JP7714775B2 - 液晶光学素子及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、液晶光学素子及びその製造方法に関する。

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。このような液晶偏光格子を実現する場合、面内で液晶分子を複雑に配向させる必要がある。液晶分子を配向させるための配向処理の種類として、光配向処理やラビング処理がある。

特表２０１７－５２２６０１号公報

実施形態の目的は、大面積化が可能な液晶光学素子及びその製造方法を提供することにある。

一実施形態によれば、液晶光学素子は、
基板と、前記基板上に配置された配向膜と、前記配向膜上に配置された液晶層を備え、前記配向膜は配向処理された複数の第１領域と、前記複数の第１領域をそれぞれ囲む第２領域と、を有し、前記液晶層は、前記第１領域と重なり、それぞれの長軸が連続的に変化する配向パターンを形成する複数の第１液晶分子を有する第１配向領域と、前記第２領域に重なり、それぞれの長軸が同一方向に並んだ複数の第２液晶分子を有する第２配向領域と、を有し、前記第１液晶分子及び第２液晶分子の配向方向が固定化された状態で硬化している。

一実施形態によれば、液晶光学素子の製造方法は、
基板上に配向膜を形成し、前記配向膜を第１円偏光の光線及び前記第１円偏光とは逆回りの第２円偏光の光線で干渉露光する第１配向処理を行い、前記配向膜を直線偏光の光線での露光する２配向処理を行い、前記配向膜上に液晶層を形成する。
他の実施形態によれば、液晶光学素子の製造方法は、
基板上に配向膜を形成し、前記配向膜を第１円偏光の光線及び前記第１円偏光とは逆回りの第２円偏光の光線で干渉露光する第１配向処理を行い、前記配向膜をラビングする第２配向処理を行い、前記配向膜上に液晶層を形成する。

一実施形態によれば、大面積化が可能な液晶光学素子及びその製造方法を提供することができる。

図１は、本実施形態に係る液晶光学素子１を模式的に示す図である。 図２は、液晶層ＬＣ１及びＬＣ２における配向パターンの一例を模式的に示す平面図である。 図３は、液晶光学素子１を模式的に示す断面図である。 図４は、液晶光学素子１の第１構成例を模式的に示す断面図である。 図５は、液晶光学素子１の第２構成例を模式的に示す断面図である。 図６は、液晶光学素子１の製造方法の一例を示すための製造フローである。 図７は、円偏光二光束干渉露光による配向処理を説明するための図である。 図８は、液晶光学素子１の製造方法の実施例１について、第１配向処理及び第２配向処理を説明するための断面図である。 図９は、液晶光学素子１の製造方法実施例２について、第１配向処理及び第２配向処理を説明するための断面図である。 図１０は、液晶光学素子１の製造方法の実施例３について、第１配向処理及び第２配向処理を説明するための断面図である。 図１１は、液晶光学素子１の製造方法の実施例４について、第１配向処理及び第２配向処理を説明するための断面図である。 図１２は、液晶光学素子１の製造方法の実施例５について、第１配向処理及び第２配向処理を説明するための断面図である。 図１３は、液晶光学素子１の製造方法の実施例６について、第１配向処理及び第２配向処理を説明するための断面図である。 図１４は、液晶光学素子１の製造方法の実施例７について、第１配向処理及び第２配向処理を説明するための断面図である。 図１５は、液晶光学素子１の製造方法の実施例８について、第１配向処理及び第２配向処理を説明するための断面図である。

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。

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。Ｘ軸に沿った方向をＸ方向または第１方向と称し、Ｙ軸に沿った方向をＹ方向または第２方向と称し、Ｚ軸に沿った方向をＺ方向または第３方向と称する。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平面と称する。Ｘ－Ｙ平面を見ることを平面視という。

図１は、本実施形態に係る液晶光学素子１を模式的に示す図である。液晶光学素子１は、基板１０と、配向膜２０と、液晶層ＬＣと、を備えている。

基板１０は、光を透過する透明基板であり、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。基板１０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。基板１０は、任意の形状を取り得る。例えば、基板１０は、湾曲していてもよい。基板１０の屈折率は、例えば、空気の屈折率よりも大きい。

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。

基板１０は、Ｘ－Ｙ平面に沿った平板状に形成され、第１主面Ｆ１と、第２主面Ｆ２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、Ｚ方向において、互いに対向している。第２主面Ｆ２は、例えば空気に接しているが、他の薄膜で覆われていてもよい。

配向膜２０は、基板１０の上に配置されている。図１に示す例では、配向膜２０は、第１主面Ｆ１に接している。

液晶層ＬＣは、配向膜２０の上に配置されている。図１に示す例では、液晶層ＬＣは、複数の第１配向領域ＬＣ１と、第２配向領域ＬＣ２と、を有している。複数の第１配向領域ＬＣ１は、Ｘ方向及びＹ方向にマトリクス状に配置されている。第２配向領域ＬＣ２は、第１配向領域ＬＣ１の周りを囲むようにＬＣ２が配置されている。液晶層ＬＣのうち、少なくとも第１配向領域ＬＣ１の各々は、入射光を回折する回折部として機能する。液晶層ＬＣについては後に詳述するが、第１配向領域ＬＣ１及び第２配向領域ＬＣ２の各々は、所定の方向に配向した液晶分子を有している。但し、第１配向領域ＬＣ１における液晶分子の配向方向は、第２配向領域ＬＣ２における液晶分子の配向方向とは異なる。

図２は、図１に示した液晶光学素子１のＹ方向に沿った断面を示す図である。

配向膜２０は、基板１０上に配置されている。配向膜２０は、配向処理された複数の第１領域Ａ１と、これらの第１領域Ａ１を囲む第２領域Ａ２と、を有している。第２領域Ａ２のＹ方向に沿った幅Ｗ２０は、例えば数μｍから数ｃｍ程度である。なお、第２領域Ａ２のＸ方向に沿った幅も幅Ｗ２０と同等である。

後に詳述するが、第１領域Ａ１及び第２領域Ａ２を形成するための配向処理は、液晶層ＬＣに含まれる液晶分子の配向方向を規定する配向規制力を配向膜２０に付与する処理であり、例えば、光照射により配向処理する光配向処理やラビングによる配向処理である。配向膜２０は、例えばポリイミドによって形成される。

液晶層ＬＣにおいて、第１配向領域ＬＣ１は第１領域Ａ１の上に形成され、第２配向領域ＬＣ２は第２領域Ａ２の上に形成されている。第１配向領域ＬＣ１及び第２配向領域ＬＣ２は、ほぼ同等の厚さＤＬＣを有している。一例では、厚さＤＬＣは、１０００ｎｍ～１０μｍであり、望ましくは、２０００ｎｍ～６０００ｎｍである。ここで説明する厚さＤＬＣは、液晶層ＬＣが単層体である場合のＺ方向に沿った厚さに相当する。なお、液晶層ＬＣは、複数の層が積層された多層体であってもよい。

配向膜２０と液晶層ＬＣの界面、及び、基板１０と配向膜２０との界面での不所望な屈折や反射を抑制する観点で、基板１０、配向膜２０、液晶層ＬＣのそれぞれの屈折率は、同等であることが望ましい。ここでの同等とは、屈折率の差分が０．１以下である場合に相当する。

図３は、液晶層ＬＣにおける配向パターンの一例を模式的に示す平面図である。配向膜２０において、点線で示す複数の第１領域Ａ１は、Ｘ方向及びＹ方向にマトリクス状に形成されている。第１領域Ａ１に重畳する第１配向領域ＬＣ１は、複数の第１液晶分子ＬＭ１を有している。第２領域Ａ２に重畳する第２配向領域ＬＣ２は、複数の第２液晶分子ＬＭ２を有している。

図３では、複数の第１液晶分子ＬＭ１のうち、配向膜２０の近傍に位置する第１液晶分子ＬＭ１１の長軸の配向方向が示され、また、複数の第２液晶分子ＬＭ２のうち、配向膜２０の近傍に位置する第２液晶分子ＬＭ２１の長軸の配向方向が示されている。

第１配向領域ＬＣ１において、Ｙ方向に沿って並んだ第１液晶分子ＬＭ１１の配向方向は、互いに異なる。

例えば、Ｙ方向に並んだ複数の第１液晶分子ＬＭ１１は、それぞれの長軸が連続的に変化する配向パターンを形成している。すなわち、Ｙ方向に並んだ第１液晶分子ＬＭ１１の各々の配向方向は、図の左から右に向かって、一定角度ずつ変化している。具体的には、Ｙ方向に並んだ第１液晶分子ＬＭ１１の各々の配向方向は、図の左から右に向かって時計回りに変化している。ここでは、第１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。

Ｘ方向に沿って並んだ第１液晶分子ＬＭ１１の配向方向は、ほぼ一致している。

つまり、第１配向領域ＬＣ１のＸ－Ｙ平面における空間位相は、Ｘ方向に沿ってほぼ一致し、Ｙ方向に沿って異なる。

第２配向領域ＬＣ２において、複数の第２液晶分子ＬＭ２１の配向方向は、ほぼ一致している。つまり、Ｘ方向に並んだ複数の第２液晶分子ＬＭ２１、及び、Ｙ方向に並んだ複数の第２液晶分子ＬＭ２１は、それぞれの長軸が同一方向を向くように並んでいる。第２液晶分子ＬＭ２１の配向方向は、Ｘ－Ｙ平面において、いずれの方向であってもよい。図示した例では、第２液晶分子ＬＭ２１の各々の配向方向は、Ｘ方向に平行である。なお、第２液晶分子ＬＭ２１の配向方向は、Ｙ方向に平行であってもよい。

このような第２配向領域ＬＣ２のＸ－Ｙ平面における空間位相は、Ｘ方向に沿ってほぼ一致し、Ｙ方向に沿ってほぼ一致している。

次に、本実施形態に係る液晶光学素子１の具体的な構成例について説明する。

（第１構成例）
図４は、液晶光学素子１の第１構成例を模式的に示す断面図である。図４は、図１に示した液晶光学素子１の第１配向領域ＬＣ１を含む断面図に相当する。第１構成例は、液晶層ＬＣが反射型の回折格子として機能する例に相当する。

液晶層ＬＣは、複数の液晶構造体ＬＭＳを有している。第１配向領域ＬＣ１に位置する液晶構造体ＬＭＳは、その一端側に位置する第１液晶分子ＬＭ１１と、その他端側に位置する第１液晶分子ＬＭ１２と、を有している。第２配向領域ＬＣ２に位置する液晶構造体ＬＭＳは、その一端側に位置する第２液晶分子ＬＭ２１と、その他端側に位置する第２液晶分子ＬＭ２２と、を有している。第１液晶分子ＬＭ１１及び第２液晶分子ＬＭ２１は配向膜２０に近接し、第１液晶分子ＬＭ１２及び第２液晶分子ＬＭ２２は液晶層ＬＣの上面ＵＳに近接している。

第１液晶分子ＬＭ１１及び第２液晶分子ＬＭ２１の配向方向は、配向膜２０の配向規制力によって規定される。
第１配向領域ＬＣ１に位置する各液晶構造体ＬＭＳは、第１液晶分子ＬＭ１１及びＬＭ１２を含む複数の第１液晶分子ＬＭ１がＺ方向に並んだ連続体としてみなすことができる。このため、第１液晶分子ＬＭ１１の配向方向が規定されることにより、第１液晶分子ＬＭ１２を含むＺ方向に並んだ複数の第１液晶分子ＬＭ１の配向方向は、第１液晶分子ＬＭ１１の配向方向に応じて規定される。これにより、各液晶構造体ＬＭＳにおける第１液晶分子ＬＭ１１及びＬＭ１２を含む複数の第１液晶分子ＬＭ１は、それぞれＸ－Ｙ平面において所定の方向に配向する。
第２配向領域ＬＣ２に位置する各液晶構造体ＬＭＳは、第２液晶分子ＬＭ２１及びＬＭ２２を含む複数の第２液晶分子ＬＭ２がＺ方向に並んだ連続体としてみなすことができる。このため、第２液晶分子ＬＭ２１の配向方向が規定されることにより、第２液晶分子ＬＭ２２を含むＺ方向に並んだ複数の第２液晶分子ＬＭ２の配向方向は、第２液晶分子ＬＭ２１の配向方向に応じて規定される。これにより、各液晶構造体ＬＭＳにおける複数の第２液晶分子ＬＭ２は、それぞれＸ－Ｙ平面において所定の方向に配向する。

本実施形態の液晶層ＬＣは、複数の第１液晶分子ＬＭ１及び複数の第２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、第１液晶分子ＬＭ１及び第２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、液晶光学素子１は、配向制御のための電極を備えていない。このような液晶層ＬＣは、例えば、モノマーに光などのエネルギーを与えて重合させることで形成される。

図４に示す構成例１では、液晶層ＬＣは、液晶構造体ＬＭＳとしてコレステリック液晶を有している。なお、図４では、図面の簡略化のため、１つの液晶分子ＬＭは、Ｘ－Ｙ平面内に位置する複数の液晶分子のうち、平均的配向方向を向いている液晶分子を代表して示している。第１配向領域ＬＣ１において配向膜２０に沿って並んだ複数の第１液晶分子ＬＭ１１の配向方向は、Ｙ方向に沿って連続的に変化している。第２配向領域ＬＣ２において配向膜２０に沿って並んだ複数の第２液晶分子ＬＭ２１の配向方向は、同一方向である。

第１配向領域ＬＣ１に位置する１つの液晶構造体ＬＭＳに着目すると、複数の第１液晶分子ＬＭ１は、旋回しながらＺ方向に沿って螺旋状に積み重ねられている。第１液晶分子ＬＭ１１の配向方向、及び、第１液晶分子ＬＭ１２の配向方向は、ほぼ一致している。液晶構造体ＬＭＳは、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（３６０度）を示す。

液晶層ＬＣは、一点鎖線で示すような複数の反射面ＲＳを有している。一例では、複数の反射面ＲＳは、互いに略平行である。反射面ＲＳは、Ｘ－Ｙ平面に対して傾斜角度φで傾斜しており、一定方向に延びる略平面形状を有している。反射面ＲＳは、ブラッグの法則に従って、入射光ＬＴｉのうち一部の光ＬＴｒを選択反射し、他の光ＬＴｔを透過する。反射面ＲＳは、傾斜角度φに応じて光ＬＴｒを反射する。

ここでの反射面ＲＳ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。なお、反射面ＲＳ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。

液晶構造体ＬＭＳであるコレステリック液晶は、選択反射帯域Δλに含まれる所定波長λの光のうち、コレステリック液晶の旋回方向と同じ旋回方向の円偏光を反射する。例えば、コレステリック液晶の旋回方向が右回りの場合、所定波長λの光のうち、右回りの円偏光を反射し、左回りの円偏光を透過する。同様に、コレステリック液晶の旋回方向が左回りの場合、所定波長λの光のうち、左回りの円偏光を反射し、右回りの円偏光を透過する。

コレステリック液晶の螺旋ピッチをＰ、液晶分子の異常光に対する屈折率をｎｅ、液晶分子の常光に対する屈折率をｎｏと記載すると、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、「ｎｏ＊Ｐ～ｎｅ＊Ｐ」で示される。なお、詳細には、コレステリック液晶の選択反射帯域Δλは、「ｎｏ＊Ｐ～ｎｅ＊Ｐ」の範囲に対して、反射面ＲＳの傾斜角度φや、入射角θｉなどに応じて変化する。

なお、液晶層ＬＣは、単層体であってもよいし多層体であってもよい。液晶層ＬＣが多層体の場合、螺旋ピッチが異なる液晶層が積層されてもよいし、螺旋の旋回方向が互いに逆となる液晶層が積層されてもよい。また、液晶層ＬＣが単層体の場合、螺旋ピッチが連続的に変化する液晶層であってもよい。

（第２構成例）
図５は、液晶光学素子１の第２構成例を模式的に示す断面図である。図５は、図１に示した液晶光学素子１の第１配向領域ＬＣ１を含む断面図に相当する。第２構成例は、液晶層ＬＣが透過型の回折格子として機能する例に相当する。

液晶層ＬＣは、配向方向が揃ったネマティック液晶を有している。第１配向領域ＬＣ１において配向膜２０に沿って並んだ複数の第１液晶分子ＬＭ１１の配向方向は、Ｙ方向に沿って連続的に変化している。第２配向領域ＬＣ２において配向膜２０に沿って並んだ複数の第２液晶分子ＬＭ２１の配向方向は、同一方向である。
なお、液晶層ＬＣが上記したような多層体の場合、一部がツイスト配向したネマティック液晶であってもよい。

液晶層ＬＣの屈折率異方性あるいは複屈折性をΔｎ（液晶分子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）とし、液晶層ＬＣの厚さをＤＬＣとし、回折光の波長をλとしたときに、液晶層ＬＣのリタデーションΔｎ・ＤＬＣは、λ／２とすることが望ましい。

第１配向領域ＬＣ１に位置する１つの液晶構造体ＬＭＳに着目すると、第１液晶分子ＬＭ１１の配向方向、及び、第１液晶分子ＬＭ１２の配向方向は、ほぼ一致している。また、第１液晶分子ＬＭ１１及び第１液晶分子ＬＭ１２含むＺ方向に並んだ第１液晶分子ＬＭ１の配向方向は、ほぼ一致している。

このような液晶光学素子１に対しては、液晶層ＬＣの側から光が入射する場合もあり得るし、基板１０の側から光が入射する場合もあり得る。ここでは、液晶層ＬＣの側から光が入射する場合について説明する。入射光ＬＴｉは、液晶光学素子１を透過した後に、０次回折光ＬＴ０及び１次回折光ＬＴ１に分割される。０次回折光ＬＴ０の回折角θｄ０は、入射光ＬＴｉの入射角θｉと同等である。１次回折光ＬＴ１の回折角θｄ１は、入射角θｉとは異なる。

次に、液晶光学素子１の製造方法の一例について説明する。
図６は、図１に示した液晶光学素子１の製造方法の一例を説明するための製造フローである。
まず、図６のステップ１（Ｓ１）では、洗浄した基板１０の第１主面Ｆ１に配向膜２０を形成する。配向膜２０は、例えば、ポリイミドによって形成される。
続いて、図６のステップ２（Ｓ２）では、配向膜２０に第１領域Ａ１を形成するための第１配向処理を行う。ここでの第１配向処理とは、後に詳述するが、第１円偏光の光線及び第１円偏光とは逆回りの第２円偏光の光線を用いた二光束の干渉露光による処理である。一例では、第１円偏光及び第２円偏光の光線の波長は紫外線である。なお、配向膜の種類によっては、紫外線ではなく、第１波長帯の光線を用いて第１配向処理を行う場合もある。

１回の第１配向処理で露光可能な面積よりも大きな面積を有する液晶光学素子１を製造する場合、配向膜２０を複数の領域に分割して、各領域に対して順次、第１配向処理を行う。このようにして１回の露光による第１配向処理が行われた領域は、図２の第１領域Ａ１に相当する。第１領域Ａ１の配向処理方向は、図３に示した第１液晶分子ＬＭ１１の配向パターンを形成するように設定されている。

続いて、図６のステップ３（Ｓ３）では、配向膜２０に第２領域Ａ２を形成するための第２配向処理を行う。ここでの第２配向処理とは、後に詳述するが、直線偏光の光線で露光する光配向処理または一方向にラビングする配向処理である。また、第２配向処理は、配向膜２０全体に行う配向処理である。このとき、第１配向処理が行われた領域は、マスクによって覆われる場合がある。第１配向処理が行われず第２配向処理が行われた領域は、図２の第２領域Ａ２に相当する。第２領域Ａ２の配向処理方向は、図３に示した第１液晶分子ＬＭ２１の一様な配向パターンを形成するように設定されている。

なお、上記のステップ２（Ｓ２）及びステップ３（Ｓ３）の順序は逆であってもよい。
また、配向膜２０にポリイミドを用いる場合、ポリイミドのイミド化は、第１配向処理の前でもよいし、第２配向処理の後でもよい。
続いて、図６のステップ４（Ｓ４）では、配向膜２０の上に液晶モノマーを含む液晶材料を塗布して、膜状に形成する。液晶材料は、例えば、コレステリック液晶を形成するための液晶モノマーを溶媒に溶かしたものである。液晶材料が配向膜２０に接するため、溶媒は、液晶モノマーを可溶とし、配向膜２０を不溶とする性質を有している。液晶材料は、配向処理された第１領域Ａ１及び第２領域Ａ２を覆うようにして配向膜２０の表面全体に塗布する。その後、液晶材料を塗布した基板１０をチャンバーに設置し、チャンバー内を減圧することで、液晶材料に含まれる溶媒を乾燥する。

その後、液晶材料をベークする。これにより、液晶材料に含まれる液晶分子のうち、第１領域Ａ１に重なる第１液晶分子ＬＭ１及び第２領域Ａ２に重なる第２液晶分子ＬＭ２は、配向膜２０の配向処理方向に応じて所定の方向に配向する。
このとき、液晶材料は未硬化の状態で膜状に形成されている。

続いて、図６のステップ５（Ｓ５）では、液晶材料に対して紫外線を照射して液晶材料を硬化する。紫外線は、配向膜２０に重なる未硬化の液晶モノマーに照射される。これにより、液晶モノマーがポリマー化され、液晶材料を硬化させ、液晶層ＬＣを得る。

このような実施形態によれば、液晶層ＬＣは、複数の第１領域Ａ１にそれぞれ重なる第１配向領域ＬＣ１を有している。複数の第１配向領域ＬＣ１は、それぞれ所定の配向パターンを形成した第１液晶分子ＬＭ１を含み、回折格子として機能する。このように、同一基板上に回折格子として機能する複数の第１配向領域ＬＣ１が形成されることにより、液晶光学素子１の大面積化が可能となる。

また、液晶層ＬＣは、隣接する第１配向領域ＬＣ１の間に、第２領域Ａ２に重なる第２配向領域ＬＣ２を有している。第２配向領域ＬＣ２は、いずれも長軸が同一方向を向くように配向した第２液晶分子ＬＭ２を含んでいる。このため、第２配向領域ＬＣ２における不所望な散乱及び白濁化が抑制され、液晶光学素子１における光の利用効率の低下を抑制することができる。

以下に、第２配向領域ＬＣ２を形成する理由について説明する。
上記のように、液晶光学素子１の大面積化に際しては、配向膜２０を複数の領域に分割して、それぞれの領域に第１配向処理を行い、第１領域Ａ１を形成する必要がある。このとき、第１配向処理が行われる領域の間には、数μｍから数ｃｍ程度の幅で第１配向処理が行われない領域（隙間）が生じる場合がある。そのため、配向膜２０の全体に第２配向処理を行う。これにより、たとえ第１配向処理が行われない領域が生じたとしても、その領域が第２配向処理によって同一方向に配向規制力を有する第２領域Ａ２として形成される。このため、液晶層ＬＣのうち、第２領域Ａ２に重なる第２液晶分子ＬＭ２は、それぞれの長軸が同一方向を向くように配向し、第２配向領域ＬＣ２を形成する。したがって、第１配向処理を行った際の隙間での液晶分子の配向乱れを抑制することができる。

次に、円偏光二光速干渉露光による第１配向処理について説明する。
図７は、円偏光二光束干渉露光による第１配向処理を説明するための図である。
レーザー光源からのビームを平行光束に拡大し、この光束を偏光ビームスプリッタで二つの光束に分割した後、それぞれ波長板を透過した際に、右回りの第１円偏光７１及び左回りの第２円偏光７２に変換される。これらの第１円偏光７１及び第２円偏光７２は、配向膜２０の表面で干渉する。配向膜２０上で第１円偏光７１及び第２円偏光７２が干渉した領域７３には、空間的に変化する偏光パターンが配向処理方向ＡＤとして記録される。領域７３には、配向処理方向ＡＤに沿った配向規制力が付与される。液晶層ＬＣの第１液晶分子ＬＭ１は、配向処理方向ＡＤに沿って配向する。

以下、液晶光学素子１の製造方法のうち、図６のステップ２（Ｓ２）で説明した第１配向処理及びステップ３（Ｓ３）で説明した第２配向処理のいくつかの実施例について説明する。

（実施例１）
図８は、液晶光学素子１の製造方法の実施例１について、第１配向処理及び第２配向処理を説明するための断面図である。

実施例１では、第１配向処理は、第２配向処理に先立って行う。図８の上側に示すように、干渉露光による第１配向処理は、配向膜２０を複数の領域に分割して行うが、ここでは１つの領域に第１配向処理を行う様子を示している。配向膜２０のうちの１つの領域は、第１配向処理を行うことによって第１領域Ａ１として形成される。

その後、図８の下側に示す第２配向処理を行う。実施例１の第２配向処理は、直線偏光の紫外線で露光することによる配向処理であり、配向膜２０の全面に行う。但し、実施例１では、第２配向処理工程において、まず第１領域Ａ１に対応した遮蔽部ＬＳ及び第２領域Ａ２に対応した開口部ＡＰを有するマスクＭＫを用意する。そして、遮蔽部ＬＳと第１領域Ａ１とが重なるようにマスクＭＫの位置合せを行う。マスクＭＫは、配向膜２０に接していてもよいし、配向膜２０から離間していてもよい。そして、マスクＭＫを介して直線偏光の紫外線８０を照射する。紫外線８０の一部は遮蔽部ＬＳで遮光され、第１領域Ａ１は紫外線８０で露光されない。開口ＡＰを透過した紫外線８０は、配向膜２０の表面に照射される。このように第２配向処理された領域は、第２領域Ａ２として形成される。つまり、実施例１では、第１配向処理の露光のみで第１領域Ａ１を形成し、また、第２配向処理の露光のみで第２領域Ａ２を形成している。
これにより、第１領域Ａ１及び第２領域Ａ２を有する配向膜２０を得ることができる。
なおマスクＭＫの代わりにＮＤフィルターを用いてもよい。

（実施例２）
図９は、液晶光学素子１の製造方法の実施例２について、第１配向処理及び第２配向処理を説明するための断面図である。
実施例２では、第２配向処理は第１配向処理に先立って行う以外、実施例１と同様である。

まず、図９の上側に示すように、第１領域Ａ１を形成すべき領域に対応した遮蔽部ＬＳと、第２領域Ａ２を形成すべき領域に対応した開口部ＡＰと、を有するマスクＭＫを用意する。そして、配向膜２０に重なるようにマスクＭＫを配置する。マスクＭＫは、配向膜２０に接していてもよいし、配向膜２０から離間していてもよい。そして、マスクＭＫを介して直線偏光の紫外線８０を照射する。紫外線８０の一部は、遮蔽部ＬＳで遮光される。このため、配向膜２０のうち、遮蔽部ＬＳに重なる領域には、紫外線８０が照射されない。開口ＡＰを透過した紫外線８０は、配向膜２０の表面に照射される。このように第２配向処理された領域は、第２領域Ａ２として形成される。

次に、図９の下側に示すように、マスクを外し、第２配向処理された配向膜２０に第１配向処理を行う。第１配向処理を行う領域は、第２配向処理で遮蔽部ＬＳに重なり配向処理されなかった領域であり、この領域に重なるように位置合わせして行う。そして、この領域は、干渉露光による第１配向処理が行われることによって第１領域Ａ１として形成される。
これにより、第１領域Ａ１及び第２領域Ａ２を有する配向膜２０を得ることができる。
また実施例２でも、実施例１と同様に、マスクの代わりにＮＤフィルターを用いてもよい。

（実施例３）
図１０は、液晶光学素子１の製造方法の実施例３について、第１配向処理及び第２配向処理を説明するための断面図である。
実施例３は、上記の実施例１及び実施例２と比較して、マスクを使用せずに第２配向処理を行う点で相違している。なお、第１配向処理については実施例１と同様である。

まず、図１０の上側に示すように、配向膜２０の複数の領域に干渉露光による第１配向処理を行う。これにより、第１領域Ａ１が形成される。

そして、図１０の下側に示すように、第２配向処理を行う。実施例３の第２配向処理は、実施例１と同様に、直線偏光の紫外線で露光することによる配向処理であり、配向膜２０の全面に行う。但し、第２配向処理は、第１配向処理の露光量よりも弱い露光量で行う。一例では、第１配向処理の露光量が９００ｍＪ／ｃｍ^２以上であり、第２配向処理の露光量が３００ｍＪ／ｃｍ^２程度である。

発明者が検討したところでは、配向膜に対する紫外線の露光量が３００ｍＪ／ｃｍ^２以上であれば、配向膜に配向規制力が発生することを確認した。また、第２配向処理での露光量が第１配向処理での露光量の１／３以下であれば、第１配向処理によって形成された第１領域Ａ１が、第２配向処理に際して直線偏光の紫外線で露光されても、第１領域Ａ１の配向処理方向が変化することはなかった。
これにより、第１領域Ａ１及び第２領域Ａ２を有する配向膜２０を得ることができる。

（実施例４）
図１１は、液晶光学素子１の製造方法の実施例４について、第１配向処理及び第２配向処理を説明するための断面図である。
実施例４では、第１配向処理に先立って第２配向処理を行う以外、実施例３と同様である。

まず、図１１の上側に示すように、第２配向処理を行う。そして、図１１の下側に示すように、第１配向処理を行う。実施例４の第２配向処理は、実施例３と同様、第１配向処理の露光量よりも弱い露光量で行う。

これにより、第１領域Ａ１及び第２領域Ａ２を有する配向膜２０を得ることができる。

（実施例５）
図１２は、液晶光学素子１の製造方法の実施例５について、第１配向処理及び第２配向処理を説明するための断面図である。
実施例５は、上記の実施例１乃至４と比較して、第２配向処理として、光配向処理の代わりに一方向にラビングする配向処理を行う点で相違している。なお、第１配向処理については実施例１と同様である。

実施例５では、第１配向処理は、第２配向処理に先立って行う。図１２の上側に示すように、干渉露光による第１配向処理は、配向膜２０を複数の領域に分割して、複数回行う。これにより、第１領域Ａ１が形成される。

続けて、図１２の下側に示すように、第１配向処理された配向膜２０に第２配向処理を行う。第２配向処理は、ラビングによる配向処理で行う。

ここで、ラビングによる配向処理とは、ローラーに巻き付けられたラビングクロスを配向膜に当てて摩擦させ、配向膜表面に微細な溝構造を形成する処理である。ラビング処理では、処理速度（ローラの回転速度またはローラの移動速度）を変化させたり、配向膜に対するローラーの押し込み量を変えたりすることにより、ラビング強度を変化させることができる。

実施例５の第２配向処理は、配向膜２０の全面に行う。但し、実施例５では、第２配向処理工程において、まず第１領域Ａ１に対応した遮蔽部ＬＳ及び第２領域Ａ２に対応した開口部ＡＰを有するマスクＭＫを用意する。そして、遮蔽部ＬＳと第１領域Ａ１とが重なるようにマスクＭＫの位置合せを行う。マスクＭＫは、配向膜２０に接していてもよいし、配向膜２０から離間していてもよい。そして、マスクＭＫを介してラビング処理を行う。開口ＡＰを通してラビングクロスのパイル９０は配向膜２０と接触する。パイル９０が配向膜２０の表面をこすることで、配向膜２０上に微細な溝構造が形成される。これにより、第２領域Ａ２が形成される。なお、マスクＭＫの遮蔽部ＬＳは、第１領域Ａ１に重なっているため、ラビングクロスのパイル９０は、第１領域Ａ１には接触しない。つまり、実施例５では、第１配向処理の露光のみで第１領域Ａ１を形成し、また、第２配向処理のラビング処理のみで第２領域Ａ２を形成している。
これにより、第１領域Ａ１及び第２領域Ａ２を有する配向膜２０を得ることができる。

（実施例６）
図１３は、液晶光学素子１の製造方法の実施例６について、第１配向処理及び第２配向処理を説明するための断面図である。
実施例６では、第２配向処理は第１配向処理に先立って行う以外、実施例５と同様である。

まず、図１３の上側に示すように、第１領域Ａ１を形成すべき領域に対応した遮蔽部ＬＳ及び第２領域Ａ２を形成すべき領域に対応する開口ＡＰを有するマスクＭＫを用意する。そして、配向膜２０に重なるようにマスクＭＫを配置する。マスクＭＫは、配向膜２０に接していてもよいし、配向膜２０から離間していてもよい。そして、マスクＭＫを介してラビング処理をする。開口ＡＰを通して配向膜２０と接触したラビングクロスのパイル９０は、配向膜２０の表面をこすることで、配向膜２０上に微細な溝構造を形成する。これにより、第２領域Ａ２が形成される。配向膜２０のうち、遮蔽部ＬＳに重なる領域には、パイル９０が接触しない。
次に、図１３の下側に示すように、マスクを外し、第２配向処理された配向膜２０に第１配向処理を行う。第１配向処理を行う領域は、第２配向処理の際に遮蔽部ＬＳで重なり配向処理されなかった領域であり、この領域に重なるように位置合わせして行う。そして、この領域は、干渉露光による第１配向処理が行われることによって第１領域Ａ１として形成される。
これにより、第１領域Ａ１及び第２領域Ａ２を有する配向膜２０を得ることができる。

（実施例７）
図１４は、液晶光学素子１の製造方法の実施例７について、第１配向処理及び第２配向処理を説明するための断面図である。
実施例７は、実施例６と比較して、マスクを使用せずに第２配向処理を行う点で相違している。

まず、図１４の上側に示すように、配向膜２０の複数の領域に干渉露光による第１配向処理を行う。これにより、第１領域Ａ１が形成される。

そして、図１４の下側に示すように、第２配向処理を行う。

実施例７の第２配向処理では、弱いラビング強度で配向処理をすることが望ましい。ここでの弱いラビング強度とは、第１領域Ａ１の配向処理方向が変化しない程度の強度に相当する。上記の通りラビング強度は、処理速度や押し込み量を変えることにより、変化させることができる。
これにより、第１領域Ａ１及び第２領域Ａ２を有する配向膜２０を得ることができる。

（実施例８）
図１５は、液晶光学素子１の製造方法の実施例８について、第１配向処理及び第２配向処理を説明するための断面図である。
実施例８では、第１配向処理に先立って第２配向処理を行う以外、実施例７と同様である。

まず、図１５の上側に示すように、第２配向処理を行う。そして、図１５の下側に示すように、第１配向処理を行う。実施例８の第２配向処理では、実施例７と同様、弱いラビング強度で配向処理することが望ましい。
これにより、第１領域Ａ１及び第２領域Ａ２を有する配向膜２０を得ることができる。

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提供することができる。

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、例として例示したものであり、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。

１…液晶光学素子、１０…基板、２０…配向膜、
ＬＣ１…第１液晶層、ＬＣ２…第２液晶層、Ａ１…第１領域、Ａ２…第２領域

Claims (4)

1. 基板上に配向膜を形成し、
   前記配向膜を第１円偏光の光線及び前記第１円偏光とは逆回りの第２円偏光の光線で干渉露光する第１配向処理を行い、
   前記配向膜を直線偏光の光線で露光する第２配向処理を行い、
   前記配向膜上に液晶層を形成し、
   前記第１配向処理は、前記第２配向処理に先立って、前記配向膜の複数の領域に行い、
   前記第２配向処理は、前記配向膜の全面に行い、
   前記第２配向処理の露光量は、前記第１配向処理の露光量よりも小さい、液晶光学素子の製造方法。
2. 基板上に配向膜を形成し、
   前記配向膜を第１円偏光の光線及び前記第１円偏光とは逆回りの第２円偏光の光線で干渉露光する第１配向処理を行い、
   前記配向膜を直線偏光の光線で露光する第２配向処理を行い、
   前記配向膜上に液晶層を形成し、
   前記第２配向処理は、前記第１配向処理に先立って前記配向膜の全面に行い、
   前記第１配向処理は、前記配向膜の複数の領域に行い、
   前記第２配向処理の露光量は、前記第１配向処理の露光量よりも小さい、液晶光学素子の製造方法。
3. 基板上に配向膜を形成し、
   前記配向膜を第１円偏光の光線及び前記第１円偏光とは逆回りの第２円偏光の光線で干渉露光する第１配向処理を行い、
   前記配向膜をラビングする第２配向処理を行い、
   前記配向膜上に液晶層を形成し、
   前記第１配向処理は、前記第２配向処理に先立って、前記配向膜の複数の領域に行い、
   前記第２配向処理は、前記配向膜の全面に行い、前記第２配向処理のラビング強度は、前記第１配向処理に影響を与えない程度に弱い、液晶光学素子の製造方法。
4. 基板上に配向膜を形成し、
   前記配向膜を第１円偏光の光線及び前記第１円偏光とは逆回りの第２円偏光の光線で干渉露光する第１配向処理を行い、
   前記配向膜をラビングする第２配向処理を行い、
   前記配向膜上に液晶層を形成し、
   前記第２配向処理は、前記第１配向処理に先立って前記配向膜の全面に行い、
   前記第１配向処理は、前記配向膜の複数の領域に行い、前記第２配向処理のラビング強度は、前記第１配向処理に影響を与えない程度に弱い、液晶光学素子の製造方法。