(57)【要約】  大きな回折角度を得られる光学積層体、導光素子およびＡＲ表示デバイスを提供する。液晶化合物を含む組成物を用いて形成され、液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有する第１の光学異方性層と、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、液晶化合物を含む組成物を用いて形成され、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ている液晶配向パターンを有する第２の光学異方性層と、をこの順に有し、第１の光学異方性層と第２の光学異方性層とは、液晶化合物由来の光学軸の向きが連続的に回転している一方向が同じであり、一方向における液晶化合物由来の光学軸の向きの回転方向が同じである。
2020075740.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶化合物を含む組成物を用いて形成され、前記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ている液晶配向パターンを有する第１の光学異方性層と、
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、
液晶化合物を含む組成物を用いて形成され、前記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ている液晶配向パターンを有する第２の光学異方性層と、をこの順に有し、
前記第１の光学異方性層と前記第２の光学異方性層とは、前記液晶化合物由来の光学軸の向きが連続的に回転している前記一方向が同じであり、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の回転方向が同じである光学積層体。
【請求項２】
前記第１の光学異方性層および前記第２の光学異方性層において、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１周期の長さが０．１μｍ〜５０μｍである、請求項１に記載の光学積層体。
【請求項３】
前記第１の光学異方性層および前記第２の光学異方性層の面内位相差が、１９０〜３９０である請求項１または２に記載の光学積層体。
【請求項４】
選択反射波長が異なる前記コレステリック液晶層を２層以上有する請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学積層体。
【請求項５】
２層以上の前記コレステリック液晶層は、反射する円偏光の方向が同じである請求項４に記載の光学積層体。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の光学積層体と、導光板と、を有する導光素子。
【請求項７】
前記導光板における光の入射位置および出射位置の少なくとも一方に前記光学積層体が配置されている請求項６に記載の導光素子。
【請求項８】
前記第１の光学異方性層および前記第２の光学異方性層において、前記液晶化合物由来の光学軸の向きが連続的に回転している前記一方向が、前記導光板内における光の導光方向と平行である請求項６または７に記載の導光素子。
【請求項９】
請求項６〜８のいずれか一項に記載の導光素子と、画像表示装置とを有するＡＲ表示デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を反射する光学積層体、および、この光学積層体を用いる導光素子、ＡＲ表示デバイスに関する。
【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】
このような回折格子として、液晶を用いた回折素子が知られている。
例えば、特許文献１には、ブラッグ条件に従って、内部を通過する光の伝播の方向を変更するように構成されている、複数の積層複屈折副層を備え、積層複屈折副層は、それぞれ、それぞれの格子周期を画定するように積層複屈折副層の隣接するものの間のそれぞれの境界面に沿って変化する局所光軸を備える、光学素子が記載されている。特許文献１に記載される光学素子は透過光を回折する光学素子である。基板（導光板）に入射する光を光学素子で回折することによって、光を基板内で全反射する角度で入射させて、基板内を光の入射方向と略垂直な方向に導光することが記載されている（特許文献１の図９参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２０１７−５２２６０１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】
特許文献１に記載される光学素子では、光の回折角度を大きくするのが難しい。そのため、このような光学素子を用いて導光板内に導光方向に対して垂直な方向から光を入射させた場合には、導光板内を全反射する角度で入射させることが難しく、導光板内で光の一部が漏れてしまうため、導光効率が低くなるという問題があった。
このような光学素子において、光の回折の角度は、積層複屈折副層の局所光軸によって画定される格子周期に依存する。そのため、格子周期を小さくすれば、大きな回折角度を得ることができるが、格子周期が小さいほど製造が難しくなるため、十分に大きな回折角度を得ることは難しかった。【０００８】
本発明の課題は、このような従来技術の問題点を解決することにあり、大きな回折角度を得られる光学積層体、導光素子およびＡＲ表示デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この課題を解決するために、本発明は、以下の構成を有する。
［１］  液晶化合物を含む組成物を用いて形成され、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ている液晶配向パターンを有する第１の光学異方性層と、
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、
液晶化合物を含む組成物を用いて形成され、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ている液晶配向パターンを有する第２の光学異方性層と、をこの順に有し、
第１の光学異方性層と第２の光学異方性層とは、液晶化合物由来の光学軸の向きが連続的に回転している一方向が同じであり、一方向における液晶化合物由来の光学軸の向きの回転方向が同じである光学積層体。
［２］  第１の光学異方性層および第２の光学異方性層において、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、１周期の長さが０．１μｍ〜５０μｍである、［１］に記載の光学積層体。
［３］  第１の光学異方性層および第２の光学異方性層の面内位相差が、１９０〜３９０である［１］または［２］に記載の光学積層体。
［４］  選択反射波長が異なるコレステリック液晶層を２層以上有する［１］〜［３］のいずれかに記載の光学積層体。
［５］  ２層以上のコレステリック液晶層は、反射する円偏光の方向が同じである［４］に記載の光学積層体。
［６］  ［１］〜［５］のいずれかに記載の光学積層体と、導光板と、を有する導光素子。
［７］  導光板における光の入射位置および出射位置の少なくとも一方に光学積層体が配置されている［６］に記載の導光素子。
［８］  第１の光学異方性層および第２の光学異方性層において、液晶化合物由来の光学軸の向きが連続的に回転している一方向が、導光板内における光の導光方向と平行である［６］または［７］に記載の導光素子。
［９］  ［６］〜［８］のいずれかに記載の導光素子と、画像表示装置とを有するＡＲ表示デバイス。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、大きな回折角度を得られる光学積層体、導光素子およびＡＲ表示デバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の光学積層体の一例を模式的に表す断面図である。
【図２】本発明の光学積層体を有するＡＲ表示デバイスの一例を模式的に表す図である。
【図３】光学積層体の作用を説明するための模式図である。
【図４】光学異方性層を説明するための模式的断面図である。
【図５】図４の光学異方性層の上面図である。
【図６】配向膜を露光する露光装置の例の概念図である。
【図７】光学異方性層の作用を説明するための図である。
【図８】光学異方性層の作用を説明するための図である。
【図９】コレステリック液晶層を説明するための模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の光学積層体、導光素子およびＡＲ表示デバイスについて、添付の図面に示される好適実施例を基に詳細に説明する。
【００１３】
本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
本明細書において、「（メタ）アクリレート」は、「アクリレートおよびメタクリレートのいずれか一方または双方」の意味で使用される。
本明細書において、「同一」は、技術分野で一般的に許容される誤差範囲を含むものとする。また、本明細書において、「全部」、「いずれも」および「全面」などというとき、１００％である場合のほか、技術分野で一般的に許容される誤差範囲を含み、例えば９９％以上、９５％以上、または９０％以上である場合を含むものとする。
【００１４】
本明細書において、可視光は、電磁波のうち、ヒトの目で見える波長の光であり、３８０〜７８０ｎｍの波長域の光を示す。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。
【００１５】
本明細書において、選択反射中心波長とは、対象となる物（部材）における透過率の極小値をＴmin（％）とした場合、下記の式で表される半値透過率：Ｔ１／２（％）を示す２つの波長の平均値のことを言う。
半値透過率を求める式：  Ｔ１／２＝１００−（１００−Ｔmin）÷２
また、複数の層の選択反射中心波長が「等しい」とは、厳密に等しいことを意味するものではなく、光学的に影響のない範囲の誤差は許容される。具体的には、複数の物の選択反射中心波長が「等しい」とは、それぞれの物同士における選択反射中心波長の差が２０ｎｍ以下であることを意図し、この差は１５ｎｍ以下であることが好ましく、１０ｎｍ以下であることがより好ましい。
【００１６】
［光学積層体］
本発明の光学積層体は、
液晶化合物を含む組成物を用いて形成され、液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有する第１の光学異方性層と、
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、
液晶化合物を含む組成物を用いて形成され、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ている液晶配向パターンを有する第２の光学異方性層と、をこの順に有し、
第１の光学異方性層と第２の光学異方性層とは、液晶化合物由来の光学軸の向きが連続的に回転している一方向が同じであり、一方向における液晶化合物由来の光学軸の向きの回転方向が同じである光学積層体である。
【００１７】
図１に、本発明の光学積層体の一例を概念的に示す。
図１に示す光学積層体１０は、第１の光学異方性層１２と、コレステリック液晶層１４と、第２の光学異方性層１６とがこの順に積層された構成を有する。
【００１８】
第１の光学異方性層１２は、液晶化合物を含む組成物を用いて形成された層であり、液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転している液晶配向パターンを有する。
第１の光学異方性層１２は、入射した円偏光を光学軸の向きが連続的に回転している向きに屈折（回折）させて透過させる。その際、円偏光の旋回方向に応じて回折する方向が異なる。
また、第１の光学異方性層１２は、透過する円偏光の旋回方向を逆方向に変化させる。
第１の光学異方性層１２の構成については後に詳述する。
【００１９】
コレステリック液晶層１４は、コレステリック液晶相を固定してなる層であり、液晶化合物が厚み方向に平行な螺旋軸に沿って螺旋状に配向したコレステリック液晶構造を有する。
コレステリック液晶層１４は、選択反射波長の一方の旋回方向の円偏光を反射し、他方の円偏光、および、選択反射波長以外の波長の光を透過する。
コレステリック液晶層１４の構成については後に詳述する。
【００２０】
第２の光学異方性層１６は、液晶化合物を含む組成物を用いて形成された層であり、液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転している液晶配向パターンを有する。
第２の光学異方性層１６は、入射した円偏光を光学軸の向きが連続的に回転している向きに屈折させて透過させる。その際、円偏光の旋回方向に応じて回折する方向が異なる。
また、第２の光学異方性層１６は、透過する円偏光の旋回方向を逆方向に変化させる。
第２の光学異方性層１６の構成については後に詳述する。
【００２１】
ここで、本発明の光学積層体１０において、第１の光学異方性層１２と第２の光学異方性層１６とは、液晶化合物由来の光学軸の向きが連続的に回転している一方向が同じであり、一方向における液晶化合物由来の光学軸の向きの回転方向が同じである。すなわち、第１の光学異方性層１２と第２の光学異方性層１６とは、入射した光に対して同じ作用を発揮する。
好ましくは、第１の光学異方性層１２と第２の光学異方性層１６とは、同じ構成である。
【００２２】
このような構成を有する光学積層体１０は、入射した光を回折して反射する。この点については後に詳述する。
【００２３】
［導光素子およびＡＲ表示デバイス］
本発明の導光素子は、上記光学積層体と導光板とを有する。
本発明のＡＲ（Augmented Reality（拡張現実））表示デバイスは、導光素子と画像表示装置とを有する。
【００２４】
図２に、本発明のＡＲ表示デバイスの一例を概念的に示す。
図２に示すＡＲ表示デバイスは、ディスプレイ（画像表示装置）４０と、導光素子４４とを有する。
【００２５】
導光素子４４は本発明の導光素子であり、２つの光学積層体１０と、導光板４２とを有する。
導光板４２は、一方向に長尺な直方体形状で内部で光を導光する。
図２に示すように、導光板４２の長手方向の一方の端部側の表面、および、他方の端部側の表面にはそれぞれ、光学積層体１０が配置されている。２つの光学積層体１０の配置位置はそれぞれ、導光板４２の光の入射位置および出射位置に対応する。また、２つの光学積層体１０は、導光板４２の同じ表面に配置されている。
【００２６】
導光板４２としては特に限定はなく、画像表示装置等で用いられている従来公知の導光板を用いることができる。
【００２７】
図２に示すように、ディスプレイ４０は、導光板４２の一方の端部の、光学積層体１０が配置された表面とは反対側の表面に対面して配置される。また、導光板４２の一方の端部の、光学積層体１０が配置された表面とは反対側の表面側が使用者Ｕの観察位置となる。
なお、以下の説明において、導光板４２の長手方向をＸ方向、Ｘ方向に垂直な方向で、光学積層体１０の表面に垂直な方向をＺ方向とする。Ｚ方向は、光学積層体１０における各層の積層方向でもある（図３参照）。
【００２８】
このような構成のＡＲ表示デバイス５０において、ディスプレイ４０が表示した光は、矢印で示すように、導光板４２の一方の端部の、光学積層体１０が配置された表面とは反対側の表面から導光板４２内に入射する。導光板４２内に入射した光は光学積層体１０にて反射される。その際、光学積層体１０による回折の効果によって鏡面反射（正反射）せずに、鏡面反射方向とは角度が異なる方向に反射される。図２に示す例では、光は光学積層体１０に対して略垂直な方向（Ｚ方向）から入射し、垂直方向から導光板４２の長手方向（Ｘ方向）側に大きな角度傾斜した方向に反射される。
【００２９】
光学積層体１０で反射された光は、入射光の角度に対して、大きな角度で反射されているため、光の進行方向の、導光板の表面に対する角度が小さくなるため、導光板４２の両表面で全反射されて導光板４２内を長手方向（Ｘ方向）に導光される。
導光板４２内を導光された光は、導光板４２の長手方向の他方の端部において、光学積層体１０により反射される。その際、光学積層体１０による回折の効果によって鏡面反射せずに、鏡面反射方向とは角度が異なる方向に反射される。図２に示す例では、光は光学積層体１０に対して斜め方向から入射し、光学積層体１０の表面に垂直方向へ反射される。
【００３０】
光学積層体１０で反射された光は、導光板４２の、光学積層体１０が配置された表面とは反対側の表面に到達するが、この表面に対して略垂直に入射するため、全反射されずに導光板の外に出射される。すなわち、使用者Ｕによる観察位置に光を出射する。
このように、ＡＲ表示ディスプレイ５０は、ディスプレイ４０が表示した映像を、導光素子４４の一端に入射して伝播し、他端から出射することにより、使用者Ｕが実際に見ている光景に、仮想の映像を重ねて表示する。
【００３１】
ここで本発明の光学積層体１０は大きな回折角で光を反射することができる。この点を図３を用いて説明する。
図３は、図２のＡＲ表示デバイス５０の出射側端部を拡大して示す図である。また、図３においては説明のため、導光板４２、ならびに、光学積層体１０の各層（第１の光学異方性層１２、コレステリック液晶層１４および第２の光学異方性層１６）は、それぞれ離間して図示している。
【００３２】
一例として、導光板４２内を導光された光が右円偏光の場合として説明する。導光板４２内を導光されて光学積層体１０の第１の光学異方性層１２に斜め方向から入射した右円偏光Ｌr1は、第１の光学異方性層１２を透過する際にＸ方向において、光学積層体１０の表面に垂直な軸（Ｚ軸）に対する角度が小さくなる方向に回折される。すなわち、第１の光学異方性層１２を透過する右円偏光Ｌr1は、図３に示すように進行方向において左側に屈折される。また、第１の光学異方性層１２を透過した右円偏光Ｌr1は左円偏光Ｌl1に変換される。
【００３３】
第１の光学異方性層１２を透過した左円偏光Ｌl1は、コレステリック液晶層１４において正反射される。すなわち、図３に示す例において、コレステリック液晶層１４は、左円偏光を反射し、右円偏光を透過する。
【００３４】
コレステリック液晶層１４で反射された左円偏光Ｌｌ2は、第１の光学異方性層１２に入射する。第１の光学異方性層１２に入射した左円偏光Ｌｌ2は、第１の光学異方性層１２を透過する際に図３に示すように進行方向において右側に屈折される。すなわち、左円偏光Ｌl2は、第１の光学異方性層１２を透過する際に、進行方向において右円偏光が屈折した方向とは逆方向に屈折される。これによって、光は光学積層体１０の表面に垂直な軸（Ｚ軸）に対する角度が小さくなる方向に回折される。また、第１の光学異方性層１２を透過した左円偏光Ｌｌ2は右円偏光Ｌr2に変換される。
【００３５】
第１の光学異方性層１２を透過した右円偏光Ｌr2は、導光板４２内を通過し、導光板４２の、光学積層体１０が配置されている面とは反対側の面に到達する。その際、光の進行方向は、導光板の表面に対する角度が大きいため、導光板４２の表面で全反射されずに導光板の外に出射される。これにより、使用者Ｕによる観察位置に光を出射する。
【００３６】
このように、本発明の光学積層体１０においては、光学積層体１０に入射した光は、第１の光学異方性層１２を２回、透過し、それぞれの透過の際に回折されるため、第１の光学異方性層１２単体での回折角度の２倍の回折角度が得られる。
【００３７】
なお、上記説明においては、導光板４２の出射側に配置される光学積層体１０を用いて、光学積層体１０の作用を説明したが、導光板４２の入射側に配置される光学積層体１０においても同様の作用が得られる。すなわち、導光板４２の入射側に配置される光学積層体１０は、第１の光学異方性層１２単体での回折角度の２倍の回折角度で、ディスプレイ４０からの光を反射することができる。
【００３８】
このように本発明の光学積層体は、光を反射する際に、光学異方性層単体での回折角度の２倍の回折角度で光を回折するので、導光板内に導光方向に対して略垂直な方向から光を入射させた場合でも、光が導光板内で全反射する角度に光を回折させることが容易になり、導光板内を導光する際に導光板内で光の一部が漏れることを抑制でき、導光効率を高くすることができる。
【００３９】
また、導光板から光を出射させる位置に光学積層体を配置することで、導光板内を導光された光が全反射する角度で光学積層体に入射した場合、すなわち、光学積層体の表面に小さい角度で入射した場合でも、光を光学積層体の表面に略垂直な方向に回折させることができ、光を導光板の外に出射させることができる。
【００４０】
また、本発明の光学積層体は、第１の光学異方性層とコレステリック液晶層とを積層することで、第１の光学異方性層による回折角度の２倍の回折角度が得られるため、大きな回折角度を得るために、液晶配向パターンの周期を小さくする必要がなく容易に製造することができる。
【００４１】
ここで、本発明者らの検討によれば、第１の光学異方性層とコレステリック液晶層とを積層した構成とするのみでは、外光が第１の光学異方性層によって屈折されて使用者Ｕからは、角度がズレた光景が観察されるという問題が生じることがわかった。
これに対して、本発明の光学積層体は、コレステリック液晶層の上にさらに第２の光学異方性層を有する。これにより、角度がズレた光景が観察されるという問題が生じることを防止している。
【００４２】
この点について図３を用いて説明する。図３において、第２の光学異方性層１６がない場合には、コレステリック液晶層１４に斜め方向から入射する右円偏光Ｌr3が、コレステリック液晶層１４を透過し、第１の光学異方性層１２に入射する。第１の光学異方性層１２に入射した右円偏光Ｌr3は進行方向の左側に回折される。また、第１の光学異方性層１２を透過した右円偏光Ｌr3は左円偏光Ｌl4に変換される。第１の光学異方性層１２を透過した左円偏光Ｌl4は、導光板４２内を通過し、導光板４２の、光学積層体１０が配置されている面とは反対側の面から導光板４２の外に出射される。これにより、使用者Ｕによる観察位置に光を出射する。
言い換えると、使用者Ｕには、図３中、右円偏光Ｌr3の矢印で示す方向の光景が正面方向（Ｚ方向）の光景として観察される。
このように、第１の光学異方性層とコレステリック液晶層とを積層した構成とするのみでは、外光が第１の光学異方性層によって屈折されて使用者Ｕからは、角度がズレた光景が観察されるという問題が生じる。
【００４３】
これに対して、本発明の光学積層体は、コレステリック液晶層１４の上にさらに第２の光学異方性層１６を有する。この場合には、図３に示すように、使用者Ｕの正面方向（Ｚ方向）から第２の光学異方性層１６に入射する左円偏光Ｌl3が、第２の光学異方性層１６を透過する際に、進行方向の右側に回折される。また、第２の光学異方性層１６を透過した左円偏光Ｌｌ3は右円偏光Ｌr3に変換される。第２の光学異方性層１６を透過した右円偏光Ｌr3は、コレステリック液晶層１４を透過し、第１の光学異方性層１２に入射する。
第１の光学異方性層１２に入射した右円偏光Ｌr3は進行方向の左側に回折される。また、第１の光学異方性層１２を透過した右円偏光Ｌr3は左円偏光Ｌl4に変換される。第１の光学異方性層１２を透過した左円偏光Ｌl4は、導光板４２内を通過し、導光板４２の、光学積層体１０が配置されている面とは反対側の面から導光板４２の外に出射される。これにより、使用者Ｕによる観察位置に光を出射する。
【００４４】
ここで、第１の光学異方性層１２と第２の光学異方性層１６とは、液晶化合物由来の光学軸の向きが連続的に回転している一方向が同じであり、一方向における液晶化合物由来の光学軸の向きの回転方向が同じである。すなわち、第１の光学異方性層１２と第２の光学異方性層１６とは、入射した光に対して同じ作用を発揮する。従って、第１の光学異方性層１２による回折角度と、第２の光学異方性層１６による回折角度は略同じである。また、第１の光学異方性層１２に入射する円偏光と第２の光学異方性層１６に入射する円偏光とは、旋回方向が逆である。そのため、光学積層体１０に入射する外光（左円偏光Ｌl3）は、光学積層体１０中で、逆方向に同じ回折角度で屈折される。そのため、光学積層体１０から出射する光（左円偏光Ｌｌ4）は、光学積層体１０に入射する外光と略平行となる。
【００４５】
言い換えると、使用者Ｕには、図３中、左円偏光Ｌl3の矢印で示す方向の光景が正面方向（Ｚ方向）の光景として観察される。
このように、本発明の光学積層体は、第１の光学異方性層とコレステリック液晶層と第２の光学異方性層とを積層した構成とすることで、外光が屈折されて使用者Ｕに観察されることを防止して、角度がズレた光景が観察されるという問題が生じることを防止することができる。
【００４６】
ここで、図３に示す例においては、第１の光学異方性層１２（および、第２の光学異方性層１６）は、右円偏光を進行方向の右側に回折させて、左円偏光を進行方向の左側に回折させるものとしたが、これに限定はされず、第１の光学異方性層１２（および、第２の光学異方性層１６）が、右円偏光を進行方向の左側に回折させて、右円偏光を進行方向の右側に回折させる構成であってもよい。
【００４７】
また、図３に示す例においては、コレステリック液晶層１４は、左円偏光を反射し、右円偏光を透過する構成としたが、これに限定はされず、右円偏光を反射し、左円偏光を透過する構成であってもよい。
【００４８】
第１の光学異方性層１２、および、第２の光学異方性層１６による光の回折方向、および、コレステリック液晶層１４が反射する円偏光の旋回方向は、光学積層体１０が用いられるＡＲ表示デバイス５０（導光素子４４）の構成に応じて適宜設定すればよい。具体的には、ディスプレイ４０から出射される光の旋回方向、光学積層体１０へ光が入射する方向、および、出射する方向等に応じて設定すればよい。
【００４９】
また、図１に示す例では、光学積層体は、コレステリック液晶層を１層有する構成としたが、これに限定はされず、選択反射波長の異なる２層以上のコレステリック液晶層を有する構成としてもよい。
例えば、ＡＲ表示デバイスにおいて、ディスプレイがＲＧＢの三色の光を用いてカラー表示するディスプレイの場合には、ディスプレイが出射するＲＧＢのそれぞれの光の波長を選択反射波長とする３層のコレステリック液晶層を有する構成としてもよい。このような構成とすることで、ディスプレイが出射するＲＧＢの三色の光それぞれに対して、光学積層体で反射する際に大きな回折角度を得ることができる。
【００５０】
また、選択反射波長の異なる２層以上のコレステリック液晶層を有する構成とする場合には、いずれの波長の光に対しても大きな回折角度を得る効果を発揮するために、各コレステリック液晶層が反射する円偏光の旋回方向は同じ方向とする必要がある。
【００５１】
ここで、後に詳述するが、第１の光学異方性層１２および第２の光学異方性層１６において、光を回折する方向は、光学異方性層を構成する液晶化合物由来の光学軸の向きが連続的に回転している一方向に一致する。従って、第１の光学異方性層１２および第２の光学異方性層１６において、液晶化合物由来の光学軸の向きが連続的に回転している一方向は、導光板４２内における光の導光方向と平行であるのが好ましい。
導光板４２内における光の導光方向は、導光板４２に光が入射する位置と出射する位置とを結んだ方向である。
【００５２】
なお、本発明において、図示は省略するが、第１の光学異方性層１２、コレステリック液晶層１４、および、第２の光学異方性層１６は、層間に設けられた貼合層によって貼り合わされていている。あるいは、貼合層で貼り合わせるのではなく、第１の光学異方性層１２、コレステリック液晶層１４、および、第２の光学異方性層１６を積層して、枠体または治具等で保持して、本発明の光学積層体を構成してもよい。
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積層体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。
【００５３】
また、図１等に示す例では、光学積層体１０は、第１の光学異方性層１２、コレステリック液晶層１４、および、第２の光学異方性層１６の各層が直接積層されているが、これに限定されず、各層は支持体上に形成されて、支持体ごと積層されていてもよい。
【００５４】
以下、本発明の光学積層体を構成する各層について説明する。
なお、第１の光学異方性層１２と第２の光学異方性層１６とは基本的に同じ構成を有するので、まとめて光学異方性層として説明する。
【００５５】
光学異方性層について、図４に示す、支持体上に光学異方性層が形成された光学素子を用いて説明する。
図４に、光学異方性層を有する光学素子の一例を概念的に表す側面図を示す。図５に、図４に示す光学素子の平面図を示す。なお、平面図とは、図４において、光学素子を上方から見た図であり、すなわち、光学素子を厚さ方向（＝各層（膜）の積層方向）から見た図である。言い換えれば、光学異方性層を主面と直交する方向から見た図である。
また、図５では、光学素子の構成を明確に示すために、光学異方性層中の液晶化合物３０としては配向膜２４の表面の液晶化合物３０のみを示している。しかしながら、光学異方性層は、厚さ方向には、図４に示されるように、この配向膜２４の表面の液晶化合物３０から、液晶化合物３０が積み重ねられた構造を有する。
【００５６】
図４に示す光学素子は、支持体２０、配向膜２４および光学異方性層１２（１６）、を有する。光学異方性層は、液晶化合物を含む組成物を用いて形成された、液晶化合物由来の光軸が、面内の一方向において回転する所定の液晶配向パターンを有する。
【００５７】
〔支持体〕
支持体２０は、配向膜２４、および、光学異方性層１２（１６）を支持するフィルム状物（シート状物、板状物）である。
なお、支持体２０は、光学積層体が反射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。
【００５８】
支持体２０の材料としては、光学素子で支持体の材料として用いられる各種の樹脂を用いることができる。
具体的には、支持体２０の材料としては、透明性が高いものが好ましく、ポリメチルメタクリレート等のポリアクリル系樹脂、セルローストリアセテート等のセルロース系樹脂、シクロオレフィンポリマー系樹脂、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２０の材料は樹脂に限らず、ガラスを用いてもよい。
【００５９】
支持体２０の厚さには、制限はなく、光学素子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。
【００６０】
本発明においては、支持体２０を剥離し、光学異方性層を転写する形態も好ましく用いられる。すなわち、光学異方性層を支持体２０上に形成した後、支持体を剥離して、図１等に示すように、光学異方性層およびコレステリック液晶層を直接（貼合層を介して）積層する構成としてもよい。
【００６１】
〔配向膜〕
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。本発明において、光学異方性層は、液晶化合物３０に由来する光学軸３０Ａ（図５参照）の向きが、面内の一方向（後述する矢印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。
なお、本発明では、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（光軸の回転周期、図５中符号Λ）とした際に、光学異方性層の面内で液晶配向パターンの１周期の長さが異なる領域を有していてもよい。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
本発明においては、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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
図６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。
【００６９】
図６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は偏光板を備え、直線偏光Ｐ0を出射する。λ／４板７２Ａおよび７２Ｂは、互いに直交する光学軸を備えている。λ／４板７２Ａは、直線偏光Ｐ0（光線ＭＡ）を右円偏光ＰRに、λ／４板７２Ｂは直線偏光Ｐ0（光線ＭＢ）を左円偏光ＰLに、それぞれ変換する。
【００７０】
配向パターンを形成される前の配向膜２４を有する支持体２０が露光部に配置され、２つの光線ＭＡと光線ＭＢとを配向膜２４上において交差させて干渉させ、その干渉光を配向膜２４に照射して露光する。
この際の干渉により、配向膜２４に照射される光の偏光状態が干渉縞状に周期的に変化するものとなる。これにより、配向膜２４において、配向状態が周期的に変化する配向パターンが得られる。
露光装置６０においては、２つの光線ＭＡおよびＭＢの交差角αを変化させることにより、配向パターンの周期を調節できる。すなわち、露光装置６０においては、交差角αを調節することにより、液晶化合物３０に由来する光学軸３０Ａが一方向に向かって連続的に回転する配向パターンにおいて、光学軸３０Ａが回転する一方向における、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、光学異方性層を形成できる。
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。
【００７１】
なお、本発明において、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。
【００７２】
〔光学異方性層〕
配向膜２４の表面には、光学異方性層１２（１６）が形成される。
前述のように、本発明において、光学異方性層は、液晶化合物を含む液晶組成物を用いて形成されたものである。
光学異方性層は、面内レタデーションの値を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有している。
【００７３】
図５に示すように、光学異方性層は、光学異方性層の面内において、液晶化合物３０に由来する光学軸３０Ａの向きが、矢印Ｘで示す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、『矢印Ｘで示す一方向』を単に『矢印Ｘ方向』とも言う。また、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』とも言う。
光学異方性層において、液晶化合物３０は、それぞれ、光学異方性層において、矢印Ｘ方向と、この矢印Ｘ方向と直交するＹ方向とに平行な面内に二次元的に配向している。なお、図４、後述する図７、図８では、Ｙ方向は、紙面に垂直な方向となる。
【００７４】
図５に、光学異方性層の平面図を概念的に示す。
光学異方性層は、光学異方性層の面内において、液晶化合物３０に由来する光学軸３０Ａの向きが、矢印Ｘ方向に沿って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。
【００７５】
一方、光学異方性層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の向きと矢印Ｘ方向とが成す角度が等しい。
【００７６】
本発明においては、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矢印Ｘ方向において、液晶化合物３０の光学軸３０Ａが１８０°回転する長さ（距離）を、液晶配向パターンにおける１周期の長さΛとする。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と矢印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。
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５に示すように、矢印Ｘ方向と光学軸３０Ａの方向とが一致する２つの液晶化合物３０の、矢印Ｘ方向の中心間の距離を、１周期の長さΛとする。以下の説明では、この１周期の長さΛを『１周期Λ』とも言う。
本発明において、光学異方性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。
【００７７】
前述のように光学異方性層において、Ｙ方向に配列される液晶化合物は、光学軸３０Ａと矢印Ｘ方向（液晶化合物３０の光軸の向きが回転する１方向）とが成す角度が等しい。この光学軸３０Ａと矢印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、半波長すなわちλ／２であるのが好ましい。これらの面内レタデーションは、領域Ｒの屈折率異方性に伴う屈折率差Δｎと光学異方性層の厚さ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、液晶化合物の屈折率差に等しい。
【００７８】
このような光学異方性層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７に光学異方性層を例示して概念的に示す。なお、光学異方性層は、液晶化合物の屈折率差と光学異方性層の厚さとの積の値がλ／２であるとする。
図７に示すように、光学異方性層の液晶化合物の屈折率差と光学異方性層の厚さとの積の値がλ／２の場合に、光学異方性層に左円偏光である入射光Ｌ1が入射すると、入射光Ｌ1は、光学異方性層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、右円偏光に変換される。
また、入射光Ｌ1は、光学異方性層を通過する際に、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、矢印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ため、光学異方性層を通過した入射光Ｌ1には、図７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Ｑ１が与えられる。これにより、矢印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、左円偏光の入射光Ｌ1は、入射方向に対して矢印Ｘ方向に一定の角度だけ傾いた、右円偏光の透過光Ｌ2に変換される。
【００７９】
一方、図８に概念的に示すように、光学異方性層の液晶化合物の屈折率差と光学異方性層の厚さとの積の値がλ／２のとき、光学異方性層に右円偏光の入射光Ｌ4が入射すると、入射光Ｌ4は、光学異方性層を通過することにより、１８０°の位相差が与えられて、左円偏光の透過光Ｌ5に変換される。
また、入射光Ｌ4は、光学異方性層を通過する際に、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、矢印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ため、光学異方性層を通過した入射光Ｌ4は、図８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Ｑ２が与えられる。
ここで、入射光Ｌ4は、右円偏光であるので、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Ｑ２は、左円偏光である入射光Ｌ1とは逆になる。その結果、入射光Ｌ4では、入射光Ｌ1とは逆に矢印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、入射方向に対して矢印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。
【００８０】
光学異方性層において、複数の領域Ｒの面内レタデーションの値は、半波長であるのが好ましいが、波長が５５０ｎｍである入射光に対する光学異方性層の複数の領域Ｒの面内レタデーションＲｅ（５５０）＝Δｎ550×ｄが下記式（１）に規定される範囲内であるのが好ましい。ここで、Δｎ550は、入射光の波長が５５０ｎｍである場合の、領域Ｒの屈折率異方性に伴う屈折率差であり、ｄは、光学異方性層の厚さである。
２００ｎｍ≦Δｎ550×ｄ≦３５０ｎｍ・・・（１）
すなわち、光学異方性層の複数の領域Ｒの面内レタデーションＲｅ（５５０）＝Δｎ550×ｄが式（１）を満たしていれば、光学異方性層に入射した光の十分な量の円偏光成分を、矢印Ｘ方向に対して順方向または逆方向に傾いた方向に進行する円偏光に変換することができる。面内レタデーションＲｅ（５５０）＝Δｎ550×ｄは、２２５ｎｍ≦Δｎ550×ｄ≦３４０ｎｍがより好ましく、２５０ｎｍ≦Δｎ550×ｄ≦３３０ｎｍがさらに好ましい。
なお、上記式（１）は波長５５０ｎｍである入射光に対する範囲であるが、波長がλｎｍである入射光に対する光学異方性層の複数の領域Ｒの面内レタデーションＲｅ（λ）＝Δｎλ×ｄは下記式（１−２）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。
０．７λｎｍ≦Δｎλ×ｄ≦１．３λｎｍ・・・（１−２）
【００８１】
また、光学異方性層における、複数の領域Ｒの面内レタデーションの値は、上記式（１）の範囲外で用いることもできる。具体的には、Δｎ550×ｄ＜２００ｎｍまたは３５０ｎｍ＜Δｎ550×ｄとすることで、入射光の進行方向と同一の方向に進行する光と、入射光の進行方向とは異なる方向に進行する光に分けることができる。Δｎ550×ｄが０ｎｍまたは５５０ｎｍに近づくと入射光の進行方向と同一の方向に進行する光の成分は増加し、入射光の進行方向とは異なる方向に進行する光の成分は減少する。
【００８２】
さらに、波長が４５０ｎｍの入射光に対する光学異方性層の領域Ｒのそれぞれの面内レタデーションＲｅ（４５０）＝Δｎ450×ｄと、波長が５５０ｎｍの入射光に対する光学異方性層の領域Ｒのそれぞれの面内レタデーションＲｅ（５５０）＝Δｎ550×ｄは、下記式（２）を満たすのが好ましい。ここで、Δｎ450は、入射光の波長が４５０ｎｍである場合の、領域Ｒの屈折率異方性に伴う屈折率差である。
（Δｎ450×ｄ）／（Δｎ550×ｄ）＜１．０・・・（２）
式（２）は、光学異方性層に含まれる液晶化合物３０が逆分散性を有していることを表している。すなわち、式（２）が満たされることにより、光学異方性層は、広帯域の波長の入射光に対応できる。
【００８３】
ここで、光学異方性層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。
また、入射光Ｌ1およびＬ4に対する透過光Ｌ2およびＬ5の屈折の角度は、入射光Ｌ1およびＬ4（透過光Ｌ2およびＬ5）の波長によって異なる。具体的には、入射光の波長が長いほど、透過光は大きく屈折する。すなわち、入射光が赤色光、緑色光および青色光である場合には、赤色光が最も大きく屈折し、青色光の屈折が最も小さい。
さらに、矢印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。
【００８４】
光学異方性層は、棒状液晶化合物または円盤状液晶化合物を含む液晶組成物の硬化層からなり、棒状液晶化合物の光軸または円盤状液晶化合物の光軸が、上記のように配向された液晶配向パターンを有している。
支持体２０上に配向膜を形成し、配向膜上に液晶組成物を塗布、硬化することにより、液晶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。なお、いわゆるλ／２板として機能するのは光学異方性層であるが、本発明は、支持体２０および配向膜を一体的に備えた積層体がλ／２板として機能する態様を含む。
また、光学異方性層を形成するための液晶組成物は、棒状液晶化合物または円盤状液晶化合物を含有し、さらに、レベリング剤、配向制御剤、重合開始剤、架橋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。また、液晶組成物は、溶媒を含んでいてもよい。
【００８５】
また、光学異方性層は、実質的にλ／２板の機能、すなわち、右円偏光は左円偏光に、左円偏光は右円偏光に変換する機能を有する層の様々な形態をとることができる。光学異方性層は、入射光の波長に対して広帯域であることが望ましく、複屈折率が逆分散となる液晶材料を用いて構成されていることが好ましい。また、液晶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な液晶配向パターン光学異方性層を実現する方法が特開２０１４−０８９４７６号公報等に示されており、本発明において好ましく使用することができる。
【００８６】
―棒状液晶化合物―
棒状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が好ましく用いられる。以上のような低分子液晶性分子だけではなく、高分子液晶性分子も用いることができる。
【００８７】
棒状液晶化合物を重合によって配向を固定することがより好ましく、重合性棒状液晶化合物としては、Ｍａｋｒｏｍｏｌ．  Ｃｈｅｍ．，  １９０巻、２２５５頁（１９８９年）、Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ５巻、１０７頁（１９９３年）、米国特許４６８３３２７号明細書、同５６２２６４８号明細書、同５７７０１０７号明細書、国際公開第９５／２２５８６号、同９５／２４４５５号、同９７／００６００号、同９８／２３５８０号、同９８／５２９０５号、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、特願２００１−６４６２７号公報などに記載の化合物を用いることができる。さらに棒状液晶化合物としては、例えば、特表平１１−５１３０１９号公報および特開２００７−２７９６８８号公報に記載のものも好ましく用いることができる。
【００８８】
―円盤状液晶化合物―
円盤状液晶化合物としては、例えば、特開２００７−１０８７３２号公報および特開２０１０−２４４０３８号公報に記載のものを好ましく用いることができる。
なお、光学異方性層に円盤状液晶化合物を用いた場合には、光学異方性層において、液晶化合物３０は厚さ方向に立ち上がっており、液晶化合物に由来する光学軸３０Ａは、円盤面に垂直な軸、いわゆる進相軸として定義される。
【００８９】
本発明においては、光学異方性層における上記１８０°回転周期は全面に亘って一様である必要はない。すなわち、面内において、１８０°回転周期の長さが異なる領域を有していてもよい。
また、光学異方性層の面内の少なくとも一方向に光学軸の向きが回転している液晶配向パターンを一部に有していればよく、光学軸の向きが一定の部分を備えていてもよい。
【００９０】
また、図４および図５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、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、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】
また、光学素子は、光学異方性層を複数層有する構成としてもよい。光学異方性層を複数層有することで、回折効率を高くすることができる。光学異方性層を複数層有する場合には、光学異方性層の液晶配向パターンの１周期Λは同じであっても異なっていてもよい。また、光学異方性層ごとに、液晶配向パターンが異なっていてもよい。
【００９２】
ここで、光学異方性層の配向パターンにおける１周期Λの長さは特に限定はないが、図２に示すような導光素子４４に用いる場合に、光学異方性層に垂直に入射する光を導光板４２内で全反射可能な角度に回折させる等の観点から、５０μｍ以下が好ましく、１０μｍ以下がより好ましく、３μｍ以下がさらに好ましい。
なお、液晶配向パターンの精度等を考慮すると、光学異方性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。
【００９３】
また、本発明において、光学異方性層はコレステリック構造を有さない。すなわち、光学異方性層の厚み方向に沿って、液晶化合物が螺旋状に配向したものではない。前述のとおり、本発明の光学積層体において、光学異方性層が光を２回、回折させて大きな回折角度を得るためには、光学異方性層は、光を透過する必要がある。そのため、光学異方性層は、光を反射するコレステリック構造を有さない。
【００９４】
しかしながら、光学異方性層は、光を反射しない程度に、厚み方向に沿って液晶化合物が緩くねじれ配向していてもよい。液晶化合物が緩くねじれ配向することで、回折効率を高くすることができる。
【００９５】
＜＜光学異方性層の形成方法＞＞
光学異方性層の形成方法としては、例えば、調製した液晶化合物を含む液晶組成物を配向膜上に塗布する工程、および、塗布した液晶組成物を硬化する工程を有する。
【００９６】
液晶組成物の調製は従来公知の方法で行えばよい。また、液晶組成物の塗布は、バーコート、グラビアコート、および、スプレー塗布等の液体の塗布に用いられている公知の各種の方法が利用可能である。また、液晶組成物の塗布厚（塗膜厚）は、液晶組成物の組成等に応じて、目的とする厚さの光学異方性層が得られる塗布厚を、適宜、設定すればよい。
【００９７】
ここで、配向膜には配向パターンが形成されているため、配向膜上に塗布された液晶組成物の液晶化合物は、配向膜の配向パターン（異方性の周期パターン）に沿って配向される。
【００９８】
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、硬化される。液晶組成物の硬化は、光重合、熱重合等の公知の方法で行えばよい。重合は、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。
液晶組成物を硬化することで、液晶組成物中の液晶化合物は、配向膜の配向パターンに沿って配向された状態（液晶配向パターン）で固定される。これによって、液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有する光学異方性層が形成される。光学異方性層の液晶配向パターンについては後に詳述する。
なお、光学異方性層が完成した時点では、液晶化合物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。
【００９９】
〔コレステリック液晶層〕
コレステリック液晶層１４について、図９に示す、支持体上にコレステリック液晶層が形成された光学素子を用いて説明する。
図９に、コレステリック液晶層を有する光学素子の一例を概念的に表す側面図を示す。
図９に示す光学素子は、支持体２１、配向膜２５およびコレステリック液晶層１４を有する。
【０１００】
支持体２１としては上述した支持体２０と同様の支持体が適宜利用可能である。
また、本発明においては、支持体２０を剥離し、コレステリック液晶層を転写する形態としてもよい。
【０１０１】
配向膜２５は、コレステリック液晶層を形成する際に、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。
配向膜２５のとしては、配向パターンが異なる以外は、上述した配向膜２４と同様である。
また、配向膜２５の形成方法は、公知のコレステリック液晶層の配向膜の形成方法が適宜利用可能である。
【０１０２】
コレステリック液晶層１４は、コレステリック液晶相を固定してなる層であり、液晶化合物が厚み方向に平行な螺旋軸に沿って螺旋状にねじれ配向したコレステリック液晶構造を有する。コレステリック液晶層１４は、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成を有する。
【０１０３】
このような、コレステリック液晶層１４は、波長選択反射性を有する。例えば、コレステリック液晶層１４が赤色光の右円偏光を反射するものである場合には、赤色の波長域の右円偏光を反射してそれ以外の光を透過する。
【０１０４】
＜＜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９に示す光学素子においては、コレステリック液晶層１４は、左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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
＜＜コレステリック液晶層の形成方法＞＞
コレステリック液晶層は、コレステリック液晶相を層状に固定して形成できる。
コレステリック液晶相を固定した構造は、コレステリック液晶相となっている液晶化合物の配向が保持されている構造であればよく、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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
−−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。
【０１０９】
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。さらに棒状液晶化合物としては、例えば、特表平１１−５１３０１９号公報および特開２００７−２７９６８８号公報に記載のものも好ましく用いることができる。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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
−−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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
−−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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
−−キラル剤（光学活性化合物）−−
キラル剤（カイラル剤）はコレステリック液晶相の螺旋構造を誘起する機能を有する。キラル剤は、化合物によって誘起する螺旋の捩れ方向または螺旋ピッチが異なるため、目的に応じて選択すればよい。
キラル剤としては、特に制限はなく、公知の化合物（例えば、液晶デバイスハンドブック、第３章４−３項、ＴＮ（twisted nematic）、ＳＴＮ（Super Twisted Nematic）用カイラル剤、１９９頁、日本学術振興会第１４２委員会編、１９８９に記載）、イソソルビド、および、イソマンニド誘導体等を用いることができる。
キラル剤は、一般に不斉炭素原子を含むが、不斉炭素原子を含まない軸性不斉化合物または面性不斉化合物もキラル剤として用いることができる。軸性不斉化合物または面性不斉化合物の例には、ビナフチル、ヘリセン、パラシクロファン、および、これらの誘導体が含まれる。キラル剤は、重合性基を有していてもよい。キラル剤と液晶化合物とがいずれも重合性基を有する場合は、重合性キラル剤と重合性液晶化合物との重合反応により、重合性液晶化合物から誘導される繰り返し単位と、キラル剤から誘導される繰り返し単位とを有するポリマーを形成することができる。この態様では、重合性キラル剤が有する重合性基は、重合性液晶化合物が有する重合性基と、同種の基であるのが好ましい。従って、キラル剤の重合性基も、不飽和重合性基、エポキシ基またはアジリジニル基であるのが好ましく、不飽和重合性基であるのがより好ましく、エチレン性不飽和重合性基であるのがさらに好ましい。
また、キラル剤は、液晶化合物であってもよい。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
−−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。
【０１２０】
−−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。
【０１２１】
−−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。
【０１２２】
液晶組成物は、コレステリック液晶層を形成する際には、液体として用いられるのが好ましい。
液晶組成物は溶媒を含んでいてもよい。溶媒には、制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、有機溶媒が好ましい。
有機溶媒には、制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ケトン類、アルキルハライド類、アミド類、スルホキシド類、ヘテロ環化合物、炭化水素類、エステル類、および、エーテル類などが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。これらの中でも、環境への負荷を考慮した場合にはケトン類が好ましい。
【０１２３】
コレステリック液晶層を形成する際には、配向膜上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。
塗布方法は前述のとおりである。
【０１２４】
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。
硬化方法は前述のとおりである。
【０１２５】
ここで、本発明において、コレステリック液晶層は、液晶化合物由来の光学軸の向きが面内において一定であるコレステリック液晶層である。
【０１２６】
以上、本発明の光学積層体、導光素子およびＡＲ表示デバイス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】
【０１２７】
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。【０１２８】
［実施例１］
＜光学異方性層の作製＞
［支持体の作製］
（コア層セルロースアシレートドープの作製）
下記の組成物をミキシングタンクに投入し、撹拌して、各成分を溶解し、コア層セルロースアシレートドープとして用いるセルロースアセテート溶液を調製した。
コア層セルロースアシレートドープ
――――――――――――――――――――――――――――――――
アセチル置換度２．８８のセルロースアセテート        １００質量部
ポリエステルＡ                                        １２質量部
メチレンクロライド（第１溶媒）                      ４３０質量部
メタノール（第２溶媒）                                ６４質量部
――――――――――――――――――――――――――――――――
なお、ポロエステルＡは、特開２０１５−２２７９５６号公報の［表１］に記載のポリエステルＡを使用した。【０１２９】
（外層セルロースアシレートドープの作製）
上記のコア層セルロースアシレートドープ９０質量部と下記のマット溶剤液を１０質量部加え、外層セルロースアシレートドープとして用いるセルロースアセテート溶液を調製した。
マット剤溶液
―――――――――――――――――――――――――――――――――
平均粒子サイズ２０ｎｍのシリカ粒子
（ＡＥＲＯＳＩＬ  Ｒ９７１、日本エアロジル（株）製）    ２質量部
メチレンクロライド（第１溶媒）                          ７６質量部
メタノール（第２溶媒）                                  １１質量部
コア層セルロースアシレートドープ                          １質量部
―――――――――――――――――――――――――――――――――【０１３０】
上記コア層セルロースアシレートドープと上記外層セルロースアシレートドープとを、平均孔径３４μｍのろ紙および平均孔径１０μｍの焼結金属フィルターでろ過した後、上記コア層セルロースアシレートドープとその両側に設けた外層セルロースアシレートドープとを、バンド流延機を用いて３層同時に流延口から２０℃のドラム上に流延した。
次いで、溶媒含有率が約２０質量％の状態で剥ぎ取り、フィルムの幅方向の両端をテンタークリップで固定し、横方向に延伸倍率１．１％で延伸しつつ乾燥した。
その後、熱処理装置のロール間を搬送することにより、更に乾燥し、厚み２０μｍのセルロース支持体を作製した。作製したセルロース支持体におけるコア層の厚みは１５μｍであり、コア層の両側に配置された外層の厚みはそれぞれ２．５μｍであった。【０１３１】
（支持体の鹸化処理）
上記で作製した支持体を、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。【０１３２】
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
――――――――――――――――――――――――――――――――【０１３３】
（下塗り層の形成）
支持体のアルカリけん化処理面に、下記の下塗り層形成用塗布液を＃８のワイヤーバーで連続的に塗布した。塗膜が形成された支持体を６０℃の温風で６０秒間、さらに１００℃の温風で１２０秒間乾燥し、下塗り層を形成した。【０１３４】
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
――――――――――――――――――――――――――――――――【０１３５】
【化１】
2020075740.tif 000003
【０１３６】
（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。【０１３７】
配向膜形成用塗布液
――――――――――――――――――――――――――――――――
光配向用素材Ａ                                １．００質量部
水                                          １６．００質量部
ブトキシエタノール                          ４２．００質量部
プロピレングリコールモノメチルエーテル      ４２．００質量部
――――――――――――――――――――――――――――――――【０１３８】
−光配向用素材Ａ−
【化２】
2020075740.tif 000004
【０１３９】
（配向膜の露光）
図４に示す露光装置を用いて配向膜を露光して、配向パターンを有する配向膜Ｐ−１を形成した。
露光装置において、レーザとして波長（３２５ｎｍ）のレーザ光を出射するものを用いた。干渉光による露光量を１００ｍＪ／ｃｍ2とした。なお、２つのレーザ光およびの干渉により形成される配向パターンの１周期（液晶化合物由来の光軸が１８０°回転する長さ）は、２つの光の交差角（交差角α）を変化させることによって制御した。【０１４０】
（光学異方性層の形成）
光学異方性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。
組成物Ａ−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
光増感剤（日本化薬製、ＫＡＹＡＣＵＲＥ  ＤＥＴＸ−Ｓ）
１．００質量部
レベリング剤Ｔ−１                            ０．２４質量部
メチルエチルケトン                      １０８７．８０質量部
―――――――――――――――――――――――――――――――【０１４１】
液晶化合物Ｌ−１
【化３】
2020075740.tif 000005
【０１４２】
レベリング剤Ｔ−１
【化４】
2020075740.tif 000006
【０１４３】
光学異方性層は、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。【０１４４】
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７０℃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。【０１４５】
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１．６２μｍ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、光学異方性部材を作製した。【０１４６】
液晶のΔｎλ×厚さ（Ｒｅ（λ））は、組成物Ａ１を別途に用意したリ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が基材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）のリタ―デーション値を測定して求めた。リタ―デーション値はＡｘｏｍｅｔｒｉｘ  社のＡｘｏｓｃａｎで適宜目的の波長で測定を行った。【０１４７】
光学異方性層は、最終的に液晶のΔｎ550×厚さ（Ｒｅ（５５０））が２７５ｎｍになり、かつ、図５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。Δｎ550は０．１７である。
なお、この第１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軸が１８０°回転する１周期（以下の説明では、面内ピッチΛともいう）は、０．９７μｍ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。【０１４８】
＜コレステリック液晶層の作製＞
（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。【０１４９】
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
――――――――――――――――――――――――――――――――【０１５０】
（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。【０１５１】
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
―――――――――――――――――――――――――――――――【０１５２】
【化５】
2020075740.tif 000007
【０１５３】
（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。【０１５４】
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
――――――――――――――――――――――――――――――――【０１５５】
−光配向用素材−
【化６】
2020075740.tif 000008
【０１５６】
（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−２を調製した。この組成物Ａ−２は、選択反射中心波長が５５０ｎｍで、右円偏光を反射するコレステリック液晶層（コレステリック液晶相）を形成する、液晶組成物である。
組成物Ａ−２
―――――――――――――――――――――――――――――――
棒状液晶化合物Ｌ−１                      １００．００質量部
重合開始剤（ＢＡＳＦ製、Ｉｒｇａｃｕｒｅ（登録商標）９０７）
３．００質量部
光増感剤（日本化薬製、ＫＡＹＡＣＵＲＥ  ＤＥＴＸ−Ｓ）
１．００質量部
キラル剤Ｃｈ−１                              ５．６８質量部
レベリング剤Ｔ−１                            ０．０８質量部
メチルエチルケトン                        ２６８．２０質量部
―――――――――――――――――――――――――――――――【０１５７】
棒状液晶化合物Ｌ−１
【化７】
2020075740.tif 000009
【０１５８】
キラル剤Ｃｈ−１
【化８】
2020075740.tif 000010
【０１５９】
レベリング剤Ｔ−１
【化９】
2020075740.tif 000011
【０１６０】
コレステリック液晶層は、組成物Ａ−２を配向膜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−２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。【０１６１】
先ず１層目は、配向膜上に下記の組成物Ａ−２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。【０１６２】
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、総厚が所望の膜厚の２μｍになるまで重ね塗りを繰り返し、コレステリック液晶層を形成した。【０１６３】
＜光学積層体の作製＞
作製した光学異方性層を第１の光学異方性層、第２の光学異方性層として、第１の光学異方性層、コレステリック液晶層、第２の光学異方性層の順番で、接着剤（綜研化学社製、ＳＫダイン２０５７）で貼り合わせて、光学積層体を作製した。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。
その際、第１の光学異方性層、および、第２の光学異方性層の、液晶化合物由来の光学軸の向きが連続的に回転している一方向が同じ方向となるように積層した。また、第１の光学異方性層と、第２の光学異方性層とは同じものであるので、一方向における液晶化合物由来の光学軸の向きの回転方向が同じである。
作製した光学積層体は、左円偏光を反射し、右円偏光を透過する。【０１６４】
［実施例２および３］
第１の光学異方性層および第２の光学異方性層の面内ピッチΛがそれぞれ、０．８８μｍ、０．７６μｍとなるように配向膜を露光する際の配向パターンを変更した以外は、実施例１と同様にして光学積層体を作製した。【０１６５】
［比較例１〜３］
第２の光学異方性層およびコレステリック液晶層を有さない以外はそれぞれ実施例１〜３と同様とした。すなわち、比較例１〜３は、光学異方性層単体とした。【０１６６】
［比較例４〜６］
第２の光学異方性層を有さない構成とした以外はそれぞれ実施例１〜３と同様にして光学積層体を作製した。すなわち、第１の光学異方性層とコレステリック液晶層との積層体とした。【０１６７】
［評価］
作製した実施例および比較例の光学積層体について、下記のようにして反射角および透過角を評価した。【０１６８】
［反射角の評価］
作製した光学積層体の第１の光学異方性層側の正面（法線に対する角度０°の方向）から光を入射した際における、反射光の入射光に対する角度（反射角度）を測定した。
具体的には、緑色光（５５０ｎｍ）に出力の中心波長を持つレーザー光を、作製した光学積層体に、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。【０１６９】
［透過角の評価］
作製した光学積層体の第１の光学異方性層側の正面（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、透過光の入射光に対する角度（透過角度）を測定した。
具体的には、緑色光（５５０ｎｍ）に出力の中心波長を持つレーザー光を、作製した光学積層体に、法線方向に１００ｃｍ離れた位置から垂直入射させ、透過光を１００ｃｍの距離に配置したスクリーンで捉えて、透過角度を算出した。
結果を下記の表に示す。【０１７０】
【表１】
2020075740.tif 000012
【０１７１】
上記表１に示されるように、本発明の光学積層体は、反射光の媒質が屈折率媒体であるにもかかわらず光学異方性層単体の場合の回折角度（透過角）よりも大きな角度の反射角が得られることがわかる。
また、比較例４〜６から、第２の光学異方性層を有さない場合には透過光も回折されてしまうことがわかる。これに対して、本発明の実施例は、反射角は大きくしつつ、透過角は０°とすることができることがわかる。
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】
【０１７２】
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】
【０１７３】
１０  光学積層体
１２  第１の光学異方性層
１４  コレステリック液晶層
１６  第２の光学異方性層
２０、２１  支持体
２４、２５  配向膜
３０  液晶化合物
３０Ａ  光学軸
４０  ディスプレイ（画像表示装置）
４２  導光板
４４  導光素子
５０  ＡＲ表示デバイス
６０  露光装置
６２  レーザ
６４  光源
６８  ビームスプリッター
７０Ａ、７０Ｂ  ミラー
７２Ａ、７２Ｂ  λ／４板
Ｍ  レーザ光
ＭＡ，ＭＢ  光線
ＰO  直線偏光
ＰR  右円偏光
ＰL  左円偏光
Ｑ１，Ｑ２，Ｑ  絶対位相
Ｅ１，Ｅ２，Ｅ  等位相面
Ｕ  使用者
【図１】
2020075740.tif 000013
【図２】
2020075740.tif 000014
【図３】
2020075740.tif 000015
【図４】
2020075740.tif 000016
【図５】
2020075740.tif 000017
【図６】
2020075740.tif 000018
【図７】
2020075740.tif 000019
【図８】
2020075740.tif 000020
【図９】
2020075740.tif 000021
【国際調査報告】
2020075740.tif 000022
2020075740.tif 000023
2020075740.tif 000024
2020075740.tif 000025