(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
らせん構造を有するスメクチック液晶相の配向が固定化されたフィルムから少なくとも構成され、該らせん構造のらせんピッチが０．３〜１０μｍである回折素子。
【請求項２】
前記フィルムが、らせん構造を有するスメクチック液晶相を呈する液晶材料をガラス転移温度以上の温度において当該液晶相を形成させた後、冷却してガラス状態とし、当該液晶相の配向を固定化してなるフィルムであることを特徴とする請求項１に記載の回折素子。
【請求項３】
前記フィルムが、らせん構造を有するスメクチック液晶相を呈する液晶材料を当該液晶材料が当該液晶相を呈する温度にて配向させた後、当該配向を保持したまま重合し、当該液晶相の配向を固定化してなるフィルムであることを特徴とする請求項１に記載の回折素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学分野、光エレクトロニクス分野、液晶表示装置分野などで有用であり、また、大面積でも製造可能にして取り扱い性の良好な回折素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
回折とは光に代表される波動が障害物によって遮られたときに、その背景の影になる部分に回り込む現象のことをいう。簡単にいえば、光が曲がる現象であり、その現象を利用した素子を回折素子という。回折素子の用途としては、一定波長の光を複数の光に分割する場合に用いたり、光の波長によって回折角度が異なる性質を利用した分光器として用いられる場合が多いが、最近では例えばＣＤ等の光ピックアップ用等様々な分野で応用が行われている。
【０００３】
回折素子は、主に振幅型回折素子、位相型回折素子に大別される。振幅型回折素子とは、例えば細長い針金等、光を透過させない均一の部材を周期的に配列し、光を通過させて回折光を得るものである。しかしながら、光を透過させない部分が存在することから透過光量が減少し、原理的に回折効率が悪いという欠点が存在する。一方、位相型回折素子は、例えば周期的な溝を光の吸収がない基板に形成したもので、例えば基板の膜厚に変化を持たせたものや、均一な厚みの層内部に屈折率の周期的な分布を形成したもの等が挙げられる。振幅型と異なり、光を透過させない部分は存在しないため、回折効率を高くすることが可能である。溝を有する位相型回折素子としては、例えばガラスや金属に周期的に刻線したものが挙げられるが、大面積にして軽量な物を得ることは困難である。他の位相型回折素子としては、ホログラムが挙げられる。ホログラムは重クロム酸ゼラチンやフォトポリマーを用いるリップマンホログラムが高い回折効率が得られる点で有用であるが、製造工程が複雑で製造コストが高く、大面積化が困難といった問題を抱えている。
【０００４】
ところで、液晶は、液体(liquid)と結晶(crystal)の両方の性質を持つ中間的な相(mesophase)であり、液体としての流動性と結晶としての異方性を合わせ持つという特徴がある。液晶状態を呈しうる物質（以下「液晶物質」という。）としては、いわゆる低分子液晶物質及び高分子液晶物質等の様々なものが知られており、その種類や温度等の環境によって特有の分子配向の秩序を有するために、その分子配向を利用し、あるいは制御することによって様々な用途に応用でき、工業的に大きな分野を形成している。
【０００５】
液晶は、分子形状や、分子配列からネマチック(nematic)液晶、スメクチック(smectic)液晶、ディスコチック(discotic)液晶等に大別される。これらのうちスメクチック液晶とは、棒状分子等の液晶物質が、一次元結晶、二次元液体ともいうべき層構造を有する液晶である。スメクチック液晶は、この層構造内における秩序等から、スメクチックＡ相（ＳｍＡ相）、スメクチックＢ相（ＳｍＢ相）、スメクチックＣ相（ＳｍＣ相）、スメクチックＥ相（ＳｍＥ相）、スメクチックＦ相（ＳｍＦ相）、スメクチックＧ相（ＳｍＧ相）、スメクチックＨ相（ＳｍＨ相）、スメクチックＩ相（ＳｍＩ相）、スメクチックＪ相（ＳｍＪ相）、スメクチックＫ相（ＳｍＫ相）、スメクチックＬ相（ＳｍＬ相）等に分類できる。これらのスメクチック相のなかには、相中の各層の配向ベクトルが少しづつある角度でねじられていき、全体として見ると配向ベクトルがある一定のらせん構造を呈するものがある。このようならせん構造の配向を有するフィルムを、らせん軸が基板面にほぼ平行になるように基板上に形成した場合、基板面に入射した光を回折させることができる。例えばJpn.J.Appl.Phys.21巻,224頁(1982年)では、２枚のガラス基板で作製した数百μｍギャップの液晶セル中に、キラルスメクチックＣ液晶をらせん軸が基板に平行となるように配向させたものでＨｅ−Ｎｅレーザー光を回折させている。
【０００６】
このような液晶セルを回折素子として用いることが考えられるが、このような低分子液晶をセル中で配向させただけの液晶セルを回折素子として用いようとすると、回折素子の格子にあたるらせんピッチ（らせん構造の周期）が温度により変わるため、回折角を所望の値に設定することが困難であり、回折角が変化してしまったり、熱により配向が乱れて回折素子としての性能が失われてしまうといった問題、及び大面積化が困難である等の問題がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、回折効率が高く、回折角等の特性を自在に且つ安定な状態で設定でき、耐熱性が良好で、大面積で、軽量で、製造コストが低く、且つ取り扱いが容易な回折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】
本発明によれば、らせん構造を有するスメクチック液晶相の配向が固定化され、該らせん構造のらせんピッチが０．３〜１０μｍである回折素子が提供される。
【０００９】
また、本発明によれば、前記フィルムが、らせん構造を有するスメクチック液晶相を呈する液晶材料をガラス転移温度以上の温度において当該液晶相を形成させた後、冷却してガラス状態とし、当該液晶相の配向を固定化してなるフィルムであることを特徴とする前記回折素子が提供される。
【００１０】
さらに本発明によれば、前記フィルムが、らせん構造を有するスメクチック液晶相を呈する液晶材料を当該液晶材料が当該液晶相を呈する温度にて配向させた後、当該配向を保持したまま重合し、当該液晶相の配向を固定化してなるフィルムであることを特徴とする前記回折素子が提供される。
【００１１】
ここで本発明の回折素子を構成するフィルムは、らせん構造を有するスメクチック液晶相の配向が固定化されたものである。液晶相の配向が固定化されているとは、特定の液晶相を呈している液晶材料が、その液晶材料が呈する相及び配向を保持しながら、回折素子が使用される条件下において当該配向が乱れず、回折素子としての性能が失われないような状態であることを意味する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の回折素子は、らせん構造を有するスメクチック液晶相の配向が固定化されたフィルムから少なくとも構成される。
【００１３】
前記スメクチック液晶相とは、液晶相を構成する分子が、一次元結晶、二次元液体ともいうべき層構造を有する液晶相である。前記スメクチック液晶相としては、例えば、スメクチックＡ相、スメクチックＢ相、スメクチックＣ相、スメクチックＥ相、スメクチックＦ相、スメクチックＧ相、スメクチックＨ相、スメクチックＩ相、スメクチックＪ相、スメクチックＫ相、又はスメクチックＬ相等が挙げられるが、その中でも特に、スメクチックＣ相、スメクチックＩ相、スメクチックＦ相、スメクチックＪ相、スメクチックＧ相、スメクチックＫ相、又はスメクチックＨ相等の棒状分子が液晶相の層法線方向に対し傾いている相が好ましい。
【００１４】
また特に、前記各種のもの等のスメクチック液晶相のうち、キラルスメクチックＣ相（ＳｍＣ*相）、キラルスメクチックＩ相（ＳｍＩ*相）、又はキラルスメクチックＦ相（ＳｍＦ*相）等の光学活性を有し強誘電性を示すもの、又はキラルスメクチックＣA相（ＳｍＣA*相）、キラルスメクチックＩA相（ＳｍＩA*相）、又はキラルスメクチックＦA相（ＳｍＦA*相）等の光学活性を有し反強誘電性を示すもの等の各種のキラルスメクチック相が、らせん構造を有するスメクチック相として特に好ましい。しかしながら、キラルであることは必須要件ではなく、例えばJ.Mater.Chem. 6巻,1231頁(1996年）やJ.Mater.Chem. 7巻,1307頁(1997年)などに記載されるようなアキラルであり且つらせん構造を有するスメクチック相等であってもよい。
【００１５】
上述の各種のスメクチック相のうち、らせん構造の安定性、らせんピッチの可変の容易さ、合成の容易さ、あるいは粘性が低いことによる配向性の容易さ等の観点から、最も好ましいのはキラルスメクチックＣ相あるいはキラルスメクチックＣA相である。
【００１６】
前記らせん構造とは、液晶相を構成する分子の配列が、各層ごとに少しずつ変化し、全体として分子の配列が回転した構造を形成していることをいう。前記分子の配列の変化としては、スメクチック液晶相の層の法線方向に対する分子の長軸方向の傾きの方向が、隣合う層で少しずつ回転した構造等を挙げることができる。
【００１７】
前記分子の配列の回転の中心軸をらせん軸といい、また一回転分のらせん軸方向の距離をらせんピッチという。らせん構造に光が入射すると、入射角の如何に拘らず、該入射光と分子の成す角度がらせん内の位置により異なるため、該入射光が感じる屈折率に高低が生じる。そのために光は屈折率の周期的な分布を感じることとなり回折が生じる。
【００１８】
前記らせん構造に光を通過させた場合の回折方向は、例えばフィルム中でらせん軸がフィルム面に対し平行になるようならせん構造を有するフィルムを形成し、光をフィルム面に垂直に入射させた場合、光は通常らせん軸方向に回折する。本発明の回折素子中のらせん軸の方向は、特に限定されず、所望の回折素子として機能しうる方向とすることができる。例えば、フィルム面に対し、垂直でも良いし、平行でも良いし傾いていても良く、さらには、傾きが不連続または連続的に変化していても良い。またらせん軸の向きが、微視的には配向性を持った配向領域（ドメイン）で構成され、巨視的にはらせん軸が様々な向きのマルチドメイン相でも良いし、全て同一方向にそろったモノドメイン相でもよい。
【００１９】
前記らせん構造に光を通過させた場合の回折角度は格子間隔に相当する屈折率の周期的な分布の距離、すなわちらせんピッチにより決まる。従って、本発明の回折素子の回折角度は、らせんピッチを調整することにより容易に調整できる。
【００２０】
本発明の回折素子中のらせん構造のらせんピッチは、０．３〜１０μｍである。また、らせんピッチはフィルム内で一定でも良いが、フィルム内の場所により異なっていても良い。前記らせんピッチは、本発明の回折素子の製造にあたり、温度などの配向条件を調節したり、光学活性部位の光学純度、光学活性物質の配合割合等を調節すること等により、容易に調節できる。
【００２１】
本発明の回折素子の原料となる液晶材料としては、前記らせん構造を有するスメクチック液晶相を相系列中に有し、且つその配向を固定化することができるものであれば特に限定されない。例えば各種の低分子液晶物質、高分子液晶物質、又はこれらの混合物等を用いることができる。本発明でいう液晶材料とは、最終的に得られる組成物が所望の液晶性を呈するものであればよく、低分子及び／又は高分子液晶物質と非液晶性物質とからなる組成物であっても構わない。また液晶材料中には、本発明の効果を損ねない範囲で、例えば界面活性剤、重合開始剤、重合禁止剤、増感剤、安定剤、触媒等の各種添加剤等を配合することもできる。前記液晶材料中の液晶物質の含有割合は、通常３０−１００重量％、好ましくは５０−１００重量％、さらに好ましくは７０−１００重量％とすることができる。
【００２２】
前記低分子液晶物質としては、シッフ塩基系化合物、ビフェニル系化合物、ターフェニル系化合物、エステル系化合物、スチルベン系化合物、トラン系化合物、アゾキシ系化合物、アゾ系化合物、フェニルシクロヘキサン系化合物、ピリミジン系化合物、シクロヘキシルシクロヘキサン系化合物、又はこれらの組成物等を用いることができる。
【００２３】
前記高分子液晶物質としては、各種の主鎖型高分子液晶物質、側鎖型高分子液晶物質、又はこれらの組成物等を用いることができる。
【００２４】
前記主鎖型高分子液晶物質としては、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリカーボネート系、ポリイミド系、ポリウレタン系、ポリベンズイミダゾール系、ポリベンズオキサゾール系、ポリベンズチアゾール系、ポリアゾメチン系、ポリエステルアミド系、ポリエステルカーボネート系、若しくはポリエステルイミド系等のもの、又はこれらの組成物等が挙げられる。前記主鎖型高分子液晶物質としては、特に液晶性を与えるメソゲン基とポリメチレン、ポリエチレンオキサイド、ポリシロキサン等の屈曲鎖とが交互に結合した半芳香族ポリエステル系高分子液晶物質や、屈曲鎖のない全芳香族ポリエステル系高分子液晶物質が好ましい。
【００２５】
また前記側鎖型高分子液晶物質としては、ポリアクリレート系、ポリメタクリレート系、ポリビニル系、ポリシロキサン系、ポリエーテル系、ポリマロネート系、ポリエステル系等の直鎖状又は環状構造の骨格鎖を有する物質に側鎖としてメソゲン基が結合したもの等、又はこれらの組成物等が挙げられる。前記側鎖型高分子液晶物質としては、骨格鎖に屈曲鎖からなるスペーサーを介して液晶性を与えるメソゲン基が結合したものが好ましい。また、主鎖、側鎖両方にメソゲンを有する分子構造のものも好ましい。
【００２６】
前記液晶材料としては、上記のごとき低分子液晶物質及び／又は高分子液晶物質にカイラル剤を配合又は光学活性単位を導入したものが、所望のらせん構造を有するスメクチック液晶相を呈するうえで好ましい。例えばスメクチックＣ相、スメクチックＩ相、スメクチックＦ相等を呈する液晶物質に、カイラル剤を配合するか、または光学活性単位を当該液晶物質に導入することにより、キラルスメクチックＣ相、キラルスメクチックＩ相、キラルスメクチックＦ相等の、よりらせん構造を呈しやすいキラルスメクチック相を呈しうる液晶物質とすることができる。このようなカイラル剤の配合量、光学活性単位の導入量・光学純度、配向させる際の温度条件等を適宜調節することによって、らせんピッチ等の本発明の回折素子を構成するフィルムの特性を調節することができる。
【００２７】
本発明の回折素子を構成する上記フィルムとしては、（Ａ）らせん構造を有するスメクチック液晶相を呈する液晶材料をガラス転移温度以上の温度において当該液晶相を形成させた後、冷却してガラス状態とし、当該液晶相の配向を固定化してなるフィルム；又は（Ｂ）らせん構造を有するスメクチック液晶相を呈する液晶材料を当該液晶材料が当該液晶相を呈する温度にて配向させた後、当該配向を保持したまま重合し、当該液晶相の配向を固定化してなるフィルム等を挙げることができる。
【００２８】
前記（Ａ）のフィルムとしては、液晶材料として、液晶状態において所望のらせん構造を有するスメクチック液晶相の配向を形成し、冷却することによってガラス状態となりうるものを用いて形成したものを用いることができる。通常、上記の如き性質を有する高分子液晶物質を主成分とする液晶材料を用いて形成したものが好適に用いられる。
【００２９】
また前記（Ｂ）のフィルムとしては、熱反応又は光反応等によって重合し得る基、例えばビニル基、アクリル基、メタクリル基、ビニルエーテル基、アリル基、エポキシ基、イソシアネート基、アミノ基、水酸基、カルボン酸基、アルデヒド基、スルホン酸基、シラノール基等の反応性官能基を有する物質を少なくとも含む液晶材料から形成したものを用いることができる。通常、低分子液晶物質を主成分とする液晶材料から形成したものが好適に用いられる。なお低分子液晶物質自体が当該反応性官能基を有する必要はなく、例えば当該反応性官能基を有する非液晶性物質との組成物を液晶材料として本発明に供することもできる。
【００３０】
前記液晶材料は、先に述べたように低分子及び／又は高分子液晶物質単独又は複数種の液晶物質からなる組成物であってもよく、また組成物として所望の液晶相を呈するものであれば低分子及び／又は高分子の非液晶性物質を含む組成物であってもよい。
【００３１】
本発明の回折素子の製造方法は、特に限定されず、液晶物質を含む液晶材料を２つの界面の間に展開し、前記液晶材料を所望のらせん構造を有するスメクチック液晶相に配向させた後、当該液晶相の配向を固定化することによりフィルムを形成し、このフィルムを単独又は必要に応じて適宜加工する等して回折素子とする方法等を挙げることができる。ここで、配向を固定化する方法としては、（Ａ）らせん構造を有するスメクチック液晶相を呈する液晶材料をガラス転移温度以上の温度において当該液晶相を形成させた後、冷却してガラス状態とする方法、及び（Ｂ）らせん構造を有するスメクチック液晶相を呈する液晶材料を当該液晶材料が当該液晶相を呈する温度にて配向させた後、当該配向を保持したまま重合する方法等が挙げられる。
【００３２】
前記液晶材料を展開するための２つの界面としては、特に制限はなく、気相界面、液相界面又は固相界面のいずれをも用いることができる。また同一の２つの界面を用いても良く、さらには異なる界面を組み合わせて用いることもできる。但し、得られる製品の実用性、及び製造の容易さの観点から、２つの固相界面を使用するか、固相界面と気相界面との組み合わせとすることが好ましい。
【００３３】
前記気相界面としては、空気界面、窒素界面等を挙げることができる。前記液相界面としては、水、有機溶剤、液体状の金属、溶融状態の高分子化合物等を挙げることができる。前記固相界面としては、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトン、ポリケトンサルファイド、ポリエーテルスルフォン、ポリスルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリフェニレンオキサイド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリアリレート、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ポリビニルアルコール、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ−４−メチルペンテン−１樹脂、トリアセチルセルロース等のセルロース系プラスチックス、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等のプラスチックフィルム基板；アルミ、鉄、銅等の金属基板；青板ガラス、アルカリガラス、無アルカリガラス、ホウ珪酸ガラス、フリントガラス、石英ガラス等のガラス基板；セラミックス基板等の各種の基板；又はこれらの基板上にポリイミド膜、ポリアミド膜、ポリビニルアルコール膜等の有機膜を設けたもの、若しくは酸化珪素の斜め蒸着膜等を設けたもの等を挙げることができる。
【００３４】
また、これらの基板は、必要に応じて配向処理を施してから用いることができる。配向処理を施した基板を用いた場合、得られる回折素子中のらせん軸の向きを基板の配向処理の方向に規定された一定の方向とすることができるが、らせん軸の向きは必ずしも基板の配向処理の方向と一致するとは限らず、若干ずれる場合もある。尚、配向処理を施さない基板を用いた場合、得られる回折素子は、各ドメインのらせん軸の向きがランダムであるマルチドメイン相を呈したものとなりうるが、その場合でも回折素子としての効果を得ることができる。
【００３５】
前記基板の配向処理としては、特に限定されないが、ラビング法、斜方蒸着法、マイクログルーブ法、延伸高分子膜法、ＬＢ（ラングミュア・ブロジェット）膜法、転写法、光照射法（光異性化、光重合、光分解等）、剥離法等が挙げられる。特に、製造工程の容易さの観点から、ラビング法、光照射法が好ましい。
【００３６】
前記液晶材料を前記界面の間に展開する方法としては、特に限定されず、公知の各種方法を用いることができる。例えば、２枚の前記基板を界面として用い、その間に前記液晶材料を添加する場合であれば、２枚の前記基板を用いてセルを作成し、そのセルに溶融した前記液晶材料を注入するか、又は前記液晶材料を２枚の前記基板でラミネートすることにより、展開することができる。
【００３７】
また、１枚の基板と気相とを界面として用いる場合であれば、基板上に、溶融した又は適当な溶媒に溶解し溶液とした前記液晶材料を塗布することにより展開することが好ましい。特に、製造工程の容易さの観点から、溶液の塗布により展開することが好ましい。前記溶媒としては、前記液晶材料の種類、組成等に応じて適宜適切なものを選択することができるが、通常はクロロホルム、ジクロロメタン、四塩化炭素、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、クロロベンゼン、オルソジクロロベンゼン等のハロゲン化炭化水素類、フェノール、パラクロロフェノール等のフェノール類、ベンゼン、トルエン、キシレン、メトキシベンゼン、１，２−ジメトキシベンゼン等の芳香族炭化水素類、アセトン、メチルエチルケトン、酢酸エチル、イソプロピルアルコール、tert-ブチルアルコール、グリセリン、エチレングリコール、トリエチレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、エチルセルソルブ、ブチルセルソルブ、２−ピロリドン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ビリジン、トリエチルアミン、テトラヒドロフラン、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、アセトニトリル、ブチロニトリル、二硫化炭素、及びこれらの混合溶媒等が用いられる。また、前記溶液には、溶液の表面張力を調整し、塗工性を向上させるなどのために、必要に応じて界面活性剤を添加しても良い。
【００３８】
前記溶液中の前記液晶材料の濃度は、用いる液晶材料の種類や溶解性、製造する回折素子の膜厚等に応じて適宜調節することができるが、通常３〜５０重量％、好ましくは５〜３０重量％の範囲とすることができる。
【００３９】
前記塗布の方法は、特に限定されないが、スピンコート法、ロールコート法、プリント法、浸漬引き上げ法、カーテンコート法、マイヤーバーコート法、ドクターブレード法、ナイフコート法、ダイコート法、グラビアコート法、マイクログラビアコート法、オフセットグラビアコート法、リップコート法、スプレーコート法等を用いることができる。塗布後、必要に応じて溶媒を除去し、前記液晶材料を、前記基板上に膜厚の均一な層として展開することができる。
【００４０】
前記展開した液晶材料をらせん構造を有するスメクチック液晶相に配向させる方法は、特に限定されないが、前記液晶材料がらせん構造を有するスメクチック液晶相をとりうる温度において展開を行った場合、展開と同時にらせん構造を有するスメクチック液晶相が得られる場合がある。また、必要に応じて、展開された液晶材料をらせん構造を有するスメクチック液晶相が発現する温度に加熱するか、又は溶融状態となる温度若しくはらせん構造を有するスメクチック液晶相よりも高い温度で発現する別の液晶相がある場合はその相が発現する温度に一度加熱してかららせん構造を有するスメクチック液晶相が発現する温度に冷却することにより配向させることもできる。但し、いずれの場合であっても、続く固定化の工程を前記方法（Ａ）により行うときは、液晶物質のガラス転移点以上の温度で配向させる。
【００４１】
また、この際、必要に応じて、液晶材料の配向方向を特定の方向に制御することができる。この制御は、例えば、前記界面として、前記配向処理を施した１枚以上の基板を使用することにより行うことができる。界面として２枚の基板を用いる場合は、そのうち１枚のみに配向処理が施されていても良く、２枚とも配向処理が施されていても良い。
【００４２】
具体的には例えば、前述の、溶融した前記液晶材料を注入するためのセルとしてラビングポリイミドガラス等を２枚用いて液晶材料のらせんのほどけない厚膜セルとしたものを用いることにより、液晶材料の配向を特定方向とすることができる。また、２枚の配向処理をしたプラスチックフィルム等で前記液晶材料をラミネートすることでも、配向を特定方向とすることができる。これらの場合、２枚の基板の配向処理の方向を反平行（配向処理方向が逆。例えばラビング処理の場合、ラビング方向が逆。）にするとらせん軸が基板に対し平行のものまたは一様に傾いた構造が得られ、平行（配向処理方向が同一）にするとらせん軸が基板に平行なものや、フィルムの膜厚方向の途中でらせん軸の傾きが変わったもの等も得ることができる。
【００４３】
また、配向処理を行なった基板を用いなくても、界面上に展開した液晶材料に磁場や電場、ずり応力、流動、延伸、温度勾配等を作用させることによっても得られる回折素子中のらせん軸の向きを一定の方向とすることができる。
【００４４】
前記液晶物質の配向の固定化は、前記方法（Ａ）又は前記方法（Ｂ）等により行うことができる。
【００４５】
前記方法（Ａ）では、ガラス転移温度以上の温度において、前記の方法等により、らせん構造を有するスメクチック液晶相を形成させた液晶材料を冷却し、液晶材料がガラス状態となる温度まで降温させることにより、前記液晶材料を、結晶状態とすることなく、ガラス状態として配向を固定化することができる。冷却の手段は、特に制限はなく、展開又は配向の工程における加熱雰囲気中からガラス転移点以下の雰囲気中、例えば室温中に出すだけで固定化に十分な所望の冷却を行うことができる。また、生産の効率等を高めるために、空冷、水冷等の強制冷却を行ってもよい。
【００４６】
前記方法（Ｂ）では、らせん構造を有するスメクチック液晶相に配向させた前記液晶材料を、該配向を保持したまま重合させる。重合法としては、特に制限はないが、熱重合や光重合、γ線等の放射線重合、電子線重合、重縮合、重付加等を用いることができる。中でも反応制御が容易で、製造上有利な可視光や紫外光を利用した光重合が好ましい。
【００４７】
これらの方法で配向を固定化して得られたフィルムは、そのまま、又は必要に応じて適宜加工することにより本発明の回折素子として用いることができる。例えば、基板上にフィルムを形成した場合、このフィルムを剥離して回折素子とすることもできるし、基板上に形成したそのままの状態で回折素子とすることもできるし、また基板とは異なる別の基板にフィルムを積層して回折素子とすることもできる。前記別の基板とは、透明であれば特に限定されず、例えばポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトン、ポリケトンサルファイド、ポリエーテルスルフォン、ポリスルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリフェニレンオキサイド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリアリレート、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ポリビニルアルコール、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ−４−メチルペンテン−１樹脂、トリアセチルセルロース等のセルロース系プラスチックス、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等のプラスチック基板やガラス基板等が使用でき、配向処理が施されたものでも、施されていないものでも良い。本発明の回折素子は、配向処理が施された基板を用いてらせん軸の向きを一定方向に規定したフィルムを得た後に配向処理が施された基板を除去しても、配向乱れなどを起こさずに、らせん軸の向きが規定されたままの素子として使用することができる。
【００４８】
また、表面保護、強度増加、環境信頼性向上等の目的のために上述した透明プラスチックフィルム等の保護層を必要に応じて前記配向が固定化されたフィルム上等に設けることもできる。
【００４９】
本発明の回折素子は、液晶表示装置の視野角拡大や輝度を向上させるための視認性向上用光学フィルム等の回折を利用した各種光学フィルム、回折の虹色を利用した意匠性フィルム、光記録用フィルム等として使用することができる。
【００５０】
【発明の効果】
本発明の回折素子は特定の配向が固定化されたフィルムを含むため、回折効率が高く、回折角等の特性を自在に且つ安定な状態で設定でき、耐熱性が良好で、大面積で、軽量で、製造コストが低く、且つ取り扱いが容易で他の光学系への組込も極めて容易なことから、光学分野、光エレクトロニクス分野、液晶表示装置分野等において工業的価値は高い。
【００５１】
【実施例】
以下実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００５２】
なお、実施例において、固有粘度の測定、液晶相系列の決定、屈折率の測定、膜厚測定、並びに１次回折光の観察及び回折角の測定は、以下の方法に従って行った。
（１）固有粘度の測定
ウベローデ型粘度計を用い、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（０．５ｇ／ｄＬ）。
（２）液晶相系列の決定
ＤＳＣ(Perkin Elmer DSC-7)測定及び光学顕微鏡（オリンパス光学（株）製ＢＨ２偏光顕微鏡）観察により決定した。
（３）屈折率の測定
アッベ屈折計（アタゴ（株）製Type-4）により屈折率を測定した。
（４）膜厚測定
日本真空技術（株）製表面形状測定装置Dektak 3030ST型を用いた。また、干渉波測定（日本分光（株）製紫外・可視・近赤外分光光度計V-570）と屈折率のデータから膜厚を求める方法も併用した。
（５）１次回折光の観察及び回折角の測定
Ｈｅ−Ｎｅレーザー光（波長λ＝６３２．８ｎｍ）をサンプルに照射して１次回折光を観察し、またその回折角を求めた。らせん軸が面内あるいは膜厚方向でチルトしている場合は、±１次の回折角が等しくなるようにサンプルを回転させ、回折角を求めた。
【００５３】
【実施例１】
４，４'−ビフェニルジカルボン酸ジメチル２００ｍｍｏｌ、（Ｒ）−２−メチル−１，４−ブタンジオール（enantiomeric excess, e.e.=60.0%)１２０ｍｍｏｌ、１，６−ヘキサンジオール８０ｍｍｏｌ、及び触媒としてオルトチタン酸テトラ−ｎ−ブチルを用い、２２０℃で２時間溶融重合することにより液晶性ポリエステルを合成した（固有粘度０．１８ｄＬ／ｇ）。
【００５４】
この液晶性ポリエステルの１０重量％テトラクロロエタン溶液を調製し、これをラビング処理を施したポリイミド膜を有するガラス基板上にスピンコート法により塗布し、ホットプレート上６０℃で溶媒を除去した。次いで恒温槽中１８０℃で１０分間熱処理してスメクチックＡ相で配向させた後、キラルスメクチックＣ相に配向する温度である１２０℃まで４℃／分で降温し、恒温槽から取り出して室温まで冷却し、液晶性ポリエステルの配向を固定した。こうして得られたガラス基板上の液晶性ポリエステルからなるフィルムは、らせん構造を有するキラルスメクチックＣ相でガラス固定化されており、均一な膜厚（１．１μｍ）であった。偏光顕微鏡観察、膜断面の電子顕微鏡観察より、該フィルムに形成されたらせん構造のらせんピッチは約１．０μｍであることがわかった。らせん軸は基板面に対し膜厚方向に約１５度傾いており、その傾きの方向はラビング方向に対して通常のネマチック液晶がチルトする方向と同一であった。また膜面内におけるらせん軸の方向は、ラビング方向と一致せず反時計回りに約１０度ずれていた。
【００５５】
このフィルムにＨｅ−Ｎｅレーザーを照射するとスクリーン上に１次の回折スポットが観察され、その回折角は４８度であった。
【００５６】
【実施例２】
◎
【化１】
0004201889.tif 000002
上記２官能性低分子液晶（１）と単官能性キラル液晶（２）との１５：８５（重量比）混合物２０重量％、光重合開始剤としてイルガキュアー９０７（商品名、チバ・スペシャリティーケミカルズ製）０．２重量％、増感剤としてカヤキュアーＤＥＴＸ（商品名、日本化薬製）０．０２重量％、及び界面活性剤としてメガファックＦ−１４４Ｄ（商品名、大日本インキ製）０．０５重量％を含むキシレン−アセトン混合溶液（８：２、容量比）溶液を調製した。当該溶液をラビング処理を施したポリイミド膜を有する７５μｍポリアリレート基板上にドクターブレード法により塗布し、５０℃で溶媒を除去した。次いで恒温槽中で１００℃で３分間熱処理し、スメクチックＡ相で配向させた後、キラルスメクチックＣ相に配向する温度である６０℃まで５℃／分で降温し、さらに６０℃で３分間熱処理した。その後、６０℃のまま１２０Ｗ／ｃｍの高圧水銀灯を有する紫外線照射装置を用いて１２００ｍＪ／ｃｍ2の照射エネルギーで光重合させることにより、当該２官能性低分子液晶と単官能性キラル液晶からなる混合物の配向を固定化した。こうして得られたポリアリレート基板上のフィルムは、らせん構造を有するキラルスメクチックＣ相で固定化されており、均一な膜厚（１．５μｍ）であった。らせん軸は基板面に対し膜厚方向に約２０度傾いており、その傾きの方向はラビングに対して通常のネマチック液晶がチルトする方向と同一であった。また膜面内におけるらせん軸の方向は、ラビング方向と一致せず、反時計回りに約１４度ずれていた。また偏光顕微鏡観察、膜断面の電子顕微鏡観察から、該フィルムに形成されたらせん構造のらせんピッチは約１．５μｍであることが分かった。
【００５７】
このフィルムにＨｅ−Ｎｅレーザーを照射するとスクリーン上に１次の回折スポットが観察され、その回折角は２５度であった。