特許 7511125 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】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-27

(45)【発行日】2024-07-05

(54)【発明の名称】光学素子、及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   G02B 5/30 20060101AFI20240628BHJP

【ＦＩ】

G02B5/30

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2020123813

(22)【出願日】2020-07-20

(65)【公開番号】P2022020360

(43)【公開日】2022-02-01

【審査請求日】2023-02-07

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000000044

【氏名又は名称】ＡＧＣ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】石戸 総

(72)【発明者】

【氏名】関川 賢太

(72)【発明者】

【氏名】永山 裕道

【審査官】小西 隆

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１８－５３３０７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第１０５２０７７２（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】特開２０１１－１９７６２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０２１６２８７３（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ５／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

曲面を有するレンズと、
前記レンズの前記曲面に形成される位相差層と、を含み、
前記位相差層は、遅相軸と進相軸とを有する液晶層を含み、
前記液晶層は、複数の液晶分子を含み、前記曲面の重心における法線方向から見て、前記液晶層全体に亘って前記複数の液晶分子が互いに平行に配向されており、
前記液晶分子の長軸方向が前記遅相軸であり、前記液晶分子の短軸方向が前記進相軸であり、
前記法線方向から見て、前記重心と前記曲面の周縁の各点とを結ぶ各線分を前記重心から前記曲面の周縁に４：１で分割する分割線と、前記重心を通る前記遅相軸に平行な第１仮想線と、前記重心を通る前記進相軸に平行な第２仮想線と、が設定され、
前記法線方向から見て、前記第１仮想線と前記分割線とは第１点と第２点とで交差し、前記第２仮想線と前記分割線とは第３点と第４点とで交差し、
前記第２仮想線上の前記第３点及び前記第４点での前記液晶層の厚みの和が、前記第１仮想線上の前記第１点及び前記第２点での前記液晶層の厚みの和よりも小さく、
前記第２仮想線上の前記第３点及び前記第４点での前記液晶層の厚みが、前記第１仮想線上の前記第１点及び前記第２点での前記液晶層の厚みよりも小さく、
前記第１仮想線上の前記第１点及び前記第２点での前記液晶層の厚みが、前記重心での前記液晶層の厚みよりも厚く、
前記分割線内の領域における、前記法線方向に平行な光（波長５４３ｎｍ）のリタデーションの標準偏差が、３．０ｎｍ以下である、光学素子。

【請求項2】

前記位相差層は、１／４波長板である、請求項１に記載の光学素子。

【請求項3】

前記位相差層は、前記液晶層の上に積層される第２液晶層を更に含む広帯域位相差層である、請求項１又は２に記載の光学素子。

【請求項4】

前記液晶層は、エネルギー硬化性樹脂を含む、請求項１～３のいずれか１項に記載の光学素子。

【請求項5】

前記位相差層は、前記レンズと前記液晶層の間に、前記液晶層に含まれる液晶分子を配向させる配向層を更に含む、請求項１～４のいずれか１項に記載の光学素子。

【請求項6】

請求項１～５のいずれか１項に記載の光学素子を製造する製造方法であって、
前記レンズの前記曲面の上に液晶組成物を塗布し、前記液晶層を形成することと、
前記液晶層をドライエッチングし、前記第２仮想線上の前記第３点及び前記第４点での前記液晶層の厚みを、前記第１仮想線上の前記第１点及び前記第２点での前記液晶層の厚みよりも薄くすることと、
を含む、光学素子の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、光学素子、及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に、曲面形状に形成した位相差フィルムが記載されている。位相差フィルムは、延伸フィルムである。位相差フィルムは、高温で曲げ加工され、レンズの曲面に貼合される。位相差フィルムは、主ポリマーとして、シクロオレフィンコポリマー（ＣＯＣ）樹脂又はシクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）樹脂を含む。ＣＯＣ樹脂又はＣＯＰ樹脂を含む位相差フィルムは、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂を含む位相差フィルムに比べて、熱及び応力による複屈折性の変化が小さい。

【0003】

特許文献２に記載の位相差層は、曲面にコーティングされる。コーティング方法としては、例えばスピンコート法が用いられる。レンズの曲面に位相差層をコーティングする場合、レンズの曲面に位相差フィルムを貼合する場合に比べて、シワの発生を抑制でき、また、厚みムラを抑制できる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１２－２２０８５３号公報

【文献】特開２０１２－３２５２７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

光学素子は、曲面を有するレンズと、レンズの曲面に形成される位相差層と、を含む。

【0006】

本発明者は、実験等によって、レンズの曲面に均一な厚みの位相差層を形成すると、位相差層のリタデーションのバラツキが大きくなってしまうという課題を見出した。

【0007】

本開示の一態様は、位相差層のリタデーションのバラツキを低減する、技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本開示の一態様に係る光学素子は、曲面を有するレンズと、前記レンズの前記曲面に形成される位相差層と、を含む。前記位相差層は、遅相軸と進相軸とを有する液晶層を含む。前記液晶層は、複数の液晶分子を含み、前記曲面の重心における法線方向から見て、前記液晶層全体に亘って前記複数の液晶分子が互いに平行に配向されている。前記液晶分子の長軸方向が前記遅相軸であり、前記液晶分子の短軸方向が前記進相軸である。前記法線方向から見て、前記重心と前記曲面の周縁の各点とを結ぶ各線分を前記重心から前記曲面の周縁に４：１で分割する分割線と、前記重心を通る前記遅相軸に平行な第１仮想線と、前記重心を通る前記進相軸に平行な第２仮想線と、が設定される。前記法線方向から見て、前記第１仮想線と前記分割線とは第１点と第２点とで交差し、前記第２仮想線と前記分割線とは第３点と第４点とで交差する。前記第２仮想線上の前記第３点及び前記第４点での前記液晶層の厚みの和が、前記第１仮想線上の前記第１点及び前記第２点での前記液晶層の厚みの和よりも小さい。前記第２仮想線上の前記第３点及び前記第４点での前記液晶層の厚みが、前記第１仮想線上の前記第１点及び前記第２点での前記液晶層の厚みよりも小さい。前記第１仮想線上の前記第１点及び前記第２点での前記液晶層の厚みが、前記重心での前記液晶層の厚みよりも厚い。前記分割線内の領域における、前記法線方向に平行な光（波長５４３ｎｍ）のリタデーションの標準偏差が、３．０ｎｍ以下である。

【発明の効果】

【0009】

本開示の一態様によれば、位相差層のリタデーションのバラツキを低減できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１（Ａ）は参考形態に係る光学素子のＹ軸方向に垂直な断面図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）の光学素子のＸ軸方向に垂直な断面図であり、図１（Ｃ）は図１（Ａ）の光学素子の平面図である。

【図2】図２は図１（Ａ）の液晶層を拡大して示す斜視図である。

【図3】図３（Ａ）は図１の点Ｐ１０１における液晶分子をＹ軸方向から見た図であり、図３（Ｂ）は図１の点Ｐ１０１における液晶分子をＸ軸方向から見た図である。

【図4】図４（Ａ）は図１の点Ｐ１０３における液晶分子をＹ軸方向から見た図であり、図４（Ｂ）は図１の点Ｐ１０３における液晶分子をＸ軸方向から見た図である。

【図5】図５は、平板状の液晶層の傾斜角度と、Ｒｄとの関係の一例を示す図である。

【図6】図６（Ａ）は実施形態に係る光学素子のＹ軸方向に垂直な断面図であり、図６（Ｂ）は図６（Ａ）の光学素子のＸ軸方向に垂直な断面図であり、図６（Ｃ）は図６（Ａ）の光学素子の平面図である。

【図7】図７は、ドライエッチング用のマスクと液晶層の位置を示す平面図である。

【図8】図８は、例１の光学素子の第１仮想線上及び第２仮想線上でのＲｄの分布を示す図である。

【図9】図９は、例２の光学素子の第１仮想線上及び第２仮想線上でのＲｄの分布を示す図である。

【図10】図１０は、例１及び例２の光学素子の分割線内の領域におけるＲｄの分布を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。なお、各図面において同一の又は対応する構成には同一の符号を付し、説明を省略することがある。また、明細書中、数値範囲を示す「～」は、その前後に記載された数値を下限値及び上限値として含むことを意味する。

【0012】

先ず、主に図１を参照して、参考形態に係る光学素子１０１について説明する。図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示すように、光学素子１０１は、レンズ１０２を含む。レンズ１０２は、曲面１０２ａを含む。

【0013】

曲面１０２ａは、例えば凹曲面である。凹曲面は、重心Ｐ１００が周縁よりも凹む曲面である。Ｘ軸方向に垂直な断面でも、Ｙ軸方向に垂直な断面でも、凹曲面の重心Ｐ１００は、凹曲面の周縁よりも凹む。Ｘ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向とは、互いに垂直である。Ｚ軸方向は、凹曲面の重心Ｐ１００における法線方向である。ＸＹ平面は、凹曲面の重心Ｐ１００における接平面に対して平行である。

【0014】

光学素子１０１は、レンズ１０２の曲面１０２ａに形成される位相差層１０３を更に含む。位相差層１０３は、例えば、レンズ１０２の上に形成される配向層１０４と、配向層１０４の上に形成される液晶層１０５と、を含む。但し、配向層１０４は、任意の構成であって無くてもよい。

【0015】

液晶層１０５は、遅相軸と進相軸を有する。Ｚ軸方向視で、遅相軸はＸ軸方向であり、進相軸はＹ軸方向である。遅相軸は屈折率の最も大きい方向であり、進相軸は屈折率の最も小さい方向である。

【0016】

図２に示すように、液晶層１０５は、互いに平行な複数の液晶分子１０５ａを含む。Ｚ軸方向視で、液晶分子１０５ａの長軸方向はＸ軸方向であり、液晶分子１０５ａの短軸方向はＹ軸方向である。

【0017】

本発明者は、実験等によって、レンズ１０２の曲面１０２ａに均一な厚みの液晶層１０５を形成すると、液晶層１０５のリタデーションＲｄのバラツキが大きくなってしまうという課題を見出した。

【0018】

Ｒｄは、遅相軸の屈折率ｎｅと進相軸の屈折率ｎｏとの差Δｎ（Δｎ＝ｎｅ－ｎｏ）と、液晶層１０５のＺ軸方向寸法ｄとの積である。つまり、Ｒｄは、Ｒｄ＝Δｎ×ｄの式から求められる。

【0019】

液晶層１０５の厚みが均一な場合に、上記課題の生じる理由について説明する。液晶層１０５は、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示すように、レンズ１０２の曲面１０２ａの上に形成される。その結果、曲面１０２ａの重心Ｐ１００から離れた位置では、ＸＹ平面に対して液晶分子１０５ａが傾斜する。

【0020】

液晶分子１０５ａの傾斜は、図１（Ｃ）に示す第１仮想線Ｌ１０１上の点Ｐ１０１、Ｐ１０２と、第２仮想線Ｌ１０２上の点Ｐ１０３、Ｐ１０４とで異なる。Ｚ軸方向視で、第１仮想線Ｌ１０１は、重心Ｐ１００を通り、遅相軸に平行な仮想線である。また、Ｚ軸方向視で、第２仮想線Ｌ１０２は、重心Ｐ１００を通り、進相軸に平行な仮想線である。

【0021】

図３に、第１仮想線Ｌ１０１上の点Ｐ１０１での液晶分子１０５ａの傾斜を示す。図３において、破線は重心Ｐ１００での液晶分子１０５ａを示し、実線は点Ｐ１０１での液晶分子１０５ａを示す。図３から明らかなように、点Ｐ１０１では、重心Ｐ１００に比べて、液晶分子１０５ａのＸ軸方向寸法が小さくなるのに対し、液晶分子１０５ａのＹ軸方向寸法は変わらない。点Ｐ１０２でも同様である。

【0022】

その結果、第１仮想線Ｌ１０１上の点Ｐ１０１、Ｐ１０２では、重心Ｐ１００に比べて、ｎｅが小さくなり、ｎｏが変わらないので、Δｎが小さくなる。また、点Ｐ１０１、Ｐ１０２では、重心Ｐ１００に比べて、ｄが大きくなる。Δｎの減少によるＲｄの減少は、ｄの増大によるＲｄの増大よりも大きい。その結果、点Ｐ１０１、Ｐ１０２では、重心Ｐ１００に比べて、Δｎとｄの積であるＲｄは小さくなる。

【0023】

図４に、第２仮想線Ｌ１０２上の点Ｐ１０３での液晶分子１０５ａの傾斜を示す。図４において、破線は重心Ｐ１００での液晶分子１０５ａを示し、実線は点Ｐ１０３での液晶分子１０５ａを示す。図４から明らかなように、点Ｐ１０３では、重心Ｐ１００に比べて、液晶分子１０５ａのＹ軸方向寸法がわずかに小さくなるのに対し、液晶分子１０５ａのＸ軸方向寸法は変わらない。点Ｐ１０４でも同様である。

【0024】

その結果、第２仮想線Ｌ１０２上の点Ｐ１０３、Ｐ１０４では、重心Ｐ１００に比べて、ｎｏが小さくなり、ｎｅが変わらないので、Δｎが大きくなる。また、点Ｐ１０３、Ｐ１０４では、重心Ｐ１００に比べて、ｄが大きくなる。従って、点Ｐ１０３、Ｐ１０４では、重心Ｐ１００に比べて、Ｒｄが大きくなる。

【0025】

図５に、平板状の液晶層の傾斜角度と、Ｒｄの測定値との関係の一例を示す。図５において、傾斜角度が０°であることは、平板状の液晶層がＸＹ平面に平行配向であることを意味する。

【0026】

図５の黒丸は、平板状の液晶層を、第２仮想線Ｌ１０２を中心に時計回りと反時計回りに回転させ、傾斜させたデータである。傾斜角度が正であることは、回転方向が時計回りであることを意味する。また、傾斜角度が負であることは、回転方向が反時計回りであることを意味する。

【0027】

図５の黒丸の傾斜角度の横軸の絶対値は、第１仮想線Ｌ１０１上の点Ｐ１０１、Ｐ１０２と重心Ｐ１００との距離に相当する。点Ｐ１０１、Ｐ１０２と重心Ｐ１００との距離が大きいほど、液晶分子１０５ａの傾斜角度の絶対値が大きく、Ｒｄが小さくなる。

【0028】

一方、図５の白丸は、平板状の液晶層を、第１仮想線Ｌ１０１を中心に時計回りと反時計回りに回転させ、傾斜させたデータである。傾斜角度が正であることは、回転方向が時計回りであることを意味する。また、傾斜角度が負であることは、回転方向が反時計回りであることを意味する。

【0029】

図５の白丸の傾斜角度の横軸の絶対値は、第２仮想線Ｌ１０２上の点Ｐ１０３、Ｐ１０４と重心Ｐ１００との距離に相当する。点Ｐ１０３、Ｐ１０４と重心Ｐ１００との距離が大きいほど、液晶分子１０５ａの傾斜角度の絶対値が大きく、Ｒｄが大きくなる。

【0030】

図５の黒丸と白丸を比較すれば明らかなように、第１仮想線Ｌ１０１上と第２仮想線Ｌ１０２上とでは、Ｒｄの変化の傾向が異なる。第１仮想線Ｌ１０１上では、重心Ｐ１００からの距離が大きいほど、Ｒｄが小さくなる。一方、第２仮想線Ｌ１０２上では、重心Ｐ１００からの距離が大きいほど、Ｒｄが大きくなる。

【0031】

なお、レンズ１０２の曲面１０２ａは、本参考形態では凹曲面であるが、凸曲面であってもよい。凸曲面は、重心Ｐ１００が周縁よりも凸む（突出する）曲面である。Ｘ軸方向に垂直な断面でも、Ｙ軸方向に垂直な断面でも、凸曲面の重心Ｐ１００は、凸曲面の周縁よりも凸む。

【0032】

凸曲面と凹曲面とで、液晶分子１０５ａの傾斜角度の絶対値は同程度になる。従って、凸曲面と凹曲面とで、Ｒｄの分布は同程度になる。

【0033】

次に、図６を参照して、本実施形態に係る光学素子１について説明する。図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示すように、光学素子１は、レンズ２を含む。レンズ２は、曲面２ａを含む。曲面２ａは、例えば凹曲面である。凹曲面は、重心Ｐ０が周縁よりも凹む曲面である。Ｘ軸方向に垂直な断面でも、Ｙ軸方向に垂直な断面でも、凹曲面の重心Ｐ０は、凹曲面の周縁よりも凹む。

【0034】

光学素子１は、レンズ２の曲面２ａに形成される位相差層３を更に含む。位相差層３は、例えば、レンズ２の上に形成される配向層４と、配向層４の上に形成される液晶層５と、を含む。但し、配向層４は、任意の構成であって無くてもよい。

【0035】

液晶層５は、遅相軸と進相軸を有する。Ｚ軸方向視で、遅相軸はＸ軸方向であり、進相軸はＹ軸方向である。遅相軸は屈折率の最も大きい方向であり、進相軸は屈折率の最も小さい方向である。Ｘ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向とは、互いに垂直である。Ｚ軸方向は、凹曲面の重心Ｐ０における法線方向である。ＸＹ平面は、凹曲面の重心Ｐ０における接平面に対して平行である。

【0036】

図６（Ｃ）に示すように、Ｚ軸方向視で、第１仮想線Ｌ１は、重心Ｐ０を通り、遅相軸に平行な仮想線である。また、Ｚ軸方向視で、第２仮想線Ｌ２は、重心Ｐ０を通り、進相軸に平行な仮想線である。

【0037】

Ｚ軸方向視で、分割線Ｌ３は、重心Ｐ０と曲面２ａの周縁の各点とを結ぶ各線分を、重心Ｐ０側から曲面２ａの周縁に４：１で分割する。また、Ｚ軸方向視で、第１仮想線Ｌ１と分割線Ｌ３とは第１点Ｐ１と第２点Ｐ２とで交差し、第２仮想線Ｌ２と分割線Ｌ３とは第３点Ｐ３と第４点Ｐ４とで交差する。

【0038】

第１点Ｐ１と重心Ｐ０との距離は、Ｘ１の０．８倍である。Ｘ１は、重心Ｐ０からＸ軸正方向に伸びる直線と曲面２ａの周縁との交点と、重心Ｐ０との距離である。第２点Ｐ２と重心Ｐ０との距離は、Ｘ２の０．８倍である。Ｘ２は、重心Ｐ０からＸ軸負方向に伸びる直線と曲面２ａの周縁との交点と、重心Ｐ０との距離である。

【0039】

第３点Ｐ３と重心Ｐ０との距離は、Ｙ１の０．８倍である。Ｙ１は、重心Ｐ０からＹ軸正方向に伸びる直線と曲面２ａの周縁との交点と、重心Ｐ０との距離である。第４点Ｐ４と重心Ｐ０との距離は、Ｙ２の０．８倍である。Ｙ２は、重心Ｐ０からＹ軸負方向に伸びる直線と曲面２ａの周縁との交点と、重心Ｐ０との距離である。

【0040】

本実施形態によれば、第２仮想線Ｌ２上の第３点Ｐ３及び第４点Ｐ４での液晶層５の厚みｔｙ１、ｔｙ２の和が、第１仮想線Ｌ１上の第１点Ｐ１及び第２点Ｐ２での液晶層５の厚みｔｘ１、ｔｘ２の和よりも小さい。つまり、下記式（１）が成立する。

【0041】

【数1】

上記式（１）が成立すれば、重心Ｐ０から離れた位置でのＲｄの差（図５の黒丸と白丸の差）を低減できる。Ｒｄの差が小さくなるように、液晶層５の厚みに差が付けられるからである。従って、色調のムラを抑制できる。

【0042】

液晶層５の厚みは、レンズ２の曲面２ａの各点における法線方向に測定する。液晶層５の厚みは、例えば、分光干渉から算出するか、又は走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）の写真から算出する。

【0043】

上記式（１）に加えて、好ましくは、下記式（２）が成立する。

【0044】

【数2】

上記式（２）が成立すれば、上記式（１）のみが成立する場合に比べて、液晶層５のＲｄのムラがより小さくなる。従って、色調のムラをより抑制できる。（ｔｙ１＋ｔｙ２）／（ｔｘ１＋ｔｘ２）は、好ましくは０．８０よりも大きく、より好ましくは０．８５よりも大きい。また、（ｔｙ１＋ｔｙ２）／（ｔｘ１＋ｔｘ２）は、好ましくは０．９９よりも小さく、より好ましくは０．９８よりも小さい。

【0045】

また、上記式（１）に加えて、好ましくは、下記式（３）が成立する。

【0046】

【数3】

上記式（３）が成立すれば、上記式（１）のみが成立する場合に比べて、液晶層５のＲｄのムラがより小さくなる。従って、色調のムラをより抑制できる。

【0047】

また、上記式（３）に加えて、好ましくは、下記式（４）が成立する。

【0048】

【数4】

上記式（４）が成立すれば、上記式（３）のみが成立する場合に比べて、液晶層５のＲｄのムラがより小さくなる。従って、色調のムラをより抑制できる。ｔｙ１／ｔｘ１、ｔｙ１／ｔｘ２、ｔｙ２／ｔｘ１及びｔｙ２／ｔｘ２は、それぞれ、好ましくは０．８０よりも大きく、より好ましくは０．８５よりも大きい。である。また、ｔｙ１／ｔｘ１、ｔｙ１／ｔｘ２、ｔｙ２／ｔｘ１及びｔｙ２／ｔｘ２は、それぞれ、好ましくは０．９９よりも小さく、より好ましくは０．９８よりも小さい。

【0049】

また、本実施形態によれば、第１仮想線Ｌ１上の第１点Ｐ１及び第２点Ｐ２での液晶層５の厚みｔｘ１、ｔｘ２が、重心Ｐ０での液晶層５の厚みｔｏよりも厚い。つまり、下記式（５）が成立する。

【0050】

【数5】

上記式（５）が成立すれば、第１仮想線Ｌ１上でのＲｄのムラ（図５の黒丸の上下動）を低減できる。第１仮想線Ｌ１上でのＲｄの差が小さくなるように、ｔｘ１、ｔｘ２と、ｔｏと、に差が付けられるからである。従って、色調のムラを抑制できる。

【0051】

また、上記式（５）に加えて、好ましくは、下記式（６）が成立する。

【数6】

【0052】

上記式（６）が成立すれば、上記式（５）のみが成立する場合に比べて、液晶層５のＲｄのムラがより小さくなる。従って、色調のムラをより抑制できる。ｔｏ／ｔｘ１及びｔｏ／ｔｘ２は、それぞれ、好ましくは０．８０よりも大きく、より好ましくは０．８５よりも大きい。また、ｔｏ／ｔｘ１及びｔｏ／ｔｘ２は、それぞれ、好ましくは０．９９よりも小さく、より好ましくは０．９８よりも小さい。

【0053】

また、本実施形態によれば、第２仮想線Ｌ２上の第３点Ｐ３及び第４点Ｐ４での液晶層５の厚みｔｙ１、ｔｙ２が、重心Ｐ０での液晶層５の厚みｔｏよりも薄い。つまり、下記式（７）が成立する。

【0054】

【数7】

上記式（７）が成立すれば、第２仮想線Ｌ２上でのＲｄのムラ（図５の白丸の上下動）を低減できる。第２仮想線Ｌ２上でのＲｄの差が小さくなるように、ｔｙ１、ｔｙ２と、ｔｏと、に差が付けられるからである。従って、色調のムラを抑制できる。

【0055】

また、上記式（７）に加えて、好ましくは、下記式（８）が成立する。

【0056】

【数8】

上記式（８）が成立すれば、上記式（７）のみが成立する場合に比べて、液晶層５のＲｄのムラがより小さくなる。従って、色調のムラをより抑制できる。ｔｙ１／ｔｏ及びｔｙ２／ｔｏは、それぞれ、好ましくは０．８０よりも大きく、より好ましくは０．８５よりも大きい。また、上記式（８）において、ｔｙ１／ｔｏ及びｔｙ２／ｔｏは、それぞれ、好ましくは０．９９よりも小さく、より好ましくは０．９８よりも小さい。

【0057】

また、本実施形態によれば、分割線Ｌ３内の領域（分割線Ｌ３を含む）における、Ｚ軸方向に平行な光（波長５４３ｎｍ）のＲｄの標準偏差σが３．０ｎｍ以下である。つまり、下記式（９）が成立する。

【0058】

【数9】

標準偏差σが３．０ｎｍ以下であると、分割線Ｌ３内の領域でのＲｄのムラを低減できる。なお、分割線Ｌ３内の領域におけるＲｄの測定点は、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３及びＰ４を含み、合計１００点以上設定される。標準偏差σは、例えば０．０ｎｍ～３．０ｎｍであり、好ましくは０．０ｎｍ～２．０ｎｍである。

【0059】

なお、レンズ２の曲面２ａは、本実施形態では凹曲面であるが、凸曲面であってもよい。凸曲面は、重心Ｐ０が周縁よりも凸む曲面である。Ｘ軸方向に垂直な断面でも、Ｙ軸方向に垂直な断面でも、凸曲面の重心Ｐ０は、凸曲面の周縁よりも凸む。

【0060】

凸曲面と凹曲面とで、液晶分子の傾斜角度の絶対値は同じ傾向になる。従って、曲面２ａが凸曲面でも、上記式（１）が成立すればよい。また、曲面２ａが凸曲面でも、上記式（２）～（９）の１つ以上が成立することが好ましい。

【0061】

次に、図６等を再度参照して、光学素子１について説明する。光学素子１が有するレンズ２は、用途によって、性能の観点から、曲面２ａを有することが望まれる。

【0062】

レンズ２は、球面レンズでもよいし、非球面レンズでもよい。また、レンズ２は、両凹レンズ、平凹レンズ、凹メニスカスレンズ、両凸レンズ、平凸レンズ、及び凸メニスカスレンズのいずれでもよい。レンズ２は、曲面２ａを有すればよい。

【0063】

レンズ２の外形は、図６（Ｃ）に示す円形には限定されず、例えば楕円形、又は多角形等であってもよい。レンズ２の外形に関係なく、上記式（１）が成立すればよい。また、レンズ２の外形に関係なく、上記式（２）～（９）の１つ以上が成立することが好ましい。

【0064】

レンズ２の材質は、樹脂でもよいし、ガラスでもよい。樹脂レンズの樹脂は、例えば・ポリカーボネート、ポリイミド、ポリアクリレート、環状オレフィンである。ガラスレンズのガラスは、例えばＢＫ７、合成石英である。

【0065】

位相差層３は、例えば１／４波長板である。１／４波長板と、不図示の直線偏光板とが組み合わせて用いられてもよい。直線偏光板の吸収軸と、１／４波長板の遅相軸とは、４５°ずらして配置される。直線偏光板と１／４波長板とで、円偏光板が構成される。

【0066】

直線偏光板は、位相差層３を基準としてレンズ２とは反対側に配置されてもよいし、位相差層３とレンズ２との間に配置されてもよいし、レンズ２を基準として位相差層３とは反対側に配置されてもよい。

【0067】

位相差層３は、図示しないが、液晶層５の上に積層される第２液晶層を更に含む広帯域位相差層であってもよい。第２液晶層では、上記式（１）が成立しても成立しなくてもよいが、好ましくは上記式（１）が成立する。上記式（２）～（９）も、上記式（１）と同様である。

【0068】

広帯域位相差層に含まれる液晶層の数は、２つ以上であればよく、３つ以上であってもよい。Ｚ軸方向視で、複数の液晶層は、互いに異なる方位の遅相軸を有する。少なくとも１つの液晶層で、上記式（１）が成立すればよい。好ましくは、全ての液晶層で、上記式（１）が成立する。上記式（２）～（９）も、上記式（１）と同様である。

【0069】

広帯域位相差層は、例えば、配向層４と液晶層５を交互に積層したものである。レンズ２側から、配向層４と液晶層５とがこの順番で積層される。なお、レンズ２とは別の透明基材の上に形成された液晶層と、レンズ２の上に形成された液晶層とを貼り合わせて、広帯域位相差層を形成してもよい。

【0070】

配向層４は、液晶層５の液晶分子を配向させるものである。配向層４は、例えばポリイミドのラビング、偏光ＵＶ照射によるシランカップリング剤又はポリイミドの光分解、偏光ＵＶ照射による光二量化若しくは光異性化の利用、剪断力による流動配向処理、又は無機物の斜め蒸着による配向処理等の処理が施されたものである。複数の処理が、組み合わせて使用されてもよい。これらの中でも、配向規制力、曲面への適用性、異物の軽減の観点から、偏光ＵＶ照射による光二量化若しくは光異性化の利用が好ましい。

【0071】

偏光ＵＶ照射による光二量化の生じる材料としては、クマリン、ジフェニルアセチレン、又はアントラセンが用いられる。偏光ＵＶ照射による光異性化の生じる材料としては、アゾベンゼン、スチルベン、α－イミノ－βケトエステル、又はスピロピランが用いられる。偏光ＵＶ照射による光二量化と光異性化の両方の生じる材料としては、シンナメート、カルコン、又はスチルバゾールが用いられる。

【0072】

配向層４は、レンズ２の曲面２ａにコーティングされる。コーティングの方法は、例えば、スピンコート法、バーコート法、ディップコート法、キャスト法、スプレーコート法、ビードコート法、ワイヤーバーコート法、ブレードコート法、ローラーコート法、カーテンコート法、スリットダイコート法、グラビアコート法、スリットリバースコート法、マイクログラビア法、又はコンマコート法等である。樹脂組成物がレンズ２の曲面２ａに塗布され、乾燥される。樹脂組成物の溶剤は、塗布後の加熱によって除去される。なお、コーティングの方法は、溶剤を使用しない蒸着法であってもよい。

【0073】

配向層４の厚みは、例えば１ｎｍ～１０μｍ、好ましくは１０ｎｍ～５μｍ、より好ましくは５０ｎｍ～２μｍである。配向層４の厚みは、液晶層５の厚みと同様に、レンズ２の曲面２ａの各点における法線方向に測定する。

【0074】

なお、上記の通り、配向層４は、任意の構成であって、無くてもよい。その場合、レンズ２の曲面２ａには、液晶層５の液晶分子を配向させる処理が施されてもよい。

【0075】

液晶層５は、図２に示す液晶層１０５と同様に、互いに平行に配向される複数の液晶分子を含む。Ｚ軸方向視で、液晶分子の長軸方向はＸ軸方向であり、液晶分子の短軸方向はＹ軸方向である。液晶分子は、本実施形態では棒状液晶であるが、ディスコティック液晶であってもよい。

【0076】

液晶層５は、例えば光硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂等のエネルギー硬化性樹脂を含む。液晶層５は、液晶組成物の塗布及び乾燥によって形成される。液晶組成物は、例えば、アクリル基又はメタクリル基を含む光硬化性の高分子液晶などである。液晶組成物は、単独で液晶相を示さない成分で構成されてもよい。重合によって液晶相が生じればよい。重合性の液晶組成物は、添加剤を含んでもよい。添加剤としては、重合開始剤、レベリング剤、重合禁止剤、カイラル剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、光安定剤、又は二色性色素など用いられる。複数種類の添加剤が併用されてもよい。

【0077】

液晶組成物の塗布方法は、一般的なものであってよい。液晶組成物の塗布方法は、例えば、スピンコート法、バーコート法、押し出しコート法、ダイレクトグラビアコート法、リバースグラビアコート法、又はダイコート法等である。液晶組成物の溶剤は、塗布後の加熱によって除去される。

【0078】

液晶組成物の溶剤は、例えば有機溶剤である。有機溶剤は、アミド（例えばＮ，Ｎ－ジメチルホルムアミド）、スルホキシド（例えばジメチルスルホキシド）、炭化水素（例えばベンゼン、若しくはヘキサン）、エステル（例えば、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、若しくはプロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート）、ケトン（例えばアセトン、若しくはメチルエチルケトン）、又はエーテル（例えばテトラヒドロフラン、若しくは１，２－ジメトキシエタン）である。２種類以上の有機溶剤が併用されてもよい。なお、液晶層５は、溶剤を使用しない蒸着法または真空注入法で形成されてもよい。

【0079】

液晶層５の厚みは、光の波長と、位相差と、Δｎ（Δｎ＝ｎｅ－ｎｏ）とに基づいて決められる。例えば、光の波長が５４３ｎｍであり、位相差が１/４波長である場合、Ｒｄは１３６ｎｍである。Ｒｄが１３６ｎｍであってΔｎが０．１である場合、液晶層５の厚みは１３６０ｎｍである。

【0080】

液晶層５の厚みは、上記の通り、光の波長と、位相差と、Δｎとに基づいて決められ、特に限定されないが、例えば０．１μｍ～２０μｍ、好ましくは０．２μｍ～１０μｍ、より好ましくは０．５μｍ～５μｍである。なお、液晶層５は、１／４波長板には限定されず、１／２波長板等であってもよい。

【0081】

ところで、本実施形態では、上記の通り、液晶層５の厚みは、少なくとも式（１）を満たす。つまり、第２仮想線Ｌ２上の第３点Ｐ３及び第４点Ｐ４での液晶層５の厚みｔｙ１、ｔｙ２の和が、第１仮想線Ｌ１上の第１点Ｐ１及び第２点Ｐ２での液晶層５の厚みｔｘ１、ｔｘ２の和よりも小さい。

【0082】

液晶層５の厚みは、例えばドライエッチング法によって調整する。ドライエッチング法として、例えばプラズマエッチング法が用いられる。プラズマエッチング法では、液晶層５の一部を覆うマスクを用いて、酸素等のプラズマで液晶層５の露出部をエッチングする。

【0083】

図７に示すように、マスクＭは、例えば、第１仮想線Ｌ１上の第１点Ｐ１及び第２点Ｐ２を覆う。第２仮想線Ｌ２上の第３点Ｐ３及び第４点Ｐ４は、マスクＭから露出している。この状態で液晶層５をエッチングすれば、ｔｙ１、ｔｙ２の和がｔｘ１、ｔｘ２の和よりも小さくなる。液晶層５の厚みの変化が滑らかになるように、大きさの異なる複数のマスクＭが順番に用いられてもよい。

【0084】

プラズマエッチング法では、例えば、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）装置が用いられる。プラズマの発生に用いられるガスは、例えば酸素ガスを含み、酸素ガスの他にＣＦ_４又はＣＣｌ_４等のハロゲン含有ガスを更に含んでもよい。エッチング時間及びガス流量などで、エッチング量を制御できる。

【0085】

なお、光学素子１は、図示しないが、ハードコート層又は防汚層等の保護層を更に含んでもよい。保護層は、位相差層３を保護するものであり、位相差層３を基準としてレンズ２とは反対側に配置される。

【実施例】

【0086】

以下、実験データについて説明する。下記の例１が実施例であり、下記の例２が比較例である。

【0087】

［例１］
例１では、レンズと配向層と液晶層とからなる光学素子を作製した。レンズとしては、平凹レンズ（エドモンドオプティクス社製、商品コード＃４５－０３８）を用意した。このレンズの直径は、５０ｍｍであった。

【0088】

配向層は、偏光ＵＶ照射により配向規制力が発現する光配向膜を用いた。光配向膜の材料を含む溶液を、スピンコーターで平凹レンズの凹曲面に塗布した。塗布後の乾燥は、１００℃で１０分間実施した。乾燥後、配向層の表面には、偏光露光装置（山下電装社製、ＨＣ－１００１）を用いて、２４０ｍＷ／ｃｍ^２の光を照射し、配向規制力を付与した。配向層の厚みは、およそ０．１μｍであった。

【0089】

液晶層は、液晶組成物の塗布及び乾燥によって形成した。液晶組成物は、紫外線硬化型の液晶（ＢＡＳＦ社製、ＬＣ２４２）に光重合開始剤（ＢＡＳＦ社製、ＤａｒｏｃｕｒｅＴＰＯ）とレベリング剤を加え、酢酸エチルで溶解したものを用いた。液晶組成物は、スピンコーターで配向層の上に塗布した。塗布後の乾燥は、１００℃で１０分間実施した。乾燥後、紫外線照射装置（浜松フォトニクス社製、ＬＣ６）を用い、３０００ｍＷ／ｃｍ^２の光を照射し、液晶組成物を硬化させた。

【0090】

液晶層の厚みは、ドライエッチング法によって調整した。マスクとしては、ホウケイ酸ガラス（ショット社製、Ｄ２６３）のガラス板を用いた。ガラス板は、図７に示すように液晶層の上に載せた。ガラス板は、Ｙ軸方向寸法が３５ｍｍであり、Ｘ軸方向寸法が７６ｍｍであり、Ｚ軸方向寸法（厚み）が０．５ｍｍであった。エッチング装置としては、反応性イオンエッチング装置（ＳＡＭＣＯ社製、ＲＩＥ－１０ＮＲ）を用いた。酸素ガスの流量は２０ｓｃｃｍであり、気圧は５．３Ｐａであり、エッチング時間は２０秒であった。

【0091】

［例２］
例２では、液晶層のドライエッチングを省いた以外、例１と同じ条件で光学素子を作製した。

【0092】

［評価］
（１．液晶層の厚み）
液晶層の厚みは、近赤外顕微分光測定機（オリンパス株式会社製、ＵＳＰＭ－ＲＵ－Ｗ）を用いて、空気と液晶層との界面で反射した光と、液晶層と配向層との界面で反射した光との干渉波の波形から測定した。この測定では、液晶層の屈折率は１．５６とした。

【0093】

表１に、液晶層の厚みの測定結果を示す。

【0094】

【表1】

表１から明らかなように、例１では、液晶層のドライエッチングを実施したので、上記式（１）～（４）が成立した。一方、例２では、液晶層のドライエッチングを省略したので、上記式（１）～（４）が成立しなかった。

【0095】

例２では、ｔｘ１、ｔｘ２、ｔｙ１、及びｔｙ２が、略同一であり、且つｔｏよりも大きかった。ドライエッチング前の液晶層の厚みは、主に凹曲面の重心Ｐ０からの距離に依存し、重心Ｐ０からの方位には依存しなかった。

【0096】

凹曲面の重心Ｐ０からの距離が遠いほど、ドライエッチング前の液晶層の厚みが厚かった。これは、凹曲面の重心Ｐ０からの距離が遠い位置では、勾配が急であり、液晶組成物が重力に逆らって這い上がろうとし、液晶組成物の流動が妨げられるからである。

【0097】

ドライエッチング前の液晶層の厚みの分布は、凹曲面の勾配、液晶組成物の粘度、固形分の濃度、溶剤の沸点、並びにスピンコートの回転数などで決まる。ちなみに、例１～例２では、ｔｘ１、ｔｘ２、ｔｙ１、及びｔｙ２の測定点における傾斜角度は、約２０°であった。

【0098】

なお、液晶層の厚みは、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いても測定可能である。ＳＥＭの試料は、図６（Ｃ）に示す第１仮想線Ｌ１と第２仮想線Ｌ２とで光学素子を切断し、作製する。切断面のＳＥＭ写真を用いて、液晶層の厚みを測定可能である。

【0099】

（２．液晶層のＲｄ）
液晶層のＲｄは、二次元複屈折率評価装置（フォトニックラティス社製、ＷＰＡ－２００）を用い、曲面２ａの全体で一括測定した。Ｒｄの測定に用いる光の波長は、５４３ｎｍであった。

【0100】

図８に、例１の光学素子の第１仮想線Ｌ１上及び第２仮想線Ｌ２上でのＲｄを示す。図８において、黒丸は第１仮想線Ｌ１上でのＲｄの測定値を示し、白丸は第２仮想線Ｌ２上でのＲｄの測定値を示す。図８から明らかなように、例１の光学素子は、第１仮想線Ｌ１上でも、第２仮想線Ｌ２上でも、Ｒｄの分布が均一であった。

【0101】

図９に、例２の光学素子の第１仮想線Ｌ１上及び第２仮想線Ｌ２上でのＲｄを示す。図９において、黒丸は第１仮想線Ｌ１上でのＲｄの測定値を示し、白丸は第２仮想線Ｌ２上でのＲｄの測定値を示す。図９から明らかなように、例２の光学素子は、第１仮想線Ｌ１上ではＲｄの分布が均一であったが、第２仮想線Ｌ２上ではＲｄの分布が不均一であった。

【0102】

図１０に、例１及び例２の光学素子の分割線Ｌ３内の領域におけるＲｄの分布を示す。各例で、Ｒｄの測定点は、約１６０００点である。例１では、液晶層のドライエッチングを実施したので、Ｒｄの標準偏差σは１．７ｎｍであり、上記式（９）が成立した。一方、例２では、液晶層のドライエッチングを省略したので、Ｒｄの標準偏差σは３．４ｎｍであり、上記式（９）が成立しなかった。

【0103】

以上、本開示に係る光学素子及びその製造方法について説明したが、本開示は上記実施形態などに限定されない。特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更、修正、置換、付加、削除、及び組み合わせが可能である。それらについても当然に本開示の技術的範囲に属する。

【符号の説明】

【0104】

１ 光学素子
２ レンズ
２ａ 曲面
３ 位相差層
５ 液晶層
Ｌ１ 第１仮想線
Ｌ２ 第２仮想線
Ｌ３ 分割線
Ｐ０ 重心
Ｐ１ 第１点
Ｐ２ 第２点
Ｐ３ 第３点
Ｐ４ 第４点

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】