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技術 円偏光フィルターおよびその応用

出願人 富士フイルム株式会社
発明者 市橋光芳
出願日 2013年7月26日 (7年3ヶ月経過) 出願番号 2013-155587
公開日 2015年2月5日 (5年9ヶ月経過) 公開番号 2015-025956
状態 特許登録済
技術分野 偏光要素 照明装置の素子の配置,冷却,密封,その他
主要キーワード クサビ形 近赤外光波長域 位相差角度 試料フィルタ 円偏光度 消費割合 センサー部品 配列軸
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (6)

課題

円偏光度の高い円偏光が得られる円偏光フィルターまたは円偏光を利用したセンサーシステムにおいて感度の向上を可能とする円偏光フィルターおよび円偏光を利用したセンサーシステムとして感度の高いシステムを提供する。

解決手段

円偏光分離層(好ましくは、コレステリック液晶相を固定した層または反射型直線偏光子とλ/4位相差層とを含む積層体)を含む円偏光フィルターであって、前記円偏光分離層は特定の波長において右円偏光または左円偏光のいずれか一方を選択的に透過させる層であり、前記円偏光分離層の少なくとも一方の面側に前記の特定の波長域の光に対して透明である透明媒体を有し、前記透明媒体は前記円偏光分離層の前記透明媒体側の面に対し1°〜30°の角度をなす傾斜面を有する円偏光フィルター、および前記円偏光フィルターを利用したセンサーシステム。

概要

背景

円偏光フィルターは特定の波長域において右円偏光または左円偏光のいずれか一方を選択的に透過または反射させることのできるフィルターであり、得られる円偏光特質を生かして様々な分野で応用されている。
例えば、特許文献1には、植物栽培における円偏光の利用が開示されており、植物栽培用照明装置円偏光板を用いることについて記載されている。
また、特許文献2には、円偏光を利用した検知システムが開示されている。特許文献2においては、シリコン基板に円偏光フィルターを介した円偏光赤外光照射し、さらにシリコン基板からの反射光もしくは透過光を円偏光フィルターを介して受光するシステムにより、シリコン基板のクラックを検出する技術が開示されている。この技術は、すなわち、クラックが存在しない箇所の反射光もしくは透過光は逆センスの円偏光であり円偏光フィルターを透過できない一方で、クラックでの反射光もしくは透過光においては乱反射によって円偏光フィルターを介しても感知できる光が生じることを利用したものである。

概要

円偏光度の高い円偏光が得られる円偏光フィルターまたは円偏光を利用したセンサーシステムにおいて感度の向上を可能とする円偏光フィルターおよび円偏光を利用したセンサーシステムとして感度の高いシステムを提供する。円偏光分離層(好ましくは、コレステリック液晶相を固定した層または反射型直線偏光子とλ/4位相差層とを含む積層体)を含む円偏光フィルターであって、前記円偏光分離層は特定の波長において右円偏光または左円偏光のいずれか一方を選択的に透過させる層であり、前記円偏光分離層の少なくとも一方の面側に前記の特定の波長域の光に対して透明である透明媒体を有し、前記透明媒体は前記円偏光分離層の前記透明媒体側の面に対し1°〜30°の角度をなす傾斜面を有する円偏光フィルター、および前記円偏光フィルターを利用したセンサーシステム。

目的

本発明の課題は、円偏光度の高い円偏光が得られる円偏光フィルター、または、円偏光を利用したセンサーシステムにおいて感度の向上を可能とする円偏光フィルターを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

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請求項1

円偏光分離層を含む円偏光フィルターであって、前記円偏光分離層は特定の波長域において右円偏光または左円偏光のいずれか一方を選択的に透過させる層であり、前記円偏光分離層の少なくとも一方の面側に前記の特定の波長域の光に対して透明である透明媒体を有し、前記透明媒体は前記円偏光分離層の前記透明媒体側の面に対し1°〜30°の角度をなす傾斜面を有する円偏光フィルター。

請求項2

前記円偏光分離層がコレステリック液晶相を固定した層であるか、または反射型直線偏光子とλ/4位相差層とを含む積層体である請求項1記載の円偏光フィルター。

請求項3

前記透明媒体が、前記円偏光分離層と直接接しているか、または、直接接着されている請求項1または2に記載の円偏光フィルター。

請求項4

前記透明媒体が、均一媒体である請求項1〜3のいずれか一項に記載の円偏光フィルター。

請求項5

透明媒体の屈折率と円偏光分離層の面内平均屈折率との差が0.05以内である請求項4に記載の円偏光フィルター。

請求項6

前記傾斜面が最表面にある請求項1〜5のいずれか一項に記載の円偏光フィルター。

請求項7

前記円偏光分離層の両側面に前記透明媒体を有し、かつ、膜厚が均一である請求項1〜6のいずれか一項に記載の円偏光フィルター。

請求項8

前記の特定の波長域が波長800nm-1500nmの範囲の、少なくとも50nm幅以上の波長域である請求項1〜7のいずれか一項に記載の円偏光フィルター。

請求項9

前記の特定の波長域以外の波長域の少なくとも一部において光を遮断する光遮断層を含む請求項1〜8のいずれか一項に記載の円偏光フィルター。

請求項10

波長380〜780nmの50nm幅以上の波長域において光を遮断する光遮断層を含む請求項8に記載の円偏光フィルター。

請求項11

請求項1〜10のいずれか一項に記載の円偏光フィルターと前記の特定の波長域内の波長の光を発光する光源とを含む光源装置

請求項12

前記光源、前記円偏光分離層、および前記透明媒体がこの順で配置されている請求項11に記載の光源装置。

請求項13

請求項1〜10のいずれか一項に記載の円偏光フィルターと前記の特定の波長域内の波長の光を感知できる受光素子とを含むセンサー

請求項14

前記受光素子、前記円偏光分離層、および前記透明媒体がこの順で配置されている請求項13に記載のセンサー。

請求項15

請求項1〜10のいずれか一項に記載の円偏光フィルターと前記の特定の波長域内の波長の光を発光する光源と前記の特定の波長域内の波長の光を感知できる受光素子とを含むセンサーシステム

請求項16

前記光源、前記円偏光分離層、および前記透明媒体がこの順で配置され、かつ前記受光素子、前記円偏光分離層、および前記透明媒体がこの順で配置されている請求項15に記載のセンサーシステム。

技術分野

0001

本発明は、円偏光フィルターに関する。また、本発明は、光源センサー、またはセンサーシステム等への円偏光フィルターの応用に関する。

背景技術

0002

円偏光フィルターは特定の波長域において右円偏光または左円偏光のいずれか一方を選択的に透過または反射させることのできるフィルターであり、得られる円偏光特質を生かして様々な分野で応用されている。
例えば、特許文献1には、植物栽培における円偏光の利用が開示されており、植物栽培用照明装置円偏光板を用いることについて記載されている。
また、特許文献2には、円偏光を利用した検知システムが開示されている。特許文献2においては、シリコン基板に円偏光フィルターを介した円偏光赤外光照射し、さらにシリコン基板からの反射光もしくは透過光を円偏光フィルターを介して受光するシステムにより、シリコン基板のクラックを検出する技術が開示されている。この技術は、すなわち、クラックが存在しない箇所の反射光もしくは透過光は逆センスの円偏光であり円偏光フィルターを透過できない一方で、クラックでの反射光もしくは透過光においては乱反射によって円偏光フィルターを介しても感知できる光が生じることを利用したものである。

先行技術

0003

国際公開2012−144422号
特開2013−36888号公報

発明が解決しようとする課題

0004

本発明の課題は、円偏光度の高い円偏光が得られる円偏光フィルター、または、円偏光を利用したセンサーシステムにおいて感度の向上を可能とする円偏光フィルターを提供することである。また、本発明は、円偏光を利用したセンサーシステムとして感度の高いシステムを提供することを課題とする。

課題を解決するための手段

0005

本発明者はコレステリック液晶相を固定した層を利用した円偏光フィルターを用いて、円偏光度を上げることができる構成について試行錯誤する過程で、コレステリック液晶相を固定した層を透過した光がさらに特定の構造の透明媒体を経由する構成をとることによって、驚いたことに円偏光度が向上することを見出した。そしてこの知見に基づき、さらに検討を重ね、本発明を完成させた。

0006

すなわち、本発明は下記の[1]〜[16]を提供するものである。
[1]コレステリック液晶相を固定した層からなる円偏光分離層を含む円偏光フィルターであって、前記円偏光分離層は特定の波長域において右円偏光または左円偏光のいずれか一方を選択的に透過させる層であり、前記円偏光分離層の少なくとも一方の面側に前記の特定の波長域の光に対して透明である透明媒体を有し、前記透明媒体は前記円偏光分離層の前記透明媒体側の面に対し1°〜30°の角度をなす傾斜面を有する円偏光フィルター。
[2]前記円偏光分離層がコレステリック液晶相を固定した層であるか、または反射型直線偏光子とλ/4位相差層とを含む積層体である[1]に記載の円偏光フィルター。
[3]前記透明媒体が、前記円偏光分離層と直接接しているか、または、直接接着されている[1]または[2]に記載の円偏光フィルター。
[4]前記透明媒体が、均一媒体である[1]〜[3]のいずれか一項に記載の円偏光フィルター。

0007

[5]透明媒体の屈折率と円偏光分離層の面内平均屈折率との差が0.05以内である[4]に記載の円偏光フィルター。
[6]前記傾斜面が最表面にある[1]〜[5]のいずれか一項に記載の円偏光フィルター。
[7]前記円偏光分離層の両側面に前記透明媒体を有し、かつ、膜厚が均一である[1]〜[5]のいずれか一項に記載の円偏光フィルター。
[8]前記の特定の波長域が波長800nm-1500nmの範囲の、少なくとも50nm幅以上の波長域である[1]〜[6]のいずれか一項に記載の円偏光フィルター。
[9]前記の特定の波長域以外の波長域の少なくとも一部において光を遮断する光遮断層を含む[1]〜[7]のいずれか一項に記載の円偏光フィルター。
[10]波長380〜780nmの50nm幅以上の波長域において光を遮断する光遮断層を含む[8]に記載の円偏光フィルター。

0008

[11][1]〜[9]のいずれか一項に記載の円偏光フィルターと前記の特定の波長域内の波長の光を発光する光源とを含む光源装置
[12]前記光源、前記円偏光分離層、および前記透明媒体がこの順で配置されている[10]に記載の光源装置。
[13][1]〜[10]のいずれか一項に記載の円偏光フィルターと前記の特定の波長域内の波長の光を感知できる受光素子とを含むセンサー。
[14]前記受光素子、前記円偏光分離層、および前記透明媒体がこの順で配置されている[13]に記載のセンサー。
[15][1]〜[10]のいずれか一項に記載の円偏光フィルターと前記の特定の波長域内の波長の光を発光する光源と前記の特定の波長域内の波長の光を感知できる受光素子とを含むセンサーシステム。
[16]前記光源、前記円偏光分離層、および前記透明媒体がこの順で配置され、かつ前記受光素子、前記円偏光分離層、および前記透明媒体がこの順で配置されている[15]に記載のセンサーシステム。

発明の効果

0009

本発明により、円偏光度の高い円偏光が得られる円偏光フィルター、および円偏光を利用したセンサーシステムにおいて感度の向上を可能とする円偏光フィルターが提供される。本発明の円偏光フィルターは、植物栽培への応用や、または円偏光光源装置、センサー、センサーシステムなど構成部材として応用が可能である。

図面の簡単な説明

0010

本発明の円偏光フィルターの構成例(概略断面図)を示す図である。
本発明の円偏光フィルターのセンサーシステムとしての使用例を示す図である。
実施例で使用した円偏光フィルターの構成(概略断面図)を示す図である。
実施例1および比較例1の円偏光フィルターで得られた波長400nm〜700nmの円偏光度の測定結果を示すグラフである。
実施例で用いた、フィルター、光源、受光素子、鏡の配置を模式的に示す図である。

0011

以下、本発明を詳細に説明する。
なお、本明細書において「〜」とはその前後に記載される数値を下限値および上限値として含む意味で使用される。

0012

本明細書において、円偏光につき「選択的」というときは、照射される光の右円偏光成分または左円偏光成分のいずれかの光量が、他方の円偏光成分よりも多いことを意味する。具体的には「選択的」というとき、光の円偏光度は、0.3以上であることが好ましく、0.6以上がより好ましく、0.8以上がさらに好ましい。実質的に1.0であることがさらに好ましい。 ここで、円偏光度とは、光の右円偏光成分の強度をIR、左円偏光成分の強度をILとしたとき、|IR−IL|/(IR+IL)で表される値である。光の円偏光成分の比を表すため、本明細書においては、円偏光度を用いることがある。

0013

本明細書において、円偏光につき「センス」というときは、右円偏光であるか、または左円偏光であるかを意味する。円偏光のセンスは、光が手前に向かって進んでくるように眺めた場合に電場ベクトルの先端が時間の増加に従って時計回りに回る場合が右円偏光であり、反時計回りに回る場合が左円偏光であるとして定義される。

0014

本明細書においては、コレステリック液晶螺旋捩れ方向について「センス」との用語を用いることもある。コレステリック液晶による選択反射は、コレステリック液晶の螺旋の捩れ方向(センス)が右の場合は右円偏光を反射し、左円偏光を透過し、センスが左の場合は左円偏光を反射し、右円偏光を透過する。

0015

本明細書において、光透過率の算出に関連して必要である光強度の測定は、例えば通常の紫外可視、または近赤外スペクトルメータを用いて、リファレンスを空気として、測定したものであればよい。

0016

なお、光の各波長の偏光状態は、円偏光板を装着した分光放射輝度計またはスペクトルメータを用いて測定することができる。この場合、右円偏光板を通して測定した光の強度がIR、左円偏光板を通して測定した光の強度がILに相当する。また、白熱電球水銀灯蛍光灯LED等の通常光源は、ほぼ自然光を発しているが、これらに装着された円偏光フィルターまたは円偏光分離層の偏光を作り出す特性は、例えば、AXOMETRICS社製の偏光位相解析装置AxoScanなどを用いて測定することができる。
また、照度計光スペクトルメータに、円偏光フィルターを取り付けても測定することができる。右円偏光透過板をつけ、右円偏光量を測定、左円偏光透過板をつけ、左円偏光量を測定することにより、比率を測定できる。

0017

(円偏光フィルター)
本発明の円偏光フィルターは円偏光分離層および透明媒体を含む。本発明の円偏光フィルターは必要に応じて、他の層または他の構成部材を含んでいてもよい。円偏光フィルターは、円偏光分離層の少なくとも一方の面側に透明媒体を有していればよい。すなわち、透明媒体は円偏光分離層のいずれか一方の面側にあってもよく、両方の面にあってもよい。なお、本明細書において、層またはフィルターなどのフィルム状の形態の対象について、「面」という場合は、フィルム面積を示す2つの面のいずれかを意味し、特に言及のない場合は、厚み方向の面を示さない。「面」は、円偏光フィルターの使用において、光の入射方向と角度をなす。例えば上記面は光の入射方向と30°〜90°などの角度で交差していればよい。
透明媒体は、層状の媒体であることが好ましい。また、円偏光分離層の片側面側にある透明媒体は、前記片側面の50%以上、60%以上、70%以上、80%以上、90%以上、95%以上、96%以上、97%以上、98%以上、または99%以上、好ましくは実質的に100%の面積を覆う層状の媒体であることが好ましい。

0018

本発明の円偏光フィルターの片面は、他方の面に対して、傾斜していても、傾斜していなくてもよい。傾斜していない、すなわち、円偏光フィルターの両面が互いに略平行である場合には、円偏光フィルターの法線方向から入射した光がより法線方向に近い角度で出射するため好ましい。また、円偏光フィルターの両面が互いに略平行であるフィルターは、膜厚が均一となるため、取扱い性がよく好ましい。なお、本明細書において「略平行」というとき、互いがなす角度が1°未満、0.5°以下、0.4°以下、0.3°以下、0.2°以下、0.1°以下、0.05°以下、0.01°以下、または0°であることが好ましい関係を意味する。

0019

本発明の円偏光フィルターの構成例を概略断面図(厚み方向の面から見た構成)で図1に示す。
図1(a)は円偏光分離層の両側の面に透明媒体を有する例である。円偏光フィルターの2つの面が略平行になるように2つの略同一形状の透明媒体が円偏光分離層の両側の面に配置されている。透明媒体が円偏光分離層の両側の面にある構成は、例えば図1(c)に示す透明媒体が円偏光分離層の片側の面のみにある構成と比較して、使用の際に、いずれの面を光源や受光素子に向けてもよいため、向きの調整が不要であり好ましい。また、特にセンサーにおいて、受光素子と組み合わせて用いる円偏光フィルターとしては、透明媒体が円偏光分離層の両側の面にある構成の円偏光フィルターが好ましい。
本発明の円偏光フィルターは図1(a)に示すように、円偏光フィルターの厚み方向の面において光吸収層を有していてもよい。円偏光フィルターの厚み方向の面にある光吸収層は制御波長域を少なくとも含む波長域の光を吸収するものであることが好ましい。厚み方向の面において光吸収層を有することにより、厚み方向からの入射光や、フィルター内での厚み方向面からの反射光の影響を減らし、より円偏光度の高い円偏光を得ることができる。

0020

図1(b)は円偏光分離層の両側の面に透明媒体を有する例であり、円偏光分離層がジグザグ形状となっている例である。
図1(c)は円偏光分離層の片側面に透明媒体を有する例であり、円偏光フィルターの片側面が他方の面に対して傾斜した構造を有している。円偏光分離層の片側面に透明媒体を有する図1(c)の構成の円偏光フィルターを、円偏光分離のために使用する際、また、そのほか、円偏光度がより高い光を得るために使用する場合には、円偏光分離層側から光(円偏光、自然光または非偏光)を入射させることが好ましい。一方、センサーシステムなどにおいて、いずれかのセンスの円偏光を選択的に透過させて検知する必要がある場合には、透明媒体側から円偏光を入射させることも好ましい。
円偏光分離層の法線方向から入射した光は、透明媒体と空気との界面である傾斜面で屈折する。この光路を考慮して、円偏光度をより上げるために、必要に応じて、光源の位置や円偏光照射する対象物の位置を調整してもよい。

0021

図1(d)〜(h)は光遮断層を有する例である。
図1(d)は図1(a)の構成の片側面に光遮断層を加えた例である。
図1(e)は図1(b)の構成の片側面に光遮断層を加えた例である。
図1(f) の円偏光フィルターは、ジグザグ形状の円偏光分離層の一方の面に透明媒体を有し、他方の面に光遮断層を有している。
図1(g)は図1(c)の構成の片側面に光遮断層を加えた例である。
図1(h)は図1(c)の構成の円偏光分離層透明媒体との間に光遮断層を加えた例である。

0022

(円偏光フィルターの光学的性質
円偏光フィルターは、特定の波長域において右円偏光または左円偏光のいずれか一方を選択的に透過させるフィルターである。本明細書において、円偏光フィルターまたは円偏光分離層が右円偏光または左円偏光のいずれか一方を選択的に透過させる特定の波長域を「制御波長域」ということがある。
円偏光フィルターは、いずれの面から入射した特定の波長域の光に対しても右円偏光または左円偏光のいずれか一方を選択的に透過させるものであってもよく、いずれか一方の面から入射した特定の波長域の光に対してのみ右円偏光または左円偏光のいずれか一方を選択的に透過させ、他側面から入射した光に対してはそのような同様の選択的透過を示さないものであってもよい。

0023

制御波長域は特に限定されず、例えば、赤外線の波長域内であっても、可視光線の波長域内であっても、紫外線の波長域内であってもよく、赤外線および可視光線の波長域、可視光線および紫外線の波長域、または赤外線、可視光線および紫外線の波長域にまたがる波長域であってもよい。

0024

赤外線(赤外光)は可視光線より長く電波より短い波長域電磁波である。近赤外光とは一般的に700nm〜2500nmの波長域の電磁波である。可視光線は電磁波のうち、ヒトの目で見える波長の光であり、380nm〜780nmの波長域の光を示す。紫外線は可視光線より短くX線より長い波長域電磁波である。紫外線は可視光線およびX線と区別される波長領域の光であればよく、例えば波長10〜420nmの範囲の光である。
制御波長域は、円偏光フィルターの用途に応じて、適宜選択すればよい。例えば、センサーシステム用途では、赤外線カメラ赤外線光電センサー、または赤外線通信などで用いられている近赤外光の波長域に対応する波長域であればよい。植物栽培用途においては、使用される光源や太陽光の使用したい波長域であればよい。

0025

制御波長域の幅は、特に限定されない。例えば、赤外線、可視光線および紫外線の波長域のいずれか1つ以上の全てを含む幅であってもよく、1nm、10nm、50nm、100nm、150nm、または200nmなどの波長幅であってもよい。幅は、50nm幅程度以上あることが好ましい。

0026

円偏光フィルターは制御波長域において、右または左円偏光のいずれか一方を入射させたときの入射光と同一センスの円偏光の光透過率{(透過した円偏光の光強度)/(入射円偏光の光強度)×100}が、70%以上、80%以上、90%以上、95%以上、99%以上、好ましくは実質的に100%であればよい。同時に上記と同一の波長域において、他方のセンスの円偏光を入射させたときの入射光と同一センスの円偏光の光透過率{(透過した円偏光の光強度)/(入射させた円偏光の光強度)×100}が30%以下、20%以下、10%以下、5%以下、1%以下、好ましくは実質的に0%であればよい。

0027

制御波長域以外の波長域の光に対する円偏光フィルターの光学特性は、特に限定されず、用途に応じて、好ましい特性が付与されていればよい。例えば、円偏光フィルターをセンサーシステムに使用する場合においては、制御波長域以外の波長域の少なくとも一部において低い光透過率を有していることが好ましい場合がある。受光素子に到達するセンシングに不必要な光(センシングに障害になる光)を大幅に減らすことができ、S/N比を高め、受光素子が検出する最低の光強度を下げることができるからである。このとき、特にセンシングに不必要な光の波長域において、平均光透過率が50%以下、40%以下、30%以下、20%以下、10%以下、または5%以下等であればよい。
円偏光フィルターは、法線方向および 円偏光フィルターの厚み方向を斜めに経由する方向において、屈折率の変化が小さく、光の進行方向が変化しないことが好ましい。
以下、円偏光フィルターを構成する各層について説明する。

0028

(円偏光分離層)
円偏光分離層は、特定の波長域において右円偏光または左円偏光のいずれか一方を選択的に透過させる機能を有する。円偏光分離層は、また、片側面から入射した特定の波長域の光(自然光、非偏光)を右円偏光および左円偏光に分離し、いずれか一方を選択的に他側面側に透過させることができる。
円偏光フィルターは円偏光分離層の上記機能が他の層によって喪失しないように円偏光分離層を含むことにより、特定の波長域の右円偏光または左円偏光のいずれか一方を選択的に透過させる機能を有する。すなわち、例えば、円偏光フィルターは、特定の波長域において右円偏光または左円偏光のいずれか一方を選択的に透過させる円偏光分離層とともに同一の波長域で同一のセンスの円偏光を反射する円偏光分離層を同時に含むことにより、または同一の波長域において、光(自然光)を反射または吸収する層を光路上に含むことにより、右円偏光または左円偏光のいずれか一方を選択的に透過させる個々の円偏光分離層の機能が相殺されていないことが好ましい。

0029

円偏光分離層が右円偏光または左円偏光のいずれか一方を選択的に透過させる特定の波長域(制御波長域)およびその幅は上記円偏光フィルターについて説明したものと同様であればよい。円偏光分離層が右円偏光または左円偏光のいずれか一方を選択的に透過させる波長域は、円偏光フィルターの使用形態に合わせて、必要な光の波長域を含んでいればよい。
円偏光分離層は、右円偏光または左円偏光のいずれか一方を選択的に透過させる波長域以外の光については、透過させていても、反射していても、吸収していてもよい。
円偏光分離層としては、例えば、コレステリック液晶相を固定した層、または直線偏光分離層とλ/4位相差層とを含む積層体を用いればよい。本発明の円偏光フィルターは、円偏光分離層として、コレステリック液晶相を固定した層を用いるとき、または直線偏光分離層とλ/4位相差層とを含む積層体の直線偏光分離層として反射型直線偏光子を用いるときに、特に本発明の構成により得られる円偏光の円偏光度の向上などの効果が顕著である。

0030

(コレステリック液晶相を固定した層:円偏光分離層)
コレステリック液晶相は、右円偏光または左円偏光のいずれか一方を選択的に反射させるとともに他方の円偏光を透過する円偏光選択反射を示すことが知られている。コレステリック液晶層は、通常、いずれの面から入射した光に対しても右円偏光または左円偏光のいずれか一方を選択的に透過させ、かついずれの面から入射した光であっても右円偏光および左円偏光に分離していずれか一方を選択的に他側面側に透過させることができる。
円偏光選択反射性を示すフィルムとして、重合性液晶化合物を含む組成物から形成されたフィルムは従来から数多く知られており、コレステリック液晶相を固定した層については、それらの従来技術を参照することができる。

0031

コレステリック液晶相を固定した層とは、コレステリック液晶相となっている液晶化合物配向が保持されている層であればよく、典型的には、重合性液晶化合物をコレステリック液晶相の配向状態としたうえで、紫外線照射、加熱等によって重合硬化し、流動性が無い層を形成して、同時に、また外場外力によって配向形態に変化を生じさせることない状態に変化した層であればよい。なお、コレステリック液晶相を固定した層においては、コレステリック液晶相の光学的性質が層中において保持されていれば十分であり、該層中の液晶性化合物はもはや液晶性を示していなくてもよい。例えば、重合性液晶化合物は、硬化反応により高分子量化して、もはや液晶性を失っていてもよい。
本明細書において前記コレステリック液晶相を固定した層をコレステリック液晶層または液晶層ということがある。

0032

前記コレステリック液晶相を固定した層は、コレステリック液晶の螺旋構造由来した円偏光反射を示す。その反射の中心波長λは、コレステリック相における螺旋構造のピッチ長P(=螺旋の周期)に依存し、コレステリック液晶層の平均屈折率nとλ=n×Pの関係に従う。そのため、この螺旋構造のピッチ長を調節することによって、円偏光反射を示す波長を調整できる。すなわち、n値P値を調節して、例えば、近赤外光波長域の少なくとも一部において右円偏光または左円偏光のいずれか一方を選択的に透過(反射)するようにするために、中心波長λが780nm〜1500nm、好ましくは800nm〜1500nmの波長域となるようにすることができ、可視光波長域の少なくとも一部において右円偏光または左円偏光のいずれか一方を選択的に透過(反射)するようにするために、中心波長λが380nm〜780nmの波長域となるようにすることができ、紫外光波長域の少なくとも一部において右円偏光または左円偏光のいずれか一方を選択的に透過(反射)するようにするために、中心波長λが10〜420nm、好ましくは200〜410nmの波長域となるようにすることができる。コレステリック液晶相のピッチ長は重合性液晶化合物とともに用いるキラル剤の種類、またはその添加濃度に依存するため、これらを調整することによって所望のピッチ長を得ることができる。なお、螺旋のセンスやピッチ測定法については「液晶化学実験入門」日本液晶学会編シグマ出版2007年出版、46頁、および「液晶便覧」液晶便覧編集委員会丸善 196頁に記載の方法を用いることができる。

0033

コレステリック液晶層の反射円偏光のセンスは螺旋のセンスに一致する。そのため、円偏光分離層としては、螺旋のセンスが右または左のいずれかであるコレステリック液晶層を用いればよい。円偏光分離層は、2つ以上のコレステリック液晶相を固定した層を積層したものであってもよいが、積層する際には、周期Pが同じで、同じ螺旋のセンスのコレステリック液晶層を複数積層すればよい。周期Pが同じで、同じ螺旋のセンスのコレステリック液晶層を積層することによっては、特定の波長で円偏光選択性を高くすることができる。積層の際は、別に作製したコレステリック液晶層を接着剤等を用いて積層してもよいが、後述の方法で形成された先のコレステリック液晶層の表面に直接、重合性液晶化合物等を含む液晶組成物を塗布し、配向および固定の工程を繰り返すことが好ましい。このような工程により、先に形成したコレステリック液晶層の空気界面側液晶分子配向方位と、その上に形成するコレステリック液晶層の下側の液晶分子の配向方位が一致し、円偏光分離層の偏光特性が良好となる。

0034

また、円偏光選択反射を示す選択反射帯(円偏光反射帯)の半値幅Δλ(nm)
は、Δλが液晶化合物の複屈折Δnと上記ピッチ長Pに依存し、Δλ=Δn×Pの関係に従う。そのため、前記選択反射帯の幅の制御は、Δnを調整して行うことができる。Δnの調整は重合性液晶化合物の種類やその混合比率を調整したり、配向固定時の温度を制御したりすることで行うことができる。

0035

円偏光反射帯の幅(コレステリック液晶層の円偏光反射スペクトルプロファイル方形であるため、通常、「幅」は「半値幅Δλ」と実質的に同じである。)は、例えば可視光領域において、通常1種の材料では50nm〜100nm程度である。制御波長域を広げるためには、周期Pを変えた反射光の中心波長が異なるコレステリック液晶層を2種以上積層すればよい。この際も同じ螺旋のセンスのコレステリック液晶層を積層することが好ましい。
また、1つのコレステリック液晶層内において、周期Pを膜厚方向に対して緩やかに変化させることで制御波長域を広げることもできる。

0036

(コレステリック液晶相を固定した層の作製方法
以下、円偏光分離層および後述の光反射層に用いることができるコレステリック液晶層の作製材料および作製方法について説明する。
上記コレステリック液晶層の形成に用いる材料としては、重合性液晶化合物とキラル剤(光学活性化合物)とを含む液晶組成物などがあげられる。必要に応じてさらに界面活性剤重合開始剤などと混合して溶剤などに溶解した上記液晶組成物を、基材支持体配向膜下層となるコレステリック液晶層など)に塗布し、コレステリック配向熟成後、固定化してコレステリック液晶層を形成することができる。

0037

重合性液晶化合物
重合性液晶化合物は、棒状液晶化合物であっても、円盤状液晶化合物であってもよいが、棒状液晶化合物であることが好ましい。
コレステリック液晶層を形成する棒状の重合性液晶化合物の例としては、棒状ネマチック液晶化合物があげられる。前記棒状ネマチック液晶化合物としては、アゾメチン類、アゾキシ類、シアノビフェニル類、シアノフェニルエステル類安息香酸エステル類シクロヘキサンカルボン酸フェニルエステル類、シアノフェニルシクロヘキサン類シアノ置換フェニルピリミジン類、アルコキシ置換フェニルピリミジン類フェニルジオキサン類トラン類およびアルケニルシクロヘキシルベンゾニトリル類が好ましく用いられる。低分子液晶化合物だけではなく、高分子液晶化合物も用いることができる。

0038

重合性液晶化合物は、重合性基を液晶化合物に導入することで得られる。重合性基の例には、不飽和重合性基エポキシ基、およびアジリジニル基が含まれ、不飽和重合性基が好ましく、エチレン性不飽和重合性基が特に好ましい。重合性基は種々の方法で、液晶化合物の分子中に導入できる。重合性液晶化合物が有する重合性基の個数は、好ましくは1〜6個、より好ましくは1〜3個である。重合性液晶化合物の例は、Makromol.Chem.,190巻、2255頁(1989年)、Advanced Materials 5巻、107頁(1993年)、米国特許第4683327号明細書、同5622648号明細書、同5770107号明細書、国際公開WO95/22586号公報、同95/24455号公報、同97/00600号公報、同98/23580号公報、同98/52905号公報、特開平1−272551号公報、同6−16616号公報、同7−110469号公報、同11−80081号公報、および特開2001−328973号公報などに記載の化合物が含まれる。2種類以上の重合性液晶化合物を併用してもよい。2種類以上の重合性液晶化合物を併用すると、配向温度を低下させることができる。

0039

また、液晶組成物中の重合性液晶化合物の添加量は、液晶組成物の固形分質量溶媒を除いた質量)に対して、10〜60質量%であることが好ましく、20〜50質量%であることがより好ましく、30〜40質量%であることが特に好ましい。

0040

キラル剤(光学活性化合物) キラル剤はコレステリック液晶相の螺旋構造を誘起する機能を有する。キラル化合物は、化合物によって誘起する螺旋のセンスまたは螺旋ピッチが異なるため、目的に応じて選択すればよい。
キラル剤としては、特に制限はなく、公知の化合物(例えば、液晶デバイスハンドブック、第3章4−3項、TN、STN用カイラル剤、199頁、日本学術振興会第142委員会編、1989に記載)、イソソルビドイソマンニド誘導体を用いることができる。
キラル剤は、一般に不斉炭素原子を含むが、不斉炭素原子を含まない軸性不斉化合物あるいは面性不斉化合物もキラル剤として用いることができる。軸性不斉化合物または面性不斉化合物の例には、ビナフチルヘリセンパラシクロファンおよびこれらの誘導体が含まれる。前記キラル剤は、重合性基を有していてもよい。キラル剤と液晶化合物とがいずれも重合性基を有する場合は、重合性キラル剤と重合性液晶化合物との重合反応により、重合性液晶化合物から誘導される繰り返し単位と、キラル剤から誘導される繰り返し単位とを有するポリマーを形成することができる。この態様では、重合性キラル剤が有する重合性基は、重合性液晶化合物が有する重合性基と、同種の基であることが好ましい。従って、キラル剤の重合性基も、不飽和重合性基、エポキシ基またはアジリジニル基であることが好ましく、不飽和重合性基であることがさらに好ましく、エチレン性不飽和重合性基であることが特に好ましい。
また、前記キラル剤は、液晶化合物であってもよい。

0041

キラル剤が光異性化基を有する場合には、塗布、配向後に活性光線などのフォトマスク照射によって、発光波長に対応した所望の反射波長パターンを形成することができるので好ましい。前記光異性化基としては、フォトクロミック性を示す化合物の異性化部位、アゾ、アゾキシ、シンナモイル基が好ましい。具体的な化合物として、特開2002−80478号公報、特開2002−80851号公報、特開2002−179668号公報、特開2002−179669号公報、特開2002−179670号公報、特開2002−179681号公報、特開2002−179682号公報、特開2002−338575号公報、特開2002−338668号公報、特開2003−313189号公報、特開2003−313292号公報に記載の化合物を用いることができる。
液晶組成物における、キラル剤の含有量は、重合性液晶性化合物量の0.01モル%〜200モル%が好ましく、1モル%〜30モル%がより好ましい。

0042

重合開始剤
液晶組成物は、重合開始剤を含有していることが好ましい。紫外線照射により重合反応を進行させる態様では、使用する重合開始剤は、紫外線照射によって重合反応を開始可能な光重合開始剤であることが好ましい。光重合開始剤の例には、α−カルボニル化合物(米国特許第2367661号、同2367670号の各明細書記載)、アシロインエーテル(米国特許第2448828号明細書記載)、α−炭化水素置換芳香族アシロイン化合物(米国特許第2722512号明細書記載)、多核キノン化合物(米国特許第3046127号、同2951758号の各明細書記載)、トリアリールイミダゾールダイマーとp−アミノフェニルケトンとの組み合わせ(米国特許第3549367号明細書記載)、アクリジンおよびフェナジン化合物(特開昭60−105667号公報、米国特許第4239850号明細書記載)およびオキサジアゾール化合物(米国特許第4212970号明細書記載)等があげられる。
液晶組成物中の光重合開始剤の含有量は、重合性液晶化合物の含有量に対して0.1〜20質量%であることが好ましく、0.5質量%〜5質量%であることがさらに好ましい。

0043

架橋
液晶組成物は、硬化後の膜強度向上、耐久性向上のため、任意に架橋剤を含有していてもよい。前記架橋剤としては、紫外線、熱、湿気等で硬化するものが好適に使用できる。
架橋剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えばトリメチロールプロパントリメタアクリレートペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート等の多官能アクリレート化合物グリシジル(メタ)アクリレート、エチレングリコールジグリシジルエーテル等のエポキシ化合物;2,2−ビスヒドロキシメチルブタノール−トリス[3−(1−アジリジニルプロピオネート]、4,4−ビスエチレンイミノカルボニルアミノジフェニルメタン等のアジリジン化合物ヘキサメチレンジイソシアネートビウレット型イソシアネート等のイソシアネート化合物オキサゾリン基を側鎖に有するポリオキサゾリン化合物;ビニルトリメトキシシラン、N−(2−アミノエチル)3−アミノプロピルトリメトキシシラン等のアルコキシシラン化合物などがあげられる。また、前記架橋剤の反応性に応じて公知の触媒を用いることができ、膜強度および耐久性向上に加えて生産性を向上させることができる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
架橋剤の含有量は、3質量%〜20質量%が好ましく、5質量%〜15質量%がより好ましい。前記架橋剤の含有量が、3質量%未満であると、架橋密度向上の効果が得られないことがあり、20質量%を超えると、コレステリック液晶層の安定性を低下させてしまうことがある。

0044

配向制御剤
液晶組成物中には、安定的にまたは迅速にプレーナー配向のコレステリック液晶層とするために寄与する配向制御剤を添加してもよい。配向制御剤の例としては特開2007−272185号公報の段落〔0018〕〜〔0043〕等に記載のフッ素(メタ)アクリレート系ポリマー、特開2012−203237号公報の段落〔0031〕〜〔0034〕等に記載の式(I)〜(IV)で表される化合物などがあげられる。
なお、前記配向制御剤としては1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。

0045

液晶組成物中における、配向制御剤の添加量は、重合性液晶化合物の全質量に対して0.01質量%〜10質量%が好ましく、0.01質量%〜5質量%がより好ましく、0.02質量%〜1質量%が特に好ましい。

0046

その他の添加剤
その他、液晶組成物は、塗膜表面張力を調整し膜厚を均一にするための界面活性剤、および重合性モノマー等の種々の添加剤から選ばれる少なくとも1種を含有していてもよい。また、前記液晶組成物中には、必要に応じて、さらに重合禁止剤酸化防止剤紫外線吸収剤光安定化剤、色材金属酸化物微粒子等を、光学的性能を低下させない範囲で添加することができる。

0047

コレステリック液晶層は、前記重合性液晶化合物および前記重合開始剤、更に必要に応じて添加される前記キラル剤、前記界面活性剤等を溶媒に溶解させた液晶組成物を、基材上に塗布し、乾燥させて塗膜を得、この塗膜に活性光線を照射してコレステリック液晶性組成物を重合し、コレステリック規則性が固定化されたコレステリック液晶層を形成することができる。なお、複数のコレステリック液晶層からなる積層膜は、コレステリック液晶層の製造工程を繰り返し行うことにより形成することができる。

0048

液晶組成物の調製に使用する溶媒としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、有機溶媒が好ましく用いられる。
有機溶媒としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えばケトン類アルキルハライド類アミド類スルホキシド類ヘテロ環化合物炭化水素類、エステル類、エーテル類、などがあげられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、環境への負荷を考慮した場合にはケトン類が特に好ましい。

0049

基材上への液晶組成物の塗布方法は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ワイヤーバーコーティング法カーテンコーティング法押し出しコーティング法、ダイレクトグラビアコーティング法リバースグラビアコーティング法、ダイコーティング法、スピンコーティング法ディップコーティング法、スプレーコーティング法スライドコーティング法などがあげられる。また、別途支持体上に塗設した液晶組成物を基材上へ転写することによっても実施できる。塗布した液晶組成物を加熱することにより、液晶分子を配向させる。加熱温度は、200℃以下が好ましく、130℃以下がより好ましい。この配向処理により、重合性液晶化合物が、フィルム面に対して実質的に垂直な方向に螺旋軸を有するようにねじれ配向している光学薄膜が得られる。

0050

配向させた液晶化合物は、更に重合させればよい。前記重合は、熱重合光照射による光重合のいずれでもよいが、光重合が好ましい。前記光照射は、紫外線を用いることが好ましい。照射エネルギーは、20mJ/cm2〜50J/cm2が好ましく、100mJ/cm2〜1,500mJ/cm2がより好ましい。光重合反応を促進するため、加熱条件下または窒素雰囲気下で光照射を実施してもよい。照射紫外線波長は350nm〜430nmが好ましい。重合反応率は安定性の観点から、高いほうが好ましく70%以上が好ましく、80%以上がより好ましい。
重合反応率は、重合性の官能基消費割合を、IR吸収スペクトルを用いて決定することができる。
円偏光分離層の厚みは、1μm〜150μmが好ましく、2μm〜100μmがより好ましく、3μm〜50μmが更に好ましい。

0051

(直線偏光分離層とλ/4位相差層とを含む積層体:円偏光分離層)
直線偏光分離層とλ/4位相差層とを含む積層体からなる円偏光分離層では、直線偏光分離層の面から入射する光は、反射もしくは吸収によって直線偏光に変換され、その後λ/4位相差層を通過することによって右または左の円偏光に変換される。一方、λ/4位相差層からの光入射の場合、いずれの偏光状態の光でも最後に通過する直線偏光分離層によって直線偏光となるが、特に入射光が円偏光の場合はλ/4位相差層によって直線偏光層透過軸に平行または直交する直線偏光に変換されるので、入射円偏光センスの識別に利用するためにはλ/4位相差層側から光を入射することが好ましく、出射円偏光を利用する場合には、直線偏光分離層側から光を入射することが好ましい。
直線偏光分離層としては、上記制御波長域に対応した直線偏光子を用いればよい。

0052

(直線偏光子)
上記のように、本発明の円偏光フィルターにおいては、円偏光分離層として反射型直線偏光分離層とλ/4位相差層とを含む積層体を円偏光分離層として用いるときに特に得られる円偏光の円偏光度の向上が顕著である。したがって、直線偏光子としては、反射型直線偏光子が好ましい。
反射型直線偏光子(直線偏光反射板)としては、例えば(i)多層構造の直線偏光反射板、(ii)複屈折の異なる薄膜を積層した偏光子、(iii)ワイヤーグリッド型偏光子、(iv)偏光プリズム、(v)散乱方性型偏光板、などが挙げられる。

0053

(i)多層構造の直線偏光反射板としては、互いに屈折率の異なる誘電体薄膜複数層積層してなるものが挙げられる。波長選択反射膜とするためには、高屈折率の誘電体薄膜と低屈折率の誘電体薄膜とを交互に複数層積層することが好ましいが、2種以上に限定されず、それ以上の種類であっても構わない。
積層数は、2層〜20層が好ましく、2層〜12層がより好ましく、4層〜10層が更に好ましく、6層〜8層が特に好ましい。前記積層数が20層を超えると、多層蒸着により生産効率性が低下することがある。

0054

誘電体薄膜の積層順については、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、隣接する膜の屈折率が高い場合にはそれより低い屈折率の膜を最初に積層する。その逆に隣接する層の屈折率が低い場合にはそれより高い屈折率の膜を最初に積層する。前記屈折率が高いか低いかの境目は1.8である。なお、屈折率が高いか低いかは絶対的なものではなく、高屈折率の材料の中でも、相対的に屈折率の大きいものと小さいものとが存在してもよく、これらを交互に使用しても構わない。

0055

高屈折率の誘電体薄膜の材料としては、例えば、Sb2O3、Sb2S3、Bi2O3、CeO2、CeF3、HfO2、La2O3、Nd2O3、Pr6O11、Sc2O3、SiO、Ta2O5、TiO2、TlCl、Y2O3、ZnSe、ZnS、ZrO2、などが挙げられる。これらの中でも、Bi2O3、CeO2、CeF3、HfO2、SiO、Ta2O5、TiO2、Y2O3、ZnSe、ZnS、ZrO2が好ましく、これらの中でも、SiO、Ta2O5、TiO2、Y2O3、ZnSe、ZnS、ZrO2が特に好ましい。

0056

低屈折率の誘電体薄膜の材料としては、例えば、Al2O3、BiF3、CaF2、LaF3、PbCl2、PbF2、LiF、MgF2、MgO、NdF3、SiO2、Si2O3、NaF、ThO2、ThF4、などが挙げられる。これらの中でも、Al2O3、BiF3、CaF2、MgF2、MgO、SiO2、Si2O3が好ましく、Al2O3、CaF2、MgF2、MgO、SiO2、Si2O3が特に好ましい。
なお、誘電体薄膜の材料においては、原子比についても特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、成膜時に雰囲気ガス濃度を変えることにより、原子比を調整することができる。

0057

誘電体薄膜の成膜方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、イオンプレーティングイオンビーム等の真空蒸着法スパッタリング等の物理的気相成長法PVD法)、化学的気相成長法CVD法)、などが挙げられる。これらの中でも、真空蒸着法、スパッタリング法が好ましく、スパッタリング法が特に好ましい。
スパッタリング法としては、成膜レートの高いDCスパッタリング法が好ましい。なお、DCスパッタリング法においては、導電性が高い材料を用いることが好ましい。
また、スパッタリング法により多層成膜する方法としては、例えば、(1)1つのチャンバで複数のターゲットから交互又は順番に成膜する1チャンバ法、(2)複数のチャンバで連続的に成膜するマルチチャンバ法とがある。これらの中でも、生産性及び材料コンタミネーションを防ぐ観点から、マルチチャンバ法が特に好ましい。
誘電体薄膜の膜厚としては、光学波長オーダーで、λ/16〜λの膜厚が好ましく、λ/8〜3λ/4がより好ましく、λ/6〜3λ/8がより好ましい。

0058

誘電体蒸着層は、該誘電体蒸着層中を伝播する光は、各誘電体薄膜毎に光の一部が多重反射し、それらの反射光が干渉して誘電体薄膜の厚みと光に対する膜の屈折率との積で決まる波長の光のみが選択的に透過される。また、誘電体蒸着層の中心透過波長は入射光に対して角度依存性を有しており、入射光を変化させると透過波長を変えることができる。

0059

(ii)複屈折の異なる薄膜を積層した偏光子としては、例えば特表平9−506837号公報などに記載されたものを用いることができる。
具体的には、屈折率関係を得るために選ばれた条件下で加工すると、広く様々な材料を用いて、偏光子を形成できる。一般に、第一の材料の一つが、選ばれた方向において、第二の材料とは異なる屈折率を有することが必要である。この屈折率の違いは、フィルムの形成中、又はフィルムの形成後の延伸押出成形、或いはコーティングを含む様々な方法で達成できる。更に、2つの材料が同時押出することができるように、類似のレオロジー特性(例えば、溶融粘度)を有することが好ましい。
複屈折の異なる薄膜を積層した偏光子としては、市販品を用いることができ、該市販品としては、例えば、3M社製の商品名:DBEFなどが挙げられる。

0060

(iii)ワイヤーグリッド型偏光子は、金属細線の複屈折によって、偏光の一方を透過し、他方を反射させる偏光子である。
ワイヤーグリッド偏光子は、金属ワイヤーを周期的に配列したもので、テラヘルツ波帯域で主に偏光子として用いられる。ワイヤーグリッドが偏光子として機能するためには,ワイヤー間隔が入射電磁波の波長よりも十分小さいことが必要となる。
ワイヤーグリッド偏光子では、金属ワイヤーが等間隔に配列されている。金属ワイヤーの長手方向と平行な偏光方向の偏光成分はワイヤーグリッド偏光子において反射され、垂直な偏光方向の偏光成分はワイヤーグリッド偏光子を透過する。
ワイヤーグリッド型偏光子としては、市販品を用いることができ、該市販品としては、例えば、エドモンドオプティクス社製のワイヤーグリッド偏光フィルタ50×50、NT46−636などが挙げられる。
直線偏光分離層の厚さは、0.05μm〜300μmが好ましく、0.2μm〜150μmがより好ましく、0.5μm〜100μmが更に好ましい。

0061

(λ/4位相差層)
λ/4位相差板正面位相差は、制御波長域の波長(好ましくは中心波長)(例えば、光源装置に用いられる場合は光源の発光波長の中心波長)の1/4の長さ、または「中心波長*n±中心波長の1/4(nは整数)」であることが望ましく、例えば、光源の発光中心波長が1000nmであれば、250nm、750nm、1250nm、1750nmなどの位相差であることが好ましい。また位相差の光入射角度依存性は小さいほど好ましく、中心波長の1/4の長さの位相差を持つ位相差板がこの点において最も好ましい。
なお、正面位相差はKOBRA 21ADH又はWR(王子計測機器(株)製)において制御波長域内の波長の光をフィルム法線方向に入射させて測定することができる。測定波長の選択にあたっては、波長選択フィルターマニュアル交換するか、又は測定値プログラム等で変換して測定することができる。

0062

λ/4波長板としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、延伸されたポリカーボネートフィルム、延伸されたノルボルネン系ポリマーフィルム炭酸ストロンチウムのような複屈折を有する無機粒子を含有して配向させた透明フィルム、支持体上に無機誘電体斜め蒸着した薄膜などが挙げられる。また、λ/4波長板としては、例えば、(1)特開平5−27118号公報、及び特開平5−27119号公報に記載された、レターデーションが大きい複屈折性フィルムと、レターデーションが小さい複屈折性フィルムとを、それらの光軸が直交するように積層させた位相差板、(2)特開平10−68816号公報に記載された、特定波長においてλ/4波長となっているポリマーフィルムと、それと同一材料からなり同じ波長においてλ/2波長となっているポリマーフィルムとを積層させて、広い波長領域でλ/4波長が得られる位相差板、(2)特開平10−90521号公報に記載された、二枚のポリマーフィルムを積層することにより広い波長領域でλ/4波長を達成できる位相差板、(3)国際公開第00/26705号パンフレットに記載された変性ポリカーボネートフィルムを用いた広い波長領域でλ/4波長を達成できる位相差板、(4)国際公開第00/65384号パンフレットに記載されたセルロースアセテートフィルムを用いた広い波長領域でλ/4波長を達成できる位相差板、などが挙げられる。
このようなλ/4波長板としては、市販品を用いることができ、該市販品としては、例えば商品名:ピュアエースWR(帝人株式会社製)などが挙げられる。

0063

円偏光分離層は、前記直線偏光子と前記λ/4波長板とを、直線偏光板偏光吸収軸に対し該λ/4波長板の光軸が45度となるように貼り合せて作製することができる。該貼り合せ方法としては、例えば、粘着フィルムを用いてロール同士ラミネーションを行う方法、などが挙げられる。この円偏光板を発光光源に装着する場合に、直線偏光板を光源に近い面とするように配置して使用することで、円偏光への偏光変換を行うことができる。

0064

本発明の円偏光フィルターの制御波長域を広くしたい場合にも、上述の位相差板を用いることができるが、広帯域の位相差板を用いることがより好ましい。広帯域の位相差板とは広い波長範囲にわたって位相差角度が一定となる位相差板で、この例としては、複屈折率波長分散が互いに異なる位相差層をその遅相軸を直交させることで広帯域とした積層位相差板、この原理分子レベルで用い複屈折率の波長分散が互いに異なる置換基をその配列軸を直交させて配向形成した高分子フィルム使用波長域の波長(λ)に対して位相差がλ/2の層とλ/4の層を互いの遅相軸を60度に交差して積層した位相差板などをあげることができる。
λ/4層の厚さは、0.2μm〜300μmが好ましく、0.5μm〜150μmがより好ましく、1μm〜80μmが更に好ましい。

0065

(透明媒体)
透明媒体は前記円偏光分離層の前記透明媒体側の面に対し1°〜30°の角度をなす傾斜面を有することを特徴とする。本発明者は、コレステリック液晶層からなる円偏光分離層を透過して得られる円偏光の円偏光度が、前記円偏光分離層に加えてさらに傾斜面を有する透明媒体を透過させることにより、顕著に増加することを偶然にも見出した。そして、さらに検討を重ねて、その傾斜が前記円偏光分離層の前記透明媒体側の面に対し1°〜30°であることが好ましいことを見出したものである。本明細書において、1°〜30°の角度をなすというとき、円偏光フィルター内に面が交わり1°〜30°の角度をなす部分があることを意味していてもよく、単にそれぞれの面を含む延長面を想定したときに、それらの延長面同士交わってなす角度が1°〜30°であることを意味していてもよい。前記角度は1°〜30°であればよいが、4°〜15°が好ましく、10°程度がより好ましい。

0066

なお、本明細書において、前記角度、すなわち、前記円偏光分離層の前記透明媒体側の面に対し前記傾斜面がなす角度を「傾斜角」という。また、本明細書においては、「傾斜方向」との用語を用いることがある。「傾斜方向」は、前記傾斜面が前記円偏光分離層の前記透明媒体側の面内のいずれの方向に向かって角度をなすように傾いているかを示す。本発明の円偏光フィルターの傾斜面の傾斜方向は特に限定されない。

0067

傾斜は、図1(a)、(c)、(d)、(g)、(h)に示したように、傾斜方向、および傾斜角において、円偏光フィルター全面において連続的であってもよく、図1(b)、(e)、(f)に示したように傾斜方向が非連続的であって、傾斜方向が異なる面が交互に存在する傾斜であってもよい。このとき交互に存在する傾斜の幅は、特に限定されないが、100μm〜20mm、好ましくは 200μm〜5mm程度であればよい。幅が100μmより小さいと回折効果によって光の透過率が下がってしまう場合がある。さらに、交互に存在する傾斜の傾斜角は、異なっていても、同一でもよい。
また、傾斜は傾斜方向が連続的、すなわち、傾斜面全面において、同一の傾斜方向であるが、傾斜角が非連続的、すなわち、変化していてもよい。
本発明の円偏光フィルターにおいて、前記傾斜面は最表面にあることが好ましい。

0068

透明媒体は制御波長域において、透明であればよい。すなわち、制御波長域において、透明媒体の光の透過率が50%以上、60%以上、70%以上、80%以上、90%以上、95%以上、99%以上、または実質的に100%であればよい。透明媒体は前記の特定の波長域以外の波長域においては光の透過率が高くても低くてもよい。

0069

また、透明媒体は、制御波長域において円偏光分離層の平均屈折率(面内平均屈折率)との屈折率の差が小さいことが好ましい。具体的には差が、0.2以内、0.1以内、または0.05以内であればよい。コレステリック液晶層からなる円偏光分離層は平均屈折率が通常1.55〜1.6程度であるため、透明媒体の屈折率は例えば1.3〜1.8、好ましくは1.4〜1.7の範囲であればよい。

0070

平均屈折率についてはポリマーハンドブック(JOHN WILEY&SONS,INC)、各種光学フィルムのカタログの値を使用することができる。平均屈折率の値が既知でないものについてはアッベ屈折計で測定することができる。主な光学フィルムの平均屈折率の値を以下に例示する:セルロースアシレート(1.48)、シクロオレフィンポリマー(1.52)、ポリカーボネート(1.59)、ポリメチルメタクリレート(1.49)、ポリスチレン(1.59)。また、ガラスの屈折率は1.51程度である。

0071

透明媒体は、1つの均一媒体からなるものであってもよく、複数の媒体からなるものであってもよい。
1つの均一媒体からなる透明媒体としては、例えば、ガラス板およびプラスチック板などがあげられる。透明媒体の材料の例として、具体的には、ガラスやポリスチレン、ポリメタクリル酸メチル樹脂フッ素樹脂ポリエチレン、ポリカーボネート、アクリル樹脂ポリエステルエポキシ樹脂ポリウレタンポリアミドポリオレフィンセルロース誘導体シリコーン(シリコーンポリウレア等の変性シリコーンを含む)等のポリマーやアクリルモノマーエポキシオキセタンモノマー重合固定したものをあげることができる。
複数の媒体からなる透明媒体としては、例えば、平坦なガラス板またはプラスチックフィルム上に傾斜を持つように塗布された組成物(ポリマー組成物や重合固定化される重合性組成物)から形成される層を設けた構成を有する媒体や、2枚の平坦なガラス板またはプラスチックフィルムの間に流動性のある組成物を導入して形成される媒体、複数の透明フィルムの積層体などがあげられる。複数の媒体からなる透明媒体中の個々の媒体の材料としては、例えば。上記の1つの均一媒体からなる透明媒体の例として挙げた材料が使用できる。
また、後述の光遮断層、配向層接着層、支持体等が、透明媒体の全部または一部を構成していてもよい。

0072

円偏光分離層の透明媒体側の面と、この透明媒体の前記傾斜面との間には、円偏光分離層の平均屈折率との屈折率の差が大きい物質が含まれていないことが好ましい。言い換えると、円偏光フィルターを透過する光の進行方向を大きく変化させる物質が、当該光の進行方向を大きく変化させる形態で、円偏光分離層の透明媒体側の面と、この透明媒体の前記傾斜面との間に含まれていないことが好ましい。特に円偏光フィルターの光路上に、円偏光分離層の平均屈折率との屈折率の差が大きい層が含まれていないことが好ましい。例えば、屈折率の差が、0.2より大きい物質、0.1より大きい物質、0.05より大きい物質が含まれていないことが好ましい。また、前記円偏光分離層の前記透明媒体側の面と前記傾斜面との間には空気などの気体の媒体が実質的に含まれていないことが好ましい。気相は円偏光分離層の平均屈折率との屈折率の差が大きくなるからである。さらに、円偏光分離層の透明媒体側の面と、この透明媒体の前記傾斜面との間には、透明媒体のみ、または透明媒体および円偏光分離層と透明媒体とを接着するための接着層のみが存在することも好ましい。すなわち、透明媒体が、前記円偏光分離層と直接接しているか、または、直接接着されていることも好ましい。

0073

(光遮断層)
円偏光フィルターは光遮断層を含んでいてもよい。光遮断層は円偏光フィルターが右円偏光または左円偏光のいずれか一方を選択的に透過させる上記の特定の波長域以外の光がフィルターを透過しないように機能する。光遮断層は、自然光を遮断することが好ましい。また、非偏光、円偏光、直線偏光のいずれも遮断することが好ましい。光遮断層としては、光反射層および光吸収層があげられる。

0074

光遮断層が光を反射または吸収する光波長域の幅は特に限定されないが、10nm以上、20nm以上、30nm以上、40nm以上、または50nm以上等であればよい。遮断層に光が反射または吸収される光波長域は、円偏光フィルターの用途において、不要な光の波長域を含んでいることが好ましい。例えばセンサーにおいて使用される場合はセンシングに不必要な光(センシングに障害になる光)が検出されやすい波長域を含んでいることが好ましい。
また、光遮断層は、上記の透明媒体と同様に制御波長域において、円偏光分離層の平均屈折率(面内平均屈折率)との屈折率の差が小さいことが好ましい。

0075

センサーシステムに使用される円偏光フィルターの場合、光遮断層は、例えば、使用するセンサー(受光素子)の検出波長域を除く波長域の少なくとも一部で光反射性または光吸収性が高いものであればよい。または、使用する光源の発光波長域または受光素子の受光領域を除く少なくとも一部で光反射性または光吸収性が高いものであればよい。
例えば、センサーシステムにおいて、近赤外領域の円偏光を使用する場合は、可視光領域の少なくとも一部で光反射性または光吸収性が高い光遮断層を使用すればよい。一般に受光素子(光検出器)として使用されるシリコンフォトダイオードは、使用環境中に最も多く存在しノイズの主因となる可視光領域にまで感度を有するため、光遮断層は、この可視光領域を中心に反射または光吸収するものが好ましい。また、可視光遮断層は、円偏光分離層が右円偏光または左円偏光のいずれか一方を選択的に透過させる近赤外光波長域の光を実質的に反射または吸収しないことが好ましい。

0076

光遮断層の厚さは、2μm〜500μmが好ましく、5μm〜300μmがより好ましく、10μm〜150μmが更に好ましい。
以下、光遮断層として用いることができる光反射層および光吸収層について説明する。

0077

(光反射層)
光遮断のために光を反射させる光反射層の利用によっては、フィルムの温度上昇もないため、フィルム耐久性が上がりフィルム性能が維持しやすい。また、光反射層は通常、鏡のような外観を有し、フィルムの外観にも好影響を与え、センサー部品として用いられる場合にも人の目に触れる部分に使用しやすくなる。
光反射層の例としては、誘電体多層膜およびコレステリック液晶相を固定した層などがあげられる。

0078

(誘電体多層膜)
誘電体多層膜は、無機酸化物有機高分子材料の屈折率の異なる透明誘電性の層を相互に多層積層したものである。これらの透明誘電体層の少なくともいずれか一層は、厚み(d)と透明誘電体層の屈折率(n)との積(n×d)が、反射させるべき光の波長(λ)の4分の1になる様にして構成され、反射の中心波長がλで誘電体層の屈折率の差に対応して決まる反射の帯域幅の領域の光を反射することができる。通常の材料の組み合わせでは、一つの周期の誘電体多層膜で所望の波長域全体を反射することは困難である場合が多いため、n×dの値を変えた反射光の中心波長が異なるものを幾種類か積層することで反射の帯域幅を広げるなど調整してもよい。上記透明誘電体層は、円偏光フィルターが円偏光または左円偏光のいずれか一方を選択的に透過させる特定の波長域において光透過性であれば特に限定されない。

0079

通常、誘電体多層膜中の無機酸化物としてはTiO2、SiO2、Ta2O5などを好適に用いることができる。無機酸化物の層は、例えば、ガラス、耐熱性高分子フィルムの表面にスパッタ法などで形成することができる。一方、有機高分子材料の例としては、ポリカーボネート、アクリル樹脂、ポリエステル、エポキシ樹脂、ポリウレタン、ポリアミド、ポリオレフィン、シリコーン(シリコーンポリウレア等の変性シリコーンを含む)等があげられ、特表平9−507308号公報等に開示された方法に準じて製造することができる。

0080

(コレステリック液晶相を固定した層:光反射層)
反射層としては、上述のコレステリック液晶相を固定した層を用いることができる。
反射波長での反射率は、コレステリック液晶層が厚いほど高くなるが、通常の液晶材料では、例えば可視光の波長域では2〜8μmの厚みで飽和し、また片側の円偏光のみに対しての反射であるため反射率は最大で50%である。円偏光のセンスに関わらず光反射し、自然光の反射率を50%以上とするために、光反射層としては、周期Pが同じで、螺旋のセンスが右のコレステリック液晶層と左のコレステリック液晶層とが積層されたもの、または、周期Pが同じで、同じ螺旋のセンスのコレステリック液晶層と、その間に配される前記コレステリック液晶層の円偏光反射帯の中心波長に対して半波長の位相差を有する位相差膜とからなる積層体を用いることができる。

0081

(光吸収層)
光吸収層としては顔料染料などの着色剤分散剤バインダーモノマーを含む溶媒に分散した分散液を、基材(受光素子が検出する赤外線波長域で十分な光透過性を有するものが好ましい)の上に塗工して形成された層、染料を用いて直接高分子基材表面を染色した層、染料を含む高分子材料から形成された層を用いることができる。
顔料としては、円偏光フィルターが円偏光または左円偏光のいずれか一方を選択的に透過させる特定の波長域にて吸収や散乱が無いものが好ましく用いられる。そのため、透明性を求められるカラー印刷用シアンマゼンタイエロー、クロのインキや、液晶表示装置有機LED表示装置などの赤色、緑色、青色のカラーフィルターに使用されている顔料を好適に用いることができる。これらの吸収の極大波長が異なる顔料を混合することによって、前記特定の波長域以外の所望の波長域全体を広く十分に吸収する層を形成することができる。
染料は、円偏光フィルターが円偏光または左円偏光のいずれか一方を選択的に透過させる特定の波長域にて吸収が無く、また光暴露に対して堅牢なものが好ましく用いられる。一般的な直接染料酸性染料塩基性染料媒染染料分散染料反応染料などを用いることができる。この染料型吸収層として、市販の写真用フィルターIR-80、IR-82、IR-84など(富士フイルム社製)を使用することもできる。

0082

(円偏光フィルターの厚み方向の面に設けられる光吸収層)
円偏光フィルターは、図1(a)および図1(d)で示したように、厚み方向の面に光吸収層を有していてもよい。光吸収層としては、上述の光遮断層としての光吸収層と同じ材料を用いて同様に作製したものを用いることができるが、厚み方向の面に設けられる光吸収層は、円偏光フィルターが円偏光または左円偏光のいずれか一方を選択的に透過させる特定の波長域の光を吸収していてもよい。
厚み方向の面は、全面であってもよく一部であってもよい。例えば、円偏光フィルターが長方形または正方形である場合、その4面全てであってもよく、長方形または正方形の円偏光フィルターの1〜3面のみであってもよい。例えば、側面(厚み方向の面)からの光の入射量が顕著である面のみに、光吸収層を設けてもよい。

0083

(その他の層)
円偏光フィルターは、支持体、上記の液晶化合物の配向のための配向層、各層の接着のための接着層等の他の層を含んでいてもよい。他の層はいずれも、上記透明媒体について記載したように、透明であって、低複屈折性であり、かつ円偏光分離層の平均屈折率(面内平均屈折率)との屈折率の差が小さいことが好ましい。また光遮断層や円偏光分離層の光学的性質を相殺す性質を有していないことが好ましい。

0084

(支持体)
支持体は特に限定されない。円偏光分離層またはλ/4位相差層などの形成のために用いられる支持体は、そのまま円偏光フィルターを構成する一つの層になっていてもよく、層形成後に剥離される仮支持体であってもよい。支持体が仮支持体である場合は、円偏光フィルターを構成する層とはならないため、前記の透明性や屈折性などの光学特性に関する制限は特にない。
支持体(仮支持体)としては、プラスチックフィルムの他、ガラス等を用いてもよい。プラスチックフィルムの例としては、ポリエチレンテレフタレート(PET)などのポリエステル、ポリカーボネート、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン、ポリアミド、ポリオレフィン、セルロース誘導体、シリコーンなどがあげられる。

0085

(配向膜)
配向膜は、有機化合物、ポリマー(ポリイミドポリビニルアルコール、ポリエステル、ポリアリレートポリアミドイミドポリエーテルイミド、ポリアミド、変性ポリアミドなどの樹脂)のラビング処理無機化合物斜方蒸着マイクログルーブを有する層の形成、またはラングミュアブロジェット法LB膜)による有機化合物(例えば、ω−トリコサン酸、ジオタデシルメチルアンモニウムクロライドステアリルメチル)の累積のような手段で、設けることができる。更に、電場の付与、磁場の付与または光照射により、配向機能が生じる配向膜も知られている。これらの中でも、ポリマーのラビング処理により形成する配向膜が特に好ましい。前記ラビング処理は、ポリマー層の表面を、紙、布で一定方向に、数回擦ることにより実施することができる。
配向膜を設けずに支持体表面、または支持体をラビング処理した表面に、液晶組成物を塗布してもよい。

0086

(接着層)
接着層は接着剤から形成されるものであればよい。
接着剤としては硬化方式の観点からホットメルトタイプ熱硬化タイプ、光硬化タイプ反応硬化タイプ、硬化の不要な感圧接着タイプがあり、それぞれ素材としてアクリレート系、ウレタン系、ウレタンアクリレート系、エポキシ系、エポキシアクリレート系、ポリオレフィン系、変性オレフィン系ポリプロピレン系、エチレンビニルアルコール系、塩化ビニル系、クロロプレンゴム系、シアノアクリレート系、ポリアミド系、ポリイミド系、ポリスチレン系ポリビニルブチラール系などの化合物を使用することができる。作業性、生産性の観点から、硬化方式として光硬化タイプが好ましく、光学的な透明性、耐熱性の観点から、素材はアクリルレート系、ウレタンアクリレート系、エポキシアクリレート系などを使用することが好ましい。

0087

(円偏光フィルターの用途)
円偏光フィルターの用途としては特に限定されず、光源装置、センサー、光学部材植物栽培用シート農業用シート)、プロジェクターなどに用いることができる。光源装置としては、植物栽培用に用いられる光源装置や、偏光を利用したセンサーシステムに用いられる光源装置が挙げられる。本発明の円偏光フィルターは光源と受光素子と組み合わせて、センサーシステムとして用いることも好ましい。
円偏光フィルターの使用の際は、光源(太陽光などの自然光であってもよい)からの光は円偏光分離層を経由したあと、少なくとも透明媒体を経由して円偏光フィルターから出射していることが好ましい。また、少なくとも透明媒体を経由したあと、円偏光分離層を経由して円偏光フィルターから出射した光が受光素子で検知されていることが好ましい。円偏光フィルターが光遮断層を有する場合、光遮断層は、光の入射側にあっても、出射側にあってもよいが、光の入射側にあることが好ましい。

0088

(円偏光フィルターのセンサーシステムにおける使用)
本発明の円偏光フィルターのセンサーシステムとしての使用例を図2に示す。
図2(a)(b)はそれぞれ、対象物からの反射光を検知する形態のシステムの例である。図2(a)は、図1(d)の円偏光フィルターを用いたセンサーシステムであって、1つの円偏光フィルターの光遮断層側に、光源と受光素子とが配置されている。図2(a)に示す構成においては、光源と受光素子との間に光遮断層が設けられ、光源の光が受光素子で検出されないようになっている。ここで設けられる光遮断層は上記の円偏光フィルターで用いることができる光遮断層と同じ材料を用いて同様に作製したものを用いることができるが、光源と受光素子との間に設けられる光遮断層は、円偏光フィルターが円偏光または左円偏光のいずれか一方を選択的に透過させる特定の波長域の光を含む波長域の光を遮断することが好ましい。

0089

図2(b)はそれぞれ、図1(h)の円偏光フィルター1つの片面に光源と受光素子とを配置したセンサーシステムの例である。図2(c)は図1(h)の円偏光フィルターを2つを直列に配置して、それぞれを光源の側の円偏光フィルターおよび受光素子側の円偏光フィルターとして用いたセンサーシステムの例である。なお、図には示さないが、光源または受光素子は円偏光フィルターに対して傾斜させて用いてもよい。円偏光フィルター中の傾斜面によって光源から出射した光は法線方向でフィルターに入射しても屈折により、前記法線方向と角度をなして出射する。そのため照射対象体遠距離にある場合は、これを考慮した角度で照射対象体に対して光源または受光素子を傾斜させて使用することが好ましい。

0090

図2(d)(e)はそれぞれ、対象物からの透過光を検知する形態のシステムの例である。図2(d)は、図1(a)(d)の円偏光フィルターを用いたセンサーシステムであって、図2(e)は、図1(h)の円偏光フィルターを2つ用いたセンサーシステムである。図2(e)の構成においても、光源から出射され1つ目の円偏光フィルターにおいて屈折により角度が変化した光路上に対象物が配置されるように調整することが好ましい。また、対象での透過光が2つ目の円偏光フィルターにおいて屈折により角度が変化した光路上に受光素子が位置するように受光素子の設置位置を調整することが望ましい。

0091

(対象物の検知)
センサーシステムにおいて用いられる光の波長域は特に限定されないが、赤外線、特に近赤外光波長域の光が好ましい。センシング(検知)のための光として円偏光を用いることにより、円偏光の透過性選択性のあるフィルターを介した対象物からの反射光および透過光の検知において、バックグラウンドとの対比として対象物の光学的性質を反映させることが可能であり、特定の光学的性質を有する対象物の検知が可能となったり、誤作動の少ない検知等が可能となったりする。また、円偏光の利用により、偏光として直線偏光を用いる場合と比較して偏光検出のためのフィルターの方位の調整が容易または不要になる。なお、本明細書において、「反射光および透過光」というときは、散乱光および回折光を含む意味で用いられる。センサーシステムで検知できる対象物の例としては、透明(複屈折)フィルム、鏡面反射体金属板など)上のクラックまたは傷、鏡面反射体上の異物などがあげられる。セキュリティー用途として、夜間の歩行者などのヒトや、自動ドアエレベーターなどでの人感センサーとしての使用もあげられる。

0092

(受光素子)
受光素子としては、Si、Ge、HgCdTe、PtSi、InSb、PbSなどの半導体を使用したフォトダイオード型センサーや光検出素子を線状に配列した検出器や画像を取り込めるCCDやCMOSが含まれる。
本発明の円偏光フィルターを利用したシステムにおいては、上記制御波長域内の波長の光を検出できる受光素子が用いられていればよい。
円偏光フィルターは例えば、センサーの受光面に配置することができる。

0093

円偏光フィルターと受光素子が一体のセンサーとして用いられる場合は、センサーは受光素子を筐体内部に有し、光取り込み部分に円偏光フィルターを配して、円偏光フィルターを経由した光以外の光が受光素子に到達しない構成となっていることが好ましい。また、センサーは受光素子、円偏光分離層、透明媒体をこの順の配置で含むことが好ましい。さらに、受光素子、透明媒体、円偏光分離層、透明媒体をこの順の配置で含むことも好ましい。光遮断層を有する場合、光遮断層は円偏光分離層から見て、受光素子側にあっても外側にあってもよいが、外側にあることが好ましい。また、円偏光分離層が直線偏光分離層とλ/4位相差層とを含む積層体である場合、センサーは受光素子、直線偏光分離層、λ/4位相差層をこの順で含むことが好ましい。

0094

(光源、光源装置)
光源としては、上記制御波長域内の波長の光を出射できる光源を用いればよい。ハロゲンランプタングステンランプ、LED、LD、キセノンランプ、メタハラランプなど受光素子の感光波長の光を発光するものであればいずれも使用できるが、小型、発光指向性単色光パルス変調適性の点でLEDまたはLDが好ましい。

0095

光源と上記円偏光フィルターとが組み合わされて光源装置を構成している場合、光源装置は、例えば光源を筐体内部に有し、光を出射する部分に円偏光フィルターを配して、円偏光フィルターを経由した光以外の光が光源から出射していない構成となっていることが好ましい。また、光源装置は光源、円偏光分離層、透明媒体をこの順の配置を含むことが好ましい。光遮断層を有する場合、光遮断層は円偏光分離層から見て、光源側にあっても外側にあってもよいが、外側にあることが好ましい。また、円偏光分離層が直線偏光分離層とλ/4位相差層とを含む積層体である場合、光源装置は、光源、直線偏光分離層、λ/4位相差層をこの順で含むことが好ましい。

0096

以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、試薬、物質量とその割合、操作等は本発明の趣旨から逸脱しない限り適宜変更することができる。従って、本発明の範囲は以下の実施例に限定されるものではない。

0097

[実施例1]
ラビング処理を施した富士フイルム製PETのラビング処理面に、表1に示す塗布液A−1 を乾燥後の乾膜の厚みが5μmになるように室温にてワイヤーバーを用いて塗布した。塗布層を室温にて30秒間乾燥させた後、85℃の雰囲気で2分間加熱し、その後30℃でフュージョン製Dバルブ(ランプ90mW/cm)にて出力60%で6〜12秒間UV照射しコレステリック液晶層を固定して、円偏光分離層を得た。

0098

次に、図3(1)に示す層構成で、3度の傾斜角を有するクサビ形ガラスセルを形成し、この中に新中村化学工業社製のアクリルモノマーNKエステル600を100質量部とチバスペシャルティケミカルズ社製の重合開始剤イルガキュア907を3質量部混合したものを室温注入し、室温でUV照射してモノマーを樹脂化して固定化し、図3(2)に示す層構成の透明傾斜媒体を作製した。このセルクロスニコル偏光板を設置したシャーカステンで観察し、透明傾斜媒体内に複屈折が発生していないことを確認した。

0099

この透明傾斜媒体上に、DIC株式会社製UV硬化型接着剤Exp.U12034−6を、乾燥後の乾膜の厚みが5μmになるように・室温にてワイヤーバーを用いて塗布した。この塗布面と上記で作製した円偏光分離層の液晶層側の面とを気泡が入らないように貼りあわせ、その後30℃でフュージョン製Dバルブ(ランプ90mW/cm)にて出力60%で6〜12秒間UV照射した。その後、円偏光分離層の支持体となっていた富士フイルム製PETを剥離し、図3(3)に示す層構成の実施例1の円偏光フィルターを得た。

0100

[実施例2]
ガラスセルの傾斜角が8度のものを用いた以外は、実施例1と同様にして実施例2の円偏光フィルターを作製した。
[実施例3]
ガラスセルの傾斜角が15度のものを用いた以外は、実施例1と同様にして実施例3の円偏光フィルターを作製した。
[実施例4]
ガラスセルの傾斜角が30度のものを用いた以外は、実施例1と同様にして実施例4の円偏光フィルターを作製した。

0101

[実施例5]
傾斜角3度のガラスセルを用いた実施例1で作製した透明傾斜媒体と同様の透明傾斜媒体を、実施例1の円偏光フィルター中の透明傾斜媒体とは反平行にした状態で実施例1の円偏光フィルターの円偏光分離層側に接着して、図3(11)に示す層構成の、実施例5の円偏光フィルターを作製した。
[実施例6]
液晶塗布液にA−2を用いた以外は、実施例1と同様にして実施例6の円偏光フィルターを作製した。

0102

[実施例7]
ラビング処理を施した富士フイルム製PETのラビング処理面に、表1に示す塗布液A−3 を乾燥後の乾膜の厚みが5μmになるように室温にてワイヤーバーを用いて塗布した。塗布層を室温にて30秒間乾燥させた後、85℃の雰囲気で2分間加熱し、その後30℃でフュージョン製Dバルブ(ランプ90mW/cm)にて出力60%で6〜12秒間UV照射し液晶層を得た。この液晶層上に表1に示す塗布液A−4を乾燥後の乾膜の厚みが5μmになるように室温にて塗布し、その後上記と同様に乾燥、加熱、UV照射を行い、2層目の液晶層を形成した。2層目の液晶層上に表1に示す塗布液A−5を乾燥後の乾膜の厚みが5μmになるように室温にて塗布し、その後上記と同様に乾燥、加熱、UV照射を行い、3層目の液晶層を形成して、円偏光分離層を得た。

0103

ガラスセルの傾斜角が8度のものを用い実施例1と同様に形成した透明傾斜媒体上にDIC株式会社製UV硬化型接着剤Exp.U12034−6を、乾燥後の乾膜の厚みが5μmになるように室温にてワイヤーバーを用いて塗布し、可視光吸収層としての富士フイルム株式会社製IR80上を気泡が入らないように貼りあわせ、その後30℃でフュージョン製DバルブでUV照射した。さらにこの上に上記UV硬化型接着剤を同様に塗布し、上記円偏光分離層の液晶層側の面を気泡が入らないように貼りあわせ、その後30℃で同様にUV照射した。その後、円偏光分離層の支持体となっていた富士フイルム製PETを剥離し、図3(4)に示す層構成の、実施例7の円偏光フィルターを得た。

0104

[実施例8]
傾斜角8度のガラスセルを用いた実施例7で作製した透明傾斜媒体と同様の透明傾斜媒体を、実施例7の円偏光フィルター中の透明傾斜媒体とは反平行にした状態で実施例7の円偏光フィルターの円偏光分離層側に接着し、図3(12)に示す層構成の実施例8の円偏光フィルターを作製した。
[実施例9]
可視光吸収層を除いた以外は、実施例8と同様にして実施例9の円偏光フィルターを作製した。

0105

[実施例10]
ラビング処理を施した富士フイルム製PETのラビング処理面に、表1に示す塗布液A−6を、2000rpmの回転数スピン塗布した。塗布層を室温にて30秒間乾燥させた後、85℃の雰囲気で2分間加熱し、その後30℃でフュージョン製Dバルブ(ランプ90mW/cm)にて出力60%で6〜12秒間UV照射し位相差膜を形成した。
この位相差膜の位相差をAxometrix社のAxoScanを用いて、400nm〜800nmの範囲で測定し、これらの値を用いて880nmにおける位相差を外挿法で求めたところ220nmの位相差であった。

0106

この膜の位相差膜表面にDIC株式会社製UV硬化型接着剤Exp.U12034−6を、乾燥後の乾膜の厚みが5μmになるように室温にてワイヤーバーを用いて塗布した。液晶分子の配向軸が偏光板の吸収軸との面内でなす角度が45度になるようにポラテクノ社製の反射型直線偏光子であるワイヤーグリッド偏光板を貼り合せ、円偏光板を形成した。この円偏光板を上記のAxoScanを用いて、光入射側に偏光板が来るようにしてCircular Polarizanceを測定することによって、800nmで左円偏光板となっていることを確認した。

0107

DIC株式会社製UV硬化型接着剤Exp.U12034−6をワイヤーバーを用いて、乾燥後の乾膜の厚みが5μmになるように富士フイルム株式会社製IR80上に、室温にて塗布した。この塗布面を上記で作製した円偏光分離層の直線偏光板の面と気泡が入らないように貼りあわせ、その後30℃でフュージョン製Dバルブ(ランプ90mW/cm)にて出力60%で6〜12秒間UV照射した。続いて、この円偏光分離層の位相差膜側に上記接着剤を塗布し、傾斜角が8度のガラスセルを用いて実施例1と同様にして形成した透明傾斜媒体を接着して、実施例10の円偏光フィルターを作製した。

0108

[比較例1]
実施例1で作製した円偏光分離層のみを使用した。
[比較例2]
ガラスセルの傾斜角が45度のものを用いた以外は、実施例1と同様に作製したものを用いた。
[比較例3]
ガラスセルを用いて形成した透明傾斜媒体を使用しなかった以外は、実施例7と同様に作製したものを用いた。
[比較例4]
ガラスセルを用いて形成した透明傾斜媒体を使用しなかった以外は、実施例10と同様に作製したものを用いた。
[比較例5]
実施例1で作製した円偏光フィルターを使用した。(円偏光度測定等において、光を透明媒体側から入射した。)

0109

0110

0111

測定方法
選択反射波長が400nm〜800nmの範囲にある試料については、AXOMETRIX社のAxoScanを用いて、5nmの波長ステップで透過光の円偏光度(Circular Polarizance)を測定した。測定は、実施例1〜5、比較例1、2は円偏光分離層側から測定光を入射する配置で、比較例5は透明媒体側から測定光を入射する配置で行った。なお、測定の際は、光の透過率が最大になるように試料フィルターの光源および検出器に対する傾きを調整した。実施例1と比較例1については、その測定結果を図4に示す。図の選択反射波長での円偏光度を読み取った値を表2に示す。実施例1〜5、比較例1、2、5で測定された円偏光度の最大値を表3に示す。

0112

0113

一方、選択反射波長が400nm〜800nmの波長領域にない試料(実施例6〜10、比較例3、4)の円偏光度の測定は、可視紫外近赤外の反射型スペクトルメータを用いて、反射体光学ミラーを使用し入射光側と検出器側に同じ試料をいずれも光学ミラー側に透明媒体側が向くように配置して反射率を測定することによって求めた。なお、測定の際は、検出する光の強度が最大になるように試料フィルターに対する光学ミラーの傾きを調整した。測定された円偏光度の最大値を表3に示す。

0114

光電センサー用の円偏光フィルターとしての性能評価
上記で作製した実施例7〜10、および比較例3、4のフィルターにつき、光電センサー用の円偏光フィルターとしての性能評価を行った。フィルター、鏡、光源(京セミ株式会社製KED880S4)、受光素子(新光電子株式会社製KS1364)を図5に示すように配置した。実施例7、10は、鏡側に透明媒体を配置し、実施例8および比較例3、4は光遮断層に対して円偏光分離層が鏡側になるようにして配置した。鏡に対して、光源から波長880nm中心の非偏光をフィルターを介して照射し、鏡からの反射光が前記フィルターを透過した光を受光素子で感知して評価した。なお、測定の際は、フィルターを設置した状態で検知される強度が最大になるように鏡の傾きを調整した。フィルターが無い状態で測定した値を100として、フィルター設置して測定した値を補正して評価した。値が低いほど効果があることを示す。評価基準は以下の通りである。暗室は光を完全に遮断した状態で測定し、明室白熱灯をともした状態で測定した。結果を表3に示す。
AA:0〜3
A:3〜10
B:10〜25
C:25〜50
D:50〜100
E:100以上

実施例

0115

0116

1円偏光分離層
2 透明媒体
3光遮断層
4光吸収層
6受光素子
7 光源

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