(57)【要約】  第１の液晶化合物を含む組成物の硬化層からなる第１の光学異方性層を備え、第１の光学異方性層は、波長５５０ｎｍの光で計測した屈折率異方性Δｎ550が０．２４以上であり、第１の液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転変化した第１の液晶配向パターンを有し、第１の液晶配向パターンにおいて、光学軸の向きが面内で１８０°回転する長さΛを１周期とした場合の、１周期の長さΛが１．６μｍ以下である光学素子、光配向パターンの形成方法および光学素子の製造方法。
2020022496.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の液晶化合物を含む組成物の硬化層からなる第１の光学異方性層を備え、
前記第１の光学異方性層は、波長５５０ｎｍの光で計測した屈折率異方性Δｎ550が０．２４以上であり、
前記第１の液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転変化した第１の液晶配向パターンを有し、
該第１の液晶配向パターンにおいて、前記光学軸の向きが面内で１８０°回転する長さΛを１周期とした場合の、該１周期の長さΛが１．６μｍ以下である光学素子。
【請求項２】
前記１周期の長さΛが１μｍ以下である請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記第１の光学異方性層の膜厚ｄが１μｍ以下である請求項１または請求項２に記載の光学素子。
【請求項４】
前記第１の光学異方性層は、最大モル吸光係数を示す波長λｍａｘが３１０ｎｍ以下であり、かつ、モル吸光係数が１０００を示す波長λ(１０００）が３５０ｎｍ以下である請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項５】
前記第１の液晶化合物が、一般式（Ｉ）で表される化合物である請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の光学素子。
【化１】
2020022496.tif 000019
一般式（Ｉ）中、Ｐ１およびＰ２は、それぞれ独立に、重合性基を表す。
Ｌ１およびＬ２は、それぞれ独立に、単結合または２価の連結基を表す。
Ｘは、−Ｃ(Ｒｘａ)(Ｒｘｂ)−を表す。ＲｘａおよびＲｘｂは、それぞれ独立に、水素原子または置換基を表す。
Ｙは、−Ｃ(Ｒｙａ)(Ｒｙｂ)−、−Ｏ−、−ＮＲｙｎ−、または、−Ｓ−を表す。ＲｙａおよびＲｙｂは、それぞれ独立に、水素原子または置換基を表す。Ｒｙｎは、水素原子または炭素数１〜６のアルキル基を表す。
Ｒ１〜Ｒ４は、それぞれ独立に、置換基を表す。
ｍ１〜ｍ４は、それぞれ独立に、０〜４の整数を表す。
Ｒ１〜Ｒ４がそれぞれ複数存在する場合、複数存在するＲ１〜Ｒ４は、それぞれ同一でもよく異なっていてもよい。
【請求項６】
前記第１の液晶化合物が厚み方向にコレステリック配向している請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の光学素子を、複屈折性マスクとして光配向膜に対向させて配置し、
該複屈折性マスクを介して前記光配向膜に光を照射することにより、前記光配向膜の表面に、前記光学素子の前記第１の液晶配向パターンに応じた光配向パターンを形成する、光配向パターンの形成方法。
【請求項８】
請求項７に記載の光配向パターンの形成方法を使用した光学素子の製造方法。
【請求項９】
支持体の一表面に光配向膜を形成し、
請求項１から請求項６のいずか１項に記載の光学素子を、複屈折性マスクとして前記光配向膜に対向させて配置し、前記複屈折性マスクを介して前記光配向膜に光を照射することにより、前記光配向膜の表面に、前記光学素子の前記第１の液晶配向パターンに応じた光配向パターンを形成し、
前記光配向パターンが形成された前記光配向膜の表面に、第２の液晶化合物を含む組成物を塗布し、該組成物を硬化させることにより、該組成物の硬化層からなる、前記光配向パターンに応じた第２の液晶配向パターンを有する第２の光学異方性層を形成し、該第２の光学異方性層を備えた光学素子を製造する、光学素子の製造方法。
【請求項１０】
前記第２の液晶化合物として、一般式（Ｉ）で表される化合物を用いる請求項９に記載の光学素子の製造方法。
【化２】
2020022496.tif 000020
一般式（Ｉ）中、Ｐ１およびＰ２は、それぞれ独立に、重合性基を表す。
Ｌ１およびＬ２は、それぞれ独立に、単結合または２価の連結基を表す。
Ｘは、−Ｃ(Ｒｘａ)(Ｒｘｂ)−を表す。ＲｘａおよびＲｘｂは、それぞれ独立に、水素原子または置換基を表す。
Ｙは、−Ｃ(Ｒｙａ)(Ｒｙｂ)−、−Ｏ−、−ＮＲｙｎ−、または、−Ｓ−を表す。ＲｙａおよびＲｙｂは、それぞれ独立に、水素原子または置換基を表す。Ｒｙｎは、水素原子または炭素数１〜６のアルキル基を表す。
Ｒ１〜Ｒ４は、それぞれ独立に、置換基を表す。
ｍ１〜ｍ４は、それぞれ独立に、０〜４の整数を表す。
Ｒ１〜Ｒ４がそれぞれ複数存在する場合、複数存在するＲ１〜Ｒ４は、それぞれ同一でもよく異なっていてもよい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子、光学素子を用いた光配向パターンの形成方法および光学素子を用いた新たな光学素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの光学デバイスあるいはシステムにおいて、偏光が利用されており、偏光の反射、集光および発散などの制御を行うための光学素子の開発が進められている。【０００３】
特表２０１７−５２２６０１号公報（以下において、特許文献１という。）には、液晶化合物を含み光学的異方性を有する薄膜をパターニングすることによって形成された光学回折素子が開示されている。【０００４】
特許第５６５１７５３号公報（以下において、特許文献２という。）には、ホログラフィによってパターン化された重合性液晶マスク層を用いたフォトリソグラフィにより、配向層をパターン化する方法が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載されているような面内で棒状液晶化合物の配向パターンを変化させて光を回折させる素子は、仮想現実(Augmented Reality：ＡＲ）映像投影装置などの光学部材としての適用が期待される。しかしながら、従来知られている液晶化合物を用いた配向パターンでは、回折角度が大きくなると回折効率が低下する、すなわち回折光の強度が弱くなるという問題がある。従って、大きな回折角度で、かつ、高い回折効率の回折光を得ることができる光学素子が求められている。
また、特許文献２に開示されている重合性液晶マスク層を用いて配向層のパターニングを行う場合、マスク層の厚みによって形成精度に差が生じることが本発明者らの検討により明らかになってきた。【０００６】
本開示は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その課題は、大きな回折角度で、従来よりも高い回折効率の回折光を得ることができる光学素子を提供すること、その光学素子を用いた光配向パターンの形成方法およびその光学素子を用いた新たな光学素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するための具体的手段には、以下の態様が含まれる。
＜１＞  第１の液晶化合物を含む組成物の硬化層からなる第１の光学異方性層を備え、
上記第１の光学異方性層は、波長５５０ｎｍの光で計測した屈折率異方性Δｎ550が０．２４以上であり、
上記第１の液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転変化した第１の液晶配向パターンを有し、
第１の液晶配向パターンにおいて、上記光学軸の向きが面内で１８０°回転する長さΛを１周期とした場合の、１周期の長さΛが１．６μｍ以下である光学素子。
＜２＞  上記１周期の長さΛが１μｍ以下である＜１＞に記載の光学素子。
＜３＞  上記第１の光学異方性層の膜厚ｄが１μｍ以下である＜１＞または＜２＞に記載の光学素子。
＜４＞  上記第１の光学異方性層は、最大モル吸光係数を示す波長λｍａｘが３１０ｎｍ以下であり、かつ、モル吸光係数が１０００を示す波長λ（１０００）が３５０ｎｍ以下である＜１＞から＜３＞のいずれかに記載の光学素子。
＜５＞  上記第１の液晶化合物が、一般式（Ｉ）で表される化合物である＜１＞から＜４＞のいずれかに記載の光学素子。
【化１】
2020022496.tif 000003
一般式（Ｉ）中、Ｐ１およびＰ２は、それぞれ独立に、重合性基を表す。
Ｌ１およびＬ２は、それぞれ独立に、単結合または２価の連結基を表す。
Ｘは、−Ｃ(Ｒｘａ)(Ｒｘｂ)−を表す。ＲｘａおよびＲｘｂは、それぞれ独立に、水素原子または置換基を表す。
Ｙは、−Ｃ(Ｒｙａ)(Ｒｙｂ)−、−Ｏ−、−ＮＲｙｎ−、または、−Ｓ−を表す。ＲｙａおよびＲｙｂは、それぞれ独立に、水素原子または置換基を表す。Ｒｙｎは、水素原子または炭素数１〜６のアルキル基を表す。
Ｒ１〜Ｒ４は、それぞれ独立に、置換基を表す。
ｍ１〜ｍ４は、それぞれ独立に、０〜４の整数を表す。
Ｒ１〜Ｒ４がそれぞれ複数存在する場合、複数存在するＲ１〜Ｒ４は、それぞれ同一でもよく異なっていてもよい。
＜６＞  上記第１の液晶化合物が厚み方向にコレステリック配向している＜１＞から＜５＞のいずれかに記載の光学素子。
＜７＞  ＜１＞から＜６＞のいずれかに記載の光学素子を、複屈折性マスクとして光配向膜に対向させて配置し、
複屈折性マスクを介して上記光配向膜に光を照射することにより、上記光配向膜の表面に、上記光学素子の上記第１の液晶配向パターンに応じた光配向パターンを形成する、光配向パターンの形成方法。
＜８＞  ＜７＞に記載の光配向パターンの形成方法を使用した光学素子の製造方法。
＜９＞支持体の一表面に光配向膜を形成し、
＜１＞から＜６＞のいずかに記載の光学素子を、複屈折性マスクとして上記光配向膜に対向させて配置し、上記複屈折性マスクを介して上記光配向膜に光を照射することにより、上記光配向膜の表面に、上記光学素子の上記第１の液晶配向パターンに応じた光配向パターンを形成し、
上記光配向パターンが形成された上記光配向膜の表面に、第２の液晶化合物を含む組成物を塗布し、組成物を硬化させることにより、組成物の硬化層からなる、上記光配向パターンに応じた第２の液晶配向パターンを有する第２の光学異方性層を形成し、第２の光学異方性層を備えた光学素子を製造する、光学素子の製造方法。
＜１０＞  上記第２の液晶化合物として、一般式（Ｉ）で表される化合物を用いる＜９＞に記載の光学素子の製造方法。
【化２】
2020022496.tif 000004
一般式（Ｉ）中、Ｐ１およびＰ２は、それぞれ独立に、重合性基を表す。
Ｌ１およびＬ２は、それぞれ独立に、単結合または２価の連結基を表す。
Ｘは、−Ｃ(Ｒｘａ)(Ｒｘｂ)−を表す。ＲｘａおよびＲｘｂは、それぞれ独立に、水素原子または置換基を表す。
Ｙは、−Ｃ(Ｒｙａ)(Ｒｙｂ)−、−Ｏ−、−ＮＲｙｎ−、または、−Ｓ−を表す。ＲｙａおよびＲｙｂは、それぞれ独立に、水素原子または置換基を表す。Ｒｙｎは、水素原子または炭素数１〜６のアルキル基を表す。
Ｒ１〜Ｒ４は、それぞれ独立に、置換基を表す。
ｍ１〜ｍ４は、それぞれ独立に、０〜４の整数を表す。
Ｒ１〜Ｒ４がそれぞれ複数存在する場合、複数存在するＲ１〜Ｒ４は、それぞれ同一でもよく異なっていてもよい。
【発明の効果】
【０００８】
本開示によれば、大きな回折角度で、従来よりも高い回折効率の回折光を得る光学素子を提供することができる。また、その光学素子を用いた光配向パターンの形成方法およびその光学素子を用いた新たな光学素子の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の光学素子の一実施形態を模式的に示す図である。
【図２】図１に示す光学素子の光学異方性層の平面模式図である。
【図３】図１に示す光学素子の光学異方性層の作用を示す概念図である。
【図４】図１に示す光学素子の光学異方性層の作用を示す概念図である。
【図５】配向膜に対して干渉光を照射する露光装置の概略構成図である。
【図６】本発明の光学素子の他の一実施形態を模式的に示す図である。
【図７】本発明の光学素子のさらに他の一実施形態の平面模式図である。
【図８】本発明の光配向パターンの形成方法を説明するための概念図である。
【図９】本発明の光配向パターンの形成方法において形成される光配向パターンを説明するための図である。
【図１０】本発明の光学素子の製造方法の一実施形態の工程を示す図である。
【図１１】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】
【００１０】
以下、本発明の光学素子の実施形態について図面を参照して説明する。なお、各図面においては、視認しやすくするため、構成要素の縮尺は実際のものとは適宜異ならせてある。なお、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。また、角度について「直交」および「平行」とは、厳密な角度±１０°の範囲を意味するものとする。
【００１１】
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。
【００１２】
［光学素子］
図１および図２に、本発明の光学素子の一実施形態を模式的に示す。図１は、光学素子の積層構造を模式的に示す側面図であり、図２は図１に示す光学素子１０の液晶配向パターンを模式的に示す平面図である。なお、図面において、シート状の光学素子１０のシート面をｘｙ面、厚み方向をｚ方向と定義している。
【００１３】
図１に示す通り、一実施形態の光学素子１０は、支持体２０、配向膜２４および第１の液晶化合物を含む組成物の硬化層からなる第１の光学異方性層２６を備えている。なお、図示例の光学素子１０は、支持体２０および配向膜２４を有しているが、支持体２０を剥離して、配向膜および光学異方性層のみで、または、配向膜も剥離して、光学異方性層のみで、本開示の一例の光学素子を構成してもよい。
【００１４】
第１の光学異方性層２６は、波長５５０ｎｍの光で計測した屈折率異方性Δｎ550が０．２４以上であり、第１の液晶化合物３０に由来する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変化した第１の液晶配向パターンを有する。そして、第１の液晶配向パターンにおいて、光学軸の向きが面内で１８０°回転する長さΛを１周期とした場合の、１周期の長さΛが１．６μｍ以下である。
【００１５】
図１（および、後述する図３〜図４）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、第１の光学異方性層２６においては、配向膜の表面の液晶化合物３０（液晶化合物分子）のみを示している。しかしながら、第１の光学異方性層２６は、通常の液晶化合物を含む組成物を用いて形成された光学異方性層と同様に、配向された液晶化合物３０が積み重ねられた構造を有する。なお、以下において、第１の光学異方性層２６を単に光学異方性層２６ともいう。
【００１６】
既述の通り、光学異方性層２６は、液晶化合物を含む組成物を用いて形成されたものである。光学異方性層２６は、面内レターデーションの値をλ／２に設定した場合に、一般的なλ／２板としての機能、すなわち、光学異方性層に入射した光に含まれる互いに直交する２つの直線偏光成分に半波長すなわち１８０°の位相差を与える機能を奏する。
【００１７】
図２に示すように、光学異方性層２６は、その光学異方性層２６の面内において、液晶化合物３０に由来する光学軸３０Ａの向きが、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。ここでは、光学軸３０Ａが回転変化する一方向をｘｙ平面におけるｘ軸の方向と一致させている。本実施形態において、光学軸３０Ａが回転変化する一方向をｘ方向として説明する。
【００１８】
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。図１に示すように、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、または単に、光学軸３０Ａとも言う。
【００１９】
図２に示す光学素子１０の平面模式図においては、光学素子１０の構成を明確に示すために、図１と同様、配向膜２４の表面の液晶化合物３０のみを模式的に示している。
【００２０】
光学軸３０Ａの向きがｘ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、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、ｘ方向とが成す角度が、ｘ方向における位置によって異なっており、ｘ方向に沿って、光学軸３０Ａとｘ方向とが成す角度がθからθ＋１８０°あるいはθ−１８０°まで、徐々に変化していることを意味する。ここで、「角度が徐々に変化する」とは、一定の角度間隔で変化するものであってもよいし、連続的に変化するものであってもよい。但し、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。
【００２１】
一方、光学異方性層２６を形成する液晶化合物３０は、面内において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（ｘ方向）と直交するｙ方向では、光学軸３０Ａの向きが等しい液晶化合物３０が等間隔で配列されている。
言い換えれば、光学異方性層２６を形成する液晶化合物３０において、ｙ方向に配列される液晶化合物３０同士では、光学軸３０Ａの向きとｘ方向とが成す角度が等しい。
【００２２】
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の向きが連続的に回転して変化する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。言い換えれば、液晶配向パターンにおける１周期の長さは、液晶化合物３０の光学軸３０Ａとｘ方向とのなす角度がθからθ＋１８０°となるまでの距離により定義される。具体的には、図２に示すように、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、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」あるいは単に「周期Λ」とも言う。
本開示の光学素子１０において、光学異方性層２６の液晶配向パターンは、この１周期Λの液晶配向が、ｘ方向に繰り返されたパターンである。
【００２３】
前述のように光学異方性層２６において、ｙ方向に配列される液晶化合物３０同士は、その光学軸３０Ａと液晶化合物３０の光学軸の向きが回転するｘ方向とが成す角度が等しい。この光学軸３０Ａとｘ方向とが成す角度が等しい液晶化合物３０が、ｙ方向に配置された領域を、領域Ｒとする。
この場合に、それぞれの領域Ｒにおける面内レタデーション（Ｒｅ）の値は、光学素子によって回折させたい光（以下において、対象光といい、）の半波長すなわち、対象光の波長がλであるとき、面内レターデーションＲｅはλ／２であるのが好ましい。これらの面内レターデーションは、領域Ｒの屈折率異方性Δｎと光学異方性層の厚み（膜厚）ｄとの積により算出される。ここで、光学異方性層における領域Ｒの屈折率異方性に伴う屈折率差とは、領域Ｒの面内における遅相軸の方向の屈折率と、遅相軸の方向に直交する方向の屈折率との差により定義される屈折率差である。すなわち、領域Ｒの屈折率異方性に伴う屈折率差Δｎは、光学軸３０Ａの方向の液晶化合物３０の屈折率と、領域Ｒの面内において光学軸３０Ａに垂直な方向の液晶化合物３０の屈折率との差に等しい。つまり、上記屈折率差Δｎは、液晶化合物に依存するものであり、各領域Ｒの面内レターデーションは略同等である。但し、既述の通り、各領域Ｒ間では光学軸３０Ａの方向が異なっている。
【００２４】
光学異方性層２６においては、面内において光学軸３０Ａの向きが回転しているため、その全体としての面内レターデーションの測定は困難である。光学異方性層２６の原料である組成物を、別途に用意した測定用の配向膜付き支持体上に塗布し、液晶化合物の光学軸を支持体の面に水平配向して固定化して得た硬化層のレターデーション値およびその硬化層の膜厚を測定して求めることができる。
なお、光学異方性層２６の面内レターデーションは周期および回折効率から推定することが可能である。
【００２５】
このような光学異方性層２６に円偏光が入射すると、光は、屈折され、かつ、円偏光の方向が変換される。
この作用を、図３に光学異方性層２６を例示して概念的に示す。なお、光学異方性層２６の面内レターデーションがλ／２であるとする。
この場合、図３に示すように、光学異方性層２６に左円偏光ＰLである入射光Ｌ1が入射すると、入射光Ｌ1は、光学異方性層２６を通過することにより１８０°の位相差が与えられて、透過光Ｌ2は、右円偏光ＰＲに変換される。
また、入射光Ｌ1は、光学異方性層２６を通過する際に、それぞれの液晶化合物３０の光学軸３０Ａの向きに応じて絶対位相が変化する。このとき、光学軸３０Ａの向きは、ｘ方向に沿って回転しながら変化しているため、光学軸３０Ａの向きに応じて、入射光Ｌ1の絶対位相の変化量が異なる。さらに、光学異方性層２６に形成された液晶配向パターンは、ｘ方向に周期的なパターンであるため、光学異方性層２６を通過した入射光Ｌ1には、図３に示すように、それぞれの光学軸３０Ａの向きに対応したｘ方向に周期的な絶対位相Ｑ１が与えられる。これにより、ｘ方向に対して逆の方向に傾いた等位相面Ｅ１が形成される。
そのため、透過光Ｌ2は、等位相面Ｅ１に対して垂直な方向に向かって傾くように屈折され、入射光Ｌ1の進行方向とは異なる方向に進行する。このように、左円偏光ＰLの入射光Ｌ1は、入射方向に対してｘ方向に一定の角度だけ傾いた、右円偏光ＰRの透過光Ｌ2に変換される。
【００２６】
一方、図４に概念的に示すように、同様の面内レターデーションを有する光学異方性層２６に右円偏光ＰRの入射光Ｌ4が入射すると、入射光Ｌ4は、光学異方性層２６を通過することにより、１８０°の位相差が与えられて、左円偏光ＰLの透過光Ｌ5に変換される。
また、入射光Ｌ4は、光学異方性層２６を通過する際に、それぞれの液晶化合物３０の光学軸３０Ａの向きに応じて絶対位相が変化する。このとき、光学軸３０Ａの向きは、ｘ方向に沿って回転しながら変化しているため、光学軸３０Ａの向きに応じて、入射光Ｌ4の絶対位相の変化量が異なる。さらに、光学異方性層２６に形成された液晶配向パターンは、ｘ方向に周期的なパターンであるため、光学異方性層２６を通過した入射光Ｌ4は、図４に示すように、それぞれの光学軸３０Ａの向きに対応したｘ方向に周期的な絶対位相Ｑ２が与えられる。
ここで、入射光Ｌ4は、右円偏光ＰＲであるので、光学軸３０Ａの向きに対応したｘ方向に周期的な絶対位相Ｑ２は、左円偏光でＰＬある入射光Ｌ1とは逆になる。その結果、入射光Ｌ4では、入射光Ｌ1とは逆にｘ方向に傾斜した等位相面Ｅ２が形成される。
そのため、入射光Ｌ4は、等位相面Ｅ２に対して垂直な方向に向かって傾くように屈折され、入射光Ｌ4の進行方向とは異なる方向に進行する。このように、入射光Ｌ4は、入射方向に対してｘ方向とは逆の方向に一定の角度だけ傾いた左円偏光の透過光Ｌ5に変換される。
【００２７】
既述の通り、光学異方性層２６において、面内レターデーションの値は、対象光の波長の半波長であるのが好ましい。面内レターデーションの値が対象光の半波長に近いほど対象光の回折において高い回折効率を得ることができるからである。ｘ方向波長がλｎｍである入射光に対する光学異方性層の面内レターデーションＲｅ（λ）＝Δｎλ×ｄは下記式に規定される範囲内であるのが好ましく、適宜設定することができる。
０．７×（λ／２）ｎｍ≦Δｎλ×ｄ≦１．３×（λ／２）ｎｍ
【００２８】
ここで、光学異方性層２６に形成された液晶配向パターンの１周期Λを変化させることにより、透過光Ｌ2およびＬ5の屈折の角度を調節できる。具体的には、液晶配向パターンの１周期Λが短いほど、互いに隣接した液晶化合物３０を通過した光同士が強く干渉するため、透過光Ｌ2およびＬ5を大きく屈折させることができる。さらに、ｘ方向に沿って回転する、液晶化合物３０の光学軸３０Ａの回転方向を逆方向にすることにより、透過光の屈折の方向を、逆方向にできる。周期Λは１μｍ以下であることが好ましく、０．８μｍ以下であることがより好ましい。
屈折率異方性Δｎが０．２４以上であるので、周期Λが１．６μｍ以下と小さい範囲でも十分な回折効率を得ることができる。
【００２９】
光学異方性層２６の膜厚ｄは、所望の面内レターデーションを得るために適宜設定すればよいが、１μｍ以下であることが好ましく、０．８μｍ以下であることがより好ましく、０．５μｍ以下であることがさらに好ましい。特に、光学素子を複屈折性マスクとして光配向パターンの形成に用いる場合には、膜厚ｄが小さいほど好ましい。膜厚ｄが小さいほど、光配向パターンの形成精度を向上させることができる。
なお、周期Λと光学異方性層の膜厚ｄとの比はΛ／ｄが１以上であることが好ましい。      
【００３０】
光学異方性層２６における液晶配向パターンの周期Λは、偏光顕微鏡にて、クロスニコル条件下で明部と暗部の明暗周期パターンを観察し、明暗の周期から求めることができる。観察される明暗周期パターンの周期の２倍が液晶配向パターンの周期Λに相当する。
また、光学異方性層２６膜厚ｄは例えば、光学異方性層の断面を走査型電子顕微鏡にて観察して測定することができる。
【００３１】
また、光学異方性層２６に使用する液晶化合物は、最大モル吸光係数を示す波長λｍａｘが３１０ｎｍ以下であり、かつ、モル吸光係数εが１０００を示す波長λ（１０００）が３５０ｎｍ以下であることが好ましい。これを満たす光学異方性層２６は、着色性を抑制することができ、好ましい。
液晶化合物の最大モル吸収係数を示す波長λｍａｘおよびモル吸光係数εが１０００を示す波長λ（１０００）は次のようにして測定した溶液吸収スペクトルから算出することができる。
各化合物の溶液吸収スペクトルを、島津製作所（株）社製分光光度計ＵＶ−３１００ＰＣを用いて測定した。溶媒としてクロロホルムを用い、所定量の化合物を溶かした溶液を、１ｃｍセルにて測定し、得られたスペクトルと分子量からλｍａｘおよびλ（１０００）を算出する。
【００３２】
支持体２０上に配向膜を形成し、配向膜上に液晶化合物を含む組成物を塗布、硬化することにより、組成物の硬化層からなる光学異方性層を得ることができる。
【００３３】
光学異方性層を形成するための組成物は、第１の液晶化合物を含み、さらにその他の液晶化合物、液晶化合物以外のレベリング剤、配向制御在、重合開始剤および配向助剤などのその他の成分を含有していてもよい。以下に、組成物に含まれる成分について詳述する。
【００３４】
＜＜組成物＞＞
―第１の液晶化合物―
第１の液晶化合物は、その液晶化合物を含む組成物の硬化層からなる光学異方性層の屈折率異方性Δｎ５５０≧０．２４を実現できるものであれば、種類は特に制限されない。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。また、２種以上の棒状液晶化合物、２種以上の円盤状液晶化合物、または、棒状液晶化合物と円盤状液晶化合物との混合物を用いてもよい。
【００３５】
なお、本明細書において、「（メタ）アクリロイルオキシ基」とは、アクリロイルオキシ基およびメタクリロイルオキシ基の両方を表す表記である。
【００３６】
本明細書における基（原子団）の表記において、置換及び無置換を記していない表記は、置換基を有さない基と共に置換基を有する基をも包含する。例えば、「アルキル基」とは、置換基を有さないアルキル基（無置換アルキル基）のみならず、置換基を有するアルキル基（置換アルキル基）をも包含する。
本明細書において、単に置換基という場合、置換基としては、例えば、下記置換基Ｔが挙げられる。
【００３７】
（置換基Ｔ）
置換基Ｔとしては、ハロゲン原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アルキニル基、アリール基、ヘテロ環基、シアノ基、ヒドロキシル基、ニトロ基、カルボキシル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、シリルオキシ基、ヘテロ環オキシ基、アシルオキシ基、カルバモイルオキシ基、アミノ基（アルキルアミノ基及びアニリノ基を含む）、アシルアミノ基、アミノカルボニルアミノ基、アルコキシカルボニルアミノ基、アリールオキシカルボニルアミノ基、スルファモイルアミノ基、アルキル又はアリールスルホニルアミノ基、メルカプト基、アルキルチオ基、アリールチオ基、ヘテロ環チオ基、スルファモイル基、スルホ基、アルキル又はアリールスルフィニル基、アルキル又はアリールスルホニル基、アシル基、アリールオキシカルボニル基、アルコキシカルボニル基、カルバモイル基、アリール又はヘテロ環アゾ基、イミド基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスフィニルオキシ基、ホスフィニルアミノ基、及び、シリル基などが挙げられる。
【００３８】
上記の置換基の中で、水素原子を有するものは、置換基中の水素原子の部分が、更に、上記いずれかの置換基で置換されていてもよい。
【００３９】
第１の液晶化合物として、特に好ましい例について以下に説明する。第１の液晶化合物としては、一般式（Ｉ）で表される化合物（以下において、「化合物Ａ」と称する。）が特に好ましい。この化合物Ａを用いることにより、高い屈折率異方性Δｎと、着色性の抑制とを両立できる。このような効果が得られる理由は必ずしも明確ではないが、特定の連結基でトラン骨格を連結することにより、化合物の吸収波長を長波化することなく、屈折率異方性Δｎを向上させられていると考えられる。
【００４０】
【化３】
2020022496.tif 000005
一般式（Ｉ）中、Ｐ１およびＰ２は、それぞれ独立に、重合性基を表す。
【００４１】
重合性基の種類は特に制限されず、公知の重合性基が挙げられ、反応性の点から、付加重合反応が可能な官能基が好ましく、重合性エチレン性不飽和基または環重合性基がより好ましい。重合性基としては、例えば、（メタ）アクリロイルオキシ基、ビニル基、マレイミド基、アセチル基、スチリル基、アリル基、エポキシ基、オキセタン基、および、これらの基を含む基などが挙げられる。なお、上記各基中の水素原子は、ハロゲン原子など他の置換基で置換されていてもよい。
重合性基の好適な具体例としては、以下の一般式（Ｐ−１）〜（Ｐ−１９）で表される基が挙げられる。なお、以下式中の＊は結合位置を表す。
【００４２】
【化４】
2020022496.tif 000006
【００４３】
Ｌ１およびＬ２は、それぞれ独立に、単結合または２価の連結基を表す。
上記２価の連結基としては、例えば、エーテル基（−Ｏ−）、カルボニル基（−ＣＯ−）、エステル基（−ＣＯＯ−）、チオエーテル基（−Ｓ−）、−ＳＯ２−、−ＮＲ−（Ｒは、水素原子、または、アルキル基を表す）、２価の炭化水素基（例えば、アルキレン基等の飽和炭化水素基、アルケニレン基（例：−ＣＨ＝ＣＨ−）、アルキニレン基（例：−Ｃ≡Ｃ−）、および、アリーレン基）、ならびに、これらを組み合わせた基が挙げられる。
上記２価の連結基のうちの一般式（１）中のベンゼン環基と直接結合する原子は、炭素原子が好ましく、上記炭素原子はｓｐ３炭素原子（一重結合のみを有する炭素原子）が好ましい。
上記２価の連結基としては、置換基を有していてもよい炭素数１〜２０の２価の炭化水素基が好ましい。上記２価の炭化水素基のうちの１個以上のメチレン基は、それぞれ独立に、−Ｏ−または−Ｃ（＝Ｏ）−で置換されていてもよい。なお、１つのメチレン基が−Ｏ−で置換され、それに隣り合うメチレン基が−Ｃ（＝Ｏ）−で置換されて、エステル基を形成してもよい。
上記２価の炭化水素基が有していてもよい置換基としては、例えば、フッ素原子が好ましい。
上記２価の炭化水素基の炭素数は、１〜２０であり、１〜１０が好ましく、１〜５がより好ましい。
上記２価の炭化水素基は、直鎖状でも分岐鎖状でもよく、環状構造を有していてもよい。
【００４４】
中でも、Ｌ１は式（Ａ）で表される基を表し、Ｌ２は式（Ｂ）で表される基を表すのが好ましい。
式（Ａ）  ＊−Ｚ１−Ｓｐ１−＊＊
式（Ｂ）  ＊−Ｚ２−Ｓｐ２−＊＊
Ｚ１およびＺ２は、それぞれ独立に、−Ｃ(Ｒｚａ)(Ｒｚｂ)−を表す。
ＲｚａおよびＲｚｂは、それぞれ独立に、水素原子または置換基を表し、水素原子が好ましい。
Ｓｐ１およびＳｐ２は、それぞれ独立に、フッ素原子を有していてもよい炭素数１〜１９の２価の炭化水素基、または、単結合を表す。上記２価の炭化水素基のうちの１個以上のメチレン基は、それぞれ独立に、−Ｏ−または−Ｃ（＝Ｏ）−で置換されていてもよい。なお、１つのメチレン基が−Ｏ−で置換され、それに隣り合うメチレン基が−Ｃ（＝Ｏ）−で置換されて、エステル基を形成してもよい。
上記２価の炭化水素基は、直鎖状でも分岐鎖状でもよく、環状構造を有していてもよい。
＊は、それぞれ、Ｌ１またはＬ２と直接結合するベンゼン環基との結合位置を表し、＊＊は、それぞれ、Ｐ１またはＰ２との結合位置を表す。
【００４５】
Ｘは、−Ｃ(Ｒｘａ)(Ｒｘｂ)−を表す。ＲｘａおよびＲｘｂは、それぞれ独立に、水素原子または置換基を表す。
ＲｘａおよびＲｘｂは、水素原子が好ましい。
【００４６】
Ｙは、−Ｃ(Ｒｙａ)(Ｒｙｂ)−、−Ｏ−、−ＮＲｙｎ−、または、−Ｓ−を表す。ＲｙaおよびＲｙｂは、それぞれ独立に、水素原子または置換基を表す。Ｒｙｎは、水素原子または炭素数１〜６のアルキル基（直鎖状でも分岐鎖状でもよく、環状構造を有していてもよい。また、さらに置換基を有していてもよい）を表す。
中でも、Ｙは、−Ｃ(Ｒｙａ)(Ｒｙｂ)−または−Ｏ−が好ましく、化合物の着色をより抑制できる点からは、−Ｃ(Ｒｙａ)(Ｒｙｂ)−がより好ましい。
【００４７】
Ｒ１〜Ｒ４は、それぞれ独立に、置換基を表す。
上記置換基としては、それぞれ独立に、炭素数１〜２０（好ましくは炭素数１〜１０、より好ましくは炭素数２〜５）のアルキル基、炭素数１〜２０のアルコキシ基、炭素数１〜２０のアルカノイル基、炭素数１〜２０のアルカノイルオキシ基、炭素数１〜２０（好ましくは炭素数２〜６）のアルコキシカルボニル基、炭素数１〜２０のアルキルアミノ基、炭素数１〜２０のアルキルアミノカルボニル基、炭素数１〜２０のアルカノイルアミノ基、シアノ基、ニトロ基、ハロゲン原子、または、重合性基を有する基（重合性基としては、例えば、Ｐ１およびＰ２の説明で例示した基が挙げられる）が好ましい。
上述した置換基が、直鎖状にも分岐鎖状にもなり得る場合、上述した置換基は、直鎖状であってもよく分岐鎖状であってもよい。また、可能な場合、環状構造を有していてもよい。
上記アルキル基および上述した置換基のアルキル基部分（例えば、上記アルコキシ基における−Ｏ−以外の部分）のうちの１個以上のメチレン基は、それぞれ独立に、−Ｏ−または−Ｃ（＝Ｏ）−で置換されていてもよい。
また、上述した置換基は、可能な場合、さらに置換基（好ましくはフッ素原子）を有していてもよい。例えば上記アルキル基が、フルオロアルキル基（例えば、トリフルオロメチル基などの炭素数１〜１０のパーフルオロアルキル基）となるのも好ましい。また、例えば、上述した置換基のアルキル基部分がフッ素原子を有するのも好ましい。
中でも、化合物の液晶性および溶解性が優れる点から、置換基としては、上記アルキル基、上記アルキルオキシカルボニル基、または、上記アルキルアミノカルボニル基が好ましく、炭素数が２以上のアルキル基、フルオロメチル基（好ましくはトリフルオロメチル基）、上記アルキルオキシカルボニル基、または、上記アルキルアミノカルボニル基がより好ましく、上記アルキルオキシカルボニル基、または、上記アルキルアミノカルボニル基がさらに好ましく、上記アルキルオキシカルボニル基が特に好ましい。
【００４８】
ｍ１〜ｍ４は、それぞれ独立に、０〜４の整数を表す。ｍ１〜ｍ４が２以上であることによって対応するＲ１〜Ｒ４がそれぞれ複数存在する場合、複数存在するＲ１〜Ｒ４は、それぞれ同一でもよく異なっていてもよい。
化合物の液晶性および溶解性が優れる点から、ｍ１〜ｍ４のうちの少なくとも１つが１以上の整数を表すのが好ましい。中でも、ｍ３が１以上の整数を表すのが好ましい。
中でも、ｍ１〜ｍ４のうちの少なくとも１つが１以上の整数を表し、１以上の整数を表すｍ１〜ｍ４のうちの少なくとも１つに対応するＲ１〜Ｒ４のうちの少なくとも１つが、上記アルキル基、上記アルキルオキシカルボニル基、または、上記アルキルアミノカルボニル基であるのが好ましく、炭素数が２以上のアルキル基、フルオロメチル基（好ましくはトリフルオロメチル基）、上記アルキルオキシカルボニル基、または、上記アルキルアミノカルボニル基であるのがより好ましく、上記アルキルオキシカルボニル基、または、上記アルキルアミノカルボニル基であるのがさらに好ましく、上記アルキルオキシカルボニル基であるのが特に好ましい。特に、ｍ３が１以上の整数を表し、Ｒ３のうちの少なくとも１つが、上記アルキル基、上記アルキルオキシカルボニル基、または、上記アルキルアミノカルボニル基であるのが好ましい。
なお、１以上の整数を表すｍ１〜ｍ４のうちの少なくとも１つに対応するＲ１〜Ｒ４のうちの少なくとも１つとは、例えば、ｍ１が１以上の整数を表し、ｍ２〜ｍ４が０である場合、ｍ１に対応するＲ１が上述した基である態様が挙げられる。また、別の例としては、ｍ１〜ｍ２が１以上の整数を表し、ｍ３〜ｍ４が０である場合、ｍ１に対応するＲ１およびｍ２に対応するＲ２の少なくとも１つが上述した基である態様が挙げられる。
【００４９】
化合物Ａの屈折率異方性Δｎは特に制限されないが、０．２３以上が好ましく、０．２８以上がより好ましく、０．３０以上がさらに好ましい。上限は特に制限されないが、０．６０以下の場合が多い。
Δｎの測定方法としては、液晶便覧（液晶便覧編集委員会編、丸善株式会社刊）２０２頁に記載の楔形液晶セルを用いた方法が一般的である。なお、結晶化しやすい化合物の場合は、他の液晶との混合物による評価を行い、その外挿値からΔｎを見積もることもできる。
なお、上記Δｎは、３０℃における波長５５０ｎｍでの測定値に該当する。
【００５０】
化合物Ａの具体例としては、例えば、以下の化合物Ａ−１〜Ａ−１６が挙げられる。
【００５１】
【化５】
2020022496.tif 000007
2020022496.tif 000008
【００５２】
なお、組成物には、化合物Ａ以外の成分が含まれていてもよい。
組成物中での化合物Ａの含有量は特に制限されないが、組成物中の固形分の全質量に対して、２０〜１００質量％が好ましく、４０〜１００質量％がより好ましい。
なお、固形分とは、組成物Ａ中の溶剤以外の成分（不揮発分）を意図する。溶剤以外であれば、その性状が液体状の成分であっても固形分とみなす。
組成物は、化合物Ａを１種単独で使用してもよく、２種以上使用してもよい。２種以上使用する場合は、その合計含有量が上記範囲内であるのが好ましい。
以下、組成物に含まれる他の成分について詳述する。
【００５３】
＜その他の液晶化合物＞
組成物は、化合物Ａ以外のその他の液晶化合物を含んでいてもよい。
その他の液晶化合物は、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が、棒状液晶化合物であることが好ましい。また、その他の液晶化合物は、重合性基を有する液晶化合物（その他の重合性液晶化合物）であるのが好ましい。
その他の液晶化合物である棒状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。上記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、または、アルケニルシクロヘキシルベンゾニトリル類が好ましい。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。
【００５４】
重合性基を有する液晶化合物は、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、一般式（１）のＰ１およびＰ２において例示した重合性基が挙げられる。
重合性基を有する液晶化合物が有する重合性基の個数は、１〜６が好ましく、１〜３がより好ましい。
その他の液晶化合物は、屈折率異方性Δｎが高いことが好ましく、具体的には、０．１５以上が好ましく、０．１８以上がより好ましく、０．２２以上がさらに好ましい。上限は特に制限されないが、０．６０以下の場合が多い。
また、化合物Ａとその他の液晶化合物とを混合して使用することで、全体としての結晶化温度を大きく低下させることもできる。
その他の液晶化合物の例としては、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４９８３４７９号明細書、同５６２２６４８号明細書、同５７７０１０７号明細書、国際公開ＷＯ９５／２２５８６号公報、同９５／２４４５５号公報、同９７／００６００号公報、同９８／２３５８０号公報、同９８／５２９０５号公報、特開平１−２７２５５１号公報、同６−１６６１６号公報、同７−１１０４６９号公報、同１１−８００８１号公報、および、特開２００１−３２８９７３号公報などに記載の化合物が挙げられる。
組成物がその他の液晶化合物を含む場合、組成物中でのその他の液晶化合物の含有量は特に制限されないが、化合物Ａ全質量に対して、１０〜２００質量％が好ましく、５０〜１５０質量％がより好ましい。
組成物は、その他の液晶化合物を１種単独で使用してもよく、２種以上使用してもよい。２種以上使用する場合は、その合計含有量が上記範囲内であるのが好ましい。
【００５５】
＜重合開始剤＞
組成物は、重合開始剤を含んでいてもよい。
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ことが好ましい。光重合開始剤としては、例えば、α−カルボニル化合物、アシロインエーテル、α−炭化水素置換芳香族アシロイン化合物、多核キノン化合物、フェナジン化合物、および、オキサジアゾール化合物が挙げられる。また、オキシムエステル構造を有する化合物も好ましい。
組成物が重合開始剤を含む場合、組成物中での重合開始剤の含有量は特に制限されないが、化合物Ａ全質量に対して（組成物がその他の重合性液晶化合物を含む場合は、化合物Ａとその他の重合性液晶化合物との合計質量に対して）、０．１〜２０質量％が好ましく、１〜８質量％がより好ましい。
組成物は、重合開始剤を１種単独で使用してもよく、２種以上使用してもよい。２種以上使用する場合は、その合計含有量が上記範囲内であるのが好ましい。
【００５６】
＜界面活性剤＞
組成物は、安定的または迅速な液晶相（例えば、ネマチック相、コレステリック相）の形成に寄与する界面活性剤を含んでいてもよい。
界面活性剤としては、例えば、含フッ素（メタ）アクリレート系ポリマー、ＷＯ２０１１／１６２２９１号に記載の一般式（Ｘ１）〜（Ｘ３）で表される化合物、特開２０１４−１１９６０５の段落００８２〜００９０に記載の一般式（Ｉ）で表される化合物、および、特開２０１３−４７２０４号の段落００２０〜００３１に記載の化合物が挙げられる。これらの化合物は、層の空気界面において、液晶化合物の分子のチルト角を低減させる、または、液晶化合物を実質的に水平配向させることができる。
なお、本明細書で「水平配向」とは、液晶化合物の分子軸（液晶化合物が棒状液晶化合物である場合、液晶化合物の長軸に該当。）と膜面が平行であることをいうが、厳密に平行であることを要求するものではなく、本明細書では、膜面とのなす傾斜角が２０度未満の配向を意味するものとする。液晶化合物が空気界面付近で水平配向する場合、配向欠陥が生じ難いため、可視光領域での透明性が高くなる。一方、液晶化合物の分子が大きなチルト角で配向すると、例えば、コレステリック相とする場合は、その螺旋軸が膜面法線からずれるため、反射率が低下したり、フィンガープリントパターンが発生し、ヘイズの増大または回折性を示したりするため好ましくない。
界面活性剤として利用可能な含フッ素（メタ）アクリレート系ポリマーとしては、特開２００７−２７２１８５号公報の段落００１８〜００４３に記載されるポリマーも挙げられる。
組成物が界面活性剤を含む場合、界面活性剤の含有量は特に制限されないが、化合物Ａ全質量に対して（組成物がその他の液晶化合物を含む場合は、本化合物Ａとその他の液晶化合物との合計質量に対して）、０．００１〜１０質量％が好ましく、０．０５〜３質量％がより好ましい。
組成物は、界面活性剤を１種単独で使用してもよく、２種以上使用してもよい。２種以上使用する場合は、その合計含有量が上記範囲内であるのが好ましい。
【００５７】
＜キラル剤＞
組成物は、キラル剤を含んでいてもよい。組成物がキラル剤を含む場合、コレステリック相を形成できる。
キラル剤の種類は、特に制限されない。キラル剤は液晶性であっても、非液晶性であってもよい。キラル剤は、一般に不斉炭素原子を含む。ただし、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を、キラル剤として用いることもできる。軸性不斉化合物または面性不斉化合物としては、例えば、ビナフチル、ヘリセン、パラシクロファン、および、これらの誘導体が挙げられる。キラル剤は、重合性基を有していてもよい。
組成物がキラル剤を含む場合、組成物中でのキラル剤の含有量は特に制限されないが、化合物Ａ全質量に対して（組成物がその他の液晶化合物を含む場合は、化合物Ａとその他の液晶化合物との合計質量に対して）、０．１〜１５質量％が好ましく、１．０〜１０質量％がより好ましい。
組成物は、キラル剤を１種単独で使用してもよく、２種以上使用してもよい。２種以上使用する場合は、その合計含有量が上記範囲内であるのが好ましい。
【００５８】
＜溶剤＞
組成物は溶剤を含んでいてもよい。溶剤は、組成物の各成分を溶解できるのが好ましく、例えば、クロロホルムが挙げられる。組成物が溶剤を含む場合、組成物中の溶剤の含有量は、組成物の固形分濃度を０．５〜２０質量％とする量が好ましく、１〜１０とする量がより好ましい。
組成物は、溶剤を１種単独で使用してもよく、２種以上使用してもよい。２種以上使用する場合は、その合計含有量が上記範囲内であるのが好ましい。
【００５９】
上記以外にも、組成物は、酸化防止剤、紫外線吸収剤、増感剤、安定剤、可塑剤、連鎖移動剤、重合禁止剤、消泡剤、レベリング剤、増粘剤、難燃剤、界面活性剤、分散剤、ならびに、染料および顔料などの色材、などの他の添加剤を含んでいてもよい。
【００６０】
また、組成物に捩れ成分を付与することにより、また、異なる位相差層を積層することにより、入射光の波長に対して光学異方性層を実質的に広帯域にすることも好ましい。例えば、光学異方性層において、捩れ方向が異なる２層の液晶を積層することによって広帯域のパターン化されたλ／２板を実現する方法が特開２０１４−０８９４７６号公報等に示されており、本開示の光学素子において好ましく使用することができる。
【００６１】
＜硬化方法＞
上記組成物を硬化（重合硬化）する方法は特に制限されず、公知の方法を採用できる。例えば、所定の基板と組成物とを接触させて、基板上に組成物層を形成する工程Ｘと、組成物層に加熱処理を施し、化合物Ａを配向させた後、硬化処理を施す工程Ｙとを有する態様が挙げられる。本態様によれば、化合物Ａを配向させた状態で固定化することができ、光学異方性層を形成することができる。
【００６２】
以下、工程Ｘおよび工程Ｙの手順について詳述する。
【００６３】
工程Ｘは、所定の基板と組成物とを接触させて、基板上に組成物層を形成する工程である。使用される基板の種類は特に制限されず、公知の基板（例えば、樹脂基板、ガラス基板、セラミック基板、半導体基板、および、金属基板）が挙げられる。
基板と組成物とを接触させる方法は特に制限されず、例えば、基板上に組成物を塗布する方法、および、組成物中に基板を浸漬する方法が挙げられる。
なお、基板と組成物とを接触させた後、必要に応じて、基板上の組成物層から溶剤を除去するために、乾燥処理を実施してもよい。
【００６４】
工程Ｙは、組成物層に加熱処理を施し、化合物Ａを配向させた後、硬化処理を施す工程である。
組成物層に加熱処理を施すことにより、化合物Ａが配向し、液晶相が形成される。例えば、組成物層にキラル剤が含まれる場合は、コレステリック液晶相が形成される。
加熱処理の条件は特に制限されず、化合物Ａの種類に応じて最適な条件が選択される。
【００６５】
硬化処理の方法は特に制限されず、光硬化処理および熱硬化処理が挙げられる。なかでも、光照射処理が好ましく、紫外線照射処理がより好ましい。
紫外線照射には、紫外線ランプなどの光源が利用される。
【００６６】
上記処理により得られる硬化物は、液晶相を固定してなる層に該当する。特に、組成物がキラル剤を含む場合は、コレステリック液晶相を固定してなる層が形成される。
なお、これらの層は、もはや液晶性を示す必要はない。より具体的には、例えば、コレステリック液晶相を「固定化した」状態は、コレステリック液晶相となっている化合物Ａの配向が保持された状態が最も典型的、且つ、好ましい態様である。より具体的には、通常０〜５０℃、より過酷な条件下では−３０〜７０℃の温度範囲において、層に流動性が無く、また、外場もしくは外力によって配向形態に変化を生じさせることなく、固定化された配向形態を安定に保ち続けることができる状態であることが好ましい。
【００６７】
次に、光学素子１０の他の構成要素について説明する。
【００６８】
＜＜支持体＞＞
支持体２０は、配向膜２４、ならびに、光学異方性層２６を支持するものである。
【００６９】
支持体２０は、配向膜および光学異方性層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としては、透明支持体が好ましく、ポリメチルメタクリレート等のポリアクリル系樹脂フィルム、セルローストリアセテート等のセルロース系樹脂フィルム、シクロオレフィンポリマー系フィルム（例えば、商品名「アートン」、ＪＳＲ社製、商品名「ゼオノア」、日本ゼオン社製）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート、および、ポリ塩化ビニル等を挙げることができる。支持体は、可撓性のフィルムに限らず、ガラス基板等の非可撓性の基板であってもよい。
【００７０】
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、配向膜および光学異方性層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。
【００７１】
＜＜配向膜＞＞
光学素子１０において、支持体２０の表面には配向膜２４が形成される。
配向膜２４は光学異方性層２６を形成する際に、液晶化合物３０を所定の液晶配向パターンに配向するための配向膜である。既述の通り、光学素子１０において、光学異方性層は、液晶化合物３０に由来する光学軸３０Ａ（図２参照）の向きが、面内の一方向（ｘ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。従って、配向膜は、光学異方性層が、この液晶配向パターンを形成できるように、形成される。
【００７２】
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。
【００７３】
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く例示される。
【００７４】
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、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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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挙げられる。
【００７８】
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に示す例では、一例として、第１の光学素子１０の配向膜２４の露光を例示している。
【００７９】
図５に示す露光装置５０は、レーザ５２を備えた光源５４と、レーザ５２が出射したレーザ光７０を光線７２Ａおよび７２Ｂの２つに分離するビームスプリッター５６と、分離された２つの光線７２Ａおよび７２Ｂの光路上にそれぞれ配置されたミラー５８Ａおよび５８Ｂと、λ／４板６０Ａおよび６０Ｂと、を備える。
なお、光源６４は直線偏光Ｐ0を出射する。λ／４板６０Ａおよび６０Ｂは、互いに直交する光学軸を備えている。λ／４板６０Ａは、直線偏光Ｐ0（光線７２Ａ）を右円偏光ＰRに、λ／４板６０Ｂは直線偏光Ｐ0（光線７２Ｂ）を左円偏光ＰLに、それぞれ変換する。
【００８０】
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７２Ａと光線７２Ｂ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５０においては、２つの光線７２Ａおよび７２Ｂの交差角β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５０においては、交差角β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が一方向に沿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（１周期Λ）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、光学異方性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、光学異方性層２６を形成できる。
また、λ／４板６０Ａおよび６０Ｂの光学軸を各々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。
【００８１】
なお、本開示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、光学異方性層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。
【００８２】
［光学素子の他の態様］
図６は、本発明の他の一実施形態の光学素子１２を模式的に示した側面図である。
光学素子１２は、第１の光学異方性層として、液晶化合物３０が厚み方向にコレステリック配向した光学異方性層２８を備えている。図６に示した光学素子１２においても、支持体上に形成された配向膜上に光学異方性層２８が備えられた構成であってもよい。
【００８３】
コレステリック液晶相は、特定の波長において選択反射性を示すことが知られている。選択反射の中心波長（選択反射中心波長）λは、コレステリック液晶相における螺旋構造のピッチＰ（＝螺旋の周期）に依存し、コレステリック液晶相の平均屈折率ｎとλ＝ｎ×Ｐの関係に従う。そのため、この螺旋構造のピッチを調節することによって、選択反射中心波長を調節することができる。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
すなわち、光学異方性層２８は、特定の円偏光（右円偏光もしくは左円偏光）の所定の波長域の光を選択的に反射する機能を奏する。
【００８７】
一方で、光学素子１２の面内方向における光学軸３０Ａの配向パターンは図２に示した光学素子１０における配向パターンと同様であるため、光学素子１０と同様の作用を生じる。すなわち、光学素子１２は、既述の光学素子１０と同様に、入射した光の絶対位相を変化させて所定の方向に屈曲させる作用を奏する。従って、光学素子１２は、入射光を入射方向とは異なる方向に屈曲させる作用と上記コレステリック配向による作用とを併せ持ち、鏡面反射の反射方向に対して所定方向に角度を有して光を反射する。
【００８８】
例えば、光学異方性層２８のコレステリック液晶相が右円偏光を反射するように設計されているとする。この場合、図６に示すように、本光学素子１２の光学異方性層２８の主面に垂直に、すなわち法線に沿って右円偏光ＰＲである光Ｌ６を入射させると、法線方向に対して傾きを有する方向に反射光Ｌ７が生じる。すなわち、光学素子１２は反射型の回折格子として機能する。
【００８９】
本構成の光学素子１２においても、光学異方性層の屈折率異方性Δｎが０．２４以上であることによって、大きな回折角度、例えば、３０°以上の回折角度においても、屈折率異方性Δｎが０．２４未満である光学異方性層を用いた場合と比較して良好な回折効率を得ることができる。
【００９０】
図１〜図４および図６に示す光学素子は、光学異方性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、面内において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、本開示の光学素子は、これに制限はされず、光学異方性層において、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。
【００９１】
図７は、設計変更例の光学素子の光学異方性層３４の平面模式図である。図７において、液晶配向パターンを液晶化合物の光学軸３０Ａによって示している。光学異方性層３４は、光学軸３０Ａの向きが同一である領域が同心円状に設けられ、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が、光学異方性層３４の中心から放射状に設けられた液晶配向パターンを有する。
光学異方性層３４では、光学軸３０Ａの向きは、光学異方性層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。
この液晶配向パターンを有する光学異方性層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。
【００９２】
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光学異方性層３４は、液晶化合物３０の光学軸の回転方向および入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透過できる。
すなわち、光学異方性層の液晶配向パターンを同心円状とすることにより、光学素子は、例えば、凸レンズまたは凹レンズとして機能を発現する。
【００９３】
ここで、光学異方性層の液晶配向パターンを同心円状として、光学素子を凸レンズ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、光学異方性層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屈折の角度は、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、光学異方性層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、光学異方性層３４による光の集束力を、より向上でき、凸レンズとしての性能を、向上できる。
【００９４】
また、例えば凹レンズとする場合など、光学素子の用途によっては、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、光学異方性層３４の中心から、光学軸が連続的に回転する方向を逆方向に回転させ、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屈折の角度は、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、光学異方性層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、光学異方性層３４による光の発散力を、より向上でき、凹レンズとしての性能を、向上できる。
【００９５】
なお、例えば光学素子を凹レンズとする場合など、入射する円偏光の旋回方向を逆にするのも好ましい。
【００９６】
なお、逆に、同心円状の液晶配向パターンにおける１周期Λを、光学異方性層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、例えば透過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。
加えて、本開示の光学素子は、１周期Λが全面的に均一な光学異方性層と、１周期Λが異なる領域を有する光学異方性層とを有してもよい。
【００９７】
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１〜５に示す、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、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透過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、ｘ方向にのみ拡散するように光を透過する光学素子を得ることができる。なお、入射する円偏光の旋回方向を逆にすることでも、矢印のＸ方向にのみ拡散するように光を透過する光学素子を得ることができる。
さらに、例えば透過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、ｘ方向に向かって、１周期Λを漸次、変更するのではなく、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。
【００９８】
「光配向パターンの形成方法」
本発明の「光配向パターンの形成方法」の一実施形態は、上記本発明の一実施形態の光学素子を、複屈折性マスクとして光配向膜に対向させて配置し、複屈折性マスクを介して光配向膜に光を照射することにより、光配向膜の表面に、光学素子の第１の液晶配向パターンに応じた光配向パターンを形成する、方法である。
【００９９】
図８は、上記光学素子を用いた光配向パターンの形成方法の一実施形態を示す図であり、図９は、光配向パターン形成時の照射光の偏光パターンを説明するための模式図である。ここでは、先に説明した光学素子１０を、複屈折性マスクとして用いている。光学素子１０を、支持体１２０上に備えられた光配向膜１２４の表面と、光学素子１０の光学異方性層側の面１０ａが対向するように配置する。光源装置１５０から平行光２０１を出力させて、この平行光２０１を、直線偏光子１５２を透過させることにより、直線偏光２０２に変換し、この直線偏光２０２を、光学素子１０を介して光配向膜１２４に照射する。
光源装置１５０は、例えば、高圧水銀灯などの紫外線源と、線源から出射された光を平行光とするための平行ルーバーなどとの組み合わせにより構成することができる。
【０１００】
図９においては、光学素子１０および光配向膜１２４の面内における光学軸を、並びに、光学素子１０入射前後における直線偏光の透過軸方位の変化を模式的に示している。
直線偏光子１５２を透過した光の偏光学軸は直線偏光子１５２の透過軸方位に沿っているため、光学素子１０に入射する前の直線偏光の偏光学軸の向きは一様である。この直線偏光が通過する光学素子１０の領域における液晶化合物の光学軸の向きによって出射時の偏光学軸の向きが変化する。入射時の偏光学軸が液晶化合物の光学軸の向きと一致している箇所では偏光学軸は変化せず、偏光学軸と光学軸とのなす角度が４５°の箇所では出射時の偏光学軸が入射時の偏光学軸と直交する方向となる、などである。光学素子１０を通過した直線偏光の偏光学軸のｘ方向における１８０°回転の周期Λ２は光学素子１０の第１の液晶配向パターンの一周期Λ１の半分となる。そして、周期Λ２で偏光学軸がｘ軸方向に回転するパターンを有する光が光配向膜１２４に照射される。これによって、光配向膜１２４には、第１の液晶配向パターンに応じた光配向パターン、詳細には、第１の液晶配向パターンの周期Λ１の１／２の周期Λ２＝Λ１／２の光配向パターンが形成される。
【０１０１】
光学素子１０は、光学異方性層２６の屈折率異方性Δｎが大きいので、薄い膜厚で、λ／２の面内レターデーションを実現することができる。光学異方性層２６が薄いほど、マスクとして利用した際の光配向パターンの形成精度を向上することができる。
【０１０２】
「光学素子の製造方法」
本発明の光学素子の製造方法の一実施形態は、上記光配向パターンの形成方法を使用することを特徴とする。
また、本発明の光学素子の製造方法の他の一実施形態は、支持体の一表面に光配向膜を形成し、上記本発明の一実施形態の光学素子を、複屈折性マスクとして光配向膜に対向させて配置し、複屈折性マスクを介して光配向膜に光を照射することにより、光配向膜の表面に、光学素子の第１の液晶配向パターンに応じた光配向パターンを形成し、
光配向パターンが形成された光配向膜の表面に、第２の液晶化合物を含む組成物を塗布し、組成物を硬化させることにより、組成物の硬化層からなる、光配向パターンに応じた第２の液晶配向パターンを有する第２の光学異方性層を形成し、第２の光学異方性層を備えた光学素子を製造する、光学素子の製造方法である。
【０１０３】
上記光学素子の製造方法においては、第２の液晶化合物として、第１の液晶化合物として用いた上述の式（Ｉ）で表される化合物を用いることができる。この場合、光学素子の製造方法において製造される新たな光学素子は、上記式（Ｉ）で表される化合物を含む組成物の硬化層からなる光学異方性層を備えた光学素子となる。
すなわち、本発明の「光学素子の製造方法」は本発明の「光学素子」を用い、本発明の「光学素子」の製造にも適用できる。
【０１０４】
図１０は本発明の「光学素子の製造方法」の一実施形態の工程を示す図である。図１０に沿って、光学素子の製造方法の一実施形態を説明する。
まず、支持体１２０上に配向膜１２４ａを塗布形成する（ｓｔｅｐ１）。次に、上記光配向パターンの形成方法で説明したように、光学素子１０を、配向膜１２４ａの表面と光学素子１０の光学異方性層が対向するように配置する。光学素子１０の光学異方性層は配向膜１２４ａと接触していてもよいし、所定距離で離隔されていてもよい。但し、距離が近いほど好ましく、両者を接触させることが特に好ましい。そして直線偏光の平行光２０１を光学素子１０を介して光配向膜１２４ａに照射する（ｓｔｅｐ２）。本工程は、図８および図９を用いて説明した光配向膜への光配向パターンの形成工程である。ここで、光学素子１０の第１の光学異方性層の液晶配向パターンにおける周期Λ１の１／２の周期Λ２の光配向パターンが形成され、パターン化された光配向膜１２４となる（ｓｔｅｐ３）。
【０１０５】
次に、パターン化された光配向膜１２４の表面に第２の液晶化合物を含む組成物を塗布し組成物層１２６ａを形成し（ｓｔｅｐ４）、紫外線照射等により組成物層１２６ａを硬化させ、硬化層１２６ｂとする（ｓｔｅｐ５）。ｓｔｅｐ４およびｓｔｅｐ５は、既述の組成物層を形成する工程Ｘおよび工程Ｙを採用することができる。この組成物層１２６ａの塗布および硬化を複数回繰り返し、所望の厚みの硬化層からなる第２の光学異方性層１２６を得る（ｓｔｅｐ６）。工程Ｙにおいて液晶化合物を配向させる加熱処理により、組成物中の液晶化合物は、光配向膜１２４に形成された光配向パターンに応じた第２の液晶配向パターンに配向する。ここで、光配向パターンに応じた第２の液晶配向パターンは、光配向パターンと同等の周期Λ２で液晶化合物の光学軸の向きが面内の一方向に沿って連続的に回転変化したパターンである。
【０１０６】
以上の工程により、第２の光学異方性層１２６を備えた光学素子１１０を製造することができる。
【０１０７】
光学素子１０をマスクとする露光法を用いて新たな光学素子１１０を製造する方法は、光学素子１０の作製方法において説明した、光干渉露光法を用いた光配向膜への光配向パターンの形成方法を用いた製造方法と比較して、光学軸調整等の煩雑な調整が不要であり、非常に簡便である。また、既述の通り、屈折率異方性が大きい光学異方性層を備えた光学素子１０を用いているので、光配向パターンを精度良く形成することができる。そして、その結果として、第２の液相配向パターンを精度よく形成することができる。
【実施例】
【０１０８】
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。【０１０９】
まず、最初に本発明の実施例に好適な化合物Ａのうち、上記具体例に挙げた液晶化合物Ａ−１〜Ａ−７の合成および各化合物Ａ−１〜Ａ−７の特性について説明する。【０１１０】
〔化合物の合成〕
＜合成例１：化合物Ａ−１の合成＞
化合物Ａ−１を以下のスキームに従って合成した。【０１１１】
【化６】
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【０１１２】
（１）化合物１の合成
４−アミノフェニル−２−エタノール（１３２．１ｇ、０．９６ｍｏｌ）を水（１０５６ｍＬ）および濃硫酸９０ｍＬ（１．６９ｍｏｌ）中で溶解させた。温度を５℃以下に保ちながら、この溶液に、亜硝酸ナトリウム（８３．０ｇ、１．２０ｍｏｌ）を水（２６４ｍＬ）に溶かした水溶液を滴下し、ジアゾ化を行った。その後、この溶液に、ヨウ化カリウム（５４５．１ｇ、３．２８ｍｏｌ）を水（６６０ｍＬ）に溶かした水溶液を滴下し、室温で２時間撹拌した。得られた溶液を酢酸エチルで２回抽出した後、得られた有機相を合わせ、１０質量％チオ硫酸ナトリウム水溶液、および、飽和食塩水で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥した。乾燥後の有機相をろ過した後、溶剤を減圧留去し、得られた残渣をフラッシュカラムクロマトグラフィーにて精製して、淡黄色オイル状の化合物１（１９５．４ｇ、０．７９ｍｏｌ）を得た。収率は８１．８％であった。【０１１３】
（２）化合物２の合成
窒素雰囲気下にて、化合物１（１９５．４ｇ、０．７９ｍｏｌ）およびトリメチルシリルアセチレン（１１６．０ｇ、１．１８ｍｏｌ）をテトラヒドロフラン（１９７４ｍＬ）およびトリエチルアミン（７９６．９ｇ、７．８８ｍｏｌ）の混合溶液に溶解させた。得られた溶液に窒素バブリングを３０分間行った後、Ｐｄ（ＰＰｈ３）２Ｃｌ２（２７．６ｇ、３９．４ｍｍｏｌ）およびＣｕＩ（１５．０ｇ、７８．８ｍｍｏｌ）を溶液に加えて、溶液を５５℃で２時間撹拌した。溶液を室温に冷却後、溶液から不溶物をろ過により除いた。得られた溶液を飽和塩化アンモニウム水溶液で１回、水および飽和食塩水で１回それぞれ洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥した。乾燥後の有機相をろ過した後、溶剤を減圧留去し、得られた残渣をフラッシュカラムクロマトグラフィーにて精製して、淡黄色オイル状の化合物２（１６３．４ｇ、０．７５ｍｏｌ）を得た。収率は９４．７％であった。【０１１４】
（３）化合物３の合成
化合物２（１６３．４ｇ、０．７５ｍｏｌ）をテトラヒドロフラン（８２０ｍＬ）に溶解させた。得られた溶液にテトラブチルアンモニウムフルオリドの１Ｍテトラヒドロフラン溶液（８２２．９ｍｌ、０．８２ｍｏｌ）を加えた後、溶液を室温にて１時間撹拌した。得られた溶液に１Ｎ塩酸を加え、その後、酢酸エチルで４回抽出した。抽出により得られた有機相を食塩水で１回洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥した。乾燥後の有機相をろ過した後、溶剤を減圧留去し、得られた残渣をフラッシュカラムクロマトグラフィーにて精製して、淡黄色オイル状の化合物３（１０３．７ｇ、０．７１ｍｏｌ）を得た。収率は９４．６％であった。【０１１５】
（４）化合物４の合成
４，４‘−エチレンジアニリン（２．００ｇ、９．４２ｍｍｏｌ）を１Ｎ塩酸水（１１３ｍＬ中）で溶解させた。温度を５℃以下に保ちながら、この溶液に、亜硝酸ナトリウム（１．９５ｇ、２８．３ｍｍｏｌ）を水（１０ｍＬ）に溶かした水溶液を滴下し、ジアゾ化を行った。その後、ヨウ化カリウム（４．２４ｇ、２８．３ｍｍｏｌ）を水（１０ｍＬ）に溶かした水溶液を滴下し、室温で２時間撹拌した。析出した固体を一旦ろ過し、水で洗浄した後、酢酸エチルに再溶解させ、飽和食塩水で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥した。乾燥後の有機相をろ過した後、溶剤を減圧留去し、得られた残渣をフラッシュカラムクロマトグラフィーにて精製し、化合物４（０．４５ｇ、１．０４ｍｍｏｌ）を得た。収率は１１．０％であった。【０１１６】
（５）化合物５の合成
窒素雰囲気下にて、化合物４（０．４０ｇ、０．９２ｍｍｏｌ）および化合物３（０．３０ｇ、２．０５ｍｍｏｌ）をジメチルアセトアミド（１０ｍＬ）およびトリエチルアミン（０．９３ｇ、９．１８ｍｍｏｌ）の混合溶液に溶解させた。得られた溶液の窒素バブリングを３０分間行った後、Ｐｄ（ＰＰｈ３）２Ｃｌ２（３２．３ｍｇ、０．０４６ｍｍｏｌ）およびＣｕＩ（１７．５ｍｇ、０．０９２ｍｍｏｌ）を溶液に加えて、溶液を５５℃で２時間撹拌した。溶液を室温に冷却後、溶液から不溶物をろ過により除いた。得られた溶液に水を加えて析出した固体をろ過した後、メタノール中で懸濁洗浄を行い、化合物５（０．２５ｇ、０．５３ｍｍｏｌ）を得た。収率は５７．７％であった。【０１１７】
（６）化合物Ａ−１の合成
化合物５（０．２５ｇ、０．５３ｍｍｏｌ）をジメチルアセトアミド（１０ｍｌ）に溶解させた。氷冷下にて、塩化アクリル（０．３７ｍｌ、４．６ｍｍｏｌ）およびトリエチルアミン（０．６４ｍＬ、４．６ｍｍｏｌ）を加え、溶液を室温にて２時間撹拌した。得られた溶液に１Ｎ塩酸を加え、その後、酢酸エチルで抽出した。抽出により得られた有機相を飽和炭酸水素ナトリウム水溶液および飽和食塩水で１回洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥した。乾燥後の有機相をろ過した後、溶剤を減圧留去し、得られた残渣をフラッシュカラムクロマトグラフィーにて精製し、化合物Ａ−１（０．１８ｇ、０．３１ｍｍｏｌ）を得た。収率は５８．７％であった。【０１１８】
得られた化合物Ａ−１を１Ｈ−ＮＭＲ（Ｎｕｃｌｅａｒ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）を用いて同定した結果は以下の通りであった。
１Ｈ−ＮＭＲ（ＣＤＣｌ３）：δ＝２．８２（ｔ、４Ｈ）、３．００（ｔ、４Ｈ）、４．３７（ｔ、４Ｈ）、５．８２（ｄ、２Ｈ）、６．１０（ｄｄ、２Ｈ）、６．３８（ｄ、２Ｈ）、７．１０（ｄ、４Ｈ）、７．２０（ｄ、４Ｈ）、７．４５（ｍ、８Ｈ）【０１１９】
＜合成例２：化合物Ａ−２の合成＞
化合物Ａ−２を以下のスキームに従って合成した。【０１２０】
【化７】
2020022496.tif 000010
【０１２１】
（７）化合物６の合成
４−ヨードベンジルアルコール（３０．０ｇ、０．１２８ｍｏｌ）をテトラヒドロフラン（１５０ｍＬ）に溶解させて溶液を得た。氷冷下にて、得られた溶液に、メタンスルホニルクロリド（１５．４ｇ、０．１３５ｍｏｌ）およびトリエチルアミン（１４．３ｇ、０．１４１ｍｏｌ）を加え、室温にて３時間撹拌した。得られた溶液に酢酸エチルおよび水を加えて抽出した後、有機相を水、飽和食塩水で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥した。乾燥後の有機相をろ過した後、溶剤を減圧留去し、得られた残渣にヘキサンを加えて懸濁洗浄した後、化合物６（３８．４ｇ、０．１２３ｍｏｌ）を得た。収率は９６．１％であった。【０１２２】
（８）化合物７の合成
化合物６（５．００ｇ、１６．０ｍｍｏｌ）および４−ヨードフェノール（３．５２ｇ、１６．０ｍｍｏｌ）をジメチルアセトアミド（３０ｍＬ）に溶解させて溶液を得た。溶液に炭酸カリウム（２．６５ｇ、１９．２ｍｍｏｌ）およびヨウ化カリウム（０．２７ｇ、１．６３ｍｍｏｌ）を加え、８５℃にて２時間撹拌した。溶液を室温に冷却後、酢酸エチルおよび水を加えて抽出した後、有機相を１Ｎ塩酸水、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液および飽和食塩水で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥した。乾燥後の有機相をろ過した後、溶剤を減圧留去し、得られた残渣にメタノールを加えて懸濁洗浄した後、化合物７（４．８４ｇ、１１．１ｍｍｏｌ）を得た。収率は６９．４％であった。【０１２３】
（９）化合物８の合成
化合物５の合成（５）における、化合物４の代わりに化合物７を用いること以外は（５）と同様にして、化合物８を合成した。
（１０）化合物Ａ−２の合成
化合物Ａ−１の合成（６）における、化合物５の代わりに化合物８を用いること以外は（６）と同様にして、化合物Ａ−２を合成した。【０１２４】
得られた化合物Ａ−２を１Ｈ−ＮＭＲ（Ｎｕｃｌｅａｒ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）を用いて同定した結果は以下の通りであった。
１Ｈ−ＮＭＲ（ＣＤＣｌ３）：δ＝２．９９（ｔ、４Ｈ）、４．３８（ｔ、４Ｈ）、５．１０（ｓ、２Ｈ）、５．８１（ｄ、２Ｈ）、６．１０（ｄｄ、２Ｈ）、６．３８（ｄ、２Ｈ）、６．９２（ｄ、２Ｈ）、７．２０（ｍ、４Ｈ）、７．４４（ｍ、８Ｈ）、７．５５（ｄ、２Ｈ）【０１２５】
＜合成例３：化合物Ａ−３の合成＞
化合物Ａ−２の合成における４−ヨードフェノールの代わりに、２−メチル−４−ヨードフェノールを用いたこと以外は同様にして、化合物Ａ−３を合成した。【０１２６】
得られた化合物Ａ−３を１Ｈ−ＮＭＲを用いて同定した結果は以下の通りであった。
１Ｈ−ＮＭＲ（ＣＤＣｌ３）：δ＝２．２９（ｓ、３Ｈ）、２．９９（ｔ、４Ｈ）、４．３８（ｔ、４Ｈ）、５．１０（ｓ、２Ｈ）、５．８１（ｄ、２Ｈ）、６．１０（ｄｄ、２Ｈ）、６．３８（ｄ、２Ｈ）、６．８３（ｄ、１Ｈ）、７．２０（ｍ、４Ｈ）、７．３２（ｄ、２Ｈ）、７．４４（ｍ、６Ｈ）、７．５５（ｄ、２Ｈ）【０１２７】
＜合成例４：化合物Ａ−４の合成＞
化合物Ａ−２の合成における４−ヨードフェノールの代わりに、２−トリフルオロメチル−４−ブロモフェノールを用いたこと以外は同様にして、化合物Ａ−４を合成した。【０１２８】
得られた化合物Ａ−４を１Ｈ−ＮＭＲを用いて同定した結果は以下の通りであった。
１Ｈ−ＮＭＲ（ＣＤＣｌ３）：δ＝２．９９（ｔ、４Ｈ）、４．３８（ｔ、４Ｈ）、５．２３（ｓ、２Ｈ）、５．８１（ｄ、２Ｈ）、６．１０（ｄｄ、２Ｈ）、６．３８（ｄ、２Ｈ）、６．９８（ｄ、１Ｈ）、７．２１（ｍ、４Ｈ）、７．４４（ｍ、６Ｈ）、７．５２（ｄ、２Ｈ）、７．６０（ｄ、１Ｈ）、７．７５（ｓ、１Ｈ）【０１２９】
＜合成例５：化合物Ａ−５の合成＞
化合物Ａ−２の合成における４−ヨードフェノールの代わりに、下記の方法で合成した２−ターシャリーブチル−４−ブロモフェノールを用いること以外は同様にして、化合物Ａ−５を合成した。【０１３０】
（１１）２−ターシャリーブチル−４−ブロモフェノールの合成
２−ターシャリーブチルフェノール（１０．０ｇ、６６．６ｍｍｏｌ）をクロロホルム（１００ｍＬ）に溶解させた溶液を得た。溶液にテトラブチルアンモニウムトリブロミド（３８．６ｇ、８０．０ｍｍｏｌ）を添加した。溶液を、室温で１時間撹拌した後、１Ｎ塩酸水を加え、クロロホルムで抽出した。得られた有機相をさらに１Ｎ塩酸水、１０％食塩水および飽和食塩水で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥した。乾燥後の有機相をろ過した後、溶剤を減圧留去し、得られた残渣をフラッシュカラムクロマトグラフィーにて精製し、２−ターシャリーブチル−４−ブロモフェノール（６．６０ｇ、２８．８ｍｍｏｌ）を得た。収率は４３．３％であった。【０１３１】
得られた化合物Ａ−５を１Ｈ−ＮＭＲを用いて同定した結果は以下の通りであった。
１Ｈ−ＮＭＲ（ＣＤＣｌ３）：δ＝１．４０（ｓ、９Ｈ）、３．００（ｔ、４Ｈ）、４．３８（ｔ、４Ｈ）、５．１３（ｓ、２Ｈ）、５．８１（ｄ、２Ｈ）、６．１０（ｄｄ、２Ｈ）、６．３８（ｄ、２Ｈ）、６．８８（ｄ、１Ｈ）、７．２１（ｍ、４Ｈ）、７．３５（ｄ、１Ｈ）、７．４５（ｍ、７Ｈ）、７．５６（ｄ、２Ｈ）【０１３２】
＜合成例６：化合物Ａ−６の合成＞
化合物Ａ−２の合成における４−ヨードフェノールの代わりに、２−メトキシカルボニル−４−ヨードフェノールを用いること以外は同様にして、化合物Ａ−６を合成した。【０１３３】
得られた化合物Ａ−６を１Ｈ−ＮＭＲを用いて同定した結果は以下の通りであった。
１Ｈ−ＮＭＲ（ＣＤＣｌ３）：δ＝２．９９（ｔ、４Ｈ）、３．８９（ｓ、３Ｈ）、４．３８（ｔ、４Ｈ）、５．２１（ｓ、２Ｈ）、５．８１（ｄ、２Ｈ）、６．１０（ｄｄ、２Ｈ）、６．３８（ｄ、２Ｈ）、６．９８（ｄ、１Ｈ）、７．２１（ｍ、４Ｈ）、７．４８（ｍ、６Ｈ）、７．５２（ｄ、２Ｈ）、７．６０（ｄ、１Ｈ）、８．００（ｓ、１Ｈ）【０１３４】
＜合成例７：化合物Ａ−７の合成＞
化合物Ａ−２の合成における４−ヨードフェノールの代わりに、下記の方法で合成した２−ターシャリーブトキシカルボニル−４−ヨードフェノールを用いること以外は同様にして、化合物Ａ−７を合成した。【０１３５】
（１２）２−ターシャリーブトキシカルボニル−４−ヨードフェノールの合成
２−カルボキシル−４−ヨードフェノール（５．００ｇ、１８．９ｍｍｏｌ）およびジメチルアミノピリジン（０．１２ｇ、０．９５ｍｍｏｌ）をターシャリーブタノール（５０ｍＬ）に溶解させた溶液を得た。溶液に１−エチル−３−（３−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド塩酸塩（５．４４ｇ、２８．４ｍｍｏｌ）をテトラヒドロフラン（２５ｍＬ）に溶かした溶液を滴下した。室温で２時間撹拌した後、蓚酸（２．５６ｇ、２８．４ｍｍｏｌ）を加え、さらに１時間撹拌した。不溶物をろ過にて取り除いた後、溶媒を減圧留去し、得られた残渣を水および酢酸エチルで抽出した。有機相を飽和炭酸水素ナトリウム水溶液および飽和食塩水で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥した。乾燥後の有機相をろ過した後、溶剤を減圧留去し、得られた残渣にノルマルヘキサンを加えて、析出物をろ過にて取り除いた。ろ液を減圧留去し、結晶化した２−ターシャリーブトキシカルボニル−４−ヨードフェノール（２．７０ｇ、８．４３ｍｍｏｌ）を得た。収率は４４．６％であった。【０１３６】
得られた化合物Ａ−７を１Ｈ−ＮＭＲを用いて同定した結果は以下の通りであった。
１Ｈ−ＮＭＲ（ＣＤＣｌ３）：δ＝１．５５（ｓ、９Ｈ）、２．９９（ｔ、４Ｈ）、４．３８（ｔ、４Ｈ）、５．１７（ｓ、２Ｈ）、５．８１（ｄ、２Ｈ）、６．１０（ｄｄ、２Ｈ）、６．３８（ｄ、２Ｈ）、６．９２（ｄ、１Ｈ）、７．２１（ｍ、４Ｈ）、７．４５（ｍ、６Ｈ）、７．５３（ｍ、３Ｈ）、７．８５（ｓ、１Ｈ）【０１３７】
〔特性評価〕
上述した化合物Ａ−１〜Ａ−７について、以下の特性評価を実施した。【０１３８】
＜Δｎ（屈折率異方性）測定＞
各化合物のΔｎは、液晶便覧（液晶便覧編集委員会編、丸善株式会社刊）２０２頁に記載の楔形液晶セルを用いた方法にて測定した。なお、結晶化しやすい化合物の場合は、他の液晶との混合物による評価を行い、その外挿値からΔｎを見積もった。結果を表１に示す。表中の値は、５５０ｎｍ、３０℃におけるΔｎを表す。【０１３９】
＜溶液吸収スペクトル測定（着色性評価）＞
各化合物の溶液吸収スペクトルを、島津製作所（株）社製分光光度計ＵＶ−３１００ＰＣを用いて測定した。溶媒としてクロロホルムを用い、所定量の化合物を溶かした溶液を、１ｃｍセルにて測定し、得られたスペクトルと分子量からλｍａｘおよびλ（１０００）を算出した。なお、λｍａｘは３００ｎｍ以上の領域における最大吸光係数を示す波長を表し、λ（１０００）は３００ｎｍ以上の領域において、吸光係数εが１０００を示す波長を表す。λｍａｘおよびλ（１０００）の波長が小さいほど（短波側であるほど）、その化合物の着色性が抑制されていると評価できる。
例えば、λｍａｘは３１０ｎｍ以下が好ましい。また、λ（１０００）は、３５０ｎｍ以下が好ましく、３２５ｎｍ以下がより好ましい。
下記表に結果を記載する。【０１４０】
【表１】
2020022496.tif 000011
【０１４１】
表１に示すように、化合物Ａは、高い屈折率異方性Δｎと、着色性の抑制（λｍａｘが３１０ｎｍ以下、λ（１０００）が３５０ｎｍ以下）とを両立できることが確認された。
一般式（１）中、Ｙが−Ｃ(Ｒｙａ)(Ｒｙｂ)−である場合、本発明の化合物は、着色性をより抑制できることが確認された（化合物Ａ−１の結果）。【０１４２】
次に、本発明の光学素子の実施例および比較例について説明する。【０１４３】
［比較例１］
＜光学素子の作製＞
（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。【０１４４】
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
――――――――――――――――――――――――――――――――【０１４５】
（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。【０１４６】
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
――――――――――――――――――――――――――――――――【０１４７】
【化８】
2020022496.tif 000012
【０１４８】
（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。【０１４９】
配向膜形成用塗布液
――――――――――――――――――――――――――――――――
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
――――――――――――――――――――――――――――――――【０１５０】
−光配向用素材Ｄ−
【化９】
2020022496.tif 000013
【０１５１】
（配向膜の露光）
図５に示した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２０００ｍＪ／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学軸が１８０°回転する長さ）は、２つの光の交差角（交差角β）を変化させることによって制御した。【０１５２】
（光学異方性層の形成）
光学異方性層を形成する組成物として、下記の組成物Ｅ−１を調製した。【０１５３】
組成物Ｅ−１
――――――――――――――――――――――――――――――――
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
レベリング剤Ｔ−１                              ０．０８質量部
メチルエチルケトン                          ９２７．７  質量部
――――――――――――――――――――――――――――――――【０１５４】
液晶化合物Ｌ−１
％は質量基準である。
【化１０】
2020022496.tif 000014
【０１５５】
レベリング剤Ｔ−１
【化１１】
2020022496.tif 000015
【０１５６】
光学異方性層は、組成物Ｅ−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Ｅ−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。【０１５７】
先ず１層目は、配向膜Ｐ−１上に上記の組成物Ｅ−１を塗布して、塗膜をホットプレート上で１２０℃に加熱し、その後、６０℃に冷却した後、窒素雰囲気下で高圧水銀灯を用いて波長３６５ｎｍの紫外線を２０００ｍＪ／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０．３μｍであった。【０１５８】
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（硬化層）を作製した。このようにして、総厚が１．８μｍになるまで重ね塗りを繰り返し、光学異方性層を形成して、光学素子Ｇ−１を作製した。【０１５９】
なお、組成物Ｅ−１の硬化層の複素屈折率Δｎ550は、０．１６であった。
複素屈折率Δｎ550は、組成物Ｅ−１を別途に用意したレターデーション測定用の配向膜付き支持体上に塗布し、液晶化合物のダイレクタ（光学軸）が支持体の面に水平となるよう配向させた後に紫外線照射して固定化して得た液晶固定化層（硬化層）のレターデーション値および膜厚を測定して求めた。レターデーション値を膜厚で除算することによりΔｎ550を算出できる。レターデーション値はＡｘｏｍｅｔｒｉｘ  社のＡｘｏｓｃａｎで５５０ｎｍの波長で測定し、膜厚は走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope、SEM）を用いて測定した。以降、リタ―デーション値は適宜目的の波長で測定を行った。
本例の光学異方性層のΔｎ550×厚さ（＝Ｒｅ（５５０））が２８０ｎｍであった。以下、特に記載が無い場合には、『Δｎ550×ｄ』等の測定は、同様に行った。【０１６０】
本例の光学異方性層については、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、この光学異方性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Λは、１．０μｍであった。周期Λは偏光顕微鏡を用いクロスニコル条件下で観察される明暗パターンの周期を測定して求めた。【０１６１】
［比較例２］
表１に記載の通り、膜厚を０．９μｍとなるようにした以外は比較例１と同様にして、光学素子Ｇ−２を作製した。【０１６２】
［比較例３］
表１に記載の通り、液晶配向パターン周期Λが２．００μｍとなるように、配向膜の露光時の交差角を調整した以外は比較例１と同様にして、光学素子Ｇ−３を作製した。【０１６３】
［実施例１〜６］
液晶化合物Ｌ−１に代えて、前述の液晶化合物Ａ−２〜Ａ−７をそれぞれ用いた以外は比較例１と同様にして、光学素子Ｇ−４〜Ｇ−９を作製した。【０１６４】
[実施例７]
液晶配向パターン周期Λが１．６０μｍとなるように、配向膜の露光時の交差角を調整した以外は比較例６と同様にして、光学素子Ｇ−９−２を作製した。【０１６５】
[参考例１]
液晶配向パターン周期Λが２．００μｍとなるように、配向膜の露光時の交差角を調整した以外は比較例６と同様にして、光学素子Ｇ−９−３を作製した。【０１６６】
［実施例８］
液晶化合物Ｌ−１に代えて下記液晶化合物Ｂ−１を用いた以外は比較例１と同様にして、光学素子Ｇ−１０を作製した。【０１６７】
液晶化合物Ｂ−１
【化１２】
2020022496.tif 000016
【０１６８】
なお、液晶化合物Ｂ−１は、特開２００５−１５４０６号の合成例１に従って合成した。【０１６９】
上記実施例１〜８、参考例１および比較例１〜３の光学素子について、以下の評価を行った。【０１７０】
＜回折角度、回折効率の測定＞
回折角度および回折効率は以下のようにして求めた。
５３０ｎｍに出力中心波長を持つレーザ光Ｌを出力する光源装置１００を、レーザ光Ｌを光学素子Ｓの一面に垂直に入射させるように設置し（図１１参照）、光学素子Ｓの他面から１００ｃｍ離隔した位置に、他面に平行にスクリーンを配置した。光源装置１００から出力したレーザ光Ｌを光学素子Ｓの一面に垂直に、すなわち法線に対する角度０°で入射させ、透過した光をスクリーン上で捉えた。このスクリーン上の透過光の位置から透過光の出射角度θを算出した。透過光の出射角度θが回折角度θであり、透過角度θともいう。
次に、図１１に示すように、透過光を受光できる位置に光検出器１０２を設置し、透過角度θで透過された透過光Ｌｔの光強度を光検出器１０２で測定した。そして、透過光Ｌｔの光強度と入射光（レーザ光Ｌ）の光強度との比をとり、透過光Ｌｔの入射光（レーザ光Ｌ）に対する相対光強度値を求めた（透過光Ｌｔ／レーザ光Ｌ）。透過光Ｌｔの入射光に対する相対光強度値×１００[％]を回折効率とした。【０１７１】
なお、光強度は、光源から出力したレーザ光を、その波長に対応する円偏光板に垂直入射させて、円偏光にした後に、すなわち、円偏光したレーザ光を入射光Ｌとして実施例および比較例の光学素子Ｓに入射させて測定した。【０１７２】
＜溶液吸収スペクトル測定（着色性評価）＞
各化合物の溶液吸収スペクトルを、島津製作所（株）社製分光光度計ＵＶ−３１００ＰＣを用いて測定した。溶媒としてクロロホルムを用い、所定量の化合物を溶かした溶液を、１ｃｍセルにて測定し、得られたスペクトルと分子量からλｍａｘおよびλ（１０００）を算出した。なお、λｍａｘは２５０ｎｍ〜７００ｎｍの領域における最大吸光係数を示す波長を表し、λ（１０００）は吸収スペクトルにおいて、モル吸収係数εが最大値を示すピークの長波長側の裾部領域であって、モル吸光係数εが１０００を示す波長を表す。λｍａｘおよびλ（１０００）の波長が小さいほど（短波側であるほど）、その化合物の着色性が抑制されていると評価できる。
例えば、λｍａｘは３１０ｎｍ以下が好ましい。また、λ（１０００）は、３５０ｎｍ以下が好ましく、３２５ｎｍ以下がより好ましい。【０１７３】
実施例１〜７および比較例１〜３の光学素子について、光学異方性層の構成および評価結果を表２にまとめて示す。
【表２】
2020022496.tif 000017
【０１７４】
上記評結果に示すように、光学異方性層の屈折率異方性Δｎが０．２４以上を満たす実施例１〜８および参考例１の光学素子では、いずれも７５％以上と良好な回折効率が得られた。液晶配向パターン周期Λが小さくなると回折角度が大きくなり、回折効率が低下する傾向があるが、３３°という大きな回折角度においても良好な回折効率が得られた。特に屈折率異方性Δｎが０．３以上である場合には、特に好ましい回折効率が得られた。
一方、光学異方性層の屈折率異方性Δｎが小さい比較例１〜３の光学素子の場合、比較例３のように周期が大きければ、良好な回折効率が得られるが、比較例１、２のように、配向パターン周期Λが１．０μｍと小さくなると、回折効率が大きく低下した。【０１７５】
さらに、本発明の光学素子の実施例および比較例を用いた第２の光学素子の製造方法に関する実施例および比較例について説明する。【０１７６】
［実施例９］
＜複屈折マスクとなる光学素子の作製＞
複屈折マスクとして、光学素子Ｇ−１１を作製した。この時、光学異方性層を形成する組成物としては以下の組成物を用いた。
――――――――――――――――――――――――――――――――
液晶化合物Ａ−６                            １００．００質量部
重合開始剤（ＢＡＳＦ製、Ｉｒｇａｃｕｒｅ（登録商標）９０７）
３．００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                        １３６９．５  質量部
――――――――――――――――――――――――――――――――【０１７７】
複屈折マスク（光学素子Ｇ−１１)の光学異方性層（第１の光学異方性層）の面内レターデーションが露光波長である波長３６５ｎｍに対して半波長となるように設定した。光学素子Ｇ−１１における第１の光学異方性層の膜厚は０．５μｍであった。また、この第１の光学異方性層の第１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、１．６μｍとなるように設定した。その他は、実施例５の光学素子Ｇ−８と同様の方法で、光学素子Ｇ−１１を作製した。【０１７８】
＜第２の光学素子の作製＞
支持体、および支持体の鹸化処理、並びに、配向膜の形成までの工程は、上記実施例１の光学素子と同様とした。【０１７９】
(配向膜の露光)
得られた配向膜の上に、複屈折マスクとして作製した光学素子Ｇ-１１を、光学異方性層が配向膜と接するように配置する。
この状態で、複屈折マスクを通して、高圧水銀灯を用いて波長３６５ｎｍの紫外線を２０００ｍＪ／ｃｍ2の照射量で塗膜に照射することにより、複屈折マスクで作製した配向パターンに応じたパターンを、配向膜上に転写した。より詳細には、高圧水銀灯から出射された紫外線を平行ルーバーを介して平行光化し、さらに、直線偏光子を透過して、直線偏光子の透過軸に沿った偏光学軸の直線偏光として複屈折マスクに入射させた。【０１８０】
パターン化された配向膜上への光学異方性層の形成は実施例５の光学素子の製造工程と同様として、新たな光学素子Ｇ−１２を作製した。
光学素子Ｇ−１２について、上記実施例１〜７と同様にして、回折角度および回折効率を求めた。新たな光学素子（第２の光学素子）Ｇ−１２は、第２の液晶配向パターンとして、マスクとして用いた光学素子Ｇ−１１の第１の液晶配向パターンの周期の半分の周期のパターンを容易に得ることができ、結果として非常に小さい周期の液晶回折パターンを得ることができ、４０°を超える大きな回折角度を得ることができた。また、４０°を超える大きな回折角度においても高い回折効率を得ることができた。【０１８１】
［比較例４］
＜複屈折マスクの作製＞
複屈折マスクとして用いる光学素子Ｇ−１３を作製した。この時、光学異方性層を形成する組成物としては以下の組成物を用いた。
――――――――――――――――――――――――――――――――
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
レベリング剤Ｔ−１                              ０．０８質量部
メチルエチルケトン                        １３６９．５  質量部
――――――――――――――――――――――――――――――――【０１８２】
複屈折マスク（光学素子Ｇ−１３）の光学異方性層の面内レターデーションは、露光波長である波長３６５ｎｍに対して半波長となるように設定した。光学素子Ｇ−１３における光学異方性層の膜厚は０．８μｍであった。
上記以外は、実施例９の光学素子と同様の方法で、比較例４の光学素子Ｇ−１４を作製した。【０１８３】
実施例９および比較例４の複屈折マスクとした第１の光学素子およびそのマスクを用いて製造された第２の光学素子の構成および評価を表３にまとめて示す。
【表３】
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【０１８４】
比較例４において、光学素子Ｇ−１３をマスクとして用いて製造した新たな光学素子Ｇ−１４を偏光顕微鏡にて観察したところ、配向方向に周期性が見られなかった。すなわち、光学素子Ｇ−１３において、第１の液晶配向パターンに応じた第２の液晶配向パターンが形成できていなかった。この要因は明確ではないが、マスク層の膜厚が厚いために、マスク層内での光の回折、及び拡散の影響により、正しい光学像が配向膜上に転写されなかったためと推定される。【０１８５】
２０１８年７月２７日に出願された日本出願特願２０１８−１４１６７７号の開示はその全体が参照により本明細書に取り込まれる。
本明細書に記載された全ての文献、特許出願、および技術規格は、個々の文献、特許出願、および技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。
【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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【国際調査報告】
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