2024-162739 配向処理装置及び液晶光学素子の製造方法

(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】P2024162739

(43)【公開日】2024-11-21

(54)【発明の名称】配向処理装置及び液晶光学素子の製造方法

(51)【国際特許分類】

   G02B 5/30 20060101AFI20241114BHJP

【ＦＩ】

G02B5/30

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023078595

(22)【出願日】2023-05-11

(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】樋口 絢香

(72)【発明者】

【氏名】小橋 淳二

(72)【発明者】

【氏名】冨岡 安

(72)【発明者】

【氏名】岡 真一郎

(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

2H149AB22

2H149BA04

2H149BA05

2H149BB28

2H149DA02

2H149DA12

2H149EA03

2H149FA27W

(57)【要約】

【課題】液晶光学素子の大面積化を可能とする。
【解決手段】一実施形態によれば、配向処理装置は、光源と、前記光源から出射された光を第１直線偏光及び第２直線偏光に分割する偏光ビームスプリッターと、前記第１直線偏光を露光領域に案内する第１光学系と、前記第２直線偏光を前記露光領域に案内する第２光学系と、前記第１直線偏光を第１円偏光に変換する第１位相差板と、前記第２直線偏光を前記第１円偏光とは逆回りの第２円偏光に変換する第２位相差板と、透明基板の主面に薄膜が形成された処理基板を、前記主面に平行な方向に移動可能に構成された移動機構と、前記光源及び前記移動機構を制御する制御部と、を備え、前記第１円偏光及び前記第２円偏光は、前記露光領域に干渉光を形成し、前記制御部は、前記干渉光で前記薄膜の一部の領域を露光する工程と、前記処理基板を移動する工程と、を繰り返し行うように制御する。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光源と、
前記光源から出射された光を第１直線偏光及び第２直線偏光に分割する偏光ビームスプリッターと、
前記第１直線偏光を露光領域に案内する第１光学系と、
前記第２直線偏光を前記露光領域に案内する第２光学系と、
前記第１直線偏光を第１円偏光に変換する第１位相差板と、
前記第２直線偏光を前記第１円偏光とは逆回りの第２円偏光に変換する第２位相差板と、
透明基板の主面に薄膜が形成された処理基板を、前記主面に平行な方向に移動可能に構成された移動機構と、
前記光源及び前記移動機構を制御する制御部と、を備え、
前記第１円偏光及び前記第２円偏光は、前記露光領域に干渉光を形成し、
前記制御部は、前記干渉光で前記薄膜の一部の領域を露光する工程と、前記処理基板を移動する工程と、を繰り返し行うように制御する、
配向処理装置。

【請求項2】

前記処理基板の移動距離は、前記露光領域の幅より小さい、請求項１に記載の配向処理装置。

【請求項3】

さらに、前記光源と前記露光領域との間に配置された少なくとも１つのマスクを備え、
前記マスクは、多角形状に形成された開口を有している、請求項１に記載の配向処理装置。

【請求項4】

前記開口の形状は、四角形または六角形である、請求項３に記載の配向処理装置。

【請求項5】

さらに、前記露光領域に対向する開口を有するマスクを備え、
前記マスクは、多角形状に形成された開口を有している、請求項１に記載の配向処理装置。

【請求項6】

さらに、前記光源と前記偏光ビームスプリッターとの間に配置されたマスクを備え、
前記マスクは、多角形状に形成された開口を有している、請求項１に記載の配向処理装置。

【請求項7】

さらに、
前記偏光ビームスプリッターと前記第１位相差板との間に配置された第１マスクと、
前記偏光ビームスプリッターと前記第２位相差板との間に配置された第２マスクと、を備え、
前記第１マスク及び前記第２マスクの各々は、多角形状に形成された開口を有している、請求項１に記載の配向処理装置。

【請求項8】

さらに、
前記第１位相差板と前記露光領域との間に配置された第１マスクと、
前記第２位相差板と前記露光領域との間に配置された第２マスクと、を備え、
前記第１マスク及び前記第２マスクの各々は、多角形状に形成された開口を有している、請求項１に記載の配向処理装置。

【請求項9】

前記光源は、紫外線の波長帯の光を出射するレーザー光源である、請求項１に記載の配向処理装置。

【請求項10】

前記光源は、青成分の波長帯の光を出射するレーザー光源である、請求項１に記載の配向処理装置。

【請求項11】

透明基板の主面に薄膜を形成した処理基板を用意し、
前記薄膜に配向軸のパターンを形成するための配向処理を行い、
前記薄膜をベークして配向膜を形成し、
前記配向膜の上にコレステリック液晶を有する液晶層を形成し、
前記配向処理は、
前記処理基板を第１位置に設置し、
互いに逆回りの第１円偏光及び第２円偏光の干渉光で前記薄膜の第１領域を露光し、
前記処理基板を移動して第２位置に設置し、
前記干渉光で前記薄膜の第２領域を露光する、
液晶光学素子の製造方法。

【請求項12】

前記第１位置から前記第２位置までの前記処理基板の移動距離は、前記干渉光が形成される露光領域の幅より小さい、請求項１１に記載の液晶光学素子の製造方法。

【請求項13】

前記配向処理は、多角形状に形成された開口を有するマスクを介して行う、請求項１１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、配向処理装置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、大面積化が可能な液晶光学素子を製造するための配向処理装置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】

一実施形態に係る配向処理装置は、
光源と、前記光源から出射された光を第１直線偏光及び第２直線偏光に分割する偏光ビームスプリッターと、前記第１直線偏光を露光領域に案内する第１光学系と、前記第２直線偏光を前記露光領域に案内する第２光学系と、前記第１直線偏光を第１円偏光に変換する第１位相差板と、前記第２直線偏光を前記第１円偏光とは逆回りの第２円偏光に変換する第２位相差板と、透明基板の主面に薄膜が形成された処理基板を、前記主面に平行な方向に移動可能に構成された移動機構と、前記光源及び前記移動機構を制御する制御部と、を備え、前記第１円偏光及び前記第２円偏光は、前記露光領域に干渉光を形成し、前記制御部は、前記干渉光で前記薄膜の一部の領域を露光する工程と、前記処理基板を移動する工程と、を繰り返し行うように制御する。

【0006】

一実施形態に係る液晶光学素子の製造方法は、
透明基板の主面に薄膜を形成した処理基板を用意し、前記薄膜に配向軸のパターンを形成するための配向処理を行い、前記薄膜をベークして配向膜を形成し、前記配向膜の上にコレステリック液晶を有する液晶層を形成し、前記配向処理は、前記処理基板を第１位置に設置し、互いに逆回りの第１円偏光及び第２円偏光の干渉光で前記薄膜の第１領域を露光し、前記処理基板を移動して第２位置に設置し、前記干渉光で前記薄膜の第２領域を露光する。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、液晶光学素子１００を模式的に示す断面図である。

【図2】図２は、液晶層３に含まれるコレステリック液晶ＣＬの一例を説明するための図である。

【図3】図３は、液晶光学素子１００を模式的に示す平面図である。

【図4】図４は、液晶光学素子１００の製造方法を説明するための図である。

【図5】図５は、配向膜２の形成工程を説明するための図である。

【図6】図６は、配向処理装置２００の一構成例を示す図である。

【図7】図７は、露光領域ＥＡにおいて処理基板ＳＵＢの薄膜２０を露光する工程を説明するための図である。

【図8】図８は、マスクＭＫの一例を示す平面図である。

【図9】図９は、図８に示したマスクＭＫを介して露光される薄膜２０の領域を説明するための図である。

【図10】図１０は、露光された領域Ｓ１における配向軸ＡＡのパターンの一例を示す図である。

【図11】図１１は、第２方向Ａ２において互いに隣接する領域Ｓ１及び領域Ｓ２の重畳領域ＯＬを説明するための図である。

【図12】図１２は、第３方向Ａ３において互いに隣接する領域Ｓ１及び領域Ｓ６の重畳領域ＯＬを説明するための図である。

【図13】図１３は、第２方向Ａ２において互いに隣接する領域Ｓ１及び領域Ｓ２の重畳領域ＯＬを説明するための図である。

【図14】図１４は、マスクＭＫの他の例を示す平面図である。

【図15】図１５は、図１４に示したマスクＭＫを介して露光される薄膜２０の領域を説明するための図である。

【図16】図１６は、マスクＭＫの他の例を示す平面図である。

【図17】図１７は、図１６に示したマスクＭＫを介して露光される薄膜２０の領域を説明するための図である。

【図18】図１８は、マスクＭＫの他の例を示す平面図である。

【図19】図１９は、図１８に示したマスクＭＫを介して露光される薄膜２０の領域を説明するための図である。

【図20】図２０は、配向処理装置２００の他の一構成例を示す図である。

【図21】図２１は、配向処理装置２００の他の一構成例を示す図である。

【図22】図２２は、配向処理装置２００の他の一構成例を示す図である。

【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、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。

【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波長帯より短波長である紫外線の波長帯、及び、第３波長帯より長波長である赤外線の波長帯を含んでいる。
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。

【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ＳＳ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ＳＳ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ＳＳは、Ｘ－Ｚ平面と略平行な面であるが、側面ＳＳ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。

【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。

【0016】

液晶層３は、拡大して模式的に示すように、コレステリック液晶ＣＬを有している。コレステリック液晶ＣＬは、第１方向Ａ１にほぼ平行な螺旋軸ＡＸ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ＡＸに沿った層厚）を示す。

【0017】

このような液晶層３は、液晶光学素子１００に入射した光ＬＴｉのうち、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、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。

【0018】

液晶層３は、選択反射帯域のうち、コレステリック液晶ＣＬの旋回方向に対応した円偏光を反射する反射面３Ｒを有している。反射面３Ｒは、Ｘ－Ｙ平面に対して傾斜している。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。

【0019】

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。

【0020】

なお、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、図示したコレステリック液晶ＣＬの旋回方向とは逆回りに旋回したコレステリック液晶などである。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

光ＬＴｉは、透明基板１及び配向膜２を透過し、液晶層３に入射する。そして、液晶層３は、反射面３Ｒにおいて光ＬＴｉの一部を反射し、その他の光ＬＴｔを透過する。反射された光ＬＴｒは、波長λの円偏光である。
一例では、光ＬＴｒは、赤外線の波長帯の左回りの円偏光である。また、光ＬＴｔは、可視光及び紫外線の他に、赤外線の波長帯の右回りの円偏光を含んでいる。

【0024】

液晶層３で反射された光ＬＴｒの進入角θは、光導波条件を満足するように設定されている。ここでの進入角θとは、液晶層３と空気との界面で全反射を起こす臨界角以上の角度に相当する。進入角θは、透明基板１の法線Ｎに対する角度を示す。

【0025】

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、側面ＳＳに向けて導光される。

【0026】

このような液晶光学素子１００は、例えば、太陽電池装置の導光素子として適用することができる。太陽電池装置は、液晶光学素子１００と、図１において点線で示す太陽電池ＰＶと、を備えている。太陽電池ＰＶは、側面ＳＳに対向するように設けられている。太陽電池ＰＶは、側面ＳＳから出射された光ＬＴｒを受光して、発電することができる。

【0027】

なお、ここでは液晶層３において赤外線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。

【0028】

図２は、液晶層３に含まれるコレステリック液晶ＣＬの一例を説明するための図である。

【0029】

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ＣＬを構成する液晶分子として、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を図示している。図示した液晶分子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。

【0030】

点線で囲んだ１つのコレステリック液晶ＣＬに着目すると、コレステリック液晶ＣＬ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ＬＭによって構成されている。複数の液晶分子ＬＭは、配向膜２と液晶層３との界面の近傍に位置する液晶分子ＬＭ１１を有している。

【0031】

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ＣＬ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ＣＬの各々の空間位相は、互いに異なっている。
第２方向Ａ２に沿って隣接する液晶分子ＬＭ１１の配向方向は、互いに異なっている。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。

【0032】

図中に一点鎖線で示す液晶層３の反射面３Ｒは、Ｘ－Ｙ平面に対して傾斜している。反射面３ＲとＸ－Ｙ平面とのなす角度θαは、鋭角である。反射面３Ｒ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。

【0033】

このような液晶層３は、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。

【0034】

一般的に、コレステリック液晶ＣＬ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ＣＬ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）以下の範囲である。

【0035】

選択反射帯域Δλの中心波長λｍは、コレステリック液晶ＣＬ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）

【0036】

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ＣＬ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ＣＬに含まれる液晶分子ＬＭのうち、配向膜２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。

【0037】

第２方向Ａ２に沿って並んだコレステリック液晶ＣＬ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ＣＬ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ＣＬ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ＣＬの空間位相は、第３方向Ａ３において略一致している。

【0038】

特に、第２方向Ａ２に並んだコレステリック液晶ＣＬ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ＣＬ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３Ｒ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。

【0039】

ここで、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３Ｒ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。周期Ｔは、一例では、１０００ｎｍ～３０００ｎｍであり、また、別の一例では、３００ｎｍ～７００ｎｍである。

【0040】

次に、液晶光学素子１００の製造方法について、図４を参照しながら説明する。

【0041】

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は、第２主面Ｆ２に形成した薄膜に配向処理（光配向処理）を行うことで形成される。このような配向処理によって形成された配向膜２は、所定のパターンの配向軸を有する。配向膜２の形成工程については後述する。
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）。このような工程を経ることにより、液晶材料に含まれる液晶分子は、配向膜２の配向軸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ＣＬを有する液晶層３が形成される。

【0042】

次に、配向膜２の形成工程について、図５を参照しながら説明する。

【0043】

まず、透明基板１の上に配向膜溶液を塗布する（ステップＳＴ２１）。配向膜溶液は、配向膜２を形成するためのモノマー材料を含む溶液である。配向膜溶液を塗布する手法については、特に限定されない。一例では、透明基板１の上に配向膜溶液を滴下した後に透明基板１を高速回転させるスピンコートであってもよいし、配向膜溶液をフレキソ印刷により塗布してもよいし、配向膜溶液をインクジェットにより塗布してもよい。

【0044】

その後、塗布した配向膜溶液を乾燥する（ステップＳＴ２２）。これにより、配向膜溶液に含まれる溶媒が除去される。このようなステップＳＴ２１及びステップＳＴ２２を経ることにより、透明基板１の第２主面Ｆ２に薄膜を形成した処理基板が用意される。

【0045】

その後、薄膜に対して配向軸のパターンを形成するための配向処理を行う（ステップＳＴ２３）。配向処理は、以下の手順で行う。
まず、処理基板を第１位置に設置する（ステップＳＴ２３１）。
その後、処理基板に向けて、互いに逆回りの第１円偏光及び第２円偏光の干渉光を照射し、薄膜の第１領域を露光する（ステップＳＴ２３２）。干渉光は、第１円偏光及び第２円偏光の干渉縞のパターンを有する光である。１回の露光時間は、例えば９０秒である。
その後、処理基板を移動し（ステップＳＴ２３３）、ステップＳＴ２３１に戻り、第１位置とは異なる第２位置に処理基板を設置する。
その後、ステップＳＴ２３２で説明したように、干渉光で薄膜の第２領域を露光する。
このように、ステップＳＴ２３１乃至ステップＳＴ２３３を繰り返し行うことにより、干渉光が形成される露光領域の面積の数倍の面積を有する薄膜を順次露光することができる。露光された薄膜には、干渉縞のパターンに応じた配向軸のパターンが形成される。

【0046】

その後、薄膜をベークする（ステップＳＴ２４）。このような配向処理及びベークを経ることにより、薄膜に含まれるモノマー材料がポリマー化し、しかも、配向軸が固定された状態で薄膜が硬化する。これにより、所定の配向軸のパターンを有する配向膜２が形成される。

【0047】

次に、上記の配向処理に適用される配向処理装置２００について説明する。

【0048】

図６は、配向処理装置２００の一構成例を示す図である。

【0049】

配向処理装置２００は、光源２０１と、拡大光学系２０２と、偏光ビームスプリッター２０３と、第１光学系２０４Ａと、第２光学系２０４Ｂと、第１位相差板２０５Ａと、第２位相差板２０５Ｂと、移動機構２１０と、コントローラＣＴＲと、を備えている。

【0050】

光源２０１は、例えば、紫外線の波長帯の光を出射するレーザー光源である。なお、配向処理の対象である薄膜の種類によっては、紫外線とは異なる波長帯の光を出射する光源２０１が適用される場合があり得る。

【0051】

偏光ビームスプリッター２０３は、光源２０１からの出射光を第１直線偏光及び第２直線偏光に分割する。拡大光学系２０２は、光源２０１と偏光ビームスプリッター２０３との間の光路ＯＰに配置され、出射光のビームスポットを拡大する。

【0052】

第１光学系２０４Ａは、偏光ビームスプリッター２０３で反射された第１直線偏光の光路ＯＰＡに配置され、第１直線偏光を露光領域ＥＡに案内する。
第２光学系２０４Ｂは、偏光ビームスプリッター２０３を透過した第２直線偏光の光路ＯＰＢに配置され、第２直線偏光を露光領域ＥＡに案内する。図示した第１光学系２０４Ａ及び第２光学系２０４Ｂは、それぞれ平面鏡によって構成されているが、複数の平面鏡で構成されてもよい。

【0053】

第１位相差板２０５Ａは、光路ＯＰＡに配置され、第１直線偏光を第１円偏光に変換する。
第２位相差板２０５Ｂは、光路ＯＰＢに配置され、第２直線偏光を第２円偏光に変換する。第２円偏光は、第１円偏光とは逆回りの円偏光である。これらの第１位相差板２０５Ａ及び第２位相差板２０５Ｂは、例えば、１／４波長板である。

【0054】

露光領域ＥＡに到達した第１円偏光及び第２円偏光は、干渉光を形成する。

【0055】

図６に示す例では、配向処理装置２００は、露光領域ＥＡに対向する開口ＡＰを有するマスクＭＫを備えている。なお、マスクＭＫは、光源２０１と露光領域ＥＡとの間の光路ＯＰ、光路ＯＰＡ及びＯＰＢのいずれかに配置されていればよい。

【0056】

移動機構２１０は、露光領域ＥＡと重畳するように処理基板ＳＵＢを保持し、処理基板ＳＵＢを移動可能に構成されている。ここでの処理基板ＳＵＢとは、図５のステップＳＴ２１及びステップＳＴ２２を経て形成されたものであり、配向膜２を形成するための薄膜を備えている。

【0057】

コントローラＣＴＲは、光源２０１及び移動機構２１０を制御する。例えば、コントローラＣＴＲは、光源２０１から光が出射されるタイミング、光を出射する時間、光のパワーなどを制御する。また、コントローラＣＴＲは、移動機構２１０による処理基板ＳＵＢの移動距離、移動方向、移動のタイミングなどを制御する。そして、コントローラＣＴＲは、光源２０１からの出射光による干渉光で処理基板ＳＵＢの薄膜の一部の領域を露光する工程と、移動機構２１０により処理基板ＳＵＢを移動する工程と、を繰り返し行うように制御する。

【0058】

図７は、露光領域ＥＡにおいて処理基板ＳＵＢの薄膜２０を露光する工程を説明するための図である。

【0059】

処理基板ＳＵＢは、上記の通り、透明基板１の第２主面Ｆ２に、配向膜を形成するための薄膜２０を備えている。

【0060】

移動機構２１０は、保持した処理基板ＳＵＢを、第２主面Ｆ２に平行な方向Ｄ１及びＤ２に移動可能に構成されている。方向Ｄ１及びＤ２は、互いに交差（あるいは直交）する方向である。例えば、方向Ｄ１は図３に示したＹ軸に沿った方向（第２方向Ａ２）に平行であり、方向Ｄ２はＸ軸に沿った方向（第３方向Ａ３）に平行である。
移動機構２１０は、処理基板ＳＵＢと対向する開口２１０ＯＰを有している。開口２１０ＯＰは、薄膜２０のうち、露光される領域の全体（後に図９などに示す領域Ｓ１、Ｓ２、…Ｓｎ）に重畳している。

【0061】

マスクＭＫは、処理基板ＳＵＢから離間し、開口ＡＰが露光領域ＥＡに対向するように配置されている。

【0062】

第１円偏光ＣＰ１及び第２円偏光ＣＰ２の各々のビームスポットは、周縁部（光軸から離れた拡散成分）がマスクＭＫによって遮光される。これにより、ビームスポットは、開口ＡＰの形状に対応するように整形される。第１円偏光ＣＰ１及び第２円偏光ＣＰ２は、マスクＭＫの開口ＡＰを通過した後に、露光領域ＥＡに到達し、干渉光を形成する。薄膜２０の一部の領域は、干渉光によって露光される。
図示した例では、第１円偏光ＣＰ１は右回りの円偏光であり、第２円偏光ＣＰ２は左回りの円偏光である。
上述したように、移動機構２１０が開口２１０ＯＰを有しているため、処理基板ＳＵＢを透過した第１円偏光ＣＰ１及び第２円偏光ＣＰ２が移動機構２１０で反射されることがなく、移動機構２１０での不所望な反射光に起因した配向パターンの乱れを抑制することができる。

【0063】

処理基板ＳＵＢが第１位置Ｐ１に設置された状態において、薄膜２０のうち、露光領域ＥＡに重畳する領域が干渉光によって露光された後に、処理基板ＳＵＢは方向Ｄ１に沿って移動し、第２位置Ｐ２に設置される。そして、処理基板ＳＵＢが第２位置Ｐ２に設置された状態において、薄膜２０のうち、露光領域ＥＡに重畳する領域が干渉光によって露光される。このとき、処理基板ＳＵＢの第１位置Ｐ１から第２位置Ｐ２までの方向Ｄ１に沿った移動距離ＬＳＵＢは、方向Ｄ１に沿った露光領域ＥＡの幅ＷＥＡより小さい。このため、隙間（未露光領域）が形成されることなく、薄膜２０の複数の領域を露光することができる。

【0064】

なお、開口ＡＰの方向Ｄ１に沿った幅ＷＡＰは、露光領域ＥＡの幅ＷＥＡより大きい。

【0065】

図８は、マスクＭＫの一例を示す平面図である。
マスクＭＫは、正方形状の開口ＡＰを有している。開口ＡＰの面積は、点線で示したビームスポットＢＳの面積より小さい。このため、ビームスポットＢＳのうちの周縁部がマスクＭＫで遮光される。図７に示した露光領域ＥＡは、開口ＡＰの形状に対応して正方形状に形成される。
一例では、ビームスポットＢＳの直径が１０ｃｍであり、開口ＡＰの一辺の長さが７ｃｍである。

【0066】

図９は、図８に示したマスクＭＫを介して露光される薄膜２０の領域を説明するための図である。

【0067】

薄膜２０は、図示したように、複数の領域Ｓｎに分割して露光される。図８に示したマスクＭＫが適用された場合、正方形状の露光領域ＥＡが形成されるため、１回の露光工程で露光される領域Ｓｎの形状も正方形状である。各領域Ｓｎの幅ＷＳｎは、露光領域ＥＡの幅ＷＥＡと同等である。

【0068】

例えば、第１露光工程で薄膜２０の領域Ｓ１が露光される。その後、処理基板ＳＵＢは、第２方向Ａ２に沿って移動し、第２露光工程で薄膜２０の領域Ｓ２が露光される。この繰り返しで領域Ｓ５まで露光された後、処理基板ＳＵＢは、第２方向Ａ２及び第３方向Ａ３に沿って移動し、領域Ｓ６が露光される。

【0069】

図１０は、露光された領域Ｓ１における配向軸ＡＡのパターンの一例を示す図である。ここでは、領域Ｓ１において、Ｘ－Ｙ平面に平行な面内での配向軸ＡＡのパターンを示している。配向軸ＡＡは、配向膜に液晶分子が接触した際に、液晶分子に対して配向規制力を発揮する方向に平行であり、Ｘ－Ｙ平面において、配向した液晶分子の長軸と平行である。

【0070】

第２方向Ａ２に並んだ配向軸ＡＡの向きは、互いに異なる。図示した例では、第２方向Ａ２に並んだ配向軸ＡＡの向きは、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。なお、第３方向Ａ３に並んだ配向軸ＡＡの向きは略一致している。
これにより、図３に示したような液晶分子ＬＭ１１の配向パターンが得られる。

【0071】

配向軸ＡＡの向きが１８０度だけ変化するときの２つの配向軸ＡＡの間隔を周期ＴＡＡと定義すると、周期ＴＡＡは、図３に示した液晶分子ＬＭ１１の周期Ｔと同等である。

【0072】

なお、周期ＴＡＡは、処理基板ＳＵＢへの第１円偏光ＣＰ１及び第２円偏光ＣＰ２の入射角及び波長で決定される。
図６に示した第１光学系２０４Ａにおける第１直線偏光の反射角度及び第２光学系２０４Ｂにおける第２直線偏光の反射角度を調整することで、処理基板ＳＵＢへの第１円偏光ＣＰ１及び第２円偏光ＣＰ２の入射角が変化し、周期ＴＡＡを調整することができる。

【0073】

図１１は、第２方向Ａ２において互いに隣接する領域Ｓ１及び領域Ｓ２の重畳領域ＯＬを説明するための図である。

【0074】

例えば、図７の第１位置Ｐ１での第１露光工程により、薄膜２０の領域Ｓ１が露光領域ＥＡで露光される。その後、第２方向Ａ２に沿って処理基板ＳＵＢを移動し、図７の第２位置Ｐ２での第２露光工程により、薄膜２０の領域Ｓ２が露光領域ＥＡで露光される。このとき、上記の通り、処理基板ＳＵＢを移動する移動距離ＬＳＵＢは、露光領域ＥＡの幅ＷＥＡより小さい。このため、領域Ｓ１及び領域Ｓ２は、多重露光される重畳領域ＯＬを有している。

【0075】

重畳領域ＯＬにおいては、第１露光工程で領域Ｓ１に形成された配向軸ＡＡのパターンと、第２露光工程で領域Ｓ２に形成された配向軸ＡＡのパターンとが一致していることが望ましい。このため、重畳領域ＯＬの幅ＷＯＬは、配向軸ＡＡの周期ＴＡＡの整数倍であることが望ましい。但し、重畳領域ＯＬの形成に際して、配向軸ＡＡの不一致が生じたとしても、液晶光学素子としての反射特性に大きな影響を及ぼすものではない。

【0076】

図１２は、第３方向Ａ３において互いに隣接する領域Ｓ１及び領域Ｓ６の重畳領域ＯＬを説明するための図である。

【0077】

薄膜２０の領域Ｓ１が露光領域ＥＡで露光された後に、薄膜２０の領域Ｓ６が露光領域ＥＡで露光される際にも、図１１を参照して説明したのと同様に、領域Ｓ１及び領域Ｓ６は、多重露光される重畳領域ＯＬを有している。

【0078】

重畳領域ＯＬにおいては、領域Ｓ１に形成された配向軸ＡＡのパターンと、領域Ｓ６に形成された配向軸ＡＡのパターンとが一致していることが望ましい。但し、重畳領域ＯＬの形成に際して、配向軸ＡＡの不一致が生じたとしても、液晶光学素子としての反射特性に大きな影響を及ぼすものではない。

【0079】

図１３は、第２方向Ａ２において互いに隣接する領域Ｓ１及び領域Ｓ２の重畳領域ＯＬを説明するための図である。

【0080】

薄膜２０の領域Ｓ１が露光領域ＥＡで露光された後に、薄膜２０の領域Ｓ２が露光領域ＥＡで露光される。図１３に示す例では、各露光工程において、露光領域ＥＡが処理基板ＳＵＢに対して第３方向Ａ３に沿って移動する。このため、領域Ｓ１及び領域Ｓ２は、それぞれ第３方向Ａ３に延びた長方形状に形成される。なお、各露光工程においては、固定された処理基板ＳＵＢに対して露光領域ＥＡが第３方向Ａ３に移動してもよいし、固定された露光領域ＥＡに対して処理基板ＳＵＢが第３方向Ａ３に移動してもよい。

【0081】

このようにして形成された領域Ｓ１及び領域Ｓ２は、図１１を参照して説明したのと同様に、多重露光される重畳領域ＯＬを有している。

【0082】

重畳領域ＯＬにおいては、領域Ｓ１に形成された配向軸ＡＡのパターンと、領域Ｓ２に形成された配向軸ＡＡのパターンとが一致していることが望ましい。但し、重畳領域ＯＬの形成に際して、配向軸ＡＡの不一致が生じたとしても、液晶光学素子としての反射特性に大きな影響を及ぼすものではない。

【0083】

ところで、液晶光学素子１００を大面積化するに際しては、大面積の配向膜２を必要とする。しかも、配向膜２は、図３に示したような液晶分子ＬＭ１１の配向パターンを形成するために、特殊な配向軸ＡＡのパターンを有するように形成する必要がある。そこで、互いに逆回りの円偏光で干渉光を形成し、配向膜２を形成するための薄膜２０を干渉光で露光する干渉露光法が適用される。しかしながら、１回の露光工程で形成可能な露光領域ＥＡの面積は限られている。このため、薄膜２０を複数の領域に分割して各領域を露光することで、大面積の配向膜２を容易に形成することができる。加えて、液晶光学素子１００の大面積化も容易に実現することができる。

【0084】

また、多角形状の開口ＡＰを有するマスクＭＫを適用することで、露光領域ＥＡに到達する円偏光のビームスポットＢＳが開口ＡＰの形状に応じて整形され、隙間（未露光領域）が形成されることなく大面積の薄膜２０を露光することができる。

【0085】

また、図６に示した配向処理装置２００によれば、使用するマスクＭＫは１個であり、複数のマスクを使用する場合と比較して、コストを低減することができる。

【0086】

また、マスクＭＫは、処理基板ＳＵＢに近接して配置されているため、ビームスポットの輪郭を鮮明にすることができる。

【0087】

また、配向軸ＡＡの周期ＴＡＡを調整するために、処理基板ＳＵＢへの第１円偏光ＣＰ１及び第２円偏光ＣＰ２の入射角が変化した場合であっても、マスクＭＫが露光領域ＥＡに近接して配置されているため、マスクＭＫの位置を変更する必要がない。

【0088】

図１４は、マスクＭＫの他の例を示す平面図である。
図１４に示す例は、図８に示した例と比較して、マスクＭＫが長方形状の開口ＡＰを有している点で相違している。開口ＡＰの面積は、点線で示したビームスポットＢＳの面積より小さい。このため、ビームスポットＢＳのうちの周縁部がマスクＭＫで遮光される。図７に示した露光領域ＥＡは、開口ＡＰの形状に対応して長方形状に形成される。

【0089】

図１５は、図１４に示したマスクＭＫを介して露光される薄膜２０の領域を説明するための図である。

【0090】

薄膜２０は、図示したように、複数の領域Ｓｎに分割して露光される。図１４に示したマスクＭＫが適用された場合、長方形状の露光領域ＥＡが形成されるため、１回の露光工程で露光される領域Ｓｎの形状も長方形状である。

【0091】

同等の面積を有する薄膜２０を露光するに際して、図１４に示した長方形状の開口ＡＰを有するマスクＭＫを適用した場合には、図８に示した正方形状の開口ＡＰを有するマスクＭＫを適用した場合と比較して、露光工程の回数を低減できる場合がある。
例えば、図９に示した例では、薄膜２０は、２０個の領域Ｓｎに分割され、２０回の露光工程を必要としている。
これに対して、図１５に示す例では、薄膜２０は、１６個の領域Ｓｎに分割され、１６回の露光工程を必要としている。このため、４回の露光工程を削減することができる。

【0092】

なお、各領域が長方形状に形成される場合であっても、上記の例と同様に、互いに隣接する領域は、重畳領域を有しており、未露光の隙間が形成されることはない。

【0093】

図１６は、マスクＭＫの他の例を示す平面図である。
図１６に示す例は、図８に示した例と比較して、マスクＭＫが正六角形状の開口ＡＰを有している点で相違している。開口ＡＰの面積は、点線で示したビームスポットＢＳの面積より小さい。このため、ビームスポットＢＳのうちの周縁部がマスクＭＫで遮光される。図７に示した露光領域ＥＡは、開口ＡＰの形状に対応して正六角形状に形成される。ビームスポットＢＳが円形である場合、ビームスポットＢＳの中心と開口ＡＰの中心とを一致させることで、ビームスポットＢＳの周縁部をほぼ等方的に遮光することができる。

【0094】

図１７は、図１６に示したマスクＭＫを介して露光される薄膜２０の領域を説明するための図である。
薄膜２０は、図示したように、複数の領域Ｓｎに分割して露光される。図１６に示したマスクＭＫが適用された場合、正六角形状の露光領域ＥＡが形成されるため、１回の露光工程で露光される領域Ｓｎの形状も正六角形状である。
なお、各領域が正六角形状に形成される場合であっても、上記の例と同様に、互いに隣接する領域は、重畳領域を有しており、未露光の隙間が形成されることはない。

【0095】

図１８は、マスクＭＫの他の例を示す平面図である。
図１８に示す例は、図８に示した例と比較して、マスクＭＫが横長の六角形状の開口ＡＰを有している点で相違している。開口ＡＰの面積は、点線で示したビームスポットＢＳの面積より小さい。このため、ビームスポットＢＳのうちの周縁部がマスクＭＫで遮光される。図７に示した露光領域ＥＡは、開口ＡＰの形状に対応して六角形状に形成される。

【0096】

図１９は、図１８に示したマスクＭＫを介して露光される薄膜２０の領域を説明するための図である。
薄膜２０は、図示したように、複数の領域Ｓｎに分割して露光される。図１８に示したマスクＭＫが適用された場合、六角形状の露光領域ＥＡが形成されるため、１回の露光工程で露光される領域Ｓｎの形状も六角形状である。
なお、各領域が六角形状に形成される場合であっても、上記の例と同様に、互いに隣接する領域は、重畳領域を有しており、未露光の隙間が形成されることはない。

【0097】

図２０は、配向処理装置２００の他の一構成例を示す図である。
図２０に示す構成例は、図６に示した構成例と比較して、マスクＭＫが光源２０１と偏光ビームスプリッター２０３との間の光路ＯＰに配置された点で相違している。図示した例では、マスクＭＫは、拡大光学系２０２と偏光ビームスプリッター２０３との間に配置されている。マスクＭＫの開口ＡＰの形状は、多角形であり、図８、図１４、図１６、図１８にそれぞれ示した形状のいずれを適用してもよい。
このような構成例においても、上記したのと同様の効果が得られる。

【0098】

図２１は、配向処理装置２００の他の一構成例を示す図である。
図２１に示す構成例は、図６に示した構成例と比較して、第１マスクＭＫＡが偏光ビームスプリッター２０３と第１光学系２０４Ａとの間の光路ＯＰＡに配置され、第２マスクＭＫＢが偏光ビームスプリッター２０３と第２光学系２０４Ｂとの間の光路ＯＰＢに配置された点で相違している。第１マスクＭＫＡの開口ＡＰＡの形状、及び、第２マスクＭＫＢの開口ＡＰＢの形状は、同一である。また、開口ＡＰＡ及び開口ＡＰＢの各々の形状は、多角形であり、図８、図１４、図１６、図１８にそれぞれ示した形状のいずれを適用してもよい。
このような構成例においても、上記したのと同様の効果が得られる。

【0099】

図２２は、配向処理装置２００の他の一構成例を示す図である。
図２２に示す構成例は、図６に示した構成例と比較して、第１マスクＭＫＡが第１位相差板２０５Ａと露光領域ＥＡとの間の光路ＯＰＡに配置され、第２マスクＭＫＢが第２位相差板２０５Ｂと露光領域ＥＡとの間の光路ＯＰＢに配置された点で相違している。第１マスクＭＫＡの開口ＡＰＡの形状、及び、第２マスクＭＫＢの開口ＡＰＢの形状は、同一である。また、開口ＡＰＡ及び開口ＡＰＢの各々の形状は、多角形であり、図８、図１４、図１６、図１８にそれぞれ示した形状のいずれを適用してもよい。
このような構成例においても、上記したのと同様の効果が得られる。

【0100】

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製造するための配向処理装置及び液晶光学素子の製造方法を提供することができる。

【0101】

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】

【0102】

１００…液晶光学素子
１…透明基板 Ｆ１…第１主面 Ｆ２…第２主面 ＳＳ…側面
２…配向膜 ３…液晶層 ＣＬ…コレステリック液晶 ３Ｒ…反射面
２００…配向処理装置
２０１…光源 ２０２…拡大光学系 ２０３…偏光ビームスプリッター
２０４Ａ…第１光学系 ２０５Ａ…第１位相差板
２０４Ｂ…第２光学系 ２０５Ｂ…第２位相差板
２１０…移動機構 ＣＴＲ…コントローラ
ＭＫ…マスク ＡＰ…開口

【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】