(57)【要約】【課題】単層の異方性媒質層で構成される広帯域波長板を備えた光ヘッド装置を提供する。【解決手段】光ヘッド装置は、光源１〜３と対物レンズ８の間の光路に、有機無機ハイブリッド材料による異方性媒質層を有する波長板１２ｂを有する。有機無機ハイブリッド材料は、酸化チタン、酸化タンタル、ＩＴＯ（酸化インジウム錫）、酸化ジルコニウムおよび酸化ニオブよりなる群から選ばれる少なくとも１つの微粒子であって、短軸方向の長さに対する長軸方向の長さの比であるアスペクト比が平均１．２以上のものと、微粒子に吸着可能な官能基を備えた有機液晶性分子を含む液晶組成物とを含有し、（微粒子）／（液晶組成物）の値が０．５〜１．５である。【選択図】図７
2011100506.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３種類の異なる波長λ１、λ２およびλ３の光を出射する光源と、
前記光源からの出射光を光記録媒体へ集光する対物レンズと、
前記光記録媒体で反射された前記出射光を検出する検出器とを備えた光ヘッド装置において、
前記光源と前記対物レンズの間の光路には、有機無機ハイブリッド材料による異方性媒質層を有する波長板が配置されていて、
前記波長板は、波長λ１、λ２およびλ３の少なくとも１つの波長の光に対して１／２波長板または１／４波長板として機能する波長板であり、
前記有機無機ハイブリッド材料は、酸化チタン、酸化タンタル、ＩＴＯ（酸化インジウム錫）、酸化ジルコニウムおよび酸化ニオブよりなる群から選ばれる少なくとも１つの微粒子と液晶組成物との混合物であり、前記微粒子は短軸方向の長さに対する長軸方向の長さの比であるアスペクト比が平均１．２以上の繊維状微粒子であり、前記液晶組成物は前記微粒子に吸着可能な官能基を備えた液晶性化合物を含み、
前記微粒子と前記液晶組成物との重量比である（繊維状微粒子）／（液晶組成物）の値が０．５〜１．５であることを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項２】
前記波長板が、波長λ１、λ２およびλ３の光に対していずれも１／２波長板またはいずれも１／４波長板として機能する波長板である請求項１に記載の光ヘッド装置。
【請求項３】
λ１をＢＤ用の波長、λ２をＤＶＤ用の波長、λ３をＣＤ用の波長とし、波長λ１、λ２およびλ３の光に対する前記有機無機ハイブリッド材料の屈折率異方性Δｎを夫々Δｎ（λ１）、Δｎ（λ２）およびΔｎ（λ３）としたときに
０．４８  ≦  Δｎ（λ１）／Δｎ（λ２）  ≦  ０．７８
０．６６  ≦  Δｎ（λ２）／Δｎ（λ３）  ≦  １．０８
の関係が成立することを特徴とする請求項２に記載の光ヘッド装置。
【請求項４】
前記波長板が、波長λ１、λ２およびλ３の光の内、いずれか２つの波長の光については１／２波長板として機能し、残りの１つの波長の光については１／４波長板として機能する波長板である請求項１に記載の光ヘッド装置。
【請求項５】
λ１をＢＤ用の波長、λ２をＤＶＤ用の波長、λ３をＣＤ用の波長とし、波長λ２およびλ３の光については１／２波長板として機能し、波長λ１の光については１／４波長板として機能し、波長λ１、λ２およびλ３の光に対する前記有機無機ハイブリッド材料の屈折率異方性Δｎを夫々Δｎ（λ１）、Δｎ（λ２）およびΔｎ（λ３）としたときに
０．２４  ≦  Δｎ（λ１）／Δｎ（λ２）  ≦  ０．３８
０．６６  ≦  Δｎ（λ２）／Δｎ（λ３）  ≦  １．０８
の関係が成立することを特徴とする請求項４に記載の光ヘッド装置。
【請求項６】
前記波長板は、２層の異方性媒質層をそれぞれの光学軸が直交するようにして積層された波長板であり、
前記波長板が、波長λ２およびλ３の光についてはそのまま透過するが、波長λ１の光については１／４波長板として機能する波長板である請求項１に記載の光ヘッド装置。
【請求項７】
λ１をＢＤ用の波長、λ２をＤＶＤ用の波長、λ３をＣＤ用の波長とし、波長λ１、λ２およびλ３の光に対する前記２層の異方性媒質層に用いられる有機無機ハイブリッド材料の屈折率異方性Δｎ１（λ）、Δｎ２（λ）を夫々Δｎ１（λ１）、Δｎ１（λ２）、Δｎ１（λ３）、Δｎ２（λ１）、Δｎ２（λ２）およびΔｎ２（λ３）としたときに
2011100506.tif 000043
の関係が成立することを特徴とする請求項５に記載の光ヘッド装置。
【請求項８】
前記２層の異方性媒質層に用いられる有機無機ハイブリッド材料の屈折率異方性Δｎ１（λ）、Δｎ２（λ）の間に
2011100506.tif 000044
の関係が成立することを特徴とする請求項７に記載の光ヘッド装置。
【請求項９】
前記微粒子が酸化チタン微粒子である請求項１〜８のいずれか１項に記載の光ヘッド装置。
【請求項１０】
前記微粒子に吸着可能な官能基を備えた液晶性化合物が、アミノ基を有する液晶性化合物である請求項１〜９のいずれか１項に記載の光ヘッド装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ヘッド装置に関し、より詳しくは、異方性媒質層を用いて構成された波長板を有する光ヘッド装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ヘッド装置では、光ディスクの種類に応じて異なる波長のレーザ光が照射される。例えば、ＨＤ−ＤＶＤ（High  Definition  Digital  Versatile  Disk）やＢＤ（Blu−ray  Disk）では波長４０５ｎｍ帯のレーザ光が、ＤＶＤ（Digital  Versatile  Disk）では波長６６０ｎｍ帯のレーザ光が、ＣＤ（Compact  Disk）では波長７８５ｎｍ帯のレーザ光がそれぞれ用いられる。光ディスクの表面には、ピットと呼ばれる凹凸が設けられており、光ディスクにレーザ光を照射し、その反射光を検出することによって、ピットに記録された情報が読み取られる。近年では、光ディスクに応じた波長の光を発振する半導体レーザを搭載して、１つの光ヘッド装置で異なる種類の光ディスクに対応できるようにしている。
【０００３】
光ヘッド装置には、レーザ光を変調するための光学素子が用いられる。なかでも、複屈折性を備える波長板、例えば、複屈折光の位相差が１／４波長である１／４波長板は、これを用いてレーザ光の発振が安定に維持できることから、光ヘッド装置に搭載されることの多い重要な光学素子の一つとなっている。
【０００４】
光ヘッド装置に異なる波長の光を発振するレーザが搭載された場合、１／４波長板には、異なる波長でその特性を保持することが求められる。但し、複屈折光の位相差が完全な１／４波長でなくてもレーザ発振は安定に維持できるので、複屈折光の位相差が概ね１／４波長であれば、良好な光ヘッド装置の構成が可能とされる。このため、異なる波長に対し略１／４波長板となる波長板（以下、広帯域波長板と称する。）が求められている。
【０００５】
広帯域波長板に用いられる材料としては、複屈折性を有する光学結晶、延伸処理された高分子材料、または、重合性官能基を有する液晶分子を配向させてから硬化してなる高分子液晶などが挙げられる。ここで、重合性官能基を有する液晶分子は、重合性モノマーとしての性質と、多数が集まることによるバルク液晶としての性質とを併有している。例えば、光硬化性の液晶分子よりなる液晶の場合、配向をさせた後に光重合反応を行うと高分子液晶となる。この高分子液晶は、液晶の配向に由来する光学異方性を備えており、光学的特性の調整が他の材料を用いた場合に比べて容易であることから、光学素子に広く用いられる。
【０００６】
高分子液晶を用いて広帯域波長板を作製する場合、従来は、特許文献１のように、特性の異なる２枚の板状の高分子液晶を積層した後、全体として所望の特性となるように調整していた。しかしながら、この方法では、２枚の高分子液晶を貼り合わせる工程が必要であるため、より簡便な方法によって作製される広帯域波長板、具体的には、高分子液晶１枚で構成される広帯域波長板の開発が求められている。
【０００７】
また、上記の通り、ＢＤ、ＤＶＤおよびＣＤでは、再生や記録に用いられるレーザ光の波長が異なる。このため、異なる規格の光ディスクを交換して使用する互換光ヘッド装置においては、装置の小型化、軽量化を目的として、これら３つの波長帯のレーザ光を出力する３波長半導体レーザが開発されている。３波長半導体レーザを用いる場合、レンズや回折素子などの光学部品を共有化することにより、光ヘッド装置内の部品点数をさらに削減できる。したがって、３つの波長帯のレーザ光に対して波長選択的な機能を備えた波長板が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】国際公開第２００６／０３０７８９号パンフレット
【特許文献２】特開２００１−２９００１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記問題を解決するためになされたものである。すなわち、本発明の目的は、単層の異方性媒質層で構成される広帯域波長板を備えた光ヘッド装置を提供することにある。また、本発明の目的は、３波長に対して波長選択的に機能する波長板を備えた光ヘッド装置を提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、
［１］３種類の異なる波長λ１、λ２およびλ３の光を出射する光源と、
前記光源からの出射光を光記録媒体へ集光する対物レンズと、
前記光記録媒体で反射された前記出射光を検出する検出器とを備えた光ヘッド装置において、
前記光源と前記対物レンズの間の光路には、有機無機ハイブリッド材料による異方性媒質層を有する波長板が配置されていて、
前記波長板は、波長λ１、λ２およびλ３の少なくとも１つの波長の光に対して１／２波長板または１／４波長板として機能する波長板であり、
前記有機無機ハイブリッド材料は、酸化チタン、酸化タンタル、ＩＴＯ（酸化インジウム錫）、酸化ジルコニウムおよび酸化ニオブよりなる群から選ばれる少なくとも１つの微粒子と液晶組成物との混合物であり、前記微粒子は短軸方向の長さに対する長軸方向の長さの比であるアスペクト比が平均１．２以上の繊維状微粒子であり、前記液晶組成物は前記微粒子に吸着可能な官能基を備えた液晶性化合物を含み、
前記微粒子と前記液晶組成物との重量比である（微粒子）／（液晶組成物）の値が０．５〜１．５であることを特徴とするものである。
【００１２】
［２］前記波長板が、波長λ１、λ２およびλ３の光に対していずれも１／２波長板またはいずれも１／４波長板として機能する波長板である［１］の光ヘッド装置であることが好ましい。
【００１３】
［３］λ１をＢＤ用の波長、λ２をＤＶＤ用の波長、λ３をＣＤ用の波長とし、波長λ１、λ２およびλ３の光に対する前記有機無機ハイブリッド材料の屈折率異方性Δｎを夫々Δｎ（λ１）、Δｎ（λ２）およびΔｎ（λ３）としたときに
０．４８  ≦  Δｎ（λ１）／Δｎ（λ２）  ≦  ０．７８
０．６６  ≦  Δｎ（λ２）／Δｎ（λ３）  ≦  １．０８
の関係が成立する［２］の光ヘッド装置であることが好ましい。
【００１４】
［４］
前記波長板が、波長λ１、λ２およびλ３の光の内、いずれか２つの波長の光については１／２波長板として機能し、残りの１つの波長の光については１／４波長板として機能する波長板である［１］の光ヘッド装置であることが好ましい。
【００１５】
［５］λ１をＢＤ用の波長、λ２をＤＶＤ用の波長、λ３をＣＤ用の波長とし、波長λ１、λ２およびλ３の光に対する前記有機無機ハイブリッド材料の屈折率異方性Δｎを夫々Δｎ（λ１）、Δｎ（λ２）およびΔｎ（λ３）としたときに
０．２４  ≦  Δｎ（λ１）／Δｎ（λ２）  ≦  ０．３８
０．６６  ≦  Δｎ（λ２）／Δｎ（λ３）  ≦  １．０８
の関係が成立する［４］の光ヘッド装置であることが好ましい。
【００１６】
［６］前記波長板は、２層の異方性媒質層をそれぞれの光学軸が直交するようにして積層された波長板であり、
前記波長板が、波長λ２およびλ３の光についてはそのまま透過するが、波長λ１の光については１／４波長板として機能する波長板である［１］の光ヘッド装置であることが好ましい。
【００１７】
［７］λ１をＢＤ用の波長、λ２をＤＶＤ用の波長、λ３をＣＤ用の波長とし、波長λ１、λ２およびλ３の光に対する前記２層の異方性媒質層に用いられる有機無機ハイブリッド材料の屈折率異方性Δｎ１（λ）、Δｎ２（λ）を夫々Δｎ１（λ１）、Δｎ１（λ２）、Δｎ１（λ３）、Δｎ２（λ１）、Δｎ２（λ２）およびΔｎ２（λ３）としたときに
2011100506.tif 000003
の関係が成立する［６］の光ヘッド装置であることが好ましい。
【００１８】
［８］前記２層の異方性媒質層に用いられる有機無機ハイブリッド材料の屈折率異方性Δｎ１（λ）、Δｎ２（λ）の間に
2011100506.tif 000004
の関係が成立する［７］の光ヘッド装置であることが好ましい。
【００１９】
［９］前記微粒子が酸化チタン微粒子である［１］〜［８］のいずれかである光ヘッド装置であることが好ましい。
【００２０】
［１０］前記微粒子に吸着可能な官能基を備えた液晶性化合物が、アミノ基を有する液晶性化合物である［１］〜［９］のいずれかである光ヘッド装置であることが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、単層または複層の異方性媒質層で構成される広帯域波長板を備えた光ヘッド装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】有機無機ハイブリッド材料の複屈折率の波長分散についてモデルと実験値を比較した図である。
【図２】有機無機ハイブリッド材料のＢＤ、ＤＶＤおよびＣＤ波長の複屈折率と秩序パラメータの関係をモデル計算結果の図である。
【図３】式（１０８）の右辺の項を横軸に、左辺の項を縦軸にとった図である。
【図４】式（１１１）の関係を示す図である。
【図５】式（１１２）の関係を示す図である。
【図６】式（１１３）の関係を示す図である。
【図７】（ａ）は、本発明の一の光ヘッド装置の構成図であり、（ｂ）は波長板の構成図である。
【図８】（ａ）は、本発明の他の光ヘッド装置の構成図であり、（ｂ）は波長板の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明では、異方性媒質に微粒子と液晶組成物とによる混合物を用いることにより、異方性媒質の屈折率、波長分散等を容易に調整可能になり、所望の広帯域波長板を容易に得ることができる。この液晶組成物は、微粒子と通常の低分子の液晶組成物との混合物を一対の基板間に封入して用いてもよいし、微粒子と重合性の液晶組成物との混合物を重合させて高分子有機無機ハイブリッド材料にして用いてもよい。以下の説明で、液晶組成物は低分子の液晶組成物の場合にはそのもの自体を意味するが、重合性の液晶組成物を用いた場合には、重合後の高分子液晶組成物を意味するものとする。
【００２４】
複屈折性を有する有機無機ハイブリッド材料による異方性媒質層を用いて広帯域波長板を構成するには、使用するレーザ光の波長にしたがって異なる値のリタデーション値（異方性媒質層の屈折率異方性と厚みとの積で表される値。以下、Ｒｄ値と称する。）を示すことが必要になる。より具体的には、レーザ光の波長が短くなるにしたがって、Ｒｄ値が小さくならなければならない。
【００２５】
例えば、ＤＶＤ対応のレーザ光の波長を６６０ｎｍ、ＣＤ対応のレーザ光の波長を７８５ｎｍとしたとき、各波長におけるＲｄ値の比、すなわち、（６６０ｎｍにおけるＲｄ値）／（７８５ｎｍにおけるＲｄ値）を分散比と定義すると、分散比が０．８４であれば、いずれの波長においても波長依存性のない広帯域の１／４波長板が実現できる。
【００２６】
しかしながら、液晶組成物は、通常、使用するレーザ光の波長が短くなるにしたがってＲｄ値が大きくなるため、分散比は１より大きくなってしまう。それ故、液晶組成物において分散比が１より小さくなること、すなわち、逆波長分散特性を備えた液晶組成物の実現が必要となる。
【００２７】
上記した分散比＝０．８４は、ＤＶＤおよびＣＤ対応のレーザ光の併用において理想的な関係である。しかし、ここまでの逆波長分散特性に至らなくとも、１より小さい分散比の逆波長分散特性を示すことで、使用可能な波長帯域を広げることが可能となり、光ヘッド装置の波長板としては有用なものとされる。このような逆波長分散特性を示す有機無機ハイブリッド材料として、本発明者は、酸化チタン、酸化タンタル、ＩＴＯ（酸化インジウム錫）、酸化ジルコニウムおよび酸化ニオブよりなる群から選ばれる少なくとも１つの微粒子と液晶組成物との混合物であり、前記微粒子は短軸方向の長さに対する長軸方向の長さの比であるアスペクト比が平均１．２以上の繊維状の微粒子であり、前記液晶組成物は微粒子に吸着可能な官能基を備えた液晶化合物含む有機無機ハイブリッド材料を見出した。この材料を用いることにより、単層の異方性媒質層であっても、ＢＤ、ＤＶＤおよびＣＤの３波長について所望の光学特性を有する波長板が得られる。特に、液晶組成物中に、この微粒子に吸着可能な官能基としてアミノ基を備えた液晶性化合物を含むことが好ましい。
【００２８】
このような繊維状の微粒子を含む微粒子とこの微粒子に吸着可能な官能基を備えた液晶聖化合物を含む液晶組成物とを含有する有機無機ハイブリッド材料としては、基礎的なことは、機能材料Ｖｏｌ．２４  Ｎｏ．５  ｐ．６４−７３、液晶Ｖｏｌ．１１  Ｎｏ．１  ｐ．５４−６２、Ｊ．ＡＭ．ＣＨＥＭ．ＳＯＣ  ２００３，１２５，１０５１８−１０５１９などに記載されている。
【００２９】
本発明で用いられる有機無機ハイブリッド材料において、微粒子と液晶組成物との重量比である（微粒子）／（液晶組成物）の値は０．５〜１．５である。また、微粒子は、長軸方向の長さの平均が２００ｎｍ以下であることが好ましい。本発明では、繊維状の微粒子は、短軸方向の長さに対する長軸方向の長さの比であるアスペクト比が平均１．２以上の酸化チタン粒子である。この平均のアスペクト比は、長軸方向の長さが１０ｎｍ以上の微粒子をカウントして、そのアスペクト比の平均を求めたものである。この微粒子は平均のアスペクト比が、１．２以上であればよいので、その一部に球形の微粒子を含有していてもよい。ただし、微粒子が凝集したりして、実質的なアスペクト比が減少することもあるので、アスペクト比が３以上の繊維状微粒子が微粒子の２０％以上あるようにすることが、製造上のマージンが増加し、特性のバラツキによる不良を低減させるので、好ましい。また、酸化チタン粒子は、アナターゼ型の酸化チタンからなることが好ましい。
【００３０】
本発明で用いられる有機無機ハイブリッド材料において、液晶組成物には微粒子に吸着可能な官能基であるアミノ基を有する液晶性化合物を含むことが好ましい。また、有機液晶性分子は、（１０１）式で表されることが好ましい。
Ｈ２Ｎ−Ｌ１−Ｅ１−Ｌ２−（Ｅ２−Ｌ３）ｍ−（Ｅ３−Ｌ４）ｎ−Ｅ４−Ｌ５−Ｒ
・・・・（１０１）
【００３１】
（１０１）式において、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４は環を表し、それぞれ、独立に１，４−フェニレン基、ピリジン−２，５−ジイル基、ピラジン−２，５−ジイル基、ピリダジン−３，６−ジイル基、トランス−１，４−シクロヘキシレン基、１，４−シクロヘキセレン基、ナフタレン−２，６−ジイル基、ナフタレン−１，４−ジイル基、ナフタレン−１，５−ジイル基、トランスデカヒドロナフタレン−２，６−ジイル基、トランスデカヒドロナフタレン−１，４−ジイル基、トランスデカヒドロナフタレン−１，５−ジイル基、［２・２・２］ビシクロオクタン−１，４−ジイル基または１，３−ジオキサン−トランス−２，５−ジイル基を表す。これらは、それぞれ独立に１〜２個の水素原子がフッ素原子、塩素原子、メチル基またはフルオロメチル基に置換されていてもよい。
【００３２】
また、（１０１）式において、Ｒは炭素数１〜１６の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基若しくはアルケニル基、水素原子またはハロゲン原子を表し、その隣接する炭素原子と炭素原子との間にエーテル結合性の酸素原子を有していてもよく、炭素原子に結合した水素原子の一部または全部がフッ素原子に置換されていてもよい。
【００３３】
さらに、（１０１）式において、Ｌ１は、単結合または炭素数が１〜２０個の直鎖状若しくは分岐状のアルキレン基であり、その隣接する炭素原子と炭素原子との間または炭素原子と環Ｅ１との間にエーテル結合性の酸素原子を有していてもよく、炭素原子に結合した水素原子の一部または全部がフッ素原子に置換されていてもよい。Ｌ２，Ｌ３、Ｌ４は、それぞれ独立に、単結合、−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−、−ＣＦ２−ＣＦ２−、−ＣＦ＝ＣＦ−、−（ＣＨ２）４−、−ＣＨ（ＣＨ３）ＣＨ２−、−ＣＨ２ＣＨ（ＣＨ３）−、−ＣＦ２Ｏ−、−ＯＣＦ２−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＯＣＨ２−、−ＣＯＯ−または−ＯＣＯ−を表す。Ｌ５は、Ｒがアルキル基若しくはアルケニル基の場合には、単結合、−Ｏ−、−ＣＯＯ−または−ＯＣＯ−を表し、Ｒが水素原子若しくはハロゲン原子の場合には、単結合を表す。ｍおよびｎは、それぞれ独立に０または１を表す。
【００３４】
有機無機ハイブリッド材料は、有機物としての特徴と無機物としての特徴とを併せ持っている。ここで、有機物である液晶（以下、液晶と称す。）は、液体と固体の中間の状態にある物質であり、通常は異方的な形状を備えており、液体の流動性と結晶の異方性とを併せ持つ代表的な機能性材料である。つまり、液晶は、自己組織性や配向性を備えており、こうした性質に由来する光学的異方性が着目されて、様々な光学素子への応用が検討されている。また、ある種の液晶には、磁場や電場のような外場が作用すると、配向ベクトル（異方性がある方向の単位ベクトル）が変化し、外場を除去すると、その弾性復元力によって元の状態に戻るという性質がある。そのため、この種の液晶は、電卓、時計、コンピュータおよびテレビなどの表示素子に応用可能であることが知られている。
【００３５】
一方、無機物は、有機物と異なる様々な性能を発揮する。例えば、無機化合物からなる微粒子は、その組成に応じて、磁気特性または光触媒特性などの種々の特性を示す。しかしながら、一般に、無機微粒子自体には、液晶のような自己組織性や配向性はない。したがって、無機微粒子に、上記したような液晶が備える配向性能と外場応答性能を付与することができれば、外場の変化に応じて無機微粒子の組織構造や配列状態を制御できると考えられる。
【００３６】
有機物と無機物において、原子または分子レベル、すなわち、ナノレベルでの協調を実現し、さらにその協調作用の結果として生じる機能を引き出すには、有機物と無機物に対する形状的および性能的に的確なデザインが必須である。
【００３７】
本発明における有機無機ハイブリット材料は、有機物の持つある種の官能基が、微粒子の結晶格子の特定の面へ優先的に吸着する現象を利用して得られる。例えば、酸化チタン微粒子に吸着しやすい官能基を備えた有機液晶性分子からなる液晶を含む液晶組成物と、単分散の酸化チタン微粒子とを分散媒中に分散させる。すると、酸化チタン微粒子の結晶格子のｃ軸に垂直な面に有機物の官能基が優先的に吸着するので、分散媒を留去することによって、酸化チタン微粒子と液晶との混合物からなる有機無機ハイブリッド材料が得られる。この場合、酸化チタン微粒子の表面を構成する結晶面と液晶性化合物の官能基との組み合わせを最適化すると、酸化チタン微粒子と液晶性化合物とがナノレベルでハイブリッド化されて、サーモトロピック液晶性を示す有機無機ハイブリッド材料が得られる。すなわち、酸化チタン微粒子に対して、液晶が持つ自己組織性や配向性を付与することができる。
【００３８】
有機無機ハイブリッド材料の光散乱を低減して、光透過率を改善し、さらに、配向を容易にして、光学材料などへの展開を図るには、微粒子形状の設計や選択が必要となる。また、複数の異なる形状の微粒子を組み合わせることが好ましい。本発明では、酸化チタン、酸化タンタル、ＩＴＯ（酸化インジウム錫）、酸化ジルコニウムおよび酸化ニオブよりなる群から選ばれる少なくとも１つの微粒子であって、短軸方向の長さに対する長軸方向の長さの比であるアスペクト比が平均１．２以上の繊維状微粒子を用い、適当な液晶組成物とハイブリッド化することによって、有機無機ハイブリッド材料を得る。こうして得られた有機無機ハイブリッド材料は、有機の液晶組成物単独では成し得ない、高い屈折率異方性や、液晶に由来する外場応答性を実現できる。したがって、こうした性質を利用すれば、有機無機ハイブリッド材料における酸化チタン粒子の組織構造や配列構造を外場の変化に応じて応答させることが可能となる。
【００３９】
以下では、微粒子として酸化チタンを用いる場合について述べるが、酸化チタンに代えて、あるいは、酸化チタンと組み合わせて、酸化タンタル、ＩＴＯ（酸化インジウム錫）、酸化ジルコニウムまたは酸化ニオブを用いることもできる。アスペクト比が３以上の繊維状微粒子の量は重量比で、（繊維状微粒子）／（微粒子）が０．２以上とされることが好ましい。
【００４０】
微粒子を構成する酸化チタンの結晶構造は、特に限定されるものではない。酸化チタンとしては、具体的には、アナターゼ型、ルチル型およびブルッカイト型が挙げられる。有機無機ハイブリッド材料は、これらの内のいずれか１種の酸化チタン粒子を含んでいてもよく、あるいは、２種類以上を含んでいてもよい。尚、後述するように、金属酸化物の単分散の粒子合成に好適なゲルーゾル法により酸化チタン粒子を合成する場合、得られる酸化チタンとしては通常はアナターゼ型となる。
【００４１】
酸化チタン粒子は、単分散であってもよく、多分散であってもよい。また、酸化チタン粒子の大きさは、有機無機ハイブリッド材料の光透過率の向上を考慮し、長軸方向の長さの平均が２００ｎｍより小さいものを用いることが好ましい。長軸方向の長さの平均が１５０ｎｍ以下であればより好ましい。さらに、可視光域で悪影響を与えず、さらなる光透過率の向上を実現するためには、青色光の波長の１／４以下が好ましく、具体的には、１００ｎｍ以下が好ましい。そして、高い異方性を備えた繊維状の酸化チタン粒子の大きさの下限は、比較的製造が容易であり、且つ、凝集が起こり難い、５０ｎｍ以上であることが好ましい。
【００４２】
尚、酸化チタン粒子の大きさや平均のアスペクト比は、電子顕微鏡により適当数の酸化チタン粒子を観察し、長軸方向の長さが１０ｎｍ以上のものをカウントして求めることができる。
【００４３】
酸化チタン粒子の表面を構成する結晶面の種類は、その表面の少なくとも一部に、ｃ軸に垂直な面を含むものが好ましい。この酸化チタン粒子表面のｃ軸に垂直な面については、有機液晶性分子の持つ官能基を優先的に吸着させる機能を有することが分かっており、ハイブリッド化されて酸化チタン粒子に液晶性を付与するのに好適である。
【００４４】
本発明において、「酸化チタン粒子に吸着可能な官能基を備えた液晶性化合物」（以下、単に「液晶性化合物」と称す。）とは、その分子構造中に、酸化チタン粒子のｃ軸に垂直な面に優先的に吸着する機能を有する官能基（以下、これを「吸着官能基」と称す。）を備えている液晶性化合物を示し、同一分子が集まって、または、他の分子と一緒になって、液晶組成物を構成するものである。尚、このとき、液晶性化合物には、それ自体で液晶性を呈する液晶化合物のみでなく、単独では液晶性を呈しないが、液晶化合物と類似の構造を有し、液晶組成物に共存でき、液晶組成物としては液晶性を呈するものも含まれる。
【００４５】
この液晶性化合物の吸着官能基以外の部分の構造は、特に限定されるものではないが、単独で、または、酸化チタン粒子と組み合わせることによって得られる有機無機ハイブリッド材料に液晶性を発現させるためには、剛直なメソゲン部（コア部）と、メソゲン部に結合する柔軟な末端鎖部とを備えたものであることが好ましい。ここで、「メソゲン部」とは、具体的には、１，４−フェニレン基やトランス−１，４−シクロヘキシレン基等の複数の環が直接または連結基を介して接続した部分であるロッド状の部分をいう。また、末端鎖部とは、アルキル基などのフレキシブルな構造の部分をいう。メソゲン部と末端鎖部は、直接に結合していてもよく、または、適当なスペーサ部（例えば、−Ｏ−、−ＣＯＯ−など）を介して結合していてもよい。
【００４６】
また、この液晶性化合物は、分子構造のいずれかにＣ−Ｆ結合を有するもの、すなわち、いわゆるフッ素系液晶性化合物であってもよく、また、分子構造のいずれにもＣ−Ｆ結合を有しない炭化水素系液晶性化合物であってもよい。
【００４７】
この液晶組成物に使用される液晶性化合物は、単独で用いることができるが、複数種類の化合物を混合したり、あるいは、他の液晶化合物や非液晶化合物と混合したりして、液晶組成物として使用することもできる。特に、液晶温度域や他の物性を調整するためには、他の液晶化合物や非液晶化合物と混合し、液晶組成物として使用することが好ましい。ここで、他の液晶化合物や非液晶化合物には、通常の液晶組成物で用いられる液晶化合物、液晶類似構造の化合物、カイラル剤などの他、色素や紫外線吸収剤などの添加剤があり、混合された液晶組成物として、液晶として機能するものであればよい。
また、この液晶組成物に重合性液晶化合物、重合性非液晶化合物、重合開始剤等を混合して重合性液晶組成物として使用することもできる。重合性液晶組成物は光照射または加熱により重合をさせて高分子液晶を形成する。この重合性液晶組成物としては、重合後に複屈折性を示すことができればよい。
【００４８】
本発明の液晶組成物には、酸化チタン粒子は含まれないものとする。尚、酸化タンタル粒子、ＩＴＯ（酸化インジウム錫）粒子、酸化ジルコニウム粒子および酸化ニオブ粒子についても同様である。
【００４９】
この微粒子に吸着可能な官能基を備えた液晶性化合物は、酸化チタン粒子への影響の点から、液晶組成物中に２０質量％以上含まれていることが好ましく、特に、４０質量％以上含まれていることが好ましい。
【００５０】
また、酸化チタン粒子に液晶性を付与するには、ハイブリッド化する際に、液晶組成物中の液晶性化合物が吸着して酸化チタン粒子を疎水化することが好ましい。そのため、液晶性化合物は、酸化チタン粒子表面に吸着した際に、液晶性化合物の持つ疎水基（アルキル基、ベンゼン環、シクロヘキサン環またはフルオロベンゼン環など）が最表面になるような分子構造を持つものであることが好ましい。さらに、吸着官能基は、液晶性化合物の分子構造中のいずれの部分に結合していてもよい。但し、容易に液晶性が発現するようにするには、剛直なメソゲン部よりも柔軟な末端鎖部、特に、末端鎖部のメソゲン部に結合している側ではない末端に吸着官能基が結合していることが好ましい。吸着官能基としては、酸化チタンへの吸着に有効なアミノ基を有するものが好適である。
【００５１】
有機無機ハイブリッド材料に用いられる液晶組成物は、１種類の液晶性化合物を含むものであってもよく、２種類以上の液晶性化合物を含むものであってもよい。また、有機無機ハイブリッド材料は、上述した各種の酸化チタン粒子に対して、液晶組成物に含まれる液晶性化合物が吸着することなく、単に酸化チタン粒子と液晶とが混合している混合物であってもよい。また、液晶組成物に含まれる液晶性化合物の少なくとも一部が、吸着官能基を介して酸化チタン粒子表面に吸着し、有機無機ハイブリッド材料を構成しているものであってもよい。特に、相対的に多量の液晶性化合物が酸化チタン粒子表面に吸着している有機無機ハイブリッド材料は、サーモトロピック液晶性を示す場合があることからより好ましい。
【００５２】
有機無機ハイブリッド材料に含まれる液晶組成物と酸化チタン粒子との比率は、サーモトロピック液晶性の発現に影響を及ぼす。すなわち、液晶組成物の量が相対的に少な過ぎる場合、および、相対的に多過ぎる場合のいずれにおいても、酸化チタン粒子に自己組織性や配向性を付与し難くなる。また、液晶組成物の量が相対的に多過ぎる場合には、酸化チタン粒子の凝集も引き起こし易い。したがって、酸化チタン粒子の凝集を防ぎ、液晶性を呈する有機無機ハイブリッド材料（すなわち、有機無機ハイブリッド液晶）を得るためには、液晶組成物と酸化チタン粒子との比率を、液晶組成物、酸化チタン粒子の形状やその組み合わせ、さらには両者の組成等に応じて、最適な比率を設計し選択することが好ましい。本発明においては、酸化チタン粒子と液晶組成物との重量比である（酸化チタン粒子／液晶組成物）の値を０．５〜１．５とすることが好ましい。
【００５３】
特に、使用する繊維状の酸化チタン粒子のアスペクト比を４以上とすることが、液晶性の発現においてはより好ましい。上記酸化チタン粒子において、繊維状の酸化チタン粒子の長軸方向の長さの平均は２００ｎｍ以下であり、好ましくは５０ｎｍ〜１５０ｎｍである。
【００５４】
本発明で、有機無機ハイブリッド材料を得るには、酸化チタン粒子と液晶組成物とを混合して、ハイブリッド化を行う。ハイブリッド化では、まず、酸化チタン粒子と、微粒子である酸化チタン粒子に吸着可能な官能基を備えた液晶性化合物を含む液晶組成物とを分散媒中に分散させる。
【００５５】
分散媒は、酸化チタン粒子と、酸化チタン粒子に吸着可能な官能基を備えた液晶性化合物を含む液晶組成物とを均一に分散できるものであればよい。このような分散媒としては、具体的には、メタノールまたはエタノールなどがある。分散媒の量は、特に限定されるものではなく、酸化チタン粒子と有機液晶性分子とを均一に分散できる量であればよい。
【００５６】
酸化チタン粒子と液晶組成物に分散媒を加え、酸化チタン粒子と液晶組成物とを均一に分散させると、酸化チタン粒子の表面に有機液晶性分子が吸着する。次いで、得られた分散液から分散媒を留去すると、本発明にかかる有機無機ハイブリッド材料が得られる。重合性液晶組成物を用いた場合には、光照射または加熱により重合性液晶組成物を重合硬化させる。
【００５７】
本発明の有機無機ハイブリッド材料は、構成材料である液晶組成物中に含まれる有機液晶性分子が吸着官能基を分子内に有しており、元来、酸化チタン粒子のｃ軸に垂直な結晶面に優先的に吸着する性質を持つ。したがって、このような吸着官能基を備えた有機液晶性分子を含む液晶組成物と酸化チタン粒子とを適当な分散媒中に分散させ、分散媒を留去すると、酸化チタン粒子と液晶組成物との混合物が効率よく得られる。
【００５８】
酸化チタン粒子の結晶面と液晶組成物との組み合わせを最適化することで、酸化チタン粒子と液晶組成物とのナノレベルでのハイブリッド化が可能となり、液晶組成物の透明点の上下で液晶性が発現するサーモトロピック液晶性を示す有機無機ハイブリッド材料が得られる。すなわち、酸化チタン粒子に対して、液晶組成物が持つ自己組織性や配向性を付与することができる。酸化チタン粒子と液晶組成物の組み合わせを最適化することにより、酸化チタン粒子に液晶性が付与されるのは、上述したように、吸着官能基を有する大半の有機液晶性分子が、吸着官能基を介して、酸化チタン粒子のｃ軸に垂直な結晶面に優先的に吸着し、液晶組成物の持つ自己組織性や配向性が酸化チタン粒子に影響を与えるためと考えられる。
【００５９】
有機無機ハイブリッド材料は、液晶組成物に由来する外場応答性（例えば、電場応答性や光応答性など）を持つ。そのため、これらの外場応答性を利用すれば、外場の変化に応じて、酸化チタン粒子の組織構造や配列構造を応答させることができる。また、ハイブリッド化によって酸化チタン粒子に自己配列性および自己組織性が付与されるので、従来、困難であった大面積での酸化チタン粒子の均一配列および均一配向が可能となる。さらには、液晶状態から固化させることによって、酸化チタン粒子の配列状態を長期間に渡って安定的に保存することができる。また、外乱によって配列状態が乱れた場合には、一旦液体状態とした後に液晶状態に戻すことにより、酸化チタン粒子を再配列させる、すなわち、組織構造を自己修復させることができる。
【００６０】
次に、本発明の波長板である単層の異方性媒質層で構成される広帯域波長板について説明する。
【００６１】
２種類の等方性固体が均一に複合された系の実効的な誘電率を考える式として、Maxwell−Garnettの式が知られている（非特許文献：J．C．Maxwell−Garnett，Philos．Trans．R．Soc．London  203，385（1904）；Philos．Trans．R．Soc．London  205，237（1906））。ここで、２種類の物質の一方をホスト、他方をゲストと称する。ゲストとして楕円状の異方性微粒子を考え、長軸方向の長さをａ、短軸方向の長さをｂとして、文献（非特許文献：R．Atkinson，Phys．Rev．B  73，235402（2006））を参照してMaxwell−Garnettの式を拡張すると、実効的誘電率は、式（１０２）で表される。
【００６２】
2011100506.tif 000005
但し、ｊ＝ｘ、ｙ、ｚであって、ｘ、ｙは、それぞれゲストの長軸に垂直な面内の軸であり、ｚは、ゲストの長軸に平行な軸である。また、ｆは体積占有率（filling  factor）であって、０≦ｆ≦１である。
【００６３】
式（１０２）において、αは、ゲストの形状異方性とゲストおよびホストの誘電率εＧ、εＨから得られる因子であり、式（１０３）で表される。
2011100506.tif 000006
但し、ｅ２＝１−ｂ２／ａ２とすると、
2011100506.tif 000007
の関係が成立する。
【００６４】
ここで、有機無機ハイブリッド材料について、異方性微粒子の長軸と液晶分子の長軸が直交したモデルを考える。また、有機無機ハイブリッド材料の実効屈折率へ拡張するため、式（１０２）および（１０３）のεＨに液晶の異方性を導入する。具体的には、液晶分子の誘電率εｅおよびεｏを用い、ｊ＝ｚのときεＨ＝εｅとし、ｊ＝ｘのとき、εＨ＝εｏとすると、微粒子の長軸に平行または垂直な誘電率ε//、ε⊥は、それぞれ式（１０４）または（１０５）で表される。
【００６５】
2011100506.tif 000008
αは、微粒子の形状異方性、微粒子の誘電率εＧおよび液晶の誘電率εｅ、εｏから得られる因子であり、次の関係が成立する。
2011100506.tif 000009
但し、ｅ２＝１−ｂ２／ａ２とすると、
2011100506.tif 000010
である。
【００６６】
液晶の誘電率εｅ、εｏは、秩序パラメータｓと、ｓ＝１における誘電率εｅ’、εｏ’とを用いて、式（１０６）または（１０７）で表される（S．チャンドラセカール著、「液晶の物理学」、第６０頁）。但し、液晶分子は、ｓ＝０でランダム、ｓ＝１で完全配向となる。
【００６７】
2011100506.tif 000011
【００６８】
2011100506.tif 000012
【００６９】
尚、厳密には、式（１０６）および式（１０７）は、それぞれ次式のように表される。
2011100506.tif 000013
【００７０】
2011100506.tif 000014
【００７１】
2011100506.tif 000015
【００７２】
以上より、微粒子の長軸に平行または垂直な屈折率n//，n⊥  および複屈折率Δｎは、次式で与えられる。
2011100506.tif 000016
【００７３】
上記したように、有機無機ハイブリッド材料の複屈折率Δｎは、液晶の秩序パラメータｓに依存する。ここで、秩序パラメータｓは、温度の関数（ｓ（Ｔ））であり、温度の上昇とともにゼロに向かって単調に減少する。（但し、ネマチック相−等方相転移温度ＴＮＩ近傍においては、秩序パラメータｓは不連続になる。）そこで、有機無機ハイブリッド材料中の液晶についても、ｓ（Ｔ）が、温度の上昇とともにゼロに向かって単調に減少すると仮定して、複屈折率の波長分散の点から上記モデルと実験値を比較した。具体的には、色々な体積占有率とアスペクト比に対し秩序パラメータｓ（Ｔ）を０≦ｓ（Ｔ）≦０．２５の範囲で変化させてモデル計算を行い、有機無機ハイブリッド材料の硬化温度と波長分散比との関係を調べた。ここで、実験値として参照したのは、アミノ基を有する液晶（後述する式（１）の液晶）と、１次粒径が７０ｎｍ×２０ｎｍサイズのアナターゼ型酸化チタン微粒子とを含む有機無機ハイブリッド材料についてのものである。また、有機無機ハイブリッド材料において、液晶は、アミノ基の自立効果により、微粒子の短軸方向に沿って、長軸方向から見て放射状に配向していると考えられ、液晶が最も均一性よく配向しているときの秩序パラメータは、ｓ＝０．２５である（S．チャンドラセカール著、「液晶の物理学」、第６０頁）。
【００７４】
モデル計算では、液晶の誘電率として、上記アミノ基を有する液晶単体のネマチック相における実測データ、具体的には、５０℃〜１４０℃のネマチック相温度域に対し６０℃で測定したデータを用いた。また、微粒子の誘電率として、球状アナターゼ型酸化チタン微粒子の実測データ、具体的には、微粒子をフッ素樹脂内に分散させて屈折率を測定し、フッ素樹脂単体の屈折率と比較することで見積もった値を用いた。また、体積占有率ｆ＝０．２０とした。この値は、一般的なアナターゼ型酸化チタンの比重を３．９とし、液晶の比重を１．０として、有機無機ハイブリッド材料を作製する際の液晶と微粒子の仕込み量を５０重量％：５０重量％として算出した。微粒子は、長軸方向の長さａ＝７０ｎｍ、短軸方向の長さｂ＝５７ｎｍとした。尚、モデルと実験結果との一致を図るためのフィッティングパラメータとして、微粒子の短軸方向の長さｂのみを用いた。この結果、微粒子のアスペクト比は、実際の酸化チタン微粒子のアスペクト比よりも低い値となる。これは、実際の系では酸化チタン微粒子の凝集や配向乱れが生じているためと考えられる。つまり、微粒子の凝集や配向乱れによる配向度の低下は、実効アスペクト比を低下する方向に働くと考えられることから、上記のようになると思われる。
【００７５】
図１は、有機無機ハイブリッド材料の複屈折率の波長分散の点からモデルと実験値を比較した結果であり、図２は、有機無機ハイブリッド材料のＢＤ、ＤＶＤおよびＣＤ波長の複屈折率と秩序パラメータの関係をモデル計算結果の図である。図中の白丸（○）印および白菱形（◇）印は実験値であり、実線および黒丸（●）印と白四角（□）印はモデル計算によって得られた値である。また、数字は硬化温度を表している。尚、白四角印のＡおよびＢは夫々後述する波長板Ａおよび波長板Ｂを表している。また、白菱形印のＣおよびＤは夫々後述する波長板Ｃおよび波長板Ｄを表している。上記の通り、黒丸印は、秩序パラメータｓを表している。この秩序パラメータｓは、温度の関数（ｓ（Ｔ））であり、温度上昇とともにゼロに向かって単調に減少する。但し、ｓ＝０．１８（図１の左端に近い部分）とｓ＝０．０９（図１の右端に近い部分）の間で秩序パラメータｓは不連続になる、すなわち、ｓ＝０．２５から値が減少するにしたがいΔｎ（λ＝４０５ｎｍ）／Δｎ（λ＝６６０ｎｍ）の値が図１の左側に移行するが、その後、図１の右側に不連続に表れ、さらにｓが減少するにしたがい、左側に移行して最終的にはｓ＝０の点に到達する。これは、図２に示すように各波長のΔｎがゼロを横切るためである。
【００７６】
図１から分かるように、モデル計算の結果と実験値とは、温度上昇に伴う分散比の挙動と、ｓ（Ｔ）の減少に伴う分散比の挙動とがよく一致している。したがって、有機無機ハイブリッド材料の複屈折分散を扱うモデルとして上記モデルは有効と言える。
【００７７】
液晶を所望の複屈折波長分散が得られる温度で重合し、複屈折の温度変化を無くすことで、所望の性能を有する波長板を作製することができる。図１に、４０５ｎｍ、６６０ｎｍおよび７８５ｎｍの３波長の光に対して、直線偏光の位相をいずれも９０度回転させる１／２波長板として機能する波長板（波長板Ａ）と、波長４０５ｎｍの光に対しては、直線偏光を円偏光に変える１／４波長板として機能するが、波長６６０ｎｍおよび７８５ｎｍの光に対しては、直線偏光の位相をいずれも９０度回転させる１／２波長板として機能する波長板（波長板Ｂ）とに対応するモデル計算結果を、夫々ＡおよびＢとして示す。尚、それぞれの秩序パラメータｓ（Ｔ）は、波長板Ａがｓ＝０．２１、波長板Ｂがｓ＝０．１９である。また、波長板の構成は、有機無機ハイブリッド材料が硬化して形成された単層の異方性媒質層を有するものとする。
【００７８】
図１に示す波長板Ａと波長板Ｂに対応する値はモデル計算によるものであるが、モデルと実験値とがよく一致していることから、実際の有機無機ハイブリッド材料においても同様の値を示すと考えられる。すなわち、これらの波長板に適した複屈折分散は、それぞれ９０℃と１１０℃の近傍で得られると推察される。
【００７９】
図１には、微粒子を用いない代表的な従来型の液晶組成物ＣおよびＤによる波長板ＣおよびＤについて実測した複屈折波長分散値を夫々白菱印でＣ、Ｄとして示す。尚、液晶組成物Ａは（化１）〜（化４）の混合物であり、液晶組成物Ｂは（化５）〜（化８）の混合物である。
【００８０】
（化１）
2011100506.tif 000017
（化２）
2011100506.tif 000018
（化３）
2011100506.tif 000019
（化４）
2011100506.tif 000020
（化５）
2011100506.tif 000021
（化６）
2011100506.tif 000022
（化７）
2011100506.tif 000023
（化８）
2011100506.tif 000024
【００８１】
モデル計算から得られる複屈折波長分散は、波長板Ａの場合、Δｎ（λ＝４０５ｎｍ）／Δｎ（λ＝６６０ｎｍ）＝０．６１、Δｎ（λ＝６６０ｎｍ）／Δｎ（λ＝７８５ｎｍ）＝０．９６である。また、波長板Ｂの場合、Δｎ（λ＝４０５ｎｍ）／Δｎ（λ＝６６０ｎｍ）＝０．３１、Δｎ（λ＝６６０ｎｍ）／Δｎ（λ＝７８５ｎｍ）＝０．９４である。これらの波長分散値は、従来型の液晶では得られない値である。つまり、単層の異方性媒質層によって所望の複屈折波長分散を得るには、従来型の液晶では不可能である。一方、本発明による有機無機ハイブリッド材料であれば、単層の異方性媒質層によって構成される波長板に必要な複屈折波長分散を実現可能である。つまり、有機無機ハイブリッド材料を用いることで、波長板の設計の自由度を大きく広げることができ、ひいては単層の異方性媒質層で構成される広帯域波長板の実現が可能となる。
【００８２】
上記モデル計算結果によれば、単層の異方性媒質層で構成される広帯域波長板であって、異なる３つの波長λ１、λ２、λ３（但し、λ１をＢＤ用の波長、λ２をＤＶＤ用の波長、λ３をＣＤ用の波長）において、３つの波長ともに同じ波長板、たとえば全て１／４波長板または全て１／２波長板を得るためには、以下のような関係を満足するように設計すればよい。
すなわち、波長板の有機無機ハイブリッド材料の屈折率異方性（Δｎ）の間に
０．４８  ≦  Δｎ（λ１）／Δｎ（λ２）  ≦  ０．７８
０．６６  ≦  Δｎ（λ２）／Δｎ（λ３）  ≦  １．０８
の関係が成立することが好ましい。
中でも、
０．５２  ≦  Δｎ（λ１）／Δｎ（λ２）  ≦  ０．７４
０．７０  ≦  Δｎ（λ２）／Δｎ（λ３）  ≦  １．００
の関係が成立することがより好ましい。
特に、
０．５６  ≦  Δｎ（λ１）／Δｎ（λ２）  ≦  ０．６８
０．７６  ≦  Δｎ（λ２）／Δｎ（λ３）  ≦  ０．９４
の関係が成立することがさらに好ましい。
【００８３】
尚、本発明で、１／４波長板は入射直線偏光を概ね円偏光に変えて出射するものであり、出射光の楕円率が０．８以上になればよい。また、１／２波長板は入射直線偏光を、直線偏光の方向を９０°ずらして概ね直線偏光で出射するものであり、出射光の楕円率が０．２以下になればよい。
【００８４】
次に、本発明における３波長に対して波長選択的に機能する波長板について述べる。
【００８５】
単層の異方性媒質層で構成される広帯域波長板であって、異なる３波長に対して波長選択的に機能する波長板の１つの態様である３つの波長λ１、λ２、λ３の光が入射したとき、この波長板は、ＤＶＤ用とＣＤ用の波長λ２およびλ３の光については１／２波長板として機能し、ＢＤ用の波長λ１の光については直線偏光を円偏光に変える１／４波長板として機能する波長板を得るためには、以下のような関係を満足するように設計すればよい。
【００８６】
すなわち、波長板の有機無機ハイブリッド材料の屈折率異方性（Δｎ）の間に、
０．２４  ≦  Δｎ（λ１）／Δｎ（λ２）  ≦  ０．３８
０．６６  ≦  Δｎ（λ２）／Δｎ（λ３）  ≦  １．０８
の関係が成立することが好ましい。
中でも、
０．２６  ≦  Δｎ（λ１）／Δｎ（λ２）  ≦  ０．３６
０．７０  ≦  Δｎ（λ２）／Δｎ（λ３）  ≦  １．００
の関係が成立することがより好ましい。
特に、
０．２８  ≦  Δｎ（λ１）／Δｎ（λ２）  ≦  ０．３４
０．７６  ≦  Δｎ（λ２）／Δｎ（λ３）  ≦  ０．９４
の関係が成立することがさらに好ましい。
【００８７】
３波長に対して波長選択的に機能する波長板の他の１つの態様である３つの波長λ１、λ２、λ３の光が入射したとき、この波長板は、ＤＶＤ用とＣＤ用の波長λ２およびλ３の光については直線偏光をそのまま透過し、ＢＤ用の波長λ１の光については直線偏光を円偏光に変える１／４波長板として機能する。この波長板を、上述した有機無機ハイブリッド材料による２層の異方性媒質層を用い、それら異方性媒質層がそれぞれ光学軸（遅相軸）を直交した状態で積層された構造を有する構造としたときには、以下のような関係を満足するように設計すればよい。
【００８８】
上記波長板に偏光が入射すると、それぞれの遅相軸に平行な成分の位相は、垂直な成分の位相に比べて、位相差ΔＲｄだけ位相が遅れる。各異方性媒質層の膜厚をｄ１、ｄ２とし、位相差をＲｄ１、Ｒｄ２とすると、２層合わせての位相差はＲｄ２−Ｒｄ１となる。波長λ１、λ２、λ３について、各層の位相差が次式を満たすように設計すると、波長λ２、λ３では位相差がゼロであるが、波長λ１では位相差がλ／４となる回折素子として機能させることができる。
Ｒｄ２（λ１）−Ｒｄ１（λ１）＝０．２５λ１
Ｒｄ１（λ２）−Ｒｄ２（λ２）＝０
Ｒｄ１（λ３）−Ｒｄ２（λ３）＝０
【００８９】
実際の波長板では、直線偏光であれば楕円率０．２以下、円偏光であれば楕円率０．８以上の特性が得られれば、上記の機能を満たす。楕円率をこの範囲に収めるには、各異方性媒質層の位相差がそれぞれ設計値±０．０３５２λ、設計値±０．０６２８λであればよい。つまり、下記の関係が成立すれば、波長λ２、λ３では位相差がゼロであるが、波長λ１では位相差がλ／４となる波長板として機能させることができる。
０．２１４８λ１  ≦  Ｒｄ２（λ１）−Ｒｄ１（λ１）  ≦  ０．２８５２λ１
−０．０６２８λ２  ≦  Ｒｄ２（λ２）−Ｒｄ１（λ２）  ≦  ０．０６２８λ２
−０．０６２８λ３  ≦  Ｒｄ２（λ３）−Ｒｄ１（λ３）  ≦  ０．０６２８λ３
【００９０】
次に、位相差を上記範囲に収めるのに必要な複屈折の波長分散条件を求める。
【００９１】
２つの異方性媒質層が積層されているので、波長λ１、λ２、λ３の内の２波長については位相差が設計値の中心となるようにして各異方性媒質層の膜厚を最適化する。次いで、得られた膜厚を用いて算出した位相差：Ｒｄ２（λ３）−Ｒｄ１（λ３）について、楕円率０．２以下となるのに必要な条件：Δｎ１（λ３）／Δｎ２（λ３）を求める。尚、Δｎ１（λｊ）、Δｎ２（λｊ）は、２層の異方性媒質層に用いられる有機無機ハイブリッド材料の波長λｊにおける屈折率異方性である。
【００９２】
λ１＝４０５ｎｍ、λ２＝６６０ｎｍとし、これらについて次式の関係が成り立つとすると、
2011100506.tif 000025
各異方性媒質層の膜厚は、次のようになる。
2011100506.tif 000026
2011100506.tif 000027
【００９３】
楕円率を０．２以下とするには、位相差が（設計値±０．０６２８λ）の範囲にあればよい。したがって、上記膜厚でλ３＝７８５ｎｍの位相差が満たす条件は次のようになる。
2011100506.tif 000028
【００９４】
以上を整理すると、波長板が、波長λ２およびλ３の光については直線偏光をそのまま透過するが、波長λ１の光については直線偏光を円偏光に変える１／４波長板として機能するためには、２層の異方性媒質層に用いられる有機無機ハイブリッド材料の屈折率異方性の間に式（１０８）の関係が成立すればよい。
2011100506.tif 000029
・・・・（１０８）
【００９５】
図３は、式（１０８）の右辺の項を横軸に、左辺の項を縦軸にとった図である。黒丸（●）印は有機無機ハイブリッド材料を示し、白菱（◇）印は微粒子を用いない従来の液晶材料を示す。尚、図３における微粒子を用いない従来液晶とは、上記の液晶組成物ＣおよびＤをそれぞれ硬化し、これらを積層させて得られる２つの異方性媒質層に対応する。また、有機無機ハイブリッド材料には異なる秩序パラメータのものを組み合わせて用い、これらを硬化し、積層させて得られる２つの異方性媒質層毎にプロットしている。従来液晶については実験値であるが、有機無機ハイブリッド材料についてはモデル計算値である。図３の２本の実線Ｘ１、Ｘ２は上記式（１０８）で計算される境界線であり、実線Ｘ１より下であり、かつ実線Ｘ２より上の領域で上記式（１０８）を満足することとなる。
【００９６】
表１に、有機無機ハイブリッド材料からなる各異方性媒質層の秩序パラメータを示す。尚、表１のサンプルの番号は、図３中に記した番号に対応する。モデル計算では、液晶の誘電率として、アミノ基を有する液晶単体のネマチック相における実測データ、具体的には、５０℃〜１４０℃のネマチック相温度域に対し６０℃で測定したデータを用いた。また、微粒子の誘電率として、球状アナターゼ型酸化チタン微粒子の実測データ、具体的には、微粒子をフッ素樹脂内に分散させて屈折率を測定し、フッ素樹脂単体の屈折率と比較することで見積もった値を用いた。また、体積占有率ｆ＝０．２０とした。この値は、一般的なアナターゼ型酸化チタンの比重を３．９とし、液晶の比重を１．０として、有機無機ハイブリッド材料を作製する際の液晶と微粒子の仕込み量を５０重量％：５０重量％として算出した。微粒子は、長軸方向の長さａ＝７０ｎｍ、短軸方向の長さｂ＝５７ｎｍとした。
【００９７】
表１
2011100506.tif 000030
【００９８】
秩序パラメータは、有機無機ハイブリッド材料の硬化温度に相関し、液晶性が発現する温度域では、硬化温度が低いほど秩序パラメータは大きくなる。図３からわかるように、秩序パラメータの値が変わると、同じ材料であっても複屈折の波長分散が変わる。つまり、硬化温度を変えることによって、複屈折の値を変化させることができる。
【００９９】
図３では、従来液晶および有機無機ハイブリッド材料のいずれであっても、式（１０８）の関係を満たしている。しかしながら、従来液晶を用いる場合、複屈折の波長分散が異なる２種類の材料を用意する必要がある。一方、本発明の有機無機ハイブリッド材料であれば、硬化温度を変えることによって複屈折の値を変えられるので、値毎に材料を用意する必要がなく１種類の材料でよい。
【０１００】
ところで、実際に波長板を作製する場合、各異方性媒質層の膜厚には、通常、±数パーセントの公差が発生する。そこで、この公差に対して出射偏光特性が前記の楕円率特性を保持できる条件を考察する。
【０１０１】
一般に、（１）２層の異方性媒質層の膜厚が共に厚くなったり、あるいは、薄くなったりすることにより発生する公差より、（２）一方の層が厚くなり、他方の層が薄くなることにより発生する公差の方が、設計値からのずれが大きくなる。このため、以下では、（２）の公差について考える。
【０１０２】
膜厚公差をｐ（単位：設計膜厚比）とし、２層の異方性媒質層の公差を含む膜厚をそれぞれｄ１（１−ｐ）、ｄ２（１＋ｐ）とする。このとき、設計値からの位相差ずれは
2011100506.tif 000031
となるので、総位相差：Ｌ≡Δｎ１・ｄ１＋Δｎ２・ｄ２が小さいほど、位相差ずれが小さくなり、公差に強いことが分かる。
【０１０３】
総位相差Ｌで設計中心にある本実施の形態の波長板について、公差ｐに対する楕円率を計算すると、Ｒｄ２−Ｒｄ１＝０．２５λを設計中心とする場合（すなわち、λ＝λ１）、総位相差１．１５λ以下であれば公差ｐ＝０．０３に対して、総位相差０．７０λ以下であれば公差ｐ＝０．０５に対して、それぞれ設計値からのずれは０．０３５２λ以下となるので、前記記載の通り良好な特性を保てることが分かる。また、Ｒｄ２−Ｒｄ１＝０を設計中心とする場合（すなわち、λ＝λ２またはλ３）、総位相差２．０５λ以下であれば公差ｐ＝０．０３に対して、総位相差１．２５λ以下であれば公差ｐ＝０．０５に対して、それぞれ設計値からのずれは０．０６２８以下となるので、前記記載の通り良好な特性を保てることが分かる。
【０１０４】
したがって、公差±３％であって、直線偏光であれば楕円率０．２以下、円偏光であれば楕円率０．８以上とするには
2011100506.tif 000032
の関係が成立することが好ましい。
【０１０５】
さらに、公差±５％であって、直線偏光であれば楕円率０．２以下、円偏光であれば楕円率０．８以上とするには
2011100506.tif 000033
の関係が成立することが好ましい。
【０１０６】
式（１１０）の関係は、波長板の製造工程における製造の容易性の点から有利である。尚、後述するＬ１ｍａｘ、Ｌ２ｍａｘ、Ｌ３ｍａｘ、は、夫々上記の式（１０９）、（１１０）における波長毎の係数である。たとえば、公差±３％の式（１０９）で波長λ１の場合には、Ｌ１ｍａｘ＝１．１５であり、波長λ２の場合には、Ｌ２ｍａｘ＝２．０５という意味である。
【０１０７】
次に、位相差を上記範囲に収めるのに必要な複屈折の波長分散条件を求める。
【０１０８】
２つの異方性媒質層が積層されているので、波長λ１、λ２、λ３の内の２波長については位相差が設計値の中心となるようにして各異方性媒質層の膜厚を最適化する。ここでは、λ１＝４０５ｎｍ、λ２＝６６０ｎｍとし、これらについて位相差が設計値の中心となるように各異方性媒質層の膜厚を最適化する。そして、この膜厚で計算した各波長の総位相差Ｌが式（１０９）、（１１０）の関係を満たすのに必要な複屈折の分散条件を求める。
【０１０９】
λ１、λ２について次式の関係が成り立つとすると、
2011100506.tif 000034
各異方性媒質層の膜厚は、次のようになる。
2011100506.tif 000035
【０１１０】
上記膜厚で計算した総位相差Ｌ＝Δｎ１・ｄ１＋Δｎ２・d２が、式（１０９）、（１１０）の関係を満たせばよいので
2011100506.tif 000036
【０１１１】
以上を整理すると、２つの異方性媒質層に用いられる有機無機ハイブリッド材料の屈折率異方性Δｎ１（λ）、Δｎ２（λ）およびΔｎ３（λ）の間に、次の関係が成立することが好ましい。
2011100506.tif 000037
【０１１２】
但し、Ｌ１ｍａｘ、Ｌ２ｍａｘ、Ｌ３ｍａｘ、の間には、式（１１４）の関係、好ましくは式（１１５）の関係が成立する。
Ｌ１ｍａｘ＝１．１５、Ｌ２ｍａｘ＝２．０５、Ｌ３ｍａｘ＝２．０５      （１１４）
Ｌ１ｍａｘ＝０．７０、Ｌ２ｍａｘ＝１．２５、Ｌ３ｍａｘ＝１．２５      （１１５）
【０１１３】
式（１１４）は前記した公差±３％の式（１０９）の場合に対応し、式（１１５）は前記した公差±５％の式（１１０）の場合に対応する。
【０１１４】
式（１１５）を式（１１１）〜式（１１３）に入れて計算すると以下のようになる。
2011100506.tif 000038
【０１１５】
図４〜図６は、式（１１１）〜式（１１３）の関係を図示したものである。図４〜図６において、黒丸（●）印は有機無機ハイブリッド材料のモデル計算値を示し、白菱（◇）印は微粒子を用いない従来の液晶材料の実測値を示す。尚、図中の黒丸印の数字は、前記した表１に示すサンプルの番号を示す。
【０１１６】
図４において、実線はＬ１ｍａｘ＝１．１５となる線であり、この線より下側の領域で公差３％における式（１１１）の関係を満たす。また、波線は、Ｌ１ｍａｘ＝０．７０となる線であり、この線より下側の領域で公差５％における式（１１１）の関係を満たす。従来液晶では、いずれの領域にも当てはまらない。一方、有機無機ハイブリッド材料は、どの材料もＬ１ｍａｘ＝１．１５より下側の領域にあり、さらに、サンプル１〜６はＬ１ｍａｘ＝０．７０より下側の領域にも入っている。
【０１１７】
図５において、実線はＬ２ｍａｘ＝２．０５となる線であり、この線より上側の領域で公差３％における式（１１２）の関係を満たす。また、波線は、Ｌ２ｍａｘ＝１．２５となる線であり、この線より上側の領域で公差５％における式（１１２）の関係を満たす。従来液晶では、Ｌ２ｍａｘ＝１．２５よりも下側の領域にかろうじて入っているレベルであるが、有機無機ハイブリッド材料は、どのサンプルも十分にＬ２ｍａｘ＝１．２５よりも下側の領域内である。
【０１１８】
図６において、実線はＬ３ｍａｘ＝２．０５となる線であり、この線より下側の領域で公差３％における式（１１３）の関係を満たす。また、波線は、Ｌ３ｍａｘ＝１．２５となる線であり、この線より下側の領域で公差５％における式（１１３）の関係を満たす。図５と同様に、従来液晶は、Ｌ３ｍａｘ＝１．２５より下側の領域にかろうじて入っているレベルであるが、有機無機ハイブリッド材料は、どのサンプルも十分にＬ３ｍａｘ＝１．２５より下側の領域内である。
【０１１９】
図４〜図６を見ると、有機無機ハイブリッド材料は、その特性から、サンプル番号１〜６のグループと、サンプル番号７〜１３のグループとに大別される。前者のグループでは、サンプル番号６の特性が最もよく（すなわち、複屈折の波長分散特性が式（１１１）〜式（１１３）の関係を最もよく満足する）、次いで、５，４，３，２，１の順となる。一方、後者のグループでは、サンプル番号７の特性が最もよく、次いで、８，９，１０，１１，１２，１３の順となる。こうした傾向は、図１において、一方の異方性媒質層の複屈折の波長分散が図の右端に近いほど、他方の異方性媒質層の複屈折の波長分散が図の左端に近いほど膜厚公差に有利となることを示している。これは、次のように説明できる。
【０１２０】
膜厚公差には、式（１１１）〜式（１１３）の右辺が大きいほど有利である。つまり、これらの式の右辺の項である
2011100506.tif 000039
の値が大きいほど膜厚公差に有利となる。このことは、図１において、２つの異方性媒質層の値が横軸の離れた位置にあるほどよいことを示している。
【実施例】
【０１２１】
次に、本発明の実施例について説明する。
【０１２２】
実施例１
図７（ａ）は、本発明の一の光ヘッド装置の構成を模式的に示した図である。この構成は、特許文献１と類似している。しかしながら、３波長に対し１／４波長板として機能する波長板が、特許文献１では２枚の板状の高分子液晶を積層した２層構造であるのに対し、本発明では単層構造の波長板である点で大きく異なる。
【０１２３】
図７（ａ）の光ヘッド装置は、３種類の異なる波長λ１、λ２およびλ３の光を出射する光源１〜３と、コリメータレンズ４ａ、４ｂ、４ｃと、第１のビームスプリッタ５と、第２のビームスプリッタ６と、アクチュエータ７に保持された３波長に共通の対物レンズ８と、検出器としての受光素子９〜１１と、光源１〜３と対物レンズ８の間の光路に配置された広帯域光学素子１２とを有する。広帯域光学素子１２は、偏光ホログラム１２ａと、本実施例の波長板１２ｂとが一体化されて構成されている。波長板１２ｂは、波長λ１、λ２およびλ３の直線偏光をいずれも円偏光に変える１／４波長板とする。また、偏光ホログラム１２ａおよび波長板１２ｂは、対物レンズ８に対して略水平に取り付けられている。
【０１２４】
λ１、λ２およびλ３は、それぞれ４０５ｎｍ、６６０ｎｍ、７８５ｎｍである。これら以外の波長の組み合わせが将来採用された場合には、それらにも適用可能である。光源１〜３は、例えば、半導体レーザを用いて構成される。一方、受光素子９〜１１は、受光する光の波長に応じたフォトダイオードを用いて構成される。尚、図６（ａ）の例では、各波長に応じた光源を配置しているが、２波長半導体レーザと組み合わせて、光源を２つとしてもよく、あるいは、λ１、λ２およびλ３の３波長を発振する３波長半導体レーザを用い、光源を１つとしてもよい。また、受光素子の数も適宜変えることができる。
【０１２５】
光源１〜３から出射したレーザ光は、それぞれコリメータレンズ４ａ、４ｂ、４ｃで平行光となった後、第１のビームスプリッタ５と第２のビームスプリッタ６を介して広帯域光学素子１２を透過する。その後、対物レンズ８によって、光記録媒体としての光ディスク１３に集光される。
【０１２６】
光ディスク１３の表面にはピット（図示せず）が設けられており、レーザ光はこのピットで反射した後、往路とは逆の経路を辿って進む。第１のビームスプリッタ５および第２のビームスプリッタ６を透過または反射した光は、それぞれコリメータレンズ４ａ、４ｂ、４ｃを透過した後、受光素子９〜１１によって受光される。
【０１２７】
波長板１２ｂは、上述した有機無機ハイブリッド材料による単層の異方性媒質層を有する。有機無機ハイブリッド材料は、酸化チタン、酸化タンタル、ＩＴＯ（酸化インジウム錫）、酸化ジルコニウムおよび酸化ニオブよりなる群から選ばれる少なくとも１つの微粒子と液晶組成物との混合物である。この微粒子は短軸方向の長さに対する長軸方向の長さの比であるアスペクト比が平均１．２以上の繊維状微粒子である。この液晶組成物は、この微粒子に吸着可能な官能基を備えた液晶性化合物を含む。また、微粒子と液晶組成物との重量比である（微粒子）／（液晶組成物）の値は０．５〜１．５である。単層の異方性媒質層で構成可能なので、波長板１０ｂの製造工程では、従来の波長板のように２枚の高分子液晶を貼り合わせる工程が不要である。
【０１２８】
図７（ｂ）に波長板１２ｂの構成を示す。波長板１２ｂは、本実施の形態の有機無機ハイブリッド材料による単層の異方性媒質層１２３が、透明基板１２１の上に設けられた構造を有する。波長板１２ｂは、例えば、次のようにして製造される。液晶組成物が重合性液晶組成物で光照射または加熱により重合硬化されて固体の有機無機ハイブリッド材料とする場合には、図７（ｂ）のように透明基板１２１の上に異方性媒質層１２３が形成された構造とすることができる。液晶組成物が非重合性液晶組成物の場合には、２枚の透明基板を用いてその間に液状の有機無機ハイブリッド材料を封入したセル構造とする必要がある。以下の説明では、重合性液晶組成物を用いた例に基づき説明する。
【０１２９】
まず、透明基板１２１を準備する。透明基板１２１としては、例えば、可視光に対する透過率が高い材料からなる基板を用いることができる。具体的には、ソーダライムガラス、無アルカリガラスおよび石英ガラスなどの無機ガラスの他に、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリエーテル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリビニルアルコール、および、ポリフッ化ビニルなどのフッ素含有ポリマーなどの透明樹脂からなる基板が挙げられる。剛性が高い点で、無機ガラスからなる基板を用いることが好ましい。透明基板の厚みは、特に限定は無いが、通常は０．２ｍｍ〜１．５ｍｍとすることができ、好ましくは０．３ｍｍ〜１．１ｍｍである。この透明基板には、必要に応じて、アルカリ溶出防止、接着性向上、反射防止またはハードコートなどを目的とした、無機物または有機物などからなる表面処理層が設けられていてもよい。
【０１３０】
次に、透明基板１２１の表面に配向処理を施す。すなわち、透明基板１２１の上に配向膜１２２を形成し、配向膜１２２に対して配向処理を行う。配向膜１２２は、液晶を配向させる機能を有するものであればよく、例えば、ポリイミド、ポリアミド、ポリビニルアルコール、ポリビニルシンナメートおよびポリスチレンなどの有機材料、または、ＳｉＯ２およびＡｌ２Ｏ３などの無機材料を用いることができる。配向処理は、具体的には、ラビング法などを用いて行うことができる。例えば、ナイロンやレーヨンなどのラビング布で、配向膜１２２の表面を一方向に擦ることによって、その方向に液晶分子が配向するようにする。また、ラビング法以外にも、ＳｉＯ２の斜め蒸着、イオンビーム法または光配向膜などによって、液晶分子の配向を揃えることもできる。
【０１３１】
次に、配向膜１２２の上に有機無機ハイブリッド材料を形成する。透明基板１２１とは別に、表面に配向膜が形成された別の基板（図示せず）を新たに準備する。この配向膜については、透明基板１２１と同様にして形成すればよい。次いで、配向膜が形成された側の別の基板の表面に必要に応じて離型処理を行う。離型剤としては、例えば、フルオロシラン系または含フッ素脂肪族環構造を有する含フッ素重合体などを使用することができる。次に、この別の基板に透明基板１２１を重ね合わせて間隔をおいて仮接着する。このとき、別の基板の配向膜面または必要に応じて離型処理された面と、透明基板１２１の配向膜１２２が形成された面とが互いに内側を向くようにする。また、外部から有機無機ハイブリッド材料を製造するための微粒子と重合性液晶組成物との混合物を充填可能な開口部（図示せず）を設けておく。次いで、この開口部を通じて、基板間に前記混合物を注入する。注入には、真空注入法を用いてもよいし、大気中で毛細管現象を利用した方法を用いてもよい。混合物を注入した後は、混合物を光照射または加熱して、重合性液晶組成物を硬化させて固体の有機無機ハイブリッド材料による異方性媒質層を形成する。その後、必要に応じて仮接着していた別の基板を取り除くことによって、透明基板１２１の上に、配向膜１２２と異方性媒質層１２３とが形成された構造を得ることができる。この仮接着していた別の基板は、取り除かずにそのままにして、２枚の基板に有機無機ハイブリッド材料による異方性媒質層が挟まれた構造の波長板として用いてもよい。
【０１３２】
また、異方性媒質層１２３の形成は、例えば、次のようにして行うこともできる。
【０１３３】
まず、配向膜１２２が形成された透明基板１２１と、配向膜が形成された上に必要に応じて離型剤が施された別の基板（図示せず）とを準備する。次いで、透明基板１２１に形成された配向膜１２２の上に、有機無機ハイブリッド材料を製造するための微粒子と重合性液晶組成物との混合物を滴下する。その後、別の基板を、配向膜面または離型剤の塗布面が前記混合物の側になるようにして、透明基板１２１と重ね合わせる。次いで、混合物を光照射または加熱処理して重合性液晶組成物を硬化させて固体の有機無機ハイブリッド材料による異方性媒質層を形成する。その後、必要に応じて、後で重ね合わせた別の基板を除去すると、上記と同様に、透明基板１２１の上に、配向膜１２２と異方性媒質層１２３とが形成された構造を得ることができる。この後で重ね合わせた別の基板は、取り除かずにそのままにして、２枚の基板に有機無機ハイブリッド材料による異方性媒質層が挟まれた構造の波長板として用いてもよい。
【０１３４】
尚、非重合性の液晶組成物を用いた場合には、液状の有機無機ハイブリッド材料となるので、２枚の透明基板を用いてその間に液状の有機無機ハイブリッド材料を封入したセル構造とする必要がある。具体的には、２枚の配向膜を形成した透明基板を、周辺シール材でシールする際に外部から非重合性有機無機ハイブリッド材料を充填可能な開口部を設けておく。次いで、この開口部を通じて、基板間に非重合性有機無機ハイブリッド材料を注入し、開口部を封止して、異方性媒質層を封入したセルを形成する。この場合には、通常の液晶表示素子の製造に使用されるような製造方法が使用できる。
【０１３５】
波長板１２ｂは、広帯域波長板であり、ＢＤ用、ＤＶＤ用、ＣＤ用の波長λ１、λ２およびλ３のいずれに対しても１／４波長板として機能する。すなわち、これら３波長のいずれについても所望の円偏光が得られるので、光ヘッド装置の信号光の光利用効率を高くすることが可能となる。尚、この場合、λ１＜λ２＜λ３とすると、有機無機ハイブリッド材料の屈折率異方性（Δｎ）の間に
０．４８  ≦  Δｎ（λ１）／Δｎ（λ２）  ≦  ０．７８
０．６６  ≦  Δｎ（λ２）／Δｎ（λ３）  ≦  １．０８
の関係が成立するようにする。
【０１３６】
具体的には、平均長さが７０ｎｍで平均のアスペクト比が１．２３である繊維状酸化チタン微粒子と下記式（１）の液晶化合物とを重量比で１：１混合して、内面側にポリイミドの配向膜を形成した一対の透明基板間に封入して異方性媒質層としてセル構造の波長板とした。秩序パラメータｓ＝０．２１０となる温度では、Δｎ（λ１）、Δｎ（λ２）、Δｎ（λ３）は、夫々、０．００５１、０．００８３、０．００８６であり、Δｎ（λ１）／Δｎ（λ２）は０．６１４、Δｎ（λ２）／Δｎ（λ３）は０．９６４となり、上記式を満足している。
【０１３７】
2011100506.tif 000040
【０１３８】
異方性媒質層の厚みを２１．３μｍとすることにより、Δｎｄが波長λ１、λ２およびλ３で、それぞれ０．１０８μｍ、０．１７６μｍおよび０．１８３μｍとなり、３波長とも１／４波長板として機能することが分かる。
【０１３９】
尚、本実施の形態の光ヘッド装置に用いられる波長板は、波長λ１、λ２およびλ３の直線偏光の位相をいずれも９０度回転させる１／２波長板とすることもできる。この場合にも、上記関係を満足すればよい。尚、この場合には、異方性媒質層の厚みを上記の２倍にすればよい。
【０１４０】
また、波長λ１、λ２およびλ３の光の内、２つの波長λ２およびλ３の光については直線偏光の位相を９０度回転する１／２波長板として機能し、波長λ１の光については直線偏光を円偏光に変える１／４波長板として機能する波長板とすることもできる。この場合、λ１＜λ２＜λ３とすると、有機無機ハイブリッド材料の屈折率異方性（Δｎ）の間に以下の関係を満足するようにする。
０．２４  ≦  Δｎ（λ１）／Δｎ（λ２）  ≦  ０．３８
０．６６  ≦  Δｎ（λ２）／Δｎ（λ３）  ≦  １．０８
【０１４１】
秩序パラメータｓ（Ｔ）＝０．１８９となる温度では、Δｎ（λ１）、Δｎ（λ２）、Δｎ（λ３）は、夫々、０．００１８、０．００５８、０．００６２であり、Δｎ（λ１）／Δｎ（λ２）は０．３０７、Δｎ（λ２）／Δｎ（λ３）は０．９３９となり、上記式を満足している。
【０１４２】
異方性媒質層の厚みを６０．１μｍとすることにより、Δｎｄが波長λ１、λ２およびλ３で、それぞれ０．１０７μｍ、０．３４８μｍおよび０．３７１μｍとなり、波長λ１で１／４波長板として機能し、波長λ２およびλ３で１／２波長板として機能することが分かる。
【０１４３】
実施例２
図８（ａ）は、本発明の他の実施例の光ヘッド装置の構成を模式的に示した図である。この光ヘッド装置は、３波長に対して波長選択的に機能する波長板２１を有する。波長板２１は、波長λ２およびλ３の光については直線偏光をそのまま透過するが、波長λ１の光については直線偏光を円偏光に変える１／４波長板として機能する。
【０１４４】
図８（ａ）の光ヘッド装置は、光源２２として、波長λ１の光を出射する半導体レーザと、光源２３として、波長λ２、λ３の光を出射する２波長半導体レーザとを有する。これらの光源から出射した光は、それぞれコリメータレンズ３４、３５で平行光となった後、ビームスプリッタ２４を透過し、偏光ビームスプリッタ２５で互いに直交する偏光軸を有するＰ偏光とＳ偏光に分離される。すなわち、Ｓ偏光は反射され、Ｐ偏光のみが偏光ビームスプリッタ２５を透過する。次いで、本実施の形態の波長選択的に機能する波長板２１を透過した後、ダイクロイックミラー２６で波長λ２、λ３の光が反射されて１／４波長板２７に入射する。そして、対物レンズ２８によって、光記録媒体としての光ディスク２９に集光される。λ２＝６６０ｎｍ、λ３＝７８５ｎｍとすると、光ディスク２９は、ＤＶＤおよびＣＤ用の光ディスクとなる。一方、波長λ１の光はダイクロイックミラー２６を透過した後、ミラー３０で反射して対物レンズ３１に入射する。その後、光ディスク３２に集光される。λ１＝４０５ｎｍとすると、光ディスク３２はＢＤ用の光ディスクとなる。
【０１４５】
光ディスク２９、３２の表面にはピット（図示せず）が設けられており、レーザ光はこのピットで反射し、入射時とは逆方向の円偏光となって往路と逆の経路を辿る。
【０１４６】
光ディスク２９で反射された光は、再び対物レンズ２８に入射した後、１／４波長板２７に入射してＳ偏光となり、ダイクロイックミラー２６で反射されて波長板２１を透過する。その後、偏光ブームスプリッタ２５で反射されて、検出器としての受光素子３３で受光される。一方、光ディスク３２で反射された光は、ミラー３０で反射されてダイクロイックミラー２６を透過した後、波長板２１に入射してＳ偏光となる。その後、偏光ブームスプリッタ２５で反射されて、検出器としての受光素子３３で受光される。
【０１４７】
上記の通り、波長λ２、λ３の光はダイクロイックミラー２６で反射される。ここで、通常、ダイクロイックミラーで反射された光の位相は入射前と異なる。このため、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分とを有する円偏光がダイクロイックミラーに入射すると、反射後の光の偏光状態が変化する。また、Ｐ偏光とＳ偏光の位相差は、ダイクロイックミラーによってばらつきやすく制御が困難である。こうしたことから、ダイクロイックミラーに入射する光を直線偏光とし、その後の光路に１／４波長板を設けて円偏光とするのがよい。つまり、図８（ａ）のように、ダイクロイックミラー２６と対物レンズ２８の間に１／４波長板２７を配置するのがよい。
【０１４８】
一方、波長λ１の光はダイクロイックミラー２６を透過する。上記と同様に考えて、図７（ａ）でダイクロイックミラー２６とミラー３０の間に１／４波長板を設けたとすると、ミラー３０で反射して対物レンズ３１に向かう光の光路は、ダイクロイックミラー２６で反射し１／４波長板２７を経て対物レンズ２８に向かう光の光路から離れることになる。このため、対物レンズ２８、３１を保持するアクチュエータ３６が大きくなって、消費電力の増大を招く。また、ミラー３０と対物レンズ３１の間に１／４波長板を設けた場合には、光ヘッド装置のサイズが大きくなり好ましくない。
【０１４９】
以上をまとめると、本実施の形態の波長板２１を偏光ビームスプリッタ２５とダイクロイックミラー２６との間に設けることで、上述した問題を解消することができる。すなわち、波長板２１は、波長λ２およびλ３の光については直線偏光をそのまま透過するので、λ２、λ３の光を直線偏光の状態でダイクロイックミラー２６に入射させる。これにより、光ディスク２９に所望の偏光状態の光を入射することができる。一方、波長λ１の光については、直線偏光を円偏光に変える１／４波長板として機能するので、ダイクロイックミラー２６とミラー３０の間や、ミラー３０と対物レンズ３１の間に１／４波長板を設けなくて済む。したがって、光ヘッド装置の大型化や消費電力の増大を招かずに済む。さらに、波長板２１は、３波長に対して波長選択的に機能する、換言すると、３波長に共通の波長板として用いることができる。したがって、図８（ａ）のような異なる規格の光ディスクを交換して使用する互換光ヘッド装置内において、波長に応じて波長板を設ける必要がなく、部品点数を削減できるので、光ヘッド装置の小型化、軽量化を図ることができる。
【０１５０】
尚、図８（ａ）の例では、各波長に応じた光源を配置しているが、２波長半導体レーザと組み合わせて、光源を２つとしてもよく、あるいは、λ１、λ２およびλ３の３波長を発振する３波長半導体レーザを用い、光源を１つとしてもよい。また、受光素子の数も適宜変えることができる。
【０１５１】
図８（ｂ）に波長板２１の構成を示す。波長板２１は、本発明の有機無機ハイブリッド材料による２層の異方性媒質層２１５、２１６をそれぞれの光学軸が直交するようにして積層し、一対の透明基板２１１、２１２の間に挟持した構造を有する。
【０１５２】
有機無機ハイブリッド材料は、酸化チタン、酸化タンタル、ＩＴＯ（酸化インジウム錫）、酸化ジルコニウムおよび酸化ニオブよりなる群から選ばれる少なくとも１つの微粒子であって、この微粒子は短軸方向の長さに対する長軸方向の長さの比であるアスペクト比が平均１．２以上の繊維状微粒子であり、この微粒子に吸着可能な官能基を備えた有機液晶性分子を含む液晶組成物とを含有する。この微粒子と液晶組成物との重量比である（微粒子）／（液晶組成物）の値は、０．５〜１．５である。また、２層の異方性媒質層に用いられる有機無機ハイブリッド材料の屈折率異方性をそれぞれΔｎ１（λ）、Δｎ２（λ）とすると
2011100506.tif 000041
の関係が成立する。
【０１５３】
特に、２層の異方性媒質層に用いられる有機無機ハイブリッド材料の屈折率異方性Δｎ１（λ）、Δｎ２（λ）の間に
2011100506.tif 000042
の関係が成立するようにする。
【０１５４】
波長板２１は、次のようにして製造される。
【０１５５】
まず、透明基板２１１を準備する。透明基板２１１としては、例えば、可視光に対する透過率が高い材料からなる基板を用いることができる。具体的には、ソーダライムガラス、無アルカリガラスおよび石英ガラスなどの無機ガラスの他に、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリエーテル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリビニルアルコール、および、ポリフッ化ビニルなどのフッ素含有ポリマーなどの透明樹脂からなる基板が挙げられる。剛性が高い点で、無機ガラスからなる基板を用いることが好ましい。透明基板の厚みは、特に限定は無いが、通常は０．２ｍｍ〜１．５ｍｍとすることができ、好ましくは０．３ｍｍ〜１．１ｍｍである。この透明基板には、必要に応じて、アルカリ溶出防止、接着性向上、反射防止またはハードコートなどを目的とした、無機物または有機物などからなる表面処理層が設けられていてもよい。
【０１５６】
次に、透明基板２１１の表面に配向処理を施す。すなわち、透明基板２１１の上に配向膜２１３を形成し、配向膜２１３に対して配向処理を行う。配向膜２１３は、液晶を配向させる機能を有するものであればよく、例えば、ポリイミド、ポリアミド、ポリビニルアルコール、ポリビニルシンナメートおよびポリスチレンなどの有機材料、または、ＳｉＯ２およびＡｌ２Ｏ３などの無機材料を用いることができる。配向処理は、具体的には、ラビング法などを用いて行うことができる。例えば、ナイロンやレーヨンなどのラビング布で、配向膜２１３の表面を一方向に擦ることによって、その方向に液晶分子が配向するようにする。また、ラビング法以外にも、ＳｉＯ２の斜め蒸着、イオンビーム法または光配向膜などによって、液晶分子の配向を揃えることもできる。
【０１５７】
次に、配向膜２１３の上に異方性媒質層２１５を形成する。ここでは、重合性の有機無機ハイブリッド材料を用いて、異方性媒質層２１５、２１６を形成する場合について説明する。
【０１５８】
透明基板２１１とは別に、表面に配向膜が形成された別の基板（図示せず）を新たに準備する。この配向膜については、透明基板２１１と同様にして形成すればよい。次いで、配向膜が形成された側の別の基板の表面に必要に応じて離型処理を行う。離型剤としては、例えば、フルオロシラン系または含フッ素脂肪族環構造を有する含フッ素重合体などを使用することができる。次に、この別の基板に透明基板２１１を重ね合わせて間隔をおいて仮接着する。このとき、別の基板の配向膜面または必要に応じて離型処理された面と、透明基板２１１の配向膜２１３が形成された面とが互いに内側を向くようにする。また、外部から重合性有機無機ハイブリッド材料を充填可能な開口部（図示せず）を設けておく。次いで、この開口部を通じて、基板間に重合性有機無機ハイブリッド材料を注入する。注入には、真空注入法を用いてもよいし、大気中で毛細管現象を利用した方法を用いてもよい。有機無機ハイブリッド材料を注入した後は、光照射または加熱処理をして有機無機ハイブリッド材料を硬化させる。その後、必要に応じて仮接着していた別の基板を取り除くことによって、透明基板２１１の上に、配向膜２１３と異方性媒質層２１５とが形成された構造を得ることができる。
【０１５９】
また、上記と同様にして、透明基板２１２の上に、配向膜２１４と異方性媒質層２１６とが形成された構造を得る。次いで、透明基板２１１と透明基板２１２とを、異方性媒質層２１５、２１６が互いに内側を向くようにして、接着層２１７で接着する。これにより、波長板２１が得られる。この場合、透明基板を剥離しないで、異方性媒質層２１５、２１６の間に透明基板が１枚または２枚存在する状態で積層して用いてもよいが、厚みが厚くなり、重量も重くなるので、間には透明基板を挟まない方が有利である。
【０１６０】
異方性媒質層の形成は、例えば、次のようにして行うこともできる。
【０１６１】
まず、配向膜２１３が形成された透明基板２１１と、配向膜が形成された上に必要に応じて離型剤が施された別の基板（図示せず）とを準備する。次いで、透明基板２１１に形成された配向膜２１３の上に、重合性有機無機ハイブリッド材料を滴下する。その後、別の基板を、配向膜面または離型剤の塗布面が重合性有機無機ハイブリッド材料の側になるようにして、透明基板２１１と重ね合わせる。次いで、光照射または加熱処理をして重合性有機無機ハイブリッド材料を硬化させる。その後、必要に応じて別の基板を除去すると、上記と同様に、透明基板２１１の上に、配向膜２１３と異方性媒質層２１５とが形成された構造を得ることができる。透明基板２１２についても同様にして配向膜２１４と異方性媒質層２１６を形成し、接着層２１７で透明基板２１１と接着すれば、波長板２１が得られる。
【０１６２】
尚、図８（ｂ）の例では、２つの異方性媒質層が２枚の透明基板に挟持されているが、透明基板２１１および２１２のいずれか一方のみが設けられた構造であってもよい。
また、非重合性の有機無機ハイブリッド材料を用いた場合には、２枚の配向膜を形成した透明基板を、周辺シール材でシールする際に外部から非重合性有機無機ハイブリッド材料を充填可能な開口部を設けておく。次いで、この開口部を通じて、基板間に非重合性有機無機ハイブリッド材料を注入し、開口部を封止して、異方性媒質層を封止したセルを形成する。このセルを２つ重ね合わせて両者を接着してもよいし、透明基板３枚を用いて、その透明基板間に２つの異方性媒質層を封止した構造としてもよい。この後者の構造は、ちょうど図８（ｂ）の接着層２１７を両面に配向膜が形成された透明基板に置き換えた構造になる。
【０１６３】
例１
具体的には、第１の異方性媒質層を形成する混合物として、平均長さが７０ｎｍで平均のアスペクト比が１．２３ある繊維状酸化チタン微粒子と前記式（１）の液晶化合物とを重量比で１：１混合して、内面側にポリイミドの配向膜を形成した一対の透明基板間に封入して異方性媒質層としてセル構造の第１の波長板とする。同様に、第２の異方性媒質層を形成する混合物として、平均長さが７０ｎｍで平均のアスペクト比が１．２３ある繊維状酸化チタン微粒子と前記式（１）の液晶化合物とを重量比で１：１混合して、内面側にポリイミドの配向膜を形成した一対の透明基板間に封入して異方性媒質層としてセル構造の第２波長板とする。
【０１６４】
秩序パラメータｓ（Ｔ）＝０．２３となる温度における第１の異方性媒質層のΔｎ１（λ１）、Δｎ１（λ２）、Δｎ１（λ３）は、夫々、０．００８９、０．０１１６、０．０１１４であり、秩序パラメータｓ（Ｔ）＝０．０３となる温度における第２の異方性媒質層のΔｎ２（λ１）、Δｎ２（λ２）、Δｎ２（λ３）は、夫々、０．０２２７、０．０１２５、０．０１１７であり、上記式を満足している。
【０１６５】
第１の異方性媒質層の異方性媒質層の厚みを９．２４μｍとし、第２の異方性媒質層の異方性媒質層の厚みを８．３１μｍとすることにより、２つの異方性媒質層を合わせて、波長λ１、λ２およびλ３で、それぞれ０．１０６μｍ、０．００１μｍおよび０．００８μｍとなり、波長λ１で１／４波長板として機能し、波長λ２およびλ３で直線偏光がそのまま透過することが分かる。
【０１６６】
例２
別の具体例を示す。具体的には、第１の異方性媒質層を形成する混合物として、平均長さが７５ｎｍで平均のアスペクト比が１．２３ある繊維状酸化チタン微粒子と前記式（１）の液晶化合物とを重量比で１：１混合して、内面側にポリイミドの配向膜を形成した一対の透明基板間に封入して異方性媒質層としてセル構造の第１の波長板とした。同様に、第２の異方性媒質層を形成する混合物として、平均長さが７０ｎｍで平均のアスペクト比が３．０４である繊維状酸化タンタル微粒子（Ｔａ２Ｏ５）と前記式（１）の液晶化合物とを重量比で１：１混合して、内面側にポリイミドの配向膜を形成した一対の透明基板間に封入して異方性媒質層としてセル構造の第２波長板とする。
【０１６７】
秩序パラメータｓ（Ｔ）＝０．２３となる温度における第１の異方性媒質層のΔｎ１（λ１）、Δｎ１（λ２）、Δｎ１（λ３）は、夫々、０．００８９、０．０１１６、０．０１１４であり、秩序パラメータｓ（Ｔ）＝０．１６となる温度における第２の異方性媒質層のΔｎ２（λ１）、Δｎ２（λ２）、Δｎ２（λ３）は、夫々、０．００６７、０．００３７、０．００３５であり、上記式を満足している。
【０１６８】
第１の異方性媒質層の異方性媒質層の厚みを９．１３μｍとし、第２の異方性媒質層の異方性媒質層の厚みを２７．６８μｍとすることにより、２つの異方性媒質層を合わせて、波長λ１、λ２およびλ３で、それぞれ０．１０４μｍ、０．００１μｍおよび０．００７μｍとなり、波長λ１で１／４波長板として機能し、波長λ２およびλ３で直線偏光がそのまま透過することが分かる。
【０１６９】
以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、本発明は上記実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改変が可能である。
【符号の説明】
【０１７０】
１〜３、２２、２３  光源
４、４ａ、４ｂ、４ｃ、３４、３５  コリメータレンズ
５  第１のビームスプリッタ
６  第２のビームスプリッタ６
７、３６  アクチュエータ
８、２８、３１  対物レンズ
９〜１１、３３  受光素子
１２  広帯域光学素子
１２ａ  偏光ホログラム
１２ｂ  波長板
１３、２９、３２  光ディスク
２１  波長板
２４  ビームスプリッタ
２５  偏光ビームスプリッタ
２６  ダイクロイックミラー
２７  １／４波長板
３０  ミラー
【図１】
2011100506.tif 000045
【図２】
2011100506.tif 000046
【図３】
2011100506.tif 000047
【図４】
2011100506.tif 000048
【図５】
2011100506.tif 000049
【図６】
2011100506.tif 000050
【図７】
2011100506.tif 000051
【図８】
2011100506.tif 000052