圓偏振濾光器及其應用
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種圓偏振濾光器。并且，本發明設及一種圓偏振濾光器對光源、傳感 器、或傳感器系統等的應用。
【背景技術】
[0002] 圓偏振濾光器為能夠在特定波長區域中選擇性地使右圓偏振光或左圓偏振光的 任一個圓偏振光透射或反射的濾波器，利用所獲得的圓偏振光的特性而應用于各種領域 中。
[0003] 例如，專利文獻1中，公開有圓偏振光在植物栽培中的利用，對將圓偏振片用于植 物栽培用照明裝置進行了記載。
[0004] 并且，專利文獻2中公開有利用圓偏振光的檢測系統。專利文獻2中公開有通過對 娃基板照射經由圓偏振濾光器的圓偏振光紅外光并進一步經由圓偏振濾光器接收來自娃 基板的反射光或者透射光的系統，檢測娃基板的龜裂的技術。即，該技術利用了如下原理： 不存在龜裂的部位的反射光或者透射光為反向指向（sense)的圓偏振光且無法透射圓偏振 濾光器，而龜裂中的反射光或者透射光中由于漫反射而產生經由圓偏振濾光器也能夠感知 的光。
[0005] W往技術文獻
[0006] 專利文獻
[0007] 專利文獻1:國際公開2012-144422號
[000引專利文獻2:日本專利公開2013-36888號公報
【發明內容】
[0009] 發明要解決的技術課題
[0010] 本發明的課題在于，提供一種可獲得圓偏振度較高的圓偏振光的圓偏振濾光器或 在利用圓偏振光的傳感器系統中能夠提高靈敏度的圓偏振濾光器。本發明的課題在于，尤 其提供一種利用固定有膽醬醇型液晶相的層的圓偏振濾光器且具有上述特征的圓偏振濾 光器。并且，本發明的課題在于，作為利用圓偏振光的傳感器系統，提供一種靈敏度較高的 系統。
[0011] 用于解決技術課題的手段
[0012] 通常已知W由膽醬醇型液晶化合物形成的膽醬醇型液晶相的螺旋軸相對于電池 基板和支撐體面垂直的方式均勻地取向的層作為圓偏振光選擇性的偏振濾光器發揮作用。
[0013] 但是，本發明人等實際對透射光的偏振特性仔細進行測定的結果，即使在取向均 勻性極高的膽醬醇中，也未能實現完全的圓偏振光。并且發現如下現象，即，若在該濾波器 的透射光側配置用于保護濾波器的蓋玻片等，則圓偏振度進一步下降。
[0014] 根據運些見解，本發明人等為了改善圓偏振度而進行深入研究的結果，發現了原 本被認為偏振度降低的光散射性的膽醬醇型液晶層中透射光的圓偏振度提高。W往，為了 提高膽醬醇膜的圓偏振光特性而進行的方法中，由于意在盡可能減少成為圓偏振性降低的 原因的異物或液晶的取向缺陷，且設為無缺陷的均勻的取向狀態，因此運是驚人的發現。
[0015] 而且，本發明人等根據該見解進一步進行深入研究，從而完成了本發明。
[0016] 旨P，本發明提供下述的[1]~[21]。
[0017] [1]-種圓偏振濾光器，其用于在特定波長下選擇性地使右圓偏振光或左圓偏振 光的任一個指向的圓偏振光透射，其中，
[0018] 包含圓偏振光分離層，其在上述特定波長下選擇性地使右圓偏振光或左圓偏振光 的任一個指向的圓偏振光透射，并使另一指向圓偏振光反射，
[0019] 上述圓偏振光分離層包含反射光散射性圓偏振光分離層，
[0020] 上述反射光散射性圓偏振光分離層由固定有膽醬醇型液晶相的層構成，且
[0021] 上述圓偏振濾光器中，與從任一面入射在上述特定波長下選擇性地透射的指向的 圓偏振光時的散射透射率/直透射率相比，在上述特定波長下從上述面入射另一指向的圓 偏振光時的散射反射率/正規反射率更大。
[0022] [2]根據[1]所述的圓偏振濾光器，其中，上述反射光散射性圓偏振光分離層在內 部具有膽醬醇型液晶相的取向缺陷，且
[0023] 與上述特定波長的上述指向的圓偏振光的散射透射率/直透射率相比，另一指向 的散射反射率/正規反射率更大。
[0024] [3]根據[1]或[2]所述的圓偏振濾光器，其中，上述圓偏振濾光器中，從任一面入 射在上述特定波長下選擇性地透射的指向的圓偏振光時的散射透射率/直透射率為0.00W 上且0.10W下，在上述特定波長從上述面入射另一指向的圓偏振光時的散射反射率/正規 反射率為2.0W上且7.5W下。
[0025] [4]根據[1]至[3]中任一項所述的圓偏振濾光器，其中，上述反射光散射性圓偏振 光分離層中，在上述特定波長下選擇性地透射的指向的圓偏振光的散射透射率/直透射率 為0.00W上且0.10W下，在上述特定波長下另一指向的散射反射率/正規反射率為2.0W上 且7.5W下。
[0026] [5]根據[1]至[4]中任一項所述的圓偏振濾光器，其中，上述反射光散射性圓偏振 光分離層中，W上述特定波長的自然光測定的霧度值大于10且55W下。
[0027] [6]根據[1]至[引中任一項所述的圓偏振濾光器，其中，上述反射光散射性圓偏振 光分離層中，在至少一個表面側形成上述膽醬醇型液晶相的液晶化合物進行水平取向。
[0028] [7]根據[1]至[6]中任一項所述的圓偏振濾光器，其中，上述反射光散射性圓偏振 光分離層為由包含涂布于未進行摩擦處理的膜表面的液晶化合物與空氣界面取向劑的組 合物形成的層。
[0029] [引根據[1]至[7]中任一項所述的圓偏振濾光器，其中，
[0030] 上述圓偏振光分離層包含非反射光散射性圓偏振光分離層，
[0031] 上述非反射光散射性圓偏振光分離層是在上述特定波長下選擇性地使右圓偏振 光或左圓偏振光的任一個指向的圓偏振光透射，并選擇性地使另一指向的圓偏振光反射的 層，且反射光散射性圓偏振光分離層及非反射光散射性圓偏振光分離層中選擇性地透射的 圓偏振光的指向相同，非反射光散射性圓偏振光分離層中，在上述特定波長下選擇性地透 射的指向的圓偏振光的散射透射率/直透射率為0.00W上且0.05W下，在上述特定波長下 另一指向的圓偏振光的散射反射率/正規反射率為ο .OOW上且0.05W下。
[0032] [9]根據[引所述的圓偏振濾光器，其中，反射光散射性圓偏振光分離層中，W上述 特定波長的自然光測定的霧度值大于10且55W下，非反射光散射性圓偏振光分離層中，W 上述特定波長的自然光測定的霧度值為1.0W下。
[0033] [10]根據[引或[9]所述的圓偏振濾光器，其中，非反射光散射性圓偏振光分離層 由固定有膽醬醇型液晶相的層構成。
[0034] [11]根據[引或[9]所述的圓偏振濾光器，其中，非反射光散射性圓偏振光分離層 由直線偏振光分離層與在上述特定波長下作為λ/4相位差層發揮作用的層的層疊體構成。
[0035] [12]根據[1]至[11]中任一項所述的圓偏振濾光器，其中，上述特定波長在波長 800nm~1500nm的范圍內。
[0036] [13]根據[1]至[12]中任一項所述的圓偏振濾光器，其包含在不包含上述特定波 長的波長區域的至少一部分遮斷光的光遮斷層。
[0037] [14]根據[12]所述的圓偏振濾光器，其包含在波長380~780nm的50nm寬度W上的 波長區域遮斷光的光遮斷層。
[0038] [15]-種光源裝置，包含[1]至[14]中任一項所述的圓偏振濾光器及能夠照射上 述特定波長的光的光源。
[0039] [16]-種傳感器，其中，包含[1]至[14]中任一項所述的圓偏振濾光器及能夠感知 上述特定波長的光的受光元件。
[0040] [17] -種傳感器系統，其中，包含[1]至[14]中任一項所述的圓偏振濾光器、能夠 照射上述特定波長的光的光源及能夠感知上述特定波長的光的受光元件。
[0041] [1引一種光源裝置，其中，包含[引至[10]中任一項所述的圓偏振濾光器及能夠照 射上述特定波長的光的光源，
[0042] W上述光源、上述非反射光散射性圓偏振光分離層及上述反射光散射性圓偏振光 分離層的順序配置。
[0043] [19]-種傳感器，其中，包含[引至[10]中任一項所述的圓偏振濾光器及能夠感知 上述特定波長的光的受光元件，W上述受光元件、上述非反射光散射性圓偏振光分離層及 上述反射光散射性圓偏振光分離層的順序配置。
[0044] [20]-種傳感器系統，其包含[引至[10]中任一項所述的圓偏振濾光器、能夠照射 上述特定波長區域內的波長的光的光源及能夠感知上述特定波長區域內的波長的光的受 光元件，其中，
[0045] W上述光源、上述非反射光散射性圓偏振光分離層及上述反射光散射性圓偏振光 分離層的順序配置，且
[0046] W上述受光元件、上述非反射光散射性圓偏振光分離層及上述反射光散射性圓偏 振光分離層的順序配置。
[0047] [21]-種圓偏振濾光器的制造方法，上述圓偏振濾光器用于在上述特定波長下選 擇性地使右圓偏振光或左圓偏振光的任一個指向的圓偏振光透射，其中，
[0048] 上述圓偏振濾光器包含在上述特定波長下選擇性地使右圓偏振光或左圓偏振光 的任一個指向的圓偏振光透射，并選擇性地使另一指向的圓偏振光反射的圓偏振光分離 層，
[0049] 上述圓偏振光分離層包含反射光散射性圓偏振光分離層，
[0050] 上述反射光散射性圓偏振光分離層由固定有膽醬醇型液晶相的層構成，
[0051] 上述制造方法包含如下步驟，通過調整上述反射光散射性圓偏振光分離層內部的 膽醬醇型液晶相的取向缺陷，在上述反射光散射性圓偏振光分離層中，與從任一面入射上 述特定波長的上述指向的圓偏振光時的散射透射率/直透射率相比，從上述面入射另一指 向的圓偏振光時的散射反射率/正規反射率較大。
[0052] 發明效果
[0053] 根據本發明，提供一種可獲得圓偏振度較高的圓偏振光的圓偏振濾光器及在利用 圓偏振光的傳感器系統中能夠提高靈敏度的圓偏振濾光器。本發明的圓偏振濾光器能夠應 用于植物栽培中，或能夠作為圓偏振光光源裝置、傳感器、傳感器系統等的構成部件來應 用。
【附圖說明】
[0054] 圖1是作為圓偏振濾光器在傳感器系統中的使用例而示出所檢測出的對象物、光 源、受光元件、圓偏振濾光器的配置例的圖。
[0055] 圖2是表示實施例1及比較例1的波長400nm~800nm的圓偏振度的曲線圖的圖。
[0056] 圖3是表示實施例11的僅使用反射光散射性圓偏振光分離層時的左圓偏振光透射 率的曲線圖、僅使用非反射光散射性圓偏振光分離層時的左圓偏振光透射率的曲線圖W及 使用反射光散射性圓偏振光分離層及非反射性散射性圓偏振光分離層的層疊體時的左圓 偏振光透射率的曲線圖。
[0057] 圖4是示意地表示在實施例中使用的濾波器、光源、受光元件、鏡的配置的圖。
[0058] 圖5是WTEM觀察來觀測膽醬醇型液晶層剖面的、明部與暗部的條紋圖形的示意 圖。
【具體實施方式】
[0059] W下，對本發明進行詳細說明。
[0060] 另外，本說明書中W將記載于其前后的數值作為下限值及上限值來包含的含 義而使用。
[0061] 并且，本說明書中，對于角度(例如巧〇°"等角度)及其關系（例如，"垂直"、"水平" 等），視為包含在本發明所屬的技術領域中所容許的誤差的范圍。例如，是指在小于嚴格的 角度±10°的范圍內等，與嚴格的角度的誤差優選為5° W下，更優選為3° W下。
[0062] 本說明書中，對于圓偏振光表達為"選擇性"時，表示右圓偏振光成分或左圓偏振 光成分的任一光量比另一圓偏振光成分多。具體而言，表達為"選擇性"時，光的圓偏振度優 選0.3 W上，更優選0.6 W上，進一步優選0.8 W上。實際上進一步優選為1.0。在此，圓偏振度 是將光的右圓偏振光成分的強度設為Ir，將左圓偏振光成分的強度設為II時，W I Ir-Il I/(Ir +Il)表示的值。為了表示光的圓偏振光成分之比，本說明書中，有時使用圓偏振度。
[0063] 本說明書中，對于圓偏振光表達為"指向"時，是指右圓偏振光還是左圓偏振光。關 于圓偏振光的指向，定義為如下，即，W光朝向前方前進的方式觀察時，電場矢量的前端隨 著時間的增加而順時針旋轉時為右圓偏振光，逆時針旋轉時為左圓偏振光。
[0064] 本說明書中，有時對膽醬醇型液晶的螺旋的扭轉方向也使用"指向"運一術語。基 于膽醬醇型液晶的選擇反射中，膽醬醇型液晶的螺旋的扭轉方向（指向）為右的情況下，反 射右圓偏振光，并使左圓偏振光透射，指向為左的情況下，反射左圓偏振光，并使右圓偏振 光透射。
[0065] 本說明書中，關于與透光率的計算相關而必要的光強度的測定，例如為利用通常 的紫外線、可見光或近紅外光譜儀，將參考試料作為空氣來測定的強度即可。
[0066] 本說明書中，簡單表達為"反射光"或"透射光"時，W包含散射光及衍射光的含義 而使用。
[0067] 另外，光的各波長的偏振狀態能夠使用安裝有圓偏振片的光譜福射亮度計或光譜 儀來測定。此時，在右圓偏振片中通過后所測定的光的強度相當于Ir，在左圓偏振片中通過 后所測定的光的強度相當于II。另外，白識燈泡、隸燈、巧光燈、L抓等普通光源大致發出自 然光，安裝于運些光源的圓偏振濾光器或制作出圓偏振光分離層的偏振的特性，例如能夠 利用AX0METRICS公司制造的偏振光相位差分析裝置AxoScan等來測定。
[0068] 并且，還可將圓偏振濾光器安裝于照度計或光譜儀上來進行測定。安裝右圓偏振 光透射板來測定右圓偏振光量，安裝左圓偏振光透射板來測定左圓偏振光量，由此能夠測 定比率。
[0069] 本說明書中，對于層或濾波器等的薄膜狀形態的對象，稱為"面"時，是表示薄膜面 積的2個面的任一個面的意思，未特別提及時，并不表示厚度方向的面。"面"通常在圓偏振 濾光器的使用中，與光的入射方向W更接近垂直的角度交叉。
[0070] (圓偏振濾光器的光學性質）
[0071] 圓偏振濾光器為在特定波長下選擇性地使右圓偏振光或左圓偏振光的任一個透 射的濾波器。本說明書中，有時將包含上述特定波長的、由圓偏振濾光器或圓偏振光分離層 選擇性地使右圓偏振光或左圓偏振光的任一圓偏振光透射的光的波長區域稱為"控制波長 區域"。圓偏振濾光器可W對從任一面入射的特定波長區域的光選擇性地使右圓偏振光或 左圓偏振光的任一圓偏振光透射，也可僅對從任一面入射的特定波長區域的光選擇性地使 右圓偏振光或左圓偏振光的任一圓偏振光透射，對從另一面入射的光并不示出運種同樣的 選擇性透射。
[0072] 圓偏振濾光器包含圓偏振光分離層。由于后述的圓偏振光分離層的性質，圓偏振 濾光器在上述特定波長中，選擇性地使右圓偏振光或左圓偏振光的任一圓偏振光反射。此 時，被反射的圓偏振光的指向與被透射的圓偏振光的指向不同。即，若被透射的圓偏振光的 指向為右，則被反射的圓偏振光的指向為左，若被透射的圓偏振的指向為左，則被反射的圓 偏振光的指向為右。
[0073] 本發明的圓偏振濾光器中，與從任一面入射在上述特定波長下選擇性地透射的指 向的圓偏振光時的散射透射率/直透射率相比，從相同面入射另一指向的圓偏振光時的散 射反射率/正規反射率較大。簡言之，本發明的圓偏振濾光器中，來自至少一面的透射圓偏 振光的散射性低于反射圓偏振光的散射性。本發明人等在研究上述光散射性的膽醬醇型液 晶層的過程中，發現了通過滿足運種光學特性的結構，通過圓偏振濾光器獲得的圓偏振光 的圓偏振度會得到提高。W結果類推，則可考慮通過濾波器與空氣的界面中的界面反射，射 出逆指向的圓偏振光而圓偏振度下降的可能性，并存在通過散射反射率/正規反射率大于 散射透射率/直透射率的上述結構，界面反射的影響變小的可能性。
[0074] 另外，本說明書中，對于散射透射率/直透射率或散射反射率/正規反射率，表達為 "更大"或"更小"等時，其差異為顯著性差異，并不包含基于測定方法的制約等的誤差范圍 的差異。關于差異是否顯著，本領域技術人員能夠從本說明書整體的記載及技術常識進行 判斷。因此，雖然并不W特定值予W限定，但通常為0.50W上，優選為0.90W上的差異即可。
[0075] 本發明的圓偏振濾光器中，上述散射透射率/直透射率為0.00W上且0.10W下，優 選為0.00W上且0.05W下即可。根據運種值，在用于傳感器等時，能夠確保適當的、特定光 路中的較高的光量及圓偏振度。并且，上述散射反射率/正規反射率為2.0W上且7.5W下， 優選為3.0W上且5.5W下即可。若散射反射率/正規反射率大于7.5,則存在圓偏振光分離 層的透明度下降的可能性。
[0076] 上述散射反射率/正規反射率及上述散射透射率/直透射率之間的關系可僅 從圓偏振濾光器的任一面入射圓偏振光時獲得的值來滿足，也可W在從任意面入射圓偏振 光來測定時滿足。
[0077] 散射透射率/直透射率、散射反射率/正規反射率分別如后述的實施例所示，是根 據使用分光光度計與積分球單元來測定的值計算的值。直透射率、正規反射率通過分光光 度計測定，透射率、反射率的全角度測定值能夠通過分光光度計結合積分球單元來測定。直 透射率為入射角0°下的測定值，關于正規反射率，為了方便測量，例如為入射角5°下的測定 值即可。散射透射率能夠從透射率的全角度測定值減去直透射率來計算，散射反射率能夠 從反射率的全角度測定值減去正規反射率來計算。為了測定任一圓偏振光的直透射率、正 規反射率、透射率、反射率