(57)【要約】本発明は、所望の光学特性パターンを有する光学的異方性体（例えば、補償フォイル又はマイクロレンズアレイ）に関する。この異方性体は、重合可能な電気光学材料及び／又は磁気光学材料（例えば、ＬＣモノマー）を有する本体に不均一電界及び／又は磁界が印加され、従って所望の分子パターンを含む方法によって得ることができる。パターンは、電気光学材料及び／又は磁気光学材料を重合することによって、永続的なものになる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電界及び／又は磁界に応答して光学的異方性状態に至ることができる重合可能な電気光学材料及び／又は磁気光学材料を有する本体を備えるステップ、
前記電気光学材料及び／又は磁気光学材料内に、所望のパターンに応じた電気力線及び／又は磁気力線であって、前記電気光学材料及び／又は磁気光学材料を配向させ前記電気光学材料及び／又は磁気光学材料を不均一の電界及び／又は磁界に対応した所望の光学的異方性状態にするための十分な強度の電気力線及び／又は磁気力線を確立するために、前記重合可能な電気光学材料及び／又は磁気光学材料に不均一の電界及び／又は磁界を与えるステップ、及び
前記光学的異方性体を提供するために、前記電気光学材料及び／又は磁気光学材料を前記光学的異方性状態へと重合させるステップ、
によって得ることができる光学的異方性体。
【請求項２】
前記電気光学材料及び／又は磁気光学材料が液晶（ＬＣ）モノマーである、請求項１による光学的異方性体。
【請求項３】
前記重合可能な電気光学材料及び／又は磁気光学材料を有する本体が、配向層上に備えられる、請求項１又は２による光学的異方性体。
【請求項４】
前記不均一の電界及び／又は磁界が、間隔を置いて配された複数の電極及び／又は磁極の使用によって印加される、請求項１乃至３のうちのいずれか１項による光学的異方性体。
【請求項５】
前記不均一の電界及び／又は磁界が、少なくとも１つの構成電極ペア及び／又は構成磁極ペアの使用によって印加される、請求項１乃至４のうちのいずれか１項による光学的異方性体。
【請求項６】
前記不均一の電界及び／又は磁界が、前記本体の一方の側に間隔を置いて配された複数の電極及び／又は磁極の使用によって印加される、請求項４又は５による光学的異方性体。
【請求項７】
1つ以上の電極及び／又は磁極が前記本体の一部である、請求項１乃至６のうちのいずれか１項による光学的異方性体。
【請求項８】
前記本体の一方の側に、間隔を置いて配された複数の電極及び／又は磁極を有する、請求項７による光学的異方性体。
【請求項９】
前記光学的異方性体が、偏光子、補償フォイル、及びマイクロレンズアレイからなるグループから選択される、請求項１乃至８のうちのいずれか１項による光学的異方性体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学的異方性体（例えば、補償フォイル、偏光子、又はマイクロレンズアレイ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学的異方性フィルム及び斯かるフィルムを生産する方法が、アメリカのワシントンDCのAmerican Chemical SocietyのReza Arshadyによって編集されるFunctional Polymers - Synthesis and Applicationsの3.3章“Monodomain Liquid-Crystalline Networks by In-Situ Polymerisation”に、D J Broerにより開示されている。通常、重合可能なＬＣ材料の薄いフィルムは、先ず前配向され、その後、ＵＶ光照射により重合する。前配向（Pre-orientation）は、例えば、重合可能なＬＣ材料をラビングされた配向層（例えば、ラビングされたポリイミド層）上に塗布することによって、又はラビングされた配向層を均一の電界の印加と組み合わせて使用することによって、単一の表面に誘起された配向により達成される。
【０００３】
Broerにより開示された光学的異方性フィルム及び斯かるフィルムを生産する方法の不利な点は、限られた種類の光学的異方性フィルムであって、光学的異方性が比較的単純なパターンである光学的異方性フィルムのみしか利用できないことである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、光学的異方性体の範囲を広げる、特に、２次元又は３次元の比較的複雑な光学的異方性のパターンを有する光学的異方性体、及びその簡単な製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的は、電界及び／又は磁界に応答して光学的異方性状態に至ることができる重合可能な電気光学材料及び／又は磁気光学材料を有する本体を備えるステップ、上記電気光学材料及び／又は磁気光学材料内に、所望のパターンに応じた電気力線及び／又は磁気力線であって、上記電気光学材料及び／又は磁気光学材料を配向させ上記電気光学材料及び／又は磁気光学材料を不均一の電界及び／又は磁界に対応した所望の光学的異方性状態にするための十分な強度の電気力線及び／又は磁気力線を確立するために、上記重合可能な電気光学材料及び／又は磁気光学材料に不均一の電界及び／又は磁界を与えるステップ、及び良好に規定され且つ複雑な光学的異方性のパターンを有する上記光学的異方性体を提供するために、上記電気光学材料及び／又は磁気光学材料を上記光学的異方性状態へと重合させるステップ、を有する方法によって得ることができる光学的異方性体により達成される。
【０００６】
電気光学材料及び／又は磁気光学材料内の所望の（分子）パターンは、所望のパターンの光学特性（例えば、屈折率）を誘起する。
【０００７】
本体は好ましくはシート、プレート、フィルム、又はコーティングの形である。得ることが可能な光学的異方性体の例は、補償フォイル、偏光子、及びマイクロレンズアレイである。
【０００８】
重合可能な電気光学材料及び／又は磁気光学材料は、好ましくは、((6-(acryloyloxy)-hexyl)oxy)-4-((4-((6-(acryloyloxy)hexyl)-oxy)-benzoyl)-oxy)benzoyl)oxy)benzeneのような少なくとも１つの重合可能な液晶（ＬＣ）モノマーを有する。
【０００９】
異なるＬＣモノマーの混合物、及び１つ以上のＬＣモノマーと非反応性液晶との混合物を使用することができる。
【００１０】
更に、ＬＣモノマーは、第２の非ＬＣモノマーと混合することができ、又は単独で使用することができる。
【００１１】
上記重合可能な材料を有する本体は、好ましくは、表面に誘起された配向をもたらす配向層（例えば、ラビングされたポリイミド層）上に備えられる。
【００１２】
不均一の電界及び／又は磁界は、好ましくは、間隔を置いて配された複数の電極及び／又は磁極、又は少なくとも１つの構成電極ペア及び／又は構成磁極ペアの使用によって、印加される。
【００１３】
間隔を置いて配された複数の電極及び／又は磁極を構成することもできる。
【００１４】
好ましくは、間隔を置いて配された複数の電極及び／又は磁極は、上記本体の一方の側に配される。
【００１５】
好ましくは、不均一の電界及び／又は磁界を印加するために使用される1つ以上の電極及び／又は磁極は、上記本体の一部である。
【００１６】
更に好ましくは、間隔を置いて配された複数の電極及び／又は磁極が、上記本体の一方の側に配される。
【００１７】
上記光学的異方性体は、偏光子、補償フォイル、マイクロレンズアレイ（例えば、ＬＣＤにおいてコリメータとして使用される）、又は表示装置（例えばＣＤ）のような光学装置で使用される任意の他の光学部品とすることができる。
【００１８】
本発明の他の特徴及び利点は、以下に記載される実施例から明らかになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
まず第一に、以下に開示されている全ての実施例において、電極の代わりに磁極を使用することができ、又は電極と組み合わせて磁極を使用することができることに注意すべきである。
【００２０】
図１は、例えば、（以下に記載される）傾いたダイレクタを伴なうパターンが付された補償フォイルを生成する本発明の実施例による光学的異方性体を得るために使用できる（一律の縮尺では示されていない）構成を示す。
【００２１】
図１に示すように、光重合可能なＬＣ材料のシート状に形成された本体１が、間隔を置いて配された複数の透明電極２（例えばＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）電極）が配されているガラスプレート３とガラスプレート３との間に、配されている。誘電体４の薄いコーティングが、本体１と電極２との間に任意に置かれる。
【００２２】
ここで使用されているように、用語「複数の電極」は、間隔を置いて配された複数のアノードとカソードのことを指している。アノード及びカソードは、例えば、非導電材料によって間隔をあけて配することができる。
【００２３】
本体１は、電極２に対向する表面を有する。アノード（−）及びカソード（＋）は本体１の両側に配されている。本体１の同じ側に配されている電極２の間の距離は、本体１の反対側に配されている電極２の間のギャップに等しい又はそのギャップよりも小さい。
【００２４】
これらの電極２は、電極に対向する本体１の表面に平行の面に対して非垂直である非平行で曲線の等電位線５を有する空間的に変調された不均一の電界を供給する。電界が十分な強さであれば、材料のバルク内の液晶分子はこれらの等電位線５に垂直に向くだろう。当業界で知られているように、等電位線は電界の方向を示す力線（以下、力線と呼ぶ）に対して垂直である。従って、ＬＣダイレクタは、これらの（非等電位）力線に沿うように向く。
【００２５】
ここで使用されるように、用語「不均一の電界及び／又は磁界」は、非平行及び／又は非直線（曲線）力線を有する空間的に変調された場を意味する。しかし、不均一な場も、互いに平行な幾つかの力線、及び／又は幾つかの直線力線を有することがある。
【００２６】
液晶状態になると、ＬＣ分子の広範囲の配向配列が、その材料を光学的異方性状態にする。この配向配列に関するのは、材料内における分子配向の方向を示すダイレクタベクトル（ダイレクタとも呼ばれる）であり、斯かるダイレクタの集まりがベクトル場を形成する。重合可能な材料に電界（及び／又は）磁界を与えると、材料は、所望のダイレクタベクトル場を有する所望の中間相状態になる。
【００２７】
中間相状態におけるＬＣ材料の光学的特性（例えば、その反射率）は、その状態における配列の型及び程度によって決定される。
【００２８】
従って、印加された空間的に不均一に変調された電界は、上記のような印加された場に従って、傾いたダイレクタを有するＬＣ分子を有する所望の分子パターンを誘起する。良好に規定された分子のパターンは、フォイルを補償フォイルとしての使用に適したものにする所望の光学的特性を生じさせる。
【００２９】
ここで使用されているように、用語「傾いたダイレクタ」は、電極（及び／又は）磁極に対向する本体の表面に平行な面に対して平行でも垂直（９０°）でもないダイレクタベクトルのことを意味している。
【００３０】
所望のパターンが得られたら、材料を、電界、従って誘起されたパターンが維持されている間に、重合する。重合は、ＵＶ光の照射によって達成される。ＵＶ光は、ＬＣ材料中において、ＵＶ光の影響下でＬＣ材料のフリーラジカル重合を誘起する光開始剤の作用をする。重合の間、ＬＣ分子の誘起された配向が固まる。
【００３１】
重合が完了した後、電圧が除去され、永続的な光特性を有しパターンが付された補償フォイルが得られる。所望の分子パターンを有する補償フォイルは、印加された電界に対応して、傾いたダイレクタを示す液晶を有する。
【００３２】
当業界で知られているように、補償フォイル（リタデーションフォイル又はリターダとも呼ばれる）は、低減された角度依存を有するＬＣディスプレイを提供するために、ＬＣ層と外側偏光子との間に配することができる。補償フォイルは、ＬＣ層の影響を打ち消す（ＬＣ層によって誘起される偏光状態の変化に次いで）偏光状態の付加的な変化を誘起する。従って、そのフォイルは、斜めに通過する光が垂直に通過する光と同じ全複屈折を受けるように、その斜めに通過する光の偏光状態を変える。補償フォイルは静的層であり、その等方性及び複屈折はＬＣ層とは異なる。補償フォイルを使うことによって、斜めの視野角の下でのコントラストを改善することができる。
【００３３】
広範囲に複雑且つ良好に規定された分子パターンを有する光学体（特に、補償フォイル）は入手可能である。各特定の使用に対して、パターンは、当業界で知られているように、当該使用に関連する所望の光学特性を与えるように適合される。
【００３４】
補償フォイルは好ましくはパターンが付される、即ち、それはマルチドメインを有することができる。パターンは、層の面内（異なる方位角）又はこの面の外側（異なるチルト角）に、異なる光学軸方向を有する異なる領域から成り、各領域は、隣接したＬＣ層の複屈折を打ち消す複屈折を有する。
【００３５】
図２は、マイクロレンズ又はマイクロレンズアレイを作るために、本発明の実施例による光学的異方性体を得るために使用することができる構成（一律の縮尺ではない）を示す。
【００３６】
光重合可能なＬＣ材料のシート状に形成された本体６は、複数の構成透明電極（例えばＩＴＯ電極）７と８との間に配され、各電極ペアは１つの大きい下部電極７と１つの小さい上部電極８とを有する（幾つかの電極ペアのうちの１つのみが、図２に示されている）。アノード（−）は、本体の一方の側に配され、カソード（＋）は反対側に配されている。誘電体８（例えばグラス）のプレートは、本体６と電極７及び８との間に置かれる。あるいは、電極を、ガラスプレートの、シート状に形成された本体に対向する側に備えてもよい。
【００３７】
ここで使用されているように、用語「構成電極」は、異なるサイズの電極面を有する電極ペアのことを意味している。構成電極の例は、（ｉ）一方の電極プレートにスリット及び／又は他方の電極プレートに突起を有する電極ペア、（ｉｉ）１つの大きい電極と１つの小さい電極とを有する電極ペア、及び（ｉｉｉ）キャビティを有する電極とキャビティ無しの電極とを有する電極ペア、である。
【００３８】
図２に示される本体６は、電極７及び８に対向する表面を有する。電極７及び８は、本体６の表面に非垂直の電気力線１０であって非平行で曲線の電気力線１０を有する、空間的に不均一に変調された電界を与える。液晶は、力線１０に倣う屈折率プロファイル、従ってレンズ作用を有するフォイルを誘発する電気力線１０に沿う。印加される電圧に依存する液晶配向の湾曲が、入って来る光波を焦点に集束するように案内する。従って、焦点距離は印加される電圧によって調整することができる。
【００３９】
要求されたパターンが得られたら、上記のように、電界、従って誘起されたパターンを維持しながら、材料が重合する。
【００４０】
フォイルの形で永久的な光学特性を有するマイクロレンズアレイが得られる。そのマイクロレンズアレイは、傾いたダイレクタを示す液晶を有する。
【００４１】
マイクロレンズアレイは、例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）において、光のコリメーションのためのコリメータとして使用することができる。しかし、当業界で知られているように、マイクロレンズは、マシンビジョン及び光通信における種々のアプリケーションで使用される。
【００４２】
本発明によるマイクロレンズ又はマイクロレンズアレイの生産に対する別の電極構造（縮尺は一律ではない）が、図３に示されている。図３に示される構成透明電極ペア（例えば、ＩＴＯ電極）は、キャビティを有する１つの電極１１と、キャビティを有していない１つの電極１２とを有している。マイクロレンズアレイの生産に対して、図３に示す幾つかの電極ペアを利用することができる。
【００４３】
本発明の一実施例による光学的異方性体を得るために使用することができる更に別の電極構造は、本体の一方の側のみに、間隔を置いて配された複数の電極（アノードとカソードとの両方）を有する。斯かる電極は、通常、in-plane switchingＬＣＤで使用される。これらの電極を構成することもできる。
【００４４】
上記の実施例の全てにおいて、上記重合可能な材料を有する本体は、好ましくは配向層（例えば、ラビングされたポリイミド層）上に備えられ、これは、表面に誘起された分子配向をもたらす。
【００４５】
重合可能な電子光学材料及び／又は磁気光学材料は、好ましくは、［6-(acryloyloxy)-hexyloxy-4-(4-(6-(acryloyloxy)-hexyloxy)-benzoyloxy)-benzoyloxy］benzeneのような少なくとも一つの重合可能な液晶（ＬＣ）モノマーを有する。このモノマーは正の誘電異方性を有するので、これはモノマーがそれ自体電気力線／磁気力線に平行に配向することを意味し、有利である。他の適切なモノマーの例は、D J Broerによって、以下の文献に与えられている。“Monodomain Liquid-Crystalline Networks by In-Situ Polymerisation”, chapter 3.3 in Functional Polymers - Synthesis and Applications”, edited by Reza Arshady, American Chemical Society, Washington DC, USA。このモノマーは、これによって参考として組み込まれている。
【００４６】
反応性液晶は、各々の側においてフレキシブルスペーサグループ（例えば、−（ＣＨ２）ｘ−  及び  −Ｏ−（ＣＨ２）ｘ−、ここでｘは０−１２）に結合される固い中心コア（例えば、Ｃ６Ｈ５−Ｃ６Ｈ５、Ｃ６Ｈ５−Ｃ＝Ｃ−Ｃ６Ｈ５、Ｃ６Ｈ５−ＣＯＯ−Ｃ６Ｈ１１及びＣ６Ｈ５−ＣＯＯ−Ｃ６Ｈ５−ＯＯＣ−Ｃ６Ｈ５）を有する。スペーサーグループは、重合可能なエンドグループ（例えば、（メタ）アクリレート、ビニルエーテル、エポキシド及びチオレン）に結合されている。
【００４７】
適切なモノマーの一例のグループは、bis[(4-ω(-acryloyloxy)alkyloxy)-benzoatesである。しかし、このモノマーのグループはわずかに負の異方性を有し、これは正の誘電異方性のシアノビフェニルの追加を必要とする。
【００４８】
一つ以上のＬＣモノマーと非反応性液晶との混合と同様に、異なるＬＣモノマーの混合を使用することができる。
【００４９】
更に、ＬＣモノマーは、ＬＣモノマーと同じメカニズムにより重合する第２の非ＬＣモノマーと混合することができ、又は単独で使用することができる。
【００５０】
当業者に知られているように、重合されていない状態でのモノマーを安定させるために、少量のフリーラジカル消去剤（scavenger）又は抑制剤（inhibitor）を電気光学的材料及び／又は磁気光学的材料に加えることができる。
【００５１】
当業者に知られているように、重合プロセスを向上させるため、添加物（例えば、熱開始剤、光開始剤、連鎖移動剤、など）を電気光学材料及び／又は磁気光学材料に加えることができる。
【００５２】
好ましくは、電気光学材料及び／又は磁気光学材料は、化学放射（特に、ＵＶ光）の影響下で電気光学材料及び／又は磁気光学材料のフリーラジカル重合を誘起する光開始剤（例えば、α,α-dimethoxydeoxybenzoin）を有する。
【００５３】
当業者に知られているように、溶媒及び界面活性剤は、薄いフィルム形成を改良するために利用することができる。
【００５４】
更に、当業者に知られているように、高温において又は厳しい露光条件下において、電気光学材料及び／又は磁気光学材料の安定性を強化するために、安定剤を加えることができる。
【００５５】
従って、重合可能な電記光学材料及び／又は磁気光学材料は、好ましくは、例えばα,α-dimethoxydeoxybenzoin（商業的には、スイスのCiba GeigyからのIrgacure651の商品名で利用可能である）の光開始剤が混合される光重合可能な液晶（ＬＣ）モノマー（例えば、((6-(acryloyloxy)-hexyl)oxy)-4-((4-((6-(acryloyloxy)hexyl)-oxy)benzoyl)-oxy)benzoyl）oxy）benzene）が好ましい。
【００５６】
本発明は、ダイレクタベクトルの方向、ドメインの相対的な大きさ、及び／又はドメインの（厚さ及び複屈折に依存する）光学的リタデーションを制御することによって、異なる光学特性のドメインを有する光学的異方性体を得ることもできる。
【００５７】
光学的異方性体の光学特性は、光屈折（屈折率）、光回折又は光偏光状態での影響に対して、異なる場合がある。
【００５８】
上に開示されたような補償フォイル及びマイクロレンズアレイに加えて、偏光子又は他の光学的要素（例えば、レンズ及びプリズム）が本発明によって得ることが可能である。
【００５９】
光学体は、光学体の生産の間に使用される少なくとも１つの電極（及び／又は磁極）を有利に有することができる。上記少なくとも１つの電極は光学体で他の機能を実行することができ、又は、透明であれば、機能しない残存物として単に残るだけである。
【００６０】
好ましくは、光学的異方性体は、本体の一方の側に配される、間隔をあけて配された複数の電極を有する。
【００６１】
本発明は、以下の限定されない例によって更に示される。
例
【００６２】
反応性液晶混合物は、5gの1,4-phenylene-bis-[4-(6-(acryloyloxy)hexyl-oxy)]benzoate、１ｇのＥ７（商業的には、英国のMerck Ltdから利用可能である）、及び0.06gのIrgacure 651（α,α-dimethoxydeoxybenzoin）（商業的には、スイスのCiba Geigyから利用可能である）を混合することによって作られた。Ｅ７は、cyanobiphenyls(4-5-pentyl-4’-cyanobiphenyl, 4-7-heptyl-4’-cyanobiphenyl,及び4-8-octyloxy-4’-cyanobiphenyl)とcyanoterphenyl(4-5-pentyl-4”-cyano-p-terphenyl)との混合物である。
【００６３】
1,4-phenylene-bis-[4-(6-(acryloyloxy)hexyl-oxy)]-benzoateはＬＣモノマーである。Ｅ７は、モノマーが電気力線に沿って並ぶことを助ける正の誘電異方性を有する。
【００６４】
Irgacure 651は光開始剤である。
【００６５】
この混合物は、１００℃で、電極とラビングされたポリイミドとが備えられた２つのガラスプレートの間の薄いフィルムへと処理された。ラビングされたポリイミドは、ラビング方向に、ＬＣモノマーのプレーナ配向を確立する。
【００６６】
ＬＣモノマーの所望の配向は、電極構造に１２Ｖの電圧を印加することによって得られた。
【００６７】
得られた配向は、フィルムのＵＶ露光によって、永続的に固定された。ＵＶ光源は、３５０ｎｍの波長において発光し５ｍＷ／ｃｍ２の強度を有するフィリップスのＰＬ１０蛍光ランプであった。
【００６８】
例１
図１に示される構造が、上記の実験で使用される。フィルムの反対側に配される電極の間のセルギャップは、５μｍであり、フィルムの同じ側に配される電極の間の電極距離は５μｍである。各電極の幅は、５０μｍである。ラビングされたポリイミドの薄層は、誘電コーティングの上部に備えられる。ラビングされたポリイミド層と誘電コーティングとの全厚は、１μｍである。
【００６９】
上に開示されたような傾いたダイレクタを伴なうパターニングされた補償フォイルが得られる。
【００７０】
例２
図３に示される構成が、上記の実験で使用される。電極構造において、Ｌは１００μｍ、ｄは５０μｍ、及び隣り合う電極キャビティの間の距離は１００μｍである。
【００７１】
上に開示されたマイクロレンズアレイが得られる。
【００７２】
例３
フィルムの一方の側にのみ配される間隔をあけて配された複数の電極（アノードとカソードとの両方）を有する電極構造が、上記の実験で使用される。電極構造は、４μｍのセルギャップ、６μｍの電極幅、及び６μｍの電極距離を有する。電極は、一方のガラスプレートの上部に備えられる。
【００７３】
傾いたダイレクタと組み込まれた電極とを伴なうパターンが付された補償フォイルが得られる。
【００７４】
上の開示及び例は、本発明によって、二次元及び三次元のパターンの広範囲の光学的異方性体を得ることができることを示している。
【００７５】
本発明は、その特定の実施例を基準にして詳細に記載されている一方、本発明の精神及び範囲から逸脱すること無く、種々の変形及び修正をすることができることが当業者に明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の実施例による光学的異方性体を得るのに適用できる第１の電極構造を概略的に示す。
【図２】本発明の実施例による光学的異方性体を得るのに適用できる第２の電極構造を概略的に示す。
【図３】本発明の実施例による光学的異方性体を得るのに適用できる第３の電極構造を概略的に示す。
【符号の説明】
【００７７】
１、６  本体
２  透明電極
３  ガラスプレート
４  誘電体
５  等電位線
１０  電気力線
１１、１２  電極
【図１】
2006506679.tif 000003
【図２】
2006506679.tif 000004
【図３】
2006506679.tif 000005
【国際調査報告】
2006506679.tif 000006
2006506679.tif 000007
2006506679.tif 000008