JP7012603B2 - Manufacturing method of optical element and optical element - Google Patents

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Description

本発明は、光学素子の製造方法、および、光学素子に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing an optical element and an optical element.

液晶化合物を含む組成物を用いて形成した液晶層において、液晶化合物に由来する光学軸の向きを制御することにより、入射した光を所望の方向に回折して透過する液晶レンズ(液晶回折レンズ)が得られる。
一例として、液晶化合物に由来する光学軸の向きが、液晶層の面内における所定の方向に向かって、連続的に回転しながら変化するように液晶化合物を配向する、液晶配向パターンが例示される。この液晶配向パターンによれば、液晶層に入射した円偏光の旋回方向に応じて、光学軸の向きが連続的に回転しながら変化する方向または逆方向に、光を回折できる。
In a liquid crystal layer formed by using a composition containing a liquid crystal compound, a liquid crystal lens (liquid crystal diffraction lens) that diffracts and transmits incident light in a desired direction by controlling the direction of an optical axis derived from the liquid crystal compound. Is obtained.
As an example, a liquid crystal alignment pattern is exemplified in which the liquid crystal compound is oriented so that the orientation of the optical axis derived from the liquid crystal compound changes while continuously rotating toward a predetermined direction in the plane of the liquid crystal layer. .. According to this liquid crystal alignment pattern, light can be diffracted in a direction in which the direction of the optical axis changes while continuously rotating depending on the swirling direction of the circularly polarized light incident on the liquid crystal layer.

例えば、特許文献1には、光学的に透明な電極膜と配向膜とを有する2枚の透明基板が一定の隙間を保って保持され、透明基板の隙間に液晶化合物(液晶)が封入され、かつ、配向膜の片方または両方の表面に配向処理が施された、偏光分離機能を有するフレネルゾーンプレートが記載されている。
具体的には、特許文献1には、配向膜の表面に、液晶化合物の配向方位が一方向に左右対称に分布するように配向処理が施された、1次元のフレネルゾーンプレートが記載されている。言い換えれば、特許文献1には、液晶化合物に由来する光学軸の向きが一方向に向かって連続的に回転しながら変化し、かつ、一方向に向かう或る位置において、光学軸の向きの回転方向が逆転するように配向処理が施された、1次元のフレネルゾーンプレートが記載されている。
For example, in Patent Document 1, two transparent substrates having an optically transparent electrode film and an alignment film are held with a certain gap, and a liquid crystal compound (liquid crystal) is sealed in the gap of the transparent substrate. Further, a Frenelzone plate having a polarization separation function, in which one or both surfaces of an alignment film are subjected to an alignment treatment, is described.
Specifically, Patent Document 1 describes a one-dimensional Frenelzone plate in which the surface of an alignment film is oriented so that the orientation of the liquid crystal compound is symmetrically distributed in one direction. There is. In other words, in Patent Document 1, the direction of the optical axis derived from the liquid crystal compound changes while continuously rotating in one direction, and at a certain position toward one direction, the direction of the optical axis rotates. A one-dimensional Frenel zone plate that has been oriented so that the direction is reversed is described.

また、特許文献1には、配向膜の表面に、液晶化合物の配向方位が点対称に分布するように配向処理が施された、2次元のフレネルゾーンプレートも記載されている。言い換えれば、特許文献1には、液晶化合物に由来する光学軸の向きが、中心から放射状に、連続的に回転するように配向処理が施された、2次元のフレネルゾーンプレートが記載されている。この2次元のフレネルゾーンプレートでは、放射の中心点を通過する直線上における液晶化合物に由来する光学軸の回転方向は、中心で逆転する。 Further, Patent Document 1 also describes a two-dimensional Frenel zone plate in which the surface of the alignment film is subjected to an orientation treatment so that the orientation orientation of the liquid crystal compound is distributed point-symmetrically. In other words, Patent Document 1 describes a two-dimensional Fresnel zone plate in which the orientation of the optical axis derived from the liquid crystal compound is oriented so as to rotate continuously radially from the center. .. In this two-dimensional Fresnel zone plate, the direction of rotation of the optical axis derived from the liquid crystal compound on a straight line passing through the center point of radiation is reversed at the center.

特許文献1に記載されるフレネルゾーンプレートは、入射する円偏光の旋回方向に応じて、凸レンズまたは凹レンズとして作用する。
例えば、特許文献1に記載されるフレネルゾーンプレートは、左円偏光が入射した場合には、凸レンズとして作用して光を集光し、右円偏光が入射した場合には、凹レンズとして作用して、光を拡散する。
The Fresnel zone plate described in Patent Document 1 acts as a convex lens or a concave lens depending on the turning direction of the incident circularly polarized light.
For example, the Fresnel zone plate described in Patent Document 1 acts as a convex lens to collect light when left circular polarization is incident, and acts as a concave lens when right circular polarization is incident. , Diffuse light.

また、特許文献2には、配向方向が一方向に向かって連続的に回転するように、表面がパターン化されたパターン配向膜を有し、このパターン配向膜の表面に、コレステリック液晶相を固定してなるコレステリック液晶層を形成した反射構造体が記載されている。
この反射構造体においては、パターン配向膜の作用によって、コレステリック液晶層は、液晶化合物に由来する光学軸の向きが、面内の一方向に向かって連続的に回転しながら変化する液晶配向パターンを有する。
その結果、特許文献2の反射構造体は、入射光(入射する円偏光)に対する光の反射方向が、鏡面反射に対して、光学軸が連続的に回転する一方向に変化する。例えば、特許文献2の反射構造体に、法線方向(コレステリック液晶層の表面と直交する方光)から光が入射した場合には、反射光は、鏡面反射(再帰反射)ではなく、光学軸が連続的に回転する一方向に向かって傾いて反射される。
Further, Patent Document 2 has a pattern alignment film whose surface is patterned so that the orientation direction continuously rotates in one direction, and a cholesteric liquid crystal phase is fixed on the surface of the pattern alignment film. A reflective structure forming a cholesteric liquid crystal layer is described.
In this reflective structure, due to the action of the pattern alignment film, the cholesteric liquid crystal layer changes the direction of the optical axis derived from the liquid crystal compound while continuously rotating in one direction in the plane. Have.
As a result, in the reflection structure of Patent Document 2, the reflection direction of the incident light (incident circular polarization) changes in one direction in which the optical axis continuously rotates with respect to the specular reflection. For example, when light is incident on the reflection structure of Patent Document 2 from the normal direction (direction light orthogonal to the surface of the cholesteric liquid crystal layer), the reflected light is not mirror reflection (retroreflection) but an optical axis. Is reflected at an angle in one direction that rotates continuously.

この光の反射方向は、コレステリック液晶層における、光学軸が連続的に回転する一方向に向かう光学軸の回転方向よって異なる。
例えば、特許文献2の反射構造体において、光学軸が連続的に回転する一方向をx方向として、法線方向から光(円偏光)が入射した際に、x方向に向かう光学軸の回転方向が時計回りである場合には、光はx方向に傾いて反射される。逆に、x方向に向かう光学軸の回転方向が反時計回りである場合には、光はx方向と逆方向に傾いて反射される。
従って、特許文献2の反射構造体では、光学軸が連続的に回転する一方向において、光学軸の回転方向を途中で逆転させることにより、光を集光反射または拡散反射する反射構造体を得られる。
The reflection direction of this light differs depending on the rotation direction of the optical axis in the cholesteric liquid crystal layer in one direction in which the optical axis rotates continuously.
For example, in the reflection structure of Patent Document 2, the direction of rotation of the optical axis toward the x direction when light (circular polarization) is incident from the normal direction, with one direction in which the optical axis rotates continuously as the x direction. When is clockwise, the light is tilted and reflected in the x direction. On the contrary, when the rotation direction of the optical axis toward the x direction is counterclockwise, the light is inclined and reflected in the direction opposite to the x direction.
Therefore, in the reflection structure of Patent Document 2, a reflection structure that condenses or diffusely reflects light is obtained by reversing the rotation direction of the optical axis in one direction in which the optical axis rotates continuously. Be done.

特開2005-274847号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-274847 国際公開第2016/194961号International Publication No. 2016/194961

特許文献1および特許文献2等に記載されるように、液晶化合物に由来する光学軸の向きを制御した液晶層によれば、入射した光を所望の方向に回折する液晶レンズおよび反射構造体等の光学素子が得られる。 As described in Patent Document 1 and Patent Document 2, according to the liquid crystal layer in which the orientation of the optical axis derived from the liquid crystal compound is controlled, a liquid crystal lens, a reflective structure, etc. that diffract the incident light in a desired direction, etc. Optical element is obtained.

しかしながら、このように液晶化合物を配向する配向膜を形成するためには、微小領域において高精細な配向の制御を行う必要である。
これに対応するために、液晶レンズの製造における配向膜の形成では、例えば、原子間力顕微鏡(AFM:Atomic Force Microscope)のナノプローブを用いるナノラビング法、ダイヤモンド針およびサファイア針等のマイクロニードルを用いるマイクロラビング法、ND:YAGレーザ書き込みによる書き込み等による配向処理を行う必要がある。
そのため、液晶レンズの製造では、配向膜の形成に、非常に手間と時間がかかり、また、大掛かりな装置が必要になってしまう。
However, in order to form an alignment film that orients the liquid crystal compound in this way, it is necessary to control the orientation in a minute region with high definition.
To deal with this, in the formation of the alignment film in the manufacture of liquid crystal lenses, for example, a nanorubbing method using an atomic force microscope (AFM) nanoprobe, or microneedles such as a diamond needle and a sapphire needle are used. It is necessary to perform orientation processing by a micro-rubbing method, writing by ND: YAG laser writing, or the like.
Therefore, in the manufacture of a liquid crystal lens, it takes a lot of time and effort to form an alignment film, and a large-scale device is required.

本発明の目的は、このような従来技術の問題点を解決することにあり、簡易な方法で液晶レンズ等の光学素子を製造できる光学素子の製造方法、および、この光学素子の製造方法で製造できるレンズ等の光学素子を提供することにある。 An object of the present invention is to solve such a problem of the prior art, and it is manufactured by a method for manufacturing an optical element capable of manufacturing an optical element such as a liquid crystal lens by a simple method, and a method for manufacturing the optical element. It is an object of the present invention to provide an optical element such as a lens which can be made.

この課題を解決するために、本発明は、以下の構成を有する。
[1] 基板の一方の表面に、液晶化合物に由来する光学軸が一方向となるように液晶化合物を配向するための配向処理を施し、
配向処理を施した基板の表面に、液晶化合物と、光の照射によって螺旋誘起力が変化するキラル剤と、を含む配向膜組成物を塗布して、塗膜を形成し、
配向膜組成物の塗膜の一部にキラル剤が感光する光を照射し、
光を照射した配向膜組成物の塗膜を硬化して配向膜を形成し、
配向膜の表面に、液晶化合物を含む組成物を塗布して硬化することで液晶層を形成することを特徴とする光学素子の製造方法。
[2] 配向膜組成物の塗膜に照射する光が、スポット光である、[1]に記載の光学素子の製造方法。
[3] スポット光のスポット形状が、円形または楕円形である、[2]に記載の光学素子の製造方法。
[4] 配向膜組成物の塗膜に照射する光が、線状の光である、[1]に記載の光学素子の製造方法。
[5] 液晶層が、コレステリック液晶相を固定してなるコレステリック液晶層である、[1]~[4]のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
[6] 液晶化合物および光の照射によって螺旋誘起力が変化するキラル剤を用いて形成された配向膜と、配向膜に積層される液晶層と、を有し、
配向膜は、一方の表面である第1面では、液晶化合物に由来する光学軸が一方向に配向しており、他方の表面である第2面では、液晶化合物に由来する光学軸の向きが、少なくとも1つの方向に向かって連続的に回転しながら変化し、かつ、途中で、液晶化合物に由来する光学軸の向きの回転方向が逆転する、液晶配向パターンを有し、
液晶層は、配向膜の第2面に積層されるものであり、配向膜の第2面側の表面において、液晶化合物が、配向膜の第2面における液晶配向パターンに応じて配向されていることを特徴とする光学素子。
[7] 液晶層が、コレステリック液晶相を固定してなるコレステリック液晶層である、[6]に記載の光学素子。
[8] 配向膜の第2面における液晶配向パターンが、液晶化合物に由来する光学軸の向きが連続的に回転しながら変化する方向を、複数、有し、かつ、液晶化合物に由来する光学軸の向きが連続的に回転しながら変化する、複数の方向が、1点で交差し、さらに、複数の方向が交差する1点において、液晶化合物に由来する光学軸の向きの回転方向が逆転する、液晶配向パターンである、[6]または[7]に記載の光学素子。
[9] 配向膜の第2面における液晶配向パターンが、液晶化合物に由来する光学軸の向きが連続的に回転しながら変化する方向を、1方向のみ有する、液晶配向パターンである、[6]または[7]に記載の光学素子。
In order to solve this problem, the present invention has the following configurations.
[1] One surface of the substrate is subjected to an orientation treatment for orienting the liquid crystal compound so that the optical axis derived from the liquid crystal compound is in one direction.
An alignment film composition containing a liquid crystal compound and a chiral agent whose spiral-inducing force changes by irradiation with light is applied to the surface of the alignment-treated substrate to form a coating film.
A part of the coating film of the alignment film composition is irradiated with light exposed to the chiral agent.
The coating film of the alignment film composition irradiated with light is cured to form an alignment film, and the alignment film is formed.
A method for manufacturing an optical element, which comprises applying a composition containing a liquid crystal compound to the surface of an alignment film and curing it to form a liquid crystal layer.
[2] The method for manufacturing an optical element according to [1], wherein the light irradiating the coating film of the alignment film composition is spot light.
[3] The method for manufacturing an optical element according to [2], wherein the spot shape of the spot light is circular or elliptical.
[4] The method for manufacturing an optical element according to [1], wherein the light irradiating the coating film of the alignment film composition is linear light.
[5] The method for manufacturing an optical element according to any one of [1] to [4], wherein the liquid crystal layer is a cholesteric liquid crystal layer in which a cholesteric liquid crystal phase is fixed.
[6] It has an alignment film formed by using a liquid crystal compound and a chiral agent whose spiral-inducing force changes by irradiation with light, and a liquid crystal layer laminated on the alignment film.
In the alignment film, the optical axis derived from the liquid crystal compound is oriented in one direction on the first surface, which is one surface, and the optical axis derived from the liquid crystal compound is oriented on the second surface, which is the other surface. It has a liquid crystal orientation pattern that changes while continuously rotating in at least one direction, and in the middle, the direction of rotation of the direction of the optical axis derived from the liquid crystal compound is reversed.
The liquid crystal layer is laminated on the second surface of the alignment film, and the liquid crystal compound is oriented on the surface of the alignment film on the second surface side according to the liquid crystal alignment pattern on the second surface of the alignment film. An optical element characterized by this.
[7] The optical element according to [6], wherein the liquid crystal layer is a cholesteric liquid crystal layer in which the cholesteric liquid crystal phase is fixed.
[8] The liquid crystal alignment pattern on the second surface of the alignment film has a plurality of directions in which the direction of the optical axis derived from the liquid crystal compound changes while continuously rotating, and the optical axis derived from the liquid crystal compound. The direction of rotation of the optical axis derived from the liquid crystal compound is reversed at one point where a plurality of directions intersect at one point and the directions of the above intersect while continuously rotating. , The optical element according to [6] or [7], which is a liquid crystal alignment pattern.
[9] The liquid crystal alignment pattern on the second surface of the alignment film is a liquid crystal alignment pattern having only one direction in which the direction of the optical axis derived from the liquid crystal compound changes while continuously rotating. [6] Or the optical element according to [7].

本発明によれば、簡易な方法で液晶レンズ等の光学素子を得られる。 According to the present invention, an optical element such as a liquid crystal lens can be obtained by a simple method.

本発明の光学素子の一例を概念的に示す図である。It is a figure which shows an example of the optical element of this invention conceptually. 図1に示す光学素子の配向膜を概念的に示す図である。It is a figure which conceptually shows the alignment film of the optical element shown in FIG. 図1に示す光学素子の配向膜の下面を概念的に示す図である。It is a figure which conceptually shows the lower surface of the alignment film of the optical element shown in FIG. 図1に示す光学素子の配向膜の上面を概念的に示す図である。It is a figure which conceptually shows the upper surface of the alignment film of the optical element shown in FIG. 図1に示す光学素子の配向膜と液晶層との界面の近傍を概念的に示す図である。It is a figure which conceptually shows the vicinity of the interface between the alignment film of an optical element shown in FIG. 1 and a liquid crystal layer. 図1に示す光学素子の液晶層の下面を概念的に示す図である。It is a figure which conceptually shows the lower surface of the liquid crystal layer of the optical element shown in FIG. 図1に示す光学素子の液晶層の作用を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the operation of the liquid crystal layer of the optical element shown in FIG. 図1に示す光学素子の液晶層の作用を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the operation of the liquid crystal layer of the optical element shown in FIG. 図1に示す光学素子の作用を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the operation of the optical element shown in FIG. 本発明の光学素子の別の例を概念的に示す図である。It is a figure which conceptually shows another example of the optical element of this invention. 図10に示す光学素子の配向膜の上面を概念的に示す図である。It is a figure which conceptually shows the upper surface of the alignment film of the optical element shown in FIG. 図10に示す光学素子の配向膜と液晶層との界面の近傍を概念的に示す図である。FIG. 10 is a diagram conceptually showing the vicinity of the interface between the alignment film of the optical element shown in FIG. 10 and the liquid crystal layer. 図10に示す光学素子の液晶層の下面の概念的に示す図である。FIG. 10 is a diagram conceptually showing the lower surface of the liquid crystal layer of the optical element shown in FIG. 図10に示す光学素子の液晶層の作用を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the operation of the liquid crystal layer of the optical element shown in FIG. 図10に示す光学素子の液晶層の作用を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the operation of the liquid crystal layer of the optical element shown in FIG. 図10に示す光学素子の作用を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the operation of the optical element shown in FIG. 図1に示す光学素子の製造方法の一例を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating an example of the manufacturing method of the optical element shown in FIG. 本発明の光学素子の別の例を概念的に示す図である。It is a figure which conceptually shows another example of the optical element of this invention. 図18に示す光学素子の配向膜の下面を概念的に示す図である。It is a figure which conceptually shows the lower surface of the alignment film of the optical element shown in FIG. 図18に示す光学素子の配向膜の上面を概念的に示す図である。It is a figure which conceptually shows the upper surface of the alignment film of the optical element shown in FIG. 図18に示す光学素子の液晶層の下面を概念的に示す図である。It is a figure which conceptually shows the lower surface of the liquid crystal layer of the optical element shown in FIG. 図18に示す光学素子の製造方法の一例を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating an example of the manufacturing method of the optical element shown in FIG. 本発明の実施例に用いたマスクの概念図である。It is a conceptual diagram of the mask used in the Example of this invention. 本発明の実施例に用いたマスクの概念図である。It is a conceptual diagram of the mask used in the Example of this invention.

以下、本発明の光学素子の製造方法および光学素子について、添付の図面に示される好適実施例を基に詳細に説明する。 Hereinafter, the method for manufacturing an optical element and the optical element of the present invention will be described in detail with reference to preferred embodiments shown in the accompanying drawings.

本明細書において「~」を用いて表される数値範囲は、「~」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
本明細書において、「(メタ)アクリレート」は、「アクリレートおよびメタクリレートのいずれか一方または双方」の意味で使用される。
The numerical range represented by using "-" in the present specification means a range including the numerical values before and after "-" as the lower limit value and the upper limit value.
As used herein, "(meth) acrylate" is used to mean "either or both of acrylate and methacrylate".

図1に、本発明の光学素子の一例を概念的に示す。
図1に示す光学素子10は、基板12と、配向膜14と、液晶層16とを有する。
FIG. 1 conceptually shows an example of the optical element of the present invention.
The optical element 10 shown in FIG. 1 has a substrate 12, an alignment film 14, and a liquid crystal layer 16.

本発明の光学素子10において、配向膜14は、液晶化合物と、光の照射によって螺旋誘起力が変化するキラル剤とを用いて形成される。
また、配向膜14は、基板12側の表面14aでは、面内において、液晶化合物に由来する光学軸の向きが一方向すなわち図中の矢印X方向(図中横方向)に向かうように、配向している。さらに、配向膜14は、液晶層16側の表面14bでは、液晶化合物に由来する光学軸の向きが、面内の少なくとも一方向すなわち矢印X方向に向かって、連続的に回転しながら変化し、かつ、途中で、液晶化合物に由来する光学軸の向きの回転方向が逆転する、液晶配向パターンを有する(図2~図4参照)。
なお、液晶化合物に由来する光学軸とは、液晶化合物において屈折率が最も高くなる軸であり、例えば、棒状液晶化合物の場合は長軸が該当する。
光学素子10においては、配向膜14の基板12側の表面14aが、本発明における第1面に対応し、配向膜14の液晶層16側の表面14bが、本発明における第2面に対応する。
In the optical element 10 of the present invention, the alignment film 14 is formed by using a liquid crystal compound and a chiral agent whose spiral-inducing force changes by irradiation with light.
Further, the alignment film 14 is oriented on the surface 14a on the substrate 12 side so that the direction of the optical axis derived from the liquid crystal compound is one direction, that is, the direction of the arrow X in the figure (horizontal direction in the figure). is doing. Further, in the alignment film 14, on the surface 14b on the liquid crystal layer 16 side, the direction of the optical axis derived from the liquid crystal compound changes while continuously rotating in at least one direction in the plane, that is, in the direction of arrow X. Moreover, it has a liquid crystal orientation pattern in which the rotation direction of the direction of the optical axis derived from the liquid crystal compound is reversed on the way (see FIGS. 2 to 4).
The optical axis derived from the liquid crystal compound is the axis having the highest refractive index in the liquid crystal compound, and for example, in the case of a rod-shaped liquid crystal compound, the long axis corresponds.
In the optical element 10, the surface 14a on the substrate 12 side of the alignment film 14 corresponds to the first surface in the present invention, and the surface 14b on the liquid crystal layer 16 side of the alignment film 14 corresponds to the second surface in the present invention. ..

以下の説明では、図1中の上方すなわち液晶層16側を『上』、図中下方すなわち基板12側を『下』とも言う。これに応じて、配向膜14の基板12側の表面14aを『下面14a』、配向膜14の液晶層16側の表面14bを『上面14b』とも言う。
また、以下の説明では、液晶化合物に由来する光学軸を、単に『液晶化合物の光学軸』または『光学軸』とも言う。
さらに、以下の説明では、光学軸の向きが回転することを、単に『光学軸が回転』とも言う。加えて、以下の説明では、光学軸が、一方向に向かって連続的に回転しながら変化することを、単に、『光学軸が一方向に向かって回転する』とも言う。
また、以下の説明では、『矢印X方向』を、単に『X方向』とも言う。
In the following description, the upper part in FIG. 1, that is, the liquid crystal layer 16 side is also referred to as "upper", and the lower part in the figure, that is, the substrate 12 side is also referred to as "lower". Accordingly, the surface 14a on the substrate 12 side of the alignment film 14 is also referred to as "lower surface 14a", and the surface 14b on the liquid crystal layer 16 side of the alignment film 14 is also referred to as "upper surface 14b".
Further, in the following description, the optical axis derived from the liquid crystal compound is also simply referred to as "optical axis of the liquid crystal compound" or "optical axis".
Further, in the following description, the rotation of the direction of the optical axis is also simply referred to as "the rotation of the optical axis". In addition, in the following description, the change of the optical axis while continuously rotating in one direction is also simply referred to as "the optical axis rotates in one direction".
Further, in the following description, the "arrow X direction" is also simply referred to as "X direction".

本発明の光学素子10において、液晶層16の下面(配向膜14側の表面)では、液晶化合物が、配向膜14の上面14bにおける液晶配向パターンに応じて、配向される。
すなわち、光学素子10の液晶層16は、下面では、面内において、液晶化合物の光学軸が、X方向に向かって回転し、かつ、途中で光学軸の回転方向が逆になるように、液晶化合物が配向される、液晶配向パターンを有する。
In the optical element 10 of the present invention, on the lower surface of the liquid crystal layer 16 (the surface on the alignment film 14 side), the liquid crystal compound is oriented according to the liquid crystal alignment pattern on the upper surface 14b of the alignment film 14.
That is, on the lower surface of the liquid crystal layer 16 of the optical element 10, the liquid crystal is such that the optical axis of the liquid crystal compound rotates in the X direction and the rotation direction of the optical axis is reversed in the middle. It has a liquid crystal alignment pattern in which the compound is oriented.

このような本発明の光学素子10は、後述する本発明の光学素子の製造方法で製造できる。 Such an optical element 10 of the present invention can be manufactured by the method for manufacturing an optical element of the present invention, which will be described later.

基板12は、配向膜14および液晶層16を支持するものである。
基板12には、制限はなく、配向膜14および液晶層16を支持可能であれば、各種のシート状物(フィルム、板状物)が利用可能である。
一例として、ガラス、ならびに、トリアセチルセルロース(TAC)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、アクリルおよびポリオレフィンなどの樹脂製のフィルム等からなる基板12が例示される。
The substrate 12 supports the alignment film 14 and the liquid crystal layer 16.
The substrate 12 is not limited, and various sheet-like materials (films, plate-like materials) can be used as long as the alignment film 14 and the liquid crystal layer 16 can be supported.
As an example, a substrate 12 made of glass and a film made of a resin such as triacetyl cellulose (TAC), polyethylene terephthalate (PET), polycarbonate, polyvinyl chloride, acrylic and polyolefin is exemplified.

基板12は、透明(光透過性)でも、不透明でもよい。
ただし、本発明の光学素子が、基板12を有する状態でレンズのように光を透過する用途に用いられる場合には、基板12は、透明であるのが好ましい。具体的には、基板12が透明である場合には、基板12は、JIS(Japanese Industrial Standards) K 7361-1(1996)に準拠する全光線透過率が、50%以上であるのが好ましく、70%以上であるのがより好ましく、85%以上であるのがさらに好ましい。
The substrate 12 may be transparent (light transmissive) or opaque.
However, when the optical element of the present invention is used for a purpose of transmitting light like a lens while holding the substrate 12, the substrate 12 is preferably transparent. Specifically, when the substrate 12 is transparent, the substrate 12 preferably has a total light transmittance of 50% or more in accordance with JIS (Japanese Industrial Standards) K 7631-1 (1996). It is more preferably 70% or more, and further preferably 85% or more.

図示例の光学素子10において、基板12の表面には配向処置が施されている。この配向処理は、配向膜14の下面14aにおける液晶化合物を、光学軸がX方向に一致するように配向するための、配向処理である。例えば、基板12の表面は、X方向にラビングによる配向処理が行われている。
すなわち、光学素子10において、基板12は、配向膜14の下面14aの液晶化合物を配向する、配向膜としての作用も有する。
基板12の表面の配向処理の方法には、制限はなく、ラビングによる配向処理、ならびに、光配向膜および無機化合物の斜方蒸着膜などの配向膜を設ける方法等、公知の方法が、各種、利用可能である。
In the optical element 10 of the illustrated example, the surface of the substrate 12 is subjected to orientation treatment. This alignment process is an alignment process for aligning the liquid crystal compound on the lower surface 14a of the alignment film 14 so that the optical axes coincide with the X direction. For example, the surface of the substrate 12 is oriented by rubbing in the X direction.
That is, in the optical element 10, the substrate 12 also has an action as an alignment film for orienting the liquid crystal compound on the lower surface 14a of the alignment film 14.
There are no restrictions on the method of aligning the surface of the substrate 12, and various known methods such as an alignment treatment by rubbing and a method of providing an alignment film such as a photoalignment film and an oblique vapor deposition film of an inorganic compound are available. It is available.

なお、本発明の光学素子は、基板12を有さなくてもよい。
すなわち、本発明の光学素子は、後述する本発明の光学素子の製造によって液晶層16を形成した後、基板12を剥離してもよく、あるいは、基板12を剥離した後、ガラス板等の他の支持体に貼着されてもよく、あるいは、後述する実施例に示すように、他の支持体に貼着した後、基板12を剥離してもよい。
The optical element of the present invention does not have to have the substrate 12.
That is, the optical element of the present invention may be formed by forming the liquid crystal layer 16 by manufacturing the optical element of the present invention, which will be described later, and then peeling off the substrate 12, or after peeling off the substrate 12, the glass plate or the like may be used. It may be attached to the support of the above, or as shown in Examples described later, the substrate 12 may be peeled off after being attached to another support.

基板12の一方の表面には、配向膜14が設けられる。
なお、本発明の光学素子は、図示例の光学素子10のように、基板12の一方の面のみに配向膜14および液晶層16を有する構成に制限はされない。すなわち、本発明の光学素子は、基板12の両面に、上述のような配向処理を施し、さらに、後述する配向膜14および液晶層16を有する構成であってもよい。
An alignment film 14 is provided on one surface of the substrate 12.
The optical element of the present invention is not limited to a configuration in which the alignment film 14 and the liquid crystal layer 16 are provided only on one surface of the substrate 12, unlike the optical element 10 in the illustrated example. That is, the optical element of the present invention may have a configuration in which both surfaces of the substrate 12 are subjected to the alignment treatment as described above, and further have an alignment film 14 and a liquid crystal layer 16 described later.

配向膜14は、後述する液晶層16の液晶化合物を配向するための膜である。
図2に、配向膜14を概念的に示す。なお、図2は、配向膜14を図1と同方向から見た図であり、すなわち、光学素子10を基板12の面方向に見た図である。
また、図3に、配向膜14の下面14a(基板12側の表面)を、図4に、配向膜14の上面14b(液晶層16側の表面)を、それぞれ、概念的に示す。すなわち、図3は、配向膜14を、図1および図2の下方から見た図であり、図4は、配向膜14を、図1および図2の上方から見た図であり、すなわち平面図である。
The alignment film 14 is a film for orienting the liquid crystal compound of the liquid crystal layer 16 described later.
FIG. 2 conceptually shows the alignment film 14. Note that FIG. 2 is a view of the alignment film 14 viewed from the same direction as that of FIG. 1, that is, a view of the optical element 10 viewed in the plane direction of the substrate 12.
Further, FIG. 3 conceptually shows the lower surface 14a (surface on the substrate 12 side) of the alignment film 14, and FIG. 4 conceptually shows the upper surface 14b (surface on the liquid crystal layer 16 side) of the alignment film 14. That is, FIG. 3 is a view of the alignment film 14 viewed from below of FIGS. 1 and 2, and FIG. 4 is a view of the alignment film 14 viewed from above of FIGS. 1 and 2, that is, a flat surface. It is a figure.

上述のように、配向膜14は、液晶化合物と、光の照射によって螺旋誘起力が変化するキラル剤とを用いて形成される。以下の説明では、螺旋誘起力のことをHTPとも言う。なお、HTPとは、『Helical Twisting Power』の略である。
配向膜14は、下面14aでは、光学軸がX方向と一致するように、液晶化合物20が配向されている。なお、図示例において、液晶化合物20は、一例として、棒状液晶化合物であり、液晶化合物20の長手方向と光学軸の方向とが一致している。この点に関しては、図10および図18に示す光学素子の液晶化合物も同様である。
他方、配向膜14の上面14bでは、面内において、液晶化合物20の光学軸が、図中のX方向に向かって回転しており、かつ、X方向の途中で、光学軸の回転方向が逆転する、液晶配向パターンを有する。図示例においては、上面14bにおける液晶化合物20は、X方向に向かって、光学軸をX方向と一致した状態から、光学軸が反時計回りに回転して、180°回転した時点で回転方向が逆転し、下流に向けて時計回りに180°回転する、液晶配向パターンを有する。
液晶化合物20の光学軸がX方向(一方向)に回転しているとは、具体的には、X方向に沿って配列されている液晶化合物20の光学軸と、X方向とが成す角度が、X方向の位置によって異なっており、X方向に向かって、光学軸とX方向とが成す角度がθからθ+180°あるいはθ-180°まで、順次、変化していることを意味する。
なお、『液晶化合物の光学軸が一方向に回転している』とは、具体的には、『液晶化合物に由来する光学軸の向きが、一方向に向かって、連続的に回転しながら変化している』ことを示すのは、上述のとおりである。
As described above, the alignment film 14 is formed by using a liquid crystal compound and a chiral agent whose spiral-inducing force is changed by irradiation with light. In the following description, the spiral-induced force is also referred to as HTP. HTP is an abbreviation for "Helical Twisting Power".
On the lower surface 14a of the alignment film 14, the liquid crystal compound 20 is oriented so that the optical axis coincides with the X direction. In the illustrated example, the liquid crystal compound 20 is, for example, a rod-shaped liquid crystal compound, and the longitudinal direction of the liquid crystal compound 20 and the direction of the optical axis coincide with each other. The same applies to the liquid crystal compounds of the optical elements shown in FIGS. 10 and 18.
On the other hand, on the upper surface 14b of the alignment film 14, the optical axis of the liquid crystal compound 20 is rotating in the plane toward the X direction in the drawing, and the rotation direction of the optical axis is reversed in the middle of the X direction. Has a liquid crystal orientation pattern. In the illustrated example, the liquid crystal compound 20 on the upper surface 14b has its optical axis rotated counterclockwise from the state where the optical axis coincides with the X direction toward the X direction, and the rotation direction changes when the optical axis rotates 180 °. It has a liquid crystal orientation pattern that reverses and rotates 180 ° clockwise toward the downstream.
The fact that the optical axis of the liquid crystal compound 20 is rotated in the X direction (one direction) means that the angle formed by the optical axis of the liquid crystal compound 20 arranged along the X direction and the X direction is specifically. , It depends on the position in the X direction, and means that the angle formed by the optic axis and the X direction changes sequentially from θ to θ + 180 ° or θ-180 ° toward the X direction.
In addition, "the optical axis of the liquid crystal compound is rotating in one direction" specifically means that "the direction of the optical axis derived from the liquid crystal compound changes while continuously rotating in one direction." It is as described above that it indicates that it is doing.

なお、本発明の光学素子において、配向膜14の上面14bにおける液晶化合物20の配向パターンは、この構成に制限はされず、各種の配向パターンが利用可能である。
例えば、X方向に向かって、光学軸が所定角度、回転して、その後、光学軸の回転方向を逆転して、X方向に向かって、光学軸が所定角度、回転することを、繰り返す液晶配向パターンであってもよい。すなわち、図示例であれば、X方向に向かって、光学軸が反時計回りに180°回転し、次いで、光学軸の回転方向を逆転して、光学軸が時計回りに180°回転することを、X方向に向かって繰り返すような液晶配向パターンであってもよい。
なお、後述するが、液晶化合物20の光学軸の回転角度は、180°に制限はされず、180°未満、例えば90°等でもよく、あるいは、180°超、例えば360°等でもよい。
In the optical element of the present invention, the alignment pattern of the liquid crystal compound 20 on the upper surface 14b of the alignment film 14 is not limited to this configuration, and various alignment patterns can be used.
For example, the optical axis rotates by a predetermined angle toward the X direction, then the rotation direction of the optical axis is reversed, and the optical axis rotates by a predetermined angle toward the X direction. It may be a pattern. That is, in the illustrated example, the optical axis rotates 180 ° counterclockwise toward the X direction, and then the rotation direction of the optical axis is reversed so that the optical axis rotates 180 ° clockwise. , The liquid crystal orientation pattern may be repeated in the X direction.
As will be described later, the rotation angle of the optical axis of the liquid crystal compound 20 is not limited to 180 ° and may be less than 180 °, for example 90 °, or more than 180 °, for example 360 °.

また、配向膜14の下面14aにおける液晶化合物20の光学軸の向きも、図示例のように、X方向すなわち上面14bにおいて光学軸の向きが変化する方向と、一致する方向に制限はされない。例えば、図示例であれば、配向膜14の下面14aの液晶化合物20の光学軸の向きが、全て、X方向と直交する方向(後述するY方向)と一致していてもよい。 Further, the direction of the optical axis of the liquid crystal compound 20 on the lower surface 14a of the alignment film 14 is not limited to the direction in which the direction of the optical axis changes in the X direction, that is, the upper surface 14b, as shown in the illustrated example. For example, in the illustrated example, the directions of the optical axes of the liquid crystal compound 20 on the lower surface 14a of the alignment film 14 may all coincide with the directions orthogonal to the X direction (the Y direction described later).

配向膜14は、キラル剤と、液晶化合物とを用いて形成される。従って、配向膜14に含まれる液晶化合物20は、キラル剤の作用によって、厚さ方向に沿って伸びる螺旋軸に沿って捩れ配向される。図2に示すように、配向膜14において、液晶化合物20の螺旋軸の捩れ方向は、一例として、右捩れである。
上述のように、配向膜14の下面14aでは、液晶化合物20の光学軸の方向は、X方向に一致している。一方で、配向膜14の上面12bでは、液晶化合物20の光学軸が、X方向に向かって連続的に回転している。さらに、キラル剤は、光の照射によってHTPが変化するものである。
すなわち、配向膜14では、X方向に向かって、液晶化合物20の捩れ角が、漸次、変化している。
The alignment film 14 is formed by using a chiral agent and a liquid crystal compound. Therefore, the liquid crystal compound 20 contained in the alignment film 14 is twisted and oriented along a spiral axis extending along the thickness direction by the action of the chiral agent. As shown in FIG. 2, in the alignment film 14, the twisting direction of the spiral axis of the liquid crystal compound 20 is, as an example, a right-handed twist.
As described above, on the lower surface 14a of the alignment film 14, the direction of the optical axis of the liquid crystal compound 20 coincides with the X direction. On the other hand, on the upper surface 12b of the alignment film 14, the optical axis of the liquid crystal compound 20 is continuously rotated in the X direction. Further, the chiral agent changes HTP by irradiation with light.
That is, in the alignment film 14, the twist angle of the liquid crystal compound 20 gradually changes toward the X direction.

図3および図4に示すように、配向膜14において、液晶化合物20は、(矢印)X方向と、X方向と直交する矢印Y方向とに、二次元的に配列されている。従って、図1および図2において、矢印Y方向は紙面と直交する方向になる。以下の説明では、『矢印Y方向』を、単に『Y方向』とも言う。
また、図3および図4に示すように、Y方向に配列される液晶化合物20、すなわち、X方向の各列では、光学軸の方向が、等しい。すなわち、配向膜14において、Y方向に配列される液晶化合物20は、厚さ方向に沿って伸びる螺旋軸に沿った捩れ配向において、液晶化合物20の捩れ角が等しい。従って、配向膜14は、X方向のみに、液晶化合物20の捩れ角が異なり、上面14bにおいて光学軸が回転する。
As shown in FIGS. 3 and 4, in the alignment film 14, the liquid crystal compounds 20 are two-dimensionally arranged in the (arrow) X direction and the arrow Y direction orthogonal to the X direction. Therefore, in FIGS. 1 and 2, the arrow Y direction is orthogonal to the paper surface. In the following description, the "arrow Y direction" is also simply referred to as the "Y direction".
Further, as shown in FIGS. 3 and 4, the liquid crystal compounds 20 arranged in the Y direction, that is, each row in the X direction, have the same optical axis direction. That is, in the alignment film 14, the liquid crystal compounds 20 arranged in the Y direction have the same twist angle in the twist orientation along the spiral axis extending along the thickness direction. Therefore, the alignment film 14 has a different twist angle of the liquid crystal compound 20 only in the X direction, and the optical axis rotates on the upper surface 14b.

具体的には、液晶化合物20のX方向の各列を、X方向に向かって、x1列、x2列、……、x13列とすると、配向膜14の液晶化合物20は、x1列では、下面14aにおいて光学軸をX方向と一致した状態から、厚さ方向に沿って伸びる螺旋軸に沿って180°捩れ配向されて、上面14bでは光学軸はX方向と一致している(液晶化合物20の捩れ角は180°)。
x2列では、液晶化合物20は、下面14aで光学軸をX方向と一致した状態から、厚さ方向に沿って伸びる螺旋軸に沿って150°捩れ配向されて、上面14bでは光学軸がX方向に対して30°傾いた状態になっている(液晶化合物20の捩れ角は150°)。
x3列では、液晶化合物20は、下面14aで光学軸をX方向と一致した状態から、厚さ方向に沿って伸びる螺旋軸に沿って120°捩れ配向されて、上面14bでは光学軸はX方向に対して60°傾いた状態になっている(液晶化合物20の捩れ角は120°)。
x4列では、液晶化合物20は、下面14aで光学軸をX方向と一致した状態から、厚さ方向に沿って伸びる螺旋軸に沿って90°捩れ配向されて、上面14bでは光学軸はX方向に対して90°傾いた状態になっている(液晶化合物20の捩れ角は90°)。
x5列では、液晶化合物20は、下面14aで光学軸をX方向と一致した状態から、厚さ方向に沿って伸びる螺旋軸に沿って60°捩れ配向されて、上面14bでは光学軸はX方向に対して120°傾いた状態になっている(液晶化合物20の捩れ角は60°)。
x6列では、液晶化合物20は、下面14aで光学軸をX方向と一致した状態から、厚さ方向に沿って伸びる螺旋軸に沿って30°捩れ配向されて、上面では光学軸はX方向に対して150°傾いた状態になっている(液晶化合物20の捩れ角は30°)。
x7列では、液晶化合物20は、捩れ配向されておらず、下面14a側で光学軸をX方向と一致した状態のまま、上面14bでも光学軸はX方向に一致している(液晶化合物20の捩れ角は0°)。
x8列では、x6列と同様、液晶化合物20は、下面14aで光学軸をX方向と一致した状態から、厚さ方向に沿って伸びる螺旋軸に沿って30°捩れ配向されて、上面14bでは光学軸はX方向に対して150°傾いた状態になっている(液晶化合物20の捩れ角は30°)。
x9列では、x5列と同様、液晶化合物20は、下面14aで光学軸をX方向と一致した状態から、厚さ方向に沿って伸びる螺旋軸に沿って60°捩れ配向されて、上面14bでは光学軸はX方向に対して120°傾いた状態になっている(液晶化合物20の捩れ角は60°)。
x10列では、x4列と同様、液晶化合物20は、下面14aで光学軸をX方向と一致した状態から、厚さ方向に沿って伸びる螺旋軸に沿って90°捩れ配向されて、上面14bでは光学軸はX方向に対して90°傾いた状態になっている(液晶化合物20の捩れ角は90°)。
x11列では、x3列と同様、液晶化合物20は、下面14aで光学軸をX方向と一致した状態から、厚さ方向に沿って伸びる螺旋軸に沿って120°捩れ配向されて、上面14bでは光学軸はX方向に対して60°傾いた状態になっている(液晶化合物20の捩れ角は120°)。
x12列では、x2列と同様、液晶化合物20は、下面14aで光学軸をX方向と一致した状態から、厚さ方向に沿って伸びる螺旋軸に沿って160°捩れ配向されて、上面14bでは光学軸はX方向に対して30°傾いた状態になっている(液晶化合物20の捩れ角は160°)。
x13列では、x1列と同様、液晶化合物20は、下面14aで光学軸をX方向と一致した状態から、厚さ方向に沿って伸びる螺旋軸に沿って180°捩れ配向されて、上面14bでは光学軸はX方向と一致している(液晶化合物20の捩れ角は180°)。
Specifically, assuming that each row of the liquid crystal compound 20 in the X direction is an x1 row, an x2 row, ..., X13 rows toward the X direction, the liquid crystal compound 20 of the alignment film 14 has a lower surface in the x1 row. In 14a, the optical axis is twisted and oriented by 180 ° along a spiral axis extending along the thickness direction from the state where the optical axis coincides with the X direction, and on the upper surface 14b, the optical axis coincides with the X direction (liquid crystal compound 20). The twist angle is 180 °).
In the x2 row, the liquid crystal compound 20 is twisted and oriented by 150 ° along a spiral axis extending along the thickness direction from the state where the optical axis coincides with the X direction on the lower surface 14a, and the optical axis is oriented in the X direction on the upper surface 14b. It is tilted by 30 ° with respect to the liquid crystal compound 20 (the twist angle of the liquid crystal compound 20 is 150 °).
In the x3 row, the liquid crystal compound 20 is twisted and oriented by 120 ° along a spiral axis extending along the thickness direction from the state where the optical axis coincides with the X direction on the lower surface 14a, and the optical axis is oriented in the X direction on the upper surface 14b. It is tilted by 60 ° with respect to the liquid crystal compound 20 (the twist angle of the liquid crystal compound 20 is 120 °).
In the x4 row, the liquid crystal compound 20 is twisted and oriented by 90 ° along a spiral axis extending along the thickness direction from the state where the optical axis coincides with the X direction on the lower surface 14a, and the optical axis is oriented in the X direction on the upper surface 14b. It is tilted 90 ° with respect to the liquid crystal compound 20 (the twist angle of the liquid crystal compound 20 is 90 °).
In the x5 row, the liquid crystal compound 20 is twisted and oriented by 60 ° along a spiral axis extending along the thickness direction from the state where the optical axis coincides with the X direction on the lower surface 14a, and the optical axis is oriented in the X direction on the upper surface 14b. It is tilted 120 ° with respect to the liquid crystal compound 20 (the twist angle of the liquid crystal compound 20 is 60 °).
In the x6 row, the liquid crystal compound 20 is twisted and oriented by 30 ° along a spiral axis extending along the thickness direction from the state where the optical axis coincides with the X direction on the lower surface 14a, and the optical axis is oriented in the X direction on the upper surface. It is tilted by 150 ° (the twist angle of the liquid crystal compound 20 is 30 °).
In the x7 row, the liquid crystal compound 20 is not twist-oriented, and the optical axis of the liquid crystal compound 20 is aligned with the X direction even on the upper surface 14b while the optical axis is aligned with the X direction on the lower surface 14a side (the liquid crystal compound 20). The twist angle is 0 °).
In the x8 row, as in the x6 row, the liquid crystal compound 20 is twisted and oriented by 30 ° along the spiral axis extending along the thickness direction from the state where the optical axis coincides with the X direction on the lower surface 14a, and on the upper surface 14b. The optical axis is tilted by 150 ° with respect to the X direction (the twist angle of the liquid crystal compound 20 is 30 °).
In the x9 row, as in the x5 row, the liquid crystal compound 20 is twisted and oriented by 60 ° along the spiral axis extending along the thickness direction from the state where the optical axis coincides with the X direction on the lower surface 14a, and on the upper surface 14b. The optical axis is tilted by 120 ° with respect to the X direction (the twist angle of the liquid crystal compound 20 is 60 °).
In the x10 row, as in the x4 row, the liquid crystal compound 20 is twisted and oriented by 90 ° along the spiral axis extending along the thickness direction from the state where the optical axis coincides with the X direction on the lower surface 14a, and on the upper surface 14b. The optical axis is tilted 90 ° with respect to the X direction (the twist angle of the liquid crystal compound 20 is 90 °).
In the x11 row, as in the x3 row, the liquid crystal compound 20 is twisted and oriented by 120 ° along the spiral axis extending along the thickness direction from the state where the optical axis coincides with the X direction on the lower surface 14a, and on the upper surface 14b. The optical axis is tilted by 60 ° with respect to the X direction (the twist angle of the liquid crystal compound 20 is 120 °).
In the x12 row, as in the x2 row, the liquid crystal compound 20 is twisted and oriented by 160 ° along the spiral axis extending along the thickness direction from the state where the optical axis coincides with the X direction on the lower surface 14a, and on the upper surface 14b. The optical axis is tilted by 30 ° with respect to the X direction (the twist angle of the liquid crystal compound 20 is 160 °).
In the x13 row, as in the x1 row, the liquid crystal compound 20 is twisted and oriented by 180 ° along the spiral axis extending along the thickness direction from the state where the optical axis coincides with the X direction on the lower surface 14a, and is twisted and oriented on the upper surface 14b. The optical axis coincides with the X direction (the twist angle of the liquid crystal compound 20 is 180 °).

なお、本発明において、捩れ配向した液晶化合物20の捩れ角とは、配向膜14における、厚さ方向に沿って伸びる螺旋軸に沿って捩れ配向された液晶化合物20の、下面14aから上面14bに到るまでの捩れ角度である。 In the present invention, the twist angle of the twist-oriented liquid crystal compound 20 is from the lower surface 14a to the upper surface 14b of the liquid crystal compound 20 twist-oriented along the spiral axis extending along the thickness direction in the alignment film 14. It is the twist angle to reach.

すなわち、配向膜14の液晶化合物20は、X方向に向かって、x1列~x7列の間では、捩れ角が、最大の180°から、漸次、減少して最小の0°になり、x7列~x13列の間では、捩れ角が、最小の0°から、漸次、増加して最大の180°となる。
従って、配向膜14の上面14bにおける液晶化合物20の光学軸の回転方向は、x1列~x7列では、X方向に向かって反時計回りで、x7列で回転方向が逆転して、x7列~x13列では、X方向に向かって時計回りとなる。
That is, in the liquid crystal compound 20 of the alignment film 14, the twist angle gradually decreases from the maximum of 180 ° to the minimum of 0 ° between the x1 row and the x7 row in the X direction, and the x7 row. Between the x13 rows, the twist angle gradually increases from the minimum of 0 ° to the maximum of 180 °.
Therefore, the rotation direction of the optical axis of the liquid crystal compound 20 on the upper surface 14b of the alignment film 14 is counterclockwise in the x1 row to the x7 row toward the X direction, and the rotation direction is reversed in the x7 row, and the rotation direction is reversed in the x7 row to the x7 row. In the x13 row, it is clockwise in the X direction.

本発明の光学素子10において、配向膜14における液晶化合物20の捩れ角は、図示例の0~180°に制限はされず、任意の捩れ角が利用可能である。
配向膜14における液晶化合物20の最大捩れ角および最小捩れ角は、配向膜14におけるキラル剤の種類、配向膜14に添加するキラル剤の添加量、後述する本発明の製造方法における配向膜組成物の塗膜に照射する光の大きさ(スポットサイズ、線幅)、および、同光の光量等によって調節可能である。
In the optical element 10 of the present invention, the twist angle of the liquid crystal compound 20 in the alignment film 14 is not limited to 0 to 180 ° in the illustrated example, and any twist angle can be used.
The maximum twist angle and the minimum twist angle of the liquid crystal compound 20 in the alignment film 14 are the type of the chiral agent in the alignment film 14, the amount of the chiral agent added to the alignment film 14, and the alignment film composition in the production method of the present invention described later. It can be adjusted by the size of the light (spot size, line width) irradiating the coating film of the above, the amount of the same light, and the like.

また、配向膜14の上面14bにおいて、液晶化合物20の光学軸の回転方向が逆転するまでの光学軸の回転角度も、図示例の180°に制限はされず、任意の回転角度が利用可能である。
配向膜14の上面14bにおける、液晶化合物20の光学軸の回転方向が逆転する光学軸の回転角度は、配向膜14におけるキラル剤の種類、配向膜14に添加するキラル剤の添加量、後述する本発明の製造方法における、配向膜組成物の塗膜に照射する光の大きさ、同光の間隔、および、同光の光量等によって調節可能である。
Further, on the upper surface 14b of the alignment film 14, the rotation angle of the optical axis until the rotation direction of the optical axis of the liquid crystal compound 20 is reversed is not limited to 180 ° in the illustrated example, and any rotation angle can be used. be.
The rotation angle of the optical axis on the upper surface 14b of the alignment film 14 in which the rotation direction of the optical axis of the liquid crystal compound 20 is reversed is determined by the type of the chiral agent in the alignment film 14, the amount of the chiral agent added to the alignment film 14, and the amount described later. It can be adjusted by the magnitude of light irradiating the coating film of the alignment film composition in the production method of the present invention, the interval of the same light, the amount of the same light, and the like.

配向膜14の厚さにも、特に制限はなく、配向膜14を形成する液晶化合物の種類、キラル剤などの配向膜14に添加される成分等に応じて、厚さ方向に沿って伸びる螺旋軸に沿って捩れ配向した液晶化合物20の、目的とする最大の捩れ角を実現できる厚さを、適宜、設定すればよい。
配向膜14の厚さは、0.1~10μmが好ましく、0.1~5μmがより好ましく、0.1~1μmがさらに好ましい。
The thickness of the alignment film 14 is also not particularly limited, and a spiral extending along the thickness direction depending on the type of the liquid crystal compound forming the alignment film 14, the components added to the alignment film 14 such as a chiral agent, and the like. The thickness of the liquid crystal compound 20 twist-oriented along the axis may be appropriately set so as to realize the desired maximum twist angle.
The thickness of the alignment film 14 is preferably 0.1 to 10 μm, more preferably 0.1 to 5 μm, and even more preferably 0.1 to 1 μm.

配向膜14は、一例として、重合性液晶化合物を、厚さ方向に沿って伸びる螺旋軸に沿った捩れ配向した状態とした上で、紫外線照射、加熱等によって重合、硬化し、流動性が無い層を形成して、同時に、外場または外力によって配向形態に変化を生じさせることない状態に変化させて形成する。
なお、本発明においては、上面14bにおいてのみ、液晶化合物20の光学軸が、X方向(一方向)に向かって回転してればよい。従って、配向膜14が完成した時点では、液晶化合物20は液晶性を示さなくてもよい。例えば、重合性液晶化合物は、硬化反応により高分子量化して、液晶性を失っていてもよい。
As an example, the alignment film 14 is in a state in which the polymerizable liquid crystal compound is twist-oriented along a spiral axis extending along the thickness direction, and then polymerized and cured by ultraviolet irradiation, heating, etc., and has no fluidity. The layer is formed, and at the same time, it is changed to a state in which the orientation form is not changed by an external field or an external force.
In the present invention, the optical axis of the liquid crystal compound 20 may rotate in the X direction (one direction) only on the upper surface 14b. Therefore, when the alignment film 14 is completed, the liquid crystal compound 20 does not have to exhibit liquid crystallinity. For example, the polymerizable liquid crystal compound may lose its liquid crystal property by increasing its molecular weight by a curing reaction.

配向膜14の形成に用いる材料としては、一例として、液晶化合物およびキラル剤を含む、配向膜14を形成するための液晶組成物、すなわち、本発明の製造方法における配向膜組成物が挙げられる。液晶化合物は重合性液晶化合物であるのが好ましい。
また、配向膜組成物に添加されるキラル剤は、上述のように、光の照射によってHTPが変化するキラル剤である。
Examples of the material used for forming the alignment film 14 include a liquid crystal composition for forming the alignment film 14, which contains a liquid crystal compound and a chiral agent, that is, the alignment film composition in the production method of the present invention. The liquid crystal compound is preferably a polymerizable liquid crystal compound.
Further, the chiral agent added to the alignment film composition is a chiral agent whose HTP changes by irradiation with light, as described above.

--重合性液晶化合物--
重合性液晶化合物は、棒状液晶化合物であっても、円盤状液晶化合物であってもよいが、図示例のように棒状液晶化合物であるのが好ましい。
配向膜14を形成する棒状の重合性液晶化合物の例としては、棒状ネマチック液晶化合物が挙げられる。棒状ネマチック液晶化合物としては、アゾメチン類、アゾキシ類、シアノビフェニル類、シアノフェニルエステル類、安息香酸エステル類、シクロヘキサンカルボン酸フェニルエステル類、シアノフェニルシクロヘキサン類、シアノ置換フェニルピリミジン類、アルコキシ置換フェニルピリミジン類、フェニルジオキサン類、トラン類、および、アルケニルシクロヘキシルベンゾニトリル類等が好ましく用いられる。低分子液晶化合物だけではなく、高分子液晶化合物も用いることができる。
--Polymerizable liquid crystal compound --
The polymerizable liquid crystal compound may be a rod-shaped liquid crystal compound or a disk-shaped liquid crystal compound, but is preferably a rod-shaped liquid crystal compound as shown in the illustrated example.
Examples of the rod-shaped polymerizable liquid crystal compound forming the alignment film 14 include a rod-shaped nematic liquid crystal compound. Examples of the rod-shaped nematic liquid crystal compound include azomethines, azoxys, cyanobiphenyls, cyanophenyl esters, benzoic acid esters, cyclohexanecarboxylic acid phenyl esters, cyanophenylcyclohexanes, cyano-substituted phenylpyrimidines, and alkoxy-substituted phenylpyrimidines. , Phenyldioxans, trans, alkenylcyclohexylbenzonitriles and the like are preferably used. Not only low molecular weight liquid crystal compounds but also high molecular weight liquid crystal compounds can be used.

重合性液晶化合物は、重合性基を液晶化合物に導入することで得られる。重合性基の例には、不飽和重合性基、エポキシ基、およびアジリジニル基が含まれ、不飽和重合性基が好ましく、エチレン性不飽和重合性基がより好ましい。重合性基は種々の方法で、液晶化合物の分子中に導入できる。重合性液晶化合物が有する重合性基の個数は、好ましくは1~6個、より好ましくは1~3個である。
重合性液晶化合物の例は、Makromol.Chem.,190巻、2255頁(1989年)、Advanced Materials 5巻、107頁(1993年)、米国特許第4683327号明細書、米国特許第5622648号明細書、米国特許第5770107号明細書、国際公開第95/22586号、国際公開第95/24455号、国際公開第97/00600号、国際公開第98/23580号、国際公開第98/52905号、特開平1-272551号公報、特開平6-16616号公報、特開平7-110469号公報、特開平11-80081号公報、および、特開2001-328973号公報等に記載の化合物が含まれる。2種類以上の重合性液晶化合物を併用してもよい。2種類以上の重合性液晶化合物を併用すると、配向温度を低下させることができる。
The polymerizable liquid crystal compound is obtained by introducing a polymerizable group into the liquid crystal compound. Examples of the polymerizable group include an unsaturated polymerizable group, an epoxy group, and an aziridinyl group, and an unsaturated polymerizable group is preferable, and an ethylenically unsaturated polymerizable group is more preferable. The polymerizable group can be introduced into the molecule of the liquid crystal compound by various methods. The number of polymerizable groups contained in the polymerizable liquid crystal compound is preferably 1 to 6, more preferably 1 to 3.
Examples of polymerizable liquid crystal compounds include Makromol. Chem. , 190, 2255 (1989), Advanced Materials 5, 107 (1993), US Pat. No. 4,683,327, US Pat. No. 5,622,648, US Pat. No. 5,770,107, International Publication No. 95/22586, International Publication No. 95/24455, International Publication No. 97/00600, International Publication No. 98/23580, International Publication No. 98/52905, Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-272551, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-16616 The compounds described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-110469, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-8801, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-328973, and the like are included. Two or more kinds of polymerizable liquid crystal compounds may be used in combination. When two or more kinds of polymerizable liquid crystal compounds are used in combination, the orientation temperature can be lowered.

また、これ以外の重合性液晶化合物としては、特開昭57-165480号公報に開示されているようなコレステリック相を有する環式オルガノポリシロキサン化合物等を用いることができる。さらに、高分子液晶化合物としては、液晶性を呈するメソゲン基を主鎖、側鎖、あるいは主鎖および側鎖の両方の位置に導入した高分子、コレステリル基を側鎖に導入した高分子コレステリック液晶、特開平9-133810号公報に開示されているような液晶性高分子、および、特開平11-293252号公報に開示されているような液晶性高分子等を用いることができる。 As the other polymerizable liquid crystal compound, a cyclic organopolysiloxane compound having a cholesteric phase as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-165480 can be used. Further, as the polymer liquid crystal compound, a polymer having a mesogen group exhibiting liquidity introduced at the main chain, a side chain, or both the main chain and the side chain, and a polymer cholesteric liquid crystal having a cholesteryl group introduced into the side chain. , A liquid crystal polymer as disclosed in JP-A-9-133810, a liquid crystal polymer as disclosed in JP-A-11-293252, and the like can be used.

また、配向膜組成物中の重合性液晶化合物の添加量は、配向膜組成物の固形分質量(溶媒を除いた質量)に対して、75~99.9質量%であるのが好ましく、80~99質量%であるのがより好ましく、85~90質量%であるのがさらに好ましい。 The amount of the polymerizable liquid crystal compound added to the alignment film composition is preferably 75 to 99.9% by mass, preferably 80 to 99.9% by mass, based on the solid content mass (mass excluding the solvent) of the alignment film composition. It is more preferably to 99% by mass, and even more preferably 85 to 90% by mass.

--界面活性剤--
配向膜14を形成する際に用いる配向膜組成物は、界面活性剤を含有してもよい。
界面活性剤は、液晶化合物を安定的にまたは迅速にプレーナー配向とする効果を寄与する、配向制御剤(水平配向剤)として機能できる化合物が好ましい。
界面活性剤としては、例えば、シリコ-ン系界面活性剤およびフッ素系界面活性剤が挙げられ、フッ素系界面活性剤が好ましく例示される。
--Surfactant ---
The alignment film composition used when forming the alignment film 14 may contain a surfactant.
The surfactant is preferably a compound that can function as an orientation control agent (horizontal alignment agent), which contributes to the effect of stably or rapidly orienting the liquid crystal compound in a planar manner.
Examples of the surfactant include a silicone-based surfactant and a fluorine-based surfactant, and a fluorine-based surfactant is preferably exemplified.

界面活性剤の具体例としては、特開2014-119605号公報の段落[0082]~[0090]に記載の化合物、特開2012-203237号公報の段落[0031]~[0034]に記載の化合物、特開2005-99248号公報の段落[0092]および[0093]中に例示されている化合物、特開2002-129162号公報の段落[0076]~[0078]および段落[0082]~[0085]中に例示されている化合物、ならびに、特開2007-272185号公報の段落[0018]~[0043]等に記載のフッ素(メタ)アクリレート系ポリマー、などが挙げられる。
なお、界面活性剤は、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
フッ素系界面活性剤として、特開2014-119605号公報の段落[0082]~[0090]に記載の化合物が好ましい。
Specific examples of the surfactant include the compounds described in paragraphs [2002] to [0090] of JP-A-2014-119605, and the compounds described in paragraphs [0031]-[0034] of JP-A-2012-203237. , The compounds exemplified in paragraphs [0092] and [093] of JP-A-2005-99248, paragraphs [0076] to [0078] and paragraphs [0087] to [985] of JP-A-2002-129162. Examples thereof include the compounds exemplified in the above, and the fluorine (meth) acrylate-based polymers described in paragraphs [0018] to [0043] of JP-A-2007-272185.
As the surfactant, one type may be used alone, or two or more types may be used in combination.
As the fluorine-based surfactant, the compounds described in paragraphs [2002] to [0090] of JP-A-2014-119605 are preferable.

配向膜組成物中における、界面活性剤の添加量は、液晶化合物の全質量に対して0.01~10質量%が好ましく、0.01~5質量%がより好ましく、0.02~1質量%がさらに好ましい。 The amount of the surfactant added to the alignment film composition is preferably 0.01 to 10% by mass, more preferably 0.01 to 5% by mass, and 0.02 to 1% by mass with respect to the total mass of the liquid crystal compound. % Is more preferable.

--キラル剤(光学活性化合物)--
キラル剤(カイラル剤)は配向膜14における液晶化合物20の螺旋構造を誘起する機能を有する。本発明では、光の照射によって、HTP(螺旋誘起力)が変化するキラル剤を用いる。
光の照射によってHTPが変化するキラル剤を用いることにより、後述するように、マスクを介した配向膜組成物の塗膜への光照射など、配向膜組成物の塗膜の一部にキラル剤が感光する光を照射することによって、照射した光の中心から外方向に向かって、キラル剤のHTPを連続的に変化させることができる。これにより、配向膜14の面内で、例えばX方向に液晶化合物20の捩れ角を変化させることができ、上述したように、配向膜14の上面14bにおいて、液晶化合物20の光学軸がX方向に向かって回転し、かつ、X方向の途中で光学軸の回転方向が逆転する、液晶配向パターンを形成できる。
光照射によってHTPが変化するキラル剤は、光照射によってHTPが低下するキラル剤でも、光照射によってHTPが増加するキラル剤でもよい。なお、HTPが変化するキラル剤は、光照射によってHTPが低下するキラル剤が、一般的である。
--Chiral agent (optically active compound) ---
The chiral agent (chiral agent) has a function of inducing a helical structure of the liquid crystal compound 20 in the alignment film 14. In the present invention, a chiral agent whose HTP (spiral-inducing force) is changed by irradiation with light is used.
By using a chiral agent whose HTP changes by irradiation with light, as will be described later, a chiral agent is applied to a part of the coating film of the alignment film composition, such as light irradiation of the coating film of the alignment film composition through a mask. By irradiating the light that is exposed to the light, the HTP of the chiral auxiliary can be continuously changed from the center of the irradiated light toward the outside. Thereby, the twist angle of the liquid crystal compound 20 can be changed in the plane of the alignment film 14, for example, in the X direction, and as described above, the optical axis of the liquid crystal compound 20 is in the X direction on the upper surface 14b of the alignment film 14. It is possible to form a liquid crystal alignment pattern in which the rotation direction of the optical axis is reversed in the middle of the X direction.
The chiral agent whose HTP changes by light irradiation may be a chiral agent whose HTP decreases by light irradiation or a chiral agent whose HTP increases by light irradiation. As the chiral agent whose HTP changes, a chiral agent whose HTP is lowered by light irradiation is generally used.

キラル剤は、光の照射によってHTPが変化するものであれば、公知の化合物が利用可能である。
なお、キラル剤は、化合物によって誘起する螺旋の捩れ方向および/または螺旋ピッチが異なる。従って、配向膜組成物に用いるキラル剤は、目的とする液晶化合物20の螺旋ピッチ、目的とする液晶化合物20の捩れ角、光学素子10の主たる用途(集光または光拡散など)等に応じて、適宜、選択すればよい。この点に関しては、後述する液晶組成物でも同様である。
キラル剤としては、例えば、液晶デバイスハンドブック、第3章4-3項、TN(twisted nematic)、STN(Super Twisted Nematic)用カイラル剤、199頁、日本学術振興会第142委員会編、1989に記載のキラル剤、イソソルビド、および、イソマンニド誘導体等を用いることができる。
As the chiral agent, a known compound can be used as long as the HTP is changed by irradiation with light.
The chiral agent has a different twisting direction and / or spiral pitch of the spiral induced by the compound. Therefore, the chiral agent used in the alignment film composition depends on the spiral pitch of the target liquid crystal compound 20, the twist angle of the target liquid crystal compound 20, the main use of the optical element 10 (condensing or light diffusion, etc.), and the like. , It may be selected as appropriate. The same applies to the liquid crystal composition described later in this respect.
Examples of chiral agents include liquid crystal device handbooks, Chapter 3, 4-3, TN (twisted nematic), STN (Super Twisted Nematic) chiral agents, p. 199, edited by the 142nd Committee of the Japan Society for the Promotion of Science, 1989. The described chiral agents, isosorbides, isomannide derivatives and the like can be used.

キラル剤は、一般に不斉炭素原子を含むが、不斉炭素原子を含まない軸性不斉化合物または面性不斉化合物もキラル剤として用いることができる。軸性不斉化合物または面性不斉化合物の例には、ビナフチル、ヘリセン、パラシクロファン、および、これらの誘導体が含まれる。キラル剤は、重合性基を有していてもよい。キラル剤と液晶化合物とがいずれも重合性基を有する場合は、重合性キラル剤と重合性液晶化合物との重合反応により、重合性液晶化合物から誘導される繰り返し単位と、キラル剤から誘導される繰り返し単位とを有するポリマーを形成することができる。この態様では、重合性キラル剤が有する重合性基は、重合性液晶化合物が有する重合性基と、同種の基であるのが好ましい。従って、キラル剤の重合性基も、不飽和重合性基、エポキシ基またはアジリジニル基であるのが好ましく、不飽和重合性基であるのがより好ましく、エチレン性不飽和重合性基であるのがさらに好ましい。
また、キラル剤は、液晶化合物であってもよい。
The chiral agent generally contains an asymmetric carbon atom, but an axial asymmetric compound or a plane asymmetric compound containing no asymmetric carbon atom can also be used as the chiral agent. Examples of axial or asymmetric compounds include binaphthyl, helicene, paracyclophane, and derivatives thereof. The chiral agent may have a polymerizable group. When both the chiral agent and the liquid crystal compound have a polymerizable group, the repeating unit derived from the polymerizable liquid crystal compound and the repeating unit derived from the chiral agent are derived by the polymerization reaction between the polymerizable chiral agent and the polymerizable liquid crystal compound. Polymers with repeating units can be formed. In this aspect, the polymerizable group of the polymerizable chiral agent is preferably a group of the same type as the polymerizable group of the polymerizable liquid crystal compound. Therefore, the polymerizable group of the chiral agent is preferably an unsaturated polymerizable group, an epoxy group or an aziridinyl group, more preferably an unsaturated polymerizable group, and preferably an ethylenically unsaturated polymerizable group. More preferred.
Moreover, the chiral agent may be a liquid crystal compound.

キラル剤は、光異性化基を有してもよい。キラル剤が光異性化基を有する場合には、光の照射によってキラル剤のHTPを変化させることができるので、好ましい。
光異性化基としては、フォトクロッミック性を示す化合物の異性化部位、アゾ基、アゾキシ基、または、シンナモイル基が好ましい。具体的な化合物として、特開2002-80478号公報、特開2002-80851号公報、特開2002-179668号公報、特開2002-179669号公報、特開2002-179670号公報、特開2002-179681号公報、特開2002-179682号公報、特開2002-338575号公報、特開2002-338668号公報、特開2003-313189号公報、および、特開2003-313292号公報等に記載の化合物を用いることができる。
The chiral agent may have a photoisomerizing group. When the chiral agent has a photoisomerizing group, the HTP of the chiral agent can be changed by irradiation with light, which is preferable.
As the photoisomerizing group, an isomerization site of a compound exhibiting photochromic properties, an azo group, an azoxy group, or a cinnamoyl group is preferable. Specific compounds include JP-A-2002-80478, JP-A-2002-80851, JP-A-2002-179668, JP-A-2002-179669, JP-A-2002-179670, and JP-A-2002. Compounds described in JP-A-179681, JP-A-2002-179682, JP-A-2002-338575, JP-A-2002-338668, JP-A-2003-313189, JP-A-2003-313292, and the like. Can be used.

配向膜組成物における、キラル剤の含有量は、捩れ配向される液晶化合物20の最大の捩れ角を実現できる量を、キラル剤の種類等に応じて、適宜、設定すればよい。
キラル剤の含有量は、液晶化合物の含有モル量に対して0.1~30質量%が好ましく、0.1~15質量%がより好ましい。
The content of the chiral agent in the alignment film composition may be appropriately set to an amount capable of realizing the maximum twist angle of the liquid crystal compound 20 to be twist-oriented, depending on the type of the chiral agent and the like.
The content of the chiral agent is preferably 0.1 to 30% by mass, more preferably 0.1 to 15% by mass, based on the molar content of the liquid crystal compound.

--重合開始剤--
配向膜組成物が重合性化合物を含む場合は、重合開始剤を含有しているのが好ましい。紫外線照射により重合反応を進行させる態様では、使用する重合開始剤は、紫外線照射によって重合反応を開始可能な光重合開始剤であるのが好ましい。
光重合開始剤の例には、α-カルボニル化合物(米国特許第2367661号、米国特許第2367670号の各明細書記載)、アシロインエーテル(米国特許第2448828号明細書記載)、α-炭化水素置換芳香族アシロイン化合物(米国特許第2722512号明細書記載)、多核キノン化合物(米国特許第3046127号、米国特許第2951758号の各明細書記載)、トリアリールイミダゾールダイマーとp-アミノフェニルケトンとの組み合わせ(米国特許第3549367号明細書記載)、アクリジンおよびフェナジン化合物(特開昭60-105667号公報、米国特許第4239850号明細書記載)、ならびに、オキサジアゾール化合物(米国特許第4212970号明細書記載)等が挙げられる。
配向膜組成物中の光重合開始剤の含有量は、液晶化合物の含有量に対して0.1~20質量%であるのが好ましく、0.5~12質量%であるのがより好ましい。
--Initiator of polymerization --
When the alignment film composition contains a polymerizable compound, it preferably contains a polymerization initiator. In the embodiment in which the polymerization reaction is allowed to proceed by irradiation with ultraviolet rays, the polymerization initiator used is preferably a photopolymerization initiator capable of initiating the polymerization reaction by irradiation with ultraviolet rays.
Examples of photopolymerization initiators include α-carbonyl compounds (described in US Pat. No. 2,376,661 and US Pat. No. 2,376,670), acidoin ethers (described in US Pat. No. 2,448,828), and α-hydrogen. Substituent aromatic acidoine compound (described in US Pat. No. 2,725,512), polynuclear quinone compound (described in US Pat. No. 3,46127, US Pat. No. 2,951,758), triarylimidazole dimer and p-aminophenyl ketone. Combinations (described in US Pat. No. 3,549,67), acridin and phenazine compounds (Japanese Patent Laid-Open No. 60-105667, described in US Pat. No. 4,239,850), and oxadiazole compounds (US Pat. No. 4,212,970). Description) and the like.
The content of the photopolymerization initiator in the alignment film composition is preferably 0.1 to 20% by mass, more preferably 0.5 to 12% by mass, based on the content of the liquid crystal compound.

--架橋剤--
配向膜組成物は、硬化後の膜強度向上、耐久性向上のため、任意に架橋剤を含有していてもよい。架橋剤としては、紫外線、熱、および、湿気等で硬化するものが好適に使用できる。
架橋剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えばトリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレートおよびペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート等の多官能アクリレート化合物;グリシジル(メタ)アクリレートおよびエチレングリコールジグリシジルエーテル等のエポキシ化合物;2,2-ビスヒドロキシメチルブタノール-トリス[3-(1-アジリジニル)プロピオネート]および4,4-ビス(エチレンイミノカルボニルアミノ)ジフェニルメタン等のアジリジン化合物;ヘキサメチレンジイソシアネートおよびビウレット型イソシアネート等のイソシアネート化合物;オキサゾリン基を側鎖に有するポリオキサゾリン化合物;ならびに、ビニルトリメトキシシラン、N-(2-アミノエチル)3-アミノプロピルトリメトキシシラン等のアルコキシシラン化合物;などが挙げられる。また、架橋剤の反応性に応じて公知の触媒を用いることができ、膜強度および耐久性向上に加えて生産性を向上させることができる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
架橋剤の含有量は、配向膜組成物の固形分質量に対して、1~20質量%が好ましく、3~10質量%がより好ましい。架橋剤の含有量が上記範囲内であれば、架橋密度向上の効果が得られやすく、配向膜14の安定性がより向上する。
--Crosslinking agent --
The alignment film composition may optionally contain a cross-linking agent in order to improve the film strength and durability after curing. As the cross-linking agent, those that are cured by ultraviolet rays, heat, moisture and the like can be preferably used.
The cross-linking agent is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, a polyfunctional acrylate compound such as trimethylolpropane tri (meth) acrylate and pentaerythritol tri (meth) acrylate; glycidyl (meth) acrylate. And epoxy compounds such as ethylene glycol diglycidyl ether; aziridine compounds such as 2,2-bishydroxymethylbutanol-tris [3- (1-aziridinyl) propionate] and 4,4-bis (ethyleneiminocarbonylamino) diphenylmethane; hexa Isocyanate compounds such as methylenediisocyanate and biuret-type isocyanate; polyoxazoline compounds having an oxazoline group in the side chain; and alkoxysilane compounds such as vinyltrimethoxysilane and N- (2-aminoethyl) 3-aminopropyltrimethoxysilane; And so on. Further, a known catalyst can be used depending on the reactivity of the cross-linking agent, and the productivity can be improved in addition to the improvement of the film strength and the durability. These may be used alone or in combination of two or more.
The content of the cross-linking agent is preferably 1 to 20% by mass, more preferably 3 to 10% by mass, based on the solid content mass of the alignment film composition. When the content of the cross-linking agent is within the above range, the effect of improving the cross-linking density can be easily obtained, and the stability of the alignment film 14 is further improved.

--その他の添加剤--
配向膜組成物には、必要に応じて、さらに、重合禁止剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定化剤、色材、および、金属酸化物微粒子等を、光学的性能等を低下させない範囲で添加することができる。
--Other additives ---
If necessary, a polymerization inhibitor, an antioxidant, an ultraviolet absorber, a light stabilizer, a coloring material, metal oxide fine particles, etc. are added to the alignment film composition so as not to deteriorate the optical performance and the like. It can be added in a range.

配向膜組成物は、配向膜14を形成する際には、液体(塗料)として用いられるのが好ましい。
配向膜組成物は溶媒を含んでいてもよい。溶媒には、制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、有機溶媒が好ましい。
有機溶媒には、制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ケトン類、アルキルハライド類、アミド類、スルホキシド類、ヘテロ環化合物、炭化水素類、エステル類、および、エーテル類等が挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、環境への負荷を考慮した場合にはケトン類が好ましい。
The alignment film composition is preferably used as a liquid (paint) when forming the alignment film 14.
The alignment film composition may contain a solvent. The solvent is not limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose, but an organic solvent is preferable.
The organic solvent is not limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, ketones, alkyl halides, amides, sulfoxides, heterocyclic compounds, hydrocarbons, esters, and ethers. And so on. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, ketones are preferable in consideration of the burden on the environment.

光学素子10は、配向膜14(上面14b)の上に、液晶層16を有する。
図5に、配向膜14と液晶層16との界面の近傍を概念的に示す。
本発明の光学素子10において、液晶層16は、下面(配向膜14側の表面)では、液晶化合物24が、配向膜14の上面14bの液晶化合物20によって配向されて、配向膜14の上面14bにおける液晶配向パターンと同様の液晶配向パターンを有する。すなわち、光学素子10の液晶層16は、下面では、液晶化合物24の光学軸が、X方向に向かって回転し、かつ、途中で回転方向が逆になる、液晶配向パターンを有する。
図示例の液晶層16では、液晶化合物24は、厚さ方向には捩れ配向されない通常の配向状態になっているので、液晶層16の液晶化合物24は、厚さ方向の全域にわたって、配向膜14の上面14bと同じ液晶配向パターンで、配向される。
The optical element 10 has a liquid crystal layer 16 on the alignment film 14 (upper surface 14b).
FIG. 5 conceptually shows the vicinity of the interface between the alignment film 14 and the liquid crystal layer 16.
In the optical element 10 of the present invention, on the lower surface (the surface on the alignment film 14 side) of the liquid crystal layer 16, the liquid crystal compound 24 is oriented by the liquid crystal compound 20 on the upper surface 14b of the alignment film 14, and the upper surface 14b of the alignment film 14 is oriented. It has a liquid crystal alignment pattern similar to the liquid crystal alignment pattern in. That is, the liquid crystal layer 16 of the optical element 10 has a liquid crystal alignment pattern on the lower surface, in which the optical axis of the liquid crystal compound 24 rotates in the X direction and the rotation direction is reversed in the middle.
In the liquid crystal layer 16 of the illustrated example, the liquid crystal compound 24 is in a normal orientation state in which the liquid crystal compound 24 is not twist-oriented in the thickness direction. Therefore, the liquid crystal compound 24 of the liquid crystal layer 16 is the alignment film 14 over the entire area in the thickness direction. It is oriented with the same liquid crystal alignment pattern as the upper surface 14b of.

本発明の光学素子10において、液晶層16は、一例として、液晶化合物を含む組成物(液晶組成物)を用いて形成される。
液晶層16は、好ましい態様として、液晶層16の厚さと、液晶層16の形成に用いた液晶組成物中の液晶化合物の波長550nmにおけるΔn(屈折率差)との積が、200~350nmである場合、すなわち液晶層16の厚さと上記液晶化合物のΔnとの積が約λ/2である場合、液晶層16に入射した光に含まれる互いに直交する2つの直線偏光成分に半波長すなわち180°の位相差を与える機能を有している。
In the optical element 10 of the present invention, the liquid crystal layer 16 is formed by using a composition (liquid crystal composition) containing a liquid crystal compound as an example.
The liquid crystal layer 16 preferably has a product of the thickness of the liquid crystal layer 16 and Δn (difference in refractive index) at a wavelength of 550 nm of the liquid crystal compound in the liquid crystal composition used for forming the liquid crystal layer 16 at 200 to 350 nm. In one case, that is, when the product of the thickness of the liquid crystal layer 16 and the Δn of the liquid crystal compound is about λ / 2, the two linearly polarized components contained in the light incident on the liquid crystal layer 16 which are orthogonal to each other have a half wavelength, that is, 180. It has a function to give a phase difference of °.

図6に、液晶層16の下面を概念的に示す。
なお、図6は、液晶層16の下面の液晶化合物24の配向状態を示しているが、液晶層16は、図5に示すように、厚さ方向には、この下面の液晶化合物24から、同じ配向状態の液晶化合物24が積み重ねられた構造を有するのは、上述のとおりである。
FIG. 6 conceptually shows the lower surface of the liquid crystal layer 16.
Note that FIG. 6 shows the orientation state of the liquid crystal compound 24 on the lower surface of the liquid crystal layer 16, but as shown in FIG. 5, the liquid crystal layer 16 is formed from the liquid crystal compound 24 on the lower surface in the thickness direction. As described above, the liquid crystal compounds 24 having the same orientation have a stacked structure.

液晶層16は、面内において、液晶化合物24の光学軸の向きX方向に向かって連続的に回転しながら変化する液晶配向パターンを有する。
一方、液晶層16を形成する液晶化合物24は、配向膜14の上面14bと同様、X方向と直交するY方向、すなわち光学軸が回転する一方向と直交するY方向では、光学軸の向きが等しい液晶化合物24が等間隔で配列されている。言い換えれば、液晶層16においては、Y方向に配列される液晶化合物24同士では、光学軸の向きとX方向とが成す角度が等しい。
The liquid crystal layer 16 has a liquid crystal orientation pattern that changes while continuously rotating in the plane toward the direction X of the optical axis of the liquid crystal compound 24.
On the other hand, the liquid crystal compound 24 forming the liquid crystal layer 16 has the same optical axis orientation as the upper surface 14b of the alignment film 14 in the Y direction orthogonal to the X direction, that is, in the Y direction orthogonal to one direction in which the optical axis rotates. Equal liquid crystal compounds 24 are arranged at equal intervals. In other words, in the liquid crystal layer 16, the angles formed by the direction of the optical axis and the X direction are equal between the liquid crystal compounds 24 arranged in the Y direction.

光学軸とX方向とが成す角度が等しい液晶化合物24が、Y方向に配置された領域を、領域Rとする。
この場合に、それぞれの領域Rにおける波長550nmにおける面内レタデーション(Re)の値は、半波長すなわちλ/2であるのが好ましい。なお、ここでλ/2とは、面内レタデーションが、200~350nmであることを意図する。これらの面内レタデーションは、領域Rの屈折率異方性に伴う波長550nmにおける屈折率差Δnと液晶層16の厚さとの積により算出される。ここで、液晶層16における領域Rの屈折率異方性に伴う屈折率差とは、領域Rの面内における遅相軸の方向の屈折率と、遅相軸の方向に直交する方向の屈折率との差により定義される屈折率差である。すなわち、領域Rの屈折率異方性に伴う屈折率差Δnは、光学軸の方向の液晶化合物24の屈折率と、領域Rの面内において光学軸に垂直な方向の液晶化合物24の屈折率との差に等しい。つまり、上記屈折率差Δnは、液晶化合物の屈折率差に等しい。
The region where the liquid crystal compounds 24 having the same angle formed by the optical axis and the X direction are arranged in the Y direction is defined as the region R.
In this case, the value of the in-plane retardation (Re) at a wavelength of 550 nm in each region R is preferably a half wavelength, that is, λ / 2. Here, λ / 2 means that the in-plane retardation is 200 to 350 nm. These in-plane retardations are calculated by the product of the refractive index difference Δn at a wavelength of 550 nm due to the refractive index anisotropy of the region R and the thickness of the liquid crystal layer 16. Here, the difference in the refractive index due to the refractive index anisotropy of the region R in the liquid crystal layer 16 is the refractive index in the direction of the slow axis in the plane of the region R and the refraction in the direction orthogonal to the direction of the slow axis. It is the difference in refractive index defined by the difference from the rate. That is, the refractive index difference Δn due to the refractive index anisotropy of the region R is the refractive index of the liquid crystal compound 24 in the direction of the optical axis and the refractive index of the liquid crystal compound 24 in the plane of the region R in the direction perpendicular to the optical axis. Is equal to the difference with. That is, the refractive index difference Δn is equal to the refractive index difference of the liquid crystal compound.

このような液晶層16に円偏光が入射すると、光は、屈折され、かつ、円偏光の方向が変換される。
この作用を、図7および図8に概念的に示す、液晶化合物24の光学軸がX方向に向かって回転するが、X方向の途中で光学軸の回転方向が逆転しない、液晶層16Aを参照して、説明する。
なお、液晶層16Aは、液晶化合物24の屈折率差と液晶層16Aの厚さとの積の値がλ/2であるとする。なお、ここでλ/2とは、上記値が、200~350nmであることを意図する。
また、図7および図8では、図面を簡略化して作用を明確にするために、液晶層16Aは、配向膜14側の表面の液晶化合物24(液晶化合物分子)のみを示す。しかしながら、液晶層16Aも、図5に示す液晶層16と、同様に、同方向に配向された液晶化合物24が厚さ方向に積層された構成を有する。
When circularly polarized light is incident on such a liquid crystal layer 16, the light is refracted and the direction of circularly polarized light is changed.
Refer to the liquid crystal layer 16A, in which the optical axis of the liquid crystal compound 24 rotates toward the X direction, but the rotation direction of the optical axis does not reverse in the middle of the X direction, which is conceptually shown in FIGS. 7 and 8. And explain.
In the liquid crystal layer 16A, it is assumed that the value of the product of the difference in the refractive index of the liquid crystal compound 24 and the thickness of the liquid crystal layer 16A is λ / 2. Here, λ / 2 means that the above value is 200 to 350 nm.
Further, in FIGS. 7 and 8, in order to simplify the drawing and clarify the action, the liquid crystal layer 16A shows only the liquid crystal compound 24 (liquid crystal compound molecule) on the surface on the alignment film 14 side. However, the liquid crystal layer 16A also has a structure in which the liquid crystal compounds 24 oriented in the same direction are laminated in the thickness direction, similarly to the liquid crystal layer 16 shown in FIG.

図7に示すように、液晶層16Aの液晶化合物の屈折率差と液晶層16Aの厚さとの積の値がλ/2の場合に、液晶層16Aに左円偏光である入射光L1が入射すると、入射光L1は、液晶層16Aを通過することにより180°の位相差が与えられて、透過光L2は、右円偏光に変換される。
また、入射光L1は、液晶層16Aを通過する際に、それぞれの液晶化合物24の光学軸の向きに応じて絶対位相が変化する。このとき、光学軸の向きは、X方向に向かって回転しながら変化しているため、光学軸の向きに応じて、入射光L1の絶対位相の変化量が異なる。さらに、液晶層16Aに形成された液晶配向パターンは、X方向に周期的なパターンであるため、液晶層16Aを通過した入射光L1には、図7に示すように、それぞれの光学軸の向きに対応したX方向に周期的な絶対位相Q1が与えられる。これにより、X方向に対して逆の方向に傾いた等位相面E1が形成される。
そのため、透過光L2は、等位相面E1に対して垂直な方向に向かって傾くように屈折され、入射光L1の進行方向とは異なる方向に進行する。このように、左円偏光の入射光L1は、入射方向に対してX方向に一定の角度だけ傾いた、右円偏光の透過光L2に変換される。
As shown in FIG. 7, when the value of the product of the difference in the refractive index of the liquid crystal compound of the liquid crystal layer 16A and the thickness of the liquid crystal layer 16A is λ / 2, the incident light L 1 which is left circularly polarized light is generated in the liquid crystal layer 16A. When incident, the incident light L 1 is given a phase difference of 180 ° by passing through the liquid crystal layer 16A, and the transmitted light L 2 is converted into right circular polarization.
Further, when the incident light L 1 passes through the liquid crystal layer 16A, its absolute phase changes according to the direction of the optical axis of each liquid crystal compound 24. At this time, since the direction of the optical axis changes while rotating toward the X direction, the amount of change in the absolute phase of the incident light L 1 differs depending on the direction of the optical axis. Further, since the liquid crystal alignment pattern formed on the liquid crystal layer 16A is a pattern that is periodic in the X direction, the incident light L1 that has passed through the liquid crystal layer 16A has the respective optical axes as shown in FIG. A periodic absolute phase Q1 is given in the X direction corresponding to the orientation. As a result, the equiphase plane E1 inclined in the direction opposite to the X direction is formed.
Therefore, the transmitted light L 2 is refracted so as to be inclined in a direction perpendicular to the equiphase plane E 1, and travels in a direction different from the traveling direction of the incident light L 1 . In this way, the left circularly polarized incident light L 1 is converted into the right circularly polarized transmitted light L 2 tilted by a certain angle in the X direction with respect to the incident direction.

一方、図8に概念的に示すように、液晶層16Aの液晶化合物の屈折率差と液晶層16Aの厚さとの積の値がλ/2のとき、液晶層16Aに右円偏光の入射光L4が入射すると、入射光L4は、液晶層16Aを通過することにより、180°の位相差が与えられて、左円偏光の透過光L5に変換される。
また、入射光L4は、液晶層16Aを通過する際に、それぞれの液晶化合物24の光学軸の向きに応じて絶対位相が変化する。このとき、光学軸の向きは、X方向に沿って回転しながら変化しているため、光学軸の向きに応じて、入射光L4の絶対位相の変化量が異なる。さらに、液晶層16Aに形成された液晶配向パターンは、X方向に周期的なパターンであるため、液晶層16Aを通過した入射光L4は、図8に示すように、それぞれの光学軸の向きに対応したX方向に周期的な絶対位相Q2が与えられる。
ここで、入射光L4は、右円偏光であるので、光学軸の向きに対応したX方向に周期的な絶対位相Q2は、左円偏光である入射光L1とは逆になる。その結果、入射光L4では、入射光L1とは逆にX方向に傾斜した等位相面E2が形成される。
そのため、入射光L4は、等位相面E2に対して垂直な方向に向かって傾くように屈折され、入射光L4の進行方向とは異なる方向に進行する。このように、入射光L4は、入射方向に対してX方向とは逆の方向に一定の角度だけ傾いた左円偏光の透過光L5に変換される。
On the other hand, as conceptually shown in FIG. 8, when the value of the product of the difference in the refractive index of the liquid crystal compound of the liquid crystal layer 16A and the thickness of the liquid crystal layer 16A is λ / 2, the incident light of right circular polarization is applied to the liquid crystal layer 16A. When L 4 is incident, the incident light L 4 passes through the liquid crystal layer 16A, is given a phase difference of 180 °, and is converted into left circularly polarized transmitted light L 5 .
Further, when the incident light L 4 passes through the liquid crystal layer 16A, its absolute phase changes according to the direction of the optical axis of each liquid crystal compound 24. At this time, since the direction of the optical axis changes while rotating along the X direction, the amount of change in the absolute phase of the incident light L 4 differs depending on the direction of the optical axis. Further, since the liquid crystal alignment pattern formed on the liquid crystal layer 16A is a periodic pattern in the X direction, the incident light L 4 passing through the liquid crystal layer 16A has the orientation of each optical axis as shown in FIG. A periodic absolute phase Q2 is given in the X direction corresponding to.
Here, since the incident light L 4 is right-handed circularly polarized light, the absolute phase Q2 periodic in the X direction corresponding to the direction of the optical axis is opposite to the incident light L1 which is left - handed circularly polarized light. As a result, in the incident light L 4 , an equiphase plane E 2 inclined in the X direction is formed, which is opposite to the incident light L 1 .
Therefore, the incident light L 4 is refracted so as to be inclined in a direction perpendicular to the equiphase plane E2, and travels in a direction different from the traveling direction of the incident light L 4 . In this way, the incident light L 4 is converted into the transmitted light L 5 of left circularly polarized light tilted by a certain angle in the direction opposite to the X direction with respect to the incident direction.

絶対位相の方向および等位相面の傾斜方向は、X方向(一方向)に向かう液晶化合物24の回転方向が逆になると、逆になる。すなわち、液晶層16に入射した円偏光の屈折方向は、X方向に向かう液晶化合物24の回転方向が逆になると、逆方向になる。
図7および図8に示す例では、液晶層16AにおけるX方向に向かう光学軸の回転方向は、時計回りである。
従って、X方向に向かう光学軸の回転方向が反時計回りである場合に、図7に示すように左円偏光である入射光L1が液晶層16Aに入射すると、入射光L1はX方向とは逆方向に屈折されて、入射光L1に対してX方向と逆方向に傾いて出射される。すなわち、この場合には、透過光は、図8の透過光L5と同方向に向かって出射される。
また、X方向に向かう光学軸の回転方向が反時計回りである場合に、図8に示すように右円偏光である入射光L4が液晶層16Aに入射すると、入射光L4はX方向に屈折されて、透過光は入射光L4に対してX方向に傾いて出射される。すなわち、この場合には、透過光は、図7の透過光L2と同方向に向かって出射される。
The direction of the absolute phase and the inclination direction of the equiphase plane become opposite when the rotation direction of the liquid crystal compound 24 toward the X direction (one direction) is reversed. That is, the refraction direction of the circularly polarized light incident on the liquid crystal layer 16 becomes the opposite direction when the rotation direction of the liquid crystal compound 24 toward the X direction is reversed.
In the example shown in FIGS. 7 and 8, the rotation direction of the optical axis in the liquid crystal layer 16A toward the X direction is clockwise.
Therefore, when the rotation direction of the optical axis toward the X direction is counterclockwise and the incident light L 1 which is left circularly polarized light is incident on the liquid crystal layer 16A as shown in FIG. 7, the incident light L 1 is in the X direction. It is refracted in the opposite direction to the incident light L 1 and is emitted at an angle opposite to the X direction. That is, in this case, the transmitted light is emitted in the same direction as the transmitted light L 5 in FIG.
Further, when the rotation direction of the optical axis toward the X direction is counterclockwise and the incident light L 4 having right circular polarization is incident on the liquid crystal layer 16A as shown in FIG. 8, the incident light L 4 is directed to the X direction. The transmitted light is tilted in the X direction with respect to the incident light L 4 and is emitted. That is, in this case, the transmitted light is emitted in the same direction as the transmitted light L 2 in FIG. 7.

上述のように、光学素子10の配向膜14の上面14bにおいて、液晶化合物20の光学軸は、X方向に向かって、x1~x7の領域では反時計回りに回転し、x7~x13の領域では、時計回りに回転する。また、液晶層16の面内における液晶配向パターンは、配向膜14の上面14bと同じである。
従って、例えば、光学素子10(液晶層16)に右円偏光の入射光L1が入射した場合には、液晶層16における、配向膜14の上面14bのx1~x7に対応する領域では、入射光はX方向に屈折され、x7~x13に対応する領域は、X方向と逆方向に屈折されて、透過光は、図9に概念的に示すように、集光される。
また、光学素子10に左円偏光の入射光L2が入射した場合には、逆に、配向膜14の上面14bのx1~x7に対応する領域では、入射光はX方向と逆方向に屈折され、x7~x13に対応する領域は、X方向に屈折されて、透過光は、広がる。
As described above, on the upper surface 14b of the alignment film 14 of the optical element 10, the optical axis of the liquid crystal compound 20 rotates counterclockwise in the region of x1 to x7 and in the region of x7 to x13 in the X direction. , Rotate clockwise. Further, the liquid crystal alignment pattern in the plane of the liquid crystal layer 16 is the same as that of the upper surface 14b of the alignment film 14.
Therefore, for example, when the incident light L 1 of right-handed circular polarization is incident on the optical element 10 (liquid crystal layer 16), it is incident in the region corresponding to x1 to x7 of the upper surface 14b of the alignment film 14 in the liquid crystal layer 16. The light is refracted in the X direction, the region corresponding to x7 to x13 is refracted in the direction opposite to the X direction, and the transmitted light is focused as conceptually shown in FIG.
Further, when the incident light L 2 of left circular polarization is incident on the optical element 10, the incident light is refracted in the direction opposite to the X direction in the region corresponding to x1 to x7 on the upper surface 14b of the alignment film 14. The region corresponding to x7 to x13 is refracted in the X direction, and the transmitted light spreads.

なお、図6に示すように、光学素子10の液晶層16において、液晶化合物24の光学軸は、Y方向に向かっては回転しておらず、一定の向きを向いている。そのため、光学素子10(液晶層16)に円偏光が入射しても、光はY方向には屈折されない。すなわち、光学素子10は、Y方向には、いわゆるレンズパワーを有さない。
従って、光学素子10は、Y方向に稜線を有する、シリンドリカルレンズのように作用する。
As shown in FIG. 6, in the liquid crystal layer 16 of the optical element 10, the optical axis of the liquid crystal compound 24 does not rotate in the Y direction but faces a certain direction. Therefore, even if circularly polarized light is incident on the optical element 10 (liquid crystal layer 16), the light is not refracted in the Y direction. That is, the optical element 10 does not have so-called lens power in the Y direction.
Therefore, the optical element 10 acts like a cylindrical lens having a ridgeline in the Y direction.

液晶層16による光の屈折は、面内においてX方向に液晶化合物24の光学軸が180°回転する長さ、すなわち、図5に示す周期Λによって、調節できる。言い換えれば、周期Λとは、X方向に隣接する、X方向に対する角度が等しい2つの液晶化合物の、中心間距離である。
具体的には、周期Λが短いほど、互いに隣接した液晶化合物24を通過した光同士が強く干渉するため、透過光を大きく屈折させることができる。
液晶層16の周期Λは、配向膜14に添加するキラル剤の種類、配向膜14に添加するキラル剤の添加量、後述する本発明の製造方法における、配向膜組成物の塗膜に照射する光の大きさ、同光の間隔、および、同光の光量等によって調節可能である。
The refraction of light by the liquid crystal layer 16 can be adjusted by the length in which the optical axis of the liquid crystal compound 24 rotates 180 ° in the X direction in the plane, that is, the period Λ shown in FIG. In other words, the period Λ is the distance between the centers of two liquid crystal compounds adjacent to the X direction and having the same angle with respect to the X direction.
Specifically, the shorter the period Λ is, the stronger the light that has passed through the liquid crystal compounds 24 adjacent to each other interferes with each other, so that the transmitted light can be greatly refracted.
The period Λ of the liquid crystal layer 16 irradiates the coating film of the alignment film composition in the type of chiral agent added to the alignment film 14, the amount of the chiral agent added to the alignment film 14, and the production method of the present invention described later. It can be adjusted by the size of the light, the interval of the same light, the amount of the same light, and the like.

液晶層16において、複数の領域Rの面内レタデーションの値は、半波長であるのが好ましいが、波長が550nmである入射光に対する液晶層16の複数の領域Rの面内レタデーションRe(550)=Δn550×dが下記式(1)に規定される範囲内であるのが好ましい。ここで、Δn550は、入射光の波長が550nmである場合の、領域Rの屈折率異方性に伴う屈折率差であり、dは、液晶層16の厚さである。
200nm≦Δn550×d≦350nm・・・(1)
すなわち、液晶層16の複数の領域Rの面内レタデーションRe(550)=Δn550×dが式(1)を満たしていれば、液晶層16に入射した光の十分な量の円偏光成分を、X方向またはX方向と逆方向に傾いた方向に進行する円偏光に変換できる。面内レタデーションRe(550)=Δn550×dは、225nm≦Δn550×d≦340nmがより好ましく、250nm≦Δn550×d≦330nmがさらに好ましい。
なお、上記式(1)は波長550nmである入射光に対する範囲であるが、波長がλnmである入射光に対する液晶層16の複数の領域Rの面内レタデーションRe(λ)=Δnλ×dは下記式(1-2)に規定される範囲内であるのが好ましく、適宜設定することができる。
0.7λnm≦Δnλ×d≦1.3λnm・・・(1-2)
In the liquid crystal layer 16, the value of the in-plane retardation of the plurality of regions R is preferably half wavelength, but the in-plane retardation Re (550) of the plurality of regions R of the liquid crystal layer 16 with respect to the incident light having a wavelength of 550 nm. = Δn 550 × d is preferably within the range defined by the following equation (1). Here, Δn 550 is the refractive index difference due to the refractive index anisotropy of the region R when the wavelength of the incident light is 550 nm, and d is the thickness of the liquid crystal layer 16.
200 nm ≤ Δn 550 × d ≤ 350 nm ... (1)
That is, if the in-plane retardation Re (550) = Δn 550 × d of the plurality of regions R of the liquid crystal layer 16 satisfies the equation (1), a sufficient amount of circularly polarized light components of the light incident on the liquid crystal layer 16 can be obtained. , Can be converted to circular polarization traveling in the direction tilted in the X direction or the direction opposite to the X direction. The in-plane retardation Re (550) = Δn 550 × d is more preferably 225 nm ≦ Δn 550 × d ≦ 340 nm, and even more preferably 250 nm ≦ Δn 550 × d ≦ 330 nm.
Although the above equation (1) is a range for incident light having a wavelength of 550 nm, the in-plane retardation Re (λ) = Δn λ × d of the plurality of regions R of the liquid crystal layer 16 with respect to the incident light having a wavelength of λ nm is It is preferably within the range specified in the following formula (1-2), and can be appropriately set.
0.7λnm ≤ Δn λ × d ≤ 1.3λnm ... (1-2)

また、液晶層16における、複数の領域Rの面内レタデーションの値は、上記式(1)の範囲外で用いることもできる。具体的には、Δn550×d<200nmまたは350nm<Δn550×dとすることで、入射光の進行方向と同一の方向に進行する光と、入射光の進行方向とは異なる方向に進行する光に分けることができる。Δn550×dが0nmまたは550nmに近づくと入射光の進行方向と同一の方向に進行する光の成分は増加し、入射光の進行方向とは異なる方向に進行する光の成分は減少する。 Further, the in-plane retardation values of the plurality of regions R in the liquid crystal layer 16 can be used outside the range of the above formula (1). Specifically, by setting Δn 550 × d <200 nm or 350 nm <Δn 550 × d, the light traveling in the same direction as the traveling direction of the incident light and the light traveling in a direction different from the traveling direction of the incident light. It can be divided into light. When Δn 550 × d approaches 0 nm or 550 nm, the component of light traveling in the same direction as the traveling direction of the incident light increases, and the component of light traveling in a direction different from the traveling direction of the incident light decreases.

さらに、波長が450nmの入射光に対する液晶層16の領域Rのそれぞれの面内レタデーションRe(450)=Δn450×dと、波長が550nmの入射光に対する液晶層16の領域Rのそれぞれの面内レタデーションRe(550)=Δn550×dは、下記式(2)を満たすのが好ましい。ここで、Δn450は、入射光の波長が450nmである場合の、領域Rの屈折率異方性に伴う屈折率差である。
(Δn450×d)/(Δn550×d)<1.0・・・(2)
式(2)は、液晶層16に含まれる液晶化合物24が逆分散性を有していることを表している。すなわち、式(2)が満たされることにより、液晶層16は、広帯域の波長の入射光に対応できる。
Further, the in-plane retardation Re (450) = Δn 450 × d of the region R of the liquid crystal layer 16 with respect to the incident light having a wavelength of 450 nm and the in-plane of each region R of the liquid crystal layer 16 with respect to the incident light having a wavelength of 550 nm. The retardation Re (550) = Δn 550 × d preferably satisfies the following formula (2). Here, Δn 450 is the difference in refractive index due to the refractive index anisotropy of the region R when the wavelength of the incident light is 450 nm.
(Δn 450 × d) / (Δn 550 × d) <1.0 ... (2)
The formula (2) represents that the liquid crystal compound 24 contained in the liquid crystal layer 16 has reverse dispersibility. That is, when the equation (2) is satisfied, the liquid crystal layer 16 can cope with incident light having a wide band wavelength.

液晶層16は、一例として、液晶化合物24を含む液晶組成物を硬化することで形成できる。図示例において、液晶化合物24は棒状液晶化合物であるが、液晶化合物としては、円盤状液晶化合物も利用可能である。
基板12上に配向膜14を形成し、配向膜14上に液晶組成物を塗布して、硬化することにより、液晶組成物の硬化層からなる液晶層16を得ることができる。なお、いわゆるλ/2板として機能するのは液晶層16であるが、本発明は、基板12および配向膜14を一体的に備えた積層体がλ/2板として機能する態様を含む。
また、液晶層16を形成するための液晶組成物は、棒状液晶化合物または円盤状液晶化合物を含有し、さらに、レベリング剤、配向制御剤、重合開始剤および配向助剤などのその他の成分を含有していてもよい。
The liquid crystal layer 16 can be formed, for example, by curing a liquid crystal composition containing the liquid crystal compound 24. In the illustrated example, the liquid crystal compound 24 is a rod-shaped liquid crystal compound, but as the liquid crystal compound, a disk-shaped liquid crystal compound can also be used.
A liquid crystal layer 16 made of a cured layer of the liquid crystal composition can be obtained by forming the alignment film 14 on the substrate 12, applying the liquid crystal composition on the alignment film 14, and curing the liquid crystal composition. Although it is the liquid crystal layer 16 that functions as a so-called λ / 2 plate, the present invention includes an embodiment in which a laminate that integrally includes a substrate 12 and an alignment film 14 functions as a λ / 2 plate.
Further, the liquid crystal composition for forming the liquid crystal layer 16 contains a rod-shaped liquid crystal compound or a disk-shaped liquid crystal compound, and further contains other components such as a leveling agent, an orientation control agent, a polymerization initiator and an orientation aid. You may be doing it.

また、液晶層16は、入射光の波長に対して広帯域であることが望ましく、複屈折率が逆分散となる液晶材料を用いて構成されるのが好ましい。また、液晶組成物に捩れ成分を付与することにより、また、異なる位相差層を積層することにより、入射光の波長に対して液晶層16を実質的に広帯域にすることも好ましい。例えば、液晶層16において、捩れ方向が異なる2層の液晶を積層することによって広帯域のパターン化されたλ/2板を実現する方法が特開2014-089476号公報等に示されており、本発明において好ましく使用することができる。 Further, it is desirable that the liquid crystal layer 16 has a wide band with respect to the wavelength of the incident light, and it is preferable that the liquid crystal layer 16 is formed by using a liquid crystal material having a birefringence of reverse dispersion. It is also preferable that the liquid crystal layer 16 has a substantially wide band with respect to the wavelength of the incident light by imparting a twist component to the liquid crystal composition and by laminating different retardation layers. For example, in the liquid crystal layer 16, a method of realizing a wide-band patterned λ / 2 plate by laminating two layers of liquid crystals having different twisting directions is shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-089476 and the like. It can be preferably used in the invention.

―棒状液晶化合物―
棒状液晶化合物としては、上述した配向膜14において例示した棒状の重合性液晶化合物が、各種、利用可能である。
―円盤状液晶化合物―
円盤状液晶化合物としては、例えば、特開2007-108732号公報および特開2010-244038号公報に記載のものを好ましく用いることができる。
なお、液晶層16に円盤状液晶化合物を用いた場合には、液晶層16において、液晶化合物24は厚さ方向に立ち上がっており、液晶化合物に由来する光学軸は、円盤面に垂直な軸、いわゆる進相軸として定義される。
-Bar-shaped liquid crystal compound-
As the rod-shaped liquid crystal compound, various rod-shaped polymerizable liquid crystal compounds exemplified in the above-mentioned alignment film 14 can be used.
-Disc-shaped liquid crystal compound-
As the disk-shaped liquid crystal compound, for example, those described in JP-A-2007-108732 and JP-A-2010-244033 can be preferably used.
When a disk-shaped liquid crystal compound is used for the liquid crystal layer 16, the liquid crystal compound 24 rises in the thickness direction in the liquid crystal layer 16, and the optical axis derived from the liquid crystal compound is an axis perpendicular to the disk surface. It is defined as the so-called phase advance axis.

図1~図9に示す光学素子は、入射光を屈折して透過して、透過光を集光または拡散させる、いわゆるレンズ(液晶レンズ)のような光学素子であるが、本発明の光学素子は、これに制限はされない。
すなわち、光学素子は、入射光を反射する反射素子、すなわち、反射鏡のような光学素子であってもよい。
図10に、その一例を示す。なお、図10に示す光学素子30は、上述の光学素子10と同じ部材を、多数、用いるので、同じ部材には同じ符号を付し、以下の説明は、異なる部位を主に行う。
The optical elements shown in FIGS. 1 to 9 are optical elements such as so-called lenses (liquid crystal lenses) that refract and transmit incident light to collect or diffuse the transmitted light, but the optical element of the present invention. Is not limited to this.
That is, the optical element may be a reflecting element that reflects incident light, that is, an optical element such as a reflecting mirror.
FIG. 10 shows an example thereof. Since the optical element 30 shown in FIG. 10 uses a large number of the same members as the above-mentioned optical element 10, the same members are designated by the same reference numerals, and the following description mainly describes different parts.

光学素子30は、基板12と、基板12の一方の表面に形成される配向膜32と、配向膜32の上に形成される液晶層34とを有する。
基板12は、光学素子10の基板と同様のものである。
The optical element 30 has a substrate 12, an alignment film 32 formed on one surface of the substrate 12, and a liquid crystal layer 34 formed on the alignment film 32.
The substrate 12 is the same as the substrate of the optical element 10.

配向膜32は、基本的に、上述した光学素子10の配向膜14と同様の物である。
ただし、配向膜32は、光学素子10の配向膜14とは、液晶化合物20の厚さ方向に沿う螺旋軸の捩れ方向が逆で、螺旋軸は左捩れである。従って、配向膜32は、キラル剤として、液晶化合物20を、光学素子10の配向膜14とは逆の旋回方向に捩じる、左捩れを誘起するキラル剤を含有する。
従って、配向膜32は、下面32aは、配向膜14と同様に、液晶化合物20の光学軸の向きはX方向に一致している。
これに対し、上面32bでは、配向膜14と同様に、液晶化合物20の光学軸はX方向に向かって回転しているが、図11に概念的に示すように、X方向に向かう光学軸の回転方向は、x1~x7では、時計回りで、x7において回転方向を逆転して、x7~x13では反時計回りである。すなわち、上面32bにおけるX方向に向かう光学軸の回転方向は、光学素子10の配向膜14の上面14bとは逆である。
The alignment film 32 is basically the same as the alignment film 14 of the optical element 10 described above.
However, in the alignment film 32, the twisting direction of the spiral axis along the thickness direction of the liquid crystal compound 20 is opposite to that of the alignment film 14 of the optical element 10, and the spiral axis is left-twisted. Therefore, the alignment film 32 contains, as a chiral agent, a chiral agent that induces a left-handed twist that twists the liquid crystal compound 20 in a turning direction opposite to that of the alignment film 14 of the optical element 10.
Therefore, in the alignment film 32, the lower surface 32a has the same direction of the optical axis of the liquid crystal compound 20 in the X direction as in the alignment film 14.
On the other hand, on the upper surface 32b, the optical axis of the liquid crystal compound 20 rotates in the X direction as in the alignment film 14, but as conceptually shown in FIG. 11, the optical axis in the X direction The rotation direction is clockwise at x1 to x7, reverses the rotation direction at x7, and counterclockwise at x7 to x13. That is, the rotation direction of the optical axis in the upper surface 32b toward the X direction is opposite to that of the upper surface 14b of the alignment film 14 of the optical element 10.

光学素子30において、配向膜32の上に設けられる液晶層34は、コレステリック液晶相を固定してなるコレステリック液晶層である。すなわち、液晶層34は、コレステリック構造を有する液晶化合物(液晶材料)からなる層である。
以下の説明では、液晶層34を、コレステリック液晶層34とも言う。
In the optical element 30, the liquid crystal layer 34 provided on the alignment film 32 is a cholesteric liquid crystal layer in which the cholesteric liquid crystal phase is fixed. That is, the liquid crystal layer 34 is a layer made of a liquid crystal compound (liquid crystal material) having a cholesteric structure.
In the following description, the liquid crystal layer 34 is also referred to as a cholesteric liquid crystal layer 34.

周知のように、コレステリック液晶相は、液晶化合物36が螺旋状に旋回して積み重ねられた螺旋構造を有し、液晶化合物36が螺旋状に1回転(360°回転)して積み重ねられた構成を螺旋1ピッチとして、螺旋状に旋回する液晶化合物36が、複数ピッチ、積層された構造を有する(図12参照)。 As is well known, the cholesteric liquid crystal phase has a spiral structure in which the liquid crystal compound 36 is spirally swirled and stacked, and the liquid crystal compound 36 is spirally rotated once (360 ° rotation) and stacked. As one spiral pitch, the liquid crystal compound 36 that swirls in a spiral shape has a structure in which a plurality of pitches are laminated (see FIG. 12).

コレステリック液晶相は、特定の波長において選択反射性を示すことが知られている。選択反射の中心波長(選択反射中心波長)λは、コレステリック液晶相における螺旋構造のピッチP(=螺旋の周期)に依存し、コレステリック液晶相の平均屈折率nとλ=n×Pの関係に従う。そのため、この螺旋構造のピッチを調節することによって、選択反射中心波長を調節することができる。コレステリック液晶相のピッチは、コレステリック液晶層34の形成の際、液晶化合物と共に用いるキラル剤の種類、またはその添加濃度に依存するため、これらを調節することによって所望のピッチを得ることができる。
なお、ピッチの調節については富士フイルム研究報告No.50(2005年)p.60-63に詳細な記載がある。螺旋のセンスおよびピッチの測定法については「液晶化学実験入門」日本液晶学会編 シグマ出版2007年出版、46頁、および、「液晶便覧」液晶便覧編集委員会 丸善 196頁に記載の方法を用いることができる。
The cholesteric liquid crystal phase is known to exhibit selective reflectivity at specific wavelengths. The center wavelength of selective reflection (selective reflection center wavelength) λ depends on the pitch P (= period of the spiral) of the spiral structure in the cholesteric liquid crystal phase, and follows the relationship between the average refractive index n and λ = n × P of the cholesteric liquid crystal phase. .. Therefore, the selective reflection center wavelength can be adjusted by adjusting the pitch of this spiral structure. Since the pitch of the cholesteric liquid crystal phase depends on the type of chiral agent used together with the liquid crystal compound or the concentration thereof added when forming the cholesteric liquid crystal layer 34, a desired pitch can be obtained by adjusting these.
For pitch adjustment, see Fujifilm Research Report No. 50 (2005) p. There is a detailed description in 60-63. For the measurement method of spiral sense and pitch, use the method described in "Introduction to Liquid Crystal Chemistry Experiment", ed. Can be done.

なお、コレステリック液晶相の反射光は円偏光であり、右円偏光および左円偏光のいずれかを選択的に反射する。
従って、コレステリック液晶層34を有する光学素子30は、所定の波長帯域の右円偏光または左円偏光のみを選択的に反射して、それ以外の光は透過する。
コレステリック液晶層34の反射光が右円偏光であるか左円偏光であるかは、コレステリック液晶相の螺旋の捩れ方向(センス)による。コレステリック液晶相による円偏光の選択反射は、コレステリック液晶相の螺旋の捩れ方向が右の場合は右円偏光を反射し、螺旋の捩れ方向が左の場合は左円偏光を反射する。
なお、コレステリック液晶相の螺旋の捩れ方向は、コレステリック液晶層34を形成する液晶化合物の種類および/または添加されるキラル剤の種類によって調節できる。
The reflected light of the cholesteric liquid crystal phase is circularly polarized light, and selectively reflects either right-handed circularly polarized light or left-handed circularly polarized light.
Therefore, the optical element 30 having the cholesteric liquid crystal layer 34 selectively reflects only the right circular polarization or the left circular polarization in a predetermined wavelength band, and the other light is transmitted.
Whether the reflected light of the cholesteric liquid crystal layer 34 is right-handed circularly polarized light or left-handed circularly polarized light depends on the twisting direction (sense) of the spiral of the cholesteric liquid crystal phase. The selective reflection of circularly polarized light by the cholesteric liquid crystal phase reflects the right circularly polarized light when the twisting direction of the spiral of the cholesteric liquid crystal phase is right, and reflects the left circularly polarized light when the twisting direction of the spiral is left.
The twisting direction of the spiral of the cholesteric liquid crystal phase can be adjusted by the type of the liquid crystal compound forming the cholesteric liquid crystal layer 34 and / or the type of the chiral auxiliary added.

一例として、光学素子30のコレステリック液晶層34は、図12に示すように、右捩れのコレステリック液晶相を固定してなる層である。
従って、コレステリック液晶層34は、所定の波長帯域の右円偏光を選択的に反射し、それ以外の光は透過する。
As an example, the cholesteric liquid crystal layer 34 of the optical element 30 is a layer in which a right-handed cholesteric liquid crystal phase is fixed, as shown in FIG.
Therefore, the cholesteric liquid crystal layer 34 selectively reflects the right circular polarization in a predetermined wavelength band, and the other light is transmitted.

また、選択反射を示す選択反射帯域(円偏光反射帯域)の半値幅Δλ(nm)は、コレステリック液晶相のΔnと螺旋のピッチPとに依存し、Δλ=Δn×Pの関係に従う。そのため、選択反射帯域の幅の制御は、Δnを調節して行うことができる。Δnは、コレステリック液晶層34を形成する液晶化合物の種類およびその混合比率、ならびに、配向固定時の温度により調節できる。 Further, the full width at half maximum Δλ (nm) of the selective reflection band (circular polarization reflection band) indicating selective reflection depends on Δn of the cholesteric liquid crystal phase and the pitch P of the spiral, and follows the relationship of Δλ = Δn × P. Therefore, the width of the selective reflection band can be controlled by adjusting Δn. Δn can be adjusted by the type of the liquid crystal compound forming the cholesteric liquid crystal layer 34, the mixing ratio thereof, and the temperature at the time of fixing the orientation.

このようなコレステリック液晶層34は、基本的に、上述した配向膜14を形成するための液晶組成物(配向膜組成物)と同様の液晶組成物を用いて形成できる。ただし、キラル剤は、光の照射によってHTPが変化するものに制限はされず、公知のキラル剤が、全て、利用可能である。
また、コレステリック液晶層34の厚さは、液晶化合物36等に応じて、光学素子30に要求される反射率を得られる、液晶化合物36の螺旋のピッチ数を確保できる厚さを、適宜、設定すればよい。
Such a cholesteric liquid crystal layer 34 can be basically formed by using the same liquid crystal composition as the liquid crystal composition (alignment film composition) for forming the above-mentioned alignment film 14. However, the chiral agent is not limited to the one whose HTP changes by irradiation with light, and all known chiral agents can be used.
Further, the thickness of the cholesteric liquid crystal layer 34 is appropriately set to a thickness that can secure the pitch number of the spirals of the liquid crystal compound 36 that can obtain the reflectance required for the optical element 30 according to the liquid crystal compound 36 and the like. do it.

図13に、光学素子30のコレステリック液晶層34の下面すなわち配向膜32の上面32b側の表面を概念的に示す。
なお、図13では、コレステリック液晶層34の構成を明確に示すために、液晶化合物36は配向膜32の上面32b側の液晶化合物36のみを示している。しかしながら、コレステリック液晶層34は、厚さ方向には、図12に示されるように、この配向膜32の表面の液晶化合物36から、液晶化合物36が螺旋状に旋回して積み重ねられた螺旋構造を有するのは、上述のとおりである。
FIG. 13 conceptually shows the lower surface of the cholesteric liquid crystal layer 34 of the optical element 30, that is, the surface of the alignment film 32 on the upper surface 32b side.
In addition, in FIG. 13, in order to clearly show the structure of the cholesteric liquid crystal layer 34, the liquid crystal compound 36 shows only the liquid crystal compound 36 on the upper surface 32b side of the alignment film 32. However, the cholesteric liquid crystal layer 34 has a spiral structure in which the liquid crystal compound 36 spirally swirls and is stacked from the liquid crystal compound 36 on the surface of the alignment film 32 in the thickness direction, as shown in FIG. It has as described above.

図13に示すように、コレステリック液晶層34の下面(配向膜32の上面32b側の表面)では、配向膜32の上面32bにおける液晶化合物20に応じて、液晶化合物36は、X方向およびY方向に二次元的に配列された状態になっている。
コレステリック液晶層34の下面では、液晶化合物36は、配向膜32の上面32bにおける液晶化合物20の液晶配向パターンに応じて、配向される。
従って、コレステリック液晶層34において、液晶化合物36の光学軸は、配向膜32の上面32bと同様に、X方向に向かって回転している。すなわち、コレステリック液晶層34における面内の液晶化合物36の光学軸の回転方向は、X方向に向かって、配向膜32のx1~x7に対応する領域では、時計回りで、x7において回転方向を逆転して、配向膜32のx7~x13に対応する領域では、反時計回りである。
一方、コレステリック液晶層34を形成する液晶化合物36は、X方向と直交するY方向、すなわち、光学軸が連続的に回転する一方向と直交するY方向では、光学軸の向きが等しい。言い換えれば、コレステリック液晶層34を形成する液晶化合物36は、Y方向では、液晶化合物36の光学軸とX方向とが成す角度が等しい。
As shown in FIG. 13, on the lower surface of the cholesteric liquid crystal layer 34 (the surface of the alignment film 32 on the upper surface 32b side), the liquid crystal compound 36 is in the X direction and the Y direction according to the liquid crystal compound 20 on the upper surface 32b of the alignment film 32. It is in a state of being arranged two-dimensionally.
On the lower surface of the cholesteric liquid crystal layer 34, the liquid crystal compound 36 is oriented according to the liquid crystal alignment pattern of the liquid crystal compound 20 on the upper surface 32b of the alignment film 32.
Therefore, in the cholesteric liquid crystal layer 34, the optical axis of the liquid crystal compound 36 rotates in the X direction, similarly to the upper surface 32b of the alignment film 32. That is, the rotation direction of the optical axis of the liquid crystal compound 36 in the plane of the cholesteric liquid crystal layer 34 is clockwise in the region corresponding to x1 to x7 of the alignment film 32 toward the X direction, and the rotation direction is reversed at x7. Then, in the region corresponding to x7 to x13 of the alignment film 32, it is counterclockwise.
On the other hand, the liquid crystal compound 36 forming the cholesteric liquid crystal layer 34 has the same optical axis orientation in the Y direction orthogonal to the X direction, that is, in the Y direction orthogonal to one direction in which the optical axis continuously rotates. In other words, the liquid crystal compound 36 forming the cholesteric liquid crystal layer 34 has the same angle formed by the optical axis of the liquid crystal compound 36 and the X direction in the Y direction.

コレステリック液晶相を固定してなるコレステリック液晶層は、通常、入射した光(円偏光)を鏡面反射する。
これに対して、面内において、X方向(所定の一方向)に沿って光学軸が連続的に回転しながら変化する、液晶配向パターンを有するコレステリック液晶層34は、入射した光を、入射光に対してX方向またはX方向と逆方向に角度を有した方向に反射する。
以下、図14および図15の概念図を参照して、液晶化合物36の光学軸がX方向(一方向)に向かって回転するコレステリック液晶層の作用を説明する。図14は、液晶化合物36の光学軸がX方向に向かって時計回りに回転する例、図15は、液晶化合物の光学軸がX方向に向かって反時計回りに回転する例で、コレステリック液晶層34Aにおいては、両者共に、X方向に向かう光学軸の回転方向は一定である。
The cholesteric liquid crystal layer in which the cholesteric liquid crystal phase is fixed usually mirror-reflects the incident light (circularly polarized light).
On the other hand, in the plane, the cholesteric liquid crystal layer 34 having a liquid crystal alignment pattern in which the optical axis changes while continuously rotating along the X direction (a predetermined one direction) causes the incident light to be incident light. It reflects in the direction having an angle in the X direction or the direction opposite to the X direction.
Hereinafter, the action of the cholesteric liquid crystal layer in which the optical axis of the liquid crystal compound 36 rotates in the X direction (one direction) will be described with reference to the conceptual diagrams of FIGS. 14 and 15. FIG. 14 shows an example in which the optical axis of the liquid crystal compound 36 rotates clockwise toward the X direction, and FIG. 15 shows an example in which the optical axis of the liquid crystal compound rotates counterclockwise toward the X direction. In 34A, the rotation direction of the optical axis toward the X direction is constant in both cases.

なお、以下に示す例は、コレステリック液晶層が右円偏光を反射する場合を例にするが、コレステリック液晶層が左円偏光を反射する場合も、絶対位相の方向、等位相面の傾斜方向、および、光の反射方向等が逆になる以外は、同様の作用を生じる。 In the example shown below, the case where the cholesteric liquid crystal layer reflects the right circular polarization is taken as an example, but even when the cholesteric liquid crystal layer reflects the left circular polarization, the direction of the absolute phase and the inclination direction of the equiphase plane, And, the same effect occurs except that the light reflection direction is reversed.

上述のように、コレステリック液晶層は、所定の波長帯域の右円偏光を選択的に反射するコレステリック液晶層である。従って、コレステリック液晶層34Aに光が入射すると、コレステリック液晶層34Aは、所定の波長帯域の右円偏光のみを反射し、それ以外の光を透過する。以下の説明では、『所定の波長帯域』は省略する。 As described above, the cholesteric liquid crystal layer is a cholesteric liquid crystal layer that selectively reflects right circular polarization in a predetermined wavelength band. Therefore, when light is incident on the cholesteric liquid crystal layer 34A, the cholesteric liquid crystal layer 34A reflects only the right circularly polarized light in a predetermined wavelength band and transmits the other light. In the following description, the "predetermined wavelength band" will be omitted.

図14に示す例において、コレステリック液晶層34Aに入射した右円偏光の入射光Lrは、コレステリック液晶層34Aによって反射される際に、各液晶化合物36の光学軸の向きに応じて絶対位相が変化する。
ここで、コレステリック液晶層34Aでは、液晶化合物36の光学軸がX方向(一方向)に向かって時計回りに回転している。そのため、光学軸の向きによって、入射した右円偏光の入射光Lrの絶対位相の変化量が異なる。
これによって、コレステリック液晶層34Aに入射した右円偏光の入射光Lrには、図14に示すように、それぞれの光学軸の向きに対応したX方向に周期的な絶対位相Q1が与えられる。
また、液晶化合物36の光学軸のX方向に対する向きは、X方向と直交するY方向の液晶化合物36の配列では、均一である。
これによりコレステリック液晶層34Aでは、右円偏光の入射光Lrに対して、XY面に対してX方向とは逆に傾いた等位相面E1が形成される。
そのため、右円偏光の入射光Lrは、等位相面E1の法線方向に反射するように反射され、右円偏光の入射光Lrは、入射光Lrの入射方向に応じた鏡面反射方向に対して、X方向に傾いた方向に反射される(反射光Lr1)。
In the example shown in FIG. 14, the incident light Lr of right circular polarization incident on the cholesteric liquid crystal layer 34A changes its absolute phase according to the direction of the optical axis of each liquid crystal compound 36 when reflected by the cholesteric liquid crystal layer 34A. do.
Here, in the cholesteric liquid crystal layer 34A, the optical axis of the liquid crystal compound 36 is rotated clockwise toward the X direction (one direction). Therefore, the amount of change in the absolute phase of the incident light Lr of the incident right circularly polarized light differs depending on the direction of the optical axis.
As a result, as shown in FIG. 14, the incident light Lr of the right circularly polarized light incident on the cholesteric liquid crystal layer 34A is given a periodic absolute phase Q1 in the X direction corresponding to the direction of each optical axis.
Further, the orientation of the optical axis of the liquid crystal compound 36 with respect to the X direction is uniform in the arrangement of the liquid crystal compound 36 in the Y direction orthogonal to the X direction.
As a result, in the cholesteric liquid crystal layer 34A, an equiphase plane E1 inclined in the direction opposite to the X direction with respect to the incident light Lr of right circular polarization is formed.
Therefore, the incident light Lr of right circular polarization is reflected so as to be reflected in the normal direction of the equiphase plane E1, and the incident light Lr of right circular polarization is reflected in the mirror surface reflection direction according to the incident direction of the incident light Lr. Then, it is reflected in the direction inclined in the X direction (reflected light Lr1).

これに対して、液晶化合物36の光学軸の回転が、図14に示すコレステリック液晶層34Aのように時計回りではなく、図15に示すコレステリック液晶層34BのようにX方向に向かって反時計回りである場合には、光学軸の向きに対応したX方向に周期的な絶対位相Q2は、図15に示すように、光学軸が時計回りである場合とは逆になる。
その結果、液晶化合物36の光学軸の回転が反時計回りである場合には、光学軸の回転が時計回りである場合とは逆に傾斜した、XY面に対してX方向に傾いた等位相面E2が形成される
そのため、液晶化合物36の光学軸の回転が反時計回りであるコレステリック液晶層34Bに入射した右円偏光の入射光Lrは、等位相面E2の法線方向に反射するように反射され、右円偏光の入射光Lrは、入射光Lrの入射方向に応じた鏡面反射方向に対して、X方向とは逆方向に傾いた方向に反射される(反射光Lr2)。
On the other hand, the rotation of the optical axis of the liquid crystal compound 36 is not clockwise as in the cholesteric liquid crystal layer 34A shown in FIG. 14, but counterclockwise in the X direction as in the cholesteric liquid crystal layer 34B shown in FIG. In the case of, the absolute phase Q2 periodic in the X direction corresponding to the direction of the optical axis is opposite to the case where the optical axis is clockwise as shown in FIG.
As a result, when the rotation of the optical axis of the liquid crystal compound 36 is counterclockwise, it is inclined in the opposite direction to the case where the rotation of the optical axis is clockwise, and the equiphase is inclined in the X direction with respect to the XY plane. Since the surface E2 is formed, the incident light Lr of the right circularly polarized light incident on the cholesteric liquid crystal layer 34B in which the rotation of the optical axis of the liquid crystal compound 36 is counterclockwise is reflected in the normal direction of the equiphase surface E2. The incident light Lr of right circular polarization is reflected in a direction inclined in the direction opposite to the X direction with respect to the mirror surface reflection direction corresponding to the incident direction of the incident light Lr (reflected light Lr2).

上述のように、光学素子30の配向膜32の上面32bにおいて、液晶化合物20の光学軸は、X方向に向かって、x1~x7の領域では時計回りに回転し、x7~x13の領域では、反時計回りに回転する。また、コレステリック液晶層34の下面における液晶配向パターンは、配向膜32の上面32bと同じである。
そのため、上述のように、コレステリック液晶層34の配向膜32におけるx1~x7に対応する領域では、液晶化合物36の光学軸はX方向に向かって時計回りに回転し、コレステリック液晶層34の配向膜32におけるx7~x13に対応する領域では、液晶化合物36の光学軸はX方向に向かって反時計回りに回転する。
従って、光学素子30(コレステリック液晶層34)に右円偏光の入射光Lrが入射した場合には、コレステリック液晶層34における、配向膜32の上面32bのx1~x7に対応する領域では、反射光は、入射光に対してX方向に傾いて反射され、x7~x13に対応する領域は、反射光は、入射光に対してX方向と逆方向に傾いて反射されて、反射光は、図16に概念的に示すように、集光される。
なお、図13に示すように、光学素子30のコレステリック液晶層34において、液晶化合物36の光学軸は、Y方向に向かっては回転しておらず、一定の向きを向いている。そのため、光学素子30(液晶層34)に円偏光が入射しても、光はY方向には傾かずに反射される。
As described above, on the upper surface 32b of the alignment film 32 of the optical element 30, the optical axis of the liquid crystal compound 20 rotates clockwise in the region of x1 to x7 in the X direction, and in the region of x7 to x13. Rotate counterclockwise. The liquid crystal alignment pattern on the lower surface of the cholesteric liquid crystal layer 34 is the same as that on the upper surface 32b of the alignment film 32.
Therefore, as described above, in the region corresponding to x1 to x7 in the alignment film 32 of the cholesteric liquid crystal layer 34, the optical axis of the liquid crystal compound 36 rotates clockwise in the X direction, and the alignment film of the cholesteric liquid crystal layer 34. In the region corresponding to x7 to x13 in 32, the optical axis of the liquid crystal compound 36 rotates counterclockwise toward the X direction.
Therefore, when the incident light Lr of right circular polarization is incident on the optical element 30 (cholesteric liquid crystal layer 34), the reflected light is reflected in the region corresponding to x1 to x7 of the upper surface 32b of the alignment film 32 in the cholesteric liquid crystal layer 34. Is reflected at an angle of X direction with respect to the incident light, and in the region corresponding to x7 to x13, the reflected light is inclined at an angle opposite to the X direction with respect to the incident light, and the reflected light is shown in the figure. As conceptually shown in 16, the light is focused.
As shown in FIG. 13, in the cholesteric liquid crystal layer 34 of the optical element 30, the optical axis of the liquid crystal compound 36 does not rotate in the Y direction, but faces a certain direction. Therefore, even if circularly polarized light is incident on the optical element 30 (liquid crystal layer 34), the light is reflected without being tilted in the Y direction.

コレステリック液晶層34による光の反射角度も、上述した光学素子の液晶層16と同様、面内においてX方向に液晶化合物24の光学軸が180°回転する長さ、すなわち、図13に示す周期Λによって、調節できる。言い換えれば、周期Λとは、X方向に隣接する、X方向に対する角度が等しい2つの液晶化合物36の、中心間距離である。
具体的には、周期Λが短いほど、入射光に対する反射光の角度を大きくできる。なお、コレステリック液晶層34における周期Λは、先と同様に調節できる。
The light reflection angle by the cholesteric liquid crystal layer 34 is also the length that the optical axis of the liquid crystal compound 24 rotates 180 ° in the X direction in the plane, that is, the period Λ shown in FIG. 13, as in the liquid crystal layer 16 of the optical element described above. Can be adjusted by. In other words, the period Λ is the distance between the centers of two liquid crystal compounds 36 adjacent to the X direction and having the same angle with respect to the X direction.
Specifically, the shorter the period Λ, the larger the angle of the reflected light with respect to the incident light. The period Λ in the cholesteric liquid crystal layer 34 can be adjusted in the same manner as above.

このようなコレステリック液晶層を有する本発明の光学素子30においては、配向膜32に用いるキラル剤を変更して、配向膜30における厚さ方向に沿う螺旋軸の捩れ方向を逆方向(左捩れ)にして、配向膜32の上面32b(すなわちコレステリック液晶層34の下面)におけるX方向に向かう液晶化合物36の光学軸の回転方向を逆方向にすることにより、特定帯域の右円偏光をX方向およびX方向と逆方向に反射して、拡散させる光学素子を得られる。
また、以上の説明は、コレステリック液晶層が右円偏光を反射する例であるが、本発明の光学素子は、コレステリック液晶層が左円偏光を反射する場合にも利用可能である。なお、コレステリック液晶層が左円偏光を反射する際には、光を集光する場合でも光を拡散する場合でも、配向膜の上面(すなわちコレステリック液晶層の下面)において、一方向に向かう液晶化合物の光学軸の回転方向を、上述した右円偏光を反射する場合と、逆にする必要がある。
以上の点に関しては、後述する、図18に示す放射状の液晶配向パターンを有する光学素子において、コレステリック液晶層を利用する場合でも、同様である。
In the optical element 30 of the present invention having such a cholesteric liquid crystal layer, the chiral agent used for the alignment film 32 is changed to reverse the twisting direction (left twist) of the spiral axis along the thickness direction of the alignment film 30. Then, by reversing the rotation direction of the optical axis of the liquid crystal compound 36 toward the X direction on the upper surface 32b (that is, the lower surface of the cholesteric liquid crystal layer 34) of the alignment film 32, the right circular polarization of the specific band is changed to the X direction and An optical element that reflects in the direction opposite to the X direction and diffuses can be obtained.
Further, the above description is an example in which the cholesteric liquid crystal layer reflects the right circular polarization, but the optical element of the present invention can also be used when the cholesteric liquid crystal layer reflects the left circular polarization. When the cholesteric liquid crystal layer reflects the left circular polarization, the liquid crystal compound that goes in one direction on the upper surface of the alignment film (that is, the lower surface of the cholesteric liquid crystal layer) regardless of whether the light is condensed or diffused. It is necessary to reverse the direction of rotation of the optical axis of the above to the case of reflecting the right-handed circular polarization described above.
The above points are the same even when the cholesteric liquid crystal layer is used in the optical element having the radial liquid crystal orientation pattern shown in FIG. 18, which will be described later.

このような本発明の光学素子は、本発明の光学素子の製造方法で製造できる。以下、本発明の製造方法による、光学素子10の製造方法を説明する。
なお、以下の製造方法は、カットシート状の基板12を用いるバッチ式の処理で行ってもよく、あるいは、長尺な基板12を用いて、基板12を長手方向に搬送しつつ処理を行う、いわゆる、ロール・トゥ・ロールで行ってもよい。
Such an optical element of the present invention can be manufactured by the method for manufacturing an optical element of the present invention. Hereinafter, a method for manufacturing the optical element 10 according to the manufacturing method of the present invention will be described.
The following manufacturing method may be performed by a batch-type process using a cut sheet-shaped substrate 12, or may be performed by using a long substrate 12 while transporting the substrate 12 in the longitudinal direction. So-called roll-to-roll may be performed.

光学素子10を製造する際には、まず、光学軸の向きが一方向となる状態で液晶化合物20(液晶化合物36)が配向されるように、基板12の表面に配向処理を施す。
上述のように、基板12の配向処理の方法には、制限はない。従って、配向処理は、基板12の表面のラビング処理、基板12の表面に光配向膜を形成して直線偏光の光を照射する配向処理、無機化合物の斜方蒸着膜などの配向膜を設ける方法等、公知の方法で行えばよい。
When manufacturing the optical element 10, first, the surface of the substrate 12 is subjected to an orientation treatment so that the liquid crystal compound 20 (liquid crystal compound 36) is oriented in a state where the optical axis is oriented in one direction.
As described above, there is no limitation on the method of orientation processing of the substrate 12. Therefore, the alignment treatment includes a rubbing treatment on the surface of the substrate 12, an orientation treatment in which a photoalignment film is formed on the surface of the substrate 12 and irradiated with linearly polarized light, and a method of providing an alignment film such as an oblique vapor deposition film of an inorganic compound. Etc., it may be performed by a known method.

次いで、配向処理を施した基板12の表面に、上述した液晶化合物および光照射によってHTPが変化するキラル剤等を含む配向膜組成物を塗布して、乾燥し、配向膜組成物の塗膜を形成する。上述のように、基板12の表面は、液晶化合物20の光学軸が一方向に向くように配向処理がされているので、液晶化合物20は、基板12の表面すなわち配向膜14の下面14aにおいて、図3に示すように、光学軸すなわち長手方向を一方向(図示例ではX方向)に一致して配向される。
配向膜組成物の塗布方法は、バーコート、グラビアコート、および、スプレー塗布等、公知の各種の方法が利用可能である。また、配向膜組成物の塗膜の厚さは、配向膜組成物の組成等に応じて、目的とする厚さの塗膜の厚さ(塗布厚)を、適宜、設定すればよい。
Next, an alignment film composition containing the above-mentioned liquid crystal compound and a chiral agent whose HTP is changed by light irradiation is applied to the surface of the substrate 12 that has been subjected to the alignment treatment, and dried to obtain a coating film of the alignment film composition. Form. As described above, since the surface of the substrate 12 is oriented so that the optical axis of the liquid crystal compound 20 faces in one direction, the liquid crystal compound 20 is placed on the surface of the substrate 12, that is, the lower surface 14a of the alignment film 14. As shown in FIG. 3, the optical axis, that is, the longitudinal direction is aligned with one direction (X direction in the illustrated example).
As a method for applying the alignment film composition, various known methods such as bar coating, gravure coating, and spray coating can be used. Further, the thickness of the coating film of the alignment film composition may be appropriately set to the thickness of the coating film (coating thickness) of the target thickness according to the composition of the alignment film composition and the like.

配向処理を施した基板12の表面に、配向膜組成物の塗膜を形成したら、配向膜組成物の一部に、キラル剤が感光する光を照射して、配向膜組成物中のキラル剤のHTPを変化させる。
本例においては、図17に概念的に示すように、基板12の配向処理の方向をX方向として、長尺なスリット40aを有するマスク40を用い、スリット40aの長手方向がX方向と直交する方向すなわちY方向と一致する状態として、スリット40aを透過した線状の光を、配向膜組成物の塗膜14Aに照射する(塗膜14Aの露光)。
図17に示すマスク40は、スリット40aを、1個のみ有するものであるが、後述する実施例で示すように、複数のスリットを有するマスクを用いることで、複数のレンズを有するレンズアレイ等を作製できる。
なお、配向膜組成物の塗膜に照射する線状の光(すなわちスリット40a)は、長手方向に配向膜組成物の塗膜14Aを超える長尺な線状の光を、塗膜14Aに照射するのが好ましい。すなわち、本発明において、線状の光とは、好ましくは、配向膜組成物の塗膜14Aの領域を超える長尺な光を示す。また、線状の光は、幅(短手方向)の長さが長手方向の全域に渡って均一であるのが好ましい。
After forming a coating film of the alignment film composition on the surface of the substrate 12 that has been subjected to the alignment treatment, a part of the alignment film composition is irradiated with light exposed to the chiral agent, and the chiral agent in the alignment film composition is irradiated. HTP is changed.
In this example, as conceptually shown in FIG. 17, a mask 40 having a long slit 40a is used with the orientation processing direction of the substrate 12 as the X direction, and the longitudinal direction of the slit 40a is orthogonal to the X direction. The coating film 14A of the alignment film composition is irradiated with linear light transmitted through the slit 40a in a state corresponding to the direction, that is, the Y direction (exposure of the coating film 14A).
The mask 40 shown in FIG. 17 has only one slit 40a, but as shown in Examples described later, by using a mask having a plurality of slits, a lens array having a plurality of lenses and the like can be obtained. Can be made.
The linear light (that is, the slit 40a) irradiating the coating film of the alignment film composition irradiates the coating film 14A with a long linear light exceeding the coating film 14A of the alignment film composition in the longitudinal direction. It is preferable to do so. That is, in the present invention, the linear light preferably indicates a long light exceeding the region of the coating film 14A of the alignment film composition. Further, it is preferable that the length of the linear light (in the lateral direction) is uniform over the entire length in the longitudinal direction.

後述するが、光学素子10のように、配向膜14の上面14bにおいて、液晶化合物20の光学軸が一方向のみに向かって回転する光学素子を製造する際には、スリット40aすなわち線状の光の長手方向と直交する方向が、光学軸が回転する方向(光学軸の向きが回転しながら変化する方向)すなわちX方向となる。
このX方向の設定において、先に基板12に施した配向処理の方向は、すなわち、配向膜14の下面14aにおける液晶化合物20の光学軸の向きは、無関係である。例えば、基板12における配向方向がX方向と直交するY方向であっても、配向膜14の上面14bにおける液晶化合物の光学軸の方向が90°異なるだけで、それ以外は、同様に、配向膜14の上面14bにおける液晶化合物20の光学軸がX方向の一方向のみに向かって回転する光学素子を製造できる。
As will be described later, when manufacturing an optical element such as the optical element 10 in which the optical axis of the liquid crystal compound 20 rotates in only one direction on the upper surface 14b of the alignment film 14, the slit 40a, that is, linear light is used. The direction orthogonal to the longitudinal direction of the optical axis is the direction in which the optical axis rotates (the direction in which the direction of the optical axis changes while rotating), that is, the X direction.
In this setting in the X direction, the direction of the alignment treatment previously applied to the substrate 12, that is, the direction of the optical axis of the liquid crystal compound 20 on the lower surface 14a of the alignment film 14, is irrelevant. For example, even if the orientation direction of the substrate 12 is the Y direction orthogonal to the X direction, the direction of the optical axis of the liquid crystal compound on the upper surface 14b of the alignment film 14 differs only by 90 °, and other than that, the alignment film is similarly the same. An optical element in which the optical axis of the liquid crystal compound 20 on the upper surface 14b of 14 rotates in only one direction in the X direction can be manufactured.

スリット40aの幅(短手方向の長さ)には、制限はなく、配向膜組成物に添加するキラル剤の種類および/または添加量、光学素子10のサイズ、ならびに、照射する光の光量等に応じて、配向膜14の上面14bにおけるX方向に向かう液晶化合物20の光学軸の回転が目的とする回転角(図2および図4では0~180°)になる等、配向膜14が所望の状態となる幅を、適宜、設定すればよい。 The width (length in the lateral direction) of the slit 40a is not limited, and the type and / or the amount of the chiral agent added to the alignment film composition, the size of the optical element 10, the amount of light to be irradiated, and the like. The alignment film 14 is desired, such that the rotation of the optical axis of the liquid crystal compound 20 in the X direction on the upper surface 14b of the alignment film 14 has a desired rotation angle (0 to 180 ° in FIGS. 2 and 4). The width of the state may be set as appropriate.

スリット40aは、必要に応じて、濃度分布を有してもよい。例えば、スリットは、幅方向の中央から外側に向かって、漸次、濃度が高くなるような濃度分布を有してもよい。 The slit 40a may have a concentration distribution, if necessary. For example, the slit may have a concentration distribution such that the concentration gradually increases from the center in the width direction to the outside.

照射する光は、紫外線でも、可視光でも、赤外線でもよい。すなわち、マスク40を介して照射する光は、配向膜組成物が含有するキラル剤に応じて、キラル剤が感光する光、すなわち、キラル剤のHTPを変化させることができる光を、適宜、選択すればよい。
照射光の光量にも、制限はない。例えば、キラル剤が光の照射によってHTPが低くなるキラル剤であれば、キラル剤のHTPを目的とする最小値にできる光量を、適宜、設定すればよい。
マスク40を介した光の照射時には、必要に応じて、雰囲気を、酸素雰囲気および窒素雰囲気等の所定の雰囲気にしてもよい。
The light to be irradiated may be ultraviolet light, visible light, or infrared light. That is, the light emitted through the mask 40 is appropriately selected from the light exposed by the chiral agent, that is, the light capable of changing the HTP of the chiral agent, depending on the chiral agent contained in the alignment film composition. do it.
There is no limit to the amount of irradiation light. For example, if the chiral agent has a chiral agent whose HTP is lowered by irradiation with light, the amount of light that can be set to the minimum target value for the chiral agent's HTP may be appropriately set.
When irradiating the light through the mask 40, the atmosphere may be a predetermined atmosphere such as an oxygen atmosphere and a nitrogen atmosphere, if necessary.

マスク40を介して、配向膜組成物10aの塗膜14Aに光を照射(マスク露光)したら、次いで、加熱等によって、液晶化合物20を、螺旋軸に沿って捩れ配向した液晶相の状態とする。
この際に、熱による作用等によって、露光でHTPが変化したキラル剤がスリット40aの幅方向すなわちX方向およびX方向と逆方向に連続的に拡散する。また、マスク40を介した露光は、スリット40aを通過した光が照射されなかった領域にも影響を与える。
その結果、スリット40aを介した塗膜14Aの露光では、スリット40aのX方向(幅方向)の中央が最も露光量が多く、X方向およびX方向と逆方向に向かって、漸次、露光量が低下したような状態となる。
After irradiating the coating film 14A of the alignment film composition 10a with light (mask exposure) via the mask 40, the liquid crystal compound 20 is brought into a state of a liquid crystal phase twisted and oriented along the spiral axis by heating or the like. ..
At this time, the chiral agent whose HTP is changed by exposure is continuously diffused in the width direction of the slit 40a, that is, in the X direction and in the direction opposite to the X direction due to the action of heat or the like. Further, the exposure through the mask 40 also affects the region where the light passing through the slit 40a is not irradiated.
As a result, in the exposure of the coating film 14A through the slit 40a, the exposure amount is the largest in the center of the slit 40a in the X direction (width direction), and the exposure amount is gradually increased in the X direction and in the direction opposite to the X direction. It will be in a lowered state.

従って、例えば配向膜組成物に含まれるキラル剤のHTPが露光によって低下する場合には、配向膜組成物の塗膜14Aでは、X方向におけるスリット40aの中心が最もキラル剤のHTPが低く、X方向およびX方向と逆方向に向かって、漸次、キラル剤のHTPが高くなる状態となる。
そのため、塗膜14Aにおける厚さ方向に沿う液晶化合物20の捩れ角は、スリット40aのX方向の中央が最も小さく、X方向およびX方向と逆方向に向かって、漸次、大きくなる。すなわち、塗膜14Aにおける液晶化合物20の捩れ角は、X方向の上流側が最も大きく(図示例ではx1の180°)、X方向の上流側から中央に向かって、漸次、小さくなり、X方向の中央において最も小さくなり(図示例ではx7の0°)、X方向の中央から下流側に向かって、漸次、大きくなり、X方向の下流側において、再度、最も大きくなる(図示例ではx13の180°)。
Therefore, for example, when the HTP of the chiral agent contained in the alignment film composition is lowered by exposure, in the coating film 14A of the alignment film composition, the center of the slit 40a in the X direction has the lowest chiral agent HTP, and X The HTP of the chiral auxiliary gradually increases in the direction opposite to the direction and the X direction.
Therefore, the twist angle of the liquid crystal compound 20 along the thickness direction in the coating film 14A is the smallest at the center of the slit 40a in the X direction, and gradually increases in the X direction and the direction opposite to the X direction. That is, the twist angle of the liquid crystal compound 20 in the coating film 14A is the largest on the upstream side in the X direction (180 ° of x1 in the illustrated example), gradually decreases from the upstream side in the X direction toward the center, and gradually decreases in the X direction. It becomes the smallest in the center (0 ° of x7 in the illustrated example), gradually increases from the center in the X direction toward the downstream side, and becomes the largest again in the downstream side in the X direction (180 of x13 in the illustrated example). °).

ここで、キラル剤による厚さ方向に沿う液晶化合物20の螺旋の捩れ方向(センス)は、塗膜14Aの全域で同じである。また、上述のように、基板12は、X方向に配向処理されており、塗膜14Aの液晶化合物は、下面(基板12側の表面)では、光軸の向きをX方向に一致している。
従って、キラル剤による液晶化合物20の捩れ角が、X方向の上流側から中央に向かって、漸次、小さくなり、中央で最小になり、その後、X方向の中央から下流側に向かって、漸次、大きくなることにより、配向膜組成物の塗膜14Aの上面(基板12と逆側の面)すなわち配向膜14の上面14bでは、例えば図4に示すように、X方向に向かって、液晶化合物20の光学軸が反時計回りに回転し、中央(x7)において、X方向に向かう捩れ角の大小の関係が逆転するので、此処で光学軸の回転方向が逆転し、中央からX方向に向かって、光学軸が時計回りに回転する、液晶配向パターンを形成できる。
Here, the twisting direction (sense) of the spiral of the liquid crystal compound 20 along the thickness direction by the chiral agent is the same over the entire area of the coating film 14A. Further, as described above, the substrate 12 is oriented in the X direction, and the liquid crystal compound of the coating film 14A has the optical axis oriented in the X direction on the lower surface (the surface on the substrate 12 side). ..
Therefore, the twist angle of the liquid crystal compound 20 due to the chiral agent gradually decreases from the upstream side in the X direction toward the center, becomes the minimum in the center, and then gradually decreases from the center to the downstream side in the X direction. By increasing the size, the liquid crystal compound 20 is formed on the upper surface (the surface opposite to the substrate 12) of the coating film 14A of the alignment film composition, that is, the upper surface 14b of the alignment film 14, toward the X direction, for example, as shown in FIG. The optical axis of the optical axis rotates counterclockwise, and at the center (x7), the relationship between the magnitude of the twist angle toward the X direction is reversed. , The optical axis rotates clockwise, and a liquid crystal orientation pattern can be formed.

液晶化合物20を捩れ配向して液晶相の状態にしたら、光照射および/または加熱等によって、配向膜組成物の塗膜14Aを硬化して、配向膜14を作製する。
配向膜組成物10aの硬化は、光照射が好ましく、中でも、紫外線照射による硬化が好ましい。配向膜組成物10aを硬化する際には、必要に応じて、雰囲気を、酸素雰囲気および窒素雰囲気等の所定の雰囲気にしてもよい。
After the liquid crystal compound 20 is twisted and oriented into a liquid crystal phase, the coating film 14A of the alignment film composition is cured by light irradiation and / or heating to prepare the alignment film 14.
The curing of the alignment film composition 10a is preferably light irradiation, and above all, curing by ultraviolet irradiation is preferable. When the alignment film composition 10a is cured, the atmosphere may be a predetermined atmosphere such as an oxygen atmosphere and a nitrogen atmosphere, if necessary.

図4に示す例では、キラル剤による液晶化合物の最大捩れ角を180°とし、最小捩れ角を0°として、配向膜14の上面14bおいて回転方向が逆転するまでの液晶化合物20の光学軸の回転角を180°、すなわち配向膜14の上面14bにおいて光学軸が半回転×2する液晶配向パターンとしたが、本発明は、これに制限されないのは、上述のとおりである。
例えば、キラル剤による液晶化合物20の最大捩れ角を720°とし、キラル剤のHTPが0になる露光量の線状の光を照射することで、配向膜14の上面14bおいて回転方向が逆転するまでの液晶化合物20の光学軸の回転角が720°、すなわち、X方向に向かって、上面14bにおいて光学軸が反時計回りに720°回転し、次いで、回転方向を逆転して、次いで、光学軸が時計回りに720°回転する、液晶配向パターンを有する配向膜14が得られる。
In the example shown in FIG. 4, the maximum twist angle of the liquid crystal compound due to the chiral agent is 180 °, the minimum twist angle is 0 °, and the optical axis of the liquid crystal compound 20 until the rotation direction is reversed on the upper surface 14b of the alignment film 14. The angle of rotation of the liquid crystal display is 180 °, that is, the liquid crystal alignment pattern in which the optical axis rotates half a turn × 2 on the upper surface 14b of the alignment film 14, but the present invention is not limited to this as described above.
For example, the maximum twist angle of the liquid crystal compound 20 due to the chiral agent is set to 720 °, and the rotation direction is reversed on the upper surface 14b of the alignment film 14 by irradiating linear light with an exposure amount that makes the HTP of the chiral agent 0. The rotation angle of the optical axis of the liquid crystal compound 20 until the liquid crystal compound 20 is 720 °, that is, the optical axis is rotated 720 ° counterclockwise on the upper surface 14b toward the X direction, then the rotation direction is reversed, and then the rotation direction is reversed. An alignment film 14 having a liquid crystal alignment pattern is obtained in which the optical axis is rotated 720 ° clockwise.

このようにして配向膜14を形成したら、上述したような、棒状液晶化合物等の液晶化合物24を含む液晶層16を形成する液晶組成物を塗布して乾燥し、次いで、加熱等によって、液晶化合物24を液晶相の状態とする。
この際において、液晶組成物の塗膜中の液晶化合物24は、配向膜14の上面14bの液晶化合物20によって配向される。すなわち、液晶組成物の塗膜中の液晶化合物24は、面内において、配向膜14の上面14bにおける液晶化合物20の液晶配向パターンと同じ、X方向に向かって光学軸が回転し、かつ、途中で回転方向が逆転する液晶配向パターンに配向される。
この後、液晶組成物の組成に応じて、光照射および/または加熱等によって、液晶組成物の塗膜を効果して、液晶層16を形成する。
これにより、基板12、配向膜14および液晶層16を有し、液晶層16の面内において、液晶化合物24の光学軸が、X方向に向かって光学軸が回転し、かつ、途中で回転方向が逆転する液晶配向パターンを有する、入射する円偏光の旋回方向に応じて、透過光を集光または拡散する、光学素子10を製造できる。
After the alignment film 14 is formed in this way, the liquid crystal composition for forming the liquid crystal layer 16 containing the liquid crystal compound 24 such as the rod-shaped liquid crystal compound as described above is applied and dried, and then the liquid crystal compound is heated or the like. Let 24 be the state of the liquid crystal phase.
At this time, the liquid crystal compound 24 in the coating film of the liquid crystal composition is oriented by the liquid crystal compound 20 on the upper surface 14b of the alignment film 14. That is, in the liquid crystal compound 24 in the coating film of the liquid crystal composition, the optical axis rotates in the X direction, which is the same as the liquid crystal alignment pattern of the liquid crystal compound 20 on the upper surface 14b of the alignment film 14, and the liquid crystal compound 24 is in the middle. Is oriented in a liquid crystal alignment pattern in which the direction of rotation is reversed.
After that, depending on the composition of the liquid crystal composition, the coating film of the liquid crystal composition is effective by irradiation with light and / or heating to form the liquid crystal layer 16.
As a result, the substrate 12, the alignment film 14, and the liquid crystal layer 16 are provided, and in the plane of the liquid crystal layer 16, the optical axis of the liquid crystal compound 24 rotates in the X direction, and the rotation direction is in the middle. It is possible to manufacture an optical element 10 having a liquid crystal alignment pattern in which the light is reversed and condensing or diffusing transmitted light according to the swirling direction of the incident circularly polarized light.

または、配向膜14とは、液晶化合物の螺旋の旋回方向が逆であるキラル剤を含む配向膜組成物を用いて、同様に配向膜32を形成する。次いで、上述した、液晶化合物36およびキラル剤を含有する液晶組成物を用いて、配向膜32の上に、同様にコレステリック液晶層34を形成する。
これにより、基板12、配向膜32よびコレステリック液晶層34を有し、コレステリック液晶層34において、液晶化合物36の光学軸が、X方向に向かって光学軸が回転し、かつ、途中で回転方向が逆転する液晶配向パターンを有する、特定の波長帯域の右円偏光または左円偏光を集光する、光学素子30を製造できる。
Alternatively, the alignment film 32 is similarly formed by using the alignment film composition containing the chiral agent in which the spiral rotation direction of the liquid crystal compound is opposite to that of the alignment film 14. Next, using the liquid crystal composition containing the liquid crystal compound 36 and the chiral agent described above, the cholesteric liquid crystal layer 34 is similarly formed on the alignment film 32.
As a result, the substrate 12, the alignment film 32, and the cholesteric liquid crystal layer 34 are provided, and in the cholesteric liquid crystal layer 34, the optical axis of the liquid crystal compound 36 rotates in the X direction, and the rotation direction is changed in the middle. It is possible to manufacture an optical element 30 having a liquid crystal orientation pattern that reverses and condensing right-handed or left-handed circularly polarized light in a specific wavelength band.

特許文献1にも記載されるように、少なくとも一方向に向かって液晶化合物の光学軸が回転し、かつ、途中で光学軸の回転方向が逆転する液晶層によって、回折によって円偏光の旋回方向に応じて、光を集光または拡散できる、液晶レンズが知られている。
このような液晶レンズを製造するためには、液晶層において、光学軸が所定方向に向かって回転する液晶配向パターンとするために、液晶化合物を配向するための配向膜を形成する必要がある。しかしながら、このような配向膜の形成には、AFMのナノプローブを用いるナノラビング法、ダイヤモンド針等のマイクロニードルを用いるマイクロラビング法、ND:YAGレーザ書き込みによる書き込み等による配向処理等によって、微小領域において高精細な配向の制御を行う必要がある。その結果、配向膜の形成に、非常に手間と時間がかかり、また、大掛かりな装置が必要になってしまう。
As described in Patent Document 1, the liquid crystal layer in which the optical axis of the liquid crystal compound rotates in at least one direction and the rotation direction of the optical axis is reversed in the middle causes the circularly polarized light to rotate in the swirling direction due to diffraction. Accordingly, liquid crystal lenses are known that can collect or diffuse light.
In order to manufacture such a liquid crystal lens, it is necessary to form an alignment film for orienting the liquid crystal compound in order to form a liquid crystal alignment pattern in which the optical axis rotates in a predetermined direction in the liquid crystal layer. However, in order to form such an alignment film, a nano-rubbing method using an AFM nanoprobe, a micro-rubbing method using a microneedle such as a diamond needle, an orientation treatment by writing by ND: YAG laser writing, or the like is performed in a minute region. It is necessary to control the orientation with high definition. As a result, it takes a lot of time and effort to form the alignment film, and a large-scale device is required.

これに対して、本発明の製造方法によれば、液晶化合物と光照射によってHTPが変化するキラル剤とを含有する配向膜組成物を用い、配向膜組成物の塗膜を形成した後に、塗膜の一部に、マスク等を用いて上述した線状の光または後述するスポット光を照射して、配向膜を形成することで、少なくとも一方向に向かって液晶化合物の光学軸が回転し、かつ、途中で光学軸の回転方向が逆転する液晶層に対応する、微小領域において高精細に配向を制御した配向膜を形成できる。
そのため、本発明の製造方法によれば、一般的な装置で、かつ、簡易な製造方法によって、回折によって円偏光の旋回方向に応じて光を集光または拡散できる液晶レンズ等の光学素子を製造できる。
On the other hand, according to the production method of the present invention, an alignment film composition containing a liquid crystal compound and a chiral agent whose HTP is changed by light irradiation is used to form a coating film of the alignment film composition, and then the coating is applied. By irradiating a part of the film with the linear light described above or the spot light described later using a mask or the like to form an alignment film, the optical axis of the liquid crystal compound rotates in at least one direction. In addition, it is possible to form an alignment film whose orientation is controlled with high definition in a minute region corresponding to the liquid crystal layer in which the rotation direction of the optical axis is reversed on the way.
Therefore, according to the manufacturing method of the present invention, an optical element such as a liquid crystal lens capable of condensing or diffusing light according to the swirling direction of circularly polarized light by diffraction is manufactured by a general device and a simple manufacturing method. can.

図18に、本発明の光学素子の別の例を概念的に示す。
なお、図18に示す光学素子50は、形状が円盤状で、かつ、配向膜および液晶層における液晶化合物の配向が異なる以外には、上述した光学素子10等と同様の構成を有するので、同じ部材には同じ符号を付し、以下の説明は、異なる部位を主に行う。
FIG. 18 conceptually shows another example of the optical element of the present invention.
The optical element 50 shown in FIG. 18 has the same configuration as the above-mentioned optical element 10 and the like except that the shape is disk-shaped and the orientation of the liquid crystal compound in the alignment film and the liquid crystal layer is different. The members are designated by the same reference numerals, and the following description mainly describes different parts.

図18に示す光学素子50は、基板12と、配向膜52と、液晶層34とを有する。
基板12は、上述した光学素子10等の基板12と同様のものであり、一方向に配向処理されている。
The optical element 50 shown in FIG. 18 has a substrate 12, an alignment film 52, and a liquid crystal layer 34.
The substrate 12 is the same as the substrate 12 such as the optical element 10 described above, and is oriented in one direction.

基板12の上には、配向膜52が形成される。
光学素子10の配向膜14と同様、配向膜52も、液晶化合物20と、光の照射によってHTPが変化するキラル剤とを用いて形成されるものであり、液晶化合物20と、光の照射によってHTPが変化するキラル剤とを含む配向膜組成物を用いて、形成される。従って、配向膜52においても、液晶化合物20は、厚さ方向に沿う螺旋軸に沿って捩れ配向されている。
An alignment film 52 is formed on the substrate 12.
Like the alignment film 14 of the optical element 10, the alignment film 52 is also formed by using the liquid crystal compound 20 and a chiral agent whose HTP changes by irradiation with light, and is formed by the liquid crystal compound 20 and irradiation with light. It is formed using an alignment film composition containing a chiral agent that changes HTP. Therefore, also in the alignment film 52, the liquid crystal compound 20 is twisted and oriented along the spiral axis along the thickness direction.

ここで、配向膜52は、下面52a(基板12側の表面)では、液晶化合物20は、基板12に施された配向処理に応じて、光学軸が一方向に向かうように配向される。図示例においては、図19に概念的に示すように、配向膜52の下面52aでは、光学軸が図中上下方向に向かうように、液晶化合物が配向されている。 Here, on the lower surface 52a (the surface on the substrate 12 side) of the alignment film 52, the liquid crystal compound 20 is oriented so that the optical axis faces in one direction according to the alignment treatment applied to the substrate 12. In the illustrated example, as conceptually shown in FIG. 19, the liquid crystal compound is oriented on the lower surface 52a of the alignment film 52 so that the optical axis faces in the vertical direction in the figure.

これに対して、配向膜52の上面52bは、液晶化合物20の光学軸の向きが、1つの方向のみならず、複数の方向に向かって、連続的に回転しながら変化する液晶配向パターンを有する。
具体的には、配向膜52の上面52bは、図20に概念的に示すように、或る中心から放射状に液晶化合物20の光学軸が一定方向(時計回りまたは反時計回り)に回転する、液晶配向パターンを有する。従って、この液晶配向パターンでは、放射の中心点を通過する直線に着目すると、直線と一致する一方向に向かって光学軸が回転し、かつ、光学軸の回転方向が、放射の中心点で逆転する。
言い換えれば、配向膜52の上面52bは、複数の直線が或る一点で交差し、各直線と一致する矢印の方向に向かって、液晶化合物20の光学軸が回転し、かつ、交点において光学軸の回転方向が逆転する、液晶配向パターンを有する。さらに言い換えれば、この配向膜52の上面52bにおける液晶配向パターンは、液晶化合物20の光学軸の向きが連続的に回転しながら変化する一方向を、内側から外側に向かう同心円状に有し、同心円の中心を通過する直線上の一方向において、同心円の中心で光軸の回転方向が逆転する、液晶配向パターンである。
以下の説明では、図20に示すような、液晶配向パターンを、便宜的に、『放射状の液晶配向パターン』とも言う。
On the other hand, the upper surface 52b of the alignment film 52 has a liquid crystal alignment pattern in which the direction of the optical axis of the liquid crystal compound 20 changes not only in one direction but also in a plurality of directions while continuously rotating. ..
Specifically, on the upper surface 52b of the alignment film 52, as conceptually shown in FIG. 20, the optical axis of the liquid crystal compound 20 rotates radially (clockwise or counterclockwise) from a certain center. It has a liquid crystal orientation pattern. Therefore, in this liquid crystal alignment pattern, focusing on the straight line passing through the center point of radiation, the optic axis rotates in one direction that coincides with the straight line, and the direction of rotation of the optic axis is reversed at the center point of radiation. do.
In other words, on the upper surface 52b of the alignment film 52, a plurality of straight lines intersect at a certain point, the optical axis of the liquid crystal compound 20 rotates in the direction of the arrow corresponding to each straight line, and the optical axis at the intersection. It has a liquid crystal orientation pattern in which the direction of rotation of the optic axis is reversed. In other words, the liquid crystal alignment pattern on the upper surface 52b of the alignment film 52 has one direction in which the direction of the optical axis of the liquid crystal compound 20 changes while continuously rotating, in a concentric circle from the inside to the outside. It is a liquid crystal alignment pattern in which the rotation direction of the optical axis is reversed at the center of concentric circles in one direction on a straight line passing through the center of the liquid crystal display.
In the following description, the liquid crystal alignment pattern as shown in FIG. 20 is also referred to as a “radial liquid crystal alignment pattern” for convenience.

なお、図19および図20においては、配向膜52の面内において液晶化合物20の光学軸が回転する方向を、6方向のみ示しているが、この6つの各方向の間にも、同様に、光学軸が回転する方向が、多数、存在する。 Although FIGS. 19 and 20 show only six directions in which the optical axis of the liquid crystal compound 20 rotates in the plane of the alignment film 52, the same applies to each of the six directions. There are many directions in which the optical axis rotates.

例えば、配向膜52の上面52bにおいて、放射の中心点(直線(矢印)の交点)を通過する矢印X1方向を見ると、液晶化合物20の光学軸は、矢印X1方向の中心よりも上流側から中心までは、矢印X1方向に向かって反時計回りに回転し、中心において、回転方向を逆転し、中心から矢印X1方向に下流に向かって、時計回りに回転している。
また、中心を通過する別の矢印X2方向でも、同様に、液晶化合物20の光学軸は、矢印X1方向の上流端から中心まで、矢印X1方向に向かって反時計回りに回転し、中心において、回転方向を逆転して、中心から矢印X1方向の下流に向かって、時計回りに回転している。
すなわち、放射状の液晶配向パターンを有する、図18に示す光学素子50の配向膜52の上面52bは、図4に示す配向膜14の上面14bにおける、Y方向に配列された、X方向に向かう液晶化合物20の各列が角度を有して設けられ、光学軸の回転方向が逆転するx7において交差したような液晶配向パターンを有する。
For example, when looking in the direction of arrow X1 passing through the center point of radiation (the intersection of straight lines (arrows)) on the upper surface 52b of the alignment film 52, the optical axis of the liquid crystal compound 20 is from the upstream side of the center in the direction of arrow X1. To the center, it rotates counterclockwise in the direction of arrow X1, reverses the direction of rotation at the center, and rotates clockwise from the center toward the downstream in the direction of arrow X1.
Similarly, in another arrow X2 direction passing through the center, the optical axis of the liquid crystal compound 20 rotates counterclockwise from the upstream end in the arrow X1 direction toward the center in the arrow X1 direction, and at the center. It reverses the direction of rotation and rotates clockwise from the center toward the downstream in the direction of arrow X1.
That is, the upper surface 52b of the alignment film 52 of the optical element 50 shown in FIG. 18 having a radial liquid crystal alignment pattern is the liquid crystal oriented in the X direction arranged in the Y direction on the upper surface 14b of the alignment film 14 shown in FIG. Each row of the compound 20 is provided at an angle and has a liquid crystal alignment pattern as if they intersected at x7 where the rotation direction of the optical axis is reversed.

配向膜52の上には、液晶層54が形成される。
図示例の光学素子50において、液晶層54は、液晶化合物24の配向が異なる以外は、上述した光学素子10の液晶層16と同様のものであり、液晶化合物24を含む液晶組成物を用いて形成される液晶層である。
光学素子10と同様、光学素子50の液晶層54の液晶化合物24も、配向膜52の上面52bにおける液晶化合物20によって配向される。従って、液晶層54における液晶化合物も、配向膜52の上面52bにおける液晶化合物20と同様、図21に概念的に示すように、面内において放射状の液晶配向パターンを有する。
すなわち、液晶層54において、放射の中心点を通過する或る矢印X1方向に見ると、配向膜52の上面と同様、液晶化合物24の光学軸は、面内において、矢印X1方向の上流側から中心まで、矢印X1方向に向かって反時計回りに回転し、中心において回転方向を逆転し、中心から矢印X1方向の下流側に向かって、時計回りに回転する。
A liquid crystal layer 54 is formed on the alignment film 52.
In the optical element 50 of the illustrated example, the liquid crystal layer 54 is the same as the liquid crystal layer 16 of the above-mentioned optical element 10 except that the orientation of the liquid crystal compound 24 is different, and a liquid crystal composition containing the liquid crystal compound 24 is used. It is a liquid crystal layer to be formed.
Like the optical element 10, the liquid crystal compound 24 of the liquid crystal layer 54 of the optical element 50 is also oriented by the liquid crystal compound 20 on the upper surface 52b of the alignment film 52. Therefore, the liquid crystal compound in the liquid crystal layer 54 also has an in-plane radial liquid crystal alignment pattern, as conceptually shown in FIG. 21, like the liquid crystal compound 20 on the upper surface 52b of the alignment film 52.
That is, when viewed in the direction of a certain arrow X1 passing through the center point of radiation in the liquid crystal layer 54, the optical axis of the liquid crystal compound 24 is in the plane from the upstream side in the direction of the arrow X1 as in the upper surface of the alignment film 52. It rotates counterclockwise toward the center in the direction of arrow X1, reverses the direction of rotation at the center, and rotates clockwise from the center toward the downstream side in the direction of arrow X1.

上述のように、面内において、一方向に向かって光学軸が回転する液晶配向パターンを有する液晶層は、入射する円偏光の旋回方向に応じて、入射光を屈折して透過させる。また、この液晶配向パターンを有する液晶層において、透過光の屈折方向は、一方向に向かう光学軸の回転方向が逆になると、逆方向になる。
さらに、上述したように、図18に示す光学素子50の配向膜52においては、上面52bは、図6に示す液晶層16の配向膜14側の面における、Y方向に配列された、X方向の液晶化合物24の各列が、光学軸の回転方向が逆転するx7において交差したような液晶配向パターンを有し、液晶層54における液晶化合物24も、同様の液晶配向パターンになる。
従って、光学素子50に円偏光が入射すると、円偏光の旋回方向に応じて、光学素子50は、凸レンズのように作用して、入射して透過する光を、中心(矢印の交点)を通過する光学素子50の垂線に向かって光を集光し、または、凹レンズのように作用して、入射して透過する光を放射状に外方向に向かって拡散する。
As described above, the liquid crystal layer having a liquid crystal orientation pattern in which the optical axis rotates in one direction in the plane refracts and transmits the incident light according to the swirling direction of the incident circularly polarized light. Further, in the liquid crystal layer having this liquid crystal alignment pattern, the refraction direction of the transmitted light becomes the opposite direction when the rotation direction of the optical axis in one direction is reversed.
Further, as described above, in the alignment film 52 of the optical element 50 shown in FIG. 18, the upper surface 52b is arranged in the Y direction on the surface of the liquid crystal layer 16 on the alignment film 14 side shown in FIG. 6, in the X direction. Each row of the liquid crystal compound 24 of the above has a liquid crystal orientation pattern as if they intersect at x7 in which the rotation direction of the optical axis is reversed, and the liquid crystal compound 24 in the liquid crystal layer 54 also has the same liquid crystal orientation pattern.
Therefore, when circularly polarized light is incident on the optical element 50, the optical element 50 acts like a convex lens according to the swirling direction of the circularly polarized light, and the incident and transmitted light passes through the center (the intersection of the arrows). The light is focused toward the vertical line of the optical element 50, or acts like a concave lens, and the incident and transmitted light is radially diffused outward.

本発明の光学素子において、このような液晶配向パターンを有する光学素子は、図示例のように透過光を屈折する光学素子のみならず、図10に示す光学素子のように、コレステリック液晶層によって、入射光を反射して集光する光学素子にも利用可能である。
すなわち、光学素子30と同様に、配向膜における液晶化合物20の螺旋の捩れ方向を逆方向にし、すなわち、配向膜の上面における液晶化合物20の光学軸の回転方向を、光学素子50の配向膜とは逆方向にする。
その上に、液晶化合物に加えてキラル剤を含む液晶組成物を用いて、図12に示すような、液晶化合物36が厚さ方向に螺旋軸に沿って捩れ配向されたコレステリック液晶層を形成することで、入射した、特定の波長帯域の右円偏光または左円偏光を、集光または拡散するように反射する、光学素子が得られる。
In the optical element of the present invention, the optical element having such a liquid crystal orientation pattern is not only an optical element that refracts transmitted light as shown in the illustrated example, but also an optical element that refracts transmitted light as shown in FIG. It can also be used for an optical element that reflects incident light and collects it.
That is, similarly to the optical element 30, the twisting direction of the spiral of the liquid crystal compound 20 in the alignment film is reversed, that is, the rotation direction of the optical axis of the liquid crystal compound 20 on the upper surface of the alignment film is set to the alignment film of the optical element 50. Is in the opposite direction.
On it, a liquid crystal composition containing a chiral agent in addition to the liquid crystal compound is used to form a cholesteric liquid crystal layer in which the liquid crystal compound 36 is twisted and oriented along a spiral axis in the thickness direction as shown in FIG. This gives an optical element that reflects the incident right-handed or left-handed circularly polarized light in a specific wavelength band so as to be focused or diffused.

このような上面52bが放射状の液晶配向パターンである配向膜52を有する光学素子50も、基本的に、上述した光学素子10(光学素子30)と、同様に作製できる。
すなわち、基板12を、液晶化合物20の光学軸の向きが一方向となるように配向処理をした後に、基板12の配向処理面に配向膜組成物を塗布し、硬化して、配向膜組成物の塗膜を形成する。
次いで、塗膜の一部にキラル剤が感光する光を照射する。
The optical element 50 having such an alignment film 52 whose upper surface 52b is a radial liquid crystal alignment pattern can be basically manufactured in the same manner as the above-mentioned optical element 10 (optical element 30).
That is, after the substrate 12 is oriented so that the optical axis of the liquid crystal compound 20 is oriented in one direction, the alignment film composition is applied to the alignment-treated surface of the substrate 12 and cured to obtain the alignment film composition. To form a coating film.
Next, a part of the coating film is irradiated with light exposed to the chiral agent.

ここで、上述した光学素子10では、スリット40aを有するマスク40を用いて、線状の光を塗膜に照射する。
これにより、線状の光の幅方向に、露光量の差が生じた状態となり、線状の光の幅方向と一致するX方向(1つの方向)に、キラル剤のHTPが変化して、液晶化合物20の捩れ角が変化する。その結果、配向膜14の上面14bにおいて、X方向に、上流から中央に向かって液晶化合物20の光学軸が反時計回りに回転し、中央で光学軸の回転方向が逆転し、中央からX方向の下流に向かって、光学軸が時計回りに回転する、液晶配向パターンを形成している。
Here, in the above-mentioned optical element 10, the coating film is irradiated with linear light by using the mask 40 having the slit 40a.
As a result, a difference in the amount of exposure occurs in the width direction of the linear light, and the HTP of the chiral auxiliary changes in the X direction (one direction) that coincides with the width direction of the linear light. The twist angle of the liquid crystal compound 20 changes. As a result, on the upper surface 14b of the alignment film 14, the optical axis of the liquid crystal compound 20 rotates counterclockwise from the upstream to the center in the X direction, the rotation direction of the optical axis is reversed at the center, and the X direction is from the center. The optic axis rotates clockwise toward the downstream of the liquid crystal, forming a liquid crystal orientation pattern.

これに対し、一点で交差する多数の方向に向かって液晶化合物の光学軸が回転する、放射状の液晶配向パターンを形成する場合には、線状の光ではなく、配向膜組成物の塗膜の一部にスポット光(塗膜に内包される光)を照射する。
なお、スポット光のスポット形状には、制限はなく、円形、楕円形、三角形、四角形および六角形などの多角形、星型、ならびに、不定形等の任意の各種のスポット形状が利用可能である。中でも、円形および楕円形は好適に利用され、その中でも円形は特に好適に利用される。
On the other hand, when forming a radial liquid crystal alignment pattern in which the optical axis of the liquid crystal compound rotates in a plurality of directions intersecting at one point, the coating film of the alignment film composition is not formed with linear light. A part of the spot light (light contained in the coating film) is irradiated.
The spot shape of the spot light is not limited, and any various spot shapes such as a polygon such as a circle, an ellipse, a triangle, a quadrangle and a hexagon, a star shape, and an amorphous shape can be used. .. Among them, the circular shape and the elliptical shape are preferably used, and among them, the circular shape is particularly preferably used.

図22に、配向膜組成物の塗膜に、スポット形状が円形のスポット光を照射した場合を示す。
図22に概念的に示すように、配向膜組成物の塗膜52Aに、円形のスポット光Sを照射すると、上述のスリット40aを通過した線状の光と同様の作用効果により、スポット光Sの中心から放射状に、漸次、露光量が低下したような状態になる、
従って、上述の例と同様、例えば、配向膜組成物に含まれるキラル剤のHTPが露光によって低下する場合には、配向膜組成物の塗膜52Aでは、スポット光Sの中心から、放射状の外方向に向かって、漸次、キラル剤のHTPが高くなる状態となる。
そのため、塗膜52Aにおける液晶化合物20の厚さ方向の螺旋軸に沿う捩れ角は、スポット光Sの中心が最も小さく、放射状に外方向に向かって、漸次、大きくなる。すなわち、塗膜52Aにおける液晶化合物20の捩れ角は、直線に乗る2本の放射状の線において、一方の外方向の端部が最も大きく、外方向の端部からスポット光Sの中心に向かって、漸次、小さくなり、スポット光Sの中心で最も小さくなり、他方の外方向の端部に向かって、漸次、大きくなり、他方の外方向の端部で、再度、最も大きくなる。
FIG. 22 shows a case where the coating film of the alignment film composition is irradiated with spot light having a circular spot shape.
As conceptually shown in FIG. 22, when the coating film 52A of the alignment film composition is irradiated with the circular spot light S, the spot light S has the same effect as the linear light passing through the slit 40a described above. Radially from the center of the light, the exposure gradually decreases,
Therefore, as in the above example, for example, when the HTP of the chiral agent contained in the alignment film composition is lowered by exposure, the coating film 52A of the alignment film composition is radially outside from the center of the spot light S. In the direction, the HTP of the chiral agent gradually increases.
Therefore, the twist angle of the liquid crystal compound 20 along the spiral axis in the thickness direction of the coating film 52A is the smallest at the center of the spot light S and gradually increases outward in a radial direction. That is, the twist angle of the liquid crystal compound 20 in the coating film 52A is the largest in the outward end of the two radial lines riding on a straight line, and the outward end toward the center of the spot light S. Gradually, it becomes smaller, becomes smaller at the center of the spot light S, gradually becomes larger toward the other outward end, and becomes larger again at the other outer end.

上述の例と同様、キラル剤による液晶化合物20の捩れ方向(センス)は、塗膜52Aの全域で同じである。また、上述のように、基板12は、液晶化合物の光学軸が一方向に向かうように配向処理されており、塗膜52Aの液晶化合物は、下面(基板12側の面)では、光軸の向きを図中上下方向に一致している。
従って、直線に乗る2本の放射状の線において、厚さ方向の螺旋軸に液晶化合物20の捩れ角は、一方の外側からスポット光Sの中心に向かって、漸次、小さくなり、スポット光Sの中心で最も小さくなり、他方の外側に向かって、漸次、大きくなる。これにより、配向膜組成物の塗膜52Aの上面(基板12と逆側の面)すなわち配向膜52の上面52bでは、例えば、図20における矢印X1方向に対応する、直線に乗る2本の放射状の線では、図20に示すように、X方向の上流側からスポット光Sの中心に向かって、液晶化合物20の光学軸が反時計回りに回転し、スポット光Sの中心において、X方向に向かう捩れ角の大小の関係が逆転するので、此処で光学軸の回転方向が逆転し、スポット光Sの中心からX方向の下流側に向かって、光学軸が時計回りに回転する、液晶配向パターンとなる。
Similar to the above example, the twisting direction (sense) of the liquid crystal compound 20 by the chiral agent is the same over the entire area of the coating film 52A. Further, as described above, the substrate 12 is oriented so that the optical axis of the liquid crystal compound faces in one direction, and the liquid crystal compound of the coating film 52A has an optical axis on the lower surface (the surface on the substrate 12 side). The orientation matches the vertical direction in the figure.
Therefore, in the two radial lines riding on a straight line, the twist angle of the liquid crystal compound 20 on the spiral axis in the thickness direction gradually decreases from one outside toward the center of the spot light S, and the spot light S becomes smaller. It becomes the smallest in the center and gradually increases toward the outside of the other. As a result, on the upper surface (the surface opposite to the substrate 12) of the coating film 52A of the alignment film composition, that is, the upper surface 52b of the alignment film 52, for example, two radial lines on a straight line corresponding to the direction of the arrow X1 in FIG. In the line, as shown in FIG. 20, the optical axis of the liquid crystal compound 20 rotates counterclockwise from the upstream side in the X direction toward the center of the spot light S, and in the center of the spot light S, in the X direction. Since the relationship between the magnitude of the twist angle is reversed, the rotation direction of the optical axis is reversed here, and the optical axis rotates clockwise from the center of the spot light S toward the downstream side in the X direction. It becomes.

上述したように、このような露光量の変化、すなわちキラル剤のHTPの変化、すなわち液晶化合物20の捩れ角の変化は、スポット光Sの中心から放射状に生じる。
従って、配向膜組成物の塗膜54Aにスポット光Sを照射することにより、図20に示すような、放射状に光学軸が一方向に回転する、複数の直線が一点で交差し、各直線上の一方向すなわち各直線による矢印の方向に向かって、液晶化合物20の光学軸が回転し、かつ、交点において光学軸の回転方向が逆転する、放射状の液晶配向パターンを形成できる。
As described above, such a change in the exposure amount, that is, a change in the HTP of the chiral agent, that is, a change in the twist angle of the liquid crystal compound 20, occurs radially from the center of the spot light S.
Therefore, by irradiating the coating film 54A of the alignment film composition with the spot light S, as shown in FIG. 20, a plurality of straight lines in which the optical axes rotate in one direction radially intersect at one point and are on each straight line. It is possible to form a radial liquid crystal alignment pattern in which the optical axis of the liquid crystal compound 20 rotates in one direction, that is, in the direction of the arrow along each straight line, and the rotation direction of the optical axis is reversed at the intersection.

なお、配向膜組成物の塗膜54Aへのスポット光の照射においては、例えば、円形の開口を、複数、有するマスクを用いて、配向膜組成物の塗膜54Aに複数のスポット光を照射することで、複数のレンズを有するレンズアレイ等を作製できる。 In irradiating the coating film 54A of the alignment film composition with spot light, for example, a mask having a plurality of circular openings is used to irradiate the coating film 54A of the alignment film composition with a plurality of spot lights. This makes it possible to manufacture a lens array or the like having a plurality of lenses.

上述の光学素子は、いずれも、基板、配向膜および液晶層のみを有しているが、本発明の光学素子は、これに制限はされず、これらの部材以外にも、必要に応じて、各種の部材を有してもよい。
一例として、本発明の光学素子は、さらに、λ/4板を有してもよい。上述したように、本発明の光学素子は、いずれも円偏光を透過もしくは反射するものである。そのため、光の出射側にλ/4板を有することにより、出射光を変換して、直線偏光を出射できる。また、光の入射側にλ/4板を有することにより、入射光する直線偏光を本発明の光学素子が作用する円偏光に変換できる。
All of the above-mentioned optical elements have only a substrate, an alignment film, and a liquid crystal layer, but the optical element of the present invention is not limited to these, and other than these members, if necessary, It may have various members.
As an example, the optical element of the present invention may further have a λ / 4 plate. As described above, all of the optical elements of the present invention transmit or reflect circularly polarized light. Therefore, by having the λ / 4 plate on the emission side of the light, the emitted light can be converted and linearly polarized light can be emitted. Further, by having the λ / 4 plate on the incident side of the light, the linear polarization of the incident light can be converted into the circular polarization on which the optical element of the present invention acts.

以上、本発明の光学素子の製造方法および光学素子について詳細に説明したが、本発明は上述の例に限定はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更を行ってもよいのは、もちろんである。 Although the method for manufacturing the optical element of the present invention and the optical element have been described in detail above, the present invention is not limited to the above-mentioned example, and various improvements and changes are made without departing from the gist of the present invention. Of course, it is also good.

以下に実施例を挙げて本発明の特徴をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、試薬、使用量、物質量、割合、処理内容、および、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。 Hereinafter, the features of the present invention will be described in more detail with reference to examples. The materials, reagents, usage amounts, substance amounts, ratios, treatment contents, treatment procedures, etc. shown in the following examples can be appropriately changed as long as they do not deviate from the gist of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be construed as limiting by the specific examples shown below.

[実施例1]
(配向膜組成物の調製)
以下に示す各成分を混合し、配向膜組成物を調製した。
・液晶化合物1(下記構造): 1g
・キラル剤1(下記構造): 73.5mg
・水平配向剤1(下記構造): 0.4mg
・水平配向剤2(下記構造): 0.15mg
・光ラジカル開始剤1(下記構造): 20mg
・ペンタエリスリトールテトラアクリレート(新中村化学工業社製、A-TMMT(Tetramethylol Methane Tetaacrylate)): 10mg
・メチルエチルケトン(MEK): 1.09g
・シクロヘキサノン: 0.16g
[Example 1]
(Preparation of alignment film composition)
Each component shown below was mixed to prepare an alignment film composition.
-Liquid crystal compound 1 (structure below): 1 g
Chiral agent 1 (structure below): 73.5 mg
-Horizontal alignment agent 1 (structure below): 0.4 mg
-Horizontal alignment agent 2 (structure below): 0.15 mg
-Photoradical initiator 1 (structure below): 20 mg
-Pentaerythritol tetraacrylate (A-TMMT (Tetramethylol Methane Tetaacrylate) manufactured by Shin Nakamura Chemical Industry Co., Ltd.): 10 mg
-Methyl ethyl ketone (MEK): 1.09 g
-Cyclohexanone: 0.16 g

Figure 0007012603000001
Figure 0007012603000001

Figure 0007012603000002
Figure 0007012603000002

Figure 0007012603000003
Figure 0007012603000003

Figure 0007012603000004
Figure 0007012603000004

光ラジカル開始剤1(BASF社製 IRGACURE907(下記構造))

Figure 0007012603000005
Photoradical initiator 1 (IRGACURE907 manufactured by BASF (the structure below))
Figure 0007012603000005

(配向膜の形成)
基板として、厚さ100μmのPETフィルム(東洋紡社製、コスモシャインA4100)を用意した。
支持体の片面に、レーヨン布によってラビング処理を施した。ラビング処理の条件は、圧力:0.1kgf(0.98N)、回転数:1000rpm、搬送速度:10m/min、回数:1往復、とした。
(Formation of alignment film)
As a substrate, a PET film having a thickness of 100 μm (Cosmo Shine A4100 manufactured by Toyobo Co., Ltd.) was prepared.
One side of the support was rubbed with rayon cloth. The conditions for the rubbing treatment were pressure: 0.1 kgf (0.98N), rotation speed: 1000 rpm, transport speed: 10 m / min, number of times: 1 reciprocation.

PETフィルムのラビング処理面に、ワイヤーバーを用いて、配向膜組成物を室温にて塗布した後、乾燥することにより、塗膜を形成した。なお、塗膜は、乾燥後(乾膜)の厚さが1μmとなるように調節した。 A coating film was formed by applying the alignment film composition to the rubbing-treated surface of the PET film at room temperature using a wire bar and then drying it. The thickness of the coating film after drying (dry film) was adjusted to 1 μm.

図23に概念的に示すような、黒色の遮光板に、直径500μmの円形の開口を10mm間隔で、3×5個(合計15個)、形成したマスク58を用意した。
形成した配向膜組成物の塗膜に、酸素雰囲気下、室温にて、マスク58を介して、紫外線を照射した(マスク露光)。
紫外線の照射は、光透過部における露光量が33mJ/cm2、となるように時間を調節した。紫外線照射の光源は、フナコシ社製の『2UVトランスイルミネーターLM-26型』を、波長365nmで用いた。
As conceptually shown in FIG. 23, a mask 58 in which circular openings having a diameter of 500 μm were formed in 3 × 5 (15 in total) at intervals of 10 mm was prepared on a black light-shielding plate.
The formed coating film of the alignment film composition was irradiated with ultraviolet rays via a mask 58 at room temperature in an oxygen atmosphere (mask exposure).
The time of irradiation with ultraviolet rays was adjusted so that the exposure amount in the light transmitting portion was 33 mJ / cm 2 . As the light source for ultraviolet irradiation, "2UV transilluminator LM-26 type" manufactured by Funakoshi Co., Ltd. was used at a wavelength of 365 nm.

次いで、紫外線を照射した基板を、90℃のホットプレート上に1分間静置することにより、塗膜に熱処理を施し、液晶相の状態とした。
その後、熱処理を行った塗膜に対し、窒素雰囲気下(酸素濃度500ppm以下)、80℃で、500mJ/cm2、紫外線を照射して配向膜組成物の塗膜を硬化することにより、基板の表面に配向膜を形成した。なお、紫外線の光源は、HOYA CANDEO OPTRONICS社製の『EXECURE3000-W』を用いた。
Next, the substrate irradiated with ultraviolet rays was allowed to stand on a hot plate at 90 ° C. for 1 minute to heat-treat the coating film to obtain a liquid crystal phase.
Then, the heat-treated coating film was irradiated with ultraviolet rays at 500 mJ / cm 2 at 80 ° C. under a nitrogen atmosphere (oxygen concentration of 500 ppm or less) to cure the coating film of the alignment film composition. An alignment film was formed on the surface. As the light source of ultraviolet rays, "EXECURE3000-W" manufactured by HOYA CANDEO OPTRONICS was used.

形成した配向膜について、下面および上面における液晶化合物の光学軸の方向(配向方向)を、各面にGH型二色性液晶(ZLI-1842、メルク社製)を塗布し、偏光顕微鏡下で観察することで確認した。
その結果、配向膜は、下面(基板側)では、図19に示すように、液晶化合物の光学軸の方向は基板のラビングの方向に一致していた。他方、配向膜は、上面では、マスク58の開口に対応する15個所において、図20に示すように、開口の中心から放射状に液晶化合物の光学軸が時計回りに回転しており、従って、開口の中心を通過する複数の直線上において、一方向に向かって液晶化合物の光学軸が回転しており、かつ、開口の中心において、光学軸の回転方向が逆転する液晶配向パターンを有していた。
With respect to the formed alignment film, the direction (orientation direction) of the optical axis of the liquid crystal compound on the lower surface and the upper surface is observed under a polarizing microscope by applying a GH type dichroic liquid crystal (ZLI-1842, manufactured by Merck Group) to each surface. Confirmed by doing.
As a result, on the lower surface (substrate side) of the alignment film, the direction of the optical axis of the liquid crystal compound coincided with the rubbing direction of the substrate, as shown in FIG. On the other hand, on the upper surface of the alignment film, as shown in FIG. 20, the optical axis of the liquid crystal compound is rotated clockwise from the center of the opening at 15 points corresponding to the opening of the mask 58, and therefore the opening. The optical axis of the liquid crystal compound was rotated in one direction on a plurality of straight lines passing through the center of the aperture, and the rotation direction of the optical axis was reversed at the center of the aperture. ..

(液晶組成物1の調製)
以下に示す各成分を混合し、液晶組成物1を調製した。
・液晶化合物1: 1g
・水平配向剤1: 0.4mg
・水平配向剤2: 0.15mg
・光ラジカル開始剤1: 20mg
・ペンタエリスリトールテトラアクリレート(新中村化学工業社製、A-TMMT(Tetramethylol Methane Tetaacrylate)): 10mg
・メチルエチルケトン(MEK): 1.09g
・シクロヘキサノン: 0.16g
(Preparation of Liquid Crystal Composition 1)
The liquid crystal composition 1 was prepared by mixing the components shown below.
・ Liquid crystal compound 1: 1 g
・ Horizontal alignment agent 1: 0.4 mg
-Horizontal alignment agent 2: 0.15 mg
-Photoradical initiator 1: 20 mg
-Pentaerythritol tetraacrylate (A-TMMT (Tetramethylol Methane Tetaacrylate) manufactured by Shin Nakamura Chemical Industry Co., Ltd.): 10 mg
-Methyl ethyl ketone (MEK): 1.09 g
-Cyclohexanone: 0.16 g

(液晶層(液晶レンズアレイ1)の形成)
形成した配向膜上に、ワイヤーバーを用いて、調製した液晶組成物1を室温にて塗布した後、乾燥することにより、塗膜を形成した。なお、塗膜は、乾燥後の塗膜(乾膜)の厚さが2μmとなるように調節した。
次いで、90℃のホットプレート上に1分間静置することにより、塗膜に熱処理を施し、液晶相の状態とした。
その後、熱処理を行った塗膜に対し、窒素雰囲気下(酸素濃度500ppm以下)、80℃で、500mJ/cm2、紫外線を照射して液晶組成物1の塗膜を硬化することにより、液晶層を形成した。
これにより、15個の液晶レンズを持つ液晶レンズアレイ1を作製した。
(Formation of liquid crystal layer (liquid crystal lens array 1))
The prepared liquid crystal composition 1 was applied onto the formed alignment film at room temperature using a wire bar, and then dried to form a coating film. The coating film was adjusted so that the thickness of the coating film (dry film) after drying was 2 μm.
Then, the coating film was heat-treated by allowing it to stand on a hot plate at 90 ° C. for 1 minute to obtain a liquid crystal phase.
Then, the heat-treated coating film is irradiated with ultraviolet rays at 500 mJ / cm 2 at 80 ° C. under a nitrogen atmosphere (oxygen concentration of 500 ppm or less) to cure the coating film of the liquid crystal composition 1 to cure the liquid crystal layer. Formed.
As a result, a liquid crystal lens array 1 having 15 liquid crystal lenses was produced.

(積層体の作製)
板ガラス上にOCAテープ(日栄化工社製、MHM-UVC15)を貼着した。
このOCAテープ上に、作製した液晶レンズアレイ1を、液晶レンズアレイ1側(液晶層側)がOCAテープ側になるようにして貼着した。積層体とOCAテープとの貼着は、ローラを用いて行った。
その後、基板を剥離して、液晶レンズアレイ1と、ガラス板との積層体を作製した。
(Preparation of laminated body)
OCA tape (MHM-UVC15, manufactured by Niei Kako Co., Ltd.) was attached onto the flat glass.
The produced liquid crystal lens array 1 was attached onto the OCA tape so that the liquid crystal lens array 1 side (liquid crystal layer side) was on the OCA tape side. The laminate and the OCA tape were attached using a roller.
Then, the substrate was peeled off to prepare a laminate of the liquid crystal lens array 1 and the glass plate.

作製した積層体について、偏光顕微鏡を用いてクロスニコル状態で確認したところ、液晶レンズアレイ1のガラス板側の表面は、図21に示すように、配向膜の上面の液晶配向パターンに対応して、1点から放射状に液晶化合物の光学軸が時計回りに回転する液晶配向パターン、すなわち、放射の中心点の1点を通過する直線上で、一方向に向かって液晶化合物の光学軸が回転しており、かつ、放射の中心点において、光学軸の回転方向が逆転する液晶配向パターンを、3×5個で合計15個、有していた。
また、液晶配向パターンにおける放射の中心点は、いずれも、配向膜の形成において露光を行ったマスク58の円形の開口の中心に一致していた。
When the prepared laminate was confirmed in a cross-nicol state using a polarizing microscope, the surface of the liquid crystal lens array 1 on the glass plate side corresponds to the liquid crystal alignment pattern on the upper surface of the alignment film, as shown in FIG. The liquid crystal alignment pattern in which the optical axis of the liquid crystal compound rotates clockwise from one point, that is, the optical axis of the liquid crystal compound rotates in one direction on a straight line passing through one point of the center point of radiation. In addition, it had a total of 15 liquid crystal orientation patterns of 3 × 5 in which the rotation direction of the optical axis was reversed at the center point of radiation.
Further, the center points of radiation in the liquid crystal alignment pattern all coincided with the center of the circular opening of the mask 58 exposed in the formation of the alignment film.

作製した液晶レンズアレイ1とガラス板との積層体に、円偏光板を介して、右円偏光および左円偏光を照射した。
その結果、右円偏光を照射した際には、液晶レンズ(液晶配向パターン)の中心を通過する液晶レンズアレイの垂線に光を集光し、左円偏光を照射した際には、液晶レンズの中心から外方向に光を拡散した。
The laminated body of the prepared liquid crystal lens array 1 and the glass plate was irradiated with right-handed circularly polarized light and left-handed circularly polarized light via a circularly polarizing plate.
As a result, when irradiated with right circular polarization, the light is focused on the perpendicular line of the liquid crystal lens array passing through the center of the liquid crystal lens (liquid crystal alignment pattern), and when irradiated with left circular polarization, the liquid crystal lens The light was diffused outward from the center.

[実施例2]
図24に示すような、黒色の遮光板に、幅500μmで長さ50mmの線状(長方形)の開口を、10mm間隔で、5列、形成したマスク60を用意した。
実施例1において、配向膜の形成の際に配向膜組成物の塗膜のマスク露光に用いたマスク58を、図24に示すマスク60に変更した以外は、実施例1と同様にして、線状の液晶レンズを、5個、有する液晶レンズアレイ2を作製し、さらに、液晶レンズアレイ2とガラス板との積層体を作製した。
[Example 2]
As shown in FIG. 24, a mask 60 was prepared in which five rows of linear (rectangular) openings having a width of 500 μm and a length of 50 mm were formed at intervals of 10 mm on a black light-shielding plate.
In Example 1, the line is the same as in Example 1 except that the mask 58 used for mask exposure of the coating film of the alignment film composition at the time of forming the alignment film is changed to the mask 60 shown in FIG. 24. A liquid crystal lens array 2 having five shaped liquid crystal lenses was produced, and a laminate of the liquid crystal lens array 2 and a glass plate was further produced.

配向膜を形成した後に、形成した配向膜について、実施例1と同様に確認した。
その結果、配向膜は、下面(基板側)では、図3に示すように、液晶化合物の光学軸の方向は基板のラビングの方向に一致していた。他方、上面では、マスク60の開口に対応する領域において、図4に示すように、マスク60の開口の幅方向(長手方向と直交する方向)に向かって液晶化合物の光学軸が回転しており、かつ、マスク60の開口の幅方向の中心において、光学軸の回転方向が逆転する配向パターンを、5つ、有していた。
After forming the alignment film, the formed alignment film was confirmed in the same manner as in Example 1.
As a result, on the lower surface (substrate side) of the alignment film, the direction of the optical axis of the liquid crystal compound coincided with the rubbing direction of the substrate, as shown in FIG. On the other hand, on the upper surface, in the region corresponding to the opening of the mask 60, as shown in FIG. 4, the optical axis of the liquid crystal compound is rotated in the width direction (direction orthogonal to the longitudinal direction) of the opening of the mask 60. Moreover, it had five orientation patterns in which the rotation direction of the optical axis was reversed at the center of the opening of the mask 60 in the width direction.

さらに、作製した積層体について、実施例1と同様に確認したところ、液晶レンズアレイ2のガラス板側の表面は、図6に示すように、液晶化合物の光学軸が一方向に向かって回転しており、かつ、一方向の途中で回転方向が逆転する液晶配向パターンを、5つ、有していた。
また、光学軸の回転方向は、マスクの開口の幅方向に一致しており、かつ、光学軸の回転方向が逆転する位置は、マスクの開口の幅方向の中心であった。
Further, when the prepared laminate was confirmed in the same manner as in Example 1, the optical axis of the liquid crystal compound rotated in one direction on the surface of the liquid crystal lens array 2 on the glass plate side, as shown in FIG. It also had five liquid crystal alignment patterns in which the rotation direction was reversed in the middle of one direction.
Further, the rotation direction of the optical axis coincided with the width direction of the opening of the mask, and the position where the rotation direction of the optical axis was reversed was the center in the width direction of the opening of the mask.

実施例1と同様に、作製した液晶レンズアレイ2とガラス板との積層体に、円偏光板を介して、右円偏光および左円偏光を照射した。
その結果、右円偏光を照射した際には、液晶レンズ(液晶配向パターン)の幅方向の中心を通る液晶レンズアレイの垂線に向かって光を集光し、左円偏光を照射した際には、液晶レンズの幅方向の中心から外方向に光を拡散した。なお、各液晶レンズは、長手方向には光を屈折しなかった(レンズパワーを有していなかった)。
In the same manner as in Example 1, the laminated body of the produced liquid crystal lens array 2 and the glass plate was irradiated with right-handed circularly polarized light and left-handed circularly polarized light via a circularly polarizing plate.
As a result, when irradiated with right circular polarization, the light is focused toward the perpendicular line of the liquid crystal lens array passing through the center in the width direction of the liquid crystal lens (liquid crystal alignment pattern), and when irradiated with left circular polarization, the light is condensed. , The light was diffused outward from the center in the width direction of the liquid crystal lens. It should be noted that each liquid crystal lens did not refract light in the longitudinal direction (it did not have lens power).

[実施例3]
(液晶組成物2の調製)
以下に示す各成分を混合し、液晶組成物2を調製した。
・液晶化合物1: 1g
・キラル剤2(下記構造) 55mg
・水平配向剤1: 0.4mg
・水平配向剤2: 0.15mg
・光ラジカル開始剤1: 20mg
・ペンタエリスリトールテトラアクリレート(新中村化学工業社製、A-TMMT(Tetramethylol Methane Tetaacrylate)): 10mg
・メチルエチルケトン(MEK): 1.09g
・シクロヘキサノン: 0.16g
[Example 3]
(Preparation of Liquid Crystal Composition 2)
The liquid crystal composition 2 was prepared by mixing the components shown below.
・ Liquid crystal compound 1: 1 g
・ Chiral auxiliary 2 (structure below) 55 mg
・ Horizontal alignment agent 1: 0.4 mg
-Horizontal alignment agent 2: 0.15 mg
-Photoradical initiator 1: 20 mg
-Pentaerythritol tetraacrylate (A-TMMT (Tetramethylol Methane Tetaacrylate) manufactured by Shin Nakamura Chemical Industry Co., Ltd.): 10 mg
-Methyl ethyl ketone (MEK): 1.09 g
-Cyclohexanone: 0.16 g

キラル剤2

Figure 0007012603000006
Chiral auxiliary 2
Figure 0007012603000006

(液晶層(液晶レンズアレイ3)および積層体の作製)
実施例2において、液晶層の形成に用いた液晶組成物1を液晶組成物2に変更し、かつ、乾燥膜厚を5μmとした以外は、実施例2と同様に、液晶レンズアレイ3を形成し、さらに、液晶レンズアレイ3とガラス板との積層体を作製した。
液晶レンズアレイ3は、5個の反射型レンズ(反射鏡)を有する、反射型の液晶レンズアレイである。
(Manufacturing of liquid crystal layer (liquid crystal lens array 3) and laminate)
In Example 2, the liquid crystal lens array 3 is formed in the same manner as in Example 2 except that the liquid crystal composition 1 used for forming the liquid crystal layer is changed to the liquid crystal composition 2 and the dry film thickness is 5 μm. Further, a laminated body of the liquid crystal lens array 3 and the glass plate was produced.
The liquid crystal lens array 3 is a reflective liquid crystal lens array having five reflective lenses (reflecting mirrors).

作製した積層体について、実施例1と同様に確認したところ、液晶レンズアレイ3のガラス板側の表面は、図6に示すように、液晶化合物の光学軸が一方向に向かって回転しており、かつ、一方向の途中で回転方向が逆転する液晶配向パターンを、5つ、有していた。
また、光学軸の回転方向は、マスクの開口の幅方向に一致しており、かつ、光学軸の回転方向が逆転する位置は、マスクの開口の幅方向の中心であった。
When the produced laminate was confirmed in the same manner as in Example 1, the optical axis of the liquid crystal compound was rotated in one direction on the surface of the liquid crystal lens array 3 on the glass plate side, as shown in FIG. Moreover, it has five liquid crystal orientation patterns in which the rotation direction is reversed in the middle of one direction.
Further, the rotation direction of the optical axis coincided with the width direction of the opening of the mask, and the position where the rotation direction of the optical axis was reversed was the center in the width direction of the opening of the mask.

さらに、実施例1と同様に、作製した液晶レンズアレイ3とガラス板との積層体に、円偏光板を介して、右円偏光を照射した。
その結果、反射光は、液晶レンズ(液晶配向パターン)の幅方向の中心を通る液晶レンズアレイの垂線に向かって光を集光された。なお、各液晶レンズは、長手方向には光を屈折しなかった。
Further, in the same manner as in Example 1, the laminated body of the produced liquid crystal lens array 3 and the glass plate was irradiated with right circular polarization via a circular polarizing plate.
As a result, the reflected light was focused toward the perpendicular line of the liquid crystal lens array passing through the center in the width direction of the liquid crystal lens (liquid crystal alignment pattern). In addition, each liquid crystal lens did not refract light in the longitudinal direction.

[比較例1]
実施例1において、配向膜の形成時における、マスク58を用いた紫外線の照射を行わなかった。
これ以外は、実施例1と同様に、配向膜を形成し、液晶層を形成し、さらに、液晶層とガラス板との積層体を作製した。
配向膜を形成した際に、配向膜を実施例1と同様に確認した。その結果、配向膜は、下面(基板側)では、図3に示すように、液晶化合物の光学軸の方向は基板のラビングの方向に一致していた。他方、上面では、全面的に、液晶化合物の光学軸の方向は一方向に揃っていた。
さらに、作製した積層体について、実施例1と同様に確認したところ、液晶層のガラス板側の表面は、液晶化合物の光学軸の方向が、配向膜の上面における液晶化合物の光学軸の方向と同方向に揃っていた。
[Comparative Example 1]
In Example 1, the irradiation of ultraviolet rays using the mask 58 was not performed at the time of forming the alignment film.
Except for this, an alignment film was formed, a liquid crystal layer was formed, and a laminate of the liquid crystal layer and the glass plate was prepared in the same manner as in Example 1.
When the alignment film was formed, the alignment film was confirmed in the same manner as in Example 1. As a result, on the lower surface (substrate side) of the alignment film, the direction of the optical axis of the liquid crystal compound coincided with the rubbing direction of the substrate, as shown in FIG. On the other hand, on the upper surface, the directions of the optical axes of the liquid crystal compound were aligned in one direction on the entire surface.
Further, when the prepared laminate was confirmed in the same manner as in Example 1, the direction of the optical axis of the liquid crystal compound was the direction of the optical axis of the liquid crystal compound on the upper surface of the alignment film on the surface of the liquid crystal layer on the glass plate side. It was aligned in the same direction.

実施例1と同様に、作製した液晶層とガラス板との積層体に、円偏光板を介して、右円偏光および左円偏光を照射した。
その結果、右円偏光および左円偏光共に、積層体は、レンズとしての作用を、全く発現しなかった。
以上の結果より、本発明の効果は、明らかである。
In the same manner as in Example 1, the laminated body of the produced liquid crystal layer and the glass plate was irradiated with right-handed circularly polarized light and left-handed circularly polarized light via a circularly polarizing plate.
As a result, the laminated body did not exhibit any action as a lens in both right-handed circularly polarized light and left-handed circularly polarized light.
From the above results, the effect of the present invention is clear.

集光または光拡散用のレンズおよび反射鏡の製造等に好適に利用可能である。 It can be suitably used for manufacturing lenses and reflectors for condensing or diffusing light.

10,30,50 光学素子
12 基板
14,32,52 配向膜
14A,52A 塗膜
14a,32a,52a 下面
14b,32b,52b 上面
16,16A,54 液晶層
20,24,36 液晶化合物
34,34A,34B コレステリック液晶層
40,58,60 マスク
40a スリット
1,L4,Lr 入射光
2,L5 透過光
Lr1,Lr2 反射光
Q1,Q2 絶対位相
E1,E2 等位相面
S スポット光
10, 30, 50 Optical element 12 Substrate 14, 32, 52 Alignment film 14A, 52A Coating film 14a, 32a, 52a Lower surface 14b, 32b, 52b Upper surface 16, 16A, 54 Liquid crystal layer 20, 24, 36 Liquid crystal compound 34, 34A , 34B Cholesteric liquid crystal layer 40, 58, 60 Mask 40a Slit L 1 , L 4 , Lr Incident light L 2 , L 5 Transmitted light Lr1, Lr2 Reflected light Q1, Q2 Absolute phase E1, E2 Equal phase surface S Spot light

Claims (9)

基板の一方の表面に、液晶化合物に由来する光学軸が一方向となるように液晶化合物を配向するための配向処理を施し、
前記配向処理を施した基板の表面に、液晶化合物と、光の照射によって螺旋誘起力が変化するキラル剤と、を含む配向膜組成物を塗布して、塗膜を形成し、
前記配向膜組成物の塗膜の一部に前記キラル剤が感光する光を照射し、
前記光を照射した前記配向膜組成物の塗膜を硬化して配向膜を形成し、
前記配向膜の表面に、液晶化合物を含む組成物を塗布して硬化することで液晶層を形成することを特徴とする光学素子の製造方法。
One surface of the substrate is subjected to an orientation treatment for orienting the liquid crystal compound so that the optical axis derived from the liquid crystal compound is in one direction.
An alignment film composition containing a liquid crystal compound and a chiral agent whose spiral-inducing force changes by irradiation with light is applied to the surface of the substrate subjected to the alignment treatment to form a coating film.
A part of the coating film of the alignment film composition is irradiated with light exposed to the chiral agent.
The coating film of the alignment film composition irradiated with the light is cured to form an alignment film, and the alignment film is formed.
A method for manufacturing an optical element, which comprises applying a composition containing a liquid crystal compound to the surface of the alignment film and curing it to form a liquid crystal layer.
前記配向膜組成物の塗膜に照射する光が、スポット光である、請求項1に記載の光学素子の製造方法。 The method for manufacturing an optical element according to claim 1, wherein the light irradiating the coating film of the alignment film composition is spot light. 前記スポット光のスポット形状が、円形または楕円形である、請求項2に記載の光学素子の製造方法。 The method for manufacturing an optical element according to claim 2, wherein the spot shape of the spot light is circular or elliptical. 前記配向膜組成物の塗膜に照射する光が、線状の光である、請求項1に記載の光学素子の製造方法。 The method for manufacturing an optical element according to claim 1, wherein the light irradiating the coating film of the alignment film composition is linear light. 前記液晶層が、コレステリック液晶相を固定してなるコレステリック液晶層である、請求項1~4のいずれか1項に記載の光学素子の製造方法。 The method for manufacturing an optical element according to any one of claims 1 to 4, wherein the liquid crystal layer is a cholesteric liquid crystal layer in which a cholesteric liquid crystal phase is fixed. 液晶化合物および光の照射によって螺旋誘起力が変化するキラル剤を用いて形成された配向膜と、前記配向膜に積層される、液晶化合物を含む組成物を用いて形成された液晶層と、を有し、
前記配向膜は、一方の表面である第1面では、前記液晶化合物に由来する光学軸が一方向に配向しており、他方の表面である第2面では、前記液晶化合物に由来する光学軸の向きが、少なくとも1つの方向に向かって連続的に回転しながら変化し、かつ、途中で、前記液晶化合物に由来する光学軸の向きの回転方向が逆転する、液晶配向パターンを有し、
前記液晶層は、前記配向膜の前記第2面に積層されるものであり、前記配向膜の前記第2面側の表面において、前記組成物に由来する前記液晶化合物が、前記配向膜の前記第2面における前記液晶配向パターンに応じて配向されていることを特徴とする光学素子。
An alignment film formed by using a liquid crystal compound and a chiral agent whose spiral-inducing force is changed by irradiation with light, and a liquid crystal layer formed by using a composition containing a liquid crystal compound laminated on the alignment film. Have and
In the alignment film, the optical axis derived from the liquid crystal compound is oriented in one direction on the first surface, which is one surface, and the optical axis derived from the liquid crystal compound is oriented on the second surface, which is the other surface. Has a liquid crystal alignment pattern in which the orientation of the liquid crystal changes while continuously rotating toward at least one direction, and the direction of rotation of the direction of the optical axis derived from the liquid crystal compound is reversed on the way.
The liquid crystal layer is laminated on the second surface of the alignment film, and the liquid crystal compound derived from the composition is formed on the surface of the alignment film on the second surface side of the alignment film. An optical element characterized in that it is oriented according to the liquid crystal alignment pattern on the second surface.
前記液晶層が、コレステリック液晶相を固定してなるコレステリック液晶層である、請求項6に記載の光学素子。 The optical element according to claim 6, wherein the liquid crystal layer is a cholesteric liquid crystal layer in which a cholesteric liquid crystal phase is fixed. 前記配向膜の前記第2面における前記液晶配向パターンが、
前記液晶化合物に由来する光学軸の向きが連続的に回転しながら変化する方向を、複数、有し、かつ、
前記液晶化合物に由来する光学軸の向きが連続的に回転しながら変化する、前記複数の方向が、1点で交差し、さらに、
前記複数の方向が交差する前記1点において、前記液晶化合物に由来する光学軸の向きの回転方向が逆転する、液晶配向パターンである、請求項6または7に記載の光学素子。
The liquid crystal alignment pattern on the second surface of the alignment film is
It has a plurality of directions in which the direction of the optical axis derived from the liquid crystal compound changes while continuously rotating, and
The plurality of directions, in which the direction of the optical axis derived from the liquid crystal compound changes while continuously rotating, intersect at one point, and further.
The optical element according to claim 6 or 7, which is a liquid crystal orientation pattern in which the rotation direction of the direction of the optical axis derived from the liquid crystal compound is reversed at the one point where the plurality of directions intersect.
前記配向膜の前記第2面における前記液晶配向パターンが、
前記液晶化合物に由来する光学軸の向きが連続的に回転しながら変化する方向を、1方向のみ有する、液晶配向パターンである、請求項6または7に記載の光学素子。
The liquid crystal alignment pattern on the second surface of the alignment film is
The optical element according to claim 6 or 7, which is a liquid crystal orientation pattern having only one direction in which the direction of the optical axis derived from the liquid crystal compound changes while continuously rotating.
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