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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022149710
(43)【公開日】2022-10-07
(54)【発明の名称】液晶素子
(51)【国際特許分類】
G02B 5/30 20060101AFI20220929BHJP
G02B 5/26 20060101ALI20220929BHJP
【ＦＩ】
G02B5/30
G02B5/26
【審査請求】未請求
【請求項の数】12
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021051981
(22)【出願日】2021-03-25
(71)【出願人】
【識別番号】502356528
【氏名又は名称】株式会社ジャパンディスプレイ
(74)【代理人】
【識別番号】110001737
【氏名又は名称】特許業務法人スズエ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】井桁 幸一
【テーマコード（参考）】
2H148
2H149
【Ｆターム（参考）】
2H148FA04
2H148FA13
2H148FA21
2H149AA00
2H149AB01
2H149BA05
2H149BA22
2H149FA27W
(57)【要約】
【課題】特定波長の光を取り出す液晶素子を提供することにある。
【解決手段】本実施形態の液晶素子は、第１内面及び第１外面を有する第１透明基板と、前記第１内面に配置された第１配向膜と、前記第１透明基板と対向し、第２内面及び第２外面を有する第２透明基板と、前記第２内面に配置された第２配向膜と、前記第１配向膜と前記第２配向膜との間に位置し、複数の液晶分子の配向方向が固定された状態で硬化した第１液晶層と、を備え、前記第１液晶層は、第１コレステリック液晶を含み、前記第１外面を透過した入射光のうち、第１波長の第１円偏光を反射する反射面を有し、前記第１コレステリック液晶の第１螺旋軸は、前記第１液晶層の全域に亘り、一様な方向に傾斜し、前記第１外面及び前記第２外面は、前記第１液晶層で反射された前記第１円偏光を全反射する界面を形成している。
【選択図】図３
【解決手段】本実施形態の液晶素子は、第１内面及び第１外面を有する第１透明基板と、前記第１内面に配置された第１配向膜と、前記第１透明基板と対向し、第２内面及び第２外面を有する第２透明基板と、前記第２内面に配置された第２配向膜と、前記第１配向膜と前記第２配向膜との間に位置し、複数の液晶分子の配向方向が固定された状態で硬化した第１液晶層と、を備え、前記第１液晶層は、第１コレステリック液晶を含み、前記第１外面を透過した入射光のうち、第１波長の第１円偏光を反射する反射面を有し、前記第１コレステリック液晶の第１螺旋軸は、前記第１液晶層の全域に亘り、一様な方向に傾斜し、前記第１外面及び前記第２外面は、前記第１液晶層で反射された前記第１円偏光を全反射する界面を形成している。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１内面及び第１外面を有する第１透明基板と、
前記第１内面に配置された第１配向膜と、
前記第１透明基板と対向し、第２内面及び第２外面を有する第２透明基板と、
前記第２内面に配置された第２配向膜と、
前記第１配向膜と前記第２配向膜との間に位置し、複数の液晶分子の配向方向が固定された状態で硬化した第１液晶層と、を備え、
前記第１液晶層は、第１コレステリック液晶を含み、前記第１外面を透過した入射光のうち、第１波長の第１円偏光を反射する反射面を有し、
前記第１コレステリック液晶の第１螺旋軸は、前記第１液晶層の全域に亘り、一様な方向に傾斜し、
前記第１外面及び前記第２外面は、前記第１液晶層で反射された前記第１円偏光を全反射する界面を形成している、液晶素子。
前記第１内面に配置された第１配向膜と、
前記第１透明基板と対向し、第２内面及び第２外面を有する第２透明基板と、
前記第２内面に配置された第２配向膜と、
前記第１配向膜と前記第２配向膜との間に位置し、複数の液晶分子の配向方向が固定された状態で硬化した第１液晶層と、を備え、
前記第１液晶層は、第１コレステリック液晶を含み、前記第１外面を透過した入射光のうち、第１波長の第１円偏光を反射する反射面を有し、
前記第１コレステリック液晶の第１螺旋軸は、前記第１液晶層の全域に亘り、一様な方向に傾斜し、
前記第１外面及び前記第２外面は、前記第１液晶層で反射された前記第１円偏光を全反射する界面を形成している、液晶素子。
【請求項2】
前記第２配向膜と前記第１液晶層ＬＣとの境界に対する前記第１螺旋軸の傾斜角は、６９°より小さい、請求項１に記載の液晶素子。
【請求項3】
さらに、
前記第２透明基板と対向し、第３内面及び第３外面を有する第３透明基板と、
前記第３内面に配置された第３配向膜と、
前記第３透明基板と対向し、第４内面及び第４外面を有する第４透明基板と、
前記第４内面に配置された第４配向膜と、
前記第３配向膜と前記第４配向膜との間に位置し、複数の液晶分子の配向方向が固定された状態で硬化した第２液晶層と、を備え、
前記第２液晶層は、第２コレステリック液晶を含み、前記第１円偏光とは異なる第２円偏光を反射する反射面を有し、
前記第２コレステリック液晶の第２螺旋軸は、前記第２液晶層の全域に亘り、一様な方向に傾斜し、
前記第３外面及び前記第４外面は、前記第２液晶層で反射された前記第２円偏光を全反射する界面を形成している、請求項１に記載の液晶素子。
前記第２透明基板と対向し、第３内面及び第３外面を有する第３透明基板と、
前記第３内面に配置された第３配向膜と、
前記第３透明基板と対向し、第４内面及び第４外面を有する第４透明基板と、
前記第４内面に配置された第４配向膜と、
前記第３配向膜と前記第４配向膜との間に位置し、複数の液晶分子の配向方向が固定された状態で硬化した第２液晶層と、を備え、
前記第２液晶層は、第２コレステリック液晶を含み、前記第１円偏光とは異なる第２円偏光を反射する反射面を有し、
前記第２コレステリック液晶の第２螺旋軸は、前記第２液晶層の全域に亘り、一様な方向に傾斜し、
前記第３外面及び前記第４外面は、前記第２液晶層で反射された前記第２円偏光を全反射する界面を形成している、請求項１に記載の液晶素子。
【請求項4】
前記第４配向膜と前記第２液晶層との境界に対する前記第２螺旋軸の傾斜角は、前記第２配向膜と前記第１液晶層との境界に対する前記第１螺旋軸の傾斜角と同等であり、且つ、６９°より小さい、請求項３に記載の液晶素子。
【請求項5】
前記第２コレステリック液晶の旋回方向は、前記第１コレステリック液晶の旋回方向とは逆回りであり、
前記第２コレステリック液晶の螺旋ピッチは、前記第１コレステリック液晶の螺旋ピッチと同等であり、
前記第２円偏光は、前記第１波長の光のうち、前記第１円偏光とは逆回りの円偏光である、請求項３に記載の液晶素子。
前記第２コレステリック液晶の螺旋ピッチは、前記第１コレステリック液晶の螺旋ピッチと同等であり、
前記第２円偏光は、前記第１波長の光のうち、前記第１円偏光とは逆回りの円偏光である、請求項３に記載の液晶素子。
【請求項6】
前記第２コレステリック液晶の螺旋ピッチは、前記第１コレステリック液晶の螺旋ピッチとは異なり、
前記第２円偏光は、前記第１波長とは異なる第２波長の円偏光である、請求項３に記載の液晶素子。
前記第２円偏光は、前記第１波長とは異なる第２波長の円偏光である、請求項３に記載の液晶素子。
【請求項7】
第１内面及び第１外面を有する第１透明基板と、
第２内面及び第２外面を有する第２透明基板と、
前記第１透明基板と前記第２透明基板との間に位置し、複数の液晶分子の配向方向が固定された状態で硬化した第１液晶層と、
前記第１液晶層と前記第２透明基板との間に位置し、複数の液晶分子の配向方向が固定された状態で硬化した第２液晶層と、を備え、
前記第１液晶層は、第１コレステリック液晶を含み、前記第１外面を透過した入射光のうち、第１波長の第１円偏光を反射する反射面を有し、
前記第１コレステリック液晶の第１螺旋軸は、前記第１液晶層の全域に亘り、一様な方向に傾斜し、
前記第２液晶層は、第２コレステリック液晶を含み、前記第１円偏光とは異なる第２円偏光を反射する反射面を有し、
前記第２コレステリック液晶の第２螺旋軸は、前記第２液晶層の全域に亘り、一様な方向に傾斜し、
前記第１外面及び前記第２外面は、前記第１液晶層で反射された前記第１円偏光、及び、前記第２液晶層で反射された前記第２円偏光をそれぞれ全反射する界面を形成している、液晶素子。
第２内面及び第２外面を有する第２透明基板と、
前記第１透明基板と前記第２透明基板との間に位置し、複数の液晶分子の配向方向が固定された状態で硬化した第１液晶層と、
前記第１液晶層と前記第２透明基板との間に位置し、複数の液晶分子の配向方向が固定された状態で硬化した第２液晶層と、を備え、
前記第１液晶層は、第１コレステリック液晶を含み、前記第１外面を透過した入射光のうち、第１波長の第１円偏光を反射する反射面を有し、
前記第１コレステリック液晶の第１螺旋軸は、前記第１液晶層の全域に亘り、一様な方向に傾斜し、
前記第２液晶層は、第２コレステリック液晶を含み、前記第１円偏光とは異なる第２円偏光を反射する反射面を有し、
前記第２コレステリック液晶の第２螺旋軸は、前記第２液晶層の全域に亘り、一様な方向に傾斜し、
前記第１外面及び前記第２外面は、前記第１液晶層で反射された前記第１円偏光、及び、前記第２液晶層で反射された前記第２円偏光をそれぞれ全反射する界面を形成している、液晶素子。
【請求項8】
さらに、
前記第１透明基板と対向し、第３内面及び第３外面を有する第３透明基板と、
前記第２透明基板と対向し、第４内面及び第４外面を有する第４透明基板と、
前記第３外面及び前記第４外面に接する接着層と、を備え、
前記第１液晶層は、前記第１透明基板と前記第３透明基板とに間に位置し、
前記第２液晶層は、前記第２透明基板と前記第４透明基板とに間に位置している、請求項７に記載の液晶素子。
前記第１透明基板と対向し、第３内面及び第３外面を有する第３透明基板と、
前記第２透明基板と対向し、第４内面及び第４外面を有する第４透明基板と、
前記第３外面及び前記第４外面に接する接着層と、を備え、
前記第１液晶層は、前記第１透明基板と前記第３透明基板とに間に位置し、
前記第２液晶層は、前記第２透明基板と前記第４透明基板とに間に位置している、請求項７に記載の液晶素子。
【請求項9】
さらに、
前記第１内面に配置され、前記第１液晶層に接する第１配向膜と、
前記第２内面に配置され、前記第２液晶層に接する第２配向膜と、
前記第３内面に配置され、前記第１液晶層に接する第３配向膜と、
前記第４内面に配置され、前記第２液晶層に接する第４配向膜と、を備えている、請求項８に記載の液晶素子。
前記第１内面に配置され、前記第１液晶層に接する第１配向膜と、
前記第２内面に配置され、前記第２液晶層に接する第２配向膜と、
前記第３内面に配置され、前記第１液晶層に接する第３配向膜と、
前記第４内面に配置され、前記第２液晶層に接する第４配向膜と、を備えている、請求項８に記載の液晶素子。
【請求項10】
さらに、
前記第１液晶層と前記第２液晶層との間に位置し、第３内面及び第３外面を有する第３透明基板と、
前記第１内面及び前記第１液晶層に接する第１接着層と、
前記第３外面及び前記第２液晶層に接する第２接着層と、を備えている、請求項７に記載の液晶素子。
前記第１液晶層と前記第２液晶層との間に位置し、第３内面及び第３外面を有する第３透明基板と、
前記第１内面及び前記第１液晶層に接する第１接着層と、
前記第３外面及び前記第２液晶層に接する第２接着層と、を備えている、請求項７に記載の液晶素子。
【請求項11】
さらに、
前記第３内面に配置され、前記第１液晶層に接する第１配向膜と、
前記第２内面に配置され、前記第２液晶層に接する第２配向膜と、を備えている、請求項１０に記載の液晶素子。
前記第３内面に配置され、前記第１液晶層に接する第１配向膜と、
前記第２内面に配置され、前記第２液晶層に接する第２配向膜と、を備えている、請求項１０に記載の液晶素子。
【請求項12】
さらに、
前記第１内面に配置され、前記第１液晶層に接する第１配向膜と、
前記第２内面に配置され、前記第２液晶層に接する第２配向膜と、
前記第１液晶層及び前記第２液晶層に接する接着層と、を備えている、請求項７に記載の液晶素子。
前記第１内面に配置され、前記第１液晶層に接する第１配向膜と、
前記第２内面に配置され、前記第２液晶層に接する第２配向膜と、
前記第１液晶層及び前記第２液晶層に接する接着層と、を備えている、請求項７に記載の液晶素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、液晶素子に関する。
【背景技術】
【0002】
近年では、コレステリック液晶を用いた各種液晶素子が検討されている。コレステリック液晶は、螺旋ピッチに応じて特定波長の光を反射する性質を有している。一例では、コレステリック液晶の螺旋軸が基板面に垂直な領域、螺旋軸が基板面に平行な領域、及び、螺旋軸が基板面に対して傾斜した領域を有する反射板が提案されている。また、他の例では、液晶層に印加する電圧を制御することで特定波長の光を選択反射する表示装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２００３－２１５３４２号公報
【特許文献2】特開２０１２－１９８３５１号公報
【特許文献3】特開２０１３－５４０７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本実施形態の目的は、特定波長の光を取り出す液晶素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本実施形態の液晶素子は、
第１内面及び第１外面を有する第１透明基板と、前記第１内面に配置された第１配向膜と、前記第１透明基板と対向し、第２内面及び第２外面を有する第２透明基板と、前記第２内面に配置された第２配向膜と、前記第１配向膜と前記第２配向膜との間に位置し、複数の液晶分子の配向方向が固定された状態で硬化した第１液晶層と、を備え、前記第１液晶層は、第１コレステリック液晶を含み、前記第１外面を透過した入射光のうち、第１波長の第１円偏光を反射する反射面を有し、前記第１コレステリック液晶の第１螺旋軸は、前記第１液晶層の全域に亘り、一様な方向に傾斜し、前記第１外面及び前記第２外面は、前記第１液晶層で反射された前記第１円偏光を全反射する界面を形成している。
第１内面及び第１外面を有する第１透明基板と、前記第１内面に配置された第１配向膜と、前記第１透明基板と対向し、第２内面及び第２外面を有する第２透明基板と、前記第２内面に配置された第２配向膜と、前記第１配向膜と前記第２配向膜との間に位置し、複数の液晶分子の配向方向が固定された状態で硬化した第１液晶層と、を備え、前記第１液晶層は、第１コレステリック液晶を含み、前記第１外面を透過した入射光のうち、第１波長の第１円偏光を反射する反射面を有し、前記第１コレステリック液晶の第１螺旋軸は、前記第１液晶層の全域に亘り、一様な方向に傾斜し、前記第１外面及び前記第２外面は、前記第１液晶層で反射された前記第１円偏光を全反射する界面を形成している。
【0006】
本実施形態の液晶素子は、
第１内面及び第１外面を有する第１透明基板と、第２内面及び第２外面を有する第２透明基板と、前記第１透明基板と前記第２透明基板との間に位置し、複数の液晶分子の配向方向が固定された状態で硬化した第１液晶層と、前記第１液晶層と前記第２透明基板との間に位置し、複数の液晶分子の配向方向が固定された状態で硬化した第２液晶層と、を備え、前記第１液晶層は、第１コレステリック液晶を含み、前記第１外面を透過した入射光のうち、第１波長の第１円偏光を反射する反射面を有し、前記第１コレステリック液晶の第１螺旋軸は、前記第１液晶層の全域に亘り、一様な方向に傾斜し、前記第２液晶層は、第２コレステリック液晶を含み、前記第１円偏光とは異なる第２円偏光を反射する反射面を有し、前記第２コレステリック液晶の第２螺旋軸は、前記第２液晶層の全域に亘り、一様な方向に傾斜し、前記第１外面及び前記第２外面は、前記第１液晶層で反射された前記第１円偏光、及び、前記第２液晶層で反射された前記第２円偏光をそれぞれ全反射する界面を形成している。
第１内面及び第１外面を有する第１透明基板と、第２内面及び第２外面を有する第２透明基板と、前記第１透明基板と前記第２透明基板との間に位置し、複数の液晶分子の配向方向が固定された状態で硬化した第１液晶層と、前記第１液晶層と前記第２透明基板との間に位置し、複数の液晶分子の配向方向が固定された状態で硬化した第２液晶層と、を備え、前記第１液晶層は、第１コレステリック液晶を含み、前記第１外面を透過した入射光のうち、第１波長の第１円偏光を反射する反射面を有し、前記第１コレステリック液晶の第１螺旋軸は、前記第１液晶層の全域に亘り、一様な方向に傾斜し、前記第２液晶層は、第２コレステリック液晶を含み、前記第１円偏光とは異なる第２円偏光を反射する反射面を有し、前記第２コレステリック液晶の第２螺旋軸は、前記第２液晶層の全域に亘り、一様な方向に傾斜し、前記第１外面及び前記第２外面は、前記第１液晶層で反射された前記第１円偏光、及び、前記第２液晶層で反射された前記第２円偏光をそれぞれ全反射する界面を形成している。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【発明を実施するための形態】
【0008】
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。
【0009】
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平面と称する。Ｘ－Ｙ平面を見ることを平面視という。第１方向Ｘ及び第２方向Ｙは、例えば液晶素子１００に含まれる基板に平行な方向に相当し、また、第３方向Ｚは、液晶素子１００の厚さ方向に相当する。
【0010】
図１は、本実施形態に係る液晶素子１００の一例を示す断面図である。
液晶素子１００は、第１透明基板１１と、第１配向膜ＡＬ１１と、第１液晶層ＬＣ１と、第２配向膜ＡＬ１２と、第２透明基板１２と、を備えている。第１透明基板１１は、第３方向Ｚにおいて第２透明基板１２と対向している。第１液晶層ＬＣ１は、第１透明基板１１と第２透明基板１２との間に位置している。
液晶素子１００は、第１透明基板１１と、第１配向膜ＡＬ１１と、第１液晶層ＬＣ１と、第２配向膜ＡＬ１２と、第２透明基板１２と、を備えている。第１透明基板１１は、第３方向Ｚにおいて第２透明基板１２と対向している。第１液晶層ＬＣ１は、第１透明基板１１と第２透明基板１２との間に位置している。
【0011】
第１透明基板１１及び第２透明基板１２は、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。第１透明基板１１は、第１内面１１Ａと、第１内面１１Ａの反対側の第１外面１１Ｂと、を有している。第２透明基板１２は、第２内面１２Ａと、第２内面１２Ａの反対側の第２外面１２Ｂと、を有している。第１内面１１Ａ及び第１外面１１Ｂ、及び、第２内面１２Ａ及び第２外面１２Ｂは、Ｘ－Ｙ平面に平行な面である。
【0012】
第１外面１１Ｂは、第１透明基板１１の屈折率より小さい屈折率を有する低屈折率媒体に接している。同様に、第２外面１２Ｂは、第２透明基板１２の屈折率より小さい屈折率を有する低屈折率媒体に接している。低屈折率媒体は、例えば空気である。このような第１外面１１Ｂ及び第２外面１２Ｂは、後述するが、第１液晶層ＬＣ１で反射された反射光Ｌｒを全反射する界面を形成している。
【0013】
第１配向膜ＡＬ１１は、第１内面１１Ａに配置されている。第２配向膜ＡＬ１２は、第２内面１２Ａに配置されている。第１配向膜ＡＬ１１は、第３方向Ｚにおいて第２配向膜ＡＬ１２と対向している。第１配向膜ＡＬ１１及び第２配向膜ＡＬ１２は、例えば、ポリイミドによって形成され、いずれもＸ－Ｙ平面に沿った配向規制力を有する水平配向膜である。第１配向膜ＡＬ１１の配向処理方向、及び、第２配向膜ＡＬ１２の配向処理方向は、平行であり、互いに逆向きである。
【0014】
第１液晶層ＬＣ１は、第１配向膜ＡＬ１１と第２配向膜ＡＬ１２との間に位置し、第１配向膜ＡＬ１１及び第２配向膜ＡＬ１２に接している。第１液晶層ＬＣ１は、第１コレステリック液晶ＣＬ１を有している。なお、図１では、簡略化のため、第１コレステリック液晶ＣＬ１を構成する液晶分子ＬＭとして、Ｘ－Ｙ平面に平行な同一平面に位置する複数の液晶分子のうちの１つの液晶分子ＬＭを図示しており、この液晶分子ＬＭの配向方向は、同一平面に位置する複数の液晶分子の平均的な配向方向に相当する。
【0015】
第１コレステリック液晶ＣＬ１は、１つの第１螺旋軸ＡＸ１を中心として、複数の液晶分子ＬＭが旋回しながら螺旋状に積み重ねられた構造体とみなすことができる。複数の第１コレステリック液晶ＣＬ１は、第１方向Ｘに配列されるとともに、第２方向Ｙにも配列されている。１つの第１コレステリック液晶ＣＬ１は、その一端側に位置する液晶分子ＬＭ１１と、その他端側に位置する液晶分子ＬＭ１２と、を有している。液晶分子ＬＭ１１は第１配向膜ＡＬ１１に近接し、液晶分子ＬＭ１２は第２配向膜ＡＬ１２に近接している。
【0016】
液晶分子ＬＭ１１は、第１配向膜ＡＬ１１の配向規制力によって所定の方向に配向している。液晶分子ＬＭ１１は、第１液晶層ＬＣ１と第１配向膜ＡＬ１１との境界Ｂ１から時計回りに鋭角のプレチルト角θＰ１を形成するように配向している。
液晶分子ＬＭ１２は、第２配向膜ＡＬ１２の配向規制力によって所定の方向に配向している。液晶分子ＬＭ１２は、第１液晶層ＬＣ１と第２配向膜ＡＬ１２との境界Ｂ２から時計回りに鋭角のプレチルト角θＰ２を形成するように配向している。
プレチルト角θＰ１は、プレチルト角θＰ２と同等である。つまり、液晶分子ＬＭ１１の配向方向、及び、液晶分子ＬＭ１２の配向方向は、ほぼ一致している。一例では、プレチルト角θＰ１及び角θＰ２は、２０°以上であり、後述するように、２１°より大きいことが望ましい。
液晶分子ＬＭ１２は、第２配向膜ＡＬ１２の配向規制力によって所定の方向に配向している。液晶分子ＬＭ１２は、第１液晶層ＬＣ１と第２配向膜ＡＬ１２との境界Ｂ２から時計回りに鋭角のプレチルト角θＰ２を形成するように配向している。
プレチルト角θＰ１は、プレチルト角θＰ２と同等である。つまり、液晶分子ＬＭ１１の配向方向、及び、液晶分子ＬＭ１２の配向方向は、ほぼ一致している。一例では、プレチルト角θＰ１及び角θＰ２は、２０°以上であり、後述するように、２１°より大きいことが望ましい。
【0017】
第１コレステリック液晶ＣＬ１の第１螺旋軸ＡＸ１は、第１液晶層ＬＣ１の法線方向つまり第３方向Ｚに対して傾斜している。複数の第１コレステリック液晶ＣＬ１の各々の第１螺旋軸ＡＸ１は、第１液晶層ＬＣ１の全域にわたり、一様な方向に傾斜している。図１に示す例では、第１螺旋軸ＡＸ１は、境界Ｂ２、第２内面１２Ａ、あるいは、Ｘ－Ｙ平面から反時計回りに鋭角の傾斜角θ１を形成するように傾斜している（あるいは、第１螺旋軸ＡＸ１は、境界Ｂ１あるいは第１内面１１Ａから反時計回りに鋭角の傾斜角θ１を形成するように傾斜しているとみなすこともできる）。第１螺旋軸ＡＸ１の傾斜角θ１は、例えば、６９°より小さい角度に設定されている。
【0018】
第１コレステリック液晶ＣＬ１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（液晶分子ＬＭが３６０度回転するのに要する第１螺旋軸ＡＸ１に沿った層厚）を示す。
【0019】
第１液晶層ＬＣ１は、第１配向膜ＡＬ１１と第２配向膜ＡＬ１２との間に、点線で示すような複数の反射面ＲＳ１を有している。複数の反射面ＲＳ１は、互いに略平行である。反射面ＲＳ１は、ブラッグの法則に従って、第１外面１１Ｂを透過した入射光Ｌｉを反射光Ｌｒと透過光Ｌｔとに分割する。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。
【0020】
図１に示すＸ－Ｚ断面においては、反射面ＲＳ１は、境界Ｂ１及びＢ２、第１内面１１Ａ、第２内面１２Ａ、あるいは、Ｘ－Ｙ平面に対して傾斜している。反射面ＲＳ１は、第１螺旋軸ＡＸ１に対してほぼ直交している。
【0021】
第１コレステリック液晶ＣＬ１は、特定波長λの光のうち、第１コレステリック液晶ＣＬ１の旋回方向と同じ旋回方向の円偏光を反射する。例えば、第１コレステリック液晶ＣＬ１の旋回方向が右回りの場合、第１コレステリック液晶ＣＬ１は、特定波長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、第１コレステリック液晶ＣＬ１の旋回方向が左回りの場合、第１コレステリック液晶ＣＬ１は、特定波長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。
図１に示す反射光Ｌｒは第１円偏光Ｃ１であり、透過光Ｌｔは第１円偏光Ｃ１とは逆回りの第２円偏光Ｃ２である。つまり、第１円偏光Ｃ１及び第２円偏光Ｃ２のいずれか一方が左回りの円偏光であり、いずれか他方が右回りの円偏光である。しかも、第１円偏光Ｃ１及び第２円偏光Ｃ２は、同一波長の光である。
図１に示す反射光Ｌｒは第１円偏光Ｃ１であり、透過光Ｌｔは第１円偏光Ｃ１とは逆回りの第２円偏光Ｃ２である。つまり、第１円偏光Ｃ１及び第２円偏光Ｃ２のいずれか一方が左回りの円偏光であり、いずれか他方が右回りの円偏光である。しかも、第１円偏光Ｃ１及び第２円偏光Ｃ２は、同一波長の光である。
【0022】
一般的に、垂直入射した光に対する第１コレステリック液晶ＣＬ１の選択反射帯域Δλは、第１コレステリック液晶ＣＬ１の螺旋ピッチＰ、異常光に対する屈折率ｎｅ、常光に対する屈折率ｎｏに基づいて、「ｎｏ＊Ｐ～ｎｅ＊Ｐ」で示される。このため、反射面ＲＳ１において特定波長λの円偏光を効率よく反射するためには、特定波長λが選択反射波長帯Δλに含まれるように、螺旋ピッチＰ、屈折率ｎｅ及びｎｏが設定される。
【0023】
このような第１液晶層ＬＣ１は、液晶分子ＬＭ１１及び液晶分子ＬＭ１２を含む複数の液晶分子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、液晶素子１００は、配向制御のための電極を備えていない。
【0024】
図２は、第１螺旋軸ＡＸ１の傾斜角θ１を説明するための図である。ここでは、液晶素子１００への入射光Ｌｉが第１外面１１Ｂに対して垂直に入射するものとし、第１外面１１Ｂに接する空気の屈折率を１としたときの液晶素子１００の全体の平均的な屈折率が１．５であるものとして説明する。
【0025】
上記の通り、入射光Ｌｉのうちの一部の円偏光は、反射面ＲＳ１で反射される。この反射光Ｌｒが第１外面１１Ｂ（あるいは、空気と液晶素子１００との界面）で全反射されるためには、反射光Ｌｒの第１外面１１Ｂへの入射角θｉが臨界角以上の角度であることが要求される。上記の屈折率の関係の場合には、臨界角は、約４２°である。入射角θｉが４２°のとき、反射面ＲＳ１のＸ－Ｙ平面に対する傾きは２１°であり、第１螺旋軸ＡＸ１のＸ－Ｙ平面に対する傾斜角θ１は６９°である。
【0026】
つまり、反射光Ｌｒが第１外面１１Ｂで全反射されて液晶素子１００の内部を伝播するためには、入射角θｉが臨界角より大きく、反射面ＲＳ１の傾きが２１°より大きく、また、第１螺旋軸ＡＸ１の傾斜角θ１が６９°より小さく設定される。このような傾斜角θ１を実現する一手法として、液晶分子ＬＭ１１のプレチルト角θＰ１及び液晶分子ＬＭ１２のプレチルト角θＰ２を２１°より大きく設定する手法が挙げられる。
【0027】
図３は、第１コレステリック液晶ＣＬ１の三次元的なレイアウトを模式的に示す図である。複数の第１コレステリック液晶ＣＬ１は、第１方向Ｘに沿って配列されるとともに、第２方向Ｙに沿って配列されている。図示の都合上、一部の液晶分子ＬＭのハッチングが異なっているが、すべての液晶分子ＬＭは同種のものである。第１コレステリック液晶ＣＬ１の各々の第１螺旋軸ＡＸ１は、Ｘ－Ｚ平面において、Ｘ軸に対して同一の傾斜角θ１で傾斜している。
【0028】
図４は、第１コレステリック液晶ＣＬ１の二次元的なレイアウトを模式的に示す図である。Ｘ－Ｙ平面を平面視した際に、第１螺旋軸ＡＸ１は、一様な方向を向いている。図４に示す例では、第１コレステリック液晶ＣＬ１の各々の第１螺旋軸ＡＸ１は、Ｘ－Ｙ平面において、Ｘ軸にほぼ平行である。
【0029】
図５は、本実施形態に係る液晶素子１００の一例を示す断面図である。
第１液晶層ＬＣ１は、一方向に旋回した第１コレステリック液晶ＣＬ１を有している。ここでは、第１コレステリック液晶ＣＬ１を模式的に示している。例えば、第１コレステリック液晶ＣＬ１は、特定の第１波長λ１の第１円偏光Ｃ１を反射するべく、第１螺旋軸ＡＸ１に沿って螺旋ピッチＰ１を有している。第１コレステリック液晶ＣＬ１において、螺旋ピッチＰ１は、第１螺旋軸ＡＸ１に沿ってほとんど変化することなく一定である。
第１液晶層ＬＣ１は、一方向に旋回した第１コレステリック液晶ＣＬ１を有している。ここでは、第１コレステリック液晶ＣＬ１を模式的に示している。例えば、第１コレステリック液晶ＣＬ１は、特定の第１波長λ１の第１円偏光Ｃ１を反射するべく、第１螺旋軸ＡＸ１に沿って螺旋ピッチＰ１を有している。第１コレステリック液晶ＣＬ１において、螺旋ピッチＰ１は、第１螺旋軸ＡＸ１に沿ってほとんど変化することなく一定である。
【0030】
このような液晶素子１００において、第１外面１１Ｂを透過した第１波長λ１の入射光Ｌｉのうち、第１円偏光Ｃ１は、第１液晶層ＬＣ１に形成された反射面ＲＳ１で反射される。反射光Ｌｒは、第１外面１１Ｂで反射された後に、第２外面１２Ｂでも反射され、液晶素子１００の内部を伝播する。液晶素子１００を伝播した光は、第１透明基板１１の側面１１Ｓ及び第２透明基板１２の側面１２Ｓを透過し、出力光Ｌｏとして、液晶素子１００の外部に取り出される。
【0031】
また、第１波長λ１の入射光Ｌｉのうち、第２円偏光Ｃ２は、液晶素子１００を透過する。液晶素子１００の透過光Ｌｔは、第１波長λ１の第２円偏光Ｃ２の他に、第１波長λ１とは異なる波長の光を含んでいる。
【0032】
このように、本実施形態の液晶素子１００によれば、特定の第１波長λ１の入射光Ｌｉのうち、所定の円偏光を液晶素子１００の内部に閉じ込めて一方向に伝播させ、液晶素子１００の側面から取り出すことができる。ここでの第１波長λ１とは、赤外線、紫外線、可視光のうちの青波長、緑波長、赤波長のいずれであってもよい。
【0033】
《変形例１》
図６は、本実施形態に係る液晶素子１００の他の例を示す断面図である。
図６に示す例は、図５に示した例と比較して、液晶素子１００が、さらに、第３透明基板１３と、第３配向膜ＡＬ１３と、第２液晶層ＬＣ２と、第４配向膜ＡＬ１４と、第４透明基板１４と、を備えている点で相違している。第３透明基板１３及び第４透明基板１４は、上記の第１透明基板１１などと同一材料によって形成され、第３配向膜ＡＬ１３及び第４配向膜ＡＬ１４は、上記の第１配向膜ＡＬ１１などと同一材料によって形成され、第２液晶層ＬＣ２は、上記の第１液晶層ＬＣ１と同一材料によって形成されている。
図６は、本実施形態に係る液晶素子１００の他の例を示す断面図である。
図６に示す例は、図５に示した例と比較して、液晶素子１００が、さらに、第３透明基板１３と、第３配向膜ＡＬ１３と、第２液晶層ＬＣ２と、第４配向膜ＡＬ１４と、第４透明基板１４と、を備えている点で相違している。第３透明基板１３及び第４透明基板１４は、上記の第１透明基板１１などと同一材料によって形成され、第３配向膜ＡＬ１３及び第４配向膜ＡＬ１４は、上記の第１配向膜ＡＬ１１などと同一材料によって形成され、第２液晶層ＬＣ２は、上記の第１液晶層ＬＣ１と同一材料によって形成されている。
【0034】
第３透明基板１３は、第３方向Ｚにおいて、第２透明基板１２と対向し、また、第２透明基板１２から離間している。第２液晶層ＬＣ２は、第３透明基板１３と第４透明基板１４との間に位置している。
【0035】
第３透明基板１３は、第３内面１３Ａ及び第３外面１３Ｂを有している。第４透明基板１４は、第４内面１４Ａ及び第４外面１４Ｂを有している。第３外面１３Ｂ及び第４外面１４Ｂは、低屈折率媒体、例えば空気に接している。このような第３外面１３Ｂ及び第４外面１４Ｂは、後述するが、第２液晶層ＬＣ２で反射された反射光Ｌｒ２を全反射する界面を形成している。
【0036】
第３配向膜ＡＬ１３は、第３内面１３Ａに配置されている。第４配向膜ＡＬ１４は、第４内面１４Ａに配置されている。第３配向膜ＡＬ１３及び第４配向膜ＡＬ１４は、いずれもＸ－Ｙ平面に沿った配向規制力を有する水平配向膜である。
【0037】
第２液晶層ＬＣ２は、第３配向膜ＡＬ１３と第４配向膜ＡＬ１４との間に位置し、第３配向膜ＡＬ１３及び第４配向膜ＡＬ１４に接している。第２液晶層ＬＣ２は、第１液晶層ＬＣ１と同様に、複数の液晶分子の配向方向が固定された状態で硬化している。また、第２液晶層ＬＣ２は、第１液晶層ＬＣ１と同様に、複数の第２コレステリック液晶ＣＬ２を有しているが、ここでは１つの第２コレステリック液晶ＣＬ２のみを簡略化して図示しいている。
【0038】
第２コレステリック液晶ＣＬ２の第２螺旋軸ＡＸ２は、第１コレステリック液晶ＣＬ１と同様に、第２液晶層ＬＣ２の法線方向つまり第３方向Ｚに対して傾斜している。複数の第２コレステリック液晶ＣＬ２の各々の第２螺旋軸ＡＸ２は、第２液晶層ＬＣ２の全域にわたり、一様な方向に傾斜している。これにより、第２液晶層ＬＣ２には、反射面ＲＳ２が形成されている。
【0039】
一例では、第２液晶層ＬＣ２と第４配向膜ＡＬ１４との境界Ｂ４、あるいは、Ｘ－Ｙ平面に対する第２螺旋軸ＡＸ２の傾斜角θ２は、境界Ｂ２あるいはＸ－Ｙ平面に対する第１螺旋軸ＡＸ１の傾斜角θ１と同等であり、且つ、６９°より小さい。
【0040】
第２コレステリック液晶ＣＬ２の旋回方向は、第１コレステリック液晶ＣＬ１の旋回方向とは逆回りである。また、第２コレステリック液晶ＣＬ２の螺旋ピッチＰ２は、第１コレステリック液晶ＣＬ１の螺旋ピッチＰ１と同等である。
【0041】
したがって、第１液晶層ＬＣ１の反射面ＲＳ１は第１円偏光Ｃ１を反射するように構成され、第２液晶層ＬＣ２の反射面ＲＳ２は第１円偏光Ｃ１とは逆回りの第２円偏光Ｃ２を反射するように構成される。但し、ここでの第１円偏光Ｃ１及び第２円偏光Ｃ２は、同一の第１波長λ１の光である。
【0042】
このような液晶素子１００において、第１外面１１Ｂを透過した第１波長λ１の入射光Ｌｉのうち、第１円偏光Ｃ１は、第１液晶層ＬＣ１の反射面ＲＳ１で反射される。反射光Ｌｒ１は、第１外面１１Ｂで反射された後に、第２外面１２Ｂでも反射される。その後、反射光Ｌｒ１は、第１透明基板１１の側面１１Ｓ及び第２透明基板１２の側面１２Ｓを透過し、出力光Ｌｏ１として、液晶素子１００の外部に取り出される。
【0043】
第１波長λ１の入射光Ｌｉのうち、第２円偏光Ｃ２は、第１液晶層ＬＣ１及び第２透明基板１２を透過した後に、第３外面１３Ｂを透過し、第２液晶層ＬＣ２の反射面ＲＳ２で反射される。反射光Ｌｒ２は、第３外面１３Ｂで反射された後に、第４外面１４Ｂでも反射される。その後、反射光Ｌｒ２は、第３透明基板１３の側面１３Ｓ及び第４透明基板１４の側面１４Ｓを透過し、出力光Ｌｏ２として、液晶素子１００の外部に取り出される。出力光Ｌｏ２の波長は、出力光Ｌｏ１の波長と同一である。
【0044】
このような変形例１によれば、第１波長λ１の入射光Ｌｉを第１円偏光Ｃ１及び第２円偏光Ｃ２に分離して液晶素子１００の内部に閉じ込め、これらの円偏光を一方向に伝播させ、液晶素子１００の側面から取り出すことができる。このため、上記の例と比較して、第１波長λ１の光の取出効率を向上することができる。
【0045】
《変形例２》
図７は、本実施形態に係る液晶素子１００の他の例を示す断面図である。
図７に示す例は、図６に示した例と比較して、第２コレステリック液晶ＣＬ２の螺旋ピッチＰ２が第１コレステリック液晶ＣＬ１の螺旋ピッチＰ１とは異なる点で相違している。
図７は、本実施形態に係る液晶素子１００の他の例を示す断面図である。
図７に示す例は、図６に示した例と比較して、第２コレステリック液晶ＣＬ２の螺旋ピッチＰ２が第１コレステリック液晶ＣＬ１の螺旋ピッチＰ１とは異なる点で相違している。
【0046】
第１液晶層ＬＣ１の反射面ＲＳ１は、第１波長λ１の第１円偏光Ｃ１を反射するように構成される。第２コレステリック液晶ＣＬ２の旋回方向が第１コレステリック液晶ＣＬ１の旋回方向と同一である場合、第２液晶層ＬＣ２の反射面ＲＳ２は、第１波長λ１とは異なる第２波長λ２の第１円偏光Ｃ１を反射するように構成される。
【0047】
一例では、螺旋ピッチＰ２は、螺旋ピッチＰ１より大きい。この場合、第２波長λ２は、第１波長λ１よりも長波長である。但し、螺旋ピッチＰ２が螺旋ピッチＰ１より小さくてもよく、この場合、第２波長λ２は、第１波長λ１よりも短波長である。
【0048】
第２コレステリック液晶ＣＬ２の旋回方向が第１コレステリック液晶ＣＬ１の旋回方向とは逆回りである場合、第２液晶層ＬＣ２の反射面ＲＳ２は、第１波長λ１とは異なる第２波長λ２の第２円偏光Ｃ２を反射するように構成される。
【0049】
このような液晶素子１００において、第１外面１１Ｂを透過した第１波長λ１の入射光Ｌｉ１のうち、第１円偏光Ｃ１は、第１液晶層ＬＣ１の反射面ＲＳ１で反射される。反射光Ｌｒ１は、第１外面１１Ｂで反射された後に、第２外面１２Ｂでも全反射される。その後、反射光Ｌｒ１は、第１透明基板１１の側面１１Ｓ及び第２透明基板１２の側面１２Ｓを透過し、出力光Ｌｏ１として、液晶素子１００の外部に取り出される。
また、第１波長λ１の第２円偏光Ｃ２は、反射面ＲＳ１を透過した後に第２液晶層ＬＣ２も透過する。液晶素子１００の透過光Ｌｔ１は、第１波長λ１の第２円偏光Ｃ２の他に、他の波長の光を含んでいる。
また、第１波長λ１の第２円偏光Ｃ２は、反射面ＲＳ１を透過した後に第２液晶層ＬＣ２も透過する。液晶素子１００の透過光Ｌｔ１は、第１波長λ１の第２円偏光Ｃ２の他に、他の波長の光を含んでいる。
【0050】
第１外面１１Ｂを透過した第２波長λ２の入射光Ｌｉ２のうち、第１円偏光Ｃ１は、第１液晶層ＬＣ１及び第１透明基板１１を透過した後に、第３外面１３Ｂを透過し、第２液晶層ＬＣ２の反射面ＲＳ２で反射される。反射光Ｌｒ２は、第３外面１３Ｂで反射された後に、第４外面１４Ｂでも反射される。その後、反射光Ｌｒ２は、第３透明基板１３の側面１３Ｓ及び第４透明基板１４の側面１４Ｓを透過し、出力光Ｌｏ２として、液晶素子１００の外部に取り出される。
また、第２波長λ２の第２円偏光Ｃ２は、反射面ＲＳ２を透過する。液晶素子１００の透過光Ｌｔ２は、第２波長λ２の第２円偏光Ｃ２の他に、他の波長の光を含んでいる。
また、第２波長λ２の第２円偏光Ｃ２は、反射面ＲＳ２を透過する。液晶素子１００の透過光Ｌｔ２は、第２波長λ２の第２円偏光Ｃ２の他に、他の波長の光を含んでいる。
【0051】
このような変形例２によれば、第１波長λ１の入射光Ｌｉのうちの一部の円偏光及び第２波長λ２の入射光Ｌｉのうちの一部の円偏光をそれぞれ液晶素子１００の内部に閉じ込め、これらの円偏光を一方向に伝播させ、液晶素子１００の側面から取り出すことができる。このため、上記の例と比較して、多波長の光を取り出すことができる。
【0052】
なお、変形例１の如く、第１液晶層ＬＣ１に加えて第１コレステリック液晶ＣＬ１とは逆回りのコレステリック液晶を有する液晶層を追加し、また、第２液晶層ＬＣ２に加えて第２コレステリック液晶ＣＬ２とは逆回りのコレステリック液晶を有する液晶層を追加してもよい。これにより、第１波長λ１の入射光Ｌｉ及び第２波長λ２の入射光Ｌｉの取出効率を向上することができる。
【0053】
《変形例３》
図８は、本実施形態に係る液晶素子１００の他の例を示す断面図である。
液晶素子１００は、第１内面１１Ａ及び第１外面１１Ｂを有する第１透明基板１１と、第２内面１２Ａ及び第２外面１２Ｂを有する第２透明基板１２と、第１透明基板１１と第２透明基板１２との間に位置する第１液晶層ＬＣ１と、第１液晶層ＬＣ１と第２透明基板１２との間に位置する第２液晶層ＬＣ２と、を備えている。そして、第１外面１１Ｂ及び第２外面１２Ｂは、第１液晶層ＬＣ１で反射された第１円偏光Ｃ１、及び、第２液晶層ＬＣ２で反射された第２円偏光Ｃ２をそれぞれ全反射する界面を形成している。
図８は、本実施形態に係る液晶素子１００の他の例を示す断面図である。
液晶素子１００は、第１内面１１Ａ及び第１外面１１Ｂを有する第１透明基板１１と、第２内面１２Ａ及び第２外面１２Ｂを有する第２透明基板１２と、第１透明基板１１と第２透明基板１２との間に位置する第１液晶層ＬＣ１と、第１液晶層ＬＣ１と第２透明基板１２との間に位置する第２液晶層ＬＣ２と、を備えている。そして、第１外面１１Ｂ及び第２外面１２Ｂは、第１液晶層ＬＣ１で反射された第１円偏光Ｃ１、及び、第２液晶層ＬＣ２で反射された第２円偏光Ｃ２をそれぞれ全反射する界面を形成している。
【0054】
変形例３では、液晶素子１００は、さらに、第３内面１３Ａ及び第３外面１３Ｂを有する第３透明基板１３と、第４内面１４Ａ及び第４外面１４Ｂを有する第４透明基板１４と、第３外面１３Ｂ及び第４外面１４Ｂに接する接着層ＡＤと、第１内面１１Ａに配置された第１配向膜ＡＬ１１と、第２内面１２Ａに配置された第２配向膜ＡＬ１２と、第３内面１３Ａに配置された第３配向膜ＡＬ１３と、第４内面１４Ａに配置された第４配向膜ＡＬ１４と、を備えている。
【0055】
第３透明基板１３は、第３方向Ｚにおいて、第１透明基板１１と対向している。第１液晶層ＬＣ１は、第１透明基板１１と第３透明基板１３とに間に位置し、また、第１配向膜ＡＬ１１と第３配向膜ＡＬ１３との間に位置し、第１配向膜ＡＬ１１及び第３配向膜ＡＬ１３に接している。第１液晶層ＬＣ１は、複数の液晶分子の配向方向が固定された状態で硬化している。また、第１液晶層ＬＣ１は、複数の第１コレステリック液晶ＣＬ１を有しているが、ここでは１つの第１コレステリック液晶ＣＬ１のみを簡略化して図示しいている。
【0056】
第１コレステリック液晶ＣＬ１の第１螺旋軸ＡＸ１は、第１液晶層ＬＣ１の法線方向つまり第３方向Ｚに対して傾斜している。複数の第１コレステリック液晶ＣＬ１の各々の第１螺旋軸ＡＸ１は、第１液晶層ＬＣ１の全域にわたり、一様な方向に傾斜している。これにより、第１液晶層ＬＣ１には、第１円偏光Ｃ１を反射するように構成された反射面ＲＳ１が形成される。
【0057】
第４透明基板１４は、第３方向Ｚにおいて、第２透明基板１２と対向している。第２液晶層ＬＣ２は、第２透明基板１２と第４透明基板１４とに間に位置し、また、第２配向膜ＡＬ１２と第４配向膜ＡＬ１４との間に位置し、第２配向膜ＡＬ１２及び第４配向膜ＡＬ１４に接している。第２液晶層ＬＣ２は、複数の液晶分子の配向方向が固定された状態で硬化している。また、第２液晶層ＬＣ２は、複数の第２コレステリック液晶ＣＬ２を有しているが、ここでは１つの第２コレステリック液晶ＣＬ２のみを簡略化して図示しいている。
【0058】
第２コレステリック液晶ＣＬ２の第２螺旋軸ＡＸ２は、第２液晶層ＬＣ２の法線方向つまり第３方向Ｚに対して傾斜している。複数の第２コレステリック液晶ＣＬ２の各々の第２螺旋軸ＡＸ２は、第２液晶層ＬＣ２の全域にわたり、一様な方向に傾斜している。これにより、第２液晶層ＬＣ２には、第２円偏光Ｃ２を反射するように構成された反射面ＲＳ２が形成されている。第１液晶層ＬＣ１及び第２液晶層ＬＣ２の関係については、図６を参照して説明した変形例１と同様である。
【0059】
接着層ＡＤは、透明であり、第３透明基板１３と第４透明基板１４とを接着している。接着層ＡＤの屈折率は、第３透明基板１３及び第４透明基板１４の各々の屈折率と同等である。
【0060】
このような液晶素子１００において、第１外面１１Ｂを透過した第１波長λ１の入射光Ｌｉのうち、第１円偏光Ｃ１は、第１液晶層ＬＣ１の反射面ＲＳ１で反射される。反射光Ｌｒ１は、第１外面１１Ｂで反射された後に、第１液晶層ＬＣ１及び第２液晶層ＬＣ２を透過して、第２外面１２Ｂでも反射される。その後、反射光Ｌｒ１は、第１透明基板１１の側面１１Ｓ、第２透明基板１２の側面１２Ｓ、第３透明基板１３の側面１３Ｓ、及び、第４透明基板１４の側面１４Ｓを透過し、出力光Ｌｏとして、液晶素子１００の外部に取り出される。
【0061】
第１波長λ１の入射光Ｌｉのうち、第２円偏光Ｃ２は、第１液晶層ＬＣ１及び第３透明基板１３を透過した後に、第４外面１４Ｂを透過し、第２液晶層ＬＣ２の反射面ＲＳ２で反射される。反射光Ｌｒ２は、第１液晶層ＬＣ１を透過した後に、第１外面１１Ｂで反射される。また、図示しないが、反射光Ｌｒ２は、第１外面１１Ｂで反射された後に第２外面１２Ｂで反射される場合もあり得る。その後、反射光Ｌｒ２は、第１透明基板１１の側面１１Ｓ、第２透明基板１２の側面１２Ｓ、第３透明基板１３の側面１３Ｓ、及び、第４透明基板１４の側面１４Ｓを透過し、出力光Ｌｏとして、液晶素子１００の外部に取り出される。
【0062】
つまり、液晶素子１００において、第１波長λ１の入射光Ｌｉのうちの第１円偏光Ｃ１は第１液晶層ＬＣ１で反射され、第２円偏光Ｃ２は第２液晶層ＬＣ２で反射されるが、液晶素子１００の外部に出力される際には、これらの第１円偏光Ｃ１及び第２円偏光Ｃ２は、出力光Ｌｏとして合成される。
【0063】
このような変形例３によれば、第１波長λ１の入射光Ｌｉを第１円偏光Ｃ１及び第２円偏光Ｃ２に分離して液晶素子１００の内部に閉じ込め、これらの円偏光を一方向に伝播させ、液晶素子１００の側面から取り出すことができる。このため、第１波長λ１の光の取出効率を向上することができる。
【0064】
また、第１波長λ１とは異なるその他の波長の光は、液晶素子１００を透過する。液晶素子１００の内部には、屈折率が大きく異なる媒体が互いに接する界面が存在せず、他の波長の光の透過率を向上することができる。
【0065】
なお、ここでは、第１波長λ１を取り出すための液晶素子１００について説明したが、第１波長λ１とは異なる波長を取り出すための複数の液晶素子が積層されてもよい。
【0066】
《変形例４》
上記した各例では、液晶層は一対の透明基板あるいは一対の配向膜の間に位置していたが、この例に限らない。例えば、塗布型のコレステリック液晶を適用することで、一基板上にコレステリック液晶を含む液晶層を形成することができる。
上記した各例では、液晶層は一対の透明基板あるいは一対の配向膜の間に位置していたが、この例に限らない。例えば、塗布型のコレステリック液晶を適用することで、一基板上にコレステリック液晶を含む液晶層を形成することができる。
【0067】
図９は、基本構成を示す断面図である。
すなわち、水平配向膜である配向膜ＡＬ１０は、透明基板１０の内面１０Ａに配置されている。液晶層ＬＣは、配向膜ＡＬ１０の上に、コレステリック液晶性モノマを含む液晶材料を塗布した後に、紫外線を照射し、モノマを重合することで形成される。
ここに示す基本構成の液晶層ＬＣは、変形例４のみならず、他の変形例にも適用される。
すなわち、水平配向膜である配向膜ＡＬ１０は、透明基板１０の内面１０Ａに配置されている。液晶層ＬＣは、配向膜ＡＬ１０の上に、コレステリック液晶性モノマを含む液晶材料を塗布した後に、紫外線を照射し、モノマを重合することで形成される。
ここに示す基本構成の液晶層ＬＣは、変形例４のみならず、他の変形例にも適用される。
【0068】
図１０は、本実施形態に係る液晶素子１００の他の例を示す断面図である。
図９に示す例は、図８に示した例と比較して、第１液晶層ＬＣ１及び第２液晶層ＬＣ２の各々の一方の面が配向膜に接する構成である点で相違している。
図９に示す例は、図８に示した例と比較して、第１液晶層ＬＣ１及び第２液晶層ＬＣ２の各々の一方の面が配向膜に接する構成である点で相違している。
【0069】
液晶素子１００は、第１内面１１Ａ及び第１外面１１Ｂを有する第１透明基板１１と、第２内面１２Ａ及び第２外面１２Ｂを有する第２透明基板１２と、第１透明基板１１と第２透明基板１２との間に位置する第１液晶層ＬＣ１と、第１液晶層ＬＣ１と第２透明基板１２との間に位置する第２液晶層ＬＣ２と、を備えている。そして、第１外面１１Ｂ及び第２外面１２Ｂは、第１液晶層ＬＣ１で反射された第１円偏光Ｃ１、及び、第２液晶層ＬＣ２で反射された第２円偏光Ｃ２をそれぞれ全反射する界面を形成している。
【0070】
変形例４では、液晶素子１００は、さらに、第３内面１３Ａ及び第３外面１３Ｂを有する第３透明基板１３と、第１内面１１Ａ及び第１液晶層ＬＣ１に接する第１接着層ＡＤ１と、第３外面１３Ｂ及び第２液晶層ＬＣ２に接する第２接着層ＡＤ２と、第３内面１３Ａに配置された第１配向膜ＡＬ１１と、第２内面１２Ａに配置された第２配向膜ＡＬ１２と、を備えている。第３透明基板１３は、第１液晶層ＬＣ１と第２液晶層ＬＣ２との間に位置している。第１配向膜ＡＬ１１は第１液晶層ＬＣ１に接し、第２配向膜ＡＬ１２は第２液晶層ＬＣ２に接している。
【0071】
第３透明基板１３、第１配向膜ＡＬ１１、及び、第１液晶層ＬＣ１は、図９に示した基本構成に相当する。同様に、第２透明基板１２、第２配向膜ＡＬ１２、及び、第２液晶層ＬＣ２も、図９に示した基本構成に相当する。第１液晶層ＬＣ１及び第２液晶層ＬＣ２の詳細については、上記の例と同様である。
【0072】
第１接着層ＡＤ１は、透明であり、第１透明基板１１と第１液晶層ＬＣ１とを接着している。第１接着層ＡＤ１の屈折率は、第１透明基板１１の屈折率と同等である。
第２接着層ＡＤ２は、透明であり、第３透明基板１３と第２液晶層ＬＣ２とを接着している。第２接着層ＡＤ２の屈折率は、第３透明基板１３の屈折率と同等である。
第２接着層ＡＤ２は、透明であり、第３透明基板１３と第２液晶層ＬＣ２とを接着している。第２接着層ＡＤ２の屈折率は、第３透明基板１３の屈折率と同等である。
【0073】
このような液晶素子１００における光学作用については、上記の変形例３と同様である。
【0074】
このような変形例４においても、変形例３と同様の効果が得られる。加えて、変形例３と比較して、部品点数を削減することができ、コストを削減することができる。
【0075】
なお、変形例４においても、第１波長λ１を取り出すための液晶素子１００のみならず、第１波長λ１とは異なる波長を取り出すための複数の液晶素子が積層されてもよい。
【0076】
【0077】
液晶素子１００は、第１内面１１Ａ及び第１外面１１Ｂを有する第１透明基板１１と、第２内面１２Ａ及び第２外面１２Ｂを有する第２透明基板１２と、第１透明基板１１と第２透明基板１２との間に位置する第１液晶層ＬＣ１と、第１液晶層ＬＣ１と第２透明基板１２との間に位置する第２液晶層ＬＣ２と、を備えている。そして、第１外面１１Ｂ及び第２外面１２Ｂは、第１液晶層ＬＣ１で反射された第１円偏光Ｃ１、及び、第２液晶層ＬＣ２で反射された第２円偏光Ｃ２をそれぞれ全反射する界面を形成している。
【0078】
変形例５では、液晶素子１００は、さらに、第１液晶層ＬＣ１及び第２液晶層ＬＣ２に接する接着層ＡＤと、第１内面１１Ａに配置された第１配向膜ＡＬ１１と、第２内面１２Ａに配置された第２配向膜ＡＬ１２と、を備えている。第１配向膜ＡＬ１１は第１液晶層ＬＣ１に接し、第２配向膜ＡＬ１２は第２液晶層ＬＣ２に接している。
【0079】
第１透明基板１１、第１配向膜ＡＬ１１、及び、第１液晶層ＬＣ１は、図９に示した基本構成に相当する。同様に、第２透明基板１２、第２配向膜ＡＬ１２、及び、第２液晶層ＬＣ２も、図９に示した基本構成に相当する。第１液晶層ＬＣ１及び第２液晶層ＬＣ２の詳細については、上記の例と同様である。
【0080】
接着層ＡＤは、透明であり、第１液晶層ＬＣ１と第２液晶層ＬＣ２とを接着している。
【0081】
このような液晶素子１００における光学作用については、上記の変形例３と同様である。
【0082】
このような変形例５においても、変形例３と同様の効果が得られる。加えて、変形例４と比較して、部品点数をさらに削減することができ、コストを削減することができる。
【0083】
なお、変形例５においても、第１波長λ１を取り出すための液晶素子１００のみならず、第１波長λ１とは異なる波長を取り出すための複数の液晶素子が積層されてもよい。
【0084】
《変形例６》
図１２は、本実施形態に係る液晶素子１００の他の例を示す断面図である。
ここでは、液晶素子１００への入射光が太陽光である場合について説明する。太陽光は、可視光Ｖの他に、赤外線Ｉ、紫外線Ｕを含んでいる。第１液晶層ＬＣ１の反射面ＲＳ１は、紫外線Ｕの第１円偏光Ｃ１を反射するように構成されている。つまり、第１液晶層ＬＣ１に含まれる第１コレステリック液晶ＣＬ１の螺旋ピッチＰ１は、紫外線Ｕの波長に応じて設定されている。
図１２は、本実施形態に係る液晶素子１００の他の例を示す断面図である。
ここでは、液晶素子１００への入射光が太陽光である場合について説明する。太陽光は、可視光Ｖの他に、赤外線Ｉ、紫外線Ｕを含んでいる。第１液晶層ＬＣ１の反射面ＲＳ１は、紫外線Ｕの第１円偏光Ｃ１を反射するように構成されている。つまり、第１液晶層ＬＣ１に含まれる第１コレステリック液晶ＣＬ１の螺旋ピッチＰ１は、紫外線Ｕの波長に応じて設定されている。
【0085】
このような液晶素子１００において、第１外面１１Ｂを透過した紫外線Ｕである入射光Ｌｉのうち、第１円偏光Ｃ１は、第１液晶層ＬＣ１に形成された反射面ＲＳ１で反射される。反射光Ｌｒは、第１外面１１Ｂで反射された後に、第２外面１２Ｂでも反射され、液晶素子１００の内部を伝播する。液晶素子１００を伝播した光は、第１透明基板１１の側面１１Ｓ及び第２透明基板１２の側面１２Ｓを透過し、紫外線Ｕの出力光Ｌｏとして、液晶素子１００の外部に取り出される。
【0086】
また、紫外線Ｕの入射光Ｌｉのうち、第２円偏光Ｃ２は、透過光Ｌｔ１として液晶素子１００を透過する。液晶素子１００の透過光Ｌｔ２は、可視光Ｖ及び赤外線Ｉを含んでいる。
【0087】
このような液晶素子１００によれば、紫外線Ｕの入射光Ｌｉのうち、所定の円偏光を液晶素子１００の内部に閉じ込めて一方向に伝播させ、液晶素子１００の側面から取り出すことができる。また、液晶素子１００は、透過光Ｌｔ２として、可視光Ｖの主要な成分である第１成分（青成分）、第２成分（緑成分）、及び、第３成分（赤成分）の各々を透過する。このため、液晶素子１００を透過した光の着色を抑制することができる。
【0088】
なお、上記した変形例１の如く、第１液晶層ＬＣ１に加えて第１コレステリック液晶ＣＬ１とは逆回りのコレステリック液晶を有する液晶層を追加することで、紫外線Ｕの取出効率を向上することができる。
【0089】
《変形例７》
図１３は、本実施形態に係る液晶素子１００の他の例を示す断面図である。
図１３に示す例は、図１２に示した例と比較して、第１液晶層ＬＣ１の反射面ＲＳ１が赤外線Ｉの第１円偏光Ｃ１を反射するように構成された点で相違している。つまり、第１液晶層ＬＣ１に含まれる第１コレステリック液晶ＣＬ１の螺旋ピッチＰ１は、赤外線Ｉの波長に応じて設定されており、図１２に示した例の螺旋ピッチＰ１より大きい。
図１３は、本実施形態に係る液晶素子１００の他の例を示す断面図である。
図１３に示す例は、図１２に示した例と比較して、第１液晶層ＬＣ１の反射面ＲＳ１が赤外線Ｉの第１円偏光Ｃ１を反射するように構成された点で相違している。つまり、第１液晶層ＬＣ１に含まれる第１コレステリック液晶ＣＬ１の螺旋ピッチＰ１は、赤外線Ｉの波長に応じて設定されており、図１２に示した例の螺旋ピッチＰ１より大きい。
【0090】
このような液晶素子１００において、第１外面１１Ｂを透過した赤外線Ｉである入射光Ｌｉのうち、第１円偏光Ｃ１は、第１液晶層ＬＣ１に形成された反射面ＲＳ１で反射される。反射光Ｌｒは、第１外面１１Ｂで反射された後に、第２外面１２Ｂでも反射され、液晶素子１００の内部を伝播する。液晶素子１００を伝播した光は、第１透明基板１１の側面１１Ｓ及び第２透明基板１２の側面１２Ｓを透過し、赤外線Ｉの出力光Ｌｏとして、液晶素子１００の外部に取り出される。
【0091】
また、赤外線Ｉの入射光Ｌｉのうち、第２円偏光Ｃ２は、透過光Ｌｔ１として液晶素子１００を透過する。液晶素子１００の透過光Ｌｔ２は、可視光Ｖ及び紫外線Ｕを含んでいる。
【0092】
このような液晶素子１００によれば、赤外線Ｉの入射光Ｌｉのうち、所定の円偏光を液晶素子１００の内部に閉じ込めて一方向に伝播させ、液晶素子１００の側面から取り出すことができる。また、液晶素子１００が透過光Ｌｔ２として可視光Ｖの主要な成分を透過するため、液晶素子１００を透過した光の着色を抑制することができる。
【0093】
なお、上記した変形例１の如く、第１液晶層ＬＣ１に加えて第１コレステリック液晶ＣＬ１とは逆回りのコレステリック液晶を有する液晶層を追加することで、赤外線Ｉの取出効率を向上することができる。
【0094】
《応用例１》
図１４は、液晶素子１００を備えた光学システム２００の一例を示す断面図である。
光学システム２００は、上記の液晶素子１００と、集光器１１１と、光ファイバー１１２と、を備えている。なお、ここに示す液晶素子１００は、一例であり、上記の各例に示したいずれの液晶素子１００が適用されてもよい。集光器１１１は、液晶素子１００の側面、つまり、第１透明基板１１の側面１１Ｓ及び第２透明基板１２の側面１２Ｓに接続されている。光ファイバー１１２は、集光器１１１に接続されている。
図１４は、液晶素子１００を備えた光学システム２００の一例を示す断面図である。
光学システム２００は、上記の液晶素子１００と、集光器１１１と、光ファイバー１１２と、を備えている。なお、ここに示す液晶素子１００は、一例であり、上記の各例に示したいずれの液晶素子１００が適用されてもよい。集光器１１１は、液晶素子１００の側面、つまり、第１透明基板１１の側面１１Ｓ及び第２透明基板１２の側面１２Ｓに接続されている。光ファイバー１１２は、集光器１１１に接続されている。
【0095】
図１５は、図１４に示した光学システム２００の平面図である。
液晶素子１００に入射した太陽光に含まれる所定波長λの入射光Ｌｉのうち、第１円偏光Ｃ１及び第２円偏光Ｃ２の少なくとも一方の円偏光が反射光Ｌｒとなって液晶素子１００を伝播する。このような反射光Ｌｒは、側面１１Ｓ及び側面１２Ｓから取り出され、集光器１１１によって集光される。集光された光は、光ファイバー１１２に出力される。
液晶素子１００に入射した太陽光に含まれる所定波長λの入射光Ｌｉのうち、第１円偏光Ｃ１及び第２円偏光Ｃ２の少なくとも一方の円偏光が反射光Ｌｒとなって液晶素子１００を伝播する。このような反射光Ｌｒは、側面１１Ｓ及び側面１２Ｓから取り出され、集光器１１１によって集光される。集光された光は、光ファイバー１１２に出力される。
【0096】
《応用例２》
図１６は、液晶素子１００を備えた光学システム２００の一例を示す断面図である。
光学システム２００は、上記の液晶素子１００と、集光器１２１と、光電変換素子１２２と、を備えている。なお、ここに示す液晶素子１００は、一例であり、上記の各例に示したいずれの液晶素子１００が適用されてもよい。集光器１２１は、液晶素子１００の側面、つまり、第１透明基板１１の側面１１Ｓ及び第２透明基板１２の側面１２Ｓに接続されている。光電変換素子１２２は、集光器１２１に接続されている。
図１６は、液晶素子１００を備えた光学システム２００の一例を示す断面図である。
光学システム２００は、上記の液晶素子１００と、集光器１２１と、光電変換素子１２２と、を備えている。なお、ここに示す液晶素子１００は、一例であり、上記の各例に示したいずれの液晶素子１００が適用されてもよい。集光器１２１は、液晶素子１００の側面、つまり、第１透明基板１１の側面１１Ｓ及び第２透明基板１２の側面１２Ｓに接続されている。光電変換素子１２２は、集光器１２１に接続されている。
【0097】
図１７は、図１６に示した光学システム２００の平面図である。
複数の集光器１２１及び複数の光電変換素子１２２は、側面１１Ｓに沿って並んでいる。光電変換素子１２２は、受光した光のエネルギーを電力に変換するものである。つまり、光電変換素子１２２は、受光した光によって発電するものである。このような光電変換素子１２２の種類は、特に限定されるものではない。
複数の集光器１２１及び複数の光電変換素子１２２は、側面１１Ｓに沿って並んでいる。光電変換素子１２２は、受光した光のエネルギーを電力に変換するものである。つまり、光電変換素子１２２は、受光した光によって発電するものである。このような光電変換素子１２２の種類は、特に限定されるものではない。
【0098】
液晶素子１００に入射した太陽光に含まれる所定波長λの入射光Ｌｉのうち、第１円偏光Ｃ１及び第２円偏光Ｃ２の少なくとも一方の円偏光が反射光Ｌｒとなって液晶素子１００を伝播する。このような反射光Ｌｒは、側面１１Ｓ及び側面１２Ｓから取り出され、複数の集光器１２１によって集光される。集光された光は、光電変換素子１２２に出力される。光電変換素子１２２は、受光した光によって発電する。
【0099】
以上説明したように、本実施形態によれば、特定波長の光を取り出す液晶素子を提供することができる。
【0100】
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、例として提示したものであり、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。
【符号の説明】
【0101】
１００…液晶素子
１１…第１透明基板 １１Ｂ…第１外面 ＡＬ１１…第１配向膜
１２…第２透明基板 １２Ｂ…第２外面 ＡＬ１２…第２配向膜
１３…第３透明基板 ＡＬ１３…第３配向膜
１４…第４透明基板 ＡＬ１４…第４配向膜
ＬＣ１…第１液晶層 ＣＬ１…第１コレステリック液晶 ＡＸ１…第１螺旋軸 ＲＳ１…反射面 Ｐ１…螺旋ピッチ θ１…傾斜角
ＬＣ２…第２液晶層 ＣＬ２…第２コレステリック液晶 ＡＸ２…第２螺旋軸 ＲＳ２…反射面 Ｐ２…螺旋ピッチ θ２…傾斜角
２００…光学システム
１１…第１透明基板 １１Ｂ…第１外面 ＡＬ１１…第１配向膜
１２…第２透明基板 １２Ｂ…第２外面 ＡＬ１２…第２配向膜
１３…第３透明基板 ＡＬ１３…第３配向膜
１４…第４透明基板 ＡＬ１４…第４配向膜
ＬＣ１…第１液晶層 ＣＬ１…第１コレステリック液晶 ＡＸ１…第１螺旋軸 ＲＳ１…反射面 Ｐ１…螺旋ピッチ θ１…傾斜角
ＬＣ２…第２液晶層 ＣＬ２…第２コレステリック液晶 ＡＸ２…第２螺旋軸 ＲＳ２…反射面 Ｐ２…螺旋ピッチ θ２…傾斜角
２００…光学システム
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】