JP2007334206A - 光学素子およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基材と、その基材上に中間層を介して、特定の偏光成分の光を選択的に反射するコレステリック液晶構造を有する選択反射層が少なくとも1層設けられてなる光学素子であって、前記中間層が、エチレン性官能基を1分子中に少なくとも2以上有するアクリル系モノマーを重合架橋させた樹脂を含んでなることを特徴とする。
【選択図】図1
Description
前記中間層が、エチレン性官能基を1分子中に少なくとも2以上有するアクリル系モノマーを重合架橋させた樹脂を含んでなることを特徴とするものである。
前記基材上に、エチレン性官能基を1分子中に少なくとも2以上有するアクリル系モノマーを含んでなる中間層形成用組成物を適用する工程、
前記中間層形成用組成物を重合させて中間層を形成する工程、および
前記中間層上に、コレステリック液晶構造を有する選択反射層を形成する工程、
を含んでなることを特徴とするものである。
本発明による光学素子は、図1に示すように、基材1と、その基材1上に中間層2を介して、特定の偏光成分の光を選択的に反射するコレステリック液晶構造を有する選択反射層3が少なくとも1層設けられた構造を有する。この液晶反射層3を構成する液晶分子は、物理的な分子配列として、液晶分子のダイレクターが層の厚さ方向に連続的に回転してなる螺旋構造をとっている。
本発明による光学素子を構成する中間層は、上記したようにエチレン性官能基を1分子中に少なくとも2以上有するアクリル系モノマーを重合架橋させた樹脂からなる。エチレン性官能基を1分子中に2以上有することにより、アクリルモノマーが重合した際に架橋構造を発現できる。このような架橋構造とすることにより、バリア性が向上する。重合度(反応時間)を挙げることにより所望の重合度を達成できるため、本発明においては、エチレン性官能基は2以上あれば架橋構造を有する樹脂とすることがでるが、反応時間(すなわち生産性)の観点から、アクリル系モノマーはエチレン性官能基を1分子中に3つまたは4つ有することがより好ましい。なお、エチレン性官能基を3または4つ有するアクリル系モノマーを使用した場合、2官能アクリル系モノマーを使用した場合と比較して2〜10倍程度反応速度を高めることができる。
反応率[%] =(A0−Ax)/A0×100
によって反応率を定義する。
選択反射層のコレステリック液晶構造は、図2(a)に示すように、螺旋軸Lの方向が異なる複数の螺旋構造領域30を含んでいる。そして、このようなコレステリック液晶構造の構造的な不均一性により、選択的に反射される光(反射光33)を拡散させるようになっている。ここで、コレステリック液晶構造が構造的な不均一性を有する状態とは、コレステリック液晶構造に含まれる螺旋構造領域30の螺旋軸Lの方向がばらついた状態の他、ネマチックレイヤー面(液晶分子のダイレクターがXY方向で同一である面)の少なくとも一部が選択反射層の面に対して平行でないような状態(染色処理したコレステリック液晶構造膜の断面TEM写真を撮ったときに濃淡パターンで現われる層の1つながりの曲線が基板面と平行でない状態)や、コレステリック液晶からなる微粒子を顔料として分散させた状態などをいう。また、このようなコレステリック液晶構造の構造的な不均一性に起因して生じる「拡散」とは、投影スクリーンで反射された反射光(映像光)を観察者が映像として認識することができる程度に拡げたり散乱させたりすることをいう。
基材1は、選択反射層2を支持するためのものであり、プラスチックフィルムや金属、紙材、布材、ガラスなどの材料を用いて形成することができる。
本発明においては、図4に示すように、基材1の、選択反射層(3a〜3c)を設けた反対の側に粘着層4を設けてもよい。粘着層を基材に設けることにより光学素子をガラス板、スクリーン等に貼着できる。
本発明による光学素子の製造方法は、基材上に、エチレン性官能基を1分子中に少なくとも2以上有するアクリル系モノマーを含んでなる中間層形成用組成物を塗布する工程と、中間層形成用組成物を重合させて中間層を形成する工程と、中間層上に、コレステリック液晶構造を有する選択反射層を形成する工程とから構成される。
塗布工程においては、支持基材1上に、中間層形成用材料およびコレステリック規則性を示す液晶性組成物を塗布することにより、光学素子を形成する。このとき、中間層形成材料および液晶性組成物を塗布する方法としては、既存の任意の方法を用いることができる。具体的には、ロールコート法やグラビアコート法、バーコート法、スライドコート法、ダイコート法、スリットコート法、浸漬法などを用いることができる。また、支持基材12としてプラスチックフィルムを用いる場合には、いわゆるロール・ツー・ロール(Roll to Roll)システムによるフィルムコーティングなどを用いることができる。
上述した塗布工程において、中間層2上に液晶性組成物を塗布し、コレステリック液晶層を形成した後、配向処理工程において、コレステリック液晶層をコレステリック液晶構造が発現する所定の温度に保持し、コレステリック液晶層中の液晶分子を配向させる。
上述した配向処理工程において、コレステリック液晶層中の液晶分子を配向させた後、硬化処理工程において、コレステリック液晶層を硬化させ、液晶相の状態で発現したコレステリック液晶構造を固定化する。
1.中間層形成用塗工液の調製
PETAおよびPETTAモノマーを、PETA:PETTA=2:1の比率で混合し、これを20%の固形分濃度になるようメチルエチルケトン中に溶解し、さらに光重合開始剤Irg−907(Ciba Specialty Chemicals社製)を固形分の5重量%となるように添加して、中間層形成用塗工液を調製した。
紫外線硬化型のネマチック液晶ZLi2293 (Merck社製)からなる主剤に、カイラル剤MLC6247(Merck社製)を3.5%添加したモノマー混合液晶1をシクロヘキサノンに溶解することにより、450nmに選択反射中心波長を有する選択反射層形成用塗工液1を調製した。
調製した中間層インキを黒色PETフィルム上に易接着層を成膜した基材(ルミラー/AC−X、パナック社製)上に対し、ダイコート法にて塗布した。
中間層を形成しなかった以外は、実施例1と同様にして光学素子を作製したところ、透過率の極小値が480nmおよび560nmの2つとなり、さらに選択反射層に斑様のムラが発生した。
中間層形成時にポリプロピレンフィルムを挿入せずに行った以外は、実施例1と同様にして光学素子を作製したところ、中間層の一部が基材の裏面に移行し、塗面の一部に塗工抜けが発生した。
中間層の紫外線照射量を40mJ/cm2にした以外は、実施例1と同様にして光学素子を作製したところ、中間層の一部が基材の裏面に移行し、塗面の一部に塗工抜けが発生した。また、この中間層の反応率を測定したところ、35〜40%であった。
中間層の紫外線照射量を200mJ/cm2にした以外は、実施例1と同様にして光学素子を作製したところ、選択反射層の塗工時に塗工液が中間層上に均一に濡れ広がらず、塗工抜けが発生した。
中間層形成用塗工液として、硬化性エポキシ材料からなる市販の硬化性インキ(オプトマーKR−400,JSR社製)を用いた以外は、実施例1と同様にして光学素子を作製したところ、選択反射層の塗工時にコレステリック液晶が配向しなかった。
中間層インキとして、硬化性ウレタン材料からなる市販の硬化性インキ(ユニディックRC19−941,大日本インキ化学社製)を用いた以外は、実施例1と同様にして光学素子を作製したところ、選択反射層の塗工時にコレステリック液晶イは配向したものの、塗面が白濁した。
中間層形成用塗工液として、PETA:PETTA=3:2に変更した以外は、実施例1と同様にして光学素子を作製したところ、光学素子に微細なひびが発生した。さらにPETTAの含有比率を高めたところ、ひびの発生数が増加した。
中間層形成用塗工液として、1-9-ノナンジオールジアクリレート(1,9-NDA):PETA:PETTA=8:1:1に変更した以外は、実施例1と同様にして光学素子を作製したところ、中間層の一部が基材の裏面に移行し、塗面の一部に塗工抜けが発生した。この中間層の反応率を測定したところ、10〜15%であった。
中間層形成用塗工液として、1-9-ノナンジオールジアクリレート(1,9-NDA):PETA:PETTA=8:1:1に変更し、さらに中間層形成時の紫外線照射量を500mJ/cm2に変更した以外は、実施例1と同様にして光学素子を作製したところ、正常な光学素子が形成された。
2,2a,2b,2c 中間層
3,3a,3b,3c 選択反射層
4 粘着層
5 離型層
6 保護層
11 選択反射層の表面
30 螺旋構造領域
31R 入射光
33,36 反射光
Claims (26)
- 基材と、その基材上に中間層を介して、特定の偏光成分の光を選択的に反射するコレステリック液晶構造を有する選択反射層が少なくとも1層設けられてなる光学素子であって、
前記中間層が、エチレン性官能基を1分子中に少なくとも2以上有するアクリル系モノマーを重合架橋させた樹脂を含んでなることを特徴とする、光学素子。 - 前記樹脂が、前記アクリル系モノマーを反応率30〜90%で重合させたものである、請求項1に記載の光学素子。
- 前記アクリル系モノマーが、エチレン性官能基を1分子中に3つまたは4つ有するものである、請求項1または2に記載の光学素子。
- 前記樹脂の表面自由エネルギーが40dyne/cm以上である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の光学素子。
- 前記アクリル系モノマーが、ペンタエリスリトールアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、またはこれらの混合物を含んでなる、請求項1〜4のいずれか一項に記載の光学素子。
- 前記アクリル系モノマーが、ペンタエリスリトールアクリレートとペンタエリスリトールテトラアクリレートとを、2:1以上の比率で含んでなる、請求項5に記載の光学素子。
- 前記アクリル系モノマーが、ペンタエリスリトールアクリレートおよびペンタエリスリトールテトラアクリレートを、モノマー組成物に対して20重量%以上含んでなる、請求項5に記載の光学素子。
- 基材の、前記選択反射層を設けた側と反対側に、粘着層がさらに設けられてなる、請求項1〜7のいずれか一項に記載の光学素子。
- 前記粘着層上に、さらに離型層が設けられてなる、請求項8に記載の光学素子。
- 前記選択反射層の表面に保護層が設けられてなる、請求項1〜9のいずれか一項に記載の光学素子。
- 前記粘着層および/または前記保護層が、紫外線吸収剤を含んでなる、請求項8〜10のいずれか一項に記載の光学素子。
- 前記保護層の表面に凹凸の形状を有してなる、請求項10または11に記載の光学素子。
- 基材と、その基材上に中間層を介して、特定の偏光成分の光を選択的に反射するコレステリック液晶構造を有する選択反射層が少なくとも1層設けられてなる光学素子を製造する方法であって、
前記基材上に、エチレン性官能基を1分子中に少なくとも2以上有するアクリル系モノマーを含んでなる中間層形成用組成物を塗布する工程、
前記中間層形成用組成物を重合させて中間層を形成する工程、および
前記中間層上に、コレステリック液晶構造を有する選択反射層を形成する工程、
を含んでなることを特徴とする、光学素子の製造方法。 - 前記中間層を形成する前に、基材に表面処理を施す工程をさらに含んでなる、請求項13に記載の方法。
- 前記処理が、コロナ処理である、請求項14に記載の方法。
- 前記中間層形成用組成物の重合が、酸素存在下で行われる、請求項13〜15のいずれか一項に記載の方法。
- 前記アクリル系モノマーの重合を、反応率30〜90%で行う、請求項13〜16のいずれか一項に記載の方法。
- 前記アクリル系モノマーが、エチレン性官能基を1分子中に3つまたは4つ有するものである、請求項13〜17のいずれか一項に記載の方法。
- 前記樹脂の表面自由エネルギーが40dyne/cm以上である、請求項13〜18のいずれか一項に記載の方法。
- 前記アクリル系モノマーが、ペンタエリスリトールアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、またはこれらの混合物を含んでなる、請求項13〜19のいずれか一項に記載の方法。
- 前記アクリル系モノマーが、ペンタエリスリトールアクリレートとペンタエリスリトールテトラアクリレートとを、2:1以上の比率で含んでなる、請求項20に記載の方法。
- 前記アクリル系モノマーが、ペンタエリスリトールアクリレートおよびペンタエリスリトールテトラアクリレートを、モノマー組成物に対して20重量%以上含んでなる、請求項20に記載の方法。
- 基材上に中間層形成用組成物を適用した後、一旦、前記基材をロール上に巻き取る工程をさらに含んでなり、その巻き取り工程において、基材と基材との間に合紙を挟入させる、請求項13〜22のいずれか一項に記載の方法。
- 前記合紙の巻き幅が、基材の巻き幅よりも大きい、請求項23に記載の方法。
- 前記合紙が、ポリプロピレンフィルムである、請求項23または24に記載の方法。
- 請求項1〜12のいずれか一項に記載の光学素子の、投影スクリーンとしての使用。
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