(57)【要約】  反射の波長依存性が少ない光学素子、この光学素子を用いる導光素子、および、この導光素子を用いる画像表示装置の提供を課題とする。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、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、光学軸の向きが回転する一方向における光学軸が１８０°回転する長さを１周期とした際に、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周期の長さの順列とが、一致していることにより、課題を解決する。
2019131966.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、複数層、積層してなる光学素子であって、
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、有し、
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し、
さらに、前記コレステリック液晶層の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、前記選択反射中心波長が互いに異なる複数の前記コレステリック液晶層は、前記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、一致していることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記選択反射中心波長が互いに異なる複数の前記コレステリック液晶層は、前記コレステリック液晶層の積層方向に向かって、前記選択反射中心波長が、順次、長くなるように積層される、請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記液晶配向パターンにおける前記１周期の長さが５０μｍ以下である、請求項１または２に記載の光学素子。
【請求項４】
選択反射中心波長が同じで、反射する円偏光の方向が互いに異なる前記コレステリック液晶層を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項５】
前記選択反射中心波長が同じで、反射する円偏光の方向が互いに異なる前記コレステリック液晶層は、前記液晶配向パターンにおける前記液晶化合物由来の光学軸の向きの連続的な回転方向が、互いに異なる、請求項４に記載の光学素子。
【請求項６】
前記コレステリック液晶層の少なくとも１層が、面内に、前記液晶配向パターンにおける前記１周期の長さが異なる領域を有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項７】
前記液晶化合物由来の光学軸の向きが連続的に回転しながら変化する前記一方向に向かって、前記コレステリック液晶層の前記液晶配向パターンの前記１周期が短くなる、請求項６に記載の光学素子。
【請求項８】
前記コレステリック液晶層の前記液晶配向パターンが、前記液晶化合物由来の光学軸の向きが連続的に回転しながら変化する前記一方向を、内側から外側に向かう同心円状に有する、同心円状のパターンである、請求項１〜７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異なる前記コレステリック液晶層を、３層以上有する、請求項１〜８のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項１０】
少なくとも、赤色光の波長域に選択反射中心波長を有する前記コレステリック液晶層、緑色光の波長域に選択反射中心波長を有する前記コレステリック液晶層、および、青色光の波長域に選択反射中心波長を有する前記コレステリック液晶層を有する、請求項９に記載の光学素子。
【請求項１１】
少なくとも１組の前記コレステリック液晶層の間に配向膜を有し、前記コレステリック液晶層の間の前記配向膜の少なくとも１つは、少なくとも一方の表面が、前記コレステリック液晶層に接触している、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項１２】
前記コレステリック液晶層の間の前記配向膜の少なくとも１つは、両方の表面が前記コレステリック液晶層に接触している、請求項１１に記載の光学素子。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の光学素子と、導光板と、を有する、導光素子。
【請求項１４】
離間する２つの前記光学素子が、前記導光板に設けられる、請求項１３に記載の導光素子。
【請求項１５】
離間する３以上の前記光学素子が、前記導光板に設けられる、請求項１３に記載の導光素子。
【請求項１６】
前記光学素子として、前記導光板に光を入射させる第１光学素子、前記導光板から光を出射させる第３光学素子、および、前記第１光学素子が反射した光を前記第３光学素子に反射する第２光学素子とを有し、
前記第１光学素子、前記第２光学素子および前記第３光学素子において、前記光学素子が有する前記コレステリック液晶層のうち、最も選択反射中心波長が長い前記コレステリック液晶層の前記液晶配向パターンにおける１周期の長さが、前記第２光学素子が最も短い、請求項１５に記載の導光素子。
【請求項１７】
請求項１３〜１６のいずれか１項に記載の導光素子と、前記導光素子の前記光学素子に画像を照射する表示素子とを有する画像表示装置。
【請求項１８】
前記表示素子が、前記導光素子の前記光学素子に円偏光を照射する、請求項１７に記載の画像表示装置。
【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、この光学素子を用いる導光素子、および、この導光素子を用いる画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、非特許文献１に記載されるような、実際に見ている光景に、仮想の映像および各種の情報等を重ねて表示する、ＡＲ（Augmented Reality（拡張現実））グラスが実用化されている。ＡＲグラスは、スマートグラス、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ（Head Mounted Display））、および、ＡＲメガネ等とも呼ばれている。【０００３】
非特許文献１に示されるように、ＡＲグラスは、一例として、ディスプレイ（光学エンジン）が表示した映像を、導光板の一端に入射して伝播し、他端から出射することにより、使用者が実際に見ている光景に、仮想の映像を重ねて表示する。
ＡＲグラスでは、回折素子を用いて、ディスプレイからの光（投影光）を回折（屈折）させて導光板の一方の端部に入射する。これにより、角度を付けて導光板に光を導入して、導光板内で光を伝播させる。導光板を伝播した光は、導光板の他方の端部において同じく回折素子によって回折されて、導光板から、使用者による観察位置に出射される。【０００４】
ＡＲグラスに用いられる導光板としては、一例として、特許文献１に記載される導光板（導波路）が知られている。
この導光板は、光を反射して導波する前面および後面を有し、前面または後面に設けられる第１の部分、および、前面または後面に設けられる第２の部分を有する。第１の部分は、第１の部分からの反射によって、第１の量だけ光の位相を変化させる構造を有する。また、同じ表面の第２の部分は、第２の部分からの反射によって、第１の量とは異なる第２の量だけ光の位相を変化させる、第１の部分とは異なる構造を有する。さらに、この導光板において、第１の部分は、第２の量と第１の量との差に実質的に一致する距離だけ、第２の部分とオフセットされる構成を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第２０１６／０２３１５６８号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Bernard C. Kress et al., Towards the Ultimate Mixed Reality Experience: HoloLens Display Architecture Choices, SID 2017 DIGEST, pp.127-131
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、特許文献１の［００６０］にも記載されるように、回折素子による光の回折の角度は、光の波長に依存する。すなわち、回折素子によって回折される光の進行方向は、光の波長によって異なる。
従って、異なる波長の光を１つの回折素子によって回折させて導光板に導入し、かつ、導光板から出射させると、例えば、赤色画像、緑色画像および青色画像からなるカラー画像であれば、赤色画像、緑色画像および青色画像の位置が異なってしまう、いわゆる色ズレが生じてしまう。【０００８】
この問題を解決するために、非特許文献１に記載されるＡＲグラスでは、赤色画像、緑色画像および青色画像の、それぞれに対応して、両端に回折素子（表面レリーフ格子（Surface Relief Grating（ＳＲＧ）））を設けた長尺な導光板を作製して、回折素子を設けた導光板を、３枚、積層して、それぞれの導光板で、ディスプレイが表示した各色の投影像を使用者による観察位置まで導波して、カラー画像を表示している。
ＡＲグラスでは、これにより、赤色画像、緑色画像および青色画像の位置を一致させて、色ズレの無いカラー画像を表示している。【０００９】
このように、従来のＡＲグラスでは、ディスプレイが表示した画像を使用者による観察位置まで導波するために、回折素子を設けた導光板を、３枚、積層した構成とする必要があるので、全体として導光板が厚く、かつ、重くなってしまい、さらに、装置の構成も複雑になってしまう。【００１０】
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、反射角度の波長依存性が小さく、例えば、同じ方向から入射した赤色光、緑色光および青色光を、ほとんど同じ方向に反射できる光学素子、この光学素子を用いる導光素子、および、この導光素子を用いる画像表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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、複数層、積層してなる光学素子であって、
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、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、
さらに、コレステリック液晶層の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、選択反射中心波長が互いに異なる複数のコレステリック液晶層は、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、一致していることを特徴とする光学素子。
［２］  記選択反射中心波長が互いに異なる複数のコレステリック液晶層は、コレステリック液晶層の積層方向に向かって、選択反射中心波長が、順次、長くなるように積層される、［１］に記載の光学素子。
［３］  液晶配向パターンにおける１周期の長さが５０μｍ以下である、［１］または［２］に記載の光学素子。
［４］  選択反射中心波長が同じで、反射する円偏光の方向が互いに異なるコレステリック液晶層を有する、［１］〜［３］のいずれかに記載の光学素子。
［５］  選択反射中心波長が同じで、反射する円偏光の方向が互いに異な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由来の光学軸の向きの連続的な回転方向が、互いに異なる、［４］に記載の光学素子。
［６］  コレステリック液晶層の少なくとも１層が、面内に、液晶配向パターンにおける１周期の長さが異なる領域を有する、［１］〜［５］のいずれかに記載の光学素子。
［７］  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向かって、コレステリック液晶層の液晶配向パターンの１周期が短くなる、［６］に記載の光学素子。
［８］  コレステリック液晶層の液晶配向パターンが、液晶化合物由来の光学軸の向きが連続的に回転しながら変化する一方向を、内側から外側に向かう同心円状に有する、同心円状のパターンである、［１］〜［７］のいずれかに記載の光学素子。
［９］  選択反射中心波長が異なるコレステリック液晶層を、３層以上有する、［１］〜［８］のいずれかに記載の光学素子。
［１０］  少なくとも、赤色光の波長域に選択反射中心波長を有するコレステリック液晶層、緑色光の波長域に選択反射中心波長を有するコレステリック液晶層、および、青色光の波長域に選択反射中心波長を有するコレステリック液晶層を有する、［９］に記載の光学素子。
［１１］  少なくとも１組のコレステリック液晶層の間に配向膜を有し、コレステリック液晶層の間の配向膜の少なくとも１つは、少なくとも一方の表面が、コレステリック液晶層に接触している、［１］〜［１０］のいずれかに記載の光学素子。
［１２］  コレステリック液晶層の間の配向膜の少なくとも１つは、両方の表面がコレステリック液晶層に接触している、［１１］に記載の光学素子。
［１３］  ［１］〜［１２］のいずれかに記載の光学素子と、導光板と、を有する、導光素子。
［１４］  離間する２つの光学素子が、導光板に設けられる、［１３］に記載の導光素子。
［１５］  離間する３以上の光学素子が、導光板に設けられる、［１３］に記載の導光素子。
［１６］  光学素子として、導光板に光を入射させる第１光学素子、導光板から光を出射させる第３光学素子、および、第１光学素子が反射した光を第３光学素子に反射する第２光学素子とを有し、
第１光学素子、第２光学素子および第３光学素子において、光学素子が有するコレステリック液晶層のうち、最も選択反射中心波長が長いコレステリック液晶層の液晶配向パターンにおける１周期の長さが、第２光学素子が最も短い、［１５］に記載の導光素子。
［１７］  ［１３］〜［１６］のいずれかに記載の導光素子と、導光素子の光学素子に画像を照射する表示素子とを有する画像表示装置。
［１８］  表示素子が、導光素子の光学素子に円偏光を照射する、［１７］に記載の画像表示装置。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の光学素子は、反射角度の波長依存性が小さく、同じ方向から入射した、例えば、赤色光、緑色光および青色光を、ほとんど同じ方向に反射できる。また、この光学素子を用いる本発明の導光素子は、１枚の導光板で、波長の異なる複数種の光を色ズレなく導光して出射できる。さらに、この導光素子を用いる本発明の画像表示装置は、色ズレの無い画像を、広い視野角で表示できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【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、本発明の光学素子のコレステリック液晶層の別の例の平面図である。
【図７】図７は、本発明の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８】図８は、図１に示す光学素子を備える本発明の導光素子を用いるＡＲグラスを説明するための概念図である。
【図９】図９は、図１に示す光学素子を備える本発明の導光素子の別の例を概念的に示す図である。
【図１０】図１０は、実施例における反射角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】
【００１４】
以下、本発明の光学素子、導光素子および画像表示装置について、添付の図面に示される好適実施例を基に詳細に説明する。
【００１５】
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。
【００１６】
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の波長域の光を示す。非可視光は、３８０ｎｍ未満の波長域および７８０ｎｍを超える波長域の光である。
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の波長域の光は青色光であり、４９５〜５７０ｎｍの波長域の光は緑色光であり、６２０〜７５０ｎｍの波長域の光は赤色光である。
【００１７】
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。
【００１８】
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、複数、積層した構成を有し、かつ、選択反射中心波長が異なるコレステリック液晶層を、複数、有する。
また、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。
さらに、コレステリック液晶層は、選択反射中心波長の順列と、液晶配向パターンにおける光学軸の回転周期の順列とが、一致している。すなわち、本発明の光学素子においては、選択反射中心波長が長いコレステリック液晶層ほど、液晶配向パターンにおける光学軸の回転周期が長く、選択反射中心波長が短いコレステリック液晶層ほど、液晶配向パターンにおける光学軸の回転周期が短い。
後に詳述するが、本発明の光学素子は、このような構成を有することにより、反射角度の波長依存性が小さく、同じ方向から入射した波長の異なる光を、ほとんど同じ方向に反射できる。
【００１９】
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、赤色光を選択的に反射するＲ反射層１２と、緑色光を選択的に反射するＧ反射層１４と、青色光を選択的に反射するＢ反射層１６と、を有する。
前述のように、本発明の光学素子は、選択反射中心波長が異なるコレステリック液晶層を、複数、積層した構成を有するものである。Ｒ反射層１２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。Ｇ反射層１４は、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。さらに、Ｂ反射層１６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。
【００２０】
図示は省略するが、Ｒ反射層１２とＧ反射層１４、および、Ｇ反射層１４とＢ反射層１６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、Ｒ反射層１２、Ｇ反射層１４、および、Ｂ反射層１６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。
【００２１】
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、Ｒ反射層１２（Ｒ反射コレステリック液晶層２６Ｒ）の表面にＧ配向膜２４Ｇを形成し、その上にＧ反射コレステリック液晶層２６Ｇを形成し、さらに、Ｇ反射コレステリック液晶層２６Ｇの表面にＢ配向膜２４Ｂを形成し、その上にＢ反射コレステリック液晶層２６Ｂを形成した構成でもよい。
あるいは、上記構成から、Ｒ反射層１２の支持体２０を剥離して、配向膜およびコレステリック液晶層のみで、または、コレステリック液晶層のみで、本発明の光学素子を構成してもよい。
【００２２】
すなわち、図１に示す光学素子１０では、配向膜の１面（一方の界面）のみにコレステリック液晶層が接触しているが、本発明は、これに制限はされない。本発明の光学素子は、少なくとも１層の配向膜が、両面（両界面）に接触して、コレステリック液晶層を有する構成でもよい。言い換えれば、本発明の光学素子では、コレステリック液晶層の少なくとも１層は、両面に接触して配向膜を有してもよい。すなわち、本発明の光学素子は、コレステリック液晶層の表面に、直接、配向膜を形成して、この配向膜の表面に、コレステリック液晶層を形成した構成であってもよい。
このような配向膜の両面にコレステリック液晶層を有する構成、すなわち、コレステリック液晶層の表面に、直接、配向膜を有する構成は、公知の方法で作製できる。一例として、コレステリック液晶層の表面に、塗布法によって光配向膜を形成して、露光によって光配向膜に配向パターンを形成し、この光配向膜の表面に、塗布法によってコレステリック液晶層を形成することで、作製する方法が例示される。塗布法による光配向膜およびコレステリック液晶層の形成、ならびに、光配向膜の露光に関しては、後に詳述する。
【００２３】
すなわち、本発明の光学素子は、選択反射中心波長が互いに異なる複数のコレステリック液晶層を有し、かつ、選択反射中心波長が異なる各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、さらに、選択反射中心波長、および、液晶配向パターンの光学軸の回転周期が、所定の関係を満たせば、各種の層構成が利用可能である。
【００２４】
＜支持体＞
Ｒ反射層１２、Ｇ反射層１４およびＢ反射層１６において、支持体２０は、Ｒ配向膜２４Ｒ、Ｇ配向膜２４ＧおよびＢ配向膜２４Ｂ、ならびに、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を支持するものである。
以下の説明では、Ｒ配向膜２４Ｒ、Ｇ配向膜２４ＧおよびＢ配向膜２４Ｂを区別する必要がない場合には、Ｒ配向膜２４Ｒ、Ｇ配向膜２４ＧおよびＢ配向膜２４Ｂをまとめて『配向膜』とも言う。また、以下の説明では、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を区別する必要がない場合には、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をまとめて『コレステリック液晶層』とも言う。
【００２５】
支持体２０は、配向膜およびコレステリック液晶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。
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。
【００２６】
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、配向膜およびコレステリック液晶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。
【００２７】
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。
【００２８】
＜配向膜＞
Ｒ反射層１２において、支持体２０の表面にはＲ配向膜２４Ｒが形成される。Ｇ反射層１４において、支持体２０の表面にはＧ配向膜２４Ｇが形成される。Ｂ反射層１６において、支持体２０の表面にはＢ配向膜２４Ｂが形成される。
Ｒ配向膜２４Ｒは、Ｒ反射層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。Ｇ配向膜２４Ｇは、Ｇ反射層１４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。Ｂ配向膜２４Ｂは、Ｂ反射層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。
【００２９】
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。
さらに、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）とした際に、コレステリック液晶層は、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。すなわち、光学素子１０において、各コレステリック液晶層の選択反射中心波長は『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＞Ｂ反射コレステリック液晶層２６Ｂ』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の長さも『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＞Ｂ反射コレステリック液晶層２６Ｂ』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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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、Ｒ反射層１２のＲ配向膜２４Ｒを形成する例であるが、Ｇ反射層１４のＧ配向膜２４ＧおよびＢ反射層１６の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。
【００３８】
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。
【００３９】
ここで用いるλ／４板７２Ａおよび７２Ｂは、照射する光の波長に対応したλ／４板であればよい。露光装置６０はレーザ光Ｍを照射するので、例えばレーザ光Ｍの中心波長が３２５ｎｍであれば、３２５ｎｍの波長の光に対して機能するλ／４板を用いればよい。
【００４０】
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Ｒ配向膜２４Ｒに照射して露光する。
この際の干渉により、Ｒ配向膜２４Ｒ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、Ｒ配向膜２４Ｒ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、Ｒ反射コレステリック液晶層２６Ｒ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。
【００４１】
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、Ｒ反射コレステリック液晶層２６Ｒ等が、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。
【００４２】
＜コレステリック液晶層＞
Ｒ反射層１２において、Ｒ配向膜２４Ｒの表面には、Ｒ反射コレステリック液晶層２６Ｒが形成される。Ｇ反射層１４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。さらに、Ｂ反射層１６において、Ｂ配向膜２４Ｂの表面にはＢ反射コレステリック液晶層２６Ｂ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、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は、共に、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、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は、図２にＲ反射コレステリック液晶層２６Ｒ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。
【００４３】
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は、波長選択反射性を有する。
Ｒ反射コレステリック液晶層２６Ｒ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。
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。
【００４４】
前述のように、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、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は、共に、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。
【００４５】
＜＜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。
【００４６】
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。
反射波長帯域の半値幅は、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。
【００４７】
＜＜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（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）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。
【００４８】
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。
【００４９】
−−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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
−−円盤状液晶化合物−−
円盤状液晶化合物としては、例えば、特開２００７−１０８７３２号公報や特開２０１０−２４４０３８号公報に記載のものを好ましく用いることができる。
【００５３】
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。
【００５４】
−−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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
−−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。
キラル剤には、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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
−−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。
【００６１】
−−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。
【００６２】
−−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。
【００６３】
液晶組成物は、コレステリック液晶層（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）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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
＜＜コレステリック液晶層の液晶配向パターン＞＞
前述のように、本発明の光学素子１０において、コレステリック液晶層（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）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。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。
【００６９】
図３に、Ｒ反射コレステリック液晶層２６Ｒ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のを厚さ方向とは、言い換えれば、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Ｒ配向膜２４Ｒの表面の液晶化合物３０のみを示している。
【００７０】
なお、図３では、Ｒ反射コレステリック液晶層２６Ｒを代表例として説明するが、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。
【００７１】
図３に示すように、Ｒ配向膜２４Ｒの表面において、Ｒ反射コレステリック液晶層２６Ｒを構成する液晶化合物３０は、下層のＲ配向膜２４Ｒ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、Ｒ反射コレステリック液晶層２６Ｒを形成する液晶化合物３０は、Ｒ反射コレステリック液晶層２６Ｒ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。
【００７２】
一方、Ｒ反射コレステリック液晶層２６Ｒ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、Ｒ反射コレステリック液晶層２６Ｒ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。
【００７３】
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（ΛR）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。
また、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。
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。
【００７４】
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、Ｒ反射コレステリック液晶層２６Ｒは、入射した光を、入射光に対して矢印Ｘ方向に角度を有した方向に反射する。Ｒ反射コレステリック液晶層２６Ｒ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ものである。以下、図４を参照して説明する。
【００７５】
前述のように、Ｒ反射コレステリック液晶層２６Ｒは、赤色光の右円偏光ＲR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、Ｒ反射層１２に光が入射すると、Ｒ反射コレステリック液晶層２６Ｒは、赤色光の右円偏光ＲRのみを反射し、それ以外の光を透過する。
【００７６】
Ｒ反射コレステリック液晶層２６Ｒに入射した赤色光の右円偏光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、Ｒ反射コレステリック液晶層２６Ｒ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、入射した赤色光の右円偏光ＲRの絶対位相の変化量が異なる。
さらに、Ｒ反射コレステリック液晶層２６Ｒ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、Ｒ反射コレステリック液晶層２６Ｒに入射した赤色光の右円偏光ＲR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Ｒ反射コレステリック液晶層２６Ｒでは、赤色光の右円偏光ＲR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、赤色光の右円偏光ＲRは、等位相面Ｅの法線方向に反射され、反射された赤色光の右円偏光ＲRは、ＸＹ面（Ｒ反射コレステリック液晶層２６Ｒの主面）に対して矢印Ｘ方向に傾いた方向に反射される。
【００７７】
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１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ピッチΛが同じであって、コレステリック反射層の反射中心波長が、赤色、緑色および青色のもので比較した場合には、入射光に対する反射光の角度は、赤色光が最も大きく、次いで緑色光が大きく、青色光が最も小さい。
そのため、例えば、ＡＲグラスの導光板において、導光板への光の入射および出射のための回折素子として、液晶配向パターンの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。
非特許文献１に記載されるように、赤色画像、緑色画像および青色画像のそれぞれに対応して導光板を設け、３枚の導光板を積層した構成とすることで、色ズレは解消できる。しかしながら、この構成では、全体として導光板が厚く、かつ、重くなってしまい、さらに、構成も複雑になってしまう。
【００７８】
ここで、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。
【００７９】
本発明は、これらの知見を得ることによって成されたものであり、選択反射中心波長が互いに異なる複数のコレステリック液晶層において、コレステリック液晶層の選択反射中心波長の順列と、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。
【００８０】
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複数のコレステリック液晶層において、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本発明の光学素子１０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、本発明の光学素子１０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１０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。
【００８１】
本発明の光学素子１０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れば、他には制限はない。
ここで、本発明の光学素子１０は、コレステリック液晶層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。
【００８２】
本発明の光学素子１０において、コレステリック液晶層の積層順には、制限はない。
ここで、本発明においては、図１の光学素子１０のように、コレステリック液晶層の積層方向に向かって、選択反射中心波長が、順次、長くなるように、コレステリック液晶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、コレステリック液晶層を、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。
【００８３】
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。
【００８４】
ここで、本発明の光学素子１０は、一例として、ＡＲグラスにおいて、ディスプレイが表示した光を反射して導光板に導入する回折素子、および、導光板を伝播した光を反射して導光板から使用者による観察位置に出射させる回折素子に、好適に利用される。
この際においては、導光板で光を全反射させるためには、入射光に対して、ある程度の大きな角度で光を反射させて導光板に導入する必要がある。また、導光板を伝播してきた光を確実に出射させるためにも、入射光に対して、ある程度の大きな角度で光を反射させる必要がある。
また、前述のように、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。
【００８５】
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。導光板で光を全反射して用いる場合には、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、１μｍ以下が好ましく、入射する光の波長λμｍ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。
【００８６】
図１に示す光学素子１０は、全てのコレステリック液晶層の選択反射中心波長が異なるが、本発明は、これに制限はされない。
すなわち、本発明の光学素子は、選択反射中心波長が同じ（略同一）で、反射する円偏光の方向（螺旋構造のセンス）が異なる、コレステリック液晶層を有してもよい。
【００８７】
例えば、図示例の光学素子１０であれば、さらに、赤色光の波長域に選択反射中心波長を有し、左円偏光を反射する第２のＲ反射コレステリック液晶層、緑色光の波長域に選択反射中心波長を有し、左円偏光を反射する第２のＧ反射コレステリック液晶層、および、青色光の波長域に選択反射中心波長を有し、左円偏光を反射する第２のＢ反射コレステリック液晶層の、少なくとも１層のコレステリック液晶層をさらに有してもよい。
このように、選択反射中心波長が同じで、反射する円偏光の方向が異なるコレステリック液晶層を有することにより、各色の光の反射率を向上する。
【００８８】
ここで、選択反射中心波長が同じで、反射する円偏光の方向が異なるコレステリック液晶層は、液晶配向パターンにおける液晶化合物３０の光学軸３０Ａの回転方向が互いに異なるのが好ましい。
例えば、赤色光の右円偏光を反射するＲ反射コレステリック液晶層２６Ｒにおける液晶化合物３０の光学軸３０Ａの回転方向が、図３に示すように時計回りである場合には、赤色光の左円偏光を反射する第２のＲ反射コレステリック液晶層における液晶化合物３０の光学軸３０Ａの回転方向は、反時計回りであるのが好ましい。
【００８９】
液晶化合物３０の光学軸３０Ａが矢印Ｘ方向（一方向）に沿って連続的に回転するコレステリック液晶層では、円偏光の方向が異なる場合に、光学軸３０Ａの回転方向が同じ場合には、右円偏光を反射するコレステリック液晶層と、左円偏光を反射するコレステリック液晶層とで、円偏光の反射方向が逆になる。
これに対して、選択反射中心波長が同じで、反射する円偏光の方向が異なるコレステリック液晶層において、液晶配向パターンにおける液晶化合物３０の光学軸３０Ａの回転方向を互いに逆にすることにより、右円偏光を反射するコレステリック液晶層と、左円偏光を反射するコレステリック液晶層とで、円偏光の反射方向を、同一にできる。
【００９０】
また、このように、本発明の光学素子が、選択反射中心波長が同じで、反射する円偏光の方向が異なるコレステリック液晶層を有する場合には、選択反射中心波長が同じであるコレステリック液晶層は、コレステリック液晶層の液晶配向パターンにおける１周期Λは、等しいのが好ましい。
【００９１】
図１〜図３に示す光学素子は、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。
【００９２】
一例として、図６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。
【００９３】
なお、図６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６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、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、有するのは、前述のとおりである。従って、このような同心円状の液晶配向パターンを有するコレステリック液晶層を有する場合でも、一例として、図１に示す光学素子のように、赤色光を選択的に反射するＲ反射コレステリック液晶層と、緑色光を選択的に反射するＧ反射コレステリック液晶層と、青色光を選択的に反射するＢ反射コレステリック液晶層と、を積層した構成を有する。また、選択反射中心波長の異なる複数のコレステリック液晶層において、選択反射中心波長の順列と、液晶配向パターンにおける１周期Λの順列とが一致するのも、前述のとおりである。
【００９４】
図６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６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６で示す態様は、反時計回りの配向である。図６中の矢印Ａ１、Ａ２およびＡ３の各矢印において、光軸の回転方向は、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。
【００９５】
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機能を発現する。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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（螺旋構造のセンス）を凹面鏡の場合と逆にする、つまり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。
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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、後述する、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。
【０１０１】
図７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。配向膜とは、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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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１４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。
【０１０４】
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１〜３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、集光したレーザー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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
好ましい一例として、図８に概念的に示すように、本発明の光学素子１０を２個、離間して導光板４２に設け、本発明の導光素子とする構成が例示される。このような本発明の導光素子は、例えば、本発明の光学素子を上述したＡＲグラスの回折素子として用いることで、一方の光学素子１０によって、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（臨界角以上の角度）で導光板４２に導入し、導光板４２内を伝播した光を、他方の光学素子１０によって、伝搬された光を出射に対応する角度で反射して、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ことができる。
すなわち、図８に示すのは、ディスプレイ４０（表示素子）と本発明の導光素子を用いる、本発明の画像表示装置である。
前述のように、本発明の光学素子は、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１０を用いる本発明の導波素子によれば、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。
【０１０７】
また、本発明の光学素子を用いる本発明の導光素子および画像表示装置によれば、ＡＲグラス等に利用した際に、視野角（ＦＯＶ（Field of View））を広くできる。
導光板４２に入射した光を導光させるためには、臨界角よりも大きな角度で光を反射させる必要がある。上述したように、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は、液晶配向パターンの１周期Λを調節することで、ディスプレイ４０が照射した光の導光板への入射角度を調節できるので、臨界角となるように光を導光板に入射できる。ここで、上述したように、この液晶配向パターンを有するコレステリック液晶層では、波長によって反射角度が異なり、長波長の光ほど、入射方向に対して大きな角度で傾けて反射される。そのため、臨界角に合わせて液晶配向パターンの１周期Λを設定すると、光の波長および導光板４２への入射角度によっては、臨界角以下となってしまい、導光しない光が生じてしまう。
その結果、ＡＲグラス等に利用した際に、フルカラー画像であれば、赤色光、緑色光および青色光で、共通する視野角が狭くなってしまい、表示画像の視野角が狭くなってしまう。
これに対して、本発明の光学素子１０を用いる、本発明の導光素子および画像表示装置によれば、光学素子１０における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との順列を一致させることで、反射角度の波長依存性を小さくしている。その結果、本発明によれば、赤色光、緑色光および青色光を合わせて導光できるので、ＡＲグラス等に利用した際に、赤色光、緑色光および青色光で共通する視野角を広くして、表示画像の視野角を広くできる。
【０１０８】
なお、本発明の導光素子は、図８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。
【０１０９】
本発明の画像表示装置において、ディスプレイ４０には、制限はなく、例えば、ＡＲグラス等に用いられる公知のディスプレイが、各種、利用可能である。
ディスプレイとしては、一例として、液晶ディスプレイ、有機エレクトロルミネッセンスディスプレイ、および、ＤＬＰ（Digital Light Processing）等が例示される。液晶ディスプレイには、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon)なども含む。
なお、ディスプレイ４０は、二色画像を表示するものでも、赤色、緑色および青色のフルカラー画像を表示するものでもよいが、本発明によれば、フルカラー画像のような多色画像であっても、好適に対応できるのは、上述のとおりである。
また、導光板４２にも制限はなく、ＡＲグラスおよびエッジライト型の液晶ディスプレイ等に用いられる導光板等、公知の導光板が、各種、利用可能である。
【０１１０】
なお、これらの光学素子(液晶回折格子および傾斜コレステリック鏡面反射素子等）を用いる場合は、ディスプレイ４０が照射した光を円偏光化するのが好ましい。すなわち、本発明の画像表示装置において、表示素子は、円偏光を本発明の光学素子１０に照射するのが好ましい。ディスプレイ４０が照射した光を円偏光化することで、回折効率や反射効率を高めることができる。
【０１１１】
ディスプレイ４０が照射した光の円偏光化は、ディスプレイ４０が照射する光が無偏光である場合には、ディスプレイ４０が照射した光を直線偏光子およびλ／４板を介して照射することで行えばよい。また、ディスプレイ４０が照射する光が直線偏光である場合には、ディスプレイ４０が照射した光をλ／４板を介して照射することで、ディスプレイ４０が照射した光の円偏光化を行えばよい。
このとき、λ／４板のＲｅ（５５０）は、１００〜１８０ｎｍが好ましく、１１０〜１７０ｎｍがより好ましく、１２０〜１６０ｎｍがさらに好ましい。
【０１１２】
Ｒｅ（λ）は、波長λにおける面内のレタデーションを表し、Ｒｔｈ（λ）は、波長λにおける厚さ方向のレタデーションを表す。具体的には、Ｒｅ（λ）、Ｒｔｈ（λ）は以下の式で定義される値である。カッコ内のλは測定波長［ｎｍ］であり、例えば、Ａｘｏｍｅｔｒｙ（Ａｘｏｍｅｔｒｉｃ社製）で測定される値を用いることができる。
Ｒｅ（λ）＝（ｎｘ−ｎｙ）×ｄ
Ｒｔｈ（λ）＝（（ｎｘ＋ｎｙ）／２−ｎｚ）×ｄ
上記式において、ｎｘは遅相軸方向の屈折率、ｎｙは進相軸方向の屈折率、ｎｚは膜厚方向の屈折率、ｄは膜厚［ｎｍ］である。
【０１１３】
また、ディスプレイ４０が照射した光が、円偏光化するためのλ／４板の法線方向に対し、斜め方向からも入射することを考慮すると、ディスプレイ４０が照射した光を円偏光化するためのλ／４板のＲｔｈ（λ）は−７０〜７０ｎｍが好ましく、−５０〜５０ｎｍがより好ましく、−３０〜３０ｎｍがさらに好ましい。
【０１１４】
配向膜の形成で用いるλ／４板と異なり、ディスプレイ４０が照射した光を円偏光化するためのλ／４板の場合には、実際に人が見ることから、色味についても考慮されていることが好ましい。
色味の均一性を確保するために、ディスプレイ４０が照射した光を円偏光化するためのλ／４板の波長分散は、逆分散であることが好ましい。具体的には、４５０〜５５０ｎｍの範囲では、以下の各波長でのＲｅ（λ）の比の値が
０．７４≦Ｒｅ（４５０）／Ｒｅ（５５０）≦０．９１であるのが好ましく、
０．７５≦Ｒｅ（４５０）／Ｒｅ（５５０）≦０．８９であるのがより好ましく、
０．７８≦Ｒｅ（４５０）／Ｒｅ（５５０）≦０．８７であるのがさらに好ましい。
また、Ｒｔｈ（λ）についても、以下の各波長でのＲｔｈ（λ）の比の値が
０．７４≦Ｒｔｈ（４５０）／Ｒｔｈ（５５０）≦０．９１であるのが好ましく、
０．７５≦Ｒｔｈ（４５０）／Ｒｔｈ（５５０）≦０．８９であるのがより好ましく、
０．７８≦Ｒｔｈ（４５０）／Ｒｔｈ（５５０）≦０．８７であるのがさらに好ましい。
【０１１５】
さらに、５５０〜６５０ｎｍの範囲では、以下の各波長でのＲｅ（λ）の比の値が
０．１０２≦Ｒｅ（６５０）／Ｒｅ（５５０）≦０．１２６であるのが好ましく、
０．１０６≦Ｒｅ（６５０）／Ｒｅ（５５０）≦０．１２３であるのがより好ましく、
０．１１２≦Ｒｅ（６５０）／Ｒｅ（５５０）≦０．１２０であるのがさらに好ましい。
また、Ｒｔｈ（λ）についても、以下の各波長でのＲｔｈ（λ）の比の値が
０．１０２≦Ｒｔｈ（６５０）／Ｒｔｈ（５５０）≦０．１２６であるのが好ましく、
０．１０６≦Ｒｔｈ（６５０）／Ｒｔｈ（５５０）≦０．１２３であるのがより好ましく、
０．１１２≦Ｒｔｈ（６５０）／Ｒｔｈ（５５０）≦０．１２０であるのがさらに好ましい。
【０１１６】
また、本発明の導光素子は、３以上の本発明の光学素子を有してもよい。
一例として、図９に示す導光素子（画像表示装置）が例示される。図９に示す導光素子は、導光板４２に、回折素子として、第１光学素子１０Ａ、第２光学素子１０Ｂおよび第３光学素子１０Ｃの、３つの本発明の光学素子を、離間して、導光板４２に設けたものである。
なお、図９は、導光素子を、導光板４２の主面と直交する方向に、光学素子の装着円側から見た図である。主面とは、シート状物（フィルム、板状物）の最大面である。
第１光学素子１０Ａ、第２光学素子１０Ｂおよび第３光学素子１０Ｃは、光学軸３０Ａが一方向に向かって連続的に回転する一方向すなわち矢印Ｘ方向の向きが異なる以外は、基本的に、上述した光学素子１０と同様の構成を有するものである。
【０１１７】
図９に示す導光素子では、図示を省略するディスプレイ４０の画像は、第１光学素子１０Ａに照射される。第１光学素子１０Ａは、入射した光を入射方向に対して傾けて反射して、全反射に十分な角度（臨界角以上の角度）として導光板４２に入射する。
ここで、第１光学素子１０Ａは、第２光学素子１０Ｂに向けて、光を反射する。第１光学素子１０Ａによって導光板４２に入射された光は、第２光学素子１０Ｂに向かって伝搬される。第２光学素子１０Ｂは、同様に、入射した光を入射方向に対して傾けて、第３光学素子１０Ｃに向けて反射する。
さらに、第３光学素子１０Ｃは、同様に、入射した光を入射方向に対して傾けて反射することにより、臨界角以下として、導光板４２から出射させ、図示を省略する使用者Ｕによる画像の観察に供する。
このように、３つ以上の本発明の光学素子を離間して導光板に設けて、入射部となる回折素子である第１光学素子１０Ａが導光板４２に入射した光を、中間の回折素子である第２光学素子１０Ｂを経て、出射部となる回折素子である第３光学素子１０Ｃに伝搬することにより、使用者Ｕすなわち観察領域に向かって出射する光の範囲を広角度化して、視野角を広くできる。
【０１１８】
このように、第１光学素子１０Ａ、第２光学素子１０Ｂおよび第３光学素子１０Ｃを有する導光素子において、各光学素子における液晶配向パターンの１周期Λには、制限はない。すなわち、各光学素子における液晶配向パターンの１周期Λは、各光学素子の位置および形状等に応じて、第１光学素子１０Ａから第３光学素子１０Ｃまで光を適正に伝搬できる反射角度となる液晶配向パターンの１周期Λを、適宜、設定すればよい。
ここで、第１光学素子１０Ａ、第２光学素子１０Ｂおよび第３光学素子１０Ｃにおいては、最も長波長の光に対応するコレステリック液晶層、すなわち、図示例ではＲ反射コレステリック液晶層２６Ｒで比較した際に、第２光学素子１０Ｂの液晶配向パターンの１周期Λが、最も短いのが好ましい。すなわち、Ｒ反射コレステリック液晶層２６Ｒの１周期Λを、第１光学素子１０ＡがΛ１、第２光学素子１０ＢがΛ２、第３光学素子１０ＣがΛ３とした際に、『Λ２＜Λ１』および『Λ２＜Λ３』を満たすのが好ましい。
言い換えれば、導光板４２への光入射部となる回折素子である第１光学素子１０Ａ、および、導光板４２からの光出射部となる第３回折素子１０Ｃよりも、中間の回折素子である第２回折素子１０Ｂにおける液晶配向パターンの１周期を短くして、光の入射方向に対して光を大きく傾けて反射するのが好ましい。
このような構成を有することにより、より適正に第１光学素子１０Ａから第３光学素子１０Ｃまで光を伝搬でき、導光板から使用者Ｕへ適切に光を出射することができる点で好ましい。
【０１１９】
上述した本発明の導光素子（画像表示装置）は、いずれも、好ましい態様として導光板を１枚のみ有するものであるが、本発明は、これに制限はされない。
すなわち、本発明の導光素子は、例えば、赤色画像用および青色画像用の導光板と、緑色画像用の導光板との２枚の導光板を有するものでもよく、または、従来のＡＲグラスと同様、赤色画像用の導光板、緑色画像用の導光板、および、青色画像用の導光板の３枚の導光板を有するものであってもよい。
また、導光板を複数枚用いる場合は、導光板を積層配置したときに、導光板主面方向からみて、各導光板に配置された光学素子が同一面内になくても同様の効果を得ることができる。
【０１２０】
以上の例は、本発明の光学素子を、３層のコレステリック液晶層を有する、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、同様に選択反射中心波長が異なる３層のコレステリック液晶層を有し、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、選択反射中心波長が異なるコレステリック液晶層を４層または５層または６層以上、有し、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、選択反射中心波長が異なるコレステリック液晶層を２層、有し、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。
【０１２１】
以上、本発明の光学素子、導光素子および画像表示装置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】
【０１２２】
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。【０１２３】
［実施例１］
＜Ｂ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。【０１２４】
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
――――――――――――――――――――――――――――――――――【０１２５】
（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。【０１２６】
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
――――――――――――――――――――――――――――――――――【０１２７】
【化１】
2019131966.tif 000003
【０１２８】
（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。【０１２９】
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
――――――――――――――――――――――――――――――――――【０１３０】
−光配向用素材−
【化２】
2019131966.tif 000004
【０１３１】
（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。【０１３２】
（Ｂ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４５０ｎｍ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                                    ６．７７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
――――――――――――――――――――――――――――――――――【０１３３】
棒状液晶化合物Ｌ−１
【化３】
2019131966.tif 000005
【０１３４】
キラル剤Ｃｈ−１
【化４】
2019131966.tif 000006
【０１３５】
レベリング剤Ｔ−１
【化５】
2019131966.tif 000007
【０１３６】
Ｂ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。【０１３７】
先ず１層目は、配向膜Ｐ−１上に下記の組成物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。【０１３８】
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、Ｂ反射コレステリック液晶層を形成して、Ｂ反射層を作製した。塗布層の断面をＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）で確認したところ、Ｂ反射層のコレステリック液晶相は８ピッチであった。
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、２．６μｍであった。【０１３９】
＜Ｇ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。
また、キラル剤Ｃｈ−１の添加量を５．６８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−２を調製した。この組成物Ａ−２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Ａ−２を配向膜Ｐ−２上に多層塗布した以外は、Ｂコレステリック液晶層と同様にして、Ｇコレステリック液晶層を形成して、Ｇ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、３．１μｍであった。【０１４０】
＜Ｒ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−３を形成した。
また、キラル剤Ｃｈ−１の添加量を４．６９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−３を調製した。この組成物Ａ−３は、選択反射中心波長が６３５ｎｍ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−３を配向膜Ｐ−３上に多層塗布した以外は、Ｂコレステリック液晶層と同様にして、Ｒコレステリック液晶層を形成して、Ｒ反射層を作製した。
Ｒ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、３．７μｍであった。【０１４１】
＜光学素子の作製＞
作製したＢ反射層、Ｇ反射層およびＲ反射層を、図１に示す光学素子と同様にＲ反射層、Ｇ反射層およびＢ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。なお、貼り合わせ時は支持体および配向膜を剥離してから、次の層を貼り合わせた。【０１４２】
［実施例２］
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、実施例１と同様にして、Ｂ反射層、Ｇ反射層およびＲ反射層を作製した。
なお、実施例１と同様に確認したところ、Ｂ反射コレステリック液晶層の液晶配向パターンおける、液晶化合物由来の光学軸が１８０°回転する１周期は０．９μｍ、
Ｇ反射コレステリック液晶層の液晶配向パターンにおける、液晶化合物由来の光学軸が１８０°回転する１周期は１．１μｍ、
Ｒ反射コレステリック液晶層の液晶配向パターンにおける、液晶化合物由来の光学軸が１８０°回転する１周期は、１．３μｍ、であった。
このＢ反射層、Ｇ反射層およびＲ反射層を用いて、実施例１と同様にして、光学素子を作製した。【０１４３】
［実施例３］
＜Ｂ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。【０１４４】
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                                    ５．０６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
――――――――――――――――――――――――――――――――――【０１４５】
液晶化合物Ｌ−２
【化６】
2019131966.tif 000008
【０１４６】
液晶化合物Ｌ−３
【化７】
2019131966.tif 000009
【０１４７】
−キラル剤Ｃｈ−２−
【化８】
2019131966.tif 000010
【０１４８】
組成物Ｂ−１を配向膜Ｐ−４上に多層塗布した以外は、実施例１のＢコレステリック液晶層と同様に、Ｂコレステリック液晶層を形成して、Ｂ反射層を作製した。
Ｒ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。【０１４９】
＜Ｇ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−５を形成した。
また、キラル剤Ｃｈ−２の添加量を４．２５質量部に変更した以外は、組成物Ｂ−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Ｂ−２を調製した。この組成物Ｂ−２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−２を配向膜Ｐ−５上に多層塗布した以外は、実施例１のＢコレステリック液晶層と同様にして、Ｇコレステリック液晶層を形成して、Ｇ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。【０１５０】
＜Ｒ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−６を形成した。
また、キラル剤Ｃｈ−２の添加量を３．５５質量部に変更した以外は、組成物Ｂ−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Ｂ−３を調製した。この組成物Ｂ−３は、選択反射中心波長が６３５ｎｍ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−３を配向膜Ｐ−６上に多層塗布した以外は、実施例１のＢコレステリック液晶層と同様にして、Ｒコレステリック液晶層を形成して、Ｒ反射層を作製した。
Ｒ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、１．３μｍであった。
＜光学素子の作製＞
このＢ反射層、Ｇ反射層およびＲ反射層を用いて、実施例１と同様にして、光学素子を作製した。【０１５１】
［比較例１］
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、実施例１と同様にして、Ｂ反射層、Ｇ反射層およびＲ反射層を作製して、光学素子を作製した。
なお、本例においては、配向膜を露光する際の２つの光の交差角は、Ｂ反射層、Ｇ反射層およびＲ反射層の全てで均一にした。
形成した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、全て、３．１μｍであった。【０１５２】
［比較例２］
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、実施例２と同様にして、Ｂ反射層、Ｇ反射層およびＲ反射層を作製して、光学素子を作製した。
なお、本例においては、配向膜を露光する際の２つの光の交差角は、Ｂ反射層、Ｇ反射層およびＲ反射層の全てで均一にした。
形成した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、全て、１．１μｍであった。【０１５３】
［比較例３］
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、実施例３と同様にして、Ｂ反射層、Ｇ反射層およびＲ反射層を作製して、光学素子を作製した。
なお、本例においては、配向膜を露光する際の２つの光の交差角は、Ｂ反射層、Ｇ反射層およびＲ反射層の全てで均一にした。
形成した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、全て、１．１μｍであった。【０１５４】
［実施例４］
＜Ｂ反射層の作製＞
配向膜を露光する露光装置として、図７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−７を形成した。なお、図７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。【０１５５】
組成物Ａ−１を配向膜Ｐ−７上に多層塗布した以外は、実施例１のＢコレステリック液晶層と同様にして、Ｂコレステリック液晶層を形成して、Ｂ反射層を作製した。
Ｒ反射コレステリック液晶層は、図６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、中心部の１周期が３００μｍで、中心から２．５ｍｍの距離での１周期が９．０μｍ、中心から５．０ｍｍの距離での１周期が４．５μｍ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。この点に関しては、他のＧ反射層およびＲ反射層も同様である。【０１５６】
＜Ｇ反射層の作製＞
図７に示す露光装置において、レンズの焦点距離およびレンズと配向膜との距離を変更した以外は、配向膜Ｐ−７と同様にして、配向膜Ｐ−８を形成した。
組成物Ａ−２を配向膜Ｐ−８上に多層塗布した以外は、実施例１のＢコレステリック液晶層と同様にして、Ｇコレステリック液晶層を形成して、Ｇ反射層を作製した。
Ｒ反射コレステリック液晶層は、図６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。【０１５７】
＜Ｒ反射層の作製＞
図７に示す露光装置において、レンズの焦点距離およびレンズと配向膜との距離を変更した以外は、配向膜Ｐ−７と同様にして、配向膜Ｐ−９を形成した。
組成物Ａ−３を配向膜Ｐ−９上に多層塗布した以外は、実施例１のＢコレステリック液晶層と同様にして、Ｒコレステリック液晶層を形成して、Ｒ反射層を作製した。
Ｒ反射コレステリック液晶層は、図６に示すような同心円状（放射線状）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３５６μｍで、中心から２．５ｍｍの距離での１周期が１２．７μｍ、中心から５．０ｍｍの距離での１周期が６．４μｍ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。【０１５８】
＜光学素子の作製＞
このＢ反射層、Ｇ反射層およびＲ反射層を用いて、実施例１と同様にして、光学素子を作製した。【０１５９】
［比較例４］
図７に示す露光装置によって配向膜を露光する際のレンズの焦点距離およびレンズと配向膜との距離を変更した以外は、実施例４と同様にして、Ｂ反射層、Ｇ反射層およびＲ反射層を作製して、光学素子を作製した。
なお、本例においては、露光装置のレンズの焦点距離は、Ｂ反射層、Ｇ反射層およびＲ反射層の全てで均一にした。
形成した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、全て、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、外方向に向かって周期が短くなる液晶配向パターンで同一であった。【０１６０】
［実施例５］
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、実施例１と同様にして、Ｂ反射層、Ｇ反射層およびＲ反射層を作製した。
なお、実施例１と同様に確認したところ、Ｂ反射コレステリック液晶層の液晶配向パターンおける、液晶化合物由来の光学軸が１８０°回転する１周期は２．７μｍ、
Ｇ反射コレステリック液晶層の液晶配向パターンにおける、液晶化合物由来の光学軸が１８０°回転する１周期は３．１μｍ、
Ｒ反射コレステリック液晶層の液晶配向パターンにおける、液晶化合物由来の光学軸が１８０°回転する１周期は、３．５μｍ、であった。
このＢ反射層、Ｇ反射層およびＲ反射層を用いて、実施例１と同様にして、光学素子を作製した。【０１６１】
［実施例６］
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、実施例１と同様にして、Ｂ反射層、Ｇ反射層およびＲ反射層を作製した。
なお、実施例１と同様に確認したところ、Ｂ反射コレステリック液晶層の液晶配向パターンおける、液晶化合物由来の光学軸が１８０°回転する１周期は２．８μｍ、
Ｇ反射コレステリック液晶層の液晶配向パターンにおける、液晶化合物由来の光学軸が１８０°回転する１周期は３．１μｍ、
Ｒ反射コレステリック液晶層の液晶配向パターンにおける、液晶化合物由来の光学軸が１８０°回転する１周期は、３．３μｍ、であった。
このＢ反射層、Ｇ反射層およびＲ反射層を用いて、実施例１と同様にして、光学素子を作製した。【０１６２】
［実施例７］
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、実施例１と同様にして、Ｂ反射層、Ｇ反射層およびＲ反射層を作製した。
なお、実施例１と同様に確認したところ、Ｂ反射コレステリック液晶層の液晶配向パターンおける、液晶化合物由来の光学軸が１８０°回転する１周期は２．９μｍ、
Ｇ反射コレステリック液晶層の液晶配向パターンにおける、液晶化合物由来の光学軸が１８０°回転する１周期は３．１μｍ、
Ｒ反射コレステリック液晶層の液晶配向パターンにおける、液晶化合物由来の光学軸が１８０°回転する１周期は、３．２μｍ、であった。
このＢ反射層、Ｇ反射層およびＲ反射層を用いて、実施例１と同様にして、光学素子を作製した。【０１６３】
［実施例８］
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、実施例１と同様にして、Ｂ反射層、Ｇ反射層およびＲ反射層を作製した。
なお、実施例１と同様に確認したところ、Ｂ反射コレステリック液晶層の液晶配向パターンおける、液晶化合物由来の光学軸が１８０°回転する１周期は１．０μｍ、
Ｇ反射コレステリック液晶層の液晶配向パターンにおける、液晶化合物由来の光学軸が１８０°回転する１周期は１．１μｍ、
Ｒ反射コレステリック液晶層の液晶配向パターンにおける、液晶化合物由来の光学軸が１８０°回転する１周期は、１．２μｍ、であった。
このＢ反射層、Ｇ反射層およびＲ反射層を用いて、実施例１と同様にして、光学素子を作製した。【０１６４】
［実施例９］
（配向膜の形成）
ガラス基板上に、実施例１の配向膜形成用塗布液をスピンコートで塗布した。この配向膜形成用塗布液の塗膜が形成された支持体を６０℃のホットプレート上で６０秒間乾燥し、配向膜を形成した。【０１６５】
（配向膜の露光）
図５に示す露光装置によって配向膜を露光する際の露光量を３００ｍＪ／ｃｍ2に変更し、２つの光の交差角を変更した以外は、実施例１と同様にして、配向膜の露光を行った。【０１６６】
（Ｂ反射コレステリック液晶層の形成）
実施例１のＢ反射コレステリック液晶層の形成において、メチルエチルケトンの量を２６６０質量部に変更し、塗布液をスピンコートで塗布した。紫外線照射時の温度を８０℃、照射量を３００ｍＪ／ｃｍ2に変更した以外は実施例１と同様にして１層目のＢ反射層を形成した。１層目の液晶層の膜厚は０．１５μｍであった。
２層目以降は、この液晶層に重ね塗りして、先と同じ条件で加熱、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、Ｂ反射コレステリック液晶層を形成して、Ｂ反射層を作製した。
塗布層の断面をＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）で確認したところ、Ｂ反射層のコレステリック液晶相は８ピッチであり、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、０．３４μｍであった。【０１６７】
（Ｇ反射コレステリック液晶層の形成）
作製したＢ反射コレステリック液晶層にメチルエチルケトンをスピンコートした後、上記と同様にしてＢ反射コレステリック液晶層上に配向膜を形成し、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、Ｂ反射コレステリック液晶層作製と同様にして配向膜を露光した。【０１６８】
Ｂ反射コレステリック液晶層の形成において、キラル剤Ｃｈ−１の量を５．６８質量部に変更した以外はＢ反射コレステリック液晶層と同様にして、Ｇ反射コレステリック液晶層を作製した。Ｇ反射層のコレステリック液晶相は８ピッチであり、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、０．４１μｍであった。【０１６９】
（Ｒ反射コレステリック液晶層の形成）
作製したＧ反射コレステリック液晶層にメチルエチルケトンをスピンコートした後、上記と同様にしてＢ反射コレステリック液晶層上に配向膜を形成し、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、Ｂ反射コレステリック液晶層作製と同様にして配向膜を露光した。【０１７０】
Ｂ反射コレステリック液晶層の形成において、キラル剤Ｃｈ−１の量を４．６９質量部に変更した以外はＢ反射コレステリック液晶層と同様にして、Ｒ反射コレステリック液晶層を作製した。Ｒ反射層のコレステリック液晶相は８ピッチであり、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、０．４９μｍであった。
このようにして、光学素子を作製した。【０１７１】
［比較例５］
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、実施例９と同様にして、Ｂ反射層、Ｇ反射層およびＲ反射層を作製した。
なお、実施例９と同様に確認したところ、Ｂ反射コレステリック液晶層の液晶配向パターンおける、液晶化合物由来の光学軸が１８０°回転する１周期は０．４１μｍ、
Ｇ反射コレステリック液晶層の液晶配向パターンにおける、液晶化合物由来の光学軸が１８０°回転する１周期は０．４１μｍ、
Ｒ反射コレステリック液晶層の液晶配向パターンにおける、液晶化合物由来の光学軸が１８０°回転する１周期は、０．４２μｍ、であった。
このＢ反射層、Ｇ反射層およびＲ反射層を用いて、実施例９と同様にして、光学素子を作製した。【０１７２】
［実施例１０］
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、実施例９と同様にして、Ｂ反射層、Ｇ反射層およびＲ反射層を作製した。
なお、実施例９と同様に確認したところ、Ｂ反射コレステリック液晶層の液晶配向パターンおける、液晶化合物由来の光学軸が１８０°回転する１周期は０．４４μｍ、
Ｇ反射コレステリック液晶層の液晶配向パターンにおける、液晶化合物由来の光学軸が１８０°回転する１周期は０．５２μｍ、
Ｒ反射コレステリック液晶層の液晶配向パターンにおける、液晶化合物由来の光学軸が１８０°回転する１周期は、０．６３μｍ、であった。
このＢ反射層、Ｇ反射層およびＲ反射層を用いて、実施例９と同様にして、光学素子を作製した。【０１７３】
［比較例６］
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、実施例９と同様にして、Ｂ反射層、Ｇ反射層およびＲ反射層を作製した。
なお、実施例９と同様に確認したところ、Ｂ反射コレステリック液晶層の液晶配向パターンおける、液晶化合物由来の光学軸が１８０°回転する１周期は０．５２μｍ、
Ｇ反射コレステリック液晶層の液晶配向パターンにおける、液晶化合物由来の光学軸が１８０°回転する１周期は０．５２μｍ、
Ｒ反射コレステリック液晶層の液晶配向パターンにおける、液晶化合物由来の光学軸が１８０°回転する１周期は、０．５２μｍ、であった。
このＢ反射層、Ｇ反射層およびＲ反射層を用いて、実施例９と同様にして、光学素子を作製した。【０１７４】
［反射の波長依存性の評価］
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、赤色光、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。
具体的には、赤色光（６３５ｎｍ）、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ー光を、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。
赤色光、緑色光および青色光の平均反射角度θaveと、赤色光、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。【０１７５】
なお、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ー光を垂直に入射し、同様にして、波長依存性ＰＥ［％］を算出した。【０１７６】
また、実施例９〜１０および比較例５〜６では支持体主面で光が全反射するため、図１０のように端面が傾斜している導光板に作製した光学素子を貼合して評価を行った。それぞれ、測定した反射角度から、スネルの法則を用いて反射光の導光板内における反射角度を算出した。導光板として、屈折率１．５２のガラスを用いた。
結果を下記の表に示す。【０１７７】
【表１】
2019131966.tif 000011
【０１７８】
上記表に示されるように、コレステリック液晶層の選択反射中心波長の順列と、コレステリック液晶層における液晶配向パターンの１周期の順列とが一致している本発明の光学素子は、反射角度の波長依存性が小さく、赤色光、緑色光および青色光を、殆ど同じ角度で反射できる。
中でも、液晶化合物由来の光学軸が１８０°回転する１周期が、この１周期の好ましい範囲を示す式（１）を満たす実施例６および実施例８は、反射角度の波長依存性が、より小さい。特に、液晶化合物由来の光学軸が１８０°回転する１周期が、この１周期の、より好ましい式（２）を満たす実施例５、さらに好ましい式（３）を満たす実施例１〜４は、反射角度の波長依存性が、さらに小さい。なお、実施例１〜４と実施例５とは、同じＡ評価であるが、式（３）を満たす実施例１〜４は、いずれもＰＥ（反射の波長依存性）が５％以下と非常に小さく、反射角度の波長依存性が、特に小さい。
また、実施例９および実施例１０に示されるように、本発明の光学素子は、液晶化合物由来の光学軸が１８０°回転する１周期が１μｍ以下の微細な液晶配向パターンでも、好適に、反射角度の波長依存性を小さくできる。
これに対し、コレステリック液晶層の選択反射中心波長の順列と、コレステリック液晶層における液晶配向パターンの１周期の順列とが一致していない比較例の光学素子は、反射の波長依存性が大きく、赤色光、緑色光および青色光を同方向に反射できない。【０１７９】
［実施例１１］
キラル剤をＣｈ−３に変更し、添加量を１１．３０質量部に変更した以外は、実施例１と同様にして、選択反射中心波長が６３５ｎｍである左円偏光を反射するＲ反射コレステリック液晶層を形成して、第２のＲ反射層を作製した。
第２のＲ反射層を実施例１の光学素子に加えたところ、実施例１と同様の反射の波長依存性の評価を示し、さらに、実施例１に比して、赤色光の反射がより優れていた。
なお、右円偏光を反射するＲ反射層と、左円偏光を反射する第２のＲ反射層とを積層する際には、液晶配向パターンにおける光学軸の向きの連続的な回転方向が、互いに異なるように貼合した。【０１８０】
−キラル剤Ｃｈ−３−
【化９】
2019131966.tif 000012
【０１８１】
［実施例１２］
キラル剤の添加量を変更した以外は、実施例９と同様にして、選択反射中心波長が５３０ｎｍである左円偏光を反射するＧ反射コレステリック液晶層を有する第２のＧ反射層、および、選択反射中心波長が４５０ｎｍである左円偏光を反射するＢ反射コレステリック液晶層を有する第２のＢ反射層を作製した。ここで、キラル剤の添加量は、それぞれ、９．５０質量部（Ｇ反射層）および７．８７質量部（Ｂ反射層）とした。
実施例９と同様の第２のＲ反射層、ならびに、第２のＧ反射層および第２のＢ反射層を実施例１の光学素子に加えたところ、実施例１と同様の反射の波長依存性の評価を示し、さらに、実施例１に比して、赤色光、緑色光および青色光の反射がより優れていた。
なお、右円偏光を反射する反射層と、左円偏光を反射する反射層とは、液晶配向パターンにおける光学軸の向きの連続的な回転方向が、互いに異なるように貼合した。
以上の結果より、本発明の効果は明らかである。
【産業上の利用可能性】
【０１８２】
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】
【０１８３】
１０  光学素子
１２  Ｒ反射層
１４  Ｇ反射層
１６  Ｂ反射層
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
ＢR  青色光の右円偏光
ＧR  緑色光の右円偏光
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
【図１】
2019131966.tif 000013
【図２】
2019131966.tif 000014
【図３】
2019131966.tif 000015
【図４】
2019131966.tif 000016
【図５】
2019131966.tif 000017
【図６】
2019131966.tif 000018
【図７】
2019131966.tif 000019
【図８】
2019131966.tif 000020
【図９】
2019131966.tif 000021
【図１０】
2019131966.tif 000022
【国際調査報告】
2019131966.tif 000023
2019131966.tif 000024
2019131966.tif 000025
2019131966.tif 000026