JP7229275B2 - コレステリック液晶層およびコレステリック液晶層の形成方法、ならびに、積層体、導光素子および画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、コレステリック液晶層、および、このコレステリック液晶層を好適に形成できるコレステリック液晶層の形成方法、ならびに、このコレステリック液晶層を用いる積層体および導光素子、この導光素子を用いる画像表示装置に関する。

ＡＲ（Augmented Reality（拡張現実））グラスが実用化されている。ＡＲグラスは、スマートグラス、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ（Head Mounted Display））、および、ＡＲメガネ等とも呼ばれている。
ＡＲグラスでは、一例として、回折素子を用いて、ディスプレイからの光（投影光）を回折（屈折）させて導光板の一方の端部に入射する。これにより、角度を付けて導光板に光を導入して、導光板内で光を全反射して伝播させる。導光板を伝播した光は、導光板の他方の端部において同じく回折素子によって回折されて、導光板から、使用者による観察位置に出射される。

ＡＲグラスに利用される、導光板に角度をつけて光を入射させる回折素子の一例として、特許文献１に記載される、コレステリック液晶相を固定してなるコレステリック液晶層を用いる反射構造体が例示される。
この反射構造体は、各々が所定方向に沿って延びる複数の螺旋状構造体を備えている。また、この反射構造体は、所定方向に交差すると共に、光が入射する第１入射面と、この所定方向に交差すると共に、第１入射面から入射した光を反射する反射面とを有し、第１入射面は、複数の螺旋状構造体のそれぞれの両端部のうちの一方端部を含む。また、複数の螺旋状構造体の各々は、所定方向に沿って連なる複数の構造単位を含み、この複数の構造単位は、螺旋状に旋回して積み重ねられた複数の要素を含む。また、複数の構造単位の各々は、第１端部と第２端部とを有し、所定方向に沿って互いに隣接する構造単位のうち、一方の構造単位の第２端部は、他方の構造単位の第１端部を構成し、かつ、複数の螺旋状構造体に含まれる複数の第１端部に位置する要素の配向方向は揃っている。さらに、反射面は、複数の螺旋状構造体のそれぞれに含まれる少なくとも１つの第１端部を含むものであり、かつ、第１入射面に対して非平行となっている。

特許文献１に記載される反射構造体（コレステリック液晶層）は、要するに、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ものである。特許文献１に記載されるコレステリック液晶層は、このような液晶配向パターンを有することにより、第１入射面に対して、非平行な反射面を有する。
一般的なコレステリック液晶層は、入射した光を鏡面反射する。
これに対して、特許文献１に記載される反射構造体は、鏡面反射ではなく、入射した光を、鏡面反射に対して所定の方向に角度を持たせて反射する。例えば、特許文献１に記載されるコレステリック液晶層によれば、法線方向から入射した光を、法線方向に反射するのではなく、法線方向に対して角度を有して反射する。
従って、この光学素子を用いることで、ディスプレイによる画像を回折させて、角度を付けて導光板に光を導入して、導光板内で光を導光できる。

国際公開第２０１６／０６６２１９号

特許文献１に記載されるコレステリック液晶層を用いる反射構造体によれば、コレステリック液晶層によって入射した円偏光を回折して、入射方向に対して、円偏光を傾けて反射できる。
しかしながら、特許文献１に記載されるコレステリック液晶層は、回折効率が十分ではなく、例えば、入射光に対して反射光の光量が低下してしまう等の問題がある。

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、入射した光を高い回折効率で回折できるコレステリック液晶層、および、このコレステリック液晶層を好適に形成できるコレステリック液晶層の形成方法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］ コレステリック液晶相を固定してなるコレステリック液晶層であって、
コレステリック液晶層は、液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有し、かつ、
走査型電子顕微鏡によって観察されるコレステリック液晶層の断面において、コレステリック液晶相に由来する明部および暗部が、コレステリック液晶層の主面に対して傾斜しており、さらに、
法線方向および法線に対して傾斜した方向から面内レタデーションを測定した際に、遅相軸面内および進相軸面内のいずれかにおいて、面内レタデーションが最小となる方向が法線と成す角度である測定角をθ２としたときに、
ｓｉｎθ２＝ｎ・ｓｉｎφ（ｎはコレステリック液晶層の平均屈折率）
で表される光学軸傾斜角φの絶対値が５°以上であることを特徴とするコレステリック液晶層。
［２］ 光学軸傾斜角φが１５°以上である、［１］に記載のコレステリック液晶層。
［３］ コレステリック液晶層の主面と、コレステリック液晶層の断面の明部および暗部とが成す角度を傾斜角θ１とした際に、光学軸傾斜角φから傾斜角θ１を減算した値の絶対値が、５°以下である、［１］または［２］に記載のコレステリック液晶層。
［４］ コレステリック液晶層の厚さをｄ、面内レタデーションの最小値をＲｅ［φ］とした際に、下記の式
Δｎ´（φ）＝Ｒｅ［φ］／（ｄ・ｃｏｓφ）
で示す屈折率異方性Δｎ´（φ）が０．００３以上である、［１］～［３］のいずれかに記載のコレステリック液晶層。
［５］ 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方向に１８０°回転する長さを１周期Λとした際に、１周期Λが１．６μｍ以下である、［１］～［４］のいずれかに記載のコレステリック液晶層。
［６］ コレステリック液晶層の断面における明部と暗部との形成周期が、厚さ方向の位置によって異なる領域を有する、［１］～［５］のいずれかに記載のコレステリック液晶層。
［７］ 傾斜角θ１が、厚さ方向の位置によって異なる領域を有する、［３］～［６］のいずれかに記載のコレステリック液晶層。
［８］ 厚さ方向の一方向に向かって、傾斜角θ１が連続的に増大する領域を有する、［７］に記載のコレステリック液晶層。
［９］ 傾斜角θ１の厚さ方向における最大値と最小値の差が、１０°以上であることを特徴とする、［７］または［８］に記載のコレステリック液晶層。
「１０」 厚さ方向の一方向に向かって傾斜角θ１が連続的に増大する領域と、同方向に向かって傾斜角θ１が連続的に減少する領域とを有する、［７］～［９］のいずれかに記載のコレステリック液晶層。
［１１］ 液晶化合物由来の光学軸の向きを、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させる配向パターンを有する配向膜に、液晶化合物およびキラル剤を含有する液晶組成物を塗布し、
液晶組成物を、液晶化合物の結晶相－ネマチック相転移温度～ネマチック相－等方相転移温度の温度範囲内の温度Ｔ１で加熱処理する加熱工程を行い、
液晶組成物の温度を『Ｔ１－２０℃』以上の温度に保ったまま、液晶組成物を露光する露光工程を行うことを特徴とする、コレステリック液晶層の形成方法。
［１２］ 配向膜の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１８０°回転する長さを１周期Λ、配向膜に塗布した液晶組成物の塗膜の厚さをｄｃとした際に、『ｄｃ＞Λ／２』を満たす、［１１］に記載のコレステリック液晶層の形成方法。
［１３］ 露光工程として、加熱工程後に第１露光工程を行った後、第１露光工程とは異なる波長の光を照射する第２露光工程を行う、［１１］または［１２］に記載のコレステリック液晶層の形成方法。
［１４］ キラル剤が、光の照射によって螺旋誘起力が低下するキラル剤である、［１１］～［１３］のいずれかに記載のコレステリック液晶層の形成方法。
［１５］ キラル剤が、イソソルビド構造を有する、［１１］～［１４］のいずれかに記載のコレステリック液晶層の形成方法。
［１６］ キラル剤が、ビナフチル構造を有する、［１１］～［１４］のいずれかに記載のコレステリック液晶層の形成方法。
［１７］ ［１］～［１０］のいずれかに記載のコレステリック液晶層を複数有し、
複数のコレステリック液晶層は走査型電子顕微鏡によって観察されるコレステリック液晶層の断面における明部と暗部との形成周期が異なる積層体。
［１８］ ［１］～［１０］のいずれかに記載のコレステリック液晶層を複数有し、
複数のコレステリック液晶層は、液晶配向パターンにおける光学軸の向きが面内方向に１８０°回転する長さである１周期Λが異なる積層体。
［１９］ ［１］～［１０］のいずれかに記載のコレステリック液晶層を複数有し、
複数のコレステリック液晶層は、コレステリック液晶層の断面における明部と暗部との形成周期が異なり、かつ、液晶配向パターンにおける面内方向の１周期が異なり、断面における明部と暗部との形成周期の長さの順列と、面内方向の１周期の長さの順列とが一致している積層体。
［２０］ 導光板と、
導光板に設けられる、［１］～［１０］のいずれかに記載のコレステリック液晶層、および、［１７］～［１９］のいずれかに記載の積層体の少なくとも１つと、を有する導光素子。
［２１］ 導光板と、
導光板に設けられる［１］～［１０］のいずれかに記載の第１コレステリック液晶層、第２コレステリック液晶層および第３コレステリック液晶層とを有する、導光素子であって、
第１コレステリック液晶層の液晶配向パターンにおける面内方向の１周期をΛ１、第２コレステリック液晶層の液晶配向パターンにおける面内方向の１周期をΛ２、第３コレステリック液晶層の液晶配向パターンにおける面内方向の１周期をΛ３としたときに、
Λ１＜Λ２＜Λ３
を満たす導光素子。
［２２］ 第１導光板と第２導光板を有し、
第１導光板に設けられる［１］～［１０］のいずれかに記載の第１コレステリック液晶層と第３コレステリック液晶層とを有する第１導光素子と、
第２導光板に設けられる［１］～［１０］のいずれかに記載の第２コレステリック液晶層と、を有する、第２導光素子からなる導光素子であって、
第１コレステリック液晶層の液晶配向パターンにおける面内方向の１周期をΛ１、第２コレステリック液晶層の液晶配向パターンにおける面内方向の１周期をΛ２、第３コレステリック液晶層の液晶配向パターンにおける面内方向の１周期をΛ３としたときに、
Λ１＜Λ２＜Λ３
を満たす導光素子。
［２３］ 第１コレステリック液晶層の断面における明部と暗部との形成周期をＰ１、第２コレステリック液晶層の断面における明部と暗部との形成周期をＰ２、第３コレステリック液晶層の断面における明部と暗部との形成周期をＰ３としたときに、
Ｐ１＜Ｐ２＜Ｐ３
を満たす、［２１］または［２２］に記載の導光素子。
［２４］ 導光板に設けられるコレステリック液晶層が、入射回折素子、および出射回折素子として作用するようにそれぞれ配置されている、［２０］～［２３］のいずれかに記載の導光素子。
［２５］ 導光板に設けられるコレステリック液晶層が、入射回折素子、中間回折素子、および出射回折素子として作用するようにそれぞれ配置されている、［２０］～［２３］のいずれかに記載の導光素子。
［２６］ ［２０］～［２５］のいずれかに記載の導光素子と、導光素子のコレステリック液晶層に画像を照射する表示素子とを有する画像表示装置。
［２７］ 表示素子が、円偏光を照射する［２６］に記載の画像表示装置。

本発明のコレステリック液晶層は、入射した光を高い回折効率で屈折して導光板等に入射できる。また、本発明のコレステリック液晶層の形成方法によれば、本発明のコレステリック液晶層を好適に形成できる。

図１は、本発明のコレステリック液晶層を利用する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に示すコレステリック液晶層の平面図である。 図３は、図１にコレステリック液晶層の断面ＳＥＭ画像を概念的に示す図である。 図４は、面内レタデーションの測定方法を説明するための概念図である。 図５は、測定角と面内レタデーションとの関係の一例を示すグラフである。 図６は、従来のコレステリック液晶層を概念的に示す図である。 図７は、配向膜を露光する露光装置の一例の概念図である。 図８は、回折効率の測定方法を概念的に示す図である。 図９は、本発明のコレステリック液晶層を利用するＡＲグラスの一例を概念的に示す図である。 図１０は、本発明のコレステリック液晶層を利用するＡＲグラスの別の例を概念的に示す図である。 図１１は、本発明のコレステリック液晶層を利用するＡＲグラスの別の例を概念的に示す図である。 図１２は、本発明のコレステリック液晶層を利用するＡＲグラスの別の例を概念的に示す図である。 図１３は、本発明のコレステリック液晶層を利用するＡＲグラスの別の例を概念的に示す図である。 図１４は、本発明のコレステリック液晶層を利用するＡＲグラスの別の例を概念的に示す図である。 図１５は、本発明のコレステリック液晶層を利用するヘッドアップディスプレイを概念的に示す図である。

以下、本発明のコレステリック液晶層、および、コレステリック液晶層の形成方法について、添付の図面に示される好適実施例を基に詳細に説明する。

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

本発明において、Ｒｅ（λ）は、波長λにおける面内のレタデーションを表す。特に記載がないときは、波長λは、５５０ｎｍとする。
本発明において、Ｒｅ（λ）は、Ａｘｏｍｅｔｒｉｃｓ社製の偏光位相差解析装置ＡｘｏＳｃａｎにおいて、波長λで測定した値である。ＡｘｏＳｃａｎに平均屈折率（（ｎｘ＋ｎｙ＋ｎｚ）／３）と膜厚（ｄ（μｍ））を入力することにより、
遅相軸方向（°）
Ｒｅ（λ）＝Ｒ０（λ）
が算出される。
なお、Ｒ０（λ）は、ＡｘｏＳｃａｎで算出される数値として表示されるものであるが、Ｒｅ（λ）を意味している。
本発明において、屈折率ｎｘ、ｎｙ、および、ｎｚは、アッベ屈折率（ＮＡＲ－４Ｔ、アタゴ社製）を使用し、光源にナトリウムランプ（λ＝５８９ｎｍ）を用いて測定する。また、波長依存性を測定する場合は、多波長アッベ屈折計（アタゴ社製、ＤＲ－Ｍ２）にて、干渉フィルタとの組み合わせで測定できる。
また、ポリマーハンドブック（ＪＯＨＮ ＷＩＬＥＹ＆ＳＯＮＳ，ＩＮＣ）、および、各種光学フィルムのカタログの値を使用できる。主な光学フィルムの平均屈折率の値を以下に例示する：セルロースアシレート（１．４８）、シクロオレフィンポリマー（１．５２）、ポリカーボネート（１．５９）、ポリメチルメタクリレート（１．４９）、および、ポリスチレン（１．５９）。

図１に、本発明のコレステリック液晶層を利用する液晶回折素子の一を概念的に示す。
図１に示す液晶回折素子１０は、支持体１２と、配向膜１４と、コレステリック液晶層１６とを有する。
コレステリック液晶層１６は、コレステリック液晶相を固定してなるものであり、本発明のコレステリック液晶層である。本発明において、コレステリック液晶層１６は、液晶化合物４０に由来の光学軸４０Ａの向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有する（図２参照）。
また、コレステリック液晶層１６は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）で観察した断面において、コレステリック液晶相に由来する明部および暗部が、主面に対して傾斜している（図３参照）。なお、主面とは、シート状物（フィルム、板状物）の最大面である。
さらに、コレステリック液晶層１６は、法線方向および法線に対して傾斜した方向から面内レタデーションＲｅを測定した際に、遅相軸面内および進相軸面内のいずれかにおいて、面内レタデーションＲｅが最小となる方向が法線と成す測定角θ２の絶対値が５°以上である。なお、法線方向とは、主面に対して直交する方向である。
本発明のコレステリック液晶層は、このような構成を有することにより、従来のコレステリック液晶層に比して、高い回折効率で光を反射できる。

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

支持体１２は、配向膜１４およびコレステリック液晶層１６を支持できるものであれば、各種のシート状物が利用可能である。
なお、支持体１２は、対応する光に対する透過率が５０％以上であるのが好ましく、７０％以上であるのがより好ましく、８５％以上であるのがさらに好ましい。

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

支持体１２は単層であっても、多層であってもよい。
単層である場合の支持体１２としては、ガラス、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、アクリル、および、ポリオレフィン等からなる支持体１２が例示される。多層である場合の支持体１２の例としては、前述の単層の支持体のいずれか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＞
液晶回折素子１０において、支持体１２の表面には配向膜１４が形成される。
配向膜１４は、コレステリック液晶層１６を形成する際に、液晶化合物４０を所定の液晶配向パターンに配向するための配向膜１４である。
後述するが、本発明のコレステリック液晶層１６は、液晶化合物４０に由来する光学軸４０Ａ（図２参照）の向きが、面内の一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有する。従って、配向膜１４は、コレステリック液晶層１６が、この液晶配向パターンを形成できるように、形成される。
以下の説明では、『光学軸４０Ａの向きが回転』を単に『光学軸４０Ａが回転』とも言う。

配向膜１４は、公知の各種のものが利用可能である。
例えば、ポリマー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１４は、ポリマー層の表面を紙または布で一定方向に数回こすることにより形成できる。
配向膜１４に使用する材料としては、ポリイミド、ポリビニルアルコール、特開平９－１５２５０９号公報に記載された重合性基を有するポリマー、ならびに、特開２００５－９７３７７号公報、特開２００５－９９２２８号公報および特開２００５－１２８５０３号公報に記載された配向膜等の形成に用いられる材料が好ましい。

本発明のコレステリック液晶層１６を形成するための配向膜１４は、光配向性の素材に偏光または非偏光を照射して配向膜１４とした、いわゆる光配向膜が好適に利用される。すなわち、本発明においては、配向膜１４として、支持体１２上に、光配向材料を塗布して形成した光配向膜が、好適に利用される。
偏光の照射は、光配向膜に対して、垂直方向または斜め方向から行うことができ、非偏光の照射は、光配向膜に対して、斜め方向から行うことができる。

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

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

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

図７に、配向膜１４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７に示す露光装置６０は、レーザー６２を備えた光源６４と、レーザー６２が出射したレーザー光Ｍの偏光方向を変えるλ／２板６５と、レーザー６２が出射したレーザー光Ｍを光線ＭＡおよびＭＢの２つに分離する偏光ビームスプリッター６８と、分離された２つの光線ＭＡおよびＭＢの光路上にそれぞれ配置されたミラー７０Ａおよび７０Ｂと、λ／４板７２Ａおよび７２Ｂと、を備える。
なお、光源６４は直線偏光Ｐ₀を出射する。λ／４板７２Ａおよび７２Ｂは、互いに平行な光学軸を備えている。λ／４板７２Ａは、直線偏光Ｐ₀（光線ＭＡ）を右円偏光Ｐ_Rに、λ／４板７２Ｂは直線偏光Ｐ₀（光線ＭＢ）を左円偏光Ｐ_Lに、それぞれ変換する。

配向パターンを形成される前の配向膜１４を有する支持体１２が露光部に配置され、２つの光線ＭＡと光線ＭＢとを配向膜１４上において交差させて干渉させ、その干渉光を配向膜１４に照射して露光する。
この際の干渉により、配向膜１４に照射される光の偏光状態が干渉縞状に周期的に変化するものとなる。これにより、配向膜１４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。
露光装置６０においては、２つの光線ＭＡおよびＭＢの交差角αを変化させることにより、配向パターンの周期を調節できる。すなわち、露光装置６０においては、交差角αを調節することにより、液晶化合物４０に由来する光学軸４０Ａが一方向に向かって連続的に回転する配向パターンにおいて、光学軸４０Ａが回転する１方向における、光学軸４０Ａが１８０°回転する１周期の長さを調節できる。
このような配向状態が周期的に変化した配向パターンを有する配向膜１４上に、コレステリック液晶層を形成することにより、後述するように、液晶化合物４０に由来する光学軸４０Ａが一方向に向かって連続的に回転する液晶配向パターンを有する、コレステリック液晶層を形成できる。
また、λ／４板７２Ａおよび７２Ｂの光学軸を、それぞれ、９０°回転することにより、光学軸４０Ａの回転方向を逆にすることができる。

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

＜コレステリック液晶層＞
液晶回折素子１０において、配向膜１４の表面には、コレステリック液晶層１６が形成される。
コレステリック液晶層１６は、コレステリック液晶相を固定してなるものである。すなわち、コレステリック液晶層１６は、コレステリック構造を有する液晶化合物４０（液晶材料）からなる層である。
コレステリック液晶層１６は、本発明のコレステリック液晶層である。

コレステリック液晶相は、液晶化合物４０が螺旋状に旋回して積み重ねられた螺旋構造を有し、液晶化合物４０が螺旋状に１回転（３６０°回転）して積み重ねられた構成を螺旋１ピッチとして、螺旋状に旋回する液晶化合物４０が、複数ピッチ、積層された構造を有する。すなわち、螺旋１ピッチとは、図１に示すピッチＰである。
螺旋１ピッチとは、言い換えれば、螺旋の巻き数１回分の長さであり、すなわち、コレステリック液晶相を構成する液晶化合物のダイレクターが３６０°回転する螺旋軸方向の長さである。液晶化合物のダイレクターは、例えば、棒状液晶であれば長軸方向と一致する。

ここで、コレステリック液晶層は、ＳＥＭで観察した断面において、コレステリック液晶相に由来して、明部（明線）と暗部（暗線）との縞模様が観察される。すなわち、コレステリック液晶層の断面では、厚さ方向に明部と暗部とを交互に積層した層状構造が観察される。
コレステリック液晶相では、明部と暗部の繰り返し２回分が、螺旋１ピッチに相当する。明部と暗部の繰り返し２回分とは、暗部（明部）３つ、および、明部（暗部）２つ分である（図３参照）。このことから、コレステリック液晶層すなわち反射層の螺旋１ピッチ（ピッチＰ）は、ＳＥＭ断面図から測定することができる。

＜＜コレステリック液晶相＞＞
コレステリック液晶相は、特定の波長において選択反射性を示すことが知られている。
一般的なコレステリック液晶相において、選択反射の中心波長（選択反射中心波長）λは、コレステリック液晶相における螺旋１ピッチの長さに依存し、コレステリック液晶相の平均屈折率ｎとλ＝ｎ×Ｐの関係に従う。そのため、螺旋ピッチを調節することによって、選択反射中心波長を調節することができる。なお、コレステリック液晶相における螺旋１ピッチの長さは、図１および図３におけるピッチＰである。
コレステリック液晶相の選択反射中心波長は、ピッチＰが長いほど、長波長になる。

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

コレステリック液晶相は、特定の波長において左右いずれかの円偏光に対して選択反射性を示す。反射光が右円偏光であるか左円偏光であるかは、コレステリック液晶相の螺旋の捩れ方向（センス）による。コレステリック液晶相による円偏光の選択反射は、コレステリック液晶層の螺旋の捩れ方向が右の場合は右円偏光を反射し、螺旋の捩れ方向が左の場合は左円偏光を反射する。
図１に示すコレステリック液晶層１６は、螺旋の捩れ方向が右であるので、選択的な波長帯域において、右円偏光を反射する。
なお、コレステリック液晶相の旋回の方向は、コレステリック液晶層を形成する液晶化合物の種類および／または添加されるキラル剤の種類によって調節できる。

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

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

図２に、コレステリック液晶層１６の平面図を概念的に示す。
なお、平面図とは、図１において、コレステリック液晶層１６（液晶回折素子１０）を上方から見た図であり、すなわち、液晶回折素子１０を厚さ方向から見た図である。液晶回折素子１０を厚さ方向は、言い換えれば、各層（膜）の積層方向である。
また、図２では、本発明のコレステリック液晶層１６の構成を明確に示すために、液晶化合物４０は配向膜１４の表面の液晶化合物４０のみを示している。

図２に示すように、配向膜１４の表面において、コレステリック液晶層１６を構成する液晶化合物４０は、下層の配向膜１４に形成された配向パターンに応じて、矢印Ｘで示す所定の一方向、および、この一方向（矢印Ｘ方向）と直交する方向に、二次元的に配列された状態になっている。
以下の説明では、矢印Ｘ方向と直交する方向を、便宜的にＹ方向とする。すなわち、図１、図２および後述する図４では、Ｙ方向は、紙面に直交する方向となる。
また、コレステリック液晶層１６を形成する液晶化合物４０は、コレステリック液晶層１６の面内において、矢印Ｘ方向に沿って、光学軸４０Ａの向きが、連続的に回転しながら変化する、液晶配向パターンを有する。図示例においては、液晶化合物４０の光学軸４０Ａが、矢印Ｘ方向に沿って、反時計回りで連続的に回転しながら変化する、液晶配向パターンを有する。

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

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

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

コレステリック液晶相を固定してなるコレステリック液晶層は、通常、入射した光（円偏光）を鏡面反射する。
これに対して、コレステリック液晶層１６は、入射した光を、入射光に対して矢印Ｘ方向に角度を有した方向に反射する。コレステリック液晶層１６は、面内において、矢印Ｘ方向（所定の一方向）に沿って光学軸４０Ａ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ものである。

上述のように、コレステリック液晶層１６は、選択的な波長帯域において、右円偏光Ｒを反射する。
従って、コレステリック液晶層１６に光が入射すると、コレステリック液晶層１６は、選択的な波長帯域における右円偏光Ｒのみを反射し、それ以外の光を透過する。

面内に液晶配向パターンを有さない通常のコレステリック液晶層は、入射した円偏光を鏡面反射する。
これに対して、面内において、矢印Ｘ方向に沿って光学軸４０Ａが連続的に回転する液晶配向パターンを有するコレステリック液晶層１６は、鏡面反射に対して、矢印Ｘ方向に傾いた方向に入射した円偏光を反射する。
以下、この点について説明する。

コレステリック液晶層１６に入射した右円偏光Ｒは、コレステリック液晶層によって反射される際に、各液晶化合物４０の光学軸４０Ａの向きに応じて絶対位相が変化する。
ここで、コレステリック液晶層１６では、液晶化合物４０の光学軸４０Ａが矢印Ｘ方向（一方向）に沿って回転しながら変化している。そのため、光学軸４０Ａの向きによって、入射した右円偏光Ｒの絶対位相の変化量が異なる。
さらに、コレステリック液晶層１６に形成された液晶配向パターンは、矢印Ｘ方向に周期的なパターンである。そのため、コレステリック液晶層１６に入射した右円偏光Ｒには、それぞれの光学軸４０Ａの向きに対応して、矢印Ｘ方向に周期的な絶対位相が与えられる。
また、液晶化合物４０の光学軸４０Ａの矢印Ｘ方向に対する向きは、矢印Ｘ方向と直交するＹ方向の液晶化合物４０の配列では、均一である。
これによりコレステリック液晶層１６では、右円偏光Ｒに対して、ＸＹ面に対して矢印Ｘ方向に降下するように傾いた等位相面が形成される。等位相面は、螺旋状に旋回する液晶化合物４０における光学軸４０Ａの向きが旋回方向で一致している液晶化合物４０を接続するように形成される。
コレステリック液晶層１６では、この等位相面が反射面のように作用する。

コレステリック液晶相では、ＳＥＭで観察する断面において、コレステリック液晶相に由来して、明部と暗部との縞模様が観察される。
周知のように、コレステリック液晶相の明部および暗部は、螺旋状に旋回する液晶化合物４０における、光学軸４０Ａの向きが旋回方向で一致している液晶化合物４０を接続するように形成される。すなわち、明部および暗部は、上述した等位相面と一致する。
ここで、通常のコレステリック液晶層の明部および暗部は、主面すなわち形成面である配向面と平行になる。
これに対して、コレステリック液晶層１６は、面内において、矢印Ｘ方向に沿って光学軸４０Ａが連続的に回転する液晶配向パターンを有する。従って、コレステリック液晶層１６の明部Ｂおよび暗部Ｄは、図３に概念的に示すように、螺旋状の旋回における光学軸４０Ａの向きが一致する液晶化合物４０の配列に応じて、主面すなわち配向膜１４に対して矢印Ｘ方向に向かって降下するように傾斜する。
そのため、入射した右円偏光Ｒは、明部Ｂおよび暗部Ｄすなわち等位相面の法線方向に反射され、ＸＹ面に対して矢印Ｘ方向に傾いた方向に反射される。ＸＹ面は、コレステリック液晶層の主面である。

矢印Ｘ方向に向かう液晶化合物４０の光学軸４０Ａの回転方向を逆にすることで、右円偏光Ｒの反射方向を逆にできる。すなわち、図１および図２においては、矢印Ｘ方向に向かう光学軸４０Ａの回転方向は反時計回りで、右円偏光Ｒは矢印Ｘ方向に傾けて反射されるが、これを時計回りとすることで、明部Ｂおよび暗部Ｄの傾斜方向が逆になるので、右円偏光Ｒは矢印Ｘ方向と逆方向に傾けて反射される。この態様は、言い合えれば、光学軸４０Ａが反時計回りする矢印Ｘ方向を、逆方向にした場合と同様である。
さらに、上述したように、右円偏光を反射するコレステリック液晶層１６と左円偏光を反射するコレステリック液晶層とでは、液晶化合物４０の螺旋状の旋回方向が逆になる。従って、図示例のように、矢印Ｘ方向に向かって光学軸４０Ａが反時計回りに回転する液晶配向パターンを有する左円偏光を反射するコレステリック液晶層では、明部Ｂおよび暗部Ｄの傾斜方向が逆になるので、左円偏光は矢印Ｘ方向と逆方向に傾けて反射される。

コレステリック液晶層１６においては、面内において、光学軸４０Ａが連続的に回転する液晶配向パターンの１周期Λが短いほど、上述した入射光に対する反射光の傾斜角度が大きくなる。すなわち、１周期Λが短いほど、反射光を、入射方向に対して大きく傾けて反射できる。
従って、コレステリック液晶層１６では、１周期Λを調節することで、入射した光の反射光の反射角度を調節できる。
なお、液晶配向パターンの１周期Λには、制限はないが、反射光を、入射方向に対して大きく傾けて反射できる点で、液晶配向パターンの１周期Λは、１．６μｍ以下が好ましく、１．０μｍ以下がより好ましく、０．６μｍ以下がさらに好ましい。
＜＜コレステリック液晶層の特性＞＞

本発明のコレステリック液晶層１６は、法線方向および法線に対して傾斜した方向から面内レタデーションＲｅを測定した際に、遅相軸面内および進相軸面内のいずれかにおいて、面内レタデーションＲｅが最小となる方向が法線と成す測定角θ２を用いて算出する光学軸傾斜角φの絶対値が、５°以上となる。
具体的には、図４に概念的に示すように、法線Ｚ方向から測定光を入射してコレステリック液晶層１６の面内レタデーションＲｅを測定し、さらに、矢印Ｓで示すように、進相軸面内において、測定光の入射方向を、順次、変更して、コレステリック液晶層１６の面内レタデーションＲｅを測定する。同様の測定を、遅相軸面内でも行う。なお、測定光の入射方向とは、コレステリック液晶層１６の法線に対する入射角である。
本発明のコレステリック液晶層１６は、このような面内レタデーションＲｅの測定において、遅相軸面内および進相軸面内のいずれかで、面内レタデーションＲｅが最小となる方向と、法線とが成す角度である測定角θ２の絶対値とを用いて、下記式より算出する光学軸傾斜角φの絶対値が、５°以上となる。すなわち、本発明のコレステリック液晶層１６は、面内レタデーションＲｅが最小となる測定光の入射方向と、法線Ｚとが成す測定角θ２とを用いて、下記式より算出する光学軸傾斜角φの絶対値が、５°以上となる。
ｓｉｎθ２＝ｎ・ｓｉｎφ （ｎはコレステリック液晶層の平均屈折率）
なお、測定角θ２は、図４に示すように、測定光がコレステリック液晶相１６の空気側界面Ａを通過する前における、面内レタデーションＲｅが最小となる測定光の入射方向と、法線Ｚとが成す角度である。

コレステリック液晶層１６の遅相軸面および進相軸面は、例えば、上述したＡｘｏｓｃａｎによって検出すればよい。また、この面内レタデーションの測定は、コレステリック液晶層１６の選択反射波長域外の波長の光で行うのが好ましく、例えば、非可視光である赤外線で行うのが好ましい。
なお、本発明のコレステリック液晶層１６においては、通常、進相軸面は、光学軸４０Ａが面内方向で連続的に回転する方向（矢印Ｘ方向）に一致し、遅相軸方向は、光学軸４０Ａが連続的に回転する方向と直交する方向、すなわち矢印Ｙ方向に一致する。

図５に、上記コレステリック液晶層における面内レタデーションＲｅの測定結果の一例を示す。
図５に示すように、このコレステリック液晶層では、進相軸面内においては、法線に対する入射角度が大きくなるにしたがって、面内レタデーションＲｅが小さくなり、入射角－６０°付近で最小になる。
他方、遅相軸面内では、法線方向からの測定すなわち入射角０°を最小として、入射角の絶対値が大きくなるにしたがって面内レタデーションＲｅが大きくなる。また、遅相軸面内では、面内レタデーションＲｅの変化は、入射角０°を中心に、対称になる。
すなわち、この場合には、面内レタデーションＲｅが最小となる測定角θ２は進相軸面内に存在し、面内レタデーションＲｅが最小となる方向（測定光の入射方向）と、法線Ｚとが成す測定角θ２の絶対値は６０°となり、光学軸傾斜角φは、コレステリック液晶層１６の平均屈折率を１．５とすると、３５°となる。

コレステリック液晶層１６が、このような特性を有する本発明の液晶回折素子１０においては、コレステリック液晶層１６において、図１に示すように、液晶化合物４０（液晶化合物のダイレクター）が主面に対して傾斜し、かつ、傾斜方向が、上述したコレステリック液晶相の明線Ｂおよび暗線Ｄに略一致していると考えられる。

特許文献１等に示されるような、本発明と同様の液晶配向パターンを有する通常のコレステリック液晶層は、図６に示すように、液晶化合物４０（液晶化合物のダイレクター）は、主面に平行となる。このようなコレステリック液晶層を法線方向（一点鎖線）から見た際には、図６に矢印ａで示すように、螺旋状に旋回する液晶化合物４０を主面に平行な円盤に近似できる。
そのため、通常のコレステリック液晶層の面内レタデーションＲｅを図４と同様に測定すると、進相軸面内でも遅相軸面内でも、法線方向すなわち入射角０°での測定で面内レタデーションＲｅがほぼ０ｎｍ（最小）になり、測定光の入射角の絶対値が大きくなるにしたがって、円盤への測定光の入射方向が傾くため、入射角０°を中心とする対称形に面内レタデーションＲｅが大きくなる。

一方で、図示例のコレステリック液晶層１６では、図５に示すように、進相軸面内において、法線方向すなわち入射角０°で面内レタデーションＲｅを有し、入射角が大きくなるに応じて面内レタデーションＲｅが小さくなる。すなわち、進相軸面内における面内レタデーションＲｅが、入射角に応じて一方向に傾斜している。
また、進相軸面内における或る入射角で、面内レタデーションＲｅが最小になる。

上述したように、液晶化合物が主面と平行である通常のコレステリック液晶層では、液晶化合物４０が主面と平行な円盤に近似できる法線方向すなわち入射角０°において、面内レタデーションが最小になり、入射角の絶対値が大きくなるにしたがって、円盤への測定光の入射が斜めになるため、面内レタデーションＲｅが大きくなる。
これに対し、本発明の液晶回折素子１０のコレステリック液晶層１６では、法線方向すなわち入射角０°において、面内レタデーションＲｅを有している。このことは、図４の矢印ｂに示すように、液晶化合物４０の円盤が、主面に対して進相軸の方向に傾斜していることを示している。
また、本発明の液晶回折素子１０のコレステリック液晶層１６では、進相軸面内の或る入射角（測定角θ２）において、面内レタデーションＲｅ（光学傾斜角φ）の値が最小になる。このことは、図４に矢印ａに示すように、この入射角における測定光の入射方向に対して、液晶化合物４０の円盤が直交していることを示している。すなわち、測定角θ２における測定が、主面と円盤とが平行である、通常のコレステリック液晶層における法線方向からの測定に対応している。

この点を考慮すると、法線方向および法線に対して傾斜した方向から面内レタデーションＲｅを測定した際に、遅相軸面内および進相軸面内のいずれかにおいて、光学軸傾斜角φの絶対値が５°以上である、本発明の液晶回折素子１０におけるコレステリック液晶層１６は、図１に示すように、液晶化合物４０が主面に対して傾斜し、かつ、傾斜方向が、上述したコレステリック液晶相の明線Ｂおよび暗線Ｄに略一致していると推定できる。
また、図示例のコレステリック液晶層１６は、遅相軸面内では、面内レタデーションＲｅが通常のコレステリック液晶層と同等であるので、遅相軸面内では、液晶化合物４０は主面に平行であると考えられる。

このような本発明のコレステリック液晶層１６によれは、特許文献１等に示されるような、液晶化合物４０が主面に平行である、本発明と同様の液晶配向パターンを有する通常のコレステリック液晶層に比して、高い回折効率で円偏光を回折できる。
上述したように、本発明と同様の光学軸４０Ａが一方向（矢印Ｘ方向）に向かって回転する液晶配向パターンを有する、特許文献１等に示されるコレステリック液晶層では、液晶化合物４０が主面と平行になる。従って、このコレステリック液晶層では、反射面に相当するコレステリック液晶相に由来する明部および暗部に対して、液晶化合物が角度を有する状態となっている。
これに対して、液晶化合物４０が主面に対して傾斜し、かつ、傾斜方向がコレステリック液晶相の明線Ｂおよび暗線Ｄに略一致している、本発明の液晶回折素子１０では、反射面に相当する明部および暗部と、液晶化合物４０とが一致している。そのため、本発明の液晶回折素子１０では、光の反射（回折）に対する液晶化合物４０の作用が大きくなり、回折効率を向上できる。その結果、本発明の液晶回折素子によれば、例えば、入射光に対する反射光の光量を、従来より向上できる。

本発明において、進相軸面または遅相軸面において、コレステリック液晶層１６の光学軸傾斜角φの絶対値は５°以上であるが、１５°以上が好ましく、２０°以上がより好ましい。
光学軸傾斜角φの絶対値を１５°以上とすることにより、より好適に、液晶化合物４０の方向を明部Ｂおよび暗部Ｄに一致させ、回折効率を向上できる点で好ましい。

本発明の液晶回折素子１０においては、コレステリック液晶層１６の厚さをｄ、面内レタデーションＲｅの最小値をＲｅ［φ］とした際に、
Δｎ´（φ）＝Ｒｅ［φ］／（ｄ・ｃｏｓφ）
で示す屈折率異方性Δｎ´（φ）が０．００３以上であるのが好ましく、０．００５以上であるのがより好ましい。
なお、面内レタデーションＲｅの最小値Ｒｅ［φ］とは、面内レタデーションＲｅが最小となる測定角θ２において測定される面内レタデーションＲｅである。

図３に示すように、本発明の液晶回折素子１０のコレステリック液晶層１６は、コレステリック液晶相に由来する明部および暗部が主面に対して傾斜している。屈折率異方性Δｎ´（φ）が０．００３以上ということは、明部および暗部が直線ではなく、図３に示すように、主面に対する角度が厚さ方向で変化していることを示す。
具体的には、図３に示すように、明部Ｂおよび暗部Ｄは、厚さ方向の上方すなわち配向膜１４から離間する領域は直線状で、下方すなわち配向膜１４の近傍において、主面に対する角度θ１が、配向膜１４に向かって、漸次、小さくなる。
このような構成を有することにより、液晶化合物４０の配向をより安定した状態にできる点で好ましい。

なお、本発明において、コレステリック液晶層１６の面内レタデーションＲｅの最小値、すなわち測定角θ２における面内レタデーションＲｅは、０ｎｍよりも大きいのが好まく、５～２０ｎｍであるのがより好ましい。
また、本発明のコレステリック液晶層１６は、法線方向すなわち入射角０°で測定した面内レタデーションＲｅ［０°］を、コレステリック液晶層１６の厚さｄで除した値が０．００５以上であるのが好ましい。すなわち、コレステリック液晶層１６は、『Ｒｅ［０°］／ｄ≧０．００５』を満たすのが好ましい。

本発明のコレステリック液晶層１６において、主面に対する明部Ｂおよび暗部Ｄの傾斜角は、上述した液晶配向パターンにおける１周期Λに対応し、１周囲Λが短いほど、主面に対する角度が大きくなる。従って、１周期Λと同様、明部Ｂおよび暗部Ｄの傾斜角には制限はない。
ここで、本発明においては、明部Ｂおよび暗部Ｄと、コレステリック液晶層１６の主面とが成す角度を傾斜角θ１とした際に、測定角θ２から傾斜角θ１を減算した値の絶対値が、５°以下であるのが好ましく、３°以下であるのがより好ましい。すなわち、コレステリック液晶層１６は『｜θ２－θ１｜≦５°』を満たすのが好ましい。この際における明部Ｂおよび暗部Ｄとは、上述した直線領域である。また、傾斜角θ１は、図４に示すθ１と同じである。
コレステリック液晶層１６が『｜θ２－θ１｜≦５°』を満たすことにより、高い回折効率が得られる点で好ましい。

上述したように、遅相軸面内における面内レタデーションＲｅは、法線方向からの測定すなわち入射角０°を最小として、入射角の絶対値が大きくなるにしたがって大きくなる。また、遅相軸面内では、面内レタデーションＲｅの変化は、入射角０°を中心に、対称になる。
このことは、遅相軸面内では、液晶化合物４０がコレステリック液晶層１６の主面とほぼ平行であることを示している。

回折効率は、液晶配向パターンの１周期Λ以外に、反射光が出射される場合の界面での臨界角度が影響する。
光学軸傾斜角φが大きくなるにつれて、空気界面側で、反射光の角度が変化し、空気界面との臨界角を超えた回折角度となることで、入射光が全反射し、媒体内部を導光する。
このような性質を示すことで、ARグラスなどに使用される導光板ディスプレイに好適に使用することができる。

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

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

＜＜＜液晶組成物＞＞＞
コレステリック液晶相を固定してなるコレステリック液晶層１６の形成に用いる材料は、一例として、液晶化合物およびキラル剤を含む液晶組成物が挙げられる。液晶化合物は重合性液晶化合物であるのが好ましい。
また、コレステリック液晶層の形成に用いる液晶組成物は、さらに界面活性剤等を含んでいてもよい。

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

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

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

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

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

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

界面活性剤の具体例としては、特開２０１４－１１９６０５号公報の段落［００８２］～［００９０］に記載の化合物、特開２０１２－２０３２３７号公報の段落［００３１］～［００３４］に記載の化合物、特開２００５－９９２４８号公報の段落［００９２］および［００９３］中に例示されている化合物、特開２００２－１２９１６２号公報の段落［００７６］～［００７８］および段落［００８２］～［００８５］中に例示されている化合物、ならびに、特開２００７－２７２１８５号公報の段落［００１８］～［００４３］等に記載のフッ素（メタ）アクリレート系ポリマー、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。

（配向制御剤）
本発明の液晶組成物は、配向膜上に塗布した際に、配向膜側あるいは空気界面側の少なくとも一方の界面にプレチルト角を有する領域を発現させるための添加剤（配向制御剤）を少なくとも一種含有させることが好ましい。前述の添加剤を組成物に含有させることで、光学素子にプレチルト角を有する領域を設けることができる。

本発明の組成物には、配向膜上に塗布した際に、空気界面側にプレチルト角を持たせるために、液晶性化合物以外に、空気界面配向剤を含有することが好ましい。これにより、光学異方性層の上下界面の少なくとも１つの界面に対してプレチルト角を有する領域を形成することができる。空気界面配向剤は、後述する式（Ａ）で表される構成単位を有するフッ素系ポリマー（Ｘ）と、後述する式（Ａ）で表される構成単位を有さず、極性基を有するフッ素系ポリマー（Ｙ）とを含み、後述する本発明の位相差板が有する光学異方性層の形成に好適に用いられる組成物である。

本発明においては、上述した通り、上記フッ素系ポリマー（Ｘ）および上記フッ素系ポリマー（Ｙ）を空気界面配向剤として配合することにより、形成される光学異方性層の膜厚ムラを抑制し、プレチルト角を制御することができる。
これは、詳細には明らかではないが、一定の間隔で配列するフッ素系ポリマー（Ｘ）の間に棒状液晶性化合物が入り込むことにより、重合後の光学異方性層のプレチルト角を低チルト領域に制御することができたと考えられる。また、フッ素系ポリマー（Ｙ）が、フッ素系ポリマー（Ｘ）の配列を保持することにより、形成される光学異方性層の膜厚ムラを抑制することができたと考えられる。
本発明の組成物が含有する空気界面配向剤は、少なくとも、後述する式（Ａ）で表される構成単位を有するフッ素系ポリマー（Ｘ）と、後述する式（Ａ）で表される構成単位を有さず、極性基を有するフッ素系ポリマー（Ｙ）とを含むことが好ましい。

＜フッ素系ポリマー（Ｘ）＞
フッ素系ポリマー（Ｘ）は、下記式（Ａ）で表される構成単位を有するフッ素系のポリマーである。

（式（Ａ）中、Ｍｐはポリマー主鎖の一部を構成する３価の基を表し、Ｌは単結合または２価の連結基を表し、Ｘは置換または無置換の縮合環官能基を表す。）

式（Ａ）中、Ｍｐは、３価の基であり、ポリマーの主鎖の一部を構成する。
Ｍｐは、例えば、炭素原子数２～２０（置換基の炭素原子数は含まない。以下、Ｍｐ中のものについて同様。）の置換もしくは無置換の長鎖または分岐のアルキレン基（例えば、エチレン基、プロピレン基、メチルエチレン基、ブチレン基、ヘキシレン基等）、炭素原子数３～１０の置換もしくは無置換の環状アルキレン基（例えば、シクロプロピレン基、シクロブチレン基、シクロヘキシレン基等）、置換もしくは無置換のビニレン基、置換もしくは無置換の環状ビニレン基、置換もしくは無置換のフェニレン基、酸素原子を含む基（例えば、エーテル基、アセタール基、エステル基、カルボネート基等を含む基）、窒素原子を含む基（例えば、アミノ基、イミノ基、アミド基、ウレタン基、ウレイド基、イミド基、イミダゾール基、オキサゾール基、ピロール基、アニリド基、マレインイミド基等を含む基）、硫黄原子を含む基（例えば、スルフィド基、スルホン基、チオフェン基等を含む基）、リン原子を含む基（例えば、ホスフィン基、リン酸エステル基等を含む基）、珪素原子を含む基（例えば、シロキサン基等を含む基）の基、これらの基を二つ以上連結して形成される基、であって、これらの基に含まれる水素原子の１つが－Ｌ－Ｘ基によって置換されている基が好適に挙げられる。
これらのうち、置換もしくは無置換のエチレン基、置換もしくは無置換のメチルエチレン基、置換もしくは無置換のシクロヘキシレン基、置換もしくは無置換のビニレン基、であって、これらの基に含まれる水素原子の１つが－Ｌ－Ｘ基によって置換されている基であるのが好ましく、なかでも、置換もしくは無置換のエチレン基、置換もしくは無置換のメチルエチレン基、置換もしくは無置換のビニレン基、であって、これらの基に含まれる水素原子の１つが－Ｌ－Ｘ基によって置換されている基であるのがより好ましく、置換もしくは無置換のエチレン基、置換もしくは無置換のメチルエチレン基、であって、これらの基に含まれる水素原子の１つが－Ｌ－Ｘ基によって置換されている基であるのが更に好ましく、具体的には、後述する、Ｍｐ－１およびＭｐ－２であるのが好ましい。

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

式（Ａ）中のＬ（単結合または２価の連結基）のうち、２価の連結基としては、＊－Ｌ1－Ｌ2－（＊は主鎖との連結位置を表す。）で表される２価の連結基であって、Ｌ1が、＊－ＣＯＯ－、＊－ＣＯＮＨ－、＊－ＯＣＯ－、または、＊－ＮＨＣＯ－を表し、かつ、Ｌ2が、炭素数２～２０のアルキレン基、炭素数２～２０のポリオキシアルキレン基、または、これらの基が組み合わされた２価の連結基を表す、２価の連結基であるのが好ましい。
これらのうち、Ｌ1が、＊－ＣＯＯ－で表され、Ｌ2が、炭素数２～２０のポリオキシアルキレン基で表される連結基であるのが好ましい。

式（Ａ）中のＸで表される置換もしくは無置換の縮合環官能基の環数については特に制限はないが、２～５個の環が縮合した基であるのが好ましい。環を構成している原子が炭素原子のみである炭化水素系の芳香族縮合環のみならず、ヘテロ原子を環構成原子とするヘテロ環が縮合した芳香族縮合環であってもよい。
また、Ｘとしては、例えば、炭素原子数５～３０の置換もしくは無置換のインデニル基、炭素原子数６～３０の置換もしくは無置換のナフチル基、炭素原子数１２～３０の置換もしくは無置換のフルオレニル基、アントリル基、ピレニル基、ペリレニル基、フェナントレニル基などであるのが好ましい。

これらのうち、Ｘとしては、炭素原子数５～３０の置換もしくは無置換のインデニル基、または、炭素原子数６～３０の置換もしくは無置換のナフチル基であるのが好ましく、中でも、炭素原子数１０～３０の置換もしくは無置換のナフチル基であるのがより好ましく、炭素原子数１０～２０の置換もしくは無置換のナフチル基であるのが更に好ましい。

以下に、一般式（Ａ）として好ましい構成単位の具体例を示すが、本発明はこれに限定されるものではない。

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

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

式（Ｂ）中、Ｍｐは、上記式（Ａ）中のＭｐと同義であり、好ましい範囲も同義である。
また、Ｌ′（単結合または２価の連結基）のうち、２価の連結基としては、好ましくは、－Ｏ－、－ＮＲa11－（但し、Ｒa11は水素原子、炭素原子数１～１０の脂肪族炭化水素基または炭素原子数６～２０のアリール基を表す。）、－Ｓ－、－Ｃ（＝Ｏ）－、－Ｓ（＝Ｏ）2－、および、炭素原子数１～２０の置換もしくは無置換のアルキレン基、ならびに、これらを２個以上連結して形成される基から選択される２価の連結基である。
２個以上連結して形成される２価の連結基としては、－Ｃ（＝Ｏ）Ｏ－、－ＯＣ（＝Ｏ）－、－ＯＣ（＝Ｏ）Ｏ－、－Ｃ（＝Ｏ）ＮＨ－、－ＮＨＣ（＝Ｏ）－、－Ｃ（＝Ｏ）Ｏ（ＣＨ₂）maＯ－（但し、ｍａは１～２０の整数を表す）等が挙げられる。

さらに、式（Ｂ）中のＭｐが、上述したＭｐ－１またはＭｐ－２を表す場合には、Ｌ′は、－Ｏ－、－ＮＲa11－（Ｒa11は、水素原子、炭素原子数１～１０の脂肪族炭化水素基を表す。）、－Ｓ－、－Ｃ（＝Ｏ）－、－Ｓ（＝Ｏ）₂－、および、炭素原子数１～２０の置換もしくは無置換のアルキレン基、ならびに、これらの２個以上を連結して形成される基から選択される２価の連結基であることが好ましく、－Ｏ－、－Ｃ（＝Ｏ）Ｏ－、および、－Ｃ（＝Ｏ）ＮＨ－、ならびに、これらの１以上とアルキレン基との組み合わせからなる基から選択される２価の連結基がより好ましい。

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

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

置換基群Ｄ
アルキル基（好ましくは炭素原子数（該置換基が有する炭素原子数をいう、以下、置換基群Ｄについて同じ）１～２０、より好ましくは炭素原子数１～１２、特に好ましくは炭素原子数１～８のアルキル基であり、例えば、メチル基、エチル基、イソプロピル基、ｔｅｒｔ－ブチル基、ｎ－オクチル基、ｎ－デシル基、ｎ－ヘキサデシル基、シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基などが挙げられる）、アルケニル基（好ましくは炭素原子数２～２０、より好ましくは炭素原子数２～１２、特に好ましくは炭素原子数２～８のアルケニル基であり、例えば、ビニル基、２－ブテニル基、３－ペンテニル基などが挙げられる）、アルキニル基（好ましくは炭素原子数２～２０、より好ましくは炭素原子数２～１２、特に好ましくは炭素原子数２～８のアルキニル基であり、例えば、プロパルギル基、３－ペンチニル基などが挙げられる）、置換もしくは無置換のアミノ基（好ましくは炭素原子数０～２０、より好ましくは炭素原子数０～１０、特に好ましくは炭素原子数０～６のアミノ基であり、例えば、無置換アミノ基、メチルアミノ基、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基などが挙げられる）、

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

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

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

末端にＣＦ₃基を有するアルキル基又は末端にＣＦ₂Ｈ基を有するアルキル基の例を以下に示す。
Ｒ１：ｎ－Ｃ₈Ｆ₁₇－
Ｒ２：ｎ－Ｃ₆Ｆ₁₃－
Ｒ３：ｎ－Ｃ₄Ｆ₉－
Ｒ４：ｎ－Ｃ₈Ｆ₁₇－（ＣＨ₂）₂－
Ｒ５：ｎ－Ｃ₆Ｆ₁₃－（ＣＨ₂）₃－
Ｒ６：ｎ－Ｃ₄Ｆ₉－（ＣＨ₂）₂－
Ｒ７：Ｈ－（ＣＦ₂）₈－
Ｒ８：Ｈ－（ＣＦ₂）₆－
Ｒ９：Ｈ－（ＣＦ₂）₄－
Ｒ１０：Ｈ－（ＣＦ₂）₈－（ＣＨ₂）₂－
Ｒ１１：Ｈ－（ＣＦ₂）₆－（ＣＨ₂）₃－
Ｒ１２：Ｈ－（ＣＦ₂）₄－（ＣＨ₂）₂－
Ｒ１３：ｎ－Ｃ₇Ｆ₁₅－（ＣＨ₂）₂－
Ｒ１４：ｎ－Ｃ₆Ｆ₁₃－（ＣＨ₂）₃－
Ｒ１５：ｎ－Ｃ₄Ｆ₉－（ＣＨ₂）₂－

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

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

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

フッ素系ポリマー（Ｘ）における、上記式（Ａ）で表される構成単位の含有率としては、１質量％～９０質量％が好ましく、３質量％～８０質量％がより好ましい。
また、フッ素系ポリマー（Ｘ）における、フルオロ脂肪族基含有モノマーより誘導される繰り返し単位（好ましくは上記式（Ｂ）で表される構成単位）の含有率としては、５質量％～９０質量％が好ましく、１０質量％～８０質量％がより好ましい。
上記２種以外の構成単位の含有率としては、６０質量％以下が好ましく、５０質量％以下がより好ましい。

また、フッ素系ポリマー（Ｘ）は、各構成単位が不規則的に導入されたランダム共重合体であっても、規則的に導入されたブロック共重合体であってもよく、ブロック共重合体である場合の各構成単位は、如何なる導入順序で合成されたものであってもよく、同一の構成成分を２度以上用いてもよい。
また、上記式（Ａ）で表される構成単位、上記式（Ｂ）で表される構成単位等は、１種類のみであってもよいし、２種類以上であってもよい。上記式(Ａ)の構成単位を２種以上含む場合には、Ｘが同一縮合環骨格(置換と無置換の組み合わせ)であるのが好ましい。２種類以上の場合、上記含有率は、合計含有率である。

さらに、フッ素系ポリマー（Ｘ）の分子量範囲は、数平均分子量（Ｍｎ）で、好ましくは１０００～１００万であり、より好ましくは３０００～２０万であり、さらに好ましくは５０００～１０万である。また、本発明で用いるポリマーの分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ、Ｍｗは重量平均分子量）は、１～４であることが好ましく、１．５～４であることがより好ましい。
ここで、数平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ（ＧＰＣ）を用いて、ポリスチレン（ＰＳ）換算の値として測定可能である。

＜フッ素系ポリマー（Ｙ）＞
フッ素系ポリマー（Ｙ）は、上記式（Ａ）で表される構成単位を有さず、極性基を有するフッ素系のポリマーである。
ここで、極性基とは、ヘテロ原子またはハロゲン原子を少なくとも１原子以上有する基をいい、具体的には、例えば、水酸基、カルボニル基、カルボキシ基、アミノ基、ニトロ基、アンモニウム基、シアノ基などが挙げられる。中でも、水酸基、カルボキシ基が好ましい。

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

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

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

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

また、フッ素系ポリマー（Ｙ）は、上記式（Ｃ）で表される構成単位とともに、上述したフッ素系ポリマー（Ｘ）と同様、例えば、フルオロ脂肪族基含有モノマーより誘導される構成単位を有しているのが好ましく、具体的には、上記式（Ｂ）で表される構成単位を有しているのがより好ましい。
同様に、フッ素系ポリマー（Ｙ）は、上記式（Ｃ）で表される構造を含有する構成単位、および、上記式（Ｂ）で表される、フルオロ脂肪族基含有モノマーより誘導される構成単位の他、上述したフッ素系ポリマー（Ｘ）と同様、これらの構成単位を形成するモノマーと共重合可能なモノマーより誘導される構成単位を含有してもよい。

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

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

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

＜フッ素系ポリマー（Ｘ）およびフッ素系ポリマー（Ｙ）の質量比（Ａ：Ｂ）＞
９８：２～２：９８であるのが好ましく、９８：２～５５：４５であるのがより好ましく、９８：２～６０：４０であるのがより好ましい。

本発明においては、上述したフッ素系ポリマー（Ｘ）およびフッ素系ポリマー（Ｙ）を含む空気界面配合剤の含有量は、液晶組成物の全固形分に対して０．２質量％～１０質量％であるのが好ましく、０．２質量％～５質量％であるのがより好ましく、０．２質量％～３質量％であるのが更に好ましい。

〔その他の成分〕
本発明の液晶組成物には、上述した液晶性化合物および光配向化合物以外の成分が含まれていてもよい。
例えば、液晶組成物には、重合開始剤が含まれていてもよい。
使用される重合開始剤は、重合反応の形式に応じて、熱重合開始剤、光重合開始剤が挙げられる。例えば、光重合開始剤の例には、α－カルボニル化合物、アシロインエーテル、α－炭化水素置換芳香族アシロイン化合物、多核キノン化合物、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、ならびに、アクリジンおよびフェナジン化合物およびオキサジアゾール化合物が含まれる。
重合開始剤の使用量は、組成物の全固形分に対して、０．０１～２０質量％であることが好ましく、０．５～５質量％であることがより好ましい。

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

また、液晶組成物には、塗工膜の均一性、膜の強度の点から、界面活性剤が含まれていてもよい。
界面活性剤としては、従来公知の化合物が挙げられるが、特にフッ素系化合物が好ましい。具体的には、例えば特開２００１－３３０７２５号公報の段落番号［００２８］～［００５６］記載の化合物、特願２００３－２９５２１２号明細書中の段落番号［００６９］～［０１２６］記載の化合物が挙げられる。

また、液晶組成物には、溶媒が含まれていてもよく、有機溶媒が好ましく用いられる。
有機溶媒の例には、アミド（例、Ｎ，Ｎ－ジメチルホルムアミド）、スルホキシド（例、ジメチルスルホキシド）、ヘテロ環化合物（例、ピリジン）、炭化水素（例、ベンゼン、ヘキサン）、アルキルハライド（例、クロロホルム、ジクロロメタン）、エステル（例、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル）、および、ケトン（例、アセトン、メチルエチルケトン）、エーテル（例、テトラヒドロフラン、１，２－ジメトキシエタン）が含まれる。中でも、アルキルハライドおよびケトンが好ましい。２種類以上の有機溶媒を併用してもよい。

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

第４級アンモニウム塩は、一般に第３級アミン（例えば、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリブチルアミン、トリエタノールアミン、Ｎ－メチルピロリジン、Ｎ－メチルピペリジン、Ｎ，Ｎ－ジメチルピペラジン、トリエチレンジアミン、および、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’－テトラメチルエチレンジアミンなど）あるいは含窒素複素環（ピリジン環、ピコリン環、２，２’－ビピリジル環、４，４’－ビピリジル環、１，１０－フェナントロリン環、キノリン環、オキサゾール環、チアゾール環、Ｎ－メチルイミダゾール環、ピラジン環、および、テトラゾール環など）をアルキル化（メンシュトキン反応）、アルケニル化、アルキニル化あるいはアリール化して得られる。

第４級アンモニウム塩としては、含窒素複素環からなる第４級アンモニウム塩が好ましく、特に好ましくは第４級ピリジニウム塩である。
より具体的には、第４級アンモニウム塩は、下記一般式（３ａ）又は後述する一般式（３ｂ）で表される第４級ピリジニウム塩から選ばれるのが好ましい。

式（３ａ）中、Ｒ⁸は置換もしくは無置換の、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アラルキル基、アリール基又は複素環基を表し、Ｄは水素結合性基を表し、ｍは１～３の整数を表し、Ｘ―はアニオンを表す。

まず、一般式（３ａ）について説明する。
上記Ｒ⁸で表されるアルキル基は、炭素数１～１８の置換もしくは無置換のアルキル基が好ましく、より好ましくは炭素数１～８の置換もしくは無置換のアルキル基である。これらは、直鎖状、分岐鎖状、あるいは環状であってもよい。これらの例としては、メチル、エチル、ｎ－プロピル、イソプロピル、ｎ－ブチル、イソブチル、ｔ－ブチル、ｎ－ヘキシル、ｎ－オクチル、ネオペンチル、シクロヘキシル、アダマンチル及びシクロプロピル等が挙げられる。

アルキル基の置換基の例としては、以下のものを挙げることができる。炭素数２～１８（好ましくは炭素数２～８）の置換もしくは無置換のアルケニル基（例、ビニル）；炭素数２～１８（好ましくは炭素数２～８）の置換もしくは無置換のアルキニル基（例、エチニル）；炭素数６～１０の置換もしくは無置換のアリール基（例、フェニル、ナフチル）；ハロゲン原子（例、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ等）；炭素数１～１８（好ましくは炭素数１～８）の置換もしくは無置換のアルコキシ基（例、メトキシ、エトキシ）；炭素数６～１０の置換もしくは無置換のアリールオキシ基（例、フェノキシ、ビフェニルオキシ、ｐ－メトキシフェノキシ）；炭素数１～１８（好ましくは炭素数１～８）の置換もしくは無置換のアルキルチオ基（例、メチルチオ、エチルチオ）；炭素数６～１０の置換もしくは無置換のアリールチオ基（例、フェニルチオ）；炭素数２～１８（好ましくは炭素数２～８）の置換もしくは無置換のアシル基（例、アセチル、プロピオニル）；

炭素数１～１８（好ましくは炭素数１～８）の置換もしくは無置換のアルキルスルホニル基又はアリールスルホニル基（例、メタンスルホニル、ｐ－トルエンスルホニル）；炭素数２～１８（好ましくは炭素数２～８）の置換もしくは無置換のアシルオキシ基（例、アセトキシ、プロピオニルオキシ）；炭素数２～１８（好ましくは炭素数２～８）の置換もしくは無置換のアルコキシカルボニル基（例、メトキシカルボニル、エトキシカルボニル）；炭素数７～１１の置換もしくは無置換のアリールオキシカルボニル基（例、ナフトキシカルボニル）；無置換のアミノ基、もしくは炭素数１～１８（好ましくは炭素数１～８）の置換アミノ基（例、メチルアミノ、ジメチルアミノ、ジエチルアミノ、アニリノ、メトキシフェニルアミノ、クロロフェニルアミノ、ピリジルアミノ、メトキシカルボニルアミノ、ｎ－ブトキシカルボニルアミノ、フェノキシカルボニルアミノ、メチルカルバモイルアミノ、エチルチオカルバモイルアミノ、フェニルカルバモイルアミノ、アセチルアミノ、エチルカルボニルアミノ、エチルチオカルバモイルアミノ、シクロヘキシルカルボニルアミノ、ベンゾイルアミノ、クロロアセチルアミノ、メチルスルホニルアミノ）；

炭素数１～１８（好ましくは炭素数１～８）の置換もしくは無置換のカルバモイル基（例、無置換のカルバモイル、メチルカルバモイル、エチルカルバモイル、ｎ－ブチルカルバモイル、ｔ－ブチルカルバモイル、ジメチルカルバモイル、モルホリノカルバモイル、ピロリジノカルバモイル）；無置換のスルファモイル基、もしくは炭素数１～１８（好ましくは炭素数１～８）の置換スルファモイル基（例、メチルスルファモイル、フェニルスルファモイル）；シアノ基；ニトロ基；カルボキシ基；水酸基；ヘテロ環基（例、オキサゾール環、ベンゾオキサゾール環、チアゾール環、ベンゾチアゾール環、イミダゾール環、ベンゾイミダゾール環、インドレニン環、ピリジン環、ピペリジン環、ピロリジン環、モルホリン環、スルホラン環、フラン環、チオフェン環、ピラゾール環、ピロール環、クロマン環、クマリン環）。アルキル基の置換基としては、特に好ましくは、アリールオキシ基、アリールチオ基、アリールスルホニル基、アリールオキシカルボニル基である。

上記Ｒ⁸で表されるアルケニル基は、炭素数２～１８の置換もしくは無置換のアルケニル基が好ましく、より好ましくは炭素数２～８の置換もしくは無置換のアルケニル基であり、例えば、ビニル、アリル、１－プロペニル、１，３－ブタジエニル等が挙げられる。アルケニル基の置換基としては、前述のアルキル基の置換基として挙げたものが好ましい。

上記Ｒ⁸で表されるアルキニル基は、炭素数２～１８の置換もしくは無置換のアルキニル基が好ましく、より好ましくは炭素数２～８の置換もしくは無置換のアルキニル基であり、例えば、エチニル、２－プロピニル等が挙げられる。アルキニル基の置換基は、前述のアルキル基の置換基として挙げたものが好ましい。

上記Ｒ⁸で表されるアラルキル基は、炭素数７～１８の置換もしくは無置換のアラルキル基が好ましく、例えば、ベンジル、メチルベンジル、ビフェニルメチル、および、ナフチルメチル等が好ましい。アラルキル基の置換基は前述のアルキル基の置換基として挙げたものが挙げられる。

上記Ｒ⁸で表されるアリール基は、炭素数６～１８の置換もしくは無置換のアリール基が好ましく、例えば、フェニル、ナフチル、フルオレニル等が挙げられる。アリール基の置換基は前述のアルキル基の置換基として挙げたものが好ましい。またこれらの他に、アルキル基（例えば、メチル、エチル等）、アルキニル基、および、ベンゾイル基等も好ましい。

上記Ｒ⁸で表される複素環基は、炭素原子、窒素原子、酸素原子又は硫黄原子から構成される５～６員環の飽和又は不飽和の複素環であり、これらの例としては、オキサゾール環、ベンゾオキサゾール環、チアゾール環、ベンゾチアゾール環、イミダゾール環、ベンゾイミダゾール環、インドレニン環、ピリジン環、ピペリジン環、ピロリジン環、モルホリン環、スルホラン環、フラン環、チオフェン環、ピラゾール環、ピロール環、クロマン環、及びクマリン環が挙げられる。複素環基は置換されていてもよく、その場合の置換基としては、前述のアルキル基の置換基として挙げたものが好ましい。Ｒ8で表される複素環基としては、ベンゾオキサゾール環およびベンゾチアゾール環が特に好ましい。

上記Ｒ⁸は好ましくは、置換もしくは無置換の、アルキル基、アラルキル基、アリール基又は複素環基である。

Ｄは水素結合性基を表す。水素結合は、電気的に陰性な原子（例えば、Ｏ，Ｎ，Ｆ，Ｃｌ）と、同じように電気的に陰性な原子に共有結合した水素原子間に存在する。水素結合の理論的な解釈としては、例えば、Ｈ． Ｕｎｅｙａｍａ ａｎｄ Ｋ．Ｍｏｒｏｋｕｍａ、Ｊｏｕｎａｌ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ、第９９巻、第１３１６～１３３２頁、１９７７年に報告がある。具体的な水素結合の様式としては、例えば、Ｊ．Ｎ．イスラエスアチヴィリ著、近藤保、大島広行訳、分子間力と表面力、マグロウヒル社、１９９１年の第９８頁、図１７に記載の様式が挙げられる。具体的な水素結合の例としては、例えば、Ｇ．Ｒ．Ｄｅｓｉｒａｊｕ、Ａｎｇｅｗａｎｔｅ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｄｉｔｉｏｎ Ｅｎｇｌｉｓｈ、第３４巻、第２３１１頁、１９９５年に記載のものが挙げられる。

好ましい水素結合性基としては、メルカプト基、ヒドロキシ基、アミノ基、カルボンアミド基、スルホンアミド基、酸アミド基、ウレイド基、カルバモイル基、カルボキシル基、スルホ基、ならびに、含窒素複素環基（例えば、イミダゾリル基、ベンズイミダゾリル基、ピラゾリル基、ピリジル基、１，３，５－トリアジル基、ピリミジル基、ピリダジル基、キノリル基、ベンズイミダゾリル基、ベンズチアゾリル基、コハクイミド基、フタルイミド基、マレイミド基、ウラシル基、チオウラシル基、バルビツール酸基、ヒダントイン基、マレイン酸ヒドラジド基、イサチン基およびウラミル基などが挙げられる）を挙げることができる。更に好ましい水素結合性基としては、アミノ基、カルボンアミド基、スルホンアミド基、ウレイド基、カルバモイル基、カルボキシル基、スルホ基、および、ピリジル基を挙げることができ、特に好ましくは、アミノ基、カルバモイル基、および、ピリジル基を挙げることができる。

Ｘ-で表されるアニオンは無機陰イオンあるいは有機陰イオンのいずれであってもよく、ハロゲン陰イオン（例え、フッ素イオン、塩素イオン、臭素イオンおよびヨウ素イオンなど）、スルホネートイオン（例えば、メタンスルホン酸イオン、トリフルオロメタンスルホン酸イオン、メチル硫酸イオン、ｐ－トルエンスルホン酸イオン、ｐ－クロロベンゼンスルホン酸イオン、１，３－ベンゼンジスルホン酸イオン、１，５－ナフタレンジスルホン酸イオンおよび２，６－ナフタレンジスルホン酸イオンなど）、硫酸イオン、チオシアン酸イオン、過塩素酸イオン、テトラフルオロほう酸イオン、ピクリン酸イオン、酢酸イオン、リン酸イオン（例えば、ヘキサフルオロリン酸イオン）、ならびに、水酸イオンなどが挙げられる。Ｘ-は、好ましくは、ハロゲン陰イオン、スルホネートイオン、および、水酸イオンである。なおＸ-は１価のアニオンである必要はなく、２価以上のアニオンであってもよく、かかる場合は、前述の化合物中のカチオンとアニオンとの比率も１：１である必要はなく、適宜決定される。

前述の一般式（３ａ）中、ｍは好ましくは１である。

また、前述の一般式（３ａ）としてより好ましい４級アンモニウム塩としては、下記一般式（４）で表される。

一般式（４）中、Ｌ¹およびＬ²はそれぞれ独立に、２価の連結基もしくは単結合を表す。
２価の連結基としては、炭素数１～１０の置換もしくは無置換のアルキレン基（例えば、メチレン基、エチレン基、１，４－ブチレン基等）、－Ｏ－、－Ｃ（＝Ｏ）－、－Ｃ（＝Ｏ）Ｏ－、―ＯＣ（＝Ｏ）Ｏ－、－Ｓ－、―ＮＲ'－、－Ｃ（＝Ｏ）ＮＲ”－、－Ｓ（＝Ｏ）₂－又はこれらを更に２つ以上連結した２価の連結基を表し、Ｒ'およびＲ”は水素原子又は置換もしくは無置換のアルキル基を表す。尚、これら２価の連結基が左右非対称の場合（例えば－Ｃ（＝Ｏ）Ｏ－等）は、どちらの向きで連結していてもよい。

Ｙは、フェニル基に置換可能な水素原子以外の置換基を表す。Ｙで表される置換基としては、ハロゲン原子、アルキル基（シクロアルキル基、ビシクロアルキル基を含む）、アルケニル基（シクロアルケニル基、ビシクロアルケニル基を含む）、アルキニル基、アリール基、ヘテロ環基、シアノ基、ヒドロキシル基、ニトロ基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アシルオキシ基、カルバモイルオキシ基、アミノ基（アニリノ基を含む）、アシルアミノ基、スルファモイルアミノ基、メルカプト基、アルキルチオ基、アリールチオ基、アシル基、アリールオキシカルボニル基、アルコキシカルボニル基、ならびに、カルバモイル基、等が例として挙げられる。

Ｒ¹¹およびＲ¹²は水素原子、アルキル基、アリール基、アシル基、カルバモイル基、水酸基、もしくは、アミノ基を表す。また、Ｒ¹¹およびＲ¹²は連結して環を形成してもよい。
Ｚは水素原子、置換もしくは無置換の脂肪族炭化水素基（例えば、炭素数１～３０のアルキル基、炭素数２～３０のアルケニル基等）、又は置換もしくは無置換のアリール基（例えば、炭素数６～３０のフェニル基等）を表し、ｎおよびｐは１～１０の整数を表し、ｑは０～４の整数を表す。ただし、ｐが２以上の場合、それぞれの繰り返し単位に含まれるＬ²、Ｙ、およびｑは、同じであっても異なっていてもよい。

以下に一般式（４）で表される好ましい４級アンモニウムについて詳細に記載する。
一般式（４）中、Ｌ¹で表される２価の連結基としては、―Ｏ－もしくは、単結合が好ましく、Ｌ²で表される２価の連結基としては、―Ｏ－、－Ｃ（＝Ｏ）Ｏ－、―ＯＣ（＝Ｏ）Ｏ－又は単結合が好ましい。
一般式（４）中、Ｙで表される好ましい置換基としては、ハロゲン原子（例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子）、アルキル基〔直鎖、分岐、環状の置換もしくは無置換のアルキル基を表し、より好ましくは、アルキル基（好ましくは炭素数１から３０のアルキル基、例えばメチル、エチル、ｎ－プロピル、イソプロピル、ｔ－ブチル、ｎ－オクチル、２－クロロエチル、２－シアノエチルおよび２―エチルヘキシル）、アルコキシ基（例えば、メトキシ基およびエトキシ基等）、ならびに、シアノ基を表す。
一般式（４）中、Ｒ¹¹およびＲ¹²として好ましくは、置換もしくは無置換のアルキル基であり、最も好ましくはメチル基である。
一般式（４）中の、ｐは１～５が好ましく、２～４がより好ましく、ｎは１～４が好ましく、１もしくは２がより好ましく、ｑは０もしくは１が好ましい。ただし、ｐが２以上の場合は、少なくとも一つの構成単位においてｑが１以上であることがより好ましい。

次に、前述の一般式（３ｂ）について説明する。

式（３ｂ）中、Ｒ⁹及びＲ¹⁰は各々置換もしくは無置換の、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アラルキル基、アリール基又は複素環基を表し、Ｘ―はアニオンを表す。Ｒ9及びＲ10で各々表される置換もしくは無置換の、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アラルキル基、アリール基又は複素環基は、前述の一般式（３ａ）中、Ｒ⁸で表される基と同義であり、その好ましい範囲も同一である。Ｘ-で表されるアニオンは、前述の一般式（３ａ）中、Ｘ-で表されるアニオンと同義であり、その好ましい範囲も同一である。前述した様に、Ｘ-は１価のアニオンである必要はなく、２価以上のアニオンであってもよく、かかる場合は、前述の化合物中のカチオンとアニオンとの比率も１：２である必要はなく、適宜決定される。

本発明に使用可能なオニウム塩の具体例を以下に示すが、本発明に用いられるオニウム塩はこれらに限定されるものではない。下記の具体例中、Ｎｏ．II－１～１２は一般式（３ｂ）、Ｎｏ．II－１３～３２は一般式（３ａ）で表される化合物の例である。

また、下記（１）～（６０）の第４級アンモニウム塩も好ましい。

上記のピリジニウム誘導体は、一般にピリジン環をアルキル化（メンシュトキン反応）して得られる。

本発明の組成物中のオニウム塩の含有量は、その種類によって好ましい含有量が変動するが、通常は、併用される棒状液晶性化合物の含有量に対して、０．０１～１０質量％であるのが好ましく、０．０５～７質量％であるのがより好ましく、０．０５～５質量％であるのがさらに好ましい。オニウム塩は二種類以上用いてもよいが、かかる場合は、使用する全種類のオニウム塩の含有量の合計が前述の範囲であるのが好ましい。

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

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、同種の基であるのが好ましい。従って、キラル剤の重合性基も、不飽和重合性基、エポキシ基またはアジリジニル基であるのが好ましく、不飽和重合性基であるのがより好ましく、エチレン性不飽和重合性基であるのがさらに好ましい。
また、キラル剤は、液晶化合物であってもよい。

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２００２－８０４７８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。

－－重合開始剤－－
液晶組成物が重合性化合物を含む場合は、重合開始剤を含有しているのが好ましい。紫外線照射により重合反応を進行させる態様では、使用する重合開始剤は、紫外線照射によって重合反応を開始可能な光重合開始剤であるのが好ましい。
光重合開始剤の例には、α－カルボニル化合物（米国特許第２３６７６６１号、米国特許第２３６７６７０号の各明細書記載）、アシロインエーテル（米国特許第２４４８８２８号明細書記載）、α－炭化水素置換芳香族アシロイン化合物（米国特許第２７２２５１２号明細書記載）、多核キノン化合物（米国特許第３０４６１２７号、米国特許第２９５１７５８号の各明細書記載）、トリアリールイミダゾールダイマーとｐ－アミノフェニルケトンとの組み合わせ（米国特許第３５４９３６７号明細書記載）、アクリジンおよびフェナジン化合物（特開昭６０－１０５６６７号公報、米国特許第４２３９８５０号明細書記載）、ならびに、オキサジアゾール化合物（米国特許第４２１２９７０号明細書記載）等が挙げられる。
液晶組成物中の光重合開始剤の含有量は、液晶化合物の含有量に対して０．１～２０質量％であるのが好ましく、０．５～１２質量％であるのがさらに好ましい。

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

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

液晶組成物は、コレステリック液晶層（コレステリック液晶層１６）を形成する際には、液体として用いられるのが好ましい。
液晶組成物は溶媒を含んでいてもよい。溶媒には、制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、有機溶媒が好ましい。
有機溶媒には、制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ケトン類、アルキルハライド類、アミド類、スルホキシド類、ヘテロ環化合物、炭化水素類、エステル類、および、エーテル類などが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。これらの中でも、環境への負荷を考慮した場合にはケトン類が好ましい。

＜＜＜コレステリック液晶層の形成＞＞＞
コレステリック液晶層を形成する際には、コレステリック液晶層の形成面に液晶組成物を塗布して、液晶化合物をコレステリック液晶相の状態に配向した後、液晶化合物を硬化して、コレステリック液晶層とするのが好ましい。
すなわち、上述した液晶配向パターンに応じた、光学軸４０Ａの向きを、面内の少なくとも一方向に沿って回転させる配向パターンを有する配向膜１４に、上述した液所化合物およびキラル剤を含む液晶組成物を塗布する。
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。

ここで、液晶配向パターンにおける１周期Λは、１．６μｍ以下であるのが好ましいので、配向膜１４も、これに応じた配向パターンとするのが好ましい。

液晶組成物の塗膜厚には、制限はなく、形成するコレステリック液晶層１６の膜厚に応じて、適宜、設定すればよい。
ここで、本発明の形成方法によれば、１回の塗布によって、膜厚の厚いコレステリック液晶層を形成できる。この点を考慮すると、液晶組成物の塗膜厚ｄｃは、液晶配向パターンにおける１周期Λの半分を超える厚さであるのが好ましい。すなわち、液晶組成物の塗膜厚ｄｃは『ｄｃ＞Λ／２』を満たすのが好ましい。

液晶組成物の塗膜を形成したら、次いで、液晶組成物を加熱処理する加熱工程を行う。加熱処理によって、液晶化合物４０を上述した配向状態とする。
加熱処理は、液晶化合物４０の、結晶相－ネマチック相転移温度（Ｃｒ－Ｎｅ相転移温度）～ネマチック相－等方相転移温度（Ｎｅ－Ｉｓｏ相転移温度）の温度範囲内の温度Ｔ１で行う。
加熱処理温度がＣｒ－Ｎｅ相転移温度未満では、液晶化合物４０を適正に配向できない等の不都合を生じる。
加熱処理温度がＮｅ－Ｉｓｏ相転移温度を超えると、配向欠陥の増加、回折効率の低下等の不都合を生じる。

加熱処理時間には、制限はないが、１０～６００秒が好ましく、１５～３００秒がより好ましく、３０～２００秒がさらに好ましい。

なお、上部すなわち配向膜１４と離れた領域において、安定して液晶化合物４０を主面に対して傾斜させるためには、加熱処理が終了した状態において、螺旋１ピッチすなわちピッチＰが小さい方が好ましい。
具体的には、液晶配向パターンの１周期Λに対して、ピッチＰは『Ｐ／Λ≦１．５』を満たすのが好ましく、『Ｐ／Λ≦１．２』を満たすのがより好ましい。

加熱工程を終了したら、液晶組成物を露光する露光工程を行うことによって、液晶組成物を硬化して、コレステリック液晶層１６とする。
ここで、本発明の形成方法においては、露光工程において、液晶組成物の温度を『Ｔ１－２０℃』以上の温度に保ったまま、露光を行う。これにより、上述した液晶配向パターンを有し、かつ、液晶化合物４０が主面に対して傾斜している、本発明のコレステリック液晶層１６を形成できる。
露光時における液晶組成物の温度が『Ｔ１－２０℃』未満では、主面に対して液晶化合物４０が傾斜するコレステリック液晶層１６を安定して形成できない、配向欠陥の増加等の不都合を生じる。
なお、露光時における液晶組成物の温度は、Ｎｅ－Ｉｓｏ相転移温度以下であるのが好ましい。

露光工程では、露光を１回のみ行っても良いが、加熱処理後に第１露光工程を行い、その後、波長の異なる光を照射する第２露光工程を行うのが好ましい。
光の照射によってＨＴＰが低下するキラル剤を用い、このような２段階の露光を行うことで、第１露光工程において螺旋１ピッチ（ピッチＰ）を伸長して、第２露光工程で液晶組成物を硬化することで、上述した『Ｐ／Λ≦１．５』を超える螺旋１ピッチを有するコレステリック液晶層１６を形成でき、かつ、『Ｐ／Λ≦１．５』を超える螺旋１ピッチを有するコレステリック液晶層１６でも、上部すなわち配向膜１４と離れた領域において、安定して液晶化合物４０を主面に対して傾斜させることが可能である。

このような２回の露光工程を行うことにより、コレステリック液晶層１６は、ＳＥＭで観察する断面において、明部と暗部との形成周期すなわちピッチＰが、厚さ方向の位置によって異なる領域を有する構成となるように制御することが可能である（図３参照）。
また、このような２回の露光工程を行うことにより、コレステリック液晶層１６は、上述した傾斜角θ１が、厚さ方向の位置によって異なる領域を有する構成となるように制御することが可能である。なお、傾斜角θ１とは、図３に示すように、明部および暗部がコレステリック液晶層１６の主面に対して成す角度である。
好ましくは、コレステリック液晶層１６は、厚さ方向の一方向に向かって、傾斜角θ１が連続的に増大する領域を有する。図示例においては、コレステリック液晶層１６は、配向膜１４側から、配向膜１４と離間する側（空気側界面Ａ）に向かって、傾斜角θ１が連続的に増大する領域を有するのが好ましい。
より好ましくは、コレステリック液晶層１６は、厚さ方向の一方向に向かって傾斜角θ１が連続的に増大する領域と、同方向に向かって傾斜角が連続的に減少する領域とを有する。図示例においては、コレステリック液晶層１６は、配向膜１４側から、配向膜１４と離間する側に向かって、傾斜角θ１が連続的に増大する領域と、同方向に向かって、傾斜角θ１が連続的に減少する領域とを有するのがより好ましい。特に、コレステリック液晶層１６は、厚さ方向において、最も配向膜１４側の、傾斜角θ１の増大が少ない領域と、中間の傾斜角θ１の増大が大きい中間領域と、最も配向膜１４と離間する、中間領域に対して傾斜角θ１が連続的に減少する領域と、を有するのが好ましい。
このような膜厚方向に連続的にピッチＰおよび／または傾斜角θが変化する構造を有するコレステリック液晶層１６は、透過率の入射角依存性の広い性能を得ることができる。透過率が低下する角度範囲は、入射光が回折する角度範囲に相当する。従って、透過率の入射角依存性が広い回折素子を、例えばＡＲグラスの導光板の入射、および／または、出射用の素子として使用することで、視野角の広いＡＲグラスを得ることができる。
なお、傾斜角θ１の最大値と最長値との差には制限はないが、１０°以上であるのが好ましい。

露光に用いる光には、制限はないが、紫外線を用いるのが好ましい。照射する紫外線の波長は２５０～４３０ｎｍが好ましい。
照射エネルギーは、合計で２ｍＪ／ｃｍ²～５０Ｊ／ｃｍ²が好ましく、５～１５００ｍＪ／ｃｍ²がより好ましい。光重合反応を促進するため、加熱条件下または窒素雰囲気下で露光を実施してもよい。

従来のコレステリック液晶層の形成方法では、１回の形成では、光学軸４０Ａの向きが面内の少なくとも一方向に沿って回転する液晶配向パターンを有するコレステリック液晶層を、十分な厚さで形成できない。
そのため、従来は、この液晶配向パターンを有するコレステリック液晶層を形成する際には、コレステリック液晶層の形成を、複数回、繰り返す、いわゆる多重塗布によって行っていた。その結果、コレステリック液晶層は、ＳＥＭで観察する断面において、多重塗布に起因する境界線が確認される場合も有る。

これに対し、本発明の形成方法によれば、光学軸４０Ａの向きが面内の少なくとも一方向に沿って回転する液晶配向パターンを有し、かつ、液晶化合物が主面に対して傾斜し、しかも傾斜方向が明線Ｂおよび暗線Ｄに略一致するコレステリック液晶層１６を、１回の液晶組成物の塗布によって、十分な厚さで形成できる。
従って、この場合には、コレステリック液晶層１６は、ＳＥＭで観察する断面において、多重塗布に起因する境界線が確認されることは無い。

本発明の形成方法によって形成するコレステリック液晶層１６の膜厚には、制限はなく、コレステリック液晶層１６の選択反射中心波長、コレステリック液晶層１６に要求される反射率（回折効率）等に応じて、適宜、設定すればよい。
本発明の形成方法によって形成するコレステリック液晶層１６の膜厚は、１．０μｍ以上が好ましく、２．０μｍ以上がより好ましい。本発明の形成方法によって形成するコレステリック液晶層１６の膜厚の上限は、２０μｍ程度である。

なお、本発明の形成方法は、コレステリック液晶層の形成を、複数回、繰り返す、多重塗布によるコレステリック液晶層の形成にも、好適に利用可能である。

ここで、コレステリック液晶層は、単一の複屈折層によって形成されていることが好ましい。すなわち、コレステリック液晶層は、面内方向の周期Λと螺旋ピッチＰが、層内で均一な周期を有する。

上述した液晶回折素子１０は、本発明のコレステリック液晶層１６を１層のみ有するものであるが、本発明は、これに制限はされない。すなわち、本発明のコレステリック液晶層を用いる液晶回折素子は、２層以上のコレステリック液晶層を有してもよい。すなわち、液晶回折素子は、上述したコレステリック液晶層を複数層有する積層体としてもよい。

液晶回折素子を、コレステリック液晶層を複数層有する積層体とした場合には、複数のコレステリック液晶層は走査型電子顕微鏡によって観察されるコレステリック液晶層の断面における明部と暗部との形成周期が異なる構成とすることができる。すなわち、液晶回折素子は、複数のコレステリック液晶層が、それぞれ異なる波長の光を選択的に反射する構成としてもよい。
例えば、本発明のコレステリック液晶層を用いる液晶回折素子は、赤色光を選択的に反射するコレステリック液晶層および緑色光を選択的に反射するコレステリック液晶層を有する、２層のコレステリック液晶層を有するものでもよく、赤色光を選択的に反射するコレステリック液晶層、緑色光を選択的に反射するコレステリック液晶層、および、青色光を選択的に反射するコレステリック液晶層を有する、３層のコレステリック液晶層を有するものでもよい。

液晶回折素子を、コレステリック液晶層を複数層有する積層体とした場合には、後に詳述するとおり、液晶配向パターンにおける光学軸の向きが面内方向に１８０°回転する長さである１周期Λが異なる構成とすることが好ましい。また、複数のコレステリック液晶層は、コレステリック液晶層の断面における明部と暗部との形成周期が異なり、かつ、液晶配向パターンにおける面内方向の１周期が異なり、断面の形成周期の長さの順列と、面内方向の１周期の長さの順列とが一致していることが好ましい。

本発明のコレステリック液晶層を用いる液晶回折素子が、複数層のコレステリック液晶層を有する場合には、全てのコレステリック液晶層が本発明のコレステリック液晶層１６であるのが好ましいが、液晶配向パターンのみを有する本発明のコレステリック液晶層１６以外の通常のコレステリック液晶層を含むものでもよい。

本発明のコレステリック液晶層、あるいは、本発明のコレステリック液晶層を複数層有する積層体を光学素子として用いることで、光学装置における光路変更部材、光集光素子、所定方向への光拡散素子、および、回折素子等、鏡面反射ではない角度で光を反射する、各種の用途に利用可能である。

好ましい一例として、図９に概念的に示すように、本発明のコレステリック液晶を用いる光学素子１１０を、導光板１４２に離間して設ける導光素子が例示される。この導光素子では、本発明のコレステリック液晶を用いる光学素子１１０を、前述したようなＡＲグラスにおいて、ディスプレイ１４０が照射した光（投影像）を、全反射に十分な角度で導光板１４２に導入する入射回折素子、ならびに、導光板１４２を伝播した光を、導光板１４２からＡＲグラスの使用者Ｕによる観察位置に出射する、出射回折素子として用いている。すなわち、導光素子１１０において、コレステリック液晶層が、入射回折素子、および出射回折素子として作用するようにそれぞれ導光板に配置されている。

ここで、図９に示すＡＲグラスにおいて、ディスプレイ１４０が、赤色光、緑色光および青色光の三色の光を照射する場合には、光学素子１００は、各色に対応して、３層の本発明のコレステリック液晶層を有する。言い換えると、光学素子１００は、３層のコレステリック液晶層を有する積層体を有する。
この際には、コレステリック液晶層は、液晶配向パターンにおける１周期Λを、対応する色に応じて、変更するのが好ましい。例えば、第１コレステリック液晶層、第２コレステリック液晶層および第３コレステリック液晶層とを有する場合には、第１コレステリック液晶層の液晶配向パターンにおける面内方向の１周期をΛ１、第２コレステリック液晶層の液晶配向パターンにおける面内方向の１周期をΛ２、第３コレステリック液晶層の液晶配向パターンにおける面内方向の１周期をΛ３としたときに、Λ１＜Λ２＜Λ３を満たすのが好ましい。
この場合、第１コレステリック液晶層の断面における明部と暗部との形成周期をＰ１、第２コレステリック液晶層の断面における明部と暗部との形成周期をＰ２、第３コレステリック液晶層の断面における明部と暗部との形成周期をＰ３としたときに、Ｐ１＜Ｐ２＜Ｐ３を満たすのが好ましい。

同一の液晶配向パターンの１周期Λを有する３層のコレステリック液晶層を有する光学素子１１０（回折素子）を用いて回折を行うと、赤色光、緑色光、青色光それぞれの波長の光の回折角度が異なるものとなり、赤色光、緑色光および青色光で共通の視野角範囲が狭くなる。そのため、赤色光、緑色光および青色光の三色の画像を、広い視野角範囲で適切なカラー画像として観察されるようにするために、赤色光、緑色光および青色光の各光に対応して、それぞれのコレステリック液晶層における液晶配向パターンの１周期Λを変えて、赤色光、緑色光および青色光の各光を略同じ角度で回折させるようにすることが好ましい。
前述のように、液晶配向パターンの１周期Λを変えた本発明のコレステリック液晶層を用いることで、光学素子１１０（回折素子）は、反射回折角度の波長依存性を小さくできるので、ディスプレイ１４０が照射した赤色光、緑色光および青色光を同じ方向に反射できる。そのため、１枚の導光板１４２で、赤色画像、緑色画像および青色画像を伝播しても、広い視野角のフルカラー画像を、導光板からＡＲグラスの使用者Ｕによる観察位置に出射できる。従って、本発明のコレステリック液晶を用いる光学素子１１０を用いる導光素子によれば、ＡＲグラスの導光板を、全体的に薄く、軽くして、ＡＲグラスの構成を簡略化できる。

また、本発明のコレステリック液晶を利用する光学素子１１０を用いる導光素子は、自動車用などに装着されるヘッドアップディスプレイにも好適に使用することができる。特に、ヘッドアップディスプレイのイメージャーの一部に使用することで、全体的に薄く、省スペースなイメージャーを提供できる。

なお、上述したコレステリック液晶層による光の反射角度は、長波長の光ほど、入射光に対する反射光の角度が大きくなる。従って、赤色光、緑色光および青色光をそれぞれ反射する複数のコレステリック液晶層を有する場合には、断面における明部と暗部との形成周期の長さの順列と、面内方向の１周期の長さの順列とが一致させる。すなわち、赤色光を反射するコレステリック液晶層の１周期の長さを最も長くし、青色光を反射するコレステリック液晶層の１周期の長さを最も短くする。
このように、複数のコレステリック液晶層を有する場合には、明部と暗部との形成周期の長さの順列と、面内方向の１周期の長さの順列とを一致させることで、波長の異なる光を、略同じ方向に反射することができる。

なお、本発明のコレステリック液晶層を有する光学素子１１０を用いる導光素子は、図９に示すように、導光板１４２に、互いに離間する２つの光学素子１１０を設ける構成に制限はされない。
例えば、導光素子は、導光板１４２への光の導入のため、または、導光板４２から光を出射するため、導光板１４２に光学素子１１０を１つのみ、設けた構成であってもよい。または、導光素子は、視域を拡大（射出瞳拡大）するために、導光板１４２に光学素子１１０を３つ以上設けた構成であってもよい。すなわち、導光素子において、コレステリック液晶層が、入射回折素子、中間回折素子および出射回折素子として作用するようにそれぞれ導光板に配置されている構成としてもよい。中間回折素子は、射出瞳拡大するためのものであり、入射回折素子によって回折されて導光板内に導入された光の進行方向を、出射回折素子に向かうように回折する。

以上の例は、本発明のコレステリック液晶を用いる光学素子を、３層のコレステリック液晶層を有する、赤色光、緑色光および青色光の３色の光を反射する光学素子に利用したものである。しかしながら、本発明のコレステリック液晶を用いる光学素子は、これに限定はされず、各種の構成が利用可能である。
例えば、本発明のコレステリック液晶を用いる光学素子は、同様に選択反射中心波長が異なる３層のコレステリック液晶層を有し、赤色光、緑色光および青色光等の可視光から選択される１色または２色と、赤外線および／または紫外線を反射する構成でもよく、可視光以外の光のみを反射する構成でもよい。
あるいは、本発明のコレステリック液晶を用いる光学素子は、選択反射中心波長が異なる本発明のコレステリック液晶層を４層または５層（または６層以上）、有し、赤色光、緑色光および青色光に加え、赤外線および／または紫外線を反射する構成でもよく、可視光以外の光のみを反射する構成でもよい。

あるいは、本発明のコレステリック液晶を用いる光学素子を有する導光板を、２つ以上、組み合わせる構成も利用可能である。
一例として、図１０に概念的に示すように、導光板１４２ｇおよび導光板１４２ｂｒの２枚の導光板を有する構成のＡＲグラスが例示される。この構成では、一例として、一方の導光板１４２ｇに、離間して、緑色光を反射する光学素子１１０ｇを設け、他方の導光板１４２ｂｒに、青色光を反射する光学素子１１０ｂと赤色光を反射する光学素子１１０ｒとの積層体を、離間して設ける。なお、光学素子１１０ｇは緑色光を選択的に反射する本発明のコレステリック液晶層を用いるものである。光学素子１１０ｂは青色光を選択的に反射する本発明のコレステリック液晶層を用いるものである。さらに、光学素子１１０ｒは赤色光を選択的に反射する本発明のコレステリック液晶層を用いるものである。
この２枚の導光板を用いる構成では、赤色光、緑色光および青色光から選択される２色を反射する構成と、赤色光、緑色光および青色光から選択される１色または赤外線または紫外線とを反射する構成でもよく、可視光以外の光のみを反射する構成でもよい。
あるいは、赤色画像用の導光板、緑色画像用の導光板、および、青色画像用の導光板の３枚の導光板を有するものであってもよい。

２枚の導光板を用いる構成の場合には、第１導光板と第２導光板を有し、第１導光板に設けられる第１コレステリック液晶層と第３コレステリック液晶層とを有する第１導光素子と、第２導光板に設けられる第２コレステリック液晶層と、を有し、第１コレステリック液晶層の液晶配向パターンにおける面内方向の１周期をΛ１、第２コレステリック液晶層の液晶配向パターンにおける面内方向の１周期をΛ２、第３コレステリック液晶層の液晶配向パターンにおける面内方向の１周期をΛ３としたときに、Λ１＜Λ２＜Λ３を満たすのが好ましい。
この場合、第１コレステリック液晶層の断面における明部と暗部との形成周期をＰ１、第２コレステリック液晶層の断面における明部と暗部との形成周期をＰ２、第３コレステリック液晶層の断面における明部と暗部との形成周期をＰ３としたときに、Ｐ１＜Ｐ２＜Ｐ３を満たすのが好ましい。

例えば、第１導光素子が、青色光を反射する第１コレステリック液晶層と赤色光を反射する第３コレステリック液晶層を有し、第２導光素子が、緑色光を反射する第２コレステリック液晶層を有し、各コレステリック液晶層の液晶配向パターンにおける面内方向の１周期が、Λ１＜Λ２＜Λ３を満たすことで、青色光、緑色光および赤色光を、略同じ方向に反射することができる。

または、本発明のコレステリック液晶を用いる光学素子は、１層または２層の本発明のコレステリック液晶層を有し、赤色光、緑色光および青色光から選択される１色または２色にを反射する構成であってもよい。

本発明の画像表示装置は、上述した導光素子と、導光素子のコレステリック液晶層（入射回折素子）に画像を照射する表示素子とを有する画像表示装置である（図９、図１０参照）。
前述のとおり、導光素子が有するコレステリック液晶層は、円偏光を反射するので、画像表示素子は、円偏光を照射するのが好ましい。

また、図９および１０に示す例では、導光素子は、入射側および出射側にそれぞれ回折素子を有する構成としたが、これに限定はされず、入射側の回折素子と出射側の回折素子との間に、中間の回折素子を有する構成としてもよい。
図１１は、本発明の導光素子の他の一例を概念的に示す正面図である。図１２は、図１１に示す導光素子の一形態を概念的に示す図である。

図１１に示す導光素子は、導光板１１２と、第一回折素子１１４と、第二回折素子１１６と、第三回折素子１１８とを有する。図１１に示す導光素子は、第一回折素子１１４、第二回折素子１１６および第三回折素子１１８の少なくとも１つが本発明のコレステリック液晶層または積層体を用いるものである。図示例は、好ましい態様として、全ての回折素子が本発明のコレステリック液晶層または本発明の積層体を用いる。
図１１において、第一回折素子１１４、第二回折素子１１６および第三回折素子１１８内に示す矢印は、コレステリック液晶層における面内回転周期の方向である。面内の回転周期の方法とは、すなわち、コレステリック液晶層において、液晶化合物４０に由来するの光学軸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方向である。
第一回折素子１１４は、ディスプレイ１４０が出射した光など、外部から入射する光を、導光板１１２内で全反射可能な角度に回折する回折素子である。
第二回折素子１１６は、第一回折素子１１４の位置で導光板１１２内に入射して導光板１１２内を伝播する光を回折して、導光板１１２内における光の進行方向を曲げて第三回折素子１１８に向けて伝播させるための回折素子である。
第三回折素子１１８は、第二回折素子１１６で回折され導光板１１２内を伝播する光を、導光板１１２から外部に出射可能な角度に回折して、使用者Ｕによる観察位置に出射するための回折素子である。
すなわち、図１１に示す導光素子は、入射用の第一回折素子１１４により回折されて導光板１１２内に入射した光を中間の第二回折素子１１６で回折して導光板１１２内における光の進行方向を曲げて、その後、出射側の第三回折素子１１８によって回折して導光板１１２の外に光を出射する構成である。

このような構成を有することにより、第二回折素子１１６および／または第三回折素子１１８において射出瞳拡張をおこなうことができる。
その際、第二回折素子１１６および／または第三回折素子１１８として、本発明のコレステリック液晶層または本発明の積層体を有する光学素子用いることで、拡張された光の光量を均一にすることができる、角度による色味変化の小さい画像を表示できる等の点で好ましい。

なお、第二回折素子（中間の回折素子）を有する構成の場合には、上述のように、少なくとも１つの回折素子、例えば、第一回折素子１１４として、本発明のコレステリック液晶層または本発明の積層体を有する光学素子を有していればよく、他の回折素子としては、レリーフ型の回折素子、液晶を用いた回折素子等の従来公知の回折素子が各種利用可能である。
また、第二回折素子を有する構成でも、図１０に示す導光素子と同様、図１２に概念的に示すように、２つの導光板を有してもよい。図１２に示す例では、導光板１４２ｇに、緑色光を選択的に反射（回折）する光学素子１１４ｇ、１１６ｇおよび１１８ｇを設け、導光板１４２ｂｒに、青色光を選択的に反射する光学素子１１４ｂと赤色光を選択的に反射する光学素子１１４ｒとの積層体、青色光を選択的に反射する光学素子１１６ｂと赤色光を選択的に反射する光学素子１１６ｒとの積層体、および、青色光を選択的に反射する光学素子１１８ｂと赤色光を選択的に反射する光学素子１１８ｒとの積層体を設けた構成を有する。
図１２に示す構成では、光学素子１１４ｇ、光学素子１１４ｂおよび光学素子１１４ｒが、第一回折素子１１４に対応し、光学素子１１６ｇ、光学素子１１６ｂおよび光学素子１１６ｒが、第二回折素子１１６に対応し、光学素子１１８ｇ、光学素子１１８ｂおよび光学素子１１８ｒが、第三回折素子１１８に対応する。

また、本発明の導光素子を構成するコレステリック液晶層は、厚さ方向に液晶化合物４０が螺旋状に１回転する螺旋ピッチＰが長くなる構成とすることもできる。
このような構成を有する本発明の導光素子を、ＡＲグラスなどの表示デバイスなどに用いられる導光素子において、導光板内を伝播する光を回折する中間の回折素子、または導光板から出射させる回折素子として用いた場合に、特定の波長に対して光の伝播方向において回折効率が高くなるように変化させることができるため、射出瞳拡大を行っても導光板から出射される光の明るさ（光量）を均一にすることができる。

図１３は、本発明の導光素子の他の一例を概念的に示す正面図である。図１４は、図１３に示す導光素子の断面の概念図である。
図１３および図１４に示す導光素子は、本発明のコレステリック液晶層または積層体を用いる光学素子１１０Ａ－１と光学素子１１０Ａ－２とを積層してなる第一回折素子、および、本発明のコレステリック液晶層または積層体を用いる光学素子１１０Ｂ－１と光学素子１１０Ｂ－２とを積層してなる第二回折素子を有する。
なお、第一回折素子および第二回折素子において、図中に示す実線の矢印は、光学素子１１０Ａ－１および光学素子１１０Ｂ－１を構成するコレステリック液晶層における面内回転周期の方向であり、図中に示す破線の矢印は、光学素子１１０Ａ－２および光学素子１１０Ｂ－２を構成するコレステリック液晶層における面内回転周期の方向である。
ここで、光学素子１１０Ａ－１および光学素子１１０Ｂ－１のコレステリック液晶層の面内回転周期の方向、ならびに、光学素子１１０Ａ－２および光学素子１１０Ｂ－２のコレステリック液晶層の面内回転周期の方向は、互いに平行な関係にある。
また、光学素子１１０Ａ－１および光学素子１１０Ａ－２のコレステリック液晶層の面内回転周期の方向、ならびに、光学素子１１０Ｂ－１および光学素子１１０Ｂ－２のコレステリック液晶層の面内回転周期の方向は、互いに異なる。光学素子１１０Ａ－１と光学素子１１０Ａ－２とのコレステリック液晶層の面内回転周期の方向が成す角度、および、光学素子１１０Ｂ－１と光学素子１１０Ｂ－２とのコレステリック液晶層の面内回転周期の方向が成す角度は、例えば、９０°である。
図１３および図１４に示す導光素子では、ディスプレイ１４０が出射した光（画像）を、第一回折素子を構成する光学素子１１０Ａ－１および光学素子１１０Ａ－２とで回折して反射することで導光板１４２に導入し、導光板１４２内を伝播した光を、第二回折素子を構成する光学素子１１０Ｂ－１と光学素子１１０Ｂ－２とで回折して反射することで、使用者Ｕによる観察位置に出射する。

図１５は、図１３および図１４に示す本発明の導光素子、ならびに、ディスプレイ１４０を、自動車用ヘッドアップディスプレイのイメージャーとして使用する方法を模式的に示したものである。
ディスプレイ１４０および図１３および図１４に示す本発明の導光素子は、図中に一点鎖線（想像線）で示す自動車のダッシュボードＤＢの内部に設けられる。ディスプレイ１４０が出射した光（画像）は、上述のように、第一回折素子（光学素子１１０Ａ－１および光学素子１１０Ａ－２）で回折されて導光板１４２に導入、伝播される。導光板１４２で伝播された光は、第二回折素子（光学素子１１０Ｂ－１と光学素子１１０Ｂ－２）で回折されて、導光板１４２から出射される。
導光板１４２から出射された光は、図示しないダッシュボードＤＢの開口部から車内空間に侵入に至り、ウインドシールドＷＳで反射されて、使用者Ｕ（運転者）によって観察される。

以上、本発明のコレステリック液晶層、積層体、導光素子および画像表示装置、その利用方法、ならびに、コレステリック液晶層の形成方法について詳細に説明したが、本発明は上述の例に限定はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更を行ってもよいのは、もちろんである。

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

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

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

－光配向用素材－

（配向膜の露光（露光工程））
図７に示す露光装置を用いて配向膜を露光して、配向パターンを有する配向膜Ｐ－１を形成した。
露光装置において、レーザーとして波長（３２５ｎｍ）のレーザー光を出射するものを用いた。干渉光による露光量を３００ｍＪ／ｃｍ²とした。なお、２つのレーザー光の干渉により形成される配向パターンの１周期Λ（光学軸が１８０°回転する長さ）が、０．０２５μｍとなるように、２つの光の交差角（交差角α）を調節した。

（コレステリック液晶層の形成）
コレステリック液晶層を形成する液晶組成物として、下記の液晶組成物ＬＣ－１を調製した。
液晶組成物ＬＣ－１
―――――――――――――――――――――――――――――――――
液晶化合物Ｌ－１ １００．００質量部
重合開始剤（ＢＡＳＦ製、Ｉｒｇａｃｕｒｅ９０７） ３．００質量部
光増感剤（日本化薬社製、ＫＡＹＡＣＵＲＥ ＤＥＴＸ－Ｓ）
１．００質量部
キラル剤Ｃｈ－１ ６．２０質量部
メチルエチルケトン ３３０．６０質量部
―――――――――――――――――――――――――――――――――

液晶化合物Ｌ－１

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

キラル剤Ｃｈ－１

配向膜Ｐ－１上に、上記の液晶組成物ＬＣ－１を、スピンコータを用いて、８００ｒｐｍで１０秒間塗布した（塗布工程）。
液晶組成物ＬＣ－１の塗膜をホットプレート上で８０℃にて３分間（１８０ｓｅｃ）加熱した（加熱工程）。
その後、８０℃にて、窒素雰囲気下で高圧水銀灯を用いて波長３６５ｎｍの紫外線を３００ｍＪ／ｃｍ²の照射量で塗膜に照射することにより（第２露光工程）、液晶組成物ＬＣ－１を硬化して液晶化合物の配向を固定化し、コレステリック液晶層を形成した。
これにより、支持体、配向膜およびコレステリック液晶層を有する液晶回折素子を作製した。

コレステリック液晶層は、図２に示すような周期的な配向表面になっていることを偏光顕微鏡で確認した。
液晶回折素子を光学軸の回転方向に沿う方向切削し、断面をＳＥＭで観察した。ＳＥＭ画像を解析することで、コレステリック液晶層の膜厚ｄ、液晶配向パターンにおける１周期Λ、螺旋１ピッチの長さピッチＰ、および、主面に対する明部および暗部の傾き（傾斜角θ１）を測定した。

Ａｘｏｍｅｔｒｉｃｓ社製の「Ａｘｏｓｃａｎ」を用いて、図４に示すように測定光の入射角度を変更して、進相軸面内および遅相軸面内における面内レタデーションＲｅ（面内Ｒｅ）を測定した。測定波長は７５０ｎｍとした。また、測定光の入射角度は７０°～７０°の範囲とした。
コレステリック液晶層の平均屈折率を１．５として、面内レタデーションが最小となる方向が法線と成す角度である測定角θ２から、『ｓｉｎθ２＝ｎ・ｓｉｎφ』によって光学軸傾斜角φの絶対値を求めた。その結果、面内レタデーションが最小となる測定角θ２は進相軸面内であり、光学軸傾斜角φの絶対値は３７°であった。上述したように、この結果は、各液晶分子の長軸方向が、らせん周期の傾斜角に沿って傾斜した配向状態をとっていることを示唆している。
また、面内レタデーションが最小になる測定角θ２の際の面内レタデーションＲｅ［φ］から、『Δｎ´（φ）＝Ｒｅ［φ］／（ｄ・ｃｏｓφ）』によって屈折率異方性Δｎ´［φ］を求めた。その結果、屈折率異方性Δｎ´［φ］は０．００６であった。上述したように、進相軸面内の傾斜に対する屈折率異方性Δｎ’の最小値が０．００５以上であることは、明部および暗部の傾斜角が一様でないことを示唆している。

［実施例２～６、比較例１、３および４］
配光膜露光時の交差角α（１周期Λ）、液晶組成物の組成、膜厚、ならびに、加熱工程および露光工程における加熱温度を表１に示すように変更した以外は、実施例１と同様に液晶回折素子を作製し、同様の測定を行った。
なお、表１において、液晶化合物Ｌ－２、開始剤Ｉ－２、キラル剤Ｃｈ－２およびレベリング剤は、以下のとおりである。また、チルト制御剤は、表１の実施例および比較例では使用されていないので、後に示す。

液晶化合物Ｌ－２

なお、液晶化合物Ｌ－１と同様に相転移温度およびΔｎを測定したところ、液晶化合物Ｌ－２の結晶相－ネマチック相転移温度は７８℃、ネマチック相－等方相転移温度は１６１℃、Δｎは０．３４であった。

開始剤Ｉ－２

キラル剤Ｃｈ－２

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

レベリング剤

［実施例７］
実施例６において、液晶組成物を硬化するための第２露光工程に先立ち、第１露光工程として、高圧水銀灯を用いて、３００ｎｍのロングバスフィルタ、および３５０ｎｍのショートパスフィルタを介して、８０℃で液晶組成物の露光を行った以外は、実施例６と同様に液晶回折素子を作製し、実施例１と同様の測定を行った。
第１露光工程は、波長３１５ｎｍで測定される光の照射量が３０ｍＪ／ｃｍ²となるように行った。

［実施例８］
液晶組成物の組成および第１露光工程の照射量を表１に示すように変更した以外は、実施例７と同様に液晶回折素子を作製し、同様の測定を行った。

［比較例２］
液晶組成物の組成を表１に示すように変更した。
この液晶組成物を、配向膜Ｐ－１上に多層塗布してコレステリック液晶層を形成した以外は、実施例１と同様にコレステリック液晶層を形成した。
多層塗布とは、先ず配向膜の上に１層目の液晶組成物を塗布、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、紫外線硬化を行うことを繰り返すことを指す。多層塗布により形成することにより、液晶層の総厚が厚くなった時でも配向膜の配向方向が液晶層の下面から上面にわたって反映される。
光学異方性層の１層目として、配向膜Ｐ－１上に、液晶組成物を、スピンコータを用いて、３０００ｒｐｍで塗布した。塗膜をホットプレート上で８０℃にて３分間加熱し、その後さらに８０℃にて、窒素雰囲気下で高圧水銀灯を用いて波長３６５ｎｍの紫外線を３００ｍＪ／ｃｍ²の照射量で塗膜に照射することにより、液晶化合物の配向を固定化した。
２層目～２０層目は、この液晶層に重ね塗りして、上と同じ条件で加熱、紫外線硬化を行って液晶固定化層を作製し、液晶回折素子を形成した。
作製した液晶回折素子について、実施例１と同様の測定を行った。

［回折効率の測定］
作製した液晶回折素子の回折効率を以下の方法で測定した。
図８に示すように、作製した液晶回折素子Ｄをダブプリズム８０に配置した。ダブプリズム８０は、屈折率が１．５１７、斜面角度が４５°のものを用いた。
ダブプリズム８０に、表１に示す波長のレーザーＬを、直線偏光子８２およびλ／４板８４を透過させて右円偏光とし、回折光が斜面から垂直に出射するように角度を設定して液晶回折素子Ｄの表面に入射させた。
出射光Ｌｒの強度を測定器８６（ニューポート社製、パワーメータ１９１８－Ｃ）を用いて測定し、入射光強度Ｌｉとの比（Ｌｒ／Ｌｉ×１００[%]）を回折効率とした。
結果を表１に示す。

（回折角度の測定）
サンプルに法線方向から入射したときの回折角度を測定した。
結果を表１に示す。

上記表において、比較例２の膜厚は、２０層の多重塗布による合計膜厚である。
比較例１、比較例３および比較例４は、明確な液晶配向パターンを確認できなかった。また、比較例１、比較例３および比較例４は、光を回折せず、面内レタデーションＲｅおよび回折効率の測定ができなかった。

実施例１、実施例２、および、実施例５～８は、他の実施例よりΛが小さい。これにより、空気界面側で、反射光が臨界角を超えて回折されるため、臨界角を超えない実施例３および実施例４よりも回折効率は低くなることがある。

表１に示されるように、本発明の液晶回折素子によれば、高い回折効率で光を回折（反射）することができる。
なお、比較例２は、回折効率が６４％であるが、同じ面内周期Λ＝１．９μｍで作製し、同程度の反射波長を有する実施例４と比較して回折効率は低かった。

［実施例９］
配光膜露光時の交差角α（１周期Λ）、液晶組成物の組成、および、膜厚を表２に示すように変更した以外は、実施例１と同様に液晶回折素子を作製し、同様の測定を行った。結果を表２に示す。
なお、本例、ならびに、後述する実施例１０および実施例１１については、以下の変角分光透過率の測定を行った。

[変角分光透過率測定]
変角分光光度計（村上色彩技術研究所製、ＧＳＰ－１Ｂ型）を用い、サンプル面の法線方向を０°として、光源を０°の方向、受光部を１８０°の方向に配置した。その上で、コレステリック液晶層の周期面の傾斜方向（液晶化合物の光学軸が回転する一方向）に、入射角βを－４０°～４０°まで変化させて、透過率を測定した。
なお、光源とサンプルの間には、直線偏光子およびλ／４板を透過させて、サンプルへの入射光は右円偏光とした。測定波長は５２０ｎｍとした。
このとき、透過率が最小となる入射角βを基準とした透過率の入射角依存性の半値幅Δβは１２°であった。

［実施例１０］
液晶組成物の組成、塗布工程および露光工程における条件を表２に示すように変更した以外は、実施例９と同様に液晶回折素子を作製し、同様の測定を行った。なお、本例では『ＫＡＹＡＣＵＲＥ ＤＥＴＸ－Ｓ』を重合開始剤として用いた。結果を表２に示す。
実施例１０の液晶回折素子のコレステリック液晶層について、ＳＥＭで観察する断面の画像を解析した。その結果、配向膜側から配向膜と離間する側に向かって、厚さ方向に螺旋ピッチＰが連続的に増大し、かつ、傾斜角θ１も連続的に増大する形状が見られた。なお、傾斜角θ１（明部／暗部の傾斜角θ１）とは、上述のように、明部および暗部がコレステリック液晶層の主面に対して成す角度である。
配向膜の界面側を０μｍとして、膜厚方向に０．２～１．０μｍの区間の平均の螺旋ピッチＰは０．３１μｍ、傾斜角θ１は３０°であった。１．５μｍ～３．４μｍの区間の平均の螺旋ピッチＰは０．３４μｍ、傾斜角θ１は３３°であった。
また、変角分光透過率測定における透過率の入射角依存性の半値幅Δβは３０°であった。

［実施例１１］
液晶組成物の組成、塗布工程および露光工程における条件を表２に示すように変更した以外は、実施例９と同様に液晶回折素子を作製し、同様の測定を行った。結果を表２に示す。
実施例１１の液晶回折素子のコレステリック液晶層について、ＳＥＭで観察する断面の画像を解析した。その結果、配向膜側から配向膜と離間する側に向かって、厚さ方向に螺旋ピッチＰ、および、傾斜角θ１が連続的に増大し、その後、螺旋ピッチＰが連続的に減少し、および、傾斜角θ１が連続的に低下する形状が見られた。
配向膜界面側を０μｍとして、膜厚方向に０．２～０．７μｍの区間の平均の螺旋ピッチＰは０．３１μｍ、傾斜角θ１は３０°であった。１．０μｍ～２．５μｍの区間の平均の螺旋ピッチＰは０．３４μｍ、傾斜角θ１は３３°であった。２．８～３．４μｍの区間の平均の螺旋ピッチＰは０．３１μｍ、傾斜角θ１は３０°であった。
また、変角分光透過率測定における透過率の入射角依存性の半値幅Δβは３０°であった。

［実施例１２］
配光膜露光時の交差角α（１周期Λ）、液晶組成物の組成および塗布工程における条件を表２に示すように変更した以外は、実施例９と同様に液晶回折素子を作製し、同様の測定を行った。結果を表２に示す。
なお、本例は、液晶化合物の配向を制御するチルト制御剤（配向制御剤）を用いている。チルト制御剤は、以下のとおりである。

チルト制御剤

［実施例１３～１６］
配光膜露光時の交差角α（１周期Λ）、液晶組成物の組成および塗布工程における条件を表２に示すように変更した以外は、実施例９と同様に液晶回折素子を作製し、同様の測定を行った。但し、回折効率の測定においては、実施例１３は測定光の波長を４５０ｎｍ（青色光）とし、実施例１４は測定光の波長を５３２ｎｍ（緑色光）とし、実施例１５は測定光の波長を６５０ｎｍ（赤色光）とした。実施例１６は測定光の波長を８５０ｎｍ（赤外光）とした。
結果を表２に示す。

なお、実施例１０および実施例１１のコレステリック液晶層は、光の照射によって螺旋誘起力が低下するキラル剤により、膜厚方向に連続的に螺旋ピッチが変化する構造を形成することで、実施例９よりも透過率の入射角依存性の広い性能を得ることができる。
透過率が低下する角度範囲は、入射光が回折する角度範囲に相当する。従って、透過率の入射角依存性が広い回折素子を、例えばＡＲグラスの導光板の入射、および／または、出射用の素子として使用することで、視野角の広いＡＲグラスを得ることができる。
また、チルト制御剤（配向制御剤）を添加した実施例１２のコレステリック液晶層は、明部／暗部の傾斜角θ１が７０°と、傾斜が大きくなっている。

［実施例１７］
液晶組成物の組成、塗布工程および露光工程における条件を表３に示すように変更した以外は、実施例１０と同様に液晶回折素子を作製し、同様の測定を行った。なお、本例は、キラル剤としてＣｈ－３を用いた。

キラル剤Ｃｈ－３

結果を表３に示す。

実施例１７の液晶回折素子のコレステリック液晶層について、ＳＥＭで観察する断面の画像を解析した。
その結果、配向膜側から配向膜と離間する側に向かって、厚さ方向に螺旋ピッチＰが連続的に増大し、かつ、傾斜角θ１も連続的に増大する形状が見られた。
配向膜との界面側を０μｍとして、膜厚方向に０～０．４μｍの区間の平均の螺旋ピッチＰは０．２８μｍ、傾斜角θ１は１９°であった。膜厚方向に３．０～３．５μｍの区間の平均の螺旋ピッチＰは０．３７μｍ、傾斜角θ１は２５°であった。さらに、膜厚方向に６．０～７．０μｍの区間の平均の螺旋ピッチＰは０．５２μｍ、傾斜角θ１は３７°であった。
また、回折効率の測定は、測定光の波長を４５０ｎｍ、５３２ｎｍ、および、６５０ｎｍの３波長で行い、それぞれ８５％、８０％、８０％と、いずれの波長でも高い回折効率を示した。

［実施例１８～２０］
液晶組成物の組成、塗布工程および露光工程における条件を表３に示すように変更した以外は、実施例１７と同様に液晶回折素子を作製し、同様の測定を行った。なお、本例も、キラル剤としてＣｈ－３を用いた。
結果を表３に併記する。

［実施例２１～２６］
配光膜露光時の交差角α（１周期Λ）、液晶組成物の組成および塗布工程における条件を表４に示すように変更した以外は、実施例１３と同様に液晶回折素子を作製し、同様の測定を行った。
結果を表４に示す。

［実施例２７］
（ＡＲグラスへの適用１）
実施例１３～１５のコレステリック液晶層を有する光学素子を、ＡＲグラスの導光板に光を入射および出射させる回折素子として用い、図９に示すＡＲグラスでの表示の効果を確認した。
導光板として、ガラス（屈折率１．８０、厚さ０．５０ｍｍ）を用いた。
なお、回折効率の測定結果からも明らかなように、実施例１３のコレステリック液晶層は、青色光を選択的に反射するものである。また、実施例１４のコレステリック液晶層は、緑色光を選択的に反射するものである。さらに、実施例１５のコレステリック液晶層は赤色光を選択的に反射するものである。
これらのコレステリック層を、導光板に近い方からＢ、ＧおよびＲの順番になるよう積層貼合して光学素子（回折素子）とした。
また、ＡＲグラスの表示装置部分（ディスプレイ１４０）として、ＬＣＯＳ方式のプロジェクターを用いた。
これによりＡＲグラスの表示の効果を確認した。その結果、ＲＧＢのカラー表示ができることを確認した。

［実施例２８］
（ＡＲグラスへの適用２）
実施例１６と同様に、実施例１３～１５のコレステリック液晶層を用いて、図１０に示す２枚の導光板を有するＡＲグラスでの表示の効果を以下の方法で確認した。
緑色光を選択的に反射する実施例１４のコレステリック液晶層を、１つの導光板（図１０の導光板１４２ｇ）に貼合した。さらに、青色光を選択的に反射する実施例１３のコレステリック液晶層と、赤色光を選択的に反射する実施例１５のコレステリック液晶層との積層体を、実施例１３のコレステリック層を導光板に近くなるように、もう１つの導光板（図１０の導光板１４２ｂｒ）に貼合した。
このような２枚の導光板を用いて、図１０に示す構成ＡＲグラスを作成して表示の効果を確認した。その結果、ＲＧＢのカラー表示ができることを確認した。

［実施例２９］
（ＡＲグラスへの適用３）
図１１および図１２に示すＡＲグラスでの表示の効果を確認した。
実施例１３、１４および１５のコレステリック液晶層を有する光学素子を、それぞれ光学素子１１４ｂ、１１４ｇおよび１１４ｒとして、実施例２０、２１および２２のコレステリック液晶層を有する光学素子を、それぞれ光学素子１１６ｂ、１１６ｇおよび１１６ｒとして、さらに、実施例２３、２４および２５のコレステリック液晶層を有する光学素子を、それぞれ光学素子１１８ｂ、１１８ｇおよび１１８ｒとして用いた。
図１２に示すように、光学素子１１４ｇ、１１６ｇおよび１１８ｇを、導光板１４２ｇに設けた。また、光学素子１１４ｂと光学素子１１４ｒとの積層体、光学素子１１６ｂと光学素子１１６ｒとの積層体、および、光学素子１１８ｂと光学素子１１８ｒとの積層体を導光板１４２ｂｒに設けた。
光学素子１１４ｂ、１１４ｇおよび１１４ｒの面内回転周期の方向と、光学素子１１６ｂ、１１６ｇおよび１１６ｒの面内回転周期の方向とが成す角は４５°となるように、光学素子１１４ｂ、１１４ｇおよび１１４ｒの面内回転周期の方向と、光学素子１１８ｂ、１１８ｇおよび１１８ｒの面内回転周期の方向とが成す角は９０°となるように、それぞれ設定した。
このような２枚の導光板を用いて、図１１および図１２に示す構成ＡＲグラスを作成して表示の効果を確認した。その結果、ＲＧＢのカラー表示ができることを確認した。

［実施例３０］
（ＡＲグラスへの適用４）
実施例１７のコレステリック液晶層を有する光学素子を、ＡＲグラスの導光板１４２に光を入射および出射させる回折素子（光学素子１１０）として用い、図９に示すＡＲグラスを作製した。
導光板１４２は、ガラス（屈折率１．９０、厚さ０．５０ｍｍ）を用いた。ＡＲグラスの表示装置部分（ディスプレイ１４０）は、ＬＣＯＳ方式のプロジェクターを用いた。
これによりＡＲグラスの表示の効果を確認した。その結果、ＲＧＢのカラー表示ができることを確認した。

［実施例３１］
（ＡＲグラスへの適用４）
実施例１８のコレステリック液晶層を有する光学素子を、導光板１４２に光を入射および出射させる回折素子（光学素子１１０）として用い、図９に示す導光素子を作製し、導光素子Ａとした。
また、実施例１９のコレステリック液晶層を有する光学素子を、導光板１４２に光を入射および出射させる回折素子（光学素子１１０）として用い、図９に示す導光素子を作製し、導光素子Ｂとした。
導光素子Ａと導光素子Ｂとを積層して、図１０に示すようなＡＲグラスを作製した。
導光板１４２は、ガラス（屈折率１．９０、厚さ０．５０ｍｍ）を用いた。ＡＲグラスの表示装置部分（ディスプレイ１４０）は、ＬＣＯＳ方式のプロジェクターを用いた。
これによりＡＲグラスの表示の効果を確認した。その結果、ＲＧＢのカラー表示ができることを確認した。

［実施例３２］
（ＡＲグラスへの適用５）
図１３および図１４に示すＡＲグラスでの表示の効果を確認した。
実施例１７のコレステリック液晶層を有する光学素子を、光学素子１１０Ａ－１および光学素子１１０Ａ－２として用いた。また、実施例２０のコレステリック液晶層を有する光学素子を光学素子１１０Ｂ－１および光学素子１１０Ｂ－２として用いた。
この回折素子を用いて、図１３および図１４に示すように、導光素子を作製し、ＡＲグラスを作製した。
上述のように、光学素子１１０Ａ－１と光学素子１１０Ｂ－１とはコレステリック液晶層の面内回転周期の方向は平行である。また、光学素子１１０Ａ－２と光学素子１１０Ｂ－２とはコレステリック液晶層の面内回転周期の方向は平行である。
光学素子１１０Ａ－１と光学素子１１０Ａ－２とは、コレステリック液晶層の面内回転周期の方向が成す角度を９０°とした。また、光学素子１１０Ｂ－１と光学素子１１０Ｂ－２とは、コレステリック液晶層の面内回転周期の方向が成す角度を９０°とした。
導光板１４２は、ガラス（屈折率１．９０、厚さ０．５０ｍｍ）を用いた。ＡＲグラスの表示装置部分（ディスプレイ１４０）は、ＬＣＯＳ方式のプロジェクターを用いた。
これによりＡＲグラスの表示の効果を確認した。その結果、ＲＧＢのカラー表示ができることを確認した。

［実施例３３］
（ヘッドアップディスプレイへの適用）
実施例３２で作製した導光素子を、図１５に示すヘッドアップディスプレイのイメージャーとして用い、画像の表示を確認した。
本構成により、投影に必要な空間を削減した薄型のイメージャーを提供することができることを確認した。
以上の結果より、本発明の効果は明らかである。

ＡＲグラスの導光板に光を入射および出射させる回折素子など、光学装置において光を反射する各種の用途に好適に利用可能である。

１０ 液晶回折素子
１２ 支持体
１４ 配向膜
１６ コレステリック液晶層
４０ 液晶化合物
４０Ａ 光学軸
６０ 露光装置
６２ レーザー
６４ 光源
６５ λ／２板
６８ 偏光ビームスプリッター
７０Ａ，７０Ｂ ミラー
７２Ａ，７２Ｂ λ／４板
１１０，１１０ｇ，１１０ｂ，１１０ｒ，１１０Ａ－１，１１０Ａ－２，１１０Ｂ－１，１１０Ｂ－２，１１４ｇ，１１４ｂ，１１４ｒ，１１６ｇ，１１６ｂ，１１６ｒ，１１８ｇ，１１８ｂ，１１８ｒ 光学素子
１１４ 第一回折素子
１１６ 第二回折素子
１１８ 第三回折素子
１４０ ディスプレイ
１４２，１４２ｇ．１４２ｂｒ 導光板
ＷＳ ウインドシールド
ＤＢ ダッシュボード
Ｕ 使用者
Ｒ 右円偏光
Ｍ レーザー光
ＭＡ，ＭＢ 光線
Ｐ_O 直線偏光
Ｐ_R 右円偏光
Ｐ_L 左円偏光

Claims (26)

1. コレステリック液晶相を固定してなるコレステリック液晶層であって、
   前記コレステリック液晶層は、液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有し、かつ、
   走査型電子顕微鏡によって観察される前記コレステリック液晶層の断面において、前記コレステリック液晶相に由来する明部および暗部が、前記コレステリック液晶層の主面に対して傾斜しており、さらに、
   法線方向および法線に対して傾斜した方向から面内レタデーションを測定した際に、遅相軸面内および進相軸面内のいずれかにおいて、面内レタデーションが最小となる方向が法線と成す角度である測定角をθ２としたときに、
   ｓｉｎθ２＝ｎ・ｓｉｎφ（ｎは前記コレステリック液晶層の平均屈折率）
   で表される光学軸傾斜角φの絶対値が５°以上であることを特徴とするコレステリック液晶層。
2. 前記光学軸傾斜角φが１５°以上である、請求項１に記載のコレステリック液晶層。
3. 前記コレステリック液晶層の主面と、前記コレステリック液晶層の断面の前記明部および暗部とが成す角度を傾斜角θ１とした際に、前記光学軸傾斜角φから前記傾斜角θ１を減算した値の絶対値が、５°以下である、請求項１または２に記載のコレステリック液晶層。
4. 前記コレステリック液晶層の厚さをｄ、前記面内レタデーションの最小値をＲｅ［φ］とした際に、下記の式
   Δｎ´（φ）＝Ｒｅ［φ］／（ｄ・ｃｏｓφ）
   で示す屈折率異方性Δｎ´（φ）が０．００３以上である、請求項１～３のいずれか１項に記載のコレステリック液晶層。
5. 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方向に１８０°回転する長さを１周期Λとした際に、前記１周期Λが１．６μｍ以下である、請求項１～４のいずれか１項に記載のコレステリック液晶層。
6. 前記コレステリック液晶層の断面における前記明部と暗部との形成周期が、厚さ方向の位置によって異なる領域を有する、請求項１～５のいずれか１項に記載のコレステリック液晶層。
7. 前記傾斜角θ１が、厚さ方向の位置によって異なる領域を有する、請求項３に記載のコレステリック液晶層。
8. 厚さ方向の一方向に向かって、前記傾斜角θ１が連続的に増大する領域を有する、請求項７に記載のコレステリック液晶層。
9. 厚さ方向の一方向に向かって前記傾斜角θ１が連続的に増大する領域と、同方向に向かって前記傾斜角θ１が連続的に減少する領域とを有する、請求項７または８に記載のコレステリック液晶層。
10. 液晶化合物由来の光学軸の向きを、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させる配向パターンを有する配向膜に、液晶化合物およびキラル剤を含有する液晶組成物を塗布し、
    前記液晶組成物を、前記液晶化合物の結晶相－ネマチック相転移温度～ネマチック相－等方相転移温度の温度範囲内の温度Ｔ１で加熱処理する加熱工程を行い、
    前記液晶組成物の温度を『Ｔ１－２０℃』以上の温度に保ったまま、前記液晶組成物を露光する露光工程を行うことを特徴とする、コレステリック液晶層の形成方法。
11. 前記配向膜の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１８０°回転する長さを１周期Λ、前記配向膜に塗布した前記液晶組成物の塗膜の厚さをｄｃとした際に、『ｄｃ＞Λ／２』を満たす、請求項１０に記載のコレステリック液晶層の形成方法。
12. 前記露光工程として、前記加熱工程後に第１露光工程を行った後、前記第１露光工程とは異なる波長の光を照射する第２露光工程を行う、請求項１０または１１に記載のコレステリック液晶層の形成方法。
13. 前記キラル剤が、光の照射によって螺旋誘起力が低下するキラル剤である、請求項１０～１２のいずれか１項に記載のコレステリック液晶層の形成方法。
14. 前記キラル剤が、イソソルビド構造を有する、請求項１０～１３のいずれか１項に記載のコレステリック液晶層の形成方法。
15. 前記キラル剤が、ビナフチル構造を有する、請求項１０～１３のいずれか１項に記載のコレステリック液晶層の形成方法。
16. 請求項１～９のいずれか１項に記載の前記コレステリック液晶層を複数有し、
    複数の前記コレステリック液晶層は走査型電子顕微鏡によって観察される前記コレステリック液晶層の断面における明部と暗部との形成周期が異なる積層体。
17. 請求項１～９のいずれか１項に記載の前記コレステリック液晶層を複数有し、
    複数の前記コレステリック液晶層は、前記液晶配向パターンにおける光学軸の向きが面内方向に１８０°回転する長さである１周期Λが異なる積層体。
18. 請求項１～９のいずれか１項に記載の前記コレステリック液晶層を複数有し、
    複数の前記コレステリック液晶層は、前記コレステリック液晶層の断面における明部と暗部との形成周期が異なり、かつ、前記液晶配向パターンにおける面内方向の１周期が異なり、前記断面における明部と暗部との形成周期の長さの順列と、前記面内方向の１周期の長さの順列とが一致している積層体。
19. 導光板と、
    前記導光板に設けられる、請求項１～９のいずれか１項に記載のコレステリック液晶層、および、請求項１６～１８のいずれか１項に記載の積層体の少なくとも１つと、を有する導光素子。
20. 導光板と、
    前記導光板に設けられる請求項１～９のいずれか１項に記載の第１コレステリック液晶層、第２コレステリック液晶層および第３コレステリック液晶層とを有する、導光素子であって、
    前記第１コレステリック液晶層の前記液晶配向パターンにおける面内方向の１周期をΛ１、前記第２コレステリック液晶層の前記液晶配向パターンにおける面内方向の１周期をΛ２、前記第３コレステリック液晶層の前記液晶配向パターンにおける面内方向の１周期をΛ３としたときに、
    Λ１＜Λ２＜Λ３
    を満たす導光素子。
21. 第１導光板と第２導光板を有し、
    前記第１導光板に設けられる請求項１～９のいずれか１項に記載の第１コレステリック液晶層と第３コレステリック液晶層とを有する第１導光素子と、
    前記第２導光板に設けられる請求項１～９のいずれか１項に記載の第２コレステリック液晶層と、を有する、第２導光素子からなる導光素子であって、
    前記第１コレステリック液晶層の前記液晶配向パターンにおける面内方向の１周期をΛ１、前記第２コレステリック液晶層の前記液晶配向パターンにおける面内方向の１周期をΛ２、前記第３コレステリック液晶層の前記液晶配向パターンにおける面内方向の１周期をΛ３としたときに、
    Λ１＜Λ２＜Λ３
    を満たす導光素子。
22. 前記第１コレステリック液晶層の断面における明部と暗部との形成周期をＰ１、前記第２コレステリック液晶層の断面における明部と暗部との形成周期をＰ２、前記第３コレステリック液晶層の断面における明部と暗部との形成周期をＰ３としたときに、
    Ｐ１＜Ｐ２＜Ｐ３
    を満たす、請求項２０または２１に記載の導光素子。
23. 前記導光板に設けられる前記コレステリック液晶層が、入射回折素子、および出射回折素子として作用するようにそれぞれ配置されている、請求項１９または２０に記載の導光素子。
24. 前記導光板に設けられる前記コレステリック液晶層が、入射回折素子、中間回折素子、および出射回折素子として作用するようにそれぞれ配置されている、請求項１９または２０に記載の導光素子。
    
    
25. 請求項１９～２４のいずれか１項に記載の導光素子と、前記導光素子の前記コレステリック液晶層に画像を照射する表示素子とを有する画像表示装置。
26. 前記表示素子が、円偏光を照射する請求項２５に記載の画像表示装置。

Images