WO2021235416A1

WO2021235416A1 - 透過型液晶回折素子

Info

Publication number: WO2021235416A1
Application number: PCT/JP2021/018693
Authority: WO
Inventors: 之人齊藤; 寛佐藤; 隆米本; 淳渡部; 光芳市橋; 啓祐小玉
Original assignee: 富士フイルム株式会社
Priority date: 2020-05-20
Filing date: 2021-05-18
Publication date: 2021-11-25
Also published as: CN115605785A; JPWO2021235416A1; US20230097214A1

Abstract

異なる偏光を同じ方向に回折でき、高い回折効率を有する透過型液晶回折素子を提供する。透過型液晶回折素子は、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それぞれ有する、第１の光学異方性層および第２の光学異方性層を有し、第１の光学異方性層の液晶配向パターンにおける光学軸の回転方向と、第２の光学異方性層の液晶配向パターンにおける光学軸の回転方向とが逆であり、液晶配向パターンにおける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周期とすると、第１の光学異方性層の液晶配向パターンの１周期と、第２の光学異方性層の液晶配向パターンの１周期とが同じである。

Description

透過型液晶回折素子

　本発明は、入射した光を回折する透過型液晶回折素子に関する。

　光を屈曲させて光の進行方向を制御する光学素子として回折素子は多くの光学デバイスあるいは光学システムで利用されている。
　このような回折素子として、液晶化合物を用いた液晶回折素子が提案されている。

　例えば、特許文献１には、第１の偏光回折格子層であって、第１の偏光回折格子層の両面間に定められる第１の厚みにわたって第１の偏光回折格子層の分子のそれぞれの相対的配向が第１の捩じれ角で回転するように、第１の捩じれ性に従って捩じられている分子構造を含んでいる、第１の偏光回折格子層と、第１の偏光回折格子層上の第２の偏光回折格子層であって、第２の偏光回折格子層の両面間に定められる第２の厚みにわたって第２の偏光回折格子層の分子のそれぞれの相対的配向が第２の捩じれ角で回転するように、第１の捩じれ性と逆の第２の捩じれ性に従って捩じられている分子構造を含んでいる、第２の偏光回折格子層と、を備えてなる偏光回折格子が記載されている。

特開２０１４-０８９４７６号公報

　液晶化合物を用いた偏光回折素子においては、偏光によって屈曲する方向が異なる。具体的には、偏光回折素子に入射した右円偏光と左円偏光とは、逆方向に屈曲され分離される。そのため、偏光によらず所定の方向に光を回折することができなかった。

　本発明の課題は、異なる偏光を同じ方向に回折できる透過型液晶回折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それぞれ有する、第１の光学異方性層および第２の光学異方性層を有し、
　第１の光学異方性層の液晶配向パターンにおける光学軸の回転方向と、第２の光学異方性層の液晶配向パターンにおける光学軸の回転方向とが逆であり、
　液晶配向パターンにおける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周期とすると、第１の光学異方性層の液晶配向パターンの１周期と、第２の光学異方性層の液晶配向パターンの１周期とが同じである透過型液晶回折素子。
　［２］　第１の光学異方性層および第２の光学異方性層は、厚さ方向において、液晶化合物がねじれ配向しており、
　ねじれ配向のねじれ角が３６０°未満であり、
　第１の光学異方性層における液晶化合物のねじれ方向と、第２の光学異方性層における液晶化合物のねじれ方向とが逆である［１］に記載の透過型液晶回折素子。
　［３］　液晶化合物が棒状液晶化合物または円盤状液晶化合物である［１］または［２］に記載の透過型液晶回折素子。
　［４］　第１の光学異方性層および第２の光学異方性層の少なくとも一方が、棒状液晶化合物を液晶配向パターンで配向した棒状液晶層と、円盤状液晶化合物を液晶配向パターンで配向した円盤状液晶層とを交互に積層した構成を有する［１］～［３］のいずれかに記載の透過型液晶回折素子。
　［５］　第１の光学異方性層および第２の光学異方性層の少なくとも一方が、厚さ方向に液晶化合物がねじれ配向した液晶層を複数積層してなり、
　各液晶層におけるねじれ配向のねじれ角が３６０°未満であり、
　複数の液晶層は積層方向において、液晶化合物のねじれ方向が交互である［１］に記載の透過型液晶回折素子。
　［６］　液晶層の少なくとも１つが、棒状液晶化合物を液晶配向パターンで配向した棒状液晶層と、円盤状液晶化合物を液晶配向パターンで配向した円盤状液晶層とを交互に積層した構成を有する［５］に記載の透過型液晶回折素子。
　［７］　第１の光学異方性層と、第２の光学異方性層との間に配置される位相差層を有する［１］～［６］のいずれかに記載の透過型液晶回折素子。
　［８］　位相差層のＮｚ値が０．１～１．１である［７］に記載の透過型液晶回折素子。
　［９］　第１の光学異方性層の第２の光学異方性層とは反対側、および、第２の光学異方性層の第１の光学異方性層とは反対側の少なくとも一方に配置されるλ／４板を有する［１］～［８］のいずれかに記載の透過型液晶回折素子。

　本発明によれば、異なる偏光を同じ方向に回折でき、高い回折効率を有する透過型液晶回折素子を提供することができる。

本発明の透過型液晶回折素子の一例を概念的に示す図である。図１に示す透過型液晶回折素子が有する光学異方性層を概念的に示す図である。図２に示す光学異方性層の正面図である。図２に示す光学異方性層の配向膜を露光する露光装置の一例の概念図である。光学異方性層の作用を説明するための概念図である。光学異方性層の作用を説明するための概念図である。図１に示す透過型液晶回折素子の作用を説明するための概念図である。本発明の透過型液晶回折素子の他の一例を概念的に示す図である。図８に示す透過型液晶回折素子が有する光学異方性層を概念的に示す図である。本発明の透過型液晶回折素子の他の一例を概念的に示す図である。本発明の透過型液晶回折素子が有する光学異方性層の他の一例を概念的に表す図である。本発明の透過型液晶回折素子の他の一例を概念的に表す図である。図１２に示す液晶回折素子が有する液晶層の他の一例を概念的に表す図である。本発明の透過型液晶回折素子の他の一例を概念的に表す図である。本発明の透過型液晶回折素子の他の一例を概念的に表す図である。本発明の透過型液晶回折素子の他の一例を概念的に表す図である。本発明の透過型液晶回折素子の他の一例を概念的に表す図である。本発明の透過型液晶回折素子の他の一例を概念的に表す図である。本発明の透過型液晶回折素子の他の一例を概念的に表す図である。

　以下、本発明の透過型液晶回折素子について、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。

［透過型液晶回折素子］
　本発明の液晶回折素子は、
　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第１の光学異方性層および第２の光学異方性層を有し、
　第１の光学異方性層の液晶配向パターンにおける光学軸の回転方向と、第２の光学異方性層の液晶配向パターンにおける光学軸の回転方向とが逆であり、
　液晶配向パターンにおける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周期とすると、第１の光学異方性層の液晶配向パターンの１周期と、第２の光学異方性層の液晶配向パターンの１周期とが同じである透過型液晶回折素子である。

　図１に、本発明の透過型液晶回折素子の一例を概念的に示す。

　図１に示す透過型液晶回折素子１０は、厚さ方向に積層された第１の光学異方性層３６ａと第２の光学異方性層３６ｂとを有する。なお、図１においては、図面を簡略化して透過型液晶回折素子１０の構成を明確に示すために、第１の光学異方性層３６ａおよび第２の光学異方性層３６ｂは、表面の液晶化合物４０（液晶化合物の分子）のみを概念的に示している。しかしながら、第１の光学異方性層３６ａおよび第２の光学異方性層３６ｂは、図２に概念的に示すように、厚さ方向において、液晶化合物４０が積み重ねられた構造を有し、厚さ方向に積み重ねられた液晶化合物４０の光学軸が同じ方向を向いている構造を有する。

　図１に示すように、第１の光学異方性層３６ａと第２の光学異方性層３６ｂとは厚さ方向に積層されている。

　第１の光学異方性層３６ａおよび第２の光学異方性層３６ｂ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。
　第１の光学異方性層３６ａおよび第２の光学異方性層３６ｂが、上記液晶配向パターンを有することによって、透過する光を回折することができる。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。

　ここで、本発明において、第１の光学異方性層３６ａの液晶配向パターンにおける光学軸の回転方向と、第２の光学異方性層の液晶配向パターンにおける光学軸の回転方向とが逆である。また、第１の光学異方性層３６ａの液晶配向パターンの１周期と、第２の光学異方性層３６ｂの液晶配向パターンの１周期とは同じである。以上の構成を有する本発明の透過型液晶回折素子は、主面に斜め方向から入射した光を透過しつつ回折する。その際、右円偏光および左円偏光を同じ方向に回折することができる。すなわち、本発明の透過型液晶回折素子は、異なる偏光を同じ方向に回折でき、高い回折効率を有する透過型液晶回折素子を実現できる。このような作用については後に詳述する。

　（光学異方性層）
　第１の光学異方性層３６ａおよび第２の光学異方性層３６ｂについて図２および図３を用いて説明する。なお、第１の光学異方性層３６ａおよび第２の光学異方性層３６ｂは、液晶配向パターンにおける光学軸の回転方向が逆である以外は同様の構成を有するので、第１の光学異方性層３６ａと第２の光学異方性層３６ｂとを区別する必要がない場合にはまとめて光学異方性層３６として説明を行う。

　図２および図３に示す例は、液晶化合物を配向させた液晶相を固定してなり、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光学異方性層である。図２および図３に示す例における光学異方性層は、液晶配向パターンにおける光学軸の回転方向が、図１の第１の光学異方性層３６ａと同じである。

　図２に示す例では、光学異方性層３６は、支持体３０の上に積層された配向膜３２上に積層されている。
　なお、第１の光学異方性層および第２の光学異方性層が透過型液晶回折素子として、積層される際には、図２に示す例のように、光学異方性層は、支持体３０および配向膜３２の上に積層された状態で積層されてもよい。あるいは、光学異方性層は、例えば、支持体３０を剥離した、配向膜３２および光学異方性層のみが積層された状態で積層されてもよい。または、光学異方性層は、例えば、支持体３０および配向膜３２を剥離した、光学異方性層のみの状態で積層されてもよい。

　＜支持体＞
　支持体３０は、配向膜３２、および、光学異方性層３６を支持するものである。
　支持体３０は、配向膜３２、光学異方性層３６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、回折する光に対する透過率が５０％以上であることが好ましく、７０％以上であることがより好ましく、８５％以上であることがさらに好ましい。

　支持体３０の厚さには、制限はなく、透過型液晶回折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、光学異方性層３６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、ポリオレフィン等からなる支持体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＞
　支持体３０の表面には配向膜３２が形成される。
　配向膜３２は、光学異方性層３６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。
　後述するが、本発明において、光学異方性層３６は、液晶化合物４０に由来する光学軸４０Ａ（図３参照）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３２は、光学異方性層３６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ル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。

　光学異方性層においては、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、光学異方性層においては、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。
　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４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４に示す露光装置６０は、レーザ６２を備えた光源６４と、レーザ６２が出射したレーザ光Ｍの偏光方向を変えるλ／２板６５と、レーザ６２が出射したレーザ光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、光学異方性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、光学異方性層３６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光学異方性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、光学異方性層が、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。

　＜光学異方性層＞
　光学異方性層３６は、配向膜３２の表面に形成される。
　上述したように、光学異方性層３６は、液晶化合物を配向した液晶相を固定してなる、光学異方性層であり、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光学異方性層である。

　光学異方性層３６は、図２に概念的に示すように、液晶化合物４０が厚さ方向に螺旋状に捩じれ回転しておらず、面方向の同じ位置の液晶化合物４０はその光学軸４０Ａの向きが同じ向きになるように配向されている。

　＜＜光学異方性層の形成方法＞＞
　光学異方性層は、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に配向した液晶相を層状に固定して形成できる。
　液晶相を固定した構造は、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液晶配向パターンに沿った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、液晶相を固定した構造においては、液晶相の光学的性質が保持されていれば十分であり、光学異方性層において、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。

　液晶相を固定してなる光学異方性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ことが好ましい。
　また、光学異方性層の形成に用いる液晶組成物は、さらに界面活性剤、重合開始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。
　光学異方性層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％であることが好ましく、８０～９９質量％であることがより好ましく、８５～９０質量％であることがさらに好ましい。

－－界面活性剤－－
　光学異方性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、液晶化合物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。

－－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ことが好ましい。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％であることが好ましく、０．５～１２質量％であることがさらに好ましい。

－－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、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、光学異方性層を形成する際には、液体として用いられることが好ましい。
　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。

　光学異方性層を形成する際には、光学異方性層の形成面に液晶組成物を塗布して、液晶化合物を所定の液晶配向パターンに配向された液晶相の状態に配向した後、液晶化合物を硬化して、光学異方性層とすることが好ましい。
　すなわち、配向膜３２上に光学異方性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、液晶化合物を所定の液晶配向パターンに配向した後、液晶化合物を硬化して、液晶相を固定してなる光学異方性層を形成することが好ましい。
　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、光学異方性層を形成する。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所定の液晶配向パターンに配向すればよい。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、紫外線を用いることが好ましい。照射エネルギーは、２０ｍＪ／ｃｍ²～５０Ｊ／ｃｍ²が好ましく、５０ｍＪ／ｃｍ²～１５００ｍＪ／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。
　重合された液晶組成物は、必要に応じて、さらに液晶層を積層配向するために活性化処理してもよい。活性化処理は、コロナ処理またはプラズマ処理を採用することができる。これにより液晶を塗布する前の表面状態の濡れ性を良くすることができ、また液晶分子の水平配向の配向性を良くする効果がある。コロナ処理における放電量は１０～５００Ｗ／ｍ^２／ｍｉｎであることが好ましい。製造装置としては、再公表特許ＷＯ１４／０５４４３７号公報に記載された装置を好適に利用できる。例えば、春日電機社製のコロナ処理機による常圧空気中の放電方式を用いることができる。プラズマ処理は、例えば、積水化学社製のプラズマ放電機により常圧空気中または窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気中で放電する方式を用いることができる。

　光学異方性層の厚さには、制限はなく、光学異方性層の用途、光学異方性層に要求される光の反射率、および、光学異方性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。

　＜＜光学異方性層の液晶配向パターン＞＞
　前述のように、光学異方性層は、液晶化合物４０に由来する光学軸４０Ａの向きが、光学異方性層の面内において、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３に、光学異方性層３６の平面図を概念的に示す。
　なお、平面図とは、図２において光学異方性層を上方から見た図であり、すなわち、光学異方性層を厚さ方向（＝各層（膜）の積層方向）から見た図である。
　また、図３では、光学異方性層（光学異方性層３６）の構成を分かりやすくするため、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３に示すように、配向膜３２の表面において、光学異方性層３６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、光学異方性層の面内において、矢印Ｄ（以下、配列軸Ｄという）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、配列軸Ｄ方向に沿って、時計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。
　光学異方性層３６を構成する液晶化合物４０は、配列軸Ｄ、および、この一方向（配列軸Ｄ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、配列軸Ｄ方向と直交する方向を、便宜的にＹ方向とする。すなわち、矢印Ｙ方向とは、液晶化合物４０の光学軸４０Ａの向きが、光学異方性層の面内において、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、図１、図２および後述する図５、図６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の向きが配列軸Ｄ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、配列軸Ｄ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、配列軸Ｄ方向とが成す角度が、配列軸Ｄ方向の位置によって異なっており、配列軸Ｄ方向に沿って、光学軸４０Ａと配列軸Ｄ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、配列軸Ｄ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°以下であることが好ましく、１５°以下であることがより好ましく、より小さい角度であることがさらに好ましい。

　また、本発明において、配列軸Ｄ方向に互いに隣接する液晶化合物４０の光学軸４０Ａがなす角度が小さくなる向きに液晶化合物が回転しているものとする。従って、図２および図３に示す光学異方性層においては、液晶化合物４０の光学軸４０Ａは、配列軸Ｄの矢印の方向に沿って、右回り（時計回り）に回転している。

　一方、光学異方性層３６を形成する液晶化合物４０は、配列軸Ｄ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、光学異方性層３６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と配列軸Ｄ方向とが成す角度が等しい。

　光学異方性層３６において、Ｙ方向に配列される液晶化合物４０は、光学軸４０Ａと配列軸Ｄ方向（液晶化合物４０の光学軸の向きが回転する１方向）とが成す角度が等しい。この光学軸４０Ａと配列軸Ｄ方向とが成す角度が等しい液晶化合物４０が、Ｙ方向に配置された領域を、領域Ｒとする。
　この場合に、それぞれの領域Ｒにおける面内レタデーション（Ｒｅ）の値は、実質的に半波長すなわちλ／２であることが好ましい。これは、右円偏光は左円偏光に、左円偏光は右円偏光に変換される条件である。これらの面内レタデーションは、領域Ｒの屈折率異方性に伴う屈折率差Δｎと光学異方性層の厚さとの積により算出される。ここで、光学異方性層における領域Ｒの屈折率異方性に伴う屈折率差とは、領域Ｒの面内における遅相軸の方向の屈折率と、遅相軸の方向に直交する方向の屈折率との差により定義される屈折率差である。すなわち、領域Ｒの屈折率異方性に伴う屈折率差Δｎは、光学軸４０Ａの方向の液晶化合物４０の屈折率と、領域Ｒの面内において光学軸４０Ａに垂直な方向の液晶化合物４０の屈折率との差に等しい。つまり、屈折率差Δｎは、液晶化合物４０の屈折率差に等しい。

　光学異方性層３６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配列軸Ｄ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）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、配列軸Ｄ方向に対する角度が等しい２つの液晶化合物４０の、配列軸Ｄ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３に示すように、配列軸Ｄ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、配列軸Ｄ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。
　光学異方性層３６の液晶配向パターンは、この１周期Λを、配列軸Ｄ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。

　このような光学異方性層３６に円偏光が入射すると、光は、屈折され、かつ、円偏光の方向が変換される。
　この作用を、図５および図６に概念的に示す。なお、光学異方性層３６は、液晶化合物の屈折率差と光学異方性層の厚さとの積の値がλ／２であるとする。
　図５に示すように、光学異方性層３６の液晶化合物の屈折率差と光学異方性層の厚さとの積の値がλ／２の場合に、光学異方性層３６に左円偏光である入射光Ｌ₁が入射すると、入射光Ｌ₁は、光学異方性層３６を通過することにより１８０°の位相差が与えられて、透過光Ｌ₂は、右円偏光に変換される。
　また、光学異方性層３６に形成された液晶配向パターンは、配列軸Ｄ方向に周期的なパターンであるため、透過光Ｌ₂は、入射光Ｌ₁の進行方向とは異なる方向に進行する。このように、左円偏光の入射光Ｌ₁は、入射方向に対して配列軸Ｄ方向に一定の角度だけ傾いた、右円偏光の透過光Ｌ₂に変換される。図５に示す例では、透過光Ｌ₂は、右下方向に進行するように回折されている。

　一方、図６に示すように、光学異方性層３６の液晶化合物の屈折率差と光学異方性層の厚さとの積の値がλ／２のとき、光学異方性層３６に右円偏光の入射光Ｌ₄が入射すると、入射光Ｌ₄は、光学異方性層３６を通過することにより、１８０°の位相差が与えられて、左円偏光の透過光Ｌ₅に変換される。
　また、光学異方性層３６に形成された液晶配向パターンは、配列軸Ｄ方向に周期的なパターンであるため、透過光Ｌ₅は、入射光Ｌ₄の進行方向とは異なる方向に進行する。このとき、透過光Ｌ₅は透過光Ｌ₂と異なる方向、つまり、入射方向に対して配列軸Ｄの矢印方向とは逆の方向に進行する。このように、入射光Ｌ₄は、入射方向に対して配列軸Ｄ方向とは逆の方向に一定の角度だけ傾いた左円偏光の透過光Ｌ₅に変換される。図６に示す例では、透過光Ｌ₅は、左下方向に進行するように回折されている。

　前述のとおり、光学異方性層３６は、形成された液晶配向パターンの１周期Λの長さによって、透過光Ｌ₂およびＬ₅の屈折の角度を調節できる。具体的には、光学異方性層３６は、液晶配向パターンの１周期Λが短いほど、互いに隣接した液晶化合物４０を通過した光同士が強く干渉するため、透過光Ｌ₂およびＬ₅を大きく屈折させることができる。

　また、配列軸Ｄ方向に沿って回転する、液晶化合物４０の光学軸４０Ａの回転方向を逆方向にすることにより、透過光の屈折の方向を、逆方向にできる。すなわち、図５および図６に示す例では、配列軸Ｄ方向に向かう光学軸４０Ａの回転方向は時計回りであるが、この回転方向を反時計回りにすることで、透過光の屈折の方向を、逆方向にできる。具体的には、図５および図６において、配列軸Ｄ方向に向かう光学軸４０Ａの回転方向が反時計回りの場合には、光学異方性層３６に図中上側から入射する左円偏光は、光学異方性層３６を通過することにより透過光は右円偏光に変換され、かつ、図中左下方向に進行するように回折される。また、光学異方性層３６に図中上側から入射する右円偏光は、光学異方性層３６を通過することにより透過光は左円偏光に変換され、かつ、図中右下方向に進行するように回折される。

　（透過型液晶回折素子の作用）
　次に、このような液晶配向パターンを有する光学異方性層を２層積層した構成を有する本発明の透過型液晶回折素子の作用について、図７を用いて説明する。なお、図７においては、説明のため、第１の光学異方性層３６ａと第２の光学異方性層３６ｂとを離間して示している。

　前述のとおり、本発明の透過型液晶回折素子は、液晶配向パターンを有する第１の光学異方性層および第２の光学異方性層が積層されており、各光学異方性層の液晶配向パターンにおける光学軸の回転方向が逆である。図７では、第１の光学異方性層３６ａの液晶配向パターンにおける光学軸の回転方向が時計回り（右回り）であり、第２の光学異方性層３６ｂにおける光学軸の回転方向が反時計回り（左回り）である。

　また、第１の光学異方性層３６ａにおける液晶配向パターンの配列軸Ｄの方向と、第２の光学異方性層３６ｂにおける液晶配向パターンの配列軸Ｄの方向とは一致している。図７に示す例では、配列軸Ｄの方向は図中左方向である。
　また、第１の光学異方性層３６ａにおける液晶配向パターンの１周期Λの長さと、第２の光学異方性層３６ｂにおける液晶配向パターンの１周期Λの長さは同じである。

　このような構成の透過型液晶回折素子に、第１の光学異方性層３６ａ側から右円偏光Ｉ_Rおよび左円偏光Ｉ_Lが入射した場合を例に説明する。
　図７に示すように、右円偏光Ｉ_Rおよび左円偏光Ｉ_Lは、第１の光学異方性層３６ａの主面に対して斜め方向から入射する。図示例においては、右円偏光Ｉ_Rおよび左円偏光Ｉ_Lは配列軸Ｄに沿って、図７中左上方向から右下方向に進行するように同じ入射角度で第１の光学異方性層３６ａに入射している。

　前述のとおり、光学異方性層は、右円偏光Ｉ_Rおよび左円偏光Ｉ_Lを配列軸Ｄに沿って逆方向に回折させる。図７に示す例では、第１の光学異方性層３６ａは、入射した右円偏光Ｉ_Rを、入射した右円偏光Ｉ_Rの進行方向に対して、配列軸Ｄに沿って図７中左下方向に進行する方向に回折する。また、前述のとおり、回折された光は、左円偏光Ｉ_L1に変換される。

　一方、左円偏光Ｉ_Lに対しては、第１の光学異方性層３６ａは、入射した左円偏光Ｉ_Lを、入射した左円偏光Ｉ_Lの進行方向に対して、配列軸Ｄに沿って図７中右方向に回折しようとする。しかしながら、光学異方性層による回折効率の角度依存性があり、この方向への回折は、回折効率が低くなるため、入射した左円偏光Ｉ_Lはほとんど回折されずに、左円偏光Ｉ_Lのまま第１の光学異方性層３６ａを図中右下方向に透過する。

　第１の光学異方性層３６ａを透過した左円偏光Ｉ_L1および左円偏光Ｉ_Lは、第２の光学異方性層３６ｂに入射する。前述のとおり、第２の光学異方性層３６ｂは、液晶配向パターンにおける光学軸の回転方向が、第１の光学異方性層３６ａとは逆である。そのため、第２の光学異方性層３６ｂは、入射した円偏光を第１の光学異方性層３６ａとは逆方向に回折する。すなわち、左円偏光を配列軸Ｄに沿って左方向に回折する。

　図７に示すとおり、左円偏光Ｉ_L1は、第２の光学異方性層３６ｂに対して、右上方向から左下方向に進行するように入射する。ここで、左円偏光Ｉ_L1に対しては、第２の光学異方性層３６ｂは、入射した左円偏光Ｉ_L1を、入射した左円偏光Ｉ_L1の進行方向に対して、配列軸Ｄに沿って図７中左方向に回折しようとする。しかしながら、光学異方性層による回折効率の角度依存性があり、この方向への回折は、回折効率が低くなるため、入射した左円偏光Ｉ_L1はほとんど回折されずに、左円偏光Ｉ_L1のまま第２の光学異方性層３６ｂを左下方向に透過する。

　一方、第２の光学異方性層３６ｂは、左上方向から右下方向に進行する左円偏光Ｉ_Lを、入射した左円偏光Ｉ_Lの進行方向に対して、配列軸Ｄに沿って図７中左下方向に進行する方向に回折する。また、前述のとおり、回折された光は、右円偏光Ｉ_R1に変換される。

　従って、図７に示すとおり、第１の光学異方性層３６ａおよび第２の光学異方性層３６ｂに斜め方向から入射した右円偏光Ｉ_Rおよび左円偏光Ｉ_Lは、左円偏光Ｉ_L1および右円偏光Ｉ_R1となって、同じ方向に回折されて出射される。

　前述のとおり、液晶化合物を用いた偏光回折素子は、偏光によって屈曲する方向が異なるため、従来の偏光回折素子では、入射した右円偏光と左円偏光とは、逆方向に屈曲され分離され、偏光によらず所定の方向に光を回折することができなかった。

　これに対して、本発明の透過型液晶回折素子は、上述のとおり、斜め方向から入射した右円偏光および左円偏光を、同じ方向に回折して出射することができる。

　ここで、斜め方向から入射した右円偏光および左円偏光を同じ方向に回折する作用を発揮するために、透過型液晶回折素子に対する光の入射角は、１０°～８０°が好ましく、２０°～７０°がより好ましく、４０°～５０°がさらに好ましい。

　また、斜め方向から入射した右円偏光および左円偏光を同じ方向に回折する作用を発揮するために、第１の光学異方性層３６ａおよび第２の光学異方性層３６ｂそれぞれによる回折角度は、５０°～１３０°が好ましく、６０°～１２０°がより好ましく、７０°～１１０°がさらに好ましい。ここで回折角とは、入射光と回折光とがなす角度を表す。

　第１の光学異方性層３６ａの液晶配向パターンの１周期の長さをΛ₁、第２の光学異方性層３６ｂの液晶配向パターンの１周期の長さをΛ₂とすると、Λ₁とΛ₂とは、回折したい角度等に応じて適宜設定すればよい。Λ₁とΛ₂との比は概ね０．２～５程度であることが好ましい。回折光と回折格子面とがなす角度を、入射角と合わせたいときには、Λ₁とΛ₂との比を１に設定すればよい。
　また、この発明の効果を発揮するため、入射光を大きな角度で回折して、０次光と１次光を角度で分離して回折効率の違いを利用するために、０次光と１次光の角度差が大きいことが好ましい。ここで、「０次光」とは回折格子で回折せずそのまま方向を変えない光を表し、「１次光」とは回折格子で＋１次または－１次の回折条件の方向に入射光が回折して方向を変えた光を表す。一方、０次光と１次光の角度差を大きくしすぎると１次光の回折条件から外れてしまう。光の回折角に対応する波長λと、液晶パターンピッチΛとの比であるλ／Λは、０．１～１．９の範囲であることが好ましく、０．２～１．８の範囲であることがより好ましく、０．３～１．７の範囲であることが更に好ましい。

　また、透過型液晶回折素子は、第１の光学異方性層３６ａおよび第２の光学異方性層３６ｂのみを有する構成に限定はされない。前述のとおり、透過型液晶回折素子の第１の光学異方性層３６ａおよび／または第２の光学異方性層３６ｂは、支持体３０および配向膜３２と積層された状態であってもよいし、配向膜３２と積層された状態であってもよい。

　ここで、透過型液晶回折素子１０に対する光の入射角と出射角とが等しい場合には、図２に示す例のように、第１の光学異方性層３６ａおよび第２の光学異方性層３６ｂはそれぞれ、厚さ方向に積み重ねられた液晶化合物４０は、その光学軸が同じ方向を向いている構造を有することが好ましい。言い換えると、面方向の同じ位置に存在する液晶化合物４０の光学軸は、同じ方向を向いていることが好ましい。すなわち、第１の光学異方性層３６ａおよび第２の光学異方性層３６ｂはそれぞれ、厚さ方向において、液晶化合物４０がねじれ配向されていないことが好ましい。透過型液晶回折素子１０に対する光の入射角と出射角とが等しい場合には、第１の光学異方性層３６ａおよび第２の光学異方性層３６ｂをそれぞれ、液晶化合物４０がねじれ配向されていない構成とすることで回折効率を向上できる。

　一方、透過型液晶回折素子１０に対する光の入射角と出射角とが異なっている場合には、図８に示す例のように、第１の光学異方性層３７ａおよび第２の光学異方性層３７ｂはそれぞれ、厚さ方向において、液晶化合物がねじれ配向していることが好ましい。第１の光学異方性層３７ａおよび第２の光学異方性層３７ｂにおけるねじれ配向は、厚さ方向でのねじれ角が３６０°未満である。すなわち、コレステリック配向されない程度にねじれ配向されたものである。
　また、第１の光学異方性層３７ａにおける液晶化合物４０のねじれ方向と、第２の光学異方性層３７ｂにおける液晶化合物４０のねじれ方向とは逆である。図８に示す例では、第１の光学異方性層３７ａにおいては、図中上側から下側に向かって、液晶化合物４０が時計回りにねじれている。一方、第２の光学異方性層３７ｂにおいては、図中上側から下側に向かって、液晶化合物４０が反時計回りにねじれている。

　また、図１の例と同様に、第１の光学異方性層３７ａの液晶配向パターンにおける光学軸の回転方向と、第２の光学異方性層３７ｂの液晶配向パターンにおける光学軸の回転方向とは逆である。なお、第１の光学異方性層３７ａと第２の光学異方性層３７ｂとは、液晶配向パターンにおける光学軸の回転方向が逆であり、厚さ方向においてねじれ配向する液晶化合物のねじれ方向が逆である以外は同様の構成を有するので、第１の光学異方性層３７ａと第２の光学異方性層３７ｂとを区別する必要がない場合にはまとめて光学異方性層３７として説明を行う。

　図９に、光学異方性層３７を概念的に表す図を示す。図９に示す光学異方性層３７は、厚さ方向において、液晶化合物がねじれ配向している以外は、図２に示す光学異方性層３６と同様の構成を有する。すなわち、図９に示す光学異方性層３７を厚さ方向からみると、図３に示す例と同様に、光学異方性層３７の面内において、配列軸Ｄ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９に示す光学異方性層３７は、液晶化合物４０が厚み方向に旋回して積み重ねられたねじれ構造を有し、光学異方性層３７の一方の主面側に存在する液晶化合物４０から他方の主面側に存在する液晶化合物４０までの合計の回転角が３６０°未満である。

　このように、光学異方性層３７が、面内において、配列軸Ｄ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し、かつ、液晶化合物４０が厚み方向にねじれ構造を有すると、配列軸Ｄに平行な断面において、同じ方向を向いている液晶化合物４０を厚さ方向に結んだ線分（図８中、Ｈ₁およびＨ₂で示す線分）が、光学異方性層３７の主面に対して傾斜した構成となる。この線分Ｈ₁およびＨ₂に対する光の入射角および出射角を適宜調整することで、透過型液晶回折素子１０に対する光の入射角と出射角とが異なっている場合の回折効率を高くすることができる。具体的には、線分Ｈ₁およびＨ₂は平行であることが好ましく、また光の入射角および出射角は、線分Ｈ₁およびＨ₂に対しておよそ中間の角度であることが好ましい。

　ここで、回折効率の観点から、線分Ｈ₁と線分Ｈ₂とは平行にすることが好ましい。従って、第１の光学異方性層３７ａにおける液晶化合物４０のねじれ方向と、第２の光学異方性層３７ｂにおける液晶化合物４０のねじれ方向とは逆であり、ねじれ角が等しいことが好ましい。

　このように、光学異方性層を、厚さ方向において液晶化合物がねじれ配向している構成とするためには、光学異方性層を形成するための液晶組成物にキラル剤を含有させればよい。

－－キラル剤（光学活性化合物）－－
　キラル剤（光学活性化合物）は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および螺旋誘起力（Helical twisting power：ＨＴＰ）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、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、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より好ましく、エチレン性不飽和重合性基であることがさらに好ましい。
　また、キラル剤は、液晶化合物であってもよい。

　キラル剤が光異性化基を有する場合には、塗布、配向後に活性光線などのフォトマスク照射によって、発光波長に対応した所望のねじれ配向を形成することができるので好ましい。光異性化基としては、フォトクロッミック性を示す化合物の異性化部位、アゾ基、アゾキシ基、または、シンナモイル基が好ましい。具体的な化合物として、特開２００２－８０４７８号公報、特開２００２－８０８５１号公報、特開２００２－１７９６６８号公報、特開２００２－１７９６６９号公報、特開２００２－１７９６７０号公報、特開２００２－１７９６８１号公報、特開２００２－１７９６８２号公報、特開２００２－３３８５７５号公報、特開２００２－３３８６６８号公報、特開２００３－３１３１８９号公報、および、特開２００３－３１３２９２号公報等に記載の化合物を用いることができる。

　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。

　また、透過型液晶回折素子は、他の層を有していてもよい。例えば、図１０に示す例のように、第１の光学異方性層３６ａと第２の光学異方性層３６ｂとの間に位相差層３８を有していてもよい。

　前述のとおり、光学異方性層３６は、入射した円偏光を旋回方向が逆向きの円偏光に変換する。しかしながら、完全に逆向きの円偏光に変換されず、楕円偏光となる場合がある。透過型液晶回折素子において、第１の光学異方性層３６ａで変換された光が楕円偏光となった場合には、第２の光学異方性層３６ｂでの作用が適正に得られず回折効率が低下するおそれがある。

　そこで、第１の光学異方性層３６ａと第２の光学異方性層３６ｂとの間に位相差層３８を有する構成とすることで、第１の光学異方性層３６ａから出射される楕円偏光に位相差を与えて円偏光にすることができ、これにより、第２の光学異方性層３６ｂでの作用が適正に得られ、回折効率を高くすることができる。
　なお、第１の光学異方性層３６ａと第２の光学異方性層３６ｂとの間に位相差層を設けた場合でも、第１の光学異方性層３６ａと第２の光学異方性層３６ｂとの間で光が進行する際に位相差層３８内を通過するのみで回折に影響は与えないため、図７に示す例と同様の回折の作用を得ることができる。

　位相差層としては、第１の光学異方性層３６ａから出射される楕円偏光に位相差を与えることができればよく、ＣプレートおよびＡプレートが適宜利用可能である。

　位相差層の厚さ方向レタデーションは、光の入射角、第１の光学異方性層３６ａの構成等に応じて、第１の光学異方性層３６ａから出射される楕円偏光を円偏光に変換できるように適宜設定すればよい。その指標として、Ｎｚ＝Ｒｔｈ／Ｒｅ＋０．５を用いることができる。ここで、Ｒｔｈは厚さ方向のレタデーション、Ｒｅは面内方向のレタデーションである。Ｎｚは、０．１～１．１が好ましく、０．８～０．２がより好ましく、０．７～０．３がさらに好ましい。

　ここで、図２に示す光学異方性層３６および図９に示す光学異方性層３７は、液晶化合物の光学軸が光学異方性層の主面に平行な構成を示したがこれに限定はされない。光学異方性層において、液晶化合物の光学軸が光学異方性層の主面に傾斜していてもよい。

　また、図３に示す光学異方性層の液晶配向パターンにおける液晶化合物４０の光学軸４０Ａは、配列軸Ｄ方向のみに沿って、連続して回転している。
　しかしながら、本発明は、これに制限はされず、光学異方性層において、液晶化合物４０の光学軸４０Ａが一方向に沿って連続して回転するものであれば、各種の構成が利用可能である。

　ここで、第１の光学異方性層および第２の光学異方性層の少なくとも一方が、棒状液晶化合物を液晶配向パターンで配向した棒状液晶層と、円盤状液晶化合物を液晶配向パターンで配向した円盤状液晶層とを交互に積層した構成を有することが好ましい。第１の光学異方性層および第２の光学異方性層の両方が、棒状液晶層と、円盤状液晶層とを交互に積層した構成を有することがより好ましい。

　図１１は、本発明の透過型液晶回折素子が有する光学異方性層の他の一例を概念的に表す図である。
　図１１に示す光学異方性層３６ｃは、棒状液晶化合物４０ｃを用いて形成された液晶層（以下、棒状液晶層という）４２と、円盤状液晶化合物４０ｄを用いて形成された液晶層（以下、円盤状液晶層という）４４とを交互に計４層有する。なお、図１１において、図面を簡略化して光学異方性層３６ｃの構成を明確に示すために、棒状液晶層４２および円盤状液晶層４４は、表面の液晶化合物のみを概念的に示している。しかしながら、棒状液晶層４２および円盤状液晶層４４は、厚さ方向において、液晶化合物が積み重ねられた構造を有し、厚さ方向に積み重ねられた液晶化合物の光学軸が同じ方向を向いている構造を有する。

　棒状液晶層４２は、棒状液晶化合物４０ｃを、図２および図３に示す例と同様に、そ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で配向した層である。また、円盤状液晶層４４は、円盤状液晶化合物４０ｄを、図２および図３に示す例と同様に、そ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で配向した層である。なお、前述のとおり、棒状液晶化合物４０ｃの光学軸の方向は、長軸の方向に沿っている。一方、円盤状液晶化合物４０ｄの光学軸の方向は、円盤面に垂直な方向に沿っている。従って、円盤状液晶層４４において、円盤状液晶化合物４０ｄは、円盤面が円盤状液晶層４４の界面に垂直になるように配向される。

　１つの光学異方性層３６ｃにおいて、各棒状液晶層４２および円盤状液晶層４４は、液晶配向パターンの１周期が同じであり、かつ、液晶配向パターンにおける光学軸の回転方向が同じである。従って、図１１に示す例において、２層の棒状液晶層４２と２層の円盤状液晶４４とが、１つの光学異方性層３６ｃとして、上述した光学異方性層３６の作用を発揮する。

　光学異方性層を棒状液晶層４２と円盤状液晶４４とを交互に積層した構成とすることで、光学異方性層の厚さ方向レタデーションＲｔｈをゼロに近づけることができる。これにより、光学異方性層に斜め方向から光が入射した際の面内レタデーションＲｅの変化が小さくなる。そのため、回折効率などの回折性能の入射角依存性を向上できる。
　また、回折光は回折を生じさせる層の厚さ方向の様々な場所で生じるため、回折を生じさせる層の厚さ方向のどの場所でもＲｔｈがゼロに近いことが好ましく、回折を生じさせる層の厚さ方向のそれぞれの場所でＲｔｈが相殺されることが好ましい。よって、交互に積層した棒状液晶層および円盤状液晶層は隣り合う層のＲｔｈが正負の関係であり、かつそれぞれの層のＲｔｈの絶対値が１０～２００ｎｍ程度であることが好ましい。
　このような光学異方性層を有することで、透過型液晶回折素子の回折効率をより高くすることができる。

　ここで、各棒状液晶層４２および円盤状液晶層４４の厚さはそれぞれ、０．１μｍ～５μｍが好ましく、０．１μｍ～２μｍがより好ましく、０．１μｍ～０．５μｍがさらに好ましい。また、棒状液晶層４２と円盤状液晶層４４とを合わせた厚みが、入射する光の波長に対して大きすぎないことが好ましい。

　なお、図１１に示す例では、２層の棒状液晶層４２と２層の円盤状液晶層４４とを有する構成としたが、これに限定はされず、棒状液晶層４２および円盤状液晶層４４を１層ずつ有する構成でもよく、あるいは、棒状液晶層４２および円盤状液晶層４４をそれぞれ３層以上有していてもよい。
　棒状液晶層４２および円盤状液晶層４４をそれぞれ複数層積層し、また、棒状液晶層４２および円盤状液晶層４４のレタデーションΔｎ×ｄ（Δｎは液晶化合物の屈折率差、ｄは液晶層の厚さ）の大きさを合わせておくことで、光学異方性層の厚さ方向レタデーションＲｔｈをよりゼロに近づけることができるため好ましい。
　また棒状液晶層と円盤状液晶層のΔｎおよび厚さｄの値を変えることによって、光学異方性層のＲｔｈの値を精密に制御することができる。本構成ではＲｔｈ＝（（ｎｅ＋ｎｏ）／２－ｎｏ）×ｄ＝（ｎｅ－ｎｏ）／２×ｄであるが、棒状液晶層はｎｅ＞ｎｏなのでＲｔｈ＞０、円盤状液晶層はｎｅ＜ｎｏなのでＲｔｈ＜０となる。本発明では、棒状液晶層と円盤状液晶層を交互に積層しその割合も変えることができるため、Ｒｔｈの値を、全て棒状液晶層の場合、および、全て円盤状液晶層である場合の間に精密に制御することができる。

　図１１に示すように、棒状液晶化合物４０ｃは、光学軸（ダイレクタ）が棒状液晶層４２の界面に平行な状態で配向させ、円盤状液晶化合物４０ｄは、円盤面を円盤状液晶層４４の界面に垂直に配向させた状態で配向させることが好ましい。このようにすることで面内において、遅相軸の厚さ方向の変化を連続的に保ったまま、厚さ方向の屈折率が円盤状液晶化合物と棒状液晶化合物とで平均化されることにより厚さ方向リタデーションＲｔｈがゼロに近づき、入射角依存性がより向上する。

　また、本発明の透過型液晶回折素子は、第１の光学異方性層および第２の光学異方性層の少なくとも一方が、厚さ方向に液晶化合物がねじれ配向した液晶層を複数積層してなり、各液晶層におけるねじれ角が３６０°未満であり、複数の液晶層は積層方向において、液晶化合物のねじれ方向が交互であることが好ましい。

　図１２は、本発明の透過型液晶回折素子の他の一例を概念的に表す図である。
　図１２に示す透過型液晶回折素子は、液晶層４６ａと液晶層４６ｂとを有する第１の光学異方性層３７ｃと、液晶層４８ａと液晶層４８ｂとを有する第２の光学異方性層３７ｄとを有する。

　第１の光学異方性層３７ａの液晶層４６ａおよび液晶層４６ｂは、図３に示す例と同様に、液晶化合物４０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層である。また、液晶層４６ａおよび液晶層４６ｂは、液晶配向パターンの１周期が同じであり、かつ、液晶配向パターンにおける光学軸の回転方向が同じである。

　ここで、液晶層４６ａおよび液晶層４６ｂは、厚さ方向に液晶化合物４０がねじれ配向しているが、液晶層４６ａにおける液晶化合物４０のねじれ方向と、液晶層４６ｂにおける液晶化合物４０のねじれ方向とは逆である。
　図１２に示す例においては、液晶層４６ａにおける液晶化合物４０のねじれ方向は、図中上から下に向かって反時計回りに回転する方向である。一方、液晶層４６ｂにおける液晶化合物４０のねじれ方向は、図中上から下に向かって時計回りに回転する方向である。

　すなわち、第１の光学異方性層３７ｃは、厚さ方向における液晶化合物４０のねじれ方向が異なる液晶層を有する。

　同様に、第２の光学異方性層３７ｄの液晶層４８ａおよび液晶層４８ｂは、図３に示す例と同様に、液晶化合物４０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層である。また、液晶層４８ａおよび液晶層４８ｂは、液晶配向パターンの１周期が同じであり、かつ、液晶配向パターンにおける光学軸の回転方向が同じである。
　また、第２の光学異方性層３７ｄの液晶層４８ａおよび液晶層４８ｂの液晶配向パターンにおける光学軸の回転方向は、第１の光学異方性層３７ｃの液晶層４６ａおよび液晶層４６ｂの液晶配向パターンにおける光学軸の回転方向とは逆である。

　ここで、液晶層４８ａおよび液晶層４８ｂは、厚さ方向に液晶化合物４０がねじれ配向しているが、液晶層４８ａにおける液晶化合物４０のねじれ方向と、液晶層４８ｂにおける液晶化合物４０のねじれ方向とは逆である。
　図１２に示す例においては、液晶層４８ａにおける液晶化合物４０のねじれ方向は、図中上から下に向かって反時計回りに回転する方向である。一方、液晶層４８ｂにおける液晶化合物４０のねじれ方向は、図中上から下に向かって時計回りに回転する方向である。

　すなわち、第２の光学異方性層３７ｄは、厚さ方向における液晶化合物４０のねじれ方向が異なる液晶層を有する。

　このように、光学異方性層が、厚さ方向における液晶化合物４０のねじれ方向が異なる液晶層を有する構成とすることにより、回折効率の角度依存性および波長依存性が向上する。この際、各液晶層のツイスト角（厚さ方向の総ねじれ角）とレタデーションΔｎ×ｄは液晶化合物の屈折率差Δｎに依存して最適値が変化する。そのため、各液晶層に合わせてツイスト角を最適化すればよい。ツイスト角は、３０～１８０°のものが好ましい。ねじれ配向は、上述した通常用いられるキラル剤の添加で実現できる。

　また、液晶化合物のΔｎが大きいと角度依存性および波長依存性がより改善するので好ましい。

　また、図１２に示す例では、光学異方性層はねじれ方向が異なる液晶層を積層した２層構成としたが、これに限定はされない。光学異方性層は、ねじれ方向が異なる液晶層を３層以上有していてもよい。あるいは、光学異方性層は、ねじれ方向が異なる２層の液晶層の間に、厚さ方向に液晶化合物がねじれていない液晶層を有していてもよい。これにより、回折効率の角度依存性および波長依存性がより向上する。
　ねじれ配向した液晶層の間の非ねじれ配向の液晶層は、液晶化合物の光学軸の方向が、面内のそれぞれの場所において、隣接するねじれ配向した液晶層の界面における液晶化合物の光学軸の方向と連続的に繋がっている（同じ向きを向いている）ことが好ましい。このように隣接する液晶層間で液晶化合物の光学軸の向きが連続的に繋がっている構成は、下層の液晶層に上層の液晶層を積層塗布することによって作製することができる。

　光学異方性層が、厚さ方向における液晶化合物４０のねじれ方向が異なる液晶層を有する構成の場合には、各液晶層の厚さ方向における単位長さ当たりのねじれ角は、回折性能の対称性の観点では同じであることが好ましい。一方、ある角度での回折性能を高くする場合には、各液晶層の厚さ方向における単位長さ当たりのねじれ角は異なっていてもよい。

　各液晶層の厚さは、０．１μｍ～５μｍが好ましく、０．１μｍ～２μｍがより好ましく、０．１μｍ～０．５μｍがさらに好ましい。
　前述したのと同様に、交互に積層した棒状液晶層および円盤状液晶層は隣り合う層のＲｔｈが正負の関係であり、かつそれぞれの層のＲｔｈの絶対値が１０～２００ｎｍ程度であることが好ましい。

　ここで、図１２に示すように、光学異方性層が、厚さ方向における液晶化合物４０のねじれ方向が異なる液晶層を有する構成の場合において、液晶層の少なくとも１つが、棒状液晶化合物を液晶配向パターンで配向した棒状液晶層と、円盤状液晶化合物を液晶配向パターンで配向した円盤状液晶層とを交互に積層した構成を有することが好ましい。

　図１３は、本発明の透過型液晶回折素子の光学異方性層が有する液晶層の他の一例を概念的に表す図である。
　図１３に示す液晶層４７は、棒状液晶化合物４０ｃを用いて形成された棒状液晶層４２ｂと、円盤状液晶化合物４０ｄを用いて形成された円盤状液晶層４４ｂとを交互に計４層有する。なお、図１３において、図面を簡略化して液晶層４７の構成を明確に示すために、棒状液晶層４２ｂおよび円盤状液晶層４４ｂは、表面の液晶化合物のみを概念的に示している。しかしながら、棒状液晶層４２ｂおよび円盤状液晶層４４ｂは、厚さ方向において、液晶化合物が積み重ねられた構造を有する。

　棒状液晶層４２ｄは、棒状液晶化合物４０ｃを、図３に示す例と同様に、そ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で配向した層である。また、円盤状液晶層４４ｄは、円盤状液晶化合物４０ｄを、図３に示す例と同様に、そ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で配向した層である。

　１つの液晶層４７において、各棒状液晶層４２ｂおよび円盤状液晶層４４ｂは、液晶配向パターンの１周期が同じであり、かつ、液晶配向パターンにおける光学軸の回転方向が同じである。

　ここで、図１３に示す例においては、図中下側の棒状液晶層４２ｂから図中上側の円盤状液晶層４４ｂにむかって一体的に、層内の液晶化合物の長手方向が、厚さ方向にねじれ配向している。これにより、２層の棒状液晶層４２ｂと２層の円盤状液晶層４４ｂとが１つの液晶層４７として、図１２に示す液晶層と同様の作用を発揮する。なお、円盤状液晶層４４ｂにおける液晶化合物の長手方向とは、円盤状液晶化合物を円盤状液晶層の表面（界面）に投影した形状の長手方向である。
　このように、光学異方性層が、厚さ方向における液晶化合物４０のねじれ方向が異なる液晶層を有する構成の場合に、液晶層の少なくとも１つを、棒状液晶層と円盤状液晶層とを積層した構成とすることで、回折効率などの回折性能の入射角依存性をより向上できる。

　棒状液晶層４２ｂおよび円盤状液晶層４４ｂの厚さ等は、上述の棒状液晶層４２および円盤状液晶層４４と同様である。

　また、本発明の透過型液晶回折素子は、第１の光学異方性層の第２の光学異方性層とは反対側、および、第２の光学異方性層の第１の光学異方性層とは反対側の少なくとも一方に配置されるλ／４板を有することが好ましい。

　図１４は、本発明の透過型液晶回折素子の他の一例を概念的に表す図である。
　図１４に示す透過型液晶回折素子は、第１のλ／４板５０と、第１の光学異方性層３６ａと、第２の光学異方性層３６ｂと、第２のλ／４板５０とを、この順に有する。すなわち、図１４に示す透過型液晶回折素子は、第１の光学異方性層３６ａおよび第２の光学異方性層３６ｂをλ／４板５０で挟んだ構成を有する。
　なお、第１の光学異方性層３６ａおよび第２の光学異方性層３６ｂは、図１に示す第１の光学異方性層３６ａおよび第２の光学異方性層３６ｂと同様の構成を有するため、その説明は省略する。

　第１のλ／４板５０および第２のλ／４板５０は、従来公知のλ／４板である。周知のとおり、λ／４板に入射した円偏光は直線偏光に変換され、また、λ／４板に入射した直線偏光は円偏光に変換される。λ／４板５０は、その遅相軸が、液晶化合物由来の光学軸が面内一方向に沿って連続的に回転しながら変化している方位（配列軸Ｄ方向）に対し、４５度または－４５度となるように配置される。

　従って、図１４に示す例では、透過型液晶回折素子に入射した振動方向が互いに直交する直線偏光を同じ向きに屈曲させることができる。
　具体的には、ｓ偏光およびｐ偏光が同じ方向から透過型液晶回折素子に入射した例を考える。まず、ｓ偏光およびｐ偏光が透過型液晶回折素子に入射すると、第１のλ／４板５０によってそれぞれ右円偏光および左円偏光に変換される。変換された右円偏光および左円偏光は、第１の光学異方性層３６ａおよび第２の光学異方性層３６ｂの順に通過する。その際、図１の透過型液晶回折素子と同様に、第２の光学異方性層３６ｂを通過した光は、左円偏光および右円偏光の状態で同じ方向に屈曲される。屈曲された左円偏光および右円偏光は、第２のλ／４板５０に入射して、ｓ偏光およびｐ偏光に変換される。その際、ｓ偏光およびｐ偏光は、同じ方向に出射される。

　このように、透過型液晶回折素子が、λ／４板を有する構成とすることで、振動方向が互いに直交する直線偏光を混合することなく、同じ方向に屈曲することができる。

　なお、図１４に示す例においては、第１の光学異方性層３６ａおよび第２の光学異方性層３６ｂを挟む２つのλ／４板５０を有する構成としたがこれに限定はされない。例えば、透過型液晶回折素子が、第１の光学異方性層３６ａ側の第１のλ／４板５０のみを有する構成とすることで、入射した右円偏光および左円偏光を、振動方向が互いに直交する直線偏光として、同じ方向に屈曲することができる。また、透過型液晶回折素子が、第２の光学異方性層３６ｂ側の第２のλ／４板５０のみを有する構成とすることで、入射した振動方向が互いに直交する直線偏光を、右円偏光および左円偏光に変換して、同じ方向に屈曲することができる。

　λ／４板としては、制限はなく、公知のλ／４機能を有する板が、各種、利用可能である。λ／４板の具体例としては、例えば米国特許出願公開２０１５／０２７７００６号に記載のものなどが挙げられる。

　例えば、λ／４板２６が単層構造である態様としては、具体的には、延伸ポリマーフィルム、および、支持体上にλ／４機能を有する光学異方性層を設けた位相差フィルム等が挙げられる。また、λ／４板が複層構造である態様としては、具体的には、λ／４板とλ／２波長板とを積層してなる広帯域λ／４板が挙げられる。

　λ／４板の厚さは特に制限はないが、１～５００μｍが好ましく、１～５０μｍがより好ましく、１～５μｍがさらに好ましい。

　本発明に用いられるλ／４板は、逆波長分散性を有することが好ましい。λ／４板が逆波長分散性を有することで、波長依存性を向上することができる。逆波長分散性を有するλ／４板は、例えば、逆分散液晶材料を用いて作製することで実現することができる。

　また、λ／４板は入射角依存性を向上する観点から、広視野角λ／４板であることが好ましい。広視野角λ／４板とは、厚さ方向のリタデーションがゼロに近いものである。このような広視野角λ／４板は、例えば、正のＡプレートと正のＣプレートの積層によって実現できる。
　図１５および図１６は、本発明の透過型液晶回折素子の他の一例を概念的に表す図である。
　図１５および図１６では、第１の液晶層および第２の液晶層とも、右ねじれ層および左ねじれ層が連続して積層され、右ねじれ層および左ねじれ層の膜厚は異なっており、右ねじれ層および左ねじれ層のねじれ角の絶対値は異なっている。このようにすると、高い回折効率が得られる波長範囲を広くすることができる。この場合、ＳＥＭによる第１の光学異方性層の断面像において、第１の光学異方性層の下界面に対し、斜め左右方向に伸びた２本の線の長さと角度が異なる左右非対称のＶの字を横にした形状の明暗線が観察される。第２の光学異方性層においても同様にＶの字を横にした形状の明暗線が観察される。この明暗線は、厚さ方向におけるねじれ方向が右左で異なるように液晶化合物が配向した２つの液晶層が、厚さ方向に積層した構成で、かつ右ねじれ層と左ねじれ層の、厚さおよびねじれ角の絶対値が異なっていることにより観察されるものである。
　図１５の透過型液晶回折素子は、第１の液晶層および第２の液晶層を同様に作製し、第１の液晶層および第２の液晶層を上下反転させて積層して作製してもよい。一方、図１６の透過型液晶回折素子は、第１の液晶層および第２の液晶層を、右ねじれ層と左ねじれ層とが左右対称になるように作製し、積層して作製してもよい。
　図１５は、第１の液晶層および第２の液晶層における同じ方向のねじれ層が対面しており、横向きになった、それぞれ左右非対称のＶの字の尖っている方向が同じである重ね方である。図１６は、第１の液晶層および第２の液晶層における異なる方向のねじれ層が対面しており、横向きになった、それぞれ左右非対称のＶの字の尖っている方向が反対である重ね方である。どちらの重ね方をしても、高い回折効率が得られる波長範囲を広げることができる。

　以上、本発明の透過型液晶回折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］
＜透過型液晶回折素子の作製＞
（配向膜の形成）
　支持体としてガラス基板を用意した。支持体上に、下記の配向膜形成用塗布液をスピンコートで塗布した。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Ｐ－２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）
　得られた配向膜Ｐ－２に偏光紫外線を照射（５０ｍＪ／ｃｍ²、超高圧水銀ランプ使用）することで、配向膜Ｐ－２の露光を行った。
　図４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－２を形成した。露光装置において、レーザとして波長（３２５ｎｍ）のレーザ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、１．０５μｍとなるように、２つの光の交差角（交差角α）を調節した。

（第１の光学異方性層の形成）
　液晶層を形成する液晶組成物として、下記の組成物Ｂ－１を調製した。

　　組成物Ｂ－１
――――――――――――――――――――――――――――――――――
・棒状液晶化合物Ｌ－１　　　　　　　　　　　　　　１００．００質量部
・重合開始剤（ＢＡＳＦ製、Ｉｒｇａｃｕｒｅ（登録商標）９０７）
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　３．００質量部
・光増感剤（日本化薬製、ＫＡＹＡＣＵＲＥ　ＤＥＴＸ－Ｓ）
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　１．００質量部
・レベリング剤Ｔ－１　　　　　　　　　　　　　　　　　０．０８質量部
・メチルエチルケトン　　　　　　　　　　　　　　２０００．００質量部――――――――――――――――――――――――――――――――――

　　棒状液晶化合物Ｌ－１　　（下記の構造を右に示す質量比で含む）

　　レベリング剤Ｔ－１

　第１の光学異方性層は、組成物Ｂ－１を配向膜Ｐ－２上に多層塗布することにより形成した。先ず配向膜の上に１層目の組成物Ｂ－１を塗布、加熱、冷却後に紫外線硬化を行って液晶固定化層を作製した後、２層目以降はその液晶固定化層に重ね塗りして塗布を行い、同様に加熱、冷却後に紫外線硬化を行うことを繰り返した。

　先ず１層目は、配向膜Ｐ－２上に下記の組成物Ｂ－１を塗布して、塗膜をホットプレート上で８０℃に加熱し、その後、８０℃において、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、液晶化合物の配向を固定化した。

　２層目以降は、この液晶固定化層に重ね塗りして、上と同じ条件で加熱、冷却後に紫外線硬化を行って液晶固定化層を作製した。このようにして、総厚が所望の膜厚になるまで重ね塗りを繰り返し、第１の光学異方性層を形成した。

　なお、液晶組成物Ｂ－１の硬化層の屈折率差Δｎは、液晶組成物Ｂ－１を別途に用意したレタデーション測定用の配向膜付き支持体上に塗布し、液晶化合物のダイレクタが基材に水平となるよう配向させた後に紫外線照射して固定化して得た液晶固定化層のレタデーションＲｅ（λ）および膜厚を測定して求めた。レタデーションＲｅ（λ）を膜厚で除算することによりΔｎ_λを算出できる。レタデーションＲｅ（λ）はＡｘｏｍｅｔｒｉｘ　社のＡｘｏｓｃａｎを用いて目的の波長で測定し、膜厚はＳＥＭを用いて測定した。Ｒｅ（λ）の表記においてλは入射光の波長である。以下において、入射光の波長λは１５５０ｎｍとした。

　第１の光学異方性層は、最終的に液晶のΔｎ₁₅₅₀×厚さ＝Ｒｅ（１５５０）が７７５ｎｍになり、かつ、周期的な配向になっていることを偏光顕微鏡で確認した。また、第１の光学異方性層の厚さ方向の捩れ角は０°であった。また、ＳＥＭによる断面像において、第１の光学異方性層の下界面（ガラス基板との界面）に対し、垂直の明暗線が観察された。この明暗線は、同じ向きに配向している液晶化合物が厚さ方向に積み重ねられた構成により観察されるものである。

（第２の光学異方性層の形成）

　第１の光学異方性層と同じ様に光学異方性層を形成し、これを第２の光学異方性層とした。第１の光学異方性層と同様に、最終的に液晶のΔｎ₁₅₅₀×厚さ＝Ｒｅ（１５５０）が７７５ｎｍになり、かつ、周期的な配向になっていることを偏光顕微鏡で確認した。また、第２の光学異方性層の厚さ方向の捩れ角は０°であった。また、ＳＥＭによる断面像において、第２の光学異方性層の下界面（ガラス基板との界面）に対し、垂直の明暗線が観察された。

　この第２の光学異方性層を転写して第１の光学異方性層に積層するように粘着剤で貼合した。このとき、面内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化合物由来の光学軸の回転方向が第１の光学異方性層と逆回転になるよう、かつ面内一方向の回転方向の向き（配列軸Ｄ）が平行になるように、主面に垂直な軸に対して第２の光学異方性層を１８０度回転させて貼合した。このようにして、第１の光学異方性層と第２の光学異方性層が積層した透過型液晶回折素子（屈曲回折素子）を作製した。
　この回折素子におけるλ／Λの値は、入射波長λ１５５０ｎｍの光に対し、１．４８であり、すなわちΛ＝１．０５μｍであった。

　［実施例２］
　実施例１の第１の光学異方性層の形成において、組成物Ｂ－１を下記組成物Ｂ－２に変更し、第２の光学異方性層の形成において、組成物Ｂ－１を下記組成物Ｂ－３に変更した以外は実施例１と同様にして透過型液晶回折素子を作製した。

　　組成物Ｂ－２
――――――――――――――――――――――――――――――――――
・棒状液晶化合物Ｌ－１　　　　　　　　　　　　　　１００．００質量部
・キラル剤Ｃｈ－Ａ　　　　　　　　　　　　　　　　　　０．１４質量部
・重合開始剤（ＢＡＳＦ製、Ｉｒｇａｃｕｒｅ（登録商標）９０７）
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　３．００質量部
・光増感剤（日本化薬製、ＫＡＹＡＣＵＲＥ　ＤＥＴＸ－Ｓ）
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　１．００質量部
・レベリング剤Ｔ－１　　　　　　　　　　　　　　　　　０．０８質量部
・メチルエチルケトン　　　　　　　　　　　　　　２０００．００質量部――――――――――――――――――――――――――――――――――

　　キラル剤Ｃｈ－Ａ

　　組成物Ｂ－３
――――――――――――――――――――――――――――――――――
・棒状液晶化合物Ｌ－１　　　　　　　　　　　　　　１００．００質量部
・キラル剤Ｃｈ－Ｂ　　　　　　　　　　　　　　　　　　０．２４質量部
・重合開始剤（ＢＡＳＦ製、Ｉｒｇａｃｕｒｅ（登録商標）９０７）
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　３．００質量部
・光増感剤（日本化薬製、ＫＡＹＡＣＵＲＥ　ＤＥＴＸ－Ｓ）
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　１．００質量部
・レベリング剤Ｔ－１　　　　　　　　　　　　　　　　　０．０８質量部
・メチルエチルケトン　　　　　　　　　　　　　　２０００．００質量部――――――――――――――――――――――――――――――――――

　　キラル剤Ｃｈ－Ｂ

　第１の光学異方性層は、最終的に液晶のΔｎ₁₅₅₀×厚さ＝Ｒｅ（１５５０）が７７５ｎｍになり、かつ、周期的な配向になっていることを偏光顕微鏡で確認した。また、第１の光学異方性層の厚さ方向の捩れ角は１２０°（右ねじれ）であった。また、ＳＥＭによる断面像において、第１の光学異方性層の下界面（ガラス基板との界面）に対し、斜めの明暗線が観察された。

　第２の光学異方性層は、最終的に液晶のΔｎ₁₅₅₀×厚さ＝Ｒｅ（１５５０）が７７５ｎｍになり、かつ、周期的な配向になっていることを偏光顕微鏡で確認した。また、第２の光学異方性層の厚さ方向の捩れ角は－１２０°（左ねじれ）であった。また、ＳＥＭによる断面像において、第２の光学異方性層の下界面（ガラス基板との界面）に対し、斜めの明暗線が観察された。この時の斜めの角度は第１の光学異方性層の角度と絶対値は同じで、傾き方向が反対であった。

　実施例１と同様に、この第２の光学異方性層を第１の光学異方性層に対して、液晶配向パターンにおける光学軸の回転方向が逆になるように転写した。この場合、第１の光学異方性層の斜めの明暗線と第２の光学異方性層の斜めの明暗線とは平行となる。
　この回折素子におけるλ／Λの値は、入射波長λ１５５０ｎｍの光に対し、１．４８であり、すなわちΛ＝１．０５μｍであった。

　［実施例３］
　第１の光学異方性層と第２の光学異方性層の間に屈折率異方性が正のＣプレートを配置した以外は実施例１と同様にして透過型液晶回折素子を作製した。
　正のＣプレートは、棒状液晶化合物Ｌ－１を垂直配向させ紫外線硬化することにより形成した。この時、正のＣプレートの厚さ方向のレタデーション（Ｒｔｈ）は－３９０ｎｍであった。正のＣプレートは、第１の光学異方性層に粘着剤で貼合した。
　この回折素子におけるλ／Λの値は、入射波長λ１５５０ｎｍの光に対し、１．４８であり、すなわちΛ＝１．０５μｍであった。

　［比較例１］
　実施例１の第１の光学異方性層のみを有する透過型液晶回折素子を作製した。

［評価］
　作製した透過型液晶回折素子に、方位角は液晶化合物由来の光学軸が面内一方向に沿って連続的に回転しながら変化している方位（配列軸Ｄ方向）で、かつ、透過型液晶回折素子の主面の法線方向からの入射角θiで波長１５５０ｎｍのレーザー光を入射し、光を入射した方位方向において、光の入射方向と逆方向に屈折された屈折光の出射角度θoと強度（回折効率）、ならびに、光の入射方向と同方向に屈折された屈折光の出射角度θpと強度（回折効率）をパワーメーターで測定した。入射したレーザー光は、無偏光にした。強度（回折効率）の基準は以下の通りである。
・Ｓ：強度（回折効率）が９５％以上
・Ａ：強度（回折効率）が９２％以上
・Ｂ：強度（回折効率）が９０％以上
・Ｃ：強度（回折効率）が８０％以上
・Ｄ：強度（回折効率）が５０％以上
・Ｅ：強度（回折効率）が５０％未満
　結果を下記の表１に示す。

　表１から、本発明の実施例は入射光の角度を大きく屈曲できることがわかる。また、光の入射方向と同方向（θpの角度）に屈折される屈折光が観測されず、光の入射方向と逆方向（θoの角度）に屈折される屈折光の強度（回折効率）が５０％以上であることから、入射光の右円偏光成分と左円偏光成分の両方を同じ向き（θoの角度）に回折できていることがわかる。

［実施例４］
　実施例１と配向膜の形成および配向膜の露光は同じにし、第１および第２の光学異方性層の形成は下記のように行った。

（液晶組成物の調製）
　液晶層を形成する液晶組成物として、下記の組成物Ｃ－１、Ｃ－２、Ｄ－１、Ｄ－２を調製した。なお、符号のＣは液晶化合物の主成分が棒性の化合物で、Ｄは液晶化合物の主成分が円盤状の化合物を表し、また、１は右ねじれ、２は左ねじれを表している。すなわち、組成物Ｃ－１は、棒状液晶化合物を主成分とし、右ねじれとなる液晶組成物であり、組成物Ｃ－２は、棒状液晶化合物を主成分とし、左ねじれとなる液晶組成物であり、組成物Ｄ－１は、円盤状液晶化合物を主成分とし、右ねじれとなる液晶組成物であり、組成物Ｄ－２は、円盤状液晶化合物を主成分とし、左ねじれとなる液晶組成物である。

　　組成物Ｃ－１
――――――――――――――――――――――――――――――――――
・棒状液晶化合物Ｌ－１　　　　　　　　　　　　　　１００．００質量部
・キラル剤Ｃｈ－Ａ　　　　　　　　　　　　　　　　　０．０５８質量部
・重合開始剤（ＢＡＳＦ製、Ｉｒｇａｃｕｒｅ（登録商標）９０７）
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　３．００質量部
・光増感剤（日本化薬製、ＫＡＹＡＣＵＲＥ　ＤＥＴＸ－Ｓ）
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　１．００質量部
・レベリング剤Ｔ－１　　　　　　　　　　　　　　　　　０．０８質量部
・メチルエチルケトン　　　　　　　　　　　　　　２０００．００質量部――――――――――――――――――――――――――――――――――

　　組成物Ｃ－２
――――――――――――――――――――――――――――――――――
・棒状液晶化合物Ｌ－１　　　　　　　　　　　　　　１００．００質量部
・キラル剤Ｃｈ－Ｂ　　　　　　　　　　　　　　　　　０．０９９質量部
・重合開始剤（ＢＡＳＦ製、Ｉｒｇａｃｕｒｅ（登録商標）９０７）
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　３．００質量部
・光増感剤（日本化薬製、ＫＡＹＡＣＵＲＥ　ＤＥＴＸ－Ｓ）
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　１．００質量部
・レベリング剤Ｔ－１　　　　　　　　　　　　　　　　　０．０８質量部
・メチルエチルケトン　　　　　　　　　　　　　　２０００．００質量部――――――――――――――――――――――――――――――――――

　　組成物Ｄ－１
――――――――――――――――――――――――――――――――――
・円盤状液晶化合物Ｌ－２　　　　　　　　　　　　　　８０．００質量部
・円盤状液晶化合物Ｌ－３　　　　　　　　　　　　　　２０．００質量部
・重合開始剤（ＢＡＳＦ製、Ｉｒｇａｃｕｒｅ（登録商標）９０７）
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　５．００質量部
・メガファックＦ４４４（ＤＩＣ製）　　　　　　　　　　０．５０質量部
・キラル剤Ｃｈ－２　　　　　　　　　　　　　　　　　０．０３３質量部
・メチルエチルケトン　　　　　　　　　　　　　　　３００．００質量部――――――――――――――――――――――――――――――――――

　　組成物Ｄ－２
――――――――――――――――――――――――――――――――――
・円盤状液晶化合物Ｌ－２　　　　　　　　　　　　　　８０．００質量部
・円盤状液晶化合物Ｌ－３　　　　　　　　　　　　　　２０．００質量部
・重合開始剤（ＢＡＳＦ製、Ｉｒｇａｃｕｒｅ（登録商標）９０７）
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　５．００質量部
・メガファックＦ４４４（ＤＩＣ製）　　　　　　　　　　０．５０質量部
・キラル剤Ｃｈ－３　　　　　　　　　　　　　　　　　０．０３３質量部
・メチルエチルケトン　　　　　　　　　　　　　　　３００．００質量部――――――――――――――――――――――――――――――――――

円盤状液晶化合物Ｌ－２

円盤状液晶化合物Ｌ－３

キラル剤Ｃｈ－２

キラル剤Ｃｈ－３

（第１の光学異方性層の形成）
　第１の光学異方性層は、組成物Ｃ－１を配向膜Ｐ－２上に多層塗布し、その上に組成物Ｃ－２を多層塗布することにより形成した。先ず配向膜の上に１層目の組成物Ｃ－１を塗布、加熱、冷却後に紫外線硬化を行って液晶固定化層を作製した後、２層目以降はその液晶固定化層に重ね塗りして塗布を行い、同様に加熱、冷却後に紫外線硬化を行うことを繰り返し液晶層Ｃ－１を形成した。塗布から紫外線硬化までの工程は実施例１と同じである。この際、各回の重ね塗り時の塗布厚は液晶層Ｃ－１の厚みが約０．４μｍ程度になるようにして良好な配向状態が得られるようにした。これにより、液晶層Ｃ－１のΔｎ₁₅₅₀×厚さ＝Ｒｅ（１５５０）が９３０ｎｍになるようにした。
　その上に、組成物Ｃ－２を同様に多層塗布し、液晶層Ｃ－２を形成した。これにより、液晶層Ｃ－２のΔｎ₁₅₅₀×厚さ＝Ｒｅ（１５５０）が９３０ｎｍになるようにした。これにより、液晶層Ｃ－１と液晶層Ｃ－２が重なった構造の第１の光学異方性層を作製した。顕微鏡で確認した結果、周期的な配向になっていることを確認した。また、第１の光学異方性層の液晶層Ｃ－１部分の厚さ方向の捩れ角は６０°、液晶層Ｃ－２部分の厚さ方向の捩れ角は－６０°であった。また、ＳＥＭによる断面像において、第１の光学異方性層の下界面（ガラス基板との界面）に対し、Ｖの字を横にした形状の明暗線が観察された。この明暗線は、右左の異なった厚さ方向のねじれ方向を配向している液晶化合物が厚さ方向に積み重ねられた構成により観察されるものである。

（第２の光学異方性層の形成と透過型液晶回折素子の作製）

　第１の光学異方性層と同じ様に光学異方性層を形成し、これを第２の光学異方性層とした。この第２の光学異方性層を転写して第１の光学異方性層に積層するように粘着剤で貼合した。このとき、面内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化合物由来の光学軸の回転方向が第１の光学異方性層と逆回転になるよう、かつ面内一方向の回転方向の向き（配列軸Ｄ）が平行になるように、主面に垂直な軸に対して第２の光学異方性層を１８０度回転させて貼合した。このようにして、第１の光学異方性層と第２の光学異方性層が積層した透過型液晶回折素子を作製した（図１７参照）。
　この回折素子におけるλ／Λの値は、入射波長λ１５５０ｎｍの光に対し、１．４８であり、すなわちΛ＝１．０５μｍであった。

［実施例５］
　実施例１と配向膜の形成および配向膜の露光は同じにし、第１および第２の光学異方性層の形成を下記のように行った。

（第１の光学異方性層の形成）
　第１の光学異方性層は、組成物Ｃ－１と組成物Ｄ－１を配向膜Ｐ－２上に交互に多層塗布し、その上に組成物Ｃ－２と組成物Ｄ－２を交互に多層塗布することにより形成した。先ず配向膜の上に１層目の組成物Ｃ－１を塗布、加熱、冷却後に紫外線硬化を行って棒状液晶層Ｃ－１を作製した後、２層目はその棒状液晶層Ｃ－１に組成物Ｄ－１を重ね塗りして塗布を行い、同様に加熱、冷却後に紫外線硬化を行い、円盤状液晶層Ｄ－１を形成した。その後、棒状液晶層Ｃ－１と円盤状液晶層Ｄ－１とを交互に繰り返し形成した。塗布から紫外線硬化までの工程は実施例１と同じである。この際、各回の重ね塗り時の塗布厚は液晶層の厚みが約０．４μｍ程度になるようにして良好な配向状態が得られるようにした。また、棒状液晶層Ｃ－１の液晶化合物の配向方向（棒状液晶化合物の長軸の方向）と円盤状液晶層Ｄ－１の液晶化合物の配向方向（円盤状液晶化合物の長い側の方向）は積層塗布時に平行に配向するため、厚さ方向のリタデーションは相殺する光学特性になる。このようにして複数の棒状液晶層Ｃ－１と円盤状液晶層Ｄ－１を積層した液晶層の全体のΔｎ₁₅₅₀×厚さ＝Ｒｅ（１５５０）が９３０ｎｍになるようにした。この場合のΔｎ₁₅₅₀は面内方向の複屈折率である。

　その上に組成物Ｃ－２と組成物Ｄ－２を交互に多層塗布した。このようにして棒状液晶層Ｃ－２と円盤状液晶層Ｄ－２とを交互に複数有する液晶層を形成した。液晶層の全体のΔｎ₁₅₅₀×厚さ＝Ｒｅ（１５５０）が９３０ｎｍになるようにした。このようにして、棒状液晶層Ｃ－１と円盤状液晶層Ｄ－１が交互積層した液晶層に、棒状液晶層Ｃ－２と円盤状液晶層Ｄ－２が交互積層した液晶層が重なった第１の光学異方性層を作製した。顕微鏡で確認した結果、周期的な配向になってることを確認した。また、第１の光学異方性層の棒状液晶層Ｃ－１および円盤状液晶層Ｄ－１が交互に積層した液晶層部分の厚さ方向のねじれ角は６０°、棒状液晶層Ｃ－２および円盤状液晶層Ｄ－２が交互に積層した液晶層部分の厚さ方向のねじれ角は－６０°であった。
　また、ＳＥＭによる断面像において、第１の光学異方性層の下界面（ガラス基板との界面）に対し、Ｖの字を横にした形状の明暗線が観察された。この明暗線は、正負の異なった厚さ方向のねじれ方向を配向している液晶化合物が厚さ方向に積み重ねられた構成により観察されるものである。

（第２の光学異方性層の形成と透過型液晶回折素子の作製）
　第１の光学異方性層と同じ様に光学異方性層を形成し、これを第２の光学異方性層とした。この第２の光学異方性層を転写して第１の光学異方性層に積層するように粘着剤で貼合した。このとき、面内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化合物由来の光学軸の回転方向が第１の光学異方性層と逆回転になるよう、かつ面内一方向の回転方向の向き（配列軸Ｄ）が平行になるように、主面に垂直な軸に対して第２の光学異方性層を１８０度回転させて貼合した。このようにして、第１の光学異方性層と第２の光学異方性層が積層した透過型液晶回折素子を作製した（図１８参照）。
　この回折素子におけるλ／Λの値は、入射波長λ１５５０ｎｍの光に対し、１．４８であり、すなわちΛ＝１．０５μｍであった。

［実施例６］
　実施例５の透過型液晶回折素子の両側にλ／４板を粘着材で貼合し、実施例６の透過型液晶回折素子とした（図１９参照）。両側のλ／４板の遅相軸は、方位角は液晶化合物由来の光学軸が面内一方向に沿って連続的に回転しながら変化している方位（配列軸Ｄ方向）に対し、それぞれ４５度、－４５度となるように貼合した。なお、λ／４板は、ＷＯ１３／１３７４６４の実施例に記載の方法で作製し、ポジ型Ａプレートとポジ型Ｃプレートを積層させる構造とした。このときの面内リタデーションはＲｅ（１５５０）が３８８ｎｍ、厚さ方向のリタデーションはＲｔｈ（１５５０）が０ｎｍにした。
　この回折素子におけるλ／Λの値は、入射波長λ１５５０ｎｍの光に対し、１．４８であり、すなわちΛ＝１．０５μｍであった。

［実施例７］
　実施例６の透過型液晶回折素子のうち、第１および第２の光学異方性層の形成を下記のように行い、その他は実施例６と同様にして、実施例７の透過型液晶回折素子を作製した。

（液晶組成物の調製）
　液晶層を形成する液晶組成物として、下記の組成物Ｃ－３、Ｃ－４、Ｄ－３、Ｄ－４を調製した。なお、符号のＣは液晶化合物の主成分が棒性の化合物で、Ｄは液晶化合物の主成分が円盤状の化合物を表し、また、３は右ねじれ、４は左ねじれを表している。すなわち、組成物Ｃ－３は、棒状液晶化合物を主成分とし、右ねじれとなる液晶組成物であり、組成物Ｃ－４は、棒状液晶化合物を主成分とし、左ねじれとなる液晶組成物であり、組成物Ｄ－３は、円盤状液晶化合物を主成分とし、右ねじれとなる液晶組成物であり、組成物Ｄ－４は、円盤状液晶化合物を主成分とし、左ねじれとなる液晶組成物である。

　　組成物Ｃ－３
――――――――――――――――――――――――――――――――――
・棒状液晶化合物Ｌ－１　　　　　　　　　　　　　　１００．００質量部
・キラル剤Ｃｈ－２　　　　　　　　　　　　　　　　０．０３３８質量部
・重合開始剤（ＢＡＳＦ製、Ｉｒｇａｃｕｒｅ（登録商標）９０７）
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　１．２５質量部
・レベリング剤Ｔ－１　　　　　　　　　　　　　　　　　０．３２質量部
・レベリング剤Ｔ－２　　　　　　　　　　　　　　　　　０．０４質量部
・メチルエチルケトン　　　　　　　　　　　　　　２０００．００質量部――――――――――――――――――――――――――――――――――

　　組成物Ｃ－４
――――――――――――――――――――――――――――――――――
・棒状液晶化合物Ｌ－１　　　　　　　　　　　　　　１００．００質量部
・キラル剤Ｃｈ－３　　　　　　　　　　　　　　　　０．０３２５質量部
・重合開始剤（ＢＡＳＦ製、Ｉｒｇａｃｕｒｅ（登録商標）９０７）
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　１．２５質量部
・レベリング剤Ｔ－１　　　　　　　　　　　　　　　　　０．３２質量部
・レベリング剤Ｔ－２　　　　　　　　　　　　　　　　　０．０４質量部
・メチルエチルケトン　　　　　　　　　　　　　　２０００．００質量部――――――――――――――――――――――――――――――――――

　　レベリング剤Ｔ－２

　　組成物Ｄ－３
――――――――――――――――――――――――――――――――――
・円盤状液晶化合物Ｌ－２　　　　　　　　　　　　　　８０．００質量部
・円盤状液晶化合物Ｌ－３　　　　　　　　　　　　　　２０．００質量部
・配向助剤Ｊ－１　　　　　　　　　　　　　　　　　　　０．０５質量部
・キラル剤Ｃｈ－２　　　　　　　　　　　　　　　　０．０３０５質量部
・配向助剤Ｊ－２　　　　　　　　　　　　　　　　　　　５．００質量部
・重合開始剤Ｉ－１　　　　　　　　　　　　　　　　　　３．００質量部
・レベリング剤Ｔ－３　　　　　　　　　　　　　　　　　０．１０質量部
・レベリング剤Ｔ－４　　　　　　　　　　　　　　　　　０．１０質量部
・メチルエチルケトン　　　　　　　　　　　　　　　３００．００質量部――――――――――――――――――――――――――――――――――

　　組成物Ｄ－４
――――――――――――――――――――――――――――――――――
・円盤状液晶化合物Ｌ－２　　　　　　　　　　　　　　８０．００質量部
・円盤状液晶化合物Ｌ－３　　　　　　　　　　　　　　２０．００質量部
・配向助剤Ｊ－１　　　　　　　　　　　　　　　　　　　０．０５質量部
・キラル剤Ｃｈ－３　　　　　　　　　　　　　　　　０．０２８０質量部
・配向助剤Ｊ－２　　　　　　　　　　　　　　　　　　　５．００質量部
・重合開始剤Ｉ－１　　　　　　　　　　　　　　　　　　３．００質量部
・レベリング剤Ｔ－３　　　　　　　　　　　　　　　　　０．１０質量部
・レベリング剤Ｔ－４　　　　　　　　　　　　　　　　　０．１０質量部
・メチルエチルケトン　　　　　　　　　　　　　　　３００．００質量部――――――――――――――――――――――――――――――――――

　　配向助剤Ｊ－１

　　配向助剤Ｊ－２

　　重合開始剤Ｉ－１

　　レベリング剤Ｔ－３

　　レベリング剤Ｔ－４

（第１の光学異方性層の形成）
　第１の光学異方性層は、組成物Ｃ－３と組成物Ｄ－３を配向膜Ｐ－２上に交互に多層塗布し、その上に組成物Ｃ－４と組成物Ｄ－４を交互に多層塗布することにより形成した。先ず配向膜の上に１層目の組成物Ｃ－３を塗布、８０℃で加熱、冷却後に８００ｍJ／ｃｍ^２で紫外線硬化を行って棒状液晶層Ｃ－３を作製した後、その表面に７５Ｗ／ｍ^２／ｍｉｎでコロナ処理を行い、２層目をその棒状液晶層Ｃ－３に組成物Ｄ－３を重ね塗りして塗布を行い、１１０℃で加熱、冷却後に８００ｍJ／ｃｍ^２で紫外線硬化を行い、円盤状液晶層Ｄ－３を形成した。その後、その表面に７５Ｗ／ｍ^２／ｍｉｎでコロナ処理を行い、さらに１２０℃で熱処理を行った。その後、棒状液晶層Ｃ－３と円盤状液晶層Ｄ－３とを交互に繰り返し形成した。この際、各回の重ね塗り時の塗布厚は液晶層の厚みが約０．１μｍ程度になるようにして良好な配向状態が得られるようにした。また、棒状液晶層Ｃ－３の液晶化合物の配向方向（棒状液晶化合物の長軸の方向）と円盤状液晶層Ｄ－３の液晶化合物の配向方向（円盤状液晶化合物の長い側の方向）は積層塗布時に平行に配向するため、厚さ方向のリタデーションは相殺する光学特性になる。このようにして複数の棒状液晶層Ｃ－３と円盤状液晶層Ｄ－３を積層した液晶層の全体のΔｎ_１５５０×厚さ＝Ｒｅ（１５５０）が９３０ｎｍになるようにした。この場合のΔｎ_１５５０は面内方向の複屈折率である。

　その上に組成物Ｃ－４と組成物Ｄ－４を交互に多層塗布した。このようにして棒状液晶層Ｃ－４と円盤状液晶層Ｄ－４とを交互に複数有する液晶層を形成した。液晶層の全体のΔｎ_１５５０×厚さ＝Ｒｅ（１５５０）が９３０ｎｍになるようにした。このようにして、棒状液晶層Ｃ－３と円盤状液晶層Ｄ－３が交互積層した液晶層に、棒状液晶層Ｃ－４と円盤状液晶層Ｄ－４が交互積層した液晶層が重なった第１の光学異方性層を作製した。顕微鏡で確認した結果、周期的な配向になってることを確認した。また、第１の光学異方性層の棒状液晶層Ｃ－３および円盤状液晶層Ｄ－３が交互に積層した液晶層部分の厚さ方向のねじれ角は６０°、棒状液晶層Ｃ－４および円盤状液晶層Ｄ－４が交互に積層した液晶層部分の厚さ方向のねじれ角は－６０°であった。
　また、ＳＥＭによる断面像において、第１の光学異方性層の下界面（ガラス基板との界面）に対し、Ｖの字を横にした形状の明暗線が観察された。この明暗線は、正負の異なった厚さ方向のねじれ方向を配向している液晶化合物が厚さ方向に積み重ねられた構成により観察されるものである。

（第２の光学異方性層の形成と透過型液晶回折素子の作製）
　第１の光学異方性層と同じ様に光学異方性層を形成し、これを第２の光学異方性層とした。この第２の光学異方性層を転写して第１の光学異方性層に積層するように粘着剤で貼合した。このとき、面内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化合物由来の光学軸の回転方向が第１の光学異方性層と逆回転になるよう、かつ面内一方向の回転方向の向き（配列軸Ｄ）が平行になるように、主面に垂直な軸に対して第２の光学異方性層を１８０度回転させて貼合した。このようにして、第１の光学異方性層と第２の光学異方性層が積層した透過型液晶回折素子を作製した。
　この回折素子におけるλ／Λの値は、入射波長λ１５５０ｎｍの光に対し、１．４８であり、すなわちΛ＝１．０５μｍであった。

［実施例８］
　実施例７の透過型液晶回折素子の作製のうち、コロナ処理の代わりに下記のプラズマ処理を行い、その他は実施例７と同様にして、透過型液晶回折素子を作製した。プラズマ処理は、Ｈａｒｒｉｃｋ　Ｐｌａｓｍａ社製　Ｐｌａｓｍａ　Ｃｌｅａｎｅｒ　ＰＤＣ－３２Ｇを用い、出力ＭＥＤおよび減圧の条件下で、試料表面へのプラズマ処理を１０秒間行った。このようにして、透過型液晶回折素子を作製した。
　この回折素子におけるλ／Λの値は、入射波長λ１５５０ｎｍの光に対し、１．４８であり、すなわちΛ＝１．０５μｍであった。

［評価］
　作製した透過型液晶回折素子に、方位角は液晶化合物由来の光学軸が面内一方向に沿って連続的に回転しながら変化している方位（配列軸Ｄ方向）で、かつ、透過型液晶回折素子の主面の法線方向からの入射角θiで波長１５５０ｎｍのレーザー光を入射し、光を入射した方位方向において、光の入射方向と逆方向に屈折された屈折光の出射角度θoと強度（回折効率）、ならびに、光の入射方向と同方向に屈折された屈折光の出射角度θpと強度（回折効率）をパワーメーターで測定した。なお、実施例１１および１２では、レーザー光は右円偏光および左円偏光をそれぞれ入射した。また、実施例１３では、Ｓ偏光およびＰ偏光をそれぞれ入射した。また、右円偏光の強度と左円偏光の強度の平均値、または、Ｓ偏光の強度とＰ偏光の強度の平均値を評価する強度値とした。基準は以下の通りである。
・ＳＳ：強度（回折効率）が９７％以上
・Ｓ：強度（回折効率）が９５％以上
・Ａ：強度（回折効率）が９２％以上
・Ｂ：強度（回折効率）が９０％以上
・Ｃ：強度（回折効率）が８０％以上
・Ｄ：強度（回折効率）が５０％以上
・Ｅ：強度（回折効率）が５０％未満

　また、偏光維持特性を以下の基準で評価した。
・Ａ：右円偏光と左円偏光、あるいは、Ｓ偏光とＰ偏光とが、混合せずに回折する。
・Ｂ：右円偏光と左円偏光、あるいは、Ｓ偏光とＰ偏光とが、おおよそ混合せずに回折する。
・Ｃ：右円偏光と左円偏光、あるいは、Ｓ偏光とＰ偏光とが、混合して回折する。
　結果を下記の表２に示す。

　表２から、本発明の実施例は、入射光の入射角が中心から変動しても（４２．６±５度）、回折効率が低下せず、入射光の角度を大きく屈曲できることがわかる。また、光の入射方向と同方向（θpの角度）に屈折される屈折光が観測されず、入射光の全ての偏光成分（右円偏光と左円偏光、または、Ｓ偏光とＰ偏光）を同じ向き（θoの角度）に回折できていることがわかる。また、入射光の偏光状態を維持したまま回折できている。すなわち、実施例４と５は、入射偏光が右円偏光のときは回折光は左円偏光に、入射偏光が左円偏光のときは回折光は右円偏光になり、それぞれ混合しないで回折できている。同様に実施例６は入射偏光がＳ偏光のときは回折光はＳ偏光に、入射偏光がＰ偏光のときは回折光はＰ偏光になり、それぞれ混合しないで回折できている。特に、特に実施例５と６はその効果が高い程度で実現されている。

［実施例７１］
　実施例７を元に、入射光の波長が変わった場合の本発明の効果を確認するために、下記実施例を作製し評価を行った。実施例７と同様に、透過型液晶回折素子を作製し、入射光の波長を下記表のように変えて評価した。

　この回折素子におけるλ／Λの値は、入射波長λ１５２０ｎｍの光に対し１．４５、入射波長λ１５５０ｎｍの光に対し１．４８、および入射波長λ１５８０ｎｍの光に対し１．５であり、すなわちΛ＝１．０５μｍであった。
　表３の結果から、本発明の実施例は、入射光の波長が変わっても（１５２０～１５８０ｎｍ）、高回折効率で入射光の全ての偏光成分を大きく屈曲し、入射光の偏光状態を維持したまま回折できていることがわかる。また、入射光の波長によって出射角が異なることから、高効率で高い偏光維持特性を持った分光素子として機能していることがわかる。

[実施例７２］
　実施例７を元に、入射光の波長が変わった場合の本発明の効果を確認するために、下記実施例を作製し評価を行った。実施例７のうち、Λ＝０．８８７μｍとし、また、複数の棒状液晶層Ｃ－３と円盤状液晶層Ｄ－３を積層した液晶層の全体のΔｎ_１３１０×厚さ＝Ｒｅ（１３１０）を７８６ｎｍ、複数の棒状液晶層Ｃ－４と円盤状液晶層Ｄ－４を積層した液晶層の全体のΔｎ_１３１０×厚さ＝Ｒｅ（１３１０）を７８６ｎｍに設定した。また、棒状液晶層Ｃ－３および円盤状液晶層Ｄ－３が交互に積層した液晶層部分の厚さ方向のねじれ角は６０°、棒状液晶層Ｃ－４および円盤状液晶層Ｄ－４が交互に積層した液晶層部分の厚さ方向のねじれ角は－６０°となるようそれぞれの層のキラル剤の濃度を調整した。このようにして透過型液晶回折素子を作製し、入射光の波長を下記表のように変えて評価を行った。

　この回折素子におけるλ／Λの値は、入射波長λ１２８５ｎｍの光に対し１．４５、入射波長λ１３１０ｎｍの光に対し１．４８、および入射波長λ１３３５ｎｍの光に対し１．５１であり、すなわちΛ＝０．８８７μｍであった。
　表４から、本発明の実施例は、入射光の波長が変わっても（１２８５～１３３５ｎｍ）、高回折効率で入射光の全ての偏光成分を大きく屈曲し、入射光の偏光状態を維持したまま回折できていることがわかる。また、入射光の波長によって出射角が異なることから、高効率で高い偏光維持特性を持った分光素子として機能していることがわかる。

［実施例９］
　実施例１と同様に配向膜を形成し、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、１．０μｍとなるように、２つの光の交差角（交差角α）を調節した以外は同様にして配向膜の露光を行った。第１および第２の光学異方性層の形成は下記のように行った。

（第１の光学異方性層の形成）
　液晶層を形成する液晶組成物として、実施例１の第１の光学異方性層形成（組成物Ｂ－１）において、膜厚を調整した以外は同様にして第１の光学異方性層を形成した。

　第１の光学異方性層は、最終的に液晶のΔｎ₅₅₀×厚さ＝Ｒｅ（５５０）が２８０ｎｍになり、かつ、周期的な配向になっていることを偏光顕微鏡で確認した。また、第１の光学異方性層の厚さ方向の捩れ角は０°であった。また、ＳＥＭによる断面像において、第１の光学異方性層の下界面（ガラス基板との界面）に対し、垂直の明暗線が観察された。

　第１の光学異方性層と同じ様に光学異方性層を形成し、これを第２の光学異方性層とした。この第２の光学異方性層を転写して第１の光学異方性層に積層するように粘着剤で貼合した。このとき、面内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化合物由来の光学軸の回転方向が第１の光学異方性層と逆回転になるよう、かつ面内一方向の回転方向の向き（配列軸Ｄ）が平行になるように、主面に垂直な軸に対して第２の光学異方性層を１８０度回転させて貼合した。このようにして、第１の光学異方性層と第２の光学異方性層が積層した透過型液晶回折素子を作製した。
　この回折素子におけるλ／Λの値は、それぞれ、入射波長λ４５０ｎｍの光に対し０．４５、入射波長λ５３２ｎｍの光に対し０．５３、および入射波長λ６５０ｎｍの光に対し０．６５であり、すなわちΛ＝１．０μｍであった。

［比較例２］
　実施例９の第１の光学異方性層のみを有する透過型液晶回折素子を作製した。

［評価］
　作製した透過型液晶回折素子に、方位角は液晶化合物由来の光学軸が面内一方向に沿って連続的に回転しながら変化している方位（配列軸Ｄ方向）で、かつ、透過型液晶回折素子の主面の法線方向からの入射角θiで波長４５０ｎｍ、５３２ｎｍ、６５０ｎｍのレーザー光を入射し、光を入射した方位方向において、光の入射方向と逆方向に屈折された屈折光の出射角度θoと強度（回折効率）、ならびに、光の入射方向と同方向に出射された光の出射角度θpと強度（回折効率）をパワーメーターで測定した。入射したレーザー光は、右円偏光と左円偏光をそれぞれ入射し、その平均値を強度(回折効率)とした。強度（回折効率）の基準は以下の通りである。なお、強度(回折効率)の評価は、波長４５０ｎｍ、５３２ｎｍ、６５０ｎｍでの屈折光の強度(回折効率)の平均値を用いて行った。
・Ｓ：強度（回折効率）が８０％以上
・Ａ：強度（回折効率）が７５％以上
・Ｂ：強度（回折効率）が７０％以上
・Ｃ：強度（回折効率）が６０％以上
・Ｄ：強度（回折効率）が５０％以上
・Ｅ：強度（回折効率）が５０％未満
　結果を下記の表５に示す。

　表５から、本発明の実施例は、異なる波長の入射光に対し、高い光の強度（回折効率）を得られることがわかる。また、入射光の全ての偏光成分（右円偏光と左円偏光）を同じ向き（θoの角度）に回折し、高い回折効率が得られている。さらに、波長４５０ｎｍ、５３２ｎｍ、６５０ｎｍに対し、出射角度θpは異なる出射角度で光を屈曲している。すなわち、本発明の実施例は、高い回折効率を有する分光素子として機能していることがわかる。

［実施例１０］
　実施例９同様に配向膜を形成し、配向膜の露光を行った。第１および第２の光学異方性層の形成は下記のように行った。

（第１の光学異方性層の形成）
　第１の光学異方性層は、下記組成物Ｂ－４を配向膜Ｐ－２上に多層塗布することにより形成した。加熱、冷却、紫外線硬化の作製条件は実施例１と同様である。この多層層形成により、組成物Ｂ－４による液晶層のΔｎ_６００×厚さ＝Ｒｅ（６００）が２１４ｎｍ、ねじれ角が９０度となった。さらに、この組成物Ｂ－４による液晶層の上に、下記組成物Ｂ－５を多層塗布した。この多層層形成により、組成物Ｂ－５による液晶層のΔｎ_６００×厚さ＝Ｒｅ（６００）が３０５ｎｍ、かつねじれ角が－３３度となった。この様にして、第１の光学異方性層を形成した。ＳＥＭによる断面像において、第１の光学異方性層の下界面（ガラス基板との界面）に対し、斜め左右に伸びた２本の線の長さと角度が異なるＶの字を、横にした形状の明暗線が観察された。この明暗線は、右左の異なった厚さ方向のねじれ方向を配向している液晶化合物が厚さ方向に積み重ねられた構成で、かつ右ねじれ層と左ねじれ層の、厚さおよびねじれ角絶対値が異なっていることにより観察されるものである。

　　組成物Ｂ－４
――――――――――――――――――――――――――――――――――
・棒状液晶化合物Ｌ－１　　　　　　　　　　　　　　１００．００質量部
・キラル剤Ｃｈ－Ａ　　　　　　　　　　　　　　　　　　０．３８質量部
・重合開始剤（ＢＡＳＦ製、Ｉｒｇａｃｕｒｅ（登録商標）９０７）
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　３．００質量部
・光増感剤（日本化薬製、ＫＡＹＡＣＵＲＥ　ＤＥＴＸ－Ｓ）
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　１．００質量部
・レベリング剤Ｔ－１　　　　　　　　　　　　　　　　　０．０８質量部
・メチルエチルケトン　　　　　　　　　　　　　　２０００．００質量部――――――――――――――――――――――――――――――――――

　　組成物Ｂ－５
――――――――――――――――――――――――――――――――――
・棒状液晶化合物Ｌ－１　　　　　　　　　　　　　　１００．００質量部
・キラル剤Ｃｈ－Ｂ　　　　　　　　　　　　　　　　　０．１６６質量部
・重合開始剤（ＢＡＳＦ製、Ｉｒｇａｃｕｒｅ（登録商標）９０７）
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　３．００質量部
・光増感剤（日本化薬製、ＫＡＹＡＣＵＲＥ　ＤＥＴＸ－Ｓ）
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　１．００質量部
・レベリング剤Ｔ－１　　　　　　　　　　　　　　　　　０．０８質量部
・メチルエチルケトン　　　　　　　　　　　　　　２０００．００質量部―――――――――――――――――――――――――――――――――

（第２の光学異方性層の形成と透過型液晶回折素子の作製）
　第１の光学異方性層と同じ様に光学異方性層を形成し、これを第２の光学異方性層とした。この第２の光学異方性層を転写して第１の光学異方性層に積層するように粘着剤で貼合した。このとき、面内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化合物由来の光学軸の回転方向が第１の光学異方性層と逆回転になるよう、かつ面内一方向の回転方向の向き（配列軸Ｄ）が平行になるように、主面に垂直な軸に対して第２の光学異方性層を１８０度回転させて貼合した。このようにして、第１の光学異方性層と第２の光学異方性層が積層した透過型液晶回折素子を作製した。
　この回折素子におけるλ／Λの値は、それぞれ、入射波長λ４５０ｎｍの光に対し０．４５、入射波長λ５３２ｎｍの光に対し０．５３、入射波長λ６５０ｎｍの光に対し０．６５、および入射波長λ９８０ｎｍの光に対し０．９８であり、すなわちΛ＝１．０μｍであった。

［評価］
　作製した透過型液晶回折素子に、方位角は液晶化合物由来の光学軸が面内一方向に沿って連続的に回転しながら変化している方位（配列軸Ｄ方向）で、かつ、透過型液晶回折素子の主面の法線方向からの入射角θiで波長４５０ｎｍ、５３２ｎｍ、６５０ｎｍ、９８０ｎｍのレーザー光を入射し、光を入射した方位方向において、光の入射方向と逆方向に屈折された屈折光の出射角度θｏと強度（回折効率）、ならびに、光の入射方向と同方向に出射された光の出射角度θｐと強度（回折効率）をパワーメーターで測定した。入射したレーザー光は、右円偏光と左円偏光をそれぞれ入射し、その平均値を強度(回折効率)とした。強度（回折効率）の基準は以下の通りである。なお、強度（回折効率）の評価は、波長４５０ｎｍ、５３２ｎｍ、６５０ｎｍ、９８０ｎｍでの屈折光の強度（回折効率）の平均値を用いて行った。
・Ｓ：強度（回折効率）が７０％以上
・Ａ：強度（回折効率）が６５％以上
・Ｂ：強度（回折効率）が６０％以上
・Ｃ：強度（回折効率）が５０％以上
・Ｄ：強度（回折効率）が４０％以上
・Ｅ：強度（回折効率）が４０％未満
　結果を下記の表６に示す。

　表６から、本発明の実施例は、異なる波長の入射光に対し、高い光の強度（回折効率）を得られることがわかる。また、入射光の全ての偏光成分（右円偏光と左円偏光）を同じ向き（θｏの角度）に回折し、高い回折効率が得られている。これより、波長４５０ｎｍ、５３２ｎｍ、６５０ｎｍ、９８０ｎｍに対し、可視光から赤外線に渡って高い回折効率を有する分光素子として機能していることがわかる。

［実施例１１］
　実施例１０のうち、配向パターンの１周期Λが、２．３７５μｍとなるように、２つの光の交差角（交差角α）を調節した以外は同様にして配向膜の露光を行った。
また、組成物Ｂ－４のキラル剤Ｃｈ－Ａを０．１６質量部にしたものを組成物Ｂ－６とした。また、組成物Ｂ－５のキラル剤Ｃｈ－Ｂを０．０７質量部にしたものを組成物Ｂ－７とした。第１の光学異方性層は、下記組成物Ｂ－６を配向膜Ｐ－２上に多層塗布することにより形成した。加熱、冷却、紫外線硬化の作製条件は実施例１と同様である。この多層層形成により、組成物Ｂ－６による液晶層のΔｎ_１４００×厚さ＝Ｒｅ（１４００）が５０８ｎｍ、ねじれ角が９０度となった。さらに、この組成物Ｂ－６による液晶層の上に、下記組成物Ｂ－７を多層塗布した。この多層層形成により、組成物Ｂ－７による液晶層のΔｎ_１４００×厚さ＝Ｒｅ（１４００）が７２４ｎｍ、ねじれ角が－３３度となった。この様にして、第１の光学異方性層を形成した。ＳＥＭによる断面像において、第１の光学異方性層の下界面（ガラス基板との界面）に対し、斜め左右に伸びた２本の線の長さがと角度が異なるＶの字を横にした形状の明暗線が観察された。この明暗線は、右左の異なった厚さ方向のねじれ方向を配向している液晶化合物が厚さ方向に積み重ねられた構成で、かつ右ねじれ層と左ねじれ層の、厚さおよびねじれ角絶対値が異なっていることにより観察されるものである。

（第２の光学異方性層の形成と透過型液晶回折素子の作製）
　第１の光学異方性層と同じ様に光学異方性層を形成し、これを第２の光学異方性層とした。この第２の光学異方性層を転写して第１の光学異方性層に積層するように粘着剤で貼合した。このとき、面内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化合物由来の光学軸の回転方向が第１の光学異方性層と逆回転になるよう、かつ面内一方向の回転方向の向き（配列軸Ｄ）が平行になるように、主面に垂直な軸に対して第２の光学異方性層を１８０度回転させて貼合した。このようにして、第１の光学異方性層と第２の光学異方性層が積層した透過型液晶回折素子を作製した。
　この回折素子におけるλ/Λの値は、入射波長λ９５０ｎｍの光に対し０．４０、入射波長λ１４００ｎｍの光に対し０．５９、および入射波長λ２５００ｎｍの光に対し１．０５であり、すなわちΛ＝２．３７５μｍであった。

［評価］
　作製した透過型液晶回折素子に、方位角は液晶化合物由来の光学軸が面内一方向に沿って連続的に回転しながら変化している方位（配列軸Ｄ方向）で、かつ、透過型液晶回折素子の主面の法線方向からの入射角θｉで波長９５０ｎｍ、１４００ｎｍ、２５００ｎｍの光の入射方向と逆方向に屈折された屈折光の出射角度θｏと強度（回折効率）、ならびに、光の入射方向と同方向に出射された光の出射角度θｐと強度（回折効率）を測定した。強度は、右円偏光と左円偏光の入射光に対する回折効率の平均値とした。強度（回折効率）の基準は以下である。
・Ｓ：強度（回折効率）が６０％以上
・Ａ：強度（回折効率）が５５％以上
・Ｂ：強度（回折効率）が５０％以上
・Ｃ：強度（回折効率）が４０％以上
・Ｄ：強度（回折効率）が３０％以上
・Ｅ：強度（回折効率）が３０％未満
　結果を下記の表７に示す。

　表７から、本発明の実施例は、異なる波長の入射光に対し、高い光の強度（回折効率）を得られることがわかる。また、入射光の全ての偏光成分（右円偏光と左円偏光）を同じ向き（θｏの角度）に回折し、高い回折効率が得られている。これより、波長９５０から２５００ｎｍの赤外線で高い回折効率を有する分光素子として機能していることがわかる。
　以上の結果より、本発明の効果は明らかである。

　光通信などにおいて、光を屈曲させる各種の用途に好適に利用可能である。光を屈曲させる用途に用いられるミラー等の反射部材は、反射面に垂直な方向において、光の進行方向を逆向きに変えて、反射面に平行な方向には変化させない。これに対して、本発明の透過型液晶回折素子は、主面に垂直な方向においては、光の進行方向を変えずに、主面に平行な方向において、光の進行方向を逆向きに変える。そのため、本発明の透過型液晶回折素子と、反射部材とでは、同じ光の屈曲作用を得るようにすると、光が入射する面の向きが９０°異なる。従って、光通信などにおいて、小型化薄型化等によって設置スペースが限られる場合に、反射部材を配置しにくい位置にも本発明の透過型液晶回折素子を容易に配置することができる場合がある。
　また、ハイパースペクトルカメラなどにおいて、光を分光させる各種の用途に好適に利用可能である。光を分光させる用途に用いられる回折素子等の分光素子は、広い波長範囲において、光を屈曲し、高い回折効率が必要とされる。本発明の透過型液晶回折素子は、広い波長範囲の入射光を、高い回折効率で分光でき、ハイパースペクトルカメラなどにおいて、高い感度で光を検出することができる。

　１０　透過型液晶回折素子
　３０　支持体
　３２　配向膜
　３６、３７、３６ｃ　光学異方性層
　３６ａ、３７ａ、３７ｃ　第１の光学異方性層
　３６ｂ、３７ｂ、３７ｄ　第２の光学異方性層
　３８　位相差層
　４０　液晶化合物
　４０ｃ　棒状液晶化合物
　４０ｄ　円盤状液晶化合物
　４０Ａ　光学軸
　４２、４２ｂ　棒状液晶層
　４４、４４ｂ　円盤状液晶層
　４６ａ、４６ｂ、４７、４８ａ、４８ｂ　液晶層
　５０　λ／４板
　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，７２Ｂ　λ／４板
　Ｉ_R、Ｉ_R1　右円偏光
　Ｉ_L、Ｉ_L1　左円偏光
　Ｄ　配列軸
　Ｒ　領域
　Λ　１周期
　Ｍ　レーザ光
　ＭＡ，ＭＢ　光線
　Ｐ_O　直線偏光
　Ｐ_R　右円偏光
　Ｐ_L　左円偏光
　α　角度
　Ｌ₁，Ｌ₂，Ｌ₄，Ｌ₅　光

Claims

　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それぞれ有する、第１の光学異方性層および第２の光学異方性層を有し、
　前記第１の光学異方性層の液晶配向パターンにおける光学軸の回転方向と、前記第２の光学異方性層の液晶配向パターンにおける光学軸の回転方向とが逆であり、
　前記液晶配向パターンにおける前記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周期とすると、前記第１の光学異方性層の前記液晶配向パターンの１周期と、前記第２の光学異方性層の前記液晶配向パターンの１周期とが同じである透過型液晶回折素子。
　前記第１の光学異方性層および前記第２の光学異方性層は、厚さ方向において、前記液晶化合物がねじれ配向しており、
　前記ねじれ配向のねじれ角が３６０°未満であり、
　前記第１の光学異方性層における前記液晶化合物のねじれ方向と、前記第２の光学異方性層における前記液晶化合物のねじれ方向とが逆である請求項１に記載の透過型液晶回折素子。
　前記液晶化合物が棒状液晶化合物または円盤状液晶化合物である請求項１または２に記載の透過型液晶回折素子。
　前記第１の光学異方性層および前記第２の光学異方性層の少なくとも一方が、棒状液晶化合物を前記液晶配向パターンで配向した棒状液晶層と、円盤状液晶化合物を前記液晶配向パターンで配向した円盤状液晶層とを交互に積層した構成を有する請求項１～３のいずれか一項に記載の透過型液晶回折素子。
　前記第１の光学異方性層および前記第２の光学異方性層の少なくとも一方が、厚さ方向に前記液晶化合物がねじれ配向した液晶層を複数積層してなり、
　各前記液晶層における前記ねじれ配向のねじれ角が３６０°未満であり、
　複数の前記液晶層は積層方向において、液晶化合物のねじれ方向が交互である請求項１に記載の透過型液晶回折素子。
　前記液晶層の少なくとも１つが、棒状液晶化合物を前記液晶配向パターンで配向した棒状液晶層と、円盤状液晶化合物を前記液晶配向パターンで配向した円盤状液晶層とを交互に積層した構成を有する請求項５に記載の透過型液晶回折素子。
　前記第１の光学異方性層と、前記第２の光学異方性層との間に配置される位相差層を有する請求項１～６のいずれか一項に記載の透過型液晶回折素子。
　前記位相差層のＮｚ値が０．１～１．１である請求項７に記載の透過型液晶回折素子。
　前記第１の光学異方性層の前記第２の光学異方性層とは反対側、および、前記第２の光学異方性層の前記第１の光学異方性層とは反対側の少なくとも一方に配置されるλ／４板を有する請求項１～８のいずれか一項に記載の透過型液晶回折素子。