(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、位相差層と、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し、液晶化合物がコレステリック配向しているパターンコレステリック液晶層と、をこの順に有し、第１の光学異方性層とパターンコレステリック液晶層とは、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。
2020075711.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、
位相差層と、
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し、前記液晶化合物がコレステリック配向しているパターンコレステリック液晶層と、をこの順に有し、
前記第１の光学異方性層と前記パターンコレステリック液晶層とは、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】
前記位相差層がλ／２板である請求項１に記載の光学積層体。
【請求項３】
前記位相差層が広帯域λ／２板である請求項１または２に記載の光学積層体。
【請求項４】
前記位相差層が逆波長分散性を有する請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学積層体。
【請求項５】
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、
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し、前記液晶化合物がコレステリック配向しているパターンコレステリック液晶層と、をこの順に有し、
前記第１の光学異方性層と前記パターンコレステリック液晶層とは、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逆である光学積層体。
【請求項６】
前記第１の光学異方性層および前記パターンコレステリック液晶層において、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、前記第１の光学異方性層および前記パターンコレステリック液晶層における１周期の長さが同じである請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学積層体。
【請求項７】
前記第１の光学異方性層を２層以上有する請求項１〜６のいずれか一項に記載の光学積層体。
【請求項８】
前記第１の光学異方性層は、厚み方向に沿って液晶化合物がねじれ配向している請求項１〜７のいずれか一項に記載の光学積層体。
【請求項９】
選択反射波長が異なる前記パターンコレステリック液晶層を２層以上有する請求項１〜８のいずれか一項に記載の光学積層体。
【請求項１０】
２層以上の前記パターンコレステリック液晶層は、反射する円偏光の旋回方向が同じである請求項９に記載の光学積層体。
【請求項１１】
前記パターンコレステリック液晶層の前記光学異方性層側とは反対側に、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の光学異方性層を有し、
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る請求項１〜１０のいずれか一項に記載の光学積層体。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一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１３】
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１２に記載の導光素子。
【請求項１４】
前記第１の光学異方性層および前記パターンコレステリック液晶層において、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１２または１３に記載の導光素子。
【請求項１５】
請求項１２〜１４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、各々が所定方向に沿って延びる複数の螺旋状構造体を備え、所定方向に交差するとともに、光が入射する第１入射面と、所定方向に交差するとともに、第１入射面から入射した光を反射する反射面とを有し、第１入射面は、複数の螺旋状構造体のそれぞれの両端部のうちの一方端部を含み、複数の螺旋状構造体の各々は、所定方向に沿って連なる複数の構造単位を含み、複数の構造単位は、螺旋状に旋回して積み重ねられた複数の要素を含み、複数の構造単位の各々は、第１端部と第２端部とを有し、所定方向に沿って互いに隣接する構造単位のうち、一方の構造単位の第２端部は、他方の構造単位の第１端部を構成し、複数の螺旋状構造体に含まれる複数の第１端部に位置する要素の配向方向は揃っており、反射面は、複数の螺旋状構造体のそれぞれに含まれる少なくとも１つの第１端部を含み、反射面は、第１入射面に対して非平行である、反射構造体が記載されている。この反射構造体は、反射面が入射面に対して非平行であるため、鏡面反射する場合の反射方向と異なる方向に光を反射することが記載されている（段落［００６２］）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２０１６／１９４９６１号
【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、反射面の角度に依存するが、反射面の角度は、面方向における液晶分子の配向方向の周期に依存する。そのため、面方向における液晶分子の配向方向の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、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、
位相差層と、
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し、液晶化合物がコレステリック配向しているパターンコレステリック液晶層と、をこの順に有し、
第１の光学異方性層とパターンコレステリック液晶層とは、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］  位相差層がλ／２板である［１］に記載の光学積層体。
［３］  位相差層が広帯域λ／２板である［１］または［２］に記載の光学積層体。
［４］  位相差層が逆波長分散性を有する［１］〜［３］のいずれかに記載の光学積層体。
［５］  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、
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し、液晶化合物がコレステリック配向しているパターンコレステリック液晶層と、をこの順に有し、
第１の光学異方性層とパターンコレステリック液晶層とは、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逆である光学積層体。
［６］  第１の光学異方性層およびパターンコレステリック液晶層において、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、第１の光学異方性層およびパターンコレステリック液晶層における１周期の長さが同じである［１］〜［５］のいずれかに記載の光学積層体。
［７］  第１の光学異方性層を２層以上有する［１］〜［６］のいずれかに記載の光学積層体。
［８］  第１の光学異方性層は、厚み方向に沿って液晶化合物がねじれ配向している［１］〜［７］のいずれかに記載の光学積層体。
［９］  選択反射波長が異なるパターンコレステリック液晶層を２層以上有する［１］〜［８］のいずれかに記載の光学積層体。
［１０］  ２層以上のパターンコレステリック液晶層は、反射する円偏光の旋回方向が同じである［９］に記載の光学積層体。
［１１］  パターンコレステリック液晶層の光学異方性層側とは反対側に、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の光学異方性層を有し、
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る［１］〜［１０］のいずれかに記載の光学積層体。
［１２］  ［１］〜［１１］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。
［１３］  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［１２］に記載の導光素子。
［１４］  第１の光学異方性層およびパターンコレステリック液晶層において、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［１２］または［１３］に記載の導光素子。
［１５］  ［１２］〜［１４］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第一実施形態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の第二実施形態の一例を模式的に表す断面図である。
【図３】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４】第一実施形態の光学積層体の作用を説明するための模式図である。
【図５】第二実施形態の光学積層体の作用を説明するための模式図である。
【図６】第一実施形態の光学積層体の他の一例を模式的に表す断面図である。
【図７】第二実施形態の光学積層体の他の一例を模式的に表す断面図である。
【図８】図６の光学積層体の作用を説明するための模式図である。
【図９】図７の光学積層体の作用を説明するための模式図である。
【図１０】光学異方性層を説明するための模式的断面図である。
【図１１】図１０の光学異方性層の上面図である。
【図１２】配向膜を露光する露光装置の例の概念図である。
【図１３】光学異方性層の作用を説明するための図である。
【図１４】光学異方性層の作用を説明するための図である。
【図１５】パターン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。
【図１６】図１５のパターンコレステリック液晶層の上面図である。
【図１７】パターンコレステリック液晶層の作用を説明するための図である。
【図１８】反射角および透過角の測定方法を説明するための図である。
【図１９】反射角および透過角の測定方法を説明するための図である。
【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（第一実施形態）］
本発明の光学積層体の第一実施形態は、
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、
位相差層と、
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し、液晶化合物がコレステリック配向しているパターンコレステリック液晶層と、をこの順に有し、
第１の光学異方性層とパターンコレステリック液晶層とは、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第一実施形態の一例を概念的に示す。
図１に示す光学積層体１０ａは、第１の光学異方性層１２と、位相差層１９と、パターンコレステリック液晶層１８ａ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】
位相差層１９は、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位相差を与える機能を有する層である。
位相差層１９は好ましくはλ／２板である。すなわち、位相差層１９は、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。これにより、位相差層１９は、入射した円偏光の旋回方向を逆の旋回方向に変換する。
【００２０】
λ／２板は、対象とする光の波長、すなわち、可視光域、紫外領域、赤外領域のいずれかの波長（例えば、５５０ｎｍ）において１８０°の位相差を与えるものであればよく、広帯域の波長に対してλ／２板の機能を奏するものであることが好ましく、複屈折が逆波長分散性を有することが好ましい。
【００２１】
このようなλ／２板としては公知のλ／２板を用いることができる。
【００２２】
パターンコレステリック液晶層１８ａ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し、液晶化合物がコレステリック配向している。
パターンコレステリック液晶層１８ａ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。パターンコレステリック液晶層１８ａは、円偏光を反射する際に、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反射する。その際、光学軸の回転方向に応じて円偏光を回折する方向が変わる。
パターンコレステリック液晶層１８ａの構成については後に詳述する。
【００２３】
ここで、第一実施形態の光学積層体１０ａにおいて、第１の光学異方性層１２とパターンコレステリック液晶層１８ａ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とパターンコレステリック液晶層１８ａとは、入射した円偏光を同じ方向に回折する。
【００２４】
このような構成を有する光学積層体１０ａ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。
【００２５】
［光学積層体（第二実施形態）］
本発明の光学積層体の第二実施形態は、
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、
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し、液晶化合物がコレステリック配向しているパターンコレステリック液晶層と、をこの順に有し、
第１の光学異方性層とパターンコレステリック液晶層とは、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前記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逆である光学積層体である。
【００２６】
図２に、本発明の光学積層体の第二実施形態の一例を概念的に示す。
図２に示す光学積層体１０ｂは、第１の光学異方性層１２と、パターンコレステリック液晶層１８ｂとがこの順に積層された構成を有する。
【００２７】
第１の光学異方性層１２は、第一実施形態における第１の光学異方性層１２と同様である。
【００２８】
パターンコレステリック液晶層１８ｂは、入射した光を回折する向きが逆である以外は、第一実施形態のパターンコレステリック液晶層１８ａと同様の構成を有する。
すなわち、パターンコレステリック液晶層１８ｂ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し、液晶化合物がコレステリック配向している。
パターンコレステリック液晶層１８ｂ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。パターンコレステリック液晶層１８ｂは、円偏光を反射する際に、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反射する。その際、光学軸の回転方向に応じて円偏光を回折する方向が変わる。
パターンコレステリック液晶層１８ｂの構成については後に詳述する。
【００２９】
ここで、第二実施形態の光学積層体１０ｂにおいて、第１の光学異方性層１２とパターンコレステリック液晶層１８ｂ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逆である。すなわち、第１の光学異方性層１２とパターンコレステリック液晶層１８ｂとは、入射した円偏光を逆方向に回折する。
【００３０】
このような構成を有する光学積層体１０ｂ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。
【００３１】
［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。
【００３２】
図３に、本発明のＡＲ表示デバイスの一例を概念的に示す。
図３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。
【００３３】
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３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。
【００３４】
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。
【００３５】
図３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４参照）。
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４０としては、一例として、液晶ディスプレイ（ＬＣＯＳ：Liquid Crystal On Silicon等を含む）、有機エレクトロルミネッセンスディスプレイ、、ＤＬＰ（Digital Light Processing）等が例示される。
なお、ディスプレイ４０は、モノクロ画像を表示するものでも、二色画像を表示するものでも、カラー画像を表示するものでもよい。
【００３６】
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３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。
【００３７】
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３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。
【００３８】
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。
【００３９】
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４および図５を用いて説明する。
図４は、図３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４は、第一実施形態の光学積層体１０ａを有する場合の例である。
また、図４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、位相差層１９およびパターンコレステリック液晶層１８ａ）は、それぞれ離間して図示している。
【００４０】
一例として、導光板４２内を導光された光が左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左円偏光Ｌl1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を透過する左円偏光Ｌl1は、図４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を透過した左円偏光Ｌl1は右円偏光Ｌr1に変換される。
【００４１】
第１の光学異方性層１２を透過した右円偏光Ｌr1は、位相差層１９であるλ／２板に入射する。位相差層１９に入射した右円偏光Ｌr1は、１８０°の位相差を与えられ左円偏光Ｌl2に変換さる。
【００４２】
位相差層１９を透過した左円偏光Ｌl2は、パターンコレステリック液晶層１８ａで反射される。すなわち、図４に示す例において、パターンコレステリック液晶層１８ａは、左円偏光を反射し、右円偏光を透過する。
また、パターンコレステリック液晶層１８ａで反射される左円偏光Ｌl2は、図４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、正反射方向よりも右側に屈折される。これによって、光は光学積層体１０ａ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。
【００４３】
パターンコレステリック液晶層１８ａで反射された左円偏光Ｌl3は、位相差層１９であるλ／２板に入射する。位相差層１９に入射した左円偏光Ｌl3は、１８０°の位相差を与えられ右円偏光Ｌr2に変換される。
【００４４】
位相差層１９を透過した右円偏光Ｌr2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に入射した右円偏光Ｌr2は、第１の光学異方性層１２を透過する際に図４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、右円偏光Ｌr2は、第１の光学異方性層１２を透過する際に、進行方向において左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１０ａ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を透過した右円偏光Ｌr2は左円偏光Ｌl4に変換される。
【００４５】
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。
【００４６】
このように、本発明の第一実施形態の光学積層体１０ａ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、また、パターンコレステリック液晶層１８ａで１回、反射される。光はこれらの透過および反射の際に回折されるため、第１の光学異方性層１２単体あるいはパターンコレステリック液晶層１８ａ単体での回折角度以上の回折角度が得られる。例えば、第１の光学異方性層１２単体での回折角度と、パターンコレステリック液晶層１８ａ単体での回折角度が略同じであれば、光学積層体１０ａでは、３倍以上の回折角度が得られる。
【００４７】
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１０ａを用いて、光学積層体１０ａ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約３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。
【００４８】
次に、第二実施形態の光学積層体１０ｂの場合について説明する。
図５は、図３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５は、第二実施形態の光学積層体１０ｂを有する場合の例である。
また、図５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、およびパターンコレステリック液晶層１８ｂ）は、それぞれ離間して図示している。
【００４９】
一例として、導光板４２内を導光された光が左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左円偏光Ｌl1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を透過する左円偏光Ｌl1は、図５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を透過した左円偏光Ｌl1は右円偏光Ｌr1に変換される。
【００５０】
第１の光学異方性層１２を透過した右円偏光Ｌr1は、パターンコレステリック液晶層１８ｂで反射される。すなわち、図５に示す例において、パターンコレステリック液晶層１８ｂは、右円偏光を反射し、左円偏光を透過する。
また、パターンコレステリック液晶層１８ｂで反射される右円偏光Ｌr1は、図５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、正反射方向よりも右側に屈折される。これによって、光は光学積層体１０ｂ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。
【００５１】
パターンコレステリック液晶層１８ｂで反射された右円偏光Ｌr2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に入射した右円偏光Ｌr2は、第１の光学異方性層１２を透過する際に図５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、右円偏光Ｌr2は、第１の光学異方性層１２を透過する際に、進行方向において左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１０ａ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を透過した右円偏光Ｌr2は左円偏光Ｌl4に変換される。
【００５２】
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。
【００５３】
このように、本発明の第二実施形態の光学積層体１０ｂ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、また、パターンコレステリック液晶層１８ｂで１回、反射される。光はこれらの透過および反射の際に回折されるため、第１の光学異方性層１２単体あるいはパターンコレステリック液晶層１８ｂ単体での回折角度以上の回折角度が得られる。例えば、第１の光学異方性層１２単体での回折角度と、パターンコレステリック液晶層１８ｂ単体での回折角度が略同じであれば、光学積層体１０ｂでは、３倍以上の回折角度が得られる。
【００５４】
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１０ｂを用いて、光学積層体１０ｂ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約３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。
【００５５】
以上のとおり、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約３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。
【００５６】
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。
【００５７】
また、本発明の光学積層体は、第１の光学異方性層とパターン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約３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。
【００５８】
なお、第一実施形態におけるパターンコレステリック液晶層１８ａと第二実施形態におけるパターンコレステリック液晶層１８ｂとは、反射する際の回折方向が異なり、反射する円偏光の旋回方向が異なる以外は、同様の構成を有するので、以下の説明において、区別する必要がない場合にはまとめて、パターンコレステリック液晶層１８とする。
【００５９】
ここで、図４および図５からわかるように、第１の光学異方性層１２とパターンコレステリック液晶層１８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。
これに対して、本発明の光学積層体は、パターンコレステリック液晶層１８の上（第１の光学異方性層１２ａとは反対側）にさらに第２の光学異方性層を有することが好ましい。
【００６０】
第一実施態様においては、図６に示すように、第１の光学異方性層１２、位相差層１９、パターンコレステリック液晶層１８ａおよび第２の光学異方性層１６とを有する構成とすることが好ましい。
また、第一実施形態においては、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逆である。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、同じ旋回方向の円偏光を逆方向に回折する。
【００６１】
また、第二実施態様においては、図７に示すように、第１の光学異方性層１２、パターンコレステリック液晶層１８ｂおよび第２の光学異方性層１６とを有する構成とすることが好ましい。
また、第二実施形態においては、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、同じ旋回方向の円偏光を同じ方向に回折する。
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することができる。
【００６２】
この点について図４および図８、ならびに、図５および図９を用いて説明する。第一実施形態において、図４に示す例のように、第２の光学異方性層１６がない場合には、パターンコレステリック液晶層１８ａに斜め方向から入射する右円偏光Ｌr3が、パターンコレステリック液晶層１８ａを透過し、位相差層１９で左円偏光Ｌl5に変換されて、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Ｌl5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を透過した左円偏光Ｌl5は右円偏光Ｌr4に変換される。第１の光学異方性層１２を透過した右円偏光Ｌr4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４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の光学異方性層とパターン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。
【００６３】
これに対して、図８に示すように、さらに第２の光学異方性層１６を有する構成とすることで、図８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Ｌl6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Ｌｌ6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、パターンコレステリック液晶層１８ａを透過し、位相差層１９に入射する。
位相差層１９に入射した右円偏光Ｌr3は、位相差層１９で左円偏光Ｌl5に変換されて、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Ｌl5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を透過した左円偏光Ｌl5は右円偏光Ｌr4に変換される。第１の光学異方性層１２を透過した右円偏光Ｌr4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。
【００６４】
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逆である。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、同じ旋回方向の円偏光を逆方向に回折する。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、旋回方向が同じである（図８では左円偏光）。そのため、光学積層体１０に入射する外光（左円偏光Ｌl6）は、光学積層体１０ａ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１０ａから出射する光（右円偏光Ｌr4）は、光学積層体１０ａに入射する外光と略平行となる。
【００６５】
言い換えると、使用者Ｕには、図８中、左円偏光Ｌl6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。
【００６６】
次に、第二実施形態の場合について説明する。
第二実施形態において、図５に示す例のように、第２の光学異方性層１６がない場合には、パターンコレステリック液晶層１８ｂに斜め方向から入射する左円偏光Ｌr5が、パターンコレステリック液晶層１８ｂ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に入射した左円偏光Ｌl5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を透過した左円偏光Ｌl5は右円偏光Ｌr4に変換される。第１の光学異方性層１２を透過した右円偏光Ｌr4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５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、第二実施形態においても、第１の光学異方性層とパターン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。
【００６７】
これに対して、図９に示すように、さらに第２の光学異方性層１６を有する構成とすることで、図９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に入射する右円偏光Ｌr5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を透過した右円偏光Ｌr5は左円偏光Ｌl5に変換される。第２の光学異方性層１６を透過した左円偏光Ｌl5は、パターンコレステリック液晶層１８ｂ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に入射した左円偏光Ｌl5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を透過した左円偏光Ｌl5は右円偏光Ｌr4に変換される。第１の光学異方性層１２を透過した右円偏光Ｌr4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。
【００６８】
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、同じ旋回方向の円偏光を同じ方向に回折する。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、旋回方向が互いに異なる。そのため、光学積層体１０ｂに入射する外光（右円偏光Ｌr5）は、光学積層体１０ｂ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１０ｂから出射される光（右円偏光Ｌr4）は、光学積層体１０ｂに入射する外光と略平行となる。
【００６９】
言い換えると、使用者Ｕには、図９中、右円偏光Ｌr5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。
【００７０】
以上のとおり、本発明の光学積層体において、第１の光学異方性層とパターン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。
【００７１】
ここで、図４および図５に示す例においては、第１の光学異方性層１２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。
【００７２】
また、図４に示す例においては、パターンコレステリック液晶層１８ａ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。
同様に、図５に示す例においては、パターンコレステリック液晶層１８ｂは、右円偏光を反射し、左円偏光を透過する構成としたが、これに限定はされず、左円偏光を反射し、右円偏光を透過する構成であってもよい
【００７３】
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、パターンコレステリック液晶層１８ａ、および、パターンコレステリック液晶層１８ｂによる光の旋回方向、ならびに、パターンコレステリック液晶層１８ａ、および、パターンコレステリック液晶層１８ｂ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。
【００７４】
また、図１および図２に示す例では、光学積層体は、パターン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層以上のパターン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層のパターン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。
【００７５】
また、選択反射波長の異なる２層以上のパターン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。
【００７６】
また、本発明の光学積層体において、第１の光学異方性層１２およびパターンコレステリック液晶層１８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、第１の光学異方性層１２およびパターンコレステリック液晶層１８における１周期の長さが同じであることが好ましい。
【００７７】
また、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面方向において連続的に回転している一方向に一致するのが好ましい。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。
【００７８】
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、パターンコレステリック液晶層１８、位相差層１９、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、パターンコレステリック液晶層１８、位相差層１９、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。
【００７９】
また、図１および図２に示す例では、光学積層体１０は、第１の光学異方性層１２、パターンコレステリック液晶層１８等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。
【００８０】
また、本発明において、光学積層体および画像表示装置については、視認性の改善のため、射出瞳を拡大する回折光学方法を用いてもよい。具体的には複数個の回折要素を使用する光学的方法、すなわち内結合、中間および外結合回折要素を備えた回折光学方法を用いることができる。本方法は特表２００８−５４６０２０に詳しく記載がある。
【００８１】
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。
【００８２】
光学異方性層について、図１０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１０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１１に、図１０に示す光学素子の平面図を示す。なお、平面図とは、図１０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１１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１０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。
【００８３】
図１０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。
【００８４】
〔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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
〔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１１参照）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１１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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
図１２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。
【００９６】
図１２に示す露光装置６０は、レーザ６２およびλ／２板（図示せず）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λ／２板を有し、レーザ６２が出射したレーザ光Ｍの偏光方向を変え直線偏光Ｐ0を出射する。λ／４板７２Ａおよび７２Ｂは、互いに平行な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。
【００９７】
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、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。
【００９８】
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。
【００９９】
〔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。
【０１００】
図１１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１０、後述する図１３、図１４では、Ｙ方向は、紙面に垂直な方向となる。
【０１０１】
図１１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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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１１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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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１３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１３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１３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。
【０１０６】
一方、図１４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１４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。
【０１０７】
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。
０．３５×λｎｍ≦Δｎλ×ｄ≦０．６５×λｎｍ・・・（１−２）
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
また、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のパターン化されたλ／２板を実現する方法が特開２０１４−０８９４７６号公報等に示されており、本発明において好ましく使用することができる。
【０１１３】
―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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
―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。
【０１１６】
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。また、複数の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有していてもよい。
【０１１７】
また、図１３および図１４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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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３に示すような導光素子４４に用いる場合に、光学積層体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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
＜＜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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
〔パターンコレステリック液晶層〕
パターンコレステリック液晶層１８について、図１５に示す、支持体上にパターン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１５に、パターン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１５に示す光学素子は、支持体２１、配向膜２５およびパターンコレステリック液晶層１８を有する。
【０１２７】
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、パターンコレステリック液晶層を転写する形態としてもよい。
【０１２８】
配向膜２５は、パターン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。
後述するが、パターン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１６参照）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。従って、配向膜２５は、パターン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。
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、上述の光学異方性層の配向膜の形成方法が適宜利用可能である。
【０１２９】
パターンコレステリック液晶層１８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１８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。
また、パターンコレステリック液晶層１８は、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。
【０１３０】
このような、パターンコレステリック液晶層１８は、波長選択反射性を有する。例えば、パターンコレステリック液晶層１８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。
また、パターンコレステリック液晶層１８は、面方向において液晶化合物３０が回転して配向されているため、反射光は回折される。
従って、パターンコレステリック液晶層１８は、選択反射波長の右円偏光または左円偏光を反射し、かつ、この反射光を回折する。
【０１３１】
＜＜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１５に示す光学素子においては、パターンコレステリック液晶層１８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。
【０１３２】
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。
【０１３３】
＜＜パターンコレステリック液晶層の形成方法＞＞
パターン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、パターン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。
【０１３４】
コレステリック液晶相を固定してなるパターン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、パターン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。
【０１３５】
−−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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
−−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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
−−界面活性剤−−
パターン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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
−−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。
【０１４４】
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。
【０１４５】
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。
【０１４６】
−−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。
【０１４７】
−−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。
【０１４８】
−−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。
【０１４９】
液晶組成物は、パターン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。
【０１５０】
パターン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、パターン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。
【０１５１】
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、パターン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。
【０１５２】
＜＜パターン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、本発明において、パターンコレステリック液晶層は、コレステリック液晶相を形成する液晶化合物３０に由来する光学軸３０Ａの向きが、パターン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。
【０１５３】
図１６に、パターンコレステリック液晶層１８の平面図を概念的に示す。
なお、平面図とは、図１５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。
また、図１６では、パターンコレステリック液晶層１８の構成を明確に示すために、図１１と同様、液晶化合物３０は配向膜２５の表面の液晶化合物３０のみを示している。
【０１５４】
図１６に示すように、配向膜２５の表面において、パターンコレステリック液晶層１８を構成する液晶化合物３０は、下層の配向膜２５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１５、後述する図１７および図１８では、Ｙ方向は、紙面に直交する方向となる。
また、パターンコレステリック液晶層１８を形成する液晶化合物３０は、パターンコレステリック液晶層１８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。
【０１５５】
一方、パターンコレステリック液晶層１８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、パターンコレステリック液晶層１８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。
【０１５６】
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が連続的に回転して変化する矢印Ｘ方向において、液晶化合物３０の光学軸３０Ａが１８０°回転する長さ（距離）を、液晶配向パターンにおける１周期の長さΛとする。
すなわち、矢印Ｘ方向に対する角度が等しい２つの液晶化合物３０の、矢印Ｘ方向の中心間の距離を、１周期の長さΛとする。具体的には、図１６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、パターン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、後述するＲ反射パターンコレステリック液晶層１８Ｒにおける１周期Λを『ΛR』、Ｇ反射パターンコレステリック液晶層１８Ｇにおける１周期Λを『ΛG』、Ｂ反射パターンコレステリック液晶層１８Ｂにおける１周期Λを『ΛB』、とも言う。
本発明において、パターン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。
【０１５７】
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、パターンコレステリック液晶層１８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。パターンコレステリック液晶層１８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１７を参照して説明する。
【０１５８】
前述のように、パターンコレステリック液晶層１８は、選択反射波長の一方の円偏光を選択的に反射するコレステリック液晶層である。例えば、パターンコレステリック液晶層１８の選択反射波長が赤色光で、右円偏光を反射する場合を考えると、パターンコレステリック液晶層１８に光が入射すると、パターンコレステリック液晶層１８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。
【０１５９】
パターンコレステリック液晶層１８に入射した赤色光の右円偏光ＲRは、パターンコレステリック液晶層１８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、パターンコレステリック液晶層１８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、パターンコレステリック液晶層１８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、パターンコレステリック液晶層１８に入射した赤色光の右円偏光ＲRには、図１７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。
これによりパターンコレステリック液晶層１８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（パターンコレステリック液晶層１８の主面）に対して矢印Ｘ方向に傾いた方向に反射される。
【０１６０】
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パターン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。
【０１６１】
本発明において、パターン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には、制限はなく、光学積層体１０の用途等に応じて、適宜、設定すればよい。
図３に示すような導光素子４４に用いる場合に、光学積層体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、パターン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。
【０１６２】
また、前述のとおり、本発明の光学積層体は、選択反射波長の異なるパターンコレステリック液晶層１８を複数層有していてもよい。
例えば、赤色光を反射するＲ反射パターンコレステリック液晶層、緑色光を反射するＧ反射パターンコレステリック液晶層、および、青色光を反射するＢ反射パターンコレステリック液晶層を有する構成として、各パターンコレステリック液晶層による光の回折角を同じにすることで、赤色光、緑色光、青色光を同じ方向に回折する光学積層体とすることができ、フルカラー画像に対応することができる。
【０１６３】
なお、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パターン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、若干角度が異なる。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、赤色光、緑色光および青色光をそれぞれ反射するパターンコレステリック液晶層を有する場合には、各パターン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の長さを調整して各パターンコレステリック液晶層による光の回折角を同じにするのが好ましい。
【０１６４】
なお、パターンコレステリック液晶層を複数層有する場合には、その積層順には、制限はない。
【０１６５】
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】
【０１６６】
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。【０１６７】
［比較例１］
＜光学積層体の作製＞【０１６８】
［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
紫外線吸収剤Ｖ                                      ２．３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
――――――――――――――――――――――――――――――――【０１６９】
紫外線吸収剤Ｖ
【化１】
2020075711.tif 000003
【０１７０】
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。【０１７１】
（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
―――――――――――――――――――――――――――――――――【０１７２】
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。【０１７３】
（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。【０１７４】
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
――――――――――――――――――――――――――――――――――【０１７５】
（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。【０１７６】
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
――――――――――――――――――――――――――――――――――【０１７７】
【化２】
2020075711.tif 000004
【０１７８】
（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。【０１７９】
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
―――――――――――――――――――――――――――――――――【０１８０】
−光配向用素材Ａ−
【化３】
2020075711.tif 000005
【０１８１】
（配向膜の露光）
図１２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３００ｍＪ／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。【０１８２】
（パターンコレステリック液晶層の形成）
パターン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Ｃ−１を調製した。この組成物Ｃ−１は、選択反射中心波長が５５０ｎｍで、左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Ｃ−１
――――――――――――――――――――――――――――――――――
液晶化合物Ｌ−１                                １００．００質量部
キラル剤 Ｂ                                         ９．１３質量部
重合開始剤（ＢＡＳＦ製、Ｉｒｇａｃｕｒｅ（登録商標）９０７）
３．００質量部
光増感剤（日本化薬製、ＫＡＹＡＣＵＲＥ  ＤＥＴＸ−Ｓ）
１．００質量部
レベリング剤Ｔ−１                                  ０．０８質量部
メチルエチルケトン                            ２８４０．００質量部
――――――――――――――――――――――――――――――――――【０１８３】
液晶化合物Ｌ−１【０１８４】
【化４】
2020075711.tif 000006
【０１８５】
レベリング剤Ｔ−１【０１８６】
【化５】
2020075711.tif 000007
【０１８７】
キラル剤Ｂ【０１８８】
【化６】
2020075711.tif 000008
【０１８９】
パターンコレステリック液晶層は、組成物Ｃ−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Ｃ−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。【０１９０】
先ず１層目は、配向膜Ｐ−１上に下記の組成物Ｃ−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３００ｍＪ／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。【０１９１】
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、パターンコレステリック液晶層を形成して、光学積層体を作製した。【０１９２】
塗布層の断面をＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）で確認したところ、反射層のパターンコレステリック液晶層は８ピッチであった。
パターンコレステリック液晶層は、図１６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、このパターン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、１．５μｍであった。【０１９３】
［実施例１］【０１９４】
（パターンコレステリック液晶層の形成）
比較例１と同様にしてパターンコレステリック液晶層を作製した。【０１９５】
（位相差層の作製）【０１９６】
（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。【０１９７】
（配向膜の露光）
得られた配向膜Ｐ−２を偏光紫外線照射（５０ｍＪ／ｃｍ2、超高圧水銀ランプ使用）することで、配向膜の露光を行った。【０１９８】
（位相差層の形成）
位相差層を形成する液晶組成物として、下記の組成物Ｒ−１を調製した。
組成物Ｒ−１
――――――――――――――――――――――――――――――――――
液晶化合物Ｌ−２                                  ４２．００質量部
液晶化合物Ｌ−３                                  ４２．００質量部
液晶化合物Ｌ−４                                  １６．００質量部
重合開始剤ＰＩ−１                                  ０．５０質量部
レベリング剤Ｇ−１                                  ０．２０質量部
メチルエチルケトン                              １７６．００質量部
シクロペンタノン                                  ４４．００質量部
――――――――――――――――――――――――――――――――――【０１９９】
−液晶化合物Ｌ−２−
【化７】
2020075711.tif 000009
【０２００】
−液晶化合物Ｌ−３−
【化８】
2020075711.tif 000010
【０２０１】
−液晶化合物Ｌ−４−
【化９】
2020075711.tif 000011
【０２０２】
−重合開始剤ＰＩ−１−
【化１０】
2020075711.tif 000012
【０２０３】
−レベリング剤Ｇ−１−
【化１１】
2020075711.tif 000013
【０２０４】
位相差層として、逆分散液晶化合物からなる液晶層を形成した。
液晶層は、上記の組成物Ｒ−１を配向膜Ｐ−２上に塗布することにより形成した。塗布した塗膜をホットプレート上で７０℃に加熱し、その後、６５℃に冷却した後、窒素雰囲気下で高圧水銀灯を用いて波長３６５ｎｍの紫外線を５００ｍＪ／ｃｍ2の照射量で塗膜に照射することにより、液晶化合物の配向を固定化した。
これにより、水平配向液晶層を得た。得られた位相差層のＲｅ（５５０）は２７５ｎｍであった。【０２０５】
下記の組成物Ｖ−１を水平配向層上に塗布することにより形成した。塗布した塗膜をホットプレート上で７０℃に加熱し、その後、６５℃に冷却した後、窒素雰囲気下で高圧水銀灯を用いて波長３６５ｎｍの紫外線を５００ｍＪ／ｃｍ2の照射量で塗膜に照射することにより、液晶化合物の配向を固定化した。これにより、水平配向液晶層上に垂直配向液晶層を形成することにより、位相差層を得た。
得られた垂直配向位相差層のＲｅ（５５０）は０ｎｍ、厚さ方向のレタデーションＲｔｈ（５５０）は−１３５ｎｍであった。
＜組成物Ｖ−１＞
―――――――――――――――――――――――――――――――――
液晶化合物Ｌ−１                                ３４．００質量部
液晶化合物Ｌ−２                                ４４．００質量部
液晶化合物Ｌ−３                                ２２．００質量部
重合開始剤ＰＩ−１                                １．５０質量部
レベリング剤Ｔ−２                                ０．４０質量部
レベリング剤Ｔ−３                                ０．２０質量部
化合物Ｓ−１                                      ０．５０質量部
化合物Ｍ−１                                    １４．００質量部
メチルエチルケトン                            ２４８．００質量部
―――――――――――――――――――――――――――――――――【０２０６】
レベリング剤Ｔ−２
【化１２】
2020075711.tif 000014
【０２０７】
レベリング剤Ｔ−３
【化１３】
2020075711.tif 000015
【０２０８】
化合物Ｓ−１
【化１４】
2020075711.tif 000016
【０２０９】
化合物Ｍ−１
【化１５】
2020075711.tif 000017
【０２１０】
（光学異方性層の形成）【０２１１】
比較例１のパターンコレステリック液晶層作製と同様にして、配向膜を形成し、配向膜の露光を行った。【０２１２】
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。【０２１３】
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                                  ０．０８質量部
メチルエチルケトン                            ２８４０．００質量部
――――――――――――――――――――――――――――――――――【０２１４】
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。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した。【０２１５】
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３００ｍＪ／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。【０２１６】
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、光学異方性層を形成した。【０２１７】
液晶のΔｎλ×厚さ（Ｒｅ（λ））は、組成物Ａ−１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。【０２１８】
光学異方性層は、最終的に液晶のΔｎ530×厚さ（Ｒｅ（５５０））が２７５ｎｍになり、かつ、図１１に示すような周期的な配向表面になっていることを偏光顕微鏡で確認した。なお、この光学異方性層の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物由来の光軸が１８０°回転する１周期は、１．５μｍ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。【０２１９】
＜光学積層体の作製＞
作製したパターンコレステリック液晶層、位相差層および光学異方性層をこの順番で、接着剤（綜研化学社製、ＳＫダイン２０５７）によって貼り合わせることにより、光学積層体を作製した。なお、貼り合わせ時には、各パターンコレステリック液晶層、位相差層および光学異方性層から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。また、パターンコレステリック液晶層と光学異方性層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、互いに同一になるように貼合した。【０２２０】
［実施例２］
図１２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の光学異方性層と同様にして、光学異方性層を作製した。【０２２１】
光学異方性層は、最終的に液晶のΔｎ530×厚さ（Ｒｅ（５５０））が２７５ｎｍになり、かつ、図１１に示すような周期的な配向表面になっていることを偏光顕微鏡で確認した。なお、この光学異方性層の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物由来の光軸が１８０°回転する１周期は、１．１μｍであった。【０２２２】
パターンコレステリック液晶層および位相差層は実施例１と同様に作製し、実施例１と同様にして光学積層体を作製した。【０２２３】
［実施例３］
（パターンコレステリック液晶層の形成）
パターン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Ｃ−２を調製した。この組成物Ｃ−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Ｃ−２
――――――――――――――――――――――――――――――――――
液晶化合物Ｌ−１                                １００．００質量部
キラル剤Ａ                                          ５．４６質量部
重合開始剤（ＢＡＳＦ製、Ｉｒｇａｃｕｒｅ（登録商標）９０７）
３．００質量部
光増感剤（日本化薬製、ＫＡＹＡＣＵＲＥ  ＤＥＴＸ−Ｓ）
１．００質量部
レベリング剤Ｔ−１                                  ０．０８質量部
メチルエチルケトン                            ２８４０．００質量部
――――――――――――――――――――――――――――――――――
キラル剤Ａ【０２２４】
【化１６】
2020075711.tif 000018
【０２２５】
組成物Ｃ−２を用いた以外は実施例１と同様にして、パターンコレステリック液晶層を作製した。【０２２６】
実施例１と同様にして、光学異方性層を作製した。【０２２７】
作製したパターンコレステリック液晶層および光学異方性層をこの順番で、接着剤によって貼り合わせることにより、光学積層体を作製した。なお、貼り合わせ時には、パターンコレステリック液晶層および光学異方性層から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。また、パターンコレステリック液晶層と光学異方性層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。【０２２８】
［実施例４］
図１２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の光学異方性層と同様にして、光学異方性層を作製した。【０２２９】
光学異方性層は、最終的に液晶のΔｎ530×厚さ（Ｒｅ（５５０））が２７５ｎｍになり、かつ、図１１に示すような周期的な配向表面になっていることを偏光顕微鏡で確認した。なお、この光学異方性層の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物由来の光軸が１８０°回転する１周期は、１．１μｍであった。【０２３０】
パターンコレステリック液晶層は実施例３と同様に作製し、実施例３と同様にして光学積層体を作製した。【０２３１】
［実施例５］
図１２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と同様にして光学積層体を作製した。【０２３２】
［実施例６］
図１２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と同様にして光学積層体を作製した。【０２３３】
［比較例２］
図１２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、比較例１と同様にして光学積層体を作製した。【０２３４】
［実施例１１］
実施例２と同様にして、パターンコレステリック液晶層、位相差層および光学異方性層（２組）を作製した。【０２３５】
作製した光学異方性層（第１の光学異方性層）、パターンコレステリック液晶層、位相差層および光学異方性層（第２の光学異方性層）をこの順番で、接着剤によって貼り合わせることにより、光学積層体を作製した。なお、貼り合わせ時には、各パターンコレステリック液晶層、位相差層および光学異方性層から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。また、位相差に隣接するパターンコレステリック液晶層と光学異方性層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、互いに同一になるように貼合した。さらに、２組の光学異方性層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。【０２３６】
［実施例１２］
実施例４と同様にして、パターンコレステリック液晶層および光学異方性層（２組）を作製した。【０２３７】
作製した光学異方性層、パターンコレステリック液晶層および光学異方性層をこの順番で、接着剤によって貼り合わせることにより、光学積層体を作製した。なお、貼り合わせ時には、パターンコレステリック液晶層および光学異方性層から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。また、パターンコレステリック液晶層と２組の光学異方性層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、互いに等しくなるように貼合した。【０２３８】
［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５０ｃｍ離れた位置から垂直入射させ、反射光を５０ｃｍの距離に配置したスクリーンで捉えて、反射角度を算出した。
なお、比較例では図１８のように第１の光学異方性層側を導光板に貼合して反射角の評価を行った。また、実施例は導光板主面で光が全反射するため、図１９のように端面が傾斜している導光板に第１の光学異方性層側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。【０２３９】
［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５０ｃｍ離れた位置から垂直入射させ、透過光を５０ｃｍ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。
それぞれ、測定した透過角度から、スネルの法則を用いて透過光の導光板内における角度を算出した。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１および表２に示す。【０２４０】
【表１】
2020075711.tif 000019
【０２４１】
【表２】
2020075711.tif 000020
【０２４２】
上記表１および表２に示されるように、本発明の光学積層体は、パターンコレステリック液晶層単体の場合の回折角度（透過角）の約３倍の回折角度が得られることがわかる。
また、実施例２と実施例１１との対比、ならびに、実施例４と実施例１２との対比から、第２の光学異方性層を有することで、透過角を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】
【０２４３】
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】
【０２４４】
１０、１０ａ〜１０ｄ  光学積層体
１２  第１の光学異方性層
１６  第２の光学異方性層
１８、１８ａ、１８ｂ  パターンコレステリック液晶層
１９  位相差層
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】
2020075711.tif 000021
【図２】
2020075711.tif 000022
【図３】
2020075711.tif 000023
【図４】
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【図５】
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【図６】
2020075711.tif 000026
【図７】
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【図８】
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【図９】
2020075711.tif 000029
【図１０】
2020075711.tif 000030
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2020075711.tif 000033
【図１４】
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【図１５】
2020075711.tif 000035
【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
2020075711.tif 000039
【国際調査報告】
2020075711.tif 000040
2020075711.tif 000041
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