JP5862945B2 - 光散乱素子の製造方法 - Google Patents
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これによれば、その製造方法により製造されるべき光散乱素子(異方性光散乱フィルム)は、屈折率の高低からなる濃淡模様が形成され、且つ屈折率の異なる部分が、フィルムの厚さ方向に対して傾斜し層状に分布する構造となる。そして、屈折率の異なる部分の傾斜方向に沿った角度で入射する光に対しては光散乱が生じ、屈折率の異なる部分の傾斜方向に垂直な光に対しては単なる透明フィルムとして機能する。
しかも、一部領域に対して所定の入射角度をもって露光を行った場合、その露光領域とその周囲領域との間で、光重合過程における相分離成分の相互拡散(露光領域境界におけるにじみ)が生じることになり、露光による反応領域は、実際に露光された領域よりも不規則な状態で拡張されることになる。このため、このような光散乱素子においては、照明光を照射した際に、散乱光が所望の領域・角度域を超えて生じることになり、露光による光散乱状態の制御内容を的確に反映することができない。
また、材料として重合性化合物を用いる場合、固化と光散乱性の発現は一体的なものであることから、反応完了時には、もはや、露光に基づく散乱特性の追加(多重記録)を行うことができない。また、同じ理由により、光散乱特性が付与されるのは固化された成形物の全体に及ぶため、成形物の一部分のみに光散乱特性を付与することも困難である。
入射面から入射された照明光を、出射面から散乱光として出射させる光散乱素子の製造方法において、
光散乱素子用記録媒体として、透明な母材内に光反応性分子が混和されている硬化状態のものを用意し、
前記光散乱素子用記録媒体に対して、任意の入射角度及び入射領域の下で前記光反応性分子の吸収波長域の光を用いることにより露光を行い、
前記露光に基づく光反応により、前記光反応性分子を、該露光に基づく光通過領域内において、光学異方性を有すると共に前記散乱光を生じさせる光散乱体に変化させる構成とされている。この請求項1の好ましい態様としては、請求項2〜9に記載のとおりである。
入射面から入射された照明光を、出射面から散乱光として出射させるべく、露光を行うことにより、該露光に基づく光通過領域内に、光学異方性を有すると共に前記散乱光を生じさせる光散乱体を生成する光散乱素子用記録媒体であって、
透明な母材と、
前記母材内に混和されて、前記露光の吸収波長域の光を吸収して前記光散乱体に変化する光反応性分子と、
を具備し、
前記母材に基づき硬化状態とされている構成とされている。この請求項10の好ましい態様としては、請求項11以下の記載のとおりである。
また、光反応性分子を露光に基づく光反応により光散乱体に変化させるものであること(光照射によって、核生成が起こり、さらに、それらが露光量に応じて成長すること)から、露光量を増大させれば、露光量の増大は、光反応を通じて形成される散乱構造体の数密度ならびに空間サイズの増大をもたらすことになり、散乱体や材料の混合比など、材料自体を変えなくても、散乱光の強度を簡単に増大させることができる。
このように、光反応性分子と露光との組み合わせにより、露光に基づく光散乱状態の制御精度を著しく高めることができる。
さらに、光散乱素子用記録媒体における光反応性分子が露光によりいつでも光反応するものであることから、異なる照射条件(入射角度、入射領域、露光量)の複数の露光をタイミングを変えて行う場合であっても、光反応性分子を光散乱体に変化させることができる。このため、当該光散乱素子において、同時に限らず事後的においても、露光に基づく多重記録を行うことができる。
さらに、光散乱体が露光に基づく光の入射角度方向に細長く延びる形状とされていることから、当該光散乱体を含むバルク領域(光通過領域)は空間的に高い異方性を示すようになるため、光散乱の角度選択性を高めることができ、多重記録を行うにしても、角度多重記録性を大幅に向上させることができる。
1.先ず、当該光散乱素子の製造方法により製造される第1実施形態に係る光散乱性フィルム(光散乱素子)1について説明する。
光散乱性フィルム1は、図1に示すように、光散乱素子用記録媒体としての記録フィルム2と、該記録フィルム2内に含有される複数の光散乱体(光学異方性を有する分子集合体)3と、から構成されている。図1は、光散乱性フィルム1の断面を概念的に示した断面図で、その図1において、上下方向が光散乱性フィルム1の肉厚方向となる。
この場合、光散乱素子用記録媒体を、上記記録フィルム2に代えて、厚肉(板材)の形態のものとしてもよいし、記録フィルム2を透明基板に積層して用いてもよい。
光通過領域7は、露光に基づく光が記録フィルム2内を通過した領域の軌跡であり、その光通過領域7は、任意の入射角度及び入射領域に基づく露光の結果として決まる。この光通過領域7は記録フィルム2の入射面6aと出射面6bとの間を真っ直ぐに延びており、その光通過領域7においては、前記光反応性分子5は、光反応(例えば光分解)により、光学異方性を有する光散乱体3に変化されることになっている。
複数の光散乱体3は、上述した如く、露光前の上記光通過領域7内に存在していた光反応性分子5をその光通過領域7を通過した露光の光に基づく光反応により形成されたものである。本実施形態においては、各光散乱体3は、光反応性分子5を露光に基づいて光分解することにより分解生成物を生成し、その分解生成物を、微結晶を経て結晶成長体に成長させたものであり、各光散乱体3は、光通過領域7の延び方向(露光の入射方向)に細長く延びた形状とされている。
(1)先ず、前記記録フィルム2(記録媒体(硬化物))を用意する。
記録フィルム2は、前述した如く、透明な母材4と、その母材4内に良好に混和される光反応性分子5と、を具備しており、母材4は、図4上図に示すように、その内部に光反応性分子5を保持しつつフィルムの外形を形作っている。母材4が透明とされているのは、露光、照射光がフィルムを通過できるようにするためである。母材4、光反応性分子5の性質、材質等については、前述のとおりである。
したがって、上記光散乱性フィルムの製造方法を用いれば、記録フィルム2において、光反応分子5を露光に基づく光反応によりその光通過領域7内でのみ光散乱体に変化させ、露光の光通過領域7外においては、光反応性分子5を光散乱体3に変化させないことから、光散乱性フィルム1において、照明光のうち、入射面6aから光通過領域7を通って出射面6bに向かう光のみを散乱光にすることができ、光反応性分子5と露光の高い精度の制御内容を的確に反映することができる(図2参照)。勿論、露光に際して、指向性の高い光を用いた場合には、散乱光が生じる角度域及び光散乱領域を、より高い精度をもって制御できる。
また、光散乱体は、露光に基づき、細長く延びる形状とされ、そのいずれもが露光に基づく光の入射角度方向に延びるように配向されることから、露光されたバルク領域(光通過領域)は空間的に高い異方性を示すようになるため、光散乱の角度選択性を高めることができ、多重記録を行うにしても、角度多重記録性を大幅に向上させることができる。
上述の内容を裏付けるため、下記実験を行った。
(1)試験記録フィルム(サンプル)の作成
試験記録フィルムは、下記製造方法により作成した。
トリス(2,3−エポキシプロピル)イソシアヌレート(日産化学工業株式会社)55wt%、4−メチル−1,2−シクロヘキサンジカルボン酸無水物(東京化成工業株式会社)、Irgacure 379(チバ・ジャパン株式会社)10wt%を120℃で溶融混合し、硬化触媒としてPX‐4ET(日本化学工業株式会社)を加え、1mm厚のセルに注入した後、熱重合することで透明フィルムを得た。
実験においては、試験記録フィルム(以下、記録フィルム2と同符号を用いる)を光散乱性フィルム1に形成するべく、図5に示すように、試験フィルム2に露光角度θ=−45°〜+45°の範囲の所定の露光角度でもって露光を行った。この場合、露光のための光としては、光反応性分子5が光反応する405nm光を用いた。
この後、図6に示すように、照射光(検出光)の照射に基づく上記各光散乱性フィルム1の透過光強度および散乱光強度をパワーメータ9により測定した。この場合、照射光(検出光)としては、試験記録フィルム2中に含有する光反応性分子5が光反応しない633nm光を用いた。
上述の実験により、下記実験結果を得た。
(i)露光角度θ=0°の光散乱性フィルム1に関しては、図7に示すように、露光前の状態を100%とすると、露光量の増大に伴い、露光後の光散乱性フィルム1の透過率は2%以下にまで低下し、露光量の増大に伴い散乱度が高まることが観察された。勿論この場合、散乱度と透過光強度の間にはトレードオフの関係があり、散乱度が高い時には、透過光強度が小さな値となる。
(ii)光散乱性フィルム1における散乱光強度の角度依存性を調べたところ、露光角度θ=0°の光散乱性フィルム1に関しては、図8に示すように、照射光の入射角度θ=−3°〜+3°の範囲においてのみ光散乱が生じ、そのうち、照射光の入射角度θ=0°で最大強度が得られた。従前のもの(例えば、特許2547416号、特許2547417号、特許2547419号等)がθ=−15°〜+15°の角度選択性を有していることを考慮すれば、当該光散乱性フィルム1は、優れた角度選択性(入射角依存性)を示している。
(iii)露光角度を変えた光散乱性フィルム1についても同様の評価を行ったところ、図9に示すように、光散乱を生じさせる照射光の入射角度は、露光角度と一致することが判明した。
(iv)露光角度が異なる二度の露光について調べたところ、図10に示すように、各露光角度と一致する入射角度の照射光により、散乱光がそれぞれ生じた。これにより、散乱光を多重に生じさせることが確認できた。
これにより、露光が多重にされていても、図17、図18に示すように、そのいずれか一方の方位から露光の照射条件(入射条件、入射領域)と等しい条件をもって照明光が照射されたときには、その各照明光に基づき散乱光が生じることになる。
上述の内容を踏まえ、異なる角度からの二度のマスク露光により、特定の二方位にのみ異なる散乱像の表示が可能な素子の作製を試みた。
2 記録フィルム(記録媒体)
3 光散乱体
4 母材
5 光反応性分子
7 光通過領域
8 露光に基づく光
Claims (8)
- 入射面から入射された照明光を、出射面から散乱光として出射させる光散乱素子の製造方法において、
光散乱素子用記録媒体として、透明な母材内に光反応性分子が混和されている硬化状態のものを用意し、
前記光散乱素子用記録媒体に対して、任意の入射角度及び入射領域の下で前記光反応性分子の吸収波長域の光を用いることにより露光を行い、
前記露光に基づく光反応により、前記光反応性分子を、該露光に基づく光通過領域内において、光学異方性を有すると共に前記散乱光を生じさせる光散乱体に変化させる、ことを特徴とする光散乱素子の製造方法。 - 請求項1において、
前記光散乱素子用記録媒体として、光反応性分子の濃度が全体に対して1〜70wt%のものを用いる、ことを特徴とする光散乱素子の製造方法。 - 請求項2において、
前記光散乱体は、前記露光に基づく光の入射角度方向における屈折率が前記母材の屈折率と異なり、且つ該露光に基づく光の入射角度以外の方向における屈折率が、該露光に基づく光の入射角度方向における屈折率の場合よりも該母材の屈折率に近づけられている、ことを特徴とする光散乱素子の製造方法。 - 請求項3において、
前記光散乱体が、前記露光に基づく光の入射角度方向に細長く延びる形状とされ、
前記光散乱体の長軸方向の屈折率と前記母材の屈折率との差が10-4以上とされると共に、該光散乱体の短軸方向の屈折率と該母材の屈折率とが等しくされている、ことを特徴とする光散乱素子の製造方法。 - 請求項4において、
前記光散乱体が、前記露光に基づく光の入射角度方向に細長く延びる形状とされることが、該光反応性分子を、該露光に基づく光通過領域内において、該露光に基づく光分解により分解生成物を生成し、該分解生成物を該露光に基づく照明光の入射角度方向に結晶成長させることである、ことを特徴とする光散乱素子の製造方法。 - 請求項3において、
前記露光を異なる入射角度及び入射領域の下で多重に行って、該各露光に基づく各光通過領域内における光反応性分子を該各露光により光散乱体にそれぞれ変化させる、ことを特徴とする光散乱素子の製造方法。 - 請求項5において、
前記露光の露光量を調整する、ことを特徴とする光散乱素子の製造方法。 - 請求項1〜7のいずれか1項において、
表現パターンを表示する表示手段として製造する、ことを特徴とする光散乱素子の製造方法。
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