WO2020022504A1 - 光学素子の製造方法および光学素子 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a method for manufacturing an optical element that refracts light, and an optical element.
- liquid crystal molecules having anisotropy exhibit anisotropy in optical properties by being regularly arranged.
- a liquid crystal layer (optically anisotropic layer) in which such liquid crystal molecules are arranged can be used as a diffraction element by adjusting the arrangement pattern of liquid crystals.
- Patent Document 1 discloses that a substrate and a first polarization grating layer on the substrate are twisted according to a first twist property over a first thickness defined between both surfaces of the first polarization grating layer.
- a first polarization grating layer comprising the molecular structure being manipulated.
- Patent Document 1 discloses a method for manufacturing a polarization diffraction grating layer in which an alignment layer for aligning liquid crystal molecules is exposed or patterned by using interference light composed of an orthogonal circularly polarized laser to obtain a polarization interference. It is disclosed that by forming a pattern, the liquid crystal composition applied on the alignment layer is arranged according to the pattern formed on the alignment layer.
- Patent Document 2 discloses a step of exposing an alignment material to an interference pattern to cause a chemical reaction in the alignment material, and a step of exposing the liquid crystal to the alignment material to form the interference pattern. And aligning with respect to the alignment material based on the following.
- An object of the present invention is to solve such problems of the related art, and provides a method for manufacturing an optical element capable of producing an optically anisotropic layer with less in-plane unevenness, and an optical element. It is in.
- an optical element according to the present invention has the following configuration.
- a method for producing an optical element having an optically anisotropic layer formed using a liquid crystal composition containing a liquid crystal compound, an alignment film for aligning the liquid crystal compound, and a support An alignment film forming step of forming an alignment film on one surface of the support, Having an optically anisotropic layer forming step of forming an optically anisotropic layer on the alignment film,
- the alignment film contains a photo-alignment material,
- the alignment film forming step having an exposure step of exposing light having different polarization directions to different positions in the alignment film plane,
- a method for producing an optical element, wherein the support has a light absorption band overlapping a light absorption band in which a photochemical reaction occurs in the alignment film by irradiating polarized light in the exposure step.
- [5] The method for producing an optical element according to any one of [1] to [4], wherein the light for exposing the alignment film is laser light.
- [6] The method for producing an optical element according to [2], wherein the two or more polarized beams are laser beams.
- [7] The method of manufacturing an optical element according to [2] or [6], wherein wavelengths of at least two of the two or more polarized beams are equal.
- the alignment film exposed in the exposure step aligns the liquid crystal compound such that the direction of the optic axis derived from the liquid crystal compound has an alignment pattern corresponding to the polarization direction of light that has exposed the alignment film [1] to [1].
- the alignment film exposed in the exposure step has an alignment pattern in which the direction of the optical axis derived from the liquid crystal compound is changed while continuously rotating along at least one direction in the plane.
- the support has a light absorption layer that absorbs light in a light absorption band overlapping with a light absorption band in which a photochemical reaction of the alignment film occurs,
- the optically anisotropic layer has a liquid crystal alignment pattern in which the direction of the optical axis derived from the liquid crystal compound is changed while continuously rotating along at least one direction in the plane,
- the alignment layer contains a photo-alignment material
- An optical element in which the support has a light absorption band overlapping a light absorption band where a photochemical reaction of the alignment film occurs.
- optical element according to [23] wherein the optically anisotropic layer has a cholesteric orientation.
- the optical element manufacturing method and optical element of the present invention can produce an optically anisotropic layer with less in-plane unevenness.
- FIG. 2 is a plan view of an optically anisotropic layer of the optical element shown in FIG. It is a figure which shows notionally another example of the optical element of this invention produced by the manufacturing method of this invention.
- FIG. 3 is a diagram conceptually illustrating an example of an exposure apparatus that exposes an alignment film in the manufacturing method of the present invention. It is a conceptual diagram for explaining the problem of the conventional manufacturing method.
- FIG. 2 is a conceptual diagram showing an operation of an optically anisotropic layer of the optical element shown in FIG.
- FIG. 2 is a conceptual diagram showing an operation of an optically anisotropic layer of the optical element shown in FIG.
- FIG. 9 is a diagram conceptually illustrating an example of an exposure apparatus that exposes an alignment film for forming an optically anisotropic layer illustrated in FIG. 8. It is a figure which shows notionally another example of the optical element of this invention produced by the manufacturing method of this invention.
- FIG. 11 is a conceptual diagram showing the operation of the optical element shown in FIG. It is a figure which shows notionally an example of AR glass using an example of the optical element of this invention. It is a figure which shows notionally an example of AR glass using another example of the optical element of this invention.
- a numerical range represented by using “to” means a range including numerical values described before and after “to” as a lower limit and an upper limit.
- (meth) acrylate is used to mean “one or both of acrylate and methacrylate”.
- “identical” includes an error range generally accepted in the technical field. Further, in the present specification, “all”, “all”, “all” and the like include 100% as well as an error range generally accepted in the technical field, for example, 99% or more, It includes the case of 95% or more, or 90% or more.
- visible light is light having a wavelength visible to human eyes among electromagnetic waves, and indicates light in a wavelength range of 380 to 780 nm.
- Invisible light is light in a wavelength range of less than 380 nm and a wavelength range of more than 780 nm.
- light in the wavelength range of 420 to 490 nm is blue light
- light in the wavelength range of 495 to 570 nm is green light
- light in the wavelength range of 620 to 750 nm Is red light.
- the manufacturing method of the optical element of the present invention (hereinafter, also referred to as the manufacturing method of the present invention) An optically anisotropic layer formed using a liquid crystal composition containing a liquid crystal compound, an alignment film for aligning the liquid crystal composition, and a method for manufacturing an optical element having a support, An alignment film forming step of forming an alignment film on one surface of the support, Having an optically anisotropic layer forming step of forming an optically anisotropic layer on the alignment film,
- the alignment film contains a photo-alignment material,
- In the alignment film forming step there is an exposure step of exposing the alignment film by causing two or more polarized beams to interfere,
- the support is a method for manufacturing an optical element having a light absorption band overlapping a light absorption band in which a photochemical reaction of an alignment film occurs in an exposure step.
- the optical element produced by the production method of the present invention Having an optically anisotropic layer, an alignment layer, and a support formed in this order using a composition containing a liquid crystal compound
- the optically anisotropic layer has a liquid crystal alignment pattern in which the direction of the optical axis derived from the liquid crystal compound is changed while continuously rotating along at least one direction in the plane
- the alignment layer contains a photo-alignment material
- the support is an optical element having a light absorption band overlapping a light absorption band in which a photochemical reaction of the alignment film occurs.
- One example of a method for manufacturing an optical element is: A step of preparing a support having a light absorption band overlapping a light absorption band where a photochemical reaction of the alignment film occurs, An alignment film having an application step of applying an alignment film containing a photo alignment material to one surface of the prepared support, and an exposure step of exposing the formed coating film by interfering with two or more polarized beams. Forming step; Forming an optically anisotropic layer on the alignment film.
- an optical element 10 as shown in FIGS. 1 and 2 is manufactured.
- the optical element 10 shown in FIGS. 1 and 2 includes a support 20, an alignment film 24, and an optically anisotropic layer 26 in this order.
- the optically anisotropic layer 26 has a liquid crystal alignment pattern in which the direction of the optical axis derived from the liquid crystal compound changes while continuously rotating along at least one direction in the plane.
- the optical element 10 will be described later in detail.
- the support 20 used in the production method of the present invention is a film (sheet or plate) supporting the alignment film 24 and the optically anisotropic layer 26.
- the support 20 has a light absorption band overlapping with a light absorption band in which a photochemical reaction of the alignment film described later occurs. That is, the support 20 has a function of absorbing light in a wavelength range overlapping with the wavelength range in which the photochemical reaction of the alignment film occurs.
- the support 20 As a material of the support 20, various resins used as a material of the support in the optical element can be used.
- a configuration may be adopted in which a light absorbing material is contained in a resin serving as the support.
- a resin material that absorbs light in a predetermined wavelength range may be used as a material of the support.
- the support 20 may be configured to include the main support 36 and a light absorbing layer 38 that absorbs light in a predetermined wavelength range.
- polyacrylic resins such as polymethyl methacrylate, cellulose resins such as cellulose triacetate, cycloolefin polymer resins, polyethylene terephthalate (PET), polycarbonate, and Examples thereof include polyvinyl chloride.
- the material of the support 20 is not limited to resin, and glass may be used.
- the light absorbing material there is no limitation on the light absorbing material, and a known light absorbing material can be used according to the wavelength region to be absorbed.
- a known light absorbing material can be used according to the wavelength region to be absorbed.
- a known ultraviolet absorber such as a benzotriazole-based or benzophenone-based can be used.
- a known light absorber such as a compound described in JP-A-2006-184874 or a compound described in JP-A-6-148430 may be used.
- the type and concentration of the light absorbing material may be appropriately selected according to the dispersibility in the resin to be dispersed, the solubility, the absorption wavelength, the absorption coefficient, the thickness of the support, and the like.
- the material of the main support 36 can be the same as the material of the support 20 described above.
- the light absorbing layer 38 may be a layer made of the above-described resin material that absorbs predetermined light, or may be a resin layer containing the above-described light absorbing material.
- the thickness of the support 20 is not limited, and the thickness capable of holding the alignment film and the optically anisotropic layer may be appropriately set according to the use of the optical element 10 and the material for forming the support 20. Good.
- the thickness of the support 20 is preferably 1 to 1000 ⁇ m, more preferably 3 to 250 ⁇ m, and still more preferably 5 to 150 ⁇ m.
- the support 20 is peeled off and the optically anisotropic layer is transferred to another substrate is also preferably used.
- the support 20 can be peeled off from a substrate having a curved surface, and the optically anisotropic layer can be transferred and used.
- peeling the support 20 and using an optically anisotropic layer which is a thin layer it is preferable in that it can be applied to various shapes of optical elements and applications, and the range of application is widened.
- the alignment film forming step is a coating step of coating the support 20 with a composition to be the alignment film 24, and exposing the alignment film (coating film) formed on the support by interference of two or more polarized beams. And an exposure step.
- the alignment film 24 is a layer for aligning the liquid crystal compound 30 in a predetermined liquid crystal alignment pattern when forming the optically anisotropic layer 26.
- the optical anisotropic layer 26 is oriented such that the optical axis 30A (see FIG. 2) derived from the liquid crystal compound 30 is oriented in one direction in the plane (arrow X described later).
- the liquid crystal alignment pattern changes while continuously rotating along the direction (i.e., direction). Therefore, the alignment film of each optically anisotropic member is formed so that the optically anisotropic layer can form this liquid crystal alignment pattern.
- “the direction of the optical axis 30A rotates” is also simply referred to as “the optical axis 30A rotates”.
- the alignment film is a so-called optical alignment film in which a photo-alignable material is irradiated with polarized or non-polarized light to form an alignment film. That is, in the optical element 10 of the present invention, a photo-alignment film formed by applying a photo-alignment material on the support 20 is used as the alignment film. Irradiation of polarized light can be performed in a direction perpendicular or oblique to the photo-alignment film.
- Examples of the photo-alignment material used for the photo-alignment film that can be used in the present invention include, for example, JP-A-2006-285197, JP-A-2007-76839, JP-A-2007-138138, and JP-A-2007-94071.
- photocrosslinkable silane derivatives photocrosslinkable polyimides, photocrosslinkable polyamides and photocrosslinkable polyimides described in JP-T-2003-520878, JP-T-2004-529220 and JP-A-4162850.
- Crosslinkable esters, and JP-A-9-118717, JP-T-10-506420, JP-T-2003-505561, WO 2010/150748, JP-A-2013-177561 and JP-A-2014 Preferred examples include compounds capable of photodimerization described in JP-A-12823, particularly cinnamate compounds, chalcone compounds and coumarin compounds.
- azo compounds, photocrosslinkable polyimides, photocrosslinkable polyamides, photocrosslinkable esters, cinnamate compounds, and chalcone compounds are preferably used.
- the thickness of the alignment film is preferably 0.01 to 5 ⁇ m, more preferably 0.05 to 2 ⁇ m.
- Coating process There is no limitation on the method of applying the composition to be an alignment film, and various known methods used for applying a liquid such as bar coating, gravure coating, and spray coating can be used. Further, the coating thickness (coating film thickness) of the composition may be appropriately set so that an alignment film having a desired thickness is obtained according to the composition of the composition and the like.
- the coating film serving as the alignment film is exposed by causing two or more polarized beams to interfere.
- a predetermined alignment pattern is formed on the alignment film so that the optically anisotropic layer formed on the alignment film can form a predetermined liquid crystal alignment pattern.
- the orientation pattern of the optically anisotropic layer formed on the orientation film in which the direction of the optical axis derived from the liquid crystal compound is changed while continuously rotating along at least one direction in the plane.
- Such an alignment pattern is formed on the alignment film.
- FIG. 4 conceptually shows an example of an exposure apparatus that forms an alignment pattern by exposing an alignment film.
- the exposure apparatus 60 shown in FIG. 4 includes a light source 64 having a laser 62, a beam splitter 68 that separates a laser beam M emitted from the laser 62 into two beams MA and MB, It includes mirrors 70A and 70B and ⁇ / 4 plates 72A and 72B respectively arranged on the optical path of the MB.
- the light source 64 emits linearly polarized light P 0.
- lambda / 4 plate 72A is linearly polarized light P 0 (the ray MA) to the right circularly polarized light P R
- lambda / 4 plate 72B is linearly polarized light P 0 (the rays MB) to the left circularly polarized light P L, converts respectively.
- the support 20 having the alignment film 24 (coating film) before the alignment pattern is formed is arranged in the exposure unit, and the two light beams MA and MB cross each other on the alignment film 24 to cause interference, and the interference light is generated. Is irradiated on the alignment film 24 to perform exposure. Due to the interference at this time, the polarization state of the light applied to the alignment film 24 changes periodically like interference fringes. As a result, an alignment pattern in which the alignment state changes periodically in the alignment film 24 is obtained. In the exposure apparatus 60, the period of the alignment pattern can be adjusted by changing the intersection angle ⁇ between the two light beams MA and MB.
- the light in the one direction in which the optical axis 30A rotates is adjusted.
- the length of one cycle (one cycle ⁇ ⁇ ) in which the optical axis 30A rotates 180 ° can be adjusted.
- the optical axis 30A derived from the liquid crystal compound 30 is oriented in one direction as described later.
- the optically anisotropic layer 26 having a liquid crystal alignment pattern that rotates continuously can be formed.
- a part of the light beam (MA, MB) irradiated from the alignment film 24 side passes through the alignment film 24 and enters the support 20, and the light incident on the support 20 Is reflected on the surface of the support 20 opposite to the surface on which the alignment film 24 is formed (hereinafter also referred to as the back surface).
- the reflected light (L r1 , L r2 ) reflected on the back surface of the support 20 is applied to the alignment film 24 again.
- the reflected light (L r1 , L r ) r2 ) is applied to an area of the alignment film 24 different from the area to which the light beam (MA, MB) is applied. Since the alignment film 24 is also exposed by the reflected light (L r1 , L r2 ), an area different from the area irradiated with the light beam (MA, MB) is also exposed. Therefore, the exposure pattern by the reflected light (L r1 , L r2 ) is superimposed on the alignment pattern formed by the light beams (MA, MB), causing unevenness. As a result, the alignment pattern of the liquid crystal compound also has unevenness in the optically anisotropic layer 26 formed on the alignment film 24 where unevenness has occurred. If unevenness occurs in the optically anisotropic layer 26, desired optical characteristics cannot be obtained.
- the support 20 has a light absorption band overlapping with a light absorption band where a photochemical reaction of the alignment film 24 occurs. That is, the support 20 has a function of absorbing at least a part of the light (light rays MA and MB) applied to the alignment film 24 in the exposure step. Since the support 20 has a function of absorbing at least a part of the light (MA, MB), the light (MA, MB) transmitted through the alignment film 24 and incident on the support 20 is absorbed by the support 20, The amount of reflected light (L r1 , L r2 ) reflected on the back surface of the support 20 is reduced.
- the wavelength of at least a part of the light absorption band of the alignment film 24, that is, the wavelength of the light irradiated in the exposure step is preferably 200 nm to 500 nm, more preferably 250 nm to 450 nm, and more preferably 300 nm to 400 nm. Is more preferred.
- the support 20 preferably absorbs 50% or more, and preferably 75% or more, of the light applied to the alignment film 24 in the exposure step. Is more preferable, and it is further preferable that 90% or more can be absorbed.
- the light absorptivity can be measured by a spectrophotometer or the like.
- the support 20 preferably has a higher transmittance in a wavelength range of light to be transmitted and diffracted.
- the transmittance of the transmitted and diffracted light in the wavelength region is preferably 50% or more, more preferably 70% or more, and even more preferably 85% or more.
- the support 20 has a high absorptivity to ultraviolet light. What has high transmittance with respect to visible light may be used.
- the absorptance of the support 20 is high with respect to the wavelength range of the transmitted and diffracted light, it is not preferable because the utilization efficiency of the transmitted and diffracted light decreases.
- the reflectance of the support 20 is high with respect to the wavelength range of the transmitted and diffracted light, the use efficiency of the transmitted and diffracted light is reduced, and unnecessary reflected light may be generated.
- the light (beam) to be irradiated in the exposure step is a laser beam, but is not limited to this.
- Laser light is preferable because it has a narrow wavelength range and high directivity, and can form an alignment pattern with high accuracy.
- two or more polarized beams applied to the alignment film have the same wavelength.
- a periodic pattern based on the polarization state of the interference light can be formed and controlled with high accuracy.
- two or more polarized beams applied to the alignment film have the same light intensity.
- a periodic pattern based on the polarization state of the interference light can be formed and controlled with high accuracy.
- two or more polarized beams irradiated on the alignment film are preferably different polarized lights, more preferably include orthogonal polarized lights, and still more preferably include left circular polarized lights and right circular polarized lights.
- the anisotropy of the alignment film varies depending on the polarization state of the interference light. Anisotropy can be expressed.
- the optically anisotropic layer forming step is a step of forming an optically anisotropic layer on the alignment film on which the alignment pattern has been formed.
- the optically anisotropic layer forming step includes, for example, a step of applying a prepared liquid crystal composition containing a liquid crystal compound on the alignment film 24, and a step of curing the applied liquid crystal composition.
- the liquid crystal composition may be prepared by a conventionally known method.
- various known methods used for liquid application such as bar coating, gravure coating, and spray coating can be used for application of the liquid crystal composition.
- the coating thickness (coating film thickness) of the liquid crystal composition may be set appropriately according to the composition of the liquid crystal composition and the like so as to obtain an optically anisotropic layer having a desired thickness.
- the liquid crystal compound of the liquid crystal composition applied on the orientation film is oriented along the orientation pattern (anisotropic periodic pattern) of the orientation film. .
- the liquid crystal composition is dried and / or heated, if necessary, and then cured. Curing of the liquid crystal composition may be performed by a known method such as photopolymerization or thermal polymerization.
- the polymerization is preferably photopolymerization.
- the irradiation energy is preferably 20mJ / cm 2 ⁇ 50J / cm 2, more preferably 50 ⁇ 1500mJ / cm 2.
- Light irradiation may be performed under heating conditions or under a nitrogen atmosphere to promote the photopolymerization reaction.
- the wavelength of the ultraviolet light to be irradiated is preferably 250 to 430 nm.
- the liquid crystal compound in the liquid crystal composition is fixed in a state of being aligned along the alignment pattern of the alignment film (liquid crystal alignment pattern).
- an optically anisotropic layer having a liquid crystal alignment pattern in which the direction of the optical axis derived from the liquid crystal compound changes while continuously rotating along at least one direction in the plane is formed.
- the liquid crystal alignment pattern of the optically anisotropic layer will be described later in detail.
- the liquid crystal compound does not have to exhibit liquid crystallinity.
- the polymerizable liquid crystal compound may have a high molecular weight by a curing reaction and lose the liquid crystallinity.
- the support 20 has a configuration including the main support 36 and the light absorbing layer 38 as shown in FIG. 3, after the exposure step and before the optically anisotropic layer forming step or After that, a peeling step of peeling the light absorbing layer 38 may be provided.
- a peeling step of peeling the light absorbing layer 38 may be provided.
- the light absorbing layer 38 is separated, even when the wavelength range of light irradiated to the alignment film in the exposure step and the wavelength range of light transmitted and diffracted by the optical element overlap or are close to each other, In order to suppress reflection in the exposure step, unevenness can be suppressed by increasing the light absorptance, and as an optical element, the transmittance of light in the wavelength region of transmitted and diffracted light can be increased. . Note that, as shown in FIG.
- the support 20 may have a peeling step of peeling the support 20.
- the optically anisotropic layer may be transferred to another substrate and used.
- FIG. 1 is a side view conceptually showing an example of the optical element of the present invention.
- FIG. 2 shows only the liquid crystal compound 30 on the surface of the alignment film 24 in order to clearly show the configuration of the optical element 10 of the present invention.
- the optically anisotropic layer 26 has a structure in which the liquid crystal compound 30 is stacked from the liquid crystal compound 30 on the surface of the alignment film 24 in the thickness direction, as shown in FIG.
- the optical element 10 shown in FIG. 1 has a support 20, an alignment film 24 and an optically anisotropic layer 26.
- the optically anisotropic layer 26 has a predetermined liquid crystal alignment pattern formed by using a composition containing a liquid crystal compound, in which an optical axis derived from the liquid crystal compound rotates in one direction in a plane.
- the alignment film 24 is an alignment film for aligning the liquid crystal compound 30 in a predetermined liquid crystal alignment pattern when forming the optically anisotropic layer 26.
- the direction of the optical axis 30A (see FIG. 2) derived from the liquid crystal compound 30 is oriented in one direction in the plane (the direction of arrow X described later).
- the length in which the direction of the optical axis 30A rotates by 180 ° in one direction in which the direction of the optical axis 30A changes while continuously rotating in the liquid crystal alignment pattern is one cycle (optical axis).
- the rotation period is denoted by ⁇ ⁇ ) in FIG. 2
- one period of the liquid crystal alignment pattern in the plane of the optically anisotropic layer may have different lengths.
- optically anisotropic layer 26 is formed on the surface of the alignment film 24.
- the optically anisotropic layer 26 is formed using a liquid crystal composition containing a liquid crystal compound.
- the optically anisotropic layer 26 functions as a general ⁇ / 2 plate, that is, orthogonal to each other included in the light incident on the optically anisotropic layer.
- a function of giving a phase difference of half a wavelength that is, 180 ° to the two linearly polarized light components.
- the direction of the optical axis 30A derived from the liquid crystal compound 30 continuously rotates in one direction indicated by an arrow X in the plane of the optically anisotropic layer 26. While changing the liquid crystal alignment pattern.
- the optical axis 30A derived from the liquid crystal compound 30 is an axis at which the refractive index of the liquid crystal compound 30 is highest, that is, a so-called slow axis.
- the optical axis 30A is along the long axis direction of the rod shape.
- “one direction indicated by arrow X” is also simply referred to as “arrow X direction”.
- the optical axis 30A derived from the liquid crystal compound 30 is also referred to as “the optical axis 30A of the liquid crystal compound 30” or “the optical axis 30A”.
- the liquid crystal compound 30 is two-dimensionally aligned in a plane parallel to the arrow X direction and the Y direction orthogonal to the arrow X direction in the optically anisotropic layer 26, respectively. ing.
- the Y direction is a direction perpendicular to the paper surface.
- FIG. 2 conceptually shows a plan view of the optically anisotropic layer 26.
- the optically anisotropic layer 26 has a liquid crystal alignment pattern in which the direction of the optical axis 30A derived from the liquid crystal compound 30 changes while continuously rotating along the arrow X direction in the plane of the optically anisotropic layer 26.
- the fact that the direction of the optical axis 30A of the liquid crystal compound 30 changes while continuously rotating in the direction of the arrow X (one predetermined direction) specifically means that the liquid crystal compound 30 is arranged along the direction of the arrow X.
- the angle formed by the optical axis 30A of the optical axis 30 and the direction of the arrow X differs depending on the position in the direction of the arrow X.
- the angle formed by the optical axis 30A and the direction of the arrow X along the direction of the arrow X is ⁇ + 180 ° from ⁇ . It means that it changes sequentially up to ⁇ -180 °.
- the difference between the angles of the optical axes 30A of the liquid crystal compounds 30 adjacent to each other in the direction of the arrow X is preferably 45 ° or less, more preferably 15 ° or less, and further preferably a smaller angle. .
- the direction of the optical axis 30A in the Y direction orthogonal to the arrow X direction that is, the Y direction orthogonal to one direction in which the optical axis 30A rotates continuously, is changed.
- Equivalent liquid crystal compounds 30 are arranged at equal intervals. In other words, in the liquid crystal compounds 30 forming the optically anisotropic layer 26, the liquid crystal compounds 30 arranged in the Y direction have the same angle between the direction of the optical axis 30A and the arrow X direction.
- the optical axis 30A of the liquid crystal compound 30 in such a liquid crystal alignment pattern of the liquid crystal compound 30, in the direction of the arrow X in which the direction of the optical axis 30A continuously rotates and changes in the plane, the optical axis 30A of the liquid crystal compound 30 is changed.
- the length (distance) at which is rotated by 180 ° is defined as the length 1 of one cycle in the liquid crystal alignment pattern.
- the length of one cycle in the liquid crystal alignment pattern is defined by the distance between the angle between the optical axis 30A of the liquid crystal compound 30 and the arrow X direction from ⁇ to ⁇ + 180 °.
- the distance between the centers in the arrow X direction of the two liquid crystal compounds 30 having the same angle to the arrow X direction is defined as the length ⁇ of one cycle.
- the distance between the centers of the two liquid crystal compounds 30 in the direction of the arrow X and the direction of the optical axis 30A in the direction of the arrow X is defined as one cycle length ⁇ .
- the length 1 of one cycle is also referred to as “one cycle ⁇ ”.
- the liquid crystal alignment pattern of the optically anisotropic layer repeats this one cycle ⁇ in the direction of the arrow X, that is, in one direction in which the direction of the optical axis 30A continuously rotates and changes.
- the liquid crystal compounds arranged in the Y direction have the same angle between the optical axis 30A and the arrow X direction (one direction in which the direction of the optical axis of the liquid crystal compound 30 rotates).
- a region where the liquid crystal compound 30 having the same angle between the optical axis 30A and the arrow X direction is arranged in the Y direction is referred to as a region R.
- the value of the in-plane retardation (Re) in each region R is preferably a half wavelength, that is, ⁇ / 2.
- in-plane retardations are calculated by the product of the refractive index difference ⁇ n due to the refractive index anisotropy of the region R and the thickness of the optically anisotropic layer.
- the difference in refractive index due to the refractive index anisotropy of the region R in the optically anisotropic layer is defined as the refractive index in the direction of the slow axis in the plane of the region R and the direction orthogonal to the direction of the slow axis.
- the refractive index difference ⁇ n due to the refractive index anisotropy of the region R is different between the refractive index of the liquid crystal compound 30 in the direction of the optical axis 30A and the liquid crystal compound 30 in the direction perpendicular to the optical axis 30A in the plane of the region R. It is equal to the difference from the refractive index. That is, the refractive index difference ⁇ n is equal to the refractive index difference of the liquid crystal compound.
- the direction of the optical axis 30A is, because of the changes while rotating along the arrow X direction, according to the direction of the optical axis 30A, the change amount of the absolute phase of the incident light L 1 is different.
- the liquid crystal alignment pattern formed in the optically anisotropic layer 26 are the periodic pattern in the arrow X direction, the incident light L 1 having passed through the optically anisotropic layer 26, as shown in FIG. 6 are given a periodic absolute phase Q1 in the direction of arrow X corresponding to the direction of each optical axis 30A.
- an equiphase plane E1 inclined in the direction opposite to the arrow X direction is formed.
- the transmitted light L 2 is refracted to tilt toward the direction perpendicular to the equiphase plane E1, it travels in a direction different from the traveling direction of the incident light L 1.
- the incident light L 1 of the left circular polarization inclined by a predetermined angle in the direction of arrow X relative to the direction, is converted into the transmitted light L 2 of the right circularly polarized light.
- the direction of the optical axis 30A is, because of the changes while rotating along the arrow X direction, according to the direction of the optical axis 30A, the change amount of the absolute phase of the incident light L 4 are different.
- the liquid crystal alignment pattern formed on the optically anisotropic layer 26 is a pattern that is periodic in the direction of the arrow X
- the incident light L 4 that has passed through the optically anisotropic layer 26 is, as shown in FIG.
- a periodic absolute phase Q2 is given in the direction of arrow X corresponding to the direction of each optical axis 30A.
- the incident light L 4 are, because it is right circularly polarized light, periodic absolute phase Q2 in the arrow X direction corresponding to the direction of the optical axis 30A is opposite to the incident light L 1 is a left-handed circularly polarized light .
- the incident light L 4 equiphase surface E2 of the incident light L 1 is inclined in the direction of the arrow X in the reverse is formed. Therefore, the incident light L 4 are, are refracted to tilt toward the direction perpendicular to the equiphase plane E2, it travels in a direction different from the traveling direction of the incident light L 4.
- the incident light L 4 is converted into the left circularly polarized transmitted light L 5 inclined at a certain angle in a direction opposite to the arrow X direction with respect to the incident direction.
- ⁇ n 550 is a refractive index difference due to the refractive index anisotropy of the region R when the wavelength of the incident light is 550 nm
- d is the thickness of the optically anisotropic layer 26.
- the value of the in-plane retardation of the plurality of regions R in the optically anisotropic layer 26 can be used outside the range of the above formula (1).
- ⁇ n 550 ⁇ d ⁇ 200 nm or 350 nm ⁇ n 550 ⁇ d
- light traveling in the same direction as the traveling direction of the incident light and traveling in a direction different from the traveling direction of the incident light Can be divided into light.
- ⁇ n 550 ⁇ d approaches 0 nm or 550 nm, the component of light traveling in the same direction as the traveling direction of incident light increases, and the component of light traveling in a direction different from the traveling direction of incident light decreases.
- ⁇ n 450 is a refractive index difference accompanying the refractive index anisotropy of the region R when the wavelength of the incident light is 450 nm.
- Formula (2) indicates that the liquid crystal compound 30 included in the optically anisotropic layer 26 has reverse dispersion. That is, by satisfying the expression (2), the optically anisotropic layer 26 can cope with incident light having a wide wavelength band.
- the angle of refraction of the transmitted light L 2 and L 5 is adjusted by changing a cycle ⁇ of the liquid crystal alignment pattern formed in the optically anisotropic layer 26, you can adjust the angle of refraction of the transmitted light L 2 and L 5. Specifically, as the one period ⁇ of the liquid crystal alignment pattern is shorter, the lights passing through the liquid crystal compounds 30 adjacent to each other strongly interfere with each other, so that the transmitted lights L 2 and L 5 can be refracted more.
- the refractive angle of the transmitted light L 2 and L 5 with respect to the incident light L 1 and L 4 are different depending on the wavelength of the incident light L 1 and L 4 (transmitted light L 2 and L 5). Specifically, the longer the wavelength of the incident light is, the more the transmitted light is refracted.
- the incident light is red light, green light, and blue light
- the red light is most refracted and the blue light is least refracted.
- the rotation direction of the optical axis 30A of the liquid crystal compound 30 that rotates along the arrow X direction reverse, the direction of refraction of the transmitted light can be reversed.
- the optically anisotropic layer is composed of a cured layer of a liquid crystal composition containing a rod-shaped liquid crystal compound or a disk-shaped liquid crystal compound, and the liquid crystal in which the optical axis of the rod-shaped liquid crystal compound or the optical axis of the disk-shaped liquid crystal compound is aligned as described above. It has an alignment pattern.
- the optically anisotropic layer functions as a so-called ⁇ / 2 plate, but the present invention includes an embodiment in which a laminate integrally including the support 20 and the alignment film functions as a ⁇ / 2 plate.
- the liquid crystal composition for forming the optically anisotropic layer contains a rod-shaped liquid crystal compound or a disc-shaped liquid crystal compound, and further includes a leveling agent, an alignment controlling agent, a polymerization initiator, a cross-linking agent and an alignment auxiliary. Other components may be contained. Further, the liquid crystal composition may include a solvent.
- the optically anisotropic layer preferably has a wide band with respect to the wavelength of the incident light, and is preferably formed using a liquid crystal material having a birefringence of inverse dispersion. It is also preferable that the optically anisotropic layer has a substantially broad band with respect to the wavelength of the incident light by imparting a twist component to the liquid crystal composition and by laminating different retardation layers.
- Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-089476 discloses a method of realizing a broadband patterned ⁇ / 2 plate by laminating two layers of liquid crystals having different twist directions in an optically anisotropic layer. Can be preferably used in the present invention.
- the alignment of the rod-shaped liquid crystal compound is fixed by polymerization.
- the polymerizable rod-shaped liquid crystal compound Makromol. ⁇ Chem. 190, 2255 (1989), Advanced Materials 5: 107 (1993), U.S. Pat. Nos. 4,683,327, 5,622,648, 5,770,107, International Publication No. 95/22586, Nos. 95/24455, 97/00600, 98/23580, 98/52905, JP-A-1-272551, JP-A-6-16616, JP-A-7-110469, and JP-A-11-80081. And the compounds described in Japanese Patent Application No. 2001-64627 and the like. Further, as the rod-shaped liquid crystal compound, for example, those described in JP-T-11-513019 and JP-A-2007-279688 can also be preferably used.
- the discotic liquid crystal compound for example, those described in JP-A-2007-108732 and JP-A-2010-244038 can be preferably used.
- the liquid crystal compound 30 rises in the thickness direction in the optically anisotropic layer, and the optical axis 30A derived from the liquid crystal compound is aligned with the disc surface. Is defined as an axis perpendicular to the so-called fast axis.
- the 180 ° rotation cycle in the optically anisotropic layer does not need to be uniform over the entire surface. That is, in the plane, there may be regions having different 180 ° rotation periods.
- a part of the optically anisotropic layer has a liquid crystal alignment pattern in which the direction of the optical axis is rotated in at least one direction in the plane of the optically anisotropic layer. Is also good.
- the optical axis 30A of the liquid crystal compound 30 in the liquid crystal alignment pattern of the optically anisotropic layer continuously rotates only along the arrow X direction.
- the present invention is not limited to this, and various configurations can be used as long as the optical axis 30A of the liquid crystal compound 30 rotates continuously along one direction in the optically anisotropic layer. is there.
- the liquid crystal alignment pattern changes one direction in which the direction of the optical axis of the liquid crystal compound 30 changes while continuously rotating, in a concentric manner from the inside to the outside.
- the optically anisotropic layer 34 having a concentric pattern is exemplified.
- one direction in which the direction of the optical axis of the liquid crystal compound 30 changes while continuously rotating is radial from the center of the optically anisotropic layer 34.
- 3 is a liquid crystal alignment pattern provided in FIG.
- the liquid crystal compound 30 has a structure in which the liquid crystal compounds 30 are stacked.
- the direction of the optical axis of the liquid crystal compound 30 is determined in a number of directions from the center of the optically anisotropic layer 34 to the outside, for example, directions indicated by arrows A1, A2, and A3.
- the absolute phase of the circularly polarized light incident on the optically anisotropic layer 34 having the liquid crystal alignment pattern changes in each local region where the direction of the optical axis of the liquid crystal compound 30 is different. At this time, the amount of change in the absolute phase differs depending on the direction of the optical axis of the liquid crystal compound 30 on which the circularly polarized light is incident.
- Such an optically anisotropic layer 34 having a concentric liquid crystal alignment pattern that is, a liquid crystal alignment pattern in which the optical axis continuously rotates and changes radially, forms the liquid crystal compound 30 in the direction of rotation of the optical axis and the incident direction.
- incident light can be transmitted as divergent light or converged light. That is, by making the liquid crystal alignment pattern of the optically anisotropic layer concentric, the optical element of the present invention exhibits a function as, for example, a convex lens or a concave lens.
- one period ⁇ ⁇ in which the optical axis rotates by 180 ° in the liquid crystal alignment pattern is defined as Is preferably gradually reduced from the center toward the outside in one direction in which the optical axis continuously rotates.
- the angle of refraction of light with respect to the incident direction increases as one period ⁇ in the liquid crystal alignment pattern decreases.
- the optically anisotropic layer 34 can further improve the light focusing power, and the performance as a convex lens can be improved.
- one period ⁇ ⁇ in which the optical axis rotates by 180 ° in the liquid crystal alignment pattern is shifted from the center of the optically anisotropic layer 34 to the optical axis. It is preferable that the continuously rotating direction is rotated in the opposite direction, and gradually shortened in one outward direction. As described above, the angle of refraction of light with respect to the incident direction increases as one period ⁇ in the liquid crystal alignment pattern decreases.
- the optically anisotropic layer 34 by gradually shortening one period ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ in the liquid crystal alignment pattern from the center of the optically anisotropic layer 34 toward one outward direction in which the optical axis continuously rotates, the optically anisotropic layer
- the divergence of light by the lens 34 can be further improved, and the performance as a concave lens can be improved.
- the optical element is a concave lens
- ⁇ (r) ( ⁇ / ⁇ ) [(r 2 + f 2 ) 1/2 -f]
- ⁇ (r) is the angle of the optical axis at a distance r from the center
- ⁇ is the wavelength
- f is the focal length of the design.
- one period ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ in the concentric liquid crystal alignment pattern is gradually changed from the center of the optically anisotropic layer 34 toward one outward direction in which the optical axis continuously rotates. , May be longer.
- the optical axis is not gradually changed in one direction ⁇ ⁇ in one direction in which the optical axis is continuously rotated. In a continuously rotating one direction, a configuration having an area in which one period ⁇ ⁇ ⁇ is partially different is also available.
- the optical element of the present invention may have an optically anisotropic layer in which one period ⁇ is entirely uniform and an optically anisotropic layer having a region in which one period ⁇ ⁇ ⁇ is different.
- FIG. 9 conceptually illustrates an example of an exposure apparatus that forms such a concentric alignment pattern on the alignment film 24.
- the exposure apparatus 80 includes a light source 84 having a laser 82, a polarization beam splitter 86 that divides a laser beam M from the laser 82 into an S-polarized light MS and a P-polarized light MP, and a mirror 90A disposed on an optical path of the P-polarized light MP. And a mirror 90B disposed on the optical path of the S-polarized light MS, a lens 92 disposed on the optical path of the S-polarized light MS, a polarization beam splitter 94, and a ⁇ / 4 plate 96.
- the P-polarized light MP split by the polarizing beam splitter 86 is reflected by the mirror 90A and enters the polarizing beam splitter 94.
- the S-polarized light MS split by the polarization beam splitter 86 is reflected by the mirror 90B, condensed by the lens 92, and enters the polarization beam splitter 94.
- the P-polarized light MP and the S-polarized light MS are multiplexed by the polarization beam splitter 94 and are converted into right circularly polarized light and left circularly polarized light by the ⁇ / 4 plate 96 according to the polarization direction. Incident on.
- the polarization state of the light applied to the alignment film 24 periodically changes in the form of interference fringes.
- the crossing angle between the left circularly polarized light and the right circularly polarized light changes from the inside to the outside of the concentric circle, an exposure pattern in which the pitch changes from the inside to the outside is obtained.
- a concentric alignment pattern in which the alignment state changes periodically is obtained.
- one period ⁇ of the liquid crystal alignment pattern in which the optical axis of the liquid crystal compound 30 is continuously rotated by 180 ° along one direction is determined by the refractive power of the lens 92 (the F number of the lens 92). It can be controlled by changing the distance, the distance between the lens 92 and the alignment film 24, and the like. In addition, by adjusting the refractive power of the lens 92 (F number of the lens 92), the length ⁇ of one cycle of the liquid crystal alignment pattern can be changed in one direction in which the optical axis continuously rotates.
- the length 1 of one cycle of the liquid crystal alignment pattern can be changed in one direction in which the optical axis continuously rotates, depending on the divergence angle of the light spread by the lens 92, which interferes with the parallel light. More specifically, when the refractive power of the lens 92 is weakened, the light approaches the parallel light, so that the length 1 of one cycle of the liquid crystal alignment pattern gradually decreases from the inside to the outside, and the F-number increases. Conversely, when the refractive power of the lens 92 is increased, the length 1 of one cycle of the liquid crystal alignment pattern is sharply reduced from the inside to the outside, and the F-number is reduced.
- the liquid crystal compound is changed only in one direction of the arrow X direction shown in FIGS.
- the optical axis 30A of the device 30 continuously rotates and changes. For example, by gradually shortening one period ⁇ of the liquid crystal alignment pattern in the direction of arrow X, an optical element that transmits light so as to condense light can be obtained. Further, by reversing the direction in which the optical axis rotates by 180 ° in the liquid crystal alignment pattern, an optical element that transmits light so as to diffuse only in the direction of arrow X can be obtained.
- an optical element that transmits light so as to diffuse only in the X direction of the arrow can be obtained by reversing the turning direction of the incident circularly polarized light.
- one cycle ⁇ is not gradually changed in the arrow X direction, but is partially changed in the arrow X direction.
- a configuration having different regions can also be used.
- a method of partially changing one period ⁇ a method of scanning and patterning the photo-alignment film while arbitrarily changing the polarization direction of the condensed laser light can be used.
- the optical element of the present invention may have a configuration having a plurality of optically anisotropic layers 26.
- one period ⁇ of the liquid crystal alignment pattern of the optically anisotropic layer may be the same or different. Further, the liquid crystal alignment pattern may be different for each optically anisotropic layer.
- ⁇ one period in the orientation pattern of the optically anisotropic layer ⁇ is not limited, and may be set as appropriate according to the use of the optical element.
- the optical element of the present invention is used, for example, in an AR glass, a diffractive element that refracts light displayed by a display and introduces the light into a light guide plate, and a light guide plate that refracts light transmitted through the light guide plate. It is suitably used for a diffraction element that emits light to an observation position by a person.
- the optical element 10 capable of supporting a full-color image can be suitably used as a diffraction element in AR glass. In this case, in order for the light to be totally reflected by the light guide plate, the light must be refracted at a certain large angle with respect to the incident light and introduced into the light guide plate.
- the angle of light transmitted by the optically anisotropic layer can be increased by shortening one period ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ in the liquid crystal alignment pattern with respect to incident light.
- one period ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ in the liquid crystal alignment pattern of the optically anisotropic layer is preferably 20 ⁇ m or less, more preferably 10 ⁇ m or less, and still more preferably 5 ⁇ m or less. When diffracting light at a larger angle, it is preferably 3 ⁇ m or less, more preferably 1 ⁇ m or less. In consideration of the accuracy of the liquid crystal alignment pattern and the like, it is preferable that one period ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ in the liquid crystal alignment pattern of the optically anisotropic layer is 0.1 ⁇ m or more.
- the liquid crystal compounds arranged in the thickness direction are arranged so that their optical axes are in the same direction, but the present invention is not limited to this.
- the optically anisotropic layer may have a region where the orientation of the liquid crystal compound has a twist property in the thickness direction. Further, the optically anisotropic layer may have a cholesteric orientation.
- the example shown in FIG. 10 is an example in which the optically anisotropic layer has a cholesteric orientation.
- the optically anisotropic layer 26 is formed when the liquid crystal compound 30 is spirally spirally stacked in the thickness direction and stacked in the same manner as a normal cholesteric liquid crystal layer in which a cholesteric liquid crystal phase is fixed.
- the liquid crystal compound 30 has a helix structure, and has a configuration in which a plurality of pitches of the liquid crystal compound 30 helically circling with the configuration in which the liquid crystal compound 30 is helically rotated one turn (360 ° rotation) and stacked as one pitch.
- the optically anisotropic layer 26 has a liquid crystal alignment pattern in which the direction of the optical axis derived from the liquid crystal compound changes while continuously rotating along at least one direction in the plane. Having.
- the optically anisotropic layer 27 having such a cholesteric orientation has wavelength-selective reflectivity similarly to a conventional cholesteric liquid crystal layer.
- the optically anisotropic layer 27 having a cholesteric orientation reflects right circularly polarized light of red light, it reflects right circularly polarized light in a red wavelength range and transmits other light.
- the liquid crystal compound 30 since the liquid crystal compound 30 is rotated and aligned in the plane direction, the reflected light is diffracted.
- the optical element 12 having the optically anisotropic layer 27 having a cholesteric orientation reflects right-handed circularly polarized light or left-handed circularly polarized light having a selective reflection wavelength, and diffracts the reflected light.
- an optically anisotropic layer having a cholesteric orientation is also referred to as a cholesteric liquid crystal layer.
- the configuration of the support 20 and the alignment film 24 is the same as the configuration of the support 20 and the alignment film 24 of the optical element 10 shown in FIG. That is, in the optical element shown in FIG. 10, the alignment film 24 is a photo-alignment film, and is exposed by causing two or more polarized beams to interfere. By this exposure, the alignment film 24 is changed to a liquid crystal alignment in which the direction of the optical axis 30A derived from the liquid crystal compound 30 is changed while continuously rotating along one direction in the plane. An alignment pattern is formed so that a pattern can be formed.
- the cholesteric liquid crystal layer 27 is formed by fixing a cholesteric liquid crystal phase. That is, the cholesteric liquid crystal layer 27 is a layer made of the liquid crystal compound 30 (liquid crystal material) having a cholesteric structure.
- the cholesteric liquid crystal phase exhibits selective reflectivity at right or left circularly polarized light at a specific wavelength. Whether the reflected light is right-handed circularly polarized light or left-handed circularly polarized light depends on the twist direction (sense) of the helix of the cholesteric liquid crystal phase.
- the selective reflection of circularly polarized light by the cholesteric liquid crystal phase reflects right circularly polarized light when the helix direction of the cholesteric liquid crystal phase is right, and reflects left circularly polarized light when the helix direction of the helix is left. Therefore, in the optical element 12 of the example shown in FIG.
- the cholesteric liquid crystal layer is a layer formed by fixing the right-twisted cholesteric liquid crystal phase.
- the direction of rotation of the cholesteric liquid crystal phase can be adjusted by the type of the liquid crystal compound forming the cholesteric liquid crystal layer and / or the type of the added chiral agent.
- ⁇ n can be adjusted by the type of the liquid crystal compound forming the cholesteric liquid crystal layer and its mixing ratio, and the temperature at the time of fixing the alignment.
- the half width of the reflection wavelength band is adjusted according to the use of the optical element 10, and may be, for example, 10 to 500 nm, preferably 20 to 300 nm, and more preferably 30 to 100 nm.
- the cholesteric liquid crystal layer 27 can be formed by fixing a cholesteric liquid crystal phase in a layer.
- the structure in which the cholesteric liquid crystal phase is fixed may be any structure in which the orientation of the liquid crystal compound in the cholesteric liquid crystal phase is maintained. It is preferable to use a structure in which the layer is polymerized and cured by irradiation with ultraviolet light, heating, or the like to form a layer having no fluidity, and at the same time, is changed to a state where the orientation is not changed by an external field or an external force.
- the polymerizable liquid crystal compound may have a high molecular weight by a curing reaction and lose the liquid crystallinity.
- a liquid crystal composition containing a liquid crystal compound is given.
- the liquid crystal compound is preferably a polymerizable liquid crystal compound.
- the liquid crystal composition used for forming the cholesteric liquid crystal layer may further contain a surfactant and a chiral agent.
- the polymerizable liquid crystal compound may be a rod-shaped liquid crystal compound or a disc-shaped liquid crystal compound.
- Examples of the rod-shaped polymerizable liquid crystal compound forming the cholesteric liquid crystal phase include a rod-shaped nematic liquid crystal compound.
- rod-like nematic liquid crystal compound examples include azomethines, azoxys, cyanobiphenyls, cyanophenyl esters, benzoic esters, cyclohexanecarboxylic acid phenyl esters, cyanophenylcyclohexanes, cyano-substituted phenylpyrimidines, and alkoxy-substituted phenylpyrimidines.
- Phenyldioxane, tolan, and alkenylcyclohexylbenzonitrile are preferably used. Not only low-molecular liquid crystal compounds but also high-molecular liquid crystal compounds can be used.
- the polymerizable liquid crystal compound is obtained by introducing a polymerizable group into the liquid crystal compound.
- the polymerizable group include an unsaturated polymerizable group, an epoxy group, and an aziridinyl group, preferably an unsaturated polymerizable group, and more preferably an ethylenically unsaturated polymerizable group.
- the polymerizable group can be introduced into the molecule of the liquid crystal compound by various methods.
- the number of polymerizable groups contained in the polymerizable liquid crystal compound is preferably from 1 to 6, more preferably from 1 to 3. Examples of the polymerizable liquid crystal compound are described in Makromol. Chem. 190, 2255 (1989), Advanced Materials 5, 107 (1993), U.S. Pat. No.
- a cyclic organopolysiloxane compound having a cholesteric phase as disclosed in JP-A-57-165480 can be used.
- a polymer in which a mesogen group exhibiting a liquid crystal is introduced into a main chain, a side chain, or both positions of the main chain and the side chain a polymer cholesteric in which a cholesteryl group is introduced into a side chain A liquid crystal, a liquid crystalline polymer disclosed in JP-A-9-133810, a liquid crystalline polymer disclosed in JP-A-11-293252, or the like can be used.
- discotic liquid crystal compound-- As the discotic liquid crystal compound, for example, those described in JP-A-2007-108732 and JP-A-2010-244038 can be preferably used.
- the amount of the polymerizable liquid crystal compound in the liquid crystal composition is preferably 75 to 99.9% by mass, and more preferably 80 to 99% by mass based on the mass of the solid content of the liquid crystal composition (mass excluding the solvent). %, More preferably from 85 to 90% by mass.
- the liquid crystal composition used for forming the cholesteric liquid crystal layer may contain a surfactant.
- the surfactant is preferably a compound that can function as an alignment controlling agent that contributes to a cholesteric liquid crystal phase having planar alignment stably or quickly.
- Examples of the surfactant include a silicone-based surfactant and a fluorine-based surfactant, and a fluorine-based surfactant is preferably exemplified.
- the surfactant include compounds described in paragraphs [0082] to [0090] of JP-A-2014-119605 and compounds described in paragraphs [0031] to [0034] of JP-A-2012-203237. And compounds exemplified in paragraphs [0092] and [0093] of JP-A-2005-99248, paragraphs [0076] to [0078] and paragraphs [0082] to [0085] of JP-A-2002-129162. And the fluorine (meth) acrylate polymers described in paragraphs [0018] to [0043] of JP-A-2007-272185.
- a surfactant may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.
- the fluorine-based surfactant compounds described in paragraphs [0082] to [0090] of JP-A-2014-119605 are preferable.
- the amount of the surfactant added in the liquid crystal composition is preferably 0.01 to 10% by mass, more preferably 0.01 to 5% by mass, and more preferably 0.02 to 1% by mass based on the total mass of the liquid crystal compound. Is more preferred.
- a chiral agent (chiral agent) has a function of inducing a helical structure of a cholesteric liquid crystal phase.
- the chiral agent has a different helix direction or helix pitch depending on the compound, and may be selected according to the purpose.
- the chiral agent is not particularly limited, and is a known compound (eg, Liquid Crystal Device Handbook, Chapter 3, Section 4-3, chiral agent for TN (twisted nematic), STN (Super Twisted Nematic), page 199, Japan Society for the Promotion of Science) 142th Committee, 1989), isosorbide, isomannide derivatives, and the like.
- the chiral agent generally contains an asymmetric carbon atom, but an axially asymmetric compound or a planar asymmetric compound containing no asymmetric carbon atom can also be used as the chiral agent.
- the axially or planarly asymmetric compound include binaphthyl, helicene, paracyclophane, and derivatives thereof.
- the chiral agent may have a polymerizable group. When both the chiral agent and the liquid crystal compound have a polymerizable group, a repeating unit derived from the polymerizable liquid crystal compound and a derivative derived from the chiral agent by a polymerization reaction between the polymerizable chiral agent and the polymerizable liquid crystal compound.
- the polymerizable group of the polymerizable chiral agent is preferably the same type of group as the polymerizable group of the polymerizable liquid crystal compound. Therefore, the polymerizable group of the chiral agent is also preferably an unsaturated polymerizable group, an epoxy group or an aziridinyl group, more preferably an unsaturated polymerizable group, and more preferably an ethylenically unsaturated polymerizable group. More preferred. Further, the chiral agent may be a liquid crystal compound.
- the chiral agent has a photoisomerizable group since a pattern having a desired reflection wavelength corresponding to the emission wavelength can be formed by irradiating a photomask such as active light after coating and orientation.
- the photoisomerizable group is preferably an isomerization site, an azo group, an azoxy group, or a cinnamoyl group of a compound exhibiting photochromic properties.
- JP-A-2002-80478 JP-A-2002-80851, JP-A-2002-179668, JP-A-2002-179669, JP-A-2002-179670, Compounds described in 179681, JP-A-2002-179682, JP-A-2002-338575, JP-A-2002-338668, JP-A-2003-313189, and JP-A-2003-313292. Can be used.
- the content of the chiral agent in the liquid crystal composition is preferably from 0.01 to 200 mol%, more preferably from 1 to 30 mol%, based on the content of the liquid crystal compound.
- the liquid crystal composition contains a polymerizable compound, it preferably contains a polymerization initiator.
- the polymerization initiator used is preferably a photopolymerization initiator capable of initiating the polymerization reaction by ultraviolet irradiation.
- the photopolymerization initiator include ⁇ -carbonyl compounds (described in US Pat. Nos. 2,367,661 and 2,367,670), acyloin ethers (described in US Pat. No. 2,448,828), ⁇ -hydrocarbons Substituted aromatic acyloin compounds (described in US Pat. No.
- the content of the photopolymerization initiator in the liquid crystal composition is preferably from 0.1 to 20% by mass, more preferably from 0.5 to 12% by mass, based on the content of the liquid crystal compound.
- the liquid crystal composition may optionally contain a crosslinking agent for improving film strength and durability after curing.
- a crosslinking agent for improving film strength and durability after curing.
- the cross-linking agent one that is cured by ultraviolet light, heat, moisture, or the like can be suitably used.
- the crosslinking agent is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose.
- Examples thereof include polyfunctional acrylate compounds such as trimethylolpropane tri (meth) acrylate and pentaerythritol tri (meth) acrylate; glycidyl (meth) acrylate And epoxy compounds such as ethylene glycol diglycidyl ether; aziridine compounds such as 2,2-bishydroxymethylbutanol-tris [3- (1-aziridinyl) propionate] and 4,4-bis (ethyleneiminocarbonylamino) diphenylmethane; Isocyanate compounds such as methylene diisocyanate and biuret type isocyanate; polyoxazoline compounds having an oxazoline group in a side chain; vinyl trimethoxysilane, N- (2-amino Le) and 3-aminopropyl trimethoxysilane alkoxysilane compounds such as silane.
- polyfunctional acrylate compounds such as trimethylolpropane tri (meth) acrylate and pentaery
- a known catalyst can be used according to the reactivity of the crosslinking agent, and productivity can be improved in addition to improvement in film strength and durability. These may be used alone or in combination of two or more.
- the content of the crosslinking agent is preferably from 3 to 20% by mass, more preferably from 5 to 15% by mass, based on the mass of the solid content of the liquid crystal composition. When the content of the cross-linking agent is within the above range, the effect of improving the cross-linking density is easily obtained, and the stability of the cholesteric liquid crystal phase is further improved.
- liquid crystal composition if necessary, a polymerization inhibitor, an antioxidant, an ultraviolet absorber, a light stabilizer, a coloring material, and a metal oxide fine particle, etc., in a range that does not lower the optical performance and the like. Can be added.
- the liquid crystal composition is preferably used as a liquid when the cholesteric liquid crystal layer 27 is formed.
- the liquid crystal composition may include a solvent.
- the solvent is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose.
- an organic solvent is preferable.
- the organic solvent is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose. Examples thereof include ketones, alkyl halides, amides, sulfoxides, heterocyclic compounds, hydrocarbons, esters, and ethers. And the like. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, ketones are preferable in consideration of the load on the environment.
- a liquid crystal composition is applied on an alignment film to align a liquid crystal compound in a cholesteric liquid crystal phase, and then the liquid crystal compound is cured to form a cholesteric liquid crystal layer.
- the application method is as described above.
- the applied liquid crystal composition is dried and / or heated as necessary, and then cured to form a cholesteric liquid crystal layer.
- the liquid crystal compound in the liquid crystal composition may be oriented to a cholesteric liquid crystal phase.
- the heating temperature is preferably 200 ° C. or lower, more preferably 130 ° C. or lower.
- the curing method is as described above.
- liquid crystal alignment pattern of cholesteric liquid crystal layer As described above, in the optical element 12 of the present invention, in the cholesteric liquid crystal layer 27, the direction of the optical axis 30A derived from the liquid crystal compound 30 forming the cholesteric liquid crystal phase is continuous in one direction in the plane of the cholesteric liquid crystal layer. It has a liquid crystal alignment pattern that changes while rotating periodically.
- the cholesteric liquid crystal layer 27 As well, as in the optically anisotropic layer 26 shown in FIG. According to the pattern, they are two-dimensionally arranged in a predetermined direction indicated by an arrow X and in a direction orthogonal to the one direction (the arrow X direction).
- the liquid crystal compound 30 forming the cholesteric liquid crystal layer 27 has a liquid crystal alignment pattern in which the direction of the optical axis 30A changes while continuously rotating along the direction of arrow X in the plane of the cholesteric liquid crystal layer 27.
- the liquid crystal compound 30 has a liquid crystal alignment pattern in which the optical axis 30A changes while continuously rotating in the clockwise direction along the arrow X direction.
- the difference between the angles of the optical axes 30A of the liquid crystal compounds 30 adjacent to each other in the direction of the arrow X is preferably 45 ° or less, more preferably 15 ° or less, and a smaller angle. Is more preferred.
- the direction of the optical axis 30A of the liquid crystal compound 30 forming the cholesteric liquid crystal layer 27 is equal in the Y direction orthogonal to the arrow X direction, that is, the Y direction orthogonal to one direction in which the optical axis 30A rotates continuously. .
- the angle between the optical axis 30A of the liquid crystal compound 30 and the arrow X direction is equal in the Y direction.
- a cholesteric liquid crystal layer in which a conventional cholesteric liquid crystal phase is fixed normally reflects incident light (circularly polarized light) in a specular manner.
- the cholesteric liquid crystal layer 27 included in the optical element of the present invention reflects the incident light in a direction having an angle in the direction of the arrow X with respect to the incident light.
- the cholesteric liquid crystal layer 27 has a liquid crystal alignment pattern in which the optical axis 30A changes while continuously rotating along the direction of the arrow X (one predetermined direction) in the plane.
- the cholesteric liquid crystal layer 27 is a cholesteric liquid crystal layer that selectively reflects right circularly polarized light or left circularly polarized light having a selective reflection wavelength.
- the description will be made assuming that red right circularly polarized light is reflected.
- the cholesteric liquid crystal layer 27 reflects only right circularly polarized light R R of the red light, and transmits light of other wavelengths.
- the absolute phase of the right circularly polarized light R R of the red light incident on the cholesteric liquid crystal layer 27 changes according to the direction of the optical axis 30A of each liquid crystal compound 30.
- the optical axis 30A of the liquid crystal compound 30 changes while rotating along the arrow X direction (one direction). Therefore, the amount of change in the absolute phase of the right circularly polarized light R R of the incident red light differs depending on the direction of the optical axis 30A.
- the liquid crystal alignment pattern formed on the cholesteric liquid crystal layer 27 is a pattern that is periodic in the direction of the arrow X. Therefore, as shown conceptually in FIG.
- the right circularly polarized light R R of the red light incident on the cholesteric liquid crystal layer 27 has a periodic absolute phase Q in the direction of the arrow X corresponding to the direction of each optical axis 30A. Is given.
- the direction of the optical axis 30A of the liquid crystal compound 30 with respect to the arrow X direction is uniform in the arrangement of the liquid crystal compound 30 in the Y direction orthogonal to the arrow X direction.
- the equiphase plane E which is inclined in the direction of the arrow X to the XY plane is formed.
- the right circularly polarized light R R of the red light is reflected in the normal direction of the equiphase plane E, and the reflected right circularly polarized light R R of the red light is reflected with respect to the XY plane (the main surface of the cholesteric liquid crystal layer 27). Reflected in the direction inclined in the direction of arrow X.
- ⁇ one cycle in the alignment pattern of the cholesteric liquid crystal layer ⁇ is not limited, and may be appropriately set according to the use of the optical element 10 and the like.
- An optical element having an optically anisotropic layer (cholesteric liquid crystal layer) 27 having a cholesteric orientation may also be configured to have a plurality of cholesteric liquid crystal layers 27.
- one period ⁇ of the liquid crystal alignment pattern of the optically anisotropic layer may be the same or different. Further, the liquid crystal alignment pattern may be different for each optically anisotropic layer.
- a configuration having cholesteric liquid crystal layers having different selective reflection wavelengths may be employed.
- a configuration having a cholesteric liquid crystal layer that reflects red light a cholesteric liquid crystal layer that reflects green light, and a cholesteric liquid crystal layer that reflects blue light, by making the diffraction angle of light by each cholesteric liquid crystal layer the same.
- cholesteric liquid crystal layers having different selective reflection wavelengths may be provided, and light diffraction angles of the cholesteric liquid crystal layers may be different.
- red light, green light, and blue light can be diffracted and separated in different directions.
- the configuration is not limited to the configuration in which the optical axis 30A of the liquid crystal compound 30 in the liquid crystal alignment pattern of the cholesteric liquid crystal layer is continuously rotated only along the arrow X direction.
- various configurations can be used as long as the optical axis 30A of the liquid crystal compound 30 continuously rotates in one direction.
- the liquid crystal alignment pattern changes from the inside to the outside in one direction in which the direction of the optical axis of the liquid crystal compound 30 changes while rotating continuously.
- the cholesteric liquid crystal layer may be a concentric pattern having a concentric pattern.
- An optically anisotropic layer formed using a liquid crystal composition containing a liquid crystal compound, an alignment film for aligning the liquid crystal compound, and a method for manufacturing an optical element having a support An alignment film forming step of forming an alignment film on one surface of the support, Having an optically anisotropic layer forming step of forming an optically anisotropic layer on the alignment film,
- the alignment film contains a photo-alignment material,
- the support is a method for producing an optical element having a light absorption band overlapping a light absorption band in which a photochemical reaction occurs in the alignment film by irradiating polarized light in the exposure step.
- collimated light is incident on the polarization diffraction optical element, and the alignment film is irradiated with diffracted light that has been polarization-converted by the polarization diffraction optical element.
- the diffracted light interferes and irradiates the alignment film, an alignment pattern is formed on the alignment film.
- the interference light of two or more polarized beams is exposed on the alignment film as described above, as shown in FIG. Part of the light that has passed through and entered the support 20 and is incident on the support 20 is reflected on the surface of the support 20 opposite to the surface on which the alignment film 24 is formed (hereinafter also referred to as the back surface). .
- the reflected light (L r1 , L r2 ) reflected on the back surface of the support 20 is applied to the alignment film 24 again.
- the reflected light (L r1 , L r ) r2 ) is applied to an area of the alignment film 24 different from the area to which the light beam (MA, MB) is applied. Since the alignment film 24 is also exposed by the reflected light (L r1 , L r2 ), an area different from the area irradiated with the light beam (MA, MB) is also exposed.
- the exposure pattern by the reflected light (L r1 , L r2 ) is superimposed on the alignment pattern formed by the light beams (MA, MB), causing unevenness.
- the alignment pattern of the liquid crystal compound also has unevenness in the optically anisotropic layer 26 formed on the alignment film 24 where unevenness has occurred. If unevenness occurs in the optically anisotropic layer 26, desired optical characteristics cannot be obtained.
- the support 20 has a light absorption band overlapping with a light absorption band where a photochemical reaction of the alignment film 24 occurs. That is, the support 20 has a function of absorbing at least a part of the light (light rays MA and MB) applied to the alignment film 24 in the exposure step. Since the support 20 has a function of absorbing at least a part of the light (MA, MB), the light (MA, MB) transmitted through the alignment film 24 and incident on the support 20 is absorbed by the support 20, The amount of reflected light (L r1 , L r2 ) reflected on the back surface of the support 20 is reduced.
- the polarization diffraction optical element has a phase difference of ⁇ e / 2 with respect to the wavelength ⁇ e of light for exposing the alignment film.
- a periodic pattern based on the interference state of the diffracted light polarized and converted by the polarization diffraction optical element can be formed and controlled with high accuracy.
- the light incident on the polarization diffraction optical element is linearly polarized light.
- the polarization diffraction optical element is a diffraction element that controls the diffraction direction, polarization state, and diffracted light intensity of outgoing light in accordance with the polarization state of incident light by controlling the polarization state in a fine region.
- a polarization diffraction element for example, using the structural birefringence described in Erez Hasman et al., Polarization dependent focusing lens by useof quantized Pancharatnm-Berry phase diffractive optics, Applied Physics Letters, Volume 82, Number 3 pp.328-330.
- Examples include a polarization diffraction element having a diffraction structure formed thereon, and a polarization diffraction element having a diffraction structure formed by using a birefringent material described in Japanese Patent No. 54622783.
- a polarization diffraction element a liquid crystal alignment pattern formed using a composition containing a liquid crystal compound, in which the direction of the optical axis derived from the liquid crystal compound is changed while continuously rotating along at least one direction in the plane. And a liquid crystal diffraction element having the same.
- An optically anisotropic layer formed using a liquid crystal composition containing a liquid crystal compound, an alignment film for aligning the liquid crystal compound, and a method for manufacturing an optical element having a support An alignment film forming step of forming an alignment film on one surface of the support, Having an optically anisotropic layer forming step of forming an optically anisotropic layer on the alignment film,
- the alignment film contains a photo-alignment material,
- the support is a method for producing an optical element having a light absorption band overlapping a light absorption band in which a photochemical reaction occurs in the alignment film by irradiating polarized light in the exposure step.
- the polarization direction of the polarized beam focused on the alignment film is arbitrarily changed, and light is irradiated to different positions in the alignment film plane to form an alignment pattern on the alignment film.
- the liquid crystal layer is formed on the alignment film, there occurs a problem that unevenness occurs in the plane of the liquid crystal layer. It is presumed that the reason for this is that a part of the irradiated light is reflected at the interface of the support 20 and is again irradiated on the alignment film, as in the case where the interference light is exposed on the alignment film.
- the collected polarized beam is irradiated on the alignment film, and a part of the light passes through the alignment film and diverges to the support. Incident on. Therefore, when the above-mentioned interference light of two or more polarized beams is exposed on the alignment film, as shown in FIG. 5, a part of the light (MA, MB) irradiated from the alignment film 24 side becomes part of the alignment film. A part of the light that has passed through and entered the support 20 through the support 24 is incident on the surface of the support 20 opposite to the surface on which the alignment film 24 is formed (hereinafter also referred to as the back surface). reflect.
- the reflected light (L r1 , L r2 ) reflected on the back surface of the support 20 is applied to the alignment film 24 again.
- the reflected light (L r1 , L r ) r2 ) is applied to an area of the alignment film 24 different from the area to which the light beam (MA, MB) is applied. Since the alignment film 24 is also exposed by the reflected light (L r1 , L r2 ), an area different from the area irradiated with the light beam (MA, MB) is also exposed.
- the exposure pattern by the reflected light (L r1 , L r2 ) is superimposed on the alignment pattern formed by the light beams (MA, MB), causing unevenness.
- the alignment pattern of the liquid crystal compound also has unevenness in the optically anisotropic layer 26 formed on the alignment film 24 where unevenness has occurred. If unevenness occurs in the optically anisotropic layer 26, desired optical characteristics cannot be obtained.
- the support 20 has a light absorption band overlapping with a light absorption band where a photochemical reaction of the alignment film 24 occurs. That is, the support 20 has a function of absorbing at least a part of the light (light rays MA and MB) applied to the alignment film 24 in the exposure step. Since the support 20 has a function of absorbing at least a part of the light (MA, MB), the light (MA, MB) transmitted through the alignment film 24 and incident on the support 20 is absorbed by the support 20, The amount of reflected light (L r1 , L r2 ) reflected on the back surface of the support 20 is reduced.
- the condensed polarized beam used in the exposure step is preferably linearly polarized light.
- a method of changing the polarization direction of the condensed polarized beam there are a method of rotating a retardation plate (wave plate) and a method of using a phase modulation element such as a liquid crystal cell.
- the optical element of the present invention is used for various uses that transmit light in a direction different from the incident direction, such as an optical path changing member, a light condensing element, a light diffusing element in a predetermined direction, and a diffractive element in an optical device. It is possible.
- the optical element 10 on one surface of the light guide plate 42 at a distance, the light (projection image) irradiated by the display 40 in the AR glass described above can be obtained.
- the light guide plate 42 is introduced into the light guide plate 42 at an angle sufficient for total reflection, and the light that has propagated through the light guide plate 42 is emitted from the light guide plate 42 to a viewing position of the AR glass user U, and is used as a diffraction element.
- the optical element 10 of the present invention refracts light when transmitted, the light emitted by the display 40 can be refracted and incident on the light guide plate 42 obliquely.
- the light guide plate 42 can be made thinner and lighter as a whole, and the configuration of the AR glass can be simplified.
- the light guide element of the present invention is not limited to a configuration in which two light elements 10 of the present invention that are separated from each other are provided on a light guide plate 42 as shown in FIG. For the purpose of taking out light from the light guide plate 42 or for taking out light from the light guide plate 42, only one optical element 10 of the present invention may be provided on the light guide plate.
- the optical guide plate 42 has an optical surface on the opposite side to the surface facing the display 40.
- the element 12 is arranged, and the optical element 12 is arranged on the surface opposite to the surface facing the observation position by the user U.
- the optical element 12 having the cholesteric liquid crystal layer refracts light at the time of reflection, the light emitted from the display 40 and vertically incident on the light guide plate 42 is refracted obliquely. Therefore, light can be propagated to the emission side by one light guide plate 42. Further, the optical element 12 arranged on the light emission side of the light guide plate 42 can reflect and refract light in a direction perpendicular to the emission surface of the light guide plate 42 and guide the light to the observation position of the user U. Therefore, also in the AR glass using the optical element of the present invention, the light guide plate of the AR glass can be made thinner and lighter as a whole, and the configuration of the AR glass can be simplified.
- outer layer cellulose acylate dope 90 parts by mass of the above-mentioned core layer cellulose acylate dope and 10 parts by mass of the following mat solvent solution were added to prepare a cellulose acetate solution to be used as the outer layer cellulose acylate dope.
- Matting agent solution ⁇ Silica particles having an average particle size of 20 nm (AEROSIL R971, manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd.) 2 parts by weight Methylene chloride (first solvent) 76 parts by weight Methanol (second solvent) 11 parts by weight Core layer cellulose acylate dope 1 part by weight- ⁇
- the core layer cellulose acylate dope and the outer layer cellulose acylate dope After filtering the core layer cellulose acylate dope and the outer layer cellulose acylate dope with a filter paper having an average pore size of 34 ⁇ m and a sintered metal filter having an average pore size of 10 ⁇ m, the core layer cellulose acylate dope and outer layers provided on both sides thereof are provided.
- Cellulose acylate dope was simultaneously cast from a casting port onto a 20 ° C. drum using a band casting machine.
- the film was peeled off at a solvent content of about 20% by mass, fixed at both ends in the width direction of the film with a clip, and dried while being stretched in the transverse direction at a stretching ratio of 1.1%.
- the film was further dried by being conveyed between rolls of a heat treatment apparatus to produce a 20 ⁇ m-thick cellulose support.
- the thickness of the core layer in the produced cellulose support was 15 ⁇ m, and the thickness of the outer layers disposed on both sides of the core layer was 2.5 ⁇ m.
- the following coating liquid for forming an undercoat layer was continuously applied to the alkali saponified surface of the support with a # 8 wire bar.
- the support on which the coating film was formed was dried with hot air at 60 ° C. for 60 seconds and further with hot air at 100 ° C. for 120 seconds to form an undercoat layer.
- Coating solution for forming undercoat layer ⁇ The following modified polyvinyl alcohol 2.40 parts by mass Isopropyl alcohol 1.60 parts by mass Methanol 36.00 parts by mass Water 60.00 parts by mass ⁇ ⁇
- the following coating liquid for forming an alignment film was continuously applied to the support having the undercoat layer formed thereon using a # 2 wire bar.
- the support on which the coating film of the coating liquid for forming an alignment film was formed was dried on a hot plate at 60 ° C. for 60 seconds to form an alignment film.
- the alignment film was exposed using the exposure apparatus shown in FIG. 4 to form an alignment film P-1 having an alignment pattern.
- a laser emitting a laser beam having a wavelength (325 nm) was used.
- the exposure amount by the interference light was set to 100 mJ / cm 2 . Note that one cycle of the alignment pattern formed by the interference between the two laser beams (the length in which the optical axis derived from the liquid crystal compound is rotated by 180 °) changes the intersection angle (intersection angle ⁇ ) of the two lights. Controlled by.
- composition A-1 was prepared as a liquid crystal composition for forming an optically anisotropic layer.
- Composition A-1 Liquid crystal compound L-1 100.00 parts by mass Polymerization initiator (Irgacure (registered trademark) 907, manufactured by BASF) 3.00 parts by mass Photosensitizer (KAYACURE DETX-S, manufactured by Nippon Kayaku) 1.00 parts by mass Leveling agent T-1 0.24 parts by mass Methyl ethyl ketone 1087.80 parts by mass ⁇ ⁇
- the optically anisotropic layer was formed by applying the composition A-1 on the alignment film P-1 in multiple layers.
- the multi-layer coating means that a first layer of the composition A-1 is first coated on an alignment film, heated and cooled, and then cured by ultraviolet rays to form a liquid crystal fixing layer. This refers to repeating the process of applying a layer by applying a layer repeatedly, and similarly performing UV curing after heating and cooling.
- the first layer is prepared by applying the following composition A-1 onto the alignment film P-1, heating the coating film to 70 ° C. on a hot plate, and then cooling it to 25 ° C.
- the coating was irradiated with UV light having a wavelength of 365 nm at a dose of 100 mJ / cm 2 using a high-pressure mercury lamp to fix the orientation of the liquid crystal compound.
- the thickness of the first liquid crystal layer was 0.2 ⁇ m.
- the [Delta] n [ lambda] * thickness (Re ([lambda])) of the liquid crystal is determined by coating the composition A1 on a separately prepared support having an alignment film for retardation measurement, so that the director of the liquid crystal compound is horizontal to the substrate. After the alignment, the liquid crystal fixing layer (cured layer) obtained by irradiating with ultraviolet light and fixing was measured for a retardation value. The retardation value was measured at an appropriate wavelength using Axoscan manufactured by Axometrix.
- the polarizing microscope is used to confirm that the optically anisotropic layer finally has a ⁇ n 530 ⁇ thickness (Re (530)) of the liquid crystal of 265 nm and a periodic alignment surface as shown in FIG. confirmed.
- Re (530) ⁇ n 530 ⁇ thickness
- Example 1 ⁇ Preparation of optically anisotropic member> [Preparation of support]
- Core layer cellulose acylate dope ⁇ Cellulose acetate with acetyl substitution degree 2.88 100 parts by weight Polyester A 12 parts by weight UV absorber V 2.3 parts by weight Methylene chloride (first solvent) 430 parts by weight Methanol (second solvent) 64 parts by weight ⁇
- Comparative Example 2 An optically anisotropic member was produced in the same manner as in Comparative Example 1 except that the crossing angle (crossing angle ⁇ ) of the two laser beams was changed.
- Example 2 An optically anisotropic member was produced in the same manner as in Example 1, except that the crossing angle (crossing angle ⁇ ) of the two laser beams was changed.
- Example 3 An optically anisotropic member was produced in the same manner as in Example 1, except that the crossing angle (crossing angle ⁇ ) of the two laser beams was changed.
- Comparative Example 4 A support was prepared in the same manner as in Comparative Example 1, and an alignment film was formed and exposed.
- composition B-1 (Formation of reflective cholesteric liquid crystal layer)
- the following composition B-1 was prepared as a liquid crystal composition for forming a cholesteric liquid crystal layer.
- This composition B-1 is a liquid crystal composition having a selective reflection center wavelength of 530 nm and forming a cholesteric liquid crystal layer (cholesteric liquid crystal phase) that reflects right circularly polarized light.
- Composition B-1 Rod-like liquid crystal compound L-1 100.00 parts by mass Polymerization initiator (Irgacure (registered trademark) 907, manufactured by BASF) 3.00 parts by mass Photosensitizer (KAYACURE DETX-S, manufactured by Nippon Kayaku) 1.00 parts by mass Chiral agent Ch-1 5.68 parts by mass Leveling agent T-1 0.24 parts by mass Methyl ethyl ketone 1180.0 parts by mass --------- ⁇
- the reflective cholesteric liquid crystal layer was formed by applying the composition B-1 on the alignment film P-1 in multiple layers.
- the multi-layer coating means that a first layer of the composition B-1 is coated on an alignment film, heated and cooled, and then cured by ultraviolet rays to form a liquid crystal fixing layer. This refers to repeating the process of applying a layer by applying a layer repeatedly, and similarly performing UV curing after heating and cooling.
- the first layer is prepared by applying the following composition B-1 onto the alignment film P-1, heating the coating film to 95 ° C. on a hot plate, and then cooling it to 25 ° C.
- the coating was irradiated with UV light having a wavelength of 365 nm at a dose of 100 mJ / cm 2 using a high-pressure mercury lamp to fix the orientation of the liquid crystal compound.
- the thickness of the first liquid crystal layer was 0.2 ⁇ m.
- the second and subsequent layers were overcoated on the liquid crystal layer, heated and cooled under the same conditions as above, and then cured by ultraviolet light to form a liquid crystal fixing layer. In this way, the overcoating was repeated until the total thickness became a desired film thickness, and a reflective cholesteric liquid crystal layer was formed, thereby producing a reflective layer.
- the cross section of the coating layer was confirmed by SEM (Scanning Electron Microscope)
- the cholesteric liquid crystal layer of the reflection layer had 8 pitches. It was confirmed by a polarizing microscope that the reflective cholesteric liquid crystal layer had a periodic alignment surface as shown in FIG. In the liquid crystal alignment pattern of the reflective cholesteric liquid crystal layer, one period in which the optical axis derived from the liquid crystal compound was rotated by 180 ° was 10 ⁇ m.
- Example 4 An optically anisotropic member was produced in the same manner as in Comparative Example 4, except that the support produced in Example 1 was used.
- Example 5 An optically anisotropic member was produced in the same manner as in Example 4, except that the crossing angle (crossing angle ⁇ ) between the two laser beams was changed.
- Example 6 An optically anisotropic member was produced in the same manner as in Example 4, except that the crossing angle (crossing angle ⁇ ) between the two laser beams was changed.
- Example 11 In Example 1, after forming the optically anisotropic layer, the support and the alignment film were peeled off to prepare an optically anisotropic member.
- Example 12 In Example 4, after forming the optically anisotropic layer, the support and the alignment film were peeled off to prepare an optically anisotropic member.
- Example 21 to 24 An optically anisotropic member was produced in the same manner as in Example 1, except that the crossing angle (crossing angle ⁇ ) of the two laser beams was changed.
- the thickness of the first liquid crystal layer in Example 24 was set to 0.1 ⁇ m.
- Examples 25 to 28 An optically anisotropic member was produced in the same manner as in Example 4, except that the crossing angle (crossing angle ⁇ ) between the two laser beams was changed.
- the thickness of the first liquid crystal layer in Example 28 was set to 0.1 ⁇ m.
- the diffraction angle When the diffraction angle is evaluated as the total reflection, the diffraction angle is very large. Therefore, an optically anisotropic member is bonded to glass having a refractive index of 1.52, and the diffracted light passes through the glass. Total reflection was confirmed. Further, in the case where the in-plane pitch described later is 0.3 ⁇ m, the diffraction angle is further increased. Therefore, it was confirmed that the diffracted light is totally reflected when the light is obliquely incident on the optically anisotropic member.
- a support was prepared in the same manner as in Comparative Example 1, and an alignment film was formed.
- the polarization diffraction optical element was arranged such that the surface of the produced alignment film on which the liquid crystal layer of the polarization diffraction optical element was formed was on the alignment film side.
- the alignment film was exposed to laser light (wavelength 325 nm) through the polarization diffraction optical element to form an alignment film P-2 having an alignment pattern.
- the exposure amount was 100 mJ / cm 2 .
- Example 31 (Preparation of polarization diffraction optical element) A polarization diffraction optical element was produced in the same manner as in Comparative Example 31.
- a support was prepared in the same manner as in Example 1, and an alignment film was formed.
- Examples 32 to 34 An optically anisotropic member was produced in the same manner as in Example 31 except that the crossing angle (crossing angle ⁇ ) of the two laser beams was changed in the production of the polarization diffraction optical element.
- Comparative Example 35 In the same manner as in Comparative Example 31, a polarization diffraction optical element, a support, and an alignment film were prepared, and the alignment film was exposed.
- Example 35 In the same manner as in Example 31, a polarization diffraction optical element, a support, and an alignment film were prepared, and the alignment film was exposed.
- An optically anisotropic member was produced in the same manner as in Example 35 except that the intersection angle (intersection angle ⁇ ) of the two laser beams was changed in the production of the polarization diffraction optical element.
- Comparative Example 41 A support was prepared in the same manner as in Comparative Example 1, and an alignment film was formed.
- the alignment film was exposed by irradiating the alignment film with laser light having linearly polarized light, thereby forming an alignment film P-3 having an alignment pattern.
- a laser emitting a laser beam having a wavelength (325 nm) was used.
- the entire alignment film was exposed so as to have a desired alignment state.
- Example 41 A support was prepared in the same manner as in Example 1, and an alignment film was formed.
- Example 42 to 43 An optically anisotropic member was produced in the same manner as in Example 41 except that the period of the alignment pattern was changed in the exposure of the alignment film.
- Comparative Example 44 A support was prepared in the same manner as in Comparative Example 1, and an alignment film was formed.
- Example 44 A support was prepared in the same manner as in Example 1, and an alignment film was formed.
- Example 45 to 46 An optically anisotropic member was produced in the same manner as in Example 44 except that the period of the alignment pattern was changed in the exposure of the alignment film.
- the present invention can be suitably used for various uses for refracting light in an optical device, such as a diffractive element for causing light to enter and exit a light guide plate made of AR glass.
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Abstract
面内ムラの少ない光学異方性層を作製することができる光学素子の製造方法、ならびに、光学素子を提供する。液晶化合物を含む液晶組成物を用いて形成された光学異方性層と、液晶化合物を配向させる配向膜と、支持体とを有する光学素子の製造方法であって、支持体の一方の表面に配向膜を形成する配向膜形成工程と、配向膜上に光学異方性層を形成する光学異方性層形成工程とを有し、配向膜は、光配向材料を含有し、配向膜形成工程において、配向膜の面内の異なる位置に偏光方向の異なる光を露光する露光工程を有し、支持体は、露光工程において偏光した光を照射することによって配向膜に光化学反応が生じる光吸収帯域と重複する光吸収帯域を有する。
Description
本発明は、光を屈折させる光学素子の製造方法、および、光学素子に関する。
多くの光学デバイスあるいはシステムにおいて、光の回折が利用されており、液晶を用いた回折素子が知られている。異方性を有する液晶分子は、規則的に配列することで光学的性質の異方性を示す。このような液晶分子を配列した液晶層(光学異方性層)は、液晶の配列パターンを調整することで回折素子として利用することができる。
例えば、特許文献1には、基板と、基板上の第1の偏光回折格子層であって、第1の偏光回折格子層の両面間に定められる第1の厚みにわたって第1の捩じれ性に従って捩じられている分子構造を含んでいる第1の偏光回折格子層と、を備えている偏光回折格子が開示されている。
また、この偏光回折格子層の作製方法として、特許文献1には、液晶分子を配向させるための配向層に、直交円偏光レーザからなる干渉光を用いて、露光またはパターンニングして、偏光干渉パターンを生じさせることで、この配向層の上に塗布された液晶組成物を、配向層に形成されたパターンに応じて配列することが開示されている。
また、液晶を用いた回折素子の作製方法として、特許文献2には、配向材料を干渉パターンに曝して配向材料内で化学反応を起こさせるステップと、配向材料に液晶をさらして液晶を干渉パターンに基づいて配向材料に対して整列させるステップとを含む方法が開示されている。
本発明者らの検討によれば、配向膜に干渉光を照射して配向膜に配向パターンを形成し、配向膜の上に液晶層を形成すると液晶層の面内にムラが発生するという問題が生じることがわかった。
この原因として本発明者らは、配向膜に干渉光を照射した際に、支持体の、配向膜が形成された面とは反対側の面で干渉光が反射して再度、配向膜に照射されるため、配向膜に形成されるパターンにムラが生じて、この配向膜の上に形成される液晶層にもムラは発生したものと推定した。
この原因として本発明者らは、配向膜に干渉光を照射した際に、支持体の、配向膜が形成された面とは反対側の面で干渉光が反射して再度、配向膜に照射されるため、配向膜に形成されるパターンにムラが生じて、この配向膜の上に形成される液晶層にもムラは発生したものと推定した。
本発明の課題は、このような従来技術の問題点を解決することにあり、面内ムラの少ない光学異方性層を作製することができる光学素子の製造方法、ならびに、光学素子を提供することにある。
この課題を解決するために、本発明の光学素子は、以下の構成を有する。
[1] 液晶化合物を含む液晶組成物を用いて形成された光学異方性層と、液晶化合物を配向させる配向膜と、支持体とを有する光学素子の製造方法であって、
支持体の一方の表面に配向膜を形成する配向膜形成工程と、
配向膜上に光学異方性層を形成する光学異方性層形成工程とを有し、
配向膜は、光配向材料を含有し、
配向膜形成工程において、配向膜面内の異なる位置に偏光方向の異なる光を露光する露光工程を有し、
支持体は、露光工程において偏光した光を照射することによって配向膜に光化学反応が生じる光吸収帯域と重複する光吸収帯域を有する光学素子の製造方法。
[2] 露光工程は、配向膜に2つ以上の偏光したビームを干渉させて露光する[1]に記載の光学素子の製造方法。
[3] 露光工程は、偏光回折光学素子に光を入射させ、偏光回折光学素子によって偏光変換された光を、配向膜に露光する[1]に記載の光学素子の製造方法。
[4] 露光工程は、集光した偏光ビームの偏光方向を任意に変えて、配向膜面内の異なる位置を露光する[1]に記載の光学素子の製造方法。
[5] 配向膜を露光する光がレーザー光である[1]~[4]のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
[6] 2つ以上の偏光したビームがレーザー光である[2]に記載の光学素子の製造方法。
[7] 2つ以上の偏光したビームの少なくとも2つのビームの波長が等しい[2]または[6]に記載の光学素子の製造方法。
[8] 2つ以上の偏光したビームの少なくとも2つのビームの光強度が等しい[2]、[6]および[7]のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
[9] 2つ以上の偏光したビームの少なくとも2つのビームが異なる偏光である[2]、[6]~[8]のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
[10] 2つ以上の偏光したビームが直交する偏光を含む[2]、[6]~[9]のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
[11] 2つ以上の偏光したビームが左円偏光と右円偏光とを含む[2]、[6]~[10]のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
[12] 露光工程において2つ以上の偏光したビームを干渉させた干渉光の偏光状態が周期パターンを有する[2]、[6]~[11]のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
[13] 配向膜は、光化学反応により、2つ以上の偏光したビームを干渉させた干渉光の偏光状態の周期パターンに応じて異方性を発現させる[12]に記載の光学素子の製造方法。
[14] 光学異方性層は、配向膜の異方性の周期パターンに応じた、液晶配向パターンを有する[13]に記載の光学素子の製造方法。
[15] 偏光回折光学素子が配向膜を露光する光の波長λeに対し、λe/2の位相差を有する[3]に記載の光学素子の製造方法。
[16] 偏光回折光学素子に入射する光が直線偏光である、[3]または[15]に記載の光学素子の製造方法。
[17] 集光した偏光ビームが直線偏光である、[4]に記載の光学素子の製造方法。
[18] 露光工程において露光された配向膜は、液晶化合物を、液晶化合物由来の光学軸の向きが配向膜を露光した光の偏光方向に応じた配向パターンとなるように配向させる[1]~[17]のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
[19] 露光工程において露光された配向膜は、液晶化合物を、液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している配向パターンとなるように配向させる[1]~[18]のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
[20] 配向膜の光吸収帯域の少なくとも一部の波長が200nm~500nmである[1]~[19]のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
[21] 光学異方性層形成工程の後に支持体を剥離する剥離工程を有する[1]~[20]のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
[22] 支持体は、配向膜の光化学反応が生じる光吸収帯域と重複する光吸収帯域の光を吸収する光吸収層を有し、
光学異方性層形成工程の後に支持体と光吸収層を共に剥離する剥離工程を有する[1]~[21]のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
[23] [1]~[22]のいずれかに記載の光学素子の製造方法によって作製された光学素子であって、
液晶化合物を含む組成物を用いて形成された光学異方性層と配向層と支持体とをこの順に有し、
光学異方性層は、液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有し、
配向層は、光配向材料を含有し、
支持体は、配向膜の光化学反応が生じる光吸収帯域と重複する光吸収帯域を有する光学素子。
[24] 光学異方性層は、入射した光を回折して透過する機能を有する[23]に記載の光学素子。
[25] 光学異方性層は、厚み方向において液晶化合物の配向がねじれ性を持つ領域を有する[23]または[24]に記載の光学素子。
[26] 光学異方性層は、コレステリック配向を有する[23]に記載の光学素子。
[27] 光学異方性層は、入射した光を回折して反射する機能を有する[26]に記載の光学素子。
[1] 液晶化合物を含む液晶組成物を用いて形成された光学異方性層と、液晶化合物を配向させる配向膜と、支持体とを有する光学素子の製造方法であって、
支持体の一方の表面に配向膜を形成する配向膜形成工程と、
配向膜上に光学異方性層を形成する光学異方性層形成工程とを有し、
配向膜は、光配向材料を含有し、
配向膜形成工程において、配向膜面内の異なる位置に偏光方向の異なる光を露光する露光工程を有し、
支持体は、露光工程において偏光した光を照射することによって配向膜に光化学反応が生じる光吸収帯域と重複する光吸収帯域を有する光学素子の製造方法。
[2] 露光工程は、配向膜に2つ以上の偏光したビームを干渉させて露光する[1]に記載の光学素子の製造方法。
[3] 露光工程は、偏光回折光学素子に光を入射させ、偏光回折光学素子によって偏光変換された光を、配向膜に露光する[1]に記載の光学素子の製造方法。
[4] 露光工程は、集光した偏光ビームの偏光方向を任意に変えて、配向膜面内の異なる位置を露光する[1]に記載の光学素子の製造方法。
[5] 配向膜を露光する光がレーザー光である[1]~[4]のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
[6] 2つ以上の偏光したビームがレーザー光である[2]に記載の光学素子の製造方法。
[7] 2つ以上の偏光したビームの少なくとも2つのビームの波長が等しい[2]または[6]に記載の光学素子の製造方法。
[8] 2つ以上の偏光したビームの少なくとも2つのビームの光強度が等しい[2]、[6]および[7]のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
[9] 2つ以上の偏光したビームの少なくとも2つのビームが異なる偏光である[2]、[6]~[8]のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
[10] 2つ以上の偏光したビームが直交する偏光を含む[2]、[6]~[9]のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
[11] 2つ以上の偏光したビームが左円偏光と右円偏光とを含む[2]、[6]~[10]のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
[12] 露光工程において2つ以上の偏光したビームを干渉させた干渉光の偏光状態が周期パターンを有する[2]、[6]~[11]のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
[13] 配向膜は、光化学反応により、2つ以上の偏光したビームを干渉させた干渉光の偏光状態の周期パターンに応じて異方性を発現させる[12]に記載の光学素子の製造方法。
[14] 光学異方性層は、配向膜の異方性の周期パターンに応じた、液晶配向パターンを有する[13]に記載の光学素子の製造方法。
[15] 偏光回折光学素子が配向膜を露光する光の波長λeに対し、λe/2の位相差を有する[3]に記載の光学素子の製造方法。
[16] 偏光回折光学素子に入射する光が直線偏光である、[3]または[15]に記載の光学素子の製造方法。
[17] 集光した偏光ビームが直線偏光である、[4]に記載の光学素子の製造方法。
[18] 露光工程において露光された配向膜は、液晶化合物を、液晶化合物由来の光学軸の向きが配向膜を露光した光の偏光方向に応じた配向パターンとなるように配向させる[1]~[17]のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
[19] 露光工程において露光された配向膜は、液晶化合物を、液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している配向パターンとなるように配向させる[1]~[18]のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
[20] 配向膜の光吸収帯域の少なくとも一部の波長が200nm~500nmである[1]~[19]のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
[21] 光学異方性層形成工程の後に支持体を剥離する剥離工程を有する[1]~[20]のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
[22] 支持体は、配向膜の光化学反応が生じる光吸収帯域と重複する光吸収帯域の光を吸収する光吸収層を有し、
光学異方性層形成工程の後に支持体と光吸収層を共に剥離する剥離工程を有する[1]~[21]のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
[23] [1]~[22]のいずれかに記載の光学素子の製造方法によって作製された光学素子であって、
液晶化合物を含む組成物を用いて形成された光学異方性層と配向層と支持体とをこの順に有し、
光学異方性層は、液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有し、
配向層は、光配向材料を含有し、
支持体は、配向膜の光化学反応が生じる光吸収帯域と重複する光吸収帯域を有する光学素子。
[24] 光学異方性層は、入射した光を回折して透過する機能を有する[23]に記載の光学素子。
[25] 光学異方性層は、厚み方向において液晶化合物の配向がねじれ性を持つ領域を有する[23]または[24]に記載の光学素子。
[26] 光学異方性層は、コレステリック配向を有する[23]に記載の光学素子。
[27] 光学異方性層は、入射した光を回折して反射する機能を有する[26]に記載の光学素子。
本発明の光学素子の製造方法および光学素子は、面内ムラの少ない光学異方性層を作製することができる。
以下、本発明の光学素子の製造方法および光学素子について、添付の図面に示される好適実施例を基に詳細に説明する。
本明細書において「~」を用いて表される数値範囲は、「~」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
本明細書において、「(メタ)アクリレート」は、「アクリレートおよびメタクリレートのいずれか一方または双方」の意味で使用される。
本明細書において、「同一」は、技術分野で一般的に許容される誤差範囲を含むものとする。また、本明細書において、「全部」、「いずれも」および「全面」などというとき、100%である場合のほか、技術分野で一般的に許容される誤差範囲を含み、例えば99%以上、95%以上、または90%以上である場合を含むものとする。
本明細書において、「(メタ)アクリレート」は、「アクリレートおよびメタクリレートのいずれか一方または双方」の意味で使用される。
本明細書において、「同一」は、技術分野で一般的に許容される誤差範囲を含むものとする。また、本明細書において、「全部」、「いずれも」および「全面」などというとき、100%である場合のほか、技術分野で一般的に許容される誤差範囲を含み、例えば99%以上、95%以上、または90%以上である場合を含むものとする。
本明細書において、可視光は、電磁波のうち、ヒトの目で見える波長の光であり、380~780nmの波長域の光を示す。非可視光は、380nm未満の波長域および780nmを超える波長域の光である。
またこれに限定されるものではないが、可視光のうち、420~490nmの波長域の光は青色光であり、495~570nmの波長域の光は緑色光であり、620~750nmの波長域の光は赤色光である。
またこれに限定されるものではないが、可視光のうち、420~490nmの波長域の光は青色光であり、495~570nmの波長域の光は緑色光であり、620~750nmの波長域の光は赤色光である。
本明細書において、Re(λ)は、波長λにおける面内のレタデーションを表す。特に記載がないときは、波長λは、550nmとする。
本明細書において、Re(λ)は、AxoScan(Axometrics社製)において、波長λで測定した値である。AxoScanにて平均屈折率((nx+ny+nz)/3)と膜厚(d(μm))を入力することにより、
遅相軸方向(°)
Re(λ)=R0(λ)
が算出される。
なお、R0(λ)は、AxoScanで算出される数値として表示されるものであるが、Re(λ)を意味している。
本明細書において、Re(λ)は、AxoScan(Axometrics社製)において、波長λで測定した値である。AxoScanにて平均屈折率((nx+ny+nz)/3)と膜厚(d(μm))を入力することにより、
遅相軸方向(°)
Re(λ)=R0(λ)
が算出される。
なお、R0(λ)は、AxoScanで算出される数値として表示されるものであるが、Re(λ)を意味している。
[光学素子の製造方法]
本発明の光学素子の製造方法(以下、本発明の製造方法ともいう)は、
液晶化合物を含む液晶組成物を用いて形成された光学異方性層と、液晶組成物を配向する配向膜と、支持体とを有する光学素子の製造方法であって、
支持体の一方の表面に配向膜を形成する配向膜形成工程と、
配向膜上に光学異方性層を形成する光学異方性層形成工程とを有し、
配向膜は、光配向材料を含有し、
配向膜形成工程において、配向膜に2つ以上の偏光したビームを干渉させて露光する露光工程を有し、
支持体は、露光工程において配向膜の光化学反応が生じる光吸収帯域と重複する光吸収帯域を有する光学素子の製造方法である。
本発明の光学素子の製造方法(以下、本発明の製造方法ともいう)は、
液晶化合物を含む液晶組成物を用いて形成された光学異方性層と、液晶組成物を配向する配向膜と、支持体とを有する光学素子の製造方法であって、
支持体の一方の表面に配向膜を形成する配向膜形成工程と、
配向膜上に光学異方性層を形成する光学異方性層形成工程とを有し、
配向膜は、光配向材料を含有し、
配向膜形成工程において、配向膜に2つ以上の偏光したビームを干渉させて露光する露光工程を有し、
支持体は、露光工程において配向膜の光化学反応が生じる光吸収帯域と重複する光吸収帯域を有する光学素子の製造方法である。
また、本発明の製造方法によって作製される光学素子は、
液晶化合物を含む組成物を用いて形成された光学異方性層と配向層と支持体とをこの順に有し、
光学異方性層は、液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有し、
配向層は、光配向材料を含有し、
支持体は、配向膜の光化学反応が生じる光吸収帯域と重複する光吸収帯域を有する光学素子である。
液晶化合物を含む組成物を用いて形成された光学異方性層と配向層と支持体とをこの順に有し、
光学異方性層は、液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有し、
配向層は、光配向材料を含有し、
支持体は、配向膜の光化学反応が生じる光吸収帯域と重複する光吸収帯域を有する光学素子である。
まず、本発明の光学素子の製造方法について、一例を用いて説明する。
光学素子の製造方法の一例は、
配向膜の光化学反応が生じる光吸収帯域と重複する光吸収帯域を有する支持体を準備する工程と、
準備した支持体の一方の表面に、光配向材料を含有する配向膜を塗布する塗布工程、および、形成した塗膜に2つ以上の偏光したビームを干渉させて露光する露光工程を有する配向膜形成工程と、
配向膜上に光学異方性層を形成する光学異方性層形成工程とを有する。
光学素子の製造方法の一例は、
配向膜の光化学反応が生じる光吸収帯域と重複する光吸収帯域を有する支持体を準備する工程と、
準備した支持体の一方の表面に、光配向材料を含有する配向膜を塗布する塗布工程、および、形成した塗膜に2つ以上の偏光したビームを干渉させて露光する露光工程を有する配向膜形成工程と、
配向膜上に光学異方性層を形成する光学異方性層形成工程とを有する。
本発明の製造方法は、図1および図2に示すような光学素子10を作製する。図1および図2に示す光学素子10は、支持体20、配向膜24および光学異方性層26をこの順に有するものである。光学異方性層26は、液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有する。
光学素子10については後に詳述する。
光学素子10については後に詳述する。
<<支持体>>
本発明の製造方法で用いられる支持体20は、配向膜24、および、光学異方性層26を支持するフィルム状物(シート状物、板状物)である。
ここで、本発明においては、支持体20は、後述する配向膜の光化学反応が生じる光吸収帯域と重複する光吸収帯域を有するものである。すなわち、支持体20は、配向膜の光化学反応が生じる波長域と重複する波長域の光を吸収する機能を有する。
本発明の製造方法で用いられる支持体20は、配向膜24、および、光学異方性層26を支持するフィルム状物(シート状物、板状物)である。
ここで、本発明においては、支持体20は、後述する配向膜の光化学反応が生じる光吸収帯域と重複する光吸収帯域を有するものである。すなわち、支持体20は、配向膜の光化学反応が生じる波長域と重複する波長域の光を吸収する機能を有する。
支持体20の材料としては、光学素子で支持体の材料として用いられる各種の樹脂を用いることができる。ここで、支持体20が所定の波長域の光を吸収する構成とするために、支持体となる樹脂中に光吸収材料を含有させる構成としてもよい。あるいは、所定の波長域の光を吸収する樹脂材料を支持体の材料として用いてもよい。あるいは、図3に示す例のように、支持体20を主支持体36と、所定の波長域の光を吸収する光吸収層38とを有する構成としてもよい。
支持体20の材料としては、透明性が高いものが好ましく、ポリメチルメタクリレート等のポリアクリル系樹脂、セルローストリアセテート等のセルロース系樹脂、シクロオレフィンポリマー系樹脂、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリカーボネート、および、ポリ塩化ビニル等を挙げることができる。支持体20の材料は樹脂に限らず、ガラスを用いてもよい。
光吸収材料としては限定はなく、吸収する波長域に応じで、公知の光吸収材料を用いることができる。例えば、吸収する光が紫外線の場合には、ベンゾトリアゾール系、ベンゾフェノン系、等の公知の紫外線吸収剤を用いることができる。また、吸収する光が300nm~400nmの波長域の場合には、特開2006-184874号公報に記載の化合物、特開平6-148430号公報に記載の化合物等の公知の光吸収剤を用いることができる。
光吸収材料の種類および濃度は、分散させる樹脂への分散性、溶解性、吸収波長、吸収係数、支持体の厚さ等に応じて適宜選択すればよい。
支持体20を主支持体36と光吸収層38とで構成する場合には、主支持体36の材料は上記支持体20の材料と同様の材料を用いることができる。
また、光吸収層38としては、上述した所定の光を吸収する樹脂材料からなる層としてもよいし、上述した光吸収材料を含有する樹脂層としてもよい。
また、光吸収層38としては、上述した所定の光を吸収する樹脂材料からなる層としてもよいし、上述した光吸収材料を含有する樹脂層としてもよい。
支持体20の厚さには、制限はなく、光学素子10の用途および支持体20の形成材料等に応じて、配向膜および光学異方性層を保持できる厚さを、適宜、設定すればよい。
支持体20の厚さは、1~1000μmが好ましく、3~250μmがより好ましく、5~150μmがさらに好ましい。
支持体20の厚さは、1~1000μmが好ましく、3~250μmがより好ましく、5~150μmがさらに好ましい。
本発明の光学素子10においては、支持体20を剥離し、光学異方性層を他の基材に転写する形態も好ましく用いられる。例えば、曲面形状を有する基材に、支持体20を剥離し、光学異方性層を転写して用いることができる。支持体20を剥離し、薄層である光学異方性層を使用することにより、様々な形状の光学素子、アプリケーションに適用できるなど、応用範囲が広がる点で好ましい。
<<配向膜形成工程>>
配向膜形成工程は、支持体20に配向膜24となる組成物を塗布する塗布工程と、支持体上に形成した配向膜(塗膜)に2つ以上の偏光したビームを干渉させて露光する露光工程とを有する。
配向膜24は、光学異方性層26を形成する際に、液晶化合物30を所定の液晶配向パターンに配向するための層である。
配向膜形成工程は、支持体20に配向膜24となる組成物を塗布する塗布工程と、支持体上に形成した配向膜(塗膜)に2つ以上の偏光したビームを干渉させて露光する露光工程とを有する。
配向膜24は、光学異方性層26を形成する際に、液晶化合物30を所定の液晶配向パターンに配向するための層である。
後に詳述するが、本発明の光学素子10において、光学異方性層26は、液晶化合物30に由来する光軸30A(図2参照)の向きが、面内の一方向(後述する矢印X方向)に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有する。従って、各光学異方性部材の配向膜は、光学異方性層が、この液晶配向パターンを形成できるように、形成される。
以下の説明では、『光軸30Aの向きが回転』を単に『光軸30Aが回転』とも言う。
以下の説明では、『光軸30Aの向きが回転』を単に『光軸30Aが回転』とも言う。
本発明の光学素子10においては、配向膜は、光配向性の素材に偏光または非偏光を照射して配向膜とした、いわゆる光配向膜である。すなわち、本発明の光学素子10においては、配向膜として、支持体20上に、光配向材料を塗布して形成した光配向膜が利用される。
偏光の照射は、光配向膜に対して、垂直方向または斜め方向から行うことができる。
偏光の照射は、光配向膜に対して、垂直方向または斜め方向から行うことができる。
本発明に利用可能な光配向膜に用いられる光配向材料としては、例えば、特開2006-285197号公報、特開2007-76839号公報、特開2007-138138号公報、特開2007-94071号公報、特開2007-121721号公報、特開2007-140465号公報、特開2007-156439号公報、特開2007-133184号公報、特開2009-109831号公報、特許第3883848号公報および特許第4151746号公報に記載のアゾ化合物、特開2002-229039号公報に記載の芳香族エステル化合物、特開2002-265541号公報および特開2002-317013号公報に記載の光配向性単位を有するマレイミドおよび/またはアルケニル置換ナジイミド化合物、特許第4205195号および特許第4205198号に記載の光架橋性シラン誘導体、特表2003-520878号公報、特表2004-529220号公報および特許第4162850号に記載の光架橋性ポリイミド、光架橋性ポリアミドおよび光架橋性エステル、ならびに、特開平9-118717号公報、特表平10-506420号公報、特表2003-505561号公報、国際公開第2010/150748号、特開2013-177561号公報および特開2014-12823号公報に記載の光二量化可能な化合物、特にシンナメート化合物、カルコン化合物およびクマリン化合物等が、好ましい例として例示される。
中でも、アゾ化合物、光架橋性ポリイミド、光架橋性ポリアミド、光架橋性エステル、シンナメート化合物、および、カルコン化合物は、好適に利用される。
中でも、アゾ化合物、光架橋性ポリイミド、光架橋性ポリアミド、光架橋性エステル、シンナメート化合物、および、カルコン化合物は、好適に利用される。
配向膜の厚さには制限はなく、配向膜の形成材料に応じて、必要な配向機能を得られる厚さを、適宜、設定すればよい。
配向膜の厚さは、0.01~5μmが好ましく、0.05~2μmがより好ましい。
配向膜の厚さは、0.01~5μmが好ましく、0.05~2μmがより好ましい。
(塗布工程)
配向膜となる組成物を塗布する方法としては限定はなく、バーコート、グラビアコート、および、スプレー塗布等の液体の塗布に用いられている公知の各種の方法が利用可能である。また、組成物の塗布厚(塗膜厚)は、組成物の組成等に応じて、目的とする厚さの配向膜が得られる塗布厚を、適宜、設定すればよい。
配向膜となる組成物を塗布する方法としては限定はなく、バーコート、グラビアコート、および、スプレー塗布等の液体の塗布に用いられている公知の各種の方法が利用可能である。また、組成物の塗布厚(塗膜厚)は、組成物の組成等に応じて、目的とする厚さの配向膜が得られる塗布厚を、適宜、設定すればよい。
(露光工程)
露光工程は、塗布工程の後、配向膜となる塗膜に2つ以上の偏光したビームを干渉させて露光する。これによって、配向膜上に形成される光学異方性層が所定の液晶配向パターンを形成できるように、配向膜に所定の配向パターンが形成される。具体的には、配向膜上に形成される光学異方性層の、液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している配向パターンとなるような配向パターンが配向膜に形成される。
露光工程は、塗布工程の後、配向膜となる塗膜に2つ以上の偏光したビームを干渉させて露光する。これによって、配向膜上に形成される光学異方性層が所定の液晶配向パターンを形成できるように、配向膜に所定の配向パターンが形成される。具体的には、配向膜上に形成される光学異方性層の、液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している配向パターンとなるような配向パターンが配向膜に形成される。
図4に、配向膜を露光して配向パターンを形成する露光装置の一例を概念的に示す。
図4に示す露光装置60は、レーザ62を備えた光源64と、レーザ62が出射したレーザ光Mを光線MAおよびMBの2つに分離するビームスプリッター68と、分離された2つの光線MAおよびMBの光路上にそれぞれ配置されたミラー70Aおよび70Bと、λ/4板72Aおよび72Bと、を備える。
なお、図示は省略するが、光源64は直線偏光P0を出射する。λ/4板72Aは、直線偏光P0(光線MA)を右円偏光PRに、λ/4板72Bは直線偏光P0(光線MB)を左円偏光PLに、それぞれ変換する。
図4に示す露光装置60は、レーザ62を備えた光源64と、レーザ62が出射したレーザ光Mを光線MAおよびMBの2つに分離するビームスプリッター68と、分離された2つの光線MAおよびMBの光路上にそれぞれ配置されたミラー70Aおよび70Bと、λ/4板72Aおよび72Bと、を備える。
なお、図示は省略するが、光源64は直線偏光P0を出射する。λ/4板72Aは、直線偏光P0(光線MA)を右円偏光PRに、λ/4板72Bは直線偏光P0(光線MB)を左円偏光PLに、それぞれ変換する。
配向パターンを形成される前の配向膜24(塗膜)を有する支持体20が露光部に配置され、2つの光線MAと光線MBとを配向膜24上において交差させて干渉させ、その干渉光を配向膜24に照射して露光する。
この際の干渉により、配向膜24に照射される光の偏光状態が干渉縞状に周期的に変化するものとなる。これにより、配向膜24において、配向状態が周期的に変化する配向パターンが得られる。
露光装置60においては、2つの光線MAおよびMBの交差角αを変化させることにより、配向パターンの周期を調節できる。すなわち、露光装置60においては、交差角αを調節することにより、液晶化合物30に由来する光軸30Aが一方向に沿って連続的に回転する配向パターンにおいて、光軸30Aが回転する1方向における、光軸30Aが180°回転する1周期の長さ(1周期Λ)を調節できる。
このような配向状態が周期的に変化した配向パターンを有する配向膜上に、光学異方性層を形成することにより、後述するように、液晶化合物30に由来する光軸30Aが一方向に向かって連続的に回転する液晶配向パターンを有する、光学異方性層26を形成できる。
また、λ/4板72Aおよび72Bの光学軸を各々90°回転することにより、光軸30Aの回転方向を逆にすることができる。
この際の干渉により、配向膜24に照射される光の偏光状態が干渉縞状に周期的に変化するものとなる。これにより、配向膜24において、配向状態が周期的に変化する配向パターンが得られる。
露光装置60においては、2つの光線MAおよびMBの交差角αを変化させることにより、配向パターンの周期を調節できる。すなわち、露光装置60においては、交差角αを調節することにより、液晶化合物30に由来する光軸30Aが一方向に沿って連続的に回転する配向パターンにおいて、光軸30Aが回転する1方向における、光軸30Aが180°回転する1周期の長さ(1周期Λ)を調節できる。
このような配向状態が周期的に変化した配向パターンを有する配向膜上に、光学異方性層を形成することにより、後述するように、液晶化合物30に由来する光軸30Aが一方向に向かって連続的に回転する液晶配向パターンを有する、光学異方性層26を形成できる。
また、λ/4板72Aおよび72Bの光学軸を各々90°回転することにより、光軸30Aの回転方向を逆にすることができる。
ここで、前述のとおり、本発明者らの検討によれば、配向膜に干渉光を照射して配向膜に配向パターンを形成し、配向膜の上に液晶層を形成すると液晶層の面内にムラが発生するという問題が生じることがわかった。この原因として、照射した光の一部が支持体20の界面で反射して再度配向膜に照射されるためであると推定した。
具体的には、図5に示すように、配向膜24側から照射した光線(MA、MB)の一部が配向膜24を透過し支持体20に入射して、支持体20に入射した光の一部が、支持体20の配向膜24が形成された面とは反対側の面(以下、背面ともいう)で反射する。支持体20背面で反射された反射光(Lr1、Lr2)は配向膜24に再度照射される。その際、配向膜24に照射される光線(MA、MB)は、配向膜24の主面に対して斜めから照射されるため、支持体20の背面で反射された反射光(Lr1、Lr2)は、配向膜24の、光線(MA、MB)が照射された領域とは異なる領域に照射される。配向膜24は反射光(Lr1、Lr2)によっても露光されてしまうため、光線(MA、MB)が照射された領域とは異なる領域も露光されてしまう。そのため、光線(MA、MB)によって形成される配向パターンに、反射光(Lr1、Lr2)による露光パターンが重畳してムラが生じてしまう。その結果、ムラが生じた配向膜24上に形成された光学異方性層26にも液晶化合物の配向パターンにムラが生じてしまう。光学異方性層26にムラが生じると、所望の光学特性が得られない。
これに対して、本発明の製造方法は、支持体20が、配向膜24の光化学反応が生じる光吸収帯域と重複する光吸収帯域を有する。すなわち、支持体20は、露光工程で配向膜24に照射する光(光線MA、MB)の少なくとも一部を吸収する機能を有する。
支持体20が、光線(MA、MB)の少なくとも一部を吸収する機能を有するため、配向膜24を透過し支持体20に入射した光線(MA、MB)は、支持体20によって吸収され、支持体20の背面で反射される反射光(Lr1、Lr2)の光量が小さくなる。従って、配向膜24が反射光(Lr1、Lr2)によって露光されるのを抑制でき、配向膜24に形成される配向パターンにムラが生じることを抑制できる。その結果、配向膜24上に形成された光学異方性層26の配向パターンにムラが生じることを抑制でき、所望の光学特性が得ることができる。
支持体20が、光線(MA、MB)の少なくとも一部を吸収する機能を有するため、配向膜24を透過し支持体20に入射した光線(MA、MB)は、支持体20によって吸収され、支持体20の背面で反射される反射光(Lr1、Lr2)の光量が小さくなる。従って、配向膜24が反射光(Lr1、Lr2)によって露光されるのを抑制でき、配向膜24に形成される配向パターンにムラが生じることを抑制できる。その結果、配向膜24上に形成された光学異方性層26の配向パターンにムラが生じることを抑制でき、所望の光学特性が得ることができる。
配向膜24の光吸収帯域の少なくとも一部の波長、すなわち、露光工程において照射する光の波長は、200nm~500nmであるのが好ましく、250nm~450nmであるのがより好ましく、300nm~400nmであるのがさらに好ましい。
光学異方性層26の配向パターンにムラが生じることを抑制できる観点から、支持体20は、露光工程で配向膜24に照射する光を50%以上吸収できるのが好ましく、75%以上吸収できるのがより好ましく、90%以上吸収できるのがさらに好ましい。
光の吸収率は、分光光度計等によって測定できる。
光の吸収率は、分光光度計等によって測定できる。
一方で、光学素子10は、入射光を透過して回折するものであるため、支持体20は、透過、回折する光の波長域に対する透過率は高い方が好ましい。具体的には、透過、回折する光の波長域に対する透過率は、50%以上であるのが好ましく、70%以上であるのがより好ましく、85%以上であるのがさらに好ましい。
一例として、露光工程で配向膜24に照射する光が紫外線で、光学素子10が透過、回折する光が可視光である場合には、支持体20として、紫外線に対して高い吸収率を有し、可視光に対して高い透過率を有するものを用いればよい。
透過、回折する光の波長域に対し、支持体20の吸収率が高い場合、透過、回折する光の利用効率が低下する点で好ましくない。また、透過、回折する光の波長域に対し、支持体20の反射率が高い場合、透過、回折する光の利用効率が低下することに加え、不必要な反射光が発生する場合がある。
一例として、露光工程で配向膜24に照射する光が紫外線で、光学素子10が透過、回折する光が可視光である場合には、支持体20として、紫外線に対して高い吸収率を有し、可視光に対して高い透過率を有するものを用いればよい。
透過、回折する光の波長域に対し、支持体20の吸収率が高い場合、透過、回折する光の利用効率が低下する点で好ましくない。また、透過、回折する光の波長域に対し、支持体20の反射率が高い場合、透過、回折する光の利用効率が低下することに加え、不必要な反射光が発生する場合がある。
なお、図4に示す例では、露光工程において照射する光(ビーム)はレーザー光としたがこれに限定はされない。レーザー光は、波長域が狭く、指向性が高いため、高精度に配向パターンを形成できる点で好ましい。
また、配向膜に照射する2つ以上の偏光したビームは、波長が等しいことが好ましい。同じ波長のビームを用いることで、干渉光の偏光状態による周期パターンを高精度で形成、制御することができる。
また、配向膜に照射する2つ以上の偏光したビームは、光の強度が等しいことが好ましい。同じ強度のビームを用いることで、干渉光の偏光状態による周期パターンを高精度で形成、制御することができる。
また、配向膜に照射する2つ以上の偏光したビームは、異なる偏光であるのが好ましく、直交する偏光を含むことがより好ましく、左円偏光と右円偏光とを含むことがさらに好ましい。これによって、干渉光に偏光状態による周期パターンを持たせることができ、干渉光の偏光状態によって配向膜の異方性を異なるものとして、配向膜に干渉光の偏光状態の周期パターンに応じた異方性を発現させることができる。
<<光学異方性層形成工程>>
光学異方性層形成工程は、配向パターンが形成された配向膜上に光学異方性層を形成する工程である。
具体的には、光学異方性層形成工程は、例えば、調製した液晶化合物を含む液晶組成物を配向膜24上に塗布する工程、および、塗布した液晶組成物を硬化する工程を有する。
光学異方性層形成工程は、配向パターンが形成された配向膜上に光学異方性層を形成する工程である。
具体的には、光学異方性層形成工程は、例えば、調製した液晶化合物を含む液晶組成物を配向膜24上に塗布する工程、および、塗布した液晶組成物を硬化する工程を有する。
液晶組成物の調製は従来公知の方法で行えばよい。また、液晶組成物の塗布は、バーコート、グラビアコート、および、スプレー塗布等の液体の塗布に用いられている公知の各種の方法が利用可能である。また、液晶組成物の塗布厚(塗膜厚)は、液晶組成物の組成等に応じて、目的とする厚さの光学異方性層が得られる塗布厚を、適宜、設定すればよい。
ここで、配向膜には配向パターンが形成されているため、配向膜上に塗布された液晶組成物の液晶化合物は、配向膜の配向パターン(異方性の周期パターン)に沿って配向される。
液晶組成物は、必要に応じて乾燥および/または加熱され、その後、硬化される。液晶組成物の硬化は、光重合、熱重合等の公知の方法で行えばよい。重合は、光重合が好ましい。光照射は、紫外線を用いるのが好ましい。照射エネルギーは、20mJ/cm2~50J/cm2が好ましく、50~1500mJ/cm2がより好ましい。光重合反応を促進するため、加熱条件下または窒素雰囲気下で光照射を実施してもよい。照射する紫外線の波長は250~430nmが好ましい。
液晶組成物を硬化することで、液晶組成物中の液晶化合物は、配向膜の配向パターンに沿って配向された状態(液晶配向パターン)で固定される。これによって、液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有する光学異方性層が形成される。光学異方性層の液晶配向パターンについては後に詳述する。
なお、光学異方性層が完成した時点では、液晶化合物は液晶性を示さなくてもよい。例えば、重合性液晶化合物は、硬化反応により高分子量化して、液晶性を失っていてもよい。
液晶組成物を硬化することで、液晶組成物中の液晶化合物は、配向膜の配向パターンに沿って配向された状態(液晶配向パターン)で固定される。これによって、液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有する光学異方性層が形成される。光学異方性層の液晶配向パターンについては後に詳述する。
なお、光学異方性層が完成した時点では、液晶化合物は液晶性を示さなくてもよい。例えば、重合性液晶化合物は、硬化反応により高分子量化して、液晶性を失っていてもよい。
なお、支持体20が、図3に示すように、主支持体36と光吸収層38とを有する構成の場合には、露光工程の後であって、光学異方性層形成工程の前または後に、光吸収層38を剥離する剥離工程を有していてもよい。
光吸収層38を剥離する構成とすることで、露光工程において配向膜に照射する光の波長域と、光学素子が透過、回折する光の波長域とが重複するまたは近い場合であっても、露光工程で反射を抑制するために光の吸収率を高くしてムラを抑制することができ、かつ、光学素子として、透過、回折する光の波長域の光の透過率を高くすることができる。
なお、図1に示すように、支持体20が所定の波長域の光を吸収する構成においても、光学異方性層形成工程の前または後に、支持体20を剥離する剥離工程を有する場合も同様である。支持体20を剥離する場合は、光学異方性層を他の基材に転写して用いても良い。
光吸収層38を剥離する構成とすることで、露光工程において配向膜に照射する光の波長域と、光学素子が透過、回折する光の波長域とが重複するまたは近い場合であっても、露光工程で反射を抑制するために光の吸収率を高くしてムラを抑制することができ、かつ、光学素子として、透過、回折する光の波長域の光の透過率を高くすることができる。
なお、図1に示すように、支持体20が所定の波長域の光を吸収する構成においても、光学異方性層形成工程の前または後に、支持体20を剥離する剥離工程を有する場合も同様である。支持体20を剥離する場合は、光学異方性層を他の基材に転写して用いても良い。
次に、本発明の製造方法で作製される、本発明の光学素子の一例について、図1および図2を用いて説明する。
<光学素子>
図1に、本発明の光学素子の一例を概念的に表す側面図を示す。図2に、図1に示す光学素子の平面図を示す。なお、平面図とは、図1において、光学素子10を上方から見た図であり、すなわち、光学素子10を厚さ方向(=各層(膜)の積層方向)から見た図である。言い換えれば、光学異方性層26を主面と直交する方向から見た図である。
また、図2では、本発明の光学素子10の構成を明確に示すために、液晶化合物30は配向膜24の表面の液晶化合物30のみを示している。しかしながら、光学異方性層26は、厚さ方向には、図1に示されるように、この配向膜24の表面の液晶化合物30から、液晶化合物30が積み重ねられた構造を有する。
図1に、本発明の光学素子の一例を概念的に表す側面図を示す。図2に、図1に示す光学素子の平面図を示す。なお、平面図とは、図1において、光学素子10を上方から見た図であり、すなわち、光学素子10を厚さ方向(=各層(膜)の積層方向)から見た図である。言い換えれば、光学異方性層26を主面と直交する方向から見た図である。
また、図2では、本発明の光学素子10の構成を明確に示すために、液晶化合物30は配向膜24の表面の液晶化合物30のみを示している。しかしながら、光学異方性層26は、厚さ方向には、図1に示されるように、この配向膜24の表面の液晶化合物30から、液晶化合物30が積み重ねられた構造を有する。
図1に示す光学素子10は、支持体20、配向膜24および光学異方性層26、を有する。光学異方性層26は、液晶化合物を含む組成物を用いて形成された、液晶化合物由来の光軸が、面内の一方向において回転する所定の液晶配向パターンを有する。
<<配向膜>>
支持体20の表面には配向膜24が形成される。
配向膜24は、光学異方性層26を形成する際に、液晶化合物30を所定の液晶配向パターンに配向するための配向膜である。前述のとおり、本発明の光学素子10において、光学異方性層26は、液晶化合物30に由来する光軸30A(図2参照)の向きが、面内の一方向(後述する矢印X方向)に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有する。従って、各光学異方性部材の配向膜は、光学異方性層が、この液晶配向パターンを形成できるように、形成される。
なお、本発明の光学素子では、液晶配向パターンにおける、光軸30Aの向きが連続的に回転しながら変化する一方向において、光軸30Aの向きが180°回転する長さを1周期(光軸の回転周期、図2中符号Λ)とした際に、光学異方性層の面内で液晶配向パターンの1周期の長さが異なる領域を有していてもよい。
支持体20の表面には配向膜24が形成される。
配向膜24は、光学異方性層26を形成する際に、液晶化合物30を所定の液晶配向パターンに配向するための配向膜である。前述のとおり、本発明の光学素子10において、光学異方性層26は、液晶化合物30に由来する光軸30A(図2参照)の向きが、面内の一方向(後述する矢印X方向)に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有する。従って、各光学異方性部材の配向膜は、光学異方性層が、この液晶配向パターンを形成できるように、形成される。
なお、本発明の光学素子では、液晶配向パターンにおける、光軸30Aの向きが連続的に回転しながら変化する一方向において、光軸30Aの向きが180°回転する長さを1周期(光軸の回転周期、図2中符号Λ)とした際に、光学異方性層の面内で液晶配向パターンの1周期の長さが異なる領域を有していてもよい。
<<光学異方性層>>
配向膜24の表面には、光学異方性層26が形成される。
前述のように、本発明の光学素子10において、光学異方性層26は、液晶化合物を含む液晶組成物を用いて形成されたものである。
光学異方性層26は、面内レタデーションの値をλ/2に設定した場合に、一般的なλ/2板としての機能、すなわち、光学異方性層に入射した光に含まれる互いに直交する2つの直線偏光成分に半波長すなわち180°の位相差を与える機能を有している。
配向膜24の表面には、光学異方性層26が形成される。
前述のように、本発明の光学素子10において、光学異方性層26は、液晶化合物を含む液晶組成物を用いて形成されたものである。
光学異方性層26は、面内レタデーションの値をλ/2に設定した場合に、一般的なλ/2板としての機能、すなわち、光学異方性層に入射した光に含まれる互いに直交する2つの直線偏光成分に半波長すなわち180°の位相差を与える機能を有している。
図2に示すように、光学異方性層26は、光学異方性層26の面内において、液晶化合物30に由来する光軸30Aの向きが、矢印Xで示す一方向に連続的に回転しながら変化する液晶配向パターンを有する。
なお、液晶化合物30に由来する光軸30Aとは、液晶化合物30において屈折率が最も高くなる軸、いわゆる遅相軸である。例えば、液晶化合物30が棒状液晶化合物である場合には、光軸30Aは、棒形状の長軸方向に沿っている。
以下の説明では、『矢印Xで示す一方向』を単に『矢印X方向』とも言う。また、以下の説明では、液晶化合物30に由来する光軸30Aを、『液晶化合物30の光軸30A』または『光軸30A』とも言う。
光学異方性層26において、液晶化合物30は、それぞれ、光学異方性層26において、矢印X方向と、この矢印X方向と直交するY方向とに平行な面内に二次元的に配向している。なお、図1、図3、後述する図6、図7、図10、図11では、Y方向は、紙面に垂直な方向となる。
なお、液晶化合物30に由来する光軸30Aとは、液晶化合物30において屈折率が最も高くなる軸、いわゆる遅相軸である。例えば、液晶化合物30が棒状液晶化合物である場合には、光軸30Aは、棒形状の長軸方向に沿っている。
以下の説明では、『矢印Xで示す一方向』を単に『矢印X方向』とも言う。また、以下の説明では、液晶化合物30に由来する光軸30Aを、『液晶化合物30の光軸30A』または『光軸30A』とも言う。
光学異方性層26において、液晶化合物30は、それぞれ、光学異方性層26において、矢印X方向と、この矢印X方向と直交するY方向とに平行な面内に二次元的に配向している。なお、図1、図3、後述する図6、図7、図10、図11では、Y方向は、紙面に垂直な方向となる。
図2に、光学異方性層26の平面図を概念的に示す。
光学異方性層26は、光学異方性層26の面内において、液晶化合物30に由来する光軸30Aの向きが、矢印X方向に沿って連続的に回転しながら変化する液晶配向パターンを有する。
液晶化合物30の光軸30Aの向きが矢印X方向(所定の一方向)に連続的に回転しながら変化しているとは、具体的には、矢印X方向に沿って配列されている液晶化合物30の光軸30Aと、矢印X方向とが成す角度が、矢印X方向の位置によって異なっており、矢印X方向に沿って、光軸30Aと矢印X方向とが成す角度がθからθ+180°あるいはθ-180°まで、順次、変化していることを意味する。
なお、矢印X方向に互いに隣接する液晶化合物30の光軸30Aの角度の差は、45°以下であるのが好ましく、15°以下であるのがより好ましく、より小さい角度であるのがさらに好ましい。
光学異方性層26は、光学異方性層26の面内において、液晶化合物30に由来する光軸30Aの向きが、矢印X方向に沿って連続的に回転しながら変化する液晶配向パターンを有する。
液晶化合物30の光軸30Aの向きが矢印X方向(所定の一方向)に連続的に回転しながら変化しているとは、具体的には、矢印X方向に沿って配列されている液晶化合物30の光軸30Aと、矢印X方向とが成す角度が、矢印X方向の位置によって異なっており、矢印X方向に沿って、光軸30Aと矢印X方向とが成す角度がθからθ+180°あるいはθ-180°まで、順次、変化していることを意味する。
なお、矢印X方向に互いに隣接する液晶化合物30の光軸30Aの角度の差は、45°以下であるのが好ましく、15°以下であるのがより好ましく、より小さい角度であるのがさらに好ましい。
一方、光学異方性層26を形成する液晶化合物30は、矢印X方向と直交するY方向、すなわち光軸30Aが連続的に回転する一方向と直交するY方向では、光軸30Aの向きが等しい液晶化合物30が等間隔で配列されている。
言い換えれば、光学異方性層26を形成する液晶化合物30において、Y方向に配列される液晶化合物30同士では、光軸30Aの向きと矢印X方向とが成す角度が等しい。
言い換えれば、光学異方性層26を形成する液晶化合物30において、Y方向に配列される液晶化合物30同士では、光軸30Aの向きと矢印X方向とが成す角度が等しい。
本発明の光学素子10においては、このような液晶化合物30の液晶配向パターンにおいて、面内で光軸30Aの向きが連続的に回転して変化する矢印X方向において、液晶化合物30の光軸30Aが180°回転する長さ(距離)を、液晶配向パターンにおける1周期の長さΛとする。言い換えれば、液晶配向パターンにおける1周期の長さは、液晶化合物30の光軸30Aと矢印X方向とのなす角度がθからθ+180°となるまでの距離により定義される。
すなわち、矢印X方向に対する角度が等しい2つの液晶化合物30の、矢印X方向の中心間の距離を、1周期の長さΛとする。具体的には、図2に示すように、矢印X方向と光軸30Aの方向とが一致する2つの液晶化合物30の、矢印X方向の中心間の距離を、1周期の長さΛとする。以下の説明では、この1周期の長さΛを『1周期Λ』とも言う。
本発明の光学素子10において、光学異方性層の液晶配向パターンは、この1周期Λを、矢印X方向すなわち光軸30Aの向きが連続的に回転して変化する一方向に繰り返す。
すなわち、矢印X方向に対する角度が等しい2つの液晶化合物30の、矢印X方向の中心間の距離を、1周期の長さΛとする。具体的には、図2に示すように、矢印X方向と光軸30Aの方向とが一致する2つの液晶化合物30の、矢印X方向の中心間の距離を、1周期の長さΛとする。以下の説明では、この1周期の長さΛを『1周期Λ』とも言う。
本発明の光学素子10において、光学異方性層の液晶配向パターンは、この1周期Λを、矢印X方向すなわち光軸30Aの向きが連続的に回転して変化する一方向に繰り返す。
前述のように光学異方性層において、Y方向に配列される液晶化合物は、光軸30Aと矢印X方向(液晶化合物30の光軸の向きが回転する1方向)とが成す角度が等しい。この光軸30Aと矢印X方向とが成す角度が等しい液晶化合物30が、Y方向に配置された領域を、領域Rとする。
この場合に、それぞれの領域Rにおける面内レタデーション(Re)の値は、半波長すなわちλ/2であるのが好ましい。これらの面内レタデーションは、領域Rの屈折率異方性に伴う屈折率差Δnと光学異方性層の厚さとの積により算出される。ここで、光学異方性層における領域Rの屈折率異方性に伴う屈折率差とは、領域Rの面内における遅相軸の方向の屈折率と、遅相軸の方向に直交する方向の屈折率との差により定義される屈折率差である。すなわち、領域Rの屈折率異方性に伴う屈折率差Δnは、光軸30Aの方向の液晶化合物30の屈折率と、領域Rの面内において光軸30Aに垂直な方向の液晶化合物30の屈折率との差に等しい。つまり、上記屈折率差Δnは、液晶化合物の屈折率差に等しい。
この場合に、それぞれの領域Rにおける面内レタデーション(Re)の値は、半波長すなわちλ/2であるのが好ましい。これらの面内レタデーションは、領域Rの屈折率異方性に伴う屈折率差Δnと光学異方性層の厚さとの積により算出される。ここで、光学異方性層における領域Rの屈折率異方性に伴う屈折率差とは、領域Rの面内における遅相軸の方向の屈折率と、遅相軸の方向に直交する方向の屈折率との差により定義される屈折率差である。すなわち、領域Rの屈折率異方性に伴う屈折率差Δnは、光軸30Aの方向の液晶化合物30の屈折率と、領域Rの面内において光軸30Aに垂直な方向の液晶化合物30の屈折率との差に等しい。つまり、上記屈折率差Δnは、液晶化合物の屈折率差に等しい。
このような光学異方性層26に円偏光が入射すると、光は、屈折され、かつ、円偏光の方向が変換される。
この作用を、図6に光学異方性層26を例示して概念的に示す。なお、光学異方性層26は、液晶化合物の屈折率差と光学異方性層の厚さとの積の値がλ/2であるとする。
図6に示すように、光学異方性層26の液晶化合物の屈折率差と光学異方性層の厚さとの積の値がλ/2の場合に、光学異方性層26に左円偏光である入射光L1が入射すると、入射光L1は、光学異方性層26を通過することにより180°の位相差が与えられて、透過光L2は、右円偏光に変換される。
また、入射光L1は、光学異方性層26を通過する際に、それぞれの液晶化合物30の光軸30Aの向きに応じて絶対位相が変化する。このとき、光軸30Aの向きは、矢印X方向に沿って回転しながら変化しているため、光軸30Aの向きに応じて、入射光L1の絶対位相の変化量が異なる。さらに、光学異方性層26に形成された液晶配向パターンは、矢印X方向に周期的なパターンであるため、光学異方性層26を通過した入射光L1には、図6に示すように、それぞれの光軸30Aの向きに対応した矢印X方向に周期的な絶対位相Q1が与えられる。これにより、矢印X方向に対して逆の方向に傾いた等位相面E1が形成される。
そのため、透過光L2は、等位相面E1に対して垂直な方向に向かって傾くように屈折され、入射光L1の進行方向とは異なる方向に進行する。このように、左円偏光の入射光L1は、入射方向に対して矢印X方向に一定の角度だけ傾いた、右円偏光の透過光L2に変換される。
この作用を、図6に光学異方性層26を例示して概念的に示す。なお、光学異方性層26は、液晶化合物の屈折率差と光学異方性層の厚さとの積の値がλ/2であるとする。
図6に示すように、光学異方性層26の液晶化合物の屈折率差と光学異方性層の厚さとの積の値がλ/2の場合に、光学異方性層26に左円偏光である入射光L1が入射すると、入射光L1は、光学異方性層26を通過することにより180°の位相差が与えられて、透過光L2は、右円偏光に変換される。
また、入射光L1は、光学異方性層26を通過する際に、それぞれの液晶化合物30の光軸30Aの向きに応じて絶対位相が変化する。このとき、光軸30Aの向きは、矢印X方向に沿って回転しながら変化しているため、光軸30Aの向きに応じて、入射光L1の絶対位相の変化量が異なる。さらに、光学異方性層26に形成された液晶配向パターンは、矢印X方向に周期的なパターンであるため、光学異方性層26を通過した入射光L1には、図6に示すように、それぞれの光軸30Aの向きに対応した矢印X方向に周期的な絶対位相Q1が与えられる。これにより、矢印X方向に対して逆の方向に傾いた等位相面E1が形成される。
そのため、透過光L2は、等位相面E1に対して垂直な方向に向かって傾くように屈折され、入射光L1の進行方向とは異なる方向に進行する。このように、左円偏光の入射光L1は、入射方向に対して矢印X方向に一定の角度だけ傾いた、右円偏光の透過光L2に変換される。
一方、図7に概念的に示すように、光学異方性層26の液晶化合物の屈折率差と光学異方性層の厚さとの積の値がλ/2のとき、光学異方性層26に右円偏光の入射光L4が入射すると、入射光L4は、光学異方性層26を通過することにより、180°の位相差が与えられて、左円偏光の透過光L5に変換される。
また、入射光L4は、光学異方性層26を通過する際に、それぞれの液晶化合物30の光軸30Aの向きに応じて絶対位相が変化する。このとき、光軸30Aの向きは、矢印X方向に沿って回転しながら変化しているため、光軸30Aの向きに応じて、入射光L4の絶対位相の変化量が異なる。さらに、光学異方性層26に形成された液晶配向パターンは、矢印X方向に周期的なパターンであるため、光学異方性層26を通過した入射光L4は、図7に示すように、それぞれの光軸30Aの向きに対応した矢印X方向に周期的な絶対位相Q2が与えられる。
ここで、入射光L4は、右円偏光であるので、光軸30Aの向きに対応した矢印X方向に周期的な絶対位相Q2は、左円偏光である入射光L1とは逆になる。その結果、入射光L4では、入射光L1とは逆に矢印X方向に傾斜した等位相面E2が形成される。
そのため、入射光L4は、等位相面E2に対して垂直な方向に向かって傾くように屈折され、入射光L4の進行方向とは異なる方向に進行する。このように、入射光L4は、入射方向に対して矢印X方向とは逆の方向に一定の角度だけ傾いた左円偏光の透過光L5に変換される。
また、入射光L4は、光学異方性層26を通過する際に、それぞれの液晶化合物30の光軸30Aの向きに応じて絶対位相が変化する。このとき、光軸30Aの向きは、矢印X方向に沿って回転しながら変化しているため、光軸30Aの向きに応じて、入射光L4の絶対位相の変化量が異なる。さらに、光学異方性層26に形成された液晶配向パターンは、矢印X方向に周期的なパターンであるため、光学異方性層26を通過した入射光L4は、図7に示すように、それぞれの光軸30Aの向きに対応した矢印X方向に周期的な絶対位相Q2が与えられる。
ここで、入射光L4は、右円偏光であるので、光軸30Aの向きに対応した矢印X方向に周期的な絶対位相Q2は、左円偏光である入射光L1とは逆になる。その結果、入射光L4では、入射光L1とは逆に矢印X方向に傾斜した等位相面E2が形成される。
そのため、入射光L4は、等位相面E2に対して垂直な方向に向かって傾くように屈折され、入射光L4の進行方向とは異なる方向に進行する。このように、入射光L4は、入射方向に対して矢印X方向とは逆の方向に一定の角度だけ傾いた左円偏光の透過光L5に変換される。
光学異方性層26において、複数の領域Rの面内レタデーションの値は、半波長であるのが好ましいが、波長が550nmである入射光に対する光学異方性層26の複数の領域Rの面内レタデーションRe(550)=Δn550×dが下記式(1)に規定される範囲内であるのが好ましい。ここで、Δn550は、入射光の波長が550nmである場合の、領域Rの屈折率異方性に伴う屈折率差であり、dは、光学異方性層26の厚さである。
200nm≦Δn550×d≦350nm・・・(1)
すなわち、光学異方性層26の複数の領域Rの面内レタデーションRe(550)=Δn550×dが式(1)を満たしていれば、光学異方性層26に入射した光の十分な量の円偏光成分を、矢印X方向に対して順方向または逆方向に傾いた方向に進行する円偏光に変換することができる。面内レタデーションRe(550)=Δn550×dは、225nm≦Δn550×d≦340nmがより好ましく、250nm≦Δn550×d≦330nmがさらに好ましい。
なお、上記式(1)は波長550nmである入射光に対する範囲であるが、波長がλnmである入射光に対する光学異方性層の複数の領域Rの面内レタデーションRe(λ)=Δnλ×dは下記式(1-2)に規定される範囲内であるのが好ましく、適宜設定することができる。
0.7λnm≦Δnλ×d≦1.3λnm・・・(1-2)
200nm≦Δn550×d≦350nm・・・(1)
すなわち、光学異方性層26の複数の領域Rの面内レタデーションRe(550)=Δn550×dが式(1)を満たしていれば、光学異方性層26に入射した光の十分な量の円偏光成分を、矢印X方向に対して順方向または逆方向に傾いた方向に進行する円偏光に変換することができる。面内レタデーションRe(550)=Δn550×dは、225nm≦Δn550×d≦340nmがより好ましく、250nm≦Δn550×d≦330nmがさらに好ましい。
なお、上記式(1)は波長550nmである入射光に対する範囲であるが、波長がλnmである入射光に対する光学異方性層の複数の領域Rの面内レタデーションRe(λ)=Δnλ×dは下記式(1-2)に規定される範囲内であるのが好ましく、適宜設定することができる。
0.7λnm≦Δnλ×d≦1.3λnm・・・(1-2)
また、光学異方性層26における、複数の領域Rの面内レタデーションの値は、上記式(1)の範囲外で用いることもできる。具体的には、Δn550×d<200nmまたは350nm<Δn550×dとすることで、入射光の進行方向と同一の方向に進行する光と、入射光の進行方向とは異なる方向に進行する光に分けることができる。Δn550×dが0nmまたは550nmに近づくと入射光の進行方向と同一の方向に進行する光の成分は増加し、入射光の進行方向とは異なる方向に進行する光の成分は減少する。
さらに、波長が450nmの入射光に対する光学異方性層26の領域Rのそれぞれの面内レタデーションRe(450)=Δn450×dと、波長が550nmの入射光に対する光学異方性層26の領域Rのそれぞれの面内レタデーションRe(550)=Δn550×dは、下記式(2)を満たすのが好ましい。ここで、Δn450は、入射光の波長が450nmである場合の、領域Rの屈折率異方性に伴う屈折率差である。
(Δn450×d)/(Δn550×d)<1.0・・・(2)
式(2)は、光学異方性層26に含まれる液晶化合物30が逆分散性を有していることを表している。すなわち、式(2)が満たされることにより、光学異方性層26は、広帯域の波長の入射光に対応できる。
(Δn450×d)/(Δn550×d)<1.0・・・(2)
式(2)は、光学異方性層26に含まれる液晶化合物30が逆分散性を有していることを表している。すなわち、式(2)が満たされることにより、光学異方性層26は、広帯域の波長の入射光に対応できる。
ここで、光学異方性層26に形成された液晶配向パターンの1周期Λを変化させることにより、透過光L2およびL5の屈折の角度を調節できる。具体的には、液晶配向パターンの1周期Λが短いほど、互いに隣接した液晶化合物30を通過した光同士が強く干渉するため、透過光L2およびL5を大きく屈折させることができる。
また、入射光L1およびL4に対する透過光L2およびL5の屈折の角度は、入射光L1およびL4(透過光L2およびL5)の波長によって異なる。具体的には、入射光の波長が長いほど、透過光は大きく屈折する。すなわち、入射光が赤色光、緑色光および青色光である場合には、赤色光が最も大きく屈折し、青色光の屈折が最も小さい。
さらに、矢印X方向に沿って回転する、液晶化合物30の光軸30Aの回転方向を逆方向にすることにより、透過光の屈折の方向を、逆方向にできる。
また、入射光L1およびL4に対する透過光L2およびL5の屈折の角度は、入射光L1およびL4(透過光L2およびL5)の波長によって異なる。具体的には、入射光の波長が長いほど、透過光は大きく屈折する。すなわち、入射光が赤色光、緑色光および青色光である場合には、赤色光が最も大きく屈折し、青色光の屈折が最も小さい。
さらに、矢印X方向に沿って回転する、液晶化合物30の光軸30Aの回転方向を逆方向にすることにより、透過光の屈折の方向を、逆方向にできる。
光学異方性層は、棒状液晶化合物または円盤状液晶化合物を含む液晶組成物の硬化層からなり、棒状液晶化合物の光軸または円盤状液晶化合物の光軸が、上記のように配向された液晶配向パターンを有している。
支持体20上に配向膜を形成し、配向膜上に液晶組成物を塗布、硬化することにより、液晶組成物の硬化層からなる光学異方性層を得ることができる。なお、いわゆるλ/2板として機能するのは光学異方性層であるが、本発明は、支持体20および配向膜を一体的に備えた積層体がλ/2板として機能する態様を含む。
また、光学異方性層を形成するための液晶組成物は、棒状液晶化合物または円盤状液晶化合物を含有し、さらに、レベリング剤、配向制御剤、重合開始剤、架橋剤および配向助剤などのその他の成分を含有していてもよい。また、液晶組成物は、溶媒を含んでいてもよい。
支持体20上に配向膜を形成し、配向膜上に液晶組成物を塗布、硬化することにより、液晶組成物の硬化層からなる光学異方性層を得ることができる。なお、いわゆるλ/2板として機能するのは光学異方性層であるが、本発明は、支持体20および配向膜を一体的に備えた積層体がλ/2板として機能する態様を含む。
また、光学異方性層を形成するための液晶組成物は、棒状液晶化合物または円盤状液晶化合物を含有し、さらに、レベリング剤、配向制御剤、重合開始剤、架橋剤および配向助剤などのその他の成分を含有していてもよい。また、液晶組成物は、溶媒を含んでいてもよい。
また、光学異方性層は、入射光の波長に対して広帯域であることが望ましく、複屈折率が逆分散となる液晶材料を用いて構成されていることが好ましい。また、液晶組成物に捩れ成分を付与することにより、また、異なる位相差層を積層することにより、入射光の波長に対して光学異方性層を実質的に広帯域にすることも好ましい。例えば、光学異方性層において、捩れ方向が異なる2層の液晶を積層することによって広帯域のパターン化されたλ/2板を実現する方法が特開2014-089476号公報等に示されており、本発明において好ましく使用することができる。
―棒状液晶化合物―
棒状液晶化合物としては、アゾメチン類、アゾキシ類、シアノビフェニル類、シアノフェニルエステル類、安息香酸エステル類、シクロヘキサンカルボン酸フェニルエステル類、シアノフェニルシクロヘキサン類、シアノ置換フェニルピリミジン類、アルコキシ置換フェニルピリミジン類、フェニルジオキサン類、トラン類およびアルケニルシクロヘキシルベンゾニトリル類が好ましく用いられる。以上のような低分子液晶性分子だけではなく、高分子液晶性分子も用いることができる。
棒状液晶化合物としては、アゾメチン類、アゾキシ類、シアノビフェニル類、シアノフェニルエステル類、安息香酸エステル類、シクロヘキサンカルボン酸フェニルエステル類、シアノフェニルシクロヘキサン類、シアノ置換フェニルピリミジン類、アルコキシ置換フェニルピリミジン類、フェニルジオキサン類、トラン類およびアルケニルシクロヘキシルベンゾニトリル類が好ましく用いられる。以上のような低分子液晶性分子だけではなく、高分子液晶性分子も用いることができる。
棒状液晶化合物を重合によって配向を固定することがより好ましく、重合性棒状液晶化合物としては、Makromol. Chem., 190巻、2255頁(1989年)、Advanced Materials 5巻、107頁(1993年)、米国特許4683327号明細書、同5622648号明細書、同5770107号明細書、国際公開第95/22586号、同95/24455号、同97/00600号、同98/23580号、同98/52905号、特開平1-272551号公報、同6-16616号公報、同7-110469号公報、同11-80081号公報、および、特願2001-64627号公報などに記載の化合物を用いることができる。さらに棒状液晶化合物としては、例えば、特表平11-513019号公報および特開2007-279688号公報に記載のものも好ましく用いることができる。
―円盤状液晶化合物―
円盤状液晶化合物としては、例えば、特開2007-108732号公報および特開2010-244038号公報に記載のものを好ましく用いることができる。
なお、光学異方性層に円盤状液晶化合物を用いた場合には、光学異方性層において、液晶化合物30は厚さ方向に立ち上がっており、液晶化合物に由来する光軸30Aは、円盤面に垂直な軸、いわゆる進相軸として定義される。
円盤状液晶化合物としては、例えば、特開2007-108732号公報および特開2010-244038号公報に記載のものを好ましく用いることができる。
なお、光学異方性層に円盤状液晶化合物を用いた場合には、光学異方性層において、液晶化合物30は厚さ方向に立ち上がっており、液晶化合物に由来する光軸30Aは、円盤面に垂直な軸、いわゆる進相軸として定義される。
本発明の光学素子においては、光学異方性層における上記180°回転周期は全面に亘って一様である必要はない。すなわち、面内において、180°回転周期の長さが異なる領域を有していてもよい。
また、光学異方性層の面内の少なくとも一方向に光学軸の向きが回転している液晶配向パターンを一部に有していればよく、光学軸の向きが一定の部分を備えていてもよい。
また、光学異方性層の面内の少なくとも一方向に光学軸の向きが回転している液晶配向パターンを一部に有していればよく、光学軸の向きが一定の部分を備えていてもよい。
また、図1および図2に示す光学素子は、光学異方性層の液晶配向パターンにおける液晶化合物30の光軸30Aは、矢印X方向のみに沿って、連続して回転している。
しかしながら、本発明は、これに制限はされず、光学異方性層において、液晶化合物30の光軸30Aが一方向に沿って連続して回転するものであれば、各種の構成が利用可能である。
しかしながら、本発明は、これに制限はされず、光学異方性層において、液晶化合物30の光軸30Aが一方向に沿って連続して回転するものであれば、各種の構成が利用可能である。
一例として、図8の平面図に概念的に示すような、液晶配向パターンが、液晶化合物30の光軸の向きが連続的に回転しながら変化する一方向を、内側から外側に向かう同心円状に有する、同心円状のパターンである、光学異方性層34が例示される。言い換えれば、図8に示す光学異方性層34の液晶配向パターンは、液晶化合物30の光軸の向きが連続的に回転しながら変化する一方向が、光学異方性層34の中心から放射状に設けられた液晶配向パターンである。
なお、図8においても、図2と同様、配向膜の表面の液晶化合物30のみを示すが、光学異方性層34においては、図1に示されるように、この配向膜の表面の液晶化合物30から、液晶化合物30が積み重ねられた構造を有するのは、前述のとおりである。
図8に示す光学異方性層34において、液晶化合物30の光軸(図示省略)は、液晶化合物30の長手方向である。
光学異方性層34では、液晶化合物30の光軸の向きは、光学異方性層34の中心から外側に向かう多数の方向、例えば、矢印A1で示す方向、矢印A2で示す方向、矢印A3で示す方向…に沿って、連続的に回転しながら変化している。
この液晶配向パターンを有する光学異方性層34に入射した円偏光は、液晶化合物30の光軸の向きが異なる個々の局所的な領域において、それぞれ、絶対位相が変化する。この際に、それぞれの絶対位相の変化量は、円偏光が入射した液晶化合物30の光軸の向きに応じて異なる。
光学異方性層34では、液晶化合物30の光軸の向きは、光学異方性層34の中心から外側に向かう多数の方向、例えば、矢印A1で示す方向、矢印A2で示す方向、矢印A3で示す方向…に沿って、連続的に回転しながら変化している。
この液晶配向パターンを有する光学異方性層34に入射した円偏光は、液晶化合物30の光軸の向きが異なる個々の局所的な領域において、それぞれ、絶対位相が変化する。この際に、それぞれの絶対位相の変化量は、円偏光が入射した液晶化合物30の光軸の向きに応じて異なる。
このような、同心円状の液晶配向パターン、すなわち、放射状に光軸が連続的に回転して変化する液晶配向パターンを有する光学異方性層34は、液晶化合物30の光軸の回転方向および入射する円偏光の方向に応じて、入射光を、発散光または集束光として透過できる。
すなわち、光学異方性層の液晶配向パターンを同心円状とすることにより、本発明の光学素子は、例えば、凸レンズまたは凹レンズとして機能を発現する。
すなわち、光学異方性層の液晶配向パターンを同心円状とすることにより、本発明の光学素子は、例えば、凸レンズまたは凹レンズとして機能を発現する。
ここで、光学異方性層の液晶配向パターンを同心円状として、光学素子を凸レンズとして作用させる場合には、液晶配向パターンにおいて光軸が180°回転する1周期Λを、光学異方性層34の中心から、光軸が連続的に回転する1方向の外方向に向かって、漸次、短くするのが好ましい。
前述のように、入射方向に対する光の屈折の角度は、液晶配向パターンにおける1周期Λが短いほど、大きくなる。従って、液晶配向パターンにおける1周期Λを、光学異方性層34の中心から、光軸が連続的に回転する1方向の外方向に向かって、漸次、短くすることにより、光学異方性層34による光の集束力を、より向上でき、凸レンズとしての性能を、向上できる。
前述のように、入射方向に対する光の屈折の角度は、液晶配向パターンにおける1周期Λが短いほど、大きくなる。従って、液晶配向パターンにおける1周期Λを、光学異方性層34の中心から、光軸が連続的に回転する1方向の外方向に向かって、漸次、短くすることにより、光学異方性層34による光の集束力を、より向上でき、凸レンズとしての性能を、向上できる。
なお、本発明においては、例えば凹レンズとする場合など、光学素子の用途によっては、液晶配向パターンにおいて光軸が180°回転する1周期Λを、光学異方性層34の中心から、光軸が連続的に回転する方向を逆方向に回転させ、1方向の外方向に向かって、漸次、短くするのが好ましい。
前述のように、入射方向に対する光の屈折の角度は、液晶配向パターンにおける1周期Λが短いほど、大きくなる。従って、液晶配向パターンにおける1周期Λを、光学異方性層34の中心から、光軸が連続的に回転する1方向の外方向に向かって、漸次、短くすることにより、光学異方性層34による光の発散力を、より向上でき、凹レンズとしての性能を、向上できる。
前述のように、入射方向に対する光の屈折の角度は、液晶配向パターンにおける1周期Λが短いほど、大きくなる。従って、液晶配向パターンにおける1周期Λを、光学異方性層34の中心から、光軸が連続的に回転する1方向の外方向に向かって、漸次、短くすることにより、光学異方性層34による光の発散力を、より向上でき、凹レンズとしての性能を、向上できる。
なお、本発明においては、例えば光学素子を凹レンズとする場合など、入射する円偏光の旋回方向を逆にするのも好ましい。
本発明において、光学素子を凸レンズまたは凹レンズとして作用させる場合には、下記の式を満たすのが好ましい。
Φ(r)=(π/λ)[(r2+f2)1/2-f]
ここで、rは同心円の中心からの距離で次式r=(x2+y2)1/2で表わされる。x、yは面内の位置を表し、(x、y)=(0、0)は同心円の中心を表す。Φ(r)は中心からの距離rにおける光軸の角度、λは波長、fは設計の焦点距離を表わす。
Φ(r)=(π/λ)[(r2+f2)1/2-f]
ここで、rは同心円の中心からの距離で次式r=(x2+y2)1/2で表わされる。x、yは面内の位置を表し、(x、y)=(0、0)は同心円の中心を表す。Φ(r)は中心からの距離rにおける光軸の角度、λは波長、fは設計の焦点距離を表わす。
なお、本発明においては、逆に、同心円状の液晶配向パターンにおける1周期Λを、光学異方性層34の中心から、光軸が連続的に回転する1方向の外方向に向かって、漸次、長くしてもよい。
さらに、例えば透過光に光量分布を設けたい場合など、光学素子の用途によって、光軸が連続的に回転する1方向に向かって、1周期Λを、漸次、変更するのではなく、光軸が連続的に回転する1方向において、部分的に1周期Λが異なる領域を有する構成も利用可能である。
加えて、本発明の光学素子は、1周期Λが全面的に均一な光学異方性層と、1周期Λが異なる領域を有する光学異方性層とを有してもよい。
さらに、例えば透過光に光量分布を設けたい場合など、光学素子の用途によって、光軸が連続的に回転する1方向に向かって、1周期Λを、漸次、変更するのではなく、光軸が連続的に回転する1方向において、部分的に1周期Λが異なる領域を有する構成も利用可能である。
加えて、本発明の光学素子は、1周期Λが全面的に均一な光学異方性層と、1周期Λが異なる領域を有する光学異方性層とを有してもよい。
図9に、配向膜24に、このような同心円状の配向パターンを形成する露光装置の一例を概念的に示す。
露光装置80は、レーザ82を備えた光源84と、レーザ82からのレーザ光MをS偏光MSとP偏光MPとに分割する偏光ビームスプリッター86と、P偏光MPの光路に配置されたミラー90AおよびS偏光MSの光路に配置されたミラー90Bと、S偏光MSの光路に配置されたレンズ92と、偏光ビームスプリッター94と、λ/4板96とを有する。
露光装置80は、レーザ82を備えた光源84と、レーザ82からのレーザ光MをS偏光MSとP偏光MPとに分割する偏光ビームスプリッター86と、P偏光MPの光路に配置されたミラー90AおよびS偏光MSの光路に配置されたミラー90Bと、S偏光MSの光路に配置されたレンズ92と、偏光ビームスプリッター94と、λ/4板96とを有する。
偏光ビームスプリッター86で分割されたP偏光MPは、ミラー90Aによって反射されて、偏光ビームスプリッター94に入射する。他方、偏光ビームスプリッター86で分割されたS偏光MSは、ミラー90Bによって反射され、レンズ92によって集光されて偏光ビームスプリッター94に入射する。
P偏光MPおよびS偏光MSは、偏光ビームスプリッター94で合波されて、λ/4板96によって偏光方向に応じた右円偏光および左円偏光となって、支持体20の上の配向膜24に入射する。
ここで、右円偏光と左円偏光の干渉により、配向膜24に照射される光の偏光状態が干渉縞状に周期的に変化するものとなる。同心円の内側から外側に向かうにしたがい、左円偏光と右円偏光の交差角が変化するため、内側から外側に向かってピッチが変化する露光パターンが得られる。これにより、配向膜24において、配向状態が周期的に変化する同心円状の配向パターンが得られる。
P偏光MPおよびS偏光MSは、偏光ビームスプリッター94で合波されて、λ/4板96によって偏光方向に応じた右円偏光および左円偏光となって、支持体20の上の配向膜24に入射する。
ここで、右円偏光と左円偏光の干渉により、配向膜24に照射される光の偏光状態が干渉縞状に周期的に変化するものとなる。同心円の内側から外側に向かうにしたがい、左円偏光と右円偏光の交差角が変化するため、内側から外側に向かってピッチが変化する露光パターンが得られる。これにより、配向膜24において、配向状態が周期的に変化する同心円状の配向パターンが得られる。
この露光装置80において、液晶化合物30の光軸が一方向に沿って連続的に180°回転する液晶配向パターンの1周期Λは、レンズ92の屈折力(レンズ92のFナンバー)レンズ92の焦点距離、および、レンズ92と配向膜24との距離等を変化させることで、制御できる。
また、レンズ92の屈折力(レンズ92のFナンバー)を調節することによって、光軸が連続的に回転する一方向において、液晶配向パターンの1周期の長さΛを変更できる。
具体的には、平行光と干渉させる、レンズ92で広げる光の広がり角によって、光軸が連続的に回転する一方向において、液晶配向パターンの1周期の長さΛを変えることができる。より具体的には、レンズ92の屈折力を弱くすると、平行光に近づくため、液晶配向パターンの1周期の長さΛは、内側から外側に向かって緩やかに短くなり、Fナンバーは大きくなる。逆に、レンズ92の屈折力を強めると、液晶配向パターンの1周期の長さΛは、内側から外側に向かって急に短くなり、Fナンバーは小さくなる。
また、レンズ92の屈折力(レンズ92のFナンバー)を調節することによって、光軸が連続的に回転する一方向において、液晶配向パターンの1周期の長さΛを変更できる。
具体的には、平行光と干渉させる、レンズ92で広げる光の広がり角によって、光軸が連続的に回転する一方向において、液晶配向パターンの1周期の長さΛを変えることができる。より具体的には、レンズ92の屈折力を弱くすると、平行光に近づくため、液晶配向パターンの1周期の長さΛは、内側から外側に向かって緩やかに短くなり、Fナンバーは大きくなる。逆に、レンズ92の屈折力を強めると、液晶配向パターンの1周期の長さΛは、内側から外側に向かって急に短くなり、Fナンバーは小さくなる。
このように、光軸が連続的に回転する1方向において、光軸が180°回転する1周期Λを変更する構成は、図1および図2に示す、矢印X方向の一方向のみに液晶化合物30の光軸30Aが連続的に回転して変化する構成でも、利用可能である。
例えば、液晶配向パターンの1周期Λを、矢印X方向に向かって、漸次、短くすることにより、集光するように光を透過する光学素子を得ることができる。また、液晶配向パターンにおいて、光軸が180°回転する方向を逆にすることにより、矢印X方向にのみ拡散するように光を透過する光学素子を得ることができる。なお、入射する円偏光の旋回方向を逆にすることでも、矢印のX方向にのみ拡散するように光を透過する光学素子を得ることができる。
さらに、例えば透過光に光量分布を設けたい場合など、光学素子の用途によって、矢印X方向に向かって、1周期Λを漸次、変更するのではなく、矢印X方向において、部分的に1周期Λが異なる領域を有する構成も利用可能である。例えば、部分的に1周期Λを変更する方法として、集光したレーザー光の偏光方向を任意に変えながら、光配向膜をスキャン露光してパターニングする方法等を利用することができる。
例えば、液晶配向パターンの1周期Λを、矢印X方向に向かって、漸次、短くすることにより、集光するように光を透過する光学素子を得ることができる。また、液晶配向パターンにおいて、光軸が180°回転する方向を逆にすることにより、矢印X方向にのみ拡散するように光を透過する光学素子を得ることができる。なお、入射する円偏光の旋回方向を逆にすることでも、矢印のX方向にのみ拡散するように光を透過する光学素子を得ることができる。
さらに、例えば透過光に光量分布を設けたい場合など、光学素子の用途によって、矢印X方向に向かって、1周期Λを漸次、変更するのではなく、矢印X方向において、部分的に1周期Λが異なる領域を有する構成も利用可能である。例えば、部分的に1周期Λを変更する方法として、集光したレーザー光の偏光方向を任意に変えながら、光配向膜をスキャン露光してパターニングする方法等を利用することができる。
また、本発明の光学素子は、光学異方性層26を複数層有する構成としてもよい。光学異方性層を複数層有する場合には、光学異方性層の液晶配向パターンの1周期Λは同じであっても異なっていてもよい。また、光学異方性層ごとに、液晶配向パターンが異なっていてもよい。
本発明の光学素子において、光学異方性層の配向パターンにおける1周期Λには、制限はなく、光学素子の用途等に応じて、適宜、設定すればよい。
ここで、本発明の光学素子は、一例として、ARグラスにおいて、ディスプレイが表示した光を屈折して導光板に導入する回折素子、および、導光板を伝播した光を屈折して導光板から使用者による観察位置に出射させる回折素子に、好適に利用される。特に、フルカラー画像に対応可能な光学素子10は、ARグラスにおける回折素子として好適に利用可能である。
この際においては、導光板で光を全反射させるためには、入射光に対して、ある程度の大きな角度で光を屈折させて導光板に導入する必要がある。また、導光板を伝播してきた光を確実に出射させるためにも、入射光に対して、ある程度の大きな角度で光を屈折させる必要がある。
また、前述のように、光学異方性層による光の透過角度は、液晶配向パターンにおける1周期Λを短くすることで、入射光に対する透過光の角度を大きくできる。
この際においては、導光板で光を全反射させるためには、入射光に対して、ある程度の大きな角度で光を屈折させて導光板に導入する必要がある。また、導光板を伝播してきた光を確実に出射させるためにも、入射光に対して、ある程度の大きな角度で光を屈折させる必要がある。
また、前述のように、光学異方性層による光の透過角度は、液晶配向パターンにおける1周期Λを短くすることで、入射光に対する透過光の角度を大きくできる。
この点を考慮すると、光学異方性層の液晶配向パターンにおける1周期Λは、20μm以下が好ましく、10μm以下がより好ましく、5μm以下がさらに好ましい。
より大きな角度で光を回折する場合には、3μm以下がより好ましく、1μm以下がさらに好ましい。
なお、液晶配向パターンの精度等を考慮すると、光学異方性層の液晶配向パターンにおける1周期Λは、0.1μm以上とするのが好ましい。
より大きな角度で光を回折する場合には、3μm以下がより好ましく、1μm以下がさらに好ましい。
なお、液晶配向パターンの精度等を考慮すると、光学異方性層の液晶配向パターンにおける1周期Λは、0.1μm以上とするのが好ましい。
また、図1に示す例では、光学異方性層において、厚み方向に配列された液晶化合物は、その光軸が同じ方向となるように配列される構成としたがこれに限定はされない。光学異方性層は、厚み方向において液晶化合物の配向がねじれ性を持つ領域を有していてもよい。また、光学異方性層は、コレステリック配向を有していてもよい。
図10に示す例は、光学異方性層がコレステリック配向を有する例である。
図10に示す光学素子12において、光学異方性層26は、通常のコレステリック液晶相を固定してなるコレステリック液晶層と同様に、液晶化合物30が厚み方向に螺旋状に旋回して積み重ねられたらせん構造を有し、液晶化合物30が螺旋状に1回転(360°回転)して積み重ねられた構成を螺旋1ピッチとして螺旋状に旋回する液晶化合物30が複数ピッチ積層された構成を有する。
図10に示す光学素子12において、光学異方性層26は、通常のコレステリック液晶相を固定してなるコレステリック液晶層と同様に、液晶化合物30が厚み方向に螺旋状に旋回して積み重ねられたらせん構造を有し、液晶化合物30が螺旋状に1回転(360°回転)して積み重ねられた構成を螺旋1ピッチとして螺旋状に旋回する液晶化合物30が複数ピッチ積層された構成を有する。
一方、図2に示す例と同様に、光学異方性層26は、液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有する。
このような、コレステリック配向を有する光学異方性層27は、従来のコレステリック液晶層と同様に、波長選択反射性を有する。例えば、コレステリック配向を有する光学異方性層27が赤色光の右円偏光を反射するものである場合には、赤色の波長域の右円偏光を反射してそれ以外の光を透過する。
一方で、光学異方性層27において、面方向において液晶化合物30が回転して配向されているため、反射光は回折される。
従って、コレステリック配向を有する光学異方性層27を有する光学素子12は、選択反射波長の右円偏光または左円偏光を反射し、かつ、この反射光を回折する。
なお、以下の説明において、コレステリック配向を有する光学異方性層をコレステリック液晶層ともいう。
一方で、光学異方性層27において、面方向において液晶化合物30が回転して配向されているため、反射光は回折される。
従って、コレステリック配向を有する光学異方性層27を有する光学素子12は、選択反射波長の右円偏光または左円偏光を反射し、かつ、この反射光を回折する。
なお、以下の説明において、コレステリック配向を有する光学異方性層をコレステリック液晶層ともいう。
図10に示す光学素子12において、支持体20および配向膜24の構成は、図1に示す光学素子10の支持体20および配向膜24の構成と同様であるので、その説明は省略する。
すなわち、図10に示す光学素子において、配向膜24は、光配向膜であり、2つ以上の偏光したビームを干渉させて露光されている。この露光によって、配向膜24は、光学異方性層27が、液晶化合物30に由来する光軸30Aの向きが、面内の一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを形成できるように、配向パターンが形成されている。
すなわち、図10に示す光学素子において、配向膜24は、光配向膜であり、2つ以上の偏光したビームを干渉させて露光されている。この露光によって、配向膜24は、光学異方性層27が、液晶化合物30に由来する光軸30Aの向きが、面内の一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを形成できるように、配向パターンが形成されている。
<コレステリック液晶層>
コレステリック液晶層27は、コレステリック液晶相を固定してなるものである。すなわち、コレステリック液晶層27は、コレステリック構造を有する液晶化合物30(液晶材料)からなる層である。
コレステリック液晶層27は、コレステリック液晶相を固定してなるものである。すなわち、コレステリック液晶層27は、コレステリック構造を有する液晶化合物30(液晶材料)からなる層である。
<<コレステリック液晶相>>
コレステリック液晶相は、特定の波長において左右いずれかの円偏光に対して選択反射性を示す。反射光が右円偏光であるか左円偏光であるかは、コレステリック液晶相の螺旋の捩れ方向(センス)による。コレステリック液晶相による円偏光の選択反射は、コレステリック液晶相の螺旋の捩れ方向が右の場合は右円偏光を反射し、螺旋の捩れ方向が左の場合は左円偏光を反射する。
従って、図10に示す例の光学素子12においては、コレステリック液晶層は、右捩れのコレステリック液晶相を固定してなる層である。
なお、コレステリック液晶相の旋回の方向は、コレステリック液晶層を形成する液晶化合物の種類および/または添加されるキラル剤の種類によって調節できる。
コレステリック液晶相は、特定の波長において左右いずれかの円偏光に対して選択反射性を示す。反射光が右円偏光であるか左円偏光であるかは、コレステリック液晶相の螺旋の捩れ方向(センス)による。コレステリック液晶相による円偏光の選択反射は、コレステリック液晶相の螺旋の捩れ方向が右の場合は右円偏光を反射し、螺旋の捩れ方向が左の場合は左円偏光を反射する。
従って、図10に示す例の光学素子12においては、コレステリック液晶層は、右捩れのコレステリック液晶相を固定してなる層である。
なお、コレステリック液晶相の旋回の方向は、コレステリック液晶層を形成する液晶化合物の種類および/または添加されるキラル剤の種類によって調節できる。
また、選択反射を示す選択反射帯域(円偏光反射帯域)の半値幅Δλ(nm)は、コレステリック液晶相のΔnと螺旋のピッチPとに依存し、Δλ=Δn×Pの関係に従う。そのため、選択反射帯域の幅の制御は、Δnを調節して行うことができる。Δnは、コレステリック液晶層を形成する液晶化合物の種類およびその混合比率、ならびに、配向固定時の温度により調節できる。
反射波長帯域の半値幅は、光学素子10の用途に応じて調節され、例えば10~500nmであればよく、好ましくは20~300nmであり、より好ましくは30~100nmである。
反射波長帯域の半値幅は、光学素子10の用途に応じて調節され、例えば10~500nmであればよく、好ましくは20~300nmであり、より好ましくは30~100nmである。
<<コレステリック液晶層の形成方法>>
コレステリック液晶層27は、コレステリック液晶相を層状に固定して形成できる。
コレステリック液晶相を固定した構造は、コレステリック液晶相となっている液晶化合物の配向が保持されている構造であればよく、典型的には、重合性液晶化合物をコレステリック液晶相の配向状態としたうえで、紫外線照射、加熱等によって重合、硬化し、流動性が無い層を形成して、同時に、外場または外力によって配向形態に変化を生じさせることない状態に変化した構造が好ましい。
なお、コレステリック液晶相を固定した構造においては、コレステリック液晶相の光学的性質が保持されていれば十分であり、コレステリック液晶層において、液晶化合物30は液晶性を示さなくてもよい。例えば、重合性液晶化合物は、硬化反応により高分子量化して、液晶性を失っていてもよい。
コレステリック液晶層27は、コレステリック液晶相を層状に固定して形成できる。
コレステリック液晶相を固定した構造は、コレステリック液晶相となっている液晶化合物の配向が保持されている構造であればよく、典型的には、重合性液晶化合物をコレステリック液晶相の配向状態としたうえで、紫外線照射、加熱等によって重合、硬化し、流動性が無い層を形成して、同時に、外場または外力によって配向形態に変化を生じさせることない状態に変化した構造が好ましい。
なお、コレステリック液晶相を固定した構造においては、コレステリック液晶相の光学的性質が保持されていれば十分であり、コレステリック液晶層において、液晶化合物30は液晶性を示さなくてもよい。例えば、重合性液晶化合物は、硬化反応により高分子量化して、液晶性を失っていてもよい。
コレステリック液晶相を固定してなるコレステリック液晶層の形成に用いる材料としては、一例として、液晶化合物を含む液晶組成物が挙げられる。液晶化合物は重合性液晶化合物であるのが好ましい。
また、コレステリック液晶層の形成に用いる液晶組成物は、さらに界面活性剤およびキラル剤を含んでいてもよい。
また、コレステリック液晶層の形成に用いる液晶組成物は、さらに界面活性剤およびキラル剤を含んでいてもよい。
--重合性液晶化合物--
重合性液晶化合物は、棒状液晶化合物であっても、円盤状液晶化合物であってもよい。
コレステリック液晶相を形成する棒状の重合性液晶化合物の例としては、棒状ネマチック液晶化合物が挙げられる。棒状ネマチック液晶化合物としては、アゾメチン類、アゾキシ類、シアノビフェニル類、シアノフェニルエステル類、安息香酸エステル類、シクロヘキサンカルボン酸フェニルエステル類、シアノフェニルシクロヘキサン類、シアノ置換フェニルピリミジン類、アルコキシ置換フェニルピリミジン類、フェニルジオキサン類、トラン類、および、アルケニルシクロヘキシルベンゾニトリル類等が好ましく用いられる。低分子液晶化合物だけではなく、高分子液晶化合物も用いることができる。
重合性液晶化合物は、棒状液晶化合物であっても、円盤状液晶化合物であってもよい。
コレステリック液晶相を形成する棒状の重合性液晶化合物の例としては、棒状ネマチック液晶化合物が挙げられる。棒状ネマチック液晶化合物としては、アゾメチン類、アゾキシ類、シアノビフェニル類、シアノフェニルエステル類、安息香酸エステル類、シクロヘキサンカルボン酸フェニルエステル類、シアノフェニルシクロヘキサン類、シアノ置換フェニルピリミジン類、アルコキシ置換フェニルピリミジン類、フェニルジオキサン類、トラン類、および、アルケニルシクロヘキシルベンゾニトリル類等が好ましく用いられる。低分子液晶化合物だけではなく、高分子液晶化合物も用いることができる。
重合性液晶化合物は、重合性基を液晶化合物に導入することで得られる。重合性基の例には、不飽和重合性基、エポキシ基、およびアジリジニル基が含まれ、不飽和重合性基が好ましく、エチレン性不飽和重合性基がより好ましい。重合性基は種々の方法で、液晶化合物の分子中に導入できる。重合性液晶化合物が有する重合性基の個数は、好ましくは1~6個、より好ましくは1~3個である。
重合性液晶化合物の例は、Makromol.Chem.,190巻、2255頁(1989年)、Advanced Materials 5巻、107頁(1993年)、米国特許第4683327号明細書、米国特許第5622648号明細書、米国特許第5770107号明細書、国際公開第95/22586号、国際公開第95/24455号、国際公開第97/00600号、国際公開第98/23580号、国際公開第98/52905号、特開平1-272551号公報、特開平6-16616号公報、特開平7-110469号公報、特開平11-80081号公報、および、特開2001-328973号公報等に記載の化合物が含まれる。さらに棒状液晶化合物としては、例えば、特表平11-513019号公報および特開2007-279688号公報に記載のものも好ましく用いることができる。2種類以上の重合性液晶化合物を併用してもよい。2種類以上の重合性液晶化合物を併用すると、配向温度を低下させることができる。
重合性液晶化合物の例は、Makromol.Chem.,190巻、2255頁(1989年)、Advanced Materials 5巻、107頁(1993年)、米国特許第4683327号明細書、米国特許第5622648号明細書、米国特許第5770107号明細書、国際公開第95/22586号、国際公開第95/24455号、国際公開第97/00600号、国際公開第98/23580号、国際公開第98/52905号、特開平1-272551号公報、特開平6-16616号公報、特開平7-110469号公報、特開平11-80081号公報、および、特開2001-328973号公報等に記載の化合物が含まれる。さらに棒状液晶化合物としては、例えば、特表平11-513019号公報および特開2007-279688号公報に記載のものも好ましく用いることができる。2種類以上の重合性液晶化合物を併用してもよい。2種類以上の重合性液晶化合物を併用すると、配向温度を低下させることができる。
また、上記以外の重合性液晶化合物としては、特開昭57-165480号公報に開示されているようなコレステリック相を有する環式オルガノポリシロキサン化合物等を用いることができる。さらに、前述の高分子液晶化合物としては、液晶を呈するメソゲン基を主鎖、側鎖、あるいは主鎖および側鎖の両方の位置に導入した高分子、コレステリル基を側鎖に導入した高分子コレステリック液晶、特開平9-133810号公報に開示されているような液晶性高分子、および、特開平11-293252号公報に開示されているような液晶性高分子等を用いることができる。
--円盤状液晶化合物--
円盤状液晶化合物としては、例えば、特開2007-108732号公報や特開2010-244038号公報に記載のものを好ましく用いることができる。
円盤状液晶化合物としては、例えば、特開2007-108732号公報や特開2010-244038号公報に記載のものを好ましく用いることができる。
また、液晶組成物中の重合性液晶化合物の添加量は、液晶組成物の固形分質量(溶媒を除いた質量)に対して、75~99.9質量%であるのが好ましく、80~99質量%であるのがより好ましく、85~90質量%であるのがさらに好ましい。
--界面活性剤--
コレステリック液晶層を形成する際に用いる液晶組成物は、界面活性剤を含有してもよい。
界面活性剤は、安定的にまたは迅速にプレーナー配向のコレステリック液晶相とするために寄与する配向制御剤として機能できる化合物が好ましい。界面活性剤としては、例えば、シリコ-ン系界面活性剤およびフッ素系界面活性剤が挙げられ、フッ素系界面活性剤が好ましく例示される。
コレステリック液晶層を形成する際に用いる液晶組成物は、界面活性剤を含有してもよい。
界面活性剤は、安定的にまたは迅速にプレーナー配向のコレステリック液晶相とするために寄与する配向制御剤として機能できる化合物が好ましい。界面活性剤としては、例えば、シリコ-ン系界面活性剤およびフッ素系界面活性剤が挙げられ、フッ素系界面活性剤が好ましく例示される。
界面活性剤の具体例としては、特開2014-119605号公報の段落[0082]~[0090]に記載の化合物、特開2012-203237号公報の段落[0031]~[0034]に記載の化合物、特開2005-99248号公報の段落[0092]および[0093]中に例示されている化合物、特開2002-129162号公報の段落[0076]~[0078]および段落[0082]~[0085]中に例示されている化合物、ならびに、特開2007-272185号公報の段落[0018]~[0043]等に記載のフッ素(メタ)アクリレート系ポリマー、などが挙げられる。
なお、界面活性剤は、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
フッ素系界面活性剤として、特開2014-119605号公報の段落[0082]~[0090]に記載の化合物が好ましい。
なお、界面活性剤は、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
フッ素系界面活性剤として、特開2014-119605号公報の段落[0082]~[0090]に記載の化合物が好ましい。
液晶組成物中における、界面活性剤の添加量は、液晶化合物の全質量に対して0.01~10質量%が好ましく、0.01~5質量%がより好ましく、0.02~1質量%がさらに好ましい。
--キラル剤(光学活性化合物)--
キラル剤(カイラル剤)はコレステリック液晶相の螺旋構造を誘起する機能を有する。キラル剤は、化合物によって誘起する螺旋の捩れ方向または螺旋ピッチが異なるため、目的に応じて選択すればよい。
キラル剤としては、特に制限はなく、公知の化合物(例えば、液晶デバイスハンドブック、第3章4-3項、TN(twisted nematic)、STN(Super Twisted Nematic)用カイラル剤、199頁、日本学術振興会第142委員会編、1989に記載)、イソソルビド、および、イソマンニド誘導体等を用いることができる。
キラル剤は、一般に不斉炭素原子を含むが、不斉炭素原子を含まない軸性不斉化合物または面性不斉化合物もキラル剤として用いることができる。軸性不斉化合物または面性不斉化合物の例には、ビナフチル、ヘリセン、パラシクロファン、および、これらの誘導体が含まれる。キラル剤は、重合性基を有していてもよい。キラル剤と液晶化合物とがいずれも重合性基を有する場合は、重合性キラル剤と重合性液晶化合物との重合反応により、重合性液晶化合物から誘導される繰り返し単位と、キラル剤から誘導される繰り返し単位とを有するポリマーを形成することができる。この態様では、重合性キラル剤が有する重合性基は、重合性液晶化合物が有する重合性基と、同種の基であるのが好ましい。従って、キラル剤の重合性基も、不飽和重合性基、エポキシ基またはアジリジニル基であるのが好ましく、不飽和重合性基であるのがより好ましく、エチレン性不飽和重合性基であるのがさらに好ましい。
また、キラル剤は、液晶化合物であってもよい。
キラル剤(カイラル剤)はコレステリック液晶相の螺旋構造を誘起する機能を有する。キラル剤は、化合物によって誘起する螺旋の捩れ方向または螺旋ピッチが異なるため、目的に応じて選択すればよい。
キラル剤としては、特に制限はなく、公知の化合物(例えば、液晶デバイスハンドブック、第3章4-3項、TN(twisted nematic)、STN(Super Twisted Nematic)用カイラル剤、199頁、日本学術振興会第142委員会編、1989に記載)、イソソルビド、および、イソマンニド誘導体等を用いることができる。
キラル剤は、一般に不斉炭素原子を含むが、不斉炭素原子を含まない軸性不斉化合物または面性不斉化合物もキラル剤として用いることができる。軸性不斉化合物または面性不斉化合物の例には、ビナフチル、ヘリセン、パラシクロファン、および、これらの誘導体が含まれる。キラル剤は、重合性基を有していてもよい。キラル剤と液晶化合物とがいずれも重合性基を有する場合は、重合性キラル剤と重合性液晶化合物との重合反応により、重合性液晶化合物から誘導される繰り返し単位と、キラル剤から誘導される繰り返し単位とを有するポリマーを形成することができる。この態様では、重合性キラル剤が有する重合性基は、重合性液晶化合物が有する重合性基と、同種の基であるのが好ましい。従って、キラル剤の重合性基も、不飽和重合性基、エポキシ基またはアジリジニル基であるのが好ましく、不飽和重合性基であるのがより好ましく、エチレン性不飽和重合性基であるのがさらに好ましい。
また、キラル剤は、液晶化合物であってもよい。
キラル剤が光異性化基を有する場合には、塗布、配向後に活性光線などのフォトマスク照射によって、発光波長に対応した所望の反射波長のパターンを形成することができるので好ましい。光異性化基としては、フォトクロッミック性を示す化合物の異性化部位、アゾ基、アゾキシ基、または、シンナモイル基が好ましい。具体的な化合物として、特開2002-80478号公報、特開2002-80851号公報、特開2002-179668号公報、特開2002-179669号公報、特開2002-179670号公報、特開2002-179681号公報、特開2002-179682号公報、特開2002-338575号公報、特開2002-338668号公報、特開2003-313189号公報、および、特開2003-313292号公報等に記載の化合物を用いることができる。
液晶組成物における、キラル剤の含有量は、液晶化合物の含有モル量に対して0.01~200モル%が好ましく、1~30モル%がより好ましい。
--重合開始剤--
液晶組成物が重合性化合物を含む場合は、重合開始剤を含有しているのが好ましい。紫外線照射により重合反応を進行させる態様では、使用する重合開始剤は、紫外線照射によって重合反応を開始可能な光重合開始剤であるのが好ましい。
光重合開始剤の例には、α-カルボニル化合物(米国特許第2367661号、米国特許第2367670号の各明細書記載)、アシロインエーテル(米国特許第2448828号明細書記載)、α-炭化水素置換芳香族アシロイン化合物(米国特許第2722512号明細書記載)、多核キノン化合物(米国特許第3046127号、米国特許第2951758号の各明細書記載)、トリアリールイミダゾールダイマーとp-アミノフェニルケトンとの組み合わせ(米国特許第3549367号明細書記載)、アクリジンおよびフェナジン化合物(特開昭60-105667号公報、米国特許第4239850号明細書記載)、ならびに、オキサジアゾール化合物(米国特許第4212970号明細書記載)等が挙げられる。
液晶組成物中の光重合開始剤の含有量は、液晶化合物の含有量に対して0.1~20質量%であるのが好ましく、0.5~12質量%であるのがさらに好ましい。
液晶組成物が重合性化合物を含む場合は、重合開始剤を含有しているのが好ましい。紫外線照射により重合反応を進行させる態様では、使用する重合開始剤は、紫外線照射によって重合反応を開始可能な光重合開始剤であるのが好ましい。
光重合開始剤の例には、α-カルボニル化合物(米国特許第2367661号、米国特許第2367670号の各明細書記載)、アシロインエーテル(米国特許第2448828号明細書記載)、α-炭化水素置換芳香族アシロイン化合物(米国特許第2722512号明細書記載)、多核キノン化合物(米国特許第3046127号、米国特許第2951758号の各明細書記載)、トリアリールイミダゾールダイマーとp-アミノフェニルケトンとの組み合わせ(米国特許第3549367号明細書記載)、アクリジンおよびフェナジン化合物(特開昭60-105667号公報、米国特許第4239850号明細書記載)、ならびに、オキサジアゾール化合物(米国特許第4212970号明細書記載)等が挙げられる。
液晶組成物中の光重合開始剤の含有量は、液晶化合物の含有量に対して0.1~20質量%であるのが好ましく、0.5~12質量%であるのがさらに好ましい。
--架橋剤--
液晶組成物は、硬化後の膜強度向上、耐久性向上のため、任意に架橋剤を含有していてもよい。架橋剤としては、紫外線、熱、および、湿気等で硬化するものが好適に使用できる。
架橋剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えばトリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレートおよびペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート等の多官能アクリレート化合物;グリシジル(メタ)アクリレートおよびエチレングリコールジグリシジルエーテル等のエポキシ化合物;2,2-ビスヒドロキシメチルブタノール-トリス[3-(1-アジリジニル)プロピオネート]および4,4-ビス(エチレンイミノカルボニルアミノ)ジフェニルメタン等のアジリジン化合物;ヘキサメチレンジイソシアネートおよびビウレット型イソシアネート等のイソシアネート化合物;オキサゾリン基を側鎖に有するポリオキサゾリン化合物;ならびに、ビニルトリメトキシシラン、N-(2-アミノエチル)3-アミノプロピルトリメトキシシラン等のアルコキシシラン化合物などが挙げられる。また、架橋剤の反応性に応じて公知の触媒を用いることができ、膜強度および耐久性向上に加えて生産性を向上させることができる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
架橋剤の含有量は、液晶組成物の固形分質量に対して、3~20質量%が好ましく、5~15質量%がより好ましい。架橋剤の含有量が上記範囲内であれば、架橋密度向上の効果が得られやすく、コレステリック液晶相の安定性がより向上する。
液晶組成物は、硬化後の膜強度向上、耐久性向上のため、任意に架橋剤を含有していてもよい。架橋剤としては、紫外線、熱、および、湿気等で硬化するものが好適に使用できる。
架橋剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えばトリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレートおよびペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート等の多官能アクリレート化合物;グリシジル(メタ)アクリレートおよびエチレングリコールジグリシジルエーテル等のエポキシ化合物;2,2-ビスヒドロキシメチルブタノール-トリス[3-(1-アジリジニル)プロピオネート]および4,4-ビス(エチレンイミノカルボニルアミノ)ジフェニルメタン等のアジリジン化合物;ヘキサメチレンジイソシアネートおよびビウレット型イソシアネート等のイソシアネート化合物;オキサゾリン基を側鎖に有するポリオキサゾリン化合物;ならびに、ビニルトリメトキシシラン、N-(2-アミノエチル)3-アミノプロピルトリメトキシシラン等のアルコキシシラン化合物などが挙げられる。また、架橋剤の反応性に応じて公知の触媒を用いることができ、膜強度および耐久性向上に加えて生産性を向上させることができる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
架橋剤の含有量は、液晶組成物の固形分質量に対して、3~20質量%が好ましく、5~15質量%がより好ましい。架橋剤の含有量が上記範囲内であれば、架橋密度向上の効果が得られやすく、コレステリック液晶相の安定性がより向上する。
--その他の添加剤--
液晶組成物中には、必要に応じて、さらに重合禁止剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定化剤、色材、および、金属酸化物微粒子等を、光学的性能等を低下させない範囲で添加することができる。
液晶組成物中には、必要に応じて、さらに重合禁止剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定化剤、色材、および、金属酸化物微粒子等を、光学的性能等を低下させない範囲で添加することができる。
液晶組成物は、コレステリック液晶層27を形成する際には、液体として用いられるのが好ましい。
液晶組成物は溶媒を含んでいてもよい。溶媒には、制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、有機溶媒が好ましい。
有機溶媒には、制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ケトン類、アルキルハライド類、アミド類、スルホキシド類、ヘテロ環化合物、炭化水素類、エステル類、および、エーテル類などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、環境への負荷を考慮した場合にはケトン類が好ましい。
液晶組成物は溶媒を含んでいてもよい。溶媒には、制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、有機溶媒が好ましい。
有機溶媒には、制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ケトン類、アルキルハライド類、アミド類、スルホキシド類、ヘテロ環化合物、炭化水素類、エステル類、および、エーテル類などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、環境への負荷を考慮した場合にはケトン類が好ましい。
コレステリック液晶層を形成する際には、配向膜上に液晶組成物を塗布して、液晶化合物をコレステリック液晶相の状態に配向した後、液晶化合物を硬化して、コレステリック液晶層とする。
塗布方法は前述のとおりである。
塗布方法は前述のとおりである。
塗布された液晶組成物は、必要に応じて乾燥および/または加熱され、その後、硬化され、コレステリック液晶層を形成する。この乾燥および/または加熱の工程で、液晶組成物中の液晶化合物がコレステリック液晶相に配向すればよい。加熱を行う場合、加熱温度は、200℃以下が好ましく、130℃以下がより好ましい。
硬化方法は前述のとおりである。
硬化方法は前述のとおりである。
<<コレステリック液晶層の液晶配向パターン>>
前述のように、本発明の光学素子12において、コレステリック液晶層27は、コレステリック液晶相を形成する液晶化合物30に由来する光軸30Aの向きが、コレステリック液晶層の面内において、一方向に連続的に回転しながら変化する液晶配向パターンを有する。
前述のように、本発明の光学素子12において、コレステリック液晶層27は、コレステリック液晶相を形成する液晶化合物30に由来する光軸30Aの向きが、コレステリック液晶層の面内において、一方向に連続的に回転しながら変化する液晶配向パターンを有する。
コレステリック液晶層27においても、図2に示す光学異方性層26のように、配向膜24の表面において、コレステリック液晶層27を構成する液晶化合物30は、下層の配向膜24に形成された配向パターンに応じて、矢印Xで示す所定の一方向、および、この一方向(矢印X方向)と直交する方向に、二次元的に配列された状態になっている。
また、コレステリック液晶層27を形成する液晶化合物30は、コレステリック液晶層27の面内において、矢印X方向に沿って、光軸30Aの向きが、連続的に回転しながら変化する、液晶配向パターンを有する。図示例においては、液晶化合物30の光軸30Aが、矢印X方向に沿って、時計方向に連続的に回転しながら変化する、液晶配向パターンを有する。
なお、前述のとおり、矢印X方向に互いに隣接する液晶化合物30の光軸30Aの角度の差は、45°以下であるのが好ましく、15°以下であるのがより好ましく、より小さい角度であるのがさらに好ましい。
また、コレステリック液晶層27を形成する液晶化合物30は、コレステリック液晶層27の面内において、矢印X方向に沿って、光軸30Aの向きが、連続的に回転しながら変化する、液晶配向パターンを有する。図示例においては、液晶化合物30の光軸30Aが、矢印X方向に沿って、時計方向に連続的に回転しながら変化する、液晶配向パターンを有する。
なお、前述のとおり、矢印X方向に互いに隣接する液晶化合物30の光軸30Aの角度の差は、45°以下であるのが好ましく、15°以下であるのがより好ましく、より小さい角度であるのがさらに好ましい。
一方、コレステリック液晶層27を形成する液晶化合物30は、矢印X方向と直交するY方向、すなわち、光軸30Aが連続的に回転する一方向と直交するY方向では、光軸30Aの向きが等しい。
言い換えれば、コレステリック液晶層27を形成する液晶化合物30は、Y方向では、液晶化合物30の光軸30Aと矢印X方向とが成す角度が等しい。
言い換えれば、コレステリック液晶層27を形成する液晶化合物30は、Y方向では、液晶化合物30の光軸30Aと矢印X方向とが成す角度が等しい。
従来のコレステリック液晶相を固定してなるコレステリック液晶層は、通常、入射した光(円偏光)を鏡面反射する。
これに対して、本発明の光学素子が有するコレステリック液晶層27は、入射した光を、入射光に対して矢印X方向に角度を有した方向に反射する。コレステリック液晶層27は、面内において、矢印X方向(所定の一方向)に沿って光軸30Aが連続的に回転しながら変化する、液晶配向パターンを有するものである。以下、図11を参照して説明する。
これに対して、本発明の光学素子が有するコレステリック液晶層27は、入射した光を、入射光に対して矢印X方向に角度を有した方向に反射する。コレステリック液晶層27は、面内において、矢印X方向(所定の一方向)に沿って光軸30Aが連続的に回転しながら変化する、液晶配向パターンを有するものである。以下、図11を参照して説明する。
前述のように、コレステリック液晶層27は、選択反射波長の右円偏光または左円偏光を選択的に反射するコレステリック液晶層である。以下、赤色の右円偏光を反射するものとして説明する。光学素子10に光が入射すると、コレステリック液晶層27は、赤色光の右円偏光RRのみを反射し、それ以外の光を透過する。
コレステリック液晶層27に入射した赤色光の右円偏光RRは、コレステリック液晶層27によって反射される際に、各液晶化合物30の光軸30Aの向きに応じて絶対位相が変化する。
ここで、コレステリック液晶層27では、液晶化合物30の光軸30Aが矢印X方向(一方向)に沿って回転しながら変化している。そのため、光軸30Aの向きによって、入射した赤色光の右円偏光RRの絶対位相の変化量が異なる。
さらに、コレステリック液晶層27に形成された液晶配向パターンは、矢印X方向に周期的なパターンである。そのため、コレステリック液晶層27に入射した赤色光の右円偏光RRには、図11に概念的に示すように、それぞれの光軸30Aの向きに対応した矢印X方向に周期的な絶対位相Qが与えられる。
また、液晶化合物30の光軸30Aの矢印X方向に対する向きは、矢印X方向と直交するY方向の液晶化合物30の配列では、均一である。
これによりコレステリック液晶層27では、赤色光の右円偏光RRに対して、XY面に対して矢印X方向に傾いた等位相面Eが形成される。
そのため、赤色光の右円偏光RRは、等位相面Eの法線方向に反射され、反射された赤色光の右円偏光RRは、XY面(コレステリック液晶層27の主面)に対して矢印X方向に傾いた方向に反射される。
ここで、コレステリック液晶層27では、液晶化合物30の光軸30Aが矢印X方向(一方向)に沿って回転しながら変化している。そのため、光軸30Aの向きによって、入射した赤色光の右円偏光RRの絶対位相の変化量が異なる。
さらに、コレステリック液晶層27に形成された液晶配向パターンは、矢印X方向に周期的なパターンである。そのため、コレステリック液晶層27に入射した赤色光の右円偏光RRには、図11に概念的に示すように、それぞれの光軸30Aの向きに対応した矢印X方向に周期的な絶対位相Qが与えられる。
また、液晶化合物30の光軸30Aの矢印X方向に対する向きは、矢印X方向と直交するY方向の液晶化合物30の配列では、均一である。
これによりコレステリック液晶層27では、赤色光の右円偏光RRに対して、XY面に対して矢印X方向に傾いた等位相面Eが形成される。
そのため、赤色光の右円偏光RRは、等位相面Eの法線方向に反射され、反射された赤色光の右円偏光RRは、XY面(コレステリック液晶層27の主面)に対して矢印X方向に傾いた方向に反射される。
本発明の光学素子10において、コレステリック液晶層の配向パターンにおける1周期Λには、制限はなく、光学素子10の用途等に応じて、適宜、設定すればよい。
コレステリック配向を有する光学異方性層(コレステリック液晶層)27を有する光学素子においても、コレステリック液晶層27を複数層有する構成としてもよい。光学異方性層を複数層有する場合には、光学異方性層の液晶配向パターンの1周期Λは同じであっても異なっていてもよい。また、光学異方性層ごとに、液晶配向パターンが異なっていてもよい。
また、複数層のコレステリック液晶層を有する場合には、選択反射波長の異なるコレステリック液晶層を有する構成としてもよい。例えば、赤色光を反射するコレステリック液晶層、緑色光を反射するコレステリック液晶層、および、青色光を反射するコレステリック液晶層を有する構成として、各コレステリック液晶層による光の回折角を同じにすることで、赤色光、緑色光、青色光を同じ方向に回折する光学素子とすることができ、フルカラー画像に対応することができる。
あるいは、複数層のコレステリック液晶層を有する場合には、選択反射波長の異なるコレステリック液晶層を有し、各コレステリック液晶層による光の回折角を異なるものとしてもよい。これによって、例えば、赤色光、緑色光、青色光を異なる方向に回折して分離することができる。
また、コレステリック液晶層を有する光学素子においても、コレステリック液晶層の液晶配向パターンにおける液晶化合物30の光軸30Aが、矢印X方向のみに沿って、連続して回転している構成に限定はされず、コレステリック液晶層において、液晶化合物30の光軸30Aが一方向に沿って連続して回転するものであれば、各種の構成が利用可能である。
例えば、図8に概念的に示す光学異方性層26と同様に、液晶配向パターンが、液晶化合物30の光学軸の向きが連続的に回転しながら変化する一方向を、内側から外側に向かう同心円状に有する、同心円状のパターンである、コレステリック液晶層としてもよい。
あるいは、同心円状ではなく、液晶化合物30の光学軸の向きが連続的に回転しながら変化する一方向が、コレステリック液晶層の中心から放射状に設けられた液晶配向パターンも、利用可能である。
例えば、図8に概念的に示す光学異方性層26と同様に、液晶配向パターンが、液晶化合物30の光学軸の向きが連続的に回転しながら変化する一方向を、内側から外側に向かう同心円状に有する、同心円状のパターンである、コレステリック液晶層としてもよい。
あるいは、同心円状ではなく、液晶化合物30の光学軸の向きが連続的に回転しながら変化する一方向が、コレステリック液晶層の中心から放射状に設けられた液晶配向パターンも、利用可能である。
本発明の製造方法の別の一例は、
液晶化合物を含む液晶組成物を用いて形成された光学異方性層と、液晶化合物を配向させる配向膜と、支持体とを有する光学素子の製造方法であって、
支持体の一方の表面に配向膜を形成する配向膜形成工程と、
配向膜上に光学異方性層を形成する光学異方性層形成工程とを有し、
配向膜は、光配向材料を含有し、
配向膜形成工程において、偏光回折光学素子に光を入射する工程を有し、偏光回折光学素子によって偏光変換された光を、配向膜に露光する露光工程を有し、
支持体は、露光工程において偏光した光を照射することによって配向膜に光化学反応が生じる光吸収帯域と重複する光吸収帯域を有する光学素子の製造方法である。
液晶化合物を含む液晶組成物を用いて形成された光学異方性層と、液晶化合物を配向させる配向膜と、支持体とを有する光学素子の製造方法であって、
支持体の一方の表面に配向膜を形成する配向膜形成工程と、
配向膜上に光学異方性層を形成する光学異方性層形成工程とを有し、
配向膜は、光配向材料を含有し、
配向膜形成工程において、偏光回折光学素子に光を入射する工程を有し、偏光回折光学素子によって偏光変換された光を、配向膜に露光する露光工程を有し、
支持体は、露光工程において偏光した光を照射することによって配向膜に光化学反応が生じる光吸収帯域と重複する光吸収帯域を有する光学素子の製造方法である。
ここで、本発明者らの検討によれば、配向膜に偏光回折光学素子によって偏光変換された光を照射して配向膜に配向パターンを形成し、配向膜の上に液晶層を形成すると液晶層の面内にムラが発生するという問題が生じることがわかった。この原因として、前述の干渉光を配向膜に露光した場合と同様に、照射した光の一部が支持体20の界面で反射して再度配向膜に照射されるためであると推定した。
偏光回折光学素子を用いて配向膜に配向パターンを形成する場合、偏光回折光学素子にコリメートした光を入射し、偏光回折光学素子によって偏光変換された回折光を配向膜に照射する。回折光が干渉し、配向膜に照射されることにより、配向膜に配向パターンが形成される。前述した、2つ以上の偏光したビームの干渉光を配向膜に露光した場合に図5で示したように、配向膜24側から照射した光線(MA、MB)の一部が配向膜24を透過し支持体20に入射して、支持体20に入射した光の一部が、支持体20の配向膜24が形成された面とは反対側の面(以下、背面ともいう)で反射する。支持体20背面で反射された反射光(Lr1、Lr2)は配向膜24に再度照射される。その際、配向膜24に照射される光線(MA、MB)は、配向膜24の主面に対して斜めから照射されるため、支持体20の背面で反射された反射光(Lr1、Lr2)は、配向膜24の、光線(MA、MB)が照射された領域とは異なる領域に照射される。配向膜24は反射光(Lr1、Lr2)によっても露光されてしまうため、光線(MA、MB)が照射された領域とは異なる領域も露光されてしまう。そのため、光線(MA、MB)によって形成される配向パターンに、反射光(Lr1、Lr2)による露光パターンが重畳してムラが生じてしまう。その結果、ムラが生じた配向膜24上に形成された光学異方性層26にも液晶化合物の配向パターンにムラが生じてしまう。光学異方性層26にムラが生じると、所望の光学特性が得られない。
これに対して、本発明の製造方法は、支持体20が、配向膜24の光化学反応が生じる光吸収帯域と重複する光吸収帯域を有する。すなわち、支持体20は、露光工程で配向膜24に照射する光(光線MA、MB)の少なくとも一部を吸収する機能を有する。
支持体20が、光線(MA、MB)の少なくとも一部を吸収する機能を有するため、配向膜24を透過し支持体20に入射した光線(MA、MB)は、支持体20によって吸収され、支持体20の背面で反射される反射光(Lr1、Lr2)の光量が小さくなる。従って、配向膜24が反射光(Lr1、Lr2)によって露光されるのを抑制でき、配向膜24に形成される配向パターンにムラが生じることを抑制できる。その結果、配向膜24上に形成された光学異方性層26の配向パターンにムラが生じることを抑制でき、所望の光学特性が得ることができる。
支持体20が、光線(MA、MB)の少なくとも一部を吸収する機能を有するため、配向膜24を透過し支持体20に入射した光線(MA、MB)は、支持体20によって吸収され、支持体20の背面で反射される反射光(Lr1、Lr2)の光量が小さくなる。従って、配向膜24が反射光(Lr1、Lr2)によって露光されるのを抑制でき、配向膜24に形成される配向パターンにムラが生じることを抑制できる。その結果、配向膜24上に形成された光学異方性層26の配向パターンにムラが生じることを抑制でき、所望の光学特性が得ることができる。
なお、偏光回折光学素子は、配向膜を露光する光の波長λeに対し、λe/2の位相差を有することが好ましい。これにより、偏光回折光学素子によって偏光変換された回折光の干渉状態による周期パターンを高精度で形成、制御することができる。
また、偏光回折光学素子に入射する光が直線偏光であることが好ましい。
また、偏光回折光学素子に入射する光が直線偏光であることが好ましい。
偏光回折光学素子とは、微細領域で偏光状態を制御することによって、入射する光の偏光状態に応じて出射光の回折方向や偏光状態、回折光強度を制御する回折素子である。偏光回折素子として、例えば、Erez Hasman et al., Polarization dependent focusing lens by useof quantized Pancharatnm-Berry phase diffractive optics, Applied Physics Letters, Volume 82, Number 3 pp.328-330に記載の構造複屈折を用いて回折構造を形成した偏光回折素子、および、特許第5462783号に記載の複屈折材料を用いて回折構造を形成した偏光回折素子等が例示される。
偏光回折素子としては、液晶化合物を含む組成物を用いて形成され、液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有する、液晶回折素子も例示される。
偏光回折素子としては、液晶化合物を含む組成物を用いて形成され、液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有する、液晶回折素子も例示される。
本発明の製造方法の別の一例は、
液晶化合物を含む液晶組成物を用いて形成された光学異方性層と、液晶化合物を配向させる配向膜と、支持体とを有する光学素子の製造方法であって、
支持体の一方の表面に配向膜を形成する配向膜形成工程と、
配向膜上に光学異方性層を形成する光学異方性層形成工程とを有し、
配向膜は、光配向材料を含有し、
配向膜形成工程において、集光した偏光ビームの偏光方向を任意に変えて、配向膜面内の異なる位置を露光する露光工程を有し、
支持体は、露光工程において偏光した光を照射することによって配向膜に光化学反応が生じる光吸収帯域と重複する光吸収帯域を有する光学素子の製造方法である。
液晶化合物を含む液晶組成物を用いて形成された光学異方性層と、液晶化合物を配向させる配向膜と、支持体とを有する光学素子の製造方法であって、
支持体の一方の表面に配向膜を形成する配向膜形成工程と、
配向膜上に光学異方性層を形成する光学異方性層形成工程とを有し、
配向膜は、光配向材料を含有し、
配向膜形成工程において、集光した偏光ビームの偏光方向を任意に変えて、配向膜面内の異なる位置を露光する露光工程を有し、
支持体は、露光工程において偏光した光を照射することによって配向膜に光化学反応が生じる光吸収帯域と重複する光吸収帯域を有する光学素子の製造方法である。
ここで、本発明者らの検討によれば、配向膜に集光した偏光ビームの偏光方向を任意に変えて、配向膜面内の異なる位置に光を照射して配向膜に配向パターンを形成し、配向膜の上に液晶層を形成すると液晶層の面内にムラが発生するという問題が生じることがわかった。この原因として、前述の干渉光を配向膜に露光した場合と同様に、照射した光の一部が支持体20の界面で反射して再度配向膜に照射されるためであると推定した。
集光した偏光ビームの偏光方向を任意に変えて配向膜に配向パターンを形成する場合、集光した偏光ビームが配向膜に照射され、一部の光が配向膜透過し、発散しながら支持体に入射する。よって、前述した、2つ以上の偏光したビームの干渉光を配向膜に露光した場合に図5で示したように、配向膜24側から照射した光線(MA、MB)の一部が配向膜24を透過し支持体20に入射して、支持体20に入射した光の一部が、支持体20の配向膜24が形成された面とは反対側の面(以下、背面ともいう)で反射する。支持体20背面で反射された反射光(Lr1、Lr2)は配向膜24に再度照射される。その際、配向膜24に照射される光線(MA、MB)は、配向膜24の主面に対して斜めから照射されるため、支持体20の背面で反射された反射光(Lr1、Lr2)は、配向膜24の、光線(MA、MB)が照射された領域とは異なる領域に照射される。配向膜24は反射光(Lr1、Lr2)によっても露光されてしまうため、光線(MA、MB)が照射された領域とは異なる領域も露光されてしまう。そのため、光線(MA、MB)によって形成される配向パターンに、反射光(Lr1、Lr2)による露光パターンが重畳してムラが生じてしまう。その結果、ムラが生じた配向膜24上に形成された光学異方性層26にも液晶化合物の配向パターンにムラが生じてしまう。光学異方性層26にムラが生じると、所望の光学特性が得られない。
これに対して、本発明の製造方法は、支持体20が、配向膜24の光化学反応が生じる光吸収帯域と重複する光吸収帯域を有する。すなわち、支持体20は、露光工程で配向膜24に照射する光(光線MA、MB)の少なくとも一部を吸収する機能を有する。
支持体20が、光線(MA、MB)の少なくとも一部を吸収する機能を有するため、配向膜24を透過し支持体20に入射した光線(MA、MB)は、支持体20によって吸収され、支持体20の背面で反射される反射光(Lr1、Lr2)の光量が小さくなる。従って、配向膜24が反射光(Lr1、Lr2)によって露光されるのを抑制でき、配向膜24に形成される配向パターンにムラが生じることを抑制できる。その結果、配向膜24上に形成された光学異方性層26の配向パターンにムラが生じることを抑制でき、所望の光学特性が得ることができる。
支持体20が、光線(MA、MB)の少なくとも一部を吸収する機能を有するため、配向膜24を透過し支持体20に入射した光線(MA、MB)は、支持体20によって吸収され、支持体20の背面で反射される反射光(Lr1、Lr2)の光量が小さくなる。従って、配向膜24が反射光(Lr1、Lr2)によって露光されるのを抑制でき、配向膜24に形成される配向パターンにムラが生じることを抑制できる。その結果、配向膜24上に形成された光学異方性層26の配向パターンにムラが生じることを抑制でき、所望の光学特性が得ることができる。
なお、露光工程において用いる、集光した偏光ビームは、直線偏光であるのが好ましい。
集光した偏光ビームの偏光方向を変える方法としては、位相差板(波長板)を回転する方法や液晶セルのような位相変調素子を用いる方法等がある。
本発明の光学素子は、光学装置における光路変更部材、光集光素子、所定方向への光拡散素子、および、回折素子等、入射方向とは異なる方向に光を透過する、各種の用途に利用可能である。
好ましい一例として、図12に概念的に示すように、光学素子10を導光板42の一方の面に離間して設けることで、前述のARグラスにおいて、ディスプレイ40が照射した光(投影像)を、全反射に十分な角度で導光板42に導入し、導光板42を伝播した光を、導光板42からARグラスの使用者Uによる観察位置に出射する、回折素子として用いることが例示される。
前述のように、本発明の光学素子10は、透過の際に光を屈折させるので、ディスプレイ40が照射した光を屈折して、導光板42に対して斜め方向に入射させることができる。そのため、1枚の導光板42で、光を出射側に伝播することができる。また、導光板42の光の出射側に配置される光学素子10によって、導光板42から出射した光を屈折させて使用者Uの観察位置に導くことができる。従って、本発明の光学素子10を用いるARグラスは、ARグラスの導光板を、全体的に薄く、軽くして、ARグラスの構成を簡略化できる。
なお、本発明の導光素子は、図12に示すように、導光板42に、互いに離間する2つの本発明の光学素子10を設ける構成に制限はされず、導光板42への光の導入のため、または、導光板42からの光の取り出しのため、導光板に本発明の光学素子10を1つのみ、設けた構成であってもよい。
前述のように、本発明の光学素子10は、透過の際に光を屈折させるので、ディスプレイ40が照射した光を屈折して、導光板42に対して斜め方向に入射させることができる。そのため、1枚の導光板42で、光を出射側に伝播することができる。また、導光板42の光の出射側に配置される光学素子10によって、導光板42から出射した光を屈折させて使用者Uの観察位置に導くことができる。従って、本発明の光学素子10を用いるARグラスは、ARグラスの導光板を、全体的に薄く、軽くして、ARグラスの構成を簡略化できる。
なお、本発明の導光素子は、図12に示すように、導光板42に、互いに離間する2つの本発明の光学素子10を設ける構成に制限はされず、導光板42への光の導入のため、または、導光板42からの光の取り出しのため、導光板に本発明の光学素子10を1つのみ、設けた構成であってもよい。
また、ARグラスにおいて、コレステリック液晶層27を有する光学素子12を用いる場合には、図13に概念的に示すように、導光板42の、ディスプレイ40と対面する面とは反対側の面に光学素子12を配置し、また、使用者Uによる観察位置と対面する面とは反対側の面に光学素子12を配置する。
前述のとおり、コレステリック液晶層を有する光学素子12は、反射の際に光を屈折させるので、ディスプレイ40が照射し、導光板42に垂直に入射した光を斜め方向に屈折させる。そのため、1枚の導光板42で、光を出射側に伝播することができる。また、導光板42の光の出射側に配置される光学素子12によって、導光板42の出射面に垂直な方向に光を反射、屈折させて使用者Uの観察位置に導くことができる。従って、本発明の光学素子を用いるARグラスにおいても、ARグラスの導光板を、全体的に薄く、軽くして、ARグラスの構成を簡略化できる。
以上、本発明の光学素子の製造方法および光学素子について詳細に説明したが、本発明は上述の例に限定はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更を行ってもよいのは、もちろんである。
以下に実施例を挙げて本発明の特徴をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、試薬、使用量、物質量、割合、処理内容、および、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。
[比較例1]
<光学異方性部材の作製>
[支持体の作製]
(コア層セルロースアシレートドープの作製)
下記の組成物をミキシングタンクに投入し、撹拌して、各成分を溶解し、コア層セルロースアシレートドープとして用いるセルロースアセテート溶液を調製した。
コア層セルロースアシレートドープ
――――――――――――――――――――――――――――――――
アセチル置換度2.88のセルロースアセテート 100質量部
ポリエステルA 12質量部
メチレンクロライド(第1溶媒) 430質量部
メタノール(第2溶媒) 64質量部
――――――――――――――――――――――――――――――――
なお、ポロエステルAは、特開2015-227956号公報の[表1]に記載のポリエステルAを使用した。
<光学異方性部材の作製>
[支持体の作製]
(コア層セルロースアシレートドープの作製)
下記の組成物をミキシングタンクに投入し、撹拌して、各成分を溶解し、コア層セルロースアシレートドープとして用いるセルロースアセテート溶液を調製した。
コア層セルロースアシレートドープ
――――――――――――――――――――――――――――――――
アセチル置換度2.88のセルロースアセテート 100質量部
ポリエステルA 12質量部
メチレンクロライド(第1溶媒) 430質量部
メタノール(第2溶媒) 64質量部
――――――――――――――――――――――――――――――――
なお、ポロエステルAは、特開2015-227956号公報の[表1]に記載のポリエステルAを使用した。
(外層セルロースアシレートドープの作製)
上記のコア層セルロースアシレートドープ90質量部と下記のマット溶剤液を10質量部加え、外層セルロースアシレートドープとして用いるセルロースアセテート溶液を調製した。
マット剤溶液
――――――――――――――――――――――――――――――――
平均粒子サイズ20nmのシリカ粒子
(AEROSIL R971、日本エアロジル(株)製) 2質量部
メチレンクロライド(第1溶媒) 76質量部
メタノール(第2溶媒) 11質量部
コア層セルロースアシレートドープ 1質量部
――――――――――――――――――――――――――――――――
上記のコア層セルロースアシレートドープ90質量部と下記のマット溶剤液を10質量部加え、外層セルロースアシレートドープとして用いるセルロースアセテート溶液を調製した。
マット剤溶液
――――――――――――――――――――――――――――――――
平均粒子サイズ20nmのシリカ粒子
(AEROSIL R971、日本エアロジル(株)製) 2質量部
メチレンクロライド(第1溶媒) 76質量部
メタノール(第2溶媒) 11質量部
コア層セルロースアシレートドープ 1質量部
――――――――――――――――――――――――――――――――
上記コア層セルロースアシレートドープと上記外層セルロースアシレートドープとを、平均孔径34μmのろ紙および平均孔径10μmの焼結金属フィルターでろ過した後、上記コア層セルロースアシレートドープとその両側に設けた外層セルロースアシレートドープとを、バンド流延機を用いて3層同時に流延口から20℃のドラム上に流延した。
次いで、溶媒含有率が約20質量%の状態で剥ぎ取り、フィルムの幅方向の両端を点たークリップで固定し、横方向に延伸倍率1.1%で延伸しつつ乾燥した。
その後、熱処理装置のロール間を搬送することにより、更に乾燥し、厚み20μmのセルロース支持体を作製した。作製したセルロース支持体におけるコア層の厚みは15μmであり、コア層の両側に配置された外層の厚みはそれぞれ2.5μmであった。
次いで、溶媒含有率が約20質量%の状態で剥ぎ取り、フィルムの幅方向の両端を点たークリップで固定し、横方向に延伸倍率1.1%で延伸しつつ乾燥した。
その後、熱処理装置のロール間を搬送することにより、更に乾燥し、厚み20μmのセルロース支持体を作製した。作製したセルロース支持体におけるコア層の厚みは15μmであり、コア層の両側に配置された外層の厚みはそれぞれ2.5μmであった。
(支持体の鹸化処理)
上記で作製した支持体を、温度60℃の誘電式加熱ロールを通過させて、支持体の表面温度を40℃に昇温した。
その後、支持体の片面に、バーコーターを用いて下記に示すアルカリ溶液を塗布量14mL(リットル)/m2で塗布し、支持体を110℃に加熱し、さらに、スチーム式遠赤外ヒーター(ノリタケカンパニーリミテド社製)の下を、10秒間搬送した。
続いて、同じくバーコーターを用いて、支持体のアルカリ溶液塗布面に、純水を3mL/m2塗布した。次いで、ファウンテンコーターによる水洗およびエアナイフによる水切りを3回繰り返した後に、70℃の乾燥ゾーンを10秒間搬送して乾燥させ、支持体の表面をアルカリ鹸化処理した。
上記で作製した支持体を、温度60℃の誘電式加熱ロールを通過させて、支持体の表面温度を40℃に昇温した。
その後、支持体の片面に、バーコーターを用いて下記に示すアルカリ溶液を塗布量14mL(リットル)/m2で塗布し、支持体を110℃に加熱し、さらに、スチーム式遠赤外ヒーター(ノリタケカンパニーリミテド社製)の下を、10秒間搬送した。
続いて、同じくバーコーターを用いて、支持体のアルカリ溶液塗布面に、純水を3mL/m2塗布した。次いで、ファウンテンコーターによる水洗およびエアナイフによる水切りを3回繰り返した後に、70℃の乾燥ゾーンを10秒間搬送して乾燥させ、支持体の表面をアルカリ鹸化処理した。
アルカリ溶液
――――――――――――――――――――――――――――――――
水酸化カリウム 4.70質量部
水 15.80質量部
イソプロパノール 63.70質量部
界面活性剤
SF-1:C14H29O(CH2CH2O)2OH 1.0 質量部
プロピレングリコール 14.8 質量部
――――――――――――――――――――――――――――――――
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水酸化カリウム 4.70質量部
水 15.80質量部
イソプロパノール 63.70質量部
界面活性剤
SF-1:C14H29O(CH2CH2O)2OH 1.0 質量部
プロピレングリコール 14.8 質量部
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(下塗り層の形成)
支持体のアルカリけん化処理面に、下記の下塗り層形成用塗布液を#8のワイヤーバーで連続的に塗布した。塗膜が形成された支持体を60℃の温風で60秒間、さらに100℃の温風で120秒間乾燥し、下塗り層を形成した。
支持体のアルカリけん化処理面に、下記の下塗り層形成用塗布液を#8のワイヤーバーで連続的に塗布した。塗膜が形成された支持体を60℃の温風で60秒間、さらに100℃の温風で120秒間乾燥し、下塗り層を形成した。
下塗り層形成用塗布液
――――――――――――――――――――――――――――――――
下記変性ポリビニルアルコール 2.40質量部
イソプロピルアルコール 1.60質量部
メタノール 36.00質量部
水 60.00質量部
――――――――――――――――――――――――――――――――
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下記変性ポリビニルアルコール 2.40質量部
イソプロピルアルコール 1.60質量部
メタノール 36.00質量部
水 60.00質量部
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(配向膜の形成)
下塗り層を形成した支持体上に、下記の配向膜形成用塗布液を#2のワイヤーバーで連続的に塗布した。この配向膜形成用塗布液の塗膜が形成された支持体を60℃のホットプレート上で60秒間乾燥し、配向膜を形成した。
下塗り層を形成した支持体上に、下記の配向膜形成用塗布液を#2のワイヤーバーで連続的に塗布した。この配向膜形成用塗布液の塗膜が形成された支持体を60℃のホットプレート上で60秒間乾燥し、配向膜を形成した。
配向膜形成用塗布液
――――――――――――――――――――――――――――――――
光配向用素材A 1.00質量部
水 16.00質量部
ブトキシエタノール 42.00質量部
プロピレングリコールモノメチルエーテル 42.00質量部
――――――――――――――――――――――――――――――――
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光配向用素材A 1.00質量部
水 16.00質量部
ブトキシエタノール 42.00質量部
プロピレングリコールモノメチルエーテル 42.00質量部
――――――――――――――――――――――――――――――――
(配向膜の露光)
図4に示す露光装置を用いて配向膜を露光して、配向パターンを有する配向膜P-1を形成した。
露光装置において、レーザとして波長(325nm)のレーザ光を出射するものを用いた。干渉光による露光量を100mJ/cm2とした。なお、2つのレーザ光およびの干渉により形成される配向パターンの1周期(液晶化合物由来の光軸が180°回転する長さ)は、2つの光の交差角(交差角α)を変化させることによって制御した。
図4に示す露光装置を用いて配向膜を露光して、配向パターンを有する配向膜P-1を形成した。
露光装置において、レーザとして波長(325nm)のレーザ光を出射するものを用いた。干渉光による露光量を100mJ/cm2とした。なお、2つのレーザ光およびの干渉により形成される配向パターンの1周期(液晶化合物由来の光軸が180°回転する長さ)は、2つの光の交差角(交差角α)を変化させることによって制御した。
(光学異方性層の形成)
光学異方性層を形成する液晶組成物として、下記の組成物A-1を調製した。
組成物A-1
――――――――――――――――――――――――――――――――
液晶化合物L-1 100.00質量部
重合開始剤(BASF製、Irgacure(登録商標)907)
3.00質量部
光増感剤(日本化薬製、KAYACURE DETX-S)
1.00質量部
レベリング剤T-1 0.24質量部
メチルエチルケトン 1087.80質量部
――――――――――――――――――――――――――――――――
光学異方性層を形成する液晶組成物として、下記の組成物A-1を調製した。
組成物A-1
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液晶化合物L-1 100.00質量部
重合開始剤(BASF製、Irgacure(登録商標)907)
3.00質量部
光増感剤(日本化薬製、KAYACURE DETX-S)
1.00質量部
レベリング剤T-1 0.24質量部
メチルエチルケトン 1087.80質量部
――――――――――――――――――――――――――――――――
光学異方性層は、組成物A-1を配向膜P-1上に多層塗布することにより形成した。多層塗布とは、先ず配向膜の上に1層目の組成物A-1を塗布、加熱、冷却後に紫外線硬化を行って液晶固定化層を作製した後、2層目以降はその液晶固定化層に重ね塗りして塗布を行い、同様に加熱、冷却後に紫外線硬化を行うことを繰り返すことを指す。多層塗布により形成することにより、液晶層の総厚が厚くなった時でも配向膜の配向方向が液晶層の下面から上面にわたって反映される。
先ず1層目は、配向膜P-1上に下記の組成物A-1を塗布して、塗膜をホットプレート上で70℃に加熱し、その後、25℃に冷却した後、窒素雰囲気下で高圧水銀灯を用いて波長365nmの紫外線を100mJ/cm2の照射量で塗膜に照射することにより、液晶化合物の配向を固定化した。この時の1層目の液晶層の膜厚は0.2μmであった。
2層目以降は、この液晶層に重ね塗りして、上と同じ条件で加熱、冷却後に紫外線硬化を行って液晶固定化層を作製した。このようにして、総厚が所望の膜厚になるまで重ね塗りを繰り返し、光学異方性層を形成して、光学異方性部材を作製した。
液晶のΔnλ×厚さ(Re(λ))は、組成物A1を別途に用意したリターデーション測定用の配向膜付き支持体上に塗布し、液晶化合物のダイレクタが基材に水平となるよう配向させた後に紫外線照射して固定化して得た液晶固定化層(硬化層)のリタ―デーション値を測定して求めた。リタ―デーション値はAxometrix 社のAxoscanで適宜目的の波長で測定を行った。
光学異方性層は、最終的に液晶のΔn530×厚さ(Re(530))が265nmになり、かつ、図2に示すような周期的な配向表面になっていることを偏光顕微鏡で確認した。なお、この第1光学異方性層の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物由来の光軸が180°回転する1周期は、10μmであった。以下、特に記載が無い場合には、『Δn530×d』等の測定は、同様に行った。
[実施例1]
<光学異方性部材の作製>
[支持体の作製]
下記コア層セルロースアシレートドープを用いた以外は比較例1と同様にして支持体を作製した。
コア層セルロースアシレートドープ
―――――――――――――――――――――――――――――――
アセチル置換度2.88のセルロースアセテート 100質量部
ポリエステルA 12質量部
紫外線吸収剤V 2.3質量部
メチレンクロライド(第1溶媒) 430質量部
メタノール(第2溶媒) 64質量部
―――――――――――――――――――――――――――――――
<光学異方性部材の作製>
[支持体の作製]
下記コア層セルロースアシレートドープを用いた以外は比較例1と同様にして支持体を作製した。
コア層セルロースアシレートドープ
―――――――――――――――――――――――――――――――
アセチル置換度2.88のセルロースアセテート 100質量部
ポリエステルA 12質量部
紫外線吸収剤V 2.3質量部
メチレンクロライド(第1溶媒) 430質量部
メタノール(第2溶媒) 64質量部
―――――――――――――――――――――――――――――――
上記支持体を用いた以外は比較例1と同様にした光学異方性部材を作製した。
[比較例2]
2つのレーザ光の交差角(交差角α)を変化させた以外は比較例1と同様にして光学異方性部材を作製した。
2つのレーザ光の交差角(交差角α)を変化させた以外は比較例1と同様にして光学異方性部材を作製した。
[比較例3]
2つのレーザ光の交差角(交差角α)を変化させた以外は比較例1と同様にして光学異方性部材を作製した。
2つのレーザ光の交差角(交差角α)を変化させた以外は比較例1と同様にして光学異方性部材を作製した。
[実施例2]
2つのレーザ光の交差角(交差角α)を変化させた以外は実施例1と同様にして光学異方性部材を作製した。
2つのレーザ光の交差角(交差角α)を変化させた以外は実施例1と同様にして光学異方性部材を作製した。
[実施例3]
2つのレーザ光の交差角(交差角α)を変化させた以外は実施例1と同様にして光学異方性部材を作製した。
2つのレーザ光の交差角(交差角α)を変化させた以外は実施例1と同様にして光学異方性部材を作製した。
[比較例4]
比較例1と同様にして支持体を作製し、配向膜の形成、露光を行った。
比較例1と同様にして支持体を作製し、配向膜の形成、露光を行った。
(反射コレステリック液晶層の形成)
コレステリック液晶層を形成する液晶組成物として、下記の組成物B-1を調製した。この組成物B-1は、選択反射中心波長が530nmで、右円偏光を反射するコレステリック液晶層(コレステリック液晶相)を形成する、液晶組成物である。
組成物B-1
――――――――――――――――――――――――――――――――
棒状液晶化合物L-1 100.00質量部
重合開始剤(BASF製、Irgacure(登録商標)907)
3.00質量部
光増感剤(日本化薬製、KAYACURE DETX-S)
1.00質量部
キラル剤Ch-1 5.68質量部
レベリング剤T-1 0.24質量部
メチルエチルケトン 1180.0質量部
――――――――――――――――――――――――――――――――
コレステリック液晶層を形成する液晶組成物として、下記の組成物B-1を調製した。この組成物B-1は、選択反射中心波長が530nmで、右円偏光を反射するコレステリック液晶層(コレステリック液晶相)を形成する、液晶組成物である。
組成物B-1
――――――――――――――――――――――――――――――――
棒状液晶化合物L-1 100.00質量部
重合開始剤(BASF製、Irgacure(登録商標)907)
3.00質量部
光増感剤(日本化薬製、KAYACURE DETX-S)
1.00質量部
キラル剤Ch-1 5.68質量部
レベリング剤T-1 0.24質量部
メチルエチルケトン 1180.0質量部
――――――――――――――――――――――――――――――――
反射コレステリック液晶層は、組成物B-1を配向膜P-1上に多層塗布することにより形成した。多層塗布とは、先ず配向膜の上に1層目の組成物B-1を塗布、加熱、冷却後に紫外線硬化を行って液晶固定化層を作製した後、2層目以降はその液晶固定化層に重ね塗りして塗布を行い、同様に加熱、冷却後に紫外線硬化を行うことを繰り返すことを指す。多層塗布により形成することにより、液晶層の総厚が厚くなった時でも配向膜の配向方向が液晶層の下面から上面にわたって反映される。
先ず1層目は、配向膜P-1上に下記の組成物B-1を塗布して、塗膜をホットプレート上で95℃に加熱し、その後、25℃に冷却した後、窒素雰囲気下で高圧水銀灯を用いて波長365nmの紫外線を100mJ/cm2の照射量で塗膜に照射することにより、液晶化合物の配向を固定化した。この時の1層目の液晶層の膜厚は0.2μmであった。
2層目以降は、この液晶層に重ね塗りして、上と同じ条件で加熱、冷却後に紫外線硬化を行って液晶固定化層を作製した。このようにして、総厚が所望の膜厚になるまで重ね塗りを繰り返し、反射コレステリック液晶層を形成して、反射層を作製した。塗布層の断面をSEM(Scanning Electron Microscope)で確認したところ、反射層のコレステリック液晶層は8ピッチであった。
反射コレステリック液晶層は、図2に示すような周期的な配向表面になっていることを偏光顕微鏡で確認した。なお、この反射コレステリック液晶層の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物由来の光学軸が180°回転する1周期は、10μmであった。
反射コレステリック液晶層は、図2に示すような周期的な配向表面になっていることを偏光顕微鏡で確認した。なお、この反射コレステリック液晶層の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物由来の光学軸が180°回転する1周期は、10μmであった。
[比較例5]
2つのレーザ光の交差角(交差角α)を変化させた以外は比較例4と同様にして光学異方性部材を作製した。
2つのレーザ光の交差角(交差角α)を変化させた以外は比較例4と同様にして光学異方性部材を作製した。
[比較例6]
2つのレーザ光の交差角(交差角α)を変化させた以外は比較例4と同様にして光学異方性部材を作製した。
2つのレーザ光の交差角(交差角α)を変化させた以外は比較例4と同様にして光学異方性部材を作製した。
[実施例4]
実施例1で作製した支持体を用いた以外は比較例4と同様にして光学異方性部材を作製した。
実施例1で作製した支持体を用いた以外は比較例4と同様にして光学異方性部材を作製した。
[実施例5]
2つのレーザ光の交差角(交差角α)を変化させた以外は実施例4と同様にして光学異方性部材を作製した。
2つのレーザ光の交差角(交差角α)を変化させた以外は実施例4と同様にして光学異方性部材を作製した。
[実施例6]
2つのレーザ光の交差角(交差角α)を変化させた以外は実施例4と同様にして光学異方性部材を作製した。
2つのレーザ光の交差角(交差角α)を変化させた以外は実施例4と同様にして光学異方性部材を作製した。
[実施例11]
実施例1において、光学異方性層を形成した後、支持体と配向膜を剥離することにより、光学異方性部材を作成した。
実施例1において、光学異方性層を形成した後、支持体と配向膜を剥離することにより、光学異方性部材を作成した。
[実施例12]
実施例4において、光学異方性層を形成した後、支持体と配向膜を剥離することにより、光学異方性部材を作成した。
実施例4において、光学異方性層を形成した後、支持体と配向膜を剥離することにより、光学異方性部材を作成した。
[比較例21~24]
2つのレーザ光の交差角(交差角α)を変化させた以外は比較例1と同様にして光学異方性部材を作製した。なお、比較例24の1層目の液晶層の膜厚は0.1μmとなるようにした。
2つのレーザ光の交差角(交差角α)を変化させた以外は比較例1と同様にして光学異方性部材を作製した。なお、比較例24の1層目の液晶層の膜厚は0.1μmとなるようにした。
[実施例21~24]
2つのレーザ光の交差角(交差角α)を変化させた以外は実施例1と同様にして光学異方性部材を作製した。なお、実施例24の1層目の液晶層の膜厚は0.1μmとなるようにした。
2つのレーザ光の交差角(交差角α)を変化させた以外は実施例1と同様にして光学異方性部材を作製した。なお、実施例24の1層目の液晶層の膜厚は0.1μmとなるようにした。
[比較例25~28]
2つのレーザ光の交差角(交差角α)を変化させた以外は比較例4と同様にして光学異方性部材を作製した。なお、比較例28の1層目の液晶層の膜厚は0.1μmとなるようにした。
2つのレーザ光の交差角(交差角α)を変化させた以外は比較例4と同様にして光学異方性部材を作製した。なお、比較例28の1層目の液晶層の膜厚は0.1μmとなるようにした。
[実施例25~28]
2つのレーザ光の交差角(交差角α)を変化させた以外は実施例4と同様にして光学異方性部材を作製した。なお、実施例28の1層目の液晶層の膜厚は0.1μmとなるようにした。
2つのレーザ光の交差角(交差角α)を変化させた以外は実施例4と同様にして光学異方性部材を作製した。なお、実施例28の1層目の液晶層の膜厚は0.1μmとなるようにした。
[面状の評価]
作製した光学異方性部材の面状(ムラ)の目視評価を行った。結果を表1および表2に示す。
A:干渉露光起因のムラが視認されない
B:干渉露光起因のムラが若干視認されるが問題のないレベル
C:干渉露光起因のムラが視認される
作製した光学異方性部材の面状(ムラ)の目視評価を行った。結果を表1および表2に示す。
A:干渉露光起因のムラが視認されない
B:干渉露光起因のムラが若干視認されるが問題のないレベル
C:干渉露光起因のムラが視認される
[回折角度の評価]
作製した光学異方性部材の光学異方性層の正面(法線に対する角度0°の方向)から光を入射した際における、透過光(反射コレステリック液晶層の場合は反射光)の入射光に対する角度(回折角度)を測定した。
具体的には、波長530nmに出力の中心波長を持つレーザー光を、作製した光学異方性部材に垂直入射させ、透過光または反射光を100cmの距離に配置したスクリーンで捉えて、回折角度を算出した。
なお、回折角度の評価が全反射の評価になっているものは回折角度が非常に大きいため、屈折率~1.52のガラスに光学異方性部材を貼合し、回折光がガラス内部で全反射することを確認した。また、後述の面内ピッチが0.3μmの例はさらに回折角度が大きいため、光学異方性部材に斜めに光を入射した状態で、回折光が全反射することを確認した。
作製した光学異方性部材の光学異方性層の正面(法線に対する角度0°の方向)から光を入射した際における、透過光(反射コレステリック液晶層の場合は反射光)の入射光に対する角度(回折角度)を測定した。
具体的には、波長530nmに出力の中心波長を持つレーザー光を、作製した光学異方性部材に垂直入射させ、透過光または反射光を100cmの距離に配置したスクリーンで捉えて、回折角度を算出した。
なお、回折角度の評価が全反射の評価になっているものは回折角度が非常に大きいため、屈折率~1.52のガラスに光学異方性部材を貼合し、回折光がガラス内部で全反射することを確認した。また、後述の面内ピッチが0.3μmの例はさらに回折角度が大きいため、光学異方性部材に斜めに光を入射した状態で、回折光が全反射することを確認した。
[比較例31]
(偏光回折光学素子の作製)
実施例21で作製した光学異方性部材と同様にして偏光回折光学素子を作製した。ただし、偏光回折光学素子の厚みは位相差が波長325nmにおいて163nmになるように調整した。
(偏光回折光学素子の作製)
実施例21で作製した光学異方性部材と同様にして偏光回折光学素子を作製した。ただし、偏光回折光学素子の厚みは位相差が波長325nmにおいて163nmになるように調整した。
比較例1と同様にして支持体を作製し、配向膜を形成した。
(配向膜の露光)
作製した配向膜上に偏光回折光学素子の液晶層を形成した面が配向膜側になるように偏光回折光学素子を配置した。偏光回折光学素子越しにレーザ光(波長325nm)で配向膜を露光して、配向パターンを有する配向膜P-2を形成した。露光量は100mJ/cm2とした。
作製した配向膜上に偏光回折光学素子の液晶層を形成した面が配向膜側になるように偏光回折光学素子を配置した。偏光回折光学素子越しにレーザ光(波長325nm)で配向膜を露光して、配向パターンを有する配向膜P-2を形成した。露光量は100mJ/cm2とした。
(光学異方性層の形成)
比較例1と同様にして光学異方性を形成した。
比較例1と同様にして光学異方性を形成した。
作製した光学異方性層の液晶化合物由来の光軸が180°回転する1周期は、10μmであった。なお、マスクに用いた偏光回折光学素子の液晶化合物由来の光軸が180°回転する1周期は、20μmである。
[実施例31]
(偏光回折光学素子の作製)
比較例31と同様にして偏光回折光学素子を作製した。
(偏光回折光学素子の作製)
比較例31と同様にして偏光回折光学素子を作製した。
実施例1と同様にして支持体を作製し、配向膜を形成した。
比較例31と同様にして、配向膜を露光し、光学異方性層を形成した。
[比較例32~34]
偏光回折光学素子の作製において、2つのレーザ光の交差角(交差角α)を変化させた以外は比較例31と同様にして光学異方性部材を作製した。
偏光回折光学素子の作製において、2つのレーザ光の交差角(交差角α)を変化させた以外は比較例31と同様にして光学異方性部材を作製した。
[実施例32~34]
偏光回折光学素子の作製において、2つのレーザ光の交差角(交差角α)を変化させた以外は実施例31と同様にして光学異方性部材を作製した。
偏光回折光学素子の作製において、2つのレーザ光の交差角(交差角α)を変化させた以外は実施例31と同様にして光学異方性部材を作製した。
[比較例35]
比較例31と同様にして、偏光回折光学素子、支持体、配向膜を作製し、配向膜の露光を行った。
比較例31と同様にして、偏光回折光学素子、支持体、配向膜を作製し、配向膜の露光を行った。
(反射コレステリック液晶層の形成)
比較例4と同様にして、反射コレステリック液晶層を形成した。
比較例4と同様にして、反射コレステリック液晶層を形成した。
作製した反射コレステリック液晶層の液晶化合物由来の光軸が180°回転する1周期は、10μmであった。なお、マスクに用いた偏光回折光学素子の液晶化合物由来の光軸が180°回転する1周期は、20μmである。
[実施例35]
実施例31と同様にして、偏光回折光学素子、支持体、配向膜を作製し、配向膜の露光を行った。
実施例31と同様にして、偏光回折光学素子、支持体、配向膜を作製し、配向膜の露光を行った。
(反射コレステリック液晶層の形成)
実施例4と同様にして、反射コレステリック液晶層を形成した。
実施例4と同様にして、反射コレステリック液晶層を形成した。
[比較例36~38]
偏光回折光学素子の作製において、2つのレーザ光の交差角(交差角α)を変化させた以外は比較例35と同様にして光学異方性部材を作製した。
偏光回折光学素子の作製において、2つのレーザ光の交差角(交差角α)を変化させた以外は比較例35と同様にして光学異方性部材を作製した。
[実施例36~38]
偏光回折光学素子の作製において、2つのレーザ光の交差角(交差角α)を変化させた以外は実施例35と同様にして光学異方性部材を作製した。
[比較例41]
比較例1と同様にして支持体を作製し、配向膜を形成した。
比較例1と同様にして支持体を作製し、配向膜を形成した。
(配向膜の露光)
配向膜に、直線偏光を集光したレーザ光を照射することで、配向膜を露光して、配向パターンを有する配向膜P-3を形成した。配向膜の露光において、レーザとして波長(325nm)のレーザ光を出射するものを用いた。面内の位置に応じて、直線偏光の偏光方向を変更して、露光位置を変えながら繰り返し露光を行うことで、配向膜全体を、所望の配向状態になるように露光を行った。
配向膜に、直線偏光を集光したレーザ光を照射することで、配向膜を露光して、配向パターンを有する配向膜P-3を形成した。配向膜の露光において、レーザとして波長(325nm)のレーザ光を出射するものを用いた。面内の位置に応じて、直線偏光の偏光方向を変更して、露光位置を変えながら繰り返し露光を行うことで、配向膜全体を、所望の配向状態になるように露光を行った。
(光学異方性層の形成)
比較例1と同様にして光学異方性を形成した。
比較例1と同様にして光学異方性を形成した。
作製した光学異方性層の液晶化合物由来の光軸が180°回転する1周期は、10μmであった。
[実施例41]
実施例1と同様にして支持体を作製し、配向膜を形成した。
実施例1と同様にして支持体を作製し、配向膜を形成した。
(配向膜の露光)
比較例41と同様にして、配向膜の露光を行った。
比較例41と同様にして、配向膜の露光を行った。
(光学異方性層の形成)
実施例1と同様にして光学異方性を形成した。
実施例1と同様にして光学異方性を形成した。
[比較例42~43]
配向膜の露光において、配向パターンの周期を変化させた以外は比較例41と同様にして光学異方性部材を作製した。
配向膜の露光において、配向パターンの周期を変化させた以外は比較例41と同様にして光学異方性部材を作製した。
[実施例42~43]
配向膜の露光において、配向パターンの周期を変化させた以外は実施例41と同様にして光学異方性部材を作製した。
配向膜の露光において、配向パターンの周期を変化させた以外は実施例41と同様にして光学異方性部材を作製した。
[比較例44]
比較例1と同様にして支持体を作製し、配向膜を形成した。
比較例1と同様にして支持体を作製し、配向膜を形成した。
(配向膜の露光)
比較例41と同様にして、配向膜の露光を行った。
比較例41と同様にして、配向膜の露光を行った。
(反射コレステリック液晶層の形成)
比較例4と同様にして、反射コレステリック液晶層を形成した。
比較例4と同様にして、反射コレステリック液晶層を形成した。
作製した反射コレステリック液晶層の液晶化合物由来の光軸が180°回転する1周期は、10μmであった。
[実施例44]
実施例1と同様にして支持体を作製し、配向膜を形成した。
実施例1と同様にして支持体を作製し、配向膜を形成した。
(配向膜の露光)
比較例41と同様にして、配向膜の露光を行った。
比較例41と同様にして、配向膜の露光を行った。
(反射コレステリック液晶層の形成)
実施例4と同様にして、反射コレステリック液晶層を形成した。
実施例4と同様にして、反射コレステリック液晶層を形成した。
[比較例45~46]
配向膜の露光において、配向パターンの周期を変化させた以外は比較例44と同様にして光学異方性部材を作製した。
配向膜の露光において、配向パターンの周期を変化させた以外は比較例44と同様にして光学異方性部材を作製した。
[実施例45~46]
配向膜の露光において、配向パターンの周期を変化させた以外は実施例44と同様にして光学異方性部材を作製した。
配向膜の露光において、配向パターンの周期を変化させた以外は実施例44と同様にして光学異方性部材を作製した。
なお、比較例1~比較例6および実施例1~実施例6、実施例11、実施例12、比較例21~比較例28、実施例21~実施例28、比較例31~比較例38、実施例31~実施例38、比較例41~比較例46、実施例41~実施例46に用いた配向膜は波長325nmの光に対し吸収を有する。また、実施例1~6、実施例11、実施例12、実施例21~実施例28、実施例31~実施例38、実施例41~実施例46の支持体は波長325nmの光を90%以上吸収する。
以上の結果より、本発明の効果は明らかである。
以上の結果より、本発明の効果は明らかである。
ARグラスの導光板に光を入射および出射させる回折素子など、光学装置において光を屈折させる各種の用途に好適に利用可能である。
10、12 光学素子
20 支持体
24 配向膜
26、34 光学異方性層
27 コレステリック液晶層(光学異方性層)
30 液晶化合物
30A 光軸
36 主支持体
38 光吸収層
40 ディスプレイ
42 導光板
60,80 露光装置
62,82 レーザ
64,84 光源
68 ビームスプリッター
70A,70B,90A,90B ミラー
72A,72B,96 λ/4板
86.94 偏光ビームスプリッター
92 レンズ
RR 赤色光の右円偏光
M レーザ光
MA,MB 光線
MP P偏光
MS S偏光
PO 直線偏光
PR 右円偏光
PL 左円偏光
Q1,Q2,Q 絶対位相
E1,E2,E 等位相面
U 使用者
20 支持体
24 配向膜
26、34 光学異方性層
27 コレステリック液晶層(光学異方性層)
30 液晶化合物
30A 光軸
36 主支持体
38 光吸収層
40 ディスプレイ
42 導光板
60,80 露光装置
62,82 レーザ
64,84 光源
68 ビームスプリッター
70A,70B,90A,90B ミラー
72A,72B,96 λ/4板
86.94 偏光ビームスプリッター
92 レンズ
RR 赤色光の右円偏光
M レーザ光
MA,MB 光線
MP P偏光
MS S偏光
PO 直線偏光
PR 右円偏光
PL 左円偏光
Q1,Q2,Q 絶対位相
E1,E2,E 等位相面
U 使用者
Claims (27)
- 液晶化合物を含む液晶組成物を用いて形成された光学異方性層と、前記液晶化合物を配向させる配向膜と、支持体とを有する光学素子の製造方法であって、
前記支持体の一方の表面に前記配向膜を形成する配向膜形成工程と、
前記配向膜上に光学異方性層を形成する光学異方性層形成工程とを有し、
前記配向膜は、光配向材料を含有し、
前記配向膜形成工程において、前記配向膜の面内の異なる位置に偏光方向の異なる光を露光する露光工程を有し、
前記支持体は、前記露光工程において偏光した光を照射することによって前記配向膜に光化学反応が生じる光吸収帯域と重複する光吸収帯域を有する光学素子の製造方法。 - 前記露光工程は、前記配向膜に2つ以上の偏光したビームを干渉させて露光する請求項1に記載の光学素子の製造方法。
- 前記露光工程は、偏光回折光学素子に光を入射させ、前記偏光回折光学素子によって偏光変換された光を、配向膜に露光する請求項1に記載の光学素子の製造方法。
- 前記露光工程は、集光した偏光ビームの偏光方向を任意に変えて、前記配向膜面内の異なる位置を露光する請求項1に記載の光学素子の製造方法。
- 前記配向膜を露光する光がレーザー光である請求項1~4のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。
- 前記2つ以上の偏光したビームがレーザー光である請求項2に記載の光学素子の製造方法。
- 前記2つ以上の偏光したビームの少なくとも2つのビームの波長が等しい請求項2または6に記載の光学素子の製造方法。
- 前記2つ以上の偏光したビームの少なくとも2つのビームの光強度が等しい請求項2、6および7のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。
- 前記2つ以上の偏光したビームの少なくとも2つのビームが異なる偏光である請求項2、6~8のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。
- 前記2つ以上の偏光したビームが直交する偏光を含む請求項2、6~9のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。
- 前記2つ以上の偏光したビームが左円偏光と右円偏光とを含む請求項2、6~10のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。
- 前記露光工程において、前記2つ以上の偏光したビームを干渉させた干渉光の偏光状態が周期パターンを有する請求項2、6~11のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。
- 前記配向膜は、光化学反応により、前記2つ以上の偏光したビームを干渉させた干渉光の偏光状態の周期パターンに応じて異方性を発現させる請求項12に記載の光学素子の製造方法。
- 前記光学異方性層は、前記配向膜の異方性の周期パターンに応じた、液晶配向パターンを有する請求項13に記載の光学素子の製造方法。
- 前記偏光回折光学素子が前記配向膜を露光する光の波長λeに対し、λe/2の位相差を有する請求項3に記載の光学素子の製造方法。
- 前記偏光回折光学素子に入射する光が直線偏光である、請求項3または15に記載の光学素子の製造方法。
- 前記集光した偏光ビームが直線偏光である、請求項4に記載の光学素子の製造方法。
- 前記露光工程において露光された前記配向膜は、前記液晶化合物を、前記液晶化合物由来の光学軸の向きが前記配向膜を露光した光の偏光方向に応じた配向パターンとなるように配向させる請求項1~17のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。
- 前記露光工程において露光された前記配向膜は、前記液晶化合物を、前記液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している配向パターンとなるように配向させる請求項1~18のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。
- 前記配向膜の光吸収帯域の少なくとも一部の波長が200nm~500nmである請求項1~19のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。
- 前記光学異方性層形成工程の後に前記支持体を剥離する剥離工程を有する請求項1~20のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。
- 前記支持体は、前記配向膜の光化学反応が生じる光吸収帯域と重複する光吸収帯域の光を吸収する光吸収層を有し、
前記光学異方性層形成工程の後に支持体と前記光吸収層を共に剥離する剥離工程を有する請求項1~21のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。 - 請求項1~22のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法によって作製された光学素子であって、
液晶化合物を含む組成物を用いて形成された光学異方性層と配向層と支持体とをこの順に有し、
前記光学異方性層は、前記液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有し、
前記配向層は、光配向材料を含有し、
前記支持体は、前記配向膜の光化学反応が生じる光吸収帯域と重複する光吸収帯域を有する光学素子。 - 前記光学異方性層は、入射した光を回折して透過する機能を有する請求項23に記載の光学素子。
- 前記光学異方性層は、厚み方向において前記液晶化合物の配向がねじれ性を持つ領域を有する請求項23または24に記載の光学素子。
- 前記光学異方性層は、コレステリック配向を有する請求項23に記載の光学素子。
- 前記光学異方性層は、入射した光を回折して反射する機能を有する請求項26に記載の光学素子。
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WO2023101013A1 (ja) * | 2021-12-03 | 2023-06-08 | 富士フイルム株式会社 | 露光システム、配向膜の形成方法、光学素子の製造方法、および、光学素子 |
US11886071B2 (en) | 2020-04-01 | 2024-01-30 | Fujifilm Corporation | Light guide element comprising a diffraction element having a cholesteric liquid crystal layer with a pitch gradient |
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