JP7463520B2 - 光学素子および導光素子 - Google Patents

Description

本発明は、入射した光を回折する光学素子、および、この光学素子を用いた導光素子に関する。

光学素子として、液晶化合物をコレステリック配向したコレステリック液晶層を用いることが提案されている。

例えば、特許文献１には、各々が所定方向に沿って延びる複数の螺旋状構造体を備え、所定方向に交差すると共に、光が入射する第１入射面と、所定方向に交差すると共に、第１入射面から入射した光を反射する反射面とを有し、第１入射面は、複数の螺旋状構造体のそれぞれの両端部のうちの一方端部を含み、複数の螺旋状構造体の各々は、所定方向に沿って連なる複数の構造単位を含み、複数の構造単位は、螺旋状に旋回して積み重ねられた複数の要素を含み、複数の構造単位の各々は、第１端部と第２端部とを有し、所定方向に沿って互いに隣接する構造単位のうち、一方の構造単位の第２端部は、他方の構造単位の第１端部を構成し、複数の螺旋状構造体に含まれる複数の第１端部に位置する要素の配向方向は揃っており、反射面は、複数の螺旋状構造体のそれぞれに含まれる少なくとも１つの第１端部を含み、反射面は、第１入射面に対して非平行である、反射構造体が記載されている。
特許文献１には、液晶化合物をコレステリック配向させて螺旋構造とすることが記載されている。また、特許文献１に記載の反射構造体は、入射した光を鏡面反射するのではなく、入射した光を回折して反射するものである。

また、特許文献２には、コレステリック構造および楕円状の屈折率楕円体を有する変形螺旋を有する二軸性フィルムであって、３８０ｎｍ未満の波長を有する光を反射する二軸性フィルムが記載されている。

国際公開第２０１６／１９４９６１号 特表２００５－５１３２４１号公報

ところで、近年、実際に見ている光景に、仮想の映像および各種の情報等を重ねて表示する、いわゆるＡＲ（Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ（拡張現実））グラスが実用化されている。ＡＲグラスは、スマートグラス、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ（Ｈｅａｄ Ｍｏｕｎｔｅｄ Ｄｉｓｐｌａｙ））、および、ＡＲメガネ等とも呼ばれている。
ＡＲグラスは、一例として、ディスプレイ（光学エンジン）が表示した映像を、導光板の一端に入射して伝播し、他端から出射することにより、使用者が実際に見ている光景に、仮想の映像を重ねて表示する。

ＡＲグラスでは、一例として、ディスプレイが表示した画像を担持する光を、回折素子を用いて回折することで、全反射可能な角度で導光板に入射する。また、ＡＲグラスでは、導光板内を全反射して伝播された光を、同様に、回折素子によって回折することで、光を導光板から出射させて、使用者による観察部に照射させる。

周知のように、液晶化合物をコレステリック配向させたコレステリック液晶層は、特定の波長域の光を選択的に反射する波長選択反射性を有する。また、特許文献１に記載された反射構造体は、コレステリック液晶層を有するもので、入射した光を回折して反射することができる。
そのため、特許文献１に記載されるコレステリック液晶層を、ＡＲグラスの、例えば入射素子（入射側の回折素子）として用いることにより、所望の色の画像を、導光板に入射して、全反射させて伝播することができる。

しかしながら、コレステリック液晶層は、上述のように、所定の波長域の光のみを選択的に反射するものである。
したがって、１枚の導光板に、不連続な異なる波長域の光を入射させるためには、複数層のコレステリック液晶層が必要になる。
また、回折素子は、回折する光の波長が異なる場合には、回折の角度も異なる。一般的に、回折素子は、回折する光の波長が長いほど、回折角度が大きくなる。そのため、単にコレステリック液晶層を増やしただけでは、１枚の導光板に異なる波長域の光を、導光板内を全反射するように適正に入射することは、困難である。

また、周知のように、コレステリック液晶層は、主面（最大面）の法線に対して斜め方向から光が入射した場合には、選択的な反射波長域が短波長側に変動する、いわゆるブルーシフトを生じる。
一方で、ディスプレイ等から照射される光は、様々な角度で入射素子に入射する。
そのため、従来、知られているコレステリック液晶層を用いる回折素子では、ディスプレイの画像表示面の全面に対応して、所定の波長域の光を、全反射可能な角度で導光板に入射することは、困難であった。その結果、コレステリック液晶層を用いる回折素子を、導光板への入射側に用いるＡＲグラスでは、いわゆるＦＯＶ（Ｆｉｅｌｄ ｏｆ Ｖｉｅｗ）が狭くなってしまうという問題が有る。

本発明の目的は、このような従来技術の問題点を解決することにあり、λを含む波長域と、λ／２を含む波長域とに、十分な幅の反射波長域を有し、例えば、上述のような導光板への入射素子として用いることで、ディスプレイの表示画面の全面に対応して、連続しない異なる波長域の光を、全反射可能な角度で導光板に入射できる光学素子、および、この光学素子を用いる導光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させてなるコレステリック液晶層を有し、
コレステリック液晶層は、液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有し、かつ、
コレステリック配向における螺旋軸方向の螺旋ピッチが、コレステリック液晶層の厚さ方向に、漸次、変化するものであり、さらに、
第１の波長λと、第２の波長λ／２とに、反射のピークを有することを特徴とする光学素子。
［２］ コレステリック液晶層は、面内に、第２の波長λ／２の光の回折効率が異なる領域を有する、［１］に記載の光学素子。
［３］ ［１］または［２］に記載の光学素子と、導光板とを有する、導光素子。
［４］ 光学素子は、第１の波長λの光および第２の波長λ／２の光を、全反射させる角度で導光板に入射させる入射素子である、［３］に記載の導光素子。
［５］ 導光板に光を入射させる入射素子と、導光板から光を出射させる出射素子とを有し、
光学素子は、第２の波長λ／２の光を導光板から出射させる出射素子であり、コレステリック液晶層は、面内に、第２の波長λ／２の光の回折効率が異なる領域を有する、［３］に記載の導光素子。
［６］ コレステリック液晶層は、入射素子から離間するにしたがって、漸次、第２の波長λ／２の光の回折効率が高くなる、［５］に記載の導光素子。

本発明によれば、λを含む波長域と、λ／２を含む波長域とに、十分な幅の反射波長域を有し、かつ、２つの波長域の光を同じ方向に回折できる光学素子、および、この光学素子を用いる導光素子を提供できる。

本発明の導光素子を用いる画像表示装置の一例を概念的に示す図である。 本発明の光学素子のコレステリック液晶層の一例を概念的に示す図である。 図２に示すコレステリック液晶層の液晶化合物の一部を螺旋軸方向から見た概念図である。 図１に示す導光素子の入射素子を概念的に示す図である。 図４に示す入射素子のコレステリック液晶層の平面図である。 図４に示す入射素子の配向膜を露光する露光装置の一例の概念図である。 本発明の光学素子のコレステリック液晶層の断面の走査型電子顕微鏡画像を概念的に示す図である。 本発明の光学素子のコレステリック液晶層の作用を説明するための概念図である。 螺旋軸に沿って捩れ配向された複数の液晶化合物の一部を螺旋軸方向から見た図である。 本発明の光学素子において、螺旋軸方向から見た液晶化合物の存在確率を概念的に示す図である。 本発明の光学素子のコレステリック液晶層の反射特性の一例を概念的に示すグラフである。 従来のコレステリック液晶層の一例を概念的に示す図である。 図１２に示す従来のコレステリック液晶層の液晶化合物の一部を螺旋軸方向から見た図である。 従来のコレステリック液晶層において、螺旋軸方向から見た液晶化合物の存在確率を概念的に示す図である。 コレステリック液晶層における液晶化合物の配列の他の例を概念的に示す図である。 図１に示す画像表示装置の入射素子を説明するための概念図である。 本発明の導光素子の別の例を用いる画像表示装置を概念的に示す図である。

以下、本発明の光学素子および導光素子について、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。

本明細書において「～」を用いて表される数値範囲は、「～」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
本明細書において、「（メタ）アクリレート」は、「アクリレートおよびメタクリレートのいずれか一方または双方」の意味で使用される。
本明細書において、「同じ」、「等しい」等は、技術分野で一般的に許容される誤差範囲を含むものとする。

本明細書において、可視光は、電磁波のうち、ヒトの目で見える波長の光であり、３８０～７８０ｎｍの波長域の光を示す。非可視光は、３８０ｎｍ未満の波長域および７８０ｎｍを超える波長域の光である。
また、これに限定されるものではないが、可視光のうち、４２０～４９０ｎｍの波長域の光は青色光であり、４９５～５７０ｎｍの波長域の光は緑色光であり、６２０～７５０ｎｍの波長域の光は赤色光である。

本明細書において、選択反射中心波長とは、対象となる物（部材）における透過率の極小値をＴｍｉｎ（％）とした場合、下記の式で表される半値透過率：Ｔ１／２（％）を示す２つの波長の平均値のことを言う。
半値透過率を求める式： Ｔ１／２＝１００－（１００－Ｔｍｉｎ）÷２

図１に、本発明の導光素子を用いる画像表示装置の一例を概念的に示す。
図１に示す画像表示装置１０は、例えば、上述したＡＲグラスに用いられるもので、本発明の導光素子１２と、ディスプレイ１４とを有する。
導光素子１２は、導光板１８と、入射素子２０と、出射素子２４とを有する。入射素子２０および出射素子２４は、いずれも、反射型の回折素子で、入射素子２０は、本発明の光学素子である。

図示例の導光素子において、導光板１８は、長尺な矩形の板状物で、長手方向の一方の端部近傍の主面に入射素子２０が設けられ、長手方向の他方の端部近傍の他方の主面に出射素子２４が設けられる。

なお、本発明の導光素子は、これに制限はされず、公知のＡＲグラスで用いられている導光板、入射素子（入射部）および出射素子（出射部）を有する導光素子の、各種の構成が利用可能である。
一例として、矩形状の導光板を有し、導光板の一方の主面の角部近傍に矩形状の入射素子を設け、他方の主面に、入射素子以外の領域を面方向に全面的に覆うように、出射素子を設けた構成が例示される。他の例として、矩形状の導光板を有し、導光板の一方の主面の端部近傍で、かつ１つの辺１つの辺の中央に、矩形の入射素子を有し、他方の主面に、入射素子以外の領域を面方向に全面的に覆うように、出射素子を設けた構成も、利用可能である。
主面とは、シート状物（板状物、フィルム、層）の最大面である。また、面方向とは、主面の面方向（面内方向）である。

図１に示すように、図示例の画像表示装置１０は、ディスプレイ１４が表示（照射）した画像を担持する光を、入射素子２０によって回折して反射することにより、全反射可能な角度で導光板１８に入射する。
導光板１８に入射した光は、導光板１８内で全反射を繰り返して伝播し、出射素子２４に入射する。出射素子２４は、入射した光を回折して反射することにより、導光板１８から出射させて、使用者Ｕによる観察位置に出射する。

画像表示装置１０において、ディスプレイ１４には、制限はなく、例えば、ＡＲグラス等に用いられる公知のディスプレイが、各種、利用可能である。
ディスプレイとしては、一例として、液晶ディスプレイ、有機エレクトロルミネッセンスディスプレイ、ＤＬＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）方式のプロジェクター、および、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラーを用いたスキャニング方式ディスプレイ等が例示される。なお、液晶ディスプレイには、ＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）なども含む。

ディスプレイ１４は、カラー画像を表示するものでも、モノクロ画像を表示するものでもよい。本発明の導光素子を用いる画像表示装置は、異なる色のモノクロ画像を表示する複数台のディスプレイを有してもよい。

本発明の導光素子を用いる画像表示装置では、必要に応じて、ディスプレイ１４と導光板１８の入射素子２０の配置位置との間に、ＡＲグラス等に用いられる公知の投映レンズを設けてもよい。

ここで、画像表示装置１０においては、ディスプレイ１４が照射する光には、制限はないが、無偏光（自然光）でも、直線偏光または円偏光でもよい。
なお、ディスプレイ１４と導光板１８との間には、必要に応じて、ディスプレイが照射する光の偏光に応じて、直線偏光子とλ／４板とからなる円偏光板、および、λ／４板等を設けてもよい。

図示例の画像表示装置１０において、導光素子１２は、導光板１８、入射素子２０、および、出射素子２４を有する。
導光板１８は、内部に入射した光を反射して伝播（導光）する、公知の導光板である。図示例において、導光板１８は、長尺な矩形状の平面形状を有する。
導光板１８には、制限はなく、ＡＲグラスおよび液晶ディスプレイのバックライトユニット等で用いられている公知の導光板が、各種、利用可能である。
導光板１８の屈折率には制限はないが、高屈折率であるのが好ましい。具体的には、導光板１８の屈折率は、１．７～２．０が好ましく、１．８～２．０がより好ましい。導光板１８の屈折率を１．７～２．０にすることにより、導光板１８内を全反射して伝播できる角度範囲を広げる事ができる。

図１に示すように、図示例の画像表示装置１０は、ディスプレイ１４が表示（照射）した画像を担持する光を、入射素子２０によって回折して反射することにより、全反射可能な角度で導光板１８に入射する。
図示例の画像表示装置１０において、入射素子２０は、本発明の光学素子である。

本発明の光学素子（入射素子２０）は、液晶化合物をコレステリック配向させてなるコレステリック液晶層を有する。言い換え得ると、コレステリック液晶層は、コレステリック液晶相を固定してなる層である。

本発明の光学素子において、コレステリック液晶層は、液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有する。
コレステリック液晶層が、このような液晶配向パターンを有することによって、選択反射波長の光を、回折して反射できる。その際の回折角度は、液晶配向パターンにおいて、液晶化合物由来の光学軸の向きが面内で１８０°回転する長さを１周期（以下、液晶配向パターンの１周期ともいう）とすると、この１周期の長さと螺旋構造における螺旋ピッチに依存する。そのため、液晶配向パターンの１周期を調節することによって、回折角度を調節することができる。

また、コレステリック液晶層は、コレステリック配向における螺旋軸方向の螺旋ピッチが、コレステリック液晶層の厚さ方向に、漸次、変化する、ピッチグラジエント構造を有する。以下の説明では、ピッチグラジエント構造を、ＰＧ構造（Ｐｉｔｃｈ Ｇｒａｄｉｅｎｔ構造）ともいう。

さらに、本発明の光学素子において、コレステリック液晶層は、第１の波長λと、第２の波長λ／２とに、反射のピークを有する。
後述するが、本発明の光学素子のコレステリック液晶層は、図３に概念的に示すように、コレステリック液晶相の螺旋軸方向から液晶化合物の配列を見た際に、隣接する液晶化合物４０の分子軸がなす角度が、漸次、変化している構成を有する。言い換えると、液晶化合物４０の配列を螺旋軸方向から見た際の液晶化合物４０の存在確率が異なっている。
以下の説明では、螺旋軸方向から液晶化合物の配列を見た際に、隣接する液晶化合物の分子軸がなす角度が、漸次、変化している構成を有することを、屈折率楕円体を有するともいう。屈折率楕円体を有するコレステリック液晶相は、第１の波長λと、第２の波長λ／２とに、反射のピークを有する。
１つ目の反射のピーク波長である第１の波長λ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（コレステリック液晶相）が、本来、有する選択反射中心波長に対応する波長である。すなわち、第１の波長λとは、反射型の回折素子として作用するコレステリック液晶層における、一次光（一次回折光）の波長である。
他方、２つ目の反射のピーク波長である第２の波長λ／２は、第１の波長λの半分の波長である。すなわち、第２の波長λとは、反射型の回折素子として作用するコレステリック液晶層における、二次光（二次回折光）の波長である。

なお、本発明において、第２の波長λ／２の中心波長は、第１の波長λの中心波長の完全な半分の長さに制限はされない。ここで、第１の波長λは、本来、コレステリック液晶相の選択反射中心波長に対応するが、コレステリック液晶相の厚さ方向における螺旋ピッチが一定ではない場合には、ピーク波長λは、一定値ではなく、或る範囲を持つため、対応する第２の波長λ／２も、或る範囲を持つことになる。
第２の波長λ／２の中心波長は、第１の波長λの中心波長の１／２±１００ｎｍの範囲内であればよい。例えば、第１の波長λの中心波長が１１００ｎｍである場合には、第２の波長λ／２の中心波長は５５０ｎｍ±１００ｎｍの範囲内であればよい。

図２に、本発明の光学素子（入射素子２０）のコレステリック液晶層の一例を概念的に示す。
コレステリック液晶層３４は、液晶化合物４０をコレステリック配向させてなる層である。また、本発明において、コレステリック液晶層３４は、液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有する。
コレステリック液晶層３４において、液晶化合物４０由来の分子軸は、螺旋軸に沿ってねじれ配向している。図２に示す例においては、液晶化合物４０は、棒状液晶化合物であって、液晶化合物由来の分子軸の方向は液晶化合物４０の長手方向に一致する。

加えて、図２では表現されていないが、本発明において、コレステリック液晶層３４は、厚さ方向に、コレスティック配向の螺旋軸が、漸次、変化する、ＰＧ構造を有する。そのため、コレスティック配向における螺旋構造の螺旋軸は、コレステリック液晶層３４の厚さ方向（図２中、上下方向）に対して、傾いている。
コレステリック液晶層３４において、螺旋軸は、後述するＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、走査型電子顕微鏡）で観察する断面における明部および暗部に対して直交する方向となる。従って、コレスティック配向における螺旋構造の螺旋軸の方向は、コレステリック液晶層３４の厚さ方向に、漸次、変化する（図４参照）。

なお、図２において、コレステリック液晶層３４の厚さ方向における螺旋構造（コレステリック構造）の螺旋の数は半ピッチ分を記載しているが、実際には少なくとも数ピッチ分の螺旋構造を有する。
また、上述したように、コレステリック液晶層３４は、ＰＧ構造を有するので、螺旋構造の螺旋ピッチは、コレステリック液晶層３４の厚さ方向に、漸次、変化する。図示例においては、一例として、螺旋ピッチは、図中、上方に向かって、漸次、長くなる。
なお、本発明において、コレステリック液晶層のＰＧ構造は、これに制限はされず、逆に、図中、上方に向かって、螺旋ピッチが、漸次、短くなる構成であってもよい。

以下の説明では、光学素子（コレステリック液晶層３４）の厚さ方向（図１中、上下方向）をｚ方向とし、厚さ方向に直交する面方向を、ｘ方向（図１中、左右方向）、および、ｙ方向（図１の紙面に垂直な方向）とする。
すなわち、図２は、ｚ方向およびｘ方向に平行な断面で見た図である。

このようなコレステリック液晶層３４（光学素子）の作用については、後に詳述する。

図４に、入射素子２０すなわち本発明の光学素子の層構成の一例を概念的に示す。
図５に、コレステリック液晶層３４の主面の面内における液晶化合物４０の配向状態を概念的に示す。
図４に示すように、入射素子２０は、支持体３０と、配向膜３２と、反射型の回折素子としての作用を発現するコレステリック液晶層３４とを有する。

なお、入射素子２０すなわち本発明の光学素子の層構成は、図４に示すような、支持体３０と、配向膜３２と、コレステリック液晶層３４とを有するものに制限はされない。
例えば、入射素子は、図４に示す入射素子２０から支持体３０を剥離した、配向膜３２とコレステリック液晶層３４とからなるものでもよい。あるいは、入射素子は、図４に示す入射素子２０から支持体３０および配向膜３２を剥離した、コレステリック液晶層３４のみからなるものでもよい。あるいは、入射素子は、図４に示す入射素子２０から支持体３０および配向膜３２を剥離して、別の支持体（基板、基材）をコレステリック液晶層３４に貼着した物であってもよい。

＜支持体＞
支持体３０は、配向膜３２およびコレステリック液晶層３４を支持するものである。
支持体３０は、配向膜３２、コレステリック液晶層３４を支持できるものであれば、各種のシート状物（フィルム、板状物）が利用可能である。
なお、支持体３０は、対応する光に対する透過率が５０％以上であるのが好ましく、７０％以上であるのがより好ましく、８５％以上であるのがさらに好ましい。

支持体３０の厚さには、制限はなく、光学素子の用途および支持体３０の形成材料等に応じて、配向膜３２、コレステリック液晶層３４を保持できる厚さを、適宜、設定すればよい。
支持体３０の厚さは、１～１０００μｍが好ましく、３～２５０μｍがより好ましく、５～１５０μｍがさらに好ましい。

支持体３０は単層であっても、多層であってもよい。
単層である場合の支持体３０としては、ガラス、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、アクリル、および、ポリオレフィン等で形成される支持体３０が例示される。多層である場合の支持体３０の例としては、前述の単層の支持体のいずれかなどを基板として含み、この基板の表面に他の層を設けたもの等が例示される。

＜配向膜＞
入射素子２０において、支持体３０の表面には配向膜３２が形成される。
配向膜３２は、コレステリック液晶層３４を形成する際に、液晶化合物４０を所定の液晶配向パターンに配向するための配向膜である。
上述のように、本発明において、コレステリック液晶層３４は、液晶化合物４０に由来する光学軸４０Ａ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（図５参照）。従って、配向膜３２は、コレステリック液晶層３４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３２は、公知の各種のものが利用可能である。
例えば、ポリマーなどの有機化合物からなるラビング処理膜、無機化合物の斜方蒸着膜、マイクログルーブを有する膜、ならびに、ω－トリコサン酸、ジオクタデシルメチルアンモニウムクロライドおよびステアリン酸メチルなどの有機化合物のラングミュア・ブロジェット法によるＬＢ（Ｌａｎｇｍｕｉｒ－Ｂｌｏｄｇｅｔｔ：ラングミュア・ブロジェット）膜を累積させた膜、等が例示される。

ラビング処理による配向膜３２は、ポリマー層の表面を紙または布で一定方向に数回こすることにより形成できる。
配向膜３２に使用する材料としては、ポリイミド、ポリビニルアルコール、特開平９－１５２５０９号公報に記載された重合性基を有するポリマー、特開２００５－９７３７７号公報、特開２００５－９９２２８号公報、および、特開２００５－１２８５０３号公報記載の配向膜３２等の形成に用いられる材料が好ましい。

配向膜３２は、光配向性の素材に偏光または非偏光を照射して配向膜３２とした、いわゆる光配向膜が好適に利用される。すなわち、配向膜３２として、支持体３０上に、光配向材料を塗布して形成した光配向膜が、好適に利用される。
偏光の照射は、光配向膜に対して、垂直方向または斜め方向から行うことができ、非偏光の照射は、光配向膜に対して、斜め方向から行うことができる。

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号公報および特許第４２０５１９８号公報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３２の厚さには、制限はなく、配向膜３２の形成材料に応じて、必要な配向機能を得られる厚さを、適宜、設定すればよい。
一例として、配向膜３２の厚さは、０．０１～５μｍが好ましく、０．０５～２μｍがより好ましい。

配向膜３２の形成方法には、制限はなく、配向膜３２の形成材料に応じた公知の方法が、各種、利用可能である。一例として、配向膜３２を支持体３０の表面に塗布して乾燥させた後、配向膜３２をレーザ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６に、配向膜３２を露光して、配向パターンを形成する露光装置の一例を概念的に示す。
図６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３２を有する支持体３０が露光部に配置され、２つの光線ＭＡと光線ＭＢとを配向膜３２上において交差させて干渉させ、その干渉光を配向膜３２に照射して露光する。
この際の干渉により、配向膜３２に照射される光の偏光状態が干渉縞状に周期的に変化するものとなる。これにより、配向状態が周期的に変化する配向パターンを有する配向膜（以下、パターン配向膜ともいう）が得られる。
露光装置６０においては、２つの光線ＭＡおよびＭＢの交差角αを変化させることにより、配向パターンの周期を調節できる。すなわち、露光装置６０においては、交差角αを調節することにより、液晶化合物４０に由来する光学軸４０Ａが一方向に沿って連続的に回転する配向パターンにおいて、光学軸４０Ａが回転する１方向における、光学軸４０Ａが１８０°回転する１周期の長さを調節できる。
このような配向状態が周期的に変化した配向パターンを有する配向膜３２上に、コレステリック液晶層を形成することにより、後述するように、液晶化合物４０に由来する光学軸４０Ａが一方向に沿って連続的に回転する液晶配向パターンを有する、コレステリック液晶層３４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。

上述のとおり、パターン配向膜は、パターン配向膜の上に形成されるコレステリック液晶層中の液晶化合物の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンとなるように、液晶化合物を配向させる配向パターンを有する。パターン配向膜が、液晶化合物を配向させる向きに沿った軸を配向軸とすると、パターン配向膜は、配向軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している配向パターンを有するといえる。パターン配向膜の配向軸は、吸収異方性を測定することで検出することができる。例えば、パターン配向膜に直線偏光を回転させながら照射して、パターン配向膜を透過する光の光量を測定した際に、光量が最大または最小となる向きが、面内の一方向に沿って漸次変化して観測される。

なお、本発明において、配向膜３２は、好ましい態様として設けられるものであり、必須の構成要件ではない。
例えば、支持体３０をラビング処理する方法、支持体３０をレーザー光などで加工する方法等によって、支持体３０に配向パターンを形成することにより、コレステリック液晶層が、液晶化合物４０に由来する光学軸４０Ａの向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有する構成とすることも、可能である。すなわち、本発明においては、支持体３０を配向膜として作用させてもよい。

＜コレステリック液晶層＞
コレステリック液晶層３４は、配向膜３２の表面に形成される。
上述したように、本発明の光学素子である入射素子２０において、コレステリック液晶層３４は、コレステリック液晶相を固定してなる、コレステリック液晶層であり、液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有する。
また、本発明の光学素子である入射素子２０において、コレステリック液晶層３４は、コレステリック液晶層３４の厚さ方向に、螺旋構造の螺旋ピッチが、漸次、変化するＰＧ（ピッチグラジエント）構造を有する。図示例においては、一例として、厚さ方向の図中、上方すなわち支持体３０（配向膜３２）から離隔する方向に向かって、螺旋ピッチが、漸次、広くなるＰＧ構造を有する。
加えて、本発明の光学素子である入射素子２０において、コレステリック液晶層３４は、第１の波長λと、第２の波長λ／２とに、反射のピークを有する。第１の波長λは、コレステリック液晶層が、本来、有する選択反射中心波長に対応する反射のピークである。また、第２の波長λ／２は、第１の波長λの略半分の波長の反射のピークである。

コレステリック液晶層３４は、図４に概念的に示すように、通常のコレステリック液晶相を固定してなるコレステリック液晶層と同様に、液晶化合物４０が螺旋状に旋回して積み重ねられた螺旋構造を有し、液晶化合物４０が螺旋状に１回転（３６０°回転）して積み重ねられた構成を螺旋１ピッチとして、螺旋状に旋回する液晶化合物４０が、複数ピッチ、積層された構造を有する。

周知のように、コレステリック液晶相を固定してなるコレステリック液晶層は、波長選択反射性を有する。
後に詳述するが、コレステリック液晶層の選択的な反射波長域は、上述した螺旋１ピッチの厚さ方向の長さに依存する。

＜＜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において、選択反射の中心波長（選択反射中心波長）λは、コレステリック液晶相における螺旋のピッチ（螺旋ピッチＰ）に依存し、コレステリック液晶相の平均屈折率ｎとλ＝ｎ×Ｐの関係に従う。そのため、この螺旋ピッチＰを調節することによって、選択反射中心波長を調節することができる。コレステリック液晶相の選択反射中心波長は、螺旋ピッチＰが長いほど、長波長になる。
なお、本発明においては、λ＝ｎ×Ｐの関係に従い反射される波長の光が、後述する反射一次光である。
なお、螺旋ピッチＰとは、上述したように、コレステリック液晶相の螺旋構造１ピッチ分（螺旋の周期）であり、言い換えれば、螺旋の巻き数１回分であり、すなわち、コレステリック液晶相を構成する液晶化合物のダイレクター（棒状液晶であれば長軸方向）が３６０°回転する螺旋軸方向の長さである。

コレステリック液晶相の螺旋ピッチは、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）、すなわち、一次光の半値幅は、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、一次光の選択反射波長域（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。

コレステリック液晶層の厚さ方向の断面をＳＥＭで観察すると、コレステリック液晶相に由来する明部と暗部とを交互に有する縞模様が観察される。
図４に示すコレステリック液晶層３４のＸ－Ｚ面、すなわち、上述した液晶配向パターンを有するコレステリック液晶層の厚さ方向の断面をＳＥＭで観察すると、図７に概念的に示すように、明部４２と暗部４４とが、主面（Ｘ－Ｙ面）に対して傾斜している縞模様が観察される。
ここで、コレステリック液晶層３４は、厚さ方向の図中、上方すなわち支持体３０（配向膜３２）から離間する方向に向かって、螺旋ピッチが、漸次、広くなるＰＧ構造を有する。そのため、コレステリック液晶層３４の断面をＳＥＭで観察すると、明部４２と暗部４４は、図７に示すように、図中、上方すなわち配向膜３２と離間する方向に向かって、明部４２および暗部４４の間隔が、漸次、広くなるような、曲線状となる。

このようなＳＥＭ断面において、隣接する明部４２から明部４２、または、暗部４４から暗部４４の、明部４２または暗部４４が成す線の法線方向における間隔が１／２ピッチに相当する。すなわち、図７中における、明部４２が２つと暗部４４が２つで螺旋１ピッチ分（螺旋の巻き数１回分）すなわち螺旋ピッチＰに相当する。
従って、上述した液晶配向パターンを有し、かつ、ＰＧ構造を有するコレステリック液晶層３４の螺旋構造の螺旋軸は、明部４２および暗部４４が成す線の法線方向となるのが普通である。すなわち、コレステリック液晶層３４は、螺旋軸の方向も、厚さ方向に変化する。
さらに、上述した液晶配向パターンを有し、かつ、ＰＧ構造を有するコレステリック液晶層３４では、液晶化合物４０の光学軸すなわち分子軸も、明部４２および暗部４４に沿うように傾斜する。

＜＜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相を固定してなるコレステリック液晶層の形成に用いる材料としては、一例として、液晶化合物を含む液晶組成物が挙げられる。液晶化合物は重合性液晶化合物であるのが好ましい。
また、コレステリック液晶層の形成に用いる液晶組成物は、さらに界面活性剤およびキラル剤を含んでいてもよい。

－－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。

－－界面活性剤－－
コレステリック液晶層を形成する際に用いる液晶組成物は、界面活性剤を含有してもよい。
界面活性剤は、安定的に、または迅速に、コレステリック液晶相の配向に寄与する配向制御剤として機能できる化合物が好ましい。界面活性剤としては、例えば、シリコ－ン系界面活性剤およびフッ素系界面活性剤が挙げられ、フッ素系界面活性剤が好ましく例示される。

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

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。

－－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。
ＰＧ構造を有するコレステリック液晶層３４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）が変化するキラル剤を用い、コレステリック液晶層を形成する液晶組成物の硬化前、または、液晶組成物の硬化時、キラル剤のＨＴＰを変化させる波長の光を照射することで、形成できる。
光の照射によってＨＴＰが変化するキラル剤は、一般的に、光の照射によってＨＴＰが小さくなる。

キラル剤は、光の照射によってＨＴＰが変化するキラル剤であれば、公知の各種のキラル剤が利用可能であるが、波長３１３ｎｍにおけるモル吸光係数が３００００以上のキラル剤が好ましく利用される。
キラル剤はコレステリック液晶相の螺旋構造を誘起する機能を有する。キラル化合物は、化合物によって、誘起する螺旋のセンス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、公知の化合物を用いることができるが、シンナモイル基を有することが好ましい。
キラル剤の例としては、液晶デバイスハンドブック（第３章４－３項、ＴＮ、ＳＴＮ用キラル剤、１９９頁、日本学術振興会第１４２委員会編、１９８９）、ならびに、特開２００３－２８７６２３号公報、特開２００２－３０２４８７号公報、特開２００２－８０４７８号公報、特開２００２－８０８５１号公報、特開２０１０－１８１８５２号公報および特開２０１４－０３４５８１号公報等に記載される化合物が例示される。

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

キラル剤としては、イソソルビド誘導体、イソマンニド誘導体、または、ビナフチル誘導体等を好ましく用いることができる。イソソルビド誘導体は、ＢＡＳＦ社製のＬＣ－７５６等の市販品を用いてもよい。
液晶組成物における、キラル剤の含有量は、液晶化合物量の０．０１～２００モル％が好ましく、１～３０モル％がより好ましい。

ＰＧ構造のコレステリック液晶層３４は、このような光の照射によってＨＴＰが変化するキラル剤を有する液晶組成物を用い、液晶組成物の硬化に先立ち、キラル剤のＨＴＰを変化させる光の照射を行うことで、形成できる。

－－重合開始剤－－
液晶組成物が重合性化合物を含む場合は、重合開始剤を含有しているのが好ましい。紫外線照射により重合反応を進行させる態様では、使用する重合開始剤は、紫外線照射によって重合反応を開始可能な光重合開始剤であるのが好ましい。
光重合開始剤の例には、α－カルボニル化合物（米国特許第２３６７６６１号、米国特許第２３６７６７０号の各明細書記載）、アシロインエーテル（米国特許第２４４８８２８号明細書記載）、α－炭化水素置換芳香族アシロイン化合物（米国特許第２７２２５１２号明細書記載）、多核キノン化合物（米国特許第３０４６１２７号、米国特許第２９５１７５８号の各明細書記載）、トリアリールイミダゾールダイマーとｐ－アミノフェニルケトンとの組み合わせ（米国特許第３５４９３６７号明細書記載）、アクリジンおよびフェナジン化合物（特開昭６０－１０５６６７号公報、米国特許第４２３９８５０号明細書記載）、ならびに、オキサジアゾール化合物（米国特許第４２１２９７０号明細書記載）等が挙げられる。

中でも、重合開始剤は、二色性の重合開始剤が好ましい。
二色性の重合開始剤とは、光重合開始剤のうち、特定の偏光方向の光に対して吸収選択性を有し、その偏光により励起されてフリーラジカルを発生させるものをいう。つまり、二色性の重合開始剤とは、特定の偏光方向の光と、上記特定の偏光方向の光と直交する偏光方向の光とで、異なる吸収選択性を有する重合開始剤である。
その詳細および具体例については、国際公開第２００３／０５４１１１号に一例が記載されている。
二色性の重合開始剤の具体例としては、下記化学式の重合開始剤が挙げられる。また、二色性の重合開始剤としては、特表２０１６－５３５８６３号公報の段落［００４６］～［００９７］に記載の重合開始剤を用いることができる。

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。

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

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

液晶組成物は、コレステリック液晶層を形成する際には、液体として用いられるのが好ましい。
液晶組成物は溶媒を含んでいてもよい。溶媒には、制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、有機溶媒が好ましい。
有機溶媒には、制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ケトン類、アルキルハライド類、アミド類、スルホキシド類、ヘテロ環化合物、炭化水素類、エステル類、および、エーテル類などが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。これらの中でも、環境への負荷を考慮した場合にはケトン類が好ましい。

コレステリック液晶層を形成する際には、コレステリック液晶層の形成面に液晶組成物を塗布して、液晶化合物をコレステリック液晶相の状態に配向した後、液晶化合物を硬化して、コレステリック液晶層とするのが好ましい。
すなわち、配向膜３２上にコレステリック液晶層を形成する場合には、配向膜３２に液晶組成物を塗布して、液晶化合物をコレステリック液晶相の状態に配向した後、液晶化合物を硬化して、コレステリック液晶相を固定してなるコレステリック液晶層を形成するのが好ましい。
液晶組成物の塗布は、インクジェットおよびスクロール印刷等の印刷法、ならびに、スピンコート、バーコートおよびスプレー塗布等のシート状物に液体を一様に塗布できる公知の方法が全て利用可能である。

塗布された液晶組成物は、必要に応じて乾燥および／または加熱され、その後、硬化され、コレステリック液晶層を形成する。この乾燥および／または加熱の工程で、液晶組成物中の液晶化合物がコレステリック液晶相に配向すればよい。加熱を行う場合、加熱温度は、２００℃以下が好ましく、１３０℃以下がより好ましい。

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

なお、後に詳述するが、本発明の光学素子において、コレステリック液晶層は、厚さ方向に、コレステリック液晶相の螺旋ピッチが、漸次、変化する、ＰＧ構造を有する。
さらに、本発明の光学素子において、コレステリック液晶層は、第１の波長λと第２の波長λ／２とに反射のピークを有するものであり、すなわち、螺旋軸方向から見た際に、隣接する液晶化合物の分子軸がなす角度が、漸次、変化している屈折率楕円体を有する。
そのため、本発明の光学素子のコレステリック液晶層を形成する際には、液晶組成物を塗布した後、まず、液晶組成物が含有するキラル剤のＨＴＰを変化させるための光の照射を行う。次いで、上述した、乾燥および／または加熱によるコレステリック液晶相への配向を行う。次いで、屈折率楕円体を形成するための偏光の照射を行う。その後、硬化、さらには、液晶組成物の重合を行う。

コレステリック液晶層の厚さには、制限はなく、コレステリック液晶層の用途、コレステリック液晶層に要求される光の反射率、および、コレステリック液晶層の形成材料等に応じて、必要な光の反射率が得られる厚さを、適宜、設定すればよい。

（液晶エラストマー）
本発明においては、コレステリック液晶層に液晶エラストマーを用いても良い。
液晶エラストマーとは、液晶とエラストマーとのハイブリッド材料である。
液晶エラストマーは、例えば、ゴム弾性をもつ柔軟な高分子網目中に液晶性の剛直なメソゲン基が導入された構造を有する。そのため、柔軟な力学特性を持ち伸縮性の特徴がある。
また、液晶の配向状態と系のマクロな形状が強く相関しているため、温度や電場などで液晶の配向状態が変化すると、配向度変化に応じたマクロ変形する特徴がある。例えば、液晶エラストマーをネマチック相からランダム配向の等方相となる温度まで昇温していくと、試料がダイレクタ一方向に収縮していき、その収縮量は温度上昇と共に、つまり液晶の配向度の減少と共に増加していく。変形は熱可逆的であり、再びネマチック相まで降温するともとの形状に戻る。
一方、コレステリック相の液晶エラストマーは、昇温して液晶の配向度が減少すると、螺旋軸方向のマクロな伸長変形が起きるため、らせんピッチ長が増加し、選択反射ピークの反射中心波長が長波長側にシフトする。この変化も熱可逆的で降温するともとに反射中心波長が短波長側に戻る。

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

図５に、コレステリック液晶層３４の平面図を概念的に示す。
なお、平面図とは、図４においてコレステリック液晶層３４を上方から見た図であり、すなわち、コレステリック液晶層３４を厚さ方向（＝各層（膜）の積層方向）から見た図である。
また、図５では、コレステリック液晶層（コレステリック液晶層３４）の構成を明確に示すために、液晶化合物４０は配向膜３２の表面の液晶化合物４０のみを示している。

図５に示すように、配向膜３２の表面において、コレステリック液晶層３４を構成する液晶化合物４０は、下層の配向膜３２に形成された配向パターンに応じて、コレステリック液晶層の面内において、矢印Ｘ１で示す所定の一方向に沿って、光学軸４０Ａの向きが連続的に回転しながら変化する液晶配向パターンを有する。図示例においては、液晶化合物４０の光学軸４０Ａが、矢印Ｘ１方向に沿って、時計回りに連続的に回転しながら変化する、液晶配向パターンを有する。
コレステリック液晶層３４を構成する液晶化合物４０は、矢印Ｘ１、および、この一方向（矢印Ｘ１方向）と直交する方向に、二次元的に配列された状態になっている。
図示例のコレステリック液晶層３４では、矢印Ｘ１方向は、上述のｘ方向と一致している。従って、上述のｙ方向は矢印Ｘ１方向と直交する図５の図中、上方向であり、ｚ方向は、図５の紙面と垂直方向である。
従って、ｙ方向は、液晶化合物４０の光学軸４０Ａの向きが、コレステリック液晶層の面内において、連続的に回転しながら変化する一方向と直交する方向である。従って、後述する図８では、ｙ方向は、紙面に直交する方向となる。

液晶化合物４０の光学軸４０Ａの向きが矢印Ｘ１方向（所定の一方向）に連続的に回転しながら変化しているとは、具体的には、矢印Ｘ１方向に沿って配列されている液晶化合物４０の光学軸４０Ａと、矢印Ｘ１方向とが成す角度が、矢印Ｘ１方向の位置によって異なっており、矢印Ｘ１方向に沿って、光学軸４０Ａと矢印Ｘ１方向とが成す角度がθからθ＋１８０°あるいはθ－１８０°まで、順次、変化していることを意味する。
なお、矢印Ｘ１方向に互いに隣接する液晶化合物４０の光学軸４０Ａの角度の差は、４５°以下であるのが好ましく、１５°以下であるのがより好ましく、より小さい角度であるのがさらに好ましい。

一方、コレステリック液晶層３４を形成する液晶化合物４０は、矢印Ｘ１方向と直交するｙ方向、すなわち、光学軸４０Ａが連続的に回転する一方向と直交するｙ方向では、光学軸４０Ａの向きが等しい。
言い換えれば、コレステリック液晶層３４を形成する液晶化合物４０は、ｙ方向では、液晶化合物４０の光学軸４０Ａと矢印Ｘ１方向とが成す角度が等しい。

コレステリック液晶層３４においては、このような液晶化合物４０の液晶配向パターンにおいて、面内で光学軸４０Ａが連続的に回転して変化する矢印Ｘ１方向において、液晶化合物４０の光学軸４０Ａが１８０°回転する長さ（距離）、すなわち、上述した液晶配向パターンにおける１周期の長さをΛとする。
すなわち、矢印Ｘ１方向に対する角度が等しい２つの液晶化合物４０の、矢印Ｘ１方向の中心間の距離を、１周期の長さΛとする。具体的には、図５に示すように、矢印Ｘ１方向と光学軸４０Ａの方向とが一致する２つの液晶化合物４０の、矢印Ｘ１方向の中心間の距離を、１周期の長さΛとする。以下の説明では、この１周期の長さΛを『１周期Λ』とも言う。
コレステリック液晶層３４の液晶配向パターンは、この１周期Λを、矢印Ｘ１方向すなわち光学軸４０Ａの向きが連続的に回転して変化する一方向に繰り返す。

コレステリック液晶相を固定してなるコレステリック液晶層は、通常、入射した光（円偏光）を鏡面反射する。
これに対して、光学軸４０ＡがＸ１方向（所定の一方向）に沿って回転しながら連続的に変化する液晶配向パターンを有するコレステリック液晶層３４は、入射した光を、回折して、鏡面反射に対して矢印Ｘ１方向に傾けて反射する。
以下、図８を参照して、この回折の作用を説明する。
なお、図８は、コレステリック液晶層３４による回折の作用を明確に示すために、ＰＧ構造および屈折率楕円体を有さないコレステリック液晶層を例示している。しかしながら、以下に示す回折の作用は、ＰＧ構造および屈折率楕円体を有するコレステリック液晶層３４でも、同様である。ただし、後述するように、屈折率楕円体を有するコレステリック液晶層は、螺旋ピッチＰに応じた波長λにピークを有する一次光と、波長λ／２にピークを有する二次光とを反射する。

一例として、図８に示すコレステリック液晶層は、赤色光の右円偏光Ｒ_Rを選択的に反射するコレステリック液晶層であるとする。従って、コレステリック液晶層に光が入射すると、コレステリック液晶層は、赤色光の右円偏光Ｒ_Rのみを反射し、それ以外の光を透過する。

コレステリック液晶層に入射した赤色光の右円偏光Ｒ_Rは、コレステリック液晶層によって反射される際に、各液晶化合物４０の光学軸４０Ａの向きに応じて絶対位相が変化する。
ここで、コレステリック液晶層３４では、液晶化合物４０の光学軸４０Ａが矢印Ｘ１方向（一方向）に沿って回転しながら変化している。そのため、光学軸４０Ａの向きによって、入射した赤色光の右円偏光Ｒ_R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３４に形成された液晶配向パターンは、矢印Ｘ１方向に周期的なパターンである。そのため、コレステリック液晶層３４に入射した赤色光の右円偏光Ｒ_Rには、図８に概念的に示すように、それぞれの光学軸４０Ａの向きに対応した矢印Ｘ１方向に周期的な絶対位相Ｑが与えられる。
また、液晶化合物４０の光学軸４０Ａの矢印Ｘ１方向に対する向きは、矢印Ｘ１方向と直交するｙ方向の液晶化合物４０の配列では、均一である。
これによりコレステリック液晶層では、赤色光の右円偏光Ｒ_Rに対して、ＸＹ面に対して矢印Ｘ１方向に傾いた等位相面Ｅが形成される。
そのため、赤色光の右円偏光Ｒ_Rは、等位相面Ｅの法線方向に反射され、反射された赤色光の右円偏光Ｒ_Rは、ＸＹ面（コレステリック液晶層の主面）に対して矢印Ｘ１方向に傾いた方向に反射される。

従って、光学軸４０Ａが回転する一方向である矢印Ｘ１方向を、適宜、設定することで、赤色光の右円偏光Ｒ_Rの反射方向（回折方向）を調節できる。
すなわち、矢印Ｘ１方向を逆方向にすれば、赤色光の右円偏光Ｒ_Rの反射方向も図７とは逆方向になる。

また、矢印Ｘ１方向に向かう液晶化合物４０の光学軸４０Ａの回転方向を逆にすることで、赤色光の右円偏光Ｒ_Rの反射方向を逆にできる。
すなわち、図５および図８においては、矢印Ｘ１方向に向かう光学軸４０Ａの回転方向は時計回りで、赤色光の右円偏光Ｒ_Rは矢印Ｘ１方向に傾けて反射される。これに対して、矢印Ｘ１方向に向かう光学軸４０Ａの回転方向を反時計回りとすることで、赤色光の右円偏光Ｒ_Rは矢印Ｘ１方向と逆方向に傾けて反射される。

さらに、同じ液晶配向パターンを有するコレステリック液晶層では、液晶化合物４０の螺旋の旋回方向、すなわち、選択的に反射する円偏光の旋回方向によって、反射方向が逆になる。
図８に示すコレステリック液晶層３４は、螺旋の旋回方向が右捩じれで、右円偏光を選択的に反射するものであり、矢印Ｘ１方向に沿って光学軸４０Ａが時計回りに回転する液晶配向パターンを有することにより、右円偏光を矢印Ｘ１方向に傾けて反射する。
従って、螺旋の旋回方向が左捩じれで、左円偏光を選択的に反射するものであり、矢印Ｘ１方向に沿って光学軸４０Ａが時計回りに回転する液晶配向パターンを有するコレステリック液晶層は、左円偏光を矢印Ｘ１方向と逆方向に傾けて反射する。

液晶配向パターンを有するコレステリック液晶層では、１周期Λが短いほど、回折が大きくなる。すなわち、液晶配向パターンを有するコレステリック液晶層では、１周期Λが短いほど、入射光に対する反射光の角度が、鏡面反射に対して大きく変わる。すなわち、１周期Λが短いほど、入射光の鏡面反射に対して、反射光を大きく傾けて反射できる。

＜＜コレステリック液晶層の屈折率楕円体＞＞
上述のとおり、コレステリック液晶層３４は、第１の波長λと、第１の波長λの約半分である第２の波長λ／２とに、反射のピークを有する。すなわち、コレステリック液晶層３４は、コレステリック配向された液晶化合物４０の配列を螺旋軸方向から見た際に、隣接する液晶化合物４０の分子軸が成す角度が、漸次、変化している構成である屈折率楕円体を有する。言い換えると、屈折率楕円体を有するコレステリック液晶層３４は、コレステリック液晶層の螺旋構造が歪んでいる。
屈折率楕円体について、図９および図１０の概念図を用いて説明する。
なお、上述のように、ＰＧ構造を有する本発明のコレステリック液晶層３４は、螺旋軸は、コレステリック液晶層３４の厚さ方向、すなわち、ｚ方向に対して傾いている。
しかしながら、図９および図１０では、屈折率楕円体の構成を明確に示すために、螺旋軸の方向が、コレステリック液晶層３４の厚さ方向、すなわち、ｚ方向に一致しているものとして示す。
図９は、螺旋軸に沿って捩れ配向された複数の液晶化合物の一部（１／４ピッチ分）を螺旋軸方向（ｚ方向）から見た図であり、図１０は、螺旋軸方向から見た液晶化合物の存在確率を概念的に示す図である。

図９において、分子軸がｙ方向と平行な液晶化合物をＣ１とし、分子軸がｘ方向と平行な液晶化合物をＣ７とし、Ｃ１とＣ７との間の液晶化合物を液晶化合物Ｃ１側から液晶化合物Ｃ７側に向かってＣ２～Ｃ６とする。
液晶化合物Ｃ１～Ｃ７は、螺旋軸に沿って捩れ配向されており、液晶化合物Ｃ１から液晶化合物Ｃ７の間で９０°回転している。
コレステリック配向すなわち捩れ配向された液晶化合物の角度が３６０°変化する液晶化合物間の長さが螺旋１ピッチ（螺旋ピッチＰ）であるので、液晶化合物Ｃ１から液晶化合物Ｃ７までの螺旋軸方向の長さは１／４ピッチである。

コレステリック液晶層３４は、屈折率楕円体を有する。そのため、螺旋軸方向から見た際に、図９に示すように、液晶化合物Ｃ１から液晶化合物Ｃ７までの１／４ピッチの中で、隣接する液晶化合物の分子軸がなす角度が異なっている。なお、上述のように、コレステリック液晶層３４において、液晶化合物４０は棒状液晶化合物であるので、分子軸は、光学軸と一致している。
図９に示す例では、液晶化合物Ｃ１と液晶化合物Ｃ２とが成す角度θ₁は、液晶化合物Ｃ２と液晶化合物Ｃ３とが成す角度θ₂よりも大きく、液晶化合物Ｃ２と液晶化合物Ｃ３とが成す角度θ₂は、液晶化合物Ｃ３と液晶化合物Ｃ４とが成す角度θ₃よりも大きく、液晶化合物Ｃ３と液晶化合物Ｃ４とが成す角度θ₃は、液晶化合物Ｃ４と液晶化合物Ｃ５とが成す角度θ₄よりも大きく、液晶化合物Ｃ４と液晶化合物Ｃ５とが成す角度θ₄は、液晶化合物Ｃ５と液晶化合物Ｃ６とが成す角度θ₅よりも大きく、液晶化合物Ｃ５と液晶化合物Ｃ６とが成す角度θ₅は、液晶化合物Ｃ６と液晶化合物Ｃ７とが成す角度θ₆よりも大きく、さらに、液晶化合物Ｃ６と液晶化合物Ｃ７とが成す角度θ₆は、最も小さい。

すなわち、液晶化合物Ｃ１～Ｃ７は、液晶化合物Ｃ１側から液晶化合物Ｃ７側に向かうにしたがって、螺旋状の旋回方向に隣接する液晶化合物の分子軸が成す角度が小さくなるように、螺旋状に捩れ配向されている。
例えば、螺旋軸方向の液晶化合物間の間隔が略一定であるとすると、液晶化合物Ｃ１から液晶化合物Ｃ７までの１／４ピッチの中では、液晶化合物Ｃ１側から液晶化合物Ｃ７側に向かうにしたがって、螺旋軸方向の単位長さ当たりの回転角が減少する構成となる。
コレステリック液晶層３４においては、このように、１／４ピッチの中で、螺旋軸方向の単位長さ当たりの回転角が変化する構成が繰り返されて、液晶化合物が、螺旋状に捩れ配向されている。

ここで、単位長さ当たりの回転角が一定の場合には、隣接する液晶化合物の分子軸がなす角度が一定であるため、図１４に概念的に示すように、螺旋軸方向から見た液晶化合物の存在確率はどの方向でも同じになる。
これに対して、上述のように、液晶化合物Ｃ１から液晶化合物Ｃ７までの１／４ピッチの中で、液晶化合物Ｃ１側から液晶化合物Ｃ７側に向かうに従って、単位長さ当たりの回転角が減少する構成とすることで、螺旋軸方向から見た液晶化合物の存在確率は、図１０に概念的に示すように、ｙ方向に比べてｘ方向が高くなる。ｘ方向とｙ方向とで液晶化合物の存在確率が異なるものとなることで、ｘ方向とｙ方向とで屈折率が異なるものとなり、屈折率異方性が生じる。言い換えると、螺旋軸に垂直な面内において屈折率異方性が生じる。

従って、コレステリック液晶層３４を面方向（主面の面方向）に見た場合には、液晶化合物の存在確率が高くなるｘ方向の屈折率ｎｘは、液晶化合物の存在確率が低くなるｙ方向の屈折率ｎｙよりも高くなる。すなわち、コレステリック液晶層３４においては、屈折率ｎｘと屈折率ｎｙとは、ｎｘ＞ｎｙの関係となる。
液晶化合物の存在確率が高いｘ方向は、コレステリック液晶層３４の面内の遅相軸方向となり、液晶化合物の存在確率が低いｙ方向はコレステリック液晶層３４の面内の進相軸方向となる。

このように、液晶化合物のコレステリック配向、すなわち、螺旋状の捩れ配向において、１／４ピッチの中で単位長さ当たりの回転角が変化する構成（屈折率楕円体を有する構成）は、コレステリック液晶層となる液晶組成物を塗布して、コレステリック液晶相とした後に、コレステリック液晶相（組成物層）に、厚さ方向（ｚ方向）と直交する方向、すなわち、例えばｘ方向などの面方向の偏光を照射することで形成することができる。
なお、コレステリック液晶層３４の形成においては、この屈折率楕円体を形成するための偏光の照射に先立ち、ＰＧ構造を形成するために、キラル剤のＨＴＰを変化させるための光照射（紫外線照射）を行うのは、上述のとおりである。

具体的には、面方向の偏光、例えば、ｘ方向の偏光を照射すると、照射した偏光の偏光方向と合致する方向に分子軸を有する液晶化合物の重合が進行する。このとき、一部の液晶化合物のみが重合するため、この位置に存在したキラル剤が排除されて他の位置に移動する。
従って、液晶化合物の分子軸の方向が偏光方向に近い位置では、キラル剤の量が少なくなり、捩れ配向の回転角が小さくなる。一方、液晶化合物の分子軸の方向が偏光方向に直交する位置では、キラル剤の量が多くなり、捩れ配向の回転角が大きくなる。
これによって、図９に示すように、螺旋軸に沿って捩れ配向された液晶化合物において、分子軸が偏光方向と平行な液晶化合物から、偏光方向に直交する液晶化合物までの１／４ピッチの中で、偏光方向に平行な液晶化合物側から偏光方向に直交する液晶化合物側に向かうに従って、隣接する液晶化合物の分子軸がなす角度が小さくなる構成とすることができる。
すなわち、コレステリック液晶相に偏光を照射することで、ｘ方向とｙ方向とで液晶化合物の存在確率が異なるものとなり、屈折率楕円体を形成できる。
また、屈折率楕円体を有することにより、上述のように、ｘ方向とｙ方向とで屈折率が異なる、屈折率異方性が生じる。これによって、光学素子の屈折率ｎｘと、屈折率ｎｙとが、ｎｘ＞ｎｙの関係となる。

この偏光照射はコレステリック液晶相の固定化と同時に行ってもよいし、先に偏光照射を行ってから非偏光照射でさらに固定化を行ってもよいし、非偏光照射で先に固定化してから偏光照射によって光配向を行ってもよい。
液晶化合物の存在確率の差が大きな屈折率楕円体を形成するためには、偏光照射のみ、または、先に屈折率楕円体を形成するための偏光照射を行うのが好ましい。
偏光照射は、酸素濃度０．５％以下の不活性ガス雰囲気下で行うのが好ましい。照射エネルギーは、２０ｍＪ／ｃｍ²～１０Ｊ／ｃｍ²が好ましく、１００～８００ｍＪ／ｃｍ²がより好ましい。照度は、２０～１０００ｍＷ／ｃｍ²が好ましく、５０～５００ｍＷ／ｃｍ²がより好ましく、１００～３５０ｍＷ／ｃｍ²がさらに好ましい。
偏光照射によって硬化する液晶化合物の種類については特に制限はないが、反応性基としてエチレン不飽和基を有する液晶化合物が好ましい。

この偏光照射の強度を高くすることにより、液晶化合物４０の分子軸がなす角度の変化が大きくなる。すなわち、この偏光照射の強度を高くすることにより、通常の螺旋構造に対する、コレステリック液晶相の歪み（螺旋構造の歪み）が大きくなる。
その結果、光学素子の屈折率ｎｘと屈折率ｎｙとの差が大きくなり、後述する二次光の回折効率すなわち二次光の光強度が高くなる。すなわち、本発明の光学素子は、コレステリック液晶相の歪みが大きいほど、二次光の回折効率が高くなる。
なお、偏光照射の強度の調節は、例えば、上述した照射する偏光の照射エネルギーの調節、照射する偏光の照度の調節、偏光の照射時間の調節等によって行えばよい。

また、偏光の照射によって屈折率楕円体を形成する方法として、二色性液晶性重合開始剤を用いる方法（国際公開第２００３／０５４１１１号）、あるいは、分子内にシンナモイル基等の光配向性官能基を有する棒状液晶化合物を用いる方法（特開２００２－６１３８号公報）が挙げられる。

照射する光は、紫外線でも、可視光でも、赤外線でもよい。すなわち、塗膜が含有する液晶化合物および重合開始剤等に応じて、液晶化合物が重合できる光を、適宜、選択すればよい。

重合開始剤として二色性の重合開始剤を用いることによって、組成物層に偏光を照射した際に、偏光方向と合致する方向に分子軸を有する液晶化合物の重合を、より好適に進行させることができる。
その結果、液晶化合物の存在確率の差が大きな屈折率楕円体を形成できる。

本発明の光学素子において、コレステリック液晶層３４における、屈折率ｎｘおよび屈折率ｎｙの差には制限はないが、０．１以上が好ましく、０．１５以上がより好ましく、０．２以上がさらに好ましい。
コレステリック液晶層の面内の遅相軸の方向、進相軸の方向、屈折率ｎｘ、および、屈折率ｎｙは、例えば、分光エリプソ測定機であるＪ．Ａ．Ｗｏｏｌｌａｍ社製Ｍ－２０００ＵＩを用いて測定すればよい。
なお、屈折率ｎｘ、および、屈折率ｎｙは、位相差Δｎ×ｄの測定値から平均屈折率ｎａｖｅと厚さｄの実測値を用いて求めることができる。ここで、Δｎ＝ｎｘ－ｎｙ、平均屈折率ｎａｖｅ＝（ｎｘ＋ｎｙ）／２である。一般に液晶の平均屈折率は１．５程度であるため、この値を用いてｎｘとｎｙを求めることもできる。
コレステリック液晶層の面内の遅相軸の方向、進相軸の方向、屈折率ｎｘ、および、屈折率ｎｙを測定するときには、選択反射中心波長よりも大きい波長を測定波長とするのが好ましい。すなわち、本発明の場合には、選択反射中心波長に対応する一次光である第１の波長λを含む反射波長域よりも大きい波長を測定波長とするのが好ましい。一例として、第１の波長λを含む反射波長域の長波側の端よりも１００ｎｍ長い波長によって、屈折率ｎｘ等を測定するのが好ましい。
このようにすると、コレステリック液晶層の選択反射に由来するリタデーションの旋光成分の影響を極力減らせるので、精度のよい測定ができる。

また、屈折率楕円体を有するコレステリック液晶層は、コレステリック液晶層となる液晶組成物を塗布した後に、あるいは、コレステリック液晶相を固定化した後に、あるいは、コレステリック液晶相を半固定化した状態で、コレステリック液晶層を延伸することでも形成できる。
延伸によって屈折率楕円体を有するコレステリック液晶層を形成する場合には、一軸延伸であっても二軸延伸であってもよい。また、延伸の条件は、コレステリック液晶層の材料、厚さ、所望の屈折率ｎｘおよび屈折率ｎｙ、等に応じて適宜設定すればよい。一軸延伸の場合、延伸倍率は、１．１～４が好ましい。二軸延伸の場合、一方の延伸方向における延伸倍率と、他方の延伸方向の延伸倍率の比率が１．１～２が好ましい。

＜＜屈折率楕円体を有するコレステリック液晶層の作用＞＞
次に、上述の屈折率楕円体を有するコレステリック液晶層（光学素子）の作用について説明する。
図２（および図８）に示すように、液晶配向パターンを有するコレステリック液晶層３４に、法線方向（主面に垂直な方向）から入射光Ｌ₁が入射すると、上述のように、コレステリック液晶層３４内の液晶化合物の配向によって形成されている等位相面Ｅによって、入射光Ｌ₁すなわち鏡面反射に対して傾いた方向に反射光Ｌ₂として反射される。
反射光Ｌ₂は、コレステリック液晶層３４の螺旋ピッチＰに応じた波長、すなわち、コレステリック液晶層３４による反射の一次光（一次回折光）である。従って、反射光Ｌ₂のピーク波長は、コレステリック液晶層の選択反射中心波長に対応する第１の波長λとなる。以下の説明では、反射光の一次光を『反射一次光』ともいう。

ここで、本発明者らは、検討の結果、コレステリック液晶層３４が、上述した液晶配向パターンに加え、屈折率楕円体を有する場合には、反射一次光Ｌ₂に加えて、回折の二次光（二次回折光）として、反射光Ｌ₃が反射されることを見出した。以下の説明では、反射の二次光を『反射二次光』ともいう。
さらに、本発明者らは、反射二次光が以下の特徴を有することを見出した。

まず、反射二次光の反射のピーク波長は、反射一次光の反射のピークすなわち選択反射中心波長の略半分の長さになる。従って、反射二次光のピーク波長は、本発明における第２の波長λ／２である。
すなわち、コレステリック液晶層に入射光Ｌ₁が入射すると、図１１に破線によって概念的に示すように、第１の波長λをピークとする反射一次光である反射光Ｌ₂に加え、第２の波長λ／２をピークとする反射二次光である反射光Ｌ₃が反射される。

また、反射一次光である反射光Ｌ₂と反射二次光である反射光Ｌ₃とは、回折（反射）の角度が等しい。
回折光の回折角θは、『ｎ＊ｓｉｎθ＝ｍλ／ｐ』によって与えられる。上記式において、ｎは屈折率、ｍは次数、λは光の波長、ｐは回折素子の周期である。本発明において、周期ｐは、上述したコレステリック液晶層３４の液晶配向パターンにおける、１周期の長さΛ（図５参照）である。
上述のように、反射二次光の波長は反射一次光の略半分の長さである。従って、上記の式『ｎ＊ｓｉｎθ＝ｍλ／ｐ』において、次数ｍが反射一次光の１から２と倍になっても、波長λが半分になるので相殺され、回折角θは同じになる。従って、反射一次光と反射二次光は、回折角θが等しく、反射二次光は、反射一次光と同じ角度で反射される。

さらに、反射一次光である反射光Ｌ₂は、コレステリック液晶相における液晶化合物の螺旋の旋回方向に応じた、右円偏光および左円偏光のいずれかの円偏光である。
これに対して、反射二次光は、右円偏光および左円偏光のいずれの成分も含む。

これに対して、同じ液晶配向パターンを有しても、屈折率楕円体を有さないコレステリック液晶層は、図１３に示すように、コレステリック液晶層が、液晶化合物１０２の配列を螺旋軸方向から見た際に、隣接する液晶化合物１０２の分子軸がなす角度が一定である。すなわち、コレステリック液晶層が屈折率楕円体を有さない。そのため、図１４に概念的に示すように、螺旋軸方向から見た液晶化合物の存在確率はどの方向でも同じになる。

図１２に概念的に示すように、このような従来のコレステリック液晶層１００に入射光Ｌ₁が主面に垂直な方向から入射すると、前述のとおり、コレステリック液晶層１００内の液晶化合物の配向によって形成されている等位相面によって入射光Ｌ₁が傾いた方向に反射光Ｌ₄として反射される。反射光Ｌ₄は、コレステリック液晶層１００による反射一次光である。
しかしながら、一方で、反射二次光である反射光Ｌ₅（破線）は反射されない。

このように、本発明の光学素子は、反射一次光と同じ方向に反射二次光を反射する。また、反射二次光は、反射一次光とは大きく異なる波長（略半分）である。
そのため、本発明の光学素子を導光板に光（画像）を入射させる入射素子２０として用いることにより、波長域が連続しない波長が全く異なる２種の光を、全反射可能な角度で、かつ、同じ入射角度で、導光板１８に入射できる。
すなわち、本発明の光学素子を入射素子２０とすることにより、図１６に概念的に示すように、１つの導光板１８および１つの入射素子２０で、第１の波長λを含む波長域の色の画像と、第２の波長λ／２を含む色の画像との、全く異なる２色の画像を、１枚の導光板１８に同じ角度で入射して、同様に全反射して伝搬できる。
その結果、本発明を利用する図１に示す画像表示装置１０によれば、１つの導光板１８および１つの入射素子２０で、連続しない２つの波長域の光を反射できる。例えば、本発明を利用する図１に示す画像表示装置１０によれば、１つの導光板１８および１つの入射素子２０で、例えば第１の波長λに対応する赤色画像と、第２の波長λ／２に対応する青色画像など、波長域の全く異なる２色の画像を用いるＡＲグラス等を実現できる。

＜＜ＰＧ構造を有するコレステリック液晶層の作用＞＞
ここで、上述した屈折率楕円体を有するコレステリック液晶層は、図１１に破線で示すように、通常、第２の波長λ／２に対応する反射二次光は、第１の波長λに対応する反射一次光よりも、反射波長の帯域幅が大幅に狭い。

ところが、上述したように、ＡＲグラス等の画像表示装置１０において、ディスプレイ１４が表示した画像を担持する光は、様々な角度で入射素子に入射する。また、周知のように、コレステリック液晶層（コレステリック液晶相）は、主面の法線に対して角度を有して光が入射した場合に、選択的な反射波長域が短波長側に変動する、いわゆるブルーシフトを生じる。
そのため、反射波長の帯域幅が非常に狭い第２の波長λ／２に対応する反射二次光は、極狭い波長域の光が、ほぼ正面からの極狭い角度範囲から入射した場合のみにしか、光を反射することが出来ない。

その結果、単に屈折率楕円体を有するコレステリック液晶層を入射素子とした場合には、２つの波長域の画像のうち、第２の波長λ／２に対応する波長域の画像は、極狭い波長域の光しか利用できない。
加えて、単に屈折率楕円体を有するコレステリック液晶層を入射素子とした場合には、例えばＡＲグラス等において、ディスプレイ１４による画像表示面の一部しか、全反射可能な角度で導光板１８に入射することができず、いわゆるＦＯＶ（Ｆｉｅｌｄ ｏｆ Ｖｉｅｗ）が狭くなってしまう。

これに対して、本発明の光学素子すなわち入射素子２０は、コレステリック液晶層３４は、単に屈折率楕円体を有するのみならず、ＰＧ構造を有する。
ＰＧ構造とは、コレステリック液晶層の厚さ方向に、コレステリック液晶相の螺旋ピッチが、漸次、変化する構造である。図示例においては、上述のように、支持体３０（配向膜３２）から離間する方向に向かって、コレステリック液晶相の螺旋ピッチＰが、漸次、広くなるＰＧ構造を有する。

コレステリック液晶層による選択的な反射波長は、コレステリック液晶相の螺旋ピッチＰに依存し、螺旋ピッチが長いほど、長波長の光を選択的に反射する。
従って、螺旋ピッチが、漸次、変化するＰＧ構造を有するコレステリック液晶層による第１の波長λに対応する反射一次光の反射波長域は、図１１に破線で示すＰＧ構造を有さないコレステリック液晶層に比して、例えば、矢印ａ分だけ広くなる。

しかも、本発明者らの検討によれば、屈折率楕円体を有するコレステリック液晶層が、さらにＰＧ構造を有することにより、反射一次光のみならず、図１１に示すように、破線で示すＰＧ構造を有さないコレステリック液晶層に比して、第２の波長λ／２に対応する反射二次光の反射波長域も広くなる。例えば、ＰＧ構造により、第２の波長λ／２に対応する反射二次光の反射波長域は、矢印ｂ分だけ、広くなる。
その結果、本発明の光学素子を入射素子２０とすることにより、反射一次光のみならず、広い波長域の光を反射二次光の画像として用いることができる。さらに、反射一次光のみならず、反射二次光に対応する画像も、ディスプレイ１４の表示画面全面の光を、全反射可能な角度で入射でき、ＦＯＶを広くすることができる。

コレステリック液晶層３４のＰＧ構造は、上述のように、光の照射によってＨＴＰが変化するキラル剤を用い、液晶化合物をコレステリック液晶相に配向する前に、キラル剤のＨＴＰを変化させるための光の照射を行うことで、形成できる。
光の照射によってＨＴＰが変化するキラル剤として、一般的な、光の照射によってＨＴＰが小さくなるキラル剤を用いたとする。また、一例として、キラル剤のＨＴＰを変化させるための光の照射は、支持体３０等の影響を受けないように、支持体３０とは逆側すなわち図４の図中、上方から行う。
以下の説明では、入射素子２０の支持体３０とは逆側を上方、支持体３０側を下方、ともいう。

キラル剤のＨＴＰを変化させるために照射される光は、コレステリック液晶層３４を形成するための液晶組成物に含まれる成分、中でも特にキラル剤によって吸収される。
従って、コレステリック液晶層３４（液晶組成物）への光の照射量は、上方（支持体３０とは逆側）から下方（支持体３０側）に向かって、漸次、少なくなる。そのため、光の照射によるキラル剤のＨＴＰの低下は、上方から下方の配向膜３２側に向かって、漸次、小さくなる。
その結果、キラル剤のＨＴＰが大きく低下した上方では、螺旋の誘起が小さいので螺旋ピッチが長くなる。それに対して、キラル剤のＨＴＰの低下が小さい下方側では、キラル剤が、本来、有するＨＴＰで螺旋が誘起されるので、螺旋ピッチが短くなる。
従って、本例では、コレステリック液晶層３４は、上方から下方に向かって、コレステリック液晶相の螺旋ピッチが、漸次、小さくなる。

キラル剤のＨＴＰを変化させるための光は、キラル剤が吸収を有する波長の光を用いて行えばよいが、紫外線の照射によって行うのが好ましい。
コレステリック液晶層３４の形成においては、キラル剤のＨＴＰの変化を促進するために、紫外線の照射を加熱して行うのが好ましい。なお、この加熱によって、液晶化合物をコレステリック液晶相に配向させてもよい。
紫外線照射時の温度は、コレステリック液晶相が乱れないように、コレステリック液晶相を呈する温度範囲に維持するのが好ましい。具体的には、紫外線照射時の温度は、２５～１４０℃が好ましく、３０～１００℃がより好ましい。
キラル剤のＨＴＰの変化を促進するための紫外線照射時における酸素濃度には、制限はない。従って、この紫外線照射は、酸素雰囲気下で行ってもよく、低酸素雰囲気下で行ってもよい。

入射素子２０すなわち本発明の光学素子において、ＰＧ構造を有するコレステリック液晶層３４における、第２の波長λ／２に対応する反射二次光の反射波長域の半値幅（半値全幅）には制限はなく、例えばＡＲグラスに必要なＦＯＶの広さ等に応じて、適宜、設定すればよい。
例えば、ＡＲグラスにおいて、十分なＦＯＶを確保できる、第２の波長λ／２に対応する画像の波長域を十分に広くできる等の点で、反射二次光の反射波長域の半値幅は、１００ｎｍ以上が好ましく、２００ｎｍ以上がより好ましく、３００ｎｍ以上がさらに好ましい。

反射二次光（反射一次光）の反射波長域の半値幅は、一例として、使用するキラル剤の種類、キラル剤のＨＴＰを変化させるために照射する光の輝度、キラル剤のＨＴＰを変化させるために照射する光の照射時間等によって調節すればよい。

なお、本発明の光学素子において、反射二次光の回折強度（反射光強度、反射率）は、屈折率楕円体を有するコレステリック液晶層における、液晶化合物４０の分子軸がなす角度の変化、すなわち、コレステリック液晶相の歪みを大きくすることで、高くできるのは、上述のとおりである。

図示例のコレステリック液晶層３４においては、図３および図９に示すように、ｘ方向、すなわち、液晶配向パターンにおいて液晶化合物の光学軸の向きが連続的に回転しながら変化する方向で、液晶化合物の存在確率が高く、ｙ方向で存在確率が低くなる構成とした。すなわち、液晶配向パターンにおいて液晶化合物の光学軸の向きが連続的に回転しながら変化する方向が、面内の遅相軸方向と一致する構成としたが、本発明は、これに制限はされない。
すなわち、本発明の光学素子のコレステリック液晶層において、液晶配向パターンにおいて液晶化合物の光学軸の向きが連続的に回転しながら変化する方向と、面内の遅相軸方向との関係は特に制限はない。
例えば、図１５に概念的に示す例のように、液晶配向パターンにおいて液晶化合物の光学軸の向きが連続的に回転しながら変化する方向と直交するｙ方向で存在確率が高く、ｘ方向で存在確率が低くなる構成としてもよい。すなわち、液晶配向パターンにおいて液晶化合物の光学軸の向きが連続的に回転しながら変化する方向が、面内の遅相軸方向と略直交する構成としてもよい。

図１に示す画像表示装置１０において、ディスプレイ１４が表示して、入射素子２０によって、全反射可能な角度で導光板１８に入射した光（画像を担持する光）は、導光板１８内で全反射を繰り返して伝播されて、出射素子２４に入射する。
出射素子２４に入射した光は、出射素子２４によって回折されて反射され、導光板から、使用者Ｕによる画像の観察位置に出射（照射）される。

本発明の導光素子１２において、出射素子２４には、制限はなく、ＡＲグラス等において出射素子として用いられている公知の回折素子が、各種、利用可能である。
一例として、特許文献１および国際公開第２０１８／２１２３４８号等に記載される、本発明の光学素子と同様に、液晶化合物に由来する光学軸が図５に示すように、一方向に向かって連続的に回転して変化する液晶配向パターンを有し、かつ、屈折率楕円体を有さないコレステリック液晶層（光学異方性層）を有する、反射型の液晶回折素子が例示される。出射素子２４に、この反射型の液晶回折素子を用いる場合には、出射素子２４は、必要に応じて、第１の波長λ（反射一次光）に対応する選択反射中心波長を有するコレステリック液晶層と、第２の波長λ／２（反射二次光）に対応する選択反射中心波長を有するコレステリック液晶層との、２層のコレステリック液晶層を有してもよい。

なお、本発明の導光素子において、出射素子は、図示例のような反射型の回折素子に制限はされず、透過型の回折素子も利用可能である。なお、出射素子として、透過型の回折素子を用いる場合には、出射素子は、導光板１８の、光出射側（使用者Ｕ）側の面に設けられる。
透過型の回折素子も、公知の回折素子が、全て、利用可能である。好ましい一例として、国際公開第２０１９／００４４４２号等に記載される、本発明の光学素子と同様に、液晶化合物に由来する光学軸が、図５に示すように一方向に向かって連続的に回転して変化する液晶配向パターンを有し、かつ、厚さ方向で液晶化合物の光学軸（分子軸）の方向が同方向の液晶層（光学異方性層）を有する、透過型の液晶回折素子が例示される。

なお、本発明の導光素子１２（画像表示装置１０）においては、出射素子２４として、入射素子２０と同様の、本発明の光学素子も、好適に利用可能である。

図１に示す画像表示装置１０において、導光素子１２は、本発明の光学素子を入射素子２０に用いているが、本発明の導光素子は、これに制限はされない。すなわち、本発明の導光素子は、出射素子に、本発明の光学素子を用いてもよい。
図１７に、出射素子として、本発明の光学素子の別の態様を用いる画像表示装置の一例を概念的に示す。なお、図１７に示す画像表示装置５０は、図１に示す画像表示装置１０と同じ部材を、いくつか用いているので、同じ部材には同じ符号を付し、以下の説明は、異なる部位を主に行う。

図１７に示す画像表示装置５０においても、ディスプレイ１４が照射した画像を担持する光は、反射型の回折素子である入射素子５４によって回折して反射されて、全反射可能な角度で導光板１８に入射される。
ここで、図１７に示す画像表示装置５０は、本発明の光学素子における第２の波長λ／２（反射二次光）に対応する波長域の画像のみを表示するものである。従って、ディスプレイ１４の表示画像も、第２の波長λ／２に対応する波長域（色）の画像である。

入射素子５４には、制限はなく、ＡＲグラスにおいて入射素子として用いられている公知の回折素子が、各種、利用可能である。
一例として、図１に示す画像表示装置１０において、出射素子２４として例示した、各種の回折素子が例示される。従って、図１７に示す画像表示装置５０では、入射素子として、透過型の回折素子を用いてもよい、なお、入射素子として、透過型の回折素子を用いる場合には、入射素子は、導光板１８のディスプレイ１４側の面に配置される。

入射素子５４によって、全反射可能な角度で導光板１８に入射した画像を担持する光は、導光板１８内を全反射して伝搬され、出射素子５６に入射する。
出射素子５６は、本発明の光学素子である。従って、出射素子５６は、コレステリック液晶層を有する。また、出射素子５６のコレステリック液晶層は、上述した液晶化合物に由来する光学軸が一方向に向かって連像的に回転して変化する液晶配向パターンを有し、また、第１の波長λおよび第２の波長λ／２に反射のピークを有し、すなわち屈折率楕円体を有し、さらに、コレステリック液晶相の螺旋ピッチが、厚さ方向に、漸次、変化するＰＧ構造を有する。

図示例の出射素子５６は、一例として、図１に示す画像表示装置１０の入射素子２０と同様、支持体３０と、配向膜３２と、コレステリック液晶層を有する。
支持体３０および配向膜３２は、上述したものと同様である。また、コレステリック液晶層は、領域によってコレステリック液晶相の歪みが異なる以外は、基本的に、上述したコレステリック液晶層３４と同様のものである。この点に関しては、後に詳述する。

上述のように、ディスプレイ１４が表示して、導光板１８に入射して伝搬される画像を担持する光は、第２の波長λ／２に対応する波長域の光である。
従って、導光板１８内を全反射して伝搬されて出射素子５６に入射した光は、反射二次光（反射光Ｌ₃）として、出射素子５６によって回折して反射され、使用者Ｕによる観察位置に出射される。

ここで、出射素子５６は、入射素子５４に近い側から、領域５６ａ、領域５６ｂおよび領域５６ｃの、３つの領域を有する。すなわち、出射素子５６は、導光板１８における光の伝播方向の上流側から、領域５６ａ、領域５６ｂおよび領域５６ｃの、３つの領域を有する。
以下の説明において、上流および下流とは、導光板における光の伝播方向の上流および下流を示す。
領域５６ａ～領域５６ｃは、屈折率楕円体を有するコレステリック液晶層における、液晶化合物４０の分子軸がなす角度の変化の程度が異なす。すなわち、領域５６ａ～領域５６ｃは、屈折率楕円体を有するコレステリック液晶層における、コレステリック液晶相の歪みの大きさが異なる。
具体的には、領域５６ａ～領域５６ｃでは、上流の領域５６ａが、最も、コレステリック液晶相の歪みが小さく、領域５６ｂは、上流側の領域５６ａよりもコレステリック液晶相の歪みが大きく、下流側の領域５６ｃが、最もコレステリック液晶相の歪みが大きい。従って、出射素子５６のコレステリック液晶層においては、平均的な遅相軸方向の平均屈折率ｎｘと、平均的な進相軸方向の平均屈折率ｎｙとの差は、領域５６ａが最も小さく、領域５６ｂは領域５６ａよりも大きく、領域５６ｃが最も大きい。

図１７に示す画像表示装置５０は、このような構成を有することにより、使用者Ｕが観察する画像の光強度の均一化を図り、ムラの無い高画質な画像の表示を可能にしている。

ＡＲグラス等の画像表示装置において、明るさに差が無い均一な光強度の画像を表示するためには、出射素子が回折して導光板から出射させる光の強度（光量）を、全面的に均一にする必要がある。
ところが、ＡＲグラスのように導光板を用いる画像表示装置では、入射素子から離間するにしたがって、出射素子から出射する光の強度が低くなる。
導光板内を伝播して、出射素子に入射した光は、上流部で何％かの光が出射されて、その残りの光が、中流部に至る。出射素子に入射して中流部に至った光は、中流部でも、何％かの光が出射されて、その残りの光が、下流部に至る。すなわち、出射素子の下流部には、上流部および中流部で出射された光の残りのみが到達する。

従って、出射素子において、到達する光が最も多いのは上流部であり、次いで多いのが中流部であり、下流部は、到達する光が、最も少なくなってしまう。
その結果、導光板を用いる画像表示装置では、出射素子の上流部では画像が明るく、下流に向かうほど画像が暗いという、画像の光量ムラが生じてしまう。

これに対して、図示例の画像表示装置５０は、出射素子５６として、本発明の光学素子を有し、第２の波長λ／２に対応する波長域の画像を表示し、かつ、上流側の領域５６ａが、最もコレステリック液晶相の歪みが小さく、領域５６ｂは、領域５６ａよりもコレステリック液晶相の歪みが大きく、下流側の領域５６ｃが最もコレステリック液晶相の歪みが大きい。
上述したように、コレステリック液晶層が屈折率楕円体を有する本発明の光学素子においては、コレステリック液晶相の歪みが大きいほど、第２の波長λ／２に対応する反射二次光の回折効率（反射光強度、反射率）が高くなる。
従って、出射素子５６では、上流側の領域５６ａが最も回折効率が低く、中流部の領域５６ｂは上流側の領域５６ａよりも回折効率が高く、下流側の領域５６ｃの回折効率が最も高い。

すなわち、最も到達する光の量が多い上流部である領域５６ａは、他の領域よりも低い回折効率で光を回折して反射し、最も光の到達する量が少ない下流部である領域５６ｃでは、他の領域に比して、最も高い回折効率で光を回折して反射する。
その結果、本発明の回折素子である出射素子５６を用いることにより、出射素子５６が回折して反射する光の強度を全面的に均一化して、光量ムラのない高画質な画像を表示できる。

ここで、出射素子５６には、様々な角度で光が入射する。そのため、通常のコレステリック液晶層では、ブルーシフトによって、回折して反射できない光が多く生じてしまう。
また、上述のように、屈折率楕円体を有するコレステリック液晶層は、第２の波長λ／２に対応する反射二次光の反射波長域が狭く、極狭い波長域の光しか利用できない。

これに対して、上述のように本発明の光学素子は、屈折率楕円体を有するコレステリック液晶層は、さらに、コレステリック液晶相の螺旋ピッチが、厚さ方向に、漸次、変化するＰＧ構造を有するので、第２の波長λ／２に対応する反射二次光の反射波長域が広い。
そのため、本発明の光学素子である出射素子５６を用いることにより、広い波長域の光を反射二次光（第２の波長λ／２）に対応する画像として用いることができる。さらに、様々な角度で入射した光を、導光板１８から出射可能な角度に回折して反射できるので、ＦＯＶを広くすることができる。

上述のように、コレステリック液晶相に歪みを有する屈折率楕円体は、コレステリック液晶相を固定する前に、偏光を照射することで形成できる。
出射素子５６のように、コレステリック液晶相の歪みが異なる領域を有するコレステリック液晶相は、一例として、以下のように形成すればよい。出射素子５６を構成するコレステリック液晶層を硬化する前に、まず、例えばコレステリック液晶層の領域５６ａ以外の領域をマスキングして、偏光を照射する。次いで、コレステリック液晶層の領域５６ｂ以外の領域をマスキングして、領域５６ａよりも高光量の偏光を照射する。次いで、コレステリック液晶層の領域５６ｃ以外の領域をマスキングして、領域５６ｂよりも高光量の偏光を照射する。
その後、コレステリック液晶層を硬化することにより、領域５６ａ、領域５６ｂおよび領域５６ｃの順番で、コレステリック液晶相の歪みが大きい屈折率楕円体を有する、コレステリック液晶層を形成できる。

なお、本発明の光学素子である出射素子５６は、コレステリック液晶相の歪みを変更する領域は、上流部／中流部／下流部の３つに制限はされない。すなわち、コレステリック液晶相の歪みを変更する領域は、上流部および下流部の２つでもよく、または、光の伝播方向に４以上の領域に分けてもよい。

本発明の光学素子は、上述した入射素子２０および出射素子５６以外にも、各種の構成が利用可能である。
例えば、本発明の光学素子が有するコレステリック液晶層は、液晶配向パターンの１周期の長さが面内で異なる領域を有する構成としてもよい。
前述のとおり、液晶配向パターンを有するコレステリック液晶層において、コレステリック液晶層の等位相面Ｅによる光の反射角度は、光学軸４０Ａが１８０°回転する液晶配向パターンの１周期の長さΛによって異なる。具体的には、１周期Λが短いほど、入射光の鏡面反射に対する反射光の角度（回折角θ）が大きくなる。従って、コレステリック液晶層が、液晶配向パターンの１周期の長さが面内で異なる領域を有する構成とすることで、光学素子は、面内の領域ごとに異なる回折角度で反射一次光および反射二次光を回折することができる。

本発明の光学素子は、必要に応じて、上述したコレステリック液晶層を２以上有していてもよい。

コレステリック液晶層を２層以上有する場合には、各コレステリック液晶層のコレステリック液晶相における螺旋ピッチを互いに異なるものとして、選択的な反射波長を異なるものとすることができる。
すなわち、選択的な反射波長の異なるコレステリック液晶層を２層以上有する構成とすることで、例えば、上述した画像表示装置１０は、中心波長が異なる４種以上の波長の光（４種以上の色）による画像を、選択的に表示できる。

また、コレステリック液晶層を２層以上有する場合には、各コレステリック液晶相における螺旋の旋回方向が、異なってもよい。
これにより、第１の波長λに対応する反射一次光において、右円偏光と左円偏光の両方を反射できるようになる。

また、コレステリック液晶層を２層以上有する場合には、各コレステリック液晶層の液晶配向パターンの１周期の長さΛが互いに異なるものとしてもよい。
例えば、選択反射波長が同じで、液晶配向パターンの１周期の長さが異なるコレステリック液晶層を２層以上有する構成とすることで、異なる複数の方向（角度）に、第１の波長λに対応する反射一次光、および、第２の波長λ／２に対応する反射二次光を反射することができる。

また、コレステリック液晶層を２層以上有する場合には、各コレステリック液晶層は、選択反射波長が異なり、かつ、液晶配向パターンの１周期の長さが異なる構成としてもよい。
このような構成により、中心波長が異なる複数の第１の波長λに対応する反射一次光、および、第２の波長λ／２に対応する反射二次光を、それぞれ、異なる方向に反射することができる。

以上、本発明の光学素子および導光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。この配向膜形成用塗布液の塗膜が形成された支持体を６０℃のホットプレート上で６０秒間乾燥し、配向膜を形成した。

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）
図６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Ｐ－１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、０．８７μｍとなるように、２つの光の交差角（交差角α）を調節した。

（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ＬＣ－１を調製した。なお、ＬＣ－１－１はＥＰ１３８８５３８Ａ１，ｐａｇｅ２１に記載される方法によって合成した。
液晶組成物ＬＣ－１
―――――――――――――――――――――――――――――――――
液晶化合物Ｌ－１ １００．００質量部
光重合開始剤（ＬＣ－１－１） ３．５質量部
光増感剤（日本化薬社製、ＫＡＹＡＣＵＲＥ ＤＥＴＸ－Ｓ）
１．００質量部
キラル剤Ｃｈ－３ ２．０質量部
メチルエチルケトン ３３０．６０質量部
―――――――――――――――――――――――――――――――――

液晶化合物Ｌ－１

キラル剤Ｃｈ－３

なお、液晶化合物Ｌ－１の相転移温度は、液晶化合物をホットプレート上で加熱し、偏光顕微鏡によるテクスチャー観察によって求めた。その結果、結晶相－ネマチック相転移温度は７９℃、ネマチック相－等方相転移温度は１４４℃であった。
また、液晶化合物Ｌ－１のΔｎは、液晶化合物を、くさび型セルに注入し、これに波長５５０ｎｍのレーザー光を照射し、透過光の屈折角を測定することで測定した。測定温度は６０℃とした。液晶化合物Ｌ－１のΔｎは０．１６であった。

配向膜Ｐ－１上に、上述の上記の液晶組成物ＬＣ－１を、スピンコータを用いて、８００ｒｐｍで１０秒間塗布した。
液晶組成物ＬＣ－１の塗膜をホットプレート上で８０℃にて３分間（１８０ｓｅｃ）加熱した。
その後、第１露光工程として、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、１００℃で液晶組成物ＬＣ－１の露光を行った。第１露光工程は、波長３１５ｎｍで測定される光の照射量が３０ｍＪ／ｃｍ²となるように行った。

その後、ＵＶ（紫外線）光源として３５０～４００ｎｍに強い発光スペクトルを有するＤ－Ｂｕｌｂを搭載したマイクロウェーブ発光方式の紫外線照射装置（Ｌｉｇｈｔ Ｈａｍｍｅｒ １０、２４０Ｗ／ｃｍ、Ｆｕｓｉｏｎ ＵＶ Ｓｙｓｔｅｍｓ社製）と、ワイヤグリッド偏光フィルタ（ＰｒｏＦｌｕｘ ＰＰＬ０２（高透過率タイプ）、Ｍｏｘｔｅｋ社製）とを組合せた偏光ＵＶ照射装置を用いて、液晶組成物ＬＣ－１に偏光ＵＶを照射した（第２露光工程）。これにより、コレステリック液晶相を固定化して、コレステリック液晶層を有する液晶回折素子を作製した。
ワイヤグリッド偏光フィルタは、照射面から１０ｃｍの位置に配置した。
偏光ＵＶの照射は、酸素濃度０．３％以下の窒素雰囲気下において、照度２００ｍＷ／ｃｍ²、照射量６００ｍＪ／ｃｍ²で行った。
また、偏光ＵＶは、偏光板の透過軸が配向膜の露光方位方向を面内に投影した方向、すなわち、コレステリック液晶層の面内における配向周期方向に平行な方向となるようにして照射した。

（液晶回折素子の評価）
作製した液晶回折素子（コレステリック液晶層）の回折効率を測定したところ、中心波長１１００ｎｍで約４００ｎｍの幅で反射の回折領域が認められた。これは、第１露光工程でキラル剤のＨＴＰが厚さ方向に偏りを持って分布することによって、厚さ方向にコレステリック液晶相の螺旋ピッチに分布（ＰＧ構造）が生じ、一次反射光（一次の反射回折光）が波長に分布を持って発生したためと考えられる。
さらに、中心波長５００ｎｍで約２００ｎｍの幅で反射の回折領域が認められた。これは、第２露光工程で、コレステリック液晶相における液晶化合物の捩れが面方向（面内方向）で偏りを持つ（偏光露光の偏光方向により配向分布が増える）ことによって、一次反射光の半分の波長で、二次反射光（二次の反射回折光）が生じたためと考えられる。また、一次反射光と二次反射光との回折角度は略同じであった。これは、波長が半分になるのと、二次回折で倍角になるのと相殺して、角度が同じになったと考えられる。

（ＡＲグラスへの適用）
実施例１のコレステリック液晶層を有する液晶回折素子を、ＡＲグラスの導光板に光を入射する入射素子、および、出射させる出射素子として用い、図１に示すＡＲグラスでの表示の効果を確認した。
導光板として、ガラス（屈折率１．７、厚さ０．５０ｍｍ）を用いた。
実施例１のコレステリック液晶層は、二次反射光が青、緑、および、赤色光に渡って光を反射するものである。このコレステリック層を、導光板に積層貼合して光学素子（回折素子）とした。
また、ＡＲグラスのディスプレイとして、ＬＣＯＳ方式のプロジェクターを用いた。
これによりＡＲグラスの表示の効果を確認した。その結果、ＲＧＢのカラー表示ができることを確認した。
以上の結果より、本発明の効果は明らかである。

１０，５０ 画像表示装置
１２，５２ 導光素子
１４ ディスプレイ
１８ 導光板
２０，５４ 入射素子
２４，５６ 出射素子
５６ａ，５６ｂ，５６ｃ 領域
３０ 支持体
３２ 配向膜
３４，１００ コレステリック液晶層
４０，１０２ 液晶化合物
４０Ａ 光学軸
４２ 明部
４４ 暗部
６０ 露光装置
６２ レーザ
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，７２Ｂλ／４板
Ｒ_R 赤色の右円偏光
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
Ｑ 絶対位相
Ｅ 等位相面
Ｌ₁ 入射光
Ｌ₂，Ｌ₃，Ｌ₄，Ｌ₅ 反射光
Λ １周期
Ｘ１ 一方向
Ｃ１～Ｃ７ 液晶化合物
θ₁～θ₆ 角度

Claims (6)

1. 液晶化合物をコレステリック配向させてなるコレステリック液晶層を有し、
   前記コレステリック液晶層は、前記液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有し、かつ、
   前記コレステリック配向における螺旋軸方向の螺旋ピッチが、前記コレステリック液晶層の厚さ方向に、漸次、変化するものであり、さらに、
   第１の波長λと、第２の波長λ／２とに、反射のピークを有することを特徴とする光学素子であって、
   前記コレステリック液晶層において、前記螺旋軸方向から見た際に、屈折率異方性がある、光学素子。
2. 前記コレステリック液晶層は、面内に、前記第２の波長λ／２の光の回折効率が異なる領域を有する、請求項１に記載の光学素子。
3. 請求項１または２に記載の光学素子と、導光板とを有する、導光素子。
4. 前記光学素子は、前記第１の波長λの光および前記第２の波長λ／２の光を、全反射させる角度で前記導光板に入射させる入射素子である、請求項３に記載の導光素子。
5. 前記導光板に光を入射させる入射素子と、前記導光板から光を出射させる出射素子とを有し、
   前記光学素子は、前記第２の波長λ／２の光を前記導光板から出射させる出射素子であり、前記コレステリック液晶層は、面内に、前記第２の波長λ／２の光の回折効率が異なる領域を有する、請求項３に記載の導光素子。
6. 前記コレステリック液晶層は、前記入射素子から離間するにしたがって、漸次、前記第２の波長λ／２の光の回折効率が高くなる、請求項５に記載の導光素子。