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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022036995
(43)【公開日】2022-03-08
(54)【発明の名称】光学素子、導光素子および画像表示装置
(51)【国際特許分類】
G02B 5/30 20060101AFI20220301BHJP
G02B 5/18 20060101ALI20220301BHJP
G02F 1/1337 20060101ALI20220301BHJP
B32B 9/00 20060101ALI20220301BHJP
B32B 7/023 20190101ALI20220301BHJP
B32B 7/03 20190101ALI20220301BHJP
【ＦＩ】
G02B5/30
G02B5/18
G02F1/1337 505
B32B9/00 Z
B32B7/023
B32B7/03
【審査請求】有
【請求項の数】13
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021190100
(22)【出願日】2021-11-24
(62)【分割の表示】P 2020511122の分割
【原出願日】2019-03-29
(31)【優先権主張番号】P 2018064720
(32)【優先日】2018-03-29
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】306037311
【氏名又は名称】富士フイルム株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100152984
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 秀明
(74)【代理人】
【識別番号】100148080
【弁理士】
【氏名又は名称】三橋 史生
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 寛
(72)【発明者】
【氏名】齊藤 之人
(72)【発明者】
【氏名】村松 彩子
(72)【発明者】
【氏名】柏木 大助
(57)【要約】
【課題】 入射した光を所定の方向に角度を持たせて透過することができ、さらに、透過光が明るい光学素子の提供を課題とする。
【解決手段】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の向きが一方向に向かって回転する液晶配向パターンを有し、さらに、光学軸が光学異方性層の厚さ方向でねじれて回転する領域を有しており、かつ、回転のねじれ角が面内で異なる領域を有する光学素子。
【選択図】図１
【解決手段】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の向きが一方向に向かって回転する液晶配向パターンを有し、さらに、光学軸が光学異方性層の厚さ方向でねじれて回転する領域を有しており、かつ、回転のねじれ角が面内で異なる領域を有する光学素子。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
液晶化合物を含む液晶組成物を用いて形成された光学異方性層を備え、
前記光学異方性層は、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ながら変化している液晶配向パターンを有し、
かつ、前記光学軸が前記光学異方性層の厚さ方向でねじれて回転する領域を有しており、厚さ方向のねじれ角の大きさが異なる領域を有し、
前記液晶化合物由来の光学軸の向きが面内で１８０°回転する長さを１周期とした際に、前記液晶配向パターンにおける前記１周期の長さが異なる領域を有する透過光を回折する光学素子。
前記光学異方性層は、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ながら変化している液晶配向パターンを有し、
かつ、前記光学軸が前記光学異方性層の厚さ方向でねじれて回転する領域を有しており、厚さ方向のねじれ角の大きさが異なる領域を有し、
前記液晶化合物由来の光学軸の向きが面内で１８０°回転する長さを１周期とした際に、前記液晶配向パターンにおける前記１周期の長さが異なる領域を有する透過光を回折する光学素子。
【請求項2】
前記１周期の長さが小さい領域ほど、厚さ方向のねじれ角が大きい、請求項１に記載の光学素子。
【請求項3】
前記厚さ方向のねじれ角の大きさが１０°～３６０°である領域を有する、請求項１または２に記載の光学素子。
【請求項4】
前記光学異方性層は、前記液晶配向パターンにおける前記液晶化合物由来の光学軸の向きが連続的に回転しながら変化する前記一方向に向かって、前記液晶配向パターンの前記１周期が、漸次、短くなる、請求項１～３のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項5】
前記光学異方性層の前記液晶配向パターンが、前記液晶化合物由来の光学軸の向きが連続的に回転しながら変化する前記一方向を、内側から外側に向かう同心円状に有する、同心円状のパターンである、請求項１～４のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項6】
前記光学異方性層を、複数層、備えた光学素子であって、前記光学異方性層の厚さ方向でねじれ角の向きが互いに異なる光学異方性層を有する、請求項１～５のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項7】
前記光学異方性層を、複数層、備えた光学素子であって、前記光学異方性層の厚さ方向でねじれ角の大きさが互いに異なる光学異方性層を有する、請求項１～６のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項8】
前記光学異方性層を、複数層、備えた光学素子であって、前記光学異方性層は、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する方向が互いに同一である液晶配向パターンを有する請求項６または７のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項9】
前記液晶配向パターンにおける前記１周期の長さが５０μｍ以下である、請求項１～８のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項10】
導光板と、
前記導光板の表面に配置される、請求項１～９のいずれか一項に記載の光学素子と、を有し、
前記光学素子は、前記導光板内における光の進行方向に向かって、前記光学異方性層の厚さ方向のねじれ角が漸次変化するように配置されている導光素子。
前記導光板の表面に配置される、請求項１～９のいずれか一項に記載の光学素子と、を有し、
前記光学素子は、前記導光板内における光の進行方向に向かって、前記光学異方性層の厚さ方向のねじれ角が漸次変化するように配置されている導光素子。
【請求項11】
導光板と、
前記導光板の表面に配置され、光を回折して導光板内に入射させる第一回折素子と、
前記導光板内を伝播した光を回折して前記導光板の外部に出射させる第三回折素子と、
前記導光板内で、前記第一回折素子の位置から伝播した光を、前記第三回折素子の方向に回折する第二回折素子と、を有し、
前記第二回折素子又は第三回折素子の少なくとも１つが請求項１～９のいずれか一項に記載の光学素子である導光素子。
前記導光板の表面に配置され、光を回折して導光板内に入射させる第一回折素子と、
前記導光板内を伝播した光を回折して前記導光板の外部に出射させる第三回折素子と、
前記導光板内で、前記第一回折素子の位置から伝播した光を、前記第三回折素子の方向に回折する第二回折素子と、を有し、
前記第二回折素子又は第三回折素子の少なくとも１つが請求項１～９のいずれか一項に記載の光学素子である導光素子。
【請求項12】
請求項１０または請求項１１に記載の導光素子と、前記導光素子に画像を照射する表示素子とを有する画像表示装置。
【請求項13】
前記表示素子が円偏光を出射する請求項１２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、入射した光を回折する光学素子、ならびに、これを用いた導光素子および画像表示装置に関する。
【背景技術】
【0002】
光の方向を制御する光学素子は多くの光学デバイスあるいはシステムで利用されている。
例えば、液晶表示装置のバックライト、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））グラスなどのヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ（Head Mounted Display））、プロジェクター、ビームステアリング、物体の検出および物体との距離の測定等を行うためのセンサーなど、様々な光学デバイスで光の方向を制御する光学素子が用いられている。
例えば、液晶表示装置のバックライト、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））グラスなどのヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ（Head Mounted Display））、プロジェクター、ビームステアリング、物体の検出および物体との距離の測定等を行うためのセンサーなど、様々な光学デバイスで光の方向を制御する光学素子が用いられている。
【0003】
このような光学デバイスにおいては、装置の薄型、小型化が進んでいることから、使用される光学素子の薄型、小型化が望まれている。
【0004】
特許文献１には、光学的異方性を有する薄膜をパターニングすることによって形成される回折光学素子が開示されている。このような面内で液晶配向パターンを変化させる光学異方性層を利用することで、薄膜で、入射した光の透過方向を制御する光学素子が実現できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特表２００８－５３２０８５号公報
【非特許文献】
【0006】
【非特許文献1】HsienHui Cheng et al., Analysis of a dual-twist Pancharatnam phase device with ultrahigh-efficiency large-angle optical beam steering, Applied Optics, Vol.54, No 34, pp.10035-10043 (2015)
【非特許文献2】Jihwan Kim et al., Fabrication of ideal geometric-phase holograms with arbitrary wavefronts, Optica, Vol.2, No.11, pp958-964(2015)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
ところで、面内で液晶配向パターンを変化させて光を回折させる素子は、様々な光学デバイスの光学部材としての適用が期待される。しかしながら、非特許文献１にも記載されるように、面内で液晶配向パターンを変化させて光を回折させる素子は、回折角度が大きくなると回折効率が低下する、すなわち回折光の強度が弱くなるという問題がある。
【0008】
この問題を解決するために、非特許文献１に記載される面内で液晶配向パターンを変化させて光を回折させる素子では、回折角度が大きい場合に、厚さ方向で液晶の配向をねじれさせている。これにより、回折角度が大きい場合でも、回折効率の低下を抑制し、すなわち回折光の強度を強くすることで、透過した光を明るくしている。
【0009】
しかし、非特許文献２に記載されるような、面内で液晶配向パターンを変化させて光を回折させることでレンズ機能を発現させる素子は、光の入射位置によって回折角度が異なるため、素子面内の入射位置によって回折効率に差が生じる。すなわち、素子面内の入射位置によって、透過した光が暗くなる領域が生じる。
【0010】
本発明の目的は、このような従来技術の問題点を解決することにあり、入射した光を所定の方向に角度を持たせて透過することができ、さらに、透過光が明るい光学素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0011】
この課題を解決するために、本発明の光学素子は、以下の構成を有する。
［１］ 液晶化合物を含む液晶組成物を用いて形成された光学異方性層を備え、
前述の光学異方性層は、前述の液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有し、
かつ、前述の光学軸が前述の光学異方性層の厚さ方向でねじれて回転する領域を有しており、厚さ方向のねじれ角の大きさが面内で異なる領域を有する光学素子。
［２］ 前述の液晶化合物由来の光学軸の向きが面内で１８０°回転する長さを１周期とした際に、前述の液晶配向パターンにおける前述の１周期の長さが異なる領域を有する、［１］に記載の光学素子。
［３］ 光学異方性層は、前述の液晶配向パターンにおける前述の１周期の長さが異なる複数の領域が、１周期の長さの順に配列しており、
かつ、厚さ方向のねじれ角の大きさが異なる複数の領域が、厚さ方向のねじれ角の大きさの順に配列しており、
前述の１周期の長さの順列の方向と前述の厚さ方向のねじれ角の大きさの順列の方向が異なる領域を有する、［２］に記載の光学素子。
［４］ 前述の厚さ方向のねじれ角の大きさが１０°～３６０°である領域を有する、［１］～［３］のいずれかに記載の光学素子。
［５］ 光学異方性層は、前述の液晶配向パターンにおける前述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前述の一方向の一方の側から他方の側に向かって、前述の液晶配向パターンの前述の１周期が、漸次、短くなる、［１］～［４］のいずれかに記載の光学素子。
［６］ 前述の光学異方性層の前記液晶配向パターンが、前述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前述の一方向を、内側から外側に向かう同心円状に有する、同心円状のパターンである、［１］～［５］のいずれかに記載の光学素子。
［７］ 前述の光学異方性層を、複数層、備えた光学素子であって、前述の光学異方性層の厚さ方向でねじれ角の向きが互いに異なる光学異方性層を有する、［１］～［６］のいずれかに記載の光学素子。
［８］ 光学異方性層を、複数層、備えた光学素子であって、光学異方性層の厚さ方向でねじれ角の大きさが互いに異なる光学異方性層を有する、［１］～［７］のいずれかに記載の光学素子。
［９］ 光学異方性層を、複数層、備えた光学素子であって、光学異方性層は、液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転する方向が互いに同一である液晶配向パターンを有する［７］または［８］のいずれかに記載の光学素子。
［１０］ 前述の液晶配向パターンにおける前述の１周期の長さが５０μｍ以下である、［１］～［９］のいずれかに記載の光学素子。
［１１］ 導光板と、
導光板の表面に配置される、［１］～［１０］のいずれかに記載の光学素子と、を有し、
光学素子は、導光板内における光の進行方向に向かって、光学異方性層の厚さ方向のねじれ角が漸次変化するように配置されている導光素子。
［１２］ 導光板と、
導光板の表面に配置され、光を回折して導光板内に入射させる第一回折素子と、
導光板内を伝播した光を回折して導光板の外部に出射させる第三回折素子と、
導光板内で、第一回折素子の位置から伝播した光を、第三回折素子の方向に回折する第二回折素子と、を有し、
第二回折素子又は第三回折素子の少なくとも１つが［１］～［１０］のいずれかに記載の光学素子である導光素子。
［１３］ ［１１］または［１２］に記載の導光素子と、導光素子に画像を照射する表示素子とを有する画像表示装置。
［１４］ 表示素子が円偏光を出射する［１３］に記載の画像表示装置。
［１］ 液晶化合物を含む液晶組成物を用いて形成された光学異方性層を備え、
前述の光学異方性層は、前述の液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有し、
かつ、前述の光学軸が前述の光学異方性層の厚さ方向でねじれて回転する領域を有しており、厚さ方向のねじれ角の大きさが面内で異なる領域を有する光学素子。
［２］ 前述の液晶化合物由来の光学軸の向きが面内で１８０°回転する長さを１周期とした際に、前述の液晶配向パターンにおける前述の１周期の長さが異なる領域を有する、［１］に記載の光学素子。
［３］ 光学異方性層は、前述の液晶配向パターンにおける前述の１周期の長さが異なる複数の領域が、１周期の長さの順に配列しており、
かつ、厚さ方向のねじれ角の大きさが異なる複数の領域が、厚さ方向のねじれ角の大きさの順に配列しており、
前述の１周期の長さの順列の方向と前述の厚さ方向のねじれ角の大きさの順列の方向が異なる領域を有する、［２］に記載の光学素子。
［４］ 前述の厚さ方向のねじれ角の大きさが１０°～３６０°である領域を有する、［１］～［３］のいずれかに記載の光学素子。
［５］ 光学異方性層は、前述の液晶配向パターンにおける前述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前述の一方向の一方の側から他方の側に向かって、前述の液晶配向パターンの前述の１周期が、漸次、短くなる、［１］～［４］のいずれかに記載の光学素子。
［６］ 前述の光学異方性層の前記液晶配向パターンが、前述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前述の一方向を、内側から外側に向かう同心円状に有する、同心円状のパターンである、［１］～［５］のいずれかに記載の光学素子。
［７］ 前述の光学異方性層を、複数層、備えた光学素子であって、前述の光学異方性層の厚さ方向でねじれ角の向きが互いに異なる光学異方性層を有する、［１］～［６］のいずれかに記載の光学素子。
［８］ 光学異方性層を、複数層、備えた光学素子であって、光学異方性層の厚さ方向でねじれ角の大きさが互いに異なる光学異方性層を有する、［１］～［７］のいずれかに記載の光学素子。
［９］ 光学異方性層を、複数層、備えた光学素子であって、光学異方性層は、液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転する方向が互いに同一である液晶配向パターンを有する［７］または［８］のいずれかに記載の光学素子。
［１０］ 前述の液晶配向パターンにおける前述の１周期の長さが５０μｍ以下である、［１］～［９］のいずれかに記載の光学素子。
［１１］ 導光板と、
導光板の表面に配置される、［１］～［１０］のいずれかに記載の光学素子と、を有し、
光学素子は、導光板内における光の進行方向に向かって、光学異方性層の厚さ方向のねじれ角が漸次変化するように配置されている導光素子。
［１２］ 導光板と、
導光板の表面に配置され、光を回折して導光板内に入射させる第一回折素子と、
導光板内を伝播した光を回折して導光板の外部に出射させる第三回折素子と、
導光板内で、第一回折素子の位置から伝播した光を、第三回折素子の方向に回折する第二回折素子と、を有し、
第二回折素子又は第三回折素子の少なくとも１つが［１］～［１０］のいずれかに記載の光学素子である導光素子。
［１３］ ［１１］または［１２］に記載の導光素子と、導光素子に画像を照射する表示素子とを有する画像表示装置。
［１４］ 表示素子が円偏光を出射する［１３］に記載の画像表示装置。
【発明の効果】
【0012】
本発明の光学素子は、面内における透過光量の屈折角度依存性が小さく、面内の異なる領域において入射した光を異なる角度に屈折した場合、透過光を明るくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本発明の光学素子の一例を概念的に示す図である。
【図8】本発明の光学素子の光学異方性層の別の例の平面図である。
【図10】本発明の光学素子の光学異方性層の別の例を概念的に示す図である。
【図11】光強度の測定方法を説明するための概念図である。
【図12】本発明の光学素子を有する画像表示装置の一例を模式的に示す図である。
【図13】位置と出射光の光強度との関係を模式的に表すグラフである。
【図14】位置と回折効率との関係を表す模式的なグラフである。
【図15】本発明の光学素子を有する導光素子の他の一例を模式的に表す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本発明の光学素子について、添付の図面に示される好適実施例を基に詳細に説明する。
【0015】
本明細書において「～」を用いて表される数値範囲は、「～」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
本明細書において、「（メタ）アクリレート」は、「アクリレートおよびメタクリレートのいずれか一方または双方」の意味で使用される。
本明細書において、「同一」は、技術分野で一般的に許容される誤差範囲を含むものとする。また、本明細書において、「全部」、「いずれも」および「全面」などというとき、１００％である場合のほか、技術分野で一般的に許容される誤差範囲を含み、例えば９９％以上、９５％以上、または９０％以上である場合を含むものとする。
本明細書において、「（メタ）アクリレート」は、「アクリレートおよびメタクリレートのいずれか一方または双方」の意味で使用される。
本明細書において、「同一」は、技術分野で一般的に許容される誤差範囲を含むものとする。また、本明細書において、「全部」、「いずれも」および「全面」などというとき、１００％である場合のほか、技術分野で一般的に許容される誤差範囲を含み、例えば９９％以上、９５％以上、または９０％以上である場合を含むものとする。
【0016】
本明細書において、可視光は、電磁波のうち、ヒトの目で見える波長の光であり、３８０～７８０ｎｍの波長域の光を示す。非可視光は、３８０ｎｍ未満の波長域および７８０ｎｍを超える波長域の光である。
またこれに限定されるものではないが、可視光のうち、４２０～４９０ｎｍの波長域の光は青色光であり、４９５～５７０ｎｍの波長域の光は緑色光であり、６２０～７５０ｎｍの波長域の光は赤色光である。
またこれに限定されるものではないが、可視光のうち、４２０～４９０ｎｍの波長域の光は青色光であり、４９５～５７０ｎｍの波長域の光は緑色光であり、６２０～７５０ｎｍの波長域の光は赤色光である。
【0017】
本明細書において、Ｒｅ（λ）は、波長λにおける面内のレタデーションを表す。特に記載がないときは、波長λは、５５０ｎｍとする。
本明細書において、Ｒｅ（λ）は、ＡｘｏＳｃａｎ（Ａｘｏｍｅｔｒｉｃｓ社製）において、波長λで測定した値である。ＡｘｏＳｃａｎにて平均屈折率（（ｎｘ＋ｎｙ＋ｎｚ）／３）と膜厚（ｄ（μｍ））を入力することにより、
遅相軸方向（°）
Ｒｅ（λ）＝Ｒ０（λ）
が算出される。
なお、Ｒ０（λ）は、ＡｘｏＳｃａｎで算出される数値として表示されるものであるが、Ｒｅ（λ）を意味している。
本明細書において、Ｒｅ（λ）は、ＡｘｏＳｃａｎ（Ａｘｏｍｅｔｒｉｃｓ社製）において、波長λで測定した値である。ＡｘｏＳｃａｎにて平均屈折率（（ｎｘ＋ｎｙ＋ｎｚ）／３）と膜厚（ｄ（μｍ））を入力することにより、
遅相軸方向（°）
Ｒｅ（λ）＝Ｒ０（λ）
が算出される。
なお、Ｒ０（λ）は、ＡｘｏＳｃａｎで算出される数値として表示されるものであるが、Ｒｅ（λ）を意味している。
【0018】
本発明の光学素子は、液晶化合物を含む液晶組成物を用いて形成された光学異方性層を備え、液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有し、かつ、光学軸が光学異方性層の厚さ方向でねじれて回転する領域を有しており、厚さ方向のねじれ角の大きさが面内で異なる領域を有する。なお、厚さ方向とは、すなわち、主面（最大面）と直交する方向である。
後に詳述するが、本発明の光学素子は、このような構成を有することにより、面内における透過光量の屈折角度依存性が小さく、面内の異なる領域において入射した光を異なる角度に屈折した場合、透過光を明るくすることができる。
後に詳述するが、本発明の光学素子は、このような構成を有することにより、面内における透過光量の屈折角度依存性が小さく、面内の異なる領域において入射した光を異なる角度に屈折した場合、透過光を明るくすることができる。
【0019】
［光学素子の第１の態様］
図１に、本発明の光学素子の一例を概念的に示す。
図示例の光学素子１０は、第１光学異方性部材１２を有する。
前述のように、本発明の光学素子は、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回転する所定の液晶配向パターンを有する光学異方性層を、厚さ方向に配列したものである。第１光学異方性部材１２は、支持体２０、配向膜２４Ａおよび第１光学異方性層２６Ａ、を有する。
図１に、本発明の光学素子の一例を概念的に示す。
図示例の光学素子１０は、第１光学異方性部材１２を有する。
前述のように、本発明の光学素子は、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回転する所定の液晶配向パターンを有する光学異方性層を、厚さ方向に配列したものである。第１光学異方性部材１２は、支持体２０、配向膜２４Ａおよび第１光学異方性層２６Ａ、を有する。
【0020】
また、図示例の光学素子１０は、光学異方性部材に支持体２０を有しているが、本発明の光学素子は、光学異方性部材に支持体２０を設けなくてもよい。
例えば、本発明の光学素子は、上記構成から、支持体２０を剥離して、配向膜および光学異方性層のみで、または、配向膜も剥離して、光学異方性層のみで、本発明の光学素子を構成してもよい。
例えば、本発明の光学素子は、上記構成から、支持体２０を剥離して、配向膜および光学異方性層のみで、または、配向膜も剥離して、光学異方性層のみで、本発明の光学素子を構成してもよい。
【0021】
すなわち、本発明の光学素子は、光学異方性層が、液晶化合物由来の光軸の向きが一方向に向かって回転する液晶配向パターンを有し、さらに、光学軸が光学異方性層の厚さ方向でねじれて回転する領域を有しており、かつ、回転のねじれ角の大きさが面内で異なる領域を有するものであれば、各種の層構成が利用可能である。
以上の点に関しては、後述する本発明の各態様の光学素子も、全て、同様である。
以上の点に関しては、後述する本発明の各態様の光学素子も、全て、同様である。
【0022】
＜光学異方性部材＞
本発明の光学素子１０は、第１光学異方性部材１２を設けたものである。
前述のように、第１光学異方性部材１２は、支持体２０、配向膜２４Ａおよび第１光学異方性層２６Ａ、を有する。
本発明の光学素子１０は、第１光学異方性部材１２を設けたものである。
前述のように、第１光学異方性部材１２は、支持体２０、配向膜２４Ａおよび第１光学異方性層２６Ａ、を有する。
【0023】
＜＜支持体＞＞
第１光学異方性部材１２において、支持体２０は、配向膜２４Ａ、ならびに、第１光学異方性層２６Ａを支持するものである。
以下の説明では、配向膜を他の配向膜と区別する必要がない場合には、単に『配向膜』とも言う。また、以下の説明では、光学異方性層を他の光学異方性層と区別する必要がない場合には、単に『光学異方性層』とも言う。
第１光学異方性部材１２において、支持体２０は、配向膜２４Ａ、ならびに、第１光学異方性層２６Ａを支持するものである。
以下の説明では、配向膜を他の配向膜と区別する必要がない場合には、単に『配向膜』とも言う。また、以下の説明では、光学異方性層を他の光学異方性層と区別する必要がない場合には、単に『光学異方性層』とも言う。
【0024】
支持体２０は、配向膜および光学異方性層を支持できるものであれば、各種のシート状物（フィルム、板状物）が利用可能である。
支持体２０としては、透明支持体が好ましく、ポリメチルメタクリレート等のポリアクリル系樹脂フィルム、セルローストリアセテート等のセルロース系樹脂フィルム、シクロオレフィンポリマー系フィルム（例えば、商品名「アートン」、ＪＳＲ社製、商品名「ゼオノア」、日本ゼオン社製）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート、および、ポリ塩化ビニル等を挙げることができる。支持体は、可撓性のフィルムに限らず、ガラス基板等の非可撓性の基板であってもよい。
また、支持体２０は、多層のものであってもよく、多層の支持体としては、上述した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。
支持体２０としては、透明支持体が好ましく、ポリメチルメタクリレート等のポリアクリル系樹脂フィルム、セルローストリアセテート等のセルロース系樹脂フィルム、シクロオレフィンポリマー系フィルム（例えば、商品名「アートン」、ＪＳＲ社製、商品名「ゼオノア」、日本ゼオン社製）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート、および、ポリ塩化ビニル等を挙げることができる。支持体は、可撓性のフィルムに限らず、ガラス基板等の非可撓性の基板であってもよい。
また、支持体２０は、多層のものであってもよく、多層の支持体としては、上述した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。
【0025】
支持体２０の厚さには、制限はなく、光学素子１０の用途および支持体２０の形成材料等に応じて、配向膜および光学異方性層を保持できる厚さを、適宜、設定すればよい。
支持体２０の厚さは、１～１０００μｍが好ましく、３～２５０μｍがより好ましく、５～１５０μｍがさらに好ましい。
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。
【0026】
＜＜配向膜＞＞
第１光学異方性部材１２において、支持体２０の表面には配向膜２４Ａが形成される。
配向膜２４Ａは、第１光学異方性部材１２の第１光学異方性層２６Ａ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。
第１光学異方性部材１２において、支持体２０の表面には配向膜２４Ａが形成される。
配向膜２４Ａは、第１光学異方性部材１２の第１光学異方性層２６Ａ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。
【0027】
後述するが、本発明の光学素子１０において、光学異方性層は、液晶化合物３０に由来する光軸３０Ａ（図３参照）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。従って、各光学異方性部材の配向膜は、光学異方性層が、この液晶配向パターンを形成できるように、形成される。
また、液晶配向パターンにおける、光学軸３０Ａの向きが連続的に回転しながら変化する一方向において、光学軸３０Ａの向きが１８０°回転する長さを１周期Λ（光学軸の回転周期）とする。
また、液晶配向パターンにおける、光学軸３０Ａの向きが連続的に回転しながら変化する一方向において、光学軸３０Ａの向きが１８０°回転する長さを１周期Λ（光学軸の回転周期）とする。
【0028】
以下の説明では、『光軸３０Ａの向きが回転』を単に『光軸３０Ａが回転』とも言う。
【0029】
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。
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。
【0030】
ラビング処理による配向膜は、ポリマー層の表面を紙または布で一定方向に数回こすることにより形成できる。配向膜に使用する材料としては、ポリイミド、ポリビニルアルコール、特開平９－１５２５０９号公報に記載された重合性基を有するポリマー、特開２００５－９７３７７号公報、特開２００５－９９２２８号公報、および、特開２００５－１２８５０３号公報記載の配向膜等の形成に用いられる材料が好ましく例示される。
【0031】
本発明の光学素子１０においては、配向膜は、光配向性の素材に偏光または非偏光を照射して配向膜とした、いわゆる光配向膜が好適に利用される。すなわち、本発明の光学素子１０においては、配向膜として、支持体２０上に、光配向材料を塗布して形成した光配向膜が、好適に利用される。
偏光の照射は、光配向膜に対して、垂直方向または斜め方向から行うことができ、非偏光の照射は、光配向膜に対して、斜め方向から行うことができる。
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。
【0032】
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エステル、ならびに、特開平９－１１８７１７号公報、特表平１０－５０６４２０号公報、特表２００３－５０５５６１号公報、国際公開第２０１０／１５０７４８号、特開２０１３－１７７５６１号公報および特開２０１４－１２８２３号公報に記載の光二量化可能な化合物、特にシンナメート化合物、カルコン化合物およびクマリン化合物等が、好ましい例として例示される。
中でも、アゾ化合物、光架橋性ポリイミド、光架橋性ポリアミド、光架橋性エステル、シンナメート化合物、および、カルコン化合物は、好適に利用される。
中でも、アゾ化合物、光架橋性ポリイミド、光架橋性ポリアミド、光架橋性エステル、シンナメート化合物、および、カルコン化合物は、好適に利用される。
【0033】
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。
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。
【0034】
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。
【0035】
【0036】
図７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から出射したレーザ光Ｍを光線ＭＡおよびＭＢの２つに分離するビームスプリッター６８と、分離された２つの光線ＭＡおよびＭＢの光路上にそれぞれ配置されたミラー７０Ａおよび７０Ｂと、λ／４板７２Ａおよび７２Ｂと、を備える。
なお、図示は省略するが、光源６４は直線偏光Ｐ0を出射する。λ／４板７２Ａは、直線偏光Ｐ0（光線ＭＡ）を右円偏光ＰRに、λ／４板７２Ｂは直線偏光Ｐ0（光線ＭＢ）を左円偏光ＰLに、それぞれ変換する。
なお、図示は省略するが、光源６４は直線偏光Ｐ0を出射する。λ／４板７２Ａは、直線偏光Ｐ0（光線ＭＡ）を右円偏光ＰRに、λ／４板７２Ｂは直線偏光Ｐ0（光線ＭＢ）を左円偏光ＰLに、それぞれ変換する。
【0037】
配向パターンを形成される前の配向膜２４Ａ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２４Ａ上において交差させて干渉させ、その干渉光を配向膜２４Ａに照射して露光する。
この際の干渉により、配向膜２４Ａ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２４Ａ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。すなわち、配向状態が周期的に変化する配向パターンを有する配向膜（以下、パターン配向膜ともいう）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に由来する光軸３０Ａが一方向に沿って連続的に回転する配向パターンにおいて、光軸３０Ａが回転する１方向における、光軸３０Ａが１８０°回転する１周期の長さ（１周期Λ）を調節できる。
このような配向状態が周期的に変化した配向パターンを有するパターン配向膜上に、光学異方性層を形成することにより、後述するように、液晶化合物３０に由来する光軸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、第１光学異方性層２６Ａを形成できる。
また、λ／４板７２Ａおよび７２Ｂの光学軸を各々９０°回転することにより、光軸３０Ａの回転方向を逆にすることができる。
この際の干渉により、配向膜２４Ａ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２４Ａ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。すなわち、配向状態が周期的に変化する配向パターンを有する配向膜（以下、パターン配向膜ともいう）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に由来する光軸３０Ａが一方向に沿って連続的に回転する配向パターンにおいて、光軸３０Ａが回転する１方向における、光軸３０Ａが１８０°回転する１周期の長さ（１周期Λ）を調節できる。
このような配向状態が周期的に変化した配向パターンを有するパターン配向膜上に、光学異方性層を形成することにより、後述するように、液晶化合物３０に由来する光軸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、第１光学異方性層２６Ａを形成できる。
また、λ／４板７２Ａおよび７２Ｂの光学軸を各々９０°回転することにより、光軸３０Ａの回転方向を逆にすることができる。
【0038】
上述のとおり、パターン配向膜は、パターン配向膜の上に形成される光学異方性層中の液晶化合物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となるように、液晶化合物を配向させる配向パターンを有する。パターン配向膜が、液晶化合物を配向させる向きに沿った軸を配向軸とすると、パターン配向膜は、配向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配向パターンを有するといえる。パターン配向膜の配向軸は、吸収異方性を測定することで検出することができる。例えば、パターン配向膜に直線偏光を回転させながら照射して、パターン配向膜を透過する光の光量を測定した際に、光量が最大または最小となる向きが、面内の一方向に沿って漸次変化して観測される。
【0039】
なお、本発明の光学素子において、配向膜は、好ましい態様として設けられるものであり、必須の構成要件ではない。
例えば、支持体２０をラビング処理する方法、支持体２０をレーザ光等で加工する方法等によって、支持体２０に配向パターンを形成することにより、第１光学異方性層２６Ａ等が、液晶化合物３０に由来する光軸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。
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、第１光学異方性層２６Ａ等が、液晶化合物３０に由来する光軸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。
【0040】
＜＜光学異方性層＞＞
第１光学異方性部材１２において、配向膜２４Ａの表面には、第１光学異方性層２６Ａが形成される。
なお、後述する図４および図５においては、図面を簡略化して光学素子１０の構成を明確に示すために、第１光学異方性層２６Ａは、配向膜の表面の液晶化合物３０（液晶化合物分子）のみを示している。しかしながら、第１光学異方性層２６Ａは、図２に第１光学異方性層２６Ａを例示して概念的に示すように、通常の液晶化合物を含む組成物を用いて形成された光学異方性層と同様に、配向された液晶化合物３０が積み重ねられた構造を有する。
第１光学異方性部材１２において、配向膜２４Ａの表面には、第１光学異方性層２６Ａが形成される。
なお、後述する図４および図５においては、図面を簡略化して光学素子１０の構成を明確に示すために、第１光学異方性層２６Ａは、配向膜の表面の液晶化合物３０（液晶化合物分子）のみを示している。しかしながら、第１光学異方性層２６Ａは、図２に第１光学異方性層２６Ａを例示して概念的に示すように、通常の液晶化合物を含む組成物を用いて形成された光学異方性層と同様に、配向された液晶化合物３０が積み重ねられた構造を有する。
【0041】
前述のように、本発明の光学素子１０において、光学異方性層（第１光学異方性層２６Ａ）は、液晶化合物を含む組成物を用いて形成されたものである。
光学異方性層は、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。
ここで、光学異方性層は、面方向において液晶化合物が回転して配向されているため、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）させて透過する。その際、入射する円偏光の旋回方向に応じて回折する方向が異なる。
すなわち、光学異方性層は、円偏光を透過し、かつ、この透過光を回折する。
また、光学異方性層は、透過した円偏光の旋回方向を逆方向に変化させる。
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。
ここで、光学異方性層は、面方向において液晶化合物が回転して配向されているため、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）させて透過する。その際、入射する円偏光の旋回方向に応じて回折する方向が異なる。
すなわち、光学異方性層は、円偏光を透過し、かつ、この透過光を回折する。
また、光学異方性層は、透過した円偏光の旋回方向を逆方向に変化させる。
【0042】
光学異方性層は、光学異方性層の面内において、液晶化合物に由来する光軸の向きが、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に由来する光軸３０Ａを、『液晶化合物３０の光軸３０Ａ』または『光軸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１、図２、後述する図４～図６では、Ｙ方向は、紙面に垂直な方向となる。
なお、液晶化合物３０に由来する光軸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に由来する光軸３０Ａを、『液晶化合物３０の光軸３０Ａ』または『光軸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１、図２、後述する図４～図６では、Ｙ方向は、紙面に垂直な方向となる。
【0043】
図３に、第１光学異方性層２６Ａの平面図を概念的に示す。
なお、平面図とは、図１において、光学素子１０を上方から見た図であり、すなわち、光学素子１０を厚さ方向（＝各層（膜）の積層方向）から見た図である。言い換えれば、第１光学異方性層２６Ａを主面と直交する方向から見た図である。
また、図３では、本発明の光学素子１０の構成を明確に示すために、液晶化合物３０は配向膜２４Ａの表面の液晶化合物３０のみを示している。しかしながら、第１光学異方性層２６Ａは、厚さ方向には、図２に示されるように、この配向膜２４Ａ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のは、前述のとおりである。
なお、平面図とは、図１において、光学素子１０を上方から見た図であり、すなわち、光学素子１０を厚さ方向（＝各層（膜）の積層方向）から見た図である。言い換えれば、第１光学異方性層２６Ａを主面と直交する方向から見た図である。
また、図３では、本発明の光学素子１０の構成を明確に示すために、液晶化合物３０は配向膜２４Ａの表面の液晶化合物３０のみを示している。しかしながら、第１光学異方性層２６Ａは、厚さ方向には、図２に示されるように、この配向膜２４Ａ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のは、前述のとおりである。
【0044】
なお、図３では、第１光学異方性層２６Ａの面内の一部を代表例として説明するが、後述する光学異方性層も液晶配向パターンの１周期の長さ（１周期Λ）が異なる以外は、基本的に、同様の構成および作用効果を有する。
【0045】
第１光学異方性層２６Ａは、第１光学異方性層２６Ａの面内において、液晶化合物３０に由来する光軸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。
液晶化合物３０の光軸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。
【0046】
一方、第１光学異方性層２６Ａ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、第１光学異方性層２６Ａ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、光軸３０Ａの向きと矢印Ｘ方向とが成す角度が等しい。
言い換えれば、第１光学異方性層２６Ａ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、光軸３０Ａの向きと矢印Ｘ方向とが成す角度が等しい。
【0047】
本発明の光学素子１０においては、このような液晶化合物３０の液晶配向パターンにおいて、面内で光軸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３に示すように、矢印Ｘ方向と光軸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。
本発明の光学素子１０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。
すなわち、矢印Ｘ方向に対する角度が等しい２つの液晶化合物３０の、矢印Ｘ方向の中心間の距離を、１周期の長さΛとする。具体的には、図３に示すように、矢印Ｘ方向と光軸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。
本発明の光学素子１０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。
【0048】
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。
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。
【0049】
このような光学異方性層（第１光学異方性層２６Ａ）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４に第１光学異方性層２６Ａを例示して概念的に示す。なお、第１光学異方性層２６Ａ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４に示すように、第１光学異方性層２６Ａ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、第１光学異方性層２６Ａに左円偏光である入射光Ｌ1が入射すると、入射光Ｌ1は、第１光学異方性層２６Ａ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、第１光学異方性層２６Ａを通過する際に、それぞれの液晶化合物３０の光軸３０Ａの向きに応じて絶対位相が変化する。このとき、光軸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、第１光学異方性層２６Ａ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、第１光学異方性層２６Ａを通過した入射光Ｌ1には、図４に示すように、それぞれの光軸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。
この作用を、図４に第１光学異方性層２６Ａを例示して概念的に示す。なお、第１光学異方性層２６Ａ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４に示すように、第１光学異方性層２６Ａ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、第１光学異方性層２６Ａに左円偏光である入射光Ｌ1が入射すると、入射光Ｌ1は、第１光学異方性層２６Ａ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、第１光学異方性層２６Ａを通過する際に、それぞれの液晶化合物３０の光軸３０Ａの向きに応じて絶対位相が変化する。このとき、光軸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、第１光学異方性層２６Ａ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、第１光学異方性層２６Ａを通過した入射光Ｌ1には、図４に示すように、それぞれの光軸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。
【0050】
一方、図５に概念的に示すように、第１光学異方性層２６Ａ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、第１光学異方性層２６Ａに右円偏光の入射光Ｌ4が入射すると、入射光Ｌ4は、第１光学異方性層２６Ａ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、第１光学異方性層２６Ａを通過する際に、それぞれの液晶化合物３０の光軸３０Ａの向きに応じて絶対位相が変化する。このとき、光軸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、第１光学異方性層２６Ａ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、第１光学異方性層２６Ａを通過した入射光Ｌ4は、図５に示すように、それぞれの光軸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。
また、入射光Ｌ4は、第１光学異方性層２６Ａを通過する際に、それぞれの液晶化合物３０の光軸３０Ａの向きに応じて絶対位相が変化する。このとき、光軸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、第１光学異方性層２６Ａ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、第１光学異方性層２６Ａを通過した入射光Ｌ4は、図５に示すように、それぞれの光軸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。
【0051】
第１光学異方性層２６Ａ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第１光学異方性層２６Ａ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、第１光学異方性層２６Ａの厚さである。
２００ｎｍ≦Δｎ550×ｄ≦３５０ｎｍ・・・（１）
すなわち、第１光学異方性層２６Ａ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、第１光学異方性層２６Ａ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。
０．７×（λ／２）ｎｍ≦Δｎλ×ｄ≦１．３×（λ／２）ｎｍ・・・（１－２）
２００ｎｍ≦Δｎ550×ｄ≦３５０ｎｍ・・・（１）
すなわち、第１光学異方性層２６Ａ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、第１光学異方性層２６Ａ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。
０．７×（λ／２）ｎｍ≦Δｎλ×ｄ≦１．３×（λ／２）ｎｍ・・・（１－２）
【0052】
また、第１光学異方性層２６Ａ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。
【0053】
さらに、波長が４５０ｎｍの入射光に対する第１光学異方性層２６Ａ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の入射光に対する第１光学異方性層２６Ａ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、第１光学異方性層２６Ａ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、第１光学異方性層２６Ａは、広帯域の波長の入射光に対応できる。
（Δｎ450×ｄ）／（Δｎ550×ｄ）＜１．０・・・（２）
式（２）は、第１光学異方性層２６Ａ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、第１光学異方性層２６Ａは、広帯域の波長の入射光に対応できる。
【0054】
ここで、第１光学異方性層２６Ａに形成された液晶配向パターンの１周期Λを変化させることにより、透過光Ｌ2およびＬ5の屈折の角度を調節できる。具体的には、液晶配向パターンの１周期Λが短いほど、互いに隣接した液晶化合物３０を通過した光同士が強く干渉するため、透過光Ｌ2およびＬ5を大きく屈折させることができる。
さらに、矢印Ｘ方向に沿って回転する、液晶化合物３０の光軸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。
さらに、矢印Ｘ方向に沿って回転する、液晶化合物３０の光軸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。
【0055】
さらに、第１光学異方性層２６は、光学軸が光学異方性層の厚さ方向でねじれて回転する領域を有しており、厚さ方向のねじれ角が異なる領域を有する。この点については後に詳述する。
【0056】
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、上述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。
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。
【0057】
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。
【0058】
―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。
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。
【0059】
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。
【0060】
―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（図１０参照）。
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（図１０参照）。
【0061】
―光反応型カイラル剤―
本発明の光反応型カイラル剤は、例えば、下記一般式（Ｉ）で表される化合物からなり、液晶性化合物の配向構造を制御し得ると共に、光の照射により液晶化合物の螺旋ピッチ、即ち螺旋構造の捻れ力（ＨＴＰ：ヘリカルツイスティングパワー）を変化させることができる特質を有する。即ち、液晶性化合物、好ましくはネマチック液晶化合物に誘起する螺旋構造の捻れ力の変化を光照射（紫外線～可視光線～赤外線）によって起こさせる化合物であり、必要な部位（分子構造単位）として、カイラル部位（キラル部位）と光の照射によって構造変化を生じる部位とを有する。しかも、下記一般式（Ｉ）で表される光反応型カイラル剤は、特に液晶分子のＨＴＰを大きく変化させることができる。
本発明の光反応型カイラル剤は、例えば、下記一般式（Ｉ）で表される化合物からなり、液晶性化合物の配向構造を制御し得ると共に、光の照射により液晶化合物の螺旋ピッチ、即ち螺旋構造の捻れ力（ＨＴＰ：ヘリカルツイスティングパワー）を変化させることができる特質を有する。即ち、液晶性化合物、好ましくはネマチック液晶化合物に誘起する螺旋構造の捻れ力の変化を光照射（紫外線～可視光線～赤外線）によって起こさせる化合物であり、必要な部位（分子構造単位）として、カイラル部位（キラル部位）と光の照射によって構造変化を生じる部位とを有する。しかも、下記一般式（Ｉ）で表される光反応型カイラル剤は、特に液晶分子のＨＴＰを大きく変化させることができる。
【0062】
尚、前述のＨＴＰは、液晶の螺旋構造の捻れ力、即ち、ＨＴＰ＝１／（ピッチ×キラル剤濃度〔質量分率〕）を表し、例えば、ある温度での液晶分子の螺旋ピッチ（螺旋構造の一周期；μｍ）を測定し、この値をカイラル剤（キラル剤）の濃度から換算〔μｍ-1〕して求めることができる。光反応型カイラル剤により光の照度により選択反射色を形成する場合、前述のＨＴＰの変化率（＝照射前のＨＴＰ／照射後のＨＴＰ）としては、照射後にＨＴＰがより小さくなる場合には１．５以上が好ましく、更に２．５以上がより好ましく、照射後にＨＴＰがより大きくなる場合には０．７以下が好ましく、更に０．４以下がより好ましい。
【0063】
次に、一般式（Ｉ）で表される化合物について説明する。
一般式（Ｉ）
一般式（Ｉ）
【0064】
【化1】
【0065】
前述の式中、Ｒは、水素原子、炭素数１～１５のアルコキシ基、総炭素数３～１５のアクリロイルオキシアルキルオキシ基、総炭素数４～１５のメタクリロイルオキシアルキルオキシ基を表す。
前述の炭素数１～１５のアルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、ヘキシルオキシ基、ドデシルオキシ基等が挙げられ、中でも、炭素数１～１２のアルコキシ基が好ましく、炭素数１～８のアルコキシ基が特に好ましい。
前述の炭素数１～１５のアルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、ヘキシルオキシ基、ドデシルオキシ基等が挙げられ、中でも、炭素数１～１２のアルコキシ基が好ましく、炭素数１～８のアルコキシ基が特に好ましい。
【0066】
前述の総炭素数３～１５のアクリロイルオキシアルキルオキシ基としては、例えば、アクリロイルオキシエチルオキシ基、アクリロイルオキシブチルオキシ基、アクリロイルオキシデシルオキシ基等が挙げられ、中でも、炭素数５～１３のアクリロイルオキシアルキルオキシ基が好ましく、炭素数５～１１のアクリロイルオキシアルキルオキシ基が特に好ましい。
【0067】
前述の総炭素数４～１５のメタクリロイルオキシアルキルオキシ基としては、例えば、メタクリロイルオキシエチルオキシ基、メタクリロイルオキシブチルオキシ基、メタクリロイルオキシデシルオキシ基等が挙げられ、中でも、炭素数６～１４のメタクリロイルオキシアルキルオキシ基が好ましく、炭素数６～１２のメタクリロイルオキシアルキルオキシ基が特に好ましい。
【0068】
前述の一般式（Ｉ）で表される光反応型カイラル剤の分子量としては、３００以上が好ましい。また、後述する液晶性化合物との溶解性の高いものが好ましく、その溶解度パラメータＳＰ値が、液晶性化合物に近似するものがより好ましい。
【0069】
以下、前述の一般式（Ｉ）で表される化合物の具体例（例示化合物（１）～（１５））を示すが、本発明においてはこれらに制限されるものではない。
【0070】
【化2】
【0071】
【化3】
【0072】
【化4】
【0073】
本発明において、光反応型カイラル剤としては、例えば、下記一般式（II）で表される光反応型光学活性化合物も用いられる。
【0074】
一般式（II）
【0075】
【化5】
【0076】
前述の式中、Ｒは、水素原子、炭素数１～１５のアルコキシ基、総炭素数３～１５のアクリロイルオキシアルキルオキシ基、総炭素数４～１５のメタクリロイルオキシアルキルオキシ基を表す。
前述の炭素数１～１５のアルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、ヘキシルオキシ基、オクチルオキシ基、ドデシルオキシ基等が挙げられ、中でも、炭素数１～１０のアルコキシ基が好ましく、炭素数１～８のアルコキシ基が特に好ましい。
前述の炭素数１～１５のアルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、ヘキシルオキシ基、オクチルオキシ基、ドデシルオキシ基等が挙げられ、中でも、炭素数１～１０のアルコキシ基が好ましく、炭素数１～８のアルコキシ基が特に好ましい。
【0077】
前述の総炭素数３～１５のアクリロイルオキシアルキルオキシ基としては、例えば、アクリロイルオキシ基、アクリロイルオキシエチルオキシ基、アクリロイルオキシプロピルオキシ基、アクリロイルオキシヘキシルオキシ基、アクリロイルオキシブチルオキシ基、アクリロイルオキシデシルオキシ基等が挙げられ、中でも、炭素数３～１３のアクリロイルオキシアルキルオキシ基が好ましく、炭素数３～１１のアクリロイルオキシアルキルオキシ基が特に好ましい。
【0078】
前述の総炭素数４～１５のメタクリロイルオキシアルキルオキシ基としては、例えば、メタクリロイルオキシ基、メタクリロイルオキシエチルオキシ基、メタクリロイルオキシヘキシルオキシ基等が挙げられ、中でも、炭素数４～１４のメタクリロイルオキシアルキルオキシ基が好ましく、炭素数４～１２のメタクリロイルオキシアルキルオキシ基が特に好ましい。
【0079】
前述の一般式（II）で表される光反応型光学活性化合物の分子量としては、３００以上が好ましい。また、後述する液晶性化合物との溶解性の高いものが好ましく、その溶解度パラメータＳＰ値が、液晶性化合物に近似するものがより好ましい。
【0080】
以下、前述の一般式（II）で表される光反応型光学活性化合物の具体例（例示化合物（２１）～（３２））を示すが、本発明においてはこれらに制限されるものではない。
【0081】
【化6】
【0082】
【化7】
【0083】
【化8】
【0084】
また、光反応型カイラル剤は、捻れ力の温度依存性が大きいカイラル化合物など、光反応性のないカイラル剤と併用することもできる。前述の光反応性のない公知のキラル剤としては、例えば、特開２０００－４４４５１号、特表平１０－５０９７２６号、ＷＯ９８／００４２８、特表２０００－５０６８７３号、特表平９－５０６０８８号、Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌｓ（１９９６、２１、３２７）、Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌｓ（１９９８、２４、２１９）等に記載のキラル剤が挙げられる。
【0085】
＜光学素子の作用＞
前述のように、液晶化合物を含む組成物を用いて形成された、光軸３０Ａの方向が矢印Ｘ方向に沿って回転する液晶配向パターンを有する光学異方性層は、円偏光を屈折させるが、液晶配向パターンの１周期Λが小さいほど、屈折の角度が大きい。
そのため、例えば、面内の異なる領域で液晶配向パターンの１周期Λが異なるようにパターンを形成した場合には、面内の異なる領域において入射し、異なる角度に屈折した光は屈折した角度によって透過光の明るさが変わってしまう。特に、屈折した角度が大きい透過光が暗くなる。
前述のように、液晶化合物を含む組成物を用いて形成された、光軸３０Ａの方向が矢印Ｘ方向に沿って回転する液晶配向パターンを有する光学異方性層は、円偏光を屈折させるが、液晶配向パターンの１周期Λが小さいほど、屈折の角度が大きい。
そのため、例えば、面内の異なる領域で液晶配向パターンの１周期Λが異なるようにパターンを形成した場合には、面内の異なる領域において入射し、異なる角度に屈折した光は屈折した角度によって透過光の明るさが変わってしまう。特に、屈折した角度が大きい透過光が暗くなる。
【0086】
これに対し、本発明の光学素子は、光学異方性層が、液晶化合物由来の光軸の向きが一方向に向かって回転する液晶配向パターンを有し、さらに、光学軸が光学異方性層の厚さ方向でねじれて回転する領域を有しており、かつ、回転のねじれ角が面内で異なる領域を有する。液晶化合物の光学軸が光学異方性層の厚さ方向でねじれて回転する構造は、液晶組成物に上述のキラル剤を添加することによって形成することができる。また、面内の領域ごとに厚さ方向のねじれ角が異なる構成は、液晶組成物に上述の光反応性カイラル剤を添加して、領域ごとに異なる照射量の光を照射することで形成することができる。
このような本発明の光学素子によれば、面内における透過光量の屈折角度依存性が小さく、例えば、面内の異なる領域において入射した光を異なる角度に屈折した場合、透過光を明るくすることができる。
このような本発明の光学素子によれば、面内における透過光量の屈折角度依存性が小さく、例えば、面内の異なる領域において入射した光を異なる角度に屈折した場合、透過光を明るくすることができる。
【0087】
以下、図６の概念図を参照して、光学素子１０の作用を詳細に説明する。
なお、本発明の光学素子において、光学的な作用を発現するのは、基本的に、光学異方性層のみである。そのため、図面を簡略化して、構成および作用効果を明確に示すために、図６では、第１光学異方性部材１２は、第１光学異方性層２６Ａのみを示す。
なお、本発明の光学素子において、光学的な作用を発現するのは、基本的に、光学異方性層のみである。そのため、図面を簡略化して、構成および作用効果を明確に示すために、図６では、第１光学異方性部材１２は、第１光学異方性層２６Ａのみを示す。
【0088】
前述のように、光学素子１０は、第１光学異方性層２６Ａを有する第１光学異方性部材１２を設けたものである。
光学素子１０は、一例として、円偏光を対象として、入射光を所定の方向に屈折して透過させる。なお、図６では、入射光を左円偏光としている。
光学素子１０は、一例として、円偏光を対象として、入射光を所定の方向に屈折して透過させる。なお、図６では、入射光を左円偏光としている。
【0089】
図６に示す部分において、光学異方性層２６Ａは、図６中左側から３つの領域Ａ０、Ａ１、Ａ２を有し、各領域で１周期の長さΛが異なっている。具体的には、１周期の長さΛは、領域Ａ０、Ａ１、Ａ２の順に短くなっている。また、領域Ａ１およびＡ２は、光学軸が光学異方性層の厚さ方向でねじれて回転した構造（以下、ねじれ構造ともいう）を有している。領域Ａ１の厚さ方向のねじれ角は、領域Ａ２の厚さ方向のねじれ角よりも小さい。なお、領域Ａ０はねじれ構造を有していない領域である（すなわち、ねじれ角が０°である）。
なお、ねじれ角は、厚さ方向全体でのねじれ角とする。
なお、ねじれ角は、厚さ方向全体でのねじれ角とする。
【0090】
光学素子１０において、左円偏光ＬＣ１が第１光学異方性層２６Ａの面内の領域Ａ１に入射すると、前述のように、入射方向に対して、矢印Ｘ方向に、すなわち、液晶化合物の光学軸の向きが連続的に回転しながら変化している一方向に所定角度、屈折されて透過する。同様に左円偏光ＬＣ２が第１光学異方性層２６Ａの面内の領域Ａ２に入射すると、入射方向に対して、矢印Ｘ方向に所定角度、屈折されて透過する。同様に左円偏光ＬＣ０が第１光学異方性層２６Ａの面内の領域Ａ０に入射すると、入射方向に対して、矢印Ｘ方向に所定角度、屈折されて透過する。
ここで、第１光学異方性層２６Ａによる屈折の角度は、領域Ａ１の液晶配向パターンの１周期ΛA1よりも、領域Ａ２の液晶配向パターンの１周期ΛA2が短いため、図６に示すように、入射光に対する屈折の角度は、領域Ａ２の透過光の角度θA2の方が領域Ａ１の透過光の角度θA1よりも大きくなる。また、領域Ａ１の液晶配向パターンの１周期ΛA1よりも、領域Ａ０の液晶配向パターンの１周期ΛA0が長いため、図６に示すように、入射光に対する屈折の角度は、領域Ａ０の透過光の角度θA0の方が領域Ａ１の透過光の角度θA1よりも小さくなる。
ここで、第１光学異方性層２６Ａによる屈折の角度は、領域Ａ１の液晶配向パターンの１周期ΛA1よりも、領域Ａ２の液晶配向パターンの１周期ΛA2が短いため、図６に示すように、入射光に対する屈折の角度は、領域Ａ２の透過光の角度θA2の方が領域Ａ１の透過光の角度θA1よりも大きくなる。また、領域Ａ１の液晶配向パターンの１周期ΛA1よりも、領域Ａ０の液晶配向パターンの１周期ΛA0が長いため、図６に示すように、入射光に対する屈折の角度は、領域Ａ０の透過光の角度θA0の方が領域Ａ１の透過光の角度θA1よりも小さくなる。
【0091】
ここで、面内で液晶化合物の光学軸の向きが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による光の回折では、回折角度が大きくなると回折効率が低下する、すなわち回折光の強度が弱くなるという問題がある。
そのため、光学異方性層を、液晶化合物の光学軸の向きが面内で１８０°回転する１周期の長さが異なる領域を有する構成とした場合には、光の入射位置によって回折角度が異なるため、面内の入射位置によって回折光の光量に差が生じる。すなわち、面内の入射位置によって、透過、回折した光が暗くなる領域が生じるという問題があることがわかった。
そのため、光学異方性層を、液晶化合物の光学軸の向きが面内で１８０°回転する１周期の長さが異なる領域を有する構成とした場合には、光の入射位置によって回折角度が異なるため、面内の入射位置によって回折光の光量に差が生じる。すなわち、面内の入射位置によって、透過、回折した光が暗くなる領域が生じるという問題があることがわかった。
【0092】
これに対して、本発明の光学素子は、光学異方性層が厚さ方向でねじれて回転する領域を有しており、厚さ方向のねじれ角の大きさが異なる領域を有する。
図６に示す例では、第１光学異方性層２６Ａの領域Ａ２の厚さ方向のねじれ角φA2は領域Ａ１の厚さ方向のねじれ角φA1よりも大きい。また、領域Ａ０は厚さ方向のねじれ構造を有していない。
これにより、屈折された光の回折効率の低下を抑制することができる。
図６に示す例では、回折角度が領域Ａ０よりも大きい領域Ａ１およびＡ２にねじれ構造を付与することで、領域Ａ１、Ａ２で屈折された光の光量の低下を抑制することができる。また、領域Ａ１よりも回折角度が大きい領域Ａ２のねじれ構造のねじれ角を、領域Ａ１よりも大きくすることで、領域Ａ２で屈折された光の光量の低下を抑制することができる。これによって、面内の入射位置によって、透過した光の光量が均一になるようにすることができる。
図６に示す例では、第１光学異方性層２６Ａの領域Ａ２の厚さ方向のねじれ角φA2は領域Ａ１の厚さ方向のねじれ角φA1よりも大きい。また、領域Ａ０は厚さ方向のねじれ構造を有していない。
これにより、屈折された光の回折効率の低下を抑制することができる。
図６に示す例では、回折角度が領域Ａ０よりも大きい領域Ａ１およびＡ２にねじれ構造を付与することで、領域Ａ１、Ａ２で屈折された光の光量の低下を抑制することができる。また、領域Ａ１よりも回折角度が大きい領域Ａ２のねじれ構造のねじれ角を、領域Ａ１よりも大きくすることで、領域Ａ２で屈折された光の光量の低下を抑制することができる。これによって、面内の入射位置によって、透過した光の光量が均一になるようにすることができる。
【0093】
このように、本発明の光学素子１０では、光学異方性層による屈折が大きい面内の領域では、入射光は厚さ方向のねじれ角が大きい層内を透過し、屈折される。これに対して、光学異方性層による屈折が小さい面内の領域は、入射光は厚さ方向のねじれ角が小さい層内を透過して屈折される。
すなわち、光学素子１０では、光学異方性層による屈折の大きさに応じて、面内における厚さ方向のねじれ角を設定することで、入射光に対する透過光を明るくすることができる。
そのため、本発明の光学素子１０によれば、面内における透過光量の屈折角度依存性を小さくすることができる。
すなわち、光学素子１０では、光学異方性層による屈折の大きさに応じて、面内における厚さ方向のねじれ角を設定することで、入射光に対する透過光を明るくすることができる。
そのため、本発明の光学素子１０によれば、面内における透過光量の屈折角度依存性を小さくすることができる。
【0094】
前述のように、第１光学異方性層２６Ａの面内における屈折の光の角度は、液晶配向パターンの１周期Λが短いほど大きい。
また、第１光学異方性層２６Ａの面内における厚さ方向のねじれ角は、液晶配向パターンにおいて矢印Ｘ方向に沿って光軸３０Ａの向きが１８０°回転する１周期Λの短い領域の方が１周期Λの大きい領域よりも、大きい領域を有する。光学素子１０では、一例として、図６にも示すように、第１光学異方性層２６Ａの領域Ａ２における液晶配向パターンの１周期ΛA2が、領域Ａ１における液晶配向パターンの１周期ΛA1よりも短く、厚さ方向にねじれ角φA2は大きい。すなわち、光入射側の第１光学異方性層２６Ａの領域Ａ２方が、大きく光を屈折させる。
従って、対象とする液晶配向パターンの１周期Λに対して、面内における厚さ方向のねじれ角φを設定することで、好適に、面内の異なる領域において異なる角度に屈折した透過光を明るくすることができる。
また、第１光学異方性層２６Ａの面内における厚さ方向のねじれ角は、液晶配向パターンにおいて矢印Ｘ方向に沿って光軸３０Ａの向きが１８０°回転する１周期Λの短い領域の方が１周期Λの大きい領域よりも、大きい領域を有する。光学素子１０では、一例として、図６にも示すように、第１光学異方性層２６Ａの領域Ａ２における液晶配向パターンの１周期ΛA2が、領域Ａ１における液晶配向パターンの１周期ΛA1よりも短く、厚さ方向にねじれ角φA2は大きい。すなわち、光入射側の第１光学異方性層２６Ａの領域Ａ２方が、大きく光を屈折させる。
従って、対象とする液晶配向パターンの１周期Λに対して、面内における厚さ方向のねじれ角φを設定することで、好適に、面内の異なる領域において異なる角度に屈折した透過光を明るくすることができる。
【0095】
本発明の光学素子においては、前述のように、液晶配向パターンの１周期Λが短いほど屈折の角度が大きいため、液晶配向パターンの１周期Λが短い領域ほど厚さ方向のねじれ角を大きくすることで透過光を明るくすることを可能にしている。
そのため、本発明の光学素子においては、液晶配向パターンの１周期の長さが異なる領域において、１周期の長さの順列と厚さ方向のねじれ角の大きさの順列が異なる領域を有することが好ましい。
しかしながら、本発明は、これに制限はされず、本発明の光学素子において、液晶配向パターンの１周期の長さが異なる領域において、１周期の長さの順列と厚さ方向のねじれ角の大きさの順列が一致する領域を有していてもよい。本発明の光学素子において、厚さ方向のねじれ角は、面内の液晶配向パターンの１周期Λに応じて、好ましい範囲を有しており、適宜、設定すればよい。
そのため、本発明の光学素子においては、液晶配向パターンの１周期の長さが異なる領域において、１周期の長さの順列と厚さ方向のねじれ角の大きさの順列が異なる領域を有することが好ましい。
しかしながら、本発明は、これに制限はされず、本発明の光学素子において、液晶配向パターンの１周期の長さが異なる領域において、１周期の長さの順列と厚さ方向のねじれ角の大きさの順列が一致する領域を有していてもよい。本発明の光学素子において、厚さ方向のねじれ角は、面内の液晶配向パターンの１周期Λに応じて、好ましい範囲を有しており、適宜、設定すればよい。
【0096】
また、本発明の光学素子では、厚さ方向のねじれ角の大きさが１０°～３６０°である領域を有することが好ましい。
本発明の光学素子において、厚さ方向のねじれ角は、面内の液晶配向パターンの１周期Λに応じて、適宜、設定すればよい。
本発明の光学素子において、厚さ方向のねじれ角は、面内の液晶配向パターンの１周期Λに応じて、適宜、設定すればよい。
【0097】
ここで、図１に示す例では、光学素子１０は、光学異方性層を１層有する構成としたが、これに限定はされず、２層以上の光学異方性層を有していてもよい。
また、本発明の光学素子では、光学異方性層を２層以上有する場合には、厚さ方向でねじれて回転する方向（ねじれ角の向き）が互いに異なる光学異方性層をさらに有していてもよい。
例えば、液晶化合物由来の光軸の向きが一方向に向かって回転する液晶配向パターンを有し、さらに、光学軸が光学異方性層の厚さ方向でねじれて回転する領域を有しており、かつ、回転のねじれ角が面内で異なる領域を有する光学異方性層であって、厚さ方向でねじれて回転する方向が互いに異なる光学異方性層を積層して用いてもよい。
このように、厚さ方向でねじれて回転する方向が異なる光学異方性層をさらに有することにより、厚さ方向でねじれ角を有する領域において、様々な偏光状態の入射光に対し、効率的に透過光を屈折することができる。
また、本発明の光学素子では、光学異方性層を２層以上有する場合には、厚さ方向でねじれて回転する方向（ねじれ角の向き）が互いに異なる光学異方性層をさらに有していてもよい。
例えば、液晶化合物由来の光軸の向きが一方向に向かって回転する液晶配向パターンを有し、さらに、光学軸が光学異方性層の厚さ方向でねじれて回転する領域を有しており、かつ、回転のねじれ角が面内で異なる領域を有する光学異方性層であって、厚さ方向でねじれて回転する方向が互いに異なる光学異方性層を積層して用いてもよい。
このように、厚さ方向でねじれて回転する方向が異なる光学異方性層をさらに有することにより、厚さ方向でねじれ角を有する領域において、様々な偏光状態の入射光に対し、効率的に透過光を屈折することができる。
【0098】
ここで、厚さ方向でねじれて回転する方向が互いに異なる光学異方性層を有する場合には、厚さ方向のねじれ角が面内の領域ごとに同一であることが好ましい。
【0099】
しかしながら、本発明は、これに制限はされず、本発明の光学素子において、厚さ方向のねじれ角にも制限はなく、光学素子の用途等に応じて、適宜、設定すればよい。
【0100】
また、厚さ方向でねじれて回転する方向が互いに異なる光学異方性層は、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が同一であることが好ましい。
【0101】
しかしながら、本発明は、これに制限はされず、本発明の光学素子において、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にも制限はなく、光学素子の用途等に応じて、適宜、設定すればよい。
【0102】
本発明の光学素子において、光学異方性層の配向パターンにおける１周期Λにも、制限はなく、光学素子の用途等に応じて、適宜、設定すればよい。
【0103】
ここで、後述するとおり、本発明の光学素子は、一例として、ＡＲグラスにおいて、ディスプレイが表示した光を屈折して導光板に導入する回折素子、および、導光板を伝播した光を屈折して導光板から使用者による観察位置に出射させる回折素子に、好適に利用される。特に、フルカラー画像に対応可能な光学素子は、ＡＲグラスにおける回折素子として好適に利用可能である。
この際においては、導光板で光を全反射させるためには、入射光に対して、ある程度の大きな角度で光を屈折させて導光板に導入する必要がある。また、導光板を伝播してきた光を確実に出射させるためにも、入射光に対して、ある程度の大きな角度で光を屈折させる必要がある。
また、前述のように、光学異方性層による光の透過角度は、液晶配向パターンにおける１周期Λを短くすることで、入射光に対する透過光の角度を大きくできる。
この際においては、導光板で光を全反射させるためには、入射光に対して、ある程度の大きな角度で光を屈折させて導光板に導入する必要がある。また、導光板を伝播してきた光を確実に出射させるためにも、入射光に対して、ある程度の大きな角度で光を屈折させる必要がある。
また、前述のように、光学異方性層による光の透過角度は、液晶配向パターンにおける１周期Λを短くすることで、入射光に対する透過光の角度を大きくできる。
【0104】
この点を考慮すると、光学異方性層の液晶配向パターンにおける１周期Λは、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。
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。
【0105】
また、本発明の光学素子では、光学異方性層を２層以上有する場合には、厚さ方向でねじれて回転する方向が同一である光学異方性層をさらに有していてもよい。
例えば、液晶化合物由来の光軸の向きが一方向に向かって回転する液晶配向パターンを有し、さらに、光学軸が光学異方性層の厚さ方向でねじれて回転する領域を有しており、かつ、厚さ方向でねじれて回転する方向が互いに同一である光学異方性層を積層して用いてもよい。
例えば、液晶化合物由来の光軸の向きが一方向に向かって回転する液晶配向パターンを有し、さらに、光学軸が光学異方性層の厚さ方向でねじれて回転する領域を有しており、かつ、厚さ方向でねじれて回転する方向が互いに同一である光学異方性層を積層して用いてもよい。
【0106】
ここで、厚さ方向でねじれて回転する方向が互いに同一である光学異方性層を積層して用いる場合、光学異方性層の厚さ方向でねじれて回転するねじれ角は互いに異なることが好ましい。
このように、厚さ方向でねじれて回転する方向が同一であり、ねじれ角が互いに異なる光学異方性層をさらに有することにより、厚さ方向でねじれ角を有する領域において、様々な角度で入射した光の透過光を効率的に屈折（回折）することができる。よって、ＡＲグラス等のＡＲ表示デバイスなどに用いられる導光素子の回折素子に用いた場合に、広い視野角範囲で効率的に透過光を屈折（回折）することができる。
このように、厚さ方向でねじれて回転する方向が同一であり、ねじれ角が互いに異なる光学異方性層をさらに有することにより、厚さ方向でねじれ角を有する領域において、様々な角度で入射した光の透過光を効率的に屈折（回折）することができる。よって、ＡＲグラス等のＡＲ表示デバイスなどに用いられる導光素子の回折素子に用いた場合に、広い視野角範囲で効率的に透過光を屈折（回折）することができる。
【0107】
また、本発明の光学素子では、光学異方性層を２層以上有する場合には、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する方向が互いに同一である液晶配向パターンを有する光学異方性を２層以上有していてもよい。
【0108】
（ねじれ構造のねじれ角が異なる領域の形成方法）
光学異方性層において、ねじれ構造のねじれ角が異なる領域を有する構成は、光の照射によって、戻り異性化、二量化、ならびに、異性化および二量化等を生じて、螺旋誘起力（ＨＴＰ：Helical Twisting Power）が変化するカイラル剤を用い、光学異方性層を形成する液晶組成物の硬化前、または、液晶組成物の硬化時、カイラル剤のＨＴＰを変化させる波長の光を、領域ごとに照射量を変えて照射することで、形成できる。
例えば、光の照射によってＨＴＰが小さくなるカイラル剤を用いることにより、光の照射によってカイラル剤のＨＴＰが低下する。ここで、領域ごとに光の照射量を変えることで、例えば、照射量が多い領域では、ＨＴＰが大きく低下し、螺旋の誘起が小さくなるのでねじれ構造のねじれ角が小さくなる。一方、照射量が少ない領域では、ＨＴＰの低下が小さいため、ねじれ構造のねじれ角は大きくなる。
光学異方性層において、ねじれ構造のねじれ角が異なる領域を有する構成は、光の照射によって、戻り異性化、二量化、ならびに、異性化および二量化等を生じて、螺旋誘起力（ＨＴＰ：Helical Twisting Power）が変化するカイラル剤を用い、光学異方性層を形成する液晶組成物の硬化前、または、液晶組成物の硬化時、カイラル剤のＨＴＰを変化させる波長の光を、領域ごとに照射量を変えて照射することで、形成できる。
例えば、光の照射によってＨＴＰが小さくなるカイラル剤を用いることにより、光の照射によってカイラル剤のＨＴＰが低下する。ここで、領域ごとに光の照射量を変えることで、例えば、照射量が多い領域では、ＨＴＰが大きく低下し、螺旋の誘起が小さくなるのでねじれ構造のねじれ角が小さくなる。一方、照射量が少ない領域では、ＨＴＰの低下が小さいため、ねじれ構造のねじれ角は大きくなる。
【0109】
領域ごとに光の照射量を変える方法には特に限定はなく、グラデーションマスクを介して光を照射する方法、領域ごとに照射時間を変える方法、あるいは、領域ごとに照射強度を変える方法等が利用可能である。
なお、グラデーションマスクとは、照射する光に対する透過率が面内で変化しているマスクである。
なお、グラデーションマスクとは、照射する光に対する透過率が面内で変化しているマスクである。
【0110】
図１～図６に示す光学素子は、光学異方性層の液晶配向パターンにおける液晶化合物３０の光軸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。
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。
【0111】
一例として、図８の平面図に概念的に示すような、液晶配向パターンが、液晶化合物３０の光軸の向きが連続的に回転しながら変化する一方向を、内側から外側に向かう同心円状に有する、同心円状のパターンである、光学異方性層３４が例示される。言い換えれば、図８に示す光学異方性層３４の液晶配向パターンは、液晶化合物３０の光軸の向きが連続的に回転しながら変化する一方向が、光学異方性層３４の中心から放射状に設けられた液晶配向パターンである。
【0112】
なお、図８においても、図４と同様、配向膜の表面の液晶化合物３０のみを示すが、光学異方性層３４においては、図２に示される例と同様に、この配向膜の表面の液晶化合物３０から、液晶化合物３０が積み重ねられた構造を有するのは、前述のとおりである。
【0113】
図８に示す光学異方性層３４において、液晶化合物３０の光軸（図示省略）は、液晶化合物３０の長手方向である。
光学異方性層３４では、液晶化合物３０の光軸の向きは、光学異方性層３４の中心から外側に向かう多数の方向、例えば、矢印Ａ１で示す方向、矢印Ａ２で示す方向、矢印Ａ３で示す方向…に沿って、連続的に回転しながら変化している。
この液晶配向パターンを有する光学異方性層３４に入射した円偏光は、液晶化合物３０の光軸の向きが異なる個々の局所的な領域において、それぞれ、絶対位相が変化する。この際に、それぞれの絶対位相の変化量は、円偏光が入射した液晶化合物３０の光軸の向きに応じて異なる。
光学異方性層３４では、液晶化合物３０の光軸の向きは、光学異方性層３４の中心から外側に向かう多数の方向、例えば、矢印Ａ１で示す方向、矢印Ａ２で示す方向、矢印Ａ３で示す方向…に沿って、連続的に回転しながら変化している。
この液晶配向パターンを有する光学異方性層３４に入射した円偏光は、液晶化合物３０の光軸の向きが異なる個々の局所的な領域において、それぞれ、絶対位相が変化する。この際に、それぞれの絶対位相の変化量は、円偏光が入射した液晶化合物３０の光軸の向きに応じて異なる。
【0114】
このような、同心円状の液晶配向パターン、すなわち、放射状に光軸が連続的に回転して変化する液晶配向パターンを有する光学異方性層３４は、液晶化合物３０の光軸の回転方向および入射する円偏光の方向に応じて、入射光を、発散光または集束光として透過できる。
すなわち、光学異方性層の液晶配向パターンを同心円状とすることにより、本発明の光学素子は、例えば、凸レンズまたは凹レンズとして機能を発現する。
すなわち、光学異方性層の液晶配向パターンを同心円状とすることにより、本発明の光学素子は、例えば、凸レンズまたは凹レンズとして機能を発現する。
【0115】
ここで、光学異方性層の液晶配向パターンを同心円状として、光学素子を凸レンズとして作用させる場合には、液晶配向パターンにおいて光軸が１８０°回転する１周期Λを、光学異方性層３４の中心から、光軸が連続的に回転する１方向の外方向に向かって、漸次、短くするのが好ましい。
前述のように、入射方向に対する光の屈折の角度は、液晶配向パターンにおける１周期Λが短いほど、大きくなる。従って、液晶配向パターンにおける１周期Λを、光学異方性層３４の中心から、光軸が連続的に回転する１方向の外方向に向かって、漸次、短くすることにより、光学異方性層３４による光の集束力を、より向上でき、凸レンズとしての性能を、向上できる。
前述のように、入射方向に対する光の屈折の角度は、液晶配向パターンにおける１周期Λが短いほど、大きくなる。従って、液晶配向パターンにおける１周期Λを、光学異方性層３４の中心から、光軸が連続的に回転する１方向の外方向に向かって、漸次、短くすることにより、光学異方性層３４による光の集束力を、より向上でき、凸レンズとしての性能を、向上できる。
【0116】
なお、本発明においては、例えば凹レンズとする場合など、光学素子の用途によっては、液晶配向パターンにおいて光軸が１８０°回転する１周期Λを、光学異方性層３４の中心から、光軸が連続的に回転する方向を逆方向に回転させ、１方向の外方向に向かって、漸次、短くするのが好ましい。
前述のように、入射方向に対する光の屈折の角度は、液晶配向パターンにおける１周期Λが短いほど、大きくなる。従って、液晶配向パターンにおける１周期Λを、光学異方性層３４の中心から、光軸が連続的に回転する１方向の外方向に向かって、漸次、短くすることにより、光学異方性層３４による光の発散力を、より向上でき、凹レンズとしての性能を、向上できる。
前述のように、入射方向に対する光の屈折の角度は、液晶配向パターンにおける１周期Λが短いほど、大きくなる。従って、液晶配向パターンにおける１周期Λを、光学異方性層３４の中心から、光軸が連続的に回転する１方向の外方向に向かって、漸次、短くすることにより、光学異方性層３４による光の発散力を、より向上でき、凹レンズとしての性能を、向上できる。
【0117】
なお、本発明においては、例えば光学素子を凹レンズとする場合など、入射する円偏光の旋回方向を逆にするのも好ましい。
【0118】
本発明において、光学素子を凸レンズまたは凹レンズとして作用させる場合には、下記の式を満たすのが好ましい。
Φ（ｒ）＝（π／λ）［（ｒ2＋ｆ2）1/2－ｆ］
ここで、ｒは同心円の中心からの距離で式ｒ＝（ｘ2＋ｙ2）1/2で表わされる。ｘ、ｙは面内の位置を表し、（ｘ、ｙ）＝（０、０）は同心円の中心を表す。Φ（ｒ）は中心からの距離ｒにおける光軸の角度、λは波長、ｆは目的とする焦点距離を表わす。
Φ（ｒ）＝（π／λ）［（ｒ2＋ｆ2）1/2－ｆ］
ここで、ｒは同心円の中心からの距離で式ｒ＝（ｘ2＋ｙ2）1/2で表わされる。ｘ、ｙは面内の位置を表し、（ｘ、ｙ）＝（０、０）は同心円の中心を表す。Φ（ｒ）は中心からの距離ｒにおける光軸の角度、λは波長、ｆは目的とする焦点距離を表わす。
【0119】
なお、本発明においては、逆に、同心円状の液晶配向パターンにおける１周期Λを、光学異方性層３４の中心から、光軸が連続的に回転する１方向の外方向に向かって、漸次、長くしてもよい。
さらに、例えば透過光に光量分布を設けたい場合など、光学素子の用途によって、光軸が連続的に回転する１方向に向かって、１周期Λを、漸次、変更するのではなく、光軸が連続的に回転する１方向において、部分的に１周期Λが異なる領域を有する構成も利用可能である。
加えて、本発明の光学素子は、１周期Λが全面的に均一な光学異方性層と、１周期Λが異なる領域を有する光学異方性層とを有してもよい。この点に関しては、図１に示すような、一方向のみに光軸が連続的に回転する構成でも、同様である。
さらに、例えば透過光に光量分布を設けたい場合など、光学素子の用途によって、光軸が連続的に回転する１方向に向かって、１周期Λを、漸次、変更するのではなく、光軸が連続的に回転する１方向において、部分的に１周期Λが異なる領域を有する構成も利用可能である。
加えて、本発明の光学素子は、１周期Λが全面的に均一な光学異方性層と、１周期Λが異なる領域を有する光学異方性層とを有してもよい。この点に関しては、図１に示すような、一方向のみに光軸が連続的に回転する構成でも、同様である。
【0120】
図９に、配向膜（例えば、配向膜２４Ａ、配向膜２４Ｂおよび配向膜２４Ｃ）に、このような同心円状の配向パターンを形成する露光装置の一例を概念的に示す。
露光装置８０は、レーザ８２を備えた光源８４と、レーザ８２からのレーザ光ＭをＳ偏光ＭＳとＰ偏光ＭＰとに分割する偏光ビームスプリッター８６と、Ｐ偏光ＭＰの光路に配置されたミラー９０ＡおよびＳ偏光ＭＳの光路に配置されたミラー９０Ｂと、Ｓ偏光ＭＳの光路に配置されたレンズ９２と、偏光ビームスプリッター９４と、λ／４板９６とを有する。
露光装置８０は、レーザ８２を備えた光源８４と、レーザ８２からのレーザ光ＭをＳ偏光ＭＳとＰ偏光ＭＰとに分割する偏光ビームスプリッター８６と、Ｐ偏光ＭＰの光路に配置されたミラー９０ＡおよびＳ偏光ＭＳの光路に配置されたミラー９０Ｂと、Ｓ偏光ＭＳの光路に配置されたレンズ９２と、偏光ビームスプリッター９４と、λ／４板９６とを有する。
【0121】
偏光ビームスプリッター８６で分割されたＰ偏光ＭＰは、ミラー９０Ａによって反射されて、偏光ビームスプリッター９４に入射する。他方、偏光ビームスプリッター８６で分割されたＳ偏光ＭＳは、ミラー９０Ｂによって反射され、レンズ９２によって集光されて偏光ビームスプリッター９４に入射する。
Ｐ偏光ＭＰおよびＳ偏光ＭＳは、偏光ビームスプリッター９４で合波されて、λ／４板９６によって偏光方向に応じた右円偏光および左円偏光となって、支持体２０の上の配向膜２４に入射する。
ここで、右円偏光と左円偏光の干渉により、配向膜２４に照射される光の偏光状態が干渉縞状に周期的に変化するものとなる。同心円の内側から外側に向かうにしたがい、左円偏光と右円偏光の交差角が変化するため、内側から外側に向かってピッチが変化する露光パターンが得られる。これにより、配向膜２４において、配向状態が周期的に変化する同心円状の配向パターンが得られる。
Ｐ偏光ＭＰおよびＳ偏光ＭＳは、偏光ビームスプリッター９４で合波されて、λ／４板９６によって偏光方向に応じた右円偏光および左円偏光となって、支持体２０の上の配向膜２４に入射する。
ここで、右円偏光と左円偏光の干渉により、配向膜２４に照射される光の偏光状態が干渉縞状に周期的に変化するものとなる。同心円の内側から外側に向かうにしたがい、左円偏光と右円偏光の交差角が変化するため、内側から外側に向かってピッチが変化する露光パターンが得られる。これにより、配向膜２４において、配向状態が周期的に変化する同心円状の配向パターンが得られる。
【0122】
この露光装置８０において、液晶化合物３０の光軸が一方向に沿って連続的に１８０°回転する液晶配向パターンの１周期Λは、レンズ９２の屈折力（レンズ９２のＦナンバー）レンズ９２の焦点距離、および、レンズ９２と配向膜２４との距離等を変化させることで、制御できる。
また、レンズ９２の屈折力（レンズ９２のＦナンバー）を調節することによって、光軸が連続的に回転する一方向において、液晶配向パターンの１周期の長さΛを変更できる。
具体的には、平行光と干渉させる、レンズ９２で広げる光の広がり角によって、光軸が連続的に回転する一方向において、液晶配向パターンの１周期の長さΛを変えることができる。より具体的には、レンズ９２の屈折力を弱くすると、平行光に近づくため、液晶配向パターンの１周期の長さΛは、内側から外側に向かって緩やかに短くなり、Ｆナンバーは大きくなる。逆に、レンズ９２の屈折力を強めると、液晶配向パターンの１周期の長さΛは、内側から外側に向かって急に短くなり、Ｆナンバーは小さくなる。
また、レンズ９２の屈折力（レンズ９２のＦナンバー）を調節することによって、光軸が連続的に回転する一方向において、液晶配向パターンの１周期の長さΛを変更できる。
具体的には、平行光と干渉させる、レンズ９２で広げる光の広がり角によって、光軸が連続的に回転する一方向において、液晶配向パターンの１周期の長さΛを変えることができる。より具体的には、レンズ９２の屈折力を弱くすると、平行光に近づくため、液晶配向パターンの１周期の長さΛは、内側から外側に向かって緩やかに短くなり、Ｆナンバーは大きくなる。逆に、レンズ９２の屈折力を強めると、液晶配向パターンの１周期の長さΛは、内側から外側に向かって急に短くなり、Ｆナンバーは小さくなる。
【0123】
このように、光軸が連続的に回転する１方向において、光軸が１８０°回転する１周期Λを変更する構成は、図１～６に示す、矢印Ｘ方向の一方向のみに液晶化合物３０の光軸３０Ａが連続的に回転して変化する構成でも、利用可能である。
例えば、液晶配向パターンの１周期Λを、矢印Ｘ方向に向かって、漸次、短くすることにより、集光するように光を透過する光学素子を得ることができる。また、液晶配向パターンにおいて、光軸が１８０°回転する方向を逆にすることにより、矢印Ｘ方向にのみ拡散するように光を透過する光学素子を得ることができる。なお、入射する円偏光の旋回方向を逆にすることでも、矢印のＸ方向にのみ拡散するように光を透過する光学素子を得ることができる。
さらに、例えば透過光に光量分布を設けたい場合など、光学素子の用途によって、矢印Ｘ方向に向かって、１周期Λを漸次、変更するのではなく、矢印Ｘ方向において、部分的に１周期Λが異なる領域を有する構成も利用可能である。例えば、部分的に１周期Λを変更する方法として、集光したレーザー光の偏光方向を任意に変えながら、光配向膜をスキャン露光してパターニングする方法等を利用することができる。
例えば、液晶配向パターンの１周期Λを、矢印Ｘ方向に向かって、漸次、短くすることにより、集光するように光を透過する光学素子を得ることができる。また、液晶配向パターンにおいて、光軸が１８０°回転する方向を逆にすることにより、矢印Ｘ方向にのみ拡散するように光を透過する光学素子を得ることができる。なお、入射する円偏光の旋回方向を逆にすることでも、矢印のＸ方向にのみ拡散するように光を透過する光学素子を得ることができる。
さらに、例えば透過光に光量分布を設けたい場合など、光学素子の用途によって、矢印Ｘ方向に向かって、１周期Λを漸次、変更するのではなく、矢印Ｘ方向において、部分的に１周期Λが異なる領域を有する構成も利用可能である。例えば、部分的に１周期Λを変更する方法として、集光したレーザー光の偏光方向を任意に変えながら、光配向膜をスキャン露光してパターニングする方法等を利用することができる。
【0124】
［導光素子および画像表示装置］
本発明の光学素子は、ＡＲグラス等に用いられる導光素子の回折素子として用いられる。
本発明の光学素子は、ＡＲグラス等に用いられる導光素子の回折素子として用いられる。
【0125】
図１２に、本発明の光学素子を用いる導光素子、および、画像表示装置（ＡＲ表示デバイス）の一例を概念的に示す。
図１２に示すＡＲ表示デバイス５０は、ディスプレイ（表示素子）４０と、導光素子４５とを有する。
図１２に示すＡＲ表示デバイス５０は、ディスプレイ（表示素子）４０と、導光素子４５とを有する。
【0126】
導光素子４５は、本発明の光学素子１０と、導光板４４と、回折素子４２と、を有する。
導光板４４は、一方向に長尺な直方体形状で内部で光を導光する。
図１２に示すように、導光板４４の長手方向の一方の端部側の表面（主面）には回折素子４２が配置されている。また、導光板４４の他方の端部側の表面には光学素子１０が配置されている。回折素子４２の配置位置は導光板４４の光の入射位置に対応し、光学素子１０の配置位置は、導光板４４の光の出射位置に対応する。また、回折素子４２および光学素子１０は、導光板４４の異なる表面に配置されている。
導光板４４は、一方向に長尺な直方体形状で内部で光を導光する。
図１２に示すように、導光板４４の長手方向の一方の端部側の表面（主面）には回折素子４２が配置されている。また、導光板４４の他方の端部側の表面には光学素子１０が配置されている。回折素子４２の配置位置は導光板４４の光の入射位置に対応し、光学素子１０の配置位置は、導光板４４の光の出射位置に対応する。また、回折素子４２および光学素子１０は、導光板４４の異なる表面に配置されている。
【0127】
導光板４４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。
【0128】
回折素子４２はディスプレイ４０から照射され、導光板４４内に入射した光を導光板４４内で全反射するように回折する回折素子である。
回折素子４２としては限定はなく、レリーフ型の回折素子、液晶を用いた回折素子、体積ホログラム素子等のＡＲ表示デバイスで用いられている回折素子が各種利用可能である。
また、回折素子４２は反射型の回折素子に限定はされず、透過型の回折素子であってもよい。回折素子４２が透過型の回折素子の場合、回折素子４２は、導光板４４の、ディスプレイ４０に対向する面に配置される。
回折素子４２としては限定はなく、レリーフ型の回折素子、液晶を用いた回折素子、体積ホログラム素子等のＡＲ表示デバイスで用いられている回折素子が各種利用可能である。
また、回折素子４２は反射型の回折素子に限定はされず、透過型の回折素子であってもよい。回折素子４２が透過型の回折素子の場合、回折素子４２は、導光板４４の、ディスプレイ４０に対向する面に配置される。
【0129】
図１２に示すように、ディスプレイ４０は、導光板４４の一方の端部の、回折素子４２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４４の一方の端部の、光学素子１０が配置された表面側が使用者Ｕの観察位置となる。
なお、以下の説明において、導光板４４の長手方向をＸ方向、Ｘ方向に垂直な方向で、光学素子１０の表面に垂直な方向をＺ方向とする。Ｚ方向は、光学素子１０における各層の積層方向でもある（図１参照）。
なお、以下の説明において、導光板４４の長手方向をＸ方向、Ｘ方向に垂直な方向で、光学素子１０の表面に垂直な方向をＺ方向とする。Ｚ方向は、光学素子１０における各層の積層方向でもある（図１参照）。
【0130】
ディスプレイ４０には、制限はなく、例えば、ＡＲグラス等のＡＲ表示デバイス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）、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）等を用いた方式が例示される。
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。
また、ディスプレイ４０が出射する光は無偏光であっても、偏光であってもよいが、円偏光であるのが好ましい。ディスプレイ４０が円偏光を出射するものとすることで、導光素子４５は、ディスプレイ４０が出射した光を効率よく導光することができる。
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）、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）等を用いた方式が例示される。
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。
また、ディスプレイ４０が出射する光は無偏光であっても、偏光であってもよいが、円偏光であるのが好ましい。ディスプレイ４０が円偏光を出射するものとすることで、導光素子４５は、ディスプレイ４０が出射した光を効率よく導光することができる。
【0131】
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４４の一方の端部の、回折素子４２が配置された表面とは反対側の表面から導光板４４内に入射する。導光板４４内に入射した光は導光板４４と回折素子４２との界面にて反射される。その際、回折素子４２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１２に示す例では、光は回折素子４２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４４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。
【0132】
回折素子４２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４４の表面に対する角度が小さくなるため、導光板４４の両表面（界面）で全反射されて導光板４４内を長手方向（Ｘ方向）に導光される。
導光板４４内を導光された光は、導光板４４の長手方向の他方の端部において、光学素子１０に入射し、透過する。その際、光学素子１０による回折の効果によって入射方向とは角度が異なる方向に透過される。図１２に示す例では、光は光学素子１０に対して斜め方向から入射し、光学素子１０の表面に垂直方向へ透過する。
導光板４４内を導光された光は、導光板４４の長手方向の他方の端部において、光学素子１０に入射し、透過する。その際、光学素子１０による回折の効果によって入射方向とは角度が異なる方向に透過される。図１２に示す例では、光は光学素子１０に対して斜め方向から入射し、光学素子１０の表面に垂直方向へ透過する。
【0133】
光学素子１０を透過した光は、導光板４４の外に出射される。すなわち、光は使用者Ｕによる観察位置に出射される。
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。
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。
【0134】
ここで、導光素子４５では、光学素子１０の光学異方性層の回折効率が調整されており、導光板４４内を伝播する光を光学素子１０で回折する際に、複数個所で光の一部を回折して導光板４４の外に出射させる構成であり、これにより、視域を拡大（射出瞳拡大）を行っている。
具体的には、図１２において、導光板４４を伝播する光Ｉ0は、導光板４４の両表面（界面）で反射を繰り返しつつ光学素子１０の位置に到達する。光学素子１０の位置に到達した光Ｉ0は、入射側に近い領域（位置）Ｐ1で一部が回折されて導光板４４から出射される（出射光Ｒ1）。また、回折されなかった光Ｉ1はさらに導光板４４内を伝播し、再度、光学素子１０のＰ2の位置で一部の光Ｒ2が回折されて導光板４４から出射される。回折されなかった光Ｉ2はさらに導光板４４内を伝播し、再度、光学素子１０のＰ3の位置で一部の光Ｒ3が回折されて導光板４４から出射される。回折されなかった光Ｉ3はさらに導光板４４内を伝播し、再度、光学素子１０のＰ4の位置で一部の光Ｒ4が回折されて導光板４４から出射される。
具体的には、図１２において、導光板４４を伝播する光Ｉ0は、導光板４４の両表面（界面）で反射を繰り返しつつ光学素子１０の位置に到達する。光学素子１０の位置に到達した光Ｉ0は、入射側に近い領域（位置）Ｐ1で一部が回折されて導光板４４から出射される（出射光Ｒ1）。また、回折されなかった光Ｉ1はさらに導光板４４内を伝播し、再度、光学素子１０のＰ2の位置で一部の光Ｒ2が回折されて導光板４４から出射される。回折されなかった光Ｉ2はさらに導光板４４内を伝播し、再度、光学素子１０のＰ3の位置で一部の光Ｒ3が回折されて導光板４４から出射される。回折されなかった光Ｉ3はさらに導光板４４内を伝播し、再度、光学素子１０のＰ4の位置で一部の光Ｒ4が回折されて導光板４４から出射される。
【0135】
このように、導光板４４内を伝播する光を光学素子１０によって複数個所で回折して導光板４４の外に出射させる構成とすることで、視域を拡大（射出瞳拡大）することができる。
【0136】
ここで、光学素子１０の回折効率が面内で一定であった場合を考える。回折効率が一定の場合には、入射側に近い領域（位置）Ｐ1では、入射する光Ｉ0の光強度（光量）が大きいため、出射される光Ｒ1の強度も大きくなる。次に、回折されなかった光Ｉ1が導光板４４内を伝播して再度、光学素子１０の位置Ｐ2で回折されて一部の光Ｒ2が出射されるが、光Ｉ1は光Ｉ0よりも光強度が小さいため、同じ回折効率で回折されても光Ｒ2の光強度は、入射側に近い領域で反射された光Ｒ1の光強度よりも小さくなる。同様に、回折されなかった光Ｉ2が導光板４４内を伝播して再度、光学素子１０の位置Ｐ3で回折されて一部の光Ｒ3が出射されるが、光Ｉ2は光Ｉ1よりも光強度が小さいため、同じ回折効率で回折されても光Ｒ3の光強度は、Ｐ2の位置で反射された光Ｒ2の光強度よりも小さくなる。さらに、入射側からより遠い領域Ｐ4で反射された光Ｒ4の光強度は光Ｒ3の光強度よりも小さくなる。
このように、光学素子１０の回折効率が面内で一定であった場合には、入射側に近い領域では光強度の高い光が出射され、入射側から離れた領域では光強度が弱い光が出射される。そのため、図１３の破線で示すように、出射される光強度が、位置によって不均一になるという問題が生じる。
このように、光学素子１０の回折効率が面内で一定であった場合には、入射側に近い領域では光強度の高い光が出射され、入射側から離れた領域では光強度が弱い光が出射される。そのため、図１３の破線で示すように、出射される光強度が、位置によって不均一になるという問題が生じる。
【0137】
これに対して、本発明の光学素子１０は、光学異方性層における厚さ方向のねじれ角が面内で異なる領域を有し、光学軸が回転する一方向において、一方の側から他方の側に向かうにしたがって厚さ方向のねじれ角が漸次変化する構成とすることができる。
これにより、光学素子１０は、光学異方性層の回折効率を、光学軸が回転する一方向において、一方の側から他方の側に向かうにしたがって高くなる構成とすることができ（図１４参照）、導光素子４５において、光学素子１０は、導光板４４内における光の進行方向に向かって光学異方性層１８の回折効率が高くなるように配置することができる。すなわち、図１２に示す例では、光学素子１０の光学異方性層は、図１２中、左から右に向かって回折効率が高くなる構成とすることができる。
これにより、光学素子１０は、光学異方性層の回折効率を、光学軸が回転する一方向において、一方の側から他方の側に向かうにしたがって高くなる構成とすることができ（図１４参照）、導光素子４５において、光学素子１０は、導光板４４内における光の進行方向に向かって光学異方性層１８の回折効率が高くなるように配置することができる。すなわち、図１２に示す例では、光学素子１０の光学異方性層は、図１２中、左から右に向かって回折効率が高くなる構成とすることができる。
【0138】
この場合には、入射側に近い位置Ｐ1では、入射する光Ｉ0の光強度（光量）が大きいが、回折効率が低いため、出射される光Ｒ1の強度はある程度の光強度となる。次に、回折されなかった光Ｉ1が導光板４４内を伝播して再度、光学素子１０の位置Ｐ2で回折されて一部の光Ｒ2が出射される。このとき、光Ｉ1は光Ｉ0よりも光強度が小さいが、位置Ｐ2での回折効率は位置Ｐ1での回折効率よりも高いため、光Ｒ2の光強度は、位置Ｐ1で回折された光Ｒ1の光強度と同等とすることができる。同様に、回折されなかった光Ｉ2が導光板４４内を伝播して再度、光学素子１０の位置Ｐ3で回折されて一部の光Ｒ3が出射されるが、Ｉ2はＩ1よりも光強度が小さいが、位置Ｐ3での回折効率は位置Ｐ2での回折効率よりも高いため、光Ｒ3の光強度は、位置Ｐ2で回折された光Ｒ2の光強度と同等とすることができる。さらに、入射側からより遠い領域Ｐ4での回折効率は位置Ｐ3での回折効率よりも高いため、光Ｒ4の光強度は、位置Ｐ3で反射された光Ｒ3の光強度と同等とすることができる。
このように、光学素子１０の回折効率が、光学軸が回転する一方向において、一方の側から他方の側に向かうにしたがって高くなる構成とすることで、光学素子１０のどの位置でも一定の光強度の光を出射させることができる。そのため、図１３に実線で示すように、出射される光強度を位置によらず均一にすることができる。
このように、光学素子１０の回折効率が、光学軸が回転する一方向において、一方の側から他方の側に向かうにしたがって高くなる構成とすることで、光学素子１０のどの位置でも一定の光強度の光を出射させることができる。そのため、図１３に実線で示すように、出射される光強度を位置によらず均一にすることができる。
【0139】
なお、図１２において、光を矢印で示したが、ディスプレイ４０から出射される光は面状であってもよく、面状の光は位置関係を保ったまま、導光板４４内を伝播され、光学素子１０によって回折される。
【0140】
なお、光学異方性層の回折効率の分布は、光学異方性層の長さ、導光板の厚み、光の波長、等から、出射光の光強度を均一にできる分布を適宜設定すればよい。
また、光学異方性層の回折効率は低い領域で０．５％～２０％が好ましく、１％～１０％がより好ましく、高い領域で２０％～１００％が好ましく、３０％～９５％がより好ましい。
また、光学異方性層の回折効率は低い領域で０．５％～２０％が好ましく、１％～１０％がより好ましく、高い領域で２０％～１００％が好ましく、３０％～９５％がより好ましい。
【0141】
また、光学異方性層の厚さ方向のねじれ角は上記回折効率の分布に合わせて設定すればよい。
【0142】
また、図１２において、光学素子１０は、１層の光学異方性層を有するものとして説明を行ったが、光学素子１０が複数層の光学異方性層を有する構成であってもよい。あるいは、導光素子４５において、単層の光学異方性層を有する光学素子１０を複数積層する構成としてもよい。
【0143】
また、図１２に示す例では、導光素子４５は、入射側および出射側にそれぞれ回折素子を有する構成としたが、これに限定はされず、中間の回折素子を有する構成としてもよい。
図１５は、本発明の導光素子の他の一例を模式的に表す正面図であり、図１６は、図１５の上面図である。
図１５は、本発明の導光素子の他の一例を模式的に表す正面図であり、図１６は、図１５の上面図である。
【0144】
【0145】
第一回折素子１１４は、外部から入射する光を、導光板１１２内で全反射可能な角度に回折する回折素子である。
【0146】
第二回折素子１１６は、第一回折素子１１４の位置で導光板１１２内に入射して導光板１１２内を伝播する光を回折して、導光板１１２内における光の進行方向を曲げるための回折素子である。
【0147】
第三回折素子１１８は、第二回折素子１１６で回折され導光板１１２内を伝播する光を、導光板１１２から外部に出射可能な角度に回折する回折素子である。
【0148】
すなわち、図１５および図１６に示す導光素子１１０は、入射用の第一回折素子１１４により回折されて導光板１１２内に入射した光を中間の第二回折素子１１６で回折して導光板１１２内における光の進行方向を曲げて、その後、出射側の第三回折素子１１８によって回折して導光板１１２の外に光を出射する構成である。
【0149】
このような構成の場合に、第二回折素子１１６および／または第三回折素子において射出瞳拡張をおこなうことができる。その際、第二回折素子１１６および／または第三回折素子１１８として、本発明の光学素子を用いることで、拡張された光の光量を均一にすることができる。光量をより均一にすることができることができる点で、第二回折素子１１６および第三回折素子１１８として、本発明の光学素子を用いることが好ましい。
【0150】
なお、このような構成の場合に、第二回折素子１１６および／または第三回折素子として、本発明の光学素子を有していればよく、他の回折素子としては、レリーフ型の回折素子、液晶を用いた回折素子、体積ホログラム素子等の従来公知の回折素子が各種利用可能である。
【0151】
なお、第二回折素子１１６として本発明の光学素子を用いる場合は、第二回折素子１１６の作用によって回折された光が、第二回折素子１１６と外部（空気）との界面で反射されて導光板１１２内を導光されるようにする。これにより、第二回折素子１１６は、導光板１１２内を導光する光を回折して導光板１１２内における光の進行方向を曲げて、第三回折素子１１８の方向に進行させる。
【0152】
また、第一回折素子１１４、第二回折素子１１６、および、第三回折素子１１８がいずれも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素子であることが好ましい。
【0153】
その際、第一回折素子、第二回折素子および第三回折素子それぞれにおける液晶配向パターンの１周期の長さをそれぞれΛ1、Λ2およびΛ3とすると、Λ2＜Λ1、および、Λ2＜Λ3を満たすことが好ましい。
第一回折素子、第二回折素子および第三回折素子それぞれの液晶配向パターンの１周期の長さが、Λ2＜Λ1、および、Λ2＜Λ3を満たすことで、好適に第一回折素子から第三回折素子まで光を伝搬でき、導光板から使用者Ｕへ適切に光を出射することができる。
第一回折素子、第二回折素子および第三回折素子それぞれの液晶配向パターンの１周期の長さが、Λ2＜Λ1、および、Λ2＜Λ3を満たすことで、好適に第一回折素子から第三回折素子まで光を伝搬でき、導光板から使用者Ｕへ適切に光を出射することができる。
【0154】
本発明の光学素子は、光学装置における光路変更部材、光集光素子、所定方向への光拡散素子、および、回折素子等、入射方向とは異なる方向に光を透過する、各種の用途に利用可能である。
【0155】
以上の例は、本発明の光学素子を、可視光を透過して屈折する光学素子に利用したものであるが、本発明は、これに限定はされず、各種の構成は利用可能である。
例えば、本発明の光学素子は、赤外線または／および紫外線を屈折して透過する構成でもよい。
例えば、本発明の光学素子は、赤外線または／および紫外線を屈折して透過する構成でもよい。
【0156】
以上、本発明の光学素子、導光素子および画像表示装置について詳細に説明したが、本発明は上述の例に限定はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更を行ってもよいのは、もちろんである。
【実施例0157】
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。
【0158】
［比較例１］
＜第１光学異方性部材の作製＞
（支持体、および、支持体の鹸化処理）
支持体として、市販されているトリアセチルセルロースフィルム（富士フイルム社製、Ｚ－ＴＡＣ）を用意した。
支持体を、温度６０℃の誘電式加熱ロールを通過させて、支持体の表面温度を４０℃に昇温した。
その後、支持体の片面に、バーコーターを用いて下記に示すアルカリ溶液を塗布量１４ｍＬ（リットル）／ｍ2で塗布し、支持体を１１０℃に加熱し、さらに、スチーム式遠赤外ヒーター（ノリタケカンパニーリミテド社製）の下を、１０秒間搬送した。
続いて、同じくバーコーターを用いて、支持体のアルカリ溶液塗布面に、純水を３ｍＬ／ｍ2塗布した。次いで、ファウンテンコーターによる水洗およびエアナイフによる水切りを３回繰り返した後に、７０℃の乾燥ゾーンを１０秒間搬送して乾燥させ、支持体の表面をアルカリ鹸化処理した。
＜第１光学異方性部材の作製＞
（支持体、および、支持体の鹸化処理）
支持体として、市販されているトリアセチルセルロースフィルム（富士フイルム社製、Ｚ－ＴＡＣ）を用意した。
支持体を、温度６０℃の誘電式加熱ロールを通過させて、支持体の表面温度を４０℃に昇温した。
その後、支持体の片面に、バーコーターを用いて下記に示すアルカリ溶液を塗布量１４ｍＬ（リットル）／ｍ2で塗布し、支持体を１１０℃に加熱し、さらに、スチーム式遠赤外ヒーター（ノリタケカンパニーリミテド社製）の下を、１０秒間搬送した。
続いて、同じくバーコーターを用いて、支持体のアルカリ溶液塗布面に、純水を３ｍＬ／ｍ2塗布した。次いで、ファウンテンコーターによる水洗およびエアナイフによる水切りを３回繰り返した後に、７０℃の乾燥ゾーンを１０秒間搬送して乾燥させ、支持体の表面をアルカリ鹸化処理した。
【0159】
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
――――――――――――――――――――――――――――――――
――――――――――――――――――――――――――――――――
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
――――――――――――――――――――――――――――――――
【0160】
（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。
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。
【0161】
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
――――――――――――――――――――――――――――――――
――――――――――――――――――――――――――――――――
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
――――――――――――――――――――――――――――――――
【0162】
【化9】
【0163】
（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。
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。
【0164】
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
――――――――――――――――――――――――――――――――
――――――――――――――――――――――――――――――――
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
――――――――――――――――――――――――――――――――
【0165】
－光配向用素材Ａ－
【化10】
【0166】
（配向膜の露光）
図９に示す露光装置を用いて配向膜を露光して、配向パターンを有する配向膜Ｐ－１を形成した。
露光装置において、レーザとして波長（３２５ｎｍ）のレーザ光を出射するものを用いた。干渉光による露光量を１００ｍＪ／ｃｍ2とした。なお、図９に示す露光装置を用いることによって、配向パターンの１周期が、外方向に向かって、漸次、短くなるようにした。
図９に示す露光装置を用いて配向膜を露光して、配向パターンを有する配向膜Ｐ－１を形成した。
露光装置において、レーザとして波長（３２５ｎｍ）のレーザ光を出射するものを用いた。干渉光による露光量を１００ｍＪ／ｃｍ2とした。なお、図９に示す露光装置を用いることによって、配向パターンの１周期が、外方向に向かって、漸次、短くなるようにした。
【0167】
（第１光学異方性層の形成）
光学異方性層を形成する液晶組成物として、下記の組成物Ａ－１を調製した。
組成物Ａ－１
――――――――――――――――――――――――――――――――
液晶化合物Ｌ－１ １００．００質量部
重合開始剤（ＢＡＳＦ製、Ｉｒｇａｃｕｒｅ（登録商標）９０７）
３．００質量部
光増感剤（日本化薬製、ＫＡＹＡＣＵＲＥ ＤＥＴＸ－Ｓ）
１．００質量部
レベリング剤Ｔ－１ ０．０８質量部
メチルエチルケトン ９３６．００質量部
――――――――――――――――――――――――――――――――
光学異方性層を形成する液晶組成物として、下記の組成物Ａ－１を調製した。
組成物Ａ－１
――――――――――――――――――――――――――――――――
液晶化合物Ｌ－１ １００．００質量部
重合開始剤（ＢＡＳＦ製、Ｉｒｇａｃｕｒｅ（登録商標）９０７）
３．００質量部
光増感剤（日本化薬製、ＫＡＹＡＣＵＲＥ ＤＥＴＸ－Ｓ）
１．００質量部
レベリング剤Ｔ－１ ０．０８質量部
メチルエチルケトン ９３６．００質量部
――――――――――――――――――――――――――――――――
【0168】
液晶化合物Ｌ－１
【0169】
【化11】
【0170】
レベリング剤Ｔ－１
【0171】
【化12】
【0172】
第１光学異方性層は、組成物Ａ－１を配向膜Ｐ－１上に多層塗布することにより形成した。多層塗布とは、先ず配向膜の上に１層目の組成物Ａ－１を塗布、加熱、冷却後に紫外線硬化を行って液晶固定化層を作製した後、２層目以降はその液晶固定化層に重ね塗りして塗布を行い、同様に加熱、冷却後に紫外線硬化を行うことを繰り返すことを指す。多層塗布により形成することにより、第１光学異方性層の総厚が厚くなった時でも配向膜の配向方向が第１光学異方性層の下面から上面にわたって反映される。
【0173】
先ず１層目は、配向膜Ｐ－１上に下記の組成物Ａ－１を塗布して、塗膜をホットプレート上で７０℃に加熱し、その後、２５℃に冷却した後、窒素雰囲気下で高圧水銀灯を用いて波長３６５ｎｍの紫外線を１００ｍＪ／ｃｍ2の照射量で塗膜に照射することにより、液晶化合物の配向を固定化した。この時の１層目の液晶層の膜厚は０．２μｍであった。
【0174】
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光学異方性層を形成して、第１光学異方性部材を作製した。
【0175】
なお、液晶組成物Ａ１の硬化層の複素屈折率Δｎは、液晶組成物Ａ１を別途に用意したリターデーション測定用の配向膜付き支持体上に塗布し、液晶化合物のダイレクタが基材に水平となるよう配向させた後に紫外線照射して固定化して得た液晶固定化層（硬化層）のリタ―デーション値および膜厚を測定して求めた。リタ―デーション値を膜厚で除算することによりΔｎを算出できる。リタ―デーション値はＡｘｏｍｅｔｒｉｘ 社のＡｘｏｓｃａｎを用いて目的の波長で測定し、膜厚は走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope、SEM）を用いて測定した。
【0176】
第１光学異方性層は、最終的に液晶のΔｎ630×厚さ（Ｒｅ（６３０））が３１５ｎｍになり、かつ、図８に示すような同心円状（放射状）の周期的な配向表面になっていることを偏光顕微鏡で確認した。なお、この第１光学異方性層の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物の光軸が１８０°回転する１周期は、中心部の１周期が１８１μｍで、中心から５ｍｍの距離での１周期が１．８μｍ、中心から１０ｍｍの距離での１周期が１．０μｍであり、外方向に向かって周期が短くなる液晶配向パターンであった。また、第１光学異方性層の厚さ方向のねじれ角は面内の全域で、０°であった。以下、特に記載が無い場合には、『Δｎ630×ｄ』等の測定は、同様に行った。
【0177】
［実施例１］
【0178】
（第１光学異方性層の形成）
光学異方性層を形成する液晶組成物として、下記の組成物Ａ－２を調製した。
組成物Ａ－２
――――――――――――――――――――――――――――――――
液晶化合物Ｌ－１ １００．００質量部
下記構造のキラル剤Ａ ０．１１質量部
重合開始剤（ＢＡＳＦ製、Ｉｒｇａｃｕｒｅ（登録商標）９０７）
３．００質量部
レベリング剤Ｔ－１ ０．０８質量部
メチルエチルケトン ９３６．００質量部
――――――――――――――――――――――――――――――――
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－２を調製した。
組成物Ａ－２
――――――――――――――――――――――――――――――――
液晶化合物Ｌ－１ １００．００質量部
下記構造のキラル剤Ａ ０．１１質量部
重合開始剤（ＢＡＳＦ製、Ｉｒｇａｃｕｒｅ（登録商標）９０７）
３．００質量部
レベリング剤Ｔ－１ ０．０８質量部
メチルエチルケトン ９３６．００質量部
――――――――――――――――――――――――――――――――
【0179】
キラル剤Ａ
【0180】
【化13】
【0181】
第１光学異方性層は、組成物Ａ－２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－２を塗布、加熱、冷却後に紫外線硬化を行って液晶固定化層を作製した後、２層目以降はその液晶固定化層に重ね塗りして塗布を行い、同様に加熱、冷却後に紫外線硬化を行うことを繰り返すことを指す。多層塗布により形成することにより、第１光学異方性層の総厚が厚くなった時でも配向膜の配向方向が第１光学異方性層の下面から上面にわたって反映される。
【0182】
先ず１層目は、配向膜Ｐ－１上に下記の組成物Ａ－２を塗布して、塗膜をホットプレート上で７０℃に加熱し、その後、２５℃に冷却した後、窒素雰囲気下でＬＥＤ光源を用いて波長３６５ｎｍの紫外線（ｉ線）のみを塗膜に照射した。このとき、面内で紫外線の照射量を変化させて塗膜に照射した。具体的には２００ｍＪ／ｃｍ2（中心部）、５０ｍＪ／ｃｍ2（中心から５ｍｍの距離）、３０ｍＪ／ｃｍ2（中心から１０ｍｍの距離）と面内で照射量を変化させて塗膜への照射を行った。その後、再び塗膜をホットプレート上で７０℃に加熱、２５℃に冷却した後、窒素雰囲気下で高圧水銀灯を用いて、３５０ｎｍ以下の波長を有する混合紫外線の照射を行い、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。
【0183】
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光学異方性層を形成して、第１光学異方性部材を作製した。
第１光学異方性層は、最終的に液晶のΔｎ630×厚さ（Ｒｅ（６３０））が３１５ｎｍになり、かつ、図８に示すような同心円状（放射状）の周期的な配向表面になっていることを偏光顕微鏡で確認した。なお、この第１光学異方性層の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物の光軸が１８０°回転する１周期は、中心部の１周期が１８１μｍで、中心から５ｍｍの距離での１周期が１．８μｍ、中心から１０ｍｍの距離での１周期が１．０μｍであり、外方向に向かって周期が短くなる液晶配向パターンであった。また、第１光学異方性層の厚さ方向のねじれ角は、中心部のねじれ角が２°で、中心から５ｍｍの距離でのねじれ角が５６°、中心から１０ｍｍの距離での１周期が７４°であり、外方向に向かってねじれ角が大きくなっていた。
第１光学異方性層は、最終的に液晶のΔｎ630×厚さ（Ｒｅ（６３０））が３１５ｎｍになり、かつ、図８に示すような同心円状（放射状）の周期的な配向表面になっていることを偏光顕微鏡で確認した。なお、この第１光学異方性層の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物の光軸が１８０°回転する１周期は、中心部の１周期が１８１μｍで、中心から５ｍｍの距離での１周期が１．８μｍ、中心から１０ｍｍの距離での１周期が１．０μｍであり、外方向に向かって周期が短くなる液晶配向パターンであった。また、第１光学異方性層の厚さ方向のねじれ角は、中心部のねじれ角が２°で、中心から５ｍｍの距離でのねじれ角が５６°、中心から１０ｍｍの距離での１周期が７４°であり、外方向に向かってねじれ角が大きくなっていた。
【0184】
［実施例２］
実施例１においてキラル剤Ａを下記構造のキラル剤Ｂに変更し、０．１２質量部に変更した以外は、実施例１と同様にして第１光学異方性層を形成して、第１光学異方性部材を作製した。
実施例１においてキラル剤Ａを下記構造のキラル剤Ｂに変更し、０．１２質量部に変更した以外は、実施例１と同様にして第１光学異方性層を形成して、第１光学異方性部材を作製した。
【0185】
キラル剤Ｂ
【0186】
【化14】
【0187】
第１光学異方性層は、最終的に液晶のΔｎ630×厚さ（Ｒｅ（６３０））が３１５ｎｍになり、かつ、図８に示すような同心円状（放射状）の周期的な配向表面になっていることを偏光顕微鏡で確認した。なお、この第１光学異方性層の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物の光軸が１８０°回転する１周期は、中心部の１周期が１８１μｍで、中心から５ｍｍの距離での１周期が１．８μｍ、中心から１０ｍｍの距離での１周期が１．０μｍであり、外方向に向かって周期が短くなる液晶配向パターンであった。また、第１光学異方性層の厚さ方向のねじれ角は、中心部のねじれ角が２°で、中心から５ｍｍの距離でのねじれ角が５５°、中心から１０ｍｍの距離での１周期が７３°であり、外方向に向かってねじれ角が大きくなっていた。
【0188】
［円偏光板の作製］
後述する『光強度の測定』を行うために、下記のようにして、円偏光板を作製した。
まず、実施例１と同様にして下塗り層を形成した支持体を用意した。
後述する『光強度の測定』を行うために、下記のようにして、円偏光板を作製した。
まず、実施例１と同様にして下塗り層を形成した支持体を用意した。
【0189】
（配向膜Ｐ－１０の形成）
下塗り層を形成した支持体上に、下記の配向膜Ｐ－１０形成用塗布液を＃２.４のワイヤーバーで連続的に塗布した。この配向膜Ｐ－１０形成用塗布液の塗膜が形成された支持体を８０℃のホットプレート上で５分間乾燥し、配向膜Ｐ－１０を形成した。
下塗り層を形成した支持体上に、下記の配向膜Ｐ－１０形成用塗布液を＃２.４のワイヤーバーで連続的に塗布した。この配向膜Ｐ－１０形成用塗布液の塗膜が形成された支持体を８０℃のホットプレート上で５分間乾燥し、配向膜Ｐ－１０を形成した。
【0190】
＜配向膜Ｐ－１０形成用塗布液＞
――――――――――――――――――――――――――――――――
光配向用素材 重合体Ａ２ ４．３５質量部
低分子化合物Ｂ２ ０．８０質量部
架橋剤Ｃ１ ２．２０質量部
化合物Ｄ１ ０．４８質量部
化合物Ｄ２ １．１５質量部
酢酸ブチル １００．００質量部
――――――――――――――――――――――――――――――――
――――――――――――――――――――――――――――――――
光配向用素材 重合体Ａ２ ４．３５質量部
低分子化合物Ｂ２ ０．８０質量部
架橋剤Ｃ１ ２．２０質量部
化合物Ｄ１ ０．４８質量部
化合物Ｄ２ １．１５質量部
酢酸ブチル １００．００質量部
――――――――――――――――――――――――――――――――
【0191】
＜＜重合体Ａ２の合成＞＞
撹拌機、温度計、滴下漏斗および還流冷却管を備えた反応容器に、２－（３，４－エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン１００質量部、メチルイソブチルケトン５００質量部、および、トリエチルアミン１０質量部を仕込み、室温で混合した。次いで、脱イオン水１００質量部を滴下漏斗より３０分かけて滴下した後、還流下で混合しつつ、８０℃で６時間反応させた。反応終了後、有機相を取り出し、０．２質量％硝酸アンモニウム水溶液により洗浄後の水が中性になるまで洗浄した後、減圧下で溶媒および水を留去することにより、エポキシ含有ポリオルガノシロキサンを粘調な透明液体として得た。
このエポキシ含有ポリオルガノシロキサンについて、1Ｈ－ＮＭＲ（Ｎｕｃｌｅａｒ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）分析を行ったところ、化学シフト（δ）＝３．２ｐｐｍ付近にオキシラニル基に基づくピークが理論強度どおりに得られ、反応中にエポキシ基の副反応が起こっていないことが確認された。このエポキシ含有ポリオルガノシロキサンの重量平均分子量Ｍｗは２，２００、エポキシ当量は１８６ｇ／モルであった。
次に、１００ｍＬの三口フラスコに、上記で得たエポキシ含有ポリオルガノシロキサン１０．１質量部、アクリル基含有カルボン酸（東亜合成社製、アロニックスＭ－５３００、アクリル酸ω－カルボキシポリカプロラクトン（重合度ｎ≒２））０．５質量部、酢酸ブチル２０質量部、特開２０１５－２６０５０号公報の合成例１の方法で得られた桂皮酸誘導体１．５質量部、および、テトラブチルアンモニウムブロミド０．３質量部を仕込み、９０℃で１２時間撹拌した。反応終了後、反応溶液と等量（質量）の酢酸ブチルで希釈し、３回水洗した。
この溶液を濃縮し、酢酸ブチルで希釈する操作を２回繰り返し、最終的に、光配向性基を有するポリオルガノシロキサン（下記重合体Ａ２）を含む溶液を得た。この重合体Ａ２の重量平均分子量Ｍｗは９，０００であった。また、1Ｈ－ＮＭＲ分析の結果、重合体Ａ
２中のシンナメート基を有する成分は２３．７質量％であった。
撹拌機、温度計、滴下漏斗および還流冷却管を備えた反応容器に、２－（３，４－エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン１００質量部、メチルイソブチルケトン５００質量部、および、トリエチルアミン１０質量部を仕込み、室温で混合した。次いで、脱イオン水１００質量部を滴下漏斗より３０分かけて滴下した後、還流下で混合しつつ、８０℃で６時間反応させた。反応終了後、有機相を取り出し、０．２質量％硝酸アンモニウム水溶液により洗浄後の水が中性になるまで洗浄した後、減圧下で溶媒および水を留去することにより、エポキシ含有ポリオルガノシロキサンを粘調な透明液体として得た。
このエポキシ含有ポリオルガノシロキサンについて、1Ｈ－ＮＭＲ（Ｎｕｃｌｅａｒ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）分析を行ったところ、化学シフト（δ）＝３．２ｐｐｍ付近にオキシラニル基に基づくピークが理論強度どおりに得られ、反応中にエポキシ基の副反応が起こっていないことが確認された。このエポキシ含有ポリオルガノシロキサンの重量平均分子量Ｍｗは２，２００、エポキシ当量は１８６ｇ／モルであった。
次に、１００ｍＬの三口フラスコに、上記で得たエポキシ含有ポリオルガノシロキサン１０．１質量部、アクリル基含有カルボン酸（東亜合成社製、アロニックスＭ－５３００、アクリル酸ω－カルボキシポリカプロラクトン（重合度ｎ≒２））０．５質量部、酢酸ブチル２０質量部、特開２０１５－２６０５０号公報の合成例１の方法で得られた桂皮酸誘導体１．５質量部、および、テトラブチルアンモニウムブロミド０．３質量部を仕込み、９０℃で１２時間撹拌した。反応終了後、反応溶液と等量（質量）の酢酸ブチルで希釈し、３回水洗した。
この溶液を濃縮し、酢酸ブチルで希釈する操作を２回繰り返し、最終的に、光配向性基を有するポリオルガノシロキサン（下記重合体Ａ２）を含む溶液を得た。この重合体Ａ２の重量平均分子量Ｍｗは９，０００であった。また、1Ｈ－ＮＭＲ分析の結果、重合体Ａ
２中のシンナメート基を有する成分は２３．７質量％であった。
【0192】
－重合体Ａ２－
【0193】
【化15】
【0194】
－低分子化合物Ｂ２－
下記式で表される低分子化合物Ｂ２（日清オリイオ社、ノムコートＴＡＢ）を用いた。
下記式で表される低分子化合物Ｂ２（日清オリイオ社、ノムコートＴＡＢ）を用いた。
【0195】
【化16】
【0196】
－架橋剤Ｃ１－
下記式で表わされる架橋剤Ｃ１（ナガセケムテックス社製、デナコールＥＸ４１１）を用いた。
下記式で表わされる架橋剤Ｃ１（ナガセケムテックス社製、デナコールＥＸ４１１）を用いた。
【0197】
【化17】
【0198】
－化合物Ｄ１－
下記式で表わされる化合物Ｄ１（川研ファインケミカル社製、アルミキレートＡ（Ｗ））を用いた。
下記式で表わされる化合物Ｄ１（川研ファインケミカル社製、アルミキレートＡ（Ｗ））を用いた。
【0199】
【化18】
【0200】
－化合物Ｄ２－
下記式で表わされる化合物Ｄ２（東洋サイエンス社製、トリフェニルシラノール）を用いた。
下記式で表わされる化合物Ｄ２（東洋サイエンス社製、トリフェニルシラノール）を用いた。
【0201】
【化19】
【0202】
（配向膜Ｐ－１０の露光）
得られた配向膜Ｐ－１０に偏光紫外線を照射（２０ｍＪ／ｃｍ2、超高圧水銀ランプ使用）することで、配向膜Ｐ－１０の露光を行った。
得られた配向膜Ｐ－１０に偏光紫外線を照射（２０ｍＪ／ｃｍ2、超高圧水銀ランプ使用）することで、配向膜Ｐ－１０の露光を行った。
【0203】
［λ/４板の作製］
λ／４板は、組成物Ｃ－１を配向膜Ｐ－１０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１１０℃に加熱し、その後、６０℃に冷却した後、窒素雰囲気下で高圧水銀灯を用いて波長３６５ｎｍの紫外線を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て、光学異方性層を作製した。
得られたλ／４板のΔｎ630×ｄ（Ｒｅ（６３０））は１５７．５ｎｍであった。
λ／４板は、組成物Ｃ－１を配向膜Ｐ－１０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１１０℃に加熱し、その後、６０℃に冷却した後、窒素雰囲気下で高圧水銀灯を用いて波長３６５ｎｍの紫外線を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て、光学異方性層を作製した。
得られたλ／４板のΔｎ630×ｄ（Ｒｅ（６３０））は１５７．５ｎｍであった。
【0204】
組成物Ｃ－１
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液晶化合物Ｌ－３ ４２．００質量部
液晶化合物Ｌ－４ ４２．００質量部
液晶化合物Ｌ－５ 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
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液晶化合物Ｌ－３ ４２．００質量部
液晶化合物Ｌ－４ ４２．００質量部
液晶化合物Ｌ－５ 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
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【0205】
－液晶化合物Ｌ－３－
【化20】
【0206】
－液晶化合物Ｌ－４－
【化21】
【0207】
－液晶化合物Ｌ－５－
【化22】
【0208】
－重合開始剤ＰＩ－１－
【化23】
【0209】
－レベリング剤Ｇ－１－
【化24】
【0210】
[円偏光板の作製]
作製したλ/４板のトリアセチルセルロースフィルム側に、粘着剤を介して偏光板を貼り合わせて円偏光板を得た。
作製したλ/４板のトリアセチルセルロースフィルム側に、粘着剤を介して偏光板を貼り合わせて円偏光板を得た。
【0211】
［光強度の測定］
図１１に示す方法で、相対光強度を測定した。
作製した光学素子に正面（法線に対する角度０°の方向）から光を入射した際における、透過光の、入射光に対する相対光強度を測定した。
具体的には、６３０ｎｍに出力中心波長を持つレーザ光Ｌを、光源１００から、作製した光学素子Ｓに垂直入射させた。透過光を１００ｃｍの距離に配置したスクリーンで捉えて、透過角度を算出した。透過角θで透過された透過光Ｌｔの光強度を光検出器１０２で測定した。そして、透過光Ｌｔの光強度と光Ｌの光強度との比をとり、透過光Ｌｔの入射光（レーザ光Ｌ）に対する相対光強度値を求めた（透過光Ｌｔ／レーザ光Ｌ）。透過角θは、先に測定した透過角度とした。
なお、レーザー光の波長に対応する円偏光板に垂直入射させて、円偏光にした後、作製した光学素子に光を入射し、評価を行った。
図１１に示す方法で、相対光強度を測定した。
作製した光学素子に正面（法線に対する角度０°の方向）から光を入射した際における、透過光の、入射光に対する相対光強度を測定した。
具体的には、６３０ｎｍに出力中心波長を持つレーザ光Ｌを、光源１００から、作製した光学素子Ｓに垂直入射させた。透過光を１００ｃｍの距離に配置したスクリーンで捉えて、透過角度を算出した。透過角θで透過された透過光Ｌｔの光強度を光検出器１０２で測定した。そして、透過光Ｌｔの光強度と光Ｌの光強度との比をとり、透過光Ｌｔの入射光（レーザ光Ｌ）に対する相対光強度値を求めた（透過光Ｌｔ／レーザ光Ｌ）。透過角θは、先に測定した透過角度とした。
なお、レーザー光の波長に対応する円偏光板に垂直入射させて、円偏光にした後、作製した光学素子に光を入射し、評価を行った。
【0212】
比較例１と実施例１及び２において、作製した光学素子における液晶配向パターンの同心円の中心部および同心円の中心から１０ｍｍの離れた点にレーザー光を垂直に入射して、透過光の、入射光に対する相対光強度を測定した結果を比較した。比較例１は同心円の中心部に入射した光の透過角θは０°であり、同心円の中心から１０ｍｍの離れた点に入射した光の透過角θは３９°であった。比較例１は同心円の中心部に入射した光の透過光に対し、同心円の中心から１０ｍｍの離れた点に入射した光の透過光の相対光強度は３０％以上低下していた。実施例１及び２は同心円の中心部に入射した光の透過角θは０°であり、同心円の中心から１０ｍｍの離れた点に入射した光の透過角θは３９°であった。実施例１及び２は、同心円の中心部に入射した光の透過光に対し、同心円の中心から１０ｍｍの離れた点に入射した光の透過光の相対光強度の低下が１５％以内に抑制されており、比較例１に対し、面内における透過光量の屈折角度依存性を小さくすることができる。
【0213】
上記表に示されるように、液晶化合物由来の光軸の向きが一方向に向かって回転する液晶配向パターンを有し、さらに、光学軸が光学異方性層の厚さ方向でねじれて回転する領域を有しており、かつ、回転のねじれ角が面内で異なる領域を有する本発明の光学素子は、面内における透過光量の屈折角度依存性が小さく、例えば、面内の異なる領域において入射した光を異なる角度に屈折した場合、透過光を明るくすることができる。
以上の結果より、本発明の効果は明らかである。
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】
【0214】
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屈折させる各種の用途に好適に利用可能である。
【符号の説明】
【0215】
１０ 光学素子
１２ 第１光学異方性部材
２０ 支持体
２４Ａ 配向膜
２６Ａ 第１光学異方性層
３０ 液晶化合物
３０Ａ 光軸
３４ 光学異方性層
４０ ディスプレイ（表示素子）
４２ 回折素子
４４ 導光板
４５ 導光素子
５０ ＡＲ表示デバイス（画像表示装置）
６０，８０ 露光装置
６２，８２ レーザ
６４，８４ 光源
６５ λ／２板
６８ ビームスプリッター
７０Ａ，７０Ｂ，９０Ａ，９０Ｂ ミラー
７２Ａ，７２Ｂ，９６ λ／４板
８６，９４ 偏光ビームスプリッター
９２ レンズ
１００ レーザ
１０２ 光検出器
１１０ 導光素子
１１２ 導光板
１１４ 第一回折素子
１１６ 第二回折素子
１１８ 第三回折素子
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
Ｑ１，Ｑ２ 絶対位相
Ｅ１，Ｅ２ 等位相面
Ｓ サンプル
Ｌ 光
Ｌｔ 透過光
１２ 第１光学異方性部材
２０ 支持体
２４Ａ 配向膜
２６Ａ 第１光学異方性層
３０ 液晶化合物
３０Ａ 光軸
３４ 光学異方性層
４０ ディスプレイ（表示素子）
４２ 回折素子
４４ 導光板
４５ 導光素子
５０ ＡＲ表示デバイス（画像表示装置）
６０，８０ 露光装置
６２，８２ レーザ
６４，８４ 光源
６５ λ／２板
６８ ビームスプリッター
７０Ａ，７０Ｂ，９０Ａ，９０Ｂ ミラー
７２Ａ，７２Ｂ，９６ λ／４板
８６，９４ 偏光ビームスプリッター
９２ レンズ
１００ レーザ
１０２ 光検出器
１１０ 導光素子
１１２ 導光板
１１４ 第一回折素子
１１６ 第二回折素子
１１８ 第三回折素子
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
Ｑ１，Ｑ２ 絶対位相
Ｅ１，Ｅ２ 等位相面
Ｓ サンプル
Ｌ 光
Ｌｔ 透過光
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
