WO2022070942A1 - 光学素子 - Google Patents

Abstract

本発明は、ＡＲグラス等において、ボヤケの無い鮮明な画像の表示を可能にする光学素子の提供を課題とする。光学素子は、基板と、基板上に設けられる、液晶化合物を配向してなる液晶層が複数積層された積層体と、を有し、液晶層は、液晶化合物に由来する光学軸の向きが、面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有するものであり、液晶層のうち少なくとも１層は、走査型電子顕微鏡による１０断面の観察で得た最大膜厚と最小膜厚との差を算術平均した値が０．１μｍ以下である。

Description

光学素子

　本発明は、ＡＲグラス等に利用される光学素子に関する。

　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、仮想の画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）が表示した画像を、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、仮想の画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、導光板から出射され、使用者による観察位置に照射（投影）される。

　ＡＲグラスに利用可能な、導光板に光を入射させ、かつ、導光板から光を出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に記載されるコレステリック液晶層（反射構造体）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に記載されるコレステリック液晶層は、鏡面反射ではなく、入射した光を回折して、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、光を回折して、法線方向に対して傾けて反射する。

　従って、このコレステリック液晶層を導光板への入射用の回折素子として用いることで、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、導光板内で光を全反射して伝搬させることができる。
　また、コレステリック液晶層を導光板からの出射用の回折素子として用いることで、導光板によって伝搬された光を回折させて、導光板から出射させることができる。

国際公開第２０１６／１９４９６１号

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

　上述のように、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。
　周知のように、コレステリック液晶層は、液晶化合物の螺旋構造の螺旋ピッチに応じて、所定の波長域の光を選択的に反射する。従って、例えば、赤色光、緑色光および青色光に対応して、各色の光を選択的に反射するコレステリック液晶層を積層して用いることにより、フルカラー画像を表示するＡＲグラスにも対応できる。

　ここで、本発明者らの検討によれば、液晶層を用いる回折素子は、複数の液晶層を積層した場合に、液晶層の面内方向で回折角度にバラツキが生じてしまう場合がある。
　面内方向で回折角度にバラツキを有する回折素子をＡＲグラスに用いた場合には、表示する画像にボヤケが生じてしまう。

　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、基板に複数層の液晶層を積層した光学素子であって、面内方向における液晶層の回折角度のバラつきを抑制して、例えば、ＡＲグラス等に利用した際に、画像のボヤケを生じずに鮮明な画像の表示を可能にする光学素子提供することにある。

　この課題を解決するために、本発明の光学素子の製造方法は、以下の構成を有する。
　［１］　基板と、基板上に設けられる、液晶化合物を配向してなる液晶層が複数積層された積層体と、を有し、
　積層体を構成する液晶層は、液晶化合物に由来する光学軸の向きが、面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有するものであり、
　積層体を構成する液晶層のうち、少なくとも１層は、以下に示す膜厚分布要件を満たす、光学素子。
　　　膜厚分布要件
　液晶層の厚さ方向の断面を、走査型電子顕微鏡によって１００００倍で観察することを、観察位置を液晶層の面内方向に連続的に移動して行うことにより、液晶層の面内方向の２００μｍの範囲の画像を２０枚取得して、液晶層の面内方向の２００μｍの範囲内における最大膜厚と最小膜厚との差を取得する操作を、液晶層の任意の１０断面で行い、取得した１０断面における最大膜厚と最小膜厚との差を算術平均した値が、０．１μｍ以下である。
　［２］　積層体を構成する液晶層のうち、積層方向の端部に位置する液晶層が、膜厚分布要件を満たす、［１］に記載の光学素子。
　［３］　積層体を構成する液晶層のうち、最も基板側の液晶層が、膜厚分布要件を満たす、［２］に記載の光学素子。
　［４］　積層体を構成する液晶層のうち、最も基板と離間する液晶層以外の液晶層が、膜厚分布要件を満たす、［１］～［３］のいずれかに記載の光学素子。
　［５］　積層体を構成する全ての液晶層が、膜厚分布要件を満たす、［１］～［４］のいずれかに記載の光学素子。
　［６］　積層体を構成する液晶層が、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］～［５］のいずれかに記載の光学素子。
　［７］　基板が導光板であり、導光板に光を入射する入射部、および、導光板から光を出射させる出射部を有し、
　入射部および出射部の少なくとも一方が、積層体を用いて構成される、［１］～［６］のいずれかに記載の光学素子。
　［８］　入射部が、積層体を用いて構成される、［７］に記載の光学素子。
　［９］　出射部が、積層体を用いて構成される、［８］に記載の光学素子。

　本発明によれば、例えばＡＲグラス等において、画像のボヤケの無い鮮明な画像の表示を可能にする光学素子を提供できる。

本発明の光学素子の一例を概念的に示す図である。 コレステリック液晶層を説明するための概念図である。 図２に示すコレステリック液晶層を概念的に示す平面図である。 図３に示す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３に示すコレステリック液晶層の作用を説明するための概念図である。 コレステリック液晶層の他の例を概念的に示す図である。 コレステリック液晶層の別の例を概念的に示す図である。 光配向膜を露光する露光装置の一例の概念図である。 積層体の作用を説明するための概念図である。 膜厚分布要件を説明するための概念図である。

　以下、本発明の光学素子について、添付の図面に示される好適実施例を基に詳細に説明する。

　本明細書において「～」を用いて表される数値範囲は、「～」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
　本明細書において、「（メタ）アクリレート」は、「アクリレートおよびメタクリレートのいずれか一方または双方」の意味で使用される。
　本明細書において、「同一」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、赤外線（赤外光）とは７８０ｎｍを超え、１ｍｍ以下の波長域の光であり、中でも、近赤外領域とは、７８０ｎｍを超え、２０００ｎｍ以下の波長域の光である。
　さらに、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、本発明の光学素子の一例を概念的に示す。
　図１に示すように、光学素子１０は、導光板１２と、入射部１４と、出射部１６とを有する。入射部１４は、導光板１２の一方の主面の一方の端部近傍に設けられ、出射部１６は、導光板１２の同主面の他方の端部近傍に設けられる。主面とは、シート状物（板状）物、フィルム、層）の最大面である。

　図示例の光学素子１０は、一例として、上述したＡＲグラス等に用いられるもので、赤色画像Ｒ、緑色画像Ｇおよび青色画像Ｂからなるフルカラー画像の表示に対応する。
　光学素子１０を用いるＡＲグラスは、一例として、図示しないディスプレイ（光学エンジン）が表示した赤色画像Ｒ、緑色画像Ｇおよび青色画像Ｂからなる画像（映像）を、導光板１２を透過して入射部１４に入射する。入射部１４は、入射した光（画像）を回折して反射することで、全反射可能な角度で導光板１２に入射する。
　導光板１２内で全反射を繰り返して伝播（導光）された光は、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で、赤色画像Ｒ、緑色画像Ｇおよび青色画像Ｂを導光板１２から出射させて、使用者Ｕが実際に見ている光景に、仮想の画像を重ねて表示する。

　入射部１４は、Ｒ入射液晶層１４Ｒ、Ｇ入射液晶層１４Ｇ、および、Ｂ入射液晶層１４Ｂとを有する。
　Ｒ入射液晶層１４Ｒ、Ｇ入射液晶層１４Ｇ、および、Ｂ入射液晶層１４Ｂは、好ましい態様として、いずれも、所定の液晶配向パターンを有するコレステリック液晶層からなる、反射型の液晶回折素子である。Ｒ入射液晶層１４Ｒは赤色（Ｒ）光を選択的に回折して反射し、Ｇ入射液晶層１４Ｇは緑色（Ｇ）光を選択的に回折して反射し、Ｂ入射液晶層１４Ｂは青色（Ｂ）光を選択的に回折して反射する。

　他方、出射部１６は、Ｒ出射液晶層１６Ｒ、Ｇ出射液晶層１６Ｇ、および、Ｂ出射液晶層１６Ｂとを有する。
　Ｒ出射液晶層１６Ｒ、Ｇ出射液晶層１６Ｇ、および、Ｂ出射液晶層１６Ｂは、好ましい態様として、いずれも、所定の液晶配向パターンを有するコレステリック液晶層からなる反射型の液晶回折素子である。Ｒ出射液晶層１６Ｒは赤色光を選択的に回折して反射し、Ｇ出射液晶層１６Ｇは緑色光を選択的に回折して反射し、Ｂ出射液晶層１６Ｂは青色光を選択的に回折して反射する。

　周知のように、コレステリック液晶層は、所定の波長域の右または左の円偏光を選択的に反射し、それ以外の光は透過する。従って、使用者Ｕは、導光板１２および出射部１６を介して、出射部１６の向こう側の背景を観察できる。

　導光板１２は、本発明における基板である。また、入射部１４および出射部１６は、いずれも、基板上に設けられる、本発明の光学素子における、複数の液晶層が積層された積層体である。
　従って、入射部１４において、Ｒ出射液晶層１６Ｒ、Ｇ出射液晶層１６Ｇ、および、Ｂ出射液晶層１６Ｂは、少なくとも一層が、所定の膜厚分布要件を満たす。また、出射部１６において、Ｒ出射液晶層１６Ｒ、Ｇ出射液晶層１６Ｇは、および、Ｂ出射液晶層１６Ｂは、少なくとも一層が、後述する所定の膜厚分布要件を満たす。

　なお、本発明の光学素子において、入射部１４および出射部１６は、この構成に制限はされない。すなわち、入射部１４および出射部１６は、コレステリック液晶層を、複数層、有するものであれば、２層のコレステリック液晶層を有するものでもよく、４層以上のコレステリック液晶層を有するものであってもよい。
　従って、本発明の光学素子は、図示例のように３色のフルカラー画像に対応するものに制限はされず、例えば、赤色と青色、赤色と緑色などの２色のカラー画像に対応するものでもよく、４色以上の色を有するカラー画像でもよく、赤外線などの非可視光に対応するものでもよい。

　また、入射部１４および出射部１６が有するコレステリック液晶層は、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、および、青色光を選択的に出射する液晶層にも制限はされない。
　入射部１４および出射部１６が有するコレステリック液晶層は、例えば、赤色光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、緑色光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、赤外線を選択的に反射するコレステリック液晶層、および、紫外線を選択的に反射する等であってもよい。

　すなわち、本発明の光学素子において、入射部１４および出射部１６、すなわち、複数の液晶層が積層された積層体は、２層以上の液晶層を有し、かつ、少なくとも１層が上述した膜厚分布要件を満たすものであれば、各種の層構成が利用可能である。
　ただし、どのような層構成であっても、入射部１４および出射部１６は、基本的に、同じ色（波長域）の光を選択的に反射する液晶層を有する。

　以下、本発明の光学素子１０を構成する各構成要素について説明する。
　［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。

　［入射部および出射部］
　入射部１４は、Ｒ入射液晶層１４Ｒ、Ｇ入射液晶層１４Ｇ、および、Ｂ入射液晶層１４Ｂを有する。
　上述のように、各入射液晶層は、好ましい態様として、コレステリック液晶相を固定してなる、所定の液晶配向パターンを有するコレステリック液晶層であり、右円偏光または左円偏光を選択的に反射する、反射型の液晶回折素子である。
　なお、Ｒ入射液晶層１４Ｒ、Ｇ入射液晶層１４Ｇ、および、Ｂ入射液晶層１４Ｂが選択的に反射する円偏光の旋回方向すなわちコレステリック液晶相における液晶化合物の螺旋の捩れ方向は、同じでも異なってもよい。

　他方、出射部１６は、Ｒ出射液晶層１６Ｒ、Ｇ出射液晶層１６Ｇ、および、Ｂ出射液晶層１６Ｂを有する。
　上述のように、各出射液晶層は、好ましい態様として、コレステリック液晶相を固定してなる、所定の液晶配向パターンを有するコレステリック液晶層であり、右円偏光または左円偏光を選択的に反射する、反射型の液晶回折素子である。
　Ｒ出射液晶層１６Ｒ、Ｇ出射液晶層１６Ｇ、および、Ｂ出射液晶層１６Ｂが選択的に反射する円偏光の旋回方向すなわちコレステリック液晶相における液晶化合物の螺旋の捩れ方向は、同じでも異なってもよい。

　Ｒ入射液晶層１４Ｒ、Ｇ入射液晶層１４ＧおよびＢ入射液晶層１４Ｂ、ならびに、Ｒ出射液晶層１６Ｒ、Ｇ出射液晶層１６ＧおよびＢ入射液晶層１４Ｂは、選択的に反射する光の波長域および／また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、同じ構成を有する。
　従って、以下の説明では、各液晶層を区別する必要が無い場合には、これらの液晶層をまとめて『液晶層』ともいう。

　（液晶層）
　液晶層について図２～図４を用いて説明する。
　所定の液晶配向パターンと有するコレステリック液晶層３４は、一例として、図２に概念的に示すように、支持体３０の上に光配向膜３２を形成し、この光配向膜３２の上に形成される。このコレステリック液晶層３４が、入射部１４および出射部１６を構成する、反射型の液晶回折素子として作用する入射液晶層および出射液晶層となる。
　後述するが、本発明の光学素子においては、基本的に、コレステリック液晶層３４は、光配向膜３２から剥離されて、液晶層（入射液晶層または出射液晶層）として、基板である導光板１２または下層の液晶層に、転写され、積層される。

　図３は、コレステリック液晶層３４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３４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２は、コレステリック液晶層３４のＸ－Ｚ面の模式図に相当し、図３は、コレステリック液晶層３４のＸ－Ｙ面の模式図に相当する。
　図２～図４に示すように、コレステリック液晶層３４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２～図４は、コレステリック液晶層３４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。

　＜支持体＞
　支持体３０は、光配向膜３２、および、コレステリック液晶層３４を支持するものである。
　支持体３０は、光配向膜３２、コレステリック液晶層３４を支持できるものであれば、各種のシート状物（フィルム、板状物）が利用可能である。
　なお、支持体３０は、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３０の厚さには、制限はなく、液晶回折素子の用途および支持体３０の形成材料等に応じて、光配向膜３２、コレステリック液晶層３４を保持できる厚さを、適宜、設定すればよい。
　支持体３０の厚さは、１～２０００μｍ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３０は単層であっても、多層であってもよい。
　単層である場合の支持体３０としては、ガラス、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、アクリル、および、ポリオレフィン等からなる支持体３０が例示される。多層である場合の支持体３０の例としては、前述の単層の支持体のいずれかなどを基板として含み、この基板の表面に他の層を設けたもの等が例示される。
　中でも、表面の平滑性が高い光配向膜３２を形成できる等の点で、カラスは支持体３０として好適に利用される。

　＜光配向膜＞
　液晶回折素子において、支持体３０の表面には光配向膜３２が形成される。
　光配向膜３２は、コレステリック液晶層３４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光配向膜である。
　後述するが、本発明において、コレステリック液晶層３４は、液晶化合物４０に由来する光学軸４０Ａ（図３参照）の向きが、面内の一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有する。従って、光配向膜３２は、コレステリック液晶層３４が、この液晶配向パターンを形成できるように、配向パターンを形成される。
　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。

　本発明において、光配向膜３２は、光配向材料を含むものである。すなわち、光配向膜３２は、光配向性の素材に偏光または非偏光を照射して光配向膜とした、いわゆる光配向膜である。
　光配向膜３２は、支持体３０上に、光配向材料を含む組成物を塗布して形成され、その後、干渉露光によって、コレステリック液晶層３４の液晶化合物４０に由来する光学軸４０Ａ（図３参照）の向きを、面内の一方向に沿って連続的に回転しながら変化させる、配向パターンを形成される。

　本発明に利用可能な光配向膜に用いられる光配向材料としては、例えば、特開２００６－２８５１９７号公報、特開２００７－０７６８３９号公報、特開２００７－１３８１３８号公報、特開２００７－０９４０７１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号公報および特許第４２０５１９８号公報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２０１４－０１２８２３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。

　光配向膜３２の厚さには、制限はなく、光配向膜３２の形成材料に応じて、必要な配向機能を得られる厚さを、適宜、設定すればよい。
　光配向膜３２の厚さは、０．０１～５μｍが好ましく、０．０５～２μｍがより好ましい。

　光配向膜３２の形成方法には、制限はなく、光配向膜３２の形成材料に応じた公知の方法が、各種、利用可能である。
　一例として、光配向膜３２を形成するための光配向材料を含有する組成物を調製して、この組成物を支持体３０の表面に塗布して乾燥させた後、光配向膜３２をレーザ光によって干渉露光して、配向パターンを形成する方法が例示される。

　図８に、光配向膜３２を干渉露光して、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８に示す露光装置６０は、レーザ６２を備えた光源６４と、レーザ６２が出射したレーザ光Ｍの偏光方向を変えるλ／２板６５と、レーザ６２が出射したレーザ光Ｍを光線ＭＡおよびＭＢの２つに分離する偏光ビームスプリッター６８と、分離された２つの光線ＭＡおよびＭＢの光路上にそれぞれ配置されたミラー７０Ａおよび７０Ｂと、λ／４板７２Ａおよび７２Ｂと、を備える。
　なお、光源６４は直線偏光Ｐ₀を出射する。λ／４板７２Ａは、直線偏光Ｐ₀（光線ＭＡ）を右円偏光Ｐ_Rに、λ／４板７２Ｂは直線偏光Ｐ₀（光線ＭＢ）を左円偏光Ｐ_Lに、それぞれ変換する。

　配向パターンを形成される前の光配向膜３２を有する支持体３０が露光部に配置され、２つの光線ＭＡと光線ＭＢとを光配向膜３２上において交差させて干渉させ、その干渉光を光配向膜３２に照射して露光する。
　この際の干渉により、光配向膜３２に照射される光の偏光状態が干渉縞状に周期的に変化するものとなる。これにより、配向状態が周期的に変化する配向パターンを有する光配向膜が得られる。以下の説明では、この配向パターンを有する光配向膜を『パターン光配向膜』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光配向膜３２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、コレステリック液晶層３４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。

　上述のように、パターン光配向膜は、パターン光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。
　パターン光配向膜が、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、パターン光配向膜は、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。パターン光配向膜の配向軸は、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、パターン光配向膜に直線偏光を回転させながら照射して、パターン光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。

　＜コレステリック液晶層（入射液晶層／出射液晶層）＞
　コレステリック液晶層３４は、光配向膜３２の表面に形成される。
　コレステリック液晶層３４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。

　コレステリック液晶層３４は、図２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。

　コレステリック液晶相は、特定の波長域の光を選択的に反射する選択反射性を示すことが知られている。
　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（螺旋ピッチＰ）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、この螺旋ピッチを調節することによって、選択反射中心波長すなわち選択的な反射波長域を調節することができる。コレステリック液晶相の選択反射中心波長は、螺旋ピッチ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４０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。

　また、選択反射を示す波長域（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、光学素子（液晶回折素子）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。

　周知のように、コレステリック液晶相は、特定の波長域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。
　従って、例えば入射部１４において、Ｒ入射液晶層１４Ｒ、Ｇ入射液晶層１４ＧおよびＢ入射液晶層１４Ｂが、右円偏光を選択的に反射する場合には、これらの液晶層となるコレステリック液晶層３４は、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。

　図３に示すように、コレステリック液晶層３４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に沿って配列している。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。ここで、一例として、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３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。

　コレステリック液晶層３４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ける面内で光学軸４０Ａが連続的に回転して変化する配列軸Ｄ方向に、液晶化合物４０の光学軸４０Ａが１８０°回転する長さ（距離）を、液晶配向パターンにおける１周期の長さΛとする。
　すなわち、配列軸Ｄ方向に対する角度が等しい２つの液晶化合物４０の、配列軸Ｄ方向の中心間の距離を、１周期の長さΛとする。具体的には、図３に示すように、配列軸Ｄ方向と光学軸４０Ａの方向とが一致する２つの液晶化合物４０の、配列軸Ｄ方向の中心間の距離を、１周期の長さΛとする。以下の説明では、この１周期の長さΛを『１周期Λ』とも言う。
　コレステリック液晶層３４の液晶配向パターンは、この１周期Λを、配列軸Ｄ方向すなわち光学軸４０Ａの向きが連続的に回転して変化する一方向に繰り返す。液晶回折素子においては、この１周期Λが、回折構造の周期となる。

　一方、コレステリック液晶層３４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３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、コレステリック液晶層３４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。

　コレステリック液晶層の厚さ方向の断面をＳＥＭ（Scanning Electron Microscope、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起因して、明部と暗部とが交互に配列された縞模様が観察される。コレステリック液晶層の厚さ方向の断面とは、主面と直交する方向の断面であり、各層（膜）の積層方向の断面である。
　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では、この明部と暗部の縞模様は、主面と平行である。
　これに対して、図２に示す、液晶配向パターンを有するコレステリック液晶層３４の厚さ方向の断面すなわちＸ－Ｚ面をＳＥＭで観察すると、図４に概念的に示すように、交互に配列された明部４２と暗部４４が、主面（Ｘ－Ｙ面）に対して所定角度で傾斜している縞模様が観察される。
　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４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、このような液晶配向パターンを有するコレステリック液晶層３４による回折の作用について説明する。

　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。
　従って、通常のコレステリック液晶層の厚さ方向の断面（Ｘ－Ｚ面）をＳＥＭで観察すると、上述のように、交互に配列された明部と暗部は主面（Ｘ－Ｙ面）と平行であり、すなわち、明部と暗部との交互の配列方向は主面と垂直となる。
　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。

　一方、上述のように、コレステリック液晶層３４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。
　このような液晶配向パターンを有するコレステリック液晶層３４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。以下、図５を参照して説明する。

　一例として、コレステリック液晶層３４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、コレステリック液晶層３４に光が入射すると、コレステリック液晶層３４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。

　コレステリック液晶層３４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。
　コレステリック液晶層３４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、コレステリック液晶層３４に入射した赤色光の右円偏光Ｒ_Rは、図５に概念的に示すように、鏡面反射されずに、液晶配向パターンの周期に応じた方向に回折され、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回折されて反射される。

　そのため、反射型の液晶回折素子であるコレステリック液晶層３４を入射部１４の入射液晶層として用いることにより、導光板１２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回折して反射して、導光板１２に入射できる。
　また、コレステリック液晶層３４を出射部１６の出射液晶層として用いることにより、導光板１２内を全反射して伝搬された光を、導光板１２の主面に垂直な方向に回折して反射して、導光板１２から出射できる。

　コレステリック液晶層３４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、光の回折方向すなわち反射方向を調節できる。

　また、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、円偏光の反射方向を逆にできる。
　例えば、図２および図３においては、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、ある円偏光が配列軸Ｄ方向に傾けて反射されるが、これを反時計回りとすることで、ある円偏光が配列軸Ｄ方向とは逆方向に傾けて反射される。

　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。

　従って、入射部１４を構成するＲ入射液晶層１４Ｒ、Ｇ入射液晶層１４ＧはおよびＢ入射液晶層１４Ｂは、選択的に反射する円偏光の旋回方向すなわち螺旋の旋回方向に応じて、入射した光が適正に出射部１６に向かうように、配列軸Ｄの方向および液晶配向パターンにおける光学軸４０Ａの回転方向を設定する。
　他方、出射部１６を構成するＲ出射液晶層１６Ｒ、Ｇ出射液晶層１６ＧおよびＢ出射液晶層１６Ｂは、選択的に反射する円偏光の旋回方向すなわち螺旋の旋回方向に応じて、入射した光が適正に使用者Ｕによる観察位置に出射されるように、配列軸Ｄの方向および液晶配向パターンにおける光学軸４０Ａの回転方向を設定する。

　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１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）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、回折素子の１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。
　１周期Λの長さは、０．１～１０μｍが好ましく、０．１５～２μｍがより好ましく、０．２～１μｍ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、１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、１周期Λが短いほど、入射光の鏡面反射に対して、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、入射光の鏡面反射に対して、反射光が大きく傾いて反射される。

　従って、本発明の光学素子では、複数の液晶層（コレステリック液晶層）が積層された積層体は、各液晶層が選択的に反射する光の波長と、１周期Λとの順列が、一致しているのが好ましい。
　具体的には、光学素子１０において、入射部１４を構成するＲ入射液晶層１４Ｒ、Ｇ入射液晶層１４ＧおよびＢ入射液晶層１４Ｂは、選択的に反射する光の波長が、Ｒ入射液晶層１４Ｒ、Ｇ入射液晶層１４ＧおよびＢ入射液晶層１４Ｂの順番で短くなる。従って、１周期Λも、Ｒ入射液晶層１４Ｒ、Ｇ入射液晶層１４ＧおよびＢ入射液晶層１４Ｂの順番で短くするのが好ましい。
　他方、出射部１６を構成するＲ出射液晶層１６Ｒ、Ｇ出射液晶層１６ＧおよびＢ出射液晶層１６Ｂは、選択的に反射する光の波長が、Ｒ出射液晶層１６Ｒ、Ｇ出射液晶層１６ＧおよびＢ出射液晶層１６Ｂの順番で短くなる。従って、１周期Λも、Ｒ出射液晶層１６Ｒ、Ｇ出射液晶層１６ＧおよびＢ出射液晶層１６Ｂの順番で短くするのが好ましい。
　この点に関しては、入射部１４および出射部１６が有する液晶層が２層の場合、および、４層以上である場合も、同様である。

　このような構成とすることにより、入射部１４による導光板１２への赤色画像Ｒ、緑色画像Ｇおよび青色画像Ｂの入射方向を一致させられる。さらに、この構成によれば、出射部１６から出射する赤色画像Ｒ、緑色画像Ｇおよび青色画像Ｂの出射方向を同方向にできる。
　その結果、色ズレのないカラー画像を、導光板１２からＡＲグラスの使用者Ｕによる観察位置に出射できる。

　図２に示す例は、コレステリック液晶層３４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６に概念的に示すように、コレステリック液晶層３４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６に示す例では、コレステリック液晶層３４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、これに限定はされない。コレステリック液晶層３４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７に示す例は、液晶層の、光配向膜３２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）、光配向膜３２側の界面から厚さ方向に離間するにしたがって、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。

　このように、コレステリック液晶層３４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、５～４５°が好ましく、１２～２２°がより好ましい。なお、平均チルト角は、コレステリック液晶層３４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、コレステリック液晶層３４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。

　コレステリック液晶層３４（回折素子）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、チルト角はコレステリック液晶層３４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、光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できる。例えば、光配向膜の形成の際に光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、光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できる。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、液晶層中または光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できる。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、コレステリック液晶層３４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。

　＜入射液晶層および出射液晶層の膜厚分布要件＞
　入射部１４を構成するＲ入射液晶層１４Ｒ、Ｇ入射液晶層１４ＧおよびＢ入射液晶層１４Ｂは、上述した反射型の液晶回折素子であるコレステリック液晶層３４によって形成される。
　同様に、出射部１６を構成するＲ出射液晶層１６Ｒ、Ｇ出射液晶層１６ＧおよびＢ出射液晶層１６Ｂも、上述した反射型の液晶回折素子であるコレステリック液晶層３４によって形成される。
　ここで、本発明の光学素子１０は、入射部１４および出射部１６は、すくなくとも１層の液晶層が、膜厚の均一性が高い。具体的には、入射部１４および出射部１６は、すくなくとも１層の液晶層が、以下に示す膜厚分布要件を満たす。

　本発明において、膜厚分布要件とは、以下のとおりである。
　膜厚分布要件の判定は、液晶層（コレステリック液晶層）の厚さ方向の断面を、ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope（走査型電子顕微鏡））によって１００００倍で観察することで行う。
　ここで、液晶層における面内の方向を決定する際には、液晶層に対して、レーザー光を様々な入射角度および方位方向で入射させると、入射光が回折され、出射光の導光方向が判る。これにより液晶層における、液晶化合物に由来する光学軸の向きが、連続的に回転しながら変化している、液晶配向パターンの面内の方向を定めることができる。本発明において、膜厚分布要件の判定は、この液晶配向パターンの面内方向に平行な方向の断面を観察することで行う。
　このＳＥＭによる１００００倍での液晶層の断面の観察を、観察位置を液晶層の面内方向に連続的に移動して行うことにより、液晶層の面内方向の２００μｍの範囲の画像を２０枚取得する（図１０参照）。
　このように取得した画像を用いて、液晶層の面内方向の２００μｍの範囲内における、液晶層の最大膜厚と最小膜厚との差を取得する。
　この操作を、任意の１０断面で行う。
　このようにして取得した、１０断面における最大膜厚と最小膜厚との差を、算術平均する。
　この算術平均によって得られた値が、０．１μｍ以下である場合に、この液晶層が、本発明における膜厚分布要件を満たす、とする。この算術平均によって得られた値は、０．０７μｍ以下が好ましく、０．０３μｍ以下がより好ましい。

　図示例の光学素子１０は、ＡＲグラスとして利用されるもので、好ましい一例として、入射部１４および出射部１６に、反射型の液晶回折素子であるコレステリック液晶層３４を用いる。これにより、上述のように、ディスプレイが表示した画像を入射部１４によって導光板１２に入射して、全反射して伝播して、出射部１６によって導光板１２から出射することで、使用者Ｕによる観察位置に出射できる。
　また、コレステリック液晶層３４は、特定の波長域の特定の旋回方向の円偏光を選択的に反射し、それ以外の光は透過する。従って、選択的に反射する波長域（選択反射中心波長）が異なる液晶層を積層することで、図示例のような赤色画像Ｒ、緑色画像Ｇおよび青色画像Ｂによるフルカラー画像に対応でき、あるいは、２色のカラー画像等にも対応できる。

　ここで、本発明者らの検討によれば、上述した液晶配向パターンを有するコレステリック液晶層３４など、液晶回折素子として作用する液晶層を積層した光学素子を、ＡＲグラス等において導光板に光を入射／出射させる回折素子として用いると、表示する画像がボヤケてしまうことがある。
　本発明者らは、この画像のボヤケの原因について鋭意検討を重ねた。その結果、上述した液晶配向パターンを有するコレステリック液晶層３４など、液晶回折素子として作用する液晶層を積層した光学素子では、液晶層の面内で、回折角度に分布が生じてしまう場合があることを見出した。
　液晶層の面内で回折角度に分布が生じると、例えばＡＲグラス等では、使用者Ｕによる観察位置において画像が適正な位置に照射されず、表示する画像がボヤケてしまう。特に、入射部において、このような回折角度の分布が生じた場合には、画像のボヤケが大きくなる。

　本発明者らは、この原因について、鋭意検討を重ねた。その結果、画像のボヤケすなわち回折角度の分布が、下層の液晶層、すなわち、積層した液晶層のうち、より基板に近い液晶層の膜厚ムラ（膜厚のバラツキ）に原因があることを見出した。さらに、本発明者らは、この回折角度の分布は、下層の液晶層の微細な凹凸ではなく、下層の液晶層のウネリのような緩やかな膜厚ムラに原因があることを見出した。

　図９に概念的に示すように、基板Ｓに、上述した液晶配向パターンを有するコレステリック液晶層３４からなる反射層Ｂ、反射層Ｇおよび反射層Ｒを、この順番で積層したとする。
　この際において、図９の左側に示すように、全ての反射層に膜厚ムラが無い場合には、反射層Ｂ、反射層Ｇおよび反射層Ｒは、いずれも、全面で同じ回折角度で光を反射することができる。

　これに対して、図９の右側に示すように、例えば、最も基板Ｓに近い反射層Ｂに膜厚ムラが有る場合には、その上（基板Ｓと逆側）に積層される反射層Ｇは、反射層Ｂとの界面が斜めになってしまう。その結果、反射層Ｇは、面内において、液晶化合物のコレステリック液晶相の配向（コレステリック配向）の角度が変化してしまう。さらに、反射層Ｇの上に積層される反射層Ｒも、反射層Ｇとの界面が斜めになっている領域が有るので、同様に、面内において、液晶化合物のコレステリック液晶相の配向の角度が変化してしまう。
　その結果、図９の右側に示すように、反射層Ｇ（反射層Ｒ）では、面内で回折角度に分布が生じてしまい、その結果、画像にボヤケを生じる。

　これに対して、本発明の光学素子１０は、入射部１４を構成する入射液晶層の少なくとも１層、および、出射部１６を構成する出射液晶層の少なくとも１層は、上述のように取得した、１０断面における２００μｍの範囲の最大膜厚と最小膜厚との差を算術平均した値が０．１μｍ以下であるという、膜厚分布要件を満たす。この膜厚分布要件を満たす液晶層は、ウネリのような緩やかな膜厚ムラが極めて小さい。
　その結果、図９の左側に示すように、各液晶層において、面内における回折角度の分布が極めて小さく、ＡＲグラスとして用いた場合に、各色の画像でボヤケを生じることを防止できる。

　本発明の光学素子において、入射部１４は、Ｒ入射液晶層１４Ｒ、Ｇ入射液晶層１４ＧおよびＢ入射液晶層１４Ｂの少なくとも１層が、膜厚分布要件を満たせばよい。
　また、出射部１６は、Ｒ出射液晶層１６Ｒ、Ｇ出射液晶層１６ＧおよびＢ出射液晶層１６Ｂの少なくとも１層が、膜厚分布要件を満たせばよい。

　ここで、膜厚ムラを有することによる回折角度の分布は、膜厚ムラを有する液晶層自身に生じるものではなく、膜厚ムラを有する液晶層の上に積層される液晶層に生じる。なお、下とは、基板側であり、上とは、その逆側である。
　すなわち、膜厚ムラを有することによる回折角度の分布は、膜厚ムラを有する液晶層に対して、基板から離間する側に位置する液晶層に生じる。
　この点を考慮すると、積層される液晶層のうち、少なくとも積層方向の端部に位置する液晶層は、膜厚分布要件を満たすのが好ましく、少なくとも最も基板側の液晶層は、膜厚分布要件を満たすのがより好ましい。
　すなわち、図示例であれば、入射部１４は、少なくともＢ入射液晶層１４Ｂが、膜厚分布要件を満たすのが好ましい。また、出射部１６は、少なくともＢ出射液晶層１６Ｂが、膜厚分布要件を満たすのが好ましい。

　また、同じ理由で、少なくとも最も基板と離間する液晶層以外の液晶層、すなわち、少なくとも最上層の液晶層以外の液晶層は、膜厚分布要件を満たすのが、より好ましい。
　すなわち、図示例の光学素子１０であれば、入射部１４は、少なくともＢ入射液晶層１４ＢおよびＧ入射液晶層１４Ｇが、膜厚分布要件を満たすのがより好ましい。また、出射部１６は、少なくともＢ出射液晶層１６ＢおよびＧ出射液晶層１６Ｇが、膜厚分布要件を満たすのがより好ましい。

　さらに、本発明の光学素子においては、積層体を構成するすべての液晶層が、膜厚分布要件を満たすのが、最も好ましい。
　すなわち、図示例の光学素子１０であれば、入射部１４は、Ｒ入射液晶層１４Ｒ、Ｇ入射液晶層１４ＧおよびＢ入射液晶層１４Ｂが膜厚分布要件を満たすのが、最も好ましい。また、出射部１６は、Ｒ出射液晶層１６Ｒ、Ｇ出射液晶層１６ＧおよびＢ出射液晶層１６Ｂが膜厚分布要件を満たすのが、最も好ましい。

　なお、図示例の光学素子１０は、好ましい態様として、入射部１４および出射部１６が、共に、積層される液晶層が所定の液晶配向パターンを有し、かつ、少なくとも１層が膜厚分布要件を満たす、本発明の光学素子における積層体である。しかしながら、本発明は、これに制限はされない。
　例えば、基板である導光板１２への入射部１４および出射部１６を有する本発明の光学素子は、入射部１４のみが本発明の光学素子における積層体であってもよく、出射部１６のみが本発明における積層体であってもよい。導光板１２への入射部１４および出射部１６を有する図示例の光学素子１０においては、少なくとも入射部１４が、本発明における積層体であるのが好ましい。さらに、導光板１２への入射部１４および出射部１６を有する本発明の光学素子１０においては、図示例のように、入射部１４および出射部１６が本発明における積層体であるのがより好ましい。

　＜＜コレステリック液晶層の形成方法＞＞
　入射部１４を構成する入射液晶層１４Ｒ、Ｇ入射液晶層１４ＧおよびＢ入射液晶層１４Ｂ、ならびに、出射部１６を構成するＲ出射液晶層１６Ｒ、Ｇ出射液晶層１６ＧおよびＢ出射液晶層１６Ｂのとなるコレステリック液晶層３４は、一例として、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い。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９５／２２５８６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－－
　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、および、イソマンニド誘導体等を用いることができる。
　キラル剤は、一般に不斉炭素原子を含むが、不斉炭素原子を含まない軸性不斉化合物または面性不斉化合物もキラル剤として用いることができる。軸性不斉化合物または面性不斉化合物の例には、ビナフチル、ヘリセン、パラシクロファン、および、これらの誘導体が含まれる。キラル剤は、重合性基を有していてもよい。キラル剤と液晶化合物とがいずれも重合性基を有する場合は、重合性キラル剤と重合性液晶化合物との重合反応により、重合性液晶化合物から誘導される繰り返し単位と、キラル剤から誘導される繰り返し単位とを有するポリマーを形成することができる。この態様では、重合性キラル剤が有する重合性基は、重合性液晶化合物が有する重合性基と、同種の基であるのが好ましい。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、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。

－－溶媒－－
　液晶組成物は、コレステリック液晶層３４を形成する際には、液体として用いられるのが好ましい。
　従って、液晶組成物は溶媒を含んでいるのが好ましい。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。

　ここで、上述した膜厚分布要件を満たすコレステリック液晶層３４を形成するためには、塗布した液晶組成物の乾燥および／または加熱（配向）の温度を高くし、かつ、時間を長くするのが好ましい。
　この点を考慮すると、溶媒は、ある程度、沸点の高い溶媒を用いるのが好ましい。具体的には、沸点が９５℃以上の溶媒が好ましく、１１０℃以上の溶媒がより好ましい。なお、溶媒は、沸点の低い溶媒に、沸点の高い溶媒を混合することにより上記沸点とした、混合溶媒でもよい。
　利用される溶媒としては、具体的には、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、メチルイソブチルケトン、トルエン、および、メチルエチルケトンとシクロペンタノンとの混合溶媒、等が例示される。

　コレステリック液晶層３４を形成する際には、コレステリック液晶層３４の形成面に上述した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、光配向膜３２上にコレステリック液晶層３４を形成する場合には、光配向膜３２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。
　ここで、上述した膜厚分布要件を満たすコレステリック液晶層３４を形成するためには、塗布した液晶組成物の加熱（配向）を、ある程度の高温で行うのが好ましい。すなわち、加熱温度を高くすることにより、液晶組成物の塗膜の表面を均一化（レベリング）することができ、その結果、上述した膜厚分布要件を満たすコレステリック液晶層３４を形成できる。
　しかしながら、加熱の温度が高すぎると、液晶層がコレステリック液晶相に配向されず、等方性層になってしまう。
　この点を考慮すると、この際における加熱温度は９０～２００℃が好ましく、９０～１３０℃がより好ましく、９０～１２０℃がさらに好ましい。

　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。

　コレステリック液晶層３４の厚さには、制限はなく、回折素子の用途、液晶層に要求される光の反射率、および、コレステリック液晶層３４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（光学異方性層）＞
　図示例の光学素子は、入射部１４の入射液晶層および出射部１６の出射液晶層に、コレステリック液晶層３４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、液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも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、透過型の液晶回折素子として作用する液晶層も、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。
　また、本発明においては、入射部１４および出射部１６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、コレステリック液晶層３４を用いる反射型の液晶回折素子を用い、出射部１６では、上述した透過型の液晶回折素子を用いてもよい。　

　［入射部および出射部の作製方法］
　入射部１４および出射部１６は、公知の各種の方法で作製できる。好ましくは、以下に示す転写を用いる方法で形成する。
　なお、入射部１４および出射部１６は、基本的に、同様に形成できるので、以下の説明は、入射部１４を代表例として説明する。

　まず、上述のように、支持体３０に光配向膜３２となる光配向材料を含む塗布液を塗布して、乾燥する。その後、図８に示す露光装置６０によって露光して、配向パターンを形成して、光配向膜３２を形成する。
　一方で、液晶化合物４０およびキラル剤等を溶媒に添加して、コレステリック液晶層３４を形成するための液晶組成物を調製する。この際において、膜厚分布要件を満たすコレステリック液晶層３４を形成するために、沸点の高い溶媒を用いるのが好ましいのは、上述のとおりである。
　さらに、光配向膜３２の上に、上述した液晶組成物を塗布して、塗膜を乾燥および加熱し、さらに、紫外線を照射することで、コレステリック液晶層３４であるＲ入射液晶層１４Ｒを形成する。この際において、加熱温度を高くすることで、膜厚分布要件を満たすＲ入射液晶層１４Ｒを形成できるのは、上述のとおりである。

　同様に、支持体３０に光配向膜３２を形成して、光配向膜３２の上に、コレステリック液晶層３４であるＧ入射液晶層１４Ｇを形成する。
　さらに、同様に、支持体３０に光配向膜３２を形成して、光配向膜３２の上に、コレステリック液晶層３４であるＢ入射液晶層１４Ｂを形成する。
　この際において、光配向膜３２の配向パターンにおける１周期、すなわち、液晶層の液晶配向パターンの１周期の長さは、Ｒ入射液晶層１４Ｒ＞Ｇ入射液晶層１４Ｇ＞Ｂ入射液晶層１４Ｂとするのが好ましいのは、上述のとおりである。

　まず、弱粘着層付きの仮支持体にＢ入射液晶層１４Ｂを貼着する。次いで、Ｂ入射液晶層１４Ｂと光配向膜３２との界面で剥離する。
　導光板１２となるガラスに、Ｂ入射液晶層１４Ｂを貼着した後、仮支持体を剥離することで、導光板１２の表面にＢ入射液晶層１４Ｂを形成する。
　この際に、転写に先立ち、Ｂ入射液晶層１４Ｂの光配向膜３２側の表面に、接着層として、ＳｉＯ_x層等を形成してもよい。接着層の厚さは、１００ｎｍ以下が好ましい。接着層に関しては、他の入射液晶層も同様である。

　同様に、弱粘着層付きの仮支持体にＧ入射液晶層１４Ｇを貼着して、Ｇ入射液晶層１４Ｇと光配向膜３２との界面で剥離する。次いで、先に導光板１２に転写したＢ入射液晶層１４ＢにＧ入射液晶層１４Ｇを積層して、仮支持体を剥離することで、Ｂ入射液晶層１４Ｂの表面にＧ入射液晶層１４Ｇを形成する。
　さらに、同様に、弱粘着層付きの仮支持体にＲ入射液晶層１４Ｒを貼着して、Ｒ入射液晶層１４Ｒと光配向膜３２との界面で剥離する。次いで、先に導光板１２に転写したＧ入射液晶層１４ＧにＲ入射液晶層１４Ｒを積層して、仮支持体を剥離することで、Ｇ入射液晶層１４Ｇの表面にＲ入射液晶層１４Ｒを形成する。
　これにより、導光板１２の表面に、Ｂ入射液晶層１４Ｂ、Ｇ入射液晶層１４ＧおよびＲ入射液晶層１４Ｒの３層の液晶層（コレステリック液晶層）を積層した入射部１４を形成する。

　以上、本発明の光学素子について詳細に説明したが、本発明は上述の例に限定はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更を行ってもよいのは、もちろんである。

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

　［実施例］
（光配向膜の形成）
　支持体としてガラス基板を用意した。支持体上に、下記の光配向膜形成用塗布液をスピンコートで塗布した。この光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秒間乾燥して、光配向膜を形成した。

　　光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－

（光配向膜の露光）
　図８に示す露光装置を用いて光配向膜を露光して、配向パターンを有する光配向膜を形成した。
　露光装置において、レーザとして波長（３２５ｎｍ）のレーザ光を出射するものを用いた。干渉光による露光量を３０００ｍＪ／ｃｍ²とした。なお、２つのレーザ光の交差角（交差角α）は、４２．３°とした。

（Ｒ液晶層１の形成）
　Ｒ液晶層１（Ｒ入射液晶層およびＲ出射液晶層）を形成する液晶組成物として、下記の組成物Ａ－１を調製した。この組成物Ａ－１は、コレステリック液晶相における螺旋１ピッチ（螺旋ピッチＰ）の長さが４１０ｎｍで、赤色（Ｒ）光の右円偏光を選択的に反射するコレステリック液晶層を形成する、液晶組成物である。組成物Ａ－１中の固形分濃度は３５ｗｔ％である。
　　組成物Ａ－１
――――――――――――――――――――――――――――――――
　棒状液晶化合物Ｌ－１　　　　　　　　　　　　１００．００質量部
　重合開始剤Ｉ－１　　　　　　　　　　　　　　　　３．００質量部
　キラル剤Ｃｈ－１　　　　　　　　　　　　　　　　　４．６質量部
　メチルエチルケトン　　　　　　　　　　　　　１１９．９０質量部
　シクロペンタノン　　　　　　　　　　　　　　　７９．９３質量部
――――――――――――――――――――――――――――――――

　　棒状液晶化合物Ｌ－１

　　重合開始剤Ｉ－１

　　キラル剤Ｃｈ－１

　Ｒ液晶層１は、組成物Ａ－１を光配向膜上に塗布することにより形成した。
　具体的には、光配向膜上に組成物Ａ－１をスピンコートで塗布して、塗膜を１２０℃のホットプレート上で１２０秒間加熱した。その後、窒素雰囲気下で高圧水銀灯を用いて波長３６５ｎｍの紫外線を５００ｍＪ／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て、Ｒ液晶層１を形成した。得られたＲ液晶層１の膜厚は５．２μｍであった。

　Ｒ液晶層１は、図３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。なお、塗布層の断面をＳＥＭで確認したところ、Ｒ液晶層１の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物の光学軸が１８０°回転する１周期Λは０．４５μｍであった。

　また、形成したＲ液晶層１の厚さ方向の断面を、１００００倍に拡大してＳＥＭで観察することを、観察位置を面内方向に連続的に移動して行うことで、面内方向の２００μｍの範囲の画像を２０枚取得した。この画像から、面内方向の２００μｍの範囲内における最大膜厚と最小膜厚との差を取得した。
　この操作を、Ｒ液晶層１の任意の１０断面で行った。
　このようにして取得したＲ液晶層１の１０断面における最大膜厚と最小膜厚との差を算術平均した。その結果、Ｒ液晶層１の最大膜厚と最小膜厚との差の算術平均は、０．０５μｍであった。従って、このＲ液晶層１は、上述した膜厚分布要件を満たす。

（Ｇ液晶層１用の光配向膜の形成および露光）
　Ｒ液晶層１用の光配向膜の形成と同様にして、ガラス製の支持体の表面に光配向膜を形成した。
　形成した光配向膜に対して、２つのレーザ光の交差角（交差角α）を４９．２°とした以外は、上記と同様に図８に示す露光装置を用いて光配向膜を露光して、配向パターンを有する光配向膜を形成した。

（Ｇ液晶層１（Ｇ入射液晶層およびＧ出射液晶層）の形成）
　組成物Ａ－１のキラル剤の添加量を５．３質量部に変更し、メチルエチルケトンの量を１２０．５８質量部、シクロペンタノンの量を８０．３８質量部に変更した以外は、組成物Ａ－１と同様にして、組成物Ａ－２を調製した。この組成物Ａ－２は、コレステリック液晶相における螺旋１ピッチ（螺旋ピッチＰ）の長さが３６０ｎｍで、緑色（Ｇ）光の右円偏光を選択的に反射するコレステリック液晶層を形成する、液晶組成物である。
　この組成物Ａ－２を用いる以外は、Ｒ液晶層１の形成と同様にして、Ｇ液晶層１を形成した。Ｇ液晶層１の膜厚をＲ液晶層１と同様に測定したところ、４．６ｕｍであった。また、Ｇ液晶層１の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物の光学軸が１８０°回転する１周期Λは０．３９μｍであった。

　作製したＧ液晶層１について、１０断面における２００μｍの範囲の最大膜厚と最小膜厚との差を、Ｒ液晶層１と同様の方法で算術平均した。その結果、Ｇ液晶層１の最大膜厚と最小膜厚との差の算術平均は、０．０４μｍであった。従って、このＧ液晶層１は、上述した膜厚分布要件を満たす。

（Ｂ液晶層１用の光配向膜の形成および露光）
　Ｒ液晶層１用の光配向膜の形成と同様にして、ガラス製の支持体の表面に光配向膜を形成した。
　形成した光配向膜に対して、２つのレーザ光の交差角（交差角α）を６１．０°とした以外は、上記と同様に図８に示す露光装置を用いて光配向膜を露光して、配向パターンを有する光配向膜を形成した。

（Ｂ液晶層１（Ｂ入射液晶層およびＢ出射液晶層）の形成）
　組成物Ａ－１のキラル剤の添加量を６．３質量部に変更し、メチルエチルケトンの量を２０２．９９質量部に変更した以外は、組成物Ａ－１と同様にして、組成物Ａ－３を調製した。この組成物Ａ－３は、コレステリック液晶相における螺旋１ピッチ（螺旋ピッチＰ）の長さが３００ｎｍで、青色（Ｂ）光の右円偏光を選択的に反射するコレステリック液晶層を形成する、液晶組成物である。
　この組成物Ａ－３を用いる以外は、Ｒ液晶層１の形成と同様にして、Ｂ液晶層１を形成した。Ｂ液晶層１の膜厚をＲ液晶層と同様に測定したところ、３．８μｍであった。また、Ｂ液晶層１の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物の光学軸が１８０°回転する１周期Λは０．３２μｍであった。

　作製したＢ液晶層１について、１０断面における２００μｍの範囲の最大膜厚と最小膜厚との差を、Ｒ液晶層１と同様の方法で算術平均した。その結果、Ｂ液晶層１の最大膜厚と最小膜厚との差の算術平均は、０．０４μｍであった。従って、このＢ液晶層１は、上述した膜厚分布要件を満たす。

[光学素子１の作製]
（導光板の準備）
　導光板用に、厚さ１ｍｍのガラスを準備した。

（Ｂ液晶層１の剥離）
　Ｂ液晶層１を入射液晶層用および出射液晶層用に２枚準備した。転写用弱粘着層付きの仮支持体（パナック社製、パナプロテクトＳＴ５０）をＢ液晶層１に貼合し、Ｂ液晶層１と光配向膜との界面で剥離した。

（Ｂ液晶層１のガラスへの貼合）
　剥離したＢ液晶層１の配向膜側の表面に、厚さ５０ｎｍ以下のＳｉＯ_x層を形成した。ＳｉＯ_x層の形成は、アルバック社製（型番ＵＬＥＹＥＳ）の蒸着装置を用いて行った。このときの蒸着源としてＳｉＯ₂粉体を用いた。
　導光板となるガラスに、入射液晶層および出射液晶層となるＢ液晶層１のＳｉＯ_ｘ層側を貼合したのち、仮支持体を剥離した。

（Ｇ液晶層１の剥離）
　Ｇ液晶層１を入射液晶層用および出射液晶層用に２枚準備した。転写用弱粘着層付きの仮支持体（パナック社製、パナプロテクトＳＴ５０）をＧ液晶層１に貼合し、Ｇ液晶層と光配向膜との界面で剥離した。

（Ｇ液晶層１のＢ液晶層１上への貼合）
　剥離したＧ液晶層１の配向膜側の表面に、厚さ５０ｎｍ以下のＳｉＯ_x層を形成した。ＳｉＯ_x層の形成は、アルバック社製（型番ＵＬＥＹＥＳ）の蒸着装置を用いて行った。このときの蒸着源としてＳｉＯ₂粉体を用いた。また、導光板上に貼合されたＢ液晶層１の表面にも上記と同様にＳｉＯ_x層を形成した。
　導光板上に貼合されたＢ液晶層１上に、入射液晶層および出射液晶層となるＧ液晶層１のＳｉＯ_x層側を貼合したのち、仮支持体を剥離した。

（Ｒ液晶層１の剥離）
　Ｒ液晶層１を入射用、出射用に２枚準備した　転写用弱粘着層付きの仮支持体（パナック社製、パナプロテクトＳＴ５０）をＲ液晶層１に貼合し、Ｒ液晶層１と光配向膜との界面で剥離した。

（Ｒ液晶層１のＧ液晶層１上への貼合（光学素子の作製））
　剥離したＲ液晶層１の配向膜側の表面に、厚さ５０ｎｍ以下のＳｉＯ_x層を形成した。ＳｉＯ_x層の形成は、アルバック社製（型番ＵＬＥＹＥＳ）の蒸着装置を用いて行った。このときの蒸着源としてＳｉＯ₂粉体を用いた。また、導光板上に貼合されたＧ液晶層１の表面にも上記と同様にＳｉＯ_x層を形成した。
　導光板上に貼合されたＧ液晶層１上に、入射液晶層および出射液晶層となるＲ液晶層１のＳｉＯ_x層側を貼合したのち、仮支持体を剥離した。
　これにより、導光板の主面に、Ｂ入射液晶層、Ｇ入射液晶層およびＲ入射液晶層を積層した入射部、および、Ｂ出射液晶層、Ｇ出射液晶層およびＲ出射液晶層を積層した出射部を設けた、図１に示すような光学素子１を作製した。本例では、全ての液晶層が、上述した膜厚分布要件を満たす。

　なお、積層される側のコレステリック液晶層と、積層する側の仮支持体に、周期方向であることを表すマークを予めつけておき、貼合するときの印とすることによって、各液晶層における、液晶化合物の周期方向（配列軸の方向）を揃えた。

　［比較例］

（Ｒ液晶層２の形成）
　組成物Ａ－１のメチルエチルケトンの量を１９９．８３質量部、シクロペンタノンの量を０質量部に変更した以外は、組成物Ａ－１と同様にして、組成物Ａ－４を調製した。この組成物Ａ－４は、コレステリック液晶相における螺旋１ピッチ（螺旋ピッチＰ）の長さが４１０ｎｍで、赤色（Ｒ）光の右円偏光を選択的に反射するコレステリック液晶層を形成する、液晶組成物である。
　この組成物Ａ－４を用い、塗膜の加熱温度を７０℃にした以外は、Ｒ液晶層１の形成と同様にして、Ｒ液晶層２を形成した。Ｒ液晶層２の膜厚をＲ液晶層１と同様に測定したところ、５．２ｕｍであった。また、Ｒ液晶層２の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物の光学軸が１８０°回転する１周期Λは０．４５μｍであった。

　作製したＲ液晶層２について、１０断面における２００μｍの範囲の最大膜厚と最小膜厚との差を、Ｒ液晶層１と同様の方法で算術平均した。その結果、Ｒ液晶層２の最大膜厚と最小膜厚との差の算術平均は、０．２０μｍであった。従って、このＲ液晶層２は、上述した膜厚分布要件を満たさない。

（Ｇ液晶層２の形成）
　組成物Ａ－２のメチルエチルケトンの量を２００．９８質量部、シクロペンタノンの量を０質量部に変更した以外は、組成物Ａ－２と同様にして、組成物Ａ－５を調製した。この組成物Ａ－５は、コレステリック液晶相における螺旋１ピッチ（螺旋ピッチＰ）の長さが３６０ｎｍで、緑色（Ｇ）光の右円偏光を選択的に反射するコレステリック液晶層を形成する、液晶組成物である。
　この組成物Ａ－５を用い、塗膜の加熱温度を７０℃にした以外は、Ｒ液晶層１の形成と同様にして、Ｇ液晶層２を形成した。Ｇ液晶層２の膜厚をＲ液晶層１と同様に測定したところ、４．６ｕｍであった。また、Ｇ液晶層２の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物の光学軸が１８０°回転する１周期Λは０．３９μｍであった。

　作製したＧ液晶層２について、１０断面における２００μｍの範囲の最大膜厚と最小膜厚との差をＲ液晶層１と同様の方法で算術平均した。その結果、Ｇ液晶層２の最大膜厚と最小膜厚との差の算術平均は、０．１６μｍであった。従って、このＧ液晶層２は、上述した膜厚分布要件を満たさない。

（Ｂ液晶層２の形成）
　組成物Ａ－３のメチルエチルケトンの量を２０２．９９質量部、シクロペンタノンの量を０質量部に変更した以外は、組成物Ａ－３と同様にして、組成物Ａ－６を調製した。この組成物Ａ－６は、コレステリック液晶相における螺旋１ピッチ（螺旋ピッチＰ）の長さが３００ｎｍで、青色（Ｂ）光の右円偏光を選択的に反射するコレステリック液晶層を形成する、液晶組成物である。
　この組成物Ａ－５を用い、塗膜の加熱温度を７０℃にした以外は、Ｒ液晶層１の形成と同様にして、Ｂ液晶層２を形成した。Ｂ液晶層２の膜厚をＲ液晶層１と同様に測定したところ、３．８ｕｍであった。また、Ｂ液晶層２の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物の光学軸が１８０°回転する１周期Λは０．３２μｍであった。

　作製したＢ液晶層２について、１０断面における２００μｍの範囲の最大膜厚と最小膜厚との差をＲ液晶層１と同様の方法で算術平均した。その結果、Ｂ液晶層２の最大膜厚と最小膜厚との差の算術平均は、０．１４μｍであった。従って、このＲ液晶層２は、上述した膜厚分布要件を満たさない。
[光学素子２の作製]

　Ｂ液晶層１のかわりにＢ液晶層２、Ｇ液晶層１のかわりにＧ液晶層２、Ｒ液晶層１のかわりにＲ液晶層２を用いた以外は、光学素子１と同様にして、導光板に入射部と出射部とを設けた光学素子２を作製した。本例では、全ての液晶層が、上述した膜厚分布要件を満たさない。

　［評価］
　作製した光学素子を用いて、図１に示すように、入射部にＬＣＯＳ方式のプロジェクターを用いて、赤色画像Ｒ、緑色画像Ｇおよび青色画像Ｂからなる画像を投影し、使用者Ｕによる観察位置で目視評価した。
　その結果、全ての液晶層が上述した膜厚分布要件を満たす、実施例の光学素子１を用いた場合には、画像が鮮明に見え、文字がはっきりと読み取れた。これに対し、全ての液晶層が、上述した膜厚分布要件を満たさない、比較例１の光学素子を用いた場合には、画像がボヤケており、文字を読み取るのにやや難があった。
　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屈折させる各種の用途に好適に利用可能である。

　１０　光学素子
　１２　導光板
　１４　入射部
　１４Ｒ　Ｒ入射液晶層
　１４Ｇ　Ｇ入射液晶層
　１４Ｂ　Ｂ入射液晶層
　１６　出射部
　１６Ｒ　Ｒ出射液晶層
　１６Ｇ　Ｇ出射液晶層
　１６Ｂ　Ｂ出射液晶層
　３０　支持体
　３２　光配向膜
　３４　コレステリック液晶層
　４０　液晶化合物
　４０Ａ　光学軸
　４２　明部
　４４　暗部
　６０　露光装置
　６２　レーザ
　６４　光源
　６５　λ／２板
　６８　偏光ビームスプリッター
　７０Ａ，７０Ｂ　ミラー
　７２Ａ，７２Ｂ　λ／４板
　Ｒ　赤色画像
　Ｇ　緑色画像
　Ｂ　青色画像
　Ｒ_R　赤色光の右円偏光
　Ｍ　レーザ光
　ＭＡ，ＭＢ　光線
　Ｐ_O　直線偏光
　Ｐ_R　右円偏光
　Ｐ_L　左円偏光
　Ｕ　使用者
　Ｄ　配列軸
　Λ　１周期（回折構造の周期）
　Ｐ　ピッチ

Claims (9)

1. 　基板と、前記基板上に設けられる、液晶化合物を配向してなる液晶層が複数積層された積層体と、を有し、
   　前記積層体を構成する前記液晶層は、前記液晶化合物に由来する光学軸の向きが、面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有するものであり、
   　前記積層体を構成する前記液晶層のうち、少なくとも１層は、以下に示す膜厚分布要件を満たす、光学素子。
   　　　膜厚分布要件
   　前記液晶層の厚さ方向の断面を、走査型電子顕微鏡によって１００００倍で観察することを、観察位置を前記液晶層の面内方向に連続的に移動して行うことにより、前記液晶層の面内方向の２００μｍの範囲の画像を２０枚取得して、前記液晶層の面内方向の２００μｍの範囲内における最大膜厚と最小膜厚との差を取得する操作を、前記液晶層の任意の１０断面で行い、取得した１０断面における前記最大膜厚と最小膜厚との差を算術平均した値が、０．１μｍ以下である。
2. 　前記積層体を構成する前記液晶層のうち、積層方向の端部に位置する前記液晶層が、前記膜厚分布要件を満たす、請求項１に記載の光学素子。
3. 　前記積層体を構成する前記液晶層のうち、最も前記基板側の前記液晶層が、前記膜厚分布要件を満たす、請求項２に記載の光学素子。
4. 　前記積層体を構成する前記液晶層のうち、最も基板と離間する前記液晶層以外の前記液晶層が、前記膜厚分布要件を満たす、請求項１～３のいずれか１項に記載の光学素子。
5. 　前記積層体を構成する全ての前記液晶層が、前記膜厚分布要件を満たす、請求項１～４のいずれか１項に記載の光学素子。
6. 　前記積層体を構成する前記液晶層が、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１～５のいずれか１項に記載の光学素子。
7. 　前記基板が導光板であり、前記導光板に光を入射する入射部、および、前記導光板から光を出射させる出射部を有し、
   　前記入射部および前記出射部の少なくとも一方が、前記積層体を用いて構成される、請求項１～６のいずれか１項に記載の光学素子。
8. 　前記入射部が、前記積層体を用いて構成される、請求項７に記載の光学素子。
9. 　前記出射部が、前記積層体を用いて構成される、請求項８に記載の光学素子。

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