(57)【要約】  光学素子（１００）の液晶層（３）は第１液晶（ＦＬ）を含む。液晶構造体（５）は液晶層（３）中に配置される。液晶層（３）は、第１領域（Ａ１）と第２領域（Ａ２）とを有する。液晶構造体（５）は、第１表面領域（Ｂ１）と第２表面領域（Ｂ２）とを有する。第１条件と第２条件とのうちの少なくとも１つの条件が満足される。第１条件は、液晶層（３）に外部から刺激が付与されていない時に、第１領域（Ａ１）での液晶分子（ＬＣＡ）の配向と第２領域（Ａ２）での液晶分子（ＬＣＢ）の配向とが異なることである。第２条件は、液晶層（３）に刺激が付与されていない時に、第１表面領域（Ｂ１）での液晶分子（ＬＣＣ）の配向と第２表面領域（Ｂ２）での液晶分子（ＬＣＤ）の配向とが異なることである。液晶層（３）に対する刺激に基づく第１液晶（ＦＬ）の配向の変化に応じて、液晶構造体（５）は、第２液晶（ＳＬ）の配向を維持したまま姿勢を変更する。
2020036227.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板と、
第２基板と、
前記第１基板と前記第２基板との間に配置され、第１液晶を含む液晶層と、
前記液晶層中に配置され、第２液晶を含む液晶構造体と
を備え、
前記液晶層は、前記第１基板に対向する第１領域と、前記第２基板に対向する第２領域とを有し、
前記液晶構造体は、前記第２液晶の配向を定める第１表面領域と、前記第１表面領域に対向する第２表面領域とを有し、
第１条件と第２条件とのうちの少なくとも１つの条件が満足され、
前記第１条件は、前記液晶層に外部から刺激が付与されていない時に、前記第１領域での液晶分子の配向と前記第２領域での液晶分子の配向とが異なることであり、
前記第２条件は、前記液晶層に前記刺激が付与されていない時に、前記第１表面領域での液晶分子の配向と前記第２表面領域での液晶分子の配向とが異なることであり、
前記液晶層に対する前記刺激に基づく前記第１液晶の配向の変化に応じて、前記液晶構造体は、前記第２液晶の配向を維持したまま姿勢を変更し、
前記液晶構造体は、前記姿勢に依存して光を反射するか、又は、前記姿勢に依存して光を吸収する、光学素子。
【請求項２】
前記液晶層に前記刺激が付与されていない時に、前記液晶層の前記第１液晶の配向変形が、前記第１基板と前記第２基板との間で、ねじれ変形を示している、請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記液晶層に前記刺激が付与されていない時に、前記液晶層の前記第１液晶の配向変形が、前記第１基板と前記第２基板との間で、広がり・曲がり変形を示している、請求項１に記載の光学素子。
【請求項４】
前記液晶層に前記刺激が付与されていない時に、前記液晶層の前記第１液晶の配向が、前記第１基板と前記第２基板との間で、プレチルトありの垂直ねじれ配向を示す、請求項１に記載の光学素子。
【請求項５】
前記液晶層に前記刺激が付与されていない時は、前記液晶構造体は、前記第１液晶の配向に応じて第１姿勢をとり、
前記液晶層に前記刺激が付与されている時は、前記液晶構造体は、前記第１液晶の配向の変化に応じて前記第１姿勢と異なる第２姿勢をとり、
前記液晶構造体が前記第１姿勢及び第２姿勢のうちの一方の姿勢をとった場合、前記液晶構造体は、光を反射し、
前記液晶構造体が前記第１姿勢及び第２姿勢のうちの他方の姿勢をとった場合、前記液晶構造体は、前記光を透過する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項６】
前記液晶構造体は、前記液晶層に付与される前記刺激の大きさに応じて姿勢を変更し、前記姿勢の変更に応じて光の反射方向を変更する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項７】
前記液晶構造体の前記第２液晶は、各々が選択反射性を有する複数の螺旋構造体を有し、
前記複数の螺旋構造体の各々は、複数の液晶分子を含み、
前記複数の螺旋構造体の各々において、前記複数の液晶分子は、螺旋状に旋回しており、
前記複数の螺旋構造体の螺旋軸は、一定方向に揃っている、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項８】
前記液晶層に前記刺激が付与されていない時は、前記液晶構造体は、前記第１液晶の配向に応じて第１姿勢をとり、
前記液晶層に前記刺激が付与されている時は、前記液晶構造体は、前記第１液晶の配向の変化に応じて前記第１姿勢と異なる第２姿勢をとり、
前記液晶構造体が前記第１姿勢及び第２姿勢のうちの一方の姿勢をとった場合、前記液晶構造体は、光を吸収し、
前記液晶構造体が前記第１姿勢及び第２姿勢のうちの他方の姿勢をとった場合、前記液晶構造体は、前記光を透過する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項９】
前記液晶構造体は、前記液晶層に付与される前記刺激の大きさに応じて姿勢を変更し、前記姿勢の変更に応じて光の吸収率を変更する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項１０】
前記液晶構造体は、二色性色素を含み、
前記液晶構造体の前記第２液晶の配向が、プラナー配向、かつ、１軸配向を示す、請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項８、又は、請求項９に記載の光学素子。
【請求項１１】
前記液晶層の複数箇所に対して前記刺激としての駆動電圧を個別に印加する電極パターンをさらに備え、
前記電極パターンによる前記液晶層に対する前記駆動電圧の印加に応じて、前記液晶構造体は、第１軸線及び／又は第２軸線の周りの回転によって姿勢を変更する、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項１２】
前記第１領域での複数の前記液晶分子の配向が相違し、
前記第２領域での複数の前記液晶分子の配向が相違し、
前記刺激が前記液晶層に付与された時に、前記第１領域での前記複数の液晶分子の配向の相違と、前記第２領域での前記複数の液晶分子の配向の相違とに応じて、複数の前記液晶構造体の姿勢が個別に変化する、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、膜の形式であるポリマー分散液晶構造が記載されている。ポリマー分散液晶構造は、ポリマーと、複数の液滴とを含む。複数の液滴は、ポリマー中に分散される。【０００３】
ポリマー分散液晶構造は、ゼロ電界／ＯＦＦ状態で強光散乱特性を示す。ある光線Ｌ１は、膜表面に直交して膜に入射するが、液滴におけるドメイン間の境界で屈折する。光線Ｌ１は、垂線に対して大きな角度をなして膜から出射する。別の光線Ｌ２は、表面垂線から約３０°で入射するが、効果的に内部で反射し、入射したのと同一表面から出射する。更に別の光線Ｌ３は、鋭角的な角度で膜に入射し、いくつかの大きく異なる角度で出射するよう散乱する。【０００４】
具体的には、ゼロ電界／ＯＦＦ状態では、液滴に含まれるコレステリック液晶の分子は、螺旋構造に配向する。螺旋軸線が互いに平行であり、同一屈折率を有する螺旋構造を有する領域は、ドメインと称される。液滴は、ドメインを数多く有している。各ドメインの境界で、屈折率が隣り合うドメインで一致せず、螺旋軸線の相互乖離および液晶の複屈折から生ずる屈折率の不一致度が大きくなればなるほど、より強く光が屈折する。液滴内の複数の螺旋構造の螺旋軸線は平行でない。従って、各螺旋構造は液滴で異なるドメインに属する。液滴内で安定化した、ドメインの数およびドメインの乖離を最大化することによってゼロ電界／ＯＦＦ状態の不透明度を最大化する。【０００５】
一方、ポリマー分散液晶構造は、適切な強さの電界（５０Ｖ）／ＯＮ状態で可視光波長に対してクリア／透明状態となる特性を示す。基板表面に対してほぼ直交する方向に見るとき、ある光線Ｌ４は透過するため、ディスプレイは、ボケがほとんどなく、またはガラスの透明度に近い透明度を有する。見る角度を垂線に対して増大するにつれ、液滴の体積および液晶複屈折に基づくレベルに基づいて僅かにボケ量が増大する。【０００６】
具体的には、適切な強さの電界（５０Ｖ）／ＯＮ状態では、液滴に含まれるコレステリック液晶の螺旋をほどき、ドメインを消失させ、液晶分子を電界に平行に配向させる。従って、各液滴において、液晶は、ホメオトロピック配向を有し、高度に秩序付けられる。その結果、透明度が高くなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表２０１０−５３１４６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載されているポリマー分散液晶構造では、強い電界によってコレステリック液晶の螺旋をほどいて、ポリマー分散液晶構造の光学的特性を制御している。従って、ポリマー分散液晶構造の光学的特性を制御するためには、比較的大きな駆動電圧（刺激）が要求される。【０００９】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、外部からの比較的小さな刺激によって光学的特性を制御可能な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】
【００１０】
本発明の一局面によれば、光学素子は、第１基板と、第２基板と、液晶層と、液晶構造体とを備える。液晶層は、前記第１基板と前記第２基板との間に配置され、第１液晶を含む。液晶構造体は、前記液晶層中に配置され、第２液晶を含む。前記液晶層は、前記第１基板に対向する第１領域と、前記第２基板に対向する第２領域とを有する。前記液晶構造体は、前記第２液晶の配向を定める第１表面領域と、前記第１表面領域に対向する第２表面領域とを有する。第１条件と第２条件とのうちの少なくとも１つの条件が満足される。前記第１条件は、前記液晶層に外部から刺激が付与されていない時に、前記第１領域での液晶分子の配向と前記第２領域での液晶分子の配向とが異なることである。前記第２条件は、前記液晶層に前記刺激が付与されていない時に、前記第１表面領域での液晶分子の配向と前記第２表面領域での液晶分子の配向とが異なることである。前記液晶層に対する前記刺激に基づく前記第１液晶の配向の変化に応じて、前記液晶構造体は、前記第２液晶の配向を維持したまま姿勢を変更する。前記液晶構造体は、前記姿勢に依存して光を反射するか、又は、前記姿勢に依存して光を吸収する。【００１１】
本発明の光学素子において、前記液晶層に前記刺激が付与されていない時に、前記液晶層の前記第１液晶の配向変形が、前記第１基板と前記第２基板との間で、ねじれ変形を示していることが好ましい。【００１２】
本発明の光学素子において、前記液晶層に前記刺激が付与されていない時に、前記液晶層の前記第１液晶の配向変形が、前記第１基板と前記第２基板との間で、広がり・曲がり変形を示していることが好ましい。【００１３】
本発明の光学素子において、前記液晶層に前記刺激が付与されていない時に、前記液晶層の前記第１液晶の配向が、前記第１基板と前記第２基板との間で、プレチルトありの垂直ねじれ配向を示すことが好ましい。【００１４】
本発明の光学素子において、前記液晶層に前記刺激が付与されていない時は、前記液晶構造体は、前記第１液晶の配向に応じて第１姿勢をとることが好ましい。前記液晶層に前記刺激が付与されている時は、前記液晶構造体は、前記第１液晶の配向の変化に応じて前記第１姿勢と異なる第２姿勢をとることが好ましい。前記液晶構造体が前記第１姿勢及び第２姿勢のうちの一方の姿勢をとった場合、前記液晶構造体は、光を反射することが好ましい。前記液晶構造体が前記第１姿勢及び第２姿勢のうちの他方の姿勢をとった場合、前記液晶構造体は、前記光を透過することが好ましい。【００１５】
本発明の光学素子において、前記液晶構造体は、前記液晶層に付与される前記刺激の大きさに応じて姿勢を変更し、前記姿勢の変更に応じて光の反射方向を変更することが好ましい。【００１６】
本発明の光学素子において、前記液晶構造体の前記第２液晶は、各々が選択反射性を有する複数の螺旋構造体を有することが好ましい。前記複数の螺旋構造体の各々は、複数の液晶分子を含むことが好ましい。前記複数の螺旋構造体の各々において、前記複数の液晶分子は、螺旋状に旋回していることが好ましい。前記複数の螺旋構造体の螺旋軸は、一定方向に揃っていることが好ましい。【００１７】
本発明の光学素子において、前記液晶層に前記刺激が付与されていない時は、前記液晶構造体は、前記第１液晶の配向に応じて第１姿勢をとることが好ましい。前記液晶層に前記刺激が付与されている時は、前記液晶構造体は、前記第１液晶の配向の変化に応じて前記第１姿勢と異なる第２姿勢をとることが好ましい。前記液晶構造体が前記第１姿勢及び第２姿勢のうちの一方の姿勢をとった場合、前記液晶構造体は、光を吸収することが好ましい。前記液晶構造体が前記第１姿勢及び第２姿勢のうちの他方の姿勢をとった場合、前記液晶構造体は、前記光を透過することが好ましい。【００１８】
本発明の光学素子において、前記液晶構造体は、前記液晶層に付与される前記刺激の大きさに応じて姿勢を変更し、前記姿勢の変更に応じて光の吸収率を変更することが好ましい。【００１９】
本発明の光学素子において、前記液晶構造体は、二色性色素を含むことが好ましい。前記液晶構造体の前記第２液晶の配向が、プラナー配向、かつ、１軸配向を示すことが好ましい。【００２０】
本発明の光学素子は、電極パターンをさらに備えることが好ましい。電極パターンは、前記液晶層の複数箇所に対して前記刺激としての駆動電圧を個別に印加することが好ましい。前記電極パターンによる前記液晶層に対する前記駆動電圧の印加に応じて、前記液晶構造体は、第１軸線及び／又は第２軸線の周りの回転によって姿勢を変更することが好ましい。【００２１】
本発明の光学素子において、前記第１領域での複数の前記液晶分子の配向が相違することが好ましい。前記第２領域での複数の前記液晶分子の配向が相違することが好ましい。前記刺激が前記液晶層に付与された時に、前記第１領域での前記複数の液晶分子の配向の相違と、前記第２領域での前記複数の液晶分子の配向の相違とに応じて、複数の前記液晶構造体の姿勢が個別に変化することが好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、外部からの比較的小さな刺激によって光学的特性を制御可能な光学素子を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態に係る光学システムを示す模式的断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る光学素子を示す模式的断面図である。
【図３】（ａ）は、本発明の一実施形態に係る光学素子の第１条件を示す図である。（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る光学素子の第２条件を示す図である。
【図４】本発明の実施形態１に係る光学素子に駆動電圧を印加していない時の光学素子の状態を示す模式的断面図である。
【図５】実施形態１に係る光学素子に第１電圧値を有する駆動電圧を印加している時の光学素子の状態を示す模式的断面図である。
【図６】実施形態１に係る光学素子に第２電圧値を有する駆動電圧を印加している時の光学素子の状態を示す模式的断面図である。
【図７】（ａ）は、比較例に係る光学素子に駆動電圧を印加していない時の光学素子の状態を示す模式的断面図である。（ｂ）は、比較例に係る光学素子に駆動電圧を印加していない時の光学素子の別の状態を示す模式的断面図である。
【図８】（ａ）は、比較例に係る光学素子に第１電圧値を有する駆動電圧を印加している時の光学素子の状態を示す模式的断面図である。（ｂ）は、比較例に係る光学素子に第１電圧値を有する駆動電圧を印加している時の光学素子の別の状態を示す図である。
【図９】本発明の実施形態２に係る光学素子に駆動電圧を印加していない時の光学素子の状態を示す模式的断面図である。
【図１０】実施形態２に係る光学素子に駆動電圧を印加している時の光学素子の状態を示す模式的断面図である。
【図１１】本発明の実施形態３に係る光学素子に駆動電圧を印加していない時の光学素子の状態を示す模式的断面図である。
【図１２】実施形態３に係る光学素子に駆動電圧を印加している時の光学素子の状態を示す模式的断面図である。
【図１３】本発明の実施形態４に係る光学素子の液晶構造体を示す模式的断面図である。
【図１４】本発明の実施形態５に係る光学素子を示す斜視図である。
【図１５】実施形態５に係る光学システムを示す平面図である。
【図１６】実施形態５の変形例に係る光学システムを示す平面図である。
【図１７】本発明の実施形態６に係る光学素子を示す斜視図である。
【図１８】実施形態６に係る光学システムを示す平面図である。
【図１９】実施形態６の変形例に係る光学システムを示す平面図である。
【図２０】本発明の実施例に係る光学素子の駆動電圧と液晶構造体の回転角との関係を示すグラフである。
【図２１】本実施例に係る光学素子の光透過率と駆動電圧との関係を示すグラフである。
【図２２】（ａ）は、比較例に係る光学素子の反射光強度を示すグラフである。（ｂ）は、本実施例に係る光学素子の反射光強度を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図中、同一または相当部分には同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。また、図面には、発明の理解を容易にするため、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を記載することがある。Ｘ軸およびＹ軸は水平方向に平行であり、Ｚ軸は鉛直方向に平行である。ただし、図面の記載は、本発明の光学素子の使用状態を限定するものではない。
【００２５】
まず、図１及び図２を参照して、本発明の一実施形態に係る光学システム３００を説明する。図１は、本実施形態に係る光学システム３００を示す模式的断面図である。図１に示すように、光学システム３００は、光学素子１００と、刺激付与部２００とを備える。光学素子１００は、第１基板１と、第２基板２と、液晶層３と、複数の液晶構造体５とを含む。なお、光学素子１００は、単数の液晶構造体５を含んでいてもよい。
【００２６】
第１基板１と第２基板２とは互いに略平行に配置される。第１基板１及び第２基板２の各々は、配向膜（不図示）を含み、透明である。「透明」は、半透明であってもよい。
【００２７】
液晶層３は液晶（以下、「第１液晶ＦＬ」と記載する。）を含む。第１液晶ＦＬは複数の液晶分子を含む。液晶層３は光を透過する。液晶層３は、第１基板１と第２基板２との間に配置される。
【００２８】
複数の液晶構造体５の各々は液晶（以下、「第２液晶ＳＬ」と記載する。）を含む。第２液晶ＳＬは複数の液晶分子を含む。複数の液晶構造体５の各々は、液晶構造体５の姿勢に依存して光を反射する。又は、複数の液晶構造体５の各々は、液晶構造体５の姿勢に依存して光を吸収する。更に、複数の液晶構造体５の各々は、液晶構造体５の姿勢に依存して光を透過する。
【００２９】
複数の液晶構造体５は液晶層３中に配置される。具体的には、複数の液晶構造体５は、液晶層３中で第１基板１に沿って配置されている。複数の液晶構造体５は液晶層３中で浮遊している。液晶構造体５は、液晶層３の配向変形を最小化するため垂直方向Ｄｖにおける液晶層３の中央に配置されるように、弾性的駆動力を受けている。従って、液晶層３において液晶構造体５の垂直方向Ｄｖにおける位置は、弾性的駆動力と重力との釣り合いで定まる。そこで、液晶構造体５の密度は、液晶構造体５が重力により第２基板２の表面に沈降しない程度の値を有する。例えば、液晶構造体５の密度は液晶層３の密度より小さい。ただし、弾性的駆動力と重力との釣り合いがとれて、液晶構造体５が液晶層３中で浮遊する限りにおいては、液晶構造体５の密度は液晶層３の密度より大きくてもよい。垂直方向Ｄｖは、第１基板１に対して略垂直な方向を示す。実施形態１では、複数の液晶構造体５は間隔をあけて配置されている。
【００３０】
なお、複数の液晶構造体５は、液晶層３中において、互いに接触しつつ又は互いに重なりつつ、第１基板１に沿って配置されていてもよい。この場合は、第１基板１に沿って配置された複数の液晶構造体５を「１つの液晶構造体」と捉えることもできる。
【００３１】
また、複数の液晶構造体５は、液晶層３中において、垂直方向Ｄｖに沿って配置されていてもよい。この場合は、垂直方向Ｄｖに沿って配置された複数の液晶構造体５を「１つの液晶構造体」と捉えることもできる。
【００３２】
垂直方向Ｄｖに沿って配置された複数の液晶構造体５を「１つの液晶構造体」と捉える場合、後述する第２条件（図３（ｂ））における第１表面領域Ｂ１は、垂直方向Ｄｖに沿って配置された複数の液晶構造体５のうちの第１基板１に最も近い液晶構造体５の第１表面領域Ｂ１を示す。また、第２条件における第２表面領域Ｂ２は、垂直方向Ｄｖに沿って配置された複数の液晶構造体５のうちの第２基板２に最も近い液晶構造体５の第２表面領域Ｂ２を示す。
【００３３】
なお、垂直方向Ｄｖに沿って配置された複数の液晶構造体５は、垂直方向Ｄｖに沿って積層された複数の液晶構造体５であってもよいし、垂直方向Ｄｖに沿って連なって配置された複数の液晶構造体５であってもよい。
【００３４】
また、複数の液晶構造体５は、液晶層３中において、互いに接触しつつ又は互いに重なりつつ第１基板１に沿って配置され、かつ、垂直方向Ｄｖに沿って配置されていてもよい。この場合は、第１基板１に沿って配置され、かつ、垂直方向Ｄｖに沿って配置された複数の液晶構造体５を「１つの液晶構造体」と捉えることもできる。
【００３５】
刺激付与部２００は、液晶層３に刺激を付与する。従って、光学素子１００の外部から液晶層３に対して刺激が付与される。液晶層３に対する刺激に応答して、第１液晶ＦＬの配向が変化する。従って、液晶層３に対する刺激に基づく第１液晶ＦＬの配向の変化に応じて、複数の液晶構造体５の各々は、第２液晶ＳＬの配向を維持したまま姿勢を変更する。その結果、光学素子１００の光学的特性が変化する。光学的特性とは、光を反射する特性、光を吸収する特性、又は光の位相を変化させる特性のことである。
【００３６】
以上、図１を参照して説明したように、本実施形態によれば、液晶構造体５の内部で第２液晶ＳＬ自体の配向を変化させるのではなく、液晶構造体５の周囲の第１液晶ＦＬの配向を変化させて、液晶構造体５の姿勢を変更している。従って、液晶構造体の内部で液晶自体の配向を変化させる場合と比較して、本実施形態に係る光学素子１００では、外部からの比較的小さな刺激によって光学的特性を制御可能である。
【００３７】
刺激は、例えば、電気的刺激（例えば、電圧）、機械的刺激（例えば、応力）、又は化学的刺激（例えば、化学反応）である。
【００３８】
例えば、刺激付与部２００は、液晶層３に電気的刺激を付与する（例えば、電圧の印加）。液晶層３は電気的刺激に応答し、第１液晶ＦＬの配向が変化する。例えば、刺激付与部２００は、液晶層３に機械的刺激を付与する（例えば、応力の印加）。液晶層３は機械的刺激に応答し、第１液晶ＦＬの配向が変化する。例えば、刺激付与部２００は、液晶層３に化学的刺激を付与する（例えば、化学反応の誘起）。液晶層３は化学的刺激に応答し、第１液晶ＦＬの配向が変化する。
【００３９】
本実施形態では、「刺激」は「電圧（以下、「駆動電圧」と記載する。）」である。従って、刺激付与部２００は電源である。そして、刺激付与部２００は、液晶層３に電気的刺激としての駆動電圧を印加する。つまり、刺激付与部２００は、第１基板１との第２基板２との間に駆動電圧を印加する。
【００４０】
駆動電圧は、所定周波数を有する交流電圧である。液晶層３に対する駆動電圧の印加に応答して、複数の液晶構造体５の各々は、第２液晶ＳＬの配向を維持したまま、第１液晶ＦＬの配向の変化に応じて姿勢を変更する。その結果、光学素子１００の光学的特性が変化する。
【００４１】
「刺激」が「駆動電圧」である場合、光学素子１００は、第１電極５１と、第２電極５２とをさらに含む。第１電極５１は、第１基板１に形成される。第１電極５１は、例えば、面状電極である。第２電極５２は、第２基板２に形成される。第２電極５２は、例えば、面状電極である。第１電極５１及び第２電極５２の各々は、本実施形態では、透明電極材料により形成される。透明電極材料は、例えば、ＩＴＯ（インジウム・スズ酸化物：Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）である。「透明」は、無色透明であってもよいし、有色透明であってもよいし、半透明であってもよい。そして、刺激付与部２００は、第１電極５１及び第２電極５２を介して、第１基板１との第２基板２との間の液晶層３に駆動電圧を印加する。
【００４２】
図２は、光学素子１００を示す模式的断面図である。なお、図２では、図面を簡略にするために、１つの液晶構造体５を図示している。図２に示すように、液晶層３は、第１領域Ａ１と、第２領域Ａ２とを含む。第１領域Ａ１は、第１基板１に対向し、第１基板１に隣接している。第１領域Ａ１は、第１基板１に対して略平行である。第２領域Ａ２は、第２基板２に対向し、第２基板２に隣接している。第２領域Ａ２は、第２基板２に対して略平行である。第１領域Ａ１と第２領域Ａ２とは、液晶構造体５を介して対向し、互いに略平行である。
【００４３】
第１領域Ａ１と第２領域Ａ２とは、第１液晶ＦＬの配向を定める。つまり、第１領域Ａ１での複数の液晶分子の各々の配向と、第２領域Ａ２での複数の液晶分子の各々の配向とで、第１液晶ＦＬの配向が定まる。
【００４４】
液晶構造体５は、第１表面領域Ｂ１と、第２表面領域Ｂ２とを有する。第１表面領域Ｂ１と第２表面領域Ｂ２とは対向している。第１表面領域Ｂ１と第２表面領域Ｂ２とは、第２液晶ＳＬの配向を定める。つまり、第１表面領域Ｂ１での複数の液晶分子の各々の配向と、第２表面領域Ｂ２での複数の液晶分子の各々の配向とで、第２液晶ＳＬの配向が定まる。
【００４５】
図２の例では、液晶構造体５の姿勢ベクトルＰＶは、第１基板１に対して略垂直である。姿勢ベクトルＰＶは、液晶構造体５の方位を示すベクトルである。姿勢ベクトルＰＶは、第１表面領域Ｂ１に対して略垂直であり、液晶構造体５の外部を向いている。
【００４６】
次に、図３（ａ）及び図３（ｂ）を参照して、本実施形態に係る光学素子１００に対する条件を説明する。図３（ａ）は、光学素子１００の第１条件を示す図である。なお、図３（ａ）では、図面を簡略にするために、液晶構造体５を省略している。図３（ｂ）は、光学素子１００の第２条件を示す図である。なお、図３（ｂ）では、図面を簡略にするために、液晶構造体５だけを図示している。
【００４７】
図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、光学素子１００では、第１条件と第２条件とのうちの少なくとも１つの条件が満足される。つまり、光学素子１００では、第１条件だけが満足されるか、第２条件だけが満足されるか、又は、第１条件と第２条件との双方が満足される。
【００４８】
以下、液晶層３の第１液晶ＦＬを構成する各液晶分子を「液晶分子ＬＣ１」と記載する場合がある。特に、第１領域Ａ１に存在する液晶分子ＬＣ１を「液晶分子ＬＣＡ」と記載する場合がある。第２領域Ａ２に存在する液晶分子ＬＣ１を「液晶分子ＬＣＢ」と記載する場合がある。
【００４９】
また、液晶構造体５の第２液晶ＳＬを構成する各液晶分子を「液晶分子ＬＣ２」と記載する場合がある。特に、第１表面領域Ｂ１に存在する液晶分子ＬＣ２を「液晶分子ＬＣＣ」と記載する場合がある。第２表面領域Ｂ２に存在する液晶分子ＬＣ２を「液晶分子ＬＣＤ」と記載する場合がある。
【００５０】
図３（ａ）に示すように、第１条件は、液晶層３に刺激が付与されていない時に、第１領域Ａ１での液晶分子ＬＣＡの配向と第２領域Ａ２での液晶分子ＬＣＢの配向とが異なることである。本実施形態では、「液晶層３に刺激が付与されていない時」は、「液晶層３に駆動電圧が印加されていない時」に相当する。また、「液晶層３に刺激が付与されている時」は、「液晶層３に駆動電圧が印加されている時」に相当する。
【００５１】
具体的には、第１条件は、液晶層３に刺激が付与されていない時に、ＸＹ平面に正射影された液晶分子ＬＣＡの配向と、ＸＹ平面に正射影された液晶分子ＬＣＢの配向とが異なることである。
【００５２】
又は、第１条件は、液晶層３に刺激が付与されていない時に、ＺＸ平面に正射影された液晶分子ＬＣＡの配向と、ＺＸ平面に正射影された液晶分子ＬＣＢの配向とが異なることである。
【００５３】
又は、第１条件は、液晶層３に刺激が付与されていない時に、ＸＹ平面に正射影された液晶分子ＬＣＡの配向とＸＹ平面に正射影された液晶分子ＬＣＢの配向とが異なり、かつ、ＺＸ平面に正射影された液晶分子ＬＣＡの配向とＺＸ平面に正射影された液晶分子ＬＣＢの配向とが異なることである。
【００５４】
なお、ＸＹ平面は、第１基板１に略平行な面を示す。ＺＸ平面は、第１基板１に略垂直な面を示す。
【００５５】
図３（ｂ）に示すように、第２条件は、液晶層３に刺激が付与されていない時に、第１表面領域Ｂ１での液晶分子ＬＣＣの配向と第２表面領域Ｂ２での液晶分子ＬＣＤの配向とが異なることである。
【００５６】
具体的には、第２条件は、液晶層３に刺激が付与されていない時に、ＸＹ平面に正射影された液晶分子ＬＣＣの配向と、ＸＹ平面に正射影された液晶分子ＬＣＤの配向とが異なることである。
【００５７】
又は、第２条件は、液晶層３に刺激が付与されていない時に、ＺＸ平面に正射影された液晶分子ＬＣＣの配向と、ＺＸ平面に正射影された液晶分子ＬＣＤの配向とが異なることである。
【００５８】
又は、第２条件は、液晶層３に刺激が付与されていない時に、ＸＹ平面に正射影された液晶分子ＬＣＣの配向とＸＹ平面に正射影された液晶分子ＬＣＤの配向とが異なり、かつ、ＺＸ平面に正射影された液晶分子ＬＣＣの配向とＺＸ平面に正射影された液晶分子ＬＣＤの配向とが異なることである。
【００５９】
光学素子１００が第１条件を満足する場合、液晶層３の第１領域Ａ１と第２領域Ａ２との間に存在する複数の液晶分子ＬＣ１は、第１領域Ａ１での液晶分子ＬＣＡの配向と第２領域Ａ２での液晶分子ＬＣＢの配向とに応じて線形に配向変形している。また、光学素子１００が第２条件を満足する場合、第１表面領域Ｂ１での液晶分子ＬＣＣの配向と第２表面領域Ｂ２での液晶分子ＬＣＤの配向とが異なる。
【００６０】
従って、光学素子１００が第１条件と第２条件とのうちの少なくとも１つの条件を満足すると、液晶層３に刺激が付与されていない時でも、第１領域Ａ１と第１表面領域Ｂ１との間、及び／又は、第２領域Ａ２と第２表面領域Ｂ２との間において、垂直方向Ｄｖにおける複数の液晶分子ＬＣ１の配向が異なる。従って、液晶構造体５の周囲の液晶分子ＬＣ１に配向変形が誘起される。そして、液晶構造体５の周囲の液晶分子ＬＣ１の配向変形が最小になるように、つまり、液晶構造体５の周囲の第１液晶ＦＬの弾性エネルギーが最小になるように、液晶構造体５の姿勢が一意に定まる。つまり、液晶層３に刺激が付与されていない初期状態において、液晶構造体５の姿勢が一意に定まる。
【００６１】
従って、液晶層３に刺激を付与して液晶構造体５の姿勢を変更した後に、液晶層３に対する刺激の付与を解除すると、第１液晶ＦＬの配向変形に起因する弾性的復元力が液晶構造体５に作用して、液晶構造体５の姿勢は、液晶層３に刺激を付与する前の姿勢に戻る。
【００６２】
また、光学素子１００が第１条件と第２条件とのうちの少なくとも１つの条件を満足しているため、液晶層３に刺激が付与されている時には、液晶構造体５の周囲の液晶分子ＬＣ１に対して更なる配向変形が誘起される。従って、液晶層３に刺激が付与されている時においても、液晶構造体５の姿勢が一意に定まる。
【００６３】
その結果、液晶層３に対する刺激の付与を解除して液晶構造体５の姿勢を変更した後に、液晶層３に再び同じ刺激を付与すると、液晶構造体５の姿勢は、液晶層３に対する刺激の付与を解除する前の姿勢に戻る。
【００６４】
以上、本実施形態では、液晶層３に刺激が付与されていない時と付与されている時との間で、液晶構造体５の可逆的な姿勢の制御が可能である。つまり、液晶構造体５の姿勢ベクトルＰＶの可逆的な制御が可能である。従って、光学素子１００の光学的特性の再現性を向上できる。
【００６５】
また、液晶層３に刺激が付与されている時では、液晶層３に刺激が付与されていない時よりも、液晶構造体５の周囲の第１液晶ＦＬの弾性エネルギーが大きい。従って、液晶層３に対する刺激を解除すると、液晶構造体５の周囲の液晶分子ＬＣ１の弾性エネルギーが最小になるように、第１液晶ＦＬの配向変形に起因する弾性的復元力によって、液晶構造体５の姿勢が変更される。その結果、液晶構造体５の応答速度を向上できる。
【００６６】
なお、光学素子１００が第１条件を満足しない場合、第１領域Ａ１での液晶分子ＬＣＡの配向と第２領域Ａ２での液晶分子ＬＣＢの配向とが揃っている。従って、第１領域Ａ１と第２領域Ａ２との間に存在する複数の液晶分子ＬＣ１の配向は、液晶構造体５が存在しない領域において揃っており一様である。例えば、複数の液晶分子ＬＣ１の配向が一方向に揃っている。
【００６７】
また、光学素子１００が第２条件を満足しない場合、第１表面領域Ｂ１での液晶分子ＬＣＣの配向と第２表面領域Ｂ２での液晶分子ＬＣＤの配向とが揃っている。従って、第１表面領域Ｂ１と第２表面領域Ｂ２との間に存在する複数の液晶分子ＬＣ２の配向は、一様である。例えば、複数の液晶分子ＬＣ２の配向が一方向に揃っている。又は、例えば、複数の液晶分子ＬＣ２が螺旋状であると、螺旋の１周期又は半周期の整数倍になるように、複数の液晶分子ＬＣ２が配向している。
【００６８】
なお、光学素子１００が第２条件を満足する場合、液晶構造体５の第１表面領域Ｂ１と第２表面領域Ｂ２との間に存在する複数の液晶分子ＬＣ２は、第１表面領域Ｂ１での液晶分子ＬＣＣの配向と第２表面領域Ｂ２での液晶分子ＬＣＤの配向とに応じて配向変形している。
【００６９】
次に、図３（ａ）〜図１３を参照して、本発明の実施形態１〜実施形態４に係る光学システム３００を説明する。実施形態１〜実施形態４では、液晶層３に付与する「刺激」の一例として、液晶層３に印加する「駆動電圧」を説明する。従って、実施形態１〜実施形態４の説明において、「液晶層３に駆動電圧が印加されていない時」は、「液晶層３に刺激が付与されていない時」と読み替えることができる。また、「液晶層３に駆動電圧が印加されている時」は、「液晶層３に刺激が付与されている時」と読み替えることができる。
【００７０】
（実施形態１）
図３（ａ）及び図４〜図８（ｂ）を参照して、本発明の実施形態１に係る光学システム３００の光学素子１００を説明する。実施形態１では、液晶層３の第１液晶ＦＬＡがねじれネマティック液晶であり、液晶構造体５の第２液晶ＳＬＡがコレステリック液晶である点で、実施形態１は、図１〜図３（ｂ）を参照して説明した本実施形態と主に異なる。以下、実施形態１が本実施形態と異なる点を主に説明する。
【００７１】
まず、図４を参照して、実施形態１に係る光学システム３００において、液晶層３に駆動電圧が印加されていない時の光学素子１００を説明する。図４は、実施形態１に係る光学素子１００を示す模式的断面図である。図４では、光学素子１００の液晶層３に駆動電圧が印加されていない。なお、図４では、図面を簡略にするために、１つの液晶構造体５を図示している。
【００７２】
図４に示すように、液晶層３は第１液晶ＦＬＡを含む。第１液晶ＦＬＡは複数の液晶分子ＬＣ１を含む。図３（ａ）及び図４に示すように、実施形態１に係る光学素子１００は第１条件を満足する。つまり、実施形態１では、ＸＹ平面に正射影された液晶分子ＬＣＡの配向と、ＸＹ平面に正射影された液晶分子ＬＣＢの配向とが異なる。具体的には、液晶層３に駆動電圧が印加されていない時に、第１液晶ＦＬＡの配向変形が、第１基板１と第２基板２との間で、ねじれ変形を示している。つまり、第１液晶ＦＬＡはねじれ配向を有している。従って、実施形態１によれば、光学素子１００に第１条件を満足させることが容易である。また、第１液晶ＦＬＡはプラナー配向を有している。
【００７３】
特に、実施形態１では、第１液晶ＦＬＡは、ねじれネマティック液晶である。ねじれネマティック液晶は、正の誘電異方性を有する。従って、駆動電圧が印加されると、第１液晶ＦＬＡの配向は、液晶分子ＬＣ１が平臥状態から起立状態に向かうように変化する。
【００７４】
図４の例では、液晶層３の第１領域Ａ１では、ＸＹ平面に平行な面内で、液晶分子ＬＣＡのダイレクターがＸ軸に対して「＋４５度」だけ傾斜している。一方、液晶層３の第２領域Ａ２では、ＸＹ平面に平行な面内で、液晶分子ＬＣＢのダイレクターがＸ軸に対して「−４５度」だけ傾斜している。従って、光学素子１００は第１条件を満足する。なお、第１液晶ＦＬのねじれ角は、９０度に限定されず、任意の値をとり得る。
【００７５】
なお、第１液晶ＦＬＡはプレチルトを有する。従って、第１領域Ａ１の液晶分子ＬＣＡは第１基板１に対するチルト角を有し、第２領域Ａ２の液晶分子ＬＣＢは第２基板２に対するチルト角を有する。
【００７６】
液晶構造体５は、実施形態１では、略円板状である。例えば、液晶構造体５の直径は、ナノメートルのオーダー又はマイクロメートルのオーダーである。ただし、液晶構造体５の形状は、円板状に限定されず、任意の形状をとり得る。例えば、液晶構造体５の最大長は、ナノメートルのオーダー又はマイクロメートルのオーダーである。
【００７７】
液晶層３に駆動電圧が印加されていない時は、第１表面領域Ｂ１は第１基板１に略平行であり、第２表面領域Ｂ２は第２基板２に略平行である。また、第１表面領域Ｂ１は第１基板１に対向し、第２表面領域Ｂ２は第２基板２に対向している。さらに、液晶層３に駆動電圧が印加されていない時は、第１表面領域Ｂ１は、液晶構造体５のうち第１基板１に最も近い領域であり、第２表面領域Ｂ２は、液晶構造体５のうち第２基板２に最も近い領域である。
【００７８】
液晶構造体５は第２液晶ＳＬＡを含む。第２液晶ＳＬは、複数の螺旋構造体７を有する。複数の螺旋構造体７の各々は選択反射性を有する。選択反射性とは、螺旋構造体７の構造と光学的性質とに応じた帯域の波長を有する光であって、螺旋構造体７の螺旋の旋回方向に整合する偏光状態を有する光を反射し、螺旋構造体７の螺旋の旋回方向と相反する偏光状態を有する光を透過する性質のことである。従って、実施形態１によれば、液晶構造体５を光反射体として機能させることができる。その結果、駆動電圧を制御して液晶構造体５の姿勢を変更することで、光の反射と透過とを切り替えたり、光を連続的に偏向したりすることができる。
【００７９】
複数の螺旋構造体７の各々は複数の液晶分子ＬＣ２を含む。複数の螺旋構造体７の各々において、複数の液晶分子ＬＣ２は、螺旋状に旋回している。複数の螺旋構造体７の螺旋軸ＡＸ１は、一定方向に揃っている。実施形態１では、第２液晶ＳＬＡはコレステリック液晶である。姿勢ベクトルＰＶは螺旋軸ＡＸ１に略平行である。なお、実施形態１では、螺旋軸ＡＸ１は、第１表面領域Ｂ１及び第２表面領域Ｂ２に対して略直交している。
【００８０】
なお、図４の例では、半周期の螺旋構造体７を図示しているが、螺旋構造体７の周期は、半周期に限定されず、１周期でもよい。また、螺旋構造体７は、半周期分の構造を繰り返して半周期の２倍以上の長さを有していてもよいし、１周期分の構造を繰り返して１周期の２倍以上の長さを有していてもよい。
【００８１】
ここで、光学素子１００に第２条件を満足させる場合は、例えば、螺旋構造体７は、半周期に満たない部分又は１周期に満たない部分を有する。
【００８２】
なお、図３（ｂ）及び図４に示すように、実施形態１では、光学素子１００は、第２条件を満足しない。図４の例では、液晶構造体５の第１表面領域Ｂ１では、ＸＹ平面に平行な面内で、液晶分子ＬＣＣのダイレクターがＸ軸に対して略平行である。加えて、液晶構造体５の第２表面領域Ｂ２では、ＸＹ平面に平行な面内で、液晶分子ＬＣＤのダイレクターがＸ軸に対して略平行である。従って、光学素子１００は第２条件を満足していない。
【００８３】
図４に示すように、液晶層３に駆動電圧が印加されていない時は、液晶構造体５は、第１液晶ＦＬＡの配向に応じて第１姿勢をとる。つまり、第１姿勢は、液晶層３に駆動電圧が印加されていない時の液晶構造体５の姿勢を示す。実施形態１では、液晶構造体５が第１姿勢をとっているとき、液晶構造体５の姿勢ベクトルＰＶは垂直方向Ｄｖに対して略平行であり、液晶構造体５の回転角θは、略ゼロ度である。回転角θは、垂直方向Ｄｖに対する姿勢ベクトルＰＶの傾斜角を示す。
【００８４】
液晶構造体５は反射面ＲＦを有する。反射面ＲＦでは、複数の液晶分子ＬＣ２の配向が揃っている。反射面ＲＦは光を反射する。第１姿勢をとった液晶構造体５の反射面ＲＦは平行方向Ｄｐに略平行である。平行方向Ｄｐは、第１基板１に対して略平行な方向を示す。実施形態１では、平行方向ＤｐはＸ軸に平行である。また、姿勢ベクトルＰＶは、反射面ＲＦに対して略垂直である。
【００８５】
例えば、第１姿勢をとった液晶構造体５に光Ｌ１が入射する。光Ｌ１は直線偏光を有する。従って、液晶構造体５は、光Ｌ１のうち、螺旋構造体７の螺旋の旋回方向（例えば右回り）に整合する偏光状態を有する光Ｌ２（例えば右円偏光）を反射面ＲＦによって反射する。一方、液晶構造体５は、螺旋構造体７の螺旋の旋回方向（例えば右回り）と相反する偏光状態を有する光Ｌ３（例えば左円偏光）を透過する。図４の例では、液晶構造体５は、垂直方向Ｄｖに略平行に光Ｌ２を反射している。
【００８６】
次に、図５を参照して、液晶構造体５の中間姿勢を説明する。図５は、光学素子１００を示す模式的断面図である。図５では、光学素子１００の液晶層３に第１電圧値Ｖ１を有する駆動電圧が刺激付与部２００によって印加されている。従って、第１液晶ＦＬＡの配向が初期配向から変化する。つまり、第１液晶ＦＬＡが、初期配向変形から更に配向変形する。初期配向は、液晶層３に駆動電圧が印加されていない時の第１液晶ＦＬＡの配向を示す。初期配向変形は、液晶層３に駆動電圧が印加されていない時の第１液晶ＦＬＡの垂直方向Ｄｖに沿った配向変形を示す。なお、第１電圧値Ｖ１は、駆動電圧の実効値又は最大値によって表される。
【００８７】
液晶層３に第１電圧値Ｖ１を有する駆動電圧が印加されている時は、液晶構造体５は、第１液晶ＦＬＡの配向の変化に応じて中間姿勢をとる。つまり、中間姿勢は、液晶層３に第１電圧値Ｖ１を有する駆動電圧が印加されている時の液晶構造体５の姿勢を示す。中間姿勢は第１姿勢と異なる。具体的には、液晶構造体５は、第１液晶ＦＬＡの初期配向変形からの更なる配向変形に応じて中間姿勢をとる。
【００８８】
実施形態１では、液晶構造体５が中間姿勢をとっているとき、液晶構造体５の姿勢ベクトルＰＶは垂直方向Ｄｖに対して傾斜しており、液晶構造体５の回転角θは、鋭角である。図５の例では、液晶構造体５は、第１姿勢から中間姿勢まで回転角θだけ反時計回りに回転している。液晶構造体５の第１姿勢から中間姿勢への変化にともなって、反射面ＲＦが平行方向Ｄｐに対して回転角θだけ傾斜する。
【００８９】
その結果、液晶構造体５は、回転角θに応じた方向に向けて、反射面ＲＦによって光Ｌ２を反射する。つまり、液晶構造体５は、姿勢ベクトルＰＶの向きに応じた方向に向けて、反射面ＲＦによって光Ｌ２を反射する。従って、中間姿勢をとったときの液晶構造体５による光Ｌ２の反射方向は、第１姿勢をとったときの液晶構造体５による光Ｌ２の反射方向と異なる。つまり、実施形態１では、液晶構造体５の姿勢を制御することで、光を偏向できる。なお、液晶構造体５は光Ｌ３を透過する。
【００９０】
次に、図６を参照して、液晶構造体５の第２姿勢を説明する。図６は、光学素子１００を示す模式的断面図である。図６では、光学素子１００の液晶層３に第２電圧値Ｖ２を有する駆動電圧が刺激付与部２００によって印加されている。第２電圧値Ｖ２は、第１電圧値Ｖ１（図４）よりも大きい。
【００９１】
従って、第１液晶ＦＬＡの配向が、第１電圧値Ｖ１を有する駆動電圧の印加時の配向から更に変化する。つまり、第１液晶ＦＬＡが、第１電圧値Ｖ１を有する駆動電圧の印加時の配向変形から更に配向変形する。なお、第２電圧値Ｖ２は、交流電圧の実効値又は最大値によって表される。
【００９２】
液晶層３に第２電圧値Ｖ２を有する駆動電圧が印加されている時は、液晶構造体５は、第１液晶ＦＬＡの配向の変化に応じて第２姿勢をとる。つまり、第２姿勢は、液晶層３に第２電圧値Ｖ２を有する駆動電圧が印加されている時の液晶構造体５の姿勢を示す。具体的には、液晶構造体５は、第１電圧値Ｖ１を有する駆動電圧の印加時の第１液晶ＦＬＡの配向変形からの更なる配向変形に応じて第２姿勢をとる。第２姿勢は第１姿勢及び中間姿勢の各々と異なる。なお、液晶構造体５の中間姿勢（図５）は、第１姿勢と第２姿勢との間の姿勢を示している。
【００９３】
実施形態１では、液晶構造体５が第２姿勢をとっているとき、液晶構造体５の姿勢ベクトルＰＶは垂直方向Ｄｖに対して略垂直であり、液晶構造体５の回転角θは、略９０度である。図６の例では、液晶構造体５は、第１姿勢から中間姿勢を経由して第２姿勢まで回転角θだけ反時計回りに回転している。液晶構造体５の第１姿勢から第２姿勢への変化にともなって、反射面ＲＦが垂直方向Ｄｖに対して略平行になる。
【００９４】
その結果、液晶構造体５は光Ｌ１を透過する。つまり、液晶構造体５は、光Ｌ２及び光Ｌ３を透過する。光Ｌ２は、直線偏光である光Ｌ１に含まれる一方の円偏光成分（例えば、右円偏光）である。光Ｌ３は、光Ｌ１に含まれる他方の円偏光成分（例えば、左円偏光）である。
【００９５】
以上、図４及び図６を参照して説明したように、実施形態１によれば、液晶層３に対して駆動電圧を「印加しないこと」と「印加すること」とを切り替えることで、液晶構造体５の姿勢を第１姿勢と第２姿勢との間で切り替えることができる。従って、液晶層３に対して駆動電圧を「印加しないこと」と「印加すること」とを切り替えることで、光学素子１００が光Ｌ２を反射する状態と、光学素子１００が光Ｌ２を透過する状態とを容易に切り替えることができる。
【００９６】
すなわち、液晶層３に対して刺激を「付与しないこと」と「付与すること」とを切り替えることで、光学素子１００が光Ｌ２を反射する状態と、光学素子１００が光Ｌ２を透過する状態とを容易に切り替えることができる。
【００９７】
また、図４〜図６を参照して説明したように、実施形態１によれば、液晶層３に対する駆動電圧の電圧値を制御することで、液晶構造体５の姿勢を電圧値に応じて連続的に変更できる。従って、駆動電圧の電圧値を制御することで、光Ｌ２の反射方向を連続的に変更できる。
【００９８】
すなわち、液晶構造体５は、液晶層３に付与される刺激の大きさに応じて姿勢を変更し、姿勢の変更に応じて光の反射方向を変更する。つまり、液晶層３に対する刺激の大きさを制御することで、液晶構造体５の姿勢を刺激の大きさに応じて連続的に変更できる。従って、刺激の大きさを制御することで、光Ｌ２の反射方向を連続的に変更できる。
【００９９】
さらに、実施形態１では、光学素子１００が第１条件を満足している。従って、図４に示すように、液晶層３に駆動電圧が印加されていない時でも、第１領域Ａ１と第１表面領域Ｂ１との間、及び、第２領域Ａ２と第２表面領域Ｂ２との間において、垂直方向Ｄｖにおける複数の液晶分子ＬＣ１の配向が異なる。従って、液晶構造体５の周囲の液晶分子ＬＣ１に配向変形が誘起される。そして、液晶構造体５の周囲の液晶分子ＬＣ１の配向変形が最小になるように、液晶構造体５の姿勢が一意に定まる。つまり、液晶層３に駆動電圧が印加されていない初期状態において、液晶構造体５の姿勢が一意に定まる。
【０１００】
従って、液晶層３に駆動電圧を印加して液晶構造体５の姿勢を変更した後に、液晶層３に対する駆動電圧の印加を解除すると、第１液晶ＦＬの配向変形に起因する弾性的復元力が液晶構造体５に作用して、液晶構造体５の姿勢は、液晶層３に駆動電圧を印加する前の姿勢に戻る。
【０１０１】
また、図６に示すように、光学素子１００が第１条件を満足しているため、液晶層３に駆動電圧が印加されている時には、液晶構造体５の周囲の液晶分子ＬＣ１に対して更なる配向変形が誘起される。従って、液晶層３に駆動電圧が印加されている時においても、液晶構造体５の姿勢が一意に定まる。
【０１０２】
その結果、液晶層３に対する駆動電圧の印加を解除して液晶構造体５の姿勢を変更した後に、液晶層３に再び同じ駆動電圧を印加すると、液晶構造体５の姿勢は、液晶層３に対する駆動電圧の印加を解除する前の姿勢に戻る。
【０１０３】
以上、実施形態１では、液晶層３に駆動電圧が印加されていない時と印加されている時との間で、液晶構造体５の可逆的な姿勢の制御が可能である。つまり、液晶構造体５の姿勢ベクトルＰＶの可逆的な制御が可能である。従って、光学素子１００の反射特性の再現性を向上できる。
【０１０４】
また、液晶層３に駆動電圧が印加されている時では、液晶層３に駆動電圧が印加されていない時よりも、液晶構造体５の周囲の第１液晶ＦＬの弾性エネルギーが大きい。従って、液晶層３に対する駆動電圧の印加を解除すると、液晶構造体５の周囲の液晶分子ＬＣ１の弾性エネルギーが最小になるように、第１液晶ＦＬの配向変形に起因する弾性的復元力によって、液晶構造体５の姿勢が第２姿勢から第１姿勢に変更される。その結果、液晶構造体５の応答速度を向上できる。
【０１０５】
なお、液晶構造体５の第２液晶ＳＬＡは、光を反射する限りにおいては、コレステリック液晶に限定されない。第２液晶ＳＬＡが、コレステリック液晶以外のカイラル液晶であってもよい。コレステリック液晶以外のカイラル液晶は、例えば、カイラルスメクチックＣ相、ツイストグレインバウンダリー相、又はコレステリックブルー相である。また、コレステリック液晶は、例えば、ヘリコイダルコレステリック相であってもよい。
【０１０６】
次に、液晶構造体５の作製方法の一例を説明する。工程Ｓ１において、ガラス基板ＳＢ１と、クロムマスク基板ＳＢ２とを用意する。クロムマスク基板ＳＢ２は、ガラス基板の一対の主面のうちの一方の主面に、クロムマスクを形成した基板である。クロムマスクには、複数の微細孔が配列されている。微細孔の直径は、例えば、数マイクロメートルである。
【０１０７】
工程Ｓ２において、ガラス基板ＳＢ１の一対の主面のうちの一方の主面に高分子膜ＰＬ１を形成し、クロムマスク基板ＳＢ２のクロムマスク側に高分子膜ＰＬ２を形成する。高分子膜ＰＬ１及び高分子膜ＰＬ２は、ラビングによって液晶の配向が可能であり、かつ、溶媒（例えば水）によって容易に剥がすことが可能である。溶媒は、液晶構造体５を侵食しない。
【０１０８】
例えば、ガラス基板ＳＢ１の一方の主面と、クロムマスク基板ＳＢ２のクロムマスク側とに対して、ＩＣＰ（Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃａｌｌｙ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ  Ｐｏｌｙｍｅｒｓ）をスピンコートして、高分子膜ＰＬ１及び高分子膜ＰＬ２を形成する。ＩＣＰは、例えば、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ、である。ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳは、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ）とポリスチレンスルホン酸（ＰＳＳ）とからなる複合物である。
【０１０９】
工程Ｓ３において、高分子膜ＰＬ１の形成されたガラス基板ＳＢ１と、高分子膜ＰＬ２の形成されたクロムマスク基板ＳＢ２とを、所定時間（例えば１分）、所定温度（例えば８０℃）で加熱する。
【０１１０】
工程Ｓ４において、ガラス基板ＳＢ１の高分子膜ＰＬ１と、クロムマスク基板ＳＢ２の高分子膜ＰＬ２とに対して、ラビング処理を実行する。
【０１１１】
工程Ｓ５において、ラビング処理後の高分子膜ＰＬ１と高分子膜ＰＬ２とが互いに対向するように、ガラス基板ＳＢ１とクロムマスク基板ＳＢ２とでサンドイッチセルを構成して、光重合性液晶を充填する。
【０１１２】
工程Ｓ６において、光重合性液晶を充填したサンドイッチセルに対して、クロムマスク基板ＳＢ２側から垂直に紫外光を照射する。従って、紫外光は、クロムマスクの複数の微細孔を通して、光重合性液晶に照射される。その結果、光重合性液晶のうち紫外光が照射された部分だけが重合し、複数の液晶構造体５が形成される。
【０１１３】
工程Ｓ７において、光重合性液晶からガラス基板ＳＢ１及びクロムマスク基板ＳＢ２を剥離する。そして、光重合性液晶を水に浸して遠心分離により未重合の液晶を取り除き、水を蒸発させて乾燥させる。その結果、複数の液晶構造体５が取り出される。複数の液晶構造体５は、ホストとしての第１液晶ＦＬＡと混合される。
【０１１４】
次に、図７（ａ）〜図８（ｂ）を参照して、比較例に係る光学素子５００を説明する。図７（ａ）は、比較例に係る光学素子５００を示す模式的断面図である。図７（ｂ）は、比較例に係る光学素子５００の別の状態を示す模式的断面図である。
【０１１５】
図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、光学素子５００は、第１基板８１と、第２基板８２と、液晶層８３と、液晶構造体８５と、第１電極６１と、第２電極６２とを含む。液晶層８３は液晶（以下、「第１液晶ＦＣ」と記載する。）を含む。第１液晶ＦＣは複数の液晶分子ＬＣ１０を含む。液晶構造体８５は液晶（以下、「第２液晶ＳＣ」と記載する。）を含む。第２液晶ＳＣは複数の液晶分子ＬＣ２０を含む。第１電極６１及び第２電極６２は、面状電極であり、透明電極材料により形成される。透明電極材料は、例えば、ＩＴＯである。
【０１１６】
図７（ａ）及び図７（ｂ）では、液晶層８３には、駆動電圧が印加されていない。比較例に係る光学素子５００は第１条件及び第２条件を満足しない。
【０１１７】
具体的には、比較例では、液晶層８３において、ＸＹ平面に正射影された液晶分子ＬＣＡの配向と、ＸＹ平面に正射影された液晶分子ＬＣＢの配向とが揃っている。従って、光学素子５００は第１条件を満足しない。具体的には、液晶層３に駆動電圧が印加されていない時に、液晶層８３の第１液晶ＦＣは、プラナー配向、かつ、１軸配向を有している。１軸配向とは、複数の液晶分子の配向が一方向に揃っている配向のことである。具体的には、第１液晶ＦＣは、ねじれを有しないネマティック液晶である。
【０１１８】
液晶構造体８５の構成は、実施形態１に係る液晶構造体５の構成と同様である。従って、光学素子５００は第２条件を満足しない。第２液晶ＳＣはコレステリック液晶である。第２条件を満足せず、第１表面領域Ｂ１の液晶分子ＬＣＣの配向と第２表面領域Ｂ２の液晶分子ＬＣＤの配向とが揃っている場合、第１表面領域Ｂ１の配向と第２表面領域Ｂ２の配向とが、液晶層８３の第１液晶ＦＣの配向方向と揃うように、液晶構造体８５の姿勢が定まる。しかしながら、配向軸ＡＸ２の回りに液晶構造体８５が回転しても第１液晶ＦＣの配向変形は誘起されないため、液晶構造体８５に対する弾性的復元力が作用しない。
【０１１９】
従って、液晶構造体８５は、配向軸ＡＸ２の回りに回転可能である。その結果、液晶層８３に駆動電圧が印加されていない時において、液晶構造体８５の姿勢が安定し難い。配向軸ＡＸ２は、液晶層８３の第１液晶ＦＣの配向方向に略平行な軸を示す。
【０１２０】
図８（ａ）は、比較例に係る光学素子５００を示す模式的断面図である。図８（ｂ）は、比較例に係る光学素子５００の別の状態を示す模式的断面図である。図８（ａ）及び図８（ｂ）では、液晶層８３に第１電圧値Ｖ１を有する駆動電圧が印加されている。
【０１２１】
図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、液晶層８３に第１電圧値Ｖ１を有する駆動電圧が印加されている時は、液晶構造体８５は、第１液晶ＦＣの配向の変化に応じた姿勢をとる。この場合、配向軸ＡＸ２の回りに液晶構造体８５が回転しても第１液晶ＦＣの配向変形は誘起されないため、液晶構造体８５に対する弾性的復元力が作用しない。従って、液晶構造体８５は、配向軸ＡＸ２の回りに回転可能である。その結果、液晶層８３に駆動電圧が印加されている時においても、液晶構造体８５の姿勢が安定し難い。
【０１２２】
以上、図７（ａ）〜図８（ｂ）を参照して説明したように、比較例に係る光学素子５００では、駆動電圧が印加されていない時でも印加されている時でも、液晶構造体８５の姿勢が安定し難い。つまり、液晶構造体８５の姿勢ベクトルＰＶの向きが安定し難い。従って、比較例に係る光学素子５００では、液晶構造体８５の可逆的な制御が困難である。
【０１２３】
これに対して、図４〜図６を参照して説明したように、実施形態１によれば、液晶構造体８５の可逆的な制御が可能である。
【０１２４】
（実施形態２）
図３（ａ）、図９、及び図１０を参照して、本発明の実施形態２に係る光学システム３００を説明する。実施形態２に係る液晶層３の第１液晶ＦＬＢがハイブリッド配向を有する点で、実施形態２は、実施形態１と主に異なる。以下、実施形態２が実施形態１と異なる点を主に説明する。
【０１２５】
まず、図９を参照して、実施形態２に係る光学システム３００の光学素子１００を説明する。図９は、実施形態２に係る光学素子１００を示す模式的断面図である。図９では、光学素子１００の液晶層３に駆動電圧が印加されていない。
【０１２６】
図９に示すように、液晶層３は第１液晶ＦＬＢを含む。第１液晶ＦＬＢは複数の液晶分子ＬＣ３を含む。図３（ａ）及び図９に示すように、実施形態２に係る光学素子１００は第１条件を満足する。つまり、実施形態１では、ＺＸ平面に正射影された液晶分子ＬＣＡの配向と、ＺＸ平面に正射影された液晶分子ＬＣＢの配向とが異なる。
【０１２７】
具体的には、液晶層３に駆動電圧が印加されていない時に、第１液晶ＦＬＢの配向変形が、第１基板１と第２基板２との間で、広がり・曲がり変形を示している。つまり、第１液晶ＦＬＢはハイブリッド配向を有している。従って、実施形態２によれば、光学素子１００に第１条件を満足させることが容易である。特に、実施形態２では、第１液晶ＦＬＢは、ハイブリッド配向を有するネマティック液晶である。
【０１２８】
図９の例では、液晶層３の第１領域Ａ１では、液晶分子ＬＣＡはプレチルトを有し、液晶分子ＬＣＡのチルト角は、例えば、第１基板１に対して略１度である。また、液晶層３の第２領域Ａ２では、液晶分子ＬＣＢはプレチルトを有し、液晶分子ＬＣＢのチルト角は、例えば、略８９度である。すなわち、第１領域Ａ１の液晶分子ＬＣＡのチルト角と第２領域Ａ２の液晶分子ＬＣＢのチルト角とは異なる。なお、液晶分子ＬＣＡのチルト角と液晶分子ＬＣＢのチルト角とが異なる限りにおいては、チルト角は、１度及び８９度に限定されず、任意の値をとり得る。
【０１２９】
図９に示すように、液晶層３に駆動電圧が印加されていない時は、液晶構造体５は、第１液晶ＦＬＢの配向に応じて第１姿勢をとる。つまり、第１姿勢は、液晶層３に駆動電圧が印加されていない時の液晶構造体５の姿勢を示す。実施形態２では、液晶構造体５が第１姿勢をとっているとき、液晶構造体５の姿勢ベクトルＰＶは垂直方向Ｄｖに対して傾斜しており、液晶構造体５の回転角θは、鋭角である。
【０１３０】
従って、液晶構造体５は、回転角θに応じた方向に向けて、反射面ＲＦによって光Ｌ２を反射する。つまり、液晶構造体５は、姿勢ベクトルＰＶの向きに応じた方向に向けて、反射面ＲＦによって光Ｌ２を反射する。なお、液晶構造体５は光Ｌ３を透過する。
【０１３１】
なお、実施形態２では、液晶層３の第１液晶ＦＬＢはハイブリッド配向を有するため、光学素子１００は第１条件を満足する。従って、液晶構造体５の第１表面領域Ｂ１の液晶分子ＬＣＣの配向及び第２表面領域Ｂ２の液晶分子ＬＣＤの配向は任意であってよい。
【０１３２】
次に、図１０を参照して、液晶構造体５の第２姿勢を説明する。図１０は、光学素子１００を示す模式的断面図である。図１０では、光学素子１００の液晶層３に第３電圧値Ｖ３を有する駆動電圧が刺激付与部２００によって印加されている。なお、第３電圧値Ｖ３は、交流電圧の実効値又は最大値によって表される。
【０１３３】
図１０に示すように、液晶層３に駆動電圧が印加されている時は、液晶構造体５は、第１液晶ＦＬＢの配向の変化に応じて第２姿勢をとる。つまり、第２姿勢は、液晶層３に駆動電圧が印加されている時の液晶構造体５の姿勢を示す。第２姿勢は第１姿勢と異なる。具体的には、液晶構造体５は、第１液晶ＦＬＢの初期配向変形からの更なる配向変形に応じて第２姿勢をとる。
【０１３４】
実施形態２では、液晶構造体５が第２姿勢をとっているとき、液晶構造体５の姿勢ベクトルＰＶは垂直方向Ｄｖに対して略平行であり、液晶構造体５の回転角θは、略ゼロ度である。従って、液晶構造体５は、光Ｌ１のうち、螺旋構造体７の螺旋の旋回方向（例えば右回り）に整合する偏光状態を有する光Ｌ２（例えば右円偏光）を反射面ＲＦによって反射する。一方、液晶構造体５は、螺旋構造体７の螺旋の旋回方向（例えば右回り）と相反する偏光状態を有する光Ｌ３（例えば左円偏光）を透過する。図１０の例では、液晶構造体５は、垂直方向Ｄｖに略平行に光Ｌ２を反射している。
【０１３５】
以上、図９及び図１０を参照して説明したように、実施形態２によれば、液晶層３に対して駆動電圧を「印加しないこと」と「印加すること」とを切り替えることで、液晶構造体５の姿勢を第１姿勢と第２姿勢との間で切り替えることができる。従って、液晶層３に対して駆動電圧を「印加しないこと」と「印加すること」とを切り替えることで、光Ｌ２の反射方向を容易に切り替えることができる。
【０１３６】
また、実施形態２によれば、実施形態１と同様に、液晶層３に対する駆動電圧の電圧値を制御することで、液晶構造体５の姿勢を電圧値に応じて連続的に変更できる。従って、駆動電圧の電圧値を制御することで、光Ｌ２の反射方向を連続的に変更できる。
【０１３７】
さらに、実施形態２によれば、実施形態１と同様の原理によって、液晶層３に駆動電圧が印加されていない時と印加されている時との間で、液晶構造体５の可逆的な姿勢の制御が可能である。つまり、液晶構造体５の姿勢ベクトルＰＶの可逆的な制御が可能である。また、実施形態２では、実施形態１と同様の原理によって、液晶構造体５の応答速度を向上できる。
【０１３８】
（実施形態３）
図３（ａ）、図１１、及び図１２を参照して、本発明の実施形態３に係る光学システム３００を説明する。実施形態３に係る液晶層３の第１液晶ＦＬＣがプレチルトありの垂直ねじれ配向を有する点で、実施形態３は、実施形態１と主に異なる。以下、実施形態３が実施形態１と異なる点を主に説明する。
【０１３９】
まず、図１１を参照して、実施形態３に係る光学システム３００の光学素子１００を説明する。図１１は、実施形態３に係る光学素子１００を示す模式的断面図である。図１３では、光学素子１００の液晶層３に駆動電圧が印加されていない。
【０１４０】
図１１に示すように、液晶層３は第１液晶ＦＬＣを含む。第１液晶ＦＬＣは複数の液晶分子ＬＣ４を含む。図３（ａ）及び図１１に示すように、実施形態３に係る光学素子１００は第１条件を満足する。つまり、実施形態１では、ＸＹ平面に正射影された液晶分子ＬＣＡの配向と、ＸＹ平面に正射影された液晶分子ＬＣＢの配向とが異なる。具体的には、液晶層３に駆動電圧が印加されていない時に、第１液晶ＦＬＣの配向が、第１基板１と第２基板２との間で、プレチルトありの垂直ねじれ配向を示している。従って、実施形態３によれば、光学素子１００に第１条件を満足させることが容易である。
【０１４１】
特に、実施形態３では、第１液晶ＦＬＣは、プレチルトありの垂直ねじれ配向を有するネマティック液晶である。プレチルトありの垂直ねじれ配向を有するネマティック液晶は、負の誘電異方性を有する。従って、駆動電圧が印加されると、第１液晶ＦＬＣの配向は、液晶分子ＬＣ４が起立状態から平臥状態に向かうように変化する。また、プレチルトありの垂直ねじれ配向において、第１基板１に対する液晶分子ＬＣＡのチルト角及び第２基板２に対する液晶分子ＬＣＢのチルト角の各々は、例えば、４５度より大きく、９０度よりも小さい。
【０１４２】
図１１の例では、液晶層３の第１領域Ａ１では、ＸＹ平面に平行な面内で、液晶分子ＬＣＡのダイレクターがＸ軸に対して「＋４５度」だけ傾斜している。一方、液晶層３の第２領域Ａ２では、ＸＹ平面に平行な面内で、液晶分子ＬＣＢのダイレクターがＸ軸に対して「−４５度」だけ傾斜している。従って、光学素子１００は第１条件を満足する。
【０１４３】
また、第１領域Ａ１の液晶分子ＬＣＡの第１基板１に対するチルト角は、例えば、８５度であり、第２領域Ａ２の液晶分子ＬＣＢの第２基板２に対するチルト角は、例えば、８５度である。ただし、チルト角は、８５度に限定されず、任意の値をとり得る。
【０１４４】
図１１に示すように、液晶層３に駆動電圧が印加されていない時は、液晶構造体５は、第１液晶ＦＬＣの配向に応じて第１姿勢をとる。つまり、第１姿勢は、液晶層３に駆動電圧が印加されていない時の液晶構造体５の姿勢を示す。実施形態３では、液晶構造体５が第１姿勢をとっているとき、液晶構造体５の姿勢ベクトルＰＶは垂直方向Ｄｖに対して略垂直であり、液晶構造体５の回転角θは、略９０度である。従って、反射面ＲＦが垂直方向Ｄｖに対して略平行になる。その結果、液晶構造体５は、光Ｌ１を透過する。つまり、液晶構造体５は、光Ｌ２及び光Ｌ３を透過する。
【０１４５】
なお、実施形態３では、第１表面領域Ｂ１及び第２表面領域Ｂ２の各々は、液晶層３に駆動電圧が印加されていない時に、液晶構造体５のうち、プレチルトを有する液晶分子ＬＣＡ又は液晶分子ＬＣＢの配向方向に沿った領域を示す。第１表面領域Ｂ１及び第２表面領域Ｂ２は対向する。
【０１４６】
次に、図１２を参照して、液晶構造体５の第２姿勢を説明する。図１２は、光学素子１００を示す模式的断面図である。図１２では、光学素子１００の液晶層３に第４電圧値Ｖ４を有する駆動電圧が刺激付与部２００によって印加されている。なお、第４電圧値Ｖ４は、交流電圧の実効値又は最大値によって表される。
【０１４７】
図１２に示すように、液晶層３に駆動電圧が印加されている時は、液晶構造体５は、第１液晶ＦＬＣの配向の変化に応じて第２姿勢をとる。つまり、第２姿勢は、液晶層３に駆動電圧が印加されている時の液晶構造体５の姿勢を示す。第２姿勢は第１姿勢と異なる。具体的には、液晶構造体５は、第１液晶ＦＬＣの初期配向変形からの更なる配向変形に応じて第２姿勢をとる。
【０１４８】
実施形態３では、液晶構造体５が第２姿勢をとっているとき、液晶構造体５の姿勢ベクトルＰＶは垂直方向Ｄｖに対して略平行であり、液晶構造体５の回転角θは、略ゼロ度である。従って、液晶構造体５は、光Ｌ１のうち、螺旋構造体７の螺旋の旋回方向（例えば右回り）に整合する偏光状態を有する光Ｌ２（例えば右円偏光）を反射面ＲＦによって反射する。一方、液晶構造体５は、螺旋構造体７の螺旋の旋回方向（例えば右回り）と相反する偏光状態を有する光Ｌ３（例えば左円偏光）を透過する。図１２の例では、液晶構造体５は、垂直方向Ｄｖに略平行に光Ｌ２を反射している。
【０１４９】
以上、図１１及び図１２を参照して説明したように、実施形態３によれば、液晶層３に対して駆動電圧を「印加しないこと」と「印加すること」とを切り替えることで、液晶構造体５の姿勢を第１姿勢と第２姿勢との間で切り替えることができる。従って、液晶層３に対して駆動電圧を「印加しないこと」と「印加すること」とを切り替えることで、光学素子１００が光Ｌ２を透過する状態と、光学素子１００が光Ｌ２を反射する状態とを容易に切り替えることができる。
【０１５０】
また、実施形態３によれば、実施形態１と同様に、液晶層３に対する駆動電圧の電圧値を制御することで、液晶構造体５の姿勢を電圧値に応じて連続的に変更できる。従って、駆動電圧の電圧値を制御することで、光Ｌ２の反射方向を連続的に変更できる。
【０１５１】
さらに、実施形態３によれば、実施形態１と同様の原理によって、液晶層３に駆動電圧が印加されていない時と印加されている時との間で、液晶構造体５の可逆的な姿勢の制御が可能である。つまり、液晶構造体５の姿勢ベクトルＰＶの可逆的な制御が可能である。また、実施形態３では、実施形態１と同様の原理によって、液晶構造体５の応答速度を向上できる。
【０１５２】
ここで、図４、図６、図１１、及び図１２を参照して説明したように、実施形態１又は実施形態３によれば、液晶構造体５が第１姿勢及び第２姿勢のうちの一方の姿勢をとった場合、液晶構造体５は、光Ｌ２を反射する。液晶構造体５が第１姿勢及び第２姿勢のうちの他方の姿勢をとった場合、液晶構造体５は、光Ｌ２を透過する。
【０１５３】
（実施形態４）
図３（ｂ）〜図６及び図１３を参照して、本発明の実施形態４に係る光学システム３００を説明する。実施形態４に係る液晶構造体５Ａに二色性色素２１が添加されている点で、実施形態４は、実施形態１と主に異なる。以下、実施形態４が実施形態１と異なる点を主に説明する。
【０１５４】
図１３は、実施形態４に係る光学素子１００の液晶構造体５Ａを示す模式的断面図である。図４及び図１３に示すように、実施形態４に係る光学素子１００は、実施形態１に係る光学素子１００の液晶構造体５に代えて、液晶構造体５Ａを含む。液晶構造体５Ａの形状は、液晶構造体５の形状と同様である。
【０１５５】
図１３に示すように、液晶構造体５Ａは、液晶ＳＬＢ（以下、「第２液晶ＳＬＢ」と記載する。）と、二色性色素２１とを含む。第２液晶ＳＬＢの配向は、プラナー配向、かつ、１軸配向を示す。実施形態４では、第２液晶ＳＬＢはネマティック液晶である。第２液晶ＳＬＢは複数の液晶分子ＬＣ５を含む。
【０１５６】
二色性色素２１とは、分子の長軸方向における吸光度と、分子の短軸方向における吸光度とが異なる色素をいう。具体的には、二色性色素２１は複数の二色性色素分子２１ａを含む。二色性色素分子２１ａの長軸方向における吸光度と、二色性色素分子２１ａの短軸方向における吸光度とが異なる。実施形態４では、二色性色素分子２１ａの長軸方向における吸光度が、二色性色素分子２１ａの短軸方向における吸光度よりも大きい。二色性色素２１は、例えば、ＤＣＭ、又は、ＢＴＢＰである。ＤＣＭは、［２−［２−［４−（Ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ）ｐｈｅｎｙｌ］ｅｔｈｅｎｙｌ］−６−ｍｅｔｈｙｌ−４Ｈ−ｐｙｒａｎ−４−ｙｌｉｄｅｎｅ］ｐｒｏｐａｎｅｄｉｎｉｔｒｉｌｅ、である。ＢＴＢＰは、Ｎ，Ｎ’−ｂｉｓ（２，５−ｄｉ−ｔｅｒｔ−ｂｕｔｙｌｐｈｅｎｙｌ）−３，４，９，１０−ｐｅｒｙｌｅｎｅｄｉｃａｒｂｏｉｍｉｄｅ、である。ただし、二色性色素２１の種類は、特に限定されない。例えば、二色性色素２１は、Ａｌｅｋｓａｎｄｒ  Ｖ．  Ｉｖａｓｈｃｈｅｎｋｏ  著、「Ｄｉｃｈｒｏｉｃ  Ｄｙｅｓ  ｆｏｒ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙｓ」（ＣＲＣ  Ｐｒｅｓｓ、１９９４）、に記載された二色性色素であってもよい。
【０１５７】
二色性色素２１は、第２液晶ＳＬＢの配向方向ＡＬに沿って配向している。具体的には、複数の二色性色素分子２１ａが複数の液晶分子ＬＣ５の間に添加されている。その結果、複数の二色性色素分子２１ａが、複数の液晶分子ＬＣ５の配向方向ＡＬに沿って配置される。実施形態４では、複数の二色性色素分子２１ａの各々の長軸が、第２液晶ＳＬＢの配向方向ＡＬに略平行である。
【０１５８】
図４及び図１３に示すように、液晶層３に駆動電圧が印加されていない時は、液晶構造体５Ａは、第１液晶ＦＬＡの配向に応じて第１姿勢をとる。液晶構造体５Ａが第１姿勢をとっているとき、液晶構造体５Ａの姿勢ベクトルＰＶは垂直方向Ｄｖに対して略平行であり、液晶構造体５Ａの回転角θは、略ゼロ度である。従って、二色性色素分子２１ａの長軸が、垂直方向Ｄｖに対して略垂直である。その結果、垂直方向Ｄｖに略平行な光Ｌ１が液晶構造体５Ａに入射すると、二色性色素２１は光Ｌ１を吸収する。
【０１５９】
一方、図６及び図１３に示すように、液晶層３に第２電圧値Ｖ２を有する駆動電圧が印加されている時は、液晶構造体５Ａは、第１液晶ＦＬＡの配向の変化に応じて第２姿勢をとる。液晶構造体５Ａが第２姿勢をとっているとき、液晶構造体５Ａの姿勢ベクトルＰＶは垂直方向Ｄｖに対して略垂直であり、液晶構造体５Ａの回転角θは、略９０度である。従って、二色性色素分子２１ａの長軸が、垂直方向Ｄｖに対して略平行である。その結果、垂直方向Ｄｖに略平行な光Ｌ１が液晶構造体５Ａに入射すると、二色性色素２１は光Ｌ１を透過する。
【０１６０】
なお、図５及び図１３に示すように、液晶層３に第１電圧値Ｖ１を有する駆動電圧が印加されている時は、液晶構造体５Ａは、第１液晶ＦＬＡの配向の変化に応じて中間姿勢をとる。液晶構造体５Ａが中間姿勢をとっているとき、液晶構造体５Ａの姿勢ベクトルＰＶは垂直方向Ｄｖに対して傾斜しており、液晶構造体５Ａの回転角θは、鋭角である。従って、二色性色素分子２１ａの長軸が、平行方向Ｄｐに対して傾斜している。その結果、垂直方向Ｄｖに略平行な光Ｌ１が液晶構造体５Ａに入射すると、二色性色素２１は、二色性色素分子２１ａの長軸の傾斜に応じた吸収率で光Ｌ１を吸収する。平行方向Ｄｐに対する二色性色素分子２１ａの長軸の傾斜が大きい程、二色性色素分子２１ａによる光の吸収率は小さくなる。
【０１６１】
以上、図４、図６、及び図１３を参照して説明したように、実施形態４によれば、液晶層３に対して駆動電圧を「印加しないこと」と「印加すること」とを切り替えることで、液晶構造体５Ａの姿勢を第１姿勢と第２姿勢との間で切り替えることができる。従って、液晶層３に対して駆動電圧を「印加しないこと」と「印加すること」とを切り替えることで、光学素子１００が光Ｌ１を吸収する状態と、光学素子１００が光Ｌ１を透過する状態とを容易に切り替えることができる。
【０１６２】
すなわち、液晶層３に対して刺激を「付与しないこと」と「付与すること」とを切り替えることで、光学素子１００が光Ｌ１を吸収する状態と、光学素子１００が光Ｌ１を透過する状態とを容易に切り替えることができる。
【０１６３】
また、図４〜図６及び図１３を参照して説明したように、実施形態４によれば、液晶層３に対する駆動電圧の電圧値を制御することで、液晶構造体５の姿勢を電圧値に応じて連続的に変更できる。従って、駆動電圧の電圧値を制御することで、光Ｌ１の吸収率を連続的に変更できる。
【０１６４】
すなわち、液晶構造体５は、液晶層３に付与される刺激の大きさに応じて姿勢を変更し、姿勢の変更に応じて光の吸収率を変更する。つまり、液晶層３に対する刺激の大きさを制御することで、液晶構造体５の姿勢を刺激の大きさに応じて連続的に変更できる。従って、刺激の大きさを制御することで、光Ｌ１の吸収率を連続的に変更できる。
【０１６５】
また、実施形態４によれば、実施形態１と同様に、液晶構造体５Ａの可逆的な姿勢の制御が可能であり、液晶構造体５Ａの応答速度を向上できる。
【０１６６】
なお、図９及び図１０を参照して説明した実施形態２に係る光学素子１００は、実施形態２の変形例として、液晶構造体５に代えて、実施形態４に係る液晶構造体５Ａを備えていてもよい。この場合、第１姿勢をとった液晶構造体５Ａの光Ｌ１の吸収率は、第２姿勢をとった液晶構造体５Ａの光の吸収率よりも小さい。
【０１６７】
また、図１１及び図１２を参照して説明した実施形態３に係る光学素子１００は、実施形態３の変形例として、液晶構造体５に代えて、実施形態４に係る液晶構造体５Ａを備えていてもよい。この場合、第１姿勢をとった液晶構造体５Ａは光を透過し、第２姿勢をとった液晶構造体５Ａは光を吸収する。
【０１６８】
実施形態２の変形例及び実施形態３の変形例でも、光の吸収率を容易に制御できる。また、液晶構造体５Ａは、実施形態１に係る液晶構造体５の作製方法と同様にして作製できる。
【０１６９】
ここで、図４、図６、及び図１３を参照して説明した実施形態４、又は、図１１〜図１３を参照して説明した実施形態３の変形例では、液晶構造体５Ａが第１姿勢及び第２姿勢のうちの一方の姿勢をとった場合、液晶構造体５Ａは、光Ｌ１を吸収する。液晶構造体５Ａが第１姿勢及び第２姿勢のうちの他方の姿勢をとった場合、液晶構造体５Ａは、光Ｌ１を透過する。
【０１７０】
（実施形態５）
図１４及び図１５を参照して、本発明の実施形態５に係る光学システム３００Ａを説明する。実施形態５に係る光学システム３００Ａの光学素子１００Ａが液晶構造体５の姿勢を２軸周りに制御する点で、実施形態５は、図１〜図３（ｂ）を参照して説明した本実施形態と主に異なる。以下、実施形態５が本実施形態と異なる点を主に説明する。
【０１７１】
図１４は、実施形態５に係る光学素子１００Ａを示す斜視図である。図１４に示すように、光学素子１００Ａは、図１に示す第１電極５１及び第２電極５２に代えて、電極パターンＥＬ１を含む。図１４では、電極パターンＥＬ１はドットハッチングによって示される。電極パターンＥＬ１は、液晶層３の複数箇所に対して刺激としての駆動電圧を個別に印加する。そして、電極パターンＥＬ１による液晶層３に対する駆動電圧の印加に応じて、液晶構造体５は、第１軸線ＡＳ１及び／又は第２軸線ＡＳ２の周りの回転によって姿勢を変更する。従って、実施形態５によれば、光を反射する液晶構造体５を含む光学素子１００Ａを光の偏向素子として機能させる場合、液晶構造体５の姿勢による光の偏向方向（つまり、反射光の出射方向）の制御の自由度が向上する。
【０１７２】
具体的には、電極パターンＥＬ１は、複数の第１電極５１Ａと、複数の第２電極５２Ａとを含む。図１４では、第１電極５１Ａ及び第２電極５２Ａはドットハッチングによって示される。図１４の例では、複数の第１電極５１Ａの数は、２以上であれば、特に限定されない。また、図１４の例では、複数の第２電極５２Ａの数は、２以上であれば、特に限定されない。第１電極５１Ａ及び第２電極５２Ａは、実施形態５では、透明電極材料により形成される。透明電極材料は、例えば、ＩＴＯである。
【０１７３】
複数の第１電極５１Ａは、第１基板１に形成される。実施形態５では、複数の第１電極５１Ａは、第１基板１の一対の主面のうち、液晶構造体５の位置する側の主面に形成される。複数の第１電極５１Ａは、互いに間隔をあけて、第１方向Ｄ１に沿って延びている。
【０１７４】
複数の第２電極５２Ａは、第２基板２に形成される。実施形態５では、複数の第２電極５２Ａは、第２基板２の一対の主面のうち、液晶構造体５の位置する側の主面に形成される。複数の第２電極５２Ａは、互いに間隔をあけて、第２方向Ｄ２に沿って延びている。第２方向Ｄ２は第１方向Ｄ１に交差する。実施形態５では、第２方向Ｄ２は第１方向Ｄ１に略直交する。第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２は垂直方向Ｄｖに略直交する。
【０１７５】
複数の第２電極５２Ａは、複数の第１電極５１Ａに対して立体交差する。実施形態５では、複数の第２電極５２Ａは、複数の第１電極５１Ａに対して、互いに垂直方向Ｄｖに離隔しつつ略直交している。
【０１７６】
液晶構造体５は、第１電極５１Ａに対して垂直方向Ｄｖに離隔しつつ、互いに隣り合う第１電極５１Ａに跨って配置される。従って、液晶構造体５の一部は、互いに隣り合う第１電極５１Ａのうちの一方の第１電極５１１と垂直方向Ｄｖに対向する。さらに、液晶構造体５の他の一部は、他方の第１電極５１２と垂直方向Ｄｖに対向する。
【０１７７】
液晶構造体５は、第２電極５２Ａに対して垂直方向Ｄｖに離隔しつつ、互いに隣り合う第２電極５２Ａに跨って配置される。従って、液晶構造体５の一部は、互いに隣り合う第２電極５２Ａのうちの一方の第２電極５２１と垂直方向Ｄｖに対向する。さらに、液晶構造体５の他の一部は、他方の第２電極５２２と垂直方向Ｄｖに対向する。
【０１７８】
図１５は、実施形態５に係る光学システム３００Ａを示す平面図である。図１５に示すように、光学システム３００Ａは、図１の刺激付与部２００に代えて、刺激付与部２００Ａを備える。刺激付与部２００Ａは、第１駆動部７１と、第２駆動部７２とを含む。実施形態５では、液晶層３の駆動方式として、単純マトリックス方式を採用する。
【０１７９】
第１駆動部７１は、複数の第１電極５１Ａを選択的に駆動する。つまり、第１駆動部７１は、複数の第１電極５１Ａに選択的に第１駆動信号を供給する。例えば、第１駆動部７１は、線順次走査を実行して、第１電極５１Ａを一本ずつ順次駆動する。つまり、第１駆動部７１は、線順次走査を実行して、複数の第１電極５１Ａに対して、一本ずつ順番に第１駆動信号を供給する。例えば、第１駆動部７１は、２本以上の第１電極５１Ａを同時に駆動してもよい。つまり、第１駆動部７１は、２本以上の第１電極５１Ａに同時に第１駆動信号を供給してもよい。第１駆動部７１は、例えば、第１駆動信号を生成するドライバー回路である。
【０１８０】
第２駆動部７２は、複数の第２電極５２Ａを選択的に駆動する。つまり、第２駆動部７２は、複数の第２電極５２Ａに選択的に第２駆動信号を供給する。例えば、第２駆動部７２は、複数の第１電極５１Ａの各々の駆動に応じて、１本以上の第２電極５２Ａを駆動する。つまり、第２駆動部７２は、複数の第１電極５１Ａの各々の駆動に応じて、１本以上の第２電極５２Ａに第２駆動信号を供給する。第２駆動部７２は、例えば、第２駆動信号を生成するドライバー回路である。
【０１８１】
実施形態５では、刺激付与部２００Ａによる「刺激」は「第１駆動信号及び第２駆動信号」である。「第１駆動信号及び第２駆動信号」は「駆動電圧」の一例である。なお、図１４及び図１５は、複数の第１電極５１Ａ及び複数の第２電極５２Ａに、第１駆動信号及び第２駆動信号が供給されていない時の液晶構造体５の状態を示している。つまり、図１４及び図１５は、液晶層３に外部から刺激が付与されていない時の液晶構造体５の状態を示している。
【０１８２】
複数の液晶構造体５の各々は、複数の第１電極５１Ａと複数の第２電極５２Ａとの複数の交差位置のうち、互いに隣り合う４つの交差位置Ｑａ、Ｑｂ、Ｑｃ、Ｑｄにそれぞれ対応して位置している４つの部分Ｕａ、Ｕｂ、Ｕｃ、Ｕｄを有する。図１５では、理解を容易にするために、部分Ｕａ、Ｕｂ、Ｕｃ、Ｕｄを破線で示しているが、実際には破線は存在しない。
【０１８３】
そして、図１４に示すように、液晶層３を構成する第１液晶ＦＬのうちの第１液晶ＦＬａが、液晶構造体５の部分Ｕａに対応して位置している。第１液晶ＦＬａは、複数の液晶分子ＬＣ１ａを含む。第１液晶ＦＬのうちの第１液晶ＦＬｂが、液晶構造体５の部分Ｕｂに対応して位置している。第１液晶ＦＬｂは、複数の液晶分子ＬＣ１ｂを含む。第１液晶ＦＬのうちの第１液晶ＦＬｃが、液晶構造体５の部分Ｕｃに対応して位置している。第１液晶ＦＬｃは、複数の液晶分子ＬＣ１ｃを含む。第１液晶ＦＬのうちの第１液晶ＦＬｄが、液晶構造体５の部分Ｕｄに対応して位置している。第１液晶ＦＬｄは、複数の液晶分子ＬＣ１ｄを含む。
【０１８４】
従って、図１４及び図１５に示すように、実施形態５によれば、複数の第１電極５１Ａに対して選択的に第１駆動信号を供給するとともに、複数の第２電極５２Ａに対して選択的に第２駆動信号を供給することによって、液晶構造体５の部分Ｕａに対応する第１液晶ＦＬａ、部分Ｕｂ対応する第１液晶ＦＬｂ、部分Ｕｃに対応する第１液晶ＦＬｃ、及び、部分Ｕｄに対応する第１液晶ＦＬｄを、個別に駆動して、液晶分子ＬＣ１ａの配向、液晶分子ＬＣ１ｂの配向、液晶分子ＬＣ１ｃの配向、及び、液晶分子ＬＣ１ｄの配向を、個別に制御できる。
【０１８５】
その結果、第１液晶ＦＬａ〜第１液晶ＦＬｄから、液晶構造体５の部分Ｕａ〜部分Ｕｄに作用する力を、部分Ｕａ〜部分Ｕｄごとに個別に制御できる。よって、液晶構造体５を第１軸線ＡＳ１及び／又は第２軸線ＡＳ２の周りに回転させて、第１軸線ＡＳ１及び／又は第２軸線ＡＳ２の周りにおいて液晶構造体５の姿勢を変更できる。
【０１８６】
そして、光を反射する液晶構造体５を含む光学素子１００Ａを光の偏向素子として機能させる場合、第１軸線ＡＳ１及び／又は第２軸線ＡＳ２の周りにおいて液晶構造体５の姿勢を変更できると、光の偏向方向（つまり、反射光の出射方向）の制御の自由度が向上する。
【０１８７】
ここで、第１軸線ＡＳ１は、第１電極５１Ａ及び第１方向Ｄ１に略平行である。第２軸線ＡＳ２は、第２電極５２Ａ及び第２方向Ｄ２に略平行である。第１軸線ＡＳ１は、第２軸線ＡＳ２に交差する。実施形態５では、第１軸線ＡＳ１は、第２軸線ＡＳ２に略直交する。なお、図１４では、図面の簡略化のために、多数の液晶分子ＬＣ１のうちのいくつかの液晶分子ＬＣ１を図示している。
【０１８８】
特に、実施形態５では、図１５に示すように、液晶構造体５の部分Ｕａは、交差位置Ｑａに位置する。交差位置Ｑａは、第１電極５１１と第２電極５２１とが立体交差している位置を示す。従って、部分Ｕａは、交差位置Ｑａにおいて、第１電極５１１と第２電極５２１との間に位置する。液晶構造体５の部分Ｕｂは、交差位置Ｑｂに位置する。交差位置Ｑｂは、第１電極５１１と第２電極５２２とが立体交差している位置を示す。従って、部分Ｕｂは、交差位置Ｑｂにおいて、第１電極５１１と第２電極５２２との間に位置する。
【０１８９】
液晶構造体５の部分Ｕｃは、交差位置Ｑｃに位置する。交差位置Ｑｃは、第１電極５１２と第２電極５２２とが立体交差している位置を示す。従って、部分Ｕｃは、交差位置Ｑｃにおいて、第１電極５１２と第２電極５２２との間に位置する。液晶構造体５の部分Ｕｄは、交差位置Ｑｄに位置する。交差位置Ｑｄは、第１電極５１２と第２電極５２１とが立体交差している位置を示す。従って、部分Ｕｄは、交差位置Ｑｄにおいて、第１電極５１２と第２電極５２１との間に位置する。
【０１９０】
（実施形態５の変形例）
図１４及び図１６を参照して、本発明の実施形態５の変形例に係る光学システム３００Ｂを説明する。実施形態５の変形例に係る光学システム３００Ｂの光学素子１００Ｂによる液晶層３の駆動方式がアクティブマトリックス方式である点で、変形例は、図１４及び図１５を参照して説明した実施形態５と主に異なる。以下、変形例が実施形態５と異なる点を主に説明する。なお、変形例と実施形態５との共通部分については、変形例の説明において、図１４を適宜参照する。
【０１９１】
図１６は、実施形態５の変形例に係る光学システム３００Ｂを示す平面図である。図１６に示すように、光学システム３００Ｂの光学素子１００Ｂは、図１５に示す電極パターンＥＬ１に代えて、電極パターンＥＬ２を含む。電極パターンＥＬ２は、実施形態５の電極パターンＥＬ１と同様に、液晶層３（図１４）の複数箇所に対して刺激としての駆動電圧を個別に印加する。そして、電極パターンＥＬ２による液晶層３に対する駆動電圧の印加に応じて、液晶構造体５は、第１軸線ＡＳ１及び／又は第２軸線ＡＳ２の周りの回転によって姿勢を変更する。
【０１９２】
具体的には、電極パターンＥＬ２は、複数の第１電極５１Ｂ、複数の第２電極５２Ｂ、及びコモン電極ＣＭを含む。図１６の例では、複数の第１電極５１Ｂの数は、２以上であれば、特に限定されない。また、図１６の例では、複数の第２電極５２Ｂの数は、２以上であれば、特に限定されない。
【０１９３】
複数の第１電極５１Ｂ及び複数の第２電極５２Ｂは、第２基板２（図１４）に形成される。変形例では、複数の第１電極５１Ｂ及び複数の第２電極５２Ｂは、第２基板２の一対の主面のうち、液晶構造体５の位置する側の主面に形成される。複数の第１電極５１Ａは、互いに間隔をあけて、第１方向Ｄ１に沿って延びている。複数の第２電極５２Ｂは、互いに間隔をあけて、第２方向Ｄ２に沿って延びている。
【０１９４】
第２基板２（図１４）において、複数の第２電極５２Ｂは、複数の第１電極５１Ｂに対して立体交差する。変形例では、第２基板２において、複数の第２電極５２Ｂは、複数の第１電極５１Ｂに対して、互いに離隔しつつ略直交している。
【０１９５】
また、光学素子１００Ｂは、複数の薄膜トランジスタＴ（ＴＦＴ：Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）と、複数の画素電極Ｐとをさらに含む。光学素子１００Ｂは、複数のキャパシターＣＰをさらに含むことが好ましい。複数の薄膜トランジスタＴは、それぞれ、複数の第１電極５１Ｂと複数の第２電極５２Ｂとの複数の交差位置に対応して配置される。複数の画素電極Ｐは、それぞれ、複数の薄膜トランジスタＴに対応して配置される。画素電極Ｐは、変形例では、透明電極材料により形成される。透明電極材料は、例えば、ＩＴＯである。複数のキャパシターＣＰは、それぞれ、複数の画素電極Ｐに対応して配置される。
【０１９６】
薄膜トランジスタＴのゲート電極は、対応する第１電極５１Ｂに接続され、薄膜トランジスタＴのソース電極は、対応する第２電極５２Ｂに接続され、薄膜トランジスタＴのドレイン電極は、対応する画素電極Ｐに接続される。画素電極Ｐには、対応するキャパシターＣＰが接続される。キャパシターＣＰは電荷を保持する。薄膜トランジスタＴ、画素電極Ｐ、及び、キャパシターＣＰは、第１電極５１Ｂ及び第２電極５２Ｂと同様に、第２基板２（図１４）に形成される。
【０１９７】
コモン電極ＣＭは、面状電極であり、第１基板１（図１４）に形成される。コモン電極ＣＭは、液晶層３（図１４）を介して、第２基板２に形成される複数の画素電極Ｐと対向している。コモン電極ＣＭにはコモン信号が供給される。コモン電極ＣＭは、変形例では、透明電極材料により形成される。透明電極材料は、例えば、ＩＴＯである。
【０１９８】
第１駆動部７１は、複数の第１電極５１Ｂを選択的に駆動する。つまり、第１駆動部７１は、複数の第１電極５１Ｂに選択的に第１駆動信号を供給して、第１駆動信号が供給された薄膜トランジスタＴをオンにする。例えば、第１駆動部７１は、線順次走査を実行して、複数の第１電極５１Ｂに対して、一本ずつ順番に第１駆動信号を供給する。例えば、第１駆動部７１は、２本以上の第１電極５１Ｂに同時に第１駆動信号を供給してもよい。
【０１９９】
第２駆動部７２は、複数の第２電極５２Ｂを選択的に駆動する。つまり、第２駆動部７２は、複数の第２電極５２Ｂに選択的に第２駆動信号を供給する。例えば、第２駆動部７２は、複数の第１電極５１Ｂの各々の駆動に応じて、１本以上の第２電極５２Ｂに第２駆動信号を供給する。その結果、第２駆動信号が、オンしている薄膜トランジスタＴに接続されている画素電極Ｐに供給される。つまり、画素電極Ｐに電圧が印加される。画素電極Ｐに印加される電圧が、画素電極Ｐとコモン電極ＣＭとの間に位置する第１液晶ＦＬを駆動する駆動電圧である。キャパシターＣＰは、画素電極Ｐに印加される電圧に基づく電荷を保持する補助容量である。
【０２００】
変形例では、刺激付与部２００Ａによる「刺激」は「第１駆動信号及び第２駆動信号」である。「第１駆動信号及び第２駆動信号」は「駆動電圧」の一例である。なお、図１６は、複数の第１電極５１Ｂ及び複数の第２電極５２Ｂに、第１駆動信号及び第２駆動信号が供給されていない時の液晶構造体５の状態を示している。つまり、図１６は、液晶層３に外部から刺激が付与されていない時の液晶構造体５の状態を示している。
【０２０１】
複数の液晶構造体５の各々は、複数の第１電極５１Ｂと複数の第２電極５２Ｂとの複数の交差位置のうち、互いに隣り合う４つの交差位置Ｑａ、Ｑｂ、Ｑｃ、Ｑｄにそれぞれ対応して位置している４つの部分Ｕａ、Ｕｂ、Ｕｃ、Ｕｄを有する。図１６では、理解を容易にするために、部分Ｕａ、Ｕｂ、Ｕｃ、Ｕｄを破線で示しているが、実際には破線は存在しない。
【０２０２】
そして、図１６に示すように、変形例によれば、複数の第１電極５１Ｂに対して選択的に第１駆動信号を供給するとともに、複数の第２電極５２Ｂに対して選択的に第２駆動信号を供給することによって、液晶構造体５の部分Ｕａに対応する第１液晶ＦＬａ（図１４）、部分Ｕｂ対応する第１液晶ＦＬｂ（図１４）、部分Ｕｃに対応する第１液晶ＦＬｃ（図１４）、及び、部分Ｕｄに対応する第１液晶ＦＬｄ（図１４）を、個別に駆動して、液晶分子ＬＣ１ａの配向、液晶分子ＬＣ１ｂの配向、液晶分子ＬＣ１ｃの配向、及び、液晶分子ＬＣ１ｄの配向を、個別に制御できる。
【０２０３】
その結果、第１液晶ＦＬａ〜第１液晶ＦＬｄから、液晶構造体５の部分Ｕａ〜部分Ｕｄに作用する力を、部分Ｕａ〜部分Ｕｄごとに個別に制御できる。よって、液晶構造体５を第１軸線ＡＳ１及び／又は第２軸線ＡＳ２の周りに回転させて（図１４）、第１軸線ＡＳ１及び／又は第２軸線ＡＳ２の周りにおいて液晶構造体５の姿勢を変更できる。
【０２０４】
そして、光を反射する液晶構造体５を含む光学素子１００Ｂを光の偏向素子として機能させる場合、第１軸線ＡＳ１及び／又は第２軸線ＡＳ２の周りにおいて液晶構造体５の姿勢を変更できると、光の偏向方向（つまり、反射光の出射方向）の制御の自由度が向上する。
【０２０５】
特に、変形例では、図１６に示すように、液晶構造体５の部分Ｕａは、画素電極Ｐａに対して垂直方向Ｄｖ（図１４）に対向する。画素電極Ｐａは、交差位置Ｑａに対応して、交差位置Ｑａに近接している。交差位置Ｑａは、第１電極５１１と第２電極５２１とが立体交差している位置を示す。部分Ｕａは、画素電極Ｐａとコモン電極ＣＭとの間に位置する。
【０２０６】
液晶構造体５の部分Ｕｂは、画素電極Ｐｂに対して垂直方向Ｄｖ（図１４）に対向する。画素電極Ｐｂは、交差位置Ｑｂに対応して、交差位置Ｑｂに近接している。交差位置Ｑｂは、第１電極５１２と第２電極５２１とが立体交差している位置を示す。部分Ｕｂは、画素電極Ｐｂとコモン電極ＣＭとの間に位置する。
【０２０７】
液晶構造体５の部分Ｕｃは、画素電極Ｐｃに対して垂直方向Ｄｖ（図１４）に対向する。画素電極Ｐｃは、交差位置Ｑｃに対応して、交差位置Ｑｃに近接している。交差位置Ｑｃは、第１電極５１２と第２電極５２２とが立体交差している位置を示す。部分Ｕｃは、画素電極Ｐｃとコモン電極ＣＭとの間に位置する。
【０２０８】
液晶構造体５の部分Ｕｄは、画素電極Ｐｄに対して垂直方向Ｄｖ（図１４）に対向する。画素電極Ｐｄは、交差位置Ｑｄに対応して、交差位置Ｑｄに近接している。交差位置Ｑｄは、第１電極５１１と第２電極５２２とが立体交差している位置を示す。部分Ｕｄは、画素電極Ｐｄとコモン電極ＣＭとの間に位置する。
【０２０９】
液晶構造体５は、互いに隣り合う４つの画素電極Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄに対して垂直方向Ｄｖ（図１４）に離隔しつつ、４つの画素電極Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄに跨って配置されている。
【０２１０】
ここで、図１５及び図１６に示す実施形態５及び変形例では、複数の液晶構造体５が略同一の姿勢をとるように、第１駆動部７１は複数の第１電極５１Ａに選択的に第１駆動信号を供給するとともに、第２駆動部７２は複数の第２電極５２Ａに選択的に第２駆動信号を供給する。従って、複数の液晶構造体５が反射する光の出射方向（光の偏向方向）が略同一である。なお、複数の液晶構造体５が異なる姿勢をとるように、第１駆動部７１が複数の第１電極５１Ａに選択的に第１駆動信号を供給するとともに、第２駆動部７２が複数の第２電極５２Ａに選択的に第２駆動信号を供給してもよい。
【０２１１】
なお、実施形態５及び変形例では、図１４に示すように、液晶層３のうち第１基板１に隣接する第１領域Ａ１（図２の第１領域Ａ１に相当）における複数の液晶分子ＬＣＡ（図３（ａ）の液晶分子ＬＣＡに相当）の配向は揃っている。また、液晶層３のうち第２基板２に隣接する第２領域Ａ２（図２の第２領域Ａ２に相当）における複数の液晶分子ＬＣＢ（図３（ａ）の液晶分子ＬＣＢに相当）の配向は揃っている。
【０２１２】
なお、実施形態５及び変形例でも、図１〜図３（ｂ）を参照して説明した本実施形態と同様に、第１条件と第２条件とのうちの少なくとも１つの条件が満足される。図１４の例では、第１条件は満足されないが、第２条件が満足されている。また、図１４では、理解を容易にするために、第１領域Ａ１及び第２領域Ａ２を二点鎖線で示しているが、実際には二点鎖線は存在しない。また、図面を見易くするために、図１６では、液晶構造体５及びコモン電極ＣＭを二点鎖線で示している。
【０２１３】
（実施形態６）
図１７及び図１８を参照して、本発明の実施形態６に係る光学システム３００Ｃを説明する。実施形態６に係る光学システム３００Ｃの光学素子１００Ｃが、第１領域Ａ１及び第２領域Ａ２の液晶分子ＬＣＡ、ＬＣＢの配向を制御することで各位置における液晶構造体５の姿勢を制御する点で、実施形態６は、図１４及び図１５を参照して説明した実施形態５と主に異なる。以下、実施形態６が実施形態５と異なる点を主に説明する。
【０２１４】
図１７は、実施形態６に係る光学素子１００Ｃを示す斜視図である。図１７に示すように、光学素子１００Ｃは、互いに離隔している複数の液晶構造体５を備える。図１７の例では、垂直方向Ｄｖにおける複数の液晶構造体５の位置は略同じである。図１７の例では、第１電極５１Ａと第２電極５２Ａとのうち、いずれかの電極の数が２以上であれば、第１電極５１Ａの数及び第２電極５２Ａの数は、特に限定されない。
【０２１５】
液晶層３の第１領域Ａ１（図２の第１領域Ａ１に相当）での複数の液晶分子ＬＣＡの配向は相違している。また、液晶層３の第２領域Ａ２（図２の第２領域Ａ２に相当）での複数の液晶分子ＬＣＢの配向は相違している。そして、刺激付与部２００Ａ（後述の図１８）によって刺激（実施形態６では駆動電圧）が液晶層３に付与された時に、第１領域Ａ１での複数の液晶分子ＬＣＡの配向の相違と、第２領域Ａ２での複数の液晶分子ＬＣＡの配向の相違とに応じて、複数の液晶構造体５の姿勢が個別に変化する。従って、実施形態６によれば、液晶層３内の各位置において、液晶構造体５ごとに液晶構造体５の姿勢を制御できる。
【０２１６】
具体的には、液晶層３の第１領域Ａ１は、複数の第１部分Ｊ１を有する。つまり、第１領域Ａ１は、複数の第１部分Ｊ１に区分けされている。液晶層３の第２領域Ａ２は、複数の第２部分Ｊ２を有する。第１部分Ｊ１と第２部分Ｊ２との間に液晶構造体５が位置している。つまり、第２領域Ａ２は、複数の第２部分Ｊ２に区分けされている。
【０２１７】
なお、図１７では、理解を容易にするために、第１領域Ａ１及び第２領域Ａ２を二点鎖線で示しているが、実際には二点鎖線は存在しない。また、理解を容易にするために、互いに隣り合う第１部分Ｊ１の境界を二点鎖線で示しているが、実際には二点鎖線は存在しない。同様に、互いに隣り合う第２部分Ｊ２の境界を二点鎖線で示しているが、実際には二点鎖線は存在しない。
【０２１８】
垂直方向Ｄｖに沿って並んでいる第１部分Ｊ１と液晶構造体５と第２部分Ｊ２とに関し、第１条件と第２条件とのうちの少なくとも１つの条件が満足される。つまり、第１部分Ｊ１と、第１部分Ｊ１に対向する第２部分Ｊ２と、第１部分Ｊ１と第２部分Ｊ２との間に位置する液晶構造体５とに関し、第１条件と第２条件とのうちの少なくとも１つの条件が満足される。
【０２１９】
第１条件は、図３（ａ）を参照して説明した第１条件と同様である。ただし、実施形態６では、第１条件は、「液晶層３に刺激が付与されていない時に、互いに対向する第１部分Ｊ１と第２部分Ｊ２とにおいて、第１部分Ｊ１での液晶分子ＬＣＡの配向と第２部分Ｊ２での液晶分子ＬＣＢの配向とが異なること」である。「液晶層３に刺激が付与されていない時」は、「液晶層３に駆動電圧が印加されていない時」、「複数の第１電極５１Ａ及び複数の第２電極５２Ａに第１駆動信号及び第２駆動信号が供給されていない時」、又は、「複数の第１電極５１Ａ及び複数の第２電極５２Ａが駆動されていない時」に相当する。
【０２２０】
第２条件は、図３（ｂ）を参照して説明した第２条件と同様である。なお、図１７の例では、第１条件は満足されていないが、第２条件が満足されている。
【０２２１】
複数の第１部分Ｊ１のうち互いに隣り合う第１部分Ｊ１と第１部分Ｊ１とで、液晶分子ＬＣＡの配向は異なる。図１７の例では、互いに隣り合う第１部分Ｊ１ａと第１部分Ｊ１ｂと第１部分Ｊ１ｃと第１部分Ｊ１ｄとで、液晶分子ＬＣＡの配向は異なる。また、第１部分Ｊ１ａ内においては、液晶分子ＬＣＡの配向は揃っている。同様に、第１部分Ｊ１ｂ内においては、液晶分子ＬＣＡの配向は揃っており、第１部分Ｊ１ｃ内においては、液晶分子ＬＣＡの配向は揃っており、第１部分Ｊ１ｄ内においては、液晶分子ＬＣＡの配向は揃っている。ただし、互いに隣り合う第１部分Ｊ１と第１部分Ｊ１との間で、液晶分子ＬＣＡの配向が徐々に変化していてもよい。この場合、互いに隣り合う第１部分Ｊ１と第１部分Ｊ１との境界が明確でなくてもよい。
【０２２２】
加えて、複数の第２部分Ｊ２のうち互いに隣り合う第２部分Ｊ２と第２部分Ｊ２とで、液晶分子ＬＣＢの配向は異なる。図１７の例では、互いに隣り合う第２部分Ｊ２ａと第２部分Ｊ２ｂと第２部分Ｊ２ｃと第２部分Ｊ２ｄとで、液晶分子ＬＣＢの配向は異なる。また、第２部分Ｊ２ａ内においては、液晶分子ＬＣＢの配向は揃っている。同様に、第２部分Ｊ２ｂ内においては、液晶分子ＬＣＢの配向は揃っており、第２部分Ｊ２ｃ内においては、液晶分子ＬＣＢの配向は揃っており、第２部分Ｊ２ｄ内においては、液晶分子ＬＣＢの配向は揃っている。ただし、互いに隣り合う第２部分Ｊ２と第２部分Ｊ２との間で、液晶分子ＬＣＢの配向が徐々に変化していてもよい。この場合、互いに隣り合う第２部分Ｊ２と第２部分Ｊ２との境界が明確でなくてもよい。
【０２２３】
従って、実施形態６によれば、液晶層３に駆動電圧を印加した時に、複数の液晶構造体５の各々は、対向している第１部分Ｊ１での液晶分子ＬＣＡの配向と、対向している第２部分Ｊ２での液晶分子ＬＣＢの配向とに応じた姿勢をとる。その結果、複数の液晶構造体５は、第１部分Ｊ１での液晶分子ＬＣＡの配向及び第２部分Ｊ２での液晶分子ＬＣＢの配向に応じて、例えば互いに異なる方向に向けて光を反射できる。つまり、液晶層３内の各位置において、液晶構造体５ごとに液晶構造体５の姿勢を制御できる。
【０２２４】
図１８は、実施形態６に係る光学システム３００Ｃを示す平面図である。図１８に示すように、複数の液晶構造体５は、それぞれ、複数の第１電極５１Ａと複数の第２電極５２Ａとの複数の交差位置に対応して配置される。図１８の例では、複数の液晶構造体５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄは、複数の第１電極５１Ａと複数の第２電極５２Ａとの複数の交差位置のうち、互いに隣り合う４つの交差位置Ｑａ、Ｑｂ、Ｑｃ、Ｑｄにそれぞれ対応して位置している。
【０２２５】
そして、図１７に示すように、液晶層３を構成する第１液晶ＦＬのうちの第１液晶ＦＬａが、液晶構造体５ａに対応して位置している。第１液晶ＦＬａは、複数の液晶分子ＬＣ１ａを含む。第１液晶ＦＬのうちの第１液晶ＦＬｂが、液晶構造体５ｂに対応して位置している。第１液晶ＦＬｂは、複数の液晶分子ＬＣ１ｂを含む。第１液晶ＦＬのうちの第１液晶ＦＬｃが、液晶構造体５ｃに対応して位置している。第１液晶ＦＬｃは、複数の液晶分子ＬＣ１ｃを含む。第１液晶ＦＬのうちの第１液晶ＦＬｄが、液晶構造体５ｄに対応して位置している。第１液晶ＦＬｄは、複数の液晶分子ＬＣ１ｄを含む。
【０２２６】
従って、図１７及び図１８に示すように、実施形態６によれば、複数の第１電極５１Ａに対して選択的に第１駆動信号を供給するとともに、複数の第２電極５２Ａに対して選択的に第２駆動信号を供給することによって、第１部分Ｊ１ａと第２部分Ｊ２ａとの間の第１液晶ＦＬａ、第１部分Ｊ１ｂと第２部分Ｊ２ｂとの間の第１液晶ＦＬｂ、第１部分Ｊ１ｃと第２部分Ｊ２ｃとの間の第１液晶ＦＬｃ、及び、第１部分Ｊ１ｄと第２部分Ｊ２ｄとの間の第１液晶ＦＬｄを、個別に駆動して、液晶分子ＬＣ１ａの配向、液晶分子ＬＣ１ｂの配向、液晶分子ＬＣ１ｃの配向、及び、液晶分子ＬＣ１ｄの配向を、個別に制御できる。
【０２２７】
その結果、第１液晶ＦＬａ〜第１液晶ＦＬｄから、液晶構造体５ａ〜液晶構造体５ｄに作用する力を、液晶構造体５ａ〜液晶構造体５ｄごとに個別に制御できる。よって、液晶構造体５ａ〜液晶構造体５ｄを個別に回転させて、液晶構造体５ａ〜液晶構造体５ｄの姿勢を個別に変更できる。液晶構造体５ａ〜液晶構造体５ｄの姿勢を個別に変更できると、液晶構造体５ａ〜液晶構造体５ｄごとに、液晶構造体５ａ〜液晶構造体５ｄによる光の反射方向を制御できる。
【０２２８】
特に、実施形態６では、図１８に示すように、液晶構造体５ａは、交差位置Ｑａに位置する。従って、図１７に示す第１部分Ｊ１ａ及び第２部分Ｊ２ａも交差位置Ｑａに位置する。液晶構造体５ｂは、交差位置Ｑｂに位置する。従って、図１７に示す第１部分Ｊ１ｂ及び第２部分Ｊ２ｂも交差位置Ｑｂに位置する。液晶構造体５ｃは、交差位置Ｑｃに位置する。従って、図１７に示す第１部分Ｊ１ｃ及び第２部分Ｊ２ｃも交差位置Ｑｃに位置する。液晶構造体５ｄは、交差位置Ｑｄに位置する。従って、図１７に示す第１部分Ｊ１ｄ及び第２部分Ｊ２ｄも交差位置Ｑｄに位置する。
【０２２９】
なお、図１７及び図１８は、複数の第１電極５１Ａ及び複数の第２電極５２Ａに、第１駆動信号及び第２駆動信号が供給されていない時の液晶構造体５の状態を示している。つまり、図１７及び図１８は、液晶層３に外部から刺激が付与されていない時の液晶構造体５の状態を示している。なお、図１７では、図面の簡略化のために、多数の液晶分子ＬＣ１のうちのいくつかの液晶分子ＬＣ１を図示している。また、液晶層３の第１領域Ａ１の複数の第１部分Ｊ１及び第２領域Ａ２の複数の第２部分Ｊ２の形成方法としては、つまり、複数の第１部分Ｊ１の液晶分子ＬＣＡ及び複数の第２部分Ｊ２の液晶分子ＬＣＢのパターニング方法としては、例えば、光配向法、ナノインプリント法、又は、μラビング法を使用できる。
【０２３０】
（実施形態６の変形例）
図１７及び図１９を参照して、本発明の実施形態６の変形例に係る光学システム３００Ｄを説明する。実施形態６の変形例に係る光学システム３００Ｄの光学素子１００Ｄによる液晶層３の駆動方式がアクティブマトリックス方式である点で、変形例は、図１７及び図１８を参照して説明した実施形態６と主に異なる。以下、実施形態６の変形例が、実施形態６と異なる点を主に説明する。また、実施形態６の変形例におけるアクティブマトリックス方式を実現する構成は、図１９を参照して説明した実施形態５の変形例におけるアクティブマトリックス方式を実現する構成と同様である。従って、アクティブマトリックス方式の説明は適宜省略する。なお、変形例と実施形態６との共通部分については、変形例の説明において、図１７を適宜参照する。
【０２３１】
図１９は、実施形態６の変形例に係る光学システム３００Ｄを示す平面図である。図１９に示すように、光学システム３００Ｄの光学素子１００Ｄは、図１７に示す電極パターンＥＬ１に代えて、電極パターンＥＬ２を含む。そして、液晶層３の第１領域Ａ１（図１７）での複数の液晶分子ＬＣＡの配向は相違している。また、液晶層３の第２領域Ａ２（図１７）での複数の液晶分子ＬＣＢの配向は相違している。そして、刺激付与部２００Ａによって刺激（変形例では駆動電圧）が液晶層３に付与された時に、第１領域Ａ１での複数の液晶分子ＬＣＡの配向の相違と、第２領域Ａ２での複数の液晶分子ＬＣＡの配向の相違とに応じて、複数の液晶構造体５の姿勢が個別に変化する。
【０２３２】
具体的には、複数の液晶構造体５は、それぞれ、複数の第１電極５１Ｂと複数の第２電極５２Ｂとの複数の交差位置に対応して配置される。図１９の例では、複数の液晶構造体５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄは、複数の第１電極５１Ｂと複数の第２電極５２Ｂとの複数の交差位置のうち、互いに隣り合う４つの交差位置Ｑａ、Ｑｂ、Ｑｃ、Ｑｄにそれぞれ対応して位置している。
【０２３３】
そして、変形例によれば、複数の第１電極５１Ｂに対して選択的に第１駆動信号を供給するとともに、複数の第２電極５２Ｂに対して選択的に第２駆動信号を供給することによって、図１７に示す第１部分Ｊ１ａと第２部分Ｊ２ａとの間の第１液晶ＦＬａ、図１７に示す第１部分Ｊ１ｂと第２部分Ｊ２ｂとの間の第１液晶ＦＬｂ、図１７に示す第１部分Ｊ１ｃと第２部分Ｊ２ｃとの間の第１液晶ＦＬｃ、及び、図１７に示す第１部分Ｊ１ｄと第２部分Ｊ２ｄとの間の第１液晶ＦＬｄを、個別に駆動して、液晶分子ＬＣ１ａの配向、液晶分子ＬＣ１ｂの配向、液晶分子ＬＣ１ｃの配向、及び、液晶分子ＬＣ１ｄの配向を、個別に制御できる。
【０２３４】
その結果、第１液晶ＦＬａ〜第１液晶ＦＬｄから、液晶構造体５ａ〜液晶構造体５ｄに作用する力を、液晶構造体５ａ〜液晶構造体５ｄごとに個別に制御できる。よって、液晶構造体５ａ〜液晶構造体５ｄを個別に回転させて、液晶構造体５ａ〜液晶構造体５ｄの姿勢を個別に変更できる。液晶構造体５ａ〜液晶構造体５ｄの姿勢を個別に変更できると、液晶構造体５ａ〜液晶構造体５ｄごとに、液晶構造体５ａ〜液晶構造体５ｄによる光の反射方向を制御できる。
【０２３５】
特に、変形例では、図１９に示すように、液晶構造体５ａは、画素電極Ｐａに対して垂直方向Ｄｖ（図１７）に対向する。従って、図１７に示す第１部分Ｊ１ａと第２部分Ｊ２ａと液晶構造体５ａと図１９に示す画素電極Ｐａとは、垂直方向Ｄｖに沿って並んでいる。
【０２３６】
液晶構造体５ｂは、画素電極Ｐｂに対して垂直方向Ｄｖ（図１７）に対向する。従って、図１７に示す第１部分Ｊ１ｂと第２部分Ｊ２ｂと液晶構造体５ｂと図１９に示す画素電極Ｐｂとは、垂直方向Ｄｖに沿って並んでいる。
【０２３７】
液晶構造体５ｃは、画素電極Ｐｃに対して垂直方向Ｄｖ（図１７）に対向する。従って、図１７に示す第１部分Ｊ１ｃと第２部分Ｊ２ｃと液晶構造体５ｃと図１９に示す画素電極Ｐｃとは、垂直方向Ｄｖに沿って並んでいる。
【０２３８】
液晶構造体５ｄは、画素電極Ｐｄに対して垂直方向Ｄｖ（図１７）に対向する。従って、図１７に示す第１部分Ｊ１ｄと第２部分Ｊ２ｄと液晶構造体５ｄと図１９に示す画素電極Ｐｄとは、垂直方向Ｄｖに沿って並んでいる。
【０２３９】
なお、図１９では、図面を見易くするために、液晶構造体５及びコモン電極ＣＭを二点鎖線で示している。
【０２４０】
また、図１９は、複数の第１電極５１Ｂ及び複数の第２電極５２Ｂに、第１駆動信号及び第２駆動信号が供給されていない時の液晶構造体５の状態を示している。つまり、図１９は、液晶層３に外部から刺激が付与されていない時の液晶構造体５の状態を示している。また、図１９の例では、第１電極５１Ｂと第２電極５２Ｂとのうち、いずれかの電極の数が２以上であれば、第１電極５１Ｂの数及び第２電極５２Ｂの数は、特に限定されない。
【０２４１】
ここで、図１４〜図１９を参照して説明した実施形態５（変形例を含む。）及び実施形態６（変形例を含む。）において、実施形態１〜実施形態４の液晶層３を採用することができ、実施形態１〜実施形態３の液晶構造体５を採用することができ、実施形態４の液晶構造体５Ａを採用することができる。また、実施形態５（変形例を含む。）及び実施形態６（変形例を含む。）において、液晶層３の駆動方式（単純マトリックス方式、アクティブマトリックス方式）を実現する構成は一例であって、特に限定されない。
【０２４２】
次に、本発明が実施例に基づき具体的に説明されるが、本発明は以下の実施例によって限定されない。
【実施例】
【０２４３】
本発明の実施例では、図４を参照して説明した実施形態１に係る光学素子１００を作製した。液晶構造体５の作製には、光重合性液晶（Ｍｅｒｃｋ、ＲＭＭ１４１Ｃ）を９３．２ｗｔ％、キラル剤（Ｍｅｒｃｋ、ＣＤ−Ｘ）を４．０ｗｔ％、光重合開始剤（東京化成工業、２−Ｂｅｎｚｙｌ−２−（ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ）−４´−ｍｏｒｐｈｏｌｉｎｏｂｕｔｙｒｏｐｈｅｎｏｎｅ）を２．８ｗｔ％混合した試料を用いた。水平配向剤（ＪＳＲ、ＡＬ１２５４）を塗布しアンチパラレルラビングを施したサンドイッチセルに試料を封入した。試料がコレステリック相を呈する室温下で、波長８００ｎｍ、パルス幅１００ｆｓ、繰り返し周波数８０ＭＨｚのチタンサファイアレーザーを用いた２光子励起直接レーザー描画法により液晶構造体５を作製した。具体的には、油浸対物レンズ（６３ｘ、ＮＡ＝１．４）を介してセル深さ中央部に焦点を合わせた後、レーザー照射強度を４．５ＭＷ／ｃｍ2、照射時間を９μｓ／μｍとして、直径１５μｍの円形領域をラスター走査し、厚み３μｍの略円板状の液晶構造体５を作製した。【０２４４】
また、セルを分解して液晶構造体５をネマティック液晶（Ｍｅｒｃｋ、５ＣＢ）と混合し、セル厚１５μｍの９０度ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ）セルに封入した。その結果、光学素子１００が作製された。【０２４５】
そして、２７°Ｃに設定した温調ステージ上で、光学素子１００の液晶層３に周波数１０ｋＨｚの矩形波交流電圧を印加したときの液晶構造体５の応答を偏光顕微鏡下で対物レンズ（×１００、ＮＡ＝０．９０）を介して観察を行った。【０２４６】
一方、比較例として、図７（ａ）を参照して説明した光学素子５００を作製した。光学素子５００の作製方法は、光学素子１００の作製方法と同様であった。ただし、光学素子５００では、ネマティック液晶はねじれ配向を有していなかった。【０２４７】
まず、本実施例に係る光学素子１００に、直線偏光の光を入射した。入射光は、第１基板１に対して略垂直であった。液晶構造体５のコレステリック液晶の旋回方向は右回りであった。そして、０Ｖから４Ｖまでの駆動電圧を液晶層３に印加しながら、第１基板１に対して略垂直な方向から、光学素子１００からの反射光を反射偏光顕微鏡で観察した。反射光の観察によって、液晶層３に駆動電圧を印加していない時には、液晶構造体５が第１基板１及び第２基板２に対して略平行な状態で静止していることを確認できた。【０２４８】
また、各駆動電圧における反射光の観察結果を解析して、液晶構造体５の回転角θを算出した。具体的には、駆動電圧が徐々に増加すると液晶構造体５の回転角θが徐々に大きくなって、反射光の偏向が大きくなる。加えて、第１基板１に対して略垂直な方向から反射光を観察している。その結果、反射光の観察形状は、円形から楕円形に変化する。そこで、反射光の観察形状の楕円率に基づいて、液晶構造体５の回転角θを算出した。【０２４９】
図２０は、本実施例に係る光学素子１００の駆動電圧と液晶構造体５の回転角θとの関係を示すグラフである。図２０において、横軸は駆動電圧（ボルト）を示し、縦軸は回転角θ（度）を示す。黒色の四角形は実測値を示し、曲線は理論値を示した。図２０に示すように、駆動電圧の増加に伴って液晶構造体５の回転角θが大きくなった。また、液晶層３に駆動電圧を印加した状態から、駆動電圧を０Ｖにすると、液晶構造体５の回転角θが約ゼロ度になった。従って、液晶構造体５の姿勢を可逆的に制御できることを確認できた。【０２５０】
なお、光学素子１００においては、液晶構造体５の直径がセル厚と同等であり、液晶構造体５の厚み３μｍを考慮すれば、最大の回転角度は略６０度である。従って、図２０では、液晶構造体５の回転角θが９０度に到達していない。しかしながら、後述する図２１の説明で明らかなように、液晶構造体５の回転角θは、約ゼロ度から約９０度まで変化する。なお、反射偏光顕微鏡の反射光の検出限界が存在し、対物レンズの開口数と液晶層３中の全反射とに基づくと、検出限界は略２０度であった。【０２５１】
次に、光学素子１００からの透過光のスペクトルを計測し、入射光のうち波長が５３２ｎｍの光の透過率を算出した。透過光は、第２基板２に対して略垂直な方向から計測した。透過光の測定スポット径は１０μｍであった。【０２５２】
図２１は、本実施例に係る光学素子１００の波長５３２ｎｍにおける光透過率と駆動電圧との関係を示すグラフである。図２１において、横軸は駆動電圧（ボルト）を示し、縦軸は光の透過率（％）を示す。図２１に示すように、駆動電圧の増加に伴って光の透過率が増加した。換言すれば、駆動電圧の増加に伴って光の反射率が減少した。更に換言すれば、駆動電圧の増加に伴って、液晶構造体５の回転角θが増加した。【０２５３】
具体的には、０Ｖから約０．６Ｖまでの駆動電圧では、光の透過率は約５０％であった。光の透過率が約５０％であることは、直線偏光である入射光のうち、液晶構造体５のコレステリック液晶の旋回方向と逆方向の左円偏光だけが透過光として検出されたことを示した。換言すれば、光の透過率が約５０％であることは、コレステリック液晶の旋回方向と同じ方向の右円偏光が透過することなく反射されたことを示した。更に換言すれば、右円偏光が約１００％反射され、液晶構造体５の回転角θが約ゼロ度であると推定できた。【０２５４】
また、１．０Ｖ以上の駆動電圧では、光の透過率は約９０％であった。従って、波長５３２ｎｍの入射光の大部分が透過したことを確認できた。換言すれば、液晶構造体５のコレステリック液晶の旋回方向と逆方向の左円偏光だけでなく、コレステリック液晶の旋回方向と同方向の右円偏光の大部分が、透過したことを確認できた。更に換言すれば、波長５３２ｎｍの入射光の右円偏光の大部分が透過しているため、液晶構造体５の回転角θが十分大きく、液晶構造体５の反射波長帯域が５３２ｎｍから外れていることが推定できた。【０２５５】
次に、本実施例に係る光学素子１００からの反射光の強度と、比較例に係る光学素子５００からの反射光の強度とを測定した。具体的には、反射光の光路に波長５３２ｎｍ（半値幅１０ｎｍ）のバンドパスフィルターを挿入し、スポット径２００μｍの反射光を光電子増倍管を用いて測定した。反射光は、４Ｖの駆動電圧を液晶層３及び液晶層８３に印加した時と印加していない時とで測定された。【０２５６】
図２２（ａ）は、比較例に係る光学素子５００の反射光強度を示すグラフである。図２２（ｂ）は、本実施例に係る光学素子１００の反射光強度を示すグラフである。図２２（ａ）及び図２２（ｂ）において、横軸は時間（秒）を示し、左側縦軸は反射光の強度（任意単位）を示し、右縦軸は駆動電圧（ボルト）を示す。【０２５７】
図２２（ａ）に示すように、比較例に係る光学素子５００に４Ｖの駆動電圧を印加した状態から、ゼロ秒において駆動電圧を０Ｖに切り替えた。反射光の強度は、ゼロ秒から１２秒が経過しても、安定しなかった。つまり、比較例では、反射光の強度が安定し難いことが確認できた。反射光の強度が安定し難いことは、図７（ａ）〜図８（ｂ）を参照して説明したように、比較例では、液晶構造体８５が配向軸ＡＸ２の回りに回転可能であり、液晶構造体８５の姿勢が一意に定まらないことを示した。【０２５８】
図２２（ｂ）に示すように、本実施例に係る光学素子１００に４Ｖの駆動電圧を印加した状態から、ゼロ秒において駆動電圧を０Ｖに切り替えた。反射光の強度は、ゼロ秒から約２秒が経過すると安定した。つまり、本実施例では、反射光の強度が安定し易いことが確認できた。反射光の強度が安定し易いことは、図４及び図６を参照して説明したように、本実施例では、液晶構造体５の姿勢が一意に定まることを示した。【０２５９】
図２２（ａ）及び図２２（ｂ）を比較すると、本実施例に係る光学素子１００の応答時間が、比較例に係る光学素子５００の応答時間よりも速いことが確認できた。具体的には、対物レンズの検出限界（略２０度）が存在するためタイムラグはあるが、比較例に係る光学素子５００は約２秒で応答を開始し、本実施例に係る光学素子１００は約１秒で応答を開始した。【０２６０】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について説明した。ただし、本発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施できる。また、上記の実施形態に開示される複数の構成要素は適宜改変可能である。例えば、ある実施形態に示される全構成要素のうちのある構成要素を別の実施形態の構成要素に追加してもよく、または、ある実施形態に示される全構成要素のうちのいくつかの構成要素を実施形態から削除してもよい。【０２６１】
また、図面は、発明の理解を容易にするために、それぞれの構成要素を主体に模式的に示しており、図示された各構成要素の厚さ、長さ、個数、間隔等は、図面作成の都合上から実際とは異なる場合もある。また、上記の実施形態で示す各構成要素の構成は一例であって、特に限定されるものではなく、本発明の効果から実質的に逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０２６２】
本発明は、光学素子を提供するものであり、産業上の利用可能性を有する。
【符号の説明】
【０２６３】
１    第１基板
２    第２基板
３    液晶層
５、５Ａ    液晶構造体
２１    二色性色素
Ａ１    第１領域
Ａ２    第２領域
Ｂ１    第１表面領域
Ｂ２    第２表面領域
ＦＬ、ＦＬＡ、ＦＬＢ、ＦＬＣ    第１液晶
ＳＬ、ＳＬＡ、ＳＬＢ    第２液晶
ＥＬ１、ＥＬ２    電極パターン
【図１】
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【図２】
2020036227.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【国際調査報告】
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