11-2、11-3的各向异性图形可以是相同的或不同的。反射层11- 1、11-2、11-3可选择性地反射不同波长范围内(颜色)的光线。另外, 当各个反射层11-1、11-2、11-3包括多个部分时,每个反射层的各个部 分可选择性地反射不同波长范围内(颜色)的光线。此外,各个反射层 11-1、11-2、11-3可选择性地反射偏振方向不同的光线(右旋圆偏振光 或左旋圆偏振光)。
尽管图10所示的胆甾型液晶反射层11包括具有预定配置图形的单 层,但该反射层还可包括具有预定配置图形的多个反射层。在后一种情 形中,组成胆甾型液晶反射层11的反射层的配置图形可以是相同的或不 同的。反射层可选择性地反射不同波长范围内(颜色)的光线。另外, 当每个反射层包括多个部分时,每个反射层的各个部分可选择性地反射 不同波长范围内(颜色)的光线。此外,各个反射层可选择性地反射偏 振方向不同的光线(右旋圆偏振光或左旋圆偏振光)。
此外,通过组合使用具有特定各向异性图形的层11-1和具有特定配 置图形的层11-3′,可以获得具有更加复杂光学性能的胆甾型液晶反射 层11,如图12A或12B所示。在图12A中,使用在层平面整个面上具有 均匀光学性能的层11-2′来填充具有特定配置图形的层11-3′内的凹 陷。在图12B中,用外涂层14填充具有特定配置图形的层11-3′内的 凹陷,在外涂层14上形成了在层平面整个面上具有均匀的光学性能的层 11-2。
可以在上述装饰部件10A内的胆甾型液晶反射层11的入射一侧表面 上提供延迟层15,如图13所示。如果这样提供延迟层15,可以消除倾 斜进入胆甾型液晶反射层11的图像光线的偏振畸变,由此增大胆甾型液 晶反射层11在分离偏振光中的效率。此外,在这种情形下,不要求投影 仪发射和胆甾型液晶反射层11所选择性反射的偏振光相对应的特定偏振 光;只要穿过延迟层15的光线的偏振状态和胆甾型液晶反射层11所选 择性反射光线的偏振状态相对应,就可以实现该目的。
此外,可以在装饰部件10A内的胆甾型液晶反射层11的入射一侧表 面上提供各种功能层。各种类型的功能层是有用的,例如可以使用如图 14A所示的硬膜层(HC层)16和如图14B所示的无光泽层(AG层)17。 此外,这里可以使用抗反射层(AR层)、紫外光线吸收层(UV吸收层)、 以及抗静电层(AS层)等。硬膜层(HC层)16用于保护装饰部件10A 的表面免受刮擦或沾污。无光泽层(AG层)17是一种通过其表面上的不 规则防止装饰部件10A表面产生光线的界面反射(抗眩光层)的层。抗 反射层(AR层)通过利用薄膜干涉等防止装饰部件10A表面产生光线的 界面反射。紫外光线吸收层(UV吸收层)用于吸收进入装饰部件10A的 光线所包括的并会导致液晶成分变黄的紫外光线分量。抗静电层(AS层) 用于除去装饰部件10A产生的静电。理想地要求这些功能层模糊度低且 是高度透明的。而且,具有低的折射率且不改变穿过功能层的光线的偏 振状态的该功能层是优选的。然而,对于功能层制成也用作延迟层15的 情形,如图13所示,该功能层为双折射的。如果该层纯粹用于防止形貌 的镜反射,则无光泽层的模糊值为1至30就足够。另一方面,如果该无 光泽层用于防止投影仪的镜反射,理想地无光泽层的模糊值为40或更 高,优选地为不低于60。
这种情况下,可以在装饰部件10A中胆甾型液晶反射层11的入射一 侧表面上提供任何颜色的吸收层18,如图15B所示。当这样提供吸收层 18时,胆甾型液晶反射层11选择性反射的光线呈现预期的颜色,使得装 饰部件10A变得更具装饰性。不仅可以在胆甾型液晶反射层11的入射一 侧表面上形成吸收层18,还可以在任何其它位置形成该吸收层。此外, 吸收层18可具有任何配置图形(各种图案、特性等)。另外,吸收层18 可包括多个层的叠层。
在上述装饰部件10A,用于支撑胆甾型液晶反射层11的衬底优选使 用这样的衬底12′,即该衬底反射的光线不同于胆甾型液晶反射层11 所选择性反射的光线,如图15A所示。当使用这种衬底12′时,光线(而 不是胆甾型液晶反射层11选择性反射的光线)的反射方向不同于胆甾型 液晶反射层11选择性反射光线的传播方向。具有衬底12′的装饰部件 10A因此具有特殊的视觉效果。
示例
下面给出上述实施例的具体示例。
(示例1)
通过在环己中溶解包括单体的液晶而制备选择性反射中心波长为 550nm的胆甾型液晶溶液,其中通过往紫外固化向列型液晶(主要试剂, 97%的重量比)中添加螺旋剂(3%的重量比)和表面活性剂(0.05%的 重量比)而获得该包括单体的液晶。
通过模压涂敷,将按上述方式制备的胆甾型液晶溶液涂敷到覆盖了 对准薄膜的100mm×100mm玻璃衬底(厚度为1mm)上。
在炉中80℃下加热这个衬底90秒,进行烘干,由此获得不含有溶剂 的薄膜。
从炉中取出覆盖了薄膜的玻璃衬底,在热板上将该衬底加热到120 ℃,使薄膜内液晶的相变得各向同性。随后,从扇吹出的20℃温暖空 气以45°角吹到薄膜表面上,风速为10米/秒,从热板上移开覆盖了薄膜 的玻璃衬底并冷却到25℃的室温。
之后,在氮气气氛下对薄膜施加10mW/cm2的365nm紫外光线1分钟 以固化该薄膜,由此获得具有选择性反射中心波长为550nm的胆甾型液 晶反射层的各向异性光学元件(镜面反射绿光的反射元件)。经过确认, 该各向异性光学元件中胆甾型液晶反射层内螺旋轴主要方向相对于衬底 垂直方向倾斜了10°角。
(示例2)
通过模压涂敷,将示例1中制备的胆甾型液晶溶液涂敷到100mm× 100mm玻璃衬底(厚度为1mm)上。
在炉中80℃下加热这个衬底90秒,进行烘干,由此获得不含有溶剂 的薄膜。
从炉中取出覆盖了薄膜的玻璃衬底,在热板上将该衬底加热到120 ℃,使薄膜内液晶的相变得各向同性。接着,覆盖了薄膜的玻璃衬底被 转移到温度为80℃的另一个热板,从风扇吹出的20℃温暖空气以40°角 吹到薄膜表面上,风速为10米/秒,这样将该衬底冷却到80℃。随后, 从80℃的热板上移开覆盖了薄膜的玻璃衬底并冷却到25℃的室温。
之后,在氮气气氛下对薄膜施加10mW/cm2的365nm紫外光线1分钟 以固化该薄膜,由此获得具有选择性反射中心波长为550nm的胆甾型液 晶反射层的各向异性光学元件(散射反射绿光的反射元件)。经过确认, 该各向异性光学元件中胆甾型液晶反射层内螺旋轴主要方向相对于衬底 垂直方向倾斜了10°角。
接着,按上述方式获得的各向异性光学元件中胆甾型液晶反射层再 次被加热到120℃,由此使得未固化的胆甾型液晶部分的相变得各向同 性。该胆甾型液晶反射层随后冷却到80℃,沿不同于上述步骤中的方向 将20℃的温暖空气从风扇以40°角度吹到胆甾型液晶反射层的表面上, 风速为10米/秒。随后,从80℃的热板上移开具有胆甾型液晶反射层的 玻璃衬底,并进一步冷却到25℃的室温。
之后,在氮气气氛下对薄膜施加10mW/cm2的365nm紫外光线1分钟 以固化该胆甾型液晶反射层,由此获得具有选择性反射中心波长为550nm 的胆甾型液晶反射层的各向异性光学元件(散射反射绿光的反射元件), 层表面具有相对于散射性能的局部变化的各向异性。
(示例3)
通过在环己酮中溶解包括单体的液晶而首先制备选择性反射中心波 长为550nm的第一胆甾型液晶溶液,其中通过往紫外固化向列型液晶(主 要试剂,97%的重量比)中添加螺旋剂(3%的重量比)和表面活性剂(0.15 %的重量比)而获得该包括单体的液晶。
通过模压涂敷,将按上述方式制备的第一胆甾型液晶溶液涂敷到 100mm×100mm玻璃衬底(厚度为1mm)上。
在炉中80℃下加热这个衬底90秒,进行烘干,由此获得不含有溶剂 的薄膜。
将该薄膜加热到120℃从而使得薄膜内液晶相变得各向同性。随后, 从风扇吹出的80℃温暖空气以45°角吹到薄膜表面上,风速为10米/秒, 薄膜的温度降低到80℃。
之后,在氮气气氛下对薄膜施加10mW/cm2的365nm紫外光线1分钟 以固化该薄膜,由此获得具有选择性反射中心波长为550nm的第一部分 选择性反射层。
类似地,直接在第一部分选择性反射层上涂敷第二胆甾型液晶溶 液,且该溶液经过前述烘干、取向、和固化处理。因此,获得具有选择 性反射中心波长为610nm的第二部分选择性反射层。这里,第二胆甾型 液晶溶液的制备方法和第一胆甾型液晶溶液的制备方法相同,只是向列 型液晶和螺旋剂以特定的比例混合,使得最终的层具有610nm的选择性 反射中心波长。
类似地,直接在第二部分选择性反射层上涂敷第三胆甾型液晶溶 液,且该溶液经过前述烘干、取向、和固化处理。因此,获得具有选择 性反射中心波长为440nm的第三部分选择性反射层。这里,第三胆甾型 液晶溶液的制备方法和第一胆甾型液晶溶液的制备方法相同,只是向列 型液晶和螺旋剂以特定的比例混合,使得最终的层具有440nm的选择性 反射中心波长。
因此获得了包括胆甾型液晶反射层的各向异性光学元件,该胆甾型 液晶反射层包括选择性反射绿色(G)(中心波长在550nm的光线)波长 范围内光线的第一部分选择性反射层(厚度为4微米)、选择性反射红 色(R)(中心波长在610nm的光线)波长范围内光线的第二部分选择性 反射层(厚度为5微米)、以及选择性反射蓝色(B)(中心波长在440nm 的光线)波长范围内光线的第三部分选择性反射层(厚度为3微米), 这些选择性反射层以所述顺序连续地层叠,第一部分选择性反射层位于 衬底上。按前述方式获得的各向异性光学元件中的胆甾型液晶反射层具 有不处于平面取向状态的液晶结构,显示散射反射性能。已经发现,每 个部分选择性反射层内的螺旋轴主要方向相对于玻璃衬底垂直方向倾斜 了10°角,所有这些倾斜沿相同的方向。
(评估结果)
将黑色素涂敷到示例1、2、3的每个各向异性光学元件的玻璃衬底 的背面,并随后烘干以形成光屏蔽层。以这种方式获得的具有光屏蔽层 的各向异性光学元件被用作投影屏幕,从投影仪发射的图像光线被投影 到每个投影屏幕上。该投影仪使用液晶投影仪(由日本Seiko Epson Corporation制造的ELP-52)。
投影屏幕和投影仪排列成诸如图16所示的位置关系。即,投影屏幕 10置成与地板垂直,如图16所示;投影屏幕10的高度高于地板1.3米; 投影仪30置于地板上。照射光源(外来光源34)置于放置了投影屏幕 10和投影仪30的空间内。来自光源34并照射投影屏幕10的外来光线 35从投影屏幕10被反射,作为反射光线36出射。
投影仪30置成特定角度,使得图像光线(入射光线31)以33°角入 射到投影屏幕10的中心部分,这里垂直于投影屏幕平面的线的角度为 0°。另一方面,各向异性光学元件(胆甾型液晶反射层11)中包括的液 晶畴内的螺旋轴主要方向相对于玻璃衬底(衬底12)垂直方向倾斜10° 角,设置投影屏幕10使得该倾斜向下(指向投影仪30侧)。
当如前所述地放置投影屏幕10和投影仪30时,为了观看投影屏幕 10,对于观察者而言从投影屏幕的前方观看是最佳的,这是因为和屏幕 表面垂直的方向是能够最明亮地看到图像光线的方向(反射光线32的方 向)。将参考图17更详细地解释这个事实。假设投影屏幕10中胆甾型 液晶反射层11内包括的液晶的折射率为1.58,其中放置投影屏幕10的 环境(空气)的折射率为1.0,根据Snell定律,以33°入射角投影到投 影屏幕10(胆甾型液晶反射层11)上的图像光线以20°(= arcsin(sin(30°)/1.58))角进入投影屏幕10(胆甾型液晶反射层11)。 因此,如果胆甾型液晶反射层11的液晶结构内螺旋轴主要方向的倾斜为 20/2=10°,反射光线32可以垂直于投影屏幕10传播。
在上述条件下,从投影仪将图像光线(包括白色和黑色区域的静态 图像)投影到投影屏幕上,房间开灯时,在靠近投影仪的位置从投影屏 幕的前方能够视觉上观察到该图像光线。
因此,示例1、2、3的各个投影屏幕上的图像清晰明亮,各个投影 屏幕都不会导致光源的镜反射。此外,放置偏振滤波片之后,使得房间 光线(外来光源)主要发射左旋圆偏振光,而投影屏幕不反射该左旋圆 偏振光,由此可以观察到该图像。于是,各个投影屏幕上的图像更清晰, 呈现更高的对比度。
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