WO2023171246A1 - 液晶光学素子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

実施形態の目的は、大面積化が可能な液晶光学素子を提供することにある。 一実施形態によれば、液晶光学素子は、基板と、前記基板上に配置された配向膜と、前記配向膜上に配置された第１液晶層と、前記配向膜上に配置され、前記第１液晶層から離間した第２液晶層と、前記第１液晶層及び前記第２液晶層をそれぞれ覆うとともに、前記第１液晶層及び前記第２液晶層の周囲で前記配向膜を覆う有機膜と、を備え、前記第１液晶層及び前記第２液晶層の各々は、複数の液晶分子を含み、前記液晶分子の配向方向が固定された状態で硬化している。

Description

液晶光学素子およびその製造方法

　本発明の実施形態は、液晶光学素子およびその製造方法に関する。

　例えば、液晶材料を用いた液晶偏光格子が提案されている。このような液晶偏光格子は、波長λの光が入射した際に、入射光を０次回折光、及び、１次回折光に分割するものである。このような液晶偏光格子を実現する場合、面内で液晶分子を複雑に配向させる必要がある。液晶分子を配向させるための配向処理の種類として、光配向処理がある。光配向処理によるパターニングは、マスク露光や干渉露光によって実現される。

特表２０１７－５２２６０１号公報

　実施形態の目的は、大面積化が可能な液晶光学素子およびその製造方法を提供することにある。

　一実施形態によれば、液晶光学素子は、
　基板と、前記基板上に配置された配向膜と、前記配向膜上に配置された第１液晶層と、前記配向膜上に配置され、前記第１液晶層から離間した第２液晶層と、前記第１液晶層及び前記第２液晶層をそれぞれ覆うとともに、前記第１液晶層及び前記第２液晶層の周囲で前記配向膜を覆う有機膜と、を備え、前記第１液晶層及び前記第２液晶層の各々は、複数の液晶分子を含み、前記液晶分子の配向方向が固定された状態で硬化している。

　一実施形態によれば、液晶光学素子の製造方法は、
　基板上に配向膜を形成し、前記配向膜に配向処理した複数の第１領域を形成し、前記配向膜上に液晶性モノマーを含む液晶材料を膜状に形成し、前記複数の第１領域の各々に重なる前記液晶材料を硬化して液晶層を形成し、前記液晶層の各々の周囲で未硬化の液晶材料を除去し、前記液晶層の各々を覆うとともに、前記液晶層の各々の周囲で前記配向膜を覆う有機膜を形成する。

　一実施形態によれば、大面積化が可能な液晶光学素子およびその製造方法を提供することができる。

図１は、本実施形態に係る液晶光学素子１を模式的に示す図である。 図２は、図１に示した液晶光学素子１のＹ方向に沿った断面を示す図である。 図３は、液晶光学素子１の第１構成例を模式的に示す断面図である。 図４は、液晶光学素子１の第２構成例を模式的に示す断面図である。 図５は、液晶層ＬＣにおける配向パターンの一例を模式的に示す平面図である。 図６は、図１に示した液晶光学素子１の製造方法の一例を説明するための図である。 図７は、図１に示した液晶光学素子１の製造方法の一例を説明するための図である。 図８は、円偏光二光束干渉露光による配向処理を説明するための図である。 図９は、液晶光学素子１の適用例を説明するための図である。

　以下、本実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、開示はあくまで一例に過ぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べて、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する詳細な説明を適宜省略することがある。

　なお、図面には、必要に応じて理解を容易にするために、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、及び、Ｚ軸を記載する。Ｘ軸に沿った方向をＸ方向または第１方向と称し、Ｙ軸に沿った方向をＹ方向または第２方向と称し、Ｚ軸に沿った方向をＺ方向または第３方向と称する。Ｘ軸及びＹ軸によって規定される面をＸ－Ｙ平面と称し、Ｘ軸及びＺ軸によって規定される面をＸ－Ｚ平面と称する。Ｘ－Ｙ平面を見ることを平面視という。

　図１は、本実施形態に係る液晶光学素子１を模式的に示す図である。液晶光学素子１は、基板１０と、配向膜２０と、互いに離間した複数の液晶層ＬＣと、有機膜３０と、を備えている。

　基板１０は、光を透過する透明基板であり、例えば、透明なガラス板または透明な合成樹脂板によって構成されている。基板１０は、例えば、可撓性を有する透明な合成樹脂板によって構成されていてもよい。基板１０は、任意の形状を取り得る。例えば、基板１０は、湾曲していてもよい。基板１０の屈折率は、例えば、空気の屈折率よりも大きい。

　本明細書において、『光』は、可視光及び不可視光を含むものである。例えば、可視光域の下限の波長は３６０ｎｍ以上４００ｎｍ以下であり、可視光域の上限の波長は７６０ｎｍ以上８３０ｎｍ以下である。可視光は、第１波長帯（例えば４００ｎｍ～５００ｎｍ）の第１成分（青成分）、第２波長帯（例えば５００ｎｍ～６００ｎｍ）の第２成分（緑成分）、及び、第３波長帯（例えば６００ｎｍ～７００ｎｍ）の第３成分（赤成分）を含んでいる。不可視光は、第１波長帯より短波長帯の紫外線、及び、第３波長帯より長波長帯の赤外線を含んでいる。
　本明細書において、『透明』は、無色透明であることが好ましい。ただし、『透明』は、半透明又は有色透明であってもよい。

　基板１０は、Ｘ－Ｙ平面に沿った平板状に形成され、第１主面Ｆ１と、第２主面Ｆ２と、を有している。第１主面Ｆ１及び第２主面Ｆ２は、Ｘ－Ｙ平面に略平行な面であり、Ｚ方向において、互いに対向している。第２主面Ｆ２は、例えば空気に接しているが、他の薄膜で覆われていてもよい。

　配向膜２０は、基板１０の上に配置されている。図１に示す例では、配向膜２０は、第１主面Ｆ１に接している。

　複数の液晶層ＬＣは、配向膜２０の上に配置されている。図１に示す例では、複数の液晶層ＬＣは、Ｘ方向及びＹ方向にマトリクス状に配置されている。液晶層ＬＣの各々は、入射光を回折する回折部である。液晶層ＬＣについては後に詳述するが、所定の方向に配向した液晶分子を有している。

　ここで、図１のＹ方向に隣接する２つの液晶層ＬＣに着目して、本実施形態を説明する。

　図２は、図１に示した液晶光学素子１のＹ方向に沿った断面を示す図である。図２において、左側の液晶層を液晶層ＬＣ１とし、右側の液晶層を液晶層ＬＣ２として、以下説明する。

　配向膜２０は、基板１０上に配置されている。配向膜２０は、配向処理された複数の第１領域Ａ１１及びＡ１２と、これらの第１領域Ａ１１及びＡ１２を囲む第２領域Ａ２と、を有している。第２領域Ａ２は、配向処理されていない領域、あるいは、複数回にわたって配向処理された領域に相当する。第２領域Ａ２の幅は、例えば数μｍから数ｃｍ程度である。後に詳述するが、配向処理は、液晶層ＬＣ１及びＬＣ２に含まれる液晶分子の配向方向を規定する配向規制力を配向膜２０に付与する処理であり、例えば、光照射により配向処理する光配向処理である。このような配向膜２０は、光配向膜と称する場合がある。配向膜２０は、例えばポリイミドによって形成される。

　液晶層ＬＣ１は、第１液晶層に相当し、第１領域Ａ１１の上に形成されている。液晶層ＬＣ２は、第２液晶層に相当し、第１領域Ａ１２の上に形成されている。
　液晶層ＬＣ１およびＬＣ２は、Ｙ方向において離れて位置している。第２領域Ａ２上には、いずれの液晶層も存在せず、第２領域Ａ２においては、配向膜２０が液晶層ＬＣ１及びＬＣ２から露出している。

　液晶層ＬＣ１及びＬＣ２は、ほぼ同等の厚さＤＬＣを有している。一例では、厚さＤＬＣは、１０００ｎｍ～１０μｍであり、望ましくは、２０００ｎｍ～６０００ｎｍである。ここで説明する厚さＤＬＣは、液晶層ＬＣ１及びＬＣ２がそれぞれ単層体である場合の厚さに相当する。なお、液晶層ＬＣ１及びＬＣ２は、複数の層が積層された多層体であってもよい。

　有機膜３０は、透明であり、液晶層ＬＣ１及びＬＣ２をそれぞれ覆うとともに、液晶層ＬＣ１及びＬＣ２の周囲で配向膜２０を覆っている。有機膜３０は、例えば液晶層ＬＣ１の上面ＵＳ及び側面ＳＳと接している。第２領域Ａ２においては、有機膜３０は、配向膜２０と接している。有機膜３０の上面３０Ｕは、ほぼ平坦化されている。

　有機膜３０は、例えば、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂などで形成されている。有機膜３０と液晶層ＬＣ１及びＬＣ２との界面での不所望な屈折や反射を抑制する観点で、有機膜３０の屈折率ｎ３０は、液晶層ＬＣ１及びＬＣ２の屈折率ｎＬＣとほぼ同等であることが望ましい。一例では、屈折率ｎ３０と屈折率ｎＬＣとの差分は、０．１以下であることが望ましい。
　また、配向膜２０と有機膜３０との界面、配向膜２０と液晶層ＬＣ１及びＬＣ２との界面、及び、基板１０と配向膜２０との界面での不所望な屈折や反射を抑制する観点で、基板１０、配向膜２０、有機膜３０、液晶層ＬＣ１及びＬＣ２のそれぞれの屈折率は、同等であることが望ましい。

　次に、本実施形態に係る液晶光学素子１の具体的な構成例について説明する。

　（第１構成例）　
　図３は、液晶光学素子１の第１構成例を模式的に示す断面図である。図３は、図２に示した液晶光学素子１の液晶層ＬＣ１を含む断面図に相当する。第１構成例は、液晶層ＬＣ１が反射型の回折格子として機能する例に相当する。

　液晶層ＬＣ１は、複数の液晶構造体ＬＭＳを有している。液晶構造体ＬＭＳは、その一端側に位置する第１液晶分子ＬＭ１と、その他端側に位置する第２液晶分子ＬＭ２と、を有している。第１液晶分子ＬＭ１は配向膜２０に近接し、第２液晶分子ＬＭ２は上面ＵＳに近接している。

　第１液晶分子ＬＭ１の配向方向は、配向膜２０の配向規制力によって規定される。各液晶構造体ＬＭＳは、第１液晶分子ＬＭ１及び第２液晶分子ＬＭ２を含む複数の液晶分子がＺ方向に並んだ連続体としてみなすことができる。このため、第１液晶分子ＬＭ１の配向方向が規定されることにより、第２液晶分子ＬＭ２を含むＺ方向に並んだ複数の液晶分子ＬＭの配向方向は、第１液晶分子ＬＭ１の配向方向に応じて規定される。これにより、各液晶構造体ＬＭＳにおける第１液晶分子ＬＭ１及び第２液晶分子ＬＭ２を含む複数の液晶分子ＬＭは、それぞれＸ－Ｙ平面において所定の方向に配向する。

　本実施形態の液晶層ＬＣ１は、第１液晶分子ＬＭ１及び第２液晶分子ＬＭ２を含む液晶分子ＬＭの配向方向が固定された状態で硬化している。つまり、液晶分子ＬＭの配向方向は、電界に応じて制御されるものではない。このため、液晶光学素子１は、配向制御のための電極を備えていない。このような液晶層ＬＣ１は、例えば、モノマーに光などのエネルギーを与えて重合させることで形成される。

　図３に示す構成例１では、液晶層ＬＣ１は、液晶構造体ＬＭＳとしてコレステリック液晶を有している。なお、図３では、図面の簡略化のため、１つの液晶分子ＬＭは、Ｘ－Ｙ平面内に位置する複数の液晶分子のうち、平均的配向方向を向いている液晶分子を代表して示している。配向膜２０に沿って並んだ複数の第１液晶分子ＬＭ１の配向方向は、Ｙ方向に沿って連続的に変化している。

　１つの液晶構造体ＬＭＳに着目すると、複数の液晶分子ＬＭは、旋回しながらＺ方向に沿って螺旋状に積み重ねられている。第１液晶分子ＬＭ１の配向方向、及び、第２液晶分子ＬＭ２の配向方向は、ほぼ一致している。液晶構造体ＬＭＳは、螺旋ピッチＰを有している。螺旋ピッチＰは、螺旋の１周期（３６０度）を示す。

　液晶層ＬＣ１は、一点鎖線で示すような複数の反射面ＲＳを有している。一例では、複数の反射面ＲＳは、互いに略平行である。反射面ＲＳは、Ｘ－Ｙ平面に対して傾斜角度φで傾斜しており、一定方向に延びる略平面形状を有している。反射面ＲＳは、ブラッグの法則に従って、入射光ＬＴｉのうち一部の光ＬＴｒを選択反射し、他の光ＬＴｔを透過する。反射面ＲＳは、傾斜角度φに応じて光ＬＴｒを反射する。

　ここでの反射面ＲＳは、液晶分子ＬＭの配向方向が揃った面、あるいは、空間位相が揃った面（等位相面）に相当する。なお、反射面ＲＳの形状は、平面形状に限らず、凹状や凸状の曲面形状であってもよく、特に限定されるものではない。

　液晶構造体ＬＭＳであるコレステリック液晶は、選択反射帯域Δλに含まれる所定波長λの光のうち、コレステリック液晶の旋回方向と同じ旋回方向の円偏光を反射する。例えば、コレステリック液晶の旋回方向が右回りの場合、所定波長λの光のうち、右回りの円偏光を反射し、左回りの円偏光を透過する。同様に、コレステリック液晶の旋回方向が左回りの場合、所定波長λの光のうち、左回りの円偏光を反射し、右回りの円偏光を透過する。

　コレステリック液晶の螺旋ピッチをＰ、液晶分子の異常光に対する屈折率をｎｅ、液晶分子の常光に対する屈折率をｎｏと記載すると、一般的に、垂直入射した光に対するコレステリック液晶の選択反射帯域Δλは、「ｎｏ＊Ｐ～ｎｅ＊Ｐ」で示される。なお、詳細には、コレステリック液晶の選択反射帯域Δλは、「ｎｏ＊Ｐ～ｎｅ＊Ｐ」の範囲に対して、反射面ＲＳの傾斜角度φや、入射角θｉなどに応じて変化する。

　なお、液晶層ＬＣ１は、単層体であってもよいし多層体であってもよい。液晶層ＬＣ１が多層体の場合、螺旋ピッチが異なる液晶層が積層されてもよいし、螺旋の旋回方向が互いに逆となる液晶層が積層されてもよい。また、液晶層ＬＣ１が単層体の場合、螺旋ピッチが連続的に変化する液晶層であってもよい。

　（第２構成例）　
　図４は、液晶光学素子１の第２構成例を模式的に示す断面図である。図４は、図２に示した液晶光学素子１の液晶層ＬＣ１を含む断面図に相当する。第２構成例は、液晶層ＬＣ１が透過型の回折格子として機能する例に相当する。

　液晶層ＬＣ１は、配向方向が揃ったネマティック液晶を有している。基板１０に沿って並んだ複数の第１液晶分子ＬＭ１の配向方向は、Ｙ方向に沿って連続的に変化している。
　なお、液晶層ＬＣ１が上記したような多層体の場合、一部がツイスト配向したネマティック液晶であってもよい。

　液晶層ＬＣ１の屈折率異方性あるいは複屈折性をΔｎ（液晶分子の異常光に対する屈折率ｎｅと常光に対する屈折率ｎｏとの差分）とし、液晶層ＬＣ１の厚さをＤＬＣとし、回折光の波長をλとしたときに、液晶層ＬＣ１のリタデーションΔｎ・ＤＬＣは、λ／２とすることが望ましい。

　１つの液晶構造体ＬＭＳに着目すると、第１液晶分子ＬＭ１の配向方向、及び、第２液晶分子ＬＭ２の配向方向は、ほぼ一致している。また、第１液晶分子ＬＭ１と第２液晶分子ＬＭ２との間の他の液晶分子ＬＭの配向方向も、第１液晶分子ＬＭ１の配向方向とほぼ一致している。

　このような液晶光学素子１に対しては、液晶層ＬＣ１の側から光が入射する場合もあり得るし、基板１０の側から光が入射する場合もあり得る。ここでは、液晶層ＬＣ１の側から光が入射する場合について説明する。入射光ＬＴｉは、液晶光学素子１を透過した後に、０次回折光ＬＴ０及び１次回折光ＬＴ１に分割される。０次回折光ＬＴ０の回折角θｄ０は、入射光ＬＴｉの入射角θｉと同等である。１次回折光ＬＴ１の回折角θｄ１は、入射角θｉとは異なる。

　図３及び図４では、液晶層ＬＣ１について述べたが、液晶層ＬＣ２も液晶層ＬＣ１と同様に構成されており、液晶層ＬＣ１と同様の回折格子として機能する。

　図５は、液晶層ＬＣにおける配向パターンの一例を模式的に示す平面図である。図５には、第１領域Ａ１に重畳する液晶層ＬＣの各液晶構造体に含まれる液晶分子のうち、第１液晶分子ＬＭ１の配向方向が示されている。第２領域Ａ２に重畳する液晶層は存在しない。
　Ｙ方向に沿って並んだ第１液晶分子ＬＭ１の配向方向は、互いに異なる。つまり、Ｘ－Ｙ平面における空間位相は、Ｙ方向に沿って異なる。例えば、第１液晶分子ＬＭ１の各々の配向方向は、Ｙ方向に沿って、すなわち、図の左から右に向かって、一定角度ずつ変化している。ここでは、第１液晶分子ＬＭ１の配向方向の変化量は、Ｙ方向に沿って一定であるが、徐々に増大したり、徐々に減少したりしてもよい。

　一方、Ｘ方向に沿って並んだ第１液晶分子ＬＭ１の配向方向は略一致する。つまり、Ｘ－Ｙ平面における空間位相は、Ｘ方向において略一致する。

　次に、液晶光学素子１の製造方法の一例について説明する。

　図６及び図７は、図１に示した液晶光学素子１の製造方法の一例を説明するための図である。
　まず、図６の上段に示すステップ１（Ｓ１）では、洗浄した基板１０の第１主面Ｆ１に配向膜２０を形成する。配向膜２０は、例えば、ポリイミドによって形成される。

　続いて、図６の中段に示すステップ２（Ｓ２）では、配向膜２０に配向処理を行う。ここでの配向処理とは、後に詳述するが、第１円偏光の紫外線及び第１円偏光とは逆回りの第２円偏光の紫外線を用いた二光束の干渉露光による処理である。

　なお、配向膜の種類によっては、紫外線ではなく、第１波長帯の光線を用いる場合もある。

　１回の配向処理で露光可能な面積よりも大きな面積を有する液晶光学素子１を製造する場合、配向膜２０を複数の領域に分割して、各領域を順次配向処理する。このようにして１回の露光によって配向処理された領域は、第１領域Ａ１１及びＡ１２に相当する。第１領域Ａ１１及びＡ１２の各々の配向処理方向は、図５に示した第１液晶分子ＬＭ１の配向パターンを形成するように設定されている。第１領域Ａ１１及びＡ１２の周囲の配向処理されない領域（未露光の領域）あるいは複数の第１領域を形成する際に複数回配向処理された領域（多重露光の領域）は、第２領域Ａ２に相当する。
　なお、配向膜にポリイミドを用いる場合、ポリイミドのイミド化は、配向処理の前後のどちらで行ってもよい。

　続いて、図６の下段に示すステップ３（Ｓ３）では、配向膜２０の上に液晶モノマーを含む液晶材料Ｍを塗布して、膜状に形成する。液晶材料Ｍは、例えば、コレステリック液晶を形成するための液晶モノマーを溶媒に溶かしたものである。液晶材料Ｍが配向膜２０に接するため、溶媒は、液晶モノマーを可溶とし、配向膜２０を不溶とする性質を有している。液晶材料Ｍは、配向処理された第１領域Ａ１１及びＡ１２、および第２領域Ａ２を覆うようにして配向膜２０の表面全体に塗布する。その後、液晶材料Ｍを塗布した基板１０をチャンバーに設置し、チャンバー内を減圧することで、液晶材料Ｍに含まれる溶媒を乾燥する。

　その後、液晶材料Ｍをベークする。これにより、液晶材料Ｍに含まれる液晶分子のうち、第１領域Ａ１１及びＡ１２に重なる液晶分子は、配向膜２０の配向処理方向に応じて所定の方向に配向する。また、第２領域Ａ２に重なる液晶分子は、所望の方向に配向しにくく、配向欠陥を形成し得る。

　このとき、液晶材料Ｍは未硬化の状態で膜状に形成されている。

　続いて、図７の上段に示すステップ４（Ｓ４）では、液晶材料Ｍに対して部分的に紫外線ＵＶを照射して液晶材料Ｍを硬化する。この工程では、まず、複数の第１領域Ａ１１及びＡ１２に対応した開口ＡＰを有するマスクＭＫを用意する。そして、開口ＡＰと第１領域Ａ１１及びＡ１２とが重なるようにマスクＭＫの位置合せを行う。マスクＭＫは、液晶材料Ｍに接していてもよいし、液晶材料Ｍから離間していてもよい。そして、マスクＭＫを介して紫外線ＵＶを照射する。開口ＡＰを透過した紫外線ＵＶは、第１領域Ａ１１及びＡ１２に重なる未硬化の液晶モノマーに照射される。これにより、液晶モノマーがポリマー化され、液晶材料Ｍを硬化させ、液晶層ＬＣ１及びＬＣ２を得る。マスクＭＫの遮光部ＬＳは、第２領域Ａ２に重なっている。このため、マスクＭＫに照射された紫外線ＵＶは、遮光部ＬＳで遮光され、第２領域Ａ２に重なる未硬化の液晶モノマーに照射されない。このため、第２領域Ａ２に重なる液晶材料Ｍは、依然として未硬化の状態である。

　続いて、図７の中段に示すステップ５（Ｓ５）では、液晶材料Ｍの現像処理を行う。これにより、液晶層ＬＣ１及びＬＣ２の周囲で未硬化の状態の液晶材料Ｍが現像液で除去される。液晶材料Ｍが除去されることにより、配向膜２０の第２領域Ａ２が露出する。現像液は、アセトン、シクロヘキサノンなどの有機溶媒を用いる。現像処理の後、液晶層ＬＣ１及びＬＣ２を乾燥させる。

　続いて、図７の下段に示すステップ６（Ｓ６）では、液晶層ＬＣ１及びＬＣ２の各々を覆う有機膜３０を形成する。また、有機膜３０は、液晶層ＬＣ１及びＬＣ２の各々の周辺で配向膜２０の第２領域Ａ２を覆っている。有機膜３０を形成するための材料は、配向膜２０、液晶層ＬＣ１及びＬＣ２を不溶とするものであり、熱硬化性樹脂であってもよいし、紫外線硬化性樹脂であってもよい。このような有機膜３０は、未硬化の溶液を塗布した後に、加熱または光照射することで形成される。有機膜３０は、上面３０Ｕがほぼ平坦になるような厚さに形成されている。また有機膜３０は、少なくとも液晶層ＬＣがない箇所が覆われていればよく、その場合は、液晶層ＬＣの厚みと同等の厚みになるように塗布する。

　このような実施形態によれば、第１領域Ａ１１及びＡ１２などに重なる複数の液晶層ＬＣの各々は、所定の配向パターンを形成した液晶分子を含み、回折格子として機能する。このように、同一基板上に回折格子として機能する複数の液晶層ＬＣが配置されることにより、液晶光学素子１の大面積化が可能となる。
　また、第２領域Ａ２に重なる液晶層ＬＣが存在しないため、液晶分子の配向乱れによる液晶層ＬＣの不所望な散乱および液晶光学素子１の白濁化が抑制される。したがって、液晶光学素子１における光の利用効率の低下を抑制することができる。

　図８は、円偏光二光束干渉露光による配向処理を説明するための図である。
　レーザー光源からのビームを平行光束に拡大し、この光束を偏光ビームスプリッタで二つの光束に分割した後、それぞれ波長板を透過した際に、右回りの第１円偏光６１及び左回りの第２円偏光６２に変換される。これらの第１円偏光６１及び第２円偏光６２は、配向膜２０の表面で干渉する。配向膜２０上で第１円偏光６１及び第２円偏光６２が干渉した領域６３には、空間的に変化する偏光パターンが配向処理方向ＡＤとして記録される。領域６３には、配向処理方向ＡＤに沿った配向規制力が付与される。液晶層ＬＣの第１液晶分子ＬＭ１は、配向処理方向ＡＤに沿って配向する。

　　（適用例）
　図９は、液晶光学素子１の適用例を説明するための図である。図９に示す適用例は、液晶光学素子１が導光素子である例に相当する。液晶光学素子１は、基板１０と、配向膜２０と、液晶層ＬＣ１及びＬＣ２と、有機膜３０と、を備えている。液晶層ＬＣ１及びＬＣ２は、それぞれ図３を参照して説明した反射型の回折格子として機能する。

　次に、液晶光学素子１の光学作用について説明する。
　液晶光学素子１に入射する光ＬＴｉは、例えば、可視光、紫外線、及び、赤外線を含んでいる。
　図９に示す例では、理解を容易にするために、光ＬＴｉは、基板１０に対して略垂直に入射するものとする。なお、光ＬＴｉの入射角度は、特に限定されない。例えば、互いに異なる複数の入射角度をもって液晶光学素子１に光ＬＴｉが入射してもよい。

　光ＬＴｉは、上面３０Ｕから有機膜３０の内部に進入し、液晶層ＬＣ１に入射する。液晶層ＬＣ１は、反射面ＲＳにおいて、光ＬＴｉのうち、一部の波長の光を有機膜３０に向けて反射し、他の波長の光ＬＴｔを透過する。液晶層ＬＣ１を透過した光ＬＴｔは、配向膜２０及び基板１０を透過する。

　液晶層ＬＣ１は、特定の波長を、有機膜３０における光導波条件を満足する進入角θで、有機膜３０に向けて反射する。ここでの進入角θとは、有機膜３０と空気との界面で全反射を起こす臨界角θｃ以上の角度に相当する。進入角θは、有機膜３０に直交する垂線に対する角度を示す。

　基板１０、配向膜２０、液晶層ＬＣ１及びＬＣ２、及び、有機膜３０が同等の屈折率を有している場合、これらの積層体が単体の光導波体となり得る。この場合、反射面ＲＳで反射された光ＬＴｒは、基板１０と空気との界面、及び、有機膜３０と空気との界面において、反射を繰り返しながら、側面Ｆ３に向けて導光される。

　以上説明したように、本実施形態によれば、大面積化が可能な液晶光学素子を提供することができる。

　なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として例示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…液晶光学素子、１０…基板、２０…配向膜、３０…有機膜、ＬＣ…液晶層、
ＬＣ１…第１液晶層、ＬＣ２…第２液晶層、Ａ１…第１領域、Ａ２…第２領域

Claims (9)

1. 　基板と、
   　前記基板上に配置された配向膜と、
   　前記配向膜上に配置された第１液晶層と、
   　前記配向膜上に配置され、前記第１液晶層から離間した第２液晶層と、
   　前記第１液晶層及び前記第２液晶層をそれぞれ覆うとともに、前記第１液晶層及び前記第２液晶層の周囲で前記配向膜を覆う有機膜と、を備え、
   　前記第１液晶層及び前記第２液晶層の各々は、複数の液晶分子を含み、前記液晶分子の配向方向が固定された状態で硬化している、液晶光学素子。
2. 　前記配向膜は、配向処理された複数の第１領域と、前記複数の第１領域をそれぞれ囲む第２領域と、を有し、
   　前記第１液晶層及び前記第２液晶層の各々は、前記第１領域上に形成され、
   　前記第２領域は、前記有機膜に接している、請求項１に記載の液晶光学素子。
3. 　前記第１液晶層及び前記第２液晶層の各々は、コレステリック液晶を有している、請求項１に記載の液晶光学素子。
4. 　前記第１液晶層及び前記第２液晶層の各々は、ネマスティック液晶を有している、請求項１に記載の液晶光学素子。
5. 　前記有機膜の屈折率は、前記第１液晶層及び前記第２液晶層の屈折率と同等である、請求項１に記載の液晶光学素子。
6. 　基板上に配向膜を形成し、
   　前記配向膜に配向処理した複数の第１領域を形成し、
   　前記配向膜上に液晶性モノマーを含む液晶材料を膜状に形成し、
   　前記複数の第１領域の各々に重なる前記液晶材料を硬化して液晶層を形成し、
   　前記液晶層の各々の周囲で未硬化の液晶材料を除去し、
   　前記液晶層の各々を覆うとともに、前記液晶層の各々の周囲で前記配向膜を覆う有機膜を形成する、液晶光学素子の製造方法。
7. 　前記液晶材料の硬化は、前記第１領域に対応した開口を有するマスクを使って紫外線を照射する、請求項６に記載の製造方法。
8. 　前記配向処理する工程は、前記配向膜を複数の領域に分割して、各領域を順次配向処理する、請求項６に記載の液晶光学素子の製造方法。
9. 　前記有機膜は、前記液晶層の屈折率と同等の屈折率を有する材料によって形成する、請求項６に記載の液晶光学素子の製造方法。

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