JP7482991B2 - 光学素子および画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、光を入射して伝播して出射する光学素子、および、この光学素子を用いる画像表示装置に関する。

近年、非特許文献１に記載されるような、実際に見ている光景に、仮想の映像および各種の情報等を重ねて表示する、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。

非特許文献１に示されるように、ＡＲグラスは、一例として、ディスプレイ（光学エンジン）が表示した映像を、導光板の一端に入射して伝播し、他端から出射することにより、使用者が実際に見ている光景に、仮想の映像を重ねて表示する。
ＡＲグラスでは、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。

また、特許文献１には、ＡＲグラスにおいて、赤色、緑色および青色の三色の光からなる画像をディスプレイから照射して、それぞれの光を入射回折素子によって回折させて導光板に入射して、導光板を伝播させて、出射回折素子によって、導光板から使用者による観察位置に出射させて、三色の光の画像を重畳して表示することで、カラー画像を表示することが記載されている。

国際公開第２０１７／１８０４０３号

Bernard C. Kress et al., Towards the Ultimate Mixed Reality Experience: HoloLens Display Architecture Choices, SID 2017 DIGEST, pp.127-131

ＡＲグラスには、使用者が視線を変えることなく、ディスプレイが表示した画像の広い領域が観察できること、すなわち、ＦＯＶ（Field of View）が広いことが要求される。
また、ＡＲグラスには、画像の表示領域が広く、使用者の視線によらず画像が観察できること、すなわち、アイボックスが広いことも要求される。

これに対応して、特許文献１に記載されるＡＲグラスでは、入射回折素子から入射して導光板内を伝播する光を、中間回折素子によって、さらに回折して導光板内を伝播させて、出射回折素子によって出射させることが記載されている。
特許文献１に記載されるＡＲグラスでは、これにより、出射回折素子からの光の出射領域を拡大して、ＦＯＶおよびアイボックスの拡大を図っている。

しかしながら、現状では、ＡＲグラスのＦＯＶおよびアイボックスは、未だ十分とは言えず、より広いＦＯＶおよびアイボックスを実現できるＡＲグラスの出現が望まれている。

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、ＡＲグラスなどに用いられる光学素子であって、より広いＦＯＶおよびアイボックスを実現できる光学素子、および、この光学素子を用いる画像表示装置を提供することに有る。

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］ 導光板、導光板に光を入射させる入射部、および、導光板から光を出射する出射部を有し、
入射部は、複数の入射回折部を有し、入射回折部は、１以上の入射回折素子を有し、出射部は、複数の出射回折部を有し、出射回折部は、１以上の出射回折素子を有し、
入射回折素子および出射回折素子は、液晶化合物を含む組成物を用いて形成された液晶回折層を有し、液晶回折層は、液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有し、
液晶配向パターンにおいて、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方向を面内回転方向とし、面内回転方向における、液晶化合物由来の光学軸の向きが１８０°回転する長さを面内周期とした際に、
複数の入射回折素子のうち、少なくとも２つは、液晶回折層の面内回転方向が、互いに異なるものである、光学素子。
［２］ 複数の入射回折素子のうち、少なくとも２つは、液晶回折層の面内周期および面内回転方向が、互いに異なるものであり、
出射回折部を構成する複数の出射回折素子のうち、少なくとも１つは、入射回折素子の少なくとも１つと、液晶回折層の面内周期が等しい、［１］に記載の光学素子。
［３］ 複数の出射回折素子のうち、少なくとも２つは、液晶回折層の面内周期が等しい、［１］または［２］に記載の光学素子。
［４］ 複数の出射回折素子のうち、少なくとも２つは、出射回折素子の液晶回折層の面内周期および面内回転方向が、互いに異なる、［１］～［３］のいずれか記載の光学素子。
［５］ 入射回折部が、複数の入射回折素子を有し、複数の入射回折素子のうち、少なくとも２つは、液晶回折層の面内周期が等しく、面内回転方向が互いに異なるものであり、
出射回折部が、複数の出射回折素子を有し、複数の出射回折素子のうち、少なくとも２つは、液晶回折層の面内周期が等しく、面内回転方向が互いに異なるものである、［１］～［４］のいずれかに記載の光学素子。
［６］ 入射部におけるｎ個の入射回折部と、出射部におけるｎ個の出射回折部とで、入射回折素子の液晶回折層の面内周期と、出射回折素子の液晶回折層の面内周期とが等しい入射回折部と出射回折部との組み合わせを、ｎ組有する、［５］に記載の光学素子。ただし、ｎは１以上の整数である。
［７］ 入射回折部の少なくとも１つが、２つの入射回折素子を有し、２つの入射回折素子を有する入射回折部の少なくとも１つにおいて、それぞれの入射回折素子の液晶回折層の面内回転方向が成す角度が９０°である、［１］～［６］のいずれかに記載の光学素子。
［８］ 入射部は、２つの入射回折素子を有する入射回折部を複数備え、入射回折部の少なくとも２つが、同一であり、かつ、入射回折部が備える２つの入射回折素子の液晶回折層の面内回転方向が成す角度が４５°である、［１］～［６］のいずれかに記載の光学素子。
［９］ 入射部は、２つの入射回折素子を有する入射回折部を複数備え、入射回折部の少なくとも２つが、同一であり、かつ、入射回折部が備える２つの入射回折素子の液晶回折層の面内回転方向が成す角度が９０°である、［１］～［６］のいずれかに記載の光学素子。
［１０］ 出射回折部の少なくとも１つが、２つの出射回折素子を有し、２つの出射回折素子を有する出射回折部の少なくとも１つにおいて、それぞれの出射回折素子の液晶回折層の面内回転方向が成す角度が９０°である、［１］～［９］のいずれかに記載の光学素子。
［１１］ 出射部は、２つの出射回折素子を有する出射回折部を複数備え、出射回折部の少なくとも２つが、同一であり、かつ、出射回折素子が備える２つの出射回折素子の液晶回折層の面内回転方向が成す角度が４５°である、［１］～［９］のいずれかに記載の光学素子。
［１２］ 出射部は、２つの出射回折素子を有する出射回折部を複数備え、出射回折部の少なくとも２つが、同一であり、かつ、出射回折素子が備える２つの出射回折素子の液晶回折層の面内回転方向が成す角度が９０°である、［１］～［９］のいずれかに記載の光学素子。
［１３］ 液晶回折層が、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る、［１］～［１２］のいずれかに記載の光学素子。
［１４］ 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、
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θとした際に、傾斜角θが１０°以上の領域を有する、［１３］に記載の光学素子。
［１５］ コレステリック液晶層は、厚さ方向の一方向に向かって、傾斜角θが連続的に増大する領域を有し、かつ、厚さ方向における傾斜角θの最大値と最小値との差が１０°以上である、［１４］に記載の光学素子。
［１６］ 入射回折素子は、選択的に反射する円偏光の旋回方向が互いに異なる２層のコレステリック液晶層を有する、［１３］～［１５］のいずれかに記載の光学素子。
［１７］ 出射部は、選択的に反射する円偏光の旋回方向が同じであるコレステリック液晶層を有する２つの出射回折素子を含む、２つの出射回折部を有し、
２つの出射回折部では、それぞれの出射回折部を構成する出射回折素子のコレステリック液晶層が選択的に反射する円偏光の旋回方向が互いに異なる、［１３］～［１６］のいずれかに記載の光学素子。
［１８］ 選択的に反射する円偏光の旋回方向が異なるコレステリック液晶層は、面内回転方向が１８０°異なる、［１６］または［１７］に記載の光学素子。
［１９］ ［１］～［１８］のいずれかに記載の光学素子と、
入射回折部に画像を照射する表示素子と、を有する画像表示装置。

本発明によれば、例えばＡＲグラス等において、広いＦＯＶおよびアイボックスで画像を表示できる。

本発明の光学素子の一例を概念的に示す図である。 図１に示す光学素子の平面を概念的に示す図である。 液晶回折素子の一例を概念的に示す図である。 図３に示す液晶回折素子の液晶層を概念的に示す平面図である。 図４に示す液晶層の断面ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）画像を概念的に示す図である。 図４に示す液晶層の作用を説明するための概念図である。 液晶回折素子に用いられる液晶層の他の例を概念的に示す図である。 液晶回折素子に用いられる液晶層の他の例を概念的に示す図である。 配向膜を露光する露光装置の一例の概念図である。 液晶回折素子の別の例を概念的に示す図である。 図１０に示す液晶回折素子の液晶層を概念的に示す平面図である。 図１０に示す液晶層の作用を説明するための概念図である。 図１０に示す液晶層の作用を説明するための概念図である。 図１に示す光学素子の出射部を説明するための概念図である。 図１に示す光学素子の出射部の作用を説明するための概念図である。 図１に示す光学素子の出射部の作用を説明するための概念図である。 図１に示す光学素子の出射部の作用を説明するための概念図である。 図１に示す光学素子の入射部の作用を説明するための概念図である。 図１に示す光学素子の入射部の作用を説明するための概念図である。 図１に示す光学素子の入射部の作用を説明するための概念図である。 本発明の光学素子の別の例を概念的に示す図である。 実施例１を説明するための概念図である。 実施例２を説明するための概念図である。 実施例３を説明するための概念図である。 実施例４を説明するための概念図である。 実施例５を説明するための概念図である。 実施例６を説明するための概念図である。 実施例７および８を説明するための概念図である。 実施例７および８を説明するための概念図である。 実施例９を説明するための概念図である。 実施例９を説明するための概念図である。

以下、本発明の光学素子および画像表示装置について、添付の図面に示される好適実施例を基に詳細に説明する。

本明細書において「～」を用いて表される数値範囲は、「～」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
本明細書において、「（メタ）アクリレート」は、「アクリレートおよびメタクリレートのいずれか一方または双方」の意味で使用される。
本明細書において、「同一」は、技術分野で一般的に許容される誤差範囲を含むものとする。また、本明細書において、「全部」、「いずれも」および「全面」などというとき、１００％である場合のほか、技術分野で一般的に許容される誤差範囲を含み、例えば９９％以上、９５％以上、または９０％以上である場合を含むものとする。

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

図１に、本発明の光学素子および画像表示装置の一例を概念的に示す。
図２に、図１に示す光学素子の平面図を概念的に示す。図２は、図１に示す使用者Ｕによる画像の観察方向から、図１に示す光学素子を見た図である。
図１および図２に示すように、光学素子１０は、導光板１２と、入射回折素子を有する入射部１４と、出射回折素子を有する出射部１６と、を有する。

図示例の光学素子１０において、入射部１４は矩形の導光板１２の主面の１つの角部に設けられる。出射部１６は、導光板１２の他方の主面に、導光板１２の入射部１４以外の領域を面方向に全面的に覆うように設けられる。なお、主面とは、シート状物（板状物、フィルム、層）の最大面である。
図１に示すように、図示例の画像表示装置は、ディスプレイ２０が表示した画像を担持する光を、入射部１４によって回折して反射することにより導光板１２に入射する。導光板１２に入射した光は、導光板１２内を伝播して、出射部１６に入射する。出射部１６は、入射した光を回折して反射することにより、導光板１２から出射させて、使用者Ｕによる観察位置に出射する。

図示例おいて、入射部１４は、導光板１２側から、入射回折素子２４Ａ１、入射回折素子２４Ａ２、入射回折素子２４Ｂ１、および、入射回折素子２４Ｂ２が積層されて構成される。入射回折素子２４Ａ１と入射回折素子２４Ａ２とで、第１入射回折部２６が構成される。また、入射回折素子２４Ｂ１と入射回折素子２４Ｂ２とで、第２入射回折部２８が構成される。なお、入射回折部が有する入射回折素子は、１つでも３以上であってもよく、さらに、入射部１４が有する入射回折部も、３以上であってもよい。
他方、出射部１６は、導光板１２側から、出射回折素子３０Ａ１、出射回折素子３０Ａ２、出射回折素子３０Ｂ１、および、出射回折素子３０Ｂ２が積層されて構成される。出射回折素子３０Ａ１と出射回折素子３０Ａ２とで、第１出射回折部３２が構成される。また、出射回折素子３０Ｂ１と出射回折素子３０Ｂ２とで、第２出射回折部３４が構成される。なお、出射回折部が有する出射回折素子は、３以上であってもよく、さらに、出射部１６が有する出射回折部も、３以上であってもよい。

図示例において、入射回折素子および出射回折素子は液晶回折層を有するもので、好ましい態様として、いずれも、反射型の回折素子である。
図示例の光学素子１０において、入射回折素子２４Ａ１、入射回折素子２４Ａ２、入射回折素子２４Ｂ１および入射回折素子２４Ｂ２、ならびに、出射回折素子３０Ａ１、出射回折素子３０Ａ２、出射回折素子３０Ｂ１、および、出射回折素子３０Ｂ２は、同じ波長帯域の光を選択的に反射する。

ここで、本発明の光学素子１０を用いる画像表示装置は、カラー画像を表示するものでも、モノクロ画像を表示するものでもよい。
光学素子１０を用いる画像表示装置が、モノクロ画像を表示する場合には、各入射回折素子および出射回折素子は、対応する色の波長域の光を選択的に反射する液晶回折層を有する。
他方、光学素子１０を用いる画像表示装置が、カラー画像を表示する場合には、入射部１４および出射部１６は、１つの液晶回折層で、青色光、緑色光および赤色光を反射するものでもよく、青色光、緑色光および赤色光の、それぞれに対応する液晶回折層を有してもよく、青色光、緑色光および赤色光のうちの２色に対応する液晶回折層と、他の１色に対応する液晶回折層を有するものでもよい。
あるいは、光学素子１０を用いる画像表示装置が、カラー画像を表示する場合には、青色光用の入射部および出射部、緑色光用の入射部および出射部、ならびに、赤色光用の入射部および出射部を有するものでも、青色光、緑色光および赤色光のうちの２色に対応する入射部および出射部と、他の１色に対応する入射部および出射部とを有するものでもよい。なお、光学素子１０が、複数の入射部および出射部を有する場合には、入射部および出射部は、積層して配置しても、導光板１２の面方向に異なる位置に配置してもよい。

なお、光学素子１０においては、積層される部材同士は、必要に応じて、貼着層によって貼着される。
貼合層としては、十分な光透過性を有するものであれば、貼り合わせる際には流動性を有し、その後、固体になる、接着剤からなる層でも、貼り合わせる際にゲル状（ゴム状）の柔らかい固体で、その後もゲル状の状態が変化しない、粘着剤からなる層でも、接着剤と粘着剤との両方の特徴を持った材料からなる層でもよい。従って、貼合層は、光学透明接着剤（ＯＣＡ（Optical Clear Adhesive））、光学透明両面テープ、および、紫外線硬化型樹脂等の、光学装置および光学素子等でシート状物の貼り合わせに用いられる公知の層を用いればよい。
あるいは、貼合層で貼り合わせるのではなく、枠体または治具等で各部材を保持して、本発明の光学素子を構成してもよい。

本発明の光学素子１０を用いる画像表示装置は、カラー画像を表示するものでも、モノクロ画像を表示するものでもよい。
カラー画像を表示する場合には、入射部１４および出射部１６は、青色光、緑色光および赤色光を反射する。

以下、本発明の画像表示装置、および、表示素子を構成する各構成要素について説明する。

［ディスプレイ（表示素子）］
本発明の画像表示装置において、ディスプレイ２０には、制限はなく、例えば、ＡＲグラス等に用いられる公知のディスプレイが、各種、利用可能である。
ディスプレイとしては、一例として、液晶ディスプレイ（ＬＣＯＳ：Liquid Crystal On Siliconなどを含む）、有機エレクトロルミネッセンスディスプレイ、および、ＤＬＰ（Digital Light Processing）、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーを用いたスキャニング方式ディスプレイ等が例示される。

ディスプレイは、カラー画像を表示するものでも、モノクロ画像を表示するものでもよい。また、表示装置がカラー画像を表示する場合には、青色画像、緑色画像および赤色画像の、それぞれに対応する３台のディスプレイを有してもよい。

本発明の画像表示装置では、必要に応じて、ディスプレイ２０と導光板（入射部）との間に、ＡＲグラス等に用いられる公知の投映レンズを設けてもよい。

ここで、本発明の画像表示装置においては、ディスプレイ２０が照射する光には、制限はないが、無偏光（自然光）または円偏光が好ましい。
なお、ディスプレイ２０と導光板１２との間には、必要に応じて、ディスプレイが照射する光の偏光に応じて、直線偏光子とλ／４板とからなる円偏光板、および、λ／４板等を設けてもよい。

［導光板］
導光板１２は、内部に入射した光を反射して伝播（導光）する、公知の導光板である。
導光板１２には、制限はなく、ＡＲグラスおよび液晶ディスプレイのバックライトユニット等で用いられている公知の導光板が、各種、利用可能である。
導光板１２の屈折率には制限はないが、高屈折率であるのが好ましい。具体的には、導光板１２の屈折率は、１．７～２．０が好ましく、１．８～２．０がより好ましい。導光板１２の屈折率を１．７～２．０にすることにより、導光板１２内を全反射して伝搬できる角度範囲を広げる事ができる。

［入射部および出射部］
入射部１４は、第１入射回折部２６および第２入射回折部２８を有する。第１入射回折部２６は、入射回折素子２４Ａ１および入射回折素子２４Ａ２を有する。第２入射回折部２８は、入射回折素子２４Ｂ１および入射回折素子２４Ｂ２を有する。
出射部１６は、第１出射回折部３２および第２出射回折部３４を有する。第１出射回折部３２は、出射回折素子３０Ａ１および出射回折素子３０Ａ２を有する。第２出射回折部３４は、出射回折素子３０Ｂ１および出射回折素子３０Ｂ２を有する。
以下の説明では、入射回折素子を入射素子、出射回折素子を出射素子、ともいう。
入射素子および出射素子は、いずれも、反射型の偏光回折素子である。具体的には、入射素子および出射素子は、好ましい態様として、液晶回折層としてコレステリック液晶層を有するものであり、右円偏光または左円偏光を選択的に反射する。

上述したように、入射素子２４Ａ１、入射素子２４Ａ２、入射素子２４Ｂ１および入射素子２４Ｂ２、ならびに、出射素子３０Ａ１、出射素子３０Ａ２、出射素子３０Ｂ１および出射素子３０Ｂ２は、同じ波長帯域の光を選択的に反射する。すなわち、各入射素子および出射素子を構成するコレステリック液晶層は、選択反射中心波長、および、選択的な反射波長域が等しい。
ここで、入射素子２４Ａ１、入射素子２４Ａ２、入射素子２４Ｂ１および入射素子２４Ｂ２、ならびに、出射素子３０Ａ１、出射素子３０Ａ２、出射素子３０Ｂ１および出射素子３０Ｂ２は、後述する面内回転方向および／または面内周期が異なる以外は、基本的に、同じ構成を有する。
従って、以下の説明では、入射素子および出射素子を区別する必要が無い場合には、これらをまとめて『液晶回折素子』ともいう。

（液晶回折素子）
液晶回折素子について図３～図５を用いて説明する。
図３は、液晶回折素子の層構成を概念的に示す図である。図３に概念的に示すように、液晶回折素子は、支持体５０と、配向膜５２と、回折素子としての作用を発現する液晶回折層であるコレステリック液晶層５４とを有する。
図４は、コレステリック液晶層５４の主面の面内における液晶化合物の配向状態を示す模式図である。
以下の説明では、コレステリック液晶層５４の主面をＸ－Ｙ面とし、このＸ－Ｙ面に対して垂直な断面をＸ－Ｚ面として説明する。つまり、図３は、コレステリック液晶層５４のＸ－Ｚ面の模式図に相当し、図４は、コレステリック液晶層５４のＸ－Ｙ面の模式図に相当する。
図３～図５に示すように、コレステリック液晶層５４は、液晶化合物がコレステリック配向された層である。また、図３～図５は、コレステリック液晶層を構成する液晶化合物が、棒状液晶化合物の場合の例である。
以下の説明では、コレステリック液晶層を、単に液晶層ともいう。

なお、図３に示す液晶回折素子は、支持体５０と、配向膜５２と、液晶層５４とを有するが、本発明は、これに制限はされない。液晶回折素子は、例えば、導光板１２等に貼り合わせた後に、支持体５０を剥離した、配向膜５２および液晶層５４のみを有するものでもよい。または、液晶回折素子は、例えば、導光板１２等に貼り合わせた後に、支持体５０および配向膜５２を剥離した、液晶層５４のみを有するものでもよい。

＜支持体＞
支持体５０は、配向膜５２、および、液晶層５４を支持するものである。
支持体５０は、配向膜５２、液晶層５４を支持できるものであれば、各種のシート状物（フィルム、板状物）が利用可能である。
なお、支持体５０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５０の厚さには、制限はなく、液晶回折素子の用途および支持体５０の形成材料等に応じて、配向膜５２、液晶層５４を保持できる厚さを、適宜、設定すればよい。
支持体５０の厚さは、１～２０００μｍが好ましく、３～５００μｍがより好ましく、５～２５０μｍがさらに好ましい。

支持体５０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５０としては、ガラス、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、アクリル、および、ポリオレフィン等で形成される支持体５０が例示される。多層である場合の支持体５０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＞
液晶回折素子において、支持体５０の表面には配向膜５２が形成される。
配向膜５２は、液晶層５４を形成する際に、液晶化合物４０を所定の液晶配向パターンに配向するための配向膜である。
後述するが、本発明において、液晶層５４は、液晶化合物４０に由来する光学軸４０Ａ（図４参照）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５２は、液晶層５４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５２は、公知の各種のものが利用可能である。
例えば、ポリマーなどの有機化合物からなるラビング処理膜、無機化合物の斜方蒸着膜、マイクログルーブを有する膜、ならびに、ω－トリコサン酸、ジオクタデシルメチルアンモニウムクロライドおよびステアリン酸メチルなどの有機化合物のラングミュア・ブロジェット法によるＬＢ（Langmuir-Blodgett：ラングミュア・ブロジェット）膜を累積させた膜、等が例示される。

ラビング処理による配向膜５２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５２に使用する材料としては、ポリイミド、ポリビニルアルコール、特開平９－１５２５０９号公報に記載された重合性基を有するポリマー、特開２００５－９７３７７号公報、特開２００５－９９２２８号公報、および、特開２００５－１２８５０３号公報記載の配向膜５２等の形成に用いられる材料が好ましい。

液晶回折素子において、配向膜５２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５２とした、いわゆる光配向膜が好適に利用される。すなわち、液晶回折素子においては、配向膜５２として、支持体５０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５２の厚さには、制限はなく、配向膜５２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５２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５２の形成方法には、制限はなく、配向膜５２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５２を支持体５０の表面に塗布して乾燥させた後、配向膜５２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９に、配向膜５２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９に示す露光装置６０は、レーザー６２を備えた光源６４と、レーザー６２が出射したレーザー光Ｍの偏光方向を変えるλ／２板６５と、レーザー６２が出射したレーザー光Ｍを光線ＭＡおよびＭＢの２つに分離する偏光ビームスプリッター６８と、分離された２つの光線ＭＡおよびＭＢの光路上にそれぞれ配置されたミラー７０Ａおよび７０Ｂと、λ／４板７２Ａおよび７２Ｂと、を備える。
なお、光源６４は直線偏光Ｐ0を出射する。λ／４板７２Ａは、直線偏光Ｐ₀（光線ＭＡ）を右円偏光Ｐ_Rに、λ／４板７２Ｂは直線偏光Ｐ₀（光線ＭＢ）を左円偏光Ｐ_Lに、それぞれ変換する。

配向パターンを形成される前の配向膜５２を有する支持体５０が露光部に配置され、２つの光線ＭＡと光線ＭＢとを配向膜５２上において交差させて干渉させ、その干渉光を配向膜５２に照射して露光する。
この際の干渉により、配向膜５２に照射される光の偏光状態が干渉縞状に周期的に変化するものとなる。これにより、配向状態が周期的に変化する配向パターンを有する配向膜が得られる。以下の説明では、この配向パターンを有する配向膜を『パターン配向膜』ともいう。
露光装置６０においては、２つの光線ＭＡおよびＭＢの交差角αを変化させることにより、配向パターンの周期を調節できる。すなわち、露光装置６０においては、交差角αを調節することにより、液晶化合物４０に由来する光学軸４０Ａが一方向に沿って連続的に回転する配向パターンにおいて、光学軸４０Ａが回転する１方向における、光学軸４０Ａが１８０°回転する１周期の長さを調節できる。
このような配向状態が周期的に変化した配向パターンを有する配向膜５２上に、コレステリック液晶層を形成することにより、後述するように、液晶化合物４０に由来する光学軸４０Ａが一方向に沿って連続的に回転する液晶配向パターンを有する、液晶層５４を形成できる。
また、λ／４板７２Ａおよび７２Ｂの光学軸を、それぞれ、９０°回転することにより、光学軸４０Ａの回転方向を逆にすることができる。

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

なお、本発明において、配向膜５２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５０をラビング処理する方法、支持体５０をレーザー光などで加工する方法等によって、支持体５０に配向パターンを形成することにより、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５０を配向膜として作用させてもよい。

＜液晶層（コレステリック液晶層）＞
液晶回折素子において、配向膜５２の表面には、液晶層５４が形成される。
液晶層５４は、コレステリック液晶相を固定してなる、コレステリック液晶層であり、液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有するコレステリック液晶層である。

液晶層５４は、図３に概念的に示すように、通常のコレステリック液晶相を固定してなるコレステリック液晶層と同様に、液晶化合物４０が螺旋状に旋回して積み重ねられた螺旋構造を有し、液晶化合物４０が螺旋状に１回転（３６０°回転）して積み重ねられた構成を螺旋１ピッチ（螺旋ピッチＰ）として、螺旋状に旋回する液晶化合物４０が、複数ピッチ、積層された構造を有する。

周知のように、コレステリック液晶相は、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相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。
例えば、右円偏光を選択的に反射する液晶層５４であれば、コレステリック液晶相の螺旋の捩れ方向が右方向である。
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。
従って、液晶回折素子が反射（回折）する光の波長は、例えば液晶層５４の螺旋ピッチＰを調節して、液晶層の選択的な反射波長域を適宜設定すればよい。
反射波長域の半値幅は、光学素子１０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。

図４に示すように、液晶層５４のＸ－Ｙ面において、液晶化合物４０は、Ｘ－Ｙ面内の互いに平行な複数の配列軸Ｄに沿って配列しており、それぞれの配列軸Ｄ上において、液晶化合物４０の光学軸４０Ａの向きは、配列軸Ｄに沿った面内の一方向に連続的に回転しながら変化している。図示例においては、光学軸４０Ａは、配列軸Ｄに向かって反時計方向に回転している。すなわち、この配列軸Ｄの方向（すなわちＸ方向）が、本発明における面内回転方向である。
ここで、説明のため、配列軸ＤがＸ方向に向いているとする。また、Ｙ方向においては、光学軸４０Ａの向きが等しい液晶化合物４０が等間隔で配向している。
なお、「液晶化合物４０の光学軸４０Ａの向きが配列軸Ｄに沿った面内の一方向に連続的に回転しながら変化している」とは、液晶化合物４０の光学軸４０Ａと配列軸Ｄとのなす角度が、配列軸Ｄ方向の位置により異なっており、配列軸Ｄに沿って光学軸４０Ａと配列軸Ｄとのなす角度がθからθ＋１８０°あるいはθ－１８０°まで徐々に変化していることを意味する。つまり、配列軸Ｄに沿って配列する複数の液晶化合物４０は、図４に示すように、光学軸４０Ａが配列軸Ｄに沿って一定の角度ずつ回転しながら変化する。
なお、配列軸Ｄ方向に互いに隣接する液晶化合物４０の光学軸４０Ａの角度の差は、４５°以下であるのが好ましく、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。
また、本明細書において、液晶化合物４０が棒状液晶化合物である場合、液晶化合物４０の光学軸４０Ａは、棒状液晶化合物の分子長軸を意図する。一方、液晶化合物４０が円盤状液晶化合物である場合、液晶化合物４０の光学軸４０Ａは、円盤状液晶化合物の円盤面に対する法線方向に平行な軸を意図する。

液晶層５４においては、このような液晶化合物４０の液晶配向パターンにおいて、面内で光学軸４０Ａが連続的に回転して変化する配列軸Ｄ方向において、液晶化合物４０の光学軸４０Ａが１８０°回転する長さ（距離）を、すなわち、液晶配向パターンにおける１周期の長さを、面内周期Λとする。
すなわち、配列軸Ｄ方向に対する角度が等しい２つの液晶化合物４０の、配列軸Ｄ方向の中心間の距離を面内周期Λとする。具体的には、図４に示すように、配列軸Ｄ方向と光学軸４０Ａの方向とが一致する２つの液晶化合物４０の、配列軸Ｄ方向の中心間の距離を、面内周期Λとする。
液晶層５４の液晶配向パターンは、この面内周期Λを、配列軸Ｄ方向すなわち光学軸４０Ａの向きが連続的に回転して変化する一方向に繰り返す。液晶回折素子においては、この面内周期Λが、回折構造の周期となる。

一方、液晶層５４を形成する液晶化合物４０は、配列軸Ｄ方向と直交する方向（図４においては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、液晶層５４を形成する液晶化合物４０は、Ｙ方向では、液晶化合物４０の光学軸４０Ａと配列軸Ｄ（Ｘ方向）とが成す角度が等しい。

コレステリック液晶層の厚さ方向の断面をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で観察すると、コレステリック液晶相に由来する明部と暗部とを交互に有する縞模様が観察される。
ここで、図３に示す液晶層５４のＸ－Ｚ面、すなわち、厚さ方向の断面をＳＥＭで観察すると、図５に示すような明部４２と暗部４４とが、主面（Ｘ－Ｙ面）に対して所定の傾斜角θで傾斜している縞模様が観察される。
なお、この傾斜角θには、制限はないが、１０°以上が好ましく、２０°以上がより好ましい。
傾斜角θを１０°以上とすることにより、大きな回折角度で、高い回折効率を得られる点で好ましい。
このようなＳＥＭ断面において、隣接する明部４２から明部４２、または、暗部４４から暗部４４の、明部４２または暗部４４が成す線の法線方向における間隔が１／２ピッチに相当する。すなわち、図５中にＰで示すように、明部４２が２つと暗部４４が２つで螺旋１ピッチ分（螺旋の巻き数１回分）すなわち螺旋ピッチＰに相当する。

以下、液晶層による回折の作用について説明する。
従来のコレステリック液晶層において、コレステリック液晶相由来の螺旋軸は、主面（Ｘ－Ｙ面）に対して垂直であり、その反射面は主面（Ｘ－Ｙ面）と平行な面である。また、液晶化合物の光学軸は、主面（Ｘ－Ｙ面）に対して傾斜していない。言い換えると、光学軸は主面（Ｘ－Ｙ面）に対して平行である。したがって、従来のコレステリック液晶層のＸ－Ｚ面をＳＥＭにて観察すると、明部と暗部とが交互に配列された配列方向は主面（Ｘ－Ｙ面）と垂直となる。
コレステリック液晶相は鏡面反射性であるため、例えば、コレステリック液晶層に法線方向から光が入射される場合、法線方向に光が反射される。

これに対して、液晶層５４は、入射した光を、鏡面反射に対して配列軸Ｄ方向に傾けて反射する。液晶層５４は、面内において、配列軸Ｄ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。以下、図６を参照して説明する。

一例として、液晶層５４は、赤色光の右円偏光Ｒ_Rを選択的に反射するコレステリック液晶層であるとする。従って、液晶層５４に光が入射すると、液晶層５４は、赤色光の右円偏光Ｒ_Rのみを反射し、それ以外の光を透過する。

液晶層５４では、液晶化合物４０の光学軸４０Ａが配列軸Ｄ方向（一方向）に沿って回転しながら変化している。
液晶層５４に形成された液晶配向パターンは、配列軸Ｄ方向に周期的なパターンである。そのため、液晶層５４に入射した赤色光の右円偏光Ｒ_Rは、図６に概念的に示すように、液晶配向パターンの周期に応じた方向に反射（回折）され、反射された赤色光の右円偏光Ｒ_Rは、ＸＹ面（コレステリック液晶層の主面）に対して配列軸Ｄ方向に傾いた方向に反射（回折）される。

この結果として、液晶層５４を光学素子等に適用した場合、導光板の主面に垂直な方向から入射した光を導光板内を全反射する角度に反射（回折）することができ、また、導光板内を全反射して導光された光を、導光板の主面に垂直な方向に反射（回折）することができる回折素子として用いることができる。

液晶層５４において、光学軸４０Ａが回転する一方向である配列軸Ｄの方向を、適宜、設定することで、光の反射方向（回折角度）を調節できる。
例えば、同じ波長で、同じ旋回方向の円偏光を反射する場合に、配列軸Ｄ方向を逆方向にすることで、円偏光の反射方向を逆にできる。

さらに、同じ液晶配向パターンを有する液晶層では、液晶化合物４０の螺旋の旋回方向すなわち反射する円偏光の旋回方向によって、反射方向が逆になる。
例えば、螺旋の旋回方向が右捩じれの場合、右円偏光を選択的に反射するものであり、配列軸Ｄ方向に沿って光学軸４０Ａが反時計回りに回転する液晶配向パターンを有することにより、右円偏光を配列軸Ｄ方向に傾けて反射する。
また、例えば、螺旋の旋回方向が左捩じれの場合、左円偏光を選択的に反射するものであり、配列軸Ｄ方向に沿って光学軸４０Ａが反時計回りに回転する液晶配向パターンを有する液晶層は、左円偏光を配列軸Ｄ方向と逆方向に傾けて反射する。
すなわち、螺旋の旋回方向が逆の液晶層は、配列軸Ｄ方向を逆すなわち１８０°異なる方向にすることで、同方向に傾けて光を反射できる。

上述のように、この液晶回折素子では、液晶層における液晶化合物の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物の光学軸が１８０°回転する長さである面内周期Λが、回折構造の周期（１周期）である。また、液晶層において、液晶化合物の光学軸が回転しながら変化している一方向（配列軸Ｄ方向）すなわち面内回転方向が回折構造の周期方向である。
本発明の光学素子１０において、液晶回折素子の面内周期Λの長さには、制限はなく、導光板１２への入射角度、導光板１２から出射させるための光の回折の大きさ等に応じて、適宜、設定すればよい。
液晶回折素子の１周期の長さは、０．１～１０μｍが好ましく、０．１～１μｍがより好ましく、導光板１２を全反射で伝播させる観点から、入射する光の波長λ以下がさらに好ましい。

液晶配向パターンを有する液晶層では、面内周期Λが短いほど、入射光に対する反射光の角度が大きくなる。すなわち、面内周期Λが短いほど、入射光に対して、反射光を大きく傾けて反射できる。
また、この液晶配向パターンを有する液晶層では、光の反射角度（回折角）は、反射する光の波長によって、角度が異なる。具体的には、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。

図３に示す例は、液晶層５４のＸ－Ｚ面において、液晶化合物４０が、主面（Ｘ－Ｙ面）に対して、その光学軸４０Ａが平行に配向している構成である。
しかしながら、本発明は、これに制限はされない。例えば、図７に概念的に示すように、液晶層５４のＸ－Ｚ面において、液晶化合物４０が、主面（Ｘ－Ｙ面）に対して、その光学軸４０Ａが傾斜して配向している構成であってもよい。

また、図７に示す例では、液晶層５４のＸ－Ｚ面において、液晶化合物４０の主面（Ｘ－Ｙ面）に対する傾斜角度（チルト角）は厚さ方向（Ｚ方向）に一様としたが、本発明は、これに制限はされない。液晶層５４において、液晶化合物４０のチルト角が厚さ方向で異なっている領域を有していてもよい。
例えば、図８に示す例は、液晶層の、配向膜５２側の界面において液晶化合物４０の光学軸４０Ａが主面に平行であり（プレチルト角が０であり）、配向膜５２側の界面から厚さ方向に離間するにしたがって、液晶化合物４０のチルト角が大きくなって、その後、他方の界面（空気界面）側まで一定のチルト角で液晶化合物が配向されている構成である。

図８に示す液晶層５４は、ＳＥＭで観察した断面で観察される上述したコレステリック液晶相に由来する明部と暗部が、主面に対して成す角度、すなわち、傾斜角θ（図５参照）が配向膜５２側の界面から厚さ方向に離間するにしたがって、漸次、増大する。
このような液晶層５４は、コレステリック液晶相の螺旋ピッチＰが、厚さ方向に変化する。すなわち、この液晶層５４は螺旋ピッチＰが、配向膜５２側の界面から厚さ方向に離間するにしたがって、漸次、長くなる。
上述したように、液晶層５４（コレステリック液晶相）が選択的に反射する光の波長は、螺旋ピッチＰに依存し、螺旋ピッチＰが長いほど、長波長の光を選択的に反射する。従って、図８に示すような、傾斜角θが、配向膜５２側の界面から厚さ方向に離間するにしたがって、漸次、増大する液晶層５４は、広い波長帯域の光を反射することができる。

図８に示すような、傾斜角θが、配向膜５２側の界面から厚さ方向に離間するにしたがって、漸次、増大する液晶層５４は、傾斜角θが１０°以上である領域を有するのが好ましい。
この液晶層５４において、傾斜角θが１０°以上である領域を有することにより、高いい回折効率で大きな回折角度を得られる点で好ましい。
この液晶層５４は、傾斜角θが２０°以上である領域を有するのがより好ましく、３０°以上である領域を有するのがさらに好ましい。

また、傾斜角θが、配向膜５２側の界面から厚さ方向に離間するにしたがって、漸次、増大する液晶層５４は、傾斜角θの最大値と最小値との差が１０°以上であるのも好ましい。
傾斜角θの最大値と最小値との差が１０°以上とすることにより、光の回折角度を大きくできる、液晶層５４が選択的に反射する光の波長帯域を広くできる点で好ましい。
この液晶層５４は、傾斜角θの最大値と最小値との差が１５°以上であるのがより好ましく、２０°以上であるのがさらに好ましい。

このように、液晶層５４においては、上下界面の一方の界面において、液晶化合物の光学軸がプレチルト角を有している構成であってもよく、両方の界面でプレチルト角を有する構成であってもよい。また、両界面でプレチルト角が異なっていてもよい。
このように液晶化合物がチルト角を有して（傾斜して）いることにより、光が回折する際に実効的な液晶化合物の複屈折率が高くなり、回折効率を高めることができる。

液晶化合物４０の光学軸４０Ａと主面（Ｘ－Ｙ面）とのなす平均角度（平均チルト角）は、５～８０°が好ましく、１０～５０°がより好ましい。なお、平均チルト角は、液晶層５４のＸ－Ｚ面を偏光顕微鏡観察することにより測定できる。なかでも、液晶層５４のＸ－Ｚ面において、液晶化合物４０は、主面（Ｘ－Ｙ面）に対して、その光学軸４０Ａが同一の方向に傾斜配向することが好ましい。
なお、上記チルト角は、コレステリック液晶層断面の偏光顕微鏡観察において、液晶化合物４０の光学軸４０Ａと主面とのなす角度を任意の５か所以上で測定して、それらを算術平均した値である。

液晶回折素子（液晶層５４）に垂直に入射した光は、液晶層内において斜め方向に、屈曲力が加わり斜めに進む。液晶層内において光が進むと、本来は垂直入射に対して所望の回折角が得られるように設定されている回折周期等の条件とのずれが生じるために、回折ロスが生じる。
液晶化合物をチルトさせた場合、チルトさせない場合と比較して、光が回折する方位に対してより高い複屈折率が生じる方位が存在する。この方向では実効的な異常光屈折率が大きくなるため、異常光屈折率と常光屈折率の差である複屈折率が高くなる。
狙った回折する方位に合わせて、チルト角の方位を設定することによって、その方位での本来の回折条件とのずれを抑制することができ、結果としてチルト角を持たせた液晶化合物を用いた場合の方が、より高い回折効率を得ることができると考えられる。

また、チルト角は液晶層５４の界面の処理によって制御されるのが好ましい。
支持体側の界面においては、配向膜にプレチルト処理をおこなうことにより液晶化合物のチルト角を制御することが出来る。例えば、配向膜の形成の際に配向膜に紫外線を正面から露光した後に斜めから露光することにより、配向膜上に形成する液晶層中の液晶化合物にプレチルト角を生じさせることが出来る。この場合には、２回目の照射方向に対して液晶化合物の単軸側が見える方向にプレチルトする。ただし、２回目の照射方向に対して垂直方向の方位の液晶化合物はプレチルトしないため、面内でプレチルトする領域とプレチルトしない領域が存在する。このことは、狙った方位に光を回折させるときにその方向に最も複屈折を高めることに寄与するので回折効率を高めるのに適している。
さらに、液晶層中または配向膜中にプレチルト角を助長する添加剤を加えることも出来る。この場合、回折効率を更に高める因子として添加剤を利用できる。
この添加剤は空気側の界面のプレチルト角の制御にも利用できる。

ここで、液晶層５４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する明部および暗部が、主面に対して傾斜している。液晶層は、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方向から傾斜しているのが好ましい。具体的には、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の絶対値が５°以上であることが好ましい。言い換えると、液晶層の液晶化合物が主面に対して傾斜し、かつ、傾斜方向が液晶層の明部および暗部に略一致していることが好ましい。なお、法線方向とは、主面に対して直交する方向である。
液晶層がこのような構成を有することにより、液晶化合物が主面に平行である液晶層に比して、高い回折効率で円偏光を回折できる。

液晶層の液晶化合物が主面に対して傾斜し、かつ、傾斜方向が明部および暗部に略一致している構成では、反射面に相当する明部および暗部と、液晶化合物の光学軸とが一致している。そのため、光の反射（回折）に対する液晶化合物の作用が大きくなり、回折効率を向上できる。その結果、入射光に対する反射光の光量をより向上できる。

液晶層の進相軸面または遅相軸面において、液晶層の光学軸傾斜角の絶対値は５°以上が好ましく、１５°以上がより好ましく、２０°以上がさらに好ましい。
光学軸傾斜角の絶対値を１５°以上とすることにより、より好適に、液晶化合物の方向を明部および暗部に一致させ、回折効率を向上できる点で好ましい。

さらに、液晶層５４は、明部および暗部の傾斜角θが、漸次、増大しない場合でも、コレステリック液晶相の螺旋ピッチが、厚さ方向に、漸次、変化する層であってもよい。例えば、液晶層５４は、螺旋ピッチＰが、配向膜５２側の界面から厚さ方向に離間するにしたがって、漸次、長くなるコレステリック液晶層であってもよい。
上述のように、液晶層５４（コレステリック液晶相）が選択的に反射する光の波長は、螺旋ピッチＰに依存し、螺旋ピッチＰが長いほど、長波長の光を選択的に反射する。従って、螺旋ピッチＰが、厚さ方向に、漸次、変化する増大する液晶層５４は、広い波長帯域の光を反射することができる。

＜＜液晶層の形成方法＞＞
液晶層５４は、液晶化合物が所定の配向状態に配向されてなる液晶相を層状に固定して形成できる。例えば、コレステリック液晶層の場合には、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、液晶相となっている液晶化合物の配向が保持されている構造であればよく、典型的には、重合性液晶化合物を所定の液晶相の配向状態としたうえで、紫外線照射、加熱等によって重合、硬化し、流動性が無い層を形成して、同時に、外場または外力によって配向形態に変化を生じさせることない状態に変化した構造が好ましい。
なお、液晶相を固定した構造においては、液晶相の光学的性質が保持されていれば十分であり、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。

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

－－重合性液晶化合物－－
重合性液晶化合物は、棒状液晶化合物であっても、円盤状液晶化合物であってもよい。
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９５／０２２５８６号、国際公開第９５／０２４４５５号、国際公開第９７／０００６００号、国際公開第９８／０２３５８０号、国際公開第９８／０５２９０５号、特開平１－２７２５５１号公報、特開平６－０１６６１６号公報、特開平７－１１０４６９号公報、特開平１１－０８００８１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、および、特開２０１０－２４４０３８号公報等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－－
液晶層を形成する際に用いる液晶組成物は、界面活性剤を含有してもよい。
界面活性剤は、安定的に、または迅速に、コレステリック液晶相の配向に寄与する配向制御剤として機能できる化合物が好ましい。界面活性剤としては、例えば、シリコ－ン系界面活性剤およびフッ素系界面活性剤が挙げられ、フッ素系界面活性剤が好ましく例示される。

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

液晶組成物中における、界面活性剤の添加量は、液晶化合物の全質量に対して０．０１～１０質量％が好ましく、０．０１～５質量％がより好ましく、０．０２～１質量％がさらに好ましい。

－－キラル剤（光学活性化合物）－－
キラル剤（カイラル剤）はコレステリック液晶相の螺旋構造を誘起する機能を有する。キラル剤は、化合物によって誘起する螺旋の捩れ方向または螺旋ピッチが異なるため、目的に応じて選択すればよい。
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）、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２００２－０８０４７８号公報、特開２００２－０８０８５１号公報、特開２００２－１７９６６８号公報、特開２００２－１７９６６９号公報、特開２００２－１７９６７０号公報、特開２００２－１７９６８１号公報、特開２００２－１７９６８２号公報、特開２００２－３３８５７５号公報、特開２００２－３３８６６８号公報、特開２００３－３１３１８９号公報、および、特開２００３－３１３２９２号公報等に記載の化合物を用いることができる。

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

液晶層を形成する際には、液晶層の形成面に液晶組成物を塗布して、液晶化合物を所望の液晶相の状態に配向した後、液晶化合物を硬化して、液晶層とするのが好ましい。
すなわち、配向膜５２上にコレステリック液晶層を形成する場合には、配向膜５２に液晶組成物を塗布して、液晶化合物をコレステリック液晶相の状態に配向した後、液晶化合物を硬化して、コレステリック液晶相を固定してなる液晶層を形成するのが好ましい。
液晶組成物の塗布は、インクジェットおよびスクロール印刷等の印刷法、ならびに、スピンコート、バーコートおよびスプレー塗布等のシート状物に液体を一様に塗布できる公知の方法が全て利用可能である。

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

配向させた液晶化合物は、必要に応じて、さらに重合される。重合は、熱重合、および、光照射による光重合のいずれでもよいが、光重合が好ましい。光照射は、紫外線を用いるのが好ましい。照射エネルギーは、２０ｍＪ／ｃｍ²～５０Ｊ／ｃｍ²が好ましく、５０～１５００ｍＪ／ｃｍ²がより好ましい。光重合反応を促進するため、加熱条件下または窒素雰囲気下で光照射を実施してもよい。照射する紫外線の波長は２５０～４３０ｎｍが好ましい。
なお、液晶組成物に添加するキラル剤として、光の照射によってＨＴＰが変化するキラル剤を用いた場合には、液晶化合物の重合に先立ち、キラル剤のＨＴＰを変化させるための光照射を行ってもよい。あるいは、液晶化合物の光重合による光照射が、キラル剤のＨＴＰを変化させるための光照射を兼ねてもよい。これにより、上述した、コレステリック液晶相の螺旋ピッチＰが、漸次、変化する液晶層を得ることができる。

液晶層５４の厚さには、制限はなく、光学素子の用途、液晶層に要求される光の反射率、および、液晶層５４の形成材料等に応じて、必要な光の反射率が得られる厚さを、適宜、設定すればよい。

＜その他の液晶層（液晶回折素子）＞
図示例の光学素子は、入射素子および出射素子に、コレステリック液晶層である液晶層５４を用いた反射型の液晶回折素子を用いているが、本発明は、これに制限はされない。
一例として、面内の少なくとも１方向に沿って連続的に回転している液晶配向パターンを有し、かつ、厚さ方向には液晶化合物がコレステリック液晶相を形成していない液晶回折素子も、利用可能である。なお、液晶回折素子において、液晶化合物がコレステリック液晶相とはならない程度に厚さ方向に捩じれ回転した構成を有していてもよい。

図１０および図１１に、他の液晶回折素子を例示して、その一例を説明する。
図１０および図１１に示す液晶回折素子は、支持体５０と、配向膜５２と、液晶層５６とを有する。支持体５０および配向膜５２は、上述の物と同様である。
図１１に示す液晶回折素子の液晶層５６も、（コレステリック）液晶層５４と同様、液晶化合物４０の光学軸４０Ａが、配列軸Ｄに沿って連続的に回転する液晶配向パターンを有する。なお、図１１も、上述した図４と同様、配向膜５２の表面の液晶化合物のみを示している。
図１０に示す液晶回折素子では、液晶層５６を形成する液晶化合物４０が厚さ方向に螺旋状に捩じれ回転しておらず、光学軸４０Ａは、面方向の同じ場所に位置する。このような液晶層は、上述した液晶層の形成において、液晶組成物にキラル剤を添加しないことで形成できる。

上述したように、液晶層５６は、面内において、液晶化合物４０に由来する光学軸４０Ａの向きが、配列軸Ｄ方向すなわちＸ方向に沿って連続的に回転しながら変化する液晶配向パターンを有する。すなわち、本例も、面内回転方向は配列軸Ｄ方向すなわちＸ方向である。
一方、液晶層５６を形成する液晶化合物４０は、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である配列軸Ｄと直交するＹ方向では、光学軸４０Ａの向きが等しい液晶化合物４０が等間隔で配列されている。
言い換えれば、液晶層５６を形成する液晶化合物４０において、Ｙ方向に配列される液晶化合物４０同士では、光学軸４０Ａの向きと配列軸Ｄ方向とが成す角度が等しい。

液晶層５６において、Ｙ方向に配列される液晶化合物は、光学軸４０ＡとＸ方向（液晶化合物４０の光学軸の向きが回転する１方向）とが成す角度が等しい。この光学軸４０Ａと配列軸Ｄとが成す角度が等しい液晶化合物４０が、Ｙ方向に配置された領域を、領域Ｒとする。
この場合に、それぞれの領域Ｒにおける面内レタデーション（Ｒｅ）の値は、半波長すなわちλ／２であるのが好ましい。これらの面内レタデーションは、領域Ｒの屈折率異方性に伴う屈折率差Δｎと光学異方性層の厚さとの積により算出される。ここで、光学異方性層における領域Ｒの屈折率異方性に伴う屈折率差とは、領域Ｒの面内における遅相軸の方向の屈折率と、遅相軸の方向に直交する方向の屈折率との差により定義される屈折率差である。すなわち、領域Ｒの屈折率異方性に伴う屈折率差Δｎは、光学軸４０Ａの方向の液晶化合物４０の屈折率と、領域Ｒの面内において光学軸４０Ａに垂直な方向の液晶化合物４０の屈折率との差に等しい。つまり、屈折率差Δｎは、液晶化合物４０の屈折率差に等しい。

このような液晶層５６に円偏光が入射すると、光は、屈折され、かつ、円偏光の方向が変換される。
この作用を、図１２および図１３に概念的に示す。なお、液晶層５６は、液晶化合物の屈折率差と光学異方性層の厚さとの積の値がλ／２であるとする。
図１２に示すように、液晶層５６の液晶化合物の屈折率差と光学異方性層の厚さとの積の値がλ／２の場合に、液晶層５６に左円偏光である入射光Ｌ₁が入射すると、入射光Ｌ₁は、液晶層５６を通過することにより１８０°の位相差が与えられて、透過光Ｌ₂は、右円偏光に変換される。
また、液晶層５６に形成された液晶配向パターンは、配列軸Ｄ方向に周期的なパターンであるため、透過光Ｌ₂は、入射光Ｌ₁の進行方向とは異なる方向に進行する。このように、左円偏光の入射光Ｌ₁は、入射方向に対して配列軸Ｄ方向に一定の角度だけ傾いた、右円偏光の透過光Ｌ₂に変換される。

一方、図１３に示すように、液晶層５６の液晶化合物の屈折率差と光学異方性層の厚さとの積の値がλ／２のとき、液晶層５６に右円偏光の入射光Ｌ₄が入射すると、入射光Ｌ₄は、液晶層５６を通過することにより、１８０°の位相差が与えられて、左円偏光の透過光Ｌ₅に変換される。
また、液晶層５６に形成された液晶配向パターンは、配列軸Ｄ方向に周期的なパターンであるため、透過光Ｌ₅は、入射光Ｌ₄の進行方向とは異なる方向に進行する。このとき、透過光Ｌ₅は透過光Ｌ₂と異なる方向、つまり、入射方向に対して配列軸Ｄ方向とは逆の方向に進行する。このように、入射光Ｌ₄は、入射方向に対して配列軸Ｄ方向とは逆の方向に一定の角度だけ傾いた左円偏光の透過光Ｌ₅に変換される。

液晶層５４と同様、液晶層５６も、形成された液晶配向パターンの面内周期Λを変化させることにより、透過光Ｌ₂およびＬ₅の屈折の角度を調節できる。具体的には、液晶層５６も、液晶配向パターンの面内周期Λが短いほど、互いに隣接した液晶化合物４０を通過した光同士が強く干渉するため、透過光Ｌ₂およびＬ₅を大きく屈折させることができる。
また、配列軸Ｄ方向に沿って回転する、液晶化合物４０の光学軸４０Ａの回転方向を逆方向にすることにより、透過光の屈折の方向を、逆方向にできる。すなわち、図１０～図１３に示す例では、配列軸Ｄ方向に向かう光学軸４０Ａの回転方向は時計回りであるが、この回転方向を反時計回りにすることで、透過光の屈折の方向を、逆方向にできる。

なお、回折効率の観点から、このような、入射光を透過回折する液晶回折素子を用いる場合も、液晶化合物が捩れて回転（捩れ角が３６０°未満）している領域を有する液晶回折素子を用いるのが好ましい。特に、導光板内を反射する角度に光を回折する場合、回折効率の観点から、液晶化合物が捩れて回転する領域を有する液晶回折素子を好適に用いることができる。また、液晶化合物が捩れて回転する角度が異なる液晶回折素子を積層して用いること、および、液晶化合物が捩れて回転する方向が異なる液晶回折素子を積層して用いること等は、回折効率の観点から好ましい。

本発明の光学素子においては、透過型の入射素子および出射素子を用いる場合には、入射素子および出射素子とディスプレイ２０および使用者Ｕとの位置関係が、反射型の入射素子および出射素子を用いた場合と逆になる。すなわち、ディスプレイ２０からの画像は導光板１２ではなく入射部側から入射し、導光板から出射部に入射して、出射部を透過した画像が使用者Ｕによる観察位置に出射するように、光学素子を構成する。

また、本発明の光学素子は、入射素子および出射素子において、異なる液晶回折素子を用いてもよい。
例えば、入射部１４では、液晶層５６を有する透過型の液晶回折素子を用い、出射部１６では、液晶層５４を有する反射型の液晶回折素子を用いてもよい。

上述したように、図示例の光学素子１０において、入射部１４は、第１入射回折部２６および第２入射回折部２８を有する。第１入射回折部２６は、入射素子２４Ａ１および入射素子２４Ａ２を有する。第２入射回折部２８は、入射素子２４Ｂ１および入射素子２４Ｂ２を有する。
出射部１６は、第１出射回折部３２および第２出射回折部３４を有する。第１出射回折部３２は、出射素子３０Ａ１および出射素子３０Ａ２を有する。第２出射回折部３４は、出射素子３０Ｂ１および出射素子３０Ｂ２を有する。

入射部１４において、第１入射回折部２６を構成する入射素子２４Ａ１および入射素子２４Ａ２の液晶層５４は、面内周期Λが等しく、面内回転方向（配列軸Ｄの方向（Ｘ方向））が異なる。同様に、第２入射回折部２８を構成する入射素子２４Ｂ１および入射素子２４Ｂ２の液晶層５４は、面内周期Λが等しく、面内回転方向が異なる。
以下の説明では、液晶層５４と言う言葉は省略し、例えば、『入射素子２４Ａ１の面内周期Λ』、『入射素子２４Ａ１の回転方向』のように言う。
また、入射素子２４Ａ１および入射素子２４Ａ２と、入射素子２４Ｂ１および入射素子２４Ｂ２とは、面内周期Λおよび面内回転方向が異なる。すなわち、第１入射回折部２６と、第２入射回折部２８とは、それぞれを構成する入射素子の面内周期Λおよび面内回転方向が異なる。

なお、入射回折部が３以上の入射素子を有する場合には、少なくとも２つの入射素子において、面内周期が一致し、面内回転方向が異なればよい。
また、入射部が、３以上の入射回折部を有する場合には、少なくとも２つの入射回折部において、互いに面内周期Λおよび面内回転方向が異なればよい。
この点に関しては、出射部および出射回折部も同様である。

図示例の光学素子１０では、出射部１６において、第１出射回折部３２を構成する出射素子３０Ａ１および出射素子３０Ａ２は、面内周期Λが等しく、面内回転方向が異なる。同様に、第２出射回折部３４を構成する出射素子３０Ｂ１および出射素子３０Ｂ２は、面内周期Λが等しく、面内回転方向が異なる。
また、出射素子３０Ａ１および出射素子３０Ａ２と、出射素子３０Ｂ１および出射素子３０Ｂ２とは、面内周期Λおよび面内回転方向が異なる。すなわち、第１出射回折部３２と、第２出射回折部３４とは、それぞれを構成する入射素子の面内周期Λおよび面内回転方向が異なる。

図１４に、出射部１６を例示して、一例を概念的に示す。
なお、各出射素子および出射回折部における面内周期Λおよび面内回転方向の関係は、入射部１４の入射素子および出射回折部も同様である。

図１４に示す各出射素子において、図中の矢印は、面内回転方向である。
第１出射回折部３２を構成する出射素子３０Ａ１および出射素子３０Ａ２は、面内周期Λが等しく、出射素子３０Ａ２の面内回転方向とが成す角度が、９０°である。
また、第２出射回折部３４を構成する出射素子３０Ｂ１および出射素子３０Ｂ２は、面内周期Λが等しく、出射素子３０Ｂ１の面内回転方向と、出射素子３０Ｂ２の面内回転方向とが成す角度が、９０°である。
さらに、第１出射回折部３２を構成する出射素子の面内回転方向と、第２出射回折部３４を構成する出射素子の面内回転方向とが成す角度(交差角γ)は、４５°である。
一例として、出射素子３０Ａ１の面内回転方向を０°とすると、出射素子３０Ａ２の面内回転方向は９０°、出射素子３０Ｂ１の面内回転方向は４５°、出射素子３０Ｂ２の面内回転方向は－４５°（３１５°）となる。
第１出射回折部３２を構成する出射素子の面内周期Λ_Aと、第２出射回折部３４を構成する出射素子の面内周期Λ_Bは、下記式の関係であることが、表示される画像の多重像化を防止するために望ましい。
Λ_B＝Λ_A／｜２ｃｏｓγ｜

本発明の光学素子１０は、このような構成を有することにより、出射部１６を構成する出射回折部３２および出射回折部３４における回折によって、例えば図１５および図１６に示すように、導光板１２において光を二次元的に伝播（黒矢印）できると共に、導光板１２から二次元的に光を出射（白抜き矢印）できる。この点に関しては、入射部１４も同様である。
その結果、本発明の光学素子１０を、例えばＡＲグラスに利用した際に、広いＦＯＶとアイボックス（視域）とを実現できる。
入射部の好ましい態様は、２つの入射回折素子を有する入射回折部を複数備え、入射回折部の少なくとも２つが、同一であり、かつ、入射回折部が備える２つの入射回折素子の液晶回折層の面内回転方向が成す角度が４５°である。さらに、２つの入射回折素子を有する入射回折部を複数備え、入射回折部の少なくとも２つが、同一であり、かつ、入射回折部が備える２つの入射回折素子の液晶回折層の面内回転方向が成す角度が９０°である態様も同様に好ましい。
出射部の好ましい態様は、２つの出射回折素子を有する出射回折部を複数備え、出射回折部の少なくとも２つが、同一であり、かつ、出射回折素子が備える２つの出射回折素子の液晶回折層の面内回転方向が成す角度が４５°である。さらに、２つの出射回折素子を有する出射回折部を複数備え、出射回折部の少なくとも２つが、同一であり、かつ、出射回折素子が備える２つの出射回折素子の液晶回折層の面内回転方向が成す角度が９０°である態様も同様に好ましい。

このように、本発明の光学素子１０によれば、入射部１４において、入射光を二次元に広げて導光板１２を伝播させると共に、図１７に概念的に示すように、出射部１６の全面に光を伝播して導光板１２から出射できる。
その結果、上述のように、本発明の光学素子１０によれば、ＡＲグラス等において、アイボックスを拡大することができる。

ここで、第１出射回折部３２と、第２出射回折部３４とでは、出射素子の面内回転方向が成す角度が４５°である。
すなわち、第１出射回折部３２が回折する光は、第２出射回折部３４では回折されにくく、第２出射回折部３４が回折する光は、第１出射回折部３２では回折されにくい。そのため、第１出射回折部３２と第２出射回折部３４との両方で回折される光が生じることが無く、多重像が生じることを防止できる。

本発明の光学素子１０において、第１入射回折部２６の入射素子２４Ａ１と入射素子２４Ａ２との面内回転方向が成す角度、第２入射回折部の入射素子２４Ｂ１と入射素子２４Ｂ２との面内回転方向が成す角度、第１出射回折部３２の出射素子３０Ａ１と出射素子３０Ａ２との面内回転方向が成す角度、および、第２出射回折部３４の出射素子３０Ｂ１と出射素子３０Ｂ２との面内回転方向が成す角度には、制限はない。

また、第１入射回折部２６の入射素子２４Ａ１および入射素子２４Ａ２と、第２入射回折部の入射素子２４Ｂ１および入射素子２４Ｂ２との面内回転方向が成す角度、ならびに、第１出射回折部３２の出射素子３０Ａ１および出射素子３０Ａ２と、第２出射回折部３４の出射素子３０Ｂ１およびと出射素子３０Ｂ２との面内回転方向が成す角度には、制限はない。
上述した多重像の防止効果は、この面内回転方向が成す角度が大きい方が高い。また、上述のように、入射素子２４Ａ１および入射素子２４Ａ２等において面内回転方向が成す角度等も、大きい方が好ましい。
この点を考慮すると、第１入射回折部２６の入射素子２４Ａ１および入射素子２４Ａ２と、第２入射回折部の入射素子２４Ｂ１および入射素子２４Ｂ２との面内回転方向が成す角度も大きい方が好ましい。

一方、光学素子１０において、第１入射回折部２６の入射素子２４Ａ１と入射素子２４Ａ２とは、面内周期Λが等しく、第２入射回折部２８の入射素子２４Ｂ１と入射素子２４Ｂ２とは、面内周期Λが等しい。さらに、第１入射回折部２６の入射素子２４Ａ１および入射素子２４Ａ２と、第２入射回折部２８の入射素子２４Ｂ１および入射素子２４Ｂ２とは、面内周期Λが異なる。
同様に、光学素子１０において、第１出射回折部３２の出射素子３０Ａ１と出射素子３０Ａ２とは、面内周期Λが等しく、第２出射回折部３４の出射素子３０Ｂ１と出射素子３０Ｂ２とは、面内周期Λが等しい。さらに、第１出射回折部３２の出射素子３０Ａ１および出射素子３０Ａ２と、第２出射回折部３４の出射素子３０Ｂ１および出射素子３０Ｂ２とは、面内周期Λが異なる。
さらに、図示例の光学素子１０は、一例として、第１入射回折部２６の入射素子２４Ａ１および入射素子２４Ａ２と、第１出射回折部３２の出射素子３０Ａ１および出射素子３０Ａ２とは、面内周期Λが等しく、また、第２入射回折部２８の入射素子２４Ｂ１および入射素子２４Ｂ２と、第２出射回折部３４の出射素子３０Ｂ１および出射素子３０Ｂ２とは、面内周期Λが等しい。
本発明の光学素子１０は、このような構成を有することにより、ＡＲグラス等に利用した際に、広いＦＯＶを得ることができる。

広いＦＯＶを確保して、適正に画像を表示するためには、ディスプレイ２０が照射した画像を導光板１２に入射させる入射部１４は、ディスプレイ２０による表示面全面の光（画像）を、導光板１２が全反射できる角度で、導光板１２に入射させる必要がある。
しかしながら、ディスプレイ２０から入射部１４に入射する光の角度は、ディスプレイ２０の表示面における位置によって異なる。従って、１つの回折素子で、ディスプレイ２０による表示面全面の光を、導光板１２が全反射できる角度で、導光板１２に入射させるのは、困難である。

これに対して、本発明の光学素子１０は、第１入射回折部２６と第２入射回折部２８とで、面内周期Λが異なる入射素子を用いる。
上述のように、液晶回折素子の液晶層５４は、面内周期Λによって、光の回折か角度が異なる。具体的には、面内周期Λが短いほど、光を大きく曲げて回折して反射する。そのため、面内周期Λが異なる入射素子を用いることで、ディスプレイ２０の表示位置に応じて、導光板１２が全反射できる角度で、光を導光板１２に入射させることができる。

一例として、図１８に概念的に示すように、第１入射回折部２６の入射素子２４Ａ１および入射素子２４Ａ２は、ディスプレイ２０の図中左側の実線から破線までの角度範囲φ１の光を導光板１２が全反射できる角度で光を導光板１２に入射させるように、面内周期Λを設定する。
そのため、角度範囲φ１以外の光が第１入射回折部２６に入射しても、導光板１２で全反射を繰り返して伝播されることは無い。
また、上述のように、第１入射回折部２６の入射素子２４Ａ１および入射素子２４Ａ２と、第１出射回折部３２の出射素子３０Ａ１および出射素子３０Ａ２とは、面内周期Λが等しい。従って、第１入射回折部２６で回折されて導光板１２に入射された光は、第１出射回折部３２で回折されて出射される。

他方、図１９に概念的に示すように、第２入射回折部２８の入射素子２４Ｂ１および入射素子２４Ｂ２は、ディスプレイ２０の図中右側の実線から破線までの角度範囲φ２の光を導光板１２が全反射できる角度で光を導光板１２に入射させるように、面内周期Λを設定する。
そのため、角度範囲φ２以外の光が第１入射回折部２６に入射しても、導光板１２で全反射を繰り返して伝播されることは無い。
また、上述のように、第２入射回折部２８の入射素子２４Ｂ１および入射素子２４Ｂ２と、第２出射回折部３４の出射素子３０Ｂ１および出射素子３０Ｂ２とは、と出射素子との面内周期Λが等しい。従って、第２入射回折部２８で回折されて導光板１２に入射された光は、第２出射回折部３４で回折されて出射される。
なお、角度範囲φ２においては、導光板１２における光の伝播方向とは、逆方向に光が進行する。従って、入射素子２４Ｂ１等は、入射素子２４Ａ１等よりも、大きく光を曲げて回折するように、面内周期Λを短くする。

従って、本発明の光学素子１０によれば、図２０に概念的に示すように、入射部１４によって、ディスプレイ２０の表示面全面の光を、導光板１２内で全反射して伝搬できる角度で導光板１２に入射して、導光板１２を伝播した光を、出射部１６から使用者Ｕによる観察部に出射できる。
そのため、本発明の光学素子１０、上述した広いアイボックスを実現できると共に、ＦＯＶも広くできる。

本発明の光学素子１０において、第１入射回折部２６の入射素子２４Ａ１および入射素子２４Ａ２、第２入射回折部２８の入射素子２４Ｂ１および入射素子２４Ｂ２、第１出射回折部３２の出射素子３０Ａ１および出射素子３０Ａ２、第２出射回折部３４の出射素子３０Ｂ１および出射素子３０Ｂ２の面内周期Λにも、制限はない。
すなわち、これらの素子の面内周期Λは、導光板１２の屈折率、ディスプレイ２０の表示面の大きさ、ディスプレイ２０と導光板１２との距離等に応じて、ディスプレイ２０の表示面全面の光を、導光板１２内で全反射して伝搬できる角度で入射可能な面内周期Λを、適宜、設定すればよい。
好ましくは、入射部におけるｎ個の入射回折部と、出射部におけるｎ個の出射回折部とで、入射回折素子の液晶回折層の面内周期と、出射回折素子の液晶回折層の面内周期とが等しい入射回折部と出射回折部との組み合わせを、ｎ組有する。ただしｎは１以上の整数とする。

本発明の光学素子１０は、入射部１４において、第１入射回折部２６の入射素子２４Ａ１および入射素子２４Ａ２、ならびに、第２入射回折部２８の入射素子２４Ｂ１および入射素子２４Ｂ２は、複数の入射素子（入射回折素子）で構成されてもよい。
例えば、入射素子２４Ａ１および入射素子２４Ａ２が、共に、第１入射素子と第２入射素子とで構成されてもよい。また、入射素子２４Ｂ１および入射素子２４Ｂ２が、共に、第１入射素子と第２入射素子とで構成されてもよい。
入射素子２４Ａ１および／または入射素子２４Ａ２が、第１入射素子および第２入射素子とで構成される場合には、第１入射素子と第２入射素子とは、選択的に反射する円偏光の旋回方向が逆の液晶回折素子を有するのが好ましい。例えば、第１入射素子が右円偏光を選択的に反射する液晶回折素子を有する場合には、第２入射素子は、左円偏光を選択的に反射する液晶回折素子を有するのが好ましい。
すなわち、本発明の光学素子１０においては、入射部１４において、第１入射回折部２６の入射素子２４Ａ１および入射素子２４Ａ２、ならびに、第２入射回折部２８の入射素子２４Ｂ１および入射素子２４Ｂ２が、右円偏光を選択的に反射する液晶層５４と、左円偏光を選択的に反射する液晶層５４とを有してもよい。
このような構成とすることにより、ディスプレイ２０が出射する画像を担持する光を無駄なく利用でき、導光板１２から出射する光の輝度を高くして、表示画像を明るくすることができる。

なお、１つの入射素子が、第１入射素子と第２入射素子とで構成される場合には、１つの入射素子が、第１入射素子および第２入射素子として、図３に示す液晶回折素子を、２つ有してもよい。
あるいは、１つの入射素子が、第１入射素子と第２入射素子とで構成される場合には、１つの図３に示す液晶回折素子が、右円偏光を選択的に反射する液晶層５４と、左円偏光を選択的に反射する液晶層５４との両方を有してもよい。この際には、２層の液晶層５４を、それぞれ、第１入射素子および第２入射素子と見なす。
なお、図３に示す液晶回折素子は、支持体５０を有さなくてもよく、あるいは、支持体５０および配向膜５２を有さなくてもよいのは、上述したとおりである。
ここで、上述のように、液晶層５４による回折方向は、右円偏光と左円偏光とで、逆になる。従って、右円偏光を選択的に反射する液晶層５４と、左円偏光を選択的に反射する液晶層５４とで、同じ方向に光を回折するためには、面内回転方向が成す角度を１８０°とする必要がある。すなわち、この場合は、同じ方向に光を回折するためには、右円偏光を選択的に反射する液晶層５４と、左円偏光を選択的に反射する液晶層５４とで、面内回転方向を逆方向とする必要がある。
これにより、１つの入射素子を構成する第１入射素子と第２入射素子とで、同方向に、光を回折することが可能になる。言い換えれば、この構成では、１つの入射素子を構成する第１入射素子と第２入射素子とは、選択的に反射する円偏光の旋回方向が異なる以外は、基本的に、光学的な作用が同じ液晶回折素子ということができる。
また、１つの入射素子が、第１入射素子と第２入射素子とで構成される場合には、１つの入射素子を構成する第１入射素子と第２入射素子とは、面内周期Λを一致させるのが好ましい。

また、入射部１４において、１つの入射素子が、第１入射素子と第２入射素子とで構成され、右円偏光を選択的に反射する液晶層５４と、左円偏光を選択的に反射する液晶層５４とを有する場合には、それに対応して、出射部１６も、右円偏光を選択的に反射する液晶層５４と、左円偏光を選択的に反射する液晶層５４を有するのが好ましい。
この際には、例えば、第１出射回折部３２の出射素子が右円偏光または左円偏光を選択的に反射し、第２出射回折部３４の出射素子が、他方の円偏光を選択的に反射するようにすればよい。
この点に関しては、後述する第１入射回折部２６および第２入射回折部２８が、共に、１つの入射素子のみを有し、かつ、一方の入射回折部が右円偏光を、他方の入射回折部が左円偏光を、それぞれ選択的に反射する場合も同様である。

上述した光学素子１０は、第１入射回折部２６は、複数の入射素子、すなわち、入射素子２４Ａ１および入射素子２４Ａ２を有している。また、第２入射回折部２８も、複数の入射素子、すなわち、入射素子２４Ｂ１および入射素子２４Ｂ２を有している。
しかしながら、本発明は、これに制限はされない。すなわち、本発明の光学素子は、第１入射回折部２６が、入射素子２４Ａ１のみを有するものでもよく、および／または、第２入射回折部２８が、入射素子２４Ｂ１のみを有するものでもよい。

第１入射回折部２６が入射素子２４Ａ１のみを有するもので、第２入射回折部２８も入射素子２４Ｂ１のみを有する場合には、様々な構成が利用可能である。
例えば、第１入射回折部２６が入射素子２４Ａ１のみを有し、第２入射回折部２８も入射素子２４Ｂ１のみを有する場合には、上述したように、入射素子２４Ａ１を、右円偏光または左円偏光を選択的に反射する第１入射素子と他方の円偏光を選択的に反射する第２入射素子とで構成し、入射素子２４Ｂ１も、同様に、右円偏光または左円偏光を選択的に反射する第１入射素子と他方の円偏光を選択的に反射する第２入射素子とで構成してもよい。
また、第１入射回折部２６が入射素子２４Ａ１のみを有し、第２入射回折部２８も入射素子２４Ｂ１のみを有する場合には、入射素子２４Ａ１が、右円偏光または左円偏光を選択的に反射し、入射素子２４Ｂ１が、他方の円偏光を選択的に反射する構成であってもよい。
さらに、第１入射回折部２６が入射素子２４Ａ１のみを有し、第２入射回折部２８も入射素子２４Ｂ１のみを有する場合には、入射素子２４Ａ１が、右円偏光または左円偏光を選択的に反射し、入射素子２４Ｂ１が、同じ旋回方向の円偏光を選択的に反射する構成であってもよい。

図示例の光学素子１０は、出射部１６において、第１出射回折部３２の出射素子３０Ａ１および出射素子３０Ａ２の面内周期Λが等しく、第２出射回折部３４の出射素子３０Ｂ１および出射素子３０Ｂ２の面内周期Λが等しい。
しかしながら、本発明、これに制限はされない。例えば、上述したように、第１入射回折部２６が入射素子２４Ａ１のみを有し、第２入射回折部２８も入射素子２４Ｂ１のみを有する場合には、第１出射回折部３２の出射素子３０Ａ１と出射素子３０Ａ２との面内周期Λ、および、第２出射回折部３４の出射素子３０Ｂ１と出射素子３０Ｂ２との面内周期Λが、異なってもよい。

この際において、出射素子３０Ａ２および出射素子３０Ｂ２の面内周期Λ₂は、以下の様にして算出すれば良い。
入射回折部を構成する入射素子の面内周期をΛ_inとする。また、出射素子３０Ａ１および出射素子３０Ａ２の面内回転方向が成す角度、ならびに、出射素子３０Ｂ１および出射素子３０Ｂ２の面内回転方向が成す角度を交差角ρとする。
その上で、出射素子３０Ａ２および出射素子３０Ｂ２の面内周期Λ₂は、下記式で求める。
Λ₂＝Λ_in／｜２ｃｏｓρ｜

なお、この際においても、第１出射回折部３２の出射素子３０Ａ１の面内周期Λは、第１入射回折部２６の入射素子２４Ａ１の面内周期Λに、また、第２出射回折部３４の出射素子３０Ｂ１の面内周期Λは、第２入射回折部２８の入射素子２４Ｂ１の面内周期Λに、それぞれ、合わせる。

図１に示す光学素子１０は、出射部１６の出射素子は、全て、導光板１２の一方の面に配置されていたが、本発明は、これに制限はされない。すなわち、出射部１６の出射素子は、導光板１２の両面に分けて配置してもよい。
一例として、図２１に概念的に示す光学素子１０Ａのように、導光板の使用者Ｕによる観察位置側の面に出射素子３０Ａ１および出射素子３０Ｂ１を設け、他方の面に、出射素子３０Ａ２および出射素子３０Ｂ２を設けた構成が例示される。

この構成では、出射素子３０Ａ１および出射素子３０Ｂ１は、使用者Ｕによる観察位置とは逆方向に光を回折して反射するが、後に実施例でも示すように、図１に示す光学素子１０と同様に、使用者Ｕは、導光板１２から出射された光による画像を観察することができる。

以上、本発明の光学素子および画像表示装置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。

（液晶回折素子Ｒ－１の形成）
（配向膜の形成）
支持体としてガラス基材を用意した。
支持体上に、下記の配向膜形成用塗布液を、スピンコータを用いて、２５００ｒｐｍにて３０秒間塗布した。この配向膜形成用塗布液の塗膜が形成された支持体を６０℃のホットプレート上で６０秒間乾燥し、配向膜を形成した。
配向膜形成用塗布液
―――――――――――――――――――――――――――――――――
下記光配向用素材 １．００質量部
水 １６．００質量部
ブトキシエタノール ４２．００質量部
プロピレングリコールモノメチルエーテル ４２．００質量部
―――――――――――――――――――――――――――――――――

－光配向用素材－

（配向膜の露光（露光工程））
図９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（３５５ｎｍ）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３０００ｍＪ／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面内周期Λ（光学軸が１８０°回転する長さ）が、０．４９０μｍ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（日本化薬社製、ＫＡＹＡＣＵＲＥ ＤＥＴＸ－Ｓ）
１．００質量部
キラル剤Ｃｈ－１ ４．００質量部
メチルエチルケトン １４２．０６質量部
―――――――――――――――――――――――――――――――――

液晶化合物Ｌ－１
キラル剤Ｃｈ－１
このキラル剤Ｃｈ－１は、右巻きの螺旋（右旋回）を形成するキラル剤である。

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塗布した。ここで、完成後の膜厚が１４μｍとなるように調節した。
液晶組成物ＬＣ－１の塗膜をホットプレート上で８０℃にて３分間（１８０ｓｅｃ）加熱した。
次に、窒素雰囲気下にて、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。露光は波長３１５ｎｍで測定される光の照射量が２０ｍＪ／ｃｍ²となるように行った。
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１０００ｍＪ／ｃｍ²の照射量で塗膜に照射することにより、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、図３に示すような液晶回折素子を作製した。
液晶回折素子を光学軸の回転方向に沿う方向に切削し、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ピッチの長さ螺旋ピッチＰ、および、主面に対する明部および暗部の傾き（傾斜角θ）を測定した。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θ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０～２．０μｍの区間の平均の螺旋ピッチＰは０．３３μｍ、傾斜角θは２０°であった。膜厚方向に１２．０～１４．０μｍの区間の平均の螺旋ピッチＰは０．５１μｍ、傾斜角θは３１°であった。

（液晶回折素子Ｒ－２～６、Ｌ－１～５の形成）
配向膜Ｐ－１の露光時における交差角α（面内周期Λ）、液晶組成物の組成、および、膜厚を表１に示すように変更した以外は、液晶回折素子Ｒ－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、液晶回折素子Ｌ－１～５では、上述したキラル剤Ｃｈ－１に変えて、下記のキラル剤Ｃｈ－２を用いた。

キラル剤Ｃｈ－２
このキラル剤Ｃｈ－２は、左巻きの螺旋（左旋回）を形成するキラル剤である。

［実施例１および比較例１］
（ＡＲグラスへの適用）
作成した液晶回折素子Ｒ－１～４を支持体から剥離し、図２１および表２に示す構成となるように導光板に転写することで光学素子を作製して、ＡＲグラスでの表示の効果を確認した。光学素子の平面形状は図２と同様である。
導光板として、ガラス板（屈折率１．７０、厚さ０．５０ｍｍ）を使用した。
各入射素子および出射素子の面内回転方向を、ＡＲグラスの観察方向から見た角度で表２および図２２に示した。なお、本例では、便宜的に入射素子Ａ１の面内回転方向を０°としている。この点に関しては、以下に示す実施例２～６も同様である。
なお、図２２において、入射部の矢印Ａ１は入射素子２４Ａ１の面内回転方向であり、入射部の矢印Ａ２は入射素子２４Ａ２の面内回転方向であり、入射部の矢印Ｂ１は入射素子２４Ｂ１の面内回転方向であり、入射部の矢印Ｂ２は入射素子２４Ｂ２の面内回転方向である。また、図２２において、出射部の矢印Ａ１は出射素子３０Ａ１の面内回転方向であり、出射部の矢印Ａ２は同出射素子３０Ａ２の面内回転方向であり、出射部の矢印Ｂ１は出射素子３０Ｂ１の面内回転方向であり、出射部の矢印Ｂ２は出射素子３０Ｂ２の面内回転方向である。この点に関しては、以下に示す実施例２～６（図２３～２７）も同様である。
表２に示すように、比較例１は、第２入射回折部および第２出射回折部を有さない。すなわち、比較例１において、第２入射回折部および第２出射回折部は、共に、図２２に示す矢印Ｂ１および矢印Ｂ２に対応する入射素子を有さない。
また、ＡＲグラスのディスプレイとして、ＤＬＰ方式のプロジェクターを用いた。

その結果、実施例１は、第２入射回折部および第２出射回折部を有さない比較例１に比して、広い範囲で、ディスプレイの表示面全面のＲＧＢのカラー表示ができることを確認した。

［実施例２］
表２および図２３に示す構成および角度で液晶回折素子Ｒ－１～Ｒ－３、および、Ｌ－１、Ｌ－２およびＬ－４を配置した以外は、実施例１と同様にして、ＡＲグラスの表示を確認した。
実施例２では、入射素子Ａ１およびＡ２は、右円偏光を選択的に反射する右螺旋の液晶回折素子Ｒ－１と左円偏光を選択的に反射する左螺旋の液晶回折素子Ｌ－１とを積層して使用した。また、入射素子Ｂ１およびＢ２では、右円偏光を選択的に反射する右螺旋の液晶回折素子Ｒ－２と左円偏光を選択的に反射する左螺旋の液晶回折素子Ｌ－２とを積層して使用した。各液晶回折素子は、導光板側から右螺旋、左螺旋、の順となるように配置した。すなわち、本例では、１つの入射素子が、第１入射素子と第２入射素子とで構成される。
本例では、入射素子Ａ１、Ａ２、Ｂ１およびＢ２では、右螺旋の液晶回折素子Ｒ－１および左旋回の液晶回折素子Ｌ－１、ならびに、右螺旋の液晶回折素子Ｒ－２および左旋回の液晶回折素子Ｌ－２で、面内回転方向が１８０°方向が異なるので、図２３では矢印が双方向となっている。
実施例１と同様に、ＡＲグラスでの表示の効果を確認した。その結果、実施例２も比較例１に比して、広い範囲で、かつ、ディスプレイの表示面全面のＲＧＢのカラー表示ができることを確認した。さらに、入射素子において、螺旋が左巻の液晶回折素子を積層して用いた実施例２では、実施例１よりも明るい、明瞭な表示が可能であることを確認した。

［実施例３］
図１に示す構成において、表２および図２４に示す構成および角度で液晶回折素子Ｒ－１～Ｒ－３、および、Ｌ－１、Ｌ－２およびＬ－４を配置した以外は、実施例１と同様にして、ＡＲグラスの表示を確認した。
実施例２と同様、実施例３でもｐ、入射素子Ａ１およびＡ２は、右円偏光を選択的に反射する右螺旋の液晶回折素子Ｒ－１と左円偏光を選択的に反射する左螺旋の液晶回折素子Ｌ－１とを積層して使用した。また、入射素子Ｂ１およびＢ２では、右円偏光を選択的に反射する右螺旋の液晶回折素子Ｒ－２と左円偏光を選択的に反射する左螺旋の液晶回折素子Ｌ－２とを積層して使用した。各液晶回折素子は、導光板側から右螺旋、左螺旋、の順となるように配置した。すなわち、本例でも、１つの入射素子が、第１入射素子と第２入射素子とで構成される。
本例でも、入射素子Ａ１、Ａ２、Ｂ１およびＢ２では、右螺旋の液晶回折素子Ｒ－１および左旋回の液晶回折素子Ｌ－１、ならびに、右螺旋の液晶回折素子Ｒ－２および左旋回の液晶回折素子Ｌ－２で、面内回転方向が１８０°方向が異なるので、図２４では矢印が双方向となっている。
その結果、実施例３も、比較例１に比して、広い範囲で、かつ、ディスプレイの表示面全面のＲＧＢのカラー表示ができることを確認した。さらに、入射素子において、右旋回の液晶回折素子と左旋回の液晶回折素子とを積層して用いた実施例３では、実施例１よりも明るい、明瞭な表示が可能であることを確認した。

［実施例４］
図１に示す構成において、表２および図２５に示す構成および角度で液晶回折素子Ｒ－１～３および５、ならびに、液晶回折素子Ｌ－１、２、４および５、を配置した以外は、実施例１と同様にして、ＡＲグラスの表示を確認した。すなわち、本例は、第１入射回折部は入射素子Ａ２を、第２入射回折部は入射素子Ｂ２を、共に有さない。
実施例２と同様、本例でも、入射素子Ａ１は、右円偏光を選択的に反射する右螺旋の液晶回折素子Ｒ－１と左円偏光を選択的に反射する左螺旋の液晶回折素子Ｌ－１とを積層して使用した。また、入射素子Ｂ１では、右円偏光を選択的に反射する右螺旋の液晶回折素子Ｒ－２と左円偏光を選択的に反射する左螺旋の液晶回折素子Ｌ－２とを積層して使用した。各液晶回折素子は、導光板側から右螺旋、左螺旋、の順となるように配置した。すなわち、本例では、１つの入射素子が、第１入射素子と第２入射素子とで構成される。
本例でも、入射素子Ａ１およびＢ１では、右螺旋の液晶回折素子Ｒ－１および左旋回の液晶回折素子Ｌ－１、ならびに、右螺旋の液晶回折素子Ｒ－２および左旋回の液晶回折素子Ｌ－２で、面内回転方向が１８０°方向が異なるので、図２５では矢印が双方向となっている。
その結果、実施例４も、比較例１に比して、広い範囲で、かつ、ディスプレイの表示面全面のＲＧＢのカラー表示ができることを確認した。

［実施例５］
図１に示す構成において、表２および図２６に示す構成および角度で液晶回折素子Ｒ－１、Ｒ－３およびＲ－５、ならびに、液晶回折素子Ｌ－２、Ｌ－４およびＬ－５、を配置した以外は、実施例１と同様にして、ＡＲグラスの表示を確認した。すなわち、本例は、第１入射回折部は入射素子Ａ２を、第２入射回折部は入射素子Ｂ２を、共に有さない。
その結果、実施例５も、比較例１に比して、広い範囲で、かつ、ディスプレイの表示面全面のＲＧＢのカラー表示ができることを確認した。

［実施例６］
図１に示す構成において、表２および図２７に示す構成および角度で液晶回折素子Ｒ－１～Ｒ－６を配置した以外は、実施例１と同様にして、ＡＲグラスの表示を確認した。すなわち、本例は、第１入射回折部は入射素子Ａ２を、第２入射回折部は入射素子Ｂ２を、共に有さない。
その結果、実施例６も、比較例１に比して、広い範囲で、かつ、ディスプレイの表示面全面のＲＧＢのカラー表示ができることを確認した。

［実施例７］
表３、ならびに、図２８および図２９に示す構成および角度で液晶回折素子Ｒ－１、Ｒ－２およびＲ－３、ならびに、液晶回折素子Ｌ－１、Ｌ－２およびＬ－４を配置した以外は、実施例１と同様にして、ＡＲグラスの表示を確認した。
その結果、実施例７も、比較例１に比して、広い範囲で、かつ、ディスプレイの表示面全面のＲＧＢのカラー表示ができることを確認した。
［実施例８］
表３、ならびに、図２８および図２９に示す構成および角度で液晶回折素子Ｒ－１、Ｒ－２、Ｒ－３およびＲ－４、ならびに、液晶回折素子Ｌ－１、Ｌ－２、Ｌ－３およびＬ－４を配置した以外は、実施例１と同様にして、ＡＲグラスの表示を確認した。
その結果、実施例８も、比較例１に比して、広い範囲で、かつ、ディスプレイの表示面全面のＲＧＢのカラー表示ができることを確認した。

［実施例９］
表３、ならびに、図３０および図３１に示す構成および角度で液晶回折素子Ｒ－１およびＲ－３、ならびに、液晶回折素子Ｌ－１およびＬ－３を配置した以外は、実施例１と同様にして、ＡＲグラスの表示を確認した。
その結果、実施例９も、比較例１に比して、広い範囲で、かつ、ディスプレイの表示面全面のＲＧＢのカラー表示ができることを確認した。
以上の結果より、本発明の効果は明らかである。

ＡＲグラスなどの画像表示装置に好適に利用可能である。

１０，１０Ａ 光学素子
１２ 導光板
１４ 入射部
１６ 出射部
２０ ディスプレイ
２４Ａ１，２４Ａ２，２４Ｂ１，２４Ｂ２ 入射回折素子
２６ 第１入射回折部
２８ 第２入射回折部
３０Ａ１，３０Ａ２，３０Ｂ１，３０Ｂ２ 出射回折素子
３２ 第１出射回折部
３４ 第２出射回折部
５０ 支持体
５２ 配向膜
５４ 液晶層
４０ 液晶化合物
４０Ａ 光学軸
４２ 明部
４４ 暗部
５０ 支持体
５２ 配向膜
５４ 液晶層
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
Ｒ_R 赤色の右円偏光
Ｍ レーザー光
ＭＡ，ＭＢ 光線
Ｐ_O 直線偏光
Ｐ_R 右円偏光
Ｐ_L 左円偏光
Ｌ₁，Ｌ₄ 入射光
Ｌ₂，Ｌ₅ 透過光
Ｕ 使用者
Ｄ 配列軸
Λ 面内周期
Ｐ 螺旋ピッチ

Claims (19)

1. 導光板、前記導光板に光を入射させる入射部、および、前記導光板から光を出射する出射部を有し、
   前記入射部は、複数の入射回折部を有し、前記入射回折部は、１以上の入射回折素子を有し、前記出射部は、複数の出射回折部を有し、前記出射回折部は、１以上の出射回折素子を有し、
   前記入射回折素子および出射回折素子は、液晶化合物を含む組成物を用いて形成された、液晶回折層を有し、
   前記液晶回折層は、前記液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って時計回りまたは反時計回りで連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有し、
   前記液晶配向パターンにおいて、前記液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って時計回りまたは反時計回りで連続的に回転しながら変化している、前記少なくとも一方向を面内回転方向とし、前記面内回転方向における、前記液晶化合物由来の光学軸の向きが１８０°回転する長さを面内周期とした際に、
   複数の前記入射回折素子のうち、少なくとも２つは、前記液晶回折層の前記面内回転方向が、互いに異なるものである、光学素子。
2. 複数の前記入射回折素子のうち、少なくとも２つは、前記液晶回折層の前記面内周期および前記面内回転方向が、互いに異なるものであり、
   複数の前記出射回折素子のうち、少なくとも１つは、前記入射回折素子の少なくとも１つと、前記液晶回折層の前記面内周期が等しい、請求項１に記載の光学素子。
3. 複数の前記出射回折素子のうち、少なくとも２つは、前記液晶回折層の面内周期が等しい、請求項１または２に記載の光学素子。
4. 複数の前記出射回折素子のうち、少なくとも２つは、前記液晶回折層の前記面内周期および前記面内回転方向が、互いに異なる、請求項１～３のいずれか１項に記載の光学素子。
5. 前記入射回折部が、複数の前記入射回折素子を有し、
   複数の前記入射回折素子のうち、少なくとも２つは、前記液晶回折層の前記面内周期が等しく、前記面内回転方向が互いに異なるものであり、
   前記出射回折部が、複数の前記出射回折素子を有し、
   複数の前記出射回折素子のうち、少なくとも２つは、前記液晶回折層の前記面内周期が等しく、前記面内回転方向が互いに異なるものである、請求項１～４のいずれか１項に記載の光学素子。
6. 前記入射部におけるｎ個の前記入射回折部と、前記出射部におけるｎ個の前記出射回折部とで、前記入射回折素子の前記液晶回折層の前記面内周期と、前記出射回折素子の前記液晶回折層の前記面内周期とが等しい前記入射回折部と前記出射回折部との組み合わせを、ｎ組有する、請求項５に記載の光学素子。ただし、ｎは１以上の整数である。
7. 前記入射回折部の少なくとも１つが、２つの前記入射回折素子を有し、
   ２つの前記入射回折素子を有する前記入射回折部の少なくとも１つにおいて、それぞれの前記入射回折素子の前記液晶回折層の前記面内回転方向が成す角度が９０°である、請求項１～６のいずれか１項に記載の光学素子。
8. 前記入射部は、２つの入射回折素子を有する前記入射回折部を複数備え、
   前記入射回折部の少なくとも２つが、同一であり、かつ、前記入射回折部が備える２つの前記入射回折素子の前記液晶回折層の前記面内回転方向が成す角度が４５°である、請求項１～６のいずれか１項に記載の光学素子。
9. 前記入射部は、２つの入射回折素子を有する前記入射回折部を複数備え、
   前記入射回折部の少なくとも２つが同一であり、かつ、前記入射回折部が備える２つの前記入射回折素子の前記液晶回折層の前記面内回転方向が成す角度が９０°である、請求項１～６のいずれか１項に記載の光学素子。
10. 前記出射回折部の少なくとも１つが、２つの前記出射回折素子を有し、
    ２つの前記出射回折素子を有する前記出射回折部の少なくとも１つにおいて、それぞれの前記出射回折素子の前記液晶回折層の前記面内回転方向が成す角度が９０°である、請求項１～９のいずれか１項に記載の光学素子。
11. 前記出射部は、２つの出射回折素子を有する前記出射回折部を複数備え、
    前記出射回折部の少なくとも２つが、同一であり、かつ、前記出射回折部が備える２つの前記出射回折素子の前記液晶回折層の前記面内回転方向が成す角度が４５°である、請求項１～９のいずれか１項に記載の光学素子。
12. 前記出射部は、２つの出射回折素子を有する前記出射回折部を複数備え、
    前記出射回折部の少なくとも２つが、同一であり、かつ、前記出射回折部が備える２つの前記出射回折素子の前記液晶回折層の前記面内回転方向が成す角度が９０°である、請求項１～９のいずれか１項に記載の光学素子。
13. 前記液晶回折層が、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る、請求項１～１２のいずれか１項に記載の光学素子。
14. 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、
    前記コレステリック液晶層の前記主面と、前記コレステリック液晶層の断面の前記明部および前記暗部とが成す角度を傾斜角θとした際に、前記傾斜角θが１０°以上の領域を有する、請求項１３に記載の光学素子。
15. 前記コレステリック液晶層は、厚さ方向の一方向に向かって、前記傾斜角θが連続的に増大する領域を有し、かつ、厚さ方向における前記傾斜角θの最大値と最小値との差が１０°以上である、請求項１４に記載の光学素子。
16. 前記入射回折素子は、選択的に反射する円偏光の旋回方向が互いに異なる２層の前記コレステリック液晶層を有する、請求項１３～１５のいずれか１項に記載の光学素子。
17. 前記出射部は、選択的に反射する円偏光の旋回方向が同じである前記コレステリック液晶層を有する２つの前記出射回折素子を含む、２つの前記出射回折部を有し、
    ２つの前記出射回折部では、それぞれの前記出射回折部を構成する前記出射回折素子の前記コレステリック液晶層が選択的に反射する円偏光の旋回方向が互いに異なる、請求項１３～１６のいずれか１項に記載の光学素子。
18. 前記選択的に反射する円偏光の旋回方向が異なる前記コレステリック液晶層は、前記面内回転方向が１８０°異なる、請求項１６または１７に記載の光学素子。
19. 請求項１～１８のいずれか１項に記載の光学素子と、
    前記入射回折部に画像を照射する表示素子と、を有する画像表示装置。