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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】P2023169662
(43)【公開日】2023-11-30
(54)【発明の名称】液晶光学素子及び液晶光学素子の製造方法
(51)【国際特許分類】
G02B 5/30 20060101AFI20231122BHJP
【ＦＩ】
G02B5/30
【審査請求】未請求
【請求項の数】14
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022080912
(22)【出願日】2022-05-17
(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
(71)【出願人】
【識別番号】504176911
【氏名又は名称】国立大学法人大阪大学
(74)【代理人】
【識別番号】110001737
【氏名又は名称】弁理士法人スズエ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】井桁 幸一
(72)【発明者】
【氏名】岡 真一郎
(72)【発明者】
【氏名】冨岡 安
(72)【発明者】
【氏名】吉田 浩之
【テーマコード（参考）】
2H149
【Ｆターム（参考）】
2H149AA00
2H149AB01
2H149BA05
2H149EA12
2H149EA17
2H149EA22
2H149FA01Z
2H149FA15X
2H149FA21W
2H149FA26Z
2H149FA27W
2H149FA28Z
2H149FA40W
2H149FA42Z
(57)【要約】
【課題】光を導光する際の損失を抑制することが可能な液晶光学素子を提供する。
【解決手段】一実施形態の液晶光学素子は、主面を有する透明基板と、前記主面に配置された配向膜と、前記配向膜に重なり、螺旋状に積み重ねられた複数の液晶分子を含むコレステリック液晶、及び、液晶性を示す添加剤を有する液晶層と、を備え、前記液晶層において、前記液晶分子の配向方向が揃った反射面は、前記主面に対して傾斜している。
【選択図】図２
【解決手段】一実施形態の液晶光学素子は、主面を有する透明基板と、前記主面に配置された配向膜と、前記配向膜に重なり、螺旋状に積み重ねられた複数の液晶分子を含むコレステリック液晶、及び、液晶性を示す添加剤を有する液晶層と、を備え、前記液晶層において、前記液晶分子の配向方向が揃った反射面は、前記主面に対して傾斜している。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
主面を有する透明基板と、
前記主面に配置された配向膜と、
前記配向膜に重なり、螺旋状に積み重ねられた複数の液晶分子を含むコレステリック液晶、及び、液晶性を示す添加剤を有する液晶層と、を備え、
前記液晶層において、前記液晶分子の配向方向が揃った反射面は、前記主面に対して傾斜している、液晶光学素子。
前記主面に配置された配向膜と、
前記配向膜に重なり、螺旋状に積み重ねられた複数の液晶分子を含むコレステリック液晶、及び、液晶性を示す添加剤を有する液晶層と、を備え、
前記液晶層において、前記液晶分子の配向方向が揃った反射面は、前記主面に対して傾斜している、液晶光学素子。
【請求項2】
前記液晶層は、前記主面に沿って交互に並んだ複数の第１領域及び複数の第２領域を有し、
前記第１領域の各々は、前記コレステリック液晶として、第１螺旋ピッチの第１コレステリック液晶を有し、
前記第２領域の各々は、前記コレステリック液晶として、第２螺旋ピッチの第２コレステリック液晶を有し、
前記第２螺旋ピッチは、前記第１螺旋ピッチとは異なる、請求項１に記載の液晶光学素子。
前記第１領域の各々は、前記コレステリック液晶として、第１螺旋ピッチの第１コレステリック液晶を有し、
前記第２領域の各々は、前記コレステリック液晶として、第２螺旋ピッチの第２コレステリック液晶を有し、
前記第２螺旋ピッチは、前記第１螺旋ピッチとは異なる、請求項１に記載の液晶光学素子。
【請求項3】
前記液晶層において、前記第１領域の厚さは、前記第２領域の厚さとは異なる、請求項２に記載の液晶光学素子。
【請求項4】
前記第１領域に形成される前記反射面の前記主面に対する第１傾斜角度は、前記第２領域に形成される前記反射面の前記主面に対する第２傾斜角度とは異なる、請求項２に記載の液晶光学素子。
【請求項5】
前記第１傾斜角度は、前記主面に対して時計回りに鋭角であり、
前記第２傾斜角度は、前記主面に対して反時計回りに鋭角である、請求項４に記載の液晶光学素子。
前記第２傾斜角度は、前記主面に対して反時計回りに鋭角である、請求項４に記載の液晶光学素子。
【請求項6】
前記添加剤は、ネマティック液晶材料またはスメクティック液晶材料によって形成されている、請求項１に記載の液晶光学素子。
【請求項7】
前記添加剤は、シアノビフェニル系及びその類縁体、含フッ素ビフェニル系及びその類縁体、その他のビフェニル系及びその類縁体、フェニルエステル系、シッフ塩基系の材料、シクロヘキサンフェニルトラン系、シクロヘキサンエステルフェニルトラン系、アルコキシシクロヘキサンエステルフェニルトラン系、フルオロシクロヘキサンエステルフェニルトラン系、４環エステルトラン系、フェニルトランエステル系、シアノフェニルトランエステル系、フルオロフェニルトランエステル系、または、ビフルオロフェニルトランエステル系の材料によって形成されている、請求項６に記載の液晶光学素子。
【請求項8】
透明基板の主面に配向膜を形成し、
前記配向膜の上に、螺旋状に積み重ねられた複数の液晶分子を含むコレステリック液晶を有する液晶層を形成し、
前記液晶層に、液晶性を示す添加剤、または、液晶性を示す添加剤を含む液晶溶液を浸透させ、
前記液晶層を乾燥させ、
前記液晶層において、前記液晶分子の配向方向が揃った反射面は、前記主面に対して傾斜している、液晶光学素子の製造方法。
前記配向膜の上に、螺旋状に積み重ねられた複数の液晶分子を含むコレステリック液晶を有する液晶層を形成し、
前記液晶層に、液晶性を示す添加剤、または、液晶性を示す添加剤を含む液晶溶液を浸透させ、
前記液晶層を乾燥させ、
前記液晶層において、前記液晶分子の配向方向が揃った反射面は、前記主面に対して傾斜している、液晶光学素子の製造方法。
【請求項9】
前記液晶溶液を浸透させる工程は、
前記液晶層を前記液晶溶液に浸漬すること、または、前記液晶層に前記液晶溶液を滴下することを含む、請求項８に記載の液晶光学素子の製造方法。
前記液晶層を前記液晶溶液に浸漬すること、または、前記液晶層に前記液晶溶液を滴下することを含む、請求項８に記載の液晶光学素子の製造方法。
【請求項10】
前記添加剤を浸透させる工程は、
前記液晶層を前記添加剤に浸漬すること、または、前記液晶層に前記添加剤を滴下することを含む、請求項８に記載の液晶光学素子の製造方法。
前記液晶層を前記添加剤に浸漬すること、または、前記液晶層に前記添加剤を滴下することを含む、請求項８に記載の液晶光学素子の製造方法。
【請求項11】
前記液晶層に前記添加剤または前記液晶溶液を浸透させる前に、前記液晶層の上に間隔をおいて複数の保護シートを接着し、
前記液晶層を乾燥させた後に、前記複数の保護シートを剥離する、
請求項８に記載の液晶光学素子の製造方法。
前記液晶層を乾燥させた後に、前記複数の保護シートを剥離する、
請求項８に記載の液晶光学素子の製造方法。
【請求項12】
前記液晶層において、前記保護シートを接着しなかった領域の第１領域の各々は、前記コレステリック液晶として、第１螺旋ピッチの第１コレステリック液晶を有し、
前記保護シートを接着した領域の第２領域の各々は、前記コレステリック液晶として、第２螺旋ピッチの第２コレステリック液晶を有し、
前記第１螺旋ピッチは、前記第２螺旋ピッチより大きい、請求項１１に記載の液晶光学素子の製造方法。
前記保護シートを接着した領域の第２領域の各々は、前記コレステリック液晶として、第２螺旋ピッチの第２コレステリック液晶を有し、
前記第１螺旋ピッチは、前記第２螺旋ピッチより大きい、請求項１１に記載の液晶光学素子の製造方法。
【請求項13】
前記第１領域に形成される前記反射面の前記主面に対する第１傾斜角度は、前記第２領域に形成される前記反射面の前記主面に対する第２傾斜角度より大きい、請求項１２に記載の液晶光学素子の製造方法。
【請求項14】
前記第１傾斜角度は、前記主面に対して時計回りに鋭角であり、
前記第２傾斜角度は、前記主面に対して反時計回りに鋭角である、請求項１３に記載の液晶光学素子の製造方法。
前記第２傾斜角度は、前記主面に対して反時計回りに鋭角である、請求項１３に記載の液晶光学素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、液晶光学素子及び液晶光学素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
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では、格子周期、液晶層の屈折率異方性Δｎ（液晶層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）、及び、液晶層の厚さｄといったパラメータの調整が必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特表２０１７－５２２６０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
実施形態の目的は、光を導光する際の損失を抑制することが可能な液晶光学素子及び液晶光学素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
一実施形態に係る液晶光学素子は、
主面を有する透明基板と、前記主面に配置された配向膜と、前記配向膜に重なり、螺旋状に積み重ねられた複数の液晶分子を含むコレステリック液晶、及び、液晶性を示す添加剤を有する液晶層と、を備え、前記液晶層において、前記液晶分子の配向方向が揃った反射面は、前記主面に対して傾斜している。
主面を有する透明基板と、前記主面に配置された配向膜と、前記配向膜に重なり、螺旋状に積み重ねられた複数の液晶分子を含むコレステリック液晶、及び、液晶性を示す添加剤を有する液晶層と、を備え、前記液晶層において、前記液晶分子の配向方向が揃った反射面は、前記主面に対して傾斜している。
【0006】
一実施形態に係る液晶光学素子の製造方法は、
透明基板の主面に配向膜を形成し、前記配向膜の上に、螺旋状に積み重ねられた複数の液晶分子を含むコレステリック液晶を有する液晶層を形成し、前記液晶層に、液晶性を示す添加剤、または、液晶性を示す添加剤を含む液晶溶液を浸透させ、前記液晶層を乾燥させ、前記液晶層において、前記液晶分子の配向方向が揃った反射面は、前記主面に対して傾斜している。
透明基板の主面に配向膜を形成し、前記配向膜の上に、螺旋状に積み重ねられた複数の液晶分子を含むコレステリック液晶を有する液晶層を形成し、前記液晶層に、液晶性を示す添加剤、または、液晶性を示す添加剤を含む液晶溶液を浸透させ、前記液晶層を乾燥させ、前記液晶層において、前記液晶分子の配向方向が揃った反射面は、前記主面に対して傾斜している。
【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。Ｚ軸に沿った方向をＺ方向または第１方向Ａ１と称し、Ｙ軸に沿った方向をＹ方向または第２方向Ａ２と称し、Ｘ軸に沿った方向をＸ方向または第３方向Ａ３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平面と称し、Ｙ軸及びＺ軸によって規定される面をＹ－Ｚ平面と称する。
【0010】
図１は、本実施形態に係る液晶光学素子１００を模式的に示す断面図である。
液晶光学素子１００は、透明基板１と、配向膜２と、液晶層３と、を備えている。
液晶光学素子１００は、透明基板１と、配向膜２と、液晶層３と、を備えている。
【0011】
透明基板１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。透明基板１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。透明基板１は、任意の形状を取り得る。例えば、透明基板１は、湾曲していてもよい。
【0012】
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。
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。
【0013】
透明基板１は、Ｘ－Ｙ平面に沿った平板状に形成され、第１主面（外面）Ｆ１と、第２主面（内面）Ｆ２と、側面Ｓ１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、第１方向Ａ１において、互いに対向している。側面Ｓ１は、第１方向Ａ１に沿って延びた面である。図１に示す例では、側面Ｓ１は、Ｘ－Ｚ平面と略平行な面であるが、側面Ｓ１は、Ｙ－Ｚ平面と略平行な面を含んでいる。
【0014】
配向膜２は、第２主面Ｆ２に配置されている。配向膜２は、Ｘ－Ｙ平面に沿って配向規制力を有する水平配向膜である。配向膜２は、例えば、光照射により配向処理される光配向膜であるが、ラビングによって配向処理される配向膜であってもよいし、微小な凹凸を有する配向膜であってもよい。配向膜２の第１方向Ａ１に沿った厚さＴ２は、５ｎｍ～３００ｎｍであり、好ましくは１０ｎｍ～２００ｎｍである。
【0015】
液晶層３は、第１方向Ａ１において、配向膜２に重なっている。つまり、配向膜２は、透明基板１と液晶層３との間に位置し、また、透明基板１及び液晶層３に接している。
液晶層３は、第３主面（内面）Ｆ３と、第４主面（外面）Ｆ４と、を有している。第３主面Ｆ３及び第４主面Ｆ４は、Ｘ－Ｙ平面に略平行な面であり、第１方向Ａ１において、互いに対向している。第３主面Ｆ３は、配向膜２に接している。液晶層３の第１方向Ａ１に沿った厚さＴ３、厚さＴ２より大きく、例えば、１μｍ～１０μｍであり、好ましくは２μｍ～７μｍである。
なお、第４主面Ｆ４は、透明な保護層で覆われてもよい。
液晶層３は、第３主面（内面）Ｆ３と、第４主面（外面）Ｆ４と、を有している。第３主面Ｆ３及び第４主面Ｆ４は、Ｘ－Ｙ平面に略平行な面であり、第１方向Ａ１において、互いに対向している。第３主面Ｆ３は、配向膜２に接している。液晶層３の第１方向Ａ１に沿った厚さＴ３、厚さＴ２より大きく、例えば、１μｍ～１０μｍであり、好ましくは２μｍ～７μｍである。
なお、第４主面Ｆ４は、透明な保護層で覆われてもよい。
【0016】
液晶層３は、拡大して模式的に示すように、第１旋回方向に旋回したコレステリック液晶３１１を有している。コレステリック液晶３１１は、第１方向Ａ１にほぼ平行な螺旋軸ＡＸ１を有し、また、第１方向Ａ１に沿った螺旋ピッチＰを有している。螺旋ピッチＰは、螺旋の１周期（液晶分子が３６０度回転するのに要する螺旋軸ＡＸ１に沿った層厚）を示す。
【0017】
液晶層３は、反射面３２１を有している。反射面３２１では、液晶層３への入射光のうち、コレステリック液晶３１１の螺旋ピッチＰ及び液晶層３の屈折率異方性Δｎに応じて決定する選択反射帯域の円偏光が反射される。例えば、第１旋回方向が右回りの場合、右回りの円偏光が反射面３２１で反射され、第１旋回方向が左回りの場合、左回りの円偏光が反射面３２１で反射される。なお、本明細書において、液晶層３における「反射」とは、液晶層３の内部における回折を伴うものである。また、本明細書において、円偏光は、厳密な円偏光であってもよいし、楕円偏光に近似した円偏光であってもよい。
【0018】
図１に示す例では、液晶層３は、第１主面Ｆ１の側から入射した光ＬＴｉの一部を透明基板１に向けて反射するように構成されている。なお、液晶層３は、第４主面Ｆ４の側から入射した光の一部を反射するように構成することもできる。また、液晶光学素子１００において、図１に示した液晶層３に、他のコレステリック液晶を有する液晶層が積層されていてもよい。他のコレステリック液晶とは、例えば、螺旋ピッチＰとは異なる螺旋ピッチを有するコレステリック液晶や、第１旋回方向とは逆回りの第２旋回方向に旋回したコレステリック液晶などである。
【0019】
次に、図１に示す液晶光学素子１００の光学作用について説明する。
【0020】
液晶光学素子１００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１に示す例では、理解を容易にするために、光ＬＴｉは、透明基板１に対して略垂直に入射するものとする。なお、透明基板１に対する光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透明基板１に光ＬＴｉが入射してもよい。
図１に示す例では、理解を容易にするために、光ＬＴｉは、透明基板１に対して略垂直に入射するものとする。なお、透明基板１に対する光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透明基板１に光ＬＴｉが入射してもよい。
【0021】
光ＬＴｉは、第１主面Ｆ１から透明基板１の内部に進入し、第２主面Ｆ２から出射して、配向膜２を透過し、液晶層３に入射する。そして、液晶層３は、光ＬＴｉの一部を反射する。一例では、液晶層３は、赤外線の第１円偏光を透明基板１に向けて反射し、他の光ＬＴｔを透過する。
【0022】
液晶層３は、第１円偏光を、透明基板１における光導波条件を満足する進入角θで、透明基板１に向けて反射する。ここでの進入角θとは、透明基板１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、透明基板１に直交する垂線に対する角度を示す。
【0023】
透明基板１、配向膜２、及び、液晶層３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導光素子となり得る。この場合、光ＬＴｒは、透明基板１と空気との界面、及び、液晶層３と空気との界面において、反射を繰り返しながら、液晶光学素子１００の内部を側面Ｓ１に向けて導光される。
【0024】
なお、ここでは赤外線Ｉが反射される例について説明したが、液晶層３は、可視光を反射するように構成されてもよいし、紫外線を反射するように構成されてもよいし、複数の波長帯の光を反射するように構成されてもよい。
【0025】
図２は、液晶層３に含まれるコレステリック液晶３１１の一例を説明するための図である。
なお、図２では、液晶層３を第１方向Ａ１に拡大して図示している。また、簡略化のため、コレステリック液晶３１１を構成する液晶分子ＬＭ１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ＬＭ１を図示している。図示した液晶分子ＬＭ１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。
なお、図２では、液晶層３を第１方向Ａ１に拡大して図示している。また、簡略化のため、コレステリック液晶３１１を構成する液晶分子ＬＭ１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ＬＭ１を図示している。図示した液晶分子ＬＭ１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。
【0026】
液晶層３は、コレステリック液晶３１１と、液晶性を示す添加剤（ゲスト液晶）４と、を有している。
【0027】
１つのコレステリック液晶３１１に着目すると、コレステリック液晶３１１は、旋回しながら第１方向Ａ１に沿って螺旋状に積み重ねられた複数の液晶分子ＬＭ１によって構成されている。複数の液晶分子ＬＭ１は、コレステリック液晶３１１の一端側の液晶分子ＬＭ１１と、コレステリック液晶３１１の他端側の液晶分子ＬＭ１２と、を有している。液晶分子ＬＭ１１は、第３主面Ｆ３あるいは配向膜２に近接している。液晶分子ＬＭ１２は、第４主面Ｆ４に近接している。
【0028】
図２に示す例の液晶層３において、第２方向Ａ２に沿って隣接する複数のコレステリック液晶３１１の配向方向は、互いに異なっている。また、第２方向Ａ２に沿って隣接するコレステリック液晶３１１の各々の空間位相は、互いに異なっている。そして、複数の液晶分子ＬＭ１１の配向方向は、第２方向Ａ２に沿って連続的に変化している。また、複数の液晶分子ＬＭ１２の配向方向も、第２方向Ａ２に沿って連続的に変化している。
【0029】
液晶層３の反射面３２１は、第２主面Ｆ２あるいはＸ－Ｙ平面に対して傾斜している。反射面３２１とＸ－Ｙ平面とのなす角度θαは、鋭角である。ここでの反射面３２１は、液晶分子ＬＭ１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。角度θαは、反射面３２１の第２主面Ｆ２に対する傾斜角度に相当する。
【0030】
なお、反射面３２１の形状は、図２に示したような平面形状に限らず、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。また、反射面３２１の一部に凸凹を有していたり、反射面３２１の傾斜角度θαが均一でなかったり、複数の反射面３２１が、規則的に整列していなかったりしてもよい。複数のコレステリック液晶３１１の空間位相分布に応じて、任意の形状の反射面３２１を構成することができる。
【0031】
このような液晶層３は、液晶分子ＬＭ１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ＬＭ１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１００は、液晶層３に電界を形成するための電極を備えていない。
【0032】
図示した例では、添加剤４は、液晶層３においてほぼ均一に浸透している。添加剤４は、コレステリック液晶３１１と同様に配向している。このような添加剤４は、屈折率異方性Δｎ４を有している。屈折率異方性Δｎ４は、コレステリック液晶３１１の屈折率異方性Δｎ３よりも大きい。このため、液晶層３の屈折率異方性Δｎは、添加剤４が液晶層３に添加された分に応じて増大する。屈折率異方性Δｎは、屈折率異方性Δｎ４を超えることはない。つまり、屈折率異方性Δｎ４は、屈折率異方性Δｎよりも大きい。
【0033】
一般的に、コレステリック液晶３１１を有する液晶層３において、垂直入射した光に対する選択反射帯域Δλは、コレステリック液晶３１１の螺旋ピッチＰ、液晶層３の屈折率異方性Δｎ（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）に基づいて、次の式（１）で示される。
Δλ＝Δｎ＊Ｐ …（１）
選択反射帯域Δλの具体的な波長範囲は、ｎｏ＊Ｐ以上、ｎｅ＊Ｐ以下の範囲であり、一例では、８００ｎｍ～１０００ｎｍの近赤外の範囲である。
Δλ＝Δｎ＊Ｐ …（１）
選択反射帯域Δλの具体的な波長範囲は、ｎｏ＊Ｐ以上、ｎｅ＊Ｐ以下の範囲であり、一例では、８００ｎｍ～１０００ｎｍの近赤外の範囲である。
【0034】
選択反射帯域Δλの中心波長λｍは、コレステリック液晶３１１の螺旋ピッチＰ、液晶層３の平均屈折率ｎａｖ（＝（ｎｅ＋ｎｏ）／２）に基づいて、次の式（２）で示される。
λｍ＝ｎａｖ＊Ｐ …（２）
上記の式（１）に基づくと、選択反射帯域Δλを拡大する要望に対しては、屈折率異方性Δｎを増大する、もしくは、螺旋ピッチＰを増大する必要がある。しかしながら、上記の式（２）で示すように、螺旋ピッチＰは、中心波長λｍにも影響を与える。このため、中心波長λｍの長波長側へのシフトを抑制しつつ選択反射帯域Δλを拡大するためには、屈折率異方性Δｎを増大することが有効である。
λｍ＝ｎａｖ＊Ｐ …（２）
上記の式（１）に基づくと、選択反射帯域Δλを拡大する要望に対しては、屈折率異方性Δｎを増大する、もしくは、螺旋ピッチＰを増大する必要がある。しかしながら、上記の式（２）で示すように、螺旋ピッチＰは、中心波長λｍにも影響を与える。このため、中心波長λｍの長波長側へのシフトを抑制しつつ選択反射帯域Δλを拡大するためには、屈折率異方性Δｎを増大することが有効である。
【0035】
本実施形態によれば、液晶層３は、コレステリック液晶３１１に加えて、添加剤４を有している。添加剤４の屈折率異方性Δｎ４は、コレステリック液晶３１１の屈折率異方性Δｎ３より大きい。このため、液晶層３が添加剤４を有していない場合と比較して、液晶層３の屈折率異方性Δｎを増大することができる。これにより、液晶層３における選択反射帯域Δλを拡大することができる。
【0036】
また、コレステリック液晶３１１を形成するための材料として、所望の屈折率異方性Δｎを得るための材料を選定することが難しい場合であっても、添加剤４の添加量を調整することで容易に所望の屈折率異方性Δｎを実現することができる。
【0037】
図３は、液晶光学素子１００を模式的に示す平面図である。
図３には、コレステリック液晶３１１の空間位相の一例が示されている。ここに示す空間位相は、コレステリック液晶３１１に含まれる液晶分子ＬＭ１のうち、第３主面Ｆ３の近傍に位置する液晶分子ＬＭ１１の配向方向として示している。
図３には、コレステリック液晶３１１の空間位相の一例が示されている。ここに示す空間位相は、コレステリック液晶３１１に含まれる液晶分子ＬＭ１のうち、第３主面Ｆ３の近傍に位置する液晶分子ＬＭ１１の配向方向として示している。
【0038】
第２方向Ａ２に沿って並んだコレステリック液晶３１１の各々について、液晶分子ＬＭ１１の配向方向は互いに異なる。つまり、コレステリック液晶３１１の空間位相は、第２方向Ａ２に沿って異なる。
一方、第３方向Ａ３に沿って並んだコレステリック液晶３１１の各々について、液晶分子ＬＭ１１の配向方向は略一致する。つまり、コレステリック液晶３１１の空間位相は、第３方向Ａ３において略一致する。
一方、第３方向Ａ３に沿って並んだコレステリック液晶３１１の各々について、液晶分子ＬＭ１１の配向方向は略一致する。つまり、コレステリック液晶３１１の空間位相は、第３方向Ａ３において略一致する。
【0039】
特に、第２方向Ａ２に並んだコレステリック液晶３１１に着目すると、各液晶分子ＬＭ１１の配向方向は、一定角度ずつ異なっている。つまり、第２方向Ａ２に沿って並んだ複数の液晶分子ＬＭ１１の配向方向は、線形に変化している。したがって、第２方向Ａ２に沿って並んだ複数のコレステリック液晶３１１の空間位相は、第２方向Ａ２に沿って線形に変化している。その結果、図２に示した液晶層３のように、Ｘ－Ｙ平面に対して傾斜する反射面３２１が形成される。ここでの「線形に変化」は、例えば、液晶分子ＬＭ１１の配向方向の変化量が１次関数で表されることを示す。なお、ここでの液晶分子ＬＭ１１の配向方向とは、Ｘ－Ｙ平面における液晶分子ＬＭ１１の長軸方向に相当する。このような液晶分子ＬＭ１１の配向方向は、配向膜２になされた配向処理によって制御される。
【0040】
ここで、図３に示すように、一平面内において、第２方向Ａ２に沿って液晶分子ＬＭ１１の配向方向が１８０度だけ変化するときの２つの液晶分子ＬＭ１１の間隔を周期Ｔと定義する。なお、図３においてＤＰは液晶分子ＬＭ１１の旋回方向を示している。図２に示した反射面３２１の傾斜角度θαは、周期Ｔ及び螺旋ピッチＰによって適宜設定される。
【0041】
【0042】
図４に示す材料例（１）～（８）、及び、図５に示す材料例（９）～（１４）は、ネマティック液晶材料、スメクティック液晶材料の例であり、シアノビフェニル系及びその類縁体、含フッ素ビフェニル系及びその類縁体、その他のビフェニル系及びその類縁体、フェニルエステル系、シッフ塩基系の材料である。
【0043】
図６乃至図８に示す材料例（１５）～（４４）は、ネマティック液晶材料、スメクティック液晶材料の例であり、トラン系の材料である。
材料例（１５）及び（１６）は、シクロヘキサンフェニルトラン系の材料である。
材料例（１７）～（２０）は、シクロヘキサンエステルフェニルトラン系の材料である。
材料例（２１）及び（２２）は、アルコキシシクロヘキサンエステルフェニルトラン系の材料である。
材料例（２３）～（２６）は、フルオロシクロヘキサンエステルフェニルトラン系の材料である。
材料例（２７）及び（２８）は、４環エステルトラン系の材料である。
材料例（２９）～（３２）は、フェニルトランエステル系の材料である。
材料例（３３）～（３６）は、シアノフェニルトランエステル系の材料である。
材料例（３７）～（４０）は、フルオロフェニルトランエステル系の材料である。
材料例（４４）～（４４）は、ビフルオロフェニルトランエステル系の材料である。
材料例（１５）及び（１６）は、シクロヘキサンフェニルトラン系の材料である。
材料例（１７）～（２０）は、シクロヘキサンエステルフェニルトラン系の材料である。
材料例（２１）及び（２２）は、アルコキシシクロヘキサンエステルフェニルトラン系の材料である。
材料例（２３）～（２６）は、フルオロシクロヘキサンエステルフェニルトラン系の材料である。
材料例（２７）及び（２８）は、４環エステルトラン系の材料である。
材料例（２９）～（３２）は、フェニルトランエステル系の材料である。
材料例（３３）～（３６）は、シアノフェニルトランエステル系の材料である。
材料例（３７）～（４０）は、フルオロフェニルトランエステル系の材料である。
材料例（４４）～（４４）は、ビフルオロフェニルトランエステル系の材料である。
【0044】
図９に示す材料例（４５）～（５４）は、ネマティック液晶材料、スメクティック液晶材料の例であり、シアノビフェニル系及びその類縁体の材料である。
【0045】
次に、液晶光学素子１００の製造方法について、図１０を参照しながら説明する。
まず透明基板１を洗浄する（ステップＳＴ１）。
そして、透明基板１の第２主面Ｆ２に配向膜２を形成する（ステップＳＴ２）。配向膜２には、所定の配向処理を行う。このとき、例えば、図３に示したような液晶分子ＬＭ１１の配向パターンが形成されるように、配向膜２の配向処理（光配向処理）を行う。
まず透明基板１を洗浄する（ステップＳＴ１）。
そして、透明基板１の第２主面Ｆ２に配向膜２を形成する（ステップＳＴ２）。配向膜２には、所定の配向処理を行う。このとき、例えば、図３に示したような液晶分子ＬＭ１１の配向パターンが形成されるように、配向膜２の配向処理（光配向処理）を行う。
【0046】
そして、配向膜２の上に液晶材料（コレステリック液晶を形成するためのモノマー材料を含む溶液）を塗布する（ステップＳＴ３）。その後、チャンバ内を減圧することで溶媒を乾燥し（ステップＳＴ４）、さらに、液晶材料をベークする（ステップＳＴ５）。ベークにより液晶材料に含まれる液晶分子は、配向膜２の配向処理方向に応じて所定の方向に配向する。そして、液晶材料を室温程度まで冷却し（ステップＳＴ６）、その後、液晶材料に紫外線を照射して液晶材料を硬化する（ステップＳＴ７）。これにより、コレステリック液晶を有する液晶層３が形成される。
【0047】
以下に、液晶層３に添加剤４を浸透させるための工程について説明する。
【0048】
図１１は、液晶層３に添加剤４を浸透させる工程の一例を示す図である。
まず、上記の添加剤４を溶媒に溶かした液晶溶液を用意する（ステップＳＴ１１）。溶媒は、ヘキサン、シクロヘキサン、シクロヘキサノン、ヘプタン、トルエン、アニソール、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡ）などの有機溶媒が適用可能である。
そして、液晶層３に液晶溶液を浸透させる（ステップＳＴ１２）。ここでの浸透させる処理とは、液晶層３を液晶溶液に浸漬したり、液晶層３に液晶溶液を滴下したりすることを含むものである。これにより、液晶溶液に含まれる添加剤４が溶媒とともに液晶層３に均一に浸透する。
その後、スピンナーなどを利用して過剰な液晶溶液を除去する（ステップＳＴ１３）。必要に応じて、液晶溶液を除去するための有機溶媒を用いてもよい。
その後、透明基板１を加熱するなどして液晶層３に浸透した溶媒を除去し、液晶層３を乾燥させる（ステップＳＴ１４）。そして、透明基板１を室温程度まで冷却する（ステップＳＴ１５）。
まず、上記の添加剤４を溶媒に溶かした液晶溶液を用意する（ステップＳＴ１１）。溶媒は、ヘキサン、シクロヘキサン、シクロヘキサノン、ヘプタン、トルエン、アニソール、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡ）などの有機溶媒が適用可能である。
そして、液晶層３に液晶溶液を浸透させる（ステップＳＴ１２）。ここでの浸透させる処理とは、液晶層３を液晶溶液に浸漬したり、液晶層３に液晶溶液を滴下したりすることを含むものである。これにより、液晶溶液に含まれる添加剤４が溶媒とともに液晶層３に均一に浸透する。
その後、スピンナーなどを利用して過剰な液晶溶液を除去する（ステップＳＴ１３）。必要に応じて、液晶溶液を除去するための有機溶媒を用いてもよい。
その後、透明基板１を加熱するなどして液晶層３に浸透した溶媒を除去し、液晶層３を乾燥させる（ステップＳＴ１４）。そして、透明基板１を室温程度まで冷却する（ステップＳＴ１５）。
【0049】
なお、液晶層３への添加剤４の添加量は、上記のステップＳＴ１２乃至ＳＴ１５を行う回数で調整することができる。つまり、添加量を増大したい場合には、上記のステップＳＴ１２乃至ＳＴ１５を複数回繰り返し行えばよい。これにより、所望の反射性能を有する液晶光学素子１００が製造される。
【0050】
図１２は、液晶層３に添加剤４を浸透させる工程の他の例を示す図である。
まず、液状の添加剤４を用意する（ステップＳＴ２１）。必要に応じて添加剤４をＮＩ点（Nematic-Isotropic転移温度）以上の温度に加熱することで、液状の添加剤４が得られる。
そして、液晶層３に液状の添加剤４を浸透させる（ステップＳＴ２２）。ここでの浸透させる処理とは、液晶層３を添加剤４に浸漬したり、液晶層３に添加剤４を滴下したりすることを含むものである。これにより、液状の添加剤４が液晶層３に均一に浸透する。
その後、スピンナーなどを利用して過剰な添加剤４を除去する（ステップＳＴ２３）。なお、必要に応じて、過剰な添加剤４を除去するための有機溶媒を用いてもよい。
そして、透明基板１を加熱するなどして液晶層３を乾燥させる（ステップＳＴ２４）。
そして、透明基板１を室温程度まで冷却する（ステップＳＴ１５）。
まず、液状の添加剤４を用意する（ステップＳＴ２１）。必要に応じて添加剤４をＮＩ点（Nematic-Isotropic転移温度）以上の温度に加熱することで、液状の添加剤４が得られる。
そして、液晶層３に液状の添加剤４を浸透させる（ステップＳＴ２２）。ここでの浸透させる処理とは、液晶層３を添加剤４に浸漬したり、液晶層３に添加剤４を滴下したりすることを含むものである。これにより、液状の添加剤４が液晶層３に均一に浸透する。
その後、スピンナーなどを利用して過剰な添加剤４を除去する（ステップＳＴ２３）。なお、必要に応じて、過剰な添加剤４を除去するための有機溶媒を用いてもよい。
そして、透明基板１を加熱するなどして液晶層３を乾燥させる（ステップＳＴ２４）。
そして、透明基板１を室温程度まで冷却する（ステップＳＴ１５）。
【0051】
なお、液晶層３への添加剤４の添加量は、上記のステップＳＴ２２乃至ＳＴ２５を行う回数で調整することができる。つまり、添加量を増大したい場合には、上記のステップＳＴ２乃至ＳＴ２５を複数回繰り返し行えばよい。これにより、所望の反射性能を有する液晶光学素子１００が製造される。
【0052】
図１３は、液晶層３に添加剤４が浸透する様子を説明するための図である。
図の左側は、添加剤４が浸透する前の液晶層３の様子を模式的に示している。液晶層３は、厚さＴ０を有している。液晶層３に含まれるコレステリック液晶３１１は、螺旋ピッチＰ０を有している。
図の右側は、添加剤４が浸透した液晶層３の様子を模式的に示している。液晶層３は、添加剤４が浸透したことによって膨潤する。つまり、液晶層３の厚さＴ１は、厚さＴ０より大きい。また、液晶層３に含まれるコレステリック液晶３１１の螺旋ピッチＰ１は、螺旋ピッチＰ０より大きい。螺旋ピッチの拡大に伴って、液晶層３に形成される反射面３２１の傾斜角度も拡大する。
以下、いくつかの実施例について説明する。
図の左側は、添加剤４が浸透する前の液晶層３の様子を模式的に示している。液晶層３は、厚さＴ０を有している。液晶層３に含まれるコレステリック液晶３１１は、螺旋ピッチＰ０を有している。
図の右側は、添加剤４が浸透した液晶層３の様子を模式的に示している。液晶層３は、添加剤４が浸透したことによって膨潤する。つまり、液晶層３の厚さＴ１は、厚さＴ０より大きい。また、液晶層３に含まれるコレステリック液晶３１１の螺旋ピッチＰ１は、螺旋ピッチＰ０より大きい。螺旋ピッチの拡大に伴って、液晶層３に形成される反射面３２１の傾斜角度も拡大する。
以下、いくつかの実施例について説明する。
【0053】
《実施例１》
まず、図１０に示したステップＳＴ１乃至ＳＴ７を経て液晶層３を形成する。
続いて、図１１に示したステップＳＴ１１乃至ＳＴ１５を経て液晶層３に添加剤４を浸透させ、液晶光学素子を作製する。ステップＳＴ１１で用意した液晶溶液は、溶媒としてシクロヘキサノンを適用し、添加剤４として４－Ｃｙａｎｏ－４’’－ｐｅｎｔｙｌ－ｐ－ｔｅｒｐｈｅｎｙl（別名：５ＣＴ）を適用している。
まず、図１０に示したステップＳＴ１乃至ＳＴ７を経て液晶層３を形成する。
続いて、図１１に示したステップＳＴ１１乃至ＳＴ１５を経て液晶層３に添加剤４を浸透させ、液晶光学素子を作製する。ステップＳＴ１１で用意した液晶溶液は、溶媒としてシクロヘキサノンを適用し、添加剤４として４－Ｃｙａｎｏ－４’’－ｐｅｎｔｙｌ－ｐ－ｔｅｒｐｈｅｎｙl（別名：５ＣＴ）を適用している。
【0054】
比較例として、実施例１と同一の液晶材料を用いて液晶層３を形成し、添加剤４を浸透させていない液晶光学素子を作製する。
【0055】
図１４は、液晶光学素子の光学作用を説明するための図である。図中に、透明基板１の法線を点線で示している。図１４には、法線に沿って液晶光学素子１００に入射する光ＬＴｉ及び反射面３２１で反射された光ＬＴｒを示し、液晶光学素子１００を透過する光の図示を省略している。また、図１４では、透明基板１と液晶層３との間の配向膜の図示を省略する。
【0056】
図１４の上段は、液晶層３に添加剤４を浸透させていない液晶光学素子１００の光学作用を示している（比較例）。厚さＴ０の液晶層３に形成される反射面３２１と第２主面Ｆ２とのなす角度を傾斜角度θ１０として表す。法線に沿って入射した光ＬＴｉと反射面３２１で反射された光ＬＴｒとのなす角度を反射角θ２０として表す。一例では、厚さＴ０は３．２３μｍであった。また、電子顕微鏡で撮影した断面写真を確認したところ、傾斜角度θ１０は３８°であり、螺旋ピッチＰ０は５３４ｎｍであった。
【0057】
図１４の下段は、液晶層３に添加剤４を浸透させた液晶光学素子１００の光学作用を示している（実施例１）。厚さＴ１の液晶層３に形成される反射面３２１と第２主面Ｆ２とのなす角度を傾斜角度θ１１として表す。傾斜角度θ１１は、傾斜角度θ１０より大きい。また、法線に沿って入射した光ＬＴｉと反射面３２１で反射された光ＬＴｒとのなす角度を反射角θ２１として表す。反射角θ２１は、反射角θ２０より大きい。一例では、厚さＴ１は３．５４μｍであった。また、電子顕微鏡で撮影した断面写真を確認したところ、傾斜角度θ１１は４２°であり、螺旋ピッチＰ１は６１８ｎｍであった。また、液晶層３の屈折率異方性Δｎは、比較例と比べて、添加剤４が浸透したことによって増大したことが確認された。この結果、実施例１における選択反射帯域Δλの中心波長λｍは、比較例と比べて、約５０ｎｍほど長波長側にシフトした。
【0058】
このように、添加剤４を浸透させることにより、液晶層３が膨潤し、反射面３２１の傾斜角度を拡大することができる。そして、図示した例では、比較例において、光ＬＴｒは、透明基板１と空気との界面において、４回反射されるのに対して、実施例１においては、光ＬＴｒは、透明基板１と空気との界面において、２回反射される。つまり、実施例１によれば、比較例と比べて、液晶光学素子１００で導光される光ＬＴｒの反射回数を減らすことができる。このため、光ＬＴｒが透明基板１及び液晶層３に付着した異物や微小なクラックに起因して散乱されたり、光ＬＴｒが液晶光学素子１００の外部に漏れ出たりする不具合が抑制される。したがって、光を導光する際の損失が抑制される。
【0059】
《実施例２》
まず、図１０に示したステップＳＴ１乃至ＳＴ７を経て透明基板１の上に配向膜２及び液晶層３を形成する。
まず、図１０に示したステップＳＴ１乃至ＳＴ７を経て透明基板１の上に配向膜２及び液晶層３を形成する。
【0060】
図１５は、配向膜２の近傍に位置する液晶分子ＬＭ１１の配向パターンを示す図である。液晶層３は点線で示している。
第２方向Ａ２に沿って並んだ液晶分子ＬＭ１１の配向方向は、一定角度ずつ異なっている。図示した例では、第２方向Ａ２に沿って図の左から右に向かうにしたがって、配向方向は時計回りに一定角度ずつ異なっている。
一方、第３方向Ａ３に沿って並んだ液晶分子ＬＭ１１の配向方向は、略一致している。
第２方向Ａ２に沿って並んだ液晶分子ＬＭ１１の配向方向は、一定角度ずつ異なっている。図示した例では、第２方向Ａ２に沿って図の左から右に向かうにしたがって、配向方向は時計回りに一定角度ずつ異なっている。
一方、第３方向Ａ３に沿って並んだ液晶分子ＬＭ１１の配向方向は、略一致している。
【0061】
図１６は、液晶層３に保護シート１０を接着する工程を説明するための図である。
保護シート１０は、例えば、ポリイミドで形成されたシートであり、耐薬品性及び防水性を有している。保護シート１０の各々は、例えば、一方向に延出した短冊状に形成されている。これらの保護シート１０は、間隔をおいて液晶層３の上に接着される。一例では、保護シート１０は、その長辺が図１５に示した第３方向Ａ３に沿うように液晶層３に接着される。なお、保護シート１０は、その長辺が第２方向Ａ２に沿うように液晶層３に接着されてもよい。
保護シート１０は、例えば、ポリイミドで形成されたシートであり、耐薬品性及び防水性を有している。保護シート１０の各々は、例えば、一方向に延出した短冊状に形成されている。これらの保護シート１０は、間隔をおいて液晶層３の上に接着される。一例では、保護シート１０は、その長辺が図１５に示した第３方向Ａ３に沿うように液晶層３に接着される。なお、保護シート１０は、その長辺が第２方向Ａ２に沿うように液晶層３に接着されてもよい。
【0062】
実施例２では、液晶層３のうち、保護シート１０を接着しなかった領域を第１領域Ｒ１と称し、保護シート１０を接着した領域を第２領域Ｒ２と称する。複数の第１領域Ｒ１及び複数の第２領域Ｒ２は、第２方向Ａ２において交互に並んでいる。
【0063】
図１７は、液晶層３に添加剤４を浸透させる工程を説明するための図である。なお、図１７以降、配向膜の図示を省略している。
まず、図１７の上段に示すように、液状の添加剤４を用意する。ここでは、添加剤４として、４’－ｐｅｎｔｙｌ－４－ｂｉｐｈｅｎｙｌｃａｒｂｏｎｉｔｒｉｌｅ（別名:５ＣＢ）を適用している。容器内の添加剤４は、予めＮＩ点を超える５０℃に加熱して液体状態としている。そして、液晶層３を添加剤４に浸漬する。
その後、図１７の下段に示すように、スピンナーを利用して過剰な添加剤４を除去し、液晶層３を乾燥させる。第１領域Ｒ１には添加剤４が浸透し、第２領域Ｒ２にはほとんど添加剤４が浸透していない。
まず、図１７の上段に示すように、液状の添加剤４を用意する。ここでは、添加剤４として、４’－ｐｅｎｔｙｌ－４－ｂｉｐｈｅｎｙｌｃａｒｂｏｎｉｔｒｉｌｅ（別名:５ＣＢ）を適用している。容器内の添加剤４は、予めＮＩ点を超える５０℃に加熱して液体状態としている。そして、液晶層３を添加剤４に浸漬する。
その後、図１７の下段に示すように、スピンナーを利用して過剰な添加剤４を除去し、液晶層３を乾燥させる。第１領域Ｒ１には添加剤４が浸透し、第２領域Ｒ２にはほとんど添加剤４が浸透していない。
【0064】
乾燥させた液晶層３に着目すると、保護シート１０が接着された第２領域Ｒ２は、見た目の変化はほとんどなかった。一方で、第１領域Ｒ１は、添加剤４が浸透したことで膨潤し、添加剤４を浸透させる前と比較して、見た目の色が変化していた。
【0065】
図１８は、保護シート１０を剥離した後の液晶層３を示す断面図である。
第１領域Ｒ１は、コレステリック液晶として、第１コレステリック液晶ＣＬ１を有している。第２領域Ｒ２は、コレステリック液晶として、第２コレステリック液晶ＣＬ２を有している。
第１コレステリック液晶ＣＬ１は、第２コレステリック液晶ＣＬ２と比較して、螺旋軸ＡＸ１に沿って膨潤している。つまり、第１領域Ｒ１の厚さＴ１は、第２領域Ｒ２の厚さＴ２とは異なり、厚さＴ２より大きい。また、第１コレステリック液晶ＣＬ１の第１螺旋ピッチＰ１は、第２コレステリック液晶ＣＬ２の第２螺旋ピッチＰ２とは異なり、第２螺旋ピッチＰ２より大きい。このため、第１領域Ｒ１で反射される選択反射帯域の中心波長は、第２領域Ｒ２で反射される選択反射帯域の中心波長よりも長波長である。
また、第１領域Ｒ１に形成される反射面３２１の第２主面Ｆ２に対する第１傾斜角度θ１１は、第２領域Ｒ２に形成される反射面３２１の第２主面Ｆ２に対する第２傾斜角度θ１２とは異なり、第２傾斜角度θ１２より大きい。図示した例では、第１傾斜角度θ１１及び第２傾斜角度θ１２は、いずれも第２主面Ｆ２に対して時計回りの鋭角である。
第１領域Ｒ１は、コレステリック液晶として、第１コレステリック液晶ＣＬ１を有している。第２領域Ｒ２は、コレステリック液晶として、第２コレステリック液晶ＣＬ２を有している。
第１コレステリック液晶ＣＬ１は、第２コレステリック液晶ＣＬ２と比較して、螺旋軸ＡＸ１に沿って膨潤している。つまり、第１領域Ｒ１の厚さＴ１は、第２領域Ｒ２の厚さＴ２とは異なり、厚さＴ２より大きい。また、第１コレステリック液晶ＣＬ１の第１螺旋ピッチＰ１は、第２コレステリック液晶ＣＬ２の第２螺旋ピッチＰ２とは異なり、第２螺旋ピッチＰ２より大きい。このため、第１領域Ｒ１で反射される選択反射帯域の中心波長は、第２領域Ｒ２で反射される選択反射帯域の中心波長よりも長波長である。
また、第１領域Ｒ１に形成される反射面３２１の第２主面Ｆ２に対する第１傾斜角度θ１１は、第２領域Ｒ２に形成される反射面３２１の第２主面Ｆ２に対する第２傾斜角度θ１２とは異なり、第２傾斜角度θ１２より大きい。図示した例では、第１傾斜角度θ１１及び第２傾斜角度θ１２は、いずれも第２主面Ｆ２に対して時計回りの鋭角である。
【0066】
図１９は、液晶光学素子１００の光学作用を説明するための図である。図中に、透明基板１の法線を点線で示している。図１９には、法線に沿って液晶光学素子１００に入射する波長λ１の光及び第１領域Ｒ１の反射面３２１で反射された光を太線で示し、法線に沿って液晶光学素子１００に入射する波長λ２の光及び第２領域Ｒ２の反射面３２１で反射された光を細線で示し、液晶光学素子１００を透過する光の図示を省略している。波長λ１は、波長λ２よりも長波長である。
【0067】
第１主面Ｆ１から入射した波長λ１の光は、第１領域Ｒ１の反射面３２１で反射された後、透明基板１と空気との界面、及び、液晶層３と空気との界面において、反射を繰り返しながら、液晶光学素子１００の内部を導光される。
第１主面Ｆ１から入射した波長λ２の光は、第２領域Ｒ２の反射面３２１で反射された後、透明基板１と空気との界面、及び、液晶層３と空気との界面において、反射を繰り返しながら、液晶光学素子１００の内部を導光される。図示した例の場合、波長λ１の光及び波長λ２の光は、いずれも透明基板１の内部を図の左から右に向かって導光される。
このような実施例２によれば、上記の実施例１で得られる効果に加えて、液晶層３に部分的に添加剤を浸透させることにより、選択反射帯域の広帯域化が可能となる。
第１主面Ｆ１から入射した波長λ２の光は、第２領域Ｒ２の反射面３２１で反射された後、透明基板１と空気との界面、及び、液晶層３と空気との界面において、反射を繰り返しながら、液晶光学素子１００の内部を導光される。図示した例の場合、波長λ１の光及び波長λ２の光は、いずれも透明基板１の内部を図の左から右に向かって導光される。
このような実施例２によれば、上記の実施例１で得られる効果に加えて、液晶層３に部分的に添加剤を浸透させることにより、選択反射帯域の広帯域化が可能となる。
【0068】
【0069】
【0070】
その後、図２０の中段に示すように、複数の第１保護シート１１が間隔をおいて液晶層３の上に接着される。図示した例では、第１保護シート１１の第２方向Ａ２に沿った幅Ｗ１は、第１保護シート１１の間隔Ｄ１より大きい。
そして、液晶層３を添加剤に浸漬する。実施例３においても、液状の添加剤として、ＮＩ点以上に加熱した４’－ｐｅｎｔｙｌ－４－ｂｉｐｈｅｎｙｌｃａｒｂｏｎｉｔｒｉｌｅ（別名:５ＣＢ）を適用している。そして、スピンナーを利用して過剰な添加剤を除去し、液晶層３を乾燥させる。その後、第１保護シート１１を剥離する。
そして、液晶層３を添加剤に浸漬する。実施例３においても、液状の添加剤として、ＮＩ点以上に加熱した４’－ｐｅｎｔｙｌ－４－ｂｉｐｈｅｎｙｌｃａｒｂｏｎｉｔｒｉｌｅ（別名:５ＣＢ）を適用している。そして、スピンナーを利用して過剰な添加剤を除去し、液晶層３を乾燥させる。その後、第１保護シート１１を剥離する。
【0071】
その後、図２０の下段に示すように、複数の第２保護シート１２が間隔をおいて液晶層３の上に接着される。図示した例では、第２保護シート１２の第２方向Ａ２に沿った幅Ｗ２は、第２保護シート１２の間隔Ｄ２より小さい。また、幅Ｗ２は幅Ｗ１より小さく、間隔Ｄ２は間隔Ｄ１より大きい。そして、液晶層３を添加剤に浸漬し、スピンナーを利用して過剰な添加剤を除去し、液晶層３を乾燥させる。その後、第２保護シート１２を剥離する。
【0072】
実施例３では、液晶層３のうち、第１保護シート１１及び第２保護シート１２を接着しなかった領域を第１領域Ｒ１と称し、第１保護シート１１を接着し第２保護シート１２を接着しなかった領域を第２領域Ｒ２と称し、第１保護シート１１及び第２保護シート１２を接着した領域を第３領域Ｒ３と称する。第１領域Ｒ１には少なくとも２回の工程に亘って添加剤が浸透し、第２領域Ｒ２には添加剤が浸透しているものの第１領域Ｒ１より添加剤の添加量は少なく、第３領域Ｒ３にはほとんど添加剤が浸透していない。
【0073】
液晶層３に着目すると、第３領域Ｒ３は、見た目の変化はほとんどなかった。一方で、第２領域Ｒ２は、添加剤が浸透したことで膨潤し、添加剤を浸透させる前と比較して、見た目の色が変化していた。また、第３領域Ｒ３は、添加剤がさらに浸透したことで膨潤し、見た目の色が第２領域Ｒ２の色よりも長波長の色に変化していた。
【0074】
図２１は、第２保護シート１２を剥離した後の液晶層３を示す断面図である。
第１領域Ｒ１は、コレステリック液晶として、第１コレステリック液晶ＣＬ１を有している。第２領域Ｒ２は、コレステリック液晶として、第２コレステリック液晶ＣＬ２を有している。第３領域Ｒ３は、コレステリック液晶として、第３コレステリック液晶ＣＬ３を有している。
第１領域Ｒ１は、コレステリック液晶として、第１コレステリック液晶ＣＬ１を有している。第２領域Ｒ２は、コレステリック液晶として、第２コレステリック液晶ＣＬ２を有している。第３領域Ｒ３は、コレステリック液晶として、第３コレステリック液晶ＣＬ３を有している。
【0075】
第１コレステリック液晶ＣＬ１は、第２コレステリック液晶ＣＬ２と比較して、螺旋軸ＡＸ１に沿って膨潤している。第１コレステリック液晶ＣＬ１の第１螺旋ピッチＰ１は、第２コレステリック液晶ＣＬ２の第２螺旋ピッチＰ２より大きい。このため、第１領域Ｒ１で反射される選択反射帯域の中心波長は、第２領域Ｒ２で反射される選択反射帯域の中心波長よりも長波長である。
【0076】
第２コレステリック液晶ＣＬ２は、第３コレステリック液晶ＣＬ３と比較して、螺旋軸ＡＸ２に沿って膨潤している。第２コレステリック液晶ＣＬ２の第２螺旋ピッチＰ２は、第３コレステリック液晶ＣＬ３の第３螺旋ピッチＰ３より大きい。このため、第２領域Ｒ２で反射される選択反射帯域の中心波長は、第３領域Ｒ３で反射される選択反射帯域の中心波長よりも長波長である。
【0077】
また、第１領域Ｒ１に形成される反射面３２１の第２主面Ｆ２に対する第１傾斜角度θ１１は、第２領域Ｒ２に形成される反射面３２１の第２主面Ｆ２に対する第２傾斜角度θ１２より大きい。また、第２傾斜角度θ１２は、第３領域Ｒ３に形成される反射面３２１の第２主面Ｆ２に対する第３傾斜角度θ１３より大きい。図示した例では、第１傾斜角度θ１１、第２傾斜角度θ１２、及び、第３傾斜角度θ１３は、いずれも第２主面Ｆ２に対して時計回りの鋭角である。
【0078】
図２２は、液晶光学素子１００の光学作用を説明するための図である。図中に、透明基板１の法線を点線で示している。図２２には、法線に沿って液晶光学素子１００に入射する波長λ１の光及び第１領域Ｒ１の反射面３２１で反射された光を太線で示し、法線に沿って液晶光学素子１００に入射する波長λ２の光及び第２領域Ｒ２の反射面３２１で反射された光を一点鎖線で示し、法線に沿って液晶光学素子１００に入射する波長λ３の光及び第３領域Ｒ３の反射面３２１で反射された光を細線で示し、液晶光学素子１００を透過する光の図示を省略している。波長λ１は波長λ２よりも長波長であり、波長λ２は波長λ３よりも長波長である。
【0079】
第１主面Ｆ１から入射した波長λ１の光は、第１領域Ｒ１の反射面３２１で反射された後、透明基板１と空気との界面、及び、液晶層３と空気との界面において、反射を繰り返しながら、液晶光学素子１００の内部を導光される。
第１主面Ｆ１から入射した波長λ２の光は、第２領域Ｒ２の反射面３２１で反射された後、透明基板１と空気との界面、及び、液晶層３と空気との界面において、反射を繰り返しながら、液晶光学素子１００の内部を導光される。
第１主面Ｆ１から入射した波長λ３の光は、第３領域Ｒ３の反射面３２１で反射された後、透明基板１と空気との界面、及び、液晶層３と空気との界面において、反射を繰り返しながら、液晶光学素子１００の内部を導光される。図示した例の場合、波長λ１の光、波長λ２の光、及び、波長λ３の光は、いずれも透明基板１の内部を図の左から右に向かって導光される。
このような実施例３によれば、上記の実施例１で得られる効果に加えて、液晶層３に添加される添加剤の添加量を部分的に異ならせることにより、選択反射帯域のさらなる広帯域化が可能となる。
第１主面Ｆ１から入射した波長λ２の光は、第２領域Ｒ２の反射面３２１で反射された後、透明基板１と空気との界面、及び、液晶層３と空気との界面において、反射を繰り返しながら、液晶光学素子１００の内部を導光される。
第１主面Ｆ１から入射した波長λ３の光は、第３領域Ｒ３の反射面３２１で反射された後、透明基板１と空気との界面、及び、液晶層３と空気との界面において、反射を繰り返しながら、液晶光学素子１００の内部を導光される。図示した例の場合、波長λ１の光、波長λ２の光、及び、波長λ３の光は、いずれも透明基板１の内部を図の左から右に向かって導光される。
このような実施例３によれば、上記の実施例１で得られる効果に加えて、液晶層３に添加される添加剤の添加量を部分的に異ならせることにより、選択反射帯域のさらなる広帯域化が可能となる。
【0080】
《実施例４》
まず、図１０に示したステップＳＴ１乃至ＳＴ７を経て透明基板１の上に配向膜２及び液晶層３を形成する。
まず、図１０に示したステップＳＴ１乃至ＳＴ７を経て透明基板１の上に配向膜２及び液晶層３を形成する。
【0081】
図２３は、配向膜２の近傍に位置する液晶分子ＬＭ１１の配向パターンを示す図である。液晶層３は点線で示している。
第２方向Ａ２に沿って並んだ液晶分子ＬＭ１１の配向方向は、一定角度ずつ異なっている。液晶層３は、互いに配向パターンが異なる領域として、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２を有している。図示した例では、液晶層３のうち、第２方向Ａ２に沿って図の左から右に向かうにしたがって、配向方向が時計回りに一定角度ずつ異なる領域を第１領域Ｒ１と称する。また、液晶層３のうち、第２方向Ａ２に沿って図の左から右に向かうにしたがって、配向方向が反時計回りに一定角度ずつ異なる領域を第２領域Ｒ２と称する。複数の第１領域Ｒ１及び複数の第２領域Ｒ２は、第２方向Ａ２に沿って交互に並んでいる。
一方、第３方向Ａ３に沿って並んだ液晶分子ＬＭ１１の配向方向は、略一致している。
第２方向Ａ２に沿って並んだ液晶分子ＬＭ１１の配向方向は、一定角度ずつ異なっている。液晶層３は、互いに配向パターンが異なる領域として、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２を有している。図示した例では、液晶層３のうち、第２方向Ａ２に沿って図の左から右に向かうにしたがって、配向方向が時計回りに一定角度ずつ異なる領域を第１領域Ｒ１と称する。また、液晶層３のうち、第２方向Ａ２に沿って図の左から右に向かうにしたがって、配向方向が反時計回りに一定角度ずつ異なる領域を第２領域Ｒ２と称する。複数の第１領域Ｒ１及び複数の第２領域Ｒ２は、第２方向Ａ２に沿って交互に並んでいる。
一方、第３方向Ａ３に沿って並んだ液晶分子ＬＭ１１の配向方向は、略一致している。
【0082】
上記の実施例２で説明したように、第１領域Ｒ１には保護シートを接着することなく添加剤を浸透させ、第２領域Ｒ２には保護シートを接着して添加剤の浸透を抑制する。これにより、第１領域Ｒ１は、第２領域Ｒ２と比較して膨潤する。詳述しないが、第１領域Ｒ１のコレステリック液晶の螺旋ピッチは、第２領域Ｒ２のコレステリック液晶の螺旋ピッチより大きい。このため、第１領域Ｒ１で反射される選択反射帯域の中心波長は、第２領域Ｒ２で反射される選択反射帯域の中心波長よりも長波長である。
【0083】
図２４は、液晶光学素子１００の光学作用を説明するための図である。図中に、透明基板１の法線を点線で示している。図２４には、法線に沿って液晶光学素子１００に入射する波長λ１の光及び第１領域Ｒ１の反射面３２１で反射された光を太線で示し、法線に沿って液晶光学素子１００に入射する波長λ２の光及び第２領域Ｒ２の反射面３２１で反射された光を細線で示し、液晶光学素子１００を透過する光の図示を省略している。波長λ１は、波長λ２よりも長波長である。なお、図２４では、配向膜の図示を省略している。
【0084】
図２３を参照して説明したように、第１領域Ｒ１の配向パターンは、第２領域Ｒ２の配向パターンとは異なる。但し、第１領域Ｒ１のコレステリック液晶の旋回方向は、第２領域Ｒ２のコレステリック液晶の旋回方向と同一である。
【0085】
第１領域Ｒ１に形成される反射面３２１の第２主面Ｆ２に対する第１傾斜角度θ１１は、第２主面Ｆ２に対して時計回りの鋭角である。第２領域Ｒ２に形成される反射面３２１の第２主面Ｆ２に対する第２傾斜角度θ１２は、第２主面Ｆ２に対して反時計回りの鋭角である。また、第１傾斜角度θ１１は、第２傾斜角度θ１２より大きい。
【0086】
第１主面Ｆ１から入射した波長λ１の光は、第１領域Ｒ１の反射面３２１で反射された後、透明基板１と空気との界面、及び、液晶層３と空気との界面において、反射を繰り返しながら、液晶光学素子１００の内部を図の左から右に向かって導光される。
第１主面Ｆ１から入射した波長λ２の光は、第２領域Ｒ２の反射面３２１で反射された後、透明基板１と空気との界面、及び、液晶層３と空気との界面において、反射を繰り返しながら、液晶光学素子１００の内部を図の右から左に向かって導光される。
このような実施例４によれば、上記の実施例１で得られる効果に加えて、液晶層３に部分的に添加剤を浸透させることにより、選択反射帯域の広帯域化が可能となり、さらには、異なる波長の光を異なる方向に導光することができる。
第１主面Ｆ１から入射した波長λ２の光は、第２領域Ｒ２の反射面３２１で反射された後、透明基板１と空気との界面、及び、液晶層３と空気との界面において、反射を繰り返しながら、液晶光学素子１００の内部を図の右から左に向かって導光される。
このような実施例４によれば、上記の実施例１で得られる効果に加えて、液晶層３に部分的に添加剤を浸透させることにより、選択反射帯域の広帯域化が可能となり、さらには、異なる波長の光を異なる方向に導光することができる。
【0087】
《適用例》
次に、本実施形態に係る液晶光学素子１００の適用例として、太陽電池装置２００について説明する。
次に、本実施形態に係る液晶光学素子１００の適用例として、太陽電池装置２００について説明する。
【0088】
図２５は、太陽電池装置２００の外観の一例を示す図である。
太陽電池装置２００は、上記した液晶光学素子１００と、発電装置２１０と、を備えている。発電装置２１０は、例えば液晶光学素子１００の一辺に沿って設けられている。発電装置２１０と対向する液晶光学素子１００の一辺は、図１に示した透明基板１の側面Ｓ１に沿った辺である。このような太陽電池装置２００において、液晶光学素子１００は、発電装置２１０に所定波長の光を導く導光素子として機能する。なお、発電装置２１０は、液晶光学素子１００の複数の辺に沿って設けられてもよい。
太陽電池装置２００は、上記した液晶光学素子１００と、発電装置２１０と、を備えている。発電装置２１０は、例えば液晶光学素子１００の一辺に沿って設けられている。発電装置２１０と対向する液晶光学素子１００の一辺は、図１に示した透明基板１の側面Ｓ１に沿った辺である。このような太陽電池装置２００において、液晶光学素子１００は、発電装置２１０に所定波長の光を導く導光素子として機能する。なお、発電装置２１０は、液晶光学素子１００の複数の辺に沿って設けられてもよい。
【0089】
発電装置２１０は、複数の太陽電池を備えている。太陽電池は、光を受光して、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、太陽電池は、受光した光によって発電する。太陽電池の種類は、特に限定されない。例えば、太陽電池は、シリコン系太陽電池、化合物系太陽電池、有機物系太陽電池、ペロブスカイト型太陽電池、又は、量子ドット型太陽電池である。シリコン系太陽電池としては、アモルファスシリコンを備えた太陽電池や、多結晶シリコンを備えた太陽電池などが含まれる。
【0090】
【0091】
液晶層３は、例えば、図１に示したように赤外線Ｉの第１円偏光を反射するように構成されている。なお、液晶層３は、赤外線Ｉの第１円偏光及び第２円偏光をそれぞれ反射するように構成されてもよい。
【0092】
液晶層３で反射された赤外線Ｉは、側面Ｓ１に向かって液晶光学素子１００を導光される。発電装置２１０は、側面Ｓ１を透過した赤外線Ｉを受光して発電する。
【0093】
太陽光のうちの可視光Ｖ及び紫外線Ｕは、液晶光学素子１００を透過する。特に、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）の各々は、液晶光学素子１００を透過する。このため、太陽電池装置２００を透過した光の着色を抑制することができる。また、太陽電池装置２００における可視光Ｖの透過率の低下を抑制することができる。
また、上記の液晶光学素子１００を適用することにより、発電に利用できる帯域を拡大することができ、発電効率（変換効率）を向上することができる。
また、上記の液晶光学素子１００を適用することにより、発電に利用できる帯域を拡大することができ、発電効率（変換効率）を向上することができる。
【0094】
以上説明したように、本実施形態によれば、光を導光する際の損失を抑制することが可能な液晶光学素子及び液晶光学素子の製造方法を提供することができる。
【0095】
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】
【0096】
１００…液晶光学素子
１…透明基板 Ｆ１…第１主面 Ｆ２…第２主面 Ｓ１…側面
２…配向膜 ３…液晶層 ３２１…反射面 ４…添加剤
Ｒ１…第１領域 Ｒ２…第２領域 Ｒ３…第３領域
１０…保護シート
１…透明基板 Ｆ１…第１主面 Ｆ２…第２主面 Ｓ１…側面
２…配向膜 ３…液晶層 ３２１…反射面 ４…添加剤
Ｒ１…第１領域 Ｒ２…第２領域 Ｒ３…第３領域
１０…保護シート
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】