CN111936900A

CN111936900A - 光学元件

Info

Publication number: CN111936900A
Application number: CN201980022936.5A
Authority: CN
Inventors: 齐藤之人; 佐藤宽; 村松彩子
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2018-03-29
Filing date: 2019-03-28
Publication date: 2020-11-13
Anticipated expiration: 2039-03-28
Also published as: CN111936900B; JPWO2019189586A1; US11474287B2; JP6975317B2; WO2019189586A1; US20210026049A1

Abstract

本发明提供一种能够以简单的结构获得高衍射效率的光学元件。所述光学元件具备使用包含液晶化合物的组合物而形成的光学各向异性层，光学各向异性层具有来自液晶化合物的光学轴的朝向沿着面内的至少一个方向一边连续旋转一边产生变化的液晶取向图案且具有光学各向异性层的上下界面的至少一个界面上的液晶化合物的取向方向相对于界面具有预倾角的区域。

Description

光学元件

技术领域

本发明涉及一种能够控制入射光的透射或反射方向的光学元件。

背景技术

偏振光可用于多个光学器件或者系统中，要求用于进行偏振光的透射或反射、聚光及发散等的控制的光学元件。

专利文献1中公开有具备各向异性取向图案的几何相位差全息图的偏振光转换系统。

专利文献2中公开有通过对具有光学各向异性的薄膜进行图案形成来形成的衍射光学元件。

非专利文献1中，示出了通过胆甾醇型液晶反射的光的相位根据螺旋结构的相位而产生变化及通过空间上控制螺旋结构的相位而能够任意设计反射光的波面的内容。

以往技术文献

专利文献

专利文献1：日本特表2016-519327号公报

专利文献2：日本特表2017-522601号公报

非专利文献

非专利文献1：Kobayashi et al“Planar optics with patterned chiral liquid crystal”Nature Photonics,2016.66(2016)

发明内容

发明要解决的技术课题

在如专利文献2中所记载的面内使液晶取向图案产生变化而使光衍射的元件期待作为虚拟现实(Augmented Reality：AR，增强现实)影像投影装置等光学部件的适用。但是，存在衍射角度变大时衍射效率下降即衍射光的强度变弱的问题。专利文献2中，提出有使用对液晶进行多层化而成的复杂的层结构的方法。

本发明的目的在于提供一种以简单的结构即使衍射角度变大也能够获得衍射效率高的衍射光的光学元件。

用于解决技术课题的手段

[1]一种光学元件，其具备：

至少一层使用包含液晶化合物的组合物而形成的光学各向异性层，

上述光学各向异性层中的至少一层具有来自上述液晶化合物的光学轴的朝向沿着面内的至少一个方向一边连续旋转一边产生变化的液晶取向图案，

并且具有上述光学各向异性层的上下界面的至少一个界面上的液晶化合物的取向方向相对于界面具有预倾角的区域。

[2]根据[1]所述的光学元件，其中，

在上述至少一个界面上，周期性地存在具有预倾角的区域及不具有预倾角的区域。

[3]根据[1]或[2]所述的光学元件，其中，

上述各向异性层中具有相对于厚度方向具有扭曲性的区域。

[4]根据[1]或[2]所述的光学元件，其中，

上述液晶化合物沿厚度方向进行胆甾醇型取向。

[5]根据[1]至[4]中任一项所述的光学元件，其具有取向图案不同的两种以上的光学各向异性层。

[6]根据[5]所述的光学元件，其中，

两种以上的光学各向异性层的预倾角互不相同。

[7]根据[5]或[6]所述的光学元件，其中，

两种以上的光学各向异性层的来自液晶化合物的光学轴相对于界面的倾斜方位相同。

[8]根据[5]或[6]所述的光学元件，其中，

两种以上的光学各向异性层的来自液晶化合物的光学轴相对于界面的倾斜方位互不相同。

[9]根据[5]至[8]中任一项所述的光学元件，其中，

两种以上的光学各向异性层的来自液晶化合物的光学轴相对于界面的倾角的厚度方向的平均值互不相同。

[10]根据[1]至[9]中任一项所述的光学元件，其中，

光学各向异性层的至少一层具有来自液晶化合物的光学轴的倾角在厚度方向上不同的区域。

[11]根据[1]至[10]中任一项所述的光学元件，其中，

将来自液晶化合物的光学轴的朝向在面内旋转180°的长度设为1个周期时，光学各向异性层的至少一层在面内具有1个周期的长度不同的区域。

[12]根据[3]至[11]中任一项所述的光学元件，其中，

光学各向异性层的至少一层具有：相对于厚度方向的扭曲的等相位面的相对于至少一个界面的倾角与来自液晶化合物的厚度方向上的光学轴的倾角在厚度方向上不同的区域。

[13]根据[1]至[12]中任一项所述的光学元件，其具有被层叠在光学各向异性层的至少一层的一个表面上的图案取向膜。

发明效果

本发明的光学元件是如下衍射光学元件，其具备使用包含液晶化合物的组合物而形成的光学各向异性层，上述光学各向异性层具有来自上述液晶化合物的光学轴的朝向沿着面内的至少一个方向一边连续旋转一边产生变化的液晶取向图案且具有上述光学各向异性层的上下界面的至少一个界面上的液晶化合物的取向方向相对于界面具有预倾角的区域。通过所涉及的结构，本发明的光学元件能够获得高衍射效率高的衍射光。

附图说明

图1是表示第1实施方式的光学元件的光学各向异性层中的液晶取向图案的侧面示意图。

图2是表示第1实施方式的光学元件的光学各向异性层中的液晶取向图案的平面示意图。

图3是用于说明光学各向异性层作为衍射光栅而发挥功能的原理的图。

图4是示意性地表示第1实施方式中的衍射现象的图。

图5是表示向第1实施方式的光学元件入射随机偏振的入射光时的反射光及透射光的图。

图6是在第1实施方式的光学元件中具备取向膜及光学各向异性层的图。

图7是表示第1实施方式的光学元件的设计变更例的图。

图8是表示第1实施方式的光学元件的其他设计变更例的图。

图9是表示第1实施方式的光学元件的其他设计变更例的图。

图10是表示第2实施方式的光学元件的光学各向异性层中的液晶取向图案的侧面示意图。

图11是表示向第2实施方式的光学元件入射随机偏振的入射光时的反射光及透射光的图。

图12是表示第2实施方式的光学元件的设计变更例的图。

图13是表示第2实施方式的光学元件的其他设计变更例的图。

图14是对取向膜照射干涉光的曝光装置的概略结构图。

图15是对取向膜照射干涉光的曝光装置的概略结构图。

图16是示出光强度的测量方法的概要的图。

图17是示出光强度的测量方法的概要的图。

图18是示意性地表示本发明的光学元件的另一例的侧面图。

图19是示意性地表示本发明的光学元件的另一例的侧面图。

图20是示意性地表示本发明的光学元件的另一例的侧面图。

图21是示意性地表示本发明的光学元件的另一例的侧面图。

具体实施方式

以下，参考附图对本发明的光学元件的实施方式进行说明。另外，各附图中，为了容易进行视觉辨认，构成要件的比例尺与实际的比例尺适当地不同。另外，在本说明书中，用“～”表示的数值范围是指将在“～”的前后记载的数值作为下限值以及上限值而包含的范围。并且，关于角度，“正交”及“平行”是指严格角度±10°的范围。

图1是表示第1实施方式的光学元件10中的液晶取向图案的侧面示意图，图2是表示图1所示的光学元件10的液晶取向图案的平面示意图。另外，在图中，将薄片状的光学元件10的薄片表面定义为x-y面，将厚度方向定义为z方向。

光学元件10具备包含液晶化合物的液晶组合物的固化层即光学各向异性层14。在光学各向异性层14中，液晶化合物的光学轴(慢轴)具有沿着光学各向异性层的面内的至少一个方向排列的液晶图案，并且液晶化合物的光学轴的朝向发生旋转变化的液晶取向图案。而且，具有上述光学各向异性层的上下界面的至少一个界面上的液晶化合物的取向方向相对于界面具有预倾角的区域。另外，在以下的说明中，将光学各向异性层中的液晶化合物的取向方向相对于界面具有预倾角也称为光学各向异性层具有预倾角。

并且，在图1中，示出了作为光学元件10仅具有光学各向异性层14的结构，但是并不限定于此，可以具有其他层。例如，如后述的图6所示的例，光学元件10可以构成为在支撑体12上具备取向膜13且在其上具备光学各向异性层14。

本实施方式的光学元件10中，相对于波长λ的光的光学各向异性层14的厚度方向(图中z方向)的延迟R(＝Δn·d₁)为0.36λ～0.64λ。延迟R优选为0.4λ～0.6λ，更优选为0.45λ～0.55λ，尤其优选为0.5λ。Δn为光学各向异性层14的双折射率，d₁为厚度。例如，在将550nm的光假设为入射光的情况下，相对于550nm的光的延迟R在198nm～352nm的范围内即可，尤其优选为275n m。由于具有这种延迟R，光学各向异性层14具有作为通常的λ/2板的功能，即呈现出在与入射光的正交的直线偏振成分之间赋予180°(＝π＝λ/2)的相位差的功能。

本实施方式的光学元件10作为透射型衍射光栅(衍射光学元件)而发挥功能。对作为衍射光栅而发挥功能的原理进行说明。

如图1及图2所示，在光学各向异性层14中，液晶化合物20以光学轴在面内(xy平面内)的一个方向(沿着图2中的轴A的方向)连续地旋转变化的液晶取向图案被固定化。即，液晶化合物20进行取向，以使定义为液晶化合物20的光学轴22的液晶化合物20的长轴(异常光的轴：指向矢)的面内成分与轴A所成的角度产生旋转变化。

光学轴22的朝向产生旋转变化的液晶取向图案是指，沿着轴A配置的液晶化合物20的光学轴22与轴A所成的角度根据轴A方向的位置而不同且沿着轴A取向成光学轴22与轴A所成的角度从φ逐渐变化到

或者

而固定化的图案。以下，在如图2所示的光学各向异性层中，将液晶的光学轴与光学各向异性层的表面平行并且光学轴的朝向为一定的局部区域(单元区域)在沿一个方向排列的多个局部区域之间配置成光学轴的朝向沿一个方向连续旋转变化的图案称为水平旋转取向。

另外，连续旋转变化也可以为如图1、2所示那样30°间隔等规定角度的区域相邻而从0°旋转至180°(＝0°)。只要单位范围的光学轴的朝向的平均值以一定比例线性变化则逐渐发生变化。其中，与轴A方向相邻且具有不同的斜率的区域之间的光学轴的斜率的变化设为45°以下。优选相邻的区域之间的斜率的变化更小。

在A轴方向上，光学轴22与A轴所成的角度从

变化到

(返回原点)的距离为旋转180°的周期p(以下，称为旋转周期p。)。该光学轴的朝向的旋转周期p优选为在面内具有0.1μm～5μm的区域。另外，该旋转周期p根据入射到光学元件的光的波长及所期望的出射角来确定即可。

本光学元件10中，通过上述光学各向异性层14的结构相对于入射光施加λ/2的相位差，并且以入射角0°入射的，即使垂直入射的入射光以出射角θ₂射出。即，如图1所示，若与光学各向异性层14的表面垂直地(沿着表面的法线)入射右旋圆偏振光P_R的光L₁(以下，称为入射光L₁。)，则左旋圆偏振光P_L的光L₂(以下，称为出射光L₂。)沿法线方向成角度θ₂的方向射出。光学元件10中，在入射规定的波长的光的情况下，光学各向异性层14中的旋转周期p越小，出射光L₂的出射角变得越大。

另外，上述光学各向异性层的特征为在光学各向异性层的上下界面的至少一个界面上液晶的光学轴相对于基板面倾斜地进行取向即具有预倾角。通过在光学各向异性层的界面上设置预倾斜液晶的机构，光学各向异性层14在基板表面上具有预倾角，进而在远离表面的块状的部分受到表面的影响而具有倾斜角。如此通过液晶预倾斜，当光沿L₂方向衍射时有效的液晶的双折射率提高，衍射效率能够得到提高。

预倾角能够用切片机切割光学各向异性层并且通过截面的偏振光显微镜观察来测量。

在上述光学各向异性层中，涂布于取向膜上时，具有预倾角的区域优选位于空气界面侧或者取向膜侧，更优选该区域位于取向膜侧并且周期性地存在具有预倾角的区域和不具有预倾角的区域。作为光学元件，具有在至少一个界面具有预倾角的区域。

＜光学各向异性层＞

用于形成光学各向异性层的包含液晶化合物的组合物除了含有液晶化合物以外，还可以含有流平剂、取向控制剂、聚合引发剂及取向助剂等其他成分。并且，形成光学各向异性层的液晶化合物可以为棒状液晶化合物，也可以为圆盘状液晶化合物。

在支撑体上形成取向膜，将组合物涂布于其取向膜上而使其固化，由此能够获得由液晶组合物的固化层构成的规定的液晶取向图案被固定化的光学各向异性层。

-棒状液晶化合物-

本发明中所使用的棒状液晶化合物可以为高分子化合物也可以为低分子化合物。并且，棒状液晶化合物在光学各向异性层中固定的状态下可能会失去液晶性。作为上述棒状液晶化合物的优选的例，可举出甲亚胺类、氧化偶氮类、氰基联苯类、氰基苯酯类、苯甲酸酯类、环己烷羧酸苯酯类、氰基苯基环己烷类、氰基取代苯基嘧啶类、烷氧基取代苯基嘧啶类、苯基二噁烷类、二苯乙炔类及链烯基环己基苯甲腈类。不仅能够使用如以上的低分子液晶性分子，还能够使用高分子液晶性分子。液晶性分子中优选使用具有能够通过活化光线或电子束、热等能够发生聚合或交联反应的部分结构的液晶性分子。其部分结构的个数为1～6个，优选为1～3个。能够用于本发明的棒状液晶化合物为了固定其取向状态，优选为具有聚合性基团的聚合性棒状液晶性化合物。聚合性基团优选自由基聚合性不饱和基团或阳离子聚合性基团，具体而言，例如可举出所记载的聚合性基团、聚合性液晶化合物。

作为聚合性棒状液晶化合物，能够使用Makromol.Chem.，190卷、2255页(1989年)、AdvancedMaterials 5卷、107页(1993年)、美国专利第4683327号说明书、美国专利第5622648号说明书、美国专利第5770107号说明书、国际公开第95/022586号、国际公开第95/024455号、国际公开第97/000600号、国际公开第98/023580号、国际公开第98/052905号、日本特开平1-272551号公报、日本特开平6-016616号公报、日本特开平7-110469号公报、日本特开平11-080081号公报、日本特表平11-513019号公报的技术方案1、日本特开2001-328973号公报、日本特开2002-062427号公报的[0064]至[0086]段、日本特开2005-289980号公报的[0026]至[0098]段中所记载的化合物等。

-圆盘状液晶化合物-

作为圆盘状液晶化合物，例如能够优选使用日本特开2007-108732号公报或日本特开2010-244038号公报中所记载的圆盘状液晶化合物。另外，光学各向异性层优选为相对于宽频带的波长实现λ/2板的功能的层，优选使用双折射反向分散的液晶材料。并且，还优选通过对液晶赋予扭曲成分或层叠不同的相位差层进行实质上的宽频带。

-其他成分-

另外，关于取向控制剂、聚合引发剂及取向助剂等其他成分，均能够利用所有公知的材料。另外，为了形成第2实施方式的光学各向异性层，因此也可以添加手性试剂来获得沿厚度方向具有旋转轴的胆甾醇型液晶相。

(取向控制剂)

在本发明中，将液晶组合物(以下，也称为组合物)涂布于取向膜上时，液晶组合物优选含有至少一种用于在取向膜侧或者空气界面侧的至少一个界面表达具有预倾角的区域的添加剂(取向控制剂)。通过在组合物含有上述添加剂，能够在光学各向异性层上设置具有预倾角的区域。

在本发明中，为了在涂布于取向膜上时在空气界面侧具有预倾角，组合物中除了含有液晶化合物以外，优选含有空气界面取向剂。由此，能够相对于光学各向异性层的上下界面的至少一个界面形成具有预倾角的区域。空气界面取向剂包含具有由后述的式(A)表示的结构单元的氟系聚合物(X)及不具有由后述的式(A)表示的结构单元而具有极性基团的氟系聚合物(Y)，为优选用于后述的相位差片所具有的光学各向异性层的组合物的形成。

在本发明中，如上所述，通过将上述氟系聚合物(X)及上述氟系聚合物(Y)作为空气界面取向剂而制备，能够抑制所形成的光学各向异性层的膜厚不均且控制预倾角。

其详细内容虽不明确，但是认为通过棒状液晶化合物进入以规定间隔排列的氟系聚合物(X)之间能够控制聚合之后的光学各向异性层的预倾角。并且，认为通过氟系聚合物(Y)维持氟系聚合物(X)的排列能够控制所形成的光学各向异性层的膜厚不均。

在本发明中，组合物所含有的空气界面取向剂优选至少包含具有由后述的式(A)表示的结构单元的氟系聚合物(X)及不具有由后述的式(A)表示的结构单元而具有极性基团的氟系聚合物(Y)。

＜氟系聚合物(X)＞

氟系聚合物(X)为具有由下述式(A)表示的结构单元的氟系聚合物。

[化学式1]

(式(A)中，Mp表示构成聚合物主链的一部分的3价的基团，L表示单键或2价的连接基团，X表示经取代或未经取代的稠环官能团。)

式(A)中，Mp为3价的基团且构成聚合物的主链的一部分。

Mp例如优选地可举出碳原子数2～20(不包含取代基的碳原子数。以下，关于Mp中的取代基也相同。)的经取代或未经取代的长链或支链亚烷基(例如，亚乙基、亚丙基、甲基亚乙基、亚丁基、亚己基等)、碳原子数3～10的经取代或未经取代的环状亚烷基(例如，环亚丙基、环亚丁基、环亚己基等)、经取代或未经取代的乙烯基、经取代或未经取代的环状乙烯基、经取代或未经取代的亚苯基、包含氧原子的基团(例如，包含醚基、缩醛基、酯基、碳酸酯基等的基团)、包含氮原子的基团(例如，包含氨基、亚胺基、酰胺基、氨基甲酸酯基、脲基、酰亚胺基、咪唑基、噁唑基、吡咯基、苯胺基、马来酰亚胺基等的基团)、包含硫原子的基团(例如，包含硫醚基、砜基、噻吩基等的基团)、包含磷原子的基团(例如，包含膦基、磷酸酯基等的基团)、包含硅原子的基团(例如，包含硅氧烷基等的基团)的基团、连接两个以上的这些基团而形成的基团且这些基团中所包含的氢原子中的1个通过-L-X基取代的基团。

这些之中，优选经取代或未经取代的亚乙基、经取代或未经取代的甲基亚乙基、经取代或未经取代的环亚己基、经取代或未经取代的乙烯基且这些基团中所包含的氢原子中的1个通过-L-X基取代的基团，其中，更优选经取代或未经取代的亚乙基、经取代或未经取代的甲基亚乙基、经取代或未经取代的乙烯基且这些基团中所包含的氢原子中的1个通过-L-X基取代的基团，进一步优选经取代或未经取代的亚乙基、经取代或未经取代的甲基亚乙基且这些基团中所包含的氢原子中的1个通过-L-X基取代的基团，具体而言，优选后述的Mp-1及Mp-2。

以下，示出Mp的优选的具体例，但是Mp并不限定于此。并且，Mp中的由*表示的部位表示与L连接的部位。

[化学式2]

式(A)中的L(单键或2价的连接基团)之中，作为2价的连接基团，优选为由*-L1-L2-(*表示与主链的连接位置。)表示的2价的连接基团且L1表示*-COO-、*-CONH-、*-OCO-或*-NHCO-且L2表示碳原子数2～20的亚烷基、碳原子数2～20的聚氧化烯基或组合这些基团而成的2价的连接基团的2价的连接基团。

这些之中，优选L1为由*-COO-表示且L2为由碳原子数2～20的聚氧化烯基表示的连接基团。

关于式(A)中的由X表示的经取代或未经取代的稠环官能团的环数并无特别限制，优选2～5个环稠合而成的基团。不仅可以为构成环的原子仅为碳原子的烃系芳香族稠环，也可以为将杂原子作为环构成原子的杂环稠合而成的芳香族稠环。

并且，作为X，例如优选为碳原子数5～30的经取代或未经取代的茚基、碳原子数6～30的经取代或未经取代的萘基、碳原子数12～30的经取代或未经取代的芴基、蒽基、芘基、苝基、菲基等。

这些之中，作为X，优选为碳原子数5～30的经取代或未经取代的茚基或碳原子数6～30的经取代或未经取代的萘基，其中，更优选为碳原子数10～30的经取代或未经取代的萘基，进一步优选为碳原子数10～20的经取代或未经取代的萘基。

以下，示出作为通式(A)优选的结构单元的具体例，但是本发明并不限定于此。

[化学式3]

[化学式4]

[化学式5]

并且，氟系聚合物(X)优选具有由上述式(A)表示的结构单元，并且例如从含氟代脂肪族基团的单体衍生的结构单元，具体而言，更优选具有由下述式(B)表示的结构单元。

[化学式6]

(式(B)中，Mp表示构成聚合物主链的一部分的3价的基团，L′表示单键或2价的连接基团，Rf表示含有至少一个氟原子的取代基。)

式(B)中，Mp的含义与上述式(A)中的Mp的含义相同，优选的范围也为相同的含义。

并且，L′(单键或2价的连接基团)之中，作为2价的连接基团，优选为选自-O-、-NRa11-(其中，Ra11表示氢原子、碳原子数1～10的脂肪族烃基或碳原子数6～20的芳基。)、-S-、-C(＝O)-、-S(＝O)₂-及碳原子数1～20的经取代或未经取代的亚烷基以及连接2个以上的这些而形成的基团的2价的连接基团。

作为连接2个以上而形成的2价的连接基团，可举出-C(＝O)O-、-OC(＝O)-、-OC(＝O)O-、-C(＝O)NH-、-NHC(＝O)-、-C(＝O)O(CH₂)maO-(其中，ma表示1～20的整数)等。

另外，式(B)中的Mp表示上述的Mp-1或Mp-2的情况下，L′优选为选自-O-、-NRa11-(Ra11表示氢原子、碳原子数1～10的脂肪族烃基。)、-S-、-C(＝O)-、-S(＝O)₂-及碳原子数1～20的经取代或未经取代的亚烷基以及连接2个以上的这些而形成的基团的2价的连接基团，更优选为选自-O-、-C(＝O)O-及-C(＝O)NH-以及由1个以上的这些与亚烷基的组合构成的基团的2价的连接基团。

作为优选的例，Rf可举出至少一个氟原子经取代的碳原子数1～30的脂肪族烃基(例如，三氟乙基、全氟己基乙基、全氟己基丙基、全氟丁基乙基、全氟辛基乙基等)等。并且，Rf优选在末端上具有CF₃基或CF₂H基，更优选具有CF₃基。

作为Rf，更优选为在末端上具有CF₃基的烷基或在末端上具有CF₂H基的烷基。在末端上具有CF₃基的烷基为烷基中所包含的氢原子的一部分或全部经氟原子取代的烷基。优选在末端上具有CF₃基的烷基中的氢原子的50％以上经氟原子取代的烷基，更优选60％以上经取代的烷基，尤其优选70％以上经取代的烷基。剩余的氢原子也可以通过作为后述取代基组D而例示的取代基所取代。

在末端上具有CF₂H基的烷基为烷基中所包含的氢原子的一部分或全部经氟原子取代的烷基。优选在末端上具有CF₂H基的烷基中的氢原子的50％以上经氟原子取代的基团，更优选60％以上经取代的基团，尤其优选70％以上经取代的基团。剩余的氢原子进而可以通过作为后述取代基组D而例示的取代基所取代。

取代基组D

包含有烷基(优选为碳原子数(称为该取代基所具有的碳原子数。以下关于取代基组D相同)1～20，更优选为碳原子数1～12，尤其优选为碳原子数1～8的烷基，例如可举出甲基、乙基、异丙基、叔丁基、正辛基、正癸基、正十六烷基、环丙基、环戊基、环己基等)、烯基(优选为碳原子数2～20，更优选为碳原子数2～12，尤其优选为碳原子数2～8的烯基，例如可举出乙烯基、2-丁烯基、3-戊烯基等)、炔基(优选为碳原子数2～20，更优选为碳原子数2～12，尤其优选为碳原子数2～8的炔基，例如可举出炔丙基、3-戊炔基等)、经取代或未经取代的氨基(优选为碳原子数0～20，更优选为碳原子数0～10，尤其优选为碳原子数0～6的氨基，例如可举出未经取代的氨基、甲基氨基、二甲基氨基、二乙基氨基等)、

烷氧基(优选为碳原子数1～20，更优选为碳原子数1～12，尤其优选为碳原子数1～8的烷氧基，例如可举出甲氧基、乙氧基、丁氧基等)、酰基(优选为碳原子数1～20，更优选为碳原子数1～16，尤其优选为碳原子数1～12的酰基，例如可举出乙酰基、甲酰基、新戊酰基等)、烷氧基羰基(优选为碳原子数2～20，更优选为碳原子数2～16，尤其优选为碳原子数2～12的烷氧基羰基，例如可举出甲氧基羰基、乙氧基羰基等)、酰氧基(优选为碳原子数2～20，更优选为碳原子数2～16，尤其优选为碳原子数2～10的酰氧基，例如可举出乙酰氧基等)、

酰氨基(优选为碳原子数2～20，更优选为碳原子数2～16，尤其优选为碳原子数2～10的酰氨基，例如可举出乙酰氨基等)、烷氧羰基氨基(优选为碳原子数2～20，更优选为碳原子数2～16，尤其优选为碳原子数2～12的烷氧羰基氨基，例如可举出甲氧羰基氨基等)、磺酰氨基(优选为碳原子数1～20，更优选为碳原子数1～16，尤其优选为碳原子数1～12的磺酰氨基，例如可举出甲烷磺酰氨基、乙烷磺酰氨基等)、氨磺酰基(优选为碳原子数0～20，更优选为碳原子数0～16，尤其优选为碳原子数0～12的氨磺酰基，例如可举出氨磺酰基、甲基氨磺酰基、二甲基氨磺酰基等)、

烷硫基(优选为碳原子数1～20，更优选为碳原子数1～16，尤其优选为碳原子数1～12的烷硫基，例如可举出甲硫基、乙硫基等)、磺酰基(优选为碳原子数1～20，更优选为碳原子数1～16，尤其优选为碳原子数1～12的磺酰基，例如可举出甲烷磺酰基、甲苯磺酰基等)、亚硫酰基(优选为碳原子数1～20，更优选为碳原子数1～16，尤其优选为碳原子数1～12的亚硫酰基，例如可举出甲烷亚硫酰基、乙烷亚硫酰基等)、脲基(优选为碳原子数1～20，更优选为碳原子数1～16，尤其优选为碳原子数1～12的脲基，例如可举出未经取代的脲基、甲基脲基等)、磷酸酰胺基(优选为碳原子数1～20，更优选为碳原子数1～16，尤其优选为碳原子数1～12的磷酸酰胺基，例如可举出二乙基磷酸酰胺基等)、羟基、巯基、卤原子(例如氟原子、氯原子、溴原子、碘原子)、氰基、磺基、羧基、硝基、氧肟酸基、亚磺基、肼基、亚胺基、甲硅烷基(优选为碳原子数3～40，更优选为碳原子数3～30，尤其优选为碳原子数3～24的甲硅烷基，例如可举出三甲基硅烷基等)。这些取代基进而可以通过这些取代基而取代。并且，具有二个以上取代基的情况下，其可以相同也可以不同。并且，在可能的情况下，可以相互键合而形成环。

以下示出在末端上具有CF₃基的烷基或在末端上具有CF₂H基的烷基的例。

R1：n-C₈F₁₇-

R2：n-C₆F₁₃-

R3：n-C₄F₉-

R4：n-C₈F₁₇-(CH₂)₂-

R5：n-C₆F₁₃-(CH₂)₃-

R6：n-C₄F₉-(CH₂)₂-

R7：H-(CF₂)₈-

R8：H-(CF₂)₆-

R9：H-(CF₂)₄-

R10：H-(CF₂)₈-(CH₂)₂-

R11：H-(CF₂)₆-(CH₂)₃-

R12：H-(CF₂)₄-(CH₂)₂-

R13：n-C₇F₁₅-(CH₂)₂-

R14：n-C₆F₁₃-(CH₂)₃-

R15：n-C₄F₉-(CH₂)₂-

以下示出从含氟代脂肪族基团的单体衍生的结构单元的具体例，但是本发明并不限定于此。

[化学式7]

[化学式8]

并且，本发明中所使用的氟系聚合物(X)中除了含有由上述式(A)表示的结构的结构单元及由上述式(B)表示的从含氟代脂肪族基团的单体衍生的结构单元以外，也可以含有从能够与形成这些结构单元的单体共聚的单体衍生的结构单元。

作为能够共聚的单体，只要不脱离本发明的宗旨，则并无特别限制。作为优选的单体，从提高溶剂中的溶解度或防止聚合物的凝聚的观点考虑，例如能够优选使用构成烃系聚合物(例如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚马来酰亚胺、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、聚丙烯酰胺、聚丙烯酰苯胺等)、聚醚、聚酯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚酰胺酸、聚酰亚胺、聚氨酯及聚脲的单体等。

另外，优选主链结构与由上述式(A)表示的基团所构成的基团相同的结构单元。

以下示出能够共聚的结构单元的具体例，但是本发明并不限制于以下的具体例。尤其，优选C-2、C-3、C-10、C-11、C-12、C-19，进一步优选C-11、C-19。

[化学式9]

[化学式10]

作为氟系聚合物(X)中的由上述式(A)表示的结构单元的含有率，优选1质量％～90质量％，更优选3质量％～80质量％。

并且，作为氟系聚合物(X)中的从含氟代脂肪族基团的单体衍生的重复单元(优选由上述式(B)表示的结构单元)的含有率，优选5质量％～90质量％，更优选10质量％～80质量％。

作为除了上述两种以外的结构单元的含有率，优选60质量％以下，更优选50质量％以下。

并且，氟系聚合物(X)可以为各结构单元被不规律地导入的无规共聚物，也可以为有规律地导入的嵌段共聚物，为嵌段共聚物时的各结构单元可以为通过任意导入顺序而合成的聚合物，也可以使用2次以上相同构成成分。

并且，由上述式(A)表示的结构单元、由上述式(B)表示的结构单元等可以仅为1种，也可以为两种以上。在包含两种以上的上述式(A)的结构单元的情况下，X优选为相同的稠环骨架(经取代与未经取代的组合)。在两种以上的情况下，上述含有率为合计含有率。

另外，氟系聚合物(X)的分子量范围以数均分子量(Mn)计，优选为1000～100万，更优选为3000～20万，进一步优选为5000～10万。并且，本发明中所使用的聚合物的分子量分布(Mw/Mn、Mw为重均分子量)优选为1～4，更优选为1.5～4。

在此，数均分子量能够使用凝胶渗透色谱(GPC)作为聚苯乙烯(PS)换算的值来进行测量。

＜氟系聚合物(Y)＞

氟系聚合物(Y)为不具有由上述式(A)表示的结构单元而具有极性基团的氟系聚合物。

在此，极性基团是指具有至少一个原子以上的杂原子或卤原子的基团，具体而言，例如可举出羟基、羰基、羧基、氨基、硝基、铵基、氰基等。其中，优选羟基、羧基。

在本发明中，氟系聚合物(Y)优选为具有由下述式(C)表示的结构单元的氟系聚合物。

[化学式11]

(在式(C)中，Mp表示构成聚合物主链的一部分的3价的基团，L″表示单键或2价的连接基团，Y表示极性基团。)

在式(C)中，Mp的含义与上述式(A)中的Mp的含义相同，优选的范围也为相同的含义。并且，L″(单键或2价的连接基团)之中，作为2价的连接基团，优选为由*-L1-L3-(*表示与主链的连接位置。)表示的2价的连接基团且L1表示*-COO-、*-CONH-、*-OCO-或*-NHCO-且L3表示碳原子数2～20的亚烷基、碳原子数2～20的聚氧化烯基、-C(＝O)-、-OC(＝O)O-、芳基或组合这些基团而成的2价的连接基团的2价的连接基团。

在这些之中，L″优选为单键；L1由*-COO-表示且L3为组合亚烷基、-OC(＝O)O-及芳基而成的2价的连接基团；L1由*-COO-表示L3为由碳原子数2～20的聚氧化烯基表示的2价的连接基团。

并且，作为式(C)中的由Y表示的极性基团，如上所述，例如可举出羟基、羰基、羧基、氨基、硝基、铵基、氰基等。这些之中，优选为羟基、羧基、氰基。

并且，氟系聚合物(Y)优选具有由上述式(C)表示的结构单元，并且与上述的氟系聚合物(X)同样地例如从含氟代脂肪族基团的单体衍生的结构单元，具体而言，更优选具有由上述式(B)表示的结构单元。

同样地，氟系聚合物(Y)除了含有由上述式(C)表示的结构的结构单元及由上述式(B)表示的从含氟代脂肪族基团的单体衍生的结构单元以外，还可以含有能够与上述的氟系聚合物(X)同样地形成这些结构单元的单体及从能够共聚的单体衍生的结构单元。

作为氟系聚合物(Y)中的由上述式(C)表示的结构单元的含有率，优选为45质量％以下，更优选为1～20质量％，进一步优选为2～10质量％。

并且，作为氟系聚合物(Y)中的从含氟代脂肪族基团的单体衍生的重复单元(优选由上述式(B)表示的结构单元)的含有率，优选为55质量％以上，优选为80～99质量％，更优选为90～98质量％。作为除了上述两种以外的结构单元的含有率，优选为60质量％以下，更优选为50质量％以下。

并且，氟系聚合物(Y)可以为各结构单元被不规律地导入的无规共聚物，也可以为有规律地导入的嵌段共聚物，为嵌段共聚物时的各结构单元可以为通过任意导入顺序而合成的聚合物，也可以使用2次以上相同构成成分。

并且，由上述式(C)表示的结构单元、由上述式(B)表示的结构单元等可以仅为1种，也可以为两种以上。在包含两种以上的上述式(C)的结构单元的情况下，Y优选为相同的极性基团。在两种以上的情况下，上述含有率为合计含有率。

另外，氟系聚合物(Y)的分子量范围以重均分子量(Mw)计优选为10000～35000，更优选为15000～30000。

在此，重均分子量能够使用凝胶渗透色谱(GPC)作为聚苯乙烯(PS)换算的值来进行测量。

＜氟系聚合物(X)及氟系聚合物(Y)的质量比(A:B)＞

优选为98:2～2:98，更优选为98:2～55:45，进一步优选为98:2～60:40。

在本发明中，包含上述的氟系聚合物(X)及氟系聚合物(Y)的空气界面取向剂的含量相对于液晶组合物的总固体成分，优选为0.2质量％～10质量％，更优选为0.2质量％～5质量％，进一步优选为0.2质量％～3质量％。

〔其他成分〕

在本发明中，液晶组合物中可以包含除了上述的液晶性化合物及光取向化合物以外的成分。

例如，液晶组合物中可以包含聚合引发剂。

所使用的聚合引发剂根据聚合反应的形式，可举出热聚合引发剂、光聚合引发剂。例如，光聚合引发剂的例中可以包含α-羰基化合物、偶姻醚、α-烃取代芳香族偶姻化合物、多核醌化合物、三芳基咪唑二聚物与对氨基苯基酮的组合、吖啶及吩嗪化合物及噁二唑化合物。

聚合引发剂的使用量相对于组合物的总固体成分，优选为0.01～20质量％，进一步优选为0.5～5质量％。

并且，从涂布膜的均匀性、膜的强度的观点考虑，液晶组合物中可以包含聚合性单体。

作为聚合性单体，可举出自由基聚合性或阳离子聚合性化合物。优选为多官能性自由基聚合性单体，并且优选为与含有上述聚合性基团的圆盘状液晶化合物具有共聚合性的化合物。例如可举出日本特开2002-296423号公报说明书中的[0018]至[0020]段中所记载的聚合性单体。

聚合性单体的添加量相对于液晶性化合物100质量份，优选为1～50质量份，更优选为5～30质量份。

并且，从涂布膜的均匀性、膜的强度的观点考虑，液晶组合物中可以包含表面活性剂。

作为表面活性剂，可举出以往公知的化合物，尤其优选氟系化合物。具体而言，例如可举出日本特开2001-330725号公报说明书中的[0028]至[0056]段中所记载的化合物、日本专利申请2003-295212号说明书中的[0069]至[0126]段中所记载的化合物。

并且，液晶组合物中可以包含溶剂，可以优选使用有机溶剂。有机溶剂的例中包括酰胺(例，N,N-二甲基甲酰胺)、亚砜(例，二甲基亚砜)、杂环化合物(例，吡啶)、烃(例，苯、己烷)、卤代烷(例，氯仿、二氯甲烷)、酯(例，乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯)、酮(例，丙酮、甲基乙基酮)、醚(例，四氢呋喃、1,2-二甲氧基乙烷)。优选卤代烷及酮。可以同时使用两种以上的有机溶剂。

(鎓盐)

在本发明中，将组合物涂布于取向膜上时，为了在取向膜侧设置液晶化合物具有预倾角的区域，优选含有鎓盐中的至少一种作为取向控制剂。鎓盐有助于在取向膜界面侧对棒状液晶化合物的分子赋予规定的预倾角。鎓盐的例中包含铵盐、锍盐、鏻盐等鎓盐。优选为4级鎓盐，尤其优选为季铵盐。

季铵盐一般通过对叔胺(例如，三甲胺、三乙胺、三丁胺、三乙醇胺、N-甲基吡咯烷、N-甲基哌啶、N,N-二甲基哌嗪、三乙烯二胺、N,N,N’,N’-四甲基乙二胺等)或者含氮杂环(吡啶环、甲基吡啶环、2,2’-联吡啶基环、4,4’-联吡啶基环、1,10-菲咯啉环、喹啉环、噁唑环、噻唑环、N-甲基咪唑环、吡嗪环、四唑环等)进行烷基化(缅舒特金反应)、烯烃化、炔基化或者芳基化而得到。

作为季铵盐，优选由含氮杂环构成的季铵盐，尤其优选为季吡啶鎓盐。更具体而言，季铵盐优选选自由下述通式(3a)或后述的通式(3b)表示的季吡啶鎓盐。

[化学式12]

通式(3a)

在式(3a)中，R⁸表示经取代或未经取代的烷基、烯基、炔基、芳烷基、芳基或杂环基，D表示氢键性基团，m表示1～3的整数，X^-表示阴离子。

首先，对通式(3a)进行说明。

由上述R⁸表示的烷基优选为碳原子数1～18的经取代或未经取代的烷基，更优选为碳原子数1～8的经取代或未经取代的烷基。这些可以为直链状、支链状或者环状。作为它们的例，可举出甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基、正己基、正辛基、新戊基、环己基、金刚烷基及环丙基等。

作为烷基的取代基的例，能够举出以下基团。碳原子数2～18(优选碳原子数2～8)的经取代或未经取代的烯基(例，乙烯基)；碳原子数2～18(优选碳原子数2～8)的经取代或未经取代的炔基(例，乙炔基)；碳原子数6～10的经取代或未经取代的芳基(例，苯基、萘基)；卤原子(例，F、Cl、Br等)；碳原子数1～18(优选碳原子数1～8)的经取代或未经取代的烷氧基(例，甲氧基、乙氧基)；碳原子数6～10的经取代或未经取代的芳氧基(例，苯氧基、联苯氧基、对甲氧基苯氧基)；碳原子数1～18(优选碳原子数1～8)的经取代或未经取代的烷硫基(例，甲硫基、乙硫基)；碳原子数6～10的经取代或未经取代的芳硫基(例，苯硫基)；碳原子数2～18(优选碳原子数2～8)的经取代或未经取代的酰基(例，乙酰基、丙酰基)；

碳原子数1～18(优选碳原子数1～8)的经取代或未经取代的烷基磺酰基或芳基磺酰基(例，甲烷磺酰基、对甲苯磺酰基)；碳原子数2～18(优选碳原子数2～8)的经取代或未经取代的酰氧基(例，乙酰氧基、丙酰氧基)；碳原子数2～18(优选碳原子数2～8)的经取代或未经取代的烷氧基羰基(例，甲氧基羰基、乙氧基羰基)；碳原子数7～11的经取代或未经取代的芳氧基羰基(例，萘氧羰基)；未经取代的氨基或碳原子数1～18(优选碳原子数1～8)的取代的氨基(例，甲基氨基、二甲基氨基、二乙基氨基、苯胺基、甲氧基苯基氨基、氯苯基氨基、吡啶基氨基、甲氧羰基氨基、正丁氧基羰基氨基、苯氧羰基氨基、甲基氨基甲酰氨基、乙硫基氨基甲酰氨基、苯基氨基甲酰氨基、乙酰氨基、乙基羰基氨基、环己基羰基氨基、苯甲酰氨基、氯乙酰氨基、甲基磺酰氨基)；

碳原子数1～18(优选碳原子数1～8)的经取代或未经取代的氨基甲酰基(例，未经取代的氨基甲酰基、甲基氨基甲酰基、乙基氨基甲酰基、正丁基氨基甲酰基、叔丁基氨基甲酰基、二甲基氨基甲酰基、吗啉基氨基甲酰基、吡咯烷基氨基甲酰基)；未经取代的氨磺酰基或碳原子数1～18(优选碳原子数1～8)的经取代的氨磺酰基(例，甲基氨磺酰基、苯基氨磺酰基)；氰基；硝基；羧基；羟基；杂环基(例，噁唑环、苯并噁唑环、噻唑环、苯并噻唑环、咪唑环、苯并咪唑环、假吲哚环、吡啶环、啶环、吡咯烷环、吗啉环、环丁砜环、呋喃环、噻吩环、吡唑环、吡咯环、色满环、香豆素环)。作为烷基的取代基，尤其优选为芳氧基、芳硫基、芳基磺酰基、芳氧基羰基。

由上述R⁸表示的烯基优选为碳原子数2～18的经取代或未经取代的烯基，更优选为碳原子数2～8的经取代或未经取代的烯基，例如可举出乙烯基、烯丙基、1-丙烯基、1,3-丁二烯基等。作为烯基的取代基，优选作为上述烷基的取代基而举出的取代基。

由上述R⁸表示的炔基优选为碳原子数2～18的经取代或未经取代的炔基，更优选为碳原子数2～8的经取代或未经取代的炔基，例如可举出乙炔基、2-炔丙基等。炔基的取代基优选作为以上述烷基的取代基而举出的取代基。

由上述R⁸表示的芳烷基优选为碳原子数7～18的经取代或未经取代的芳烷基，例如优选苄基、甲基苄基、联苯甲基、萘基甲基等。芳烷基的取代基可举出作为上述烷基的取代基而举出的取代基。

由上述R⁸表示的芳基优选为碳原子数6～18的经取代或未经取代的芳基，例如可举出苯基、萘基、芴基等。芳基的取代基优选作为上述烷基的取代基而举出的基团。并且，除了这些以外，还优选烷基(例如，甲基、乙基等)、炔基、苯甲酰基。

由上述R⁸表示的杂环基为由碳原子、氮原子、氧原子或硫原子构成的5～6元环的饱和或不饱和的杂环，作为它们的例，可举出噁唑环、苯并噁唑环、噻唑环、苯并噻唑环、咪唑环、苯并咪唑环、假吲哚环、吡啶环、啶环、吡咯烷环、吗啉环、环丁砜环、呋喃环、噻吩环、吡唑环、吡咯环、色满环及香豆素环。杂环基可以经取代，作为此时的取代基，优选作为上述烷基的取代基而举出的取代基。作为由R⁸表示的杂环基，尤其优选苯并噁唑环、苯并噻唑环。

上述R⁸优选为经取代或未经取代的烷基、芳烷基、芳基或杂环基。

D表示氢键性基团。氢键存在于电负性原子(例如，O、N、F、Cl)及同样地与电负性原子共价键合的氢原子之间。作为氢键的理论解释，例如在H.U neyama and K.Morokuma、Jounal of American Chemical Society、第99卷、第1316～1332页、1977年中有报告。作为具体的氢键的样式，例如可举出J.N.Israelachvili著、近藤保、大岛广行译、分子间力与表面力、McGraw Hill公司、1991年的第98页、图17中所记载的样式。作为具体的氢键的例，例如可举出G.R.Desiraju、AngewanteChemistry InternationalEdition English、第34卷、第2311页、1995年中所记载的氢键。

作为优选的氢键性基团，能够举出巯基、羟基、氨基、碳酰胺基、磺酰胺基、酸酰胺基、脲基、氨基甲酰基、羧基、磺基、含氮杂环基(例如，可举出咪唑基、苯并咪唑基、吡唑基、吡啶基、1,3,5-三唑基、嘧啶基、哒嗪基、喹啉基、苯并咪唑基、苯并噻唑基、丁二酰亚胺基、邻苯二甲酰亚胺基、马来酰亚胺基、尿嘧啶基、硫尿嘧啶基、巴比土酸基、乙内酰脲基、马来酰肼基、靛红基、尿咪基等)。作为进一步优选的氢键性基团，能够举出氨基、碳酰胺基、磺酰胺基、脲基、氨基甲酰基、羧基、磺基、吡啶基，尤其优选地，能够举出氨基、氨基甲酰基、吡啶基。

由X^-表示的阴离子可以为无机阴离子或者有机阴离子中的任一个，卤素阴离子(例如，氟离子、氯离子、溴离子、碘离子等)、磺酸根离子(例如，甲烷磺酸根离子、三氟甲烷磺酸根离子、甲基硫酸根离子、对甲苯磺酸根离子、对氯苯磺酸根离子、1,3-苯二磺酸根离子、1,5-萘二磺酸根离子、2,6-萘二磺酸根离子等)、硫酸根离子、硫氰酸根离子、高氯酸根离子、四氟硼酸根离子、苦味酸根离子、乙酸根离子、磷酸根离子(例如，六氟磷酸根离子)、水酸离子等。X^-优选为卤素阴离子、磺酸根离子、水酸离子。另外，X^-无需为1价的阴离子，可以为2价以上的阴离子，该情况下，上述化合物中的阳离子与阴离子的比率也无需为1:1，可以适当确定。

上述通式(3a)中，m优选为1。

并且，作为上述通式(3a)而更优选的季铵盐，由下述通式(4)表示。

[化学式13]

通式(4)

通式(4)中，L¹及L²分别独立地表示2价的连接基团或单键。

作为2价的连接基团，表示碳原子数1～10的经取代或未经取代的亚烷基(例如，亚甲基、亚乙基、1,4-亚丁基等)、-O-、-C(＝O)-、-C(＝O)O-、-OC(＝O)O-、-S-、-NR'-、-C(＝O)NR”-、-S(＝O)₂-或进而连接2个以上的这些而成的2价的连接基团，R'及R”表示氢原子或经取代或未经取代的烷基。另外，这些2价的连接基团为左右非对称的情况(例如-C(＝O)O-等)下，可以在任意朝向上连接。

Y表示除了能够与苯基取代的氢原子以外的取代基。作为由Y表示的取代基，可举出卤原子、烷基(包含环烷基、双环烷基)、烯基(包含环烯基、双环烷基)、炔基、芳基、杂环基、氰基、氢氧基、硝基、烷氧基、芳氧基、酰氧基、氨基甲酰氧基、氨基(包含苯胺基)、酰氨基、氨磺酰氨基、巯基、烷硫基、芳硫基、酰基、芳氧基羰基、烷氧基羰基、氨基甲酰基作为例。

R¹¹及R¹²表示氢原子、烷基、芳基、酰基、氨基甲酰基、羟基或氨基。并且，R¹¹及R¹²可以连接而形成环。

Z表示氢原子、经取代或未经取代的脂肪族烃基(例如，碳原子数1～30的烷基、碳原子数2～30的烯基等)或经取代或未经取代的芳基(例如，碳原子数6～30的苯基等)，n及p表示1～10的整数，q表示0～4的整数。其中，p为2以上的情况下，各个重复单元中所包含的L²、Y及q可以相同也可以不同。

以下，对由通式(4)表示的优选的季铵进行详细记载。

通式(4)中，作为由L¹表示的2价的连接基团，优选-O-或单键，作为由L²表示的2价的连接基团，优选-O-、-C(＝O)O-、-OC(＝O)O-或单键。

通式(4)中，作为由Y表示的优选的取代基，表示卤原子(例如，氟原子、氯原子、溴原子)、烷基(直链、支链、环状的经取代或未经取代的烷基)，更优选表示烷基(优选从碳原子数1至30的烷基、例如甲基、乙基、正丙基、异丙基、叔丁基、正辛基、2-氯乙基、2-氰基乙基、2-乙基己基)、烷氧基(例如，甲氧基、乙氧基等)、氰基。

通式(4)中，作为R¹¹及R¹²优选地为经取代或未经取代的烷基，最优选为甲基。

通式(4)中的、p优选1～5，更优选2～4，n优选1～4，更优选1或2，q优选0或1。其中，在p为2以上的情况下，在至少一个结构单元中，q更优选为1以上。

接着，对上述通式(3b)进行说明。

[化学式14]

通式(3b)

式(3b)中，R⁹及R¹⁰分别表示经取代或未经取代的烷基、烯基、炔基、芳烷基、芳基或杂环基，X-表示阴离子。分别由R⁹及R¹⁰表示的经取代或未经取代的烷基、烯基、炔基、芳烷基、芳基或杂环基的含义与在上述通式(3a)中由R⁸表示的基团的含义相同，其优选的范围也相同。由X-表示的阴离子的含义与在上述通式(3a)中由X-表示的阴离子的含义相同，其优选的范围也相同。如上所述，X-无需为1价的阴离子，可以为2价以上的阴离子，该情况下，上述化合物中的阳离子与阴离子的比率也无需为1:2，可以适当确定。

以下示出本发明中能够使用的鎓盐的具体例，但是本发明中所使用的鎓盐并不限定于这些。下述具体例中，No.II-1～12为由通式(3b)表示的化合物的例，No.II-13～32为由通式(3a)表示的化合物的例。

[化学式15]

[化学式16]

[化学式17]

[化学式18]

并且，也优选下述(1)～(60)的季铵盐。

[化学式19]

[化学式20]

[化学式21]

[化学式22]

[化学式23]

[化学式24]

[化学式25]

[化学式26]

[化学式27]

[化学式28]

[化学式29]

[化学式30]

[化学式31]

[化学式32]

[化学式33]

[化学式34]

[化学式35]

[化学式36]

[化学式37]

[化学式38]

[化学式39]

[化学式40]

[化学式41]

[化学式42]

[化学式43]

上述吡啶鎓衍生物一般对吡啶环进行烷基化(缅舒特金反应)而获得。

在本发明中，组合物中的鎓盐的含量中，根据其种类优选的含量产生变动，但是通常相对于同时使用的棒状液晶化合物的含量，优选为0.01～10质量％，更优选为0.05～7质量％，进一步优选为0.05～5质量％。鎓盐可以使用两种以上，但是该情况下，所使用的所有种类的鎓盐的含量的合计优选在上述范围内。

-溶剂-

作为液晶组合物的溶剂，可以优选使用有机溶剂。在有机溶剂的例中，可以包括酰胺(例，N,N-二甲基甲酰胺)、亚砜(例，二甲基亚砜)、杂环化合物(例，吡啶)、烃(例，苯、己烷)、卤代烷(例，氯仿、二氯甲烷)、酯(例，乙酸甲酯、乙酸丁酯)、酮(例，丙酮、甲基乙基酮、环己酮)、醚(例，四氢呋喃、1,2-二甲氧基乙烷)。优选卤代烷及酮。可以同时使用两种以上的有机溶剂。

＜支撑体＞

作为支撑体，优选透明支撑体，能够举出聚甲基丙烯酸甲酯等聚丙烯酸类树脂薄膜、三乙酸纤维素等纤维素类树脂薄膜及环烯烃聚合物类薄膜[例如，商品名“ARTON”、JSR公司制造，商品名“ZEONOR”、ZEON Corporation制造]等。支撑体并不限于柔性薄膜，可以为玻璃基板等非柔性基板。

＜光学各向异性层形成用取向膜＞

作为光学各向异性层形成用取向膜，例如可举出由聚合物等有机化合物构成的摩擦处理膜或无机化合物的倾斜蒸镀膜、具有微槽的膜或者ω-二十三烷酸或双十八烷基甲基氯化铵、如硬脂酸甲酯的有机化合物的基于朗缪尔-布洛杰特法的LB膜进行累计的膜等。作为取向膜，优选对聚合物层的表面进行摩擦处理而形成的取向膜。摩擦处理通过在规定方向上通过纸或布数次摩擦聚合物层的表面来实施。取向膜中所使用的聚合物的种类能够优选使用聚酰亚胺、聚乙烯醇、日本特开平9-152509号公报中所记载的具有聚合性基团的聚合物、日本特开2005-097377号公报、日本特开2005-099228号公报及日本特开2005-128503号公报中所记载的正交取向膜等。另外，本发明中所述的正交取向膜是指使本发明的聚合性棒状液晶化合物的分子的长轴取向成实质上与正交取向膜的摩擦方向正交的取向膜。只要能够提供取向功能，取向膜的厚度无需厚，优选为0.01～5μm，进一步优选为0.05～2μm。

并且，也能够使用对光取向性的原材料照射偏振光或非偏振光而制得取向膜的所谓的光取向膜。即，也可以在支撑体上涂布光配光材料来制作光取向膜。能够从垂直方向或倾斜方向对光取向膜进行偏振光的照射，且能够从倾斜方向对光取向膜进行非偏振光的照射。尤其，在从倾斜方向照射的情况下，能够对液晶赋予预倾角。

作为能够用于本发明的光取向膜中所使用的光取向材料，例如可举出日本特开2006-285197号公报、日本特开2007-076839号公报、日本特开2007-138138号公报、日本特开2007-094071号公报、日本特开2007-121721号公报、日本特开2007-140465号公报、日本特开2007-156439号公报、日本特开2007-133184号公报、日本特开2009-109831号公报、日本专利第3883848号、日本专利第4151746号中所记载的偶氮化合物、日本特开2002-229039号公报中所记载的芳香族酯化合物、日本特开2002-265541号公报、日本特开2002-317013号公报中所记载的具有光取向性单元的马来酰亚胺及/或经烯基取代的纳迪克酰亚胺化合物、日本专利第4205195号、日本专利第4205198号中所记载的光交联性硅烷衍生物、日本特表2003-520878号公报、日本特表2004-529220号公报、日本专利第4162850号中所记载的光交联性聚酰亚胺、聚酰胺或酯、日本特开平9-118717号公报、日本特表平10-506420号公报、日本特表2003-505561号公报、WO2010/150748号公报、日本特开2013-177561号公报、日本特开2014-012823号公报中所记载的能够进行光二聚化的化合物、尤其为肉桂酸酯化合物、查耳酮化合物、香豆素化合物。尤其优选为偶氮化合物、光交联性聚酰亚胺、聚酰胺、酯、肉桂酸酯化合物、查耳酮化合物。

在本发明中，优选使用光取向膜。

将取向膜涂布于支撑体上而使其干燥之后，对取向膜进行激光曝光来形成取向图案。图14中示出取向膜的曝光装置的示意图。曝光装置50具备：具备激光器52及λ/2板(未图示)的光源54；将来自激光器52(光源54)的激光束70分离成两个偏振光束分离器56；及在所分离的两个光线72A、72B的光路上分别配置的反射镜58A、58B及λ/4板60A、60B。λ/4板60A及60B具备彼此正交的光学轴，λ/4板60A将直线偏振光P₀转换成右旋圆偏振光P_R，λ/4板60B将直线偏振光P₀转换成左旋圆偏振光P_L。

另外，虽省略图示，但是光源54具有λ/2板，改变由激光器52射出的激光束70的偏振方向来射出直线偏振光P₀。λ/4板60A及60B具备彼此平行的光学轴。λ/4板60A将直线偏振光P_O(光线72A)转换成右旋圆偏振光P_R，λ/4板60B将直线偏振光P_O(光线72B)转换成左旋圆偏振光P_L。

具备形成取向图案之前的取向膜82的支撑体80配置于曝光部，使两个光线72A、72B在取向膜82上交叉使其干涉，将其干涉光照射到取向膜82来进行曝光。通过此时的干涉，照射到取向膜82的光的偏振状态成为以干涉条纹状周期性地产生变化的状态。由此，可以获得具有取向状态周期性产生变化的取向图案的取向膜(以下，也称为图案取向膜)82。在曝光装置50中，通过使两个光72A及72B的交叉角β产生变化，能够使取向图案的节距产生变化。在具有取向状态周期性产生变化的取向图案的图案取向膜上形成后述的光学各向异性层，由此能够形成具备与该周期对应的液晶取向图案的光学各向异性层。

并且，能够通过将λ/4板60A及60B的光学轴分别旋转90°，使光学轴20的旋转方向相反。

如上所述，图案取向膜具有使液晶化合物进行取向的取向图案，以便成为形成于图案取向膜上的光学各向异性层中的液晶化合物的光学轴的朝向沿着面内的至少一个方向一边连续旋转一边产生变化的液晶取向图案。若将图案取向膜沿着使液晶化合物进行取向的朝向的轴设为取向轴，则可以说图案取向膜具有取向轴的朝向沿着面内的至少一个方向一边连续旋转一边产生变化的取向图案。图案取向膜的取向轴能够通过测量吸收各向异性来进行检测。例如，在一边使直线偏振光旋转一边向图案取向膜照射，并测量透射图案取向膜的光的光量时，光量成为最大或最小的朝向沿着面内的一个方向逐渐变化而被观测。

＜光学各向异性层的形成＞

光学各向异性层能够通过在图案取向膜上涂布多层液晶组合物来形成。多层涂布是指，将液晶组合物涂布于取向膜上对其进行加热，进而进行冷却后进行紫外线固化来制作第1层的液晶固定化层之后，第2层以后反复涂布于其液晶固定化层来进行涂布，同样地重复加热、冷却后进行紫外线固化。通过如上所述多层涂布来形成光学各向异性层，即使在光学各向异性层的总厚度变厚的情况下，也能够使取向膜的取向方向从光学各向异性层的下表面反映到上表面。

因在第1实施方式的光学各向异性层及后述的第2实施方式的光学各向异性层中，液晶组合物不同而能够采用相同的形成方法。

图3是示意性表示垂直入射于光学元件10的入射光L₁以规定的出射角θ₂射出的原理的图。以下，参考图3进行说明。

首先，对作为入射光L₁使用波长λ的右旋圆偏振光P_R的情况进行说明。

通过作为右旋圆偏振光P_R的入射光L₁贯穿光学各向异性层14，赋予λ/2的相位差而转换成左旋圆偏振光P_L。并且，光学各向异性层14中，入射光L₁的绝对相位根据面内的各个区域中的液晶化合物20的光学轴22而产生变化。在此，液晶化合物20的光学轴22的朝向沿A轴方向(在本例中为x轴方向)旋转而产生变化，因此绝对相位的变化量根据入射光入射的光学各向异性层14的表面(x-y面)的x坐标中的液晶化合物20的光学轴22的朝向而不同。图3中的以虚线表示的区域中示意性地示出其绝对相位的变化量根据x坐标而不同的外观。如图3所示，通过贯穿光学各向异性层14时的绝对相位的偏离，相对于光学各向异性层的表面形成具有角度的绝对相位的等相位面24。由此，相对于从法线方向入射的入射光L₁沿与等相位面24垂直的方向赋予有弯曲力而入射光L₁的行进方向产生变化。即，作为右旋圆偏振光P_R的入射光L₁通过光学各向异性层14之后成为左旋圆偏振光P_L，并且以沿与法线方向成预定角度θ₂的方向行进的出射光L₂从光学各向异性层14射出。

如上所述，光学元件10中，沿着与光学元件10的表面垂直的法线方向入射的入射光L₁沿与法线方向不同的方向以出射光L₂射出。

通过使光学各向异性层14中的液晶取向图案中的光学轴的朝向的旋转周期p产生变化，能够使出射角的斜率产生变化。旋转周期p越小，越能够对入射光实施较大的弯曲力，因此能够使斜率增大。

如此，能够根据光学各向异性层14中的液晶取向图案使绝对相位的变化量产生变化而使入射光的方向产生变化。

另外，在液晶取向图案中的光学轴的朝向的旋转周期p相同的光学各向异性层14中，旋转周期p的偏差(变动系数)CV优选5％以下，更优选3％以下。

若旋转周期p的偏差较大，则出射光的出射角变化，因此所期望的衍射方向上的出射光的光量变低而成为在衍射角方向上具有宽度的峰值，因此不优选。因此，旋转周期p的偏差越小，越能够提高所期望的衍射方向上的出射光的光量，并且仅在所期望的方向上提高衍射效率。旋转周期与出射角的关系由后述的式(1)表示，因此能够从出射角的峰值的宽度计算出CV。

并且，如后述，在本发明中，光学各向异性层可以在面内具有旋转周期p的长度不同的区域。在这种情况下，在旋转周期p相同的区域内，旋转周期p的偏差(变动系数)优选满足上述范围。

在光学元件10仅在一个方向上具有相同的旋转周期p的液晶取向图案的情况下，基于如上述原理的入射光L₁到出射光L₂的转换能够作为透射衍射而进行说明。光学各向异性层14相对于入射光L₁作为透射衍射光栅而发挥功能，垂直入射于光学各向异性层14的入射光L₁作为规定的衍射角θ₂的透射衍射光L₂而进行透射衍射。在这种情况下，满足作为一般的光衍射的式的下述式(1)。

n₂×sinθ₂-n₁×sinθ₁＝m×λ/p 式(1)

在此，n₁为衍射光栅(在此为光学各向异性层)的入射面侧的媒介1的折射率，θ₁为入射角，n₂为衍射光栅(在此为光学各向异性层)的出射面侧的媒介2的折射率，θ₂为衍射角(出射角)，λ为波长，p为旋转周期，m为衍射的次数。其中，在设定成m＝1时可以获得最大的衍射效率。并且，在此，在入射角θ₁＝0°的情况下，式(1)成为

n₂×sinθ₂＝λ/p 式(2)。

另外，在本申请发明的第1实施方式中，液晶化合物的光学轴相对于基板面倾斜地进行取向。即，通过液晶分子倾斜，光进行衍射时有效的液晶层(光学各向异性层)的双折射率提高，从而能够提高衍射效率。此时，如上式难以用简单的数式来表述，但是如图3所示，在L₂方向上光从接近垂直于液晶化合物的长轴的方向入射，因此可以理解，对于通过液晶层(光学各向异性层)的光的双折射的效果高。

图4是示意性地表示由式(2)表示的衍射现象的图。

在媒介n₁与媒介n₂之间配置有作为衍射光栅的光学各向异性层14。从作为折射率n₁的媒介1侧自法线方向入射到光学各向异性层14的光L₁通过基于光学各向异性层14的衍射作用进行衍射，并且射出到作为折射率n₂的媒介2侧。此时，以出射角θ₂射出的出射光L₂也能够称为衍射角θ₂的透射衍射光L2。

如此，液晶化合物20进行水平旋转取向而固定化的光学各向异性层14作为衍射光栅而发挥功能。

本发明人等发现了，与使用了以往的未倾斜的液晶化合物进行水平旋转取向而固定化的光学各向异性层的衍射光栅相比，液晶化合物20进行水平旋转取向并且倾斜而固定化的光学各向异性层14能够获得高的衍射效率。在此，液晶化合物进行水平旋转取向是指棒状液晶化合物在光学轴(长轴)的表面中的平行成分至少沿一个方向旋转变化的取向。

与液晶化合物未进行预倾斜的光学各向异性层的情况相比，通过对光学各向异性层中的液晶化合物20进行预倾斜来获得高的衍射效率的理由可推测为以下。

如图3中所示，垂直入射于光学各向异性层的光在光学各向异性层内沿着倾斜方向施加弯曲力而斜向行进。当在光学各向异性层内光行进时，由于与原本被设定成相对于垂直入射可以获得所期望的衍射角的衍射周期等条件产生偏差，因此产生衍射损耗。

与未倾斜的情况相比，在使液晶化合物倾斜的情况下，相对于光进行衍射的方位存在产生更高的双折射率的方位。在该方向上有效的异常光折射率变大，因此作为异常光折射率与寻常光折射率之差的双折射率变高。

根据进行目标衍射的方位，设定预倾角的方位，由此能够抑制与其方位中的原本的衍射条件的偏差，其结果，认为在使用具有预倾角的液晶化合物的情况下，能够获得更高的衍射效率。

预倾角为从0度至90度为止的角度，若过大，则导致正面中的双折射率下降，因此实际上优选为1度至30度左右。进一步优选为3度至20度，进一步优选为5度至15度。

并且，预倾角优选根据光学各向异性层的界面的处理来控制。在基板侧的界面上，对取向膜进行预倾斜处理，由此能够控制液晶化合物的预倾角。例如，通过形成取向膜时从正面对取向膜曝光紫外线之后从斜侧曝光，由此能够在形成于取向膜上的光学各向异性层中的液晶化合物产生预倾角。在这种情况下，相对于第2次的照射方向沿可见液晶化合物的单轴侧的方向进行预倾斜。但是，相对于第2次的照射方向，垂直方向的方位的液晶化合物未进行预倾斜，因此在面内存在进行预倾斜的区域及未进行预倾斜的区域。这有助于使光沿目标方位衍射时在其方向上最大限度提高双折射，因此适合提高衍射效率。

另外，也能够在光学各向异性层中或取向膜中加入促进预倾角的添加剂。在这种情况下，作为进一步提高衍射效率的因子能够利用添加剂。

该添加剂也能够用于控制空气侧的界面的预倾角。

通过本发明的光学元件产生衍射作用的光的波长λ可以为从紫外至红外、进而为电磁波水准。对于同一个旋转周期p，入射光的波长越大衍射角越大，入射光的波长越小衍射角变得越小。与旋转周期p(μm)在0.1＜p＜1的范围内未倾斜的情况相比，波长λ为380nm的情况下，能够获得高的衍射效率。并且，与旋转周期p(μm)在2＜p＜5的范围内未倾斜的情况相比，波长λ为1100nm的情况下，能够获得高的衍射效率。

如已叙述，如图1所示，若沿着光学元件10的表面的法线入射右旋圆偏振光P_R的光L₁，则左旋圆偏振光P_L的光L₂沿与法线方向成角度θ₂的方向射出。另一方面，在将左旋圆偏振光作为入射光而入射到光学元件10的情况下，在光学各向异性层14中入射光转换成右旋圆偏振光并且受到与图1相反朝向的弯曲力而行进方向产生变化。

如图5所示，在使随机偏振光的入射光L₄₁入射到光学元件10的情况下，在光学各向异性层14中，入射光L₄₁中的右旋圆偏振光P_R转换成左旋圆偏振光P_L，并且通过液晶取向图案受到弯曲力而行进方向产生变化，透射光学各向异性层作为第1透射衍射光L₄₂射出。在光学各向异性层14中，入射光L₄₁中的左旋圆偏振光P_L转换成右旋圆偏振光P_R并且受到与从右旋圆偏振光转换成左旋圆偏振光的光相反的朝向的弯曲力而行进方向产生变化的状态下，透射光学各向异性层14而从与光学元件10相反的表面作为第2透射衍射光L₄₃射出。另外，第1透射衍射光L₄₂与第2透射衍射光L₄₃的行进方向与法线成为大致线对称的关系。

在此，光学各向异性层14的液晶化合物为倾斜，因此第1透射衍射光L₄₂与第2透射衍射光L₄₃的衍射效率不同，一般第1透射衍射光L₄₂侧变大。由此，能够进行专用于第1透射衍射光的光学设计。并且，也能够特意改变第1透射衍射光与第2透射衍射光的强度比。

另外，如图6所示，光学元件10能够设为在支撑体12上具备取向膜13且在其上具备光学各向异性层14的结构。关于支撑体12及取向膜13如上所述。

在本发明的光学元件中，光学各向异性层中的上述180°旋转周期无需在整个表面上相同。即，在面内也可以具有180°旋转周期的长度不同的区域。由此，能够在面内改变衍射光的衍射角。

并且，在光学各向异性层的面内的至少一个方向(轴A)上局部具有光学轴的朝向正在旋转的液晶取向图案即可，也可以具备光学轴的朝向为恒定的部分。

在上述说明中，示出了将入射光垂直入射于光学各向异性层的例，但是在入射光成倾斜的情况下也可以同样地获得透射衍射的效果。在斜向入射的情况下，将入射角θ₁考虑在内，为了满足上述式(1)，以可以获得所期望的衍射角θ₂的方式进行旋转周期的设计即可。

如图1及图2所示的光学元件10的光学各向异性层14，在面内同样具备与表面平行的光学轴在面内的一个方向上以规定的180°旋转周期旋转变化的液晶取向图案的情况下，出射方向确定为一个方向。

另一方面，在液晶取向图案中，光学轴旋转变化的方向并不限于一个方向，可以为两个方向或者多个方向。通过使用具备与所期望的透射光的朝向对应的液晶取向图案的光学各向异性层14，能够沿所期望的方向透射入射光。

图7是光学元件的设计变更例中的光学各向异性层34的平面示意图。光学各向异性层34中的液晶取向图案与上述实施方式的光学各向异性层14中的液晶取向图案不同。在图7中，仅示出了光学轴22。图7的光学各向异性层34具有光学轴22的朝向从中心侧沿着外侧的多方向例如轴A₁、A₂、A₃……逐渐旋转而产生变化的液晶取向图案。通过图7所示的液晶取向图案，入射光在光学轴22的朝向不同的局部区域之间，其绝对相位以不同的变化量改变。只要具备光学轴以如图7所示的放射状旋转变化的液晶取向图案，就能够作为发散光或聚焦光透射。即，通过光学各向异性层14中的液晶取向图案能够实现作为凹透镜或者凸透镜的功能。

以上，示出了光学各向异性层的两个界面上的预倾角相同的例，但是如图8及图9所示那样两个界面上的预倾角也可以不同而非对称。即，光学各向异性层的一个界面侧的预倾角与另一个界面侧的预倾角可以不同。在这种情况下，也示出与图1的光学各向异性层中的液晶化合物的预倾角相同的情况为同样的效果。

并且，光学各向异性层可以具有来自液晶化合物的光学轴的倾角在厚度方向上不同的区域。

图8所示的光学元件10的光学各向异性层14中，在入射入射光L₁的界面侧液晶化合物相对于界面倾斜而进行取向，在出射光L₂的界面侧液晶化合物相对于界面大致平行地进行取向。即，在光学各向异性层14的入射侧的界面上液晶化合物的预倾角大于0°，在出射侧的界面上液晶化合物的预倾角大致成为0°。

并且，在光学各向异性层14的两个界面之间的区域中，液晶化合物的倾斜角(倾角)随着从入射侧朝向出射侧，从入射侧界面的预倾角逐渐变化至出射侧的预倾角。即，在厚度方向上具有倾角不同的区域。

图9所示的光学元件10的光学各向异性层14中，在入射入射光L₁的界面侧液晶化合物相对于界面大致平行地进行取向，在出射光L₂的界面侧液晶化合物相对于界面倾斜而取向。即，在光学各向异性层14的入射侧的界面上液晶化合物的预倾角大致成为0°，在出射侧的界面上液晶化合物的预倾角变得大于0°。

另外，在图8及图9所示的例中，示出了其中一个预倾角为0°的例，但是并不限定于此，也可以设为在两个界面上具有分别不同的预倾角的结构。

图10是表示本发明的第2实施方式的光学元件110的结构的侧面示意图。另外，第2实施方式的光学元件的光学各向异性层中的液晶取向图案的平面示意图与图2所示的第1实施方式的内容相同。

第2实施方式的光学元件110具备光学各向异性层114。关于本实施方式的光学元件110，也可以具有在形成于支撑体上的取向膜上形成光学各向异性层的结构。

光学元件110中，光学各向异性层114中的液晶取向图案与第1实施方式的光学各向异性层14不同。

在面内方向上，液晶化合物120在进行水平旋转取向的方面与光学各向异性层14共通。另一方面，在厚度方向上，液晶化合物120在进行胆甾醇型取向的方面与光学各向异性层14不同。

光学各向异性层114发挥仅选择性地反射特定的圆偏振光(右旋圆偏振光或左旋圆偏振光)的规定的选择波长区域的光的功能。进行选择性地反射的光的中心波长根据胆甾醇型液晶相的螺旋节距及膜厚d₂来确定，反射哪个圆偏振光根据螺旋的旋转方向来确定。

本光学元件110中的光学轴22的面内方向上的变化与图2所示的第1实施方式的光学元件10的情况相同，因此产生与光学元件10同样的作用。因此，光学元件110与第1实施方式的光学元件10同样地产生相对于所入射的光使绝对相位产生变化而倾斜弯曲的作用。并且，同时在厚度方向上具有胆甾醇型液晶相，因此在入射于光学各向异性层的光之中，选择性地反射特定的圆偏振光的选择波长区域的光。

在此，设计成在光学各向异性层114中反射胆甾醇型液晶相具有规定的中心波长的右旋圆偏振光。在这种情况下，如图10所示，若在本光学元件110的光学各向异性层114的表面上垂直地入射光L₅₁，即沿着法线入射作为右旋圆偏振光的规定的中心波长的光L₅₁，则产生相对于法线方向沿具有斜率的方向行进的反射光L₅₂。即，光学各向异性层114相对于光L₅₁作为反射型衍射光栅而发挥功能。

另外，除了规定选择波长区域以外的光及左旋圆偏振光透射光学各向异性层114。

因此，如图11所示，在使具有规定的中心波长的随机偏振光L₆₁垂直入射于光学各向异性层114的情况下，仅反射衍射右旋圆偏振光L₆₂，左旋圆偏振光L₆₃透射光学各向异性层114。

关于本实施方式的光学元件110，光学各向异性层114中的液晶化合物进行预倾斜，因此与第1实施方式的光学元件10同样地，通过棒状液晶化合物在水平旋转取向且在厚度方向上形成具有胆甾醇型液晶相的液晶取向图案的情况下，即与液晶化合物未进行预倾斜的情况相比，能够提高衍射效率。

另外，在光学元件中，也可以组合不同的选择波长范围的胆甾醇型液晶相的多个光学各向异性层而具备。

在图10中，示出了光学各向异性层的两个界面上的预倾角相同的例，但是如图12及图13也可以为光学各向异性层的两个界面上的预倾角不同而非对称。即，光学各向异性层的一个界面侧的预倾角与另一个界面侧的预倾角也可以不同。在这种情况下，也示出与图10的光学各向异性层中的预倾角相同的情况为同样的效果。

并且，在图10等所示的例中，可以设为液晶化合物进行胆甾醇型取向而在厚度方向上具有扭曲性，但是并不限定于此，也可以设为除了进行胆甾醇型取向以外在厚度方向上具有扭曲性的结构。通过设为在厚度方向上具有扭曲性，能够提高在透射型衍射光栅中沿斜向入射的光的衍射效率。并且，相对于入射光的波长也有助于扩大(宽频带化)衍射效率高的范围。

＜＜胆甾醇型液晶相＞＞

已知胆甾醇型液晶相在特定的波长下显示选择反射性。选择反射的中心波长(选择反射中心波长)λ依赖于胆甾醇型液晶相中的螺旋结构的节距P(＝螺旋的周期)，并遵循胆甾醇型液晶相的平均折射率n与λ＝n×P的关系。因此，通过调节该螺旋结构的节距，能够调节选择反射中心波长。在形成光学各向异性层时，胆甾醇型液晶相的节距依赖于与液晶化合物一同使用的手性试剂的种类或其添加浓度，因此通过调节这些能够获得所期望的节距。

另外，关于节距的调节，FUJIFILM研究报告No.50(2005年)p.60-63中具有详细的记载。关于螺旋的旋向及节距的测量法，能够利用“液晶化学实验入门”日本液晶学会编，西格玛(Sigma)出版2007年出版、46页及“液晶便览”液晶便览编辑委员会丸善196页中记载的方法。

胆甾醇型液晶相在特定的波长下对左右中的任一个圆偏振光显示选择反射性。反射光为右旋圆偏振光或者为左旋圆偏振光取决于胆甾醇型液晶相的螺旋的扭曲方向(旋向)。基于胆甾醇型液晶相的圆偏振光的选择反射中，胆甾醇型液晶相的螺旋的扭曲方向为右时反射右旋圆偏振光，螺旋的扭曲方向为左时反射左旋圆偏振光。

另外，胆甾醇型液晶相的回转的方向能够根据形成光学各向异性层的液晶化合物的种类及/或所添加的手性试剂的种类来调节。

并且，显示选择反射的选择反射带(圆偏振光反射带)的半峰宽度Δλ(nm)依赖于胆甾醇型液晶相的Δn与螺旋的节距P，并且遵循Δλ＝Δn×P的关系。因此，能够调节Δn来进行选择反射带的宽度的控制。Δn能够根据形成光学各向异性层的液晶化合物的种类及其混合比率以及取向固定时的温度来调节。

反射波长区域的半峰宽度根据光学元件10的用途调节，例如只要为10～500nm即可，优选为20～300nm，更优选为30～100nm。

＜＜具有胆甾醇型液晶结构的光学各向异性层的形成方法＞＞

具有胆甾醇型液晶结构的光学各向异性层能够将胆甾醇型液晶相固定成层状来形成。

固定胆甾醇型液晶相而成的结构只要为保持成为胆甾醇型液晶相的液晶化合物的取向的结构即可，典型地，优选如下结构：在将聚合性液晶化合物设为胆甾醇型液晶相的取向状态的基础上，通过紫外线照射、加热等进行聚合、固化，形成无流动性的层，同时改变成不会因外场或外力使取向形态产生变化的状态。

另外，在固定胆甾醇型液晶相而成的结构中，只要保持胆甾醇型液晶相的光学性质就很充分，在光学各向异性层中，液晶化合物30可以不显示液晶性。例如，聚合性液晶化合物可以通过固化反应进行高分子量化而失去液晶性。

作为固定胆甾醇型液晶相而成的光学各向异性层的形成中所使用的材料，可举出上述的包含液晶化合物的液晶组合物。液晶化合物优选为聚合性液晶化合物。

并且，具有胆甾醇型液晶结构的光学各向异性层的形成中所使用的液晶组合物进而可以包含表面活性剂及手性试剂。

--手性试剂(光学活性化合物)--

手性试剂(手性剂)具有诱导胆甾醇型液晶相的螺旋结构的功能。由于通过化合物诱导的螺旋的扭曲方向或螺旋节距不同，因此手性试剂根据目的选择即可。

作为手性试剂并无特别限制，能够使用公知的化合物(例如，液晶器件手册、第3章4-3项、TN(扭曲向列)、STN(超扭曲向列)用手性剂、199页、日本学术振兴会第142委员会编、1989中所记载)、异山梨醇及异甘露糖醇衍生物等。

手性试剂通常包含不对称碳原子，但是不包含不对称碳原子的轴向不对称化合物或表面不对称化合物也能够用作手性试剂。轴向不对称化合物或表面不对称化合物的例中包含联萘、螺烯、对二甲苯二聚体及它们的衍生物。手性试剂也可以具有聚合性基团。手性试剂与液晶化合物均具有聚合性基团的情况下，能够通过聚合性手性试剂与聚合性液晶化合物的聚合反应，形成具有从聚合性液晶化合物衍生的重复单元及从手性试剂衍生的重复单元的聚合物。在该方式中，聚合性手性试剂所具有的聚合性基团优选为与聚合性液晶化合物所具有的聚合性基团相同的基团。因此，手性试剂的聚合性基团也优选为不饱和聚合性基团、环氧基或吖丙啶基，更优选为不饱和聚合性基团，进一步优选为烯键式不饱和聚合性基团。

并且，手性试剂也可以为液晶化合物。

并且，期望光学各向异性层相对于入射光的波长为宽频带，优选使用双折射率成为相反分散的液晶材料来构成。并且，通过对液晶组合物赋予如手性剂的表达扭曲的成分，并且通过层叠不同的相位差层(选择反射波长不同的光学各向异性层)，也优选相对于入射光的波长对光学各向异性层进行实质上的宽频带。通过含有表达扭曲的成分，能够在光学各向异性层的厚度方向上赋予扭曲性。该扭曲性相对于厚度方向可以为右扭曲性，也可以为左扭曲性，也可以层叠右扭曲性及左扭曲性这两者的光学各向异性层。例如，在光学各向异性层中，通过层叠扭曲方向不同的两层的液晶实现进行了宽频带的图案化的λ/2板的方法示于日本特开2014-089476号公报等中，在本发明中能够优选使用。

本发明的光学元件即使在层叠光学各向异性层与支撑体及取向膜的状态下也能够使用，但即使是在剥离支撑体的状态即层叠光学各向异性层及取向膜的结构或者在剥离支撑体及取向膜的状态即光学各向异性层单体的结构时也能够使用。

接着，对具备本发明的光学元件的光学装置的一例进行说明。图15是表示作为光学装置的一例的头戴式显示器90的主要结构的图。

如图15所示，头戴式显示器90具备作为光源的一方式的液晶显示装置92及引导从液晶显示装置92输出的光的导光部件94，在导光部件94的一部分中设置有本发明的第2实施方式的光学元件110A、110B。液晶显示装置92及导光部件94配置成来自液晶显示装置92的光相对于导光部件94的主表面垂直入射，光学元件110A配置于入射于导光部件94的光垂直入射于光学元件110A的表面的位置。即，光学元件110A配置于与导光部件94的液晶显示装置92对置的主表面相反的一侧的主表面的、与液晶显示装置92的位置对应的位置。另一方面，光学元件110B配置于使在导光部件94中全反射而被引导的光入射的位置且使被引导的光从导光部件94射出的位置。在图15中，配置于导光部件94的配置有光学元件110A的主表面的、与光学元件110A不同的位置。

在图15中，光学元件110A构成为具备光学各向异性层114A及支撑体112A，并且沿倾斜方向反射垂直入射于光学各向异性层114A的规定的中心波长的特定的圆偏振光。光学元件110B构成为具备光学各向异性层114B及支撑体112B，并且沿垂直方向反射从倾斜方向入射于光学各向异性层114B的规定的中心波长的特定的圆偏振光。

在图15的结构中，如以箭头表示，由液晶显示装置92显示的光从导光部件94的一个端部的与配置有光学元件110A的主表面相反的一侧的主表面入射于导光部件94内。入射于导光部件94内的光通过光学元件110A反射。此时，因基于光学元件110A的衍射的效果未进行镜面反射(正反射)，而是反射到角度与镜面反射方向不同的方向。在图15所示的例中，光相对于光学元件110A的主表面从大致垂直的方向入射，且反射到在导光部件94的长度方向(图中上下方向)侧进行较大的角度倾斜的方向。

通过光学元件110A反射的光相对于入射光的角度以较大的角度被反射，因此光的行进方向与导光部件94的主表面的角度变小，因此在导光部件94的两个主表面上被全反射而在导光部件94内沿长度方向被引导。

在导光部件94内被引导的光在导光部件94的长度方向的另一个端部上，通过光学元件110B被反射。此时，因基于光学元件110B的衍射的效果未进行镜面反射，而使反射到角度与镜面反射方向不同的方向。在图15所示的例中，光相对于光学元件110B的主表面从倾斜方向入射，并且在光学元件110B的主表面上沿垂直方向反射。

通过光学元件110B反射的光到达导光部件94的与配置有光学元件110B的主表面相反的一侧的主表面，但是大致垂直地入射于该主表面，因此未进行全反射而射出到导光部件94的外部。即，在基于使用者的观察位置出射光。

如此，只要使用本发明的光学元件，就能够将入射光的反射方向设为所期望的方向，无需另行设置反射元件及用于改变光路的元件，因此能够实现光学装置的小型化。

本发明的光学元件并不限于如上述的头戴式显示器90中的适用，作为沿与入射角不同的方向反射光的光反射元件，也能够适用于AR投影装置中。并且，作为聚光或发散光的微镜或者微透镜，能够适用于传感器用聚光反射镜或者使光扩散的反射屏幕等中。

在图1等所示的例中，光学元件构成为具有一层光学各向异性层，但是并不限定于此，也可以具有两层以上使用包含液晶化合物的组合物而形成的光学各向异性层。在具有两层以上光学各向异性层的情况下，至少一层的光学各向异性层为液晶化合物进行水平旋转取向并且在至少一个界面上具有液晶化合物的取向方向相对于界面具有预倾角的区域的光学各向异性层即可。

并且，在具有两层以上的光学各向异性层的情况下，优选具有液晶化合物的取向图案不同的两种以上的光学各向异性层。

具体而言，两种以上的光学各向异性层优选预倾角互不相同的层。或者，优选两种以上的光学各向异性层为来自液晶化合物的光学轴相对于界面的倾斜角(倾角)的厚度方向的平均值(以下，也称为平均倾角)互不相同的层。

例如，图18所示的光学元件10具有层叠两层的光学各向异性层14a及14b而成的结构。

光学各向异性层14a为具有与图1所示的光学元件10的光学各向异性层14相同的结构。即，光学各向异性层14a具有液晶化合物20进行水平旋转取向，并且在两个界面上以液晶化合物20的取向方向相对于界面具有预倾角的方式进行取向的图案。两个界面上的预倾角大致相同。并且，在光学各向异性层14a的厚度方向上，液晶化合物20的倾斜角(倾角)为恒定。因此，光学各向异性层14a中的液晶化合物20的平均倾角与预倾角大致相同。

另一方面，光学各向异性层14b为液晶化合物20进行水平旋转取向但是在两个界面上液晶化合物20的取向方向相对于界面不具有预倾角的(预倾角为0°)层。并且，除了界面以外的液晶化合物20的倾斜角也为0°。即，光学各向异性层14b具有所有液晶化合物20相对于界面进行平行取向的图案。因此，光学各向异性层14b中的液晶化合物20的平均倾角为0°。

因此，光学各向异性层14a及光学各向异性层14b在两个表面上预倾角互不相同。并且，光学各向异性层14a及光学各向异性层14b的液晶化合物20的平均倾角互不相同。

如此，设为具有两层液晶化合物20进行水平旋转取向的光学各向异性层的结构，也可以设为一层具有预倾角的层且另一层不具有预倾角的层。

并且，作为另一例的图19所示的光学元件10具有层叠两层的光学各向异性层14a及14c而成的结构。

光学各向异性层14a及光学各向异性层14c均具有液晶化合物20进行水平旋转取向并且在两个界面上以液晶化合物20的取向方向相对于界面具有预倾角的方式进行取向的图案。并且，光学各向异性层14a及光学各向异性层14c的两个界面上的预倾角分别大致相同。并且，在光学各向异性层14a及光学各向异性层14c的各个厚度方向上，液晶化合物20的倾斜角(倾角)为恒定。

在此，如图19所示，光学各向异性层14a及光学各向异性层14c的液晶化合物20的预倾角及平均倾角互不相同。

如此，可以设为液晶化合物20进行水平旋转取向并且具有两层具有预倾角的光学各向异性层的结构。

并且，作为另一例的图20所示的光学元件10具有层叠两层的光学各向异性层14a及14d而成的结构。

光学各向异性层14a与图18所示的光学元件10的光学各向异性层14a相同。即，光学各向异性层14a具有液晶化合物20进行水平旋转取向并且在两个界面上以液晶化合物20的取向方向相对于界面具有预倾角的方式进行取向的图案。

另一方面，光学各向异性层14d为具有与图8所示的光学元件10的光学各向异性层14相同的结构。即，光学各向异性层14d具有一个界面侧的预倾角与另一界面侧的预倾角不同的取向图案。

具体而言，光学各向异性层14d中，在光学各向异性层14a侧的界面上液晶化合物20的预倾角为0°，在与光学各向异性层14a相反的一侧的界面上液晶化合物20以规定的预倾角相对于界面倾斜。并且，在两个界面之间的区域中液晶的倾斜角(倾角)具有随着从一个界面侧朝向另一界面侧逐渐产生变化的取向图案。即，在厚度方向上具有倾角不同的区域。

另外，如上所述，作为两个界面上的预倾角不同的光学各向异性层的例，并不限定于一个预倾角为0°的结构，只要两个界面上的预倾角互不相同即可。

因此，光学各向异性层14a及光学各向异性层14d的预倾角互不相同。并且，光学各向异性层14a及光学各向异性层14d的液晶化合物20的平均倾角互不相同。

如此，可以设为在具有至少一层在厚度方向上液晶化合物的倾角不同的光学各向异性层。并且，虽未图示，也可以优选使用具有两种以上在厚度方向上液晶化合物的倾角不同的光学各向异性层的结构。

如图18～图20，通过设为具有预倾角及/或平均倾角不同的两种以上的光学各向异性层的结构，在各个光学各向异性层中衍射效率成为最大的入射角度不同，因此能够以宽的入射角度获得高的衍射效率。

另外，关于平均倾角，通过与预倾角的测量相同的方法测量厚度方向的各液晶化合物的倾斜角来求出厚度方向的平均值即可。

在此，在图18～图20中，两个光学各向异性层设为来自液晶化合物的光学轴相对于界面的倾斜方位相同的结构，但是并不限定于此，也可以设为倾斜方位互不相同的结构。

图21所示的光学元件10具有层叠两层的光学各向异性层14a及14e而成的结构。

另一方面，除了液晶化合物的倾斜方位与光学各向异性层14a相反的朝向以外，光学各向异性层14d具有与光学各向异性层14a相同的取向图案。即，光学各向异性层14d具有液晶化合物20进行水平旋转取向并且在两个界面上以液晶化合物20的取向方向相对于界面具有预倾角的方式进行取向的图案。

如此，通过设为具有液晶化合物的倾斜方位互不相同的光学各向异性层的结构，能够以宽的入射角度获得高的衍射效率。

另外，在图21所示的例中，设为光学各向异性层14a及光学各向异性层14d仅在液晶化合物的倾斜方位不同且预倾角及平均倾角等相同，但是并不限定于此，也可以设为具有液晶化合物的倾斜方位不同并且预倾角及/或平均倾角不同的两种以上的光学各向异性层的结构。并且，也可以设为具有在厚度方向上液晶化合物的倾角不同的光学各向异性层的结构。

实施例

以下举出实施例对本发明的特征进行进一步具体说明。以下的实施例所示的材料、试剂、使用量、物质量、比例、处理内容及处理顺序等只要不脱离本发明的主旨则能够适当进行变更。因此，本发明的范围不应被以下所示的实施例限定性地解释。

[比较例1]

＜光学元件的制作＞

(支撑体及支撑体的皂化处理)

作为支撑体，准备了市售的三乙酰纤维素薄膜(FUJIFILM Co.,Ltd.制、Z-TAC)。

使支撑体通过温度60℃的介电加热辊以使支撑体的表面温度升温到40℃。

之后，使用棒式涂布机，以涂布量14mL(升)/m²将下述所示的碱溶液涂布于支撑体的一面，将支撑体加热到110℃，另外，在蒸汽式远红外加热器(NORITAKE CO.,LIMITED制)下输送了10秒钟。

接着，同样地使用棒式涂布机，将3mL/m²纯水涂布于支撑体的碱溶液涂布面。继而，重复3次通过喷注式涂布机的水洗及通过气刀的脱水之后，在70℃的干燥区输送10秒钟使其干燥，从而对支撑体的表面进行了碱皂化处理。

碱溶液

(底涂层的形成)

通过#8的线棒，将下述底涂层形成用涂布液连续涂布于支撑体的碱皂化处理面上。将形成有涂膜的支撑体在60℃的暖风下干燥60秒钟，进而在100℃的暖风下干燥120秒钟，从而形成了底涂层。

底涂层形成用涂布液

[化学式44]

改性聚乙烯醇

(取向膜的形成)

通过#2的线棒，将下述取向膜形成用涂布液连续涂布于形成有底涂层的支撑体上。将形成有该取向膜形成用涂布液的涂膜的支撑体在60℃的热板上干燥60秒钟，从而形成了取向膜。

取向膜形成用涂布液

-光取向用原材料A-

[化学式45]

(取向膜的曝光)

使用图14所示的曝光装置对取向膜进行曝光，从而形成了具有取向图案的取向膜(图案取向膜)P-1。

在曝光装置中，作为激光器，使用射出波长(325nm)的激光束的装置。将基于干涉光的曝光量设为100mJ/cm²。另外，由2个激光束及其干涉形成的取向图案的1个周期(来自液晶化合物的光轴旋转180°的长度)通过改变两个光的交叉角(交叉角β)来控制。

(光学各向异性层的形成)

作为形成光学各向异性层的液晶组合物，制备了下述组合物A-1。

组合物A-1

液晶化合物L-1

[化学式46]

流平剂T-1

[化学式47]

光学各向异性层通过在取向膜P-1上涂布多层组合物A-1来形成。多层涂布是指，首先将第1层组合物A-1涂布于取向膜上，加热、冷却后进行紫外线固化来制作液晶固定化层之后，第2层以后反复涂布于其液晶固定化层来进行涂布，同样地重复加热、冷却后进行紫外线固化。通过多层涂布而形成，由此即使液晶层(光学各向异性层)的总厚度变厚时，取向膜的取向方向也可以从液晶层的下表面反映到上表面。

首先，在第1层中，将下述组合物A-1涂布于取向膜P-1上，在热板上将涂膜加热到70℃，之后，冷却到25℃之后，在氮气环境下使用高压汞灯以100mJ/cm²的照射量使波长365nm的紫外线照射到涂膜，由此固化液晶化合物的取向。此时的第1层液晶层的膜厚为0.2μm。

第2层以后，反复涂布于该液晶层，在与以上相同的条件下加热、冷却后进行紫外线固化，从而制作了液晶固定化层。如此，重复反复涂布直至总厚度成为所期望的膜厚为止，形成光学各向异性层，从而制作了光学元件。

通过偏振光显微镜确认到，光学各向异性层的最终液晶的Δn₅₅₀×厚度(Re(550))成为275nm并且成为如图3所示的周期性取向表面。另外，该光学各向异性层的液晶取向图案中，来自液晶化合物的光轴旋转180°的1个周期为3.0μm以下，在没有特别记载的情况下，同样地进行了“Δn₅₅₀×d”等的测量。

(预倾角的测量)

用切片机切割光学各向异性层，并且通过截面的偏振光显微镜观察分别测量了存在于取向膜界面侧及空气界面侧的界面的来自液晶化合物的光轴的预倾角。测量的结果，取向膜界面侧的预倾角、空气界面侧的预倾角均为大致0度。

[实施例1]

从比较例1，如下述仅变更取向膜的曝光，形成取向膜(图案取向膜)P-2而用作取向膜。

(取向膜的曝光)

与比较例1同样地，形成具有取向图案的取向膜P-1之后，进而在相对于取向图案的干涉条纹正交的两个方位角中的一个方向(称为第二曝光方位)上，从基板的法线方向倾斜45°并且以曝光量为10mJ/cm²照射了通过消偏振元件(Depolarizer)进行无偏振化的激光束。由此，对取向膜赋予了液晶化合物沿与第二曝光方位垂直的方向进行预倾斜的功能。由此，形成取向膜P-2，除此以外，与比较例1同样地制作了光学元件。

(预倾角的测量)

通过与比较例1相同的方法，分别测量了存在于取向膜界面侧及空气界面侧的界面的来自液晶化合物的光轴的预倾角。测量的结果，空气界面侧的预倾角为大致0度。取向膜界面侧的预倾角中，相对于第二曝光方位与基板的法线方向所形成的表面垂直的方位的液晶化合物的预倾角为大致0度，相对于第二曝光方位与基板法线方向所形成的表面平行的方位的液晶化合物的预倾角为大致7度并且预倾斜提升的朝向为液晶化合物的长轴朝向第二曝光方位沿垂直方向上升的方向。并且，中间的方位的液晶化合物的倾斜角缓慢地从0度变化至7度。

[实施例2]

从实施例1，将组合物A-1变更为下述组合物A-2，除此以外，以与比较例1完全相同的方式制作了光学元件。

组合物A-2

流平剂T-2

[化学式48]

流平剂T-3

[化学式49]

(预倾角的测量)

通过与比较例1相同的方法，分别测量了存在于取向膜界面侧及空气界面侧的界面的来自液晶化合物的光轴的预倾角。测量的结果，空气界面侧的预倾角为大致10度。取向膜界面侧的预倾角中，相对于第二曝光方位与基板的法线方向所形成的表面垂直的方位的液晶化合物的预倾角为大致0度，相对于第二曝光方位与基板法线方向所形成的表面平行的方位的液晶化合物的预倾角为大致7度并且预倾斜提升的朝向为液晶化合物的长轴朝向第二曝光方位沿垂直方向上升的方向。并且，中间的方位的液晶化合物的倾斜角缓慢地从10度变化至7度。

[实施例3]

从实施例1，将组合物A-1变更为下述组合物A-3，除此以外，以与比较例1完全相同的方式制作了光学元件。

组合物A-3

鎓盐O-1

[化学式50]

(预倾角的测量)

通过与比较例1相同的方法，分别测量了存在于取向膜界面侧及空气界面侧的界面的来自液晶化合物的光轴的预倾角。测量的结果，空气界面侧的预倾角为大致10度。取向膜界面侧的预倾角中，相对于第二曝光方位与基板法线方向所形成的表面垂直的方位的液晶化合物的预倾角为大致10度，相对于第二曝光方位与基板的法线方向所形成的表面平行的方位的液晶化合物的预倾角为大致10度并且预倾斜提升的朝向为液晶化合物的长轴朝向第二曝光方位沿垂直方向上升的方向。并且，中间的方位的液晶化合物的倾斜角从10度至10度而大致相同。

[评价]

-衍射角的测量-

实施例1～3及比较例1的各光学元件为透射型的光学元件。关于这些光学元件，通过光学元件的支撑体在光学各向异性层的表面垂直地入射光，测量了其透射衍射光的衍射角。具体而言，使在550nm处具有输出的中心波长的右旋圆偏振光的激光束，从法线方向上远离50cm的位置垂直入射于光学元件的一个表面，即光学各向异性层的一个表面，通过配置于从光学元件的另一个表面50cm距离处的屏幕来捕捉透射衍射光的光斑，从而计算出衍射角。

-光强度的测量-

参考图16，对光强度的测量方法进行说明。实施例及比较例的光学元件10具备设置在支撑体12的表面的取向膜13上的光学各向异性层14。在与作为该光学各向异性层14的一个表面的取向膜13侧的表面相对置的另一个表面上粘接折射率与支撑体12大致相同的第2支撑体18来制得测量用试样。

使从半导体激光器30射出的波长531nm的半导体激光束透射线性起偏器31及λ/4板32而设为右旋圆偏振光P_R的光L。通过使该光L垂直入射于支撑体12而使光L垂直入射于光学各向异性层14的一个表面。在这种情况下，通过基于光学各向异性层14的衍射作用，衍射角θ₂的衍射光L_t从光学各向异性层14的另一个表面输出。该衍射光L_t在与光学各向异性层14的另一个表面连接的第2支撑体18中行进，并且从试样的表面向大气中射出。利用光电检测器35测量了该出射光L_t1的光强度。另外，在试样与大气之间的界面上，由于折射率差，因此产生衍射光L_t弯曲而以出射角θ₂₂射出的出射光L_t1及反射到第2支撑体18内部的反射光L_t2。根据利用光电检测器35检测出的光强度及菲涅耳法则求出进行了内反射的光L_t2的光强度，并且计算了衍射光L_t的光强度。

而且，取衍射光L_t的光强度与光L的光强度之比，求出了衍射光L_t与入射光的相对光强度值。

以下示出实施例1～3及比较例1的光学元件的评价结果。

相对于比较例的光强度增加率

如上述结果所示，与比较例相比，实施例1～3中发现了光强度增加率。认为这是由于以对衍射方位中的光学各向异性层的双折射的效果提高的方式使液晶化合物倾斜的效果，其结果，估计衍射效率提高且获得了高的光强度。

[比较例11]

＜第1反射层的制作＞

使用比较例1中所使用的取向膜涂布之后的支撑体，同样地进行了取向膜的曝光。

(取向膜的曝光)

使用图14所示的曝光装置对取向膜进行曝光，从而形成了具有取向图案的取向膜P-1。

曝光装置中，作为激光器，使用射出波长(325nm)的激光束的装置。将基于干涉光的曝光量设为100mJ/cm²。另外，由2个激光束及其干涉形成的取向图案的1个周期(光学轴旋转180°的长度)通过改变2个光的交叉角(交叉角β)来控制。

(G反射胆甾醇型液晶层的形成)

作为形成作为光学各向异性层的胆甾醇型液晶层的液晶组合物，制备了下述组合物A-11。该组合物A-11为形成选择反射中心波长为530nm，且反射右旋圆偏振光的胆甾醇型液晶层(胆甾醇型液晶相)的液晶组合物。

组合物A-11

棒状液晶化合物L-1

[化学式51]

手性试剂Ch-1

[化学式52]

流平剂T-1

[化学式53]

G反射胆甾醇型液晶层通过在取向膜P-1上涂布多层组合物A-1来形成。多层涂布是指，首先将第1层组合物A-11涂布于取向膜上，加热、冷却后进行紫外线固化来制作液晶固定化层之后，第2层以后反复涂布于其液晶固定化层来进行涂布，同样地重复加热、冷却后进行紫外线固化。通过多层涂布形成，由此即使液晶层的总厚度变厚时，取向膜的取向方向也可以从液晶层的下表面反映到上表面。

首先，在第1层中，将组合物A-11涂布于取向膜P-1上，在热板上将涂膜加热到95℃，之后，冷却到25℃之后，在氮气环境下使用高压汞灯以100mJ/cm²的照射量使波长365nm的紫外线照射到涂膜，由此固化液晶化合物的取向。此时的第1层液晶层的膜厚为0.2μm。

第2层以后，反复涂布于该液晶层，在与以上相同的条件下加热、冷却后进行紫外线固化，从而制作了液晶固定化层。如此，重复反复涂布直至总厚度成为所期望的膜厚为止，形成了G反射胆甾醇型液晶层。

对2根支撑体进行这种G反射胆甾醇型液晶层的形成，从而制作了第1G反射层及第2G反射层。

用SEM(Scanning Electron Microscope，扫描电子显微镜)确认了G反射层的截面的结果，G反射层的胆甾醇型液晶相为8个节距。

利用偏振光显微镜确认了G反射胆甾醇型液晶层成为如图3所示的周期性取向表面。另外，该G反射胆甾醇型液晶层的液晶取向图案中，来自液晶化合物的光学轴旋转180°的1个周期为1.1μm。

(预倾角的测量)

用切片机切割G反射胆甾醇型液晶层，并且通过截面的偏振光显微镜观察分别测量了存在于取向膜界面侧及空气界面侧的界面的来自液晶化合物的光轴的预倾角。测量的结果，取向膜界面侧的预倾角、空气界面侧的预倾角均为大致0度。

[实施例11]

从比较例11，如下述仅变更取向膜的曝光，形成取向膜P-2而用作取向膜。

(取向膜的曝光)

与比较例11同样地，形成具有取向图案的取向膜P-1之后，进而在相对于取向图案的干涉条纹正交的两个方位角中的一个方向(称为第二曝光方位)上，从基板的法线方向倾斜45°并且以曝光量为10mJ/cm²照射了通过消偏振元件(Depolarizer)进行无偏振化的激光束。由此，对取向膜赋予了液晶化合物沿与第二曝光方位垂直的方向进行预倾斜的功能。由此形成了取向膜P-2。

除此以外，与比较例11同样地，制作了光学元件。

(预倾角的测量)

通过与比较例1相同的方法，分别测量了存在于取向膜界面侧及空气界面侧的界面的来自液晶化合物的光轴的预倾角。测量的结果，空气界面侧的预倾角为大致0度。取向膜界面侧的预倾角中，相对于第二曝光方位与基板法线方向所形成的表面垂直的方位的液晶化合物的预倾角为大致0度，相对于第二曝光方位与基板法线方向所形成的表面平行的方位的液晶化合物的预倾角为大致7度并且预倾斜提升的朝向为液晶化合物的长轴朝向第二曝光方位沿垂直方向上升的方向。并且，中间的方位的液晶化合物的倾斜角缓慢地从0度变化至7度。

[实施例12]

从实施例11，将组合物A-11变更为下述组合物A-12，除此以外，以与实施例11完全相同的方式制作了光学元件。

组合物A-12

(预倾角的测量)

通过与比较例1相同的方法，分别测量了存在于取向膜界面侧及空气界面侧的界面的来自液晶化合物的光轴的预倾角。测量的结果，空气界面侧的预倾角为大致10度。取向膜界面侧的预倾角中，相对于第二曝光方位与基板法线方向所形成的表面垂直的方位的液晶化合物的预倾角为大致0度，相对于第二曝光方位与基板法线方向所形成的表面平行的方位的液晶化合物的预倾角为大致7度并且预倾斜提升的朝向为液晶化合物的长轴朝向第二曝光方位沿垂直方向上升的方向。并且，中间的方位的液晶化合物的倾斜角缓慢地从10度变化至7度。

[实施例13]

从实施例11，将组合物A-11变更为下述组合物A-13，除此以外，以与实施例11完全相同的方式制作了光学元件。

组合物A-13

(预倾角的测量)

通过与比较例1相同的方法，分别测量了存在于取向膜界面侧及空气界面侧的界面的来自液晶化合物的光轴的预倾角。测量的结果，空气界面侧的预倾角为大致10度。取向膜界面侧的预倾角中，相对于第二曝光方位与基板法线方向所形成的表面垂直的方位的液晶化合物的预倾角为大致10度，相对于第二曝光方位与基板法线方向所形成的表面平行的方位的液晶化合物的预倾角为大致10度并且预倾斜提升的朝向为液晶化合物的长轴朝向第二曝光方位沿垂直方向上升的方向。并且，中间的方位的液晶化合物的倾斜角从10度至10度而大致相同。

[评价]

-衍射角的测量-

实施例11～13及比较例11的各光学元件为反射型的光学元件。关于这些光学元件，通过光学元件的支撑体在光学各向异层的表面垂直地入射光，测量了其反射衍射光的衍射角。具体而言，使在531nm处具有输出的中心波长的右旋圆偏振光的激光束，从法线方向上远离50cm的位置垂直入射于光学元件的一个表面，即光学各向异性层的一个表面，通过配置于从光学元件的一个表面50cm距离处的屏幕来捕捉反射衍射光的光斑，从而计算出衍射角。

-光强度的测量-

参考图17，对光强度的测量方法进行了说明。

使从半导体激光器30射出的波长531nm的半导体激光束透射线性起偏器31及λ/4板32而设为右旋圆偏振光P_R的光L₁₀。使该光L₁₀垂直入射于光学各向异性层114的表面。在这种情况下，通过基于光学各向异性层114的衍射作用及选择反射作用，利用光电检测器35测量了以衍射角θ₂进行反射衍射的衍射光L_r的光强度。而且，取衍射光L_r的光强度与光L₁₀的光强度之比，求出了衍射光L_r与入射光的相对光强度值。

相对于比较例11的光强度增加率

如上述结果所示，与比较例相比，实施例11～13中发现了光强度增加率。认为这是由于以对衍射方位中的光学各向异性层的双折射的效果提高的方式使液晶化合物进行倾斜的效果，其结果，估计衍射效率提高且获得了高的光强度。

[比较例21]

在比较例1的取向膜的曝光中，变更两个激光束的交叉角，除此以外，以相同的方式制作了光学元件。

(平均倾角的测量)

用切片机切割光学各向异性层，并且通过截面的偏振光显微镜测量从取向膜界面侧至空气界面侧的界面为止的来自液晶化合物的光学轴的倾角，将其平均值作为平均倾角而进行了计算。测量的结果，平均倾角为大致0度。

[实施例21]

从比较例1，如下述仅变更取向膜的曝光来形成了取向膜。

(取向膜的曝光)

在比较例1的取向膜的曝光中，变更两个激光束的交叉角，除此以外，以相同的方式形成了具有取向图案的取向膜(图案取向膜)。另外，在相对于取向图案的干涉条纹正交的两个方位角中的一个方向(称为第二曝光方位)上，从基板的法线方向倾斜45°并且以曝光量为40mJ/cm²照射了通过消偏振元件(Depolarizer)进行无偏振化的激光束。由此，对取向膜赋予了液晶化合物沿与第二曝光方位垂直的方向进行预倾斜的功能。由此形成了取向膜。

(第1光学各向异性层的形成)

作为形成光学各向异性层的液晶组合物，制备了下述组合物A-21。

从实施例1，将组合物A-1变更为下述组合物A-21，除此以外，以与实施例1相同的方式形成了第1光学各向异性层。

组合物A-21

(平均倾角的测量)

用切片机切割第1光学各向异性层，并且通过截面的偏振光显微镜测量从取向膜界面侧至空气界面侧的界面为止的来自液晶化合物的光学轴的倾角，将其平均值作为平均倾角而进行了计算。测量的结果，平均倾角为大致10度。并且，中间的方位的液晶化合物的倾斜角大致相同。

(取向膜的形成)

在所形成的第1光学各向异性层的表面进行了电晕处理。以与比较例1的取向膜形成相同的方式，在进行了电晕处理的第1光学各向异性层上通过#2的线棒连续涂布了取向膜形成用涂布液。将形成有该取向膜形成用涂布液的涂膜的支撑体在60℃的热板上干燥60秒钟，从而形成了取向膜。

(取向膜的曝光)

在比较例1的取向膜的曝光中，变更两个激光束的交叉角，除此以外，以相同的方式形成了具有取向图案的取向膜。另外，在相对于取向图案的干涉条纹正交的两个方位角中的一个方向(称为第二曝光方位)上，从基板的法线方向倾斜45°并且以曝光量为200mJ/cm²照射了通过消偏振元件(Depolarizer)进行无偏振化的激光束。由此，对取向膜赋予了液晶化合物沿与第二曝光方位垂直的方向进行预倾斜的功能。由此形成了取向膜。

(第2光学各向异性层的形成)

作为形成光学各向异性层的液晶组合物，制备了下述组合物A-22。

从实施例1，将组合物A-1变更为下述组合物A-22，除此以外，以与实施例1的第1光学各向异性层形成为相同的方式形成了第2光学各向异性层。

组合物A-22

(平均倾角的测量)

用切片机切割第2光学各向异性层，并且通过截面的偏振光显微镜测量从取向膜界面侧至空气界面侧的界面为止的来自液晶化合物的光学轴的倾角，将其平均值作为平均倾角而进行了计算。测量的结果，平均倾角为大致25度。并且，中间的方位的液晶化合物的倾斜角大致相同。

[实施例22]

以与比较例21相同的方式形成了第1光学各向异性层。

(取向膜的形成、曝光)

以与实施例21相同的方式，对第1光学各向异性层进行电晕处理，在第1光学各向异性层上形成取向膜并进行了取向膜的曝光。

(第2光学各向异性层的形成)

以与实施例21相同的方式形成了第2光学各向异性层。

[实施例23]

以与实施例21相同的方式形成了第1光学各向异性层。

(取向膜的形成、曝光)

以与实施例21相同的方式，对第1光学各向异性层进行电晕处理，在第1光学各向异性层上形成取向膜，进行了取向膜的曝光。

(第2光学各向异性层的形成)

作为形成光学各向异性层的液晶组合物，制备了下述组合物A-23。

从实施例1，将组合物A-1变更为下述组合物A-23，除此以外，以与实施例1的第1光学各向异性层形成为相同的方式形成了第2光学各向异性层。

组合物A-23

(平均倾角的测量)

用切片机切割第2光学各向异性层，并且通过截面的偏振光显微镜测量从取向膜界面侧至空气界面侧的界面为止的来自液晶化合物的光学轴的倾角，将其平均值作为平均倾角而进行了计算。测量的结果，平均倾角为大致20度。

空气界面侧的预倾角为大致30度。取向膜界面侧的预倾角中，相对于第二曝光方位与基板法线方向所形成的表面垂直的方位的液晶的预倾角为大致0度，相对于第二曝光方位与基板法线方向所形成的表面平行的方位的液晶化合物的预倾角为大致10度。并且，中间的方位的液晶化合物的倾斜角缓慢地从30度变化至10度。

[比较例22]

以与比较例21相同的方式制作了光学元件。

[实施例24]

从比较例1，如下述仅变更取向膜的曝光来形成了取向膜。

(取向膜的曝光)

(第1光学各向异性层的形成)

以与实施例21的第2光学各向异性层相同的方式形成了第1光学各向异性层。

(平均倾角的测量)

用切片机切割第1光学各向异性层，并且通过截面的偏振光显微镜测量从取向膜界面侧至空气界面侧的界面为止的来自液晶化合物的光学轴的倾角，将其平均值作为平均倾角而进行了计算。测量的结果，平均倾角为大致25度。并且，中间的方位的液晶化合物的倾斜角大致相同。

(取向膜的形成)

(取向膜的曝光)

将在上述中制作的第1光学各向异性层在面内旋转180°而设置，以与上述相同的方式曝光了取向膜。

(第2光学各向异性层的形成)

以与第1光学各向异性层相同的方式形成了第2光学各向异性层。

(平均倾角的测量)

用切片机切割第2光学各向异性层，并且通过截面的偏振光显微镜测量从取向膜界面侧至空气界面侧的界面为止的来自液晶化合物的光学轴的倾角，将其平均值作为平均倾角而进行了计算。测量的结果，平均倾角为大致25度。并且，中间的方位的液晶化合物的倾斜角大致相同。另外，液晶化合物的倾斜方位与第1光学各向异性层相差180°。

[评价]

-衍射角的测量-

关于实施例21～24及比较例21～22的各光学元件，通过光学元件的支撑体在光学各向异性层的表面入射光，并测量了其透射衍射光的衍射角。具体而言，使在531nm处具有输出的中心波长的右旋圆偏振光的激光束，从法线方向上远离50cm的位置垂直入射于光学元件的一个表面，即光学各向异性层的一个表面，通过配置于从光学元件的另一个表面50cm距离处的屏幕来捕捉透射衍射光的光斑，从而计算出衍射角。另外，对光学元件的入射光的角度由表1中所记载的值进行了评价。

-光强度的测量-

通过与实施例1相同的方法计算出衍射光L_t的光强度。

而且，取衍射光L_t的光强度与光L的光强度之比，求出了衍射光L_t与入射光的相对光强度值。另外，对光学元件的入射光的角度由表1中所记载的值进行了评价。

入射不同的入射角度的激光束，求出各个相对光强度值，由相对光强度值的平均值对比较例与实施例的光强度增加率进行了评价。

A：光强度增加率为20％以上

B：光强度增加率为10％以上且小于20％

C：光强度增加率为5％以上且小于10％

D：光强度增加率小于5％

将结果示于表1中。

另外，对比较例21与实施例21～23进行比较，并且对比较例22与实施例24进行了比较。

[表1]

如上述结果所示，与比较例相比，实施例21～24中在不同的入射角度下确认到光强度增加率。认为这是由于以对衍射方位中的光学各向异性层的双折射的效果提高的方式使液晶化合物倾斜的效果，其结果，估计获得了衍射效率高的光强度。

[比较例23]

[实施例25]

在实施例24的取向膜的曝光中，变更两个激光束的交叉角，除此以外，以相同的方式制作了光学元件。

[评价]

对比较例23与实施例25的光强度增加率进行了比较。使偏振状态不同的激光束(右旋圆偏振光及左旋圆偏振光)垂直入射于光学元件，除此以外，以与比较例21及实施例21相同的方式评价了光强度增加率。

将结果示于表2中。

[表2]

如上述结果所示，与比较例相比，在实施例25中对于不同的入射偏振状态确认到光强度增加率。认为这是由于以对衍射方位中的光学各向异性层的双折射的效果提高的方式使液晶化合物倾斜的效果，其结果，估计获得了衍射效率高的光强度。

[比较例31]

(第1胆甾醇型液晶层的形成)

在比较例11的取向膜的曝光中，变更两个激光束的交叉角，除此以外，以相同的方式形成了选择反射中心波长为530nm且反射右旋圆偏振光的胆甾醇型液晶层用作第1胆甾醇型液晶层。

(平均倾角的测量)

用切片机切割第1胆甾醇型液晶层，并且通过截面的偏振光显微镜测量从取向膜界面侧至空气界面侧的界面为止的来自液晶化合物的光学轴的倾角，将其平均值作为平均倾角而进行了计算。测量的结果，平均倾角为大致0度。

(取向膜的形成)

对所形成的第1胆甾醇型液晶层的表面进行了电晕处理。以与比较例11的取向膜形成相同的方式，在进行了电晕处理的第1胆甾醇型液晶层上通过#2的线棒连续涂布了取向膜形成用涂布液。将形成有该取向膜形成用涂布液的涂膜的支撑体在60℃的热板上干燥60秒钟，从而形成了取向膜。

(取向膜的曝光)

以与第1胆甾醇型液晶层的形成相同的方式曝光了取向膜。

(第2胆甾醇型液晶层的形成)

变更为下述组合物A-31，除此以外，以与第1胆甾醇型液晶层相同的方式形成了选择反射中心波长为530nm且反射左旋圆偏振光的第2胆甾醇型液晶层。

组合物A-31

手性试剂Ch-2

[化学式54]

(平均倾角的测量)

用切片机切割第2胆甾醇型液晶层，并且通过截面的偏振光显微镜测量从取向膜界面侧至空气界面侧的界面为止的来自液晶化合物的光学轴的倾角，将其平均值作为平均倾角而进行了计算。测量的结果，平均倾角为大致0度。

[实施例31]

(第1胆甾醇型液晶层的形成)

变更为下述组合物A-32，除此以外，通过与实施例24的第1光学各向异性层相同的制作方法，形成了选择反射中心波长为530nm且反射右旋圆偏振光的第1胆甾醇型液晶层。

组合物A-32

(平均倾角的测量)

用切片机切割第1胆甾醇型液晶层，并且通过截面的偏振光显微镜测量从取向膜界面侧至空气界面侧的界面为止的来自液晶化合物的光学轴的倾角，将其平均值作为平均倾角而进行了计算。测量的结果，平均倾角为大致25度。

(取向膜的曝光)

对所形成的第1胆甾醇型液晶层的表面进行了电晕处理。在进行了电晕处理的第1胆甾醇型液晶层上与比较例31相同地形成了取向膜。

将通过消偏振元件进行无偏振化的激光束的照射方位变更为180°不同的方位，除此以外，通过与第1胆甾醇型液晶层形成中的取向膜的曝光相同的方法进行了曝光。

(第2胆甾醇型液晶层的形成)

变更为下述组合物A-33，除此以外，以与比较例31的第2胆甾醇型液晶层相同的方式，形成了选择反射中心波长为530nm且反射左旋圆偏振光的第2胆甾醇型液晶层。

组合物A-33

(平均倾角的测量)

用切片机切割第2胆甾醇型液晶层，并且通过截面的偏振光显微镜测量从取向膜界面侧至空气界面侧的界面为止的来自液晶化合物的光学轴的倾角，将其平均值作为平均倾角而进行了计算。测量的结果，平均倾角为大致25度。

[评价]

-衍射角的测量-

关于实施例31及比较例31的各光学元件，通过光学元件的支撑体在光学各向异性层的表面垂直地入射光，测量了其反射衍射光的衍射角。具体而言，使在531nm处具有输出的中心波长的右旋圆偏振光的激光束，从法线方向上远离50cm的位置垂直入射于光学元件的一个表面，即光学各向异性层的一个表面，通过配置于从光学元件的一个表面50cm距离处的屏幕来捕捉反射衍射光的光斑，从而计算出衍射角。

-光强度的测量-

通过图17的测量系统测量了光强度。

使从半导体激光器30射出的波长531nm的半导体激光束透射线性起偏器31及λ/4板32而设为右旋圆偏振光P_R的光L₁₀。使该光L₁₀垂直入射于光学各向异性层114的表面。在这种情况下，通过基于光学各向异性层114的衍射作用及选择反射作用，利用光电检测器35测量了以衍射角θ₂进行反射衍射的衍射光L_r的光强度。而且，取衍射光L_r的光强度与光L₁₀的光强度之比，求出了衍射光L_r与入射光的相对光强度值。并且，将偏振状态设为左旋圆偏振光P_L，同样地求出了相对光强度值。由入射不同的偏振状态(右旋圆偏振光及左旋圆偏振光)的相对光强度值的平均值评价了对比较例与实施例的光强度增加率进行了评价。

A：光强度增加率为20％以上

B：光强度增加率为10％以上且小于20％

C：光强度增加率为5％以上且小于10％

D：光强度增加率小于5％

将结果示于表3中。

[表3]

如上述结果所示，与比较例相比，实施例31中对于不同的入射偏振状态确认到光强度增加率。认为这是由于以对衍射方位中的光学各向异性层的双折射的效果提高的方式使液晶化合物倾斜的效果，其结果，估计获得了衍射效率高的光强度。

符号说明

10、110、110A、110B-光学元件，12、112、112A、112B-支撑体，13、113-取向膜，14、14a～14e、34、114、114A、114B-光学各向异性层，18-第2支撑体，20-液晶化合物，22-光学轴，24-等相位面，30-激光器，31-线性起偏器，32-λ/4板，35-光电检测器，50-曝光装置，52-半导体激光器，54-光源，56-偏振光束分离器，58A、58B-反射镜，60A、60B-λ/4板，70-激光束，72A、72B-光线，80-支撑体，82-取向膜，90-头戴式显示器，92-液晶显示装置，94-导光部件。

Claims

1.一种光学元件，其具备：至少一层使用包含液晶化合物的组合物而形成的光学各向异性层，

所述光学各向异性层中的至少一层具有来自所述液晶化合物的光学轴的朝向沿着面内的至少一个方向一边连续旋转一边产生变化的液晶取向图案，并且具有所述光学各向异性层的上下界面的至少一个界面上的液晶化合物的取向方向相对于界面具有预倾角的区域。

2.根据权利要求1所述的光学元件，其中，

在所述至少一个界面上，周期性地存在具有预倾角的区域及不具有预倾角的区域。

3.根据权利要求1或2所述的光学元件，其中，

所述光学各向异性层中具有相对于厚度方向具有扭曲性的区域。

4.根据权利要求1或2所述的光学元件，其中，

所述光学各向异性层中，所述液晶化合物沿厚度方向进行胆甾醇型取向。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的光学元件，其中，具有取向图案不同的两种以上的光学各向异性层。

6.根据权利要求5所述的光学元件，其中，

所述两种以上的光学各向异性层的预倾角互不相同。

7.根据权利要求5或6所述的光学元件，其中，

所述两种以上的光学各向异性层的来自所述液晶化合物的光学轴相对于界面的倾斜方位相同。

8.根据权利要求5或6所述的光学元件，其中，

所述两种以上的光学各向异性层的来自所述液晶化合物的光学轴相对于界面的倾斜方位互不相同。

9.根据权利要求5至8中任一项所述的光学元件，其中，

所述两种以上的光学各向异性层的来自所述液晶化合物的光学轴相对于界面的倾角的厚度方向的平均值互不相同。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的光学元件，其中，

所述光学各向异性层的至少一层具有来自所述液晶化合物的光学轴的倾角在厚度方向上不同的区域。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的光学元件，其中，

将来自所述液晶化合物的光学轴的朝向在面内旋转180°的长度设为1个周期时，所述光学各向异性层的至少一层在面内具有1个周期的长度不同的区域。

12.根据权利要求3至11中任一项所述的光学元件，其中，

所述光学各向异性层的至少一层具有：相对于厚度方向的扭曲的等相位面的相对于至少一个界面的倾角与来自所述液晶化合物的厚度方向上的光学轴的倾角在厚度方向上不同的区域。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的光学元件，其中，

具有被层叠在所述光学各向异性层的至少一层的一个表面上的图案取向膜。