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特開2024-175652パンチャラトナム・ベリー相光学素子、及び、その製造方法
(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】P2024175652
(43)【公開日】2024-12-18
(54)【発明の名称】パンチャラトナム・ベリー相光学素子、及び、その製造方法
(51)【国際特許分類】
G02B 5/30 20060101AFI20241211BHJP
G02F 1/13 20060101ALN20241211BHJP
G02F 1/1337 20060101ALN20241211BHJP
【ＦＩ】
G02B5/30
G02F1/13 505
G02F1/1337
【審査請求】有
【請求項の数】13
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2024062230
(22)【出願日】2024-04-08
(31)【優先権主張番号】P 2023093204
(32)【優先日】2023-06-06
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】520487808
【氏名又は名称】シャープディスプレイテクノロジー株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000914
【氏名又は名称】弁理士法人ＷｉｓｅＰｌｕｓ
(72)【発明者】
【氏名】三枝 良輔
(72)【発明者】
【氏名】川平 雄一
(72)【発明者】
【氏名】坂井 彰
【テーマコード（参考）】
2H088
2H149
2H290
【Ｆターム（参考）】
2H088EA10
2H088EA42
2H088HA03
2H088LA02
2H088MA18
2H149AA02
2H149AB02
2H149DA02
2H149DA12
2H149DB06
2H149FA24Y
2H290BA53
2H290BF23
2H290CB33
(57)【要約】
【課題】ディスクリネーションの発生を抑制し、光学特性に優れるパンチャラトナム・ベリー相光学素子、及び、該パンチャラトナム・ベリー相光学素子の製造に適したパンチャラトナム・ベリー相光学素子の製造方法を提供する。
【解決手段】光配向膜と、前記光配向膜と接する液晶層と、を備え、前記液晶層は、前記光配向膜によって規定される液晶の基準配向方位が互いに異なる複数の配向ドメインを有し、前記複数の配向ドメインは、複数の第１配向ドメインと複数の第２配向ドメインとを含み、前記複数の第２配向ドメインのそれぞれは、前記複数の第１配向ドメインのうちの２つの第１配向ドメインのそれぞれに接して前記２つの第１配向ドメインの間に位置しており、前記複数の第１配向ドメインは、互いに前記基準配向方位の差が９０°とはならない、パンチャラトナム・ベリー相光学素子。
【選択図】図２０
【解決手段】光配向膜と、前記光配向膜と接する液晶層と、を備え、前記液晶層は、前記光配向膜によって規定される液晶の基準配向方位が互いに異なる複数の配向ドメインを有し、前記複数の配向ドメインは、複数の第１配向ドメインと複数の第２配向ドメインとを含み、前記複数の第２配向ドメインのそれぞれは、前記複数の第１配向ドメインのうちの２つの第１配向ドメインのそれぞれに接して前記２つの第１配向ドメインの間に位置しており、前記複数の第１配向ドメインは、互いに前記基準配向方位の差が９０°とはならない、パンチャラトナム・ベリー相光学素子。
【選択図】図２０
【特許請求の範囲】
【請求項1】
光配向膜と、
前記光配向膜と接する液晶層と、を備え、
前記液晶層は、前記光配向膜によって規定される液晶の基準配向方位が互いに異なる複数の配向ドメインを有し、
前記複数の配向ドメインは、複数の第１配向ドメインと複数の第２配向ドメインとを含み、前記複数の第２配向ドメインのそれぞれは、前記複数の第１配向ドメインのうちの２つの第１配向ドメインのそれぞれに接して前記２つの第１配向ドメインの間に位置しており、
前記複数の第１配向ドメインは、互いに前記基準配向方位の差が９０°とはならない、パンチャラトナム・ベリー相光学素子。
前記光配向膜と接する液晶層と、を備え、
前記液晶層は、前記光配向膜によって規定される液晶の基準配向方位が互いに異なる複数の配向ドメインを有し、
前記複数の配向ドメインは、複数の第１配向ドメインと複数の第２配向ドメインとを含み、前記複数の第２配向ドメインのそれぞれは、前記複数の第１配向ドメインのうちの２つの第１配向ドメインのそれぞれに接して前記２つの第１配向ドメインの間に位置しており、
前記複数の第１配向ドメインは、互いに前記基準配向方位の差が９０°とはならない、パンチャラトナム・ベリー相光学素子。
【請求項2】
前記複数の第１配向ドメインは、４種類以上の配向ドメインである、請求項１に記載のパンチャラトナム・ベリー相光学素子。
【請求項3】
所定の基準方位を０°としたとき、
前記複数の第１配向ドメインは、前記基準配向方位が０°である配向ドメインを含み、前記基準配向方位が９０°である配向ドメインを含まない、請求項１に記載のパンチャラトナム・ベリー相光学素子。
前記複数の第１配向ドメインは、前記基準配向方位が０°である配向ドメインを含み、前記基準配向方位が９０°である配向ドメインを含まない、請求項１に記載のパンチャラトナム・ベリー相光学素子。
【請求項4】
所定の基準方位を０°としたとき、
前記複数の第１配向ドメインは、前記基準配向方位が０°である配向ドメインと、前記基準配向方位が８０°、８５°、９５°又は１００°である配向ドメインとを含む、請求項１に記載のパンチャラトナム・ベリー相光学素子。
前記複数の第１配向ドメインは、前記基準配向方位が０°である配向ドメインと、前記基準配向方位が８０°、８５°、９５°又は１００°である配向ドメインとを含む、請求項１に記載のパンチャラトナム・ベリー相光学素子。
【請求項5】
光配向膜と、
前記光配向膜と接する液晶層と、を備え、
前記液晶層は、前記光配向膜によって規定される液晶の基準配向方位が互いに異なる複数の配向ドメインを有し、
前記複数の配向ドメインは、互いに前記基準配向方位の差が９０°とはならない、パンチャラトナム・ベリー相光学素子。
前記光配向膜と接する液晶層と、を備え、
前記液晶層は、前記光配向膜によって規定される液晶の基準配向方位が互いに異なる複数の配向ドメインを有し、
前記複数の配向ドメインは、互いに前記基準配向方位の差が９０°とはならない、パンチャラトナム・ベリー相光学素子。
【請求項6】
前記複数の配向ドメインは、４種類以上の配向ドメインである、請求項５に記載のパンチャラトナム・ベリー相光学素子。
【請求項7】
所定の基準方位を０°としたとき、
前記複数の配向ドメインは、前記基準配向方位が０°である配向ドメインを含み、前記基準配向方位が９０°である配向ドメインを含まない、請求項５に記載のパンチャラトナム・ベリー相光学素子。
前記複数の配向ドメインは、前記基準配向方位が０°である配向ドメインを含み、前記基準配向方位が９０°である配向ドメインを含まない、請求項５に記載のパンチャラトナム・ベリー相光学素子。
【請求項8】
所定の基準方位を０°としたとき、
前記複数の配向ドメインは、前記基準配向方位が０°である配向ドメインと、前記基準配向方位が８０°、８５°、９５°又は１００°である配向ドメインとを含む、請求項５に記載のパンチャラトナム・ベリー相光学素子。
前記複数の配向ドメインは、前記基準配向方位が０°である配向ドメインと、前記基準配向方位が８０°、８５°、９５°又は１００°である配向ドメインとを含む、請求項５に記載のパンチャラトナム・ベリー相光学素子。
【請求項9】
前記液晶層を平面視したとき、前記複数の配向ドメインは、第１方向に沿って、前記液晶層の前記第１方向の一端から他端に向かって並んでいる、請求項１～８のいずれかに記載のパンチャラトナム・ベリー相光学素子。
【請求項10】
前記液晶層を平面視したとき、前記複数の配向ドメインは、前記液晶層の中央から端部に向かって、内側の配向ドメインを外側の配向ドメインが囲むように並んでいる、請求項１～８のいずれかに記載のパンチャラトナム・ベリー相光学素子。
【請求項11】
前記液晶層における前記光配向膜に近接する部分を近接部分と呼ぶとき、
前記基準配向方位は、前記配向ドメイン内の前記近接部分の中央に位置する液晶の配向方位である、請求項１～８のいずれかに記載のパンチャラトナム・ベリー相光学素子。
前記基準配向方位は、前記配向ドメイン内の前記近接部分の中央に位置する液晶の配向方位である、請求項１～８のいずれかに記載のパンチャラトナム・ベリー相光学素子。
【請求項12】
光配向膜に対する光配向処理を含み、
前記光配向処理は、光配向膜を複数の照射領域に分割し、フォトマスクを介して各照射領域に偏光を照射するものであり、
前記各照射領域に照射される偏光の偏光方向の差が、互いに９０°とはならない、パンチャラトナム・ベリー相光学素子の製造方法。
前記光配向処理は、光配向膜を複数の照射領域に分割し、フォトマスクを介して各照射領域に偏光を照射するものであり、
前記各照射領域に照射される偏光の偏光方向の差が、互いに９０°とはならない、パンチャラトナム・ベリー相光学素子の製造方法。
【請求項13】
前記複数の照射領域のそれぞれは、他の照射領域と重畳しない非重畳領域と、他の照射領域と重畳する重畳領域とを含む、請求項１２に記載のパンチャラトナム・ベリー相光学素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
以下の開示は、パンチャラトナム・ベリー相光学素子、及び、その製造方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、複数の焦点距離を有する光変調素子が知られており、例えば特許文献１には、同心円状に分布し液晶が配置される複数の領域を有し、各領域における液晶の配向状態が中心領域から周辺領域に向かって周期的に変化し、さらにその変化の周期が中心から周囲に向かって変化している液晶セルからなることを特徴とする光変調素子が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開平９－１９７３６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、近年では、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）等の光学デバイス向けに、焦点距離が可変である光変調素子が求められている。これに対して、本発明者らは、パンチャラトナム・ベリー相光学素子（ＰＢＯＥ）に着目し、該光学素子を実現するために、複数の配向ドメインからなる液晶層を設ける方法について検討した。しかしながら、配向ドメインの境界にディスクリネーション（液晶の配向乱れ）が発生し、良好な光学特性を有するパンチャラトナム・ベリー相光学素子を得ることが困難であった。
【0005】
本発明は上記現状に鑑みてなされたものであり、ディスクリネーションの発生を抑制し、光学特性に優れるパンチャラトナム・ベリー相光学素子、及び、該パンチャラトナム・ベリー相光学素子の製造に適したパンチャラトナム・ベリー相光学素子の製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
（１）本発明の一実施形態は、光配向膜と、前記光配向膜と接する液晶層と、を備え、前記液晶層は、前記光配向膜によって規定される液晶の基準配向方位が互いに異なる複数の配向ドメインを有し、前記複数の配向ドメインは、複数の第１配向ドメインと複数の第２配向ドメインとを含み、前記複数の第２配向ドメインのそれぞれは、前記複数の第１配向ドメインのうちの２つの第１配向ドメインのそれぞれに接して前記２つの第１配向ドメインの間に位置しており、前記複数の第１配向ドメインは、互いに前記基準配向方位の差が９０°とはならない、パンチャラトナム・ベリー相光学素子。
【0007】
（２）また、本発明のある実施形態は、上記（１）の構成に加え、前記複数の第１配向ドメインは、４種類以上の配向ドメインである、パンチャラトナム・ベリー相光学素子。
【0008】
（３）また、本発明のある実施形態は、上記（１）又は（２）の構成に加え、所定の基準方位を０°としたとき、前記複数の第１配向ドメインは、前記基準配向方位が０°である配向ドメインを含み、前記基準配向方位が９０°である配向ドメインを含まない、パンチャラトナム・ベリー相光学素子。
【0009】
（４）また、本発明のある実施形態は、上記（１）、（２）又は（３）の構成に加え、所定の基準方位を０°としたとき、前記基準配向方位が０°である配向ドメインと、前記基準配向方位が８０°、８５°、９５°又は１００°である配向ドメインとを含む、パンチャラトナム・ベリー相光学素子。
【0010】
（５）本発明の別の一実施形態は、光配向膜と、前記光配向膜と接する液晶層と、を備え、前記液晶層は、前記光配向膜によって規定される液晶の基準配向方位が互いに異なる複数の配向ドメインを有し、前記複数の配向ドメインは、互いに前記基準配向方位の差が９０°とはならない、パンチャラトナム・ベリー相光学素子。
【0011】
（６）また、本発明のある実施形態は、上記（５）の構成に加え、前記複数の配向ドメインは、４種類以上の配向ドメインである、パンチャラトナム・ベリー相光学素子。
【0012】
（７）また、本発明のある実施形態は、上記（５）又は（６）の構成に加え、所定の基準方位を０°としたとき、前記複数の配向ドメインは、前記基準配向方位が０°である配向ドメインを含み、前記基準配向方位が９０°である配向ドメインを含まない、パンチャラトナム・ベリー相光学素子。
【0013】
（８）また、本発明のある実施形態は、上記（５）、（６）又は（７）の構成に加え、所定の基準方位を０°としたとき、前記基準配向方位が０°である配向ドメインと、前記基準配向方位が８０°、８５°、９５°又は１００°である配向ドメインとを含む、パンチャラトナム・ベリー相光学素子。
【0014】
（９）また、本発明のある実施形態は、上記（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、（６）、（７）又は（８）の構成に加え、前記液晶層を平面視したとき、前記複数の配向ドメインは、第１方向に沿って、前記液晶層の前記第１方向の一端から他端に向かって並んでいる、パンチャラトナム・ベリー相光学素子。
【0015】
（１０）また、本発明のある実施形態は、上記（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、（６）、（７）又は（８）の構成に加え、前記液晶層を平面視したとき、前記複数の配向ドメインは、前記液晶層の中央から端部に向かって、内側の配向ドメインを外側の配向ドメインが囲むように並んでいる、パンチャラトナム・ベリー相光学素子。
【0016】
（１１）また、本発明のある実施形態は、上記（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、（６）、（７）、（８）、（９）又は（１０）の構成に加え、前記液晶層における前記光配向膜に近接する部分を近接部分と呼ぶとき、前記基準配向方位は、前記配向ドメイン内の前記近接部分の中央に位置する液晶の配向方位である、パンチャラトナム・ベリー相光学素子。
【0017】
（１２）本発明の更に別の実施形態は、光配向膜に対する光配向処理を含み、前記光配向処理は、光配向膜を複数の照射領域に分割し、フォトマスクを介して各照射領域に偏光を照射するものであり、前記各照射領域に照射される偏光の偏光方向の差が、互いに９０°とはならない、パンチャラトナム・ベリー相光学素子の製造方法。
【0018】
（１３）また、本発明のある実施形態は、上記（１２）の構成に加え、前記複数の照射領域のそれぞれは、他の照射領域と重畳しない非重畳領域と、他の照射領域と重畳する重畳領域とを含む、パンチャラトナム・ベリー相光学素子の製造方法。
【発明の効果】
【0019】
本発明によれば、ディスクリネーションの発生を抑制し、光学特性に優れるパンチャラトナム・ベリー相光学素子、及び、該パンチャラトナム・ベリー相光学素子の製造に適したパンチャラトナム・ベリー相光学素子の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】本発明の実施形態に係るＰＢレンズの液晶層中の液晶の配向を模式的に示した平面図である。
【図2】本発明の実施形態に係るＰＢ回折格子の液晶層中の液晶の配向を模式的に示した平面図である。
【図3A】マスク露光を説明する図である。
【図3B】フォトマスクのアライメントずれが生じたときのマスク露光を説明する図である。
【図4】本発明の実施形態に係るマスク露光を説明する図である。
【図5】ＰＢレンズの集光及び発散の一例について説明する模式図である。
【図6】本発明の実施形態に係るＰＢレンズの一例を示す平面図である。
【図7】本発明の実施形態に係るＰＢレンズの一例を示す平面図である。
【図8】本発明の実施形態に係るＰＢレンズの断面模式図の一例である。
【図9】実験例１の偏光の照射方法を説明する図である。
【図10】実験例１のサンプルを示す写真である。
【図11】実験例２のサンプルを示す写真である。
【図12】偏光方向が０°の偏光ＵＶに対して使用されたフォトマスクを示す図である。
【図13】偏光方向が４５°の偏光ＵＶに対して使用されたフォトマスクを示す図である。
【図14】偏光方向が９０°の偏光ＵＶに対して使用されたフォトマスクを示す図である。
【図15】偏光方向が１３５°の偏光ＵＶに対して使用されたフォトマスクを示す図である。
【図16】ＰＢレンズ作製時の偏光ＵＶ照射について説明する図である。
【図17】偏光顕微鏡で観察した比較例１のＰＢレンズの写真である。
【図18】回折効率の測定方法を説明する図である。
【図19】回折効率の測定時のレーザー光がＰＢレンズを透過する位置を説明する図である。
【図20】偏光顕微鏡で観察した実施例１のＰＢレンズの写真である。
【図21】実施例１のＰＢレンズにおける液晶の配向を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下、本発明の実施形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に記載された内容に限定されるものではなく、本発明の構成を充足する範囲内で、適宜設計変更を行うことが可能である。なお、以下の説明において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して適宜用い、その繰り返しの説明は適宜省略する。本発明の各態様は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜組み合わされてもよい。
【0022】
本実施形態のパンチャラトナム・ベリー相光学素子（Ｐａｎｃｈａｒａｔｎａｍ－Ｂｅｒｒｙ ｐｈａｓｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔｓ、略して「ＰＢＯＥ」）は、光配向膜と、上記光配向膜と接する液晶層と、を備え、上記液晶層は、上記光配向膜によって規定される液晶の基準配向方位が互いに異なる複数の配向ドメインを有する。
【0023】
本実施形態における第１の態様では、上記複数の配向ドメインは、複数の第１配向ドメインと複数の第２配向ドメインとを含み、上記複数の第２配向ドメインのそれぞれは、上記複数の第１配向ドメインのうちの２つの第１配向ドメインのそれぞれに接して上記２つの第１配向ドメインの間に位置しており、上記複数の第１配向ドメインは、互いに上記基準配向方位の差が９０°とはならない。
【0024】
また、本実施形態のＰＢＯＥの製造方法は、光配向膜に対する光配向処理を含み、上記光配向処理は、光配向膜を複数の照射領域に分割し、フォトマスクを介して各照射領域に偏光を照射するものであり、上記各照射領域に照射される偏光の偏光方向の差が、互いに９０°とはならないものである。光配向膜の複数の照射領域のそれぞれは、他の照射領域と重畳しない非重畳領域（単一の偏光が照射される領域）と、他の照射領域と重畳する重畳領域（偏光方向が互いに異なる２つの偏光が重ねて照射される領域）とを含んでもよい。或いは、光配向膜の複数の照射領域のそれぞれは、非重畳領域であってもよい。
【0025】
上記複数の配向ドメインのうち、上記複数の第１配向ドメインは、それぞれ単一の偏光が照射された光配向膜の照射領域（非重畳領域）に対応して形成される配向ドメインに相当する。第１配向ドメインの各々は、その第１配向ドメインに対応する非重畳領域に照射された偏光の偏光方向に対応した基準配向方位を有することになる。一方、上記複数の第２配向ドメインは、２つの偏光が重ねて照射された照射領域（重畳領域）に対応して形成される配向ドメインに相当する。第２配向ドメインの各々は、その第２配向ドメインに対応する重畳領域に重ねて照射された２つの偏光の偏光方向に基づく方向（例えば、２つの偏光方向の中間の方向）に対応した基準配向方位を有することになる。例えば、照射領域ごとに偏光方向が異なる偏光を照射する際に、２つの照射領域が重畳するように、偏光方向が異なる偏光が重畳して照射された場合に、重畳領域に対応して第２配向ドメインが形成されることになる。したがって、複数の第２配向ドメインのそれぞれは、複数の第１配向ドメインのうちの２つの第１配向ドメインのそれぞれに接して上記２つの第１配向ドメインの間に位置する。上記２つの照射領域において、偏光方向が異なる偏光が重畳することなく照射された場合には、上記第２配向ドメインは形成されない。本実施形態の第１の態様において、上記第２配向ドメインは、複数の第１配向ドメインの間のすべてに介在していなくてもよい。
【0026】
第１配向ドメイン及び第２配向ドメインのそれぞれの配向ドメイン内の液晶の配向方位は、隣接する配向ドメイン内の液晶の配向方位や、光配向膜の配向規制力の大きさの影響で、単一のドメイン内で必ずしも一様とはならない。このため、配向ドメインの配向方位は、光配向膜によって規定される基準配向方位によって表される。基準配向方位は、平面視において当該ドメイン内の中央に位置する液晶の配向方位であることが好ましく、より好ましくは、液晶層における光配向膜に近接する部分を近接部分と呼ぶとき、配向ドメイン内の上記近接部分の中央に位置する液晶の配向方位である。
【0027】
上記複数の第２配向ドメインは設けられなくてもよい。本実施形態における第２の態様では、上記複数の配向ドメインは、互いに上記基準配向方位の差が９０°とはならない。すなわち、上記第２の態様は、上記複数の第２配向ドメインが設けられず、上記複数の配向ドメインが上記複数の第１配向ドメインのみで構成される場合に相当する。以下では特に断りがなければ、「第１配向ドメイン」との用語は、本実施形態における第１の態様における「第１配向ドメイン」だけでなく、本実施形態における第２の態様の「配向ドメイン」を意味する。
【0028】
上記複数の第１配向ドメインは、互いに上記基準配向方位の差が９０°とはならない。上記各照射領域に照射される偏光の偏光方向の差が互いに９０°とはならないように偏光を照射することで、上記複数の第１配向ドメインの基準配向方位の差が９０°とはならないようにすることができる。
なお、「９０°とはならない」とは、８８°（８５°＋３°）以下又は９２°（９５°－３°）以上であることが好ましく、誤差を考慮しない場合は、８５°以下又は９５°以上であることが好ましい。
なお、「９０°とはならない」とは、８８°（８５°＋３°）以下又は９２°（９５°－３°）以上であることが好ましく、誤差を考慮しない場合は、８５°以下又は９５°以上であることが好ましい。
【0029】
上記複数の第１配向ドメインは、所定の基準方位を０°としたとき、上記基準配向方位が０°である配向ドメインを含み、上記基準配向方位が９０°である配向ドメインを含まないことが好ましい。また、上記複数の第１配向ドメインは、所定の基準方位を０°としたとき、上記基準配向方位が０°である配向ドメインと、上記基準配向方位が８５°である配向ドメインとを含むか、又は、上記基準配向方位が０°である配向ドメインと、上記基準配向方位が９５°である配向ドメインとを含むことがより好ましい。
【0030】
上記複数の配向ドメインの配列は特に限定されないが、好ましい配列としては、（１）上記液晶層を平面視したとき、上記複数の配向ドメインが、第１方向に沿って、上記液晶層の上記第１方向の一端から他端に向かって並んでいる配列や、（２）上記液晶層を平面視したとき、上記複数の配向ドメインが、上記液晶層の中央から端部に向かって、内側の配向ドメインを外側の配向ドメインが囲むように並んでいる配列が挙げられる。
【0031】
上記ＰＢＯＥは、上記液晶層中の液晶が周期的な配向パターンを有するものであり、半波長板であることが好ましい。
【0032】
上記ＰＢＯＥの機能は特に限定されず、例えば、レンズであってもよいし、回折格子であってもよい。
図１は、本発明の実施形態に係るＰＢレンズの液晶層中の液晶の配向を模式的に示した平面図である。なお、パンチャラトナム・ベリー相光学素子がレンズである場合、パンチャラトナム・ベリー相光学素子を「ＰＢレンズ」ともいう。図１のＰＢレンズでは、液晶４２０の基準配向方位が互いに異なる複数の配向ドメインが同心円状に配置されている。図１中の破線は、配向ドメインの中心部を示している。中心からの配向ドメインの配置数、及び、配向ドメインのサイズは、目的とするレンズの設計（例えば、焦点距離やレンズサイズ）により変更される。図１では、配向ドメインの基準配向方位がそれぞれ０°、２２．５°、４５°、６５°、８５°、１０７．５°、１３０°及び１５５°であるように構成された複数の配向ドメインを有するＰＢレンズの液晶層を示している（上記配列（２）に相当）。図１のＰＢレンズでは、基準配向方位が０°の配向ドメインＤ１、基準配向方位が４５°の配向ドメインＤ３、基準配向方位が８５°の配向ドメインＤ５、及び、基準配向方位が１３０°の配向ドメインＤ７が第１配向ドメインであり、基準配向方位が２２．５°の配向ドメインＤ２、基準配向方位が６５°の配向ドメインＤ４、基準配向方位が１０７．５°の配向ドメインＤ６、及び、基準配向方位が１５５°の配向ドメインＤ８が第２配向ドメインである。
図１は、本発明の実施形態に係るＰＢレンズの液晶層中の液晶の配向を模式的に示した平面図である。なお、パンチャラトナム・ベリー相光学素子がレンズである場合、パンチャラトナム・ベリー相光学素子を「ＰＢレンズ」ともいう。図１のＰＢレンズでは、液晶４２０の基準配向方位が互いに異なる複数の配向ドメインが同心円状に配置されている。図１中の破線は、配向ドメインの中心部を示している。中心からの配向ドメインの配置数、及び、配向ドメインのサイズは、目的とするレンズの設計（例えば、焦点距離やレンズサイズ）により変更される。図１では、配向ドメインの基準配向方位がそれぞれ０°、２２．５°、４５°、６５°、８５°、１０７．５°、１３０°及び１５５°であるように構成された複数の配向ドメインを有するＰＢレンズの液晶層を示している（上記配列（２）に相当）。図１のＰＢレンズでは、基準配向方位が０°の配向ドメインＤ１、基準配向方位が４５°の配向ドメインＤ３、基準配向方位が８５°の配向ドメインＤ５、及び、基準配向方位が１３０°の配向ドメインＤ７が第１配向ドメインであり、基準配向方位が２２．５°の配向ドメインＤ２、基準配向方位が６５°の配向ドメインＤ４、基準配向方位が１０７．５°の配向ドメインＤ６、及び、基準配向方位が１５５°の配向ドメインＤ８が第２配向ドメインである。
【0033】
図２は、本発明の実施形態に係るＰＢ回折格子の液晶層中の液晶の配向を模式的に示した平面図である。図２中の破線は、配向ドメインの中心部を示している。なお、パンチャラトナム・ベリー相光学素子が回折格子である場合、パンチャラトナム・ベリー相光学素子を「ＰＢ回折格子」ともいう。図２では、配向ドメインの基準配向方位がそれぞれ０°、２２．５°、４５°、６５°、８５°、１０７．５°、１３０°及び１５５°であるように構成された複数の配向ドメインを有するＰＢ回折格子の液晶層を示している（上記配列（１）に相当）。図２のＰＢ回折格子では、基準配向方位が０°の配向ドメインＤ１、基準配向方位が４５°の配向ドメインＤ３、基準配向方位が８５°の配向ドメインＤ５、及び、基準配向方位が１３０°の配向ドメインＤ７が第１配向ドメインであり、基準配向方位が２２．５°の配向ドメインＤ２、基準配向方位が６５°の配向ドメインＤ４、基準配向方位が１０７．５°の配向ドメインＤ６、及び、基準配向方位が１５５°の配向ドメインＤ８が第２配向ドメインである。
【0034】
上記ＰＢＯＥにおいて、上記液晶層における液晶の基準配向方位は、光配向処理が行われた光配向膜によって制御される。光配向処理前の光配向膜を複数の照射領域に分割し、光配向処理として、分割された各照射領域の光配向膜に対して異なる偏光方向の偏光を照射することによって、分割された各照射領域において光配向膜による配向規制力の働く方向が異なるものとなる。これにより、液晶の基準配向方位が互いに異なる複数の第１配向ドメインを面内にパターニングして形成することができる。第１配向ドメインの数は特に限定されないが、４種類以上であることが好ましい。すなわち、上記液晶層は、液晶の基準配向方位が互いに異なる４種類以上の第１配向ドメインを有することが好ましい。
【0035】
本実施形態では、上記複数の第１配向ドメインは、互いに上記基準配向方位の差が９０°とはならない。そのような複数の第１配向ドメインは、偏光方向の差が互いに９０°とはならない関係を満たすように調整された偏光を分割された各照射領域に照射することで形成することができる。
【0036】
本来であれば、光学特性を向上させる観点から、偏光方向のなす角が等間隔になるように偏光を光配向膜に照射することが望ましい。図３Ａは、マスク露光を説明する図である。本発明者らは、４枚のフォトマスク１１０、１２０、１３０及び１４０を用いた露光で、偏光方向が０°、４５°、９０°、１３５°の偏光ＵＶ（ＰＵＶ）を光配向膜２００に照射しＰＢＯＥを作製したところ、ディスクリネーションが発生することが分かった。更に検討したところ、ディスクリネーションの発生は、０°と９０°又は４５°と１３５°といった偏光方向が直交する偏光ＵＶが同じ照射領域に重なり合って照射されることで生じることが分かった。図３Ａに示すような理想的なマスク露光では、直交する偏光ＵＶが光配向膜２００の同じ照射領域に重なり合って照射されることはないが、実際の工程では図３Ｂに示すようにフォトマスク１４０のアライメントずれ等が生じることがあり、直交する偏光ＵＶの重なりが生じることがある。そこで、従来は直交していた偏光ＵＶ（例えば、偏光方向が０°及び９０°の２つの偏光ＵＶ、偏光方向が４５°及び１３５°の２つの偏光ＵＶ）のなす角を９０°とはならないよう（例えば８５°以下）に変更する（例えば、偏光ＵＶの偏光方向を９０°から８０°に、１３５°から１２５°に変更することで、偏光方向が０°及び８０°の２つの偏光ＵＶのなす角、並びに、偏光方向が４５°及び１２５°の２つの偏光ＵＶのなす角は８０°となる）ことで、アライメントずれ等によって意図しない複数の偏光ＵＶが同じ照射領域に照射された場合であっても、ディスクリネーションが発生しなくなることを見出し、光学特性を維持したＰＢＯＥを作製できることが分かった。
【0037】
図４は、本発明の実施形態に係るマスク露光を説明する図である。図４では、４枚のフォトマスクを用いて光配向膜２００への露光が行われる場合を示しており、第一のフォトマスク１４０を用いて偏光方向が０°の偏光ＵＶが照射され、第二のフォトマスク１３０を用いて偏光方向が４５°の偏光ＵＶが照射され、第三のフォトマスク１２０を用いて偏光方向が８５°の偏光ＵＶが照射され、第四のフォトマスク１１０を用いて偏光方向が１３０°の偏光ＵＶが照射されている。この露光の結果、以下の照射領域Ａ１～Ａ８が光配向膜２００に形成される。
照射領域Ａ１：偏光方向が０°の偏光ＵＶのみが照射された領域（非重畳領域）
照射領域Ａ２：偏光方向が０°の偏光ＵＶと偏光方向が４５°の偏光ＵＶが照射された領域（重畳領域）
照射領域Ａ３：偏光方向が４５°の偏光ＵＶのみが照射された領域（非重畳領域）
照射領域Ａ４：偏光方向が４５°の偏光ＵＶと偏光方向が８５°の偏光ＵＶが照射された領域（重畳領域）
照射領域Ａ５：偏光方向が８５°の偏光ＵＶのみが照射された領域（非重畳領域）
照射領域Ａ６：偏光方向が８５°の偏光ＵＶと偏光方向が１３０°の偏光ＵＶが照射された領域（重畳領域）
照射領域Ａ７：偏光方向が１３０°の偏光ＵＶのみが照射された領域（非重畳領域）
照射領域Ａ８：偏光方向が１３０°の偏光ＵＶと偏光方向が０°の偏光ＵＶが照射された領域（重畳領域）
照射領域Ａ１：偏光方向が０°の偏光ＵＶのみが照射された領域（非重畳領域）
照射領域Ａ２：偏光方向が０°の偏光ＵＶと偏光方向が４５°の偏光ＵＶが照射された領域（重畳領域）
照射領域Ａ３：偏光方向が４５°の偏光ＵＶのみが照射された領域（非重畳領域）
照射領域Ａ４：偏光方向が４５°の偏光ＵＶと偏光方向が８５°の偏光ＵＶが照射された領域（重畳領域）
照射領域Ａ５：偏光方向が８５°の偏光ＵＶのみが照射された領域（非重畳領域）
照射領域Ａ６：偏光方向が８５°の偏光ＵＶと偏光方向が１３０°の偏光ＵＶが照射された領域（重畳領域）
照射領域Ａ７：偏光方向が１３０°の偏光ＵＶのみが照射された領域（非重畳領域）
照射領域Ａ８：偏光方向が１３０°の偏光ＵＶと偏光方向が０°の偏光ＵＶが照射された領域（重畳領域）
【0038】
照射領域Ａ１の光配向膜２００は、基準配向方位が０°の配向ドメイン（第１配向ドメイン）を形成し、照射領域Ａ２の光配向膜２００は、基準配向方位が２２．５°の配向ドメイン（第２配向ドメイン）を形成し、照射領域Ａ３の光配向膜２００は、基準配向方位が４５°の配向ドメイン（第１配向ドメイン）を形成し、照射領域Ａ４の光配向膜２００は、基準配向方位が６５°の配向ドメイン（第２配向ドメイン）を形成し、照射領域Ａ５の光配向膜２００は、基準配向方位が８５°の配向ドメイン（第１配向ドメイン）を形成し、照射領域Ａ６の光配向膜２００は、基準配向方位が１０７．５°の配向ドメイン（第２配向ドメイン）を形成し、照射領域Ａ７の光配向膜２００は、基準配向方位が１３０°の配向ドメイン（第１配向ドメイン）を形成し、照射領域Ａ８の光配向膜２００は、基準配向方位が１５５°の配向ドメイン（第２配向ドメイン）を形成する。
【0039】
上記ＰＢＯＥの一種であるＰＢレンズについて図５～８を用いて具体的に説明する。図５は、ＰＢレンズの集光及び発散の一例について説明する模式図である。図６及び７は、本発明の実施形態に係るＰＢレンズの一例を示す平面図である。図８は、本発明の実施形態に係るＰＢレンズの断面模式図の一例である。
【0040】
ＰＢレンズ４０ＰＢは、左円偏光及び右円偏光のうち、一方の円偏光が入射すると集光させ、他方の円偏光が入射すると発散させる。ＰＢレンズ４０ＰＢは、例えば、左円偏光と右円偏光で焦点距離がｆと－ｆに切り替わるレンズとして機能させることができる。図５に示すように、例えば、ＰＢレンズ４０ＰＢに左円偏光及び右円偏光のうち一方の円偏光が入射すると、ＰＢレンズ４０ＰＢは、当該一方の円偏光を逆回転して他方の円偏光に変換しつつ集光し、ＰＢレンズ４０ＰＢに他方の円偏光が入射すると、ＰＢレンズ４０ＰＢは、当該他方の円偏光を逆回転して一方の円偏光に変換しつつ発散する。
【0041】
具体的には、図５に示すように、ＰＢレンズ４０ＰＢに入射した右円偏光（図５の（ｉ））は、逆回転して左円偏光に変換され、集光する（図５の（ｉｉ））。また、ＰＢレンズ４０ＰＢに入射した左円偏光（図５の（ｉｉｉ））は、逆回転して右円偏光に変換され、発散する（図５の（ｉｖ））。このように、ＰＢレンズ４０ＰＢに入射する円偏光の回転方向を切り替えることにより、焦点ｆの発散及び集光を切り替えることができる。また、ＰＢレンズ４０ＰＢから出射される円偏光の回転方向は、ＰＢレンズ４０ＰＢに入射する円偏光の回転方向とは逆方向となる。
【0042】
図６及び７に示すように、ＰＢレンズ４０ＰＢは、支持基板４１０と、支持基板４１０上に設けられ、かつ、周期的に配向した液晶４２０を含む。液晶４２０の周期的な配向により、回折が発生し、レンズ機能を得ることができる。ＰＢレンズ４０ＰＢは、回折型レンズである。
【0043】
ＰＢレンズ４０ＰＢは、図６に示すように、中心から外に向かうにつれ、液晶４２０の長軸４２０Ｘが左回転する構造と、図７に示すように、中心から外に向かうにつれ、液晶４２０の長軸４２０Ｘが右回転する構造の２種類があり、偏光に対する作用が互いに異なる。
【0044】
図６に示すＰＢレンズ４０ＰＢの液晶層４２０は、配向ドメインの基準配向方位がそれぞれ０°、３０°、６０°、８５°、１１０°及び１４５°であるように構成された複数の配向ドメインを有する。図６のＰＢレンズ４０ＰＢでは、（１）基準配向方位が０°の配向ドメインＤ１１、基準配向方位が３０°の配向ドメインＤ１２、基準配向方位が６０°の配向ドメインＤ１３、基準配向方位が８５°の配向ドメインＤ１４、基準配向方位が１１０°の配向ドメインＤ１５、及び、基準配向方位が１４５°の配向ドメインＤ１６がすべて第１配向ドメインであってもよいし、（２）基準配向方位が０°の配向ドメインＤ１１、基準配向方位が６０°の配向ドメインＤ１３、基準配向方位が１１０°の配向ドメインＤ１５が第１配向ドメインであり、かつ基準配向方位が３０°の配向ドメインＤ１２、基準配向方位が８５°の配向ドメインＤ１４、及び、基準配向方位が１４５°の配向ドメインＤ１６が第２配向ドメインであってもよい。
【0045】
図７に示すＰＢレンズ４０ＰＢの液晶層４２０は、第１配向ドメインの基準配向方位がそれぞれ１８０°（０°）、１５０°（－３０°）、１２０°（－６０°）、９５°（－８５°）、７０°（－１１０°）及び３５°（－１４５°）であるように構成された複数の配向ドメインを有する。図７のＰＢレンズ４０ＰＢは、（１）基準配向方位が１８０°の配向ドメインＤ２１、基準配向方位が１５０°の配向ドメインＤ２２、基準配向方位が１２０°の配向ドメインＤ２３、基準配向方位が９５°の配向ドメインＤ２４、基準配向方位が７０°の配向ドメインＤ２５、及び、基準配向方位が３５°の配向ドメインＤ２６がすべて第１配向ドメインである態様であってもよいし、（２）基準配向方位が１８０°の配向ドメインＤ２１、基準配向方位が１２０°の配向ドメインＤ２３、基準配向方位が７０°の配向ドメインＤ２５が第１配向ドメインであり、かつ基準配向方位が１５０°の配向ドメインＤ２２、基準配向方位が９５°の配向ドメインＤ２４、及び、基準配向方位が３５°の配向ドメインＤ２６が第２配向ドメインである態様であってもよい。
【0046】
ＰＢレンズ４０ＰＢは、例えば、国際公開第２０１９／１８９８１８号に記載の方法で作製することができる。
【0047】
ＰＢレンズ４０ＰＢは、図８に示すように、液晶４２０を含有する液晶層４２０Ａを備える。ＰＢレンズ４０ＰＢは、一例として、円偏光を対象として、入射光を所定の方向に回折して透過させる。なお、図８では、入射光を左円偏光としている。
【0048】
液晶層４２０Ａは、図８中左側から３つの領域Ｒ０、Ｒ１、Ｒ２を有し、各領域で１周期の長さΛが異なっている。具体的には、１周期の長さΛは、領域Ｒ０、Ｒ１、Ｒ２の順に短くなっている。図８では、３つの領域Ｒ０、Ｒ１、Ｒ２を示しているが、領域の数は限定されない。また、領域Ｒ１及びＲ２は、光学軸が液晶層４２０Ａの厚さ方向で捩れて回転した構造（以下、捩れ構造ともいう）を有していてもよい。このようなねじれ構造を２層積層することで、広い波長域や入射角に対して回折効率を向上することが可能である。
【0049】
３つの領域Ｒ０、Ｒ１、Ｒ２のそれぞれは、複数の配向ドメインＤ３１、Ｄ３２、Ｄ３３及びＤ３４を有し、各配向ドメインで基準配向方位が異なっている。基準配向方位は、液晶層４２０Ａにおける光配向膜に近接する部分を近接部分と呼ぶとき、配向ドメイン内の近接部分の中央に位置する液晶４３１、４３２、４３３又は４３４の配向方位である。
【0050】
左円偏光ＬＣ１が液晶層４２０Ａの面内の領域Ｒ１に入射すると、入射方向に対して、矢印Ｘ方向に、すなわち、液晶４２０の光学軸の向きが連続的に回転しながら変化している一方向に所定角度、回折されて透過する。同様に左円偏光ＬＣ２が液晶層４２０Ａの面内の領域Ｒ２に入射すると、入射方向に対して、矢印Ｘ方向に所定角度、回折されて透過する。同様に左円偏光ＬＣ０が液晶層４２０Ａの面内の領域Ｒ０に入射すると、入射方向に対して、矢印Ｘ方向に所定角度、回折されて透過する。
【0051】
液晶層４２０Ａによる回折の角度は、領域Ｒ１の液晶配向パターンの１周期ΛＲ１よりも、領域Ｒ２の液晶配向パターンの１周期ΛＲ２が短いため、図８に示すように、入射光に対する回折の角度は、領域Ｒ２の透過光の角度θＲ２の方が領域Ｒ１の透過光の角度θＲ１よりも大きくなる。また、領域Ｒ１の液晶配向パターンの１周期ΛＲ１よりも、領域Ｒ０の液晶配向パターンの１周期ΛＲ０が長いため、図８に示すように、入射光に対する回折の角度は、領域Ｒ０の透過光の角度θＲ０の方が領域Ｒ１の透過光の角度θＲ１よりも小さくなる。
【0052】
ここで、面内で液晶分子の光学軸の向きが連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有する液晶層による光の回折では、回折角度が大きくなると回折効率が低下する、すなわち回折光の強度が弱くなるという問題がある。そのため、液晶層を、液晶の光学軸の向きが面内で１８０°回転する１周期の長さが異なる領域を有する構成とした場合には、光の入射位置によって回折角度が異なるため、面内の入射位置によって回折光の光量に差が生じる。すなわち、面内の入射位置によって、透過、回折した光が暗くなる領域が生じる。
【0053】
これに対して、本実施形態のＰＢレンズ４０ＰＢは、液晶層４２０Ａが厚さ方向で捩れて回転する領域を有しており、厚さ方向の捩れ角の大きさが異なる領域を有する。図８に示す例では、液晶層４２０Ａの領域Ｒ２の厚さ方向の捩れ角φＲ２は領域Ｒ１の厚さ方向の捩れ角φＲ１よりも大きい。また、領域Ｒ０は厚さ方向の捩れ構造を有していない。これにより、回折された光の回折効率の低下を抑制することができる。
【0054】
図８に示す例では、回折角度が領域Ｒ０よりも大きい領域Ｒ１及びＲ２に捩れ構造を付与することで、領域Ｒ１、Ｒ２で回折された光の光量の低下を抑制することができる。また、領域Ｒ１よりも回折角度が大きい領域Ｒ２の捩れ構造の捩れ角を、領域Ｒ１よりも大きくすることで、領域Ｒ２で回折された光の光量の低下を抑制することができる。これによって、面内の入射位置によって、透過した光の光量が均一になるようにすることができる。
【0055】
このように、本実施形態のＰＢレンズ４０ＰＢでは、液晶層４２０Ａによる回折が大きい面内の領域では、入射光は厚さ方向の捩れ角が大きい層内を透過し、回折される。これに対して、液晶層４２０Ａによる回折が小さい面内の領域は、入射光は厚さ方向の捩れ角が小さい層内を透過して回折される。すなわち、ＰＢレンズ４０ＰＢでは、液晶層４２０Ａによる回折の大きさに応じて、面内における厚さ方向の捩れ角を設定することで、入射光に対する透過光を明るくすることができる。そのため、ＰＢレンズ４０ＰＢによれば、面内における透過光量の回折角度依存性を小さくすることができる。
【0056】
液晶層４２０Ａの面内における回折の光の角度は、液晶配向パターンの１周期Λが短いほど大きい。また、液晶層４２０Ａの面内における厚さ方向の捩れ角は、液晶配向パターンにおいて矢印Ｘ方向に沿って光軸の向きが１８０°回転する１周期Λの短い領域の方が１周期Λの大きい領域よりも、大きい。ＰＢレンズ４０ＰＢでは、一例として、図８にも示すように、液晶層４２０Ａの領域Ｒ２における液晶配向パターンの１周期ΛＲ２が、領域Ｒ１における液晶配向パターンの１周期ΛＲ１よりも短く、厚さ方向に捩れ角φＲ２は厚さ方向に捩れ角φＲ１は大きい。すなわち、光入射側の液晶層４２０Ａの領域Ｒ２方が、大きく光を回折させる。
【0057】
したがって、対象とする液晶配向パターンの１周期Λに対して、面内における厚さ方向の捩れ角φを設定することで、好適に、面内の異なる領域において異なる角度に回折した透過光を明るくすることができる。
【0058】
ＰＢレンズ４０ＰＢにおいては、前述のように、液晶配向パターンの１周期Λが短いほど回折の角度が大きいため、液晶配向パターンの１周期Λが短い領域ほど厚さ方向の捩れ角を大きくすることで透過光を明るくすることを可能にしている。そのため、ＰＢレンズ４０ＰＢにおいては、液晶配向パターンの１周期の長さが異なる領域において、１周期の長さの順列と厚さ方向の捩れ角の大きさの順列が異なる領域を有することが好ましい。
【0059】
ＰＢレンズ４０ＰＢは、液晶４２０を含む液晶組成物を用いて形成された液晶層４２０Ａを備え、液晶層４２０Ａは、上記液晶由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有し、かつ、上記光学軸が液晶層４２０Ａの厚さ方向で捩れて回転する領域を有しており、厚さ方向の捩れ角の大きさが異なる領域を有することが好ましい。
【0060】
ＰＢレンズ４０ＰＢは、液晶４２０由来の光学軸の向きが面内で１８０°回転する長さを１周期とした際に、上記液晶配向パターンにおける上記１周期の長さが異なる領域を有することが好ましい。
【0061】
液晶層４２０Ａは、上記液晶配向パターンにおける上記１周期の長さが異なる複数の領域が、上記１周期の長さの順に配列しており、かつ、上記厚さ方向の捩れ角の大きさが異なる複数の領域が、上記厚さ方向の捩れ角の大きさの順に配列しており、上記１周期の長さの順列の方向と上記厚さ方向の捩れ角の大きさの順列の方向とが異なる領域を有することが好ましい。
【0062】
液晶層４２０Ａは、上記厚さ方向の捩れ角の大きさが１０°～３６０°である領域を有することが好ましい。
【0063】
液晶層４２０Ａは、上記液晶配向パターンにおける上記液晶４２０由来の光学軸の向きが連続的に回転しながら変化する上記一方向に向かって、上記液晶配向パターンの上記１周期が、漸次、短くなることが好ましい。
【0064】
液晶層４２０Ａの上記液晶配向パターンは、上記液晶４２０由来の光学軸の向きが連続的に回転しながら変化する上記一方向を、内側から外側に向かう同心円状のパターンであることが好ましい。
【0065】
図８に示すＰＢレンズ４０ＰＢは、捩れ角が面内で変化するＰＢレンズであり、回折角が大きい場合においても回折効率が高い素子であるが、ＰＢレンズ４０ＰＢは、捩れ角が面内で変化しないＰＢレンズであってもよい。具体的には、ＰＢレンズ４０ＰＢは、厚み方向の捩れがない、又は、面内で一定の捩れ角であるＰＢレンズであってもよく、例えば、特表２００８－５３２０８５号公報に記載の偏光回折格子を用いることができる。
【0066】
ＰＢレンズ４０ＰＢは、液晶層４２０Ａを、複数層、備えたＰＢレンズであって、液晶層４２０Ａの厚さ方向で捩れ角の向きが互いに異なる液晶層４２０Ａを有することが好ましい。
【0067】
ＰＢレンズ４０ＰＢは、液晶層４２０Ａを、複数層、備えたＰＢレンズであって、液晶層４２０Ａの厚さ方向で捩れ角の大きさが互いに異なる液晶層４２０Ａを有することが好ましい。
【0068】
ＰＢレンズ４０ＰＢは、液晶層４２０Ａを、複数層、備えたＰＢレンズであって、液晶層４２０Ａは、上記液晶４２０由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転する方向が互いに同一である液晶配向パターンを有することが好ましい。
【0069】
上記液晶配向パターンにおける上記１周期の長さは、５０μｍ以下であることが好ましい。
【0070】
＜＜実験例＞＞
光配向膜を３つの照射領域に分割し、フォトマスクを介して各照射領域に偏光を照射する光配向処理において、２つの照射領域に照射される偏光の偏光方向の差が、互いに９０°である場合（実験例１）と９０°でない場合（実験例２～４）とを実際にサンプルを作製して比較した。
光配向膜を３つの照射領域に分割し、フォトマスクを介して各照射領域に偏光を照射する光配向処理において、２つの照射領域に照射される偏光の偏光方向の差が、互いに９０°である場合（実験例１）と９０°でない場合（実験例２～４）とを実際にサンプルを作製して比較した。
【0071】
＜実験例１＞
光配向膜を３つの照射領域に分け、両側の照射領域に照射される偏光の偏光方向の差が互いに９０°であるようにしたサンプルを作製した。図９は、実験例１の偏光の照射方法を説明する図である。
光配向膜を３つの照射領域に分け、両側の照射領域に照射される偏光の偏光方向の差が互いに９０°であるようにしたサンプルを作製した。図９は、実験例１の偏光の照射方法を説明する図である。
【0072】
（サンプル作製手順）
正方形のガラス基板上に、光官能基を有する光配向性ポリマーを含む配向膜材料を塗布し、乾燥することにより配向処理前の光配向膜を形成した。
上記光配向膜に偏光ＵＶを２回照射した。偏光ＵＶとしては、ＵＶランプ光源からの光を、ワイヤーグリッドを通すことで作製した直線偏光ＵＶを用いた。図９に示すように、１回目の偏光ＵＶ照射は、上記光配向膜２００の左側１／３の領域を遮光材（アルミニウム製のフィルム）で隠した状態で行った。このときの偏光ＵＶの偏光方向を０°（基準方位）とする。２回目の偏光ＵＶ照射は、上記光配向膜２００の右側１／３の領域を遮光材（アルミニウム製のフィルム）で隠した状態で行った。このとき、偏光ＵＶの偏光方向を９０°になるように照射した。偏光ＵＶは、波長が３６５ｎｍ、積算光量が１００ｍＪ／ｃｍ２であった。
上記した２回の偏光ＵＶ照射の結果、光配向膜２００の右側１／３の領域には偏光方向が０°の偏光ＵＶのみが照射され、光配向膜２００の左側１／３の領域には偏光方向が９０°の偏光ＵＶのみが照射され、光配向膜２００の中央１／３の領域には偏光方向が０°の偏光ＵＶと偏光方向が９０°の偏光ＵＶが重ねて照射された。
その後、１６０℃で２０分放置したあと、液晶（反応性メソゲン：ＲＭ）を１０００ｒｐｍで回転するスピンコーターで塗布した。塗布後、６０℃で６０秒放置し、２００ｍＪ／ｃｍ２の無偏光ＵＶ（波長３６５ｎｍ）を照射した。その結果、ガラス板上に光配向膜が形成され、光配向膜上に液晶層が形成されたサンプルが完成した。
正方形のガラス基板上に、光官能基を有する光配向性ポリマーを含む配向膜材料を塗布し、乾燥することにより配向処理前の光配向膜を形成した。
上記光配向膜に偏光ＵＶを２回照射した。偏光ＵＶとしては、ＵＶランプ光源からの光を、ワイヤーグリッドを通すことで作製した直線偏光ＵＶを用いた。図９に示すように、１回目の偏光ＵＶ照射は、上記光配向膜２００の左側１／３の領域を遮光材（アルミニウム製のフィルム）で隠した状態で行った。このときの偏光ＵＶの偏光方向を０°（基準方位）とする。２回目の偏光ＵＶ照射は、上記光配向膜２００の右側１／３の領域を遮光材（アルミニウム製のフィルム）で隠した状態で行った。このとき、偏光ＵＶの偏光方向を９０°になるように照射した。偏光ＵＶは、波長が３６５ｎｍ、積算光量が１００ｍＪ／ｃｍ２であった。
上記した２回の偏光ＵＶ照射の結果、光配向膜２００の右側１／３の領域には偏光方向が０°の偏光ＵＶのみが照射され、光配向膜２００の左側１／３の領域には偏光方向が９０°の偏光ＵＶのみが照射され、光配向膜２００の中央１／３の領域には偏光方向が０°の偏光ＵＶと偏光方向が９０°の偏光ＵＶが重ねて照射された。
その後、１６０℃で２０分放置したあと、液晶（反応性メソゲン：ＲＭ）を１０００ｒｐｍで回転するスピンコーターで塗布した。塗布後、６０℃で６０秒放置し、２００ｍＪ／ｃｍ２の無偏光ＵＶ（波長３６５ｎｍ）を照射した。その結果、ガラス板上に光配向膜が形成され、光配向膜上に液晶層が形成されたサンプルが完成した。
【0073】
（評価方法）
光配向膜の右側１／３の領域と左側１／３の領域における液晶層の遅相軸の向きをＡｘｏｍｅｔｒｉｃｓ社製の偏光特性測定システム「Ａｘｏｓｃａｎ」によりそれぞれ測定した。２つの遅相軸のなす角を求めたとする。
また、光配向膜の右側１／３の領域と中央１／３の領域について、ヘーズ（濁度）を日本電色工業社製の「ＮＤＨ２０００」によりそれぞれ測定した。ヘーズの定義は、（拡散透過光強度）÷（全光線透過光強度）である。
光配向膜の右側１／３の領域と左側１／３の領域における液晶層の遅相軸の向きをＡｘｏｍｅｔｒｉｃｓ社製の偏光特性測定システム「Ａｘｏｓｃａｎ」によりそれぞれ測定した。２つの遅相軸のなす角を求めたとする。
また、光配向膜の右側１／３の領域と中央１／３の領域について、ヘーズ（濁度）を日本電色工業社製の「ＮＤＨ２０００」によりそれぞれ測定した。ヘーズの定義は、（拡散透過光強度）÷（全光線透過光強度）である。
【0074】
（実験例１の評価結果）
測定の結果、光配向膜の右側１／３の領域と左側１／３の領域における２つの遅相軸のなす角は９０°であり、光配向膜の右側１／３の領域と左側１／３の領域に照射された偏光ＵＶの偏光方向の差と同じであった。光配向膜の右側１／３の領域は、偏光ＵＶが重ねて照射されなかった領域に相当し、光配向膜の中央１／３の領域は、偏光ＵＶが重ねて照射された領域に相当する。
また、光配向膜の右側１／３の領域のヘーズが０．２０％であったのに対して、光配向膜の中央１／３の領域のヘーズは２．７０％であった。図１０は、実験例１のサンプルを示す写真である。図１０に示すように、光配向膜の中央１／３の領域（偏光ＵＶが重ねて照射された領域）では、肉眼で曇りの発生が認識された。
測定の結果、光配向膜の右側１／３の領域と左側１／３の領域における２つの遅相軸のなす角は９０°であり、光配向膜の右側１／３の領域と左側１／３の領域に照射された偏光ＵＶの偏光方向の差と同じであった。光配向膜の右側１／３の領域は、偏光ＵＶが重ねて照射されなかった領域に相当し、光配向膜の中央１／３の領域は、偏光ＵＶが重ねて照射された領域に相当する。
また、光配向膜の右側１／３の領域のヘーズが０．２０％であったのに対して、光配向膜の中央１／３の領域のヘーズは２．７０％であった。図１０は、実験例１のサンプルを示す写真である。図１０に示すように、光配向膜の中央１／３の領域（偏光ＵＶが重ねて照射された領域）では、肉眼で曇りの発生が認識された。
【0075】
また、２つの領域のヘーズの差は、偏光ＵＶが重ねて照射されなかった領域（光配向膜の右側１／３の領域）と重ねて照射された領域（光配向膜の中央１／３の領域）の差に相当し、実験例１では２．５０％と大きかった。
【0076】
＜実験例２＞
実験例２では、光配向膜の右側１／３の領域と左側１／３の領域に照射する偏光ＵＶの偏光方向の差を８５°となるようにしたこと以外は実験例１と同様にしてサンプルを作製し、サンプルの評価を行った。
実験例２では、光配向膜の右側１／３の領域と左側１／３の領域に照射する偏光ＵＶの偏光方向の差を８５°となるようにしたこと以外は実験例１と同様にしてサンプルを作製し、サンプルの評価を行った。
【0077】
（実験例２の評価結果）
測定の結果、光配向膜の右側１／３の領域と左側１／３の領域における２つの遅相軸のなす角は８５°であり、光配向膜の右側１／３の領域と左側１／３の領域に照射された偏光ＵＶの偏光方向の差と同じであった。光配向膜の右側１／３の領域は、偏光ＵＶが重ねて照射されなかった領域に相当し、光配向膜の中央１／３の領域は、偏光ＵＶが重ねて照射された領域に相当する。
また、光配向膜の右側１／３の領域のヘーズが０．２０％であったのに対して、光配向膜の中央１／３の領域のヘーズは０．２５％であった。図１１は、実験例２のサンプルを示す写真である。図１１に示すように、光配向膜の中央１／３の領域（偏光ＵＶが重ねて照射された領域）では、肉眼で曇りの発生は認識されなかった。ヘーズは０．３０％以下であることが好ましい。
測定の結果、光配向膜の右側１／３の領域と左側１／３の領域における２つの遅相軸のなす角は８５°であり、光配向膜の右側１／３の領域と左側１／３の領域に照射された偏光ＵＶの偏光方向の差と同じであった。光配向膜の右側１／３の領域は、偏光ＵＶが重ねて照射されなかった領域に相当し、光配向膜の中央１／３の領域は、偏光ＵＶが重ねて照射された領域に相当する。
また、光配向膜の右側１／３の領域のヘーズが０．２０％であったのに対して、光配向膜の中央１／３の領域のヘーズは０．２５％であった。図１１は、実験例２のサンプルを示す写真である。図１１に示すように、光配向膜の中央１／３の領域（偏光ＵＶが重ねて照射された領域）では、肉眼で曇りの発生は認識されなかった。ヘーズは０．３０％以下であることが好ましい。
【0078】
また、２つの領域のヘーズの差は、偏光ＵＶが重ねて照射されなかった領域（光配向膜の右側１／３の領域）と重ねて照射された領域（光配向膜の中央１／３の領域）の差に相当し、実験例２では０．０５％と実験例１と比べて著しく小さかった。２つの領域のヘーズの差が小さいほどディスクリネーションの発生を抑制できることから、良好な光学特性を有するパンチャラトナム・ベリー相光学素子を得るのに適している。上記２つの領域のヘーズの差は０．１０％以下であることが好ましい。
【0079】
以上の結果から、偏光ＵＶの偏光方向の差が８５°であれば、ディスクリネーションの発生を抑制でき、ヘーズが改善するので、良好な光学特性を有するパンチャラトナム・ベリー相光学素子が得られることが分かった。
【0080】
＜実験例３＞
実験例３では、光配向膜の右側１／３の領域と左側１／３の領域に照射する偏光ＵＶの偏光方向の差を７０°となるようにしたこと以外は実験例１と同様にしてサンプルを作製し、サンプルの評価を行った。
実験例３では、光配向膜の右側１／３の領域と左側１／３の領域に照射する偏光ＵＶの偏光方向の差を７０°となるようにしたこと以外は実験例１と同様にしてサンプルを作製し、サンプルの評価を行った。
【0081】
（実験例３の評価結果）
測定の結果、光配向膜の右側１／３の領域と左側１／３の領域における２つの遅相軸のなす角は７０°であり、光配向膜の右側１／３の領域と左側１／３の領域に照射された偏光ＵＶの偏光方向の差と同じであった。光配向膜の右側１／３の領域は、偏光ＵＶが重ねて照射されなかった領域に相当し、光配向膜の中央１／３の領域は、偏光ＵＶが重ねて照射された領域に相当する。
また、光配向膜の右側１／３の領域のヘーズが０．２０％であったのに対して、光配向膜の中央１／３の領域のヘーズは０．２０％であった。
測定の結果、光配向膜の右側１／３の領域と左側１／３の領域における２つの遅相軸のなす角は７０°であり、光配向膜の右側１／３の領域と左側１／３の領域に照射された偏光ＵＶの偏光方向の差と同じであった。光配向膜の右側１／３の領域は、偏光ＵＶが重ねて照射されなかった領域に相当し、光配向膜の中央１／３の領域は、偏光ＵＶが重ねて照射された領域に相当する。
また、光配向膜の右側１／３の領域のヘーズが０．２０％であったのに対して、光配向膜の中央１／３の領域のヘーズは０．２０％であった。
【0082】
また、２つの領域のヘーズの差は、偏光ＵＶが重ねて照射されなかった領域（光配向膜の右側１／３の領域）と重ねて照射された領域（光配向膜の中央１／３の領域）の差に相当し、実験例２では０．００％と実験例１と比べて著しく小さかった。
【0083】
以上の結果から、偏光ＵＶの偏光方向の差が７０°であれば、ディスクリネーションの発生を抑制でき、ヘーズが改善するので、良好な光学特性を有するパンチャラトナム・ベリー相光学素子が得られることが分かった。
【0084】
＜実験例４＞
実験例４では、光配向膜の右側１／３の領域と左側１／３の領域に照射する偏光ＵＶの偏光方向の差を４５°となるようにしたこと以外は実験例１と同様にしてサンプルを作製し、サンプルの評価を行った。
実験例４では、光配向膜の右側１／３の領域と左側１／３の領域に照射する偏光ＵＶの偏光方向の差を４５°となるようにしたこと以外は実験例１と同様にしてサンプルを作製し、サンプルの評価を行った。
【0085】
（実験例４の評価結果）
測定の結果、光配向膜の右側１／３の領域と左側１／３の領域における２つの遅相軸のなす角は４５°であり、光配向膜の右側１／３の領域と左側１／３の領域に照射された偏光ＵＶの偏光方向の差と同じであった。光配向膜の右側１／３の領域は、偏光ＵＶが重ねて照射されなかった領域に相当し、光配向膜の中央１／３の領域は、偏光ＵＶが重ねて照射された領域に相当する。
また、光配向膜の右側１／３の領域のヘーズが０．２０％であったのに対して、光配向膜の中央１／３の領域のヘーズは０．２０％であった。
測定の結果、光配向膜の右側１／３の領域と左側１／３の領域における２つの遅相軸のなす角は４５°であり、光配向膜の右側１／３の領域と左側１／３の領域に照射された偏光ＵＶの偏光方向の差と同じであった。光配向膜の右側１／３の領域は、偏光ＵＶが重ねて照射されなかった領域に相当し、光配向膜の中央１／３の領域は、偏光ＵＶが重ねて照射された領域に相当する。
また、光配向膜の右側１／３の領域のヘーズが０．２０％であったのに対して、光配向膜の中央１／３の領域のヘーズは０．２０％であった。
【0086】
また、２つの領域のヘーズの差は、偏光ＵＶが重ねて照射されなかった領域（光配向膜の右側１／３の領域）と重ねて照射された領域（光配向膜の中央１／３の領域）の差に相当し、実験例２では０．００％と実験例１と比べて著しく小さかった。
【0087】
以上の結果から、偏光ＵＶの偏光方向の差が４５°であれば、ディスクリネーションの発生を抑制でき、ヘーズが改善するので、良好な光学特性を有するパンチャラトナム・ベリー相光学素子が得られることが分かった。
【0088】
＜＜実施例及び比較例＞＞
以下に、実施例及び比較例を挙げて本発明の効果を説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。
以下に、実施例及び比較例を挙げて本発明の効果を説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。
【0089】
＜比較例１＞
光配向膜を複数の照射領域に分割し、フォトマスクを介して各照射領域に偏光を照射する光配向処理において、各照射領域に照射される偏光ＵＶの偏光方向の差が、互いに９０°となる関係が含まれるパンチャラトナム・ベリー相光学素子（ＰＢレンズ）を実際に作製した。
光配向膜を複数の照射領域に分割し、フォトマスクを介して各照射領域に偏光を照射する光配向処理において、各照射領域に照射される偏光ＵＶの偏光方向の差が、互いに９０°となる関係が含まれるパンチャラトナム・ベリー相光学素子（ＰＢレンズ）を実際に作製した。
【0090】
（ＰＢレンズ作製手順）
図１６に示すように、ガラス基板１００上に、光官能基を有する光配向性ポリマーを含む配向膜材料を塗布し、乾燥することにより光異性化型の光配向膜２００を形成した後、偏光方向が０°、４５°、９０°及び１３５°の偏光ＵＶをそれぞれ光配向膜２００に対して照射した。偏光ＵＶは、波長が３６５ｎｍ、積算光量が１００ｍＪ／ｃｍ２であった。偏光ＵＶの照射には、偏光ＵＶの偏光方向に応じて、４種のフォトマスクを用いた。４種のフォトマスクはいずれも透光部と遮光部が同心円状に繰り返される円環型のフォトマスクであった。具体的には、偏光方向が０°の偏光ＵＶに対して、図１２に示す透光部１１１及び遮光部１１２を有するフォトマスク１１０を使用し、偏光方向が４５°の偏光ＵＶに対して、図１３に示す透光部１２１及び遮光部１２２を有するフォトマスク１２０を使用し、偏光方向が９０°の偏光ＵＶに対して、図１４に示す透光部１３１及び遮光部１３２を有するフォトマスク１３０を使用し、偏光方向が１３５°の偏光ＵＶに対して、図１５に示す透光部１４１及び遮光部１４２を有するフォトマスク１４０を使用した。図１６に示すように、４種のフォトマスクは、偏光方向が異なる偏光ＵＶが重ねて照射される領域（重畳領域）と重ねて照射されない領域（非重畳領域）とが交互に形成されるように設計されたものであった。
偏光ＵＶ照射後、１６０℃のオーブンで２０分焼成し、その後、液晶（反応性メソゲン：ＲＭ）を１０００ｒｐｍで回転するスピンコーターで塗布した。塗膜の厚みは波長５３２ｎｍの光に対して位相差がλ／２（約２６６ｎｍ）となるように設定した。塗布後、６０℃で６０秒放置し、２００ｍＪ／ｃｍ２の無偏光ＵＶ（波長３６５ｎｍ）を照射した。その結果、ガラス基板上に光配向膜が形成され、光配向膜上に液晶層が形成されたＰＢレンズが完成した。
図１６に示すように、ガラス基板１００上に、光官能基を有する光配向性ポリマーを含む配向膜材料を塗布し、乾燥することにより光異性化型の光配向膜２００を形成した後、偏光方向が０°、４５°、９０°及び１３５°の偏光ＵＶをそれぞれ光配向膜２００に対して照射した。偏光ＵＶは、波長が３６５ｎｍ、積算光量が１００ｍＪ／ｃｍ２であった。偏光ＵＶの照射には、偏光ＵＶの偏光方向に応じて、４種のフォトマスクを用いた。４種のフォトマスクはいずれも透光部と遮光部が同心円状に繰り返される円環型のフォトマスクであった。具体的には、偏光方向が０°の偏光ＵＶに対して、図１２に示す透光部１１１及び遮光部１１２を有するフォトマスク１１０を使用し、偏光方向が４５°の偏光ＵＶに対して、図１３に示す透光部１２１及び遮光部１２２を有するフォトマスク１２０を使用し、偏光方向が９０°の偏光ＵＶに対して、図１４に示す透光部１３１及び遮光部１３２を有するフォトマスク１３０を使用し、偏光方向が１３５°の偏光ＵＶに対して、図１５に示す透光部１４１及び遮光部１４２を有するフォトマスク１４０を使用した。図１６に示すように、４種のフォトマスクは、偏光方向が異なる偏光ＵＶが重ねて照射される領域（重畳領域）と重ねて照射されない領域（非重畳領域）とが交互に形成されるように設計されたものであった。
偏光ＵＶ照射後、１６０℃のオーブンで２０分焼成し、その後、液晶（反応性メソゲン：ＲＭ）を１０００ｒｐｍで回転するスピンコーターで塗布した。塗膜の厚みは波長５３２ｎｍの光に対して位相差がλ／２（約２６６ｎｍ）となるように設定した。塗布後、６０℃で６０秒放置し、２００ｍＪ／ｃｍ２の無偏光ＵＶ（波長３６５ｎｍ）を照射した。その結果、ガラス基板上に光配向膜が形成され、光配向膜上に液晶層が形成されたＰＢレンズが完成した。
【0091】
得られたＰＢレンズを偏光顕微鏡によって観察し、液晶層中の液晶が正常に配列していることを確認した。図１７は、偏光顕微鏡で観察した比較例１のＰＢレンズの写真である。この比較例１のＰＢレンズの液晶層は、基準配向方位がそれぞれ０°、２２．５°、４５°、６７．５°、９０°、１１２．５°、１３５°、１５７．５°である複数の配向ドメインを含む。基準配向方位が０°、４５°、９０°、１３５°の配向ドメインのそれぞれは、第１配向ドメインに対応し、基準配向方位が２２．５°、６７．５°、１１２．５°、１５７．５°の配向ドメインのそれぞれは、第２配向ドメインに対応する。比較例１のＰＢレンズの液晶層は、互いに基準配向方位の差が９０°となる２つの第１配向ドメイン（基準配向方位が０°と９０°との２つの第１配向ドメイン、基準配向方位が４５°と１３５°との２つの第１配向ドメイン）を含んでいる。
【0092】
（評価方法）
ＰＢレンズの光学特性は回折効率に基づき評価した。図１８は、回折効率の測定方法を説明する図である。図１８に示すように、回折効率の測定には、波長５３２ｎｍのレーザー光を出射するレーザー光源５１０、円偏光板５２０、ＰＢレンズ４０ＰＢを使用した。
レーザー光源５１０から出射したレーザー光は、円偏光板５２０を通過し、円偏光となり出射される。その後、ＰＢレンズ４０ＰＢの外周部を透過した光のうち、主要光は焦点距離に向かう。一方、０次光などの不要光は主要光とは異なる方向に回折する。そこで、図１８に示すように、測定点１（ＰＢレンズ透過直後）及び測定点２（主要光の光路かつ焦点距離よりも遠方）で光強度を測定し、測定点１で測定された光強度を「全透過光強度」とし、測定点２で測定された光強度を「主要光強度」とした。下記式により回折効率（単位：％）を算出した。
回折効率＝（主要光強度）÷（全透過光強度）×１００
また、回折効率は、図１９に示すようにレーザー光がＰＢレンズを透過する位置（図中に●で表示）を変えて測定し、最小値と最大値を求めた。
ＰＢレンズの光学特性は回折効率に基づき評価した。図１８は、回折効率の測定方法を説明する図である。図１８に示すように、回折効率の測定には、波長５３２ｎｍのレーザー光を出射するレーザー光源５１０、円偏光板５２０、ＰＢレンズ４０ＰＢを使用した。
レーザー光源５１０から出射したレーザー光は、円偏光板５２０を通過し、円偏光となり出射される。その後、ＰＢレンズ４０ＰＢの外周部を透過した光のうち、主要光は焦点距離に向かう。一方、０次光などの不要光は主要光とは異なる方向に回折する。そこで、図１８に示すように、測定点１（ＰＢレンズ透過直後）及び測定点２（主要光の光路かつ焦点距離よりも遠方）で光強度を測定し、測定点１で測定された光強度を「全透過光強度」とし、測定点２で測定された光強度を「主要光強度」とした。下記式により回折効率（単位：％）を算出した。
回折効率＝（主要光強度）÷（全透過光強度）×１００
また、回折効率は、図１９に示すようにレーザー光がＰＢレンズを透過する位置（図中に●で表示）を変えて測定し、最小値と最大値を求めた。
【0093】
（比較例１の評価結果）
測定の結果、偏光方向が０°、４５°、９０°又は１３５°の偏光ＵＶを光配向膜の各照射領域に照射して作製した比較例１のＰＢレンズの回折効率の最小値は７６．２％であり、最大値は９５．３％であった。ＰＢレンズの面内でディスクリネーションが発生していたため、回折効率がバラついたものと考えられる。
測定の結果、偏光方向が０°、４５°、９０°又は１３５°の偏光ＵＶを光配向膜の各照射領域に照射して作製した比較例１のＰＢレンズの回折効率の最小値は７６．２％であり、最大値は９５．３％であった。ＰＢレンズの面内でディスクリネーションが発生していたため、回折効率がバラついたものと考えられる。
【0094】
＜実施例１＞
光配向膜を複数の照射領域に分割し、フォトマスクを介して各照射領域に偏光を照射する光配向処理において、各照射領域に照射される偏光ＵＶの偏光方向の差が、互いに９０°とはならない（２つの偏光方向の差を当該２つの偏光方向がなす角のうちの鋭角の角度としたときは、各照射領域に照射される偏光ＵＶの偏光方向の差が互いに９０°未満（例えば８５°以下）の関係を満たすということもできる）ようにパンチャラトナム・ベリー相光学素子（ＰＢレンズ）を実際に作製した。使用する偏光ＵＶの偏光方向を０°、４５°、８０°及び１２５°としたこと以外は、比較例１と同様にしてＰＢレンズを作製した。また、比較例１と同様にして回折効率を測定し、最小値と最大値を求めた。
光配向膜を複数の照射領域に分割し、フォトマスクを介して各照射領域に偏光を照射する光配向処理において、各照射領域に照射される偏光ＵＶの偏光方向の差が、互いに９０°とはならない（２つの偏光方向の差を当該２つの偏光方向がなす角のうちの鋭角の角度としたときは、各照射領域に照射される偏光ＵＶの偏光方向の差が互いに９０°未満（例えば８５°以下）の関係を満たすということもできる）ようにパンチャラトナム・ベリー相光学素子（ＰＢレンズ）を実際に作製した。使用する偏光ＵＶの偏光方向を０°、４５°、８０°及び１２５°としたこと以外は、比較例１と同様にしてＰＢレンズを作製した。また、比較例１と同様にして回折効率を測定し、最小値と最大値を求めた。
【0095】
図２０は、偏光顕微鏡で観察した実施例１のＰＢレンズの写真である。図２１は、実施例１のＰＢレンズにおける液晶の配向を模式的に示す図である。図２０及び２１に示すように、実施例１のＰＢレンズにおいて、液晶層は、液晶４２０の基準配向方位が互いに異なる複数の第１配向ドメイン及び複数の第２配向ドメインを有し、上記複数の第１配向ドメインは、互いに上記基準配向方位の差が９０°とはならない（２つの基準配向方位の差を当該２つの基準配向方位のそれぞれに沿った２つの方向がなす角のうちの鋭角の角度としたときは、複数の第１配向ドメインは、互いに上記基準配向方位の差が９０°未満（例えば８５°以下）の関係を満たすということもできる）ものであった。図２１に示す実施例１のＰＢレンズの液晶層４２０は、基準配向方位がそれぞれ０°、４５°、８０°及び１２５°であるように構成された複数の第１配向ドメインと、基準配向方位がそれぞれ２２．５°、６２．５°、１０２．５°及び１５２．５°であるように構成された複数の第２配向ドメインとを有する。
【0096】
（実施例１の評価結果）
測定の結果、偏光方向が０°、４５°、８０°又は１２５°の偏光ＵＶを光配向膜の各照射領域に照射して作製した実施例１のＰＢレンズの回折効率の最小値は９５．４％であり、最大値は９７．３％であった。実施例１のＰＢレンズは、比較例１のＰＢレンズよりも回折効率が高く、バラツキも少なかった。実施例１と比較例１の比較から、偏光ＵＶの偏光方向のなす角を９０°とはならないようにすることで、回折効率が良くなることを確認できた。これは、直交する偏光ＵＶの重なりによってディスクリネーションが発生することを防止できたためであると考えられる。
測定の結果、偏光方向が０°、４５°、８０°又は１２５°の偏光ＵＶを光配向膜の各照射領域に照射して作製した実施例１のＰＢレンズの回折効率の最小値は９５．４％であり、最大値は９７．３％であった。実施例１のＰＢレンズは、比較例１のＰＢレンズよりも回折効率が高く、バラツキも少なかった。実施例１と比較例１の比較から、偏光ＵＶの偏光方向のなす角を９０°とはならないようにすることで、回折効率が良くなることを確認できた。これは、直交する偏光ＵＶの重なりによってディスクリネーションが発生することを防止できたためであると考えられる。
【0097】
なお、図１及び図２１に示したＰＢレンズは、中心から外に向かうにつれ、液晶４２０の長軸４２０Ｘが左回転する構造であったが、中心から外に向かうにつれ、液晶４２０の長軸４２０Ｘが右回転する構造であってもよい。図１に示したＰＢレンズに対応する右回転の構造として、ＰＢレンズの液晶層４２０は、基準配向方位が１８０°（０°）の第１配向ドメイン、基準配向方位が１５７．５°（－２２．５°）の第２配向ドメイン、基準配向方位が１３５°（－４５°）の第１配向ドメイン、基準配向方位が１１５°（－６５°）の第２配向ドメイン、基準配向方位が９５°（－８５°）の第１配向ドメイン、基準配向方位が７２．５°（－１０７．５°）の第２配向ドメイン、基準配向方位が５０°（－１３０°）の第１配向ドメイン、及び、基準配向方位が２５°（－１５５°）の第２配向ドメインを順に有していてもよい。また、図２１に示したＰＢレンズに対応する右回転の構造として、ＰＢレンズの液晶層４２０は、基準配向方位が１８０°（０°）の第１配向ドメイン、基準配向方位が１５７．５°（－２２．５°）の第２配向ドメイン、基準配向方位が１３５°（－４５°）の第１配向ドメイン、基準配向方位が１１７．５°（－６２．５°）の第２配向ドメイン、基準配向方位が１００°（－８０°）の第１配向ドメイン、基準配向方位が７７．５°（－１０２．５°）の第２配向ドメイン、基準配向方位が５５°（－１２５°）の第１配向ドメイン、及び、基準配向方位が２７．５°（－１５２．５°）の第２配向ドメインを順に有していてもよい。
【0098】
また、ＰＢ回折格子の液晶層が有する複数の配向ドメインは、図２に示した例に限られない。例えば、上述したＰＢレンズの液晶層４２０が有する複数の配向ドメインをＰＢ回折格子の液晶層が有する複数の配向ドメインとして適用してもよい。
【符号の説明】
【0099】
４０ＰＢ：ＰＢレンズ
１００：ガラス基板
１１０、１２０、１３０、１４０：フォトマスク
２００：光配向膜
４１０：支持基板
４２０：液晶
４２０Ａ：液晶層
４２０Ｘ：液晶の長軸
５１０：レーザー光源
５２０：円偏光板
ＬＣ０、ＬＣ１、ＬＣ２：左円偏光
Ｒ０、Ｒ１、Ｒ２：領域
１００：ガラス基板
１１０、１２０、１３０、１４０：フォトマスク
２００：光配向膜
４１０：支持基板
４２０：液晶
４２０Ａ：液晶層
４２０Ｘ：液晶の長軸
５１０：レーザー光源
５２０：円偏光板
ＬＣ０、ＬＣ１、ＬＣ２：左円偏光
Ｒ０、Ｒ１、Ｒ２：領域
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【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】
【手続補正書】
【提出日】2024-04-11
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0098】
また、ＰＢ回折格子の液晶層が有する複数の配向ドメインは、図２に示した例に限られない。例えば、上述したＰＢレンズの液晶層４２０が有する複数の配向ドメインそれぞれの基準配向方位をＰＢ回折格子の液晶層が有する複数の配向ドメインそれぞれの基準配向方位として適用してもよい。