JP4286379B2 - 転写用素子 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、偏光性を有する回折光を生じることができる新規コレステリック液晶性フィルムから構成された転写用素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
回折素子は、分光光学などの分野で光の分光や光束の分割を行う目的で広く用いられている汎用光学素子である。回折素子は、その形状からいくつかの種類に分類され、光が透過する部分と透過しない部分を周期的に配置した振幅型回折素子、透過性の高い材料に周期的な溝を形成した位相型回折素子などに通常分類される。また、回折光の生じる方向に応じて透過型回折素子、反射型回折素子と分類される場合もある。
【０００３】
上記の如き従来の回折素子では、自然光（非偏光）を入射した際に得られる回折光は非偏光しか得ることができない。分光光学などの分野で頻繁に用いられるエリプソメーターのような偏光光学機器では、回折光として非偏光しか得ることができないため、光源より発した自然光を回折素子により分光し、さらにこれに含まれる特定の偏光成分だけを利用するために、回折光を偏光子を通して用いる方法が一般的に行われている。この方法では、得られた回折光のうちの約５０％以上が偏光子に吸収されるために光量が半減するという問題があった。またそのために感度の高い検出器や光量の大きな光源を用意する必要もあり、回折光自体が円偏光や直線偏光のような特定の偏光となる回折素子の開発が求められていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記課題を解決するものであり、液晶層構造を制御することで、コレステリック液晶層の一部の領域に回折能を付与することに成功した。さらに詳しくは、コレステリック液晶に特有な選択反射特性および円偏光特性に併せて回折能という新たな特性を付与したコレステリック液晶層を被転写物に対して容易に、かつコレステリック液晶層に配向乱れや割れを生じることなく転写することができる転写用素子を発明するに至った。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、支持基板／コレステリック液晶層／接着剤層から少なくとも構成される積層体であって、コレステリック液晶層の一部に回折能を示す領域を有し、該領域が形成された面と接着剤層が直接積層されていることを特徴とする転写用素子に関する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体的に説明する。
本発明の光学積層体は、支持基板／コレステリック液晶層／接着剤層から少なくとも構成されるものである。ここで支持基板／コレステリック液晶層／接着剤層とは、支持基板、コレステリック液晶層、接着剤層の順に積層された構成を意味する。なお支持基板とコレステリック液晶層との間には、中間層を有することもでき、例えば接着剤層、剥離層等を中間層として用いることができる。以下、順に本発明の構成要素について説明する。
【０００７】
本発明の構成要素である支持基板とは、コレステリック液晶層の支持体として機能するものであり、コレステリック液晶層が被転写物に転写された後、支持基板は剥離除去される。このような機能を有する支持基板としては、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、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリビニルアルコール、セルロース系プラスチックスや、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ(４−メチル−１−ペンテン)、ノルボルネン系樹脂などの鎖式または脂環式ポリオレフィン等から形成されたプラスチックフィルムやシート等が挙げられる。また支持基板としては、後述するコレステリック液晶性フィルム形成の際に用いることができる各種配向支持基板をそのまま支持基板として利用することもできる。
【０００８】
また支持基板としては、プラスチックフィルムやシートの表面にシリコン処理等の表面処理、またアクリル樹脂、メタクリル樹脂、エポキシ樹脂あるいはパラフィン系のワックスをコーティングしたもの等も支持基板として使用することができる。さらには支持基板となるプラスチックフィルムやシートに対して、エンボス加工等の物理的変形処理、親水化処理、疎水化処理等を行ったものも本発明の構成要素である支持基板として使用することができる。
【０００９】
支持基板の膜厚は、通常８〜２００μｍ、好ましくは１５〜１５０μｍ、さらに好ましくは２０〜１００μｍである。８μｍより薄い場合、得られる転写用素子のハンドリング性を悪化させる恐れがある。また２００μｍより厚い場合には、剥離転写操作がスムーズに行えない可能性がある。
なお支持基板は、被転写物にコレステリック液晶層が転写された際には除去されるものであり、その剥離界面は通常、支持基板と保護層との界面間である。
【００１０】
次いで本発明の構成要素であるコレステリック液晶層とは、フィルムの一部に回折能を示す領域を有したコレステリック液晶性フィルムから少なくとも構成されるものである。ここで回折能を示す領域とは、その領域を透過した光またはその領域で反射された光が、幾何学的には影になる部分に回り込むような効果を生じる領域を意味する。また回折能を有する領域の有無は、例えばレーザー光等を前記領域に入射し、直線的に透過または反射する光（０次光）以外に、ある角度をもって出射する光（高次光）の有無により確認することができる。また別法としては、原子間力顕微鏡や透過型電子顕微鏡などで液晶層の表面形状や断面形状を観察することにより前記領域が形成されているか否か確認することができる。
【００１１】
このコレステリック液晶性フィルムとしては、コレステリック配向が固定化され、かつフィルムの少なくとも一部に回折能を示す領域を有するものであれば特に制限されるものではなく、高分子液晶、低分子液晶またはこれら混合物等から形成することができる。回折能を示す領域は、フィルム表面および／またはフィルム内部のいずれの領域であってもよく、例えばフィルム表面の一部（フィルム表面領域）、フィルム内部の一部（フィルム内部領域）に有するものでもよい。また当該領域は、コレステリック液晶性フィルムの複数領域、例えばフィルム表裏面領域、複数のフィルム内部領域にそれぞれに有するものであってもよい。また回折能を示す領域は、例えばフィルム表面や内部に均一な厚さを持った層状態として形成されていることは必ずしも必要とせず、フィルム表面やフィルム内部の少なくとも一部に前記領域が形成されていればよい。例えば回折能を示す領域が、所望の図形、絵文字、数字等の型を象るように有したものであってもよい。さらに回折能を示す領域を複数有する場合、全ての前記領域が同じ回折能を示す必要性はなく、それぞれの領域において異なった回折能を示すものであってもよい。また回折能を示す領域の配向状態は、螺旋軸方位が膜厚方向に一様に平行ではないコレステリック配向、好ましくは螺旋軸方位が膜厚方向に一様に平行でなく、かつ螺旋ピッチが膜厚方向に一様に等間隔ではないコレステリック配向を形成していることが望ましい。またそれ以外の領域においては、通常のコレステリック配向と同様の配向状態、すなわち螺旋軸方位が膜厚方向に一様に平行で、かつ螺旋ピッチが膜厚方向に一様に等間隔な螺旋構造を形成していることが望ましい。なお本発明で言うフィルム表面とは、コレステリック液晶性フィルム単体において外部に接する部分を、またフィルム内部とは、外部に接する以外の部分をそれぞれ意味する。
【００１２】
本発明においては、上記いずれのコレステリック液晶性フィルムを用いることもできるが、フィルムの製法や回折能の付与方法等の観点から、フィルム表面領域の少なくとも一部、好ましくはフィルム表面領域の全面に回折能を示す領域を有するコレステリック液晶性フィルムが好適に用いられる。また回折能を示す領域を一方のフィルム表面領域に有する際、そのフィルムの表裏、すなわち回折能を示す領域を有するフィルム面とその面とは反対のフィルム面とは多少異なった光学効果、呈色効果等を示すことから、用途や目的とする機能等に応じてどちらのフィルム面を本発明の転写用素子を構成する接着剤層側にするのか選択することができる。さらに回折能を示す領域が層状態として形成されている場合、回折能を示す層（領域）の厚みとしては、コレステリック液晶性フィルムの膜厚に対して通常５０％以下、好ましくは３０％以下、さらに好ましくは１０％以下の厚みを有する層状態で形成されていることが望ましい。回折能を示す層（領域）の厚さが５０％を超えると、コレステリック液晶相に起因する選択反射特性、円偏光特性等の効果が低下し、本発明の構成要素である特異な光学特性を示すコレステリック液晶層の効果を得ることができない恐れがある。
【００１３】
コレステリック液晶性フィルムは、高分子液晶や低分子液晶またはその混合物を用いてコレステリック配向を固定化したコレステリック配向フィルムを予め用意し、コレステリック配向フィルムに回折素子基板を貼り合わせ、熱および／または圧力を加えることによってコレステリック配向フィルムに回折素子基板の回折パターンを転写する方法、または回折素子基板を配向基板として高分子液晶や低分子液晶またはその混合物をコレステリック配向させた後、その配向状態を維持したまま固定化する方法等の方法により、フィルムの一部に回折能を示す領域を有したコレステリック液晶性フィルムを得ることができる。
【００１４】
回折パターンの転写に用いられる回折素子基板の材質としては、金属や樹脂のような材料であっても良く、あるいはフィルム表面に回折機能を付与したもの、あるいはフィルムに回折機能を有する薄膜を転写したもの等、およそ回折機能を有するものであれば如何なる材質であっても良い。なかでも取り扱いの容易さや量産性を考えた場合、回折機能を有するフィルムまたはフィルム積層体がより望ましい。
【００１５】
またここでいう回折素子とは、平面型ホログラムの原版等の回折光を生じる回折素子全てをその定義として含む。またその種類については、表面形状に由来する回折素子、いわゆる膜厚変調ホログラムのタイプであってもよいし、表面形状に因らない、または表面形状を屈折率分布に変換した位相素子、いわゆる屈折率変調ホログラムのタイプであっても良い。本発明においては、回折素子の回折パターン情報をより容易に液晶に付与することができる点から、膜厚変調ホログラムのタイプがより好適に用いられる。また屈折率変調のタイプであっても、表面形状に回折を生じる起伏を有したものであれば本発明に好適に用いることができる。
【００１６】
また回折パターンの転写方法としては、例えば一般に用いられるヒートローラー、ラミネーター、ホットスタンプ、電熱板、サーマルヘッド等を用い、加圧・加温条件下にて行うことができる。加圧・加温条件は、用いられる高分子液晶や低分子液晶等の諸物性、回折素子基板の種類等によって異なり一概には言えないが、通常、圧力０．０１〜１００ＭＰａ、好ましくは０．０５〜８０ＭＰａ、温度３０〜４００℃、好ましくは４０〜３００℃の範囲において用いられる液晶や基板等の種類によって適宜選択される。
【００１７】
コレステリック液晶性フィルムのフィルム材料となる高分子液晶としては、コレステリック配向が固定化できるものであれば特に制限はなく、主鎖型、側鎖型高分子液晶等いずれでも使用することができる。具体的にはポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエステルイミドなどの主鎖型液晶ポリマー、あるいはポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリマロネート、ポリシロキサンなどの側鎖型液晶ポリマーなどが挙げられる。なかでもコレステリック配向を形成する上で配向性が良く、合成も比較的容易である液晶性ポリエステルが望ましい。ポリマーの構成単位としては、例えば芳香族あるいは脂肪族ジオール単位、芳香族あるいは脂肪族ジカルボン酸単位、芳香族あるいは脂肪族ヒドロキシカルボン酸単位を好適な例として挙げられる。
【００１８】
またコレステリック液晶性フィルムのフィルム材料となる低分子液晶としては、例えばアクリロイル基、ビニル基やエポキシ基等の官能基を導入したビフェニル誘導体、フェニルベンゾエート誘導体、スチルベン誘導体などを基本骨格としたものが挙げられる。また低分子液晶としては、ライオトロピック性、サーモトロピック性のどちらも用いることができるが、サーモトロピック性を示すものが作業性、プロセス等の観点からより好適である。
【００１９】
また回折能を示す領域を有しないコレステリック配向を固定化したコレステリック配向フィルムを形成するには、公知の方法、例えば高分子液晶を用いる場合には、配向基板上に高分子液晶を配した後、熱処理等によってコレステリック液晶相を発現させ、その状態から急冷してコレステリック配向を固定化する方法を用いることができる。また低分子液晶を用いる場合には、配向基板上に低分子液晶を配した後、熱処理等によってコレステリック液晶相を発現させ、その状態を維持したまま光、熱または電子線等により架橋させてコレステリック配向を固定化する方法等を適宜採用することができる。また先に説明したように、配向基板として回折素子基板等を用いることによって、配向段階において回折能を示す領域が形成されたコレステリック液晶性フィルムを得ることができる。
【００２０】
また最終的に得られるコレステリック液晶性フィルムの耐熱性等を向上させるために、フィルム材料として高分子液晶や低分子液晶の他にコレステリック相の発現を妨げない範囲において、例えばビスアジド化合物やグリシジルメタクリレート等の架橋剤を添加することもでき、これら架橋剤を添加することによりコレステリック相を発現させた状態で架橋させることもできる。さらにフィルム材料には、二色性色素、染料、顔料等の各種添加剤を本発明の効果を損なわない範囲において適宜添加してもよい。
【００２１】
本発明の構成要素であるコレステリック液晶層の構成は、通常コレステリック液晶性フィルム１層からなる。また用途や要求される光学特性等に応じてコレステリック液晶性フィルムを複数層積層してなる構成、またコレステリック液晶性フィルム１層または複数層と回折能を示す領域を有しないコレステリック配向フィルム等を１層または複数層とを積層した構成等であってもよい。さらにコレステリック液晶性フィルムおよび回折能を示す領域を有しないコレステリック配向フィルムをそれぞれ２層以上積層する場合、コレステリック液晶性フィルムとコレステリック配向フィルムを交互に積層した構成とすることもできる。
【００２２】
コレステリック液晶層の厚さは、通常０．３〜２０μｍ、好ましくは０．５〜１０μｍ、さらに好ましくは０．７〜３μｍである。この範囲を外れた場合には本発明の構成要素である特異な光学特性を示すコレステリック液晶層の効果を有効に発現できない恐れがある。なお複数層のフィルムから構成される場合には、その全フィルムの膜厚の合計が上記範囲に入ることが望ましい。
【００２３】
本発明の構成要素である接着剤層は、被転写物とコレステリック液晶層との間の接着を目的として形成されるものである。接着剤層としては、特に限定されるものではなく、従来公知の様々な粘・接着剤、具体的にはホットメルト型接着剤、光または電子線硬化型の反応性接着剤等を適宜用いることができる。なかでも転写時の作業性の観点からホットメルト型接着剤が本発明では好適に用いられる。
【００２４】
ホットメルト型接着剤としては特に制限はないが、ホットメルトの作業温度が２５０℃以下、好ましくは８０〜２００℃、さらに好ましくは１００〜１６０℃程度のものが作業性等の観点から望ましく用いられる。具体的には、例えばエチレン・酢酸ビニル共重合体系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリアミド系樹脂、熱可塑性ゴム系、ポリアクリル系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、ポリビニルブチラール等のポリビニルアセタール系樹脂、石油系樹脂、テルペン系樹脂、ロジン系樹脂等をベース樹脂とするホットメルト接着剤を用いることができる。
【００２５】
また反応性接着剤としては、光または電子線重合性を有するプレポリマーおよび／またはモノマーに必要に応じて他の単官能性モノマー、多官能性モノマー、各種ポリマー、安定剤、光重合開始剤、増感剤等を配合したものを用いることができる。
【００２６】
光または電子線重合性を有するプレポリマーとしては、具体的にはポリエステルアクリレート、ポリエステルメタクリレート、ポリウレタンアクリレート、ポリウレタンメタクリレート、エポキシアクリレート、エポキシメタクリレート、ポリオールアクリレート、ポリオールメタクリレート等を例示することができる。また光または電子線重合性を有するモノマーとしては、単官能アクリレート、単官能メタクリレート、２官能アクリレート、２官能メタクリレート、３官能以上の多官能アクリレート、多官能メタクリレート等が例示できる。またこれらは市販品を用いることもでき、例えばアロニックス（アクリル系特殊モノマー、オリゴマー；東亞合成（株）製）、ライトエステル（共栄社化学（株）製）、ビスコート（大阪有機化学工業（株）製）等を用いることができる。
【００２７】
また光重合開始剤としては、例えばベンゾフェノン誘導体類、アセトフェノン誘導体類、ベンゾイン誘導体類、チオキサントン類、ミヒラーケトン、ベンジル誘導体類、トリアジン誘導体類、アシルホスフィンオキシド類、アゾ化合物等を用いることができる。
【００２８】
本発明に用いることができる光または電子線硬化型の反応性接着剤の粘度は、接着剤の加工温度等により適宜選択するものであり一概にはいえないが、通常２５℃で１０〜２０００ｍＰａ・ｓ、好ましくは５０〜１０００ｍＰａ・ｓ、さらに好ましくは１００〜５００ｍＰａ・ｓである。粘度が１０ｍＰａ・ｓより低い場合、所望の厚さが得られ難くくなる。また２０００ｍＰａ・ｓより高い場合には、作業性が低下する恐れがあり望ましくない。粘度が上記範囲から外れている場合には、適宜、溶剤やモノマー割合を調整し所望の粘度にすることが好ましい。
【００２９】
また光硬化型の反応性接着剤を用いた場合、その接着剤の硬化方法としては公知の硬化手段、例えば低圧水銀灯、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、メタルハライドランプ、キセノンランプ等を使用することができる。また露光量は、用いる反応性接着剤の種類により異なるため一概にはいえないが、通常５０〜２０００ｍＪ／ｃｍ²、好ましくは１００〜１０００ｍＪ／ｃｍ²である。
【００３０】
また電子線硬化型の反応性接着剤を用いた場合、その接着剤の硬化方法としては、電子線の透過力や硬化力により適宜選定されるものであり一概にはいえないが、通常、加速電圧が５０〜１０００ｋＶ、好ましくは１００〜５００ｋＶの条件で照射して硬化することができる。
【００３１】
さらに本発明における接着剤層として粘着剤を用いる場合も特に制限されるものではなく、例えばゴム系、アクリル系、シリコーン系、ポリビニルエーテル系粘着剤などを用いることができる。
接着剤層の厚さは、用いられる用途やその作業性等により異なるため一概にはいえないが、通常０．５〜５０μｍ、好ましくは１〜１０μｍである。
【００３２】
また接着剤層の形成方法としては、後述する転写用素子の製造方法により異なるが、例えばロールコート法、ダイコート法、バーコート法、、カーテンコート法、エクストルージョンコート法、、グラビアロールコート法、スプレーコート法、スピンコート法等の公知の方法を用いてコレステリック液晶層上等に形成することができる。
【００３３】
本発明の転写用素子を構成する支持基板とコレステリック液晶層との間には中間層を有することもできる。中間層としては、例えば接着剤層、離型層等を挙げることができる。
【００３４】
接着剤層としては、特に制限されるものではないが、例えば先に説明した光または電子線硬化型の反応性接着剤を適宜用いることができる。また離型層としては、例えば熱により流動性を示すワックス、シリコーン、フッ素系離型剤等から形成することができる。なお本発明の転写用素子を構成する支持基板とコレステリック液晶層との間には、接着剤層および離型層の２層を中間層として構成することもできる。
【００３５】
本発明の転写用素子の製造方法としては、（１）支持基板上に順次本発明の構成となるように積層する、（２）表面にあらかじめ接着剤層を形成した支持基板に、別途作製した残りの積層体を、加圧、加熱、硬化等の手段を単独または組み合わせて貼合する、（３）支持基板に、別途作製した残りの積層体を剥離性基板上に用意しておき、支持基板側へ加圧、加熱、硬化等の手段を単独または組み合わせて転写して剥離性基板を取り除き、最外層となるコレステリック液晶層上に接着剤層を形成する、といった方法等が挙げられる。
【００３６】
より具体的な製法例としては、（１）配向基板上に形成したコレステリック液晶性フィルム層を、表面にあらかじめ接着剤層を形成した支持基板またはコレステリック液晶性フィルムに接着剤層を形成して支持基板に転写し、配向基板を剥離除去する。次いでコレステリック液晶性フィルム層に接着剤層を形成する方法、（２）配向基板上に形成したコレステリック液晶性フィルムを配向基板とは異なる別の第２の基板上に接着剤層を介して転写し、配向基板を剥離除去する。次いであらかじめ接着剤層を形成した支持基板またはコレステリック液晶性フィルムに接着剤層を形成して、支持基板にコレステリック液晶性フィルムを転写し、コレステリック液晶性フィルムから第２の基板のみ剥離除去した後、コレステリック液晶性フィルム上に接着剤層を形成する方法、（３）配向基板上に形成したコレステリック液晶性フィルムを配向基板とは異なる第２の基板に接着剤層を介して転写し、配向基板を剥離除去する。次いで第３の基板上に接着剤層を介してコレステリック液晶性フィルムを転写し、第２の基板を剥離除去する。次いであらかじめ接着剤層が形成された支持基板にコレステリック液晶性フィルムを転写し、第３の基板を剥離除去した後、コレステリック液晶性フィルム上に接着剤層を形成する方法、等が挙げられる。
【００３７】
ここで上記第２および第３の基板（以下、再剥離性基板という。）とは、再剥離性を有し、自己支持性を具備する基板であれば特に限定されず、該基板としては、通常剥離性を有するプラスチックフィルムが望ましく用いられる。またここでいう再剥離性とは、接着剤を介しコレステリック液晶性フィルムと再剥離性基板を接着した状態において、接着剤層と再剥離性基板との界面で剥離できることを意味する。このような再剥離性基板の材料としては、具体的にはポリエチレン、ポリプロピレン、４−メチルペンテン−１樹脂等のオレフィン系樹脂、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルスルフォン、ポリケトンサルファイド、ポリスルフォン、ポリスチレン、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、ポリアリレート、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリビニルアルコール、セルロース系プラスチック等が挙げられる。これら材料から形成されるプラスチックフィルムはプラスチックフィルム自身を再剥離性基板として用いてもよいし、適度な再剥離性を持たせるためにプラスチックフィルム表面に、シリコーンやフッ素系樹脂をコートしたもの、有機薄膜または無機薄膜を形成したもの、化学的処理を施したもの、蒸着は表面研磨等の物理的処理を施したものも用いることができる。
【００３８】
またコレステリック液晶性フィルムを再剥離性基板に転写する際に用いられる接着剤としては、特に限定されるものではないが、望ましくは上述にて説明した熱、光または電子線硬化型の反応性接着剤等を適宜用いることができる。
【００３９】
さらに上記製法例における剥離除去方法としては、例えば配向基板や再剥離性基板のコーナー端部に粘着テープを貼り付けて人為的に剥離する方法、ロール等を用いて機械的に剥離する方法、構造材料全てに対する貧溶媒に浸積した後に機械的に剥離する方法、貧溶媒中で超音波をあてて剥離する方法、配向基板、再剥離性基板とコレステリック液晶性フィルムとの熱膨張係数の差を利用し、温度変化を与えて剥離する方法等を適宜採用することができる。
なお上記製造方法は、あくまでも例示であり本発明の転写用素子はこれらに限定されるものではない。
【００４０】
また本発明の転写用素子は、該素子を構成する接着剤層の種類にもよるが、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、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリメチルメタクリレート、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、ポリカーボネート、ポリビニルアルコール、ポリアセタール、ポリアリレート、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シート、フィルムあるいは各種成型品、または紙、合成紙等の紙類、金属箔、ガラス等の様々な被転写物に対して容易に支持基板からコレステリック液晶層を配向乱れや割れを生じることなく、また所望の形状で転写することができる。また本発明の構成要素である接着剤としてホットメルト型接着剤を用いた場合には、加熱、加圧、衝撃を瞬時に加えることができるいわゆるホットスタンプ装置を用いた際には、転写、剥離、除去の一連の操作が同時に、また瞬時に行うことが可能である。
【００４１】
本発明の転写用素子は、回折光が円偏光性を有するという、従来の光学部材には無い特異な効果を有するコレステリック液晶層を被転写物に転写することができる。この特異な効果により、例えばエリプソメーターのような偏光を必要とする分光光学機器にコレステリック液晶層を転写して用いることにより、光の利用効率を極めて高くすることが可能となる。従来の偏光を必要とする分光光学機器では、光源より発した光を回折格子やプリズム等の分光素子を用いて波長ごとに分光した後に偏光子を透過させる、または偏光子を透過させた後に分光する必要があり偏光子が必須であった。この偏光子は、入射した光の約５０％を吸収してしまい、また界面での反射が生じるために光の利用効率が極めて悪いといった問題があったが、本発明の転写用素子を用いてコレステリック液晶層を所望の箇所に転写することにより光の利用効率を極めて高く、理論的には約１００％利用することが可能となる。また本発明の転写用素子を構成するコレステリック液晶層は、通常の偏光板を用いることによって容易に回折光の透過および遮断をコントロールすることが可能である。通常、偏光性を有していない回折光では、どのような偏光板と組み合わせても完全に遮断することはできない。すなわち本発明の転写用素子の構成要素であるコレステリック液晶層では、例えば右偏光性を有する回折光は、左円偏光板を用いた時にのみ完全に遮断することができ、それ以外の偏光板を用いても完全な遮断を実現することができないものである。このような特異な効果を有することから、例えば観察者が偏光板越しに回折像を観察する環境において、偏光板の状態を変化させることによって、回折像を暗視野から突然浮かび上がらせたり、また突然消失させたりすることが可能となる。
【００４２】
以上のように本発明の転写用素子は、被転写物に容易にコレステリック液晶層を転写することができ、また転写されたコレステリック液晶層は新たな回折機能素子として応用範囲は極めて広く、種々の光学用素子や光エレクトロニクス素子、装飾用部材、偽造防止用素子等として使用することができる。
【００４３】
具体的に光学用素子や光エレクトロニクス素子としては、例えば支持基板として透明かつ等方なフィルム、例えばフジタック（富士写真フィルム（株）製）、コニカタック（コニカ（株）製）などのトリアセチルセルロースフィルム、ＴＰＸフィルム（三井化学（株）製）、アートンフィルム（日本合成ゴム（株）製）、ゼオネックスフィルム（日本ゼオン（株）製）、アクリプレンフィルム（三菱レーヨン（株）製）等に本発明の転写用素子を用いてコレステリック液晶層を転写し、光学積層体を得ることによって様々な光学用途への展開を図ることが可能である。例えば前記光学積層体をＴＮ（ｔｗｉｓｔｅｄ ｎｅｍａｔｉｃ）−ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）、ＳＴＮ（ＳｕｐｅｒＴｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）−ＬＣＤ、ＥＣＢ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）−ＬＣＤ、ＯＭＩ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｍｏｄｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）−ＬＣＤ、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）−ＬＣＤ、ＨＡＮ（Ｈｙｂｒｉｄ Ａｌｉｇｎｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）−ＬＣＤ、ＩＰＳ（Ｉｎ Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）−ＬＣＤ等の液晶ディスプレーに備えることによって色補償および／または視野角改良された各種ＬＣＤを得ることができる。また前記光学積層体を上記したように分光された偏光を必要とする分光光学機器、回折現象により特定の波長を得る偏光光学素子、光学フィルター、円偏光板、光拡散板等として用いることも可能であり、さらに１／４波長板と組み合わせることによって直線偏光板を得ることもできる等、光学用素子や光エレクトロニクス素子として従来にない光学効果を発現しうる様々な光学部材を提供することができる。
【００４４】
装飾用部材としては、回折能による虹色呈色効果とコレステリック液晶による色鮮やかな呈色効果等を併せ持った新たな部材としてさまざまな製品等にコレステリック液晶層を転写することができる。また容易にコレステリック液晶層を転写することができることから既存製品等に添付する、一体化する等の方法によって、他の類似製品との差別化にも大きく貢献することが期待できる。例えば、意匠性のある回折パターンを組み込んだ本発明のコレステリック液晶層をガラス窓等に転写すると、外部からはその視角によって前記回折パターンを伴ったコレステリック液晶特有の選択反射が異なった色に見え、ファッション性に優れるものとなる。また明るい外部からは内部が見え難く、それにもかかわらず内部からは外部の視認性がよい窓とすることができる。
【００４５】
偽造防止用素子としては、回折素子およびコレステリック液晶のそれぞれの偽造防止効果を併せ持った新たな偽造防止フィルム、シール、ラベル等として用いることができる。具体的には本発明の転写用素子を用いて例えば自動車運転免許証、身分証明証、パスポート、クレジットカード、プリペイドカード、各種金券、ギフトカード、有価証券等のカード基板、台紙等に転写することによって、コレステリック液晶層をカード基板、台紙等と一体化するまたは一部に設ける、具体的には貼り付ける、埋め込む、紙類に織り込むことができる。また本発明の転写用素子を構成するコレステリック液晶層は、回折能を示す領域がコレステリック液晶層の一部に有しており、またコレステリック液晶の波長選択反射性、円偏光選択反射性、色の視角依存性、コレステリックカラーの美しい色を呈する効果を併せ持ったものである。したがって本発明の転写用素子の構成要素であるコレステリック液晶層を、偽造防止用素子として用いた場合には、該コレステリック液晶層の偽造は極めて困難である。また偽造防止効果あわせて、回折素子の虹色呈色効果、コレステリック液晶の色鮮やかな呈色効果を有することから意匠性にも優れたものである。これらのことから本発明の転写用素子を構成するコレステリック液晶層は偽造防止用素子として非常に有用である。
【００４６】
これらの用途はほんの一例であり、本発明の転写用素子は、従来、回折素子単体、コレステリック液晶性フィルム単体が使用されている各種用途や、新たな光学的効果を発現することが可能であること等から前記用途以外の様々な用途に、その特異な光学効果を発現するコレステリック液晶層を容易に、かつ該液晶層に配向乱れ、割れ等が生じることなく転写することができることから、様々な用途において応用展開が可能である。
【００４７】
【実施例】
以下に本発明を実施例によって具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００４８】
（参考例１：アクリロイル基を有する低分子液晶の合成）
蒸留精製したテトラヒドロフラン１８０ｇに、４−（６−アクリロイロキシヘキシルオキシ）安息香酸１５１．３ｇ（５１８ｍｍｏｌ）と２，６−ジターシャリブチル−４−メチルフェノール１．５ｇを溶解したものに、ジイソプロピルエチルアミン７０．１ｇ（５４３ｍｍｏｌ）を加えた溶液を、メタンスルホニルクロリド６２．１ｇ（５４３ｍｍｏｌ）のテトラヒドロフラン溶液中を−１０℃に冷却した中に攪拌しながら滴下した。滴下終了後、該反応液を０℃まで昇温してさらに攪拌した後、メチルヒドロキノン２９．８７ｇ（２４６ｍｍｏｌ）のテトラヒドロフラン溶液を滴下した。さらに反応液を攪拌し、４−ジメチルアミノピリジン３．０ｇ（２５ｍｍｏｌ）をトリエチルアミン６２．４ｇ（６１７ｍｍｏｌ）に溶解したものを滴下した。滴下後、反応液を０℃で１時間攪拌後、室温に昇温して５時間攪拌した。反応終了後、反応液を１０００ｍｌの酢酸エチルで希釈し、分液ロートに移した後、１規定塩酸で分液し、さらに有機層を１規定塩酸、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、飽和硫酸マグネシウム水溶液で洗浄した。有機層に１００ｇの無水硫酸マグネシウムを加えて室温で１時間攪拌することにより脱水・乾燥し、硫酸マグネシウムを濾別後、ロータリーエバポレーターにより濃縮してメチルヒドロキノン−ビス（４−（６−アクリロイロキシオヘキシルオキシ）安息香酸）エステルを粗生成物として得た。該粗生成物を酢酸エチル／メタノールにより再結晶することによりメチルヒドロキノン−ビス（４−（６−アクリロイロキシオヘキシルオキシ）安息香酸）エステルを１４６．９ｇを白色結晶として得た（収率８５．２％）。化合物Ｉ−１のＧＰＣによる純度は９８．７％であった。ＧＰＣは溶出溶媒としてテトラヒドロフランを用い、高速ＧＰＣ用充填カラム（ＴＳＫｇｅｌ Ｇ−１０００ＨＸＬ）を装着した東ソー製ＧＰＣ分析装置ＣＣＰ＆８０００（ＣＰ−８０００、ＣＯ−８０００、ＵＶ−８０００）により行った。
【００４９】
得られたメチルヒドロキノン−ビス（４−（６−アクリロイロキシオヘキシルオキシ）安息香酸）エステルを偏光顕微鏡下メトラーホットステージで観察すると、室温では結晶相、８５℃付近でネマチック相に転移し、さらに加熱すると１１５℃付近で等方相となった。
【００５０】
（参考例２）
参考例１と同様の手法を用い、４−（６−アクリロイロキシオヘキシルオキシ）安息香酸３２．５ｇ（１１１ｍｍｏｌ）、４−シアノフェノール１２．６ｇ（１０６ｍｍｏｌ）から３４．８ｇの４−シアノフェノール−４−（６−アクリロイロキシオヘキシルオキシ）安息香酸エステル（収率８４％）を得た。４−シアノフェノール−４−（６−アクリロイロキシオヘキシルオキシ）安息香酸エステルのＧＰＣによる純度は９９．３％であった。
【００５１】
（参考例３：高分子液晶の合成）
テレフタル酸４９ｍｍｏｌ、メチルヒドロキノン２４ｍｍｏｌ、カテコール２５ｍｍｏｌ、（Ｒ）−２−メチル−１，４−ブタンジオール１．７ｍｍｏｌおよび酢酸ナトリウム１００ｍｇを用いて窒素雰囲気下で、１８０℃で１時間、２００℃で１時間、２５０℃で１時間と段階状に昇温しながら重縮合を行った。ついで窒素を流しながら２５０℃で２時間重縮合を続け、さらに減圧下同温度で１時間重縮合を行った。得られたポリマーをテトラクロロエタンに溶解後、メタノールで再沈澱を行い、精製ポリマー（芳香族系ポリエステル）を得た。
得られたポリマーの対数粘度は０．１５０、ガラス転移点は９０℃であった。
【００５２】
得られたポリマーの各分析法は次のとおりである。
（１）ポリマーの対数粘度
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）溶媒中、濃度０．５ｇ／１００ｍｌ，３０℃で測定した。
（２）ガラス転移点（Ｔｇ）
Du Pont 990 Thermal Analizer を使用して測定した。
（３）液晶相の同定
オリンパス光学（株）製ＢＨ２偏光顕微鏡を用いて観察した。
【００５３】
（実施例１）
参考例１で得たメチルヒドロキノン−ビス（４−（６−アクリロイロキシオヘキシルオキシ）安息香酸）エステルを７．０ｇ、参考例２で得られた４−シアノフェノール−４−（６−アクリロイロキシオヘキシルオキシ）安息香酸エステルを１．０７ｇ、キラルドーパント液晶Ｓ−８１１（ロディック社製）１．９３ｇ、フッ素系界面活性剤Ｓ−３８３（旭硝子（株）製）を１．５ｍｇおよび光重合開始剤であるイルガキュア９０７（チバ−ガイギー社商品名）をアクリロイル基結合化合物に対して３重量％を、Ｎ−メチル−２−ピロリドンの１０重量％溶液を調製した。このＮ−メチル−２−ピロリドン溶液をラビング処理した厚さ７５μｍのポリエチレンテレフタレートフィルム(東レ（株）製)に、塗布し、溶媒を乾燥させ、８０℃で熱処理して液晶分子を配向させた後、室温下において紫外線を照射して、ポリエチレンテレフタレートフィルム上のフィルムを得た。
【００５４】
得られたフィルムを分光器Ｖ−５００（日本分光社製）により透過スペクトルを評価したところ、赤外線領域に近い７８０ｎｍ近辺に選択反射に由来する透過光の低下領域が見られ、このフィルムが赤色光の選択反射を示すコレステリック配向フィルムであることが確認できた。
【００５５】
得られたコレステリック配向フィルムの上に、エドモンド・サイエンティフィック・ジャパン社製刻線式回折格子フィルム（刻線９００本／ｍｍ）を、液晶面と回折面が向き合うように重ね、東京ラミネックス社製ラミネーターＤＸ−３５０を用い、１５０℃、０．３ＭＰａ、ロール接触時間０．５秒の条件で加熱加圧を行った後、室温まで冷却後、刻線式回折格子フィルムを取り除いた。
【００５６】
回折格子フィルムが重ねられていたコレステリック配向フィルム面を観察したところ、回折パターンに起因する虹色とコレステリック液晶に特有の選択反射とが明瞭に認められた。また回折格子フィルムを取り除いたコレステリック配向フィルム面の配向状態を偏光顕微鏡観察および液晶層断面の透過型電子顕微鏡観察をしたところ、コレステリック相における螺旋軸方位が膜厚方向に一様に平行ではなく、かつ螺旋ピッチが膜厚方向に一様に等間隔ではないコレステリック配向が液晶層の表面領域に形成されていることが確認された。またそれ以外の領域においては、螺旋軸方位が膜厚方向に一様に平行で、かつ螺旋ピッチが膜厚方向に一様に等間隔なコレステリック配向が形成していることが確認された。またコレステリック配向フィルム面内に垂直にＨｅ−Ｎｅレーザー（波長６３２．８ｎｍ）を入射したところ、０゜および約±３５゜の出射角にレーザー光が観察された。さらに偏光特性を確認するために、通常の室内照明下に得られた積層体をおき、右円偏光板（右円偏光のみ透過）を介して観察したところ、虹色の反射回折光が観察され、偏光板なしで観察した場合の明るさとほぼ同じであった。これに対し左円偏光板（左円偏光のみ透過）を介して観察したところ、暗視野となり、虹色の反射回折光は観察されなかった。
【００５７】
これらのことよりコレステリック配向フィルムには、回折能を示す領域がフィルム表面領域に形成され、またその回折光が右円偏光であることが確認された。またこのことより、このコレステリック配向フィルムが、本発明の構成要素であるコレステリック液晶層となることが判明した。
次いで回折格子フィルムを取り除いたコレステリック液晶層上にホットメルト接着剤層を形成し、転写用素子を得た。
【００５８】
得られた転写用素子を、１０ｃｍ角、厚さ１ｍｍのポリ塩化ビニル製のプラスチックシートの上に、ホットスタンプ装置を用いて１４０℃で転写した。
その結果、ポリ塩化ビニルシートの右隅に約１ｃｍ角の、コレステリック液晶層を転写することができた。なお転写用素子の支持基板であるポリエチレンテレフタレートフィルムは、ホットスタンプ時にコレステリック液晶層から剥離した。また接着層は、ポリ塩化ビニルシートと強固に接着されていた。
転写後、コレステリック液晶層に光を当てると、転写前と同様に鮮やかな選択反射光と回折光が観察された。
【００５９】
（実施例２）
ラビング処理した厚さ７５μｍのポリフェニレンサルファイドフィルム(東レ（株）製)の上に、参考例３で得た芳香族系ポリエステルの２０重量％Ｎ−メチル−２−ピロリドン溶液をスピンコート法で塗布、乾燥し、２００℃で５分間熱処理して、金色の選択反射を呈するフィルムを得た。
同フィルムの反射光を測定したところ中心波長が約６００ｎｍ、選択反射波長帯域幅が１００ｎｍであるコレステリック配向フィルムであることが確認された。
【００６０】
次いで、コレステリック配向フィルム層の上に、エドモンド・サイエンティフィック・ジャパン社製刻線式回折格子フィルム（刻線９００本／ｍｍ）を、前記フィルムの液晶面と回折面が向き合うように重ね、東京ラミネックス社製ラミネーターＤＸ−３５０を用い、１2０℃、０．３ＭＰａ、ロール接触時間０．５秒の条件で加熱加圧を行い、室温まで冷却した後、刻線式回折格子フィルムを取り除いた。
【００６１】
回折格子フィルムが重ねられていたコレステリック配向フィルム面を観察したところ、回折パターンに起因する虹色とコレステリック液晶に特有の選択反射とが明瞭に認められた。また回折格子フィルムを取り除いたコレステリック配向フィルム面の配向状態を偏光顕微鏡観察および液晶層断面の透過型電子顕微鏡観察をしたところ、コレステリック相における螺旋軸方位が膜厚方向に一様に平行ではなく、かつ螺旋ピッチが膜厚方向に一様に等間隔ではないコレステリック配向が液晶層の表面領域に形成されていることが確認された。またそれ以外の領域においては、螺旋軸方位が膜厚方向に一様に平行で、かつ螺旋ピッチが膜厚方向に一様に等間隔なコレステリック配向が形成していることが確認された。またコレステリック配向フィルム面内に垂直にＨｅ−Ｎｅレーザー（波長６３２．８ｎｍ）を入射したところ、０゜および約±３５゜の出射角にレーザー光が観察された。さらに偏光特性を確認するために、通常の室内照明下に得られた積層体をおき、右円偏光板（右円偏光のみ透過）を介して観察したところ、虹色の反射回折光が観察され、偏光板なしで観察した場合の明るさとほぼ同じであった。これに対し左円偏光板（左円偏光のみ透過）を介して観察したところ、暗視野となり、虹色の反射回折光は観察されなかった。
【００６２】
これらのことよりコレステリック配向フィルムには、回折能を示す領域がフィルム表面領域に形成され、またその回折光が右円偏光であることが確認された。またこのことより、このコレステリック配向フィルムが、本発明の構成要素であるコレステリック液晶層となることが判明した。
【００６３】
次いで回折格子フィルムを取り除いたフィルム面上にホットメルト接着剤層を形成し、転写用素子を作製した。
この転写用素子を、１０ｃｍ角、厚さ１ｍｍのポリ塩化ビニル製のプラスチックシート上に、ホットスタンプ装置を用いて１４０℃で転写した。その結果、ポリ塩化ビニル製のプラスチックシートの右隅に約１ｃｍ角の、コレステリック液晶層を転写することができた。なお転写用素子の支持基板であるポリフェニレンサルファイドフィルムは、ホットスタンプ時にコレステリック液晶層から剥離した。また接着層は、ポリ塩化ビニルシートと強固に接着されていた。
【００６４】
転写後、コレステリック液晶層に光を当てると、転写前と同様に鮮やかな選択反射光と回折光が観察された。
また転写用素子を用いて、Ａ４サイズの紙の上にコレステリック液晶層を転写することを試みたところ、ポリ塩化ビニルシートを被転写物としたときと同様、コレステリック液晶層に配向乱れや割れなどが生じることなく転写を行うことができた。また転写されたコレステリック液晶層は、転写前と同様に鮮やかな選択反射光と回折光が観察された。
【００６５】
（実施例３）
実施例２と同様に、ラビングしたポリフェニレンサルファイドフィルム上に金色の選択反射を呈するコレステリック配向フィルムを得た。
次いでエドモンド・サイエンティフィック・ジャパン社製刻線式回折格子フィルム（刻線９００本／ｍｍ）を、フィルムの液晶面と回折面が向き合うように重ね、東京ラミネックス社製ラミネーターＤＸ−３５０を用い、１２０℃、０．３ＭＰａ、ロール接触時間０．５秒の条件で加熱加圧を行った後、室温まで冷却し、刻線式回折格子フィルムを取り除いた。
【００６６】
次いで前記回折格子フィルムを取り除いたフィルム面上にアクリル樹脂からなる粘着層を形成し、転写用素子を作製した。
得られた転写用素子を、１ｃｍ角のサイズに切り出し、粘着層を介してガラス板に貼り合わせた。次いで、転写用素子の支持基板であるポリフェニレンサルファイドフィルムにセロテープを貼り、ポリフェニレンサルファイドフィルムを剥離除去した。
【００６７】
転写後のコレステリック液晶層に光を当てると、選択反射光と同時に、回折光も観察された。またこのことからコレステリック液晶層に回折能が付与されていることが確認できた。
また得られた転写用素子を用い、同様にしてポリ塩化ビニルシートや紙への転写にも適用できることを確認した。
【００６８】
【発明の効果】
本発明は、回折光が円偏光性を有するといった従来の光学素子には無い特異な特徴を有するコレステリック液晶性フィルムからなるコレステリック液晶層を構成要素とするものであり、該コレステリック液晶層は新たな回折機能素子としてその応用範囲は極めて広く、例えば光学用素子、光エレクトロニクス素子、装飾用材料、偽造防止用素子等として有用である。
また本発明の転写用素子は、特異な光学特性を示すコレステリック液晶層の特性を損なうことなく、被転写物に容易に転写でき、またその作業性にも優れている。このようなことから本発明の転写用素子は、種々の材料にコレステリック液晶層の有する特異な光学特性を付与できる等、工業的価値が極めて高い。

Claims (1)

1. 支持基板／コレステリック液晶層／接着剤層から少なくとも構成される積層体であって、コレステリック液晶層の一部に回折能を示す領域を有し、該領域が形成された面と接着剤層が直接積層されていることを特徴とする転写用素子。