(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コレステリック液晶相を固定してなるパターンコレステリック液晶層を備え、
前記パターンコレステリック液晶層は、液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有し、
かつ、前記パターンコレステリック液晶層における螺旋構造のピッチが面内で異なる領域を有し、
前記パターンコレステリック液晶層は、面内の複数箇所で光の一部を回折するものであり、
前記パターンコレステリック液晶層の螺旋構造のピッチは、光の入射側から遠い領域ほど、選択反射波長が、反射回折の対象となる光の波長に近くなる螺旋ピッチとなるように構成されている、光学素子。
【請求項２】
前記パターンコレステリック液晶層は、前記一方向の、一方の側から他方の側に向かうにしたがって螺旋構造のピッチが長くなる、請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
コレステリック液晶層を、複数層、備えた光学素子であって、前記コレステリック液晶層における螺旋構造の捩れ方向が互いに異なる前記コレステリック液晶層を有しており、
前記コレステリック液晶層のうち少なくとも１層は前記パターンコレステリック液晶層である請求項１または２に記載の光学素子。
【請求項４】
螺旋構造の捩れ方向が互いに異なる前記パターンコレステリック液晶層を有し、
螺旋構造の捩れ方向が互いに異なる前記パターンコレステリック液晶層は、前記液晶配向パターンにおける前記液晶化合物由来の光学軸の向きの連続的な回転方向が、互いに異なる、請求項３に記載の光学素子。
【請求項５】
螺旋構造の捩れ方向が互いに異なる前記コレステリック液晶層は、選択反射中心波長が同じである、請求項３または４に記載の光学素子。
【請求項６】
前記パターンコレステリック液晶層を、複数、備えた光学素子であって、前記パターンコレステリック液晶層における螺旋構造の捩れ方向が互いに同一である前記パターンコレステリック液晶層を有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項７】
螺旋構造の捩れ方向が互いに同一である前記パターンコレステリック液晶層を有し、
螺旋構造の捩れ方向が互いに同一である前記パターンコレステリック液晶層は、前記液晶配向パターンにおける前記液晶化合物由来の光学軸の向きの連続的な回転方向が、互いに同一である、請求項６に記載の光学素子。
【請求項８】
螺旋構造の捩れ方向が互いに同一である前記パターンコレステリック液晶層は、螺旋構造のピッチが互いに異なる、請求項６または７に記載の光学素子。
【請求項９】
前記液晶化合物由来の光学軸の向きが面内で１８０°回転する長さを１周期とした際に、前記１周期の長さが５０μｍ以下である、請求項１〜８のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項１０】
前記１周期の長さが１μｍ以下である、請求項９に記載の光学素子。
【請求項１１】
導光板と、
前記導光板の表面に配置される、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の光学素子と、を有し、
前記光学素子は、前記導光板内における光の進行方向に向かって、前記パターンコレステリック液晶層の螺旋構造の螺旋ピッチが漸次変化するように配置されている導光素子。
【請求項１２】
導光板と、
前記導光板の表面に配置され、光を回折して導光板内に入射させる第一回折素子と、
前記導光板内を伝播した光を回折して前記導光板の外部に出射させる第三回折素子と、
前記導光板内で、前記第一回折素子の位置から伝播した光を、前記第三回折素子の方向に回折する第二回折素子と、を有し、
前記第二回折素子および前記第三回折素子の少なくとも一方が請求項１〜１０のいずれか一項に記載の光学素子である導光素子。
【請求項１３】
前記第二回折素子および前記第三回折素子が請求項１〜１０のいずれか一項に記載の光学素子である請求項１２に記載の導光素子。
【請求項１４】
前記第一回折素子、前記第二回折素子および前記第三回折素子が、液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有するコレステリック液晶層であり、
前記第一回折素子、前記第二回折素子および前記第三回折素子それぞれにおける前記液晶配向パターンの１周期の長さをそれぞれΛ1、Λ2およびΛ3とすると、
Λ2＜Λ1、および、Λ2＜Λ3を満たす請求項１２または１３に記載の導光素子。
【請求項１５】
請求項１１〜１４のいずれか一項に記載の導光素子と、前記導光素子に画像を照射する表示素子とを有する画像表示装置。
【請求項１６】
前記表示素子が円偏光を出射する請求項１５に記載の画像表示装置。
【請求項１７】
コレステリック液晶相を固定してなるパターンコレステリック液晶層を備え、
前記パターンコレステリック液晶層は、液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有し、
かつ、前記パターンコレステリック液晶層における螺旋構造のピッチが面内で異なる領域を有し、
前記液晶化合物由来の光学軸の向きが面内で１８０°回転する長さを１周期とした際に、前記１周期の長さが異なる領域を有し、
前記パターンコレステリック液晶層は、前記液晶配向パターンにおける前記１周期の長さが異なる複数の領域が、前記１周期の長さの順に配列しており、
かつ、前記螺旋構造のピッチが異なる複数の領域が、前記螺旋構造のピッチの長さの順に配列しており、
前記１周期の長さの順列の方向と前記螺旋構造のピッチの長さの順列の方向が異なる光学素子。
【請求項１８】
前記パターンコレステリック液晶層は、前記液晶配向パターンにおける前記液晶化合物由来の光学軸の向きが連続的に回転しながら変化する前記一方向に向かって、前記液晶配向パターンの前記１周期が、漸次、短くなる、請求項１７に記載の光学素子。
【請求項１９】
前記液晶配向パターンが、前記液晶化合物由来の光学軸の向きが連続的に回転しながら変化する前記一方向を、内側から外側に向かう同心円状に有する、同心円状のパターンである、請求項１７または１８に記載の光学素子。
【請求項２０】
コレステリック液晶層を、複数層、備えた光学素子であって、前記コレステリック液晶層における螺旋構造の捩れ方向が互いに異なる前記コレステリック液晶層を有しており、
前記コレステリック液晶層のうち少なくとも１層は前記パターンコレステリック液晶層である請求項１７〜１９のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項２１】
螺旋構造の捩れ方向が互いに異なる前記パターンコレステリック液晶層を有し、
螺旋構造の捩れ方向が互いに異なる前記パターンコレステリック液晶層は、前記液晶配向パターンにおける前記液晶化合物由来の光学軸の向きの連続的な回転方向が、互いに異なる、請求項２０に記載の光学素子。
【請求項２２】
螺旋構造の捩れ方向が互いに異なる前記コレステリック液晶層は、選択反射中心波長が同じである、請求項２０または２１に記載の光学素子。
【請求項２３】
パターンコレステリック液晶層を、複数、備えた光学素子であって、前記パターンコレステリック液晶層における螺旋構造の捩れ方向が互いに同一である前記パターンコレステリック液晶層を有する、請求項１７〜２２のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項２４】
螺旋構造の捩れ方向が互いに同一である前記パターンコレステリック液晶層を有し、
螺旋構造の捩れ方向が互いに同一である前記パターンコレステリック液晶層は、前記液晶配向パターンにおける前記液晶化合物由来の光学軸の向きの連続的な回転方向が、互いに同一である、請求項２３に記載の光学素子。
【請求項２５】
螺旋構造の捩れ方向が互いに同一である前記パターンコレステリック液晶層は、螺旋構造のピッチが互いに異なる、請求項２３または２４に記載の光学素子。
【請求項２６】
前記液晶配向パターンにおける前記１周期の長さが５０μｍ以下である、請求項１７〜２５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、入射した光を回折する光学素子、ならびに、これを用いた導光素子および画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、非特許文献１に記載されるような、実際に見ている光景に、仮想の映像および各種の情報等を重ねて表示する、ＡＲ（Augmented Reality（拡張現実））グラスが実用化されている。ＡＲグラスは、スマートグラス、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ（Head Mounted Display））、および、ＡＲメガネ等とも呼ばれている。【０００３】
非特許文献１に示されるように、ＡＲグラスは、一例として、ディスプレイ（光学エンジン）が表示した映像を、導光板の一端に入射して伝播し、他端から出射することにより、使用者が実際に見ている光景に、仮想の映像を重ねて表示する。
ＡＲグラスでは、回折素子を用いて、ディスプレイからの光（投影光）を回折（屈折）させて導光板の一方の端部に入射する。これにより、角度を付けて導光板に光を導入して、導光板の界面（表面）で光を反射させつつ、導光板内で光を他方の端部まで伝播させる。導光板を伝播した光は、導光板の他方の端部において同じく回折素子によって回折されて、導光板から、使用者による観察位置に出射される。【０００４】
このような回折格子として、液晶を用いた回折素子が知られている。
例えば、特許文献１には、ブラッグ条件に従って、内部を通過する光の伝播の方向を変更するように構成されている、複数の積層複屈折副層を備え、積層複屈折副層は、それぞれ、それぞれの格子周期を画定するように積層複屈折副層の隣接するものの間のそれぞれの境界面に沿って変化する局所光軸を備える、光学素子が記載されている。特許文献１に記載される光学素子は透過光を回折する光学素子である。基板（導光板）に入射する光を光学素子で回折することによって、光を基板内で全反射する角度で入射させて、基板内を光の入射方向と略垂直な方向に導光することが記載されている（特許文献１の図７参照）。【０００５】
特許文献２には、偏光に敏感な光配向層と、光配向層の上に配置された、重合性メソゲンを含む少なくとも第１及び第２の液晶組成物を含む偏光回折格子であって、偏光ホログラムに対応する異方性配向パターンが光配向層内に配置され、第１の液晶組成物は配向層上に配置されてそれによって配向させられ、そして少なくとも部分的に重合させられ、第２の液晶組成物は第１の液晶組成物上に配置されてそれによって配向させられ、液晶組成物はともに、ｄを層の厚さ、Λを偏光回折格子のピッチとして、ｄ≦ｄｍａｘ＝Λ／２によって決定される層の厚さｄを有する偏光回折格子が記載されている。【０００６】
特許文献３には、各々が所定方向に沿って延びる複数の螺旋状構造体を備え、所定方向に交差するとともに、光が入射する第１入射面と、所定方向に交差するとともに、第１入射面から入射した光を反射する反射面とを有し、第１入射面は、複数の螺旋状構造体のそれぞれの両端部のうちの一方端部を含み、複数の螺旋状構造体の各々は、所定方向に沿って連なる複数の構造単位を含み、複数の構造単位は、螺旋状に旋回して積み重ねられた複数の要素を含み、複数の構造単位の各々は、第１端部と第２端部とを有し、所定方向に沿って互いに隣接する構造単位のうち、一方の構造単位の第２端部は、他方の構造単位の第１端部を構成し、複数の螺旋状構造体に含まれる複数の第１端部に位置する要素の配向方向は揃っており、反射面は、複数の螺旋状構造体のそれぞれに含まれる少なくとも１つの第１端部を含み、反射面は、第１入射面に対して非平行である反射構造体が記載されている。【０００７】
ここで、ＡＲグラスにおいて、回折素子の回折効率を調整して、導光板内を伝播する光を回折素子で回折する際に、複数個所で光の一部を回折して導光板の外に出射させる構成とすることで視域を拡大（射出瞳拡大）することが知られている。
例えば、特許文献４には、光導波路の入力カプラ（回折素子）は、対応するＦＯＶ（field of View）を有する画像に対応する光を光導波路に結合し、入力カプラは、光導波路に結合された画像のＦＯＶを第１および第２の部分に分割し、画像に対応する光の一部を第２の方向に第２の中間成分に向かって回折させるステップとを含む光導波路が記載されており、中間カプラ（回折素子）および出力カプラ（回折素子）が、射出瞳拡張を行うことが記載されている。【０００８】
ところで、コレステリック液晶相を固定してなるコレステリック液晶層を利用するスクリーンが知られている。
コレステリック液晶層は、反射に波長選択性を有し、かつ、特定の旋回方向の円偏光のみを反射する。すなわち、コレステリック液晶層は、例えば、赤色光の右円偏光のみを反射し、それ以外の光を透過する。
このようなコレステリック液晶層を利用することにより、例えば、スクリーンを介した向こう側が視認できる、透明な投影用スクリーンが実現できる。【０００９】
コレステリック液晶層による光の反射は、鏡面反射である。例えば、コレステリック液晶層に法線方向（正面）から入射した光は、コレステリック液晶層の法線方向に反射される。
そのため、コレステリック液晶層の応用範囲は、制限されてしまう。【００１０】
これに対して、特許文献３には、コレステリック液晶層を用いる反射構造体であって、鏡面反射ではなく、鏡面反射に対して所定方向に角度を有して光を反射できる反射構造体が記載されている。
この反射構造体は、各々が所定方向に沿って延びる複数の螺旋状構造体を備えている。また、この反射構造体は、所定方向に交差すると共に、光が入射する第１入射面と、この所定方向に交差すると共に、第１入射面から入射した光を反射する反射面とを有し、第１入射面は、複数の螺旋状構造体のそれぞれの両端部のうちの一方端部を含む。また、複数の螺旋状構造体の各々は、所定方向に沿って連なる複数の構造単位を含み、この複数の構造単位は、螺旋状に旋回して積み重ねられた複数の要素を含む。また、複数の構造単位の各々は、第１端部と第２端部とを有し、所定方向に沿って互いに隣接する構造単位のうち、一方の構造単位の第２端部は、他方の構造単位の第１端部を構成し、かつ、複数の螺旋状構造体に含まれる複数の第１端部に位置する要素の配向方向は揃っている。さらに、反射面は、複数の螺旋状構造体のそれぞれに含まれる少なくとも１つの第１端部を含むものであり、かつ、第１入射面に対して非平行となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特表２０１７−５２２６０１号公報
【特許文献２】特許第５２７６８４７号
【特許文献３】国際公開第２０１６／１９４９６１号
【特許文献４】国際公開第２０１７／１８０４０３号
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】Bernard C. Kress et al., Towards the Ultimate Mixed Reality Experience: HoloLens Display Architecture Choices, SID 2017 DIGEST, pp.127-131
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ＡＲグラスに用いられる導光素子の回折素子として液晶回折素子を用い、ＡＲグラスの視域拡大（射出瞳拡大）のため、液晶回折素子が複数個所で光の一部を回折して導光板の外に出射させる構成とする場合には、液晶回折素子の面内での回折効率が均一だと、導光板から出射される光の明るさ（光量）が不均一になるという問題があった。【００１４】
本発明の第一態様の課題は、このような従来技術の問題点を解決することにあり、導光板から射出される光の明るさを均一にすることができる光学素子、導光素子および画像表示装置を提供することにある。【００１５】
特許文献３に記載される反射構造体（コレステリック液晶層）は、第１入射面に対して、非平行な反射面を有する。
そのため、特許文献３に記載される反射構造体は、鏡面反射ではなく、入射した光を、鏡面反射に対して所定の方向に角度を持たせて反射する。例えば、特許文献３に記載されるコレステリック液晶層によれば、法線方向から入射した光を、法線方向に反射するのではなく、法線方向に対して角度を有して反射する。
その結果、特許文献３によれば、コレステリック液晶層を利用する反射構造体の応用範囲を拡張できる。【００１６】
しかしながら、コレステリック液晶層による光の反射では、入射光の角度に応じて、選択反射する光の波長が短波長側に移動する、いわゆるブルーシフト（短波シフト）が生じる。
そのため、特許文献３に記載されるコレステリック液晶層は、鏡面反射に対して所定の方向に角度を持たせて反射するため、ブルーシフト（短波シフト）の影響により、反射角度が大きくなると反射光の光量が低下する問題があることがわかった。
特に、特許文献３に記載されるような、レンズ機能を有する反射素子の場合、光の入射位置によって反射角度が異なるため、素子面内の入射位置によって反射光量に差が生じる。すなわち、素子面内の入射位置によって、反射した光が暗くなる領域が生じる。【００１７】
本発明の第二態様の目的は、このような従来技術の問題点を解決することにあり、コレステリック液晶層によって光を反射する光学素子であって、入射した光を鏡面反射に対して所定の方向に角度を持たせて反射することができ、さらに、反射光量も大きい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】
【００１８】
この課題を解決するために、本発明の第一態様は、以下の構成を有する。
［１］  コレステリック液晶相を固定してなるパターンコレステリック液晶層を備え、
パターンコレステリック液晶層は、液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有し、
かつ、パターンコレステリック液晶層における螺旋構造のピッチが面内で異なる領域を有する、光学素子。
［２］  パターンコレステリック液晶層は、一方向の、一方の側から他方の側に向かうにしたがって螺旋構造のピッチが長くなる、［１］に記載の光学素子。
［３］  コレステリック液晶層を、複数層、備えた光学素子であって、コレステリック液晶層における螺旋構造の捩れ方向が互いに異なるコレステリック液晶層を有しており、
コレステリック液晶層のうち少なくとも１層はパターンコレステリック液晶層である［１］または［２］に記載の光学素子。
［４］  螺旋構造の捩れ方向が互いに異なるパターンコレステリック液晶層を有し、
螺旋構造の捩れ方向が互いに異なるパターンコレステリック液晶層は、液晶配向パターンにおける液晶化合物由来の光学軸の向きの連続的な回転方向が、互いに異なる、［３］に記載の光学素子。
［５］  螺旋構造の捩れ方向が互いに異なるコレステリック液晶層は、選択反射中心波長が同じである、［３］または［４］に記載の光学素子。
［６］  パターンコレステリック液晶層を、複数、備えた光学素子であって、パターンコレステリック液晶層における螺旋構造の捩れ方向が互いに同一であるパターンコレステリック液晶層を有する、［１］〜［５］のいずれかに記載の光学素子。
［７］  螺旋構造の捩れ方向が互いに同一であるパターンコレステリック液晶層を有し、
螺旋構造の捩れ方向が互いに同一であるパターンコレステリック液晶層は、液晶配向パターンにおける液晶化合物由来の光学軸の向きの連続的な回転方向が、互いに同一である、［６］に記載の光学素子。
［８］  螺旋構造の捩れ方向が互いに同一であるパターンコレステリック液晶層は、傾斜面ピッチが互いに異なる、［６］または［７］に記載の光学素子。
［９］  液晶化合物由来の光学軸の向きが面内で１８０°回転する長さを１周期とした際に、１周期の長さが５０μｍ以下である、［１］〜［８］のいずれかに記載の光学素子。
［１０］  １周期の長さが１μｍ以下である、［９］に記載の光学素子。
［１１］  導光板と、
導光板の表面に配置される、［１］〜［１０］のいずれかに記載の光学素子と、を有し、
光学素子は、導光板内における光の進行方向に向かって、パターンコレステリック液晶層の螺旋構造の螺旋ピッチが漸次変化するように配置されている導光素子。
［１２］  導光板と、
導光板の表面に配置され、光を回折して導光板内に入射させる第一回折素子と、
導光板内を伝播した光を回折して導光板の外部に出射させる第三回折素子と、
導光板内で、第一回折素子の位置から伝播した光を、第三回折素子の方向に回折する第二回折素子と、を有し、
第二回折素子および第三回折素子の少なくとも一方が［１］〜［１０］のいずれかに記載の光学素子である導光素子。
［１３］  第二回折素子および第三回折素子が［１］〜［１０］のいずれかに記載の光学素子である［１２］に記載の導光素子。
［１４］  第一回折素子、第二回折素子および第三回折素子が、液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有するコレステリック液晶層であり、
第一回折素子、第二回折素子および第三回折素子それぞれにおける液晶配向パターンの１周期の長さをそれぞれΛ1、Λ2およびΛ3とすると、
Λ2＜Λ1、および、Λ2＜Λ3を満たす［１２］または［１３］に記載の導光素子。
［１５］  ［１１］〜［１４］のいずれかに記載の導光素子と、導光素子に画像を照射する表示素子とを有する画像表示装置。
［１６］  表示素子が円偏光を出射する［１５］に記載の画像表示装置。【００１９】
この課題を解決するために、本発明の第二態様は、以下の構成を有する。
［１７］  コレステリック液晶相を固定してなるパターンコレステリック液晶層を備え、
パターンコレステリック液晶層は、液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有し、
かつ、パターンコレステリック液晶層における螺旋構造のピッチが面内で異なる領域を有し、
液晶化合物由来の光学軸の向きが面内で１８０°回転する長さを１周期とした際に、１周期の長さが異なる領域を有する光学素子。
［１８］  パターンコレステリック液晶層は、液晶配向パターンにおける１周期の長さが異なる複数の領域が、１周期の長さの順に配列しており、
かつ、螺旋構造のピッチが異なる複数の領域が、螺旋構造のピッチの長さの順に配列しており、
１周期の長さの順列の方向と螺旋構造のピッチの長さの順列の方向が異なる、［１７］に記載の光学素子。
［１９］  パターンコレステリック液晶層は、液晶配向パターンにおける液晶化合物由来の光学軸の向きが連続的に回転しながら変化する一方向の、一方の側から他方の側に向かって、液晶配向パターンの１周期が、漸次、短くなる、［１７］または［１８］に記載の光学素子。
［２０］  液晶配向パターンが、液晶化合物由来の光学軸の向きが連続的に回転しながら変化する一方向を、内側から外側に向かう同心円状に有する、同心円状のパターンである、［１７］〜［１９］のいずれかに記載の光学素子。
［２１］  コレステリック液晶層を、複数層、備えた光学素子であって、コレステリック液晶層における螺旋構造の捩れ方向が互いに異なるコレステリック液晶層を有しており、
コレステリック液晶層のうち少なくとも１層はパターンコレステリック液晶層である［１７］〜［２０］のいずれかに記載の光学素子。
［２２］  螺旋構造の捩れ方向が互いに異なるパターンコレステリック液晶層を有し、
螺旋構造の捩れ方向が互いに異なるパターンコレステリック液晶層は、液晶配向パターンにおける液晶化合物由来の光学軸の向きの連続的な回転方向が、互いに異なる、［２１］に記載の光学素子。
［２３］  螺旋構造の捩れ方向が互いに異なるコレステリック液晶層は、選択反射中心波長が同じである、［２１］または［２２］に記載の光学素子。
［２４］  パターンコレステリック液晶層を、複数、備えた光学素子であって、パターンコレステリック液晶層における螺旋構造の捩れ方向が互いに同一であるパターンコレステリック液晶層を有する、［１７］〜［２３］のいずれかに記載の光学素子。
［２５］  螺旋構造の捩れ方向が互いに同一であるパターンコレステリック液晶層を有し、
螺旋構造の捩れ方向が互いに同一であるパターンコレステリック液晶層は、液晶配向パターンにおける液晶化合物由来の光学軸の向きの連続的な回転方向が、互いに同一である、［２４］に記載の光学素子。
［２６］  螺旋構造の捩れ方向が互いに同一であるコレステリック液晶層は、傾斜面ピッチが互いに異なる、［２４］または［２５］に記載の光学素子。
［２７］  液晶配向パターンにおける１周期の長さが５０μｍ以下である、［１７］〜［２６］のいずれかに記載の光学素子。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の第一態様によれば、導光板から射出される光の明るさを均一にすることができる光学素子、導光素子および画像表示装置を提供することができる。【００２１】
本発明の第二態様によれば、コレステリック液晶層によって光を反射する光学素子であって、入射した光を鏡面反射に対して所定の方向に角度を持たせて反射することができ、さらに、反射光量も大きい光学素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第一態様の光学素子の一例の概念図である。
【図２】図１に示す光学素子のコレステリック液晶層の平面図である。
【図３】図１に示す光学素子のコレステリック液晶層の作用を説明するための概念図である。
【図４】図１に示す光学素子の配向膜を露光する露光装置の一例の概念図である。
【図５】位置と回折効率との関係を表す模式的なグラフである。
【図６】本発明の第一態様の光学素子を有する画像表示装置の一例を模式的に示す図である。
【図７】位置と出射光の光強度との関係を模式的に表すグラフである。
【図８】本発明の第一態様の光学素子を有する導光素子の他の一例を模式的に表す正面図である。
【図９】図８の上面図である。
【図１０】実施例における出射光強度の測定方法を説明するための図である。
【図１１】回折効率の測定方法を説明するための模式図である。
【図１２】本発明の第二態様の光学素子の一例の概念図である。
【図１３】図１２に示す光学素子のパターンコレステリック液晶層を説明するための概念図である。
【図１４】図１２に示す光学素子のパターンコレステリック液晶層の平面図である。
【図１５】図１２に示す光学素子のパターンコレステリック液晶層の作用を説明するための概念図である。
【図１６】図１２に示す光学素子の配向膜を露光する露光装置の一例の概念図である。
【図１７】図１２に示す光学素子の作用を説明するための概念図である。
【図１８】本発明の第二態様の光学素子を説明するためのグラフである。
【図１９】本発明の第二態様の光学素子のパターンコレステリック液晶層の別の例の平面図である。
【図２０】図１９に示す光学素子の配向膜を露光する露光装置の別の例の概念図である。
【図２１】光強度の測定方法を説明するための概念図である。
【図２２】本発明の第二態様の光学素子の他の一例を概念的に表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の第一態様の光学素子、導光素子および画像表示装置について、添付の図面に示される好適実施例を基に詳細に説明する。
【００２４】
本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
本明細書において、「（メタ）アクリレート」は、「アクリレートおよびメタクリレートのいずれか一方または双方」の意味で使用される。
本明細書において、「同一」は、技術分野で一般的に許容される誤差範囲を含むものとする。また、本明細書において、「全部」、「いずれも」および「全面」などというとき、１００％である場合のほか、技術分野で一般的に許容される誤差範囲を含み、例えば９９％以上、９５％以上、または９０％以上である場合を含むものとする。また、角度について「直交」および「平行」とは、厳密な角度±５°の範囲を意味するものとし、角度について「同一」とは、特に記載がなければ、厳密な角度との差異が５度未満の範囲内であることを意味する。厳密な角度との差異は、４度未満であることが好ましく、３度未満であることがより好ましい。
【００２５】
本明細書において、可視光は、電磁波のうち、ヒトの目で見える波長の光であり、３８０〜７８０ｎｍの波長領域の光を示す。非可視光は、３８０ｎｍ未満の波長領域および７８０ｎｍを超える波長領域の光である。
またこれに限定されるものではないが、可視光のうち、４２０〜４９０ｎｍの波長領域の光は青色光であり、４９５〜５７０ｎｍの波長領域の光は緑色光であり、６２０〜７５０ｎｍの波長領域の光は赤色光である。
【００２６】
本明細書において、選択反射中心波長とは、対象となる物（部材）における透過率の極小値をＴmin（％）とした場合、下記の式で表される半値透過率：Ｔ１／２（％）を示す２つの波長の平均値のことを言う。
半値透過率を求める式：  Ｔ１／２＝１００−（１００−Ｔmin）÷２
また、複数の層の選択反射中心波長が「等しい」とは、厳密に等しいことを意味するものではなく、光学的に影響のない範囲の誤差は許容される。具体的には、複数の物の選択反射中心波長が「等しい」とは、それぞれの物同士における選択反射中心波長の差が２０ｎｍ以下であることを意図し、この差は１５ｎｍ以下であることが好ましく、１０ｎｍ以下であることがより好ましい。
【００２７】
本明細書において、Ｒｅ（λ）は、波長λにおける面内のレターデーションを表す。特に記載がないときは、波長λは、５５０ｎｍとする。
本明細書において、Ｒｅ（λ）は、ＡｘｏＳｃａｎ（Ａｘｏｍｅｔｒｉｃｓ社製）において、波長λで測定した値である。ＡｘｏＳｃａｎにて平均屈折率（（ｎｘ＋ｎｙ＋ｎｚ）／３）と膜厚（ｄ（μｍ））を入力することにより、
遅相軸方向（°）
Ｒｅ（λ）＝Ｒ０（λ）
が算出される。
なお、Ｒ０（λ）は、ＡｘｏＳｃａｎで算出される数値として表示されるものであるが、Ｒｅ（λ）を意味している。
【００２８】
本発明の第一態様の光学素子は、入射した光を反射する光反射素子であって、コレステリック液晶相を固定してなるパターンコレステリック液晶層を有する。
本発明の光学素子において、パターンコレステリック液晶層は、液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有する。ここで、液晶配向パターンの、光学軸の向きが連続的に回転しながら変化する一方向における、光学軸の向きが１８０°回転する長さを１周期とする。また、パターンコレステリック液晶層における螺旋構造のピッチが面内で異なる領域を有する。
後に詳述するが、本発明の光学素子は、このような構造を有することにより、導光板内を伝播する光を光学素子によって回折して導光板から射出させる際に、出射される光の明るさを均一にすることができる。
【００２９】
［第１の実施形態］
図１に、本発明の光学素子の一例を概念的に示す。
図示例の光学素子１０は、特定の波長の光を選択的に反射する光学素子で、第１反射層１４を有する。
光学素子１０において、第１反射層１４は、支持体２０と、配向膜２４と、パターンコレステリック液晶層２６と、を有する。
【００３０】
また、図示例の光学素子１０は、反射層に支持体２０を有しているが、本発明の光学素子は、反射層に支持体２０を設けなくてもよい。
例えば、本発明の光学素子は、上述の構成から、第１反射層１４の支持体２０を剥離して、配向膜、パターンコレステリック液晶層のみで、または、パターンコレステリック液晶層のみで、本発明の光学素子を構成してもよい。
【００３１】
すなわち、本発明の光学素子は、パターンコレステリック液晶層が、液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有し、かつ、パターンコレステリック液晶層における螺旋構造のピッチが面内で異なる領域を有するものであれば、各種の層構成が利用可能である。
以上の点に関しては、後述する本発明の各態様の光学素子も、全て、同様である。
【００３２】
＜支持体＞
第１反射層１４において、支持体２０は、配向膜２４およびパターンコレステリック液晶層２６を支持するものである。
【００３３】
支持体２０は、配向膜２４およびパターンコレステリック液晶層２６を支持できるものであれば、各種のシート状物（フィルム、板状物）が利用可能である。
なお、支持体２０は、対応する光に対する透過率が５０％以上であるのが好ましく、７０％以上であるのがより好ましく、８５％以上であるのがさらに好ましい。
【００３４】
支持体２０の厚さには、制限はなく、光学素子１０の用途および支持体２０の形成材料等に応じて、配向膜２４およびパターンコレステリック液晶層２６を保持できる厚さを、適宜、設定すればよい。
支持体２０の厚さは、１〜１０００μｍが好ましく、３〜２５０μｍがより好ましく、５〜１５０μｍがさらに好ましい。
【００３５】
支持体２０は単層であっても、多層であってもよい。
単層である場合の支持体２０としては、ガラス、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、アクリル、および、ポリオレフィン等からなる支持体２０が例示される。多層である場合の支持体２０の例としては、前述の単層の支持体のいずれかなどを基板として含み、この基板の表面に他の層を設けたもの等が例示される。
【００３６】
＜配向膜＞
第１反射層１４において、支持体２０の表面には配向膜２４が形成される。配向膜２４は、第１反射層１４のパターンコレステリック液晶層２６を形成する際に、液晶化合物３０を所定の液晶配向パターンに配向するための配向膜である。
なお、以下に示す配向膜に関する説明は、後述する反射部材に設けられる配向膜においても、同様である。従って、以下の説明では、他の配向膜とを区別する必要がない場合には、単に『配向膜』ともいう。また、反射層１４およびパターンコレステリック液晶層２６と、他のコレステリック液晶層とを区別する必要がない場合には、単に『コレステリック液晶層』とも言う。
【００３７】
後述するが、本発明の光学素子１０において、パターンコレステリック液晶層は、液晶化合物３０に由来する光学軸３０Ａ（図２参照）の向きが、面内の一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有する。
また、液晶配向パターンにおける、光学軸３０Ａの向きが連続的に回転しながら変化する一方向において、光学軸３０Ａの向きが１８０°回転する長さを１周期Λ（光学軸の回転周期）とする。
【００３８】
以下の説明では、『光学軸３０Ａの向きが回転』を単に『光学軸３０Ａが回転』とも言う。
【００３９】
配向膜は、公知の各種のものが利用可能である。
例えば、ポリマーなどの有機化合物からなるラビング処理膜、無機化合物の斜方蒸着膜、マイクログルーブを有する膜、ならびに、ω−トリコサン酸、ジオクタデシルメチルアンモニウムクロライドおよびステアリル酸メチルなどの有機化合物のラングミュア・ブロジェット法によるＬＢ（Langmuir-Blodgett：ラングミュア・ブロジェット）膜を累積させた膜、等が例示される。
【００４０】
ラビング処理による配向膜は、ポリマー層の表面を紙または布で一定方向に数回こすることにより形成できる。
配向膜に使用する材料としては、ポリイミド、ポリビニルアルコール、特開平９−１５２５０９号公報に記載された重合性基を有するポリマー、特開２００５−９７３７７号公報、特開２００５−９９２２８号公報、および、特開２００５−１２８５０３号公報記載の配向膜等の形成に用いられる材料が好ましい。
【００４１】
本発明の光学素子１０においては、配向膜は、光配向性の素材に偏光または非偏光を照射して配向膜とした、いわゆる光配向膜が好適に利用される。すなわち、本発明の光学素子１０においては、配向膜として、支持体２０上に、光配向材料を塗布して形成した光配向膜が、好適に利用される。
偏光の照射は、光配向膜に対して、垂直方向または斜め方向から行うことができ、非偏光の照射は、光配向膜に対して、斜め方向から行うことができる。
【００４２】
本発明に利用可能な光配向膜に用いられる光配向材料としては、例えば、特開２００６−２８５１９７号公報、特開２００７−７６８３９号公報、特開２００７−１３８１３８号公報、特開２００７−９４０７１号公報、特開２００７−１２１７２１号公報、特開２００７−１４０４６５号公報、特開２００７−１５６４３９号公報、特開２００７−１３３１８４号公報、特開２００９−１０９８３１号公報、特許第３８８３８４８号公報および特許第４１５１７４６号公報に記載のアゾ化合物、特開２００２−２２９０３９号公報に記載の芳香族エステル化合物、特開２００２−２６５５４１号公報および特開２００２−３１７０１３号公報に記載の光配向性単位を有するマレイミドおよび／またはアルケニル置換ナジイミド化合物、特許第４２０５１９５号および特許第４２０５１９８号に記載の光架橋性シラン誘導体、特表２００３−５２０８７８号公報、特表２００４−５２９２２０号公報および特許第４１６２８５０号に記載の光架橋性ポリイミド、光架橋性ポリアミドおよび光架橋性ポリエステル、ならびに、特開平９−１１８７１７号公報、特表平１０−５０６４２０号公報、特表２００３−５０５５６１号公報、国際公開第２０１０／１５０７４８号、特開２０１３−１７７５６１号公報および特開２０１４−１２８２３号公報に記載の光二量化可能な化合物、特にシンナメート化合物、カルコン化合物およびクマリン化合物等が、好ましい例として例示される。
中でも、アゾ化合物、光架橋性ポリイミド、光架橋性ポリアミド、光架橋性ポリエステル、シンナメート化合物、および、カルコン化合物は、好適に利用される。
【００４３】
配向膜の厚さには制限はなく、配向膜の形成材料に応じて、必要な配向機能を得られる厚さを、適宜、設定すればよい。
配向膜の厚さは、０．０１〜５μｍが好ましく、０．０５〜２μｍがより好ましい。
【００４４】
配向膜の形成方法には、制限はなく、配向膜の形成材料に応じた公知の方法が、各種、利用可能である。一例として、配向膜を支持体２０の表面に塗布して乾燥させた後、配向膜をレーザ光によって露光して、配向パターンを形成する方法が例示される。
【００４５】
図４に、配向膜を露光して、配向パターンを形成する露光装置の一例を概念的に示す。なお、図４に示す例は、一例として、第１反射層１４の配向膜２４の露光を例示している。
【００４６】
図４に示す露光装置６０は、レーザ６２を備えた光源６４と、レーザ６２が出射したレーザ光Ｍの偏光方向を変えるλ／２板６５と、レーザ６２が出射したレーザ光Ｍを光線ＭＡおよびＭＢの２つに分離する偏光ビームスプリッター６８と、分離された２つの光線ＭＡおよびＭＢの光路上にそれぞれ配置されたミラー７０Ａおよび７０Ｂと、λ／４板７２Ａおよび７２Ｂと、を備える。
なお、図示は省略するが、光源６４は直線偏光Ｐ0を出射する。λ／４板７２Ａは、直線偏光Ｐ0（光線ＭＡ）を右円偏光ＰRに、λ／４板７２Ｂは直線偏光Ｐ0（光線ＭＢ）を左円偏光ＰLに、それぞれ変換する。
【００４７】
配向パターンを形成される前の配向膜２４を有する支持体２０が露光部に配置され、２つの光線ＭＡと光線ＭＢとを配向膜２４上において交差させて干渉させ、その干渉光を配向膜２４に照射して露光する。
この際の干渉により、配向膜２４に照射される光の偏光状態が干渉縞状に周期的に変化するものとなる。これにより、配向膜２４において、配向状態が周期的に変化する配向パターンが得られる。
露光装置６０においては、２つの光線ＭＡおよびＭＢの交差角αを変化させることにより、配向パターンの周期を調節できる。すなわち、露光装置６０においては、交差角αを調節することにより、液晶化合物３０に由来する光学軸３０Ａが一方向に向かって連続的に回転する配向パターンにおいて、光学軸３０Ａが回転する１方向における、光学軸３０Ａが１８０°回転する１周期の長さを調節できる。
このような配向状態が周期的に変化した配向パターンを有する配向膜上に、コレステリック液晶層を形成することにより、後述するように、液晶化合物３０に由来する光学軸３０Ａが一方向に向かって連続的に回転する液晶配向パターンを有する、パターンコレステリック液晶層２６を形成できる。
また、λ／４板７２Ａおよび７２Ｂの光学軸を、それぞれ、９０°回転することにより、光学軸３０Ａの回転方向を逆にすることができる。
【００４８】
なお、本発明の光学素子において、配向膜は、好ましい態様として設けられるものであり、必須の構成要件ではない。
例えば、支持体２０をラビング処理する方法、支持体２０をレーザ光等で加工する方法等によって、支持体２０に配向パターンを形成することにより、パターンコレステリック液晶層が、液晶化合物３０に由来する光学軸３０Ａの向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有する構成とすることも、可能である。
【００４９】
＜パターンコレステリック液晶層＞
第１反射層１４において、配向膜２４の表面には、パターンコレステリック液晶層２６が形成される。
パターンコレステリック液晶層２６は、コレステリック液晶相を固定してなる層であり、液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有し、かつ、パターンコレステリック液晶層における螺旋構造のピッチが面内で異なる領域を有する。
なお、図２においては、図面を簡略化して光学素子１０の構成を明確に示すために、パターンコレステリック液晶層２６は、配向膜の表面の液晶化合物３０（液晶化合物分子）のみを概念的に示している。しかしながら、パターンコレステリック液晶層２６は、図１に概念的に示すように、通常のコレステリック液晶相を固定してなるコレステリック液晶層と同様に、液晶化合物３０が螺旋状に旋回して積み重ねられた螺旋構造を有し、液晶化合物３０が螺旋状に１回転（３６０°回転）して積み重ねられた構成を螺旋１ピッチとして、螺旋状に旋回する液晶化合物３０が、複数ピッチ、積層された構造を有する。
【００５０】
パターンコレステリック液晶層は、波長選択反射性を有する。
例えば、パターンコレステリック液晶層２６は、緑色の波長領域に選択反射中心波長を有するコレステリック液晶層である場合には、緑色光の右円偏光ＧRを反射して、それ以外の光を透過する。
ここで、パターンコレステリック液晶層２６は、面方向において液晶化合物３０が回転して配向されているため、入射した円偏光を光学軸の向きが連続的に回転している向きに屈折（回折）させて反射する。その際、入射する円偏光の旋回方向に応じて回折する方向が異なる。
すなわち、パターンコレステリック液晶層２６は、選択反射波長の右円偏光または左円偏光を反射し、かつ、この反射光を回折する。
【００５１】
パターンコレステリック液晶層２６は、コレステリック液晶相を固定してなるものである。すなわち、パターンコレステリック液晶層２６は、コレステリック構造を有する液晶化合物３０（液晶材料）からなる層である。
【００５２】
＜＜コレステリック液晶相＞＞
コレステリック液晶相は、特定の波長において選択反射性を示すことが知られている。選択反射の中心波長（選択反射中心波長）λは、コレステリック液晶相における螺旋構造のピッチＰ（＝螺旋の周期）に依存し、コレステリック液晶相の平均屈折率ｎとλ＝ｎ×Ｐの関係に従う。そのため、この螺旋構造のピッチを調節することによって、選択反射中心波長を調節することができる。コレステリック液晶相のピッチは、コレステリック液晶層の形成の際、液晶化合物と共に用いるキラル剤の種類、またはその添加濃度に依存するため、これらを調節することによって所望のピッチを得ることができる。
なお、ピッチの調節については富士フイルム研究報告Ｎｏ．５０（２００５年）ｐ．６０−６３に詳細な記載がある。螺旋のセンスおよびピッチの測定法については「液晶化学実験入門」日本液晶学会編  シグマ出版２００７年出版、４６頁、および、「液晶便覧」液晶便覧編集委員会  丸善  １９６頁に記載の方法を用いることができる。
【００５３】
コレステリック液晶相は、特定の波長において左右いずれかの円偏光に対して選択反射性を示す。反射光が右円偏光であるか左円偏光であるかは、コレステリック液晶相の螺旋の捩れ方向（センス）による。コレステリック液晶相による円偏光の選択反射は、コレステリック液晶相の螺旋の捩れ方向が右の場合は右円偏光を反射し、螺旋の捩れ方向が左の場合は左円偏光を反射する。
従って、図示例の光学素子１０においては、コレステリック液晶層は、右捩れのコレステリック液晶相を固定してなる層である。
なお、コレステリック液晶相の旋回の方向は、コレステリック液晶層を形成する液晶化合物の種類および／または添加されるキラル剤の種類によって調節できる。
【００５４】
また、選択反射を示す選択反射帯域（円偏光反射帯域）の半値幅Δλ（ｎｍ）は、コレステリック液晶相のΔｎと螺旋のピッチＰとに依存し、Δλ＝Δｎ×Ｐの関係に従う。そのため、選択反射帯域の幅の制御は、Δｎを調節して行うことができる。Δｎは、コレステリック液晶層を形成する液晶化合物の種類およびその混合比率、ならびに、配向固定時の温度により調節できる。
反射波長領域の半値幅は、光学素子１０の用途に応じて調節され、例えば１０〜５００ｎｍであればよく、好ましくは２０〜３００ｎｍであり、より好ましくは３０〜１００ｎｍである。
【００５５】
＜＜コレステリック液晶層の形成方法＞＞
コレステリック液晶層（パターンコレステリック液晶層を含む）は、コレステリック液晶相を層状に固定して形成できる。
コレステリック液晶相を固定した構造は、コレステリック液晶相となっている液晶化合物の配向が保持されている構造であればよく、典型的には、重合性液晶化合物をコレステリック液晶相の配向状態としたうえで、紫外線照射、加熱等によって重合、硬化し、流動性が無い層を形成して、同時に、外場または外力によって配向形態に変化を生じさせることない状態に変化した構造が好ましい。
なお、コレステリック液晶相を固定した構造においては、コレステリック液晶相の光学的性質が保持されていれば十分であり、コレステリック液晶層において、液晶化合物３０は液晶性を示さなくてもよい。例えば、重合性液晶化合物は、硬化反応により高分子量化して、液晶性を失っていてもよい。
【００５６】
コレステリック液晶相を固定してなるコレステリック液晶層の形成に用いる材料としては、一例として、液晶化合物を含む液晶組成物が挙げられる。液晶化合物は重合性液晶化合物であるのが好ましい。
また、コレステリック液晶層の形成に用いる液晶組成物は、さらに界面活性剤およびキラル剤を含んでいてもよい。
【００５７】
−−重合性液晶化合物−−
重合性液晶化合物は、棒状液晶化合物であっても、円盤状液晶化合物であってもよい。
コレステリック液晶相を形成する棒状の重合性液晶化合物の例としては、棒状ネマチック液晶化合物が挙げられる。棒状ネマチック液晶化合物としては、アゾメチン類、アゾキシ類、シアノビフェニル類、シアノフェニルエステル類、安息香酸エステル類、シクロヘキサンカルボン酸フェニルエステル類、シアノフェニルシクロヘキサン類、シアノ置換フェニルピリミジン類、アルコキシ置換フェニルピリミジン類、フェニルジオキサン類、トラン類、および、アルケニルシクロヘキシルベンゾニトリル類等が好ましく用いられる。低分子液晶化合物だけではなく、高分子液晶化合物も用いることができる。
【００５８】
重合性液晶化合物は、重合性基を液晶化合物に導入することで得られる。重合性基の例には、不飽和重合性基、エポキシ基、およびアジリジニル基が含まれ、不飽和重合性基が好ましく、エチレン性不飽和重合性基がより好ましい。重合性基は種々の方法で、液晶化合物の分子中に導入できる。重合性液晶化合物が有する重合性基の個数は、好ましくは１〜６個、より好ましくは１〜３個である。
重合性液晶化合物の例は、Ｍａｋｒｏｍｏｌ．Ｃｈｅｍ．，１９０巻、２２５５頁（１９８９年）、Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ５巻、１０７頁（１９９３年）、米国特許第４６８３３２７号明細書、米国特許第５６２２６４８号明細書、米国特許第５７７０１０７号明細書、国際公開第９５／２２５８６号、国際公開第９５／２４４５５号、国際公開第９７／００６００号、国際公開第９８／２３５８０号、国際公開第９８／５２９０５号、特開平１−２７２５５１号公報、特開平６−１６６１６号公報、特開平７−１１０４６９号公報、特開平１１−８００８１号公報、および、特開２００１−３２８９７３号公報等に記載の化合物が含まれる。２種類以上の重合性液晶化合物を併用してもよい。２種類以上の重合性液晶化合物を併用すると、配向温度を低下させることができる。
【００５９】
また、上記以外の重合性液晶化合物としては、特開昭５７−１６５４８０号公報に開示されているようなコレステリック相を有する環式オルガノポリシロキサン化合物等を用いることができる。さらに、前述の高分子液晶化合物としては、液晶を呈するメソゲン基を主鎖、側鎖、あるいは主鎖および側鎖の両方の位置に導入した高分子、コレステリル基を側鎖に導入した高分子コレステリック液晶、特開平９−１３３８１０号公報に開示されているような液晶性高分子、および、特開平１１−２９３２５２号公報に開示されているような液晶性高分子等を用いることができる。
【００６０】
−−円盤状液晶化合物−−
円盤状液晶化合物としては、例えば、特開２００７−１０８７３２号公報や特開２０１０−２４４０３８号公報に記載のものを好ましく用いることができる。
【００６１】
また、液晶組成物中の重合性液晶化合物の添加量は、液晶組成物の固形分質量（溶媒を除いた質量）に対して、７５〜９９．９質量％であるのが好ましく、８０〜９９質量％であるのがより好ましく、８５〜９０質量％であるのがさらに好ましい。
【００６２】
−−界面活性剤−−
コレステリック液晶層を形成する際に用いる液晶組成物は、界面活性剤を含有してもよい。
界面活性剤は、安定的にまたは迅速にプレーナー配向のコレステリック液晶相とするために寄与する配向制御剤として機能できる化合物が好ましい。界面活性剤としては、例えば、シリコーン系界面活性剤およびフッ素系界面活性剤が挙げられ、フッ素系界面活性剤が好ましく例示される。
【００６３】
界面活性剤の具体例としては、特開２０１４−１１９６０５号公報の段落［００８２］〜［００９０］に記載の化合物、特開２０１２−２０３２３７号公報の段落［００３１］〜［００３４］に記載の化合物、特開２００５−９９２４８号公報の段落［００９２］および［００９３］中に例示されている化合物、特開２００２−１２９１６２号公報の段落［００７６］〜［００７８］および段落［００８２］〜［００８５］中に例示されている化合物、ならびに、特開２００７−２７２１８５号公報の段落［００１８］〜［００４３］等に記載のフッ素（メタ）アクリレート系ポリマー、などが挙げられる。
なお、界面活性剤は、１種を単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。
フッ素系界面活性剤として、特開２０１４−１１９６０５号公報の段落［００８２］〜［００９０］に記載の化合物が好ましい。
【００６４】
液晶組成物中における、界面活性剤の添加量は、液晶化合物の全質量に対して０．０１〜１０質量％が好ましく、０．０１〜５質量％がより好ましく、０．０２〜１質量％がさらに好ましい。
【００６５】
−−キラル剤（光学活性化合物）−−
キラル剤（カイラル剤）はコレステリック液晶相の螺旋構造を誘起する機能を有する。キラル剤は、化合物によって誘起する螺旋の捩れ方向または螺旋ピッチが異なるため、目的に応じて選択すればよい。
キラル剤としては、特に制限はなく、公知の化合物（例えば、液晶デバイスハンドブック、第３章４−３項、ＴＮ（twisted nematic）、ＳＴＮ（Super Twisted Nematic）用カイラル剤、１９９頁、日本学術振興会第１４２委員会編、１９８９に記載）、イソソルビド、および、イソマンニド誘導体等を用いることができる。
キラル剤は、一般に不斉炭素原子を含むが、不斉炭素原子を含まない軸性不斉化合物または面性不斉化合物もキラル剤として用いることができる。軸性不斉化合物または面性不斉化合物の例には、ビナフチル、ヘリセン、パラシクロファン、および、これらの誘導体が含まれる。キラル剤は、重合性基を有していてもよい。キラル剤と液晶化合物とがいずれも重合性基を有する場合は、重合性キラル剤と重合性液晶化合物との重合反応により、重合性液晶化合物から誘導される繰り返し単位と、キラル剤から誘導される繰り返し単位とを有するポリマーを形成することができる。この態様では、重合性キラル剤が有する重合性基は、重合性液晶化合物が有する重合性基と、同種の基であるのが好ましい。従って、キラル剤の重合性基も、不飽和重合性基、エポキシ基またはアジリジニル基であるのが好ましく、不飽和重合性基であるのがより好ましく、エチレン性不飽和重合性基であるのがさらに好ましい。
また、キラル剤は、液晶化合物であってもよい。
【００６６】
キラル剤が光異性化基を有する場合には、塗布、配向後に活性光線などのフォトマスク照射によって、発光波長に対応した所望の反射波長のパターンを形成することができるので好ましい。光異性化基としては、フォトクロッミック性を示す化合物の異性化部位、アゾ基、アゾキシ基、または、シンナモイル基が好ましい。具体的な化合物として、特開２００２−８０４７８号公報、特開２００２−８０８５１号公報、特開２００２−１７９６６８号公報、特開２００２−１７９６６９号公報、特開２００２−１７９６７０号公報、特開２００２−１７９６８１号公報、特開２００２−１７９６８２号公報、特開２００２−３３８５７５号公報、特開２００２−３３８６６８号公報、特開２００３−３１３１８９号公報、および、特開２００３−３１３２９２号公報等に記載の化合物を用いることができる。
【００６７】
―光反応型カイラル剤―
本発明において、キラル剤として光反応型カイラル剤を用いるのが好ましい。光反応型カイラル剤は、例えば、下記一般式（Ｉ）で表される化合物からなり、液晶性化合物の配向構造を制御し得ると共に、光の照射により液晶の螺旋ピッチ、即ち螺旋構造の捻れ力（ＨＴＰ：ヘリカルツイスティングパワー）を変化させることができる特質を有する。即ち、液晶性化合物、好ましくはネマチック液晶化合物に誘起する螺旋構造の捻れ力の変化を光照射（紫外線〜可視光線〜赤外線）によって起こさせる化合物であり、必要な部位（分子構造単位）として、カイラル部位（キラル部位）と光の照射によって構造変化を生じる部位とを有する。しかも、下記一般式（Ｉ）で表される光反応型カイラル剤は、特に液晶分子のＨＴＰを大きく変化させることができる。
【００６８】
尚、前述のＨＴＰは、液晶の螺旋構造の捻れ力、即ち、ＨＴＰ＝１／（ピッチ×キラル剤濃度〔質量分率〕）を表し、例えば、ある温度での液晶分子の螺旋ピッチ（螺旋構造の一周期；μｍ）を測定し、この値をカイラル剤（キラル剤）の濃度から換算〔μｍ-1〕して求めることができる。光反応型カイラル剤により光の照度により選択反射色を形成する場合、前述のＨＴＰの変化率（＝照射前のＨＴＰ／照射後のＨＴＰ）としては、照射後にＨＴＰがより小さくなる場合には１．５以上が好ましく、更に２．５以上がより好ましく、照射後にＨＴＰがより大きくなる場合には０．７以下が好ましく、更に０．４以下がより好ましい。
【００６９】
次に、一般式（Ｉ）で表される化合物について説明する。
一般式（Ｉ）
【００７０】
【化１】
0006980901.tif 000002
【００７１】
前述の式中、Ｒは、水素原子、炭素数１〜１５のアルコキシ基、総炭素数３〜１５のアクリロイルオキシアルキルオキシ基、総炭素数４〜１５のメタクリロイルオキシアルキルオキシ基を表す。
前述の炭素数１〜１５のアルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、ヘキシルオキシ基、ドデシルオキシ基等が挙げられ、中でも、炭素数１〜１２のアルコキシ基が好ましく、炭素数１〜８のアルコキシ基が特に好ましい。
【００７２】
前述の総炭素数３〜１５のアクリロイルオキシアルキルオキシ基としては、例えば、アクリロイルオキシエチルオキシ基、アクリロイルオキシブチルオキシ基、アクリロイルオキシデシルオキシ基等が挙げられ、中でも、炭素数５〜１３のアクリロイルオキシアルキルオキシ基が好ましく、炭素数５〜１１のアクリロイルオキシアルキルオキシ基が特に好ましい。
【００７３】
前述の総炭素数４〜１５のメタクリロイルオキシアルキルオキシ基としては、例えば、メタクリロイルオキシエチルオキシ基、メタクリロイルオキシブチルオキシ基、メタクリロイルオキシデシルオキシ基等が挙げられ、中でも、炭素数６〜１４のメタクリロイルオキシアルキルオキシ基が好ましく、炭素数６〜１２のメタクリロイルオキシアルキルオキシ基が特に好ましい。
【００７４】
前述の一般式（Ｉ）で表される光反応型カイラル剤の分子量としては、３００以上が好ましい。また、後述する液晶性化合物との溶解性の高いものが好ましく、その溶解度パラメータＳＰ値が、液晶性化合物に近似するものがより好ましい。
【００７５】
以下、前述の一般式（Ｉ）で表される化合物の具体例（例示化合物（１）〜（１５））を示すが、本発明においてはこれらに制限されるものではない。
【００７６】
【化２】
0006980901.tif 000003
【００７７】
【化３】
0006980901.tif 000004
【００７８】
【化４】
0006980901.tif 000005
【００７９】
本発明において、光反応型カイラル剤としては、例えば、下記一般式（II）で表される光反応型光学活性化合物も用いられる。
【００８０】
一般式（II）
【００８１】
【化５】
0006980901.tif 000006
【００８２】
前述の式中、Ｒは、水素原子、炭素数１〜１５のアルコキシ基、総炭素数３〜１５のアクリロイルオキシアルキルオキシ基、総炭素数４〜１５のメタクリロイルオキシアルキルオキシ基を表す。
前述の炭素数１〜１５のアルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、ヘキシルオキシ基、オクチルオキシ基、ドデシルオキシ基等が挙げられ、中でも、炭素数１〜１０のアルコキシ基が好ましく、炭素数１〜８のアルコキシ基が特に好ましい。
【００８３】
前述の総炭素数３〜１５のアクリロイルオキシアルキルオキシ基としては、例えば、アクリロイルオキシ基、アクリロイルオキシエチルオキシ基、アクリロイルオキシプロピルオキシ基、アクリロイルオキシヘキシルオキシ基、アクリロイルオキシブチルオキシ基、アクリロイルオキシデシルオキシ基等が挙げられ、中でも、炭素数３〜１３のアクリロイルオキシアルキルオキシ基が好ましく、炭素数３〜１１のアクリロイルオキシアルキルオキシ基が特に好ましい。
【００８４】
前述の総炭素数４〜１５のメタクリロイルオキシアルキルオキシ基としては、例えば、メタクリロイルオキシ基、メタクリロイルオキシエチルオキシ基、メタクリロイルオキシヘキシルオキシ基等が挙げられ、中でも、炭素数４〜１４のメタクリロイルオキシアルキルオキシ基が好ましく、炭素数４〜１２のメタクリロイルオキシアルキルオキシ基が特に好ましい。
【００８５】
前述の一般式（II）で表される光反応型光学活性化合物の分子量としては、３００以上が好ましい。また、後述する液晶性化合物との溶解性の高いものが好ましく、その溶解度パラメータＳＰ値が、液晶性化合物に近似するものがより好ましい。
【００８６】
以下、前述の一般式（II）で表される光反応型光学活性化合物の具体例（例示化合物（２１）〜（３２））を示すが、本発明においてはこれらに制限されるものではない。
【００８７】
【化６】
0006980901.tif 000007
【００８８】
【化７】
0006980901.tif 000008
【００８９】
【化８】
0006980901.tif 000009
【００９０】
また、光反応型カイラル剤は、捻れ力の温度依存性が大きいカイラル化合物など、光反応性のないカイラル剤と併用することもできる。前述の光反応性のない公知のキラル剤としては、例えば、特開２０００−４４４５１号、特表平１０−５０９７２６号、ＷＯ９８／００４２８、特表２０００−５０６８７３号、特表平９−５０６０８８号、Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌｓ（１９９６、２１、３２７）、Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌｓ（１９９８、２４、２１９）等に記載のキラル剤が挙げられる。
【００９１】
液晶組成物における、キラル剤の含有量は、液晶化合物の含有モル量に対して０．０１〜２００モル％が好ましく、１〜３０モル％がより好ましい。
【００９２】
−−重合開始剤−−
液晶組成物が重合性化合物を含む場合は、重合開始剤を含有しているのが好ましい。紫外線照射により重合反応を進行させる態様では、使用する重合開始剤は、紫外線照射によって重合反応を開始可能な光重合開始剤であるのが好ましい。
光重合開始剤の例には、α−カルボニル化合物（米国特許第２３６７６６１号、米国特許第２３６７６７０号の各明細書記載）、アシロインエーテル（米国特許第２４４８８２８号明細書記載）、α−炭化水素置換芳香族アシロイン化合物（米国特許第２７２２５１２号明細書記載）、多核キノン化合物（米国特許第３０４６１２７号、米国特許第２９５１７５８号の各明細書記載）、トリアリールイミダゾールダイマーとｐ−アミノフェニルケトンとの組み合わせ（米国特許第３５４９３６７号明細書記載）、アクリジンおよびフェナジン化合物（特開昭６０−１０５６６７号公報、米国特許第４２３９８５０号明細書記載）、ならびに、オキサジアゾール化合物（米国特許第４２１２９７０号明細書記載）等が挙げられる。
液晶組成物中の光重合開始剤の含有量は、液晶化合物の含有量に対して０．１〜２０質量％であるのが好ましく、０．５〜１２質量％であるのがさらに好ましい。
【００９３】
−−架橋剤−−
液晶組成物は、硬化後の膜強度向上、耐久性向上のため、任意に架橋剤を含有していてもよい。架橋剤としては、紫外線、熱、および、湿気等で硬化するものが好適に使用できる。
架橋剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えばトリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレートおよびペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート等の多官能アクリレート化合物；グリシジル（メタ）アクリレートおよびエチレングリコールジグリシジルエーテル等のエポキシ化合物；２，２−ビスヒドロキシメチルブタノール−トリス［３−（１−アジリジニル）プロピオネート］および４，４−ビス（エチレンイミノカルボニルアミノ）ジフェニルメタン等のアジリジン化合物；ヘキサメチレンジイソシアネートおよびビウレット型イソシアネート等のイソシアネート化合物；オキサゾリン基を側鎖に有するポリオキサゾリン化合物；ならびに、ビニルトリメトキシシラン、Ｎ−（２−アミノエチル）３−アミノプロピルトリメトキシシラン等のアルコキシシラン化合物などが挙げられる。また、架橋剤の反応性に応じて公知の触媒を用いることができ、膜強度および耐久性向上に加えて生産性を向上させることができる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
架橋剤の含有量は、液晶組成物の固形分質量に対して、３〜２０質量％が好ましく、５〜１５質量％がより好ましい。架橋剤の含有量が上記範囲内であれば、架橋密度向上の効果が得られやすく、コレステリック液晶相の安定性がより向上する。
【００９４】
−−その他の添加剤−−
液晶組成物中には、必要に応じて、さらに重合禁止剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定化剤、色材、および、金属酸化物微粒子等を、光学的性能等を低下させない範囲で添加することができる。
【００９５】
液晶組成物は、コレステリック液晶層を形成する際には、液体として用いられるのが好ましい。
液晶組成物は溶媒を含んでいてもよい。溶媒には、制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、有機溶媒が好ましい。
有機溶媒には、制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ケトン類、アルキルハライド類、アミド類、スルホキシド類、ヘテロ環化合物、炭化水素類、エステル類、および、エーテル類などが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。これらの中でも、環境への負荷を考慮した場合にはケトン類が好ましい。
【００９６】
コレステリック液晶層を形成する際には、コレステリック液晶層の形成面に液晶組成物を塗布して、液晶化合物をコレステリック液晶相の状態に配向した後、液晶化合物を硬化して、コレステリック液晶層とするのが好ましい。
すなわち、配向膜上にコレステリック液晶層を形成する場合には、配向膜に液晶組成物を塗布して、液晶化合物をコレステリック液晶相の状態に配向した後、液晶化合物を硬化して、コレステリック液晶相を固定してなるコレステリック液晶層を形成するのが好ましい。
液晶組成物の塗布は、インクジェットおよびスクロール印刷等の印刷法、ならびに、スピンコート、バーコートおよびスプレー塗布等のシート状物に液体を一様に塗布できる公知の方法が全て利用可能である。
【００９７】
塗布された液晶組成物は、必要に応じて乾燥および／または加熱され、その後、硬化され、コレステリック液晶層を形成する。この乾燥および／または加熱の工程で、液晶組成物中の液晶化合物がコレステリック液晶相に配向すればよい。加熱を行う場合、加熱温度は、２００℃以下が好ましく、１３０℃以下がより好ましい。
【００９８】
配向させた液晶化合物は、必要に応じて、さらに重合される。重合は、熱重合、および、光照射による光重合のいずれでもよいが、光重合が好ましい。光照射は、紫外線を用いるのが好ましい。照射エネルギーは、２０ｍＪ／ｃｍ2〜５０Ｊ／ｃｍ2が好ましく、５０〜１５００ｍＪ／ｃｍ2がより好ましい。光重合反応を促進するため、加熱条件下または窒素雰囲気下で光照射を実施してもよい。照射する紫外線の波長は２５０〜４３０ｎｍが好ましい。
【００９９】
コレステリック液晶層の厚さには、制限はなく、光学素子１０の用途、コレステリック液晶層に要求される光の反射率、および、コレステリック液晶層の形成材料等に応じて、必要な光の反射率が得られる厚さを、適宜、設定すればよい。
【０１００】
＜＜パターンコレステリック液晶層の液晶配向パターン＞＞
本発明の光学素子１０において、パターンコレステリック液晶層は、コレステリック液晶相を形成する液晶化合物３０に由来する光学軸３０Ａの向きが、パターンコレステリック液晶層の面内において、一方向に連続的に回転しながら変化する液晶配向パターンを有する。
なお、液晶化合物３０に由来する光学軸３０Ａとは、液晶化合物３０において屈折率が最も高くなる軸、いわゆる遅相軸である。例えば、液晶化合物３０が棒状液晶化合物である場合には、光学軸３０Ａは、棒形状の長軸方向に沿っている。以下の説明では、液晶化合物３０に由来する光学軸３０Ａを、『液晶化合物３０の光学軸３０Ａ』または『光学軸３０Ａ』ともいう。
【０１０１】
図２に、パターンコレステリック液晶層２６の平面図を概念的に示す。
なお、平面図とは、図１において、光学素子１０を上方から見た図であり、すなわち、光学素子１０を厚さ方向（＝各層（膜）の積層方向）から見た図である。
また、前述のとおり、図２では、本発明の光学素子１０の構成を明確に示すために、液晶化合物３０は配向膜２４の表面の液晶化合物３０のみを示している。
【０１０２】
なお、図２では、パターンコレステリック液晶層２６を代表例として説明するが、後述するパターンコレステリック液晶層も、後述する液晶配向パターンの１周期の長さΛや反射波長域が異なる以外は、基本的に、同様の構成および作用効果を有する。
【０１０３】
図２に示すように、配向膜２４の表面において、パターンコレステリック液晶層２６を構成する液晶化合物３０は、下層の配向膜２４に形成された配向パターンに応じて、矢印Ｘで示す所定の一方向、および、この一方向（矢印Ｘ方向）と直交する方向に、二次元的に配列された状態になっている。
以下の説明では、矢印Ｘ方向と直交する方向を、便宜的にＹ方向とする。すなわち、図１、および後述する図３では、Ｙ方向は、紙面に直交する方向となる。
また、パターンコレステリック液晶層２６を形成する液晶化合物３０は、パターンコレステリック液晶層２６の面内において、矢印Ｘ方向に沿って、光学軸３０Ａの向きが、連続的に回転しながら変化する、液晶配向パターンを有する。図示例においては、液晶化合物３０の光学軸３０Ａが、矢印Ｘ方向に沿って、時計回り方向に連続的に回転しながら変化する、液晶配向パターンを有する。
液晶化合物３０の光学軸３０Ａの向きが矢印Ｘ方向（所定の一方向）に連続的に回転しながら変化しているとは、具体的には、矢印Ｘ方向に沿って配列されている液晶化合物３０の光学軸３０Ａと、矢印Ｘ方向とが成す角度が、矢印Ｘ方向の位置によって異なっており、矢印Ｘ方向に沿って、光学軸３０Ａと矢印Ｘ方向とが成す角度がθからθ＋１８０°あるいはθ−１８０°まで、順次、変化していることを意味する。
なお、矢印Ｘ方向に互いに隣接する液晶化合物３０の光学軸３０Ａの角度の差は、４５°以下であるのが好ましく、１５°以下であるのがより好ましく、より小さい角度であるのがさらに好ましい。
【０１０４】
一方、パターンコレステリック液晶層２６を形成する液晶化合物３０は、矢印Ｘ方向と直交するＹ方向、すなわち、光学軸３０Ａが連続的に回転する一方向と直交するＹ方向では、光学軸３０Ａの向きが等しい。
言い換えれば、パターンコレステリック液晶層２６を形成する液晶化合物３０は、Ｙ方向では、液晶化合物３０の光学軸３０Ａと矢印Ｘ方向とが成す角度が等しい。
【０１０５】
本発明の光学素子１０においては、このような液晶化合物３０の液晶配向パターンにおいて、面内で光学軸３０Ａが連続的に回転して変化する矢印Ｘ方向において、液晶化合物３０の光学軸３０Ａが１８０°回転する長さ（距離）を、液晶配向パターンにおける１周期の長さΛとする。
すなわち、矢印Ｘ方向に対する角度が等しい２つの液晶化合物３０の、矢印Ｘ方向の中心間の距離を、１周期の長さΛとする。具体的には、図２に示すように、矢印Ｘ方向と光学軸３０Ａの方向とが一致する２つの液晶化合物３０の、矢印Ｘ方向の中心間の距離を、１周期の長さΛとする。
以下の説明では、この１周期の長さΛを『１周期Λ』とも言う。
本発明の光学素子１０において、パターンコレステリック液晶層の液晶配向パターンは、この１周期Λを、矢印Ｘ方向すなわち光学軸３０Ａの向きが連続的に回転して変化する一方向に繰り返す。
【０１０６】
パターンコレステリック液晶層２６は、面内において、矢印Ｘ方向（所定の一方向）に沿って光学軸３０Ａが連続的に回転しながら変化する、液晶配向パターンを有する。
コレステリック液晶相を固定してなるコレステリック液晶層は、通常、入射した光（円偏光）を鏡面反射する。
これに対して、上述のような液晶配向パターンを有するパターンコレステリック液晶層２６は、入射した光を、鏡面反射に対して矢印Ｘ方向に角度を有した方向に反射する。例えば、パターンコレステリック液晶層２６は、法線方向から入射した光を、法線方向に反射するのではなく、法線方向に対して矢印Ｘに傾けて反射する。法線方向から入射した光とは、すなわち正面から入射した光であり、主面に対して垂直に入射した光である。主面とは、シート状物の最大面である。
以下、図３を参照して説明する。
【０１０７】
前述のように、パターンコレステリック液晶層２６は、選択反射波長の一方の円偏光を選択的に反射するコレステリック液晶層である。例えば、パターンコレステリック液晶層２６の選択反射波長が緑色光で、右円偏光を反射する場合を例に説明すると、パターンコレステリック液晶層２６は、緑色光の右円偏光ＧRを選択的に反射するコレステリック液晶層である。
従って、第１反射層１４に光が入射すると、パターンコレステリック液晶層２６は、緑色光の右円偏光ＧRのみを反射し、それ以外の光を透過する。
【０１０８】
パターンコレステリック液晶層２６に入射した緑色光の右円偏光ＧRは、パターンコレステリック液晶層２６によって反射される際に、各液晶化合物３０の光学軸３０Ａの向きに応じて絶対位相が変化する。
ここで、パターンコレステリック液晶層２６では、液晶化合物３０の光学軸３０Ａが矢印Ｘ方向（一方向）に沿って回転しながら変化している。そのため、光学軸３０Ａの向きによって、入射した緑色光の右円偏光ＧRの絶対位相の変化量が異なる。
さらに、パターンコレステリック液晶層２６に形成された液晶配向パターンは、矢印Ｘ方向に周期的なパターンである。そのため、パターンコレステリック液晶層２６に入射した緑色光の右円偏光ＧRには、図３に概念的に示すように、それぞれの光学軸３０Ａの向きに対応した矢印Ｘ方向に周期的な絶対位相Ｑが与えられる。
また、液晶化合物３０の光学軸３０Ａの矢印Ｘ方向に対する向きは、矢印Ｘ方向と直交するＹ方向の液晶化合物３０の配列では、均一である。
これによりパターンコレステリック液晶層２６では、緑色光の右円偏光ＧRに対して、ＸＹ面に対して矢印Ｘ方向に傾いた等位相面Ｅが形成される。
そのため、緑色光の右円偏光ＧRは、等位相面Ｅの法線方向（等位相面Ｅと直交する方向）に反射され、反射された緑色光の右円偏光ＧRは、ＸＹ面（パターンコレステリック液晶層２６の主面）に対して矢印Ｘ方向に傾いた方向に反射される。
【０１０９】
ここで、一方向（矢印Ｘ方向）に向かって液晶化合物３０の光学軸３０Ａが連続的に回転するパターンコレステリック液晶層による光の反射角度は、反射する光の波長によって、角度が異なる。具体的には、長波長の光ほど、入射光に対する反射光の角度が大きくなる。
一方、矢印Ｘ方向（一方向）に向かって、液晶化合物３０の光学軸３０Ａが連続的に回転するパターンコレステリック液晶層による光の反射角度は、矢印Ｘ方向において、光学軸３０Ａが１８０°回転する液晶配向パターンの１周期の長さΛ、すなわち、１周期Λによって異なる。具体的には、１周期Λが短いほど、入射光に対する反射光の角度が大きくなる。
【０１１０】
本発明の光学素子１０において、パターンコレステリック液晶層の配向パターンにおける１周期Λにも、制限はなく、光学素子１０の用途等に応じて、適宜、設定すればよい。
【０１１１】
ここで、本発明の光学素子１０は、一例として、ＡＲグラスにおいて、ディスプレイが表示した光を反射して導光板に導入する回折素子、および、導光板を伝播した光を反射して導光板から使用者による観察位置に出射させる回折素子に、好適に利用される。
この際においては、導光板で光を全反射させるためには、入射光に対して、ある程度の大きな角度で光を反射させて導光板に導入する必要がある。また、導光板を伝播してきた光を確実に出射させるためにも、入射光に対して、ある程度の大きな角度で光を反射させる必要がある。
また、前述のように、パターンコレステリック液晶層による光の反射角度は、液晶配向パターンにおける１周期Λを短くすることで、入射光に対する反射角度を大きくできる。
【０１１２】
この点を考慮すると、パターンコレステリック液晶層の液晶配向パターンにおける１周期Λは、５０μｍ以下が好ましく、１０μｍ以下がより好ましく、１μｍ以下がさらに好ましい。
なお、液晶配向パターンの精度等を考慮すると、パターンコレステリック液晶層の液晶配向パターンにおける１周期Λは、０．１μｍ以上とするのが好ましい。
【０１１３】
ここで、本発明の光学素子において、パターンコレステリック液晶層は、コレステリック液晶相を形成する液晶化合物３０に由来する光学軸３０Ａの向きが、パターンコレステリック液晶層の面内において、一方向に連続的に回転しながら変化する液晶配向パターンを有する。
また、本発明の光学素子は、図１に概念的に示すように、パターンコレステリック液晶層における螺旋構造のピッチが面内で異なる領域を有する。
【０１１４】
図１に示す光学素子１０においては、第１反射層１４のパターンコレステリック液晶層２６は液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向（以下、光学軸が回転する一方向という）に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有し、かつ、前述のパターンコレステリック液晶層における螺旋構造のピッチ（以下、螺旋ピッチ）が、光学軸が回転する一方向の一方から他方に向かうにしたがって螺旋ピッチが長くなる構成を有する。
具体的には、図１においてパターンコレステリック液晶層２６は、図１中右側の領域における螺旋ピッチＰＴ1が、図１中左側の領域における螺旋ピッチＰＴ2よりも長く、図１中左側の領域から右側の領域に向かうにしたがって螺旋ピッチが長くなる構成を有する。
なお、螺旋ピッチは液晶化合物が螺旋状に１回転（３６０°回転）する距離であるが、図１においては簡略化して、半回転（１８０°回転）する距離をＰＴ1およびＰＴ2として示している。
【０１１５】
本発明の光学素子は、このような構成を有することで、ＡＲ（Augmented Reality（拡張現実））グラス等のＡＲ表示デバイスなどに用いられる導光素子において、本発明の光学素子を導光板内を伝播する光を回折して導光板から出射させる回折素子として用いた場合に、光の伝播方向において回折効率が高くなるように変化させることができるため（図５参照）、射出瞳拡大を行っても導光板から出射される光の明るさ（光量）を均一にすることができる。
【０１１６】
具体的には、パターンコレステリック液晶層２６の選択反射波長をλaとすると、パターンコレステリック液晶層２６は選択反射波長λaおよびその近傍の波長の光を反射可能である。パターンコレステリック液晶層２６による反射効率は選択反射波長λaで最も高く、パターンコレステリック液晶層２６に入射する光の波長が、選択反射波長λaから遠くなるほどパターンコレステリック液晶層２６による反射効率が低くなる。そのため、パターンコレステリック液晶層２６による回折効率も選択反射波長λaで最も高く、パターンコレステリック液晶層２６に入射する光の波長が、選択反射波長λaから遠くなるほどパターンコレステリック液晶層２６による回折効率が低くなる。
【０１１７】
したがって、パターンコレステリック液晶層において、光学軸が回転する一方向において、一方の側から他方の側に向かうにしたがって螺旋ピッチを変化させることで、回折効率を変化させることができる。
例えば、本発明の光学素子をＡＲ表示デバイスなどに用いられる導光素子の回折素子として用いる場合に、パターンコレステリック液晶層において、光学軸が回転する一方向において、一方の側から他方の側に向かうにしたがって螺旋ピッチが長くなる構成とすることで、図５に示すように、光学軸が回転する一方向において、一方の側から他方の側に向かうにしたがって回折効率が高くなる構成とすることができる。
このように、パターンコレステリック液晶層を、光学軸が回転する一方向において、一方の側から他方の側に向かうにしたがって回折効率が高くなる構成とすることで、ＡＲ表示デバイスなどに用いられる導光素子において射出瞳拡大を行っても導光板から出射される光の明るさ（光量）を均一にすることができる。
この点については後に詳述する。
【０１１８】
ここで、回折効率とは、回折素子へ入射する光の光量に対する回折光の光量の割合である。パターンコレステリック液晶層２６を、図１１のようにダブプリズム１２０（屈折率＝１．５１７、斜面角度＝４５°）に転写し、所定の波長のレーザーを、直線偏光子１２２、およびλ／４板１２４を透過させて右円偏光とし、回折光が斜面から垂直に出射するように角度を設定してパターンコレステリック液晶層２６の表面に入射させる。出射光強度Ｌｒをニューポート社製パワーメータ１９１８−Ｃを用いて測定し、入射光強度Ｌｉとの比（Ｌｒ／Ｌｉ×１００［％］）を回折効率とした。
【０１１９】
なお、光学軸が回転する一方向において、回折効率が変化するパターンコレステリック液晶層において、回折効率が高い領域の螺旋ピッチを、反射回折の対象となる光の波長に近い選択反射波長となる螺旋ピッチとすればよい。また、回折効率が低い領域の螺旋ピッチを、反射回折の対象となる光の波長から遠い選択反射波長となる螺旋ピッチとすればよい。その際、螺旋ピッチは、選択反射波長の螺旋ピッチよりも長くても短くてもよい。
【０１２０】
また、パターンコレステリック液晶層において螺旋ピッチが一定の領域が配列された方向を螺旋ピッチの変化方向とすると、この螺旋ピッチの変化方向は、光学軸が回転する一方向と一致していてもよいし、一致していなくてもよい。すなわち、螺旋ピッチの変化方向と光学軸が回転する一方向とが交差していてもよい。螺旋ピッチの変化方向と光学軸が回転する一方向とが交差する構成であっても、光学軸が回転する一方向において、一方の側から他方の側に向かうにしたがって螺旋ピッチが変化する（長くなる）構成となる。
【０１２１】
なお、本発明における、液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有するパターンコレステリック液晶層（コレステリック液晶層）は、コレステリック液晶相における螺旋構造のピッチを調節することにより、パターンコレステリック液晶層の断面をＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）で測定したときに観察される主面に対する明部および暗部の傾いている面の傾斜面ピッチ（明部から明部、または暗部から暗部の傾斜面に対する法線方向の間隔を１／２面ピッチとする）を調節することができ、斜めの光に対する選択反射中心波長を調節することができる。
【０１２２】
また、本発明の光学素子は、コレステリック液晶層を複数層有していてもよい。コレステリック液晶層を複数層有する場合には、螺旋構造の捻じれ方向が互いに異なるコレステリック液晶層を有することが好ましい。また、コレステリック液晶層を複数有する構成の場合には少なくとも１層がパターンコレステリック液晶層であればよく、２層以上のパターンコレステリック液晶層を有するのが好ましい。
【０１２３】
また、本発明の光学素子では、２層以上のパターンコレステリック液晶層を有する場合には、螺旋構造の捻じれ方向が互いに異なるパターンコレステリック液晶層を有することが好ましい。
例えば、図３であれば、液晶化合物由来の光軸の向きが一方向に向かって回転する液晶配向パターンを有し、さらに、螺旋構造のピッチが面内で異なる領域を有するパターンコレステリック液晶層において、反射する円偏光の方向（螺旋構造のセンス）が互いに異なる光学異方性層を積層して用いてもよい。
このように、反射する円偏光の方向（螺旋構造のセンス）が異なるパターンコレステリック液晶層をさらに有することにより、様々な偏光状態の入射光に対し、効率的に入射光を反射することができる。
【０１２４】
ここで、パターンコレステリック液晶層は選択反射中心波長が同じ（略同一）であることが好ましい。
このように、選択反射中心波長が同じで、反射する円偏光の方向が異なるパターンコレステリック液晶層を有することにより、特定の光の反射率を向上する。
【０１２５】
ここで、選択反射中心波長が同じで、反射する円偏光の方向が異なるパターンコレステリック液晶層は、液晶配向パターンにおける液晶化合物３０の光学軸３０Ａの回転方向が互いに異なるのが好ましい。
例えば、緑色光の右円偏光を反射するパターンコレステリック液晶層２６における液晶化合物３０の光学軸３０Ａの回転方向が、図２に示すように時計回りである場合には、緑色光の左円偏光を反射する第２のパターンコレステリック液晶層における液晶化合物３０の光学軸３０Ａの回転方向は、反時計回りであるのが好ましい。
【０１２６】
液晶化合物３０の光学軸３０Ａが矢印Ｘ方向（一方向）に沿って連続的に回転するパターンコレステリック液晶層では、円偏光の方向が異なる場合に、光学軸３０Ａの回転方向が同じ場合には、右円偏光を反射するパターンコレステリック液晶層と、左円偏光を反射するパターンコレステリック液晶層とで、円偏光の反射方向が逆になる。
これに対して、選択反射中心波長が同じで、反射する円偏光の方向が異なるパターンコレステリック液晶層において、液晶配向パターンにおける液晶化合物３０の光学軸３０Ａの回転方向を互いに逆にすることにより、右円偏光を反射するパターンコレステリック液晶層と、左円偏光を反射するパターンコレステリック液晶層とで、円偏光の反射方向（回折方向）を、同一にできる。
【０１２７】
また、このように、本発明の光学素子が、選択反射中心波長が同じで、反射する円偏光の方向が異なるパターンコレステリック液晶層を有する場合には、選択反射中心波長が同じであるパターンコレステリック液晶層は、パターンコレステリック液晶層の液晶配向パターンにおける１周期Λは、等しいのが好ましい。これにより、右円偏光に対する回折角度と左円偏光に対する回折角度を同一にすることができる。
【０１２８】
しかしながら、本発明の光学素子は、これに制限はされず、反射する円偏光の方向が互いに異なり、かつ、選択的な反射波長領域が重複するパターンコレステリック液晶層の組み合わせを有してもよい。
【０１２９】
すなわち、本発明の光学素子において、パターンコレステリック液晶層の組み合わせを構成する２層のパターンコレステリック液晶層は、選択的な反射波長領域が完全に一致していなくても、少なくとも一部が重複していれば、この重複領域（斜線部）の波長の光を高い光量で反射できる。
ここで、光学素子の光反射量の点では、パターンコレステリック液晶層の組み合わせを構成するパターンコレステリック液晶層は、選択的な反射波長領域の重複領域が広い方が好ましい。具体的には、パターンコレステリック液晶層の組み合わせを構成するパターンコレステリック液晶層は、半値透過率の２つの波長間帯域をΔλｈとしたとき、選択反射中心波長の差が０．８×Δλｈｎｍ以下であるのが好ましく、０．６×Δλｈｎｍ以下であるのがより好ましく、０．４×Δλｈｎｍ以下であるのがさらに好ましく、選択反射中心波長が一致しているのが特に好ましく、選択的な反射波長領域が一致する同じパターンコレステリック液晶層であるのが中でも特に好ましい。
なお、２層のパターンコレステリック液晶層の半値透過率の２つの波長間帯域が異なる場合は、両者の平均値をΔλｈとして用いる。
【０１３０】
また、本発明の光学素子において、パターンコレステリック液晶層の組み合わせを構成するパターンコレステリック液晶層は、１周期Λが等しいのが好ましい。なお、本発明において、液晶配向パターンにおける１周期Λの長さが等しいとは、１周期Λの長さの差が３０％以下であることを示す。
ここで、パターンコレステリック液晶層の組み合わせを構成するパターンコレステリック液晶層は、液晶配向パターンにおける１周期Λの長さの差は、小さい方が好ましい。前述のように、１周期Λの長さが短いほど、入射光に対する反射角度が大きくなる。従って、１周期Λの長さの差が小さいほど、パターンコレステリック液晶層の組み合わせを構成するパターンコレステリック液晶層による光の反射方向を近くできる。パターンコレステリック液晶層の組み合わせを構成するパターンコレステリック液晶層は、液晶配向パターンにおける１周期Λの長さの差が２０％以下であるのが好ましく、１０％以下であるのがより好ましく、１周期Λが一致するのがさらに好ましい。
【０１３１】
また、本発明の光学素子では、２層以上のパターンコレステリック液晶層を有する場合には、螺旋構造の捻じれ方向が互いに同一であるパターンコレステリック液晶層を有することも好ましい。
例えば、図３であれば、液晶化合物由来の光軸の向きが一方向に向かって回転する液晶配向パターンを有し、さらに、螺旋構造のピッチが面内で異なる領域を有するパターンコレステリック液晶層において、反射する円偏光の方向（螺旋構造のセンス）が互いに同一である光学異方性層を積層して用いてもよい。
【０１３２】
ここで、パターンコレステリック液晶層は選択反射中心波長が互いに異なり、かつ選択反射中心波長の少なくとも一部が重複していることが好ましい。
このように、選択反射中心波長が異なり、かつ選択反射中心波長の少なくとも一部が重複し、反射する円偏光の方向が同じであるパターンコレステリック液晶層を有することにより、選択反射波長帯域を広くすることができる。選択反射波長帯域を広くすることにより、斜めに入射した光も効率的に反射することができ、ＡＲグラス等のＡＲ表示デバイスなどに用いられる導光素子の回折素子に用いた場合に、広い視野角範囲で効率的に光を反射することができる。
【０１３３】
ここで、選択反射中心波長が異なり、反射する円偏光の方向が同一であるパターンコレステリック液晶層は、液晶配向パターンにおける液晶化合物３０の光学軸３０Ａの回転方向が互いに同一であることが好ましい。
【０１３４】
選択反射中心波長が異なり、反射する円偏光の方向が同一であるパターンコレステリック液晶層において、液晶配向パターンにおける液晶化合物３０の光学軸３０Ａの回転方向を互いに同一にすることにより、右円偏光を反射するパターンコレステリック液晶層と、もう一層の右円偏光を反射するパターンコレステリック液晶層とで、円偏光の反射方向（回折方向）を、同一にできる。
【０１３５】
また、このように、本発明の光学素子が、選択反射中心波長が異なり、反射する円偏光の方向が同一であるパターンコレステリック液晶層を有する場合には、選択反射中心波長が同一であるパターンコレステリック液晶層は、パターンコレステリック液晶層の液晶配向パターンにおける１周期Λは、等しいのが好ましい。これにより、右円偏光に対する回折角度ともう一層の円偏光に対する回折角度を同一にすることができる。
【０１３６】
また、本発明の光学素子は、カラー画像に対応して、選択反射中心波長が異なるパターンコレステリック液晶層を複数層有していてもよい。選択反射中心波長が異なるパターンコレステリック液晶層を複数層有する場合には、選択反射中心波長の長さの順列と、パターンコレステリック液晶層の液晶配向パターンにおける１周期Λの長さの順列とが等しいことが好ましい。
【０１３７】
ここで、一方向（矢印Ｘ方向）に向かって液晶化合物３０の光学軸３０Ａが連続的に回転するパターンコレステリック液晶層による光の反射角度は、反射する光の波長によって、角度が異なる。具体的には、長波長の光ほど、入射光に対する反射光の角度が大きくなる。従って、赤色光、緑色光および青色光を反射する場合には、赤色光と緑色光と青色光とで反射角度が異なる。具体的には、液晶配向パターンのピッチΛが同じであって、コレステリック反射層の反射中心波長が、赤色、緑色および青色のもので比較した場合には、入射光に対する反射光の角度は、赤色光が最も大きく、次いで緑色光が大きく、青色光が最も小さい。そのため、例えば、ＡＲグラスの導光板において、導光板への光の入射および出射のための回折素子として、液晶配向パターンのピッチΛが同じで、反射中心波長が異なるコレステリック液晶層による反射素子を用いた場合には、フルカラー画像では、赤色光と緑色光と青色光とで反射方向が異なってしまい、赤色光と緑色光と青色光が導光板で全反射する入射角度の範囲が各々異なるため、赤色光と緑色光と青色光が同時に視認される視野範囲が狭くなる。
【０１３８】
また、矢印Ｘ方向（一方向）に向かって、液晶化合物３０の光学軸３０Ａが連続的に回転するパターンコレステリック液晶層による光の反射角度は、矢印Ｘ方向において、光学軸３０Ａが１８０°回転する液晶配向パターンの１周期の長さΛ、すなわち、１周期Λによって異なる。具体的には、１周期Λが短いほど、入射光に対する反射光の角度が大きくなる。
【０１３９】
従って、パターンコレステリック液晶層における選択反射中心波長の長さの順列と、液晶配向パターンにおける１周期Λの長さの順列とを等しくすることにより、パターンコレステリック液晶層反射する光の反射角度の波長依存性を大幅に少なくして、波長の異なる光を、ほぼ同じ方向に反射できる。
その結果、赤色光、緑色光および青色光によってフルカラー画像を表示する場合であっても、各波長における反射角度ズレを生じることなく導光板内を導光して、視野の広いフルカラー画像を表示できる。
【０１４０】
（螺旋ピッチが異なる領域の形成方法）
パターンコレステリック液晶層において、螺旋ピッチが異なる領域を有する構成は、光の照射によって、戻り異性化、二量化、ならびに、異性化および二量化等を生じて、螺旋誘起力（ＨＴＰ：Helical Twisting Power）が変化するカイラル剤を用い、パターンコレステリック液晶層を形成する液晶組成物の硬化前、または、液晶組成物の硬化時、カイラル剤のＨＴＰを変化させる波長の光を、領域ごとに照射量を変えて照射することで、形成できる。
例えば、光の照射によってＨＴＰが小さくなるカイラル剤を用いることにより、光の照射によってカイラル剤のＨＴＰが低下する。ここで、領域ごとに光の照射量を変えることで、例えば、照射量が多い領域では、ＨＴＰが大きく低下し、螺旋の誘起が小さくなるので螺旋ピッチが長くなる。一方、照射量が少ない領域では、ＨＴＰの低下が小さく、カイラル剤が、本来、有するＨＴＰで螺旋が誘起されるので、螺旋ピッチが短くなる。
【０１４１】
領域ごとに光の照射量を変える方法には特に限定はなく、グラデーションマスクを介して光を照射する方法、領域ごとに照射時間を変える方法、あるいは、領域ごとに照射強度を変える方法等が利用可能である。
なお、グラデーションマスクとは、照射する光に対する透過率が面内で変化しているマスクである。
【０１４２】
［導光素子および画像表示装置］
本発明の導光素子は、上記光学素子と導光板とを有する。
本発明の画像表示装置は、ＡＲ（Augmented Reality（拡張現実））グラス等のＡＲ表示デバイスとして好適に用いられるものであり、導光素子と表示素子とを有する。
【０１４３】
図６に、本発明の画像表示装置（ＡＲ表示デバイス）の一例を概念的に示す。
図６に示すＡＲ表示デバイス５０は、ディスプレイ（表示素子）４０と、導光素子４５とを有する。
【０１４４】
導光素子４５は本発明の導光素子であり、本発明の光学素子１０と、導光板４４と、回折素子４２と、を有する。
導光板４４は、一方向に長尺な直方体形状で内部で光を導光する。
図６に示すように、導光板４４の長手方向の一方の端部側の表面（主面）には回折素子４２が配置されている。また、導光板４４の他方の端部側の表面には光学素子１０が配置されている。回折素子４２の配置位置は導光板４４の光の入射位置に対応し、光学素子１０の配置位置は、導光板４４の光の出射位置に対応する。また、回折素子４２および光学素子１０は、導光板４４の同じ表面に配置されている。
【０１４５】
導光板４４としては特に限定はなく、画像表示装置等で用いられている従来公知の導光板を用いることができる。
【０１４６】
回折素子４２はディスプレイ４０から照射され、導光板４４内に入射した光を導光板４４内で全反射するように回折する回折素子である。
回折素子４２としては限定はなく、レリーフ型の回折素子、液晶を用いた回折素子、体積ホログラム素子等のＡＲ表示デバイスで用いられている回折素子が各種利用可能である。
また、回折素子４２は反射型の回折素子に限定はされず、透過型の回折素子であってもよい。回折素子４２が透過型の回折素子の場合、回折素子４２は、導光板４４の、ディスプレイ４０に対向する面に配置される。
【０１４７】
図６に示すように、ディスプレイ４０は、導光板４４の一方の端部の、回折素子４２が配置された表面とは反対側の表面に対面して配置される。また、導光板４４の一方の端部の、光学素子１０が配置された表面とは反対側の表面側が使用者Ｕの観察位置となる。
なお、以下の説明において、導光板４４の長手方向をＸ方向、Ｘ方向に垂直な方向で、光学素子１０の表面に垂直な方向をＺ方向とする。Ｚ方向は、光学素子１０における各層の積層方向でもある（図１参照）。
ディスプレイ４０には、制限はなく、例えば、ＡＲグラス等のＡＲ表示デバイスに用いられる公知のディスプレイが、各種、利用可能である。
ディスプレイ４０としては、一例として、液晶ディスプレイ（ＬＣＯＳ：Liquid Crystal On Silicon等を含む）、有機エレクトロルミネッセンスディスプレイ、ＤＬＰ（Digital Light Processing）、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）等を用いた方式が例示される。
なお、ディスプレイ４０は、モノクロ画像を表示するものでも、二色画像を表示するものでも、カラー画像を表示するものでもよい。
また、ディスプレイ４０が出射する光は無偏光であっても、偏光であってもよいが、円偏光であるのが好ましい。ディスプレイ４０が円偏光を出射するものとすることで、導光素子４５は、ディスプレイ４０が出射した光を効率よく導光することができる。
【０１４８】
このような構成のＡＲ表示デバイス５０において、ディスプレイ４０が表示した光は、矢印で示すように、導光板４４の一方の端部の、回折素子４２が配置された表面とは反対側の表面から導光板４４内に入射する。導光板４４内に入射した光は導光板４４と回折素子４２との界面にて反射される。その際、回折素子４２による回折の効果によって鏡面反射（正反射）せずに、鏡面反射方向とは角度が異なる方向に反射される。図６に示す例では、光は回折素子４２に対して略垂直な方向（Ｚ方向）から入射し、垂直方向から導光板４４の長手方向（Ｘ方向）側に大きな角度傾斜した方向に反射される。
【０１４９】
回折素子４２で反射された光は、入射光の角度に対して、大きな角度で反射されているため、光の進行方向の、導光板４４の表面に対する角度が小さくなるため、導光板４４の両表面（界面）で全反射されて導光板４４内を長手方向（Ｘ方向）に導光される。
導光板４４内を導光された光は、導光板４４の長手方向の他方の端部において、導光板４４と光学素子１０との界面で反射される。その際、光学素子１０による回折の効果によって鏡面反射せずに、鏡面反射方向とは角度が異なる方向に反射される。図６に示す例では、光は光学素子１０に対して斜め方向から入射し、光学素子１０の表面に垂直方向へ反射される。
【０１５０】
光学素子１０で反射された光は、導光板４４の、光学素子１０が配置された表面とは反対側の表面に到達するが、この表面に対して略垂直に入射するため、全反射されずに導光板４４の外に出射される。すなわち、使用者Ｕによる観察位置に光を出射する。
このように、ＡＲ表示ディスプレイ５０は、ディスプレイ４０が表示した映像を、導光素子４４の一端に入射して伝播し、他端から出射することにより、使用者Ｕが実際に見ている光景に、仮想の映像を重ねて表示する。
【０１５１】
ここで、導光素子４５では、光学素子１０のパターンコレステリック液晶層の回折効率が調整されており、導光板４４内を伝播する光を光学素子１０で回折する際に、複数個所で光の一部を回折して導光板４４の外に出射させる構成であり、これにより、視域を拡大（射出瞳拡大）を行っている。
具体的には、図６において、導光板４４を伝播する光Ｉ0は、導光板４４の両表面（界面）で反射を繰り返しつつ光学素子１０の位置に到達する。光学素子１０の位置に到達した光Ｉ0は、入射側に近い領域（位置）Ｐ1で一部が回折されて導光板４４から出射される（出射光Ｒ1）。また、回折されなかった光Ｉ1はさらに導光板４４内を伝播し、再度、光学素子１０のＰ2の位置で一部の光Ｒ2が回折されて導光板４４から出射される。回折されなかった光Ｉ2はさらに導光板４４内を伝播し、再度、光学素子１０のＰ3の位置で一部の光Ｒ3が回折されて導光板４４から出射される。回折されなかった光Ｉ3はさらに導光板４４内を伝播し、再度、光学素子１０のＰ4の位置で一部の光Ｒ4が回折されて導光板４４から出射される。
【０１５２】
このように、導光板４４内を伝播する光を光学素子１０によって複数個所で回折して導光板４４の外に出射させる構成とすることで、視域を拡大（射出瞳拡大）することができる。
【０１５３】
ここで、光学素子１０の回折効率が面内で一定であった場合を考える。回折効率が一定の場合には、入射側に近い領域（位置）Ｐ1では、入射する光Ｉ0の光強度（光量）が大きいため、出射される光Ｒ1の強度も大きくなる。次に、回折されなかった光Ｉ1が導光板４４内を伝播して再度、光学素子１０の位置Ｐ2で回折されて一部の光Ｒ2が出射されるが、光Ｉ1は光Ｉ0よりも光強度が小さいため、同じ回折効率で回折されても光Ｒ2の光強度は、入射側に近い領域で反射された光Ｒ1の光強度よりも小さくなる。同様に、回折されなかった光Ｉ2が導光板４４内を伝播して再度、光学素子１０の位置Ｐ3で回折されて一部の光Ｒ3が出射されるが、光Ｉ2は光Ｉ1よりも光強度が小さいため、同じ回折効率で回折されても光Ｒ3の光強度は、Ｐ2の位置で反射された光Ｒ2の光強度よりも小さくなる。さらに、入射側からより遠い領域Ｐ4で反射された光Ｒ4の光強度は光Ｒ3の光強度よりも小さくなる。
このように、光学素子１０の回折効率が面内で一定であった場合には、入射側に近い領域では光強度の高い光が出射され、入射側から離れた領域では光強度が弱い光が出射される。そのため、図７の破線で示すように、出射される光強度が、位置によって不均一になるという問題が生じる。
【０１５４】
これに対して、本発明の光学素子１０は、パターンコレステリック液晶層における螺旋構造のピッチが面内で異なる領域を有し、光学軸が回転する一方向において、一方の側から他方の側に向かうにしたがって螺旋ピッチが漸次変化する構成とすることができる。
これにより、光学素子１０は、パターンコレステリック液晶層の回折効率を、光学軸が回転する一方向において、一方の側から他方の側に向かうにしたがって高くなる構成とすることができ（図５参照）、導光素子４５において、光学素子１０は、導光板４４内における光の進行方向に向かって光学異方性層１８の回折効率が高くなるように配置することができる。すなわち、図６に示す例では、光学素子１０のパターンコレステリック液晶層は、図６中、左から右に向かって回折効率が高くなる構成とすることができる。
【０１５５】
この場合には、入射側に近い位置Ｐ1では、入射する光Ｉ0の光強度（光量）が大きいが、回折効率が低いため、出射される光Ｒ1の強度はある程度の光強度となる。次に、回折されなかった光Ｉ1が導光板４４内を伝播して再度、光学素子１０の位置Ｐ2で回折されて一部の光Ｒ2が出射される。このとき、光Ｉ1は光Ｉ0よりも光強度が小さいが、位置Ｐ2での回折効率は位置Ｐ1での回折効率よりも高いため、光Ｒ2の光強度は、位置Ｐ1で反射された光Ｒ1の光強度と同等とすることができる。同様に、回折されなかった光Ｉ2が導光板４４内を伝播して再度、光学素子１０の位置Ｐ3で回折されて一部の光Ｒ3が出射されるが、Ｉ2はＩ1よりも光強度が小さいが、位置Ｐ3での回折効率は位置Ｐ2での回折効率よりも高いため、光Ｒ3の光強度は、位置Ｐ2で反射された光Ｒ2の光強度と同等とすることができる。さらに、入射側からより遠い領域Ｐ4での回折効率は位置Ｐ3での回折効率よりも高いため、光Ｒ4の光強度は、位置Ｐ3で反射された光Ｒ3の光強度と同等とすることができる。
このように、光学素子１０の回折効率が、光学軸が回転する一方向において、一方の側から他方の側に向かうにしたがって高くなる構成とすることで、光学素子１０のどの位置でも一定の光強度の光を出射させることができる。そのため、図７に実線で示すように、出射される光強度を位置によらず均一にすることができる。
【０１５６】
なお、図６において、光を矢印で示したが、ディスプレイ４０から出射される光は面状であってもよく、面状の光は位置関係を保ったまま、導光板４４内を伝播され、光学素子１０によって回折される。
【０１５７】
なお、パターンコレステリック液晶層の回折効率の分布は、パターンコレステリック液晶層の長さ、導光板の厚み、光の波長、等から、出射光の光強度を均一にできる分布を適宜設定すればよい。
また、パターンコレステリック液晶層の回折効率は低い領域で０．５％〜２０％が好ましく、１％〜１０％がより好ましく、高い領域で２０％〜１００％が好ましく、３０％〜９５％がより好ましい。
【０１５８】
また、パターンコレステリック液晶層の螺旋ピッチは上記回折効率の分布に合わせて設定すればよい。
【０１５９】
また、図６において、光学素子１０は、１層のパターンコレステリック液晶層を有するものとして説明を行ったが、光学素子１０が複数層のパターンコレステリック液晶層を有する構成であってもよい。あるいは、導光素子４５において、単層のパターンコレステリック液晶層を有する光学素子１０を複数積層する構成としてもよい。
光学素子１０が、複数のパターンコレステリック液晶層を有する構成とする場合、あるいは、導光素子４５が複数の光学素子１０を有する構成として、複数のパターンコレステリック液晶層を有する構成とする場合、選択反射波長の異なる複数のパターンコレステリック液晶層を有する構成とするのが好ましい。例えば、赤色光、緑色光および青色光をそれぞれ選択反射波長とするパターンコレステリック液晶層を有する構成とすることができる。これにより、光学素子（その積層体）は赤色光、緑色光および青色光をそれぞれ回折することができ、導光素子４５はカラー表示するディスプレイ４０の光を適切に導光することができる。
あるいは、選択反射波長が同じで旋回方向が逆の円偏光を反射する２層のパターンコレステリック液晶層を有する構成としてもよい。例えば、赤色光の右円偏光を反射するパターンコレステリック液晶層と、赤色の左円偏光を反射するパターンコレステリック液晶層とを有する構成とすることができる。これにより、光学素子（その積層体）は、右円偏光および左円偏光をそれぞれ回折することができ、導光素子４５は右円偏光および左円偏光を導光することができるため光の利用効率を高くすることができる。
【０１６０】
また、図６に示す例では、導光素子４５は、入射側および出射側にそれぞれ回折素子を有する構成としたが、これに限定はされず、中間の回折素子を有する構成としてもよい。
図８は、本発明の導光素子の他の一例を模式的に表す正面図であり、図９は、図８の上面図である。
【０１６１】
図８および図９に示す導光素子１１０は、導光板１１２と、第一回折素子１１４と、第二回折素子１１６と、第三回折素子１１８とを有する。
【０１６２】
第一回折素子１１４は、外部から入射する光を、導光板１１２内で全反射可能な角度に回折する回折素子である。
【０１６３】
第二回折素子１１６は、第一回折素子１１４の位置で導光板１１２内に入射して導光板１１２内を伝播する光を回折して、導光板１１２内における光の進行方向を曲げるための回折素子である。
【０１６４】
第三回折素子１１８は、第二回折素子１１６で回折され導光板１１２内を伝播する光を、導光板１１２から外部に出射可能な角度に回折する回折素子である。
【０１６５】
すなわち、図８および図９に示す導光素子１１０は、入射用の第一回折素子１１４により回折されて導光板１１２内に入射した光を中間の第二回折素子１１６で回折して導光板１１２内における光の進行方向を曲げて、その後、出射側の第三回折素子１１８によって回折して導光板１１２の外に光を出射する構成である。
【０１６６】
このような構成の場合に、第二回折素子１１６および／または第三回折素子において射出瞳拡張をおこなうことができる。その際、第二回折素子１１６および／または第三回折素子１１８として、本発明の光学素子を用いることで、拡張された光の光量を均一にすることができる。光量をより均一にすることができることができる点で、第二回折素子１１６および第三回折素子１１８として、本発明の光学素子を用いることが好ましい。
【０１６７】
なお、このような構成の場合に、第二回折素子１１６および／または第三回折素子として、本発明の光学素子を有していればよく、他の回折素子としては、レリーフ型の回折素子、液晶を用いた回折素子、体積ホログラム素子等の従来公知の回折素子が各種利用可能である。
【０１６８】
また、第一回折素子１１４、第二回折素子１１６、および、第三回折素子１１８がいずれもコレステリック液晶相を固定してなるパターンコレステリック液晶層を備え、パターンコレステリック液晶層は、液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有する光学素子であることが好ましい。
【０１６９】
その際、第一回折素子、第二回折素子および第三回折素子それぞれにおける液晶配向パターンの１周期の長さをそれぞれΛ1、Λ2およびΛ3とすると、Λ2＜Λ1、および、Λ2＜Λ3を満たすことが好ましい。
第一回折素子、第二回折素子および第三回折素子それぞれの液晶配向パターンの１周期の長さが、Λ2＜Λ1、および、Λ2＜Λ3を満たすことで、好適に第一回折素子から第三回折素子まで光を伝搬でき、導光板から使用者Ｕへ適切に光を出射することができる。
【０１７０】
上述の本発明の光学素子は、いずれの光学素子も、コレステリック液晶層の液晶配向パターンにおける液晶化合物３０の光学軸３０Ａは、矢印Ｘ方向のみに沿って、連続して回転している。
しかしながら、本発明は、これに制限はされず、コレステリック液晶層において、液晶化合物３０の光学軸３０Ａが一方向に沿って連続して回転するものであれば、各種の構成が利用可能である。
【０１７１】
本発明の光学素子は、光学装置における光路変更部材、光集光素子、所定方向への光拡散素子、回折素子等、鏡面反射ではない角度で光を反射する、各種の用途に利用可能である。
【０１７２】
以上の例は、本発明の光学素子を、可視光を反射する光学素子に利用したものであるが、本発明は、これに限定はされず、各種の構成が利用可能である。
例えば、本発明の光学素子は、赤外線または紫外線とを反射する構成でもよく、可視光以外の光のみを反射する構成でもよい。
【０１７３】
以上、本発明の第一態様の光学素子について詳細に説明したが、本発明は上述の例に限定はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更を行ってもよいのは、もちろんである。
【０１７４】
［第二態様］
以下、本発明の第二態様の光学素子について、添付の図面に示される好適実施例を基に詳細に説明する。
【０１７５】
本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
本明細書において、「（メタ）アクリレート」は、「アクリレートおよびメタクリレートのいずれか一方または双方」の意味で使用される。
本明細書において、「同一」は、技術分野で一般的に許容される誤差範囲を含むものとする。また、本明細書において、「全部」、「いずれも」および「全面」などというとき、１００％である場合のほか、技術分野で一般的に許容される誤差範囲を含み、例えば９９％以上、９５％以上、または９０％以上である場合を含むものとする。
【０１７６】
本明細書において、可視光は、電磁波のうち、ヒトの目で見える波長の光であり、３８０〜７８０ｎｍの波長領域の光を示す。非可視光は、３８０ｎｍ未満の波長領域および７８０ｎｍを超える波長領域の光である。
またこれに限定されるものではないが、可視光のうち、４２０〜４９０ｎｍの波長領域の光は青色光であり、４９５〜５７０ｎｍの波長領域の光は緑色光であり、６２０〜７５０ｎｍの波長領域の光は赤色光である。
【０１７７】
本明細書において、選択反射中心波長とは、対象となる物（部材）における透過率の極小値をＴmin（％）とした場合、下記の式で表される半値透過率：Ｔ１／２（％）を示す２つの波長の平均値のことを言う。
半値透過率を求める式：  Ｔ１／２＝１００−（１００−Ｔmin）÷２
また、複数の層の選択反射中心波長が「等しい」とは、厳密に等しいことを意味するものではなく、光学的に影響のない範囲の誤差は許容される。具体的には、複数の物の選択反射中心波長が「等しい」とは、それぞれの物同士における選択反射中心波長の差が２０ｎｍ以下であることを意図し、この差は１５ｎｍ以下であることが好ましく、１０ｎｍ以下であることがより好ましい。
【０１７８】
本明細書において、Ｒｅ（λ）は、波長λにおける面内のレターデーションを表す。特に記載がないときは、波長λは、５５０ｎｍとする。
本明細書において、Ｒｅ（λ）は、ＡｘｏＳｃａｎ（Ａｘｏｍｅｔｒｉｃｓ社製）において、波長λで測定した値である。ＡｘｏＳｃａｎにて平均屈折率（（ｎｘ＋ｎｙ＋ｎｚ）／３）と膜厚（ｄ（μｍ））を入力することにより、
遅相軸方向（°）
Ｒｅ（λ）＝Ｒ０（λ）
が算出される。
なお、Ｒ０（λ）は、ＡｘｏＳｃａｎで算出される数値として表示されるものであるが、Ｒｅ（λ）を意味している。
【０１７９】
本発明の光学素子は、入射した光を反射する光反射素子であって、コレステリック液晶相を固定してなるパターンコレステリック液晶層を有する。
本発明の光学素子において、パターンコレステリック液晶層は、液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有する。ここで、液晶配向パターンの、光学軸の向きが連続的に回転しながら変化する一方向における、光学軸の向きが１８０°回転する長さを１周期とする。また、パターンコレステリック液晶層における螺旋構造のピッチが面内で異なる領域を有する。さらに、液晶化合物由来の光学軸の向きが面内で１８０°回転する長さを１周期とした際に、１周期の長さが異なる領域を有する。
後に詳述するが、本発明の光学素子は、このような構造を有することにより、面内における反射光量の反射角度依存性が小さく、面内の異なる領域において入射した光を異なる角度に反射した場合、反射光を明るくすることができる。
【０１８０】
［第１の実施形態］
図１２に、本発明の光学素子の一例を概念的に示す。
図示例の光学素子１０は、特定の波長の光を選択的に反射する光学素子で、第１反射層１４を有する。
光学素子１０において、第１反射層１４は、支持体２０と、配向膜２４と、パターンコレステリック液晶層２６と、を有する。
【０１８１】
また、図示例の光学素子１０は、反射層に支持体２０を有しているが、本発明の光学素子は、反射層に支持体２０を設けなくてもよい。
例えば、本発明の光学素子は、上述の構成から、第１反射層１４の支持体２０を剥離して、配向膜、コレステリック液晶層のみで、または、コレステリック液晶層のみで、本発明の光学素子を構成してもよい。
【０１８２】
すなわち、本発明の光学素子は、パターンコレステリック液晶層が、液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有し、かつ、コレステリック液晶層における螺旋構造のピッチが面内で異なる領域を有し、液晶化合物由来の光学軸の向きが面内で１８０°回転する長さを１周期とした際に、１周期の長さが異なる領域を有するものであれば、各種の層構成が利用可能である。
以上の点に関しては、後述する本発明の各態様の光学素子も、全て、同様である。
【０１８３】
＜支持体＞
第１反射層１４において、支持体２０は、配向膜２４およびパターンコレステリック液晶層２６を支持するものである。
【０１８４】
支持体２０は、配向膜２４およびパターンコレステリック液晶層２６を支持できるものであれば、各種のシート状物（フィルム、板状物）が利用可能である。
なお、支持体２０は、対応する光に対する透過率が５０％以上であるのが好ましく、７０％以上であるのがより好ましく、８５％以上であるのがさらに好ましい。
【０１８５】
支持体２０の厚さには、制限はなく、光学素子１０の用途および支持体２０の形成材料等に応じて、配向膜２４およびパターンコレステリック液晶層２６を保持できる厚さを、適宜、設定すればよい。
支持体２０の厚さは、１〜１０００μｍが好ましく、３〜２５０μｍがより好ましく、５〜１５０μｍがさらに好ましい。
【０１８６】
支持体２０は単層であっても、多層であってもよい。
単層である場合の支持体２０としては、ガラス、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、アクリル、および、ポリオレフィン等からなる支持体２０が例示される。多層である場合の支持体２０の例としては、前述の単層の支持体のいずれかなどを基板として含み、この基板の表面に他の層を設けたもの等が例示される。
【０１８７】
＜配向膜＞
第１反射層１４において、支持体２０の表面には配向膜２４が形成される。配向膜２４は、第１反射層１４のパターンコレステリック液晶層２６を形成する際に、液晶化合物３０を所定の液晶配向パターンに配向するための配向膜である。
なお、以下に示す配向膜に関する説明は、後述する反射部材に設けられる配向膜においても、同様である。従って、以下の説明では、他の配向膜とを区別する必要がない場合には、単に『配向膜』ともいう。また、反射層１４およびパターンコレステリック液晶層２６と、他のコレステリック液晶層とを区別する必要がない場合には、単に『コレステリック液晶層』とも言う。
【０１８８】
後述するが、本発明の光学素子１０において、パターンコレステリック液晶層は、液晶化合物３０に由来する光学軸３０Ａ（図１４参照）の向きが、面内の一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有する。
また、液晶配向パターンにおける、光学軸３０Ａの向きが連続的に回転しながら変化する一方向において、光学軸３０Ａの向きが１８０°回転する長さを１周期Λ（光学軸の回転周期）とする。
【０１８９】
以下の説明では、『光学軸３０Ａの向きが回転』を単に『光学軸３０Ａが回転』とも言う。
【０１９０】
配向膜は、公知の各種のものが利用可能である。
例えば、ポリマーなどの有機化合物からなるラビング処理膜、無機化合物の斜方蒸着膜、マイクログルーブを有する膜、ならびに、ω−トリコサン酸、ジオクタデシルメチルアンモニウムクロライドおよびステアリル酸メチルなどの有機化合物のラングミュア・ブロジェット法によるＬＢ（Langmuir-Blodgett：ラングミュア・ブロジェット）膜を累積させた膜、等が例示される。
【０１９１】
ラビング処理による配向膜は、ポリマー層の表面を紙または布で一定方向に数回こすることにより形成できる。
配向膜に使用する材料としては、ポリイミド、ポリビニルアルコール、特開平９−１５２５０９号公報に記載された重合性基を有するポリマー、特開２００５−９７３７７号公報、特開２００５−９９２２８号公報、および、特開２００５−１２８５０３号公報記載の配向膜等の形成に用いられる材料が好ましい。
【０１９２】
本発明の光学素子１０においては、配向膜は、光配向性の素材に偏光または非偏光を照射して配向膜とした、いわゆる光配向膜が好適に利用される。すなわち、本発明の光学素子１０においては、配向膜として、支持体２０上に、光配向材料を塗布して形成した光配向膜が、好適に利用される。
偏光の照射は、光配向膜に対して、垂直方向または斜め方向から行うことができ、非偏光の照射は、光配向膜に対して、斜め方向から行うことができる。
【０１９３】
本発明に利用可能な光配向膜に用いられる光配向材料としては、例えば、特開２００６−２８５１９７号公報、特開２００７−７６８３９号公報、特開２００７−１３８１３８号公報、特開２００７−９４０７１号公報、特開２００７−１２１７２１号公報、特開２００７−１４０４６５号公報、特開２００７−１５６４３９号公報、特開２００７−１３３１８４号公報、特開２００９−１０９８３１号公報、特許第３８８３８４８号公報および特許第４１５１７４６号公報に記載のアゾ化合物、特開２００２−２２９０３９号公報に記載の芳香族エステル化合物、特開２００２−２６５５４１号公報および特開２００２−３１７０１３号公報に記載の光配向性単位を有するマレイミドおよび／またはアルケニル置換ナジイミド化合物、特許第４２０５１９５号および特許第４２０５１９８号に記載の光架橋性シラン誘導体、特表２００３−５２０８７８号公報、特表２００４−５２９２２０号公報および特許第４１６２８５０号に記載の光架橋性ポリイミド、光架橋性ポリアミドおよび光架橋性ポリエステル、ならびに、特開平９−１１８７１７号公報、特表平１０−５０６４２０号公報、特表２００３−５０５５６１号公報、国際公開第２０１０／１５０７４８号、特開２０１３−１７７５６１号公報および特開２０１４−１２８２３号公報に記載の光二量化可能な化合物、特にシンナメート化合物、カルコン化合物およびクマリン化合物等が、好ましい例として例示される。
中でも、アゾ化合物、光架橋性ポリイミド、光架橋性ポリアミド、光架橋性ポリエステル、シンナメート化合物、および、カルコン化合物は、好適に利用される。
【０１９４】
配向膜の厚さには制限はなく、配向膜の形成材料に応じて、必要な配向機能を得られる厚さを、適宜、設定すればよい。
配向膜の厚さは、０．０１〜５μｍが好ましく、０．０５〜２μｍがより好ましい。
【０１９５】
配向膜の形成方法には、制限はなく、配向膜の形成材料に応じた公知の方法が、各種、利用可能である。一例として、配向膜を支持体２０の表面に塗布して乾燥させた後、配向膜をレーザ光によって露光して、配向パターンを形成する方法が例示される。
【０１９６】
図１６に、配向膜を露光して、配向パターンを形成する露光装置の一例を概念的に示す。なお、図１６に示す例は、一例として、第１反射層１４の配向膜２４の露光を例示している。
【０１９７】
図１６に示す露光装置６０は、レーザ６２を備えた光源６４と、レーザ６２が出射したレーザ光Ｍの偏光方向を変えるλ／２板６５と、レーザ６２が出射したレーザ光Ｍを光線ＭＡおよびＭＢの２つに分離する偏光ビームスプリッター６８と、分離された２つの光線ＭＡおよびＭＢの光路上にそれぞれ配置されたミラー７０Ａおよび７０Ｂと、λ／４板７２Ａおよび７２Ｂと、を備える。
なお、図示は省略するが、光源６４は直線偏光Ｐ0を出射する。λ／４板７２Ａは、直線偏光Ｐ0（光線ＭＡ）を右円偏光ＰRに、λ／４板７２Ｂは直線偏光Ｐ0（光線ＭＢ）を左円偏光ＰLに、それぞれ変換する。
【０１９８】
配向パターンを形成される前の配向膜２４を有する支持体２０が露光部に配置され、２つの光線ＭＡと光線ＭＢとを配向膜２４上において交差させて干渉させ、その干渉光を配向膜２４に照射して露光する。
この際の干渉により、配向膜２４に照射される光の偏光状態が干渉縞状に周期的に変化するものとなる。これにより、配向膜２４において、配向状態が周期的に変化する配向パターンが得られる。すなわち、配向状態が周期的に変化する配向パターンを有する配向膜（以下、パターン配向膜ともいう）が得られる。
露光装置６０においては、２つの光線ＭＡおよびＭＢの交差角αを変化させることにより、配向パターンの周期を調節できる。すなわち、露光装置６０においては、交差角αを調節することにより、液晶化合物３０に由来する光学軸３０Ａが一方向に向かって連続的に回転する配向パターンにおいて、光学軸３０Ａが回転する１方向における、光学軸３０Ａが１８０°回転する１周期の長さを調節できる。
このような配向状態が周期的に変化した配向パターンを有するパターン配向膜上に、コレステリック液晶層を形成することにより、後述するように、液晶化合物３０に由来する光学軸３０Ａが一方向に向かって連続的に回転する液晶配向パターンを有する、パターンコレステリック液晶層２６を形成できる。
また、λ／４板７２Ａおよび７２Ｂの光学軸を、それぞれ、９０°回転することにより、光学軸３０Ａの回転方向を逆にすることができる。
【０１９９】
上述のとおり、パターン配向膜は、パターン配向膜の上に形成されるパターンコレステリック液晶層中の液晶化合物の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンとなるように、液晶化合物を配向させる配向パターンを有する。パターン配向膜が、液晶化合物を配向させる向きに沿った軸を配向軸とすると、パターン配向膜は、配向軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している配向パターンを有するといえる。パターン配向膜の配向軸は、吸収異方性を測定することで検出することができる。例えば、パターン配向膜に直線偏光を回転させながら照射して、パターン配向膜を透過する光の光量を測定した際に、光量が最大または最小となる向きが、面内の一方向に沿って漸次変化して観測される。
【０２００】
なお、本発明の光学素子において、配向膜は、好ましい態様として設けられるものであり、必須の構成要件ではない。
例えば、支持体２０をラビング処理する方法、支持体２０をレーザ光等で加工する方法等によって、支持体２０に配向パターンを形成することにより、パターンコレステリック液晶層が、液晶化合物３０に由来する光学軸３０Ａの向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有する構成とすることも、可能である。
【０２０１】
＜パターンコレステリック液晶層＞
第１反射層１４において、配向膜２４の表面には、パターンコレステリック液晶層２６が形成される。
なお、図１４においては、図面を簡略化して光学素子１０の構成を明確に示すために、パターンコレステリック液晶層２６は、配向膜の表面の液晶化合物３０（液晶化合物分子）のみを概念的に示している。しかしながら、パターンコレステリック液晶層２６は、図１３に概念的に示すように、通常のコレステリック液晶相を固定してなるコレステリック液晶層と同様に、液晶化合物３０が螺旋状に旋回して積み重ねられた螺旋構造を有し、液晶化合物３０が螺旋状に１回転（３６０°回転）して積み重ねられた構成を螺旋１ピッチとして、螺旋状に旋回する液晶化合物３０が、複数ピッチ、積層された構造を有する。
【０２０２】
パターンコレステリック液晶層は、波長選択反射性を有する。
例えば、パターンコレステリック液晶層２６は、緑色の波長領域に選択反射中心波長を有するコレステリック液晶層である場合には、緑色光の右円偏光ＧRを反射して、それ以外の光を透過する。
ここで、パターンコレステリック液晶層２６は、面方向において液晶化合物３０が回転して配向されているため、入射した円偏光を光学軸の向きが連続的に回転している向きに屈折（回折）させて反射する。その際、入射する円偏光の旋回方向に応じて回折する方向が異なる。
すなわち、パターンコレステリック液晶層２６は、選択反射波長の右円偏光または左円偏光を反射し、かつ、この反射光を回折する。
【０２０３】
パターンコレステリック液晶層２６は、コレステリック液晶相を固定してなるものである。すなわち、パターンコレステリック液晶層２６は、コレステリック構造を有する液晶化合物３０（液晶材料）からなる層である。
【０２０４】
＜＜コレステリック液晶相＞＞
コレステリック液晶相は、特定の波長において選択反射性を示すことが知られている。選択反射の中心波長（選択反射中心波長）λは、コレステリック液晶相における螺旋構造のピッチＰ（＝螺旋の周期）に依存し、コレステリック液晶相の平均屈折率ｎとλ＝ｎ×Ｐの関係に従う。そのため、この螺旋構造のピッチを調節することによって、選択反射中心波長を調節することができる。コレステリック液晶相のピッチは、コレステリック液晶層の形成の際、液晶化合物と共に用いるキラル剤の種類、またはその添加濃度に依存するため、これらを調節することによって所望のピッチを得ることができる。
なお、ピッチの調節については富士フイルム研究報告Ｎｏ．５０（２００５年）ｐ．６０−６３に詳細な記載がある。螺旋のセンスおよびピッチの測定法については「液晶化学実験入門」日本液晶学会編  シグマ出版２００７年出版、４６頁、および、「液晶便覧」液晶便覧編集委員会  丸善  １９６頁に記載の方法を用いることができる。
【０２０５】
コレステリック液晶相は、特定の波長において左右いずれかの円偏光に対して選択反射性を示す。反射光が右円偏光であるか左円偏光であるかは、コレステリック液晶相の螺旋の捩れ方向（センス）による。コレステリック液晶相による円偏光の選択反射は、コレステリック液晶相の螺旋の捩れ方向が右の場合は右円偏光を反射し、螺旋の捩れ方向が左の場合は左円偏光を反射する。
従って、図示例の光学素子１０においては、コレステリック液晶層は、右捩れのコレステリック液晶相を固定してなる層である。
なお、コレステリック液晶相の旋回の方向は、コレステリック液晶層を形成する液晶化合物の種類および／または添加されるキラル剤の種類によって調節できる。
【０２０６】
また、選択反射を示す選択反射帯域（円偏光反射帯域）の半値幅Δλ（ｎｍ）は、コレステリック液晶相のΔｎと螺旋のピッチＰとに依存し、Δλ＝Δｎ×Ｐの関係に従う。そのため、選択反射帯域の幅の制御は、Δｎを調節して行うことができる。Δｎは、コレステリック液晶層を形成する液晶化合物の種類およびその混合比率、ならびに、配向固定時の温度により調節できる。
反射波長領域の半値幅は、光学素子１０の用途に応じて調節され、例えば１０〜５００ｎｍであればよく、好ましくは２０〜３００ｎｍであり、より好ましくは３０〜１００ｎｍである。
【０２０７】
＜＜コレステリック液晶層の形成方法＞＞
コレステリック液晶層（パターンコレステリック液晶層を含む）は、コレステリック液晶相を層状に固定して形成できる。
コレステリック液晶相を固定した構造は、コレステリック液晶相となっている液晶化合物の配向が保持されている構造であればよく、典型的には、重合性液晶化合物をコレステリック液晶相の配向状態としたうえで、紫外線照射、加熱等によって重合、硬化し、流動性が無い層を形成して、同時に、外場または外力によって配向形態に変化を生じさせることない状態に変化した構造が好ましい。
なお、コレステリック液晶相を固定した構造においては、コレステリック液晶相の光学的性質が保持されていれば十分であり、コレステリック液晶層において、液晶化合物３０は液晶性を示さなくてもよい。例えば、重合性液晶化合物は、硬化反応により高分子量化して、液晶性を失っていてもよい。
【０２０８】
コレステリック液晶相を固定してなるコレステリック液晶層の形成に用いる材料としては、一例として、液晶化合物を含む液晶組成物が挙げられる。液晶化合物は重合性液晶化合物であるのが好ましい。
また、コレステリック液晶層の形成に用いる液晶組成物は、さらに界面活性剤およびキラル剤を含んでいてもよい。
【０２０９】
−−重合性液晶化合物−−
重合性液晶化合物は、棒状液晶化合物であっても、円盤状液晶化合物であってもよい。
コレステリック液晶相を形成する棒状の重合性液晶化合物の例としては、棒状ネマチック液晶化合物が挙げられる。棒状ネマチック液晶化合物としては、アゾメチン類、アゾキシ類、シアノビフェニル類、シアノフェニルエステル類、安息香酸エステル類、シクロヘキサンカルボン酸フェニルエステル類、シアノフェニルシクロヘキサン類、シアノ置換フェニルピリミジン類、アルコキシ置換フェニルピリミジン類、フェニルジオキサン類、トラン類、および、アルケニルシクロヘキシルベンゾニトリル類等が好ましく用いられる。低分子液晶化合物だけではなく、高分子液晶化合物も用いることができる。
【０２１０】
重合性液晶化合物は、重合性基を液晶化合物に導入することで得られる。重合性基の例には、不飽和重合性基、エポキシ基、およびアジリジニル基が含まれ、不飽和重合性基が好ましく、エチレン性不飽和重合性基がより好ましい。重合性基は種々の方法で、液晶化合物の分子中に導入できる。重合性液晶化合物が有する重合性基の個数は、好ましくは１〜６個、より好ましくは１〜３個である。
重合性液晶化合物の例は、Ｍａｋｒｏｍｏｌ．Ｃｈｅｍ．，１９０巻、２２５５頁（１９８９年）、Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ５巻、１０７頁（１９９３年）、米国特許第４６８３３２７号明細書、米国特許第５６２２６４８号明細書、米国特許第５７７０１０７号明細書、国際公開第９５／２２５８６号、国際公開第９５／２４４５５号、国際公開第９７／００６００号、国際公開第９８／２３５８０号、国際公開第９８／５２９０５号、特開平１−２７２５５１号公報、特開平６−１６６１６号公報、特開平７−１１０４６９号公報、特開平１１−８００８１号公報、および、特開２００１−３２８９７３号公報等に記載の化合物が含まれる。２種類以上の重合性液晶化合物を併用してもよい。２種類以上の重合性液晶化合物を併用すると、配向温度を低下させることができる。
【０２１１】
また、上記以外の重合性液晶化合物としては、特開昭５７−１６５４８０号公報に開示されているようなコレステリック相を有する環式オルガノポリシロキサン化合物等を用いることができる。さらに、前述の高分子液晶化合物としては、液晶を呈するメソゲン基を主鎖、側鎖、あるいは主鎖および側鎖の両方の位置に導入した高分子、コレステリル基を側鎖に導入した高分子コレステリック液晶、特開平９−１３３８１０号公報に開示されているような液晶性高分子、および、特開平１１−２９３２５２号公報に開示されているような液晶性高分子等を用いることができる。
【０２１２】
−−円盤状液晶化合物−−
円盤状液晶化合物としては、例えば、特開２００７−１０８７３２号公報や特開２０１０−２４４０３８号公報に記載のものを好ましく用いることができる。
【０２１３】
また、液晶組成物中の重合性液晶化合物の添加量は、液晶組成物の固形分質量（溶媒を除いた質量）に対して、７５〜９９．９質量％であるのが好ましく、８０〜９９質量％であるのがより好ましく、８５〜９０質量％であるのがさらに好ましい。
【０２１４】
−−界面活性剤−−
コレステリック液晶層を形成する際に用いる液晶組成物は、界面活性剤を含有してもよい。
界面活性剤は、安定的にまたは迅速にプレーナー配向のコレステリック液晶相とするために寄与する配向制御剤として機能できる化合物が好ましい。界面活性剤としては、例えば、シリコーン系界面活性剤およびフッ素系界面活性剤が挙げられ、フッ素系界面活性剤が好ましく例示される。
【０２１５】
界面活性剤の具体例としては、特開２０１４−１１９６０５号公報の段落［００８２］〜［００９０］に記載の化合物、特開２０１２−２０３２３７号公報の段落［００３１］〜［００３４］に記載の化合物、特開２００５−９９２４８号公報の段落［００９２］および［００９３］中に例示されている化合物、特開２００２−１２９１６２号公報の段落［００７６］〜［００７８］および段落［００８２］〜［００８５］中に例示されている化合物、ならびに、特開２００７−２７２１８５号公報の段落［００１８］〜［００４３］等に記載のフッ素（メタ）アクリレート系ポリマー、などが挙げられる。
なお、界面活性剤は、１種を単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。
フッ素系界面活性剤として、特開２０１４−１１９６０５号公報の段落［００８２］〜［００９０］に記載の化合物が好ましい。
【０２１６】
液晶組成物中における、界面活性剤の添加量は、液晶化合物の全質量に対して０．０１〜１０質量％が好ましく、０．０１〜５質量％がより好ましく、０．０２〜１質量％がさらに好ましい。
【０２１７】
−−キラル剤（光学活性化合物）−−
キラル剤（カイラル剤）はコレステリック液晶相の螺旋構造を誘起する機能を有する。キラル剤は、化合物によって誘起する螺旋の捩れ方向または螺旋ピッチが異なるため、目的に応じて選択すればよい。
キラル剤としては、特に制限はなく、公知の化合物（例えば、液晶デバイスハンドブック、第３章４−３項、ＴＮ（twisted nematic）、ＳＴＮ（Super Twisted Nematic）用カイラル剤、１９９頁、日本学術振興会第１４２委員会編、１９８９に記載）、イソソルビド、および、イソマンニド誘導体等を用いることができる。
キラル剤は、一般に不斉炭素原子を含むが、不斉炭素原子を含まない軸性不斉化合物または面性不斉化合物もキラル剤として用いることができる。軸性不斉化合物または面性不斉化合物の例には、ビナフチル、ヘリセン、パラシクロファン、および、これらの誘導体が含まれる。キラル剤は、重合性基を有していてもよい。キラル剤と液晶化合物とがいずれも重合性基を有する場合は、重合性キラル剤と重合性液晶化合物との重合反応により、重合性液晶化合物から誘導される繰り返し単位と、キラル剤から誘導される繰り返し単位とを有するポリマーを形成することができる。この態様では、重合性キラル剤が有する重合性基は、重合性液晶化合物が有する重合性基と、同種の基であるのが好ましい。従って、キラル剤の重合性基も、不飽和重合性基、エポキシ基またはアジリジニル基であるのが好ましく、不飽和重合性基であるのがより好ましく、エチレン性不飽和重合性基であるのがさらに好ましい。
また、キラル剤は、液晶化合物であってもよい。
【０２１８】
キラル剤が光異性化基を有する場合には、塗布、配向後に活性光線などのフォトマスク照射によって、発光波長に対応した所望の反射波長のパターンを形成することができるので好ましい。光異性化基としては、フォトクロッミック性を示す化合物の異性化部位、アゾ基、アゾキシ基、または、シンナモイル基が好ましい。具体的な化合物として、特開２００２−８０４７８号公報、特開２００２−８０８５１号公報、特開２００２−１７９６６８号公報、特開２００２−１７９６６９号公報、特開２００２−１７９６７０号公報、特開２００２−１７９６８１号公報、特開２００２−１７９６８２号公報、特開２００２−３３８５７５号公報、特開２００２−３３８６６８号公報、特開２００３−３１３１８９号公報、および、特開２００３−３１３２９２号公報等に記載の化合物を用いることができる。
【０２１９】
―光反応型カイラル剤―
本発明において、キラル剤として光反応型カイラル剤を用いるのが好ましい。光反応型カイラル剤は、例えば、下記一般式（Ｉ）で表される化合物からなり、液晶性化合物の配向構造を制御し得ると共に、光の照射により液晶の螺旋ピッチ、即ち螺旋構造の捻れ力（ＨＴＰ：ヘリカルツイスティングパワー）を変化させることができる特質を有する。即ち、液晶性化合物、好ましくはネマチック液晶化合物に誘起する螺旋構造の捻れ力の変化を光照射（紫外線〜可視光線〜赤外線）によって起こさせる化合物であり、必要な部位（分子構造単位）として、カイラル部位（キラル部位）と光の照射によって構造変化を生じる部位とを有する。しかも、下記一般式（Ｉ）で表される光反応型カイラル剤は、特に液晶分子のＨＴＰを大きく変化させることができる。
【０２２０】
尚、前述のＨＴＰは、液晶の螺旋構造の捻れ力、即ち、ＨＴＰ＝１／（ピッチ×キラル剤濃度〔質量分率〕）を表し、例えば、ある温度での液晶分子の螺旋ピッチ（螺旋構造の一周期；μｍ）を測定し、この値をカイラル剤（キラル剤）の濃度から換算〔μｍ-1〕して求めることができる。光反応型カイラル剤により光の照度により選択反射色を形成する場合、前述のＨＴＰの変化率（＝照射前のＨＴＰ／照射後のＨＴＰ）としては、照射後にＨＴＰがより小さくなる場合には１．５以上が好ましく、更に２．５以上がより好ましく、照射後にＨＴＰがより大きくなる場合には０．７以下が好ましく、更に０．４以下がより好ましい。
【０２２１】
次に、一般式（Ｉ）で表される化合物について説明する。
一般式（Ｉ）
【０２２２】
【化９】
0006980901.tif 000010
【０２２３】
前述の式中、Ｒは、水素原子、炭素数１〜１５のアルコキシ基、総炭素数３〜１５のアクリロイルオキシアルキルオキシ基、総炭素数４〜１５のメタクリロイルオキシアルキルオキシ基を表す。
前述の炭素数１〜１５のアルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、ヘキシルオキシ基、ドデシルオキシ基等が挙げられ、中でも、炭素数１〜１２のアルコキシ基が好ましく、炭素数１〜８のアルコキシ基が特に好ましい。
【０２２４】
前述の総炭素数３〜１５のアクリロイルオキシアルキルオキシ基としては、例えば、アクリロイルオキシエチルオキシ基、アクリロイルオキシブチルオキシ基、アクリロイルオキシデシルオキシ基等が挙げられ、中でも、炭素数５〜１３のアクリロイルオキシアルキルオキシ基が好ましく、炭素数５〜１１のアクリロイルオキシアルキルオキシ基が特に好ましい。
【０２２５】
前述の総炭素数４〜１５のメタクリロイルオキシアルキルオキシ基としては、例えば、メタクリロイルオキシエチルオキシ基、メタクリロイルオキシブチルオキシ基、メタクリロイルオキシデシルオキシ基等が挙げられ、中でも、炭素数６〜１４のメタクリロイルオキシアルキルオキシ基が好ましく、炭素数６〜１２のメタクリロイルオキシアルキルオキシ基が特に好ましい。
【０２２６】
前述の一般式（Ｉ）で表される光反応型カイラル剤の分子量としては、３００以上が好ましい。また、後述する液晶性化合物との溶解性の高いものが好ましく、その溶解度パラメータＳＰ値が、液晶性化合物に近似するものがより好ましい。
【０２２７】
以下、前述の一般式（Ｉ）で表される化合物の具体例（例示化合物（１）〜（１５））を示すが、本発明においてはこれらに制限されるものではない。
【０２２８】
【化１０】
0006980901.tif 000011
【０２２９】
【化１１】
0006980901.tif 000012
【０２３０】
【化１２】
0006980901.tif 000013
【０２３１】
本発明において、光反応型カイラル剤としては、例えば、下記一般式（II）で表される光反応型光学活性化合物も用いられる。
【０２３２】
一般式（II）
【０２３３】
【化１３】
0006980901.tif 000014
【０２３４】
前述の式中、Ｒは、水素原子、炭素数１〜１５のアルコキシ基、総炭素数３〜１５のアクリロイルオキシアルキルオキシ基、総炭素数４〜１５のメタクリロイルオキシアルキルオキシ基を表す。
前述の炭素数１〜１５のアルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、ヘキシルオキシ基、オクチルオキシ基、ドデシルオキシ基等が挙げられ、中でも、炭素数１〜１０のアルコキシ基が好ましく、炭素数１〜８のアルコキシ基が特に好ましい。
【０２３５】
前述の総炭素数３〜１５のアクリロイルオキシアルキルオキシ基としては、例えば、アクリロイルオキシ基、アクリロイルオキシエチルオキシ基、アクリロイルオキシプロピルオキシ基、アクリロイルオキシヘキシルオキシ基、アクリロイルオキシブチルオキシ基、アクリロイルオキシデシルオキシ基等が挙げられ、中でも、炭素数３〜１３のアクリロイルオキシアルキルオキシ基が好ましく、炭素数３〜１１のアクリロイルオキシアルキルオキシ基が特に好ましい。
【０２３６】
前述の総炭素数４〜１５のメタクリロイルオキシアルキルオキシ基としては、例えば、メタクリロイルオキシ基、メタクリロイルオキシエチルオキシ基、メタクリロイルオキシヘキシルオキシ基等が挙げられ、中でも、炭素数４〜１４のメタクリロイルオキシアルキルオキシ基が好ましく、炭素数４〜１２のメタクリロイルオキシアルキルオキシ基が特に好ましい。
【０２３７】
前述の一般式（II）で表される光反応型光学活性化合物の分子量としては、３００以上が好ましい。また、後述する液晶性化合物との溶解性の高いものが好ましく、その溶解度パラメータＳＰ値が、液晶性化合物に近似するものがより好ましい。
【０２３８】
以下、前述の一般式（II）で表される光反応型光学活性化合物の具体例（例示化合物（２１）〜（３２））を示すが、本発明においてはこれらに制限されるものではない。
【０２３９】
【化１４】
0006980901.tif 000015
【０２４０】
【化１５】
0006980901.tif 000016
【０２４１】
【化１６】
0006980901.tif 000017
【０２４２】
また、光反応型カイラル剤は、捻れ力の温度依存性が大きいカイラル化合物など、光反応性のないカイラル剤と併用することもできる。前述の光反応性のない公知のキラル剤としては、例えば、特開２０００−４４４５１号、特表平１０−５０９７２６号、ＷＯ９８／００４２８、特表２０００−５０６８７３号、特表平９−５０６０８８号、Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌｓ（１９９６、２１、３２７）、Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌｓ（１９９８、２４、２１９）等に記載のキラル剤が挙げられる。
【０２４３】
液晶組成物における、キラル剤の含有量は、液晶化合物の含有モル量に対して０．０１〜２００モル％が好ましく、１〜３０モル％がより好ましい。
【０２４４】
−−重合開始剤−−
液晶組成物が重合性化合物を含む場合は、重合開始剤を含有しているのが好ましい。紫外線照射により重合反応を進行させる態様では、使用する重合開始剤は、紫外線照射によって重合反応を開始可能な光重合開始剤であるのが好ましい。
光重合開始剤の例には、α−カルボニル化合物（米国特許第２３６７６６１号、米国特許第２３６７６７０号の各明細書記載）、アシロインエーテル（米国特許第２４４８８２８号明細書記載）、α−炭化水素置換芳香族アシロイン化合物（米国特許第２７２２５１２号明細書記載）、多核キノン化合物（米国特許第３０４６１２７号、米国特許第２９５１７５８号の各明細書記載）、トリアリールイミダゾールダイマーとｐ−アミノフェニルケトンとの組み合わせ（米国特許第３５４９３６７号明細書記載）、アクリジンおよびフェナジン化合物（特開昭６０−１０５６６７号公報、米国特許第４２３９８５０号明細書記載）、ならびに、オキサジアゾール化合物（米国特許第４２１２９７０号明細書記載）等が挙げられる。
液晶組成物中の光重合開始剤の含有量は、液晶化合物の含有量に対して０．１〜２０質量％であるのが好ましく、０．５〜１２質量％であるのがさらに好ましい。
【０２４５】
−−架橋剤−−
液晶組成物は、硬化後の膜強度向上、耐久性向上のため、任意に架橋剤を含有していてもよい。架橋剤としては、紫外線、熱、および、湿気等で硬化するものが好適に使用できる。
架橋剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えばトリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレートおよびペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート等の多官能アクリレート化合物；グリシジル（メタ）アクリレートおよびエチレングリコールジグリシジルエーテル等のエポキシ化合物；２，２−ビスヒドロキシメチルブタノール−トリス［３−（１−アジリジニル）プロピオネート］および４，４−ビス（エチレンイミノカルボニルアミノ）ジフェニルメタン等のアジリジン化合物；ヘキサメチレンジイソシアネートおよびビウレット型イソシアネート等のイソシアネート化合物；オキサゾリン基を側鎖に有するポリオキサゾリン化合物；ならびに、ビニルトリメトキシシラン、Ｎ−（２−アミノエチル）３−アミノプロピルトリメトキシシラン等のアルコキシシラン化合物などが挙げられる。また、架橋剤の反応性に応じて公知の触媒を用いることができ、膜強度および耐久性向上に加えて生産性を向上させることができる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
架橋剤の含有量は、液晶組成物の固形分質量に対して、３〜２０質量％が好ましく、５〜１５質量％がより好ましい。架橋剤の含有量が上記範囲内であれば、架橋密度向上の効果が得られやすく、コレステリック液晶相の安定性がより向上する。
【０２４６】
−−その他の添加剤−−
液晶組成物中には、必要に応じて、さらに重合禁止剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定化剤、色材、および、金属酸化物微粒子等を、光学的性能等を低下させない範囲で添加することができる。
【０２４７】
液晶組成物は、コレステリック液晶層を形成する際には、液体として用いられるのが好ましい。
液晶組成物は溶媒を含んでいてもよい。溶媒には、制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、有機溶媒が好ましい。
有機溶媒には、制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ケトン類、アルキルハライド類、アミド類、スルホキシド類、ヘテロ環化合物、炭化水素類、エステル類、および、エーテル類などが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。これらの中でも、環境への負荷を考慮した場合にはケトン類が好ましい。
【０２４８】
コレステリック液晶層を形成する際には、コレステリック液晶層の形成面に液晶組成物を塗布して、液晶化合物をコレステリック液晶相の状態に配向した後、液晶化合物を硬化して、コレステリック液晶層とするのが好ましい。
すなわち、配向膜上にコレステリック液晶層を形成する場合には、配向膜に液晶組成物を塗布して、液晶化合物をコレステリック液晶相の状態に配向した後、液晶化合物を硬化して、コレステリック液晶相を固定してなるコレステリック液晶層を形成するのが好ましい。
液晶組成物の塗布は、インクジェットおよびスクロール印刷等の印刷法、ならびに、スピンコート、バーコートおよびスプレー塗布等のシート状物に液体を一様に塗布できる公知の方法が全て利用可能である。
【０２４９】
塗布された液晶組成物は、必要に応じて乾燥および／または加熱され、その後、硬化され、コレステリック液晶層を形成する。この乾燥および／または加熱の工程で、液晶組成物中の液晶化合物がコレステリック液晶相に配向すればよい。加熱を行う場合、加熱温度は、２００℃以下が好ましく、１３０℃以下がより好ましい。
【０２５０】
配向させた液晶化合物は、必要に応じて、さらに重合される。重合は、熱重合、および、光照射による光重合のいずれでもよいが、光重合が好ましい。光照射は、紫外線を用いるのが好ましい。照射エネルギーは、２０ｍＪ／ｃｍ2〜５０Ｊ／ｃｍ2が好ましく、５０〜１５００ｍＪ／ｃｍ2がより好ましい。光重合反応を促進するため、加熱条件下または窒素雰囲気下で光照射を実施してもよい。照射する紫外線の波長は２５０〜４３０ｎｍが好ましい。
【０２５１】
コレステリック液晶層の厚さには、制限はなく、光学素子１０の用途、コレステリック液晶層に要求される光の反射率、および、コレステリック液晶層の形成材料等に応じて、必要な光の反射率が得られる厚さを、適宜、設定すればよい。
【０２５２】
＜＜パターンコレステリック液晶層の液晶配向パターン＞＞
本発明の光学素子１０において、パターンコレステリック液晶層は、コレステリック液晶相を形成する液晶化合物３０に由来する光学軸３０Ａの向きが、パターンコレステリック液晶層の面内において、一方向に連続的に回転しながら変化する液晶配向パターンを有する。
なお、液晶化合物３０に由来する光学軸３０Ａとは、液晶化合物３０において屈折率が最も高くなる軸、いわゆる遅相軸である。例えば、液晶化合物３０が棒状液晶化合物である場合には、光学軸３０Ａは、棒形状の長軸方向に沿っている。以下の説明では、液晶化合物３０に由来する光学軸３０Ａを、『液晶化合物３０の光学軸３０Ａ』または『光学軸３０Ａ』ともいう。
【０２５３】
図１４に、パターンコレステリック液晶層２６の平面図を概念的に示す。
なお、平面図とは、図１２において、光学素子１０を上方から見た図であり、すなわち、光学素子１０を厚さ方向（＝各層（膜）の積層方向）から見た図である。
また、前述のとおり、図１４では、本発明の光学素子１０の構成を明確に示すために、図１２と同様、液晶化合物３０は配向膜２４の表面の液晶化合物３０のみを示している。
【０２５４】
なお、図１４では、パターンコレステリック液晶層２６を代表例として説明するが、後述するパターンコレステリック液晶層も、後述する液晶配向パターンの１周期の長さΛや反射波長域が異なる以外は、基本的に、同様の構成および作用効果を有する。
【０２５５】
図１４に示すように、配向膜２４の表面において、パターンコレステリック液晶層２６を構成する液晶化合物３０は、下層の配向膜２４に形成された配向パターンに応じて、矢印Ｘで示す所定の一方向、および、この一方向（矢印Ｘ方向）と直交する方向に、二次元的に配列された状態になっている。
以下の説明では、矢印Ｘ方向と直交する方向を、便宜的にＹ方向とする。すなわち、図１２、図１３および後述する図１５では、Ｙ方向は、紙面に直交する方向となる。
また、パターンコレステリック液晶層２６を形成する液晶化合物３０は、パターンコレステリック液晶層２６の面内において、矢印Ｘ方向に沿って、光学軸３０Ａの向きが、連続的に回転しながら変化する、液晶配向パターンを有する。図示例においては、液晶化合物３０の光学軸３０Ａが、矢印Ｘ方向に沿って、時計回り方向に連続的に回転しながら変化する、液晶配向パターンを有する。
液晶化合物３０の光学軸３０Ａの向きが矢印Ｘ方向（所定の一方向）に連続的に回転しながら変化しているとは、具体的には、矢印Ｘ方向に沿って配列されている液晶化合物３０の光学軸３０Ａと、矢印Ｘ方向とが成す角度が、矢印Ｘ方向の位置によって異なっており、矢印Ｘ方向に沿って、光学軸３０Ａと矢印Ｘ方向とが成す角度がθからθ＋１８０°あるいはθ−１８０°まで、順次、変化していることを意味する。
なお、矢印Ｘ方向に互いに隣接する液晶化合物３０の光学軸３０Ａの角度の差は、４５°以下であるのが好ましく、１５°以下であるのがより好ましく、より小さい角度であるのがさらに好ましい。
【０２５６】
一方、パターンコレステリック液晶層２６を形成する液晶化合物３０は、矢印Ｘ方向と直交するＹ方向、すなわち、光学軸３０Ａが連続的に回転する一方向と直交するＹ方向では、光学軸３０Ａの向きが等しい。
言い換えれば、パターンコレステリック液晶層２６を形成する液晶化合物３０は、Ｙ方向では、液晶化合物３０の光学軸３０Ａと矢印Ｘ方向とが成す角度が等しい。
【０２５７】
本発明の光学素子１０においては、このような液晶化合物３０の液晶配向パターンにおいて、面内で光学軸３０Ａが連続的に回転して変化する矢印Ｘ方向において、液晶化合物３０の光学軸３０Ａが１８０°回転する長さ（距離）を、液晶配向パターンにおける１周期の長さΛとする。
すなわち、矢印Ｘ方向に対する角度が等しい２つの液晶化合物３０の、矢印Ｘ方向の中心間の距離を、１周期の長さΛとする。具体的には、図１４に示すように、矢印Ｘ方向と光学軸３０Ａの方向とが一致する２つの液晶化合物３０の、矢印Ｘ方向の中心間の距離を、１周期の長さΛとする。
以下の説明では、この１周期の長さΛを『１周期Λ』とも言う。
本発明の光学素子１０において、パターンコレステリック液晶層の液晶配向パターンは、この１周期Λを、矢印Ｘ方向すなわち光学軸３０Ａの向きが連続的に回転して変化する一方向に繰り返す。
【０２５８】
パターンコレステリック液晶層２６は、面内において、矢印Ｘ方向（所定の一方向）に沿って光学軸３０Ａが連続的に回転しながら変化する、液晶配向パターンを有する。
コレステリック液晶相を固定してなるコレステリック液晶層は、通常、入射した光（円偏光）を鏡面反射する。
これに対して、上述のような液晶配向パターンを有するパターンコレステリック液晶層２６は、入射した光を、鏡面反射に対して矢印Ｘ方向に角度を有した方向に反射する。例えば、パターンコレステリック液晶層２６は、法線方向から入射した光を、法線方向に反射するのではなく、法線方向に対して矢印Ｘに傾けて反射する。法線方向から入射した光とは、すなわち正面から入射した光であり、主面に対して垂直に入射した光である。主面とは、シート状物の最大面である。
以下、図１５を参照して説明する。
【０２５９】
前述のように、パターンコレステリック液晶層２６は、選択反射波長の一方の円偏光を選択的に反射するコレステリック液晶層である。例えば、パターンコレステリック液晶層２６の選択反射波長が緑色光で、右円偏光を反射する場合を例に説明すると、パターンコレステリック液晶層２６は、緑色光の右円偏光ＧRを選択的に反射するコレステリック液晶層である。
従って、第１反射層１４に光が入射すると、パターンコレステリック液晶層２６は、緑色光の右円偏光ＧRのみを反射し、それ以外の光を透過する。
【０２６０】
パターンコレステリック液晶層２６に入射した緑色光の右円偏光ＧRは、パターンコレステリック液晶層２６によって反射される際に、各液晶化合物３０の光学軸３０Ａの向きに応じて絶対位相が変化する。
ここで、パターンコレステリック液晶層２６では、液晶化合物３０の光学軸３０Ａが矢印Ｘ方向（一方向）に沿って回転しながら変化している。そのため、光学軸３０Ａの向きによって、入射した緑色光の右円偏光ＧRの絶対位相の変化量が異なる。
さらに、パターンコレステリック液晶層２６に形成された液晶配向パターンは、矢印Ｘ方向に周期的なパターンである。そのため、パターンコレステリック液晶層２６に入射した緑色光の右円偏光ＧRには、図１５に概念的に示すように、それぞれの光学軸３０Ａの向きに対応した矢印Ｘ方向に周期的な絶対位相Ｑが与えられる。
また、液晶化合物３０の光学軸３０Ａの矢印Ｘ方向に対する向きは、矢印Ｘ方向と直交するＹ方向の液晶化合物３０の配列では、均一である。
これによりパターンコレステリック液晶層２６では、緑色光の右円偏光ＧRに対して、ＸＹ面に対して矢印Ｘ方向に傾いた等位相面Ｅが形成される。
そのため、緑色光の右円偏光ＧRは、等位相面Ｅの法線方向（等位相面Ｅと直交する方向）に反射され、反射された緑色光の右円偏光ＧRは、ＸＹ面（パターンコレステリック液晶層２６の主面）に対して矢印Ｘ方向に傾いた方向に反射される。
【０２６１】
ここで、一方向（矢印Ｘ方向）に向かって液晶化合物３０の光学軸３０Ａが連続的に回転するパターンコレステリック液晶層による光の反射角度は、反射する光の波長によって、角度が異なる。具体的には、長波長の光ほど、入射光に対する反射光の角度が大きくなる。
一方、矢印Ｘ方向（一方向）に向かって、液晶化合物３０の光学軸３０Ａが連続的に回転するパターンコレステリック液晶層による光の反射角度は、矢印Ｘ方向において、光学軸３０Ａが１８０°回転する液晶配向パターンの１周期の長さΛ、すなわち、１周期Λによって異なる。具体的には、１周期Λが短いほど、入射光に対する反射光の角度が大きくなる。
以上の点については、後に詳述する。
【０２６２】
本発明の光学素子１０において、パターンコレステリック液晶層の配向パターンにおける１周期Λにも、制限はなく、光学素子１０の用途等に応じて、適宜、設定すればよい。
【０２６３】
ここで、本発明の光学素子１０は、一例として、ＡＲグラスにおいて、ディスプレイが表示した光を反射して導光板に導入する回折素子、および、導光板を伝播した光を反射して導光板から使用者による観察位置に出射させる回折素子に、好適に利用される。
この際においては、導光板で光を全反射させるためには、入射光に対して、ある程度の大きな角度で光を反射させて導光板に導入する必要がある。また、導光板を伝播してきた光を確実に出射させるためにも、入射光に対して、ある程度の大きな角度で光を反射させる必要がある。
また、前述のように、パターンコレステリック液晶層による光の反射角度は、液晶配向パターンにおける１周期Λを短くすることで、入射光に対する反射角度を大きくできる。
【０２６４】
この点を考慮すると、パターンコレステリック液晶層の液晶配向パターンにおける１周期Λは、５０μｍ以下が好ましく、１０μｍ以下がより好ましく、１μｍ以下がさらに好ましい。
なお、液晶配向パターンの精度等を考慮すると、パターンコレステリック液晶層の液晶配向パターンにおける１周期Λは、０．１μｍ以上とするのが好ましい。
【０２６５】
ここで、本発明の光学素子において、パターンコレステリック液晶層は、コレステリック液晶相を形成する液晶化合物３０に由来する光学軸３０Ａの向きが、パターンコレステリック液晶層の面内において、一方向に連続的に回転しながら変化する液晶配向パターンを有する。
また、本発明の光学素子は、図１２に概念的に示すように、パターンコレステリック液晶層における螺旋構造のピッチが面内で異なる領域を有する。
さらに、本発明の光学素子は、図１２に概念的に示すように、パターンコレステリック液晶層における液晶配向パターンの１周期の長さΛが面内で異なる領域を有する。
【０２６６】
図１２に示す光学素子１０においては、第１反射層１４のパターンコレステリック液晶層２６は液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有し、かつ、前述のパターンコレステリック液晶層における螺旋構造のピッチが面内で異なる領域を有し、さらに、パターンコレステリック液晶層における液晶配向パターンの１周期の長さΛが面内で異なる領域を有する、すなわち、本発明における反射層を構成する。
【０２６７】
具体的には、図１２においてパターンコレステリック液晶層２６は、図１２中右側の領域における螺旋ピッチＰＴ2が、図１２中左側の領域における螺旋ピッチＰＴ0よりも長く、図１２中左右方向中央の領域における螺旋ピッチＰＴ1（図示せず）が、螺旋ピッチＰＴ0よりも長く、螺旋ピッチＰＴ2よりも短い。すなわち、図１２中左側の領域から右側の領域に向かうにしたがって螺旋ピッチが長くなる構成を有する。
なお、螺旋ピッチは液晶化合物が螺旋状に１回転（３６０°回転）する距離であるが、図１２においては簡略化して、半回転（１８０°回転）する距離をＰＴ0およびＰＴ2として示している。
【０２６８】
また、図１２においてパターンコレステリック液晶層２６は、図１２中右側の領域における１周期の長さΛA2が、図１２中左側の領域における１周期の長さΛA0よりも短く、図１２中左右方向中央の領域における１周期の長さΛA1が、１周期の長さΛA0よりも短く、１周期の長さΛA2よりも長い。すなわち、図１２中左側の領域から右側の領域に向かうにしたがって１周期の長さΛが短くなる構成を有する。
【０２６９】
以下、図１７を参照して、本発明の光学素子１０の作用を説明することにより、本発明の光学素子を、より詳細に説明する。
なお、図１７においては、光学素子１０の作用を明確に示すために、第１反射層１４はパターンコレステリック液晶層２６のみを示す。また、同様の理由で、光学素子１０には、法線方向（正面）から光が入射したとする。
【０２７０】
前述のように、パターンコレステリック液晶層２６は、緑色光の右円偏光ＧRを選択的に反射し、それ以外の光を透過する。
【０２７１】
また、図１７に示す部分において、パターンコレステリック液晶層２６は、図１７中左側から３つの領域Ａ０、Ａ１、Ａ２を有し、各領域で螺旋ピッチの長さおよび１周期の長さΛが異なっている。具体的には、螺旋ピッチは、領域Ａ０、Ａ１、Ａ２の順に長くなっており、１周期の長さΛは、領域Ａ０、Ａ１、Ａ２の順に短くなっている。
【０２７２】
光学素子１０において、緑色光の右円偏光ＧR1がパターンコレステリック液晶層２６の面内の領域Ａ１に入射すると、前述のように、入射方向に対して、矢印Ｘ方向に、すなわち、液晶化合物の光学軸の向きが連続的に回転しながら変化している一方向に所定角度傾いた方向に、反射される。同様に緑色光の右円偏光ＧR2がパターンコレステリック液晶層２６の面内の領域Ａ２に入射すると、入射方向に対して、矢印Ｘ方向に所定角度傾いた方向に、反射される。同様に緑色光の右円偏光ＧR2がパターンコレステリック液晶層２６の面内の領域Ａ０に入射すると、入射方向に対して、矢印Ｘ方向に所定角度傾いた方向に、反射される。
ここで、パターンコレステリック液晶層２６は、前述のように、液晶化合物３０に由来する光学軸３０Ａが、矢印Ｘ方向に向かって時計回りで連続的に回転しながら変化する液晶配向パターンを有する。
パターンコレステリック液晶層２６による反射の角度は、領域Ａ１の液晶配向パターンの１周期ΛA1よりも、領域Ａ２の液晶配向パターンの１周期ΛA2が短いため、図１７に示すように、入射光に対する反射の角度は、領域Ａ２の反射光の角度θA2の方が領域Ａ１の反射光の角度θA1よりも大きくなる。また、領域Ａ１の液晶配向パターンの１周期ΛA1よりも、領域Ａ０の液晶配向パターンの１周期ΛA0が長いため、図１７に示すように、入射光に対する反射の角度は、領域Ａ０の反射光の角度θA0の方が領域Ａ１の反射光の角度θA1よりも小さくなる。
【０２７３】
ここで、コレステリック液晶層による光の反射では、入射光の角度に応じて、選択反射する光の波長が短波長側に移動する、いわゆるブルーシフト（短波シフト）が生じる。そのため、液晶化合物の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有するコレステリック液晶層ではブルーシフト（短波シフト）の影響により、反射角度が大きくなると反射光の光量が低下する問題がある。そのため、液晶化合物の光学軸の向きが面内で１８０°回転する１周期の長さが異なる領域を有する構成とした場合には、光の入射位置によって反射角度が異なるため、面内の入射位置によって反射光量に差が生じる。すなわち、面内の入射位置によって、反射した光が暗くなる領域が生じるという問題があることがわかった。
したがって、図１７に示す例では、領域Ａ１における反射光の光量は領域Ａ０における反射光の光量よりも小さくなり、領域Ａ２における反射光の光量は領域Ａ１における反射光の光量よりも小さくなる。
【０２７４】
これに対して、本発明の光学素子は、パターンコレステリック液晶層が螺旋ピッチが面内で異なる領域を有する。
図１７に示す例では、パターンコレステリック液晶層２６の領域Ａ２の螺旋構造のピッチの長さＰＬA2は領域Ａ１の螺旋構造のピッチの長さＰＬA1よりも大きく、また、領域Ａ０の螺旋構造のピッチの長さＰＬA0は領域Ａ１の螺旋構造のピッチの長さＰＬA1よりも短い。
これにより、選択反射する光の波長が短波長側に移動するブルーシフトの影響を低減して、反射光の反射角度が大きくなる領域での反射光の光量の低下を抑制することができる。具体的には、螺旋構造のピッチの長さを長くして、ブルーシフトした時の選択反射波長を入射する光の波長となるようにすることで、入射する光の波長における反射効率を高くすることができる。したがって、面内の入射位置によって、反射した光が暗くなる領域が生じることを抑制できる。
図１７に示す例では、反射光の反射角度θA1が領域Ａ０よりも大きい、すなわち、１周期の長さΛA1が領域Ａ０での１周期の長さΛA0よりも短い領域Ａ１での螺旋ピッチＰＬA1を領域Ａ０螺旋ピッチＰＬA0よりも長くし、反射光の反射角度θA2が最も大きい、すなわち、１周期の長さΛA2が最も短い領域Ａ２での螺旋ピッチＰＬA2を領域Ａ０、領域Ａ１の螺旋ピッチよりも長くして、領域Ａ１、Ａ２で反射された光の反射光量の低下を抑制して、面内の入射位置によって、反射した光の光量が均一になるようにすることができる。
【０２７５】
このように、本発明の光学素子１０では、パターンコレステリック液晶層による反射角度が大きい面内の領域では、入射光は螺旋構造のピッチの長い領域で反射される。これに対して、パターンコレステリック液晶層による反射角度が小さい面内の領域では、入射光は螺旋構造のピッチの短い領域で反射される。
すなわち、光学素子１０では、パターンコレステリック液晶層による反射角度の大きさに応じて、面内における螺旋構造のピッチの長さを設定することで、入射光に対する反射光を明るくすることができる。
そのため、本発明の光学素子１０によれば、面内における反射光量の反射角度依存性を小さくすることができる。
【０２７６】
前述のように、パターンコレステリック液晶層２６の面内における反射の光の角度は、液晶配向パターンの１周期Λが短いほど大きい。
また、パターンコレステリック液晶層２６の面内における螺旋構造のピッチの長さは、液晶配向パターンにおいて矢印Ｘ方向に沿って光軸３０Ａの向きが１８０°回転する１周期Λの短い領域の方が１周期Λの大きい領域よりも、長い領域を有する。光学素子１０では、一例として、図１７にも示すように、パターンコレステリック液晶層２６の領域Ａ２における液晶配向パターンの１周期ΛA2が、領域Ａ１における液晶配向パターンの１周期ΛA1よりも短く、螺旋構造のピッチの長さＰＬA2は長い。すなわち、パターンコレステリック液晶層２６の領域Ａ２方が、大きく光を反射させる。
従って、対象とする液晶配向パターンの１周期Λに対して、面内における螺旋構造のピッチの長さＰＬを設定することで、好適に、面内の異なる領域において異なる角度に反射した反射光を明るくすることができる。
【０２７７】
本発明の光学素子においては、前述のように、液晶配向パターンの１周期Λが短いほど反射の角度が大きいため、液晶配向パターンの１周期Λが短い領域ほど螺旋構造のピッチの長さＰＬを長くすることで反射光を明るくすることを可能にしている。
そのため、本発明の光学素子においては、液晶配向パターンの１周期の長さが異なる領域において、１周期の長さの順列と螺旋構造のピッチの長さの順列が異なる領域を有することが好ましい。
しかしながら、本発明は、これに制限はされず、本発明の光学素子において、液晶配向パターンの１周期の長さが異なる領域において、１周期の長さの順列と螺旋構造のピッチの長さの順列が一致する領域を有していてもよい。本発明の光学素子において、螺旋構造のピッチの長さは、面内の液晶配向パターンの１周期Λに応じて、好ましい範囲を有しており、適宜、設定すればよい。
【０２７８】
なお、本発明における、液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有するパターンコレステリック液晶層（コレステリック液晶層）は、コレステリック液晶相における螺旋構造のピッチを調節することにより、パターンコレステリック液晶層の断面をＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）で測定したときに観察される主面に対する明部および暗部の傾いている面の傾斜面ピッチ（明部から明部、または暗部から暗部の傾斜面に対する法線方向の間隔を１／２面ピッチとする）を調節することができ、斜めの光に対する選択反射中心波長を調節することができる。
【０２７９】
ここで、図１２に示す例では、光学素子１０は、パターンコレステリック液晶層を１層有する構成としたが、これに限定はされず、２層以上のパターンコレステリック液晶層を有していてもよい。また、１層以上のパターンコレステリック液晶層と１層以上の従来のコレステリック液晶層を有していてもよい。
また、本発明の光学素子では、パターンコレステリック液晶層を２層以上有する場合には、反射する円偏光の方向（螺旋構造のセンス）が異なる、パターンコレステリック液晶層を有してもよい。
【０２８０】
例えば、図２２に示す光学素子１０ｂは、反射する円偏光の方向（螺旋構造のセンス）が互いに異なるパターンコレステリック液晶層を２層積層した構成を有する。図２２において、パターンコレステリック液晶層２６は、図１２等に示すパターンコレステリック液晶層２６と同様の構成を有する。一方、（第２の）パターンコレステリック液晶層２６ｂは、パターンコレステリック液晶層２６における螺旋構造の回転方向とは逆の回転方向を有する以外は、パターンコレステリック液晶層２６と同様の構成を有する層である。すなわち、パターンコレステリック液晶層２６ｂは、液晶化合物の光軸の向きが一方向に向かって回転する液晶配向パターンを有し、螺旋構造のピッチが面内で異なる領域を有し、かつ、液晶配向パターンの１周期の長さΛが面内で異なる領域を有する。
このように、反射する円偏光の方向（螺旋構造のセンス）が異なる反射コレステリック液晶層をさらに有することにより、様々な偏光状態の入射光に対し、効率的に入射光を反射することができる。
【０２８１】
ここで、反射する円偏光の方向が異なるパターンコレステリック液晶層を有する場合には選択反射中心波長が同じ（略同一）であることが好ましい。
このように、選択反射中心波長が同じで、反射する円偏光の方向が異なるパターンコレステリック液晶層を有することにより、特定の光の反射率を向上する。
【０２８２】
ここで、選択反射中心波長が同じで、反射する円偏光の方向が異なるパターンコレステリック液晶層は、液晶配向パターンにおける液晶化合物３０の光学軸３０Ａの回転方向が互いに異なるのが好ましい。
例えば、緑色光の右円偏光を反射するパターンコレステリック液晶層２６における液晶化合物３０の光学軸３０Ａの回転方向が、図１４に示すように時計回りである場合には、緑色光の左円偏光を反射する第２のパターンコレステリック液晶層２６ｂにおける液晶化合物３０の光学軸３０Ａの回転方向は、反時計回りであるのが好ましい。
【０２８３】
液晶化合物３０の光学軸３０Ａが矢印Ｘ方向（一方向）に沿って連続的に回転するコレステリック液晶層では、円偏光の方向が異なる場合に、光学軸３０Ａの回転方向が同じ場合には、右円偏光を反射するパターンコレステリック液晶層と、左円偏光を反射するパターンコレステリック液晶層とで、円偏光の反射方向が逆になる。
これに対して、選択反射中心波長が同じで、反射する円偏光の方向が異なるパターンコレステリック液晶層において、液晶配向パターンにおける液晶化合物３０の光学軸３０Ａの回転方向を互いに逆にすることにより、右円偏光を反射するパターンコレステリック液晶層と、左円偏光を反射するパターンコレステリック液晶層とで、円偏光の反射方向を、同一にできる。
【０２８４】
また、このように、本発明の光学素子が、選択反射中心波長が同じで、反射する円偏光の方向が異なるパターンコレステリック液晶層を有する場合には、選択反射中心波長が同じであるパターンコレステリック液晶層は、液晶配向パターンにおける１周期Λは、面内の領域ごとに等しいのが好ましい。
【０２８５】
しかしながら、本発明の光学素子は、これに制限はされず、反射する円偏光の方向が互いに異なり、かつ、選択的な反射波長領域が重複するパターンコレステリック液晶層の組み合わせを有してもよい。
【０２８６】
すなわち、本発明の光学素子において、パターンコレステリック液晶層の組み合わせを構成する２層のパターンコレステリック液晶層は、選択的な反射波長領域が完全に一致していなくても、図１８に示すように、少なくとも一部が重複していれば、この重複領域（斜線部）の波長の光を高い光量で反射できる。
ここで、光学素子の光反射量の点では、パターンコレステリック液晶層の組み合わせを構成するパターンコレステリック液晶層は、選択的な反射波長領域の重複領域が広い方が好ましい。具体的には、パターンコレステリック液晶層の組み合わせを構成するパターンコレステリック液晶層は、半値透過率の２つの波長間帯域をΔλｈとしたとき、選択反射中心波長の差が０．８×Δλｈｎｍ以下であるのが好ましく、０．６×Δλｈｎｍ以下であるのがより好ましく、０．４×Δλｈｎｍ以下であるのがさらに好ましく、選択反射中心波長が一致しているのが特に好ましく、選択的な反射波長領域が一致するパターンコレステリック液晶層であるのが中でも特に好ましい。
なお、２層のパターンコレステリック液晶層の半値透過率の２つの波長間帯域が異なる場合は、両者の平均値をΔλｈとして用いる。
【０２８７】
また、本発明の光学素子において、パターンコレステリック液晶層の組み合わせを構成するパターンコレステリック液晶層は、面内の領域ごとに１周期Λが等しいのが好ましい。なお、本発明において、液晶配向パターンにおける１周期Λの長さが等しいとは、１周期Λの長さの差が１０％以下であることを示す。
ここで、パターンコレステリック液晶層の組み合わせを構成するパターンコレステリック液晶層の領域ごとの、液晶配向パターンにおける１周期Λの長さの差は、小さい方が好ましい。前述のように、１周期Λの長さが短いほど、入射光に対する反射角度が大きくなる。従って、１周期Λの長さの差が小さいほど、パターンコレステリック液晶層の組み合わせを構成するパターンコレステリック液晶層の領域ごとの光の反射方向を近くできる。パターンコレステリック液晶層の組み合わせを構成するパターンコレステリック液晶層の各領域における、液晶配向パターンにおける１周期Λの長さの差が５％以下であるのが好ましく、３％以下であるのがより好ましく、１周期Λが一致するのがさらに好ましい。
【０２８８】
また、本発明の光学素子では、２層以上のパターンコレステリック液晶層を有する場合には、螺旋構造の捻じれ方向が互いに同一であるパターンコレステリック液晶層を有することも好ましい。
例えば、図１７であれば、液晶化合物由来の光軸の向きが一方向に向かって回転する液晶配向パターンを有し、さらに、螺旋構造のピッチが面内で異なる領域を有するパターンコレステリック液晶層において、反射する円偏光の方向（螺旋構造のセンス）が互いに同一である光学異方性層を積層して用いてもよい。
【０２８９】
ここで、パターンコレステリック液晶層は選択反射中心波長が互いに異なり、かつ選択反射中心波長の少なくとも一部が重複していることが好ましい。
このように、選択反射中心波長が異なり、反射する円偏光の方向が同じであるパターンコレステリック液晶層を有することにより、選択反射波長帯域を広くすることができる。
【０２９０】
ここで、選択反射中心波長が異なり、反射する円偏光の方向が同一であるパターンコレステリック液晶層は、液晶配向パターンにおける液晶化合物３０の光学軸３０Ａの回転方向が互いに同一であることが好ましい。
【０２９１】
選択反射中心波長が異なり、反射する円偏光の方向が同一であるパターンコレステリック液晶層において、液晶配向パターンにおける液晶化合物３０の光学軸３０Ａの回転方向を互いに同一にすることにより、右円偏光を反射するパターンコレステリック液晶層と、もう一層の右円偏光を反射するパターンコレステリック液晶層とで、円偏光の反射方向（回折方向）を、同一にできる。
【０２９２】
また、このように、本発明の光学素子が、選択反射中心波長が異なり、反射する円偏光の方向が同一であるパターンコレステリック液晶層を有する場合には、選択反射中心波長が同一であるパターンコレステリック液晶層は、パターンコレステリック液晶層の液晶配向パターンにおける１周期Λは、等しいのが好ましい。これにより、右円偏光に対する回折角度ともう一層の円偏光に対する回折角度を同一にすることができる。
【０２９３】
（螺旋ピッチが異なる領域の形成方法）
パターンコレステリック液晶層において、螺旋ピッチが異なる領域を有する構成は、光の照射によって、戻り異性化、二量化、ならびに、異性化および二量化等を生じて、螺旋誘起力（ＨＴＰ：Helical Twisting Power）が変化するカイラル剤を用い、パターンコレステリック液晶層を形成する液晶組成物の硬化前、または、液晶組成物の硬化時、カイラル剤のＨＴＰを変化させる波長の光を、領域ごとに照射量を変えて照射することで、形成できる。
例えば、光の照射によってＨＴＰが小さくなるカイラル剤を用いることにより、光の照射によってカイラル剤のＨＴＰが低下する。ここで、領域ごとに光の照射量を変えることで、例えば、照射量が多い領域では、ＨＴＰが大きく低下し、螺旋の誘起が小さくなるので螺旋ピッチが長くなる。一方、照射量が少ない領域では、ＨＴＰの低下が小さく、カイラル剤が、本来、有するＨＴＰで螺旋が誘起されるので、螺旋ピッチが短くなる。
【０２９４】
領域ごとに光の照射量を変える方法には特に限定はなく、グラデーションマスクを介して光を照射する方法、領域ごとに照射時間を変える方法、あるいは、領域ごとに照射強度を変える方法等が利用可能である。
なお、グラデーションマスクとは、照射する光に対する透過率が面内で変化しているマスクである。
【０２９５】
上述の本発明の光学素子は、いずれの光学素子も、パターンコレステリック液晶層の液晶配向パターンにおける液晶化合物３０の光学軸３０Ａは、矢印Ｘ方向のみに沿って、連続して回転している。
しかしながら、本発明は、これに制限はされず、パターンコレステリック液晶層において、液晶化合物３０の光学軸３０Ａが一方向に沿って連続して回転するものであれば、各種の構成が利用可能である。
【０２９６】
一例として、図１９の平面図に概念的に示すような、液晶配向パターンが、液晶化合物３０の光学軸の向きが連続的に回転しながら変化する一方向を、内側から外側に向かう同心円状に有する、同心円状のパターンである、パターンコレステリック液晶層３４が例示される。
あるいは、同心円状ではなく、液晶化合物３０の光学軸の向きが連続的に回転しながら変化する一方向が、パターンコレステリック液晶層３４の中心から放射状に設けられた液晶配向パターンも、利用可能である。
【０２９７】
なお、図１９においても、図１４と同様、配向膜の表面の液晶化合物３０のみを示すが、パターンコレステリック液晶層３４においては、図１３に示される例と同様に、この配向膜の表面の液晶化合物３０から、液晶化合物３０が螺旋状に旋回して積み重ねられた螺旋構造を有するのは、前述のとおりである。
さらに、図１９では、コレステリック液晶層３４を１層のみ示すが、本発明の光学素子は、パターンコレステリック液晶層の組み合わせを有してもよいのは、前述のとおりである。また、好ましい構成および各種の態様は、前述の各種の実施形態と同様である。
【０２９８】
図１９に示すパターンコレステリック液晶層３４において、液晶化合物３０の光学軸（図示省略）は、液晶化合物３０の長手方向である。
パターンコレステリック液晶層３４では、液晶化合物３０の光学軸の向きは、パターンコレステリック液晶層３４の中心から外側に向かう多数の方向、例えば、矢印Ａ1で示す方向、矢印Ａ2で示す方向、矢印Ａ3で示す方向…に沿って、連続的に回転しながら変化している。
また、好ましい態様として、図１９に示すようにパターンコレステリック液晶層３４の中心から放射状に、同じ方向に回転しながら変化するものが挙げられる。図１９で示す態様は、反時計回りの配向である。図１９中の矢印Ａ１、Ａ２およびＡ３の各矢印において、光学軸の回転方向は、中心から外側に向かうにつれて反時計回りとなっている。
この液晶配向パターンを有するパターンコレステリック液晶層３４に入射した円偏光は、液晶化合物３０の光学軸の向きが異なる個々の局所的な領域において、それぞれ、絶対位相が変化する。この際に、それぞれの絶対位相の変化量は、円偏光が入射した液晶化合物３０の光学軸の向きに応じて異なる。
【０２９９】
このような、同心円状の液晶配向パターン、すなわち、放射状に光学軸が連続的に回転して変化する液晶配向パターンを有するパターンコレステリック液晶層３４は、液晶化合物３０の光学軸の回転方向および反射する円偏光の方向に応じて、入射光を、発散光または集束光として反射できる。
すなわち、パターンコレステリック液晶層の液晶配向パターンを同心円状とすることにより、本発明の光学素子は、例えば、凹面鏡または凸面鏡としての機能を発現する。
【０３００】
ここで、パターンコレステリック液晶層の液晶配向パターンを同心円状として、光学素子を凹面鏡として作用させる場合には、液晶配向パターンにおいて光学軸が１８０°回転する１周期Λを、パターンコレステリック液晶層３４の中心から、光学軸が連続的に回転する１方向の外方向に向かって、漸次、短くするのが好ましい。
前述のように、入射方向に対する光の反射角度は、液晶配向パターンにおける１周期Λが短いほど、大きくなる。従って、液晶配向パターンにおける１周期Λを、パターンコレステリック液晶層３４の中心から、光学軸が連続的に回転する１方向の外方向に向かって、漸次、短くすることにより、光を、より集束でき、凹面鏡としての性能を、向上できる。
【０３０１】
ここで、前述のとおり、パターンコレステリック液晶層において、液晶配向パターンにおける１周期の長さΛが短く、反射角度が大きい領域ほど、反射光量が低下する。すなわち、図１９に示す例では、反射角度が大きい外側の領域ほど反射光量が低下する。
これに対して、本発明の光学素子は、パターンコレステリック液晶層が螺旋構造のピッチが異なる領域を有する。図１９に示す例では、パターンコレステリック液晶層３４は、中心から光学軸が連続的に回転する１方向の外方向に向かって、螺旋構造のピッチを漸次長くすることにより、パターンコレステリック液晶層３４の外側の領域での反射光量の低下を抑制できる。
【０３０２】
本発明において、光学素子を凸面鏡として作用させる場合には、液晶配向パターンにおける光学軸の連続的な回転方向を、パターンコレステリック液晶層３４の中心から、上述の凹面鏡の場合とは逆方向に回転させるのが好ましい。
また、パターンコレステリック液晶層３４の中心から、光学軸が連続的に回転する１方向の外方向に向かって、光学軸が１８０°回転する１周期Λを、漸次、短くすることにより、パターンコレステリック液晶層による光を、より発散でき、凸面鏡としての性能を、向上できる。
さらに、パターンコレステリック液晶層３４は、中心から光学軸が連続的に回転する１方向の外方向に向かって、螺旋構造のピッチを漸次長くすることにより、パターンコレステリック液晶層３４の外側の領域での反射光量の低下を抑制できる。
【０３０３】
本発明において、光学素子を凸面鏡として作用させる場合には、パターンコレステリック液晶層が反射する円偏光の方向（螺旋構造のセンス）を凹面鏡の場合と逆にする、つまりパターンコレステリック液晶層が螺旋状に旋回する方向を逆にするのも好ましい。
この場合も、パターンコレステリック液晶層３４の中心から、光学軸が連続的に回転する１方向の外方向に向かって、光学軸が１８０°回転する１周期Λを、漸次、短くすることにより、パターンコレステリック液晶層が反射する光を、より発散でき、凸面鏡としての性能を、向上できる。
なお、パターンコレステリック液晶層の螺旋状に旋回する方向を逆にした上で、液晶配向パターンにおいて光学軸の連続的な回転方向を、パターンコレステリック液晶層３４の中心から、逆方向に回転させることで、光学素子を凹面鏡として作用させることができる。
【０３０４】
本発明において、光学素子を凸面鏡または凹面鏡として作用させる場合には、下記の式（４）を満たすのが好ましい。
Φ（ｒ）＝（π/λ）[（ｒ2＋ｆ2）1/2−ｆ]・・・式(４)
ここで、ｒは同心円の中心からの距離で式『ｒ＝（ｘ2＋ｙ2）1/2』で表わされる。ｘおよびｙは面内の位置を表し、（ｘ、ｙ）＝（０、０）は同心円の中心を表す。Φ（ｒ）は中心からの距離ｒにおける光学軸の角度、λはパターンコレステリック液晶層の選択反射中心波長、ｆは目的とする焦点距離を表わす。
【０３０５】
なお、本発明においては、光学素子の用途によっては、逆に、同心円状の液晶配向パターンにおける１周期Λを、パターンコレステリック液晶層３４の中心から、光学軸が連続的に回転する１方向の外方向に向かって、漸次、長くしてもよい。
さらに、例えば反射光に光量分布を設けたい場合など、光学素子の用途によって、光学軸が連続的に回転する１方向に向かって、１周期Λを、漸次、変更するのではなく、光学軸が連続的に回転する１方向において、部分的に１周期Λが異なる領域を有する構成も利用可能である。
さらに、本発明の光学素子は、１周期Λが全面的に均一なパターンコレステリック液晶層と、１周期Λが異なる領域を有するパターンコレステリック液晶層とを有してもよい。この点に関しては、図１２に示すような、一方向のみに光学軸が連続的に回転する構成でも、同様である。
【０３０６】
図２０に、配向膜に、このような同心円状の配向パターンを形成する露光装置の一例を概念的に示す。
露光装置８０は、レーザ８２を備えた光源８４と、レーザ８２からのレーザ光ＭをＳ偏光ＭＳとＰ偏光ＭＰとに分割する偏光ビームスプリッター８６と、Ｐ偏光ＭＰの光路に配置されたミラー９０ＡおよびＳ偏光ＭＳの光路に配置されたミラー９０Ｂと、Ｓ偏光ＭＳの光路に配置されたレンズ９２と、偏光ビームスプリッター９４と、λ／４板９６とを有する。
【０３０７】
偏光ビームスプリッター８６で分割されたＰ偏光ＭＰは、ミラー９０Ａによって反射されて、偏光ビームスプリッター９４に入射する。他方、偏光ビームスプリッター８６で分割されたＳ偏光ＭＳは、ミラー９０Ｂによって反射され、レンズ９２によって集光されて偏光ビームスプリッター９４に入射する。
Ｐ偏光ＭＰおよびＳ偏光ＭＳは、偏光ビームスプリッター９４で合波されて、λ／４板９６によって偏光方向に応じた右円偏光および左円偏光となって、支持体２０の上の配向膜２４に入射する。
ここで、右円偏光と左円偏光の干渉により、配向膜２４に照射される光の偏光状態が干渉縞状に周期的に変化するものとなる。同心円の内側から外側に向かうにしたがい、左円偏光と右円偏光の交差角が変化するため、内側から外側に向かってピッチが変化する露光パターンが得られる。これにより、配向膜２４において、配向状態が周期的に変化する同心円状の配向パターンが得られる。
【０３０８】
この露光装置８０において、液晶化合物３０の光学軸が連続的に１８０°回転する液晶配向パターンの１周期の長さΛは、レンズ９２の屈折力（レンズ９２のＦナンバー）、レンズ９２の焦点距離、および、レンズ９２と配向膜２４との距離等を変化させることで、制御できる。
また、レンズ９２の屈折力（レンズ９２のＦナンバー）を調節することによって、光学軸が連続的に回転する一方向において、液晶配向パターンの１周期の長さΛを変更できる。具体的には、平行光と干渉させる、レンズ９２で広げる光の広がり角によって、光学軸が連続的に回転する一方向において、液晶配向パターンの１周期の長さΛを変えることができる。より具体的には、レンズ９２の屈折力を弱くすると、平行光に近づくため、液晶配向パターンの１周期の長さΛは、内側から外側に向かって緩やかに短くなり、Ｆナンバーは大きくなる。逆に、レンズ９２の屈折力を強めると、液晶配向パターンの１周期の長さΛは、内側から外側に向かって急に短くなり、Ｆナンバーは小さくなる。
【０３０９】
このように、光学軸が連続的に回転する１方向において、光学軸が１８０°回転する１周期Λを変更する構成は、図１３、図１４および図１５に示す、矢印Ｘ方向の一方向のみに液晶化合物３０の光学軸３０Ａが連続的に回転して変化する構成でも、利用可能である。
例えば、液晶配向パターンの１周期Λを、矢印Ｘ方向に向かって、漸次、短くすることにより、集光するように光を反射する光学素子を得ることができる。
また、液晶配向パターンにおいて光学軸が１８０°回転する方向を逆にすることにより、矢印Ｘ方向にのみ拡散するように光を反射する光学素子を得ることができる。コレステリック液晶層が反射する円偏光の方向（螺旋構造のセンス）を逆にすることでも、矢印Ｘ方向にのみ拡散するように光を反射する光学素子を得ることができる。なお、コレステリック液晶層が反射する円偏光の方向（螺旋構造のセンス）を逆にした上で、液晶配向パターンにおいて光学軸が１８０°回転する方向を逆にすることにより、集光するように光を反射する光学素子を得ることができる。
さらに、例えば反射光に光量分布を設けたい場合など、光学素子の用途によって、矢印Ｘ方向に向かって、１周期Λを漸次、変更するのではなく、矢印Ｘ方向において、部分的に１周期Λが異なる領域を有する構成も利用可能である。例えば、部分的に１周期Λを変更する方法として、集光したレーザ光の偏光方向を任意に変えながら、光配向膜をスキャン露光してパターニングする方法等を利用することができる。
【０３１０】
本発明の光学素子は、光学装置における光路変更部材、光集光素子、所定方向への光拡散素子、回折素子等、鏡面反射ではない角度で光を反射する、各種の用途に利用可能である。
【０３１１】
以上の例は、本発明の光学素子を、可視光を反射する光学素子に利用したものであるが、本発明は、これに限定はされず、各種の構成が利用可能である。
例えば、本発明の光学素子は、赤外線または紫外線とを反射する構成でもよく、可視光以外の光のみを反射する構成でもよい。
【０３１２】
以上、本発明の第二態様の光学素子について詳細に説明したが、本発明は上述の例に限定はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更を行ってもよいのは、もちろんである。
【実施例】
【０３１３】
以下に実施例を挙げて本発明の第一態様の特徴をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、試薬、使用量、物質量、割合、処理内容、および、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。【０３１４】
＜比較例１−１＞【０３１５】
（配向膜の形成）
ガラス基板上に、下記の配向膜形成用塗布液をスピンコートで塗布した。この配向膜形成用塗布液の塗膜が形成された支持体を６０℃のホットプレート上で６０秒間乾燥し、配向膜を形成した。【０３１６】
配向膜形成用塗布液
――――――――――――――――――――――――――――――
下記光配向用素材                            １．００質量部
水                                        １６．００質量部
ブトキシエタノール                        ４２．００質量部
プロピレングリコールモノメチルエーテル    ４２．００質量部
――――――――――――――――――――――――――――――【０３１７】
−光配向用素材−
【化１７】
0006980901.tif 000018
【０３１８】
（配向膜の露光）
配向膜を露光する露光装置として、図４に示す露光装置を用い、配向膜を露光して配向パターンを有する配向膜Ｐ−１を形成した。
露光装置において、レーザとして波長（３２５ｎｍ）のレーザ光を出射するものを用いた。干渉光による露光量を３００ｍＪ／ｃｍ2とした。なお、２つのレーザ光およびの干渉により形成される配向パターンの１周期（光学軸が１８０°回転する長さ）Λは０．４１μｍとなるように、２つの光の交差角（交差角α）を変化させることによって制御した。【０３１９】
（コレステリック液晶層の形成）
コレステリック液晶層を形成する液晶組成物として、下記の組成物Ａ−１を調製した。この組成物Ａ−１は、右円偏光を反射するコレステリック液晶層（コレステリック液晶相）を形成する、液晶組成物である。
組成物Ａ−１
――――――――――――――――――――――――――――――
棒状液晶化合物Ｌ−１                    １００．００質量部
重合開始剤（ＢＡＳＦ製、Ｉｒｇａｃｕｒｅ（登録商標）９０７）
３．００質量部
光増感剤（日本化薬製、ＫＡＹＡＣＵＲＥ  ＤＥＴＸ−Ｓ）
１．００質量部
キラル剤Ｃｈ−１                            ４．００質量部
キラル剤Ｃｈ−２Ａ                          １．００質量部
レベリング剤Ｔ−１                          ０．０８質量部
メチルエチルケトン                    ２６６０．００質量部
――――――――――――――――――――――――――――――【０３２０】
棒状液晶化合物Ｌ−１【０３２１】
【化１８】
0006980901.tif 000019
【０３２２】
キラル剤Ｃｈ−１【０３２３】
【化１９】
0006980901.tif 000020
【０３２４】
キラル剤Ｃｈ−２Ａ【０３２５】
【化２０】
0006980901.tif 000021
【０３２６】
レベリング剤Ｔ−１【０３２７】
【化２１】
0006980901.tif 000022
【０３２８】
コレステリック液晶層は、組成物Ａ−１を配向膜Ｐ−１上に多層塗布することにより形成した。多層塗布とは、先ず配向膜の上に１層目の組成物Ａ−１を塗布、加熱、冷却後に紫外線硬化を行って液晶固定化層を作製した後、２層目以降はその液晶固定化層に重ね塗りして塗布を行い、同様に加熱、冷却後に紫外線硬化を行うことを繰り返すことを指す。多層塗布により形成することにより、液晶層の総厚が厚くなった時でも配向膜の配向方向がコレステリック液晶層の下面から上面にわたって反映される。【０３２９】
先ず１層目は、配向膜Ｐ−１上に組成物Ａ−１を塗布して、塗膜をホットプレート上で９５℃に加熱し、その後、８０℃に冷却した後、窒素雰囲気下で高圧水銀灯を用いて波長３６５ｎｍの紫外線を３００ｍＪ／ｃｍ2の照射量で塗膜に照射することにより、液晶化合物の配向を固定化した。この時の１層目の液晶層の膜厚は０．２μｍであった。【０３３０】
２層目以降は、１層目の液晶層に重ね塗りして、上と同じ条件で加熱、冷却後に紫外線硬化を行って液晶固定化層を作製した。このようにして、総厚が所望の膜厚になるまで重ね塗りを繰り返し、コレステリック液晶層を形成した。
コレステリック液晶層の断面をＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）で確認したところ、コレステリック液晶層のコレステリック液晶相は２ピッチであった。また、主面に対する明部および暗部の傾いている面の傾斜面ピッチ（明部から明部、または暗部から暗部の傾斜面に対する法線方向の間隔を１／２面ピッチとする）は０．４２μｍであった。なお、コレステリック液晶層のＳＥＭ断面における明部および暗部の傾斜面のピッチは、コレステリック液晶相の螺旋ピッチおよび液晶配向パターンの１周期に応じて変化する。
コレステリック液晶層は、図２に示すような周期的な配向パターンになっていることを偏光顕微鏡で確認した。
なお、コレステリック液晶層の選択反射中心波長の測定は、分光光度計（島津製作所製、ＵＶ−３１５０）によって行った。【０３３１】
［実施例１−１］
（パターンコレステリック液晶層の形成）
コレステリック液晶層を形成する液晶組成物として、下記の組成物Ａ−２Ａを調製した。この組成物Ａ−２Ａは、右円偏光を反射するコレステリック液晶層（コレステリック液晶相）を形成する、液晶組成物である。
組成物Ａ−２Ａ
――――――――――――――――――――――――――――――
棒状液晶化合物Ｌ−１                    １００．００質量部
重合開始剤（ＢＡＳＦ製、Ｉｒｇａｃｕｒｅ（登録商標）９０７）
３．００質量部
光増感剤（日本化薬製、ＫＡＹＡＣＵＲＥ  ＤＥＴＸ−Ｓ）
１．００質量部
キラル剤Ｃｈ−１                            ４．００質量部
キラル剤Ｃｈ−２Ａ                          １．００質量部
レベリング剤Ｔ−１                          ０．０８質量部
メチルエチルケトン                    ２６６０．００質量部
――――――――――――――――――――――――――――――【０３３２】
パターンコレステリック液晶層は、組成物Ａ−２Ａを配向膜Ｐ−１上に多層塗布することにより形成した。多層塗布とは、先ず配向膜の上に１層目の組成物Ａ−２Ａを塗布、加熱、冷却後に紫外線硬化を行って液晶固定化層を作製した後、２層目以降はその液晶固定化層に重ね塗りして塗布を行い、同様に加熱、冷却後に紫外線硬化を行うことを繰り返すことを指す。多層塗布により形成することにより、液晶層の総厚が厚くなった時でも配向膜の配向方向が液晶層の下面から上面にわたって反映される。【０３３３】
先ず１層目は、配向膜Ｐ−１上に組成物Ａ−２Ａを塗布して、塗膜をホットプレート上で９５℃に加熱し、その後、２５℃に冷却した後、高圧水銀灯を用いて、紫外線の照射を行った。この時、３５０ｎｍ以下の波長をカットするロングバスフィルタを介して照射を行った。このとき、面内で紫外線の照射量を変化させて塗膜に照射した。具体的には、光学軸が回転する一方向において、一方の端部で０ｍＪ／ｃｍ2、他方の端部で１０ｍＪ／ｃｍ2となるように、この方向に沿って照射量を漸次変化させて塗膜への照射を行った。その後、再び塗膜をホットプレート上で９５℃に加熱、８０℃に冷却した後、窒素雰囲気下で高圧水銀灯を用いて、紫外線の照射を行い、液晶化合物の配向を固定化した。この時の１層目の液晶層の膜厚は０．２μｍであった。【０３３４】
２層目以降は、１層目の液晶層に重ね塗りして、上と同じ条件で液晶固定化層を作製した。このようにして、総厚が所望の膜厚になるまで重ね塗りを繰り返し、パターンコレステリック液晶層を形成した。
パターンコレステリック液晶層の断面をＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）で確認したところ、反射層のコレステリック液晶相は２ピッチであった。また、主面に対する明部および暗部の傾いている面の傾斜面ピッチは、０．３７μｍから０．４１μｍまで変化していることを確認した。
パターンコレステリック液晶層は、図２に示すような周期的な配向パターンになっていることを偏光顕微鏡で確認した。【０３３５】
［実施例１−２］
実施例１−１において、配向膜の配向パターンの１周期（光学軸が１８０°回転する長さ）Λが０．３４μｍとなるように、交差角αを変化させることによって制御し、パターンコレステリック液晶層を形成する組成物中のキラル剤Ｃｈ−１の添加量を、５．６０質量部に変更した以外は、実施例１−１と同様にしてパターンコレステリック液晶層を形成した。【０３３６】
パターンコレステリック液晶層の断面をＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）で確認したところ、パターンコレステリック液晶層のコレステリック液晶相は２ピッチであった。また、主面に対する明部および暗部の傾いている面の傾斜面ピッチは、０．３１μｍから０．３６μｍまで変化していることを確認した。
パターンコレステリック液晶層は、図２に示すような周期的な配向パターンになっていることを偏光顕微鏡で確認した。【０３３７】
［比較例１−２］
比較例１−１において、配向膜の配向パターンの１周期（光学軸が１８０°回転する長さ）Λが０．３４μｍとなるように、交差角αを変化させることによって制御し、コレステリック液晶層を形成する組成物中のキラル剤Ｃｈ−１の添加量を、５．６０質量部に変更した以外は、比較例１−１と同様にしてコレステリック液晶層を形成した。【０３３８】
コレステリック液晶層の断面をＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）で確認したところ、コレステリック液晶層のコレステリック液晶相は２ピッチであった。また、主面に対する明部および暗部の傾いている面の傾斜面ピッチは、０．３６μｍであった。
コレステリック液晶層は、図２に示すような周期的な配向パターンになっていることを偏光顕微鏡で確認した。【０３３９】
［実施例１−３］
実施例１−１において、配向膜の配向パターンの１周期（光学軸が１８０°回転する長さ）Λが０．４９μｍとなるように、交差角αを変化させることによって制御し、パターンコレステリック液晶層を形成する組成物中のキラル剤Ｃｈ−１の添加量を、３．２０質量部に変更した以外は、実施例１−１と同様にしてパターンコレステリック液晶層を形成した。【０３４０】
パターンコレステリック液晶層の断面をＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）で確認したところ、パターンコレステリック液晶層のコレステリック液晶相は２ピッチであった。また、主面に対する明部および暗部の傾いている面の傾斜面ピッチは、０．４３μｍから０．４８μｍまで変化していることを確認した。
パターンコレステリック液晶層は、図２に示すような周期的な配向パターンになっていることを偏光顕微鏡で確認した。【０３４１】
［比較例１−３］
比較例１−１において、配向膜の配向パターンの１周期（光学軸が１８０°回転する長さ）Λが０．４９μｍとなるように、交差角αを変化させることによって制御し、コレステリック液晶層を形成する組成物中のキラル剤Ｃｈ−１の添加量を、３．２質量部に変更した以外は、比較例１−１と同様にしてコレステリック液晶層を形成した。【０３４２】
コレステリック液晶層の断面をＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）で確認したところ、コレステリック液晶層のコレステリック液晶相は２ピッチであった。また、主面に対する明部および暗部の傾いている面の傾斜面ピッチは、０．５０μｍであった。
コレステリック液晶層は、図２に示すような周期的な配向パターンになっていることを偏光顕微鏡で確認した。【０３４３】
［評価］
（出射光強度分布（均一性））
図１０に示すように、上記で作製した実施例および比較例の光学素子を導光板４４の表面に配置して導光素子を作製した。図１０中、光学素子は、導光板の出射側の端部の表面（ＤＯＥ−２の位置）に配置した。また、導光板４４の入射側の端部の表面（ＤＯＥ−１の位置）には、対応する比較例の光学素子においてコレステリック液晶相を８ピッチになるように厚さを調整した光学素子を配置した。
導光板４４としては、屈折率１．５２、厚さ１ｍｍ、ガラス製の導光板を用いた。
また、光学素子と導光板４４とは、感熱性接着剤を用いて接着した。
また、ＤＯＥ−１の光学素子とＤＯＥ−２の光学素子とは、液晶配向パターンの面内周期の方向が、互いに逆方向となるように配置した。【０３４４】
図１０に示すように、導光板４４のＤＯＥ−１が配置された側の端部の、ＤＯＥ−１が配置された面とは反対側の面に対面してレーザを配置し、レーザと導光板４４との間に直線偏光子１００およびλ／４板１０２を配置した。
一方、導光板４４のＤＯＥ−２が配置された側の端部の、ＤＯＥ−２が配置された面とは反対側の面に対面して遮光板１０４を配置した。遮光板１０４には直径２ｍｍのピンホール１０４ａが形成されている。【０３４５】
レーザから光を出射すると、光は直線偏光子１００およびλ／４板１０２を通過することで右円偏光となって導光板４４に入射する。導光板４４に入射した光はＤＯＥ−１の光学素子に入射する。
ＤＯＥ−１の光学素子の回折作用および選択反射作用により、反射回折された回折光は導光板４４内を伝播する。導光板４４内を伝播した光はＤＯＥ−２の光学素子に回折、反射されて遮光板１０４の方向に出射される。【０３４６】
導光板４４から出射された光の強度（出射光強度）を遮光板１０４のピンホール１０４ａを介して測定した。ピンホール１０４ａの位置を変えることで、ＤＯＥ−２の光学素子の位置ごとに出射光強度を測定した。出射光強度は、ニューポート社製パワーメータ１９１８−Ｃを用いて測定した。
なお、実施例１−１および比較例１−１に対しては、５３２ｎｍの波長の光を照射するレーザを用いて測定を行い、実施例１−２および比較例１−２に対しては、４５０ｎｍの波長の光を照射するレーザを用いて測定を行い、実施例１−３および比較例１−３に対しては、６３５ｎｍの波長の光を照射するレーザを用いて測定を行った。【０３４７】
測定した出射光強度の最大値と最小値との比を求め、以下の基準で均一性を評価した。
Ａ：出射光強度の最大値と最小値との比（最小値／最大値）が０．８以上
Ｂ：出射光強度の最大値と最小値との比（最小値／最大値）が０．７以上０．８未満
Ｃ：出射光強度の最大値と最小値との比（最小値／最大値）が０．５以上０．７未満
Ｄ：出射光強度の最大値と最小値との比（最小値／最大値）が０．５未満
結果を表１に示す。【０３４８】
【表１】
0006980901.tif 000023
【０３４９】
上記表１に示されるように、液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有し、かつ、コレステリック液晶層における螺旋構造のピッチが面内で異なる領域を有する本発明の光学素子の実施例は、導光素子の出射側の回折素子として用いた場合に、出射光の強度が位置によらず一定であり、均一な光を出射させることができることがわかる。【０３５０】
［実施例１−４］
実施例１−１において組成物Ａ−２Ａのキラル剤Ｃｈ−１を４．２６質量部に変更した以外は同様にして、第１パターンコレステリック液晶層を形成した。【０３５１】
第１パターンコレステリック液晶層の断面をＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）で確認したところ、反射層のコレステリック液晶相は２ピッチであった。また、主面に対する明部および暗部の傾いている面の傾斜面ピッチは、０．３５μｍから０．３９μｍまで変化していることを確認した。
第１パターンコレステリック液晶層の面内周期は０．４１μｍであった。【０３５２】
実施例１−１において組成物Ａ−２Ａのキラル剤Ｃｈ−１を３．６５質量部に変更した以外は同様にして、第１パターンコレステリック液晶層上に第２パターンコレステリック液晶層を形成した。【０３５３】
第２パターンコレステリック液晶層の断面をＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）で確認したところ、反射層のコレステリック液晶相は２ピッチであった。また、主面に対する明部および暗部の傾いている面の傾斜面ピッチは、０．４μｍから０．４４μｍまで変化していることを確認した。
第２パターンコレステリック液晶層の面内周期は０．４１μｍであった。
第１パターンコレステリック液晶層上に第２パターンコレステリック液晶層を積層した導光素子をＤＯＥ−２に用いた。【０３５４】
入射側の光学素子（ＤＯＥ−１）として以下の光学素子を作製した。
比較例１−１のコレステリック液晶層作製において、組成物Ａ−１のキラル剤Ｃｈ−１を４．２６質量部に変更した以外は同様にして、第１コレステリック液晶層を形成した。【０３５５】
第１コレステリック液晶層の断面をＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）で確認したところ、第１コレステリック液晶層のコレステリック液晶相は８ピッチであった。また、主面に対する明部および暗部の傾いている面の傾斜面ピッチは、０．３９μｍであった。
第１コレステリック液晶層の面内の配向パターンの１周期は０．４１μｍであった。【０３５６】
比較例１−１のコレステリック液晶層作製において、組成物Ａ−１のキラル剤Ｃｈ−１を３．６５質量部に変更した以外は同様にして、第１のコレステリック液晶層上に第２コレステリック液晶層を形成した。【０３５７】
第２コレステリック液晶層の断面をＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）で確認したところ、第２のコレステリック液晶層のコレステリック液晶相は８ピッチであった。また、主面に対する明部および暗部の傾いている面の傾斜面ピッチは、０．４４μｍであった。
第２コレステリック液晶層の面内の配向パターンの周期は０．４１μｍであった。
第１コレステリック液晶層上に第２コレステリック液晶層が積層された導光素子をＤＯＥ−１に用いた。【０３５８】
［評価］
実施例１−１と同様にして、上記で作製した光学素子を導光板４４の表面に配置して導光素子を作製した。なお、実施例１−１を用いた導光素子作製において、入射側の光学素子を実施例１−４で作製した入射側の光学素子に変更した以外は同様にして導光素子を作製したものを実施例１−５とした。【０３５９】
図１０に示すように、導光板４４のＤＯＥ−１が配置された側の端部の、ＤＯＥ−１が配置された面とは反対側の面に対面してレーザを配置し、レーザと導光板４４との間に直線偏光子１００およびλ／４板１０２を配置した。
一方、導光板４４のＤＯＥ−２が配置された側の端部の、ＤＯＥ−２が配置された面とは反対側の面に対面して遮光板１０４を配置した。遮光板１０４には直径２ｍｍのピンホール１０４ａが形成されている。【０３６０】
図１０においてレーザからの入射光の角度を−２０°から＋２０°まで５°刻みで変えて、導光板４４から出射された光の強度（出射光強度）を遮光板１０４のピンホール１０４ａを介して測定した。ピンホール１０４ａの位置を変えることで、ＤＯＥ−２の光学素子の位置ごとに出射光強度を測定した。出射光強度は、ニューポート社製パワーメータ１９１８−Ｃを用いて測定した。
なお、実施例１−４および実施例１−５に対しては、５３２ｎｍの波長の光を照射するレーザを用いて測定を行った。【０３６１】
実施例１−４と実施例１−５を比較した結果、回折効率の高い（高出射光強度）入射角度範囲が実施例１−５に対し、実施例１−４の方が広い角度範囲であった。【０３６２】
上述のように、螺旋構造の捩れ方向が互いに同一であり、傾斜面ピッチが互いに異なる複数の、液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有し、かつ、コレステリック液晶層における螺旋構造のピッチが面内で異なる領域を有する本発明の光学素子を用いることで、導光素子の出射側の回折素子として用いた場合に回折効率の高い入射角度範囲を広くできることがわかる。この導光素子をＡＲグラスに用いた場合に、広い視野角範囲で効率的に光を反射し、明るい表示を得ることができる。【０３６３】
以下に実施例を挙げて本発明の第二態様の特徴をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、試薬、使用量、物質量、割合、処理内容、および、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。【０３６４】
［比較例２−１］
＜第１反射層の作製＞
（支持体、および、支持体の鹸化処理）
支持体として、市販されているトリアセチルセルロースフィルム（富士フイルム社製、Ｚ−ＴＡＣ）を用意した。
支持体を、温度６０℃の誘電式加熱ロールを通過させて、支持体の表面温度を４０℃に昇温した。
その後、支持体の片面に、バーコーターを用いて下記に示すアルカリ溶液を塗布量１４ｍＬ（リットル）／ｍ2で塗布し、支持体を１１０℃に加熱し、さらに、スチーム式遠赤外ヒーター（ノリタケカンパニーリミテド社製）の下を、１０秒間搬送した。
続いて、同じくバーコーターを用いて、支持体のアルカリ溶液塗布面に、純水を３ｍＬ／ｍ2塗布した。次いで、ファウンテンコーターによる水洗およびエアナイフによる水切りを３回繰り返した後に、７０℃の乾燥ゾーンを１０秒間搬送して乾燥させ、支持体の表面をアルカリ鹸化処理した。【０３６５】
アルカリ溶液
――――――――――――――――――――――――――――――
水酸化カリウム                            ４．７０質量部
水                                      １５．８０質量部
イソプロパノール                        ６３．７０質量部
界面活性剤
ＳＦ−１：Ｃ14Ｈ29Ｏ（ＣＨ2ＣＨ2Ｏ）2ＯＨ   １．０  質量部
プロピレングリコール                    １４．８  質量部
―――――――――――――――――――――――――――――【０３６６】
（下塗り層の形成）
支持体のアルカリ鹸化処理面に、下記の下塗り層形成用塗布液を＃８のワイヤーバーで連続的に塗布した。塗膜が形成された支持体を６０℃の温風で６０秒間、さらに１００℃の温風で１２０秒間乾燥し、下塗り層を形成した。【０３６７】
下塗り層形成用塗布液
―――――――――――――――――――――――――――――
下記変性ポリビニルアルコール              ２．４０質量部
イソプロピルアルコール                    １．６０質量部
メタノール                              ３６．００質量部
水                                      ６０．００質量部
―――――――――――――――――――――――――――――【０３６８】
【化２２】
0006980901.tif 000024
【０３６９】
（配向膜の形成）
下塗り層を形成した支持体上に、下記の配向膜形成用塗布液を＃２のワイヤーバーで連続的に塗布した。この配向膜形成用塗布液の塗膜が形成された支持体を６０℃のホットプレート上で６０秒間乾燥し、配向膜を形成した。【０３７０】
配向膜形成用塗布液
―――――――――――――――――――――――――――――
下記光配向用素材                          １．００質量部
水                                      １６．００質量部
ブトキシエタノール                      ４２．００質量部
プロピレングリコールモノメチルエーテル  ４２．００質量部
―――――――――――――――――――――――――――――【０３７１】
−光配向用素材−
【化２３】
0006980901.tif 000025
【０３７２】
（配向膜の露光）
配向膜を露光する露光装置として、図２０に示す露光装置を用い配向膜Ｐ−１を形成した。なお、図２０に示す露光装置を用いることによって、配向パターンの１周期が、外方向に向かって、漸次、短くなるようにした。【０３７３】
（コレステリック液晶層の形成）
コレステリック液晶層を形成する液晶組成物として、下記の組成物Ａ−１を調製した。この組成物Ａ−１は、選択反射中心波長が６５０ｎｍで、右円偏光を反射するコレステリック液晶層（コレステリック液晶相）を形成する、液晶組成物である。
組成物Ａ−１
―――――――――――――――――――――――――――――
棒状液晶化合物Ｌ−１                  １００．００質量部
重合開始剤（ＢＡＳＦ製、Ｉｒｇａｃｕｒｅ（登録商標）９０７）
３．００質量部
光増感剤（日本化薬製、ＫＡＹＡＣＵＲＥ  ＤＥＴＸ−Ｓ）
１．００質量部
キラル剤Ｃｈ−１                          ４．５７質量部
レベリング剤Ｔ−１                        ０．０８質量部
メチルエチルケトン                    ９７７．００質量部
―――――――――――――――――――――――――――――【０３７４】
キラル剤Ｃｈ−１【０３７５】
【化２４】
0006980901.tif 000026
【０３７６】
コレステリック液晶層は、組成物Ａ−１を配向膜Ｐ−１上に多層塗布することにより形成した。多層塗布とは、先ず配向膜の上に１層目の組成物Ａ−１を塗布、加熱、冷却後に紫外線硬化を行って液晶固定化層を作製した後、２層目以降はその液晶固定化層に重ね塗りして塗布を行い、同様に加熱、冷却後に紫外線硬化を行うことを繰り返すことを指す。多層塗布により形成することにより、液晶層の総厚が厚くなった時でも配向膜の配向方向が液晶層の下面から上面にわたって反映される。【０３７７】
先ず１層目は、配向膜Ｐ−１上に組成物Ａ−１を塗布して、塗膜をホットプレート上で９５℃に加熱し、その後、２５℃に冷却した後、窒素雰囲気下で高圧水銀灯を用いて波長３６５ｎｍの紫外線を１００ｍＪ／ｃｍ2の照射量で塗膜に照射することにより、液晶化合物の配向を固定化した。この時の１層目の液晶層の膜厚は０．２μｍであった。【０３７８】
２層目以降は、この液晶層に重ね塗りして、上と同じ条件で加熱、冷却後に紫外線硬化を行って液晶固定化層を作製した。このようにして、総厚が所望の膜厚になるまで重ね塗りを繰り返し、コレステリック液晶層を形成した。
コレステリック液晶層の断面をＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）で確認したところ、コレステリック液晶層のコレステリック液晶相は８ピッチであった。
コレステリック液晶層は、図１９に示すような同心円状（放射状）の周期的な配向表面になっていることを偏光顕微鏡で確認した。なお、このコレステリック液晶層の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物の光軸が１８０°回転する１周期は、中心部の１周期が１８１μｍで、中心から５ｍｍの距離での１周期が１．８μｍ、中心から１０ｍｍの距離での１周期が１．０μｍであり、外方向に向かって周期が短くなる液晶配向パターンであった。
また、コレステリック液晶層の選択反射中心波長は、中心部、中心から５ｍｍの距離の位置、および、中心から１０ｍｍの距離の位置で６５０ｎｍであった。すなわち、コレステリック液晶層の螺旋構造のピッチは面内で均一であった。
なお、コレステリック液晶層の選択反射中心波長の測定は、分光光度計（島津製作所製、ＵＶ−３１５０）によって行った。【０３７９】
［実施例２−１］
（パターンコレステリック液晶層の形成）
パターンコレステリック液晶層を形成する液晶組成物として、下記の組成物Ａ−２Ａを調製した。この組成物Ａ−２Ａは、右円偏光を反射するパターンコレステリック液晶層（コレステリック液晶相）を形成する、液晶組成物である。
組成物Ａ−２Ａ
―――――――――――――――――――――――――――――
棒状液晶化合物Ｌ−１                  １００．００質量部
重合開始剤（ＢＡＳＦ製、Ｉｒｇａｃｕｒｅ（登録商標）９０７）
３．００質量部
キラル剤Ｃｈ−２Ａ                        ３．８４質量部
レベリング剤Ｔ−１                        ０．０８質量部
メチルエチルケトン                    ９７７．００質量部
―――――――――――――――――――――――――――――【０３８０】
キラル剤Ｃｈ−２Ａ【０３８１】
【化２５】
0006980901.tif 000027
【０３８２】
パターンコレステリック液晶層は、組成物Ａ−２Ａを配向膜Ｐ−１上に多層塗布することにより形成した。多層塗布とは、先ず配向膜の上に１層目の組成物Ａ−２Ａを塗布、加熱、冷却後に紫外線硬化を行って液晶固定化層を作製した後、２層目以降はその液晶固定化層に重ね塗りして塗布を行い、同様に加熱、冷却後に紫外線硬化を行うことを繰り返すことを指す。多層塗布により形成することにより、液晶層の総厚が厚くなった時でも配向膜の配向方向が液晶層の下面から上面にわたって反映される。【０３８３】
先ず１層目は、配向膜Ｐ−１上に組成物Ａ−２Ａを塗布して、塗膜をホットプレート上で９５℃に加熱し、その後、２５℃に冷却した後、窒素雰囲気下でＬＥＤ光源を用いて波長３６５ｎｍの紫外線（ｉ線）のみを塗膜に照射した。このとき、面内で紫外線の照射量を変化させて塗膜に照射した。具体的には０ｍＪ／ｃｍ2（中心部）、３０ｍＪ／ｃｍ2（中心から５ｍｍの距離）、６０ｍＪ／ｃｍ2（中心から１０ｍｍの距離）と面内で照射量を変化させて塗膜への照射を行った。その後、再び塗膜をホットプレート上で９５℃に加熱、２５℃に冷却した後、窒素雰囲気下で高圧水銀灯を用いて、３５０ｎｍ以下の波長を有する混合紫外線の照射を行い、液晶化合物の配向を固定化した。この時の１層目の液晶層の膜厚は０．２μｍであった。【０３８４】
２層目以降は、この液晶層に重ね塗りして、上と同じ条件で液晶固定化層を作製した。このようにして、総厚が所望の膜厚になるまで重ね塗りを繰り返し、パターンコレステリック液晶層を形成した。
パターンコレステリック液晶層の断面をＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）で確認したところ、パターンコレステリック液晶層のコレステリック液晶相は８ピッチであった。
パターンコレステリック液晶層は、図１９に示すような同心円状（放射状）の周期的な配向表面になっていることを偏光顕微鏡で確認した。なお、このパターンコレステリック液晶層の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物の光軸が１８０°回転する１周期は、中心部の１周期が１８１μｍで、中心から５ｍｍの距離での１周期が１．８μｍ、中心から１０ｍｍの距離での１周期が１．０μｍであり、外方向に向かって周期が短くなる液晶配向パターンであった。また、パターンコレステリック液晶層の選択反射中心波長は、中心部は６５０ｎｍ、中心から５ｍｍの距離は７００ｎｍ、中心から１０ｍｍの距離は７５０ｎｍであり、つまり、外側に向かってコレステリック液晶層の螺旋構造のピッチが長くなっていた。【０３８５】
［実施例２−２］
実施例２−１においてキラル剤Ｃｈ−２Ａを下記構造のキラル剤Ｃｈ−２Ｂに変更し、３．８５質量部に変更した以外は、実施例２−１と同様にしてパターンコレステリック液晶層を形成した。【０３８６】
キラル剤Ｃｈ−２Ｂ【０３８７】
【化２６】
0006980901.tif 000028
【０３８８】
パターンコレステリック液晶層の断面をＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）で確認したところ、パターンコレステリック液晶層のコレステリック液晶相は８ピッチであった。
パターンコレステリック液晶層は、図１９に示すような同心円状（放射状）の周期的な配向表面になっていることを偏光顕微鏡で確認した。なお、このパターンコレステリック液晶層の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物の光軸が１８０°回転する１周期は、中心部の１周期が１８１μｍで、中心から５ｍｍの距離での１周期が１．８μｍ、中心から１０ｍｍの距離での１周期が１．０μｍであり、外方向に向かって周期が短くなる液晶配向パターンであった。また、パターンコレステリック液晶層の選択反射中心波長は、中心部は６５０ｎｍ、中心から５ｍｍの距離は７００ｎｍ、中心から１０ｍｍの距離は７５０ｎｍであり、つまり、外側に向かってパターンコレステリック液晶層の螺旋構造のピッチが長くなっていた。【０３８９】
［比較例２−２］
キラル剤をＣｈ−３に変更し、添加量を７．６９質量部に変更した以外は、比較例２−１と同様にして、選択反射中心波長が６５０ｎｍである左円偏光を反射する第２のコレステリック液晶層を形成した。この際、比較例２−１と同様に紫外線の照射量は面内で変化させなかった。
第２のコレステリック層を比較例２−１の光学素子に積層して光学素子を作製した。
なお、右円偏光を反射するコレステリック層と、左円偏光を反射する第２のコレステリック層とを積層する際には、液晶配向パターンにおける光学軸の向きの連続的な回転方向が、互いに異なるように貼合した。【０３９０】
−キラル剤Ｃｈ−３−【０３９１】
【化２７】
0006980901.tif 000029
【０３９２】
［実施例３］
キラル剤をＣｈ−４Ａに変更し、添加量を７．４０質量部に変更した以外は、実施例２−１と同様にして、第２のパターンコレステリック液晶層を形成する組成物Ａ−４Ａを調製した。この組成物Ａ−４Ａは、左円偏光を反射する第２のパターンコレステリック液晶層（コレステリック液晶相）を形成する、液晶組成物である。【０３９３】
−キラル剤Ｃｈ−４Ａ−
【化２８】
0006980901.tif 000030
【０３９４】
実施例２−１における組成物Ａ−２Ａを、組成物Ａ−４Ａに変更して配向膜Ｐ−１上に塗布し、塗膜をホットプレート上で９５℃に加熱し、その後、２５℃に冷却した後、窒素雰囲気下でＬＥＤ光源を用いて波長３６５ｎｍの紫外線（ｉ線）のみを塗膜に照射した。このとき、面内で紫外線の照射量を変化させて塗膜に照射した。具体的には０ｍＪ／ｃｍ2（中心部）、４５ｍＪ／ｃｍ2（中心から５ｍｍの距離）、９０ｍＪ／ｃｍ2（中心から１０ｍｍの距離）と面内で照射量を変化させて塗膜への照射を行った。その後、再び塗膜をホットプレート上で９５℃に加熱、２５℃に冷却した後、窒素雰囲気下で高圧水銀灯を用いて、３５０ｎｍ以下の波長を有する混合紫外線の照射を行い、液晶化合物の配向を固定化し第２のパターンコレステリック液晶層を形成した。なお、第２のパターンコレステリック液晶層の選択反射中心波長は、中心部は６５０ｎｍ、中心から５ｍｍの距離は７００ｎｍ、中心から１０ｍｍの距離は７５０ｎｍであった。つまり、外側に向かって第２のパターンコレステリック液晶層の螺旋構造のピッチが長くなっていた。第２のパターンコレステリック層を実施例２−１の光学素子に積層して光学素子を作製した。
なお、右円偏光を反射するパターンコレステリック層と、左円偏光を反射する第２のパターンコレステリック層とを積層する際には、液晶配向パターンにおける光学軸の向きの連続的な回転方向が、互いに異なるように貼合した。【０３９５】
［実施例２−４］
キラル剤をＣｈ−４Ｂに変更し、添加量を３．８５質量部に変更した以外は、実施例２−３と同様にして、第２のパターンコレステリック液晶層を形成する組成物Ａ−４Ｂを調製した。この組成物Ａ−４Ｂは、左円偏光を反射するパターンコレステリック液晶層（コレステリック液晶相）を形成する、液晶組成物である。【０３９６】
−キラル剤Ｃｈ−４Ｂ−【０３９７】
【化２９】
0006980901.tif 000031
【０３９８】
実施例２−３における組成物Ａ−４Ａを、組成物Ａ−４Ｂに変更して配向膜Ｐ−１上に塗布し、塗膜をホットプレート上で９５℃に加熱し、その後、２５℃に冷却した後、窒素雰囲気下でＬＥＤ光源を用いて波長３６５ｎｍの紫外線（ｉ線）のみを塗膜に照射した。このとき、面内で紫外線の照射量を変化させて塗膜に照射した。具体的には０ｍＪ／ｃｍ2（中心部）、３０ｍＪ／ｃｍ2（中心から５ｍｍの距離）、６０ｍＪ／ｃｍ2（中心から１０ｍｍの距離）と面内で照射量を変化させて塗膜への照射を行った。その後、再び塗膜をホットプレート上で９５℃に加熱、２５℃に冷却した後、窒素雰囲気下で高圧水銀灯を用いて、３５０ｎｍ以下の波長を有する混合紫外線の照射を行い、液晶化合物の配向を固定化した。なお、第２のパターンコレステリック液晶層の選択反射中心波長は、中心部は６５０ｎｍ、中心から５ｍｍの距離は７００ｎｍ、中心から１０ｍｍの距離は７５０ｎｍであった。つまり、外側に向かって第２のパターンコレステリック液晶層の螺旋構造のピッチが長くなっていた。第２のパターンコレステリック層を実施例２−２の光学素子に積層して光学素子を作製した。
なお、右円偏光を反射するパターンコレステリック層と、左円偏光を反射する第２のパターンコレステリック層とを積層する際には、液晶配向パターンにおける光学軸の向きの連続的な回転方向が、互いに異なるように貼合した。【０３９９】
[円偏光板の作製]
後述する『光強度の測定』を行うために、下記のようにして、円偏光板を作製した。
まず、実施例２−１と同様にして下塗り層を形成した支持体を用意した。【０４００】
（配向膜Ｐ−１０の形成）
下塗り層を形成した支持体上に、下記の配向膜Ｐ−１０形成用塗布液を＃２.４のワイヤーバーで連続的に塗布した。この配向膜Ｐ−１０形成用塗布液の塗膜が形成された支持体を８０℃のホットプレート上で５分間乾燥し、配向膜Ｐ−１０を形成した。【０４０１】
＜配向膜Ｐ−１０形成用塗布液＞
――――――――――――――――――――――――――――
光配向用素材  重合体Ａ２                ４．３５質量部
低分子化合物Ｂ２                        ０．８０質量部
架橋剤Ｃ１                              ２．２０質量部
化合物Ｄ１                              ０．４８質量部
化合物Ｄ２                              １．１５質量部
酢酸ブチル                          １００．００質量部
――――――――――――――――――――――――――――【０４０２】
＜＜重合体Ａ２の合成＞＞
撹拌機、温度計、滴下漏斗および還流冷却管を備えた反応容器に、２−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン１００質量部、メチルイソブチルケトン５００質量部、および、トリエチルアミン１０質量部を仕込み、室温で混合した。次いで、脱イオン水１００質量部を滴下漏斗より３０分かけて滴下した後、還流下で混合しつつ、８０℃で６時間反応させた。反応終了後、有機相を取り出し、０．２質量％硝酸アンモニウム水溶液により洗浄後の水が中性になるまで洗浄した後、減圧下で溶媒および水を留去することにより、エポキシ含有ポリオルガノシロキサンを粘調な透明液体として得た。
このエポキシ含有ポリオルガノシロキサンについて、1Ｈ−ＮＭＲ（Ｎｕｃｌｅａｒ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）分析を行ったところ、化学シフト（δ）＝３．２ｐｐｍ付近にオキシラニル基に基づくピークが理論強度どおりに得られ、反応中にエポキシ基の副反応が起こっていないことが確認された。このエポキシ含有ポリオルガノシロキサンの重量平均分子量Ｍｗは２，２００、エポキシ当量は１８６ｇ／モルであった。
次に、１００ｍＬの三口フラスコに、上記で得たエポキシ含有ポリオルガノシロキサン１０．１質量部、アクリル基含有カルボン酸（東亜合成社製、アロニックスＭ−５３００、アクリル酸ω−カルボキシポリカプロラクトン（重合度ｎ≒２））０．５質量部、酢酸ブチル２０質量部、特開２０１５−２６０５０号公報の合成例１の方法で得られた桂皮酸誘導体１．５質量部、および、テトラブチルアンモニウムブロミド０．３質量部を仕込み、９０℃で１２時間撹拌した。反応終了後、反応溶液と等量（質量）の酢酸ブチルで希釈し、３回水洗した。
この溶液を濃縮し、酢酸ブチルで希釈する操作を２回繰り返し、最終的に、光配向性基を有するポリオルガノシロキサン（下記重合体Ａ２）を含む溶液を得た。この重合体Ａ２の重量平均分子量Ｍｗは９，０００であった。また、1Ｈ−ＮＭＲ分析の結果、重合体Ａ２中のシンナメート基を有する成分は２３．７質量％であった。【０４０３】
−重合体Ａ２−【０４０４】
【化３０】
0006980901.tif 000032
【０４０５】
−低分子化合物Ｂ２−
下記式で表される低分子化合物Ｂ２（日清オリイオ社、ノムコートＴＡＢ）を用いた。【０４０６】
【化３１】
0006980901.tif 000033
【０４０７】
−架橋剤Ｃ１−
下記式で表わされる架橋剤Ｃ１（ナガセケムテックス社製、デナコールＥＸ４１１）を用いた。【０４０８】
【化３２】
0006980901.tif 000034
【０４０９】
−化合物Ｄ１−
下記式で表わされる化合物Ｄ１（川研ファインケミカル社製、アルミキレートＡ（Ｗ））を用いた。【０４１０】
【化３３】
0006980901.tif 000035
【０４１１】
−化合物Ｄ２−
下記式で表わされる化合物Ｄ２（東洋サイエンス社製、トリフェニルシラノール）を用いた。【０４１２】
【化３４】
0006980901.tif 000036
【０４１３】
（配向膜Ｐ−１０の露光）
得られた配向膜Ｐ−１０に偏光紫外線を照射（２０ｍＪ／ｃｍ2、超高圧水銀ランプ使用）することで、配向膜Ｐ−１０の露光を行った。【０４１４】
［光学異方性層（λ/４板）の作製］
光学異方性層は、組成物Ｃ−１を配向膜Ｐ−１０上に塗布することにより形成した。塗布した塗膜をホットプレート上で１１０℃に加熱し、その後、６０℃に冷却した後、窒素雰囲気下で高圧水銀灯を用いて波長３６５ｎｍの紫外線を５００ｍＪ／ｃｍ2の照射量で塗膜に照射することにより、液晶化合物の配向を固定化して、光学異方性層を作製した。
得られた光学異方性層のΔｎ650×ｄ（Ｒｅ（６５０））は１６２．５ｎｍであった。【０４１５】
[円偏光板の作製]
光学異方性層（λ/４板）のトリアセチルセルロースフィルム側に、粘着剤を介して直線偏光板を貼り合わせて円偏光板を得た。【０４１６】
［反射角度の測定］
作製した光学素子に、法線方向（正面すなわち法線に対する角度０°の方向）から光を入射した際における、赤色光の反射光の、入射光に対する角度（反射角度）を測定した。光の入射は、パターンコレステリック液晶層を表面とする側からとした。
具体的には、赤色光（６５０ｎｍ）に出力の中心波長を持つレーザ光を、作製した光学素子に、法線方向に１００ｃｍ離れた位置から垂直入射させ、反射光を１００ｃｍの距離に配置したスクリーンで捉えて、反射角度を算出した。
なお、上記で作製した、レーザ光の波長に対応する円偏光板に垂直入射させて、右円偏光にした後、作製した光学素子に光を入射し、評価を行った。【０４１７】
［光強度の測定］
図２１に示す方法で、相対光強度を測定した。
作製した光学素子に正面（法線に対する角度０°の方向）から光を入射した際における、反射光の、入射光に対する相対光強度を測定した。
具体的には、６５０ｎｍに出力中心波長を持つレーザ光Ｌを、光源９８から、作製した光学素子Ｓに垂直入射させた。反射角θで反射された反射光Ｌｒの光強度を光検出器９９で測定した。そして、反射光Ｌｒの光強度と光Ｌの光強度との比をとり、反射光Ｌｒの入射光（レーザ光Ｌ）に対する相対光強度値を求めた（反射光Ｌｒ／レーザ光Ｌ）。反射角θは、先に測定した反射角度とした。【０４１８】
比較例２−１と実施例２−１及び２−２において、作製した光学素子におけるパターンコレステリック液晶層の液晶配向パターンの同心円の中心から０．７ｍｍの離れた点および同心円の中心から１０ｍｍの離れた点にレーザ光を垂直に入射して、反射光の、入射光に対する相対光強度を測定した結果を比較した。比較例２−１は同心円の中心から０．７ｍｍの離れた点に入射した光の反射角θは３°であり、同心円の中心から１０ｍｍの離れた点に入射した光の反射角θは４１°であった。比較例１は同心円の中心から０．７ｍｍの離れた点に入射した光の反射光に対し、同心円の中心から１０ｍｍの離れた点に入射した光の反射光の相対光強度は大幅に低下していた。実施例２−１及び２−２は同心円の中心から０．７ｍｍの離れた点に入射した光の反射角θは３°であり、同心円の中心から１０ｍｍの離れた点に入射した光の反射角θは４１°であった。実施例２−１及び２−２は、同心円の中心から０．７ｍｍの離れた点に入射した光の反射光に対し、同心円の中心から１０ｍｍの離れた点に入射した光の反射光の相対光強度の低下が抑制されており、比較例１に対し、面内における反射光量の反射角度依存性を小さくすることができることがわかった。【０４１９】
作製した光学素子へ入射するレーザー光を円偏光板を介さずに評価を行った以外は、比較例２−１と同様にして、比較例２−２と実施例２−３及び２−４の評価を行った。比較例２−２と実施例２−３及び２−４の評価を行った結果、実施例２−３及び２−４は比較例２−２に対し、面内における反射光量の反射角度依存性を小さくすることを確認した。また、実施例２−３及び２−４は円偏光以外の偏光に対しても高い反射光量が得られる。【０４２０】
上記結果に示されるように、液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有し、コレステリック液晶層における螺旋構造のピッチが面内で異なる領域を有し、かつ、液晶配向パターンの１周期の長さが面内で異なる領域を有する本発明の光学素子によれば、光の反射光量の反射角度依存性を小さくできる。特に、実施例２−１及び２−２に示されるように、液晶配向パターンにおける１周期の長さが異なる領域において、１周期の長さの順列とコレステリック液晶層における螺旋構造のピッチの長さ（選択反射中心波長）の順列が異なる領域を有することにより、より高い反射光量が得られる。
また、実施例２−３及び２−４に示されるように、互いにコレステリック液晶層の螺旋構造の捩れ方向（反射する円偏光の方向）が異なる、複数のコレステリック液晶層の組み合わせることで、様々な入射偏光に対しても高い反射光量が得られる。
【産業上の利用可能性】
【０４２１】
ＡＲグラスの導光板に光を入射および出射させる回折素子など、光学装置において光を反射する各種の用途に好適に利用可能である。
【符号の説明】
【０４２２】
１０、１０ｂ  光学素子
１２  反射部材
１４  第１反射層
２０  支持体
２４  配向膜
２６、２６ｂ、３４  パターンコレステリック液晶層
３０  液晶化合物
３０Ａ  光学軸
６０、８０  露光装置
６２、８２、９８  レーザ
６４、８４  光源
６５  λ／２板
６８、８６、９４  偏光ビームスプリッター
７０Ａ、７０Ｂ、９０Ａ、９０Ｂ  ミラー
７２Ａ、７２Ｂ、９６  λ／４板
９２  レンズ
９９  光検出器
１００  直線偏光子
１０２  λ／４板
１０４  遮光板
１０４ａ  ピンホール
１１０  導光素子
１１２  導光板
１１４  第一回折素子
１１６  第二回折素子
１１８  第三回折素子
１２０  ダブプリズム
１２２  直線偏光子
１２４  λ／４板
Ｍ  レーザ光
ＭＡ，ＭＢ  光線
ＭＰ  Ｐ偏光
ＭＳ  Ｓ偏光
ＰO  直線偏光
ＰR  右円偏光
ＰL  左円偏光
α  交差角
Ｑ  絶対位相
Ｅ  等位相面
Ｓ  サンプル
Ｌ  光
Ｌｒ  反射光
Ｉ0〜Ｉ3  導光板内を伝播する光
Ｐ1〜Ｐ4  位置
Ｒ1〜Ｒ4  光
ＰＴ1、ＰＴ2  螺旋ピッチ
【図１】
0006980901.tif 000037
【図２】
0006980901.tif 000038
【図３】
0006980901.tif 000039
【図４】
0006980901.tif 000040
【図５】
0006980901.tif 000041
【図６】
0006980901.tif 000042
【図７】
0006980901.tif 000043
【図８】
0006980901.tif 000044
【図９】
0006980901.tif 000045
【図１０】
0006980901.tif 000046
【図１１】
0006980901.tif 000047
【図１２】
0006980901.tif 000048
【図１３】
0006980901.tif 000049
【図１４】
0006980901.tif 000050
【図１５】
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【図１６】
0006980901.tif 000052
【図１７】
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【図１８】
0006980901.tif 000054
【図１９】
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【図２０】
0006980901.tif 000056
【図２１】
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【図２２】
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