(57)【要約】  透明なフィルム内にマイクロミラーを備えたプレートと同等の機能を有する光学フィルム、積層型光学フィルムおよびこの積層型光学フィルムを備えた空中結像装置を提供する。光学フィルムは、光学的異方性を有する光学的異方性領域２１と光学的等方性を有する光学的等方性領域２２とが交互に配置されたストライプ状のパターンで形成されたコレステリック液晶層１３を有し、光学的異方性領域２１のコレステリック液晶の螺旋軸が光学フィルムの面内の一軸方向ｔに配向し、かつ、螺旋軸が光学的異方性領域２１と光学的等方性領域２２との境界面２３の法線方向ｔに配向している。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学的異方性を有する光学的異方性領域と光学的等方性を有する光学的等方性領域とが交互に配置されたストライプ状のパターンで形成されたコレステリック液晶層を有する光学フィルムであって、
前記光学的異方性領域のコレステリック液晶の螺旋軸が前記光学フィルムの面内の一軸方向に配向し、かつ、前記螺旋軸が前記光学的異方性領域と前記光学的等方性領域との境界面の法線方向に配向した光学フィルム。
【請求項２】
前記光学フィルムの一方の面から入射した入射光の少なくとも一部を前記境界面で反射して、前記光学フィルムの他方の面から出射する請求項１記載の光学フィルム。
【請求項３】
前記コレステリック液晶層は、コレステリック配向した後に等方相への相転移温度以上の温度で紫外線照射することにより光学的等方性を示す液晶材料を用いて形成されたものである請求項１または２記載の光学フィルム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項記載の前記光学フィルムが２枚積層された積層型光学フィルムであって、
２枚の前記光学フィルムが、前記境界面が互いに直交するように積層された積層型光学フィルム。
【請求項５】
光源と請求項４記載の積層型光学フィルムとを備え、
前記光源に対して、前記積層型光学フィルムが、前記光源からの光を前記積層型光学フィルムの前記境界面で反射させて空中に結像可能な位置に配置されている空中結像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学フィルムに関し、特に斜めから入射した光を反射する光学フィルムに関する。また、本発明は、積層型光学フィルムおよびこの積層型光学フィルムを備えた空中結像装置にも関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、空中に画像や映像を結像する手法として、観察者が専用のメガネをかけて観察することにより空間中に画像が浮かんでいるように見せる手法や、ミスト（霧）のような目に見えない物質をスクリーンとした手法などが用いられてきた。しかし、このような手法は、特殊なメガネや環境などが必要であり、何処でも空中に結像させることができるものではなかった。【０００３】
近年、透明平板の内部に上面に垂直に多数の帯状のマイクロミラー（金属の光反射板）を数百ミクロンのピッチで並べたパネルを設け、その上に同じパネルを積層し、上のパネルのマイクロミラーと下のパネルのマイクロミラーとを直交させるように配置することにより、光を空中に収束させるプレートが提供されている（例えば、特許文献１）。このプレートを利用すれば、例えば、液晶ディスプレイで表示された画像を、プレートを透過させて空中で結像させることが可能になり、従来のような環境による制限がなく様々な場面での利用が可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１７５２９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このようなプレートを用いて、空中で大きな画像を結像することが可能になれば、広告やアミューズメント施設など様々な場面で利用することが可能になる。また、他の製品や技術と連携することにより、事務機器やセキュリティ用パネルなどの様々な用途に利用することも可能になる。しかし、このように数百ミクロン単位の規則的なパターンのマイクロミラーを用いて成型する際には、精密な製造技術が必要となる。そのため、上記のようなプレートや結像装置を大型化または量産化するのは容易ではなかった。【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、透明なフィルム内にマイクロミラーを備えたプレートと同等の機能を有する光学フィルム、積層型光学フィルムおよびこの積層型光学フィルムを備えた空中結像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の光学フィルムは、光学的異方性を有する光学的異方性領域と光学的等方性を有する光学的等方性領域とが交互に配置されたストライプ状のパターンで形成されたコレステリック液晶層を有する光学フィルムであって、上記光学的異方性領域のコレステリック液晶の螺旋軸が上記光学フィルムの面内の一軸方向に配向し、かつ、上記螺旋軸が上記光学的異方性領域と上記光学的等方性領域との境界面の法線方向に配向したものである。【０００８】
また、上記光学フィルムは、上記光学フィルムの一方の面から入射した入射光の少なくとも一部を上記境界面で反射して、上記光学フィルムの他方の面から出射するものであることが好ましい。【０００９】
また、上記コレステリック液晶層は、コレステリック配向した後に等方相への相転移温度以上の温度で紫外線照射することにより光学的等方性を示す液晶材料を用いて形成されることが好ましい。【００１０】
本発明の積層型光学フィルムは、上記光学フィルムが２枚積層された積層型光学フィルムであって、２枚の上記光学フィルムが、上記境界面が互いに直交するように積層されたものである。【００１１】
本発明の空中結像装置は、光源と上記積層型光学フィルムとを備え、上記光源に対して、上記積層型光学フィルムが、上記光源からの光を上記積層型光学フィルムの上記境界面で反射させて空中に結像可能な位置に配置されているものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の光学フィルムは、光学的異方性領域と光学的等方性領域とが交互に配置されたストライプ状のパターンで形成され、コレステリック液晶の螺旋軸が光学的異方性領域と光学的等方性領域との境界面の法線方向に配向したものである。これにより、境界面が、透明平板の内部に設けられたマイクロミラーと同様の機能を提供することができ、大型化することが容易になり、量産化も可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の光学フィルムの一実施形態を示す概略断面図である。
【図２】本発明の光学フィルムの一実施形態を示す上面図である。
【図３】本発明の光学フィルムに対する入射光および反射光を説明するための図である。
【図４】本発明の光学フィルムの製造方法における製造工程を示す図である。
【図５】本発明の積層型光学フィルムの一実施形態を示す斜視図である。
【図６】本発明の積層型光学フィルムに対する入射光および反射光を説明するための図である。
【図７】本発明の空中結像装置の概略構成図である。
【図８】本発明の空中結像装置の光源位置と結像位置とを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明について詳細に説明する。
以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様に基づくが、本発明はそのような実施態様に限定されるものではない。
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。
【００１５】
また、本明細書において、角度（例えば「９０°」等の角度）、およびその関係（例えば「直交」、「平行」、および「法線方向」等）については、本発明が属する技術分野において許容される誤差の範囲を含むものとする。例えば、厳密な角度±１０°未満の範囲内であることなどを意味し、厳密な角度との誤差は、５°以下であることが好ましく、３°以下であることがより好ましい。
【００１６】
本明細書において、位相差フィルム、および液晶層等の各部材の光学特性を示す数値、数値範囲、および定性的な表現（例えば、「同等」、「等しい」等の表現）については、液晶表示装置やそれに用いられる部材について一般的に許容される誤差を含む数値、数値範囲および性質を示していると解釈されるものとする。
【００１７】
以下、本発明の光学フィルムの実施形態について図面を参照して説明する。なお、各図面において、図示の都合上、各構成要素の縮尺は実際のものとは異なる。
＜光学フィルム＞
【００１８】
図１に、本発明の光学フィルムの一実施形態の概略断面図を示す。
本実施形態の光学フィルム１０は、支持体１１上に、配向層１２、およびコレステリック液晶層１３を備える。
コレステリック液晶層１３は、光学的異方性を有する光学的異方性領域２１と光学的等方性を有する光学的等方性領域２２とが面内においてストライプ状に交互に配置されている。
【００１９】
コレステリック液晶層１３の光学的異方性領域２１はコレステリック液晶の螺旋軸が面内方向に配列したＵＬＨ（Ｕｎｉｆｏｒｍ Ｌｙｉｎｇ Ｈｅｌｉｘ）配向になっている。また、螺旋軸は光学的異方性領域２１と光学的等方性領域２２との境界面２３の法線方向に沿って並んでいる。
【００２０】
光学的等方性領域とは、その偏光状態を実質的に変換しないものを指す。具体的には、正面レタデーションＲｅが１０ｎｍ以下であることが好ましく、厚み方向レタデーションＲｔｈが２０ｎｍ以下であることが好ましい。本明細書において、正面レタデーションＲｅおよび厚み方向レタデーションＲｔｈは、ＡｘｏＳｃａｎ  ＯＰＭＦ−１（Ａｘｏｍｅｔｒｉｃｓ社製）において、波長λで測定した値を意味する。特に記載がないときは、波長λは、５５０ｎｍとする。
【００２１】
図２に光学フィルムの上面図を示す。図２において、コレステリック液晶層１３の光学的異方性領域２１および光学的等方性領域２２を区別するために光学的異方性領域２１をグレーで示している。図２に示すように、コレステリック液晶層１３は、光学的異方性領域２１（以下、単に異方性領域ともいう）および光学的等方性領域２２（以下、単に等方性領域ともいう）が交互に配置されたストライプ状のパターンで形成されている。異方性領域２１のストライプ幅ｗ１と等方性領域２２のストライプ幅ｗ２とのストライプ幅の比率ｗ１：ｗ２は１：３〜１：１０であることが好ましい。また、ストライプ幅ｗ１は３μｍ〜１５μｍ、ストライプ幅ｗ２は９μｍ〜４５μｍであり、その幅方向に、１２μｍ〜６０μｍの周期で交互に配置されていることが好ましい。
図２では、ストライプパターンは一定の周期で繰り返される例を示すが、適宜、ストライプ幅を変えるようにしてもよい。
【００２２】
なお、コレステリック液晶層の膜厚は、２〜３０μｍが好ましく、２．５〜２０μｍがより好ましく、３〜１５μｍがさらに好ましい。
また、光学的に等方性を有する領域であるか、異方性を有する領域であるかは周知の手法を用いることで計測することが出来るが、例えば、Ａｘｏｍｅｔｒｉｃｓ社のＡｘｏＳｃａｎを用いて測定することが可能である。
【００２３】
＜＜反射機構＞＞
次に光学フィルム１０に入射した入射光を出射する仕組みについて説明する。図３は、本発明の実施形態の光学フィルム１０における反射を説明するための図である。
コレステリック液晶層１３の異方性領域２１内では、異方性領域２１と等方性領域２２の境界面２３の法線方向ｔにコレステリック液晶の螺旋軸が並んでいる。これにより、支持体１１を透過して等方性領域２２の面１４（以下、入射面という）側から入射した入射光Ｌｉは、境界面２３でコレステリック液晶の螺旋ピッチと屈折率に応じた選択反射が生じる。境界面２３で選択反射された反射光Ｌｏは、入射面１４と対向する面１５（以下、出射面という）から出射する。
なお、選択反射された光の波長は低波長側にシフトした光となるため、所定の波長の反射光Ｌｏを得たい場合には、コレステリック液晶の螺旋ピッチを所定の波長より長波長側にシフトしておくことが望ましい。例えば、中心波長５５０ｎｍの緑色の入射光に対しては境界面の反射中心波長が５０〜２００ｎｍ程度長波側になるように螺旋ピッチを決定することが望ましい。
【００２４】
次に、光学フィルム１０の異方性領域２１および等方性領域２２の材料および製造方法を説明する。
【００２５】
（液晶材料）
コレステリック液晶層１３は、コレステリック配向した後に等方相への相転移温度以上の温度で紫外線照射することにより光学的等方性を示す液晶材料を用いて形成されることが好ましい。コレステリック液晶層１３を形成するための液晶材料としては、カチオン重合性基とラジカル重合性基とを備えた重合性液晶化合物およびカチオン重合開始剤を含む組成物が好ましい。さらに配向制御剤および配向助剤などのその他の成分を含有してもよい。特に特開２００８−１２７３３６号公報に記載の重合性液晶化合物を含む重合性液晶組成物を好適に利用することができる。
【００２６】
−重合性液晶化合物−
【００２７】
−棒状液晶化合物−
まず、コレステリック液晶相を固定化してなる光学フィルムの材料である棒状液晶化合物について説明する。
棒状液晶化合物としては、例えば、特表平１１−５１３０１９号公報や特開２００７−２７９６８８号公報に記載のものを好ましく用いることができるが、これらに限定されない。
【００２８】
以下に、棒状液晶化合物の例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２９】
【化１】
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なお、棒状液晶化合物は、逆波長分散棒状液晶化合物を用いることがより好ましい。以下に示す逆分散棒状液晶化合物を好ましく用いることができるが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【化２】
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【化３】
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【化４】
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【００３０】
−その他の成分−
コレステリック液晶相を固定してなる光学フィルムを形成するために用いられる重合性組成物は、棒状液晶化合物の他、キラル剤、配向制御剤、重合開始剤、および配向助剤などのその他の成分を含有していてもよい。
【００３１】
キラル剤は、公知の種々のキラル剤（例えば、液晶デバイスハンドブック、第３章４−３項、ＴＮ、ＳＴＮ用カイラル剤、１９９頁、日本学術振興会第一４２委員会編、１９８９に記載）から選択することができる。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あるい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。キラル剤が重合性基を有するとともに、併用する棒状液晶化合物も重合性基を有する場合は、重合性基を有するキラル剤と重合性棒状液晶化合物との重合反応により、棒状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、重合性基を有するキラル剤が有する重合性基は、重合性棒状液晶化合物が有する重合性基と、同種の基であることが好ましい。従って、キラル剤の重合性基も、不飽和重合性基、エポキシ基又はアジリジニル基であることが好ましく、不飽和重合性基であることがさらに好ましく、エチレン性不飽和重合性基であることが特に好ましい。
【００３２】
また、キラル剤は、液晶化合物であってもよい。
強い捩れ力を示すキラル剤としては、例えば、特開２０１０−１８１８５２号公報、特開２００３−２８７６２３号公報、特開２００２−８０８５１号公報、特開２００２−８０４７８号公報、特開２００２−３０２４８７号公報、に記載のキラル剤が挙げられ、本発明に好ましく用いることができる。さらに、これらの公開公報に記載されているイソソルビド化合物類については対応する構造のイソマンニド化合物類を用いることもでき、これらの公報に記載されているイソマンニド化合物類については対応する構造のイソソルビド化合物類を用いることもできる。
【００３３】
（配向制御剤）
配向制御剤の例としては、特開２００４−３３１８１２号公報に例示されているフルオロアルキル基の親水性型等を好ましく用いることができる。
【００３４】
他の配向制御剤の例として、垂直配向剤が挙げられる。垂直配向剤を配合することにより、液晶化合物の垂直配向性を制御することができる。垂直配向剤の例としては、特開２０１５−３８５９８号公報に記載のボロン酸化合物および／またはオニウム塩を好ましく用いることができる。
【００３５】
ＵＬＨ配向はコレステリック液晶層の螺旋軸がフィルム面に平行となる配向状態である。すなわち、液晶分子のフィルム面に対する角度が水平から垂直に連続的に変化する配向状態である。したがって、液晶分子が水平状態、垂直状態ともに取りうる規制力を与えることが好ましい。一例として、上述した配向制御剤により、フィルム面側、および空気界面側の液晶分子の配向規制力を制御し上述した状態を形成することが可能となる。また、後述する配向層によっても配向規制力を制御することが可能である。
【００３６】
重合開始剤のうち、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、同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、同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）およびオキサジアゾール化合物（米国特許第４２１２９７０号明細書記載）、アシルフォスフィンオキシド化合物（特公昭６３−４０７９９号公報、特公平５−２９２３４号公報、特開平１０−９５７８８号公報、特開平１０−２９９９７号公報記載）等が挙げられる。
【００３７】
−溶媒−
光学的異方性領域および光学的等方性領域を実現するための組成物の溶媒としては、有機溶媒が好ましく用いられる。有機溶媒の例には、アミド（例、Ｎ、Ｎ−ジメチルホルムアミド）、スルホキシド（例、ジメチルスルホキシド）、ヘテロ環化合物（例、ピリジン）、炭化水素（例、ベンゼン、ヘキサン）、アルキルハライド（例、クロロホルム、ジクロロメタン）、エステル（例、酢酸メチル、酢酸ブチル）、ケトン（例、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン）、エーテル（例、テトラヒドロフラン、１、２−ジメトキシエタン）が含まれる。アルキルハライドおよびケトンが好ましい。二種類以上の有機溶媒を併用してもよい。
【００３８】
＜光学フィルムの作製＞
光学フィルムの作製方法について、図４に示す製造工程を参照して説明する。
【００３９】
＜＜配向工程＞＞
まず、支持体１１上に配向層１２を設ける。一例として、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）等を支持体に塗布して乾燥する。次いで、乾燥した塗布膜の表面を所定の方向にラビング処理して配向層を形成する。ラビング処理は、塗布膜の表面を紙や布で一定方向に数回こすることにより行う。これにより異方性が生じ、液晶層を塗布した際に、その一定方向に液晶分子が配向する。また、配向層１２は、ラビング処理に限らず、光配向処理を施して形成しても良い。光配向処理をする際は、配向層の桂皮酸誘導体やアゾ化合物等の公知の材料を用いることができる。
コレステリック液晶層のフィルムの面に対して平行方向に螺旋軸が並ぶＵＬＨ配向は、配向層１２にラビングまたは光配向（紫外線配向）等で配向処理を施すことによって実現することができる。一般には螺旋軸に対して直交方向に液晶分子が並ぶような配向処理を施しつつ完全な水平配向(プラナー配向)にならないように配向規制力があまり大きくなりすぎない様に調整する。このようにするとフィルムの面に対して平行方向に螺旋軸が並ぶＵＬＨ配向にすることができる。この場合、配向処理方向に対して螺旋軸は面内で直交または平行になることが一般的である。配向規制力はラビング強度や後述の紫外線の照射エネルギー等で調整することができる。また、空気界面側も界面に対して液晶が水平一様または垂直一様にならないように、後述の塗布膜の材料に配向制御剤を添加することにより、フィルムの面に対して平行方向に螺旋軸が並ぶＵＬＨ配向にすることができる。なお、ＵＬＨ配向ではラビング方向に対して面内直交方向に螺旋軸が並ぶことが一般的である。
【００４０】
＜＜塗布工程＞＞
支持体１１上に設けられた配向層１２の表面（または支持体上）に重合性液晶組成物を一様に塗布して塗布膜１３Ａを形成する（Ｓ１）。
【００４１】
重合性液晶組成物の塗布は、重合性液晶組成物を溶媒に溶解して溶液状態としたものや、加熱による溶融液等の液状物としたものを、ロールコーティング方式やグラビア印刷方式、スピンコート方式などの方式で適宜展開する方法などにより行うことができる。さらにワイヤーバーコーティング法、押し出しコーティング法、ダイレクトグラビアコーティング法、リバースグラビアコーティング法、ダイコーティング法、等の種々の方法によって行うことができる。また、インクジェット装置を用いて、液晶組成物をノズルから吐出して、塗布膜を形成することもできる。
【００４２】
＜＜熟成工程＞＞
塗布膜１３Ａを膜面温度で一定時間保持（熟成）することにより、液晶が配向した状態の塗布膜１３Ｂが形成される（Ｓ２）。例えば、熟成温度は８０〜１２０℃、熟成時間は８分〜１０分の範囲とすることが好ましい。熟成温度および熟成時間は、液晶化合物に応じて定めればよい。
【００４３】
＜＜紫外線硬化工程＞＞
熟成工程後、液晶化合物の分子の配向状態を固定するために紫外線硬化を行うことができる。紫外線硬化工程では、光カチオン重合基による重合反応（光カチオン重合反応）と光ラジカル重合基による重合反応（光ラジカル重合反応）を別々に進行させる。硬化工程の手順を説明する。
【００４４】
１）マスク露光工程
塗布膜１３Ｂ上にストライプパターンのマスク４０を配置した状態で、室温大気下にて露光量３０〜１０００ｍＪ／ｃｍ２で紫外線をストライプパターンのマスク４０を介して照射する（Ｓ３）。ストライプパターンのマスク４０は、異方性領域２１および等方性領域２２を得るために、異方性領域２１に応じた開口部４２と、等方性領域２２に応じた非開口部４４とが形成されたものである。これにより、塗布膜１３Ｂの、マスク開口部４２に露出する領域は露光され、光ラジカル重合開始剤の作用による光ラジカル重合が進行して異方性領域２１となる。一方、マスク非開口部４４で覆われた部分は露光されないため、配向状態が半固定化された領域となり、パターン化された液晶半固定膜１３Ｃが得られる。
なお、マスク露光の際、マスク４０を、ストライプパターンの長辺方向が、ラビング方向に対して平行になるように配置する。上記の通り、ＵＬＨ配向の面内螺旋軸はラビング方向に対し直交するため、マスク４０のストライプパターンの長辺方向をラビング方向に対し平行にすることにより、螺旋軸が異方性領域２１と等方性領域２２との境界面２３の法線方向に配向される。
本明細書において「半固定」とは、液晶組成物が流動性を失っている状態を指し、熱処理工程前の状態を指す。例えば、二官能性液晶の片側官能基のみが架橋した高分子液晶の状態を指す。光カチオン重合基および光ラジカル重合基を備えた重合性液晶化合物の場合は、光カチオン重合基または光ラジカル重合基のうちの一方が選択的に架橋された状態を指す。全面露光工程においては、光カチオン重合基が選択的に架橋された状態を指すが、一部に光ラジカル重合基による架橋が生じていてもよい。
【００４５】
２）加熱露光工程
さらに、基板全体を窒素下で液晶化合物の光学的等方性領域形成温度（光学的等方性領域への相転移温度以上の温度）で所定時間加熱しながら３０〜１０００ｍＪ／ｃｍ２の露光量の紫外線で露光することにより（Ｓ４）、マスク露光されていない領域において液晶が光学的等方性領域を形成し、かつ、マスク露光された領域においては液晶の配向を維持したまま、基板全体の液晶の配向状態が固定されたコレステリック液晶層１３Ｄが形成される（Ｓ５）。
【００４６】
以上の工程により異方性領域２１と等方性領域２２とがパターン状に形成されたコレステリック液晶層１３を得ることができる。
【００４７】
なお、上記においては、光カチオン重合基と光ラジカル重合基とを有する重合性液晶化合物の光カチオン重合基を先に重合させ、その後光ラジカル重合基を重合させる場合について説明したが、光ラジカル重合基を先に重合させ、その後光カチオン重合基を重合させても同様の異方性領域と等方性領域とを有するパターン位相差膜を形成することができる。この場合には、上記の重合性液晶組成物は、光カチオン重合開始剤に代えて、光ラジカル重合開始剤を含むものを用いればよい。そして、光ラジカル重合開始剤塗布工程は不要となり、別途カチオン重合させる前に、光カチオン重合開始剤の塗布工程を設ければよい。
【００４８】
次に、光学フィルムを構成する、コレステリック液晶層以外の要素について説明する。
【００４９】
[支持体]
光学フィルムには支持体が備えられていてもよい。支持体としては、透明支持体が好ましく、ポリメチルメタクリレート等のポリアクリル系樹脂フィルム、セルローストリアセテート等のセルロース系樹脂フィルム、およびシクロオレフィンポリマー系フィルム（例えば、商品名「アートン」（ＪＳＲ社製）、商品名「ゼオノア」（日本ゼオン社製））等を挙げることができる。支持体は、可撓性のフィルムに限らず、ガラス基板等の非可撓性の基板であってもよい。
【００５０】
なお、本発明の光学フィルムは、製膜する際の支持体に支持された状態で使用されるものであってもよいし、製膜する際の支持体は仮支持体とし、他の支持体に転写された後に、仮支持体を剥離して用いられるものであってもよい。
【００５１】
[配向層]
液晶層を形成するための支持体上には配向層が備えられていてもよい。配向層は有機化合物（好ましくはポリマー）のラビング処理、無機化合物の斜方蒸着、または、マイクログルーブを有する層の形成等の手段で設けることができる。さらには、電場の付与、磁場の付与、或いは光照射により配向機能が生じる配向層も知られている。配向層は、ポリマーの膜の表面を、ラビング処理することにより形成することが好ましい。光学フィルムを製膜時に用いた支持体から剥離して用いる場合には、配向層を支持体と共に剥離することが好ましい。
【００５２】
樹脂製の支持体を用いる場合、そのポリマー種に応じて、配向層を設けず、支持体を直接配向処理（例えば、ラビング処理）することにより、配向層として機能させることもできる。そのような支持体の一例としては、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）を挙げることができる。
【００５３】
＜積層型光学フィルム＞
次に、第２の実施形態について説明する。本実施形態では、第１の実施形態の光学フィルムを２枚積層した積層型光学フィルムについて説明する。光学フィルム１０ａおよび１０ｂは前述の実施形態の光学フィルム１０と同一であるので詳細な説明は省略する。
【００５４】
図５に示すように、積層型光学フィルム３０では、２枚の光学フィルム１０ａおよび１０ｂがそれぞれの境界面２３ａおよび２３ｂが互いに直交するように積層される。上層の光学フィルム１０ａのコレステリック液晶の螺旋軸の方向はｔ１となり、下層の光学フィルム１０ｂのコレステリック液晶の螺旋軸の方向はｔ２となる。下方から入射した入射光Ｌｉは、１枚目の光学フィルム１０ｂの境界面２３ｂ上の点Ｐ１で反射して、２枚目の光学フィルム１０ａの境界面２３ａ上の点Ｐ２で反射した反射光Ｌｏが積層型光学フィルム３０から出射される。
【００５５】
図６（ａ）、図６（ｂ）および図７を用いて、積層型光学フィルム３０に入射した入射光が出射する仕組みについて説明する。図６(ａ）に積層型光学フィルム３０の上面（ＸＹ平面）から見た際の入射光および反射光を示し、図６（ｂ）に積層型光学フィルム３０の側面（ＹＺ平面）から見た際の入射光および反射光を示す。
【００５６】
図６(ａ）に示すように、１枚目の光学フィルム１０ｂの境界面２３ｂ上の点Ｐ１における入射角θ１ｘと反射角θ２ｘとが等しくなり、１枚目の光学フィルム１０ｂの反射光が２枚目の光学フィルム１０ａの境界面２３ａ上の点Ｐ２における入射角θ１ｙと反射角θ２ｙとが等しくなる。したがって、ＸＹ平面から見た入射光Ｌｉと反射光Ｌｏとは平行である。一方、ＹＺ平面から見ると、図６(ｂ）に示すように、１枚目の光学フィルム１０ｂの境界面２３ｂ上の点Ｐ１における入射角θ１ｚと反射角θ２ｚとが等しくなるが、２枚目の光学フィルム１０ａでは境界面２３a上の点Ｐ２における反射光Ｌｏの方向と、１枚目の光学フィルム１０ｂの反射光Ｌｏの方向とは変わらない。
したがって、図７に示すように、積層型光学フィルム３０の下面に入射する入射光Ｌｉの入射角θｉと、積層型光学フィルム３０の上面から出射する反射光Ｌｏの反射角θｏとは等しくなる。
【００５７】
＜空中結像装置＞
次に、第３の実施形態について説明する。本実施形態では、第２の実施形態の積層型光学フィルム３０を用いた空中結像装置５０について説明する。図７に、積層型光学フィルム３０を備えた空中撮影装置５０の概略構成図を示す。
【００５８】
図７に示すように、空中結像装置５０は、光源Ｏと積層型光学フィルム３０とを備える。
図８に示すように、光源Ｏから出射された光のうち、積層型光学フィルム３０の入射面側から所定の入射角θ１で入射した入射光Ｌｉは、積層型光学フィルム３０の入射面と反対側の出射面から入射角θ１と同じ角度の反射角θ２で反射光Ｌｏとして出射されるので（図７参照）、反射光Ｌｏは結像位置Ｐで結像する。光源Ｏの位置と結像位置Ｐとは、積層型光学フィルム３０を挟んで面対象な位置になる。
【００５９】
積層型光学フィルム３０を構成する光学フィルム１０ａ、１０ｂの境界面２３a、２３ｂでは、入射光の成分のうちコレステリック液晶の螺旋と同じ回転方向の円偏光成分がコレステリック液晶によって反射される。そこで、光源Ｏより出射された光をコレステリック液晶の螺旋と同じ回転方向の円偏光にしておくことが望ましい。これにより、光量の利用率を高めて結像位置における像の輝度を高めることができる。
【００６０】
また、積層型光学フィルム３０を構成する光学フィルム１０ａ、１０ｂのそれぞれが、第一のコレステリック液晶層、第二のコレステリック液晶層および第三のコレステリック液晶層を備えたものとし、各コレステリック液晶層の境界面２３ａ、２３ｂが異なる波長域で選択反射するものであることが望ましい。例えば、３層のコレステリック液晶層のうちのいずれか一つの境界面２３ａ、２３ｂが、反射中心波長３８０〜４９９ｎｍかつ半値幅１００ｎｍ以下である反射率のピークを有する青色反射面であり、いずれか一つの境界面２３ａ、２３ｂが反射中心波長５００〜５９９ｎｍかつ半値幅２００ｎｍ以下である反射率のピークを有する緑色反射面であり、いずれか一つの境界面２３ａ、２３ｂが反射中心波長６００〜７５０ｎｍかつ半値幅１５０ｎｍ以下である反射率のピークを有する赤色反射面であることが好ましく、各反射中心波長を５０〜２００ｎｍ程度長波長側にシフトした波長に合わせた螺旋ピッチにするのが望ましい。
このように３つの色の波長域で反射するものとすることにより、空中結像装置５０がカラー画像を結像することも可能になる。
【実施例】
【００６１】
以下に実施例と比較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、使用量、割合、処理内容、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。【００６２】
(配向層組成物Ａの調製)
下記に示す組成物を、８０℃に保温された容器中にて攪拌、溶解させ、配向層組成物Ａを調製した。
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
配向層組成物Ａ（質量部）
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
純水・・・９６
ＰＶＡ−２０５ (クラレ製)・・・４
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−【００６３】
(コレステリック組成物ＬＣ−１の調製)
下記の組成物を調製後、孔径０．２μｍのポリプロピレン製フィルタでろ過して、コレステリック組成物ＬＣ−1として用いた。
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
コレステリック組成物ＬＣ−１（質量部）
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
重合性液晶化合物：化合物（Ａ）・・・１００
下記構造カイラル剤・・・５．４
重合開始剤：Irg-907（ＢＡＳＦ社製）・・・３．０
レベリング剤：フッ素系ポリマー（Ｅ）・・・０．３
溶剤：クロロホルム・・・３８０
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
【化５】
2018193952.tif 000007
【００６４】
[実施例１]
実施例１の光学フィルムの作製は以下の手順で行った。
＜パターニング＞
配向層組成物Ａを、ガラス基板上に＃６バーを用いて塗布し、次いで１００℃のオーブン内で１０分乾燥した後、配向層の塗布方向と平行方向にラビング処理を施した（配向工程）。ラビング処理面上に上記コレステリック組成物ＬＣ−１を塗布した（塗布工程）。次いで、１６０℃のホットプレート上で６０秒間加熱乾燥した後、１００℃まで降温させた（熟成工程）。次いで、キヤノン（株）製ＰＬＡ−５０１Ｆ露光機（超高圧水銀ランプ）を用い、５００ｍＪ／ｃｍ２（３６５ｎｍ基準）の露光量で、マスク開口部（ライン部分）３μｍ、マスク非開口部（スペース部分）９μｍのストライプパターンマスクを介して紫外線を照射した（マスク露光工程）。  ここで、ストライプパターンは、ラビング方向と平行方向とした。
ライン部分は紫外線が照射される領域であり、スペース部分は紫外線が遮蔽される領域である。マスクとガラス基板との距離(プロキシミティギャップ)は５０μｍとした。その後、基板全体を２００℃の雰囲気下で５分加熱しながら１０００ｍＪ／ｃｍ２の露光量で空冷メタルハライドランプ（アイグラフィックス（株）製）にて窒素下露光することにより、反射中心波長６３０ｎｍ、ストライプ幅３μｍのコレステリック反射を持つ異方性領域と、ストライプ幅９μｍの等方性領域とに分画されたコレステリックパターンを得た（加熱露光工程）。
また、パターン作製後の膜厚を反射分光膜厚計FE-3000（大塚電子(株)製）にて計測したところ、４μｍであった。【００６５】
［実施例２］
実施例１で作成した光学フィルム２枚を、２枚のストライプ方向が直交するように積層した積層型光学フィルムを製造した。【００６６】
［比較例１］
実施例１において、マスク露光工程を行わずに光学フィルムを作製した。【００６７】
［評価］
光源として、日亜化学製の緑色ＬＥＤNSPG346KSを用い、コリメートレンズで直進光にした。この光を、偏光板および円偏光板を透過させ右円偏光にした後、光学フィルムの法線方向から４５°（図７のθｉ）の方向から照射し、この光が結像するために必要な光学フィルムの面対称側の−４５°（図７のθｏ）の方向に反射される光を、Thorlabs社のフォトダイオードを検出器として用い、光源と面対称の場所で検出し反射光とした。光学系は文献：Proc. of SPIE Vol. 9940, 99401Aを参考に作製した。また、このときのＬＥＤのピーク波長は５２２ｎｍであった。
本測定は、光学フィルムが１枚の場合を実施例１とし、実施例１の光学フィルムを２枚重ねた積層型光学フィルムの場合を実施例２として行った。比較例１の光学フィルムは、パターン無しとした１枚の場合である。実施例１では、ストライプ方向と直交するように入射光を入射した。実施例２では、積層型光学フィルムのストライプ方向のどちらからも４５度になる方向から入射光を入射した。
（評価基準）
測定された光学フィルムの反射率について、以下の基準にて評価した。なお、「Ａ」、「Ｂ」および「Ｃ」が実用上問題ない範囲であり、「Ａ」および「Ｂ」が好ましく、「Ａ」がより好ましい。
Ａ：５０％以上
Ｂ：３０％以上５０％未満
Ｃ：２０％超３０％未満
Ｄ：２０％以下【００６８】
結果を下記表１に示す。実施例１および２はいずれも面対称の場所で反射光が十分に検出できていることがわかる。これにより実施例１および２は、光結像装置として機能することが示された。表１においてｗ１は異方性領域のストライプ幅であり、ｗ２は等方性領域のストライプ幅である。
【表１】
2018193952.tif 000008
【００６９】
［実施例３］
（配向層組成物Ｂの調製）
特開２０１３−２５０５７１号公報の比較例１に記載のジアゾ染料ＳＤ１を用意し、下記組成の光配向層形成用塗布液１を調製した。【００７０】
光配向層形成用塗布液１（質量部） 
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
ジアゾ染料ＳＤ１・・・ １．２
ブトシキエタノール ・・・４９．９   
ジプロピレングリコールモノメチルエーテル・・・ ４９．９ 
水・・・１９．０ 
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−【００７１】
コレステリック組成物ＬＣ―２（質量部）
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
重合性液晶化合物：化合物（Ａ）・・・１００
コレステリック組成物ＬＣ−１で使用したカイラル剤・・・５．６
重合開始剤：Ｉｒｇ−９０７（ＢＡＳＦ社製）・・・３．０
増感剤：カヤキュア−ＤＥＴＸ（日本化薬（株）製）・・・１．０
溶剤：メチルエチルケトン・・・６５０
シクロヘキサノン・・・１００
垂直配向剤１・・・０．０５
フッ素系配向剤１・・・０．０５
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−【００７２】
（垂直配向剤１）
2018193952.tif 000009
【００７３】
（フッ素系配向剤１）
2018193952.tif 000010
【００７４】
＜光配向層１の形成＞
光配向層形成用塗布液１をガラス基板上に塗布し、光配向層を形成した。得られた光配向層に対して偏光紫外線を照射（５０ｍＪ／ｃｍ２、７５０Ｗ超高圧水銀ランプ）することにより、光配向層１を形成した。   【００７５】
＜パターニング＞
作製した光配向層１上に、上記コレステリック組成物ＬＣ−２を塗布した（塗布工程）。次いで、１６０℃のホットプレート上で６０秒間加熱乾燥した後、１００℃まで降温させた（熟成工程）。次いで、キヤノン（株）製ＰＬＡ−５０１Ｆ露光機（超高圧水銀ランプ）を用い、５００ｍＪ／ｃｍ２（３６５ｎｍ基準）の露光量で、マスク開口部（ライン部分）３μｍ、マスク非開口部（スペース部分）９μｍのストライプパターンマスクを介して紫外線を照射した（マスク露光工程）。
ここで、ストライプパターンは、光配向層作製時に使用した紫外線の偏光方向と平行方向とした。
その後、基板全体を２００℃の雰囲気下で５分加熱しながら１０００ｍＪ／ｃｍ２の露光量で空冷メタルハライドランプ（アイグラフィックス（株）製）にて窒素下露光することにより、反射中心波長６３０ｎｍ、ストライプ幅３μｍのコレステリック反射を持つ異方性領域と、ストライプ幅９μｍの等方性領域とに分画されたコレステリックパターンを得た（加熱露光工程）。
また、パターン作製後の膜厚を反射分光膜厚計FE-3000（大塚電子(株)製）にて計測したところ、０．４μｍであった。【００７６】
上記パターニングで行ったものと同様の工程を１０回繰り返し、コレステリック液晶層を積層することにより、４μｍの光学フィルムを得た。
実施例１と同じ方法で実施例３の反射率を評価したところ、５０％以上（Ａ）であった。
【符号の説明】
【００７７】
１０、１０ａ、１０ｂ  光学フィルム
１１  支持体
１２  配向層
１３  コレステリック液晶層
２１  光学的異方性領域
２２  光学的等方性領域
２３、２３ａ、２３ｂ  境界面
３０  積層型光学フィルム
５０  空中結像装置
Ｏ    光源
Ｐ    結像位置
【図１】
2018193952.tif 000011
【図２】
2018193952.tif 000012
【図３】
2018193952.tif 000013
【図４】
2018193952.tif 000014
【図５】
2018193952.tif 000015
【図６】
2018193952.tif 000016
【図７】
2018193952.tif 000017
【図８】
2018193952.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】令和1年10月7日(2019.10.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学的異方性を有する光学的異方性領域と光学的等方性を有する光学的等方性領域が交互に配置されたストライプ状のパターンで形成されたコレステリック液晶層を有した光学フイルムであって、
前記光学的異方性領域のコレステリック液晶の螺旋軸が前記光学フイルムの面内の一軸方向に配向し、かつ、前記螺旋軸が前記光学的異方性領域と前記光学的等方性領域の境界面の法線方向に配向し、
前記光学フイルムの一方の面から入射された入射光の少なくとも一部を前記境界面で反射して、前記光学フイルムの他方の面から出射する光学フイルム。
【請求項２】
前記コレステリック液晶層は、コレステリック配向した後に等方相への相転移温度以上の温度で紫外線照射することにより光学的等方性を有するものとなる液晶材料を用いて形成された請求項１に記載の光学フイルム。
【請求項３】
請求項１または２に記載の光学フイルムを２枚積層した積層型光学フイルムであって、
前記２枚の光学フイルムの前記境界面が互いに直交するように積層した積層型光学フイルム。
【請求項４】
光源と請求項３に記載の積層型光学フイルムを備え、
前記光源に対して、該光源からの光を前記積層型光学フイルムの前記境界面で反射させて空中に結像可能な位置に前記積層型光学フイルムを配置した空中結像装置。
【国際調査報告】
2018193952.tif 000019
2018193952.tif 000020