(57)【要約】      （修正有）【課題】回折効率が高く、光により、入射光の回折と直進との切り替えとを簡単に制御できる光学素子を提供する。【解決手段】二枚の透明基板間に、（１）液晶組成物と、光照射によって可逆的に立体異性化する化合物とを含有する液晶材料層２と、（２）光学異方性を有する重合体からなる層３とが交互に配列し、光の屈折率を変調する周期構造を形成している光学素子、及び、配向機能を付与した二枚の透明基板１，１’間に挟持した、液晶組成物、光照射によって可逆的に立体異性化する化合物、光重合性液晶組成物からなる混合物を配向させた後、干渉光を照射することによって、（１）液晶組成物と、光照射によって可逆的に立体異性化する化合物とを含有する液晶材料層２と、（２）光学異方性を有する重合体からなる層３とを交互に配列させ、光の屈折率を変調する周期構造を形成させる光学素子の製造方法。【選択図】      図１
2004198477.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二枚の透明基板間に、（１）液晶組成物と、光照射によって可逆的に立体異性化する化合物とを含有する液晶材料層と、（２）光学異方性を有する重合体からなる層とが交互に配列し、光の屈折率を変調する周期構造を形成していることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記（１）液晶組成物と、光照射によって可逆的に立体異性化する化合物とを含有する液晶材料層と、（２）光学異方性を有する重合体からなる層とが、基板面に対して平行方向に配列されている請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記（１）液晶組成物と、光照射によって可逆的に立体異性化する化合物とを含有する液晶材料層と、（２）光学異方性を有する重合体からなる層とが、基板面に対して垂直方向に配列されている請求項１に記載の光学素子。
【請求項４】
配向機能を付与した二枚の透明基板間に挟持した、液晶組成物、光照射によって可逆的に立体異性化する化合物、光重合性液晶組成物からなる液晶相を示す混合物を配向させた後、干渉光を照射することによって、（１）液晶組成物と、光照射によって可逆的に立体異性化する化合物とを含有する液晶材料層と、（２）光学異方性を有する重合体からなる層とを交互に配列させ、光の屈折率を変調する周期構造を形成させることを特徴とする光学素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特定波長の光を回折させることのできる光学素子に関し、更に、回折と直進との切り替えを、光で制御することのできる光学素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特定波長の光を選択的に回折させることのできる光学素子は、赤外線カットフィルター、ヘッドアップディスプレイ、ハイマウントストップランプ、あるいは立体三次元表示素子等への応用が検討されており、例えば、ガラス板上に金属薄膜を蒸着した光学素子や、銀塩や感光性材料に干渉光を照射したホログラフィック回折格子が知られている。
【０００３】
また、入射光の回折と直進との切り替えを制御できる光学素子として、例えば、光又は熱硬化性樹脂と液晶との混合物に干渉光を照射して光硬化性樹脂を硬化させてなる光学素子が知られている（例えば、特許文献１参照。）。該光学素子は、液晶層と樹脂層とが交互に積層した構造を有し、液晶層の屈折率を電圧の印加無印加によって変化させると、入射光を回折させたり直進させたりすることができる。しかしこれは、必要とする駆動電圧が高すぎ、今だ実用段階に至っていない。
【０００４】
駆動電圧を必要とせず、光により入射光の回折と直進との切り替えを制御できる光学素子として、液晶構造を有する基とアゾベンゼン構造を有する基とを側鎖に有する高分子からなる一軸配向フィルムに、アゾベンゼン構造がシスートランス異性化を起こしうる波長の干渉光を照射する、反射型の回折格子が知られている（例えば、非特許文献１参照。）。
前記一軸配向フィルムは、光を照射しない状態では、アゾベンゼン構造がトランス体となっており、液晶構造を有する基は配向している。該一軸配向フィルムに、アゾベンゼン構造がシス体となる波長の干渉光を照射すると、照射した部分に存在するアゾベンゼン構造のみがシス体となり、周辺の液晶分子の配向を乱す。この結果、干渉光を照射した部分としない部分とに屈折率差が生じ、回折格子が形成される。そのため該フィルムは、入射光をブラッグ反射できる。一方、前記一軸配向フィルムに、アゾベンゼン構造がトランス体となる波長の光を照射すると、干渉光を照射した部分の液晶分子は再度配向する。その結果、干渉光を照射した部分としない部分の屈折率はほぼ等しくなり、入射光は該フィルムを直進する。
【０００５】
しかしながら該回折格子は、アゾベンゼン構造が高分子に固定されているので光による異性化率が低く、干渉光を照射しても、照射した部分に存在する全てのアゾベンゼン構造がシス体になっていない可能性や、液晶分子も高分子に固定化されているので配向が乱れにくい可能性があり、高い回折効率が得られない。また、入射光が前記一軸配向フィルムを直進したときには、層構造が消滅しているので、再度入射光を反射させる場合には、もう一度干渉光で層を形成しなければならず、非効率的だといった問題があった。
【０００６】
【特許文献１】
特開平５−１７３１９６号公報
【非特許文献１】
米山健史，他４名，２０００年日本液晶学会討論会講演予稿集，ＰＤｂ０５，ｐ．３９３−３９４
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、回折効率が高く、光により、入射光の回折と直進との切り替えとを簡単に制御できる光学素子を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、二枚の透明基板間に、あらかじめ（１）液晶組成物と光照射によって可逆的に立体異性化する化合物とを含有する液晶材料層と、（２）光学異方性を有する重合体からなる層とを交互に配列させ、光の屈折率を変調する周期構造を形成しておき、前記（１）の液晶材料層に光を照射して、光照射によって可逆的に立体異性化する化合物を立体異性化させることによって、入射光の回折と直進とを容易に切り替えることができることを見いだした。
【０００９】
即ち、本発明は、二枚の透明基板間に、（１）液晶組成物と、光照射によって可逆的に立体異性化する化合物とを含有する液晶材料層と、（２）光学異方性を有する重合体からなる層とが交互に配列し、光の屈折率を変調する周期構造を形成している光学素子を提供する。
【００１０】
また、本発明は、配向機能を付与した二枚の透明基板間に挟持した、液晶組成物、光照射によって可逆的に立体異性化する化合物、光重合性液晶組成物からなる混合物を配向させた後、干渉光を照射することによって、（１）液晶組成物と、光照射によって可逆的に立体異性化する化合物とを含有する液晶材料層と、（２）光学異方性を有する重合体からなる層とを交互に配列させ、光の屈折率を変調する周期構造を形成させる光学素子の製造方法を提供する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の光学素子は、（１）液晶組成物と、光照射によって可逆的に立体異性化する化合物（以下、化合物Ａと略す。）とを含有する液晶材料層（以下、液晶材料層と略す。）と、（２）光学異方性を有する重合体からなる固体の層（以下、光学異方性重合体層と略す。）とが交互に配列し、光の屈折率を変調する周期構造を形成している。該周期構造は、該基板面に対して平行方向に配列した構造でもよいし、基板に対して、最大９０°の角度のうち任意の角度で傾斜していてもよい。該周期構造が該基板面に対して平行方向に配列していると、入射光をブラッグ反射させることができ、視覚的に、該反射光が有する色を表示させることができる。また、該周期構造が該基板面に対して垂直方向に配列していると、入射光を回折させることができる。
【００１２】
本発明の光学素子は、化合物Ａが立体異性化をおこしうる波長の光を利用して、液晶材料層と光学異方性重合体層との屈折率差を変化させて、入射光の回折と直進とを切り替えることができる。具体的には、液晶材料層が配向するように化合物Ａを立体異性化させると、液晶材料層と光学異方性重合体層との屈折率差がなくなるので、光学素子に入射した光を直進させることができる。また、液晶材料層の配向が乱れるように化合物Ａを立体異性化させると、液晶材料層と光学異方性重合体層との間に屈折率差が生じ、光学素子に入射した光をブラッグ反射又は回折させることができる。
【００１３】
例として、図１に、液晶材料層２と光学異方性重合体層３とが、配向機能を付与した透明基板１の面に対して平行方向に配列した構造の光学素子（以下、光学素子１と略す。）の断面図を、図２に、液晶材料層２と光学異方性重合体層３とが、配向機能を付与した透明基板１の面に対して垂直方向に配列した構造の光学素子（以下、光学素子２と略す。）の断面図を示す。
【００１４】
配向機能を付与した透明基板１とは、例えば、ガラス、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリシクロオレフィン、ポリエーテルスルホン等の透明基板の表面を、布等でラビング処理したり、基板表面にポリイミド薄膜又はポリビニルアルコール薄膜等の有機薄膜を形成した後布等でラビング処理して、ホモジニアス配向機能を付与した基板や、前記透明基板にポリイミド垂直配向膜を形成した、ホメオトロピック配向機能を付与した基板が挙げられる。中でも、ホモジニアス配向機能を付与した透明基板を使用すると、液晶材料層の配向が乱れるように化合物Ａを立体異性化させたとき、液晶材料層と光学異方性重合体層との間の屈折率差をより大きくすることができる。
【００１５】
図１及び図２に示す液晶材料層２は、主に液晶組成物と化合物Ａとの混合物からなり、液晶相を示す層である。液晶組成物としては、液晶相としてネマチック相、スメクチック相、コレステリック相、カイラルネマチック相、カイラルスメクチック相を示す液晶組成物が好ましい。具体的には、安息香酸エステル系、シクロヘキサンカルボン酸エステル系、ビフェニル系、ナフタレン系、フェニルシクロヘキサン系、ピリミジン系、ピリジン系、ジオキサン系、シクロヘキサンエステル系、トラン系、アルケニル系、フルオロ系、シアノ系等の液晶化合物や、該液晶化合物を数種類含有する組成物が挙げられる。液晶化合物の分子量は低いほうが好ましい。高分子量の液晶化合物は、立体異性化する化合物と相溶し難い傾向にある。また、該液晶組成物の固相−液晶相転移温度が室温以下であると、室温で本発明の光学素子を扱うことができる。
【００１６】
前記化合物Ａは、分子構造が光の作用により可逆的に立体的異性化するような化合物であれば特に限定なく使用することができる。光により分子構造が立体的異性化する化合物とは、具体的には、光を照射すると異性化反応、開環反応、閉環反応等を示す化合物であり、この変化により、液晶材料層と光学異方性重合体層との屈折率差を変化させる。前記化合物Ａとしては、例えば、アゾベンゼン化合物、スチルベン化合物、スピロピラン化合物、２，２’−スピロ−ビ（２Ｈ−クロメン）等のスピロオキサジン化合物、ジクロロエチレン化合物などが挙げられる。これらの中でも、光照射により、シス−トランス異性化の構造変化を起こす、アゾベンゼン化合物やスチルベン化合物、光照射により、開環−閉環の構造変化を起こすスピロピラン化合物やスピロオキサジン化合物が好ましい。
【００１７】
図１及び図２に示す光学異方性重合体層３は、主に光学異方性を有する重合体からなる固体の層である。光学異方性を有する重合体は、重合性基を有する液晶化合物と光重合開始剤を含有する光重合性液晶組成物を、配向させた状態で光重合させて得られる。
重合性基を有する液晶化合物とは、例えば、「ハンドブックオブリキッドクリスタルズ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  ｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓｔａｌｓ」（１９９８年，ワイリー社発行）や「液晶の化学」（１９９４年，日本化学会発行）に記載されているような、１，４−フェニレン基、１，４−シクロヘキシレン基等の構造が複数繋がったメソゲンと呼ばれる剛直な部位と、（メタ）アクリロイル基等の重合性官能基とを有する液晶化合物を指す。具体的には、メソゲンとして安息香酸エステル、シクロヘキサンカルボン酸エステル、ビフェニル、ナフタレン、フェニルシクロヘキサン、ピリミジン、ピリジン、ジオキサン、シクロヘキサンエステル、トラン等の構造を有し、該構造の片末端又は両末端に（メタ）アクリロイル基等の重合性基を有する化合物が挙げられる。
【００１８】
光重合開始剤としては、例えば、カンファーキノン、ベンゾフェノン、ビス（η５−２，４−シクロペンタジエン−１−イル）−ビス（２，６−ジフルオロ−３−（１Ｈ−ピロール−１−イル）−フェニル）チタニウムなどが挙げられる。その他必要に応じて、４−ジメチルアミノ安息香酸メチル、トリエタノールアミンなどの光増感剤等を使用することもできる。光重合開始剤は、重合性基を有する液晶化合物に対して１〜２０質量％添加して使用する。
【００１９】
液晶材料層と光学異方性重合体層とが基板面に対して交互に配列した周期構造は、液晶組成物、化合物Ａ、光重合性液晶組成物との混合物に、レーザー等の光を照射して作成する。作成例を図３及び図４に模式的に示す。
【００２０】
図３は光学素子１の作成方法を模式的に示す図である。２枚の配向機能を付与した透明基板１と１’の間に、液晶組成物、化合物Ａ、光重合性液晶組成物との混合物４を挟持させる。該混合物が液晶相を示す温度下で、レーザー発振機５から発振されたレーザー光６を、ビームエキスパンダー７で光軸径を広げた後、ビームスプリッター８で二つに分岐させる。二つに分岐したそれぞれのレーザー光は、ミラー９及び９’で反射され、プリズム１０及び１０’を介して前記両透明基板１及び１’側から、該混合物４に入射する。該混合物４の中に入射したそれぞれのレーザー光は干渉を起こし、干渉縞が生じる。
【００２１】
干渉縞の光の強め合った部分では、優先的に光重合性液晶組成物の光重合が進行し重合体が生成する。光重合性液晶組成物は、配向機能を付与した透明基板１及び１’の配向の向きに従って配向しており、この状態で重合させると光重合性液晶組成物はその配向状態を保持したまま重合し、光学異方性重合体層が形成される。一方、干渉縞の光の弱め合った部分では、光重合性液晶組成物の光重合は殆ど進行しないので、干渉縞の光の強め合った部分に存在していた液晶組成物と化合物Ａとが、干渉縞の光の弱め合った部分に集まってくる。干渉光を、図３の様に液晶組成物、化合物Ａ、光重合性液晶組成物との混合物４に照射した場合、図１に示す、液晶材料層２と光学異方性重合体層３とが基板面に対して平行方向に配列した光学素子１が得られる。
【００２２】
一方、図４は光学素子２の作成方法を模式的に示す図である。この場合は、図２に示す液晶材料層と光学異方性重合体層とが基板面に対して垂直方向に配列した光学素子２が得られる。このようにして、前記液晶材料層と前記光学異方性重合体層とが基板面に対して交互に配列した周期構造を、作成することができる。
【００２３】
２枚の配向機能を付与した透明基板１及び１’の間に、液晶組成物、化合物Ａ、光重合性液晶組成物との混合物４を挟持させるには、液晶用セルに、液晶組成物、化合物Ａ、光重合性液晶組成物との混合物を注入すればよい。必要に応じ、液晶注入口を封止剤で封止する。液晶用セルは、例えば、２枚の配向機能を付与した透明基板を、スペーサーで基板間隔を調整しながら対向させ、該基板に、エポキシ系熱硬化性組成物等のシール剤を、液晶注入口を設けた形でスクリーン印刷紙、該基板同士を貼り合わせて、シール剤で熱硬化させて作成する。
【００２４】
液晶組成物と化合物Ａとは、６５：３５〜９５：５の範囲で混合すると、光学素子の回折効率をより高くすることができる。中でも、７０：３０〜９０：１０の範囲で混合することが好ましい。
また、液晶組成物と化合物Ａとの混合物と、光重合性液晶組成物とは、３０：７０〜８０：２０の範囲で混合することが好ましい。光重合性液晶組成物の比が多すぎたり少なすぎたりすると、周期構造が得られ難い傾向にある。
【００２５】
図１に示す光学異方性重合体層３と液晶材料層２からなる周期構造において、それぞれの層の厚さ及び層間距離は、ミラー９及び９’の角度を変えたりして、液晶組成物、化合物Ａ、光重合性液晶組成物との混合物４に入射するレーザー光の交差角を変化させて干渉縞の間隔を変化させることによって制御することができる。また、それぞれの厚さ及び層間距離は、求められるブラッグ反射する光の波長λ又は回折角に応じて様々に変更可能である。
【００２６】
プリズム１０及び１０’は、分岐したレーザー光の前記透明基板１又は１’に入射する最の角度を調整したり、液晶組成物、化合物Ａ、光重合性液晶組成物との混合物４の中での二次的な干渉縞の発生を防ぐ目的で使用する。必須ではないが、使用する場合は、プリズムを前記透明基板１又は１’に密着させて使用するのが好ましい。
【００２７】
本発明で使用する光は、干渉光が得られる位相が揃っており、且つ、化合物Ａの吸収が小さく、光重合性液晶組成物が硬化しうる波長の光であればよい。光の照射強度や照射量は、光重合性液晶組成物が重合しうる範囲で適宜選択すればよい。具体的には、アルゴンレーザー光、クリプトンレーザー光等を使用することができる。
【００２８】
本発明の光学素子は、液晶材料層が配向するように化合物Ａを立体異性化させて、液晶材料層と光学異方性重合体層との屈折率差を無くし、光学素子に入射した光を直進させる。従って、液晶材料層の屈折率と光学異方性重合体層の屈折率とが近くなるように、前記液晶化合物と前記重合性基を有する液晶化合物とを選択するのが好ましい。また、屈折率異方性（以下、Δｎと略す。）の高い液晶化合物や重合性基を有する液晶化合物を使用すると、液晶分子の配向が乱れたときの、液晶材料層と、光学異方性重合体層との屈折率差をより大きくすることができ、光学素子の回折効率をより高くすることができる。
【００２９】
光学素子の回折効率を高くするためには、Δｎの高い液晶化合物や重合性基を有する液晶化合物を使用する他、液晶セル厚を厚くして、液晶材料層と光学異方性重合体層からなる周期構造の数を増やすことも効果的である。
【００３０】
図１に示す光学素子１の機構について説明する。
光学素子１は、液晶材料層２中の液晶組成物が液晶相を示す温度範囲で使用する。液晶材料層２中の液晶組成物が液晶相を示す温度範囲において、液晶化合物が前記透明基板１及び１’の配向機能によって、光学異方体重合体層３中のメソゲンと同一方向に配向している場合は、液晶材料層２と光学異方性重合体層３の屈折率は、ほぼ等しくなるように設計してあるので、光学素子１に入射した光は直進する。一方、液晶材料層２中の液晶化合物が配向を乱された場合は、液晶材料層２と光学異方性重合体層３の屈折率は異なり、光学素子１に入射した特定の波長の光は、ブラッグ反射される。
【００３１】
光学素子１の入射光の直進とブラッグ反射とを切り替えるには、光学素子１に液晶材料層２に含まれる化合物Ａが立体異性化をおこしうる波長の光を照射する。液晶材料層２の化合物Ａが、シスートランス異性化を示すアゾベンゼン化合物等の場合、光学素子１に、アゾベンゼン化合物がシス体となる波長の光を照射すると、アゾベンゼンのシス体が周辺の液晶分子の配向を乱す。このときの液晶材料層２の屈折率は、光学異方性重合体層３の屈折率と異なるように設計してあり、層２は基板面に対して平行方向に配列しているので、入射した特定の波長の光はブラッグ反射される。その結果、視覚的に、該反射光が有する色を表示させることができる。
以下に、ブラッグの式を示す。
【００３２】
【式１】
2004198477.tif 000003
【００３３】
（但し、上記式中、ｄは図１に示す光学異方性重合体層３を間に有する二つの液晶材料層２間が形成する格子面の面間隔の距離を表し、θはブラッグ角を表し、λは反射光の波長を表し、ｎは次数を表す。）
【００３４】
光学素子１がブラッグ反射する光の波長λは、光学異方性重合体層３を間に有する二つの液晶材料層２間が形成する格子面の面間隔の距離ｄで決定される。従って、ｄを制御することにより、ブラッグ反射する光の波長λを変化させることができる。次に、光学素子１に、アゾベンゼン化合物がトランス体となる波長の光を照射すると、液晶分子は配向し、光学素子１に入射した光は直進し、ブラッグ反射は消失する。
【００３５】
また、液晶材料層２の化合物Ａが、光により開環−閉環反応を示すスピロピラン化合物等の場合、光学素子１に、閉環型であるスピロピラン化合物となる波長の光を照射すると、液晶分子の配向は乱され、光学素子１に入射した光はブラッグ反射する。次に、光学素子に、スピロピラン化合物が開環する波長の光を照射すると、液晶分子は再配向し、該ブラッグ反射は消失する。このように、照射する光の波長を変化させるのみで、入射光のブラッグ反射と直進とを切り替えることができる。
【００３６】
次に、図２に示す光学素子２の機構について説明する。
光学素子２も、光学素子１と同様に液晶材料層２の液晶材料が液晶相を示す温度範囲で使用する。液晶材料層２に含まれる液晶分子が配向すると、液晶材料層２と光学異方性重合体層３との間の屈折率差はほぼ等しくなり、光学素子２に入射した光は直進する。
【００３７】
一方、液晶材料層２に含まれる液晶分子の配向が乱されると、液晶材料層２と光学異方性重合体層３との屈折率が異なり、入射した光は透過する際に回折する。例えば、液晶材料層２に含まれる化合物Ａが、アゾベンゼン等の光の波長によりシスートランス異性化を示すような化合物の場合、アゾベンゼンがシス体となる波長の光を照射すると、液晶材料層中の液晶分子の配向の規則性が乱される。このときの液晶材料層２の屈折率は、光学異方性重合体層３の屈折率と異なるように設計してあり、光学素子２に入射した光は透過し回折する。
【００３８】
次に、アゾベンゼン化合物がトランス体となる波長の光を照射すると、液晶材料層２の液晶分子は配向し、入射した光は回折せずにそのまま透過する。
【００３９】
本発明の光学素子の配列構造は、最初の干渉光を照射した時点で固定化されており、該光学素子に、化合物Ａが立体異性化を起こしうる波長の光を照射するだけで、入射光の回折と直進の切り替えとを簡単に制御することができる。
【００４０】
特に、液晶材料層と光学異方性重合体層とが、基板面に対して平行方向に配列した構造であると、入射光をブラッグ反射することのできる反射型の回折格子として使用することができる。また、液晶材料層と光学異方性重合体層とが、基板面に対して垂直方向に配列した構造であると、透過型の回折格子として使用することができる。本発明の光学素子は、レーザー等の干渉光を使用して、簡単に作成することができる。
【００４１】
【実施例】
以下、実施例及び比較例によって本発明を具体的に説明する。また、以下の実施例において「％」は「質量％」を表わす。
【００４２】
（実施例１）
基板間距離が約２０μｍのＥＨＣ社製ホモジニアス配向膜付きガラス製評価用セルに、大日本インキ化学工業社製のシアノ系液晶「ＲＯ５７１」（ｎｅ：１．７４２、ｎｏ：１．５２２、Δｎ：０．２２）４８％、式（１）で表されるアゾベンゼン化合物１２％、式（２）で表される光重合性液晶組成物ＭＤＡ―０５（ｎｅ：１．７３、ｎｏ：１．５１、Δｎ：０．２２）３２％、およびチバガイギー社製の光重合開始剤「イルガキュア７８４」８％からなる混合物を注入し、注入口を封止した。
【００４３】
【化１】
2004198477.tif 000004
2004198477.tif 000005
【００４４】
【化２】
2004198477.tif 000006
2004198477.tif 000007
【００４５】
得られたセルを図３に示す設置とし、約２５℃に保持した。波長４５７ｎｍ、強度約８００Ｗ／ｍ２のアルゴンレーザー光を、ビームエキスパンダーで光軸径約５ｍｍの平行光線とし、ビームスプリッターで２つの光束にした後、それぞれの光束を、２つの光束の交差角が約６０度となるように、片面を６０度に研磨したプリズムの研磨面へ約９０度の角度で入射させ、セルの２方向から該セル中の混合物に計３００秒間照射した。その後９０℃の暗所に１時間放置して、光学素子Ａを得た。光学素子Ａにアゾベンゼンがシス体となる波長３６６ｎｍの光を照射した後、白色光を入射させたところ、６２０ｎｍの光をブラッグ反射していることが判った。次に、光学素子Ａに、アゾベンゼンがトランス体となる波長５４０ｎｍの光を照射したところ、光を透過し、反射光が消滅した。この操作は、何回も繰り返すことが可能であった。
【００４６】
光学素子Ａの回折効率は、日立製作所社製のスペクトロメーター「Ｕ−３５００」で、光学素子Ａに、アゾベンゼンがシス体となる３６６ｎｍの光と、アゾベンゼンがトランス体となる５４０ｎｍの光を照射したときの、波長６００ｎｍ〜７００ｎｍの光の透過率から計算した。この結果、光学素子Ａの回折効率は２０％であった。
【００４７】
（実施例２）
実施例１におけるテストセルの配置を、図４に示す配置とした以外は、実施例１と同様にして光学素子Ｂを得た。アルゴンレーザー光の光束のプリズムへの入射角度は約５０度とし、２つの光束の交差角が約６０度となるようにした。光学素子Ｂに波長３６６ｎｍの光を照射した後、該光学素子Ｂの背面に投影スクリーンを配置し、該光学素子Ｂの投影スクリーンとは反対側の面からヘリウムネオンレーザー光を照射すると、投影スクリーンに回折光が投影された。次に、光学素子Ｂに、波長５４０ｎｍの光を照射した後、ヘリウムネオンレーザー光を照射すると、回折光は観察されず、透過した光のみが投影スクリーンに投影された。この操作は、何回も繰り返すことが可能であった。
【００４８】
（比較例１）
反応容器に、ジメチルホルムアミド１８０ｇを仕込み、窒素雰囲気下、８０℃に加熱しながら、式（３）で表される化合物１６．８ｇ、式（４）で表される化合物２．０６ｇ、及び日本油脂社製の「パーブチルＯ」０．３７７ｇの混合物を滴下した。その後５時間攪拌を続け、液晶構造を有する基とアゾベンゼン構造を有する基を側鎖に有する重合体を得た。ホモジニアス配向処理をしたポリイミド付きガラス基板上に、該重合体のジメチルホルムアミド溶液を塗布し、溶媒を揮散させ、膜厚約２０μｍの塗膜付きの基板を得た。
【００４９】
【化３】
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【００５０】
【化４】
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【００５１】
前記塗膜付きの基板を、９０℃の暗所に１時間放置した後、図３に示す設置とし、約２５℃に保持した。波長４５７ｎｍ、強度約８００Ｗ／ｍ２のアルゴンレーザー光を、ビームエキスパンダーで光軸径約５ｍｍの平行光線とし、ビームスプリッターで２つの光束にした後、それぞれの光束を、２つの光束の交差角が約６０度となるように、片面を６０度に研磨したプリズムの研磨面へ約９０度の角度で入射させ、セルの２方向から該セル中の混合物に計３００秒間照射した。その後９０℃の暗所に１時間放置して、光学素子Ｃを得た。光学素子Ｃにアゾベンゼンがシス体となる波長３６６ｎｍの光を照射した後、白色光を入射させたところ、６３０ｎｍの光をブラッグ反射していることが判った。実施例１と同様にして回折効率を計算したところ、３．１％であり、光学素子Ａよりも低かった。次に、光学素子Ｃに、アゾベンゼンがトランス体となる波長５４０ｎｍの光を照射したところ、光を透過し、反射光が消滅した。次に、波長５４０ｎｍの光を照射したが、ブラッグ反射光は得られなかった。このことから、光学素子Ｃの周期構造は、波長３６６ｎｍの光を照射したことによって完全に消滅してしまったことが判った。
【００５２】
【発明の効果】
本発明の光学素子は、液晶組成物と光照射によって可逆的に立体異性化する化合物とを含有する液晶材料層と、光学異方性重合体層とが周期構造を形成しており、回折効率が高い。更に、液晶材料層と光学異方性重合体層からなる光学素子の配列構造は、最初の干渉光を照射した時点で固定化されており、該光学素子に化合物Ａが立体異性化を起こしうる波長の光を照射するだけで、入射光の回折と直進との切り替えを簡単に制御することができる。
【００５３】
特に、液晶材料層と光学異方性重合体層とが、基板面に対して平行方向に配列した構造であると、入射光をブラッグ反射することのできる反射型の回折格子として使用することができる。また、液晶材料層と光学異方性重合体層とが、基板面に対して垂直方向に配列した構造であると、透過型の回折格子として使用することができる。
【００５４】
本発明の光学素子は、レーザー等の干渉光を使用して、簡単に作成することができる。
【００５５】
【図面の簡単な説明】
【図１】液晶材料層と光学異方性重合体層とが、基板面に対して平行方向に配列した構造の光学素子の断面図である。
【図２】液晶材料層と光学異方性重合体層とが、基板面に対して垂直方向に配列した構造の光学素子の断面図である。
【図３】液晶材料層と光学異方性重合体層とが、基板面に対して平行方向に配列した構造を形成するために、セル中の液晶組成物、化合物Ａ、及び光重合性液晶組成物の混合物に、レーザーの干渉光を照射する際の、機器及び部材の配置を模式的に示した図である。
【図４】液晶材料層と光学異方性重合体層とが、基板面に対して垂直方向に配列した構造を形成するために、セル中の液晶組成物、化合物Ａ、及び光重合性液晶組成物の混合物に、レーザーの干渉光を照射する際の、機器及び部材の配置を模式的に示した図である。
【符号の説明】
１、１’  配向機能を付与した透明基板
２  液晶材料層
３  光学異方性重合体層
４  液晶組成物、化合物Ａ、及び光重合性液晶組成物の混合物
５  レーザー発振機
６  レーザー光
７  ビームエキスパンダー
８  ビームスプリッター
９、９’  ミラー
１０、１０’  プリズム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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