CN113196118A

CN113196118A - 胆甾醇型液晶层及胆甾醇型液晶层的形成方法以及层叠体、导光元件及图像显示装置

Info

Publication number: CN113196118A
Application number: CN201980082206.4A
Authority: CN
Inventors: 篠田克己; 佐藤宽; 齐藤之人
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2018-12-11
Filing date: 2019-12-11
Publication date: 2021-07-30
Anticipated expiration: 2039-12-11
Also published as: US11828960B2; WO2020122127A1; JP7229275B2; JPWO2020122127A1; US20240069257A1; CN113196118B; US20220099872A1

Abstract

本发明的课题在于提供一种具有良好的衍射效率的胆甾醇型液晶层、其形成方法、利用胆甾醇型液晶层的层叠体、导光元件及图像显示装置。一种胆甾醇型液晶层，其固定胆甾醇型液晶相而成，并具有源自液晶化合物的光学轴的朝向沿着面内的至少一个方向连续旋转的同时产生变化的液晶取向图案，在通过SEM观察的截面中明部及暗部倾斜，将慢轴面内或快轴面内中面内延迟成为最小的方向与法线所成的倾斜角度设为θ2时，由“sinθ2＝n·sinφ(n为胆甾醇型液晶层的平均折射率)”表示的光学轴倾角φ的绝对值为5°以上，从而解决该问题。

Description

胆甾醇型液晶层及胆甾醇型液晶层的形成方法以及层叠体、导光元件及图像显示装置

技术领域

本发明涉及一种胆甾醇型液晶层及能够适当地形成该胆甾醇型液晶层的胆甾醇型液晶层的形成方法以及使用该胆甾醇型液晶层的层叠体及导光元件、使用该导光元件的图像显示装置。

背景技术

AR(Augmented Reality(增强现实))玻璃被实用化。AR玻璃也称为智能玻璃、头戴式显示器(HMD(Head Mounted Display))及AR眼镜等。

在AR玻璃中，作为一例，使用衍射元件使来自显示器的光(投影光)衍射(折射)而入射到导光板的一个端部。由此，以一定角度向导光板导入光，并且使光在导光板内全反射而传播。在导光板传播的光在导光板的另一端部通过相同的衍射元件被衍射，并且从导光板射出到基于使用人员的观察位置。

作为利用于AR玻璃的以一定角度使光入射于导光板的衍射元件的一例，可例示专利文献1中所记载的使用固定胆甾醇型液晶相而成的胆甾醇型液晶层的反射结构体。

该反射结构体具备分别沿着规定方向延伸的多个螺旋状结构体。并且，该反射结构体具有在规定方向上相交并且入射光的第1入射面及在该规定方向上相交并且反射从第1入射面入射的光的反射面，第1入射面包含多个螺旋状结构体的每个两端部中的一个端部。并且，多个螺旋状结构体的每一个包含沿着规定方向连接的多个结构单元，该多个结构单元包含以螺旋状回转而堆叠的多个要件。并且，多个结构单元分别具有第1端部及第2端部，沿着规定方向彼此相邻的结构单元中的一个结构单元的第2端部构成另一个结构单元的第1端部，并且位于多个螺旋状结构体中所包含的多个第1端部的要件的取向方向对齐。另外，反射面包含分别包含于多个螺旋状结构体的至少1个第1端部，并且不平行于第1入射面。

专利文献1中所记载的反射结构体(胆甾醇型液晶层)简而言之具有源自液晶化合物的光学轴的朝向沿着面内的至少一个方向连续旋转的同时产生变化的液晶取向图案。专利文献1中所记载的胆甾醇型液晶层具有这种液晶取向图案，由此具有不与第1入射面平行的反射面。

通常的胆甾醇型液晶层镜面反射所入射的光。

相比之下，专利文献1中所记载的反射结构体并非镜面反射，而使相对于镜面反射以一定角度沿规定方向反射所入射的光。例如，根据专利文献1中所记载的胆甾醇型液晶层，并非沿法线方向反射从法线方向入射的光，而是以一定角度相对于法线方向反射。

因此，通过使用该光学元件，使基于显示器的图像衍射，以一定角度向导光板导入光而能够在导光板内引导光。

以往技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2016/066219号

发明内容

发明要解决的技术课题

根据专利文献1中所记载的使用胆甾醇型液晶层的反射结构体，通过胆甾醇型液晶层衍射所入射的圆偏振光，并且能够相对于入射方向倾斜圆偏振光而反射。

但是，专利文献1中所记载的胆甾醇型液晶层的衍射效率并不充分，例如存在反射光的光量相对于入射光下降等问题。

本发明的目的在于解决这种以往技术的问题，提供一种能够以高衍射效率衍射所入射的光的胆甾醇型液晶层及能够适当地形成该胆甾醇型液晶层的胆甾醇型液晶层的形成方法。

用于解决技术课题的手段

为了解决该课题，本发明具有以下结构。

[1]一种胆甾醇型液晶层，其固定胆甾醇型液晶相而成，其中，

胆甾醇型液晶层具有源自液晶化合物的光学轴的朝向沿着面内的至少一个方向连续旋转的同时产生变化的液晶取向图案，并且，

在通过扫描型电子显微镜观察的胆甾醇型液晶层的截面中，源自胆甾醇型液晶相的明部及暗部相对于胆甾醇型液晶层的主表面倾斜，进而，

从法线方向及相对于法线倾斜的方向测定面内延迟时，慢轴面内及快轴面内的任一个中，将面内延迟成为最小的方向与法线所成的角度即测定角设为θ2时，由sinθ2＝n·sinφ(n为胆甾醇型液晶层的平均折射率)表示的光学轴倾角φ的绝对值为5°以上。

[2]根据[1]所述的胆甾醇型液晶层，其中，

光学轴倾角φ为15°以上。

[3]根据[1]或[2]所述的胆甾醇型液晶层，其中，

将胆甾醇型液晶层的主表面与胆甾醇型液晶层的截面的明部及暗部所成的角度设为倾角θ1时，从光学轴倾角φ减去倾角θ1而得的值的绝对值为5°以下。

[4]根据[1]至[3]中任一项所述的胆甾醇型液晶层，其中，

将胆甾醇型液晶层的厚度设为d，将面内延迟的最小值设为Re[φ]时，由下述式Δn′(φ)＝Re[φ]/(d·cosφ)表示的折射率各向异性Δn′(φ)为0.003以上。

[5]根据[1]至[4]中任一项所述的胆甾醇型液晶层，其中，

将液晶取向图案中的源自液晶化合物的光学轴的朝向沿面内方向旋转180°的长度设为1周期Λ时，1周期Λ为1.6μm以下。

[6]根据[1]至[5]中任一项所述的胆甾醇型液晶层，其中，

胆甾醇型液晶层的截面中的明部与暗部的形成周期具有根据厚度方向的位置而不同的区域。

[7]根据[3]至[6]中任一项所述的胆甾醇型液晶层，其中，

倾角θ1具有根据厚度方向的位置而不同的区域。

[8]根据[7]所述的胆甾醇型液晶层，其具有倾角θ1朝向厚度方向的一个方向连续增大的区域。

[9]根据[7]或[8]所述的胆甾醇型液晶层，其特征在于，

倾角θ1的厚度方向上的最大值与最小值之差为10°以上。

[10]根据[7]至[9]中任一项所述的胆甾醇型液晶层，其具有倾角θ1朝向厚度方向的一个方向连续增大的区域及倾角θ1朝向相同方向连续减小的区域。

[11]一种胆甾醇型液晶层的形成方法，其特征在于，

将含有液晶化合物及手性试剂的液晶组合物涂布于具有使源自液晶化合物的光学轴的朝向沿着面内的至少一个方向连续旋转的同时产生变化的取向图案的取向膜，

进行在液晶化合物的晶相-向列相变温度～向列相-各向同性相变温度的温度范围内的温度T1下加热处理液晶组合物的加热工序，

进行在将液晶组合物的温度保持在”T1-20℃”以上的温度的状态下曝光所述液晶组合物的曝光工序。

[12]根据[11]所述的胆甾醇型液晶层的形成方法，其中，

将取向膜的取向图案中的源自液晶化合物的光学轴的朝向旋转180°的长度设为1周期Λ，将涂布于取向膜的液晶组合物的涂膜的厚度设为dc时，满足“dc＞Λ/2”。

[13]根据[11]或[12]所述的胆甾醇型液晶层的形成方法，其中，

作为曝光工序，在加热工序之后进行第1曝光工序之后，进行照射与第1曝光工序不同的波长的光的第2曝光工序。

[14]根据[11]至[13]中任一项所述的胆甾醇型液晶层的形成方法，其中，

手性试剂为通过光的照射使螺旋扭转力下降的手性试剂。

[15]根据[11]至[14]中任一项所述的胆甾醇型液晶层的形成方法，其中，

手性试剂具有异山梨醇结构。

[16]根据[11]至[14]中任一项所述的胆甾醇型液晶层的形成方法，其中，

手性试剂具有联萘结构。

[17]一种层叠体，其具有多个[1]至[10]中任一项所述的胆甾醇型液晶层，

在多个胆甾醇型液晶层中，通过扫描型电子显微镜观察的胆甾醇型液晶层的截面中的明部与暗部的形成周期不同。

[18]一种层叠体，其具有多个[1]至[10]中任一项所述的胆甾醇型液晶层，

在多个胆甾醇型液晶层中，作为液晶取向图案中的光学轴的朝向沿面内方向旋转180°的长度的1周期Λ不同。

[19]一种层叠体，其具有多个[1]至[10]中任一项所述的所述胆甾醇型液晶层，

在多个胆甾醇型液晶层中，胆甾醇型液晶层的截面中的明部与暗部的形成周期不同，并且液晶取向图案中的面内方向的1周期不同，截面中的明部与暗部的形成周期的长度的排列和面内方向的1周期的长度的排列一致。

[20]一种导光元件，其具有：导光板；及

设置于导光板的[1]至[10]中任一项所述的胆甾醇型液晶层及[17]至[19]中任一项所述的层叠体中的至少1个。

[21]一种导光元件，其具有：

导光板；及

设置于导光板的[1]至[10]中任一项所述的第1胆甾醇型液晶层、第2胆甾醇型液晶层及第3胆甾醇型液晶层，所述导光元件中，

将第1胆甾醇型液晶层的液晶取向图案中的面内方向的1周期设为Λ1，将第2胆甾醇型液晶层的液晶取向图案中的面内方向的1周期设为Λ2，将第3胆甾醇型液晶层的液晶取向图案中的面内方向的1周期设为Λ3时，满足Λ1＜Λ2＜Λ3。

[22]一种导光元件，其具有第1导光板及第2导光板，并且由第1导光元件及第2导光元件构成，所述第1导光元件具有设置于第1导光板的[1]至[10]中任一项所述的第1胆甾醇型液晶层及第3胆甾醇型液晶层，所述第2导光元件具有设置于第2导光板的[1]至[10]中任一项所述的第2胆甾醇型液晶层，所述导光元件中，

[23]根据[21]或[22]所述的导光元件，其中，

将第1胆甾醇型液晶层的截面中的明部与暗部的形成周期设为P1，将第2胆甾醇型液晶层的截面中的明部与暗部的形成周期设为P2，将第3胆甾醇型液晶层的截面中的明部与暗部的形成周期设为P3时，满足P1＜P2＜P3。

[24]根据[20]至[23]中任一项所述的导光元件，其中，

设置于导光板的胆甾醇型液晶层分别配置成作为入射衍射元件及射出衍射元件发挥作用。

[25]根据[20]至[23]中任一项所述的导光元件，其中，

设置于导光板的胆甾醇型液晶层分别配置成作为入射衍射元件、中间衍射元件及射出衍射元件发挥作用。

[26]一种图像显示装置，其具有：

[20]至[25]中任一项所述的导光元件；及

向导光元件的胆甾醇型液晶层照射图像的显示元件。

[27]根据[26]所述的图像显示装置，其中，

显示元件照射圆偏振光。

发明效果

本发明的胆甾醇型液晶层能够以高衍射效率折射所入射的光而入射于导光板等。并且，根据本发明的胆甾醇型液晶层的形成方法，能够适当地形成本发明的胆甾醇型液晶层。

附图说明

图1是概念性地示出利用本发明的胆甾醇型液晶层的液晶衍射元件的一例的图。

图2是图1所示的胆甾醇型液晶层的俯视图。

图3是图1中概念性地示出胆甾醇型液晶层的截面SEM图像的图。

图4是用于说明面内延迟的测定方法的概念图。

图5是表示测定角与面内延迟的关系的一例的图表。

图6是概念性地示出以往的胆甾醇型液晶层的图。

图7是曝光取向膜的曝光装置的一例的概念图。

图8是概念性地示出衍射效率的测定方法的图。

图9是概念性地示出利用本发明的胆甾醇型液晶层的AR玻璃的一例的图。

图10是概念性地示出利用本发明的胆甾醇型液晶层的AR玻璃的另一例的图。

图11是概念性地示出利用本发明的胆甾醇型液晶层的AR玻璃的另一例的图。

图12是概念性地示出利用本发明的胆甾醇型液晶层的AR玻璃的另一例的图。

图13是概念性地示出利用本发明的胆甾醇型液晶层的AR玻璃的另一例的图。

图14是概念性地示出利用本发明的胆甾醇型液晶层的AR玻璃的另一例的图。

图15是概念性地示出利用本发明的胆甾醇型液晶层的平视显示器的图。

具体实施方式

以下，根据附图所示的优选实施例对本发明的胆甾醇型液晶层及胆甾醇型液晶层的形成方法进行详细的说明。

在本发明中，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包含的范围。

本发明中，“(甲基)丙烯酸酯”以“丙烯酸酯及甲基丙烯酸酯中的一者或两者”的含义而使用。

本发明中，Re(λ)表示波长λ中的面内延迟。没有特别记载时，波长λ设为550nm。

本发明中，Re(λ)为Axometrics公司制造的偏振相位差分析装置AxoScan中在波长λ下测定的值。通过将平均折射率((nx+ny+nz)/3)及膜厚(d(μm))输入到AxoScan，计算慢轴方向(°)Re(λ)＝R0(λ)。

另外，R0(λ)以通过AxoScan计算的数值表示，但是是指Re(λ)。

本发明中，使用阿贝折射率(NAR-4T、ATAGO CO.,LTD,制造)来测定折射率nx、ny及nz，作为光源使用钠灯(λ＝589nm)。并且，在测定波长依赖性的情况下，能够通过多波长阿贝折射仪(ATAGO CO.,LTD,制造、DR-M2)以与干涉滤波器的组合进行测定。

并且，能够使用聚合物手册(JOHN WILEY&SONS，INC)及各种光学膜的目录的值。以下例示主要光学膜的平均折射率的值：纤维素酰化物(1.48)、环烯烃聚合物(1.52)、聚碳酸酯(1.59)、聚甲基丙烯酸甲酯(1.49)及聚苯乙烯(1.59)。

图1中概念性地示出利用本发明的胆甾醇型液晶层的液晶衍射元件的一例。

图1所示的液晶衍射元件10具有支撑体12、取向膜14及胆甾醇型液晶层16。

胆甾醇型液晶层16固定胆甾醇型液晶相而成且为本发明的胆甾醇型液晶层。本发明中，胆甾醇型液晶层16具有源自液晶化合物40的光学轴40A的朝向沿着面内的至少一个方向连续旋转的同时产生变化的液晶取向图案(参考图2)。

并且，胆甾醇型液晶层16中，通过扫描型电子显微镜(SEM：Scanning ElectronMicroscope)观察的截面中，源自胆甾醇型液晶相的明部及暗部相对于主表面倾斜(参考图3)。另外，主表面是指片状物(薄膜、板状物)的最大面。

另外，胆甾醇型液晶层16中，从法线方向及相对于法线倾斜的方向测定面内延迟Re时，慢轴面内及快轴面内的任一个中，面内延迟Re成为最小的方向与法线所成的测定角θ2的绝对值为5°以上。另外，法线方向为相对于主表面正交的方向。

通过本发明的胆甾醇型液晶层具有这种结构，与以往的胆甾醇型液晶层相比，能够以高衍射效率反射光。

[支撑体]

液晶衍射元件10中，支撑体12支撑取向膜14及胆甾醇型液晶层16。

只要支撑体12能够支撑取向膜14及胆甾醇型液晶层16。则能够利用各种片状物。

另外，支撑体12相对于对应的光的透射率优选为50％以上，更优选为70％以上，进一步优选为85％以上。

支撑体12的厚度并无限制，根据液晶衍射元件10的用途、液晶衍射元件10所需的柔性或刚性、液晶衍射元件10所需的厚差及支撑体12的形成材料等，适当设定能够保持取向膜14及胆甾醇型液晶层的厚度即可。

支撑体12的厚度优选为1～1000μm，更优选为3～250μm，进一步优选为5～150μm。

支撑体12可以为单层，也可以为多层。

作为单层时的支撑体12，可例示由玻璃、三乙酰纤维素(TAC)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚碳酸酯、聚氯乙烯、丙烯酸及聚烯烃等构成的支撑体12。作为多层时的支撑体12例，可例示包含前述单层的支撑体中的任一种等作为基板，并且在该基板的表面设置有其他层的支撑体等。

＜取向膜＞

液晶衍射元件10中，在支撑体12的表面形成取向膜14。

取向膜14为形成胆甾醇型液晶层16时用于将液晶化合物40取向为规定的液晶取向图案的取向膜14。

虽进行后述，本发明的胆甾醇型液晶层16具有源自液晶化合物40的光学轴40A(参考图2)的朝向沿着面内的一个方向连续旋转的同时产生变化的液晶取向图案。因此，取向膜14以胆甾醇型液晶层16能够形成该液晶取向图案的方式形成。

在以下的说明中，也将“光学轴40A的朝向旋转”简称为“光学轴40A旋转”。

取向膜14利用公知的各种取向膜。

例如，可例示由聚合物等有机化合物构成的摩擦处理膜、无机化合物的倾斜蒸镀膜、具有微槽的膜以及使ω-二十三烷酸、双十八烷基甲基氯化铵及硬脂酸甲酯等有机化合物的基于朗缪尔-布洛杰特法的LB(Langmuir-Blodgett：朗缪尔-布洛杰特)膜累计的膜等。

基于摩擦处理的取向膜14通过在规定方向上通过纸或布多次摩擦聚合物层的表面来形成。

作为取向膜14中所使用的材料，优选聚酰亚胺、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以及日本特开2005-097377号公报、日本特开2005-99228号公报及日本特开2005-128503号公报中所记载的取向膜等的形成中所使用的材料。

用于形成本发明的胆甾醇型液晶层16的取向膜14优选利用对光取向性原材料照射偏振或非偏振而成为取向膜14的所谓的光取向膜。即，本发明中，作为取向膜14，优选利用在支撑体12上涂布光取向材料而形成的光取向膜。

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。

作为能够用于本发明的取向膜中所使用的光取向材料，例如作为优选的例，可例示日本特开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号公报及日本专利第4151746号公报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号公报及日本特开2002-317013号公报中所记载的具有光取向性单元的马来酰亚胺和/或经烯基取代的纳迪克酰亚胺化合物、日本专利第4205195号及日本专利第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号公报及日本专利第4162850号中所记载的光交联性聚酰亚胺、光交联性聚酰胺及光交联性聚酯以及日本特开平9-118717号公报、日本特表平10-506420号公报、日本特表2003-505561号公报、国际公开第2010/150748号、日本特开2013-177561号公报及日本特开2014-012823号公报中所记载的能够光二聚化的化合物、尤其肉桂酸酯化合物、查耳酮化合物及香豆素化合物等。

其中，可优选利用偶氮化合物、光交联性聚酰亚胺、光交联性聚酰胺、光交联性聚酯、肉桂酸酯化合物及查耳酮化合物。

取向膜14的厚度并无限制，根据取向膜14的形成材料适当设定可得到所需的取向功能的厚度即可。

取向膜14的厚度优选为0.01～5μm，更优选为0.05～2μm。

取向膜14的形成方法并无限制，能够利用各种与取向膜14的形成材料相对应的公知的方法。作为一例，可例示将取向膜14涂布于支撑体12的表面使其干燥之后，通过激光束曝光取向膜14，从而形成取向图案的方法。

图7中概念性地示出曝光取向膜14来形成取向图案的曝光装置的一例。

图7所示的曝光装置60具备：具备激光器62的光源64；改变由激光器62射出的激光束M的偏振方向的λ/2板65；将由激光器62射出的激光束M分离成光线MA及MB这2个的偏振光束分离器68；分别配置于所分离的2个光线MA及MB的光路上的反射镜70A及70B；及λ/4板72A及72B。

另外，光源64射出直线偏振光P₀。λ/4板72A及72B具备彼此平行的光学轴。λ/4板72A将直线偏振光P₀(光线MA)转换成右旋圆偏振光P_R，λ/4板72B将直线偏振光P₀(光线MB)转换成左旋圆偏振光P_L。

具有形成取向图案之前的取向膜14的支撑体12配置于曝光部，使2个光线MA及光线MB在取向膜14上相交使其干涉，将其干涉光照射到取向膜14使其曝光。

通过此时的干涉，照射到取向膜14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，取向膜14中，可得到取向状态周期性地产生变化的取向图案。

曝光装置60中，能够通过使2个光线MA及MB的交叉角α产生变化，调节取向图案的周期。即，曝光装置60中，通过调节交叉角α，来自于液晶化合物40的光学轴40A朝向一个方向连续旋转的取向图案中，能够调节将光学轴40A所旋转的1方向上的光学轴40A旋转180°的1个周期的长度。

通过在具有这种取向状态周期性地产生变化的取向图案的取向膜14上形成胆甾醇型液晶层，如后述，能够形成具有来自于液晶化合物40的光学轴40A朝向一个方向连续旋转的液晶取向图案的胆甾醇型液晶层。

并且，能够通过分别将λ/4板72A及72B的光学轴旋转90°，使光学轴40A的旋转方向反转。

另外，本发明的导光元件中，取向膜14为以优选的方式设置的，并且不是必须的构成要件。

例如，能够通过对支撑体12进行摩擦处理的方法、通过激光束等加工支撑体12的方法等在支撑体12上形成取向图案，由此胆甾醇型液晶层也能够设为具有来自于液晶化合物40的光学轴40A的朝向沿着面内的至少一个方向连续旋转的同时产生变化的液晶取向图案的结构。即，本发明中，也可以将支撑体12作为取向膜而发挥作用。

＜胆甾醇型液晶层＞

液晶衍射元件10中，在取向膜14的表面上形成有胆甾醇型液晶层16。

胆甾醇型液晶层16固定胆甾醇型液晶相而成。即，胆甾醇型液晶层16为由具有胆甾醇型结构的液晶化合物40(液晶材料)构成的层。

胆甾醇型液晶层16为本发明的胆甾醇型液晶层。

胆甾醇型液晶相具有液晶化合物40以螺旋状回转而堆叠的螺旋结构，将液晶化合物40以螺旋状旋转1次(旋转360°)而堆叠的构成设为螺旋1个节距，以螺旋状旋转的液晶化合物40具有多个节距层叠的结构。即，螺旋1个节距是指图1所示的节距P。

螺旋1个节距换句话说为螺旋的1次绕数量的长度，即为构成胆甾醇型液晶相的液晶化合物的指向矢旋转360°的螺旋轴方向的长度。液晶化合物的指向矢例如为棒状液晶，则与长轴方向一致。

在此，胆甾醇型液晶层中，通过SEM观察的截面中，源自胆甾醇型液晶相而观察到明部(明线)与暗部(暗线)的条纹图案。即，胆甾醇型液晶层的截面中，观察到沿厚度方向交替地层叠明部与暗部而成的层状结构。

在胆甾醇型液晶相中，明部与暗部的重复2次的量相当于螺旋1个节距。明部与暗部的重复2次的量为3个暗部(明部)及2个明部(暗部)的量(参考图3)。由此，胆甾醇型液晶层即反射层的螺旋1个节距(节距P)能够由SEM剖视图进行测定。

＜＜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。

通常的胆甾醇型液晶相中，选择反射中心波长(选择反射中心波长)λ取决于胆甾醇型液晶相中的螺旋的1个节距P的长度，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，通过调节螺旋节距，能够调节选择反射中心波长。另外，胆甾醇型液晶相中的螺旋1个节距的长度为图1及图3中的节距P。

胆甾醇型液晶相的选择反射中心波长中，节距P越长，波长越长。

形成胆甾醇型液晶层时，胆甾醇型液晶相的螺旋节距取决于与液晶化合物一同使用的手性试剂的种类及手性试剂的添加浓度。因此，通过调节这些，能够获得所期望的螺旋节距。

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定法，能够使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页中所记载的方法。

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，胆甾醇型液晶层的螺旋的扭曲方向为右方向时反射右旋圆偏振光，螺旋的扭曲方向为左方向时反射左旋圆偏振光。

图1所示的胆甾醇型液晶层16的螺旋的扭曲方向为右，因此选择性波长带中，反射右旋圆偏振光。

另外，胆甾醇型液晶相的回转的方向能够通过形成胆甾醇型液晶层的液晶化合物的种类和/或所添加的手性试剂的种类来调节。

并且，表示选择反射的选择反射波长(圆偏振光反射波长)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来进行选择反射波长区域(选择性反射波长区域)的宽度的控制。Δn能够根据形成胆甾醇型液晶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层叠体的用途调节，例如只要为10～500nm即可，优选为20～300nm，更优选为30～100nm。

＜＜胆甾醇型液晶层的液晶取向图案＞＞

本发明的胆甾醇型液晶层16具有形成胆甾醇型液晶相的源自液晶化合物40的光学轴40A的朝向在胆甾醇型液晶层的面内沿一个方向连续旋转的同时产生变化的液晶取向图案。

另外，来自于液晶化合物40的光学轴40A为在液晶化合物40中折射率变得最高的轴、所谓的慢轴。例如，液晶化合物40为棒状液晶化合物的情况下，光学轴40A沿着棒形状长轴方向。在以下的说明中，也将来自于液晶化合物40的光学轴40A称为“液晶化合物40的光学轴40A”或“光学轴40A”。

图2中概念性地示出胆甾醇型液晶层16的俯视图。

另外，俯视图为图1中从上方观察胆甾醇型液晶层16(液晶衍射元件10)的图，即为从厚度方向观察液晶衍射元件10的图。液晶衍射元件10的厚度方向换句话说为各层(膜)的层叠方向。

并且，在图2中，为了明确地表示本发明的胆甾醇型液晶层16的结构，液晶化合物40仅表示取向膜14的表面的液晶化合物40。

如图2所示，取向膜14的表面中，构成胆甾醇型液晶层16的液晶化合物40成为根据底层的取向膜14中所形成的取向图案在由箭头X表示的规定的一个方向及与该一个方向(箭头X方向)正交的方向上二维排列的状态。

在以下的说明中，为了方便起见，将与箭头X方向正交的方向设为Y方向。即，在图1、图2及后述的图4中，Y方向成为与纸面正交的方向。

并且，形成胆甾醇型液晶层16的液晶化合物40具有在胆甾醇型液晶层16的面内光学轴40A的朝向沿着箭头X方向连续旋转的同时产生变化的液晶取向图案。图示例中，液晶化合物40的光学轴40A具有沿着箭头X方向逆时针连续旋转的同时产生变化的液晶取向图案。

液晶化合物40的光学轴40A的朝向在箭头X方向(规定的一个方向)连续旋转的同时产生变化，具体而言，是指沿着箭头X方向排列的液晶化合物40的光学轴40A与箭头X方向所成的角度根据箭头X方向的位置而不同，沿着箭头X方向光学轴40A与箭头X方向所成的角度依次从θ到θ+180°或者θ-180°为止产生变化。

另外，在箭头X方向彼此相邻的液晶化合物40的光学轴40A的角度之差优选为45°以下，更优选为15°以下，进一步优选为更小的角度。

另一方面，形成胆甾醇型液晶层16的液晶化合物40中，在与箭头X方向正交的Y方向，即与光学轴40A连续旋转的一个方向正交的Y方向上与光学轴40A的朝向相等。

换句话说，形成胆甾醇型液晶层16的液晶化合物40中，在Y方向上，液晶化合物40的光学轴40A与箭头X方向所成的角度相等。

本发明的液晶衍射元件10中，这种液晶化合物40的液晶取向图案中，在面内光学轴40A连续旋转而产生变化的箭头X方向上，将液晶化合物40的光学轴40A旋转180°的长度(距离)设为液晶取向图案中的1个周期的长度Λ。即，将相对于箭头X方向的角度相等的2个液晶化合物40的箭头X方向的中心之间的距离设为1个周期的长度Λ。

具体而言，如图1及2所示，将箭头X方向与光学轴40A的方向一致的2个液晶化合物40的箭头X方向的中心之间的距离设为1个周期的长度Λ。在以下的说明中，也将该1个周期的长度Λ称为“1个周期Λ”。

本发明的液晶衍射元件10中，胆甾醇型液晶层的液晶取向图案在箭头X方向即光学轴40A的朝向连续旋转而产生变化的一个方向上重复该1个周期Λ。

固定胆甾醇型液晶相而成的胆甾醇型液晶层通常对所入射的光(圆偏振光)进行镜面反射。

相对于此，胆甾醇型液晶层16在相对于入射光在箭头X方向具有角度的方向上反射所入射的光。胆甾醇型液晶层16为在面内具有沿着箭头X方向(规定的一个方向)光学轴40A连续旋转的同时产生变化的液晶取向图案的层。

如上述，胆甾醇型液晶层16在选择性波长带中反射右旋圆偏振光R。

因此，若向胆甾醇型液晶层16入射光，则胆甾醇型液晶层16仅反射选择性波长带中的右旋圆偏振光R，并且透过除此以外的光。

面内不具有液晶取向图案的通常的胆甾醇型液晶层镜面反射所入射的圆偏振光。

相比之下，面内具有光学轴40A沿着箭头X方向连续旋转的液晶取向图案的胆甾醇型液晶层16相对于镜面反射反射沿箭头X方向倾斜的方向入射的圆偏振光。

以下，对该点进行说明。

入射到胆甾醇型液晶层16的右旋圆偏振光R通过胆甾醇型液晶层反射时，绝对相位根据各液晶化合物40的光学轴40A的朝向产生变化。

在此，在胆甾醇型液晶层16中，液晶化合物40的光学轴40A沿着箭头X方向(一个方向)旋转的同时产生变化。因此，所入射的右旋圆偏振光R的绝对相位的变化量根据光学轴40A的朝向而不同。

另外，胆甾醇型液晶层16中所形成的液晶取向图案为在箭头X方向上周期性图案。因此，入射到胆甾醇型液晶层16的右旋圆偏振光R上赋予有在与各个光学轴40A的朝向对应的在箭头X方向上周期性的绝对相位。

并且，在与箭头X方向正交的Y方向的液晶化合物40的排列中，液晶化合物40的光学轴40A的相对于箭头X方向的朝向是均匀的。

由此，在胆甾醇型液晶层16中，相对于右旋圆偏振光R形成现对于XY面在箭头X方向上下降而倾斜的等相位面。等相位面形成为连接以螺旋状旋转的液晶化合物40中的光学轴40A的朝向在旋转方向上一致的液晶化合物40。

在胆甾醇型液晶层16中，该等相位面以反射面的方式发挥作用。

在胆甾醇型液晶相中，通过SEM观察的截面中，观察到源自胆甾醇型液晶相而明部与暗部的条纹图案。

众所周知，胆甾醇型液晶相的明部及暗部形成为连接以螺旋状旋转的液晶化合物40中的光学轴40A的朝向在回转方向上一致的液晶化合物40。即，明部及暗部与上述的等相位面一致。

在此，通常的胆甾醇型液晶层的明部及暗部与主表面即作为形成面的取向面平行。

相比之下，胆甾醇型液晶层16具有在面内光学轴40A沿着箭头X方向连续旋转的液晶取向图案。因此，胆甾醇型液晶层16的明部B及暗部D如图3概念性地示出，根据螺旋状的回转中的光学轴40A的朝向一致的液晶化合物40的排列，主表面即相对于取向膜14朝向箭头X方向下降而倾斜。

因此，所入射的右旋圆偏振光R在明部B及暗部D即等相位面的法线方向被反射，相对于XY面在沿箭头X方向倾斜的方向上反射。XY面为胆甾醇型液晶层的主表面。

通过将朝向箭头X方向的液晶化合物40的光学轴40A的旋转方向设为反转，能够使右旋圆偏振光R的反射方向反转。即，图1及图2中，朝向箭头X方向的光学轴40A的旋转方向为逆时针且右旋圆偏振光R沿箭头X方向倾斜而反射，但是通过设为顺时针，明部B及暗部D的倾斜方向成为相反，因此右旋圆偏振光R沿与箭头X方向相反的方向倾斜而反射。该方式换句话说为与将光学轴40A为逆时针的箭头X方向设为相反方向的情况相同。

另外，如上述，反射右旋圆偏振光的胆甾醇型液晶层16及反射左旋圆偏振光的胆甾醇型液晶层中，液晶化合物40的螺旋状回转方向成为相反。因此，如图示例所示，在反射具有光学轴40A朝向箭头X方向逆时针旋转的液晶取向图案的左旋圆偏振光的胆甾醇型液晶层中，明部B及暗部D的倾斜方向成为相反，因此左旋圆偏振光沿与箭头X方向相反的方向倾斜而反射。

胆甾醇型液晶层16中，在面内光学轴40A连续旋转的液晶取向图案的1周期Λ越短，相对于上述的入射光的反射光的倾斜角度越大。即，1周期Λ越短，能够使反射光相对于入射方向较大地倾斜而反射。

因此，胆甾醇型液晶层16中，调节1周期Λ，由此能够调节所入射的光的反射光的反射角度。

另外，液晶取向图案的1周期Λ并无限制，但是从使反射光相对于入射方向较大地倾斜而反射的观点考虑，优选液晶取向图案的1周期Λ为1.6μm以下，更优选为1.0μm以下，进一步优选为0.6μm以下。

＜＜胆甾醇型液晶层的特性＞＞

本发明的胆甾醇型液晶层16中，从法线方向及相对于法线倾斜的方向测定面内延迟Re时，使用慢轴面内及快轴面内的任一个中面内延迟Re成为最小的方向与法线所成的测定角θ2计算的光学轴倾角φ的绝对值成为5°以上。

具体而言，如图4概念性地示出，从法线Z方向入射测定光而测定胆甾醇型液晶层16的面内延迟Re，另外，如由箭头S表示，依次变更快轴面内的测定光的入射方向，测定胆甾醇型液晶层16的面内延迟Re。

也在慢轴面内进行相同的测定。另外，测定光的入射方向为相对于胆甾醇型液晶层16的法线的入射角。

本发明的胆甾醇型液晶层16中，这种面内延迟Re的测定中，使用慢轴面内及快轴面内的任一个中面内延迟Re成为最小的方向及作为法线所成的角度的测定角θ2的绝对值，通过下述式计算的光学轴倾角φ的绝对值成为5°以上。即，本发明的胆甾醇型液晶层16中，使用面内延迟Re成为最小的测定光的入射方向及法线Z所成的测定角θ2，通过下述式计算的光学轴倾角φ的绝对值成为5°以上。

sinθ2＝n·sinφ(n为胆甾醇型液晶层的平均折射率)

另外，测定角θ2如图4所示，测定光贯穿胆甾醇型液晶相16的空气侧界面A之前的面内延迟Re成为最小的测定光的入射方向与法线Z所成的角度。

胆甾醇型液晶层16的慢轴面及快轴面例如通过上述的Axoscan检测即可。并且，该面内延迟的测定优选用胆甾醇型液晶层16的选择反射波长区域外的波长的光进行，例如优选在非可见光即红外线进行。

另外，本发明的胆甾醇型液晶层16中，通常快轴面与光学轴40A在面内方向上连续旋转的方向(箭头X方向)一致，慢轴方向与光学轴40A连续旋转的方向正交的方向即箭头Y方向一致。

图5中示出了上述胆甾醇型液晶层中的面内延迟Re的测定结果的一例。

如图5所示，在该胆甾醇型液晶层中，快轴面内中，随着相对于法线的入射角度增大，面内延迟Re变小，在入射角-60°附近变得最小。

另一方面，在慢轴面内从法线方向的测定即入射角0°设为最小，随着入射角的绝对值变大，面内延迟Re变大。并且，在慢轴面内，面内延迟Re的变化以入射角0°为中心而对称。

即，在这种情况下，面内延迟Re成为最小的测定角θ2存在于快轴面内，面内延迟Re成为最小的方向(测定光的入射方向)与法线Z所成的测定角θ2的绝对值成为60°，若胆甾醇型液晶层16的平均折射率设为1.5，则光学轴倾角φ成为35°。

胆甾醇型液晶层16具有这种特性的本发明的液晶衍射元件10中，认为胆甾醇型液晶层16中，如图1所示，液晶化合物40(液晶化合物的指向矢)相对于主表面倾斜并且倾斜方向与上述的胆甾醇型液晶相的明线B及暗线D大致一致。

如专利文献1等所示的具有与本发明相同的液晶取向图案的通常的胆甾醇型液晶层如图6所示，液晶化合物40(液晶化合物的指向矢)与主表面平行。从法线方向(单点划线)观察这种胆甾醇型液晶层时，如在图6中由箭头a表示，能够使以螺旋状旋转的液晶化合物40近似于与主表面平行的圆盘。

因此，若与图4相同地测定通常的胆甾醇型液晶层的面内延迟Re，则在快轴面内还是在慢轴面内，法线方向即入射角0°中的测定中面内延迟Re变成几乎0nm(最小)，测定光的入射角的绝对值变大，因此圆盘中的测定光的入射方向倾斜，因此在以入射角0°为中心的对称形上面内延迟Re变大。

另一方面，在图示例的胆甾醇型液晶层16中，如图5所示，以快轴面内中法线方向即入射角0°具有面内延迟Re，入射角变大相应地面内延迟Re变小。即，快轴面内的面内延迟Re根据入射角沿一个方向倾斜。

并且，以快轴面内或者入射角，面内延迟Re变得最小。

如上述，液晶化合物与主表面平行的通常的胆甾醇型液晶层中，能够近似于液晶化合物40与主表面平行的圆盘的法线方向即入射角0°中，面内延迟变得最小，入射角的绝对值变大，因此圆盘中的测定光的入射倾斜，因此面内延迟Re变大。

相比之下，在本发明的液晶衍射元件10的胆甾醇型液晶层16中，法线方向即入射角0°中具有面内延迟Re。这表示，如图4的箭头b所示，液晶化合物40的圆盘相对于主表面沿快轴的方向倾斜。

并且，在本发明的液晶衍射元件10的胆甾醇型液晶层16中，快轴面内的或者入射角(测定角θ2)中，面内延迟Re(光学倾角φ)的值变得最小。这表明，如图4中箭头a所示的，相对于该入射角中的测定光的入射方向，液晶化合物40的圆盘正交。即，测定角θ2中的测定对应于主表面和圆盘平行的通常的胆甾醇型液晶层中的从法线方向的测定。

若考虑该点，则从法线方向及相对于法线倾斜的方向测定面内延迟Re时慢轴面内及快轴面内的任一个中，光学轴倾角φ的绝对值为5°以上的本发明的液晶衍射元件10中的胆甾醇型液晶层16中，如图1所示，能够推断液晶化合物40相对于主表面倾斜并且倾斜方向与上述的胆甾醇型液晶相的明线B及暗线D大致一致。

并且，图示例的胆甾醇型液晶层16为在慢轴面内面内延迟Re与通常的胆甾醇型液晶层等同，因此认为在慢轴面内液晶化合物40与主表面平行。

根据这种本发明的胆甾醇型液晶层16，与如专利文献1等所示的具有液晶化合物40与主表面平行的与本发明相同的液晶取向图案的通常的胆甾醇型液晶层相比，能够以高衍射效率衍射圆偏振光。

如上述，在与本发明相同的具有光学轴40A朝向一个方向(箭头X方向)旋转的液晶取向图案的专利文献1等所示的胆甾醇型液晶层中，液晶化合物40与主表面平行。因此，在该胆甾醇型液晶层中，相对于相当于反射面的源自胆甾醇型液晶相的明部及暗部，液晶化合物成为具有角度的状态。

相比之下，液晶化合物40相对于主表面倾斜并且倾斜方向与胆甾醇型液晶相的明线B及暗线D大致一致的本发明的液晶衍射元件10中，相当于反射面的明部及暗部与液晶化合物40一致。因此，本发明的液晶衍射元件10中，相对于光的反射(衍射)的液晶化合物40的作用变大，能够提高衍射效率。其结果，根据本发明的液晶衍射元件，例如能够比以往提高相对于入射光的反射光的光量。

本发明中，快轴面或慢轴面中，胆甾醇型液晶层16的光学轴倾角φ的绝对值为5°以上，优选为15°以上，更优选为20°以上。

通过将光学轴倾角φ的绝对值设为15°以上，更优选使液晶化合物40的方向与明部B及暗部D一致，从能够提高衍射效率的方面考虑优选。

本发明的液晶衍射元件10中，将胆甾醇型液晶层16的厚度设为d，将面内延迟Re的最小值设为Re[φ]时，优选以Δn′(φ)＝Re[φ]/(d·cosφ)表示的折射率各向异性Δn′(φ)为0.003以上，更优选为0.005以上。

另外，面内延迟Re的最小值Re[φ]为面内延迟Re成为最小的测定角θ2中测定的面内延迟Re。

如图3所示，本发明的液晶衍射元件10的胆甾醇型液晶层16中，源自胆甾醇型液晶相的明部及暗部相对于主表面倾斜。折射率各向异性Δn′(φ)为0.003以上是指，明部及暗部并非直线，而是如图3所示相对于主表面的角度在厚度方向上产生变化。

具体而言，如图3所示，明部B及暗部D在厚度方向的上方即从取向膜14分开的区域为直线状，下方即取向膜14的附近中相对于主表面的角度θ1朝向取向膜14逐渐变小。

通过具有这种结构，能够使液晶化合物40的取向成为更稳定的状态，因此优选。

另外，本发明中，优选胆甾醇型液晶层16的面内延迟Re的最小值即测定角θ2中的面内延迟Re大于0nm，更优选为5～20nm。

并且，本发明的胆甾醇型液晶层16中，优选将法线方向即以入射角0°测定的面内延迟Re[0°]除以胆甾醇型液晶层16的厚度d的值为0.005以上。即，优选胆甾醇型液晶层16满足”Re[0°]/d≥0.005”。

本发明的胆甾醇型液晶层16中，相对于主表面的明部B及暗部D的倾角对应于上述的液晶取向图案中的1周期Λ，1周围Λ越短，相对于主表面的角度变大。因此，与1周期Λ相同地，明部B及暗部D的倾角并无限制。

在此，在本发明中，将明部B及暗部D与胆甾醇型液晶层16的主表面所成的角度设为倾角θ1时，优选从测定角θ2减去倾角θ1的值的绝对值为5°以下，更优选为3°以下。即，优选胆甾醇型液晶层16满足“|θ2-θ1|≤5°”。此时的明部B及暗部D为上述的直线区域。并且，倾角θ1与图4所示的θ1相同。

通过胆甾醇型液晶层16满足“|θ2-θ1|≤5°”，可获得高衍射效率，因此优选。

如上述，从法线方向的测定即将入射角0°设为最小，随着入射角的绝对值变大，慢轴面内的面内延迟Re变大。并且，在慢轴面内，面内延迟Re的变化以入射角0°为中心而对称。

这表明，在慢轴面内液晶化合物40与胆甾醇型液晶层16的主表面几乎平行。

衍射效率除了液晶取向图案的1周期Λ以外，还受到对射出反射光时的界面中的临界角度的影响。

随着光学轴倾角φ变大，在空气界面侧反射光的角度产生变化，成为超过与空气界面的临界角的衍射角度，由此入射光被全反射而在媒体内部引导。

通过显现这种性质，能够适当地用于AR玻璃等中所使用的导光板显示器中。

＜＜胆甾醇型液晶层的形成方法＞＞

胆甾醇型液晶层16能够以层状固定胆甾醇型液晶相而形成。

固定胆甾醇型液晶相而成的结构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。固定胆甾醇型液晶相而成的结构典型地优选如下结构：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，通过紫外线照射及加热等进行聚合、固化，形成不具有流动性的层，同时改变成不会因外场或外力使取向形态变化的状态。

另外，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的性质就很充分，胆甾醇型液晶层中，液晶化合物40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。

胆甾醇型液晶层16的形成方法并无限制，能够利用各种公知的形成方法。

尤其，以下所示的本发明的胆甾醇型液晶层的形成方法能够稳定地形成本发明的胆甾醇型液晶层16，因此可优选例示。

＜＜＜液晶组合物＞＞＞

用于形成固定胆甾醇型液晶相而成的胆甾醇型液晶层16的材料中，作为一例，可举出包含液晶化合物及手性试剂的液晶组合物。液晶化合物优选为聚合性液晶化合物。

并且，用于形成胆甾醇型液晶层的液晶组合物还可以包含表面活性剂等。

--聚合性液晶化合物--

聚合性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。

作为形成胆甾醇型液晶相的棒状聚合性液晶化合物的例，可举出棒状向列相液晶化合物。作为棒状向列相液晶化合物，优选使用甲亚胺类、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等。不仅能够使用低分子液晶化合物，也能够使用高分子液晶化合物。

通过将聚合性基团导入到液晶化合物而得到聚合性液晶化合物。聚合性基团的例中包含不饱和聚合性基团、环氧基及吖丙啶基，优选不饱和聚合性基团，更优选烯键式不饱和聚合性基团。能够以各种方法将聚合性基团导入到液晶化合物的分子中。聚合性液晶化合物所具有的聚合性基团的个数优选为1～6个、更优选为1～3个。

聚合性液晶化合物的例包含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97/00600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号公报及日本特开2001-328973号公报等中所记载的化合物。可以同时使用2种以上的聚合性液晶化合物。若同时使用2种以上的聚合性液晶化合物，则能够降低取向温度。

并且，作为除了上述以外的聚合性液晶化合物，能够使用如日本特开昭57-165480号公报中所公开的具有胆甾醇相的环式有机聚硅氧烷化合物等。另外，作为上述高分子液晶化合物，能够使用将显示液晶的介晶基团导入到主链、侧链或者主链及侧链这两个位置的高分子、将胆甾醇基团导入到侧链的高分子胆甾醇型液晶、如日本特开平9-133810号公报中所公开的液晶性高分子及如日本特开平11-293252号公报中所公开的液晶性高分子等。

--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。

并且，液晶组合物中的聚合性液晶化合物的添加量相对于液晶组合物的固体成分质量(去除了溶剂的质量)优选为75～99.9质量％，更优选为80～99质量％，进一步优选为85～90质量％。

--表面活性剂--

形成胆甾醇型液晶层时所使用的液晶组合物可以含有表面活性剂。

表面活性剂优选作为取向控制剂发挥功能的化合物，该化合物有助于稳定或快速地形成平面取向的胆甾醇型液晶相。作为表面活性剂，例如可举出硅氧烷系表面活性剂及氟系表面活性剂，可优选例示氟系表面活性剂。

作为表面活性剂的具体例，可举出日本特开2014-119605号公报的[0082]至[0090]段中所记载的化合物、日本特开2012-203237号公报的[0031]至[0034]段中所记载的化合物、日本特开2005-099248号公报的[0092]及[0093]段中所例示的化合物、日本特开2002-129162号公报的[0076]至[0078]段及[0082]至[0085]段中所例示的化合物以及日本特开2007-272185号公报的[0018]至[0043]段等中所记载的氟(甲基)丙烯酸酯类聚合物等。

另外，表面活性剂可以单独使用1种，也可以同时使用2种以上。

作为氟系表面活性剂，优选日本特开2014-119605号公报的[0082]至[0090]段中所记载的化合物。

液晶组合物中的表面活性剂的添加量相对于液晶化合物的总质量，优选为0.01～10质量％，更优选为0.01～5质量％，进一步优选为0.02～1质量％。

(取向控制剂)

将本发明的液晶组合物涂布于取向膜上时，优选含有至少一种用于表达在取向膜侧或者空气界面侧中的至少一个界面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，能够在光学元件上设置具有预倾角的区域。

为了在涂布于取向膜上时在空气界面侧具有预倾角，本发明的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1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)表示的结构单元且具有极性基团的氟系聚合物(Y)，为优选用于形成后述的本发明的相位差片所具有的光学各向异性层的组合物。

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调配，能够抑制所形成的光学各向异性层的膜厚不均匀并且控制预倾角。

这种详细内容虽不明确，但是认为通过棒状液晶性化合物进入以规定间隔排列的氟系聚合物(X)之间能够在低倾斜区域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)的排列能够抑制所形成的光学各向异性层的膜厚不均匀。

本发明的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)表示的结构单元且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，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例如为碳原子数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，乙烯基、亚丙基、甲基乙烯基、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、亚环己基等)、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乙烯基、经取代或未经取代的甲基乙烯基、经取代或未经取代的亚环己基、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乙烯基、经取代或未经取代的甲基乙烯基、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乙烯基、经取代或未经取代的甲基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，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)之中，作为2价的连接基，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价的连接基的2价的连接基。

这些之中，优选为L1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。

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、吡啶基、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氟代脂肪族基团含有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，Rf表示含有至少1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)之中，作为2价的连接基，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。

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。剩余的氢原子还可以通过以后述取代基组D例示的取代基而取代。

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。剩余的氢原子还可以通过以后述取代基组D例示的取代基而取代。

取代基组D

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)、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、氧肟酸根、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)。这些取代基还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集的观点考虑，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、聚丙烯酰胺及聚丙烯酰苯胺等)、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2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则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，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2次以上使用相同构成成分。

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2种以上。包含2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2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为重量平均分子量)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度谱(GPC)作为聚苯乙烯(PS)换算的值来进行测定。

＜氟系聚合物(Y)＞

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

在此，极性基团是指具有至少1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。

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]

(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。)

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。

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)相同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。

相同地，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，也可以含有从能够与上述的氟系聚合物(X)相同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2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(Y)可以为各结构单元被不规则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，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2次以上使用相同构成成分。

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2种以上。包含2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2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)的分子量范围以重量平均分子量(Mw)计优选为10000～35000，更优选为15000～30000。

在此，重量平均分子量能够使用凝胶渗透色度谱(GPC)作为聚苯乙烯(PS)换算的值来进行测定。

＜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，更优选为98:2～60:40。

本发明中，包含上述的氟系聚合物(X)及氟系聚合物(Y)的空气界面配合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〕

本发明的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以及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％，更优选为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，并且优选为与含上述聚合性基团的(圆)盘状液晶化合物具有共聚合性的基团。例如可举出日本特开2002-296423号公报中的[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，但是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，可优选使用有机溶剂。

有机溶剂的例中包括酰胺(例如，N，N-二甲基甲酰胺)、亚砜(例如，二甲基亚砜)、杂环化合物(例如，吡啶)、烃(例如，苯、己烷)、卤代烷(例如，氯仿、二氯甲烷)、酯(例如，乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯)及酮(例如，丙酮、甲基乙基酮)、醚(例如，四氢呋喃、1，2-二甲氧基乙烷)。其中，优选卤代烷及酮。可以同时使用2种以上的有机溶剂。

《鎓盐》

本发明的组合物涂布于取向膜上时，为了在取向膜侧设置具有预倾角的区域，优选含有鎓盐中的至少一种。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。鎓盐的例中可包含铵盐、锍盐及鏻盐等鎓盐。优选为4级鎓盐，尤其优选为季铵盐。

通常对叔胺(例如，三甲基胺、三乙基胺、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、三乙烯二胺及N，N，N’，N’-四甲基乙二胺等)或者含氮杂环(吡啶环、皮考啉环、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、吡嗪环及四唑环等)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季铵盐。

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)

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。作为这些的例，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(例如，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(例如，乙炔基)；碳原子数6～10的经取代或未经取代的芳基(例如，苯基、萘基)；卤原子(例如，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(例如，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(例如，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(例如，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(例如，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(例如，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(例如，甲磺酰基、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(例如，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(例如，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羰基(例如，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(例如，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、乙硫基氨基甲酰氨基、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(例如，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)的经取代氨磺酰基(例如，甲基氨磺酰基、苯基氨磺酰基)；氰基；硝基；羧基；羟基；杂环基(例如，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、色度满环、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，优选可举出上述烷基的取代基。

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。炔基的取代基优选可举出上述烷基的取代基。

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、联苯甲基及萘基甲基等。芳烷基的取代基可举出以上述烷基的取代基举出的取代基。

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。芳基的取代基优选以上述烷基的取代基举出的基团。并且，除了这些以外，也优选为烷基(例如，甲基、乙基等)、炔基及甲酰基等。

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，作为这些的例，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，优选以上述烷基的取代基举出的取代基。作为由R8表示的杂环基，尤其优选苯并噁唑环及苯并噻唑环。

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)及相同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.Uneyama 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、磺基以及含氮杂环基(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、巴比土酸根、乙内酰脲基、马来酰肼基、靛红基及尿咪基等)。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、磺基及吡啶基，尤其优选为能够举出氨基、氨基甲酰基及吡啶基。

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、溴离子及碘离子等)、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-萘二磺酸根离子及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)以及水酸离子等。X-优选为卤素阴离子、磺酸根离子及水酸离子。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、乙烯基、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，作为例可举出卤原子、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、芳氧羰基、烷氧基羰基以及氨基甲酰基等。

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-氰基乙基及2-乙基己基)、烷氧基(例如，甲氧基及乙氧基等)以及氰基。

通式(4)中，作为R¹¹及R¹²优选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，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。下述的具体例中，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]

上述吡啶鎓衍生物通常对吡啶环进行烷基化(缅舒特金反应)而获得。

在本发明的组合物中的鎓盐的含量中，优选的含量根据其种类而产生变动，但是通常相对于同时使用的棒状液晶性化合物的含量，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。

--手性试剂(光学活性化合物)--

手性试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(twisted nematic，扭曲向列)、STN(Super Twisted Nematic，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(具有异山梨醇结构的手性试剂)、联萘(具有联萘结构的手性试剂)及异甘露糖醇衍生物等。

并且，手性试剂能够优选利用通过光的照射产生回异构化、二聚化以及异构化及二聚化等，螺旋扭转力(HTP：Helical Twisting Power)下降的手性试剂。

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。

手性试剂具有光异构化基的情况下，优选能够在涂布、取向之后通过活化光线等的光掩模照射形成与发光波长对应的所期望的反射波长的图案。作为光异构化基，优选显示光变色性的化合物的异构化部位、偶氮基、氧化偶氮基、或肉桂酰基。作为具体的化合物，能够使用日本特开2002-080478号公报、日本特开2002-080851号公报、日本特开2002-179668号公报、日本特开2002-179669号公报、日本特开2002-179670号公报、日本特开2002-179681号公报、日本特开2002-179682号公报、日本特开2002-338575号公报、日本特开2002-338668号公报、日本特开2003-313189号公报及日本特开2003-313292号公报等中所记载的化合物。

液晶组合物中的手性试剂的含量相对于液晶化合物的含有摩尔量，优选为0.01～200摩尔％，更优选为1～30摩尔％。

--聚合引发剂--

液晶组合物包含聚合性化合物的情况下，优选含有聚合引发剂。在通过紫外线照射进行聚合反应的方式中，所使用的聚合引发剂优选为能够通过紫外线照射引发聚合反应的光聚合引发剂。

光聚合引发剂的例中可举出α-羰基化合物(美国专利第2367661号、美国专利第2367670号的各说明书中记载)、偶姻醚(美国专利第2448828号说明书中记载)、α-烃取代芳香族偶姻化合物(美国专利第2722512号说明书中记载)、多核醌化合物(美国专利第3046127号、美国专利第2951758号的各说明书中记载)、三芳基咪唑二聚物与对氨基苯基酮的组合(美国专利第3549367号说明书中记载)、吖啶及吩嗪化合物(日本特开昭60-105667号公报、美国专利第4239850号说明书中记载)以及噁二唑化合物(美国专利第4212970号说明书中记载)等。

液晶组合物中的光聚合引发剂的含量相对于液晶化合物的含量，优选为0.1～20质量％，进一步优选为0.5～12质量％。

--交联剂--

为了提高固化后的膜强度、提高耐久性，液晶组合物可以任意含有交联剂。作为交联剂，能够优选使用通过紫外线、热及湿气等固化的交联剂。

作为交联剂并无特别限制，能够根据目的适当选择，例如可举出三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯及季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯等多官能丙烯酸酯化合物；(甲基)丙烯酸缩水甘油酯及乙二醇二缩水甘油醚等环氧化合物；2,2-双羟基甲基丁醇-三[3-(1-吖丙啶基)丙酸酯]及4,4-双(亚乙基亚氨基羰基氨基)二苯基甲烷等吖丙啶化合物；六亚甲基二异氰酸酯及缩二脲型异氰酸酯等异氰酸酯化合物；在侧链上具有噁唑啉基的聚噁唑啉化合物；以及乙烯基三甲氧基硅烷、N-(2-氨基乙基)3-氨基丙基三甲氧基硅烷等烷氧基硅烷化合物等。并且，能够根据交联剂的反应性使用公知的催化剂，除了提高膜强度及耐久性以外，还能够提高生产率。这些可以单独使用1种，也可以同时使用2种以上。

交联剂的含量相对于液晶组合物的固体成分质量，优选为3～20质量％，更优选为5～15质量％。只要交联剂的含量在上述范围内，则容易得到提高交联密度的效果，并且更加提高胆甾醇型液晶相的稳定性。

--其他添加剂--

液晶组合物中根据需要在不降低光学性能等的范围内还能够添加聚合抑制剂、抗氧化剂、紫外线吸收剂、光稳定剂、色料及金属氧化物微粒等。

形成胆甾醇型液晶层(胆甾醇型液晶层16)时，优选液晶组合物用作液体。

液晶组合物可以包含溶剂。溶剂并无限制，能够根据目的适当选择，但是优选有机溶剂。

有机溶剂并无限制，能够根据目的适当选择，例如可举出酮类、卤代烷类、酰胺类、亚砜类、杂环化合物、烃类、酯类及醚类等。这些可以单独使用1种，也可以同时使用2种以上。它们之中，考虑对环境的负担的情况下，优选酮类。

＜＜＜胆甾醇型液晶层的形成＞＞＞

形成胆甾醇型液晶层时，优选将液晶组合物涂布于胆甾醇型液晶层的形成面，将液晶化合物取向为胆甾醇型液晶相的状态之后，固化液晶化合物来形成胆甾醇型液晶层。

即，将包含上述的液晶化合物及手性试剂的液晶组合物涂布于具有使根据上述的液晶取向图案的光学轴40A的朝向沿着面内的至少一个方向旋转的取向图案的取向膜14。

液晶组合物的涂布能够利用所有的喷墨及滚动印刷等印刷法以及旋涂、棒涂及喷雾涂布等能够将液体同样地涂布于片状物的公知的方法。

在此，优选液晶取向图案中的1周期Λ为1.6μm以下，因此取向膜14也优选设为基于其的取向图案。

液晶组合物的涂膜厚并无限制，根据所形成的胆甾醇型液晶层16的膜厚适当设定即可。

在此，根据本发明的形成方法，能够通过1次涂布形成膜厚厚的胆甾醇型液晶层。若考虑该点，则液晶组合物的涂膜厚dc优选为超过液晶取向图案中的1周期Λ的一半的厚度。即，优选液晶组合物的涂膜厚dc满足”dc＞Λ/2”。

形成液晶组合物的涂膜之后，接着进行加热处理液晶组合物的加热工序。通过加热处理，将液晶化合物40设为上述的取向状态。

加热处理在液晶化合物40的晶相-向列相变温度(Cr-Ne相变温度)～向列相-各向同性相变温度(Ne-Iso相变温度)的温度范围内的温度T1下进行。

加热处理温度小于Cr-Ne相变温度时，产生无法准确地取向液晶化合物40等的麻烦。

若加热处理温度超过Ne-Iso相变温度，则产生取向缺陷的增加、衍射效率的下降等麻烦。

加热处理时间并无限制，优选为10～600秒钟，更优选为15～300秒钟，进一步优选为30～200秒钟。

另外，为了在与上部即取向膜14分开的区域中稳定地使液晶化合物40相对于主表面倾斜，优选在加热处理结束的状态下螺旋1个节距即节距P较小。

具体而言，相对于液晶取向图案的1周期Λ，优选节距P满足“P/Λ≤1.5”，更优选满足“P/Λ≤1.2”。

结束加热工序之后，通过进行曝光液晶组合物的曝光工序，固化液晶组合物，制得胆甾醇型液晶层16。

在此，本发明的形成方法中，曝光工序中，将液晶组合物的温度保持在”T1-20℃”以上的温度的状态下，进行曝光。由此，能够形成具有上述的液晶取向图案并且液晶化合物40相对于主表面倾斜的本发明的胆甾醇型液晶层16。

曝光时的液晶组合物的温度小于“T1-20℃”时，无法稳定地形成液晶化合物40相对于主表面倾斜的胆甾醇型液晶层16，产生取向缺陷的增加等的麻烦。

另外，优选曝光时的液晶组合物的温度为Ne-Iso相变温度以下。

在曝光工序中，可以仅进行1次曝光，优选在加热处理之后进行第1曝光工序，之后进行照射波长不同的光的第2曝光工序。

使用通过光的照射而HTP下降的手性试剂，进行这种2分级的曝光，由此在第1曝光工序中延长螺旋1个节距(节距P)，在第2曝光工序中固化液晶组合物，由此能够形成具有超过上述的”P/Λ≤1.5”的螺旋1个节距的胆甾醇型液晶层16，并且具有超过“P/Λ≤1.5”的螺旋1个节距的胆甾醇型液晶层16中，在与上部即取向膜14分开的区域中，能够使液晶化合物40相对于主表面稳定地倾斜。

通过进行这种2次曝光工序，胆甾醇型液晶层16能够控制成在通过SEM观察的截面中成为明部与暗部的形成周期即节距P具有根据厚度方向的位置而不同的区域的结构(参考图3)。

并且，通过进行这种2次的曝光工序，胆甾醇型液晶层16能够控制成上述的倾角θ1具有根据厚度方向的位置而不同的区域的结构。另外，倾角θ1为如图3所示的明部及暗部相对于胆甾醇型液晶层16的主表面所成的角度。

优选胆甾醇型液晶层16具有倾角θ1朝向厚度方向的一个方向连续增大的区域。图示例中，优选胆甾醇型液晶层16具有倾角θ1从取向膜14侧朝向与取向膜14分开的一侧(空气侧界面A)连续增大的区域。

更优选胆甾醇型液晶层16具有倾角θ1朝向厚度方向的一个方向连续增大的区域及倾角朝向相同方向连续减小的区域。图示例中，更优选胆甾醇型液晶层16具有倾角θ1从取向膜14侧朝向与取向膜14分开的一侧连续增大的区域及倾角θ1朝向相同方向连续减小的区域。尤其优选胆甾醇型液晶层16具有在厚度方向上最靠取向膜14侧的倾角θ1的增大较少的区域、中间的倾角θ1的增大较大的中间区域及与取向膜14分开最远的倾角θ1相对于中间区域连续减小的区域。

具有节距P和/或倾角θ沿这种膜厚方向连续产生变化的结构的胆甾醇型液晶层16能够获得透射率的入射角依赖性大的性能。透射率下降的角度范围相当于入射光所衍射的角度范围。因此，通过将透射率的入射角依赖性大的衍射元件用作例如AR玻璃的导光板的入射和/或射出用元件，能够获得视角宽的AR玻璃。

另外，倾角θ1的最大值与最长值的差并无限制，优选10°以上。

用于曝光的光并无限制，优选使用紫外线。所照射的紫外线的波长优选为250～430nm。

照射能量优选为合计2mJ/cm²～50J/cm²，更优选为5～1500mJ/cm²。为了促进光聚合反应，也可以在加热条件下或氮气环境下实施曝光。

在以往的胆甾醇型液晶层的形成方法中，1次的形成中无法以充分的厚度形成具有光学轴40A的朝向沿着面内的至少一个方向旋转的液晶取向图案的胆甾醇型液晶层。

因此，以往，形成具有该液晶取向图案的胆甾醇型液晶层时，通过多次重复胆甾醇型液晶层的形成即所谓的多重涂布进行。其结果，通过SEM观察的截面中确认到因多重涂布而引起的边界线的情况下也具有胆甾醇型液晶层。

相比之下，根据本发明的形成方法，具有光学轴40A的朝向沿着面内的至少一个方向旋转的液晶取向图案并且液晶化合物相对于主表面倾斜，另外，能够通过1次的液晶组合物的涂布以充分的厚度形成倾斜方向与明线B及暗线D大致一致的胆甾醇型液晶层16。

因此，在这种情况下，胆甾醇型液晶层16中通过SEM观察的截面中没有观察到因多重涂布而引起的边界线。

通过本发明的形成方法形成的胆甾醇型液晶层16的膜厚并无限制，根据胆甾醇型液晶层16的选择反射中心波长、胆甾醇型液晶层16所要求的反射率(衍射效率)等适当设定即可。

通过本发明的形成方法形成的胆甾醇型液晶层16的膜厚优选为1.0μm以上，更优选为2.0μm以上。通过本发明的形成方法形成的胆甾醇型液晶层16的膜厚的上限为20μm左右。

另外，本发明的形成方法也能够优选利用多次重复胆甾醇型液晶层的形成的基于多重涂布的胆甾醇型液晶层的形成。

在此，优选胆甾醇型液晶层通过一个双折射层形成。即，胆甾醇型液晶层的面内方向的周期Λ与螺旋节距P在层内具有均匀的周期。

上述的液晶衍射元件10仅具有1层本发明的胆甾醇型液晶层16，但是本发明并不限于此。即，使用本发明的胆甾醇型液晶层的液晶衍射元件可以具有2层以上的胆甾醇型液晶层。即，液晶衍射元件可以设为具有多层上述的胆甾醇型液晶层的层叠体。

将液晶衍射元件设为具有多层胆甾醇型液晶层的层叠体的情况下，多个胆甾醇型液晶层能够设为通过扫描型电子显微镜观察的胆甾醇型液晶层的截面中的明部与暗部的形成周期不同的结构。即，液晶衍射元件可以设为多个胆甾醇型液晶层选择性反射分别不同的波长的光的结构。

例如，使用本发明的胆甾醇型液晶层的液晶衍射元件可以具有包含选择性反射红色光的胆甾醇型液晶层及选择性反射绿色光的胆甾醇型液晶层的2层的胆甾醇型液晶层，也可以具有包含选择性反射红色光的胆甾醇型液晶层、选择性反射绿色光的胆甾醇型液晶层及选择性反射蓝色光的胆甾醇型液晶层的3层的胆甾醇型液晶层。

将液晶衍射元件设为具有多层胆甾醇型液晶层的层叠体的情况下，如在后面进行详述，优选设为液晶取向图案中的光学轴的朝向沿面内方向旋转180°的长度即1周期Λ不同的结构。并且，多个胆甾醇型液晶层中，优选胆甾醇型液晶层的截面中的明部与暗部的形成周期不同，并且液晶取向图案中的面内方向的1周期不同，截面的形成周期的长度的排列和面内方向的1周期的长度的排列一致。

使用本发明的胆甾醇型液晶层的液晶衍射元件具有多层的胆甾醇型液晶层的情况下，优选所有的胆甾醇型液晶层为本发明的胆甾醇型液晶层16，但是也可以包含除了仅具有液晶取向图案的本发明的胆甾醇型液晶层16以外的通常的胆甾醇型液晶层。

将本发明的胆甾醇型液晶层或者具有多层本发明的胆甾醇型液晶层的层叠体用作光学元件，由此能够利用于光学装置中的光路变更部件、光集光元件、规定方向上的光扩散元件及衍射元件等、以不是镜面反射的角度反射光的各种用途。

作为优选的一例，如图9概念性地示出，可例示将使用本发明的胆甾醇型液晶的光学元件110与导光板142分开而设置的导光元件。在该导光元件中，能够将使用本发明的胆甾醇型液晶的光学元件110用作如上述的AR玻璃中以全反射充分的角度将由显示器140照射的光(投影像)导入到导光板142的入射衍射元件以及将在导光板142传播的光从导光板142向基于AR玻璃的使用人员U的观察位置射出的射出衍射元件。即，导光元件110中，胆甾醇型液晶层配置于导光板，以使分别作为入射衍射元件及射出衍射元件发挥作用。

在此，图9所示的AR玻璃中，显示器140照射红色光、绿色光及蓝色光这三色的光的情况下，光学元件100对应于各色具有3层的本发明的胆甾醇型液晶层。换句话说，光学元件100具有包含3层的胆甾醇型液晶层的层叠体。

此时，胆甾醇型液晶层优选将液晶取向图案中的1周期Λ变更为所对应的色。例如，具有第1胆甾醇型液晶层、第2胆甾醇型液晶层及第3胆甾醇型液晶层的情况下，将第1胆甾醇型液晶层的液晶取向图案中的面内方向的1周期设为Λ1，将第2胆甾醇型液晶层的液晶取向图案中的面内方向的1周期设为Λ2，将第3胆甾醇型液晶层的液晶取向图案中的面内方向的1周期设为Λ3时，优选满足Λ1＜Λ2＜Λ3。

在这种情况下，将第1胆甾醇型液晶层的截面中的明部与暗部的形成周期设为P1，将第2胆甾醇型液晶层的截面中的明部与暗部的形成周期设为P2，将第3胆甾醇型液晶层的截面中的明部与暗部的形成周期设为P3时，优选满足P1＜P2＜P3。

若使用具有包含同一个液晶取向图案的1周期Λ的3层的胆甾醇型液晶层的光学元件110(衍射元件)进行衍射，则红色光、绿色光、蓝色光的每个波长的光的衍射角度不同，在红色光、绿色光及蓝色光中共通的视角范围变窄。因此，为了在广视角范围内作为适当的彩色图像观察红色光、绿色光及蓝色光这三色的图像，优选对应于红色光、绿色光及蓝色光的各光变更每个胆甾醇型液晶层中的液晶取向图案的1周期Λ，并且以大致相同的角度衍射红色光、绿色光及蓝色光的各光。

如上述，通过使用变更液晶取向图案的1周期Λ的本发明的胆甾醇型液晶层，光学元件110(衍射元件)能够减小反射衍射角度的波长依赖性，因此沿相同的方向反射由显示器140照射的红色光、绿色光及蓝色光。因此，即使通过1片导光板142传送红色图像、绿色图像及蓝色图像，也能够将宽的视场角的全色图像从导光板射出到基于AR玻璃的使用人员U的观察位置。因此，根据使用利用本发明的胆甾醇型液晶的光学元件110的导光元件，能够使AR玻璃的导光板整体变薄、变轻，并且简化AR玻璃的结构。

并且，使用利用本发明的胆甾醇型液晶的光学元件110的导光元件也能够优选使用于安装于汽车用等的平视显示器。尤其，通过用于平视显示器的成像器的一部分，能够提供整体变薄、节省空间的成像器。

另外，基于上述的胆甾醇型液晶层的光的反射角度中，光的波长越长，相对于入射光的反射光的角度变大。因此，具有分别反射红色光、绿色光及蓝色光的多个胆甾醇型液晶层的情况下，截面中的明部与暗部的形成周期的长度的排列和面内方向的1周期的长度的排列一致。即，将反射红色光的胆甾醇型液晶层的1周期的长度设为最长，将反射蓝色光的胆甾醇型液晶层的1周期的长度设为最短。

如此，具有多个胆甾醇型液晶层的情况下，明部与暗部的形成周期的长度的排列和面内方向的1周期的长度的排列一致，由此能够沿大致相同的反向反射波长不同的光。

另外，使用具有本发明的胆甾醇型液晶层的光学元件110的导光元件如图9所示在导光板142上设置彼此分开的2个光学元件110的结构并无限制。

例如，导光元件为了使光引入到导光板142或为了从导光板42射出光，可以仅在导光板142上设置1个光学元件110的结构。或者，导光元件为了扩大视场区域的(扩大射出光瞳)，也可以为在导光板142上设置3个以上的光学元件110的结构。即，导光元件中，胆甾醇型液晶层可以分别配置于导光板，以使用作入射衍射元件、中间衍射元件及射出衍射元件的结构。将中间衍射元件用于扩大射出光瞳，通过入射衍射元件衍射而导入导光板内的光的进行方向朝向射出衍射元件衍射。

以上的例中，将使用本发明的胆甾醇型液晶的光学元件用于反射具有3层胆甾醇型液晶层的红色光、绿色光及蓝色光这3色的光学元件。但是，使用本发明的胆甾醇型液晶的光学元件并不限定于此，能够利用各种结构。

例如，使用本发明的胆甾醇型液晶的光学元件可以为同样地具有选择反射中心波长不同的3层的胆甾醇型液晶层，并且反射选自红色光、绿色光及蓝色光等可见光的1色或2色、红外线和/或紫外线的结构，也可以为仅反射除了可见光以外的光的结构。

或者，使用本发明的胆甾醇型液晶的光学元件可以为具有4层或5层(或6层以上)的选择反射中心波长不同的本发明的胆甾醇型液晶层，并且除了红色光、绿色光及蓝色光以外，还反射红外线和/或紫外线的结构，也可以为仅反射除了可见光以外的光的结构。

或者，也能够利用组合2个以上具有使用本发明的胆甾醇型液晶的光学元件的导光板的结构。

作为一例，如图10概念性地示出，可例示具有导光板142g及导光板142br这2片导光板的结构的AR玻璃。在该结构中，作为一例，在一个导光板142g上分开地设置反射绿色光的光学元件110g，在另一个导光板142br上分开地设置反射蓝色光的光学元件110b与反射红色光的光学元件110r的层叠体。另外，光学元件110g使用选择性反射绿色光的本发明的胆甾醇型液晶层。光学元件110b使用选择性反射蓝色光的本发明的胆甾醇型液晶层。另外，光学元件110r使用选择性反射红色光的本发明的胆甾醇型液晶层。

在使用该2片导光板的结构中，可以为反射选自红色光、绿色光及蓝色光中的2色的结构及反射选自红色光、绿色光及蓝色光的1色或红外线或紫外线的结构，也可以为仅反射除了可见光以外的光的结构。

或者，可以具有红色图像用导光板、绿色图像用导光板及蓝色图像用导光板这3片导光板。

在使用2片导光板的结构的情况下，具有第1导光板及第2导光板，并且具有包含设置于第1导光板的第1胆甾醇型液晶层及第3胆甾醇型液晶层的第1导光元件及设置于第2导光板的第2胆甾醇型液晶层，将第1胆甾醇型液晶层的液晶取向图案中的面内方向的1周期设为Λ1，将第2胆甾醇型液晶层的液晶取向图案中的面内方向的1周期设为Λ2，将第3胆甾醇型液晶层的液晶取向图案中的面内方向的1周期设为Λ3时，优选满足Λ1＜Λ2＜Λ3。

例如，第1导光元件具有反射蓝色光的第1胆甾醇型液晶层及反射红色光的第3胆甾醇型液晶层，第2导光元件具有反射绿色光的第2胆甾醇型液晶层，各胆甾醇型液晶层的液晶取向图案中的面内方向的1周期满足Λ1＜Λ2＜Λ3，由此能够沿大致相同的方向反射蓝色光、绿色光及红色光。

或者，使用本发明的胆甾醇型液晶的光学元件可以为具有1层或2层的本发明的胆甾醇型液晶层并且反射选自红色光、绿色光及蓝色光的1色或2色的结构。

本发明的图像显示装置为具有上述的导光元件及向导光元件的胆甾醇型液晶层(入射衍射元件)照射图像的显示元件的图像显示装置(参考图9、图10)。

如上述，导光元件所具有的胆甾醇型液晶层反射圆偏振光，因此优选图像显示元件照射圆偏振光。

并且，在图9及10所示的例中，导光元件设为在入射侧及出射侧分别具有衍射元件的结构，但是并不限定于此，可以设为在入射侧的衍射元件与出射侧的衍射元件之间具有中间的衍射元件的结构。

图11是概念性地示出本发明的导光元件的另一例的主视图。图12是概念性地示出图11所示的导光元件的一形态的图。

图11所示的导光元件具有导光板112、第一衍射元件114、第二衍射元件116及第三衍射元件118。图11所示的导光元件为第一衍射元件114、第二衍射元件116及第三衍射元件118中的至少1个使用本发明的胆甾醇型液晶层或层叠体的元件。图示例中，作为优选的方式，所有衍射元件使用本发明的胆甾醇型液晶层或本发明的层叠体。

图11中，第一衍射元件114、第二衍射元件116及第三衍射元件118内所示的箭头为胆甾醇型液晶层中的面内旋转周期的方向。面内的旋转周期的方法为即胆甾醇型液晶层中源自液晶化合物40的的光学轴40A的朝向沿着面内的至少一个方向连续旋转的同时产生变化的方向。

第一衍射元件114为在导光板112内以能够全反射的角度衍射由显示器140射出的光等、从外部入射的光的衍射元件。

第二衍射元件116为用于在第一衍射元件114的位置入射于导光板112内而衍射在导光板112内传播的光并且弯曲导光板112内的光的进行方向而朝向第三衍射元件118传播的衍射元件。

第三衍射元件118为用于以能够从导光板112向外部射出的角度衍射通过第二衍射元件116衍射而在导光板112内传播的光并且射出于基于使用人员U的观察位置的衍射元件。

即，图11所示的导光元件为，通过入射用第一衍射元件114衍射而通过中间的第二衍射元件116衍射入射于导光板112内的光使导光板112内的光的进行方向弯曲，之后通过出射侧的第三衍射元件118衍射而在导光板112的外部射出光的结构。

通过具有这种结构，能够在第二衍射元件116和/或第三衍射元件118中扩大射出光瞳。

此时，作为第二衍射元件116和/或第三衍射元件118，使用具有本发明的胆甾醇型液晶层或本发明的层叠体的光学元件，由此能够使扩大的光的光量均匀，并且能够显示基于角度的色调变化小的图像，等方面考虑优选。

另外，具有第二衍射元件(中间的衍射元件)的结构的情况下，如上述，作为至少1个衍射元件、例如第一衍射元件114，具有本发明的胆甾醇型液晶层或具有本发明的层叠体的光学元件即可，作为其他衍射元件，能够利用浮雕型衍射元件、使用液晶的衍射元件等以往公知的衍射元件。

并且，具有第二衍射元件的结构中，与图10所示的导光元件相同地，如图12概念性地示出，可以具有2个导光板。在图12所示的例中，具有如下结构：在导光板142g上设置选择性反射(衍射)绿色光的光学元件114g、116g及118g，在导光板142br上设置选择性反射蓝色光的光学元件114b与选择性反射红色光的光学元件114r的层叠体、选择性反射蓝色光的光学元件116b与选择性反射红色光的光学元件116r的层叠体及选择性反射蓝色光的光学元件118b与选择性反射红色光的光学元件118r的层叠体。

在图12所示的结构中，光学元件114g、光学元件114b及光学元件114r对应于第一衍射元件114，光学元件116g、光学元件116b及光学元件116r对应于第二衍射元件116，光学元件118g、光学元件118b及光学元件118r对应于第三衍射元件118。

并且，构成本发明的导光元件的胆甾醇型液晶层也能够设为在厚度方向上液晶化合物40以螺旋状旋转1次的螺旋节距P变长的结构。

将具有这种结构的本发明的导光元件用于AR玻璃等显示器件等的导光元件中，用作衍射在导光板内传播的光的中间的衍射元件或从导光板射出的衍射元件的情况下，能够变更为相对于特定波长在光的传播方向上衍射效率变高，因此即使扩大射出光瞳，也能够使从导光板射出的光的亮度(光量)均匀。

图13是概念性地示出本发明的导光元件的另一例的主视图。图14是图13所示的导光元件的截面的概念图。

图13及图14所示的导光元件具有层叠使用本发明的胆甾醇型液晶层或层叠体的光学元件110A-1及光学元件110A-2而成的第一衍射元件及层叠使用本发明的胆甾醇型液晶层或层叠体的光学元件110B-1及光学元件110B-2而成的第二衍射元件。

另外，第一衍射元件及第二衍射元件中，图中所示的实线的箭头为构成光学元件110A-1及光学元件110B-1的胆甾醇型液晶层中的面内旋转周期的方向，图中所示的虚线的箭头为构成光学元件110A-2及光学元件110B-2的胆甾醇型液晶层中的面内旋转周期的方向。

在此，光学元件110A-1及光学元件110B-1的胆甾醇型液晶层的面内旋转周期的方向以及光学元件110A-2及光学元件110B-2的胆甾醇型液晶层的面内旋转周期的方向处于彼此平行的关系。

并且，光学元件110A-1及光学元件110A-2的胆甾醇型液晶层的面内旋转周期的方向以及光学元件110B-1及光学元件110B-2的胆甾醇型液晶层的面内旋转周期的方向互不相同。光学元件110A-1与光学元件110A-2的胆甾醇型液晶层的面内旋转周期的方向所成的角度及光学元件110B-1与光学元件110B-2的胆甾醇型液晶层的面内旋转周期的方向所成的角度例如为90°。

在图13及图14所示的导光元件中，通过构成第一衍射元件的光学元件110A-1及光学元件110A-2衍射由显示器140射出的光(图像)而反射，由此导入到导光板142，通过构成第二衍射元件的光学元件110B-1及光学元件110B-2衍射在导光板142内传播的光而反射，由此射出到基于使用人员U的观察位置。

图15示意性地示出将图13及图14所示的本发明的导光元件以及显示器140用作汽车用平视显示器的成像器的方法。

显示器140及图13及图14所示的本发明的导光元件设置于图中以单点划线(假想线)表示的汽车的仪表板DB的内部。由显示器140射出的光(图像)如上述，通过第一衍射元件(光学元件110A-1及光学元件110A-2)衍射而导入到导光板142使其传播。在导光板142传播的光通过第二衍射元件(光学元件110B-1及光学元件110B-2)衍射，从导光板142射出。

从导光板142射出的光从未图示的仪表板DB的开口部进入车内空间，被挡风玻璃WS反射，通过使用人员U(运行人员)被观察。

以上，对本发明的胆甾醇型液晶层、层叠体、导光元件及图像显示装置、其利用方法以及胆甾醇型液晶层的形成方法进行了详细的说明，但是本发明并不限定于上述的例，在不脱离本发明的宗旨的范围内，当然可以进行各种改善或变更。

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具体例限定地解释。

[实施例1]

(取向膜的形成)

作为支撑体，准备了玻璃基材。

使用旋涂机，以2500rpm、30秒钟将下述取向膜形成用涂布液涂布于支撑体上(涂布工序)。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(干燥工序)，从而形成了取向膜。

取向膜形成用涂布液

-光取向用原材料-

[化学式44]

(取向膜的曝光(曝光工序))

使用图7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300mJ/cm²。另外，通过2个激光束的干涉形成的取向图案的1个周期Λ(光学轴旋转180°的长度)成为0.025μm的方式，调节2个光的交叉角(交叉角α)。

(胆甾醇型液晶层的形成)

作为形成胆甾醇型液晶层的液晶组合物，制备了下述液晶组合物LC-1。

液晶组成物LC-1

液晶化合物L-1

[化学式45]

另外，将液晶化合物在加热工作台上进行加热，并且通过基于偏振光显微镜的纹理观察求出了液晶化合物L-1的相变温度。其结果，晶相-向列相变温度为79℃，向列相-各向同性相变温度为144℃。

并且，通过将液晶化合物注入于楔子型槽中，向其照射波长550nm的激光束，测定透過光的折射角，由此测定了液晶化合物L-1的Δn。将测定温度设为60℃。液晶化合物L-1的Δn为0.16。

手性试剂Ch-1

[化学式46]

使用旋涂机，以800rpm、10秒钟将上述液晶组合物LC-1涂布于取向膜P-1上(涂布工序)。

在热板上在80℃下将液晶组合物LC-1的涂膜加热3分钟(180sec)(加热工序)。

之后，在80℃下氮气环境气体下使用高压汞灯以300mJ/cm²的照射量向涂膜照射波长365nm的紫外线(第2曝光工序)，由此固化液晶组合物LC-1而使液晶化合物的取向固定化，形成了胆甾醇型液晶层。

由此，制作了具有支撑体、取向膜及胆甾醇型液晶层的液晶衍射元件。

通过偏振光显微镜确认了胆甾醇型液晶层成为如图2所示的周期性取向表面。

沿着光学轴的旋转方向的方向切削液晶衍射元件，通过SEM观察了截面。通过分析SEM图像，测定了胆甾醇型液晶层的膜厚d、液晶取向图案中的1周期Λ、螺旋1个节距的长度节距P及相对于主表面的明部及暗部的斜率(倾角θ1)。

使用Axometrics公司制造的“Axoscan”，如图4所示变更测定光的入射角度，测定了快轴面内及慢轴面内面内延迟Re(面内Re)。测定波长设为750nm。并且，测定光的入射角度在70°～70°的范围内。

将胆甾醇型液晶层的平均折射率设为1.5，从面内延迟成为最小的方向与法线所成的角度的测定角θ2，通过“sinθ2＝n·sinφ”求出了光学轴倾角φ的绝对值。其结果，面内延迟成为最小的测定角θ2为快轴面内，光学轴倾角φ的绝对值为37°。如上述，该结果表明，各液晶分子的长轴方向成为沿着螺旋周期的倾角倾斜的取向状态。

并且，从面内延迟变得最小的测定角θ2时的面内延迟Re[φ]，通过“Δn′(φ)＝Re[φ]/(d·cosφ)”求出了折射率各向异性Δn′[φ]。其结果，折射率各向异性Δn′[φ]为0.006。如上述，相对于快轴面内的倾斜的折射率各向异性Δn’的最小值为0.005以上表明明部及暗部的倾角不相同。

[实施例2～6、比较例1、3及4]

将配光膜曝光时的交叉角α(1周期Λ)、液晶组合物的组成、膜厚以及加热工序及曝光工序中的加热温度变更为表1所示，除此以外，以与实施例1相同的方式制作了液晶衍射元件，进行了相同的测定。

另外，表1中，液晶化合物L-2、引发剂I-2、手性试剂Ch-2及流平剂为如下。并且，在表1的实施例及比较例中未使用倾斜控制剂，因此在后面叙述。

液晶化合物L-2

[化学式47]

另外，以与液晶化合物L-1相同的方式测定了相变温度及Δn的结果，液晶化合物L-2的晶相-向列相变温度为78℃，向列相-各向同性相变温度为161℃，Δn为0.34。

引发剂I-2

[化学式48]

手性试剂Ch-2

[化学式49]

＜螺旋扭转力(HTP)的测定＞

将手性试剂Ch-2溶解于Merck公司制造的ZLI-1132中，通过Grandgean-Cano法，使用楔子形槽，求出了手性试剂Ch-2的初始HTP。

并且，使用超高压汞灯引起光反应而进行了同样的手性试剂Ch-2的HTP的测定。将反应(HTP的变化)成为稳定状态时的值设为光反应之后的手性试剂Ch-2的HTP。这些值以“手性试剂/ZLI-1132的摩尔比”作为基础而计算。

其结果，手性试剂Ch-2的初始HTP为54μm^-1，光反应之后的HTP为8μm^-1。

流平剂

[化学式50]

[实施例7]

实施例6中，在用于固化液晶组合物的第2曝光工序之前，作为第1曝光工序，使用高压汞灯，隔着300nm的长波滤光片及350nm的短波滤光片在80℃下进行液晶组合物的曝光，除此以外，以与实施例6相同的方式制作了液晶衍射元件，进行了与实施例1相同的测定。

进行了第1曝光工序，以使在波长315nm下测定的光的照射量成为30mJ/cm²。

[实施例8]

将液晶组合物的组成及第1曝光工序的照射量变更为表1所示，除此以外，以与实施例7相同的方式制作了液晶衍射元件，进行了相同的测定。

[比较例2]

将液晶组合物的组成变更为表1所示。

将该液晶组合物多层涂布于取向膜P-1上形成了胆甾醇型液晶层，除此以外，以与实施例1相同的方式形成了胆甾醇型液晶层。

多层涂布是指，首先将第1层液晶组合物涂布于取向膜上，加热之后进行紫外线固化来制作液晶固定化层之后，第2层之后反复涂布于其液晶固定化层来进行涂布，同样地重复加热之后进行紫外线固化。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从液晶层的下表面反映到上表面。

作为光学各向异性层的第1层，使用旋涂机，以3000rpm将液晶组合物涂布于取向膜P-1上。在热板上在80℃下加热涂膜3分钟，之后进而在80℃下在氮气环境下使用高压汞灯以300mJ/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。

第2层～第20层中，反复涂布于该液晶层，在与上面相同的条件下加热之后进行紫外线固化，制作了液晶固定化层，形成了液晶衍射元件。

关于所制作的液晶衍射元件，进行了与实施例1相同的测定。

[衍射效率的测定]

通过以下方法测定了所制作的液晶衍射元件的衍射效率。

如图8所示，将所制作的液晶衍射元件D配置于达夫棱镜80。达夫棱镜80使用了折射率为1.517、斜面角度为45°的棱镜。

达夫棱镜80中，将表1所示的波长的激光器L透过线性起偏器82及λ/4板84而设为右旋圆偏振光，以衍射光从斜面垂直出射的方式设定角度，使其入射于液晶衍射元件D的表面。

使用测定器86(Japan Laser Corp.制造、光焦度仪器1918-C)测定射出光Lr的强度，将与入射光强度Li的比(Lr/Li×100[％])设为衍射效率。

将结果示于表1中。

(衍射角度的测定)

测定了从法线方向入射于样品时的衍射角度。

将结果示于表1中。

[表1]

上述表中，比较例2的膜厚为基于20层的多重涂布的合计膜厚。

比较例1、比较例3及比较例4中，无法确认到明确的液晶取向图案。并且，比较例1、比较例3及比较例4中，未衍射光，无法进行面内延迟Re及衍射效率的测定。

实施例1、实施例2及实施例5～8中，与另一实施例相比Λ较小。由此，在空气界面侧，反射光超过临界角而衍射，因此衍射效率低于未超过临界角的实施例3及实施例4。

如表1所示，根据本发明的液晶衍射元件，能够以高衍射效率衍射(反射)光。

另外，比较例2中，衍射效率为64％，但是与在相同的面内周期Λ＝1.9μm下制作且具有相同的反射波长的实施例4相比，衍射效率较低。

[实施例9]

将配光膜曝光时的交叉角α(1周期Λ)、液晶组合物的组成及膜厚变更为表2所示，除此以外，以与实施例1相同的方式制作了液晶衍射元件，进行了同样的测定。将结果示于表2中。

另外，针对本例以及在后面叙述实施例10及实施例11，进行了以下的变角分光透射率的测定。

[变角分光透射率测定]

使用变角分光光度计(MURAKAMI COLOR RESEARCH LABORATORY CO.,LTD.制造、GSP-1B型)，将样品面的法线方向设为0°，将光源配置于0°的方向，将光接收部配置于180°的方向。然后，在胆甾醇型液晶层的周期面的倾斜方向(液晶化合物的光学轴旋转的一个方向)上将入射角β变化至-40°～40°，测定了透射率。

另外，在光源与样品之间透过线性起偏器及λ/4板，样品中的入射光设为右旋圆偏振光。测定波长设为520nm。

此时，将透射率成为最小的入射角β作为基准的透射率的入射角依赖性的半峰宽度Δβ为12°。

[实施例10]

将液晶组合物的组成、涂布工序及曝光工序中的条件变更为表2所示，除此以外，以与实施例9相同的方式制作了液晶衍射元件，进行了相同的测定。本例中，将“KAYACUREDETX-S”用作聚合引发剂。将结果示于表2中。

针对实施例10的液晶衍射元件的胆甾醇型液晶层，分析了通过SEM观察的截面的图像。其结果，观察到如下形状：从取向膜侧朝向与取向膜分开的一侧，沿厚度方向螺旋节距P连续增大，并且倾角θ1也连续增大。另外，倾角θ1(明部/暗部的倾角θ1)为如上述明部及暗部相对于胆甾醇型液晶层的主表面所成的角度。

将取向膜的界面侧设为0μm，在膜厚方向上0.2～1.0μm的区间的平均的螺旋节距P为0.31μm，倾角θ1为30°。1.5μm～3.4μm的区间的平均的螺旋节距P为0.34μm，倾角θ1为33°。

并且，变角分光透射率测定中的透射率的入射角依赖性的半峰宽度Δβ为30°。

[实施例11]

将液晶组合物的组成、涂布工序及曝光工序中的条件变更为表2所示，除此以外，以与实施例9相同的方式制作了液晶衍射元件，进行了相同的测定。将结果示于表2中。

针对实施例11的液晶衍射元件的胆甾醇型液晶层，分析了通过SEM观察的截面的图像。其结果观察到，朝向从取向膜侧与取向膜分开的一侧，在厚度方向上螺旋节距P及倾角θ1连续增大，之后螺旋节距P连续减小及倾角θ1连续下降的形状。

将取向膜界面侧设为0μm，在膜厚方向上0.2～0.7μm的区间的平均的螺旋节距P为0.31μm，倾角θ1为30°。1.0μm～2.5μm的区间的平均的螺旋节距P为0.34μm，倾角θ1为33°。2.8μm～3.4μm的区间的平均的螺旋节距P为0.31μm，倾角θ1为30°。

[实施例12]

将配光膜曝光时的交叉角α(1周期Λ)、液晶组合物的组成及涂布工序中的条件变更为表2所示，除此以外，以与实施例9相同的方式制作了液晶衍射元件，进行了同样的测定。将结果示于表2中。

本例中，使用控制液晶化合物的取向的倾斜控制剂(取向控制剂)。倾斜控制剂如下。

倾斜控制剂

[化学式51]

[实施例13～16]

将配光膜曝光时的交叉角α(1周期Λ)、液晶组合物的组成及涂布工序中的条件变更为表2所示，除此以外，以与实施例9相同的方式制作了液晶衍射元件，进行了同样的测定。其中，衍射效率的测定中，实施例13中将测定光的波长设为450nm(蓝色光)，实施例14中将测定光的波长设为532nm(绿色光)，实施例15中将测定光的波长设为650nm(红色光)。实施例16中将测定光的波长设为850nm(红外光)。

将结果示于表2中。

[表2]

另外，实施例10及实施例11的胆甾醇型液晶层由于通过光的照射使螺旋扭转力下降的手性试剂，形成螺旋节距沿膜厚方连续产生变化的结构，由此能够获得透射率的入射角依赖性大于实施例9的性能。

透射率下降的角度范围相当于入射光所衍射的角度范围。因此，通过将透射率的入射角依赖性大的衍射元件用作例如AR玻璃的导光板的入射和/或射出用元件，能够获得视角宽的AR玻璃。

并且，添加了倾斜控制剂(取向控制剂)的实施例12的胆甾醇型液晶层中，明部/暗部的倾角θ1为70°，倾斜变大。

[实施例17]

将液晶组合物的组成、涂布工序及曝光工序中的条件变更为表3所示，除此以外，以与实施例10相同的方式制作了液晶衍射元件，进行了相同的测定。另外，本例中，作为手性试剂使用了Ch-3。

手性试剂Ch-3

[化学式52]

将结果示于表3中。

针对实施例17的液晶衍射元件的胆甾醇型液晶层，分析了通过SEM观察的截面的图像。

其结果，观察到如下形状：从取向膜侧朝向与取向膜分开的一侧，沿厚度方向螺旋节距P连续增大，并且倾角θ1也连续增大。

将与取向膜的界面侧设为0μm，在膜厚方向上0～0.4μm的区间的平均的螺旋节距P为0.28μm，倾角θ1为19°。在厚度方向上3.0μm～3.5μm的区间的平均的螺旋节距P为0.37μm，倾角θ1为25°。另外，在厚度方向上6.0μm～7.0μm的区间的平均的螺旋节距P为0.52μm，倾角θ1为37°。

并且，在将测定光的波长为450nm、532nm及650nm的3个波长下进行衍射效率的测定，分别为85％、80％、80％，即使为任一波长也显现高的衍射效率。

[实施例18～20]

将液晶组合物的组成、涂布工序及曝光工序中的条件变更为表3所示，除此以外，以与实施例17相同的方式制作了液晶衍射元件，进行了相同的测定。另外，本例中，作为手性试剂也使用了Ch-3。

将结果同时记载于表3中。

[表3]

[实施例21～26]

将配光膜曝光时的交叉角α(1周期Λ)、液晶组合物的组成及涂布工序中的条件变更为表4所示，除此以外，以与实施例13相同的方式制作了液晶衍射元件，进行了同样的测定。

将结果示于表4中。

[表4]

[实施例27]

(AR玻璃的应用1)

将具有实施例13～15的胆甾醇型液晶层的光学元件用作向AR玻璃的导光板入射及射出光的衍射元件，确认到图9所示的AR玻璃中的显示的效果。

作为导光板，使用玻璃(折射率1.80、厚度0.50mm)。

另外，如从衍射效率的测定结果表明，实施例13的胆甾醇型液晶层为选择性反射蓝色光的层。并且，实施例14的胆甾醇型液晶层为选择性反射绿色光的层。另外，实施例15的胆甾醇型液晶层为选择性反射红色光的层。

将这些胆甾醇型层从靠近导光板的一侧按照B、G及R的顺序层叠贴合而制得光学元件(衍射元件)。

并且，作为AR玻璃的显示装置部分(显示器140)，使用了LCOS方式的投影仪。

由此，确认到AR玻璃的显示的效果。其结果，确认到能够进行RGB的彩色显示。

[实施例28]

(AR玻璃的应用2)

与实施例16相同的，使用实施例13～15的胆甾醇型液晶层，通过以下方法确认了具有图10所示的2片导光板的AR玻璃中的显示的效果。

将选择性反射绿色光的实施例14的胆甾醇型液晶层贴合于1个导光板(图10的导光板142g)。另外，以实施例13的胆甾醇型层靠近导光板的方式，将选择性反射蓝色光的实施例13的胆甾醇型液晶层与选择性反射红色光的实施例15的胆甾醇型液晶层的层叠体贴合于另一个导光板(图10的导光板142br)。

使用这种2片导光板，制作图10所示结构的AR玻璃，确认了显示的效果。其结果，确认到能够进行RGB的彩色显示。

[实施例29]

(AR玻璃的应用3)

确认了图11及图12所示的AR玻璃中的显示的效果。

将具有实施例13、14及15的胆甾醇型液晶层的光学元件分别用作光学元件114b、114g及114r，将具有实施例20、21及22的胆甾醇型液晶层的光学元件分别用作光学元件116b、116g及116r，另外，将具有实施例23、24及25的胆甾醇型液晶层的光学元件分别用作光学元件118b、118g及118r。

如图12所示，将光学元件114g、116g及118g设置于导光板142g。并且，将光学元件114b与光学元件114r的层叠体、光学元件116b与光学元件116r的层叠体及光学元件118b与光学元件118r的层叠体设置于导光板142br。

设定成光学元件114b、114g及114r的面内旋转周期的方向与光学元件116b、116g及116r的面内旋转周期的方向所成的角成为45°，设定成光学元件114b、114g及114r的面内旋转周期的方向与光学元件118b、118g及118r的面内旋转周期的方向所成的角成为90°。

使用这种2片导光板，制作图11及图12所示结构的AR玻璃，确认了显示的效果。其结果，确认到能够进行RGB的彩色显示。

[实施例30]

(AR玻璃的应用4)

将具有实施例17的胆甾醇型液晶层的光学元件用作向AR玻璃的导光板142入射及射出光的衍射元件(光学元件110)，制作了图9所示的AR玻璃。

导光板142使用了玻璃(折射率1.90、厚度0.50mm)。AR玻璃的显示装置部分(显示器140)使用了LCOS方式的投影仪。

[实施例31]

(AR玻璃的应用4)

将具有实施例18的胆甾醇型液晶层的光学元件用作向导光板142入射及射出光的衍射元件(光学元件110)，制作了图9所示的导光元件，作为导光元件A。

并且，将具有实施例19的胆甾醇型液晶层的光学元件用作向导光板142入射及射出光的衍射元件(光学元件110)，制作了图9所示的导光元件，作为导光元件B。

层叠导光元件A及导光元件B，制作了如图10所示的AR玻璃。

[实施例32]

(AR玻璃的应用5)

确认了图13及图14所示的AR玻璃中的显示的效果。

将具有实施例17的胆甾醇型液晶层的光学元件用作光学元件110A-1及光学元件110A-2。并且，将具有实施例20的胆甾醇型液晶层的光学元件用作光学元件110B-1及光学元件110B-2。

使用该衍射元件，如图13及图14所示制作了导光元件，制作了AR玻璃。

如上述，光学元件110A-1与光学元件110B-1的胆甾醇型液晶层的面内旋转周期的方向平行。并且，光学元件110A-2与光学元件110B-2的胆甾醇型液晶层的面内旋转周期的方向平行。

将光学元件110A-1与光学元件110A-2的胆甾醇型液晶层的面内旋转周期的方向所成的角度设为90°。并且，将光学元件110B-1与光学元件110B-2的胆甾醇型液晶层的面内旋转周期的方向所成的角度设为90°。

[实施例33]

(适用于平视显示器)

将在实施例32中制作的导光元件用作图15所示的平视显示器的成像器，确认了图像的显示。

通过本结构，确认到能够提供减小投影所需的空间的薄型成像器。

以上的结果表明本发明的效果明显。

产业上的可利用性

在AR玻璃的导光板上使光入射及射出的衍射元件等，能够优选地利用于光学装置中反射光的各种用途中。

符号说明

10-液晶衍射元件，12-支撑体，14-取向膜，16-胆甾醇型液晶层，40-液晶化合物，40A-光学轴，60-曝光装置，62-激光器，64-光源，65-λ/2板，68-偏振光束分离器，70A、70B-反射镜，72A、72B-λ/4板，110、110g、110b、110r、110A-1、110A-2、110B-1、110B-2、114g、114b、114r、116g、116b、116r、118g、118b、118r-光学元件，114-第一衍射元件，116-第二衍射元件，118-第三衍射元件，140-显示器，142、142g、142br-导光板，WS-挡风玻璃，DB-仪表板，U-使用人员，R-右旋圆偏振光，M-激光束，MA、MB-光线，P_O-直线偏振光，P_R-右旋圆偏振光，P_L-左旋圆偏振光。

Claims

1.一种胆甾醇型液晶层，其固定胆甾醇型液晶相而成，其中，所述胆甾醇型液晶层具有源自液晶化合物的光学轴的朝向沿着面内的至少一个方向连续旋转的同时产生变化的液晶取向图案，并且，在通过扫描型电子显微镜观察的所述胆甾醇型液晶层的截面中，源自所述胆甾醇型液晶相的明部及暗部相对于所述胆甾醇型液晶层的主表面倾斜，进而，从法线方向及相对于法线倾斜的方向测定面内延迟时，慢轴面内及快轴面内的任一个中，将面内延迟成为最小的方向与法线所成的角度即测定角设为θ2时，由sinθ2＝n·sinφ表示的光学轴倾角φ的绝对值为5°以上，其中，n为所述胆甾醇型液晶层的平均折射率。

2.根据权利要求1所述的胆甾醇型液晶层，其中，

所述光学轴倾角φ为15°以上。

3.根据权利要求1或2所述的胆甾醇型液晶层，其中，

将所述胆甾醇型液晶层的主表面与所述胆甾醇型液晶层的截面的所述明部及暗部所成的角度设为倾角θ1时，从所述光学轴倾角φ减去所述倾角θ1而得的值的绝对值为5°以下。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的胆甾醇型液晶层，其中，

将所述胆甾醇型液晶层的厚度设为d且将所述面内延迟的最小值设为Re[φ]时，由下述式Δn′(φ)＝Re[φ]/(d·cosφ)表示的折射率各向异性Δn′(φ)为0.003以上。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的胆甾醇型液晶层，其中，

将所述液晶取向图案中的源自所述液晶化合物的光学轴的朝向沿面内方向旋转180°的长度设为1周期Λ时，所述1周期Λ为1.6μm以下。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的胆甾醇型液晶层，其中，

所述胆甾醇型液晶层的截面中的所述明部和暗部的形成周期具有根据厚度方向的位置而不同的区域。

7.根据权利要求3至6中任一项所述的胆甾醇型液晶层，其中，

所述倾角θ1具有根据厚度方向的位置而不同的区域。

8.根据权利要求7所述的胆甾醇型液晶层，其具有所述倾角θ1朝向厚度方向的一个方向连续增大的区域。

9.根据权利要求7或8所述的胆甾醇型液晶层，其特征在于，

所述倾角θ1的厚度方向上的最大值与最小值之差为10°以上。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的胆甾醇型液晶层，其具有所述倾角θ1朝向厚度方向的一个方向连续增大的区域及所述倾角θ1朝向相同方向连续减小的区域。

11.一种胆甾醇型液晶层的形成方法，其特征在于，

进行在所述液晶化合物的晶相-向列相变温度～向列相-各向同性相变温度的温度范围内的温度T1下加热处理所述液晶组合物的加热工序，

进行在将所述液晶组合物的温度保持在”T1-20℃”以上的温度的状态下曝光所述液晶组合物的曝光工序。

12.根据权利要求11所述的胆甾醇型液晶层的形成方法，其中，

将所述取向膜的取向图案中的源自所述液晶化合物的光学轴的朝向旋转180°的长度设为1周期Λ，将涂布于所述取向膜的所述液晶组合物的涂膜的厚度设为dc时，满足“dc＞Λ/2”。

13.根据权利要求11或12所述的胆甾醇型液晶层的形成方法，其中，

作为所述曝光工序，在所述加热工序之后进行第1曝光工序之后，进行照射与所述第1曝光工序不同的波长的光的第2曝光工序。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的胆甾醇型液晶层的形成方法，其中，

所述手性试剂为通过光的照射使螺旋扭转力下降的手性试剂。

15.根据权利要求11至14中任一项所述的胆甾醇型液晶层的形成方法，其中，

所述手性试剂具有异山梨醇结构。

16.根据权利要求11至14中任一项所述的胆甾醇型液晶层的形成方法，其中，

所述手性试剂具有联萘结构。

17.一种层叠体，其具有多个权利要求1至10中任一项所述的所述胆甾醇型液晶层，

在多个所述胆甾醇型液晶层中，通过扫描型电子显微镜观察的所述胆甾醇型液晶层的截面中的明部与暗部的形成周期不同。

18.一种层叠体，其具有多个权利要求1至10中任一项所述的所述胆甾醇型液晶层，

在多个所述胆甾醇型液晶层中，作为所述液晶取向图案中的光学轴的朝向沿面内方向旋转180°的长度的1周期Λ不同。

19.一种层叠体，其具有多个权利要求1至10中任一项所述的所述胆甾醇型液晶层，

在多个所述胆甾醇型液晶层中，所述胆甾醇型液晶层的截面中的明部与暗部的形成周期不同，并且所述液晶取向图案中的面内方向的1周期不同，所述截面中的明部与暗部的形成周期的长度的排列和所述面内方向的1周期的长度的排列一致。

20.一种导光元件，其具有：

导光板；及

设置于所述导光板的权利要求1至10中任一项所述的胆甾醇型液晶层及权利要求17至19中任一项所述的层叠体中的至少1个。

21.一种导光元件，其具有：

导光板；及

设置于所述导光板的权利要求1至10中任一项所述的第1胆甾醇型液晶层、第2胆甾醇型液晶层及第3胆甾醇型液晶层，所述导光元件中，

将所述第1胆甾醇型液晶层的所述液晶取向图案中的面内方向的1周期设为Λ1，将所述第2胆甾醇型液晶层的所述液晶取向图案中的面内方向的1周期设为Λ2，将所述第3胆甾醇型液晶层的所述液晶取向图案中的面内方向的1周期设为Λ3时，满足Λ1＜Λ2＜Λ3。

22.一种导光元件，其具有第1导光板及第2导光板，并且由第1导光元件及第2导光元件构成，所述第1导光元件具有设置于所述第1导光板的权利要求1至10中任一项所述的第1胆甾醇型液晶层及第3胆甾醇型液晶层，所述第2导光元件具有设置于所述第2导光板的权利要求1至10中任一项所述的第2胆甾醇型液晶层，所述导光元件中，

23.根据权利要求21或22所述的导光元件，其中，

将所述第1胆甾醇型液晶层的截面中的明部与暗部的形成周期设为P1，将所述第2胆甾醇型液晶层的截面中的明部与暗部的形成周期设为P2，将所述第3胆甾醇型液晶层的截面中的明部与暗部的形成周期设为P3时，满足P1＜P2＜P3。

24.根据权利要求20至23中任一项所述的导光元件，其中，

设置于所述导光板的所述胆甾醇型液晶层分别配置成作为入射衍射元件及射出衍射元件发挥作用。

25.根据权利要求20至23中任一项所述的导光元件，其中，

设置于所述导光板的所述胆甾醇型液晶层分别配置成作为入射衍射元件、中间衍射元件及射出衍射元件发挥作用。

26.一种图像显示装置，其具有：

权利要求20至25中任一项所述的导光元件；及向所述导光元件的所述胆甾醇型液晶层照射图像的显示元件。

27.根据权利要求26所述的图像显示装置，其中，

所述显示元件照射圆偏振光。