(57)【要約】【課題】  液晶素子の厚さを十分に小さくでき、十分な小型化及び低損失化を実現できる導波路型偏光変換器を提供すること。【解決手段】  本発明は、基板１と、基板１の一面１ａ上に設けられる導波路２、基板１の一面１ａ上に、導波路２と光軸が一致し導波路２の端面２ｃと離れて配置される端面３ｃを有する導波路３、導波路２の端面２ｃと導波路３の端面３ｃとの間に光軸Ｘ１、Ｘ２を横切るように配置される液晶素子４を備える導波路型偏光変換器１００で、液晶素子４の光軸に直交する面内での複屈折Δｎが、０．１５以上である。この導波路型偏光変換器１００によれば、液晶素子４のリタデーションを一定の値に設定する場合に、液晶素子４の光軸方向に沿った厚さを十分に小さくでき、十分な小型化及び低損失化を実現できる。【選択図】  図１
2006065102.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
基板の一面上に設けられる第１導波路と、
前記基板の前記一面上に、前記第１導波路と光軸が一致し前記第１導波路の第１端面と離れて配置される第２端面を有する第２導波路と、
前記第１導波路の前記第１端面と前記第２導波路の前記第２端面との間に前記光軸を横切るように配置される液晶素子とを備える導波路型偏光変換器であって、
前記液晶素子の前記光軸に直交する面内での複屈折Δｎが、０.１５以上であることを特徴とする導波路型偏光変換器。
【請求項２】
前記液晶素子が高分子液晶フィルムを有する、請求項１に記載の導波路型偏光変換器。
【請求項３】
前記液晶素子が紫外線硬化樹脂フィルムを更に備える、請求項２に記載の導波路型偏光変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に設けられる導波路に、液晶素子が導波路の光軸を横切るように設けられた導波路型偏光変換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
導波路型偏光変換器は、基板上に設けられる導波路に、液晶素子が導波路の光軸を横切るように設けられたものであり、このような導波路型偏光変換器として、従来、下記特許文献１に記載のものが知られている。同文献には、液晶素子として、ポリマーフィルム間に液晶を注入したものが開示されており、ポリマーフィルムとして、フッ素化ポリイミドフィルムが用いられ、液晶として、メルク社のネマチック液晶ＺＬＩ２２９３が用いられている。そして、同文献１には、液晶素子の厚さが約１５μｍであることも記載されている。
【特許文献１】特開平８−２４８３６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記特許文献１に記載の導波路型偏光変換器は、以下に示す課題を有していた。
【０００４】
すなわち、上記従来の導波路型偏光変換器においては、ポリイミドフィルム間に注入された液晶の複屈折Δｎが０．０５３であり、決して十分大きな値を示すとは言えず、液晶のリタデーションが一定の値に設定される場合、液晶素子の厚さを大きくせざるを得なかった。このため、導波路型偏光変換器の十分な小型化を実現することができない。また液晶素子は導波構造を有していないため、一方の導波路から出射される光が回折によって広がり、他方の導波路に入射する際に損失が発生する。このため、液晶素子の厚さが大きくなると、導波路型偏光変換器において十分な低損失化を実現することができなくなる。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、液晶素子の厚さを十分に小さくすることができ、十分な小型化及び低損失化を実現できる導波路型偏光変換器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】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明は、基板と、基板の一面上に設けられる第１導波路と、前記基板の前記一面上に、前記第１導波路と光軸が一致し前記第１導波路の第１端面と離れて配置される第２端面を有する第２導波路と、前記第１導波路の前記第１端面と前記第２導波路の前記第２端面との間に前記光軸を横切るように配置される液晶素子とを備える導波路型偏光変換器であって、前記液晶素子の前記光軸に直交する面内での複屈折Δｎが、０.１５以上であることを特徴とする。
【０００７】
この導波路型偏光変換器によれば、液晶素子の光軸に直交する面内での複屈折が０.１５以上であると、液晶素子のリタデーションを一定の値に設定する場合に、液晶素子の光軸方向に沿った厚さを十分に小さくすることができ、ひいては十分な小型化及び低損失化を実現することが可能となる。
【０００８】
上記導波路型偏光変換器において、液晶素子が高分子液晶フィルムを有することが好ましい。この場合、低分子液晶を用いる場合に比べて、液晶素子を構成する基体を１枚以下とすることができ、液晶素子の光軸方向に沿った厚さをより小さくすることができる。
【０００９】
上記導波路型偏光変換器において、液晶素子が高分子液晶フィルムと、紫外線硬化樹脂フィルムとを備えることが好ましい。この場合、高分子液晶フィルムが紫外線硬化樹脂フィルムによって補強され、液晶素子を上記導波路型偏光変換器に組み込む際の破損を防止できる。
【００１０】
前記液晶素子の光軸に直交する面内での複屈折主軸間の位相差が１８０°であり、前記液晶素子の複屈折主軸が前記導波路型偏光変換器の前記基板の一面に対して４５°傾いていることが好ましい。この場合、第１導波路に例えばＴＥ波が入射されると、ＴＥ波は、液晶素子に入射される。このとき、液晶素子によってＴＥ波の各複屈折主軸方向にベクトル分解された成分の位相は１８０°だけずらされる。このため、ＴＥ波がＴＭ波に変換されることになる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の導波路型偏光変換器によれば、液晶素子の厚さを十分に小さくすることができ、導波路型偏光変換器の十分な小型化及び低損失化を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の導波路型偏光変換器の実施形態について詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明の導波路型偏光変換器の好適な実施形態を示す斜視図、図２は、図１の導波路型偏光変換器の部分側面図、図３は、図１の液晶素子の側面図である。
【００１４】
図１に示すように、導波路型偏光変換器１００は、基板１と、基板１の一面１ａ上に設けられる導波路（第１導波路）２と、基板１の一面１ａ上に設けられる導波路（第２導波路）３とを備えている。導波路２は、基板１の一面１ａ上に設けられるクラッド２ａと、クラッド２ａ内に埋め込まれるコア２ｂとで構成されている。一方、導波路３は、基板１の一面１ａ上に設けられるクラッド３ａと、クラッド３ａ内に埋め込まれるコア３ｂとで構成されている。
【００１５】
ここで、コア２ｂとコア３ｂとは同一の屈折率を有し、その屈折率は例えば１．５６である。コア２ｂとコア３ｂとは、異なる材料で構成されていてもよいが、通常は同一材料で構成される。この場合、コア２ｂ及びコア３ｂは、例えばＳｉＯ２に８ｍｏｌ％のＴａ２Ｏ５を添加したもので構成される。
【００１６】
またクラッド２ａとクラッド３ａとは同一の屈折率を有する。その屈折率は、コア２ｂ及びコア３ｂの屈折率よりも小さければよく、例えば１．４５である。
【００１７】
図２に示すように、導波路２のコア２ｂの端面（第１端面）２ｃと、導波路３のコア３ｂの端面（第２端面）３ｃとは互いに離れて配置されている。ここで、端面２ｃ及び端面３ｃは同一形状及びサイズであり、端面２ｃ及び端面３ｃは例えば正方形で一辺が１．８μｍである。
【００１８】
ここで、端面２ｃに直交する光軸Ｘ１と、端面３ｃに直交する光軸Ｘ２とは一致しており、第１導波路２の端面２ｃと、第２導波路３の端面３ｃとの間には、光軸Ｘ１及びＸ２を横切るように液晶素子４が配置されている。
【００１９】
ここで、液晶素子４は、一定方向に液晶分子が配向された素子であり、導波路２又は導波路３から入射される光の直交する２方向成分間の位相に差を与えるもの、即ち複屈折を発現するものであり、光軸Ｘ１及びＸ２に直交する面内での複屈折Δｎが、偏光変換器を使用する光の波長において０.１５以上である。具体的に述べると、複屈折Δｎが０．１５以上であれば、波長１５５０ｎｍの光を用いる場合では、液晶素子が半波長板として作用するリタデーション７７５ｎｍを得るために必要な液晶素子の厚みは５.１７μｍ以下となる。これは、特許文献1に開示されている液晶素子の厚みのわずか1／３である。
【００２０】
以上のように、この導波路型偏光変換器１００によれば、液晶素子４の光軸Ｘ１及びＸ２に直交する面内での複屈折Δｎが０．１５以上であると、液晶素子４のリタデーションが一定の値に設定される場合に、液晶素子４の光軸方向に沿った厚さを十分に小さくすることができ、導波路型偏光変換器１００について十分な小型化及び低損失化を実現することが可能となる。
【００２１】
但し、複屈折Δｎは好ましくは０．５０以下である。Δｎが０．５０を超えると、液晶素子４が過度に薄膜化され、液晶素子４の形状が保持されなくなるおそれがある。
【００２２】
液晶素子４は、高分子液晶フィルム５を有することが好ましい。この場合、低分子液晶を用いる場合に比べて、液晶素子４を構成する基体を１枚に減らすか、あるいは基体を不要とすることができる。このため、液晶素子４の光軸方向に沿った厚さをより小さくすることができる。高分子液晶フィルム５についての詳細は後述する。
【００２３】
ここで、液晶素子４は、高分子液晶フィルム５のほかに、更に紫外線硬化樹脂フィルム６を備えることが好ましい。この場合、高分子液晶フィルム５が紫外線硬化樹脂フィルム６によって補強され、液晶素子４の形状の経時変化が十分に防止され、寿命が向上する。紫外線硬化樹脂フィルムについての詳細は後述する。
【００２４】
なお、導波路型偏光変換器１００において、液晶素子４の光軸Ｘ１及びＸ２に直交する面内での複屈折主軸間の位相差が１８０°であり、液晶素子４が複屈折主軸が導波路型偏光変換器１００の基板１の一面１ａに対して４５°傾いていることが好ましい。この場合、導波路２のコア２ｂに例えばＴＥ波が入射されると、ＴＥ波は、コア２ｂを伝搬し、端面２ｃから出射されて、液晶素子４に入射される。このとき、液晶素子４によってＴＥ波の各複屈折主軸方向にベクトル分解された成分間の位相は１８０°だけずらされる。このため、ＴＥ波がＴＭ波に変換され、ＴＭ波は、導波路３のコア３ｂの端面３ｃから入射され、コア３ｂを伝搬する。
【００２５】
次に、上述した高分子液晶フィルム５について詳細に説明する。
【００２６】
高分子液晶フィルム５は、液晶性高分子を含む。ここで、液晶性高分子は、均一でモノドメインなネマチック配向性を示しかつその配向状態を容易に固定化できる液晶性高分子に所定量の光学活性化合物を加えた組成物、または均一でモノドメインなねじれネマチック配向性を示しかつその配向状態を容易に固定化できる液晶性高分子である。
【００２７】
まず前者のネマチック液晶性高分子と光学活性化合物よりなる組成物について説明すると、ベースとなる均一でモノドメインなネマチック配向性を示しかつその配向状態を容易に固定化できる高分子液晶は、以下のような性質を有することが必須である。ネマチック配向の安定した固定化を行うためには、液晶の相系列でみた場合、ネマチック相より低温部に結晶相を持たないことが重要である。これらの相が存在する場合、固定化のために冷却するとき必然的にこれらの相を通過することになり、結果的に一度得られたネマチック配向が破壊されてしまい、透明性が不満足なものになってしまう。したがって、本発明の液晶素子を作製するためには、ネマチック相より低温部にガラス相を有する高分子液晶を用いることが必須である。これらのポリマーに光学活性化合物を加えることにより、液晶状態ではねじれネマチック配向をし、液晶転移点以下ではガラス相をとるために、ねじれネマチック構造を容易に固定化できる。用いられるポリマーの種類としては、液晶状態でネマチック配向し、液晶転移点以下ではガラス状態となるものはすべて使用でき、例えばポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエステルイミドなどの主鎖型液晶ポリマー、あるいはポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリマロネート、ポリシロキサンなどの側鎖型液晶ポリマーなどを例示することができる。なかでも合成の容易さ、透明性、配向性、ガラス転移点などからポリエステルが好ましい。用いられるポリエステルとしてはオルソ置換芳香族単位を構成成分として含むポリマーが最も好ましいが、オルソ置換芳香族単位の代わりにかさ高い置換基を有する芳香族、あるいはフッ素または含フッ素置換基を有する芳香族などを構成成分として含むポリマーもまた使用することができる。上記オルソ置換芳香族単位とは、主鎖をなす結合を互いにオルソ位とする構造単位を意味する。具体的には次に示すようなカテコール単位、サリチル酸単位、フタル酸単位およびこれらの基のベンゼン環に置換基を有するものなどをあげることができる。
【化１】
2006065102.tif 000003
【００２８】
（上記式中、Ｘは水素、Ｃｌ，Ｂｒ等のハロゲン、炭素数が１から４のアルキル基もしくはアルコキシ基またはフェニル基を示す。またｋは０〜２である。）
【００２９】
これらのなかでも特に好ましい例として次のようなものを例示することができる。
【化２】
2006065102.tif 000004
【００３０】
上記ポリエステルとしては、（ａ）ジオール類より誘導される構造単位（以下、ジオール成分という）およびジカルボン酸類より誘導される構造単位（以下、ジカルボン酸成分という）および／または（ｂ）一つの単位中にカルボン酸と水酸基を同時に含むオキシカルボン酸類より誘導される構造単位（以下、オキシカルボン酸成分という）を構成成分として含み、好ましくは、前記オルソ置換芳香族単位を含むポリマーが例示できる。これらのうち、ジオール成分としては次のような芳香族および脂肪族のジオールを挙げることができる。
【化３】
2006065102.tif 000005
【００３１】
（Ｙは水素、Ｃｌ，Ｂｒ等のハロゲン炭素数１から４のアルキル基もしくはアルコキシまたはフェニル基を示す。ｌは０〜２である。）
【化４】
2006065102.tif 000006
【化５】
2006065102.tif 000007
【化６】
2006065102.tif 000008
【化７】
2006065102.tif 000009
【００３２】
オキシカルボン酸成分としては、具体的には次のような単位を例示することができる。
【化８】
2006065102.tif 000010
【００３３】
ジカルボン酸とジオールのモル比は、一般のポリエステルと同様、大略１：１である（オキシカルボン酸を用いている場合は、カルボン酸基と水酸基の割合）、またポリエステル中に占めるオルソ置換芳香族単位の割合は５モル％から４０モル％の範囲が好ましく、さらに好ましくは１０モル％から３５モル％の範囲である。５モル％より少ない場合は、ネマチック相の下に結晶相が現れる傾向があり好ましくない。また４０モル％より多い場合は、ポリマーが液晶性を示さなくなる傾向があり好ましくない。代表的なポリエステルとしては次のようなポリマーを例示することができる。
【化９】
2006065102.tif 000011
【化１０】
2006065102.tif 000012
【化１１】
2006065102.tif 000013
【００３４】
オルソ置換芳香族単位に変えて次に示すようなかさ高い置換基を含む芳香族単位、あるいはフッ素または含フッ素置換基を含む芳香族単位を構成成分とするポリマーもまた好ましく用いられる。
【化１２】
2006065102.tif 000014
【化１３】
2006065102.tif 000015
【００３５】
これらのポリマーの分子量は、各種溶媒中たとえばフェノール／テトラクロロエタン（６０／４０重量比）混合溶媒中、３０℃で測定した対数粘度が０．０５から３．０、が好ましく、さらに好ましくは０．０７から２．０の範囲である。対数粘度が０．０５より小さい場合、得られた高分子液晶の強度が弱くなり好ましくない。また３．０より大きい場合、液晶形成時の粘性が高すぎて、配向性の低下や配向に要する時間の増加など問題点が生じる。またこれらポリエステルのガラス転移点も重要であり、配向固定化した後の配向の安定性に影響を及ぼす。用途にもよるが、一般的には室温付近で使用すると考えれば、ガラス転移点が通常０℃以上であることが望ましく、特に２０℃以上であることが望ましい。
【００３６】
これらポリマーの合成法は特に制限されるものではなく、当該分野で公知の重合法、例えば溶融重合法あるいは対応するジカルボン酸の酸クロライドを用いる酸クロライド法で合成される。溶融重合法で合成する場合、例えば対応するジカルボン酸と対応するジオールのアセチル化物を、高温、高真空下で重合させることによって製造でき、分子量は重合時間のコントロールあるいは仕込組成のコントロールによって容易に行える。重合反応を促進させるためには、従来から公知の酢酸ナトリウムなどの金属塩を使用することもできる。また溶液重合法を用いる場合は、所定量のジカルボン酸ジクロライドとジオールとを溶媒に溶解し、ピリジンなどの酸受容体の存在下に加熱することにより、容易に目的のポリエステルを得ることができる。
【００３７】
これらネマチック液晶性ポリマーにねじれを与えるために混合される光学活性化合物について説明すると、代表的な例としてまず光学活性な低分子化合物をあげることができる。光学活性を有する化合物であればいずれも使用することができるが、ベースポリマーとの相溶性の観点から光学活性な液晶性化合物であることが望ましい。具体的には次のような化合物を例示することができる。
【化１４】
2006065102.tif 000016
【化１５】
2006065102.tif 000017
【００３８】
上記光学活性化合物として、次に光学活性な高分子化合物をあげることができる。分子内に光学活性な基を有する高分子であればいずれも使用することができるが、ベースポリマーとの相溶性の観点から液晶性を示す高分子であることが望ましい。例として光学活性な基を有する液晶性のポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリマロネート、ポリシロキサン、ポリエステル、ポリアミド、ポリエステルアミド、ポリカーボネート、あるいはポリペプチド、セルロースなどをあげることができる。なかでもベースとなるネマチック液晶性ポリマーとの相溶性から、芳香族主体の光学活性なポリエステルが最も好ましい。具体的には次のようなポリマーを例示することができる。
【化１６】
2006065102.tif 000018
【化１７】
2006065102.tif 000019
【化１８】
2006065102.tif 000020
【化１９】
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【化２０】
2006065102.tif 000022
【００３９】
これらのポリマー中に占める光学活性な基の割合は通常０．５モル％〜８０モル％であり、好ましくは５モル％〜６０モル％が望ましい。また、これらのポリマーの分子量は、たとえばフェノール／テトラクロロエタン中、３０℃で測定した対数粘度が０．０５から５．０の範囲が好ましい。対数粘度が５．０より大きい場合は粘性が高すぎて結果的に配向性の低下を招くので好ましくなく、また０．０５より小さい場合は組成のコントロールが難しくなり好ましくない。
【００４０】
これらの組成物の調製は、ネマチック液晶性ポリエステルと光学活性化合物を所定の割合で、固体混合、溶液混合あるいはメルト混合などの方法によって行える。組成物中に占める光学活性化合物の割合は、光学活性化合物中の光学活性な基の比率、あるいはその光学活性化合物のネマチック液晶にねじれを与えるときのねじれ力によって異なるが、一般的には０．１から６０ｗｔ％の範囲が好ましく、特に０．５から４０ｗｔ％の範囲が好ましい。０．１ｗｔ％より少ない場合はネマチック液晶に十分なねじれを与えることができず、また６０ｗｔ％より多い場合は配向性に悪影響をおよぼす。
【００４１】
本発明に用いる高分子液晶フィルムはまた、他の光学活性化合物を用いることなく自身で均一でモノドメインなねじれネマチック配向をし、かつその配向状態を容易に固定化できる高分子液晶を用いることによっても製造できる。これらのポリマーは主鎖中に光学活性基を有し自身が光学活性であることが必須であり、具体的には光学活性なポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエステルイミドなどの主鎖型液晶ポリマー、あるいはポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリシロキサンなどの側鎖型液晶ポリマーなどを例示することができる。なかでも合成の容易さ、配向性、ガラス転移点などからポリエステルが好ましい。用いられるポリエステルとしてはオルソ置換芳香族単位を構成成分として含むポリマーが最も好ましいが、オルソ置換芳香族単位の代わりにかさ高い置換基を有する芳香族、あるいはフッ素または含フッ素置換基を有する芳香族などを構成成分として含むポリマーもまた使用することができる。これらの光学活性なポリエステルは、今まで説明してきたネマチック液晶性ポリエステルに、さらに光学活性なジオール、ジカルボン酸、オキシカルボン酸を用いて次に示すような光学活性基を導入することにより得られる。（式中、＊印は光学活性炭素を示す）
【化２１】
2006065102.tif 000023
【化２２】
2006065102.tif 000024
【００４２】
これら光学活性な基のポリマー中に占める割合は、０．１から５０モル％の範囲が好ましく、特に０．５から３０モル％の範囲が好ましい。光学活性な基の割合が０．１％より少ない場合は高分子液晶フィルムに必要なねじれ構造が得られず、また５０モル％より多い場合は配向性の悪化をまねく場合があり好ましくない。これらのポリマーの分子量は、各種溶媒中たとえばフェノール／テトラクロロエタン（６０／４０）混合溶媒中、３０℃で測定した対数粘度が０．０５から３．０が好ましく、さらに好ましくは０．０７から２．０の範囲である。対数粘度が０．０５より小さい場合、得られた高分子液晶フィルムの強度が弱くなり好ましくない。また３．０より大きい場合、液晶形成時の粘性が高すぎて、配向性の低下や配向に要する時間の増加など問題が生じる。またこれらポリエステルのガラス転移点も重要であり、配向固定化した後の配向の安定性に影響を及ぼす。用途にもよるが、一般的には室温付近で使用すると考えれば、ガラス転位点が通常０℃以上であることが望ましく、特に２０℃以上であることが望ましい。
【００４３】
これらのポリマーの重合は前述した溶融重縮合法、あるいは酸クロイド法を用いることによって行うことができる。以上述べてきた液晶性高分子の代表的な例としては、具体的には、
【化２３】
2006065102.tif 000025
【００４４】
Ｃｈ；コレステリル基、で示されるポリマー（ｍ／ｎ＝通常９９．９／０．１〜７０／３０、好ましくは９９．５／０．５〜８０／２０、さらに好ましくは９９／１〜９０／１０）
【化２４】
2006065102.tif 000026
【００４５】
で示されるポリマー（ｍ／ｎ＝通常９９．９／０．１〜７０／３０、好ましくは９９．５／０．５〜８０／２０、さらに好ましくは９９／１〜９０／１０）
【化２５】
2006065102.tif 000027
【００４６】
で示されるポリマー（ｍ／ｎ＝通常９９．９／０．１〜７０／３０、好ましくは９９．５／０．５〜９０／１０、さらに好ましくは９９／１〜９５／５、ｐ，ｑ；２〜２０の整数）
【化２６】
2006065102.tif 000028
【００４７】
で示されるポリマー（ｍ／ｎ＝通常９９．９／０．１〜７０／３０、好ましくは９９．５／０．５〜９０／１０、さらに好ましくは９９／１〜９５／５、ｐ，ｑ；２〜２０の整数）
【化２７】
2006065102.tif 000029
【００４８】
で示されるポリマー（ｍ／ｎ＝通常９９．９／０．１〜６０／４０、好ましくは９９．５／０．５〜８０／２０、さらに好ましくは９９／１〜９０／１０）
【化２８】
2006065102.tif 000030
【００４９】
で示されるポリマー（ｍ／ｎ＝０．５／９９．５〜３０／７０、好ましくは１／９９〜１０／９０）
【化２９】
2006065102.tif 000031
【００５０】
で示されるポリマー（ｋ＝ｌ＋ｍ＋ｎ、ｋ／ｎ＝９９．５／０．５〜６０／４０、好ましくは、９９／１〜７０／３０、ｌ／ｍ＝５／９５〜８０／２０）
【化３０】
2006065102.tif 000032
【００５１】
で示されるポリマー（ｋ＝ｌ＋ｍ＋ｎ、ｋ／ｎ＝９９．５／０．５〜６０／４０、好ましくは、９９／１〜７０／３０、ｌ／ｍ＝５／９５〜８０／２０）
【化３１】
2006065102.tif 000033
【００５２】
で示されるポリマー混合物（（Ａ）／（Ｂ）＝通常９９．９／０．１〜５０／５０（重量比）、好ましくは９９．５／０．５〜７０／３０、さらに好ましくは９９／１〜８０／２０、ｋ＝ｌ＋ｍ、ｌ／ｍ＝７５／２５〜２５／７５、ｐ＝ｑ＋ｒ、ｐ／ｑ＝８０／２０〜２０／８０）
【化３２】
2006065102.tif 000034
【００５３】
（Ｂ）コレステリルベンゾエートで示されるポリマー混合物（（Ａ）／（Ｂ）＝通常９９．９／０．１〜５０／５０重量比、好ましくは９９．５／０．５〜７０／３０、好ましくは９９／１〜８０／２０、ｍ＝ｋ＋ｌ、ｋ／ｌ＝８０／２０〜２０／８０）
【化３３】
2006065102.tif 000035
【００５４】
で示されるポリマー混合物（（Ａ）／（Ｂ）＝通常９９．９／０．１〜６０／４０（重量比）好ましくは９９．５／０．５〜７０／３０、好ましくは９９／１〜８０／２０、ｋ＝ｌ＋ｍ、ｌ／ｍ＝２５／７５〜７５／２５、ｐ＝ｑ＋ｒ、ｑ／ｒ＝２０／８０〜８０／２０）
【００５５】
上記高分子液晶フィルム５は、界面活性剤を更に含むことが好ましい。ここで、界面活性剤について説明する。界面活性剤は、膜厚精度が高度に均一に保たれた高分子液晶フィルムを形成するに当たって極めて重要な役割を果たす。高分子液晶フィルム５の製造法においては液晶性高分子の溶液を、各種塗布方法で配向基板上にまず塗布し、次に溶媒を除去するために乾燥する。この工程が膜厚精度に最も大きく影響する。塗布・乾燥は産業の様々な分野で用いられている一般的なプロセスであり、特に磁気テーブあるいは写真フィルムなどの分野では、非常に発達した技術による精度の高い塗布が行われている。しかしながらこれらの技術といえども膜厚の均一性を、総膜厚に対して常に安定して±１％以内におさめるのは極めて困難である。本発明者らはこの困難を克服するための方法について検討を重ねた結果、高分子液晶溶液に界面活性剤を添加する方法により、塗布時および乾燥時に効果的なレベリング効果を生じせしめ、膜厚の均一性の高い塗膜が得られることを見いだした。
【００５６】
上記界面活性剤は、液晶性高分子を溶解するための溶媒および液晶性高分子自身に対する相溶性が高いことが必須であり、また所定量の添加で自在に溶液の表面張力を制御できることが好ましい。好ましい界面活性剤の種類としては、アルキルカルボン酸金属塩、アルキルリン酸カリウム、カルボン酸型高分子界面活性剤などのアニオン界面活性剤、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、オキシエチレンオキシプロピレンブロックポリマー、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、脂肪酸モノグリセライド、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルアミン、アルキルアルコキシレート、アルキル基含有（メタ）アクリレートオリゴマーなどのノニオン界面活性剤、およびアルキルアミン塩、第４級アンモニウム塩などのカチオン界面活性剤などを例示できる。またこれらの中でもフッ素含有界面活性剤特に界面活性剤のオキシエチレン基、オキシプロピレン基あるいはアルキル基中の水素原子の一部または全部をフッソ原子で置換したタイプのフッソ含有界面活性剤、例えばパーフルオロアルキルカルボン酸金属塩（カリウム塩等）、パーフルオロアルキルリン酸カリウム、ポリエチレングリコールパーフルオロアルキル脂肪酸エステル、パーフルオロアルキルアルコキシレート、パーフルオロアルキル基含有（メタ）アクリレートオリゴマーなどが、相溶性、安定性、表面張力低下能などの観点から好ましく用いられる。
【００５７】
用いる界面活性剤の量は、液晶性高分子の種類、溶媒の種類などによって異なってくるが、一般的には液晶性高分子に対して重量で０．０１％から１０％の範囲が好ましく、特に０．０５％から５％の範囲が好ましい。０．０１％より少ない量の時は目的とする塗膜の均一性向上効果が得られず、また１０％より多いときは液晶性高分子と相分離を起こし易くなり好ましくない。
【００５８】
上記した液晶性高分子および界面活性剤を溶解し塗布用溶液を調製するための溶媒としては、クロロホルム、ジクロロエタン、テトラクロロエタン、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、オルソジクロロベンゼンなどのハロゲン化炭化水素、これらとフェノール類との混合溶媒、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、Ｎ−メチルピロリドン、スルホラン、シクロヘキサンなどの極性溶媒を用いることができる。溶液の濃度は液晶性高分子および界面活性剤を含めた固形分漬度として、通常は重量で５から５０％の範囲で使用され、好ましくは１０から３０％の範囲である。
【００５９】
この溶液を用いて配向基板上に高分子液晶フィルム５を形成する方法について次に詳しく説明する。まず用いる液晶性高分子の種類に応じて配向基板を選ばねばならない。すなわち液晶性高分子溶液を調整するために用いる溶媒に侵されず、熱処理するときの温度に耐えられる配向基板を選ぶ必要がある。また後の転写工程においては補償層をこの配向基板から剥離するため適度な剥離性を有することが望ましい。先に例示した中でも特にラビングしたポリイミド層を有するガラス基板、直接ラビングしたポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンテレフタレートのフィルムまたはシートなどがこれらの性質を満足させ好ましい。
【００６０】
塗布溶液をこれら配向基板上に塗布する。塗布法としては、スピンコート法、ロールコート法、グラビアコート法、カーテンコート法、スロットコート法、浸積引き上げ法などを採用できる。塗布後溶媒を乾燥により除去し、所定温度で所定時間熱処理してモノドメインなねじれネマチック配向を完成させる。界面効果による配向を助ける意味でポリマーの粘性は低いほうが良く、したがって温度は高いほうが好ましいが、あまり温度が高いとコストの増大と作業性の悪化を招き好ましくない。またポリマーの種類によっては、ネマチック相より高温部に等方相を有するので、この温度域で熱処理しても配向は得られない。以上のようにそのポリマーの特性にしたがい、ガラス転移点以上で等方相への転移点以下の温度で熱処理することが好ましく、一般的には５０℃から３００℃の範囲が好適で、特に１００℃から２５０℃の範囲が好適である。配向膜上で液晶状態において十分な配向を得るために必要な時間は、ポリマーの組成、分子量によって異なり一概にはいえないが、１０秒から１００分の範囲が好ましく、特に３０秒から６０分の範囲が好ましい。１０秒より短い場合は配向が不十分となり、また１００分より長い場合は得られる高分子液晶フィルムの透明性が低下することがある。またポリマーを溶融状態で、配向基板上に塗布したのち熱処理をすることによっても、同様の配向状態を得ることができる。上記高分子液晶を用いてこれらの処理を行うことによって、まず液晶状態で配向基板上全面にわたって均一なねじれネマチック配向を得ることができる。この均一性の精度を高める上で界面活性剤が大きな役割を果たす。
【００６１】
こうして得られた配向状態を、次に該液晶性高分子のガラス転移点以下の温度に冷却することによって、配向を全く損なわずに固定化できる。一般的に液晶相より低温部に結晶相を持っているポリマーを用いた場合、液晶状態における配向は冷却することによって壊れてしまう。本発明の方法によれば、液晶相の下にガラス相を有するポリマー系を使用するためにそのような現象が生ずることなく、完全にねじれネマチック配向を固定化することができる。
【００６２】
次に、上述した紫外線硬化樹脂フィルムについて説明する。
【００６３】
紫外線硬化樹脂フィルムは、紫外線硬化性樹脂を紫外線で硬化してなるものであり、このような紫外線硬化性樹脂としては、例えば単官能アクリレート、２官能アクリレート、多官能アクリレートのようなアクリレート系、ポリエステルアクリレート、ウレタンアクリレート、エポキシアクリレートのようなアクリレートオリゴマーおよびこれらの混合物などが用いられる。これらの中でも、アクリレート系とアクリレートオリゴマー系の混合物が好ましい。この場合、硬化時の体積収縮、発熱、着色が少なく、得られた硬化物が適度な柔軟性を有するという利点が得られる。また、これら樹脂を光硬化させるためには光重合開始剤を混合しておくことが必要となるが、光重合開始剤としては、 アセトフェノン型、アシルフォスフィンオキサイド型、オルソ-アシルオキシム型、チタノセン型などのラジカル光重合開始剤や、ジアゾニウム塩、ジフェニルヨウドニウム塩、トリフェニルスルホニウム塩、スルホン酸エステル、鉄アレーン錯体、シラノール/アルミニウム錯体、オキセタン化合物などカチオン重合開始剤などを用いることが出来る。
【００６４】
次に、上述した液晶素子４の製造方法について説明する。
【００６５】
まずは、液晶素子４が高分子液晶フィルム５と紫外線硬化樹脂フィルム６とを積層してなる場合を例にして説明する。
【００６６】
はじめに仮基板７を用意する（図４（ａ）参照）。そして、仮基板７の上に、配向膜８として、例えばポリイミド膜を成膜する（図４（ｂ）参照）。そして、配向膜８に対して一定方向にラビングを行う。
【００６７】
続いて、配向膜８の上に、高分子液晶フィルム５を成膜し、液晶相を呈する温度で液晶分子を配向させる（図４（ｃ）参照）。高分子液晶の薄膜は、例えば高分子液晶をクロロホルムなどの有機溶媒に溶解した溶液を、スピンコート法、ドクターブレード法、グラビア印刷法などの塗布方法により均一塗布した後に、溶媒を乾燥させることによって得られる。
【００６８】
次に、高分子液晶フィルム５の上に、紫外線硬化性樹脂を含む溶液を塗布し、塗膜９を形成する（図４（ｄ）参照）。溶液の塗布方法は、例えばスピンコート法が用いられる。この場合、スピンコートの条件は、例えば３０００ｒｐｍで６０秒とする。このとき、塗膜９をさらに薄くしたい場合には、仮基板７、配向膜８及び塗膜９を例えばダイレクトホットプレート（図示せず）で加熱すればよい。
【００６９】
次に、塗膜９の上に、塗膜９の硬化時における塗膜９の酸素阻害を防止するために保護フィルム１０を形成する（図４（ｅ）参照）。保護フィルム１０は、紫外線を透過でき、且つ塗膜９の硬化後に塗膜９から容易に剥離できるものであればよく、このような保護フィルム１０としては、例えばＰＥＴフィルムが用いられる。
【００７０】
そして、保護フィルム１０越しに塗膜９に対して紫外線（ＵＶ）を照射する。紫外線の波長は、塗膜９を構成する紫外線硬化性樹脂によって異なるが、紫外線硬化性樹脂として例えばアクリレート系とアクリレートオリゴマー系の混合物を用いる場合には、紫外線の波長は３６５ｎｍとすればよい。こうして塗膜９を硬化させ、紫外線硬化樹脂フィルム６が得られる（図４（ｆ）参照）。この後は、保護フィルム１０を紫外線硬化樹脂フィルム６から剥離し、続いて、仮基板７を高分子液晶フィルム５から剥離する。こうして高分子液晶フィルム５と紫外線硬化樹脂フィルム６とを積層した液晶素子４が得られる（図４（ｇ）参照）。
【００７１】
次に、液晶素子４が高分子液晶フィルム５のみからなる場合を例にして説明する。
【００７２】
この場合、上記と同様にして、仮基板７の上に、配向膜８及び高分子液晶フィルム５を形成した後は、仮基板７及び配向膜８を高分子液晶フィルム５から剥離する。これにより、高分子液晶フィルム５のみからなる液晶素子４を得ることができる。
【００７３】
次に、前述した導波路型偏光変換器１００の製造方法について説明する。
【００７４】
まず基板１を用意する。基板１としては、例えばシリコンを用いる（図５（ａ）参照）。
【００７５】
次に、基板１の一面１ａ上にクラッド層１１を形成する（図５（ｂ）参照）。クラッド層１１は、例えばシリコンを酸化して形成することができる。クラッド層１１としては、例えばＳｉＯ２を用いる。
【００７６】
次に、クラッド層１１の上に、コア層１２を帯状に形成する（図５（ｃ）参照）。コア層１２は、例えばＣＶＤ法、イオンビーム法、スパッタリング法、真空蒸着法などを用いて形成することができる。コア層１２としては、例えばＴａ２Ｏ５を８ｍｏｌ％含有したＳｉＯ２を用いる。こうしてリッジ型光導波路が得られる。
【００７７】
次に、上記のようにして得られたリッジ型光導波路において、コア層１２の中央部に例えばダイシングソー１３を当て、基板１の一面１ａに達するまでダイシングソー１３を基板１に向かって移動させ、溝１４を形成する（図５（ｄ）参照）。こうして基板１の一面１ａ上に、導波路２と導波路３が形成される。
【００７８】
次に、上述した液晶素子４を溝１４に挿入する。こうして導波路型偏光変換器１００が得られる（図５（ｅ）参照）。
【００７９】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば上記導波路型偏光変換器１００においては、第１導波路２については第１クラッド２ａ上に第１コア２ｂが設けられ、第２導波路３については、第２クラッド３ａ上に第２コア３ｂが設けられているが、第１導波路２については第１クラッド２ａ中に第１コア２ｂが埋め込まれ、第２導波路３については、第２クラッド３ａ中に第２コア３ｂが埋め込まれていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の導波路型偏光変換器の一実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１の導波路型偏光変換器を示す部分側面図である。
【図３】図１の液晶素子を示す側面図である。
【図４】（ａ）〜（ｇ）は、図１の液晶素子の製造方法の一例を示す一連の工程図である。
【図５】（ａ）〜（ｅ）は、図１の導波路型偏光変換器の製造方法の一例を示す一連の工程図である。
【符号の説明】
【００８１】
１…基板、１ａ…一面、２…導波路（第１導波路）、２ｃ…第１端面、３…導波路（第２導波路）、３ｃ…端面（第２端面）、４…液晶素子、５…高分子液晶フィルム、６…紫外線硬化樹脂フィルム、Ｘ１、Ｘ２…光軸、１００…導波路型偏光変換器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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