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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-12-16
(45)【発行日】2022-12-26
(54)【発明の名称】液晶回折素子および積層回折素子
(51)【国際特許分類】
G02B 5/18 20060101AFI20221219BHJP
G02B 5/30 20060101ALI20221219BHJP
【ＦＩ】
G02B5/18
G02B5/30
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2021518355
(86)(22)【出願日】2020-04-24
(86)【国際出願番号】 JP2020017764
(87)【国際公開番号】W WO2020226080
(87)【国際公開日】2020-11-12
【審査請求日】2021-11-02
(31)【優先権主張番号】P 2019088975
(32)【優先日】2019-05-09
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【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】齊藤 之人
(72)【発明者】
【氏名】篠田 克己
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 寛
【審査官】辻本 寛司
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２０１８／０１４３４３８（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１８／０１６４６２７（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０２Ｂ ５／１８
Ｇ０２Ｂ ５／３０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
液晶化合物をコレステリック配向させてなる第１のコレステリック液晶層、および、前記第１のコレステリック液晶層に積層された第２のコレステリック液晶層を有し、前記第１のコレステリック液晶層および前記第２のコレステリック液晶層は、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、
前記第１のコレステリック液晶層の選択反射波長と、前記第２のコレステリック液晶層の選択反射波長とが同じであり、
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面内で１８０°回転する長さを１周期とすると、前記第１のコレステリック液晶層の前記液晶配向パターンの１周期と、前記第２のコレステリック液晶層の前記液晶配向パターンの１周期とが異なっている液晶回折素子。
【請求項2】
前記第１のコレステリック液晶層の前記液晶配向パターンの１周期が、前記第１のコレステリック液晶層の選択反射波長よりも小さく、前記第２のコレステリック液晶層の前記液晶配向パターンの１周期が、前記第２のコレステリック液晶層の選択反射波長よりも小さい請求項１に記載の液晶回折素子。
【請求項3】
前記第１のコレステリック液晶層の螺旋構造の捩れ方向と、前記第２のコレステリック液晶層の螺旋構造の捩れ方向とが同じである請求項１または２に記載の液晶回折素子。【請求項4】
前記第１のコレステリック液晶層の前記液晶配向パターンにおける前記一方向と、前記第２のコレステリック液晶層の前記液晶配向パターンにおける前記一方向とが一致している請求項１～３のいずれか一項に記載の液晶回折素子。【請求項5】
前記第１のコレステリック液晶層および前記第２のコレステリック液晶層の少なくとも一方の前記液晶配向パターンの１周期の長さが面内で異なる領域を有する請求項１～４のいずれか一項に記載の液晶回折素子。【請求項6】
前記第１のコレステリック液晶層および前記第２のコレステリック液晶層の前記液晶配向パターンが、前記液晶化合物由来の光学軸の向きが連続的に回転しながら変化する前記一方向を、内側から外側に向かう同心円状に有する、同心円状のパターンである請求項１～４のいずれか一項に記載の液晶回折素子。【請求項7】
請求項１～６のいずれか一項に記載の液晶回折素子を２以上有し、各液晶回折素子の選択波長が互いに異なる積層回折素子。
【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液晶回折素子、および、この液晶回折素子を積層回折素子に関する。
【背景技術】
【0002】
光を回折して光の進行方向を制御する回折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、透過型レンズ、透過型プリズム、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を回折する回折素子が用いられている。
例えば、透過型レンズ、透過型プリズム、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を回折する回折素子が用いられている。
【0003】
このような回折素子として、液晶化合物を用いた液晶回折素子が提案されている。
【0004】
例えば、特許文献１には、ブラッグ条件に従って、内部を通過する光の伝播の方向を変更するように構成されている、複数の積層複屈折副層を備え、積層複屈折副層は、それぞれ、それぞれの格子周期を画定するように該積層複屈折副層の隣接するものの間のそれぞれの境界面に沿って変化する局所光軸を備える光学素子が記載されている。特許文献１に記載の光学素子は、入射した光を透過しつつ回折するものである。
【0005】
また、特許文献２には、各々が所定方向に沿って延びる複数の螺旋状構造体を備え、所定方向に交差するとともに、光が入射する第１入射面と、所定方向に交差するとともに、第１入射面から入射した前記光を反射する反射面とを有し、第１入射面は、複数の螺旋状構造体のそれぞれの両端部のうちの一方端部を含み、複数の螺旋状構造体の各々は、所定方向に沿って連なる複数の構造単位を含み、複数の構造単位は、螺旋状に旋回して積み重ねられた複数の要素を含み、複数の構造単位の各々は、第１端部と第２端部とを有し、所定方向に沿って互いに隣接する構造単位のうち、一方の構造単位の第２端部は、他方の構造単位の第１端部を構成し、複数の螺旋状構造体に含まれる複数の第１端部に位置する要素の配向方向は揃っており、反射面は、複数の螺旋状構造体のそれぞれに含まれる少なくとも１つの第１端部を含み、反射面は、第１入射面に対して非平行である、反射構造体が記載されている。特許文献２には、液晶化合物をコレステリック配向させて螺旋構造とすることが記載されている。また、特許文献２に記載の反射構造体は、入射した光を反射しつつ回折するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特開２０１７－５２２６０１号公報
【文献】国際公開第２０１６／１９４９６１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
周知のとおり、コレステリック構造を有するコレステリック液晶層は波長選択反射性を有する。そのため、特許文献２に記載の反射構造体は、入射した光のうち選択反射波長の光を反射しつつ回折し、他の波長域の光は透過する。一方、特許文献１に記載の光学素子は、波長選択性が弱いため、全波長域の光を透過しつつ回折する。
これに対して、入射した光を透過しつつ回折する液晶回折素子において、強い波長選択性を有するものはなかった。
これに対して、入射した光を透過しつつ回折する液晶回折素子において、強い波長選択性を有するものはなかった。
【0008】
本発明の課題は、入射した光を透過しつつ回折し、かつ、波長選択性を有する液晶回折素子、および、積層回折素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
この課題を解決するために、本発明は、以下の構成を有する。
［１］ 液晶化合物をコレステリック配向させてなる第１のコレステリック液晶層、および、第１のコレステリック液晶層に積層された第２のコレステリック液晶層を有し、
第１のコレステリック液晶層および第２のコレステリック液晶層は、液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有し、
第１のコレステリック液晶層の選択反射波長と、第２のコレステリック液晶層の選択反射波長とが同じであり、
液晶配向パターンにおける液晶化合物由来の光学軸の向きが面内で１８０°回転する長さを１周期とすると、第１のコレステリック液晶層の液晶配向パターンの１周期と、第２のコレステリック液晶層の液晶配向パターンの１周期とが異なっている液晶回折素子。
［２］ 第１のコレステリック液晶層の液晶配向パターンの１周期が、第１のコレステリック液晶層の選択反射波長よりも小さく、
第２のコレステリック液晶層の液晶配向パターンの１周期が、第２のコレステリック液晶層の選択反射波長よりも小さい［１］に記載の液晶回折素子。
［３］ 第１のコレステリック液晶層の螺旋構造の捩れ方向と、第２のコレステリック液晶層の螺旋構造の捩れ方向とが同じである［１］または［２］に記載の液晶回折素子。
［４］ 第１の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と、第２の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とが一致している［１］～［３］のいずれかに記載の液晶回折素子。
［５］ 第１のコレステリック液晶層および第２のコレステリック液晶層の少なくとも一方の液晶配向パターンの１周期の長さが面内で異なる領域を有する［１］～［４］のいずれかに記載の液晶回折素子。
［６］ 第１のコレステリック液晶層および第２のコレステリック液晶層の液晶配向パターンが、液晶化合物由来の光学軸の向きが連続的に回転しながら変化する一方向を、内側から外側に向かう同心円状に有する、同心円状のパターンである［１］～［４］のいずれかに記載の液晶回折素子。
［７］ ［１］～［６］のいずれかに記載の液晶回折素子を２以上有し、
各液晶回折素子の選択波長が互いに異なる積層回折素子。
［１］ 液晶化合物をコレステリック配向させてなる第１のコレステリック液晶層、および、第１のコレステリック液晶層に積層された第２のコレステリック液晶層を有し、
第１のコレステリック液晶層および第２のコレステリック液晶層は、液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有し、
第１のコレステリック液晶層の選択反射波長と、第２のコレステリック液晶層の選択反射波長とが同じであり、
液晶配向パターンにおける液晶化合物由来の光学軸の向きが面内で１８０°回転する長さを１周期とすると、第１のコレステリック液晶層の液晶配向パターンの１周期と、第２のコレステリック液晶層の液晶配向パターンの１周期とが異なっている液晶回折素子。
［２］ 第１のコレステリック液晶層の液晶配向パターンの１周期が、第１のコレステリック液晶層の選択反射波長よりも小さく、
第２のコレステリック液晶層の液晶配向パターンの１周期が、第２のコレステリック液晶層の選択反射波長よりも小さい［１］に記載の液晶回折素子。
［３］ 第１のコレステリック液晶層の螺旋構造の捩れ方向と、第２のコレステリック液晶層の螺旋構造の捩れ方向とが同じである［１］または［２］に記載の液晶回折素子。
［４］ 第１の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と、第２の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とが一致している［１］～［３］のいずれかに記載の液晶回折素子。
［５］ 第１のコレステリック液晶層および第２のコレステリック液晶層の少なくとも一方の液晶配向パターンの１周期の長さが面内で異なる領域を有する［１］～［４］のいずれかに記載の液晶回折素子。
［６］ 第１のコレステリック液晶層および第２のコレステリック液晶層の液晶配向パターンが、液晶化合物由来の光学軸の向きが連続的に回転しながら変化する一方向を、内側から外側に向かう同心円状に有する、同心円状のパターンである［１］～［４］のいずれかに記載の液晶回折素子。
［７］ ［１］～［６］のいずれかに記載の液晶回折素子を２以上有し、
各液晶回折素子の選択波長が互いに異なる積層回折素子。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、入射した光を透過しつつ回折し、かつ、波長選択性を有する液晶回折素子、および、積層回折素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本発明の液晶回折素子の一例を概念的に示す断面図である。
【図6】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8】本発明の液晶回折素子の他の一例を概念的に示す図である。
【図9】本発明の液晶回折素子の他の一例を概念的に示す図である。
【図10】本発明の液晶回折素子の他の一例を概念的に示す図である。
【図11】コレステリック液晶層の他の例を概念的に示す図である。
【図12】コレステリック液晶層の他の例を概念的に示す正面図である。
【図13】本発明の液晶回折素子の他の一例を概念的に示す図である。
【図15】本発明の積層液晶回折素子の一例を概念的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明の液晶回折素子および積層回折素子について、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。
【0013】
本明細書において「～」を用いて表される数値範囲は、「～」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
本明細書において、「（メタ）アクリレート」は、「アクリレートおよびメタクリレートのいずれか一方または双方」の意味で使用される。
本明細書において、「（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。
【0014】
本明細書において、可視光は、電磁波のうち、ヒトの目で見える波長の光であり、３８０～７８０ｎｍの波長域の光を示す。非可視光は、３８０ｎｍ未満の波長域および７８０ｎｍを超える波長域の光である。
またこれに限定されるものではないが、可視光のうち、４２０～４９０ｎｍの波長域の光は青色光であり、４９５～５７０ｎｍの波長域の光は緑色光であり、６２０～７５０ｎｍの波長域の光は赤色光である。
またこれに限定されるものではないが、可視光のうち、４２０～４９０ｎｍの波長域の光は青色光であり、４９５～５７０ｎｍの波長域の光は緑色光であり、６２０～７５０ｎｍの波長域の光は赤色光である。
【0015】
［液晶回折素子］
本発明の液晶回折素子は、
液晶化合物をコレステリック配向させてなる第１のコレステリック液晶層、および、第１のコレステリック液晶層に積層された第２のコレステリック液晶層を有し、
第１のコレステリック液晶層および第２のコレステリック液晶層は、液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有し、
第１のコレステリック液晶層の選択反射波長と、第２のコレステリック液晶層の選択反射波長とが同じであり、
液晶配向パターンにおける液晶化合物由来の光学軸の向きが面内で１８０°回転する長さを１周期とすると、第１のコレステリック液晶層の液晶配向パターンの１周期と、第２のコレステリック液晶層の液晶配向パターンの１周期とが異なっている液晶回折素子である。
本発明の液晶回折素子は、
液晶化合物をコレステリック配向させてなる第１のコレステリック液晶層、および、第１のコレステリック液晶層に積層された第２のコレステリック液晶層を有し、
第１のコレステリック液晶層および第２のコレステリック液晶層は、液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有し、
第１のコレステリック液晶層の選択反射波長と、第２のコレステリック液晶層の選択反射波長とが同じであり、
液晶配向パターンにおける液晶化合物由来の光学軸の向きが面内で１８０°回転する長さを１周期とすると、第１のコレステリック液晶層の液晶配向パターンの１周期と、第２のコレステリック液晶層の液晶配向パターンの１周期とが異なっている液晶回折素子である。
【0016】
図１に、本発明の液晶回折素子の一例を概念的に示す。
【0017】
図１に示す液晶回折素子１０は、第１のコレステリック液晶層１８と第２のコレステリック液晶層２０とを有する。なお、図１において第１のコレステリック液晶層１８中の液晶化合物４０の長さと第２のコレステリック液晶層２０中の液晶化合物４０の長さをそれぞれ異なる長さで図示したが、同じであってもよい。また、図１において、第１のコレステリック液晶層１８および第２のコレステリック液晶層２０の厚さ方向における螺旋構造（コレステリック構造）の螺旋の数は半ピッチ分を記載しているが、実際には少なくとも数ピッチ分の螺旋構造を有する。
【0018】
図１に示すように、第１のコレステリック液晶層１８と第２のコレステリック液晶層２０とは積層されている。
【0019】
第１のコレステリック液晶層１８の選択反射波長と、第２のコレステリック液晶層２０の選択反射波長とは同じである。なお、本発明において、選択反射波長が同じという場合には、技術分野で一般的に許容される誤差範囲を含み、一方の選択反射波長に対して他方の選択反射波長が±１０％以下の場合を含み、±５％以下が好ましく、±１％以下がより好ましい。
コレステリック液晶層の選択反射波長（選択反射中心波長）は、コレステリック液晶相（コレステリック構造）における螺旋構造のピッチ（＝螺旋の周期）に依存する。そのため、螺旋構造のピッチを調節することによって、選択反射波長を調節することができる。
コレステリック液晶層の選択反射波長（選択反射中心波長）は、コレステリック液晶相（コレステリック構造）における螺旋構造のピッチ（＝螺旋の周期）に依存する。そのため、螺旋構造のピッチを調節することによって、選択反射波長を調節することができる。
【0020】
第１のコレステリック液晶層１８および第２のコレステリック液晶層２０は、液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有する。
第１のコレステリック液晶層１８および第２のコレステリック液晶層２０が、上記液晶配向パターンを有することによって、反射する選択反射波長の光を回折することができる。その際の回折角度は、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で１８０°回転する長さを１周期（以下、液晶配向パターンの１周期ともいう）とすると、この１周期の長さと螺旋構造のピッチに依存する。そのため、液晶配向パターンの１周期を調節することによって、回折角度を調節することができる。
第１のコレステリック液晶層１８および第２のコレステリック液晶層２０が、上記液晶配向パターンを有することによって、反射する選択反射波長の光を回折することができる。その際の回折角度は、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で１８０°回転する長さを１周期（以下、液晶配向パターンの１周期ともいう）とすると、この１周期の長さと螺旋構造のピッチに依存する。そのため、液晶配向パターンの１周期を調節することによって、回折角度を調節することができる。
【0021】
ここで、本発明において、第１のコレステリック液晶層１８の液晶配向パターンの１周期と、第２のコレステリック液晶層２０の液晶配向パターンの１周期とは異なる。以上の構成を有する本発明の液晶回折素子は、入射した光のうち所定の光を透過しつつ回折する。すなわち、本発明の液晶回折素子は、波長選択性を有する透過型の回折素子を実現できる。このような作用については後に詳述する。
【0022】
（コレステリック液晶層）
第１のコレステリック液晶層１８および第２のコレステリック液晶層２０について図２および図３を用いて説明する。なお、第１のコレステリック液晶層１８および第２のコレステリック液晶層２０は、液晶配向パターンの１周期の長さが異なる以外は同様の構成を有するので、第１のコレステリック液晶層１８と第２のコレステリック液晶層２０とを区別する必要がない場合にはまとめてコレステリック液晶層として説明を行う。
第１のコレステリック液晶層１８および第２のコレステリック液晶層２０について図２および図３を用いて説明する。なお、第１のコレステリック液晶層１８および第２のコレステリック液晶層２０は、液晶配向パターンの１周期の長さが異なる以外は同様の構成を有するので、第１のコレステリック液晶層１８と第２のコレステリック液晶層２０とを区別する必要がない場合にはまとめてコレステリック液晶層として説明を行う。
【0023】
コレステリック液晶層の一例を図２および図３を用いて説明する。
図２および図３に示すコレステリック液晶層は、液晶化合物をコレステリック配向させたコレステリック液晶相を固定してなり、液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有するコレステリック液晶層である。
図２および図３に示すコレステリック液晶層は、液晶化合物をコレステリック配向させたコレステリック液晶相を固定してなり、液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有するコレステリック液晶層である。
【0024】
図２に示す例では、コレステリック液晶層１８（２０）は、支持体３０の上に積層された配向膜３２上に積層されている。
なお、第１のコレステリック液晶層および前記第２のコレステリック液晶層が液晶回折素子として、積層される際には、図２に示す例のように、コレステリック液晶層は、支持体３０および配向膜３２の上に積層された状態で積層されてもよい。あるいは、コレステリック液晶層は、例えば、支持体３０を剥離した、配向膜３２およびコレステリック液晶層のみが積層された状態で積層されてもよい。または、コレステリック液晶層は、例えば、支持体３０および配向膜３２を剥離した、コレステリック液晶層のみの状態で積層されてもよい。
なお、第１のコレステリック液晶層および前記第２のコレステリック液晶層が液晶回折素子として、積層される際には、図２に示す例のように、コレステリック液晶層は、支持体３０および配向膜３２の上に積層された状態で積層されてもよい。あるいは、コレステリック液晶層は、例えば、支持体３０を剥離した、配向膜３２およびコレステリック液晶層のみが積層された状態で積層されてもよい。または、コレステリック液晶層は、例えば、支持体３０および配向膜３２を剥離した、コレステリック液晶層のみの状態で積層されてもよい。
【0025】
＜支持体＞
支持体３０は、配向膜３２、および、コレステリック液晶層１８（２０）を支持するものである。
支持体３０は、配向膜３２、コレステリック液晶層１８（２０）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。
支持体３０は、配向膜３２、および、コレステリック液晶層１８（２０）を支持するものである。
支持体３０は、配向膜３２、コレステリック液晶層１８（２０）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。
【0026】
支持体３０の厚さには、制限はなく、液晶回折素子の用途および支持体３０の形成材料等に応じて、配向膜３２、コレステリック液晶層１８（２０）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。
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。
【0027】
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。
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。
【0028】
＜配向膜＞
液晶回折素子において、支持体３０の表面には配向膜３２が形成される。
配向膜３２は、コレステリック液晶層１８（２０）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である。
後述するが、本発明において、コレステリック液晶層１８（２０）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１８（２０）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。
液晶回折素子において、支持体３０の表面には配向膜３２が形成される。
配向膜３２は、コレステリック液晶層１８（２０）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である。
後述するが、本発明において、コレステリック液晶層１８（２０）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１８（２０）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。
【0029】
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。
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。
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。
【0031】
コレステリック液晶層においては、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、コレステリック液晶層においては、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。
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。
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。
【0033】
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。
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。
【0034】
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。
【0035】
図４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４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。
図４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。
【0036】
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４０に由来する光学軸４０Ａ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が一方向に沿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１８（２０）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。
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４０に由来する光学軸４０Ａ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が一方向に沿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１８（２０）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。
【0037】
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コレステリック液晶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。
【0038】
なお、本発明において、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。
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。
【0039】
＜コレステリック液晶層＞
コレステリック液晶層１８（２０）は、配向膜３２の表面に形成される。
上述したように、コレステリック液晶層１８（２０）は、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り、液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有するコレステリック液晶層である。
コレステリック液晶層１８（２０）は、配向膜３２の表面に形成される。
上述したように、コレステリック液晶層１８（２０）は、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り、液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有するコレステリック液晶層である。
【0040】
コレステリック液晶層１８（２０）は、図２に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（図２に示すピッチＰ）に依存する。
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（図２に示すピッチＰ）に依存する。
【0042】
従って、液晶回折素子に波長選択性を持たせ、所定の波長の光のみを回折する構成とする場合には、コレステリック液晶層の螺旋ピッチＰを調整して、コレステリック液晶層の選択的な反射波長域を適宜設定すればよい。
【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（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）であり、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（棒状液晶であれば長軸方向）が３６０°回転する螺旋軸方向の長さである。
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（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）であり、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（棒状液晶であれば長軸方向）が３６０°回転する螺旋軸方向の長さである。
【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。
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。
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、回折素子の用途に応じて調節され、例えば１０～５００ｎｍであればよく、好ましくは２０～３００ｎｍであり、より好ましくは３０～１００ｎｍである。
反射波長域の半値幅は、回折素子の用途に応じて調節され、例えば１０～５００ｎｍであればよく、好ましくは２０～３００ｎｍであり、より好ましくは３０～１００ｎｍである。
【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。
コレステリック液晶層は、コレステリック液晶相を層状に固定して形成できる。
コレステリック液晶相を固定した構造は、コレステリック液晶相となっている液晶化合物の配向が保持されている構造であればよく、典型的には、重合性液晶化合物をコレステリック液晶相の配向状態としたうえで、紫外線照射、加熱等によって重合、硬化し、流動性が無い層を形成して、同時に、外場または外力によって配向形態に変化を生じさせることない状態に変化した構造が好ましい。
なお、コレステリック液晶相を固定した構造においては、コレステリック液晶相の光学的性質が保持されていれば十分であり、コレステリック液晶層において、液晶化合物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。
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。
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。
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。
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、コレステリック液晶相の配向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。
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、コレステリック液晶相の配向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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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、コレステリック液晶層の用途、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、コレステリック液晶層において、コレステリック液晶層は、コレステリック液晶相を形成する液晶化合物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。
前述のように、コレステリック液晶層において、コレステリック液晶層は、コレステリック液晶相を形成する液晶化合物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３に、コレステリック液晶層１８（２０）の平面図を概念的に示す。
なお、平面図とは、図２においてコレステリック液晶層を上方から見た図であり、すなわち、コレステリック液晶層を厚さ方向（＝各層（膜）の積層方向）から見た図である。
また、図３では、コレステリック液晶層（コレステリック液晶層１８（２０））の構成を明確に示すために、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。
なお、平面図とは、図２においてコレステリック液晶層を上方から見た図であり、すなわち、コレステリック液晶層を厚さ方向（＝各層（膜）の積層方向）から見た図である。
また、図３では、コレステリック液晶層（コレステリック液晶層１８（２０））の構成を明確に示すために、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】
図３に示すように、配向膜３２の表面において、コレステリック液晶層１８（２０）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、コレステリック液晶層の面内において、矢印Ｘ１で示す所定の一方向に沿って、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Ｘ１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。
コレステリック液晶層１８（２０）を構成する液晶化合物４０は、矢印Ｘ１、および、この一方向（矢印Ｘ１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Ｘ１方向と直交する方向を、便宜的にＹ方向とする。すなわち、矢印Ｙ方向とは、液晶化合物４０の光学軸４０Ａの向きが、コレステリック液晶層の面内において、連続的に回転しながら変化する一方向と直交する方向である。従って、図２および後述する図５では、Ｙ方向は、紙面に直交する方向となる。
コレステリック液晶層１８（２０）を構成する液晶化合物４０は、矢印Ｘ１、および、この一方向（矢印Ｘ１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Ｘ１方向と直交する方向を、便宜的にＹ方向とする。すなわち、矢印Ｙ方向とは、液晶化合物４０の光学軸４０Ａの向きが、コレステリック液晶層の面内において、連続的に回転しながら変化する一方向と直交する方向である。従って、図２および後述する図５では、Ｙ方向は、紙面に直交する方向となる。
【0071】
液晶化合物４０の光学軸４０Ａの向きが矢印Ｘ１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Ｘ１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Ｘ１方向とが成す角度が、矢印Ｘ１方向の位置によって異なっており、矢印Ｘ１方向に沿って、光学軸４０Ａと矢印Ｘ１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Ｘ１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。
なお、矢印Ｘ１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。
【0072】
一方、コレステリック液晶層１８（２０）を形成する液晶化合物４０は、矢印Ｘ１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、コレステリック液晶層１８（２０）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Ｘ１方向とが成す角度が等しい。
言い換えれば、コレステリック液晶層１８（２０）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Ｘ１方向とが成す角度が等しい。
【0073】
コレステリック液晶層１８（２０）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Ｘ１方向において、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Ｘ１方向に対する角度が等しい２つの液晶化合物４０の、矢印Ｘ１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Ｘ１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Ｘ１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。
コレステリック液晶層１８（２０）の液晶配向パターンは、この１周期Λを、矢印Ｘ１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。
すなわち、矢印Ｘ１方向に対する角度が等しい２つの液晶化合物４０の、矢印Ｘ１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Ｘ１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Ｘ１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。
コレステリック液晶層１８（２０）の液晶配向パターンは、この１周期Λを、矢印Ｘ１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。
【0074】
コレステリック液晶相を固定してなるコレステリック液晶層は、通常、入射した光（円偏光）を鏡面反射する。
これに対して、コレステリック液晶層１８（２０）は、入射した光を、鏡面反射に対して矢印Ｘ１方向に傾けて反射する。コレステリック液晶層１８（２０）は、面内において、矢印Ｘ１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５を参照して説明する。
これに対して、コレステリック液晶層１８（２０）は、入射した光を、鏡面反射に対して矢印Ｘ１方向に傾けて反射する。コレステリック液晶層１８（２０）は、面内において、矢印Ｘ１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５を参照して説明する。
【0075】
一例として、コレステリック液晶層１８（２０）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、コレステリック液晶層１８（２０）に光が入射すると、コレステリック液晶層１８（２０）は、赤色光の右円偏光ＲRのみを反射し、それ以外の光を透過する。
【0076】
コレステリック液晶層１８（２０）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、コレステリック液晶層１８（２０）では、液晶化合物４０の光学軸４０Ａが矢印Ｘ１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、コレステリック液晶層１８（２０）に形成された液晶配向パターンは、矢印Ｘ１方向に周期的なパターンである。そのため、コレステリック液晶層１８（２０）に入射した赤色光の右円偏光ＲRには、図５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Ｘ１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Ｘ１方向に対する向きは、矢印Ｘ１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。
これによりコレステリック液晶層１８（２０）では、赤色光の右円偏光ＲRに対して、ＸＹ面に対して矢印Ｘ１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（コレステリック液晶層の主面）に対して矢印Ｘ１方向に傾いた方向に反射される。
ここで、コレステリック液晶層１８（２０）では、液晶化合物４０の光学軸４０Ａが矢印Ｘ１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、コレステリック液晶層１８（２０）に形成された液晶配向パターンは、矢印Ｘ１方向に周期的なパターンである。そのため、コレステリック液晶層１８（２０）に入射した赤色光の右円偏光ＲRには、図５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Ｘ１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Ｘ１方向に対する向きは、矢印Ｘ１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。
これによりコレステリック液晶層１８（２０）では、赤色光の右円偏光ＲRに対して、ＸＹ面に対して矢印Ｘ１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（コレステリック液晶層の主面）に対して矢印Ｘ１方向に傾いた方向に反射される。
【0077】
従って、光学軸４０Ａが回転する一方向である矢印Ｘ１方向を、適宜、設定することで、赤色光の右円偏光ＲＲの反射方向を調節できる。
すなわち、矢印Ｘ１方向を逆方向にすれば、赤色光の右円偏光ＲＲの反射方向も図５とは逆方向になる。
すなわち、矢印Ｘ１方向を逆方向にすれば、赤色光の右円偏光ＲＲの反射方向も図５とは逆方向になる。
【0078】
また、矢印Ｘ１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および図５においては、矢印Ｘ１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Ｘ１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Ｘ１方向と逆方向に傾けて反射される。
すなわち、図３および図５においては、矢印Ｘ１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Ｘ１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Ｘ１方向と逆方向に傾けて反射される。
【0079】
さらに、同じ液晶配向パターンを有するコレステリック液晶層では、液晶化合物４０の螺旋の旋回方向すなわち反射する円偏光の旋回方向によって、反射方向が逆になる。
図５に示すコレステリック液晶層１８（２０）は、螺旋の旋回方向が右捩れで、右円偏光を選択的に反射するものであり、矢印Ｘ１方向に沿って光学軸４０Ａが時計回りに回転する液晶配向パターンを有することにより、右円偏光を矢印Ｘ１方向に傾けて反射する。
従って、螺旋の旋回方向が左捩れで、左円偏光を選択的に反射するものであり、矢印Ｘ１方向に沿って光学軸４０Ａが時計回りに回転する液晶配向パターンを有するコレステリック液晶層は、左円偏光を矢印Ｘ１方向と逆方向に傾けて反射する。
図５に示すコレステリック液晶層１８（２０）は、螺旋の旋回方向が右捩れで、右円偏光を選択的に反射するものであり、矢印Ｘ１方向に沿って光学軸４０Ａが時計回りに回転する液晶配向パターンを有することにより、右円偏光を矢印Ｘ１方向に傾けて反射する。
従って、螺旋の旋回方向が左捩れで、左円偏光を選択的に反射するものであり、矢印Ｘ１方向に沿って光学軸４０Ａが時計回りに回転する液晶配向パターンを有するコレステリック液晶層は、左円偏光を矢印Ｘ１方向と逆方向に傾けて反射する。
【0080】
液晶配向パターンを有するコレステリック液晶層では、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、入射光に対して、反射光を大きく傾けて反射できる。
【0081】
（液晶回折素子の作用）
上述のとおり、液晶配向パターンを有するコレステリック液晶層は、波長選択反射性を有し、選択波長の光を回折しつつ反射する。
ここで、コレステリック液晶層が液晶配向パターンを有する構成として、反射光を傾けて反射するようにした場合には、反射光の角度、および、コレステリック液晶層とコレステリック液晶層に隣接する層（例えば空気層）との屈折率差等によっては、コレステリック液晶層内で反射した光が、コレステリック液晶層内で複数回反射された後、光が入射した面とは反対側の面から出射されてコレステリック液晶層を透過する場合があることがわかった。
上述のとおり、液晶配向パターンを有するコレステリック液晶層は、波長選択反射性を有し、選択波長の光を回折しつつ反射する。
ここで、コレステリック液晶層が液晶配向パターンを有する構成として、反射光を傾けて反射するようにした場合には、反射光の角度、および、コレステリック液晶層とコレステリック液晶層に隣接する層（例えば空気層）との屈折率差等によっては、コレステリック液晶層内で反射した光が、コレステリック液晶層内で複数回反射された後、光が入射した面とは反対側の面から出射されてコレステリック液晶層を透過する場合があることがわかった。
【0082】
具体的に起きている現象は以下のように推定される。
図６に示すように、コレステリック液晶層が一層の場合に、コレステリック液晶層１８の主面に垂直な方向から、選択反射波長の光Ｌ1がコレステリック液晶層１８に入射すると、コレステリック液晶層１８内で前述の等位相面Ｅ（図５参照）で傾いた方向に反射される（光Ｌ2）。反射された光Ｌ2は、コレステリック液晶層１８の界面（光Ｌ1が入射した側の面）に到達するが、光Ｌ2の進行方向は、コレステリック液晶層１８の界面に対して傾斜しているため、反射光の角度、および、コレステリック液晶層１８とコレステリック液晶層１８に隣接する層との屈折率差等によっては、全反射される（光Ｌ3）。反射された光Ｌ3は、コレステリック液晶層１８内を進行するが、その進行方向は等位相面Ｅと平行に近い角度になるため、コレステリック液晶層１８内で反射等はされず、コレステリック液晶層１８の他方の界面（光Ｌ1が入射した面とは反対側の面）に到達する。光Ｌ3の進行方向は光Ｌ2と同様にコレステリック液晶層１８の界面に対して傾斜しているため、界面で全反射される（光Ｌ4）。反射された光Ｌ4は、コレステリック液晶層１８内を進行するが、その進行方向は前述の等位相面Ｅと直交に近い角度で交差するため、等位相面Ｅで反射される（光Ｌ5）。その際、光Ｌ4の進行方向の等位相面Ｅに対する角度は、等位相面Ｅで反射された光Ｌ2の進行方向の角度と同じであるため、光Ｌ4が等位相面Ｅで反射されると、反射された光Ｌ5の進行方向は、光Ｌ1と同じになる。すなわち、図６に示す例では、光Ｌ5は、コレステリック液晶層１８の主面に垂直な方向に出射される。なお、等位相面は、液晶化合物が同じ配向方向になっている周期面である。
図６に示すように、コレステリック液晶層が一層の場合に、コレステリック液晶層１８の主面に垂直な方向から、選択反射波長の光Ｌ1がコレステリック液晶層１８に入射すると、コレステリック液晶層１８内で前述の等位相面Ｅ（図５参照）で傾いた方向に反射される（光Ｌ2）。反射された光Ｌ2は、コレステリック液晶層１８の界面（光Ｌ1が入射した側の面）に到達するが、光Ｌ2の進行方向は、コレステリック液晶層１８の界面に対して傾斜しているため、反射光の角度、および、コレステリック液晶層１８とコレステリック液晶層１８に隣接する層との屈折率差等によっては、全反射される（光Ｌ3）。反射された光Ｌ3は、コレステリック液晶層１８内を進行するが、その進行方向は等位相面Ｅと平行に近い角度になるため、コレステリック液晶層１８内で反射等はされず、コレステリック液晶層１８の他方の界面（光Ｌ1が入射した面とは反対側の面）に到達する。光Ｌ3の進行方向は光Ｌ2と同様にコレステリック液晶層１８の界面に対して傾斜しているため、界面で全反射される（光Ｌ4）。反射された光Ｌ4は、コレステリック液晶層１８内を進行するが、その進行方向は前述の等位相面Ｅと直交に近い角度で交差するため、等位相面Ｅで反射される（光Ｌ5）。その際、光Ｌ4の進行方向の等位相面Ｅに対する角度は、等位相面Ｅで反射された光Ｌ2の進行方向の角度と同じであるため、光Ｌ4が等位相面Ｅで反射されると、反射された光Ｌ5の進行方向は、光Ｌ1と同じになる。すなわち、図６に示す例では、光Ｌ5は、コレステリック液晶層１８の主面に垂直な方向に出射される。なお、等位相面は、液晶化合物が同じ配向方向になっている周期面である。
【0083】
以上から、液晶配向パターンを有するコレステリック液晶層において、反射光の角度、および、コレステリック液晶層とコレステリック液晶層に隣接する層との屈折率差等によっては、光が入射した面とは反対側の面から出射されてコレステリック液晶層を透過する。その際、入射光の入射角度と透過光の出射角度は同じであるため、回折の効果は得られない。
【0084】
これに対して、本発明の液晶回折素子は、上述したコレステリック液晶層を積層し、積層したコレステリック液晶層の液晶配向パターンの１周期が互いに異なっている構成を有する。このような構成の液晶回折素子の作用について、図７を用いて説明する。
【0085】
図７に示すように、コレステリック液晶層が二層の場合に、第１のコレステリック液晶層１８の主面に垂直な方向から、選択反射波長の光Ｌ1が第１のコレステリック液晶層１８に入射すると、第１のコレステリック液晶層１８内で前述の等位相面Ｅ（図５参照）で傾いた方向に反射される（光Ｌ2）。反射された光Ｌ2は、第１のコレステリック液晶層１８の界面（光Ｌ1が入射した側の面）に到達するが、光Ｌ2の進行方向は、第１のコレステリック液晶層１８の界面に対して傾斜しているため、反射光の角度、および、第１のコレステリック液晶層１８と第１のコレステリック液晶層１８に隣接する層との屈折率差等によっては、全反射される（光Ｌ3）。反射された光Ｌ3は、第１のコレステリック液晶層１８内を進行するが、その進行方向は等位相面Ｅに平行に近い角度で交わるため、第１のコレステリック液晶層１８内で反射等はされず、第１のコレステリック液晶層１８の他方の界面（第２のコレステリック液晶層２０側の面）に到達する。第１のコレステリック液晶層１８と第２のコレステリック液晶層２０とは、屈折率が近いため、第１のコレステリック液晶層１８と第２のコレステリック液晶層２０との界面では反射されずに第２のコレステリック液晶層２０に侵入する。第２のコレステリック液晶層２０に侵入した光Ｌ3は、第２のコレステリック液晶層２０内を進行するが、その進行方向は等位相面Ｅに平行に近い角度で交わるため、第２のコレステリック液晶層２０内で反射等はされず、第２のコレステリック液晶層２０の他方の界面（第１のコレステリック液晶層１８とは反対側の面）に到達する。光Ｌ3の進行方向は光Ｌ2と同様に第２のコレステリック液晶層２０の界面に対して傾斜しているため、界面で全反射される（光Ｌ6）。反射された光Ｌ6は、第２のコレステリック液晶層２０内を進行するが、その進行方向は第２のコレステリック液晶層２０の等位相面Ｅと交差するため、等位相面Ｅで反射される（光Ｌ7）。
【0086】
ここで、第１のコレステリック液晶層１８の液晶配向パターンの１周期と、第２のコレステリック液晶層２０の液晶配向パターンの１周期とが異なっているため、第１のコレステリック液晶層１８の等位相面Ｅと、第２のコレステリック液晶層２０の等位相面Ｅとは、第１のコレステリック液晶層１８（液晶回折素子）の主面に対する角度が異なっている。一方、光Ｌ6の進行方向の角度は、第１のコレステリック液晶層１８の等位相面Ｅで反射された光Ｌ2の進行方向の角度と同じである。そのため、光Ｌ6の進行方向の、第２のコレステリック液晶層２０の等位相面Ｅに対する角度と、光Ｌ2の進行方向の、第１のコレステリック液晶層１８の等位相面Ｅに対する角度とは異なるものとなる。そのため、第２のコレステリック液晶層２０の等位相面Ｅで反射された光Ｌ7の進行方向は、入射光Ｌ1とは異なる向きとなる。すなわち、図７に示す例では、光Ｌ7は、液晶回折素子の主面に垂直な方向に対して傾斜した方向に出射される。
【0087】
このように、液晶配向パターンを有するコレステリック液晶層を積層した構成を有する本発明の液晶回折素子では、光が入射した面とは反対側の面から光を出射し、かつ、出射する光の進行方向を入射光の進行方向とは異なる角度とすることができる。
ここで、前述のとおり、第１のコレステリック液晶層１８および第２のコレステリック液晶層２０は、波長選択反射性を有し、第１のコレステリック液晶層１８の選択反射波長と、第２のコレステリック液晶層２０の選択反射波長とが同じである。そのため、液晶回折素子は、第１のコレステリック液晶層１８および第２のコレステリック液晶層２０の選択反射波長の光に対しては、上述のようにして、入射した光を回折して透過する。
ここで、前述のとおり、第１のコレステリック液晶層１８および第２のコレステリック液晶層２０は、波長選択反射性を有し、第１のコレステリック液晶層１８の選択反射波長と、第２のコレステリック液晶層２０の選択反射波長とが同じである。そのため、液晶回折素子は、第１のコレステリック液晶層１８および第２のコレステリック液晶層２０の選択反射波長の光に対しては、上述のようにして、入射した光を回折して透過する。
【0088】
一方、入射した光の波長が選択反射波長とは異なる場合には、光は第１のコレステリック液晶層１８および第２のコレステリック液晶層２０では反射されないため、液晶回折素子を透過するのみで回折はされない。
【0089】
また、第１のコレステリック液晶層１８の選択反射波長と第２のコレステリック液晶層２０の選択反射波長とが異なる場合には、例えば、第１のコレステリック液晶層１８の選択反射波長の光が入射した場合には、第１のコレステリック液晶層１８内では図７に示す例と同様に光が反射されて第２のコレステリック液晶層２０に侵入するが、第２のコレステリック液晶層２０の等位相面Ｅでは反射されず、第２のコレステリック液晶層２０の界面で反射された光Ｌ6が第１のコレステリック液晶層１８に戻り、第１のコレステリック液晶層１８の等位相面Ｅで反射されて、再度、第２のコレステリック液晶層２０に侵入する。この場合、図６に示すコレステリック液晶層が１層の場合と同様に、第１のコレステリック液晶層１８の等位相面Ｅで反射された光は、入射光Ｌ1の入射角度と同じであるため、第２のコレステリック液晶層２０に侵入した後、第１のコレステリック液晶層１８とは反対側の面から垂直方向に出射される。従って、入射した光は回折されずに透過する。
【0090】
以上のとおり、第１のコレステリック液晶層１８と第２のコレステリック液晶層２０とを積層してなる本発明の液晶回折素子は、透過型の回折素子であり、かつ、波長選択性を有する回折素子を実現できる。
【0091】
なお、図７に示す例では、第１のコレステリック液晶層１８の螺旋構造の捩れ方向と、第２のコレステリック液晶層２０の螺旋構造の捩れ方向とが同じである。すなわち、第１のコレステリック液晶層１８が反射する円偏光の旋回方向と、第２のコレステリック液晶層２０が反射する円偏光の旋回方向とは同じである。これにより、第１のコレステリック液晶層１８の等位相面Ｅ、および、第２のコレステリック液晶層２０の等位相面Ｅで同じ旋回方向の円偏光を反射する構成とすることができるので、図７で説明した作用を発現することができる。
【0092】
ここで、第１のコレステリック液晶層１８の液晶配向パターンの１周期が、第１のコレステリック液晶層１８の選択反射波長よりも小さく、第２のコレステリック液晶層２０の液晶配向パターンの１周期が、第２のコレステリック液晶層２０の選択反射波長よりも小さいことが好ましい。このような構成とすることで、コレステリック液晶層の等位相面Ｅで反射した光をコレステリック液晶層とコレステリック液晶層に隣接する層（例えば空気層）との間の界面で反射する構成とすることができる。
【0093】
また、第１のコレステリック液晶層１８の液晶配向パターンにおける一方向（図３のＸ１方向）と、第２のコレステリック液晶層２０の液晶配向パターンにおける一方向とが一致していることが好ましい。このような構成とすることで、液晶回折素子による回折を好適に発現することができる。
なお、第１のコレステリック液晶層１８の液晶配向パターンにおける一方向と、第２のコレステリック液晶層２０の液晶配向パターンにおける一方向とが異なっている場合でも、等位相面の角度の方位方向が略一致していれば回折を発現することができる。また、第１のコレステリック液晶層１８の螺旋の旋回方向と、第２のコレステリック液晶層２０の螺旋の正解方向とが異なっている場合、第１のコレステリック液晶層１８と、第２のコレステリック液晶層２０との間にリタデーションがある場合、等には、第１のコレステリック液晶層１８の液晶配向パターンにおける一方向と、第２のコレステリック液晶層２０の液晶配向パターンにおける一方向とが異なっていても回折を発現する場合がある。
なお、第１のコレステリック液晶層１８の液晶配向パターンにおける一方向と、第２のコレステリック液晶層２０の液晶配向パターンにおける一方向とが異なっている場合でも、等位相面の角度の方位方向が略一致していれば回折を発現することができる。また、第１のコレステリック液晶層１８の螺旋の旋回方向と、第２のコレステリック液晶層２０の螺旋の正解方向とが異なっている場合、第１のコレステリック液晶層１８と、第２のコレステリック液晶層２０との間にリタデーションがある場合、等には、第１のコレステリック液晶層１８の液晶配向パターンにおける一方向と、第２のコレステリック液晶層２０の液晶配向パターンにおける一方向とが異なっていても回折を発現する場合がある。
【0094】
第１のコレステリック液晶層１８の液晶配向パターンの１周期の長さをΛ1、第２のコレステリック液晶層２０の液晶配向パターンの１周期の長さをΛ2とすると、Λ1とΛ2とは、回折したい角度、選択反射波長等に応じて適宜設定すればよい。Λ1とΛ2との比は概ね０．２～５程度である。
【0095】
また、液晶回折素子は、第１のコレステリック液晶層１８および第２のコレステリック液晶層２０のみを有する構成に限定はされない。前述のとおり、液晶回折素子の第１のコレステリック液晶層１８および／または第２のコレステリック液晶層２０は、支持体３０および配向膜３２と積層された状態であってもよいし、配向膜３２と積層された状態であってもよい。
また、液晶回折素子は、他の層を有していてもよい。例えば、図８に示す例のように、第１のコレステリック液晶層１８と第２のコレステリック液晶層２０との間に導光部材１６を有していてもよい。導光部材１６はコレステリック液晶層を支持する支持部材としても機能する。また、後述のとおり、導光部材１６がリタデーションを有する構成（λ／２板）とすることで、導光部材１６を通過する円偏光の旋回方向を変える構成とすることができる。
第１のコレステリック液晶層１８と第２のコレステリック液晶層２０との間に導光部材１６を設けた場合にも、第１のコレステリック液晶層１８と第２のコレステリック液晶層２０との間で光が進行する際に導光部材１６内を通過するのみで回折に影響は与えないため、図７に示す例と同様の回折の作用を得ることができる。
また、液晶回折素子は、他の層を有していてもよい。例えば、図８に示す例のように、第１のコレステリック液晶層１８と第２のコレステリック液晶層２０との間に導光部材１６を有していてもよい。導光部材１６はコレステリック液晶層を支持する支持部材としても機能する。また、後述のとおり、導光部材１６がリタデーションを有する構成（λ／２板）とすることで、導光部材１６を通過する円偏光の旋回方向を変える構成とすることができる。
第１のコレステリック液晶層１８と第２のコレステリック液晶層２０との間に導光部材１６を設けた場合にも、第１のコレステリック液晶層１８と第２のコレステリック液晶層２０との間で光が進行する際に導光部材１６内を通過するのみで回折に影響は与えないため、図７に示す例と同様の回折の作用を得ることができる。
【0096】
また、第１のコレステリック液晶層１８と第２のコレステリック液晶層２０との間に導光部材１６を配置する構成に限定はされず、図９に示す例のように、第２のコレステリック液晶層２０側の面に導光部材１６を配置してもよいし、図１０に示す例のように、第１のコレステリック液晶層１８側の面に導光部材１６を配置してもよい。このような構成の場合も図７の場合と同様の回折の作用を得ることができる。
【0097】
また、図７に示す例では、第１のコレステリック液晶層１８の螺旋構造の捩れ方向と、第２のコレステリック液晶層２０の螺旋構造の捩れ方向とが同じである構成としたがこれに限定はされない。例えば、第１のコレステリック液晶層１８の螺旋構造の捩れ方向と、第２のコレステリック液晶層２０の螺旋構造の捩れ方向とが互いに逆方向とし、第１のコレステリック液晶層１８と第２のコレステリック液晶層２０との間に、λ／２板を配置した構成とする。第１のコレステリック液晶層１８と第２のコレステリック液晶層２０との間に、λ／２板を配置した構成とすることで、λ／２板を通って第１のコレステリック液晶層１８から第２のコレステリック液晶層２０に光が進行する際に光の偏光方向が逆方向に変化する。例えば、第１のコレステリック液晶層１８が等位相面Ｅで反射した光が右円偏光の場合には、λ／２板を通って第２のコレステリック液晶層２０に侵入する光は左円偏光となる。第２のコレステリック液晶層２０の螺旋構造の捩れ方向は、第１のコレステリック液晶層１８の螺旋構造の捩れ方向とは逆であるので、λ／２板を通って、偏光方向が逆方向に変化した光を等位相面Ｅで反射することができる。従って、このような構成の場合も図７の場合と同様の回折の作用を得ることができる。
【0098】
ここで、図２に示すコレステリック液晶層１８（２０）は、液晶化合物の光学軸がコレステリック液晶層の主面に平行な構成を示したがこれに限定はされない。
【0099】
例えば、図１１に示すコレステリック液晶層２１のように、前述のコレステリック液晶層において、液晶化合物の光学軸が液晶層（コレステリック液晶層）の主面に傾斜していてもよい。なお、このコレステリック液晶層２１は、液晶化合物に由来する光学軸の向きが、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点は前述のコレステリック液晶層１８（２０）と同様である。すなわち、コレステリック液晶層２１の平面図は、図３と同様である。
以下の説明において、液晶化合物の光学軸がコレステリック液晶層の主面に傾斜している構成を、プレチルト角を有するともいう。
以下の説明において、液晶化合物の光学軸がコレステリック液晶層の主面に傾斜している構成を、プレチルト角を有するともいう。
【0100】
コレステリック液晶層においては、上下界面の一方の界面において、液晶化合物の光学軸がプレチルト角を有している構成であってもよく、両方の界面でプレチルト角を有する構成であってもよい。また、両界面でプレチルト角が異なっていてもよい。
コレステリック液晶層が表面でプレチルト角を有すると、さらに表面から離れたバルクの部分でも表面の影響を受けてチルト角を有する。このように液晶化合物がプレチルト（傾斜）することにより、光が回折する際に実効的な液晶化合物の複屈折率が高くなり、回折効率を高めることができる。
プレチルト角は、液晶層をミクロトームで割断し、断面の偏光顕微鏡観察によって測定することができる。
コレステリック液晶層が表面でプレチルト角を有すると、さらに表面から離れたバルクの部分でも表面の影響を受けてチルト角を有する。このように液晶化合物がプレチルト（傾斜）することにより、光が回折する際に実効的な液晶化合物の複屈折率が高くなり、回折効率を高めることができる。
プレチルト角は、液晶層をミクロトームで割断し、断面の偏光顕微鏡観察によって測定することができる。
【0101】
本発明において、コレステリック液晶層に垂直に入射した光は、コレステリック液晶層内において斜め方向に、屈曲力が加わり斜めに進む。コレステリック液晶層内において光が進むと、本来垂直入射に対して所望の回折角が得られるように設定されている回折周期等の条件とのずれが生じるために、回折ロスが生じる。
液晶化合物をチルトさせた場合、チルトさせない場合と比較して、光が回折する方位に対してより高い複屈折率が生じる方位が存在する。この方向では実効的な異常光屈折率が大きくなるため、異常光屈折率と常光屈折率の差である複屈折率が高くなる。
狙った回折する方位に合わせて、プレチルト角の方位を設定することによって、その方位での本来の回折条件とのずれを抑制することができ、結果としてプレチルト角を持たせた液晶化合物を用いた場合の方が、より高い回折効率を得ることができると考えられる。
液晶化合物をチルトさせた場合、チルトさせない場合と比較して、光が回折する方位に対してより高い複屈折率が生じる方位が存在する。この方向では実効的な異常光屈折率が大きくなるため、異常光屈折率と常光屈折率の差である複屈折率が高くなる。
狙った回折する方位に合わせて、プレチルト角の方位を設定することによって、その方位での本来の回折条件とのずれを抑制することができ、結果としてプレチルト角を持たせた液晶化合物を用いた場合の方が、より高い回折効率を得ることができると考えられる。
【0102】
プレチルト角は０度から９０度までの角度であるが、大きくしすぎると正面での複屈折率が低下してしまうため、実際には１度から３０度程度が望ましい。更に望ましくは、３度から２０度であり、更に好ましくは５度から１５度である。
【0103】
また、プレチルト角は液晶層の界面の処理によって制御されることが望ましい。支持体側の界面においては、配向膜にプレチルト処理をおこなうことにより液晶化合物のプレチルト角を制御することが出来る。例えば、配向膜の形成の際に配向膜に紫外線を正面から露光した後に斜めから露光することにより、配向膜上に形成するコレステリック液晶層中の液晶化合物にプレチルト角を生じさせることが出来る。この場合には、２回目の照射方向に対して液晶化合物の単軸側が見える方向にプレチルトする。但し２回目の照射方向に対して垂直方向の方位の液晶化合物はプレチルトしないため、面内でプレチルトする領域とプレチルトしない領域が存在する。このことは、狙った方位に光を回折させるときにその方向に最も複屈折を高めることに寄与するので回折効率を高めるのに適している。
さらに、コレステリック液晶層中または配向膜中にプレチルト角を助長する添加剤を加えることも出来る。この場合、回折効率を更に高める因子として添加剤を利用できる。
この添加剤は空気側の界面のプレチルト角の制御にも利用できる。
さらに、コレステリック液晶層中または配向膜中にプレチルト角を助長する添加剤を加えることも出来る。この場合、回折効率を更に高める因子として添加剤を利用できる。
この添加剤は空気側の界面のプレチルト角の制御にも利用できる。
【0104】
また、本発明の液晶回折素子が有するコレステリック液晶層は、液晶配向パターンの１周期の長さが面内で異なる領域を有する構成としてもよい。
前述のとおり、液晶配向パターンを有するコレステリック液晶層において、コレステリック液晶層の等位相面Ｅによる光の反射角度は、光学軸４０Ａが１８０°回転する液晶配向パターンの１周期の長さΛによって異なる。具体的には、１周期Λが短いほど、入射光に対する反射光の角度が大きくなる。従って、コレステリック液晶層が、液晶配向パターンの１周期の長さが面内で異なる領域を有する構成とすることで、液晶回折素子は、面内の領域ごとに異なる回折角度で光を回折することができる。
前述のとおり、液晶配向パターンを有するコレステリック液晶層において、コレステリック液晶層の等位相面Ｅによる光の反射角度は、光学軸４０Ａが１８０°回転する液晶配向パターンの１周期の長さΛによって異なる。具体的には、１周期Λが短いほど、入射光に対する反射光の角度が大きくなる。従って、コレステリック液晶層が、液晶配向パターンの１周期の長さが面内で異なる領域を有する構成とすることで、液晶回折素子は、面内の領域ごとに異なる回折角度で光を回折することができる。
【0105】
なお、このような構成とする場合には、第１のコレステリック液晶層１８および第２のコレステリック液晶層２０のいずれか一方、または、両方で、液晶配向パターンの１周期の長さが面内で異なる領域を有する構成とすればよい。その際、各領域ごとに第１のコレステリック液晶層１８の液晶配向パターンの１周期と、第２のコレステリック液晶層２０の液晶配向パターンの１周期とが異なっていればよい。また、少なくとも一部の領域で第１のコレステリック液晶層１８の液晶配向パターンの１周期と、第２のコレステリック液晶層２０の液晶配向パターンの１周期とが異なっていればよく、第１のコレステリック液晶層１８の液晶配向パターンの１周期と、第２のコレステリック液晶層２０の液晶配向パターンの１周期とが同じ領域を有していてもよい。
【0106】
図３に示す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Ｘ１方向のみに沿って、連続して回転している。
しかしながら、本発明は、これに制限はされず、コレステリック液晶層において、液晶化合物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、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、コレステリック液晶層において、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、各種の構成が利用可能である。
【0107】
一例として、図１２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、内側から外側に向かう同心円状に有する、同心円状のパターンである、コレステリック液晶層２２（２４）が例示される。
あるいは、同心円状ではなく、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が、コレステリック液晶層２２（２４）の中心から放射状に設けられた液晶配向パターンも、利用可能である。
あるいは、同心円状ではなく、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が、コレステリック液晶層２２（２４）の中心から放射状に設けられた液晶配向パターンも、利用可能である。
【0108】
なお、図１２においても、図３と同様、配向膜の表面の液晶化合物４０のみを示すが、コレステリック液晶層２２（２４）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４０から、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するのは、前述のとおりである。
【0109】
また、液晶回折素子としては、図１３に示すように、第１のコレステリック液晶層２２および第２のコレステリック液晶層２４がそれぞれ、同心円状の液晶配向パターンを有するコレステリック液晶層である構成となる。図１３では、それぞれのコレステリック液晶層の液晶配向パターンの１周期の間隔を破線で示している。また、図１３では説明のため、第１のコレステリック液晶層２２の平面図と、第２のコレステリック液晶層２４の平面図とを上下にずらして示している。
図１３に示すように、第１のコレステリック液晶層２２の液晶配向パターンの１周期と、第２のコレステリック液晶層２４の液晶配向パターンの１周期とは互いに異なっている。
図１３に示すように、第１のコレステリック液晶層２２の液晶配向パターンの１周期と、第２のコレステリック液晶層２４の液晶配向パターンの１周期とは互いに異なっている。
【0110】
図１２に示すコレステリック液晶層２２（２４）において、液晶化合物４０の光学軸（図示省略）は、液晶化合物４０の長手方向である。
コレステリック液晶層２２（２４）では、液晶化合物４０の光学軸の向きは、コレステリック液晶層２２（２４）の中心から外側に向かう多数の方向、例えば、矢印Ａ1で示す方向、矢印Ａ2で示す方向、矢印Ａ3で示す方向…に沿って、連続的に回転しながら変化している。
また、好ましい態様として、図１２に示すようにコレステリック液晶層２２（２４）の中心から放射状に、同じ方向に回転しながら変化するものが挙げられる。図１２で示す態様は、反時計回りの配向である。図１２中の矢印Ａ1、Ａ2およびＡ3の各矢印において、光学軸の回転方向は、中心から外側に向かうにつれて反時計回りとなっている。
コレステリック液晶層２２（２４）では、液晶化合物４０の光学軸の向きは、コレステリック液晶層２２（２４）の中心から外側に向かう多数の方向、例えば、矢印Ａ1で示す方向、矢印Ａ2で示す方向、矢印Ａ3で示す方向…に沿って、連続的に回転しながら変化している。
また、好ましい態様として、図１２に示すようにコレステリック液晶層２２（２４）の中心から放射状に、同じ方向に回転しながら変化するものが挙げられる。図１２で示す態様は、反時計回りの配向である。図１２中の矢印Ａ1、Ａ2およびＡ3の各矢印において、光学軸の回転方向は、中心から外側に向かうにつれて反時計回りとなっている。
【0111】
このような、同心円状の液晶配向パターン、すなわち、放射状に光学軸が連続的に回転して変化する液晶配向パターンを有するコレステリック液晶層２２（２４）は、液晶化合物４０の光学軸の回転方向および反射する円偏光の方向に応じて、入射光を、発散光または集束光として反射できる。
すなわち、コレステリック液晶層の液晶配向パターンを同心円状とすることにより、本発明の液晶回折素子は、例えば、凹レンズまたは凸レンズとしての機能を発現する。
すなわち、コレステリック液晶層の液晶配向パターンを同心円状とすることにより、本発明の液晶回折素子は、例えば、凹レンズまたは凸レンズとしての機能を発現する。
【0112】
ここで、コレステリック液晶層の液晶配向パターンを同心円状として、液晶回折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学軸が１８０°回転する１周期Λを、コレステリック液晶層の中心から、光学軸が連続的に回転する１方向の外方向に向かって、漸次、短くするのが好ましい。
前述のように、入射方向に対する光の反射角度は、液晶配向パターンにおける１周期Λが短いほど、大きくなる。従って、液晶配向パターンにおける１周期Λを、コレステリック液晶層の中心から、光学軸が連続的に回転する１方向の外方向に向かって、漸次、短くすることにより、光を、より集束でき、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反射角度は、液晶配向パターンにおける１周期Λが短いほど、大きくなる。従って、液晶配向パターンにおける１周期Λを、コレステリック液晶層の中心から、光学軸が連続的に回転する１方向の外方向に向かって、漸次、短くすることにより、光を、より集束でき、凸レンズとしての性能を、向上できる。
【0113】
本発明において、液晶回折素子を凹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ける光学軸の連続的な回転方向を、コレステリック液晶層２２（２４）の中心から、上述の凸レンズの場合とは逆方向に回転させるのが好ましい。
また、コレステリック液晶層２２（２４）の中心から、光学軸が連続的に回転する１方向の外方向に向かって、光学軸が１８０°回転する１周期Λを、漸次、短くすることにより、コレステリック液晶層による光を、より発散でき、凹レンズとしての性能を、向上できる。
また、コレステリック液晶層２２（２４）の中心から、光学軸が連続的に回転する１方向の外方向に向かって、光学軸が１８０°回転する１周期Λを、漸次、短くすることにより、コレステリック液晶層による光を、より発散でき、凹レンズとしての性能を、向上できる。
【0114】
本発明において、液晶回折素子を凹レンズとして作用させる場合には、コレステリック液晶層が反射する円偏光の方向（螺旋構造のセンス）を凸レンズの場合と逆にする、つまりコレステリック液晶層が螺旋状に旋回する方向を逆にするのも好ましい。
この場合も、コレステリック液晶層２２（２４）の中心から、光学軸が連続的に回転する１方向の外方向に向かって、光学軸が１８０°回転する１周期Λを、漸次、短くすることにより、コレステリック液晶層が反射する光を、より発散でき、凹レンズとしての性能を、向上できる。
なお、コレステリック液晶層の螺旋状に旋回する方向を逆にした上で、液晶配向パターンにおいて光学軸の連続的な回転方向を、コレステリック液晶層の中心から、逆方向に回転させることで、液晶回折素子を凸レンズとして作用させることができる。
この場合も、コレステリック液晶層２２（２４）の中心から、光学軸が連続的に回転する１方向の外方向に向かって、光学軸が１８０°回転する１周期Λを、漸次、短くすることにより、コレステリック液晶層が反射する光を、より発散でき、凹レンズとしての性能を、向上できる。
なお、コレステリック液晶層の螺旋状に旋回する方向を逆にした上で、液晶配向パターンにおいて光学軸の連続的な回転方向を、コレステリック液晶層の中心から、逆方向に回転させることで、液晶回折素子を凸レンズとして作用させることができる。
【0115】
本発明において、液晶回折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およびｙは面内の位置を表し、（ｘ、ｙ）＝（０、０）は同心円の中心を表す。Φ（ｒ）は中心からの距離ｒにおける光軸の角度、λはコレステリック液晶層の選択反射中心波長、ｆは目的とする焦点距離を表わす。
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およびｙは面内の位置を表し、（ｘ、ｙ）＝（０、０）は同心円の中心を表す。Φ（ｒ）は中心からの距離ｒにおける光軸の角度、λはコレステリック液晶層の選択反射中心波長、ｆは目的とする焦点距離を表わす。
【0116】
なお、本発明においては、液晶回折素子の用途によっては、逆に、同心円状の液晶配向パターンにおける１周期Λを、コレステリック液晶層の中心から、光学軸が連続的に回転する１方向の外方向に向かって、漸次、長くしてもよい。
さらに、例えば透過光に光量分布を設けたい場合など、液晶回折素子の用途によって、光学軸が連続的に回転する１方向に向かって、１周期Λを、漸次、変更するのではなく、光学軸が連続的に回転する１方向において、部分的に１周期Λが異なる領域を有する構成も利用可能である。
さらに、例えば透過光に光量分布を設けたい場合など、液晶回折素子の用途によって、光学軸が連続的に回転する１方向に向かって、１周期Λを、漸次、変更するのではなく、光学軸が連続的に回転する１方向において、部分的に１周期Λが異なる領域を有する構成も利用可能である。
【0117】
また、本発明の液晶回折素子は、一方のコレステリック液晶層の１周期Λが全面的に均一で、他方のコレステリック液晶層が１周期Λが異なる領域を有するものであってもよい。この点に関しては、図１に示すような、一方向のみに光学軸が連続的に回転する構成でも、同様である。
【0118】
図１４に、配向膜に、このような同心円状の配向パターンを形成する露光装置の一例を概念的に示す。
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。
【0119】
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３０の上の配向膜３２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。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３２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３０の上の配向膜３２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。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３２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。
【0120】
この露光装置８０において、液晶化合物４０の光学軸が連続的に１８０°回転する液晶配向パターンの１周期の長さΛは、レンズ９２の屈折力（レンズ９２のＦナンバー）、レンズ９２の焦点距離、および、レンズ９２と配向膜３２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、光学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、光学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、光学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、光学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。
【0121】
このように、光学軸が連続的に回転する１方向において、光学軸が１８０°回転する１周期Λを変更する構成は、図２および図３に示す、矢印Ｘ方向の一方向のみに液晶化合物４０の光学軸４０Ａが連続的に回転して変化する構成でも、利用可能である。
例えば、液晶配向パターンの１周期Λを、矢印Ｘ方向に向かって、漸次、短くすることにより、集光するように光を反射する液晶回折素子を得ることができる。
また、液晶配向パターンにおいて光学軸が１８０°回転する方向を逆にすることにより、矢印Ｘ方向にのみ拡散するように光を反射する液晶回折素子を得ることができる。コレステリック液晶層が反射する円偏光の方向（螺旋構造のセンス）を逆にすることでも、矢印Ｘ方向にのみ拡散するように光を反射する液晶回折素子を得ることができる。なお、コレステリック液晶層が反射する円偏光の方向（螺旋構造のセンス）を逆にした上で、液晶配向パターンにおいて光学軸が１８０°回転する方向を逆にすることにより、集光するように光を透過する液晶回折素子を得ることができる。
さらに、例えば回折光に光量分布を設けたい場合など、液晶回折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反射する液晶回折素子を得ることができる。
また、液晶配向パターンにおいて光学軸が１８０°回転する方向を逆にすることにより、矢印Ｘ方向にのみ拡散するように光を反射する液晶回折素子を得ることができる。コレステリック液晶層が反射する円偏光の方向（螺旋構造のセンス）を逆にすることでも、矢印Ｘ方向にのみ拡散するように光を反射する液晶回折素子を得ることができる。なお、コレステリック液晶層が反射する円偏光の方向（螺旋構造のセンス）を逆にした上で、液晶配向パターンにおいて光学軸が１８０°回転する方向を逆にすることにより、集光するように光を透過する液晶回折素子を得ることができる。
さらに、例えば回折光に光量分布を設けたい場合など、液晶回折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。
【0122】
［積層回折素子］
本発明の積層回折素子は、上述した液晶回折素子を２以上有し、
各液晶回折素子の選択反射波長が互いに異なる積層回折素子である。
本発明の積層回折素子は、上述した液晶回折素子を２以上有し、
各液晶回折素子の選択反射波長が互いに異なる積層回折素子である。
【0123】
すなわち、積層回折素子は、液晶配向パターンを有するコレステリック液晶層を４層以上有し、選択反射波長が同じで液晶配向パターンの１周期の長さが異なるコレステリック液晶層の組を２組以上有するものである。
【0124】
例えば、図１５に示す積層液晶回折素子５０は、選択反射波長が青色（Ｂ）である液晶回折素子１０Ｂと、選択反射波長が緑色（Ｇ）である液晶回折素子１０Ｇと、選択反射波長が赤色（Ｒ）である液晶回折素子１０Ｒと、を有する。
液晶回折素子１０Ｂは、第１のコレステリック液晶層１８Ｂと第２のコレステリック液晶層２０Ｂとを有する。液晶回折素子１０Ｇは、第１のコレステリック液晶層１８Ｇと第２のコレステリック液晶層２０Ｇとを有する。液晶回折素子１０Ｒは、第１のコレステリック液晶層１８Ｒと第２のコレステリック液晶層２０Ｒとを有する。
液晶回折素子１０Ｂは、第１のコレステリック液晶層１８Ｂと第２のコレステリック液晶層２０Ｂとを有する。液晶回折素子１０Ｇは、第１のコレステリック液晶層１８Ｇと第２のコレステリック液晶層２０Ｇとを有する。液晶回折素子１０Ｒは、第１のコレステリック液晶層１８Ｒと第２のコレステリック液晶層２０Ｒとを有する。
【0125】
第１のコレステリック液晶層１８Ｂ、第２のコレステリック液晶層２０Ｂ、第１のコレステリック液晶層１８Ｇ、第２のコレステリック液晶層２０Ｇ、第１のコレステリック液晶層１８Ｒおよび第２のコレステリック液晶層２０Ｒはいずれも、上述した液晶配向パターンを有するコレステリック液晶層である。
【0126】
第１のコレステリック液晶層１８Ｂおよび第２のコレステリック液晶層２０Ｂは、青色領域に選択反射波長を有する。また、第１のコレステリック液晶層１８Ｂの液晶配向パターンの１周期と、第２のコレステリック液晶層２０Ｂの液晶配向パターンの１周期とが異なっている。
第１のコレステリック液晶層１８Ｂおよび第２のコレステリック液晶層２０Ｂを有する液晶回折素子１０Ｂは、青色光を選択的に透過回折する。また、液晶回折素子１０Ｂは、緑色光および赤色光に対しては作用しないためそのまま透過する。
第１のコレステリック液晶層１８Ｂおよび第２のコレステリック液晶層２０Ｂを有する液晶回折素子１０Ｂは、青色光を選択的に透過回折する。また、液晶回折素子１０Ｂは、緑色光および赤色光に対しては作用しないためそのまま透過する。
【0127】
第１のコレステリック液晶層１８Ｇおよび第２のコレステリック液晶層２０Ｇは、緑色領域に選択反射波長を有する。また、第１のコレステリック液晶層１８Ｇの液晶配向パターンの１周期と、第２のコレステリック液晶層２０Ｇの液晶配向パターンの１周期とが異なっている。
第１のコレステリック液晶層１８Ｇおよび第２のコレステリック液晶層２０Ｇを有する液晶回折素子１０Ｇは、緑色光を選択的に透過回折する。また、液晶回折素子１０Ｇは、青色光および赤色光に対しては作用しないためそのまま透過する。
第１のコレステリック液晶層１８Ｇおよび第２のコレステリック液晶層２０Ｇを有する液晶回折素子１０Ｇは、緑色光を選択的に透過回折する。また、液晶回折素子１０Ｇは、青色光および赤色光に対しては作用しないためそのまま透過する。
【0128】
第１のコレステリック液晶層１８Ｒおよび第２のコレステリック液晶層２０Ｒは、赤色領域に選択反射波長を有する。また、第１のコレステリック液晶層１８Ｒの液晶配向パターンの１周期と、第２のコレステリック液晶層２０Ｒの液晶配向パターンの１周期とが異なっている。
第１のコレステリック液晶層１８Ｒおよび第２のコレステリック液晶層２０Ｒを有する液晶回折素子１０Ｒは、赤色光を選択的に透過回折する。また、液晶回折素子１０Ｒは、青色光および緑色光に対しては作用しないためそのまま透過する。
第１のコレステリック液晶層１８Ｒおよび第２のコレステリック液晶層２０Ｒを有する液晶回折素子１０Ｒは、赤色光を選択的に透過回折する。また、液晶回折素子１０Ｒは、青色光および緑色光に対しては作用しないためそのまま透過する。
【0129】
このような構成を有する積層液晶回折素子５０に光が入射すると、青色光は液晶回折素子１０Ｂによって回折され、また、緑色光は液晶回折素子１０Ｇによって回折され、また、赤色光は液晶回折素子１０Ｒによって回折される。
このように、選択波長が互いに異なる液晶回折素子を有する積層回折素子は、異なる波長域の光を選択的に透過回折することができる。
このように、選択波長が互いに異なる液晶回折素子を有する積層回折素子は、異なる波長域の光を選択的に透過回折することができる。
【0130】
以上、本発明の液晶回折素子および積層回折素子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】
【0131】
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。
【0132】
［実施例１］
＜第１のコレステリック液晶層の作製＞
（配向膜の形成）
支持体としてガラス基板を用意した。支持体上に、下記の配向膜形成用塗布液をスピンコータを用いて２５００ｒｐｍにて３０秒間塗布した。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。
＜第１のコレステリック液晶層の作製＞
（配向膜の形成）
支持体としてガラス基板を用意した。支持体上に、下記の配向膜形成用塗布液をスピンコータを用いて２５００ｒｐｍにて３０秒間塗布した。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。
【0133】
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
―――――――――――――――――――――――――――――――――
―――――――――――――――――――――――――――――――――
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
―――――――――――――――――――――――――――――――――
【0134】
－光配向用素材－
【化1】
【0135】
（配向膜の露光）
図４に示す露光装置を用いて配向膜を露光して、配向パターンを有するパターン配向膜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Λ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下記表１に記載の長さとなるように制御した。
図４に示す露光装置を用いて配向膜を露光して、配向パターンを有するパターン配向膜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Λ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下記表１に記載の長さとなるように制御した。
【0136】
（コレステリック液晶層の形成）
第１の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ＬＣ－１を調製した。
組成物ＬＣ－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 ５．１８質量部
メチルエチルケトン ３３０．６０質量部
―――――――――――――――――――――――――――――――――
第１の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ＬＣ－１を調製した。
組成物ＬＣ－１
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棒状液晶化合物Ｌ－１ １００．００質量部
重合開始剤（ＢＡＳＦ製、Ｉｒｇａｃｕｒｅ（登録商標）９０７）
３．００質量部
光増感剤（日本化薬製、ＫＡＹＡＣＵＲＥ ＤＥＴＸ－Ｓ）
１．００質量部
キラル剤Ｃｈ－１ ５．１８質量部
メチルエチルケトン ３３０．６０質量部
―――――――――――――――――――――――――――――――――
【0137】
液晶化合物Ｌ－１
【化2】
【0138】
キラル剤Ｃｈ－１
【化3】
【0139】
パターン配向膜Ｐ－１上に、上記の液晶組成物ＬＣ－１を、スピンコータを用いて、８００ｒｐｍで１０秒間塗布した。液晶組成物ＬＣ－１の塗膜をホットプレート上で８０℃にて３分間（１８０ｓｅｃ）加熱した。その後、８０℃にて、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、液晶組成物ＬＣ－１を硬化して液晶化合物の配向を固定化し、コレステリック液晶層を形成した。
【0140】
コレステリック液晶層は、表面が図３に示すような周期的な配向になっていることを偏光顕微鏡で確認した。
コレステリック液晶層を光学軸の回転方向に沿う方向切削し、断面をＳＥＭで観察した。ＳＥＭ画像を解析することで、液晶配向パターンにおける１周期Λ、螺旋１ピッチの長さピッチＰを測定した。測定結果を表１に示す。また、ＳＥＭ断面で観察される明部および暗部が主面に対して傾いていることを確認した。この明部および暗部はコレステリック液晶相に由来して観察されるものであり、明部と暗部の繰り返し２回分が、螺旋１ピッチに相当する。この明部および暗部は、光学軸の向きが旋回方向で一致している液晶化合物を接続するように形成される。すなわち、明部および暗部は、上述した等位相面と一致する。
コレステリック液晶層を光学軸の回転方向に沿う方向切削し、断面をＳＥＭで観察した。ＳＥＭ画像を解析することで、液晶配向パターンにおける１周期Λ、螺旋１ピッチの長さピッチＰを測定した。測定結果を表１に示す。また、ＳＥＭ断面で観察される明部および暗部が主面に対して傾いていることを確認した。この明部および暗部はコレステリック液晶相に由来して観察されるものであり、明部と暗部の繰り返し２回分が、螺旋１ピッチに相当する。この明部および暗部は、光学軸の向きが旋回方向で一致している液晶化合物を接続するように形成される。すなわち、明部および暗部は、上述した等位相面と一致する。
【0141】
＜第２のコレステリック液晶層の作製＞
配向膜を露光してパターン配向膜を形成する際の２つの光の交差角αを変えて配向パターンの１周期Λが下記表１に記載の長さとなるように制御した以外は第１のコレステリック液晶層と同様にして第２のコレステリック液晶層を作製した。
配向膜を露光してパターン配向膜を形成する際の２つの光の交差角αを変えて配向パターンの１周期Λが下記表１に記載の長さとなるように制御した以外は第１のコレステリック液晶層と同様にして第２のコレステリック液晶層を作製した。
【0142】
＜液晶回折素子の作製＞
第２のコレステリック液晶層の表面に第１のコレステリック液晶層を粘着剤ＳＫダイン（綜研化学株式会社）で貼合し、第１のコレステリック液晶層の支持体を剥離して、図９に示すような構成の液晶回折素子を作製した。
なお、貼合の際には、第１のコレステリック液晶層と第２のコレステリック液晶層の液晶配向パターンにおける光学軸の向きが連続的に回転しながら変化する一方向が一致させ、また、明部および暗部の傾きの方向が同じ向きとなるようにして、第１のコレステリック液晶層と第２のコレステリック液晶層とを貼合した。
第２のコレステリック液晶層の表面に第１のコレステリック液晶層を粘着剤ＳＫダイン（綜研化学株式会社）で貼合し、第１のコレステリック液晶層の支持体を剥離して、図９に示すような構成の液晶回折素子を作製した。
なお、貼合の際には、第１のコレステリック液晶層と第２のコレステリック液晶層の液晶配向パターンにおける光学軸の向きが連続的に回転しながら変化する一方向が一致させ、また、明部および暗部の傾きの方向が同じ向きとなるようにして、第１のコレステリック液晶層と第２のコレステリック液晶層とを貼合した。
【0143】
［実施例２、３および比較例１］
組成物ＬＣ－１中のキラル剤Ｃｈ－１の量を表１に示すように変更して第１のコレステリック液晶層および第２のコレステリック液晶層を作製した以外は実施例１と同様にして液晶回折素子を作製した。
組成物ＬＣ－１中のキラル剤Ｃｈ－１の量を表１に示すように変更して第１のコレステリック液晶層および第２のコレステリック液晶層を作製した以外は実施例１と同様にして液晶回折素子を作製した。
【0144】
［実施例４］
実施例１と同様にして第１のコレステリック液晶層および第２のコレステリック液晶層を作製し、第１のコレステリック液晶層の支持体の表面に第２のコレステリック液晶層を粘着剤ＳＫダイン（綜研化学株式会社）で貼合し、第２のコレステリック液晶層の支持体を剥離して、図８に示すような構成の液晶回折素子を作製した。
実施例１と同様にして第１のコレステリック液晶層および第２のコレステリック液晶層を作製し、第１のコレステリック液晶層の支持体の表面に第２のコレステリック液晶層を粘着剤ＳＫダイン（綜研化学株式会社）で貼合し、第２のコレステリック液晶層の支持体を剥離して、図８に示すような構成の液晶回折素子を作製した。
【0145】
［評価］
作製した各液晶回折素子の一方の表面に垂直な方向から、所定の波長の光（４５０ｎｍ、５３２ｎｍ、６５０ｎｍ）を照射し、出射される光の角度（極角）を測定した。
測定に用いる光の波長４５０ｎｍは実施例１、実施例４および比較例１の第１のコレステリック液晶層および第２のコレステリック液晶層の選択反射波長であり、波長５３２ｎｍは実施例２の第１のコレステリック液晶層および第２のコレステリック液晶層の選択反射波長であり、波長６５０ｎｍは実施例３の第１のコレステリック液晶層および第２のコレステリック液晶層の選択反射波長である。
結果を下記の表１に示す。
作製した各液晶回折素子の一方の表面に垂直な方向から、所定の波長の光（４５０ｎｍ、５３２ｎｍ、６５０ｎｍ）を照射し、出射される光の角度（極角）を測定した。
測定に用いる光の波長４５０ｎｍは実施例１、実施例４および比較例１の第１のコレステリック液晶層および第２のコレステリック液晶層の選択反射波長であり、波長５３２ｎｍは実施例２の第１のコレステリック液晶層および第２のコレステリック液晶層の選択反射波長であり、波長６５０ｎｍは実施例３の第１のコレステリック液晶層および第２のコレステリック液晶層の選択反射波長である。
結果を下記の表１に示す。
【0146】
【表1】
【0147】
表１から、第１のコレステリック液晶層と第２のコレステリック液晶層の液晶配向パターンの１周期Λが同じである比較例１の場合には、いずれの波長の光も回折せずに透過することがわかる。これに対して、本発明の液晶回折素子は、選択反射波長の光を回折して透過し、それ以外の波長の光は回折せずに透過していることがわかる。すなわち、本発明の液晶回折素子は、波長選択性を有する透過型の回折素子であることがわかる。
以上の結果より、本発明の効果は明らかである。
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】
【0148】
透過型レンズなど、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】
【0149】
１０ 液晶回折素子
１６ 導光部材
１８，２２ 第１のコレステリック液晶層
２０，２４ 第２のコレステリック液晶層
２１ コレステリック液晶層
３０ 支持体
３２ 配向膜
４０ 液晶化合物
４０Ａ 光学軸
６０，８０ 露光装置
６２，８２ レーザ
６４，８４ 光源
６５ λ／２板
６８，８８，９４ 偏光ビームスプリッター
７０Ａ，７０Ｂ，９０Ａ，９０Ｂ ミラー
７２Ａ，７２Ｂ，９６ λ／４板
９２ レンズ
ＲR 赤色の右円偏光
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
Ｌ1，Ｌ2，Ｌ3，Ｌ4，Ｌ5，Ｌ6，Ｌ7 光
１６ 導光部材
１８，２２ 第１のコレステリック液晶層
２０，２４ 第２のコレステリック液晶層
２１ コレステリック液晶層
３０ 支持体
３２ 配向膜
４０ 液晶化合物
４０Ａ 光学軸
６０，８０ 露光装置
６２，８２ レーザ
６４，８４ 光源
６５ λ／２板
６８，８８，９４ 偏光ビームスプリッター
７０Ａ，７０Ｂ，９０Ａ，９０Ｂ ミラー
７２Ａ，７２Ｂ，９６ λ／４板
９２ レンズ
ＲR 赤色の右円偏光
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
Ｌ1，Ｌ2，Ｌ3，Ｌ4，Ｌ5，Ｌ6，Ｌ7 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】
