(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数層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、λ／２板とを、積層してなる光学素子であって、
前記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ものであり、
前記液晶配向パターンの、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おける、前記液晶化合物由来の光学軸の向きが１８０°回転する長さを１周期とした際に、
反射する円偏光の旋回方向が同じで、かつ、選択的な反射波長領域の少なくとも一部が重複する、２層の前記コレステリック液晶層の組み合わせである反射層対を、少なくとも１組、有し、
前記反射層対を構成するコレステリック液晶層の間に、前記λ／２板を有し、
前記反射層対を構成するコレステリック液晶層は、前記液晶化合物由来の光学軸の回転方向および変化の方向が同じであることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記反射層対を構成するコレステリック液晶層は、前記１周期の長さが等しい、請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記反射層対を構成する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、請求項１または２に記載の光学素子。
【請求項４】
前記反射層対を構成するコレステリック液晶層は、同じ前記コレステリック液晶層である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項５】
前記反射層対を、複数組、有し、異なる前記反射層対の間では、前記反射層対を構成するコレステリック液晶層の選択反射中心波長が、互いに異なる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項６】
前記異なる反射層対の間では、
前記反射層対を構成するコレステリック液晶層の前記１周期が、互いに異なる、請求項５に記載の光学素子。
【請求項７】
前記異なる反射層対の間では、
前記反射層対を構成する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、前記１周期の長さの順列とが、一致している、請求項６に記載の光学素子。
【請求項８】
１組の前記反射層対毎に、前記反射層対を構成するコレステリック液晶層の間に、前記λ／２板が設けられる、請求項５〜７のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項９】
選択反射中心波長が互いに異なる前記コレステリック液晶層を、複数層、積層した、同じ前記コレステリック液晶層からなる積層体を、２つ、有し、
前記２つの積層体の間に、前記λ／２板が設けられる、請求項５〜７のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項１０】
前記コレステリック液晶層の選択反射中心波長が、順次、長くなるように、複数組の前記反射層対を配置し、
前記コレステリック液晶層の選択反射中心波長が短い側の前記反射層対を、光入射側とする、請求項５〜９のいずれか１項に記載の光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を反射する光学素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。【０００３】
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。【０００４】
これに対して、特許文献１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】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１６／１９４９６１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１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１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１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１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。【０００７】
しかしながら、コレステリック液晶層は、右円偏光および左円偏光のいずれか一方のみしか反射しない。そのため、コレステリック液晶層への入射光を効率よく利用したい場合であっても、利用できる光量に限界があった。また、コレステリック液晶層を用いて、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の実現が望まれている。【０００８】
本発明の目的は、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】
【０００９】
この課題を解決するために、本発明は、以下の構成を有する。
［１］  複数層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、λ／２板とを、積層してなる光学素子であって、
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ものであり、
液晶配向パターンの、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における、液晶化合物由来の光学軸の向きが１８０°回転する長さを１周期とした際に、
反射する円偏光の旋回方向が同じで、かつ、選択的な反射波長領域の少なくとも一部が重複する、２層のコレステリック液晶層の組み合わせである反射層対を、少なくとも１組、有し、
反射層対を構成するコレステリック液晶層の間に、λ／２板を有することを特徴とする光学素子。
［２］  反射層対を構成するコレステリック液晶層は、１周期の長さが等しい、［１］に記載の光学素子。
［３］  反射層対を構成するコレステリック液晶層は、液晶化合物由来の光学軸の回転方向および変化の方向が同じである、［１］または［２］に記載の光学素子。
［４］  反射層対を構成する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、［１］〜［３］のいずれかに記載の光学素子。
［５］  反射層対を構成するコレステリック液晶層は、同じコレステリック液晶層である、［１］〜［４］のいずれかに記載の光学素子。
［６］  反射層対を、複数組、有し、異なる反射層対の間では、反射層対を構成するコレステリック液晶層の選択反射中心波長が、互いに異なる、［１］〜［５］のいずれかに記載の光学素子。
［７］  異なる反射層対の間では、反射層対を構成するコレステリック液晶層の１周期が、互いに異なる、［６］に記載の光学素子。
［８］  異なる反射層対の間では、反射層対を構成する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、１周期の長さの順列とが、一致している、［７］に記載の光学素子。
［９］  １組の反射層対毎に、反射層対を構成するコレステリック液晶層の間に、λ／２板が設けられる、［６］〜［８］のいずれかに記載の光学素子。
［１０］  選択反射中心波長が互いに異なるコレステリック液晶層を、複数層、積層した、同じコレステリック液晶層からなる積層体を、２つ、有し、２つの積層体の間に、λ／２板が設けられる、［６］〜［８］のいずれかに記載の光学素子。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の光学素子は、コレステリック液晶を用い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。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の光学素子の一例の概念図である。
【図２】図２は、図１に示す光学素子の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３】図３は、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４】図４は、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５】図５は、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６】図６は、本発明の光学素子を説明するためのグラフである。
【図７】図７は、図１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８】図８は、本発明の光学素子のコレステリック液晶層の別の例の概念図である。
【図９】図９は、本発明の光学素子のコレステリック液晶層の別の例の概念図である。
【図１０】図１０は、本発明の光学素子のコレステリック液晶層の別の例の平面図である。
【図１１】図１１は、図１０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１２】図１２は、図８に示す光学素子を備えるＡＲグラスの概念図である。
【図１３】図１３は、光強度の測定方法を説明するための概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の光学素子および導光素子について、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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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コレステリック液晶層と、λ／２板とを、積層してなる光学素子であった、コレステリック液晶層を、複数層、有する。
本発明の光学素子において、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。
本発明の光学素子は、反射する円偏光の旋回方向が同じで、かつ、選択的な反射波長領域の少なくとも一部が重複する、２層のコレステリック液晶層の組み合わせ（本発明における反射層対）を、少なくとも１組（１対）、有し、さらに、コレステリック液晶層の組み合わせを構成する２層のコレステリック液晶層の間にλ／２板を有する。
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、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、従来のコレステリック反射層を用いる光学素子に比して、反射光量も大きい。
【００１８】
［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、緑色光を選択的に反射する光学素子で、第１Ｇ反射層１４ａと、λ／２板１８と、第２Ｇ反射層１４ｂと、を有する。
光学素子１０において、第１Ｇ反射層１４ａおよび第２Ｇ反射層１４ｂは、共に、支持体２０と、Ｇ配向膜２４Ｇと、Ｇ反射コレステリック液晶層２６Ｇと、を有する。光学素子１０は、好ましい態様として、第１Ｇ反射層１４ａと第２Ｇ反射層１４ｂとが、同じものである。
【００１９】
図示は省略するが、第１Ｇ反射層１４ａとλ／２板１８、および、λ／２板１８と第２Ｇ反射層１４ｂとは、層間に設けられた貼合層によって貼り合わされている。
本発明において、貼合層は、貼り合わせの対象となる物同士を貼り合わせられる層であれば、公知の各種の材料からなる層が利用可能である。貼合層としては、貼り合わせる際には流動性を有し、その後、固体になる、接着剤からなる層でも、貼り合わせる際にゲル状（ゴム状）の柔らかい固体で、その後もゲル状の状態が変化しない、粘着剤からなる層でも、接着剤と粘着剤との両方の特徴を持った材料からなる層でもよい。従って、貼合層は、光学透明接着剤（ＯＣＡ（Optical Clear Adhesive））、光学透明両面テープ、および、紫外線硬化型樹脂等の、光学装置および光学素子等でシート状物の貼り合わせに用いられる公知の層を用いればよい。
あるいは、貼合層で貼り合わせるのではなく、第１Ｇ反射層１４ａ、λ／２板１８、および、第２Ｇ反射層１４ｂを積層して、枠体または治具等で保持して、本発明の光学素子を構成してもよい。
【００２０】
また、図示例の光学素子１０は、各反射層毎に支持体２０を有しているが、本発明の光学素子は、各反射層毎に支持体２０を設けなくてもよい。
例えば、本発明の光学素子は、第１Ｇ反射層１４ａ（Ｇ反射コレステリック液晶層２６Ｇ）の表面にλ／２板１８を形成し、λ／２板１８の表面に、第２Ｇ反射層１４ｂのＧ配向膜２４Ｇを形成し、Ｇ配向膜２４Ｇの表面に、第２Ｇ反射層１４ｂのＧ反射コレステリック液晶層２６Ｇを形成してもよい。あるいは、上述の構成から、第１Ｇ反射層１４ａの支持体２０を剥離して、配向膜、コレステリック液晶層およびλ／２板のみで、または、コレステリック液晶層およびλ／２板のみで、本発明の光学素子を構成してもよい。
さらに、図示例の光学素子１０は、λ／２板１８が支持体を有していないが、支持体２０と同様の支持体の表面に、λ／２板１８を形成してもよい。
【００２１】
すなわち、本発明の光学素子は、複数のコレステリック液晶層と、λ／２板とを有し、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一方向に向かって回転する液晶配向パターンを有し、反射する円偏光の旋回方向が同じで、かつ、選択的な反射波長領域の少なくとも一部が重複する、２層のコレステリック液晶層の組み合わせを、少なくとも１組、有し、さらに、コレステリック液晶層の組み合わせの間に、λ／２板が設けられる構成を有すれば、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。
【００２２】
＜支持体＞
第１Ｇ反射層１４ａおよび第２Ｇ反射層１４ｂにおいて、支持体２０は、Ｇ配向膜２４ＧおよびＧ反射コレステリック液晶層２６Ｇを指示するものである。
【００２３】
支持体２０は、Ｇ配向膜２４ＧおよびＧ反射コレステリック液晶層２６Ｇ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。
【００２４】
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、Ｇ配向膜２４ＧおよびＧ反射コレステリック液晶層２６Ｇ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。
【００２５】
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。
【００２６】
＜配向膜＞
第１Ｇ反射層１４ａおよび第２Ｇ反射層１４ｂにおいて、支持体２０の表面にはＧ配向膜２４Ｇが形成される。Ｇ配向膜２４Ｇは、第１Ｇ反射層１４ａおよび第２Ｇ反射層１４ｂのＧ反射コレステリック液晶層２６Ｇ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Ｇ配向膜２４ＧおよびＧ反射コレステリック液晶層２６Ｇに関する説明は、後述するＲ反射部材１２およびＢ反射部材１６等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、第１Ｇ反射層１４ａおよび第２Ｇ反射層１４ｂのＧ配向膜２４Ｇと、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、第１Ｇ反射層１４ａおよび第２Ｇ反射層１４ｂのＧ反射コレステリック液晶層２６Ｇ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。
【００２７】
後述するが、本発明の光学素子１０において、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３参照）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。光学素子１０は、好ましい態様として、第１Ｇ反射層１４ａおよび第２Ｇ反射層１４ｂのＧ反射コレステリック液晶層２６Ｇは、液晶配向パターンにおける１周期の長さが等しい。さらに、光学素子１０は、好ましい態様として、第１Ｇ反射層１４ａおよび第２Ｇ反射層１４ｂは、Ｇ反射コレステリック液晶層２６Ｇの液晶配向パターンにおける、光学軸３０Ａの回転方向、および、光学軸３０Ａが回転しながら変化する方向が、共に同じである。
このような構成を有することにより、第１Ｇ反射層１４ａと第２Ｇ反射層１４ｂとで、緑色光を同じ方向に反射することができる。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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２００７−０７６８３９号公報、特開２００７−１３８１３８号公報、特開２００７−０９４０７１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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
図５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５に示す例は、第１Ｇ反射層１４ａおよび第２Ｇ反射層１４ｂのＧ配向膜２４Ｇを形成する例であるが、後述するＲ配向膜２４ＲおよびＢ配向膜２４Ｂも、同じ露光装置で同様に配向パターンを形成できる。
【００３６】
図５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および７２Ｂは、互いに直交する光学軸を備えている。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。
【００３７】
配向パターンを形成される前のＲ配向膜２４Ｒ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Ｒ配向膜２４Ｒ上において交差させて干渉させ、その干渉光をＧ配向膜２４Ｇに照射して露光する。
この際の干渉により、Ｇ配向膜２４Ｇ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、Ｇ配向膜２４Ｇ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、Ｇ反射コレステリック液晶層２６Ｇ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。
【００３８】
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、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。
【００３９】
＜コレステリック液晶層＞
第１Ｇ反射層１４ａおよび第２Ｇ反射層１４ｂにおいて、Ｇ配向膜２４Ｇの表面には、Ｇ反射コレステリック液晶層２６Ｇが形成される。
なお、図１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、Ｇ反射コレステリック液晶層２６Ｇ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、Ｇ反射コレステリック液晶層２６Ｇは、図２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。この点に関しては、後述するＲ反射コレステリック液晶層２６ＲおよびＢ反射コレステリック液晶層２６Ｂも同様である。
【００４０】
コレステリック液晶層は、波長選択反射性を有する。
Ｇ反射コレステリック液晶層２６Ｇ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もので、緑色光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。
【００４１】
Ｇ反射コレステリック液晶層２６Ｇ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、Ｇ反射コレステリック液晶層２６Ｇ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。
【００４２】
＜＜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λ（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、コレステリック液晶相における螺旋構造のピッチＰとは、すなわち、コレステリック液晶相の螺旋構造における螺旋の周期である。
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
＜＜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い。コレステリック液晶相を固定した構造は、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。
【００４６】
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。
【００４７】
−−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。
【００４８】
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６−０１６６１６号公報、特開平７−１１０４６９号公報、特開平１１−０８００８１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。
【００４９】
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。
【００５０】
−−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号公報および特開２０１０−２４４０３８号公報等に記載のものを好ましく用いることができる。
【００５１】
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％が好ましく、８０〜９９質量％がより好ましく、８５〜９０質量％がさらに好ましい。
【００５２】
−−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−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。
【００５３】
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２００５−０９９２４８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。
【００５４】
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。
【００５５】
−−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。
【００５６】
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２００２−０８０４７８号公報、特開２００２−０８０８５１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。
【００５７】
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。
【００５８】
−−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。
【００５９】
−−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。
【００６０】
−−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。
【００６１】
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。図示例において、コレステリック液晶層とは、Ｒ反射コレステリック液晶層２６Ｒ、Ｇ反射コレステリック液晶層２６ＧおよびＢ反射コレステリック液晶層２６Ｂである。
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
＜＜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、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、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。この点に関しては、後述するＲ反射コレステリック液晶層２６ＲおよびＢ反射コレステリック液晶層２６Ｂも同様である。
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。
【００６７】
図３に、Ｇ反射コレステリック液晶層２６Ｇ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を厚さ方向から見た図である。光学素子１０の厚さ方向とは、すなわち、光学素子１０における各層（膜）の積層方向である。
また、図３では、本発明の光学素子１０の構成を明確に示すために、図１と同様、液晶化合物３０はＧ配向膜２４Ｇの表面の液晶化合物３０のみを示している。
【００６８】
なお、図３では、Ｇ反射コレステリック液晶層２６Ｇを代表例として説明するが、後述するＲ反射コレステリック液晶層２６ＲおよびＢ反射コレステリック液晶層２６Ｂも、後述する液晶配向パターンの１周期の長さΛ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。
【００６９】
図３に示すように、Ｇ配向膜２４Ｇの表面において、Ｇ反射コレステリック液晶層２６Ｇを構成する液晶化合物３０は、下層のＧ配向膜２４Ｇ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、図２および後述する図４では、Ｙ方向は、紙面に直交する方向となる。
また、Ｇ反射コレステリック液晶層２６Ｇを形成する液晶化合物３０は、Ｇ反射コレステリック液晶層２６Ｇ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。
【００７０】
一方、Ｇ反射コレステリック液晶層２６Ｇ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、Ｇ反射コレステリック液晶層２６Ｇ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。
【００７１】
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（ΛG）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３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。図３では、Ｇ反射コレステリック液晶層２６Ｇの１周期Λであるので、１周期Λを『ΛG』と示している。
本発明の光学素子１０において、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。
【００７２】
Ｇ反射コレステリック液晶層２６Ｇ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Ｇ反射コレステリック液晶層２６Ｇ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、Ｇ反射コレステリック液晶層２６Ｇ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４を参照して説明する。
【００７３】
前述のように、Ｇ反射コレステリック液晶層２６Ｇ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１Ｇ反射層１４ａまたは第２Ｇ反射層１４ｂＧに光が入射すると、Ｇ反射コレステリック液晶層２６Ｇ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。
【００７４】
Ｇ反射コレステリック液晶層２６Ｇに入射した緑色光の右円偏光ＧRは、Ｇ反射コレステリック液晶層２６Ｇ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、Ｇ反射コレステリック液晶層２６Ｇ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、Ｇ反射コレステリック液晶層２６Ｇ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、Ｇ反射コレステリック液晶層２６Ｇに入射した緑色光の右円偏光ＧRには、図４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Ｇ反射コレステリック液晶層２６Ｇ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の法線方向に反射され、反射された緑色光の右円偏光ＧRは、ＸＹ面に対して矢印Ｘ方向に傾いた方向に反射される。等位相面Ｅの法線方向とは、等位相面Ｅと直交する方向である。また、ＸＹ面とは、Ｇ反射コレステリック液晶層２６Ｇの主面である。
【００７５】
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。
【００７６】
本発明の光学素子１０において、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。
【００７７】
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。この点に関しては、後述する光学素子５０等も同様である。
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、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。
【００７８】
この点を考慮すると、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以下がより好ましい。
なお、液晶配向パターンの精度等を考慮すると、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。
【００７９】
本発明の光学素子において、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、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、反射する円偏光の旋回方向が同じで、かつ、図６に概念的に示すように、選択的な反射波長領域の少なくとも一部が斜線部で示すように重複する、コレステリック液晶層の組み合わせを、少なくとも１組、有する。選択的な反射波長領域の少なくとも一部が重複するかどうかは、反射光の波長分布を測定することにより確認できる。
さらに、コレステリック液晶層の組み合わせを構成するコレステリック液晶層は、好ましくは、光学軸３０Ａが１８０°回転する１周期Λが等しく、かつ、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の回転方向、ならびに、光学軸３０Ａが回転しながら連続的に変化する方向が等しい。
【００８０】
図示例の光学素子１０においては、第１Ｇ反射層１４ａのＧ反射コレステリック液晶層２６Ｇと、第２Ｇ反射層１４ｂのＧ反射コレステリック液晶層２６Ｇとが、反射する円偏光の旋回方向が同じで、かつ、選択的な反射波長領域の少なくとも一部が重複する、コレステリック液晶層の組み合わせ、すなわち、本発明における反射層対を構成する。
【００８１】
ここで、図示例の光学素子１０は、好ましい態様として、第１Ｇ反射層１４ａと第２Ｇ反射層１４ｂとは、同じものであり、従って同じＧ反射コレステリック液晶層２６Ｇを有する。
すなわち、光学素子１０の第１Ｇ反射層１４ａおよび第２Ｇ反射層１４ｂは、同じ材料を用いて、同じ形成条件（作業条件）で形成された２枚の反射層である。あるいは、光学素子１０の第１Ｇ反射層１４ａおよび第２Ｇ反射層１４ｂは、支持体に、Ｇ配向膜およびＧ反射コレステリック液晶層を形成した、１枚の大きなシート状物を作製して、このシート状物から目的とするサイズのシートを、２枚、切り出すことで作製してもよい。
このような２枚の第１Ｇ反射層１４ａおよび第２Ｇ反射層１４ｂを、液晶配向パターンにおける液晶化合物３０の光学軸３０Ａが連続的に変化する方向を一致させて、積層することで、光学素子１０を構成する。
【００８２】
従って、第１Ｇ反射層１４ａおよび第２Ｇ反射層１４ｂのＧ反射コレステリック液晶層２６Ｇは、反射する円偏光の旋回方向が等しく（右円偏光）、かつ、選択的な反射波長領域が完全に重複している。さらに、液晶配向パターンにおける光学軸３０Ａが１８０°回転する１周期Λが完全に一致し、かつ、液晶配向パターンにおける液晶化合物３０の光学軸３０Ａが連続的に変化する方向（Ｘ方向）、および、光学軸３０Ａの回転方向も等しい（時計回り）。
このような構成を有すことにより、第１Ｇ反射層１４ａで反射する緑色光の反射方向と、第２Ｇ反射層１４ｂで反射する緑色光の反射方向を、好適に一致することができ、目的とする方向への反射光の光量を、好適に向上できる。
【００８３】
しかしながら、本発明の光学素子は、これに制限はされず、反射する円偏光の旋回方向が等しく、かつ、選択的な反射波長領域が重複するコレステリック液晶層の組み合わせを、１組（１組以上）、有すればよい。
以下の説明では、『反射する円偏光の旋回方向が等しく、かつ、選択的な反射波長領域が重複するコレステリック液晶層の組み合わせ』、すなわち、本発明における反射層対を、単に『コレステリック液晶層の組み合わせ』ともいう。
【００８４】
すなわち、本発明の光学素子において、コレステリック液晶層の組み合わせを構成する２層の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６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、コレステリック液晶層の組み合わせを構成する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、コレステリック液晶層の組み合わせを構成する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、図示例のＧ反射コレステリック液晶層２６Ｇのように、選択的な反射波長領域が一致する同じ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。
【００８５】
また、本発明の光学素子において、コレステリック液晶層の組み合わせを構成する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、コレステリック液晶層の組み合わせを構成する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、コレステリック液晶層の組み合わせを構成する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。コレステリック液晶層の組み合わせを構成する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、図示例のＧ反射コレステリック液晶層２６Ｇのように、１周期Λが一致するのがさらに好ましい。
【００８６】
本発明の光学素子において、コレステリック液晶層の組み合わせを構成する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が連続的に変化する方向が異なってもよい。例えば、第１Ｇ反射層のＧ反射コレステリック液晶層の光学軸３０Ａが連続的に変化する方向が矢印Ｘ方向で、第２Ｇ反射層のＧ反射コレステリック液晶層の光学軸３０Ａが連続的に変化する方向が矢印Ｘ方向に対して、１０°傾いた方向であってもよい。
しかしながら、上述の液晶配向パターンを有する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が連続的に変化する方向（または、その逆方向）に、光を傾けて反射する。従って、コレステリック液晶層の組み合わせを構成するコレステリック液晶層による光の反射方向を一致させるためには、コレステリック液晶層の組み合わせを構成する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が連続的に変化する方向を同方向とするのが好ましい。
【００８７】
また、本発明の光学素子において、コレステリック液晶層の組み合わせを構成する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の回転方向が異なってもよい。例えば、第１Ｇ反射層のＧ反射コレステリック液晶層の光学軸３０Ａの回転方向が時計回りで、第２Ｇ反射層のＧ反射コレステリック液晶層の光学軸３０Ａの回転方向が反時計回りであってもよい。
しかしながら、液晶配向パターンにおける光学軸３０Ａの回転方向が逆方向であると、コレステリック液晶層による光の反射方向が逆方向になる。従って、コレステリック液晶層の組み合わせを構成するコレステリック液晶層による光の反射方向を一致させるためには、コレステリック液晶層の組み合わせを構成するコレステリック液晶層は、液晶配向パターンにおける光学軸３０Ａの回転方向を同方向とするのが好ましい。
【００８８】
第１Ｇ反射層１４ａと第２Ｇ反射層１４ｂとの間には、λ／２板１８が設けられる。すなわち、コレステリック液晶層の組み合わせを構成する２層のＧ反射コレステリック液晶層２６Ｇの間には、λ／２板１８が設けられる。言い換えれば、本発明における反射層対を構成する２層のＧ反射コレステリック液晶層２６Ｇの間には、λ／２板１８が設けられる。
λ／２板とは、特定の波長λｎｍにおける面内レターデーションＲｅ（λ）がＲｅ（λ）＝λ／２を満たす板のことをいう。この式は、可視光域のいずれかの波長（例えば、５５０ｎｍ）、または紫外線のいずれかの波長、または赤外線のいずれかの波長において達成されていればよい。また、第１Ｇ反射層１４ａおよび第２Ｇ反射層１４ｂと、λ／２板１８とは、コレステリック液晶層の選択反射中心波長と、λ／２板１８のＲｅ（λ）＝λ／２となる波長とが、一致しているのが好ましい。
なお、前述のように、λ／２板１８は、支持体２０と同様の支持体を有してもよいが、この場合には、λ／２板１８と支持体との組み合わせがλ／２板であることを意図する。
【００８９】
λ／２板１８において、波長５５０ｎｍの面内レターデーションＲｅ（５５０）は特に制限はないが、２５５〜２９５ｎｍが好ましく、２６０〜２９０ｎｍがより好ましく、２６５〜２８５ｎｍがさらに好ましい。前述のように、λ／２板１８が支持体等を有する場合であっても、全体で上記面内レターデーションの範囲を示すのが好ましい。
【００９０】
λ／２板１８は、公知のものが、各種、利用可能である。
一例として、重合性の液晶化合物を重合させてなるλ／２板、ポリマーフィルムからなるλ／２板、２枚のポリマーフィルムを積層したλ／２板、位相差層としてλ／２の位相差を有するλ／２板、および、構造複屈折でλ／２の位相差を発現するλ／２板等が例示される。
【００９１】
以下、図７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７においては、光学素子１０の作用を明確に示すために、第１Ｇ反射層１４ａはＧ反射コレステリック液晶層２６Ｇのみを、第２Ｇ反射層１４ｂはＧ反射コレステリック液晶層２６Ｇのみを、それぞれ示す。また、同様の理由で、図７では、第１Ｇ反射層１４ａ、λ／２板１８および第２Ｇ反射層１４ｂは離間して示す。さらに、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。
【００９２】
前述のように、Ｇ反射コレステリック液晶層２６Ｇ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。
光学素子１０に入射した光は、まず、第２Ｇ反射層１４ｂのＧ反射コレステリック液晶層２６Ｇによって、緑色光の右円偏光ＧRのみが反射され、それ以外の光は透過する。
ここで、Ｇ反射コレステリック液晶層２６Ｇ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。従って、緑色光の右円偏光ＧRは、法線方向ではなく、法線方向に対して矢印Ｘ方向に傾いて反射される。
【００９３】
第２Ｇ反射層１４ｂを透過した光は、次いで、λ／２板１８に入射する。
λ／２板１８に入射して、透過した円偏光は、旋回方向を逆に変換される。従って、第２Ｇ反射層１４ｂを透過した緑色光の左円偏光ＧLは、λ／２板１８によって緑色光の右円偏光ＧRに変換される。
【００９４】
λ／２板１８を透過した光は、次いで、第１Ｇ反射層１４ａに入射する。第２Ｇ反射層１４ｂと同様、第１Ｇ反射層１４ａのＧ反射コレステリック液晶層２６Ｇも、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。
従って、緑色光の右円偏光ＧRは、Ｇ反射コレステリック液晶層２６Ｇによって反射される。ここで、第１Ｇ反射層１４ａのＧ反射コレステリック液晶層２６Ｇと、第２Ｇ反射層１４ｂのＧ反射コレステリック液晶層２６Ｇとは、同じものである。従って、第１Ｇ反射層１４ａのＧ反射コレステリック液晶層２６Ｇによって反射された緑色光の右円偏光ＧRは、第２Ｇ反射層１４ｂのＧ反射コレステリック液晶層２６Ｇによって反射された緑色光の右円偏光ＧRと、同じ方向に反射される。
【００９５】
第１Ｇ反射層１４ａのＧ反射コレステリック液晶層２６Ｇによって反射された緑色光の右円偏光ＧRは、次いで、λ／２板１８に入射する。λ／２板１８に入射して、透過した緑色光の右円偏光ＧRは、先と同様に旋回方向を逆方向に変換され、緑色光の左円偏光ＧLとなる。
λ／２板１８を透過した緑色光の左円偏光ＧLは、次いで、第２Ｇ反射層１４ｂに入射する。前述のように、第２Ｇ反射層１４ｂのＧ反射コレステリック液晶層２６Ｇは、緑色光の右円偏光ＧRのみを反射し、それ以外の光は透過する。従って、第２Ｇ反射層１４ｂ（Ｇ反射コレステリック液晶層２６Ｇ）に入射した緑色光の左円偏光ＧLは、そのまま透過して、光学素子１０の反射光となる。
【００９６】
前述のように、特許文献１等に示される従来のコレステリック液晶層を利用する反射光学素子は、右円偏光および左円偏光のいずれか一方の円偏光のみしか反射しない。そのため、従来のコレステリック液晶層を利用する反射光学素子は、用途によっては、反射光量が不十分になってしまう場合も有る。
これに対し、反射する円偏光の旋回方向が同じで、かつ、選択的な反射波長領域の少なくとも一部が重複するコレステリック液晶層の組み合わせを有し、このコレステリック液晶層の組み合わせを構成するコレステリック液晶層の間に、λ／２板を有する本発明の光学素子は、右円偏光および左円偏光の両方を反射できるので、従来のコレステリック液晶層を利用する光学素子に比して、鏡面反射に対して角度を有する方向への反射光量（反射率）を大幅に向上できる。
【００９７】
また、好ましくは、図示例の光学素子１０のように、液晶配向パターンの１周期Λの長さが一致し、さらに、液晶配向パターンにおける光学軸の回転方向、および、光学軸の変化の方向を一致させることにより、コレステリック液晶層の組み合わせを構成するコレステリック液晶層による光の反射方向を一致させることができるので、鏡面反射ではない所定の方向に、非常に高光量の光を反射できる。
【００９８】
［第２の実施形態］
図８に、本発明の光学素子の別の例を概念的に示す。
図１に示す光学素子１０は、緑色光のみを反射するモノクロ画像等に対応する光学素子であったが、図８に示す光学素子５０は、赤色光、緑色光および青色光を反射する、フルカラー画像等に対応する光学素子である。
【００９９】
図８に示す光学素子５０は、赤色光を選択的に反射するＲ反射部材１２と、緑色光を選択的に反射するＧ反射部材１４と、青色光を選択的に反射するＢ反射部材１６と、を有する。各反射部材は、前述の第１Ｇ反射層１４ａおよびλ／２板１８Ｇ等と同様、層間に設けられた貼合層によって貼り合わされている。
また、Ｒ反射部材１２は、第１Ｒ反射層１２ａと、λ／２板１８Ｒと、第２Ｒ反射層１２ｂと、を有する。Ｇ反射部材１４は、第１Ｇ反射層１４ａと、λ／２板１８Ｇと、第２Ｇ反射層１４ｂと、を有する。Ｂ反射部材１６は、第１Ｂ反射層１６ａと、λ／２板１８Ｂと、第２Ｂ反射層１６ｂと、を有する。
ここで、Ｇ反射部材１４のλ／２板１８Ｇは、前述のλ／２板１８と同じものである。すなわち、Ｇ反射部材１４は、上述した光学素子１０と同様のものである。
【０１００】
Ｒ反射部材１２を構成する第１Ｒ反射層１２ａおよび第２Ｒ反射層１２ｂは、支持体２０と、Ｒ配向膜２４Ｒと、Ｒ反射コレステリック液晶層２６Ｒと、を有する。Ｒ反射部材１２では、第１Ｒ反射層１２ａのＲ反射コレステリック液晶層２６Ｒと、第２Ｒ反射層１２ｂのＲ反射コレステリック液晶層２６Ｒとが、反射する円偏光の旋回方向が同じで、かつ、選択的な反射波長領域の少なくとも一部が重複する、コレステリック液晶層の組み合わせ、すなわち、本発明における反射層対を構成する。
Ｇ反射部材１４を構成する第１Ｇ反射層１４ａおよび第２Ｇ反射層１４ｂは、上述した光学素子１０と同様、支持体２０と、Ｇ配向膜２４Ｇと、Ｇ反射コレステリック液晶層２６Ｇと、を有する。
Ｂ反射部材１６を構成する第１Ｂ反射層１６ａおよび第２Ｂ反射層１６ｂは、支持体２０と、Ｂ配向膜２４Ｂと、Ｂ反射コレステリック液晶層２６Ｂと、を有する。Ｂ反射部材１６では、第１Ｂ反射層１６ａのＢ反射コレステリック液晶層２６Ｂと、第２Ｂ反射層１６ｂのＢ反射コレステリック液晶層２６Ｂとが、反射する円偏光の旋回方向が同じで、かつ、選択的な反射波長領域の少なくとも一部が重複する、コレステリック液晶層の組み合わせ、すなわち、本発明における反射層対を構成する。
【０１０１】
上述のように、図８に示す光学素子５０は、赤色光、緑色光および青色光を反射するものである。従って、Ｒ反射部材１２におけるコレステリック液晶層の組み合わせを構成するコレステリック液晶層と、Ｇ反射部材１４におけるコレステリック液晶層の組み合わせを構成するコレステリック液晶層と、Ｂ反射部材１６におけるコレステリック液晶層の組み合わせを構成するコレステリック液晶層とでは、コレステリック液晶層の選択反射中心波長が、互いに異なる。
すなわち、Ｒ反射部材１２を構成するコレステリック液晶層の組み合わせと、Ｇ反射部材１４を構成するコレステリック液晶層の組み合わせと、Ｂ反射部材１６を構成するコレステリック液晶層の組み合わせとは、重複する選択的な反射波長領域は、互いに異なる。
言い換えれば、図８に示す光学素子５０は、コレステリック液晶層の組み合わせを構成するコレステリック液晶層の選択反射中心波長が互いに異なる、本発明の光学素子を、３つ、積層した構成を有するものである。
【０１０２】
Ｇ反射部材１４を構成する第１Ｇ反射層１４ａおよび第２Ｇ反射層１４ｂと同様、Ｒ反射部材１２を構成する第１Ｒ反射層１２ａおよび第２Ｒ反射層１２ｂ、ならびに、Ｂ反射部材１６を構成する第１Ｂ反射層１６ａおよび第２Ｂ反射層１６ｂは、好ましい態様として、同じものである。
従って、Ｒ反射部材１２を構成する第１Ｒ反射層１２ａと第２Ｒ反射層１２ｂ、ならびに、Ｂ反射部材１６を構成する第１Ｂ反射層１６ａおよび第２Ｂ反射層１６ｂも、それぞれを構成するコレステリック反射層の組み合わせは、反射する円偏光の旋回方向が等しく（右円偏光）、かつ、選択的な反射波長領域が完全に重複している。
【０１０３】
また、Ｒ反射部材１２を構成する第１Ｒ反射層１２ａおよび第２Ｒ反射層１２ｂ、ならびに、Ｂ反射部材１６を構成する第１Ｂ反射層１６ａおよび第２Ｂ反射層１６ｂも、前述の光学素子１０を構成する第１Ｇ反射層１４ａおよび第２Ｇ反射層１４ｂと同様に、液晶配向パターンにおける液晶化合物３０の光学軸３０Ａが連続的に変化する方向を一致させて、積層することで、各反射層を構成する。
従って、Ｒ反射部材１２を構成する第１Ｒ反射層１２ａと第２Ｒ反射層１２ｂ、ならびに、Ｂ反射部材１６を構成する第１Ｂ反射層１６ａおよび第２Ｂ反射層１６ｂも、それぞれを構成するコレステリック反射層の組み合わせは、液晶配向パターンにおける光学軸３０Ａが１８０°回転する１周期Λが完全に一致し、かつ、液晶配向パターンにおける液晶化合物３０の光学軸３０Ａが連続的に変化する方向（Ｘ方向）、および、光学軸３０Ａの回転方向も等しい（時計回り）。
【０１０４】
但し、本発明の光学素子において、各反射層を構成するコリック液晶層の組み合わせは、この構成に制限はされず、コレステリック液晶層の組み合わせを構成するコレステリック液晶層において、１周期Λ等が互いに異なってもよいのは、上述した光学素子１０と同様である。
【０１０５】
Ｒ反射部材１２およびＢ反射部材１６において、支持体２０は、上述した光学素子１０の支持体２０と同様のものである。
【０１０６】
また、Ｒ反射部材１２およびＢ反射部材１６において、Ｒ配向膜２４ＲおよびＢ配向膜２４Ｂは、基本的に、前述のＧ配向膜２４Ｇと同様のものである。
すなわち、Ｒ配向膜２４Ｒは、Ｒ反射部材１２のＲ反射コレステリック液晶層２６Ｒ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。また、Ｂ配向膜２４Ｂは、Ｂ反射部材１６のＢ反射コレステリック液晶層２６Ｂ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。
【０１０７】
ここで、後に詳述するが、光学素子５０においては、好ましい態様として、Ｒ反射部材１２と、Ｇ反射部材１４と、Ｂ反射部材１６とで、それぞれを構成するコレステリック液晶層の液晶配向パターンにおける光学軸３０Ａの向きが１８０°回転する長さである１周期Λが互いに異なる。
また、光学素子５０は、より好ましい態様として、Ｒ反射部材１２と、Ｇ反射部材１４と、Ｂ反射部材１６とで、各反射層を構成するコレステリック液晶層の選択反射中心波長の長さの順列と、１周期Λの順列とが、一致している。
光学素子５０において、各反射部材の各反射層を構成するコレステリック液晶層の選択反射中止波長の長さは、『Ｒ反射部材１２＞Ｇ反射部材１４＞Ｂ反射部材１６』であるので、各反射層を構成するコレステリック液晶層の液晶配向パターンの１周期Λの長さも『Ｒ反射部材１２＞Ｇ反射部材１４＞Ｂ反射部材１６』となる。
従って、各反射層の配向膜は、各コレステリック液晶層が、この液晶配向パターンを形成できるように、形成される。
【０１０８】
Ｒ反射部材１２のＲ反射コレステリック液晶層２６は、赤色光の右円偏光ＲRを反射して、それ以外の光を透過するもので、赤色光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。
Ｂ反射部材１６のＢ反射コレステリック液晶層２６Ｂは、青色光の右円偏光ＢRを反射して、それ以外の光を透過するもので、青色光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。
【０１０９】
Ｇ反射コレステリック液晶層２６Ｇと同様、Ｒ反射コレステリック液晶層２６ＲおよびＢ反射コレステリック液晶層２６Ｂ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、Ｒ反射コレステリック液晶層２６ＲおよびＢ反射コレステリック液晶層２６Ｂは、共に、コレステリック構造を有する液晶化合物３０からなる層である。
Ｒ反射部材１２およびＢ反射部材１６において、Ｒ反射コレステリック液晶層２６およびＢ反射コレステリック液晶層２６Ｂは、選択反射中心波長および液晶配向パターンにおける１周期Λが異なる以外は、基本的に、上述したＧ反射コレステリック液晶層２６Ｇと同様のものである。
【０１１０】
通常のコレステリック液晶層は、入射した光を鏡面反射する。
これに対して、Ｒ反射コレステリック液晶層２６ＲおよびＢ反射コレステリック液晶層２６Ｂは、上述したＧ反射コレステリック液晶層２６Ｇと同様、面内で光学軸３０Ａ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。
前述のように、このような液晶配向パターンを有するコレステリック液晶層は、入射した光を、鏡面反射ではなく、鏡面反射に対して光学軸３０Ａが連続的に回転して変化する矢印Ｘ方向に傾けて反射する。例えば、法線方向（正面）から入射した光を、法線方向ではなく、法線方向に対して矢印Ｘ方向に傾けて反射する。
【０１１１】
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、図８に示す光学素子のように、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１周期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、赤色光、緑色光および青色光の領域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１周期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、赤色画像と緑色画像と青色画像とが一致しない、いわゆる色ズレを有する画像が観察されてしまう。
【０１１２】
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（図３参照）。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。
以下の説明では、各コレステリック液晶層における１周期Λを識別するために、Ｒ反射コレステリック液晶層２６Ｒにおける１周期Λを『ΛR』、Ｇ反射コレステリック液晶層２６Ｇにおける１周期Λを『ΛG』、Ｂ反射コレステリック液晶層２６Ｂにおける１周期Λを『ΛB』、とも言う。
【０１１３】
これに対応して、図８に示す光学素子５０では、各反射層を構成するコレステリック液晶層の選択反射中心波長の順列と、１周期Λの順列とが、一致している。
すなわち、Ｒ反射コレステリック液晶層２６Ｒの選択反射中心波長をλR、Ｇ反射コレステリック液晶層２６Ｇの選択反射中心波長をλG、および、Ｂ反射コレステリック液晶層２６Ｂの選択反射中心波長をλBとすると、図示例の光学素子１０では、選択反射中心波長は、『λR＞λG＞λB』であるので、各コレステリック液晶層の液晶配向パターンの１周期Λは図１に示すように、『１周期ΛR＞１周期ΛG＞１周期ΛB』となっている。
【０１１４】
なお、本発明の光学素子では、各反射層を構成するコレステリック液晶層の組み合わせにおいて、組み合わせを構成するコレステリック液晶層の選択反射中心波長および／または１周期Λが異なる場合もある。
この場合には、光学素子を構成する全てのコレステリック液晶層を対象として、各反射層を構成するコレステリック液晶層の選択反射中心波長の順列と、１周期Λの順列とが、一致しているのが好ましく、また、以下に示す条件を満たすのがより好ましい。
【０１１５】
前述のように、液晶化合物３０の光学軸３０Ａが回転するコレステリック液晶層による光の入射方向に対する反射角度は、光の波長が長いほど大きい。他方、液晶化合物３０の光学軸３０Ａが回転するコレステリック液晶層による光の入射方向に対する反射角度は、１周期Λが短いほど、大きくなる。
従って、選択反射中心波長が異なるコレステリック液晶層を用いる複数の反射層において、選択反射中心波長の順列と、１周期Λの順列とが一致している図８に示す光学素子５０によれば、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。そのため、光学素子５０を、例えば、ＡＲグラスにおいて、導光板への光の入射部材および導光板からの光の出射部材として用いることにより、１枚の導光板で、色ズレを生じることなく、赤色画像、緑色画像および青色画像を伝播して、適正な画像を使用者に表示できる。
しかも、本発明の光学素子は、コレステリック液晶層で光を反射するので、液晶配向パターンにおける１周期Λの調節によって、光の反射角度も高い自由度で調節可能である。
【０１１６】
前述のように、本発明の光学素子５０においては、コレステリック液晶層の選択反射中心波長と、液晶配向パターンの１周期Λとは、選択反射中心波長が異なる複数のコレステリック液晶層で順列が一致しているのが好ましい。
ここで、光学素子５０は、Ｒ反射部材１２、Ｇ反射部材１４およびＢ反射部材１６の積層方向において、いずれか一方の表面から見た際に、
１層目の反射層を構成するコレステリック液晶層の選択反射中心波長をλ1；
ｎ層目（ｎは２以上の整数）の反射層を構成するコレステリック液晶層の選択反射中心波長をλn；
１層目の反射層を構成する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をΛ1；
ｎ層目の反射層を構成する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をΛn；  とした際に、下記の式（１）を満たすのが好ましい。
０．８×［（λn／λ1）Λ1］≦Λn≦１．２×［（λn／λ1）Λ1］・・・  式（１）
また、本発明の光学素子は、下記の式（２）を満たすのがより好ましい。
０．９×［（λn／λ1）Λ1］≦Λn≦１．１×［（λn／λ1）Λ1］・・・  式（２）
さらに、本発明の光学素子は、下記の式（３）を満たすのがさらに好ましい。
０．９５×［（λn／λ1）Λ1］≦Λn≦１．０５×［（λn／λ1）Λ1］・・  式（３）
各コレステリック液晶層の選択反射中心波長λと、液晶配向パターンにおける１周期Λとが、式（１）を満たすことにより、各波長の光の反射角度を、より好適に一致させることができ、より光の反射角度の波長依存性を小さくできる。
【０１１７】
異なる色の光を反射する反射部材を積層した光学素子５０において、反射部材の積層順には、制限はない。
ここで、本発明においては、図８の光学素子５０のように、反射部材の積層方向に向かって、反射部材を構成するコレステリック液晶層の選択反射中心波長が、順次、長くなるように、各反射層を積層するのが好ましい。
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。これに対して、異なる色の光を反射する反射部材を、反射部材を構成するコレステリック液晶層の選択反射中心波長の順番に積層することで、選択反射中心波長が短い側を光入射側にして、ブルーシフトによる影響を低減できる。
【０１１８】
Ｒ反射部材１２において、第１Ｒ反射層１２ａと第２Ｒ反射層１２ｂとの間には、λ／２板１８Ｒを有する。すなわち、コレステリック液晶層の組み合わせを構成する２層のＲ反射コレステリック液晶層２６Ｒの間には、λ／２板１８Ｒが設けられる。
Ｂ反射部材１６において、第１Ｂ反射層１６ａと第２Ｂ反射層１６ｂとの間には、λ／２板１８Ｂを有する。すなわち、コレステリック液晶層の組み合わせを構成する２層のＢ反射コレステリック液晶層２６Ｂの間には、λ／２板１８Ｂが設けられる。
λ／２板１８Ｒおよびλ／２板１８Ｂは、共に、λ／２板１８（λ／２板１８Ｇ）と同様のものであり、特定の波長λｎｍにおける面内レターデーションＲｅ（λ）がＲｅ（λ）＝λ／２を満たす板である。
【０１１９】
λ／２板１８Ｒおよびλ／２板１８Ｂは、λ／２板１８と同じでもよい。すなわち、λ／２板１８Ｒおよびλ／２板１８Ｂは、波長５５０ｎｍの面内レターデーションＲｅ（５５０）がＲｅ（５５０）＝λ／２を満たすものでもよい。
好ましくは、λ／２板１８Ｒは、波長６３５ｎｍにおける面内レターデーションＲｅ（６３５）がＲｅ（６３５）＝λ／２を満たす。λ／２板１８Ｒにおいて、波長６３５ｎｍの面内レターデーションＲｅ（６３５）には特に制限はないが、２９７〜３３８ｎｍが好ましく、３０２〜３３３ｎｍがより好ましく、３０７〜３２８ｎｍがさらに好ましい。
また、好ましくは、λ／２板１８Ｂは、波長４５０ｎｍにおける面内レターデーションＲｅ（４５０）がＲｅ（４５０）＝λ／２を満たす。λ／２板１８Ｂにおいて、波長４５０ｎｍの面内レターデーションＲｅ（４５０）には特に制限はないが、２０５〜２４５ｎｍが好ましく、２１０〜２４０ｎｍがより好ましく、２１５〜２３５ｎｍがさらに好ましい。
【０１２０】
以下、光学素子５０の作用を説明する。
図８に示す光学素子５０において、Ｒ反射部材１２およびＢ反射部材１６は、選択的に反射する光の波長領域が異なる以外は、基本的に、光学素子１０すなわちＧ反射部材１４と同様の作用を有する。
光学素子５０に入射した光は、まず、Ｂ反射部材１６の第２Ｂ反射層１６ｂのＢ反射コレステリック液晶層２６Ｂによって、青色光の右円偏光ＢRのみが反射され、それ以外の光は透過する。Ｂ反射コレステリック液晶層２６Ｂは、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。従って、青色光の右円偏光ＢRは、法線方向ではなく、矢印Ｘ方向に傾いて反射される。
【０１２１】
第２Ｇ反射層１４ｂを透過した光は、次いで、λ／２板１８Ｂに入射する。
λ／２板１８Ｂに入射して、透過した円偏光は、旋回方向を逆に変換される。従って、λ／２板１８Ｂを透過した青色光の左円偏光ＢLは、青色光の右円偏光ＢRにそれぞれ変換される。
【０１２２】
λ／２板１８Ｂを透過した光は、次いで、Ｂ反射部材１６の第１Ｂ反射層１６ａに入射する。第２Ｂ反射層１６ｂと同様、第１Ｂ反射層１６ａのＢ反射コレステリック液晶層２６Ｂも、青色光の右円偏光ＢRを選択的に反射し、それ以外の光を透過する。ここで、第１Ｂ反射層１６ａのＢ反射コレステリック液晶層２６Ｂと、第２Ｂ反射層１６ｂのＢ反射コレステリック液晶層２６Ｂとは、同じものである。従って、第１Ｂ反射層１６ａのＢ反射コレステリック液晶層２６Ｂによって反射された青色光の右円偏光ＢRは、第２Ｂ反射層１６ｂのＢ反射コレステリック液晶層２６Ｂによって反射された緑色光の右円偏光ＧRと、同じ方向に反射される。
【０１２３】
第１Ｂ反射層１６ａのＢ反射コレステリック液晶層２６Ｂによって反射された青色光の右円偏光ＢRは、次いで、λ／２板１８Ｂに入射、透過して青色光の左円偏光ＢLとなり、第２Ｂ反射層１６ｂを透過して、光学素子１０の反射光となる。
【０１２４】
一方、Ｂ反射部材１６を透過した光は、次いで、Ｇ反射部材１４の第２Ｇ反射層１４ｂのＧ反射コレステリック液晶層２６Ｇによって、緑色光の右円偏光ＧRのみが反射され、それ以外の光は透過する。
Ｇ反射コレステリック液晶層２６Ｇは、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。従って、緑色光の右円偏光ＧRは、法線方向ではなく、矢印Ｘ方向に傾いて反射される。
【０１２５】
第２Ｇ反射層１４ｂのＧ反射コレステリック液晶層２６Ｇによって反射された緑色光の右円偏光ＧRは、Ｂ反射部材１６に入射して、第１Ｂ反射層１６ａを透過して、次いで、λ／２板１８Ｂによって緑色光の左円偏光ＧLに変換され、第２Ｂ反射層１６ｂを透過して、光学素子１０の反射光となる。
【０１２６】
一方、第２Ｇ反射層１４ｂを透過した光は、次いで、λ／２板１８Ｇに入射する。
λ／２板１８Ｇに入射して、透過した円偏光は、旋回方向を逆に変換される。従って、λ／２板１８Ｇを透過した緑色光の左円偏光ＧLは、緑色光の右円偏光ＧRに変換される。
【０１２７】
λ／２板１８Ｇを透過した光は、次いで、第１Ｇ反射層１４ａに入射する。第２Ｇ反射層１４ｂと同様、第１Ｇ反射層１４ａのＧ反射コレステリック液晶層２６Ｇも、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。
従って、緑色光の右円偏光ＧRは、Ｇ反射コレステリック液晶層２６Ｇによって反射される。ここで、第１Ｇ反射層１４ａのＧ反射コレステリック液晶層２６Ｇと、第２Ｇ反射層１４ｂのＧ反射コレステリック液晶層２６Ｇとは、同じものである。従って、第１Ｇ反射層１４ａのＧ反射コレステリック液晶層２６Ｇによって反射された緑色光の右円偏光ＧRは、第２Ｇ反射層１４ｂのＧ反射コレステリック液晶層２６Ｇによって反射された緑色光の右円偏光ＧRと、同じ方向に反射される。
【０１２８】
第１Ｇ反射層１４ａのＧ反射コレステリック液晶層２６Ｇによって反射された緑色光の右円偏光ＧRは、次いで、λ／２板１８Ｇに入射、透過して緑色光の左円偏光ＧLとなり、第２Ｇ反射層１４ｂを透過して、Ｂ反射部材１６に入射する。
Ｂ反射部材１６に入射した緑色光の左円偏光ＧLは、第１Ｂ反射層１６ａを透過して、次いで、λ／２板１８Ｂによって緑色光の右円偏光ＧRに変換され、第２Ｂ反射層１６ｂを透過して、光学素子１０の反射光となる。
【０１２９】
一方、Ｇ反射部材１４を透過した光は、次いで、Ｒ反射部材１２の第２Ｒ反射層１２ｂのＲ反射コレステリック液晶層２６Ｒによって、赤色光の右円偏光ＲRのみが反射され、それ以外の光は透過する。
Ｒ反射コレステリック液晶層２６Ｒは、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。従って、緑色光の右円偏光ＧRは、法線方向ではなく、矢印Ｘ方向に傾いて反射される。
【０１３０】
第２Ｒ反射層１２ｂのＲ反射コレステリック液晶層２６Ｒによって反射された赤色光の右円偏光ＲRは、Ｇ反射部材１４に入射して、第１Ｇ反射層１４ａを透過して、次いで、λ／２板１８Ｇによって赤色光の左円偏光ＲLに変換され、第２Ｇ反射層１４ｂを透過して、Ｂ反射層に入射する。
Ｂ反射部材１６に入射した赤色光の左円偏光ＲLは、第１Ｂ反射層１６ａを透過して、次いで、λ／２板１８Ｂによって赤色光の右円偏光ＲRに変換され、第２Ｂ反射層１６ｂを透過して、光学素子１０の反射光となる。
【０１３１】
一方、第２Ｒ反射層１２ｂを透過した光は、次いで、λ／２板１８Ｒに入射する。
λ／２板１８Ｒに入射して、透過した円偏光は、旋回方向を逆に変換される。従って、λ／２板１８Ｒを透過した赤色光の左円偏光ＲLは、赤色光の右円偏光ＲRに変換される。
【０１３２】
λ／２板１８Ｒを透過した光は、次いで、第１Ｒ反射層１２ａに入射する。第２Ｒ反射層１２ｂと同様、第１Ｒ反射層１２ａのＲ反射コレステリック液晶層２６Ｒも、赤色光の右円偏光ＲRを選択的に反射し、それ以外の光を透過する。
従って、赤色光の右円偏光ＲRは、Ｒ反射コレステリック液晶層２６Ｒによって反射される。ここで、第１Ｒ反射層１２ａのＲ反射コレステリック液晶層２６Ｒと、第２Ｒ反射層１２ｂのＲ反射コレステリック液晶層２６Ｒとは、同じものである。従って、第１Ｒ反射層１２ａのＲ反射コレステリック液晶層２６Ｒによって反射された赤色光の右円偏光ＲRは、第２Ｒ反射層１２ｂのＲ反射コレステリック液晶層２６Ｒによって反射された赤色光の右円偏光ＲRと、同じ方向に反射される。
【０１３３】
第１Ｒ反射層１２ａのＲ反射コレステリック液晶層２６Ｒによって反射された赤色光の右円偏光ＲRは、次いで、λ／２板１８Ｒに入射、透過して赤色光の左円偏光ＲLに変換され、第２Ｒ反射層１２ｂを透過して、Ｇ反射部材１４に入射する。
Ｇ反射部材１４に入射した赤色光の左円偏光ＲLは、第１Ｇ反射層１４ａを透過して、次いで、λ／２板１８Ｇによって赤色光の右円偏光ＲRに変換され、第２Ｇ反射層１４ｂを透過して、Ｂ反射部材１６に入射する。
Ｂ反射部材１６に入射した赤色光の右円偏光ＲRは、第１Ｂ反射層１６ａを透過して、次いで、λ／２板１８Ｂによって赤色光の左円偏光ＲLに変換され、第２Ｂ反射層１６ｂを透過して、光学素子１０の反射光となる。
【０１３４】
以上のように、本発明の光学素子５０によれば、赤色光、緑色光および青色光の右円偏光および左円偏光を、同じ方向に反射できるので、赤色光、緑色光および青色光のそれぞれで、高光量の反射光を所定の方向に反射できる。
また、光学素子５０は、選択反射中心波長が異なるコレステリック液晶層を用いるＲ反射部材１２、Ｇ反射部材１４およびＢ反射部材１６において、コレステリック液晶層の選択反射中心波長の順列と、液晶配向パターンの１周期Λの順列とが一致している。そのため、光の反射角度の波長依存性を大幅に少なくして、赤色光、緑色光および青色光を、ほぼ同じ方向に反射できる。そのため、光学素子５０を、例えば、ＡＲグラスにおいて、導光板への光の入射部材および導光板からの光の出射部材として用いることにより、１枚の導光板で、色ズレを生じることなく、赤色画像、緑色画像および青色画像を伝播して、適正な画像を使用者に表示できる。
【０１３５】
なお、本発明の光学素子は、Ｒ反射部材１２、Ｇ反射部材１４およびＢ反射部材１６を有するものに制限はされず、Ｒ反射部材１２およびＧ反射部材１４のみを有するものでも、Ｒ反射部材１２およびＢ反射部材１６のみを有するものでも、Ｇ反射部材１４およびＢ反射部材１６のみを有するものでもよい。
この点に関しては、後に詳述する。
【０１３６】
［第３の実施形態］
図９に、本発明の光学素子の別の例の概念図を示す。なお、図９に示す光学素子５２は、上述の図８に示す光学素子と同じ部材を多く有するので、同じ部材には同じ符号を付し、以下の説明は異なる点を主に行う。
図８に示す光学素子５０は、１組のコレステリック液晶層の組み合わせ毎に、コレステリック液晶層の間にλ／２板を有する。これに対し、図９に示す光学素子５２は、間にλ／２板を挟まずに、選択反射中心波長の異なるコレステリック液晶層を用いる反射層を、複数層、積層した積層体を、２つ、有し、この２つの積層体の間に、λ／２板を有する。
【０１３７】
図９に示す光学素子５２は、Ｒ反射部材１２の第１Ｒ反射層１２ａと第２Ｒ反射層１２ｂとを分離し、Ｇ反射部材１４の第１Ｇ反射層１４ａと第２Ｇ反射層１４ｂとを分離し、Ｂ反射部材１６の第１Ｂ反射層１６ａと第２Ｂ反射層１６ｂとを分離している。
その上で、第１Ｒ反射層１２ａと第１Ｇ反射層１４ａと第１Ｂ反射層１６ａとの積層体、および、第２Ｒ反射層１２ｂと第２Ｇ反射層１４ｂと第２Ｂ反射層１６ｂとの積層体を作製し、積層体の間に、λ／２板１８Ｚを配置している。
【０１３８】
すなわち、この構成では、選択反射中心波長の異なるコレステリック液晶層を積層した。２つの積層体の間にλ／２板１８Ｚを配置する。
これにより、コレステリック液晶層の組み合わせを構成するコレステリック液晶層である第１Ｒ反射層１２ａおよび第２Ｒ反射層１２ｂのＲ反射コレステリック液晶層２６Ｒの間、コレステリック液晶層の組み合わせを構成するコレステリック液晶層である第１Ｇ反射層１４ａおよび第２Ｇ反射層１４ｂのＧ反射コレステリック液晶層２６Ｇの間、および、コレステリック液晶層の組み合わせを構成するコレステリック液晶層である第１Ｂ反射層１６ａおよび第２Ｂ反射層１６ｂのＢ反射コレステリック液晶層２６Ｂの間に、λ／２板１８Ｚを配置して、本発明の光学素子を構成している。
【０１３９】
このような光学素子５２でも、赤色光、緑色光および青色光の右円偏光および左円偏光を反射して、高光量の反射光が得られる。
すなわち、光学素子５２に光が入射すると、まず、第２Ｂ反射層１６ｂのＢ反射コレステリック液晶層２６Ｂで青色光の右円偏光が反射され、次いで、第２Ｇ反射層１４ｂのＧ反射コレステリック液晶層２６Ｇで緑色光の右円偏光が反射され、次いで、第２Ｒ反射層１２ｂのＲ反射コレステリック液晶層２６Ｒで赤色光の右円偏光が反射される。
また、第２Ｒ反射層１２ｂと第２Ｇ反射層１４ｂと第２Ｂ反射層１６ｂとの積層体を透過した光は、λ／２板１８Ｚに入射、透過して、左円偏光が右円偏光に変換される。
λ／２１８Ｚを透過した光は、まず、第１Ｂ反射層１６ａのＢ反射コレステリック液晶層２６Ｂで青色光の右円偏光が反射され、次いで、第１Ｇ反射層１４ａのＧ反射コレステリック液晶層２６Ｇで緑色光の右円偏光が反射され、次いで、第１Ｒ反射層１２ａのＲ反射コレステリック液晶層２６Ｒで赤色光の右円偏光が反射される。
【０１４０】
前述のように、光学素子５２は、光学素子５０と同様の第１Ｒ反射層１２ａおよび第２Ｒ反射層１２ｂと、第１Ｇ反射層１４ａおよび第２Ｇ反射層１４ｂと、第１Ｂ反射層１６ａおよび第２Ｂ反射層１６ｂと、を用いている。
従って、赤色光、緑色光および青色光の右円偏光および左円偏光を、同じ方向に反射できるので、高光量の反射光を所定の方向に反射できる。
また、図示例の光学素子５２は、選択反射中心波長が異なるコレステリック液晶層を用いるＲ反射部材１２、Ｇ反射部材１４およびＢ反射部材１６において、コレステリック液晶層の選択反射中心波長の順列と、液晶配向パターンの１周期Λの順列とが一致しているので、光の反射角度の波長依存性を大幅に少なくして、赤色光、緑色光および青色光を、ほぼ同じ方向に反射できる。
さらに、光学素子５２においても、積層方向に向かって、コレステリック液晶層の選択反射中心波長が、順次、長くなるように、各反射層を積層することにより、前述の光学素子５０と同様、ブルーシフトによる影響を低減できる。
【０１４１】
図９に示す光学素子５２において、λ／２板１８Ｚは、前述のλ／２板１８等と同様のものでもよい。
ここで、光学素子５２は、１層のλ／２板１８Ｚで、赤色光、緑色光および青色光に対応する。そのため、λ／２板１８Ｚは、複屈折率が逆分散となる液晶材料を用いて構成する（逆分散性を有する位相差板を用いる）等によって、広い波長領域の光に対応できるようにするのが好ましい。
【０１４２】
［第４の実施形態］
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。
【０１４３】
一例として、図１０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、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、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。
【０１４４】
なお、図１０においても、図３と同様、配向膜の表面の液晶化合物３０のみを示すが、コレステリック液晶層３４においては、図２に示されるように、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１０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、コレステリック液晶層の組み合わせを有するのは、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。
【０１４５】
図１０に示す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。
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、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１０に示すように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１０で示す態様は、反時計回りの配向である。図１０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。
【０１４６】
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、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。
【０１４７】
ここで、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、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、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。
【０１４８】
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、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のが好ましい。
また、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、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。
【０１４９】
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、コレステリック液晶層が反射する円偏光の方向すなわち螺旋構造のセンスを、凹面鏡の場合と逆にするのも好ましい。、つまり、光学素子を凸面鏡として作用させる場合には、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。
また、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、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、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、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。
【０１５０】
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。
【０１５１】
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、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１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。
【０１５２】
図１１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。配向膜は、例えば、Ｒ配向膜２４Ｒ、Ｇ配向膜２４ＧおよびＢ配向膜２４Ｂである。
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。
【０１５３】
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。
【０１５４】
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。
【０１５５】
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１、図８および図９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。
【０１５６】
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。
【０１５７】
好ましい一例として、図８に示す光学素子５０であれば、図１２に概念的に示すように、導光板４２に離間して設ける本発明の導光素子とすることで、上述のＡＲグラスにおいて、ディスプレイ４０が照射した光（投影像）を、全反射に十分な角度で導光板４２に導入し、導光板４２を伝播した光を、導光板４２からＡＲグラスの使用者Ｕによる観察位置に出射する、回折素子として用いることが例示される。
前述のように、光学素子５０は、反射角度の波長依存性が小さいので、ディスプレイ４０が照射した赤色光、緑色光および青色光を同じ方向に反射できる。そのため、１枚の導光板４２で、赤色画像、緑色画像および青色画像を伝播しても、色ズレのないフルカラー画像を、導光板からＡＲグラスの使用者Ｕによる観察位置に出射できる。従って、本発明の光学素子５０を用いることにより、ＡＲグラスの導光板を、全体的に薄く、軽くして、ＡＲグラスの構成を簡略化できる。
なお、本発明の光学素子を利用する導光素子は、図１２に示すように、導光板４２に、互いに離間する２つの本発明の光学素子を設ける構成に制限はされず、導光板４２への光の導入のため、または、導光板４２から光を出射するため、導光板に本発明の光学素子を１つのみ、設けた構成であってもよい。
【０１５８】
以上の例は、本発明の光学素子を、緑色光単色、または、赤色光、緑色光および青色光の３色の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、赤色光のみを反射するものでも、青色光のみを反射するものでも、赤外線のみを反射するものでも、紫外線のみを反射するものでもよい。
また、本発明の光学素子は、赤色光、緑色光および青色光等の可視光から選択される１色または２色と、赤外線および／または紫外線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。あるいは、本発明の光学素子は、赤色光、緑色光および青色光に加え、赤外線および／または紫外線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。あるいは、本発明の光学素子は、赤色光、緑色光および青色光から選択される２色を反射する構成、または、赤色光、緑色光および青色光から選択される１色と、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。
【０１５９】
以上、本発明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】
【０１６０】
以下に実施例を挙げて本発明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。【０１６１】
［実施例１］
＜第１Ｇ反射層および第２Ｇ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。【０１６２】
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
――――――――――――――――――――――――――――――――――【０１６３】
（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。【０１６４】
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
――――――――――――――――――――――――――――――――――【０１６５】
【化１】
0006931417.tif 000002
【０１６６】
（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。【０１６７】
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
――――――――――――――――――――――――――――――――――【０１６８】
−光配向用素材−
【化２】
0006931417.tif 000003
【０１６９】
（配向膜の露光）
図５に示す露光装置を用いて配向膜を露光して、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１００ｍＪ／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）は、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。【０１７０】
（Ｇ反射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５３０ｎｍ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                                    ５．６８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                              ２６８．２０質量部
――――――――――――――――――――――――――――――――――【０１７１】
棒状液晶化合物Ｌ−１
【化３】
0006931417.tif 000004
【０１７２】
キラル剤Ｃｈ−１
【化４】
0006931417.tif 000005
【０１７３】
レベリング剤Ｔ−１
【化５】
0006931417.tif 000006
【０１７４】
Ｇ反射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。【０１７５】
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。【０１７６】
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、Ｇ反射コレステリック液晶層を形成した。
このようなＧ反射コレステリック反射層の形成を、２枚の支持体に対して行い、第１Ｇ反射層および第２Ｇ反射層を作製した。
Ｇ反射層の断面をＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）で確認したところ、Ｇ反射層のコレステリック液晶相は８ピッチであった。
Ｇ反射コレステリック液晶層は、図３に示すような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Ｇ反射コレステリック液晶層の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物由来の光学軸が１８０°回転する１周期は、１．１μｍであった。【０１７７】
＜λ／２板の作製＞
（支持体および配向膜の形成）
第１Ｇ反射層（第２Ｇ反射層）と同様にして、支持体を形成し、支持体の鹸化処理を行い、下塗り層を形成して、配向膜を形成した。【０１７８】
（配向膜の露光）
形成した配向膜に偏光紫外線（５０ｍＪ／ｃｍ2、超高圧水銀ランプ使用）を照射することで、配向膜の露光を行った。【０１７９】
（λ/２板の作製）
λ／２層を形成する液晶組成物として、下記の組成物Ｒ−１を調製した。
組成物Ｒ−１
――――――――――――――――――――――――――――――――――
液晶化合物Ｌ−２                                  ４２．００質量部
液晶化合物Ｌ−３                                  ４２．００質量部
液晶化合物Ｌ−４                                  １６．００質量部
重合開始剤ＰＩ−１                                  ０．５０質量部
レベリング剤Ｇ−１                                  ０．２０質量部
メチルエチルケトン                              １７６．００質量部
シクロペンタノン                                  ４４．００質量部
――――――――――――――――――――――――――――――――――【０１８０】
−液晶化合物Ｌ−２−
【化６】
0006931417.tif 000007
【０１８１】
−液晶化合物Ｌ−３−
【化７】
0006931417.tif 000008
【０１８２】
−液晶化合物Ｌ−４−
【化８】
0006931417.tif 000009
【０１８３】
−重合開始剤ＰＩ−１−
【化９】
0006931417.tif 000010
【０１８４】
−レベリング剤Ｇ−１−
【化１０】
0006931417.tif 000011
【０１８５】
λ／２板として、逆分散液晶化合物からなる層を形成した。
λ／２板は、調製した組成物Ｒ−１を配向膜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７０℃に加熱し、その後、６５℃に冷却した。その後、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た。
これにより、λ／２板を作製した。作製したλ／２板のＲｅ（５３０）は、２６５ｎｍであった。【０１８６】
＜光学素子の作製＞
このようにして作製した第１Ｇ反射層および第２Ｇ反射層、λ／２板を、図１に示す光学素子と同様に第１Ｇ反射層、λ／２板および第２Ｇ反射層の順番で、接着剤（綜研化学社製、ＳＫダイン２０５７）で貼り合わせて、光学素子を作製した。第１Ｇ反射層および第２Ｇ反射層は、液晶化合物の光学軸が回転しながら連続的に変化する方向を一致させた。
以下、接着剤は、同じものを用いた。【０１８７】
［実施例２］
＜第１Ｇ反射層および第２Ｇ反射層の作製＞
図５に示す露光装置によって配向膜を露光する際の２つの光の交差角を変更した以外は、配向膜Ｐ−１と同様にして、配向パターンを有する配向膜Ｐ−２を形成した。【０１８８】
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Ｂ−１を調製した。この組成物Ｂ−１は、選択反射中心波長が５３０ｎｍで、右円偏光を反射するコレステリック液晶層を形成する、液晶組成物である。
組成物Ｂ−１
――――――――――――――――――――――――――――――――――
液晶化合物Ｌ−２                                  ８０．００質量部
液晶化合物Ｌ−３                                  ２０．００質量部
重合開始剤（ＢＡＳＦ製、Ｉｒｇａｃｕｒｅ（登録商標）９０７）
５．００質量部
キラル剤Ｃｈ−２                                    ４．２５質量部
メガファックＦ４４４（ＤＩＣ製）                    ０．５０質量部
メチルエチルケトン                              ２５５．００質量部
――――――――――――――――――――――――――――――――――【０１８９】
液晶化合物Ｌ−２
【化１１】
0006931417.tif 000012
【０１９０】
液晶化合物Ｌ−３
【化１２】
0006931417.tif 000013
【０１９１】
−キラル剤Ｃｈ−２−
【化１３】
0006931417.tif 000014
【０１９２】
組成物Ｂ−１を配向膜Ｐ−２上に多層塗布した以外は、実施例１のＧ反射コレステリック液晶層と同様に、Ｇ反射コレステリック液晶層を形成して、第１Ｇ反射層および第２Ｇ反射層を作製した。
Ｇ反射コレステリック液晶層は、図３に示すような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Ｇ反射コレステリック液晶層の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物由来の光学軸が１８０°回転する１周期は、１．１μｍであった。【０１９３】
＜光学素子の作製＞
この第１Ｇ反射層および第２Ｇ反射層を用いて、実施例１と同様に光学素子を作製した。【０１９４】
［実施例３］
＜第１Ｇ反射層および第２Ｇ反射層の作製＞
キラル剤Ｃｈ−１の添加量を５．９２質量部に変更した以外は、組成物Ａ−１と同様に、組成物Ａ−２を調製した。この組成物Ａ−２は、選択反射中心波長が５１０ｎｍで、右円偏光を反射するコレステリック液晶層を形成する、液晶組成物である。
また、  キラル剤Ｃｈ−１の添加量を５．４６質量部に変更した以外は、組成物Ａ−１と同様に、組成物Ａ−３を調製した。この組成物Ａ−３は、選択反射中心波長が５５０ｎｍで、右円偏光を反射するコレステリック液晶層を形成する、液晶組成物である。
組成物Ａ−２を用いた以外は、実施例１と同様にＧ反射コレステリック液晶層を形成して、第１Ｇ反射層を作製した。このＧ反射コレステリック層の半値透過率の２つの波長は４７６ｎｍおよび５４５ｎｍで、波長間帯域Δλｈは６９ｎｍであった。従って、０．８×Δλｈ＝５５．２である。
また、組成物Ａ−３を用いた以外は、実施例１と同様にＧ反射コレステリック液晶層を形成して、第２Ｇ反射層を作製した。このＧ反射コレステリック層の半値透過率の２つの波長は５１５ｎｍおよび５８６ｎｍで、波長間帯域Δλｈは７１ｎｍであった。従って、０．８×Δλｈ＝５６．８である。
第１Ｇ反射層のＧ反射コレステリック層の選択反射中心波長は５１０ｎｍ、第２Ｇ反射層のＧ反射コレステリック層の選択反射中心波長葉５５０ｎｍで、両者の差は４０ｎｍであるので、『０．８×Δλｈ』以下である。
なお、コレステリック液晶層の半値透過率の２つの波長の測定は、分光光度計（島津製作所製、ＵＶ−３１５０）によって行った。【０１９５】
＜光学素子の作製＞
この第１Ｇ反射層および第２Ｇ反射層を用いて、実施例１と同様に光学素子を作製した。【０１９６】
［比較例１］
λ／２板を用いない以外は、実施例１と同様にして光学素子を作製した。
［比較例２］
λ／２板を用いない以外は、実施例２と同様にして光学素子を作製した。
［比較例３］
λ／２板を用いない以外は、実施例３と同様にして光学素子を作製した。【０１９７】
［実施例４］
＜第１Ｇ反射層および第２Ｇ反射層の作製＞
配向膜を露光する露光装置として、図１１に示す露光装置を用いた以外は、配向膜Ｐ−１と同様にして配向膜Ｐ−３を形成した。なお、図１１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。
組成物Ａ−１を配向膜Ｐ−３に多層塗布した以外は、実施例１のと同様にして、Ｇ反射コレステリック液晶層を形成して、第１Ｇ反射層および第２Ｇ反射層を作製した。
Ｇ反射コレステリック液晶層は、図１０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Ｒ反射コレステリック液晶層の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物由来の光学軸が１８０°回転する１周期は、中心部の１周期が３２６μｍで、中心から２．５ｍｍの距離での１周期が１０．６μｍ、中心から５．０ｍｍの距離での１周期が５．３μｍで、外方向に向かって１周期が短くなる液晶配向パターンであった。
表１には中心から５．０ｍｍの距離での１周期を記載している。【０１９８】
［比較例４］
λ／２板を用いない以外は、実施例４と同様にして光学素子を作製した。【０１９９】
［実施例５］
＜第１Ｂ反射層および第２Ｂ反射層の作製＞
図５に示す露光装置によって配向膜を露光する際の２つの光の交差角を変更した以外は、配向膜Ｐ−１と同様にして、配向パターンを有する配向膜Ｐ−４を形成した。
また、キラル剤Ｃｈ−１の添加量を６．７７質量部に変更した以外は、組成物Ａ−１と同様にして、コレステリック液晶層を形成する組成物Ａ−４を調製した。この組成物Ａ−４は、選択反射中心波長が４５０ｎｍで、右円偏光を反射するコレステリック液晶層を形成する、液晶組成物である。
組成物Ａ−４を配向膜Ｐ−４上に多層塗布した以外は、実施例１のＧ反射コレステリック液晶層と同様に、Ｂ反射コレステリック液晶層を形成して、第１Ｂ反射層および第２Ｂ反射層を作製した。
Ｂ反射コレステリック液晶層は、図３に示すような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Ｂ反射コレステリック液晶層の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物由来の光学軸が１８０°回転する１周期は、０．９μｍであった。【０２００】
＜λ／２板の作製＞
実施例１のλ／２板の作製において、Ｒｅ（４５０）が２２５ｎｍとなるように膜厚を調節した以外は、実施例１と同様にしてλ／２板を作製した。【０２０１】
＜Ｂ反射部材の作製＞
このようにして作製した第１Ｂ反射層および第２Ｂ反射層、λ／２板を、図８に示す光学素子と同様に第１Ｂ反射層、λ／２板および第２Ｂ反射層の順番で、接着剤で貼り合わせて、Ｂ反射部材を作製した。第１Ｇ反射層および第２Ｇ反射層は、液晶化合物の光学軸が回転しながら連続的に変化する方向を一致させた。【０２０２】
＜Ｇ反射部材＞
実施例１の光学素子を、Ｇ反射部材とした。【０２０３】
＜光学素子の作製＞
Ｂ反射部材とＧ反射部材とを、接着剤で貼り合わせて、光学素子を作製した。Ｂ反射部材とＧ反射部材は、反射層の液晶化合物の光学軸が回転しながら連続的に変化する方向を一致させた。【０２０４】
［比較例５］
λ／２板を用いない以外は、実施例５と同様にして光学素子を作製した。【０２０５】
［実施例６］
＜λ／２板の作製＞
実施例１と同じλ／２板を作製した。【０２０６】
＜光学素子の作製＞
このλ／２板の一方の面に、実施例５と同様の第２Ｇ反射層および実施例１と同様の第２Ｂ反射層を、λ／２板側から、この順番で接着剤で貼り合わせ、他方の面に、実施例１と同様の第１Ｂ反射層および実施例５と同様の第１Ｇ反射層を、λ／２板側から、この順番で接着剤で貼り合わせ、光学素子を作製した。
各反射層は、液晶化合物の光学軸が回転しながら連続的に変化する方向を一致させた。【０２０７】
［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、緑色光、または、緑色光および青色光の反射光の、入射光に対する角度（反射角度）を測定した。光の入射は、第２反射層を表面とする側からとした。
具体的には、緑色光（５３０ｎｍ）および青色光（４５０ｎｍ）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、実施例１〜３および比較例１〜３は、緑色光のみで測定を行った。
また、実施例５および実施例６、ならびに、比較例５および比較例６では、緑色光および青色光の平均反射角度を算出し、さらに、平均反射角度θaveと、緑色光および青色光のうちの最大反射角度θmaxおよび最小反射角度θminとから、下記の式によって、反射の波長依存性ＰＥ［％］を算出した。ＰＥが小さいほど、反射の波長依存性が低い。
ＰＥ［％］＝［（θmax−θmin）／θave］×１００
ＰＥが１０％以下の場合をＡ、
ＰＥが１０％超２０％以下の場合をＢ、
ＰＥが２０％超３０％以下の場合をＣ、
ＰＥが３０％超の場合をＤ、と評価した。【０２０８】
また、実施例４および比較例４は、作製した光学素子における液晶配向パターンの同心円の中心から５．０ｍｍの離れた点にレーザ光（緑色光）を法線方向から入射して、焦点距離を測定した。【０２０９】
［光強度の測定］
図１３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、５３０ｎｍに出力中心波長を持つレーザ光Ｌを、光源１００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１０２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（実施例４および比較例４は焦点距離を測定した点からの反射光の角度）とした。
なお、選択反射中心波長が４５０ｎｍのＢ反射コレステリック液晶層を有する反射層を積層した光学素子に対しては、４５０ｎｍに出力中心波長を持つレーザ光Ｌを入射光として用いた測定も行い、波長５３０ｎｍのレーザ光Ｌによる測定と、波長４５０ｎｍのレーザ光による測定との平均値で評価した。
相対光強度が０．８以上１．０以下の場合をＡ、
相対光強度が０．５以上０．８未満の場合をＢ、
相対光強度が０．５未満の場合をＣ、と評価した。
結果を下記の表に示す。【０２１０】
【表１】
0006931417.tif 000015
【０２１１】
上記表に示されるように、反射する円偏光の旋回方向が同じで、かつ、選択的な反射波長領域の少なくとも一部が重複する、コレステリック液晶層の組み合わせを有し、かつ、コレステリック液晶層の組み合わせを構成するコレステリック液晶層の間に、λ／２板を有する本発明の光学素子によれば、光の反射光量を大きくできる。特に、実施例１および実施例２、実施例４〜６に示されるように、コレステリック液晶層の組み合わせ（反射層対）を構成するコレステリック液晶層を、同じものとすることにより、より高い反射光量が得られる。
また、実施例５および実施例６に示されるように、互いにコレステリック液晶層の選択反射中心波長が異なる、複数のコレステリック液晶層の組み合わせを有する場合おいて、コレステリック液晶層の選択反射中心の順列と液晶配向パターンにおける１周期の順列とを一致させることで、反射の波長依存性を低くできる。
【産業上の利用可能性】
【０２１２】
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】
【０２１３】
１０，５０，５２  光学素子
１２  Ｒ反射部材
１２ａ  第１Ｒ反射層
１２ｂ  第２Ｒ反射層
１４  Ｇ反射部材
１４ａ  第１Ｇ反射層
１４ｂ  第２Ｇ反射層
１６  Ｂ反射部材
１６ａ  第１Ｂ反射層
１６ｂ  第２Ｂ反射層
１８，１８Ｂ，１８Ｇ，１８Ｒ，１８Ｚ  λ／２板
２０  支持体
２４Ｂ  Ｂ配向膜
２４Ｇ  Ｇ配向膜
２４Ｒ  Ｒ配向膜
２６Ｂ  Ｂ反射コレステリック液晶層
２６Ｇ  Ｇ反射コレステリック液晶層
２６Ｒ  Ｒ反射コレステリック液晶層
３０  液晶化合物
３０Ａ  光学軸
３４  コレステリック液晶層
４０  ディスプレイ
４２  導光板
６０，８０  露光装置
６２．８２  レーザ
６４，８４  光源
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
１００  半導体レーザ
１０２  直線偏光子
１０４  λ／４板
ＢL  青色光の左円偏光
ＢR  青色光の右円偏光
ＧL  緑色光の左円偏光
ＧR  緑色光の右円偏光
ＲL  赤色光の左円偏光
ＲR  赤色光の右円偏光
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
Ｑ  絶対位相
Ｅ  等位相面
Ｕ  使用者
Ｓ  サンプル
Ｔ  第２支持体
Ｌ  光
Ｌt  回折光
Ｌt1  出射光
Ｌt2  反射光
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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