(57)【要約】  センサー等として利用可能な、新規な光学素子、および、この光学素子を用いるセンサーの提供を課題とする。コレステリック液晶層を有し、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、光学軸の向きが回転する一方向に沿って厚さ方向に切断した断面を、走査型電子顕微鏡で観察した際に、コレステリック液晶相に由来する明線および暗線が不連続な部分を、光学軸の向きが回転する一方向に沿って有することにより、課題を解決する。
2020022434.tif 000002
【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コレステリック液晶層を有す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、
さらに、前記コレステリック液晶層は、前記光学軸の向きが回転する一方向に沿って厚さ方向に切断した断面を、走査型電子顕微鏡で観察した断面図において、前記コレステリック液晶相に由来する明線および暗線が不連続な部分を、前記光学軸の向きが回転する一方向に沿って有することを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記明線および暗線が不連続な部分として、前記明線および前記暗線の角度が異なる部分を有する、請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記明線および暗線が不連続な部分では、前記明線および前記暗線が前記コレステリック液晶層の厚さ方向に向かう、請求項２に記載の光学素子。
【請求項４】
前記明線および暗線が不連続な部分を挟んで厚さ方向に対面する液晶化合物は、前記液晶化合物由来の光学軸の向きが等しい、請求項２または３に記載の光学素子。
【請求項５】
前記明線および暗線が不連続な部分として、前記明線および前記暗線が断線している部分を有する、請求項１に記載の光学素子。
【請求項６】
前記明線および暗線が不連続な部分として、前記明線および前記暗線が、前記光学軸の向きが回転する一方向にズレている部分を有する、請求項１に記載の光学素子。
【請求項７】
前記明線および暗線が不連続な部分を挟んで厚さ方向に対面する液晶化合物は、前記液晶化合物由来の光学軸の向きが互いに異なる、請求項６に記載の光学素子。
【請求項８】
前記明線および暗線が不連続な部分を挟んで厚さ方向に対面する液晶化合物の、前記液晶化合物由来の光学軸が成す角度が７０〜９０°である、請求項７に記載の光学素子。
【請求項９】
前記コレステリック液晶層の選択反射波長域において、最も反射率が低い波長をλｍ［ｎｍ］とした際に、前記明線および暗線が不連続な部分の厚さ［ｎｍ］が、
３０×（λｍ／５５０）〜１５０×（λｍ／５５０）
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】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の光学素子と、前記光学素子が反射した光を検出する光検出器と、を有するセンサー。
【請求項１１】
前記光学素子が反射可能な光を出射する光源を有し、
前記光検出器は、前記光源が出射して、前記光学素子が反射した光を検出する、請求項１０に記載のセンサー。
【請求項１２】
前記光検出器が、ライン状に光を検出する光検出器、または、二次元的に光を検出する光検出器である、請求項１０または１１に記載のセンサー。
【請求項１３】
前記光学素子が受けた刺激を検出する、請求項１０〜１２のいずれか１項に記載のセンサー。
【請求項１４】
前記光学素子が受けた刺激として、機械的な刺激、光学的な刺激、化学的な刺激、および、電気的な刺激の、少なくとも１つを検出する、請求項１３に記載のセンサー。
【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、および、この光学素子を用いるセンサーに関する。
【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有する光学素子が、各種、提案されている。
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、スクリーンを介して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。【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、要するに、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するものである。特許文献１に記載されるコレステリック液晶層は、このような液晶配向パターンを有することにより、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】
このような特許文献１にも示されるように、コレステリック液晶層を利用することより、様々な光学素子を実現できる。【０００８】
本発明の目的は、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、機械的な刺激等を検出するセンサー等として利用可能な、新規な光学素子、および、この光学素子を用いる新規なセンサー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］  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有す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、
さらに、コレステリック液晶層は、光学軸の向きが回転する一方向に沿って厚さ方向に切断した断面を、走査型電子顕微鏡で観察した断面図において、コレステリック液晶相に由来する明線および暗線が不連続な部分を、光学軸の向きが回転する一方向に沿って有することを特徴とする光学素子。
［２］  明線および暗線が不連続な部分として、明線および暗線の角度が異なる部分を有する、［１］に記載の光学素子。
［３］  明線および暗線が不連続な部分では、明線および暗線がコレステリック液晶層の厚さ方向に向かう、［２］に記載の光学素子。
［４］  明線および暗線が不連続な部分を挟んで厚さ方向に対面する液晶化合物は、液晶化合物由来の光学軸の向きが等しい、［２］または［３］に記載の光学素子。
［５］  明線および暗線が不連続な部分として、明線および暗線が断線している部分を有する、［１］に記載の光学素子。
［６］  明線および暗線が不連続な部分として、明線および暗線が、光学軸の向きが回転する一方向にズレている部分を有する、［１］に記載の光学素子。
［７］  明線および暗線が不連続な部分を挟んで厚さ方向に対面する液晶化合物は、液晶化合物由来の光学軸の向きが互いに異なる、［６］に記載の光学素子。
［８］  明線および暗線が不連続な部分を挟んで厚さ方向に対面する液晶化合物の、液晶化合物由来の光学軸が成す角度が７０〜９０°である、［７］に記載の光学素子。
［９］  コレステリック液晶層の選択反射波長域において、最も反射率が低い波長をλｍ［ｎｍ］とした際に、明線および暗線が不連続な部分の厚さ［ｎｍ］が、
３０×（λｍ／５５０）〜１５０×（λｍ／５５０）
である、［１］〜［８］のいずれかに記載の光学素子。
［１０］  ［１］〜［９］のいずれかに記載の光学素子と、光学素子が反射した光を検出する光検出器と、を有するセンサー。
［１１］  光学素子が反射可能な光を出射する光源を有し、光検出器は、光源が出射して、光学素子が反射した光を検出する、［１０］に記載のセンサー。
［１２］  光検出器が、ライン状に光を検出する光検出器、または、二次元的に光を検出する光検出器である、［１０］または［１１］に記載のセンサー。
［１３］  光学素子が受けた刺激を検出する、［１０］〜［１２］のいずれかに記載のセンサー。
［１４］  光学素子が受けた刺激として、機械的な刺激、光学的な刺激、化学的な刺激、および、電気的な刺激の、少なくとも１つを検出する、［１３］に記載のセンサー。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、コレステリック液晶を用いる光学素子であって、機械的な刺激等を検出するセンサー等として利用可能な、新規な光学素子、および、この光学素子を用いる新規なセンサーが提供される。
【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を概念的に示す図である。
【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を概念的に示す図である。
【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、通常のコレステリック液晶層の反射特性を概念的に示す図である。
【図７】図７は、図１に示す光学素子のコレステリック液晶層の反射特性を概念的に示す図である。
【図８】図８は、本発明の光学素子の別の例を概念的に示す図である。
【図９】図９は、本発明の光学素子の別の例を概念的に示す図である。
【図１０】図１０は、図１に示す光学素子のコレステリック液晶層の断面ＳＥＭ画像を概念的に示す図である。
【図１１】図１１は、図８に示す光学素子のコレステリック液晶層の断面ＳＥＭ画像を概念的に示す図である。
【図１２】図１２は、図９に示す光学素子のコレステリック液晶層の断面ＳＥＭ画像を概念的に示す図である。
【図１３】図１３は、本発明の光学素子に用いられるコレステリック液晶層の別の例の平面を概念的に示す図である。
【図１４】図１４は、本発明のセンサーの一例を概念的に示す図である。
【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センサーについて、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、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
【００１５】
＜光学素子＞
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を有する。
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。
さらに、本発明の光学素子において、コレステリック液晶層は、光学軸の向きが回転する一方向に沿って厚さ方向に切断した断面を、走査型電子顕微鏡で観察した際に、コレステリック液晶相に由来する明線および暗線が不連続な部分を、光学軸の向きが回転する一方向に沿って有する。
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、コレステリック液晶層の選択反射波長域内に、反射率が急激に低下する波長（波長域）を有し、かつ、外部からの刺激によって、反射率が急激に低下する波長が変動する、新規な光学素子である。このような本発明の光学素子は、機械的な刺激等を検出するセンサー等に好適に利用可能である。
【００１６】
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、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２６を有する、特定の波長域の光を選択的に反射する光学素子であって、図中下方から、支持体２０と、配向膜２４と、コレステリック液晶層２６と、を有する。
また、コレステリック液晶層２６は、第１領域２６ａと、第２領域２６ｂと、不連続部２６ｃとを有する。コレステリック液晶層２６において、不連続部２６ｃは、第１領域２６ａと第２領域２６ｂとに挟まれている。コレステリック液晶層２６では、第１領域２６ａ側が、支持体２０側となる。
【００１７】
なお、図示例において、各層および領域等の厚さおよび大きさ等は、本発明の構成を明確に示すために、適宜、調節しており、実際の本発明の光学素子とは、異なる。
また、以下の説明では、支持体２０側を下方、コレステリック液晶層２６（第２領域２６ｂ側）を上方、とも言う。従って、コレステリック液晶層２６、および、コレステリック液晶層２６の第１領域２６ａ、不連続部２６ｃならびに第２領域２６ｂにおいては、支持体２０側の面を下面、逆側を上面とも言う。
【００１８】
＜＜支持体＞＞
光学素子１０において、支持体２０は、配向膜２４およびコレステリック液晶層２６を支持するものである。なお、本発明の光学素子は、支持体２０を有さなくてもよい。
【００１９】
支持体２０は、配向膜２４および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。
支持体２０は、透明でも不透明でもよい。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
＜＜配向膜＞＞
光学素子１０において、支持体２０の表面（上面）には配向膜２４が形成される。
配向膜２４は、光学素子１０のコレステリック液晶層２６（第１領域２６ａ）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。
【００２３】
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２６（第１領域２６ａおよび第２領域２６ｂ）は、液晶化合物３０に由来する光学軸３０Ａ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（図３参照）。
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（後述する矢印Ｘ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（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、コレステリック液晶層２６の第１領域２６ａと第２領域２６ｂとは、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、コレステリック液晶層２６の第１領域２６ａおよび第２領域２６ｂは、コレステリック液晶層２６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。
光学素子１０は、このような構成を有することにより、同じ色（波長）の光であれば、コレステリック液晶層２６の第１領域２６ａおよび第２領域２６ｂが、入射した光を同じ方向に反射する。
【００２４】
以下の説明では、『液晶化合物３０に由来する光学軸３０Ａ』を単に『光学軸３０Ａ』とも言う。また、『光学軸３０Ａの向きが回転』を単に『光学軸３０Ａが回転』とも言う。
【００２５】
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。
【００２６】
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、擦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。
【００２７】
本発明の光学素子１０においては、配向膜２４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２４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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
＜＜配向膜の形成方法＞＞
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。
【００３１】
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。
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。
【００３２】
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、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。
【００３３】
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２６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。
【００３４】
＜＜コレステリック液晶層＞＞
光学素子１０において、配向膜２４の表面には、コレステリック液晶層２６が形成される。また、コレステリック液晶層２６は、第１領域２６ａ、不連続部２６ｃおよび第２領域２６ｂを有する。
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、コレステリック液晶層２６の第１領域２６ａおよび第２領域２６ｂは、コレステリック液晶相における液晶化合物３０の捩じれ配向の１８０°回転分（螺旋構造の１／２ピッチ）のみを概念的に示している。しかしながら、コレステリック液晶層２６の第１領域２６ａおよび第２領域２６ｂは、図２に第１領域２６ａを例示して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、厚さ方向の螺旋軸に沿って、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の周期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、後述する図８および図９に示す光学素子も、同様である。
【００３５】
コレステリック液晶層２６（第１領域２６ａおよび第２領域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、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。
【００３６】
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）λｃ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λｃ＝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。
【００３７】
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。
コレステリック液晶層２６において、第１領域２６ａと第２領域２６ｂは、コレステリック液晶相の螺旋の捩れ方向が等しい。従って、第１領域２６ａと第２領域２６ｂは、同じ旋回方向の円偏光を反射する。
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。
【００３８】
また、選択反射を示す選択反射波長域（円偏光反射波長域）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、選択反射波長域（選択的な反射波長域）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。
【００３９】
コレステリック液晶層２６（第１領域２６ａおよび第２領域２６ｂ）において、選択反射中止波長および選択反射波長域には、制限はなく、光学素子１０の用途に応じて、適宜、設定すればよい。
ここで、コレステリック液晶層２６を構成する第１領域２６ａおよび第２領域２６ｂは、選択反射中心波長あるいはさらに選択反射波長域は、一致しているのが好ましいが、本発明は、これに制限はされない。すなわち、第１領域２６ａおよび第２領域２６ｂは、選択反射波長域の一部が重複していれば、不連続部２６ｃの厚さ等に応じて後述する反射光の干渉が生じるので、本発明の光学素子１０の効果を得られる。
【００４０】
コレステリック液晶層２６（第１領域２６ａおよび第２領域２６ｂ）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。
【００４１】
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２６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。
【００４２】
−−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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
−−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。
【００４６】
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。
【００４７】
−−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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
−−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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
−−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。
【００５４】
−−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。
【００５５】
−−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。
【００５６】
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。
【００５７】
コレステリック液晶層２６（第１領域２６ａおよび第２領域２６ｂ）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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
本発明の光学素子１０において、コレステリック液晶層２６（第１領域２６ａおよび第２領域２６ｂ）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。
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。
【００６２】
図３に、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、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、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。
【００６３】
図３に示すように、配向膜２４の表面において、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、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、コレステリック液晶層２６を形成する液晶化合物３０は、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。
【００６４】
一方、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、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。
【００６５】
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。
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。
【００６６】
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、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４を参照して説明する。
【００６７】
前述のように、コレステリック液晶層２６は、赤色光、緑色光および青色光など、所定の波長域の光を選択的に反射するコレステリック液晶層である。また、コレステリック液晶層２６は、右円偏光または左円偏光を選択的に反射する。
なお、コレステリック液晶層２６を形成する第１領域２６ａおよび第２領域２６ｂは、好ましい態様として、基本的に、同じ色の、同じ円偏光を反射する。
従って、コレステリック液晶層２６が、例えば、緑色光の右円偏光を反射するものである場合には、コレステリック液晶層２６は、緑色の右円偏光のみを反射して、それ以外の光は透過する。以下の説明では、一例として、コレステリック液晶層２６は、所定の色の右円偏光Ｒを反射するとする。
【００６８】
コレステリック液晶層２６（第１領域２６ａおよび第２領域２６ｂ）に入射した右円偏光Ｒは、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、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、入射した右円偏光Ｒの絶対位相の変化量が異なる。
さらに、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、コレステリック液晶層２６に入射した右円偏光Ｒ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。
これによりコレステリック液晶層２６では、右円偏光Ｒ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、右円偏光Ｒ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、反射された右円偏光Ｒは、ＸＹ面（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。
【００６９】
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。すなわち、長波長の光ほど、鏡面反射に対して大きな角度で反射される。
一方、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、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。
【００７０】
本発明の光学素子１０において、コレステリック液晶層２６の配向パターンにおける１周期Λには、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。ただし、コレステリック液晶層２６を形成する第１領域２６ａと第２領域２６ｂとは、１周期Λの長さは、等しいのが好ましい。
また、コレステリック液晶層２６を形成する第１領域２６ａと第２領域２６ｂとは、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のが好ましい。すなわち、第１領域２６ａと第２領域２６ｂとは、光学軸３０Ａが回転する１方向である矢印Ｘ方向が、一致しているのが好ましい。
また、コレステリック液晶層２６を形成する第１領域２６ａと第２領域２６ｂとは、矢印Ｘ方向に向かう光学軸３０Ａの回転方向は、等しいのが好ましい。すなわち、矢印Ｘ方向に向かう光学軸３０Ａの回転方向が、第１領域２６ａが時計回りの場合には、第２領域２６ｂも時計回りであるのが好ましい。
これにより、コレステリック液晶層２６では、同じ波長の光であれば、第１領域２６ａと第２領域２６ｂとで、同じ方向に光を反射できる。
【００７１】
＜＜＜明線および暗線の不連続部＞＞＞
上述のように、コレステリック液晶層２６は、下から、第１領域２６ａ、不連続部２６ｃ、および、第２領域２６ｂを有する。
第１領域２６ａおよび第２領域２６ｂは、共に、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である。これに対して、不連続部２６ｃは、コレステリック液晶層２６の中で、厚さ方向の途中の第１領域２６ａと第２領域２６ｂとの間に位置する、第１領域２６ａおよび第２領域２６ｂとは異なる性状を有する、いわば欠陥部（欠陥層）とも言うべき部分である。
一例として、図１に示す光学素子１０の不連続部２６ｃは、面方向には、第１領域２６ａおよび第２領域２６ｂと同様に、液晶化合物３０の光学軸３０Ａが、面内の一方向（矢印Ｘ方向）に向かって回転しているが、厚さ方向には、螺旋状に旋回しない、光学軸３０Ａが同方向の液晶化合物３０が積み重なった液晶層（水平配向液晶層）である。
【００７２】
周知のように、コレステリック液晶層は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope））によって観察される断面（断面ＳＥＭ画像）において、明線（明部）と暗線（暗部）との縞模様を与える。
通常のコレステリック液晶層の場合には、この明線と暗線との縞模様は、面方向（図中横方向）に長尺で、厚さ方向に積み重なった縞模様である。
これに対して、本発明の光学素子におけるコレステリック液晶層２６のように、液晶化合物３０の光学軸３０Ａが、面内の一方向（矢印Ｘ方向）に向かって回転す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、明線および暗線の縞模様は、厚さ方向および面方向に対して傾いた状態となる（後述する図１０〜図１２参照）。
【００７３】
本発明の光学素子１０において、不連続部２６ｃとは、具体的には、コレステリック液晶層２６を、光学軸３０Ａの向きが回転する一方向（矢印Ｘ方向）に沿って厚さ方向に切断した断面を、ＳＥＭで観察した断面図において、コレステリック液晶相に由来する明線および暗線が不連続な部分であり、断面図において、光学軸３０Ａの向きが回転する一方向に沿って観察される。
図示例の不連続部２６ｃのように、厚さ方向には液晶化合物３０が螺旋状に旋回せず、面方向のみに光学軸３０Ａが回転する液晶層の場合には、第１領域２６ａおよび第２領域２６ｂとは明線と暗線との角度が異なる領域として観察され、具体的には、図１０に概念的に示すように、不連続部２６ｃでは、明線と暗線がコレステリック液晶層２６の厚さ方向に沿って形成される。
【００７４】
＜＜＜コレステリック液晶層の作用＞＞＞
本発明の光学素子１０は、コレステリック液晶層２６が、厚さ方向の途中に、このような不連続部２６ｃを有する新規な光学素子であり、このような構成を有することにより、受けた刺激に応じて、光の反射特性が変化する。
【００７５】
図６に、一般的なコレステリック液晶層の反射特性を示す。図６よび後述する図７において、横軸は波長で、縦軸は反射率を規格化した値である。
上述のように、コレステリック液晶層は、反射に波長選択性を有し、図６に示すように、選択反射中心波長の周辺の波長域の光を、ほぼ一様に高い反射率で反射する。
一方、本発明の光学素子１０において、コレステリック液晶層２６は、厚さ方向の途中にコレステリック液晶相になっていない不連続部２６ｃを有する。そのため、コレステリック液晶層２６では、第１領域２６ａと第２領域２６ｂとが、それぞれ、独立して所定の波長域の光を反射する。
その結果、不連続部２６ｃを有するコレステリック液晶層２６では、第１領域２６ａが反射した光と、第２領域２６ｂが反射した光とが干渉して、光の反射特性に、図７に示すように、急激に反射率が低下する波長（波長域）が生じる。
しかも、この反射率が急激に低下する波長は、コレステリック液晶層２６が、機械的な応力などの刺激などを受けると、例えば、長波長側に移動する。
【００７６】
これを利用して、本発明の光学素子１０は、例えば、後述する、応力等の刺激を検出するセンサーとして利用可能である。
図６および図７は、横軸に波長を取っているが、コレステリック液晶層２６を液晶回折素子とすると、横軸は、回折角度に変換される。
上述したように、光学軸３０Ａが一方向に向かって回転する液晶配向パターンを有するコレステリック液晶層２６は、光を、鏡面反射に対して光学軸３０Ａが回転する方向（または逆）に傾けて反射する。すなわち、光学軸３０Ａが一方向に向かって回転する液晶配向パターンを有するコレステリック液晶層２６は、液晶回折素子として作用する。
ここで、上述したように、この入射角に対する反射角の角度すなわち回折角度は、光の波長が長くなるほど、大きくなる。従って、コレステリック液晶層２６が刺激を受けて、反射率が急激に落ち込む波長が長くなると、刺激を受ける前に比して、反射率が急激に落ち込む波長の反射角度（回折角度）が、大きくなる。
すなわち、後述する図１４に示すように、光学素子１０からの反射光を光検出器で検出した状態では、反射率が急激に落ち込む波長の反射角に対応する画素の出力が、周辺に比べ、非常に小さくなっている。この状態から、光学素子１０に刺激を与えると、反射率が急激に落ち込む波長が長くなり、反射率が低い波長の反射角が異なる角度となるので、刺激を与える前に出力強度が低かった画素の出力が向上し、別の画素の出力が低下する。従って、刺激を受ける前に出力が小さい画素の出力強度変化を検出することで、光学素子１０が刺激を受けたことが検出できる。
【００７７】
＜＜＜コレステリック液晶層の厚さ＞＞＞
本発明の光学素子１０において、選択反射波長域において、反射率が急激に落ち込む波長（波長域）の出現、および、反射率が急激に落ち込む波長は、不連続部２６ｃの形成材料の屈折率および厚さに大きく影響され、例えば、不連続部２６ｃの形成材料の屈折率および厚さを用いて、シミュレーションできる。
ここで、不連続部２６ｃの形成材料は、有機物である場合が多く、屈折率は概ね１．５５程度であり、大きく外れることはない。この点を考慮すると、コレステリック液晶層２６の反射特性は、不連続部２６ｃの厚さに影響される。
【００７８】
本発明者らの検討によれば、コレステリック液晶層２６（光学素子１０）の選択反射波長域において、反射率が急激かつ最大に落ち込む波長が５５０ｎｍの場合には、不連続部２６ｃの厚さは、３０〜１５０ｎｍが好ましく、５０〜１３０ｎｍがより好ましく、７０〜１１０ｎｍがさらに好ましく、９０ｎｍが最適である。
ここで、コレステリック液晶層２６の選択反射波長域において、反射率が急激かつ最大に落ち込む波長が変わった場合には、不連続部２６ｃの好ましい厚さは、波長に比例して変わる。例えば、反射率が最大に落ち込む波長が９４０ｎｍの場合には、不連続部２６ｃの好ましい厚さは、上述の値に９４０／５５０を乗じることで、算出できる。具体的には、反射率が最大に落ち込む波長が９４０ｎｍの場合には、不連続部２６ｃの厚さは、５１〜２５６ｎｍが好ましく、８５〜２２２ｎｍがより好ましく、１２０〜１８８ｎｍがさらに好ましく、１５４ｎｍが最適である。
【００７９】
すなわち、本発明の光学素子１０においては、コレステリック液晶層２６の不連続部２６ｃの厚さ［ｎｍ］は、選択反射波長域において、反射率が急激かつ最大に落ち込む波長をλｍ［ｎｍ］とした際に、
３０×（λｍ／５５０）〜１５０×（λｍ／５５０）
の範囲とするのが好ましい。
【００８０】
本発明の光学素子１０において、コレステリック液晶層２６の第１領域２６ａおよび第２領域２６ｂの厚さにも、制限はない。第１領域２６ａおよび第２領域２６ｂの厚さは、それぞれの領域で、目的とする光の反射を行える厚さを、選択反射中心波長すなわちコレステリック液晶相における螺旋構造のピッチＰ等に応じて、適宜、設定すればよい。
従って、第１領域２６ａおよび第２領域２６ｂは、厚さが、互いに異なってもよい。ただし、例えば、第１領域２６ａ側が光の入射側である場合に、第１領域２６ａが厚すぎると、第１領域２６ａにおいて、全ての光または大部分の光を反射してしまい、第２領域２６ｂに十分な光が到達しなくなる。その結果、光の干渉が生じずに、選択反射波長域において、反射率が急激に低下する波長が生じなくなってしまう。
従って、第１領域２６ａおよび第２領域２６ｂの厚さは、この点を考慮して、設定する必要が有る。
【００８１】
＜＜コレステリック液晶層の形成方法＞＞
上述のように、光学素子１０のコレステリック液晶層２６において、第１領域２６ａおよび第２領域２６ｂは、面内の一方向に光学軸３０Ａが回転するコレステリック液晶層である。これに対して、光学素子１０のコレステリック液晶層２６において、不連続部２６ｃは、面内において光学軸３０Ａが同様に回転するが、厚さ方向には、螺旋状に旋回しない液晶層である。
このようなコレステリック液晶層２６は、一例として、以下のように形成できる。
【００８２】
まず、上述したように、支持体２０の表面に、例えば、光配向材料を含む組成物を塗布、乾燥して、図５に示す露光装置６０で露光して、必要に応じて紫外線照射等によって硬化することで、配向パターンを形成した配向膜２４を形成する。
次いで、上述したように、配向膜２４の上に、重合性液晶化合物、キラル剤および重合開始剤等を含む液晶組成物を塗布し、加熱および紫外線照射による硬化等を行って、コレステリック液晶層である第１領域２６ａを形成する。
【００８３】
次いで、キラル剤を含有しない以外は、第１領域２６ａと同じ液晶組成物を、第１領域２６ａの上に塗布し、加熱および紫外線照射による硬化等を行って不連続部２６ｃを形成する。
液晶層の上に、液晶層を形成すると、上層の液晶層の液晶化合物の配向は、下層の液晶層の表面の液晶化合物の配向を踏襲する。また、不連続部２６ｃを形成する液晶組成物は、キラル剤を含有しないので、液晶化合物は、厚さ方向に螺旋状にねじれ配向されない。
そのため、不連続部２６ｃにおいて、液晶化合物は、面方向には第１領域２６ａの上面と同じ液晶配向パターンに配向され、厚さ方向には、捩じれ配向されずに、同じ方向に配向された液晶化合物が積層される。
【００８４】
次いで、不連続部２６ｃの上に、第１領域２６ａと同様にして、第２領域２６ｂを形成する。液晶層の上に、液晶層を形成すると、上層の液晶層の液晶化合物の配向は、下層の液晶層の表面の液晶化合物の配向を踏襲する。
そのため、第２領域２６ｂは、下面が、不連続部２６ｃの上面と同様の液晶配向パターンとなり、かつ、厚さ方向には、液晶化合物３０が螺旋状に旋回するコレステリック液晶層となる。
【００８５】
従って、光学素子１０のコレステリック液晶層２６においては、図１に示すように、第１領域２６ａの上面と不連続部２６ｃの下面とが、同じ液晶配向パターンとなり、また、不連続部２６ｃの下面と上面とが、同じ液晶配向パターンとなり、さらに、不連続部２６ｃの上面と第２領域２６ｂの下面とが、同じ液晶配向パターンとなる。
従って、第１領域２６ａの上面と、第２領域２６ｂの下面とは、同じ液晶配向パターンとなり、不連続部２６ｃを挟んで厚さ方向に対面する液晶化合物３０は、光学軸３０Ａの向きが同じ方向になる。
【００８６】
図１に示す光学素子１０のコレステリック液晶層２６において、不連続部２６ｃを構成する液晶化合物３０は、厚さ方向に旋回せずに、同方向を向いて積層されるが、本発明は、これに制限はされない。
すなわち、コレステリック液晶層２６においては、不連続部２６ｃを構成する液晶化合物３０が、厚さ方向に沿って螺旋状に旋回していてもよい。この際には、不連続部２６ｃの断面ＳＥＭ画像の明線および暗線は、図１０に示すようなコレステリック液晶層２６の厚さ方向に沿う線ではなく、厚さ方向および面方向に対して傾き、かつ、第１領域２６ａおよび第２領域２６ｂの明線および暗線とは、角度が異なる明線および暗線となる。
また、不連続部２６ｃを構成する液晶化合物３０が、厚さ方向に沿って螺旋状に旋回する場合には、螺旋構造のピッチＰが、第１領域２６ａおよび第２領域２６ｂとは異なるのが好ましく、さらに、不連続部２６ｃは光を反射しない厚さ（螺旋構造のピッチ数）とするのがより好ましい。
【００８７】
＜光学素子の他の態様＞
図１に示す光学素子１０は、不連続部２６ｃが液晶層すなわち光学異方性層であるが、本発明は、これに制限はされず、光学軸３０Ａが回転する一方向に沿って切断した断面ＳＥＭ画像において、明線と暗線とが不連続となる不連続部が光学軸３０Ａが回転する一方向に沿って観察されるものであれば、各種の構成が利用可能で有る。
一例として、図８に概念的に示す構成が例示される。なお、図８に示す光学素子４０は、上述した光学素子１０と同じ部材を、複数、用いるので、同じ部材には同じ符号を付し、以下の説明は、異なる部位を主に行う。この点に関しては、図９に示す光学素子も同様である。
【００８８】
図８に示す光学素子４０は、コレステリック液晶層２６Ａにおいて、第１領域２６ａと第２領域２６ｂとの間に設けられる不連続部２６ｄとして、液晶層ではなく、等方層を有している。
すなわち、等方層である不連続部２６ｄも、コレステリック液晶層２６Ａの中で、厚さ方向の途中で第１領域２６ａと第２領域２６ｂとの間に位置する、第１領域２６ａおよび第２領域２６ｂとは異なる性状を有する、いわば欠陥部（欠陥層）となる。
従って、この構成であっても、第１領域２６ａで反射された光と第２領域２６ｂで反射された光とが干渉する、図１に示す光学素子１０と同様の作用効果を生じる。その結果、図８に示す光学素子４０も、コレステリック液晶層の選択反射波長域に、急激に反射率が低下する波長（波長域）が生じ、かつ、外部からの刺激を受けると、急激に反射率が低下する波長が変化する。
【００８９】
このような不連続部２６ｄを有するコレステリック液晶層２６Ａを、液晶化合物の光学軸３０Ａが回転する一方向に切断した断面ＳＥＭ画像を、図１１に概念的に示す。図１１に示すように、コレステリック液晶層２６Ａは、厚さ方向および面方向に対して傾いた明線および暗線が、第１領域２６ａと第２領域２６ｂとの間の不連続部２６ｄにおいて断線する部分が、光学軸３０Ａが回転する一方向に沿って生じたような状態となる。
【００９０】
このようなコレステリック液晶層２６Ａは、コレステリック液晶層２６の形成において、液晶層である不連続部２６ｃに変えて、等方層である不連続部２６ｄを形成することで、作成できる。
等方層となる不連続部２６ｄは、アクリル、変性セルロース、ポリアミド、エポキシ、ポリアセタール、アクリル、ポリスチレン、ポリウレタン、ポリビニルアルコール、ポリビニルホルマール、ポリアミド、ポリエステル、ポリエチレンイミン、ポリアリルアミン、および、ポリアルキレングリコール等の公知の等方性の材料を用い、材料に応じた公知の方法で形成すればよい。
【００９１】
なお、不連続部２６ｄは、第２領域２６ｂの液晶化合物３０を、上述した液晶配向パターンに配向するための配向膜として作用してもよい。または、不連続部２６ｄが、等方層と、等方層の上層に設けられる、第２領域２６ｂの液晶化合物３０を上述した液晶配向パターンに配向するための配向膜と、を有してもよい。
【００９２】
図９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、および、図８に示す光学素子４０は、共に、第１領域２６ａと第２領域２６ｂとの間に、層状の不連続部を有している。これに対して、図９に示す光学素子４２は、第１領域２６ａと第２領域２６ｂとにおいて、螺旋状の液晶化合物３０の旋回が非連続的になっており、両領域の界面が不連続部２６ｅとなっている。すなわち、第１領域２６ａと第２領域２６ｂとの間に、厚さ方向への液晶化合物３０の旋回が連続しない欠陥部が存在する。
従って、この構成であっても、第１領域２６ａで反射された光と第２領域２６ｂで反射された光とが干渉する、図１に示す光学素子１０と同様の作用効果を生じる。その結果、図9に示す光学素子４２も、コレステリック液晶層の選択反射波長域に、急激に反射率が低下する波長（波長域）が生じ、かつ、外部からの刺激を受けると、急激に反射率が低下する波長が変化する。
【００９３】
このような不連続部２６ｅを有するコレステリック液晶層２６Ｂを、液晶化合物の光学軸３０Ａが回転する一方向に切断した断面ＳＥＭ画像を、図１２に概念的に示す。図１２に示すように、コレステリック液晶層２６Ｂは、厚さ方向および面方向に対して傾いた明線および暗線が、第１領域２６ａと第２領域２６ｂとの間の不連続部２６ｅにおいて光学軸３０Ａが回転する一方向にズレた部分が、光学軸３０Ａが回転する一方向に沿って生じたような状態となる。
不連続部２６ｅを有するコレステリック液晶層２６Ｂを、液晶化合物の光学軸３０Ａが回転する一方向に切断した断面ＳＥＭ画像は、いわば、第１領域２６ａと第２領域２６ｂとの間で、断層ズレを生じたような状態となる。
【００９４】
このような不連続部２６ｅを有するコレステリック液晶層２６Ｂは、一例として、面内において光学軸３０Ａが一方向に回転する液晶配向パターンを有し、かつ、光学軸３０Ａが回転する１周期、一方向に向かう光学軸３０Ａの回転方向、および、コレステリック絵機種相の螺旋構造の１ピッチが等しいコレステリック液晶層を有するフィルムを、２枚、作製し、一方の配向膜２４および支持体２０を剥離した後、コレステリック液晶層を積層して、圧着することで、作製できる。
【００９５】
なお、このような不連続部２６ｅを有するコレステリック液晶層２６Ｂでは、不連続部２６ｅを挟んで厚さ方向に対面する液晶化合物３０における光学軸３０Ａの向きは、異なっているのが好ましい。すなわち、不連続部２６ｅを有するコレステリック液晶層２６Ｂでは、第１領域２６ａの上面と、第２領域２６ｂの下面とにおいて、厚さ方向に対面する液晶化合物３０における光学軸３０Ａの向きは、異なっているのが好ましい。
具体的には、第１領域２６ａの上面と、第２領域２６ｂの下面とにおいて、厚さ方向に対面する液晶化合物３０における光学軸３０Ａは、４５〜９０°で交差するのが好ましく７０〜９０°で交差するのがより好ましく、９０°で交差するのがさらに好ましい。
このような構成とすることにより、第１領域２６ａと第２領域２６ｂとの間の液晶化合物３０の旋回が連続しない欠陥を大きくして、好適に、コレステリック液晶層の選択反射波長域に、急激に反射率が低下する波長が生じさせ、かつ、外部からの刺激によって急激に反射率が低下する波長を変化させることができる。
【００９６】
＜コレステリック液晶層の液晶配向パターンの他の例＞
以上のコレステリック液晶層は、いずれも、液晶化合物３０に由来する光学軸は、一方向（矢印Ｘ方向）に向かって回転する液晶配向パターンを有する。
しかしながら、本発明の光学素子において、コレステリック液晶層の面内における液晶配向パターンは、これに制限はされない。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は、液晶化合物３０に由来する光学軸が、複数の方向に向かって回転する液晶配向パターンを有してもよい。
【００９７】
一例として、図１３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（第１領域および第２領域）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。
【００９８】
なお、図１３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。
【００９９】
図１３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１３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１３に示す態様は、反時計回りの配向である。図１３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。
【０１００】
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。
【０１０１】
＜センサー＞
図１４に、本発明の光学素子を用いる、本発明のセンサーの一例を概念的に示す。
なお、図１４では、本発明の光学素子として、図１に示す光学素子１０を用いているが、光学素子１０に変えて、図８に示す光学素子４０および図９に示す光学素子４２を用いた場合、ならびに、図１３に示す液晶配向パターンを有するコレステリック液晶層を備える光学素子を用いた場合も、同様の作用効果を得られる。
【０１０２】
図１４に示すセンサー５０は、光源５２と、本発明の光学素子１０と、光検出器５４とを有する。
センサー５０では、光源５２が出射した光を、光学素子１０で反射して、この反射光を光検出器５４で検出することで、光学素子１０が受けた刺激を検出する。
【０１０３】
光源５２は、少なくとも、光学素子１０のコレステリック液晶層２６の選択反射波長域における、反射率が急激に落ち込む波長の光を出射可能、好ましくは、コレステリック液晶層２６の選択反射波長域を包含する波長の光を出射可能なものであれば、公知の各種の光源が利用可能である。一例として、水銀灯などの電球、蛍光灯、ハロゲンランプ、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）、および、半導体レーザなどのレーザ等が例示される。なお、光源５２の出射光は、拡散光でも、コリメートされた光ビームのような平行光でもよい。
なお、本発明のセンサーにおいては、光源として、センサーが設置される場所の照明などの環境光等が利用可能である場合には、光源５２は設けなくてもよい。
【０１０４】
光検出器５４も、光源５２が出射し、光学素子１０が反射した光を受光して、測光可能なものであれば、公知の各種の光検出器が利用可能である。一例として、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサ、および、ＣＣＤ（Charge-Coupled Device）センサ等が例示される。
なお、光検出器５４は、光学素子１０への刺激に応じた画素の出力変動を好適に検出するために、光をライン状に検出する光検出器（ラインセンサー）、または、光を二次元的に検出する光検出器（エリアセンサー）であるのが好ましい。
【０１０５】
＜センサーの作用＞
センサー５０は、光源５２が出射した光を、光学素子１０で反射して、この反射光を光検出器５４で検出している。
図示例においては、光源５２は、光学素子１０のコレステリック液晶層２６の主面（最大面）に対して、法線方向から、光を入射する。
上述したように、光学素子１０は、鏡面反射に対して、光学軸３０Ａが回転する１方向（矢印Ｘ）に傾けて、光を反射する。従って、光学素子１０による反射光は、法線方向に対して、矢印Ｘ方向に傾けて、光を反射する。
【０１０６】
ここで、光学素子１０による光の反射角度（回折角度）は、波長によって異なり、長波長の光ほど、反射角度が大きい。
例えば、コレステリック液晶層２６による選択反射波長域において、或る波長の光は、光検出器５４の位置ａの画素に入射し、より長波長の光は、より大きな反射角度に対応する光検出器５４の位置ｂの画素に入射し、さらに長波長の光は、さらに大きな反射角度に対応する光検出器５４の位置ｃの画素に入射し、よりさらに長波長の光は、よりさらに大きな反射角度に対応する光検出器５４の位置ｄの画素に入射する。
ここで、光学素子１０のコレステリック液晶層２６において、選択反射波長域で急激に反射率が落ち込む波長が、波長に応じた反射角度によって、位置ｂの画素に入射する波長であったとする。この場合には、位置ａ、ｃおよびｄの画素に比して、位置ｂの画素の出力は、大幅に小さい。
【０１０７】
この状態で、光学素子１０が刺激Ｓを受けると、上述したように、選択反射波長域で急激に反射率が落ち込む波長が、長波長側に移動する。これに応じて、反射率が急激に落ち込む波長は、波長に応じた反射角度（回折角度）が大きな波長となる。
従って、光学素子１０が刺激Ｓを受けた状態では、位置ｂの画素に入射する波長の光は、光学素子１０（コレステリック液晶層２６）によって反射されるので、位置ｂの画素の出力は、急激に増大する。また、より長波長の光が入射する画素、反射率が急激に落ち込む波長に応じて、出力が急激に低下する。例えば、より長波長の光が入射する位置ｄの画素の出力が、急激に低下する。
【０１０８】
すなわち、本発明のセンサー５０によれば、光検出器５４において、反射率が急激に落ち込む波長の反射に対応する位置ｂの画素の出力の強度変化を検出することで、光学素子１０が受けた刺激を、高感度に検出できる。
また、刺激Ｓに応じて出力が低下した画素の位置から、刺激の大きさも検出できる。
【０１０９】
本発明のセンサー５０において、検出する刺激Ｓには、制限はない。
一例として、押圧および曲げ等による応力などの機械的な刺激（応力センサーなど）、フォトクロミック材料のように受光によって状態が変化する材料を用いる光学的な刺激（光センサーなど）、特定の物質と接触することで化学反応を生じて状態が変化する材料を用いる化学的な刺激（物質センサーなど）、および、電圧、電流および電力等の変化を利用する電気的な刺激（電気センサーなど）、が例示される。
なお、本発明のセンサー５０は、複数の刺激を検出するものでもよい。
【０１１０】
以上、本発明の光学素子およびセンサー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】
【０１１１】
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。【０１１２】
［実施例１］
（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。【０１１３】
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
―――――――――――――――――――――――――――――――――【０１１４】
（下塗り層の形成）
支持体のアルカリけん化処理面に、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。【０１１５】
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
―――――――――――――――――――――――――――――――――【０１１６】
【化１】
2020022434.tif 000003
【０１１７】
（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。【０１１８】
配向膜形成用塗布液
―――――――――――――――――――――――――――――――――
光配向用素材Ａ                                    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
―――――――――――――――――――――――――――――――――【０１１９】
−光配向用素材Ａ−
【化２】
2020022434.tif 000004
【０１２０】
（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（液晶化合物由来の光軸が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。【０１２１】
（コレステリック液晶層の形成）
＜第１領域の形成＞
コレステリック液晶層の第１領域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５５０ｎｍ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                                  ５．４６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
―――――――――――――――――――――――――――――――――【０１２２】
棒状液晶化合物Ｌ−１
【化３】
2020022434.tif 000005
【０１２３】
キラル剤Ｃｈ−１
【化４】
2020022434.tif 000006
【０１２４】
レベリング剤Ｔ−１
【化５】
2020022434.tif 000007
【０１２５】
第１領域は、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。【０１２６】
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。【０１２７】
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２．２μｍになるまで重ね塗りを繰り返し、コレステリック液晶層の第１領域を形成した。
第１領域の断面をＳＥＭで確認したところ、コレステリック液晶相は６ピッチであった。また、第１領域の表面は、周期的な液晶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、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、０．８μｍであった。【０１２８】
＜不連続部の形成＞
コレステリック液晶層の不連続部を形成するための液晶組成物として、下記の組成物Ａ−２を調製した。この組成物Ａ−２は、捩れがない異方性層を形成する、液晶組成物である。
組成物Ａ−２
―――――――――――――――――――――――――――――――――
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
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
―――――――――――――――――――――――――――――――――【０１２９】
組成物Ａ−２を第１領域上に積層塗布することにより、コレステリック液晶層の不連続部を形成した。不連続部における液晶化合物の配向方向は、下層の第1領域の最上面の配向方向と同じ方向になる。【０１３０】
Ａ−２を塗布した後に、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。
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て、不連続部（異方性層）を形成した。不連続部の膜厚は９０ｎｍであった。【０１３１】
＜第２領域の形成＞
コレステリック液晶層の第２領域を形成する液晶組成物として、上述した組成物Ａ−１を用いた。
第２領域は、組成物Ａ−１を不連続部の上に多層塗布することにより形成した。その他、形成方法は第１領域と同じとした。第２領域の厚さは２．２μｍ、ピッチ数は６ピッチであった。
以上により、第１領域、不連続部、および、第２領域が積層された、コレステリック液晶層を作製し、支持体、配向膜、および、コレステリック液晶層を有する光学素子を作製した。【０１３２】
（コレステリック液晶層の断面）
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、図１０に示すような、コレステリック液晶相に由来する明線および暗線が不連続な部分を、光学軸の向きが回転する一方向に沿って有する構造が観測された。
また、ＳＥＭ観察において、不連続な部分を除いて画像をつなぎ合わせると、明線と暗線とが連続に繋がった。このことから、明線および暗線において、不連続な部分を挟んで厚さ方向に対面する液晶化合物は、液晶化合物由来の光学軸の向きが等しいことが確認できた。
さらに、作製したコレステリック液晶層の第１領域と第２領域とを剥離して、それぞれの螺旋の捩れ方向と選択反射中心波長を確認した。その結果、どちらも捩れ方向は右で、選択反射中心波長は５５０ｎｍであった。【０１３３】
（評価）
光学素子（コレステリック液晶層）の反射特性を反射分光器によって測定した。
鉛直方向からの入射光に対して斜め約４５°方向に光が反射し、図７に示すように、５５０ｎｍ付近の波長で反射光の鋭い谷が得られた。また、この鋭い谷の波長に相当する反射角度では反射光が弱く、それより大きな波長はより大きな角度に、小さな波長はより小さい角度に分光されて、共に強く反射していた。
これをイメージセンサで受光することにより、反射光の谷に相当する場所（画素）で反射光が急激に小さくなっていた。また、光学素子に弱い引っ張り応力を与えたところ、反射光が急激に小さくなる画素が別の画素に変わった。すなわち、刺激によって、反射光の谷に相当する波長、すなわち、反射光が急激に小さくなる谷に相当する反射角度が、変化することが確認できた。【０１３４】
［実施例２］
実施例１の光学素子の作製において、配向膜を露光する際における２つの光の交差角（交差角α）を変更することで、液晶化合物由来の光学軸が１８０°回転する１周期を０．４５μｍとした。
これ以外は、実施例１と同様にして、支持体、配向膜、および、コレステリック液晶層を有する光学素子を作製した。【０１３５】
実施例１と同様に、コレステリック液晶層の断面をＳＥＭで確認した。その結果、図１０に示すような、コレステリック液晶相に由来する明線および暗線が不連続な部分を、光学軸の向きが回転する一方向に沿って有する構造が観測された。
また、ＳＥＭ観察において、不連続な部分を除いて画像をつなぎ合わせると、明線と暗線とが連続に繋がった。このことから、明線および暗線において、不連続な部分を挟んで厚さ方向に対面する液晶化合物は、液晶化合物由来の光学軸の向きが等しいことが確認できた。
さらに、作製したコレステリック液晶層の第１領域と第２領域とを剥離して、それぞれの螺旋の捩れ方向と選択反射中心波長を確認した。その結果、どちらも捩れ方向は右で、選択反射中心波長は５５０ｎｍであった。【０１３６】
次に、作製した光学素子を、屈折率１．５の導光板の主面の端部に貼り付けた。
導光板の光学素子を貼り付けた面と反対の面から測定光を垂直に入射すると、光学素子（コレステリック液晶層）による反射光が、導光板中を伝播する様子が観測された。この反射光の波長領域には、欠陥層に対応する非反射波長が含まれている。また、このような構成にすると、非反射波長の情報を、導光板（導光体）を通して離れた位置まで届けることができる。【０１３７】
さらに、光学素子から離れた位置で導光板の端を斜めに切り欠いた形状にすることで、導光板内部で伝播した反射光を導光板の外部に取り出した。
導光板の外部に取り出した反射光の特性を、反射分光器によって実施例１と同様に測定した。また、導光板の外部に取り出した反射光を、実施例１と同様にイメージセンサで受光し、さらに、光学素子に実施例１と同様に引っ張り応力を与えた。
得られた結果は、実施例１と同様であった。【０１３８】
以上の結果により、本発明の光学素子が、センサーへの刺激の有無に応じた反射光の部分的な光量変動を利用する用途に、好適に利用可能なことが確認された。
【産業上の利用可能性】
【０１３９】
機械的な刺激、化学的な刺激、光学的な刺激、および、電気的な刺激を検出するセンサーなど、刺激の有無に応じた反射光の部分的な光量変動を利用する各種の用途に好適に利用可能である。
【符号の説明】
【０１４０】
１０，４０，４２  光学素子
２０  支持体
２４  配向膜
２６，３４  コレステリック液晶層
２６ａ  第１領域
２６ｂ  第２領域
２６ｃ，２６ｄ，２６ｅ  不連続部
３０  液晶化合物
３０Ａ  光学軸
５０  センサー
５２  光源
５４  光検出器
６０  露光装置
６２  レーザ
６４  光源
６８  偏光ビームスプリッター
７０Ａ，７０Ｂ  ミラー
７２Ａ，７２Ｂ  λ／４板
Ｅ  等位相面
Ｍ  レーザ光
ＭＡ，ＭＢ  光線
Ｐｏ  直線偏光
ＰR，Ｒ右円偏光
ＰL  左円偏光
Ｑ  絶対位相
Ｓ  刺激
【図１】
2020022434.tif 000008
【図２】
2020022434.tif 000009
【図３】
2020022434.tif 000010
【図４】
2020022434.tif 000011
【図５】
2020022434.tif 000012
【図６】
2020022434.tif 000013
【図７】
2020022434.tif 000014
【図８】
2020022434.tif 000015
【図９】
2020022434.tif 000016
【図１０】
2020022434.tif 000017
【図１１】
2020022434.tif 000018
【図１２】
2020022434.tif 000019
【図１３】
2020022434.tif 000020
【図１４】
2020022434.tif 000021
【国際調査報告】
2020022434.tif 000022
2020022434.tif 000023
2020022434.tif 000024
2020022434.tif 000025