KR101662928B1 - 원편광을 선택적으로 조사하기 위한 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 의해, 대상물에 특정 원편광을 선택적으로 조사하기 위한 시스템으로서, 광의 편광 상태를 제어하여 원편광을 발생시키는 편광 상태 제어 부재와, 원편광 반사 부재를 포함하고, 상기 원편광 반사 부재는, 상기 편광 상태 제어 부재로부터 출사되는 원편광을 입사시킬 수 있는 위치에 배치되어 있고, 상기 원편광 반사 부재는, 입사된 상기 편광 상태 제어 부재로부터의 원편광과 동일한 센스의 원편광을 선택적으로 포함하는 반사광을 발생시키고, 상기 원편광 반사 부재는, 상기 반사광의 적어도 일부를 상기 대상물에 조사할 수 있도록 배치되어 있는 시스템이 제공된다.
Description
본 발명은 대상물에 특정 원편광을 선택적으로 조사하기 위한 시스템에 관한 것이다.
특정 원편광이 선택적으로 조사되는 환경은, 식물의 성장 또는 광화학 반응에 대해 특정한 효과를 줄 것을 기대할 수 있다. 예를 들어, 특허문헌 1 에 있어서는, 편광 조사 기구를 구비하는 생물 거동 컨트롤 장치를 사용하여 우 원편광만을 조사함으로써, 애기장대의 생육이 촉진된 것이 나타나 있다.
그러나, 본 발명자들의 실험에 있어서, 특정 원편광을 식물에 조사하여도 원편광에 의한 생육의 차이가 양호한 재현성으로 관측되지 않는 식물의 재배예를 볼 수 있었다.
본 발명의 과제는, 대상물에 특정 원편광을 선택적으로 조사하기 위한 시스템을 제공하는 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명의 과제는, 대상물에 특정 원편광을 선택적으로 조사하기 위한 시스템으로서, 에너지 효율이 높고, 대상물에 조사되는 광의 편광도도 높은 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명자들은, 원편광의 효과가 충분히 얻어지지 않는 원인으로서, 광의 산란 외에 반사에 의한 원편광의 센스의 역전 또는 편광 해소의 가능성에 주목하고, 직접 광원으로부터 대상물에 조사되지 않았던 원편광을 동일 센스의 원편광으로서 재이용할 수 있는 시스템을 검토하여 본 발명을 완성시켰다. 즉, 본 발명은, 이하의 (1) ∼ (13) 을 제공하는 것이다.
(1) 대상물에 특정 원편광을 선택적으로 조사하기 위한 시스템으로서,
광의 편광 상태를 제어하여 원편광을 발생시키는 편광 상태 제어 부재와, 원편광 반사 부재를 포함하고,
상기 원편광 반사 부재는, 상기 편광 상태 제어 부재로부터 출사되는 원편광을 입사시킬 수 있는 위치에 배치되어 있고,
상기 원편광 반사 부재는, 입사된 상기 편광 상태 제어 부재로부터의 원편광과 동일한 센스의 원편광을 선택적으로 포함하는 반사광을 발생시키고,
상기 원편광 반사 부재는, 상기 반사광의 적어도 일부를 상기 대상물에 조사할 수 있도록 배치되어 있는 시스템.
(2) 구조물로서 사용되는 (1) 에 기재된 시스템으로서,
상기 구조물이, 상기 편광 상태 제어 부재와, 상기 원편광 반사 부재를 포함하는 공간을 포함하고, 상기 공간은 적어도 일부에 상기 원편광 반사 부재를 갖는 면에 의해 형성되고, 상기 공간을 형성하는 면의 면적의 10 ％ 이상에 있어서 상기 원편광 반사 부재를 갖는 시스템.
(3) 상기 공간을 형성하는 면의 면적의 50 ％ 이상에 있어서 상기 원편광 반사 부재를 갖는 (2) 에 기재된 시스템.
(4) 상기 편광 상태 제어 부재를 투과하여 발생하는 원편광이 상기 원편광 반사 부재에 입사할 수 있는 위치에 배치되어 있는 (1) ∼ (3) 중 어느 한 항에 기재된 시스템.
(5) 상기 편광 상태 제어 부재가 직선 편광판과 λ/4 파장판을 포함하는 (4) 에 기재된 시스템.
(6) 상기 편광 상태 제어 부재가 나선상의 분자 배열 구조를 갖는 층을 포함하는 (1) ∼ (4) 중 어느 한 항에 기재된 시스템.
(7) 상기 원편광 반사 부재가 나선상의 분자 배열 구조를 갖는 층을 포함하는 (1) ∼ (6) 중 어느 한 항에 기재된 시스템.
(8) 상기 대상물이 식물인, (1) ∼ (7) 중 어느 한 항에 기재된 시스템.
(9) 광원을 갖고, 상기 편광 상태 제어 부재가 광원에 의해 발생한 광의 편광 상태를 제어하여 원편광을 발생시키고 있는 (1) ∼ (8) 중 어느 한 항에 기재된 시스템.
(10) 식물 공장으로서 사용되는 (1) ∼ (8) 중 어느 한 항에 기재된 시스템으로서,
상기 식물 공장이, 벽면, 천장, 마루에 의해 형성되는 공간을 포함하고, 또한 상기 공간 내에, 상기 편광 상태 제어 부재와 상기 원편광 반사 부재를 포함하고, 벽면, 천장, 마루의 총면적의 10 ％ 이상이 상기 원편광 반사 부재인 시스템.
(11) 식물 공장으로서 사용되는 (9) 에 기재된 시스템으로서,
상기 식물 공장이, 2 단 이상의 선반을 포함하고, 상기 선반의 적어도 1 개의 단에 있어서, 바닥면, 상단의 바닥면 사이의 공간에, 상기 광원과 상기 편광 상태 제어 부재와 상기 원편광 반사 부재를 포함하고, 상기 바닥면 및 상기 상단의 바닥면으로부터 선택되는 어느 1 개 이상의 상기 공간측 표면의 총면적의 10 ％ 이상이 상기 원편광 반사 부재인 시스템.
(12) (1) ∼ (11) 중 어느 한 항에 기재된 시스템에 사용하기 위한 원편광 반사 부재로서, 나선상의 분자 배열 구조를 갖는 층을 포함하는 원편광 반사 부재.
(13) (1) ∼ (11) 중 어느 한 항에 기재된 시스템을 사용한 식물의 재배 방법.
본 발명에 의해 대상물에 특정 원편광을 선택적으로 조사하기 위한 시스템으로서, 에너지 효율이 높고 대상물에 조사되는 광의 편광도도 높은 시스템이 제공된다.
도 1 은 조명 장치의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 2 는 조명 장치의 다른 일례를 나타내는 단면도이다.
도 2 는 조명 장치의 다른 일례를 나타내는 단면도이다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
또한, 본 명세서에 있어서 「∼」란, 그 전후에 기재되는 수치를 하한값 및 상한값으로서 포함하는 의미로 사용된다.
본 발명의 시스템은, 편광 상태 제어 부재와 원편광 반사 부재를 포함한다. 본 발명의 시스템에 있어서는, 상기 원편광 반사 부재가, 상기 편광 상태 제어 부재로부터 출사되는 원편광을 입사시킬 수 있는 위치에 배치된다. 본 발명의 시스템에 적용되는 대상물은, 본 발명의 시스템에 있어서, 상기 편광 상태 제어 부재로부터 발생하는 원편광을 수광함과 함께, 원편광 반사 부재로부터의 반사광으로서, 상기의 원편광과 동일한 센스의 원편광을 수광할 수 있다.
여기에서, 원편광의 센스란, 우 원편광인지 좌 원편광인지를 의미한다. 원편광의 센스는, 광이 전방을 향하여 나아가도록 바라본 경우에 전기장 벡터의 선단이 시간의 증가에 따라 시계 방향으로 회전하는 경우가 우 원편광이고, 반시계 방향으로 회전하는 경우가 좌 원편광인 것으로서 정의된다.
본 명세서에 있어서, 원편광에 대하여 「선택적으로 조사한다」 라고 할 때에는, 조사되는 광의 우 원편광 성분 또는 좌 원편광 성분 중 어느 것의 광량이, 타방의 원편광 성분보다 많은 것을 의미한다. 구체적으로는, 「선택적」이라고 할 때, 광의 원편광도는 0.3 이상인 것이 바람직하고, 0.6 이상이 보다 바람직하고, 0.8 이상이 더욱 바람직하다. 실질적으로 1.0 인 것이 더욱 바람직하다. 상기 원편광도가 0.3 미만이면, 예를 들어 식물 성장 제어 효과 등의 특정 원편광에 의해 당연히 얻어질 효과가 나타나지 않는 경우가 있다. 「원편광도」의 정의에 대해서는 후술한다. 또, 본 명세서에 있어서는, 원편광에 대하여 「특정 원편광」이라고 기재하고, 특별히 「우 원편광 또는 좌 원편광 중 어느 일방」인 것을 나타내는 경우가 있다.
본 발명의 시스템에 의해 선택적으로 대상물에 조사되는 원편광의 파장은, 특별히 언급하지 않는 한, 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 10 ㎚ ∼ 2000 ㎚ 중 적어도 일부의 파장, 바람직하게는 가시광의 적어도 일부의 파장으로 원편광을 선택적으로 조사할 수 있으면 된다. 파장은, 예를 들어 300 ㎚ ∼ 700 ㎚ 의 파장역 등이어도 되고, 460 ㎚, 550 ㎚ 또는 660 ㎚ 등의 특정 파장이어도 된다. 전형적으로는, 상기 파장은, 본 발명의 시스템의 조명 장치의 제어 파장 영역에 따라 결정되면 된다.
본 발명의 시스템에 있어서는, 대상물은, 조명 장치로부터의 원편광 외에, 예를 들어 조명 장치로부터의 원편광의 입사 방향을 0°로 한 경우의 10°, 20°, 30°, 40°, 50°, 60°, 70°, 80°, 90°, 100°, 110°, 120°, 130°, 140°, 150°, 160°, 170°, 180°의 방향 등에서 선택되는 1 개 이상의 방향으로부터의, 원편광 반사 부재로부터의 반사광에 의한 원편광을 수광할 수 있다. 상기의 각 각도에서 나타나는 원추 측면 상 또는 평면 상에서 복수의 방향으로부터의 원편광을 수광하고 있어도 되고, 예를 들어 조명 장치로부터의 원편광의 입사 방향을 0°로 한 경우의 90°의 평면 (조명 장치로부터의 원편광의 입사 방향을 법선 방향으로 하는 대상물을 포함하는 평면) 에 있어서, 예를 들어 대상물을 기준으로 하여 서로 30°이상, 40°이상, 50°이상, 60°이상, 70°이상, 80°이상 또는 90°이상 상이한 2 개 이상의 방향으로부터 원편광을 조사시킬 수 있도록 되어 있어도 된다. 예를 들어, 대상물이 3 개, 4 개, 5 개의 방향으로부터의 반사광에 의한 원편광을 수광할 수 있도록 원편광 반사 부재가 배치되어 있어도 된다.
본 발명의 시스템에 있어서, 원편광 반사 부재는, 예를 들어 광원과 편광 상태 제어 부재로 이루어지는 조명 장치 및 대상물을 포함하는 공간 내에서 원편광을 반사하도록 형성되고, 상기와 같이 복수의 방향으로부터 대상물에 반사광을 조사할 수 있도록 되어 있으면 된다.
예를 들어, 본 발명의 시스템은, 식물 재배 공장, 비닐하우스, 상자 등의 구조물로서 사용할 수 있다. 이 경우, 벽 (측면), 천장 (상면) 또는 마루 (바닥면) 등에 의해, 광원과 편광 상태 제어 부재로 이루어지는 조명 장치 및 대상물을 포함하는 공간이 형성되어 있으면 된다. 공간은, 예를 들어 뚜껑이 없는 상자의 내부 공간과 같이, 실체가 없는 면을 포함하여 형성된 것이어도 된다.
원편광 반사 부재는 구조물의 내측 표면의 적어도 일부에 배치되어 있으면 된다. 원편광 반사 부재가 구조물의 내측 표면의 일부에 형성되어 있는 경우에는, 내측 표면 전체면의 면적에 대해, 예를 들어 1 ％ 이상, 5 ％ 이상, 10 ％ 이상, 50 ％ 이상, 70 ％ 이상, 90 ％ 이상이어도 되고, 95 ％ 이하, 90 ％ 이하, 70 ％ 이하, 50 ％ 이하, 30 ％ 이하, 10 ％ 이하이면 된다. 또, 일부인 경우에는, 원편광 반사 부재가 배치되어 있는 부분 이외는, 검게 칠해져 있거나 저반사 부재로 덮여 있거나 하는 것도 바람직하다. 원편광 반사 부재 이외의 부분으로부터의 반사에 의한 원편광의 센스의 역전이나 편광 해소를 피하기 위해서이다. 구조물의 내측 표면은 평면상이어도 되고, 곡면상이어도 된다. 구조물의 내측 표면으로는, 예를 들어 비닐하우스의 벽 (측면), 천장 및 마루, 그리고 상자의 측면, 상면 및 바닥면의 표면 등을 들 수 있다. 이들 예에 있어서, 원편광 반사 부재는 벽 (측면), 천장 (상면), 마루 (바닥면) 또는 어느 1 개 이상에 배치되어 있어도 되고, 일부에 배치되어 있어도 된다. 벽 (측면), 천장 (상면), 마루 (바닥면) 모두에 원편광 반사 부재가 배치되어 있어도 된다.
또, 예를 들어 본 발명의 시스템은, 2 개 이상의 단을 갖는 선반 등의 구조물로서 사용할 수 있다. 이 경우, 광원과 편광 상태 제어 부재로 이루어지는 조명 장치 및 대상물을 포함하는 공간은, 선반의 단의 하나하나에 있어서 바닥면, 선반 상단의 바닥면, 및 이들 바닥면을 연결하는 측면 (부재로서 형성되어 있는 것이 아닌 가상의 측면이어도 된다) 에 의해 형성되어 있다고 생각할 수 있다. 조명 장치 및 원편광 반사 부재는, 예를 들어 바닥면, 또는 윗단의 바닥면 (의 이측) 에 형성하면 된다.
또한, 예를 들어 본 발명의 시스템은 샬레나 비커 등의 구조물로서 사용할 수 있다. 이 경우, 샬레나 비커 등의 벽면이나 바닥면의 적어도 일부를 원편광 반사 부재로 하여, 샬레나 비커 내의 대상물과 조명 장치를 포함하는 공간 내에서 원편광 반사 부재가 원편광을 반사하도록 하면 된다.
〈대상물〉
본 발명의 시스템에 적용할 수 있는 대상물은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 생물, 식물, 야채, 과실, 세균, 균류, 버섯키우는 나무, 손, 음식물, 술, 조미료, 인체, 화학 합성계 (광 유기 합성, 광 반응, 광학 분할 등) 등, 광 조사에 의해 반응이나 변화가 일어나는 것을 들 수 있다.
〈조명 장치〉
본 발명의 시스템에는 광원이 포함되어 있는 것이 바람직하고, 광원과 편광 상태 제어 부재는 일체화되어 조명 장치를 형성하고 있어도 된다. 본 명세서에 있어서, 광원 및 편광 상태 제어 부재의 조합을 조명 장치라고 하는 경우가 있다. 또, 본 발명의 시스템에 있어서, 태양광을 이용하는 경우 등, 광원과 편광 상태 제어 부재가 일체화되어 있지 않은 경우에는, 편광 상태 제어 부재가 실질적으로 조명 장치로서 기능하는 경우도 있다.
본 발명의 시스템에 있어서, 조명 장치는 1 개여도 되고, 2 개 이상이어도 된다. 바람직한 장치의 대수는, 시스템의 사이즈나 사용하는 광원의 출력, 광원의 발광 스펙트럼, 필요한 조도에 따라 적절히 선정할 수 있다. 또, 조명 장치는, 천장 이외에도 측면이나 마루면에 복수 설치함으로써 불균일 없이 대상물에 특정 원편광을 조사할 수 있다.
광원을 갖는 조명 장치의 예의 기본적인 구성을 도 1 및 도 2 에 나타낸다.
도 1 은 발광 광원 (3) 을 유지하는 반사성의 케이싱 (1) 의 개구부에 시트상의 편광 상태 제어 부재 (4) 를 배치한 조명 장치이다.
또, 도 2 는 발광 파장이 상이한 단위 광원을 복수 구비한 발광 광원 (3) 과, 그 일부에 시트상의 편광 상태 제어 부재 (4) 를 배치한 조명 장치이다. 이 도 2 의 조명 장치에 의하면, 공지된 원편광판을 사용하는 것이 가능해지고, 또 그 부재의 사용량을 삭감할 수 있다는 이점이 있다.
또한, 도 1 및 도 2 중, 2 는 반사면 (반사막), 5 는 보호판을 각각 나타낸다.
본 발명의 시스템에 있어서의 조명 장치에 있어서, 광원으로부터의 광의 파장의 일부 파장 영역의 편광 상태는 원편광으로 변경된다. 조사되는 광 중에서 제어 파장 대역에 있어서의 광의 원편광도는 0.3 이상인 것이 바람직하다.
여기에서, 상기 「파장의 일부」란, 파장 영역의 20 ％ 이상, 바람직하게는 20 ％ 이상 80 ％ 이하인 것을 의미한다.
조사되는 광 중 제어 파장 대역에 있어서의 광의 원편광도는 0.3 이상인 것이 바람직하고, 0.6 이상이 보다 바람직하고, 0.8 이상이 더욱 바람직하다.
여기에서, 광의 편광 상태는, 우 원편광과 좌 원편광의 합에 의해 나타낼 수 있다. 예를 들어, 좌우의 원편광 성분의 강도가 동등한 경우에는, 그 합은 직선 편광이 되어, 좌우 원편광의 위상차에 의해 정해지는 방위에서 그 전기 벡터는 진동한다. 우 원편광 성분과 좌 원편광 성분의 강도가 상이한 경우에는 타원 편광이 되고, 두 성분만인 경우에는 완전한 원편광이 된다.
여기에서, 광의 우 원편광 성분의 강도를 IR, 좌 원편광 성분의 강도를 IL 로 했을 때,｜IR － IL｜/(IR ＋ IL) 을 원편광도라고 정의한다.
광원으로부터 출사된 광의 각 파장의 편광 상태는, 원편광판을 장착한 분광 방사 휘도계 또는 스펙트로미터를 사용하여 측정할 수 있다. 이 경우, 우 원편광판을 통해 측정한 광의 강도가 IR, 좌 원편광판을 통해 측정한 광의 강도가 IL 에 상당한다. 또, 백열 전구, 수은등, 형광등, LED 등의 통상적인 광원은 거의 자연광을 발하고 있지만, 이들에 장착하여 편광 상태 제어 부재의 편광을 만들어내는 특성은, 예를 들어 AXOMETRICS 사 제조의 편광 위상차 해석 장치 AxoScan 등을 사용하여 측정할 수 있다.
(그 밖의 부재)
조명 장치는, 추가로 필요에 따라 반사 부재, 방열 부재, 적외선 흡수 부재, 자외선 흡수 부재, 렌즈, 프리즘 등의 그 밖의 부재를 가지고 있어도 된다.
〈광원〉
광원으로는 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있으며, 예를 들어 형광 램프, LED, 수은등 등의 방전 램프, 텅스텐 램프, 레이저 라이트, 유기 발광 다이오드 (OLED) 램프, 냉음극관, 할로겐 램프, 수은 램프, 백열 전구, 방전관, 메탈 할라이드 램프 (메타할라), 크세논 램프 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 효율성의 관점에서 LED 가 특히 바람직하다.
발광 등에 의해 얻어진 파장의 광을 그대로 사용해도 되고, 형광체에 의해 변환된 광을 사용해도 된다.
또한, 식물의 성장 제어에 사용하는 경우에는, 식물의 육성에 효율이 높은 파장을 발광하는 LED 를 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 460 ㎚ 부근과 660 ㎚ 부근 중 어느 곳 또는 양방의 파장의 에너지가 높은 광원을 사용하는 것이 바람직하다.
또, 본 발명의 시스템에 있어서는, 광원 대신에, 태양광 등의 자연광을 이용해도 된다. 이 경우, 편광 상태 제어 부재를 자연광을 받아들이는 창이나 창의 표면에 적용할 수 있다. 또는, 원편광 반사 부재가 편광 상태 제어 부재를 겸하고 있는 형태의 시스템으로서 사용하여, 원편광 반사 부재를, 그 일부로부터의 반사광이 원편광 반사 부재의 다른 부분으로 입사되는 각도에 배치하여 태양광의 이용을 실시해도 된다. 광원으로서, 태양광을 이용한 본 발명의 시스템에 있어서는, 예를 들어 약광 환경 하에서의 생육이 필요한 식물이나 균류 등을 대상물로 하여, 적극적으로 광량을 낮춤과 함께 대상물에 특정 원편광을 선택적으로 조사할 수 있다. 또, 원편광 반사 부재의 배치 위치를 조정하여, 식물의 측면이나 잎의 이측 등에 쬘 수 있는 시스템의 구성도 가능하다.
〈편광 상태 제어 부재〉
편광 상태 제어 부재란, 광원 등으로부터의 광의 편광 상태를 제어하는 부재이다.
여기에서, 「광의 편광 상태를 제어」란, 광원으로부터 출사된 직후의 광 또는 태양광 등의 광의 편광 상태와 상기 편광 상태 제어 부재를 통과한 광 또는 반사된 광의 편광 상태의 차이를 조정하는 것을 의미한다.
편광 상태 제어 부재의 적어도 1 개의 제어 파장 대역폭은, 60 ㎚ 이상 250 ㎚ 이하가 바람직하고, 80 ㎚ ∼ 200 ㎚ 가 보다 바람직하다. 상기 제어 파장 대역폭이 60 ㎚ 미만이면, 목적으로 하는 식물의 성장 제어 효과가 발현되지 않게 되는 경우가 있고, 250 ㎚ 를 초과하면, 복수의 성장 제어 효과가 겹쳐 효과가 상쇄되어 버리는 경우가 있다.
여기에서, 제어 파장 대역폭은, 예를 들어 AXOMETRICS 사 제조의 편광 위상차 해석 장치 AxoScan 등에 의해 측정할 수 있다.
편광 상태 제어 부재로는 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있지만, 예를 들어 편광판, 원편광판, 원편광 반사판 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 식물의 성장 제어 효과와 광 이용 효율 면에서, 원편광 반사판이 특히 바람직하다.
또, 편광 상태 제어 부재는, 원편광 반사 부재로서 기능하고 있어도 되고, 편광 상태 제어 부재는, 원편광 반사 부재와 동일한 것이어도 된다.
또한, 편광 상태 제어 부재는 분리 가능하고, 교환 가능한 것이 바람직하다.
《원편광판》
원편광판은, 위상차판과 편광판으로 이루어지고, 구체적으로는, 직선 편광판과 λ/4 파장판으로 이루어진다. 이 원편광판을 편광 상태 제어 부재로서 사용한 경우, 후술하는 λ/4 파장판을 사용하여 도 2 의 구성으로 사용하여 편광 상태의 파장을 선택함으로써 또는 발광 파장 영역의 일부에 있어서, 직선 편광 흡수 2 색성을 갖는 편광판을 사용함으로써 편광 상태의 파장 선택성을 제어할 수 있다.
-직선 편광판-
직선 편광판은 이것을 통과하는 광 중에서 특정 직선 편광은 투과하고, 이것과 직교하는 직선 편광은 흡수하는 것이다.
직선 편광판은, 적어도 편광층을 가지고 이루어지고, 기재, 추가로 필요에 따라 그 밖의 층을 가지고 이루어진다.
--편광층--
편광층은, 적어도 편광자를 함유하고, 바인더 수지, 추가로 필요에 따라 그 밖의 성분을 함유하여 이루어진다.
편광자로는, 예를 들어 요오드, 2 색성 색소, 이방성 금속 나노 입자, 카본 나노 튜브, 금속 착물 등을 들 수 있다.
바인더 수지로는 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있지만, 예를 들어 폴리비닐알코올, 폴리메타크릴산, 폴리아크릴산, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리비닐부티랄, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리비닐포르말, 폴리카보네이트, 셀룰로오스부틸레이트, 폴리스티렌, 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴, 폴리에틸렌아디파미드, 폴리아세트산비닐, 또는 이들의 공중합체 (예를 들어, 염화비닐-아세트산비닐 공중합체, 스티렌-메타크릴산메틸 공중합체) 등을 들 수 있다. 이들은 1 종 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 병용해도 된다.
편광층의 두께는 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있으며, 10 ㎛ ∼ 300 ㎛ 가 바람직하다.
--기재--
기재로는 그 형상, 구조, 크기 등에 대해서는 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있으며, 상기 형상으로는, 예를 들어 평판상, 시트상 등을 들 수 있고, 상기 구조로는, 예를 들어 단층 구조여도 되고, 적층 구조여도 되어 적절히 선택할 수 있다.
기재의 재료로는 특별히 제한은 없고, 무기 재료 및 유기 재료 중 어느 것이라도 바람직하게 사용할 수 있다.
무기 재료로는, 예를 들어 유리, 석영, 실리콘 등을 들 수 있다.
유기 재료로는, 예를 들어 트리아세틸셀룰로오스 (TAC) 등의 아세테이트계 수지 ; 폴리에스테르계 수지, 폴리에테르술폰계 수지, 폴리술폰계 수지, 폴리카보네이트계 수지, 폴리아미드계 수지, 폴리이미드계 수지, 폴리올레핀계 수지, 아크릴계 수지, 폴리노르보르넨계 수지, 셀룰로오스, 폴리아릴레이트계 수지, 폴리스티렌계 수지, 폴리비닐알코올계 수지, 폴리염화비닐계 수지, 폴리염화비닐리덴계 수지 등을 들 수 있다. 이들은 1 종 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 병용해도 된다.
기재는 적절히 합성한 것이어도 되고, 시판품을 사용해도 된다.
기재의 두께로는 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있으며, 10 ㎛ ∼ 2,000 ㎛ 가 바람직하고, 50 ㎛ ∼ 500 ㎛ 가 보다 바람직하다.
편광판은, 기재 상에, 편광자 및 바인더 수지를 함유하는 도포액을 도포하고, 건조시켜 이루어지는 도포막을 일정 방향으로 연신함으로써 제조할 수 있다.
-λ/4 파장판-
λ/4 파장판으로는 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있지만, 예를 들어 연신된 폴리카보네이트 필름, 연신된 노르보르넨계 폴리머 필름, 탄산스트론튬과 같은 복굴절을 갖는 무기 입자를 함유하여 배향시킨 투명 필름, 지지체 상에 무기 유전체를 기울여 증착한 박막 등을 들 수 있다.
λ/4 파장판으로는, 예를 들어, (1) 일본 공개특허공보 평5-27118호, 및 일본 공개특허공보 평5-27119호에 기재된, 리타데이션이 큰 복굴절성 필름과 리타데이션이 작은 복굴절성 필름을 그들의 광축이 직교하도록 적층시킨 위상차판, (2) 일본 공개특허공보 평10-68816호에 기재된, 특정 파장에 있어서 λ/4 파장으로 되어 있는 폴리머 필름과, 그것과 동일 재료로 이루어지고 동일한 파장에 있어서 λ/2 파장으로 되어 있는 폴리머 필름을 적층시켜, 넓은 파장 영역에서 λ/4 파장이 얻어지는 위상차판, (3) 일본 공개특허공보 평10-90521호에 기재된, 2 장의 폴리머 필름을 적층함으로써 넓은 파장 영역에서 λ/4 파장을 달성할 수 있는 위상차판, (4) 국제 공개 제00/26705호 팜플릿에 기재된 변성 폴리카보네이트 필름을 사용한 넓은 파장 영역에서 λ/4 파장을 달성할 수 있는 위상차판, (5) 국제 공개 제00/65384호 팜플릿에 기재된 셀룰로오스아세테이트 필름을 사용한 넓은 파장 영역에서 λ/4 파장을 달성할 수 있는 위상차판 등을 들 수 있다.
이와 같은 λ/4 파장판으로는 시판품을 사용할 수 있고, 그 시판품으로는, 예를 들어 상품명 : 퓨어에이스 WR (테이진 주식회사 제조) 등을 들 수 있다.
원편광판은 상기 직선 편광판과 상기 λ/4 파장판으로 이루어지고, 직선 편광판의 편광 흡수축에 대해 그 λ/4 파장판의 광축이 45 도가 되도록 첩합 (貼合) 하여 이루어진다. 그 첩합 방법으로는, 예를 들어 점착 필름을 사용하여 롤끼리의 라미네이션을 실시하는 방법 등을 들 수 있다. 이 원편광판을 발광 광원에 장착하는 경우에, 직선 편광판을 광원에 가까운 면으로 하도록 배치하여 사용함으로서 원편광에 대한 편광 변환을 실시할 수 있다.
《원편광 반사판》
원편광 반사판으로는, (1) 콜레스테릭 액정 구조를 갖는 것, (2) 직선 편광 반사판과 λ/4 파장판으로 이루어지는 것 등을 들 수 있다.
-(1) 콜레스테릭 액정 구조를 갖는 것-
원편광 선택 반사를 나타내는 콜레스테릭층은, 발광 광원의 파장에 대응하여 선택 반사 중심 파장을 갖도록 조정할 필요가 있다. 이 원편광 선택 반사를 나타내는 액정상으로는, 나선 구조를 갖는 콜레스테릭 액정상, 키랄 스멕틱 액정상을 들 수 있다. 이 콜레스테릭 액정상 또는 키랄 스멕틱 액정상을 나타내는 액정 물질은, 비키랄 액정성 화합물과 키랄 화합물의 혼합에 의해 형성할 수 있다. 또, 다른 방법으로서, 이들 화합물을 공중합함으로써 고분자 액정 또는 고분자막으로 함으로써 얻는 것도 가능하다.
선택 반사대의 중심 파장 λ 는, 콜레스테릭상, 키랄 스멕틱상에 있어서의 나선 구조의 피치 길이 P (=나선의 주기) 에 의존하고, 콜레스테릭층의 평균 굴절률 n 과 λ = n × P 의 관계에 따른다. 그러므로, 이 나선 구조의 피치 길이를 조절함으로써, 선택 반사 특성을 나타내는 파장을 조정할 수 있다. 피치 길이는 액정 조성물의 키랄 화합물의 종류 또는 그 첨가 농도에 의존하기 때문에, 이들을 조정함으로써 원하는 피치 길이를 얻을 수 있다. 또, 선택 반사대의 반치폭은, Δλ 가 액정 화합물의 복굴절 Δn 과 상기 피치 길이 P 에 의존하고, Δλ = Δn × P 의 관계에 따른다. 그러므로, 선택 반사대의 폭의 제어는, Δn 을 조정하여 실시할 수 있다. Δn 의 조정은 액정의 종류나 그 혼합 비율을 조정하거나 배향 고정시의 온도를 제어함으로써 실시할 수 있다. 또, 선택 반사대의 폭을 확대하는 다른 수단으로는, 피치 길이 P 를 어긋나게 한 콜레스테릭 액정층을 2 층 이상 적층하거나 피치를 콜레스테릭층의 두께 방향으로 변화시키는 방법을 사용할 수 있다.
콜레스테릭 액정에 의한 선택 반사는, 콜레스테릭 액정의 나선의 비틀림 방향 (센스) 이 우측인 경우에는 우 원편광을 반사하고, 좌 원편광을 투과하고, 센스가 좌측인 경우에는 좌 원편광을 반사하고, 우 원편광을 투과한다. 그러므로, 편광 상태 제어 부재의 투과광을 사용하는 경우 (예를 들어, 도 1 및 도 2) 에 있어서, 식물의 성장 제어 등을 위해 좌 원편광을 조사하고 우 원편광 성분을 조사하지 않는 경우에는, 센스가 우측 비틀림의 콜레스테릭 액정층을 편광 상태 제어 부재로서 사용하고, 우 원편광을 조사하고 좌 원편광 성분을 조사하지 않는 경우에는, 센스가 좌측 비틀림의 콜레스테릭 액정층을 편광 상태 제어 부재로서 사용할 수 있다. 편광 상태 제어 부재의 반사광을 사용하는 경우에 있어서는, 좌 원편광을 조사하고 우 원편광 성분을 조사하지 않는 경우에는, 센스가 좌측 비틀림의 콜레스테릭 액정층을 편광 상태 제어 부재로서 사용하고, 우 원편광을 조사하고 좌 원편광 성분을 조사하지 않는 경우에는, 센스가 우측 비틀림의 콜레스테릭 액정층을 편광 상태 제어 부재로서 사용할 수 있다.
또, 원편광 반사판은, 2 개 이상의 편광 제어 파장 대역을 가지고 있어도 된다. 이 경우, 예를 들어 식물의 성장에 본 발명의 시스템을 사용하는 경우에 있어서, 2 종류 이상의 성장 제어 작용을 동시에 얻을 수 있는 점에서 바람직하다.
이하에, 상기 콜레스테릭층을 구성하는 재료 및 콜레스테릭층의 형성 방법에 대하여 설명한다.
콜레스테릭층은, 액정성 화합물 및 키랄 화합물을 함유하고, 공기 계면 배향 제어제, 필요에 따라 첨가되는 그 밖의 배합제 (예를 들어, 중합 개시제, 가교제, 계면 활성제 등), 그 밖의 임의 성분을 함유하는 콜레스테릭 액정성 조성물을 고정시킴으로써 얻어진다.
액정성 화합물로는, 저분자 액정성 화합물 및 고분자 액정성 화합물이 바람직하고, 배향 시간이 짧은 점, 배향의 균일성이 높은 점에서 저분자 액정 화합물이 보다 바람직하다.
액정성 화합물은 중합성기를 갖는 것이 바람직하고, 네마틱상 또는 키랄 스멕틱상을 나타내는 것이 보다 바람직하다. 또한, 분자 형상은 원반상 또는 봉상이 바람직하고, 생산성 면에서 봉상이 보다 바람직하고, 선택 반사의 폭의 각도 의존성의 저감이 중요한 경우에는 원반상이 보다 바람직하다. 중합성기가 없는 봉상 네마틱 액정성 화합물에 대해서는, 여러 가지 문헌 (예를 들어, Y. Goto et. al., Mol. Cryst. Liq. Cryst. 1995, Vol.260, pp.23-28) 에 기재가 있다.
중합성기는 특별히 제한은 없고, 공지된 방법으로 네마틱 액정성 화합물에 도입할 수 있다. 상기 중합성기로는 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있으며, 예를 들어 에폭시기, 티오에폭시기, 옥세탄기, 티에타닐기, 아지리디닐기, 피롤기, 푸말레이트기, 신나모일기, 이소시아네이트기, 이소티오시아네이트기, 아미노기, 하이드록실기, 카르복실기, 알콕시실릴기, 메르캅토기, 비닐기, 알릴기, 메타크릴기, 아크릴기 등을 들 수 있다. 이들은 1 종 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 병용해도 된다.
중합성기를 갖는 원반상 화합물에 대해서는, 일본 공개특허공보 평8-27284호, 일본 공개특허공보 2001-100028호, 일본 공개특허공보 2006-76992호에 기재된 화합물을 바람직하게 사용할 수 있다. 2 종류 이상의 중합성 네마틱 액정성 화합물을 병용하면, 도포 배향시의 결정의 석출을 억제하거나 배향 온도를 저하시킬 수 있다.
예를 들어, 중합성 네마틱 액정성 화합물과 키랄 화합물 (광학 활성 화합물) 을 혼합함으로써 콜레스테릭 액정성 조성물이 얻어진다.
키랄 화합물로는 특별히 제한은 없고, 공지된 화합물 (예를 들어, 액정 디바이스 핸드북, 제 3 장 4-3 항, TN, STN 용 카이랄제, 199 페이지, 일본 학술 진흥회 제 142 위원회편, 1989 에 기재), 이소소르비드, 이소만니드 유도체를 사용할 수 있다.
키랄 화합물 (광학 활성 화합물) 은, 일반적으로 부제 (不齊) 탄소 원자를 포함하지만, 부제 탄소 원자를 포함하지 않는 축성 부제 화합물 또는 면성 부제 화합물도 키랄 화합물로서 사용할 수 있다.
축성 부제 화합물 또는 면성 부제 화합물로는, 예를 들어 비나프틸, 헬리센, 파라시클로판 또는 이들의 유도체 등을 들 수 있다.
콜레스테릭 액정에 나선 구조를 야기하는 키랄 화합물은, 화합물에 따라 야기하는 나선의 센스 또는 나선 피치가 상이하기 때문에, 목적에 따라 선택하는 것이 바람직하다. 나선의 센스나 피치의 측정법에 대해서는, 「액정 화학 실험 입문」, 일본 액정 학회편, 시그마 출판, 2007년 출판, 46 p, 및 「액정 편람」, 액정 편람 편집 위원회, 마루젠, 196 p 에 기재된 방법을 사용할 수 있다.
키랄 화합물은 중합성기를 가지고 있어도 된다. 그 키랄 화합물이 중합성기를 갖는 경우에는, 중합성 네마틱 액정성 화합물의 중합 반응에 의해, 네마틱 액정성 반복 단위와 광학 활성 구조를 갖는 폴리머를 형성할 수 있다. 광학 활성 화합물의 중합성기는, 중합성 네마틱 액정성 화합물의 중합성기와 동일한 기가 바람직하다. 따라서, 광학 활성 화합물의 중합성기도 불포화 중합성기, 에폭시기 또는 아지리디닐기 등이 바람직하고, 불포화 중합성기가 보다 바람직하고, 에틸렌성 불포화 중합성기가 더욱 바람직하다.
키랄제가 광이성화기를 갖는 경우에는, 도포하고, 배향 후에 활성 광선 등의 포토마스크 조사에 의해 발광 파장에 대응한 원하는 반사 파장의 패턴을 형성할 수 있기 때문에 바람직하다. 상기 광이성화기로는, 포토크로믹성을 나타내는 화합물의 이성화 부위, 아조, 아족시, 신나모일기가 바람직하다. 구체적인 화합물로서, 일본 공개특허공보 2002-80478호, 일본 공개특허공보 2002-80851호, 일본 공개특허공보 2002-179668호, 일본 공개특허공보 2002-179669호, 일본 공개특허공보 2002-179670호, 일본 공개특허공보 2002-179681호, 일본 공개특허공보 2002-179682호, 일본 공개특허공보 2002-338575호, 일본 공개특허공보 2002-338668호, 일본 공개특허공보 2003-313189호, 일본 공개특허공보 2003-313292호에 기재된 화합물을 사용할 수 있다.
광학 활성 화합물의 함유량은, 중합성 네마틱 액정성 화합물량의 0.01 몰％ ∼ 200 몰％ 가 바람직하고, 1 몰％ ∼ 30 몰％ 가 보다 바람직하다.
콜레스테릭 액정성 조성물에는 중합 반응을 위한 중합 개시제를 첨가하는 것이 바람직하다. 상기 중합 반응에는 열 중합 개시제를 사용하는 열 중합 반응과 광 중합 개시제를 사용하는 광 중합 반응이 포함된다. 이들 중에서도, 광 중합 개시제를 사용하는 광 중합 반응이 특히 바람직하다.
광 중합 개시제로는 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있으며, 예를 들어 α-카르보닐 화합물, 아실로인에테르, α-탄화수소 치환 방향족 아실로인 화합물, 다핵 퀴논 화합물, 트리아릴이미다졸 다이머와 p-아미노페닐케톤의 조합, 옥사디아졸 화합물, 할로메틸화 트리아진 유도체, 할로메틸화 옥사디아졸 유도체, 이미다졸 유도체, 안트라퀴논 유도체, 벤즈안트론 유도체, 벤조페논 유도체, 티오크산톤 유도체, 아크리딘 유도체, 페나진 유도체, 옥심 유도체 등을 들 수 있다.
광 중합 개시제의 함유량은, 상기 콜레스테릭 액정성 조성물의 고형분의 0.01 질량％ ∼ 20 질량％ 가 바람직하고, 0.5 질량％ ∼ 5 질량％ 가 보다 바람직하다.
중합시에는 경화 후의 막 강도 향상, 내구성 향상을 위해, 임의로 가교제를 함유할 수 있다. 상기 가교제로는 자외선, 열, 습기 등에 의해 경화되는 것을 바람직하게 사용할 수 있다.
가교제로는 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있으며, 예를 들어 트리메틸올프로판트리(메트)아크릴레이트, 펜타에리트리톨트리(메트)아크릴레이트 등의 다관능 아크릴레이트 화합물 ; 글리시딜(메트)아크릴레이트, 에틸렌글리콜디글리시딜에테르 등의 에폭시 화합물 ; 2,2-비스하이드록시메틸부탄올-트리스[3-(1-아지리디닐)프로피오네이트], 4,4-비스(에틸렌이미노카르보닐아미노)디페닐메탄 등의 아지리딘 화합물 ; 헥사메틸렌디이소시아네이트, 뷰렛형 이소시아네이트 등의 이소시아네이트 화합물 ; 옥사졸린기를 측사슬에 갖는 폴리옥사졸린 화합물 ; 비닐트리메톡시실란, N-(2-아미노에틸)3-아미노프로필트리메톡시실란 등의 알콕시실란 화합물 등을 들 수 있다. 또, 상기 가교제의 반응성에 따라 공지된 촉매를 사용할 수 있으며, 막 강도 및 내구성 향상에 더하여 생산성을 향상시킬 수 있다. 이들은 1 종 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 병용해도 된다.
가교제의 함유량은 3 질량％ ∼ 20 질량％ 가 바람직하고, 5 질량％ ∼ 15 질량％ 가 보다 바람직하다. 상기 가교제의 함유량이 3 질량％ 미만이면, 가교 밀도 향상의 효과가 얻어지지 않는 경우가 있고, 20 질량％ 를 초과하면, 콜레스테릭층의 안정성을 저하시켜 버리는 경우가 있다.
-공기 계면 배향 제어제-
액정 조성물 중에 안정적으로 또는 신속하게 플래너 배향의 콜레스테릭 액정층이 되는 데에 기여하는 배향 제어제를 첨가해도 된다. 배향 제어제의 예에는, 함불소 (메트)아크릴레이트계 폴리머, 및 하기 일반식 (1) 로 나타내는 화합물이 포함된다. 이들에서 선택되는 2 종 이상을 함유하고 있어도 된다. 이들 화합물은, 층의 공기 계면에 있어서, 액정 화합물의 분자의 틸트각을 저감 혹은 실질적으로 수평 배향시킬 수 있다. 또한, 본원 명세서에서 「수평 배향」이란, 액정 분자 장축과 막면이 평행인 것을 말하지만, 엄밀하게 평행일 것을 요구하는 것은 아니며, 본원 명세서에서는, 수평면과 이루는 경사각이 20 도 미만의 배향을 의미하는 것으로 한다. 액정 화합물이 공기 계면 부근에서 수평 배향하는 경우, 배향 결함이 잘 발생하지 않기 때문에, 비편광 변환 파장 영역광에 대한 투명성이 높아지고, 또 편광 변환 파장 영역광에 대한 편광도를 높일 수 있다. 한편, 액정 화합물의 분자가 큰 틸트각으로 배향되면, 콜레스테릭 액정상의 나선축이 막면 법선으로부터 어긋나기 때문에, 반사율이 저하되거나 핑거 프린트 패턴이 발생하여, 헤이즈의 증대나 회절성에 의해 편광도가 저하되기 때문에 바람직하지 않다.
공기 계면 배향 제어제로서 이용할 수 있는 상기 함불소 (메트)아크릴레이트계 폴리머로는, 예를 들어 일본 공개특허공보 2007-272185호의 단락 〔0018〕∼〔0043〕등에 기재가 있다.
이하, 공기 계면 배향 제어제로서 이용할 수 있는 하기 일반식 (1) 로 나타내는 화합물에 대하여 설명한다.
[화학식 1]
일반식 (1) 에 있어서, R1, R2 및 R3 은, 각각 독립적으로 수소 원자 또는 치환기를 나타내고, X1, X2 및 X3 은 단결합 또는 2 가의 연결기를 나타낸다. R1 ∼ R3 으로 각각 나타내는 치환기로는, 바람직하게는 치환 혹은 무치환의, 알킬기 (그 중에서도, 무치환의 알킬기 또는 불소 치환 알킬기가 보다 바람직하다), 아릴기 (그 중에서도, 불소 치환 알킬기를 갖는 아릴기가 바람직하다), 치환 혹은 무치환의 아미노기, 알콕시기, 알킬티오기, 할로겐 원자이다. X1, X2 및 X3 으로 각각 나타내는 2 가의 연결기는, 알킬렌기, 알케닐렌기, 2 가의 방향족기, 2 가의 헤테로 고리 잔기, -CO-, -NRa- (Ra 는 탄소 원자수가 1 ∼ 5 인 알킬기 또는 수소 원자), -O-, -S-, -SO-, -SO2- 및 그들의 조합으로 이루어지는 군에서 선택되는 2 가의 연결기가 바람직하다. 2 가의 연결기는 알킬렌기, 페닐렌기, -CO-, -NRa-, -O-, -S- 및 -SO2- 로 이루어지는 군에서 선택되는 2 가의 연결기 또는 그 군에서 선택되는 기를 적어도 2 개 조합한 2 가의 연결기가 보다 바람직하다. 알킬렌기의 탄소 원자수는 1 ∼ 12 가 바람직하다. 알케닐렌기의 탄소 원자수는 2 ∼ 12 가 바람직하다. 2 가의 방향족기의 탄소 원자수는 6 ∼ 10 이 바람직하다.
공기 계면 배향 제어제로서 사용할 수 있는, 상기 일반식 (1) 로 나타내는 화합물로는, 예를 들어 일본 공개특허공보 2005-99248호에 기재된 화합물 등을 들 수 있다. 또한, 상기 공기 계면 배향 제어제로서, 상기 일반식 (1) 로 나타내는 화합물의 1 종을 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 병용해도 된다.
콜레스테릭 액정성 조성물 중에 있어서의, 상기 일반식 (1) 로 나타내는 화합물의 첨가량은, 콜레스테릭 액정 화합물의 전체 질량에 대해 0.01 질량％ ∼ 10 질량％ 가 바람직하고, 0.01 질량％ ∼ 5 질량％ 가 보다 바람직하고, 0.02 질량％ ∼ 1 질량％ 가 특히 바람직하다.
중합 개시제 및 액정 화합물을 함유하는 콜레스테릭 액정성 조성물을 기재 필름 상에 도포하여 얻어지는 도막의 표면 장력을 조정하고, 막두께를 균일하게 하기 위해 계면 활성제를 사용할 수 있다.
계면 활성제로는 배향을 저해하지 않는 것을 적절히 선택하여 사용할 수 있다.
계면 활성제로는, 예를 들어 소수기 부분에 실록산, 불화알킬기를 함유하는 비이온계 계면 활성제를 바람직하게 사용할 수 있고, 1 분자 중에 2 개 이상의 소수기 부분을 갖는 올리고머가 특히 바람직하다.
계면 활성제로는 시판품을 사용할 수 있으며, 그 시판품으로는, 예를 들어 OMNOVA 사 제조의 PolyFox 의 PF-151N, PF-636, PF-6320, PF-656, PF-6520, PF-3320, PF-651, PF-652, 네오스사 제조의 프타젠트의 FTX-209F, FTX-208G, FTX-204D, 세이미 케미컬사 제조의 서프론의 KH-40 등을 사용할 수 있다. 또, 일본 공개특허공보 2002-341126호의 단락 〔0087〕에 기재된 불화 화합물, 일본 공개특허공보 2005-99248호의 단락 〔0064〕∼〔0080〕및 단락 〔0092〕∼〔0096〕에 기재된 불화 화합물을 바람직하게 사용할 수 있다.
계면 활성제의 함유량은, 상기 콜레스테릭층 중 0.01 질량％ ∼ 1 질량％ 가 바람직하다. 상기 계면 활성제의 함유량이 0.01 질량％ 미만이면, 공기 계면에 있어서의 표면 장력이 충분히 저하되지 않기 때문에, 배향 결함이 발생하는 경우가 있고, 1 질량％ 를 초과하면, 과잉의 계면 활성제가 공기 계면측에서 불균일 구조를 형성하여, 배향 균일성을 저하시키는 경우가 있다.
콜레스테릭층의 제조 방법은, 상기 중합성 액정 화합물 및 상기 중합 개시제, 추가로 필요에 따라 첨가되는 상기 키랄제, 상기 계면 활성제 등을 용매에 용해시킨 콜레스테릭 액정성 조성물을, 기재 상의 수평 배향막 상에 도포하고, 건조시켜 도막을 얻고, 이 도막에 활성 광선을 조사하여 콜레스테릭 액정성 조성물을 중합하여, 콜레스테릭 규칙성이 고정화된 콜레스테릭층을 형성할 수 있다. 또한, 복수의 콜레스테릭층으로 이루어지는 적층막을 형성하는 경우에는, 콜레스테릭층의 제조 공정을 반복 실시함으로써 얻을 수 있다.
콜레스테릭 액정성 조성물의 조제에 사용하는 용매로는 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있지만, 유기 용매가 바람직하게 사용된다.
유기 용매로는 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있으며, 예를 들어 케톤류, 알킬할라이드류, 아미드류, 술폭사이드류, 헤테로 고리 화합물, 탄화수소류, 에스테르류, 에테르류 등을 들 수 있다. 이들은 1 종 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 병용해도 된다. 이들 중에서도, 환경에 대한 부하를 고려한 경우에는, 케톤류가 특히 바람직하다.
수평 배향막은 유기 화합물, 폴리머 (폴리이미드, 폴리비닐알코올, 폴리에스테르, 폴리아릴레이트, 폴리아미드이미드, 폴리에테르이미드, 폴리아미드, 변성 폴리아미드 등의 수지) 의 러빙 처리, 무기 화합물의 사방 증착, 마이크로그루브를 갖는 층의 형성, 또는 량뮤어 블라젯법 (LB 막) 에 의한 유기 화합물 (예를 들어, ω-트리코산산, 디옥타데실메틸암모늄클로라이드, 스테아릴산메틸) 의 누적과 같은 수단으로 형성할 수 있다. 또한, 전기장의 부여, 자기장의 부여 또는 광 조사에 의해 배향 기능이 생기는 배향막도 알려져 있다. 이들 중에서도, 폴리머의 러빙 처리에 의해 형성하는 배향막이 특히 바람직하다. 상기 러빙 처리는, 폴리머층의 표면을 종이, 천으로 일정 방향으로 수회 문지름으로써 실시할 수 있다.
배향막 상으로의 콜레스테릭 액정성 조성물의 도포는 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있으며, 예를 들어 커튼 코팅법, 압출 코팅법, 다이렉트 그라비아 코팅법, 다이 코팅법, 스핀 코팅법, 딥 코팅법, 스프레이 코팅법, 슬라이드 코팅법 등을 들 수 있다. 또, 별도로 지지체 상에 도포 형성한 콜레스테릭 액정성 조성물을 배향막 상에 전사하는 것에 의해서도 실시할 수 있다. 도포한 콜레스테릭 액정성 조성물을 가열함으로써 액정성 조성물을 배향시킨다. 가열 온도는 200 ℃ 이하가 바람직하고, 130 ℃ 이하가 보다 바람직하다. 이 배향 처리에 의해, 중합성 봉상 네마틱 액정성 화합물이, 광학 박막의 면에 대해 실질적으로 수직인 방향에 나선축을 갖도록 비틀림 배향되어 있는 광학 박막이 얻어진다.
배향시킨 중합성 봉상 네마틱 액정성 화합물은, 추가로 중합시킨다. 상기 중합은, 열 중합보다 광 조사에 의한 광 중합인 편이 바람직하다. 상기 광 조사는, 자외선을 사용하는 것이 바람직하다. 조사 에너지는 20 mJ/㎠ ∼ 50 J/㎠ 가 바람직하고, 100 mJ/㎠ ∼ 1,500 mJ/㎠ 가 보다 바람직하다. 광 중합 반응을 촉진시키기 위해, 가열 조건 하 또는 질소 분위기 하에서 광 조사를 실시해도 된다. 조사 자외선 파장은 350 ㎚ ∼ 430 ㎚ 가 바람직하다. 중합 반응률은 안정성의 관점에서 높은 편이 바람직하여 70 ％ 이상이 바람직하고, 80 ％ 이상이 보다 바람직하다.
중합 반응률은, 중합성 관능기의 소비 비율을 IR 흡수 스펙트럼을 사용하여 결정할 수 있다.
상기 콜레스테릭층의 두께는 0.1 ㎛ ∼ 50 ㎛ 가 바람직하고, 0.5 ㎛ ∼ 10 ㎛ 가 보다 바람직하고, 1.5 ㎛ ∼ 7 ㎛ 가 더욱 바람직하다.
또한, 나선 피치가 비교적 짧은 콜레스테릭상과 등방상 사이에 출현하는 블루상도 자외ㆍ가시역에 브래그 반사를 나타내고, 이 반사광은 콜레스테릭 액정과 마찬가지로 원편광이기 때문에, 이것을 이용할 수도 있다. 블루상에 대해서는, 이하의 문헌을 참조할 수 있다.
H. S. Kitzerow, H. Schmid, A. Ranft, G. Heppke, R. A. M. Hikmet, J. Lub, Liq. Cryst., 14, 911-916 (1993).
H. Kikuchi, M. Yokota, Y. Hisakado, H. Yang and T. Kajiyama, Nature Materials. 1, 64 (2002).
-(2) 직선 편광 반사판과 λ/4 파장판으로 이루어지는 것-
직선 편광 반사판으로는, 예를 들어, (ⅰ) 다층 구조의 직선 편광 반사판, (ⅱ) 복굴절이 상이한 박막을 적층한 편광자, (ⅲ) 와이어 그리드형 편광자, (ⅳ) 편광 프리즘, (ⅴ) 산란 이방성형 편광판 등을 들 수 있다.
λ/4 파장판으로는, 상기 서술한 것과 동일한 것을 사용할 수 있다.
(ⅰ) 다층 구조의 직선 편광 반사판으로는, 서로 굴절률이 상이한 유전체 박막을 복수 층 적층하여 이루어지는 것을 들 수 있다. 파장 선택 반사막으로 하기 위해서는, 고굴절률의 유전체 박막과 저굴절률의 유전체 박막을 교대로 복수 층 적층하는 것이 바람직하지만, 2 종 이상에 한정되지 않고, 그 이상의 종류여도 상관없다.
적층수는 2 층 ∼ 20 층이 바람직하고, 2 층 ∼ 12 층이 보다 바람직하고, 4 층 ∼ 10 층이 더욱 바람직하고, 6 층 ∼ 8 층이 특히 바람직하다. 상기 적층수가 20 층을 초과하면, 다층 증착에 의해 생산 효율성이 저하되어, 본 발명의 목적 및 효과를 달성할 수 없게 되는 경우가 있다.
유전체 박막의 적층 순서에 대해서는 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있으며, 예를 들어 인접하는 막의 굴절률이 높은 경우에는, 그것보다 낮은 굴절률의 막을 맨 처음에 적층한다. 그 반대로 인접하는 층의 굴절률이 낮은 경우에는, 그것보다 높은 굴절률의 막을 맨 처음에 적층한다. 상기 굴절률이 높은지 낮은지의 경계선은 1.8 이다. 또한, 굴절률이 높은지 낮은지는 절대적인 것은 아니며, 고굴절률 재료 중에서도, 상대적으로 굴절률이 큰 것과 작은 것이 존재해도 되고, 이들을 교대로 사용해도 상관없다.
고굴절률의 유전체 박막의 재료로는, 예를 들어 Sb2O3, Sb2S3, Bi2O3, CeO2, CeF3, HfO2, La2O3, Nd2O3, Pr6O11, Sc2O3, SiO, Ta2O5, TiO2, TlCl, Y2O3, ZnSe, ZnS, ZrO2 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, Bi2O3, CeO2, CeF3, HfO2, SiO, Ta2O5, TiO2, Y2O3, ZnSe, ZnS, ZrO2 가 바람직하고, 이들 중에서도, SiO, Ta2O5, TiO2, Y2O3, ZnSe, ZnS, ZrO2 가 특히 바람직하다.
저굴절률의 유전체 박막의 재료로는, 예를 들어 Al2O3, BiF3, CaF2, LaF3, PbCl2, PbF2, LiF, MgF2, MgO, NdF3, SiO2, Si2O3, NaF, ThO2, ThF4 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, Al2O3, BiF3, CaF2, MgF2, MgO, SiO2, Si2O3 이 바람직하고, Al2O3, CaF2, MgF2, MgO, SiO2, Si2O3 이 특히 바람직하다.
또한, 유전체 박막의 재료에 있어서는, 원자비에 대해서도 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있으며, 성막시에 분위기 가스 농도를 바꿈으로써 원자비를 조정할 수 있다.
유전체 박막의 성막 방법으로는 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있으며, 예를 들어 이온 플레이팅, 이온 빔 등의 진공 증착법, 스퍼터링 등의 물리적 기상 성장법 (PVD 법), 화학적 기상 성장법 (CVD 법) 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 진공 증착법, 스퍼터링법이 바람직하고, 스퍼터링법이 특히 바람직하다.
스퍼터링법으로는, 성막 레이트가 높은 DC 스퍼터링법이 바람직하다. 또한, DC 스퍼터링법에 있어서는, 도전성이 높은 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
또, 스퍼터링법에 의해 다층 성막하는 방법으로는, 예를 들어, (1) 1 개의 챔버에서 복수의 타깃으로부터 교호 또는 차례대로 성막하는 1 챔버법, (2) 복수의 챔버에서 연속적으로 성막하는 멀티 챔버법이 있다. 이들 중에서도, 생산성 및 재료 오염을 방지하는 관점에서, 멀티 챔버법이 특히 바람직하다.
유전체 박막의 막두께로는, 광학 파장 오더로 λ/16 ∼ λ 의 막두께가 바람직하고, λ/8 ∼ 3λ/4 가 보다 바람직하고, λ/6 ∼ 3λ/8 이 보다 바람직하다.
유전체 증착층은, 그 유전체 증착층 중을 전파하는 광은, 각 유전체 박막마다 광의 일부가 다중 반사되고, 그들 반사광이 간섭하여 유전체 박막의 두께와 광에 대한 막의 굴절률의 곱으로 정해지는 파장의 광만이 선택적으로 투과된다. 또, 유전체 증착층의 중심 투과 파장은 입사광에 대해 각도 의존성을 가지고 있으며, 입사광을 변화시키면 투과 파장을 바꿀 수 있다.
(ⅱ) 복굴절이 상이한 박막을 적층한 편광자로는, 예를 들어 일본 공표특허공보 평9-506837호 등에 기재된 것을 사용할 수 있다.
구체적으로는, 굴절률의 관계를 얻기 위해 선택된 조건 하에서 가공하면, 넓게 여러 가지 재료를 사용하여 편광자를 형성할 수 있다. 일반적으로, 제 1 재료 중 하나가, 선택된 방향에 있어서, 제 2 재료와는 상이한 굴절률을 가질 필요가 있다. 이 굴절률의 차이는, 필름의 형성 중, 또는 필름의 형성 후의 연신, 압출 성형, 혹은 코팅을 포함하는 여러 가지 방법으로 달성할 수 있다. 또한, 2 개의 재료가 동시 압출될 수 있도록, 유사한 리올로지 특성 (예를 들어, 용융 점도) 을 갖는 것이 바람직하다.
복굴절이 상이한 박막을 적층한 편광자로는 시판품을 사용할 수 있으며, 그 시판품으로는, 예를 들어 3M 사 제조의 상품명 : DBEF 등을 들 수 있다.
(ⅲ) 와이어 그리드형 편광자는, 금속 세선의 복굴절에 의해, 편광의 일방을 투과하고, 타방을 반사시키는 편광자이다.
와이어 그리드 편광자는, 금속 와이어를 주기적으로 배열한 것으로, 테라헤르츠파 대역에서 주로 편광자로서 사용된다. 와이어 그리드가 편광자로서 기능 하기 위해서는, 와이어 간격이 입사 전자파의 파장보다 충분히 작을 필요가 있다.
와이어 그리드 편광자에서는, 금속 와이어가 등간격으로 배열되어 있다. 금속 와이어의 길이 방향과 평행한 편광 방향의 편광 성분은 와이어 그리드 편광자에 있어서 반사되고, 수직인 편광 방향의 편광 성분은 와이어 그리드 편광자를 투과한다.
와이어 그리드형 편광자로는 시판품을 사용할 수 있으며, 그 시판품으로는, 예를 들어 에드몬드 옵틱스사 제조의 와이어 그리드 편광 필터 50 × 50, NT46-636 등을 들 수 있다.
-확산판 또는 위상차판-
상기 발광 광원과 상기 원편광 반사판 사이에, 확산판 및 위상차판 중 어느것을 갖는 것이, 반사된 광을 리사이클할 때에 편광을 해소하여 광의 리사이클 효율을 높일 수 있는 점에서 바람직하다.
상기 위상차판의 면내 방향의 위상차 (면내 리타데이션 Re) 는, 파장 550 ㎚ 에서 300 ㎚ 이상이 바람직하고, 1,000 ㎚ 이상이 보다 바람직하다. 상기 면내 방향의 위상차가, 파장 550 ㎚ 에서 300 ㎚ 미만이면, 편광 해소가 불충분해져, 저리사이클 효율이 되는 경우가 있다.
상기 확산판 또는 위상차판은 베이스 기재를 겸하고 있어도 된다.
상기 확산판 또는 위상차판은, UV 흡수제를 함유하고 있어도 된다.
＜원편광 반사 부재＞
원편광 반사 부재로는, 입사된 원편광과 동일한 센스의 원편광을 선택적으로 반사시킬 수 있는 부재이면 되고, 특별히 한정되지 않는다.
예를 들어, 상기 서술한 편광 상태 제어 부재로서 사용되는 원편광 반사판과 동일한 가) 콜레스테릭 액정 구조를 갖는 부재, 및 나) 직선 편광 반사판 혹은 반사판과 λ/4 파장판으로 이루어지는 것을 사용할 수 있다.
또한, 원편광 반사 부재는 상기 편광 상태 제어 부재로서 기능하고 있어도 되고, 원편광 반사 부재는 상기 편광 상태 제어 부재와 동일한 것이어도 된다.
가) 콜레스테릭 액정 구조를 갖는 원편광 반사 부재의 설계
콜레스테릭 액정 구조를 갖는 부재로는, 상기 서술한 것을 사용할 수 있다. 이 부재는, 입사된 광 중에서 원편광 상태인 파장 영역에 있어서 입사된 광과 동일한 원편광 센스의 원편광을 반사하는 것이 바람직하기 때문에, 사용하는 조명 장치의 원편광 상태의 파장 의존성이나, 반사광으로서 사용하고자 하는 원편광 상태의 파장 의존성에 따라 부재의 원편광 반사 파장 및 센스를 조정한다. 이 조정은 상기 서술한 편광 상태 제어 부재와 동일한 수법에 의해 실시할 수 있다. 단, 부재로의 광 입사 각도가 커지는 사용 상태에서는, 반사광의 중심 파장 λ 가 단파장측으로 시프트되기 때문에, 환경에 따라 피치를 길게 조정하는 것이 바람직하다. 이 반사광의 중심 파장 λ 는, 조명 장치와 반사 부재면의 법선이 이루는 각도 α 와 이하의 식의 관계가 있으며, 예를 들어 α 가 40 도이면 약 10 ％, 60 도이면 20 ％ 정도 피치를 길게 하면, 반사 원편광의 반사율을 높게 유지할 수 있다.
λ = n × p × cos(sin-1(sin(α)/n))
여기에서, n 은 콜레스테릭 액정의 평균 굴절률, p 는 콜레스테릭 액정의 나선 피치 길이이다.
조명 장치로부터 발해지는 특정 원편광 이외의 광 (자연광 등) 이 원편광 반사 부재에 입사될 수 있는 경우에 있어서는, 입사광에 관계없이 특정 원편광을 반사하는 일반적인 콜레스테릭 액정 구조를 갖는 부재를 사용하는 것이 바람직하다.
또, 원편광을 부여하는 조명 장치와 일체적으로 사용하는 경우 등, 조명 장치로부터 발해지는 특정 원편광 이외의 광 (자연광 등) 이 원편광 반사 부재에 잘 입사되지 않는 경우에 있어서는, 조명 장치의 발광 파장 영역에 걸쳐 연속적으로 반사되도록 형성된 우 나선의 콜레스테릭 액정 구조와 좌 나선의 콜레스테릭 액정 구조를 적층한 것도 본 발명의 원편광 반사 부재로서 사용할 수 있다. 이 경우, 조명 장치의 원편광 파장 의존성 특성에 따라, 입사된 원편광과 동일한 센스의 원편광을 선택적으로 반사시킬 수 있는 특장이 있다.
이 부재의 배치는, 반사광의 원편광도를 높게 유지할 목적에서, 반사광을 조사하는 물체측에 콜레스테릭 액정 구조면을 배치하고, 기재 등의 복굴절성 투명 매체는 그 배면이 되도록 배치한다. 또, 방오성이나 내찰상성을 위해 콜레스테릭 액정 구조면의 물체측에 하드 코트층이나 방오층, 고분자층을 형성하는 경우에는, 복굴절성이 작은 것을 사용함으로써, 반사광의 원편광도를 높게 유지할 수 있다.
반사광의 물체로의 반사광량 불균일을 완화시킬 목적에서, 편광 반사 특성을 저하시키지 않는 정도의 범위에서 반사 부재에 산란 특성을 갖게 할 수도 있다. 산란 특성은 콜레스테릭 액정 구조를 형성하는 과정에서, 러빙 처리를 가하지 않는 배향막을 사용하여 콜레스테릭 액정의 나선축을 액정막면 법선으로부터 랜덤한 방위로 경사지게 함으로써, 콜레스테릭 액정 구조 그 자체에 부여할 수 있다. 또, 반사형 액정 디스플레이에 사용되고 있는 편광 해소성이 작은 산란 필름이나 안티글레어층을 콜레스테릭 액정 구조의 조사 물체측에 장착하거나 도공함으로써 얻을 수 있다.
나) 직선 편광 반사판 혹은 반사판과 λ/4 파장판의 적층체로 이루어지는 원편광 반사 부재의 설계
직선 편광 반사판과 λ/4 파장판으로는, 상기 서술한 것을 사용할 수 있다.
반사판으로는 통상적인 거울 외에, 알루미늄이나 은 등의 금속을 증착한 필름, 유전체 미러 등의 무기의 다층막, 테이진사 제조의 고분자 다층 박막 레프텔 등, 그 자체에 반사광에 편광 특성은 없지만, 편광 해소하기 어려운 것이라면 바람직하게 사용할 수 있다.
직선 편광 반사판과 λ/4 파장판의 적층체는, 모든 파장에 걸쳐 우 원변광 또는 좌 원편광만을 반사시키기 때문에, 광원이 발하는 광의 파장에 상관없이 우측 또는 좌측 중 어느 원편광 센스만을 발광하는 조명 장치와의 조합에 있어서 사용하는 것이 바람직하다. 또, 조명 장치로부터 발해지는 특정 원편광 이외의 광 (자연광 등) 이 원편광 반사 부재에 입사될 수 있는 경우에 있어서는, 직선 편광 반사판과 λ/4 파장판의 적층체를 사용하는 것이 바람직하다.
조명 장치로부터 발해지는 특정 원편광 이외의 광 (자연광 등) 이 원편광 반사 부재에 입사되기 어려운 경우에서, 특히 광원이 발하는 광의 파장에 의해 원편광의 센스의 우측과 좌측이 혼재하는 조명 장치를 사용하는 경우, 우 원편광이든 좌 원편광이든 입사된 원편광과 동일한 센스의 원편광을 반사하는 반사판과 λ/4 파장판의 적층체가 바람직하다.
이들 부재의 배치는, 대상물측에 λ/4 파장판을 배치한다. 직선 편광 반사판을 사용하는 경우, λ/4 파장판의 지상축과 직선 편광 반사판의 편광 반사축은 45 도가 되도록 교차시킨다. 한편, 반사판의 경우에는, λ/4 파장판의 지상축과는 임의의 각도로 교차 가능하다. 직선 편광 반사판 또는 반사판과 λ/4 파장판은, 접착 테이프나 클립 등의 누름 지그 등으로 어긋나지 않도록 하는 것 외에, 투명하고 복굴절성이 없는 점착제나 접착제를 λ/4 파장판과 반사판 사이에 설치하여 첩합할 수도 있다. 또, 방오성이나 내찰상성을 위해 λ/4 파장판의 물체측에 하드 코트층이나 방오층, 고분자층을 형성하는 경우에는, 복굴절성이 작은 것을 사용함으로써, 반사광의 원편광도를 높게 유지할 수 있다.
대상물로의 반사광량 불균일을 완화시킬 목적에서, 편광 반사 특성을 저하시키지 않는 정도의 범위에서 반사 부재에 산란 특성을 갖게 할 수도 있다. 산란 특성은, 직선 편광 반사판이나 반사판 표면에 엠보싱 가공 등으로 미세한 요철을 형성함으로써 부여할 수 있다. 또, 반사형 액정 디스플레이에 사용되고 있는 편광 해소성이 작은 산란 필름이나 안티글레어층을 λ/4 파장판과 반사판 사이나 λ/4 파장판의 조사 물체측에 장착하거나 도공하는 것에 의해서도 산란 특성을 부여할 수 있다.
상기 서술한 가), 나) 는 모두 본 발명의 원편광 반사 부재로서 바람직하게 사용할 수 있다.
또, 편광 반사 부재의 단면 형상을 톱상이나 곡면 형상으로 함으로써, 반사광의 반사 각도를 임의로 제어할 수 있기 때문에, 대상 식물의 잎의 측면이나 이측에 특정 원편광을 효율적으로 조사할 수 있다. 이들 반사 부재는, 양상추 등을 생육시키고 있는 것을 보여주는 것을 특징으로 한 레스토랑이나 키친 가든 시스템 등, 벽면이나 마루면이 유리나 아크릴 수지 등의 투명 기재를 사용한 생육 장치에도 적용할 수 있다. 이 경우, 콜레스테릭 액정 구조의 편광 반사 부재 및 직선 편광 반사판과 λ/4 파장판의 적층체는, 장착에 의해 시스루성을 저해하지 않는 특징이 있고, 또한 반사 파장의 조정이 가능한 콜레스테릭 액정 구조의 편광 반사 부재에서는, 투과광의 밸런스를 조정하여, 인간에게 위화감이 없는 색조의 시스루성을 갖게 하는 것도 가능하다.
이미 기재한 바와 같이, 원편광 반사 부재가 구조물의 내측 표면의 일부에 형성되어 있는 경우에는, 원편광 반사 부재가 형성되어 있는 부분 이외의 구조물의 내측 표면은 검게 칠해져 있거나 저반사 부재로 덮여 있거나 하는 것이 바람직한데, 특히, 본 발명의 시스템에 조명 장치로부터 발해지는 특정 원편광 이외의 광 (자연광 등) 이 입사될 수 있는 경우에 있어서는, 원편광 반사 부재가 형성되어 있는 부분 이외의 구조물의 내측 표면은 검게 칠해져 있거나 저반사 부재로 덮여 있거나 하는 것이 바람직하다.
또, 원편광 반사 부재를 형성하는 이측의 면 (구조물의 벽면이나 마루면 등) 은 검게 칠해져 있거나 저반사 부재로 덮여 있거나 하는 것이 바람직하다. 특히, 본 발명의 시스템에 특정 원편광 이외의 광 (자연광 등) 이 입사될 수 있는 경우에 있어서는, 원편광 반사 부재를 형성하는 이측의 면 (구조물의 벽면이나 마루면 등) 은 검게 칠해져 있거나 저반사 부재로 덮여 있거나 하는 것이 바람직하다. 본 발명의 시스템에 특정 원편광 이외의 광 (자연광 등) 이 입사될 수 없는 경우에 있어서는, 원편광 반사 부재를 형성하는 이측의 면이 백색이나 그 밖의 착색으로도 반사광의 원편광도를 높게 유지할 수 있다.
＜용도＞
본 발명의 시스템은, 이하에 설명하는 바와 같이, 예를 들어 식물 공장, 신선품 관리, 화학 합성, 어업, 건강, 의료 등의 각종 분야에서 폭넓게 사용할 수 있지만, 이들 중에서도, 후술하는 식물의 성장 제어 방법에 바람직하게 사용된다.
원편광이 식물의 성장에 관련된 메커니즘으로는, 이하와 같이 추정하고 있다.
식물의 광합성의 중심 색소인 클로로필이나 식물의 꽃눈 형성 촉진, 억제, 성장 제어 등에 관련된 피토크롬, 클립토크롬, 포토트로핀, ZTL 등의 광 수용체에 포함되는 발색단의 피토크로모빈, 플라빈은 광학 활성 화합물이기 때문에, 광 흡수 파장 영역 근방에 있어서 원편광에 대한 흡수 2 색성을 갖는다. 요컨대, 광 수용체가 흡수하는 광은 좌우 모두의 원편광이며, 다른 일방의 센스의 원편광은 그것과 비교하여 잘 흡수되지 않기 때문에, 이것을 조사해도 광 수용체의 기능을 야기시키는 것이 어렵다. 그 때문에 좌우 각각의 원편광만을 조사하는 경우, 성장이 상이한 현상이 생기는 것으로 추정하고 있다.
식물의 광주성 (光周性) 에 관련된 피토크롬의 경우, 650 ㎚ 부근에 흡수 극대를 갖는 적색광 흡수형과 750 ㎚ 부근에 흡수 극대를 갖는 원적색광 흡수형이 있으며, 650 ㎚ 부근의 광 조사로 적색광 흡수형이 원적색광 흡수형으로 전환된다. 한편, 750 ㎚ 부근의 광 조사로 원적색광 흡수형이 적색광 흡수형으로 전환된다. 또한, 암상태의 시간 경과에 의해서도 원적색광 흡수형의 적색광 흡수형으로의 전환이 진행된다. 이들 반응에 의해 생긴 원적색광 흡수형의 양이 식물의 개화 시기를 제어하고 있다. 이 반응을 인공적으로 제어함으로써, 예를 들어 국화의 재배에서 행해지고 있는 야간 조명 등으로 개화 시기를 제어하는 것이 가능하다. 본 발명의 시스템을 사용하여, 피토크롬의 흡수 파장 영역에서만 피토크롬이 흡수하는 우 원편광을 조사하도록 광원, 편광 상태 제어 부재 및 원편광 반사 부재를 선택하여 효율적으로 전조 (電照) 의 효과를 얻을 수 있다.
-밤 활동형 해충-
또, 양배추, 시금치 등의 전형적인 해충인 밤 활동형 해충인 야도충을 방제할 목적에서, 야간에 작물의 부근을 조명하는 방법이 취해지고 있지만, 그 조명광에 반응한 피토크롬에 의해 꽃눈이 형성되어 상품 가치가 현저히 떨어지는 문제가 발생하고 있다. 이 대책을 위해, 적색광 성분을 제거한 조명이 사용되는 경우도 있지만, 부자연스러운 색조이기 때문에 생산 지역에 이상한 분위기를 주고 있다.
본 발명의 시스템에 있어서, 피토크롬의 흡수 파장 영역에서만 피토크롬이 흡수하지 않는 좌 원편광을 조사하도록 함으로써, 일반인에 대해 겉보기에 위화감이 없는 백색광의 조명광으로도 해충 방제와 추대 (抽臺) 억제를 양립시키는 것이 가능해진다.
본 발명의 시스템에 의해, 예를 들어 특정 파장에 있어서의 강한 편광 조사, 반대로 흡수하지 않는 편광 조사를 부여하면, 식물에 어떤 종류의 스트레스를 주기 때문에 약초의 약효 성분의 증산을 촉진시키거나 식물의 감칠맛, 영양 성분, 방향 성분, 항산화 물질 등 2 차 대사물의 성분비를 제어할 수 있을 가능성도 있다.
또한, 최근 주목받고 있는 자외선광을 비춰서 병에 대한 내성을 높이는 식물 병해 방제 방법에서도 효과가 있는 센스만의 원편광 조사로, 총 조사량을 낮춰 자외선에 의한 데미지를 저감시킬 수 있을 것이고, 반대로 DNA 광 수복성, 그 밖의 청색광 바이오스위치를 저조도로 효과적으로 활성화할 수 있을 가능성도 있다.
지구상에는 다양한 식물이 있고 여러 종류의 발색단이 존재하므로, 식물, 제어 목적에 따라 원편광 파장 대역, 센스를 바꾸는 것이 중요하다. 당연히 어느 파장에서는 우 원편광을, 다른 파장 대역에서는 좌 원편광과 같이 각각의 센스의 원편광을 동시에 조사하는 것이 바람직한 경우도 있으며, 그 목적에도 본 발명의 시스템을 사용할 수 있다.
본 발명의 시스템은, 휴면 (休眠), 발아, 성묘 (成苗), 세포 신장 기간, 꽃눈 분화 등의 식물의 성장 과정의 시기에 따라 편광 변환 파장 대역을, 변환 부재를 교환함으로써 구분하여 사용할 수 있다. 또, 일주 (日周) 의 시기에 따라 조사의 타이밍, 또는 광 강도, 편광 상태를 조절할 수도 있다. 또한, 펄스적인 발광을 사용하거나, 조사하는 식물의 부위에 따라 상이한 편광 상태에서의 조사를 하는 등의 사용 구분을 할 수 있다. 또, 식물 공장에 있어서, 본 발명의 시스템에 의한 광 조사와 습도, 온도, 가스 농도의 제어와 조합해도 된다.
(식물의 성장 제어 방법)
본 발명의 시스템을 식물의 성장 제어 방법에 응용할 수 있다.
상기 식물의 성장 제어 방법에는, 식물의 성장 촉진과 식물의 성장 억제가 있다.
상기 식물의 성장 촉진에는 식물의 키, 경장 (莖長), 절간 (節間) 등의 신장에 의한 식물체의 증대, 곁가지 길이의 증대 등을 의미한다.
식물의 성장 촉진 작용에 의해, 농작물의 중량이나 키를 빨리 크게 할 수 있기 때문에 생산성이 높아진다. 또, 큰 농작물을 만들기 쉬워진다. 또, 육종에 있어서 빨리 성숙하기 때문에 세대 교대의 횟수를 늘일 수 있다는 이점이 있다.
식물의 성장 억제에는 식물의 키, 경장, 절간 등의 신장의 억제에 의한 식물체의 왜화 (矮花), 곁가지 길이의 억제 등을 의미한다. 또, 왜화란 식물의 줄기, 가지가 굵고 튼튼해져, 바람, 비 등의 자연의 악조건에 대해 강해짐과 함께, 단위 면적당 엽록소, 비타민 등의 영양소량이 증가하는 것을 의미한다.
식물의 성장 억제 작용에 의해, 신장이 낮은 것은, 태풍 등의 풍해에 강하고, 곡물이 증가해도 잘 넘어지지 않는다는 이점이 있다. 예를 들어, 벼의 경우, 모를 심는 열의 수를 늘릴 수 있기 때문에, 단위 면적당 심는 모의 밀도를 보다 크게 할 수 있다. 높이가 수 미터가 되는 과수 (바나나, 망고 등) 나 야자 나무 (대추야자, 코코넛 등) 에 적용하면, 과실의 수확 작업이 용이해진다. 또, 통상보다 작다는 것은, 절화 (切花), 관엽 식물, 분재 식물에 있어서의 상품 가치가 높아지고, 구매자의 흥미를 당기는 등의 이점이 있다.
본 발명의 시스템을 사용한 식물의 성장 제어 방법에 있어서는, 조사의 타이밍 조절 (일주, 성장 과정 (휴면, 발아, 성묘, 세포 신장 기간 등)), 펄스 조명, 편광 변환 파장 대역을 일주, 성장 과정에 따라 바꾼다. 식물 및 목적에 따라 조사의 타이밍 조절, 펄스 조명, 편광 변환 파장 대역을 바꾼다. 부분적으로 조사한다. 나아가서는, 습도, 온도, 가스 농도, 조도, 조사 시간의 제어와 조합해도 된다.
구체적으로는, 낮 길이에 따른 꽃눈 형성, 회귀 반응, 엽록체 운동, 간극 개방, 플라보노이드 생합성, 식물 병해 방제 (UV 를 쬐어 병에 대한 내성을 높이는 방법) 에서도 편방에 효과가 있는 원편광 조사로 UV 데미지를 저감시킬 수 있다.
또, 광 굴곡, 유전자 전사의 온, 오프, 유전자 발현의 제어, 2 차 대사물의 제어 (영양 성분, 방향 성분, 감칠맛, 항산화물질, 약효 성분), 스트레스를 주는, DNA 광 수복성, 청색광 바이오스위치 등을 들 수 있다.
-대상 식물-
식물의 성장 제어 방법에 사용되는 대상 식물로는 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있으며, 예를 들어 박과, 가지과, 콩과, 장미과, 십자화과, 국화과, 미나리과, 명아주과, 벼과, 아욱과, 두릅나무과, 꿀풀과, 생강과, 수련과, 토란과의 야채, 국화과, 장미과, 토란과, 패랭이꽃과, 십자화과, 갯질경이과, 용담과, 현삼과, 콩과, 작약과, 붓꽃과, 가지과, 수선화과, 난초과, 용설란과, 층층나무과, 꼭두서니과, 버드나무과, 진달래과, 물푸레나무과, 목련과, 앵초과, 베고니아과, 꿀풀과, 쥐손이풀목, 돌나물과, 미나리아재비과, 돌담배과, 선인장과, 양치류, 두릅나무과, 뽕나무과, 닭의장풀과, 파인애플과, 마란타과, 에우프로니아과, 후추과, 대극과, 범의귀과, 바늘꽃과, 아욱과, 도금양과, 차나무과, 분꽃과의 절화류, 혹은 분재류의 화훼, 장미과, 포도과, 뽕나무과, 감나무과, 진달래과, 으름덩굴과, 다래나무과, 시계꽃과, 운향과, 옻나무과, 파인애플과, 도금양과의 과수, 조류 등을 들 수 있다.
더욱 상세하게 예시하면, 오이, 멜론, 호박, 비터 멜론, 주키니, 수박, 월가, 동아, 수세미외, 국수호박, 토마토, 피망, 고추, 가지, 페피노, 시시토 (푸른 고추), 완두, 강낭콩, 무지개콩, 청대콩, 잠두, 로우커스트 콩, 꼬투리째 먹는 청대 완두, 스프링 빈스, 제비콩, 딸기, 옥수수, 오크라, 브로콜리, 무순, 물냉이, 소송채, 절임거리 채소, 양상추, 머위, 쑥갓, 식용 국화, 셀러리, 파슬리, 파드득나물, 미나리, 파, 실파, 부추, 아스파라거스, 시금치, 수송나물, 땅두릅, 차조기, 생강, 무, 순무, 고추냉이, 래디시, 루타바가, 순무, 마늘, 염교, 연근, 토란 등의 야채 ; 애스터, 로단테, 엉겅퀴, 패랭이꽃, 스톡, 유채, 스타티스, 리니안셔스, 금어초, 스위트피, 꽃창포, 국화, 리아트리스, 거베라, 마거리트, 도만금, 샤스타데이지, 카네이션, 안개초, 용담, 작약, 꽈리, 켈로네, 달리아, 칼라, 글라디올러스, 아이리스, 프리지어, 튤립, 수선화, 아마릴리스, 심비디엄, 드라세나, 장미, 명자나무, 벚나무, 복숭아나무, 매화나무, 공조팝나무, 나무딸기, 마가목, 층층나무, 산수유나무, 익소라, 부바르디아, 버드나무, 진달래류, 개나리, 목련, 시네라리아, 디모르페세카, 프리뮬러, 피튜니아, 베고니아, 용담, 콜레우스, 제라늄, 펠라르고늄, 로케아, 안수리움, 외대으아리, 은방울꽃, 세인트폴리아, 시클라멘, 라눔쿨루스, 글록시니아, 석골풀, 카틀레야, 팔래놉시스, 반다, 에피덴드룸, 온시듐, 가재발 인장, 게발 선인장, 공작 선인장, 칼랑코에, 줄고사리, 아디안툼, 파초일엽, 스킨답서스, 디펜바키아, 스파티필름, 싱고니움, 접란, 홍콩 쉐프레라, 송악, 고무나무, 드라세나, 코르딜리네, 펠루키다기바시스, 아나나스류, 칼라데아, 크로톤, 페페로미아, 포인세티아, 수국, 후크시아, 히비스커스, 치자꽃, 호주매화, 동백나무, 부겐빌레아, 모란 등의 화훼 ; 돌배, 복숭아, 앵두, 자두, 사과, 프룬, 넥타린, 승도 복숭아, 라즈베리, 매실, 포도, 무화과, 감, 블루베리, 으름, 키위, 패션후르츠, 비파, 귤, 마코렛트, 레몬, 유자, 불수감, 팔삭, 포멜로, 꽃유자, 금귤, 세미놀, 이요칸, 네이블 오렌지, 앙코르, 노바, 일향하, 라임, 스다치, 카보스, 만백유, 탄칸, 망고, 파인애플, 구아바 등의 과수 ; 또는 조류 등을 들 수 있다.
이들 중에서도, 잎을 먹는 야채, 십자화과 절임거리 채소류의 소송채가 특히 바람직하다.
본 발명의 시스템을 사용한 식물의 성장 제어 방법에 의하면, 해충 방충과 추대 (꽃눈 분화 후, 꽃줄기가 추출되어 나오는 현상) 억제의 양립, 개화 시기의 제어, 식물 (야채, 과일 등) 의 성장 억제 및 촉진의 효율화, 광해 방지를 도모할 수 있다.
본 발명의 시스템은, 이 밖에도 물질이 원편광과 상호 작용하는 현상에 대하여 적용이 가능하다. 예를 들어, 광학 활성 물질에는 원편광 흡수 2 색성이 있기 때문에, 편방의 센스의 원편광을 조사하여, 흡수 계수가 큰 쪽의 광학 활성체를 광 분해함으로써, 광학 농도를 높일 수 있는 것이 알려져 있지만, 이 반응을 위한 용기로서도 바람직하게 사용할 수 있다. 이것을 사용함으로써 물질에 대한 원편광의 조사량을 크게 하는 것이 가능하여, 실험 시간의 단축을 도모할 수 있다.
또, 최근, 광학 분할에 대하여, 자연계에는 드문 D 형 아미노산이나 L 형 당류가 일본주나 커피, 과실 등의 감칠맛에 너무 중요한 역할을 하고 있는 것을 알았지만, 이들 음식물에 원편광을 조사함으로써, L 형 아미노산을 D 형 아미노산으로 이성화시키거나 하여 음식물 내의 아미노산 등의 물질의 광학 순도를 제어하기 위해 본 시스템을 이용하는 용도도 있다.
실시예
이하에 실시예와 비교예를 들어 본 발명의 특징을 더욱 구체적으로 설명한다. 이하의 실시예에 나타내는 재료, 사용량, 비율, 처리 내용, 처리 순서 등은, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 한 적절히 변경할 수 있다. 따라서, 본 발명의 범위는 이하에 나타내는 구체예에 의해 한정적으로 해석되어야 하는 것은 아니다.
-콜레스테릭 액정 구조를 갖는 편광 상태 제어 부재 1 ∼ 3 및 원편광 반사막 1 ∼ 3 의 제작-
하기 표에 나타내는 조성의 도포액 (A), (B), (C), (D), (E), (F), (G) 및 (H) 를 각각 조제하였다. 표 1 의 도포액 조성의 수치는 질량부를 나타내고 있다. 또, 도포액을 배향ㆍ중합 고정 후의 선택 반사 피크의 중심 파장과 콜레스테릭 액정의 나선의 센스도 함께 기재하였다.
[화학식 2]
(1) 조제한 각 도포액을, 러빙 처리한 후지 필름 (주) 제조의 PET 필름 상에, 와이어 바를 사용하여 건조 후의 건조막의 두께가 3.5 ㎛ 가 되도록 실온에서 도포하였다. 또한, 이 PET 필름의 Re 는 2000 ㎚ 이상이었다.
(2) 실온에서 30 초간 건조시킨 후, 100 ℃ 의 분위기에서 2 분간 가열하고, 그 후 30 ℃ 에서 퓨전 제조의 D 밸브 (램프 90 mW/㎝) 로, 출력 60 ％ 에서 6 ∼ 12 초간 UV 조사하고, 콜레스테릭 액정상을 고정시켜 원편광 반사막을 제작하였다.
(3) 실온까지 냉각시킨 후, 추가로 상기 도포막 표면에 대해, 상기 공정 (1) 및 (2) 를 반복하였다.
상기 방법에 의해, 하기 표 2 에 나타내는 편광 상태 제어 부재 및 편광 반사막을 각각 제작하였다.
-직선 편광 반사판과 λ/4 파장판으로 이루어지는 편광 상태 제어 부재 4 및 원편광 반사 부재 4 와 반사판과 λ/4 파장판으로 이루어지는 원편광 반사 부재 5 의 제작-
직선 편광 반사판으로서 고분자 다층막 구조를 갖는 반사 편광자 (DBEF, 3M 사 제조) 와, λ/4 파장판 (테이진사 제조, 상품명 퓨어에이스) 을, 편광자의 투과축과 λ/4 파장판의 지상축이 45 도가 되도록 첩합하여, 편광 상태 제어 부재 4 를 제작하였다. 또한, 이 편광 상태 제어 부재는 우 원편광을 선택적으로 투과한다. 계속해서, 동일한 부재를 사용하여, 편광자의 투과축과 λ/4 파장판의 지상축이 이루는 각이 45 도이지만, 편광 상태 제어 부재 4 와는 반시계 방향 45°가 되도록 첩합하여, 원편광 반사 부재 4 를 제작하였다. 계속해서, 반사판으로서 PET 베이스에 알루미늄을 증착한 반사 필름을 사용하여, λ/4 파장판 (테이진사 제조, 상품명 퓨어에이스) 을, 시판되는 점착제를 사용하여 첩합하여, 원편광 반사 부재 5 를 제작하였다.
-시스템의 제작-
다음으로, 이들 편광 상태 제어 부재를 표 3 의 조합으로, 시판되는 확산 반사판 부착 백색 LED 램프 (Beautiful Light Technology Corporation 제조, PAR30) 의 방사면에 배치하고, 도 1 의 4 에 나타낸 위치에서 사용하였다. 또한, 편광 상태 제어 부재는, 콜레스테릭 액정 구조의 경우에는 콜레스테릭 액정층이, 직선 편광 반사판 또는 반사판과 λ/4 파장판의 적층체의 경우에는 λ/4 파장판이, 용기의 안쪽을 향하도록 (램프의 외측면이 되도록) 배치하였다. 또한, 아크릴성이고 상면이 뚫린 가로폭과 깊이가 30 ㎝, 높이가 35 ㎝ 인 직육면체의 용기를 아크릴판으로 형성하였다. 용기의 색은 백색인 것과 흑색인 것을 준비하였다. 이 용기의 상면을 제외한 5 개의 내면의 각각 전체면을 표 3 에 나타낸 편광 반사 부재로 피복하였다. 피복에 있어서 원편광 반사 부재가 콜레스테릭 액정 구조인 경우에는 콜레스테릭 액정층이, 원편광 반사 부재가 직선 편광 반사판 또는 반사판과 λ/4 파장판의 적층체인 경우에는 λ/4 파장판이 용기의 내측이 되도록 배치하였다.
또한, 이 용기의 상부 개구면측에 상기 서술한 LED 램프를 배치하였다. 용기 바닥면에서의 조도는, 조도계 (미놀타사 제조, T-1H) 를 사용하여 실시하였다. 용기 바닥면에서의 원편광도의 측정은, 분광 광도계 (형번 : USB2000, 오션 옵틱스사 제조) 에 원편광판을 장착하여, 파장 550 ㎚ 에서 복수회 광의 입사 각도를 돌려 측정하고, 그 평균값을 구하였다. 상기 시스템을 사용하여 허브의 일종인 바질을 25 ℃ 의 환경 하에서 38 일간 재배하고, 그 후, 중량을 측정하였다.
측정 결과를 표 3 에 나타낸다. 또한, 실시예 및 비교예 1, 2 에 있어서, 원편광은 우 원편광 선택적이었다.
1 : 케이싱
2 : 반사면 (반사막)
3 : 광원
4 : 편광 상태 제어 부재
5 : 보호판
2 : 반사면 (반사막)
3 : 광원
4 : 편광 상태 제어 부재
5 : 보호판
Claims (13)
- 대상물에 특정 원편광을 선택적으로 조사하기 위한 시스템으로서,
광의 편광 상태를 제어하여 원편광을 발생시키는 편광 상태 제어 부재와, 원편광 반사 부재를 포함하고,
상기 원편광 반사 부재는, 상기 편광 상태 제어 부재로부터 출사되는 원편광을 입사시킬 수 있는 위치에 배치되어 있고,
상기 원편광 반사 부재는, 입사된 상기 편광 상태 제어 부재로부터의 원편광과 동일한 센스의 원편광을 선택적으로 포함하는 반사광을 발생시키고,
상기 원편광 반사 부재는, 상기 반사광의 적어도 일부를 상기 대상물에 조사할 수 있도록 배치되어 있는, 시스템. - 구조물로서 사용되는 제 1 항에 기재된 시스템으로서,
상기 구조물이, 상기 편광 상태 제어 부재와, 상기 원편광 반사 부재를 포함하는 공간을 포함하고, 상기 공간은 적어도 일부에 상기 원편광 반사 부재를 갖는 면에 의해 형성되고, 상기 공간을 형성하는 면의 면적의 10 ％ 이상에 있어서 상기 원편광 반사 부재를 갖는, 시스템. - 제 2 항에 있어서,
상기 공간을 형성하는 면의 면적의 50 ％ 이상에 있어서 상기 원편광 반사 부재를 갖는, 시스템. - 제 2 항에 있어서,
상기 편광 상태 제어 부재를 투과하여 발생하는 원편광이, 상기 원편광 반사 부재에 입사할 수 있는 위치에 배치되어 있는, 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 편광 상태 제어 부재가 직선 편광판과 λ/4 파장판을 포함하는, 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 편광 상태 제어 부재가, 나선상의 분자 배열 구조를 갖는 층을 포함하는, 시스템. - 제 6 항에 있어서,
상기 원편광 반사 부재가, 나선상의 분자 배열 구조를 갖는 층을 포함하는, 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 대상물이 식물인, 시스템. - 제 1 항에 있어서,
광원을 갖고, 상기 편광 상태 제어 부재가 광원에 의해 발생한 광의 편광 상태를 제어하여 원편광을 발생시키고 있는, 시스템. - 식물 공장으로서 사용되는 제 1 항에 기재된 시스템으로서,
상기 식물 공장이, 벽면, 천장, 마루에 의해 형성되는 공간을 포함하고, 또한 상기 공간 내에, 상기 편광 상태 제어 부재와 상기 원편광 반사 부재를 포함하고, 벽면, 천장, 마루의 총면적의 10 ％ 이상이 상기 원편광 반사 부재인, 시스템. - 식물 공장으로서 사용되는 제 9 항에 기재된 시스템으로서,
상기 식물 공장이, 2 단 이상의 선반을 포함하고, 상기 선반의 적어도 1 개의 단에 있어서, 바닥면, 상단의 바닥면 사이의 공간에, 상기 광원과 상기 편광 상태 제어 부재와 상기 원편광 반사 부재를 포함하고, 상기 바닥면 및 상기 상단의 바닥면으로부터 선택되는 어느 1 개 이상의 상기 공간측 표면의 총면적의 10 ％ 이상이 상기 원편광 반사 부재인, 시스템. - 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 기재된 시스템에 사용하기 위한 원편광 반사 부재로서, 나선상의 분자 배열 구조를 갖는 층을 포함하는, 원편광 반사 부재.
- 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 기재된 시스템을 사용한, 식물의 재배 방법.
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