JP7213984B2 - レーザー発振素子 - Google Patents

Description

本発明は、レーザー発振素子に関する。

コレステリック液晶層中に色素を分散させて、レーザー発振素子として用いることが提案されている。

コレステリック液晶層は、コレステリック液晶相の螺旋構造に応じて、特定の選択反射波長の光を反射する性質を有している。コレステリック液晶層を用いたレーザー発振素子は、このようなコレステリック液晶層中に色素を含有させた構成を有する。

このようなレーザー発振素子に、励起光を照射すると、コレステリック液晶層中の色素が発光する。色素から発光した光は、コレステリック液晶層中で反射を繰り返し、この光によっても色素の発光を誘発する。そのため、励起光の照射を続けると、発光した光が増幅されて、いずれレーザー光として発振される。
このようなレーザー発振素子はコレステリック液晶層の選択反射波長帯域にてレーザー発振を起こすことができる。

例えば、特許文献１には、光励起により蛍光を発する色素および液晶を含み、液晶が高分子コレステリック液晶を含んでおり、液晶の長軸方向の屈折率ｎｅと短軸方向の屈折率ｎｏとの差Δｎが０．１５～０．４５である高分子コレステリック液晶フィルムを備えており、色素から発せられる蛍光の発光帯と高分子コレステリック液晶フィルムの選択反射波長帯域が少なくとも一部において重なり合っており、高分子コレステリック液晶フィルムにおける液晶のらせん軸が高分子コレステリック液晶フィルムの厚さ方向に対して平行となっており、高分子コレステリック液晶フィルムにおける液晶のらせん配向が固定化されているレーザー発振素子が記載されている。

特開２００５－１１６９８０号公報

コレステリック液晶層を用いるレーザー発振素子で、色素の発光をレーザー発振させるためには、コレステリック液晶層内での発光を反射構造により素子内に閉じ込める必要がある。しかしながら、コレステリック液晶層が薄いと、コレステリック液晶層内での反射が弱く光が閉じ込められにくいため、レーザー発振しにくくなる。そのため、レーザー発振させるための励起光の強度を強くする必要があった。

本発明の課題は、このような従来技術の問題点を解決することにあり、コレステリック液晶層を用いるレーザー発振素子において、励起光の強度が弱い場合でもレーザー発振させることができるレーザー発振素子を提供することにある。

この課題を解決するために、本発明は、以下の構成を有する。
［１］ 液晶化合物をコレステリック配向してなるコレステリック液晶層を有し、
走査型電子顕微鏡によって観察されるコレステリック液晶層の断面において、コレステリック液晶相に由来する明部および暗部が、コレステリック液晶層の主面に対して、傾斜しており、
コレステリック液晶層は、励起により発光する色素を含み、
色素の発光波長域と、コレステリック液晶層の選択反射波長域とが、少なくとも一部において重なっているレーザー発振素子。
［２］ 色素の発光波長域と、コレステリック液晶層の選択反射波長域のバンド端波長の少なくとも１つとが重なっている［１］に記載のレーザー発振素子。
［３］ コレステリック液晶層の主面に対する明部および暗部の傾斜角度が、４０°～９０°である［１］または［２］に記載のレーザー発振素子。
［４］ 色素が、有機系色素である［１］～［３］のいずれかに記載のレーザー発振素子。
［５］ コレステリック液晶層に含まれる液晶化合物が、コレステリック液晶層の主面に対して傾斜している［１］～［４］のいずれかに記載のレーザー発振素子。

本発明によれば、コレステリック液晶層を用いるレーザー発振素子において、励起光の強度が弱い場合でもレーザー発振させることができる。

本発明のレーザー発振素子の一例を概念的に示す図である。 図１に示すレーザー発振素子が有するコレステリック液晶層の概略平面図である。 図１に示すレーザー発振素子が有するコレステリック液晶層の断面ＳＥＭ画像を概念的に示す図である。 図１に示すレーザー発振素子の作用を説明するためのグラフである。 図１に示すレーザー発振素子の作用を説明するための概念図である。 本発明のレーザー発振素子が有するコレステリック液晶層の他の一例を概念的に表す断面図である。 図６のコレステリック液晶層の断面ＳＥＭ画像を概念的に示す図である。 本発明のレーザー発振素子が有するコレステリック液晶層の他の一例を概念的に表す断面図である。 配向膜を露光する露光装置の一例の概念図である。 波長と発光強度との関係を表すグラフである。 実施例におけるレーザー発振の確認実験のための光学系を概念的に示す図である。 発光の波長と強度との関係を表すグラフである。 発光強度の励起光強度依存性を表すグラフである。 発光強度の励起長依存性を表すグラフである。

以下、本発明のレーザー発振素子について、添付の図面に示される好適実施例を基に詳細に説明する。

本発明において「～」を用いて表される数値範囲は、「～」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
本発明において、「（メタ）アクリレート」は、「アクリレートおよびメタクリレートのいずれか一方または双方」の意味で使用される。

［レーザー発振素子］
本発明のレーザー発振素子は、
液晶化合物をコレステリック配向してなるコレステリック液晶層を有し、
走査型電子顕微鏡によって観察されるコレステリック液晶層の断面において、コレステリック液晶相に由来する明部および暗部が、コレステリック液晶層の主面に対して、傾斜しており、
コレステリック液晶層は、励起により発光する色素を含み、
色素の発光波長帯域と、コレステリック液晶層の選択反射波長帯域とが、少なくとも一部において重なっているレーザー発振素子である。

図１に、本発明のレーザー発振素子の一例を概念的に示す。
図１に示すレーザー発振素子１０は、支持体１２と、配向膜１４と、コレステリック液晶層１６とを有する。

コレステリック液晶層１６は、液晶化合物をコレステリック配向してなるものである。
コレステリック液晶層１６は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）で観察した断面（以下、断面ＳＥＭ画像ともいう）において、コレステリック液晶相に由来する明部および暗部が、主面に対して傾斜している（図３参照）。なお、主面とは、シート状物（フィルム、板状物）の最大面である。

コレステリック液晶層１６において、明部および暗部が主面に対して傾斜している構成とするために、コレステリック液晶層１６は、液晶化合物４０に由来の光学軸４０Ａの向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有する（図２参照）。

さらに、図１に示すように、コレステリック液晶層１６は、光励起により発光する色素４２を有している。
本発明のレーザー発振素子１０は、このような構成を有することにより、強度が低い励起光でもレーザー発振させることができる。この点については後に詳述する。

［支持体］
レーザー発振素子１０において、支持体１２は、配向膜１４およびコレステリック液晶層１６を支持するものである。

支持体１２は、配向膜１４およびコレステリック液晶層１６を支持できるものであれば、各種のシート状物が利用可能である。
なお、支持体１２は、対応する光に対する透過率が５０％以上であるのが好ましく、７０％以上であるのがより好ましく、８５％以上であるのがさらに好ましい。
なお、対応する光とは、コレステリック液晶層１６が選択的に反射する所定の波長域（選択反射波長帯域）の所定の円偏光の光である。ただし、所定の波長域には、斜め入射で生じる対応波長域の短波長化、いわゆるブルーシフト（短波シフト）による変動分も含む。

支持体１２の厚さには、制限はなく、レーザー発振素子１０の用途、レーザー発振素子１０に要求される可撓性または剛性、レーザー発振素子１０に要求される厚さ、および、支持体１２の形成材料等に応じて、配向膜１４およびコレステリック液晶層１６を保持できる厚さを、適宜、設定すればよい。
支持体１２の厚さは、１～１０００μｍが好ましく、３～２５０μｍがより好ましく、５～１５０μｍがさらに好ましい。

支持体１２は単層であっても、多層であってもよい。
単層である場合の支持体１２としては、ガラス、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、アクリル、および、ポリオレフィン等の樹脂材料からなる支持体１２が例示される。多層である場合の支持体１２の例としては、前述の単層の支持体のいずれか等を基板として含み、この基板の表面に他の層を設けたもの等が例示される。

＜配向膜＞
図１に示すレーザー発振素子１０において、支持体１２の表面には配向膜１４が形成されている。
配向膜１４は、コレステリック液晶層１６を形成する際に、液晶化合物４０を所定の液晶配向パターンに配向するための配向膜１４である。
後述するが、本発明においてコレステリック液晶層１６は、液晶化合物４０に由来する光学軸４０Ａ（図２参照）の向きが、面内の一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有する。従って、配向膜１４は、コレステリック液晶層１６が、この液晶配向パターンを形成できるように、形成される。
以下の説明では、『光学軸４０Ａの向きが回転』を単に『光学軸４０Ａが回転』とも言う。

配向膜１４は、公知の各種のものが利用可能である。
例えば、ポリマー等の有機化合物からなるラビング処理膜、無機化合物の斜方蒸着膜、マイクログルーブを有する膜、ならびに、ω－トリコサン酸、ジオクタデシルメチルアンモニウムクロライドおよびステアリル酸メチル等の有機化合物のラングミュア・ブロジェット法によるＬＢ（Langmuir-Blodgett：ラングミュア・ブロジェット）膜を累積させた膜、等が例示される。

ラビング処理による配向膜１４は、ポリマー層の表面を紙または布で一定方向に数回こすることにより形成できる。
配向膜１４に使用する材料としては、ポリイミド、ポリビニルアルコール、特開平９－１５２５０９号公報に記載された重合性基を有するポリマー、特開２００５－９７３７７号公報、特開２００５－９９２２８号公報、および、特開２００５－１２８５０３号公報記載の配向膜１４等の形成に用いられる材料が好ましい。

本発明において配向膜１４は、光配向性の素材に偏光または非偏光を照射して配向膜１４とした、いわゆる光配向膜が好適に利用される。すなわち、本発明においては、配向膜１４として、支持体１２上に、光配向材料を塗布して形成した光配向膜が、好適に利用される。
偏光の照射は、光配向膜に対して、垂直方向または斜め方向から行うことができ、非偏光の照射は、光配向膜に対して、斜め方向から行うことができる。

本発明に利用可能な配向膜に用いられる光配向材料としては、例えば、特開２００６－２８５１９７号公報、特開２００７－７６８３９号公報、特開２００７－１３８１３８号公報、特開２００７－９４０７１号公報、特開２００７－１２１７２１号公報、特開２００７－１４０４６５号公報、特開２００７－１５６４３９号公報、特開２００７－１３３１８４号公報、特開２００９－１０９８３１号公報、特許第３８８３８４８号公報および特許第４１５１７４６号公報に記載のアゾ化合物、特開２００２－２２９０３９号公報に記載の芳香族エステル化合物、特開２００２－２６５５４１号公報および特開２００２－３１７０１３号公報に記載の光配向性単位を有するマレイミドおよび／またはアルケニル置換ナジイミド化合物、特許第４２０５１９５号および特許第４２０５１９８号に記載の光架橋性シラン誘導体、特表２００３－５２０８７８号公報、特表２００４－５２９２２０号公報および特許第４１６２８５０号に記載の光架橋性ポリイミド、光架橋性ポリアミドおよび光架橋性ポリエステル、ならびに、特開平９－１１８７１７号公報、特表平１０－５０６４２０号公報、特表２００３－５０５５６１号公報、国際公開第２０１０／１５０７４８号、特開２０１３－１７７５６１号公報および特開２０１４－１２８２３号公報に記載の光二量化可能な化合物、特にシンナメート化合物、カルコン化合物およびクマリン化合物等が、好ましい例として例示される。
中でも、アゾ化合物、光架橋性ポリイミド、光架橋性ポリアミド、光架橋性ポリエステル、シンナメート化合物、および、カルコン化合物は、好適に利用される。

配向膜１４の厚さには制限はなく、配向膜１４の形成材料に応じて、必要な配向機能を得られる厚さを、適宜、設定すればよい。配向膜１４の厚さは、０．０１～５μｍが好ましく、０．０５～２μｍがより好ましい。

配向膜１４の形成方法には、制限はなく、配向膜１４の形成材料に応じた公知の方法が、各種、利用可能である。一例として、配向膜１４を支持体１２の表面に塗布して乾燥させた後、配向膜１４をレーザー光によって露光して、配向パターンを形成する方法が例示される。

図９に、配向膜１４を露光して、配向パターン（図２参照）を形成する露光装置の一例を概念的に示す。
図９に示す露光装置６０は、レーザー６２を備えた光源６４と、レーザー６２が出射したレーザー光Ｍの偏光方向を変えるλ／２板６５と、レーザー６２が出射したレーザー光Ｍを光線ＭＡおよびＭＢの２つに分離する偏光ビームスプリッター６８と、分離された２つの光線ＭＡおよびＭＢの光路上にそれぞれ配置されたミラー７０Ａおよび７０Ｂと、λ／４板７２Ａおよび７２Ｂと、を備える。
なお、光源６４は直線偏光Ｐ₀を出射する。λ／４板７２Ａおよび７２Ｂは、互いに平行な光学軸を備えている。λ／４板７２Ａは、直線偏光Ｐ₀（光線ＭＡ）を右円偏光Ｐ_Rに、λ／４板７２Ｂは直線偏光Ｐ₀（光線ＭＢ）を左円偏光Ｐ_Lに、それぞれ変換する。

配向パターンを形成される前の配向膜１４を有する支持体１２が露光部に配置され、２つの光線ＭＡと光線ＭＢとを配向膜１４上において交差させて干渉させ、その干渉光を配向膜１４に照射して露光する。この際の干渉により、配向膜１４に照射される光の偏光状態が干渉縞状に周期的に変化するものとなる。これにより、配向状態が周期的に変化する配向パターンを有する配向膜（以下、パターン配向膜ともいう）１４が得られる。

露光装置６０においては、２つの光線ＭＡおよびＭＢの交差角αを変化させることにより、配向パターンの周期を調節できる。すなわち、露光装置６０においては、交差角αを調節することにより、液晶化合物４０に由来する光学軸４０Ａが一方向に向かって連続的に回転する配向パターンにおいて、光学軸４０Ａが回転する１方向における、光学軸４０Ａが１８０°回転する１周期の長さを調節できる。具体的には、後述する図２に示す矢印Ｘ方向における、１周期Λを調節できる。
このような配向状態が周期的に変化した配向パターンを有する配向膜１４上に、コレステリック液晶層を形成することにより、後述するように、液晶化合物４０に由来する光学軸４０Ａが一方向に向かって連続的に回転する液晶配向パターンを有する、コレステリック液晶層を形成できる。
また、λ／４板７２Ａおよび７２Ｂの光学軸を、それぞれ、９０°回転することにより、光学軸４０Ａの回転方向を逆にすることができる。

なお、本発明のレーザー発振素子において、配向膜１４は、好ましい態様として設けられるものであり、必須の構成要件ではない。
例えば、支持体１２をラビング処理する方法、支持体１２をレーザー光等で加工する方法等によって、支持体１２に配向パターンを形成することにより、コレステリック液晶層が、液晶化合物４０に由来する光学軸４０Ａの向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有する構成とすることも、可能である。すなわち、本発明においては、支持体１２を配向膜として作用させてもよい。

＜コレステリック液晶層＞
レーザー発振素子１０において、配向膜１４の表面には、コレステリック液晶層１６が形成されている。
コレステリック液晶層１６は、液晶化合物をコレステリック配向してなる層であり、内部に色素４２を含むものである。すなわち、コレステリック液晶層１６は、コレステリック構造を有する液晶化合物４０（液晶材料）および色素４２を有する層である。

コレステリック液晶相は、液晶化合物４０が螺旋状に旋回して積み重ねられた螺旋構造を有し、液晶化合物４０が螺旋状に１回転（３６０°回転）して積み重ねられた構成を螺旋１ピッチとして、螺旋状に旋回する液晶化合物４０が、複数ピッチ、積層された構造を有する。
螺旋１ピッチとは、言い換えれば、螺旋の巻き数１回分の長さであり、すなわち、コレステリック液晶相を構成する液晶化合物のダイレクター（棒状液晶であれば長軸方向）が３６０°回転する螺旋軸方向の長さである。

ここで、図３に概念的に示すように、コレステリック液晶層は、ＳＥＭで観察した断面において、コレステリック液晶相に由来して、明部（明線）と暗部（暗線）との縞模様が観察される。すなわち、コレステリック液晶層の断面では、明部と暗部とを交互に積層した層状構造が観察される。
なお、通常のコレステリック液晶層では、明部および暗部は、主面と平行であり、厚さ方向に交互に積層される。これに対して、本発明においてはコレステリック液晶層１６は、図３に示すように、明部および暗部は、主面に対して傾斜している。
コレステリック液晶相では、明部と暗部との繰り返し２回分が、螺旋１ピッチに相当する。明部と暗部の繰り返し２回分とは、暗部３つ、および、明部２つ分である。または、明部と暗部の繰り返し２回分とは、明部３つ、および、暗部２つ分である。このことから、コレステリック液晶層すなわち螺旋１ピッチの長さ（ピッチＰ）は、断面ＳＥＭ画像から測定することができる。

＜＜コレステリック液晶相＞＞
コレステリック液晶相は、特定の波長において選択反射性を示すことが知られている。
一般的なコレステリック液晶相では、選択反射の中心波長λ（選択反射中心波長λ）は、コレステリック液晶相における螺旋１ピッチの長さであるピッチＰに依存し、コレステリック液晶相の平均屈折率ｎとλ＝ｎ×Ｐの関係に従う。そのため、ピッチＰを調節することで、選択反射中心波長を調節することができる。
コレステリック液晶相の選択反射中心波長は、ピッチＰが長いほど、長波長になる。

コレステリック液晶相の螺旋ピッチは、コレステリック液晶層を形成する際に、液晶化合物と共に用いるキラル剤の種類、および、キラル剤の添加濃度に依存する。従って、これらを調節することによって、所望の螺旋ピッチを得ることができる。
なお、ピッチの調節については富士フイルム研究報告Ｎｏ．５０（２００５年）ｐ．６０－６３に詳細な記載がある。螺旋のセンスおよびピッチの測定法については「液晶化学実験入門」日本液晶学会編 シグマ出版２００７年出版、４６頁、および、「液晶便覧」液晶便覧編集委員会 丸善 １９６頁に記載される方法を用いることができる。

コレステリック液晶相は、特定の波長において左右いずれかの円偏光に対して選択反射性を示す。反射光が右円偏光であるか左円偏光であるかは、コレステリック液晶相の螺旋の捩れ方向（センス）による。コレステリック液晶相による円偏光の選択反射は、コレステリック液晶層の螺旋の捩れ方向が右の場合は右円偏光を反射し、螺旋の捩れ方向が左の場合は左円偏光を反射する。
なお、コレステリック液晶相の旋回の方向は、コレステリック液晶層を形成する液晶化合物の種類および／または添加されるキラル剤の種類によって調節できる。

また、選択反射を示す選択反射波長域（円偏光反射波長域）の半値幅Δλ（ｎｍ）は、コレステリック液晶相のΔｎと螺旋のピッチＰとに依存し、Δλ＝Δｎ×Ｐの関係に従う。そのため、選択反射波長域（選択的な反射波長域）の幅の制御は、Δｎを調節して行うことができる。Δｎは、コレステリック液晶層を形成する液晶化合物の種類およびその混合比率、ならびに、配向固定時の温度により調節できる。
反射波長域の半値幅は、光学積層体の用途に応じて調節される。反射波長域の半値幅は、例えば１０～５００ｎｍであればよく、好ましくは２０～３００ｎｍであり、より好ましくは３０～１００ｎｍである。

＜＜コレステリック液晶層の液晶配向パターン＞＞
本発明において、コレステリック液晶層１６は、コレステリック液晶相を形成する液晶化合物４０に由来する光学軸４０Ａ（図２参照）の向きが、コレステリック液晶層の面内において、一方向に連続的に回転しながら変化する液晶配向パターンを有する。
なお、液晶化合物４０に由来する光学軸４０Ａとは、液晶化合物４０において屈折率が最も高くなる軸、いわゆる遅相軸である。例えば、液晶化合物４０が棒状液晶化合物である場合には、光学軸４０Ａは、棒形状の長軸方向に沿っている。以下の説明では、液晶化合物４０に由来する光学軸４０Ａを、『液晶化合物４０の光学軸４０Ａ』または『光学軸４０Ａ』ともいう。

図２に、コレステリック液晶層１６の平面図を概念的に示す。
なお、平面図とは、図１において、コレステリック液晶層１６（レーザー発振素子１０）を上方から見た図であり、すなわち、レーザー発振素子１０を厚さ方向（＝各層（膜）の積層方向）から見た図である。
また、図２では、コレステリック液晶層１６における液晶配向パターンを明確に示すために、配向膜１４の表面の液晶化合物４０のみを示している。なお、配向膜１４の表面とは、コレステリック液晶層１６の配向膜１４との接触部である。

図２に示すように、配向膜１４の表面において、コレステリック液晶層１６を構成する液晶化合物４０は、下層の配向膜１４に形成された配向パターンに応じて、矢印Ｘで示す所定の一方向、および、この一方向（矢印Ｘ方向）と直交する方向に、二次元的に配列された状態になっている。
以下の説明では、矢印Ｘ方向と直交する方向を、便宜的にＹ方向とする。すなわち、図１、図３および後述する図５では、Ｙ方向は、紙面に直交する方向となる。
また、コレステリック液晶層１６を形成する液晶化合物４０は、配向膜１４の表面では、コレステリック液晶層１６の面内において、矢印Ｘ方向に沿って、光学軸４０Ａの向きが、連続的に回転しながら変化する、液晶配向パターンを有する。図示例においては、液晶化合物４０の光学軸４０Ａが、矢印Ｘ方向に沿って、反時計回りで連続的に回転しながら変化する、液晶配向パターンを有する。

液晶化合物４０の光学軸４０Ａの向きが矢印Ｘ方向（所定の一方向）に連続的に回転しながら変化しているとは、具体的には、矢印Ｘ方向に沿って配列されている液晶化合物４０の光学軸４０Ａと、矢印Ｘ方向とが成す角度が、矢印Ｘ方向の位置によって異なっており、矢印Ｘ方向に沿って、光学軸４０Ａと矢印Ｘ方向とが成す角度がθからθ＋１８０°あるいはθ－１８０°まで、順次、変化していることを意味する。
なお、矢印Ｘ方向に互いに隣接する液晶化合物４０の光学軸４０Ａの角度の差は、４５°以下であるのが好ましく、１５°以下であるのがより好ましく、より小さい角度であるのがさらに好ましい。

一方、配向膜１４の表面では、コレステリック液晶層１６を形成する液晶化合物４０は、矢印Ｘ方向と直交するＹ方向、すなわち、光学軸４０Ａが連続的に回転する一方向と直交するＹ方向では、光学軸４０Ａの向きが等しい。
言い換えれば、コレステリック液晶層１６を形成する液晶化合物４０は、Ｙ方向では、液晶化合物４０の光学軸４０Ａと矢印Ｘ方向とが成す角度が等しい。

本発明においては、このような液晶化合物４０の液晶配向パターンにおいて、面内で光学軸４０Ａが連続的に回転して変化する矢印Ｘ方向における、液晶化合物４０の光学軸４０Ａが１８０°回転する長さ（距離）を、液晶配向パターンにおける１周期の長さΛとする。すなわち、矢印Ｘ方向に対する角度が等しい２つの液晶化合物４０の、矢印Ｘ方向の中心間の距離を、１周期の長さΛとする。
具体的には、図２に示すように、矢印Ｘ方向と光学軸４０Ａの方向とが一致する２つの液晶化合物４０の、矢印Ｘ方向の中心間の距離を、１周期の長さΛとする。以下の説明では、この１周期の長さΛを『１周期Λ』とも言う。
本発明のレーザー発振素子１０において、コレステリック液晶層の液晶配向パターンは、配向膜１４の表面では、この１周期Λを、矢印Ｘ方向すなわち光学軸４０Ａの向きが連続的に回転して変化する一方向に繰り返す。

＜＜コレステリック液晶層の特性＞＞
面内に液晶配向パターンを有さない通常のコレステリック液晶層は、入射した円偏光を鏡面反射する。
これに対して、面内（配向膜の表面）において、矢印Ｘ方向に沿って光学軸４０Ａが連続的に回転する液晶配向パターンを有するコレステリック液晶層は、鏡面反射に対して、入射した円偏光を、矢印Ｘ方向またはＸ方向とは逆に傾いた方向に反射する。
以下、左円偏光を選択的に反射するコレステリック液晶層を例に、この作用について説明する。

矢印Ｘ方向に沿って光学軸４０Ａが連続的に回転する液晶配向パターンを有するコレステリック液晶層に入射した左円偏光は、コレステリック液晶層によって反射される際に、各液晶化合物４０の光学軸４０Ａの向きに応じて絶対位相が変化する。
ここで、このコレステリック液晶層では、液晶化合物４０の光学軸４０Ａが矢印Ｘ方向（一方向）に沿って回転しながら変化している。そのため、光学軸４０Ａの向きによって、入射した左円偏光の絶対位相の変化量が異なる。
さらに、コレステリック液晶層に形成された液晶配向パターンは、矢印Ｘ方向に周期的なパターンである。そのため、このコレステリック液晶層に入射した左円偏光には、それぞれの光学軸４０Ａの向きに対応して、矢印Ｘ方向とは逆方向に周期的な絶対位相が与えられる。
また、液晶化合物４０の光学軸４０Ａの矢印Ｘ方向に対する向きは、矢印Ｘ方向と直交するＹ方向の液晶化合物４０の配列では、均一である。
これにより、矢印Ｘ方向に沿って光学軸４０Ａが連続的に回転する液晶配向パターンを有するコレステリック液晶層では、左円偏光に対して、ＸＹ面に対して矢印Ｘ方向に上昇するように傾いた等位相面が形成される。等位相面は、螺旋状に旋回する液晶化合物４０における光学軸４０Ａの向きが旋回方向で一致している液晶化合物４０を接続するように形成される。
コレステリック液晶層では、この等位相面が反射面のように作用する。そのため、液晶化合物４０の光学軸４０Ａが矢印Ｘ方向に沿って反時計回りしている、左円偏光を反射するコレステリック液晶層では、入射した左円偏光を、鏡面反射に対して、矢印Ｘ方向とは逆に傾いた方向に反射する。

上述のように、コレステリック液晶相では、ＳＥＭで観察する断面において、コレステリック液晶相に由来して、明部と暗部との縞模様が観察される。
コレステリック液晶相の明部および暗部は、螺旋状に旋回する液晶化合物４０における、光学軸４０Ａの向きが旋回方向で一致している液晶化合物４０を接続するように形成される。すなわち、明部および暗部は、上述した等位相面と一致する。
従って、コレステリック液晶層では、この明部および暗部を反射面として鏡面反射するように、入射した特定の円偏光を反射する。

ここで、通常のコレステリック液晶層の明部および暗部は、主面すなわち形成面である配向膜の表面と平行になる。

これに対して、本発明において、コレステリック液晶層１６は、配向膜１４の表面において、矢印Ｘ方向に沿って光学軸４０Ａが連続的に回転する液晶配向パターンを有する。
上述のように、コレステリック液晶層１６は、この液晶配向パターンを形成可能な、配向状態が周期的に変化した配向パターンを有する配向膜１４上に形成される。コレステリック液晶層１６は、配向膜１４の表面では、配向膜１４に形成された配向パターンにおける１周期Λの周期構造によって、液晶化合物４０の配列が決まる。
一方、コレステリック液晶層１６は、厚さ方向では、螺旋１ピッチ（ピッチＰ）が後述するキラル剤の添加量に応じた長さとなるように、液晶化合物４０を螺旋状に捩じる構造を形成する。

すなわち、本発明において、コレステリック液晶層１６では、液晶化合物４０が、厚さ方向の螺旋状に捩じろうとする周期と、配向膜１４の表面における回転周期との、両者に応じた周期構造を作ろうとする。
そのため、液晶化合物の光学軸が一方向に向かって連続的に回転する液晶配向パターンを有するコレステリック液晶層１６では、面方向の周期構造と厚さ方向の周期構造とでバランスを取るために、図１に示すように、液晶化合物４０が傾斜し、かつ、液晶化合物の配列が傾くことで、一番、熱的に安定な状態を作ろうとする。
また、その結果、図３に概念的に示すように、コレステリック液晶層１６では、コレステリック液晶相に起因する明部および暗部も、主面に対して傾斜する。

＜＜色素＞＞
コレステリック液晶層１６は、光励起によって発光する色素４２を含む。

色素４２としては、光励起により発光するものであれば特に制限されず、公知の有機系色素および無機系色素を利用可能である。
有機系色素としては、例えば、メロシアニン系色素、ペリレン系色素、シアニン系色素、ピラン系色素、アントラセン系色素、スチリル系色素、キサンテン系色素、オキサジン系色素、クマリン系色素、スチルベン系色素、オキサゾール系色素、オキサジアゾール系色素、ｐ－オリゴフェニレン系色素のほか、ジャーナル・オブ・ケミカル・ソサイアティ（Journal of Chemical Society）、２００２年、第１２４号、ｐ．９６７０に記載の化学構造式（Ｒ＝ＥｔＨ、Ｒ´＝ｔ－Ｂｕの場合）で表されるものなどが挙げられる。
無機系色素としては、例えば硫化亜鉛、珪酸亜鉛、硫化亜鉛カドミウム、硫化カルシウム、硫化ストロンチウム、タングステン酸カルシウム、カナリーガラス、シアン化白金、アルカリ土類金属の硫化物、希土類化合物などが挙げられる。また、無機系色素としてはいわゆる量子ドットの発光材料が利用可能である。量子ドットを光励起のレーザー発光に用いた例として、S. G. Lukishova et al, ”Resonance in quantum dot fluorescence in a photonic bandgap liquid crystal host”, 37, OPTICS LETTERS (2012) 125 、等が挙げられる。

色素４２としては、有機系色素が好ましい。有機系色素の場合、色素を溶媒に溶解することが可能で、コレステリック液晶中に、高濃度で均一に混ぜられるという利点がある。

また、色素４２としては、液晶に溶解することで遷移モーメントを一定の方向に配向させ、特定方向からの入射光に対する吸収効率を高め、高効率の蛍光発光が得られるという利点がある。これにより、バンド端におけるレーザー発振をより好適に生じさせることができる。この点に関しては、後に詳述する。

ここで、本発明において、色素４２の発光波長は、コレステリック液晶層１６の選択反射波長域と少なくとも一部が重なっている。この点を図４を用いて説明する。

図４は、本発明のレーザー発振素子１０において、色素４２を励起する励起光、色素４２の発光、コレステリック液晶層１６による選択反射光、および、発振されるレーザー光の、波長と強度との関係を模式的に表すグラフである。図４において、励起光を一点鎖線で示し、色素の発光を破線で示し、コレステリック液晶層の選択反射光を実線で示し、発振されるレーザー光を太線で示す。

図４に示すように、色素４２は、照射された励起光（図４中一点鎖線）とは異なる、図４に示す例では長波長側の波長域の光（図４中破線）を発光する。この色素４２による発光の波長域はコレステリック液晶層１６の選択反射波長域（図４中実線）と少なくとも一部が重なっている。本発明のレーザー発振素子１０においては、色素４２の発光波長域とコレステリック液晶層１６の選択反射波長域とが重なった波長域の波長において、レーザー光（図４中太線）が発振される。

ここで、前述のとおり、従来の、断面ＳＥＭ画像において観察される明部および暗部がコレステリック液晶層の主面に対して平行なコレステリック液晶層に、色素を分散したレーザー発振素子の場合には、コレステリック液晶層が薄いと、コレステリック液晶層内での反射光の閉じ込めが起きにくくなり、レーザー発振しにくくなる。そのため、レーザー発振させるための励起光の強度を強くする必要があった。

これに対して、本発明のレーザー発振素子１０は、断面ＳＥＭ画像によって観察される明部および暗部が、コレステリック液晶層の主面に対して傾斜している。そのため、図５に示すように、励起光を照射されて色素４２が発した光Ｉ₀は、コレステリック液晶層１６内でコレステリック液晶相の螺旋構造によって反射される。その際、光Ｉ₀は、明部および暗部に対して垂直方向に反射される（光Ｉ₁）。この光Ｉ₁は、コレステリック液晶層１６の表面（界面）方向に対して斜めに進行するため、垂直に進行するのに比べて光路長が長く、光の閉じ込め効果が大きい効果がある。さらに、コレステリック液晶層１６の表面（界面）に対して斜め方向から入射するため、光Ｉ₁は表面での反射率が大きい。特に、全反射角を超えると完全に反射される。反射された光Ｉ₁は、反対側の表面に到達して再度反射される。さらに、反射された光Ｉ₁は、コレステリック液晶相の螺旋構造によって反射される。励起光を照射されて色素４２が発した光は、このようなコレステリック液晶相が表面に対し斜め方向に光路長が伸びた螺旋構造による反射、および、コレステリック液晶層の表面での反射を繰り返すことで、発振されて強度が高くなり、レーザー光Ｉ₂を出射すると考えられる。

なお、図５においては、コレステリック液晶層１６における反射の作用を分かり易くするために、便宜的に、明部と暗部との境界を反射面のように示している。
しかしながら、コレステリック液晶層１６における特定の波長域における特定の所定の円偏光の反射の作用は、基本的に、公知のコレステリック液晶層と同様である。

このように、本発明のレーザー発振素子１０は、断面ＳＥＭ画像によって観察される明部および暗部が、コレステリック液晶層の主面に対して傾斜している構成として、励起光を照射されて色素４２が発した光を斜め方向に反射させることで、コレステリック液晶相の螺旋構造による反射、および、コレステリック液晶層の表面での反射をより多く繰り返すようにすることができる。すなわち、本発明のレーザー発振素子１０は、コレステリック液晶層１６の光の閉じ込め効果が大きい。そのため、励起光の強度が弱い場合であっても発振させることができる。

また、本発明のレーザー発振素子１０は、コレステリック液晶層１６の光の閉じ込め効果が大きいため、コレステリック液晶層の厚さが薄い場合でも、弱い励起光でレーザー発振させることができる。

なお、図５に示すように、本発明のレーザー発振素子１０では、発振されたレーザー光は、明部および暗部に対して垂直方向に出射されるため、コレステリック液晶層の表面に対して傾斜した方向に出射される。
あるいは、図５の右側に示すように、明部および暗部の傾斜角度によっては、レーザー光Ｉ₂は、コレステリック液晶層の側面から出射される。

ここで、表面に対し斜め方向に光路長が伸びた螺旋構造による光路長増大、、コレステリック液晶層の表面での反射率増大、等の観点から、コレステリック液晶層の主面に対する前記明部および暗部の傾斜角度θは、１０°～９０°が好ましく、３０°～９０°がより好ましく、４０°～９０°がさらに好ましい。

なお、本発明のコレステリック液晶層１６において、明部および暗部と、コレステリック液晶層１６の主面とが成す角度θとは、コレステリック液晶層１６の主面と、厚さ方向の中央を中心に、厚さ方向の５０％の領域の明部および暗部とが成す角度である。
明部及び暗部の傾斜角度は、断面ＳＥＭ画像によって観察される明部および暗部の角度から測定される。

明部および暗部と、コレステリック液晶層１６の主面とが成す角度θは、基本的に、液晶配向パターンにおける１周期Λ（１周期Λの長さ）と、コレステリック液晶相における螺旋１ピッチの長さピッチＰとによって、決まる。
具体的には、１周期Λが短いほど、角度θは大きくなる。また、ピッチＰが長いほど、角度θは大きくなる。従って、基本的に、１周期Λ、および、ピッチＰを調整することで、角度θを任意の角度に設定することができる。

コレステリック液晶層１６におけるピッチＰは、コレステリック液晶層１６すなわちレーザー発振素子１０の所望の発振波長に応じて、適宜、設定すればよい。

また、液晶配向パターンにおける１周期Λには制限はないが、コレステリック液晶層１６におけるピッチＰ、および、明部および暗部の傾斜角度θ等に応じて設定すればよい。液晶配向パターンにおける１周期Λは、２μｍ以下が好ましく、１μｍ以下がより好ましく、０．５μｍ以下がさらに好ましい。
なお、液晶配向パターンの形成の困難さ等を考慮すると、液晶配向パターンにおける１周期Λは、０．１μｍ以上であるのが好ましい。

また、コレステリック液晶層の厚さには特に制限はないが、レーザー発振素子の薄型化、製造適正、レーザー発振の容易性等の観点から、コレステリック液晶層の厚さは、１μｍ～２０μｍが好ましく、１μｍ～１０μｍがより好ましく、１μｍ～５μｍがさらに好ましい。

また、色素４２の発光波長と、コレステリック液晶層１６の選択反射波長域とは、少なくとも一部が重なっていればよいが、好適にレーザー発振を行う観点から、色素４２の発光波長は、コレステリック液晶層１６の選択反射波長のバンド短波長の少なくとも１つと重なっているのが好ましい。

ここで、バンド短波長とは、コレステリック液晶層１６の選択反射波長域の帯域端のことである。
コレステリック液晶層の選択反射波長の中心波長λ_cは、
λ_c＝ｎ×ｐ
で表される。ここで、ｎは液晶の平均屈折率(＝（ｎｅ＋ｎｏ)／２）、ｎｅは、液晶の長軸方向の屈折率、ｎｏは、液晶の短軸方向の屈折率、ｐは螺旋ピッチである。コレステリック液晶層の選択反射波長域のバンド端波長は通常λ_１、λ_２の２つあり、
λ_１＝ｎｏ×ｐ
λ_２＝ｎｅ×ｐ
となる。
このバンド端波長においては、バンド端での群速度異常に基づいてレーザー発振が生じやすい。バンド端波長におけるレーザー発振については、「光機能性高分子の新たな潮流」（シーエムシー出版）、等に記載されている。

また、レーザー発振の容易性等の観点から、断面ＳＥＭ画像によって観察される明部および暗部は、直線状であるのが好ましい。また、複数の明部同士、ならびに、暗部同士は、平行であること、すなわち、傾斜角度が一定であることが好ましい。明部および暗部の直線性および傾斜角度の均一性は、液晶配向パターンにおける液晶化合物の分子軸の向きが１８０°回転する１周期Λの変動が少なく程高くなる。
なお、１周期Λの変動係数は、コレステリック液晶層の両主面側で上記範囲となるのが好ましい。

上記１周期Λは、断面ＳＥＭ画像における明部および暗部の間隔に相当する。したがって、１周期Λの変動係数（標準偏差／平均値）は、明部および暗部の間隔をコレステリック液晶層の両主面についてそれぞれ１０点測定して算出すればよい。

ここで、図１に示す例では、光学軸Ａが矢印Ｘ方向に平行な液晶化合物４０が厚さ方向において一様に傾斜している構成とし、図３に示すように、明部および暗部の傾斜角度が厚さ方向において一定である構成としたが、これに限定はされない。
図６に示す例のように、コレステリック液晶層１６の偏光膜１４側の表面近傍において、液晶化合物４０がコレステリック液晶層１６の表面に対して平行に配列され、厚さ方向に配向膜１４から離間するにしたがって、コレステリック液晶層１６の表面に対する、液晶化合物４０の傾斜角度が大きくなり、一定の傾斜角度となる構成であってもよい。
なお、図６においては、液晶化合物４０の配列を説明するため、色素の図示は省略している。

この場合には、図７に示すように、断面ＳＥＭ画像において、明部および暗部は、表面近傍で下方（配向膜１４側）から上方（空気界面側）に向かって、所定の傾斜角度θとなるまで、立ち上がるように傾斜し、所定の傾斜角度θとなった位置から、上方（空気界面側）の表面まで、一定の傾斜角度θで傾斜した構成となる。
このように、厚さ方向の表面近傍の領域において、明部および暗部の傾斜角度が変化する領域を有していてもよい。

なお、図７のように、厚さ方向の表面近傍の領域において、明部および暗部の傾斜角度が変化する領域を有する構成の場合には、レーザー発振の容易性、等の観点から、厚さ方向において、傾斜角度θが一定の領域が５０％以上であるのが好ましく、７０％以上であるのがより好ましく、８０％以上であるのがさらに好ましい。

また、図１に示す例では、光学軸Ａが矢印Ｘ方向に平行な液晶化合物４０がコレステリック液晶層１６の表面に対して傾斜している構成としたが、これに限定はされない。図８に示すように、液晶化合物４０は、コレステリック液晶層１６の表面に対して平行であってもよい。なお、図８においては、液晶化合物４０の配列を説明するため、色素の図示は省略している。
このように、液晶化合物４０が、コレステリック液晶層１６の表面に対して平行であっても、断面ＳＥＭ画像において観察される明部および暗部は、図３に示すように、コレステリック液晶層１６の表面に対して傾斜した構成とすることができる。

なお、本発明のレーザー発振素子においては、好適にレーザー発振を行う観点から、光学軸Ａが矢印Ｘ方向に平行な液晶化合物４０がコレステリック液晶層１６の表面に対して傾斜している構成が好ましい。また、光学軸Ａが矢印Ｘ方向に平行な液晶化合物４０の、コレステリック液晶層１６の表面に対する傾斜角度は、明部および暗部の傾斜角度θと略同じであることがより好ましい。

ここで、色素４２としては、二色性色素が好ましい。
二色性色素は、基本的に棒状である。そのため、棒状の液晶化合物中に二色性色素を分散すると、液晶化合物の配向に応じて、二色性色素が一方向に向いて配列されやすくなる。
二色性色素が液晶分子の配向方向に対して平行あるいは垂直に向いて配列されることで、コレステリック液晶層の選択反射波長域のバンド端波長でレーザー発振しやすくなる。

また、本発明において、コレステリック液晶層は、重合等の硬化処理を施してコレステリック液晶相を固定化した状態であってもよく、コレステリック液晶相を固定化していない状態であってもよい。
ここで、コレステリック液晶相を「固定化した」状態は、コレステリック液晶相となっている液晶化合物の配向が保持された状態が最も典型的、且つ、好ましい態様である。それだけには制限されず、具体的には、通常０～５０℃、より過酷な条件下では－３０～７０℃の温度範囲において、層に流動性が無く、また、外場もしくは外力によって配向形態に変化を生じさせることなく、固定化された配向形態を安定に保ち続けることができる状態を意味するものとする。本発明では、後述するように、紫外線照射によって進行する硬化反応により、コレステリック液晶相の配向状態を固定することが好ましい。
なお、コレステリック液晶相を固定してなる層においては、コレステリック液晶相の光学的性質が層中において保持されていれば十分であり、最終的に層中の組成物がもはや液晶性を示す必要はない。

また、コレステリック液晶層が、コレステリック液晶相を固定化していない状態である場合には、コレステリック液晶層の両主面を支持体で挟持してコレステリック液晶層を保持する構成とすればよい。この場合、少なくとも一方の支持体の表面に配向膜が形成されていればよく、両方の支持体の表面に配向膜が形成されているのが好ましい。
コレステリック液晶層がコレステリック液晶相を固定化していない状態の場合には、外部からコレステリック液晶層に電界を印加することで、コレステリック液晶相の螺旋構造のピッチを調整することができる。前述のとおり、コレステリック液晶層の選択反射波長域はコレステリック液晶相の螺旋構造のピッチに依存する。また、前述のとおり、レーザー発振素子におけるレーザー発振は、コレステリック液晶層１６の選択反射波長のバンド短波長で起こりやすい。そのため、コレステリック液晶層に電界を印加してコレステリック液晶相の螺旋構造のピッチを調整すると、コレステリック液晶層１６の選択反射波長のバンド短波長が変化するため、その結果、レーザー発振する波長が変化する。すなわち、レーザー発振素子のコレステリック液晶層を、コレステリック液晶相を固定化していない状態とすることで、コレステリック液晶層に電界を印加してコレステリック液晶相の螺旋構造のピッチを調整して、レーザー発振する波長を調整することができる、波長可変のレーザー発振素子とすることができる。

本発明において、コレステリック液晶層は、矢印Ｘ方向に向かう液晶化合物４０の光学軸４０Ａの回転方向を逆にすることで、明部および暗部の傾斜方向を逆にできる。すなわち、図１および図２においては、矢印Ｘ方向に向かう光学軸４０Ａの回転方向は反時計回りで、明部および暗部は、矢印Ｘ方向に向かって降下するように傾斜する。
これに対して、矢印Ｘ方向に向かう光学軸４０Ａの回転方向を時計回りとすることで、明部および暗部は、傾斜が逆になり、矢印Ｘ方向に向かって上昇するように傾斜する。この態様は、言い合えれば、光学軸４０Ａが反時計回りする矢印Ｘ方向を、逆方向にした場合と同様である。
さらに、上述したように、左円偏光を反射するコレステリック液晶層１６と右円偏光を反射するコレステリック液晶層とでは、液晶化合物４０の螺旋状の旋回方向が逆になる。従って、図示例のように矢印Ｘ方向に向かって光学軸４０Ａが反時計回りに回転する液晶配向パターンを有する場合には、右円偏光を反射するコレステリック液晶層と、左円偏光を反射するコレステリック液晶相とでは、明部および暗部の傾斜が逆になる。

＜＜コレステリック液晶層の形成方法＞＞
コレステリック液晶層１６は、コレステリック液晶相を層状に固定して形成できる。
コレステリック液晶相を固定した構造は、コレステリック液晶相となっている液晶化合物の配向が保持されている構造であればよく、典型的には、重合性液晶化合物をコレステリック液晶相の配向状態としたうえで、紫外線照射、加熱等によって重合、硬化し、流動性が無い層を形成して、同時に、外場または外力によって配向形態に変化を生じさせることない状態に変化した構造が好ましい。
なお、コレステリック液晶相を固定した構造においては、コレステリック液晶相の光学的性質が保持されていれば十分であり、コレステリック液晶層において、液晶化合物４０は液晶性を示さなくてもよい。例えば、重合性液晶化合物は、硬化反応により高分子量化して、液晶性を失っていてもよい。

コレステリック液晶層１６の形成方法には、制限はなく、公知の形成方法が、各種、利用可能である。
特に、以下に示す本発明のコレステリック液晶層の形成方法は、本発明のコレステリック液晶層１６を、安定して、好適に形成できるため、好ましく例示される。

なお、前述のとおり、コレステリック液晶層１６は、コレステリック液晶相を固定しない状態であってもよい。

＜＜＜液晶組成物＞＞＞
コレステリック液晶層１６の形成に用いる材料は、一例として、液晶化合物、および、キラル剤液晶組成物が挙げられる。また、コレステリック液晶層１６の形成に用いる材料は、傾斜配向剤を含んでいてもよい。なお、傾斜配向剤とは、液晶化合物の傾斜配向を安定化させる添加剤である。キラル剤は、光の照射によって螺旋誘起力が低下するキラル剤を用いるのが好ましい。また、液晶化合物は重合性液晶化合物であるのが好ましい。
また、コレステリック液晶層の形成に用いる液晶組成物は、さらに界面活性剤等を含んでいてもよい。

－－重合性液晶化合物－－
重合性液晶化合物は、棒状液晶化合物であっても、円盤状液晶化合物であってもよい。
コレステリック液晶相を形成する棒状の重合性液晶化合物の例としては、棒状ネマチック液晶化合物が挙げられる。棒状ネマチック液晶化合物としては、アゾメチン類、アゾキシ類、シアノビフェニル類、シアノフェニルエステル類、安息香酸エステル類、シクロヘキサンカルボン酸フェニルエステル類、シアノフェニルシクロヘキサン類、シアノ置換フェニルピリミジン類、アルコキシ置換フェニルピリミジン類、フェニルジオキサン類、トラン類、および、アルケニルシクロヘキシルベンゾニトリル類等が好ましく用いられる。低分子液晶化合物だけではなく、高分子液晶化合物も用いることができる。

重合性液晶化合物は、重合性基を液晶化合物に導入することで得られる。重合性基の例には、不飽和重合性基、エポキシ基、およびアジリジニル基が含まれ、不飽和重合性基が好ましく、エチレン性不飽和重合性基がより好ましい。重合性基は種々の方法で、液晶化合物の分子中に導入できる。重合性液晶化合物が有する重合性基の個数は、好ましくは１～６個、より好ましくは１～３個である。
重合性液晶化合物の例は、Ｍａｋｒｏｍｏｌ．Ｃｈｅｍ．，１９０巻、２２５５頁（１９８９年）、Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ５巻、１０７頁（１９９３年）、米国特許第４６８３３２７号明細書、米国特許第５６２２６４８号明細書、米国特許第５７７０１０７号明細書、国際公開第９５／２２５８６号、国際公開第９５／２４４５５号、国際公開第９７／００６００号、国際公開第９８／２３５８０号、国際公開第９８／５２９０５号、特開平１－２７２５５１号公報、特開平６－１６６１６号公報、特開平７－１１０４６９号公報、特開平１１－８００８１号公報、および、特開２００１－３２８９７３号公報等に記載の化合物が含まれる。２種類以上の重合性液晶化合物を併用してもよい。２種類以上の重合性液晶化合物を併用すると、配向温度を低下させることができる。

また、上記以外の重合性液晶化合物としては、特開昭５７－１６５４８０号公報に開示されているようなコレステリック相を有する環式オルガノポリシロキサン化合物等を用いることができる。さらに、前述の高分子液晶化合物としては、液晶を呈するメソゲン基を主鎖、側鎖、あるいは主鎖および側鎖の両方の位置に導入した高分子、コレステリル基を側鎖に導入した高分子コレステリック液晶、特開平９－１３３８１０号公報に開示されているような液晶性高分子、および、特開平１１－２９３２５２号公報に開示されているような液晶性高分子等を用いることができる。

－－円盤状液晶化合物－－
円盤状液晶化合物としては、例えば、特開２００７－１０８７３２号公報や特開２０１０－２４４０３８号公報に記載のものを好ましく用いることができる。

また、液晶組成物中の重合性液晶化合物の添加量は、液晶組成物の固形分質量（溶媒を除いた質量）に対して、７５～９９．９質量％であるのが好ましく、８０～９９質量％であるのがより好ましく、８５～９０質量％であるのがさらに好ましい。

－－キラル剤（光学活性化合物）－－
キラル剤（カイラル剤）はコレステリック液晶相の螺旋構造を誘起する機能を有する。キラル剤は、化合物によって誘起する螺旋の捩れ方向または螺旋ピッチが異なるため、目的に応じて選択すればよい。
キラル剤としては、特に制限はなく、公知の化合物（例えば、液晶デバイスハンドブック、第３章４－３項、ＴＮ（twisted nematic）、ＳＴＮ（Super Twisted Nematic）用キラル剤、１９９頁、日本学術振興会第１４２委員会編、１９８９に記載）、イソソルビド（イソソルビド構造を有するキラル剤）、および、イソマンニド誘導体等を用いることができる。
キラル剤は、光の照射によって、戻り異性化、二量化、ならびに、異性化および二量化等を生じて、螺旋誘起力（ＨＴＰ：Helical Twisting Power）が低下するキラル剤が用いられることが好ましい。

キラル剤は、一般に不斉炭素原子を含むが、不斉炭素原子を含まない軸性不斉化合物または面性不斉化合物もキラル剤として用いることができる。軸性不斉化合物または面性不斉化合物の例には、ビナフチル、ヘリセン、パラシクロファン、および、これらの誘導体が含まれる。キラル剤は、重合性基を有していてもよい。キラル剤と液晶化合物とがいずれも重合性基を有する場合は、重合性キラル剤と重合性液晶化合物との重合反応により、重合性液晶化合物から誘導される繰り返し単位と、キラル剤から誘導される繰り返し単位とを有するポリマーを形成することができる。この態様では、重合性キラル剤が有する重合性基は、重合性液晶化合物が有する重合性基と、同種の基であるのが好ましい。従って、キラル剤の重合性基も、不飽和重合性基、エポキシ基またはアジリジニル基であるのが好ましく、不飽和重合性基であるのがより好ましく、エチレン性不飽和重合性基であるのがさらに好ましい。
また、キラル剤は、液晶化合物であってもよい。

液晶組成物における、キラル剤の含有量は、液晶化合物の含有モル量に対して０．０１～２００モル％が好ましく、１～３０モル％がより好ましい。

－－傾斜配向剤－－
コレステリック液晶層を形成する液晶組成物は、傾斜配向剤（垂直配向剤）を含有してもよい。
傾斜配向剤とは、配向膜側あるいは空気界面側の少なくとも一方の界面にプレチルト角を有する領域を発現させることにより、液晶化合物の傾斜配向を安定化させるための添加物である。言い換えると、傾斜配向剤とは、液晶層の主面に対して、液晶化合物を傾斜して配向する場合に、液晶の傾斜配向を安定化させる効果を有する添加剤である。なお、この傾斜配向には、液晶層の主面に対して９０°で配向する場合も含む。

傾斜配向剤には制限はなく、上述した作用効果を発現する化合物が、各種、利用可能である。特に、液晶組成物を配向膜に塗布した際に、空気界面側にプレチルト角を持たせることができる、空気界面配向剤が好ましい。
好ましい傾斜配向剤（空気界面配向剤）として、以下に示す極性基を有するフッ素ポリマー（Ｙ）が例示される。

（フッ素系ポリマー（Ｙ））
フッ素系ポリマー（Ｙ）は、極性基を有するフッ素系のポリマーである。
ここで、極性基とは、ヘテロ原子を少なくとも１原子以上有する基をいい、具体的には、例えば、水酸基、カルボニル基、カルボキシ基、アミノ基、ニトロ基、アンモニウム基、シアノ基等が挙げられる。中でも、水酸基、カルボキシ基が好ましい。

本発明において、フッ素系ポリマー（Ｙ）は、下記式（Ｃ）で表される構成単位を有するフッ素系ポリマーであるのが好ましい。

（式（Ｃ）中、Ｍｐはポリマー主鎖の一部を構成する３価の基を表し、Ｌ″は単結合または２価の連結基を表し、Ｙは極性基を表す。）

式（Ｃ）中、Ｍｐは、Ｍｐは、３価の基であり、ポリマーの主鎖の一部を構成する。
Ｍｐは、例えば、炭素数２～２０（置換基の炭素数は含まない。以下、Ｍｐ中のものについて同様。）の置換もしくは無置換の長鎖もしくは分岐のアルキレン基（例えば、エチレン基、プロピレン基、メチルエチレン基、ブチレン基、および、ヘキシレン基等）、炭素数３～１０の置換もしくは無置換の環状アルキレン基（例えば、シクロプロピレン基、シクロブチレン基、および、シクロヘキシレン基等）、置換もしくは無置換のビニレン基、置換もしくは無置換の環状ビニレン基、置換もしくは無置換のフェニレン基、酸素原子を含む基（例えば、エーテル基、アセタール基、エステル基、または、カルボネート基等を含む基）、窒素原子を含む基（例えば、アミノ基、イミノ基、アミド基、ウレタン基、ウレイド基、イミド基、イミダゾール基、オキサゾール基、ピロール基、アニリド基、または、マレインイミド基等を含む基）、硫黄原子を含む基（例えば、スルフィド基、スルホン基、または、チオフェン基等を含む基）、リン原子を含む基（例えば、ホスフィン基、または、リン酸エステル基等を含む基）、珪素原子を含む基（例えば、シロキサン基等を含む基）の基、または、これらの基を二つ以上連結して形成される基、であって、これらの基に含まれる水素原子の１つが－Ｌ－Ｘ基によって置換されている基が好適に挙げられる。
これらのうち、置換もしくは無置換のエチレン基、置換もしくは無置換のメチルエチレン基、置換もしくは無置換のシクロヘキシレン基、置換もしくは無置換のビニレン基、であって、これらの基に含まれる水素原子の１つが－Ｌ－Ｘ基によって置換されている基であるのが好ましく、なかでも、置換もしくは無置換のエチレン基、置換もしくは無置換のメチルエチレン基、置換もしくは無置換のビニレン基、であって、これらの基に含まれる水素原子の１つが－Ｌ－Ｘ基によって置換されている基であるのがより好ましく、置換もしくは無置換のエチレン基、置換もしくは無置換のメチルエチレン基、であって、これらの基に含まれる水素原子の１つが－Ｌ－Ｘ基によって置換されている基であるのがさらに好ましく、具体的には、後述する、Ｍｐ－１およびＭｐ－２であるのが好ましい。
なお、上記Ｌは、単結合または２価の連結基を表す。Ｌで表される２価の連結基は特に制限されないが、例えば、後述するＬ″で表される２価の連結基として例示される基が挙げられる。
Ｘは、置換または無置換の縮合環官能基を表す。Ｘで表される置換または無置換の縮合環官能基の環数については特に制限はないが、２～５個の環が縮合した基であるのが好ましい。環を構成している原子が炭素原子のみである炭化水素系の芳香族縮合環のみならず、ヘテロ原子を環構成原子とするヘテロ環が縮合した芳香族縮合環であってもよい。
また、Ｘとしては、例えば、炭素数５～３０の置換もしくは無置換のインデニル基、炭素数６～３０の置換もしくは無置換のナフチル基、炭素数１２～３０の置換もしくは無置換のフルオレニル基、アントリル基、ピレニル基、ペリレニル基、または、フェナントレニル基が好ましい。

以下に、Ｍｐの好ましい具体例を示すが、Ｍｐはこれに限定されるものではない。また、Ｍｐ中の＊で表される部位はＬと連結する部位を表す。

また、Ｌ″（単結合または２価の連結基）のうち、２価の連結基としては、＊－Ｌ1－Ｌ3－（＊は主鎖との連結位置を表す。）で表される２価の連結基であって、Ｌ1が、＊－ＣＯＯ－、＊－ＣＯＮＨ－、＊－ＯＣＯ－、または、＊－ＮＨＣＯ－を表し、かつ、Ｌ3が、炭素数２～２０のアルキレン基、炭素数２～２０のポリオキシアルキレン基、－Ｃ（＝Ｏ）－、－ＯＣ（＝Ｏ）Ｏ－、アリール基、または、これらの基が組み合わされた２価の連結基を表す、２価の連結基であるのが好ましい。
これらのうち、Ｌ″は、単結合；Ｌ1が、＊－ＣＯＯ－で表され、Ｌ3が、アルキレン基、－ＯＣ（＝Ｏ）Ｏ－およびアリール基が組み合わされた２価の連結基；Ｌ1が、＊－ＣＯＯ－で表され、Ｌ3が、炭素数２～２０のポリオキシアルキレン基で表される２価の連結基；であるのが好ましい。

また、式（Ｃ）中のＹで表される極性基としては、上述した通り、例えば、水酸基、カルボニル基、カルボキシ基、アミノ基、ニトロ基、アンモニウム基、および、シアノ基等が挙げられる。極性基は、これらのうち、水酸基、カルボキシ基、および、シアノ基のいずれかであるのが好ましい。

また、フッ素系ポリマー（Ｙ）は、上記式（Ｃ）で表される構成単位とともに、例えば、フルオロ脂肪族基含有モノマーより誘導される構成単位を有しているのが好ましく、具体的には、下記式（Ｂ）で表される構成単位を有しているのがより好ましい。

式（Ｂ）中、Ｍｐはポリマー主鎖の一部を構成する３価の基を表し、Ｌ′は単結合または２価の連結基を表し、Ｒｆは少なくとも１つのフッ素原子を含有する置換基を表す。）

式（Ｂ）中、Ｍｐは、上記式（Ｃ）中のＭｐと同義であり、好ましい範囲も同義である。
また、Ｌ′（単結合または２価の連結基）のうち、２価の連結基としては、好ましくは、－Ｏ－、－ＮＲ^a11－（但し、Ｒ^a11は水素原子、炭素数１～１０の脂肪族炭化水素基または炭素数６～２０のアリール基を表す）、－Ｓ－、－Ｃ（＝Ｏ）－、－Ｓ（＝Ｏ）₂－、および、炭素数１～２０の置換または無置換のアルキレン基、ならびに、これらを２個以上連結して形成される基から選択される２価の連結基である。
２個以上連結して形成される２価の連結基としては、－Ｃ（＝Ｏ）Ｏ－、－ＯＣ（＝Ｏ）－、－ＯＣ（＝Ｏ）Ｏ－、－Ｃ（＝Ｏ）ＮＨ－、－ＮＨＣ（＝Ｏ）－、－Ｃ（＝Ｏ）Ｏ（ＣＨ₂）_maＯ－（但し、ｍａは１～２０の整数を表す）等が挙げられる。

さらに、式（Ｂ）中のＭｐが、上述したＭｐ－１またはＭｐ－２を表す場合には、Ｌ′は、－Ｏ－、－ＮＲ^a11－（Ｒ^a11は、水素原子、炭素数１～１０の脂肪族炭化水素基を表す。）、－Ｓ－、－Ｃ（＝Ｏ）－、－Ｓ（＝Ｏ）₂－、炭素数１～２０の置換または無置換のアルキレン基、および、これらの２個以上を連結して形成される基から選択される２価の連結基であることが好ましく、－Ｏ－、－Ｃ（＝Ｏ）Ｏ－、－Ｃ（＝Ｏ）ＮＨ－、および、これらの１以上とアルキレン基との組み合わせからなる基から選択される２価の連結基がより好ましい。

Ｒｆは、少なくとも一つのフッ素原子が置換した炭素数１～３０の脂肪族炭化水素基（例えば、トリフルオロエチル基、パーフルオロヘキシルエチル基、パーフルオロヘキシルプロピル基、パーフルオロブチルエチル基、および、パーフルオロオクチルエチル基）等が好ましい例として挙げられる。また、Ｒｆは、末端に、ＣＦ₃基またはＣＦ₂Ｈ基を有することが好ましく、ＣＦ₃基を有することがより好ましい。

Ｒｆとしてより好ましくは、末端にＣＦ₃基を有するアルキル基または末端にＣＦ₂Ｈ基を有するアルキル基である。末端にＣＦ₃基を有するアルキル基は、アルキル基に含まれる水素原子の一部または全部がフッ素原子で置換されたアルキル基である。末端にＣＦ₃基を有するアルキル基中の水素原子の５０％以上がフッ素原子で置換されているアルキル基が好ましく、６０％以上が置換されているアルキル基がより好ましく、７０％以上が置換されているアルキル基がさらに好ましい。残りの水素原子は、さらに後述の置換基群Ｄとして例示された置換基によって置換されていてもよい。
末端にＣＦ₂Ｈ基を有するアルキル基は、アルキル基に含まれる水素原子の一部又は全部がフッ素原子で置換されたアルキル基である。末端にＣＦ₂Ｈ基を有するアルキル基中の水素原子の５０％以上がフッ素原子で置換されているのが好ましく、６０％以上が置換されているのがより好ましく、７０％以上が置換されているのがさらに好ましい。残りの水素原子は、さらに後述の置換基群Ｄとして例示された置換基によって置換されていてもよい。

置換基群Ｄ
アルキル基（好ましくは炭素数１～２０、より好ましくは炭素数１～１２、さらに好ましくは炭素数１～８のアルキル基であり、例えば、メチル基、エチル基、イソプロピル基、ｔｅｒｔ－ブチル基、ｎ－オクチル基、ｎ－デシル基、ｎ－ヘキサデシル基、シクロプロピル基、シクロペンチル基、および、シクロヘキシル基等が挙げられる）、アルケニル基（好ましくは炭素数２～２０、より好ましくは炭素数２～１２、さらに好ましくは炭素数２～８のアルケニル基であり、例えば、ビニル基、２－ブテニル基、および、３－ペンテニル基等が挙げられる）、アルキニル基（好ましくは炭素数２～２０、より好ましくは炭素数２～１２、さらに好ましくは炭素数２～８のアルキニル基であり、例えば、プロパルギル基、および、３－ペンチニル基等が挙げられる）、置換もしくは無置換のアミノ基（好ましくは炭素数０～２０、より好ましくは炭素数０～１０、さらに好ましくは炭素数０～６のアミノ基であり、例えば、無置換アミノ基、メチルアミノ基、ジメチルアミノ基、および、ジエチルアミノ基等が挙げられる）、

アルコキシ基（好ましくは炭素数１～２０、より好ましくは炭素数１～１２、さらに好ましくは炭素数１～８のアルコキシ基であり、例えば、メトキシ基、エトキシ基、および、ブトキシ基等が挙げられる）、アシル基（好ましくは炭素数１～２０、より好ましくは炭素数１～１６、さらに好ましくは炭素数１～１２アシル基であり、例えば、アセチル基、ホルミル基、および、ピバロイル基等が挙げられる）、アルコキシカルボニル基（好ましくは炭素数２～２０、より好ましくは炭素数２～１６、さらに好ましくは炭素数２～１２のアルコキシカルボニル基であり、例えば、メトキシカルボニル基、および、エトキシカルボニル基等が挙げられる）、アシルオキシ基（好ましくは炭素数２～２０、より好ましくは炭素数２～１６、さらに好ましくは炭素数２～１０のアシルオキシ基であり、例えば、アセトキシ基等が挙げられる）、

アシルアミノ基（好ましくは炭素数２～２０、より好ましくは炭素数２～１６、さらに好ましくは炭素数２～１０のアシルアミノ基であり、例えば、アセチルアミノ基等が挙げられる）、アルコキシカルボニルアミノ基（好ましくは炭素数２～２０、より好ましくは炭素数２～１６、さらに好ましくは炭素数２～１２のアルコキシカルボニルアミノ基であり、例えば、メトキシカルボニルアミノ基等が挙げられる）、スルホニルアミノ基（好ましくは炭素数１～２０、より好ましくは炭素数１～１６、さらに好ましくは炭素数１～１２のスルホニルアミノ基であり、例えば、メタンスルホニルアミノ基、および、エタンスルホニルアミノ基等が挙げられる）、スルファモイル基（好ましくは炭素数０～２０、より好ましくは炭素数０～１６、さらに好ましくは炭素数０～１２のスルファモイル基であり、例えば、スルファモイル基、メチルスルファモイル基、および、ジメチルスルファモイル基等が挙げられる）、

アルキルチオ基（好ましくは炭素数１～２０、より好ましくは炭素数１～１６、さらに好ましくは炭素数１～１２のアルキルチオ基であり、例えば、メチルチオ基、および、エチルチオ基等が挙げられる）、スルホニル基（好ましくは炭素数１～２０、より好ましくは炭素数１～１６、さらに好ましくは炭素数１～１２のスルホニル基であり、例えば、メシル基、および、トシル基等が挙げられる）、スルフィニル基（好ましくは炭素数１～２０、より好ましくは炭素数１～１６、さらに好ましくは炭素数１～１２のスルフィニル基であり、例えば、メタンスルフィニル基、および、エタンスルフィニル基等が挙げられる）、ウレイド基（好ましくは炭素数１～２０、より好ましくは炭素数１～１６、さらに好ましくは炭素数１～１２のウレイド基であり、例えば、無置換のウレイド基、および、メチルウレイド基等が挙げられる）、リン酸アミド基（好ましくは炭素数１～２０、より好ましくは炭素数１～１６、さらに好ましくは炭素数１～１２のリン酸アミド基であり、例えば、ジエチルリン酸アミド基挙げられる）、ヒドロキシ基、メルカプト基、ハロゲン原子（例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、および、ヨウ素原子）、シアノ基、スルホ基、カルボキシル基、ニトロ基、ヒドロキサム酸基、スルフィノ基、ヒドラジノ基、イミノ基、シリル基（好ましくは炭素数３～４０、より好ましくは炭素数３～３０、さらに好ましくは炭素数３～２４のシリル基であり、例えば、トリメチルシリル基等が挙げられる）が含まれる。これらの置換基はさらにこれらの置換基によって置換されていてもよい。また、置換基が二つ以上有する場合は、同じでも異なってもよい。また、可能な場合には互いに結合して環を形成していてもよい。

末端にＣＦ₃基を有するアルキル基又は末端にＣＦ₂Ｈ基を有するアルキル基の例を以下に示す。
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－

以下に、フルオロ脂肪族基含有モノマーより誘導される構成単位の具体例を示すが、本発明はこれに限定されるものではない。

フッ素系ポリマー（Ｙ）は、上記式（Ｃ）で表される構造を含有する構成単位、および、上記式（Ｂ）で表される、フルオロ脂肪族基含有モノマーより誘導される構成単位の他、これらの構成単位を形成するモノマーと共重合可能なモノマーより誘導される構成単位を含有してもよい。
共重合可能なモノマーとしては、本発明の趣旨を逸脱しない限り、特に制限はない。好ましいモノマーとしては、例えば、炭化水素系ポリマー（例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリマレインイミド、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸エステル、ポリアクリルアミド、ポリアクリルアニリド等）、ポリエーテル、ポリエステル、ポリカルボナート、ポリアミド、ポリアミック酸、ポリイミド、ポリウレタン、および、ポリウレイドを構成するモノマーで等が、溶媒への溶解度を向上させたり、ポリマーの凝集を防止する観点で好ましく用いることができる。
さらに、主鎖構造が、上記式（Ｃ）で表される基が構成するものと、同一となる構成単位が好ましい。

以下に共重合可能な構成単位の具体例を示すが、本発明は以下の具体例によってなんら制限されるものではない。特に、Ｃ－２、Ｃ－３、Ｃ－１０、Ｃ－１１、Ｃ－１２、Ｃ－１９が好ましく、Ｃ－１１、Ｃ－１９がさらに好ましい。

フッ素系ポリマー（Ｙ）における、上記式（Ｃ）で表される構成単位の含有率としては、フッ素系ポリマー（Ｙ）の全構成単位に対して、４５質量％以下であるのが好ましく、１～２０質量％であるのがより好ましく、２～１０質量％であるのがさらに好ましい。
また、フッ素系ポリマー（Ｙ）における、フルオロ脂肪族基含有モノマーより誘導される繰り返し単位（好ましくは上記式（Ｂ）で表される構成単位）の含有率としては、フッ素系ポリマー（Ｙ）の全構成単位に対して、５５質量％以上であるのが好ましく、８０～９９質量％であるのがより好ましく、９０～９８質量％であるのがさらに好ましい。上記２種以外の構成単位の含有率としては、６０質量％以下が好ましく、５０質量％以下がより好ましい。

また、フッ素系ポリマー（Ｙ）は、各構成単位が不規則的に導入されたランダム共重合体であっても、規則的に導入されたブロック共重合体であってもよく、ブロック共重合体である場合の各構成単位は、如何なる導入順序で合成されたものであってもよく、同一の構成成分を２度以上用いてもよい。
また、上記式（Ｃ）で表される構成単位、上記式（Ｂ）で表される構成単位等は、１種類のみであってもよいし、２種類以上であってもよい。上記式(Ｃ)の構成単位を２種以上含む場合には、Ｙが同一極性基であるのが好ましい。２種類以上の場合、上記含有率は、合計含有率である。

さらに、フッ素系ポリマー（Ｙ）の分子量範囲は、重量平均分子量（Ｍｗ）で、１００００～３５０００であるの好ましく、１５０００～３００００であるのがより好ましい。
ここで、重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ（ＧＰＣ）を用いて、ポリスチレン（ＰＳ）換算の値として測定可能である。

コレステリック液晶層を形成する液晶組成物においては、上述したフッ素系ポリマー（Ｙ）を含む傾斜配向剤（空気界面配合剤）の含有量は、液晶組成物の全固形分に対して０．２～１０質量％が好ましく、０．２～５質量％より好ましく、０．２～３質量％がさらに好ましい。

－－その他の成分－－
本発明の液晶組成物には、上述した液晶化合物、キラル剤および傾斜配向剤以外の成分が含まれていてもよい。
《重合開始剤》
液晶組成物には、重合開始剤が含まれていてもよい。紫外線照射により重合反応を進行させる態様では、使用する重合開始剤は、紫外線照射によって重合反応を開始可能な光重合開始剤であるのが好ましい。
光重合開始剤の例には、α－カルボニル化合物（米国特許第２３６７６６１号、米国特許第２３６７６７０号の各明細書記載）、アシロインエーテル（米国特許第２４４８８２８号明細書記載）、α－炭化水素置換芳香族アシロイン化合物（米国特許第２７２２５１２号明細書記載）、多核キノン化合物（米国特許第３０４６１２７号、米国特許第２９５１７５８号の各明細書記載）、トリアリールイミダゾールダイマーとｐ－アミノフェニルケトンとの組み合わせ（米国特許第３５４９３６７号明細書記載）、アクリジンおよびフェナジン化合物（特開昭６０－１０５６６７号公報、米国特許第４２３９８５０号明細書記載）、ならびに、オキサジアゾール化合物（米国特許第４２１２９７０号明細書記載）等が挙げられる。
液晶組成物中の光重合開始剤の含有量は、液晶化合物の含有量に対して０．１～２０質量％であるのが好ましく、０．５～１２質量％であるのがさらに好ましい。

また、液晶組成物には、塗工膜の均一性、膜の強度の点から、重合性モノマーが含まれていてもよい。
重合性モノマーとしては、ラジカル重合性またはカチオン重合性の化合物が挙げられる。好ましくは、多官能性ラジカル重合性モノマーであり、上記の重合性基含有の円盤状液晶化合物と共重合性のものが好ましい。例えば、特開２００２－２９６４２３号公報明細書中の段落番号［００１８］～［００２０］記載のものが挙げられる。
重合性モノマーの添加量は、液晶化合物１００質量部に対して、１～５０質量部であることが好ましく、５～３０質量部であることがより好ましい。

《界面活性剤》
コレステリック液晶層を形成する際に用いる液晶組成物は、塗工膜の均一性、膜の強度の点から、界面活性剤を含有してもよい。
界面活性剤は、安定的にまたは迅速にプレーナー配向のコレステリック液晶相とするために寄与する配向制御剤として機能できる化合物が好ましい。界面活性剤としては、例えば、シリコ－ン系界面活性剤およびフッ素系界面活性剤が挙げられ、フッ素系界面活性剤が好ましく例示される。

界面活性剤の具体例としては、特開２０１４－１１９６０５号公報の段落［００８２］～［００９０］に記載の化合物、特開２０１２－２０３２３７号公報の段落［００３１］～［００３４］に記載の化合物、特開２００５－９９２４８号公報の段落［００９２］および［００９３］中に例示されている化合物、特開２００２－１２９１６２号公報の段落［００７６］～［００７８］および段落［００８２］～［００８５］中に例示されている化合物、ならびに、特開２００７－２７２１８５号公報の段落［００１８］～［００４３］等に記載のフッ素（メタ）アクリレート系ポリマー、等が挙げられる。
なお、界面活性剤は、１種を単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。
フッ素系界面活性剤として、特開２０１４－１１９６０５号公報の段落［００８２］～［００９０］に記載の化合物が好ましい。

液晶組成物中における、界面活性剤の添加量は、液晶化合物の全質量に対して０．０１～１０質量％が好ましく、０．０１～５質量％がより好ましく、０．０２～１質量％がさらに好ましい。

《溶媒》
液晶組成物は、コレステリック液晶層を形成する際には、液体として用いられるのが好ましい。これに対応して、液晶組成物は溶媒を含んでいてもよい。
溶媒には、制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、有機溶媒が好ましい。有機溶媒の例には、アミド（例、Ｎ，Ｎ－ジメチルホルムアミド）、スルホキシド（例、ジメチルスルホキシド）、ヘテロ環化合物（例、ピリジン）、炭化水素（例、ベンゼン、ヘキサン）、アルキルハライド（例、クロロホルム、ジクロロメタン）、エステル（例、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル）、ケトン（例、アセトン、メチルエチルケトン）、エーテル（例、テトラヒドロフラン、１，２－ジメトキシエタン）が含まれる。アルキルハライドおよびケトンが好ましい。２種類以上の有機溶媒を併用してもよい。

《オニウム塩》
コレステリック層を形成する液晶組成物は、配向膜上に塗布した際に、配向膜側でプレチルト角を有する領域を設けるため、オニウム塩の少なくとも一種を含有することが好ましい。オニウム塩は配向膜界面側において棒状液晶化合物の分子に一定のプレチルト角を付与させるのに寄与する。オニウム塩の例には、アンモニウム塩、スルホニウム塩、ホスホニウム塩等のオニウム塩が含まれる。好ましくは、４級オニウム塩であり、特に好ましくは第４級アンモニウム塩である。

第４級アンモニウム塩は、一般に第３級アミン（例えば、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリブチルアミン、トリエタノールアミン、Ｎ－メチルピロリジン、Ｎ－メチルピペリジン、Ｎ，Ｎ－ジメチルピペラジン、トリエチレンジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’－テトラメチルエチレンジアミン等）あるいは含窒素複素環（ピリジン環、ピコリン環、２，２’－ビピリジル環、４，４’－ビピリジル環、１，１０－フェナントロリン環、キノリン環、オキサゾール環、チアゾール環、Ｎ－メチルイミダゾール環、ピラジン環、テトラゾール環等）をアルキル化（メンシュトキン反応）、アルケニル化、アルキニル化あるいはアリール化して得られる。
コレステリック層を形成する液晶組成物中のオニウム塩の含有量は、その種類によって好ましい含有量が変動するが、通常は、併用される棒状液晶化合物の含有量に対して、０．０１～１０質量％であるのが好ましく、０．０５～７質量％であるのがより好ましく、０．０５～５質量％であるのがさらに好ましい。オニウム塩は二種類以上用いてもよいが、かかる場合は、使用する全種類のオニウム塩の含有量の合計が前述の範囲であるのが好ましい。

《架橋剤》
液晶組成物は、硬化後の膜強度向上、耐久性向上のため、任意に架橋剤を含有していてもよい。架橋剤としては、紫外線、熱、および、湿気等で硬化するものが好適に使用できる。
架橋剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えばトリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレートおよびペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート等の多官能アクリレート化合物；グリシジル（メタ）アクリレートおよびエチレングリコールジグリシジルエーテル等のエポキシ化合物；２，２－ビスヒドロキシメチルブタノール－トリス［３－（１－アジリジニル）プロピオネート］および４，４－ビス（エチレンイミノカルボニルアミノ）ジフェニルメタン等のアジリジン化合物；ヘキサメチレンジイソシアネートおよびビウレット型イソシアネート等のイソシアネート化合物；オキサゾリン基を側鎖に有するポリオキサゾリン化合物；ならびに、ビニルトリメトキシシラン、Ｎ－（２－アミノエチル）３－アミノプロピルトリメトキシシラン等のアルコキシシラン化合物等が挙げられる。また、架橋剤の反応性に応じて公知の触媒を用いることができ、膜強度および耐久性向上に加えて生産性を向上させることができる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
架橋剤の含有量は、液晶組成物の固形分質量に対して、３～２０質量％が好ましく、５～１５質量％がより好ましい。架橋剤の含有量が上記範囲内であれば、架橋密度向上の効果が得られやすく、コレステリック液晶相の安定性がより向上する。

《その他の添加剤》
コレステリック液晶層を形成する液晶組成物中には、必要に応じて、さらに重合禁止剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定化剤、色材、および、金属酸化物微粒子等を、光学的性能等を低下させない範囲で添加することができる。

＜＜＜コレステリック液晶層の形成＞＞＞
コレステリック液晶層１６を形成する際には、コレステリック液晶層の形成面に液晶組成物を塗布して、液晶化合物をコレステリック液晶相の状態に配向した後、液晶化合物を硬化して、コレステリック液晶層とするのが好ましい。
コレステリック液晶層の形成は、以下に示す形成方法で行うのが好ましい。
すなわち、上述した液晶配向パターンに応じた、光学軸４０Ａの向きを、面内の少なくとも一方向に沿って回転させる配向パターンを有する配向膜１４を用意する。ここで、液晶配向パターンにおける１周期Λは、明部および暗部の傾斜角度θによって設定されるため、液晶配向パターンにおける１周期Λが設定された長さとなるように、配向膜１４も、これに応じた配向パターンとするのが好ましい。

この配向膜１４に、上述した液晶化合物、および、キラル剤を含む液晶組成物を塗布する（塗布工程）。
液晶組成物の塗布は、インクジェットおよびスクロール印刷等の印刷法、ならびに、スピンコート、バーコートおよびスプレー塗布等のシート状物に液体を一様に塗布できる公知の方法が全て利用可能である。また、液晶組成物の塗膜厚には、制限はなく、形成するコレステリック液晶層１６の膜厚に応じて、適宜、設定すればよい。

液晶組成物の塗膜を形成したら、次いで、液晶組成物を加熱処理する加熱工程を行う。加熱工程によって、液晶化合物４０を上述した配向状態とする。
加熱処理の温度には、制限はなく、液晶化合物４０等に応じて、液晶化合物４０をコレステリック液晶相に配向できる温度を、適宜、設定すればよい。加熱処理の温度は、２５～１４０℃が好ましく，５０～１２０℃がより好ましく、６０～１００℃がさらに好ましい。
また、加熱処理時間にも、制限はないが、１０～６００秒が好ましく、１５～３００秒がより好ましく、３０～２００秒がさらに好ましい。

配向させた液晶化合物は、必要に応じて、さらに重合される（硬化工程）。重合は、熱重合、および、光照射による光重合のいずれでもよいが、光重合が好ましい。光照射は、紫外線を用いるのが好ましい。照射エネルギーは、２０ｍＪ／ｃｍ²～５０Ｊ／ｃｍ²が好ましく、５０～１５００ｍＪ／ｃｍ²がより好ましい。光重合反応を促進するため、加熱条件下または窒素雰囲気下で光照射を実施してもよい。照射する紫外線の波長は２５０～４３０ｎｍが好ましい。

また、キラル剤としてＨＴＰが変化するキラル剤を用いる場合には、加熱工程と硬化工程との間に、好ましくは、キラル剤のＨＴＰを低下させるための第１露光工程を行う。
これにより、明部および暗部の傾斜角度θが大きい場合でもコレステリック液晶層を、安定して形成することができる。

第１露光工程に用いる光には、制限はないが、紫外線を用いるのが好ましい。照射する紫外線の波長は２５０～４３０ｎｍが好ましい。なお、第１露光工程と硬化工程における露光とは、異なる波長の光を用いるのが好ましい。すなわち、第１露光工程では、液晶組成物を硬化しない波長の光を用いるのが好ましい。
照射エネルギーは、合計で２ｍＪ／ｃｍ²～５０Ｊ／ｃｍ²が好ましく、５～１５００ｍＪ／ｃｍ²がより好ましい。光重合反応を促進するため、加熱条件下または窒素雰囲気下で露光を実施してもよい。

以上、本発明のレーザー発振素子について詳細に説明したが、本発明は上述の例に限定はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更を行ってもよいのは、もちろんである。

以下に実施例を挙げて本発明の特徴をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、試薬、使用量、物質量、割合、処理内容、および、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。

［実施例１］
（配向膜の形成）
支持体としてガラス基材を用意した。
支持体上に、下記の配向膜形成用塗布液を、スピンコータを用いて、２５００ｒｐｍにて３０秒間塗布した（塗布工程）。この配向膜形成用塗布液の塗膜が形成された支持体を６０℃のホットプレート上で６０秒間乾燥し（乾燥工程）、配向膜を形成した。

配向膜形成用塗布液
―――――――――――――――――――――――――――――――――
下記光配向用素材 １．００質量部
水 １６．００質量部
ブトキシエタノール ４２．００質量部
プロピレングリコールモノメチルエーテル ４２．００質量部
―――――――――――――――――――――――――――――――――

－光配向用素材－

（配向膜の露光（露光工程））
図９に示す露光装置を用いて配向膜を露光して、配向パターンを有する配向膜を形成した。
露光装置において、レーザーとして波長（３２５ｎｍ）のレーザー光を出射するものを用いた。干渉光による露光量を３００ｍＪ／ｃｍ²とした。なお、２つのレーザー光の干渉により形成される配向パターンの１周期Λ（光学軸が１８０°回転する長さ）が、０．２７μｍとなるように、２つの光の交差角（交差角α）を７４°に調節した。

（コレステリック液晶層の形成）
コレステリック液晶層を形成する液晶組成物として、下記の液晶組成物を調製した。
液晶組成物
―――――――――――――――――――――――――――――――――
液晶化合物Ｌ－１ １００．００質量部
重合開始剤Ｉ－２ ３．００質量部
配向剤Ｔ－１ ０．２０質量部
キラル剤Ｃｈ－１ ４．４０質量部
キラル剤Ｃｈ－２ １．００質量部
色素ＤＣＭ
4-(ジシアノメチレン)-2-メチル-6-(4-ジメチルアミノスチリル)-4H-ピラン
１．００質量部
メチルエチルケトン（溶媒） ３２１．６０質量部
―――――――――――――――――――――――――――――――――

液晶化合物Ｌ－１

重合開始剤Ｉ－２

配向剤Ｔ－１

キラル剤Ｃｈ－１

キラル剤Ｃｈ－２

＜螺旋誘起力（ＨＴＰ）の測定＞
キラル剤Ｃｈ－２をＭｅｒｃｋ社製のＺＬＩ－１１３２中に溶解し、Ｇｒａｎｄｇｅａｎ－Ｃａｎｏ法により、くさび形セルを用いて、キラル剤Ｃｈ－２の初期のＨＴＰを求めた。Ｍｅｒｃｋ社製のＺＬＩ－１１３２は、キラル剤のＨＴＰを測定するときのホスト液晶として用いている。
また、同様のキラル剤Ｃｈ－２のＨＴＰの測定を、超高圧水銀ランプを用いて光反応を起こさせて行った。反応（ＨＴＰの変化）が定常状態になった時の値を、光反応後のキラル剤Ｃｈ－２のＨＴＰとした。これらの値は「キラル剤／ＺＬＩ－１１３２のモル比」をベースにして計算した。
その結果、キラル剤Ｃｈ－２の初期のＨＴＰは５４μｍ^-1、光反応後のＨＴＰは８μｍ^-1であった。

配向膜上に、上記の液晶組成物を、スピンコータを用いて、８００ｒｐｍで１０秒間塗布した（塗布工程）。
液晶組成物の塗膜をホットプレート上で８０℃にて３分間（１８０ｓｅｃ）加熱した（加熱工程）。

次いで、８０℃にて、窒素雰囲気下で高圧水銀灯を用いて波長３６５ｎｍの紫外線を３００ｍＪ／ｃｍ²の照射量で塗膜に照射することにより（硬化工程）、液晶組成物ＬＣ－１を硬化して液晶化合物の配向を固定化し、コレステリック液晶層を形成した。
これにより、支持体、配向膜およびコレステリック液晶層を有するレーザー発振素子を作製した。

コレステリック液晶層は、図２に示すような周期的な配向表面になっていることを偏光顕微鏡で確認した。
レーザー発振素子を光学軸の回転方向に沿う方向に切削し、断面ＳＥＭ画像を取得し、断面ＳＥＭ画像を解析した。その結果、コレステリック液晶層の膜厚ｄは２μｍ、液晶配向パターンにおける１周期Λは０．２７μｍ、螺旋１ピッチの長さピッチＰは０．３５μｍ、および、主面に対する明部および暗部の傾き（傾斜角度θ）は４１°であった。

［実施例２］
配向膜の露光において、２つのレーザー光の干渉により形成される配向パターンの１周期Λ（光学軸が１８０°回転する長さ）が、０．２０μｍとなるように、２つの光の交差角（交差角α）を１１２°に調節した。
また、配向膜上に上記の液晶組成物を塗布し、加熱した後に、高圧水銀灯を用いて、３００ｎｍのロングバスフィルタ、および３５０ｎｍのショートパスフィルタを介して、大気雰囲気下において、８０℃で液晶組成物の露光を行った（第１露光工程）。第１露光工程は、波長３１５ｎｍで測定される光の照射量が１０ｍＪ／ｃｍ²となるように行った。
その後、８０℃にて、窒素雰囲気下で高圧水銀灯を用いて波長３６５ｎｍの紫外線を３００ｍＪ／ｃｍ²の照射量で塗膜に照射することにより（硬化工程）、液晶組成物ＬＣ－１を硬化して液晶化合物の配向を固定化し、コレステリック液晶層を形成した。
これにより、支持体、配向膜およびコレステリック液晶層を有するレーザー発振素子を作製した。その他は、実施例１と同様にしてレーザー発振素子を作製した。

作製した実施例２のレーザー発振素子について、実施例１と同様に断面ＳＥＭ画像を取得して解析を行った結果、コレステリック液晶層の膜厚ｄは２μｍ、液晶配向パターンにおける１周期Λは０．２０μｍ、螺旋１ピッチの長さピッチＰは０．４０μｍ、および、主面に対する明部および暗部の傾き（傾斜角度θ）は９０°であった。

［比較例１］
配光膜の露光時にレーザー干渉露光を行わず、１光束のレーザーのみの直線偏光で露光して面内一方向に液晶を配向する配向処理を行い、また、実施例１の液晶組成物において、配向剤Ｔ－１に代えて配向剤Ｔ－２を０．０８質量部加えた以外は、実施例１と同様にしてレーザー発振素子を作製した。

配向剤Ｔ－２

作製した比較例１のレーザー発振素子について、実施例１と同様に断面ＳＥＭ画像を取得して解析を行った結果、コレステリック液晶層の膜厚ｄは２μｍ、螺旋１ピッチの長さピッチＰは０．３５μｍ、主面に対する明部および暗部の傾き（傾斜角度θ）は０度であった。

［レーザー発振の確認］
実施例１のレーザー発振素子を用いて、下記のようにしてレーザー発振の確認実験を行った。
励起光源として、ナノ秒Ｑスイッチレーザー（Ｃｏｎｔｉｎｕｕｍ製 Ｓｕｒｅｌｉｔｅ）の第二高調波（５３２ｎｍ）を用い、直線偏光を四分の一波長板で円偏光に変換した後、焦点距離１００ｍｍのレンズで集光し試料面（コレステリック液晶層の表面）に対し３２度で照射した。試料からの発光をレンズで集光し光ファイバ分光器で分光、検出した。励起光のパルスエネルギーは、焦電式ジュールメーター（Ｔｈｏｌａｂｓ製 ＥＳ１１１Ｃ）で計測した。発光が観測される角度は試料面に対して８０°であった。

図１０に、発光の波長と強度との関係を計測したグラフを示す。
図１０に示すように、励起光の強度が１００μＪ、１５０μＪ（０．３Ｊ／ｃｍ²）の場合には、波長５００ｎｍから７００ｎｍに及ぶ幅広な発光が見られた。励起光の強度を３００μＪまで上げると、光線のピーク強度は幅広な蛍光の強度の５倍以上にまで上昇した。このように、狭線幅の光線を発光し、かつ、この狭線幅の光線の発光に対して明確な励起光エネルギー閾値を持つことから、コレステリック液晶相の周期構造によって、反転分布したＤＣＭ色素の誘電放出により発光が増幅し、レーザー発振したことを確認できた。

比較例１のレーザー発振素子を用いて、実施例１と同様のレーザー発振の確認実験を行った。
図１０に示すように、励起光の強度が３００μＪの場合の結果を示す。
実施例１と同様に波長５００ｎｍから７００ｎｍに及ぶ幅広な発光が見られたが、励起光の強度を３００μＪまで上げても実施例１で見られたような狭線幅の発光線は得られなかった。従って、比較例１ではレーザー発振が起きていないことを確認した。

実施例２のレーザー発振素子を用いて、図１１に示す光学系を用いて、下記のようにしてレーザー発振の確認実験を行った。
励起光源１００として、ナノ秒Ｑスイッチレーザー（Ｃｏｎｔｉｎｕｕｍ製 Ｓｕｒｅｌｉｔｅ）の第二高調波（５３２ｎｍ、５－１０ｎｓ）を用い、直線偏光を四分の一波長板１０２で円偏光に変換した後、焦点距離３００ｍｍのレンズ１０４で集光し試料１０６の表面（コレステリック液晶層の表面）に対し垂直に照射した。試料１０６からの発光をレンズ１０８で集光し光ファイバ分光器１１０で分光、検出した。励起光のパルスエネルギーは、焦電式ジュールメーター（Ｔｈｏｌａｂｓ製 ＥＳ１１１Ｃ）で計測した。また、レーザー発振素子は、配向パターンの面内回転周期に対して垂直にカットして外側を剥離して使用した。この結果、試料面に対して垂直な方向の端面から発光が見られた。

図１２に、照射径０．４５ｍｍ、励起長２．５ｍｍ、励起光強度１．８５ｍＪにおける発光の波長と強度との関係を計測したグラフを示す。６４２ｎｍを中心に、尖鋭な複数の発振線を確認され、発振線のＦＷＨＭは約１．４ｎｍであった。また、励起長２．５ｍｍにおける発光強度の励起光強度依存性を図１３に示す。発振閾値は約０．２５ｍＪ／ｃｍ²であった。また、照射径０．４５ｍｍ、励起光強度７．４ｍＪ／ｃｍ²における、発光強度の励起長依存性を図１４に示す。励起長が長くなるほど、励起光強度が大きくなることを確認した。この結果は、コレステリック液晶の周期面が試料面に対し垂直方向を向いていることで、励起長方向が長くなるほど発光部までのらせん周期数が増大し、レーザー発振に必要な励起光エネルギーを低減できることを示唆している。
以上の結果より、本発明の効果は明らかである。

光通信等の様々なレーザー光源として好適に利用可能である。

１０ レーザー発振素子
１２ 支持体
１４ 配向膜
１６ コレステリック液晶層
４０ 液晶化合物
４０Ａ 光学軸
６０ 露光装置
６２ レーザー
６４ 光源
６５ λ／２板
６８ 偏光ビームスプリッター
７０Ａ，７０Ｂ ミラー
７２Ａ，７２Ｂ λ／４板
Ｍ レーザー光
ＭＡ，ＭＢ 光線
Ｐ_O 直線偏光
Ｐ_R 右円偏光
Ｐ_L 左円偏光

Claims (5)

1. 液晶化合物をコレステリック配向してなるコレステリック液晶層を有し、
   走査型電子顕微鏡によって観察される前記コレステリック液晶層の断面において、前記コレステリック液晶相に由来する明部および暗部が、前記コレステリック液晶層の主面に対して、傾斜しており、
   前記コレステリック液晶層は、励起により発光する色素を含み、
   前記色素の発光波長域と、前記コレステリック液晶層の選択反射波長域とが、少なくとも一部において重なっているレーザー発振素子。
2. 前記色素の前記発光波長域と、前記コレステリック液晶層の前記選択反射波長域のバンド端波長の少なくとも１つとが重なっている請求項１に記載のレーザー発振素子。
3. 前記コレステリック液晶層の主面に対する前記明部および暗部の傾斜角度が、４０°～９０°である請求項１または２に記載のレーザー発振素子。
4. 前記色素が、有機系色素である請求項１～３のいずれか一項に記載のレーザー発振素子。
5. 前記コレステリック液晶層に含まれる前記液晶化合物が、前記コレステリック液晶層の主面に対して傾斜している請求項１～４のいずれか一項に記載のレーザー発振素子。

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