情報記録表示用フィルム及びその製造方法
【課題】任意の偏光方向に対して大きな偏光依存性を有し、文字、画像等の情報記録や表示に利用可能な高効率な光変調フィルムを大面積で安価に製造可能な方法を提供する。
【解決手段】レーザ１０１から分割された２つの光束は、ペルチェ素子１１４と温度制御装置１１５より構成され、サンプル１０７が設定されたステージ上に設定された交角で照射される。透明基板からなるサンプルは、延伸するためにロールに固定され引っ張り応力が加えられた状態で、レーザ干渉露光が行われる。このため、サンプル中には、微細周期構造の形成と同時に液晶の配向が行われる。この液晶の配向はサンプルに印加する応力方向によって制御可能であるため、Ｐ偏光、Ｓ偏光といった任意の偏光光に対して大きな偏光依存性を有し高効率での光変調が可能な情報記録表示用フィルムを製造することが可能となる。
【解決手段】レーザ１０１から分割された２つの光束は、ペルチェ素子１１４と温度制御装置１１５より構成され、サンプル１０７が設定されたステージ上に設定された交角で照射される。透明基板からなるサンプルは、延伸するためにロールに固定され引っ張り応力が加えられた状態で、レーザ干渉露光が行われる。このため、サンプル中には、微細周期構造の形成と同時に液晶の配向が行われる。この液晶の配向はサンプルに印加する応力方向によって制御可能であるため、Ｐ偏光、Ｓ偏光といった任意の偏光光に対して大きな偏光依存性を有し高効率での光変調が可能な情報記録表示用フィルムを製造することが可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光光を高効率に変調可能なフィルムの製造方法及び文字、画像などの情報の記録や情報提示を効果的に行うための情報記録表示用フィルムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光の干渉現象の応用した素子として知られているホログラムを基に、レーザ干渉を用いた干渉パターンの記録、再生方法等について説明する。
ホログラムの記録のための光学系の従来例を図２０に示す。レーザ１９０１からの出射光をビームスプリッタ１９０２で２つの光束に分け、ミラー１９０３と１９０４を用いてそれぞれの光束を反射させる。ミラー１９０３から光束は、対物レンズ１９０６を用いて広げた後、物体光１９０９として、記録用の物体１９０７に照射する。これからの反射光が記録材料１９０８へと照射される。
また、ミラー１９０４で反射されたもう１つの光束は、対物レンズ１９０５で広げられた後、参照光１９１０として記録材料１９０８に照射される。従って、記録材料１９０８には、物体１９０９と参照光１９１０の重ね合わせの結果生じる光強度分布が記録されることになる。この光強度分布は、１ｍｍに１０００〜７０００本の非常に細かい複雑な形の縞模様として記録される。この縞が、干渉縞と呼ばれるもので、レーザ光を２つに分けた後、物体光１９０９と参照光１９１０として再び重ね合わされた結果、互いに強め合ったり弱め合ったりする干渉と呼ばれる現象によって生じている。
【０００３】
次に、干渉とはどのように起こるのかを身近な現象に置き換えて説明する。２つの小石を池に同時に投げ込むと２つの波が生じる、それらが合成されることにより干渉という現象がおこる。振幅の大きいところどうし、つまり波の山と山が一致するところでは２つの波は加算されてさらに高くなり（強め合いの干渉）、一方の波の山と他方の波の谷とが一致するところでは差し引かれて低くなる（弱め合いの干渉）。こうした干渉効果は、水の波ではその高さを変化させ、音波では音の強さを増減させる。光の場合では、小石に相当するものは波長のそろった光を出す点光源であり、同じ波長の光を出す２つの点光源からの光が干渉することにより明るさ、すなわち光の強度が変化し、干渉縞とよばれる明暗のパターンが空間に形成される。また、この縞模様は２光源の相対的な位置関係または記録される物体の形状等の光学系の設定条件によって変化する。
【０００４】
ホログラムを記録するためにレーザ光が使われるのは、レーザ光が単一波長の光であり、この光を２つに分けて再び重ね合わせたときのみ、時間的にも空間的にも安定した干渉縞が得られるためである。
物体が１９０７に示すように、３次元の形状をしていれば、物体光１９０９は、表面の各点から出る光の重ね合わせたものであり、その波面は単純な球面波ではなく複雑な波面となる。したがって、実際に記録材料１９０８に記録されている干渉縞は、各点光源を物体光としたときにできる濃淡の縞からなるゾーンプレートと呼ばれるパターンの重ね合わせとなり、非常に複雑なパターンを形成することになる。
【０００５】
記録材料１９０８に記録されたホログラムに光を当てると、どのようなことが起こるかについて考える。ここでは、複雑なパターンが記録された記録材料１９０８のある点付近に注目する。すると、その点でのパターンは微細な間隔を有する濃淡の縞であり、一種の回折格子と考えることができる。回折格子というのは、普通はガラス板の表面に多数の細かい平行な線が刻まれたものであって、分光したり光を偏向したりするための素子としてよく使われている。回折格子に光を当てると、大部分の光は回折格子をそのまま透過して直進するが、これと異なった方向にも光が出ていく。これが回折の現象で、その方向は隣り合う透明な部分から出ていく光が１波長分だけ遅れているか進んでいるかの方向である。これらの方向に出ていく光はたがいに強め合いの干渉の状態であって、その方向が物体光と同じ方向を示す。
つまり、光が強めあって出て行く方向の中に眼をおいた観測者には、３次元の形状の物体１９０７がそっくりそのまま再現されるため、物体があったと同じ位置に物体と同じ形をした像を見ることができる。
【０００６】
このようなホログラムの光の回折作用において、記録された強度分布に対応する濃淡の間隔に比較して記録材料の厚みが厚いものは、体積型ホログラムとして知られている。この体積型ホログラムの理論的な回折効率の計算を含む詳しい解析が、非特許文献１において行われている。
このタイプのように厚さ方向に周期構造を有するように構成することで、ブラッグの回折条件が適用されることになる。これは、ある波長を有する光が周期構造を形成する各層に入射した場合、各層で散乱された光はその波長と入射角度及び層間のピッチに対応する特定方向に散乱成分が強め合う現象を生じる。これが、ブラッグの回折条件と呼ばれるものであり、このような条件は従来の２次元的な回折光学素子に対し、３次元的な構成となり、ブレーズ化（１つの方向に光を収束する）の作用を有することになる。従って、従来の回折光学素子に対し、回折効率を飛躍的に向上することができ理論的には１００％の効率が可能である。実際、中途での損失等を考慮に入れても９０％以上の高い効率が期待できる。
【０００７】
このようにホログラムは、高効率に光を１つの方向に収束することが可能なため、光制御または画像の再生や変調等への応用が可能である。また、物体の形状等の情報が干渉作用を利用した複雑なパターンとして記録されるため、元の情報の秘匿化や暗号化ための情報セキュリティ用途にも利用されている。
【０００８】
近年、ＤＶＤの光ピックアップや液晶表示ディスプレイ等の情報機器では、その記録や表示において、偏光作用を利用した方式が広く用いられている。従って、これらの記録メディアに対応する光ピックアップ装置の内部では、光源であるレーザ光に対し、偏光変調や分離作用を行うためのハーフミラーや偏光ビームスプリッタといった種々の光学デバイスが必要とされてきた。従来は、これらの光学デバイスとしては、ガラスからなるバルク状のプリズムが使用されていた。
このようなプリズムの内部は、誘電体多層膜と屈折率マッチングをとるための液体または固体で回りを満たしたキューブ形状で構成されていた。このようなプリズムの構造に対して、偏光分離度を高めるためには誘電体多層膜を何重にも成膜する必要があり、製造コストが高価になるという問題があった。また、分離膜は光の伝搬方向を９０°曲げるため４５°に配置している。このため、１つのプリズムを構成する分離膜の大きさによって厚さ方向の分離素子の大きさが固定されることになる。このため、最近の情報機器に対する極薄短小の要求に対応して、これらに使用される光学デバイスに対しても一層の小型化、薄型化が求められているが、これらの要求を満足することができないという課題も生じていた。
【０００９】
このような状況に対して、立体像の再生などに応用されてきたホログラムのような微細光学デバイスは、フィルムのような薄型化が可能であり、光の回折現象を利用することで、レーザ光などからの光を高効率に変調することが可能である。特に、体積型の回折光学素子は、理論的には回折効率を１００％まで達成可能なため、上述したような情報記録・表示等への様々な応用が期待できる。
このため、例えば、非特許文献２に記載されているもののようにホログラム素子の回折現象を利用して液晶表示装置のディスプレイ表面での反射光と表示画像の方向を分離して視認性の向上を行った試みがある。しかしながら、ここで使われたタイプのホログラムは、液晶画面からの特定方向に偏光された光に対して優先的に光変調を行う機能は有しておらず、偏光光に対する効率的な光利用ができないという課題が残っていた。
【００１０】
また、例えば特許文献１、特許文献２には、液晶材料を用いて特定の偏光光に対する偏光依存性を生じさせた回折光学素子の作製が報告されている。しかしながら、これらの回折光学素子は、特定の偏光光のみに対しては、大きな依存性を示すが、任意の偏光光に対して大きな偏光依存性と回折効率の両特性を満足する素子の作製がなされないという問題があった。さらに、大面積のフィルムのような薄い母材に対して、簡易で安価な製造方法が適用できないという課題もあった。
【００１１】
【非特許文献１】H.Kogelnik, (BellSyst. Tech. J., 48, 1969, P.2909-2947)
【非特許文献２】”Design of Hologram for Brightness Enhancement in Color LCDs“,G. T. Valliath, SID98 DIGESET, 44.5L, P1139
【特許文献１】特開平１１−２７１５３６号公報
【特許文献２】特開２０００−２２１４６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、前記従来技術の課題を解決し、任意の偏光方向に対して大きな偏光依存性を有し、文字、画像等の情報記録や表示に利用可能な高効率な光変調フィルムを大面積で安価に製造可能な方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため検討した結果、以下の情報記録表示用フィルムの製造方法に到達した。すなわち、本発明は、
（１）透明基板で挟まれた領域に液晶と、モノマー、オリゴマー、ポリマーから選ばれる１つ以上の重合性物質とを含む試料を封入し、次いで透明基板に応力を印加した状態で光変調手段を有する複数の周期的な強度分布からなる光束を照射することを特徴とする重合性物質が部分的に硬化した領域において、前記透明基板に印加された応力方向に沿って液晶分子が配向した情報記録表示用フィルムの製造方法。
（２）前記応力が、前記透明基板に対し概ね平行方向に沿う引っ張り応力であることを特徴とする（１）記載の情報記録表示用フィルムの製造方法。
（３）前記透明基板に印加する引っ張り応力が、透明基板の延伸により行われることを特徴とする（２）記載の情報記録表示用フィルムの製造方法。
（４）前記光変調手段が、光束の透過率変調により行われることを特徴とする（１）記載の情報記録表示用フィルムの製造方法。
（５）前記光変調手段が、光束の位相変調により行われることを特徴とする（１）記載の情報記録表示用フィルムの製造方法。
（６）前記光束が、強度分布の周期方向に対して概ね垂直または水平の偏光状態を有していることを特徴とする（１）記載の情報記録表示用フィルムの製造方法。
（７）前記試料の粘性が、粘性制御手段によって制御されていることを特徴とする（１）記載の情報記録表示用フィルムの製造方法。
（８）前記粘性制御手段が温度変化であることを特徴とする（７）記載の情報記録表示用フィルムの製造方法。
（９）前記試料の粘性が、粘性制御手段により概ね３Ｐａ・ｓ以下に制御されていることを特徴とする（８）記載の情報記録表示用フィルムの製造方法。
（１０）前記透明基板に印加する応力の方向と照射する光束の偏光方向とが概ね等しいことを特徴とする（２）、（３）、（６）のいずれかに記載の情報記録表示用フィルムの製造方法。
（１１）前記試料が、光重合開始材及び色素を含むことを特徴とする（１）記載の情報記録表示用フィルムの製造方法。
（１２）前期複数の周期的な強度分布からなる光束の照射により、前記重合性物質が部分的に硬化した領域が透明基板上に複数島状に存在することを特徴とする（１）記載の情報記録表示用フィルムの製造方法。
（１３）前記複数の島状の領域が、応力の印加方向に延伸された非対称な形状を有することを特徴とする（１２）記載の情報記録表示用フィルムの製造方法。
（１４）前記光束の光強度が概ね３ｍＷ／ｃｍ２より大きいことを特徴とする（１）記載の情報記録表示用フィルムの製造方法。
【００１４】
（１５）透明基板で挟まれた領域に液晶と、モノマー、オリゴマー、ポリマーから選ばれる１つ以上の重合性物質とを含む試料を封入し、次いで前記透明基板上に周期的な凹凸からなる表面形状を有する加熱された物体を圧着することを特徴とする前記重合性物質が部分的に熱硬化した領域において、前記物体表面の凹凸からなる周期方向に沿って液晶分子が配向した情報記録表示用フィルムの製造方法。
（１６）前記周期的な凹凸からなる表面形状を有する物体の加熱温度が前記試料の粘性が概ね３Ｐａ・ｓ以下となる温度であることを特徴とする（１５）記載の情報記録表示用フィルムの製造方法。
（１７）前記物体表面の凹凸形状は、周期構造の間隔に対して凹凸の形状が大きいことを特徴とする（１５）記載の情報記録表示用フィルムの製造方法。
（１８）前記物体表面の凹凸形状は、概ね周期間隔の倍以上の大きさを有することを特徴とする（１７）記載の情報記録表示用フィルムの製造方法。
（１９）前記試料が熱重合開始材を含むことを特徴とする（１５）記載の情報記録表示用フィルムの製造方法。
（２０）前期周期的な凹凸からなる物体の圧着により、前記重合性物質が部分的に熱硬化した領域が透明基板上に複数島状に存在することを特徴とする（１５）記載の情報記録表示用フィルムの製造方法。
（２１）前記複数の島状の領域が、前記物体の凹凸形状の周期方向に延伸された非対称な形状を有することを特徴とする（２０）記載の情報記録表示用フィルムの製造方法。
である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は任意の偏光方向に対して大きな偏光依存性を有し、文字、画像等の情報記録や表示に利用可能な高効率な光変調フィルム及びそのフィルムを大面積で安価に製造可能な方法を提供することができる。このため、情報記録分野や画像表示分野などの今後ますます重要性が増し、大きな市場展開が期待される領域に対して幅広い応用が可能であり、大きな価値を有するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
実施の形態１では本発明に先だって透明基板としてガラス基板を使用し、ガラス基板に応力を印可しない状態で情報記録表示用サンプルを製造する場合について説明する。
まず、図１のシステムを用いて情報記録表示用フィルムの作製プロセスと形成メカニズムとの関係を明らかにし、製造方法の確立を行うことができた経過について実験結果を基に詳細に説明する。
はじめにサンプル１０７用の透明基板としては、実験での取り扱いの容易さの観点から、１インチ程度の大きさのガラス基板を用いて行った。図１で示す光学系で使用するサンプルの作成過程は、主に以下の４つの過程からなる。
（１）ホットプレートでガラス基板を３５〜６５℃程度に加熱する。
（２）試料（液晶、モノマー、オリゴマー、光重合開始剤、染料、ビーズを配合したもの）をガラス上に滴下する。
（３）もう１枚のガラス基板で試料を挟み込む。
（４）サンプル保持台でガラス基板を固定する。
【００１７】
ここで、試料に関する説明を行う。液晶は、メルク製のＴＬまたはＢＬシリーズ等、モノマー、オリゴマー等の重合性物質としては、例えば共栄社化学製のウレタンプレポリマー、ジメチロールトリシクロデカンジアクリレート、２ヒドロキシエチルメタクリレート等が利用可能である。また、例えば光重合開始材としては、Ｎ−フェニルグリシン等、色素としては、ジブロモフルオレセイン等が利用できる。
【００１８】
次に、ここで作成したサンプル１０７を用いて、レーザ干渉露光を適用し、内部に微細周期構造を形成するための実験装置及び方法について説明する。
干渉露光用のレーザ１０１としては半導体励起の固体グリーンレーザ（λ＝５３２ｎｍ、２０ｍｗ）を使用した。また、レーザ出射後の光に対し、１／２波長板１０２とＮＤ（ニュートラルデンシティ）フィルタ１０３を設置し、レーザ光の偏光方向と光強度の大きさを任意に調整可能な構成とした。
このレーザ光をビームコリメータ１０４により直径を２０ｍｍφ程度に広げ、ハーフミラー１０６により２分割する。２分割した光束の内１つは、ミラー１０５により、３０度の交角でサンプル１０７上に集光するように調整した。サンプル１０７は、ペルチェ素子１１４と温度制御装置１１５により設定温度に保つことが可能なステージ上に設置される。
【００１９】
さらにサンプル正面からの干渉露光による素子形成と同時に、サンプル裏面から素子に感光しない長波長のランダム偏光のＨｅ−Ｎｅレーザ１１６（λ＝６３２．８ｎｍ、５ｍＷ）の光を入射させ、これを露光過程にサンプル内部で生じている現象を観察するためのモニタービームとして使用可能な構成とした。裏面から入射されたＨｅ−Ｎｅレーザ光１１６は、素子内部に格子構造が形成されると、その状態に対応して回折光を生じさせる。この回折光ビームを偏光ビームスプリッタ１１１（ＰＢＳ）によって、Ｐ偏光とＳ偏光に分割して光検出器１０８、１０９で受光する。そして、それぞれの光強度の時間変化は、インターフェースボード１１２を介してコンピュータ１１３上でリアルタイムに観測可能な構成とした。
【００２０】
図１で示すシステムを用いて実際に素子の作製を行い、レーザ干渉露光時間の経過と回折光強度変化の関係をサンプル１０７の設定温度をいくつか変化させながら観測した。この結果を図２と図３に示す。図２はレーザ１０１から出射する光の状態をＳ偏光としてサンプル１０７に照射した場合である。図１に示す光学系においてＳ偏光とは、レーザが置かれた定盤に対し、垂直となる上下方向にレーザ光の振動軸が存在する場合、一方、Ｐ偏光とは、定盤に対して平行な水平方向にレーザ光の振動軸が生じる場合として定義する。
【００２１】
また、図２、図３における（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれサンプル１０７の保持温度を２０℃、３５℃、５０℃とした場合の結果である。まず、図２の（ａ）では、レーザ露光開始後５０秒程度してＳ偏光が増加し始め、続いてＰ偏光の光強度が増加している。そして、１００秒程度経過するとほぼ光強度が飽和値に達し、回折された光強度のうちＳ偏光の成分が最大で１８０μＷ程度、一方Ｐ偏光の回折光強度は５０μＷ程度となっている。室温程度の２０℃で作製を試みた場合は、Ｐ偏光に比べ干渉露光に用いたレーザ１０１の偏光状態と同じＳ偏光に対する回折光強度の割合が大きく生じていることがわかる。
次に、（ｂ）の場合は、２５秒程度経過した時にＳ偏光の回折成分が先に増加を始め、それから１０秒程度経過後Ｐ偏光の回折成分が生じ始める。そして、各成分それぞれの光強度の増加が続くが、５０秒程度経過するとＰ偏光成分の光強度がＳ偏光の光強度を追い抜いて逆に大きく増加を続ける。最終的には、Ｐ偏光の回折強度は、３００μＷ近傍まで増加し、一方Ｓ偏光は１５０μＷ程度で飽和し、Ｐ偏光に対する回折成分のほうが倍程度大きい結果となっている。
（ｃ）においては、開始２０秒程度でＳ偏光が増加を開始し、若干遅れてＰ偏光成分が増加を始める。そして、３５秒程度の時間までＳ偏光、Ｐ偏光とも同様に増加を続けるが、この後、Ｐ偏光成分の光強度が５０秒程度経過後まで急激に増加し始め、最終的には６００μＷ強まで増加して飽和する。一方、Ｓ偏光成分の光強度は、逆に減少し始め、５０秒程度経過後は、わずか数μＷまで減少した。
【００２２】
このようにレーザ１０１をＳ偏光状態としてレーザ干渉露光を行った場合は、温度が２０℃程度と低い場合は、Ｓ偏光の回折成分が大きく、温度を３５度程度に増加させると作製途中から、Ｐ偏光成分の光強度がＳ偏光に逆転して大きくなる。さらに５０℃程度まで増加させると、Ｐ偏光成分の回折強度が非常に大きい増加を示すのに対し、逆にＳ偏光成分の光強度が途中から減少するという現象が観測された。実験は再現性を確認するため、同じ条件設定で複数回行ったが、いずれも同様の傾向を示した。これらの実験より、観測された回折強度の大きさ及びその成分の割合はサンプル１０７の保持温度により大きく変化することが明らかとなった。
【００２３】
次に図３で示すようにレーザ１０１の偏光状態を１／２波長板１０２を用いて９０度変化させ、Ｐ偏光状態としてレーザ干渉露光を行った結果について説明する。図３の（ａ）では、レーザ露光開始後３０秒程度してＰ偏光の増加が始まり、続いて１０秒程度の後に、Ｓ偏光の増加が始まっている。その後、Ｐ偏光は７０秒程度経過するとほぼ光強度が８０μＷの飽和値に達している。一方、Ｓ偏光はＰ偏光に比べ回折された光強度の増加割合が緩やかで最大でも２０μＷ程度で飽和値に達している。室温程度の２０℃で作製を試みた場合について先の図２の場合と比較すると、今回はＰ偏光成分の回折光強度割合がＳ偏光よりも大きく生じている。これは、今回干渉露光に用いたレーザ１０１の偏光状態と同じＰ偏光に対する回折光強度の割合が大きく生じた結果となっている。
次に、（ｂ）の場合は、２５秒程度経過した時にＰ偏光、Ｓ偏光共に回折光強度が増加し始める。そして、Ｐ偏光成分はそのまま１００秒程度まで急激な増加を続け、最終的には４００μＷ付近まで強度が増加して飽和する。Ｓ偏光については、緩やかな増加傾向を示した後、５０秒程度で飽和し、最大強度としても５０μＷ弱とＰ偏光に比較して概ね十分の一程度と小さな値であった。
（ｃ）においては、開始２０秒程度でＰ偏光、Ｓ偏光とも増加を開始するが、Ｐ偏光が若干早く立ち上がる傾向を示す。この後、３５秒程度の時間までＳ偏光、Ｐ偏光とも同様に増加を続けるが、この後Ｐ偏光成分の光強度が５０秒程度経過後まで急激に増加し始め、最終的には８００μＷ強まで増加して飽和する。一方、Ｓ偏光成分の光強度は、逆に減少し始め、５０秒程度経過後は、わずか数μＷまで減少した。
【００２４】
このようにレーザ１０１をＰ偏光状態としてレーザ干渉露光を行った場合は、温度が２０℃程度と低い場合は、Ｓ偏光の回折強度成分に対しＰ偏光の回折強度が４倍程度大きい。温度をさらに３５℃程度に増加させると、この割合がさらに大きくなり、Ｓ偏光成分に対してＰ偏光成分の光強度の大きさは１０倍程度となる。５０℃程度まで増加させた場合は、Ｐ偏光成分の回折強度が非常に大きい増加傾向を示すのに対し、逆にＳ偏光成分の光強度は途中から減少するという現象が生じた。この場合の実験を、同じ条件設定で複数回行ったが、いずれも同様の傾向を示した。Ｐ偏光状態のレーザで干渉露光を行った場合は、図２の場合と同様に温度を増加させるにつれてＰ偏光成分の光強度は大きくなり、逆にＳ偏光成分は小さくなるという結果は得られたが、それぞれの偏光成分の振る舞いについては図２の場合と異なる結果となった。
以上のようなサンプル１０７を用いた実験結果より、情報記録表示用フィルムを製造工程において、サンプルの保持温度と照射するレーザの偏光状態が回折効率特性に大きな影響を与えることが判明した。
【００２５】
次に、温度による影響を明らかにするため、温度変化によって大きく特性が変化する要因である試料の粘性と温度との関係について調べた。図４は、動的粘弾性測定装置を用いて、試料を室温付近の２０℃から徐々に温度を増加させた場合の動的粘弾性値の測定結果を示したものである。図４より、試料の粘性は２０℃付近で１０Ｐａ・ｓ以上の高い粘性を示すが、３０℃を越えたあたりで概ね４Ｐａ・ｓと１／３程度に減少し、５０℃付近まで温度が増加すると、さらに１Ｐａ・ｓ以下の低い値まで減少していることがわかる。
【００２６】
図４における試料の粘性値が大きな変化を示す２０℃、３５℃、５０℃といったそれぞれの温度の値は、先の図２と図３で説明した回折効率の振る舞いに大きな違いが生じたサンプルの保持温度と概ね対応していることがわかる。これらの結果をさらに詳しく分析するため、偏光依存性が非常に大きく発現した５０℃におけるレーザ干渉露光時間の経過と回折光強度変化の関係をモデル化して図５に示す。図１に示すシステムを用いて素子の作製を行った結果、干渉露光時間の経過と回折光強度変化との関係は、大きく分けて以下の３つの過程に分類することができる。
（１）レーザ照射時からＰ偏光またはＳ偏光の光強度の増加が開始するまでの期間。
（２）Ｐ偏光、Ｓ偏光共に光強度が同様に増加する期間。
（３）Ｐ偏光強度が急速に増加し、飽和値まで到達する一方、Ｓ偏光がほぼ０付近まで減少する期間。
【００２７】
次にこれらの過程におけるサンプル内部での微細周期構造の形成と液晶の配向過程について図６を用いて説明する。（ａ）はサンプル１０７の断面図を示し、この表面に６０１のようなレーザ干渉露光により形成される周期的な光強度分布が照射されている。このとき、透明基板６０３によって封入された試料中のモノマー、オリゴマーなどの光硬化反応を起こす重合性物質は、ある一定以上の光エネルギーの照射により光硬化反応が促進され、光強度の強い部分に凝集し始める。この反応が始まるまでの過程が図５における（１）の期間に相当する。
【００２８】
次に光強度の強い部分に凝集したモノマー、オリゴマー等が光硬化してポリマー化し、６０１で示す光強度分布の明部の位置に対応する光硬化した高分子層６０４を形成し始める。また、同時に硬化した層から押し出されるように光強度の弱い部分に液晶分子６０２が集まり液晶層６０５を形成する光誘起層分離過程が生じる。この状態では、液晶層中の液晶分子はランダムに配向していると考えられる。この過程が図５における（２）の期間に相当する。
【００２９】
続いて、液晶層の液晶分子は、両端の高分子層での光硬化に伴う収縮作用により、両側から引っ張られるような応力を受け延伸される。このとき、液晶層中では、液晶分子が分散して塊状態をなすドロプレットと呼ばれる局在的な領域が存在し、この付近は、レーザ干渉露光強度が弱い暗部に相当するため、光硬化が緩やかに進みながら形成されたポリマーネットワークが両側に延伸される力を受けることになる。このため、図６（ａ）の断面図における水平方向である透明基板の基板方向へと引っ張られた非対称なネットワーク構造を形成する。つまり、この延伸したように形成されたネットワーク構造に沿う方向である図６（ｃ）に示す光硬化した高分子層６０４に対して垂直方向に液晶分子が配向すると考えることができる。この液晶配向過程によって素子中の偏光依存性が発現し、Ｐ偏光の回折光強度成分は急速に増加し、逆にＳ偏光の回折光強度は減少する現象が現われ、これが図５の（３）の期間に対応するものと考えられる。
【００３０】
図２、図３で示すように、サンプルの保持温度により、回折された偏光成分の変化が異なるのは、用いている試料の粘性の値が図４に示すように温度に対して大きな依存性を有しているためと考えられる。２０℃近傍の温度では、光誘起層分離過程が試料の粘性の大きさに阻害され充分に促進されず、レーザの干渉露光強度分布に対応した屈折率分布も生じにくいため、回折光強度もあまり大きな値とならないと思われる。
また、照射するレーザの偏光状態によって、回折光強度の偏光成分に違いが現われるのは、試料中のモノマー、オリゴマーなどの光硬化反応を示す重合性物質は、直線偏光の光が照射された場合、ランダムに配向しているそれらの分子の中から分子の主鎖（あるいは側鎖）を偏光方向に向けている分子が主に光を吸収し、光反応による硬化が促進される。このため、光硬化によるネットワーク化は照射される光の偏光方向に沿う方向に形成されやすくなる。このため、初期反応過程では、照射されたレーザの偏光方向と一致する偏光成分での回折光強度が優先的に大きく生じたものと考えられる。
【００３１】
このとき、試料が室温付近のように低い温度に保持されていると、光誘起層分離過程が促進されず、さらに硬化した高分子層の収縮による引っ張り応力が液晶層でのネットワーク構造にも影響を与えないため、液晶分子の配向がきちんと行われない。この結果、照射されたレーザの偏光方向と一致する偏光成分に対する比較的小さい偏光依存性が生じた後、概ねそのままの状態で反応が終了すると考えられる。
試料の保持温度を高くしていくと、初期反応では、レーザ照射時の偏光状態と一致する方向の回折強度成分が優先するが、反応が進むにつれ温度増加による試料粘性の低下による効果が発揮され始め、光誘起層分離過程が促進され、さらに硬化した高分子層の収縮による引っ張り応力によって液晶層におけるネットワーク構造が規定されることになる。このため、図２の（ｂ）においては、反応開始時は、レーザの偏光状態に一致するＳ偏光の回折強度が大きいが反応時間が進むにつれ、回折強度成分の大きさがＳ偏光からＰ偏光に移行し、最終的には、Ｐ偏光による偏光依存性が大きくなるものと説明される。
【００３２】
また、図２と図３の（ｃ）の過程を比較すると、偏光依存性は図３のほうが大きく現われていることがわかる。これは、干渉露光中のレーザの偏光状態と最終的に液晶が配向する方向を一致させた場合の方が、初期での偏光依存性をそのまま促進させ、液晶の配向の整列がよりきれいに行われる結果、偏光依存性を大きく生じせしめることが可能になるためと考えられる。図７は、レーザの照射強度とサンプルの形成過程との関係を調べるため、図１におけるレーザ１０１の強度をＮＤフィルタ１０３により、いくつか変化させた時の図５における３つの反応時間の測定を行った結果である。図中の（ａ）〜（ｃ）は、図５の（１）〜（３）の期間の反応時間に対応する。それぞれの反応過程において、レーザの照射強度を増加させると反応時間が指数関数的に減少し、３ｍＷ／ｃｍ２以上の強度において、概ね飽和していることがわかる。この結果から、レーザ強度を３ｍＷ／ｃｍ２以上に設定すれば、短い時間で反応を完了させることが可能となり、サンプルの作製を効率的に行うことができると考えられる。
【００３３】
図８は、作製したサンプルを切断した断面を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察した結果を示したものである。尚、切断後の素子はメタノール中で超音波洗浄を行い、液晶を断面から洗い流した状態で観察している。（ｂ）は、（ａ）の格子の構造の一部の拡大図を示しており、（ｃ）は、（ｂ）に対応する液晶層８０２の高分子ネットワーク８０３のモデル図を示している。（ｂ）を見るとわかるように液晶層中での高分子ネットワークは、両端の高分子層から引っ張られ延伸された結果平たくなったような非対称な構造を有していることが確認できる。また、（ｃ）で示すように高分子ネットワークが形成された方向に沿って液晶分子が並んで配向したドロプレット状態が内部に形成されていると考えると、図３の（ｃ）で示されたような大きな偏光依存性が生じることの説明が可能になる。
【００３４】
図９は、作製されたサンプル９０３の光学特性を測定するための光学系を示している。この光学系ではＨｅ−Ｎｅレーザ９０１（λ＝６３２．８、５ｍＷ）から出射されるランダム偏光光を偏光板９０２により直線偏光（Ｐ偏光又はＳ偏光）としサンプル９０３に入射させ、素子からの透過光及び回折光を２つの光検出器９０５、９０６により同時に検出し、光検出器９０７で測定することでサンプル９０３の回折効率の測定を行なっている。サンプル９０３は、自動回転ステージ９０４に固定され、このステージをパルス駆動コントローラにより制御している。
【００３５】
こうして取得した回折光及び透過光強度をサンプル９０３に入射する光強度で割ることによって回折効率の算出を行なった。この測定結果を図１０に示す。（ａ）は、レーザの偏光状態をＳ偏光として作製したものであって図２（ｃ）に相当するサンプルであり、（ｂ）は、Ｐ偏光を用いて作製したものであって図３（ｃ）に相当するサンプルである。●は、Ｐ偏光を入射した場合の回折効率を示し、■は、Ｓ偏光を入射した場合についての回折効率をそれぞれ示している。（ａ）において、Ｐ偏光に対する回折効率は、７５％強であり、非常に高に高い回折効率を示していることがわかる。一方、Ｓ偏光に対する回折効率は０．３％程度でありほとんどの成分が透過することが確認された。これらの結果から、Ｐ波とＳ波の１次回折効率の比は３００近くとなり、大きな偏光依存性を有するサンプルが作製できたことがわかる。
また、（ｂ）においては、Ｐ偏光に対する回折効率は、８５％程度であり、（ａ）の場合よりもさらに高い回折効率を示していることがわかる。一方、Ｓ偏光に対する回折効率は０．２％程度でありほとんどの成分が透過することが確認された。これらの結果から、Ｐ波とＳ波の１次回折効率の比は５００近くとなり、（ａ）に比べてもさらに大きな偏光依存性を有するサンプルが作製できたことがわかる。これらの結果から、先にも述べたように干渉露光中のレーザの偏光状態を最終的に液晶が配向する方向に一致させた場合の方が、初期に生じる偏光依存性をそのまま促進させ、液晶の配向の整列がよりきれいに行われるため、偏光依存性をさらに大きく生じさせることが判明した。
【００３６】
また、サンプル作製に対し、試料として用いた液晶のネマティックからアイソトロピックへの転移温度（Ｎ−Ｉ点）以上に加熱しながら、レーザ干渉露光を行って作製を試みた場合、作製中での回折効率の偏光依存性は観察できなくても、作製後に回折効率を測定すると大きな偏光依存性が生じており、液晶層中に形成された高分子ネットワークの形状が液晶の配向を司っていることが判明した。
さらに作製したサンプルを一旦、Ｎ−Ｉ点以上の温度に過熱してから、冷却する熱変動を与えた場合でも、元の温度に戻せば、初期と同様の回折効率と偏光依存性が再現できることも確認できた。
図１に示すシステムにより、情報記録表示用フィルム作製のための干渉露光時間の制御と偏光依存性発現を含めた反応過程の明確化が可能となり、サンプルの作製効率と性能の向上を実現できたことが判明した。
【００３７】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２において本発明を説明する。
図１に示すシステムにおいて、透明基板としておおよそ１０μｍ〜１００μｍ程度の透明フィルムを用い、サンプル１０７で示すように透明フィルムをロール状に巻き取って固定（図１の中に点線で囲んで示した図参照。）し、延伸応力を加えた状態でレーザ干渉露光を行った。
その際の反応時間と回折強度の変化を図１１に示す。ここで、フィルム材料としては、例えばＥＶＯＨ、ＴＡＣ、ＰＥＴ、環状ポリオレフィン（例えば、日本ゼオン（株）製、商品名：ゼオノア）、ポリエチレン等が利用できる。（ａ）は、レーザ干渉露光時の偏光状態をＰ偏光とし、この方向（水平方向）に概ね一致するようにフィルムに応力を加えた状態で設置した場合である。一方、（ｂ）はレーザの偏光状態をＳ偏光とし、これに概ね一致する方向（垂直方向）にフィルムに応力を加えた状態で設置した場合である。このように、図１の１０７においてフィルムは定盤に対し、水平、垂直の任意の方向にペルチェ素子からなるステージに固定可能なように設計されている。このときのフィルム保持温度は（ａ）、（ｂ）とも５０℃に制御した。
【００３８】
図１１より、（ａ）では、Ｐ偏光成分の回折強度が大きく生じており、Ｓ偏光の回折強度成分は、初期の過程からほとんど生じていない。また、（ｂ）では、Ｓ偏光の回折強度成分が大きく生じているが、Ｐ偏光の回折成分はほとんど生じていない。また、図１２はこれらの素子に対する光学特性を図９の光学系を用いて測定した結果を示したものである。（ａ）は、Ｐ偏光に対する回折効率のみが非常に大きく、（ｂ）はＳ偏光に対する回折効率のみが非常に大きく現われていることが確認できる。
【００３９】
このようにフィルムに応力を印加した状態で加熱し、試料の粘性を概ね３Ｐａ・ｓ以下に小さくしてレーザの偏光状態を調節して干渉露光を行うと、応力を印加した方向にきれいに液晶を配向させることが可能になる。この結果、Ｐ偏光またはＳ偏光のどちらに対しても非常に大きな偏光依存性を発現させる素子が作製できることが判明した。
【００４０】
なお、図１に示すレーザ干渉露光システムにおいて、レーザ１０１から出射するビームの面積を広げずに細いビームのまま数μ程度の微細な間隔を保ちながらフィルムが固定されているステージを移動させるか、またはレーザビーム自体をスキャンするなどの方法を用いてレーザ照射を行っても、レーザ強度分布に対応した微細周期構造の形成は可能である。この場合は、振動等の外乱にからのレーザ強度分布に与えるノイズ等の影響を受けにくく、さらに、大きな面積にわたるレーザ照射も、レーザビームを順次スキャンすることで可能となり好ましい。
【００４１】
（実施の形態３）
図１３は、本発明の情報記録表示用フィルムの製造方法の他の実施形態の一例を示したものである。圧着ジグ１３０１は、微細周期構造を有しており、周期の１つの間隔は数μｍ〜数１０μ程度であり、厚さ方向の凹凸の高さは周期間隔の倍以上を有し、厚さが溝間隔よりも厚い形状となっている。このような溝間隔よりも表面の凹凸が大きい微細周期構造は、均一に塗布されたレジスト材料にレーザ干渉露光を行い、光照射されて硬化した部分以外をエッチング液で除去するなどの方法で作成することができる。
【００４２】
このようにして作製した圧着ジグ１３０１を４０℃〜８０℃程度に加熱し透明基板１３０２に圧着することで透明基板に応力を印加しながら、加熱による熱重合反応により、微細周期構造の形成と液晶の配向を同時に行うものである。なお、実施の形態３においては透明基板１３０２として実施の形態２で使用したのと同様な透明フィルムを使用した。
この工程として、実施の形態１で用いたのと同様な試料中に熱重合開始材を添加し、圧着ジグ１３０１を透明フィルムに押し当てる。この圧着ジグ１３０１は、凹凸の周期よりも溝部の深さが大きいため、（ｂ）に示すように、隣り合う凸面が圧着されて挟まれたフィルム上の領域では、引っ張り応力を受ける。このため、透明基板１３０２は、応力を加えながらの熱硬化が行われることになる。この熱層分離作用により、透明基板１３０２中の液晶は、ジグの凸面から押し出され、凹面に集中する。この部分では、液晶ドロプレットを形成するポリマーネットワークが応力方向に偏って形成され、その形状に沿った方向に液晶の配向が整列されるため、液晶の配向に基づく偏光依存性を発現させることが可能になる。透明基板１３０２に直接印加する応力とジグの圧着の仕方を調整することで、フィルムに印加する応力の方向を任意に変化させることができる。このため、Ｐ偏光またはＳ偏光での偏光依存性を任意に制御可能となる。
【００４３】
実際に、この方法によってフィルムを作製し、光学特性を測定した結果、図１２に示す値と概ね同様の結果が得られ、微細周期構造の形成と同時に液晶の配向までを行うことが可能なことが判明した。この方法によれば、情報記録表示用フィルムの作製には、干渉露光技術を用いる必要がなく、製造工程が簡略化される。また、圧着ジグ１３０１のような表面の凹凸のパターンを転写させることで情報記録表示用フィルムの形成が可能なため、量産性に非常に優れている。
【００４４】
（実施の形態４）
次に図１に示す光学システムの中の空間光変調素子１１７を用いて文字や画像などのパターン情報をサンプル１０７に記録することを試みた。空間光変調素子１１７は、コンピュータ１１８により制御されており、コンピュータ上で作製した任意のパターンを空間光変調素子１１７上に表示することができる。この空間光変調素子１１７として、ＨｏｌｏＥｙｅ社製のＬＣ２００２を用いた。表示画面は対角１．３インチで、ツイストネマティック液晶パネルからなり、８３２ｘ６２４画素を有し、ＳＶＧＡの映像信号に対応可能である。映像信号を印加すると、各画素に印加された電圧の大きさによって入射光の偏光状態を変調する。出射側に偏光板を設置した場合は、各画素に印加された電圧値により、透過する光量が変化する強度変調が行われる。
また、出射側の偏光板を取り付けない場合は、電圧の印加によって各画素内での液晶分子の屈折率変化に伴い各画素を通過する光の位相が変調されることになる。このように空間光変調素子１１７は、透過率または位相の両方の変調が可能である。
【００４５】
次に、この空間光変調素子１１７の表示画面にアルファベッドのＴの文字をほぼ画面いっぱいの大きさで表示させた状態で、レーザ干渉露光を行い、実施の形態２と同様のフィルムを用いてサンプル１０７の作製を試みた。
図１４の（ａ）は、このときフィルム上に記録されたＴの文字をわかりやすくモデル化して示したものである。図において、Ｔの文字の中に上下方向に格子構造を有する微細周期構造が形成され、液晶分子の配向方向はこの格子に対して垂直方向になっている。このとき、レーザの偏光状態をＰ偏光となるように設定し、フィルムへは、水平方向の応力を印加した。従って、このフィルムの文字部分からは、Ｐ偏光成分が３０度方向に回折された。このフィルムをバックライト上に置き、フィルムの上に偏光板を置き、この偏光板の向きを回転させながら観察したところ、偏光板の透過軸が水平方向になった位置で、最も明るい像がフィルムの正面から概ね３０度方向に観察されることが判明した。
次に、（ｂ）は７文字の文字列をフィルム上に記録し、偏光板の透過軸を水平になる方向において斜め３０度方向から観察した場合を示している。このようにフィルム上に文字の記録を明瞭に行うことができることが確認できた。
（ｃ）は、先程の文字列のうち、２番目と６番目のＡとＥの文字だけをフィルムへの応力の印加方向及びレーザの偏光状態を９０度変化させて記録した場合である。（ｃ）は、（ｂ）と同様の偏光板の設定条件で観察を行ったが、ＡとＥの文字が明瞭に観察できていない。これは、この文字の中に形成された微細周期構造中に配向した液晶分子の方向が他の文字と異なり、９０度回転しているため、Ｓ偏光成分が回折されているためである。この結果、フィルム上に置かれた偏光板によって回折光がカットされてしまい像として観察できていないことが確認された。
【００４６】
以上のように、フィルム上にホログラムパターンとして文字、図形、物体などの情報を記録する場合、本発明によればその記録物体の干渉強度分布に対応するパターン情報だけでなく、液晶の配向方向に対応する情報をあらたに暗号キィ−として埋め込むことができる。つまり、本発明のフィルムと偏光板の透過軸とをあらかじめ決められた特定方向に組み合わせられれば、記録した文字や図形の情報の読み取り及び解読が可能となる。このため、従来のホログラム記録によるものに比べ、記録された情報に対するセキュリティ性の向上が期待できる。
【００４７】
（実施の形態５）
図１５は、カーナビゲーションシステムの一例を示したものである。運転席からカーナビゲーション用の液晶ディスプレイを観測する方向は、概ね３０度近傍であると言われている。また、運転者１５０２は、運転中、運転席から大きく動くことはないため、カーナビゲーションのディスプレイを見る角度は常にほとんど変わらない。このため、液晶ディスプレイの表示画面を運転者１５０２の方向に優先的に提示すれば、光の利用効率と視認性のより一層の向上が期待できるものと考えられる。
図１６は、このような応用のために本発明で製造した情報記録表示用フィルムを適用し、その効果を調べるために行った実験光学系を示したものである。グリーンレーザ１６０１は、実施の形態１で使用したものと同様の性能を有するものである。このグリーンレーザ１６０１からの出射光を１／４波長板１６０２を用いて円偏光とし、コリメータ１６０３とレンズ１６０４を用いて直径４０ｍｍΦ程度の平行光とする。次に、遮光スクリーンで後に置かれた対角２インチ程度の液晶パネル１６０６の表示画面に一致するように先程の平行光の面積を調節する。
続いて、液晶パネル１６０６に平行光を通過させ、このすぐ後に実施の形態２で作製した情報記録表示用フィルムからなるサンプル１６０７を液晶パネルの画面にあわせて設置する。液晶パネルの出射側の偏光板の透過軸とサンプル１６０７において回折光を生じさせる偏光成分とが一致するように設定されている。このため液晶パネル１６０６から出射される透過光は、サンプル１６０７によって内部に形成された周期構造に対応した方向に優先的に回折されることになる。光検出器１６０８を液晶パネル１６０６の回りに円状に動かしながら光強度を検出することによって、液晶パネル１６０６とサンプル１６０７によって生じた光強度の視野角特性を測定することができる。
【００４８】
図１７は、この結果を示したものである。内部に微細周期構造が回折光学素子のように記録されたサンプル１６０７を設置した場合と液晶パネルのみの場合において、視野角方向に検出された光強度の分布が大きく異なることが確認できる。液晶パネルのみの場合は、正面の０度付近を中心として光強度が分布しているが、サンプル１６０７を液晶パネル表面に設置した場合は、視野角の３０度方向を中心として光強度が分布しており、液晶パネル１６０６からの光の出射方向が大きく変調されていることが確認できた。
次に、図１８は、上記の結果を基に今回はカラーの液晶パネル１８０１を使用し、この画面にカラーのロゴを表示し、この前面に先に使用したと同様の特性を有する情報記録表示用フィルムサンプル１８０２を設置し、画面からの観察角度を変化して場合の表示パターンをＣＣＤカメラ１８０３で検出するための実験系を示したものである。そして、図１９がこの結果を示したものである。図１９の（ａ）は、液晶パネル１８０１に対し３０度方向から画像を検出したもの、（ｂ）は、正面から画像を検出したものである。これらの画像を比較すると３０度方向から検出された（ａ）の画像の方が、画像の輝度が３倍程度高く、また鮮明に画像が表示されていた。一方、（ｂ）で示す正面からの画像は輝度が暗く少しぼけたような不鮮明な画像であった。
【００４９】
ここで用いたサンプル１８０２は、回折作用によって光の出射方向を変調する。このため、入射波長に対する依存性を有し、カラー画像のようないくつかの波長からなり、さらに広い角度範囲から入射する光成分に対しては、色ずれによる画像の劣化が生じやすい。しかしながら、本発明による情報記録表示用フィルムを用いた場合においては、このようなカラー画像に対しても、上述したような劣化はあまり観察されなかった。これは、本発明のフィルムの回折光学特性が図１２に示すように入射角度に対する広い範囲で高い回折効率を示しており、同様に波長に対しても比較的ブロード特性を示すのためではないかと考えられる。
以上のように、本発明で製造した情報記録表示用フィルムを用いれば、画像の表示方向を効率的に変調することができ、図１５で示したようなカーナビゲーションシステムにおける液晶ディスプレイの視認性の向上と高輝度化、低消費電力化といった高機能化に応用可能なことが判明した。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の情報記録表示用フィルム製造のための一実施例の形態の構成図
【図２】本発明の情報記録表示用フィルムの製造過程での回折効率の時間変化の一例を示す図
【図３】本発明の情報記録表示用フィルムの製造過程での回折効率の時間変化の一例を示す図
【図４】本発明の情報記録表示用フィルムの製造に用いた試料の粘性の温度特性の一例を示す図
【図５】本発明の情報記録表示用フィルムの製造過程での回折効率の時間変化の一例の説明図
【図６】本発明の情報記録表示用フィルムの形成過程の一例の説明図
【図７】本発明の情報記録表示用フィルムの形成過程の反応時間の一例を示す図
【図８】本発明の情報記録表示用フィルムの内部構造の一例を示す図
【図９】本発明の情報記録表示用フィルムの光学特性測定用の一実施例の形態の構成図
【図１０】本発明の情報記録表示用フィルムの回折効率の一例を示す図
【図１１】本発明の情報記録表示用フィルムの製造過程での回折効率の時間変化の他の一例を示す図
【図１２】本発明の情報記録表示用フィルムの回折効率の他の一例を示す図
【図１３】本発明の情報記録表示用フィルム製造のための一実施例の他の形態の構成図
【図１４】本発明の情報記録表示用フィルムに記録したパターンの一例を示す図
【図１５】本発明の情報記録表示用フィルムの一応用例の形態の構成図
【図１６】本発明の情報記録表示用フィルムの視野角特性測定用の一実施例の形態の構成図
【図１７】本発明の情報記録表示用フィルムの視野角特性の一例を示す図
【図１８】本発明の情報記録表示用フィルムを用いた画像表示用の一実施例の形態の構成図
【図１９】本発明の情報記録表示用フィルムを用いた表示画像の一例を示す図
【図２０】従来例のホログラム作製光学系の一実施例の構成図
【符号の説明】
【００５１】
１０１ グリーンレーザ
１０２ １／２波長板
１０３ ＮＤフィルタ
１０４ コリメータ
１０５ ミラー
１０６ ハーフミラー
１０７ サンプル
１０８、１０９ 光センサー
１１０ 光検出器
１１１ 偏光ビームスプリッタ
１１２ ＧＰＩＢインターフェースボード
１１３、１１８ コンピュータ
１１４ ペルチェ素子
１１５ 温度制御装置
１１６ Ｈｅ−Ｎｅレーザ
１１７ 空間光変調素子
５０１ Ｐ偏光の回折光強度
５０２ Ｓ偏光の回折光強度
６０１ レーザ照射強度分布
６０２ 液晶分子
６０３ 透明基板
６０４ 光硬化した高分子層
６０５ 液晶層
６０６ 配向した液晶層
８０１ 高分子層
８０２ 液晶層
８０３ 高分子ネットワーク
９０１ Ｈｅ−Ｎｅレーザ
９０２ 偏光板
９０３ サンプル
９０４ 回転ステージ
９０５、９０６ 光センサ
９０７ 光検出器
１３０１ 圧着ジグ
１３０２ 透明基板
１５０１ 液晶ディスプレイ
１５０２ 運転者
１６０１ グリーンレーザ
１６０２ １／４波長板
１６０３ コリメータ
１６０４ レンズ
１６０５ 遮光スクリーン
１６０６ 液晶パネル
１６０７ サンプル
１６０８ 光検出器
１８０１ 液晶パネル
１８０２ サンプル
１８０３ ＣＣＤカメラ
１９０１ レーザ
１９０２ ビームスプリッタ
１９０３、１９０４ミラー
１９０５、１９０６対物レンズ
１９０７ 物体
１９０８ 記録材料
１９０９ 物体光
１９１０ 参照光
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光光を高効率に変調可能なフィルムの製造方法及び文字、画像などの情報の記録や情報提示を効果的に行うための情報記録表示用フィルムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光の干渉現象の応用した素子として知られているホログラムを基に、レーザ干渉を用いた干渉パターンの記録、再生方法等について説明する。
ホログラムの記録のための光学系の従来例を図２０に示す。レーザ１９０１からの出射光をビームスプリッタ１９０２で２つの光束に分け、ミラー１９０３と１９０４を用いてそれぞれの光束を反射させる。ミラー１９０３から光束は、対物レンズ１９０６を用いて広げた後、物体光１９０９として、記録用の物体１９０７に照射する。これからの反射光が記録材料１９０８へと照射される。
また、ミラー１９０４で反射されたもう１つの光束は、対物レンズ１９０５で広げられた後、参照光１９１０として記録材料１９０８に照射される。従って、記録材料１９０８には、物体１９０９と参照光１９１０の重ね合わせの結果生じる光強度分布が記録されることになる。この光強度分布は、１ｍｍに１０００〜７０００本の非常に細かい複雑な形の縞模様として記録される。この縞が、干渉縞と呼ばれるもので、レーザ光を２つに分けた後、物体光１９０９と参照光１９１０として再び重ね合わされた結果、互いに強め合ったり弱め合ったりする干渉と呼ばれる現象によって生じている。
【０００３】
次に、干渉とはどのように起こるのかを身近な現象に置き換えて説明する。２つの小石を池に同時に投げ込むと２つの波が生じる、それらが合成されることにより干渉という現象がおこる。振幅の大きいところどうし、つまり波の山と山が一致するところでは２つの波は加算されてさらに高くなり（強め合いの干渉）、一方の波の山と他方の波の谷とが一致するところでは差し引かれて低くなる（弱め合いの干渉）。こうした干渉効果は、水の波ではその高さを変化させ、音波では音の強さを増減させる。光の場合では、小石に相当するものは波長のそろった光を出す点光源であり、同じ波長の光を出す２つの点光源からの光が干渉することにより明るさ、すなわち光の強度が変化し、干渉縞とよばれる明暗のパターンが空間に形成される。また、この縞模様は２光源の相対的な位置関係または記録される物体の形状等の光学系の設定条件によって変化する。
【０００４】
ホログラムを記録するためにレーザ光が使われるのは、レーザ光が単一波長の光であり、この光を２つに分けて再び重ね合わせたときのみ、時間的にも空間的にも安定した干渉縞が得られるためである。
物体が１９０７に示すように、３次元の形状をしていれば、物体光１９０９は、表面の各点から出る光の重ね合わせたものであり、その波面は単純な球面波ではなく複雑な波面となる。したがって、実際に記録材料１９０８に記録されている干渉縞は、各点光源を物体光としたときにできる濃淡の縞からなるゾーンプレートと呼ばれるパターンの重ね合わせとなり、非常に複雑なパターンを形成することになる。
【０００５】
記録材料１９０８に記録されたホログラムに光を当てると、どのようなことが起こるかについて考える。ここでは、複雑なパターンが記録された記録材料１９０８のある点付近に注目する。すると、その点でのパターンは微細な間隔を有する濃淡の縞であり、一種の回折格子と考えることができる。回折格子というのは、普通はガラス板の表面に多数の細かい平行な線が刻まれたものであって、分光したり光を偏向したりするための素子としてよく使われている。回折格子に光を当てると、大部分の光は回折格子をそのまま透過して直進するが、これと異なった方向にも光が出ていく。これが回折の現象で、その方向は隣り合う透明な部分から出ていく光が１波長分だけ遅れているか進んでいるかの方向である。これらの方向に出ていく光はたがいに強め合いの干渉の状態であって、その方向が物体光と同じ方向を示す。
つまり、光が強めあって出て行く方向の中に眼をおいた観測者には、３次元の形状の物体１９０７がそっくりそのまま再現されるため、物体があったと同じ位置に物体と同じ形をした像を見ることができる。
【０００６】
このようなホログラムの光の回折作用において、記録された強度分布に対応する濃淡の間隔に比較して記録材料の厚みが厚いものは、体積型ホログラムとして知られている。この体積型ホログラムの理論的な回折効率の計算を含む詳しい解析が、非特許文献１において行われている。
このタイプのように厚さ方向に周期構造を有するように構成することで、ブラッグの回折条件が適用されることになる。これは、ある波長を有する光が周期構造を形成する各層に入射した場合、各層で散乱された光はその波長と入射角度及び層間のピッチに対応する特定方向に散乱成分が強め合う現象を生じる。これが、ブラッグの回折条件と呼ばれるものであり、このような条件は従来の２次元的な回折光学素子に対し、３次元的な構成となり、ブレーズ化（１つの方向に光を収束する）の作用を有することになる。従って、従来の回折光学素子に対し、回折効率を飛躍的に向上することができ理論的には１００％の効率が可能である。実際、中途での損失等を考慮に入れても９０％以上の高い効率が期待できる。
【０００７】
このようにホログラムは、高効率に光を１つの方向に収束することが可能なため、光制御または画像の再生や変調等への応用が可能である。また、物体の形状等の情報が干渉作用を利用した複雑なパターンとして記録されるため、元の情報の秘匿化や暗号化ための情報セキュリティ用途にも利用されている。
【０００８】
近年、ＤＶＤの光ピックアップや液晶表示ディスプレイ等の情報機器では、その記録や表示において、偏光作用を利用した方式が広く用いられている。従って、これらの記録メディアに対応する光ピックアップ装置の内部では、光源であるレーザ光に対し、偏光変調や分離作用を行うためのハーフミラーや偏光ビームスプリッタといった種々の光学デバイスが必要とされてきた。従来は、これらの光学デバイスとしては、ガラスからなるバルク状のプリズムが使用されていた。
このようなプリズムの内部は、誘電体多層膜と屈折率マッチングをとるための液体または固体で回りを満たしたキューブ形状で構成されていた。このようなプリズムの構造に対して、偏光分離度を高めるためには誘電体多層膜を何重にも成膜する必要があり、製造コストが高価になるという問題があった。また、分離膜は光の伝搬方向を９０°曲げるため４５°に配置している。このため、１つのプリズムを構成する分離膜の大きさによって厚さ方向の分離素子の大きさが固定されることになる。このため、最近の情報機器に対する極薄短小の要求に対応して、これらに使用される光学デバイスに対しても一層の小型化、薄型化が求められているが、これらの要求を満足することができないという課題も生じていた。
【０００９】
このような状況に対して、立体像の再生などに応用されてきたホログラムのような微細光学デバイスは、フィルムのような薄型化が可能であり、光の回折現象を利用することで、レーザ光などからの光を高効率に変調することが可能である。特に、体積型の回折光学素子は、理論的には回折効率を１００％まで達成可能なため、上述したような情報記録・表示等への様々な応用が期待できる。
このため、例えば、非特許文献２に記載されているもののようにホログラム素子の回折現象を利用して液晶表示装置のディスプレイ表面での反射光と表示画像の方向を分離して視認性の向上を行った試みがある。しかしながら、ここで使われたタイプのホログラムは、液晶画面からの特定方向に偏光された光に対して優先的に光変調を行う機能は有しておらず、偏光光に対する効率的な光利用ができないという課題が残っていた。
【００１０】
また、例えば特許文献１、特許文献２には、液晶材料を用いて特定の偏光光に対する偏光依存性を生じさせた回折光学素子の作製が報告されている。しかしながら、これらの回折光学素子は、特定の偏光光のみに対しては、大きな依存性を示すが、任意の偏光光に対して大きな偏光依存性と回折効率の両特性を満足する素子の作製がなされないという問題があった。さらに、大面積のフィルムのような薄い母材に対して、簡易で安価な製造方法が適用できないという課題もあった。
【００１１】
【非特許文献１】H.Kogelnik, (BellSyst. Tech. J., 48, 1969, P.2909-2947)
【非特許文献２】”Design of Hologram for Brightness Enhancement in Color LCDs“,G. T. Valliath, SID98 DIGESET, 44.5L, P1139
【特許文献１】特開平１１−２７１５３６号公報
【特許文献２】特開２０００−２２１４６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、前記従来技術の課題を解決し、任意の偏光方向に対して大きな偏光依存性を有し、文字、画像等の情報記録や表示に利用可能な高効率な光変調フィルムを大面積で安価に製造可能な方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため検討した結果、以下の情報記録表示用フィルムの製造方法に到達した。すなわち、本発明は、
（１）透明基板で挟まれた領域に液晶と、モノマー、オリゴマー、ポリマーから選ばれる１つ以上の重合性物質とを含む試料を封入し、次いで透明基板に応力を印加した状態で光変調手段を有する複数の周期的な強度分布からなる光束を照射することを特徴とする重合性物質が部分的に硬化した領域において、前記透明基板に印加された応力方向に沿って液晶分子が配向した情報記録表示用フィルムの製造方法。
（２）前記応力が、前記透明基板に対し概ね平行方向に沿う引っ張り応力であることを特徴とする（１）記載の情報記録表示用フィルムの製造方法。
（３）前記透明基板に印加する引っ張り応力が、透明基板の延伸により行われることを特徴とする（２）記載の情報記録表示用フィルムの製造方法。
（４）前記光変調手段が、光束の透過率変調により行われることを特徴とする（１）記載の情報記録表示用フィルムの製造方法。
（５）前記光変調手段が、光束の位相変調により行われることを特徴とする（１）記載の情報記録表示用フィルムの製造方法。
（６）前記光束が、強度分布の周期方向に対して概ね垂直または水平の偏光状態を有していることを特徴とする（１）記載の情報記録表示用フィルムの製造方法。
（７）前記試料の粘性が、粘性制御手段によって制御されていることを特徴とする（１）記載の情報記録表示用フィルムの製造方法。
（８）前記粘性制御手段が温度変化であることを特徴とする（７）記載の情報記録表示用フィルムの製造方法。
（９）前記試料の粘性が、粘性制御手段により概ね３Ｐａ・ｓ以下に制御されていることを特徴とする（８）記載の情報記録表示用フィルムの製造方法。
（１０）前記透明基板に印加する応力の方向と照射する光束の偏光方向とが概ね等しいことを特徴とする（２）、（３）、（６）のいずれかに記載の情報記録表示用フィルムの製造方法。
（１１）前記試料が、光重合開始材及び色素を含むことを特徴とする（１）記載の情報記録表示用フィルムの製造方法。
（１２）前期複数の周期的な強度分布からなる光束の照射により、前記重合性物質が部分的に硬化した領域が透明基板上に複数島状に存在することを特徴とする（１）記載の情報記録表示用フィルムの製造方法。
（１３）前記複数の島状の領域が、応力の印加方向に延伸された非対称な形状を有することを特徴とする（１２）記載の情報記録表示用フィルムの製造方法。
（１４）前記光束の光強度が概ね３ｍＷ／ｃｍ２より大きいことを特徴とする（１）記載の情報記録表示用フィルムの製造方法。
【００１４】
（１５）透明基板で挟まれた領域に液晶と、モノマー、オリゴマー、ポリマーから選ばれる１つ以上の重合性物質とを含む試料を封入し、次いで前記透明基板上に周期的な凹凸からなる表面形状を有する加熱された物体を圧着することを特徴とする前記重合性物質が部分的に熱硬化した領域において、前記物体表面の凹凸からなる周期方向に沿って液晶分子が配向した情報記録表示用フィルムの製造方法。
（１６）前記周期的な凹凸からなる表面形状を有する物体の加熱温度が前記試料の粘性が概ね３Ｐａ・ｓ以下となる温度であることを特徴とする（１５）記載の情報記録表示用フィルムの製造方法。
（１７）前記物体表面の凹凸形状は、周期構造の間隔に対して凹凸の形状が大きいことを特徴とする（１５）記載の情報記録表示用フィルムの製造方法。
（１８）前記物体表面の凹凸形状は、概ね周期間隔の倍以上の大きさを有することを特徴とする（１７）記載の情報記録表示用フィルムの製造方法。
（１９）前記試料が熱重合開始材を含むことを特徴とする（１５）記載の情報記録表示用フィルムの製造方法。
（２０）前期周期的な凹凸からなる物体の圧着により、前記重合性物質が部分的に熱硬化した領域が透明基板上に複数島状に存在することを特徴とする（１５）記載の情報記録表示用フィルムの製造方法。
（２１）前記複数の島状の領域が、前記物体の凹凸形状の周期方向に延伸された非対称な形状を有することを特徴とする（２０）記載の情報記録表示用フィルムの製造方法。
である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は任意の偏光方向に対して大きな偏光依存性を有し、文字、画像等の情報記録や表示に利用可能な高効率な光変調フィルム及びそのフィルムを大面積で安価に製造可能な方法を提供することができる。このため、情報記録分野や画像表示分野などの今後ますます重要性が増し、大きな市場展開が期待される領域に対して幅広い応用が可能であり、大きな価値を有するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
実施の形態１では本発明に先だって透明基板としてガラス基板を使用し、ガラス基板に応力を印可しない状態で情報記録表示用サンプルを製造する場合について説明する。
まず、図１のシステムを用いて情報記録表示用フィルムの作製プロセスと形成メカニズムとの関係を明らかにし、製造方法の確立を行うことができた経過について実験結果を基に詳細に説明する。
はじめにサンプル１０７用の透明基板としては、実験での取り扱いの容易さの観点から、１インチ程度の大きさのガラス基板を用いて行った。図１で示す光学系で使用するサンプルの作成過程は、主に以下の４つの過程からなる。
（１）ホットプレートでガラス基板を３５〜６５℃程度に加熱する。
（２）試料（液晶、モノマー、オリゴマー、光重合開始剤、染料、ビーズを配合したもの）をガラス上に滴下する。
（３）もう１枚のガラス基板で試料を挟み込む。
（４）サンプル保持台でガラス基板を固定する。
【００１７】
ここで、試料に関する説明を行う。液晶は、メルク製のＴＬまたはＢＬシリーズ等、モノマー、オリゴマー等の重合性物質としては、例えば共栄社化学製のウレタンプレポリマー、ジメチロールトリシクロデカンジアクリレート、２ヒドロキシエチルメタクリレート等が利用可能である。また、例えば光重合開始材としては、Ｎ−フェニルグリシン等、色素としては、ジブロモフルオレセイン等が利用できる。
【００１８】
次に、ここで作成したサンプル１０７を用いて、レーザ干渉露光を適用し、内部に微細周期構造を形成するための実験装置及び方法について説明する。
干渉露光用のレーザ１０１としては半導体励起の固体グリーンレーザ（λ＝５３２ｎｍ、２０ｍｗ）を使用した。また、レーザ出射後の光に対し、１／２波長板１０２とＮＤ（ニュートラルデンシティ）フィルタ１０３を設置し、レーザ光の偏光方向と光強度の大きさを任意に調整可能な構成とした。
このレーザ光をビームコリメータ１０４により直径を２０ｍｍφ程度に広げ、ハーフミラー１０６により２分割する。２分割した光束の内１つは、ミラー１０５により、３０度の交角でサンプル１０７上に集光するように調整した。サンプル１０７は、ペルチェ素子１１４と温度制御装置１１５により設定温度に保つことが可能なステージ上に設置される。
【００１９】
さらにサンプル正面からの干渉露光による素子形成と同時に、サンプル裏面から素子に感光しない長波長のランダム偏光のＨｅ−Ｎｅレーザ１１６（λ＝６３２．８ｎｍ、５ｍＷ）の光を入射させ、これを露光過程にサンプル内部で生じている現象を観察するためのモニタービームとして使用可能な構成とした。裏面から入射されたＨｅ−Ｎｅレーザ光１１６は、素子内部に格子構造が形成されると、その状態に対応して回折光を生じさせる。この回折光ビームを偏光ビームスプリッタ１１１（ＰＢＳ）によって、Ｐ偏光とＳ偏光に分割して光検出器１０８、１０９で受光する。そして、それぞれの光強度の時間変化は、インターフェースボード１１２を介してコンピュータ１１３上でリアルタイムに観測可能な構成とした。
【００２０】
図１で示すシステムを用いて実際に素子の作製を行い、レーザ干渉露光時間の経過と回折光強度変化の関係をサンプル１０７の設定温度をいくつか変化させながら観測した。この結果を図２と図３に示す。図２はレーザ１０１から出射する光の状態をＳ偏光としてサンプル１０７に照射した場合である。図１に示す光学系においてＳ偏光とは、レーザが置かれた定盤に対し、垂直となる上下方向にレーザ光の振動軸が存在する場合、一方、Ｐ偏光とは、定盤に対して平行な水平方向にレーザ光の振動軸が生じる場合として定義する。
【００２１】
また、図２、図３における（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれサンプル１０７の保持温度を２０℃、３５℃、５０℃とした場合の結果である。まず、図２の（ａ）では、レーザ露光開始後５０秒程度してＳ偏光が増加し始め、続いてＰ偏光の光強度が増加している。そして、１００秒程度経過するとほぼ光強度が飽和値に達し、回折された光強度のうちＳ偏光の成分が最大で１８０μＷ程度、一方Ｐ偏光の回折光強度は５０μＷ程度となっている。室温程度の２０℃で作製を試みた場合は、Ｐ偏光に比べ干渉露光に用いたレーザ１０１の偏光状態と同じＳ偏光に対する回折光強度の割合が大きく生じていることがわかる。
次に、（ｂ）の場合は、２５秒程度経過した時にＳ偏光の回折成分が先に増加を始め、それから１０秒程度経過後Ｐ偏光の回折成分が生じ始める。そして、各成分それぞれの光強度の増加が続くが、５０秒程度経過するとＰ偏光成分の光強度がＳ偏光の光強度を追い抜いて逆に大きく増加を続ける。最終的には、Ｐ偏光の回折強度は、３００μＷ近傍まで増加し、一方Ｓ偏光は１５０μＷ程度で飽和し、Ｐ偏光に対する回折成分のほうが倍程度大きい結果となっている。
（ｃ）においては、開始２０秒程度でＳ偏光が増加を開始し、若干遅れてＰ偏光成分が増加を始める。そして、３５秒程度の時間までＳ偏光、Ｐ偏光とも同様に増加を続けるが、この後、Ｐ偏光成分の光強度が５０秒程度経過後まで急激に増加し始め、最終的には６００μＷ強まで増加して飽和する。一方、Ｓ偏光成分の光強度は、逆に減少し始め、５０秒程度経過後は、わずか数μＷまで減少した。
【００２２】
このようにレーザ１０１をＳ偏光状態としてレーザ干渉露光を行った場合は、温度が２０℃程度と低い場合は、Ｓ偏光の回折成分が大きく、温度を３５度程度に増加させると作製途中から、Ｐ偏光成分の光強度がＳ偏光に逆転して大きくなる。さらに５０℃程度まで増加させると、Ｐ偏光成分の回折強度が非常に大きい増加を示すのに対し、逆にＳ偏光成分の光強度が途中から減少するという現象が観測された。実験は再現性を確認するため、同じ条件設定で複数回行ったが、いずれも同様の傾向を示した。これらの実験より、観測された回折強度の大きさ及びその成分の割合はサンプル１０７の保持温度により大きく変化することが明らかとなった。
【００２３】
次に図３で示すようにレーザ１０１の偏光状態を１／２波長板１０２を用いて９０度変化させ、Ｐ偏光状態としてレーザ干渉露光を行った結果について説明する。図３の（ａ）では、レーザ露光開始後３０秒程度してＰ偏光の増加が始まり、続いて１０秒程度の後に、Ｓ偏光の増加が始まっている。その後、Ｐ偏光は７０秒程度経過するとほぼ光強度が８０μＷの飽和値に達している。一方、Ｓ偏光はＰ偏光に比べ回折された光強度の増加割合が緩やかで最大でも２０μＷ程度で飽和値に達している。室温程度の２０℃で作製を試みた場合について先の図２の場合と比較すると、今回はＰ偏光成分の回折光強度割合がＳ偏光よりも大きく生じている。これは、今回干渉露光に用いたレーザ１０１の偏光状態と同じＰ偏光に対する回折光強度の割合が大きく生じた結果となっている。
次に、（ｂ）の場合は、２５秒程度経過した時にＰ偏光、Ｓ偏光共に回折光強度が増加し始める。そして、Ｐ偏光成分はそのまま１００秒程度まで急激な増加を続け、最終的には４００μＷ付近まで強度が増加して飽和する。Ｓ偏光については、緩やかな増加傾向を示した後、５０秒程度で飽和し、最大強度としても５０μＷ弱とＰ偏光に比較して概ね十分の一程度と小さな値であった。
（ｃ）においては、開始２０秒程度でＰ偏光、Ｓ偏光とも増加を開始するが、Ｐ偏光が若干早く立ち上がる傾向を示す。この後、３５秒程度の時間までＳ偏光、Ｐ偏光とも同様に増加を続けるが、この後Ｐ偏光成分の光強度が５０秒程度経過後まで急激に増加し始め、最終的には８００μＷ強まで増加して飽和する。一方、Ｓ偏光成分の光強度は、逆に減少し始め、５０秒程度経過後は、わずか数μＷまで減少した。
【００２４】
このようにレーザ１０１をＰ偏光状態としてレーザ干渉露光を行った場合は、温度が２０℃程度と低い場合は、Ｓ偏光の回折強度成分に対しＰ偏光の回折強度が４倍程度大きい。温度をさらに３５℃程度に増加させると、この割合がさらに大きくなり、Ｓ偏光成分に対してＰ偏光成分の光強度の大きさは１０倍程度となる。５０℃程度まで増加させた場合は、Ｐ偏光成分の回折強度が非常に大きい増加傾向を示すのに対し、逆にＳ偏光成分の光強度は途中から減少するという現象が生じた。この場合の実験を、同じ条件設定で複数回行ったが、いずれも同様の傾向を示した。Ｐ偏光状態のレーザで干渉露光を行った場合は、図２の場合と同様に温度を増加させるにつれてＰ偏光成分の光強度は大きくなり、逆にＳ偏光成分は小さくなるという結果は得られたが、それぞれの偏光成分の振る舞いについては図２の場合と異なる結果となった。
以上のようなサンプル１０７を用いた実験結果より、情報記録表示用フィルムを製造工程において、サンプルの保持温度と照射するレーザの偏光状態が回折効率特性に大きな影響を与えることが判明した。
【００２５】
次に、温度による影響を明らかにするため、温度変化によって大きく特性が変化する要因である試料の粘性と温度との関係について調べた。図４は、動的粘弾性測定装置を用いて、試料を室温付近の２０℃から徐々に温度を増加させた場合の動的粘弾性値の測定結果を示したものである。図４より、試料の粘性は２０℃付近で１０Ｐａ・ｓ以上の高い粘性を示すが、３０℃を越えたあたりで概ね４Ｐａ・ｓと１／３程度に減少し、５０℃付近まで温度が増加すると、さらに１Ｐａ・ｓ以下の低い値まで減少していることがわかる。
【００２６】
図４における試料の粘性値が大きな変化を示す２０℃、３５℃、５０℃といったそれぞれの温度の値は、先の図２と図３で説明した回折効率の振る舞いに大きな違いが生じたサンプルの保持温度と概ね対応していることがわかる。これらの結果をさらに詳しく分析するため、偏光依存性が非常に大きく発現した５０℃におけるレーザ干渉露光時間の経過と回折光強度変化の関係をモデル化して図５に示す。図１に示すシステムを用いて素子の作製を行った結果、干渉露光時間の経過と回折光強度変化との関係は、大きく分けて以下の３つの過程に分類することができる。
（１）レーザ照射時からＰ偏光またはＳ偏光の光強度の増加が開始するまでの期間。
（２）Ｐ偏光、Ｓ偏光共に光強度が同様に増加する期間。
（３）Ｐ偏光強度が急速に増加し、飽和値まで到達する一方、Ｓ偏光がほぼ０付近まで減少する期間。
【００２７】
次にこれらの過程におけるサンプル内部での微細周期構造の形成と液晶の配向過程について図６を用いて説明する。（ａ）はサンプル１０７の断面図を示し、この表面に６０１のようなレーザ干渉露光により形成される周期的な光強度分布が照射されている。このとき、透明基板６０３によって封入された試料中のモノマー、オリゴマーなどの光硬化反応を起こす重合性物質は、ある一定以上の光エネルギーの照射により光硬化反応が促進され、光強度の強い部分に凝集し始める。この反応が始まるまでの過程が図５における（１）の期間に相当する。
【００２８】
次に光強度の強い部分に凝集したモノマー、オリゴマー等が光硬化してポリマー化し、６０１で示す光強度分布の明部の位置に対応する光硬化した高分子層６０４を形成し始める。また、同時に硬化した層から押し出されるように光強度の弱い部分に液晶分子６０２が集まり液晶層６０５を形成する光誘起層分離過程が生じる。この状態では、液晶層中の液晶分子はランダムに配向していると考えられる。この過程が図５における（２）の期間に相当する。
【００２９】
続いて、液晶層の液晶分子は、両端の高分子層での光硬化に伴う収縮作用により、両側から引っ張られるような応力を受け延伸される。このとき、液晶層中では、液晶分子が分散して塊状態をなすドロプレットと呼ばれる局在的な領域が存在し、この付近は、レーザ干渉露光強度が弱い暗部に相当するため、光硬化が緩やかに進みながら形成されたポリマーネットワークが両側に延伸される力を受けることになる。このため、図６（ａ）の断面図における水平方向である透明基板の基板方向へと引っ張られた非対称なネットワーク構造を形成する。つまり、この延伸したように形成されたネットワーク構造に沿う方向である図６（ｃ）に示す光硬化した高分子層６０４に対して垂直方向に液晶分子が配向すると考えることができる。この液晶配向過程によって素子中の偏光依存性が発現し、Ｐ偏光の回折光強度成分は急速に増加し、逆にＳ偏光の回折光強度は減少する現象が現われ、これが図５の（３）の期間に対応するものと考えられる。
【００３０】
図２、図３で示すように、サンプルの保持温度により、回折された偏光成分の変化が異なるのは、用いている試料の粘性の値が図４に示すように温度に対して大きな依存性を有しているためと考えられる。２０℃近傍の温度では、光誘起層分離過程が試料の粘性の大きさに阻害され充分に促進されず、レーザの干渉露光強度分布に対応した屈折率分布も生じにくいため、回折光強度もあまり大きな値とならないと思われる。
また、照射するレーザの偏光状態によって、回折光強度の偏光成分に違いが現われるのは、試料中のモノマー、オリゴマーなどの光硬化反応を示す重合性物質は、直線偏光の光が照射された場合、ランダムに配向しているそれらの分子の中から分子の主鎖（あるいは側鎖）を偏光方向に向けている分子が主に光を吸収し、光反応による硬化が促進される。このため、光硬化によるネットワーク化は照射される光の偏光方向に沿う方向に形成されやすくなる。このため、初期反応過程では、照射されたレーザの偏光方向と一致する偏光成分での回折光強度が優先的に大きく生じたものと考えられる。
【００３１】
このとき、試料が室温付近のように低い温度に保持されていると、光誘起層分離過程が促進されず、さらに硬化した高分子層の収縮による引っ張り応力が液晶層でのネットワーク構造にも影響を与えないため、液晶分子の配向がきちんと行われない。この結果、照射されたレーザの偏光方向と一致する偏光成分に対する比較的小さい偏光依存性が生じた後、概ねそのままの状態で反応が終了すると考えられる。
試料の保持温度を高くしていくと、初期反応では、レーザ照射時の偏光状態と一致する方向の回折強度成分が優先するが、反応が進むにつれ温度増加による試料粘性の低下による効果が発揮され始め、光誘起層分離過程が促進され、さらに硬化した高分子層の収縮による引っ張り応力によって液晶層におけるネットワーク構造が規定されることになる。このため、図２の（ｂ）においては、反応開始時は、レーザの偏光状態に一致するＳ偏光の回折強度が大きいが反応時間が進むにつれ、回折強度成分の大きさがＳ偏光からＰ偏光に移行し、最終的には、Ｐ偏光による偏光依存性が大きくなるものと説明される。
【００３２】
また、図２と図３の（ｃ）の過程を比較すると、偏光依存性は図３のほうが大きく現われていることがわかる。これは、干渉露光中のレーザの偏光状態と最終的に液晶が配向する方向を一致させた場合の方が、初期での偏光依存性をそのまま促進させ、液晶の配向の整列がよりきれいに行われる結果、偏光依存性を大きく生じせしめることが可能になるためと考えられる。図７は、レーザの照射強度とサンプルの形成過程との関係を調べるため、図１におけるレーザ１０１の強度をＮＤフィルタ１０３により、いくつか変化させた時の図５における３つの反応時間の測定を行った結果である。図中の（ａ）〜（ｃ）は、図５の（１）〜（３）の期間の反応時間に対応する。それぞれの反応過程において、レーザの照射強度を増加させると反応時間が指数関数的に減少し、３ｍＷ／ｃｍ２以上の強度において、概ね飽和していることがわかる。この結果から、レーザ強度を３ｍＷ／ｃｍ２以上に設定すれば、短い時間で反応を完了させることが可能となり、サンプルの作製を効率的に行うことができると考えられる。
【００３３】
図８は、作製したサンプルを切断した断面を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察した結果を示したものである。尚、切断後の素子はメタノール中で超音波洗浄を行い、液晶を断面から洗い流した状態で観察している。（ｂ）は、（ａ）の格子の構造の一部の拡大図を示しており、（ｃ）は、（ｂ）に対応する液晶層８０２の高分子ネットワーク８０３のモデル図を示している。（ｂ）を見るとわかるように液晶層中での高分子ネットワークは、両端の高分子層から引っ張られ延伸された結果平たくなったような非対称な構造を有していることが確認できる。また、（ｃ）で示すように高分子ネットワークが形成された方向に沿って液晶分子が並んで配向したドロプレット状態が内部に形成されていると考えると、図３の（ｃ）で示されたような大きな偏光依存性が生じることの説明が可能になる。
【００３４】
図９は、作製されたサンプル９０３の光学特性を測定するための光学系を示している。この光学系ではＨｅ−Ｎｅレーザ９０１（λ＝６３２．８、５ｍＷ）から出射されるランダム偏光光を偏光板９０２により直線偏光（Ｐ偏光又はＳ偏光）としサンプル９０３に入射させ、素子からの透過光及び回折光を２つの光検出器９０５、９０６により同時に検出し、光検出器９０７で測定することでサンプル９０３の回折効率の測定を行なっている。サンプル９０３は、自動回転ステージ９０４に固定され、このステージをパルス駆動コントローラにより制御している。
【００３５】
こうして取得した回折光及び透過光強度をサンプル９０３に入射する光強度で割ることによって回折効率の算出を行なった。この測定結果を図１０に示す。（ａ）は、レーザの偏光状態をＳ偏光として作製したものであって図２（ｃ）に相当するサンプルであり、（ｂ）は、Ｐ偏光を用いて作製したものであって図３（ｃ）に相当するサンプルである。●は、Ｐ偏光を入射した場合の回折効率を示し、■は、Ｓ偏光を入射した場合についての回折効率をそれぞれ示している。（ａ）において、Ｐ偏光に対する回折効率は、７５％強であり、非常に高に高い回折効率を示していることがわかる。一方、Ｓ偏光に対する回折効率は０．３％程度でありほとんどの成分が透過することが確認された。これらの結果から、Ｐ波とＳ波の１次回折効率の比は３００近くとなり、大きな偏光依存性を有するサンプルが作製できたことがわかる。
また、（ｂ）においては、Ｐ偏光に対する回折効率は、８５％程度であり、（ａ）の場合よりもさらに高い回折効率を示していることがわかる。一方、Ｓ偏光に対する回折効率は０．２％程度でありほとんどの成分が透過することが確認された。これらの結果から、Ｐ波とＳ波の１次回折効率の比は５００近くとなり、（ａ）に比べてもさらに大きな偏光依存性を有するサンプルが作製できたことがわかる。これらの結果から、先にも述べたように干渉露光中のレーザの偏光状態を最終的に液晶が配向する方向に一致させた場合の方が、初期に生じる偏光依存性をそのまま促進させ、液晶の配向の整列がよりきれいに行われるため、偏光依存性をさらに大きく生じさせることが判明した。
【００３６】
また、サンプル作製に対し、試料として用いた液晶のネマティックからアイソトロピックへの転移温度（Ｎ−Ｉ点）以上に加熱しながら、レーザ干渉露光を行って作製を試みた場合、作製中での回折効率の偏光依存性は観察できなくても、作製後に回折効率を測定すると大きな偏光依存性が生じており、液晶層中に形成された高分子ネットワークの形状が液晶の配向を司っていることが判明した。
さらに作製したサンプルを一旦、Ｎ−Ｉ点以上の温度に過熱してから、冷却する熱変動を与えた場合でも、元の温度に戻せば、初期と同様の回折効率と偏光依存性が再現できることも確認できた。
図１に示すシステムにより、情報記録表示用フィルム作製のための干渉露光時間の制御と偏光依存性発現を含めた反応過程の明確化が可能となり、サンプルの作製効率と性能の向上を実現できたことが判明した。
【００３７】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２において本発明を説明する。
図１に示すシステムにおいて、透明基板としておおよそ１０μｍ〜１００μｍ程度の透明フィルムを用い、サンプル１０７で示すように透明フィルムをロール状に巻き取って固定（図１の中に点線で囲んで示した図参照。）し、延伸応力を加えた状態でレーザ干渉露光を行った。
その際の反応時間と回折強度の変化を図１１に示す。ここで、フィルム材料としては、例えばＥＶＯＨ、ＴＡＣ、ＰＥＴ、環状ポリオレフィン（例えば、日本ゼオン（株）製、商品名：ゼオノア）、ポリエチレン等が利用できる。（ａ）は、レーザ干渉露光時の偏光状態をＰ偏光とし、この方向（水平方向）に概ね一致するようにフィルムに応力を加えた状態で設置した場合である。一方、（ｂ）はレーザの偏光状態をＳ偏光とし、これに概ね一致する方向（垂直方向）にフィルムに応力を加えた状態で設置した場合である。このように、図１の１０７においてフィルムは定盤に対し、水平、垂直の任意の方向にペルチェ素子からなるステージに固定可能なように設計されている。このときのフィルム保持温度は（ａ）、（ｂ）とも５０℃に制御した。
【００３８】
図１１より、（ａ）では、Ｐ偏光成分の回折強度が大きく生じており、Ｓ偏光の回折強度成分は、初期の過程からほとんど生じていない。また、（ｂ）では、Ｓ偏光の回折強度成分が大きく生じているが、Ｐ偏光の回折成分はほとんど生じていない。また、図１２はこれらの素子に対する光学特性を図９の光学系を用いて測定した結果を示したものである。（ａ）は、Ｐ偏光に対する回折効率のみが非常に大きく、（ｂ）はＳ偏光に対する回折効率のみが非常に大きく現われていることが確認できる。
【００３９】
このようにフィルムに応力を印加した状態で加熱し、試料の粘性を概ね３Ｐａ・ｓ以下に小さくしてレーザの偏光状態を調節して干渉露光を行うと、応力を印加した方向にきれいに液晶を配向させることが可能になる。この結果、Ｐ偏光またはＳ偏光のどちらに対しても非常に大きな偏光依存性を発現させる素子が作製できることが判明した。
【００４０】
なお、図１に示すレーザ干渉露光システムにおいて、レーザ１０１から出射するビームの面積を広げずに細いビームのまま数μ程度の微細な間隔を保ちながらフィルムが固定されているステージを移動させるか、またはレーザビーム自体をスキャンするなどの方法を用いてレーザ照射を行っても、レーザ強度分布に対応した微細周期構造の形成は可能である。この場合は、振動等の外乱にからのレーザ強度分布に与えるノイズ等の影響を受けにくく、さらに、大きな面積にわたるレーザ照射も、レーザビームを順次スキャンすることで可能となり好ましい。
【００４１】
（実施の形態３）
図１３は、本発明の情報記録表示用フィルムの製造方法の他の実施形態の一例を示したものである。圧着ジグ１３０１は、微細周期構造を有しており、周期の１つの間隔は数μｍ〜数１０μ程度であり、厚さ方向の凹凸の高さは周期間隔の倍以上を有し、厚さが溝間隔よりも厚い形状となっている。このような溝間隔よりも表面の凹凸が大きい微細周期構造は、均一に塗布されたレジスト材料にレーザ干渉露光を行い、光照射されて硬化した部分以外をエッチング液で除去するなどの方法で作成することができる。
【００４２】
このようにして作製した圧着ジグ１３０１を４０℃〜８０℃程度に加熱し透明基板１３０２に圧着することで透明基板に応力を印加しながら、加熱による熱重合反応により、微細周期構造の形成と液晶の配向を同時に行うものである。なお、実施の形態３においては透明基板１３０２として実施の形態２で使用したのと同様な透明フィルムを使用した。
この工程として、実施の形態１で用いたのと同様な試料中に熱重合開始材を添加し、圧着ジグ１３０１を透明フィルムに押し当てる。この圧着ジグ１３０１は、凹凸の周期よりも溝部の深さが大きいため、（ｂ）に示すように、隣り合う凸面が圧着されて挟まれたフィルム上の領域では、引っ張り応力を受ける。このため、透明基板１３０２は、応力を加えながらの熱硬化が行われることになる。この熱層分離作用により、透明基板１３０２中の液晶は、ジグの凸面から押し出され、凹面に集中する。この部分では、液晶ドロプレットを形成するポリマーネットワークが応力方向に偏って形成され、その形状に沿った方向に液晶の配向が整列されるため、液晶の配向に基づく偏光依存性を発現させることが可能になる。透明基板１３０２に直接印加する応力とジグの圧着の仕方を調整することで、フィルムに印加する応力の方向を任意に変化させることができる。このため、Ｐ偏光またはＳ偏光での偏光依存性を任意に制御可能となる。
【００４３】
実際に、この方法によってフィルムを作製し、光学特性を測定した結果、図１２に示す値と概ね同様の結果が得られ、微細周期構造の形成と同時に液晶の配向までを行うことが可能なことが判明した。この方法によれば、情報記録表示用フィルムの作製には、干渉露光技術を用いる必要がなく、製造工程が簡略化される。また、圧着ジグ１３０１のような表面の凹凸のパターンを転写させることで情報記録表示用フィルムの形成が可能なため、量産性に非常に優れている。
【００４４】
（実施の形態４）
次に図１に示す光学システムの中の空間光変調素子１１７を用いて文字や画像などのパターン情報をサンプル１０７に記録することを試みた。空間光変調素子１１７は、コンピュータ１１８により制御されており、コンピュータ上で作製した任意のパターンを空間光変調素子１１７上に表示することができる。この空間光変調素子１１７として、ＨｏｌｏＥｙｅ社製のＬＣ２００２を用いた。表示画面は対角１．３インチで、ツイストネマティック液晶パネルからなり、８３２ｘ６２４画素を有し、ＳＶＧＡの映像信号に対応可能である。映像信号を印加すると、各画素に印加された電圧の大きさによって入射光の偏光状態を変調する。出射側に偏光板を設置した場合は、各画素に印加された電圧値により、透過する光量が変化する強度変調が行われる。
また、出射側の偏光板を取り付けない場合は、電圧の印加によって各画素内での液晶分子の屈折率変化に伴い各画素を通過する光の位相が変調されることになる。このように空間光変調素子１１７は、透過率または位相の両方の変調が可能である。
【００４５】
次に、この空間光変調素子１１７の表示画面にアルファベッドのＴの文字をほぼ画面いっぱいの大きさで表示させた状態で、レーザ干渉露光を行い、実施の形態２と同様のフィルムを用いてサンプル１０７の作製を試みた。
図１４の（ａ）は、このときフィルム上に記録されたＴの文字をわかりやすくモデル化して示したものである。図において、Ｔの文字の中に上下方向に格子構造を有する微細周期構造が形成され、液晶分子の配向方向はこの格子に対して垂直方向になっている。このとき、レーザの偏光状態をＰ偏光となるように設定し、フィルムへは、水平方向の応力を印加した。従って、このフィルムの文字部分からは、Ｐ偏光成分が３０度方向に回折された。このフィルムをバックライト上に置き、フィルムの上に偏光板を置き、この偏光板の向きを回転させながら観察したところ、偏光板の透過軸が水平方向になった位置で、最も明るい像がフィルムの正面から概ね３０度方向に観察されることが判明した。
次に、（ｂ）は７文字の文字列をフィルム上に記録し、偏光板の透過軸を水平になる方向において斜め３０度方向から観察した場合を示している。このようにフィルム上に文字の記録を明瞭に行うことができることが確認できた。
（ｃ）は、先程の文字列のうち、２番目と６番目のＡとＥの文字だけをフィルムへの応力の印加方向及びレーザの偏光状態を９０度変化させて記録した場合である。（ｃ）は、（ｂ）と同様の偏光板の設定条件で観察を行ったが、ＡとＥの文字が明瞭に観察できていない。これは、この文字の中に形成された微細周期構造中に配向した液晶分子の方向が他の文字と異なり、９０度回転しているため、Ｓ偏光成分が回折されているためである。この結果、フィルム上に置かれた偏光板によって回折光がカットされてしまい像として観察できていないことが確認された。
【００４６】
以上のように、フィルム上にホログラムパターンとして文字、図形、物体などの情報を記録する場合、本発明によればその記録物体の干渉強度分布に対応するパターン情報だけでなく、液晶の配向方向に対応する情報をあらたに暗号キィ−として埋め込むことができる。つまり、本発明のフィルムと偏光板の透過軸とをあらかじめ決められた特定方向に組み合わせられれば、記録した文字や図形の情報の読み取り及び解読が可能となる。このため、従来のホログラム記録によるものに比べ、記録された情報に対するセキュリティ性の向上が期待できる。
【００４７】
（実施の形態５）
図１５は、カーナビゲーションシステムの一例を示したものである。運転席からカーナビゲーション用の液晶ディスプレイを観測する方向は、概ね３０度近傍であると言われている。また、運転者１５０２は、運転中、運転席から大きく動くことはないため、カーナビゲーションのディスプレイを見る角度は常にほとんど変わらない。このため、液晶ディスプレイの表示画面を運転者１５０２の方向に優先的に提示すれば、光の利用効率と視認性のより一層の向上が期待できるものと考えられる。
図１６は、このような応用のために本発明で製造した情報記録表示用フィルムを適用し、その効果を調べるために行った実験光学系を示したものである。グリーンレーザ１６０１は、実施の形態１で使用したものと同様の性能を有するものである。このグリーンレーザ１６０１からの出射光を１／４波長板１６０２を用いて円偏光とし、コリメータ１６０３とレンズ１６０４を用いて直径４０ｍｍΦ程度の平行光とする。次に、遮光スクリーンで後に置かれた対角２インチ程度の液晶パネル１６０６の表示画面に一致するように先程の平行光の面積を調節する。
続いて、液晶パネル１６０６に平行光を通過させ、このすぐ後に実施の形態２で作製した情報記録表示用フィルムからなるサンプル１６０７を液晶パネルの画面にあわせて設置する。液晶パネルの出射側の偏光板の透過軸とサンプル１６０７において回折光を生じさせる偏光成分とが一致するように設定されている。このため液晶パネル１６０６から出射される透過光は、サンプル１６０７によって内部に形成された周期構造に対応した方向に優先的に回折されることになる。光検出器１６０８を液晶パネル１６０６の回りに円状に動かしながら光強度を検出することによって、液晶パネル１６０６とサンプル１６０７によって生じた光強度の視野角特性を測定することができる。
【００４８】
図１７は、この結果を示したものである。内部に微細周期構造が回折光学素子のように記録されたサンプル１６０７を設置した場合と液晶パネルのみの場合において、視野角方向に検出された光強度の分布が大きく異なることが確認できる。液晶パネルのみの場合は、正面の０度付近を中心として光強度が分布しているが、サンプル１６０７を液晶パネル表面に設置した場合は、視野角の３０度方向を中心として光強度が分布しており、液晶パネル１６０６からの光の出射方向が大きく変調されていることが確認できた。
次に、図１８は、上記の結果を基に今回はカラーの液晶パネル１８０１を使用し、この画面にカラーのロゴを表示し、この前面に先に使用したと同様の特性を有する情報記録表示用フィルムサンプル１８０２を設置し、画面からの観察角度を変化して場合の表示パターンをＣＣＤカメラ１８０３で検出するための実験系を示したものである。そして、図１９がこの結果を示したものである。図１９の（ａ）は、液晶パネル１８０１に対し３０度方向から画像を検出したもの、（ｂ）は、正面から画像を検出したものである。これらの画像を比較すると３０度方向から検出された（ａ）の画像の方が、画像の輝度が３倍程度高く、また鮮明に画像が表示されていた。一方、（ｂ）で示す正面からの画像は輝度が暗く少しぼけたような不鮮明な画像であった。
【００４９】
ここで用いたサンプル１８０２は、回折作用によって光の出射方向を変調する。このため、入射波長に対する依存性を有し、カラー画像のようないくつかの波長からなり、さらに広い角度範囲から入射する光成分に対しては、色ずれによる画像の劣化が生じやすい。しかしながら、本発明による情報記録表示用フィルムを用いた場合においては、このようなカラー画像に対しても、上述したような劣化はあまり観察されなかった。これは、本発明のフィルムの回折光学特性が図１２に示すように入射角度に対する広い範囲で高い回折効率を示しており、同様に波長に対しても比較的ブロード特性を示すのためではないかと考えられる。
以上のように、本発明で製造した情報記録表示用フィルムを用いれば、画像の表示方向を効率的に変調することができ、図１５で示したようなカーナビゲーションシステムにおける液晶ディスプレイの視認性の向上と高輝度化、低消費電力化といった高機能化に応用可能なことが判明した。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の情報記録表示用フィルム製造のための一実施例の形態の構成図
【図２】本発明の情報記録表示用フィルムの製造過程での回折効率の時間変化の一例を示す図
【図３】本発明の情報記録表示用フィルムの製造過程での回折効率の時間変化の一例を示す図
【図４】本発明の情報記録表示用フィルムの製造に用いた試料の粘性の温度特性の一例を示す図
【図５】本発明の情報記録表示用フィルムの製造過程での回折効率の時間変化の一例の説明図
【図６】本発明の情報記録表示用フィルムの形成過程の一例の説明図
【図７】本発明の情報記録表示用フィルムの形成過程の反応時間の一例を示す図
【図８】本発明の情報記録表示用フィルムの内部構造の一例を示す図
【図９】本発明の情報記録表示用フィルムの光学特性測定用の一実施例の形態の構成図
【図１０】本発明の情報記録表示用フィルムの回折効率の一例を示す図
【図１１】本発明の情報記録表示用フィルムの製造過程での回折効率の時間変化の他の一例を示す図
【図１２】本発明の情報記録表示用フィルムの回折効率の他の一例を示す図
【図１３】本発明の情報記録表示用フィルム製造のための一実施例の他の形態の構成図
【図１４】本発明の情報記録表示用フィルムに記録したパターンの一例を示す図
【図１５】本発明の情報記録表示用フィルムの一応用例の形態の構成図
【図１６】本発明の情報記録表示用フィルムの視野角特性測定用の一実施例の形態の構成図
【図１７】本発明の情報記録表示用フィルムの視野角特性の一例を示す図
【図１８】本発明の情報記録表示用フィルムを用いた画像表示用の一実施例の形態の構成図
【図１９】本発明の情報記録表示用フィルムを用いた表示画像の一例を示す図
【図２０】従来例のホログラム作製光学系の一実施例の構成図
【符号の説明】
【００５１】
１０１ グリーンレーザ
１０２ １／２波長板
１０３ ＮＤフィルタ
１０４ コリメータ
１０５ ミラー
１０６ ハーフミラー
１０７ サンプル
１０８、１０９ 光センサー
１１０ 光検出器
１１１ 偏光ビームスプリッタ
１１２ ＧＰＩＢインターフェースボード
１１３、１１８ コンピュータ
１１４ ペルチェ素子
１１５ 温度制御装置
１１６ Ｈｅ−Ｎｅレーザ
１１７ 空間光変調素子
５０１ Ｐ偏光の回折光強度
５０２ Ｓ偏光の回折光強度
６０１ レーザ照射強度分布
６０２ 液晶分子
６０３ 透明基板
６０４ 光硬化した高分子層
６０５ 液晶層
６０６ 配向した液晶層
８０１ 高分子層
８０２ 液晶層
８０３ 高分子ネットワーク
９０１ Ｈｅ−Ｎｅレーザ
９０２ 偏光板
９０３ サンプル
９０４ 回転ステージ
９０５、９０６ 光センサ
９０７ 光検出器
１３０１ 圧着ジグ
１３０２ 透明基板
１５０１ 液晶ディスプレイ
１５０２ 運転者
１６０１ グリーンレーザ
１６０２ １／４波長板
１６０３ コリメータ
１６０４ レンズ
１６０５ 遮光スクリーン
１６０６ 液晶パネル
１６０７ サンプル
１６０８ 光検出器
１８０１ 液晶パネル
１８０２ サンプル
１８０３ ＣＣＤカメラ
１９０１ レーザ
１９０２ ビームスプリッタ
１９０３、１９０４ミラー
１９０５、１９０６対物レンズ
１９０７ 物体
１９０８ 記録材料
１９０９ 物体光
１９１０ 参照光
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板で挟まれた領域に液晶と、モノマー、オリゴマー、ポリマーから選ばれる１つ以上の重合性物質とを含む試料を封入し、次いで透明基板に応力を印加した状態で光変調手段を有する複数の周期的な強度分布からなる光束を照射することを特徴とする重合性物質が部分的に硬化した領域において、前記透明基板に印加された応力方向に沿って液晶分子が配向した情報記録表示用フィルムの製造方法。
【請求項２】
前記応力が、前記透明基板に対し概ね平行方向に沿う引っ張り応力であることを特徴とする請求項１記載の情報記録表示用フィルムの製造方法。
【請求項３】
前記透明基板に印加する引っ張り応力が、透明基板の延伸により行われることを特徴とする請求項２記載の情報記録表示用フィルムの製造方法。
【請求項４】
前記光変調手段が、光束の透過率変調により行われることを特徴とする請求項１記載の情報記録表示用フィルムの製造方法。
【請求項５】
前記光変調手段が、光束の位相変調により行われることを特徴とする請求項１記載の情報記録表示用フィルムの製造方法。
【請求項６】
前記光束が、強度分布の周期方向に対して概ね垂直または水平の偏光状態を有していることを特徴とする請求項１記載の情報記録表示用フィルムの製造方法。
【請求項７】
前記試料の粘性が、粘性制御手段によって制御されていることを特徴とする請求項１記載の情報記録表示用フィルムの製造方法。
【請求項８】
前記粘性制御手段が温度変化であることを特徴とする請求項７記載の情報記録表示用フィルムの製造方法。
【請求項９】
前記試料の粘性が、粘性制御手段により概ね３Ｐａ・ｓ以下に制御されていることを特徴とする請求項８記載の情報記録表示用フィルムの製造方法。
【請求項１０】
前記透明基板に印加する応力の方向と照射する光束の偏光方向とが概ね等しいことを特徴とする請求項２、３、６のいずれかに記載の情報記録表示用フィルムの製造方法。
【請求項１１】
前記試料が、光重合開始材及び色素を含むことを特徴とする請求項１記載の情報記録表示用フィルムの製造方法。
【請求項１２】
前期複数の周期的な強度分布からなる光束の照射により、前記重合性物質が部分的に硬化した領域が透明基板上に複数島状に存在することを特徴とする請求項１記載の情報記録表示用フィルムの製造方法。
【請求項１３】
前記複数の島状の領域が、応力の印加方向に延伸された非対称な形状を有することを特徴とする請求項１２記載の情報記録表示用フィルムの製造方法。
【請求項１４】
前記光束の光強度が概ね３ｍＷ／ｃｍ２より大きいことを特徴とする請求項１記載の情報記録表示用フィルムの製造方法。
【請求項１５】
透明基板で挟まれた領域に液晶と、モノマー、オリゴマー、ポリマーから選ばれる１つ以上の重合性物質とを含む試料を封入し、次いで前記透明基板上に周期的な凹凸からなる表面形状を有する加熱された物体を圧着することを特徴とする前記重合性物質が部分的に熱硬化した領域において、前記物体表面の凹凸からなる周期方向に沿って液晶分子が配向した情報記録表示用フィルムの製造方法。
【請求項１６】
前記周期的な凹凸からなる表面形状を有する物体の加熱温度が前記試料の粘性が概ね３Ｐａ・ｓ以下となる温度であることを特徴とする請求項１５記載の情報記録表示用フィルムの製造方法。
【請求項１７】
前記物体表面の凹凸形状は、周期構造の間隔に対して凹凸の形状が大きいことを特徴とする請求項１５記載の情報記録表示用フィルムの製造方法。
【請求項１８】
前記物体表面の凹凸形状は、概ね周期間隔の倍以上の大きさを有することを特徴とする請求項１７記載の情報記録表示用フィルムの製造方法。
【請求項１９】
前記試料が熱重合開始材を含むことを特徴とする請求項１５記載の情報記録表示用フィルムの製造方法。
【請求項２０】
前期周期的な凹凸からなる物体の圧着により、前記重合性物質が部分的に熱硬化した領域が透明基板上に複数島状に存在することを特徴とする請求項１５記載の情報記録表示用フィルムの製造方法。
【請求項２１】
前記複数の島状の領域が、前記物体の凹凸形状の周期方向に延伸された非対称な形状を有することを特徴とする請求項２０記載の情報記録表示用フィルムの製造方法。
【請求項２２】
請求項１に記載の製造方法により形成したことを特徴とする情報記録表示用フィルム。
【請求項２３】
請求項１５に記載の製造方法により形成したことを特徴とする情報記録表示用フィルム。
【請求項１】
透明基板で挟まれた領域に液晶と、モノマー、オリゴマー、ポリマーから選ばれる１つ以上の重合性物質とを含む試料を封入し、次いで透明基板に応力を印加した状態で光変調手段を有する複数の周期的な強度分布からなる光束を照射することを特徴とする重合性物質が部分的に硬化した領域において、前記透明基板に印加された応力方向に沿って液晶分子が配向した情報記録表示用フィルムの製造方法。
【請求項２】
前記応力が、前記透明基板に対し概ね平行方向に沿う引っ張り応力であることを特徴とする請求項１記載の情報記録表示用フィルムの製造方法。
【請求項３】
前記透明基板に印加する引っ張り応力が、透明基板の延伸により行われることを特徴とする請求項２記載の情報記録表示用フィルムの製造方法。
【請求項４】
前記光変調手段が、光束の透過率変調により行われることを特徴とする請求項１記載の情報記録表示用フィルムの製造方法。
【請求項５】
前記光変調手段が、光束の位相変調により行われることを特徴とする請求項１記載の情報記録表示用フィルムの製造方法。
【請求項６】
前記光束が、強度分布の周期方向に対して概ね垂直または水平の偏光状態を有していることを特徴とする請求項１記載の情報記録表示用フィルムの製造方法。
【請求項７】
前記試料の粘性が、粘性制御手段によって制御されていることを特徴とする請求項１記載の情報記録表示用フィルムの製造方法。
【請求項８】
前記粘性制御手段が温度変化であることを特徴とする請求項７記載の情報記録表示用フィルムの製造方法。
【請求項９】
前記試料の粘性が、粘性制御手段により概ね３Ｐａ・ｓ以下に制御されていることを特徴とする請求項８記載の情報記録表示用フィルムの製造方法。
【請求項１０】
前記透明基板に印加する応力の方向と照射する光束の偏光方向とが概ね等しいことを特徴とする請求項２、３、６のいずれかに記載の情報記録表示用フィルムの製造方法。
【請求項１１】
前記試料が、光重合開始材及び色素を含むことを特徴とする請求項１記載の情報記録表示用フィルムの製造方法。
【請求項１２】
前期複数の周期的な強度分布からなる光束の照射により、前記重合性物質が部分的に硬化した領域が透明基板上に複数島状に存在することを特徴とする請求項１記載の情報記録表示用フィルムの製造方法。
【請求項１３】
前記複数の島状の領域が、応力の印加方向に延伸された非対称な形状を有することを特徴とする請求項１２記載の情報記録表示用フィルムの製造方法。
【請求項１４】
前記光束の光強度が概ね３ｍＷ／ｃｍ２より大きいことを特徴とする請求項１記載の情報記録表示用フィルムの製造方法。
【請求項１５】
透明基板で挟まれた領域に液晶と、モノマー、オリゴマー、ポリマーから選ばれる１つ以上の重合性物質とを含む試料を封入し、次いで前記透明基板上に周期的な凹凸からなる表面形状を有する加熱された物体を圧着することを特徴とする前記重合性物質が部分的に熱硬化した領域において、前記物体表面の凹凸からなる周期方向に沿って液晶分子が配向した情報記録表示用フィルムの製造方法。
【請求項１６】
前記周期的な凹凸からなる表面形状を有する物体の加熱温度が前記試料の粘性が概ね３Ｐａ・ｓ以下となる温度であることを特徴とする請求項１５記載の情報記録表示用フィルムの製造方法。
【請求項１７】
前記物体表面の凹凸形状は、周期構造の間隔に対して凹凸の形状が大きいことを特徴とする請求項１５記載の情報記録表示用フィルムの製造方法。
【請求項１８】
前記物体表面の凹凸形状は、概ね周期間隔の倍以上の大きさを有することを特徴とする請求項１７記載の情報記録表示用フィルムの製造方法。
【請求項１９】
前記試料が熱重合開始材を含むことを特徴とする請求項１５記載の情報記録表示用フィルムの製造方法。
【請求項２０】
前期周期的な凹凸からなる物体の圧着により、前記重合性物質が部分的に熱硬化した領域が透明基板上に複数島状に存在することを特徴とする請求項１５記載の情報記録表示用フィルムの製造方法。
【請求項２１】
前記複数の島状の領域が、前記物体の凹凸形状の周期方向に延伸された非対称な形状を有することを特徴とする請求項２０記載の情報記録表示用フィルムの製造方法。
【請求項２２】
請求項１に記載の製造方法により形成したことを特徴とする情報記録表示用フィルム。
【請求項２３】
請求項１５に記載の製造方法により形成したことを特徴とする情報記録表示用フィルム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２００６−３６８８（Ｐ２００６−３６８８Ａ）
【公開日】平成１８年１月５日（２００６．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−１８０７２７（Ｐ２００４−１８０７２７）
【出願日】平成１６年６月１８日（２００４．６．１８）
【出願人】（０００２０６４７３）大倉工業株式会社 (124)
【出願人】（５０４２３７０５０）独立行政法人国立高等専門学校機構 (656)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月５日（２００６．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年６月１８日（２００４．６．１８）
【出願人】（０００２０６４７３）大倉工業株式会社 (124)
【出願人】（５０４２３７０５０）独立行政法人国立高等専門学校機構 (656)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]