(57)【要約】  入射した光を高い利用効率で屈折して導光板等に入射できる光学積層体、この光学積層体を用いる導光素子および画像表示装置の提供を課題とする。液晶化合物由来の光学軸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および第２コレステリック液晶層を有し、第１および第２コレステリック液晶層とは、コレステリック液晶相における螺旋ピッチが互いに異なり、反射する円偏光の旋回方向が同方向で、かつ、液晶配向パターンにおいて、少なくとも一方向に沿って連続的に回転する光学軸の向きの回転方向が同方向であることにより、課題を解決する。
2020075738.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コレステリック液晶相を固定してなるコレステリック液晶層であって、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、第１コレステリック液晶層および第２コレステリック液晶層を有し、
前記第１コレステリック液晶層と前記第２コレステリック液晶層とは、
前記コレステリック液晶相において、螺旋状に旋回して積み上げられる液晶化合物が３６０°旋回する厚さ方向の長さである螺旋のピッチが、互いに異なり、
反射する円偏光の旋回方向が同方向であり、かつ、
前記液晶配向パターンにおいて、少なくとも一方向に沿って連続的に回転する前記液晶化合物由来の光学軸の向きの回転方向が同方向である、光学積層体。
【請求項２】
コレステリック液晶相を固定してなるコレステリック液晶層であって、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、第１コレステリック液晶層および第２コレステリック液晶層を有し、
前記第１コレステリック液晶層と前記第２コレステリック液晶層とは、
前記コレステリック液晶相において、螺旋状に旋回して積み上げられる液晶化合物が３６０°旋回する厚さ方向の長さである螺旋ピッチが、互いに異なり、
反射する円偏光の旋回方向が逆方向であり、かつ、
前記液晶配向パターンにおいて、少なくとも一方向に沿って連続的に回転する前記液晶化合物由来の光学軸の向きの回転方向が逆方向である、光学積層体。
【請求項３】
前記第１コレステリック液晶層の液晶配向パターン、および、第２コレステリック液晶層の液晶配向パターンにおいて、前記液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の一方向のみに沿って連続的に回転しながら変化するものであり、
前記第１コレステリック液晶層の前記液晶配向パターン、および、前記第２コレステリック液晶層の前記液晶配向パターンにおいて、前記面内の一方向が同方向である、請求項１または２に記載の光学積層体。
【請求項４】
前記液晶配向パターンの、前記液晶化合物由来の光学軸の向きが連続的に回転しながら変化する前記一方向における、前記液晶化合物由来の光学軸の向きが１８０°回転する長さを１周期とした際に、
前記第１コレステリック液晶層の液晶配向パターンと、第２コレステリック液晶層の液晶配向パターンとで、前記１周期の長さが等しい、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学積層体。
【請求項５】
前記液晶配向パターンの、前記液晶化合物由来の光学軸の向きが連続的に回転しながら変化する前記一方向における、前記液晶化合物由来の光学軸の向きが１８０°回転する長さを１周期とした際に、
前記第１コレステリック液晶層の液晶配向パターンおよび第２コレステリック液晶層の液晶配向パターンにおいて、前記１周期が１０μｍ以下の領域を有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学積層体。
【請求項６】
中心波長が同一の光を、法線方向から、法線に対して４０°の角度を有する方向まで、角度を変更して入射した際に、
前記第１コレステリック液晶層と第２コレステリック液晶層とで、反射率が２０％以上で重複する角度領域を有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の光学積層体。
【請求項７】
前記第１コレステリック液晶層と前記第２コレステリック液晶層との組み合わせを、複数、有し、
前記液晶配向パターンの、前記液晶化合物由来の光学軸の向きが連続的に回転しながら変化する前記一方向における、前記液晶化合物由来の光学軸の向きが１８０°回転する長さを１周期とした際に、
前記複数の第１コレステリック液晶層と第２コレステリック液晶層との組み合わせは、選択的に反射する波長域の波長の長さの順列と、前記１周期の長さの順列とが等しい、請求項１〜６のいずれか１項に記載の光学積層体。
【請求項８】
赤色光領域に選択的に反射する波長域を有する前記第１コレステリック液晶層と前記第２コレステリック液晶層との組み合わせ、
緑色光領域に選択的に反射する波長域を有する前記第１コレステリック液晶層と前記第２コレステリック液晶層との組み合わせ、および、
青色光領域に選択的に反射する波長域を有する前記第１コレステリック液晶層と前記第２コレステリック液晶層との組み合わせの、２組以上を有する、請求項７に記載の光学積層体。
【請求項９】
導光板と、前記導光板に設けられる請求項１〜８のいずれか１項に記載の光学積層体と、を有する、導光素子。
【請求項１０】
前記光学積層体が、複数、前記導光板に離間して設けられる、請求項９に記載の導光素子。
【請求項１１】
請求項９または１０に記載の導光素子と、前記導光素子の光学積層体に画像を照射する表示素子とを有する画像表示装置。
【請求項１２】
前記表示素子が、円偏光を前記光学積層体に照射する、請求項１１に記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を反射する光学積層体、この光学素子を用いる導光素子、および、この導光素子を用いる画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、非特許文献１に記載されるような、実際に見ている光景に、仮想の映像および各種の情報等を重ねて表示する、ＡＲ（Augmented Reality（拡張現実））グラスが実用化されている。ＡＲグラスは、スマートグラス、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ（Head Mounted Display））、および、ＡＲメガネ等とも呼ばれている。【０００３】
非特許文献１に示されるように、ＡＲグラスは、一例として、ディスプレイ（光学エンジン）が表示した映像を、導光板の一端に入射して伝播し、他端から出射することにより、使用者が実際に見ている光景に、仮想の映像を重ねて表示する。
ＡＲグラスでは、回折素子を用いて、ディスプレイからの光（投影光）を回折（屈折）させて導光板の一方の端部に入射する。これにより、角度を付けて導光板に光を導入して、導光板内で光を全反射して伝播させる。導光板を伝播した光は、導光板の他方の端部において同じく回折素子によって回折されて、導光板から、使用者による観察位置に出射される。【０００４】
ＡＲグラスに利用される、導光板に角度をつけて光を入射させる回折素子の一例として、特許文献１に記載される、コレステリック液晶相を固定してなるコレステリック液晶層を用いる反射構造体が例示される。
この反射構造体は、各々が所定方向に沿って延びる複数の螺旋状構造体を備えている。また、この反射構造体は、所定方向に交差すると共に、光が入射する第１入射面と、この所定方向に交差すると共に、第１入射面から入射した光を反射する反射面とを有し、第１入射面は、複数の螺旋状構造体のそれぞれの両端部のうちの一方端部を含む。また、複数の螺旋状構造体の各々は、所定方向に沿って連なる複数の構造単位を含み、この複数の構造単位は、螺旋状に旋回して積み重ねられた複数の要素を含む。また、複数の構造単位の各々は、第１端部と第２端部とを有し、所定方向に沿って互いに隣接する構造単位のうち、一方の構造単位の第２端部は、他方の構造単位の第１端部を構成し、かつ、複数の螺旋状構造体に含まれる複数の第１端部に位置する要素の配向方向は揃っている。さらに、反射面は、複数の螺旋状構造体のそれぞれに含まれる少なくとも１つの第１端部を含むものであり、かつ、第１入射面に対して非平行となっている。【０００５】
特許文献１に記載される反射構造体（コレステリック液晶層）は、要するに、液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有するものである。特許文献１に記載されるコレステリック液晶層は、このような液晶配向パターンを有することにより、第１入射面に対して、非平行な反射面を有する。
一般的なコレステリック液晶層は、入射した光を鏡面反射する。
これに対して、特許文献１に記載される反射構造体は、鏡面反射ではなく、入射した光を、鏡面反射に対して所定の方向に角度を持たせて反射する。例えば、特許文献１に記載されるコレステリック液晶層によれば、法線方向から入射した光を、法線方向に反射するのではなく、法線方向に対して角度を有して反射する。
従って、この光学素子を用いることで、ディスプレイによる画像を回折させて、角度を付けて導光板に光を導入して、導光板内で光を導光できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２０１６／０６６２１９号
【非特許文献】
【０００７】
【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】
【０００８】
ところで、ＡＲグラスには、画像を表示する領域である視野角（ＦＯＶ（Field of View））が広いことが要求される。
しかしながら、特許文献１に記載される光学素子をＡＲグラスに用いた場合には、ディスプレイが照射した光の利用効率が低く、十分な視野角が得られない場合もある。【０００９】
本発明の目的は、このような従来技術の問題点を解決することにあり、入射した光を高い利用効率で屈折して導光板等に入射できる光学積層体、この光学積層体を用いる、例えばＡＲグラスに用いることにより広い視野角での画像の表示を可能にする導光素子、および、この導光素子を用いる画像表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この課題を解決するために、本発明は、以下の構成を有する。
［１］  コレステリック液晶相を固定してなるコレステリック液晶層であって、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、第１コレステリック液晶層および第２コレステリック液晶層を有し、
第１コレステリック液晶層と第２コレステリック液晶層とは、
コレステリック液晶相において、螺旋状に旋回して積み上げられる液晶化合物が３６０°旋回する厚さ方向の長さである螺旋のピッチが、互いに異なり、
反射する円偏光の旋回方向が同方向であり、かつ、
液晶配向パターンにおいて、少なくとも一方向に沿って連続的に回転する液晶化合物由来の光学軸の向きの回転方向が同方向である、光学積層体。
［２］  コレステリック液晶相を固定してなるコレステリック液晶層であって、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、第１コレステリック液晶層および第２コレステリック液晶層を有し、
第１コレステリック液晶層と第２コレステリック液晶層とは、
コレステリック液晶相において、螺旋状に旋回して積み上げられる液晶化合物が３６０°旋回する厚さ方向の長さである螺旋ピッチが、互いに異なり、
反射する円偏光の旋回方向が逆方向であり、かつ、
液晶配向パターンにおいて、少なくとも一方向に沿って連続的に回転する液晶化合物由来の光学軸の向きの回転方向が逆方向である、光学積層体。
［３］  第１コレステリック液晶層の液晶配向パターン、および、第２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の向きが面内の一方向のみに沿って連続的に回転しながら変化するものであり、
第１コレステリック液晶層の液晶配向パターン、および、第２コレステリック液晶層の液晶配向パターンにおいて、面内の一方向が同方向である、［１］または［２］に記載の光学積層体。
［４］  液晶配向パターンの、液晶化合物由来の光学軸の向きが連続的に回転しながら変化する一方向における、液晶化合物由来の光学軸の向きが１８０°回転する長さを１周期とした際に、
第１コレステリック液晶層の液晶配向パターンと、第２コレステリック液晶層の液晶配向パターンとで、１周期の長さが等しい、［１］〜［３］のいずれかに記載の光学積層体。
［５］  液晶配向パターンの、液晶化合物由来の光学軸の向きが連続的に回転しながら変化する一方向における、液晶化合物由来の光学軸の向きが１８０°回転する長さを１周期とした際に、
第１コレステリック液晶層の液晶配向パターンおよび第２コレステリック液晶層の液晶配向パターンにおいて、１周期が１０μｍ以下の領域を有する、［１］〜［４］のいずれかに記載の光学積層体。
［６］  中心波長が同一の光を、法線方向から、法線に対して４０°の角度を有する方向まで、角度を変更して入射した際に、
第１コレステリック液晶層と第２コレステリック液晶層とで、反射率が２０％以上で重複する角度領域を有する、［１］〜［５］のいずれかに記載の光学積層体。
［７］  第１コレステリック液晶層と第２コレステリック液晶層との組み合わせを、複数、有し、
液晶配向パターンの、液晶化合物由来の光学軸の向きが連続的に回転しながら変化する一方向における、液晶化合物由来の光学軸の向きが１８０°回転する長さを１周期とした際に、
複数の第１コレステリック液晶層と第２コレステリック液晶層との組み合わせは、選択的に反射する波長域の波長の長さの順列と、１周期の長さの順列とが等しい、［１］〜［６］のいずれかに記載の光学積層体。
［８］  赤色光領域に選択的に反射する波長域を有する第１コレステリック液晶層と第２コレステリック液晶層との組み合わせ、
緑色光領域に選択的に反射する波長域を有する第１コレステリック液晶層と第２コレステリック液晶層との組み合わせ、および、
青色光領域に選択的に反射する波長域を有する第１コレステリック液晶層と第２コレステリック液晶層との組み合わせの、２組以上を有する、［７］に記載の光学積層体。
［９］  導光板と、導光板に設けられる［１］〜［８］のいずれかに記載の光学積層体と、を有する、導光素子。
［１０］  光学積層体が、複数、導光板に離間して設けられる、［９］に記載の導光素子。
［１１］  ［９］または［１０］に記載の導光素子と、導光素子の光学積層体に画像を照射する表示素子とを有する画像表示装置。
［１２］  表示素子が、円偏光を光学積層体に照射する、［１１］に記載の画像表示装置。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の光学積層体は、入射した光を高い利用効率で屈折して導光板等に入射できる。また、この光学積層体を利用する本発明の導光素子、および、この導光素子を用いる本発明の画像表示装置は、例えば、ＡＲグラス等に利用することにより、広い視野角での画像の表示が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の光学積層体および導光素子を用いる本発明の画像表示装置の一例を概念的に示す図である。
【図２】図２は、図１の部分拡大図である。
【図３】図３は、本発明の光学積層体の一例を概念的に示す図である。
【図４】図４は、図３に示す光学積層体のコレステリック液晶層を説明するための概念図である。
【図５】図５は、図３に示す光学積層体のコレステリック液晶層の平面図である。
【図６】図６は、図３に示す光学積層体のコレステリック液晶層の作用を説明するための概念図である。
【図７】図７は、本発明の光学積層体を説明するための概念図である。
【図８】図８は、本発明の光学積層体の別の例を概念的に示す図である。
【図９】図９は、図３に示す光学積層体の配向膜を露光する露光装置の別の例の概念図である。
【図１０】図１０は、反射率の測定方法を説明するための概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の光学積層体、導光素子および画像表示装置について、添付の図面に示される好適実施例を基に詳細に説明する。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
図１に、本発明の導光素子を用いる、本発明の画像表示装置の一例を概念的に示す。なお、本発明の導光素子は、本発明の光学積層体を用いるものである。
図１に示す画像表示装置１０は、好適な一例として、ＡＲグラスとして利用されるものである。なお、本発明の光学積層体および導光素子は、ＡＲグラス以外にも、透明スクリーン、照明装置、センサー等の光学素子にも利用可能である。また、本発明の画像表示装置は、これらの光学素子を用いる画像表示装置にも利用可能である。照明装置には、液晶ディスプレイのバックライト等も含む。
図１に示す画像表示装置１０は、表示素子１２と、光学積層体１４ａおよび１４ｂと、導光板１６と、を有する。光学積層体１４ａおよび１４ｂは、導光板１６の同一面の長手方向の端部に離間して貼り合わされており、光学積層体１４ａが表示素子１２側で、光学積層体１４ｂが画像の表示側である。
【００１７】
［表示素子］
表示素子１２は、使用者Ｕが観察する画像（映像）を表示して、画像を導光板を介して光学積層体１４ａに照射するものである。
図２に、表示素子１２の構成を概念的に示す。
本発明の画像表示装置１０において、表示素子１２には制限はなく、ＡＲグラス等に用いられる公知の表示素子（表示装置、プロジェクター、イメージャー）が、各種、利用可能である。図示例においては、表示素子１２は、一例として、ディスプレイ２０および投映レンズ２４を有する。
【００１８】
本発明の画像表示装置１０において、ディスプレイ２０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２０としては、一例として、液晶ディスプレイ、有機エレクトロルミネッセンスディスプレイ、ＤＬＰ（Digital Light Processing）等が例示される。液晶ディスプレイには、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）等を含む。
なお、ディスプレイ２０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。図示例の画像表示装置１０は、一例として、赤色のモノクロ画像を表示するものであり、ディスプレイ２０は、赤色のモノクロ画像を表示する。
【００１９】
本発明の画像表示装置１０に用いられる表示素子１２おいて、投映レンズ２４も、ＡＲグラス等に用いられる公知の投映レンズ（集光レンズ）である。
【００２０】
ここで、本発明の画像表示装置１０においては、表示素子１２は、円偏光を照射するのが好ましい。
従って、ディスプレイ２０が無偏光の画像を照射する場合には、表示素子１２は、例えば直線偏光子とλ／４板とからなる円偏光板を有するのが好ましい。また、ディスプレイ２０が直線偏光の画像を照射する場合には、表示素子１２は、例えばλ／４板を有するのが好ましい。
図示例においては、表示素子１２は、一例として、右円偏光の画像を照射する。
【００２１】
また、本発明の光学積層体および画像表示装置については、視認の改善のため、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（光学積層体）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事が出来る。本方法は特表２００８−５４６０２０に詳しく記載がある。
【００２２】
［導光板］
画像表示装置１０において、導光板１６は、内部に入射した光を反射して導光（伝搬）する、公知の導光板である。この導光板１６と、光学積層体１４ａおよび／または光学積層体１４ｂとで、本発明の導光素子が構成される。
導光板１６には、制限はなく、ＡＲグラスおよび液晶ディスプレイのバックライトユイット等で用いられている公知の導光板が、各種、利用可能である。
【００２３】
［光学積層体］
光学積層体１４ａおよび１４ｂは、本発明の光学積層体である。
画像表示装置１０（図示例の導光素子）においては、導光板１６の同一面の長手方向の両端部に、光学積層体１４が配置される。
図示は省略するが、光学積層体１４は、貼合層によって導光板に貼り合わされている。
本発明において、貼合層は、貼り合わせの対象となる物同士を貼り合わせられる層であれば、公知の各種の材料からなる層が利用可能である。貼合層としては、貼り合わせる際には流動性を有し、その後、固体になる、接着剤からなる層でも、貼り合わせる際にゲル状（ゴム状）の柔らかい固体で、その後もゲル状の状態が変化しない、粘着剤からなる層でも、接着剤と粘着剤との両方の特徴を持った材料からなる層でもよい。従って、貼合層は、光学透明接着剤（ＯＣＡ（Optical Clear Adhesive））、光学透明両面テープ、および、紫外線硬化型樹脂等の、光学装置および光学素子等でシート状物の貼り合わせに用いられる公知の層を用いればよい。
あるいは、貼合層で貼り合わせるのではなく、光学積層体１４と導光板１６とを積層して、枠体または治具等で保持して、本発明の導光素子を構成してもよい。
あるいは、導光板１６上に直接、光学積層体１４を形成してもよい。
【００２４】
図３に、光学積層体１４ａを概念的に示す。図３に示す光学積層体１４ａは、支持体３０と、配向膜３２と、第１コレステリック液晶層３４および第２コレステリック液晶層３６と、を有する。図１では、図面を簡略化するために、光学積層体１４は、第１コレステリック液晶層３４および第２コレステリック液晶層３６のみを示している。
以下の説明は、光学積層体１４ａを代表例として行うが、光学積層体１４ａと光学積層体１４ｂとは、基本的に同じ構成を有するものであり、同じ作用効果を発現する。ただし、光学積層体１４ａと光学積層体１４ｂとでは、コレステリック液晶層の液晶配向パターンにおける、一方向（後述する矢印Ｘ方向）に沿う液晶化合物４０の光学軸４０Ａの回転方向が逆である。
【００２５】
なお、図示例の光学積層体１４ａは、支持体３０と、配向膜３２と、第１コレステリック液晶層３４および第２コレステリック液晶層３６とを有するが、本発明は、これに制限はされない。本発明の光学積層体は、例えば、光学積層体１４ａを導光板１６に貼り合わせた後に、支持体３０を剥離した、配向膜３２、第１コレステリック液晶層３４および第２コレステリック液晶層３６のみを有するものでもよい。または、本発明の光学積層体は、例えば、光学積層体１４ａを導光板１６に貼り合わせた後に、支持体３０および配向膜３２を剥離した、第１コレステリック液晶層３４および第２コレステリック液晶層３６のみを有するものでもよい。
【００２６】
＜支持体＞
光学積層体１４において、支持体３０は、配向膜３２、第１コレステリック液晶層３４および第２コレステリック液晶層３６を支持するものである。
以下の説明では、第１コレステリック液晶層３４と第２コレステリック液晶層３６とを区別する必要がない場合には、第１コレステリック液晶層３４と第２コレステリック液晶層３６とをまとめて『コレステリック液晶層』とも言う。
【００２７】
支持体３０は、配向膜３２およびコレステリック液晶層を支持できるものであれば、各種のシート状物（フィルム、板状物）が利用可能である。
なお、支持体３０は、対応する光に対する透過率が５０％以上であるのが好ましく、７０％以上であるのがより好ましく、８５％以上であるのがさらに好ましい。
【００２８】
支持体３０の厚さには、制限はなく、光学積層体１４ａの用途および支持体３０の形成材料等に応じて、配向膜３２およびコレステリック液晶層を保持できる厚さを、適宜、設定すればよい。
支持体３０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。
【００２９】
支持体３０は単層であっても、多層であってもよい。
単層である場合の支持体３０としては、ガラス、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、アクリル、および、ポリオレフィン等からなる支持体３０が例示される。多層である場合の支持体３０の例としては、前述の単層の支持体のいずれかなどを基板として含み、この基板の表面に他の層を設けたもの等が例示される。
【００３０】
＜配向膜＞
光学積層体１４において、支持体３０の表面には配向膜３２が形成される。
配向膜３２は、光学積層体１４の第１コレステリック液晶層３４を形成する際に、液晶化合物４０を所定の液晶配向パターンに配向するための配向膜３２である。
後述するが、本発明の光学積層体１４において、コレステリック液晶層は、液晶化合物４０に由来する光学軸４０Ａ（図３参照）の向きが、面内の一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有する。従って、配向膜３２は、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。
以下の説明では、『光学軸４０Ａの向きが回転』を単に『光学軸４０Ａが回転』とも言う。
【００３１】
配向膜３２は、公知の各種のものが利用可能である。
例えば、ポリマーなどの有機化合物からなるラビング処理膜、無機化合物の斜方蒸着膜、マイクログルーブを有する膜、ならびに、ω−トリコサン酸、ジオクタデシルメチルアンモニウムクロライドおよびステアリル酸メチルなどの有機化合物のラングミュア・ブロジェット法によるＬＢ（Langmuir-Blodgett：ラングミュア・ブロジェット）膜を累積させた膜、等が例示される。
【００３２】
ラビング処理による配向膜３２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３２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３２等の形成に用いられる材料が好ましい。
【００３３】
本発明の光学積層体１４においては、配向膜３２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３２とした、いわゆる光配向膜が好適に利用される。すなわち、本発明の光学積層体１４においては、配向膜３２として、支持体３０上に、光配向材料を塗布して形成した光配向膜が、好適に利用される。
偏光の照射は、光配向膜に対して、垂直方向または斜め方向から行うことができ、非偏光の照射は、光配向膜に対して、斜め方向から行うことができる。
【００３４】
本発明に利用可能な配向膜に用いられる光配向材料としては、例えば、特開２００６−２８５１９７号公報、特開２００７−７６８３９号公報、特開２００７−１３８１３８号公報、特開２００７−９４０７１号公報、特開２００７−１２１７２１号公報、特開２００７−１４０４６５号公報、特開２００７−１５６４３９号公報、特開２００７−１３３１８４号公報、特開２００９−１０９８３１号公報、特許第３８８３８４８号公報および特許第４１５１７４６号公報に記載のアゾ化合物、特開２００２−２２９０３９号公報に記載の芳香族エステル化合物、特開２００２−２６５５４１号公報および特開２００２−３１７０１３号公報に記載の光配向性単位を有するマレイミドおよび／またはアルケニル置換ナジイミド化合物、特許第４２０５１９５号および特許第４２０５１９８号に記載の光架橋性シラン誘導体、特表２００３−５２０８７８号公報、特表２００４−５２９２２０号公報および特許第４１６２８５０号に記載の光架橋性ポリイミド、光架橋性ポリアミドおよび光架橋性ポリエステル、ならびに、特開平９−１１８７１７号公報、特表平１０−５０６４２０号公報、特表２００３−５０５５６１号公報、国際公開第２０１０／１５０７４８号、特開２０１３−１７７５６１号公報および特開２０１４−１２８２３号公報に記載の光二量化可能な化合物、特にシンナメート化合物、カルコン化合物およびクマリン化合物等が、好ましい例として例示される。
中でも、アゾ化合物、光架橋性ポリイミド、光架橋性ポリアミド、光架橋性ポリエステル、シンナメート化合物、および、カルコン化合物は、好適に利用される。
【００３５】
配向膜３２の厚さには制限はなく、配向膜３２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３２の厚さは、０．０１〜５μｍが好ましく、０．０５〜２μｍがより好ましい。
【００３６】
配向膜３２の形成方法には、制限はなく、配向膜３２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３２を支持体３０の表面に塗布して乾燥させた後、配向膜３２をレーザ光によって露光して、配向パターンを形成する方法が例示される。
【００３７】
図９に、配向膜３２を露光して、配向パターンを形成する露光装置の一例を概念的に示す。
図９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の偏光方向を変えるλ／２板６５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、光源６４は直線偏光Ｐ0を出射する。λ／４板７２Ａおよび７２Ｂは、互いに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。
【００３８】
配向パターンを形成される前の配向膜３２を有する支持体３０が露光部に配置され、２つの光線ＭＡと光線ＭＢとを配向膜３２上において交差させて干渉させ、その干渉光を配向膜３２に照射して露光する。
この際の干渉により、配向膜３２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３２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４０に由来する光学軸４０Ａ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４０Ａが回転する１方向における、光学軸４０Ａ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３２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４０に由来する光学軸４０Ａが一方向に向かって連続的に回転する液晶配向パターンを有する、コレステリック液晶層を形成できる。
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４０Ａの回転方向を逆にすることができる。
【００３９】
なお、本発明の光学素子において、配向膜３２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３０をラビング処理する方法、支持体３０をレーザ光などで加工する方法等によって、支持体３０に配向パターンを形成することにより、コレステリック液晶層が、液晶化合物４０に由来する光学軸４０Ａ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。すなわち、本発明においては、支持体３０を配向膜として作用させてもよい。
【００４０】
＜コレステリック液晶層＞
光学積層体１４において、配向膜３２の表面には、第１コレステリック液晶層３４が形成される。さらに、光学積層体１４において、第１コレステリック液晶層３４の表面には、第２コレステリック液晶層３６が形成される。
第１コレステリック液晶層３４および第２コレステリック液晶層３６は、共に、コレステリック液晶相を固定してなるものである。
なお、図３においては、図面を簡略化して光学積層体１４の構成を明確に示すために、第１コレステリック液晶層３４および第２コレステリック液晶層３６は、配向膜３２の表面および第１コレステリック液晶層３４の液晶化合物４０（液晶化合物分子）のみを概念的に示している。しかしながら、第１コレステリック液晶層３４および第２コレステリック液晶層３６は、図４に第１コレステリック液晶層３４を例示して概念的に示すように、通常のコレステリック液晶相を固定してなるコレステリック液晶層と同様に、液晶化合物４０が螺旋状に旋回して積み重ねられた螺旋構造を有し、液晶化合物４０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４０が、複数ピッチ、積層された構造を有する。
【００４１】
周知のように、コレステリック液晶相を固定してなるコレステリック液晶層は、波長選択反射性を有する。
後に詳述するが、コレステリック液晶層の選択的な反射波長域は、上述した螺旋１ピッチの厚さ方向の長さに依存する。図示例の光学積層体１４においては、一例として、第１コレステリック液晶層３４のピッチＰが、第２コレステリック液晶層３６のピッチＰよりも長い。従って、図示例の光学積層体１４は、第１コレステリック液晶層３４の方が、第２コレステリック液晶層３６よりも長波長域の光を選択的に反射する。図４に、螺旋１ピッチの厚さ方向の長さ（ピッチＰ）を示す。
【００４２】
前述のように、第１コレステリック液晶層３４および第２コレステリック液晶層３６は、コレステリック液晶相を固定してなるものである。
すなわち、第１コレステリック液晶層３４および第２コレステリック液晶層３６は、共に、コレステリック構造を有する液晶化合物４０（液晶材料）からなる層である。
【００４３】
＜＜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選択反射性を示すことが知られている。
一般的なコレステリック液晶相において、選択反射の中心波長λ（選択反射中心波長λ）は、コレステリック液晶相における螺旋のピッチＰに依存し、コレステリック液晶相の平均屈折率ｎとλ＝ｎ×Ｐの関係に従う。そのため、この螺旋ピッチを調節することによって、選択反射中心波長を調節することができる。
コレステリック液晶相の選択反射中心波長は、ピッチＰが長いほど、長波長になる。
なお、螺旋のピッチＰとは、上述したように、コレステリック液晶相の螺旋構造１ピッチ分（螺旋の周期）である。螺旋のピッチＰは、言い換えれば、螺旋の巻き数１回分であり、すなわち、コレステリック液晶相を構成する液晶化合物のダイレクターが３６０°回転する螺旋軸方向の長さである。液晶化合物のダイレクターは、棒状液晶であれば長軸方向である。
【００４４】
コレステリック液晶相の螺旋ピッチは、コレステリック液晶層を形成する際に、液晶化合物と共に用いるキラル剤の種類、および、キラル剤の添加濃度に依存する。従って、これらを調節することによって、所望の螺旋ピッチを得ることができる。
なお、ピッチの調節については富士フイルム研究報告Ｎｏ．５０（２００５年）ｐ．６０−６３に詳細な記載がある。螺旋のセンスおよびピッチの測定法については「液晶化学実験入門」日本液晶学会編  シグマ出版２００７年出版、４６頁、および、「液晶便覧」液晶便覧編集委員会  丸善  １９６頁に記載される方法を用いることができる。
【００４５】
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層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。
なお、コレステリック液晶相の旋回の方向は、コレステリック液晶層を形成する液晶化合物の種類および／または添加されるキラル剤の種類によって調節できる。
【００４６】
また、選択反射を示す選択反射波長域（円偏光反射波長域）の半値幅Δλ（ｎｍ）は、コレステリック液晶相のΔｎと螺旋のピッチＰとに依存し、Δλ＝Δｎ×Ｐの関係に従う。そのため、選択反射波長域（選択的な反射波長域）の幅の制御は、Δｎを調節して行うことができる。Δｎは、コレステリック液晶層を形成する液晶化合物の種類およびその混合比率、ならびに、配向固定時の温度により調節できる。
反射波長域の半値幅は、光学積層体の用途に応じて調節され、例えば１０〜５００ｎｍであればよく、好ましくは２０〜３００ｎｍであり、より好ましくは３０〜１００ｎｍである。
【００４７】
＜＜コレステリック液晶層の形成方法＞＞
コレステリック液晶層（第１コレステリック液晶層３４および第２コレステリック液晶層３６）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４０は液晶性を示さなくてもよい。例えば、重合性液晶化合物は、硬化反応により高分子量化して、液晶性を失っていてもよい。
【００４８】
コレステリック液晶相を固定してなるコレステリック液晶層の形成に用いる材料としては、一例として、液晶化合物を含む液晶組成物が挙げられる。液晶化合物は重合性液晶化合物であるのが好ましい。
また、コレステリック液晶層の形成に用いる液晶組成物は、さらに界面活性剤およびキラル剤を含んでいてもよい。
【００４９】
−−重合性液晶化合物−−
重合性液晶化合物は、棒状液晶化合物であっても、円盤状液晶化合物であってもよい。
コレステリック液晶相を形成する棒状の重合性液晶化合物の例としては、棒状ネマチック液晶化合物が挙げられる。棒状ネマチック液晶化合物としては、アゾメチン類、アゾキシ類、シアノビフェニル類、シアノフェニルエステル類、安息香酸エステル類、シクロヘキサンカルボン酸フェニルエステル類、シアノフェニルシクロヘキサン類、シアノ置換フェニルピリミジン類、アルコキシ置換フェニルピリミジン類、フェニルジオキサン類、トラン類、および、アルケニルシクロヘキシルベンゾニトリル類等が好ましく用いられる。低分子液晶化合物だけではなく、高分子液晶化合物も用いることができる。
【００５０】
重合性液晶化合物は、重合性基を液晶化合物に導入することで得られる。重合性基の例には、不飽和重合性基、エポキシ基、およびアジリジニル基が含まれ、不飽和重合性基が好ましく、エチレン性不飽和重合性基がより好ましい。重合性基は種々の方法で、液晶化合物の分子中に導入できる。重合性液晶化合物が有する重合性基の個数は、好ましくは１〜６個、より好ましくは１〜３個である。
重合性液晶化合物の例は、Ｍａｋｒｏｍｏｌ．Ｃｈｅｍ．，１９０巻、２２５５頁（１９８９年）、Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ５巻、１０７頁（１９９３年）、米国特許第４６８３３２７号明細書、米国特許第５６２２６４８号明細書、米国特許第５７７０１０７号明細書、国際公開第９５／２２５８６号、国際公開第９５／２４４５５号、国際公開第９７／００６００号、国際公開第９８／２３５８０号、国際公開第９８／５２９０５号、特開平１−２７２５５１号公報、特開平６−１６６１６号公報、特開平７−１１０４６９号公報、特開平１１−８００８１号公報、および、特開２００１−３２８９７３号公報等に記載の化合物が含まれる。２種類以上の重合性液晶化合物を併用してもよい。２種類以上の重合性液晶化合物を併用すると、配向温度を低下させることができる。
【００５１】
また、上記以外の重合性液晶化合物としては、特開昭５７−１６５４８０号公報に開示されているようなコレステリック相を有する環式オルガノポリシロキサン化合物等を用いることができる。さらに、前述の高分子液晶化合物としては、液晶を呈するメソゲン基を主鎖、側鎖、あるいは主鎖および側鎖の両方の位置に導入した高分子、コレステリル基を側鎖に導入した高分子コレステリック液晶、特開平９−１３３８１０号公報に開示されているような液晶性高分子、および、特開平１１−２９３２５２号公報に開示されているような液晶性高分子等を用いることができる。
【００５２】
−−円盤状液晶化合物−−
円盤状液晶化合物としては、例えば、特開２００７−１０８７３２号公報や特開２０１０−２４４０３８号公報に記載のものを好ましく用いることができる。
【００５３】
また、液晶組成物中の重合性液晶化合物の添加量は、液晶組成物の固形分質量（溶媒を除いた質量）に対して、７５〜９９．９質量％であるのが好ましく、８０〜９９質量％であるのがより好ましく、８５〜９０質量％であるのがさらに好ましい。
【００５４】
−−界面活性剤−−
コレステリック液晶層を形成する際に用いる液晶組成物は、界面活性剤を含有してもよい。
界面活性剤は、安定的にまたは迅速にプレーナー配向のコレステリック液晶相とするために寄与する配向制御剤として機能できる化合物が好ましい。界面活性剤としては、例えば、シリコ−ン系界面活性剤およびフッ素系界面活性剤が挙げられ、フッ素系界面活性剤が好ましく例示される。
【００５５】
界面活性剤の具体例としては、特開２０１４−１１９６０５号公報の段落［００８２］〜［００９０］に記載の化合物、特開２０１２−２０３２３７号公報の段落［００３１］〜［００３４］に記載の化合物、特開２００５−９９２４８号公報の段落［００９２］および［００９３］中に例示されている化合物、特開２００２−１２９１６２号公報の段落［００７６］〜［００７８］および段落［００８２］〜［００８５］中に例示されている化合物、ならびに、特開２００７−２７２１８５号公報の段落［００１８］〜［００４３］等に記載のフッ素（メタ）アクリレート系ポリマー、などが挙げられる。
なお、界面活性剤は、１種を単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。
フッ素系界面活性剤として、特開２０１４−１１９６０５号公報の段落［００８２］〜［００９０］に記載の化合物が好ましい。
【００５６】
液晶組成物中における、界面活性剤の添加量は、液晶化合物の全質量に対して０．０１〜１０質量％が好ましく、０．０１〜５質量％がより好ましく、０．０２〜１質量％がさらに好ましい。
【００５７】
−−キラル剤（光学活性化合物）−−
キラル剤（キラル剤）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）用キラル剤、１９９頁、日本学術振興会第１４２委員会編、１９８９に記載）、イソソルビド、および、イソマンニド誘導体等を用いることができる。
キラル剤は、一般に不斉炭素原子を含むが、不斉炭素原子を含まない軸性不斉化合物または面性不斉化合物もキラル剤として用いることができる。軸性不斉化合物または面性不斉化合物の例には、ビナフチル、ヘリセン、パラシクロファン、および、これらの誘導体が含まれる。キラル剤は、重合性基を有していてもよい。キラル剤と液晶化合物とがいずれも重合性基を有する場合は、重合性キラル剤と重合性液晶化合物との重合反応により、重合性液晶化合物から誘導される繰り返し単位と、キラル剤から誘導される繰り返し単位とを有するポリマーを形成することができる。この態様では、重合性キラル剤が有する重合性基は、重合性液晶化合物が有する重合性基と、同種の基であるのが好ましい。従って、キラル剤の重合性基も、不飽和重合性基、エポキシ基またはアジリジニル基であるのが好ましく、不飽和重合性基であるのがより好ましく、エチレン性不飽和重合性基であるのがさらに好ましい。
また、キラル剤は、液晶化合物であってもよい。
【００５８】
キラル剤が光異性化基を有する場合には、塗布、配向後に活性光線などのフォトマスク照射によって、発光波長に対応した所望の反射波長のパターンを形成することができるので好ましい。光異性化基としては、フォトクロッミック性を示す化合物の異性化部位、アゾ基、アゾキシ基、または、シンナモイル基が好ましい。具体的な化合物として、特開２００２−８０４７８号公報、特開２００２−８０８５１号公報、特開２００２−１７９６６８号公報、特開２００２−１７９６６９号公報、特開２００２−１７９６７０号公報、特開２００２−１７９６８１号公報、特開２００２−１７９６８２号公報、特開２００２−３３８５７５号公報、特開２００２−３３８６６８号公報、特開２００３−３１３１８９号公報、および、特開２００３−３１３２９２号公報等に記載の化合物を用いることができる。
【００５９】
液晶組成物における、キラル剤の含有量は、液晶化合物の含有モル量に対して０．０１〜２００モル％が好ましく、１〜３０モル％がより好ましい。
【００６０】
−−重合開始剤−−
液晶組成物が重合性化合物を含む場合は、重合開始剤を含有しているのが好ましい。紫外線照射により重合反応を進行させる態様では、使用する重合開始剤は、紫外線照射によって重合反応を開始可能な光重合開始剤であるのが好ましい。
光重合開始剤の例には、α−カルボニル化合物（米国特許第２３６７６６１号、米国特許第２３６７６７０号の各明細書記載）、アシロインエーテル（米国特許第２４４８８２８号明細書記載）、α−炭化水素置換芳香族アシロイン化合物（米国特許第２７２２５１２号明細書記載）、多核キノン化合物（米国特許第３０４６１２７号、米国特許第２９５１７５８号の各明細書記載）、トリアリールイミダゾールダイマーとｐ−アミノフェニルケトンとの組み合わせ（米国特許第３５４９３６７号明細書記載）、アクリジンおよびフェナジン化合物（特開昭６０−１０５６６７号公報、米国特許第４２３９８５０号明細書記載）、ならびに、オキサジアゾール化合物（米国特許第４２１２９７０号明細書記載）等が挙げられる。
液晶組成物中の光重合開始剤の含有量は、液晶化合物の含有量に対して０．１〜２０質量％であるのが好ましく、０．５〜１２質量％であるのがさらに好ましい。
【００６１】
−−架橋剤−−
液晶組成物は、硬化後の膜強度向上、耐久性向上のため、任意に架橋剤を含有していてもよい。架橋剤としては、紫外線、熱、および、湿気等で硬化するものが好適に使用できる。
架橋剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えばトリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレートおよびペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート等の多官能アクリレート化合物；グリシジル（メタ）アクリレートおよびエチレングリコールジグリシジルエーテル等のエポキシ化合物；２，２−ビスヒドロキシメチルブタノール−トリス［３−（１−アジリジニル）プロピオネート］および４，４−ビス（エチレンイミノカルボニルアミノ）ジフェニルメタン等のアジリジン化合物；ヘキサメチレンジイソシアネートおよびビウレット型イソシアネート等のイソシアネート化合物；オキサゾリン基を側鎖に有するポリオキサゾリン化合物；ならびに、ビニルトリメトキシシラン、Ｎ−（２−アミノエチル）３−アミノプロピルトリメトキシシラン等のアルコキシシラン化合物などが挙げられる。また、架橋剤の反応性に応じて公知の触媒を用いることができ、膜強度および耐久性向上に加えて生産性を向上させることができる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
架橋剤の含有量は、液晶組成物の固形分質量に対して、３〜２０質量％が好ましく、５〜１５質量％がより好ましい。架橋剤の含有量が上記範囲内であれば、架橋密度向上の効果が得られやすく、コレステリック液晶相の安定性がより向上する。
【００６２】
−−その他の添加剤−−
液晶組成物中には、必要に応じて、さらに重合禁止剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定化剤、色材、および、金属酸化物微粒子等を、光学的性能等を低下させない範囲で添加することができる。
【００６３】
液晶組成物は、コレステリック液晶層（第１コレステリック液晶層３４および第２コレステリック液晶層３６）を形成する際には、液体として用いられるのが好ましい。
液晶組成物は溶媒を含んでいてもよい。溶媒には、制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、有機溶媒が好ましい。
有機溶媒には、制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ケトン類、アルキルハライド類、アミド類、スルホキシド類、ヘテロ環化合物、炭化水素類、エステル類、および、エーテル類などが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。これらの中でも、環境への負荷を考慮した場合にはケトン類が好ましい。
【００６４】
コレステリック液晶層を形成する際には、コレステリック液晶層の形成面に液晶組成物を塗布して、液晶化合物をコレステリック液晶相の状態に配向した後、液晶化合物を硬化して、コレステリック液晶層とするのが好ましい。
すなわち、配向膜３２上にコレステリック液晶層を形成する場合には、配向膜３２に液晶組成物を塗布して、液晶化合物をコレステリック液晶相の状態に配向した後、液晶化合物を硬化して、コレステリック液晶相を固定してなるコレステリック液晶層を形成するのが好ましい。
液晶組成物の塗布は、インクジェットおよびスクロール印刷等の印刷法、ならびに、スピンコート、バーコートおよびスプレー塗布等のシート状物に液体を一様に塗布できる公知の方法が全て利用可能である。
【００６５】
塗布された液晶組成物は、必要に応じて乾燥および／または加熱され、その後、硬化され、コレステリック液晶層を形成する。この乾燥および／または加熱の工程で、液晶組成物中の液晶化合物がコレステリック液晶相に配向すればよい。加熱を行う場合、加熱温度は、２００℃以下が好ましく、１３０℃以下がより好ましい。
【００６６】
配向させた液晶化合物は、必要に応じて、さらに重合される。重合は、熱重合、および、光照射による光重合のいずれでもよいが、光重合が好ましい。光照射は、紫外線を用いるのが好ましい。照射エネルギーは、２０ｍＪ／ｃｍ2〜５０Ｊ／ｃｍ2が好ましく、５０〜１５００ｍＪ／ｃｍ2がより好ましい。光重合反応を促進するため、加熱条件下または窒素雰囲気下で光照射を実施してもよい。照射する紫外線の波長は２５０〜４３０ｎｍが好ましい。
【００６７】
コレステリック液晶層の厚さには、制限はなく、光学積層体１４の用途、コレステリック液晶層に要求される光の反射率、および、コレステリック液晶層の形成材料等に応じて、必要な光の反射率が得られる厚さを、適宜、設定すればよい。
【００６８】
＜＜コレステリック液晶層の液晶配向パターン＞＞
前述のように、本発明の光学積層体１４において、コレステリック液晶層（第１コレステリック液晶層３４および第２コレステリック液晶層３６）は、コレステリック液晶相を形成する液晶化合物４０に由来する光学軸４０Ａの向きが、コレステリック液晶層の面内において、一方向に連続的に回転しながら変化する液晶配向パターンを有する。
なお、液晶化合物４０に由来する光学軸４０Ａとは、液晶化合物４０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４０が棒状液晶化合物である場合には、光学軸４０Ａ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４０に由来する光学軸４０Ａを、『液晶化合物４０の光学軸４０Ａ』または『光学軸４０Ａ』ともいう。
【００６９】
図５に、第１コレステリック液晶層３４の平面図を概念的に示す。
なお、平面図とは、図３において、光学積層体１４を上方から見た図であり、すなわち、光学積層体１４を厚さ方向から見た図である。厚さ方向とは、言い換えれば、各層（膜）の積層方向である。
また、図３では、本発明の光学積層体１４の構成を明確に示すために、図３と同様、液晶化合物４０は配向膜３２の表面の液晶化合物４０のみを示している。
【００７０】
なお、図５では、第１コレステリック液晶層３４を代表例として説明するが、第２コレステリック液晶層３６も、後述するように螺旋のピッチＰが異なる以外は、基本的に、第１コレステリック液晶層３４と同様の構成を有し、同様の作用効果を発現する。
【００７１】
図５に示すように、配向膜３２の表面において、第１コレステリック液晶層３４を構成する液晶化合物４０は、下層の配向膜３２に形成された配向パターンに応じて、矢印Ｘで示す所定の一方向、および、この一方向（矢印Ｘ方向）と直交する方向に、二次元的に配列された状態になっている。
以下の説明では、矢印Ｘ方向と直交する方向を、便宜的にＹ方向とする。すなわち、図１、図２および後述する図４では、Ｙ方向は、紙面に直交する方向となる。
また、第１コレステリック液晶層３４を形成する液晶化合物４０は、第１コレステリック液晶層３４の面内において、矢印Ｘ方向に沿って、光学軸４０Ａ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４０の光学軸４０Ａ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。
なお、コレステリック液晶層の上に、上述したような塗布法によってコレステリック液晶層を形成すると、上層のコレステリック液晶層の液晶配向パターンは、形成面となる下層のコレステリック液晶層の表面における液晶配向パターンに追従する。従って、第１コレステリック液晶層３４の上に形成される第２コレステリック液晶層３６は、第１コレステリック液晶層３４と同じ液晶配向パターンを有する。
【００７２】
液晶化合物４０の光学軸４０Ａ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４０の光学軸４０Ａ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４０Ａ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４０の光学軸４０Ａ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。
【００７３】
一方、第１コレステリック液晶層３４を形成する液晶化合物４０は、矢印Ｘ方向と直交するＹ方向、すなわち、光学軸４０Ａ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４０Ａの向きが等しい。
言い換えれば、第１コレステリック液晶層３４を形成する液晶化合物４０は、Ｙ方向では、液晶化合物４０の光学軸４０Ａと矢印Ｘ方向とが成す角度が等しい。
【００７４】
本発明の光学積層体１４においては、このような液晶化合物４０の液晶配向パターンにおいて、面内で光学軸４０Ａが連続的に回転して変化する矢印Ｘ方向に、液晶化合物４０の光学軸４０Ａ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４０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（図６）に示すように、矢印Ｘ方向と光学軸４０Ａの方向とが一致する２つの液晶化合物４０の、矢印Ｘ方向の中心間の距離を、１周期の長さΛとする。以下の説明では、この１周期の長さΛを『１周期Λ』とも言う。
本発明の光学積層体１４において、コレステリック液晶層の液晶配向パターンは、この１周期Λを、矢印Ｘ方向すなわち光学軸４０Ａの向きが連続的に回転して変化する一方向に繰り返す。
【００７５】
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、第１コレステリック液晶層３４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。第１コレステリック液晶層３４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４０Ａ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６を参照して説明する。
【００７６】
一例として、第１コレステリック液晶層３４は、赤色光の右円偏光ＲRを選択的に反射するコレステリック液晶層であるとする。従って、第１コレステリック液晶層３４に光が入射すると、第１コレステリック液晶層３４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。
【００７７】
第１コレステリック液晶層３４に入射した赤色光の右円偏光ＲRは、コレステリック液晶層によって反射される際に、各液晶化合物４０の光学軸４０Ａの向きに応じて絶対位相が変化する。
ここで、第１コレステリック液晶層３４では、液晶化合物４０の光学軸４０Ａ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４０Ａ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、第１コレステリック液晶層３４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、第１コレステリック液晶層３４に入射した赤色光の右円偏光ＲRには、図４に概念的に示すように、それぞれの光学軸４０Ａ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４０の光学軸４０Ａ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４０の配列では、均一である。
これにより第１コレステリック液晶層３４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面に対して矢印Ｘ方向に傾いた方向に反射される。ＸＹ面は、すなわち、コレステリック液晶層の主面である。
【００７８】
また、矢印Ｘ方向に向かう液晶化合物４０の光学軸４０Ａの回転方向を逆にすることで、赤色光の右円偏光ＲRの反射方向を逆にできる。すなわち、図３〜図６においては、矢印Ｘ方向に向かう光学軸４０Ａの回転方向は時計回りで、赤色光の右円偏光ＲRは矢印Ｘ方向に傾けて反射されるが、これを反時計回りとすることで、赤色光の右円偏光ＲRは矢印Ｘ方向と逆方向に傾けて反射される。
光学積層体１４ａおよび１４ｂは、共に、矢印Ｘ方向を、図中左方向に向けて導光板１６の長手方向に一致して配置される。
上述したように、光学積層体１４ａと光学積層体１４ｂとでは、コレステリック液晶層の液晶配向パターンにおける、矢印Ｘ方向に沿う液晶化合物の光学軸の回転方向が逆である。従って、光学積層体１４ａと光学積層体１４ｂとでは、入射した赤色光の右円偏光ＲRの反射方向が逆になり、光学積層体１４ａは光学積層体１４ｂに向かう方向に、光学積層体１４ｂは光学積層体１４ａに向かう方向に、赤色光の右円偏光ＲRを反射する。
【００７９】
本発明の光学積層体１４ａおよび１４ｂにおいて、第１コレステリック液晶層３４の上には、第２コレステリック液晶層３６が設けられる。
上述したように、第１コレステリック液晶層３４と第２コレステリック液晶層３６とは、面方向には同じ液晶配向パターンを有する。従って、第１コレステリック液晶層３４および第２コレステリック液晶層３６は、共に、図６に示すように、右円偏光の赤色光を液晶化合物４０の光学軸４０Ａが回転する一方向すなわち矢印Ｘ方向に傾けて反射する。
図示例の画像表示装置１０では、一例として、表示素子１２は、赤色の右円偏光ＲRの画像を照射する。
このような光学積層体１４ａおよび１４ｂを導光板１６の両端部に備えた画像表示装置１０では、表示素子１２が照射した赤色の右円偏光ＲRは、導光板１６を透過して光学積層体１４ａに入射し、光学積層体１４ａによって矢印Ｘ方向に傾斜して反射されて、導光板１６の主面の法線方向に対して角度を有して導光板１６に再入射する。導光板１６の主面の法線方向に対して角度を有して導光板１６に入射した赤色の右円偏光ＲRは、導光板１６内で反射を繰り返して光学積層体１４ｂ側に導光され、光学積層体１４ｂ入射して、矢印Ｘ方向と逆に反射されることで、導光板１６から出射されて、使用者Ｕによる観察位置に出射され、画像が表示される。
なお、背景の外光の一部は、図１に一点鎖線で示すように、光学積層体１４ｂおよび導光板１６を直進通過して、使用者Ｕに観察される。
【００８０】
ここで、本発明の光学積層体１４においては、第１コレステリック液晶層３４と第２コレステリック液晶層３６とは、コレステリック液晶相の螺旋構造において液晶化合物４０が３６０°回転する螺旋１ピッチにおける厚さ方向の長さピッチＰが異なる。
図示例においては、一例として、光入射側となる第２コレステリック液晶層３６よりも、第１コレステリック液晶層３４のピッチＰが長い。なお、本発明は、これに制限はされず、光入射側となる第２コレステリック液晶層３６が、第１コレステリック液晶層３４よりもピッチＰが長くてもよい。
本発明は、このような構成を有することにより、表示素子１２が照射した画像を、ディスプレイ２０の面方向の位置によらず、好適に光を反射して、表示素子１２が照射した画像を高効率で利用した広い視野角での画像の表示を可能にしている。
【００８１】
上述したように、図示例の画像表示装置１０（ディスプレイ２０）は、赤色のモノクロ画像を表示するものである。従って、第１コレステリック液晶層３４および第２コレステリック液晶層３６は、赤色光を反射できるように螺旋のピッチＰを設定される。
ここで、ディスプレイ２０が表示した画像は、全てが第１コレステリック液晶層３４および第２コレステリック液晶層３６に法線方向から入射するわけではない。なお、法線とは、主面（最大面）と直交する方向の線である。
すなわち、図２に概念的に示すように、例えばディスプレイ２０の中央に表示された画像（実線）は第１コレステリック液晶層３４および第２コレステリック液晶層３６に法線方向から入射する。これに対して、ディスプレイ２０の端部に表示された画像（破線）は、第１コレステリック液晶層３４および第２コレステリック液晶層３６の法線に対して斜めに入射する。
【００８２】
周知のように、コレステリック液晶層は、光が斜めに入射した場合には、選択的に反射する波長域の波長が短くなる、いわゆるブルーシフト（短波シフト）を生じる。
すなわち、例えば、ディスプレイ２０が赤色光で画像を表示し、コレステリック液晶層の選択的な反射波長域を、この波長に応じて設定した場合には、法線方向から入射した赤色光は適正に反射するが、法線に対して傾いて入射したディスプレイ端部の赤色光は、ブルーシフトによって反射率（反射効率）が大幅に低下する。
その結果、従来のコレステリック液晶層を用いて画像を導光板に傾けて入射するＡＲグラス等では、ディスプレイの周辺部の画像を適正に表示することができず、これに起因して視野角（ＦＯＶ）が狭くなってしまう。
【００８３】
これに対して、本発明の光学積層体１４ａおよび１４ｂは、第１コレステリック液晶層３４および第２コレステリック液晶層３６の２層のコレステリック液晶層を有し、２層のコレステリック液晶層において、螺旋のピッチＰが互いに異なる。図示例においては、第１コレステリック液晶層３４のピッチＰが、第２コレステリック液晶層３６のピッチＰよりも長い。
そのため、例えば第２コレステリック液晶層３６を通常の赤色光を選択的に反射するピッチＰのコレステリック液晶層にした場合には、法線方向から入射する赤色光は、第２コレステリック液晶層３６によって反射される。
これに対して、法線に対して斜めに光が入射したディスプレイ２０の端部の赤色光は、ブルーシフトによって第２コレステリック液晶層３６を透過するものの、ピッチＰの長い赤色光よりも長波長の波長域に対応する第１コレステリック液晶層３４では、法線に対して斜めに光が入射したディスプレイ２０の端部の赤色光を、ブルーシフトによって好適に反射できる。
従って、本発明の光学積層体によれば、ディスプレイ２０における位置によらず、ディスプレイ２０の全面の画像を高い反射率で反射できるので、例えばＡＲグラス等に利用することで、広い視野角を得ることができる。
【００８４】
本発明の光学積層体１４ａおよび１４ｂにおいて、第１コレステリック液晶層３４および第２コレステリック液晶層３６は、中心波長が同一の光を、法線方向から、法線に対して４０°の角度を有する方向まで、角度を変更して入射した際に、反射率が２０％以上で重複する角度領域を有するのが好ましい。
具体的には、第１コレステリック液晶層３４および第２コレステリック液晶層３６に、法線方向（角度０°）から法線に対して４０°の角度を有する方向まで、コレステリック液晶層への入射角度を変更させて中心波長が同一の光を入射した際における、角度と反射率との関係を、各コレステリック液晶層毎にプロットした際に、図７に概念的に示すように、反射率が２０％以上で重複する角度領域ｒを有するのが好ましい。
【００８５】
このような構成を有することにより、光学積層体１４ａおよび１４ｂへの光の入射角度によらず、様々な方向から入射した光を適正に反射することが可能になり、本発明を例えばＡＲグラス等に利用した際に、ディスプレイ２０の全面の表示を好適に反射して、より好適に広視野角化を図ることができる。
【００８６】
本発明の光学積層体１４ａおよび１４ｂは、第１コレステリック液晶層３４および第２コレステリック液晶層３６の２層のコレステリック液晶層を有し、２層のコレステリック液晶層において、螺旋のピッチＰが互いに異なる。
両コレステリック液晶層のピッチＰの差には、制限はないが、長い方のピッチＰの長さが、短い方のピッチＰの長さの１．０５〜１．４５倍であるのが好ましく、１．１〜１．３５倍であるのがより好ましく、１．１５〜１．３倍であるのがさらに好ましい。
両コレステリック液晶層のピッチＰの差を、この範囲とすることにより、好適に上述した図７に示す角度領域ｒを有する第１コレステリック液晶層３４および第２コレステリック液晶層３６を得ることができる。
【００８７】
上述したように、第１コレステリック液晶層３４および第２コレステリック液晶層３６は、面方向には、同じ液晶配向パターンを有する。
従って、第１コレステリック液晶層３４と第２コレステリック液晶層３６とは、液晶化合物４０の光学軸４０Ａが回転する一方向、すなわち矢印Ｘ方向を一致している。また、液晶化合物４０の光学軸４０Ａが回転する方向は、矢印Ｘ方向の１方向のみである。
【００８８】
本発明の光学積層体１４において、第１コレステリック液晶層３４および第２コレステリック液晶層３６は、液晶化合物４０の光学軸４０Ａが矢印Ｘ方向に向かって回転する液晶配向パターンを有する。
本発明において、液晶配向パターンにおいて光学軸４０Ａが１８０°回転する長さ１周期Λの長さには、制限はない。ここで、１周期Λが短いほど、上述した入射光に対する反射光の角度が大きくなる。すなわち、１周期Λが短いほど、反射光を大きく傾けて反射して、導光板１６に浅い角度で光を入射できる。
第１コレステリック液晶層３４および第２コレステリック液晶層３６は、１周期Λが１０μｍ以下の領域を有するのが好ましく、１周期Λが５μｍ以下の領域を有するのがより好ましく、１周期Λが１μｍ以下の領域を有するのがさらに好ましい。
なお、第１コレステリック液晶層３４および第２コレステリック液晶層３６における液晶配向パターンの１周期Λの長さは、矢印Ｘ方向の全域で均一でもよく、または、矢印Ｘ方向で異なる領域を有してもよい。
【００８９】
第１コレステリック液晶層３４および第２コレステリック液晶層３６は、面方向には、同じ液晶配向パターンを有する。従って、第１コレステリック液晶層３４と第２コレステリック液晶層３６とは、液晶配向パターンにおける１周期Λが等しい。
但し、本発明は、これに制限はされず、第１コレステリック液晶層３４と第２コレステリック液晶層３６とで液晶配向パターンにおける１周期Λが異なってもよい。しかしながら、第１コレステリック液晶層３４と第２コレステリック液晶層３６とで１周期Λが異なると、入射した円偏光の反射角度が異なるため、第１コレステリック液晶層３４と第２コレステリック液晶層３６とで、導光板１６内における反射角度が異なってしまい、表示画像に乱れが生じる可能性が有る。
従って、図示例のように、第１コレステリック液晶層３４と第２コレステリック液晶層３６とは、液晶配向パターンにおける１周期Λが等しいのが好ましい。
【００９０】
なお、第１コレステリック液晶層３４と第２コレステリック液晶層３６とで、液晶配向パターンにおける１周期Λを変える場合には、第１コレステリック液晶層３４の表面に、第２コレステリック液晶層３６の液晶配向パターンの１周期Λに対応する配向膜を形成すればよい。
【００９１】
上述した光学積層体１４ａおよび１４ｂは、コレステリック液晶層として、第１コレステリック液晶層３４および第２コレステリック液晶層３６のみを有するものであるが、本発明は、これに制限はされない。
すなわち、本発明の光学積層体は、同様のコレステリック液晶層であって、第１コレステリック液晶層３４および第２コレステリック液晶層３６とは螺旋のピッチＰが異なる第３コレステリック液晶層を有してもよく、さらに、同様のコレステリック液晶層であって、他のコレステリック液晶層とは螺旋のピッチＰが異なる、１以上のコレステリック液晶層を有してもよい。
すなわち、本発明の光学積層体は、第１コレステリック液晶層３４および第２コレステリック液晶層３６を有するものであれば、コレステリック液晶層の層数に制限はない。
【００９２】
なお、図３〜図６に示すコレステリック液晶層は、好ましい態様として、コレステリック液晶層の液晶配向パターンにおける液晶化合物４０の光学軸４０Ａ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４０の光学軸４０Ａが一方向に沿って連続して回転するものであれば、液晶化合物４０の光学軸の向きが連続的に回転しながら変化する一方向を、複数、有してもよい。
【００９３】
上述したように、第１コレステリック液晶層３４および第２コレステリック液晶層３６は、面方向には、同じ液晶配向パターンを有する。従って、第１コレステリック液晶層３４と第２コレステリック液晶層３６とは、旋回方向が同じ円偏光を反射し、かつ、矢印Ｘ方向に向かう液晶化合物４０の光学軸４０Ａの回転方向も同方向である。
これに対して、本発明の光学積層体の第２の態様は、第１コレステリック液晶層と第２コレステリック液晶層とで、旋回方向が逆の円偏光を反射し、かつ、矢印Ｘ方向に向かう液晶化合物４０の光学軸４０Ａの回転方向も逆方向とする。この構成であっても、上述した第１コレステリック液晶層３４および第２コレステリック液晶層３６と、同様の作用効果を得ることができる。
【００９４】
光学積層体１４ａおよび１４ｂは、モノクロ画像（図示例では赤画像）の表示に対応するもので、第１コレステリック液晶層３４と第２コレステリック液晶層３６との組み合わせを、１組のみ有するものであるが、本発明は、これに制限はされない。
すなわち、本発明の光学積層体は、第１コレステリック液晶層３４と第２コレステリック液晶層３６との組み合わせを、２以上、有してもよい。
図８に、その一例を示す。
【００９５】
図８に示す概念的に光学積層体５０は、Ｒ反射積層体１４Ｒ、Ｇ反射積層体１４Ｇ、および、Ｂ反射積層体１４Ｂの３つの光学積層体を有する。
Ｒ反射積層体１４Ｒは、赤色光の右円偏光ＲRの反射に対応するものであり、支持体３０と、配向膜３２Ｒと、第１コレステリック液晶層３４Ｒおよび第２コレステリック液晶層３６Ｒとを有する。
Ｇ反射積層体１４Ｇは、緑色光の右円偏光ＧRの反射に対応するものであり、支持体３０と、配向膜３２Ｇと、第１コレステリック液晶層３４Ｇおよび第２コレステリック液晶層３６Ｇとを有する。
Ｂ反射積層体１４Ｂは、青色光の右円偏光ＢRの反射に対応するものであり、支持体３０と、配向膜３２Ｂと、第１コレステリック液晶層３４Ｂおよび第２コレステリック液晶層３６Ｂとを有する。
Ｒ反射積層体１４Ｒ、Ｇ反射積層体１４ＧおよびＢ反射積層体１４Ｂにおいて、支持体、配向膜、第１コレステリック液晶層および第２コレステリック液晶層は、いずれも、上述した光学積層体１４ａおよび１４ｂにおける支持体３０、配向膜３２、第１コレステリック液晶層３４および第２コレステリック液晶層３６と同様のものである。ただし、各コレステリック液晶層は、選択的に反射する光の波長域に応じた螺旋のピッチＰを有する。
【００９６】
ここで、Ｒ反射積層体１４Ｒ、Ｇ反射積層体１４ＧおよびＢ反射積層体１４Ｂは、コレステリック液晶層が選択的に反射する波長域の波長の長さの順列と、コレステリック液晶層の液晶配向パターンにおける１周期Λの長さの順列とが等しい。
すなわち、光学積層体５０においては、赤色光の反射に対応するＲ反射積層体１４Ｒのコレステリック液晶層が最も長波長域の光を反射し、緑色光の反射に対応するＧ反射積層体１４Ｇのコレステリック液晶層が次いで長波長域の光を反射し、青色光の反射に対応するＢ反射積層体１４Ｂのコレステリック液晶層が最も短い波長域の光を反射する。
これに応じて、Ｒ反射積層体１４Ｒ、Ｇ反射積層体１４Ｇ、および、Ｂ反射積層体１４Ｂは、Ｒ反射積層体１４Ｒのコレステリック液晶層の１周期ΛRが最も長く、Ｇ反射積層体１４Ｇのコレステリック液晶層の１周期ΛGが次いで長く、Ｂ反射積層体１４Ｂのコレステリック液晶層の１周期ΛBが最も短い。
【００９７】
一方向（矢印Ｘ方向）に向かって液晶化合物４０の光学軸４０Ａが連続的に回転するコレステリック液晶層による光の反射角度は、反射する光の波長によって、角度が異なる。具体的には、長波長の光ほど、入射光に対する反射光の角度が大きくなる。従って、Ｒ反射積層体１４Ｒが反射する赤色光が最も入射光に対する反射光の角度が大きく、Ｇ反射積層体１４Ｇが反射する緑色光が次いで入射光に対する反射光の角度が大きく、Ｂ反射積層体１４Ｂが反射する青色光が最も入射光に対する反射光の角度が小さい。
一方で、前述のように、一方向に向かって液晶化合物４０の光学軸４０Ａが回転する液晶配向パターンを有するコレステリック液晶層は、液晶配向パターンにおいて光学軸４０Ａが１８０°回転する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。
【００９８】
従って、図８に示すように、Ｒ反射積層体１４Ｒ、Ｇ反射積層体１４Ｇ、および、Ｂ反射積層体１４Ｂにおいて、コレステリック液晶層が選択的に反射する波長域の波長の長さの順列と、コレステリック液晶層の液晶配向パターンにおける１周期Λの長さの順列とを等しくすることにより、光学積層体５０が反射する光の反射角度の波長依存性を大幅に少なくして、波長の異なる光を、ほぼ同じ方向に反射できる。
その結果、赤色光、緑色光および青色光によってフルカラー画像を表示する場合であっても、色ズレを生じることなく導光板内を導光して、色ズレの無い適正なフルカラー画像を表示できる。
【００９９】
なお、このように選択的に反射する波長域が異なる光学積層体を積層する際には、積層順には、制限はない。
選択的に反射する波長域が異なる光学積層体を積層する際には、好ましくは、選択的に反射する波長域の波長が、順次、長くなるように、光学積層体を積層する。これにより、選択反射中心波長が短い側を光入射側にして、ブルーシフトによる影響を低減できる。
【０１００】
本発明の光学積層体において、第１コレステリック液晶層３４と第２コレステリック液晶層３６との組み合わせを、複数、有する場合には、図８に示すＲ反射積層体１４Ｒ、Ｇ反射積層体１４Ｇ、および、Ｂ反射積層体１４Ｂを有する構成に制限はされない。
例えば、Ｒ反射積層体１４Ｒ、Ｇ反射積層体１４ＧおよびＢ反射積層体１４Ｂから、適宜、選択した２層を有するものでもよい。さらに、Ｒ反射積層体１４Ｒ、Ｇ反射積層体１４ＧおよびＢ反射積層体１４Ｂの１以上に変えて、あるいは、Ｒ反射積層体１４Ｒ、Ｇ反射積層体１４ＧおよびＢ反射積層体１４Ｂに加えて、紫外線を選択的に反射する反射積層体、および／または、赤外線を選択的に反射する反射積層体を有してもよい。
【０１０１】
以上、本発明の光学積層体、導光素子および画像表示装置について詳細に説明したが、本発明は上述の例に限定はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更を行ってもよいのは、もちろんである。
【実施例】
【０１０２】
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。【０１０３】
［実施例１］【０１０４】
［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
―――――――――――――――――――――――――――――――――【０１０５】
紫外線吸収剤Ｖ
【化１】
2020075738.tif 000003
【０１０６】
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。【０１０７】
（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、日本エアロジル社製          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
―――――――――――――――――――――――――――――――――【０１０８】
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。
（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。【０１０９】
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
―――――――――――――――――――――――――――――――――【０１１０】
（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。【０１１１】
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
―――――――――――――――――――――――――――――――――【０１１２】
【化２】
2020075738.tif 000004
【０１１３】
（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。【０１１４】
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
―――――――――――――――――――――――――――――――――【０１１５】
−光配向用素材−
【化３】
2020075738.tif 000005
【０１１６】
（配向膜の露光）
図９に示す露光装置を用いて配向膜３２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（光学軸が１８０°回転する長さ）は、２つの光の交差角（交差角α）を変化させることによって制御した。【０１１７】
（第１コレステリック液晶層の形成）
第１コレステリック液晶層を形成する液晶組成物として、下記の組成物Ａ−１を調製した。この組成物Ａ−１は、コレステリック液晶相における螺旋１ピッチ（ピッチＰ）の長さが４３３ｎｍで、右円偏光を反射するコレステリック液晶層（コレステリック液晶相）を形成する、液晶組成物である。
組成物Ａ−１
―――――――――――――――――――――――――――――――――
棒状液晶化合物Ｌ−１                          １００．００質量部
重合開始剤（ＢＡＳＦ製、Ｉｒｇａｃｕｒｅ（登録商標）９０７）
３．００質量部
光増感剤（日本化薬製、ＫＡＹＡＣＵＲＥ  ＤＥＴＸ−Ｓ）
１．００質量部
キラル剤Ｃｈ−１                                  ４．５７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
―――――――――――――――――――――――――――――――――【０１１８】
棒状液晶化合物Ｌ−１
【化４】
2020075738.tif 000006
【０１１９】
キラル剤Ｃｈ−１
【化５】
2020075738.tif 000007
【０１２０】
レベリング剤Ｔ−１
【化６】
2020075738.tif 000008
【０１２１】
第１コレステリック液晶層は、組成物Ａ−１を配向膜Ｐ−１上に多層塗布することにより形成した。多層塗布とは、先ず配向膜の上に１層目の組成物Ａ−１を塗布、加熱、冷却後に紫外線硬化を行って液晶固定化層を作製した後、２層目以降はその液晶固定化層に重ね塗りして塗布を行い、同様に加熱、冷却後に紫外線硬化を行うことを繰り返すことを指す。多層塗布により形成することにより、液晶層の総厚が厚くなった時でも配向膜３２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。【０１２２】
先ず１層目は、配向膜Ｐ−１上に下記の組成物Ａ−１を塗布して、塗膜をホットプレート上で９５℃に加熱し、その後、２５℃に冷却した後、窒素雰囲気下で高圧水銀灯を用いて波長３６５ｎｍの紫外線を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。【０１２３】
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、第１コレステリック液晶層を形成した。塗布層の断面をＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）で確認したところ、コレステリック液晶相は８ピッチであった。【０１２４】
第１コレステリック液晶層は、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。なお、塗布層の断面をＳＥＭで確認したところ、第１コレステリック液晶層の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物の光学軸が１８０°回転する１周期は、０．４４μｍであった。【０１２５】
（第２コレステリック液晶層の形成）
第１コレステリック液晶層を形成する組成物Ａ−１において、キラル剤の量を３．６７質量部に変更した以外は、同様に組成物Ａ−２を調製した。この組成物Ａ−２は、コレステリック液晶相における螺旋１ピッチ（ピッチＰ）の長さが５３４ｎｍ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。
この組成物Ａ−２を用いた以外は、第１コレステリック液晶層と同様にして、第１コレステリック液晶層の表面に第２コレステリック液晶層を形成した。塗布層の断面をＳＥＭで確認したところ、コレステリック液晶相は８ピッチであった。
第２コレステリック液晶層は、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。なお、第２コレステリック液晶層の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物の光学軸が１８０°回転する１周期は、０．４４μｍであった。
これにより、支持体、配向膜、第１コレステリック液晶層、および、第２コレステリック液晶層を有する光学積層体を作製した。【０１２６】
［比較例１］
第２コレステリック液晶層を形成しない以外は、実施例１と同様に、光学積層体を作製した。【０１２７】
［実施例２］
（配向膜の形成）
図９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、配向膜Ｐ−１を形成した。【０１２８】
（第１コレステリック液晶層の形成）
実施例１の第１コレステリック液晶層を形成する組成物Ａ−１において、キラル剤の量を５．７４質量部に変更した以外は、同様に組成物Ａ−３を調製した。この組成物Ａ−３は、コレステリック液晶相における螺旋１ピッチ（ピッチＰ）の長さが３５０ｎｍ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。
この組成物Ａ−３を用いた以外は、実施例１と同様にして、配向膜Ｐ−１の表面に第１コレステリック液晶層を形成した。塗布層の断面をＳＥＭで確認したところ、コレステリック液晶相は８ピッチであった。
第１コレステリック液晶層は、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。なお、塗布層の断面をＳＥＭで確認したところ、第１コレステリック液晶層の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物の光学軸が１８０°回転する１周期は、０．３６μｍであった。【０１２９】
（第２コレステリック液晶層の形成）
第１コレステリック液晶層を形成する組成物Ａ−３において、キラル剤の量を４．７６質量部に変更した以外は、同様に組成物Ａ−４を調製した。この組成物Ａ−４は、コレステリック液晶相における螺旋１ピッチ（ピッチＰ）の長さが４１７ｎｍ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。
この組成物Ａ−４を用いた以外は、第１コレステリック液晶層と同様にして、第１コレステリック液晶層の表面に第２コレステリック液晶層を形成した。塗布層の断面をＳＥＭで確認したところ、コレステリック液晶相は８ピッチであった。
第２コレステリック液晶層は、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。なお、第２コレステリック液晶層の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物の光学軸が１８０°回転する１周期は、０．３６μｍであった。
これにより、支持体、配向膜、第１コレステリック液晶層、および、第２コレステリック液晶層を有する光学積層体を作製した。【０１３０】
［比較例２］
第２コレステリック液晶層を形成しない以外は、実施例２と同様に、光学積層体を作製した。【０１３１】
［実施例３］
（配向膜の形成）
図９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、配向膜Ｐ−１を形成した。【０１３２】
（第１コレステリック液晶層の形成）
実施例１の第１コレステリック液晶層を形成する組成物Ａ−１において、キラル剤の量を３．８０質量部に変更した以外は、同様に組成物Ａ−５を調製した。この組成物Ａ−５は、コレステリック液晶相における螺旋１ピッチ（ピッチＰ）の長さが５１７ｎｍ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。
この組成物Ａ−５を用いた以外は、実施例１と同様にして、配向膜Ｐ−１の表面に第１コレステリック液晶層を形成した。塗布層の断面をＳＥＭで確認したところ、コレステリック液晶相は８ピッチであった。
第１コレステリック液晶層は、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。なお、塗布層の断面をＳＥＭで確認したところ、第１コレステリック液晶層の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物の光学軸が１８０°回転する１周期は、０．５１μｍであった。【０１３３】
（第２コレステリック液晶層の形成）
第１コレステリック液晶層を形成する組成物Ａ−５において、キラル剤の量を３．０７質量部に変更した以外は、同様に組成物Ａ−６を調製した。この組成物Ａ−６は、コレステリック液晶相における螺旋１ピッチ（ピッチＰ）の長さが６３３ｎｍ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。
この組成物Ａ−６を用いた以外は、第１コレステリック液晶層と同様にして、第１コレステリック液晶層の表面に第２コレステリック液晶層を形成した。塗布層の断面をＳＥＭで確認したところ、コレステリック液晶相は８ピッチであった。
第２コレステリック液晶層は、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。なお、第２コレステリック液晶層の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物の光学軸が１８０°回転する１周期は、０．５１μｍであった。
これにより、支持体、配向膜、第１コレステリック液晶層、および、第２コレステリック液晶層を有する光学積層体を作製した。【０１３４】
［比較例３］
第２コレステリック液晶層を形成しない以外は、実施例３と同様に、光学積層体を作製した。【０１３５】
［評価］
実施例１〜３および比較例１〜３で作製した光学積層体について、下記の方法で反射率が高い角度範囲を測定した。【０１３６】
−反射率の測定−
反射率の測定方法を、図１０を参照して説明する。
レーザ８０から出射した光を直線偏光子８２、およびλ／４板８４を透過させて右円偏光ＰＲの光Ｌとした。導光板を通して、この光Ｌを光学積層体１４の表面に入射させた。この場合、光学積層体１４による回折作用および選択反射作用により、反射回折された回折光Ｌｒの光強度を光検出器９０で測定した。そして、回折光Ｌｒの光強度と光Ｌの光強度との比をとり、回折光Ｌｒの入射光に対する相対光強度値を求めた。なお、図１０のように端部が傾斜している導光板に光学積層体を貼合して評価を行った。このとき、導光板の光を入射する面と光学積層体の主面は平行になるように貼合した。
導光板への入射角度を―４０°から＋４０°まで変えて、相対光強度値を評価した。なお、必要に応じて、導光板端部の傾斜角度を変えて評価を行った。
フレネルの式を用い、入射時における導光板表面での反射率Ｒi、導光板からの出射時における導光板表面での反射率Ｒｏの影響を除き、光学積層体の反射率ＲＤとした。
反射率  ＲＤ＝Ｌｒ／Ｌ／（１−Ｒｉ）／（１−Ｒｏ）
ここで、導光板として、屈折率１．５２のガラスを用いた。なお、フレネルの式での反射率はｓ波とｐ波の反射率の平均値を用いた。
反射率の最大値ＲＤmaxと各入射角θiでの反射率ＲＤ(θi)の相対反射率ＲＲ(θi)が０．７（７０％）以上となる入射角度範囲を評価した。
相対反射率  ＲＲ(θi) =ＲＤ(θi)／ＲＤmax
なお、実施例１と比較例１では波長５５０ｎｍのレーザを、実施例２と比較例２では波長４５０ｎｍのレーザを、実施例３と比較例３では波長６５０ｎｍのレーザを用いて評価を行った。
・比較例に対し、入射角度範囲が６°以上拡大した場合をＡ、
・拡大した入射角度範囲が４°以上、６°未満の場合をＢ、
・拡大した入射角度範囲が２°以上、４°未満の場合をＣ、
・拡大した入射角度範囲が２°未満の場合をＤ、と評価した。
結果および光学積層体の緒元を、下記の表に示す。【０１３７】
【表１】
2020075738.tif 000009
【産業上の利用可能性】
【０１３８】
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】
【０１３９】
１０  画像表示装置
１２  表示素子
１４ａ，１４ｂ  光学積層体
１４Ｒ  Ｒ反射積層体
１４Ｇ  Ｇ反射積層体
１４Ｂ  Ｂ反射積層体
１６  導光板
２０  ディスプレイ
２４  投映レンズ
３０  支持体
３２，３２Ｒ，３２Ｇ，３２Ｂ  配向膜
３４，３４Ｒ，３４Ｇ，３４Ｂ  第１コレステリック液晶層
３６，３６Ｒ，３６Ｇ，３６Ｂ  第２コレステリック液晶層
４０  液晶化合物
４０Ａ  光学軸
６０  露光装置
６２  レーザ
６４  光源
６８  偏光ビームスプリッター
７０Ａ，７０Ｂ  ミラー
７２Ａ，７２Ｂλ／４板
ＢR  青色光の右円偏光
ＧR  緑色光の右円偏光
ＲR  赤色光の右円偏光
Ｍ  レーザ光
ＭＡ，ＭＢ  光線
ＭＰ  Ｐ偏光
ＭＳ  Ｓ偏光
ＰO  直線偏光
ＰR  右円偏光
ＰL  左円偏光
Ｑ  絶対位相
Ｅ  等位相面
Ｕ  使用者
【図１】
2020075738.tif 000010
【図２】
2020075738.tif 000011
【図３】
2020075738.tif 000012
【図４】
2020075738.tif 000013
【図５】
2020075738.tif 000014
【図６】
2020075738.tif 000015
【図７】
2020075738.tif 000016
【図８】
2020075738.tif 000017
【図９】
2020075738.tif 000018
【図１０】
2020075738.tif 000019
【国際調査報告】
2020075738.tif 000020
2020075738.tif 000021
2020075738.tif 000022
2020075738.tif 000023