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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】P2024147834
(43)【公開日】2024-10-17
(54)【発明の名称】液晶光学素子
(51)【国際特許分類】
G02B 5/30 20060101AFI20241009BHJP
G02B 5/18 20060101ALI20241009BHJP
B32B 7/023 20190101ALI20241009BHJP
【ＦＩ】
G02B5/30
G02B5/18
B32B7/023
【審査請求】未請求
【請求項の数】11
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021132759
(22)【出願日】2021-08-17
(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
(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】小橋 淳二
【テーマコード（参考）】
2H149
2H249
4F100
【Ｆターム（参考）】
2H149AB03
2H149BA05
2H149EA17
2H149EA22
2H149FA01Z
2H149FA24W
2H149FA27W
2H149FA40W
2H149FA42Z
2H149FA63
2H149FA66
2H149FA67
2H149FA68
2H249AA02
2H249AA43
4F100AK25E
4F100AS00D
4F100AS00E
4F100AT00A
4F100AT00B
4F100AT00C
4F100AT00E
4F100BA05
4F100CB00E
4F100CB04E
4F100GB41
4F100JB14E
4F100JN01B
4F100JN01E
(57)【要約】
【課題】光の利用効率の低下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】本実施形態の液晶光学素子は、第１外面及び前記第１外面と対向する第１内面を有する第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配向膜に重なり、第１コレステリック液晶を有し、前記第１透明基板を介して入射した光の一部を前記第１透明基板に向けて反射する第１液晶層と、を備える第１基板と、第２外面及び前記第２外面と対向する第２内面を有する第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２配向膜に重なり、第２コレステリック液晶を有し、前記第１液晶層を透過した光の一部を前記第１透明基板に向けて反射する第２液晶層と、を備える第２基板と、前記第１基板と前記第２基板とを互いに接着する透明な接着層と、を備える。
【選択図】図１
【解決手段】本実施形態の液晶光学素子は、第１外面及び前記第１外面と対向する第１内面を有する第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配向膜に重なり、第１コレステリック液晶を有し、前記第１透明基板を介して入射した光の一部を前記第１透明基板に向けて反射する第１液晶層と、を備える第１基板と、第２外面及び前記第２外面と対向する第２内面を有する第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２配向膜に重なり、第２コレステリック液晶を有し、前記第１液晶層を透過した光の一部を前記第１透明基板に向けて反射する第２液晶層と、を備える第２基板と、前記第１基板と前記第２基板とを互いに接着する透明な接着層と、を備える。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１外面及び前記第１外面と対向する第１内面を有する第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配向膜に重なり、第１コレステリック液晶を有し、前記第１透明基板を介して入射した光の一部を前記第１透明基板に向けて反射する第１液晶層と、を備える第１基板と、
第２外面及び前記第２外面と対向する第２内面を有する第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２配向膜に重なり、第２コレステリック液晶を有し、前記第１液晶層を透過した光の一部を前記第１透明基板に向けて反射する第２液晶層と、を備える第２基板と、
前記第１基板と前記第２基板とを互いに接着する透明な接着層と、
を備える、液晶光学素子。
第２外面及び前記第２外面と対向する第２内面を有する第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２配向膜に重なり、第２コレステリック液晶を有し、前記第１液晶層を透過した光の一部を前記第１透明基板に向けて反射する第２液晶層と、を備える第２基板と、
前記第１基板と前記第２基板とを互いに接着する透明な接着層と、
を備える、液晶光学素子。
【請求項2】
前記第１コレステリック液晶及び前記第２コレステリック液晶は、第１方向に沿って同等の螺旋ピッチを有し、逆回りに旋回している、請求項１に記載の液晶光学素子。
【請求項3】
前記第１コレステリック液晶及び前記第２コレステリック液晶は、第１方向に沿って異なる螺旋ピッチを有している、請求項１に記載の液晶光学素子。
【請求項4】
断面視において、前記第１透明基板は、第１側面と、前記第１側面と対向する第２側面と、を有し、
前記第１液晶層は、前記第１側面の側において前記第１透明基板の法線と鋭角に交差する第１反射面を有し、
前記第２液晶層は、前記第１側面の側において前記第１透明基板の法線と鋭角に交差する第２反射面を有している、請求項１に記載の液晶光学素子。
前記第１液晶層は、前記第１側面の側において前記第１透明基板の法線と鋭角に交差する第１反射面を有し、
前記第２液晶層は、前記第１側面の側において前記第１透明基板の法線と鋭角に交差する第２反射面を有している、請求項１に記載の液晶光学素子。
【請求項5】
前記第１コレステリック液晶の各々は、前記第１配向膜に近接する一端側に第１液晶分子を有し、
前記第１液晶層と前記第１配向膜の界面に沿って第２方向に並んだ前記第１液晶分子の各々の配向方向は、時計回りに一定角度ずつ変化し、
前記第２コレステリック液晶の各々は、前記第２配向膜に近接する一端側に第２液晶分子を有し、
前記第２液晶層と前記第２配向膜の界面に沿って前記第２方向に並んだ前記第２液晶分子の各々の配向方向は、反時計回りに一定角度ずつ変化している、請求項１に記載の液晶光学素子。
前記第１液晶層と前記第１配向膜の界面に沿って第２方向に並んだ前記第１液晶分子の各々の配向方向は、時計回りに一定角度ずつ変化し、
前記第２コレステリック液晶の各々は、前記第２配向膜に近接する一端側に第２液晶分子を有し、
前記第２液晶層と前記第２配向膜の界面に沿って前記第２方向に並んだ前記第２液晶分子の各々の配向方向は、反時計回りに一定角度ずつ変化している、請求項１に記載の液晶光学素子。
【請求項6】
断面視において、前記第１透明基板は、第１側面と、前記第１側面と対向する第２側面と、を有し、
前記第１液晶層は、前記第１側面の側において前記第１透明基板の法線と鋭角に交差する第１反射面を有し、
前記第２液晶層は、前記第２側面の側において前記第１透明基板の法線と鋭角に交差する第２反射面を有している、請求項１に記載の液晶光学素子。
前記第１液晶層は、前記第１側面の側において前記第１透明基板の法線と鋭角に交差する第１反射面を有し、
前記第２液晶層は、前記第２側面の側において前記第１透明基板の法線と鋭角に交差する第２反射面を有している、請求項１に記載の液晶光学素子。
【請求項7】
前記第１コレステリック液晶の各々は、前記第１配向膜に近接する一端側に第１液晶分子を有し、
前記第１液晶層と前記第１配向膜の界面に沿って第２方向に並んだ前記第１液晶分子の各々の配向方向は、時計回りに一定角度ずつ変化し、
前記第２コレステリック液晶の各々は、前記第２配向膜に近接する一端側に第２液晶分子を有し、
前記第２液晶層と前記第２配向膜の界面に沿って前記第２方向に並んだ前記第２液晶分子の各々の配向方向は、時計回りに一定角度ずつ変化している、請求項１に記載の液晶光学素子。
前記第１液晶層と前記第１配向膜の界面に沿って第２方向に並んだ前記第１液晶分子の各々の配向方向は、時計回りに一定角度ずつ変化し、
前記第２コレステリック液晶の各々は、前記第２配向膜に近接する一端側に第２液晶分子を有し、
前記第２液晶層と前記第２配向膜の界面に沿って前記第２方向に並んだ前記第２液晶分子の各々の配向方向は、時計回りに一定角度ずつ変化している、請求項１に記載の液晶光学素子。
【請求項8】
前記第１外面及び前記第２外面は、空気に接している、請求項１に記載の液晶光学素子。
【請求項9】
前記接着層は、光硬化型のアクリル系樹脂である、請求項１に記載の液晶光学素子。
【請求項10】
前記接着層は、前記第１液晶層と前記第２液晶層とを互いに接着している、請求項１に記載の液晶光学素子。
【請求項11】
前記接着層は、前記第１液晶層と前記第２透明基板とを互いに接着している、請求項１に記載の液晶光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、液晶光学素子に関する。
【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。液晶材料を用いた光学素子では、格子周期の他に、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】
本実施形態の目的は、光の利用効率の低下を抑制することが可能な液晶光学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】
本実施形態の液晶光学素子は、
第１外面及び前記第１外面と対向する第１内面を有する第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配向膜に重なり、第１コレステリック液晶を有し、前記第１透明基板を介して入射した光の一部を前記第１透明基板に向けて反射する第１液晶層と、を備える第１基板と、第２外面及び前記第２外面と対向する第２内面を有する第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２配向膜に重なり、第２コレステリック液晶を有し、前記第１液晶層を透過した光の一部を前記第１透明基板に向けて反射する第２液晶層と、を備える第２基板と、前記第１基板と前記第２基板とを互いに接着する透明な接着層と、を備える。
第１外面及び前記第１外面と対向する第１内面を有する第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配向膜に重なり、第１コレステリック液晶を有し、前記第１透明基板を介して入射した光の一部を前記第１透明基板に向けて反射する第１液晶層と、を備える第１基板と、第２外面及び前記第２外面と対向する第２内面を有する第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２配向膜に重なり、第２コレステリック液晶を有し、前記第１液晶層を透過した光の一部を前記第１透明基板に向けて反射する第２液晶層と、を備える第２基板と、前記第１基板と前記第２基板とを互いに接着する透明な接着層と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【発明を実施するための形態】
【0007】
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。
【0008】
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。
【0009】
（実施形態１)
図１は、実施形態１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、第１透明基板１Ａ、第１配向膜２Ａ、及び、第１液晶層３Ａを備える第１基板ＳＵＢ１と、第２透明基板１Ｂ、第２配向膜２Ｂ、及び、第２液晶層３Ｂを備える第２基板ＳＵＢ２と、第１基板ＳＵＢ１と第２基板ＳＵＢ２とを接着する接着層４と、を備えている。
図１は、実施形態１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、第１透明基板１Ａ、第１配向膜２Ａ、及び、第１液晶層３Ａを備える第１基板ＳＵＢ１と、第２透明基板１Ｂ、第２配向膜２Ｂ、及び、第２液晶層３Ｂを備える第２基板ＳＵＢ２と、第１基板ＳＵＢ１と第２基板ＳＵＢ２とを接着する接着層４と、を備えている。
【0010】
第１透明基板１Ａ及び第２透明基板１Ｂは、光を透過する透明部材、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１Ａ及び第２透明基板１Ｂ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。第１透明基板１Ａ及び第２透明基板１Ｂは、任意の形状を取り得る。例えば、第１透明基板１Ａ及び第２透明基板１Ｂは、湾曲していてもよい。第１透明基板１Ａ及び第２透明基板１Ｂの屈折率は、例えば、空気の屈折率よりも大きい。第１透明基板１Ａ及び第２透明基板１Ｂは、例えば、窓ガラスとして機能する。
【0011】
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。
【0012】
第１透明基板１Ａは、Ｘ－Ｙ平面に沿った平板状に形成され、第１外面Ｆ１１と、第１内面Ｆ１２と、第１側面Ｓ１と、第２側面Ｓ２と、を有している。第１外面Ｆ１１及び第１内面Ｆ１２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１側面Ｓ１及び第２側面Ｓ２は、Ｘ－Ｚ平面と略平行な面であり、第２方向Ａ２において、互いに対向している。
【0013】
第２透明基板１Ｂは、Ｘ－Ｙ平面に沿った平板状に形成され、第２外面Ｆ２１と、第２内面Ｆ２２と、第３側面Ｓ３と、第４側面Ｓ４と、を有している。第２外面Ｆ２１及び第２内面Ｆ２２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側面Ｓ３及び第４側面Ｓ４は、Ｘ－Ｚ平面と略平行な面であり、第２方向Ａ２において、互いに対向している。
【0014】
第１透明基板１Ａ及び第２透明基板１Ｂは、第１方向Ａ１において、間隔をおいて対向している。第１内面Ｆ１２及び第２内面Ｆ２２は、互いに向かい合う面である。第１外面Ｆ１１及び第２外面Ｆ２１は、空気に接する面である。第１側面Ｓ１は、第１方向Ａ１において第３側面Ｓ３の直上に位置している。第２側面Ｓ２は、第１方向Ａ１において第４側面Ｓ４の直上に位置している。
【0015】
第１配向膜２Ａは、第１内面Ｆ１２に配置されている。第２配向膜２Ｂは、第２内面Ｆ２２に配置されている。第１配向膜２Ａ及び第２配向膜２Ｂ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。第１配向膜２Ａ及び第２配向膜２Ｂ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。
【0016】
第１液晶層３Ａは、第１方向Ａ１において、第１配向膜２Ａに重なっている。つまり、第１配向膜２Ａは、第１透明基板１Ａと第１液晶層３Ａとの間に位置し、また、第１透明基板１Ａ及び第１液晶層３Ａに接している。
第２液晶層３Ｂは、第１方向Ａ１において、第２配向膜２Ｂに重なっている。つまり、第２配向膜２Ｂは、第２透明基板１Ｂと第２液晶層３Ｂとの間に位置し、また、第２透明基板１Ｂ及び第２液晶層３Ｂに接している。
第２液晶層３Ｂは、第１方向Ａ１において、第２配向膜２Ｂに重なっている。つまり、第２配向膜２Ｂは、第２透明基板１Ｂと第２液晶層３Ｂとの間に位置し、また、第２透明基板１Ｂ及び第２液晶層３Ｂに接している。
【0017】
第１液晶層３Ａは、第１透明基板１Ａを介して入射した光ＬＴｉの一部を第１透明基板１Ａに向けて反射するものである。第２液晶層３Ｂは、第１透明基板１Ａを介して入射した光ＬＴｉのうち、第１液晶層３Ａを透過した光の一部を第１透明基板１Ａに向けて反射するものである。
【0018】
実施形態１では、第１液晶層３Ａは、第１旋回方向に旋回した第１コレステリック液晶３１１を有している。第１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Ｐ１１を有している。
第２液晶層３Ｂは、第１旋回方向とは逆回りの第２旋回方向に旋回した第２コレステリック液晶３１２を有している。第２コレステリック液晶３１２は、第１方向Ａ１にほぼ平行な螺旋軸ＡＸ２を有し、また、第１方向Ａ１に沿った螺旋ピッチＰ１２を有している。螺旋軸ＡＸ１は、螺旋軸ＡＸ２に平行である。螺旋ピッチＰ１１は、螺旋ピッチＰ１２と同等である。螺旋ピッチＰ１１及びＰ１２は、それぞれ螺旋の１周期(３６０度）を示す。
第２液晶層３Ｂは、第１旋回方向とは逆回りの第２旋回方向に旋回した第２コレステリック液晶３１２を有している。第２コレステリック液晶３１２は、第１方向Ａ１にほぼ平行な螺旋軸ＡＸ２を有し、また、第１方向Ａ１に沿った螺旋ピッチＰ１２を有している。螺旋軸ＡＸ１は、螺旋軸ＡＸ２に平行である。螺旋ピッチＰ１１は、螺旋ピッチＰ１２と同等である。螺旋ピッチＰ１１及びＰ１２は、それぞれ螺旋の１周期(３６０度）を示す。
【0019】
このような第１液晶層３Ａ及び第２液晶層３Ｂは、第１透明基板１Ａを介して入射した光ＬＴｉのうち、螺旋ピッチ及び屈折率異方性に応じて決定する選択反射帯域の円偏光を反射する。なお、本明細書において、各液晶層における「反射」とは、液晶層の内部における回折を伴うものである。
【0020】
第１液晶層３Ａにおいて、第１コレステリック液晶３１１は、選択反射帯域のうち、第１旋回方向に対応した第１円偏光を反射する反射面３２１を形成する。
第２液晶層３Ｂにおいて、第２コレステリック液晶３１２は、選択反射帯域のうち、第２旋回方向に対応した第２円偏光を反射する反射面３２２を形成する。第２円偏光は、第１円偏光とは逆回りの円偏光である。
第２液晶層３Ｂにおいて、第２コレステリック液晶３１２は、選択反射帯域のうち、第２旋回方向に対応した第２円偏光を反射する反射面３２２を形成する。第２円偏光は、第１円偏光とは逆回りの円偏光である。
【0021】
一例では、第１コレステリック液晶３１１及び第２コレステリック液晶３１２は、拡大して模式的に示すように、ともに選択反射帯域として赤外線Ｉを反射するように形成されている。つまり、第１コレステリック液晶３１１は、赤外線Ｉのうちの第１円偏光Ｉ１を反射するように構成され、第２コレステリック液晶３１２は、赤外線Ｉのうちの第２円偏光Ｉ２を反射するように構成されている。なお、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。
【0022】
ここでは赤外線Ｉが反射される例について説明したが、第１コレステリック液晶３１１及び第２コレステリック液晶３１２は、可視光Ｖを反射するように構成されてもよいし、紫外線Ｕを反射するように構成されてもよい。
【0023】
液晶光学素子１００を構成する各薄膜の厚さの関係については、以下の通りである。
第１配向膜２Ａ及び第２配向膜２Ｂのそれぞれの厚さは、５ｎｍ～３００ｎｍであり、好ましくは１０ｎｍ～２００ｎｍである。
第１液晶層３Ａ及び第２液晶層３Ｂのそれぞれの厚さは、１μｍ～１０μｍであり、好ましくは２μｍ～７μｍである。
第１配向膜２Ａ及び第２配向膜２Ｂのそれぞれの厚さは、５ｎｍ～３００ｎｍであり、好ましくは１０ｎｍ～２００ｎｍである。
第１液晶層３Ａ及び第２液晶層３Ｂのそれぞれの厚さは、１μｍ～１０μｍであり、好ましくは２μｍ～７μｍである。
【0024】
接着層４は、図１に示す例では、第１液晶層３Ａと第２液晶層３Ｂとを互いに接着している。接着層４は、透明であり、第１液晶層３Ａ及び第２液晶層３Ｂと同等の屈折率を有している。接着層４の屈折率は、例えば１．３～１．９であり、好ましくは、１．５～１．７である。
このような接着層４は、アクリル系樹脂、エンチオール系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂などの光硬化型樹脂であってもよいし、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂などの熱硬化型樹脂であってもよいし、ポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ポリビニルブチラール樹脂などの各種接着剤であってもよい。
このような接着層４は、アクリル系樹脂、エンチオール系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂などの光硬化型樹脂であってもよいし、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂などの熱硬化型樹脂であってもよいし、ポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ポリビニルブチラール樹脂などの各種接着剤であってもよい。
【0025】
なお、後に変形例として説明するが、接着層４は、第１透明基板１Ａと第２液晶層３Ｂとを互いに接着していてもよいし、第２透明基板１Ｂと第１液晶層３Ａとを互いに接着していてもよい。
【0026】
次に、図１に示す実施形態１において、液晶光学素子１００の光学作用について説明する。
【0027】
液晶光学素子１００に入射する光ＬＴｉは、例えば、可視光Ｖ、紫外線Ｕ、及び、赤外線Ｉ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、第１透明基板１Ａに対して略垂直に入射するものとする。なお、第１透明基板１Ａ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第１透明基板１Ａ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、第１透明基板１Ａに対して略垂直に入射するものとする。なお、第１透明基板１Ａ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第１透明基板１Ａに光ＬＴｉが入射してもよい。
【0028】
光ＬＴｉは、第１外面Ｆ１１から第１透明基板１Ａの内部に進入し、第１内面Ｆ１２から出射して、第１配向膜２Ａを透過し、第１液晶層３Ａに入射する。そして、第１液晶層３Ａは、光ＬＴｉのうち、赤外線Ｉの第１円偏光Ｉ１を第１透明基板１Ａに向けて反射し、他の光ＬＴｔを透過する。
【0029】
第１液晶層３Ａを透過した光ＬＴｔは、接着層４を透過し、第２液晶層３Ｂに入射する。そして、第２液晶層３Ｂは、光ＬＴｔのうち、赤外線Ｉの第２円偏光Ｉ２を第１透明基板１Ａに向けて反射し、他の光ＬＴｔを透過する。第２液晶層３Ｂを透過した光ＬＴｔは、可視光Ｖ及び紫外線Ｕを含み、第２配向膜２Ｂ及び第２透明基板１Ｂを透過する。
【0030】
第１液晶層３Ａは、第１円偏光Ｉ１を、第１透明基板１Ａにおける光導波条件を満足する進入角θで、第１透明基板１Ａに向けて反射する。同様に、第２液晶層３Ｂは、第２円偏光Ｉ２を、第１透明基板１Ａにおける光導波条件を満足する進入角θで、第１透明基板１Ａに向けて反射する。
ここでの進入角θとは、第１透明基板１Ａ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、第１透明基板１Ａに直交する垂線に対する角度を示す。
ここでの進入角θとは、第１透明基板１Ａ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、第１透明基板１Ａに直交する垂線に対する角度を示す。
【0031】
第１透明基板１Ａ、第１配向膜２Ａ、第１液晶層３Ａ、接着層４、第２液晶層３Ｂ、第２配向膜２Ｂ、及び、第２透明基板１Ｂ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、光ＬＴｒは、第１透明基板１Ａと空気との界面、及び、第２透明基板１Ｂと空気との界面において、反射を繰り返しながら、第２側面Ｓ２及び第４側面Ｓ４に向けて導光される。
【0032】
【0033】
第１液晶層３Ａは、螺旋状構造体として、複数の第１コレステリック液晶３１１を有している。複数の第１コレステリック液晶３１１の各々は、第１透明基板１Ａの法線Ｎにほぼ平行な螺旋軸ＡＸ１を有している。法線Ｎは、第１方向Ａ１に平行である。第１コレステリック液晶３１１の各々は、第１方向Ａ１に沿って螺旋ピッチＰ１１を有している。第１液晶層３Ａにおいて、螺旋ピッチＰ１１は、第１方向Ａ１に沿ってほとんど変化することなく一定である。
【0034】
１つの第１コレステリック液晶３１１に着目すると、第１コレステリック液晶３１１は、旋回しながらＺ方向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。液晶分子ＬＭ１のうち、第１コレステリック液晶３１１の一端側に位置する液晶分子（第１液晶分子）ＬＭ１１は、第１配向膜２Ａに近接している。また、液晶分子ＬＭ１のうち、第１コレステリック液晶３１１の他端側に位置する液晶分子ＬＭ１２は、接着層４に近接している。
【0035】
第１液晶層３Ａにおいて、第２方向Ａ２に沿って隣接する複数の第１コレステリック液晶３１１は、互いに配向方向が異なっている。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。なお、本明細書での液晶分子の配向方向とは、Ｘ－Ｙ平面における液晶分子の長軸の方向に相当する。
【0036】
図３に示すように、第１液晶層３Ａにおいて、第３方向Ａ３に沿って隣接する複数の第１コレステリック液晶３１１は、互いに配向方向が揃っている。つまり、複数の液晶分子ＬＭ１１の配向方向は、ほぼ一致している。また、複数の液晶分子ＬＭ１２の配向方向も、ほぼ一致している。
【0037】
第１液晶層３Ａは、複数の反射面（第１反射面）３２１を有している。一例では、複数の反射面３２１は、一定方向に延びる略平面形状を有し、互いに略平行である。反射面３２１は、第１側面Ｓ１の側において法線Ｎと鋭角に交差するように傾斜している。つまり、図２に示したＹ－Ｚ平面の断面視において、反射面３２１と法線Ｎとのなす角度θ１は、法線Ｎの左側（第１側面Ｓ１の側）で９０°未満である。
反射面３２１は、ブラッグの法則に従って、第１液晶層３Ａに入射する光ＬＴｉのうち一部の光ＬＴｒ１を選択反射し、他の光ＬＴｔを透過する。反射面３２１は、なす角度θ１に応じて光ＬＴｒ１を第２側面Ｓ２の側に向かって反射する。
反射面３２１は、ブラッグの法則に従って、第１液晶層３Ａに入射する光ＬＴｉのうち一部の光ＬＴｒ１を選択反射し、他の光ＬＴｔを透過する。反射面３２１は、なす角度θ１に応じて光ＬＴｒ１を第２側面Ｓ２の側に向かって反射する。
【0038】
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。なお、反射面３２１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。また、反射面３２１の一部に凸凹を有していたり、反射面３２１と法線Ｎとのなす角度θ１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。第１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。
【0039】
このような第１液晶層３Ａ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、第１液晶層３Ａに電界を形成するための電極は設けられていない。
【0040】
第２液晶層３Ｂは、螺旋状構造体として、複数の第２コレステリック液晶３１２を有している。複数の第２コレステリック液晶３１２の各々は、法線Ｎにほぼ平行な螺旋軸ＡＸ２を有している。第２コレステリック液晶３１２の各々は、第１方向Ａ１に沿って螺旋ピッチＰ１２を有している。第２液晶層３Ｂにおいて、螺旋ピッチＰ１２は、第１方向Ａ１に沿ってほとんど変化することなく一定である。
【0041】
１つの第２コレステリック液晶３１２に着目すると、第２コレステリック液晶３１２は、旋回しながらＺ方向に沿って螺旋状に積み重ねられた複数の液晶分子ＬＭ２によって構成されている。但し、第２コレステリック液晶３１２の旋回方向は、第１コレステリック液晶３１１の旋回方向とは逆である。液晶分子ＬＭ２のうち、第２コレステリック液晶３１２の一端側に位置する液晶分子（第２液晶分子）ＬＭ２１は、第２配向膜２Ｂに近接している。また、液晶分子ＬＭ２のうち、第２コレステリック液晶３１２の他端側に位置する液晶分子ＬＭ２２は、接着層４に近接している。
【0042】
第２液晶層３Ｂにおいて、第２方向Ａ２に沿って隣接する複数の第２コレステリック液晶３１２は、互いに配向方向が異なっている。複数の液晶分子ＬＭ２１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ＬＭ２２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。
【0043】
図３に示すように、第２液晶層３Ｂにおいて、第３方向Ａ３に沿って隣接する複数の第２コレステリック液晶３１２は、互いに配向方向が揃っている。つまり、複数の液晶分子ＬＭ２１の配向方向は、ほぼ一致している。また、複数の液晶分子ＬＭ２２の配向方向も、ほぼ一致している。
【0044】
第２液晶層３Ｂは、複数の反射面（第２反射面）３２２を有している。一例では、複数の反射面３２２は、一定方向に延びる略平面形状を有し、互いに略平行である。反射面３２２は、第１側面Ｓ１の側において法線Ｎと鋭角に交差するように傾斜している。つまり、図２に示したＹ－Ｚ平面の断面視において、反射面３２２と法線Ｎとのなす角度θ２は、法線Ｎの左側（第１側面Ｓ１の側）で９０°未満である。
反射面３２２は、ブラッグの法則に従って、第１液晶層３Ａを透過した光ＬＴｔのうち一部の光ＬＴｒ２を選択反射し、他の光を透過する。反射面３２２は、なす角度θ２に応じて光ＬＴｒ２を第２側面Ｓ２の側に向かって反射する。
反射面３２２は、ブラッグの法則に従って、第１液晶層３Ａを透過した光ＬＴｔのうち一部の光ＬＴｒ２を選択反射し、他の光を透過する。反射面３２２は、なす角度θ２に応じて光ＬＴｒ２を第２側面Ｓ２の側に向かって反射する。
【0045】
ここでの反射面３２２は、液晶分子ＬＭ２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３２２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。また、反射面３２２の一部に凸凹を有していたり、反射面３２２と法線Ｎとのなす角度θ２が均一でなかったり、複数の反射面３２２が、規則的に整列していなかったりしてもよい。第２コレステリック液晶３１２の空間位相分布に応じて、任意の形状の反射面３２２を構成することができる。
【0046】
このような第２液晶層３Ｂは、液晶分子ＬＭ２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ＬＭ２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、第２液晶層３Ｂに電界を形成するための電極は設けられていない。
【0047】
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、コレステリック液晶の螺旋ピッチ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。
【0048】
一例として、選択反射帯域Δλが赤外線となるように、第１コレステリック液晶３１１の螺旋ピッチＰ１１及び第２コレステリック液晶３１２の螺旋ピッチＰ１２が調整された場合について説明する。第１液晶層３Ａの反射面３２１及び第２液晶層３Ｂの反射面３２２での反射率を高くする観点では、第１液晶層３Ａの第１方向Ａ１に沿った厚さ及び第２液晶層３Ｂの第１方向Ａ１に沿った厚さは、螺旋ピッチの数倍から１０倍程度とすることが望ましい。屈折率異方性Δｎが約０．２であると想定すると、赤外線を選択反射帯域とするためには、螺旋ピッチは約５００ｎｍとなる。この場合、第１液晶層３Ａ及び第２液晶層３Ｂの各々の厚さは、１～１０μｍ程度となり、好ましくは２～７μｍとなる。
【0049】
図４は、図２に示した液晶分子ＬＭ１及びＬＭ２の配向パターンの一例を示す図である。
図４においては、第１液晶層３Ａに含まれる液晶分子ＬＭ１のうち、第１液晶層３Ａと第１配向膜２Ａの界面に沿って配列した液晶分子（第１液晶分子）ＬＭ１１の配向パターンと、第２液晶層３Ｂに含まれる液晶分子ＬＭ２のうち、第２液晶層３Ｂと第２配向膜２Ｂの界面に沿って配列した液晶分子（第２液晶分子）ＬＭ２１の配向パターンと、を示している。
図４においては、第１液晶層３Ａに含まれる液晶分子ＬＭ１のうち、第１液晶層３Ａと第１配向膜２Ａの界面に沿って配列した液晶分子（第１液晶分子）ＬＭ１１の配向パターンと、第２液晶層３Ｂに含まれる液晶分子ＬＭ２のうち、第２液晶層３Ｂと第２配向膜２Ｂの界面に沿って配列した液晶分子（第２液晶分子）ＬＭ２１の配向パターンと、を示している。
【0050】
第１液晶層３Ａにおいて、第２方向Ａ２に並んだ液晶分子ＬＭ１１の各々の配向方向は、互いに異なる。つまり、第１液晶層３ＡのＸ－Ｙ平面における空間位相は、第２方向Ａ２に沿って異なる。例えば、Ａ－Ａ’線に沿って並んだ５つの液晶分子ＬＭ１１に着目すると、液晶分子ＬＭ１１の各々の配向方向は、Ｙ方向に沿って（図の左から右に向かって）、時計回りに一定角度ずつ変化している。ここでは、互いに隣接する液晶分子ＬＭ１１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。
【0051】
ここで、Ｙ方向に沿って液晶分子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の間隔を配向ピッチα１と定義する。
【0052】
一方、第１液晶層３Ａにおいて、第３方向Ａ３に並んだ液晶分子ＬＭ１１の各々の配向方向は略一致する。つまり、第１液晶層３ＡのＸ－Ｙ平面における空間位相は、第３方向Ａ３において略一致する。
【0053】
第２液晶層３Ｂにおいて、第２方向Ａ２に並んだ液晶分子ＬＭ２１の各々の配向方向は、互いに異なる。つまり、第２液晶層３ＢのＸ－Ｙ平面における空間位相は、第２方向Ａ２に沿って異なる。例えば、Ｂ－Ｂ’線に沿って並んだ５つの液晶分子ＬＭ２１に着目すると、液晶分子ＬＭ２１の各々の配向方向は、Ｙ方向に沿って（図の左から右に向かって）、反時計回りに一定角度ずつ変化している。ここでは、互いに隣接する液晶分子ＬＭ２１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。
【0054】
ここで、Ｙ方向に沿って液晶分子ＬＭ２１の配向方向が１８０度だけ変化するときの２つの液晶分子ＬＭ２１の間隔を配向ピッチα２と定義する。一例では、配向ピッチα１及びα２は、７００ｎｍ以下である。なお、配向ピッチα１が配向ピッチα２と同一であってもよいし、配向ピッチα１が配向ピッチα２とは異なっていてもよい。
【0055】
一方、第２液晶層３Ｂにおいて、第３方向Ａ３に並んだ液晶分子ＬＭ２１の各々の配向方向は略一致する。つまり、第２液晶層３ＢのＸ－Ｙ平面における空間位相は、第３方向Ａ３において略一致する。
【0056】
図５は、第１液晶層３Ａ及び第２液晶層３Ｂの他の構造を模式的に示すＹ－Ｚ平面における断面図である。
図５に示す例は、図２に示した例と比較して、反射面３２２の傾斜方向が反射面３２１の傾斜方向と異なる点で相違している。なお、第１液晶層３Ａ及び第２液晶層３ＢのＸ－Ｚ平面における断面構造については、図３に示した通りである。
図５に示す例は、図２に示した例と比較して、反射面３２２の傾斜方向が反射面３２１の傾斜方向と異なる点で相違している。なお、第１液晶層３Ａ及び第２液晶層３ＢのＸ－Ｚ平面における断面構造については、図３に示した通りである。
【0057】
第１液晶層３Ａは、複数の第１コレステリック液晶３１１を有している。第１コレステリック液晶３１１は、旋回しながらＺ方向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。液晶分子ＬＭ１のうち、第１コレステリック液晶３１１の一端側に位置する液晶分子（第１液晶分子）ＬＭ１１は、第１配向膜２Ａに近接し、第１コレステリック液晶３１１の他端側に位置する液晶分子ＬＭ１２は、接着層４に近接している。
【0058】
第１液晶層３Ａにおいて、反射面（第１反射面）３２１は、第１側面Ｓ１の側において法線Ｎと鋭角に交差するように傾斜している。つまり、図５に示したＹ－Ｚ平面の断面視において、反射面３２１と法線Ｎとのなす角度θ１は、法線Ｎの左側（第１側面Ｓ１の側）で９０°未満である。
反射面３２１は、ブラッグの法則に従って、第１液晶層３Ａに入射する光ＬＴｉのうち一部の光ＬＴｒ１を選択反射し、他の光ＬＴｔを透過する。反射面３２１は、なす角度θ１に応じて光ＬＴｒ１を第２側面Ｓ２の側に向かって反射する。
反射面３２１は、ブラッグの法則に従って、第１液晶層３Ａに入射する光ＬＴｉのうち一部の光ＬＴｒ１を選択反射し、他の光ＬＴｔを透過する。反射面３２１は、なす角度θ１に応じて光ＬＴｒ１を第２側面Ｓ２の側に向かって反射する。
【0059】
第２液晶層３Ｂは、複数の第２コレステリック液晶３１２を有している。第２コレステリック液晶３１２は、旋回しながらＺ方向に沿って螺旋状に積み重ねられた複数の液晶分子ＬＭ２によって構成されている。但し、第２コレステリック液晶３１２の旋回方向は、第１コレステリック液晶３１１の旋回方向とは逆である。液晶分子ＬＭ２のうち、第２コレステリック液晶３１２の一端側に位置する液晶分子（第２液晶分子）ＬＭ２１は、第２配向膜２Ｂに近接し、第２コレステリック液晶３１２の他端側に位置する液晶分子ＬＭ２２は、接着層４に近接している。
【0060】
第２液晶層３Ｂにおいて、反射面（第２反射面）３２２は、第２側面Ｓ２の側において法線Ｎと鋭角に交差するように傾斜している。つまり、図５に示したＹ－Ｚ平面の断面視において、反射面３２２と法線Ｎとのなす角度θ２は、法線Ｎの右側（第２側面Ｓ２の側）で９０°未満である。
反射面３２２は、ブラッグの法則に従って、第１液晶層３Ａを透過した光ＬＴｔのうち一部の光ＬＴｒ２を選択反射し、他の光を透過する。反射面３２２は、なす角度θ２に応じて光ＬＴｒ２を第１側面Ｓ１の側に向かって反射する。
反射面３２２は、ブラッグの法則に従って、第１液晶層３Ａを透過した光ＬＴｔのうち一部の光ＬＴｒ２を選択反射し、他の光を透過する。反射面３２２は、なす角度θ２に応じて光ＬＴｒ２を第１側面Ｓ１の側に向かって反射する。
【0061】
図６は、図５に示した液晶分子ＬＭ１及びＬＭ２の配向パターンの一例を示す図である。
図６においては、第１液晶層３Ａに含まれる液晶分子ＬＭ１のうち、第１液晶層３Ａと第１配向膜２Ａの界面に沿って配列した液晶分子（第１液晶分子）ＬＭ１１の配向パターンと、第２液晶層３Ｂに含まれる液晶分子ＬＭ２のうち、第２液晶層３Ｂと第２配向膜２Ｂの界面に沿って配列した液晶分子（第２液晶分子）ＬＭ２１の配向パターンと、を示している。
図６においては、第１液晶層３Ａに含まれる液晶分子ＬＭ１のうち、第１液晶層３Ａと第１配向膜２Ａの界面に沿って配列した液晶分子（第１液晶分子）ＬＭ１１の配向パターンと、第２液晶層３Ｂに含まれる液晶分子ＬＭ２のうち、第２液晶層３Ｂと第２配向膜２Ｂの界面に沿って配列した液晶分子（第２液晶分子）ＬＭ２１の配向パターンと、を示している。
【0062】
第１液晶層３Ａにおいて、第２方向Ａ２に並んだ液晶分子ＬＭ１１の各々の配向方向は、互いに異なる。つまり、第１液晶層３ＡのＸ－Ｙ平面における空間位相は、第２方向Ａ２に沿って異なる。例えば、Ａ－Ａ’線に沿って並んだ５つの液晶分子ＬＭ１１に着目すると、液晶分子ＬＭ１１の各々の配向方向は、Ｙ方向に沿って（図の左から右に向かって）、時計回りに一定角度ずつ変化している。ここでは、互いに隣接する液晶分子ＬＭ１１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。
【0063】
第２液晶層３Ｂにおいて、第２方向Ａ２に並んだ液晶分子ＬＭ２１の各々の配向方向は、互いに異なる。つまり、第２液晶層３ＢのＸ－Ｙ平面における空間位相は、第２方向Ａ２に沿って異なる。例えば、Ｂ－Ｂ’線に沿って並んだ５つの液晶分子ＬＭ２１に着目すると、液晶分子ＬＭ２１の各々の配向方向は、Ｙ方向に沿って（図の左から右に向かって）、時計回りに一定角度ずつ変化している。ここでは、互いに隣接する液晶分子ＬＭ２１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。
【0064】
一例では、配向ピッチα１及びα２は、７００ｎｍ以下であり、配向ピッチα１が配向ピッチα２と同一であってもよいし、配向ピッチα１が配向ピッチα２とは異なっていてもよい。
【0065】
なお、第１液晶層３Ａにおいて、第３方向Ａ３に並んだ液晶分子ＬＭ１１の各々の配向方向は略一致する。また、第２液晶層３Ｂにおいて、第３方向Ａ３に並んだ液晶分子ＬＭ２１の各々の配向方向は略一致する。
【0066】
次に、液晶光学素子１００の製造方法の一例について図７を参照しながら説明する。
第１透明基板１Ａの上に第１配向膜２Ａ及び第１液晶層３Ａを形成する第１基板ＳＵＢ１の製造工程と、第２透明基板１Ｂの上に第２配向膜２Ｂ及び第２液晶層３Ｂを形成する第２基板ＳＵＢ２の製造工程とは、並行して行うことができる。
第１透明基板１Ａの上に第１配向膜２Ａ及び第１液晶層３Ａを形成する第１基板ＳＵＢ１の製造工程と、第２透明基板１Ｂの上に第２配向膜２Ｂ及び第２液晶層３Ｂを形成する第２基板ＳＵＢ２の製造工程とは、並行して行うことができる。
【0067】
第１基板ＳＵＢ１の製造工程は、以下の通りである。
まず、第１透明基板１Ａを洗浄する（ステップＳＴ１）。
そして、第１透明基板１Ａの第１内面Ｆ１２に第１配向膜２Ａを成膜する（ステップＳＴ２）。その後、第１配向膜２Ａの配向処理を行う（ステップＳＴ３）。
まず、第１透明基板１Ａを洗浄する（ステップＳＴ１）。
そして、第１透明基板１Ａの第１内面Ｆ１２に第１配向膜２Ａを成膜する（ステップＳＴ２）。その後、第１配向膜２Ａの配向処理を行う（ステップＳＴ３）。
【0068】
そして、第１配向膜２Ａの上に第１液晶材料（第１コレステリック液晶を形成するためのモノマー材料）を塗布する（ステップＳＴ４）。第１液晶材料に含まれる液晶分子は、第１配向膜２Ａの配向処理方向に応じて所定の方向に配向する。その後、チャンバ内を減圧することで第１液晶材料を乾燥し（ステップＳＴ５）、さらに、第１液晶材料をベークする（ステップＳＴ６）。そして、第１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、第１コレステリック液晶３１１を有する第１液晶層３Ａが形成される。
【0069】
第２基板ＳＵＢ２の製造工程は、以下の通りである。
一方、第２透明基板１Ｂを洗浄する（ステップＳＴ１１）。
そして、第２透明基板１Ｂの第２内面Ｆ２２に第２配向膜２Ｂを成膜する（ステップＳＴ１２）。その後、第２配向膜２Ｂの配向処理を行う（ステップＳＴ１３）。
一方、第２透明基板１Ｂを洗浄する（ステップＳＴ１１）。
そして、第２透明基板１Ｂの第２内面Ｆ２２に第２配向膜２Ｂを成膜する（ステップＳＴ１２）。その後、第２配向膜２Ｂの配向処理を行う（ステップＳＴ１３）。
【0070】
そして、第２配向膜２Ｂの上に第２液晶材料（第２コレステリック液晶を形成するためのモノマー材料）を塗布する（ステップＳＴ１４）。第２液晶材料に含まれる液晶分子は、第２配向膜２Ｂの配向処理方向に応じて所定の方向に配向する。その後、チャンバ内を減圧することで第２液晶材料を乾燥し（ステップＳＴ１５）、さらに、第２液晶材料をベークする（ステップＳＴ１６）。そして、第２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ＳＴ１７）。これにより、第２コレステリック液晶３１２を有する第２液晶層３Ｂが形成される。
【0071】
第１基板ＳＵＢ１と第２基板ＳＵＢ２とを接着する工程は、以下の通りである。
まず、硬化した第１液晶層３Ａの表面、または、硬化した第２液晶層３Ｂの表面に、接着層４を塗布する（ステップＳＴ１８）。そして、接着層４を挟んで第１液晶層３Ａ及び第２液晶層３Ｂを貼り合わせる（ステップＳＴ１９）。その後、接着層４に紫外線等の光を照射する、あるいは、接着層４を加熱するなどして、接着層４を硬化させる（ステップＳＴ２０）。
ここでは、第１液晶層３Ａと第２液晶層３Ｂとを接着する場合について説明したが、第１透明基板１Ａと第２液晶層３Ｂとが接着層４によって接着されてもよいし、第２透明基板１Ｂと第１液晶層３Ａとが接着層４によって接着されてもよい。
以上の工程により、図１に示した液晶光学素子１００が製造される。
まず、硬化した第１液晶層３Ａの表面、または、硬化した第２液晶層３Ｂの表面に、接着層４を塗布する（ステップＳＴ１８）。そして、接着層４を挟んで第１液晶層３Ａ及び第２液晶層３Ｂを貼り合わせる（ステップＳＴ１９）。その後、接着層４に紫外線等の光を照射する、あるいは、接着層４を加熱するなどして、接着層４を硬化させる（ステップＳＴ２０）。
ここでは、第１液晶層３Ａと第２液晶層３Ｂとを接着する場合について説明したが、第１透明基板１Ａと第２液晶層３Ｂとが接着層４によって接着されてもよいし、第２透明基板１Ｂと第１液晶層３Ａとが接着層４によって接着されてもよい。
以上の工程により、図１に示した液晶光学素子１００が製造される。
【0072】
このような実施形態１によれば、第１コレステリック液晶３１１を有する第１液晶層３Ａは第１透明基板１Ａをベースとして形成することができ、また、第２コレステリック液晶３１２を有する第２液晶層３Ｂは第２透明基板１Ｂをベースとして形成することができる。そして、第１液晶層３Ａの表面、あるいは、第２液晶層３Ｂの表面に、他の配向膜を塗布したり、他の液晶層を塗布したりする工程が不要となる。
【0073】
このため、第１コレステリック液晶３１１に含まれる液晶分子ＬＭ１、及び、第２コレステリック液晶３１２に含まれる液晶分子ＬＭ２の配向乱れが抑制され、第１液晶層３Ａにおける不所望な散乱（あるいは第１液晶層３Ａの白濁化）が抑制されるとともに、第２液晶層３Ｂにおける不所望な散乱（あるいは第２液晶層３Ｂの白濁化）が抑制される。したがって、液晶光学素子１００における光の利用効率の低下を抑制することができる。
【0074】
また、第１液晶層３Ａ及び第２液晶層３Ｂを貼り合わせる前後で、第１液晶層３Ａ及び第２液晶層３Ｂの各々の選択反射帯域Δλがほとんど変化しない。このため、所望の反射性能を実現することができる。
【0075】
また、実施形態１によれば、第１コレステリック液晶３１１及び第２コレステリック液晶３１２は、同等の螺旋ピッチを有し、互いに逆回りに旋回している。このため、液晶光学素子１００において、同一の選択反射帯域（上記の例では赤外線）の第１円偏光のみならず、第２円偏光も導光することができ、光の利用効率をさらに向上することができる。
【0076】
（実施形態２)
図８は、実施形態２に係る液晶光学素子１００を模式的に示す断面図である。
図８に示す実施形態２は、図１に示した実施形態１と比較して、第１コレステリック液晶３１１の螺旋ピッチＰ１１が第２コレステリック液晶３１２の螺旋ピッチＰ１２とは異なる点で相違している。液晶光学素子１００の断面構造に関しては、実施形態２も実施形態１と同一である。つまり、液晶光学素子１００は、第１透明基板１Ａ、第１配向膜２Ａ、第１液晶層３Ａ、接着層４、第２液晶層３Ｂ、第２配向膜２Ｂ、及び、第２透明基板１Ｂの積層体として構成されている。
図８は、実施形態２に係る液晶光学素子１００を模式的に示す断面図である。
図８に示す実施形態２は、図１に示した実施形態１と比較して、第１コレステリック液晶３１１の螺旋ピッチＰ１１が第２コレステリック液晶３１２の螺旋ピッチＰ１２とは異なる点で相違している。液晶光学素子１００の断面構造に関しては、実施形態２も実施形態１と同一である。つまり、液晶光学素子１００は、第１透明基板１Ａ、第１配向膜２Ａ、第１液晶層３Ａ、接着層４、第２液晶層３Ｂ、第２配向膜２Ｂ、及び、第２透明基板１Ｂの積層体として構成されている。
【0077】
図示した例では、螺旋ピッチＰ１１は、螺旋ピッチＰ１２より小さい。但し、螺旋ピッチＰ１２が螺旋ピッチＰ１１より小さくてもよい。第１コレステリック液晶３１１の旋回方向は、第２コレステリック液晶３１２の旋回方向と同一である。
【0078】
第１液晶層３Ａにおいて、第１コレステリック液晶３１１は、選択反射帯域のうち、第１円偏光を反射する反射面３２１を形成する。
第２液晶層３Ｂにおいて、第２コレステリック液晶３１２は、第１液晶層３Ａとは異なる選択反射帯域のうち、第１円偏光を反射する反射面３２２を形成する。
第２液晶層３Ｂにおいて、第２コレステリック液晶３１２は、第１液晶層３Ａとは異なる選択反射帯域のうち、第１円偏光を反射する反射面３２２を形成する。
【0079】
一例では、第１コレステリック液晶３１１は、選択反射帯域として紫外線Ｕを反射するように形成されている。つまり、第１コレステリック液晶３１１は、紫外線Ｕのうちの第１円偏光Ｕ１を反射するように構成されている。
また、第２コレステリック液晶３１２は、選択反射帯域として赤外線Ｉを反射するように形成されている。つまり、第２コレステリック液晶３１２は、赤外線Ｉのうちの第１円偏光Ｉ１を反射するように構成されている。
また、第２コレステリック液晶３１２は、選択反射帯域として赤外線Ｉを反射するように形成されている。つまり、第２コレステリック液晶３１２は、赤外線Ｉのうちの第１円偏光Ｉ１を反射するように構成されている。
【0080】
なお、ここでは紫外線Ｕ及び赤外線Ｉが反射される例について説明したが、第１コレステリック液晶３１１及び第２コレステリック液晶３１２は、可視光Ｖを反射するように構成されてもよい。
【0081】
次に、図８に示す実施形態２において、液晶光学素子１００の光学作用について説明する。
【0082】
液晶光学素子１００に入射する光ＬＴｉは、例えば、可視光Ｖ、紫外線Ｕ、及び、赤外線Ｉを含んでいる。
光ＬＴｉは、第１外面Ｆ１１から第１透明基板１Ａの内部に進入し、第１内面Ｆ１２から出射して、第１配向膜２Ａを透過し、第１液晶層３Ａに入射する。そして、第１液晶層３Ａは、光ＬＴｉのうち、紫外線Ｕの第１円偏光Ｕ１を第１透明基板１Ａに向けて反射し、他の光ＬＴｔを透過する。
光ＬＴｉは、第１外面Ｆ１１から第１透明基板１Ａの内部に進入し、第１内面Ｆ１２から出射して、第１配向膜２Ａを透過し、第１液晶層３Ａに入射する。そして、第１液晶層３Ａは、光ＬＴｉのうち、紫外線Ｕの第１円偏光Ｕ１を第１透明基板１Ａに向けて反射し、他の光ＬＴｔを透過する。
【0083】
第１液晶層３Ａを透過した光ＬＴｔは、接着層４を透過し、第２液晶層３Ｂに入射する。そして、第２液晶層３Ｂは、光ＬＴｔのうち、赤外線Ｉの第１円偏光Ｉ１を第１透明基板１Ａに向けて反射し、他の光ＬＴｔを透過する。第２液晶層３Ｂを透過した光ＬＴｔは、可視光Ｖ、紫外線Ｕの第２円偏光Ｕ２、及び、赤外線Ｉの第２円偏光Ｉ２を含んでいる。
【0084】
第１透明基板１Ａ、第１配向膜２Ａ、第１液晶層３Ａ、接着層４、第２液晶層３Ｂ、第２配向膜２Ｂ、及び、第２透明基板１Ｂ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、光ＬＴｒは、第１透明基板１Ａと空気との界面、及び、第２透明基板１Ｂと空気との界面において、反射を繰り返しながら、第２側面Ｓ２及び第４側面Ｓ４に向けて導光される。
【0085】
このような実施形態２においても、上記の実施形態１と同様の効果が得られる。加えて、液晶光学素子１００の選択反射帯域を広帯域化することができる。
【0086】
（実施形態３)
図９は、実施形態３に係る液晶光学素子１００を模式的に示す断面図である。
図９に示す実施形態３は、図８に示した実施形態２と比較して、第１コレステリック液晶３１１の旋回方向が第２コレステリック液晶３１２の旋回方向とは逆である点で相違している。図示した例では、螺旋ピッチＰ１１は、螺旋ピッチＰ１２より小さい。但し、螺旋ピッチＰ１２が螺旋ピッチＰ１１より小さくてもよい。
図９は、実施形態３に係る液晶光学素子１００を模式的に示す断面図である。
図９に示す実施形態３は、図８に示した実施形態２と比較して、第１コレステリック液晶３１１の旋回方向が第２コレステリック液晶３１２の旋回方向とは逆である点で相違している。図示した例では、螺旋ピッチＰ１１は、螺旋ピッチＰ１２より小さい。但し、螺旋ピッチＰ１２が螺旋ピッチＰ１１より小さくてもよい。
【0087】
第１液晶層３Ａにおいて、第１コレステリック液晶３１１は、選択反射帯域のうち、第１円偏光を反射する反射面３２１を形成する。
第２液晶層３Ｂにおいて、第２コレステリック液晶３１２は、第１液晶層３Ａとは異なる選択反射帯域のうち、第２円偏光を反射する反射面３２２を形成する。
第２液晶層３Ｂにおいて、第２コレステリック液晶３１２は、第１液晶層３Ａとは異なる選択反射帯域のうち、第２円偏光を反射する反射面３２２を形成する。
【0088】
一例では、第１コレステリック液晶３１１は、選択反射帯域として紫外線Ｕを反射するように形成されている。つまり、第１コレステリック液晶３１１は、紫外線Ｕのうちの第１円偏光Ｕ１を反射するように構成されている。
また、第２コレステリック液晶３１２は、選択反射帯域として赤外線Ｉを反射するように形成されている。つまり、第２コレステリック液晶３１２は、赤外線Ｉのうちの第２円偏光Ｉ２を反射するように構成されている。
また、第２コレステリック液晶３１２は、選択反射帯域として赤外線Ｉを反射するように形成されている。つまり、第２コレステリック液晶３１２は、赤外線Ｉのうちの第２円偏光Ｉ２を反射するように構成されている。
【0089】
このような実施形態３においても、上記の実施形態２と同様の効果が得られる。
【0090】
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。
【0091】
図１０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、上記したいずれかの液晶光学素子１００と、発電装置２１０と、を備えている。発電装置２１０は、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などに示した第１透明基板１Ａの第２側面Ｓ２及び第２透明基板１Ｂの第４側面Ｓ４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。
太陽電池装置２００は、上記したいずれかの液晶光学素子１００と、発電装置２１０と、を備えている。発電装置２１０は、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などに示した第１透明基板１Ａの第２側面Ｓ２及び第２透明基板１Ｂの第４側面Ｓ４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。
【0092】
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。
【0093】
図１１は、太陽電池装置２００の動作を説明するための図である。
第１透明基板１Ａの第１外面Ｆ１１は、屋外に面している。また、第２透明基板１Ｂの第２外面Ｆ２１は、例えば屋内に面している。図１１において、第１配向膜及び第２配向膜の図示を省略している。
第１透明基板１Ａの第１外面Ｆ１１は、屋外に面している。また、第２透明基板１Ｂの第２外面Ｆ２１は、例えば屋内に面している。図１１において、第１配向膜及び第２配向膜の図示を省略している。
【0094】
第１液晶層３Ａ及び第２液晶層３Ｂは、例えば、図１に示したように赤外線Ｉの第１円偏光Ｉ１及び第２円偏光Ｉ２を反射するように構成されている。なお、第１液晶層３Ａ及び第２液晶層３Ｂは、図８に示したように紫外線Ｕの第１円偏光Ｕ１及び赤外線Ｉの第１円偏光Ｉ１をそれぞれ反射するように構成されてもよいし、図９に示したように紫外線Ｕの第１円偏光Ｕ１及び赤外線Ｉの第２円偏光Ｉ２を反射するように構成されてもよい。
【0095】
第１液晶層３Ａ及び第２液晶層３Ｂで反射された赤外線Ｉは、第２側面Ｓ２及び第４側面Ｓ４に向かって液晶光学素子１００を伝播する。発電装置２１０は、第２側面Ｓ２及び第４側面Ｓ４を透過した赤外線Ｉを受光して発電する。
【0096】
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。
【0097】
（変形例１)
図１２は、液晶光学素子１００の変形例１を模式的に示す断面図である。
変形例１では、第１液晶層３Ａと第２透明基板１Ｂとが接着層４によって接着されている。つまり、第１液晶層３Ａと第２液晶層３Ｂとの間には、接着層４、第２透明基板１Ｂ、及び、第２配向膜２Ｂが介在している。
図１２は、液晶光学素子１００の変形例１を模式的に示す断面図である。
変形例１では、第１液晶層３Ａと第２透明基板１Ｂとが接着層４によって接着されている。つまり、第１液晶層３Ａと第２液晶層３Ｂとの間には、接着層４、第２透明基板１Ｂ、及び、第２配向膜２Ｂが介在している。
【0098】
第１液晶層３Ａ及び第２液晶層３Ｂについては、詳述しないが、上記の実施形態１乃至３のいずれのようにも構成することができる。
例えば、実施形態１の場合、第１液晶層３Ａの第１コレステリック液晶３１１の旋回方向は、第２液晶層３Ｂの第２コレステリック液晶３１２の旋回方向とは逆であり、第１コレステリック液晶３１１の螺旋ピッチＰ１１は、第２コレステリック液晶３１２の螺旋ピッチＰ１２と同等である。
また、実施形態２の場合、第１液晶層３Ａの第１コレステリック液晶３１１の旋回方向は、第２液晶層３Ｂの第２コレステリック液晶３１２の旋回方向と同一であり、第１コレステリック液晶３１１の螺旋ピッチＰ１１は、第２コレステリック液晶３１２の螺旋ピッチＰ１２とは異なる。
また、実施形態３の場合、第１液晶層３Ａの第１コレステリック液晶３１１の旋回方向は、第２液晶層３Ｂの第２コレステリック液晶３１２の旋回方向とは逆であり、第１コレステリック液晶３１１の螺旋ピッチＰ１１は、第２コレステリック液晶３１２の螺旋ピッチＰ１２とは異なる。
例えば、実施形態１の場合、第１液晶層３Ａの第１コレステリック液晶３１１の旋回方向は、第２液晶層３Ｂの第２コレステリック液晶３１２の旋回方向とは逆であり、第１コレステリック液晶３１１の螺旋ピッチＰ１１は、第２コレステリック液晶３１２の螺旋ピッチＰ１２と同等である。
また、実施形態２の場合、第１液晶層３Ａの第１コレステリック液晶３１１の旋回方向は、第２液晶層３Ｂの第２コレステリック液晶３１２の旋回方向と同一であり、第１コレステリック液晶３１１の螺旋ピッチＰ１１は、第２コレステリック液晶３１２の螺旋ピッチＰ１２とは異なる。
また、実施形態３の場合、第１液晶層３Ａの第１コレステリック液晶３１１の旋回方向は、第２液晶層３Ｂの第２コレステリック液晶３１２の旋回方向とは逆であり、第１コレステリック液晶３１１の螺旋ピッチＰ１１は、第２コレステリック液晶３１２の螺旋ピッチＰ１２とは異なる。
【0099】
このような変形例１においても、上記の各実施形態と同様の効果が得られる。
【0100】
（変形例２)
図１３は、液晶光学素子１００の変形例２を模式的に示す断面図である。
液晶光学素子１００は、第１基板ＳＵＢ１と、第２基板ＳＵＢ２と、第３基板ＳＵＢ３と、第４基板ＳＵＢ４と、接着層４Ａと、接着層４Ｂと、接着層４Ｃと、を備えている。
図１３は、液晶光学素子１００の変形例２を模式的に示す断面図である。
液晶光学素子１００は、第１基板ＳＵＢ１と、第２基板ＳＵＢ２と、第３基板ＳＵＢ３と、第４基板ＳＵＢ４と、接着層４Ａと、接着層４Ｂと、接着層４Ｃと、を備えている。
【0101】
第１基板ＳＵＢ１は、第１透明基板１Ａ、第１配向膜２Ａ、及び、第１液晶層３Ａを備えている。
第２基板ＳＵＢ２は、第２透明基板１Ｂ、第２配向膜２Ｂ、及び、第２液晶層３Ｂを備えている。接着層４Ａは、第１液晶層３Ａと第２透明基板１Ｂとを接着している。
第３基板ＳＵＢ３は、第３透明基板１Ｃ、第３配向膜２Ｃ、及び、第３液晶層３Ｃを備えている。接着層４Ｂは、第２液晶層３Ｂと第３透明基板１Ｃとを接着している。
第４基板ＳＵＢ４は、第４透明基板１Ｄ、第４配向膜２Ｄ、及び、第４液晶層３Ｄを備えている。接着層４Ｃは、第３液晶層３Ｃと第４透明基板１Ｄとを接着している。
第２基板ＳＵＢ２は、第２透明基板１Ｂ、第２配向膜２Ｂ、及び、第２液晶層３Ｂを備えている。接着層４Ａは、第１液晶層３Ａと第２透明基板１Ｂとを接着している。
第３基板ＳＵＢ３は、第３透明基板１Ｃ、第３配向膜２Ｃ、及び、第３液晶層３Ｃを備えている。接着層４Ｂは、第２液晶層３Ｂと第３透明基板１Ｃとを接着している。
第４基板ＳＵＢ４は、第４透明基板１Ｄ、第４配向膜２Ｄ、及び、第４液晶層３Ｄを備えている。接着層４Ｃは、第３液晶層３Ｃと第４透明基板１Ｄとを接着している。
【0102】
例えば、第１液晶層３Ａの第１コレステリック液晶３１１の旋回方向は、第３液晶層３Ｃの第３コレステリック液晶３１３の旋回方向とは逆であり、第１コレステリック液晶３１１の螺旋ピッチＰ１１は、第３コレステリック液晶３１３の螺旋ピッチＰ１３と同等である。
第２液晶層３Ｂの第２コレステリック液晶３１２の旋回方向は、第４液晶層３Ｄの第４コレステリック液晶３１４の旋回方向とは逆であり、第２コレステリック液晶３１２の螺旋ピッチＰ１２は、第４コレステリック液晶３１４の螺旋ピッチＰ１４と同等である。
また、第１コレステリック液晶３１１の螺旋ピッチＰ１１は、第２コレステリック液晶３１２の螺旋ピッチＰ１２とは異なる。
このような変形例２においても、上記の各実施形態と同様の効果が得られる。
第２液晶層３Ｂの第２コレステリック液晶３１２の旋回方向は、第４液晶層３Ｄの第４コレステリック液晶３１４の旋回方向とは逆であり、第２コレステリック液晶３１２の螺旋ピッチＰ１２は、第４コレステリック液晶３１４の螺旋ピッチＰ１４と同等である。
また、第１コレステリック液晶３１１の螺旋ピッチＰ１１は、第２コレステリック液晶３１２の螺旋ピッチＰ１２とは異なる。
このような変形例２においても、上記の各実施形態と同様の効果が得られる。
【0103】
以上説明したように、本実施形態によれば、光の利用効率の低下を抑制することが可能な液晶光学素子を提供することができる。
【0104】
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】
【0105】
１００…液晶光学素子
１Ａ…第１透明基板 Ｆ１１…第１外面 Ｆ１２…第１内面 Ｓ１…第１側面 Ｓ２…第２側面
１Ｂ…第２透明基板 Ｆ２１…第２外面 Ｆ２２…第２内面 Ｓ３…第３側面 Ｓ４…第４側面
２Ａ…第１配向膜 ２Ｂ…第２配向膜
３Ａ…第１液晶層 ３１１…第１コレステリック液晶 ３２１…反射面
３Ｂ…第２液晶層 ３１２…第２コレステリック液晶 ３２２…反射面
４…接着層
１Ａ…第１透明基板 Ｆ１１…第１外面 Ｆ１２…第１内面 Ｓ１…第１側面 Ｓ２…第２側面
１Ｂ…第２透明基板 Ｆ２１…第２外面 Ｆ２２…第２内面 Ｓ３…第３側面 Ｓ４…第４側面
２Ａ…第１配向膜 ２Ｂ…第２配向膜
３Ａ…第１液晶層 ３１１…第１コレステリック液晶 ３２１…反射面
３Ｂ…第２液晶層 ３１２…第２コレステリック液晶 ３２２…反射面
４…接着層
【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】