专利名称：液晶薄膜的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种可以产生带有偏振性的衍射光的新的液晶薄膜。衍射光栅是在分光光学等领域被广泛应用于光的分光和光通量的分割的目的的通用光学元件。衍射光栅依其形状被分类为几个类型，通常被分类为周期性地配设透光部分和不不透光部分的振幅型衍射光栅、在穿透性高的材料上形成了周期性的槽的位相型衍射光栅。还有，也有根据衍射光的产生方向被分类为穿透型衍射光栅和反射型衍射光栅(未田哲夫，光学部件的使用方法及注意点，光电子学公司，ISBN-900474-03-7)。
在如上所述的以往的衍射光栅中，在入射了自然光(非偏振光)后只能得到作为衍射光的非偏振光。在被频繁用于分光光学等领域的偏振光椭圆率测量仪那样的偏振光光学仪器中，只能得到非偏振光作为衍射光，因此，为了通过衍射光栅对发自光源的自然光分光并只利用包含于其中的特定的偏振光成分，一般进行通过偏振镜使用衍射光的方法。在此方法中，所得到的衍射光之中的约50％以上，因此有光量减半的问题。因此，必须准备灵敏度高的检测器或光量大的光源，要求开发使衍射光自身成为象圆偏振光或线偏振光那样特定的偏振光的衍射光栅。
本发明的目的就是为了解决上述课题、特别是为了提供适合于起偏振光衍射光栅的液晶薄膜以及用这些液晶薄膜作成的光学元件。
本发明是为了解决上述课题的，通过精确控制液晶分子的取向状态可以在胆甾醇型液晶层中或螺旋性层列C型液晶层中形成衍射效率高的区域。具体来说，通过对在胆甾醇型相或螺旋性层列C型相中的螺旋轴方位在膜厚方向并非一致平行且螺旋距在膜厚方向并非一致地等间隔的胆甾醇型取向或螺旋性层列C型取向进行取向控制和固定化而发明恰好起衍射光栅作用的液晶薄膜。
第1，本发明是一种液晶薄膜，其特征在于在薄膜的一部分的区域上形成螺旋轴方位在膜厚方向并非一致平行且螺旋距在膜厚方向并非一致地等间隔的胆甾醇型取向或螺旋性层列C型取向。
第2，本发明是一种上述的液晶薄膜，其特征在于在薄膜表面区域及/或薄膜内部区域中的取向状态形成螺旋轴方位在膜厚方向并非一致平行且螺旋距在膜厚方向并非一致地等间隔的胆甾醇型取向或螺旋性层列C型取向。
第3，本发明是一种上述液晶薄膜的制造方法，其特征在于通过把衍射花样转移到液晶层上得到上述液晶薄膜。
第4，本发明是根据上述第3项所述的液晶薄膜的制造方法，其特征在于液晶层为高分子液晶薄膜层。
第5，本发明是根据上述第4项所述的液晶薄膜的制造方法，其特征在于在液晶的玻璃化转变温度以上和各向同性相转变温度以下的温度范围及0.3～500Kgf/cm2的压力范围内把衍射花样转移到液晶性高分子层上。
第6，本发明是一种光学元件，其特征在于通过无折射率差异的粘合剂把上述第1项所述的液晶薄膜与光学构件进行了叠层。
第7，本发明是一种光学元件，其特征在于在上述第1项所述的液晶薄膜中在转移衍射花样并在液晶表面层上形成基于上述花样的凹凸后通过无折射率差异的粘合剂填平上述凹凸面。
以下对本发明进行详细说明。
本发明的液晶薄膜形成特殊的液晶层构造，具体来说，至少在薄膜的一部分的区域上形成螺旋轴方位在膜厚方向并非一致平行且螺旋距在膜厚方向并非一致地等间隔的取向状态。作为这样的液晶薄膜的一例，在把通常的胆甾醇型取向或螺旋性层列C型取向中的螺旋轴构造看作拟层构造时，液晶薄膜以该层构造的一部分有序地弯曲的状态取向，但本发明并不限于此，而且用于形成这样的构造的手段也没什么特别限制。
形成特殊的液晶层构造的区域既可以是薄膜的任意区域，也可以是在比如薄膜的表面的一部分(薄膜表面区)、薄膜内部的一部分(薄膜内部区域)上所具有的区域。还有，该区域也可以是液晶薄膜的多个区域、例如各自在薄膜表面区及多个薄膜内部区域上所具有的区域。还有，该区域未必需要形成为在薄膜表面或内部具有均匀厚度的层状态，只要至少在薄膜表面或薄膜内部的一部分上形成有上述区域即可。例如，上述区域也可以是具有所要求的形状的区域。还有，在形成了螺旋轴方位在膜厚方向并非一致平行且螺旋距在膜厚方向并非一致地等间隔的胆甾醇型取向或螺旋性层列C型取向的区域在本发明的液晶薄膜上具有层状态的情况下，通常希望以具有厚度为液晶薄膜的膜厚的50％以下的层状态被形成，理想的情况为30％以下、更理想的情况为10％以下。如果该区域的厚度超过50％，则可能因胆甾醇型液晶相或螺旋性层列C型液晶相导致选择发射特性及圆偏振光特性等效果变差并因此无法获得本发明的效果。
在具有多个形成了螺旋轴方位在膜厚方向并非一致平行且螺旋距在膜厚方向并非一致地等间隔的胆甾醇型取向或螺旋性层列C型取向的区域的情况下，不必所有的区域形成相同的液晶相构造，也可以在各自的区域上形成不同的构造。还有，希望本发明的液晶薄膜在形成了螺旋轴方位在膜厚方向并非一致平行且螺旋距在膜厚方向并非一致地等间隔的胆甾醇型取向或螺旋性层列C型取向的区域之外形成与通常的胆甾醇型取向或螺旋性层列C型取向相同的取向状态、即螺旋轴方位在膜厚方向一致平行且螺旋距在膜厚方向一致地等间隔的取向状态。
具有本发明的特殊的液晶层构造的液晶薄膜可以在形成固化了比如在膜厚方向具有一致平行的螺旋轴且在膜厚方向具有一致地等间隔的螺旋距的胆甾醇型取向或螺旋性层列C型取向的高分子液晶薄膜之后通过把所要求的衍射花样转移到该薄膜上得到。
在转移上述衍射花样之前的高分子液晶薄膜层可以借助于比如在基板上形成的取向膜上涂抹液晶并进行热处理而得到。
作为液晶有在取向基板上显示均匀的单晶域的向列相取向性或层列相取向性且可以容易地固化该取向状态的液晶性高分子中添加了旋光性化合物的胆甾醇型液晶性高分子、螺旋性层列C型液晶性高分子、显示均匀的单晶域的胆甾醇型取向性及螺旋性层列C型取向性且可以容易地固化该取向状态的胆甾醇型液晶性高分子及螺旋性层列C型液晶性高分子。
作为向列型液晶性高分子及层列C型液晶性高分子可以有例如聚酯、聚酰亚胺、聚酰胺、聚碳酸酯、聚酯亚胺等直链型液晶性高分子及聚丙烯酸脂、聚甲基丙烯酸酯、聚丙二酸酯、聚硅氧烷等侧链型液晶性高分子。尤其希望是取向性良好且比较容易合成的液晶性聚酯。作为聚合物的构成单元可以例举出如芳香族或脂肪族二醇单元、芳香族或脂肪族二羧酸单元、芳香族或脂肪族羟基羧酸单元。
还有，作为一个典型的例，可以把旋光性的低分子化合物或低分子组合物作为用于给予向列型液晶性高分子及层列C型液晶性高分子扭曲并形成胆甾醇型取向或螺旋性层列C型取向而掺合的旋光性成分。只要带有旋光性的基团就可以用于本发明，但从与液晶性高分子之间的相溶性的观点来看最好是旋光性的液晶性低分子化合物或液晶性低分子组成物。
还有，作为例子也可以把旋光性的高分子化合物或高分子组合物作为旋光性的成分。只要在分子内带有旋光性的基团就可以用于本发明，但从与上述液晶性高分子之间的相溶性的观点来看最好是旋光性的液晶性高分子化合物或液晶性高分子组合物。可以举出比如聚丙烯酸脂、聚甲基丙烯酸酯、聚丙二酸酯、聚硅氧烷、聚酯、聚酰胺、聚酰胺酯、聚碳酸酯、聚肽、纤维素或以这些液晶性高分子为主要成分的组成物等作为该液晶性高分子。尤其是芳香族主体的旋光性液晶聚酯可以作为理想例举出。
还有，可以例举在高分子直链中带有旋光性的基团的比如聚酯、聚酰亚胺、聚酰胺、聚碳酸酯、聚酯亚胺等或在高分子的侧链中带有旋光性的基的聚丙烯酸脂、聚甲基丙烯酸酯、聚丙二酸酯、聚硅氧烷等作为在分子内带有旋光性的基的液晶性高分子。尤其希望是取向性良好且比较容易合成的液晶性聚酯。作为聚合物的构成单元可以例举出如芳香族或脂肪族二醇单元、芳香族或脂肪族二羧酸单元、芳香族或脂肪族羟基羧酸单元。
还有，在本发明中，是一种在分子内具有交联构造的液晶，使该液晶形成胆甾醇型取向或螺旋性层列C型取向后，借助于交联也把可以高分子量化的成分包含在高分子液晶中。作为这样的液晶可以是比如以导入了丙烯酰基、乙烯基和环氧基等官能团的低分子液晶、例如二苯基衍生物、苯基苯甲酸酯衍生物、二苯乙烯衍生物等为基本构造的液晶。还有，作为该液晶，可以用感胶离子性和向热性中的任一种，但从操作性及过程等观点来看，表示向热性的液晶更理想。
可以用以上那样的液晶在基板上形成转移衍射花样之前的高分子液晶薄膜层。可以把例如玻璃、塑料薄膜基板、塑料薄板、偏振光薄膜等作为基板。钠玻璃、二氧化硅涂层钠玻璃、硼硅酸盐玻璃等可以被用玻璃。还有，可以把聚甲基丙烯酸甲酯(有机玻璃)、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚醚砜、聚苯硫醚、非晶态聚烯烃、三乙酰纤维素、聚乙烯对苯二酸盐和聚乙烯萘等用作塑料薄膜基板。
经磨面处理了的聚酰亚胺膜可以很好地被用作取向膜，但除此之外也可以使用在该领域中众所周知的取向膜。还有，在本发明中，也可以把不通过涂抹聚酰亚胺等而直接通过磨面处理赋予取向力得到的塑料薄膜/薄板用作基板。还有，取向处理的方法没有什么特别限制，只要使胆甾醇型液晶分子、螺旋性层列C型液晶分子依照与取向处理界面一致平行地取向即可。
然后，在基板上或在形成于基板上的取向膜上形成适当螺距的胆甾醇型液晶层或螺旋性层列C型液晶层。
可以用熔融涂抹或溶液涂抹作为在基板上或取向膜上展开液晶层的方法。但从处理方面看最好用溶液涂抹。
溶液涂抹是把液晶按规定比例溶解到溶剂中并调制规定浓度的溶液。此时的溶剂根据所用的液晶的种类不同而不同，但通常可以用三氯甲烷、二氯乙烷、四氯乙烷、三氯乙烯、四氯乙烯、邻二氯苯等的卤代烃、这些溶剂与苯酚类的混合溶剂、以及酮类、醚类、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮、环砜烷和环己烷等的极性溶剂。还有，溶液的浓度因所用的液晶的种类不同而不同，不能一概而论，通常在5～50的重量百分比范围内，理想的情况在7～30的重量百分比范围内。把此溶液涂抹在取向膜上或实施磨面处理等取向处理了的取向膜上。
涂抹的方法可以采用旋涂法、滚涂法、模压涂层法、淋涂法等。
涂抹后通过干燥除去溶剂，在规定温度下进行规定时间的热处理并使胆甾醇型取向或螺旋性层列C型取向完成。在玻璃化转变点以下的温度冷却这样得到的取向，还有，通过光、热、电子束等照射并交联可以无损地固化螺旋轴在膜厚方向一致平行且螺旋距在膜厚方向一致地等间隔的胆甾醇型取向或螺旋性层列C型取向。
本发明所提供的高分子液晶薄膜层的选择反射的波长带宽、膜厚、扭转圈数等各种光学参数因最终所得到的液晶薄膜的用途等的不同而不同，不能一概而论，但选择反射的波长带宽通常希望在30～150nm、液晶层的实际膜厚通常希望在0.6～6μm的范围内。这里，所谓选择反射的波长带宽是指在入射与形成胆甾醇型取向或螺旋性层列C型取向的液晶分子的扭转方向同一方向的圆偏振光时基于选择反射的反射率在70％以上的波长范围。如果波长带宽在上述范围之外，则虽然液晶层自身颜色亮但反射光可能暗或出现相反的情况，可以预见，在应用时可视性会变差。还有，在液晶层的实际膜厚不到0.6μm的情况下，基于胆甾醇型取向或螺旋性层列C型取向的选择反射效果可能会降低。还有，在比6μm厚的情况下，基于上述取向的选择反射效果呈现过强，可能导致作为本发明的液晶薄膜的特征的衍射效果不容易确认。还有，高分子液晶薄膜层上的液晶层的扭转圈数通常希望在2～20圈的范围内。在不到2圈的情况下，基于胆甾醇型取向或螺旋性层列C型取向的选择反射效果可能无法充分地得到。还有，在20圈以上的情况下，基于上述取向的选择反射效果呈现过强，可能导致作为本发明的液晶薄膜的特征的衍射效果不容易确认。
在本发明中，借助于把衍射花样转移在上述那样的高分子液晶薄膜层上可以得到本发明的液晶薄膜。
作为转移衍射花样的方法可以有比如准备带有衍射花样的模样并把该模样转移到薄膜上的方法。这里，作为带有衍射花样的模样没有什么特别的限制，只要在转移时的加温加压条件下该衍射花样不会损坏即可，例如可以是在玻璃、金属、高分子薄膜等的基板上涂抹的A1或聚合物层上形成栅格形状的衍射光栅等。还有，作为带有该花样的模样一般有市售的，例如，日本埃得蒙得科学会社制的刻划式衍射光栅膜、透射型衍射光栅膜、JOBIN YVON公司制的Ruled Grating等。还有，并不特别地限定于这些。
在转移此衍射花样时，不是只把衍射花样的凹凸转移到薄膜表面上，重要的是使薄膜内部的液晶构造(取向状态)变形，使得螺旋轴在膜厚方向并非一致平行且螺旋距在膜厚方向并非一致地等间隔，如果只把的凹凸转移到表面上，则实现本发明的效果即在薄膜内形成衍射效率高的区域变得困难。基于此转移所要的内部形变可以通过用机械的手法把薄膜放在加温加压条件下进行。
所谓机械的手法是指可以同时施加温度几压力的成形加工装置，具体来说比如压制机、碾压机、压延辊，层压机、冲压机等。
以使带有衍射花样的面和高分子液晶薄膜层的液晶面紧贴着的状态提供给上述装置并规定的在加热加压条件下保持了一定的时间后冷却到液晶的玻璃化转变温度以下。还有，通过在照射光、热、电子束等并交联之后从高分子液晶薄膜层剥离并除去带有衍射花样的模样可以得到具有本发明的特殊的液晶层构造的液晶薄膜。
上述的加热条件通常被设定在液晶的玻璃化转变温度以上且在各向同性相转变温度以下的温度范围内。具体来说，虽然因所用的装置、液晶的种类、薄膜的形态、衍射花样的模样的材质等的不同而不同，不能一概而论，但通常在50～300℃范围内，希望在60～300℃范围内，更理想的是在70～200℃范围内，最理想的是在90～180℃范围内。
还有，上述的加热条件被设定在不损坏薄膜的液晶面及衍射花样的模样的压力范围内。具体来说，加压压力范围为0.3～500kgf/cm2，希望为0.5～400kgf/cm2，更理想的为1～300kgf/cm2，最理想的为2～200kgf/cm2。
还有，在上述加热加压条件下，高分子液晶薄膜层的液晶面和衍射花样的紧贴保持时间因所用的装置、液晶的种类、薄膜的形态、衍射花样的模样的材质等的不同而不同，不能一概而论，但通常在0.01秒以上，希望在0.05秒～30分，更理想的是在0.1秒～15分范围内。
借助于以上的方法可以得到本发明的液晶薄膜。还有，作为其他方法，有预先把所要求的衍射花样转移到如上所述的取向基板上、或把带有衍射花样的模样自身用作基板并把液晶涂抹在该基板上、在规定的温度下进行规定时间的热处理、然后进行冷却或照射光、热、电子束等并使之交联的方法。
上述的制造方法说到底是例子，本发明的并不受制造方法的限定。在被转移了这样得到的液晶薄膜的液晶面及/或衍射花样的液晶面上也可以形成用于保护该面的保护层。保护层没有什么特别限制，例如可以利用在固化后在光学上显示各向同性的粘接剂等涂膜成形物等。在保护层上使用粘接剂的情况下，通过粘接剂粘接液晶薄膜的液晶面或衍射花样被转移了的液晶面和可剥离性基板，在粘接剂固化后，通过剥离可剥离性基板可以形成保护层。
所谓可剥离性基板是指具有可剥离性且具备自支撑性的基板，除此之外没什么特别限制，比如可以用具有剥离性的塑料薄膜基板等。这里所谓的可剥离性是指在通过粘接剂粘接了液晶薄膜和可剥离性基板的状态下在粘接剂和可剥离性基板之间的界面上可以剥离的意思。
还有，上述粘接剂可以粘接液晶薄膜和可剥离性基板，而且，只要可以剥离可剥离性基板即可，没有什么特别限制。粘接剂可以根据固化方法分类为比如光固化型、电子束固化型、热固化型等，但哪个都可以好用。尤其是以丙烯酸类低聚物为主要成分的光固化型及电子束固化型粘接剂、环氧树脂类的光固化型及电子束固化型粘接剂更好用。
液晶薄膜和可剥离性基板之间的粘接方式没有什么特别限制，但一般在该薄膜和该基板之间配层状的粘接剂层。这样的粘接剂层厚度没有什么特别限制，但通常为1μm～30μm。还有，在不影响本发明的效果的范围内也可以混配防氧化剂、紫外线吸收剂、硬膜剂等各种添加剂。
本发明的液晶薄膜对于红外、可见、紫外区的光会根据螺旋距长度呈现相应的选择反射现象，同时，通过在液晶层内部所形成的衍射花样产生衍射现象，而且，衍射光具有圆偏振性，具有在以往的高分子液晶薄膜中所没有的特殊的特征。还有，在该液晶薄膜中，借助于薄膜内部的液晶分子的取向构造发现衍射特性及偏振特性，因此，即使通过比如无折射率差异的粘接剂与其他光学元件叠层也不影响该薄膜的衍射特性及偏振特性。还有，即便在用上述粘合剂等填平基于衍射花样的凹凸的情况下，本发明的液晶薄膜也可以发现衍射特性及偏振特性。还有，只要在固化后的粘接层上无折射率差异且在光学上是透明的，作为上述粘接剂就没有什么特别限制，可以使用以往众所周知的各种各样的粘接剂、热熔性胶粘剂、热、光或电子束固化反应性粘接剂等，尤其是丙烯酸类粘接剂更适用。
这样得到的本发明的液晶薄膜其衍射光具有圆偏振性，具有在以往的光学构件中所没有的特殊的效果。由于此效果，可以通过在比如偏振光椭圆计那样的需要偏振光的分光光学仪器上使用极大地提高光的利用率。在以往的需要偏振光的分光光学仪器中，用衍射光栅或棱镜等分光元件把由光源发出的光按波长分光后使之穿过偏光器、或使之穿过偏光器后需要分光，必须要有偏光器。问题是此偏光器吸收了入射光的大约50％，还因产生界面上的反射使光的利用率极低，但通过使用本发明的液晶薄膜可以极大地提高光的利用率，理论上可以利用约100％。还有，本发明的液晶薄膜可以借助于通常的偏振光片容易地控制衍射光的透射及遮光。通常，对没有偏振性的衍射光，不管与什么样的偏振光片组合都不能完全遮断。也就是说，在本发明的液晶薄膜中，例如具有右旋偏振光的衍射光只在使用左旋偏振光片时可以完全遮断，使用除此之外的偏振光片也不能实现完全遮断。因具有这样的效果，在比如观察者越过偏振光片观察衍射像的环境下，通过改变偏振光片的状态可以使衍射像突然从暗视野中冒出来、又突然使之消失。
如上所述，本发明的液晶薄膜作为新的衍射功能元件其应用范围极广，可以用作各种各样的光学元件或光电子学元件、装饰用构件防伪用元件等。
具体来说，不仅可以1层本发明的液晶薄膜用作为光学元件或光电子学元件，还可以通过把本发明的液晶薄膜层压在作为基板的透明且各向同性的膜如富士达克(富士写真胶片公司制)、柯尼卡达克(柯尼卡公司制)等的三乙酰纤维素膜、TPX膜(三井化学公司制)、阿童膜(日本合成橡胶公司制)、卓尼克斯膜(日本卓公司安制)、阿克利普兰膜(三菱粘胶公司制)等上而设法开展各种各样的光学用途。例如，可以通过单独把本发明的液晶薄膜或把在上述支持基板上层压了该膜的层压体装在TN(twisted nematic)-LCD(Liquid Crystal Dispay)、STN(Super twistednematic)-LCD、 ECB(Electrically Controlled Birefringence)-LCD、OMI(Optical Mode Interference)-LCD、OCB(Optically CompensatedBirefringence)-LCD、HAN(Hybrid Aligned nematic)-LCD、IPS(In PlaneSwitching)-LCD 等的液晶显示上得到色补偿及/或视野角被改良了的各种LCD。还可以把本发明的液晶薄膜用作需要如上述那样被分光了的偏振光的分光光学仪器、通过衍射现象得到特定波长的偏光光学元件、滤光片、圆偏振光片、光的漫射片等，还有，通过与1/4波长片组合可以得到线偏振光片等，作为光学元件或光电子学元件，可以提供可能发现以往没有的光学效果的各种各样的光学构件。
作为装饰用构件，可以得到以兼备基于衍射本领的彩虹色显色效果和基于胆甾醇型液晶和螺旋性层列C型液晶的色彩鲜艳的显色效果等的新构思性的膜为代表的各种各样的别具一格的成型材料。还有，由于可以薄膜化，因此，可以期望通过添加在成品等上或与成品整体化等方法极大地有助于实现与其他类似产品的区别化。如果把装入了具有外观性的衍射花样的本发明的液晶薄膜贴在玻璃窗等上，则从外部看，带有上述衍射花样的胆甾醇型液晶和螺旋性层列C型液晶的特有的选择反射因视角不同可以看到不同的颜色，变得很有时髦性。还有，可以作成这样的窗，从明亮的外部不容易看到内部，但从内部看外部则具有良好的可视性。
作为防伪用元件，可以用作兼备衍射元件和液晶的各防伪效果的新的防伪薄膜、封条、标签等。具体来说，可以把本发明的液晶薄膜贴在或嵌入例如机动车驾驶执照、身份证、护照、信用卡、预付卡、各种纸币、赠送卡、有价证券等的卡的基衬、台纸等上或加入纸类中。还有，本发明的液晶薄膜具有显示衍射本领的区域、即在液晶层的一部分上具有衍射花样，还兼备有胆甾醇型液晶和螺旋性层列C型液晶的波长选择反射性、圆偏振光选择反射性、颜色的视角依存性和呈现液晶的漂亮的彩色的效果。因此，在把本发明的液晶薄膜用作防伪用元件的情况下，该液晶薄膜的伪造极其困难。还有，除了具有这样的防伪效果，还具有螺旋轴在膜厚方向并非一致平行且螺旋距在膜厚方向并非一致地等间隔的区域的特性、即由衍射本领所引起的虹色显色效果及胆甾醇型液晶和螺旋性层列C型液晶的色彩鲜艳的显色效果，因此，外观性很好，综上所述，本发明的液晶薄膜作为防伪元件非常有用。
这些用途只是一例，本发明的液晶薄膜可能具有以往衍射元件单元及各种液晶薄膜单元被使用的各种用途及新的光学效果，因此，可以开展上述用途之外的各种各样的应用。
实施例以下将说明实施例，但本发明的液晶薄膜并不限于此。
参考例1用旋涂法在带有磨面聚酰亚胺层的三醋酯纤维膜上使含有玻璃化转变温度为80℃的R型旋光性化合物的液晶聚酯组成物成膜，经5分钟135℃的热处理便得到呈绿色镜面反射的膜。根据偏振光显微镜的观察及膜剖面的TEM观察可以确认在胆甾醇相中的螺旋轴方位在膜厚方向一致平行且螺旋距在膜厚方向也一致地等间隔。还有，可以确认液晶层的实膜厚为4.8μm、液晶分子的扭转圈数为约为15圈。
用日本分光(株)制的紫外、可见、近红外分光光度计V-570对得到的薄膜进行了透射光谱测定，确认显示中心波长λs约为550nm、选择反射波长带宽Δλ约90nm的选择反射的胆甾醇型液晶层被形成。
参考例2用旋涂法在带有磨面聚酰亚胺层的三乙酰纤维素膜上使含有玻璃化转变温度为80℃的S型旋光性化合物的液晶聚酯组成物成膜，经5分钟140℃的热处理便得到呈绿色镜面反射的膜。根据偏振光显微镜的观察及膜剖面的TEM观察可以确认在胆甾醇相中的螺旋轴方位在膜厚方向一致平行且螺旋距在膜厚方向也一致地等间隔。还有，可以确认液晶层的实膜厚为5.5μm、液晶分子的扭转圈数为约为17圈。
用日本分光(株)制的紫外、可见、近红外分光光度计V-570对得到的薄膜进行了透射光谱测定，确认显示中心波长λs约为550nm、选择反射波长带宽Δλ约90nm的选择反射的胆甾醇型液晶层被形成。
参考例3用旋涂法在带有磨面聚酰亚胺层的三乙酰纤维素膜上使含有玻璃化转变温度为77℃的R型旋光性化合物的液晶聚酯组成物成膜，经5分钟130℃的热处理便得到呈蓝色镜面反射的膜。根据偏振光显微镜的观察及膜剖面的TEM观察可以确认在螺旋性层列C相中的螺旋轴方位在膜厚方向一致平行且螺旋距在膜厚方向也一致地等间隔。还有，可以确认液晶层的实膜厚为1.2μm、液晶分子的扭转圈数为约为3.5圈。
用日本分光(株)制的紫外、可见、近红外分光光度计V-570对得到的薄膜进行了透射光谱测定，确认具有中心波长λs约为550nm、选择反射波长带宽Δλ约50nm的选择反射。还有，在使得到的膜倾斜30°的情况下测定透射光谱，确认具有相当于在中心波长λs约920nm之处全栅距光谱带的选择反射，因此，确认螺旋性层列C型液晶相被形成。
参考例4用旋涂法在带有磨面聚酰亚胺层的三乙酰纤维素膜上使含有玻璃化转变温度为77℃的S型旋光性化合物的液晶聚酯组成物成膜，经10分钟130℃的热处理便得到呈蓝色镜面反射的膜。根据偏振光显微镜的观察及膜剖面的TEM观察可以确认在螺旋性层列C相中的螺旋轴方位在膜厚方向一致平行且螺旋距在膜厚方向也一致地等间隔。还有，可以确认液晶层的实膜厚为2.5μm、液晶分子的扭转圈数为约为7圈。
用日本分光(株)制的紫外、可见、近红外分光光度计V-570对得到的薄膜进行了透射光谱测定，确认具有中心波长λs约为550nm、选择反射波长带宽Δλ约50nm的选择反射。还有，在使得到的膜倾斜30°的情况下测定透射光谱，确认具有相当于在中心波长λs约920nm之处全栅距光谱带的选择反射，因此，确认螺旋性层列C型液晶相被形成。
参考例5用旋涂法在带有磨面聚酰亚胺层的三醋酯纤维膜上使含有玻璃化转变温度为120℃的R型旋光性化合物的液晶聚酯组成物成膜，经5分钟150℃的热处理便得到呈金色镜面反射的膜。根据偏振光显微镜的观察及膜剖面的TEM观察可以确认在胆甾醇相中的螺旋轴方位在膜厚方向一致平行且螺旋距在膜厚方向也一致地等间隔。
还有，用日本分光(株)制的紫外、可见、近红外分光光度计V-570对得到的薄膜进行了透射光谱测定，确认显示中心波长λs约为600nm、选择反射波长带宽Δλ约100nm的选择反射的胆甾醇型液晶层被形成。还有，可以确认液晶层的实膜厚为4.8μm、液晶分子的扭转圈数为约为15圈。
参考例6用旋涂法在带有磨面聚酰亚胺层的聚乙烯萘膜上使带有R型旋光性基的丙烯酸系胆甾醇液晶化合物成膜，经5分钟140℃的热处理便得到呈金色镜面反射的膜。把此膜在氮气环境气下进行紫外线照射并交联、得到玻璃化转变温度为150℃的保持了胆甾醇型取向的膜。根据偏振光显微镜的观察及膜剖面的TEM观察可以确认形成在胆甾醇相中的螺旋轴方位在膜厚方向一致平行且螺旋距在膜厚方向也一致地等间隔的取向。
还有，用日本分光(株)制的紫外、可见、近红外分光光度计V-570对得到的薄膜进行了透射光谱测定，确认显示中心波长λs约为610nm、选择反射波长带宽Δλ约100nm的选择反射的胆甾醇型液晶层被形成。还有，可以确认液晶层的实膜厚为4.8μm、液晶分子的扭转圈数为约为15圈。
实施例1日本埃得蒙得科学会社制的刻划式衍射光栅膜(900根/mm)的衍射面和参考例1所得到的高分子液晶薄膜的液晶层面相向重叠，并在加热到约100℃的热板上用橡皮辊子以约15kg/cm2的压力加压。然后，取下刻划式衍射光栅膜并在上述衍射光栅膜所接触的液晶层面上用丙烯酸保护膜剂(折射率1.53)形成保护膜层(膜厚约5μm)并填平液晶层表面上所形成的凹凸面。
对这样得到的液晶薄膜进行偏振光显微镜的观察及膜剖面的TEM观察时，可以确认薄膜表面区域上的取向状态形成胆甾醇相中的螺旋轴方位并非一致平行且螺旋距在膜厚方向并非一致地等间隔的胆甾醇型取向。
接着，在把He-Ne激光(波长为632.8nm)垂直于膜面入射到所得到的液晶薄膜上时，在0°及±35°的出射角观察到激光。由此确认了在液晶薄膜内部形成有起衍射光栅作用的区域(膜的表面区部分)。
然后，为了确认偏振光特性，把所得到的液晶薄膜放在通常的室内照明下，在通过右旋偏振光片(只透射右旋偏振光)进行观察时，观察到彩虹色的反射衍射光，其亮度与不用偏振光片进行观察的情形基本相同。与此相对，在通过左旋偏振光片(只透射左旋偏振光)进行观察时变成暗视野，观察不到彩虹色的反射衍射光。由此确认了液晶薄膜的衍射光为右旋偏振光。
由上所述判明了借助于该液晶薄膜可以得到右旋偏振光的衍射光。
实施例2日本埃得蒙得科学会社制的刻划式衍射光栅膜(900根/mm)的衍射面和参考例2所得到的高分子液晶薄膜的液晶层面相向重叠，并在加热到约100℃的热板上用橡皮辊子以约15kg/cm2的压力加压。然后，取下刻划式衍射光栅膜并在上述衍射光栅膜所接触的液晶层面上用丙烯酸保护膜剂(折射率1.53)形成保护膜层(膜厚约5μm)并填平液晶层表面上所形成的凹凸面。
对这样得到的液晶薄膜进行偏振光显微镜的观察及膜剖面的TEM观察时，可以确认薄膜表面区域上的取向状态形成胆甾醇相中的螺旋轴方位并非一致平行且螺旋距在膜厚方向并非一致地等间隔的胆甾醇型取向。
接着，在把He-Ne激光(波长为632.8nm)垂直于膜面入射到所得到的液晶薄膜上时，在0°及±35°的出射角观察到激光。由此确认了在液晶薄膜内部形成有起衍射光栅作用的区域(膜的表面区部分)。
然后，为了确认偏振光特性，把所得到的液晶薄膜放在通常的室内照明下，在通过左旋偏振光片(只透射左旋偏振光)进行观察时，观察到彩虹色的反射衍射光，其亮度与不用偏振光片进行观察的情形基本相同。与此相对，在通过右旋偏振光片(只透射右旋偏振光)进行观察时变成暗视野，观察不到彩虹色的反射衍射光。由此确认了液晶薄膜的衍射光为左旋偏振光。
由上所述判明了借助于上述液晶薄膜可以得到左旋偏振光的衍射光。
实施例3通过丙烯酸粘接剂把偏振技术公司制造的单轴拉伸膜(聚乙烯醇制波片140nm)作为λ/4波片贴在实施例1所得到的液晶薄膜上得到叠层体。
在把桑利茨公司制的偏振光片HLC2-5518重叠在所得到的叠层体的λ/4波片侧进行观察时，当λ/4波片的延迟轴和偏振光片吸收轴成45°角时得到暗视野。还有，当λ/4波片的延迟轴和偏振光片透射轴成45°角时得到亮视野并观察到液晶薄膜的绿色选择反射光。还有，在照射了卤素激光的情况下观察到了彩虹色的衍射光。
由此确认了基于实施例1所得到的液晶薄膜和λ/4波片的衍射光为线偏振光并确认了该叠层体起线偏振光衍射光栅的作用。
实施例4日本埃得蒙得科学会社制的刻划式衍射光栅膜(900根/mm)的衍射面和参考例3所得到的高分子液晶薄膜的液晶层面相向重叠，并在加热到约90℃的热板上用橡皮辊子以约20kg/cm2的压力加压。然后，取下刻划式衍射光栅膜并在上述衍射光栅膜所接触的液晶层面上用丙烯酸保护膜剂(折射率1.53)形成保护膜层(膜厚约5μm)并填平液晶层表面上所形成的凹凸面。
对这样得到的液晶薄膜进行偏振光显微镜的观察及膜剖面的TEM观察时，可以确认薄膜表面区域上的取向状态形成胆甾醇相中的螺旋轴方位并非一致平行且螺旋距在膜厚方向并非一致地等间隔的胆甾醇型取向。
接着，在把He-Ne激光(波长为632.8nm)垂直于膜面入射到所得到的液晶薄膜上时，在0°及±35°的出射角观察到激光。由此确认了在上述液晶薄膜内部形成有起衍射光栅作用的区域(膜的表面区部分)。
然后，为了确认偏振光特性，把所得到的液晶薄膜放在通常的室内照明下，在通过右旋偏振光片(只透射右旋偏振光)进行观察时，观察到彩虹色的反射衍射光，其亮度与不用偏振光片进行观察的情形基本相同。与此相对，在通过左旋偏振光片(只透射左旋偏振光)进行观察时变成暗视野，观察不到彩虹色的反射衍射光。由此确认了液晶薄膜的衍射光为右旋偏振光。
由上所述判明了借助于上述液晶薄膜可以得到右旋偏振光的衍射光。
实施例5日本埃得蒙得科学会社制的刻划式衍射光栅膜(900根/mm)的衍射面和参考例4所得到的高分子液晶薄膜的液晶层面相向重叠，并在加热到约90℃的热板上用橡皮辊子以约20kg/cm2的压力加压。然后，取下刻划式衍射光栅膜并在上述衍射光栅膜所接触的液晶层面上用丙烯酸保护膜剂(折射率1.53)形成保护膜层(膜厚约5μm)并填平液晶层表面上所形成的凹凸面。
对这样得到的液晶薄膜进行偏振光显微镜的观察及膜剖面的TEM观察时，可以确认薄膜表面区域上的取向状态形成胆甾醇相中的螺旋轴方位并非一致平行且螺旋距在膜厚方向并非一致地等间隔的胆甾醇型取向。
接着，在把He-Ne激光(波长为632.8nm)垂直于膜面入射到所得到的液晶薄膜上时，在0°及±35°的出射角观察到激光。由此确认了在上述液晶薄膜内部形成有起衍射光栅作用的区域(膜的表面区部分)。
然后，为了确认偏振光特性，把所得到的液晶薄膜放在通常的室内照明下，在通过左旋偏振光片(只透射左旋偏振光)进行观察时，观察到彩虹色的反射衍射光，其亮度与不用偏振光片进行观察的情形基本相同。与此相对，在通过右旋偏振光片(只透射右旋偏振光)进行观察时变成暗视野，观察不到彩虹色的反射衍射光。由此确认了液晶薄膜的衍射光为左旋偏振光。
由上所述判明了借助于上述液晶薄膜可以得到右旋偏振光的衍射光。
实施例6日本埃得蒙得科学会社制的刻划式衍射光栅膜(900根/mm)的衍射面和参考例1所得到的高分子液晶薄膜的液晶层面相向重叠并放在伸荣产业公司制造的26吨压力板上以100℃、100kg/cm2的条件进行加热加压并保持了5分钟。然后从压力机取出并冷却到室温。冷却后取下刻划式衍射光栅膜并在上述衍射光栅膜所接触的高分子液晶薄膜层的液晶层面上用丙烯酸保护膜剂(折射率1.53)形成保护膜层(膜厚约5μm)并填平液晶层表面上所形成的凹凸面。
对这样得到的液晶薄膜进行偏振光显微镜的观察及膜剖面的TEM观察时，可以确认薄膜表面区域上的取向状态形成胆甾醇相中的螺旋轴方位并非一致平行且螺旋距在膜厚方向并非一致地等间隔的胆甾醇型取向。
接着，在把He-Ne激光(波长为632.8nm)垂直于膜面入射到所得到的液晶薄膜上时，在0°及±35°的出射角观察到激光。由此确认了在该液晶薄膜内部形成有起衍射光栅作用的区域。
然后，为了确认偏振光特性，把该液晶薄膜放在通常的室内照明下，在通过右旋偏振光片(只透射右旋偏振光)进行观察时，观察到彩虹色的反射衍射光，其亮度与不用偏振光片进行观察的情形基本相同。与此相对，在通过左旋偏振光片(只透射左旋偏振光)进行观察时变成暗视野，观察不到彩虹色的反射衍射光。由此确认了液晶薄膜的衍射光为右旋偏振光。
比较例1日本埃得蒙得科学会社制的刻划式衍射光栅膜(900根/mm)的衍射面和参考例1所得到的高分子液晶薄膜的液晶层面相向重叠并放在伸荣产业公司制造的26吨压力板上，以在参考例1所用的液晶的玻璃化转变点以下的温度、100kg/cm2的条件进行加热加压并保持了5分钟。然后从压力机取出并冷却到室温，然后取下刻划式衍射光栅膜。
在取下刻划式衍射光栅膜后对高分子液晶薄膜进行偏振光显微镜的观察及膜剖面的TEM观察时，可以确认胆甾醇相中的螺旋轴方位一致平行且螺旋距在膜厚方向一致地等间隔的胆甾醇型取向不变。
比较例2日本埃得蒙得科学会社制的刻划式衍射光栅膜(900根/mm)的衍射面和参考例1所得到的高分子液晶薄膜的液晶层面相向重叠并放在伸荣产业公司制造的26吨压力板上，以在参考例1所用的液晶性高分子的各向同性相转变温度以上的温度、100kg/cm2的条件进行加热加压并保持了5分钟。然后从压力机取出并冷却到室温，然后取下刻划式衍射光栅膜。所得到的膜从胆甾醇相变为处于高温部的各向同性相。
实施例7日本埃得蒙得科学会社制的刻划式衍射光栅膜(900根/mm)的衍射面和参考例5所得到的高分子液晶薄膜的液晶层面相向重叠并用东京拉米耐克斯公司制造的层压机DX-350在135℃、3kg/cm2及轧辊接触时间0.5秒的条件下进行加热加压。然后，在冷却到室温后取下刻划式衍射光栅膜。
对除去了上述衍射光栅膜的液晶薄膜进行偏振光显微镜的观察及膜剖面的TEM观察时，可以确认薄膜表面区域上的取向状态形成胆甾醇相中的螺旋轴方位并非一致平行且螺旋距在膜厚方向并非一致地等间隔的胆甾醇型取向。可以确认在表面区域之外形成胆甾醇相中的螺旋轴方位在膜厚方向一致平行且螺旋距在膜厚方向一致地等间隔的胆甾醇型取向。
然后在衍射光栅膜所接触的液晶层面上用丙烯酸保护膜剂(折射率1.53)形成保护膜层(膜厚约5μm)并填平液晶层表面上所形成的凹凸面。
同样，对这样得到的液晶薄膜也进行偏振光显微镜的观察及膜剖面的TEM观察时，可以确认薄膜表面区域上的取向状态保持着胆甾醇相中的螺旋轴方位在膜厚方向并非一致平行且螺旋距在膜厚方向并非一致地等间隔的胆甾醇型取向。
在把He-Ne激光(波长为632.8nm)垂直于膜面入射到该液晶薄膜上时，在0°及±35°的出射角观察到激光。由此确认了在液晶薄膜内部形成有起衍射光栅作用的区域(膜的表面区)。
然后，为了确认偏振光特性，把该液晶薄膜放在通常的室内照明下，在通过右旋偏振光片(只透射右旋偏振光)进行观察时，观察到彩虹色的反射衍射光，其亮度与不用偏振光片进行观察的情形基本相同。与此相对，在通过左旋偏振光片(只透射左旋偏振光)进行观察时变成暗视野，观察不到彩虹色的反射衍射光。由此确认了该液晶薄膜的衍射光为右旋偏振光。
实施例8日本埃得蒙得科学会社制的刻划式衍射光栅膜(900根/mm)的衍射面和参考例6所得到的高分子液晶薄膜的液晶层面相向重叠并用日立机械工程公司制造的轧钢机在170℃、20kg/cm2及轧辊接触时间1秒的条件下进行加热加压。然后，在冷却到室温后取下刻划式衍射光栅膜。
对除去了上述衍射光栅膜的液晶薄膜进行偏振光显微镜的观察及膜剖面的TEM观察时，可以确认薄膜表面区域上的取向状态形成胆甾醇相中的螺旋轴方位并非一致平行且螺旋距在膜厚方向并非一致地等间隔的胆甾醇型取向。可以确认在表面区域之外形成胆甾醇相中的螺旋轴方位在膜厚方向一致平行且螺旋距在膜厚方向一致地等间隔的胆甾醇型取向。
然后在衍射光栅膜所接触的液晶层面上用丙烯酸保护膜剂(折射率1.53)形成保护膜层(膜厚约5μm)并填平液晶层表面上所形成的凹凸面。
同样，对这样得到的液晶薄膜也进行偏振光显微镜的观察及膜剖面的TEM观察时，可以确认薄膜表面区域上的取向状态保持着胆甾醇相中的螺旋轴方位在膜厚方向并非一致平行且螺旋距在膜厚方向并非一致地等间隔的胆甾醇型取向。
在把He-Ne激光(波长为632.8nm)垂直于膜面入射到此液晶薄膜上时，在0°及±35°的出射角观察到激光。由此确认了在该液晶薄膜内部形成有起衍射光栅作用的区域(膜的表面区)。
然后，为了确认偏振光特性，把该液晶薄膜放在通常的室内照明下，在通过右旋偏振光片(只透射右旋偏振光)进行观察时，观察到彩虹色的反射衍射光，其亮度与不用偏振光片进行观察的情形基本相同。与此相对，在通过左旋偏振光片(只透射左旋偏振光)进行观察时变成暗视野，观察不到彩虹色的反射衍射光。由此确认了该液晶薄膜的衍射光为右旋偏振光。
权利要求
1．一种液晶薄膜，其特征在于在薄膜的一部分的区域上形成螺旋轴方位在膜厚方向并非一致平行且螺旋距在膜厚方向并非一致地等间隔的胆甾醇型取向或螺旋性层列C型取向。
2．根据权利要求1所述的液晶薄膜，其特征在于在薄膜表面区域及/或薄膜内部区域中的取向状态形成螺旋轴方位在膜厚方向并非一致平行且螺旋距在膜厚方向并非一致地等间隔的胆甾醇型取向或螺旋性层列C型取向。
3．一种权利要求1所述的液晶薄膜的制造方法，其特征在于通过把衍射花样转移到液晶层上得到根据权利要求1所述的液晶薄膜。
4．根据权利要求3所述的液晶薄膜的制造方法，其特征在于液晶层为高分子液晶薄膜层。
5．根据权利要求4所述的液晶薄膜的制造方法，其特征在于在液晶的玻璃化转变温度以上和各向同性相转变温度以下的温度范围及0.3～500kgf/cm2的压力范围内把衍射花样转移到液晶性高分子层上。
6．一种光学元件，其特征在于通过无折射率差异的粘合剂把权利要求1所述的液晶薄膜与光学构件进行了叠层。
7．一种光学元件，其特征在于在权利要求1所述的液晶薄膜中，在转移衍射花样并在液晶表面层上形成基于上述花样的凹凸后通过无折射率差异的粘合剂填平上述凹凸面。
全文摘要
提供适合于起偏振光衍射光栅的液晶薄膜。该液晶薄膜的特征在于在薄膜的一部分的区域上形成螺旋轴方位在膜厚方向并非一致平行且螺旋距在膜厚方向并非一致地等间隔的胆甾醇型取向或螺旋性层列C型取向。
文档编号G02F1/1335GK1298422SQ9980534
公开日2001年6月6日 申请日期1999年4月23日 优先权日1998年4月23日
发明者西村凉 申请人:日石三菱株式会社