CN115734973B - 液晶组合物、光学元件及导光元件 - Google Patents
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Abstract
本发明的课题在于提供一种关于具有含有来源于液晶化合物的光学轴的朝向沿面内的至少一个方向连续旋转的同时改变的液晶取向图案的光学各向异性层的光学元件，能够制作具有优异的衍射效率的光学元件的液晶组合物、以及使用该液晶组合物的光学元件及导光元件。液晶组合物含有由下述式(I)表示的化合物及由下述式(II)表示的化合物中的至少一种及与下述式(I)及下述式(II)中的任一个都不对应的具有聚合性基团的棒状液晶化合物。
Description
技术领域
本发明涉及一种液晶组合物、光学元件及导光元件。
背景技术
在很多光学器件及光学系统等中使用偏振光。与此对应，正在开发利用偏振光的反射、折射或衍射现象来进行聚光及发散等光的方向的控制的光学元件。
这些光学元件用于可获得高沉浸感的VR(Virtual reality(虚拟现实))眼镜、及将虚拟图像及各种信息等叠加并显示在实际观看的场景上的AR(Augmented Reality(增强现实))眼镜、MR(Mixed reality(混合现实))眼镜等头戴式显示器(HMD(Head MountedDisplay))、及平视显示器(HUD(Head Up Display))、投影仪、光束定向器、用于进行物体的检测及与物体的距离的测定等的传感器等各种光学器件中。
例如，专利文献1中记载有一种光学元件，其具备构成为根据布拉格条件而改变通过内部的光的传播方向的多个堆叠双折射子层，堆叠双折射子层具备局部光轴，其沿着在堆叠双折射子层中的相邻物之间的各界面而变化以限定相应光栅周期。
专利文献1中所记载的光学元件具有包含液晶化合物的光学各向异性的薄膜(即，薄膜的液晶层)。具体而言，专利文献1中所记载的光学元件是具有通过在面内使棒状液晶化合物的取向图案朝向一个方向改变来衍射光的液晶层的衍射元件。
使用这种液晶化合物的衍射元件期待用作例如AR(Augmented Reality(增强现实))眼镜等影像投影装置等光学部件。
作为一例，AR眼镜将由显示器显示的影像入射到导光板的其中一端而传播，并从另一端射出，从而在使用人员实际观察到的场景中叠加显示虚拟的影像。
在AR玻璃中，使用衍射元件使来自显示器的光(投影光)衍射(折射)并入射到导光板的其中一个端部。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个端部相同地被衍射元件衍射，并从导光板射出到由使用人员观察的位置上。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特表2017/522601号
发明内容
发明要解决的技术课题
本发明人等对专利文献1中所记载的光学元件进行了研究，结果明确了当使用通用的液晶组合物来制作光学元件时，衍射效率可能较差。
因此，本发明的课题在于提供一种液晶组合物、以及使用该液晶组合物的光学元件及导光元件，所述液晶组合物中，关于具有含有来源于液晶化合物的光学轴的朝向沿面内的至少一个方向连续旋转的同时改变的液晶取向图案的光学各向异性层的光学元件，能够制作具有优异的衍射效率的光学元件。
用于解决技术课题的手段
本发明人等为了实现上述课题而进行了深入研究，结果发现，当与具有聚合性基团的棒状液晶化合物一同使用掺合了具有特定结构的化合物的液晶组合物时，能够制作具有优异的衍射效率的光学元件，并完成了本发明。
即，发现了能够通过以下的结构来实现上述课题。
[1]一种液晶组合物，其含有由后述式(I)表示的化合物及由后述式(II)表示的化合物中的至少一种及与后述式(I)及式(II)中的任一个都不对应的具有聚合性基团的棒状液晶化合物。
[2]根据[1]所述的液晶组合物，其中，
后述式(I)中，P1及P2中的至少一个表示聚合性基团。
[3]根据[1]或[2]所述的液晶组合物，其中，
后述式(II)中，P3及P4中的至少一个表示聚合性基团。
[4]根据[1]至[3]中任一项所述的液晶组合物，其中，
由后述式(I)表示的化合物及由后述式(II)表示的化合物的合计含量相对于棒状液晶化合物的质量为50质量％以下。
[5]根据[1]至[4]中任一项所述的液晶组合物，其中，
伴随液晶组合物的折射率各向异性的折射率差Δn550为0.2以上。
[6]根据[1]至[5]中任一项所述的液晶组合物，其中，
液晶相与各向同性相的相转变温度为50℃以上。
[7]一种光学元件，其具有使用[1]至[6]中任一项所述的液晶组合物而形成的光学各向异性层，
光学各向异性层具有来源于液晶组合物中所包含的棒状液晶化合物的光学轴的朝向沿面内的至少一个方向连续旋转的同时发生变化的液晶取向图案。
[8]根据[7]所述的光学元件，其中，
所述光学各向异性层在厚度方向上所述光学轴的朝向一致。
[9]根据[7]所述的光学元件，其中，
光学各向异性层具有光学轴的朝向沿厚度方向扭转而旋转的区域。
[10]根据[7]至[9]中任一项所述的光学元件，其中，
当将光学轴的朝向在面内旋转180°的长度作为1个周期时，光学各向异性层具有液晶取向图案中的1个周期的长度不同的区域。
[11]根据[7]至[10]中任一项所述的光学元件，其中，
朝向液晶取向图案中的光学轴的朝向连续旋转的同时发生变化的一个方向，液晶取向图案的1个周期逐渐缩短。
[12]根据[7]至[11]中任一项所述的光学元件，其中，
光学各向异性层的液晶取向图案是在光学轴的朝向连续旋转的同时发生变化的一方向上具有从内侧朝向外侧的同心圆状的同心圆状图案。
[13]一种导光元件，其包含[7]至[12]中任一项所述的光学元件及导光板。
发明效果
根据本发明，能够提供一种液晶组合物、以及使用该液晶组合物的光学元件及导光元件，所述液晶组合物中，关于具有含有来源于液晶化合物的光学轴的朝向沿面内的至少一个方向连续旋转的同时改变的液晶取向图案的光学各向异性层的光学元件，能够制作具有优异的衍射效率的光学元件。
附图说明
图1是概念性地示出本发明的光学元件的一例的图。
图2是用于说明图1所示的光学元件的概念图。
图3是图1所示的光学元件的平面图。
图4是用于说明图1所示的光学元件的作用的概念图。
图5是概念性地示出本发明的光学元件的另一例的图。
图6是概念性地示出本发明的光学元件的另一例的图。
图7是图6所示的光学元件的平面图。
图8是用于说明图6所示的光学元件的作用的概念图。
图9是用于说明图6所示的光学元件的作用的概念图。
图10是概念性地示出对图2及图6所示的衍射元件的取向膜进行曝光的曝光装置的一例的图。
图11是概念性地示出本发明的光学元件的光学各向异性层的另一例的图。
图12是概念性地示出对形成图11所示的光学各向异性层的取向膜进行曝光的曝光装置的一例的图。
图13是用于说明使用具备图1所示的光学元件的本发明的导光元件的AR眼镜的概念图。
具体实施方式
以下，对本发明进行详细说明。
以下所记载的构成要件的说明是根据本发明的代表性实施方式而完成的，但是本发明并不限定于这种实施方式。
在本说明书中，使用“～”表示的数值范围是指将记载于“～”前后的数值作为下限值及上限值而包含的范围。
在本说明书中，各成分可以单独使用一种对应于各成分的物质，也可以同时使用两种以上。在此，关于各成分，当同时使用两种以上的物质时，只要没有特别指定，则关于该成分的含量是指同时使用的物质的合计含量。
在本说明书中，“(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。
[液晶组合物]
本发明的液晶组合物为含有由下述式(I)表示的化合物(以下，也简称为“化合物I”。)及由下述式(II)表示的化合物(以下，也简称为“化合物II”。)中的至少一种及与下述式(I)及(II)中的任一个都不对应的具有聚合性基团的棒状液晶化合物的液晶组合物。
另外，对下述式(I)及(II)中的各符号在后面进行叙述。
[化学式1]
在本发明中，如上所述，与具有聚合性基团的棒状液晶化合物一同使用掺合有化合物I及化合物II中的至少一种的液晶组合物时，能够制作具有优异的衍射效率的光学元件。
虽然该原因的详细情况尚未明确，但是本发明人等推测是由以下原因导致。
即，在本发明中，认为通过使用具有聚合性基团的棒状液晶化合物和掺合有化合物I及化合物II中的至少一种而成的液晶组合物形成光学各向异性层，与仅掺合具有聚合性基团的棒状液晶化合物的情况相比，由于容易跟随赋予取向膜的取向限制力，因此在形成来源于液晶化合物的光学轴的朝向沿面内的至少一个方向连续旋转的同时发生变化的液晶取向图案时的图案化取向性变得良好，结果，能够制作具有优异的衍射效率的光学元件。
以下，对本发明的液晶组合物的各成分进行详细说明。
〔化合物I〕
化合物I为由下述式(I)表示的化合物。
[化学式2]
上述式(I)中，P1及P2分别独立地表示氢原子或取代基。
并且，S1及S2分别独立地表示单键或2价的连接基。
并且，A1、A2、A3及A4分别独立地表示可以具有取代基的非芳香族环、芳香族环或芳香族性杂环。其中，当具有多个A1时，多个A1分别可以相同也可以不同，当具有多个A4时，多个A4分别可以相同也可以不同。
并且，Y1及Y2分别独立地表示-O-、-S-、-OCH2-、-CH2O-、-CH2CH2-、-CO-、-COO-、-OCO-、-CO-S-、-S-CO-、-O-CO-O-、-CO-NH-、-NH-CO-、-SCH2-、-CH2S-、-CF2O-、-OCF2-、-CF2S-、-SCF2-、-CH＝CH-COO-、-CH＝CH-OCO-、-COO-CH＝CH-、-OCO-CH＝CH-、-CH＝CH-、-N＝N-、-CH＝N-、-N＝CH-、-CH＝N-N＝CH-、-CF＝CF-、-C≡C-或单键。其中，当具有多个Y1时，多个Y1分别可以相同也可以不同，当具有多个Y2时，多个Y2分别可以相同也可以不同，
并且，m1及m2分别独立地表示0～5的整数。
并且，Z表示直链状或支链状的亚烷基。其中，以最短距离连接A2和A3的键上的原子的数为3个或5个以上，并且，构成亚烷基的1个-CH2-或不相邻的2个以上的-CH2-可以被-O-、-COO-、-OCO-、-OCOO-、-NRCO-、-CONR-、-NRCOO-、-OCONR-、-CO-、-S-、-SO2-、-NR-、-NRSO2-或-SO2NR-取代。R表示氢原子或碳原子数1～4的烷基，
上述式(I)中，作为P1及P2的一个方式所表示的取代基，例如可以举出烷基、烷氧基、烷基羰基、烷氧基羰基、烷基羰氧基、烷基氨基、二烷基氨基、烷基酰胺基、烯基、炔基、卤原子、氰基、硝基、烷基硫醇基、N-烷基氨基甲酸酯基及聚合性基团等，其中，优选为烷基、烷氧基或聚合性基团。
作为取代基的优选例的烷基，优选为碳原子数1～18的直链状、支链状或环状的烷基，更优选为碳原子数1～12的烷基(例如，甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、亚乙基、庚基、十二烷基及环己基等)。
作为取代基的优选例的烷氧基，优选为碳原子数1～18的烷氧基，更优选为碳原子数1～12的烷氧基(例如，甲氧基、乙氧基、正丁氧基及甲氧基乙氧基等)。
作为取代基的优选例的聚合性基团并无特别限制，但是优选能够进行自由基聚合或阳离子聚合的聚合性基团。
作为自由基聚合性基团，能够使用通常已知的自由基聚合性基团，作为优选例，能够举出丙烯酰氧基或甲基丙烯酰氧基。在该情况下，已知丙烯酰氧基的聚合速度一般较快，从提高生产率的观点考虑，优选为丙烯酰氧基，但是甲基丙烯酰氧基也能够相同地用作聚合性基团。
作为阳离子聚合性基团，能够使用公知的阳离子聚合性基团，具体而言，能够举出脂环式醚基、环状缩醛基、环状内酯基、环状硫醚基、螺环原酸酯基及乙烯氧基。其中，优选为脂环式醚基或乙烯氧基，尤其优选为环氧基、氧杂环丁基或乙烯氧基。
作为尤其优选的聚合性基团的例子，可以举出由下述式(P-1)～(P-20)中任一个表示的聚合性基团。其中，优选为由下述式(P-1)、(P-2)、(P-7)及(P-12)中的任一个表示的聚合性基团。
[化学式3]
在本发明中，由于所制作的光学元件的耐久性提高的原因，优选P1及P2中的至少一个表示聚合性基团，更优选P1及P2两者表示聚合性基团。
上述式(I)中，作为S1及S2的一个方式所表示的2价的连接基，例如可以举出-O-、-S-、-OCH2-、-CH2O-、-CH2CH2-、-CO-、-COO-、-OCO-、-CO-S-、-S-CO-、-O-CO-O-、-CO-NH-、-NH-CO-、2价的烃基(例如，可以具有取代基的亚烷基等饱和烃基、亚烯基、亚炔基及亚芳基)、以及将它们组合而成的基团等。
作为上述2价的连接基，优选为可以具有取代基的碳原子数1～20的2价的烃基。上述2烃基中的1个以上的亚甲基可以分别独立地被-O-或-C(＝O)-取代。1个亚甲基可以被-O-取代，与此相邻的亚甲基被-C(＝O)-取代，从而形成酯基。
上述2价的烃基的碳原子数优选为1～20，更优选为1～10，进一步优选为1～5。
上述2价的烃基可以为直链状也可以为支链状，也可以形成环状结构。
作为上述式(I)中，A1、A2、A3及A4的一个方式所表示的非芳香族环，例如可以举出环烷烃环。
作为环烷烃环，具体而言，例如可以举出环己烷环、环庚烷环、环辛烷环、环十二烷环、环二十二烷环等。
其中，优选为环己烷环，更优选为1,4-亚环己基，进一步优选为反式-1,4-亚环己基。
并且，作为上述式(I)中，A1、A2、A3及A4的一个方式所表示的芳香族环，例如可以举出苯环、萘环、蒽环等。
其中，优选为苯环(例如、1,4-苯基等)、萘环。
并且，作为上述式(I)中，A1、A2、A3及A4的一个方式所表示的芳香族性杂环，例如可以举出呋喃环、吡咯环、噻吩环、噁二唑环(1,3,4-噁二唑)、噻二唑环(1,3,4-噻二唑)、吡啶环、吡嗪环(1,4-二嗪)、嘧啶环(1,3-二嗪)、哒嗪环(1,2-二嗪)、噻唑环、苯并噻唑环、菲咯啉环等。
其中，优选为噻吩环、噁二唑环、噻二唑环、吡啶环、嘧啶环。
并且，上述式(I)中，作为A1、A2、A3及A4可以具有的取代基，可以举出与上述式(I)中的P1及P2的一个方式所表示的取代基相同的基团。
其中，优选为烷基、烷氧基、烷氧基羰基、烷基羰氧基或卤原子。
作为烷基，优选为碳原子数1～18的直链状、支链状或环状的烷基，更优选为碳原子数1～8的烷基(例如，甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基及环己基等)，进一步优选为碳原子数1～4的烷基，尤其优选为甲基或乙基。
作为烷氧基，优选为碳原子数1～18的烷氧基，更优选为碳原子数1～8的烷氧基(例如，甲氧基、乙氧基、正丁氧基及甲氧基乙氧基等)，进一步优选为碳原子数1～4的烷氧基，尤其优选为甲氧基或乙氧基。
作为烷氧基羰基，可以举出上述例示的氧基羰基(-O-CO-基)与烷基键合的基团，其中，优选为甲氧基羰基、乙氧基羰基、正丙氧基羰基或异丙氧基羰基，更优选为甲氧基羰基。
作为烷基羰氧基，可以举出上述例示的羰氧基(-CO-O-基)与烷基键合的基团，其中，优选为甲基羰氧基、乙基羰氧基、正丙基羰氧基或异丙基羰氧基，更优选为甲基羰氧基。
作为卤原子，例如，可列举氟原子、氯原子、溴原子及碘原子等，其中，优选为氟原子或氯原子。
上記式(I)中，Y1及Y2如上所述分别独立地表示-O-、-S-、-OCH2-、-CH2O-、-CH2CH2-、-CO-、-COO-、-OCO-、-CO-S-、-S-CO-、-O-CO-O-、-CO-NH-、-NH-CO-、-SCH2-、-CH2S-、-CF2O-、-OCF2-、-CF2S-、-SCF2-、-CH＝CH-COO-、-CH＝CH-OCO-、-COO-CH＝CH-、-OCO-CH＝CH-、-CH＝CH-、-N＝N-、-CH＝N-、-N＝CH-、-CH＝N-N＝CH-、-CF＝CF-、-C≡C-或单键。
其中，优选为-O-、-CO-、-COO-、-OCO-、-C≡C-及单键中的任一种。
上記式(I)中，m1及m2如上所述分别独立地为0～5的整数，优选为1～4的整数，更优选为1或2。
上述式(I)中，Z如上所述表示直链状或支链状的亚烷基，但在本发明中，以最短距离连接A2和A3而成的键上的原子的数为3个或5个以上。
并且，构成由Z表示的亚烷基的1个-CH2-或不相邻的2个以上的-CH2-可以被-O-、-COO-、-OCO-、-OCOO-、-NRCO-、-CONR-、-NRCOO-、-OCONR-、-CO-、-S-、-SO2-、-NR-、-NRSO2-或-SO2NR-取代。R表示氢原子或碳原子数1～4的烷基，另外，即使在被由-COO-等多原子构成的2价的连接基取代的情况下，经取代的对象为1个-CH2-。
在此，由下述式表示上述式(I)中的“A2-Z-A3”的部分结构的一例，以最短距离连接下述例中的A2和A3而成的键上的原子的数如下述式中也明示为6。
[化学式4]
作为Z所表示的亚烷基，例如可以举出碳原子数为3或5～12的直链状或支链状的亚烷基，具体而言，可优选举出亚丙基、亚戊基、亚己基、甲基亚己基、亚庚基、亚辛基、亚壬基、十二烷基等。
并且，作为取代构成Z所表示的亚烷基的-CH2-的对象，上述基团中，优选为-O-、-COO-、-OCO-、-S-、-NR-。
作为化合物I，具体而言，例如可以举出以下所示的化合物I-1～化合物I-41。
[化学式5]
[化学式6]
[化学式7]
[化学式8]
[化学式9]
[化学式10]
[化学式11]
[化学式12]
[化学式13]
[化学式14]
〔化合物II〕
化合物II为由下述式(II)表示的化合物。
[化学式15]
上述式(II)中，P3及P4分别独立地表示氢原子或取代基。
并且，S3及S4分别独立地表示单键或2价的连接基。
并且，A5及A6分别独立地表示可以具有取代基的非芳香族环、芳香族环或芳香族性杂环。其中，当具有多个A5时，多个A5分别可以相同也可以不同，当具有多个A6时，多个A6分别可以相同也可以不同，
并且，Y3及Y4分别独立地表示-O-、-S-、-OCH2-、-CH2O-、-CH2CH2-、-CO-、-COO-、-OCO-、-CO-S-、-S-CO-、-O-CO-O-、-CO-NH-、-NH-CO-、-SCH2-、-CH2S-、-CF2O-、-OCF2-、-CF2S-、-SCF2-、-CH＝CH-COO-、-CH＝CH-OCO-、-COO-CH＝CH-、-OCO-CH＝CH-、-COO-CH2CH2-、-OCO-CH2CH2-、-CH2CH2-COO-、-CH2CH2-OCO-、-COO-CH2-、-OCO-CH2-、-CH2-COO-、-CH2-OCO-、-CH＝CH-、-N＝N-、-CH＝N-、-N＝CH-、-CH＝N-N＝CH-、-CF＝CF-、-C≡C-或单键。其中，当具有多个Y3时，多个Y3分别可以相同也可以不同，当具有多个Y4时，多个Y4分别可以相同也可以不同，
并且，m3及m4分别独立地表示1～5的整数。
并且，B表示可以具有取代基的、由下述式(B-1)～(B-11)表示的任一个基团。
[化学式16]
其中，上述式(B-1)～(B-11)中的碳原子可以被氮原子、氧原子或硫原子取代。
上述式(B-4)～(B-8)、(B-10)及(B-11)中的X表示氮原子、氧原子或硫原子，上述式(B-5)中的2个X分别可以为相同的原子也可以为不同的原子，上述式(B-6)中的2个X分别可以为相同的原子也可以为不同的原子。
当B为由上述式(B-11)表示的基团时，与B键合的Y3及Y4均表示单键。
上述式(II)中，作为P3及P4的一个方式所表示的取代基，可以举出与上述式(I)中的P1及P2的一个方式所表示的取代基相同的基团，优选方式也相同。
在本发明中，由于所制作的光学元件的耐久性提高的原因，优选P3及P4中的至少一个表示聚合性基团，更优选P3及P4两者表示聚合性基团。
上述式(II)中，作为S3及S4的一个方式所表示的2价的连接基，可以举出与上述式(I)中的S1及S2的一个方式所表示的2价的连接基相同的基团，优选方式也相同。另外，作为S3及S4，也有选为单键。
上述式(II)中，作为A5及A6所表示的“可以具有取代基的非芳香族环、芳香族环或芳香族性杂环”，可以举出与上述式(I)中的A1、A2、A3及A4所表示的“可以具有取代基的非芳香族环、芳香族环或芳香族性杂环”相同的基团，优选方式也相同。
上述式(II)中，Y3及Y4如上所述分别独立地表示-O-、-S-、-OCH2-、-CH2O-、-CH2CH2-、-CO-、-COO-、-OCO-、-CO-S-、-S-CO-、-O-CO-O-、-CO-NH-、-NH-CO-、-SCH2-、-CH2S-、-CF2O-、-OCF2-、-CF2S-、-SCF2-、-CH＝CH-COO-、-CH＝CH-OCO-、-COO-CH＝CH-、-OCO-CH＝CH-、-COO-CH2CH2-、-OCO-CH2CH2-、-CH2CH2-COO-、-CH2CH2-OCO-、-COO-CH2-、-OCO-CH2-、-CH2-COO-、-CH2-OCO-、-CH＝CH-、-CH＝N-、-N＝CH-、-N＝N-、-CH＝N-N＝CH-、-CF＝CF-、-C≡C-或单键。
其中，优选为-COO-、-OCO-、-CO-NH-、-NH-CO-、-CH＝CH-、-N＝N-、-C≡C-及单键中的任一个。
上述式(II)中，m3及m4如上所述分别独立地为1～5的整数，优选为1～4的整数，更优选为1～3的整数。
上述式(II)中，B如上所述表示可以具有取代基的、由上述式(B-1)～(B-11)表示的任一个基团。
在此，作为由上述式(B-1)～(B-11)表示的任一个基团可以具有的取代基，可以举出与上述式(I)中的P1及P2的一个方式所表示的取代基相同的基团。其中，优选为烷基、烷氧基、烷氧基羰基、烷基羰氧基或卤原子。另外，这些具体例与上述式(I)中的A1、A2、A3及A4可以具有的取代基的具体例相同。
作为化合物II，具体而言，例如可以举出以下所示的化合物II-1～化合物II-35。
[化学式17]
[化学式18]
[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]
在本发明中，从调整液晶组合物的弯曲的弹性常数(K33)与喷射的弹性常数(K11)的比(K33/K11)的观点考虑，上述化合物I及上述化合物II的合计含量相对于后述棒状液晶化合物的质量优选为50质量％以下，更优选为5～35质量％。
〔棒状液晶化合物〕
本发明的液晶组合物所含有的棒状液晶化合物为具有聚合性基团的棒状液晶化合物。
在此，作为聚合性基团，例如可以举出作为上述式(I)中的P1及P2的一个方式所表示的取代基的优选例进行说明的由上述式(P-1)～(P-20)中的任一个表示的聚合性基团。其中，优选为由上述式(P-1)或(P-2)表示的聚合性基团。
作为棒状液晶化合物，例如可以举出甲亚胺类、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。并且，不仅可以举出如上所述的低分子液晶化合物，还可以举出高分子液晶化合物。
作为棒状液晶化合物，具体而言，例如可以举出Makromol.Chem.，190卷、2255页(1989年)、Advanced Materials 5卷、107页(1993年)、美国专利4683327号公报、美国专利5622648号公报、美国专利5770107号公报、WO95/22586号公报、美国专利95/24455号公报、美国专利97/00600号公报、美国专利98/23580号公报、美国专利98/52905号公报、日本特开平1-272551号公报、日本特开平6-16616号公报、日本特开平7-110469号公报、日本特开平11-80081号公报及日本特开2001-328973号公报中所记载的化合物。
在本发明中，棒状液晶化合物的含量相对于液晶组合物的固体成分质量(去除溶剂的质量)优选为50～90质量％，更优选为60～80质量％。
〔表面活性剂〕
本发明的液晶组合物可以包含表面活性剂。
表面活性剂优选为能够作为取向控制剂发挥作用的化合物，所述取向控制剂有助于使向列型液晶相稳定或快速地取向。作为表面活性剂，例如可以举出硅氧烷系表面活性剂及氟系表面活性剂，可以优选例示出氟系表面活性剂。
作为表面活性剂的具体例，可以举出日本特开2014-119605号公报的[0082]～[0090]段中所记载的化合物、日本特开2012-203237号公报的[0031]～[0034]段中所记载的化合物、日本特开2005-99248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]～[0078]段及[0082]～[0085]段中所例示的化合物以及日本特开2007-272185号公报的
[0018]～[0043]段等中所记载的氟(甲基)丙烯酸酯类聚合物。
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，优选为日本特开2014-119605号公报的[0082]～
[0090]段中所记载的化合物。
任意的表面活性剂的添加量相对于棒状液晶化合物的质量优选为0.01～10质量％，更优选为0.01～5质量％，进一步优选为0.02～3质量％，最优选为0.02～1质量％。
〔手性试剂(光学活性化合物)〕
本发明的液晶组合物可以包含手性试剂。
手性试剂具有诱导胆甾醇型液晶相的螺旋结构的作用。由于通过化合物诱导的螺旋的扭转方向或螺旋节距不同，因此手性试剂只要根据目的选择即可。
作为手性试剂，并无特别限制，能够使用公知的化合物(例如，记载于液晶器件手册、第3章4-3项、TN(twisted nematic，扭转向列)、STN(Super Twisted Nematic，超扭转向列)用手性试剂、199页、日本学术振兴会第142委员会编、1989中)、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。在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。在手性试剂和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而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。
在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而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，优选为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。
任意的手性试剂的含量相对于棒状液晶化合物的含有摩尔量优选为0摩尔％～200摩尔％，更优选为0摩尔％～30摩尔％，进一步优选为0.01～200摩尔％，更优选为0.1～200摩尔％，进一步优选为0.1～30摩尔％，最优选为1～30摩尔％。
〔聚合引发剂〕
本发明的液晶组合物优选包含聚合引发剂。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通过紫外线照射而能够引发聚合反应的光聚合引发剂。
在光聚合引发剂的例中，可以举出α-羰基化合物(记载于美国专利第2367661号、美国专利第2367670号的各说明书中)、偶姻醚(记载于美国专利第2448828号说明书中)、α-烃取代芳香族偶姻化合物(记载于美国专利第2722512号说明书中)、多核醌化合物(记载于美国专利第3046127号、美国专利第2951758号的各说明书中)、三芳基咪唑二聚物和对氨基苯基酮的组合(记载于美国专利第3549367号说明书中)、吖啶及吩嗪化合物(记载于日本特开昭60-105667号公报、美国专利第4239850号说明书中)以及噁二唑化合物(记载于美国专利第4212970号说明书中)等。
任意的光聚合引发剂的含量相对于棒状液晶化合物的质量优选为0.1～20质量％，更优选为0.5～12质量％。
〔交联剂〕
为了提高固化后的膜强度且提高耐久性，本发明的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。
交联剂并无特别限制，能够根据目的适当选择，例如可以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。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。
任意的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％。若交联剂的含量在上述范围内，则制作的光学元件的耐久性提高。
〔其他添加剂〕
在本发明的液晶组合物中，根据需要在不降低光学性能等的范围内能够进一步添加聚合抑制剂、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。
本发明的液晶组合物优选在形成光学各向异性层时用作液体。
液晶组合物可以包含溶剂。溶剂并无特别限制，能够根据目的适当选择，但是优选为有机溶剂。
作为有机溶剂，例如可以举出酮类、卤代烷类、酰胺类、亚砜类、杂环化合物、烃类、酯类及醚类。这些可以单独使用1种，也可以同时使用2种以上。在这些之中，在考虑对环境的负担的情况下，优选为酮类。
本发明的液晶组合物中，由于取向性优异，并且所制作的光学元件的衍射效率变得更好的原因，去除溶剂的液晶组合物的弯曲的弹性常数(K33)与喷射的弹性常数(K11)的比(K33/K11)在向列的温度区域中的任一个温度下优选为0.8以上且1.2以下，更优选为0.9以上且1.1以下。
在此，弯曲的弹性常数(K33)与喷射的弹性常数(K11)的比(K33/K11)是指根据文献“纤维和工业Vol.42、No.11(1986)、449”中所记载的方法进行测定而得的值。
本发明的液晶组合物中，由于所制作的光学元件的衍射效率变得更好的原因，伴随折射率各向异性的折射率差Δn550优选为0.2以上，更优选为0.25以上，进一步优选为0.25以上且0.50以下。
折射率差Δn550通过测定通过将液晶组合物涂布于单独准备的延迟测定用带取向膜的支撑体上，液晶化合物的指向失(光学轴)在支撑体的面呈水平地取向后照射紫外线而使其固定化而获得的液晶固定化层(固化层)的延迟值及膜厚来计算的值。另外，能够通过将延迟Re值除以膜厚来计算Δn550。
并且，延迟值使用Axometrix公司的Axoscan测定550nm的波长，膜厚使用扫描型电子显微镜(Scanning Electron Microscope、SEM)来测定。
本发明的液晶组合物中，由于制作光学元件的操作性的观点考虑，液晶相与各向同性相的相转变温度优选为50℃以上，更优选为70℃以上，进一步优选为70℃以上且400℃以下。
[光学元件]
本发明的光学元件具有使用上述本发明的液晶组合物而形成的光学各向异性层。
并且，本发明的光学元件所具有的光学各向异性层具有来源于液晶组合物中所包含的棒状液晶化合物的光学轴的朝向沿面内的至少一个方向连续旋转的同时改变的液晶取向图案。
以下，根据附图所示的优选实施例对本发明的光学元件进行详细说明。
图1中概念性地示出本发明的光学元件的一例。
如图1所示，光学元件10具有支撑体12、光取向膜14及使用上述本发明的液晶组合物而形成的光学各向异性层即胆甾醇型液晶层16。胆甾醇型液晶层16是固定胆甾醇型液晶相而成的层。
另外，图示例的光学元件10具有支撑体12、光取向膜14及胆甾醇型液晶层16，但是本发明并不限定于此。
即，本发明的光学元件可以在支撑体12的一面形成光取向膜14及胆甾醇型液晶层16后，仅具有剥离了支撑体12的、光取向膜14及胆甾醇型液晶层16(光学各向异性层)。
〔支撑体〕
在光学元件10中，支撑体12支撑光取向膜14及胆甾醇型液晶层16。
只要能够支撑光取向膜14及胆甾醇型液晶层16，则支撑体12能够利用各种片状物(膜、板状物)。
另外，支撑体12优选相对于相对应的光的透射率为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，根据光学元件10的用途及支撑体12的形成材料等，适当地设定能够保持光取向膜14、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，可以例示出由玻璃、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的例，可以例示出包括前述单层的支撑体中的任一个作为基板，并且在该基板的表面上设置其他层的支撑体等。
〔光取向膜〕
在光学元件10中，在支撑体12的表面配置光取向膜14。
光取向膜14是在形成光学元件10的胆甾醇型液晶层16时，用于将棒状液晶化合物20(以下简称为“液晶化合物20”。)取向为规定的液晶取向图案的取向膜。
如后述，在光学元件10中，本发明中的光学各向异性层即胆甾醇型液晶层16具有来源于液晶化合物20的光学轴20A(参考图3)的朝向沿面内的一个方向连续旋转的同时发生变化的液晶取向图案。因此，光取向膜14形成为胆甾醇型液晶层16能够形成该液晶取向图案。
在以下说明中，也将“光学轴20A的朝向旋转”简称为“光学轴20A旋转”。
构成光取向膜14的材料并无特别限制。例如，可以举出具有肉桂酸酯的化合物(低分子化合物、单体或聚合物)。其中，从进一步抑制着色的观点考虑，光取向膜14优选包含具有肉桂酸酯的聚合物。
作为形成具有肉桂酸酯的聚合物的主链，可以举出聚(甲基)丙烯酸酯、聚酰亚胺、聚氨酯、聚酰胺酸、聚马来酰亚胺、聚醚、聚乙烯醚、聚酯、聚乙烯酯、聚苯乙烯衍生物、聚硅氧烷、环烯烃系聚合物、环氧基聚合物及它们的共聚物。
并且，作为具有肉桂酸酯的单体，可以举出上述赋予构成聚合物的重复单元的单体。
具有肉桂酸酯的聚合物优选显示液晶性。通过显示液晶性，由于肉桂酸酯的取向度提高，因此胆甾醇型液晶层容易取向。
并且，光学元件的衍射效率进一步提高。
作为显示液晶性的聚合物，例如可以举出通常用作液晶性高分子的介晶成分的联苯基、三苯基、萘基、苯甲酸苯酯基、偶氮苯基或具有它们的衍生物的取代基(介晶基)作为侧链，并在主链上具有丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、马来酰亚胺、N-苯基马来酰亚胺或硅氧烷等结构的聚合物。
包含介晶成分的侧链和肉桂酸酯可以为分别独立的侧链，并且，可以包含于相同侧链内。
作为不含介晶成分而显示出液晶性的聚合物，例如可以举出在侧链末端具有羧基的聚合物。该聚合物是通过由侧链末端的羧基的氢键而形成二聚体而表达液晶相的材料。
在末端具有羧基的侧链和肉桂酸酯可以为分别独立的侧链，并且，可以包含于相同的侧链内，优选为独立的侧链。
具有肉桂酸酯的聚合物根据需要可以进一步具有包含聚合性基团或交联性基团的侧链。
作为聚合性基团，优选为自由基聚合性基团或阳离子聚合性基团，更优选为(甲基)丙烯酸酯基、环氧基或氧杂环丁基。
交联性基团是通过光或热与后述交联剂键合的部位，具体的官能团取决于交联剂的种类，例如作为交联剂使用环氧基化合物、羟甲基化合物、异氰酸酯化合物等时，可以举出羟基、羧基、酚性羟基、巯基、缩水甘油基及酰胺基。其中，从反应性的观点考虑，优选为脂肪族羟基，更优选为伯羟基。
作为具有肉桂酸酯的低分子化合物，例示国际公开第2016/002722号的[0042]～[0053]段、国际公开第2015/056741号的[0030]～[0051]段中所记载的化合物中具有肉桂酸酯的化合物。
作为具有能够与这些低分子化合物反应而形成共价键的官能团的聚合物，例示国际公开第2016/002722号的[0091]～[0134]段中所记载的聚合物、国际公开第2015/129890号的[0045]～[0092]段中所记载的聚合物、国际公开第2015/030000号的[0057]～[0087]段中所记载的聚合物、国际公开第2014/171376号的[0051]～[0086]段中所记载的聚合物、国际公开第2014/104320号的[0042]～[0058]段中所记载的聚合物。
光取向膜14优选使用包含上述材料(例如，具有肉桂酸酯的聚合物)的光取向膜形成用组合物而形成。
光取向膜形成用组合物可以包含交联剂、光聚合引发剂、表面活性剂、溶剂、流变调节剂、颜料、染料、保存稳定剂、消泡剂及抗氧化剂等其他成分。
交联剂可以与具有肉桂酸酯的化合物或具有能够与上述化合物反应而形成共价键的官能团的聚合物等反应而形成交联结构，并且，也可以不与它们反应而形成单独的交联结构。
作为交联剂，可以举出(甲基)丙烯酸酯化合物、环氧基化合物、羟甲基化合物及异氰酸酯化合物。
为了这些交联剂的反应触发或反应促进，根据需要，可以使用自由基引发剂、产酸剂或碱产生剂。
作为光聚合引发剂，均能够使用为了通过少量的光照射形成均匀的膜而通常已知的通用光聚合引发剂。作为具体例，可以举出偶氮腈系光聚合引发剂、α-氨基酮类光聚合引发剂、苯乙酮系光聚合引发剂、安息香系光聚合引发剂、二苯甲酮系光聚合引发剂、噻吨酮系光聚合引发剂、三嗪系光聚合引发剂、咔唑系光聚合引发剂及咪唑系光聚合引发剂。
光聚合引发剂可以单独使用任一个，可以并用2种以上。
作为表面活性剂，均能够使用为了形成均匀的膜而通常使用的表面活性剂。作为表面活性剂，可举出阴离子性表面活性剂、非离子性表面活性剂、阳离子性表面活性剂及两性表面活性剂。
作为溶剂，只要为能够溶解上述各成分，则并无特别限制，例如可以举出乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、甲基溶纤剂乙酸酯、乙基溶纤剂乙酸酯、二乙二醇单甲醚、二乙二醇单乙醚、丙二醇、丙二醇单甲醚、丙二醇单甲醚乙酸酯、丙二醇丙基醚乙酸酯、乙二醇二甲醚、丙二醇二甲醚、甲苯、二甲苯、甲基乙基酮、环戊酮、环己酮、2-丁酮、3-甲基-2-戊酮、2-戊酮、2-庚酮、γ-丁内酯、2-羟基丙酸乙酯、2-羟基-2-甲基丙酸乙酯、乙氧基乙酸乙酯、羟基乙酸乙酯、2-羟基-3-甲基丁酸甲酯、3-甲氧基丙酸甲酯、3-甲氧基丙酸乙酯、3-乙氧基丙酸乙酯、3-乙氧基丙酸甲酯、丙酮酸甲酯、丙酮酸乙酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乳酸乙酯、乳酸丁酯、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺及N-甲基吡咯烷酮。
作为用于光取向膜14的光取向材料，例如可以例示出日本特开2006-285197号公报、日本特开2007-76839号公报、日本特开2007-138138号公报、日本特开2007-94071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2014-12823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作为优选例而例示。
其中，优选利用偶氮化合物、光交联性聚酰亚胺、光交联性聚酰胺、光交联性酯、肉桂酸酯化合物及查耳酮化合物。
取向膜的厚度并无限制，只要根据取向膜的形成材料适当设定可以获得所需要的取向功能的厚度即可。
取向膜的厚度优选为0.01～5μm，更优选为0.05～2μm。
取向膜的形成方法并无限制，能够利用各种与取向膜的形成材料对应的公知的方法。作为一例，可以举出将取向膜涂布于支撑体12的表面上并使其干燥之后，通过激光束曝光取向膜而形成取向图案的方法。
作为光取向膜14的制造方法，例如可以举出如下方法：将光取向膜形成用组合物涂布于基材，蒸馏去除溶剂来制得膜(光取向前体膜)之后，向该膜照射具有各向异性的光，进而将其进行加热而产生液晶取向能力，由此制造光取向膜。
作为光取向膜形成用组合物的涂布方法，例如可以举出旋涂法、棒涂法、模涂法、丝网印刷法及喷雾剂涂布机法。
并且，照射的光只要能够通过红外线、可见光线、紫外线、X射线及带电粒子束等照射来产生化学反应的照射线，则并无特别限制，但是通常照射线具有200～500nm的波长的情况多。
在光照射之后，若实施加热，则进行加热聚合，能够获得相对于光、热等更高的耐久性的光取向膜，因此优选。
在图10中概念性地示出对光取向前体膜140进行曝光而形成取向图案的曝光装置的一例。
图10所示的曝光装置60具备：具备了激光器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(未图示)；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将直线偏振光P0(光线MA)转换成右旋圆偏振光PR，λ/4板72B将直线偏振光P0(光线MB)转换成左旋圆偏振光PL。
具有形成取向图案之前的光取向前体膜140的支撑体12配置于曝光部，使2个光线MA及光线MB在光取向前体膜140上交叉并使其干涉，将其干涉光照射到光取向前体膜140上来进行曝光。
通过此时的干涉，照射到光取向前体膜140的光的偏振状态以干涉条纹状周期性地发生变化。由此，光取向膜14中，能够获得取向状态周期性地发生变化的取向图案。
在曝光装置60中，通过改变2个光线MA及MB的交叉角α，能够调节取向图案的周期。即，在曝光装置60中，通过调节交叉角α，在来源于液晶化合物20的光学轴20A沿一个方向连续旋转的取向图案中，能够调节将光学轴20A所旋转的一个方向上的光学轴20A旋转180°的一个周期的长度。
通过在具有这种取向状态周期性地发生变化的取向图案的光取向膜14上形成胆甾醇型液晶层，如后述，能够形成具有来源于液晶化合物20的光学轴20A沿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，能够通过将λ/4板72A及72B的光学轴分别旋转90°来使光学轴20A的旋转方向反转。
〔胆甾醇型液晶层〕
在光学元件10中，在光取向膜14的表面上形成胆甾醇型液晶层16。
如上述，胆甾醇型液晶层16是固定胆甾醇型液晶相而成的层。
另外，图1中，胆甾醇型液晶层16仅概念性地示出光取向膜14的表面及胆甾醇型液晶层16的表面的液晶化合物20(液晶化合物分子)，以简化附图并清楚地示出光学元件10的结构。
然而，如图2中概念性所示，与将通常的胆甾醇型液晶相固定而成的胆甾醇型液晶层相同地，胆甾醇型液晶层16具有液晶化合物20以螺旋状回转并堆叠而成的螺旋结构，将液晶化合物20以螺旋状旋转(360°旋转)一次并堆叠而成的结构设为螺旋1节距，以螺旋状回转的液晶化合物20具有多个节距层叠而成的结构。即，图2所示的胆甾醇型液晶层16具有来源于液晶化合物20的光学轴的朝向在厚度方向上扭转而旋转的区域。
众所周知，将胆甾醇型液晶相固定而成的胆甾醇型液晶层具有波长选择反射性。
如在后面进行详细叙述，胆甾醇型液晶层的选择性的反射波长区域取决于上述螺旋1节距厚度方向的长度(图2所示的节距P)。
如上述，胆甾醇型液晶层16为固定胆甾醇型液晶相而成的胆甾醇型液晶层。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20(液晶材料)构成的层。
(胆甾醇型液晶相)
已知胆甾醇型液晶相在特定的波长下显现选择反射性。
通常的胆甾醇型液晶相中，选择反射的中心波长(选择反射中心波长)λ取决于胆甾醇型液晶相中的螺旋的节距P，遵从胆甾醇型液晶相的平均折射率n与λ＝n×P的关系。因此，通过调节该螺旋节距，能够调节选择反射中心波长。
节距P越长，胆甾醇型液晶相的选择反射中心波长越变成长波长。
另外，如上述，螺旋的节距P为胆甾醇型液晶相的螺旋结构1节距量(螺旋的周期)，换言之为螺旋的绕数1次的量，即，构成胆甾醇型液晶相的液晶化合物的指向矢(棒状液晶则为长轴方向)旋转360°的螺旋轴方向的长度。
在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，在FUJIFILM Corporation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Sigma出版2007年出版、46页及“液晶手册”液晶手册编辑委员会丸善196页中记载的方法。
胆甾醇型液晶相相对于在特定的波长中左右任一个圆偏振光显现选择反射性。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转方向(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转方向为右时，反射右旋圆偏振光，螺旋的扭转方向为左时，反射左旋圆偏振光。
另外，胆甾醇型液晶相的回转方向能够通过形成胆甾醇型液晶层的液晶化合物的种类及/或所添加的手性试剂的种类来进行调整。
并且，显示选择反射的选择反射波长区域(圆偏振光反射波长区域)的半值宽度Δλ(nm)依赖于胆甾醇型液晶相的Δn与螺旋的节距P，遵从Δλ＝Δn×P的关系。因此，选择反射波长区域(选择性反射波长域)的宽度的控制能够通过调整Δn来进行。Δn能够通过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整。
反射波长区域的半值宽度根据衍射元件的用途进行调节，例如为10～500nm即可，优选为20～300nm，更优选为30～100nm。
(胆甾醇型液晶层的形成方法)
胆甾醇型液晶层16能够使用上述的本发明的液晶组合物将胆甾醇型液晶相固定成层状而形成。
将胆甾醇型液晶相固定而成的结构只要为成为胆甾醇型液晶相的液晶化合物的取向被保持的结构即可，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、固化而形成不具有流动性的层，同时改变成不会因外场或外力而使取向形态发生变化的状态。
另外，在将胆甾醇型液晶相固定而成的结构中，只要保持胆甾醇型液晶相的光学性质即可，在胆甾醇型液晶层中，液晶化合物20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。
形成胆甾醇型液晶层时，优选将上述的本发明的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，固化液晶化合物而成为胆甾醇型液晶层。
即，在光取向膜14上形成胆甾醇型液晶层的情况下，优选将液晶组合物涂布于光取向膜14上，将液晶化合物取向为胆甾醇型液晶相的状态之后，将液晶化合物固化而形成将胆甾醇型液晶相固定而成的胆甾醇型液晶层。
关于液晶组合物的涂布，能够利用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均匀地涂布于片状物上的所有公知的方法。
所涂布的液晶组合物根据需要进行干燥和/或加热，之后使其固化而形成胆甾醇型液晶层。在该干燥和/或加热的工序中，只要液晶组合物中的液晶化合物取向为胆甾醇型液晶相即可。在进行加热的情况下，加热温度优选为200℃以下，更优选为130℃以下。
所取向的液晶化合物根据需要进一步进行聚合。聚合可以为热聚合及基于光照射的光聚合中的任一种，但是优选为光聚合。光照射优选使用紫外线。照射能量优选为20mJ/cm2～50J/cm2，更优选为50～1500mJ/cm2。为了促进光聚合反应，也可以在加热条件下或在氮气环境下实施光照射。所照射的紫外线的波长优选为250～430nm。
胆甾醇型液晶层的厚度并无限制，只要根据光学元件10的用途、胆甾醇型液晶层中所要求的光的反射率及胆甾醇型液晶层的形成材料等适当设定可以获得所需要的光的反射率的厚度即可。
(胆甾醇型液晶层的液晶取向图案)
本发明的光学元件10中，作为光学各向异性层的胆甾醇型液晶层16具有来源于形成胆甾醇型液晶相的液晶化合物20的光学轴20A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发生变化的液晶取向图案。
另外，来源于液晶化合物20的光学轴20A为在液晶化合物20中折射率最高的轴。例如，在液晶化合物20为棒状液晶化合物的情况下，光学轴20A沿棒形状的长轴方向。在以下说明中，也将来源于液晶化合物20的光学轴20A称为“液晶化合物20的光学轴20A”或“光学轴20A”。
图3中概念性地示出胆甾醇型液晶层16的平面图。
另外，平面图为对胆甾醇型液晶层16从上方观察图1中的光学元件10的图，即，从厚度方向(＝各层(膜)的积层方向)观察光学元件10的图。
并且，在图3中，与图1相同地，液晶化合物20仅示出光取向膜14的表面的液晶化合物20，以清楚地示出本发明的光学元件10的结构。
如图3所示，构成胆甾醇型液晶层16的液晶化合物20具有在光取向膜14的表面根据形成于下层的光取向膜14的取向图案在胆甾醇型液晶层16的面内光学轴20A的朝向沿着以箭头X表示的规定的一个方向连续旋转的同时发生变化的液晶取向图案。图示例中，具有液晶化合物20的光学轴20A沿着箭头X方向以顺时针连续旋转的同时发生变化的液晶取向图案。
构成胆甾醇型液晶层16的液晶化合物20成为在箭头X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。
在以下说明中，方便起见，将与箭头X方向正交的方向设为Y方向。即，箭头Y方向为液晶化合物20的光学轴20A的朝向在胆甾醇型液晶层的面内与连续旋转的同时发生变化的一方向正交的方向。因此，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。
液晶化合物20的光学轴20A的朝向沿箭头X方向(规定的一方向)连续旋转的同时发生变化具体而言是指，沿箭头X方向排列的液晶化合物20的光学轴20A与箭头X方向所成的角度根据箭头X方向的位置而不同，沿箭头X方向，光学轴20A与箭头X方向所成的角度从θ依次变化至θ+180°或θ-180°。
另外，在箭头X方向彼此相邻的液晶化合物20的光学轴20A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20在与箭头X方向正交的Y方向即与光学轴20A连续旋转的一个方向正交的Y方向上与光学轴20A的朝向相等。
换言之，形成胆甾醇型液晶层16的液晶化合物20在Y方向上，液晶化合物20的光学轴20A与箭头X方向所形成的角度相等。
在胆甾醇型液晶层16中，在这种液晶化合物20的液晶取向图案中，在面内光学轴20A连续旋转而发生变化的箭头X方向上，将液晶化合物20的光学轴20A旋转180°的长度(距离)设为液晶取向图案中的一个周期的长度Λ。
即，将相对于箭头X方向的角度相等的2个液晶化合物20的箭头X方向的中心之间的距离设为一个周期的长度Λ。具体而言，如图3(图4)所示，将箭头X方向与光学轴20A的方向一致的2个液晶化合物20的箭头X方向的中心之间的距离设为一个周期的长度Λ。在以下说明中，也将该一个周期的长度Λ称为“一个周期Λ”。
胆甾醇型液晶层16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20A的朝向连续旋转而发生变化的一个方向上重复该一个周期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使入射的光相对于镜面反射向箭头X方向倾斜而反射。胆甾醇型液晶层16为在面内具有光学轴20A沿箭头X方向(规定的一个方向)连续旋转的同时发生变化的液晶取向图案的层。以下，参考图4进行说明。
作为一例，胆甾醇型液晶层16设为选择性地反射红色光的左旋圆偏振光RL的胆甾醇型液晶层。因此，若光入射到胆甾醇型液晶层16上，则胆甾醇型液晶层16仅反射红色光的左旋圆偏振光RL而使除此以外的光透射。
入射到胆甾醇型液晶层16的红色光的左旋圆偏振光RL通过胆甾醇型液晶层被反射时，绝对位相根据各液晶化合物20的光学轴20A的朝向发生变化。
其中，在胆甾醇型液晶层16中，液晶化合物20的光学轴20A沿箭头X方向(一个方向)旋转的同时发生变化。因此，根据光学轴20A的朝向，入射的红色光的左旋圆偏振光RL的绝对位相的变化量不同。
另外，形成于胆甾醇型液晶层16上的液晶取向图案为沿箭头X方向周期性的图案。因此，如图4概念性地所示，入射到胆甾醇型液晶层16的红色光的左旋圆偏振光RL在与各自的光学轴20A的朝向对应的箭头X方向具有周期性的绝对相位Q。
并且，液晶化合物20的光学轴20A相对于箭头X方向的朝向在与箭头X方向正交的Y方向的液晶化合物20的排列中均匀。
由此，在胆甾醇型液晶层16中，相对于红色光的左旋圆偏振光RL形成相对于XY面沿箭头X方向倾斜的等相位面E。
因此，红色光的左旋圆偏振光RL沿等相位面E的法线方向反射，反射的红色光的左旋圆偏振光RL沿相对于XY面(胆甾醇型液晶层的主表面)沿箭头X方向倾斜的方向反射。
因此，通过适当设定作为光学轴20A旋转的一个方向的箭头X方向，能够调节红色光的左旋圆偏振光RL的反射方向。
例如，将箭头X方向设为相反方向，朝向图中左侧将光学轴20A的旋转方向设为顺时针方向，则红色光的左旋圆偏振光RL的反射方向也成为与图4相反方向。
并且，通过将朝向箭头X方向的液晶化合物20的光学轴20A的旋转方向设为相反，能够将红色光的左旋圆偏振光RL的反射方向设为相反。
即，图1～图4中，朝向箭头X方向的光学轴20A的旋转方向为顺时针方向且红色光的左旋圆偏振光RL向箭头X方向倾斜而反射，但是通过将其设为逆时针方向，红色光的左旋圆偏振光RL向与箭头X方向相反的方向倾斜而反射。
而且，在具有相同的液晶取向图案的液晶层中，根据胆甾醇型液晶化合物20的螺旋的回转方向即反射的圆偏振光的回转方向而反射方向反转。
图4所示的胆甾醇型液晶层16为螺旋的回转方向为右扭转且选择性反射右旋圆偏振光的层，并且通过具有光学轴20A沿箭头X方向向顺时针方向旋转的液晶取向图案，使右旋圆偏振光向箭头X方向倾斜而反射。
因此，在螺旋的回转方向为左扭转且选择性地反射左旋圆偏振光，具有光学轴20A沿箭头X方向向顺时针方向旋转的液晶取向图案的胆甾醇型液晶层使左旋圆偏振光向与箭头X方向相反的方向倾斜而反射。
如上所述，光学元件10的胆甾醇型液晶层16具有在面内液晶化合物20的光学轴20A沿一个方向连续旋转的液晶取向图案。并且，在该液晶取向图案中，将光学轴20A旋转180°的长度设为1个周期Λ(参考图1、图3及图4)。
在具有该液晶取向图案的胆甾醇型液晶层16中，一个周期Λ越短，上述反射光相对于入射光的角度越大。即，一个周期Λ越短，越能够使反射光相对于入射光大幅度倾斜而反射。
对于1个周期Λ没有限制，根据光学元件的用途适当地设定即可。
胆甾醇型液晶层16的1个周期Λ优选为50.00μm以下，优选为25.00μm以下，优选为5.00μm以下，更优选为2.00μm以下，更优选为1.60μm以下，进一步优选为0.80μm以下，进一步优选为入射的光的波长λ以下。下限并无特别限制，但是通常为0.20μm以上。
通过将1个周期Λ设为上述范围，能够足够增加基于胆甾醇型液晶层16的反射光的衍射角度。
因此，例如，当使用本发明的光学元件作为用于将光入射到上述AR眼镜的导光板的衍射元件时，光能够以足以通过全反射的传播的角度入射到导光板。
另外，关于该液晶取向图案的1个周期Λ，在后述本发明的另一方式的光学元件30中的图案液晶层32中也相同。
本发明的光学元件可以层叠多个来使用。
图5中示出其一例。
图5中概念性所示的层叠光学元件24具有R光学元件10R、G光学元件10G及B光学元件10B这3个本发明的衍射元件。
R光学元件10R与红色光对应，并具有支撑体12、光取向膜14R及反射红色的左旋圆偏振光RL的胆甾醇型液晶层16R。
G光学元件10G与绿色光对应，并具有支撑体12、光取向膜14G及反射绿色的左旋圆偏振光GL的胆甾醇型液晶层16G。
B光学元件10B与蓝色光对应，并具有支撑体12、光取向膜14B及反射蓝色的左旋圆偏振光BL的胆甾醇型液晶层16B。
在R光学元件10R、G光学元件10G及B光学元件10B中，支撑体、取向膜、胆甾醇型液晶层均与上述光学元件10中的支撑体12、光取向膜14、胆甾醇型液晶层16相同。其中，各胆甾醇型液晶层(衍射元件)具有与选择性反射的光的波长区域相对应的螺旋的节距P。
在此，R光学元件10R、G光学元件10G及B光学元件10B中，胆甾醇型液晶层的选择反射中心波长的长度的排列与胆甾醇型液晶层的液晶取向图案中的1个周期Λ的长度的排列相等。
即，在层叠光学元件24中，与红色光的反射对应的R光学元件10R的选择反射中心波长最长，与绿色光的反射对应的G光学元件10G的选择反射中心波长第二长，与蓝色光的反射对应的B光学元件10B的选择反射中心波长最短。
由此，R光学元件10R、G光学元件10G及B光学元件10B中，R光学元件10R的胆甾醇型液晶层的1个周期ΛR最长，G光学元件10G的胆甾醇型液晶层的1个周期ΛG第二长，B光学元件10B的胆甾醇型液晶层的1个周期ΛB最短。
基于液晶化合物20的光学轴20A沿一个方向(箭头X方向)连续旋转的胆甾醇型液晶层的光的反射角度根据反射的光的波长而角度不同。具体而言，越为长波长的光，反射光与入射光的角度变大。因此，由R光学元件10R反射的红色光相对于入射光的反射光的角度最大，由G光学元件10G反射的绿色光相对于入射光的反射光的角度第二大，由B光学元件10B反射的蓝色光相对于入射光的反射光的角度最小。
另一方面，如上所述，具有液晶化合物20的光学轴20A沿一个方向旋转的液晶取向图案的胆甾醇型液晶层在液晶取向图案中，光学轴20A旋转180°的1个周期Λ越短，相对于入射光的反射光的角度越大。
因此，在R光学元件10R、G光学元件10G及B光学元件10B中，通过使衍射元件(胆甾醇型液晶层)中的选择反射中心波长的长度的排列与液晶取向图案中的1个周期Λ的长度(ΛR、ΛG及ΛB)的排列相同，如图5中例示红色的左旋圆偏振光RL、绿色的左旋圆偏振光GL及蓝色的左旋圆偏振光BL，大幅减小由层叠光学元件24反射的光的反射角度的波长依赖性，从而能够在大致相同的方向上反射不同波长的光。
另外，当层叠这样选择性反射的波长区域不同的本发明的光学元件时，层叠顺序没有限制。
当层叠多个本发明的光学元件时，图5所示的具有R光学元件10R、G光学元件10G及B光学元件10B的结构没有限制。
例如，可以具有从R光学元件10R、G光学元件10G及B光学元件10B适当地选择的2层。此外，代替R光学元件10R、G光学元件10G及B光学元件10B中的1个以上，或者除了R光学元件10R、G光学元件10G及B光学元件10B以外，还可以具有选择性反射紫外线的光学元件和/或选择性反射红外线的光学元件。
当层叠多个本发明的光学元件时，如图5所示，对层叠选择反射中心波长不同的光学元件的结构也没有限制。
例如，可以具有2层的选择反射中心波长相等且反射的圆偏振光的旋转方向、即，胆甾醇型液晶相中的螺旋的旋转方向(旋向)不同的胆甾醇型液晶层。
通过设为这种结构，能够反射入射光中所包含的右旋圆偏振光及左旋圆偏振光两者，并且能够增加对入射光的反射光量。
以上例的光学元件10作为光学各向异性层使用胆甾醇型液晶层，但是本发明并不限定于此。即，在本发明的光学元件中，光学各向异性层使用包含液晶化合物的组合物而形成，并且，只要具有来源于液晶化合物20的光学轴20A沿面内的至少一个方向连续旋转的液晶取向图案，则能够利用各种光学各向异性层。
作为一例，本发明的光学元件也能够利用具有沿面内的至少一个方向连续旋转的液晶取向图案，并且在厚度方向上液晶化合物没有以螺旋状扭转并旋转的光学各向异性层。
图6中概念性地示出其一例。
图6所示的光学元件30具有支撑体12、光取向膜14及图案液晶层32。
在光学元件30中，图案液晶层32为本发明中的光学各向异性层，并具有与上述胆甾醇型液晶层16相同的液晶取向图案。因此，如图7中概念性地表示，图案液晶层32也与胆甾醇型液晶层16相同地具有液晶化合物20的光学轴20A沿箭头X方向按顺时针连续旋转的液晶取向图案。另外，与上述图3相同地，图7也仅示出光取向膜14的表面的液晶化合物。
在图案液晶层32中，形成衍射元件(液晶层)的液晶化合物20在厚度方向上不以螺旋状扭转并旋转，在厚度方向上光学轴20A朝向相同方向，即，在厚度方向上来源于液晶化合物20的光学轴20A的朝向一致或在图案液晶层32中形成衍射元件(液晶层)的液晶化合物20在厚度方向上以比入射光的波长足够长的周期缓慢地扭转。这种液晶层在上述胆甾醇型液晶层的形成中，能够通过在液晶组合物中不添加手性试剂或调整手性试剂的添加量来形成。
另外，在光学元件30中，支撑体12及光取向膜14与上述图1所示的光学元件10相同。
如上所述，图案液晶层32具有来源于液晶化合物20的光学轴20A的朝向在面内沿箭头X方向即由箭头X显示的一个方向连续旋转的同时发生变化的液晶取向图案。
另一方面，在形成图案液晶层32的液晶化合物20中，光学轴20A的朝向相等的液晶化合物20在与箭头X方向正交的Y方向即与光学轴20A连续旋转的一个方向正交的Y方向上以等间隔排列。换言之，在形成图案液晶层32的液晶化合物20中，在Y方向上排列的液晶化合物20彼此之间，光学轴20A的朝向与箭头X方向所形成的角度相等。
在图案液晶层32中，在Y方向上排列的液晶化合物中，光学轴20A与箭头X方向(液晶化合物20的光学轴的朝向所旋转的一个方向)所形成的角度相等。将该光学轴20A与箭头X方向所形成的角度相等的液晶化合物20配置于Y方向上的区域设为区域R。
在这种情况下，优选各自的区域R中的面内延迟(Re)的值为半波长即λ/2。关于这些面内延迟，通过区域R的折射率各向异性所伴随的折射率差Δn与光学各向异性层的厚度之积来计算。其中，光学各向异性层中的区域R的折射率各向异性所伴随的折射率差为通过区域R的面内的慢轴的方向的折射率与和慢轴的方向正交的方向的折射率之差来定义的折射率差。即，区域R的折射率各向异性所伴随的折射率差Δn等于光学轴20A的方向的液晶化合物20的折射率与在区域R的面内和光学轴20A垂直的方向的液晶化合物20的折射率之差。即，折射率差Δn等于液晶化合物20的折射率差。
若圆偏振光入射到这种图案液晶层32上，则光被衍射，并且圆偏振光的方向被转换。
在图8及图9中概念性地示出该作用。另外，图案液晶层32中，液晶化合物的折射率差与光学各向异性层的厚度之积的值为λ/2。
如图8所示，在图案液晶层32的液晶化合物的折射率差与光学各向异性层的厚度之积的值为λ/2的情况下，若作为左旋圆偏振光的入射光L1入射到图案液晶层32上，则入射光L1通过图案液晶层32，被赋予180°的相位差，从而透射光L2转换成右旋圆偏振光。
并且，入射光L1在通过图案液晶层32时，其绝对相位根据各液晶化合物20的光学轴20A的朝向而改变。此时，由于光学轴20A的朝向沿箭头X方向旋转的同时发生变化，因此根据光学轴20A的朝向，入射光L1的绝对相位的变化量不同。此外，由于形成于图案液晶层32的液晶取向图案是在箭头X方向上的周期性图案，如图8所示，对通过了图案液晶层32的入射光L1赋予分别与光学轴20A的朝向对应的箭头X方向上的周期性绝对相位Q1。由此，形成向与箭头X方向相反的方向倾斜的等相位面E1。
因此，透射光L2以朝向与等相位面E1垂直的方向倾斜的方式被衍射，并沿与入射光L1的行进方向不同的方向行进。这样，左旋圆偏振光的入射光L1转换成相对于入射方向向箭头X方向仅倾斜规定角度的右旋圆偏振光的透射光L2。
另一方面，如图9所示，在图案液晶层32的液晶化合物的折射率差与光学各向异性层的厚度之积的值为λ/2时，若右旋圆偏振光的入射光L4入射到图案液晶层32上，则入射光L4通过图案液晶层32，被赋予180°的相位差，从而转换成左旋圆偏振光的透射光L5。
并且，入射光L4在通过图案液晶层32时，其绝对相位根据各液晶化合物20的光学轴20A的朝向而改变。此时，由于光学轴20A的朝向沿箭头X方向旋转的同时发生变化，因此根据光学轴20A的朝向，入射光L4的绝对相位的变化量不同。此外，由于形成于图案液晶层32的液晶取向图案是在箭头X方向上的周期性图案，如图9所示，对通过图案液晶层32的入射光L4赋予分别与光学轴20A的朝向对应的箭头X方向上的周期性绝对相位Q2。
在此，由于入射光L4为右旋圆偏振光，因此与光学轴20A的朝向对应的箭头X方向的周期性绝对相位Q2与作为左旋圆偏振光的入射光L1相反。结果，在入射光L4中形成与入射光L1相反地向箭头X方向倾斜的等相位面E2。
因此，入射光L4以朝向与等相位面E2垂直的方向倾斜的方式被衍射，并沿与入射光L4的行进方向不同的方向行进。这样，入射光L4转换成相对于入射方向向与箭头X方向相反的方向仅倾斜规定角度的左旋圆偏振光的透射光L5。
与胆甾醇型液晶层16等相同地，图案液晶层32也通过改变所形成的液晶取向图案的一个周期Λ，能够调节透射光L2及L5的衍射的角度。具体而言，图案液晶层32也是液晶取向图案的一个周期Λ越短，通过了彼此相邻的液晶化合物20的光彼此的干涉越强，因此能够使透射光L2及L5衍射得更大。1个周期Λ根据衍射角度来设定，因此并无特别限制，通常为0.2μm以上。另外，如上所述，1个周期Λ优选为1.6μm以下，更优选为0.8μm以下，进一步优选为入射光的波长λ以下。
并且，与胆甾醇型液晶层16等相同地，在图案液晶层32中，入射光L1及L4的波长越长，透射光L2及L5的衍射越大。
此外，通过将沿箭头X方向旋转的液晶化合物20的光学轴20A的旋转方向设为相反的方向，能够将透射光的衍射的方向设为相反的方向。即，在图6～图9所示的例中，朝向箭头X方向的光学轴20A的旋转方向为顺时针方向，但是通过将该旋转方向设为逆时针方向，能够将透射光的衍射的方向设为相反的方向。
以上例在光学元件的光学各向异性层中，来源于液晶化合物20的光学轴20A的朝向仅朝向箭头X方向连续发生变化。
然而，本发明的光学元件的光学各向异性层并不限于此，其使用包含液晶化合物的组合物而形成，并且，只要液晶化合物20的光学轴20A沿一个方向连续旋转，则能够利用各种结构。
作为一例，例示液光学各向异性层34，其中，如图11的平面图中概念性地示出的、液晶取向图案是具有在液晶化合物20的光学轴的朝向连续旋转的同时发生变化的一个方向上从内侧向外侧的同心圆状的同心圆状图案。
或者，也能够利用不呈同心圆状，而是液晶化合物20的光学轴的朝向连续旋转的同时发生变化的一个方向从光学各向异性层34的中心以放射状设置的液晶取向图案。
另外，在图11中，与图3及图7相同地仅示出取向膜的表面的液晶化合物20，然而，如上所述，在光学各向异性层34中，如图2及图6所示，具有液晶化合物20从该取向膜的表面的液晶化合物20以螺旋状层叠而成的螺旋结构。
在图11所示的光学各向异性层34中，液晶化合物20的光学轴(省略图示)为液晶化合物20的长边方向。
在光学各向异性层34中，液晶化合物20的光学轴的朝向沿从光学各向异性层34的中心朝向外侧的多个方向、例如，由箭头X1表示的方向、由箭头X2表示的方向、由箭头X3表示的方向……连续旋转的同时发生变化。
并且，作为优选方式，可以举出如图11所示，从光学各向异性层34的中心以放射状向相同方向旋转的同时发生变化的方式。图11所示的方式为逆时针方向的取向。在图11中的箭头X1、X2及X3的各箭头中，光轴的旋转方向随着从中心朝向外侧呈逆时针方向。
入射到具有该液晶取向图案的光学各向异性层34的圆偏振光在液晶化合物20的光学轴的朝向不同的各局部区域中，绝对相位分别发生变化。此时，各绝对相位的变化量根据圆偏振光入射的液晶化合物20的光学轴的朝向而不同。
具有这种同心圆状的液晶取向图案，即，光学轴连续旋转并呈放射状发生变化的液晶取向图案的光学各向异性层34能够根据液晶化合物20的光学轴的旋转方向及反射的圆偏振光的方向将入射光作为发散光或会聚光而反射或透射。
即，光学各向异性层34为胆甾醇型液晶层时，通过将液晶取向图案设为同心圆状，本发明的光学元件例如表现作为凹面镜或凸面镜的功能。并且，光学各向异性层34为图案液晶层时，通过将液晶取向图案设为同心圆状，本发明的光学元件表现作为凹透镜或凸透镜的功能。
在此，将光学各向异性层的液晶取向图案设为同心圆状，并使光学元件作为凹面镜或凸透镜而发挥作用时，优选使在液晶取向图案中光学轴旋转180°的1个周期Λ从光学各向异性层34的中心朝向光学轴连续旋转的1个方向的外方向逐渐变小。
如上所述，液晶取向图案中的1个周期Λ越短，相对于入射方向的光的反射角度越变大。因此，通过使液晶取向图案中的1个周期Λ从光学各向异性层34的中心朝向光学轴连续旋转的1个方向的外方向逐渐缩短，能够进一步使光汇聚，并且能够提高作为凹面镜及凸透镜的性能。
在本发明中，当使光学元件作为凸面镜或凹透镜发挥功能时，优选使液晶取向图案中的光学轴的连续的旋转从光学各向异性层34的中心向相反方向旋转。在光学各向异性层为胆甾醇型液晶层的情况下，可以使反射的圆偏振光的旋转方向即螺旋的旋向相反。
并且，通过逐渐缩短从光学各向异性层34的中心朝向光学轴连续旋转的1个方向的外方向光学轴旋转180°的1个周期Λ，光学各向异性层34能够使光更加发散，并且能够提高作为凸面镜及凹透镜的性能。
在本发明中，在使光学元件作为凸面镜及凹透镜或凹面镜及凸透镜发挥作用的情况下，优选满足下述式(1)。
Φ(r)＝(π/λ)[(r2+f2)1/2-f]……式(1)
在此，r是距同心圆的中心的距离，由式“r＝(x2+y2)1/2”表示。x及y表示面内的位置，(x、y)＝(0、0)表示同心圆的中心。Φ(r)表示距中心的距离r处的光学轴的角度，λ表示胆甾醇型液晶层的选择反射中心波长，f表示目标焦点距离。
另外，在本发明中，根据光学元件的用途，相反地，可以使同心圆状的液晶取向图案中的1个周期Λ从光学各向异性层34的中心朝向光学轴连续旋转的1个方向的外方向逐渐变长。
此外，例如，当要对反射光设置光量分布时等，根据光学元件的用途，也能够利用不是朝向光学轴连续旋转的1个方向逐渐改变1个周期Λ而是在光学轴连续旋转的1个方向上局部具有1个周期Λ不同的区域的结构。
此外，本发明的光学元件可以具有1个周期Λ完全均匀的胆甾醇型液晶层和具有1个周期Λ不同的区域的胆甾醇型液晶层。关于这一点，如后述图1所示的、光学轴仅沿一个方向连续旋转的结构也相同。
图12中概念性地示出在与光学各向异性层34对应的取向膜14上形成这种同心圆状的取向图案的曝光装置的一例。
曝光装置80具有具备激光器82的光源84、将来自激光器82的激光M分割为S偏振MS和P偏振MP的偏振光束分离器86、配置于P偏振MP的光路的反射镜90A及配置于S偏振MS的光路的反射镜90B、配置于S偏振MS的光路的透镜92、偏振光束分离器94、及λ/4板96。
由偏振光束分离器86分割的P偏振MP被反射镜90A反射，并入射到偏振光束分离器94。另一方面，被偏振光束分离器86分割的S偏振MS被反射镜90B反射，被透镜92会聚而入射到偏振光束分离器94。
P偏振MP及S偏振MS被偏振光束分离器94合波，通过λ/4板96成为与偏振方向相对应的右旋圆偏振光及左旋圆偏振光，并入射到支撑体12上的光取向前体膜140。
在此，通过右旋圆偏振光和左旋圆偏振光的干涉，照射到光取向前体膜140上的光的偏振状态以干涉条纹状周期性地发生变化。由于左旋圆偏振光与右旋圆偏振光的交叉角随着从同心圆的内侧朝向外侧而发生变化，因此可获得节距从内侧朝向外侧发生变化的曝光图案。由此，在光取向膜14中，可获得取向状态周期性地发生变化的同心圆状取向图案。
在该曝光装置80中，液晶化合物20的光学轴连续旋转180°的液晶取向图案的1个周期的长度Λ能够通过改变透镜92的折射力(透镜92的F值)、透镜92的焦点距离及透镜92与光取向膜14的距离等来控制。
并且，通过调节透镜92的折射力(透镜92的F值)，在光轴连续旋转的一个方向上能够改变液晶取向图案的1个周期的长度Λ。具体而言，通过使其与平行光干涉的、由透镜92扩展的光的扩展角，能够在光轴连续旋转的一个方向上改变液晶取向图案的1个周期的长度Λ。更具体而言，若减弱透镜92的折射力，则接近平行光，因此液晶取向图案的1个周期的长度Λ从内侧朝向外侧逐渐缩短，F值变大。相反，增强透镜92的折射力时，液晶取向图案的1个周期的长度Λ从内侧朝向外侧突然缩短，F值变小。
这样，在光学轴连续旋转的1个方向上，改变光学轴旋转180°的1个周期Λ的结构，也能够在图1～9所示的、仅在箭头X方向的一个方向上液晶化合物20的光学轴20A连续旋转并发生变化的结构中利用。
例如，通过使液晶取向图案的1个周期Λ朝向箭头X方向逐渐缩短，能够获得反射或透射光以便聚光的光学元件。
此外，例如在欲对反射光及透射光设置光量分布时等，根据光学元件的用途，也能够利用不使1个周期Λ1朝向箭头X方向逐渐变更而在箭头X方向上局部具有1个周期Λ不同的区域的结构。例如，作为局部改变1个周期Λ的方法，能够利用任意改变聚光的激光束的偏振方向的同时对光取向膜进行扫描曝光来图案化的方法等。
以上，对本发明的光学元件进行了详细说明，但是本发明并不限定于上述例，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。
[导光元件]
本发明的导光元件为包含上述本发明的光学元件及导光板的导光元件。
在图13所示的例子中，导光元件具有导光板42及光学元件(层叠光学元件)10，并具有在导光板42的主面上的、一个端部贴合有光学元件10，另一端部贴合有光学元件10的结构。
在这种导光元件中，光学元件10被用作以在导光板42内全反射的角度反射入射光并使光入射到导光板42内的入射衍射元件，并且，被用作将在导光板42内全反射并被引导的光以偏离全反射条件的角度进行反射，并使光从导光板42出射的出射衍射元件。
实施例
以下列举实施例和比较例进一步具体地说明本发明的特征。以下实施例所示的材料、试剂、使用量、物质量、比例、处理内容、处理步骤等，只要不脱离本发明的主旨，则能够适当变更。因此，本发明的范围不应被以下所示的具体例做限定性解释。
首先，对最初适合于本发明的实施例的化合物中上述具体例中举出的化合物I-1～I-3及化合物II-1的合成进行说明。另外，化合物I-4使用了文献“RadTech‘92NorthAmerica UV/EB Conference and Exposition：Conference Proceedings(1992)、2、751”中所记载的化合物。
〔化合物的合成〕
＜合成例1：化合物I-1的合成＞
根据以下方案合成了化合物I-1。
[化学式26]
具体而言，将4-(反式-4-庚基环己基)苯酚(2.46g、9.98mmol)和1,7-二溴庚烷(1.29g、5.00mmol)溶解于二甲基乙酰胺(20mL)中。向所获得的溶液中添加碳酸钾(1.66g、12.0mmol)，并将溶液加热至110℃，在该温度下搅拌了12小时。将溶液冷却至室温后添加1N盐酸，过滤已析出的固体。将所获得的固体用闪蒸柱色谱法进行纯化，获得了化合物I-1(1.66g、2.82mmol)。产率为56.5％。
＜合成例2：化合物I-2的合成＞
根据以下方案合成了化合物I-2。
[化学式27]
具体而言，将4-(反式-4-丙基环己基)苯酚(2.18g、9.98mmol)和1,7-二溴庚烷(1.29g、5.00mmol)溶解于二甲基乙酰胺(20mL)中。向所获得的溶液中添加碳酸钾(1.66g、12.0mmol)，并将溶液加热至110℃，在该温度下搅拌了10小时。将溶液冷却至室温后添加1N盐酸，过滤不溶物。将所获得的固体用闪蒸柱色谱法进行纯化，获得了化合物I-2(1.53g、2.87mol)。产率为57.5％。
＜合成例3：化合物I-3的合成＞
根据以下方案合成了化合物I-3。
[化学式28]
(1)化合物1的合成
在氮气氛下，将4-(反式-4-戊基环己基)苯基硼酸(15.00g、54.70mmol)和1-溴-2,3-二氟苯(9.60g、49.7mmol)溶解于甲苯(300mL)中，并添加了水(150mL)。将所获得的溶液的氮气鼓泡进行30分钟后，添加了碳酸钾(20.60g、149.1mmol)和Pd(PPh3)4(287.3mg、0.248mmol)。将所获得的溶液加热至90℃，并在该温度下搅拌了8小时。将溶液冷却至室温后，添加氯仿及1N盐酸，然后用氯仿提取。将通过提取获得的有机层用硫酸镁进行干燥，过滤有机层后，减压蒸馏去除溶剂。将所获得的残渣用闪蒸柱色谱法进行纯化，获得了化合物1(11.25g、32.85mmol)。产率为66.1％。
(2)化合物2的合成
在氮气氛下，将化合物1溶解于四氢呋喃(60mL)中。将所获得的溶液冷却至-78℃，并添加1.6Mn-BuLi的己烷溶液(8.2mL、13mmol)，在该温度下搅拌了2小时。然后，滴加硼酸三甲酯(29.46mL、262.8mmol)与THF(60mL)的混合溶液，并搅拌了14小时。接着，将溶液升温至室温，并在该温度下搅拌了10小时。向所获得的溶液添加氯仿及1N盐酸，然后用氯仿提取。将通过提取获得的有机层用硫酸镁进行干燥，过滤有机层后，减压蒸馏去除溶剂，从而获得了化合物2(4.83g、12.5mmol)。产率为95.4％。
(3)化合物3的合成
将化合物1(5.65g、14.6mmol)溶解于四氢呋喃(40mL)中。向所获得的溶液中滴加10％过氧化氢水(13.5mL、39.7mmol)，并在室温下搅拌了10小时。向所获得的溶液添加乙酸乙酯及1N盐酸，然后用乙酸乙酯提取。将通过提取获得的有机层用食盐水清洗1次后，用硫酸镁进行了干燥。过滤干燥后的有机层后，减压蒸馏去除溶剂。将所获得的残渣用闪蒸柱色谱法进行纯化，获得了化合物3(3.53g、9.85mmol)。产率为67.5％。
(4)化合物I-3的合成
将化合物3(1.00g、2.79mmol)和1，7-二溴庚烷(0.36g、1.4mmol)溶解于二甲基乙酰胺(20mL)中。向所获得的溶液中添加碳酸钾(0.46g、3.3mmol)，并将溶液加热至90℃，在该温度下搅拌了4小时。将溶液冷却至室温后，添加氯仿及1N盐酸，然后用氯仿提取。将通过提取获得的有机层用硫酸镁进行干燥，过滤有机层后，减压蒸馏去除溶剂。将所获得的固体用闪蒸柱色谱法进行纯化，获得了化合物I-3(1.04g、1.28mol)。产率为91.8％。
＜合成例4：化合物II-1的合成＞
根据以下方案合成了化合物II-1。
[化学式29]
(1)化合物4的合成
将4-溴苯酚(173g、1.00mol)溶解于二甲基乙酰胺(500mL)中。向所获得的溶液中添加碳酸钾(207g、1.50mol)和7-溴庚烷(188g、1.05mol)，并在90℃搅拌了5小时。将溶液冷却至室温后，添加乙酸乙酯，过滤不溶物，并减压蒸馏去除了溶剂。将所获得的残渣用闪蒸柱色谱法进行纯化，获得了化合物4(271g、1.00mmol)。产率为99.9％。
(2)化合物5的合成
将化合物4(271g、1.00mol)和2-甲基-3-丁炔-2-醇(105g、1.20mol)溶解于三乙基胺(700mL)中。向所获得的溶液添加三苯基膦(4.00g、15.3mmol)和双三苯基膦二氯化物(2.00g、2.85mol)、碘化铜(0.70g、3.7mmol)，在回流条件下搅拌了7小时。将溶液冷却至室温后，添加乙酸乙酯，过滤不溶物，并减压蒸馏去除了溶剂。将所获得的残渣用闪蒸柱色谱法进行纯化，获得了化合物5(209g、0.794mmol)。产率为74.9％。
(3)化合物6的合成
将化合物5(160g、0.583mol)溶解于异丙醇(500mL)中。向所获得的溶液添加叔丁氧基钾(131g、1.17mol)，在回流条件下搅拌了4小时。将溶液冷却至室温后，添加乙酸乙酯及1N盐酸，然后用乙酸乙酯提取。将通过提取获得的有机层用硫酸镁进行干燥，过滤干燥后的有机层后，减压蒸馏去除溶剂。将所获得的固体用闪蒸柱色谱法进行纯化，获得了化合物6(100g、0.462mol)。产率为79.2％。
(4)化合物7的合成
除了代替7-溴庚烷使用2-溴乙烷以外，通过与(1)～(3)中记载的方法相同的方法合成了化合物7。
(5)化合物8的合成
将化合物6(10g、49mmol)和3,5-二溴-2-甲基噻吩(38g、150mmol)溶解于三乙基胺(100mL)。向所获得的溶液添加三苯基膦(0.40g、15mmol)和双三苯基膦二氯化物(0.20g、0.29mol)、碘化铜(0.20g、1.1mmol)，并在回流条件下搅拌了7小时。将溶液冷却至室温后，添加乙酸乙酯，过滤不溶物，并减压蒸馏去除了溶剂。将所获得的残渣用闪蒸柱色谱法进行纯化，获得了化合物8(9.2g、0.23mmol)。产率为46.5％。
(6)化合物II-1的合成
将化合物8(4.1g、10mmol)和化合物7(1.8g、12mmol)溶解于二异丙胺(25mL)中。向所获得的溶液添加三苯基膦(0.37g、14mmol)和双三苯基膦二氯化物(0.16g、0.23mol)、碘化铜(0.044g、0.022mmol)，并在回流条件下搅拌了7小时。将溶液冷却至室温后，添加乙酸乙酯，过滤不溶物，并减压蒸馏去除了溶剂。将所获得的残渣用闪蒸柱色谱法进行纯化，获得了化合物II-1(3.9g、8.5mmol)。产率为85.4％。
＜合成例5：化合物I-34的合成＞
根据以下方案合成了化合物I-34。化合物9参考日本特开2006-215437进行了合成。
[化学式30]
(1)化合物I-34的合成
将甲磺酰氯(3.13g、27.3mmol)溶解于四氢呋喃(10mL)中。将所获得的溶液冷却至-15℃，并添加化合物9(10.0g、26.0mmol)、三乙基胺(2.90g、28.6mmol)、2，6-二-叔丁基-对甲酚(34mg、0.16mmol)、四氢呋喃(50mL)的混合溶液，并在该温度下搅拌了1小时。接着，将溶液升温至0℃，并添加N-甲基咪唑(0.21g、2.6mmol)、1,5-戊二醇(1.12g、10.8mmol)、三乙基胺(2.90g、28.6mmol)，在室温下搅拌了2小时。向所获得的溶液添加乙酸乙酯及1N盐酸，然后用乙酸乙酯提取。将通过提取获得的有机层用碳酸氢钠水溶液、食盐水清洗1次后，用硫酸镁进行了干燥。过滤干燥后的有机层后，减压蒸馏去除溶剂。将所获得的固体用闪蒸柱色谱法进行纯化，获得了化合物I-34(4.46g、5.33mmol)。产率为49.4％。
接着，对本发明的光学元件的实施例及比较例进行说明。
[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 Corporation制、Z-TAC)。
使支撑体通过温度60℃的介电加热辊，以将支撑体的表面温度升温至40℃。
然后，在支撑体的一面，使用棒涂布机以涂布量14mL(升)/m2涂布下述所记载的碱溶液，将支撑体加热至110℃，进一步在蒸汽型远红外加热器(NORITAKE CO.,LIMITED制)下输送了10秒钟。
接着，同样使用棒涂布机，在支撑体的碱溶液涂布面涂布了纯水3mL/m2。接着，将基于喷注式涂布机的水洗及基于气刀的脱水重复3次后，在70℃的干燥区域输送10秒钟使其干燥，对支撑体的表面进行了碱皂化处理。
改性聚乙烯醇
[化学式31]
＜取向膜的形成＞
在形成有底涂层的支撑体上，用#2的线棒连续涂布了下述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。
光取向用原材料D
[化学式32]
＜取向膜的曝光＞
使用图10所示的曝光装置对曝光膜进行曝光，从而形成了具有取向图案的取向膜P-1。
在曝光装置中，使用射出波长(325nm)的激光束的装置作为激光器。将基于干涉光的曝光量设为2000mJ/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(来源于液晶化合物的光学轴旋转180°的长度)通过改变2个光的交叉角(交叉角β)来进行控制。
＜光学各向异性层的形成＞
作为形成光学各向异性层的组合物，制备了下述组合物E-1。
液晶化合物L-1
[化学式33]
流平剂T-1
[化学式34]
光学各向异性层通过将组合物E-1多层涂布于取向膜P-1上而形成。多层涂布是指，首先重复进行如下处理：在取向膜上涂布第1层组合物E-1，加热、冷却后进行紫外线固化而制作液晶固定化层之后，第2层以后重叠涂布于该液晶固定化层而进行涂布，并且相同地进行加热、冷却后进行紫外线固化。通过多层涂布形成，即使当液晶层的膜厚变厚时，取向膜的取向方向从液晶层的下面向上面反映。
首先，第1层中，在取向膜P-1上涂布上述组合物E-1，将涂膜在热板上加热至120℃，然后，在60℃下冷却后，在氮气环境下使用高压汞灯以2000mJ/cm2的照射量对涂膜照射波长365nm的紫外线，从而将液晶化合物的取向固定化。此时的第1层的液晶层的膜厚为0.3μm。
第2层以后，重叠涂布于该液晶层上，在与上述相同的条件下进行加热、冷却后进行紫外线固化，从而制作了液晶固定化层(固化层)。这样，反复多次涂布直至液晶固定化层的延迟达到325nm，形成光学各向异性层，从而制作了光学元件G-1。
关于本例的光学各向异性层，用偏振光显微镜确认了成为如图8所示的周期性取向表面的情况。另外，在该光学各向异性层的液晶取向图案中，来源于液晶化合物的光学轴旋转180°的1个周期Λ为1.0μm。通过使用偏振显微镜测定在正交尼科耳条件下观察到的明暗图案的周期而求出周期Λ。
[实施例1～7]
除了代替组合物E-1使用组合物E-2～E-8以外，以与比较例1相同的方式制作了光学元件G-2～G-8。
化合物I-1
[化学式35]
化合物I-2
[化学式36]
/>
组合物E-4
化合物I-3[化学式37]
化合物I-4[化学式38]
/>
化合物II-1
[化学式39]
液晶化合物L-2[化学式40]
/>
化合物I-34
[化学式41]
[评价]
＜折射率差Δn550的测定＞
对于上述实施例1～7及比较例1中使用的组合物E-1～E-8，测定了折射率差Δn550。
折射率差Δn550通过测定将组合物E涂布于单独准备的延迟测定用带取向膜的支撑体上，液晶化合物的指向失(光学轴)在支撑体的面呈水平地取向后照射紫外线而使其固定化而获得的液晶固定化层(固化层)的延迟值及膜厚来求出。能够通过将延迟Re值除以膜厚来计算Δn550。延迟值使用Axometrix公司的Axoscan测定550nm的波长，膜厚使用扫描型电子显微镜(Scanning Electron Microscope、SEM)来测定。将结果示于下述表1中。
根据所获得的Δn550设为以下的评价值。
A：0.20≤Δn550。
B：Δn550＜0.20。
＜衍射效率的测定＞
准备了依次配置有评价用光源、起偏器、1/4波长板、本发明的光学元件及屏幕的评价光学系统。作为评价用光源使用波长650nm的激光指示器，作为1/4波长板使用了Thorlab公司制SAQWP05M-700。1/4波长板的慢轴相对于起偏器的吸收轴以45°的关系配置。并且，本发明的光学元件朝向光源侧配置了玻璃面。
将从评价用光源透射了起偏器、1/4波长板的光垂直于膜面入射到本发明的光学元件时，透射光学元件的光的一部分被衍射，能够在屏幕上确认到多个亮点。
用功率计测定与屏幕上的亮点对应的各衍射光及0次光的强度，并通过下式计算出衍射效率。将结果示于下述表1。
衍射效率＝(1次光强度)/(0次光强度+1次以外的衍射光强度)
根据所获得的衍射效率设为以下的评价值。
A：衍射效率为99％以上
B：衍射效率为90％以上且小于99％
C：衍射效率小于90％
[表1]
由上述表1所示的结果可知，当使用没有掺合化合物I及化合物II的液晶组合物时，所获得的光学元件的衍射效率差(比较例1)。
相对于此，可知当与棒状液晶化合物一同使用掺合了化合物I或化合物II的液晶组合物时，能够制作具有优异的衍射效率的光学元件(实施例1～7)。
尤其，由实施例1～5与实施例6及7的比较可知，折射率差Δn550为0.2以上时，所制作的光学元件的衍射效率变得更高。
[实施例8]
＜取向膜的曝光＞
以与比较例1相同的顺序形成取向膜后，使用图12所示的曝光装置对取向膜进行曝光，形成了具有如图11所示的同心圆状的取向图案的取向膜P-2。在曝光装置中，使用射出波长(325nm)的激光束的装置作为激光器。将基于干涉光的曝光量设为1000mJ/cm2。通过使用图12所示的曝光装置，使取向图案的1个周期从中心朝向外方向逐渐缩短。
＜光学各向异性层的形成＞
作为形成光学各向异性层的组合物，制备了下述组合物E-9a。
/>
手性试剂Ch-1
[化学式42]
制备了下述组合物E-9b。
手性试剂Ch-2
[化学式43]
光学各向异性层通过在取向膜P-2上多层涂布组合物E-9a，然后多层涂布组合物E-9b而形成。
首先，第1层中，在取向膜P-2上涂布上述液晶组合物E-9a，将涂膜在热板上加热至80℃，然后，在氮气环境下使用高压汞灯以300mJ/cm2的照射量对涂膜照射波长365nm的紫外线，从而将液晶化合物的取向固定化。
第2层以后，重叠涂布于该液晶固化层上，在与上述相同的条件下进行加热后进行紫外线固化，从而制作了液晶固定化层。这样，反复进行重叠涂布直至总厚达到所期望的膜厚位为止，从而形成了光学各向异性层的第1区域。光学各向异性层的第1区域的厚度方向的扭转角在面内顺时针方向为80°。
接着，在光学各向异性层的第1区域上，除了使用液晶组合物E-9b以外，以与第1区域的形成相同的步骤形成了第2区域。光学各向异性层的第2区域的厚度方向的扭转角在面内逆时针方向为80°。
如上所述，形成具有2个区域且液晶化合物在厚度方向上以比入射光的波长足够长的周期缓慢地扭转的光学各向异性层。
在所形成的光学各向异性层上从法线方向入射650nm的光时，确认了一个圆偏振光汇聚，另一个圆偏振光被发散。
[实施例9]
作为形成如图4所示的胆甾醇型液晶层的组合物，制备了下述组合物E-10。
引发剂PI-1
[化学式44]
在取向膜P-1上多层涂布上述组合物E-10直至膜厚达到3.5μm，从而形成了胆甾醇型液晶层。
作为光学各向异性层的第1层，在取向膜P-1上使用旋涂机以1000rpm涂布了组合物E-10。将涂膜在热板上在80℃下加热3分钟，然后，进一步在80℃下，在氮气环境下使用高压汞灯以300mJ/cm2的照射量对涂膜照射波长365nm的紫外线，从而将液晶化合物的取向固定化。
第2层以后，重叠涂布于该液晶层上，在与上述相同的条件下进行加热、进行紫外线固化而形成了胆甾醇型液晶层。
将所形成的胆甾醇型液晶层贴合于导光板(折射率1.80、厚度0.50mm的玻璃)，从导光板侧沿法线方向入射了532nm的光。结果，确认了入射光在胆甾醇型液晶层中向与正反射方向不同的方向超过临界角而被反射，并在导光板内被导光。
产业上的可利用性
本发明的光学元件能够根据面内取向图案的设计以任意的角度使任意波长的光弯曲。由于该特性，本发明的光学元件能够用于各种光学机械，并且能够有助于光学机械的小型化、高效率化。作为使用使可见光弯曲的光学元件的光学机械的例子，例示了AR/VR等眼镜型显示器件及在空中显示实像的立体图像显示器件。并且，作为使用使红外光弯曲的光学元件的光学机械的例子，例示了光通信器件及传感器等。
符号说明
10、30-光学元件，12-支撑体，14、14R、14G、14B-光取向膜，16-胆甾醇型液晶层，20-棒状液晶化合物，20A-光学轴，32-图案液晶层，34-光学各向异性层，40-显示器，42-导光板，60、80-曝光装置，62、82-激光器，64-、84-光源，68、86、94-偏振光束分离器，70A，70B，90A，90B-反射镜，72A、72B、96-λ/4板，92-透镜，140-光取向前体膜，BR-蓝色的右旋圆偏振光，GR-绿色的右旋圆偏振光，RR-红色的右旋圆偏振光，M-激光束，MA、MB-光线，MP-P偏振，MS-S偏振，PO-直线偏振光，PR-右旋圆偏振光，PL-左旋圆偏振光，Q、Q1、Q2-绝对相位，E、E1、E2-等相位面，L1、L4-入射光，L2、L5-透射光。
Claims (12)
1.一种液晶组合物，其含有由下述式(I)表示的化合物及由下述式(II)表示的化合物中的至少一者、及不相当于下述式(I)及式(II)中的任一者的具有聚合性基团的棒状液晶化合物，由所述式(I)表示的化合物及由所述式(II)表示的化合物的合计含量相对于所述棒状液晶化合物的质量为50质量％以下,所述棒状液晶化合物的含量相对于液晶组合物的固体成分质量为50～90质量％，
其中，所述式(I)中，
P1及P2分别独立地表示氢原子或取代基，
S1及S2分别独立地表示单键或2价的连接基，
A1、A2、A3及A4分别独立地表示可以具有取代基的非芳香族环、芳香族环或芳香族性杂环，其中，当具有多个A1时，多个A1分别可以相同也可以不同，当具有多个A4时，多个A4分别可以相同也可以不同，
Y1及Y2分别独立地表示-O-、-S-、-OCH2-、-CH2O-、-CH2CH2-、-CO-、-COO-、-OCO-、-CO-S-、-S-CO-、-O-CO-O-、-CO-NH-、-NH-CO-、-SCH2-、-CH2S-、-CF2O-、-OCF2-、-CF2S-、-SCF2-、-CH＝CH-COO-、-CH＝CH-OCO-、-COO-CH＝CH-、-OCO-CH＝CH-、-CH＝CH-、-N＝N-、-CH＝N-N＝CH-、-CF＝CF-、-C≡C-或单键，其中，当具有多个Y1时，多个Y1分别可以相同也可以不同，当具有多个Y2时，多个Y2分别可以相同也可以不同，
m1及m2分别独立地表示0～5的整数，
Z表示直链状或支链状的亚烷基，其中，以最短距离连接A2和A3的键上的原子的数为3个或5个以上，并且，构成所述亚烷基的1个-CH2-或不相邻的2个以上的-CH2-可以被-O-、-COO-、-OCO-、-OCOO-、-NRCO-、-CONR-、-NRCOO-、-OCONR-、-CO-、-S-、-SO2-、-NR-、-NRSO2-或-SO2NR-取代，R表示氢原子或碳原子数1～4的烷基，
其中，所述式(II)中，
P3及P4分别独立地表示氢原子或取代基，
S3及S4分别独立地表示单键或2价的连接基，
A5及A6分别独立地表示可以具有取代基的非芳香族环、芳香族环或芳香族性杂环，其中，当具有多个A5时，多个A5分别可以相同也可以不同，当具有多个A6时，多个A6分别可以相同也可以不同，
Y3及Y4分别独立地表示-O-、-S-、-OCH2-、-CH2O-、-CH2CH2-、-CO-、-COO-、-OCO-、-CO-S-、-S-CO-、-O-CO-O-、-CO-NH-、-NH-CO-、-SCH2-、-CH2S-、-CF2O-、-OCF2-、-CF2S-、-SCF2-、-CH＝CH-COO-、-CH＝CH-OCO-、-COO-CH＝CH-、-OCO-CH＝CH-、-COO-CH2CH2-、-OCO-CH2CH2-、-CH2CH2-COO-、-CH2CH2-OCO-、-COO-CH2-、-OCO-CH2-、-CH2-COO-、-CH2-OCO-、-CH＝CH-、-N＝N-、-CH＝N-N＝CH-、-CF＝CF-、-C≡C-或单键，其中，当具有多个Y3时，多个Y3分别可以相同也可以不同，当具有多个Y4时，多个Y4分别可以相同也可以不同，
m3及m4分别独立地表示1～5的整数，
B表示可以具有取代基的由下述式(B-1)～(B-11)表示的任一个基团，
其中，所述式(B-1)～(B-11)中的碳原子可以被氮原子、氧原子或硫原子取代，
所述式(B-4)～(B-8)、(B-10)及(B-11)中的X表示氮原子、氧原子或硫原子，所述式(B-5)中的2个X分别可以为相同的原子也可以为不同的原子，所述式(B-6)中的2个X分别可以为相同的原子也可以为不同的原子，
当B为由所述式(B-11)表示的基团时，与B键合的Y3及Y4均表示单键，
所述聚合性基团为由下述式(P-1)～(P-20)中任一个表示的聚合性基团，
2.根据权利要求1所述的液晶组合物，其中，所述式(I)中，P1及P2中的至少一个表示聚合性基团。
3.根据权利要求1或2所述的液晶组合物，其中，所述式(II)中，P3及P4中的至少一个表示聚合性基团。
4.根据权利要求1或2所述的液晶组合物，其中，所述液晶组合物的伴随折射率各向异性的折射率差Δn550为0.2以上。
5.根据权利要求1或2所述的液晶组合物，其中，液晶相与各向同性相的相转变温度为50℃以上。
6.一种光学元件，其具有使用权利要求1至5中任一项所述的液晶组合物而形成的光学各向异性层，
所述光学各向异性层具有来源于所述液晶组合物中所包含的棒状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发生变化的液晶取向图案。
7.根据权利要求6所述的光学元件，其中，所述光学各向异性层在厚度方向上所述光学轴的朝向一致。
8.根据权利要求6所述的光学元件，其中，所述光学各向异性层具有所述光学轴的朝向沿厚度方向扭转而旋转的区域。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的光学元件，其中，当将所述光学轴的朝向在面内旋转180°的长度作为1个周期时，所述光学各向异性层具有所述液晶取向图案中的所述1个周期的长度不同的区域。
10.根据权利要求6至8中任一项所述的光学元件，其中，朝向所述液晶取向图案中的所述光学轴的朝向连续旋转的同时发生变化的所述一个方向，所述液晶取向图案的所述1个周期逐渐缩短。
11.根据权利要求6至8中任一项所述的光学元件，其中，所述光学各向异性层的所述液晶取向图案是在所述光学轴的朝向连续旋转的同时发生变化的所述一方向上具有从内侧朝向外侧的同心圆状的同心圆状图案。
12.一种导光元件，其包含权利要求6至11中任一项所述的光学元件和导光板。
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