(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、らせん軸方位が、フィルム面に対して略垂直となるらせん構造で配向させた後、当該配向を保持したまま、当該液晶材料中の分子間で新たな結合を形成し、らせん軸方位が、フィルム面に対して略垂直となるらせん構造を固定化してなる液晶フィルム。
【請求項２】
前記スメクチック相が、キラルスメクチックＣ相であることを特徴とする請求項１に記載の液晶フィルム。
【請求項３】
前記スメクチック相が、キラルスメクチックＣA相であることを特徴とする請求項１に記載の液晶フィルム。
【請求項４】
前記新たな結合の形成が、光照射により形成されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の液晶フィルム。
【請求項５】
前記新たな結合の形成が、電子線照射により形成されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の液晶フィルム。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の液晶フィルムを含む光学素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
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、セキュリテイ分野、意匠用途等で有用であり、また、大面積でも製造可能にして取り扱い性の良好な新規液晶フィルム及び光学素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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。
【０００３】
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、二次元液体とも言うべき、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）、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中には、相中の各層の配向ベクトルが少しずつある角度でねじられていき、全体としてみ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。
【０００４】
らせん構造を呈したスメクチック液晶物質は、様々な性質を有し、特に複屈折性、旋光性、偏光分離特性、回折特性、選択反射特性といった様々の光学的性質を示す。
【０００５】
らせん構造の配向を有する液晶フィルムを、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。これは、らせん構造がらせんピッチを格子間隔とした回折格子として働くためである。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、低分子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。回折角はらせんピッチにより決まる。
【０００６】
また、液晶セル中でらせん軸が基板面に垂直になるように液晶物質を配向させた場合、らせん軸に平行に入射した光に対し、選択反射特性を示す。例えば右巻きのらせん構造を有している場合、らせんピッチの半分の長さから決まるある波長の右円偏光の光は完全に反射され、左円偏光の光はそのまま通過する。らせん軸に対して斜めに入射した光に対しては、さらにスメクチック相特有の性質を示し、例えばキラルスメクチックＣ相では、らせんのハーフピッチに対応した選択反射に加え、フルピッチに対応した選択反射が観測され、キラルスメクチックＣA相ではハーフピッチに対応した選択反射のみが観測される。
【０００７】
このような性質を利用して、スメクチック相を呈する液晶物質を液晶セル中等において層状に設け、回折素子や選択反射素子等として使用することが考えられる。しかしながら、スメクチック液晶のらせんピッチは温度による影響を受けやすく、何らかの方法で配向を固定化し、らせんピッチが変化しないようにしなければ、安定した性状の素子として利用することができない。また、フィルム単独では使用できないといった信頼性の問題、大面積化が困難といった問題がある。
【０００８】
また、固化しやすい高分子のスメクチック液晶物質を配向させた後に液晶フィルムとし、回折素子や選択反射素子等として使用することも考えられる。しかし、このような液晶フィルムは、耐熱性が劣るため、例えば高温で配向が乱れて素子としての性能が失われてしまうといった問題等がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、らせん構造を有するスメクチック液晶が示す、選択反射特性を、自在に且つ安定な状態で設定でき、耐熱性、耐衝撃性、耐薬品性、強度及び寸法安定性が良好で、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液晶フィルムを提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、らせん構造を有するスメクチック液晶が示す選択反射特性を、自在に且つ安定な状態で設定でき、耐熱性及び強度が良好で、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光学素子を提供することにある。
【００１１】
【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、らせん軸方位が、フィルム面に対して略垂直となるらせん構造で配向させた後、当該配向を保持したまま、当該液晶材料中の分子間で新たな結合を形成し、らせん軸方位が、フィルム面に対して略垂直となるらせん構造を固定化してなる液晶フィルムが提供される。
【００１２】
また、本発明によれば、前記液晶フィルムを含む光学素子が提供される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の液晶フィルムは、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、特定の工程に供し、当該らせん構造を固定化してなる。
【００１４】
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、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、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。
【００１５】
また、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）等の光学活性を示し強誘電性を示すもの、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）等の光学活性を示し反強誘電性を示すもの、又はキラルスメクチックＣγ相（ＳｍＣγ相）、キラルスメクチックＩγ相（ＳｍＩγ相）、キラルスメクチックＦγ相（ＳｍＦγ相）等の光学活性を示しフェリ誘電性を示すもの等の各種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条件ではなく、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。
【００１６】
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。
【００１７】
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における層の法線方向に対する分子の長軸方向の傾き方向が、隣り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。本発明の液晶フィルムにおいては、らせん構造を形成する部分は液晶フィルムの全面であっても良いし、一部でも良い。
【００１８】
前記らせん構造におけるらせんの中心軸をらせん軸といい、またらせん一回転分のらせん軸方向の距離をらせんピッチという。本発明の液晶フィルム中のらせん軸の方向は、液晶フィルム面に対し、略垂直である。
【００１９】
本発明の液晶フィルム中のらせんピッチは、特に限定されないが、０．２〜２０μｍが好ましく、０．３〜１０μｍがより好ましい。また、らせんピッチは液晶フィルム内で一定でも良いが、液晶フィルム内の場所により異なっていても良く、連続的に変化していても良い。前記らせんピッチは、本発明の液晶フィルムの製造にあたり、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の公知の方法により、容易に調整できる。
【００２０】
本発明の液晶フィルム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、且つ配向をさせた後に、その配向を保持したまま、含まれる分子の間で新たな結合を形成し、前記らせん構造を固定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含むものを用いることができる。
【００２１】
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、単独又は複数種の低分子及び／又は高分子液晶物質と単独又は複数種の低分子及び／又は高分子の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、例えば後述する垂直配向剤等の配向剤、界面活性剤、重合開始剤、重合禁止剤、増感剤、安定剤、触媒、染料、顔料、紫外線吸収剤、密着性向上剤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、チオエステル系化合物、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、フェニルシクロへキサン系化合物、ピリミジン系化合物、シクロへキシルシクロへキサン系化合物、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】
前記液晶材料に配合する前記液晶物質の分子量は、通常２００〜１０，０００とすることができる。
【００２７】
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、又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、キラルスメックチック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、らせんピッチを調節することができ、さらには液晶フィルムの特性、例えば、選択反射素子として用いる場合には、選択反射波長を調節することができる。
【００２８】
また、らせん構造が右らせんになるか左らせんになるかは、使用するカイラル剤や光学活性単位の掌性に依存するので、どちらの掌性のものを選択するかで、右らせん、左らせんいずれのらせん構造も作製することができる。
【００２９】
前記液晶材料としては、その分子間において新たな結合を形成しうる置換基を有する物質を含むものを用いることができる。前記置換基としては、ビニル基、アクリル基、メタクリル基、ビニルエーテル基、シンナモイル基、アリル基、アセチレニル基、クロトニル基、アジリジニル基、エポキシ基、イソシアネート基、チオイソシアネート基、アミノ基、水酸基、メルカプト基、カルボン酸基、アシル基、ハロカルボニル基、アルデヒド基、スルホン酸基、シラノール基等を挙げることができ、好ましくはこれらのうち多重結合を有する基やエポキシ基、アジリジニル基を挙げることができ、さらに好ましくはアクリル基、メタクリル基、ビニル基、ビニルエーテル基、エポキシ基、シンナモイル基等を挙げることができる。これら置換基は前記液晶物質及び／又は非液晶物質及び／又は添加剤の１種以上のいずれに含まれていても良く、前記液晶材料が２種以上の物質を含む場合、同種及び／又は異種の置換基が含まれていてもよい。また、前記液晶材料を構成する１種類の物質中に同種及び／又は異種の置換基が２つ以上含まれていてもよい。
【００３０】
本発明の液晶フィルムは、前記液晶材料を、前記液晶材料がスメクチック液晶相を呈する温度にてらせん構造で配向させた後、当該配向を保持したまま、当該液晶材料中の分子間で新たな結合を形成し、当該らせん構造を固定化してなる。
【００３１】
前記液晶材料の配向は、特に限定されないが、液晶材料を２つの界面の間に展開した後に行うことができる。
【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よく、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合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、他の液晶、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など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、高分子液晶などのプラスチックフィルム基板；アルミ、鉄、銅などの金属基板；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；セラミック基板等の各種基板；シリコンウェハー等の各種半導体基板等を挙げることができる。また、上記基板上に他の被膜、例えばポリイミド膜、ポリアミド膜、ポリビニルアルコール膜等有機膜を設けたもの、若しくは酸化珪素等の斜め蒸着膜を設けたもの、ＩＴＯ（インジウム−錫酸化物）等の透明電極を形成したもの、金、アルミニウム、銅等の金属膜を蒸着やスパッタ等により形成したもの、更には各種半導体素子、例えばアモルファスシリコンの薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等も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、得られる液晶フィルム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。ただし、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、若干ずれる場合がある。尚、配向処理を施さない基板を用いた場合、得られる液晶フィルムは、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となる場合もあるが、その場合でも所望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】
また、配向処理を行った基板を用いなくても、界面間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、得られる液晶フィルム中のらせん軸の向きを一定の方向とすることができる。
【００３７】
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、公知の方法等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。
【００３８】
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、液晶材料を直接塗布する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など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などのフェノール類、ベンゼン、トルエン、キシレン、メトキシベンゼン、１、２−ジメトキベンゼンなどの芳香族炭化水素類、イソプロピルアルコール、ｔｅｒｔ−ブチルアルコール等のアルコール類、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等のグリコール類、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、ブチルセルソルブ等のグリコールエーテル類、アセトン、メチルエチルケトン、酢酸エチル、２−ピロリドン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ピリジン、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などが用いられる。また前記溶媒には、溶液の表面張力を調整し、塗工性を向上させるなどために、必要に応じて界面活性剤を添加しても良い。
【００３９】
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、製造する液晶フィルム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。
【００４０】
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、前記基板上の均一な層として展開することができる。
【００４１】
必要に応じ前記展開を行った後、前記液晶材料を、らせん構造を有するスメクチック液晶相を呈する温度にてらせん構造で配向させる方法は、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が得られる場合がある。また、展開された液晶材料を一度、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相、例えばスメクチックＡ相、キラルネマチック相、等方相等から、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。
【００４２】
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。
【００４３】
具体的に例えば、前述の、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し、それにより液晶フィルムのらせん軸方位が、フィルム面に対して略垂直である液晶フィルムを得ることができる。
【００４４】
また、配向処理を行った基板を用いなくても、一定方向の配向を形成することができる場合もあり、前述したマルチドメイン相等の所望の効果が得られる配向を形成することができる場合もある。他に、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液晶フィルム中のらせん軸の向きを一定の方向とすることができる。
【００４５】
特に、らせん軸をフィルム面に対し垂直又はほぼ垂直にするよう配向方向を制御する場合には、垂直配向剤を基板面に塗布する方法や液晶材料中に配向剤を混合する方法等の制御を行うことができる。一般的には表面エネルギーが小さな垂直配向膜を基板面に形成する等の方法が用いられるが、使用する基板自身の表面エネルギーが小さな場合、特に処理を施さなくてもホメオトロピック配向を達成できる。前記垂直配向剤としては、シランカップリング剤やクロム等の金属錯体、レシチンやＣＴＡＢ(cetyltrimethylammonium bromide)、垂直配向性ポリイミド等が好ましい。
【００４６】
前記配向させた後の前記らせん構造の固定化は、前記配向させた前記液晶材料を、前記配向を保持したまま、当該液晶材料中の分子間で新たな結合を形成させることで達成される。
【００４７】
前記新たな結合は、前記液晶材料中の分子間における、配向されるまで存在しなかった結合であれば特に限定されず、前記液晶物質、非液晶物質及び添加剤のいずれか１種以上の分子間における新たな結合とすることができる。また、前記結合の態様としては、共有結合、イオン結合、配位結合、水素結合等を挙げることができる。これらの中でも、固定化後の安定性を考えると、化学反応により形成される共有結合が最も好ましい。
【００４８】
前記新たな結合を生じさせる方法としては、特に制限はなく、前記液晶材料中の物質が有する前記置換基の種類等に応じて、適宜選択することができる。熱、光、γ線等の放射線、電子線等を作用させることが好ましく、中でも制御が容易で製造上有利な、可視光や紫外線を利用した光照射又は電子線照射が最も好ましく使用できる。これらの方法で新たな結合を形成することにより、配向を固定化し、本発明の液晶フィルムとすることができる。
【００４９】
本発明のフィルムの膜厚は、配向性の点から、通常０．１〜１００μｍとすることができる。
【００５０】
本発明の光学素子は、前記本発明の液晶フィルムを含む。
【００５１】
具体的には、前記液晶フィルムを、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光学素子とすることができる。例えば、基板上に液晶フィルムを形成した場合、この液晶フィルムを剥離して光学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光学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液晶フィルムを積層して光学素子とすることもできる。また、同じ又は異なる性質を有する液晶フィルムを複数層設けた光学素子とすることもできる。
【００５２】
前記別の基板は特に限定されず、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前記ガラス基板、セラミック基板、紙、金属板、又は偏光板、位相差板若しくは高分子液晶物質を固定化したもの等の他の光学的機能を有する素子等が使用できる。本発明の液晶フィルムは、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液晶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、本発明の光学素子を構成することができる。
【００５３】
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やハードコート層等を必要に応じて前記液晶フィルム上等に設けることもできる。
【００５４】
本発明の光学素子に光を入射させると、液晶フィルム中のらせん構造の態様等に応じて、複屈折性、旋光性、偏光分離特性、導波路、選択反射等の特性、あるいはそれらが複合された特性を得ることができる。したがって、本発明の光学素子は、これらの性質を利用し、複屈折性素子、旋光素子、偏光分離素子、導波路素子、選択反射素子等あるいはそれらが複合された素子等の様々な光学素子とすることができる。
【００５５】
例えばらせん構造に直線偏光を入射した場合、旋光性により偏光面は回転する。また、液晶フィルム面に対しらせん軸がほぼ法線方向になるような配向を有する素子の場合、その液晶フィルムは選択反射の性質を示し、らせんの巻き方（ヘリカルセンス）により、右円偏光あるいは左円偏光のどちらかの円偏光を反射する。反射光の波長が可視光域にある場合、液晶フィルムは色付いて見える。この時、キラルスメクチックＣ相等の強誘電性を示す液晶相を固定化した液晶フィルムを用いた場合には、フルピッチとハーフピッチに対応した２本の選択反射を示す光学素子となり、キラルスメクチックＣA相等の反強誘電性を示す液晶相を固定化した液晶フィルムを用いた場合には、ハーフピッチに対応した１本の選択反射を示す光学素子とすることができる。
【００５６】
【発明の効果】
本発明の液晶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特定らせん構造で固定化された液晶フィルムであるため、らせんピッチやフィルムの膜厚等のパラメータを自在に且つ安定な状態で設定でき、選択反射特性を自在に且つ安定な状態で設定することができる。さらには、耐熱性、耐衝撃性、耐薬品性、高強度、軽量、寸法安定性が良好といった特徴を有し、低コストで大面積製造可能であり、且つ取り扱いが容易で他の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、液晶表示分野、セキュリティー分野、ヘッドアップディスプレイ用コンバイナー、意匠用途等において有用である。
【００５７】
本発明の光学素子は前記特定の液晶フィルムを含むため、選択反射特性を自在に且つ安定な状態で設定することができる。さらには、耐熱性、耐衝撃性、耐薬品性、高強度、軽量、寸法安定性が良好といった特徴を有し、低コストで大面積製造可能であり、且つ取り扱いが容易で他の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、液晶表示分野、セキュリティー分野、ヘッドアップディスプレイ用コンバイナー、意匠用途等において有用である。
【００５８】
【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。
【００５９】
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）透過スペクトルの測定
日本分光製Ｖ−５７０型分光光度計を用い、試料を４５度傾けて測定した。
【００７９】
実施例１
【００８０】
【化５】
0004209530.tif 000002
【００８１】
上記２官能性低分子液晶（１３）と単官能性キラル液晶（１４）との１０：９０（重量比）混合物の１ｇ、光重合開始剤としてイルガキュアー９０７（商品名、チバ・スペシヤリティーケミカルズ製）を０．０２ｇ、及び増感剤としてカヤキュアーＤＥＴＸ（商品名、日本化薬製）０．００４５ｇを一度ジクロロメタンに溶解した後、溶媒を除去することで均一な液晶材料を得た。次に２枚のシリコーン離型処理したポリエチレンテレフタレート（離型処理ＰＥＴ）基板（厚さ３８μｍ）を、離型処理面が内側になるように配置したものを用意し、その間に当該液晶材料を一部取り分けた。次いで、２本の加熱ローラーを有するラミネート装置を用いてスメクチックＡ相を示す９０℃の温度で加熱ローラーの間を通し、薄く伸ばした。離型処理ＰＥＴの垂直配向性及び加熱ローラ間を通過したときにスメクチックＡ相でホメオトロピック配向した液晶材料は、徐冷の過程でスメクチックＣ相に変化し、赤色の選択反射を示した。その状態ですぐに１２０Ｗ／ｃｍの高圧水銀灯を有する紫外線照射装置を用いて１０００ｍＪ／ｃｍ2の照射エネルギーで光硬化させることにより、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。こうして得られた離型処理ＰＥＴ基板間の液晶フィルムは、らせん軸が基板面にほぼ垂直な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（２０μｍ）であった。
【００８２】
この液晶フィルムに、45度の入射角度で光を照射し、透過スペクトルを測定した。結果を図１に示す。図１の通りハーフピッチ及びフルピッチに由来する２本の選択反射を示した。
【００８３】
このフィルムを８０℃の温度にて５００時間放置したところ、配向に全く乱れ等生じていなかった。
【００８４】
実施例２
【００８５】
【化６】
0004209530.tif 000003
【００８６】
上記２官能性低分子液晶（１５）と単官能性キラル液晶（１６）との１０：９０（重量比）混合物１ｇ、光重合開始剤としてイルガキュアー９０７（商品名、チバ・スペシヤリティーケミカルズ製）０．０２ｇ、及び増感剤としてカヤキュアーＤＥＴＸ（商品名、日本化薬製）０．００４５ｇを一度ジクロロメタンに溶解した後、溶媒を除去することで均一な液晶材料を得た。次に２枚の未処理のトリアセチルセルロース（ＴＡＣ）基板（８０μｍ）を用意し、その間に当該液晶材料を一部取り分けた。次いで、２本の加熱ローラーを有するラミネート装置を用いてスメクチックＡ相を示す８０℃の温度で加熱ローラーの間を通し、薄く伸ばしたところ、スメクチックＡ相でホメオトロピック配向した液晶材料は、徐冷の過程でスメクチックＣA相に変化し、赤色の選択反射を示した。その状態ですぐに１２０Ｗ／ｃｍの高圧水銀灯を有する紫外線照射装置を用いて６００ｍＪ／ｃｍ2の照射エネルギーで光硬化させることにより、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ＴＡＣ基板間の液晶フィルムは、らせん軸が基板面にほぼ垂直なキラルスメクチックＣA相で固定化されており、均一な膜厚（１５μｍ）であった。
【００８７】
この液晶フィルムに、45度の入射角度で光を照射し、透過スペクトルを測定したところ、ハーフピッチに由来する１本の選択反射を示した。
【００８８】
このフィルムを８０℃の温度にて５００時間放置したところ、配向に全く乱れ等生じていなかった。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施例１における４５度入射光に対する透過スペクトルを示す図である。
【図１】
0004209530.tif 000004