液晶光学元件和液晶光学元件的制造方法与流程
本发明涉及使用液晶而使光学特性可变的液晶光学元件。特别是涉及作为液晶菲涅尔透镜具有偏振光的聚光和扩散功能、具有能转换入射光的偏振状态的功能的液晶光学元件。
背景技术：
作为使用液晶单元的光学元件之一，有液晶菲涅尔透镜。为了形成液晶菲涅尔透镜，重要的是，形成限制液晶的取向的基板。
为了形成该基板，常用纳米压印法(nanoimprintmethod)。
专利文献1中公开了如下内容：使用单侧制成菲涅尔结构的基板，制成液晶单元，从而可以实现透镜光学能力大的液晶透镜。
另一方面，还已知如下方法：通过控制对配置于单侧的基板的梳齿电极施加的电压，从而制成液晶菲涅尔透镜(专利文献2)。公开了如下内容：上述情况下，通过控制在电极间施加的电压，且控制液晶菲涅尔透镜的折射率分布，从而可以控制透镜的焦点距离、入射光的折射状态。
另外，还有如下方法：使用利用掩模曝光制成菲涅尔图形的基板(非专利文献1、2)。然而，这些文献中公开的液晶菲涅尔透镜的情况下，夹持于2张基板间的液晶仅用于：使指向矢(director)的朝向沿着光的行进方向改变各向异性，控制透镜的折射率，因此，无法根据入射光的偏振状态改变聚光特性、或转换入射光的偏振状态而聚光。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-38349号公报。
专利文献2：日本特开2015-165312号公报。
非专利文献
非专利文献1：appl.phys.lett.88,203505(2006)。
非专利文献2：opt.express18(25),26325-26331(2010)。
技术实现要素：
发明要解决的问题
本发明的目的在于，提供使用液晶使光学特性可变的液晶光学元件、具体而言为液晶菲涅尔透镜，更具体而言提供以高品质且简便的方法得到的液晶菲涅尔透镜。
用于解决问题的方案
本发明人等发现以下的发明。
<1>一种液晶取向膜，其为具备取向分子的液晶取向膜，前述取向分子位于与前述液晶取向膜的规定点相距规定距离的位置时，前述取向分子的取向方向相对于与前述液晶取向膜所形成的平面平行的直线呈现与前述距离相应的角度。
<2>根据<1>所述的液晶取向膜，其中，位于前述规定距离r1的位置的前述取向方向的角度为θ1、位于跟前述规定距离r1最邻近的距离r2的位置的取向分子的取向方向的角度为θ2时，角度θ1与θ2之差δθ超过0°且低于90°、优选超过0°且60°以下。
<3>根据<1>或<2>中任一者所述的液晶取向膜，其中，与前述距离相应的前述角度具有近似于菲涅尔透镜形状的角度分布和/或相当的角度分布。需要说明的是，关于“具有近似于菲涅尔透镜形状的角度分布和/或相当的角度分布”，之后详述，可以具有满足下述数学式[7]的角度分布(数学式中，θ表示与菲涅尔透镜的中心相距距离r的第m个菲涅尔带的角度。λ表示波长、f表示焦点距离。)。
<4>根据<1>～<3>中任一者所述的液晶取向膜，其中，前述取向分子为具有发生选自由光交联、光异构化、光弗利斯重排和光解组成的组中的至少1种光反应的基团的高分子。
<5>根据<1>～<4>中任一者所述的液晶取向膜，其中，前述取向分子为具有发生选自由光交联、光异构化、光弗利斯重排和光解组成的组中的至少1种光反应的侧链的高分子。
<6>一种基板，其在单面具有<1>～<5>中任一者所述的液晶取向膜。
<7>一种液晶单元，其具有：
<6>所述的基板、即第1基板；和，
第2基板，
以平行间隔而具备空间且前述第1基板的液晶取向膜与第2基板对置的方式配置前述第1基板和第2基板，且
以第1法线成为前述第2基板的法线的方式配置前述第1基板和第2基板，所述第1发现是前述第1基板的法线、且穿过前述第1基板的规定点即第1点。
<8>根据<7>所述的液晶单元，其中，前述第2基板为<6>所述的基板，
以第1法线与第21法线一致的方式配置前述第1基板和第2基板，所述第1法线是前述第1基板的法线、且穿过前述第1基板的中心点即第1中心点，所述第21法线是前述第2基板的法线、且穿过前述第2基板的中心点即第2中心点。
<9>根据<7>或<8>所述的液晶单元，其在前述空间中具备液晶。
<10>一种液晶光学元件，其具备<9>所述的液晶单元。
<11>根据<7>～<9>中任一者所述的液晶单元或<10>所述的液晶光学元件，其中，通过选自由光、电场、磁场和热组成的组中的外部刺激，具有与前述距离相应的光学相位。
<12>
一种液晶取向膜的制造方法、特别是<1>～<5>中任一者所述的液晶取向膜的制造方法，其具备如下工序：
工序a)，形成具有高分子的膜，所述高分子具有发生选自由光交联、光异构化、光弗利斯重排和光解组成的组中的至少1种光反应的基团；和，
工序b)，对前述膜的规定位置照射规定的偏振紫外线，
且根据使用的高分子等，任意具备工序c)在照射后进行加热，
该方法得到具备如下取向分子的上述液晶取向膜：使位于与前述膜的规定点相距规定距离的位置的高分子的取向方向相对于与前述膜所形成的平面平行的直线呈现与前述距离相应的角度。
<13>根据<12>所述的方法，其中，前述a)中，在前述高分子的侧链具有前述基团。
<14>根据<12>或<13>所述的方法，其中，前述b)中，前述规定的偏振紫外线为经聚光的偏振紫外光。
<15>根据<12>～<14>中任一者所述的方法，其中，前述a)中，a)-1)在基板上形成前述膜。
<16>一种液晶单元或液晶光学元件的制造方法，其具备如下工序：
工序d)，准备通过<15>所述的方法得到的基板、即第1基板；
工序e)，准备第2基板；和，
工序f)，使前述第1基板和第2基板之间具备液晶，
前述f)中，以前述第1基板的液晶取向膜与第2基板对置的方式平行间隔地配置前述第1基板和第2基板，且以第1法线成为前述第2基板的法线的方式，配置前述第1基板和第2基板，所述第1法线是前述第1基板的法线、且穿过前述第1基板的中心点即第1中心点。
<17>根据<16>所述的方法，其中，前述第2基板为通过<15>所述的方法得到的基板，
前述f)中，以第1法线与第2法线一致的方式配置前述第1基板和第2基板，所述第1法线是前述第1基板的法线、且穿过前述第1基板的中心点即第1中心点，所述第2法线是前述第2基板的法线、且穿过前述第2基板的中心点即第2中心点。
<18>一种液晶光学元件的制造方法，其通过具备对通过<16>或<17>所述的方法得到的液晶光学元件施加选自由光、电场、磁场和热组成的组中的外部刺激的工序，从而得到具有与前述距离相应的光学相位的液晶光学元件。
<19>一种液晶单元的制造方法，其具备如下工序：
工序o)，准备第1基板和第2基板；
工序p1)，在第1基板的单面上形成第1膜，该第1膜具有第1高分子，所述第1高分子具有发生选自由光交联、光异构化、光弗利斯重排和光解组成的组中的至少1种光反应的第1基团；
工序p2)，在第2基板的单面上形成与前述第1膜相同或不同的第2膜，该第2膜具有第2高分子，所述第2高分子具有发生选自由光交联、光异构化、光弗利斯重排和光解组成的组中的至少1种光反应的第2基团；
工序q)，以第1膜和第2膜对置的方式平行间隔而具备空间地配置具备前述第1膜的第1基板和具备前述第2膜的第2基板；和，
工序r)，从前述第1基板的不具有前述第1膜的表面侧、或从前述第2基板的不具有前述第2膜的表面侧，对前述第1膜和前述第2膜的规定位置照射规定的偏振紫外线，
且根据使用的第1高分子和/或第2高分子等，任意具备工序s)照射后将前述第1基板和第2基板加热的工序，
该方法得到具有第1液晶取向膜且具有第2液晶取向膜的液晶单元，
所述第1液晶取向膜具备如下的第1取向分子：使位于与前述第1膜的规定的第1点相距规定距离的位置的第1高分子的取向方向相对于与前述第1膜所形成的第1平面平行的第1直线呈现与前述距离相应的角度；
所述第2液晶取向膜具备如下的第2取向分子：使位于与前述第2膜的规定的第2点相距规定距离的位置的第2高分子的取向方向相对于与前述第2膜所形成的第2平面平行的第2直线呈现与前述距离相应的角度。
<20>根据<19>所述的方法，其中，在前述第1高分子的侧链具有前述第1基团、和/或在前述第2高分子的侧链具有前述第2基团。
<21>根据<19>或<20>所述的方法，其中，前述r)中，前述规定的偏振紫外线为经聚光的偏振紫外光。
<22>根据<19>～<21>中任一者所述的方法或液晶光学元件的制造方法，其中，在前述工序r)后(其中，具有工序s)的情况下为工序s)后)进一步具备如下工序t)，向前述空间中填充液晶。
<23>一种液晶光学元件的制造方法，通过具备工序u)对以<22>所述的方法得到的液晶单元或液晶光学元件施加选自由光、电场、磁场和热组成的组中的外部刺激，从而得到具有与前述距离相应的光学相位的液晶光学元件。
发明的效果
根据本发明，可以提供使用液晶使光学特性可变的液晶光学元件、具体而言为液晶菲涅尔透镜，更具体而言提供以高品质且简便的方法得到的液晶菲涅尔透镜。
附图说明
图1为对本发明的液晶取向膜进行说明的示意图。
图2为示出光学(基于形状的)菲涅尔透镜的截面图。
图3为示出顺时针圆偏振光与半波板(hwp)快轴所呈的角的图。
图4为示出作为本发明的液晶光学元件的一例的液晶菲涅尔透镜的结构和其光学各向异性空间分布的一例的图。
图5为示出光学(基于形状的)菲涅尔透镜的相位分布的图。
图6为示出构成作为本发明的一实施方式的液晶菲涅尔透镜的取向分子的取向方向的分布的图。
图7为示出本实施例中制作液晶菲涅尔透镜的装置的概要的图。
图8为本实施例中得到的液晶菲涅尔透镜的偏光显微镜图像。
图9为示出本实施例中得到的液晶菲涅尔透镜的入射光、出射光的射束轮廓图像(上段)和强度分布的图(下段)。
图10为示出图9中的出射光的椭圆率的图。
具体实施方式
以下，对本发明进行详述。
<液晶取向膜>
本申请公开了一种具备取向分子的液晶取向膜。
本申请中，取向分子位于与液晶取向膜的规定点相距规定距离的位置时，如下配置：该取向分子的取向方向相对于与液晶取向膜所形成的平面平行的直线呈现与前述距离相应的角度。
对于本申请的液晶取向膜，特别是对于本申请的液晶取向膜中的取向分子的取向方向，利用图1进行说明。
图1为对本发明的液晶取向膜进行说明的示意图。
图1中，取向分子m0位于与液晶取向膜1其一点(中心点)o大致相同的距离。其取向方向用箭头y0表示，为大致水平方向。
另外，取向分子m1配置于与点o相距r1的距离的位置。该取向分子m1的取向方向用箭头y1表示。此处，配置于与点o相距r1的距离的取向分子m1示出完全相同的取向方向。图1中，y2具有比y1还倾斜的角度。
进而，取向分子m2配置于与点o相距r2的距离(r2>r1)的位置。该取向分子m2的取向方向用箭头y2表示。此处，配置于与点o相距r2的距离的取向分子m2示出完全相同的取向方向。图1中，y2具有比y1进一步倾斜的角度。
如此，与液晶取向膜的规定点(点o)相距规定距离、例如为r1的位置的全部取向分子，其取向方向为完全相同的方向，相对于与液晶取向膜所形成的平面平行的直线l，具有相同角度(位于相距距离r1的位置的取向分子为角度θ1)。
另外，同样地，配置于相距r2的距离(r2>r1)的位置的取向分子相对于直线l，也具有相同的角度(位于相距距离r2的位置的取向分子为角度θ2(θ2≠θ1))。
因此，本申请的液晶取向膜具有与相距某一点(中心点)o的距离相应的规定的角度分布。
本申请的液晶取向膜的规定的角度分布可以达成：在二维上能形成各向异性空间分布、将各向异性的方位设定为期望的值、和/或能按照设计设定各向异性的方位。
具体而言，可以为如下的分布。
即，存在具有跟角度θ1不同的取向方向的角度θ2的取向分子m2，且在最邻近于r1的距离r2存在该取向分子m2的情况下，角度θ1与角度θ2之差的绝对值δθ可以为超过0°且低于90°、优选为超过0°且60°以下、更优选为0.1～60°，所述角度θ1是位于与液晶取向膜的规定点(点o)相距规定距离r1的取向分子m1的取向方向。
需要说明的是，此处，r1、r2、θ1、θ2使用与图1相同的符号，但此处示出更普遍化的值。
本申请的液晶取向膜通过具有上述角度分布时，从而可以得到：使用液晶使光学特性可变的液晶光学元件。
另外，通过具有上述角度分布，从而可以提供具有近似于菲涅尔透镜形状和/或相当的角度分布的液晶取向膜，通过使用该液晶取向膜，从而可以提供液晶菲涅尔透镜。
需要说明的是，对于液晶菲涅尔透镜如后详述，但液晶菲涅尔透镜中，可以具有满足下述数学式[7]的角度分布(数学式中，θ表示与菲涅尔透镜的中心相距距离r的第m个菲涅尔带的角度。λ表示波长、f表示焦点距离。)。
<液晶取向膜的取向分子>
本申请的液晶取向膜中的取向分子具有上述取向方向。
该取向分子可以为具有发生选自由光交联、光异构化、光弗利斯重排和光解组成的组中的至少1种光反应的基团的高分子。
另外，可以在上述高分子的侧链具有该基团。
需要说明的是，取向分子能使用的高分子如后详述。
<具有液晶取向膜的基板>
本申请提供一种基板，其在单面具有上述液晶取向膜。
基板只要为液晶元件中使用的基板就没有特别限定。作为基板，例如液晶显示元件为透射型的情况下，优选使用透明性高的基板。此时，没有特别限定，可以使用玻璃基板、或丙烯酸类基板、碳酸酯基板等塑料基板等。
另外，考虑应用于反射型的液晶显示元件，也可以使用硅片等不透明的基板。
需要说明的是，对于在基板上形成本申请的液晶取向膜的方法，如后详述，但根据形成的方法，有时可以使用透明性高的基板。
<具备具有液晶取向膜的基板的液晶单元>
本申请提供一种具备基板的液晶单元，所述基板在单面具有上述液晶取向膜。
该液晶单元中，可以使2张基板平行间隔地配置，该基板中的至少1张为在单面具有上述液晶取向膜的基板。此时，可以具有液晶取向膜的单面跟其他基板对置的方式进行配置。
2张基板的配置中，仅1张为在单面具有上述液晶取向膜的基板的情况下，是该基板的法线、且穿过该基板的规定点(点o)即第1点的第1法线可以与除第1基板以外的基板的法线一致。
2张基板均为在单面具有上述液晶取向膜的基板(视为“第1基板”和“第2基板”)的情况下，可以使所谓光轴对准。
具体而言，可以以是第1基板的法线、且穿过该第1基板的规定点(点o)即第1点的第1法线与是第2基板的法线、且穿过该第2基板的规定点(点o)即第2点的第2法线一致的方式配置两个基板。
需要说明的是，可以如以下构成第1基板的取向分子(第1取向分子)的取向方向(第1取向方向)和第2基板的取向分子(第2取向分子)的取向方向(第2取向方向)。
即，平行间隔配置时，从与该平行垂直方向观察的情况下，可以使第1取向方向与第2取向方向完全一致、即第1取向方向与第2取向方向所成的角度为零。通过如此配置2张基板，配置于该2张基板间的液晶从第1基板到第2基板在空间上以相同方向(与第1取向方向相同、且与第2取向方向也相同)进行配置。
另一方面，平行间隔配置时，从与该平行垂直方向观察的情况下，可以使第1取向方向与第2取向方向不一致、且具有规定的取向(第1取向方向与第2取向方向所成的角度不是零)的方式配置第1基板和第2基板。通过如此配置2张基板，从而使配置于该2张基板间的液晶分子具有如下所谓的“扭转结构(twiststructure)”地配置液晶分子的取向方向：液晶分子的取向方向在第1基板附近与第1取向方向相同，在第2基板附近与第2取向方向相同，在从第1基板到第2基板的空间中从第1取向方向缓慢地变化为第2取向方向。
<具备液晶的液晶单元或液晶光学元件>
液晶单元如上述，在2张基板之间具备液晶。需要说明的是，本申请中，也有时将具备液晶的物品称为液晶光学元件。
具备液晶的液晶单元或液晶光学元件中，构成该液晶的液晶分子沿着液晶取向膜的取向方向而取向。
需要说明的是，液晶分子的取向、物性依赖于构成液晶的液晶分子，但可以通过选自由光、电场、磁场和热组成的组中的外部刺激而使其变化。由此，可以控制液晶显示元件、例如液晶菲涅尔透镜的特性(相位)，可以提供具有期望的特性的液晶光学元件、例如液晶菲涅尔透镜。
<液晶取向膜的制造方法>
上述液晶取向膜例如可以用如下方法制造。
即，通过具备如下工序：
工序a)，形成具有高分子的膜，所述高分子具有发生选自由光交联、光异构化、光弗利斯重排和光解组成的组中的至少1种光反应的基团；和，
工序b)，对前述膜的规定位置照射规定的偏振紫外线，
且根据使用的高分子等，任意地具备工序c)在照射后进行加热，
从而可以得到上述液晶取向膜、即具备如下取向分子的液晶取向膜：使位于与前述膜的规定点相距规定距离的位置的高分子的取向方向相对于与前述膜所形成的平面平行的直线呈现与前述距离相应的角度。
工序a)中，可以在高分子的侧链具有前述基团。
另外，工序b)中，作为规定的偏振紫外线，可以使用经聚光的偏振紫外光。由此，可以对规定位置照射偏振紫外线。另外，通过使用经聚光的偏振紫外光，从而所得液晶取向膜中，取向分子可以具有上述期望的角度分布。
需要说明的是，对工序a)、工序b)、工序c)如后详述。
<具有液晶取向膜的基板的制造方法>
可以在上述工序a)前首先具备准备基板的工序，上述工序a)中在该基板上形成膜。
<液晶单元或液晶光学元件的制造方法a>
使用上述中得到的基板，通过以下制造方法，可以得到液晶单元或液晶光学元件。
即，具备如下工序：
工序d)，准备上述中作为基板的第1基板；
工序e)，准备第2基板(此处为“具有液晶取向膜的基板”以外的基板)；和，
工序f)，使第1基板和第2基板之间具备液晶，
上述工序f)中，以第1基板的液晶取向膜与第2基板对置的方式平行间隔地配置第1基板和第2基板，且以是第1基板的法线、且穿过该第1基板的中心点即第1中心点的第1法线成为第2基板的法线的方式配置第1基板和第2基板，从而可以得到液晶单元或液晶光学元件。
工序f)只要能使第1基板和第2基板之间具备液晶就可以使用任意方法，例如可以为如下方法：i)使第1基板和第2基板平行配置，形成空间后，填充液晶的方法；ii)在第1基板上配置液晶，进一步在液晶上配置第2基板的方法；iii)其他方法。
需要说明的是，对工序e)、工序f)如后详述。
此处，对于第2基板，也使用具有液晶取向膜的基板的情况下，可以进行第1基板与第2基板的所谓光轴对准。
具体而言，可以以是第1基板的法线、且穿过该第1基板的中心点即第1中心点的第1法线与是第2基板的法线、且穿过该第2基板的中心点即第2中心点的第2法线一致的方式配置第1基板和第2基板。
另外，不仅使光轴一致，也可以使第1基板中的取向分子的取向方向(第1取向方向)与第2基板中的取向分子的取向方向(第2取向方向)一致。
需要说明的是，在上述工序f)后，如上述，通过具备施加选自由光、电场、磁场和热组成的组中的外部刺激的工序，从而可以使构成液晶的分子(液晶分子)取向，由此，根据与液晶取向膜的中心点相距的距离而产生光学相位，由此，可以得到具有期望的特性的液晶光学元件。
<液晶单元或液晶光学元件的制造方法b>
上述制造方法a为如下方法：首先形成液晶取向膜或具有液晶取向膜的基板，之后使用该基板得到液晶单元或液晶光学元件。另一方面，制造方法b为如下方法：准备所谓空单元，在该空单元上形成液晶取向膜，之后填充液晶，制造液晶单元或液晶光学元件。
即，通过具备如下工序：
工序o)，准备第1基板和第2基板；
工序p1)，在第1基板的单面上形成第1膜，该第1膜具有第1高分子，所述第1高分子具有发生选自由光交联、光异构化、光弗利斯重排和光解组成的组中的至少1种光反应的第1基团；
工序p2)，在第2基板的单面上形成与前述第1膜相同或不同的第2膜，该第2膜具有第2高分子，所述第2高分子具有发生选自由光交联、光异构化、光弗利斯重排和光解组成的组中的至少1种光反应的第2基团；
工序q)，以第1膜和第2膜对置且平行间隔而具备空间地配置具备第1膜的第1基板和具备第2膜的第2基板；和
工序r)，从第1基板的不具有第1膜的表面侧、或从第2基板的不具有第2膜的表面侧，对第1膜和前述第2膜的规定位置照射规定的偏振紫外线，
且根据使用的第1高分子和/或第2高分子等，任意具备工序s)照射后，将第1基板和第2基板进行加热，
从而具有第1液晶取向膜且具有第2液晶取向膜，可以得到液晶单元，
所述第1液晶取向膜具备如下的第1取向分子：使位于与第1膜的规定的第1点相距规定距离的位置的第1高分子的取向方向相对于与第1膜所形成的第1平面平行的第1直线呈现与该距离相应的角度；
所述第2液晶取向膜具备如下的第2取向分子：使位于与第2膜的规定的第2点相距规定距离的位置的第2高分子的取向方向相对于与第2膜所形成的第2平面平行的第2直线呈现与距离相应的角度。
工序p1)和/或工序p2)中，可以在第1高分子的侧链具有前述第1基团、和/或在第2高分子的侧链具有第2基团。
工序r)中，作为规定的偏振紫外线，可以使用经聚光的偏振紫外光。由此，可以对规定位置照射偏振紫外线。另外，所得第1液晶取向膜和第2液晶取向膜中的第1取向分子和第2取向分子可以具有上述或后述的、期望的角度分布。
需要说明的是，通过使第1高分子与第2高分子为不同的高分子、或控制工序r)中的照射光的量(能量)，从而可以控制第1取向分子的取向方向(第1取向方向)和第2取向分子的取向方向(第2取向方向)。例如，第1取向方向与第2取向方向所成的角度如果设为90°，则对于所得液晶光学元件，更复杂的特性的控制成为可能。
制造方法b与制造方法a相比，具有：i)可以一次性制造2张基板的液晶取向膜的方面、ii)无需2张基板的所谓光轴对准的方面等优点。
通过向在工序s)后得到的所谓空单元中填充液晶，从而可以得到具备液晶的液晶单元或液晶光学元件。
关于之后的作业、具体为施加选自由光、电场、磁场和热组成的组中的外部刺激的工序的作业，与制造方法a相同。
如此，本申请可以提供液晶取向膜、具有该膜的基板、具备该基板的液晶单元或液晶光学元件。
以下，对本申请更具体地进行说明。
<<液晶菲涅尔透镜>>
本申请可以提供液晶菲涅尔透镜作为液晶光学元件。以下，对液晶菲涅尔透镜进行详述。
在液晶菲涅尔透镜的说明前，首先对光学(基于形状的)菲涅尔透镜进行说明。
菲涅尔透镜与通常的球面透镜不同，成为以每一固定的半径对通常的透镜进行刻录而形成的形状。图2为菲涅尔透镜的截面图。
将材料的折射率设为n、厚度设为d时，透镜内提供的相位
通常的菲涅尔透镜中，将厚度d作为参数，使相位差变化。另一方面，使用液晶的菲涅尔透镜的情况下，将几何相位作为透镜的相位，沿着菲涅尔图形使其进行变化，从而可以设计期望的菲涅尔图形。
如果将液晶菲涅尔透镜的光学各向异性空间分布相同的区域认为是半波板(hwp)，则此时的顺时针圆偏振光(rcp)如图3表示。将图3的x轴与hwp的快轴所成的角设为θ时，可知，透射波长板的rcp的琼斯矢量由下述式[2]转换为逆时针圆偏振光(lcp)，产生ei2θ之类的相位。
将该相位称为几何相位，该相位使hwp的快轴的方向变化，从而可以改变相位。即，若可以在空间上控制液晶分子的取向方向，则可以控制几何相位的空间分布，控制该几何相位的空间分布使其与菲涅尔透镜的表面(包含球面和非球面)相位对应，从而可以形成能控制偏振光的液晶菲涅尔透镜。
另外，此时，入射快轴所成的角相同的lcp时，lcp的琼斯矢量成为下述式[3]，相位变化成为e-i2θ。即，以rcp入射时聚光的方式设计菲涅尔透镜的情况下，入射lcp时，出射光扩散。
设计菲涅尔图形的情况下，将设计波长设为λ、焦点距离设为f时，菲涅尔图形的切换半径rm可以以下述式[4]计算。
此时，将相同菲涅尔带r内(rm<r<rm+1)的相位设为
因此，以形成上述相位分布的方式制成液晶单元，从而可以制成能控制偏振光的液晶菲涅尔透镜。
本发明的液晶光学元件、例如液晶菲涅尔透镜具有偏振光的聚光和扩散功能，且具有转换入射光的偏振状态的功能。入射顺时针圆偏振光的情况下，聚光，入射逆时针圆偏振光的情况下，扩散。入射直线偏振光的情况下，认为直线偏振光是逆时针顺时针圆偏振光的加合，所以聚光和扩散这两者同时发生。分别设定可通过该液晶的取向而表现的光学各向异性空间分布，从而可以改变聚光和扩散的特性。
<光学相位的控制>
对于本发明的液晶光学元件、例如液晶菲涅尔透镜，通过任意控制液晶的取向而体现特性、例如菲涅尔透镜特性，因此即便在制成液晶单元后，也可从外部控制液晶的取向、物性从而改变特性。
作为在制成液晶单元后改变液晶的取向、物性的方法，可以举出如下方法：对液晶单元施加电压，使液晶的取向变化的方法；通过加热、冷却和光照射等，改变液晶单元的温度，从而改变液晶的物性的方法等，但不限定于这些。
其中，从能简便地使液晶的取向状态变化的方面出发，优选通过对液晶单元施加电压从而使液晶的取向变化的方法。另外，用于反映外部环境那样的元件的情况下，特别优选通过使液晶单元的温度变化从而控制液晶的物性的方法。
<液晶取向膜的高分子>
本申请的液晶取向膜具有取向分子。
该取向分子可以为具有发生选自由光交联、光异构化、光弗利斯重排和光解组成的组中的至少1种光反应的基团的高分子。
另外，可以在高分子的侧链具有该基团。
本申请中，该光反应可以通过照射偏振紫外线而体现各向异性。
通过照射偏振紫外线而体现各向异性的机制，可以举出：1)通过照射紫外线而使一定方向的聚合物分解，体现各向异性；2)通过照射偏振紫外线而在一定方向的聚合物部位发生反应(异构化或二聚化等)，体现各向异性；3)通过赋予角度并照射紫外线，从而在特定方向的侧链发生反应(异构化或二聚化等)，体现各向异性等，但不限定于这些。
作为光反应，可以优选光异构化、光二聚化、光弗利斯重排，更优选为光异构化、光二聚化。
<<光取向剂>>
本申请的液晶取向膜可以由具有上述高分子的组合物、即光取向剂形成。
光取向剂可以在有机溶剂中溶解的形态含有上述高分子。
光取向剂可以含有1～15质量％、更优选2～10质量％、进一步优选2～8质量％的上述高分子。
作为这些材料系，主要可以举出聚酰亚胺前体、聚酰亚胺、聚酰胺、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚n取代马来酰亚胺、聚苯乙烯、聚衣康酸酯、聚硅氧烷等，但不限定于这些。根据使用环境非常优选聚酰亚胺前体、聚酰亚胺等耐热性树脂，在利用低温焙烧制造的观点、单体·聚合物合成的容易性的观点上，优选聚丙烯酸酯系材料、聚甲基丙烯酸酯等。
<<高分子>>
以下，对上述高分子进行详述。
聚酰亚胺前体或聚酰亚胺
聚酰胺酸和聚酰胺酸酯相当于聚酰亚胺前体。聚酰胺酸可以通过使二胺成分和四羧酸成分反应而得到，聚酰胺酸酯可以通过使四羧酸的二酯体和二胺缩聚而得到。聚酰亚胺可以通过使这些聚酰亚胺前体进行加热脱水反应、利用酸、碱等催化剂进行脱水缩合，从而得到。
聚酰亚胺前体具有下述的式[a]所示的结构。式中，r1表示4价的有机基团。r2表示2价的有机基团。a1和a2分别独立地表示氢原子或碳数1～4的烷基。a3和a4分别独立地表示氢原子、碳数1～5的烷基或乙酰基。n表示正的整数。
作为聚酰亚胺系聚合物，从通过将下述式[b]所示的四羧酸二酐和下述式[c]所示的二胺作为原料而能较简便地得到的理由出发，优选由下述式[d]所示的重复单元的结构式形成的聚酰胺酸或使该聚酰胺酸酰亚胺化而成的聚酰亚胺。式中，r1和r2与式[a]的定义为相同含义。
二胺
作为二胺成分，为分子内具有2个伯氨基或仲氨基的二胺，作为四羧酸成分，可以举出四羧酸、四羧酸二酐、四羧酸二卤化物等，四羧酸二酯体可以举出四羧酸二烷基酯或四羧酸二烷基酯二卤化物。
本发明的光取向剂中含有的聚酰亚胺系聚合物所使用的二胺没有特别限定，在不有损所得液晶光学元件、例如液晶菲涅尔透镜的特性的范围内，可以使用r2具有下述结构的二胺。需要说明的是，式中的点为与氨基直接键合的部分。
本发明中，这些二胺结构在提高耐刷磨性的方面承担非常重要的作用，因此，优选积极的导入，特别是特别优选y-82、y-94～y-108。
四羧酸二酐
四羧酸二酐可以用下述通式(tc)表示。下述式中，x为4价的有机基团，其结构没有特别限定。
本发明中使用的四羧酸二酐的种类没有特别限制，可以根据形成液晶取向膜、例如光取向膜时的液晶取向性等特性，使用1种或组合使用2种以上。
以下示出具体的x的例子，但不限定于这些结构。
制备可溶性聚酰亚胺的情况下，在溶剂中的溶解性逐渐成为重要的物性，因此，在溶解性的观点上，优选x-1～26所示的脂环式的四羧酸酐，优选x-2、x-3、x-4、x-6、x-9、x-10、x-11、x-12、x-13、x-14、x-15、x-16、x-17、x-18、x-19、x-20、x-21、x-22、x-23、x-24、x-25、x-26。另一方面，在取向性的观点上，优选x27～46那样的芳香族四羧酸二酐，特别优选x-27、x-28、x-33、x-34、x-35、x-40、x-41、x-42、x-43、x-44、x-45、x-46。特别优选适当具有取向性和溶解性的x-1、x-2、x-18～22、x-25、x-26。
优选的聚酰亚胺前体或聚酰亚胺(1)
作为如下组合物(光取向剂)中含有的聚酰亚胺前体、或聚酰亚胺的种类的例子，所述组合物用于形成本发明中重要的通过照射偏振紫外线而体现各向异性的液晶取向膜，可以举出主链结构中含有下述结构式(1)～(5)者。
式(1)～(5)中，z1～z4分别独立地表示选自由氢原子、甲基和苯环组成的组中的至少1种，r1表示氢原子、选自由甲基、乙基、丙基、异丙基、异丁基和叔丁基组成的组中的有机基团，r2表示氢原子、氟原子、或下述式(式中，r3表示氢原子或碳数1～18的烷基链，m表示1～3的整数。黑点表示键合部位)所示的有机基团。黑点表示与其他有机基团的键。
(1)、(4)的结构表示聚酰亚胺前体的结构，通过将具有这些结构的材料在高温下进行焙烧，从而可以衍生为(5)的结构。聚酰亚胺前体的一部分进行部分酰亚胺化的情况；或，有时根据用途而有意进行酰亚胺化，转换为有溶剂溶解性的聚酰亚胺(也称为可溶性聚酰亚胺)，此时，成为(1)～(5)的结构混合存在的形式。
本发明中，(5)所示的结构是重要的，将含有聚酰亚胺前体的清漆、含有可溶性聚酰亚胺的清漆(统称为光取向剂)涂布于基板，并进行加热焙烧，从而衍生为(5)。此时的焙烧温度大多在200℃～250℃之间进行，温度如果过低，则酰亚胺化耗费时间，温度如果过高，则也一并发生分解反应，因此，优选210℃～240℃。
另外，可以以通常的合成方法向上述中得到的式[d]的聚合物中导入式[a]所示的a1和a2的碳数1～8的烷基、和式[a]所示的a3和a4的碳数1～5的烷基或乙酰基。
利用所使用的聚合物[5]中的环丁烷环由于紫外线照射而分解，对包含聚合物[5]的膜照射偏振紫外线，在膜表面形成分解部和非分解部，从而可以形成具有延迟量(retardation)、即单轴取向性的膜。
照射紫外线时，产生分解物，但该分解物可以通过加热处理、利用溶剂的清洗等而去除，通过进行这些处理，从而也可以进一步促进聚合物链的再取向等，因此，可以进一步提高液晶的取向品质。进行加热处理的情况下，加热温度优选在150℃～250℃之间进行，温度如果低，则无法充分促进分解物的升华、蒸发，如果过高，则有也一并发生聚合物链的分解的可能性，因此，进一步优选200℃～230℃。加热时间没有特别限定，如果过短，则无法充分去除分解物，因此，优选5～30分钟。
另外，进行膜的清洗的情况下，优选使用可以溶解作为分解物的双马来酰亚胺的溶剂。只要为可以溶解双马来酰亚胺的溶剂就没有特别限定，在有机溶剂单独的情况下有可能聚合物本身也会溶出，由此，也有时使取向性降低，因此，优选以水进行接触处理、或以水与有机溶剂的混合溶剂进行接触处理。
作为水与有机溶剂的混合溶剂，水与有机溶剂的质量比优选20/80～80/20、更优选40/60～60/40。作为有机溶剂，可以举出2-丙醇、甲醇、乙醇、1-甲氧基-2-丙醇、乳酸乙酯、双丙酮醇、3-甲氧基丙酸甲酯、或3-乙氧基丙酸乙酯。其中，优选2-丙醇、甲醇或乙醇，特别优选2-丙醇。
在上述接触处理后，为了去除使用的有机溶剂，可以利用水、2-丙醇、丙酮等低沸点溶剂进行冲洗(rinse)、干燥中的任一者，或进行两者。
作为液晶取向膜的接触处理，优选浸渍处理、喷雾(spray)处理等膜与液体充分接触的处理。作为接触处理，优选如下方法：使膜在水、或由水与有机溶剂的混合溶剂形成的水性液体中进行浸渍处理优选10秒～1小时、更优选1分钟～30分钟。接触处理可以在常温下进行也可以在加温下进行，在优选10～80℃、更优选20～50℃下实施。另外，根据需要可以实施超声波等提高接触的手段。
优选的聚酰亚胺前体或聚酰亚胺(2)
通式[a]中r2具有以下的(6)～(10)(式中，x1、x2分别独立地表示碳原子或氮原子，y1、y2分别独立表示氢原子、甲基、氰基、氟原子、或氯原子，x3表示氧原子、或硫原子，x4表示单键、碳原子、氧原子或硫原子，r4、r5分别独立地表示氢原子、甲基、甲氧基、二甲基氨基、氟原子或氯原子，p表示1～4的整数，q表示1～3的整数，虚线表示与其他有机基团的键。)所示的结构的聚酰亚胺前体、聚酰亚胺也可以包含于本发明的光取向剂。
通式(6)～(10)所示的结构由于照射紫外线等而发生异构化、二聚化、分解等，因此，利用其，在除对包含这些结构的聚酰亚胺膜照射偏振紫外线从而结构变化了的部分以外的部分中，赋予延迟量和单轴取向性。特别优选为具有以下的结构的聚酰亚胺前体或聚酰亚胺。
在使用包含这些结构的聚酰亚胺前体或聚酰亚胺的光取向中，通过在高温下进行焙烧并使其酰亚胺化而成者、或可溶性聚酰亚胺那样的状态下成膜，照射偏振紫外线并进行进一步加热的方法；或，在聚酰胺酸膜的状态下照射偏振紫外线，之后焙烧，使其酰亚胺化，从而进一步促进聚合物链的再取向，由此可以提高延迟量。焙烧温度优选180℃～250℃之间，从酰亚胺化反应的观点、再取向的观点出发，更优选的温度为200℃～230℃。
根据需要可以用纯水、溶剂等进行清洗。
高分子具有特定的侧链的聚合物(1)
对于所使用的高分子，本发明的光取向剂中也可以包含具有下述式(6)～(8)或(11)所示的结构作为侧链的一部分的高分子。式(6)～(8)或(11)中，x1、x2分别独立地表示碳原子或氮原子，y1、y2分别独立地表示氢原子、甲基、氰基、氟原子或氯原子，x3表示氧原子或硫原子，x4表示单键、碳原子、氧原子或硫原子，r4、r5分别独立地表示氢原子、甲基、甲氧基、二甲基氨基、氟原子或氯原子，ar表示2,5-亚呋喃基、噻吩-2,5-二基、嘧啶-2,5-二基、吡啶-2,5-二基、亚苯基、1,4-或2,6-亚萘基、2,5-或2,6-苯并亚呋喃基、或者2,5-或2,6-苯并硫代亚苯基，键合于这些芳香环的氢原子的一部分可以被甲基、甲氧基、二甲基氨基、氟原子或氯原子所取代。p表示1～4的整数，黑点表示氢原子或与其他有机基团的键。
已知通式(6)～(8)和(11)与前述同样地通过光照射引起异构化反应、二聚化反应等，在除通过对具有它们作为侧链的聚合物照射偏振紫外线从而结构变化了的部分以外的部分中，可以赋予延迟量和单轴取向性。以下示出更具体的结构，但不意味着限定于此。
只要为具有这些侧链结构的聚合物就不特别限定聚合物主链结构，优选可以举出聚酰亚胺前体、聚酰亚胺、聚酰胺、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚n取代马来酰亚胺、聚苯乙烯、聚衣康酸酯、聚硅氧烷等。
将这些聚合物包含于本发明的光取向剂来使用的情况下，成膜后焙烧，照射紫外线，也可以得到良好的特性，聚合物具有液晶性的情况下，通过在液晶相转变温度附近进行加热，可以进一步促进再取向，可以提高液晶取向性。再取向处理的优选的温度根据聚合物的结构而不同，因此，无法限定，优选的是，利用dsc(差示扫描量热分析)、pom(带加热结构的偏光显微镜观察)等预先考察液晶相转变温度，使用其附近处的温度区域。
高分子–具有特定的侧链的聚合物(2)
也可以将具有下述通式(式中，虚线表示与其他有机基团的键。)所示的结构作为侧链的一部分的聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚n取代马来酰亚胺、聚苯乙烯、聚衣康酸酯、聚硅氧烷作为光取向剂使用。
已知式(12)和(13)的结构本身通过氢键缔合而体现液晶性，具有它们作为侧链的前述聚合物大多体现液晶性，特别是前述中所述的式(6)～(11)通过紫外线照射而引起异构化、交联反应，因此，含有式(6)～(11)和式(12)(13)的聚合物成为具有光反应性的液晶性聚合物。对该氢键性的液晶性聚合物照射偏振紫外线并加热，从而引起自组装化，可以得到延迟量，作为结果，可以用作液晶取向膜。以下示出更具体的结构，但不意味着限定于此。
式中，a、b、d分别独立地表示单键、-o-、-ch2-、-coo-、-oco-、-conh-、-nh-co-、-ch＝ch-co-o-、或-o-co-ch＝ch-；y1表示选自1价的苯环、萘环、联苯环、呋喃环、吡咯环和碳数5～8的脂环式烃中的环，或为选自这些取代基中的相同或不同的2～6个环借助键合基团b连接而成的基团，键合于它们的氢原子任选分别独立被-coor0(式中，r0表示氢原子或碳数1～5的烷基)、-no2、-cn、-ch＝c(cn)2、-ch＝ch-cn、卤素基团、碳数1～5的烷基、或碳数1～5的烷基氧基所取代；x表示单键、-coo-、-oco-、-n＝n-、-ch＝ch-、-c≡c-、-ch＝ch-co-o-、或-o-co-ch＝ch-，x的数量为2时，x任选彼此相同或不同；i表示1～12的整数，l表示0～12的整数，m表示1～3的整数，n表示0～2的整数(其中，n＝0时，b为单键)。
使用这些聚合物作为液晶取向膜的情况下，成膜后照射偏振紫外线，在液晶相转变温度附近进行加热，从而可以进一步促进再取向，可以提高液晶取向性。再取向处理的优选温度根据聚合物的结构而不同，因此，无法限定，优选用dsc(差示扫描量热分析)、pom(带加热结构的偏光显微镜观察)等预先考察液晶相转变温度，使用该液晶温度区域。
高分子-(iv)其他聚合物-
关于本发明的光取向剂，可以仅为上述中所述的用于形成通过照射偏振紫外线而体现各向异性的液晶取向膜的聚合物成分，只要为不有损该特性的范围，在其他特性的观点上，也可以混合除上述以外的聚合物成分而使用。
对于作为除上述以外的聚合物的优选的材料例，可以举出聚酰胺酸、可溶性聚酰亚胺、聚酰胺酸酯等。
例如光取向剂中，相对于通过照射偏振紫外线而体现各向异性的聚合物100质量份，可以含有优选10～1000质量份、更优选10～800质量份的非感光性聚酰胺酸、聚酰亚胺。
添加剂
本发明的光取向剂可以含有除上述聚合物成分以外的成分。作为其例子，为：用于提高涂布光取向剂时的膜厚均匀性、表面平滑性的溶剂、化合物；用于提高液晶取向膜与基板的密合性的化合物等。
作为用于提高膜厚的均匀性、表面平滑性的溶剂(不良溶剂)的具体例，可以举出如下物质。
例如可以举出：异丙醇、甲氧基甲基戊醇、甲基溶纤剂、乙基溶纤剂、丁基溶纤剂、甲基溶纤剂乙酸酯、乙基溶纤剂乙酸酯、丁基卡必醇、乙基卡必醇、乙基卡必醇乙酸酯、乙二醇、乙二醇单乙酸酯、乙二醇单异丙醚、乙二醇单丁醚、丙二醇、丙二醇单丁醚、丙二醇单乙酸酯、丙二醇单甲醚、丙二醇叔丁醚、二丙二醇单甲醚、二乙二醇、二乙二醇单乙酸酯、二乙二醇二甲醚、二丙二醇单乙酸酯单甲醚、二丙二醇单甲醚、二丙二醇单乙醚、二丙二醇单乙酸酯单乙醚、二丙二醇单丙醚、二丙二醇单乙酸酯单丙醚、3-甲基-3-甲氧基丁基乙酸酯、三丙二醇甲醚、3-甲基-3-甲氧基丁醇、二异丙醚、乙基异丁醚、二异丁烯、戊基乙酸酯、丁基丁酸酯、丁醚、二异丁基酮、甲基环己烯、丙醚、二己醚、1-己醇、正己烷、正戊烷、正辛烷、二乙醚、乳酸甲酯、乳酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸正丁酯、乙酸丙二醇单乙醚、丙酮酸甲酯、丙酮酸乙酯、3-甲氧基丙酸甲酯、3-乙氧基丙酸甲基乙酯、3-甲氧基丙酸乙酯、3-乙氧基丙酸、3-甲氧基丙酸、3-甲氧基丙酸丙酯、3-甲氧基丙酸丁酯、1-甲氧基-2-丙醇、1-乙氧基-2-丙醇、1-丁氧基-2-丙醇、1-苯氧基-2-丙醇、丙二醇单乙酸酯、丙二醇二乙酸酯、丙二醇-1-单甲醚-2-乙酸酯、丙二醇-1-单乙醚-2-乙酸酯、二丙二醇、2-(2-乙氧基丙氧基)丙醇、乳酸甲酯、乳酸乙酯、乳酸正丙酯、乳酸正丁酯、乳酸异戊酯等具有低表面张力的溶剂等。
这些不良溶剂可以为1种，也混合多种而使用。使用上述的溶剂的情况下，优选为光取向剂中所含的溶剂整体的5～80质量％，更优选为20～60质量％。
作为用于提高膜厚的均匀性、表面平滑性的化合物，可以举出氟系表面活性剂、有机硅系表面活性剂、非离子系表面活性剂等。
更具体而言，例如可以举出f-topef301、ef303、ef352(tochemproductsinc.制))、megafacf171、f173、r-30(大日本油墨株式会社制)、fluoradfc430、fc431(sumitomo3mltd.制)、asahiguardag710、surflons-382、sc101、sc102、sc103、sc104、sc105、sc106(旭硝子株式会社制)等。这些表面活性剂的使用比例相对于光取向剂中含有的树脂成分的100质量份，优选0.01～2质量份、更优选0.01～1质量份。
作为用于提高液晶取向膜与基板的密合性的化合物的具体例，可以举出如下所示的含官能性硅烷的化合物、含环氧基的化合物等。
例如可以举出：3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、2-氨基丙基三甲氧基硅烷、2-氨基丙基三乙氧基硅烷、n-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、n-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-脲基丙基三甲氧基硅烷、3-脲基丙基三乙氧基硅烷、n-乙氧基羰基-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、n-乙氧基羰基-3-氨基丙基三乙氧基硅烷、n-三乙氧基甲硅烷基丙基三亚乙基三胺、n-三甲氧基甲硅烷基丙基三亚乙基三胺、10-三甲氧基甲硅烷基-1,4,7-三氮杂癸烷、10-三乙氧基甲硅烷基-1,4,7-三氮杂癸烷、9-三甲氧基甲硅烷基-3,6-二氮杂壬基乙酸酯、9-三乙氧基甲硅烷基-3,6-二氮杂壬基乙酸酯、n-苄基-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、n-苄基-3-氨基丙基三乙氧基硅烷、n-苯基-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、n-苯基-3-氨基丙基三乙氧基硅烷、n-双(氧亚乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、n-双(氧亚乙基)-3-氨基丙基三乙氧基硅烷、乙二醇二缩水甘油醚、聚乙二醇二缩水甘油醚、丙二醇二缩水甘油醚、三丙二醇二缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚、新戊二醇二缩水甘油醚、1,6-己二醇二缩水甘油醚、甘油二缩水甘油醚、2,2-二溴新戊二醇二缩水甘油醚、1,3,5,6-四缩水甘油-2,4-己二醇、n,n,n’,n’-四缩水甘油-间二甲苯二胺、1,3-双(n,n-二缩水甘油氨基甲基)环己烷、n,n,n’,n’-四缩水甘油-4,4’-二氨基二苯基甲烷等。
进一步，在提高基板与膜的密合性的基础上，进一步出于防止背光灯所导致的电特性降低等目的，也可以导入以下那样的酚醛塑料系的添加剂、封端异氰酸酯、羟基乙基酰胺系交联剂等。以下示出具体的添加剂，但不限定于该结构。
在本发明的液晶显示元件中使用的光取向剂中，优选含有能提高耐刷磨性的交联性添加剂。
作为交联性添加剂的例子，可以举出酚醛塑料系添加剂、氨基塑料系添加剂、环氧系添加剂、丙烯酸系添加剂、硅烷偶联剂、封端异氰酸酯系添加剂、噁唑啉系化合物、β-羟基烷基酰胺(primid)系交联剂等，但不限定于这些。
以下示出酚醛塑料系添加剂的具体例，但不限定于这些。
氨基塑料系添加剂
作为具有选自由羟基或烷氧基组成的组中的至少1种取代基的交联性化合物，例如可以举出：具有羟基或烷氧基的氨基树脂，例如三聚氰胺树脂、脲树脂、胍胺树脂、甘脲-甲醛树脂、琥珀酰胺-甲醛树脂、亚乙基脲-甲醛树脂等。
该交联性化合物例如可以使用：氨基的氢原子被羟甲基或烷氧基甲基或这两者所取代的三聚氰胺衍生物、苯并胍胺衍生物或甘脲。该三聚氰胺衍生物和苯并胍胺衍生物也可以以二聚体或三聚体的形式存在。这些优选的是，每1个三嗪环中具有平均3个以上且6个以下的羟甲基或烷氧基甲基的化合物。
作为这样的三聚氰胺衍生物或苯并胍胺衍生物的例子，可以举出：市售品的每1个三嗪环中平均取代有3.7个甲氧基甲基的mx-750、每1个三嗪环中平均取代有5.8个甲氧基甲基的mw-30(以上，sanwachemicalindustrialco.,ltd.制)；cymel300、301、303、350、370、771、325、327、703、712等甲氧基甲基化三聚氰胺、cymel235、236、238、212、253、254等甲氧基甲基化丁氧基甲基化三聚氰胺、cymel506、508等丁氧基甲基化三聚氰胺、cymel1141那样的含羧基的甲氧基甲基化异丁氧基甲基化三聚氰胺、cymel1123那样的甲氧基甲基化乙氧基甲基化苯并胍胺、cymel1123-10那样的甲氧基甲基化丁氧基甲基化苯并胍胺、cymel1128那样的丁氧基甲基化苯并胍胺、cymel1125-80那样的含羧基的甲氧基甲基化乙氧基甲基化苯并胍胺(以上，mitsui-cyanamid,ltd.制)。另外，作为甘脲的例子，可以举出：cymel1170那样的丁氧基甲基化甘脲、cymel1172那样的羟甲基化甘脲等、powderlink1174那样的甲氧基羟甲基化甘脲等。
环氧系添加剂
作为具有环氧基或异氰酸酯基的交联性化合物，例如可以举出：双酚丙酮缩水甘油醚、苯酚酚醛清漆环氧树脂、甲酚酚醛清漆环氧树脂、三缩水甘油异氰脲酸酯、四缩水甘油基氨基联苯、四缩水甘油基-间二甲苯二胺、四缩水甘油基-1,3-双(氨基乙基)环己烷、四苯基缩水甘油醚乙烷、三苯基缩水甘油醚乙烷、双酚六氟乙酰二缩水甘油醚、1,3-双(1-(2,3-环氧丙氧基)-1-三氟甲基-2,2,2-三氟甲基)苯、4,4-双(2,3-环氧丙氧基)八氟联苯、三缩水甘油-对氨基苯酚、四缩水甘油基间二甲苯二胺、2-(4-(2,3-环氧丙氧基)苯基)-2-(4-(1,1-双(4-(2,3-环氧丙氧基)苯基)乙基)苯基)丙烷、1,3-双(4-(1-(4-(2,3-环氧丙氧基)苯基)-1-(4-(1-(4-(2,3-环氧丙氧基苯基)-1-甲基乙基)苯基)乙基)苯氧基)-2-丙醇等。作为含有2个以上环氧基的化合物，具体而言，可以举出以下那样的化合物。
氧杂环丁烷
作为具有氧杂环丁烷基的交联性化合物，为具有至少2个下述式[4]所示的氧杂环丁烷基的交联性化合物。
具体而言，为下述的式[4a]～式[4k]所示的交联性化合物。
封端异氰酸酯系添加剂
作为含有2个以上封端异氰酸酯基的化合物，可以例示具有下述式(5)所示的封端异氰酸酯基的化合物。z分别独立地为碳数1～3的烷基、羟基或下述式(6)所示的有机基团，z中的至少1者为下述式(6)所示的有机基团。
具体而言，可以例示以下那样的化合物。
除上述式(7)以外的含有2个以上封端异氰酸酯基的化合物可以举出以下那样的化合物。
噁唑啉系化合物
作为噁唑啉化合物，可以举出2,2’-双(2-噁唑啉)、1,2,4-三(2-噁唑啉基-2)-苯、4-呋喃-2-基亚甲基-2-苯基-4h-噁唑-5-酮、1,4-双(4,5-二氢-2-噁唑基)苯、1,3-双(4,5-二氢-2-噁唑基)苯、2,3-双(4-异丙烯基-2-噁唑啉-2-基)丁烷、2,2’-双-4-苄基-2-噁唑啉、2,6-双(异丙基-2-噁唑啉-2-基)吡啶、2,2’-异丙叉基双(4-叔丁基-2-噁唑啉)、2,2’-异丙叉基双(4-苯基-2-噁唑啉)、2,2’-亚甲基双(4-叔丁基-2-噁唑啉)、和2,2’-亚甲基双(4-苯基-2-噁唑啉)。此外，还可以举出epocros(商品名、株式会社日本触媒制)那样的具有噁唑基的聚合物、低聚物。
primid系交联剂
primid系交联剂是指，具有羟基烷基酰胺基的化合物。(b)成分只要具有羟基烷基酰胺基即可，对其他结构没有特别限定，从获得性等方面出发，作为优选例，可以举出下述式(2)所示的化合物。式中，x2为碳数1～20的脂肪族烃基、或包含芳香族烃基的n价的有机基团。n为2～6的整数。r2和r3分别独立地为氢原子、任选具有取代基的碳数1～4的烷基、任选具有取代基的碳数2～4的烯基、或任选具有取代基的碳数2～4的炔基。另外，r2和r3中的至少1个表示被羟基取代的烃基。
其中，从液晶取向性的观点出发，式(2)的x2中的、与羰基直接键合的原子优选为不形成芳香环的碳原子。另外，从液晶取向性和溶解性的观点出发，式(2)的x2优选为脂肪族烃基，更优选为碳数1～10。
式(2)中，从溶解性的观点出发，n优选2～4。
式(2)中，从反应性的观点出发，r2和r3中的至少1者优选为下述式(3)所示的结构，进一步优选为下述式(4)所示的结构。式(3)中，r4～r7分别独立地为氢原子、烃基、或被羟基取代的烃基。
作为(b)成分的优选具体例，可以举出下述的化合物。
这些交联性添加剂可以添加1种，也可以以不有损本发明的特性的程度添加多种。
优选的添加量为0.1重量％～30重量％，优选0.5重量％～10重量％。
具有聚合性不饱和键的交联性化合物
作为具有聚合性不饱和键的交联性化合物，可以举出：三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯、二季戊四醇五(甲基)丙烯酸酯、三(甲基)丙烯酰氧基乙氧基三羟甲基丙烷、甘油聚缩水甘油醚聚(甲基)丙烯酸酯等分子内具有3个聚合性不饱和基团的交联性化合物；进而，乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、二乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、四乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、聚乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、聚丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、丁二醇二(甲基)丙烯酸酯、新戊二醇二(甲基)丙烯酸酯、环氧乙烷双酚a型二(甲基)丙烯酸酯、环氧丙烷双酚型二(甲基)丙烯酸酯、1,6-己二醇二(甲基)丙烯酸酯、甘油二(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇二(甲基)丙烯酸酯、乙二醇二缩水甘油醚二(甲基)丙烯酸酯、二乙二醇二缩水甘油醚二(甲基)丙烯酸酯、邻苯二甲酸二缩水甘油酯二(甲基)丙烯酸酯、羟基特戊酸新戊二醇二(甲基)丙烯酸酯等分子内具有2个聚合性不饱和基团的交联性化合物；以及(甲基)丙烯酸2-羟基乙酯、(甲基)丙烯酸2-羟基丙酯、(甲基)丙烯酸2-羟基丁酯、(甲基)丙烯酸2-苯氧基-2-羟基丙酯、苯二甲酸2-(甲基)丙烯酰氧基-2-羟基丙酯、(甲基)丙烯酸3-氯-2-羟基丙酯、甘油单(甲基)丙烯酸酯、磷酸2-(甲基)丙烯酰氧基乙酯、n-羟甲基(甲基)丙烯酰胺等分子内具有1个聚合性不饱和基团的交联性化合物。
此外，还可以使用下述的式[5]所示的化合物。
式[5]中，a1为选自环己基环、双环己基环、苯环、联苯环、三联苯基环、萘环、芴环、蒽环、或菲环中的基团，a2为选自下述式[5a]、或式[5b]中的基团，n为1～4的整数。
上述化合物为交联性化合物的一例，不限定于这些。另外，本发明的液晶取向处理剂中含有的交联性化合物可以为1种，也可以将2种以上组合。
硫杂环丙烷化合物
作为硫杂环丙烷化合物，可以举出如下物质：依据例如j.org.chem.，28，229(1963)中记载的方法，将苯基缩水甘油醚、丁基缩水甘油醚、3,3,3-三氟甲基环氧丙烷、氧化苯乙烯、六氟环氧丙烷、氧化环己烯、n-缩水甘油邻苯二甲酰亚胺、(九氟-n-丁基)环氧化物、全氟乙基缩水甘油醚、环氧氯丙烷、环氧溴丙烷、n,n-二缩水甘油苯胺、和3-[2-(全氟己基)乙氧基]-1,2-环氧丙烷、乙二醇二缩水甘油醚、聚乙二醇二缩水甘油醚、丙二醇二缩水甘油醚、三丙二醇二缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚、新戊二醇二缩水甘油醚、1,6-己二醇二缩水甘油醚、甘油二缩水甘油醚、2,2-二溴新戊二醇二缩水甘油醚、和3-(n,n-二缩水甘油)氨基丙基三甲氧基硅烷、1,3,5,6-四缩水甘油-2,4-己二醇、n,n,n’,n’-四缩水甘油-间二甲苯二胺、1,3-双(n,n-二缩水甘油氨基甲基)环己烷、n,n,n’,n’，-四缩水甘油-4,4’-二氨基二苯基甲烷、和3-(n-烯丙基-n-缩水甘油)氨基丙基三甲氧基硅烷中的缩水甘油基的氧替换为硫而将前述缩水甘油基转换为环硫乙烷基所得到的物质。
氮丙啶化合物
作为氮丙啶化合物，可以举出2,4,6-三(1’-氮丙啶基)-1,3,5-三嗪、ω-氮丙啶基丙酸-2,2-二羟基甲基-丁醇三酯、2,4,6-三(2-甲基-1-氮丙啶基)-1,3,5-三嗪、2,4,6-三(2-乙基-1-氮丙啶基)-1,3,5-三嗪、4,4’-双(亚乙基亚氨基羰基氨基)二苯基甲烷、双(2-乙基-1-氮丙啶基)苯-1,3-二羧酰胺、三(2-乙基-1-氮丙啶基)苯-1,3,5-三羧酰胺、双(2-乙基-1-氮丙啶基)癸二酰胺、1,6-双(亚乙基亚氨基羰基氨基)己烷、2,4-二亚乙基脲基甲苯、1,1’-羰基-双-亚乙基亚胺、聚亚甲基-双-亚乙基尿素(c2～c4)、和n,n’-双(4,6-二亚乙基亚氨基-1,3,5-三嗪-2-基)-六亚甲基二胺。此处之外，还可以举出具有氮丙啶基的低聚物、聚合物。
环碳酸酯
使用用于提高与基板的密合性的化合物的情况下，其用量相对于光取向剂中含有的聚合物成分的100质量份，优选0.1～30质量份、更优选1～20质量份。用量低于0.1质量份时，无法期待密合性提高的效果，多于30质量份时，液晶取向性有时变差。
本发明的光取向剂中，除上述之外，只要为不有损本发明的效果的范围就可以出于改变液晶取向膜的介电常数、导电性等电特性的目的而添加电介质、导电物质，进一步添加出于提高形成液晶取向膜时的膜的硬度、致密度的目的的交联性化合物。
有机溶剂和液晶结构稳定剂的制备
本发明的光取向剂中，作为溶解各聚合物所使用的有机溶剂，本发明的光取向剂中使用的有机溶剂(溶剂)只要为溶解聚合物成分的有机溶剂就没有特别限定。以下举出其具体例。
可以举出n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、n-甲基-2-吡咯烷酮、n-甲基己内酰胺、2-吡咯烷酮、n-乙基吡咯烷酮、n-乙烯基吡咯烷酮、二甲基亚砜、四甲基脲、吡啶、二甲基砜、γ-丁内酯、3-甲氧基-n,n-二甲基丙烷酰胺、3-乙氧基-n,n-二甲基丙烷酰胺、3-丁氧基-n,n-二甲基丙烷酰胺、1,3-二甲基-咪唑烷酮、乙基戊基酮、甲基壬基酮、甲乙酮、甲基异戊基酮、甲基异丙基酮、环己酮、碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、二甘醇二甲醚、4-羟基-4-甲基-2-戊酮等。它们可以单独使用，也可以混合而使用。
光取向剂中含有的有机溶剂良好的是，优选为90～99质量％、更优选为93～98质量％。
<液晶取向膜的形成>
上述光取向剂可以适合用于形成本发明的液晶取向膜、具体而言为液晶菲涅尔透镜中使用的液晶取向膜。
为了使用本发明的光取向剂形成液晶取向膜，可以依据经过如下工序的方法：在基板上涂布光取向剂形成涂膜，沿着通过上述式设计的偏振光方位的图案对该涂膜照射辐射线。
<液晶>
本发明的液晶菲涅尔透镜中使用的液晶可以直接使用以往液晶显示元件等中使用的向列液晶、强介电性液晶等。
具体而言，可以举出：4-氰基-4’-正戊基联苯、4-氰基-4’-正庚基氧基联苯等氰基联苯类；胆甾烯基乙酸酯、胆甾烯基苯甲酸酯等胆甾烯基酯类；4-羧基苯基乙基碳酸酯、4-羧基苯基-正丁基碳酸酯等碳酸酯类；苯甲酸苯酯、邻苯二甲酸联苯酯等苯基酯类；亚苄基-2-萘基胺、4’-正丁氧基亚苄基-4-乙酰基苯胺等席夫碱类；n,n’-双亚苄基联苯胺、对二茴香基联苯胺(p-dianisylbenzidine)等联苯胺类；4,4’-偶氮二苯甲醚、4,4’-二正丁氧基氧化偶氮苯等氧化偶氮苯类；以下具体所示的苯基环己基系、三联苯基系、苯基双环己基系等液晶等，但不限定于这些。
实施例
实施例中使用的缩写如以下所示。
(甲基丙烯酸类单体)
使用下述的ma1。该ma1以非专利文献(macromolecules2002，35,706-713)中记载的合成法合成。
(有机溶剂)
thf：四氢呋喃
ch2cl2：二氯甲烷
(聚合引发剂)
aibn：2,2’-偶氮二异丁腈
[相转变温度的测定]
通过实施例得到的聚合物的液晶相转变温度用差示扫描量热测定(dsc)dsc3100sr(mcscienceinc.制)进行测定。
<实施例1>
使ma1(10.29g、20.0mmol)溶解于thf(94.1g)中，用隔膜泵进行脱气后，加入aibn(0.164g、1.0mmol)，再次进行脱气。之后以50℃反应30小时，得到甲基丙烯酸酯的聚合物溶液。在甲醇(1000ml)中滴加该聚合物溶液，将所得沉淀物过滤。将该沉淀物用甲醇清洗，在40℃的烘箱中进行减压干燥，得到甲基丙烯酸酯聚合物粉末(a)。该聚合物的数均分子量为19000、重均分子量为39000。
所得甲基丙烯酸酯聚合物的液晶相转变温度为150℃～300℃。
在所得甲基丙烯酸酯聚合物粉末(a)(1.5g)中加入ch2cl2(98.5g)，在室温下搅拌5小时使之溶解，得到液晶取向剂(a1)。
[菲涅尔图形的设计]
使用的光的基准波长设为633nm，焦点距离设为200mm，设计菲涅尔透镜。此时，菲涅尔透镜的切换部的相位差为2π时，聚光度变成最高。将相位设为δ、与中心相距的距离设为r时，菲涅尔透镜的相位分布变得如图5。
通过沿着图5所示的菲涅尔相位分布改变几何相位，从而形成液晶菲涅尔透镜。将单轴各向异性介质的慢轴方向设为θ时，几何相位δδ如下述式[6]所示。
δδ＝e-i2θ[6]
如数学式[6]那样，δδ发生θ的2倍变化，因此，沿着菲涅尔分布，使光学各向异性的空间分布以θ＝0～π变化，从而形成沿着菲涅尔图形的相位分布。从中心起计数第m个菲涅尔带的慢轴方向θ用下述数学式[7]算出。
菲涅尔图形的记录中使用聚光为20μm的激光，因此，实施与中心相距的距离每20μm的慢轴方向的计算。将菲涅尔图形的中心即成为δδ＝2π的部分的慢轴的朝向设为0°时的慢轴的方位分布示于图6。
[菲涅尔透镜的制作]
将上述中得到的液晶取向剂(a1)旋涂于准备好的玻璃基板。接着，在70℃的热板上干燥90秒钟，形成膜厚100nm的液晶取向膜。
接着，以制膜好的玻璃基板的制膜面面对面的方式，进行贴合，制作空单元。
对于制作好的空单元，用下述图7的装置，沿着任意的图案，照射聚光为直径20μm的波长325nm的直线偏振紫外光(lpuv)1800mj/cm2。
沿着由pc编程的图案，操作检流计反射镜(galvanometermiror)，从而描绘照射的任意的图案。描绘的lpuv的偏振光方位以检流计反射镜刚刚出射后成为圆偏振光的方式进行调整，使偏振片旋转从而进行控制。实施偏振光描绘后，将空单元以155℃加热15分钟，之后向单元内注入低分子液晶5cb。将形成的液晶菲涅尔透镜的显微镜照片示于图8。
如图8的显微镜照片所示，可知，沿着菲涅尔图形形成各向异性空间分布。
接着，测定形成的液晶菲涅尔透镜的聚光特性和偏振光转换特性。
测定如下实施：使用λ＝633nm的he-ne激光，入射顺时针圆偏振光(rcp)、逆时针圆偏振光(lcp)、直线偏振光(lp)，从而实施。此时，用温度调节器控制液晶菲涅尔透镜的温度，从而调整液晶的折射率。由射束廓线仪取得出射光的强度分布。将取得的廓线仪图像示于图9。
对于图9上段所示的廓线仪图像，为了取得图像，改变各入射光强度。因此，将标准化的强度分布图示于图9的下段。即，图9的下段为表示廓线仪图像(图9上段)上的虚线部分的强度分布的图。
入射波束incidentbeam(图9左端)的标准化时强度非常弱，因此，以虚线表示100倍的图。
由图9可知如下情况。
即可知，入射顺时针圆偏振光(图9中，记作“rcp”)的情况(从图9右起第2号、特别是下段)下，与入射光相比，强度向中心部集中，进行聚光。
可知，入射直线偏振光(图9中，记作“lp”)的情况(从图9左起第2号、特别是下段)下也进行聚光。然而，入射lp的情况下，与入射rcp的情况相比，强度成为约一半，可知，仅lp的顺时针旋转的成分进行了聚光。
另外可知，入射逆时针圆偏振光(图9中，记作“lcp”)的情况(图9的右端，特别是下段)下，图9的右端的下段图中，未观察到强度，即未见聚光。认为这是由于，入射lcp的情况下，产生了lcp的扩散。
由这些结果可知，本实施例中得到的液晶菲涅尔透镜根据入射光的偏振状态而得到了不同的特性。需要说明的是，该特性与设计条件充分一致。
接着，将入射rcp和lp时的聚光了的偏振光的椭圆率示于图10。图10中，用白～黑表示椭圆率，顺时针圆偏振光(rcp)用1(黑)表示，逆时针圆偏振光(lcp)用-1(白)表示。
由图10可知如下情况。即，确认到聚光的rcp和lp的椭圆率均成为-1(白)，因此，可知转换为lcp而进行了聚光。需要说明的是，图10的白黑附图不清晰，但图10中的成为“白”的部位表示转换为lcp而进行了聚光，图10中的除“白”以外的部位表示光强度为零或非常弱。
如果综合考虑图9的结果和图10的结果，则可知，本实施例中得到的液晶菲涅尔透镜将顺时针旋转成分转换为逆时针旋转而进行聚光。
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