WO2024071217A1

WO2024071217A1 - 液晶回折素子

Info

Publication number: WO2024071217A1
Application number: PCT/JP2023/035194
Authority: WO
Inventors: 隆米本; 寛佐藤; 武晴谷
Original assignee: 富士フイルム株式会社
Priority date: 2022-09-30
Filing date: 2023-09-27
Publication date: 2024-04-04

Abstract

０次光を入射光とは異なる偏光に変換することができる液晶回折素子の提供を課題とする。光学軸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光学異方性層を有し、この光学異方性層は、主面を光学顕微鏡によってクロスニコル下で観察し、両隣にある暗線よりも太い暗線を任意に選択し、任意に選択した暗線を１番目として連続する８０本の暗線を選択した際に、偶数番目の暗線幅が隣り合う奇数番目の暗線幅よりも狭いことにより、課題を解決する。

Description

液晶回折素子

　本発明は、入射光を回折する液晶回折素子に関する。

　入射光を回折して透過する液晶回折素子が知られている。
　このような液晶回折素子として、液晶化合物を含む液晶組成物を用いて形成された光学異方性層を有する液晶回折素子が知られている。

　例えば、特許文献１には、入射光を偏光させかつ回折させて、該入射光と偏光が異なりかつ伝播方向が異なる第１のビームおよび第２のビームにするように構成された第１の偏光回折格子と、第１の偏光回折格子から第１のビームおよび第２のビームを受け取るように構成されると共に、内部を通過する第１のビームおよび第２のビームのそれぞれの偏光を実質的に変更しない第１の状態と、内部を通過する第１のビームおよび第２のビームのそれぞれの偏光を変更する第２の状態との間で切り換えられるように構成された液晶層と、液晶層から第１のビームおよび第２のビームを受け取るように構成されると共に、第１のビームおよび第２のビームを検光しかつ回折させて、液晶層の状態に応じてそのそれぞれの伝播方向を変更するように構成された、第２の偏光回折格子とを具備する液晶装置が開示されている。

　この液晶装置における第１の偏光回折格子および第２の偏光回折格子が、液晶回折素子である。

　この液晶回折素子は、液晶化合物に由来する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ものである。
　このような液晶配向パターンを有する液晶回折素子は、入射した光を、波長に応じた角度で回折できる。また、液晶化合物の配向パターンが一定の場合は、同じ波長の光であれば、入射位置によらず、一定の角度で光を回折できる。
　液晶回折素子は、このような特性を利用して、例えば、ＡＲ（Augmented Reality（拡張現実））グラス、および、仮想現実（ＶＲ（Virtual Reality））画像等を表示するヘッドマウントディスプレイ等の各種の用途に利用可能である。

特表２０１２－５０５４３０号公報

　このような液晶配向パターンを有する液晶回折素子は、入射光の円偏光成分としての旋回方向に応じて、右円偏光と左円偏光とを逆の方向に回折する。
　また、この液晶回折素子が回折した光は、旋回方向が逆になる。すなわち、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。

　さらに、液晶回折素子が回折しなかった光、すなわち０次光は、偏光状態を変換されることなく、そのままの偏光で液晶回折素子を透過する。
　ここで、液晶回折素子を用いる装置では、この０次光が迷光となって、画質低下等の原因となる場合がある。

　例えば、液晶回折素子を用いる画像表示装置において、無偏光を入射し、液晶回折素子で回折された左円偏光（左円偏光成分）を画像表示に用いる場合には、入射した無偏光の右円偏光成分の１次光となる左円偏光が画像表示に用いられる光となる。
　この際には、入射光の右円偏光成分の０次光は右円偏光のまま液晶回折素子を透過し、入射光の左円偏光成分は、回折され、かつ、右円偏光に変換される。従って、これらの右円偏光は、液晶回折素子の下流に右円偏光を吸収する円偏光板を設けることで、除去することができる。
　しかしながら、入射光の左円偏光成分の０次光は、左円偏光であり、右円偏光を吸収する円偏光板では除去できない。その結果、この０次光である左円偏光は、表示画像となる右円偏光の１次光である左円偏光と共に円偏光板を透過し、迷光となって観察され、画質低下の一因となる。

　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、液晶回折素子であって、回折されずに透過する０次光を入射光とは異なる偏光に変換することができ、例えば０次光が迷光になる画像表示装置等において、０次光の除去を可能にする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］　液晶化合物を含む液晶組成物を用いて形成された光学異方性層を備える液晶回折素子であって、
　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を有し、
　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周期とし、１周期の長さが最も長い周期から一方向に沿って、５０周期分における平均周期をΛａとして、平均周期Λａ以下の１周期を持つ領域内において光学異方性層の主面を光学顕微鏡によってクロスニコル下で観察し、
　クロスニコルを構成する偏光子の吸収軸と一方向とが平行となるように光学異方性層を配置し、一方向と平行である偏光子の吸収軸を観察方向として、観察される明線および暗線のうち、幅が両隣の暗線よりも広い暗線を任意に選択し、任意に選択した暗線を１番目として観察方向に連続する８０本の暗線を選択した際に、
　選択した連続する８０本の暗線において、偶数番目の暗線幅が隣り合う奇数番目の暗線幅よりも狭く、かつ、奇数番目の暗線幅が隣り合う偶数番目の暗線幅よりも広い、液晶回折素子。
　［２］　選択した連続する８０本の暗線が、下記式を満たす、［１］に記載の液晶回折素子。
［奇数番目の暗線幅の平均］－［偶数番目の暗線幅の平均］＞
　　　　（［奇数番目の暗線幅の標準偏差］＋［偶数番目の暗線幅の標準偏差］）／２
　［３］　液晶配向パターンが、液晶化合物由来の光学軸の向きが連続的に回転しながら変化する一方向を、内側から外側に向かう同心円状に有する、同心円状のパターンである、［１］または［２］に記載の液晶回折素子。

　本発明によれば、０次光を入射光とは異なる偏光に変換することができる液晶回折素子が提供される。

図１は、本発明の液晶回折素子の一例を概念的に示す図である。図２は、図１に示す液晶回折素子の平面を概念的に示す図である。図３は、液晶回折素子の作用を説明するための概念図である。図４は、液晶回折素子の作用を説明するための概念図である。図５は、本発明の液晶回折素子を説明するための概念図である。図６は、本発明の液晶回折素子の作用を説明するための概念図である。図７は、本発明の液晶回折素子の別の例を概念的に示す図である。図８は、本発明の液晶回折素子の別の例を概念的に示す図である。図９は、図８に示す液晶回折素子を説明するための概念図である。図１０は、本発明の液晶回折素子の別の例を概念的に示す図である。図１１は、本発明の液晶回折素子の別の例を概念的に示す図である。図１２は、配向膜を露光する露光装置の一例を概念的に示す図である。図１３は、配向膜を露光する露光装置の別の例を概念的に示す図である。図１４は、従来の液晶回折素子の平面を概念的に示す図である。

　以下、本発明の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。
　また、以下に示す図は、いずれも、本発明を説明するための概念的な図であり、各構成要素の位置関係、大きさ、厚さ、および、形状等は、実際のものとは異なる。

　図１に、本発明の液晶回折素子の一例を概念的に示す。
　図１に示す液晶回折素子１０は、支持体３０と、配向膜３２と、光学異方性層３６とを有する。

　図２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１において、液晶回折素子を上方から見た図であり、すなわち、液晶回折素子を厚さ方向から見た図である。なお、厚さ方向とは、すなわち、各層（膜）の積層方向である。言い換えれば、平面図とは、光学異方性層３６を主面と直交する方向から見た図である。なお、主面とは、シート状物（フィルム、層、板状物、層）の最大面であり、通常、シート状物の厚さ方向の両面である。
　また、図２では、本発明の液晶回折素子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。しかしながら、光学異方性層３６は、厚さ方向には、図１に示されるように、この配向膜３２の表面の液晶化合物４０から、液晶化合物４０が積み重ねられた構造を有する。

　なお、図２では、光学異方性層３６の面内の一部を代表例として説明するが、光学異方性層の面内の各位置においては、基本的に、同様の構成および作用効果を有する。

　光学異方性層３６は、光学異方性層３６の面内において、液晶化合物４０に由来する光学軸４０Ａの向きが、配列軸Ｄ方向に沿って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、配列軸Ｄ方向は、後述する矢印Ｘ方向と一致する。図示例においては、液晶化合物４０として棒状液晶化合物を例示しているので、光学軸は、棒状液晶化合物の長手方向と一致する。
　以下の説明では、『液晶化合物に由来する光学軸』を単に『液晶化合物の光学軸』ともいう。
　光学軸４０Ａの向きが配列軸Ｄ方向（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。

　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の向きが等しい液晶化合物４０が等間隔で配列されている。
　言い換えれば、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同士では、光学軸４０Ａの向きと配列軸Ｄ方向とが成す角度が等しい。

　本発明の液晶回折素子は、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の向きが連続的に回転して変化する１方向（図示例では配列軸Ｄ方向）に、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。言い換えれば、液晶配向パターンにおける１周期の長さは、光学軸４０Ａと配列軸Ｄ方向とのなす角度がθからθ＋１８０°となるまでの距離により定義される。液晶配向パターンにおける１周期の長さとは、回折素子の周期構造における１周期の長さである。
　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２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』ともいう。
　本発明の液晶回折素子において、光学異方性層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。

　上述のように光学異方性層において、Ｙ方向に配列される液晶化合物は、光学軸４０Ａと、液晶化合物４０の光学軸の向きが回転する１方向である配列軸Ｄ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、半波長すなわちλ／２であるのが好ましい。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、上記屈折率差Δｎは、液晶化合物の屈折率差に等しい。

　このような光学異方性層３６（液晶回折素子）に円偏光が入射すると、光は、回折（屈折）され、かつ、円偏光の旋回方向が変換される。
　この作用を、図３および図４に概念的に示す。なお、図３および図４においては、図面を簡略化して液晶回折素子の構成を明確に示すために、光学異方性層３６は、配向膜の表面の液晶化合物４０（液晶化合物分子）のみを示している。
　また、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３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。

　一方、図４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３６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。

　ここで、本発明の液晶回折素子において、光学異方性層３６は、以下のような特徴を有する。

　まず、液晶配向パターンにおける１周期の長さが最も長い周期から、光学軸４０Ａが連続的に回転する一方向すなわち配列軸Ｄ方向に沿って、５０周期分における平均周期を算出し、これを平均周期Λａとする。以下の説明では、光学軸４０Ａが連続的に回転する一方向を、単に『光学軸４０Ａが回転する一方向』ともいう。
　次いで、この平均周期Λａ以下の１周期を持つ領域を任意に選択して、この領域において、光学異方性層３６（液晶回折素子１０）の主面を光学顕微鏡によってクロスニコル下で観察する。具体的には、クロスニコルに配置した偏光子の間に液晶回折素子１０を配置して、上述のように任意に選択した領域において、光学異方性層３６の主面を光学顕微鏡で観察する。この際に、クロスニコルを構成する偏光子のうちの、一方の偏光子の吸収軸と、配列軸Ｄ方向すなわち光学軸４０Ａが回転する一方向とが、平行となるように光学異方性層３６を配置して、光学顕微鏡による観察を行う。

　上述のように、光学異方性層３６は、液晶化合物４０の光学軸４０Ａが配列軸Ｄ方向に向かって連続的に回転する。また、配列軸Ｄ方向（Ｘ方向）と直交するＹ方向には、液晶化合物４０の光学軸の方向は、揃っている。
　そのため、光学軸４０Ａが、クロスニコルを構成する偏光子の吸収軸と一致している領域、および、吸収軸と成す角度が小さい領域では、光が遮光されて、Ｙ方向に延在する暗線が観察される。これに対して、光学軸４０Ａが、クロスニコルを構成する偏光子の吸収軸と直交している領域、および、直交に近い角度を有する領域では、光が透過して、Ｙ方向に延在する明線が観察される。

　以下の説明では、『光学軸４０Ａが、クロスニコルを構成する偏光子の吸収軸と一致している領域、および、吸収軸と成す角度が小さい領域』を、便宜的に、『光学軸４０Ａが偏光子の吸収軸と（略）一致している領域』ともいう。
　また、『光学軸４０Ａが、クロスニコルを構成する偏光子の吸収軸と直交している領域、および、直交に近い角度を有する領域』を、便宜的に、『光学軸４０Ａが偏光子の吸収軸と（略）直交している領域』ともいう。

　その上で、配列軸Ｄ方向と平行である偏光子の吸収軸の方向を観察方向として、観察される明線および暗線のうち、幅が両隣にある暗線よりも広い暗線を任意に選択する。すなわち、配列軸Ｄ方向に自身よりも細い暗線に挟まれた暗線を、任意に選択する。
　さらに、このようにして任意に選択した暗線を１番目として、観察方向すなわち配列軸Ｄ方向（一方向）すなわち偏光子の吸収軸の方向に連続する８０本の暗線を選択する。

　本発明の液晶回折素子の光学異方性層は、このようにして選択した連続する８０本の暗線において、図５に概念的に示すように、偶数番目の暗線ｅの幅が、隣り合う奇数番目の暗線ｏの幅よりも狭く、かつ、奇数番目の暗線ｏの幅が、隣り合う偶数番目の暗線ｅの幅よりも広い。
　すなわち、本発明の液晶回折素子を構成する光学異方性層３６を、配列軸Ｄ方向すなわち光学軸４０Ａが連続的に回転する一方向と、一方の偏光子の吸収軸の方向とを一致したクロスニコル下において、主面を光学顕微鏡で観察する。この際において、本発明の液晶回折素子を構成する光学異方性層３６では、図５に概念的に示すように、配列軸Ｄ方向と直交するＹ方向に延在する明線と暗線との繰り返しが観察され、かつ、この繰り返しにおける暗線は、配列軸Ｄ方向に、隣接する暗線同士で、隣よりも太い→隣よりも細い→隣よりも太い→隣よりも細い……の繰り返しが観察される。
　本発明の液晶回折素子は、このような光学異方性層３６を有することにより、液晶回折素子１０（光学異方性層３６）によって回折されずに透過した０次光の偏光を、入射光とは異なる偏光に変換することができる。

　特許文献１に記載されるような、従来の液晶回折素子において、液晶化合物の光学軸が一方向に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は、図１４に概念的に示す光学異方性層３６Ｚのように、配列軸Ｄ方向に向かう１周期Λにおける光学軸４０Ａの回転は一定である。
　すなわち、従来の液晶回折素子の光学異方性層３６Ｚでは、光学軸４０Ａが配列軸Ｄと平行な状態から、配列軸Ｄと直交する状態になり、再度、配列軸Ｄと平行な状態となる１周期Λにおいて、光学軸４０Ａの回転角は、ほぼ一定である。言い換えれば、従来の液晶回折素子の光学異方性層３６Ｚにおいて、１周期Λにおける光学軸４０Ａの回転は、回転角が一定な線形の回転である。
　以下の説明では、このように１周期Λにおける光学軸４０Ａの回転が一定である液晶配向パターンを、便宜的に『線形の液晶配向パターン』ともいう。
　上述のように、光学軸４０Ａが偏光子の吸収軸と（略）一致する領域では、光が遮光されてＹ方向に延在する暗線が観察される。従って、液晶配向パターンが線形である場合には、配列軸Ｄ方向に配列される暗線の太さは、ほぼ一定である。

　このような液晶配向パターンが線形である光学異方性層３６Ｚを有する従来の液晶回折素子におけるでは、液晶回折素子（光学異方性層）によって回折されずに直進して透過する０次光の偏光状態は、入射光と同じであることが知られている。
　すなわち図６の上段に概念的に示すように、線形の液晶配向パターンを有する従来の光学異方性層３６Ｚでは、入射光が右円偏光である場合には、０次光も、そのままの右円偏光である。

　これに対して、本発明の液晶回折素子１０における光学異方性層３６は、図２に概念的に示すように、１周期Λにおける光学軸４０Ａの回転が一定ではない。
　図示例の光学異方性層３６では、１周期Λにおいて、光学軸４０Ａが配列軸Ｄと平行な状態から、配列軸Ｄと直交に近い角度まで大きい回転角度で回転し、その後は、小さい回転角度で回転して配列軸Ｄと直交する状態になり、さらに、小さい回転角度で回転した後、回転角度が大きくなって、再度、配列軸Ｄと平行な状態となる。すなわち、本発明の液晶回折素子１０における光学異方性層３６では、１周期Λにおける光学軸４０Ａの回転角度は、大きな状態から、小さくなり、再度、大きくなる。言い換えれば、本発明の液晶回折素子１０の光学異方性層３６において、１周期Λにおける光学軸４０Ａの回転は、回転角が変化する非線形の回転である。
　以下の説明では、このように１周期Λにおける光学軸４０Ａの回転が一定ではない液晶配向パターンを、便宜的に『非線形の液晶配向パターン』ともいう。

　上述のように、光学軸４０Ａが偏光子の吸収軸と（略）一致する領域では、光が遮光されてＹ方向に延在する暗線が観察される。
　ここで、液晶配向パターンが非線形である場合には、１周期において、光学軸４０Ａと、クロスニコルに配置された偏光子の吸収軸とが（略）一致する領域の配列軸Ｄ方向の幅が変化する。図２に示す光学異方性層３６では、配列軸Ｄ方向の吸収軸と（略）一致する領域の配列軸Ｄ方向の幅が狭く、配列軸Ｄ方向と直交するＹ方向の吸収軸と（略）一致する領域の配列軸Ｄ方向の幅が広い。
　その結果、液晶配向パターンが非線形である光学異方性層３６では、図５に示すように、配列軸Ｄ方向に太い暗線と細い暗線とが、交互に観察される。

　言い換えれば、上述のように選択した連続する８０本の暗線において、偶数番目の暗線ｅの幅が隣り合う奇数番目の暗線ｏの幅よりも狭く、かつ、奇数番目の暗線ｏの幅が隣り合う偶数番目の暗線ｅの幅よりも広い光学異方性層３６は、１周期における光学軸４０Ａの回転が一定ではない非線形の液晶配向パターンを有する。すなわち、配列軸Ｄ方向に太い暗線と細い暗線とが、交互に観察される光学異方性層は、配列軸Ｄ方向に向かう光学軸４０Ａの回転が一定ではない非線形の液晶配向パターンを有する。

　本発明の液晶回折素子は、光学異方性層が非線形の液晶配向パターンを有することにより、光学異方性層の０次光の偏光状態を、入射光と異なる偏光状態に変換できる。
　すなわち、図６の下段に概念的に示すように、本発明に用いられる非線形の液晶配向パターンを有する光学異方性層３６では、入射光が右円偏光である場合には、０次光は、例えば、旋回方向が右方向の楕円偏光に変換できる。

　このような本発明の液晶回折素子を用いることにより、０次光を入射光とは異なる偏光に変換することができ、例えば上述のように０次光が迷光になる画像表示の用途において、０次光の除去を可能にできる。

　本発明の液晶回折素子において、光学異方性層３６は、幅が広い暗線すなわち奇数番目の暗線ｏと、幅が狭い暗線すなわち偶数番目の暗線ｅとの幅の差が大きい方が好ましい。この差が大きいほど、入射光と０次光との偏光状態の差を大きくできる。
　他方、本発明の液晶回折素子において、光学異方性層３６は、幅が広い暗線同士、および、幅が狭い暗線同士は、太さの差が小さいのが好ましい。この差が小さい程、意図しない角度に複数の回折光が生じることを防ぐことができる等の点で好ましい。

　具体的には、本発明の液晶回折素子において、光学異方性層３６は、上述のように選択した連続する８０本の暗線が、下記式を満たすのが好ましい。
［奇数番目の暗線幅の平均］－［偶数番目の暗線幅の平均］＞
　　　　（［奇数番目の暗線幅の標準偏差］＋［偶数番目の暗線幅の標準偏差］）／２
　光学異方性層３６が、この式を満たすことにより、上述の作用効果を、より好適に発現できる。

　上述した入射光に対する０次光の変化は、液晶回折素子１０（光学異方性層３６）の回折効率が高い程、良好に発現する。すなわち、液晶回折素子１０の回折効率が高い程、入射光に対して、０次光の変化が大きくなる。
　具体的には、本発明の液晶回折素子１０は、楕円率の絶対値が０．９５以上の左円偏光および右円偏光を入射した際に、出射する１次回折光のうち、少なくとも一方の１次回折光の回折効率が９０％以上であるのが好ましい。
　本発明の液晶回折素子１０は、この条件を満たすことにより、入射光に対して、０次光の偏光状態を大きく変化させることができる。

　光学異方性層３６は、形成される液晶配向パターンの１周期Λを変化させることにより、透過光Ｌ₂およびＬ₅の回折（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を大きく回折できる。
　従って、光学異方性層３６が面内に１周期Λの長さが異なる領域を有することにより、入射光を異なる方向に回折することができる。
　さらに、光学異方性層３６が、面内に１周期の長さが液晶化合物が回転する一方向、図示例においては配列軸Ｄ方向に、漸次、変化する領域を有してもよい。このような領域有することにより、回折光（一次光）を集光または発散する液晶回折素子とできる。例えば、配列軸Ｄ方向における光学異方性層の１周期Λを、配列軸Ｄの中心から両外側に、漸次、短くすることにより、配列軸Ｄ方向の中心に回折光を集光する液晶回折素子を得ることができる。

　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、透過光の回折の方向を、逆方向にできる。すなわち、図３～図４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、透過光の回折の方向を、逆方向にできる。

　ここで、光学異方性層３６による回折の角度（屈折角度）は、入射する光の波長によって異なる。具体的には、長波長の光ほど、大きく回折される。すなわち、赤色光、緑色光および青色光であれば、赤色光が最も大きく回折され、緑色光が次いで大きく回折され、青色光の回折が最も小さい。
　上述のように、回折の角度は、光学異方性層３６の液晶配向パターンにおける１周期Λに応じて変化する。従って。光学異方性層３６の液晶配向パターンにおける１周期Λを均一にすることにより、同じ波長の光を、同じ角度で回折できる。

　光学異方性層３６において、複数の領域Ｒの面内レタデーションの値は、半波長であるのが好ましいが、波長が５５０ｎｍである入射光に対する光学異方性層３６の複数の領域Ｒの面内レタデーションＲｅ（５５０）＝Δｎ₅₅₀×ｄが下記式（１）に規定される範囲内であるのが好ましい。ここで、Δｎ₅₅₀は、入射光の波長が５５０ｎｍである場合の、領域Ｒの屈折率異方性に伴う屈折率差であり、ｄは、光学異方性層３６の厚さである。
　　２００ｎｍ≦Δｎ₅₅₀×ｄ≦３５０ｎｍ・・・（１）
　すなわち、光学異方性層３６の複数の領域Ｒの面内レタデーションＲｅ（５５０）＝Δｎ₅₅₀×ｄが式（１）を満たしていれば、光学異方性層３６に入射した光の十分な量の円偏光成分を、配列軸Ｄ方向に対して順方向または逆方向に傾いた方向に進行する円偏光に変換することができる。面内レタデーションＲｅ（５５０）＝Δｎ₅₅₀×ｄは、２２５ｎｍ≦Δｎ₅₅₀×ｄ≦３４０ｎｍがより好ましく、２５０ｎｍ≦Δｎ₅₅₀×ｄ≦３３０ｎｍがさらに好ましい。
　なお、上記式（１）は波長５５０ｎｍである入射光に対する範囲であるが、波長がλｎｍである入射光に対する光学異方性層の複数の領域Ｒの面内レタデーションＲｅ（λ）＝Δｎ_λ×ｄは下記式（１－２）に規定される範囲内であるのが好ましく、適宜設定することができる。
　　０．７×（λ／２）ｎｍ≦Δｎ_λ×ｄ≦１．３×（λ／２）ｎｍ・・・（１－２）

　また、光学異方性層３６における、複数の領域Ｒの面内レタデーションの値は、上記式（１）の範囲外で用いることもできる。具体的には、Δｎ₅₅₀×ｄ＜２００ｎｍまたは３５０ｎｍ＜Δｎ₅₅₀×ｄとすることで、入射光の進行方向と同一の方向に進行する光と、入射光の進行方向とは異なる方向に進行する光に分けることができる。Δｎ₅₅₀×ｄが０ｎｍまたは５５０ｎｍに近づくと入射光の進行方向と同一の方向に進行する光の成分は増加し、入射光の進行方向とは異なる方向に進行する光の成分は減少する。

　さらに、波長が４５０ｎｍの入射光に対する光学異方性層３６の領域Ｒのそれぞれの面内レタデーションＲｅ（４５０）＝Δｎ₄₅₀×ｄと、波長が５５０ｎｍの入射光に対する光学異方性層３６の領域Ｒのそれぞれの面内レタデーションＲｅ（５５０）＝Δｎ₅₅₀×ｄは、下記式（２）を満たすのが好ましい。ここで、Δｎ₄₅₀は、入射光の波長が４５０ｎｍである場合の、領域Ｒの屈折率異方性に伴う屈折率差である。
　　（Δｎ₄₅₀×ｄ）／（Δｎ₅₅₀×ｄ）＜１．０・・・（２）
　式（２）は、光学異方性層３６に含まれる液晶化合物４０が逆分散性を有していることを表している。すなわち、式（２）が満たされることにより、光学異方性層３６は、広帯域の波長の入射光に対応できる。

　図１および図２に示す液晶回折素子１０において、光学異方性層３６は、一方向すなわち配列軸Ｄ方向に向かって液晶化合物４０の光学軸４０Ａが連続的に回転している。
　しかしながら、本発明は、これに制限はされず、本発明の液晶回折素子の光学異方性層において、光学軸４０Ａが連続的に回転する方向は、例えば、直交する２方向など、様々な態様が利用可能である。

　図７に、その一例を概念的に示す。
　図７に示す光学異方性層３６Ｓは、液晶配向パターンが、液晶化合物４０の光学軸の向きが連続的に回転しながら変化する一方向（矢印Ａ₁～Ａ₃等）を、内側から外側に向かう同心円状に有する、同心円状の液晶配向パターンを有するものである。
　同心円状のパターンとは、光学軸が同じ方向を向いた液晶化合物を結んだ線が円形であり、円形の線分が同心円状となるパターンである。言い換えれば、図７に示す光学異方性層３６Ｓの液晶配向パターンは、液晶化合物４０の光学軸の向きが連続的に回転しながら変化する一方向が、光学異方性層３６Ｓの中心から放射状に設けられた液晶配向パターンである。すなわち、図７に示す液晶配向パターンでは、矢印Ａ₁方向、矢印Ａ₂方向、矢印Ａ₃方向……等の光学異方性層３６Ｓの中心から放射状に外方向に向かう各方向が、上述した光学異方性層３６における配列軸Ｄ方向に相当する。

　図７に示す光学異方性層３６Ｓは、上述のように、同心円状の液晶配向パターンを有する。従って、本例においては、例えば図中矢印Ａ₂方向を一方の偏光子における吸収軸として、クロスニコル下で光学顕微鏡を用いて光学異方性層３６Ｓ（液晶回折素子）を観察すると、同心円状に暗線と明線とが、交互に観察される。
　また、図７に示す光学異方性層３６Ｓにおいても、上述の例と同様にして選択した８０本の暗線は、偶数番目の暗線幅が隣り合う奇数番目の暗線幅よりも狭く、かつ、奇数番目の暗線幅が隣り合う偶数番目の暗線幅よりも広い。従って、本例においても、図７に概念的に示すように、隣接する暗線よりも幅が狭い暗線と、隣接する暗線よりも幅が広い暗線とが、同心円状に交互に観察される。

　なお、図７においては、液晶配向パターンを明確に示すために、一方向に向かう液晶配向パターンを線形な液晶配向パターンで記載している。
　しかしながら、隣接する暗線よりも幅が狭い暗線と、隣接する暗線よりも幅が広い暗線とが、同心円状に交互に観察される光学異方性層３６Ｓにおいては、液晶配向パターンが非線形であるのは、上述のとおりである。従って、本例でも、０次光の偏光状態は、入射光とは異なる状態に変換される。

　図７に示す光学異方性層３６Ｓにおいても、液晶化合物４０の光学軸（図示省略）は、液晶化合物４０の長手方向である。
　光学異方性層３６Ｓでは、液晶化合物４０の光学軸の向きは、光学異方性層３６の中心から外側に向かう多数の方向、例えば、矢印Ａ₁で示す方向、矢印Ａ₂で示す方向、矢印Ａ₃で示す方向…に沿って、連続的に回転しながら変化している。矢印Ａ₁、矢印Ａ₂、および、矢印Ａ₃は、上述した配列軸Ｄと同様の配列軸である。
　また、本例においては、液晶化合物４０の光学軸が同方向に向いている、同心円の同じ円上が、上述した光学異方性層３６のＹ方向に対応する。
　これにより、図７に示す光学異方性層３６Ｓも、同様の作用効果によって、入射光を矢印Ａ₁、矢印Ａ₂、矢印Ａ₃……に回折する。また、先の例と同様、０次光は、入射光とは異なる偏光に変換される。

　液晶回折素子が有する光学異方性層３６Ｓは、液晶配向パターンの１周期Λが、面内において異なる領域を有している。
　具体的には、図７において例えば矢印Ａ₁に沿った方向では、液晶化合物４０の光学軸の向きが連続的に回転しながら変化する方向において、中心から外側に向かうにしたがって、１周期Λが漸次、短くなる構成を有する。すなわち、図７において、外側付近の１周期は、中心部付近の１周期よりも短い。
　なお、本発明において、１周期Λが漸次変化するとは、１周期Λが連続的に変化するもの、および、１周期Λが段階的に変化するものを意図している。この点に関しては、上述した例も同様である。

　上述のように、液晶回折素子による回折角度は、液晶配向パターンの１周期Λに依存し、１周期Λが小さいほど回折角度が大きくなる。
　従って、本例においては、光学異方性層３６Ｓは、入射光を中心に向かって回折する。すなわち、光学異方性層３６Ｓを有する液晶回折素子は、入射光を、集束光として透過でき、例えば、凸レンズとしての機能を発現する。

　上述のように、本発明の液晶回折素子において、光学異方性層３６は、液晶化合物を含む液晶組成物を用いて形成されたものであり、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向かって、連続的に変化している液晶配向パターンを有する。
　ここで、図１に示す光学異方性層は、厚さ方向には、液晶化合物４０は同じ方向を向いている。
　しかしながら、本発明は、これに制限はされず、図８に概念的に示す光学異方性層３６Ａのように、液晶化合物４０は、厚さ方向に螺旋状に捩れ配向してもよい。

　上述のような液晶配向パターンを有する光学異方性層は、光学軸が連続的に回転する方向に沿って、厚さ方向に切断した断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope））で観察した断面画像において、一方の表面から他方の表面に延在する明部４２と暗部４４とを有する。
　以下の説明では、このような光学異方性層の断面をＳＥＭで観察した画像を、便宜的に、『断面ＳＥＭ画像』ともいう。
　断面ＳＥＭ画像における明部４２および暗部４４は、液晶配向パターンを有する液晶相に由来して観察されるものである。

　図１および図２に示される、液晶化合物４０が厚さ方向に螺旋状に捩れ配向していない光学異方性層３６は、断面ＳＥＭ画像において、厚さ方向すなわち主面に直交して、一方の表面から他方の表面に延在する明部４２と暗部４４とを有する（図１０参照）。
　これに対して、液晶化合物４０が厚さ方向に螺旋状に捩れ配向した光学異方性層３６Ａは、図９に概念的に示すように、断面ＳＥＭ画像において、光学異方性層３６Ａの厚さ方向すなわち主面に対して傾斜して、一方の表面から他方の表面に延在する明部４２と暗部４４とを有する。

　このように、光学異方性層において、液晶化合物を厚さ方向に螺旋状に捩れ配向することにより、回折効率を高めることができ、さらに、入射光に対する０次光の変化を、より大きくできる。

　図８に示すような液晶化合物４０を厚さ方向に螺旋状に捩れ配向した光学異方性層３６Ａにおいて、断面ＳＥＭ画像における主面に対する暗部４４（明部４２）の角度は、上述した液晶配向パターンにおける１周期の長さ、および、厚さ方向に捩れ配向される液晶化合物４０の捩れの大きさによって、調節できる。
　具体的には、液晶配向パターンにおける１周期が短い程、主面に対する暗部４４の角度が大きくなる。また、厚さ方向への捩れが小さい程、主面に対する暗部４４の角度が大きくなる。
　光学異方性層における液晶化合物の螺旋状の捩れ配向は、後述する光学異方性層を形成するための液晶組成物にカイラル剤を添加することで実現できる。カイラル剤の種類および添加量を選択および調節することで、液晶化合物４０のねじれ方向、および、液晶化合物４０のねじれの程度を調節できる。

　本発明の液晶化合物において、光学異方性層は、図９に示すように明部４２および暗部４４が直線状であるのに制限はされない。
　一例として、図１０に概念的に示す光学異方性層３６Ｂのように、厚さ方向への液晶化合物４０の螺旋状の捩れ方向が逆である領域で、液晶化合物が螺旋状に捩れ配向されない領域を挟むことで、厚さ方向に延在する明部４２および暗部４４を有する領域を、明部４２および暗部４４の傾斜方向が逆となる領域で挟んだような構成であってもよい。

　図１および図２に示す例は、光学異方性層３６のＸ－Ｚ面において、液晶化合物４０が、主面（Ｘ－Ｙ面）に対して、その光学軸４０Ａが平行に配向している構成である。
　しかしながら、本発明は、これに制限はされない。例えば、図１１に概念的に示すように、光学異方性層３６ＣのＸ－Ｚ面において、液晶化合物４０の光学軸４０Ａが、主面（Ｘ－Ｙ面）に対して傾斜すなわちチルトして配向している構成であってもよい。

　また、図１１に示す例では、光学異方性層３６ＣのＸ－Ｚ面において、液晶化合物４０の光学軸４０Ａの主面（Ｘ－Ｙ面）に対する傾斜角度（チルト角）は厚さ方向（Ｚ方向）に一様としたが、本発明は、これに限定はされない。すなわち、光学異方性層３６Ｃにおいて、光学軸４０Ａのチルト角が厚さ方向で異なっている領域を有してもよい。
　例えば、光学異方性層３６Ｃの、配向膜３２側の界面において光学軸４０Ａが主面と平行であり（チルト角０°）、配向膜３２側の界面から厚さ方向に離間するにしたがって光学軸４０Ａのチルト角が大きくなって、その後、他方の界面（空気界面）側まで一定の光学軸４０Ａのチルト角となるように、液晶化合物４０が配向されてもよい。

　このように、光学異方性層においては、上下界面の一方の界面において液晶化合物４０の光学軸４０Ａがチルト角を有している構成でもよく、両方の界面でチルト角を有する構成でもよい。また、両界面でチルト角が異なってもよい。
　このように液晶化合物４０の光学軸４０Ａがチルト角を有して（傾斜して）いることにより、回折効率を高めることができ、さらに、入射光に対する０次光の変化を、より大きくできる。

　本発明の液晶回折素子の光学異方性層は、断面ＳＥＭ画像において主面（厚さ方向）に対して傾斜した暗部４４を有する構成、および、液晶化合物４０の光学軸４０Ａがチルトする構成は、一方の構成のみを有しても、両方の構成を有してもよい。

　具体的には、断面ＳＥＭ画像における暗部４４の平均傾斜角度が、光学異方性層の主面に対して５°以上であり、厚さ方向において、液晶化合物４０の光学軸４０Ａのチルト角が５°未満である構成が好ましく例示される。
　また、断面ＳＥＭ画像における暗部４４の平均傾斜角度が、光学異方性層の主面に対して５°未満であり、厚さ方向において、液晶化合物４０の光学軸４０Ａのチルト角が５°以上である構成も、好ましく例示される。
　さらに、断面ＳＥＭ画像における暗部４４の平均傾斜角度が、光学異方性層の主面に対して５°以上であり、厚さ方向において、液晶化合物４０の光学軸４０Ａのチルト角が５°以上である構成も、構成が好ましく例示される。
　本発明の液晶回折素子は、光学異方性層がこのような構成を有することにより、入射光に対する０次光の偏光状態の変化を、より大きくできる。その結果、例えば、０次光が迷光となる場合における迷光抑制効果、および、光の利用率改善効果を、より好適に得ることができる。

　上述のように、図１および図２に示す液晶回折素子１０は、支持体３０、配向膜３２および光学異方性層３６を有する。

　なお、本発明の液晶回折素子は、図１に示す例に制限はされず、各種の層構成が利用可能である。
　例えば、本発明の液晶回折素子は、図１に示す液晶回折素子から、支持体３０を剥離した、配向膜３２と光学異方性層３６とからなるものであってもよい。また、本発明の液晶回折素子は、図１に示す液晶回折素子から、支持体３０および配向膜３２を剥離した、光学異方性層３６のみからなるものであってもよい。また、本発明の液晶回折素子は、支持体３０と光学異方性層３６とからなるものであってもよい。さらに、本発明の液晶回折素子は、これらの構成に加え、保護層（ハードコート層）および反射防止層などの、他の層を有するものであってもよい。
　すなわち、本発明の液晶回折素子は、後述する光学異方性層を有するものであれば、各種の層構成が利用可能である。

　＜＜支持体＞＞
　支持体３０は、配向膜３２、ならびに、光学異方性層３６を支持するものである。
　支持体３０は、配向膜および光学異方性層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。
　支持体３０としては、透明支持体が好ましく、ポリメチルメタクリレート等のポリアクリル系樹脂フィルム、セルローストリアセテート等のセルロース系樹脂フィルム、シクロオレフィンポリマー系フィルム、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート、および、ポリ塩化ビニル等を挙げることができる。支持体は、可撓性のフィルムに限らず、ガラス基板等の非可撓性の基板であってもよい。シクロオレフィンポリマー系フィルムは、例えば、市販品として、ＪＳＲ社製の商品名「アートン」、および、日本ゼオン社製の商品名「ゼオノア」等が例示される。
　また、支持体３０は、多層のものであってもよい。多層の支持体としては、上述した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。

　支持体３０の厚さには、制限はなく、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、配向膜および光学異方性層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。

　＜＜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を上述した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。

　上述したとおり、本発明の液晶回折素子において、光学異方性層は、液晶化合物４０の光学軸４０Ａ（図２参照）の向きが、面内の一方向（後述する矢印Ｘ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、配向膜は、光学異方性層が、この液晶配向パターンを形成できるように、形成される。
　また、液晶配向パターンにおける、光学軸４０Ａの向きが連続的に回転しながら変化する一方向において、光学軸４０Ａの向きが１８０°回転する長さを１周期Λ（光学軸の回転周期）とする。

　配向膜は、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等の形成に用いられる材料が好ましく例示される。

　本発明の液晶回折素子においては、配向膜は、光配向性の素材に偏光または非偏光を照射して配向膜とした、いわゆる光配向膜が好適に利用される。すなわち、本発明の液晶回折素子においては、配向膜として、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光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。

　配向膜の厚さには制限はなく、配向膜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。

　配向膜の形成方法には、制限はなく、配向膜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、配向膜を支持体３０の表面に塗布して乾燥させた後、配向膜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１２に、配向膜を露光して、図２に示す一方向すなわち配列軸Ｄ方向に液晶化合物４０の光学軸４０Ａが連続的に回転する液晶配向パターンに対応する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１２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から出射したレーザ光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、図示は省略するが、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、配向膜３２において、配向状態が周期的に変化する配向パターンが得られる。すなわち、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が得られる。以下の説明では、この配向パターンを有する配向膜を『パターン配向膜』ともいう。
　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の光学軸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（１周期Λ）を調節できる。
　このような配向状態が周期的に変化した配向パターンを有するパターン配向膜上に、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の光学軸４０Ａが一方向に向かって連続的に回転する液晶配向パターンを有する、光学異方性層３６を形成できる。
　また、λ／４板７２Ａおよび７２Ｂの光学軸を各々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。

　図１３に、図７に示す同心円状の液晶配向パターンに対応する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１３に示す露光装置８０は、レーザ８２を備えた光源８４と、レーザ８２からのレーザ光ＭをＳ偏光ＭＳとＰ偏光ＭＰとに分割する偏光ビームスプリッター８６と、Ｐ偏光ＭＰの光路に配置されたミラー９０ＡおよびＳ偏光ＭＳの光路に配置されたミラー９０Ｂと、Ｓ偏光ＭＳの光路に配置されたレンズ９２と、偏光ビームスプリッター９４と、λ／４板９６とを有する。

　偏光ビームスプリッター８６で分割されたＰ偏光ＭＰは、ミラー９０Ａによって反射されて、偏光ビームスプリッター９４に入射する。他方、偏光ビームスプリッター８６で分割されたＳ偏光ＭＳは、ミラー９０Ｂによって反射され、レンズ９２によって集光されて偏光ビームスプリッター９４に入射する。
　Ｐ偏光ＭＰおよびＳ偏光ＭＳは、偏光ビームスプリッター９４で合波されて、λ／４板９６によって偏光方向に応じた右円偏光および左円偏光となって、支持体３０の上の配向膜３２に入射する。
　ここで、右円偏光と左円偏光の干渉により、配向膜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。同心円の内側から外側に向かうにしたがい、左円偏光と右円偏光の交差角が変化するため、内側から外側に向かってピッチが変化する露光パターンが得られる。これにより、配向膜において、配向状態が周期的に変化する同心円状の配向パターンが得られる。

　この露光装置８０において、液晶化合物４０の光学軸が一方向に沿って連続的に１８０°回転する液晶配向パターンの１周期Λは、レンズ９２の屈折力（レンズ９２のＦナンバー）、レンズ９２の焦点距離、および、レンズ９２と配向膜３２との距離等を変化させることで、制御できる。
　また、レンズ９２の屈折力を調節することで、光学軸が連続的に回転する一方向において、液晶配向パターンの１周期の長さΛを変更できる。
　具体的には、平行光と干渉させる、レンズ９２で広げる光の広がり角によって、光学軸が連続的に回転する一方向において、液晶配向パターンの１周期の長さΛを変えることができる。より具体的には、レンズ９２の屈折力を弱くすると、平行光に近づくため、液晶配向パターンの１周期の長さΛは、内側から外側に向かって緩やかに短くなり、Ｆナンバーは大きくなる。逆に、レンズ９２の屈折力を強めると、液晶配向パターンの１周期の長さΛは、内側から外側に向かって急に短くなり、Ｆナンバーは小さくなる。

　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４０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４０を配向させる向きに沿った軸を配列軸とすると、パターン配向膜は、配列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列軸は、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、本発明の液晶回折素子において、配向膜は、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をレーザ光等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で、光学異方性層３６等が、液晶化合物４０の光学軸４０Ａの向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有する構成とすることも、可能である。

　なお、例えば透過光に光量分布を設けたい場合など、液晶回折素子の用途によって、配列軸Ｄ方向に向かって、１周期Λを漸次、変更するのではなく、配列軸Ｄ方向において、部分的に１周期Λが異なる領域を有する構成も利用可能である。例えば、部分的に１周期Λを変更する方法として、集光したレーザ光の偏光方向を任意に変えながら、光配向膜をスキャン露光してパターニングする方法等を利用することができる。

　また、配向膜の露光に使用するレーザの波長は、使用する配向膜の種類等に応じて、適宜設定することができる。例えば、深紫外～可視光～赤外の波長のレーザを好ましく用いることができる。一例として、波長２６６ｎｍ、３２５ｎｍ、３５５ｎｍ、３７０ｎｍ、３８５ｎｍ、４０５ｎｍ、および、４６０ｎｍなどの波長のレーザを用いることができる。しかしながら、レーザは、これには限定されず、配向膜の種類等に応じて様々な波長のレーザを用いることができる。

　配向膜上に光学異方性層を設けた後、光学異方性層を配向膜から剥離・転写しても良い。転写は、光学異方性層の貼合面に応じて、複数回実施する事もできる。目的に応じて剥離・転写方法を自由に選択する事ができるが、例えば、接着層を有する基材に一度転写した後、転写したい物体に再転写し、基材を剥離する事で、光学異方性層の配向膜側の界面を、転写したい物体側になる様にする事ができる。また、光学異方性層の配向膜とは逆側の面を、転写したい物体側にする場合は、光学異方性層と転写したい物体を、接着剤を介して貼り合わせた後、配向膜から光学異方性層を剥離しても良い。
光学異方性層を配向膜から剥離する場合は、光学異方性層、配向膜のダメージ（裂け、クニックなど）を低減するために、剥離角度や速度などを調節する事が好ましい。
また、配向膜は配向性に問題ない範囲で、繰り返し用いても良い。配向膜上に光学異方性層を設ける前に、配向膜を有機溶媒などで洗浄する事もできる。

　＜＜光学異方性層＞＞
　配向膜３２の表面には、光学異方性層３６が形成される。
　光学異方性層は、支持体３０上に、上述した配向パターンを有する配向膜３２を形成し、この配向膜上に液晶組成物を塗布、硬化することにより形成される。
　また、光学異方性層が有する、液晶化合物の光学軸が光学異方性層の厚さ方向で螺旋状に捩れ配向する構造、すなわち、暗部４４が主面（厚さ方向）に対して傾斜する構成は、液晶組成物に、液晶化合物を厚さ方向に螺旋配向するカイラル剤を添加することによって形成することができる。

　上述のように、厚さ方向に螺旋状に捩れ配向される液晶化合物の捩れ配向の大きさは、液晶組成物に添加するカイラル剤の種類、および、カイラル剤の添加量によって、調節可能である。
　また、厚さ方向の液晶化合物の捩れ方向（右捩じれ／左捩じれ）も、液晶組成物に添加するカイラル剤の種類を選択することで、選択できる。

　なお、いわゆるλ／２板として機能するのは光学異方性層であるが、本発明は、支持体および配向膜を一体的に備えた積層体がλ／２板として機能する態様を含む。
　また、光学異方性層を形成するための液晶組成物は、棒状液晶化合物または円盤状液晶化合物を含有し、さらに、レベリング剤、配向制御剤、重合開始剤および配向助剤などのその他の成分を含有していてもよい。

　本発明において、光学異方性層の厚さには制限はなく、液晶配向パターンの１周期Λ、要求される回折の角度、および、回折効率等に応じて、目的とする光学特性が得られる厚さを、適宜、設定すればよい。

―棒状液晶化合物―
　棒状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が好ましく用いられる。以上のような低分子液晶性分子だけではなく、高分子液晶性分子も用いることができる。

　棒状液晶化合物を重合によって配向を固定することがより好ましく、重合性棒状液晶化合物としては、Ｍａｋｒｏｍｏｌ．　Ｃｈｅｍ．，　１９０巻、２２５５頁（１９８９年）、Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　５巻、１０７頁（１９９３年）、米国特許４６８３３２７号明細書、同５６２２６４８号明細書、同５７７０１０７号明細書、国際公開第９５／２２５８６号、同９５／２４４５５号、同９７／００６００号、同９８／２３５８０号、同９８／５２９０５号、特開平１－２７２５５１号公報、同６－１６６１６号公報、同７－１１０４６９号公報、同１１－８００８１号公報、および、特願２００１－６４６２７号公報などに記載の化合物を用いることができる。さらに棒状液晶化合物としては、例えば、特表平１１－５１３０１９号公報および特開２００７－２７９６８８号公報に記載のものも好ましく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号公報および特開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。
　なお、光学異方性層に円盤状液晶化合物を用いた場合には、光学異方性層において、液晶化合物４０は厚さ方向に立ち上がっており、液晶化合物４０に由来する光学軸４０Ａは、円盤面に垂直な軸、いわゆる進相軸として定義される。

　液晶化合物としては、高い回折効率を得るために、屈折率差Δｎの高い液晶化合物を好ましく用いることができる。屈折率異方性を高める事により、入射角度が変化した際の回折効率を高く維持する事ができる。屈折率差Δｎの高い液晶化合物としては、特に限定されないが、国際公開第２０１９／１８２１２９号に例示の化合物、および、下記一般式（Ｉ）で表される化合物を好ましく用いる事ができる。

　一般式（Ｉ）中、
　Ｐ¹およびＰ²は、それぞれ独立に、水素原子、－ＣＮ、－ＮＣＳまたは重合性基を表す。
　Ｓｐ¹およびＳｐ²は、それぞれ独立に、単結合または２価の連結基を表す。ただし、Ｓｐ¹およびＳｐ²は、芳香族炭化水素環基、芳香族複素環基および脂肪族炭化水素環基からなる群より選ばれる少なくとも１つの基を含む２価の連結基を表すことはない。
　Ｚ¹、Ｚ²およびＺ³は、それぞれ独立に、単結合、－Ｏ－、－Ｓ－、－ＣＨＲ－、－ＣＨＲＣＨＲ－、－ＯＣＨＲ－、－ＣＨＲＯ－、－ＳＯ－、－ＳＯ_２－、－ＣＯＯ－、－ＯＣＯ－、－ＣＯ－Ｓ－、－Ｓ－ＣＯ－、－Ｏ－ＣＯ－Ｏ－、－ＣＯ－ＮＲ－、－ＮＲ－ＣＯ－、－ＳＣＨＲ－、－ＣＨＲＳ－、－ＳＯ－ＣＨＲ－、－ＣＨＲ－ＳＯ－、－ＳＯ_２－ＣＨＲ－、－ＣＨＲ－ＳＯ₂－、－ＣＦ₂Ｏ－、－ＯＣＦ₂－、－ＣＦ₂Ｓ－、－ＳＣＦ₂－、－ＯＣＨＲＣＨＲＯ－、－ＳＣＨＲＣＨＲＳ－、－ＳＯ－ＣＨＲＣＨＲ－ＳＯ－、－ＳＯ₂－ＣＨＲＣＨＲ－ＳＯ₂－、－ＣＨ＝ＣＨ－ＣＯＯ－、－ＣＨ＝ＣＨ－ＯＣＯ－、－ＣＯＯ－ＣＨ＝ＣＨ－、－ＯＣＯ－ＣＨ＝ＣＨ－、－ＣＯＯ－ＣＨＲＣＨＲ－、－ＯＣＯ－ＣＨＲＣＨＲ－、－ＣＨＲＣＨＲ－ＣＯＯ－、－ＣＨＲＣＨＲ－ＯＣＯ－、－ＣＯＯ－ＣＨＲ－、－ＯＣＯ－ＣＨＲ－、－ＣＨＲ－ＣＯＯ－、－ＣＨＲ－ＯＣＯ－、－ＣＲ＝ＣＲ－、－ＣＲ＝Ｎ－、－Ｎ＝ＣＲ－、－Ｎ＝Ｎ－、－ＣＲ＝Ｎ－Ｎ＝ＣＲ－、－ＣＦ＝ＣＦ－またはＣ≡Ｃ－を表す。Ｒは水素原子または炭素原子数１～１０のアルキル基を表す。Ｒが複数存在する場合は、同一であっても異なっていてもよい。Ｚ¹およびＺ²は、それぞれ複数存在する場合は、同一であっても異なっていてもよい。複数存在するＺ³は、同一であっても異なっていてもよい。ただし、Ｓｐ²に連結したＺ³は、単結合を表す。
Ｘ¹およびＸ²は、それぞれ独立に、単結合またはＳ－を表す。複数存在するＸ¹およびＸ²は、それぞれ同一であっても異なっていてもよい。ただし、複数存在するＸ¹および複数存在するＸ²のうち、いずれか少なくとも１つは－Ｓ－を表す。
　ｋは２～４の整数を表す。
　ｍおよびｎは、それぞれ独立に、０～３の整数を表す。複数存在するｍは、同一であっても異なっていてもよい。
　Ａ¹、Ａ²、Ａ³およびＡ⁴は、それぞれ独立に、下記一般式（Ｂ－１）～（Ｂ－７）のいずれかで表される基、または下記一般式（Ｂ－１）～（Ｂ－７）のいずれかで表される基を２つ以上３つ以下連結してなる基を表す。複数存在するＡ²およびＡ³は、それぞれ同一であっても異なっていてもよい。Ａ¹およびＡ⁴は、それぞれ複数存在する場合は、同一であっても異なっていてもよい。

　一般式（Ｂ－１）～（Ｂ－７）中、
　Ｗ¹～Ｗ¹⁸は、それぞれ独立に、ＣＲ¹またはＮを表し、Ｒ¹は水素原子または下記置換基Ｌを表す。
　Ｙ¹～Ｙ⁶は、それぞれ独立に、ＮＲ²、ＯまたはＳを表し、Ｒ²は水素原子または下記置換基Ｌを表す。
　Ｇ¹～Ｇ⁴は、それぞれ独立に、ＣＲ³Ｒ⁴、ＮＲ⁵、ＯまたはＳを表し、Ｒ³～Ｒ⁵は、それぞれ独立に、水素原子または下記置換基Ｌを表す。
　Ｍ¹およびＭ²は、それぞれ独立に、ＣＲ⁶またはＮを表し、Ｒ⁶は水素原子または下記置換基Ｌを表す。
　＊は結合位置を表す。
　置換基Ｌは、炭素原子数１～１０のアルキル基、炭素原子数１～１０のアルコキシ基、炭素原子数１～１０のアルキルアミノ基、炭素原子数１～１０のアルキルチオ基、炭素原子数１～１０のアルカノイル基、炭素原子数１～１０のアルカノイルオキシ基、炭素原子数１～１０のアルカノイルアミノ基、炭素原子数１～１０のアルカノイルチオ基、炭素原子数２～１０のアルキルオキシカルボニル基、炭素原子数２～１０のアルキルアミノカルボニル基、炭素原子数２～１０のアルキルチオカルボニル基、ヒドロキシ基、アミノ基、メルカプト基、カルボキシ基、スルホ基、アミド基、シアノ基、ニトロ基、ハロゲン原子または重合性基である。ただし、置換基Ｌとして記載した上記基が－ＣＨ_２－を有する場合、上記基に含まれる－ＣＨ₂－の少なくとも１つを、－Ｏ－、－ＣＯ－、－ＣＨ＝ＣＨ－またはＣ≡Ｃ－に置き換えてなる基も置換基Ｌに含まれる。また、置換基Ｌとして記載した上記基が水素原子を有する場合、上記基に含まれる水素原子の少なくとも１つを、フッ素原子および重合性基からなる群より選択される少なくとも１つに置き換えてなる基も置換基Ｌに含まれる。

　入射角度が変化した際の回折効率を高く維持するため、液晶化合物の屈折率差Δｎ₅₅₀は０．１５以上が好ましく、０，２以上がより好ましく、０．２５以上がさらに好ましく、０．３以上が最も好ましい。

　また、本発明の液晶回折素子は、光学異方性層の屈折率差Δｎや平均屈折率を面内で変えてもよい。光学異方性層の屈折率差Δｎや平均屈折率を面内で変えることで、入射位置の異なる光に対して、回折効率を、適宜、調節することができる。

　―カイラル剤―
　カイラル剤（キラル剤）は、厚さ方向に液晶化合物を捩じれ配向する、螺旋構造を誘起する機能を有する。カイラル剤は、化合物によって、誘起する螺旋の捩れ方向および／または捩じれの程度（螺旋ピッチ）が異なるため、目的に応じて選択すればよい。
　カイラル剤としては、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）用カイラル剤、１９９頁、日本学術振興会第１４２委員会編、１９８９に記載）、イソソルビド（イソソルビド構造を有するカイラル剤）、および、イソマンニド誘導体等を用いることができる。
　また、カイラル剤は、光の照射によって、戻り異性化、二量化、ならびに、異性化および二量化等を生じて、螺旋誘起力（ＨＴＰ：Helical Twisting Power）が低下するカイラル剤も、好適に利用可能である。

　カイラル剤は、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カイ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。カイラル剤は、重合性基を有していてもよい。カイ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、重合性カイ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、カイ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、重合性カイラル剤が有する重合性基は、重合性液晶化合物が有する重合性基と、同種の基であるのが好ましい。従って、カイラル剤の重合性基も、不飽和重合性基、エポキシ基またはアジリジニル基であるのが好ましく、不飽和重合性基であるのがより好ましく、エチレン性不飽和重合性基であるのがさらに好ましい。
　また、カイラル剤は、液晶化合物であってもよい。

　カイ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反射波長のパターン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２００２－０８０４７８号公報、特開２００２－０８０８５１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、カイラル剤の含有量は、目的とする厚さ方向の螺旋状の捩れ量に応じて、カイラル剤の種類等に応じて、適宜、設定すればよい。

　前述のように、本発明の液晶回折素子において、光学異方性層は、上述のように選択した連続する８０本の暗線において、図５に概念的に示すように、偶数番目の暗線ｅの幅が隣り合う奇数番目の暗線ｏの幅よりも狭く、かつ、奇数番目の暗線ｏの幅が隣り合う偶数番目の暗線ｅの幅よりも広いものである。
　すなわち、上述のように、本発明の液晶回折素子において、光学異方性層は、１周期における液晶化合物の光学軸の回転が一定ではない、非線形の液晶配向パターンを有するものである。

　このような非線形な液晶配向パターンは、光学異方性層を形成する液晶組成物における、液晶化合物の選択、液晶化合物の混合、カイラル剤の選択および添加量の調節、ならびに、レベリング剤の混合等を、適宜、行うことで、形成できる。
　なお、非線形な液晶配向パターンは、通常の線形の液晶配向パターンに対応する配向パターンを有する配向膜に、これらを調節した液晶組成物を塗布、乾燥して、必要に応じて液晶化合物を重合することで、形成できる。また、液晶組成物を塗布した後、必要に応じて、液晶化合物を厚さ方向に螺旋状に配向するために、加熱処理を行ってもよい。

　具体的には、液晶化合物に関しては、液晶化合物の弾性定数に応じて、液晶配向パターンの非線形性を変えることができる。
　より具体的には、スプレイ変形に対する弾性定数Ｋ１１、ツイスト変形に対する弾性定数Ｋ２２、ベンド変形に対する弾性定数Ｋ３３、各弾性定数値のバランスにより液晶配向パターンの非線形性を変えることができる。一例として、Ｋ１１／Ｋ３３またはＫ３３／Ｋ１１の値が大きい場合、あるいは、Ｋ２２／Ｋ１１、および／または、Ｋ２２／Ｋ３３の値が小さい場合等によって、非線形な液晶配向パターンを形成できる。

　また、カイラル剤に関しては、光学異方性層を形成するための液晶組成物にカイラル剤を添加することで、厚さ方向に液晶化合物を捩じれ配向にすることができる。
　厚さ方向に液晶化合物を捩じれ配向にすることにより、上述のＫ１１／Ｋ３３またはＫ３３／Ｋ１１の値が大きい液晶化合物、あるいは、Ｋ２２／Ｋ１１、および／または、Ｋ２２／Ｋ３３の値が小さい液晶化合物と組み合わせることによって、液晶配向パターンの非線形性を変えることができ、非線形な液晶配向パターンを形成できる。

　レベリング剤に関しては、レベリング剤の種類および添加量等によって、液晶化合物を光学異方性層の主面に対し、傾斜（チルト）配向することができる。
　液晶化合物を傾斜配向することにより、上述のＫ１１／Ｋ３３またはＫ３３／Ｋ１１の値が大きい液晶化合物、あるいは、Ｋ２２／Ｋ１１、および／または、Ｋ２２／Ｋ３３の値が小さい液晶化合物と組み合わせることによって、液晶配向パターンの非線形性を変えることができ、非線形な液晶配向パターンを形成できる。

　これらの液晶化合物、カイラル剤およびレベリング剤の選択および調節は、１つのみを行ってもよく、液晶化合物、カイラル剤およびレベリング剤の選択および調節を全て、行ってもよい。

　本発明の液晶回折素子は、各種の部材と組み合わせて、光学素子、光学ユニット、光学モジュール、および、光学装置等として好適に用いられる。

　例えば、本発明の液晶回折素子は、面内の少なくとも一部が曲面であってもよい。
　液晶回折素子が曲面部分を有することにより、例えば、液晶亜季節素子をヘッドマウントディスプレイなどのＶＲ画像表示装置およびＡＲグラス等に用いた際に、視野角の拡張等を図ることができる。また、液晶回折素子が曲面部分を有することにより、色収差を発生しにくくできる。

　ここで、本発明の液晶回折素子において、曲面部分の形成方法には、制限はなく、シート状物の少なくとも一部を曲面形状とする公知の方法が、各種、利用可能であるが、以下の方法が、好ましく例示される。
　すなわち、少なくとも一方が曲面である、対向する主面Ａおよび主面Ｂを有する基材を用意する。主面Ａおよび主面Ｂのうちの曲面を有する主面に本発明の液晶回折素子を貼着する。これにより、基材と、本発明の液晶回折素子とからなり、液晶回折素子を基材の曲面に沿った曲面形状とした光学ユニットが得られる。

　基材には制限はなく、各種の樹脂材料等、液晶回折素子が回折する光を透過する公知の各種の材料からなる基材が利用可能である。なお、基材は、一方の主面が曲面を有し他方の主面が平面でもよく、両主面が曲面を有してもよい。
　基材と液晶回折素子との貼着は、ＯＣＡ（Optical Clear Adhesive）等を用いる公知の方法で行えばよい。液晶回折素子は、主面Ａおよび主面Ｂの一方の主面に貼着しても両主面に貼着してもよい。

　また、本発明の液晶回折素子は、光学異方性層の液晶化合物を固定せず、外部入力手段と組み合わせた光学ユニットとして、光学異方性層の配向状態を変化させるようにしてもよい。
　例えば、外部入力手段によって、光学異方性層の１周期を変化させることにより、上述した、レンズとして作用する同心円状の液晶配向パターンを有する液晶回折素子において、可変焦点のレンズを実現できる。
　外部入力手段としては、液晶層を有する各種の光学装置等において、液晶化合物の配向状態を変更可能な公知の手段が、各種利用可能である。一例として、液晶回折素子を挟む一対の基板と、基板の少なくとも一方に設けられる透明電極とを有する外部入力手段とが例示される。

　また、本発明の液晶回折素子と外部入力手段とを有する光学ユニットは、さらに液晶セルと組み合わせた光学ユニットとしてもよい。この光学ユニットにおいては、液晶セルの駆動手段は、本発明の液晶回折素子の配向状態を変化させる外部入力手段と共用でもよく、別途、液晶セル等の駆動手段を設けてもよい。

　さらに、本発明の液晶回折素子は、円偏光板と組み合わせて光学ユニットとして用いるのも好適である。
　本発明の液晶回折素子と円偏光板とを組み合わせることで、本発明の液晶回折素子に所望の円偏光を入射することが可能になる。また、本発明の液晶回折素子と円偏光板とを組み合わせることで、本発明の液晶回折素子で回折した円偏光を、直線偏光として出射することも可能になる。
　円偏光板には、制限はなく、１／４波長板（λ／４板）等の波長板（位相差板）と、直線偏光子とを組み合わせた円偏光板等、公知の円偏光板が、各種、利用可能である。

　すなわち、本発明の液晶回折素子は、各種の部材と組み合わせて光学ユニットとして利用可能である。
　また、本発明の液晶回折素子および本発明の液晶回折素子を含む光学ユニットは、各種の部材と組み合わせて光学モジュールとして利用可能である。
　さらに、本発明の液晶回折素子、本発明の液晶回折素子を含む光学ユニット、および、本発明の液晶回折素子を含む光学モジュールは、各種の光学装置に利用可能である。
　本発明の液晶回折素子を含む光学装置としては、一例として、ヘッドマウントディスプレイ、ＶＲ表示装置、センサー、および、通信機器等が例示される。

　以上、本発明の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。

　［比較例１］
　市販の液晶レンズ（Ｅｄｍｕｎｄ社製、偏光ディレクトフラットレンズ、＃１４－７７８）を用意した。
　この液晶レンズの光学異方性層は、図７に示すような同心円状のパターンを有することを偏光顕微鏡で確認した。なお、この液晶配向パターンにおいて、液晶化合物の光学軸が１８０°回転する１周期は、中心から約５ｍｍの距離での１周期が４．０μｍ、中心から１０ｍｍの距離での１周期が２．０μｍであり、外方向に向かって周期が短くなる液晶配向パターンであった。

　１周期が最も長い周期から、液晶化合物の光学軸が回転する一方向に５０周期分における平均周期は２５μｍであった。
　平均周期以下の１周期を持つ領域内において、液晶レンズの主面を光学顕微鏡によって、クロスニコル下で観察した。観察は、一方の偏光子の吸収軸が、液晶レンズにおける液晶化合物に由来する光学軸が回転する一方向と平行になるようにして行った。
　この一方向と平行である偏光子の吸収軸を観察方向として、観察される明線および暗線のうち、幅が両隣にある暗線よりも広い暗線を探した。しかしながら、この液晶レンズにおいては、暗線の幅は、ほぼ均一で、幅が両隣にある暗線よりも広い暗線は見つからなかった。
　すなわち、この液晶レンズの光学異方性層は、線形の液晶配向パターンを有することが確認された。

　［比較例２］
　＜液晶回折素子の作製＞
（支持体）
　支持体として、ガラス基板を用意した。

（配向膜の形成）
　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、配向膜を形成した。

　　配向膜形成用塗布液
――――――――――――――――――――――――――――――――
　光配向用素材Ａ　　　　　　　　　　　　　　　　　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Ａ－

（配向膜の露光）
　図１３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、レーザとして波長（３５５ｎｍ）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１０００ｍＪ／ｃｍ²とした。

（光学異方性層の形成）
　　＜第１領域の形成＞
　光学異方性層の第１領域を形成するための液晶組成物として、下記の組成物Ａ－１を調製した。
　　組成物Ａ－１
――――――――――――――――――――――――――――――――
　液晶化合物Ｌ－１　　　　　　　　　　　　　　１００．００質量部
　カイラル剤Ｃ－１　　　　　　　　　　　　　　　　０．３３質量部
　重合開始剤（ＢＡＳＦ製、Ｉｒｇａｃｕｒｅ　ＯＸＥ０１）
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　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　　　　　　　　　　　　１０５０．００質量部
――――――――――――――――――――――――――――――――

　　液晶化合物Ｌ－１

　　カイラル剤Ｃ－１

　　レベリング剤Ｔ－１

　組成物Ａ－１を配向膜Ｐ－１上に多層塗布することにより、光学異方性層の第１領域を形成した。多層塗布とは、先ず配向膜の上に１層目の組成物Ａ－１を塗布、加熱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、同様に加熱後に紫外線硬化を行うことを繰り返すことを指す。

　先ず、１層目は、配向膜Ｐ－１上に下記の組成物Ａ－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、光学異方性層の第１領域を形成した。

　なお、組成物Ａ－１の硬化層の屈折率差Δｎは、組成物Ａ－１を別途に用意したリター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（硬化層）のリタ―デーション値および膜厚を測定して求めた。リタ―デーション値を膜厚で除算することによりΔｎを算出できる。リタ―デーション値はＡｘｏｍｅｔｒｉｘ社製の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。

　第１領域は、最終的に液晶のΔｎ₅₅₀×厚さ（＝Ｒｅ（５５０））が１８０ｎｍであり、かつ、図７に示すような同心円状の液晶配向パターンを有することを偏光顕微鏡で確認した。
　なお、第１領域の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物の光学軸が１８０°回転する１周期は、中心から約５ｍｍの距離での１周期が４．０μｍ、中心から１０ｍｍの距離での１周期が２．０μｍ、中心から２３ｍｍの距離での１周期が１．０μｍであり、外方向に向かって周期が短くなる液晶配向パターンであった。
　また、第１領域において、液晶化合物の厚さ方向のねじれ角は８０°であった。

　以下、特に記載が無い場合には、『Δｎ₅₅₀×厚さ』等の測定は、同様に行った。

　　＜第２領域の形成＞
　カイラル剤Ｃ－１を含まない以外は組成物Ａ－１と同様の組成物Ａ－２を調製した。
　この組成物Ａ－２を用いた以外には、第１領域と同様にして、第１領域の上に光学異方性層の第２領域を形成した。

　第２領域は、最終的に液晶のΔｎ₅₅₀×厚さ（＝Ｒｅ（５５０））が３６５ｎｍであり、かつ、図７に示すような同心円状の液晶配向パターンを有することを偏光顕微鏡で確認した。
　なお、第２領域の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物の光学軸が１８０°回転する１周期は、中心から約５ｍｍの距離での１周期が４．０μｍ、中心から１０ｍｍの距離での１周期が２．０μｍ、中心から２３ｍｍの距離での１周期が１．０μｍであり、外方向に向かって周期が短くなる液晶配向パターンであった。
　また、第２領域において、液晶化合物の厚さ方向のねじれ角は０°であった。

　　＜第３領域の形成＞
　カイラル剤Ｃ－１に変えて、下記のカイラル剤Ｃ－２を用い、かつ、カイラル剤の含有量を０．５４質量部とした以外は、組成物Ａ－１と同様の組成物Ａ－３を調製した。
　この組成物Ａ－３を用いた以外には、第１領域と同様にして、第２領域の上に光学異方性層の第３領域を形成して、第１領域、第２領域および第３領域からなる光学異方性層を有する液晶回折素子を作製した。

　　カイラル剤Ｃ－２

　第３領域は、最終的に液晶のΔｎ₅₅₀×厚さ（＝Ｒｅ（５５０））が１８５ｎｍであり、かつ、図７に示すような同心円状の液晶配向パターンを有することを偏光顕微鏡で確認した。
　なお、第３領域の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物の光学軸が１８０°回転する１周期は、中心から約５ｍｍの距離での１周期が４．０μｍ、中心から１０ｍｍの距離での１周期が２．０μｍ、中心から２３ｍｍの距離での１周期が１．０μｍであり、外方向に向かって周期が短くなる液晶配向パターンであった。すなわち、本例において、各領域の液晶配向パターンは同じであった。
　また、第３領域において、液晶化合物の厚さ方向のねじれ角は－８０°であった。

　光学異方性層の断面をＳＥＭで確認したところ、図１０に示すような明部および暗部が確認された。

　作製した光学異方性層の液晶配向パターンにおいて、１周期が最も長い周期から、液晶化合物の光学軸が回転する一方向に５０周期分における平均周期は２５μｍであった。
　平均周期以下の１周期を持つ領域内において、液晶回折素子の主面を光学顕微鏡によって、クロスニコル下で観察した。観察は、一方の偏光子の吸収軸が、液晶回折素子における液晶化合物の光学軸が回転する一方向と平行になるようにして行った。
　この一方向と平行である偏光子の吸収軸を観察方向として、観察される明線および暗線のうち、幅が両隣にある暗線よりも広い暗線を探した。しかしながら、この液晶回折素子においては、暗線の幅は、ほぼ均一で、幅が両隣にある暗線よりも広い暗線は見つからなかった。
　すなわち、この液晶回折素子の光学異方性層は、線形の液晶配向パターンを有することが確認された。

　［実施例１］
　比較例２と同様にして、ガラス基板上に配向膜を形成し、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。

（光学異方性層の形成）
　　＜第１領域の形成＞
　光学異方性層の第１領域を形成するための液晶組成物として、下記の組成物Ｂ－１を調製した。
　　組成物Ｂ－１
――――――――――――――――――――――――――――――――
　液晶化合物Ｌ－１　　　　　　　　　　　　　　　１０．００質量部
　液晶化合物Ｌ－２　　　　　　　　　　　　　　　９０．００質量部
　カイラル剤Ｃ－１　　　　　　　　　　　　　　　　０．６２質量部
　重合開始剤（ＢＡＳＦ製、Ｉｒｇａｃｕｒｅ　ＯＸＥ０１）
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　１．００質量部
　レベリング剤Ｔ－１　　　　　　　　　　　　　　　０．０２質量部
　レベリング剤Ｔ－２　　　　　　　　　　　　　　　０．０２質量部
　メチルエチルケトン　　　　　　　　　　　　１０５０．００質量部
――――――――――――――――――――――――――――――――

　　液晶化合物Ｌ－２

　　レベリング剤Ｔ－２

　配向膜Ｐ－１上に、組成物Ｂ－１を先と同様に多層塗布することにより、光学異方性層の第１領域を形成した。

　　＜第２領域の形成＞
　カイラル剤Ｃ－１を含まない以外は組成物Ｂ－１と同様の組成物Ｂ－２を調製した。
　この組成物Ｂ－２を用いた以外には、第１領域と同様にして、第１領域の上に光学異方性層の第２領域を形成した。

　　＜第３領域の形成＞
　カイラル剤Ｃ－１に変えて、カイラル剤Ｃ－２を用い、かつ、カイラル剤の含有量を０．５４質量部とした以外は、組成物Ｂ－１と同様の組成物Ｂ－３を調製した。
　この組成物Ｂ－３を用いた以外には、第１領域と同様にして、第２領域の上に光学異方性層の第３領域を形成して、第１領域、第２領域および第３領域からなる光学異方性層を有する液晶回折素子を作製した。

　また、光学異方性層の断面をＳＥＭで確認したところ、図１０に示すような暗部が確認された。

　作製した光学異方性層の液晶配向パターンにおいて、１周期が最も長い周期から、液晶化合物の光学軸が回転する一方向に５０周期分における平均周期は２５μｍであった。
　平均周期以下の１周期を持つ領域内において、液晶回折素子の主面を光学顕微鏡によって、クロスニコル下で観察した。観察は、一方の偏光子の吸収軸が、液晶回折素子における液晶化合物の光学軸が回転する一方向と平行になるようにして行った。
　この一方向と平行である偏光子の吸収軸を観察方向として、観察される明線および暗線のうち、幅が両隣にある暗線よりも広い暗線を任意に選択した。この任意に選択した暗線を１番目として観察方向に連続する８０本の暗線を選択し、各暗線の幅を確認したところ、偶数番目の暗線幅が隣り合う奇数番目の暗線幅よりも狭く、かつ、奇数番目の暗線幅が隣り合う偶数番目の暗線幅よりも広いことが確認された。
　すなわち、この液晶回折素子の光学異方性層は、非線形の液晶配向パターンを有することが確認された。

　［実施例２］
　比較例２と同様にして、ガラス基板上に配向膜を形成し、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。

（光学異方性層の形成）
　　＜第１領域の形成＞
　光学異方性層の第１領域を形成するための液晶組成物として、下記の組成物Ｃ－１を調製した。
　　組成物Ｃ－１
――――――――――――――――――――――――――――――――
　液晶化合物Ｌ－３　　　　　　　　　　　　　　１００．００質量部
　カイラル剤Ｃ－１　　　　　　　　　　　　　　　　０．６２質量部
　重合開始剤（ＢＡＳＦ製、Ｉｒｇａｃｕｒｅ　ＯＸＥ０１）
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　１．００質量部
　レベリング剤Ｔ－１　　　　　　　　　　　　　　　０．０２質量部
　レベリング剤Ｔ－２　　　　　　　　　　　　　　　０．０２質量部
　メチルエチルケトン　　　　　　　　　　　　１０５０．００質量部
――――――――――――――――――――――――――――――――

　　液晶化合物Ｌ－３

　配向膜Ｐ－１上に、組成物Ｃ－１を先と同様に多層塗布することにより、光学異方性層の第１領域を形成した。

　　＜第２領域の形成＞
　カイラル剤Ｃ－１を含まない以外は組成物Ｃ－１と同様の組成物Ｃ－２を調製した。
　この組成物Ｃ－２を用いた以外には、第１領域と同様にして、第１領域の上に光学異方性層の第２領域を形成した。

　第２領域は、最終的に液晶のΔｎ₅₅₀×厚さ（＝Ｒｅ（５５０））が３６５ｎｍであり、かつ、偏光顕微鏡で図７に示すような同心円状の液晶配向パターンを有することを確認した。
　なお、第２領域の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物の光学軸が１８０°回転する１周期は、中心から約５ｍｍの距離での１周期が４．０μｍ、中心から１０ｍｍの距離での１周期が２．０μｍ、中心から２３ｍｍの距離での１周期が１．０μｍであり、外方向に向かって周期が短くなる液晶配向パターンであった。
　また、第２領域において、液晶化合物の厚さ方向のねじれ角は０°であった。

　　＜第３領域の形成＞
　カイラル剤Ｃ－１に変えて、カイラル剤Ｃ－２を用い、かつ、カイラル剤の含有量を０．５４質量部とした以外は、組成物Ｃ－１と同様の組成物Ｃ－３を調製した。
　この組成物Ｃ－３を用いた以外には、第１領域と同様にして、第２領域の上に光学異方性層の第３領域を形成して、第１領域、第２領域および第３領域からなる光学異方性層を有する液晶回折素子を作製した。

　第３領域は、最終的に液晶のΔｎ₅₅₀×厚さ（＝Ｒｅ（５５０））が１８５ｎｍであり、かつ、偏光顕微鏡で図７に示すような同心円状の液晶配向パターンを有することを確認した。
　なお、第３領域の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物の光学軸が１８０°回転する１周期は、中心から約５ｍｍの距離での１周期が４．０μｍ、中心から１０ｍｍの距離での１周期が２．０μｍ、中心から２３ｍｍの距離での１周期が１．０μｍであり、外方向に向かって周期が短くなる液晶配向パターンであった。すなわち、本例において、各領域の液晶配向パターンは同じであった。
　また、第３領域において、液晶化合物の厚さ方向のねじれ角は－８０°であった。

　［比較例３］
　比較例２と同様にして、ガラス基板上に配向膜を形成し、配向膜の露光をおこなった。

（光学異方性層の形成）
　　＜第１領域の形成＞
　比較例２の第２領域の形成において、光学異方性層の膜厚を調整した以外は同様にして、配向膜上に光学異方性層の第１領域を形成した。

　第１領域は、最終的に液晶のΔｎ₅₅₀×厚さ（＝Ｒｅ（５５０））が２７５ｎｍであり、かつ、図７に示すような同心円状の液晶配向パターンを有することを偏光顕微鏡で確認した。
　なお、第１領域の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物の光学軸が１８０°回転する１周期は、中心から約５ｍｍの距離での１周期が４．０μｍ、中心から１０ｍｍの距離での１周期が２．０μｍ、中心から２３ｍｍの距離での１周期が１．０μｍであり、外方向に向かって周期が短くなる液晶配向パターンであった。
　また、第１領域において、液晶化合物の厚さ方向のねじれ角は０°であった。

　光学異方性層の断面をＳＥＭで確認したところ、図１０における中央の第２領域のような明部および暗部が確認された。

　［実施例３］
　実施例１と同様にして、ガラス基板上に配向膜を形成し、配向膜の露光をおこなった。

（光学異方性層の形成）
　　＜第１領域の形成＞
　実施例１の第２領域の形成において、光学異方性層の膜厚を調整した以外は同様にして、配向膜上に光学異方性層の第１領域を形成した。

　また、光学異方性層の断面をＳＥＭで確認したところ、図１０における中央の第２領域のような明部および暗部が確認された。

　［実施例４］
　実施例１と同様にして、ガラス基板上に配向膜を形成し、配向膜の露光をおこなった。

（光学異方性層の形成）
　　＜第１領域の形成＞
　実施例１の第１領域の形成において、組成物Ｂ－１のカイラル剤Ｃ－１の含有量を変更した以外は同様にして、配向膜上に光学異方性層の第１の領域を形成した。

　第１領域は、最終的に液晶のΔｎ₅₅₀×厚さ（＝Ｒｅ（５５０））が１８０ｎｍであり、かつ、図７に示すような同心円状の液晶配向パターンを有することを偏光顕微鏡で確認した。
　なお、第１領域の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物の光学軸が１８０°回転する１周期は、中心から約５ｍｍの距離での１周期が４．０μｍ、中心から１０ｍｍの距離での１周期が２．０μｍ、中心から２３ｍｍの距離での１周期が１．０μｍであり、外方向に向かって周期が短くなる液晶配向パターンであった。
　また、第１領域において、液晶化合物の厚さ方向のねじれ角は８５°であった。

　　＜第２領域の形成＞
　実施例１の第１領域の形成において、組成物Ｂ－１のカイラル剤Ｃ－１の含有量を変更し、膜厚を変更した以外は同様にして、第１領域の上に光学異方性層の第２領域を形成した。

　第２領域は、最終的に液晶のΔｎ₅₅₀×厚さ（＝Ｒｅ（５５０））が３６５ｎｍであり、かつ、図７に示すような同心円状の液晶配向パターンを有することを偏光顕微鏡で確認した。
　なお、第２領域の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物の光学軸が１８０°回転する１周期は、中心から約５ｍｍの距離での１周期が４．０μｍ、中心から１０ｍｍの距離での１周期が２．０μｍ、中心から２３ｍｍの距離での１周期が１．０μｍであり、外方向に向かって周期が短くなる液晶配向パターンであった。
　また、第２領域において、液晶化合物の厚さ方向のねじれ角は１３°であった。

　　＜第３領域の形成＞
　実施例１の第３領域の形成において、組成物Ｂ－３のカイラル剤Ｃ－２の含有量を変更した以外は同様にして、第２領域の上に光学異方性層の第３領域を形成して、第１領域、第２領域および第３領域からなる光学異方性層を有する液晶回折素子を作製した。

　第３領域は、最終的に液晶のΔｎ₅₅₀×厚さ（＝Ｒｅ（５５０））が１８５ｎｍであり、かつ、図７に示すような同心円状の液晶配向パターンを有することを偏光顕微鏡で確認した。
　なお、第３領域の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物の光学軸が１８０°回転する１周期は、中心から約５ｍｍの距離での１周期が４．０μｍ、中心から１０ｍｍの距離での１周期が２．０μｍ、中心から２３ｍｍの距離での１周期が１．０μｍであり、外方向に向かって周期が短くなる液晶配向パターンであった。すなわち、本例において、各領域の液晶配向パターンは同じであった。
　また、第３領域において、液晶化合物の厚さ方向のねじれ角は－７３°であった。

　また、光学異方性層の断面をＳＥＭで確認したところ、暗部と明部のパターンが確認された。

　［評価］
＜０次光のカット能力＞
　比較例１の液晶レンズおよび作製した液晶回折素子の中心から約５ｍｍの位置に、正面（法線に対する角度０°の方向）から、楕円率εｉｎが０．９５以上（０．９９）の右回りの偏光、および、楕円率εｉｎが０．９５以上（０．９９）の左回りの偏光をそれぞれ入射し、入射光の光強度、および出射光のうち、偏光回折素子からの０次光の光強度を光検出器で測定し、０次光の光量（入射光の光量を１とした時の０次光の光量）を下記式で算出した。
　　０次光の光量（Ａ）＝０次光の光強度／入射光の光強度

　上記の楕円率εｉｎが０．９５以上（０．９９）の右回りの偏光、および、楕円率εｉｎが０．９５以上（０．９９）の左回りの偏光をそれぞれ入射した場合の０次光の光量の平均値（０次ＬＬ(Ａ)）を算出した。

　次いで、上述の評価において、比較例１の液晶レンズおよび作製した液晶回折素子の下流に、円偏光板（λ／４板：Ｔｈоｒｌａｂｓ社ＷＰＱＳＭ０５－５３２、直線偏光板：シグマ光機社製ＳＰＦ－５０Ｃ－３２）を０次光の正面（法線に対する角度０°の方向）に配置した。このとき、円偏光板は、左円偏光を透過し、右円偏光を吸収する配置とした。楕円率εｉｎが０．９５以上（０．９９）の右回りの偏光、および、楕円率εｉｎが０．９５以上（０．９９）の左回りの偏光をそれぞれ入射し、入射光の光強度、および円偏光板から出射した０次光の光強度を光検出器で測定し、０次光の光量を下記式で算出した。
　０次光の光量（Ｂ）＝０次光の光強度／入射光の光強度

　上記の楕円率εｉｎが０．９５以上（０．９９）の右回りの偏光、および、楕円率εｉｎが０．９５以上（０．９９）の左回りの偏光をそれぞれ入射した場合の０次光の光量の平均値（０次ＬＬ(Ｂ)）を算出した。

　円偏光板がない場合の０次ＬＬ(Ａ)と円偏光板がある場合の０次ＬＬ(Ｂ)とを比較した。その結果、比較例１、比較例２に対し、実施例１、実施例２、実施例４は円偏光板での０次光のカット能力が高く、円偏光板からの０次光の光漏れを抑制することができた。同様に、比較例３に対し、実施例３も円偏光板での０次光のカット能力が高かった。

　比較例１の液晶レンズおよび作製した液晶回折素子の中心から約１０ｍｍの位置でも同様にして、０次光の光漏れの評価を行った。
　円偏光板がない場合の０次ＬＬ(Ａ)と円偏光板がある場合の０次ＬＬ(Ｂ)とを比較した。その結果、比較例１、比較例２に対し、実施例１、実施例２、実施例４は円偏光板での０次光のカット能力が高く、円偏光板からの０次光の光漏れを抑制することができた。同様に、比較例３に対し、実施例３も円偏光板での０次光のカット能力が高かった。

　作製した液晶回折素子の中心から約２３ｍｍの位置でも同様にして、０次光の光漏れの評価を行った。
　円偏光板がない場合の０次ＬＬ(Ａ)と円偏光板がある場合の０次ＬＬ(Ｂ)とを比較した。その結果、比較例２に対し、実施例１、実施例２、実施例４は円偏光板での０次光のカット能力が高く、円偏光板からの０次光の光漏れを抑制することができた。実施例４は、実施例１よりも円偏光板での０次光のカット能力が高かった。

　また、実施例２で作製した偏光回折素子は、素子の中心から５ｍｍ、１０ｍｍ、２３ｍｍと光の入射位置を変更したときに、光の入射位置によって０次光の偏光状態が変化し、入射偏光と０次光の楕円率差εｉｎ－ε０が変化していた。また、右回りの偏光を入射したときの入射光と０次光の楕円率の差分Δε（ＲＨ）と、左回りの偏光を入射したときの入射光と０次光の楕円率の差分Δε（ＬＨ）の差分の絶対値Ａｂｓ（Δε（ＬＨ）－Δε（ＲＨ））が、光の入射位置が、素子の中心から離れる（５ｍｍ→１０ｍｍ→２３ｍｍ）に従い、大きくなっており、各々の光の入射位置において、円偏光板がない場合の０次ＬＬ(Ａ)と円偏光板がある場合の０次ＬＬ(Ｂ)とを比較したとき、円偏光板での０次光のカット能力が高くなった。

　また、実施例４で作製した液晶回折素子は、素子の中心から５ｍｍ、１０ｍｍ、２３ｍｍと光の入射位置を変更したときに、光の入射位置によって０次光の偏光状態が変化し、入射偏光と０次光の楕円率差εｉｎ－ε０が変化していた。また、右回りの偏光を入射したときの入射光と０次光の楕円率の差分Δε（ＲＨ）と、左回りの偏光を入射したときの入射光と０次光の楕円率の差分Δε（ＬＨ）の差分の絶対値Ａｂｓ（Δε（ＬＨ）－Δε（ＲＨ））が、光の入射位置が、素子の中心から離れる（５ｍｍ→１０ｍｍ→２３ｍｍ）に従い、大きくなっており、各々の光の入射位置において、円偏光板がない場合の０次ＬＬ(Ａ)と円偏光板がある場合の０次ＬＬ(Ｂ)とを比較したとき、円偏光板での０次光のカット能力が高くなった。実施例４は、実施例２に対し、素子の入射位置が１０ｍｍ→２３ｍｍになったときの、Ａｂｓ（Δε（ＬＨ）－Δε（ＲＨ））の変化、および、円偏光板での０次光のカット能力の変化が大きく、２３ｍｍにおける円偏光板での０次光のカット能力が高かった。

＜液晶配向パターン＞
　実施例１～４の液晶回折素子、ならびに、比較例１の液晶レンズおよび比較例２～３の液晶回折素子を光学顕微鏡で観察して、観察画像を撮影した。
　得られた８ビット（２５６階調）の撮影画像において、最も明るい階調と最も暗い階調の平均値を閾値として画像の二値化を行い、先と同様に連続する８０本の暗線の幅を測定した。
　下記式
［奇数番目の暗線幅の平均］－［偶数番目の暗線幅の平均］＞
　　　　（［奇数番目の暗線幅の標準偏差］＋［偶数番目の暗線幅の標準偏差］）／２
　を満たすものをＡ、満たさないものをＢとした
　その結果、実施例１～４は全てＡ、比較例１～３は全てＢであった。
　以上の結果より、本発明の効果は明らかである。

　ヘッドマウントディスプレイおよび仮想現実表示装置などの光学装置等の各種の装置に好適に利用可能である。

　１０　液晶回折素子
　３０　支持体
　３２　配向膜
　３６，３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃ，３６Ｓ，３６Ｚ　光学異方性層
　４０　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　ビームスプリッター
　７０Ａ，７０Ｂ，９０Ａ，９０Ｂ　ミラー
　７２Ａ，７２Ｂ, ９６　λ／４板
　８６，９４　偏光ビームスプリッター
　９２　レンズ
　ｏ　暗線（奇数番目）
　ｅ　暗線（偶数番目）
　Λ　１周期
　Ｄ　配列軸
　Ｒ　領域
　Ｍ　レーザ光
　ＭＡ，ＭＢ　光線
　ＭＰ　Ｐ偏光
　ＭＳ　Ｓ偏光
　Ｐ_O　直線偏光
　Ｐ_R　右円偏光
　Ｐ_L　左円偏光
　α　交差角
　Ｌ₁，Ｌ₄　入射光
　Ｌ₂，Ｌ₅　透過光

Claims

　液晶化合物を含む液晶組成物を用いて形成された光学異方性層を備える液晶回折素子であって、
　前記光学異方性層は、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、
　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周期とし、前記１周期の長さが最も長い周期から前記一方向に沿って、５０周期分における平均周期をΛａとして、前記平均周期Λａ以下の１周期を持つ領域内において前記光学異方性層の主面を光学顕微鏡によってクロスニコル下で観察し、
　前記クロスニコルを構成する偏光子の吸収軸と前記一方向とが平行となるように前記光学異方性層を配置し、前記一方向と平行である前記偏光子の吸収軸を観察方向として、観察される明線および暗線のうち、幅が両隣の暗線よりも広い暗線を任意に選択し、前記任意に選択した暗線を１番目として前記観察方向に連続する８０本の暗線を選択した際に、
　前記選択した連続する８０本の暗線において、偶数番目の暗線幅が隣り合う奇数番目の暗線幅よりも狭く、かつ、奇数番目の暗線幅が隣り合う偶数番目の暗線幅よりも広い、液晶回折素子。
　前記選択した連続する８０本の暗線が、下記式を満たす、請求項１に記載の液晶回折素子。
［奇数番目の暗線幅の平均］－［偶数番目の暗線幅の平均］＞
　　　　（［奇数番目の暗線幅の標準偏差］＋［偶数番目の暗線幅の標準偏差］）／２
　前記液晶配向パターンが、前記液晶化合物由来の光学軸の向きが連続的に回転しながら変化する一方向を、内側から外側に向かう同心円状に有する、同心円状のパターンである、請求項１または２に記載の液晶回折素子。