JP7200383B2 - optical element - Google Patents
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Description
本発明は、光学素子に関する。 The present invention relates to optical elements.
多くの光学デバイスおよび光学システム等において、偏光が利用されている。これに対応して、偏光の反射、集光および発散等の制御を行う光学素子の開発が進められている。
例えば、特許文献1には、ブラッグ条件に従って、内部を通過する光の伝搬の方向を変更するように構成されている複数の積層複屈折副層を備え、積層複屈折副層は、それぞれの格子周期を画定するように積層複屈折副層の隣接するものの間のそれぞれの境界面に沿って変化する局所光軸を備える、光学素子が記載されている。Polarized light is used in many optical devices, optical systems, and the like. In response to this, development of optical elements for controlling the reflection, convergence, and divergence of polarized light is underway.
For example, U.S. Pat. No. 6,200,000 comprises a plurality of stacked birefringent sublayers configured to change the direction of propagation of light passing through them according to the Bragg condition, wherein the stacked birefringent sublayers are each grating Optical elements are described with local optic axes that vary along respective interfaces between adjacent ones of stacked birefringent sublayers to define a period.
特許文献1に記載される光学素子は、液晶化合物を含む光学異方性の薄膜(すなわち、薄膜の液晶層)を有する。具体的には、特許文献1に記載される光学素子は、面内において、棒状液晶化合物の配向パターンを一方向に向かって変化させることにより、光を回折する液晶層を有する回折素子である。
このような液晶化合物を用いる回折素子は、例えば、AR(Augmented Reality(拡張現実))グラス等の映像投影装置等の光学部材としての利用が期待される。The optical element described in
A diffraction element using such a liquid crystal compound is expected to be used as an optical member such as an image projection device such as AR (Augmented Reality) glasses.
ARグラスは、一例として、ディスプレイが表示した映像を、導光板の一端に入射して伝播し、他端から出射することにより、使用者が実際に見ている光景に、仮想の映像を重ねて表示する。
ARグラスでは、回折素子を用いて、ディスプレイからの光(投影光)を回折(屈折)させて導光板の一方の端部に入射する。これにより、角度を付けて導光板に光を導入して、導光板内で光を全反射して伝播させる。導光板を伝播した光は、導光板の他方の端部において同じく回折素子によって回折されて、導光板から、使用者による観察位置に出射される。AR glasses, for example, allow the image displayed by the display to enter one end of the light guide plate, propagate, and exit from the other end, so that the virtual image is superimposed on the scene actually viewed by the user. indicate.
AR glasses use a diffraction element to diffract (refract) light (projection light) from a display and enter one end of a light guide plate. As a result, the light is introduced into the light guide plate at an angle, and the light is totally reflected and propagated within the light guide plate. The light propagating through the light guide plate is also diffracted by the diffraction element at the other end of the light guide plate and emitted from the light guide plate to the observation position of the user.
特許文献1に記載されるような、液晶化合物の配向パターンを変化させて光を回折させる光学回折素子は、液晶層において液晶化合物を配向させるために配向膜を有する。
上述のように、面内で液晶化合物の配向パターンが一方向に向かって変化するような配向パターンを有する液晶層の形成には、光配向膜が利用される。An optical diffraction element that diffracts light by changing the orientation pattern of a liquid crystal compound, as described in
As described above, a photo-alignment film is used to form a liquid crystal layer having an alignment pattern in which the alignment pattern of the liquid crystal compound changes in one direction within the plane.
ここで、従来の液晶化合物を用いる回折素子では、光配向膜としてアゾ系の材料を使用している。そのため、従来の液晶化合物を用いる回折素子は、可視光域の一部に吸収をもち、黄色く着色して見える。このような回折素子を、上述したARグラス等の映像投影装置の光学部材として用いると、投影された映像、および、現実の景色が黄色く色づいて見えるという問題がある。
そのため、可視光域において、色味が視認されない光学素子が求められている。Here, in a conventional diffraction element using a liquid crystal compound, an azo-based material is used as a photo-alignment film. Therefore, a diffraction element using a conventional liquid crystal compound has absorption in a part of the visible light region and appears yellow. When such a diffraction element is used as an optical member of an image projection device such as AR glasses, there is a problem that the projected image and the actual scenery appear yellowish.
Therefore, there is a demand for an optical element in which no color is visible in the visible light range.
本発明は、このような従来技術の問題点を解決することにあり、液晶回折によって反射光または透過光を回折する光学素子であって、可視光域において色味が視認されない光学素子を提供することにある。 An object of the present invention is to solve the problems of the prior art, and to provide an optical element that diffracts reflected light or transmitted light by liquid crystal diffraction, and that has no visible color in the visible light range. That's what it is.
この課題を解決するために、本発明は、以下の構成を有する。
(1) 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、光配向膜とを有し、
光学異方性層が、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、
光配向膜が、波長380~780nmの光の平均透過率および波長380~480nmの光の平均透過率がともに90%以上である、光学素子。
(2) 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学軸の向きが連続的に回転しながら変化する一方向における、液晶化合物由来の光学軸の向きが180°回転する長さを1周期の長さとした際に、
光学異方性層の液晶配向パターンの1周期の長さが、2.00μm以下である、(1)に記載の光学素子。
(3) 光学異方性層の液晶配向パターンの1周期の長さが、0.80μm以下である、(2)に記載の光学素子。
(4) 光配向膜の算術平均高さSaが、2.0nm以下である、(1)~(3)のいずれかに記載の光学素子。
(5) 光学異方性層が、コレステリック液晶相を固定してなる層である、(1)~(4)のいずれかに記載の光学素子。
(6) 光学異方性層が、厚さ方向には液晶化合物由来の光学軸の向きが一致している、(1)~(4)のいずれかに記載の光学素子。
(7) 光配向膜が、シンナメート基を有する重合体を含む、(1)~(6)のいずれかに記載の光学素子。
(8) 重合体が、さらに、末端にカルボキシ基を有する側鎖を有する、(7)に記載の光学素子。
(9) 重合体が、後述する式(A1)で表される繰り返し単位、および、後述する式(B1)で表される繰り返し単位を有する、(7)または(8)に記載の光学素子。
(10) 重合体が、後述する式(A2)で表される繰り返し単位、および、後述する式(B2)で表される繰り返し単位を有する、(7)~(9)のいずれかに記載の光学素子。
(11) 式(B2)で表される繰り返し単位中のL3が、式(7)で表される基である、(10)に記載の光学素子。
(12) 式(B2)で表される繰り返し単位中のL3が、式(6)で表される基である、(10)に記載の光学素子。In order to solve this problem, the present invention has the following configurations.
(1) having an optically anisotropic layer formed using a composition containing a liquid crystal compound and a photo-alignment film;
The optically anisotropic layer has a liquid crystal alignment pattern in which the direction of the optic axis derived from the liquid crystal compound changes while continuously rotating along at least one in-plane direction,
An optical element, wherein the photo-alignment film has an average transmittance of 90% or more for light with a wavelength of 380 to 780 nm and an average transmittance for light with a wavelength of 380 to 480 nm.
(2) In the liquid crystal alignment pattern of the optically anisotropic layer, the length by which the direction of the optic axis derived from the liquid crystal compound rotates 180° in one direction in which the direction of the optic axis derived from the liquid crystal compound rotates continuously. is the length of one cycle,
The optical element according to (1), wherein the length of one period of the liquid crystal alignment pattern of the optically anisotropic layer is 2.00 μm or less.
(3) The optical element according to (2), wherein the length of one cycle of the liquid crystal alignment pattern of the optically anisotropic layer is 0.80 μm or less.
(4) The optical element according to any one of (1) to (3), wherein the photo-alignment film has an arithmetic mean height Sa of 2.0 nm or less.
(5) The optical element according to any one of (1) to (4), wherein the optically anisotropic layer is a layer having a fixed cholesteric liquid crystal phase.
(6) The optical element according to any one of (1) to (4), wherein the optically anisotropic layer has an optical axis derived from the liquid crystal compound aligned in the thickness direction.
(7) The optical element according to any one of (1) to (6), wherein the photo-alignment film contains a polymer having a cinnamate group.
(8) The optical element according to (7), wherein the polymer further has a side chain having a terminal carboxyl group.
(9) The optical element according to (7) or (8), wherein the polymer has a repeating unit represented by formula (A1) described later and a repeating unit represented by formula (B1) described later.
(10) The polymer according to any one of (7) to (9), wherein the polymer has a repeating unit represented by formula (A2) described later and a repeating unit represented by formula (B2) described later. optical element.
(11) The optical element according to (10), wherein L 3 in the repeating unit represented by formula (B2) is a group represented by formula (7).
(12) The optical element according to (10), wherein L 3 in the repeating unit represented by formula (B2) is a group represented by formula (6).
本発明の光学素子は、液晶回折によって反射光または透過光を回折する光学素子であって、可視光域において色味が視認されない光学素子である。 The optical element of the present invention is an optical element that diffracts reflected light or transmitted light by liquid crystal diffraction, and is an optical element in which no color is visually recognized in the visible light range.
以下、本発明の光学素子について、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。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The optical element of the present invention will now be described in detail with reference to preferred embodiments shown in the accompanying drawings.
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。In this specification, a numerical range represented by "to" means a range including the numerical values before and after "to" as lower and upper limits.
As used herein, "(meth)acrylate" means "either or both of acrylate and methacrylate".
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。
またこれに制限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。In this specification, visible light is light with a wavelength visible to the human eye among electromagnetic waves, and indicates light in the wavelength range of 380 to 780 nm. Invisible light is light in the wavelength range below 380 nm and the wavelength range above 780 nm.
In addition, although not limited to this, among visible light, 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, and wavelength range of 620 to 750 nm. is red light.
本明細書において、光の平均透過率は、以下の方法により測定できる。
支持体上に光配向膜を形成し、同一の支持体をリファレンスとして、分光光度計UV3150(島津製作所)を用いて380~780nmの波長域の透過率を測定し、380~780nmおよび380~480nmの透過率の平均値を算出する。In this specification, the average transmittance of light can be measured by the following method.
A photo-alignment film is formed on the support, and the same support is used as a reference, and the transmittance in the wavelength range of 380 to 780 nm is measured using a spectrophotometer UV3150 (Shimadzu Corporation). Calculate the average transmittance of
図1に、本発明の光学素子の一例を概念的に示す。
図1に示すように、光学素子10は、支持体12と、光配向膜14と、光学異方性層であるコレステリック液晶層16と、を有する。コレステリック液晶層16は、コレステリック液晶相を固定してなる層である。FIG. 1 conceptually shows an example of the optical element of the present invention.
As shown in FIG. 1, the
なお、図示例の光学素子10は、支持体12と、光配向膜14と、コレステリック液晶層16とを有するが、本発明は、これに制限はされない。
すなわち、本発明の光学素子は、支持体12の一面に光配向膜14およびコレステリック液晶層16を形成した後に、支持体12を剥離した、光配向膜14およびコレステリック液晶層16(光学異方性層)のみを有するものでもよい。Although the illustrated
That is, the optical element of the present invention is obtained by forming the photo-
<支持体>
光学素子10において、支持体12は、光配向膜14およびコレステリック液晶層16を支持するものである。<Support>
In the
支持体12は、光配向膜14およびコレステリック液晶層16を支持できるものであれば、各種のシート状物(フィルム、板状物)が利用可能である。
なお、支持体12は、対応する光に対する透過率が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。Various sheet-like materials (films, plate-like materials) can be used as the
The
支持体12の厚さには、制限はなく、光学素子10の用途および支持体12の形成材料等に応じて、光配向膜14、コレステリック液晶層を保持できる厚さを、適宜、設定すればよい。
支持体12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。The thickness of the
The thickness of the
支持体12は単層であっても、多層であってもよい。
単層である場合の支持体12としては、ガラス、トリアセチルセルロース(TAC)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、アクリル、および、ポリオレフィン等からなる支持体12が例示される。多層である場合の支持体12の例としては、前述の単層の支持体のいずれかを基板として含み、この基板の表面に他の層を設けたもの等が例示される。The
Examples of the
<光配向膜>
光学素子10において、支持体12の表面には光配向膜14が配置される。
光配向膜14は、光学素子10のコレステリック液晶層16を形成する際に、液晶化合物20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。
後述するが、光学素子10において、本発明における光学異方性層であるコレステリック液晶層16は、液晶化合物20に由来する光学軸20A(図3参照)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有する。従って、光配向膜14は、コレステリック液晶層16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、『光学軸20Aの向きが回転』を単に『光学軸20Aが回転』とも言う。<Photo-alignment film>
In the
The photo-
As will be described later, in the
In the following description, "rotation of the direction of the
本発明の光学素子10において、光配向膜14は、波長380~780nmの光の平均透過率および波長380~480nmの光の平均透過率がともに90%以上である。
光配向膜14の波長380~780nmの光の平均透過率は、91%以上が好ましく、92%以上がより好ましい。上限は特に制限されないが、95%以下の場合が多い。
光配向膜14の波長380~480nmの光の平均透過率は、91%以上が好ましく、92%以上がより好ましい。上限は特に制限されないが、95%以下の場合が多い。
このような光配向膜14を用いることにより、光学素子10が黄色等に着色して見えることを防止できる。例えば、本発明の光学素子を、ARグラスにおいて、導光板に光を入射して伝搬させるための回折素子として用いた場合に、色味が視認されないARグラスを実現できる。In the
The average transmittance of light with a wavelength of 380 to 780 nm of the photo-
The average transmittance of light with a wavelength of 380 to 480 nm of the photo-
By using such a photo-
本発明の光学素子10は、光配向膜14の表面の平滑性が高い方が好ましい。
具体的には、光配向膜14の算術平均高さSaは特に制限されないが、20nm以下の場合が多く、光学素子の回折効率がより優れる点で、4.0nm以下が好ましく、2.0nm以下がより好ましく、1.5nm以下がさらに好ましく、1.0nm以下が特に好ましい。下限は特に制限されないが、0.1nm以上の場合が多い。
また、光配向膜14の算術平均高さSaを4.0nm以下とすることにより、後述する液晶配向パターンの1周期の長さを、好適に2.00μm以下、より好ましくは0.80μm以下にできる。
なお、算術平均高さSaの測定方法は以下の通りである。
支持体上に光配向膜を形成し、非接触表面・層断面形状計測システム VertScan(登録商標)2.0(菱化システム)を用いて、waveモードで表面形状計測を行い、算術平均高さSaを算出する。In the
Specifically, the arithmetic mean height Sa of the photo-
Further, by setting the arithmetic mean height Sa of the photo-
The method for measuring the arithmetic mean height Sa is as follows.
A photo-alignment film is formed on the support, and surface shape measurement is performed in wave mode using a non-contact surface/layer cross-sectional shape measurement system VertScan (registered trademark) 2.0 (Ryoka System). Calculate Sa.
光配向膜14を構成する材料は、上述した平均透過率を満たせば、特に制限されない。例えば、シンナメート基を有する化合物(低分子化合物、モノマー、または、重合体)が挙げられる。なかでも、着色がより抑制される点で、光配向膜14は、シンナメート基を有する重合体を含むことが好ましい。
シンナメート基を有する重合体を形成する主鎖としては、ポリ(メタ)アクリレート、ポリイミド、ポリウレタン、ポリアミック酸、ポリマレインイミド、ポリエーテル、ポリビニルエーテル、ポリエステル、ポリビニルエステル、ポリスチレン誘導体、ポリシロキサン、シクロオレフィン系ポリマー、エポキシ重合体、およびこれらの共重合体が挙げられる。
また、シンナメート基を有するモノマーとしては、上述した重合体を構成する繰り返し単位を与えるモノマーが挙げられる。The material constituting the photo-
Main chains forming polymers having cinnamate groups include poly(meth)acrylates, polyimides, polyurethanes, polyamic acids, polymaleimides, polyethers, polyvinyl ethers, polyesters, polyvinyl esters, polystyrene derivatives, polysiloxanes, cycloolefins. base polymers, epoxy polymers, and copolymers thereof.
Further, examples of the monomer having a cinnamate group include monomers that provide repeating units that constitute the polymer described above.
シンナメート基を有する重合体は、液晶性を示すことが好ましい。液晶性を示すことで、シンナメート基の配向度が向上するため、コレステリック液晶層が配向しやすくなる。また、光学素子の回折効率がより向上する。
液晶性を示す重合体としては、例えば,液晶性高分子のメソゲン成分として多用されているビフェニル基、ターフェニル基、ナフタレン基、フェニルベンゾエート基、アゾベンゼン基、または、これらの誘導体の置換基(メソゲン基)を側鎖として有し、アクリレート、メタクリレート、マレイミド、N-フェニルマレイミド、または、シロキサン等の構造を主鎖に有する重合体が挙げられる。
メソゲン成分を含む側鎖と、シンナメート基とはそれぞれ独立の側鎖であってもよく、また、同一の側鎖内に含まれていてもよい。
メソゲン成分を含まずに液晶性を示す重合体としては、例えば、側鎖末端にカルボキシル基を有する重合体が挙げられる。この重合体は、側鎖末端のカルボキシル基の水素結合による二量体の形成により、液晶相を発現する材料である。
末端にカルボキシル基を有する側鎖と、シンナメート基とはそれぞれ独立の側鎖であってもよく、また、同一の側鎖内に含まれていてもよいが、独立の側鎖であるほうが好ましい。A polymer having a cinnamate group preferably exhibits liquid crystallinity. By exhibiting liquid crystallinity, the degree of orientation of cinnamate groups is improved, so that the cholesteric liquid crystal layer is easily oriented. Moreover, the diffraction efficiency of the optical element is further improved.
Examples of polymers exhibiting liquid crystallinity include biphenyl groups, terphenyl groups, naphthalene groups, phenylbenzoate groups, and azobenzene groups, which are often used as mesogenic components of liquid crystalline polymers, or substituents of these derivatives (mesogenic group) as a side chain and a polymer having a structure such as acrylate, methacrylate, maleimide, N-phenylmaleimide, or siloxane in the main chain.
The side chain containing the mesogenic component and the cinnamate group may be independent side chains or may be contained within the same side chain.
Examples of polymers exhibiting liquid crystallinity without containing a mesogenic component include polymers having carboxyl groups at the ends of side chains. This polymer is a material that develops a liquid crystal phase through dimer formation due to hydrogen bonding of carboxyl groups at the ends of side chains.
The side chain having a carboxyl group at the end and the cinnamate group may be independent side chains, or may be included in the same side chain, but are preferably independent side chains.
シンナメート基を有する重合体は、必要に応じて、さらに重合性基または架橋性基を含む側鎖を有していてもよい。つまり、シンナメート基を有する重合体は、重合性基または架橋性基を有する繰り返し単位を有していてもよい。
重合性基としては、ラジカル重合性基またはカチオン重合性基が好ましく、(メタ)アクリレート基、エポキシ基、または、オキセタニル基がより好ましい。
架橋性基とは光または熱により後述する架橋剤と結合する部位であり、具体的な官能基は架橋剤の種類によるが、例えば、架橋剤としてエポキシ化合物、メチロール化合物、および、イソシアナート化合物等を用いる場合、ヒドロキシ基、カルボキシ基、フェノール性ヒドロキシ基、メルカプト基、グリシジル基、および、アミド基が挙げられる。なかでも、反応性の点から、脂肪族ヒドロキシ基が好ましく、第1級のヒドロキシ基がより好ましい。A polymer having a cinnamate group may optionally have a side chain containing a polymerizable group or a crosslinkable group. That is, a polymer having a cinnamate group may have repeating units having a polymerizable group or a crosslinkable group.
The polymerizable group is preferably a radically polymerizable group or a cationic polymerizable group, more preferably a (meth)acrylate group, an epoxy group, or an oxetanyl group.
A crosslinkable group is a site that bonds with a crosslinker described later by light or heat. Specific functional groups depend on the type of crosslinker, but for example, epoxy compounds, methylol compounds, and isocyanate compounds are used as crosslinkers. is used, it includes hydroxy, carboxy, phenolic hydroxy, mercapto, glycidyl, and amide groups. Among them, from the viewpoint of reactivity, an aliphatic hydroxy group is preferable, and a primary hydroxy group is more preferable.
シンナメート基を有する低分子化合物としては、国際公開第2016/002722号の段落[0042]~[0053]、国際公開第2015/056741号の段落[0030]~[0051]に記載された化合物のうち、シンナメート基を有するものが例示される。
これらの低分子化合物と反応して共有結合を形成しうる官能基を有するポリマーとしては、国際公開第2016/002722号の段落[0091]~[0134]に記載されたポリマー、国際公開第2015/129890号の段落[0045]~[0092]に記載されたポリマー、国際公開第2015/030000号の段落[0057]~[0087]に記載されたポリマー、国際公開第2014/171376号の段落[0051]~[0086]に記載されたポリマー、国際公開第2014/104320号の段落[0042]~[0058]に記載されたポリマーが例示される。Low-molecular-weight compounds having a cinnamate group include the compounds described in paragraphs [0042] to [0053] of WO 2016/002722 and paragraphs [0030] to [0051] of WO 2015/056741. , and those having a cinnamate group are exemplified.
Polymers having functional groups capable of forming covalent bonds by reacting with these low-molecular-weight compounds include polymers described in paragraphs [0091] to [0134] of WO 2016/002722, WO 2015/ 129890, paragraphs [0045] to [0092], WO 2015/030000, paragraphs [0057] to [0087], WO 2014/171376, paragraph [0051 ] to [0086], the polymers described in paragraphs [0042] to [0058] of WO 2014/104320 are exemplified.
また、後述する液晶配向パターンの1周期の長さをより短くできる点で、重合体は末端にカルボキシ基を有する側鎖を有し、液晶性を示すことが好ましい。この重合体は液晶性を示すことで配向性が向上し、配向規制力が高まるため、液晶配向パターンの1周期の長さが短くても、パターンに従って液晶化合物が配向することができる。 In addition, the polymer preferably has a side chain having a carboxyl group at its terminal and exhibits liquid crystallinity in that the length of one cycle of the liquid crystal alignment pattern, which will be described later, can be made shorter. Since this polymer exhibits liquid crystallinity, the alignment property is improved and the alignment control force is increased. Therefore, even if the length of one cycle of the liquid crystal alignment pattern is short, the liquid crystal compound can be aligned according to the pattern.
なかでも、上記重合体としては、式(A1)で表される繰り返し単位、および、式(B1)で表される繰り返し単位を有する重合体が好ましい。 Among them, as the polymer, a polymer having a repeating unit represented by formula (A1) and a repeating unit represented by formula (B1) is preferable.
式中、R1は水素原子またはメチル基であり、メチル基が好ましい。
R2はアルキル基、または、アルキル基、アルコキシ基、シアノ基およびハロゲン原子から選ばれる基で置換されたフェニル基であり、アルキル基、または、アルキル基、アルコキシ基、シアノ基およびハロゲン原子から選ばれる1つの基で置換されたフェニル基が好ましい。R2の好ましい一例としては、シアノ基で置換されたフェニル基、または、アルキル基が好ましく、アルキル基がより好ましい。また、R2の好ましい他の一例としては、アルキル基、または、アルコキシ基もしくはシアノ基で置換されたフェニル基が好ましく、アルコキシ基で置換されたフェニル基、または、アルキル基が好ましい。また、R2の好ましい他の一例としては、アルコキシ基またはシアノ基で置換されたフェニル基が好ましく、アルコキシ基で置換されたフェニル基がより好ましい。R2の好ましい他の一例としては、アルキル基である。
なお、R2のアルキル基またはR2のフェニル基の置換基のアルキル基としては、炭素数1~12のアルキル基が好ましく、炭素数1~6のアルキル基がより好ましく、炭素数1~4のアルキル基がさらに好ましく、メチル基が特に好ましい。
R2のフェニル基の置換基のアルコキシ基としては、炭素数1~12のアルコキシ基が好ましく、炭素数1~6のアルコキシ基がより好ましく、炭素数1~4のアルコキシ基がさらに好ましく、メトキシ基が特に好ましい。
R2のフェニル基の置換基のハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、および、ヨウ素原子が挙げられ、フッ素原子が好ましい。In the formula, R 1 is a hydrogen atom or a methyl group, preferably a methyl group.
R 2 is an alkyl group or a phenyl group substituted with a group selected from an alkyl group, an alkoxy group, a cyano group and a halogen atom, and is selected from an alkyl group, an alkyl group, an alkoxy group, a cyano group and a halogen atom; Phenyl groups substituted with one group are preferred. A preferred example of R 2 is a cyano-substituted phenyl group or an alkyl group, more preferably an alkyl group. Another preferred example of R 2 is an alkyl group, or a phenyl group substituted with an alkoxy group or a cyano group, preferably a phenyl group substituted with an alkoxy group, or an alkyl group. Another preferred example of R 2 is a phenyl group substituted with an alkoxy group or a cyano group, more preferably a phenyl group substituted with an alkoxy group. Another preferred example of R 2 is an alkyl group.
The alkyl group for R 2 or the alkyl group for the substituent of the phenyl group for R 2 is preferably an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, more preferably an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and more preferably an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms. is more preferred, and a methyl group is particularly preferred.
The alkoxy group as a substituent of the phenyl group of R 2 is preferably an alkoxy group having 1 to 12 carbon atoms, more preferably an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, still more preferably an alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms, and methoxy. groups are particularly preferred.
The halogen atom of the substituent of the phenyl group of R 2 includes a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom and an iodine atom, with a fluorine atom being preferred.
L1およびL2は、それぞれ独立して、式(1)~式(5)で表される基のいずれかである。*は結合位置を表す。L 1 and L 2 are each independently any of the groups represented by formulas (1) to (5). * represents a binding position.
X1~X38は、それぞれ独立して、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子または、シアノ基であり、水素原子またはハロゲン原子が好ましい。
X1~X38において、アルキル基としては、炭素数1~4のアルキル基が好ましく、メチル基がより好ましい。アルコキシ基としては、炭素数1~4のアルコキシ基が好ましく、メトキシ基がより好ましい。ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、および、ヨウ素原子が挙げられ、フッ素原子が好ましい。X 1 to X 38 are each independently a hydrogen atom, an alkyl group, an alkoxy group, a halogen atom or a cyano group, preferably a hydrogen atom or a halogen atom.
Among X 1 to X 38 , the alkyl group is preferably an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, more preferably a methyl group. As the alkoxy group, an alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms is preferable, and a methoxy group is more preferable. A halogen atom includes a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom, with a fluorine atom being preferred.
式(B)中、-CH=CHCOO-で表される部分は、トランス体を表す。トランス体とは、上記式で表されるように、二重結合を基準に2つの水素原子が反対側に位置する基を表す。 In formula (B), the portion represented by -CH=CHCOO- represents a trans form. The trans form represents a group in which two hydrogen atoms are located on opposite sides of the double bond, as represented by the above formula.
pおよびqは、それぞれ独立して、1~12のいずれかの整数であり、3~9のいずれかの整数が好ましく、5~7のいずれかの整数がより好ましく、6がさらに好ましい。 Each of p and q is independently an integer of 1 to 12, preferably an integer of 3 to 9, more preferably an integer of 5 to 7, and even more preferably 6.
重合体中における式(A1)で表される繰り返し単位の含有量は特に制限されないが、重合体中の全繰り返し単位に対して、65~95モル%が好ましく、75~85モル%がより好ましい。
重合体中における式(B1)で表される繰り返し単位の含有量は特に制限されないが、重合体中の全繰り返し単位に対して、5~35モル%が好ましく、15~25モル%がより好ましい。
重合体中における式(A1)で表される繰り返し単位および式(B1)で表される繰り返し単位の合計含有量は、重合体中の全繰り返し単位に対して、90モル%以上が好ましく、100モル%がより好ましい。The content of the repeating unit represented by formula (A1) in the polymer is not particularly limited, but is preferably 65 to 95 mol%, more preferably 75 to 85 mol%, based on the total repeating units in the polymer. .
The content of the repeating unit represented by formula (B1) in the polymer is not particularly limited, but is preferably 5 to 35 mol%, more preferably 15 to 25 mol%, based on the total repeating units in the polymer. .
The total content of the repeating units represented by formula (A1) and the repeating units represented by formula (B1) in the polymer is preferably 90 mol% or more, preferably 100 mol%, based on all repeating units in the polymer. Mole % is more preferred.
重合体としては、式(A2)で表される繰り返し単位、および、式(B2)で表される繰り返し単位を有する重合体がより好ましい。 As the polymer, a polymer having a repeating unit represented by formula (A2) and a repeating unit represented by formula (B2) is more preferable.
式(A2)中のR1およびpの定義は、式(A1)中のR1およびpの定義と同義である。
X1A~X4Aは、それぞれ独立して、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子またはシアノ基であり、水素原子またはハロゲン原子が好ましい。X1A~X4Aの好適態様の一例としては、X1A~X4Aのいずれか1つがハロゲン原子であり、その他が水素原子である態様が挙げられる。また、X1A~X4Aの好適態様の他の例としては、X1A~X4Aの全てが水素原子である態様が挙げられる。The definitions of R 1 and p in formula (A2) are the same as the definitions of R 1 and p in formula (A1).
X 1A to X 4A are each independently a hydrogen atom, an alkyl group, an alkoxy group, a halogen atom or a cyano group, preferably a hydrogen atom or a halogen atom. A preferred embodiment of X 1A to X 4A is an embodiment in which any one of X 1A to X 4A is a halogen atom and the others are hydrogen atoms. Another preferred embodiment of X 1A to X 4A is an embodiment in which all of X 1A to X 4A are hydrogen atoms.
式(B2)中のR1、R2およびqは、式(A1)中のR1、R2およびqの定義と同義である。
L3は式(6)~式(7)で表される基のいずれかである。*は結合位置を表す。R 1 , R 2 and q in formula (B2) have the same definitions as R 1 , R 2 and q in formula (A1).
L 3 is any one of groups represented by formulas (6) to (7). * represents a binding position.
X1B~X4BおよびX31B~X38Bは、それぞれ独立して、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子またはシアノ基であり、水素原子またはハロゲン原子が好ましく、水素原子がより好ましい。X 1B to X 4B and X 31B to X 38B are each independently a hydrogen atom, an alkyl group, an alkoxy group, a halogen atom or a cyano group, preferably a hydrogen atom or a halogen atom, more preferably a hydrogen atom.
式(A1)で表される繰り返し単位、および、式(B1)で表される繰り返し単位を有する重合体は、式(X)で表される単量体、および、式(Y)で表される単量体を、無溶媒または溶媒中で混合して、重合させることにより、製造できる。 A polymer having a repeating unit represented by formula (A1) and a repeating unit represented by formula (B1) is a monomer represented by formula (X) and a polymer represented by formula (Y). It can be produced by polymerizing the following monomers in the absence of solvent or in a solvent.
なお、式(X)で表される単量体、および、式(Y)で表される単量体中の各基の定義は、上述した通りである。 The definition of each group in the monomer represented by formula (X) and the monomer represented by formula (Y) is as described above.
重合は、光または熱を用いて実施できる。
重合において、材料および溶媒等を仕込む方法は特に制限されず、重合前に反応容器へ予め全材料を投入した後に重合を開始してもよいし、式(X)で表される単量体、および、式(Y)で表される単量体を混合したのち、かかる混合物および溶媒等の一部について重合開始した後に、残りを滴下または分割投入等の方法により段階的に追加してもよい。Polymerization can be carried out using light or heat.
In the polymerization, the method of charging the materials, solvent, etc. is not particularly limited, and the polymerization may be started after all the materials are charged into the reaction vessel before the polymerization, or the monomer represented by the formula (X), And, after mixing the monomer represented by the formula (Y), a part of the mixture, solvent, etc. may be polymerized, and then the remainder may be added stepwise by a method such as dropwise addition or divided addition. .
式(X)で表される単量体、および、式(Y)で表される単量体以外にも他の単量体を併用して、重合してもよい。
他の単量体としては、メチル(メタ)アクリレート、t-ブチル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、エトキシエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、フェニル(メタ)アクリレート、および、N、N-ジメチルアクリルアミド等の(メタ)アクリルモノマー、スチレン、α-メチルスチレン、p-スチレンスルホン酸、エチルビニルエーテル、N-ビニルイミダゾール、ビニルアセテート、ビニルピリジン、2-ビニルナフタレン、塩化ビニル、フッ化ビニル、N-ビニルカルバゾール、ビニルアミン、ビニルフェノール、および、N-ビニル-2-ピロリドン等のビニル系モノマー、4-アリル-1,2-ジメトキシベンゼン、4-アリルフェノール、および、4-メトキシアリルベンゼン等のアリル系モノマー、ならびに、フェニルマレイミド、および、シクロヘキシルマレイミド等のマレイミド類が挙げられる。In addition to the monomer represented by formula (X) and the monomer represented by formula (Y), other monomers may be used in combination for polymerization.
Other monomers include methyl (meth)acrylate, t-butyl (meth)acrylate, stearyl (meth)acrylate, cyclohexyl (meth)acrylate, ethoxyethyl (meth)acrylate, hydroxyethyl (meth)acrylate, phenyl ( meth)acrylates and (meth)acrylic monomers such as N,N-dimethylacrylamide, styrene, α-methylstyrene, p-styrenesulfonic acid, ethyl vinyl ether, N-vinylimidazole, vinyl acetate, vinylpyridine, 2-vinyl Naphthalene, vinyl chloride, vinyl fluoride, N-vinylcarbazole, vinylamine, vinylphenol, and vinyl monomers such as N-vinyl-2-pyrrolidone, 4-allyl-1,2-dimethoxybenzene, 4-allylphenol, and allyl monomers such as 4-methoxyallylbenzene, and maleimides such as phenylmaleimide and cyclohexylmaleimide.
溶液中で重合する場合には、汎用の有機溶媒を用いることができる。溶媒の具体例としては、アルコール系溶媒、ケトン系溶媒、エステル系溶媒、エーテル系溶媒、炭化水素系溶媒、ニトリル系溶媒、および、アミド系溶媒が挙げられる。
これら溶媒は、いずれかを単独で用いてもよく、2種以上を併せて用いてもよい。When polymerizing in a solution, a general-purpose organic solvent can be used. Specific examples of solvents include alcohol solvents, ketone solvents, ester solvents, ether solvents, hydrocarbon solvents, nitrile solvents, and amide solvents.
Any of these solvents may be used alone, or two or more thereof may be used in combination.
上記の重合に際しては、重合開始剤を用いてもよい。
重合開始剤としては、公知の重合開始剤が挙げられ、アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)、ジエチル-2,2’-アゾビスイソブチレート(V-601)、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)、および、ジメチルアゾビスメチルプロビオネート等のアゾ系重合開始剤、過酸化ベンゾイル、過酸化水素、および、過酸化ラウロイル等の過酸化物系重合開始剤、ならびに、過硫酸カリウム、および、過硫酸アンモニウム等の過硫酸塩系重合開始剤が挙げられる。
重合開始剤は、いずれかを単独で用いてもよく、2種以上を併せて用いてもよい。A polymerization initiator may be used in the above polymerization.
Examples of the polymerization initiator include known polymerization initiators such as azobisisobutyronitrile (AIBN), diethyl-2,2'-azobisisobutyrate (V-601), 2,2'-azobis ( 2,4-dimethylvaleronitrile), and azo polymerization initiators such as dimethylazobismethylpropionate, benzoyl peroxide, hydrogen peroxide, and peroxide polymerization initiators such as lauroyl peroxide, and Persulfate-based polymerization initiators such as potassium persulfate and ammonium persulfate are included.
Any of the polymerization initiators may be used alone, or two or more thereof may be used in combination.
重合の際の温度は特に制限されないが、40~150℃が好ましい。 Although the temperature during polymerization is not particularly limited, it is preferably 40 to 150°C.
光配向膜14は、上述した材料(例えば、シンナメート基を有する重合体)を含む光配向膜形成用組成物を用いて形成されることが好ましい。
光配向膜形成用組成物には、架橋剤、光重合開始剤、界面活性剤、溶媒、レオロジー調整剤、顔料、染料、保存安定剤、消泡剤、および、酸化防止剤等の他の成分が含まれていてもよい。The photo-
The composition for forming a photo-alignment film may contain other components such as a cross-linking agent, a photoinitiator, a surfactant, a solvent, a rheology modifier, a pigment, a dye, a storage stabilizer, an antifoaming agent, and an antioxidant. may be included.
架橋剤は、シンナメート基を有する化合物、または、上記化合物と反応して共有結合を形成しうる官能基を有するポリマー等と反応して架橋構造を形成してもよく、また、これらと反応せず別個の架橋構造を形成するものであってもよい。
架橋剤としては、(メタ)アクリレート化合物、エポキシ化合物、メチロール化合物、および、イソシアナート化合物が挙げられる。
これら架橋剤の反応トリガーまたは反応促進のために、必要に応じて、ラジカル開始剤、酸発生剤、または、塩基発生剤を用いてもよい。The cross-linking agent may form a cross-linked structure by reacting with a compound having a cinnamate group, or a polymer having a functional group capable of forming a covalent bond by reacting with the above compound, or may not react with these. It may form a separate crosslinked structure.
Cross-linking agents include (meth)acrylate compounds, epoxy compounds, methylol compounds, and isocyanate compounds.
A radical initiator, an acid generator, or a base generator may be used as necessary to trigger or promote the reaction of these cross-linking agents.
光重合開始剤としては、少量の光照射により均一な膜を形成させるために一般に知られている汎用の光重合開始剤をいずれも用いることができる。具体例としては、アゾニトリル系光重合開始剤、α-アミノケトン系光重合開始剤、アセトフェノン系光重合開始剤、ベンゾイン系光重合開始剤、ベンゾフェノン系光重合開始剤、チオキサンソン系光重合開始剤、トリアジン系光重合開始剤、カルバゾール系光重合開始剤、および、イミダゾール系光重合開始剤が挙げられる。
光重合開始剤は、いずれかを単独で用いてもよいし、2種以上を併せて用いてもよい。As the photopolymerization initiator, any general-purpose photopolymerization initiator generally known for forming a uniform film with a small amount of light irradiation can be used. Specific examples include azonitrile-based photopolymerization initiators, α-aminoketone-based photopolymerization initiators, acetophenone-based photopolymerization initiators, benzoin-based photopolymerization initiators, benzophenone-based photopolymerization initiators, thioxanthone-based photopolymerization initiators, and triazines. photopolymerization initiators, carbazole photopolymerization initiators, and imidazole photopolymerization initiators.
Any of the photopolymerization initiators may be used alone, or two or more thereof may be used in combination.
界面活性剤としては、均一な膜を形成させるために一般に用いられている界面活性剤をいずれも用いることができる。界面活性剤としては、アニオン性界面活性剤、ノニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、および、両性界面活性剤が挙げられる。 As the surfactant, any surfactant generally used for forming a uniform film can be used. Surfactants include anionic surfactants, nonionic surfactants, cationic surfactants, and amphoteric surfactants.
溶媒としては、上記の各成分を溶解できるものであれば特に制限されるものでなく、例えば、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールプロピルエーテルアセテート、エチレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、トルエン、キシレン、メチルエチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、2-ブタノン、3-メチル-2-ペンタノン、2-ペンタノン、2-ヘプタノン、γ-ブチロラクトン、2-ヒドロキシプロピオン酸エチル、2-ヒドロキシ-2-メチルプロピオン酸エチル、エトキシ酢酸エチル、ヒドロキシ酢酸エチル、2-ヒドロキシ-3-メチルブタン酸メチル、3-メトキシプロピオン酸メチル、3-メトキシプロピオン酸エチル、3-エトキシプロピオン酸エチル、3-エトキシプロピオン酸メチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチル、乳酸ブチル、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、および、N-メチルピロリドンが挙げられる。 The solvent is not particularly limited as long as it can dissolve each of the above components. Examples include ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, methyl cellosolve acetate, ethyl cellosolve acetate, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol mono Ethyl ether, propylene glycol, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol propyl ether acetate, ethylene glycol dimethyl ether, propylene glycol dimethyl ether, toluene, xylene, methyl ethyl ketone, cyclopentanone, cyclohexanone, 2-butanone, 3-methyl -2-pentanone, 2-pentanone, 2-heptanone, γ-butyrolactone, ethyl 2-hydroxypropionate, ethyl 2-hydroxy-2-methylpropionate, ethyl ethoxyacetate, ethyl hydroxyacetate, 2-hydroxy-3-methylbutane methyl acid, methyl 3-methoxypropionate, ethyl 3-methoxypropionate, ethyl 3-ethoxypropionate, methyl 3-ethoxypropionate, methyl pyruvate, ethyl pyruvate, ethyl acetate, butyl acetate, ethyl lactate, butyl lactate , N,N-dimethylformamide, N,N-dimethylacetamide, and N-methylpyrrolidone.
光配向膜14の製造方法としては、例えば、光配向膜形成用組成物を、基材に塗布し、溶媒を留去して膜(光配向前駆体膜)とした後、該膜に異方性を有する光を照射し、さらにこれを加熱して液晶配向能を生じさせることにより、光配向膜を製造する方法が挙げられる。
光配向膜形成用組成物の塗布方法としては、例えば、スピンコート法、バーコート法、ダイコーター法、スクリーン印刷法、および、スプレーコーター法が挙げられる。
また、照射する光は、赤外線、可視光線、紫外線、X線、および、荷電粒子線等の照射により化学反応を生じさせることができる照射線であれば、特に制限されないが、通常、照射線は200~500nmの波長を有する場合が多い。
光照射の後に、加熱を施すと、加熱重合が進行し、光、熱等に対してより高い耐久性の光配向膜が得られるので好ましい。As a method for producing the photo-
Examples of the method of applying the composition for forming a photo-alignment film include a spin coat method, a bar coat method, a die coater method, a screen printing method, and a spray coater method.
In addition, the light to be irradiated is not particularly limited as long as it is irradiation such as infrared rays, visible rays, ultraviolet rays, X-rays, and charged particle beams that can cause a chemical reaction. It often has a wavelength of 200-500 nm.
It is preferable to apply heat after the light irradiation, because heat polymerization proceeds and a photo-alignment film having higher durability against light, heat, and the like can be obtained.
図10に、光配向前駆体膜140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10に示す露光装置60は、レーザー62を備えた光源64と、レーザー62が出射したレーザー光Mの偏光方向を変える図示しないλ/2板(光源64と偏光ビームスプリッター68との間に配置される)と、レーザー62が出射したレーザー光Mを光線MAおよびMBの2つに分離する偏光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、光源64から出射されて図示しないλ/2板を通った光は、直線偏光P0となる。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。FIG. 10 conceptually shows an example of an exposure apparatus that exposes the photo-
The
The light emitted from the
配向パターンを形成される前の光配向前駆体膜140を有する支持体12が露光部に配置され、2つの光線MAと光線MBとを光配向前駆体膜140上において交差させて干渉させ、その干渉光を光配向前駆体膜140に照射して露光する。
この際の干渉により、光配向前駆体膜140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、光配向膜14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20に由来する光学軸20A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、光学軸20Aが回転する1方向における、光学軸20Aが180°回転する1周期の長さを調節できる。
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光配向膜14上に、コレステリック液晶層を形成することにより、後述するように、液晶化合物20に由来する光学軸20Aが一方向に沿って連続的に回転する液晶配向パターンを有する、コレステリック液晶層を形成できる。
また、λ/4板72Aおよび72Bの光学軸を、それぞれ、90°回転することにより、光学軸20Aの回転方向を逆にすることができる。The
Due to the interference at this time, the polarization state of the light with which the photo-
In the
By forming a cholesteric liquid crystal layer on the photo-
Further, by rotating the optical axes of the λ/4
<コレステリック液晶層>
光学素子10において、光配向膜14の表面には、コレステリック液晶層16が形成される。
上述のように、コレステリック液晶層16は、コレステリック液晶相を固定してなる層である。<Cholesteric liquid crystal layer>
In the
As described above, the cholesteric
なお、図1においては、図面を簡略化して光学素子10の構成を明確に示すために、コレステリック液晶層16は、光配向膜14の表面およびコレステリック液晶層16の表面の液晶化合物20(液晶化合物分子)のみを概念的に示している。しかしながら、コレステリック液晶層16は、図2に概念的に示すように、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20が螺旋状に旋回して積み重ねられた螺旋構造を有し、液晶化合物20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20が、複数ピッチ、積層された構造を有する。
In FIG. 1 , in order to simplify the drawing and clearly show the configuration of the
周知のように、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、波長選択反射性を有する。
後に詳述するが、コレステリック液晶層の選択的な反射波長域は、上述した螺旋1ピッチの厚さ方向の長さ(図2に示すピッチP)に依存する。As is well known, a cholesteric liquid crystal layer in which a cholesteric liquid crystal phase is fixed has wavelength-selective reflectivity.
As will be described in detail later, the selective reflection wavelength range of the cholesteric liquid crystal layer depends on the thickness direction length of the above-mentioned helical one pitch (pitch P shown in FIG. 2).
前述のように、コレステリック液晶層16は、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である。すなわち、コレステリック液晶層16は、コレステリック構造を有する液晶化合物20(液晶材料)からなる層である。
As described above, the cholesteric
(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選択反射性を示すことが知られている。
一般的なコレステリック液晶相において、選択反射の中心波長(選択反射中心波長)λは、コレステリック液晶相における螺旋のピッチPに依存し、コレステリック液晶相の平均屈折率nとλ=n×Pの関係に従う。そのため、この螺旋ピッチを調節することによって、選択反射中心波長を調節することができる。
コレステリック液晶相の選択反射中心波長は、ピッチPが長いほど、長波長になる。
なお、螺旋のピッチPとは、上述したように、コレステリック液晶相の螺旋構造1ピッチ分(螺旋の周期)であり、言い換えれば、螺旋の巻き数1回分であり、すなわち、コレステリック液晶相を構成する液晶化合物のダイレクター(棒状液晶であれば長軸方向)が360°回転する螺旋軸方向の長さである。(cholesteric liquid crystal phase)
Cholesteric liquid crystal phases are known to exhibit selective reflectivity at specific wavelengths.
In a general cholesteric liquid crystal phase, the central wavelength of selective reflection (selective reflection central wavelength) λ depends on the helical pitch P in the cholesteric liquid crystal phase, and the relationship between the average refractive index n of the cholesteric liquid crystal phase and λ = n × P obey. Therefore, by adjusting this helical pitch, the selective reflection central wavelength can be adjusted.
The central wavelength of selective reflection of the cholesteric liquid crystal phase becomes longer as the pitch P becomes longer.
The pitch P of the spiral is, as described above, one pitch of the helical structure of the cholesteric liquid crystal phase (the period of the spiral), in other words, it is one turn of the spiral, which constitutes the cholesteric liquid crystal phase. It is the length of the helical axis direction in which the director of the liquid crystal compound (long axis direction in the case of rod-like liquid crystal) rotates 360°.
コレステリック液晶相の螺旋ピッチは、コレステリック液晶層を形成する際に、液晶化合物と共に用いるキラル剤の種類、および、キラル剤の添加濃度に依存する。従って、これらを調節することによって、所望の螺旋ピッチを得ることができる。
なお、ピッチの調節については富士フイルム研究報告No.50(2005年)p.60-63に詳細な記載がある。螺旋のセンスおよびピッチの測定法については「液晶化学実験入門」日本液晶学会編 シグマ出版2007年出版、46頁、および、「液晶便覧」液晶便覧編集委員会 丸善 196頁に記載される方法を用いることができる。The helical pitch of the cholesteric liquid crystal phase depends on the type of chiral agent used together with the liquid crystal compound and the concentration of the chiral agent added when forming the cholesteric liquid crystal layer. Therefore, a desired helical pitch can be obtained by adjusting these.
As for the adjustment of the pitch, refer to Fuji Film Research Report No. 50 (2005) p. 60-63 for a detailed description. As for the method for measuring the sense and pitch of the helix, the method described in "Introduction to Liquid Crystal Chemistry Experiments" edited by the Japan Liquid Crystal Society, published by Sigma Publishing, 2007, page 46, and "Liquid Crystal Handbook" Liquid Crystal Handbook Editing Committee, Maruzen, page 196 is used. be able to.
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層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。
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。A cholesteric liquid crystal phase exhibits selective reflectivity for either left or right 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 spiral of the cholesteric liquid crystal phase. The selective reflection of circularly polarized light by the cholesteric liquid crystal phase reflects right-handed circularly polarized light when the helical twist direction of the cholesteric liquid crystal layer is rightward, and reflects left-handed circularly polarized light when the helical twist direction is leftward.
The direction of rotation of the cholesteric liquid crystal phase can be adjusted by the type of liquid crystal compound forming the cholesteric liquid crystal layer and/or the type of chiral agent added.
また、選択反射を示す選択反射波長域(円偏光反射波長域)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、選択反射波長域(選択的な反射波長域)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。
反射波長域の半値幅は、回折素子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。Further, the half width Δλ (nm) of the selective reflection wavelength region (circularly polarized light reflection wavelength region) indicating selective reflection depends on Δn of the cholesteric liquid crystal phase and the spiral pitch P, and follows the relationship Δλ=Δn×P. Therefore, the width of the selective reflection wavelength band (selective reflection wavelength band) can be controlled by adjusting Δn. Δn can be adjusted by the type and mixing ratio of the liquid crystal compounds forming the cholesteric liquid crystal layer, and the temperature during orientation fixation.
The half width of the reflection wavelength range is adjusted according to the use of the diffraction element, and may be, for example, 10 to 500 nm, preferably 20 to 300 nm, more preferably 30 to 100 nm.
(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16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20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。(Method for Forming Cholesteric Liquid Crystal Layer)
The cholesteric
The structure in which the cholesteric liquid crystal phase is fixed may be any structure as long as the alignment of the liquid crystal compound in the cholesteric liquid crystal phase is maintained. It is preferable that the structure is polymerized and cured by UV irradiation, heating, or the like to form a non-fluid layer and, at the same time, changed to a state in which the orientation is not changed by an external field or external force.
In the structure in which the cholesteric liquid crystal phase is fixed, it is sufficient if the optical properties of the cholesteric liquid crystal phase are maintained, and the
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。Examples of materials used for forming a cholesteric liquid crystal layer in which a cholesteric liquid crystal phase is fixed include a liquid crystal composition containing a liquid crystal compound. The liquid crystal compound is preferably a polymerizable liquid crystal compound.
Moreover, the liquid crystal composition used for forming the cholesteric liquid crystal layer may further contain a surfactant and a chiral agent.
--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、または、アルケニルシクロヘキシルベンゾニトリル類が好ましい。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。--Polymerizable Liquid Crystal Compound--
The polymerizable liquid crystal compound may be a rod-like liquid crystal compound or a discotic liquid crystal compound.
Examples of rod-like polymerizable liquid crystal compounds that form a cholesteric liquid crystal phase include rod-like nematic liquid crystal compounds. Rod-shaped nematic liquid crystal compounds include azomethines, azoxys, cyanobiphenyls, cyanophenyl esters, benzoic acid esters, cyclohexanecarboxylic acid phenyl esters, cyanophenylcyclohexanes, cyano-substituted phenylpyrimidines, and alkoxy-substituted phenylpyrimidines. , phenyldioxanes, tolanes, or alkenylcyclohexylbenzonitriles are preferred. Not only low-molecular-weight liquid crystal compounds but also high-molecular liquid-crystal compounds can be used.
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95/022586号、国際公開第95/024455号、国際公開第97/000600号、国際公開第98/023580号、国際公開第98/052905号、特開平1-272551号公報、特開平6-016616号公報、特開平7-110469号公報、特開平11-080081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。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。A polymerizable liquid crystal compound is obtained by introducing a polymerizable group into a liquid crystal compound. Examples of polymerizable groups include unsaturated polymerizable groups, epoxy groups, and aziridinyl groups, with unsaturated polymerizable groups being preferred, and ethylenically unsaturated polymerizable groups being more preferred. Polymerizable groups can be introduced into molecules of liquid crystal compounds by various methods. The number of polymerizable groups possessed by the polymerizable liquid crystal compound is preferably 1 to 6, more preferably 1 to 3.
Examples of polymerizable liquid crystal compounds are described in Makromol. Chem. , 190, 2255 (1989), Advanced Materials 5, 107 (1993), U.S. Pat. No. 4,683,327, U.S. Pat. No. 5,622,648, U.S. Pat. 95/022586, International Publication No. 95/024455, International Publication No. 97/000600, International Publication No. 98/023580, International Publication No. 98/052905, JP-A-1-272551, JP-A-6-016616 JP-A-7-110469, JP-A-11-080081, and JP-A-2001-328973. Two or more types of polymerizable liquid crystal compounds may be used in combination. When two or more kinds of polymerizable liquid crystal compounds are used together, the alignment temperature can be lowered.
また、これ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が挙げられる。 As other polymerizable liquid crystal compounds, cyclic organopolysiloxane compounds having a cholesteric phase as disclosed in JP-A-57-165480 can be used. Further, as the polymer liquid crystal compounds described above, there are polymers in which mesogenic groups exhibiting liquid crystal are introduced into the main chain, side chains, or both of the main chain and side chains, and polymer cholesteric compounds in which cholesteryl groups are introduced into the side chains. Liquid crystals, liquid crystalline polymers as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-133810, and liquid crystalline polymers as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-293252 can be mentioned.
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。 As the discotic liquid crystal compound, for example, those described in JP-A-2007-108732 and JP-A-2010-244038 can be preferably used.
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%が好ましく、80~99質量%がより好ましく、85~90質量%がさらに好ましい。 The addition amount of the polymerizable liquid crystal compound in the liquid crystal composition is preferably 75 to 99.9% by mass, more preferably 80 to 99% by mass, based on the solid content mass (mass excluding the solvent) of the liquid crystal composition. More preferably, 85 to 90% by mass is even more preferable.
--界面活性剤--
コレステリック液晶層の形成に用いる液晶組成物は、界面活性剤を含んでいてもよい。
界面活性剤は、安定的に、または迅速に、コレステリック液晶相の配向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。--Surfactant--
The liquid crystal composition used for forming the cholesteric liquid crystal layer may contain a surfactant.
The surfactant is preferably a compound that can stably or quickly function as an alignment control agent that contributes to the alignment of the cholesteric liquid crystal phase. Examples of surfactants include silicone-based surfactants and fluorine-based surfactants, with fluorine-based surfactants being preferred examples.
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2005-099248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。Specific examples of 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. , Compounds exemplified in paragraphs [0092] and [0093] of JP-A-2005-099248, paragraphs [0076] to [0078] and paragraphs [0082] to [0085] of JP-A-2002-129162 compounds exemplified therein, and fluorine (meth)acrylate polymers described in paragraphs [0018] to [0043] of JP-A-2007-272185.
In addition, surfactant may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.
As the fluorosurfactant, compounds described in paragraphs [0082] to [0090] of JP-A-2014-119605 are preferable.
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。 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 0.02 to 1% by mass with respect to the total mass of the liquid crystal compound. is more preferred.
--キラル剤(光学活性化合物)--
コレステリック液晶層の形成に用いる液晶組成物は、キラル剤を含んでいてもよい。
キラル剤(キラル剤)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)用キラル剤、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。--Chiral agent (optically active compound)--
The liquid crystal composition used for forming the cholesteric liquid crystal layer may contain a chiral agent.
A chiral agent (chiral agent) has a function of inducing a helical structure of a cholesteric liquid crystal phase. The chiral agent may be selected depending on the purpose, since the helical twist direction or helical pitch induced by the compound differs.
The chiral agent is not particularly limited, and known compounds (for example, 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 142nd Committee, ed., 1989), isosorbide, isomannide derivatives, and the like can be used.
Chiral agents generally contain an asymmetric carbon atom, but axially chiral compounds or planar chiral compounds that do not contain an asymmetric carbon atom can also be used as chiral agents. Examples of axially or planarly chiral compounds 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 repeating unit derived from the chiral agent are formed by the polymerization reaction of the polymerizable chiral agent and the polymerizable liquid crystal compound. A polymer having repeating units can be formed. In this aspect, the polymerizable group possessed by the polymerizable chiral agent is preferably the same type of group as the polymerizable group possessed by 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 an ethylenically unsaturated polymerizable group. More preferred.
Also, the chiral agent may be a liquid crystal compound.
キラル剤が光異性化基を有する場合には、塗布、配向後に活性光線等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2002-080478号公報、特開2002-080851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。 In the case where the chiral agent has a photoisomerizable group, it is possible to form a desired reflection wavelength pattern corresponding to the emission wavelength by photomask irradiation with actinic rays or the like after coating and alignment, which is preferable. The photoisomerizable group is preferably an isomerization site of a compound exhibiting photochromic properties, an azo group, an azoxy group, or a cinnamoyl group. Specific compounds include JP-A-2002-080478, JP-A-2002-080851, JP-A-2002-179668, JP-A-2002-179669, JP-A-2002-179670, JP-A-2002- 179681, JP-A-2002-179682, JP-A-2002-338575, JP-A-2002-338668, JP-A-2003-313189, and compounds described in JP-A-2003-313292, etc. can be used.
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。 The content of the chiral agent in the liquid crystal composition is preferably 0.01 to 200 mol %, more preferably 1 to 30 mol %, relative to the molar amount of the liquid crystal compound.
--重合開始剤--
液晶組成物が重合性化合物を含む場合は、液相組成物は重合開始剤を含むのが好ましい。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、液晶化合物に対して0.1~20質量%が好ましく、0.5~12質量%がより好ましい。--Polymerization initiator--
When the liquid crystal composition contains a polymerizable compound, the liquid phase composition preferably contains a polymerization initiator. In the embodiment in which the polymerization reaction is advanced by ultraviolet irradiation, the polymerization initiator used is preferably a photopolymerization initiator capable of initiating the polymerization reaction by ultraviolet irradiation.
Examples of photoinitiators include α-carbonyl compounds (described in US Pat. Nos. 2,367,661 and 2,367,670), acyloin ethers (described in US Pat. No. 2,448,828), α-hydrocarbons substituted aromatic acyloin compounds (described in US Pat. No. 2,722,512), polynuclear quinone compounds (described in US Pat. Nos. 3,046,127 and 2,951,758), triarylimidazole dimers and p-aminophenyl ketone Combinations (described in US Pat. No. 3,549,367), acridine and phenazine compounds (described in JP-A-60-105667, US Pat. No. 4,239,850), and oxadiazole compounds (described in US Pat. No. 4,212,970) described) and the like.
The content of the photopolymerization initiator in the liquid crystal composition is preferably 0.1 to 20% by mass, more preferably 0.5 to 12% by mass, relative to the liquid crystal compound.
--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、任意に架橋剤を含んでいてもよい。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。
架橋剤は特に制限されず、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。--crosslinking agent--
The liquid crystal composition may optionally contain a cross-linking agent in order to improve film strength and durability after curing. As the cross-linking agent, one that is cured by ultraviolet rays, heat, humidity, and the like can be preferably used.
The cross-linking agent is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose. Examples include polyfunctional acrylate compounds such as trimethylolpropane tri(meth)acrylate and pentaerythritol tri(meth)acrylate; 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; hexamethylene Isocyanate compounds such as diisocyanate and biuret isocyanate; polyoxazoline compounds having oxazoline groups in side chains; and alkoxysilane compounds such as vinyltrimethoxysilane and N-(2-aminoethyl)3-aminopropyltrimethoxysilane. be done. Also, a known catalyst can be used depending on the reactivity of the cross-linking agent, and productivity can be improved in addition to the enhancement of membrane strength and durability. These may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.
The content of the cross-linking agent is preferably 3 to 20% by mass, more preferably 5 to 15% by mass, based on the solid mass 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 likely to be obtained, and the stability of the cholesteric liquid crystal phase is further improved.
--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できる。--Other Additives--
If necessary, the liquid crystal composition may further contain polymerization inhibitors, antioxidants, ultraviolet absorbers, light stabilizers, colorants, metal oxide fine particles, etc., within a range that does not reduce optical performance. can be added with
液晶組成物は、コレステリック液晶層16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。溶媒は特に制限されず、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。
有機溶媒としては、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。The liquid crystal composition is preferably used as a liquid when forming the cholesteric
The liquid crystal composition may contain a solvent. The solvent is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose, but organic solvents are preferred.
Examples of organic solvents include ketones, alkyl halides, amides, sulfoxides, heterocyclic compounds, hydrocarbons, esters, and ethers. These may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together. Among these, ketones are preferred in consideration of the load on the environment.
コレステリック液晶層を形成する際には、コレステリック液晶層の形成面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のが好ましい。
すなわち、光配向膜14上にコレステリック液晶層を形成する場合には、光配向膜14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相を固定してなるコレステリック液晶層を形成するのが好ましい。
液晶組成物の塗布は、インクジェットおよびスクロール印刷等の印刷法、ならびに、スピンコート、バーコートおよびスプレー塗布等のシート状物に液体を一様に塗布できる公知の方法が全て利用可能である。When forming the cholesteric liquid crystal layer, a liquid crystal composition is applied to the surface on which the cholesteric liquid crystal layer is to be formed, the liquid crystal compound is aligned in the cholesteric liquid crystal phase state, and then the liquid crystal compound is cured to form the cholesteric liquid crystal layer. is preferred.
That is, when a cholesteric liquid crystal layer is formed on the photo-
The liquid crystal composition can be applied by printing methods such as inkjet and scroll printing, and known methods such as spin coating, bar coating and spray coating, which can uniformly apply the liquid to the sheet.
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。 The applied liquid crystal composition is optionally dried and/or heated and then cured to form a cholesteric liquid crystal layer. In this drying and/or heating step, the liquid crystal compound in the liquid crystal composition may be oriented in the cholesteric liquid crystal phase. When heating is performed, the heating temperature is preferably 200° C. or lower, more preferably 130° C. or lower.
配向させた液晶化合物は、必要に応じて、さらに重合される。重合は、熱重合、および、光照射による光重合のいずれでもよいが、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。The aligned liquid crystal compound is further polymerized as necessary. Polymerization may be either thermal polymerization or photopolymerization by light irradiation, but photopolymerization is preferred. It is preferable to use ultraviolet rays for light irradiation. The irradiation energy is preferably 20 mJ/cm 2 to 50 J/cm 2 , more preferably 50 to 1500 mJ/cm 2 . In order to accelerate the photopolymerization reaction, light irradiation may be performed under heating conditions or under a nitrogen atmosphere. The wavelength of the ultraviolet rays to be irradiated is preferably 250 to 430 nm.
コレステリック液晶層の厚さには、制限はなく、光学素子10の用途、コレステリック液晶層に要求される光の反射率、および、コレステリック液晶層の形成材料等に応じて、必要な光の反射率が得られる厚さを、適宜、設定すればよい。
The thickness of the cholesteric liquid crystal layer is not limited, and the required light reflectance is determined according to the application of the
(コレステリック液晶層の液晶配向パターン)
本発明の光学素子10において、光学異方性層であるコレステリック液晶層16は、コレステリック液晶相を形成する液晶化合物20に由来する光学軸20A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。
なお、液晶化合物20に由来する光学軸20Aとは、液晶化合物20において屈折率が最も高くなる軸である。例えば、液晶化合物20が棒状液晶化合物である場合には、光学軸20Aは、棒形状の長軸方向に沿っている。以下の説明では、液晶化合物20に由来する光学軸20Aを、『液晶化合物20の光学軸20A』または『光学軸20A』ともいう。(Liquid crystal alignment pattern of cholesteric liquid crystal layer)
In the
Note that the
図3に、コレステリック液晶層16の平面図を概念的に示す。
なお、平面図とは、コレステリック液晶層16を、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。
また、図3では、本発明の光学素子10の構成を明確に示すために、図1と同様、液晶化合物20は光配向膜14の表面の液晶化合物20のみを示している。FIG. 3 conceptually shows a plan view of the cholesteric
The plan view is a view of the cholesteric
3 shows only the
図3に示すように、コレステリック液晶層16を構成する液晶化合物20は、光配向膜14の表面において、下層の光配向膜14に形成された配向パターンに応じて、コレステリック液晶層16の面内において、矢印Xで示す所定の一方向に沿って、光学軸20A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20の光学軸20Aが、矢印X方向に沿って、時計回りで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16を構成する液晶化合物20は、矢印X、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。
以下の説明では、矢印X方向と直交する方向を、便宜的にY方向とする。すなわち、矢印Y方向とは、液晶化合物20の光学軸20Aの向きが、コレステリック液晶層の面内において、連続的に回転しながら変化する一方向と直交する方向である。従って、図1、図2および後述する図4では、Y方向は、紙面に直交する方向となる。As shown in FIG. 3, the
The liquid crystal compounds 20 forming the cholesteric
In the following description, the direction orthogonal to the arrow X direction is referred to as the Y direction for convenience. That is, the arrow Y direction is a direction orthogonal to one direction in which the orientation of the
液晶化合物20の光学軸20A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20の光学軸20A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、光学軸20A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20の光学軸20A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。That the direction of the
The difference in angle between the
一方、コレステリック液晶層16を形成する液晶化合物20は、矢印X方向と直交するY方向、すなわち、光学軸20Aが連続的に回転する一方向と直交するY方向では、光学軸20Aの向きが等しい。
言い換えれば、コレステリック液晶層16を形成する液晶化合物20は、Y方向では、液晶化合物20の光学軸20Aと矢印X方向とが成す角度が等しい。On the other hand, the
In other words, the
コレステリック液晶層16においては、このような液晶化合物20の液晶配向パターンにおいて、面内で光学軸20A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20の光学軸20A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。
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20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3(図4)に示すように、矢印X方向と光学軸20Aの方向とが一致する2つの液晶化合物20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。
コレステリック液晶層16において、コレステリック液晶層の液晶配向パターンは、この1周期Λを、矢印X方向すなわち光学軸20Aの向きが連続的に回転して変化する一方向に繰り返す。In the cholesteric
That is, the distance between the centers in the direction of arrow X of two liquid crystal compounds 20 having the same angle with respect to the direction of arrow X is defined as the length of one cycle Λ. Specifically, as shown in FIG. 3 (FIG. 4), the distance between the centers of the two liquid crystal compounds 20 in the direction of the arrow X and the direction of the
In the cholesteric
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、コレステリック液晶層16は、入射した光を、鏡面反射に対して矢印X方向に傾けて反射する。コレステリック液晶層16は、面内において、矢印X方向(所定の一方向)に沿って光学軸20A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4を参照して説明する。A cholesteric liquid crystal layer in which a cholesteric liquid crystal phase is fixed normally mirror-reflects incident light (circularly polarized light).
On the other hand, the cholesteric
一例として、コレステリック液晶層16は、赤色光の左円偏光RLを選択的に反射するコレステリック液晶層であるとする。従って、コレステリック液晶層16に光が入射すると、コレステリック液晶層16は、赤色光の左円偏光RLのみを反射し、それ以外の光を透過する。As an example, assume that the cholesteric
コレステリック液晶層16に入射した赤色光の左円偏光RLは、コレステリック液晶層によって反射される際に、各液晶化合物20の光学軸20A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16では、液晶化合物20の光学軸20A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、光学軸20Aの向きによって、入射した赤色光の左円偏光RL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16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16に入射した赤色光の左円偏光RLには、図4に概念的に示すように、それぞれの光学軸20A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20の光学軸20A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20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16では、赤色光の左円偏光RL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、赤色光の左円偏光RL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左円偏光RLは、XY面(コレステリック液晶層の主面)に対して矢印X方向に傾いた方向に反射される。The left-handed circularly polarized red light R L incident on the cholesteric
Here, in the cholesteric
Furthermore, the liquid crystal alignment pattern formed in the cholesteric
Also, the orientation of the
As a result, in the cholesteric
Therefore, the left-handed circularly polarized red light R L is reflected in the normal direction of the equal phase plane E, and the reflected left-handed circularly polarized light R L is reflected with respect to the XY plane (principal surface of the cholesteric liquid crystal layer). It is reflected in a direction tilted in the arrow X direction.
従って、光学軸20Aが回転する一方向である矢印X方向を、適宜、設定することで、赤色光の左円偏光RLの反射方向を調節できる。
例えば、矢印X方向を逆方向にして、図中左側に向かって光学軸20Aの回転方向を時計回りにすれば、赤色光の左円偏光RLの反射方向も図4とは逆方向になる。Therefore, by appropriately setting the arrow X direction, which is one direction in which the
For example, if the direction of arrow X is reversed and the direction of rotation of the
また、矢印X方向に向かう液晶化合物20の光学軸20Aの回転方向を逆にすることで、赤色光の左円偏光RLの反射方向を逆にできる。
すなわち、図1~図4においては、矢印X方向に向かう光学軸20Aの回転方向は時計回りで、赤色光の左円偏光RLは矢印X方向に傾けて反射されるが、これを反時計回りとすることで、赤色光の左円偏光RLは矢印X方向と逆方向に傾けて反射される。Further, by reversing the rotation direction of the
That is, in FIGS. 1 to 4, the rotation direction of the
さらに、同じ液晶配向パターンを有するコレステリック液晶層では、液晶化合物20の螺旋の旋回方向すなわち反射する円偏光の旋回方向によって、反射方向が逆になる。
図4に示すコレステリック液晶層16は、螺旋の旋回方向が右捩じれで、右円偏光を選択的に反射するものであり、矢印X方向に沿って光学軸20Aが時計回りに回転する液晶配向パターンを有することにより、右円偏光を矢印X方向に傾けて反射する。
従って、螺旋の旋回方向が左捩じれで、左円偏光を選択的に反射するものであり、矢印X方向に沿って光学軸20Aが時計回りに回転する液晶配向パターンを有するコレステリック液晶層は、左円偏光を矢印X方向と逆方向に傾けて反射する。Furthermore, in the cholesteric liquid crystal layer having the same liquid crystal alignment pattern, the reflection direction is reversed depending on the spiraling direction of the
The cholesteric
Therefore, a cholesteric liquid crystal layer having a liquid crystal orientation pattern in which the direction of spiral rotation is left-handed, selectively reflects left-handed circularly polarized light, and the
上述のように、光学素子10のコレステリック液晶層16は、面内において、液晶化合物20の光学軸20Aが一方向に沿って連像的に回転する液晶は配向パターンを有する。また、この液晶配向パターンにおいて、光学軸20Aが180°回転する長さを1周期Λとする(図1、図3および図4参照)。
この液晶配向パターンを有するコレステリック液晶層16では、1周期Λが短いほど、上述した入射光に対する反射光の角度が大きくなる。すなわち、1周期Λが短いほど、入射光に対して、反射光を大きく傾けて反射できる。As described above, the cholesteric
In the cholesteric
1周期Λには、制限はなく、光学素子の用途に応じて、適宜、設定すればよい。
コレステリック液晶層16の1周期Λは、2.00μm以下が好ましく、1.60μm以下がより好ましく、0.80μm以下がさらに好ましく、入射する光の波長λ以下がさらに好ましい。下限は特に制限されないが、0.20μm以上の場合が多い。
1周期Λを2.00μm以下とすることにより、コレステリック液晶層16による反射光の回折角度を十分に大きくできる。そのため、例えば、本発明の光学素子を、上述したARグラスの導光板に光を入射するための回折素子として用いた場合に、全反射による伝播に十分な角度で、導光板に光を入射できる。One period Λ is not limited, and may be appropriately set according to the use of the optical element.
One period Λ of the cholesteric
By setting one period .LAMBDA. Therefore, for example, when the optical element of the present invention is used as a diffraction element for making light incident on the above-described AR glass light guide plate, the light can be incident on the light guide plate at an angle sufficient for propagation by total reflection. .
なお、この液晶配向パターンの1周期Λに関しては、後述する、本発明の別の態様の光学素子30におけるパターン液晶層32においても、同様である。
The same applies to the patterned
本発明の光学素子は、複数を積層して用いてもよい。
図5に、その一例を示す。
図5に示す概念的に積層光学素子24は、R光学素子10R、G光学素子10G、および、B光学素子10Bの3つの本発明の回折素子を有する。
R光学素子10Rは、赤色光に対応するものであり、支持体12と、光配向膜14Rと、赤色の左円偏光RLを反射するコレステリック液晶層16Rとを有する。
G光学素子10Gは、緑色光に対応するものであり、支持体12と、光配向膜14Gと、緑色の左円偏光GLを反射するコレステリック液晶層16Gとを有する。
B光学素子10Bは、青色光に対応するものであり、支持体12と、光配向膜14Bと、青色の左円偏光BLを反射するコレステリック液晶層16Bとを有する。
R光学素子10R、G光学素子10GおよびB光学素子10Bにおいて、支持体、配向膜、コレステリック液晶層は、いずれも、上述した光学素子10における支持体12、光配向膜14、コレステリック液晶層16と同様のものである。ただし、各コレステリック液晶層(回折素子)は、選択的に反射する光の波長域に応じた螺旋のピッチPを有する。The optical element of the present invention may be used by laminating a plurality of layers.
An example is shown in FIG.
The conceptually laminated
The R
The G
The B
In the R
ここで、R光学素子10R、G光学素子10GおよびB光学素子10Bは、コレステリック液晶層の選択反射中心波長の長さの順列と、コレステリック液晶層の液晶配向パターンにおける1周期Λの順列とが等しい。
すなわち、積層光学素子24においては、赤色光の反射に対応するR光学素子10Rの選択反射中心波長が最も長く、緑色光の反射に対応するG光学素子10Gの選択反射中心波長が次いで長く、青色光の反射に対応するB光学素子10Bの選択反射中心波長が最も短い。
これに応じて、R光学素子10R、G光学素子10G、および、B光学素子10Bは、R光学素子10Rのコレステリック液晶層の1周期ΛRが最も長く、G光学素子10Gのコレステリック液晶層の1周期ΛGが次いで長く、B光学素子10Bのコレステリック液晶層の1周期ΛBが最も短い。Here, in the R
That is, in the laminated
Accordingly, in the R
一方向(矢印X方向)に沿って液晶化合物20の光学軸20Aが連続的に回転するコレステリック液晶層による光の反射角度は、反射する光の波長によって、角度が異なる。具体的には、長波長の光ほど、入射光に対する反射光の角度が大きくなる。従って、R光学素子10Rが反射する赤色光が最も入射光に対する反射光の角度が大きく、G光学素子10Gが反射する緑色光が次いで入射光に対する反射光の角度が大きく、B光学素子10Bが反射する青色光が最も入射光に対する反射光の角度が小さい。
一方で、上述のように、一方向に沿って液晶化合物20の光学軸20Aが回転する液晶配向パターンを有するコレステリック液晶層は、液晶配向パターンにおいて、光学軸20Aが180°回転する1周期Λが短いほど、入射光に対する反射光の角度が大きくなる。The angle of reflection of light by the cholesteric liquid crystal layer in which the
On the other hand, as described above, a cholesteric liquid crystal layer having a liquid crystal alignment pattern in which the
従って、R光学素子10R、G光学素子10G、および、B光学素子10Bにおいて、回折素子(コレステリック液晶層)における選択反射中心波長の長さの順列と、液晶配向パターンにおける1周期Λ(ΛR、ΛGおよびΛB)の順列とを等しくすることにより、図5に赤色の左円偏光RL、緑色の左円偏光GLおよび青色の左円偏光BLを例示して示すように、積層光学素子24が反射する光の反射角度の波長依存性を大幅に少なくして、波長の異なる光を、ほぼ同じ方向に反射できる。Therefore, in the R
なお、このように選択的に反射する波長域が異なる本発明の光学素子を積層する際には、積層順には、制限はない。 When the optical elements of the present invention that selectively reflect different wavelength ranges are laminated, the order of lamination is not limited.
本発明の光学素子を、複数、積層する場合には、図5に示すR光学素子10R、G光学素子10G、および、B光学素子10Bを有する構成に制限はされない。
例えば、R光学素子10R、G光学素子10GおよびB光学素子10Bから、適宜、選択した2層を有するものでもよい。さらに、R光学素子10R、G光学素子10GおよびB光学素子10Bの1以上に変えて、あるいは、R光学素子10R、G光学素子10GおよびB光学素子10Bに加えて、紫外線を選択的に反射する光学素子、および/または、赤外線を選択的に反射する光学素子を有してもよい。When a plurality of optical elements of the present invention are laminated, the configuration having the R
For example, it may have two layers appropriately selected from the R
本発明の光学素子を、複数、積層する場合には、図5に示すように、選択反射中心波長が異なる光学素子を積層する構成にも、制限されない。
例えば、選択反射中心波長が等しく、かつ、反射する円偏光の旋回方向、すなわち、コレステリック液晶相における螺旋の旋回方向(センス)が異なるコレステリック液晶層を、2層、有するものであってもよい。
このような構成とすることにより、入射光に含まれる右円偏光および左円偏光を両方とも反射でき、入射光に対する反射光量を大きくできる。When a plurality of optical elements of the present invention are laminated, the structure is not limited to the structure in which optical elements having different selective reflection center wavelengths are laminated as shown in FIG.
For example, two cholesteric liquid crystal layers having the same selective reflection center wavelength and different rotating directions of reflected circularly polarized light, that is, different spiral rotating directions (senses) in the cholesteric liquid crystal phase may be used.
With such a configuration, both the right-handed circularly polarized light and the left-handed circularly polarized light included in the incident light can be reflected, and the amount of reflected light with respect to the incident light can be increased.
以上の例の光学素子10は、光学異方性層としてコレステリック液晶層を用いているが、本発明は、これに制限はされない。すなわち、本発明の光学素子において、光学異方性層は、液晶化合物を含む組成物を用いて形成されたものであり、かつ、液晶化合物20に由来する光学軸20Aが、面内の少ないとも1方向に沿って連続的に回転している液晶配向パターンを有するものであれば、各種の光学異方性層が利用可能である。
一例として、本発明の光学素子は、面内の少なくとも1方向に沿って連続的に回転している液晶配向パターンを有し、かつ、厚さ方向には液晶化合物が螺旋状に捩じれ回転していない光学異方性層も、利用可能である。Although the
As an example, the optical element of the present invention has a liquid crystal alignment pattern continuously rotating along at least one in-plane direction, and the liquid crystal compound is helically twisted and rotated in the thickness direction. Non-optically anisotropic layers are also available.
図6に、その一例を概念的に示す。
図6に示す光学素子30は、支持体12と、光配向膜14と、パターン液晶層32とを有する。
光学素子30において、パターン液晶層32は、本発明における光学異方性層であり、上述したコレステリック液晶層16と同様の液晶配向パターンを有する。従って、図7に概念的に示すように、パターン液晶層32も、コレステリック液晶層16と同様、液晶化合物20の光学軸20Aが、矢印X方向に沿って時計回りで連続的に回転する液晶配向パターンを有する。なお、図7も、上述した図3と同様、光配向膜14の表面の液晶化合物のみを示している。
パターン液晶層32では、回折素子(液晶層)を形成する液晶化合物20は、厚さ方向に螺旋状に捩じれ回転しておらず、厚さ方向には光学軸20Aは同じ方向を向く。つまり、厚さ方向に、液晶化合物20由来の光学軸20Aの向きが一致している。このような液晶層は、上述したコレステリック液晶層の形成において、液晶組成物にキラル剤を添加しないことで形成できる。FIG. 6 conceptually shows an example thereof.
The
In the
In the pattern
なお、光学素子30において、支持体12および光配向膜14は、上述した図1に示す光学素子10と同様のものである。
In the
上述したように、パターン液晶層32は、面内において、液晶化合物20に由来する光学軸20Aの向きが、矢印X方向すなわち矢印Xで示す一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。
一方、パターン液晶層32を形成する液晶化合物20は、矢印X方向と直交するY方向、すなわち光学軸20Aが連続的に回転する一方向と直交するY方向では、光学軸20Aの向きが等しい液晶化合物20が等間隔で配列されている。言い換えれば、パターン液晶層32を形成する液晶化合物20において、Y方向に配列される液晶化合物20同士は、光学軸20Aの向きと矢印X方向とが成す角度が等しい。As described above, the patterned
On the other hand, in the
パターン液晶層32において、Y方向に配列される液晶化合物は、光学軸20Aと矢印X方向(液晶化合物20の光学軸の向きが回転する1方向)とが成す角度が等しい。この光学軸20Aと矢印X方向とが成す角度が等しい液晶化合物20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、光学軸20Aの方向の液晶化合物20の屈折率と、領域Rの面内において光学軸20Aに垂直な方向の液晶化合物20の屈折率との差に等しい。つまり、屈折率差Δnは、液晶化合物20の屈折率差に等しい。In the pattern
In this case, the value of the in-plane retardation (Re) in each region R is preferably half the wavelength, ie, λ/2. These in-plane retardations are calculated from the product of the refractive index difference Δn associated with the refractive index anisotropy of the region R and the thickness of the optically anisotropic layer. Here, the refractive index difference associated with the refractive index anisotropy of the region R in the optically anisotropic layer is 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 is the refractive index difference defined by the difference from the refractive index of That is, the refractive index difference Δn associated with the refractive index anisotropy of the region R is the refractive index of the
このようなパターン液晶層32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8および図9に概念的に示す。なお、パターン液晶層32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8に示すように、パターン液晶層32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、パターン液晶層32に左円偏光である入射光L1が入射すると、入射光L1は、パターン液晶層32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、パターン液晶層32を通過する際に、それぞれの液晶化合物20の光学軸20Aの向きに応じて絶対位相が変化する。このとき、光学軸20A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、光学軸20A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、パターン液晶層32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、パターン液晶層32を通過した入射光L1には、図8に示すように、それぞれの光学軸20A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。When circularly polarized light is incident on the patterned
This action is conceptually shown in FIGS. 8 and 9. FIG. In the pattern
As shown in FIG. 8, when the product of the refractive index difference of the liquid crystal compound of the patterned
In addition, when the incident light L 1 passes through the patterned
Therefore, the transmitted light L2 is refracted so as to be inclined in a direction perpendicular to the equal phase plane E1, and travels in a direction different from the traveling direction of the incident light L1. In this manner, the left-handed circularly polarized incident light L 1 is converted into right-handed circularly polarized transmitted light L 2 , which is inclined in the direction of the arrow X by a certain angle with respect to the incident direction.
一方、図9に示すように、パターン液晶層32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、パターン液晶層32に右円偏光の入射光L4が入射すると、入射光L4は、パターン液晶層32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、パターン液晶層32を通過する際に、それぞれの液晶化合物20の光学軸20Aの向きに応じて絶対位相が変化する。このとき、光学軸20A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、光学軸20A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、パターン液晶層32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、パターン液晶層32を通過した入射光L4は、図9に示すように、それぞれの光学軸20A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、光学軸20A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。On the other hand, when the product of the refractive index difference of the liquid crystal compound of the patterned
In addition, when the incident light L 4 passes through the patterned
Here, since the incident light L 4 is right-handed circularly polarized light, the periodic absolute phase Q2 in the direction of the arrow X corresponding to the direction of the
Therefore, the incident light L4 is refracted so as to be inclined in a direction perpendicular to the equal phase plane E2, and travels in a direction different from the traveling direction of the incident light L4 . In this way, the incident light L4 is converted into left - handed circularly polarized transmitted light L5 which is inclined by a certain angle in the direction opposite to the direction of the arrow X with respect to the incident direction.
コレステリック液晶層16等と同様に、パターン液晶層32も、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、パターン液晶層32も、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20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。なお、1周囲Λは、1.6μm以下が好ましく、0.8μm以下がより好ましく、入射する光の波長λ以下がさらに好ましいのは、前述のとおりである。
また、コレステリック液晶層16等と同様に、パターン液晶層32においても、入射光L1およびL4の波長が長いほど、透過光L2およびL5が大きく屈折する。
さらに、矢印X方向に沿って回転する、液晶化合物20の光学軸20A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。すなわち、図6~図9に示す例では、矢印X方向に向かう光学軸20Aの回転方向は時計回りであるが、この回転方向を反時計回りにすることで、透過光の屈折の方向を、逆方向にできる。Similar to the cholesteric
Also in the patterned
Furthermore, by reversing the rotation direction of the
以上の例は、光学素子の光学異方性層において、液晶化合物20に由来する光学軸20Aの向きが、矢印X方向のみに向かって、連続的に変化している。
しかしながら、本発明の光学素子の光学異方性層は、これに制限はされず、液晶化合物を含む組成物を用いて形成されたものであり、かつ、液晶化合物20の光学軸20A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。In the above examples, in the optically anisotropic layer of the optical element, the direction of the
However, the optically anisotropic layer of the optical element of the present invention is not limited to this, and is formed using a composition containing a liquid crystal compound, and the
一例として、図11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20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、光学異方性層34が例示される。
あるいは、同心円状ではなく、液晶化合物20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、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も、利用可能である。As an example, as conceptually shown in the plan view of FIG. 11, the liquid crystal alignment pattern is concentrically directed from the inside to the outside in one direction in which the direction of the optic axis of the
Alternatively, instead of concentric circles, a liquid crystal alignment pattern in which one direction in which the direction of the optic axis of the
なお、図11においても、図3および図7と同様、配向膜の表面の液晶化合物20のみを示すが、光学異方性層34においては、図2および図6に示されるように、この配向膜の表面の液晶化合物20から、液晶化合物20が螺旋状に旋回して積み重ねられた螺旋構造を有するのは、前述のとおりである。
11 also shows only the
図11に示す光学異方性層34において、液晶化合物20の光学軸(図示省略)は、液晶化合物20の長手方向である。
光学異方性層34では、液晶化合物20の光学軸の向きは、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X1で示す方向、矢印X2で示す方向、矢印X3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。
また、好ましい態様として、図11に示すように光学異方性層34の中心から放射状に、同じ方向に回転しながら変化するものが挙げられる。図11で示す態様は、反時計回りの配向である。図11中の矢印X1、X2およびX3の各矢印において、光軸の回転方向は、中心から外側に向かうにつれて反時計回りとなっている。
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20の光学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20の光学軸の向きに応じて異なる。In the optically
In the optically
In addition, as a preferred embodiment, as shown in FIG. 11, there is one that changes radially from the center of the optically
Circularly polarized light incident on the optically
このような、同心円状の液晶配向パターン、すなわち、放射状に光学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20の光学軸の回転方向および反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反射または透過できる。
すなわち、光学異方性層34がコレステリック液晶層である場合には、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、凹面鏡または凸面鏡としての機能を発現する。また、光学異方性層34がパターン液晶層である場合には、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、凹レンズまたは凸レンズとしての機能を発現する。The optically
That is, when the optically
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、光学素子を凹面鏡または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学軸が180°回転する1周期Λを、光学異方性層34の中心から、光学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反射角度は、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、光学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、光を、より集束でき、凹面鏡および凸レンズとしての性能を、向上できる。Here, when the liquid crystal alignment pattern of the optically anisotropic layer is concentric and the optical element acts as a concave mirror or a convex lens, one period .LAMBDA. From the center of
As described above, the reflection angle of light with respect to the direction of incidence increases as one period Λ in the liquid crystal alignment pattern is shorter. Therefore, by gradually shortening one period Λ in the liquid crystal alignment pattern from the center of the optically
本発明において、光学素子を凸面鏡または凹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ける光学軸の連続的な回転を、光学異方性層34の中心から、逆方向に回転させるのが好ましい。光学異方性層がコレステリック液晶層である場合には、反射する円偏光の旋回方向すなわち螺旋のセンスを逆にしてもよい。
また、光学異方性層34の中心から、光学軸が連続的に回転する1方向の外方向に向かって、光学軸が180°回転する1周期Λを、漸次、短くすることにより、光学異方性層34が、光を、より発散でき、凸面鏡および凹レンズとしての性能を、向上できる。In the present invention, when the optical element acts as a convex mirror or a concave lens, it is preferable that the continuous rotation of the optical axis in the liquid crystal orientation pattern is reversed from the center of the optically
In addition, by gradually shortening one period Λ in which the optical axis rotates 180° from the center of the optically
本発明において、光学素子を凸面鏡および凹レンズ、または、凹面鏡および凸レンズとして作用させる場合には、下記の式(1)を満たすのが好ましい。
Φ(r)=(π/λ)[(r2+f2)1/2-f]・・・式(1)
ここで、rは同心円の中心からの距離で式『r=(x2+y2)1/2』で表わされる。xおよび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における光学軸の角度、λはコレステリック液晶層の選択反射中心波長、fは目的とする焦点距離を表す。In the present invention, when the optical element acts as a convex mirror and a concave lens, or as a concave mirror and a convex lens, it is preferable to satisfy the following formula (1).
Φ(r)=(π/λ)[(r 2 +f 2 ) 1/2 -f] Equation (1)
Here, r is the distance from the center of the concentric circle and is represented by the formula "r=(x 2 +y 2 ) 1/2 ". x and y represent in-plane positions, and (x, y)=(0, 0) represents the center of the concentric circles. Φ(r) is the angle of the optical axis at the distance r from the center, λ is the central wavelength of selective reflection of the cholesteric liquid crystal layer, and f is the target focal length.
なお、本発明においては、光学素子の用途によっては、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、光学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、例えば反射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、光学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、光学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。
さらに、本発明の光学素子は、1周期Λが全面的に均一なコレステリック液晶層と、1周期Λが異なる領域を有するコレステリック液晶層とを有してもよい。この点に関しては、後述する、図1に示すような、一方向のみに光学軸が連続的に回転する構成でも、同様である。In the present invention, depending on the application of the optical element, conversely, one period Λ in the concentric liquid crystal orientation pattern is set to one direction in which the optical axis continuously rotates from the center of the optically
Furthermore, depending on the application of the optical element, for example, when it is desired to provide a light amount distribution to the reflected light, instead of gradually changing one period Λ in one direction in which the optical axis rotates continuously, the optical axis It is also possible to use a configuration having regions with partially different periods Λ in one continuously rotating direction.
Furthermore, the optical element of the present invention may have a cholesteric liquid crystal layer having a uniform period Λ over the entire surface and a cholesteric liquid crystal layer having regions with different periods Λ. In this regard, the same applies to a configuration in which the optical axis rotates continuously only in one direction, as shown in FIG. 1, which will be described later.
図12に、光学異方性層34に対応する光配向膜14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、レーザー82を備えた光源84と、レーザー82からのレーザー光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。FIG. 12 conceptually shows an example of an exposure apparatus for forming such a concentric alignment pattern on the photo-
The
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12の上の光配向前駆体膜140に入射する。
ここで、右円偏光と左円偏光の干渉により、光配向前駆体膜140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、光配向膜14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。The P-polarized light MP split by the
The P-polarized MP and S-polarized light MS are combined by a
Here, due to the interference between the right-handed circularly polarized light and the left-handed circularly polarized light, the polarization state of the light with which the photo-
この露光装置80において、液晶化合物20の光学軸が連続的に180°回転する液晶配向パターンの1周期の長さ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と光配向膜14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。In this
Also, by adjusting the refractive power of the lens 92 (the F-number of the lens 92), the length Λ of one cycle of the liquid crystal alignment pattern can be changed in one direction in which the optical axis rotates continuously. Specifically, the length Λ of one period of the liquid crystal alignment pattern can be changed in one direction in which the optical axis continuously rotates, depending on the spread angle of the light spread by the
このように、光学軸が連続的に回転する1方向において、光学軸が180°回転する1周期Λを変更する構成は、図1~9に示す、矢印X方向の一方向のみに液晶化合物20の光学軸20A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反射または透過する光学素子を得ることができる。
さらに、例えば反射光および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。In this way, in one direction in which the optic axis rotates continuously, the configuration for changing one period Λ in which the optic axis rotates 180° is achieved by changing the
For example, by gradually shortening one period Λ of the liquid crystal alignment pattern in the direction of the arrow X, it is possible to obtain an optical element that reflects or transmits light so as to converge.
Furthermore, depending on the application of the optical element, for example, when it is desired to provide a light amount distribution for reflected light and transmitted light, instead of gradually changing one period Λ in the direction of arrow X, partially Configurations having regions with different periods Λ are also available. For example, as a method of partially changing one period Λ, a method of patterning the photo-alignment film by scanning exposure while arbitrarily changing the polarization direction of condensed laser light can be used.
以上、本発明の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制限はされず、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。 Although the optical element of the present invention has been described in detail above, the present invention is not limited to the above examples, and various improvements and modifications may be made without departing from the gist of the present invention. is.
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。 The features of the present invention will be described more specifically with reference to examples below. The materials, reagents, amounts used, amounts of substances, ratios, treatment details, treatment procedures, etc. shown in the following examples can be changed as appropriate without departing from the gist of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be construed to be limited by the specific examples shown below.
<実施例1>
(光配向剤1の合成)
国際公開第2012/014915号の段落[0066]の記載に沿って、以下の繰り返し単位を有する重合体1(光配向剤1に該当)を合成した。重合体の重量平均分子量は31700、酸価130mgKOH/g、相転移温度148~173℃であった。
なお、R1はメチル基であり、式(A3)で表される繰り返し単位の含有量は、重合体1の全繰り返し単位に対して、80モル%であり、式(B3)で表される繰り返し単位の含有量は、重合体1の全繰り返し単位に対して、20モル%であった。
重合体1は、液晶性を示した。<Example 1>
(Synthesis of photo-alignment agent 1)
Polymer 1 (corresponding to photo-alignment agent 1) having the following repeating unit was synthesized according to the description in paragraph [0066] of International Publication No. 2012/014915. The polymer had a weight average molecular weight of 31,700, an acid value of 130 mgKOH/g, and a phase transition temperature of 148-173°C.
Incidentally, R 1 is a methyl group, the content of the repeating unit represented by the formula (A3) is 80 mol% with respect to the total repeating units of the
(光配向膜P-1の形成)
支持体としてガラス基材を用意した。
支持体上に光配向膜形成用組成物1をスピンコータで塗布した(塗布工程)。その後、光配向膜形成用組成物1が塗布された支持体を80℃のホットプレート上で2分間乾燥して溶媒を除去し(乾燥工程)、厚さ0.02μmの光配向前駆体膜1を形成した。(Formation of photo-alignment film P-1)
A glass substrate was prepared as a support.
The photo-alignment film-forming
光配向膜形成用組成物1
――――――――――――――――――――――――――――――――――
光配向剤1 1.00質量部
シクロヘキサノン 99.00質量部
――――――――――――――――――――――――――――――――――Photo-alignment film-forming
――――――――――――――――――――――――――――――――――
Photo-
図10に示す露光装置を用いて光配向前駆体膜1を露光して、配向パターンを有する光配向膜P-1を形成した。
露光装置において、レーザーとして波長(325nm)のレーザー光を出射するものを用いた。干渉光による露光量を300mJ/cm2とした。なお、2つのレーザー光の干渉により形成される配向パターンの1周期Λ(光学軸が180°回転する長さ)が、1.90μmとなるように、2つの光の交差角(交差角α)を調節した。
次いで、140℃で10分間加熱処理を行い(熱処理工程)、配向を誘起し光配向膜P-1を作製した。
なお、この光配向膜P-1は液晶性を示した。The photo-
In the exposure apparatus, a laser that emits laser light with a wavelength (325 nm) was used. The amount of exposure by interference light was set to 300 mJ/cm 2 . The crossing angle (crossing angle α) of the two lights is such that one period Λ (the length of the 180° rotation of the optical axis) of the alignment pattern formed by the interference of the two laser beams is 1.90 μm. was adjusted.
Then, a heat treatment was performed at 140° C. for 10 minutes (heat treatment step) to induce orientation and prepare a photo-alignment film P-1.
The photo-alignment film P-1 exhibited liquid crystallinity.
(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、下記の液晶組成物LC-1を調製した。
液晶組成物LC-1
――――――――――――――――――――――――――――――――――
液晶化合物L-1 100質量部
開始剤I-2 3質量部
レベリング剤T-1 0.08質量部
キラル剤Ch-1 4.5質量部
メチルエチルケトン 199.64質量部
――――――――――――――――――――――――――――――――――(Formation of cholesteric liquid crystal layer)
As a liquid crystal composition for forming a cholesteric liquid crystal layer, the following liquid crystal composition LC-1 was prepared.
Liquid crystal composition LC-1
――――――――――――――――――――――――――――――――――
Liquid crystal compound L-1 100 parts by mass Initiator I-2 3 parts by mass Leveling agent T-1 0.08 parts by mass Chiral agent Ch-1 4.5 parts by mass Methyl ethyl ketone 199.64 parts by mass ――――――――――――――――――――――――――
液晶化合物L-1(以下、化合物の混合物) Liquid crystal compound L-1 (hereinafter referred to as a mixture of compounds)
開始剤I-2 Initiator I-2
レベリング剤T-1 Leveling agent T-1
キラル剤Ch-1 Chiral agent Ch-1
なお、液晶化合物L-1の相転移温度は、液晶化合物をホットステージ上で加熱し、偏光顕微鏡によるテクスチャー観察によって求めた。その結果、結晶相-ネマチック相転移温度は79℃、ネマチック相-等方相転移温度は144℃であった。
また、液晶化合物L-1のΔnは、液晶化合物を、くさび型セルに注入し、これに波長550nmのレーザー光を照射し、透過光の屈折角を測定することで測定した。測定温度は60℃とした。液晶化合物L-1のΔnは0.16であった。The phase transition temperature of the liquid crystal compound L-1 was determined by heating the liquid crystal compound on a hot stage and observing the texture with a polarizing microscope. As a result, the crystal phase-nematic phase transition temperature was 79.degree. C., and the nematic phase-isotropic phase transition temperature was 144.degree.
The Δn of the liquid crystal compound L-1 was measured by injecting the liquid crystal compound into a wedge-shaped cell, irradiating the cell with a laser beam having a wavelength of 550 nm, and measuring the refraction angle of the transmitted light. The measurement temperature was 60°C. Δn of the liquid crystal compound L-1 was 0.16.
光配向膜P-1上に、上記の液晶組成物LC-1を、スピンコータを用いて、1000rpmで10秒間塗布した(塗布工程)。
液晶組成物LC-1の塗膜をホットプレート上で80℃にて3分間(180sec)加熱した(加熱工程)。
その後、80℃にて、窒素雰囲気下で高圧水銀灯を用いて波長365nmの紫外線を300mJ/cm2の照射量で塗膜に照射することにより(露光工程)、液晶組成物LC-1を硬化して液晶化合物の配向を固定化し、コレステリック液晶層を形成した。
これにより、支持体、光配向膜およびコレステリック液晶層を有する光学素子を作製した。The above liquid crystal composition LC-1 was applied onto the photo-alignment film P-1 using a spin coater at 1000 rpm for 10 seconds (coating step).
The coating film of liquid crystal composition LC-1 was heated on a hot plate at 80° C. for 3 minutes (180 sec) (heating step).
Thereafter, the liquid crystal composition LC-1 was cured by irradiating the coating film with ultraviolet light having a wavelength of 365 nm at a dose of 300 mJ/cm 2 at 80° C. in a nitrogen atmosphere using a high-pressure mercury lamp (exposure step). to fix the orientation of the liquid crystal compound, forming a cholesteric liquid crystal layer.
Thus, an optical element having a support, a photo-alignment film and a cholesteric liquid crystal layer was produced.
コレステリック液晶層は、図3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。
光学素子を光学軸の回転方向に沿う方向で切削し、断面をSEM(走査型電子顕微鏡)で観察した。SEM画像を解析することで、コレステリック液晶層の膜厚d、液晶配向パターンにおける1周期Λ、および、螺旋1ピッチの長さピッチPを測定した。It was confirmed with a polarizing microscope that the cholesteric liquid crystal layer had a periodically oriented surface as shown in FIG.
The optical element was cut along the direction of rotation of the optical axis, and the cross section was observed with an SEM (scanning electron microscope). By analyzing the SEM image, the film thickness d of the cholesteric liquid crystal layer, one period Λ in the liquid crystal alignment pattern, and the length pitch P of one spiral pitch were measured.
<実施例2>
(光配向剤2の合成)
撹拌羽、温度計、滴下ロートおよび還流管を備えた2L三口フラスコに、4-アミノシクロヘキサノール(50.0g)、トリエチルアミン(48.3g)、および、N,N-ジメチルアセトアミド(800g)を量りとり、氷冷下で撹拌した。
次に、滴下ロートを用いてメタクリル酸クロリド(47.5g)を40分かけて上記フラスコ内に滴下し、滴下終了後、反応液を40℃で2時間撹拌した。
反応液を室温(23℃)まで冷却した後、反応液を吸引ろ過して、析出した塩を除去した。得られた有機相を撹拌羽、温度計、滴下ロートおよび還流管を備えた2L三口フラスコに移し、水冷下で撹拌した。
次いで、フラスコ内に、N,N-ジメチルアミノピリジン(10.6g)およびトリエチルアミン(65.9g)を添加し、滴下ロートを用いて、あらかじめテトラヒドロフラン(125g)に溶解させた4-n-オクチルオキシ桂皮酸クロリド(127.9g)を30分かけて上記フラスコ内に滴下し、滴下終了後、反応液を50℃で6時間撹拌した。反応液を室温まで冷却した後、水で分液洗浄し、得られた有機相を無水硫酸マグネシウムで乾燥し、得られた溶液を濃縮することにより黄白色固体を得た。
得られた黄白色固体をメチルエチルケトン(400g)に加熱溶解させ、再結晶を行うことで、以下に示すモノマーmA-1を白色固体として76g得た(収率40%)。<Example 2>
(Synthesis of photo-alignment agent 2)
4-Aminocyclohexanol (50.0 g), triethylamine (48.3 g), and N,N-dimethylacetamide (800 g) were weighed into a 2 L three-necked flask equipped with a stirring blade, thermometer, dropping funnel and reflux tube. It was taken out and stirred under ice-cooling.
Next, methacrylic acid chloride (47.5 g) was added dropwise into the flask over 40 minutes using a dropping funnel, and after the dropping was completed, the reaction solution was stirred at 40°C for 2 hours.
After cooling the reaction solution to room temperature (23° C.), the reaction solution was subjected to suction filtration to remove precipitated salts. The obtained organic phase was transferred to a 2 L three-necked flask equipped with a stirring blade, a thermometer, a dropping funnel and a reflux tube, and stirred under water cooling.
Next, N,N-dimethylaminopyridine (10.6 g) and triethylamine (65.9 g) were added to the flask, and 4-n-octyloxy dissolved in tetrahydrofuran (125 g) in advance was added using a dropping funnel. Cinnamic acid chloride (127.9 g) was added dropwise into the flask over 30 minutes, and after completion of the dropwise addition, the reaction solution was stirred at 50°C for 6 hours. After the reaction solution was cooled to room temperature, it was separated and washed with water, the resulting organic phase was dried over anhydrous magnesium sulfate, and the resulting solution was concentrated to obtain a yellowish white solid.
The resulting yellowish white solid was dissolved in methyl ethyl ketone (400 g) by heating and recrystallized to obtain 76 g of monomer mA-1 shown below as a white solid (yield 40%).
下記モノマーmB-1として、サイクロマーM-100(ダイセル社製)を用いた。 As the monomer mB-1 below, Cychromer M-100 (manufactured by Daicel Corporation) was used.
冷却管、温度計、および撹拌機を備えたフラスコに、溶媒として2-ブタノン(5質量部)を仕込み、フラスコ内に窒素を5mL/min流しながら、水浴加熱により還流させた。ここに、モノマーmA-1(1.2質量部)、モノマーmB-1(8.8質量部)、重合開始剤として2,2’-アゾビス(イソブチロニトリル)(1質量部)、および、溶媒として2-ブタノン(5質量部)を混合した溶液を、3時間かけて滴下し、さらに3時間還流状態を維持したまま、得られた反応液を撹拌した。反応終了後、反応液を室温まで放冷し、反応液に2-ブタノン(30質量部)を加えて希釈することで、重合体濃度が約20質量%の重合体溶液を得た。得られた重合体溶液を大過剰のメタノール中へ投入して重合体を沈殿させ、沈殿物をろ別し、得られた固形分を大量のメタノールで洗浄した後、50℃において12時間送風乾燥することにより、光配向性基(シンナメート基)を有する重合体(光配向剤2に該当)を得た。 A flask equipped with a condenser, a thermometer, and a stirrer was charged with 2-butanone (5 parts by mass) as a solvent, and refluxed by heating in a water bath while flowing nitrogen into the flask at 5 mL/min. Here, monomer mA-1 (1.2 parts by mass), monomer mB-1 (8.8 parts by mass), 2,2'-azobis(isobutyronitrile) (1 part by mass) as a polymerization initiator, and , and 2-butanone (5 parts by mass) as a solvent was added dropwise over 3 hours, and the resulting reaction solution was stirred while maintaining the reflux state for 3 hours. After completion of the reaction, the reaction solution was allowed to cool to room temperature, and diluted by adding 2-butanone (30 parts by mass) to obtain a polymer solution having a polymer concentration of about 20% by mass. The resulting polymer solution is poured into a large excess of methanol to precipitate the polymer, the precipitate is filtered off, the resulting solid content is washed with a large amount of methanol, and dried with air at 50° C. for 12 hours. By doing so, a polymer (corresponding to the photo-alignment agent 2) having a photo-alignment group (cinnamate group) was obtained.
(光配向膜P-2の形成)
支持体としてガラス基材を用意した。
支持体上に光配向膜形成用組成物2をスピンコータで塗布した。その後、光配向膜形成用組成物2が塗布された基材を125℃のホットプレート上で2分間乾燥して溶媒を除去し、厚さ0.3μmの光配向前駆体膜2を形成した。(Formation of photo-alignment film P-2)
A glass substrate was prepared as a support.
The photo-alignment film-forming composition 2 was applied onto the support by a spin coater. After that, the substrate coated with the photo-alignment film-forming composition 2 was dried on a hot plate at 125° C. for 2 minutes to remove the solvent and form a photo-alignment precursor film 2 having a thickness of 0.3 μm.
─────────────────────────────────
光配向膜形成用組成物2
─────────────────────────────────
光配向剤2 100.00質量部
下記熱酸発生剤D-1 3.00質量部
ジイソプロピルエチルアミン 0.60質量部
酢酸ブチル 4061.12質量部
メチルエチルケトン 1015.28質量部
───────────────────────────────────────────────────────────────────
Photo-alignment film-forming composition 2
──────────────────────────────────
Photo-alignment agent 2 100.00 parts by mass Thermal acid generator D-1 described below 3.00 parts by mass Diisopropylethylamine 0.60 parts by mass Butyl acetate 4061.12 parts by mass Methyl ethyl ketone 1015.28 parts by mass ──────────────────────────
熱酸発生剤D-1 Thermal acid generator D-1
図10に示す露光装置を用いて光配向前駆体膜2を露光して、配向パターンを有する光配向膜P-2を形成した。
露光装置において、レーザーとして波長(325nm)のレーザー光を出射するものを用いた。干渉光による露光量を300mJ/cm2とした。なお、2つのレーザー光の干渉により形成される配向パターンの1周期Λ(光学軸が180°回転する長さ)が、1.90μmとなるように、2つの光の交差角(交差角α)を調節した。The photo-alignment precursor film 2 was exposed using the exposure apparatus shown in FIG. 10 to form a photo-alignment film P-2 having an alignment pattern.
In the exposure apparatus, a laser that emits laser light with a wavelength (325 nm) was used. The amount of exposure by interference light was set to 300 mJ/cm 2 . The crossing angle of the two lights (crossing angle α) is such that one period Λ (the length of the 180° rotation of the optical axis) of the alignment pattern formed by the interference of the two laser beams is 1.90 μm. was adjusted.
上記光配向膜P-2を使用した以外は、実施例1と同様の手順に従って光学素子を作製し、同様の測定を行った。 An optical element was produced according to the same procedure as in Example 1, except that the photo-alignment film P-2 was used, and the same measurements were performed.
<実施例3>
(光配向剤3の合成)
特開2014-026261号公報に記載の重合体(PA-4)を以下の手順のように合成して、光配向剤3とした。<Example 3>
(Synthesis of photo-alignment agent 3)
A polymer (PA-4) described in JP-A-2014-026261 was synthesized as a photo-alignment agent 3 according to the following procedure.
撹拌機、温度計、滴下漏斗および還流冷却管を備えた反応容器に、2-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン(100.0g)、メチルイソブチルケトン(500g)およびトリエチルアミン(10.0g)を仕込み、室温で混合した。次いで、脱イオン水(100g)を滴下漏斗より30分かけて滴下した後、還流下で攪拌しつつ、80℃で6時間反応させた。反応終了後、有機相を取り出し、0.2質量%硝酸アンモニウム水溶液により洗浄後の水が中性になるまで洗浄した後、減圧下で溶媒および水を留去することにより、ポリオルガノシロキサン(POS-1)を粘調な透明液体として得た。
このポリオルガノシロキサン(POS-1)について、1H-NMR(核磁気共鳴)分析を行なったところ、化学シフト(δ)=3.2ppm付近にオキシラニル基に基づくピークが理論強度どおりに得られ、反応中にエポキシ基の副反応が起こっていないことが確認された。
このポリオルガノシロキサン(POS-1)のMwは2,200、エポキシ当量は186であった。2-(3,4-Epoxycyclohexyl)ethyltrimethoxysilane (100.0 g), methyl isobutyl ketone (500 g) and triethylamine (10.0 g) were added to a reaction vessel equipped with a stirrer, thermometer, addition funnel and reflux condenser. 0 g) were charged and mixed at room temperature. Then, deionized water (100 g) was added dropwise from the dropping funnel over 30 minutes, and the reaction was allowed to proceed at 80° C. for 6 hours while stirring under reflux. After completion of the reaction, the organic phase was taken out and washed with a 0.2% by mass aqueous solution of ammonium nitrate until the water after washing became neutral. 1) was obtained as a viscous transparent liquid.
When this polyorganosiloxane (POS-1) was subjected to 1 H-NMR (nuclear magnetic resonance) analysis, a peak based on the oxiranyl group was obtained at a chemical shift (δ) of around 3.2 ppm, with theoretical intensity. It was confirmed that no side reaction of the epoxy group occurred during the reaction.
This polyorganosiloxane (POS-1) had an Mw of 2,200 and an epoxy equivalent of 186.
100mLの三口フラスコに、ポリオルガノシロキサン(POS-1)(9.3g)、メチルイソブチルケトン(26g)、桂皮酸誘導体(C-2)(3g)、アロニックスM-5300(東亜合成製)(1g)、および、テトラブチルアンモニウムブロミド(0.93g)を仕込み、80℃で12時間撹拌した。反応終了後、酢酸ブチル(100g)で希釈し、3回水洗した。この溶液を濃縮し、酢酸ブチルで希釈する操作を2回繰り返し、最終的に光配向性基を有するポリオルガノシロキサン(光配向剤3に該当)を含む溶液を得た。 In a 100 mL three-necked flask, polyorganosiloxane (POS-1) (9.3 g), methyl isobutyl ketone (26 g), cinnamic acid derivative (C-2) (3 g), Aronix M-5300 (manufactured by Toa Gosei) (1 g ), and tetrabutylammonium bromide (0.93 g) were added and stirred at 80° C. for 12 hours. After completion of the reaction, it was diluted with butyl acetate (100 g) and washed with water three times. The operation of concentrating this solution and diluting it with butyl acetate was repeated twice to finally obtain a solution containing polyorganosiloxane having a photo-alignment group (corresponding to photo-alignment agent 3).
特開2014-026261号公報に記載の重合体(PB-5)を以下の手順のように合成した。 A polymer (PB-5) described in JP-A-2014-026261 was synthesized according to the following procedure.
(ポリ(メタ)アクリレート(PB-2)の合成)
冷却管と攪拌機を備えたフラスコに、重合開始剤として2,2’-アゾビス(イソブチロニトリル)(1質量部)および溶媒としてジエチレングリコールメチルエチルエーテル(180質量部)を仕込んだ。引き続き、3,4-エポキシシクロヘキシルメチルメタアクリレート(70質量部)および3-メチル-3-オキセタニルメチルメタクリレート(30質量部)をさらにフラスコに加え、フラスコ内を窒素置換した後、緩やかに攪拌を始めた。溶液温度を80℃に上昇させ、この温度を5時間保持し、ポリ(メタ)アクリレート(PB-2)を含む重合体溶液を得た。得られた重合体溶液の固形分濃度は32.8質量%であった。得られた重合体のMnは16,000であった。(Synthesis of poly(meth)acrylate (PB-2))
A flask equipped with a condenser and a stirrer was charged with 2,2′-azobis(isobutyronitrile) (1 part by mass) as a polymerization initiator and diethylene glycol methyl ethyl ether (180 parts by mass) as a solvent. Subsequently, 3,4-epoxycyclohexylmethyl methacrylate (70 parts by mass) and 3-methyl-3-oxetanylmethyl methacrylate (30 parts by mass) were further added to the flask, the inside of the flask was replaced with nitrogen, and then gentle stirring was started. rice field. The solution temperature was raised to 80° C. and maintained at this temperature for 5 hours to obtain a polymer solution containing poly(meth)acrylate (PB-2). The solid content concentration of the obtained polymer solution was 32.8% by mass. The Mn of the resulting polymer was 16,000.
(ポリ(メタ)アクリレート(PB-5)の合成)
上記で得られたポリ(メタ)アクリレート(PB-2)(100質量部)、アクリロイル基含有カルボン酸(アロニックスM-5300、東亞合成製)(20質量部)、触媒としてテトラブチルアンモニウムブロマイド(10質量部)、および、溶媒としてプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(150質量部)を仕込み、窒素雰囲気下、90℃で12時間撹拌した。反応終了後、得られた反応液をプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(100質量部)で希釈し、3回水洗した。この溶液を濃縮し、酢酸ブチルで希釈する操作を2回繰り返し、最終的にポリ(メタ)アクリレート(PB-5)を含む重合体溶液を得た。(Synthesis of poly(meth)acrylate (PB-5))
Poly (meth) acrylate obtained above (PB-2) (100 parts by mass), acryloyl group-containing carboxylic acid (Aronix M-5300, manufactured by Toagosei) (20 parts by mass), tetrabutylammonium bromide as a catalyst (10 parts by mass) and propylene glycol monomethyl ether acetate (150 parts by mass) as a solvent were charged, and stirred at 90° C. for 12 hours in a nitrogen atmosphere. After completion of the reaction, the resulting reaction solution was diluted with propylene glycol monomethyl ether acetate (100 parts by mass) and washed with water three times. The operation of concentrating this solution and diluting it with butyl acetate was repeated twice to finally obtain a polymer solution containing poly(meth)acrylate (PB-5).
(光配向膜形成用組成物3の調製)
光配向剤3を含む溶液を光配向剤3に換算して30質量部に相当する量およびポリ(メタ)アクリレート(PB-5)を含む溶液をポリ(メタ)アクリレート(PB-5)に換算して70質量部に相当する量、金属キレート化合物として以下の(B-1)を10質量部、および、硬化促進剤として以下の(K-1)を40質量部を混合し、これに溶媒としての酢酸n-ブチル、メチルエチルケトンおよびプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(各溶媒の質量比65:25:10)を加えて固形分濃度が2.5質量%の溶液を得て、光配向膜形成用組成物3とした。(Preparation of composition 3 for forming a photo-alignment film)
An amount equivalent to 30 parts by mass of the solution containing the photo-alignment agent 3 converted to the photo-alignment agent 3 and a solution containing poly (meth) acrylate (PB-5) converted to poly (meth) acrylate (PB-5) 70 parts by mass, 10 parts by mass of the following (B-1) as a metal chelate compound, and 40 parts by mass of the following (K-1) as a curing accelerator. As n-butyl acetate, methyl ethyl ketone and propylene glycol monomethyl ether acetate (mass ratio of each solvent 65: 25: 10) are added to obtain a solution with a solid content concentration of 2.5% by mass, and a composition for forming a photo-alignment film Item 3.
[金属キレート化合物]
(B-1):トリス(アセチルアセトネート)アルミニウム(アルミキレートA(W)、川研ファインケミカル製)[Metal chelate compound]
(B-1): Tris(acetylacetonate) aluminum (aluminum chelate A (W), manufactured by Kawaken Fine Chemicals)
[硬化促進剤]
(K-1):トリ(p-トリル)シラノール[Curing accelerator]
(K-1): tri(p-tolyl)silanol
(光配向膜P-3の形成)
支持体としてガラス基材を用意した。
支持体上に光配向膜形成用組成物3をスピンコータで塗布した。その後、光配向膜形成用組成物3が塗布された基材を125℃のホットプレート上で2分間乾燥して溶媒を除去し、厚さ0.3μmの光配向前駆体膜3を形成した。(Formation of photo-alignment film P-3)
A glass substrate was prepared as a support.
The photo-alignment film-forming composition 3 was applied onto the support by a spin coater. After that, the substrate coated with the photo-alignment film-forming composition 3 was dried on a hot plate at 125° C. for 2 minutes to remove the solvent, thereby forming a photo-alignment precursor film 3 having a thickness of 0.3 μm.
図10に示す露光装置を用いて光配向前駆体膜3を露光して、配向パターンを有する光配向膜P-3を形成した。
露光装置において、レーザーとして波長(325nm)のレーザー光を出射するものを用いた。干渉光による露光量を300mJ/cm2とした。なお、2つのレーザー光の干渉により形成される配向パターンの1周期Λ(光学軸が180°回転する長さ)が、1.90μmとなるように、2つの光の交差角(交差角α)を調節した。The photo-alignment precursor film 3 was exposed using the exposure apparatus shown in FIG. 10 to form a photo-alignment film P-3 having an alignment pattern.
In the exposure apparatus, a laser that emits laser light with a wavelength (325 nm) was used. The amount of exposure by interference light was set to 300 mJ/cm 2 . The crossing angle (crossing angle α) of the two lights is such that one period Λ (the length of the 180° rotation of the optical axis) of the alignment pattern formed by the interference of the two laser beams is 1.90 μm. was adjusted.
上記光配向膜P-3を使用した以外は、実施例1と同様の手順に従って光学素子を作製し、同様の測定を行った。 An optical element was produced according to the same procedure as in Example 1 except that the photo-alignment film P-3 was used, and the same measurements were performed.
<実施例4>
実施例1の光配向前駆体膜1を使用し、表1に示すような各種製造条件を変更した以外は、実施例1と同様の手順に従って光学素子を作製し、同様の測定を行った。<Example 4>
An optical element was produced according to the same procedure as in Example 1 except that the photo-
<実施例5>
実施例2の光配向前駆体膜2を使用し、表1に示すような各種製造条件を変更した以外は、実施例2と同様の手順に従って光学素子を作製し、同様の測定を行った。<Example 5>
An optical element was produced according to the same procedure as in Example 2, except that the photo-alignment precursor film 2 of Example 2 was used and various manufacturing conditions as shown in Table 1 were changed, and the same measurements were performed.
<実施例6>
実施例3の光配向前駆体膜3を使用し、表1に示すような各種製造条件を変更した以外は、実施例3と同様の手順に従って光学素子を作製し、同様の測定を行った。<Example 6>
An optical element was produced according to the same procedure as in Example 3 except that the photo-alignment precursor film 3 of Example 3 was used and various manufacturing conditions as shown in Table 1 were changed, and the same measurements were performed.
<実施例7>
実施例1の光配向膜形成用組成物1を下記光配向膜形成用組成物1-2に変更し、表1に示すような各種製造条件を変更した以外は、実施例1と同様の手順に従って光学素子を作製し、同様の測定を行った。<Example 7>
The same procedure as in Example 1 except that the photo-alignment film-forming
光配向膜形成用組成物1-2
―――――――――――――――――――――――――――――――――
光配向剤1 5.00質量部
シクロヘキサノン 95.00質量部
―――――――――――――――――――――――――――――――――Photo-alignment film-forming composition 1-2
―――――――――――――――――――――――――――――――――
Photo-
<実施例8>
実施例1の光配向膜形成用組成物1を下記光配向膜形成用組成物1-3に変更し、表1に示すような各種製造条件を変更した以外は、実施例1と同様の手順に従って光学素子を作製し、同様の測定を行った。<Example 8>
The same procedure as in Example 1 except that the photo-alignment film-forming
光配向膜形成用組成物1-3
―――――――――――――――――――――――――――――――――
光配向剤1 20.00質量部
シクロヘキサノン 80.00質量部
―――――――――――――――――――――――――――――――――Photo-alignment film-forming composition 1-3
―――――――――――――――――――――――――――――――――
Photo-
<比較例1>
(光配向膜P-4の形成)
支持体としてガラス基材を用意した。
支持体上に光配向膜形成用組成物4をスピンコータで塗布した。その後、光配向膜形成用組成物4が塗布された基材を60℃のホットプレート上で1分間乾燥して溶媒を除去し、厚さ0.02μmの光配向前駆体膜4を形成した。<Comparative Example 1>
(Formation of photo-alignment film P-4)
A glass substrate was prepared as a support.
The photo-alignment film-forming composition 4 was applied onto the support by a spin coater. Thereafter, the substrate coated with the photo-alignment film-forming composition 4 was dried on a hot plate at 60° C. for 1 minute to remove the solvent and form a photo-alignment precursor film 4 having a thickness of 0.02 μm.
光配向膜形成用組成物4
―――――――――――――――――――――――――――――――――
光配向剤4 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
―――――――――――――――――――――――――――――――――
なお、光配向剤4としては、以下を用いた。Photo-alignment film-forming composition 4
―――――――――――――――――――――――――――――――――
Photo-alignment agent 4 1.00 parts by mass Water 16.00 parts by mass Butoxyethanol 42.00 parts by mass Propylene glycol monomethyl ether 42.00 parts by mass―――――――――――――――――――― ――――――――――――――
In addition, as the photo-alignment agent 4, the following was used.
図10に示す露光装置を用いて光配向前駆体膜4を露光して、配向パターンを有する光配向膜P-4を形成した。
露光装置において、レーザーとして波長(325nm)のレーザー光を出射するものを用いた。干渉光による露光量を300mJ/cm2とした。なお、2つのレーザー光の干渉により形成される配向パターンの1周期Λ(光学軸が180°回転する長さ)が、1.90μmとなるように、2つの光の交差角(交差角α)を調節した。The photo-alignment precursor film 4 was exposed using the exposure apparatus shown in FIG. 10 to form a photo-alignment film P-4 having an alignment pattern.
In the exposure apparatus, a laser that emits laser light with a wavelength (325 nm) was used. The amount of exposure by interference light was set to 300 mJ/cm 2 . The crossing angle (crossing angle α) of the two lights is such that one period Λ (the length of the 180° rotation of the optical axis) of the alignment pattern formed by the interference of the two laser beams is 1.90 μm. was adjusted.
上記光配向膜P-4を使用した以外は、実施例1と同様の手順に従って光学素子を作製し、同様の測定を行った。 An optical element was produced according to the same procedure as in Example 1, except that the photo-alignment film P-4 was used, and the same measurements were performed.
<比較例2>
比較例1の光配向前駆体膜4を使用し、表1に示すような各種製造条件を変更した以外は、比較例1と同様の手順に従って光学素子を作製し、同様の測定を行った。<Comparative Example 2>
An optical element was produced according to the same procedure as in Comparative Example 1 except that the photo-alignment precursor film 4 of Comparative Example 1 was used and various manufacturing conditions as shown in Table 1 were changed, and the same measurements were performed.
また、実施例9に関しては、液晶層を重ね塗りして、10層の液晶層を形成した。 In addition, in Example 9, liquid crystal layers were overcoated to form 10 layers of liquid crystal layers.
<回折効率の測定>
作製した光学素子の回折効率を以下の方法で測定した。
図13に示すように、作製した光学素子Dをダブプリズム100に配置した。ダブプリズム100は、屈折率が1.517、斜面角度が45°のものを用いた。
ダブプリズム100に、表1に示す測定波長のレーザーLを、直線偏光子102およびλ/4板104を透過させて右円偏光とし、回折光が斜面から垂直に出射するように角度を設定して光学素子Dの表面に入射させた。
出射光Lrの強度を測定器106(ニューポート社製、パワーメータ1918-C)を用いて測定し、入射光強度Liとの比(Lr/Li×100[%])を回折効率とした。
結果を表1に示す。<Measurement of diffraction efficiency>
The diffraction efficiency of the produced optical element was measured by the following method.
As shown in FIG. 13, the manufactured optical element D was placed on the
A laser L having a measurement wavelength shown in Table 1 was passed through the
The intensity of the emitted light Lr was measured using a measuring device 106 (manufactured by Newport, power meter 1918-C), and the ratio (Lr/Li×100[%]) to the incident light intensity Li was defined as the diffraction efficiency.
Table 1 shows the results.
<算術平均高さSa>
実施例1~8、比較例1~2と同様の方法で形成した光配向膜を、非接触表面・層断面形状計測システムVertScan(登録商標)2.0(菱化システム)を用いて、waveモードで表面形状計測を行い、算術平均高さSaを算出した。<Arithmetic mean height Sa>
The photo-alignment films formed in the same manner as in Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 and 2 were measured using a non-contact surface/layer cross-sectional shape measurement system VertScan (registered trademark) 2.0 (Ryoka System). The surface shape measurement was performed in the mode, and the arithmetic mean height Sa was calculated.
<透過率>
実施例1~8、比較例1~2と同様の方法で形成した光配向膜を、同一の支持体(ガラス基材)をリファレンスとして、分光光度計UV3150(島津製作所)を用いて380~780nmの波長域の透過率を測定し、380~780nmおよび380~480nmの透過率の平均値を算出した。<Transmittance>
The photo-alignment films formed in the same manner as in Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 and 2 were measured at 380 to 780 nm using a spectrophotometer UV3150 (Shimadzu Corporation) using the same support (glass substrate) as a reference. The transmittance in the wavelength range of 380 to 780 nm and 380 to 480 nm were averaged to calculate the transmittance.
上記表1に示すように、本発明の光学素子であれば、所望の効果が得られることが確認された。
なかでも、実施例1~3の比較より、液晶性を示す光配向剤1を用いた場合、回折効率がより向上することが確認された。
また、実施例4、7および8の比較より、算術平均高さSaが4.0nm以下である場合、回折効率がより向上することが確認された。As shown in Table 1 above, it was confirmed that the optical element of the present invention provided the desired effects.
Among them, it was confirmed from the comparison of Examples 1 to 3 that the diffraction efficiency was further improved when the photo-
Moreover, it was confirmed from the comparison of Examples 4, 7 and 8 that the diffraction efficiency was further improved when the arithmetic mean height Sa was 4.0 nm or less.
本発明の光学素子は、ARグラス等の各種の光学装置に好適に利用可能である。 The optical element of the present invention can be suitably used for various optical devices such as AR glasses.
10,30 光学素子
12 支持体
14,14R,14G,14B 配向膜
16 コレステリック液晶層
20 液晶化合物
20A 光学軸
32 パターン液晶層
34 光学異方性層
60,80 露光装置
62,82 レーザー
64,84 光源
68,86,94 偏光ビームスプリッター
70A,70B,90A,90B ミラー
72A,72B,96 λ/4板
92 レンズ
100 ダブプリズム
102 直線偏光子
104 λ/4板
106 測定器
140 光配向前駆体膜
BR 青色の右円偏光
GR 緑色の右円偏光
RR 赤色の右円偏光
M レーザー光
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
Q,Q1,Q2 絶対位相
E,E1,E2 等位相面
L1,L4 入射光
L2,L5 透過光
Claims (9)
前記光学異方性層が、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、
前記光配向膜が、波長380~780nmの光の平均透過率および波長380~480nmの光の平均透過率がともに90%以上であり、
前記光配向膜が、シンナメート基を有する重合体を含み、
前記重合体が、式(A1)で表される繰り返し単位、および、式(B1)で表される繰り返し単位を有する、光学素子。
The optically anisotropic layer has a liquid crystal alignment pattern in which the orientation of the optical axis derived from the liquid crystal compound changes while continuously rotating along at least one in-plane direction,
The photo-alignment film has an average transmittance of 90% or more for light with a wavelength of 380 to 780 nm and an average transmittance for light with a wavelength of 380 to 480 nm ,
The photo-alignment film contains a polymer having a cinnamate group,
An optical element, wherein the polymer has a repeating unit represented by formula (A1) and a repeating unit represented by formula (B1) .
前記光学異方性層の前記液晶配向パターンの1周期の長さが、2.00μm以下である、請求項1に記載の光学素子。 In the liquid crystal alignment pattern of the optically anisotropic layer, the direction of the optic axis derived from the liquid crystal compound rotates 180° in the one direction in which the direction of the optic axis derived from the liquid crystal compound changes while rotating continuously. When the length is the length of one cycle,
2. The optical element according to claim 1, wherein the length of one cycle of the liquid crystal alignment pattern of the optically anisotropic layer is 2.00 [mu]m or less.
Applications Claiming Priority (3)
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