(57)【要約】【課題】可視光全域の円偏光を選択的に反射することができる、光学的な欠陥が少ない光学素子を提供する。【解決手段】光学素子１０は、配向膜１５付きのガラス基板１４上に積層されたコレステリック液晶層１１，１２，１３を備えている。コレステリック液晶層１１，１２，１３は、全体として、可視光全域（４００〜７５０ｎｍ）の円偏光を選択的に反射するものである。短波長側コレステリック液晶層１１，１２は、可視光域内の短波長側波長域（青色の波長域及び緑色の波長域）の円偏光を選択的に反射するものであり、液晶分子の螺旋ピッチ長が厚さ方向に関して連続的に変化している。長波長側コレステリック層１３は、可視光域内の長波長側波長域（赤色の波長域）の円偏光を選択的に反射するものであり、液晶分子の螺旋ピッチ長が厚さ方向に関して一定である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚さ方向に延びる螺旋軸に沿って螺旋状に配向されてなる、コレステリック規則性を有する複数のコレステリック液晶層を備え、
前記複数のコレステリック液晶層は、可視光域内の短波長側波長域の円偏光を選択的に反射する短波長側コレステリック液晶層であって、当該液晶層の螺旋ピッチ長が厚さ方向に関して連続的に変化する短波長側コレステリック液晶層と、可視光域内の長波長側波長域の円偏光を選択的に反射する長波長側コレステリック液晶層であって、当該液晶層の螺旋ピッチ長が厚さ方向に関して実質的に一定である長波長側コレステリック液晶層とを含むことを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記短波長側コレステリック液晶層は、当該液晶層の螺旋ピッチ長が厚さ方向に関して連続的に変化する少なくとも２層のコレステリック液晶層からなることを特徴とする、請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記短波長側コレステリック液晶層は、青色の波長域及び緑色の波長域の円偏光を反射することを特徴とする、請求項１又は２に記載の光学素子。
【請求項４】
前記長波長側コレステリック液晶層は、赤色の波長域の円偏光を反射することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の光学素子。
【請求項５】
前記各コレステリック液晶層は、その膜厚が４μｍ以下であることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載の光学素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コレステリック液晶層を備えた光学素子に係り、とりわけ、厚さ方向に延びる螺旋軸に沿って螺旋状に配向されてなる、コレステリック規則性を有する複数のコレステリック液晶層を備えた光学素子に関する。なお、本明細書中において「液晶層」という用語は、光学的に液晶の性質を有する層という意味で用い、層の状態としては、流動性のある液晶相の状態の他、液晶相の持つ分子配列を保って固化された状態も含む。
【０００２】
【従来の技術】
コレステリック液晶層を備えた光学素子は、円偏光板やカラーフィルタ等の円偏光制御素子として、液晶表示装置等の画像表示装置に組み込まれて用いられる。このような光学素子の製造方法としては一般に、コレステリック規則性を有する液晶分子を溶液に溶解させた後、配向能を有する基材上に当該溶液を塗布して薄膜状のコレステリック液晶層を形成する方法が用いられている。
【０００３】
ところで、このような光学素子は、可視光全域に亘って円偏光を選択的に反射するような用途で用いられる場合が多く、この場合には、光学素子を構成するコレステリック液晶層の選択反射波長帯域を広帯域化する必要がある。
【０００４】
このための従来の方法としては、（１）異なる中心選択反射波長を有するコレステリック液晶層（液晶分子の螺旋ピッチ長が一定であるコレステリック液晶層）を複数積層する方法（特許文献１及び２参照）の他、（２）コレステリック液晶層内における液晶分子の螺旋ピッチ長を連続的に変化させる方法が提案されている（特許文献３乃至５参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−１０００４５号公報
【特許文献２】
特開平１１−４４８１６号公報
【特許文献３】
特表平１１−５１２８４９号公報
【特許文献４】
特開平６−２８１８１４号公報
【特許文献５】
特開平１１−８０７３３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記（１）の方法では、選択反射波長帯域が加算的に広がるのみであり、選択反射波長帯域をより広範囲に亘って広帯域化しようとする場合には、より多くのコレステリック液晶層を積層する必要があり、効率的でない。具体的には、光学素子の選択反射波長帯域を可視光全域とする場合には、少なくとも５〜１０層程度のコレステリック液晶層を積層する必要がある。また、この場合、コレステリック液晶層の数の増加に伴って光学的な界面が増えてしまい、光学素子の特性が劣化してしまうという問題もある。
【０００７】
これに対し、上記（２）の方法では、光学素子の選択反射波長帯域を可視光全域とする場合でも、必要とされるコレステリック液晶層の数を削減することができる。しかしながら、上記（２）の方法では、広帯域化の対象となる波長域によっては、必要とされるコレステリック液晶層の膜厚が大きくなり過ぎてしまい、液晶分子の配向不良等の光学的な欠陥が生じてしまうという問題がある。
【０００８】
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、可視光全域の円偏光を選択的に反射することができる、光学的な欠陥が少ない光学素子を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、厚さ方向に延びる螺旋軸に沿って螺旋状に配向されてなる、コレステリック規則性を有する複数のコレステリック液晶層を備え、前記複数のコレステリック液晶層は、可視光域内の短波長側波長域の円偏光を選択的に反射する短波長側コレステリック液晶層であって、当該液晶層の螺旋ピッチ長が厚さ方向に関して連続的に変化する短波長側コレステリック液晶層と、可視光域内の長波長側波長域の円偏光を選択的に反射する長波長側コレステリック液晶層であって、当該液晶層の螺旋ピッチ長が厚さ方向に関して実質的に一定である長波長側コレステリック液晶層とを含むことを特徴とする光学素子を提供する。
【００１０】
なお、本発明において、前記短波長側コレステリック液晶層は、当該液晶層の螺旋ピッチ長が厚さ方向に関して連続的に変化する少なくとも２層のコレステリック液晶層からなることが好ましい。また、前記短波長側コレステリック液晶層は、青色の波長域及び緑色の波長域の円偏光を反射することが好ましい。さらに、前記長波長側コレステリック液晶層は、赤色の波長域の円偏光を反射することが好ましい。さらにまた、前記各コレステリック液晶層は、その膜厚が４μｍ以下であることが好ましい。
【００１１】
なお、本発明において、「液晶層の螺旋ピッチ長が厚さ方向に関して連続的に変化する」とは、液晶層内の螺旋ピッチ長が厚さ方向に関して連続的に単調増加または単調減少することをいう。また、「液晶層の螺旋ピッチ長が厚さ方向に関して実質的に一定である」とは、液晶層内の螺旋ピッチ長が厚さ方向に関して所定の許容範囲内で一定であることをいう。なお、液晶層の螺旋ピッチ長は製造上の理由によって若干変化することがあり、上述した許容範囲はこのような製造上の理由を考慮して決められるものである。ここで、螺旋ピッチ長の変化をもたらす製造上の理由としては、例えば、（１）液晶層が形成される基板の配向膜のプレチルト角等の影響により基板側の螺旋ピッチ長が変化する場合や、（２）液晶層のうち基板の反対側に位置する空気界面の配向を制御するために界面活性剤等を入れる場合において、その界面活性剤等の影響により空気界面側の螺旋ピッチ長が変化する場合が挙げられる。
【００１２】
本発明によれば、可視光域内の短波長側波長域の円偏光を選択的に反射する短波長側コレステリック液晶層と、可視光域内の長波長側波長域の円偏光を選択的に反射する長波長側コレステリック液晶層とを積層し、このうち、短波長側コレステリック液晶層を液晶分子の螺旋ピッチが厚さ方向に関して連続的に変化するように構成する一方で、長波長側コレステリック液晶層を液晶分子の螺旋ピッチが厚さ方向に関して実質的に一定であるように構成している。すなわち、広帯域化した場合でもその膜厚を薄く保つことが可能な短波長側コレステリック液晶層のみを広帯域化し、広帯域化しなくとも十分な波長バンド幅を有する長波長側コレステリック液晶層については広帯域化しないようにしている。これにより、少ない数のコレステリック液晶層により可視光全域をカバーすることが可能となり、必要とされるコレステリック液晶層の数を削減することができる。また、全てのコレステリック液晶層の膜厚を比較的薄く保つことができ、液晶分子の配向不良等の光学的な欠陥が生じることを効果的に防止することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００１４】
まず、図１により、本実施の形態に係る光学素子の概略構成について説明する。
【００１５】
図１に示すように、光学素子１０は、配向膜１５付きのガラス基板１４上に積層されたコレステリック液晶層１１，１２，１３を備えている。
【００１６】
ここで、コレステリック液晶層１１，１２，１３は、コレステリック規則性を有する液晶分子からなっており、その物理的な分子配列として、液晶分子が厚さ方向に延びる螺旋軸２０に沿って螺旋状に配向されてなるコレステリック構造をとっている。そして、コレステリック液晶層１１，１２，１３は、このような物理的な分子配列に基づいて一方向の円偏光成分（旋光成分）とこれと逆廻りの円偏光成分とを分離する旋光選択特性（偏光分離特性）を有している。すなわち、コレステリック液晶層１１，１２，１３において、螺旋軸２０に沿って入射した入射光は、右旋の円偏光成分（右旋光光）及び左旋の円偏光成分（左旋光光）に分離され、中心選択反射波長λ０を中心とした波長バンド幅（半値幅）Δλの範囲の右旋又は左旋の円偏光成分の一方が反射され、他方の円偏光成分及び他の波長領域の光が透過される。
【００１７】
ここで、コレステリック液晶層１１，１２，１３は、全体として、可視光全域（４００〜７５０ｎｍ）の円偏光を選択的に反射するものである。このうち、配向膜１５付きのガラス基板１４側に位置する短波長側コレステリック液晶層１１，１２は、可視光域内の短波長側波長域の円偏光を選択的に反射するものであり、図２に示すように、液晶分子の螺旋ピッチ長が厚さ方向に関して連続的に変化している。なお、短波長側コレステリック液晶層１１は、青色の波長域の円偏光を選択的に反射するものであることが好ましく、その中心選択反射波長（λ０）は約４３０〜４９０ｎｍ、波長バンド幅（Δλ）は約９０〜１１０ｎｍであることが好ましい。また、短波長側コレステリック液晶層１２は、緑色の波長域の円偏光を選択的に反射するものであることが好ましく、その中心選択反射波長（λ０）は約５３０〜６１０ｎｍ、波長バンド幅（Δλ）は約１１０〜１３０ｎｍであることが好ましい。
【００１８】
また、配向膜１５付きのガラス基板１４の反対側に位置する長波長側コレステリック層１３は、可視光域内の長波長側波長域の円偏光を選択的に反射するものであり、図２に示すように、液晶分子の螺旋ピッチ長が厚さ方向に関して実質的に一定である。なお、長波長側コレステリック液晶層１１は、赤色の波長域の円偏光を選択的に反射するものであることが好ましく、その中心選択反射波長（λ０）は約６３０〜７００ｎｍ、波長バンド幅（Δλ）は約６０〜７０ｎｍであることが好ましい。
【００１９】
なお、各コレステリック液晶層１１，１２，１３は、その膜厚が４μｍ以下であることが好ましい。
【００２０】
次に、図１及び図２に示す光学素子１０の製造方法について説明する。
【００２１】
まず、配向膜１５付きのガラス基板１４上に、コレステリック液晶材料を溶媒中に溶解させた溶液をスピンナー等により塗布する。
【００２２】
ここで、溶媒としては、トルエンや、テトラヒドロキシフラン、キシレン、酢酸−３−メトキシブチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、シクロヘキサノン等を用いることができる。
【００２３】
また、コレステリック液晶材料としては、ネマチック液晶相を呈する重合性液晶材料と、カイラル剤と、光重合開始剤とを含有するものを用いることができる。
【００２４】
このうち、ネマチック液晶相を呈する重合性液晶材料としては、重合性液晶モノマー、重合性液晶オリゴマー又は重合性液晶高分子を挙げることができる。
【００２５】
このような重合性液晶材料の一例としては、例えば下記の一般式（１）で表される化合物（Ｉ）を挙げることができる。なおこのとき、化合物（Ｉ）としては、一般式（１）に包含される化合物の２種以上を混合して使用することができる。
【００２６】
また、ネマチック液晶相を呈する重合性液晶材料としては、上記化合物（Ｉ）と下記の一般式（２）で表わされる化合物（ＩＩ）とから構成されるものを用いることもできる。なおこのとき、化合物（Ｉ）としては、一般式（１）に包含される化合物の２種類以上を混合して使用することができ、同様に、化合物（ＩＩ）としては、一般式（２）に包含される化合物の２種類以上を混合して使用することができる。
【化１】
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【化２】
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【００２７】
化合物（Ｉ）を表わす一般式（１）において、Ｒ１及びＲ２はそれぞれ水素又はメチル基を示すが、液晶相を示す温度範囲の広さからＲ１及びＲ２はともに水素であることが好ましい。Ｘは水素、塩素、臭素、ヨウ素、炭素数１〜４のアルキル基、メトキシ基、シアノ基、ニトロ基のいずれであっても差し支えないが、塩素又はメチル基であることが好ましい。また、一般式（１）の分子鎖両末端の（メタ）アクリロイロシキ基と、芳香環とのスペーサーであるアルキレン基の鎖長を示すａ及びｂは、それぞれ個別に２〜１２の範囲であることがさらに好ましい。ａ＝ｂ＝０である一般式（１）の化合物は、安定性に乏しく、加水分解を受けやすい上に、化合物自体の結晶性が高い。また、ａ及びｂがそれぞれ１３以上である一般式（１）の化合物は、アイソトロピック転移温度（Ｔ１）が低い。この理由から、これらの化合物はいずれも液晶性を示す温度範囲が狭く好ましくない。
【００２８】
化合物（ＩＩ）を表わす一般式（２）において、Ｒ３は水素又はメチル基を示すが、液晶相を示す温度範囲の広さからＲ３は水素であることが好ましい。アルキレン基の鎖長を示すｃに関して言えば、この値が２−１２である化合物（ＩＩ）は液晶性を示さない。しかしながら、液晶性を持つ化合物（Ｉ）との相溶性を考慮すると、ｃは４〜１０の範囲であることが好ましく、６〜９の範囲であることがさらに好ましい。化合物（ＩＩ）も任意の方法で合成可能であり、例えば、１当量の４−シアノフェノールと１当量の４−（ｎ−（メタ）アクリロイロキシアルコキシ）安息香酸とのエステル化合物（Ｉ）を合成する場合と同様に、上記安息香酸を酸クロリドやスルホン酸無水物等で活性化し、これと４−シアフェノールとを反応させるのが一般的である。また、ＤＣＣ（ジシクロヘキシルカルボジイミド）等の縮合剤を用いて上記安息香酸と４−シアノフェノールとを反応させてもよい。
【００２９】
上述した例では、重合性液晶モノマーの例を挙げたが、本発明においては、重合性液晶オリゴマーや重合性液晶高分子等を用いることも可能である。このような重合性液晶オリゴマーや重合性液晶高分子としては、従来提案されているものを適宜選択して用いることが可能である。
【００３０】
カイラル剤としては、光学活性な部位を有する低分子化合物である、分子量１５００以下の化合物を用いることができる。カイラル剤は主として、例えば、化合物（Ｉ）や、必要に応じて用いられる化合物（ＩＩ）に示されるような重合性液晶材料が発現する正の一軸ネマチック規則性に螺旋ピッチを誘起させる目的で用いられる。この目的が達成される限り、重合性液晶材料（例えば化合物（Ｉ）もしくは化合物（Ｉ）及び化合物（ＩＩ）の混合物）と溶液状態あるいは溶融状態において相溶し、ネマチック規則性を有する重合性液晶材料の液晶性を損なうことなく、これに所望の螺旋ピッチを誘起できるものであれば、カイラル剤としての低分子化合物の種類は特に限定されない。液晶に螺旋ピッチを誘起させるために使用するカイラル剤は、少なくとも分子中に何らかのキラリティーを有していることが必須である。従って、使用可能なカイラル剤としては、例えば１つあるいは２つ以上の不斉炭素を有する化合物、キラルなアミン、キラルなスルフォキシド等のようにヘテロ原子上に不斉点がある化合物、あるいはクムレン、ビナフトール等の軸不斉を持つ化合物が挙げられる。さらに具体的には、市販のカイラルネマチック液晶、例えば、Ｍｅｒｃｋ社製Ｓ−８１１が挙げられる。
【００３１】
しかし、選択したカイラル剤の性質によっては、化合物（Ｉ）もしくは化合物（Ｉ）及び化合物（ＩＩ）の混合物として例示されるような重合性液晶材料が形成するネマチック規則性の破壊、配向性の低下、あるいはそのような化合物が非重合性の場合には、液晶性組成物の硬化性の低下、硬化フィルムの信頼性の低下等を招くおそれがある。さらに、光学活性な部位を有するカイラル剤の多量な使用は、組成物のコストアップを招く。
【００３２】
このため、カイラル剤としては、具体的には、下記の一般式（３）又は（４）で表されるような、分子内に軸不斉を有する低分子化合物（ＩＩＩ）を用いることが好ましい。
【化３】
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【化４】
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【化５】
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【００３３】
カイラル剤（ＩＩＩ）を表わす一般式（３）又は（４）において、Ｒ４は水素又はメチル基を示す。Ｙは上記に示す（ｉ）〜（ｘｘｉｖ）の任意の一つであるが、なかでも、式（ｉ）、（ｉｉ）、（ｉｉｉ）、（ｖ）及び（ｖｉｉ）のいずれか一つであることが好ましい。また、アルキレン基の鎖長を示すｄ及びｅは、それぞれ個別に２〜１２の範囲であることがさらに好ましい。ｄ又はｅの値が０又は１である一般式（３）又は（４）の化合物は、安定性に欠け、加水分解を受けやすく、結晶性も高い。一方、ｄ又はｅの値が１３以上である化合物は融点（Ｔｍ）が低い。
これらの化合物は液晶性を示す重合性液晶材料（化合物（Ｉ）もしくは化合物（Ｉ）及び化合物（ＩＩ）の混合物）との相溶性が低下し、濃度によっては相分離等が起こるおそれがある。
【００３４】
重合性液晶材料に配合されるカイラル剤の量は、螺旋ピッチの誘起能力や最終的に得られるコレステック規則性を考慮して最適値が決められる。具体的には、用いられる重合性液晶材料により大きく異なるものではあるが、質量基準で、重合性液晶材料１００に対し、０．０１〜６０が好ましく、より好ましくは０．１〜４０であり、特に好ましくは０．５〜３０、最も好ましくは１〜２０である。
この配合量が上記範囲よりも少ない場合は、重合性液晶材料に十分なコレステック規則性を付与できない場合があり、上記範囲を超える場合は、分子の配向が阻害され、紫外線等の電離放射線によって硬化させる際に悪影響を及ぼすおそれがある。
【００３５】
なお、重合性液晶材料には、光重合開始剤が添加されていることが好ましい。
例えば、電子線の照射により重合性液晶材料を重合させる際には、光重合開始剤が不要な場合はあるが、一般的に用いられている例えば紫外線の照射による硬化の場合においては、通常、光重合開始剤が重合の促進のために用いられる。
【００３６】
このような光重合開始剤としては、Ｉｒｇ９０７や、Ｉｒｇ１８４、Ｉｒｇ３０１、Ｉｒｇ６５１（いずれも、Ｃｉｂａ  Ｓｐｅｃｉａｌｉｔｙ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ社製）等を用いることができる。また、ベンジル（ビベンゾイルともいう）、ベンゾインイソブチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾフェノン、ベンゾイル安息香酸、ベンゾイル安息香酸メチル、４−ベンゾイル−４’−メチルジフェニルサルファイド、ベンジルメチルケタール、ジメチルアミノメチルベンゾエート、２−ｎ−ブトキシエチル−４−ジメチルアミノベンゾエート、ｐ−ジメチルアミノ安息香酸イソアミル、３，３’−ジメチル−４−メトキシベンゾフェノン、メチロベンゾイルフォーメート、２−メチル−１−（４−（メチルチオ）フェニル）−２−モルフォリノプロパン−１−オン、２−ベンジル−２−ジメチルアミノ−１−（４−モルフォリノフェニル）−ブタン−１−オン、１−（４−ドデシルフェニル）−２−ヒドロキシ−２−メチルプロパン−１−オン、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニルプロパン−１−オン、１−（４−イソプロピルフェニル）−２−ヒドロキシ−２−メチルプロパン−１−オン、２−クロロチオキサントン、２，４−ジエチルチオキサントン２，４−ジイソプロピルチオキサントン、２，４−ジメチルチオキサントン、イソプロピルチオキサントン、１−クロロ−４−プロポキシチオキサントン等を挙げることができる。なお、光重合開始剤の他に増感剤を、本発明の目的が損なわれない範囲で添加することも可能である。
【００３７】
このような光重合開始剤の添加量としては、一般的には、質量基準で、重合性液晶材料１００に対し、０．０１〜２０が好ましく、より好ましくは、０．１〜１０であり、特に好ましくは０．５〜５である。
【００３８】
以上に説明したような組成の溶液を配向膜１５付きのガラス基板１４上に塗布する。そして、このようにして配向膜１５付きのガラス基板１４上に塗布された溶液中の溶媒を蒸発させて未硬化状態のコレステリック液晶層１１を形成した後、当該コレステリック液晶層１１をホットプレート等により、液晶分子がコレステリック相を示す温度で保持し、配向膜１４の表面の配向規制力により液晶分子を配向させながら、空気雰囲気中で当該コレステリック液晶層１１に紫外線等の電離放射線を照射し、コレステリック液晶層１１を一次硬化させる。その後、窒素雰囲気中で再度コレステリック液晶層１１に紫外線等の電離放射線を照射し、コレステリック液晶層１１を二次硬化させる。
【００３９】
ここで、上述したような一次硬化を行う際には、コレステリック液晶層１１の一方の表面が空気中の酸素に接触する一方で、他方の表面が配向膜１５付きのガラス基板１４に接して酸素に接触しないようになっているので、コレステリック液晶層１１内で配向膜１５付きのガラス基板１４側の表面から当該ガラス基板１４の反対側に位置する表面へ向かって、コレステリック液晶材料中に含まれるネマチック液晶とカイラル剤の硬化速度の差によりカイラル剤の濃度勾配が形成され、コレステリック液晶層１１内における液晶分子の螺旋ピッチ長が厚さ方向に関して連続的に変化する。
【００４０】
これにより、配向膜１５付きのガラス基板１４上に、広帯域化された選択反射波長帯域（例えば、中心選択反射波長（λ０）が約４８５ｎｍ、波長バンド幅（Δλ）が約１１０ｎｍ）を有するコレステリック液晶層１１が形成される。なおこのとき、コレステリック液晶層１１の中心選択反射波長（λ０）は、コレステリック液晶材料中に含まれるカイラル剤の濃度により調整される。また、波長バンド幅（Δλ）は、１次硬化の際の雰囲気の酸素濃度及び紫外線等の電離放射線の照射量により調整される。
【００４１】
続いて、コレステリック液晶層１１上に、コレステリック液晶材料を溶解させた別の溶液をスピンナー等により塗布する。そして、コレステリック液晶層１１を形成したのと同様の手法により、コレステリック液晶層１１上に、広帯域化された選択反射波長帯域（例えば、中心選択反射波長（λ０）が約６０５ｎｍ、波長バンド幅（Δλ）が約１２０ｎｍ）を有するコレステリック液晶層１２を形成する。
【００４２】
さらに、コレステリック液晶層１２上に、コレステリック液晶材料を溶解させた別の溶液をスピンナー等により塗布する。
【００４３】
その後、コレステリック液晶層１２上に塗布された溶液中の溶媒を蒸発させて未硬化状態のコレステリック液晶層１３を形成した後、当該コレステリック液晶層１３をホットプレート等により、液晶分子がコレステリック相を示す温度で保持し、コレステリック液晶層１２の表面の配向規制力により液晶分子を配向させながら、窒素雰囲気中で当該コレステリック液晶層１３に紫外線等の電離放射線を照射し、コレステリック液晶層１３を硬化させる。
【００４４】
これにより、コレステリック液晶層１２上に、液晶分子の螺旋ピッチ長が厚さ方向に関して一定である、所定の選択反射波長帯域（中心選択反射波長（λ０）が約７００ｎｍ、波長バンド幅（Δλ）が約６５ｎｍ）を有するコレステリック液晶層１３が形成される。
【００４５】
図３は、このようにして製造された光学素子１０における各コレステリック液晶層１１，１２，１３の右円偏光透過率の波長依存性の一例を示す線図である。図３に示すように、光学素子１０は、上述したような２層の短波長側コレステリック液晶層１１，１２及び１層の長波長側コレステリック液晶層１３により可視光全域をカバーするようになっている。
【００４６】
ここで、参考のために、広帯域化されていないコレステリック液晶層及び広帯域化されたコレステリック液晶層における右円偏光透過率の波長依存性の一例を図４及び図５にそれぞれ示す。また、図４及び図５に示すコレステリック液晶層における、中心選択反射波長（λ０）、波長バンド幅（Δλ）及び膜厚（ｄ）の関係（円偏光を所定の反射率（７０％）で反射するために必要とされる膜厚）を次表１及び次表２に示す。
【表１】
2004302388.tif 000008
【表２】
2004302388.tif 000009
【００４７】
図４及び上表１から明らかなように、異なる中心選択反射波長（λ０）を有するコレステリック液晶層（液晶分子の螺旋ピッチ長が一定であるコレステリック液晶層）を複数積層することにより、可視光全域（４００〜７５０ｎｍ）の円偏光を選択的に反射する光学素子を得ることができる。しかしながら、この場合には、各コレステリック液晶層の膜厚（ｄ）は製造を容易に行うことが可能な４μｍ以下に抑えられるが、コレステリック液晶層の数の増加に伴って光学的な界面も増えてしまう。
【００４８】
一方、図５及び上表２から明らかなように、コレステリック液晶層内における液晶分子の螺旋ピッチ長を連続的に変化させることにより、可視光全域（４００〜７５０ｎｍ）の円偏光を選択的に反射する光学素子を得ることができる。しかしながら、この場合には、広帯域化の対象となる波長域（長波長側波長域）において、必要とされるコレステリック液晶層の膜厚が大きくなり過ぎてしまい、液晶分子の配向不良等の光学的な欠陥が生じてしまう。
【００４９】
これに対し、本実施の形態は、図３に示すように、広帯域化した場合でもその膜厚を薄く保つことが可能な短波長側コレステリック液晶層１１，１２のみを広帯域化し、広帯域化しなくとも十分な波長バンド幅（Δλ）を有する長波長側コレステリック液晶層１３については広帯域化しないようにするものである。
【００５０】
このように本実施の形態によれば、可視光域内の短波長側波長域の円偏光を選択的に反射する短波長側コレステリック液晶層１１，１２と、可視光域内の長波長側波長域の円偏光を選択的に反射する長波長側コレステリック液晶層１３とを積層し、このうち、短波長側コレステリック液晶層１１，１２を液晶分子の螺旋ピッチが厚さ方向に関して連続的に変化するように構成する一方で、長波長側コレステリック液晶層１３を液晶分子の螺旋ピッチが厚さ方向に関して実質的に一定であるように構成している。すなわち、広帯域化した場合でもその膜厚を薄く保つことが可能な短波長側コレステリック液晶層１１，１２のみを広帯域化し、広帯域化しなくとも十分な波長バンド幅（Δλ）を有する長波長側コレステリック液晶層１３については広帯域化しないようにしている。これにより、短波長側コレステリック液晶層１１，１２及び長波長側コレステリック液晶層１３という少ない数のコレステリック液晶層により可視光全域をカバーすることが可能となり、必要とされるコレステリック液晶層の数を削減することができる。また、全てのコレステリック液晶層（短波長側コレステリック液晶層１１，１２及び長波長側コレステリック液晶層１３）の膜厚を比較的薄く保つことができ、液晶分子の配向不良等の光学的な欠陥が生じることを効果的に防止することができる。
【００５１】
また、本実施の形態によれば、広帯域化される短波長側コレステリック液晶層１１，１２により、青色の波長域及び緑色の波長域をそれぞれカバーするようにしているので、青色の波長域及び緑色の波長域の分光特性がなだらかになり、光学素子１０がカラーフィルター等として用いられた場合における光学的な特性を向上させることができる。
【００５２】
なお、上述した実施の形態においては、広帯域化する際の一次硬化に関して、未硬化状態のコレステック液晶層１１，１２に対して紫外線等の電離放射線を照射する際の雰囲気を空気雰囲気としているが、この雰囲気は空気雰囲気に限定されるものではなく、常圧での酸素濃度が１０％以上のガス雰囲気であればよい。
【００５３】
また、上述した実施の形態においては、広帯域化する際の二次硬化および広帯域化しない際の硬化に関して、コレステック液晶層１１，１２，１３に対して紫外線等の電離放射線を照射する際の雰囲気を窒素雰囲気としているが、この雰囲気は窒素雰囲気に限定されるものではなく、常圧での酸素濃度が１％以下のガス雰囲気であればよい。また、紫外線等の電離放射線の強度を十分に大きくした場合には、空気雰囲気等の任意のガス雰囲気とすることができる。
【００５４】
さらに、上述した実施の形態においては、配向能を有する基材として、配向膜１５付きのガラス基板１４を用いているが、これに限らず、延伸プラスチックフィルム等の基材そのものが配向能を有するものを用いてもよい。
【００５５】
【実施例】
次に、上述した実施の形態の具体的実施例について述べる。
【００５６】
（実施例）
ネマチック液晶相を呈する重合性モノマーと、カイラル剤として機能する重合性モノマーとからなる紫外線硬化型のカイラル・ネマチック液晶を用い、その重量比（すなわち、ネマチック成分とカイラル成分との比）を所望の中心選択反射波長が得られるよう各層ごとに調整したものをトルエンに溶解させた２５重量％のトルエン溶液を準備した。なお、前記トルエン溶液には、重合開始剤として、前記カイラル・ネマチック液晶に対して５重量％のＩｒｇ９０７（Ｃｉｂａ  Ｓｐｅｃｉａｌｉｔｙ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ社製）を添加した。
【００５７】
一方、ガラス基板上にポリイミド（ＰＩ）からなる配向膜を形成し、その表面にラビング処理を施した。
【００５８】
そして、このような配向膜付きのガラス基板上に前記トルエン溶液をスピンナーにより塗布した。
【００５９】
次に、８５℃で５分間の乾燥を行い、配向膜付きのガラス基板上に塗布された溶液中の溶媒を蒸発させるとともに、配向膜の表面の配向規制力により液晶分子を配向させ、未硬化状態の１層目のコレステリック液晶層を形成した。
【００６０】
そして、このようにして形成された１層目のコレステリック液晶層をホットプレートにより８５℃の温度で保持しながら、空気雰囲気中で当該コレステリック液晶層に５．１５ｍＷ／ｃｍ２の照射量で０．５秒だけ紫外線（３６５ｎｍ）を照射し、１層目のコレステリック液晶層を一次硬化させた。
【００６１】
その後、窒素雰囲気中で再度１層目のコレステリック液晶層に１．８ｍＷ／ｃｍ２の照射量で４秒だけ紫外線（３６５ｎｍ）を照射し、１層目のコレステリック液晶層を二次硬化させた。
【００６２】
これにより、配向膜付きのガラス基板上に、広帯域化された選択反射波長帯域（中心選択反射波長（λ０）が４７７ｎｍ、波長バンド幅（Δλ）が１１２ｎｍ）を有する１層目のコレステリック液晶層が形成された。
【００６３】
続いて、このようにして形成された１層目のコレステリック液晶層上に、カイラル剤の濃度が異なる別の溶液をスピンナーにより塗布し、熱処理により乾燥させながら１層目のコレステリック液晶層の表面の配向規制力により液晶分子を配向させた。
【００６４】
そして、このようにして形成された２層目のコレステリック液晶層をホットプレートにより８５℃の温度で保持しながら、空気雰囲気中で当該コレステリック液晶層に３．６ｍＷ／ｃｍ２の照射量で０．５秒だけ紫外線（３６５ｎｍ）を照射し、２層目のコレステリック液晶層を一次硬化させた。
【００６５】
その後、窒素雰囲気中で再度２層目のコレステリック液晶層に１．８ｍＷ／ｃｍ２の照射量で４秒だけ紫外線（３６５ｎｍ）を照射し、２層目のコレステリック液晶層を二次硬化させた。
【００６６】
これにより、１層目のコレステリック液晶層上に、広帯域化された選択反射波長帯域（中心選択反射波長（λ０）が５７５ｎｍ、波長バンド幅（Δλ）が１２８ｎｍ）を有する２層目のコレステリック液晶層が形成された。
【００６７】
さらに、このようにして形成された２層目のコレステリック液晶層上に、カイラル剤の濃度が異なる別の溶液をスピンナーにより塗布した。
【００６８】
その後、８５℃で５分間の乾燥を行い、２層目のコレステリック液晶層上に塗布された溶液中の溶媒を蒸発させるとともに、２層目のコレステリック液晶層の表面の配向規制力により液晶分子を配向させ、未硬化状態の３層目のコレステリック液晶層を形成した。
【００６９】
そして、このようにして形成された３層目のコレステリック液晶層をホットプレートにより８５℃の温度で保持しながら、窒素雰囲気中で当該コレステリック液晶層に１．８ｍＷ／ｃｍ２の照射量で４秒だけ紫外線（３６５ｎｍ）を照射し、３層目のコレステリック液晶層を硬化させた。
【００７０】
これにより、２層目のコレステリック液晶層上に、液晶分子の螺旋ピッチ長が厚さ方向に関して一定である、所定の選択反射波長帯域（中心選択反射波長（λ０）が６５２ｎｍ、波長バンド幅（Δλ）が６５ｎｍ）を有する３層目のコレステリック液晶層が形成された。
【００７１】
ここで、このようにして製造された実施例に係る光学素子の３層のコレステリック液晶層の中心選択反射波長（λ０）、波長バンド幅（Δλ）及び膜厚（ｄ）をまとめると次表３に示すとおりであった。
【表３】
2004302388.tif 000010
【００７２】
また、このようにして製造された実施例に係る光学素子における右円偏光透過率の波長依存性は図６に示すとおりであった。
【００７３】
（比較例１）
比較例１に係る光学素子として、上述した実施例１と同様の手法により、１層目のコレステリック液晶層及び２層目のコレステリック液晶層のみを形成したものを製造した。
【００７４】
ここで、このようにして製造された比較例１に係る光学素子の２層のコレステリック液晶層の中心選択反射波長（λ０）、波長バンド幅（Δλ）及び膜厚（ｄ）は次表４に示すとおりであった。
【表４】
2004302388.tif 000011
【００７５】
また、このようにして製造された比較例１に係る光学素子における右円偏光透過率の波長依存性は図７に示すとおりであった。
【００７６】
（比較例２）
比較例２に係る光学素子として、上述した実施例１と同様の手法により、１層目のコレステリック液晶層及び２層目のコレステリック液晶層を形成した後、３層目のコレステリック液晶層として、広帯域化された選択反射波長帯域を有するコレステリック液晶層を形成した。
【００７７】
具体的には、１層目のコレステリック液晶層及び２層目のコレステリック液晶層を形成した後、２層目のコレステリック液晶層上に、カイラル剤の濃度が異なる別の溶液をスピンナーにより塗布した。
【００７８】
その後、８５℃で５分間の乾燥を行い、２層目のコレステリック液晶層上に塗布された溶液中の溶媒を蒸発させるとともに、２層目のコレステリック液晶層の表面の配向規制力により液晶分子を配向させ、未硬化状態の３層目のコレステリック液晶層を形成した。
【００７９】
そして、このようにして形成された３層目のコレステリック液晶層をホットプレートにより８５℃の温度で保持しながら、空気雰囲気中で当該コレステリック液晶層に３．６ｍＷ／ｃｍ２の照射量で０．５秒だけ紫外線（３６５ｎｍ）を照射し、３層目のコレステリック液晶層を一次硬化させた。
【００８０】
その後、窒素雰囲気中で再度３層目のコレステリック液晶層に１．８ｍＷ／ｃｍ２の照射量で４秒だけ紫外線（３６５ｎｍ）を照射し、３層目のコレステリック液晶層を二次硬化させた。
【００８１】
これにより、２層目のコレステリック液晶層上に、広帯域化された選択反射波長帯域（中心選択反射波長（λ０）が７０２ｎｍ、波長バンド幅（Δλ）が１４０ｎｍ）を有する３層目のコレステリック液晶層が形成された。
【００８２】
ここで、このようにして製造された比較例２に係る光学素子の３層のコレステリック液晶層の中心選択反射波長（λ０）、波長バンド幅（Δλ）及び膜厚（ｄ）は次表５に示すとおりであった。
【表５】
2004302388.tif 000012
【００８３】
また、このようにして製造された比較例２に係る光学素子における右円偏光透過率の波長依存性は図８に示すとおりであった。
【００８４】
（評価結果）
図６に示すように、実施例に係る光学素子によれば、可視光全域に亘る選択反射波長帯域の円偏光を選択的に反射することができた。また、上表３に示すように、光学素子を構成する各コレステリック液晶層の膜厚が、製造を容易に行うことが可能な３．５μｍ以下に抑えられた。
【００８５】
これに対し、比較例１に係る光学素子では、図７に示すように、可視光全域に亘る選択反射波長帯域をとることができなかった。また、比較例２に係る光学素子では、図８に示すように、選択反射波長帯域は広くとることができるものの、上表４に示すように、光学素子を構成する３層のコレステリック液晶層のうち３層目のコレステリック液晶層の膜厚が厚くなってしまい、光学素子の面内で液晶分子の配向不良が見られた。
【００８６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、可視光全域の円偏光を選択的に反射することができる、光学的な欠陥が少ない光学素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る光学素子の概略構成を示す図。
【図２】図１に示す光学素子のコレステリック液晶層における螺旋ピッチ長の厚さ方向の変化を示す概念図。
【図３】図１及び図２に示す光学素子における各コレステリック液晶層の右円偏光透過率の波長依存性を示す線図。
【図４】広帯域化されていないコレステリック液晶層における右円偏光透過率の波長依存性を示す線図。
【図５】広帯域化されたコレステリック液晶層における右円偏光透過率の波長依存性を示す線図。
【図６】実施例に係る光学素子における右円偏光透過率の波長依存性を示す線図。
【図７】比較例１に係る光学素子における右円偏光透過率の波長依存性を示す線図。
【図８】比較例２に係る光学素子における右円偏光透過率の波長依存性を示す線図。
【符号の説明】
１０  光学素子
１１，１２  短波長側コレステリック液晶層
１３  長波長側コレステリック液晶層
１４  ガラス基板
１５  配向膜
２０  螺旋軸
【図１】
2004302388.tif 000013
【図２】
2004302388.tif 000014
【図３】
2004302388.tif 000015
【図４】
2004302388.tif 000016
【図５】
2004302388.tif 000017
【図６】
2004302388.tif 000018
【図７】
2004302388.tif 000019
【図８】
2004302388.tif 000020